CN1671252A - 高性能电容麦克风及其制造方法 - Google Patents

Abstract

高性能电容麦克风及其制造方法。本发明公开了一种麦克风(100)及其制造方法。麦克风(100)包括外壳(108)、膜组件(120)、间隔物(134)、背板组件(140)、机体组件(150)和设置在该外壳(100)内的印刷电路板(164)。膜组件(120)和背板组件(140)构成对通过声学口(118)耦合的声压级变化进行响应的可变电容器。该基本电容与间隔物(134)的厚度成反比。背板组件(140)是带有多个突出部分的盘状并连接到机体组件(150)，以在背板组件(140)的外部边缘和中空机体组件(150)的内周边之间形成声学通道(172)。机体组件(150)包括用于将背板组件(140)电连接到电路板(164)的第一表面(166)的导电固定件(158)。然后通过诸如压接、锡焊、焊接或粘接等机械固定方法使电路板(164)的第二表面(168)与外壳(108)的连接面(114)保持接触。

Description

高性能电容麦克风及其制造方法

技术领域

本发明涉及麦克风，更具体地涉及在通信设备、音频设备等中使用的高性能驻极体麦克风及其制造方法。

背景技术

近年来移动通信技术已经得到快速发展。消费者越来越多地使用移动通信设备，例如便携式电话、能上网的便携式电话、个人数字助理(PDA)、手提电脑、膝上型计算机、图形输入卡或能够通过公共或专用通信网络进行通信的其他设备。蜂窝网络的扩展和移动通信方面的技术进步使更多消费者使用移动通信设备。对通信设备日益增长的需求促进了集成在移动通信设备中的音频元件的制造工艺、功耗、接收、制造和小型化方面的改进。移动通信设备的供应商之间的竞争压力增加了对更小、更廉价且性能更优的小型电容麦克风的需求。

总的来说，各种传统的驻极体电容麦克风(“ECM”)已应用于通信设备中。现有技术的ECM包括防尘罩、带有声学口的外壳、振动膜、间隔物、绝缘体、背板组件、导电环和印刷电路板(“PCB”)。膜组件和背板组件构成可变电容部分，该可变电容部分对通过与间隔物的厚度相对应的声学口耦合的声压级变化进行响应。

随着ECM尺寸的减小，可以利用有限的空间来容纳绝缘体和导电环，导致了电容部分和PCB之间的干扰增加。除了追求小型化以外，长时间的反复冲击和振动可能会对ECM的声学性能造成负面影响。

附图说明

图1是电容麦克风的展开图；

图2是背板组件的俯视图；

图3是机体组件的俯视图；

图4是表示背板组件和机体组件的构造的透视图；

图5是图4的背板组件和机体组件的构造的俯视图；以及

图6是电容麦克风的剖面图。

具体实施方式

尽管本发明可实施为各种变型例和另选方式，但在附图中以示例的方式示出某些实施例，并将在此对这些实施例进行详细说明。然而，应该理解，本公开并不旨在将本发明限定为所述的特定形式，相反地，本发明旨在涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有变型例、另选例和等同物。

图1是电容麦克风100的展开图，电容麦克风100可用于能够通过一个或多个公共或专用通信网络进行通信的几乎任何类型的通信设备，例如便携式电话、能上网的便携式电话、个人数字助理(PDA)、手提电脑、其他类型的便携式计算与互联网接入装置和设备等。电容麦克风100可以包括杯状外壳108，该杯状外壳108具有顶面部分110和壳壁部分112。在另选实施例中，外壳108可以采用各种其他形状(例如，矩形、D形形状或梯形形状)的形式并具有多种不同的尺寸。外壳的壳壁部分112终止于连接面114，限定了开口16。可以将连接面114最初形成为向外张开以使得能够将其他元件放置在外壳108中。

当将所有的元件放入外壳108内的最终位置或终止位置时，将连接面14向开口116的中心径向弯曲或再次成形。该成形操作通过连接面114机械地固定(capture)PCB 164的背面168，将其他元件锁定在合适的位置并电连接PCB 164的背面168。图中示出外壳108具有至少一层。但是，外壳108可以由导电材料和非导电材料的多个交替层制成，或者可以在非导电基板的内侧上施加导电涂层，使膜组件120能够电连接到PCB 164的背面168。在一个实施例中，外壳108由铝制成。

在外壳108的顶面110上形成至少一个孔或声学口118，以使得能够将声波传送到膜组件120。可以通过任何适当的方式(例如钻孔、冲孔或模制)来形成声学口118。声学口118使得与声压级变化相对应的声能能够进入外壳108。

虽然防尘罩102的形状与外壳108的形状相对应，但是也可以采用各种形状，而不需与外壳形状相对应，并且可以具有多种不同的尺寸。在一个实施例中，示出防尘罩102具有与外壳108的圆形形状相对应的圆形形状。防尘罩可以由具有第一表面104和第二表面106的布或者毡制成。防尘罩102的第二表面106通过粘合剂连接到外壳108上以覆盖声学口118。这有助于防止杂质进入麦克风100而损坏设置在外壳108内的电子元件170。防尘罩120也可以提高频率响应、产生延迟并提供定向响应。

麦克风100可以进一步包括膜组件120。膜组件120包括支撑环122和连接在支撑环122上的膜124。虽然膜组件120具有通常与外壳108的形状相对应的形状，但是在不同的实施例中可以采用多种形状并且具有多种不同的尺寸。支撑环122可以由导电材料(例如不锈钢)制成，但是，可以使用任何导电材料或包括导电涂层(包括铜或锡)的材料。支撑环122具有第一表面126和第二表面128。支撑环122的第一表面126与顶面110保持接触，第二表面128与间隔物134保持接触。膜124由能够响应于声波而振动的导电材料制成。这种材料之一是聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，通常商品名为聚酯薄膜(Mylar)。膜124具有第一表面130和第二表面132。例如，通过利用粘合剂进行接合，将膜124的第一表面130连接到支撑环122的第二表面128。但是，本领域的技术人员应该理解，包括压合或者在边缘处的机械连接等的任何形式的接合都满足要求。膜124的第二表面132涂覆有一层导电材料(例如铬)而形成导电性有效部分，通常称为可动电极，该可动电极与间隔物134保持接触。

麦克风100可以进一步包括具有中空部分135以及第一表面136与第二表面138的间隔物134，用于使膜组件120与外壳108内的其他元件电隔离。间隔物134由电绝缘材料(例如，200规格的聚酯塑料)制成，具有等于膜组件120与背板组件140之间间距的厚度。间隔物134使得膜124能够朝向背板组件140变形。间隔物134可以具有多种形状，而不必与外壳形状相对应，并且可以具有多种不同的尺寸。在一个实施例中，示出了间隔物134具有与外壳108相对应的圆形形状。间隔物134的厚度和材料可依据应用的需要而改变。将间隔物134设置在膜组件120与背板组件140之间，并在靠紧PCB 164之后通过连接面114所施加的机械压力将间隔物134保持在合适的位置。间隔物134的第一表面136与膜124的第二表面132保持接触。间隔物134的第二表面138与背板组件140保持接触，并将膜组件120和背板组件140相分离。

麦克风100可以进一步包括背板组件140。图中示出背板组件140具有至少一个突出部分142和至少一个凸起部分(relief)144。但是，背板组件可以包括多个突出部分142a-d和多个凸起部分144a-d，将对该实施例进行更详细的说明。如上所述，通过连接面114的机械压力将背板组件140保持在间隔物134的第二表面138与机体组件150之间。

麦克风100还具有机体组件150，该机体组件150具有中空部分152和上表面154与下表面156。将机体组件150设置在外壳108内。可以将机体组件150模制为多种形状和尺寸以适合应用的需要。在一个实施例中，机体组件150为圆柱形状并由电绝缘材料(例如，模制聚乙烯塑料)制成。在进行组装时，如上所述，通过连接面的机械压力使机体组件150的第一表面154与间隔物134的第二表面138保持接触。将机体组件150的第二表面156形成为具有定位突出构件160。将定位突出构件160设计为用来安装(receive)PCB 164，以机械隔离但电连接背板组件140与PCB164。如此，使得在外壳108中，背板组件140和膜组件120之间的间距不会受变形的影响。在一个示例中，定位突出构件160由导电材料(例如，不锈钢)制成；但是，可以使用任何导电材料或包括导电涂层的材料。

麦克风100还进一步包括设置在外壳108内的印刷电路板(PCB)164。PCB 164可以与外壳108同轴对准。PCB 164具有正面166和背面168。PCB 164可以形成为与外壳相对应的多种形状和尺寸或者根据具体应用的其它形状和尺寸。PCB 164的正面166可以具有印刷布线迹线和多个电子元件170，例如结型场效应晶体管(JFET)和用于将由膜组件120和背板组件140产生的电容变化转换成阻抗的至少一个电容器。PCB164的正面166与定位突出构件160保持接触并通过导电固定件(mount)158电连接到背板组件140。背面168具有印刷布线迹线并通过连接面114电耦接到外壳108。PCB 164可通过焊接工艺连接到导电固定件158，但是任何形式的电连接都满足要求。

然后将机体组件150与间隔物134相接触地压配合到外壳108中。机体组件150的压配合限制了下面的元件以减少制造过程中可能出现的移动和损坏。另外，机体组件150使得背板组件140与膜组件120可以与PCB 170电连接，而不会使定位突出构件160变形。

参照图2，示出了背板组件140的一个实施例。将背板组件140冲压成具有至少一个突出部分142和至少一个凸起部分144的盘状。在所示的实施例中，背板组件140包括多个突出部分142a-d和多个凸起部分144a-d。背板组件140由诸如不锈钢的导电材料制成，但是，可以使用任何导电材料或包括导电涂层的材料。背板组件140具有第一表面146和第二表面148。背板组件140的第一表面146可以涂覆或覆盖极化电介质膜或诸如聚四氟乙烯(Teflon)的驻极体材料。在工作时，背板构成固定电极并且可以静电充电到预定的表面电荷(例如，360V)。第二表面148由诸如不锈钢的导电材料制成。通过这种方式形成的背板组件140具有中心下方的表面面积或者膜124的最易活动的面积增加的优点，由此提高了麦克风100的电声性能。在此公开的根据本发明原理构造的器件具有的优点是，减小了总体尺寸同时保持了灵敏度、噪声、稳定性、紧凑性和鲁棒性、不易受电磁干扰(“EMI”)以及其他外部和环境条件(包括冲击和杂质)影响的优良电声性能。

现参照图3，在一个实施例中将机体组件150压制或模制成具有中空部分152的圆柱形状。机体组件150由具有上表面154和下表面156的电绝缘材料(例如，模制聚乙烯塑料)制成。定位突出构件160由诸如不锈钢的导电材料制成并且可以模制或压配合到机体组件150的下表面156中。可以将上端部158a-d冲压出来并连接到或模制到机体组件150的内周边部分中。导电固定件158和定位突出构件160可以由同一胚料形成并模制或压配合到机体组件150中作为一个单元。使用机体组件150可以提供减小器件的总体尺寸同时保持优良电声性能的优点。在另一个实施例中，背板组件140可以是没有突出部分142a-d的圆形。为了构造所需的声学通道172，可将机体组件形成为围绕背板组件140的外部边缘的至少一部分设置凸起部分。

参照图4和5，对机体组件150和背板组件140进行讨论和说明。机体组件150的内周边部分形成有具有多个上端部158a、158b、158c、158d的导电固定件158。在一个示例中，导电固定件158由诸如不锈钢的导电材料制成，但是，可以使用任何导电材料或包括导电涂层的材料。通过焊接或锡焊将导电固定件158电连接到定位突出构件160。导电固定件158和定位突出构件160可以另选地由同一块胚料形成。将导电固定件158设置为用来接纳背板组件140的第二表面148。将背板组件140上的每一个突出部分142a-d连接到由导电固定件158的上端部158a-d形成的对应固定点上。可以通过使用粘合剂进行接合来实现该连接。接合的另选方式可以包括压合、机械连接等。背板组件140可以在安装到外壳108中之前接合到机体组件150上，或者背板组件140可以在麦克风100的最终组装过程中接合到机体组件150上。

将背板组件140压配合到机体组件150中，并通过使用设置在机体组件150的内周边部分中的粘合剂进行接合而连接到导电固定件158上。交替的突出部分限定了多个声学通道172。远离膜的高活动性中心将声学通道172设置在凸出部分144a-d处的背板的外部边缘，使得膜124和背板组件140之间的空间内的空气能够自由流动到设置有PCB 160的后部容腔而不影响性能。

图6是结合麦克风100的组装方法的实施例的描述进行参照的剖面图。首先，将膜组件120插入到外壳108中，与声学口118相对。然后将间隔物134插入到外壳108中，使间隔物134的第一表面136面向膜组件120的第二表面132。接下来，将背板组件140插入到机体组件150中。当插入到外壳108中时使背板组件140的第一表面146取向为面对间隔物134的第二表面138。将多个突出部分142a-d对准并粘接到导电固定件158的多个上端部158a-d。然后将机体组件150插入到外壳108中。通过机体组件150的摩擦配合防止由于制造期间发生的振动而导致背板组件140、间隔物134和膜组件120偏离它们的位置。机体组件150的第二表面156形成有设置在与PCB 164相对应的位置上的定位突出构件160。PCB 164预先安装有多个电子元件170。在将膜组件120、间隔物134、背板组件140和机体组件150完全插入到外壳108中之后，例如，通过机械固定、压接(crimping)、焊接或粘接来由外壳108的连接面114固定PCB 164的背面168。在该位置上，膜组件120和背板组件140与PCB 164电连接。

在此通过参考以相同的方式并入这里所引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请、专利)，通过单独参考和具体指出的方式并入每一篇参考文献，并在此以其全文的方式阐述。

在说明本发明的上下文(尤其是以下权利要求的上下文)中使用词语“a”和“an”以及“the”等类似的词语应该解释为涵盖单个和多个，除非在此另有说明或者文中明显相矛盾。在此列举的值的范围仅仅旨在用作为单独参照落入该范围内的各个单独值的简略表达方法，除非在此另有说明，并将各个单独的值引入该说明书，如同在此单独引用该值一样。可以以任何适当的顺序执行在此所述的所有方法，除非在此另有说明或者文中明显相矛盾。在此所提供的任何以及所有示例、或者示例性语言(例如，“例如”)的使用仅仅旨在更好地说明本发明，并不限定本发明的范围，除非另有说明。本说明书中的语言不应该解释为对于实施本发明是不可缺少的任何未要求保护的要素。

在此说明了本发明的多个实施例，包括对本发明人来说用于实施本发明的最佳模式。应该理解，所示的实施例仅是示例性的，并且不应将其视为对本发明范围的限定。

Claims (20)

1、一种驻极体麦克风，其包括：

外壳，该外壳具有形成在其壳壁中的声学口；

膜组件，该膜组件是导电的，并与所述外壳电连接，所述膜组件与所述壳壁相邻设置；

绝缘间隔物，在所述膜与所述声学口相对的一侧与所述膜相邻设置；

背板组件，该背板组件具有从外圆周径向延伸的突出部分，该背板与所述绝缘间隔物接触；

机体组件，该机体组件由塑料模制而成，具有第一端部和第二端部，该机体组件插入在所述外壳中，并且是中空的，其内部周边用于容纳所述背板组件，所述机体组件还包括：

设置在所述机体组件中的导电固定件，该导电固定件具有第一端部和第二端部，所述导电固定件通过所述机体组件的外圆周与所述外壳电绝缘，该导电固定件的第一端部设置在所述机体组件的所述中空部分内以与所述背板组件电连接，该导电固定件的第二端部延伸到所述机体组件的第二端部；以及

印刷电路板，与所述机体组件的第二端部连接，该印刷电路板具有第一表面和第二表面，其中该第一表面与所述导电固定件的第二端部电连接，而该第二表面与所述外壳连接，由此在所述外壳的内圆周和所述背板组件的外圆周之间的所述突出部分的各个侧面形成声学通道，该声学通道使得由响应于所耦合的声能而导致的所述膜的运动产生的气流能够进入所述声学口。

2、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中所述外壳包括具有第一位置和第二位置的连接面，其中所述第二位置中的所述连接面机械地固定所述印刷电路板。

3、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中所述外壳包括具有第一位置和第二位置的连接面，其中所述第二位置中的所述连接面电接触所述电路板的第二表面。

4、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，所述导电固定件的第一端部被设置为相对于所述机体组件的第一端部的距离相当于所述背板组件的厚度，由此所述背板面向所述膜的一侧与所述机体组件的第一端部齐平。

5、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中在所述突出部分处将所述导电固定件的第一端部接合到所述背板组件。

6、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中所述膜组件还包括支撑环。

7、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，还包括设置在所述外壳表面上的防尘罩，该防尘罩覆盖所述声学口。

8、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中所述导电固定件的第二端部还包括定位突出构件。

9、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中所述背板组件包括导电背板和覆盖该导电背板的一个表面的电介质。

10、根据权利要求1所述的驻极体麦克风，其中所述背板的导电背板没有孔。

11、一种组装驻极体麦克风的方法，包括以下步骤：

提供外壳；

将膜组件插入所述外壳；

将绝缘间隔物插入所述外壳；

将背板组件插入所述外壳，该背板组件为盘状；

将所述背板组件连接到机体组件，该机体组件包括设置在中空塑料模中的导电固定件，由此在所述背板组件的边缘和所述中空塑料模的表面之间形成声学通道；

将电路板连接到所述导电固定件和所述外壳，由此形成所述电路板上的第一接触部分、所述导电固定件、由所述膜组件和所述背板组件形成的电容器、所述外壳以及所述电路板上的第二接触部分之间的电路。

12、根据权利要求11所述的方法，还包括：

组装膜和支撑环以形成所述膜组件。

13、根据权利要求11所述的方法，还包括：

组装导电背板和电介质以形成所述背板组件。

14、根据权利要求11所述的方法，还包括：

形成所述外壳的自由端以接触所述印刷电路板，以将所述电路板电连接到所述外壳。

15、根据权利要求14所述的方法，其中形成所述外壳的自由端以接触所述印刷电路板的步骤还包括将所述电路板机械地固定在所述外壳上。

16、根据权利要求11所述的方法，还包括将所述导电固定件的一端设置为相对于所述机体组件的一端的距离等于所述背板组件的厚度，由此使所述背板面向所述膜的一侧与所述机体组件的顶端齐平。

17、一种电容麦克风，其包括：

导电外壳；

可变电容器，该可变电容器对声压级变化进行响应，并安装在所述导电外壳中，该可变电容器包括：

对声压级变化进行响应的可动膜；以及

固定背板，该固定背板安装在中空塑料机体中，由此在所述固定背板的周边和所述中空塑料机体的周边之间形成声学通道。

18、根据权利要求17所述的电容麦克风，还包括与所述导电外壳和用于将声压级变化转换成阻抗的可变电容器连接的印刷电路板。

19、根据权利要求17所述的电容麦克风，其中所述固定背板还包括设置在所述固定背板面向所述膜的一侧上的电介质材料。

20、根据权利要求17所述的电容麦克风，其中所述导电外壳在所述电路板的边缘上方机械地弯曲以将所述印刷电路板连接到所述导电外壳。

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