CN201182009Y - 具有附加背音室和在pcb中的声孔的硅电容传声器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开具有附加背音室和在PCB中的声孔的硅电容传声器，包括壳体、MEMS芯片和ASIC芯片：所述壳体用于阻挡外部声音流入，该硅电容传声器还包括：基底，其包括音室壳体、具有由音室壳体形成的附加背音室的所述MEMS芯片、用于操作MEMS芯片的所述ASIC芯片、用于结合至壳体的导电图案和用于供外部声音穿过的声孔；用于将壳体固定到基底上的固定部件；以及用于粘接壳体和基底的粘接剂，在由固定部件固定的壳体和基底的整个结合表面上涂敷粘接剂。当贯通PCB而不是壳体形成声孔时，可以不同的方式安装传声器，从而减少安装空间，且采用在MEMS芯片下方形成附加背音室的音室壳体以增大MEMS芯片的背音室空间，从而提高灵敏度并改善THD(总谐波失真)之类的噪音问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电容传声器，且更具体地涉及一种具有附加背音室和在PCB中的声孔的硅电容传声器。
背景技术
通常，广泛用在移动通信终端和音频系统中的电容传声器包括：偏压元件；一对隔膜/背板，它们用于构成随着声压而变化的电容器C；和用于对输出信号进行缓冲的JFET(结型场效应晶体管)。通过顺序地将振动板、隔环、绝缘环、背板和导电环插入在一壳体中，并最终插入PCB且使该壳体的端部朝向PCB弯曲而组装成传统的电容传声器。
近年来，提出将采用微机械加工的半导体加工技术作为微设备的集成技术。该技术也被称为MEMS(微机电系统)，其采用半导体制造工艺，特别是集成电路技术来制造大小以μm为单位的微传感器、致动器和机电结构。根据通过微机械加工技术制造的MEMS芯片传声器，可以使传声器的常规部件，例如振动板、隔环、绝缘环、背板和导电环微型化并集成在一起，并且通过高精密微加工可使其具有高性能、多功能、高稳定性和高可靠性。
图1是用在硅电容传声器中的传统MEMS芯片结构的示例图。参照图1，MEMS芯片10具有这样的结构，其中利用MEMS技术在硅晶片14上形成背板13，并设置振动板11，在振动板与背板之间具有间隔件12。背板13包括形成在其中的声孔13a，并且通常通过微机械加工技术和半导体芯片制造技术来制造MEMS芯片10。
图2是示出采用MEMS芯片的传统硅电容传声器的侧剖视图。参照图2，通过将MEMS芯片10和ASIC(特定用途集成电路)芯片20安装在PCB 40上并将它们插入到其中形成有声孔30a的壳体30中，而组装成传统的硅电容传声器1。但是，如图2所示，由于传统的硅电容传声器1的背音室15由MEMS芯片10形成，背音室15的空间因作为半导体芯片的MEMS芯片10的大小而极其小。因此，传声器的音质变差。
实用新型内容
技术问题
本实用新型的目的是提供一种硅电容传声器，该硅电容传声器具有附加背音室和在PCB中的声孔，以改善声学特性。
技术方案
为了实现上述目的，提供了一种硅电容传声器，该硅电容传声器包括壳体、MEMS芯片和ASIC芯片，其特征在于：所述壳体用于阻挡外部声音流入，该硅电容传声器还包括：基底，该基底包括音室壳体、具有由所述音室壳体形成的附加背音室的所述MEMS芯片、用于操作所述MEMS芯片的所述ASIC芯片、用于结合至所述壳体的导电图案，以及用于供外部声音穿过的声孔；用于将所述壳体固定到所述基底上的固定部件；和用于粘接所述壳体和所述基底的粘接剂，其中在由所述固定部件固定的所述壳体和所述基底的整个结合表面上涂敷所述粘接剂。
有益效果
如上所述，本实用新型包括用于在MEMS芯片下方形成附加背音室的音室壳体，以增大所述MEMS芯片的背音室空间，从而提高灵敏度并改善THD(总谐波失真)之类的噪音问题。
另外，当在基底中而不是壳体中形成声孔时，可通过不同的方法将传声器安装在主PCB上。因此，安装空间可较小。另外，由于所述壳体通过激光焊接固定到PCB上并通过粘接剂粘接，该壳体在粘接过程中是固定的，从而防止产生缺陷，并且由于高粘接强度而改善了机械稳固性。由此，根据本实用新型的硅电容传声器耐外部噪音，并降低了加工成本和制造成本。
虽然参照本实用新型的优选实施方式具体示出并描述了本实用新型，但是本领域技术人员应明白在不背离本实用新型的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行各种变换。
附图说明
图1是用在硅电容传声器中的传统MEMS芯片结构的示例图；
图2是示出采用MEMS芯片的传统硅电容传声器的侧剖视图；
图3是示出根据本实用新型第一实施方式的硅电容传声器的侧剖视图，该硅电容传声器具有附加背音室和在PCB中的声孔；
图4是示出根据本实用新型第二实施方式的硅电容传声器的侧剖视图，该硅电容传声器具有附加背音室和在PCB中的声孔；
图5是根据本实用新型的方柱形附加背音室的示例图；
图6是根据本实用新型的圆柱体形附加背音室的示例图；
图7是示出根据本实用新型第一实施方式的一个实施例的侧剖视图，其中具有形成在组件表面上的连接端子的传声器安装在主PCB上；
图8是示出根据本实用新型第二实施方式的一个实施例的侧剖视图，其中传声器安装在主PCB上。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本实用新型的上述目的以及其他目的、特性和优点。
图3是示出根据本实用新型第一实施方式的硅电容传声器的侧剖视图，该硅电容传声器具有附加背音室和在PCB中的声孔。
如图3所示，根据第一实施方式的具有附加背音室152和声孔140a的硅电容传声器100具有这样的结构，其中用于形成附加背音室152的音室壳体150和用于驱动MEMS芯片110的电信号的ASIC芯片120布置在具有导电图案141和连接端子142和144的PCB基底140上，MEMS芯片110布置在音室壳体150上，且壳体130附接到PCB基底140上。导电图案141和接地端子144经由通孔146连接。
音室壳体150增大了MEMS芯片110的背音室空间，从而提高了灵敏度并改善了THD(总谐波失真)之类的噪音问题，其中在音室壳体150的上表面上布置有通孔150a，其用于使由MEMS芯片110形成的背音室15与附加背音室152连通。MEMS芯片110具有如图1所示的结构，其中利用MEMS技术在硅晶片14上形成背板13，并形成振动板11，使间隔件12位于振动板与背板之间。音室壳体150可以具有方柱或圆柱体形状，并且可以利用金属或成型树脂制造。另外，虽然没有示出，但是在音室壳体150上布置有电力配线，以将MEMS芯片110的电信号传送给ASIC芯片120。
在PCB基底140上布置有：上表面上具有通孔150a的音室壳体150，该音室壳体用于形成附加背音室；MEMS芯片110，该芯片附接到音室壳体150的通孔150a上以扩展背音室；以及ASIC芯片120，导电图案141布置在PCB基底140的与壳体130接触的部分上。用于供外部声音穿过的声孔140a布置在安装音室壳体150的位置处，围绕布置在PCB基底140的下表面处的声孔140a布置有密封垫148，用于通过钎焊对声孔140a进行孔密封，从而防止在主PCB(图7中的附图标记310)与传声器之间的空间中发生声波失真。附图标记148a表示由密封垫148形成的声孔。
壳体130为一个表面敞开的金属壳体，其中壳体130具有圆柱体或方柱形状。壳体130具有与PCB基底140的导电图案141接触的端部并且还具有封闭的底表面，以防止外部声音流入。这样将壳体130附接到PCB基底140上，即：使金属壳体130对准PCB基底140上形成的导电图案141，然后通过激光焊接或点焊在至少两点处进行点焊，之后利用环氧树脂之类的粘接剂164密封壳体130与PCB基底140的接触部分。附图标记162表示焊点。
根据用于制造第一实施方式的硅电容传声器100的方法，在将音室壳体150安装在PCB基底140上，使得PCB基底140的声孔140a定位在附加背音室152的内侧，并将ASIC芯片120安装在PCB基底140上之后，将MEMS芯片110附接到音室壳体150上，使得音室壳体150的通孔150a定位在MEMS芯片110的背音室15的内侧。
之后，通过激光焊接将具有圆柱体或方柱形状的壳体130固定到PCB基底140的导电图案141上。通过粘接剂164将壳体130粘接到PCB基底140上。粘接剂164可以为导电环氧树脂、非导电环氧树脂、银膏、硅、氨基甲酸乙酯、丙烯和焊糊。
参照图3，具有由音室壳体150形成的附加背音室152的MEMS芯片110以及ASIC 芯片120安装在PCB基底140上，且方形或圆形导电图案141布置在与具有圆柱体或方柱形状的壳体130接触的部分处。
由于PCB基底140的尺寸大于具有圆柱体或方柱形状的壳体130的尺寸，因此可以在大的PCB基底上自由地布置用于连接到外部设备上的连接焊盘或连接端子，并通过利用传统的PCB制造工艺设置铜膜然后镀镍或金来制造导电图案141。可以用陶瓷基底、FPCB基底或金属PCB来代替PCB基底140。
具有圆柱体或方柱形状的壳体130与PCB基底140接触的表面敞开，使得芯片组件可以容纳在该壳体内，其中壳体的上表面封闭，使得外部声音不能流入。可以利用黄铜、铜、不锈钢、铝或镍合金来制造壳体130并可镀金或银。
在使壳体130对准PCB基底140的导电图案141之后，利用激光焊机(未示出)用激光焊接作为接触部分的一部分的焊点162，以将壳体130固定到PCB基底140上。之后，通过在整个接触部分上涂敷粘接剂164完成传声器的组装。所述焊接是指在一个或多个点(优选为两个或四个点)进行点焊，以将壳体130固定到PCB基底140上，而不是焊接壳体130与PCB基底140的整个接触表面。通过这种焊接而形成在壳体130和PCB基底140之间的结合点被称为焊点162。壳体130通过焊点162固定到PCB基底140上，使得壳体130在利用粘接剂164粘接或固化工艺期间不移动从而在合适位置粘接。另外，导电图案141通过通孔146连接到接地端子144，并且当壳体130被粘接时，外部噪音被阻挡，从而消除了噪音。
可以在PCB基底140的底表面上形成至少二到八个连接端子142和144，以与外部设备连接，且每个连接端子142和144通过通孔与芯片组件侧电连接。具体地说，根据本实用新型的实施方式，当连接端子142和144关于PCB基底140延伸时，通过暴露表面可便于利用电焊料进行再加工。
根据本实用新型的实施方式，虽然将激光焊接例示为用于将壳体130固定到PCB基底140上的方法，但是也可以使用钎焊或冲孔来将壳体130固定到PCB基底140上，并且可以使用导电环氧树脂、非导电环氧树脂、银膏、硅、氨基甲酸乙酯、丙烯和焊糊作为粘接剂164。
图4是示出根据本实用新型第二实施方式的硅电容传声器的侧剖视图，该硅电容传声器具有附加背音室和在PCB中的声孔。第一实施方式的硅电容传声器100与第二实施方式的硅电容传声器100′的不同之处在于声孔140a形成在PCB基底140中的位置，其中在第一实施方式的情况下，声孔140a形成在由音室壳体150形成的附加背音室152的位置处，而在第二实施方式的情况下，声孔140a远离音室壳体150形成在音室壳体150与ASIC芯片120之间。
因此，第一实施方式的硅电容传声器100具有这样的背式结构，其中外部声音通过PCB基底140的声孔140a到达附加背音室152，而第二实施方式的硅电容传声器100′具有这样的结构，其中外部声音经过PCB基底140的声孔140a然后经过壳体130中的空间到达MEMS芯片110。根据第一实施方式，在图1所示的MEMS芯片的结构中，优选的是背板13和振动板11的位置可交换。
根据第二实施方式的硅电容传声器100′，由于除了声孔140a的位置之外其构造与第一实施方式的硅电容传声器100的相同，因此省略额外进行详细描述。
图5是根据本实用新型的方柱形附加背音室的示例图，而图6是根据本实用新型的圆柱体形附加背音室的示例图。
如图5和图6所示，用于形成附加背音室152的音室壳体150可以具有方柱150′和圆柱体150″的形状，且在方柱150′或圆柱体150″的上部布置有通孔150a，以形成通向MEMS芯片110的背音室15的路径。
可以通过将具有不同形状的壳体130附接到PCB基底140上，来制造具有不同形状的硅电容传声器100。ASIC芯片120和MEMS芯片110安装在PCB基底140上。MEMS芯片110包括由音室壳体150形成的附加背音室152。例如，壳体可以具有圆柱体形状、方柱形状、在其一端具有翼部的圆柱体形状，或者在其一端具有翼部的方柱形状。
图7是示出根据本实用新型第一实施方式的一个实施例的侧剖视图，其中具有形成在组件表面上的连接端子的传声器安装在主PCB上。
如图7所示，根据可选的第一实施方式的硅电容传声器，在通过焊接将圆柱体或方柱形状的壳体130固定到比该壳体大的PCB基底140上之后，通过粘接剂164粘接壳体130。在PCB基底140的组件侧布置有连接端子142和144，用于连接至供安装传声器的产品的主PCB 310的连接焊盘320。可以形成至少二至八个连接端子。附图标记162表示焊点。当连接端子延伸到基底的侧壁或除该侧壁外还延伸到组件侧相对表面时，会改善电焊料的热传递，从而便于进行再加工。
供安装硅电容传声器的产品的主PCB 310包括圆形或方形插入孔310a，用于安装硅电容传声器的壳体130。布置有与布置在传声器的PCB基底140上的连接端子142和144相对应的连接焊盘320。
如图7所示，根据安装在主PCB 310上的硅电容传声器，主PCB 310的连接焊盘320通过焊料330连接到连接端子142和144，并且在基底140的组件侧中央突出的壳体130插入到主PCB 310的插入孔310a中。
因此，根据本实用新型的安装方法，由于在传声器的PCB基底上突出的壳体130被插入到主PCB 310的插入孔310a中，因此安装后的整体高度小于其中连接端子形成在供安装主PCB的组件侧的相对侧上的传统传声器，从而可以有效地利用安装产品所需的空间。
图8是示出根据本实用新型第二实施方式的一个实施例的侧剖视图，其中传声器安装在主PCB上。
如图8所示，根据本实用新型第二实施方式的硅电容传声器的构造与图4所示的相同，并且供安装第二实施方式的硅电容传声器的主PCB300包括用于供形成外部源的声音通过的声孔300a、围绕声孔300a布置的密封垫302、以及与传声器的连接端子142和144相对应的连接焊盘304。
因此，在使形成在第二实施方式的硅电容传声器的PCB基底140上的声孔140a与主PCB 300上的声孔300a对准，并使连接端子142和144与连接焊盘304对准之后，通过焊料330将硅电容传声器附接到主PCB300上。
工业应用性
本实用新型包括用于在MEMS芯片下方形成附加背音室的音室壳体，以增大MEMS芯片的背音室空间，从而提高了灵敏度并改善了THD(总谐波失真)之类的噪音问题。
Claims (7)
1、一种硅电容传声器，该硅电容传声器包括壳体、MEMS芯片和ASIC芯片，其特征在于：
所述壳体用于阻挡外部声音流入，
该硅电容传声器还包括：
基底，该基底包括音室壳体、具有由所述音室壳体形成的附加背音室的所述MEMS芯片、用于操作所述MEMS芯片的所述ASIC芯片、用于结合至所述壳体的导电图案，以及用于供外部声音穿过的声孔；
用于将所述壳体固定到所述基底上的固定部件；和
用于粘接所述壳体和所述基底的粘接剂，其中在由所述固定部件固定的所述壳体和所述基底的整个结合表面上涂敷所述粘接剂。
2、根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，所述声孔布置在所述基底的与所述附加背音室的位置相对应的部分上。
3、根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，该传声器还包括用于防止声波失真的密封垫，所述密封垫围绕所述基底的所述声孔布置。
4、根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，所述固定部件包括通过激光焊接或钎焊形成的焊点，并且
其中所述粘接剂包括导电环氧树脂、非导电环氧树脂、银膏、硅、氨基甲酸乙酯、丙烯和焊糊中的一种。
5、根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，所述壳体包括圆柱形壳体或方柱形壳体，并且其中所述壳体的一端部为直线型或向外弯曲而形成翼部。
6、根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，所述音室壳体包括圆柱形音室壳体或方柱形音室壳体，并包括与所述MEMS芯片的背音室连通的通孔。
7、根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，所述基底包括PCB、陶瓷基底、FPCB基底和金属PCB中的一种。
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