CN202931551U

CN202931551U - Mems传声器

Info

Publication number: CN202931551U
Application number: CN 201220585103
Authority: CN
Inventors: 万景明
Original assignee: Shandong Gettop Acoustic Co Ltd
Current assignee: Shandong Gettop Acoustic Co Ltd
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-11-08

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS传声器，包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连结形成的腔体中的集成电路芯片、MEMS芯片和设置于MEMS芯片上的振膜，所述印刷电路板上设有音孔；所述集成电路芯片和MEMS芯片固定在所述印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；在所述MEMS芯片与印刷电路板之间设置有包含透气孔的垫片。本实用新型通过在印刷电路板和MEMS芯片之间设置包含透气孔的垫片，当有较大声压或气压通过音孔时，可以增加阻尼，减小对振膜的冲击，进而能够简单有效地保护MEMS芯片，减少MEMS芯片振膜的破损风险，提高MEMS传声器的可靠性，延长MEMS传声器的使用寿命。

Description

MEMS传声器

技术领域

本实用新型涉及传声器技术领域，特别地，涉及一种MEMS传声器。

背景技术

MEMS麦克风是采用微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）工艺制作的microphone。其中，麦克风又称传声器。

这种新型麦克风内含两个芯片―MEMS芯片和专用集成电路(ASIC)芯片，两枚芯片封装在一个表面贴装器件封装体中。MEMS芯片包括一个刚性穿孔背电极和一片用作电容器的弹性硅膜。该弹性硅膜将声波转换为电容变化。ASIC芯片用于检测电容变化，并将其转换为电信号输出。

MEMS麦克风与传统电容式麦克风（ECM）相比，不仅具有很好的声学性能，还具有较高的信噪比和一致性较好的敏感度，并且在不同温度下的性能都十分稳定。MEMS麦克风的另一突出优点是功耗很低，平均只有70μW，工作电压范围1.5V～3.3V。而且，MEMS麦克风相对于传统ECM麦克风更易于组合成麦克风阵列，且稳定性很高，结合后端的语音算法，麦克风阵列能够实现通话的指向性和提高通话质量。目前Windows Vista已经内置了麦克风阵列的算法，因此各大笔记本厂家都在争相寻找高质量的MEMS麦克风，从而提高其视频通话中的语音传输质量。

基于上述特性，MEMS麦克风具有非常广泛的用途，既可用于智慧型手机，也可用于消费类电子产品、笔记本电脑以及医疗设备(如助听器)，还可应用于汽车行业(如免提通话装置)。甚至是将其应用于工业领域，例如用声波传感器监控设备运转。

MEMS麦克风分前进音和零高度两种结构，对于零高度产品，MEMS芯片正对音孔，没有保护装置，外部声(气)压直接施加在MEMS芯片上。但MEMS麦克风内部的关键性器件—MEMS芯片即振动组件上的振膜材料为既薄又脆弱的单晶或多晶硅结构，在较大声或气压冲击下会发生过度形变而破碎，由此会导致整个麦克风因振动组件损坏而无声音信号输出。另外，由于振膜材料为既薄又脆弱的单晶或多晶硅，在生产过程中，均会由于MEMS芯片破损造成一定的资源浪费，甚至会影响到产品的用户体验。以上现状为目前MEMS麦克风领域普遍存在的可靠性问题，也是MEMS芯片亟需解决的一个难题。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够降低MEMS传声器中MEMS芯片的损坏机率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种MEMS传声器，其包含的MEMS芯片能够得到有效保护，减小MEMS芯片上振膜的破损风险。

为了解决上述问题，一方面提供了一种MEMS传声器，包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连结形成的腔体中的集成电路芯片、MEMS芯片和设置于MEMS芯片上的振膜，上述印刷电路板上设有音孔；上述集成电路芯片和MEMS芯片固定在上述印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；在上述MEMS芯片与印刷电路板之间设置有包含若干透气孔的垫片。

优选的，上述垫片上的透气孔为规则排列的小圆孔。

优选的，上述垫片为不锈钢垫片。

优选的，上述垫片为铜垫片。

优选的，上述垫片为玻璃垫片。

优选的，上述垫片为塑料垫片。

优选的，上述垫片上透气孔的数量、位置、形状可调。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点：

本实用新型通过在印刷电路板和MEMS芯片之间设置包含透气孔的垫片，当有较大声压或气压通过音孔时，可以增加阻尼，减小对振膜的冲击，进而能够简单有效地保护MEMS芯片，减少MEMS芯片振膜的破损风险，提高MEMS传声器的可靠性，延长MEMS传声器的使用寿命。

附图说明

图1是现有MEMS传声器的结构示意图；

图2是本实用新型MEMS传声器实施例的结构示意图；

图3是本实用新型MEMS传声器的垫片的结构示意图；

图4是本实用新型MEMS传声器的实验测试结果示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1所示的现有的MEMS传声器的结构示意图，现有的MEMS传声器包括：印刷电路板1、MEMS芯片2、集成电路芯片（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）5、振膜11、传声器外壳8、音孔12。

其中，传声器外壳8与印刷电路板1结合形成腔体，内置ASIC芯片5和MEMS芯片2。传声器外壳8与印刷电路板1的连接处采用密封胶9进行密封，也可以采用锡膏进行密封。印刷电路板1上设置有音孔12。外界的声压或气压通过音孔12触发MEMS芯片上的振膜11振动。

在上述腔体内部，ASIC芯片5通过固定胶6粘接在印刷电路板1上，并通过封装胶7进行封装。MEMS芯片2通过MEMS片封装胶3固定在印刷电路板1上。MEMS芯片2上设置有振膜11。ASIC芯片5、MEMS芯片2和印刷电路板1通过金属线4实现三者的电连接，将信号送到印刷电路板1上然后输出。

参照图2示出了本实用新型MEMS传声器实施例的结构示意图，本实用新型实施例在图1所示的MEMS传声器的基础上增加了垫片10。本实施例中，垫片10通过粘结剂3与印刷电路板1、MEMS芯片2粘结。图3示出了垫片10的结构示意图，如图所示，垫片10上设置有规则排列的透气孔13。透气孔13可以是小圆孔，也可以是其它形状的小孔。垫片的材料可以使用金属如不锈钢、铜、铁等，也可以使用非金属材料如玻璃、塑料等。

本实用新型的设计原理是：当有较大声压或气压冲击通过音孔12之后，进入到传声器内部腔体，需要通过垫片10上的透气孔13进入到MEMS芯片2上，冲击MEMS芯片上的振膜11，垫片10上的透气孔13起到阻尼的作用，能够减小声压、气压对振膜11的冲击，起到保护MEMS芯片2的作用。

为了验证本实用新型实施例的效果，技术人员分别选取了25件无垫片的传声器和有垫片10的传声器作为实验对象，采用风枪对着传声器的音孔正面吹击的方式进行测试。实验方法为：调整风枪的气压和与传声器音孔12的距离，依次对上述各传声器进行吹击，查看传声器内MEMS芯片的振膜11有无破损。表一为测试结果。

表一

从表一可以看出：

没有设置垫片的传声器，在距离传声器音孔3厘米处、施加0.25MPa的情况下，已有5件振膜破损，而在同样距离对无垫片传声器施加0.35MPa，25件传声器的振膜全部损坏。

对于设置了垫片10的传声器，在距离3厘米处，25件传声器的振膜无一损坏。甚至在距离1厘米处，外加0.5MPa的压强的情况下，全部传声器内的MEMS芯片仍完好无损。

可见，本实用新型提供的设置了垫片的MEMS传声器能够有效保护MEMS芯片。

另外，参见图4所示的频响曲线对比图，可以清楚地看到垫片对频响曲线的影响。其中，黑色曲线显示了无垫片的传声器对不同音频的灵敏度响应，灰色曲线显示了有垫片的传声器对不同音频的灵敏度响应。

由于MEMS芯片2的固有特点，MEMS 传声器的曲线高频处是上翘的，而添加的垫片10可以起到阻尼的作用。从图4上可以很明显地看到5KHz之后的曲线变化，随着声音频率的提高，垫片上声阻提高，消耗的能量变大，可以将高频处的曲线下拉，而这种变化是可以通过改变垫片10上透气孔13的数量、形状、大小及位置来调控。因而，通过垫片10上透气孔13的设置，可以使传声器高频曲线处平整，实现较宽范围内的曲线平滑。因此，通过设置垫片10的方式可以制作宽频的MEMS传声器，满足市场对宽频MEMS传声器的要求。

综上所述，使用本实用新型提供的MEMS传声器，在较大声压或气压下，振膜发生较大形变，本实用新型通过在印刷电路板和MEMS芯片之间设置包含透气孔的垫片，当有较大声压或气压通过音孔时，可以增加阻尼，减小对振膜的冲击，进而能够简单有效地保护MEMS芯片，减少MEMS芯片振膜的破损风险，提高MEMS传声器的可靠性，延长MEMS传声器的使用寿命。

另外，通过对垫片上透气孔的位置、形状、数量、大小的设置，可以制作宽频的MEMS传声器，满足市场对宽频MEMS传声器的要求。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的一种MEMS传声器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种MEMS传声器，包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连结形成的腔体中的集成电路芯片、MEMS芯片和设置于MEMS芯片上的振膜，所述印刷电路板上设有音孔；所述集成电路芯片和MEMS芯片固定在所述印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；其特征在于，在所述MEMS芯片与印刷电路板之间设置有包含透气孔的垫片。

2.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片上的透气孔为规则排列的小圆孔。

3.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片为不锈钢垫片。

4.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片为铜垫片。

5.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片为玻璃垫片。

6.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片为塑料垫片。

7.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片上透气孔的数量、位置、形状可调。