CN203219488U

CN203219488U - Mems传声器及受音装置

Info

Publication number: CN203219488U
Application number: CN 201320147452
Authority: CN
Inventors: 万景明; 杨少军
Original assignee: Shandong Gettop Acoustic Co Ltd
Current assignee: Gettop Acoustic Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2023-03-28

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS传声器及受音装置，其中，MEMS传声器包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连接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，印刷电路板上设有音孔；集成电路芯片和MEMS芯片固定在印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；音孔的位置与振膜在印刷电路板的相对位置偏离设置，音孔通过一隧道与MEMS芯片前腔连通。本实用新型通过在印刷电路板和MEMS芯片之间设置隧道，当有较大声压或气压通过音孔时，可以增加声音阻尼，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传声器及受音装置

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传声器及受音装置。

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。

这种新型传声器内含两个芯片―MEMS芯片和专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，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传声器与传统电容式传声器（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传声器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传声器相对于传统ECM传声器更易于组合成传声器阵列，且稳定性很高，结合后端的语音算法，传声器阵列能够实现通话的指向性和提高通话质量。基于上述特性，MEMS传声器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。

现有的MEMS传声器分前进音和零高度两种结构，现有的零高度MEMS传声器的具体结构参照图1所示，包括：印刷电路板1、MEMS芯片2、ASIC芯片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。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。

从上述零高度MEMS传声器的结构可知：现有的零高度MEMS传声器中MEMS芯片正对音孔，外部声(气)压直接施加在MEMS芯片上。但MEMS传声器内部的关键性器件—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，在较高频率的声波或气压的冲击下会发生过度形变而破碎，由此导致整个传声器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传声器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芯片的损坏风险。

发明内容

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接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；所述音孔的位置与所述振膜在所述印刷电路板的相对位置偏离设置，所述音孔通过一隧道与所述MEMS芯片前腔连通。

优选的，所述隧道开设于所述印刷电路板上。

优选的，在所述MEMS芯片与所述印刷电路板之间设置有开设有凹槽的垫片；所述隧道由所述凹槽与所述印刷电路板组合形成。

优选的，所述隧道与所述MEMS芯片前腔的连通处设置有阻隔层。

优选的，所述阻隔层上开设有若干透气孔。

优选的，所述阻隔层与所述隧道一体加工成型。

优选的，所述垫片为不锈钢垫片、铜垫片、玻璃垫片或塑料垫片。

优选的，所述阻隔层上的透气孔为规则排列的小圆孔。

另一方面，本实用新型还提供了一种受音装置，包括上述任一所述的MEMS传声器。

优选的，所述装置为录音设备、移动通信终端、车载免提受话器、助听器、超声雷达定位装置或3D位置采集器。

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：

本实用新型通过音孔与MEMS芯片的振膜偏离设置，在音孔与MEMS芯片前腔之间设置隧道，当有较大声压或气压通过音孔、隧道触发振膜振动时，可以增加声音阻尼，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传声器实施例一的结构示意图；

图3是本实用新型MEMS传声器实施例二的结构示意图；

图4-1是本实用新型MEMS传声器的垫片的结构示意图；

图4-2是图4-1所示垫片的后视图；

图4-3是图4-1所示垫片的剖视图；

图5是本实用新型MEMS传声器中设置有阻隔层的垫片的结构示意图；

图6是本实用新型MEMS传声器的阻隔层的结构示意图。

附图标记

1—印刷电路板；2—MEMS芯片；3—MEMS片封装胶；4—金属线；5—ASIC芯片；6—固定胶；7—封装胶；8—传声器外壳；9—密封胶；10—隧道；11—振膜；12—音孔；13—阻隔层；14—垫片；15—透气孔；16—凹槽。

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2示出了本实用新型MEMS传声器实施例一的结构示意图，MEMS传声器包括：印刷电路板1、MEMS芯片2、ASIC芯片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，也可以采用锡膏等进行密封。

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。振膜11设置于MEMS芯片2上。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。

需要说明的是，上述实施例中ASIC芯片5、 MEMS芯片2与印刷电路板1的固定连接方式不应作为对本实用新型的限制。

音孔12开设在印刷电路板1上，音孔12与振膜11在印刷电路板1上的相对位置偏离设置，即音孔12不正对MEMS芯片2设置。

印刷电路板1的内部还开设有一条隧道10。隧道10的一端与音孔12连通，另一端与MEMS芯片前腔连通，即音孔12通过隧道10与MEMS芯片前腔连通。隧道10可以是直线形的，也可以是弯曲的。

本实用新型实施例提供的MEMS传声器的工作过程为：外界的声压或气压通过音孔12经隧道10进入MEMS传声器的腔体内部，通过与隧道10连通的MEMS芯片前腔触发MEMS芯片2的振膜11振动，之后通过MEMS芯片、ASIC芯片将声音的模拟信号转换为电信号，实现声电转换。

采用本实用新型实施例提供的MEMS传声器，当高频声源或高气压通过音孔12进入上述MEMS传声器内部时，先通过隧道10，然后经MEMS芯片前腔触发振膜11振动。公知地，高频声源或高气压具有比较强的指向性，如果音孔正对MEMS芯片的振膜设置，在较大声压或气压下，振膜发生较大形变，很容易损坏。本实用新型实施例中的隧道的设置可以增加声阻，削弱高频信号的指向性，起到缓冲作用，实现有效保护MEMS传声器的目的。

另外，本实用新型还提供了另一MEMS传声器实施例。参照图3所示的本实用新型MEMS传声器实施例二的结构示意图，本实用新型实施例与图2所示的MEMS传声器实施例一不同之处是：在ASIC芯片5和MEMS芯片2与印刷电路板1之间增加了开设有凹槽的垫片14。垫片14上的凹槽与印刷电路板1结合形成隧道10。

具体地，在由传声器外壳8和印刷电路板1形成的腔体内部，ASIC芯片5通过固定胶6粘接在垫片14上，并通过封装胶7进行封装。MEMS芯片2通过MEMS片封装胶3固定在垫片14上。振膜11设置于MEMS芯片2上。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。

音孔12开设在印刷电路板1上，音孔12与振膜11在印刷电路板上的相对位置偏离设置。开设在印刷电路板1上的音孔12与隧道10连通，形成MEMS传声器的传声通道。

图4-1示出了本实用新型实施例二中垫片14的结构示意图，凹槽16开设于垫片14上。图4-2是图4-1所示垫片实施例的后视图，如图所示，凹槽16的一端在垫片14上是开通的，即凹槽的一端连接一通孔，该通孔可以是与MEME芯片连通的圆形通孔。该通孔的位置与MEMS芯片前腔相对设置。具体结构参见图4-3所示的垫片实施例的剖视图。

垫片14的材料可以使用如不锈钢、铜、铁、合金等金属材料，也可以使用非金属材料如玻璃、塑料等。

本实用新型实施例的设计原理是：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14上的隧道10进入到MEMS芯片2前腔，冲击MEMS芯片上的振膜11，垫片14上的隧道10起到增加声音阻尼的作用，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。

本实用新型实施例二与实施例一相比，只需简单增加一个垫片，通过在垫片上开设的凹槽与印刷电路板结合形成隧道，具有设计简单，方便加工等优点。

优选的，在上述实施例一和实施例二中，隧道10与MEMS芯片的连通处可以设置有阻隔层13，形成一个声音通道的阻尼，参照图2、图3所示。阻隔层13上开设有若干透气孔。透气孔可以是无规则排列的小孔，也可以是规则排列的小孔。小孔可以是任意形状，本实用新型对小孔的形状和排列方式均不作限制。

在具体加工工艺中，阻隔层13与隧道10或凹槽16可以一体加工成型，即隧道与MEMS芯片前腔的对应位置处不完全开通，在印刷电路板或垫片上形成一个薄的阻隔层13。阻隔层13也可以是单独设置在隧道开口处的薄膜片，如图5所示的设置有阻隔层13的垫片的示意图。阻隔层13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。

图6示出了阻隔层13实施例的结构示意图，如图所示，阻隔层13上设置有规则排列的透气孔15。透气孔15可以是小圆孔，也可以是其它形状的小孔。

需要说明的是，本实用新型实施例还可以通过隧道的空间设置、对阻隔层上透气孔的位置、形状、数量、大小的设置，制作宽频的MEMS传声器，满足市场对宽频MEMS传声器的要求。

阻隔层13的设置可以进一步增加声阻，降低高频声源信号或高气压的指向性，进一步保护MEMS传声器的振膜。

综上所述，本实用新型通过音孔与MEMS芯片的振膜偏离设置，在音孔与振膜的迎音面之间增设隧道，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，本实用新型实施例还提供一种设置有上述任一MEMS传声器实施例的受音装置。该受音装置可以为录音设备如录音笔、移动通信终端如手机、笔记本电脑、车载免提受话器、助听器、超声雷达定位装置或3D位置采集器等。

本实用新型实施例提供的设置有上述MEMS传声器的受音装置具有较高的可靠性，使用寿命长等优点。

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传声器及受音装置，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接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，所述音孔的位置与所述振膜在所述印刷电路板的相对位置偏离设置，所述音孔通过一隧道与所述MEMS芯片前腔连通。

2.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述隧道开设于所述印刷电路板上。

3.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，在所述MEMS芯片与所述印刷电路板之间设置有开设有凹槽的垫片；所述隧道由所述凹槽与所述印刷电路板组合形成。

4.根据权利要求2或3所述的MEMS传声器，其特征在于，所述隧道与所述MEMS芯片前腔的连通处设置有阻隔层。

5.根据权利要求4所述的MEMS传声器，其特征在于，所述阻隔层上开设有若干透气孔。

6.根据权利要求4所述的MEMS传声器，其特征在于，所述阻隔层与所述隧道一体加工成型。

7.根据权利要求2所述的MEMS传声器，其特征在于，所述垫片为不锈钢垫片、铜垫片、玻璃垫片或塑料垫片。

8.根据权利要求5所述的MEMS传声器，其特征在于，所述阻隔层上的透气孔为规则排列的小圆孔。

9.一种受音装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的MEMS传声器。

10.根据权利要求9所述的受音装置，其特征在于，所述装置为录音设备、移动通信终端、车载免提受话器、助听器、超声雷达定位装置或3D位置采集器。