CN208821085U - 一种mems麦克风封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种MEMS麦克风封装结构。该封装结构包括：基板、MEMS芯片、壳体以及调节件，所述壳体与所述基板固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体；所述封装结构主体上开设有声孔，所述MEMS芯片设置在远离所述声孔的位置，所述MEMS芯片上具有振膜，所述MEMS芯片和所述调节件被配置为将所述封装结构主体分隔为前腔和背腔，所述声孔经所述前腔与所述振膜的一侧连通，所述背腔与所述振膜的另一侧连通；所述调节件在正对所述声孔的位置形成有气阀，所述气阀被配置为，当受到大气流冲击时打开，形成与所述背腔连通的通道。本实用新型的一个技术效果是，减小了气流对振膜的冲击，提高了麦克风的抗气流冲击性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及微机电技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种MEMS麦克风封装结构。
背景技术
目前，随着人们对声学器件性能要求越来越高，其中，对于麦克风装置，人们对其信噪比、灵敏度以及声学性能都提出了更高的要求。麦克风的结构设计成为了本领域技术人员的一个研究重点。
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)是一种微型器件，常与集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片封装在麦克风中。MEMS芯片通过振膜感知声学信号，从而将声学信号转换为电信号。
通常，MEMS芯片和ASIC芯片是设置在由基板和壳体构成的封装结构内，封装结构上设置有供声音进入的声孔。但由于麦克风的振膜厚度较薄，抗吹气性能差。当强气流通过声孔直接进入封装结构内部，强气流会对振膜产生影响，易导致振膜破裂、麦克风功能失效等问题。
因此，有必要提出一种新型的MEMS麦克风封装结构，以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种MEMS麦克风封装结构。
根据本实用新型的一个方面，提供一种MEMS麦克风封装结构。该封装结构包括：基板、MEMS芯片、壳体以及调节件，所述壳体与所述基板固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体；
所述封装结构主体上开设有声孔，所述MEMS芯片设置在远离所述声孔的位置，所述MEMS芯片上具有振膜，所述MEMS芯片和所述调节件被配置为将所述封装结构主体分隔为前腔和背腔，所述声孔经所述前腔与所述振膜的一侧连通，所述背腔与所述振膜的另一侧连通；
所述调节件在正对所述声孔的位置形成有气阀，所述气阀被配置为，当受到大气流冲击时打开，形成与所述背腔连通的通道。
可选地，所述基板上开设有连通槽，所述调节件上形成有通孔，所述调节件与所述连通槽围合形成经所述通孔连通至振膜的声音通道。
可选地，所述调节件上开设有切缝，所述切缝在所述调节件上切割形成可以弹起的弹片，所述弹片作为所述气阀。
可选地，所述声孔位于所述基板上，所述调节件与所述基板构成由声孔连通至振膜一侧的前腔，气流经所述气阀，进入由所述调节件、所述封装结构主体和所述MEMS芯片围合成的背腔。
可选地，所述声孔位于所述壳体上，所述调节件对应所述声孔位置向靠近所述声孔的方向延伸形成凸起部，所述气阀形成在所述凸起部的顶端，所述凸起部内形成有用于构成至少一部分所述背腔的腔体。
可选地，所述调节件下表面的边缘与所述基板连接，所述MEMS芯片设置在所述调节件的上表面。
可选地，所述通孔与所述振膜正对。
可选地，所述连通槽的深度是0.05mm-0.1mm。
可选地，所述调节件的材料是金属材料。
可选地，所述调节件与所述基板电连接。
本实用新型的一个技术效果在于，通过在封装结构内部设置具有微孔的调节件，该调节件能够平衡MEMS芯片上振膜两侧的压力，减少强气流对振膜造成的冲击，可以有效提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型具体实施方式提供的封装结构的剖面结构示意图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的封装结构的应用示意图；
图3是本实用新型具体实施方式提供的调节件的俯视图；
图4是本实用新型具体实施方式提供的封装结构的剖面结构示意图；
图5是本实用新型具体实施方式提供的封装结构的应用示意图；
图6是本实用新型具体实施方式提供的调节件的俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1和图2以及图3和图4示出了MEMS麦克风封装结构的剖面结构示意图，从图2和图4对该封装结构在实际应用中的状态进行了示意；图3和图6分别示出了具体实施方式中提供的调节件的俯视图。现以图1至图6为例，对本实用新型的MEMS麦克风封装结构的细节、原理等进行详尽的描述。
本实用新型提供一种MEMS麦克风封装结构，该封装结构包括：基板10、MEMS芯片30、壳体20以及调节件40，所述壳体20与所述基板10固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体12。其中，壳体20是一体成型的金属或塑料外壳，基板10是电路板，如PCB板。MEMS芯片30在是固定在基板10上，例如，可通过粘接或贴装等方式；同时，MEMS芯片也可采用本领域技术人员熟知的方式与基板形成电连接，在此不做过多说明。
具体地，所述封装结构主体12上开设有声孔13，声孔13可以是位于封装结构主体12的任意位置，所述MEMS芯片30设置在远离所述声孔13的位置。所述MEMS芯片30上具有振膜31，所述MEMS芯片30和所述调节件40被配置为将所述封装结构主体12分隔为前腔和背腔。所述声孔13经所述前腔与所述振膜31的一侧连通，所述背腔与所述振膜31的另一侧连通。需要特别说明的是，“前腔”是指从声孔连通至振膜一侧的区域，“背腔”是与“前腔”相对的剩余区域。“前腔”和“背腔”都是从功能上对封装结构内部的区域进行划分的。
进一步地，所述调节件40在正对所述声孔13的位置形成有气阀411。所述气阀被配置为，当受到大气流冲击时打开，形成与所述背腔连通的通道。其中，气阀是可供少量气流通过的结构，本实施例并不限制气阀的种类或形状。当无气流进入声孔时，气阀关闭；当气流通过声孔进入封装结构主体内时，气流的冲击以及局部压力增大，会使气阀打开，少量气流可以通过气阀进入封装结构内部，以实现快速均压的作用。
由于MEMS麦克风封装结构中，MEMS芯片30具有由侧壁和振膜31围成的内腔32。该振膜通常为多晶硅材料且厚度较薄。当气流直接通过声孔进入腔体，强气流对振膜造成冲击，易导致振膜破裂，麦克风功能失效。本实施例通过在封装结构内部设置调节件，在强气流进入声孔后，少量气流通过调节件上的气阀进入封装结构内部，以平衡MEMS芯片上振膜两侧的压力，减少强气流对振膜造成的冲击，可以有效提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
进一步地，所述基板10上开设有连通槽11，该连通槽11是从所述基板10的内表面向下开设形成的。其中，连通槽11的长度小于所述调节件40的长度，调节件的形状与基板的形状相似，调节件设置在基板上，所述调节件下表面的边缘与所述基板连接，所述MEMS芯片设置在所述调节件的上表面。在调节件40上还形成有通孔41，所述调节件40与所述连通槽11围合形成经所述通孔41连通至振膜31的声音通道。一方面，连通槽给气流流通提供了通道；另一方面，经过连通槽的气流强度大幅度降低，减少了对振膜的冲击。
其中，所述连通槽的深度是0.05mm-0.1mm。连通槽在这个范围内，一方面，不会对基板的强度以及功能造成影响；另一方面，适宜深度的连通槽可以满足气流流通、平衡气压的需求。
本实施例中，通孔可以是圆形、矩形等任意形状。进入气流通道的气流可以直接经过通孔41进入MEMS芯片30的内腔32，以实现平衡均压的作用。如图2和图3所示，本实施例中，所述通孔41呈圆形，圆形的通孔与MEMS芯片30的内腔32正对。这样，通过连通槽11的气流可以直接经过通孔41进入MEMS芯片30的内腔32，以实现平衡均压的作用。本实施例对通孔形状、尺寸均不作限定，能够实现气流流通的通孔均在本申请的保护范围之内。
类似地，也可以在调节件朝向基板的表面上开设用于连通MEMS芯片内腔的连通槽。由于调节件具有一定的厚度，通过微孔进入的气流流经连通槽，可以直接进入MEMS芯片的内腔，同样可以达到平衡均压的效果。
可选地，所述调节件上开设有切缝，所述切缝在所述调节件上切割形成可以弹起的弹片，所述弹片作为所述气阀。其中，该弹片可以是U形或矩形，当调节件正对声孔的位置受到气流冲击时，该弹片可以弹起，使少量气流通过弹起的弹片进入封装结构内部。
或者，还可以在调节件正对所述声孔的区域上开设多个刺破形微孔，微孔的孔径很小，不会对麦克风的声学性能产生影响。当气流通过声孔进入封装结构内，气流的冲击以及局部压力增大，会使微孔发生变形，即微孔张开，少量气流可以通过微孔进入封装结构内部，以实现快速均压的作用。
在一种可能的实施方式中，所述声孔位于所述基板上。如图1所示，在基板10上远离MEMS芯片30的一侧开设有声孔13。所述调节件40与所述基板10构成由声孔13连通至振膜31一侧的前腔，气流经所述气阀411，进入由所述调节件40、所述封装结构主体12和所述MEMS芯片30围合成的背腔。如图1所示，在基板10上远离MEMS芯片30的一侧开设有声孔13。所述调节件40是平板结构，调节件40位于MEMS芯片30和所述基板10之间，调节件40朝向所述MEMS芯片30的位置开设有通孔41，调节件40正对所述声孔13的部分形成有气阀。在基板10的内表面上开设有连通槽11，调节件40与连通槽11的边缘连接，这样，调节件和MEMS芯片将封装结构主体分隔为前腔和背腔。
如图2所示，当气流进入声孔13后，一部分气流会流入基板10上的连通槽11内，并通过调节件40上的通孔41进入MEMS芯片30的内腔，即前腔；气流的冲击以及局部压力增大，会使气阀411打开，少量气流通过气阀411进入封装结构主体12的内部，即背腔。这样，通过两种路径进入气流可使振膜两侧快速均压，减少了单向气流对振膜的冲击以及振膜内外压力不平衡的问题，进一步保护了振膜免受损伤。
在另一种可能的实施方式中，所述声孔位于所述壳体上，如图4所示，在壳体20上远离MEMS芯片30的一侧开设有声孔13。所述调节件对应声孔13的位置向靠近所述声孔13的方向延伸形成凸起部42，凸起部可以是圆柱形、长方体形、球形等多种形状。所述气阀411形成在所述凸起部42的顶端，所述凸起部42内形成有用于构成至少一部分所述背腔的腔体。其中，凸起部42与所述声孔13间隔一定距离，可使气流从该间隙中通过。在基板10的内表面上开设有连通槽11，调节件40与连通槽11的边缘连接，这样，调节件40和MEMS芯片30将封装结构主体分隔为前腔和背腔。
如图5所示，当气流进入声孔13后，一部分气流会通过凸起部42与声孔13之间的间隙进入MEMS芯片30的内腔32，即前腔；气流的冲击以及局部压力增大，会使气阀411打开，少量气流通过气阀进入封装结构主体12的内部，即背腔。这样，通过两种路径进入气流可使振膜两侧快速均压，减少了单向气流对振膜的冲击以及振膜内外压力不平衡的问题保护了振膜免受损伤。特别地在靠近所述声孔的方向延伸形成的凸起部增加了后声腔的容积，可进一步提升麦克风的声学性能。
可选地，所述调节件40的材料是金属材料，调节件40和基板10电连接。例如，可以在调节件和基板之间设置导电材料，如导电胶等，以实现调节件和所述基板的电连接。
在实际应用中，装配在产品中的麦克风和天线距离较近，天线的电磁波会对MEMS芯片中的振膜造成一定的干扰。本实施例采用金属的调节件可以将射频信号屏蔽掉，实现抗电磁波干扰的作用。同时，金属材质的调节件具有较强的刚性，调节件的边缘与基板固定连接，降低了基板应力对MEMS芯片的影响。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种MEMS麦克风封装结构，其特征在于，包括基板、MEMS芯片、壳体以及调节件，所述壳体与所述基板固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体；
所述封装结构主体上开设有声孔，所述MEMS芯片设置在远离所述声孔的位置，所述MEMS芯片上具有振膜，所述MEMS芯片和所述调节件被配置为将所述封装结构主体分隔为前腔和背腔，所述声孔经所述前腔与所述振膜的一侧连通，所述背腔与所述振膜的另一侧连通；
所述调节件在正对所述声孔的位置形成有气阀，所述气阀被配置为，当受到大气流冲击时打开，形成与所述背腔连通的通道。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述基板上开设有连通槽，所述调节件上形成有通孔，所述调节件与所述连通槽围合形成经所述通孔连通至振膜的声音通道。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述调节件上开设有切缝，所述切缝在所述调节件上切割形成可以弹起的弹片，所述弹片作为所述气阀。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述声孔位于所述基板上，所述调节件与所述基板构成由声孔连通至振膜一侧的前腔，气流经所述气阀，进入由所述调节件、所述封装结构主体和所述MEMS芯片围合成的背腔。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述声孔位于所述壳体上，所述调节件对应所述声孔位置向靠近所述声孔的方向延伸形成凸起部，所述气阀形成在所述凸起部的顶端，所述凸起部内形成有用于构成至少一部分所述背腔的腔体。
6.根据权利要求4或5任一所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述调节件下表面的边缘与所述基板连接，所述MEMS芯片设置在所述调节件的上表面。
7.根据权利要求2所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述通孔与所述振膜正对。
8.根据权利要求2所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述连通槽的深度是0.05mm-0.1mm。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述调节件的材料是金属材料。
10.根据权利要求9所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述调节件与所述基板电连接。
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