CN208940246U - 一种mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MEMS麦克风，包括由基板和壳体围成的包括有容腔的外部封装；位于容腔内的补强板，以及MEMS芯片；基板上包括有声孔，补强板上包括有过声孔；过声孔包括形成于补强板内部的声音通道，第一开孔以及第二开孔；第一开孔的竖向投影与第二开孔的竖向投影不重叠。所述麦克风还包括有防水膜，补强板的与声孔对应部分的底面与防水膜之间留有间隔距离，该间隔距离为0.02mm‑0.08mm。本实用新型通过对麦克风结构的改进，提高了麦克风的结构强度以及结构稳定性，利于装配，且调节了麦克风的频响曲线，提高了产品的声学性能。

Description

一种MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及声电转换技术领域。更具体地，涉及一种MEMS麦克风。

背景技术

MEMS(微型机电系统)麦克风是一种基于MEMS技术制作出来的声电转换器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着电子设备的小巧化、轻薄化发展，MEMS麦克风被越来越多广泛地运用到诸如手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监听装置等电子设备上。

MEMS麦克风通常包括有MEMS芯片以及与之电连接的ASIC (ApplicationSpecific Integrated Circuit，功能集成电路)芯片，其中MEMS 芯片包括衬底以及固定在衬底上的振膜和背极，振膜和背极构成了电容器并集成在硅晶片上，声音由声孔进入麦克风并且作用在MEMS芯片振膜上，通过振膜的振动，改变振膜与背极之间的距离，从而将声音信号转换为电信号。

在传统MEMS麦克风的封装结构中存在如下缺陷：1、MEMS芯片多通过胶体粘贴在MEMS麦克风的基板上，由于基板较薄，MEMS芯片在与基板粘接固定时，基板易受MEMS芯片粘接固定的应力影响产生变形；另外当 MEMS麦克风在与外部设备通过焊接进行装配固定时，基于基板自身强度的限制，也会受回流焊的影响进而变形甚至损坏。2、通常声孔与MEMS芯片背腔对应设置，外界灰尘易从声孔进入MEMS芯片背腔，且外界的声音气流从声孔进入麦克风后，由于没有缓冲，易直接冲击MEMS芯片，导致麦克风发声不良。3、传统结构的MEMS麦克风的前腔形成了亥姆赫兹共振腔，入射声波自声孔进入MEMS麦克风的前腔，随着入射频率的增加，声波强度也会增强，当声波频率与亥姆霍兹共振腔的共振频率相同时，就会发生谐振现象，前腔内的声波强度会达到最强，影响麦克风的声学性能。

因此，需要提供一种新的MEMS麦克风，以解决现有技术所存在的诸多问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种MEMS麦克风。通过对MEMS麦克风结构的改进，提高了MEMS麦克风的结构强度以及结构稳定性，利于装配，且调节了MEMS麦克风的频响曲线，提高了产品的声学性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种MEMS麦克风，所述麦克风包括：

由基板和壳体围成的包括有容腔的外部封装；

位于容腔内且固定结合在所述基板顶面上的补强板；以及

结合固定在所述补强板的背离所述基板一侧表面的MEMS芯片；

所述基板上包括有声孔，所述补强板覆盖所述声孔，且所述补强板上包括有将MEMS芯片背腔与所述声孔连通的过声孔；

所述过声孔包括：

形成于所述补强板内部的声音通道；

位于所述声音通道一端的，且与所述MEMS芯片背腔对应设置的第一开孔；以及

位于所述声音通道另一端的，且与所述声孔对应设置的第二开孔；

所述第一开孔的竖向投影与所述第二开孔的竖向投影不重叠；

所述麦克风还包括有与所述基板结合固定的防水膜，所述防水膜覆盖所述声孔；所述防水膜包括与所述基板结合固定的固定部，以及与所述声孔对应的阻水透气部；

所述补强板的与声孔对应部分的底面与所述防水膜的阻水透气部之间留有间隔距离，该间隔距离为0.02mm-0.08mm。

此外，优选地方案是，所述第二开孔由若干形成于所述补强板上的微孔构成。

此外，优选地方案是，所述防水膜位于所述基板内，且通过注塑的方式与所述基板一体成型。

此外，优选地方案是，所述防水膜通过胶体结合固定于所述基板的背离 MEMS芯片一侧的底面上。

此外，优选地方案是，所述补强板包括有形成于所述第二开孔处的凸起部，该凸起部伸入所述声孔内，所述凸起部包括底壁，所述第二开孔形成于所述底壁上；

所述底壁的底面与所述防水膜的阻水透气部之间形成所述间隔距离。

此外，优选地方案是，所述第二开孔由若干形成于所述底壁上的微孔构成。

此外，优选地方案是，所述防水膜的固定部通过胶体与所述基板底面结合固定；

所述阻水透气部的边沿延伸至所述声孔边沿的外侧；

所述阻水透气部的边缘与声孔边缘对应的基板底面之间形成振动腔。

此外，优选地方案是，所述麦克风还包括位于所述容腔内的ASIC芯片；

所述ASIC芯片通过胶体结合固定于所述基板顶面上，或者所述ASIC芯片结合固定在所述补强板的背离所述基板一侧表面上。

此外，优选地方案是，所述凸起部包括有侧壁，所述侧壁的外表面与所述声孔的内壁贴合。

此外，优选地方案是，所述补强部的材质为金属。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型提供的MEMS麦克风，通过在基板上设置补强板的设计，增加了基板的强度，避免了装配过程中基板出现变形甚至损坏的情况出现，且MEMS芯片与基板之间的结合强度更高，MEMS麦克风整体结构更稳定，更利于装配。

2、基于本实用新型所提供的MEMS麦克风结构，所述补强板上包括有由第一开孔、声音通道以及第二开孔形成的过声孔，一方面，延长了长度的过声孔，使得外界灰尘不易从声孔直接进入MEMS芯片背腔，且外界的声音气流从声孔进入麦克风后，可以得到缓冲，不会直接冲击MEMS芯片，导致麦克风发声不良。另一方面，延长了的过声孔还可以调节了MEMS麦克风的频响曲线，提高产品的声学性能。

3、本实用新型提供的MEMS麦克风声孔处设置有防水膜，在保证MEMS 麦克风声学性能的同时提高了MEMS麦克风的防水性能。

4、在本实用新型中，针对基板上设置的防水膜，本实用新型提供的MEMS 麦克风还通过补强板的凸起部的结构设计，利用凸起部为防水膜的阻水透气部提供支撑，当有水从外界冲击防水模时，凸起部可防止防水膜被水冲破，保证了MEMS麦克风结构的稳定性、防水性能以及声学性能不受影响。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型提供的一种实施方式的MEMS麦克风结构示意图。

图2示出本实用新型提供的另一种实施方式的MEMS麦克风结构示意图。

图3示出本实用新型提供的另一种优选实施方式的MEMS麦克风结构示意图。

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。

基于现有技术缺陷，本实用新型提供一种MEMS麦克风结构，提高了MEMS麦克风的结构强度以及结构稳定性，利于装配，且调节了MEMS麦克风的频响曲线，提高了产品的声学性能。具体地，结合图1至图3所示，图1 示出了本实用新型提供的一种实施方式的MEMS麦克风结构，图2示出本实用新型提供的另一种实施方式的MEMS麦克风结构示意图，图3示出本实用新型提供的另一种优选实施方式的MEMS麦克风结构示意图。

结合图1、图2所示，本实施方式中，所述麦克风包括：

由基板1和壳体2围成的包括有容腔的外部封装；

位于容腔内且固定结合在所述基板1顶面上的补强板3；以及

结合固定在所述补强板3的背离所述基板1一侧表面的MEMS芯片4；

所述基板1上包括有声孔11，所述补强板3覆盖所述声孔11，且所述补强板3上包括有将MEMS芯片4背腔与所述声孔11连通的过声孔31；

所述过声孔31包括：

形成于所述补强板3内部的声音通道311；

位于所述声音通道311一端的，且与所述MEMS芯片4背腔对应设置的第一开孔312；以及

位于所述声音通道311另一端的，且与所述声孔11对应设置的第二开孔 313；所述第一开孔312的竖向投影与所述第二开孔313的竖向投影不重叠。

需要说明的是，在MEMS麦克风结构中，MEMS芯片4通常包括衬底，在所述衬底上设置有由振膜以及背极构成的平板电容器结构。为了保证背极与振膜之间可以构成具有一定间隙的平板电容器结构，在所述背极与振膜之间还设置有用于支撑的支撑部，所述支撑部在起到支撑背极的同时，还可以保证背极与振膜之间的绝缘。此外，在MEMS芯片结构中，所述支撑部、背极可通过依次沉积的方式形成在衬底上，所述衬底可以采用单晶硅材料，所述背极可以采用单晶硅或者多晶硅材料，这种材料的选择以及沉积的工艺属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。此外，所述MEMS麦克风中基板上所设的声孔用于与外界连通，以便声音的流入，使得的外界的声音可以通过该声孔作用在MEMS芯片的振膜上。

传统MEMS麦克风的封装结构中，MEMS芯片多通过胶体粘贴在MEMS 麦克风的基板上，由于基板较薄，MEMS芯片在与基板粘接固定时，基板易受MEMS芯片粘接固定的应力影响产生变形；另外当MEMS麦克风在与外部设备通过焊接进行装配固定时，基于基板自身强度的限制，也会受回流焊的影响进而变形甚至损坏。

而本实用新型所提供的MEMS麦克风，通过在基板1上设置补强板3的设计，增加了基板1的强度，MEMS芯片4通过补强板3结合固定在基板1 上，当MEMS芯片4通过胶体与基板1粘接固定时，基板1不会受MEMS 芯片4粘接固定的应力影响而变形，并且还避免了MEMS麦克风与外部设备通过回流焊结合固定过程中，因基板1自身强度的限制，基板1受回流焊的影响进而产生变形甚至损坏的问题的出现。并且通过补强板3，MEMS芯片4 与基板1之间的结合强度更高，MEMS麦克风整体结构更稳定，利于装配。对于补强部的材质选择，优选地所述补强部为具有优于基板材质强度的金属材质。

此外，传统MEMS麦克风结构，基板上的声孔多为与MEMS芯片直接对应设置，外界灰尘易从声孔直接进入MEMS芯片背腔，且外界的声音气流从声孔进入麦克风后，由于没有缓冲，易直接冲击MEMS芯片，导致麦克风发声不良。本实施方式提供的MEMS麦克风结构中，所述补强板3上包括有由第一开孔312、声音通道311以及第二开孔313形成的过声孔31，延长了过声孔31的长度，一方面利用所述第一开孔312的竖向投影与所述第二开孔 313的竖向投影和声孔的竖向投影呈不对应不重叠的设计，使得外界灰尘不易从声孔11直接进入MEMS芯片4背腔，且外界的声音气流从声孔进入麦克风后，可以得到缓冲，不会直接冲击MEMS芯片4，导致麦克风发声不良。优选地，所述第二开孔313由若干形成于所述补强板3上的微孔3131构成。相比较直接开设大孔径的第二开孔，通过若干微孔3131形成的第二开孔313，能够在保证麦克风声学性能的前提条件下，起到更好的防尘、防冲击MEMS 芯片振膜的效果。

另外，延长了的过声孔31还可以对MEMS麦克风的频响曲线进行调节，具体地，外界声音气流进入麦克风的声阻增大，声阻越大，麦克风品质因数越小，从而抑制高频段声音频响曲线，频响曲线高频共振峰的峰高降低， MEMS麦克风频响曲线的高频峰趋于平坦，进而能够使MEMS麦克风获得更佳的声学性能。

结合图示结构，本实施方式提供的MEMS麦克风结构中，所述麦克风还包括有与所述基板1结合固定的防水膜5，所述防水膜5覆盖所述声孔11；所述防水膜5包括与所述基板1结合固定的固定部51，以及与所述声孔11 对应的阻水透气部52。防水膜5可以阻止外界水分进入麦克风内部，同时允许外界气体透过，从而在保证麦克风声学性能的同时提高了麦克风的防水性能，优选防水膜为EPTFE膜，或者选用其他具有防水透气的膜片也可以应用到本实用新型中。在本实施方案中，所述补强板3的与声孔11对应部分的底面能够为防水膜5的阻水透气部52提供支撑作用，防止水从外界冲击防水膜 5时，防水膜5被水冲破。另外，所述补强板3的与声孔11对应部分的底面与所述防水膜5的阻水透气部52之间留有间隔距离，一方面间隔距离能够为防水膜5阻水透气部52振动提供振动空间，另一方面在有水从外界冲击防水膜5时，补强板3的与声孔11对应部分的底面能够为防水膜5的阻水透气部 52提供支撑，防止防水膜5被水冲破，保证了MEMS麦克风结构的稳定性、防水性能以及声学性能不受影响。此外，针对所述间隔距离，如果间隔距离过大，补强板3的与声孔11对应的部分无法为防水膜5阻水透气部52提供支撑作用，无法避免防水膜被外界水冲破。但如果该间隔距离过小，补强板3 的与声孔11对应的部分与防水膜5阻水透气部52之间会发生干涉，影响麦克风的声学性能，因此，所述间隔距离为0.02mm-0.08mm，且优选地所述防水膜5阻水透气部52的用于防水及振动区域直径为Ф0.8-Ф2.5之间。本实用新型的MEMS麦克风可以在保证麦克风拾音效果的前提下起到5ATM防水的效果。

对于防水膜5与基板1的结合方式，本实用新型提供两种具体的实施方式，具体的，如图1所示出的所述防水膜5位于所述基板1内，且通过注塑的方式与所述基板1一体成型。或者，如图2或者图3所示出的所述防水膜5 通过胶体结合固定于所述基板1的背离MEMS芯片4一侧的底面上。图1所示出的MEMS麦克风结构与图2或者图3所示出的MEMS麦克风结构的对于防水膜与基板结合方式的差异在于如上所述的两种具体实施方式，但并不限于该两种方式，本领域技术人员也可选用其他的结合方式应用到本实用新型中，本实用新型对此不再具体说明，也不作限制。

此外，结合图3所示，本实用新型还提供的一种优选实施方式的MEMS 麦克风结构，在该实施方式中，所述补强板3包括有形成于所述第二开孔313 处的凸起部314，该凸起部314伸入所述声孔11内，所述凸起部314包括底壁，所述第二开孔313形成于所述底壁上；所述底壁的底面与所述防水膜5 的阻水透气部52之间形成所述间隔距离，即间隔距离为0.02mm-0.08mm。。

该实施方式中，所述凸起部314伸入声孔11内，且凸起部314的底壁与防水膜5的阻水透气部52之间形成所述间隔距离，在有水从外界冲击防水膜 5时，凸起部314的底壁能够为防水膜5的阻水透气部52提供支撑，防止防水膜5被水冲破，保证了MEMS麦克风结构的稳定性、防水性能以及声学性能不受影响。需要说明的是，当如图1所示出的MEMS麦克风结构的防水膜与基板结合方式时，在满足补强板与防水膜阻水透气部之间必要的间隔距离的要求下，补强板上也可如图3所示出的设置凸起部，以便更好的为防水膜提供支撑，该种方式相对现有技术优势与上述实施方式相对于现有技术的优势大体相同，此处不再赘述。

针对上述的包括有凸起部314的补强板结构，优选地，形成在凸起部314 底壁上的第二开孔313由若干形成于所述底壁上的微孔3131构成。相比较直接开设大孔径的第二开孔，通过若干微孔3131形成的第二开孔313，能够使得凸起部314的底壁更好的为防水膜5的阻水透气部52提供支撑作用，防止水从外界冲击防水膜时，防水膜被水冲破。当然本领域技术人员可以理解的是，所述第二开孔也可呈孔径小于声孔孔径的单孔结构，当第二开孔为单孔结构时，由于二者孔径的差异，可利用第二开孔边缘所对应的补强板为防水膜的阻水透气部提供一定的支撑，但第二开孔的边沿易对防水膜造成损伤，但本实用新型并不限制利用该种方式为防水膜通过支撑。

并且在该麦克风结构中，所述凸起部314包括有侧壁，所述侧壁的外表面与所述声孔11的内壁之间留有间隙，在此基础上优选地方案是，所述侧壁的外表面与所述声孔的内壁贴合，通过侧壁的外表面与所述声孔的内壁的贴合，可增加补强板与基板之间的结合强度，并使补强板与基板之间的胶体免受横向剪切力。

进一步优选地，结合图2所示，当防水膜5为通过胶体结合固定于所述基板1的背离MEMS芯片4一侧的底面上时，作为优选地的实施方式，所述防水膜5固定部51通过胶体与所述基板1底面结合固定，利用固定部51与基板1之间胶体的厚度，所述阻水透气部52的边沿延伸至所述声孔11边沿的外侧；所述阻水透气部52的边缘与声孔11边缘对应的基板1底面之间形成振动腔53。振动腔53的设置使得声音由外界流入麦克风不易衰减，传音效果更好，提高了产品的声学性能。

此外，结合图示结构，进一步地，本实施方式提供的麦克风还包括位于所述容腔内的ASIC芯片6。如图1所示，所述ASIC芯片6可通过胶体直接结合固定于所述基板1顶面上。或者如图2所示，所述ASIC芯片6结合固定在所述补强板3的背离所述基板1一侧表面上。当所述ASIC芯片6通过补强板3固定于所述基板1上时，可产生与上述的MEMS芯片4相对于基板1的固定方式相同的有益效果，即可避免基板受ASIC芯片6粘接固定的应力影响发生变形的情况出现。本案中，MEMS芯片4可以接收来自外界的声音，并将该声音转换成电信号，ASIC芯片6接受来自MEMS芯片4发出的电信号，并对该电信号进行处理，并对外输出。MEMS芯片4与ASIC芯片6间通过金线电性连接，使得MEMS芯片4输出的信号可以通过ASIC芯片6进行处理；所述ASIC芯片6可通过金线与所述基板1实现电性连接，使得经ASIC 芯片6对MEMS芯片4输出的电信号进行处理后对外输出。需要说明的是，所述基板1的材料可以有多种选择，例如为FR4板材、BT板或陶瓷板，本实用新型对此并不做进一步限制。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，所述麦克风包括：

由基板和壳体围成的包括有容腔的外部封装；

位于容腔内且固定结合在所述基板顶面上的补强板；以及

结合固定在所述补强板的背离所述基板一侧表面的MEMS芯片；

所述基板上包括有声孔，所述补强板覆盖所述声孔，且所述补强板上包括有将MEMS芯片背腔与所述声孔连通的过声孔；

所述过声孔包括：

形成于所述补强板内部的声音通道；

位于所述声音通道一端的，且与所述MEMS芯片背腔对应设置的第一开孔；以及

位于所述声音通道另一端的，且与所述声孔对应设置的第二开孔；

所述第一开孔的竖向投影与所述第二开孔的竖向投影不重叠；

所述麦克风还包括有与所述基板结合固定的防水膜，所述防水膜覆盖所述声孔；所述防水膜包括与所述基板结合固定的固定部，以及与所述声孔对应的阻水透气部；

所述补强板的与声孔对应部分的底面与所述防水膜的阻水透气部之间留有间隔距离，该间隔距离为0.02mm-0.08mm。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第二开孔由若干形成于所述补强板上的微孔构成。

3.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述防水膜位于所述基板内，且通过注塑的方式与所述基板一体成型。

4.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述防水膜通过胶体结合固定于所述基板的背离MEMS芯片一侧的底面上。

5.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述补强板包括有形成于所述第二开孔处的凸起部，该凸起部伸入所述声孔内，所述凸起部包括底壁，所述第二开孔形成于所述底壁上；

所述底壁的底面与所述防水膜的阻水透气部之间形成所述间隔距离。

6.根据权利要求5所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第二开孔由若干形成于所述底壁上的微孔构成。

7.根据权利要求4所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述防水膜的固定部通过胶体与所述基板底面结合固定；

所述阻水透气部的边沿延伸至所述声孔边沿的外侧；

所述阻水透气部的边缘与声孔边缘对应的基板底面之间形成振动腔。

8.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述麦克风还包括位于所述容腔内的ASIC芯片；

所述ASIC芯片通过胶体结合固定于所述基板顶面上，或者所述ASIC芯片结合固定在所述补强板的背离所述基板一侧表面上。

9.根据权利要求5所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述凸起部包括有侧壁，所述侧壁的外表面与所述声孔的内壁贴合。

10.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述补强板的材质为金属。