CN210641073U - 一种骨声纹传感器以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种骨声纹传感器以及电子设备。其中,骨声纹传感器包括壳体,弹性元件,质量元件以及感测元件;在壳体的内部形成腔体;弹性元件设置在腔体内;质量元件通过弹性元件悬置在腔体内,并能随弹性元件一起在腔体内移动,以改变腔体内的压强;感测元件包括由基板和外壳围成的具有容纳腔的封装结构,以及收容在容纳腔内的MEMS芯片;MEMS芯片固定在基板上,基板上设置有将MEMS芯片的背腔与腔体连通的通孔;还包括ASIC芯片,ASIC芯片至少部分埋设在基板内。本实用新型的一个技术效果为:能缩小骨声纹传感器在横向方向上的尺寸,有利于实现骨声纹传感器的小型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及振动感测技术领域,更具体地,本实用新型涉及一种骨声纹传感器以及电子设备。
背景技术
现有的振动感测装置例如骨声纹传感器,其通常包括壳体以及设置在壳体内的质量块。质量块通过振膜悬置在壳体内,质量块与振膜一起构成了振动元件。壳体具有敞开端。感测元件的基板密封连接在壳体的敞开端。在基板的与壳体相对的一侧设置有MEMS芯片和ASIC芯片,还包括设置在MEMS芯片和ASIC芯片外的外壳。基板上具有通孔。MEMS芯片通过通孔与壳体的内腔连通。
然而,现有的这种结构的骨声纹传感器,其中用于感测和处理的MEMS芯片和ASIC芯片均被固定设置在基板上,且通常在基板上是呈并列设置的,导致其占用了基板上大量的横向空间,这就容易造成骨声纹传感器的横向尺寸较大,非常不利于骨声纹传感器的小型化。特别是,当将其装配到电子设备内时,基于电子设备内可用的装配空间是非常有限的,会使其应用会受到一定的限制。
因此,需要提供一种新的技术方案,以解决上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种骨声纹传感器以及电子设备的新技术方案。
根据本实用新型的一个方面,提供一种骨声纹传感器,包括:
壳体,在所述壳体的内部形成腔体;
弹性元件,所述弹性元件设置在所述腔体内;
质量元件,所述质量元件通过所述弹性元件悬置在所述腔体内,并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动,以改变所述腔体内的压强;以及
感测元件,所述感测元件包括由基板和外壳围成的具有容纳腔的封装结构,以及收容在所述容纳腔内的MEMS芯片;所述MEMS芯片固定在所述基板上,所述基板上设置有将所述MEMS芯片的背腔与所述腔体连通的通孔;还包括ASIC芯片,所述ASIC芯片至少部分埋设在所述基板内。
可选地,在所述基板内设置有第一导体,在所述基板上设置有第一焊盘,所述第一焊盘与所述ASIC芯片通过所述第一导体电连接。
可选地,所述壳体呈皿状结构,其具有敞开端,所述基板密封连接在所述壳体的敞开端,在所述壳体上开设有泄气孔。
可选地,所述外壳包括围绕所述基板设置的侧壁以及与所述基板相对的底部,在所述底部的外侧设置有至少一个第二焊盘,所述第二焊盘通过埋设在所述侧壁内的第二导体与所述ASIC芯片电连接。
可选地,所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上,在所述质量元件和所述弹性元件上共同设置有第一透气微孔。
可选地,所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上,所述弹性元件为弹性膜片,所述弹性膜片上设置有多个微孔。
可选地,所述微孔的尺寸为0.01μm-10μm。
可选地,所述弹性元件包括位于中部的连接部、围绕连接部设置的弹性部和围绕弹性部设置的边缘部,所述边缘部与所述壳体连接,所述连接部与所述质量元件连接。
可选地,所述MEMS芯片包括衬底和感应膜;
所述衬底为中空结构;
所述感应膜设置在所述衬底的一端并覆盖所述中空结构,所述中空结构形成所述背腔,所述衬底的另一端与所述基板固定连接;
所述感应膜上设置有第二透气微孔。
可选地,所述感测元件还包括滤波器件;
所述滤波器件固定设置在所述基板上;或者是,
所述滤波器件埋设在所述基板内部。
根据本实用新型的另一个方面,提供一种电子设备。该电子设备包括如上所述的骨声纹传感器。
本实用新型实施例提供的骨声纹传感器,将ASIC芯片埋设在基板内,以节省产品横向空间,从而有利于实现整个骨声纹传感器产品的小型化,能方便的将其装配到电子设备中。
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是根据本公开一个实施例提供的骨声纹传感器的结构示意图。
附图标记说明:
1:壳体;2:基板;201:通孔;3:外壳;301:侧壁;302:底部;4:容纳腔;5:MEMS芯片;501:衬底;502:背腔;503:感应膜;5031:第二透气微孔;6:ASIC芯片;7:弹性元件;8:质量元件;9:第一透气微孔;10:第一腔室;11:第二腔室;12:第一导体;13:第二导体;14:第一焊盘;15:第二焊盘。
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。
根据本实用新型的一个实施例,提供了一种骨声纹传感器。该骨声纹传感器可应用在智能手表、手机、平板电脑以及智能穿戴等多种形式的电子设备中,具有体积小巧、占用空间小的特点,可适用于多种装配空间。
本实用新型实施例提供的骨声纹传感器,如图1所示,其包括有壳体1,弹性元件7,质量元件8以及感测元件。
壳体1呈皿状结构,其具有敞开端。在壳体1的内部形成腔体。壳体1的材质例如可以为金属材料、塑料材料或者PCB板等。壳体1的形状例如可以为圆柱状、长方体状等。本领域技术人员可以根据具体需要灵活调整,对此不作限制。
此外,在壳体1上还设置有泄气口。该泄气口可以设计为呈环状结构。在骨声纹传感器的生产中,特别是在对骨声纹传感器进行组装的过程中,在壳体1上开设有泄气口,此时,泄气口应当处于敞开状态。究其原因在于:在对骨声纹传感器进行组装的过程中,通常需要涉及焊接工艺,而在焊接时腔体内部的气体会有压力的变化,此时若没有敞开的泄气口就会造成腔体内部的压力不均匀的现象。即,将泄气口敞开可以在焊接时保持腔体内外压力均匀,这样可以避免产品受到损伤,影响产品的品质。当对骨声纹传感器组装完毕后,在使用该骨声纹传感器时,有必要将该泄气口封闭起来,以防止外界的灰尘、粉尘等颗粒物,或者水、油等液体进入到腔体内部,从而影响到产品的性能和使用寿命。但需要说明的是,将泄气口封闭起来时,需要避免出现腔体内外气压相差过大的情况。例如,可以将腔体内的压强控制在0.01-10个大气压。
弹性元件7设置在腔体内。弹性元件7用于为质量元件8提供弹性回复力。弹性元件7例如可以为弹性膜片。弹性膜片例如采用PP材料制成,当然也可以采用本领域技术人员熟知的其它材料。弹性元件7也可以为本领域技术人员熟知的其它弹性件,对此不作限制。
在一个例子中,弹性元件7包括位于中部的连接部,围绕连接部设置的弹性部以及围绕弹性部设置的边缘部,边缘部与壳体1固定连接,连接部与质量元件8固定连接。例如,弹性元件7的边缘部与壳体1的内壁之间采用粘接剂粘接在一起,弹性元件7的连接部与质量元件8之间也采用粘结剂进行粘接。当然,也可以采用本领域技术人员熟知的其它连接方式。弹性部能够发生弹性形变,从而提供弹性回复力。边缘部用于与壳体1的内壁连接。
质量元件8通过弹性元件7悬置在腔体内,并能够随弹性元件7一起在腔体内移动,以改变腔体内的压强。质量元件8为预定重量的质量块,对于质量块的重量本领域技术人员可以根据需要灵活调整,对此不作限制。
如图1所示,质量元件8和弹性元件7连接在一起后,将壳体1内的腔体分隔为第一腔室10和第二腔室11两部分。其中,第一腔室10和第二腔室11均具有设定的容积。在两个腔室内密封预定压力的气体。气体例如可以为空气、氮气、惰性气体等,本领域技术人员可以根据需要灵活选择,对此不作限制。
在一个例子中,质量元件8贴合在弹性元件7的表面上,在质量元件8和弹性元件7上共同设置有第一透气微孔9。第一透气微孔9的尺寸设计的比较小,属于微米级。第一透气微孔9能供气流流过,使气流能穿过后经壳体1上预先开设的泄气口排出,有助于平衡腔体内外气压。其中,本领域技术人员可以根据需要对第一透气微孔9的设置数量、位置和尺寸进行适当的调整,对此不作限制。
在另一个例子中,质量元件8贴合在弹性元件7的表面上,弹性元件7为弹性膜片,且在该弹性膜片上设置有多个微孔。多个微孔在弹性膜片7上可以呈均匀分布。微孔的尺寸比较小,属于微米级。微孔的尺寸可以设计为0.01μm-10μm。弹性膜片上的微孔可供气流流过,使气流能穿过后经壳体1上的泄气口排出,也有助于平衡腔体内外气压。
感测元件与壳体1内形成的腔体连通。感测元件被构造为:用于感测腔体内的压强或者腔体内不同区域的压强差。例如,感测元件能用于感测第一腔室10和第二腔室11的压强差。感测元件例如可以为电动式传感器、压电式传感器、涡流式传感器、电感式传感器、电容式传感器等,本领域技术人员可以根据需要灵活选择,对此不作限制。
本实用新型的骨声纹传感器,能通过感测元件获取第一腔室10和第二腔室11之间的压强差;以及通过压强差计算感测元件所在位置的振动状态。
在使用时,该骨声纹传感器被安装在待检测物体上,例如,人的关节、机器人的关节等位置。待检测物体的振动会带动壳体1产生振动,由于质量元件8的惯性以及弹性元件7的弹性回复力的共同作用,故质量元件8会相对壳体1发生振动。质量元件8和弹性元件7的振动使得第一腔室10和第二腔室11的体积发生变化,由于两个腔室均是密闭的腔室,故第一腔室10和第二腔室11内的气体的压强会发生变化。
在该例子中,感测元件感测第一腔室10和第二腔室11的压强差,并将压强差转换为电信号,例如电压信号、电流信号或者电容信号等。电信号经过计算从而得到待检测物体的振动状态。例如,振幅大小、振动频率等。
本实用新型的感测元件,如图1所示,包括基板2和外壳3,基板2和外壳3围合形成具有容纳腔4的封装结构,在容纳腔4收容有MEMS芯片5和ASIC芯片6。MEMS芯片5贴装在基板2上。ASIC芯片6被埋入到基板2内。可选地的是,ASIC芯片6可以全部埋入到基板2内,也可以是半埋入基板2内。MEMS芯片5与ASIC芯片6连接,使得MEMS芯片5输出的电信号可以传输到ASIC芯片6中,并被ASIC芯片6处理、输出。MEMS芯片5与ASIC芯片6之间可以通过金属导线(焊线)进行电性连接,以实现二者的导通。在基板2内设置有第一导体12,并在基板2上设置有第一焊盘14。第一焊盘14与ASIC芯片6通过第一导体12电连接。将ASIC芯片6埋设到基板2内的设计,可以节省产品横向空间,从而有利于实现整个骨声纹传感器产品的小型化。
需要说明的是,当将ASIC芯片6埋入基板2内时,还需要在ASIC芯片6正对的上方和下方至少各设置一层金属层。金属层例如为铜层。金属层接地作为屏蔽。ASIC芯片6周围区域布置有多个导体,与上述金属层一起构成屏蔽结构。将ASIC芯片6埋入基板2内的设计,使得不必在ASIC芯片6表面包覆保护胶,这样简化了工艺,同时提升了产品的光噪声抵抗能力。并且,将ASIC芯片6埋入基板2内部,还减少了占用基板2和外壳3围成的容纳腔4的体积。
外壳3包括围绕基板2设置的侧壁301以及与基板2相对的底部302。在底部302的外侧设置有至少一个第二焊盘15。第二焊盘15可以通过埋设在侧壁301内的第二导体13与基板2内的ASIC芯片6电连接。在使用时,直接将第二焊盘15与外部电路焊接即可,非常方便。
第一导体12例如为设置在基板2内的金属化通孔。同样地,第二导体13例如为设置在侧壁301内的金属化通孔。
外壳3的底部302,其材质例如可以为金属材料、塑料材料、PCB板等,对此不作限制。
基板2可以采用本领域熟知的电路板,例如采用PCB板等。基板2采用电路板可以实现骨声纹传感器的电路设计。基板2密封连接在壳体1的敞开端。在基板2上设置有通孔201。通孔201用于将壳体1内的腔体与MEMS芯片5内的背腔502连通。通孔201例如可以为圆形孔、椭圆形孔、方形孔、三角形孔等,对此不作限制。
外壳3与基板2之间例如可以通过粘结剂粘接或者锡膏焊接结合固定在一起,本领域技术人员可以根据需要灵活选择,对此不作限制。
MEMS芯片5,包括衬底501和感应膜503。衬底501为中空结构。感应膜503例如为压电元件、电容元件、压阻元件等。感应膜503设置在衬底501的一端,并覆盖中空结构。该中空结构形成背腔502。衬底501的另一端与基板2固定连接。在感应膜503上设置有第二透气微孔5031。
在对骨声纹传感器进行组装或者封装的过程中不可避免的要涉及焊接工艺,例如将壳体3与基板2焊接,或者将外壳3与基板2焊接。焊接过程中产生的气流会留存在腔体和容纳腔4内。为了便于这些气流从壳体1上的泄气口排出,在感应膜503上专门设置了第二透气微孔5031,再配合弹性膜片上的微孔或者第一透气微孔9,能使容纳腔4中气流顺利的流入到腔体内,再由壳体1上的泄气口将其排出。
第二透气微孔5031的尺寸也非常小,属于微米级。第二透气微孔5031的尺寸可以与第一透气微孔9相同,也可以不同,本领域技术人员可以根据需要灵活调整。
MEMS芯片5贴装在基板2上。例如采用专门的胶黏剂将MEMS芯片5粘接在基板2上。当然,MEMS芯片5也可以采用倒装的方式通过基板2中的电路布图导通,这属于本领域技术人员的公知常识,本实用新型在此不再具体说明。
本实用新型的感测元件还包括滤波器件(图1中未示出)。例如,滤波器件可以贴装在基板2上。又例如,滤波器件也可以埋设在基板2内部。通过设置滤波器件,能够提升整个骨声纹传感器的抗射频干扰能力。
另一方面,本实用新型还提供了一种电子设备。该电子设备包括如上所述的骨声纹传感器。
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 (11)
1.一种骨声纹传感器,其特征在于:包括:
壳体,在所述壳体的内部形成腔体;
弹性元件,所述弹性元件设置在所述腔体内;
质量元件,所述质量元件通过所述弹性元件悬置在所述腔体内,并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动,以改变所述腔体内的压强;以及
感测元件,所述感测元件包括由基板和外壳围成的具有容纳腔的封装结构,以及收容在所述容纳腔内的MEMS芯片;所述MEMS芯片固定在所述基板上,所述基板上设置有将所述MEMS芯片的背腔与所述腔体连通的通孔;还包括ASIC芯片,所述ASIC芯片至少部分埋设在所述基板内。
2.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:在所述基板内设置有第一导体,在所述基板上设置有第一焊盘,所述第一焊盘与所述ASIC芯片通过所述第一导体电连接。
3.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述壳体呈皿状结构,其具有敞开端,所述基板密封连接在所述壳体的敞开端,在所述壳体上开设有泄气孔。
4.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述外壳包括围绕所述基板设置的侧壁以及与所述基板相对的底部,在所述底部的外侧设置有至少一个第二焊盘,所述第二焊盘通过埋设在所述侧壁内的第二导体与所述ASIC芯片电连接。
5.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上,在所述质量元件和所述弹性元件上共同设置有第一透气微孔。
6.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上,所述弹性元件为弹性膜片,所述弹性膜片上设置有多个微孔。
7.根据权利要求6所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述微孔的尺寸为0.01μm-10μm。
8.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述弹性元件包括位于中部的连接部、围绕连接部设置的弹性部和围绕弹性部设置的边缘部,所述边缘部与所述壳体连接,所述连接部与所述质量元件连接。
9.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于:所述MEMS芯片包括衬底和感应膜;
所述衬底为中空结构;
所述感应膜设置在所述衬底的一端并覆盖所述中空结构,所述中空结构形成所述背腔,所述衬底的另一端与所述基板固定连接;
所述感应膜上设置有第二透气微孔。
10.根据权利要求1所述的骨声纹传感器,其特征在于,所述感测元件还包括滤波器件;
所述滤波器件固定设置在所述基板上;或者是,
所述滤波器件埋设在所述基板内部。
11.一种电子设备,其特征在于:包括如权利要求1-10任一项所述的骨声纹传感器。
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