CN210670558U - 一种指向性mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种指向性MEMS麦克风，包括第一基板、第二基板、第三基板、壳体以及芯片组件，其中：第一基板与壳体密封连接，形成用于容纳第二基板、第三基板以及芯片组件的腔体；第一基板上设有第一声孔；第二基板贴合设置在第一基板与第三基板之间，第二基板与第一声孔对应的位置上设有多个第二声孔，多个第二声孔排布形成网状结构；第三基板上设有与第一声孔同轴的第三声孔，第三基板远离第二基板的表面上固定有芯片组件。本实用新型提供的指向性MEMS麦克风，结构非常简单且制造成本较低。此外，由于第二声孔还能够对外界异物及水进行有效阻挡，从而对腔体内的电子元器件形成有效保护，提高指向性MEMS麦克风的使用寿命。

Description

一种指向性MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及MEMS(Micro-Electro Mechanical System，微机电系统)麦克风。更具体地，涉及一种指向性MEMS麦克风。

背景技术

麦克风作为将声音信号转化为电信号的装置，目前已经广泛应用于音响设备、通信设备及声波探测机等电子设备。随着上述电子设备趋于小型化，也要求麦克风具有更小的尺寸。但是由于技术限制，传统的驻极体电容麦克风(ECM)的尺寸很难进一步缩小。而MEMS麦克风由于具有结构简约化和产品小型化的特点，因此得到了业内的广泛关注。

MEMS麦克风主要可分为全指向性MEMS麦克风和指向性MEMS麦克风。其中全指向性麦克风对每个角度的声音敏感度几乎是一样的，即来自各个方向的声音均能被其拾取到。当应用到某些特定场所时，全指向性麦克风便不能满足需求。为实现MEMS麦克风的指向性，目前多是在全指向性MEMS麦克风的外部添加过滤器或其它附件，以收取特定方向的声音信号，因此导致指向性MEMS麦克风的结构复杂，制造成本较高。

典型的全指向性MEMS麦克风一般包括印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)和外壳，二者密封结合形成一个腔体；MEMS声音传感器和专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)芯片等电子元器件通过SMT(表面组装技术或表面贴装技术)工艺安装于印刷电路板上且位于腔体内。通过MEMS声音传感器和ASIC芯片的共同作用，将经由声孔进入腔体内的声音信号转化为电信号输出。

声孔除了作为声音信号的传输通路，也难以避免地会有异物和水分通过该声孔进入MEMS麦克风的腔体中，影响MEMS麦克风中电子元器件的正常工作，甚至会缩减MEMS麦克风的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种指向性MEMS麦克风，该指向性MEMS麦克风不依赖外部附件即可实现单一指向性，并具有较好的防尘性能。

为实现上述目的，本实用新型提供的指向性MEMS麦克风，包括第一基板、第二基板、第三基板、壳体以及芯片组件，其中：第一基板与壳体密封连接，形成用于容纳第二基板、第三基板以及芯片组件的腔体；第一基板上设有第一声孔；第二基板贴合设置在第一基板与第三基板之间，第二基板与第一声孔对应的位置上设有多个第二声孔，多个第二声孔排布形成网状结构；第三基板上设有与第一声孔同轴的第三声孔，第三基板远离第二基板的表面上固定有芯片组件。

优选地，前述网状结构在第一基板上的正投影完全覆盖第一声孔。

优选地，第二声孔的径向尺寸范围是2～20μm。

优选地，第二声孔的径向截面形状为正圆形、椭圆形或多边形。

优选地，第二声孔的轴向长度范围是100～150μm。

优选地，第一声孔为圆孔，第三声孔为圆孔，且第一声孔的孔径大于第三声孔的孔径。

优选地，第二基板上设有用于电连接第一基板与第三基板的过孔。

优选地，前述芯片组件包括电连接的MEMS声音传感器和ASIC芯片，且MEMS声音传感器与第三声孔对应设置。

优选地，第三基板远离第二基板的表面上设有降噪电容。

优选地，前述降噪电容的容量范围是0.01～0.1μF。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的指向性MEMS麦克风，其通过第一基板的第一声孔、第二基板第二声孔以及第三基板的第三声孔共同构成了声音信号的传输通道，使只有传播方向平行或基本平行于第二声孔轴向的声波才能顺利通过该传输通道到达芯片组件，实现声音信号到电信号的转化，而其它方向的噪音则被隔绝掉。相较于当前采用在全指向性MEMS麦克风的基础上增设过滤器等附件实现指向性的技术方案，本实用新型提供的指向性MEMS麦克风，能够实现主动降噪，且结构更加简单。

并且，通过在两个声孔之间设置第二声孔，还能够防止异物及水分等进入腔体中，从而对腔体内的MEMS声音传感器、ASIC芯片等电子元器件形成了有效保护，提高了指向性MEMS麦克风的使用寿命。

此外，本实用新型在第二基板上设置的过孔可使基板之间贴合连接的制造工艺简化，节省常规制作中的焊锡膏、回流焊两道工艺，提高了生产效率。

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示出本实用新型实施例提供的指向性MEMS麦克风的纵向剖面图；

图2示出本实用新型实施例提供的指向性MEMS麦克风中第一基板的结构示意图；

图3示出本实用新型实施例提供的指向性MEMS麦克风中第二基板的结构示意图；

图4示出图3中网状结构的放大图；

图5示出本实用新型实施例提供的指向性MEMS麦克风中第三基板的结构示意图。

附图标记说明：

100-第一基板； 101-第二基板；

102-第三基板； 103-壳体；

111-第一声孔； 112-过孔；

113-网状结构； 114-第三声孔；

201-ASIC芯片； 202-MEMS声音传感器；

203-金属线； 204-降噪电容。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步地说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

图1示出了本实用新型一实施例中提供的指向性MEMS麦克风的剖视图；图2、图3和图5分别为第一基板、第二基板和第三基板的结构示意图；图4为图3中网状结构的放大图。如图1至图5所示，该指向性MEMS麦克风包括第一基板100、第二基板101、第三基板102、壳体103和芯片组件。第一基板100与壳体103密封结合，形成具有腔体的封装结构；第二基板101、第三基板102和芯片组件收容于该腔体内。

其中，壳体103具体可以是一端开口的桶状外壳，其沿垂直于第一基板100方向的截面呈U型，沿平行于第一基板100方向的截面可以呈圆形、多边形或其它形状，比如壳体103沿平行于第一基板100方向的截面呈矩形且矩形的四个角为倒角。壳体103具体可以是一体成型的金属、塑料或陶瓷外壳，例如壳体103可以由黄铜等合金材料制成，也可以是由陶瓷材料制成。壳体103与第一基板100可以通过锡膏、合成树脂等密封连接以形成腔体。

第一基板100具体可以是电路板，比如印刷电路板。如图1和图2所示，在第一基板100上开设有第一声孔111。本实施例对于第一声孔111的形状不做特别限定，其径向截面(即平行于第一基板100方向的截面)比如可以呈圆形或多边形。优选地，第一声孔111为圆孔，其径向截面呈正圆形。

第二基板101具体可以是硅板或其它材质的板。如图1所示，第二基板101贴合设置在第一基板100与第三基板102之间，即第二基板101的一侧表面与第一基板100贴合，另一侧表面与第三基板102贴合，从而构成第一基板100、第二基板101、第三基板102的三明治结构。第一基板100、第二基板101和第三基板102之间可采用本领域的常规手段进行连接固定，例如采用粘接的方式进行固定连接。

如图1、图3和图4所示，第二基板101上设有多个第二声孔，多个第二声孔在第二基板101上密集排列构成网状结构113。可以理解，第二声孔的开设位置，或者说网状结构113的位置应与第一声孔111的位置相对应，以确保声音信号的顺利传递。

第三基板102上具体可以是电路板，比如印刷电路板。第三基板102上设有第三声孔114。本实施例对于第三声孔114的形状不做特别限定，其径向截面可以呈圆形、多边形或其它形状。优选地，第一声孔114为圆孔，其径向截面呈正圆形。不难理解，第三声孔114的位置应与第一声孔111的位置相对应，本实施例中，二者同轴设置，以确保声音信号的顺利传递。

如图1和图5所示，第三基板102背离第二基板101的表面安装有芯片组件，该芯片组件用于实现声音信号到电信号的转换。具体的，芯片组件包括ASIC芯片201和MEMS声音传感器202。其中，MEMS声音传感器202具有振膜及背板，一般为硅振膜及硅背板。振膜可以直接接收声音信号，声波的变化引起振膜与背板之间电容的变化，ASIC芯片201将这种电容变化转换成低阻的电信号并进行放大，从而实现了声电转换。上述工作原理属于本领域公知，不再赘述。

本实用新型对于ASIC芯片201和MEMS声音传感器202不做特别限定，均可以是目前MEMS麦克风中所常用的。芯片组件可通过粘接或贴装等方式固定在第三基板102上。ASIC芯片201和MEMS声音传感器202均可采用本领域技术人员熟知的方式分别与第三基板102之间形成电连接，在此不做过多说明。ASIC芯片201与MEMS声音传感器202之间可通过金线等金属线203实现电连接。

本实施例提供的指向性MEMS麦克风，其第一基板100上的第一声孔111、第二基板101上的第二声孔以及第三基板102上的第三声孔114共同构成了声音信号的传输通道，使只有传播方向平行或基本平行于第二声孔轴向的声波才能顺利通过该传输通道，而其它方向的噪音则被隔绝掉，从而实现了单一指向性。相较于当前采用在全指向性MEMS麦克风的基础上增设过滤器等附件实现指向性的解决方案，本实施例提供的指向性MEMS麦克风，结构更加简单。

现有的ECM驻极体麦克风特征中在音域频率上各麦克风相位差导致特性差异，这些特性差异导致对多数麦克风使用的波束赋形(Beam forming)、主动降噪(Active noisecancelling)非常脆弱。而MEMS麦克风本身就不必考虑相位(pulse)的事情，也就不存在ECM驻极体麦克风中常见的波束赋形问题。并且，通过设置第二声孔，并配合以第一声孔111和第三声孔114，使声音传输通道仅允许平行于第二声孔轴向传播的声波通过、隔绝掉其他方向的噪音，从而实现了主动降噪。所以，本实施例提供的指向性MEMS麦克风，综合了传统ECM驻极体麦克风和传统MEMS麦克风的优点，可替代现有麦克风，满足波束赋形、主动降噪等多种需求。

并且，通过在第一声孔111与第三声孔114之间设置第二声孔，还能够防止异物及水分等进入腔体内，从而对腔体内的ASIC芯片201、MEMS声音传感器202等电子元器件以及金属线203等形成了有效保护，延长了指向性MEMS麦克风的使用寿命。

参考图3和图4并结合图1，网状结构113具体是由多个第二声孔密集排列而成。优选地，第二声孔在第二基板101上均匀分布。本实用新型对于第二声孔的形状不做特别限定，比如其径向截面的形状可以是正圆形、椭圆形，也可以是三角形、四边形、六边形、八边形等多边形。优选地，第二声孔为圆孔。

本实施例中，网状结构113能够防止外界杂物进入指向性MEMS麦克风内部，从而提高腔体内ASIC芯片201、MEMS声音传感器202等电子元器件的使用寿命。为有效防止异物和水分进入腔体内，第二声孔的径向尺寸通常不超过25μm，优选不超过20μm，比如第二声孔为圆孔，则其直径不大于25μm，一般不超过20μm；比如第二声孔为矩形孔，则矩形对角线的长度不大于25μm，一般不超过20μm。

当然，若第二声孔的径向尺寸过小，也不利于声音信号的传输。此外，考虑到实际生产的加工难度，在具体实施过程中，第二声孔的径向尺寸一般为2～20μm，优选为4μm～20μm，比如16.5μm～18.0μm。

除了具有防尘功能，第二声孔还作为声音传输通道的一部分。为保障指向性，尤其是保障单一指向性，通常控制第二声孔的轴向尺寸在100μm以上。当然，若第二声孔的轴向尺寸过大，即第二基板101的厚度过大，不仅会延长声音信号的传输路径，而且也不利于指向性MEMS麦克风的小型化，因此一般控制第二基板101的厚度为100μm～150μm。

进一步地，为了确保声音信号能够顺畅地依次通过第一声孔111、第二声孔和第三声孔114，避免声音信号的损失，网状结构113的面积(包括第二声孔的径向总面积以及相邻第二声孔之间区域的面积)最好不小于第一声孔111径向面积，即网状结构113在第一基板100上的正投影能够完全覆盖第一声孔111。比如网状结构113在第一基板100上的正投影大致呈圆形，第一声孔111为圆孔，则网状结构113与第一声孔111同轴设置，且网状结构113投影的直径大于或等于第一声孔111的孔径。再比如网状结构113在第一基板100上的正投影大致呈正方形，第一声孔111为圆孔，则网状结构113与第一声孔111同轴设置，且网状结构113投影的边长大于或等于第一声孔111的孔径。

为了进一步提高指向性MEMS麦克风的单一指向性，本实施例中，还可以控制第一声孔111的径向尺寸不小于第三声孔114的径向尺寸。比如第一声孔111和第三声孔114均为圆孔，两个声孔同轴设置且第一声孔111的孔径大于或等于第三声孔114的孔径。

进一步地，如图1和图3所示，第二基板101上还设有多个过孔112，具体可以是在第二基板101上开设多个通孔，并在通孔的内侧表面镀有钨等导电金属，便于实现第一基板100与第二基板101之间的电连接，以及第三基板102与第二基板101之间的电连接。

相较于常规工艺中采用焊锡膏加回流焊两道工艺实现基板之间电连接的方式，本实施例借助于开设在第二基板101上的过孔112实现第一基板100与第三基板102之间的电连接，则可省去焊锡膏和回流焊这两个步骤，从而简化了生产工艺。

如前述，芯片组件包括ASIC芯片201和MEMS声音传感器202，其中MEMS声音传感器202用于接收声音信号。优选地，MEMS声音传感器202与第三声孔114的位置相对应，更进一步地，MEMS声音传感器202中的振膜与第三声孔114相对应。比如如图1所示，MEMS声音传感器202设置在第三声孔114的正下方，这样能够避免声音信号在腔体内传播所造成的信号损失等问题。

进一步参考图3，第三基板102上还设有降噪电容204(RF noise filter)，这样来自于ASIC芯片201的电信号经RF抗噪电路滤波后输出，从而去除了电回路产生的RF噪音，提升了指向性MEMS麦克风的品质。

本实施例对于降噪电容204如何安装在第三基板102上不做特别限定，只要能够确保所形成的RF抗噪电路能够实现上述滤波功能即可。在具体实施过程中，降噪电容的电容容量可以为0.01μF～0.1μF。

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)

1.一种指向性MEMS麦克风，其特征在于，包括第一基板、第二基板、第三基板、壳体以及芯片组件，其中：

所述第一基板与壳体密封连接，形成用于容纳第二基板、第三基板以及芯片组件的腔体；所述第一基板上设有第一声孔；

所述第二基板贴合设置在第一基板与第三基板之间，所述第二基板与所述第一声孔对应的位置上设有多个第二声孔，所述多个第二声孔排布形成网状结构；

所述第三基板上设有与所述第一声孔同轴的第三声孔，所述第三基板远离第二基板的表面上固定有所述芯片组件。

2.根据权利要求1所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述网状结构在所述第一基板上的正投影完全覆盖所述第一声孔。

3.根据权利要求1或2所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述第二声孔的径向尺寸范围是2～20μm。

4.根据权利要求3所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述第二声孔的径向截面形状为正圆形、椭圆形或多边形。

5.根据权利要求3所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述第二声孔的轴向长度范围是100～150μm。

6.根据权利要求1或2所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述第一声孔为圆孔，所述第三声孔为圆孔，且所述第一声孔的孔径大于第三声孔的孔径。

7.根据权利要求1或2所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述第二基板上设有用于电连接所述第一基板与第三基板的过孔。

8.根据权利要求1所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述芯片组件包括电连接的MEMS声音传感器和ASIC芯片，且所述MEMS声音传感器与所述第三声孔对应设置。

9.根据权利要求1或8所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述第三基板远离第二基板的表面上设有降噪电容。

10.根据权利要求9所述的指向性MEMS麦克风，其特征在于，所述降噪电容的容量范围是0.01～0.1μF。

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