CN210781340U - 一种基于湿敏电阻的mems麦克风保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及麦克风领域，尤其涉及一种基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路，包含封装基板，所述封装基板上分别固定有第一电阻，第二电阻、第三电阻和敏感电阻，所述敏感电阻正上方固定有Sensor芯片，所述Sensor芯片通过键合线连接有ASIC芯片，所述ASIC芯片通过键合线与封装基板电性相连，所述封装基板上方还固定有外壳，所述Sensor芯片上有BIAS端和VOUT端，所述Sensor芯片上BIAS端与ASIC芯片的BIAS端电性相连，所述Sensor芯片上VOUT端与ASIC芯片的VOUT端电性相连，所述第一电阻一端与第二电阻一端和电源正极相连，所述第一电阻另一端与敏感电阻一端及继电器一端相连。通过本装置可以有效保证MEMS麦克风在环境变化时电路断开，保护MEMS麦克风。
Description
【技术领域】
本发明涉及麦克风领域，尤其涉及一种基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路。
【背景技术】
MEMS是微机电系统，英文全称是Micro-Electro mechanical System，是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。简单来说，MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，例如三维硅穿孔TSV等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上，最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式，最终切割组装而成的硅基传感器。受益于普通传感器无法企及的IC硅片加工批量化生产带来的成本优势，MEMS同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度；
MEMS麦克风的Sensor芯片属于敏感元器件，易受外力影响，因其两极板间距极小，一般在2μm左右，外界环境会影响Sensor的工作状态，同时也有极板短路的风险，这对麦克风将会造成极大的损坏。外界湿度较大时，Sensor芯片的振膜和背极容易导电短接中和电荷，造成Sensor芯片电容击穿，从而导致MEMS麦克风失效。
本发明是针对现有技术的不足而研究提出的。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路，可以在外界环境变化对麦克风工作状态产生影响乃至失效时切断电源，起到了保护Sensor的作用，同时有利于延长麦克风的寿命。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路，包含封装基板，所述封装基板上分别固定有第一电阻，第二电阻、第三电阻和敏感电阻，所述敏感电阻正上方固定有Sensor芯片，所述 Sensor芯片通过键合线连接有ASIC芯片，所述ASIC芯片通过键合线与封装基板电性相连，所述封装基板上方还固定有外壳，所述 Sensor芯片上有BIAS端和VOUT端，所述Sensor芯片上BIAS端与 ASIC芯片的BIAS端电性相连，所述Sensor芯片上VOUT端与ASIC 芯片的VOUT端电性相连，所述第一电阻一端与第二电阻一端和电源正极相连，所述第一电阻另一端与敏感电阻一端及继电器一端相连，所述第二电阻另一端与第三电阻一端和继电器另一端相连，所述敏感电阻另一端与第三电阻另一端及电源负极相连，所述继电器还与ASIC 芯片的供电端相连，所述ASIC芯片上的OUT端通过电容与前述封装基板电性相连，所述ASIC芯片内部还有电荷泵，所述敏感电阻为湿敏电阻。湿敏电阻的特性为，外界环境湿度越大，湿敏电阻阻值减小，与湿敏电阻并联的电压继电器上电压减小，当外界湿度到达一定程度时，即继电器两端电压小于继电器内部芯片设定的阈值，继电器断开，外界电源停止给MEMS麦克风上Sensor芯片的振膜和背极供电，能有效避免Sensor芯片的振膜和背极由于湿度过大造成短接中和电荷，避免Sensor芯片电容击穿，造成MEMS麦克风报废。MEMS麦克风的工作原理是，通过外部电源给ASIC芯片供电使ASIC芯片进入工作状态，ASIC芯片通过ASIC内部的电荷泵为振膜和背极提供偏置电压使 Sensor芯片的振膜和背极间存在电势差，从而在外部声压作用下，声音信号转化为振膜的机械能，同时类比平行板电容器工作原理，在振膜和背极之间距离变化的情况下，Sensor芯片有电信号从Sensor 芯片的VOUT端输出，此信号为所检测声音的初始信号，信号经过信号ASIC芯片处理后从OUT端输出；ASIC芯片的供电端与继电器相连，继电器为电压继电器，继电器内部芯片可以通过电压控制通断，同时，继电器的输入端由一个桥式电路控制，桥式电路包含三个固定阻值的电阻以及一个敏感电阻，当敏感电阻阻值减小时，继电器上电压小于继电器内设定的阈值时，继电器断开，外界电源停止给MEMS麦克风上Sensor芯片的振膜和背极供电，能有效避免Sensor芯片的振膜和背极短接中和电荷，甚至会造成Sensor芯片电容击穿，从而导致MEMS 麦克风失效。
优选的，所述外壳上设有进音孔。
优选的，所述键合线为金，铝，铜等金属材质制成。
本发明与现有的技术相比有如下优点：
通过将敏感电阻与继电器并联后给MEMS麦克风供电，当敏感电阻阻值减小时，继电器断开，电源停止给MEMS麦克风供电，能有效起到保护电路的作用及有效延长了MEMS麦克风的使用寿命。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明的爆炸图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的电路图；
图4为本发明的Sensor芯片结构图；
图5为Sensor芯片工作状态图；
图中：1、外壳；2、键合线；3、ASIC芯片；4、Sensor芯片； 401、背极；403、振膜；402、硅基；5、敏感电阻；6、第一电阻；7、第二电阻；8、第三电阻；9、封装基板；10、继电器；11、进音孔；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明：
如图1至图5所示，本发明公开了一种基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路，包含封装基板9，封装基板9上分别固定有第一电阻 6，第二电阻7、第三电阻8和敏感电阻5，敏感电阻5正上方固定有 Sensor芯片4，Sensor芯片4通过键合线2连接有ASIC芯片3，ASIC 芯片3通过键合线2与封装基板9电性相连，封装基板9上方还固定有外壳1，Sensor芯片4上有BIAS端和VOUT端，Sensor芯片4上 BIAS端与ASIC芯片3的BIAS端电性相连，Sensor芯片4上VOUT 端与ASIC芯片3的VOUT端电性相连，第一电阻6一端与第二电阻7 一端和电源正极相连，第一电阻6另一端与敏感电阻5一端及继电器10一端相连，第二电阻7另一端与第三电阻8一端和继电器10另一端相连，敏感电阻5另一端与第三电阻8另一端及电源负极相连，继电器10还与ASIC芯片3的供电端相连，ASIC芯片3上的OUT端通过电容与封装基板9电性相连，ASIC芯片3内部还有电荷泵。MEMS 麦克风的工作原理是，通过外部电源给ASIC芯片3供电使ASIC芯片 3进入工作状态，ASIC芯片3通过ASIC芯片3内部的电荷泵为Sensor 芯片4上振膜403和背极401提供偏置电压使Sensor芯片4的振膜 403和背极401间存在电势差，从而在外部声压作用下，声音信号转化为振膜403的机械能，同时类比平行板电容器工作原理，在振膜 403和背极401间的距离变化的情况下，Sensor芯片4有电信号从 Sensor芯片4的VOUT端输出，此信号为所检测声音的初始信号，信号经过信号ASIC芯片3处理后从OUT端输出；ASIC芯片3的供电端与继电器10相连，继电器10为电压继电器10，继电器10内部芯片可以通过电压控制通断，同时，继电器10的输入端由一个桥式电路控制，桥式电路包含三个固定阻值的电阻以及一个敏感电阻5，当敏感电阻5阻值减小时，继电器10上电压小于继电器10内设定的阈值时，继电器10断开，外界电源停止给MEMS麦克风上Sensor芯片4 的振膜403和背极401供电，能有效避免Sensor芯片4的振膜403 和背极401短接中和电荷，甚至会造成Sensor芯片4电容击穿，从而导致MEMS麦克风失效。
如图4所示为Sensor芯片4的结构，Sensor芯片4由振膜403，背极401以及硅基402材组成，振膜403和背极401通过半导体加工工艺(刻蚀，抛光，蒸镀等)固定在硅基402材腔体内部；其工作原理可等效为平行板电容器；振膜403和背极401组成电容器的上下两基板，在电压作用下，电荷发生定向移动，在上下基板间会形成稳定的电压差，当外界声压作用在振膜403上时，振膜403和背极401间的距离发生变化，由公式C＝εS/4πkd，可知，在距离发生变化时，电容器的电容量会随之发生变化(C：电容量,ε：介电常数,S：振膜403和背极401之间的正对面积d：两板间距离，k：静电力恒量)；由U＝Q/C可知，在电容量发生变化的情况下，输出电压值会发生变化 (Q为电容器的电荷量，Q为定值保持不变；U为振膜403形变后两极板之间的电压)，若记形变前的电压为U1，形变后的电压为U2，那么在声压作用下Sensor芯片输出信号为△U＝U1-U2；Sensor芯片4 在外部声压的作用下，完成了声能-机械能-电能的转化。
其中，外壳1上设有进音孔11。
其中，键合线2为铜金属材质制成。
其中，敏感电阻5为湿敏电阻。湿敏电阻的特性为，外界环境湿度越大，湿敏电阻阻值减小，与湿敏电阻并联的电压继电器10上电压减小，当外界湿度到达一定程度时，即继电器10两端电压小于继电器10内部芯片设定的阈值，继电器10断开，外界电源停止给MEMS 麦克风上Sensor芯片的振膜403和背极401供电，能有效避免Sensor 芯片的振膜403和背极401由于湿度过大造成短接中和电荷，避免 Sensor芯片4电容击穿，造成MEMS麦克风报废。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路，其特征在于：包含封装基板，所述封装基板上分别固定有第一电阻，第二电阻、第三电阻和敏感电阻，所述敏感电阻正上方固定有Sensor芯片，所述Sensor芯片通过键合线连接有ASIC芯片，所述ASIC芯片通过键合线与封装基板电性相连，所述封装基板上方还固定有外壳，所述Sensor芯片上有BIAS端和VOUT端，所述Sensor芯片上BIAS端与ASIC芯片的BIAS端电性相连，所述Sensor芯片上VOUT端与ASIC芯片的VOUT端电性相连，所述第一电阻一端与第二电阻一端和电源正极相连，所述第一电阻另一端与敏感电阻一端及继电器一端相连，所述第二电阻另一端与第三电阻一端和继电器另一端相连，所述敏感电阻另一端与第三电阻另一端及电源负极相连，所述继电器还与ASIC芯片的供电端相连，所述ASIC芯片上的OUT端通过电容与前述封装基板电性相连，所述敏感电阻为湿敏电阻。
2.根据权利要求1所述的基于湿敏电阻的MEMS麦克风保护电路，其特征在于：所述外壳上设有进音孔。
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| CN201921797544.XU CN210781340U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种基于湿敏电阻的mems麦克风保护电路 |
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| CN201921797544.XU CN210781340U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种基于湿敏电阻的mems麦克风保护电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110650417A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-03 | 朝阳聚声泰（信丰）科技有限公司 | 一种mems麦克风及其保护电路 |
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