CN211085470U - 用于振动感测装置的振动机构以及振动感测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于振动感测装置的振动机构以及振动感测装置。其中，所述振动机构的结构为：包括由基板和外壳围成的具有第一腔体的封装结构，以及收容在所述第一腔体内且设置在所述基板一表面上的MEMS芯片；还包括振动元件，所述振动元件固定设置在所述基板的另一表面上，所述振动元件与所述基板围合成第二腔体；在所述基板上设置有通孔，所述通孔将所述MEMS芯片的背腔与所述第二腔体连通并形成密闭空间，且在所述密闭空间内填充有气体；所述振动元件被配置为：用于响应外部的振动。本实用新型的一个技术效果为：将MEMS芯片固定在基板上，并单独设置了振动元件，能准确的感知MEMS芯片两端的压差，提升了产品的灵敏度和失真稳定性。

Description

用于振动感测装置的振动机构以及振动感测装置

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用于振动感测装置的振动机构以及振动感测装置。

背景技术

现有的振动感测装置，如图1所示，其包括罩壳101，振膜102以及振动传感器。其中，将振动传感器中所包含的MEMS芯片、ASIC芯片和基板共同作为质量块来使用，没有专门设计单独的质量块。在罩壳101的内部形成腔体。振膜102设置在腔体内。质量块通过振膜102悬置在腔体内，并能随振膜102一起在腔体内移动，质量块和振膜102将腔体分隔为密闭的两个腔室。振动传感器分别与两个腔室连通。

在工作时，振动感测装置被固定在待测量设备上。在该设备工作时，待测量设备的振动带动罩壳101振动。质量块包含有MEMS芯片、ASIC芯片和基板，使其具有设定的质量，并且振膜102具有弹性。由于质量块的惯性以及振膜102的弹性回复力的共同作用，故质量块整体会相对于罩壳101发生振动。质量块和振膜102的振动使得两个腔室的体积发生变化，由于两个腔室都是密闭的腔室，故两个腔室内的气体的压强会发生变化。振动传感器感测两个的压强差，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。

现有的这种振动感测装置，其利用了振动传感器内的MEMS芯片、ASIC芯片和基板作为质量块。这在很大程度上简化了装置的整体结构设计，省去了专门设置单独的质量块。但是，在实际的应用中发现：将MEMS芯片和ASIC芯片本身作为质量块的设计，在振动的过程中，会对振动信号造成二次冲击，从而影响到产品的感测灵敏度和失真性能。

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用于振动感测装置的振动机构以及振动感测装置的新技术方案。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于振动感测装置的振动机构，包括由基板和外壳围成的具有第一腔体的封装结构，以及收容在所述第一腔体内且设置在所述基板一表面上的MEMS芯片；

还包括振动元件，所述振动元件固定设置在所述基板的另一表面上，所述振动元件与所述基板围合成第二腔体；

在所述基板上设置有通孔，所述通孔将所述MEMS芯片的背腔与所述第二腔体连通并形成密闭空间，且在所述密闭空间内填充有气体；

所述振动元件被配置为：用于响应外部的振动。

可选地，所述振动元件包括振动簧片，所述振动簧片通过阻尼胶与所述基板固定连接。

可选地，所述振动元件包括支撑结构和与所述支撑结构一端连接的弹性元件，所述支撑结构的另一端与所述基板连接；

还包括质量元件，所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上。

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以及围绕弹性部设置的边缘部，所述边缘部与所述支撑结构固定连接，所述连接部与所述质量元件固定连接。

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焊盘，所述焊盘通过埋设在所述侧壁内的金属化通孔与所述基板连接。

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。

可选地，用于振动感测装置的振动机构，还包括信号放大器；

所述信号放大器贴装在所述基板上；或者是，

所述信号放大器埋设在所述基板内部。

据本实用新型的另一个方面，提供一种振动感测装置，包括如上所述的振动机构，以及保护壳；

所述保护壳与所述基板围合成第三腔体，所述振动元件位于所述第三腔体内。

可选地，所述基板上设置有连通所述第一腔体与所述第三腔体的通气孔。

可选地，所述保护壳呈皿状结构，其具有敞开端，所述保护壳的敞开端与所述基板粘接在一起。

本实用新型实施例提供的用于振动感测装置的振动机构，将MEMS芯片固定设置在基板上，还单独设计了振动元件，即将振动元件与MEMS芯片分开，这样能避免在振动的过程中，对振动信号造成二次冲击的现象。能准确的感知MEMS芯片两端的压差，提升了产品的灵敏度和失真稳定性。

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是现有的振动感测装置的结构示意图。

图2是根据本公开一个实施例提供的振动感测装置的结构示意图。

图3是根据本公开另一个实施例提供的振动感测装置的结构示意图。

附图标记说明：

101：罩壳；102：振膜；

1：保护壳；2：基板；201：通孔；202：通气孔；3：外壳；301：侧壁；302：底部；4：第一腔体；5：MEMS芯片；501：衬底；502：背腔；503：感应膜；6：第二腔体；7：振动簧片；8：焊盘；9：第三腔体；10：支撑结构；11：弹性元件；12：质量元件；13：金属化通孔；14：ASIC芯片。

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，提供了一种振动感测装置。该振动感测装置例如可以为骨声纹传感装置、环境感测装置等。如图2和图3所示，本实用新型的振动感测装置包括有保护壳1以及振动机构。

以下先对上述的振动机构的具体结构进行进一步的描述。

本实用新型实施例提供的振动机构，如图2和图3所示，其包括基板2和外壳3，基板2和外壳3围合形成具有第一腔体4的封装结构，在第一腔体4内收容有MEMS芯片5，且该MEMS芯片5固定设置在基板2的一表面上。该振动机构还包括振动元件，振动元件被固定设置在基板2的另一表面上。振动元件与基板2围合形成第二腔体6。并且，在基板2上还设置有通孔201。通孔201用于将MEMS芯片5的背腔502与第二腔体6连通并形成密闭空间，且在该密闭空间内填充有预定压力的气体。其中，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。振动元件被配置为用于响应外部的振动。

本实用新型实施例提供的振动机构，可应用于振动感测装置中。将MEMS芯片5固定设置在基板2上，还单独设计了振动元件。即，将振动元件与MEMS芯片5分开设计。这样能有效避免在振动的过程中，对振动信号造成二次冲击的现象。能准确的感知MEMS芯片5两端的压差，从而能提升产品的灵敏度和失真稳定性。

在本实用新型中，通孔201例如可以为圆形孔、椭圆形孔、方形孔、三角形孔等，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。在基板2上开设通孔201的难度小，易于加工。

本实用新型的振动元件具有多种结构，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择其中的一种，对此不作限制。

振动元件的一种结构为：如图2所示，包括振动簧片7，该振动簧片7例如可以通过阻尼胶与基板2固定连接。采用阻尼胶不仅可以使振动簧片7与基板2牢固的结合在一起，还能使振动簧片7与基板2围合形成的第二腔体6具有良好的密封性，不会产生漏气、泄气的现象。

振动元件的另一种结构为：如图3所示，包括支撑结构10以及与支撑结构10一端连接的弹性元件11，支撑结构10的另一端与基板2固定连接。并且，该振动元件还包括质量元件12，质量元件12贴合在弹性元件11的表面上。其中，支撑结构10的另一端例如可以采用粘结剂与基板2粘接。这种连接方式简单，牢固性好，且成本较低。

弹性元件11用于为质量元件12提供弹性回复力。弹性元件11例如可以为弹性膜片，可以采用本领域技术人员熟知的弹性材料制作，例如PP材料。当然，弹性元件11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。质量元件12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。

在一个例子中，弹性元件11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。其中，边缘部与支撑结构10固定连接，连接部与质量元件12固定连接。例如，弹性元件11的边缘部与支撑结构10之间采用粘接剂粘接在一起，弹性元件11的连接部与质量元件12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，对此不作限制。弹性部能够发生弹性形变，从而提供弹性回复力。边缘部用于与支撑结构10连接。

本实用新型的振动机构，如图2和图3所示，外壳3的结构为：包括围绕基板2设置的侧壁301，以及与所述基板2相对的底部302。并且，在底部302的外侧设置有至少一个焊盘8。焊盘8可以根据需要设置为三个，四个或者更多个，对此不作限制。

焊盘8可以通过埋设在侧壁301内的导体与基板2电连接。其中，导体例如可以为设置在侧壁301内的金属化通孔13。在使用时，直接将焊盘8与外部电路焊接即可，非常方便。

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，例如可以采用PCB板等，对此不作限制。基板2采用电路板可以实现振动机构的电路设计。

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的结构：如图2和图3所示，包括衬底501和感应膜503。感应膜503例如可以为压电元件、电容元件、压阻元件等。衬底501为中空结构。感应膜503设置在衬底501的一端并覆盖中空结构，中空结构形成背腔502。衬底501的另一端与基板2固定连接在一起。

MEMS芯片5可以被贴装在基板2上。例如，可以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。

本实用新型的振动机构，除了包括上述的MEMS芯片5之外，还包括有信号放大器。信号放大器被贴装在基板2上。MEMS芯片5与信号放大器连接。

在一个例子中，信号放大器为ASIC芯片14。ASIC芯片14贴装在基板2上，例如可以采用专门的胶黏剂将ASIC芯片14粘接在基板2上。MEMS芯片5与ASIC芯片14连接，以使得MEMS芯片5输出的电信号可以传输到ASIC芯片14中，并被ASIC芯片14处理、输出。MEMS芯片5与ASIC芯片14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。

此外，在本实用新型中，还可以将ASIC芯片14埋设在基板2的内部，即嵌设在基板2内。需要说明的是，当将ASIC芯片14埋入基板2内的时候，需要在ASIC芯片14正对的上方和下方至少各设置一层金属层。其中，金属层例如为铜层。金属层接地作为屏蔽。ASIC芯片14周围区域布置有多个金属化通孔，与上述金属层一起构成屏蔽结构。将ASIC芯片14埋入基板2内的设计，使得不必在ASIC芯片14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14埋入基板2内部，还减少了占用基板2和外壳3围成的第一腔体4的体积。

本实用新型的振动机构，还可以包括滤波器件(图2和图3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，能够提升整个机构的抗射频干扰能力。

本实用新型实施例提供的振动感测装置，如图2和图3所示，其包括如上所述的振动机构以及保护壳1。保护壳1与基板2围合形成第三腔体9。振动元件整体被固定设置在第三腔体9内。保护壳1可用于保护振动元件。

在基板2上还设置有连通第一腔体4与第三腔体9的通气孔202。该通气孔202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。并且，本领域技术人员可以根据需要对通气孔202的数量进行调整。通气孔202用于平衡第一腔体4和第三腔体9之间的气压。

保护壳1呈皿状结构，其具有敞开端。保护壳1的材质例如可以为金属、塑料或者PCB板等。保护壳1的形状例如可以为圆柱状、长方体等。保护壳1的敞开端可以通过具有粘性的垫片或者粘接剂与基板2结合在一起。当然，保护壳1与基板2之间也可以采用锡膏焊接的方式结合在一起，本领域技术人员可以根据需要灵活选择，对此不作限制。

本实用新型的振动感测装置，能通过振动元件响应外部的振动。在使用时，该振动感测装置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保护壳1产生振动，振动元件会相对保护壳1发生振动。振动元件的振动使得第一腔体4和第二腔体6围成的密闭空间的体积发生变化，由于两个腔体都是密闭的，故密闭空间内的气体的压强会发生变化。

在该例子中，MEMS芯片5用于感测压差，并将压差转换为电信号，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。

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)

1.一种用于振动感测装置的振动机构，其特征在于：包括由基板和外壳围成的具有第一腔体的封装结构，以及收容在所述第一腔体内且设置在所述基板一表面上的MEMS芯片；

还包括振动元件，所述振动元件固定设置在所述基板的另一表面上，所述振动元件与所述基板围合成第二腔体；

在所述基板上设置有通孔，所述通孔将所述MEMS芯片的背腔与所述第二腔体连通并形成密闭空间，且在所述密闭空间内填充有气体；

所述振动元件被配置为：用于响应外部的振动。

2.根据权利要求1所述的用于振动感测装置的振动机构，其特征在于：所述振动元件包括振动簧片，所述振动簧片通过阻尼胶与所述基板固定连接。

3.根据权利要求1所述的用于振动感测装置的振动机构，其特征在于：所述振动元件包括支撑结构和与所述支撑结构一端连接的弹性元件，所述支撑结构的另一端与所述基板连接；

还包括质量元件，所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上。

4.根据权利要求3所述的用于振动感测装置的振动机构，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以及围绕弹性部设置的边缘部，所述边缘部与所述支撑结构固定连接，所述连接部与所述质量元件固定连接。

5.根据权利要求1所述的用于振动感测装置的振动机构，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焊盘，所述焊盘通过埋设在所述侧壁内的金属化通孔与所述基板连接。

6.根据权利要求1所述的用于振动感测装置的振动机构，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。

7.根据权利要求1所述的用于振动感测装置的振动机构，其特征在于：还包括信号放大器；

所述信号放大器贴装在所述基板上；或者是，

所述信号放大器埋设在所述基板内部。

8.一种振动感测装置，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的振动机构，以及保护壳；

所述保护壳与所述基板围合成第三腔体，所述振动元件位于所述第三腔体内。

9.根据权利要求8所述的振动感测装置，其特征在于：所述基板上设置有连通所述第一腔体与所述第三腔体的通气孔。

10.根据权利要求8所述的振动感测装置，其特征在于：所述保护壳呈皿状结构，其具有敞开端，所述保护壳的敞开端与所述基板粘接在一起。

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