CN213694143U - 传感器封装结构、mems传感器及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种传感器封装结构、MEMS传感器及可穿戴设备，传感器封装结构包括：保护壳，开设有第一通气孔；传感组件，与所述保护壳围成收容空间；防水膜，收容于所述收容空间内，并遮挡所述第一通气孔；所述传感组件具有封装腔以及连通所述收容空间与所述封装腔的第二通气孔。本实用新型即使处于深水环境中，由于保护壳与传感组件的保护作用，防水膜不会受到较大或强大的水压，使得防水膜仅产生正常范围内的振动而不会发生较大程度的变形，避免防水膜破裂危险，保证防水膜正常的透音作用，同时防水膜不会受到较大的水压冲击，可稳定收容于收容空间内，防水膜始终将第一通气孔遮挡，保证防水膜防水作用的有效性，进而保证产品正常使用。

Description

传感器封装结构、MEMS传感器及可穿戴设备

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种传感器封装结构、MEMS传感器及可穿戴设备。

背景技术

近年来，智能手表、手环类可穿戴产品在人们日常生活中的应用越来越广泛，并且随着科技的发展，可穿戴产品在满足性能要求的基础上，对防水性能的要求也越来越高。为了达到高级别的防水要求，MIC部分的设计都会用到防水透音膜(简称防水膜)进行防水，大气环境中靠防水膜振动传递声音。但由于防水膜厚度较薄且没有保护支撑的结构，只能应用于浅水或生活防水产品中。当产品防水要求高且产品处于深水环境时，比如在深度为50m的范围内潜水时佩戴，此时防水膜会受到较大或强大的水压，而防水膜在水压的作用下会产生不同程度的变形，尤其是水压大时，变形更为严重，甚至破裂，从而使得防水膜透音作用会失效而导致无法传输声音，同时，由于强大的水压冲击作用，防水膜也会从MIC上脱离，引起防水作用失效，进而使产品损坏。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种传感器封装结构、MEMS传感器及可穿戴设备，旨在解决防水膜在较大水压的作用下容易变形及脱离引起其透音、防水作用失效的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的传感器封装结构，包括：

保护壳，所述保护壳开设有第一通气孔；

传感组件，所述传感组件与所述保护壳围成收容空间；

防水膜，所述防水膜收容于所述收容空间内，并遮挡所述第一通气孔；

所述传感组件具有封装腔以及连通所述收容空间与所述封装腔的第二通气孔。

优选地，所述保护壳包括第一横向板和第一竖向板，所述第一竖向板连接在所述第一横向板的端部，所述第一横向板开设有所述第一通气孔；所述第一竖向板远离所述第一横向板的一端与所述传感组件连接，所述传感组件、所述第一横向板及所述第一竖向板围成所述收容空间。

优选地，所述传感组件包括外壳、第一电路板和传感元件，所述第一竖向板远离所述第一横向板的一端连接在所述外壳上，所述外壳、所述第一横向板及所述第一竖向板围成所述收容空间，所述外壳开设有所述第二通气孔；所述第一电路板安装在所述外壳上背离所述第一横向板的一侧并与所述外壳围成所述封装腔，所述传感元件收容于所述封装腔内并与所述第一电路板电连接。

优选地，所述外壳包括第二横向板和第二竖向板，所述第二横向板与所述第二竖向板的一端连接并向外延伸，所述第二横向板与所述第一横向板平行并间隔布置，所述第一竖向板远离所述第一横向板的一端连接在所述第二横向板上，所述第二横向板、所述第一横向板以及所述第一竖向板围成所述收容空间，所述第二横向板开设有所述第二通气孔；所述第二竖向板远离所述第二横向板的一端与所述第一电路板连接，所述第一电路板、所述第二横向板以及所述第二竖向板围成所述封装腔。

优选地，所述防水膜与所述第一横向板及所述第二横向板平行并间隔布置，且所述防水膜安装在所述第二横向板上。

优选地，所述防水膜通过粘胶粘接在所述第二横向板上。

优选地，所述传感组件包括第一电路板、第二电路板和传感元件，所述第一电路板通过支撑板与所述第二电路板连接，所述第二电路板开设有所述第二通气孔，所述第二电路板、所述第一横向板以及所述第一竖向板围成所述收容空间；所述第一电路板、所述第二电路板以及所述支撑板围成所述封装腔，所述第二电路板开设有所述第二通气孔，所述传感元件收容于所述封装腔内并与所述第二电路板电连接。

优选地，所述防水膜与所述第一横向板及所述第二电路板平行并间隔布置，且所述防水膜安装在所述第二电路板上。

优选地，所述防水膜为膨体聚四氟乙烯膜或PU膜。

本实用新型还提出一种MEMS传感器，所述MEMS传感器包括如上所述的传感器封装结构。

本实用新型还提出一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括如上所述的MEMS传感器。

本实用新型还提出一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括如上所述的传感器封装结构。

本实用新型传感器封装结构中，防水膜收容于保护壳与传感组件围成的收容空间内，保护壳与传感组件对防水膜形成保护作用。即使在产品处于深水环境中，由于保护壳与传感组件的保护作用，防水膜不会受到较大或强大的水压，使得防水膜仅产生正常范围内的振动而不会发生较大程度的变形，避免防水膜破裂危险，保证防水膜正常的透音作用，同时，在保护壳与传感组件的保护下，防水膜不会受到较大的水压冲击，可稳定地收容于收容空间内，防水膜始终将第一通气孔遮挡，保证防水膜的防水作用的有效性，进而保证产品正常使用，改善用户的使用体验度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例传感器封装结构的截面示意图；

图2为本实用新型另一实施例传感器封装结构的截面示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种传感器封装结构。

如图1和图2所示，本实用新型的传感器封装结构100包括保护壳10、传感组件20以及防水膜30，其中，保护壳10开设有第一通气孔11，传感组件20与保护壳10围成收容空间40；防水膜30收容于收容空间40内，并遮挡第一通气孔11；传感组件20具有封装腔21以及连通收容空间40与封装腔21的第二通气孔22。

本实施例传感器封装结构100在使用时，外界声音通过保护壳10的第一通气孔11进入收容空间40，以向收容空间40输入振动信号或压力信号，防水膜30被该振动信号或压力信号激励，防水膜30产生振动，从而引起收容空间40内的气压产生变化，并通过第二通气孔22传递至传感组件20的封装腔21中，传感组件20感应到封装腔21内气体的振动，并将感应到的信息转换成可以检测的电信号，传递到外部电子器件。

本实施例的防水膜30收容于保护壳10与传感组件20围成的收容空间40内，保护壳10与传感组件20对防水膜30形成保护作用。即使在产品处于深水环境中，由于保护壳10与传感组件20的保护作用，防水膜30不会受到较大或强大的水压，使得防水膜30仅产生正常范围内的振动而不会发生较大程度的变形，避免防水膜30破裂危险，保证防水膜30正常的透音作用，同时，在保护壳10与传感组件20的保护下，防水膜30不会受到较大的水压冲击，可稳定地收容于收容空间40内，防水膜30始终将第一通气孔11遮挡，保证防水膜30的防水作用的有效性，进而保证产品正常使用，改善用户的使用体验度。

本实施例中，保护壳10包括第一横向板12和第一竖向板13，第一竖向板13连接在第一横向板12的端部，第一横向板12开设有第一通气孔11；第一竖向板13远离第一横向板12的一端与传感组件20连接，传感组件20、第一横向板12及第一竖向板13围成收容空间40。

如图1和图2所示，保护壳10为一体成型制件，保护壳10具有较好的强度，可采用黄铜制成，表面可进行镀镍或镀金处理，防止锈蚀。第一竖向板13连接在第一横向板12的端部，具体地，第一竖向板13的上端与第一横向板12连接，第一竖向板13的下端与传感组件20连接，从而通过传感组件20、第一横向板12及第一竖向板13围成收容空间40，防水膜30收容于收容空间40内，传感组件20、第一横向板12以及第一竖向板13对防水膜30起到保护作用，第一横向板12上开设有第一通气孔11，保证正常的传音。

在一实施例中，如图1所示，传感组件20包括外壳23、第一电路板24和传感元件25，第一竖向板13远离第一横向板12的一端连接在外壳23上，外壳23、第一横向板12及第一竖向板13围成收容空间40，外壳23开设有第二通气孔22；第一电路板24安装在外壳23上背离第一横向板12的一侧并与外壳23围成封装腔21，传感元件25收容于封装腔21内并与第一电路板24电连接。

具体地，第一竖向板13的上端与第一横向板12连接，第一竖向板13的下端与外壳23连接，外壳23、第一横向板12以及第一竖向板13围成收容空间40，第一电路板24安装在外壳23的下侧，并与外壳23围成封装腔21，外壳23上的第二通气孔22将收容空间40和封装腔21连通，以将收容空间40内的气压产生变化传递至封装腔21中，传感元件25感应到封装腔21内气体的振动，并将感应到的信息转换成可以检测的电信号，传递到外部电子器件。

更具体地，本实施例的外壳23为一体成型制件，保护壳10具有较好的强度，可采用黄铜制成，表面可进行镀镍或镀金处理，防止锈蚀。外壳23包括第二横向板231和第二竖向板232，第二横向板231与第二竖向板232的一端连接并向外延伸，第二横向板231与第一横向板12平行并间隔布置，第一竖向板13远离第一横向板12的一端连接在第二横向板231上，第二横向板231、第一横向板12以及第一竖向板13围成收容空间40，第二横向板231开设有第二通气孔22；第二竖向板232远离第二横向板231的一端与第一电路板24连接，第一电路板24、第二横向板231以及第二竖向板232围成封装腔21。

如图1所示，第二竖向板232连接在第二横向板231上靠近其端部的位置，具体地，第二竖向板232的下端与第一电路板24连接，第二竖向板232的上端与第二横向板231连接且第二横向板231自其与第二竖向板232的连接处向外延伸，从而使第二横向板231的长度大于第一横向板12的长度，以使第一竖向板13连接在第二横向板231上后，第二横向板231的边缘还可露出一部分，保证装配稳定性以及收容空间40的密封性。通过第二横向板231以及第二竖向板232的设置，使得外壳23与保护壳10之间围成收容空间40，外壳23与第一电路板24围成封装腔21，结构简单，易于制作。

本实施例的第一电路板24上还设有ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)芯片26，ASIC芯片26与传感元件25电连接。本实施例的传感元件25为麦克风，ASIC芯片26为传感元件25提供外部偏置，有效的偏置将使传感元件25在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的传感元件25设计。通过设置封装腔21，使得当在保护壳10外侧输入振动信号或压力信号，防水膜30进行细微振动时，容易对防水膜30远离振动源的一侧进行压缩，从而减小防水膜30的振动阻力，使其能够容易地在细微的空气振动下产生振动响应，从而使传感元件25的灵敏度较高。可以理解的是，越大的封装腔21，其空气较多，便于防水膜30的振动。

当在保护壳10外输入振动信号或压力信号，使得收容空间40的气体产生振动，振动的气体带动防水膜30产生振动，气流通过第二通气孔22改变封装腔21内的气压，进而引起传感元件25的振膜振动，使得传感元件25的振动腔内的气压变化，从而使得传感元件25将振动信号变为电信号。

优选地，第一通气孔11和第二通气孔22正对设置，便于传感元件25直接感应防水膜30引起的气压变化，从而提高传感器封装结构100的传感效果。在本实用新型的一实施例中，防水膜30在振动方向的投影面积大于传感元件25的振膜在振动方向的投影面积。防水膜30与收容空间40内气体的接触面积更大，使其可以更好地振动气体，传感元件25的振膜的面积较小，使传感元件25对安装于同一电子设备内的扬声器引起的噪声产生更低的振动耦合，方便使用。

本实施例中，防水膜30与第一横向板12及第二横向板231平行并间隔布置，且防水膜30安装在第二横向板231上。如图1所示，第一横向板12、防水膜30、第二横向板231从外到内依次设置，且第一横向板12、防水膜30、第二横向板231均呈横向水平放置，防水膜30安装在第二横向板231上，从而将防水膜30固定在收容空间40内，防止防水膜30脱离，保证产品的正常使用。

进一步地，本实施例中，防水膜30通过粘胶50粘接在第二横向板231上。如图1所示，防水膜30的下表面朝向第二横向板231，防水膜30的下表面的边缘通过粘胶50粘接在第二横向板231上，简单方便，易于制作。更进一步地，为了提高装配的稳定性，防水膜30的还可以通过粘胶50粘接在第一横向板12上。防水膜30的上表面朝向第一横向板12，在防水膜30的下表面的边缘粘接在第二横向板231的基础上，将防水膜30的上表面的边缘通过粘胶50粘接在第一横向板12上，进一步提高装配稳定性，防止防水膜30脱离。

本实施例中，外壳23焊接在第一电路板24上。本实施例的外壳23为黄铜，可通过锡膏焊接在第一电路板24上，实现第一电路板24表面元器件的焊接。保护壳10可焊接或粘接在外壳23上方，制作简单、方便。

在另一实施例中，如图2所示，传感组件20包括第一电路板24、第二电路板27和传感元件25，第一电路板24通过支撑板28与第二电路板27连接，第二电路板27开设有第二通气孔22，第二电路板27、第一横向板12以及第一竖向板13围成收容空间40；第一电路板24、第二电路板27以及支撑板28围成封装腔21，第二电路板27开设有第二通气孔22，传感元件25收容于封装腔21内并与第二电路板27电连接。

具体地，本实施例的传感组件20为三层板结构，三层板结构从上到下依次为第二电路板27、支撑板28和第一电路板24，其中，第一电路板24和第二电路板27通过支撑板28连接。第一竖向板13的上端与第一横向板12连接，第二竖向板232的下端与第二电路板27连接，从而通过第二电路板27、第一横向板12以及第一竖向板13围成收容空间40，并通过第一电路板24、第二电路板27以及支撑板28围成封装腔21，第二电路板27上的第二通气孔22将收容空间40和封装腔21连通，以将收容空间40内的气压产生变化传递至封装腔21中，传感元件25感应到封装腔21内气体的振动，并将感应到的信息转换成可以检测的电信号，传递到外部电子器件。

该实施例中，第二电路板27上还设有ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)芯片26，ASIC芯片26与传感元件25电连接。ASIC芯片26为传感元件25提供外部偏置，有效的偏置将使传感元件25在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的传感元件25设计。通过设置封装腔21，使得当在保护壳10外侧输入振动信号或压力信号，防水膜30进行细微振动时，容易对防水膜30远离振动源的一侧进行压缩，从而减小防水膜30的振动阻力，使其能够容易地在细微的空气振动下产生振动响应，从而使传感元件25的灵敏度较高。可以理解的是，越大的封装腔21，其空气较多，便于防水膜30的振动。

本实施例传感元件25的振动腔通过第二通气孔22与收容空间40连通，当在保护壳10外输入振动信号或压力信号，使得收容空间40的气体产生振动，振动的气体带动防水膜30产生振动，气流通过第二通气孔22改变传感元件25的振动腔内的气压，进而引起传感元件25的振膜振动，使得传感元件25将振动信号变为电信号。

优选地，将传感元件25的振膜正对防水膜30设置，便于振膜直接感应防水膜30引起的气压变化，从而提高传感器封装结构100的传感效果。在本实用新型的一实施例中，防水膜30在振动方向的投影面积大于传感元件25的振膜在振动方向的投影面积。防水膜30与收容空间40内气体的接触面积更大，使其可以更好地振动气体，传感元件25的振膜的面积较小，使传感元件25对安装于同一电子设备内的扬声器引起的噪声产生更低的振动耦合，方便使用。

如图2所示，防水膜30与第一横向板12及第二电路板27平行并间隔布置，且防水膜30安装在第二电路板27上。第一横向板12、防水膜30、第二电路板27从外到内依次设置，且第一横向板12、防水膜30、第二电路板27均呈横向水平放置，防水膜30安装在第二电路板27上，从而将防水膜30固定在收容空间40内，防止防水膜30脱离，保证产品的正常使用。

进一步地，该实施例中，防水膜30通过粘胶50粘接在第二电路板27上。如图2所示，防水膜30的下表面朝向第二电路板27，防水膜30的下表面的边缘通过粘胶50粘接在第二电路板27上，简单方便，易于制作。更进一步地，为了提高装配的稳定性，防水膜30还可以通过粘胶50粘接在第一横向板12上。防水膜30的上表面朝向第一横向板12，在防水膜30的下表面的边缘粘接在第二电路板27的基础上，将防水膜30的上表面的边缘通过粘胶50粘接在第一横向板12上，进一步提高装配稳定性，防止防水膜30脱离。

该实施例中，支撑板28也可为电路板，第二电路板27、支撑板28以及第一电路板24可通过锡膏焊接在一起，保护壳10可焊接或粘接在第二电路板27上方，制作简单、方便。

在一实施例中，防水膜30为膨体聚四氟乙烯膜，膨体聚四氟乙烯膜的微孔结构可以阻挡各种微粒而允许空气通过，具有高性能过滤作用，防水透气效果良好。在其他实施例中，防水膜30还可以为PU膜，PU膜无毒无害，具有环保性好、弹性佳、轻度高以及防水透气性能佳等优点。

本实用新型还提出一种MEMS传感器，MEMS传感器包括上述的传感器封装结构100。由于本MEMS传感器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实用新型还提出一种可穿戴设备，可穿戴设备包括上述的MEMS传感器。可以理解的是，该可穿戴设备可以为智能手表、手环类穿戴设备。该可穿戴设备还包括安装孔，从而便于将MEMS传感器的部分保护壳10显露，以便感应振动。由于本可穿戴设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种传感器封装结构，其特征在于，包括：

保护壳，所述保护壳开设有第一通气孔；

传感组件，所述传感组件与所述保护壳围成收容空间；

防水膜，所述防水膜收容于所述收容空间内，并遮挡所述第一通气孔；

所述传感组件具有封装腔以及连通所述收容空间与所述封装腔的第二通气孔。

2.如权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述保护壳包括第一横向板和第一竖向板，所述第一竖向板连接在所述第一横向板的端部，所述第一横向板开设有所述第一通气孔；所述第一竖向板远离所述第一横向板的一端与所述传感组件连接，所述传感组件、所述第一横向板及所述第一竖向板围成所述收容空间。

3.如权利要求2所述的传感器封装结构，其特征在于，所述传感组件包括外壳、第一电路板和传感元件，所述第一竖向板远离所述第一横向板的一端连接在所述外壳上，所述外壳、所述第一横向板及所述第一竖向板围成所述收容空间，所述外壳开设有所述第二通气孔；所述第一电路板安装在所述外壳上背离所述第一横向板的一侧并与所述外壳围成所述封装腔，所述传感元件收容于所述封装腔内并与所述第一电路板电连接。

4.如权利要求3所述的传感器封装结构，其特征在于，所述外壳包括第二横向板和第二竖向板，所述第二横向板与所述第二竖向板的一端连接并向外延伸，所述第二横向板与所述第一横向板平行并间隔布置，所述第一竖向板远离所述第一横向板的一端连接在所述第二横向板上，所述第二横向板、所述第一横向板以及所述第一竖向板围成所述收容空间，所述第二横向板开设有所述第二通气孔；所述第二竖向板远离所述第二横向板的一端与所述第一电路板连接，所述第一电路板、所述第二横向板以及所述第二竖向板围成所述封装腔。

5.如权利要求4所述的传感器封装结构，其特征在于，所述防水膜与所述第一横向板及所述第二横向板平行并间隔布置，且所述防水膜安装在所述第二横向板上。

6.如权利要求5所述的传感器封装结构，其特征在于，所述防水膜通过粘胶粘接在所述第二横向板上。

7.如权利要求2所述的传感器封装结构，其特征在于，所述传感组件包括第一电路板、第二电路板和传感元件，所述第一电路板通过支撑板与所述第二电路板连接，所述第二电路板开设有所述第二通气孔，所述第二电路板、所述第一横向板以及所述第一竖向板围成所述收容空间；所述第一电路板、所述第二电路板以及所述支撑板围成所述封装腔，所述第二电路板开设有所述第二通气孔，所述传感元件收容于所述封装腔内并与所述第二电路板电连接。

8.如权利要求7所述的传感器封装结构，其特征在于，所述防水膜与所述第一横向板及所述第二电路板平行并间隔布置，且所述防水膜安装在所述第二电路板上。

9.如权利要求1至8中任一项所述的传感器封装结构，其特征在于，所述防水膜为膨体聚四氟乙烯膜或PU膜。

10.一种MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器包括如权利要求1至9中任一项所述的传感器封装结构。

11.一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括如权利要求10所述的MEMS传感器。

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