CN213783602U - 骨传导检测装置和骨传导器件 - Google Patents

Abstract

该实用新型公开了一种骨传导检测装置和骨传导器件，骨传导检测装置包括：第一基底和第二基底，第一基底和第二基底之间限定出密闭空腔；振动电容结构，振动电容结构形成在密闭空腔内，振动电容结构第一固定电极和第一可动电极以及第二固定电极和第二可动电极，第一可动电极相对第一固定电极在水平方向上可移动，第二可动电极相对第二固定电极在水平方向上可移动，第一固定电极和第一可动电极之间极距和第二固定电极和第二可动电极之间的极距在移动方向上一个增大且另一个减小以形成差分输出。根据本实用新型实施例的骨传导检测装置，灵敏度更高，能够避免高冲击下振膜破裂的风险且能够减低封装难度。

Description

骨传导检测装置和骨传导器件

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种骨传导检测装置和骨传导器件。

背景技术

现有技术的骨传导检测装置，是基于MEMS麦克风结构来设计的，通常采用在该麦克风上设计大的质量块来感受振动，这样现实的骨传导检测装置具有MEMS麦克风可靠性差，容易膜破的缺点。由于工艺制约，其在厚度方向上，进行多层膜的制造难度较大，目前大批量生产的基本上都是单层振膜加背板的结构，其只有单端信号输出。由于MEMS麦克风的膜裸露在外面，后续的划片、封装与测试对环境的要求较高。比如需要采用激光划片来保证划片质量，需要洁净度管控较好的封装厂来进行后续与其他芯片的组装。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种骨传导检测装置，灵敏度高且能够降低破膜风险，降低了封装难度。

为解决上述技术问题，本实用新型中提供了一种骨传导检测装置，包括：第一基底和第二基底，所述第一基底和所述第二基底之间限定出密闭空腔；振动电容结构，所述振动电容结构形成在所述密闭空腔内，所述振动电容结构包括第一电容结构和第二电容结构，所述第一电容结构包括第一固定电极和第一可动电极，所述第二电容结构包括第二固定电极和第二可动电极，所述振动电容结构被构造成：在受到振动时，所述第一可动电极相对所述第一固定电极在水平方向上可移动，所述第二可动电极相对所述第二固定电极在水平方向上可移动，所述第一固定电极和所述第一可动电极之间极距和所述第二固定电极和所述第二可动电极之间的极距在移动方向上一个增大且另一个减小以形成差分输出。

由此，根据本实用新型实施例的骨传导检测装置，可动电极相对固定电极沿水平方向移动，这样振动电容将声音转化为水平方向振动移动，采用了平面振动的方式，相比现有技术中的薄膜上下振动的方式，不仅能够更大程度的感受头骨的振动，而且可动电极的厚度和质量可设计的相对更大，感受振动时变形更大，灵敏度更高，能够避免高冲击下振膜破裂的风险。

而且振动电容结构设在密闭空腔内，由此，通过第一基底和第二基底可实现对振动电容的密封，这样一方面声音无法通过空气振动传递至振动电容，以进一步减少外部噪音干扰，另一方面，通过第一基底和第二基底密封连接来实现对振动电容结构的密封，从而不需要依靠外壳封装来实现对骨传导检测装置的密封，不仅提高了密封效果，且一致性好，能够提高产品良率，也便于骨传导检测装置的使用安装。

根据本实用新型的一些实施例，所述骨传导检测装置还包括：质量块，所述质量块可活动地设在所述第一基底上，所述第一可动电极和所述第二可动电极设在所述质量块上。

可选地，所述质量块包括：弹性梁，所述弹性梁为两个且在受到振动时沿水平方向可伸缩；可动框架，所述可动框架与两个所述弹性梁相连且在水平方向上可移动，所述可动框架内限定出容纳所述第一电容结构和所述第二电容结构的容纳腔，所述第一可动电极和所述第二可动电极设在所述容纳腔内且形成在所述可动框架上。

可选地，所述容纳腔包括第一腔体和第二腔体，所述第一固定电极设在所述第一腔体内，所述第二固定电极设在所述第二腔体内，所述第一腔体和所述第二腔体在垂直所述第一可动电极和所述第二可动电极的移动方向上并排设置。

进一步地，所述第一电容结构和所述第二电容结构形成为梳齿电容，所述第一固定电极包括多个第一固定梳齿，所述第一可动电极包括多个第一可动梳齿，所述第二固定电极包括多个第二固定梳齿，所述第二可动电极包括多个第二可动梳齿，多个所述第一固定梳齿与多个所述第一可动梳齿交叉设置，多个所述第二可动梳齿与多个所述第二固定梳齿交叉设置。

进一步地，所述第一可动电极形成在所述第一腔体的侧壁上，所述第二可动电极形成在所述第二腔体的侧壁上，多个所述第一可动梳齿与多个所述第二可动梳齿沿垂直所述第一可动电极和所述第二可动电极的移动方向一一对应设置，多个所述第一固定梳齿和所述第二固定梳齿交错设置，以使得第一固定电极和第一可动电极以及第二固定电极和第二固定电极形成差分输出。

根据本实用新型的一些实施例，所述弹性梁与所述可动框架一体成型。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一可动电极与所述第二可动电极沿水平方向间隔开设置，所述第一固定电极和所述第二固定电极均设在所述第一可动电极和所述第二可动电极之间，所述第一可动电极与所述第一固定电极相对设置，所述第二可动电极与所述第二固定电极相对设置。

根据本实用新型的一些实施例，所述质量块与所述第一固定电极和所述第二固定电极中的至少一个之间设有防撞凸起。

根据本实用新型的一些实施例，所述骨传导检测装置还包括用于传输振动电容的电容变化信息的金属连接部，所述金属连接部形成在所述第一基底上。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一基底和所述第二基底键合以限定出所述空腔。

本实用新型还提出了一种骨传导器件。

根据实用新型实施例的骨传导器件包括：骨传导芯片，所述骨传导芯片为上述任意实施例的所述骨传导检测装置；信号处理芯片，所述信号处理芯片与所述骨传导芯片的所述第一固定电极和所述第二固定电极相连。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的骨传导检测装置的结构示意图；

图2是图1中沿A-A线的剖视图；

图3是根据本实用新型实施例的骨传导器件的结构示意图。

附图标记：

100：骨传导检测装置；

11：第一基底，12：第二基底，13：密闭空腔；

2：振动电容结构，21：第一电容结构，211：第一可动电极，212：第一固定电极，213：第一可动梳齿，214：第一固定梳齿，22：第二电容结构，221：第二可动电极，222：第二固定电极，223：第二可动梳齿，224：第二固定梳齿，23：第一固定锚点，24：第二固定锚点；

3：质量块，31：弹性梁，311：弹性梁的固定锚点，32：可动框架，33：容纳腔，331：第一腔体，332：第二腔体，34：防撞凸起；

4：金属连接部；

1000：骨传导器件；

200：骨传导芯片，51：第一输出端，52：第二输出端；

300：信号处理芯片，61：第一输入端，62：第二输入端，63：第一信号输出端，64：第二信号输出端。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种擦拭装置作进一步详细说明。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的骨传导检测装置100。

结合图1和图2所示，根据本实用新型实施例的骨传导检测装置100可以包括第一基底11、第二基底12和振动电容结构2。振动电容结构2可通过振动来检测声音。第一基底11和第二基底12之间限定出密闭空腔13，振动电容结构2形成在密闭空腔13内。

振动电容结构2可以包括第一电容结构21和第二电容结构22，第一电容结构21包括第一固定电极212和第一可动电极211，第二电容结构22包括第二可动电极221和第二固定电极222，所述振动电容结构2被构造成：在受到振动时，第一可动电极211相对第一固定电极212在水平方向上可移动，第二可动电极221相对第二固定电极222在水平方向上可移动。第一固定电极212和第一可动电极211之间的极距和第二固定电极222和第二可动电极221之间的极距中一个增大且另一个减小以形成差分输出。

具体地，第一基底11和第二基底12可以为硅衬底，例如，第一基底11和第二基底12可以为单晶硅衬底，或者第一基底11和第二基底12可以为锗硅衬底或者锗衬底等，对此本实用新型不作特殊限定。对于第一基底11和第二基底12而言，第一基底11和第二基底12可通过半导体键合的方式相连并形成密闭空腔13，第一电容结构21和第二电容结构22形成在密闭空腔13内。

第一电容结构21和第二电容结构22均可形成为变极距型电容，第一电容结构21包括第一可动电极211和第一固定电极212，第一可动电极211相对第一固定电极212可移动，第二电容结构22包括第二可动电极221和第二固定电极222，第二可动电极221相对第一固定电极212可移动，这样，在受到振动时，第一可动电极211相对第一固定电极212沿水平方向移动，使得第一可动电极211和第一固定电极212之间的极距发生变化，第二可动电极221相对第二固定电极222沿水平方向移动，使得第二可动电极221与第二固定电极222之间的极距发生变化，由此，使得第一电容结构21和第二电容结构22产生电容变化，从而实现振动与电信号的转变。

其中在受到振动时，第一可动电极211与第一固定电极212之间的极距增大，且第二可动电极221和第二固定电极222之间的极距减小，或者第一可动电极211与第一固定电极212之间的极距减小，且第二可动电极221和第二固定电极222之间的极距增大，由此第一电容结构21和第二电容结构22之间的极距变化相反，从而使得第一电容结构21和第二电容结构22电容变化相反且形成差分输出，进而能够提高骨传导检测装置100的灵敏度，同时可以更大程度地降低共模干扰信号，提高信噪比。

具体地，骨传导检测装置100根据人体头骨传播的声音开始振动，第一可动电极211受到振动而相对第一固定电极212朝向远离其的方向移动，同时第二可动电极221受到振动而相对第二固定电极222朝向接近其的方向移动，或者第一可动电极211受到振动而相对第一固定电极212朝向接近其的方向移动，同时第二可动电极221受到振动而相对第二固定电极222朝向远离其的方向移动。使得振动电容结构2振动并产生电容变化，从而实现将声音转化为不同频率的机械振动，并转化为电信号，以此来检测声音，实现通过骨传导传动声音。由此，可避免空气传导声音时外界环境所产生的噪声干扰，能够提高声音质量。

而且第一可动电极211相对第一固定电极212、第二可动电极221相对第二固定电极222均沿水平方向移动，这样振动电容结构2将声音转化为水平方向振动移动，采用了平面振动的方式，相比现有技术中的薄膜上下振动的方式，不仅能够更大程度的感受头骨的振动，而且第一可动电极211和第二可动电极221的厚度和质量可设计的相对更大，感受振动时变形更大，灵敏度更高，能够避免高冲击下振膜破裂的风险。

进一步地振动电容结构2设在密闭空腔13内，由此，通过第一基底11和第二基底12可实现对振动电容结构2的密封，这样一方面声音无法通过空气振动传递至振动电容结构2，以进一步减少外部噪音干扰，另一方面，通过第一基底11和第二基底12密封连接来实现对振动电容结构2的密封，从而不需要依靠外壳封装来实现对骨传导检测装置100的密封，不仅提高了密封效果，且一致性好，能够提高产品良率，也便于骨传导检测装置100的使用安装。

更进一步地，通过第一电容结构21和第二电容结构22分别产生电容信号，且第一电容结构21的极距和第二电容结构22的极距变化相反，使得第一电容结构21和第二电容结构22产生电容变化信号且形成差分输出，从而能够提高骨传导检测装置100的灵敏度，同时可以更大程度地降低共模干扰信号，提高信噪比。

在本实用新型的一些实施例，如图1和图2所示，骨传导检测装置100还包括质量块3，质量块3可活动地设在第一基底11上，第一可动电极211和第二可动电极221设在质量块3上，也就是说，质量块3相对第一基底11可活动，这样，质量块3通过人体头骨传播的声音开始振动，质量块3振动进而带动第一可动电极211和第二可动电极221同时振动，通过质量块3能够提高第一可动电极211和第二可动电极221的振动效果，使得第一电容结构21和第二电容结构22之间产生的电容信号变化更大，从而能够进一步对提高声音转化为机械振动，并转化为电信号的效果。

在本实用新型的一些具体示例中，第一可动电极211与第二可动电极221在水平方向间隔开设置，第一固定电极212和第二固定电极222均设在第一可动电极211和第二可动电极221之间，第一可动电极211与第一固定电极212相对设置，第二可动电极221与第二固定电极222相对设置。例如第一可动电极211和第二可动电极221可沿左右方向间隔开设置且沿左右方向可移动，这样质量块3振动，同时带动第一可动电极211和第二可动电极221沿左右方向移动，例如，当质量块3带动第一可动电极211和第二可动电极221向右移动时，第一可动电极211和第二固定电极222之间的极距减小而第二可动电极221和第二固定电极222之间的极距增大，第一固定电极212和第二固定电极222均可形成为输出端。由此，当振动电容结构2感受到振动信号后，两个输出端的振动电容结构2形成差分输出的方式，以降低共模干扰信号，提高灵敏度和信噪比。

可选地，第一电容结构21和第二电容结构22均可形成为变极距型差动电容，从而能够进一步地提高灵敏度，降低共模干扰信号，提高信噪比。

在本实用新型的一些示例中，第一电容结构21和第二电容结构22可形成为梳齿式电容，进一步地，第一电容结构21和第二电容结构22可形成为双向梳齿电容，以进一步地提高灵敏度效果。

如图1所示，质量块3可以包括弹性梁31和可动框架32，弹性梁31为两个且在受到振动时沿水平方向可伸缩，可动框架32与两个弹性梁31相连且在水平方向上可移动，可动框架32内限定出容纳第一电容结构21和第二电容结构22的容纳腔33，第一可动电极211和第二可动电极221设在容纳腔33内且形成在可动框架32上。具体地，弹性梁31设在第一基底11上，弹性梁31的一端设有固定锚点311，弹性梁31的一端通过固定锚点311与第一基底11相连，可动框架32设在第一基底11上方且连接在两个弹性梁31之间，这样，在受到振动时，弹性梁31受到振动产生伸缩变化，从而使得可动框架32可沿水平方向移动，第一可动电极211和第二可动电极221设在可动框架32上且可随着可动框架32移动，第一固定电极212和第二固定电极222固设在第一基底11上，由此使得第一可动电极211相对第一固定电极212以及第二可动电极221相对第二固定电极222可产生极距变化。

如图1所示，可动框架32内可限定出容纳腔33，第一电容结构21和第二电容结构22可形成在容纳腔33内，具体地，容纳腔33可以包括第一腔体331和第二腔体332，第一电容结构21设在第一腔体331内，第二电容结构22设在第二腔体332内，其中第一腔体331和第二腔体332可沿垂直第一可动电极211和第二可动电极221的移动方向并排设置，由此从而能够减小骨传导检测装置100沿第一可动电极211和第二可动电极221的移动方向的长度，同时也能够使得第一电容结构21和第二电容结构22的电容面积足够以保证其灵敏度。

在如图1所示的示例中，第一电容结构21和第二电容结构22沿垂直可动框架32的移动方向并排设置，第一固定电极212固设在第一腔体331内，第二固定电极222电极设在第二腔体332内，第一可动电极211设在第一腔体331的侧壁上，第二可动电极221设在第二腔体332的侧壁上。

如图1所示，第一固定电极212可以包括多个第一固定梳齿214，第一可动电极211包括多个第一可动梳齿213，第二固定电极222包括多个第二固定梳齿224，第二可动电极221包括多个第二可动梳齿223，多个第一固定梳齿214与多个第一可动梳齿213交叉设置，多个第二可动梳齿223与多个第二固定梳齿224交叉设置。

具体地，第一固定电极212可以包括第一固定梁，多个第一固定梳齿214设在第一固定梁上且彼此间隔开设置，其中多个第一固定梳齿214可设在第一固定梁的两侧且沿第一固定梁的长度方向间隔开设置，多个第一可动梳齿213设在第一腔体331的相对侧壁上且与多个第一固定梳齿214交叉设置，每个第一可动梳齿213设在相邻第一固定梳齿214之间。第二固定电极222可以包括第二固定梁，多个第二固定梳齿224设在第二固定梁上且彼此间隔开设置，其中多个第二固定梳齿224可设在第二固定梁的两侧且沿第二固定梁的长度方向间隔开设置，多个第二可动梳齿223设在第二腔体332的相对侧壁上且与多个第二固定梳齿224交叉设置，每个第二可动梳齿223设在相邻第二固定梳齿224之间。可选地，第一固定梁的两端分别设有第一固定锚点23，第二固定梁的两端分别设有第二固定锚点24，第一固定电极212通过第一固定锚点23与第一基底11相连，第二固定电极222通过第二固定锚点24与第一基底11相连。

在如图1和图2所示的示例中，第一可动电极211与第二可动电极221并排设置，多个第一可动梳齿213和多个第二可动梳齿223沿垂直第一可动电极211和第二可动电极221的移动方向的方向一一对应设置，即多个第一可动梳齿213沿所述移动方向间隔开设置，多个第二可动梳齿223也沿所述移动方向间隔开设置，且第二可动梳齿223与第一可动梳齿213的设置位置和间隔距离对应设置，例如，多个第一可动梳齿213和多个第一可动梳齿213在沿移动方向的设置位置相同且间隔距离相同，多个第二固定梳齿224与多个第二固定梳齿224交错开设置，这样使得第一固定梳齿214和第一可动梳齿213之间和第二固定梳齿224和第二可动梳齿223之间的极距不同，由此第一固定梳齿214和第一可动梳齿213之间的极距增大时，第二可动梳齿223和第二固定梳齿224之间的极距减小，第一固定梳齿214和第一可动梳齿213之间的极距减小时第二可动梳齿223和第二固定梳齿224之间的极距增大，从而使得第一固定电极212和第二固定电极222两个输出端形成差分输出。

可选地，弹性梁31和可动框架32一体成型，从而能够简化振动电容结构2的成型工艺，质量块3形成工艺更加简单方便，也能够提高质量块3和振动电容结构2的稳定性。

进一步地，质量块3与第一固定电极212和第二固定电极222中的至少一个之间可设有防撞凸起34，通过防撞凸起34能够减小质量块3与固定电极之间的接触面，防止质量块3与第一固定电极212以及第二固定电极222之间发生粘附，也能够在质量块3发生振动时减小与第一固定电极212和第二固定电极222之间的振动冲击。在一些示例中，质量块3与第一固定电极212和第二固定电极222之间均设有防撞凸起34，或者在如图1和图2所示的梳齿电容中，第一可动梳齿213和第一固定梳齿214之间以及第二固定梳齿224和第二可动电极221之间可设有防撞凸起34，或者弹性梁31的弹性结构之间可设有防撞凸起34，以避免弹性梁31的弹性结构发生黏连而影响伸缩效果。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，骨传导检测装置100还包括用于传输振动电容结构2的电容变化信息的金属连接部4，金属连接部4形成在第一基底11上，具体地，金属连接部4设在密闭空腔13外且外露于第二基底12，金属连接部4适于与其它部件电连接，例如，金属连接部4可与PCB板导线连接，这样从而能够将振动电容结构2产生电容信号传递至其它部件，实现对声音的采集。

本实用新型还提出了一种骨传导器件。

如图3所示，根据本实用新型实施例的骨传导器件包括骨传导芯片和信号处理芯片，其中骨传导芯片可以为上述实施例的骨传导检测装置100，信号处理芯片可与骨传导芯片的第一固定电极212和第二固定电极222相连。

由此根据本实用新型实施例的骨传导器件通过设置上述实施例结构的骨传导芯片，骨传导芯片形成为密闭芯片，不需要空气振动传递声音，且骨传导芯片没有裸露在外部的可动结构，从而更够更大程度地提高骨传导芯片的长期可靠性，而且也降低了骨传导器件生产过程中划片、封装以及测试的难度。

结合图1-图3所示，骨传导芯片具有两个固定电极即第一固定电极212和第二固定电极222，从而形成两个输出端即第一输出端51和第二输出端52，信号处理芯片可以为ASIC信号处理芯片，相应的信号处理芯片可具有两个输入端即第一输入端61和第二输入端62和两个信号输出端即第一信号输出端63和第二信号输出端64，其中第一输入端61可与第一输出端51相连，第二输入端62可与第二输出端52相连。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种骨传导检测装置，其特征在于，包括：

第一基底和第二基底，所述第一基底和所述第二基底之间限定出密闭空腔；振动电容结构，所述振动电容结构形成在所述密闭空腔内，所述振动电容结构包括第一电容结构和第二电容结构，所述第一电容结构包括第一固定电极和第一可动电极，所述第二电容结构包括第二固定电极和第二可动电极，所述振动电容结构被构造成：在受到振动时，所述第一可动电极相对所述第一固定电极在水平方向上可移动，所述第二可动电极相对所述第二固定电极在水平方向上可移动，所述第一固定电极和所述第一可动电极之间极距和所述第二固定电极和所述第二可动电极之间的极距在移动方向上一个增大且另一个减小以形成差分输出。

2.根据权利要求1所述的骨传导检测装置，其特征在于，还包括：质量块，所述质量块可活动地设在所述第一基底上，所述第一可动电极和所述第二可动电极设在所述质量块上。

3.根据权利要求2所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述质量块包括：

弹性梁，所述弹性梁为两个且在受到振动时沿水平方向可伸缩；

可动框架，所述可动框架与两个所述弹性梁相连且在水平方向上可移动，所述可动框架内限定出容纳所述第一电容结构和所述第二电容结构的容纳腔，所述第一可动电极和所述第二可动电极设在所述容纳腔内且形成在所述可动框架上。

4.根据权利要求3所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述容纳腔包括第一腔体和第二腔体，所述第一固定电极设在所述第一腔体内，所述第二固定电极设在所述第二腔体内，所述第一腔体和所述第二腔体在垂直所述第一可动电极和所述第二可动电极的移动方向上并排设置。

5.根据权利要求4所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述第一电容结构和所述第二电容结构形成为梳齿电容，所述第一固定电极包括多个第一固定梳齿，所述第一可动电极包括多个第一可动梳齿，所述第二固定电极包括多个第二固定梳齿，所述第二可动电极包括多个第二可动梳齿，多个所述第一固定梳齿与多个所述第一可动梳齿交叉设置，多个所述第二可动梳齿与多个所述第二固定梳齿交叉设置。

6.根据权利要求5所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述第一可动电极形成在所述第一腔体的侧壁上，所述第二可动电极形成在所述第二腔体的侧壁上，多个所述第一可动梳齿与多个所述第二可动梳齿沿垂直所述第一可动电极和所述第二可动电极的移动方向一一对应设置，多个所述第一固定梳齿和所述第二固定梳齿交错设置，以使得第一固定电极和第一可动电极以及第二固定电极和第二固定电极形成差分输出。

7.根据权利要求3所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述弹性梁与所述可动框架一体成型。

8.根据权利要求3所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述第一可动电极与所述第二可动电极沿水平方向间隔开设置，所述第一固定电极和所述第二固定电极均设在所述第一可动电极和所述第二可动电极之间，所述第一可动电极与所述第一固定电极相对设置，所述第二可动电极与所述第二固定电极相对设置。

9.根据权利要求3所述的骨传导检测装置，所述质量块与所述第一固定电极和所述第二固定电极中的至少一个之间设有防撞凸起。

10.根据权利要求1所述的骨传导检测装置，还包括用于传输振动电容的电容变化信息的金属连接部，所述金属连接部形成在所述第一基底上。

11.根据权利要求1所述的骨传导检测装置，其特征在于，所述第一基底和所述第二基底键合以限定出所述密闭空腔。

12.一种骨传导器件，其特征在于，包括：

骨传导芯片，所述骨传导芯片为根据权利要求1-11中任一项所述的骨传导检测装置；

信号处理芯片，所述信号处理芯片与所述骨传导芯片的所述第一固定电极和所述第二固定电极相连。

Images