CN215420755U - 振动传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

公开了一种振动传感器封装结构，包括：基板；封装壳体，固定于所述基板的第一表面上，与所述基板之间形成第一腔体；MEMS芯片，固定于所述基板的第一表面上，并位于所述第一腔体内，所述MEMS具有第二腔体；其中，所述基板上设置有贯穿基板的第一气孔，所述封装壳体上设置有贯穿所述封装壳体的至少一个第二气孔；所述MEMS芯片的一侧经由第一腔体、第二气孔与外界连通，所述MEMS芯片的另一侧经由第二腔体、第一气孔与外界连通。本申请的振动传感器封装结构，通过在基板中形成第一气孔，在封装壳体中形成第二气孔，使得振膜上下两侧都可以接收空气中的声音信号，从而降低了空气中的声音信号给振动传感器带来的噪声干扰，提高了器件的良率和可靠性。

Description

振动传感器封装结构

技术领域

本实用新型涉及MEMS器件技术领域，特别涉及一种振动传感器封装结构。

背景技术

振动广泛存在于自然界、工业界和人类生活中，不同振动传递着各种各样的信号。获取振动中携带的信息需要借助各类振动传感器，振动传感器广泛应用于能源，化工、医学、汽车、冶金、机器制造、军工、科研教学等诸多领域。如通过麦克风读取空气振动传递的声音信号；加速度计用于测量振动物体的加速度；超声波探测器检测分析机械设备的振动信号，用以判断机械自身的劣化程度及预测其寿命；地质灾害预警器探测由地震波带来的地质振动来预警地震等灾害等。

目前市场常见的传感器有麦克风传感器，压力传感器，加速度传感器，针对麦克风传感器又延伸出通过振动来转换声音信号的骨传导麦克风，传统的骨传导麦克风是通过质量块的振动压缩空气传输到MEMS振膜。但已有技术的振动麦克风容易收到空气中传递的声音信号的影响，导致接收的信号中噪声大，从而降低了振动传感器的良率和可靠性。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种振动传感器封装结构，通过改变振动传感器中空气流动的路径，降低传感器接收的信号中声音信号对振动信号的影响，从而提高振动传感器的良率和可靠性。

根据本发明的一方面，提供一种振动传感器封装结构，其特征在于，包括：基板；封装壳体，固定于所述基板的第一表面上，与所述基板之间形成第一腔体；MEMS芯片，固定于所述基板的第一表面上，并位于所述第一腔体内，所述MEMS具有第二腔体；其中，所述基板上设置有贯穿基板的第一气孔，所述封装壳体上设置有贯穿所述封装壳体的至少一个第二气孔；所述MEMS芯片的一侧经由第一腔体、第二气孔与外界连通，所述MEMS芯片的另一侧经由第二腔体、第一气孔与外界连通。

可选地，所述第二气孔位于所述封装壳体的上表面和/或侧表面。

可选地，还包括：PCB板，位于所述基板的第二表面上；胶套，设置在所述封装壳体以及所述PCB板的外围；其中，第一气孔还贯穿所述PCB板，所述胶套与第二气孔、部分所述封装壳体以及部分所述PCB板之间形成声音通道，所述第二气孔经由所述声音通道与外界连通。

可选地，所述封装壳体的部分上表面、所述封装壳体的其中一个侧表面以及PCB板的部分下表面与所述胶套之间形成声音通道。

可选地，所述封装壳体的部分侧表面以及PCB板的部分下表面与所述胶套之间形成声音通道。

可选地，所述胶套上具有第二开口，所述第二开口连通所述声音通道与外界环境。

可选地，所述第二开口与所述第一气孔和/或所述第二气孔相对设置。

可选地，所述第二开口位于所述声音通道的中间区域。

可选地，所述第一气孔位于所述MEMS芯片的正下方。

可选地，所述MEMS芯片还包括振膜与背极板，所述振膜与所述背极板的位置可以互换。

可选地，所述第二气孔沿所述封装壳体表面的截面形状为方形，圆形，多边形中的任意一种。

可选地，还包括：ASIC芯片，所述MEMS芯片与所述ASIC芯片电连接。

可选地，所述基板的第二表面包括第一焊盘和第二焊盘。

可选地，所述PCB板与所述第一焊盘和第二焊盘电连接。

本实用新型提供的振动传感器封装结构，通过在封装壳体中形成第二气孔，该第二气孔与传感器的第一腔体连通，第一气孔与第二腔体连通，从而使得MEMS芯片的振膜上下两侧都能够接收空气及压力，降低了仅MEMS芯片的第二腔体接收空气及压力时，声音信号给振动传感器带来的噪声干扰，从而提高了振动传感器的良率和可靠性。

本实用新型提供的振动传感器封装结构，在封装壳体中形成第二气孔，并采用胶套包围PCB板和封装壳体，在胶套与PCB板和封装壳体之间形成连通第一气孔和第二气孔的声音通道，在胶套对应第一气孔或第二气孔的位置形成第二开口连通外界与声音通道，使得经由第一气孔和第二气孔到达振膜上下两侧的声音信号同源，因此能够极大程度的降低声音信号对振动传感器的噪声干扰。

在优选地实施例中，胶套的第二开口位于声音通道的中间部分，使得经由第二开口进入声音通道的空气流到达振膜上下两侧的路径长短可以调整，当使得两条路径的长短大致相同时，振动传感器封装结构的抗干扰能力最强。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本实用新型第一实施例的振动传感器封装结构的结构图；

图2a和图2b示出了本实用新型第一实施例的振动传感器封装结构中基板的第一表面示意图；

图3示出了本实用新型第一实施例的振动传感器封装结构中基板的第二表面示意图；

图4示出了本实用新型第二实施例的振动传感器封装结构的结构图；

图5示出了本实用新型第三实施例的振动传感器封装结构的结构图；

图6示出了本实用新型第四实施例的振动传感器封装结构的结构图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出了本实用新型第一实施例的振动传感器封装结构的结构图；

图2a和图2b示出了本实用新型第一实施例的振动传感器封装结构中基板的第一表面示意图；图3示出了本实用新型第一实施例的振动传感器封装结构中基板的第二表面示意图。

参考图1，本实用新型实施例的振动传感器封装结构100包括：基板3，基板3中形成有贯穿基板3的第一气孔5；封装壳体1，封装壳体1固定于基板3的第一表面，与基板3之间形成第一腔体2，第一气孔5位于第一腔体2内，封装壳体1上具有第二气孔4，第二气孔4将第一腔体与外界环境连通；MEMS芯片10，设置在第一腔体2内，MEMS芯片10包括振膜11，背极板12以及支撑结构，支撑结构顶部支撑振膜11和背极板12，底部固定于基板3的第一表面，振膜11，支撑结构与基板3之间形成第二腔体6，第二腔体6位于第一气孔5的上方，使得第二腔体6经由第一气孔5与外部连通。

振动传感器封装结构100还包括ASIC芯片13，设置于第一腔体2内的基板3第一表面上，ASIC芯片13为专用集成电路芯片，通过导线14连接至MEMS芯片10。该具体实施方式中，专用集成电路芯片13固定于基板3的第一表面。在其他具体实施方式中，专用集成电路芯片13还可以是嵌入或者集成于基板3内部。专用集成电路芯片13用于获取MEMS芯片10输出的感应信号，并进行处理。

基板3的材质可以采用RF-4、BT或陶瓷基材等常用的基板材料。基板3的第一表面上，还形成有沿基板3的第一表面的边缘环绕的密封环15，参考图2a和图2b，封装壳体1通过密封环15与基板3的第一表面固定连接，形成第一腔体2。基板3的第二表面上形成有第一焊盘7和/或第二焊盘9，用于提供电连接点，如图3所示。基板3可以为单层或多层电路板，基板3的第一表面还可以形成有电路结构，或电接触部，例如焊垫等。基板3内部还可以形成有电连接结构，用于连接基板3第一表面和第二表面的电接触部。

封装壳体1作为振动传感器封装结构的封装外壳，用于保护内部的电子元件，同时与基板3之间形成第一腔体2。封装壳体1可以为金属材质，耐高温且生产工艺简单，可以大规模量产，并且金属材质的外壳封装壳体1还具有抗腐蚀、电磁屏蔽作用以及高机械性能等特性，对产品起到较高的保护作用。在其他的实施例中，封装壳体1也可以采用塑料等其他硬质材料，在此不作限定。封装壳体1边缘通过焊接或粘胶等方式，固定于基板3第一表面的密封环15，使得封装壳体1与基板3之间形成第一腔体2。

在该实施例中，封装壳体1的顶部形成有贯穿封装壳体1的第二气孔4，空气中的声音信号可以经由第二气孔4和第一腔体2到达MEMS芯片10的振膜11上侧，从而抵消经由第一气孔5和第二腔体6到达MEMS芯片10的振膜11下侧的声音信号，提高器件的抗干扰能力。在一些具体实施方式中，第二气孔4沿平行于基板3第一表面方向上的横截面还可以为方形，圆形，多边形等。在一些具体实施方式中，第二气孔沿垂直于基板3第一表面方向上的剖面形状为梯形、矩形、圆弧形或多边形等各种形状。本领域技术人员可以合理设定第二气孔4的形状。

MEMS芯片10作为声音信号的感应元件，其振膜11和背极板12的位置可以互换。MEMS芯片10底部通过胶体8与基板3的第一表面固定连接。

MEMS芯片10包括第二腔体6，作为背腔。MEMS芯片10的压力感应层包括背极板12和振膜11，背极板12和振膜11相对设置，构成感应电容。当第二腔体6内的压强发生变化，使得压力感应层发生形变，从而电容值发生变化，输出感应信号。

MEMS芯片10的支撑结构通过胶体8固定于基板3的第一表面。在固定MEMS芯片10时，通过设备在MEMS芯片10上施加一定的作用力，使得支撑结构底部与胶体8有较大的接触面积，提高固定效果。胶体受到挤压，会向支撑结构底部的两侧溢出，溢出至支撑结构的两侧，并沿着MEMS芯片10的外壁向上爬升一定高度，后续胶体在一定温度和一定时间下固化，实现麦克风芯片10与基板3的紧密连接。

在该实施例中，基板3中形成有贯穿基板3的第一气孔5，MEMS芯片10的第二腔体6经由第一气孔5与外部连通，封装壳体1的顶部形成有第二气孔4，第一腔体2经由第二气孔4与外部环境连通，从而MEMS芯片10的振膜11的上下两侧均可以接收到空气中传递的声音信号，但由于分别位于振膜11的上下两侧，从而该声音信号可以相互抵消，降低该声音信号对振动信号的干扰，不仅提高了振动传感器封装结构100的抗干扰能力，而且提高了器件的良率和可靠性。

在其他实施例中，第二气孔4的位置还可以是封装壳体1的上表面或侧表面的任意位置，且数量可以是一个，也可以是多个。

图4示出了本实用新型第二实施例的振动传感器封装结构的结构图。与第一实施例的振动传感器封装结构100相比，第二实施例的振动传感器封装结构200在第一实施例的基础上增加了一些结构，此处不再赘述相同之处，仅描述不同之处。

参考图4，第二实施例的振动传感器封装结构200中，在基板3的第二表面，还包括PCB板16，PCB板16与基板3第二表面的第一焊盘7和第二焊盘9电连接，在PCB板16与第一气孔5相对应的位置，形成有贯穿PCB板的第一开口19，使得第二腔体6经由第一气孔5与PCB板16的第一开口19与外界连通；胶套17，胶套17包裹PCB板16，基板3和封装壳体1，在胶套17中与第一气孔5相对应的位置，形成有第二开口20，从而使得第二腔体6经由第一气孔5，PCB板16的第一开口19以及胶套17的第二开口20还可以与外界连通。在该实施例中，为了方便描述，可以将PCB板16的第一开口19，胶套17的第二开口20，以及基板3中的第一气孔5统称为第一气孔，即第一气孔贯穿基板3，PCB板16以及胶套17。

在该实施例中，在胶套17的一侧，胶套17与PCB板16，基板3以及封装壳体1之间形成一个声音通道18，该声音通道18一端与胶套17的第二开口20连通，即与第一气孔5连通，另一端与封装壳体1上的第二气孔4连通，使得第一腔体2经由第二气孔4，声音通道18以及第二开口20与外界连通。

在图4中，仅示出了一种在胶套17中形成声音通道18连通第一气孔5和第二气孔4的实施例，该声音通道18还可以沿其他路径连通第一气孔5和第二气孔4。当然，第二气孔4的位置还可以是封装壳体1上表面的任意位置。

图5示出了本实用新型第三实施例的振动传感器封装结构的结构图。与第二实施例的振动传感器封装结构200相比，第三实施例的振动传感器封装结构300中的第二气孔4位置不同，此处不再赘述相同之处，仅描述不同之处。

参考图5，振动传感器封装结构300中，封装壳体1上的第二气孔4位于封装壳体1的侧表面中，声音通道18将胶套17的第二开口20与第二气孔4连通，即第一气孔5与第二气孔4经由声音通道18连通，从而MEMS芯片10的振膜上下两侧均可以接收空气中的声音信号。

在该实施例中，封装壳体1上的第二气孔4的高度与MEMS芯片10位于第一腔体2中的高度相同，从第二气孔4中进入第一腔体2中的空气流容易到达振膜11的上侧。在其他实施例中，第二气孔4的位置和高度还可以是封装壳体1侧面上的任意位置。

图6示出了本实用新型第四实施例的振动传感器封装结构的结构图。与第二实施例的振动传感器封装结构200相比，第四实施例的振动传感器封装结构400中胶套17的第二要扣20位置不同，此处不再赘述相同之处，仅描述不同之处。

参考图6，在振动传感器封装结构400中，声音通道18连通第一气孔5与第二气孔4，胶套17的第二开口20位于声音通道18的中间部分，经由第二开口20的空气流分别经由声音通道18到达第一气孔5和第二气孔4，进而到达振膜的上下两侧。

在其他实施例中，第二气孔4例如位于封装壳体1的侧面上，此时，胶套17的第二开口20也可以位于声音通道18的中间部分，声音通道18连通第一气孔5与第二气孔4。

在该实施例中，胶套17的第二开口20位于声音通道18的中间部分，使得经由第二开口20进入声音通道18的空气流到达振膜11上下两侧的路径长短可以调整，当使得两条路径的长短大致相同时，振动传感器封装结构400的抗干扰能力最强。

振动传感器在应用时，通话者发出声音，声音通过空气和振动两个渠道到达振动传感器。其中，空气中的声音信号通过第一气孔5到达MEMS芯片10的第二腔体6，使得振膜11和背极板12之间的电容值发生变化，从而获得声音信号。振动传递的声音信号沿振动传感器的结构到达MEMS芯片10的振膜11和背极板12，使得振膜11和背极板12之间的电容值发生变化，从而获得声音信号。但是在振动传感器中，空气中的声音信号引起的振膜11和背极板12之间的电容变化导致通过振动获得的声音信号出现噪声干扰。在该实施例中，空气中的声音信号一部分沿第一气孔5到达MEMS芯片10的第二腔体6，压迫振膜11振动，一部分沿第二气孔4或第一气孔5，声音通道18，第二气孔4以及第一腔体2到达MEMS芯片10，从反方向压迫振膜11振动，由于两个反方向的相同气压作用的同一个振膜11，从而使得空气中的声音信号被抵消。而通话者发出的声音通过口腔骨骼传递到耳机贴近骨骼方向的振动传感器时，振动通过耳机外壳传递到振动传感器的基板3上继而传递到MEMS芯片10，促使MEMS芯片10表面的振膜11产生振动，与MEMS芯片10的背极板12形成平行板电容器，集成电路芯片13接收到电容变化的信号进行处理。

在嘈杂的环境中通话时，本申请的振动传感器可以自动屏蔽声音信号，仅传输通话者本人讲话时骨骼振动传递的声音信号，达到最高质量的降噪。

此外，该振动传感器不仅仅用于通话耳机，可以应用于同原理工作的其他电子产品。

本实用新型提供的振动传感器封装结构，通过在封装壳体中形成第二气孔，该第二气孔与传感器的第一腔体连通，第一气孔与第二腔体连通，从而使得MEMS芯片的振膜上下两侧都能够接收空气及压力，降低了仅MEMS芯片的第二腔体接收空气及压力时，声音信号给振动传感器带来的噪声干扰，从而提高了振动传感器的良率和可靠性。

本实用新型提供的振动传感器封装结构，在封装壳体中形成第二气孔，并采用胶套包围PCB板和封装壳体，在胶套与PCB板和封装壳体之间形成连通第一气孔和第二气孔的声音通道，在胶套对应第一气孔或第二气孔的位置形成第二开口连通外界与声音通道，使得经由第一气孔和第二气孔到达振膜上下两侧的声音信号同源，因此能够极大程度的降低声音信号对振动传感器的噪声干扰。

在优选地实施例中，胶套的第二开口位于声音通道的中间部分，使得经由第二开口进入声音通道的空气流到达振膜上下两侧的路径长短可以调整，当使得两条路径的长短大致相同时，振动传感器封装结构的抗干扰能力最强。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (14)

1.一种振动传感器封装结构，其特征在于，包括：

基板；

封装壳体，固定于所述基板的第一表面上，与所述基板之间形成第一腔体；

MEMS芯片，固定于所述基板的第一表面上，并位于所述第一腔体内，所述MEMS具有第二腔体；

其中，所述基板上设置有贯穿基板的第一气孔，所述封装壳体上设置有贯穿所述封装壳体的至少一个第二气孔；

所述MEMS芯片的一侧经由第一腔体、第二气孔与外界连通，所述MEMS芯片的另一侧经由第二腔体、第一气孔与外界连通。

2.根据权利要求1所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述第二气孔位于所述封装壳体的上表面和/或侧表面。

3.根据权利要求2所述的振动传感器封装结构，其特征在于，还包括：

PCB板，位于所述基板的第二表面上；

胶套，设置在所述封装壳体以及所述PCB板的外围；

其中，第一气孔还贯穿所述PCB板，所述胶套与第二气孔、部分所述封装壳体以及部分所述PCB板之间形成声音通道，所述第二气孔经由所述声音通道与外界连通。

4.根据权利要求3所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述封装壳体的部分上表面、所述封装壳体的其中一个侧表面以及PCB板的部分下表面与所述胶套之间形成声音通道。

5.根据权利要求3所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述封装壳体的部分侧表面以及PCB板的部分下表面与所述胶套之间形成声音通道。

6.根据权利要求3所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述胶套上具有第二开口，所述第二开口连通所述声音通道与外界环境。

7.根据权利要求6所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述第二开口与所述第一气孔和/或所述第二气孔相对设置。

8.根据权利要求6所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述第二开口位于所述声音通道的中间区域。

9.根据权利要求1所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述第一气孔位于所述MEMS芯片的正下方。

10.根据权利要求1所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片还包括振膜与背极板，所述振膜与所述背极板的位置可以互换。

11.根据权利要求1所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述第二气孔沿所述封装壳体表面的截面形状为方形，圆形，多边形中的任意一种。

12.根据权利要求1或3所述的振动传感器封装结构，其特征在于，还包括：ASIC芯片，所述MEMS芯片与所述ASIC芯片电连接。

13.根据权利要求3所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述基板的第二表面包括第一焊盘和第二焊盘。

14.根据权利要求13所述的振动传感器封装结构，其特征在于，所述PCB板与所述第一焊盘和第二焊盘电连接。

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