TWI479901B - Silicon condenser microphone - Google Patents

Description

矽電容麥克風

本發明涉及一種麥克風，尤其是涉及一種具有新型封裝結構的矽電容麥克風。

近年來，隨著手機、筆記本等電子產品體積不斷減小、性能越來越高，也要求配套的電子零件的體積不斷減小、性能和一致性提高。在這種背景下，作為重要零件之一的麥克風產品也推出了很多的新型產品，利用MEMS(微機電系統)工藝技術生產的矽電容麥克風為其中的代表產品。而矽電容麥克風中的關鍵技術為封裝設計，而且封裝所佔用的成本比例較高，所以，最近也出現了很多關於矽電容麥克風封裝技術的專利。

公開號為US20020102004的美國專利公開了一種名為「小型的矽電容麥克風及其製造方法(miniature silicon condenser microphone and method for producing same)」的麥克風封裝專利，此專利中的矽電容麥克風包括一個外殼，外殼上設置有能夠透過聲音的聲孔，有一個線路板，外殼和線路板結合成為一個空腔，線路板上安裝有MEMS(微機電系統)聲電轉換晶片和積體電路，MEMS聲電轉換晶片和積體電路可以共同將聲音信號轉化為電信號。專利US20020102004的一個關鍵技術點(如該專利文獻中圖6的所示)在於：在MEMS聲電轉換晶片下方的位置的線路板上通過蝕刻等工藝作出一定的凹陷。這種設計的優勢在於：針對聲音信號作用到MEMS聲電轉換晶片上方的產品結構(聲孔設置在MEMS聲電轉換晶片以外的位置上，外界傳輸的聲音信號作用在MEMS聲電轉換晶片上方)，可以增加MEMS聲電轉換晶片下方的空氣空間(行業內通常稱之為「後腔-Back volume」，指聲波遇到MEMS聲電轉換晶片以後，MEMS聲電轉換晶片後方的空間)，可以使矽電容麥克風的靈敏度更高，頻響曲線更好。然而，這種設計簡單的通過MEMS聲電轉換晶片下方的線路板凹陷來增加後腔，對後腔增大的貢獻非常有限，對性能提高的貢獻也非常小；並且，這種設計將使得線路板的厚度大大增加，過多的增加了產品的高度，並且導致成本增加。

公開號為WO2007126179A1的PCT申請專利中同樣公開了一種矽電容麥克風，該專利同樣揭示了一種可以增大後腔的矽電容麥克風，在線路板上安裝一個帶有中部凸起的蓋子，將MEMS聲電轉換晶片安裝在蓋子的中部凸起部上，中部凸起部上和MEMS聲電轉換晶片對應的位置設置有透氣孔，從而線路板和蓋子的中部凸起部之間形成的空間可以作為後腔。這種設計可以使得後腔的空間變大，但是將使得產品的整體厚度大大增加。

本發明所要解決的技術問題是提供一種不過多增加產品高度，卻可以大幅增加MEMS聲電轉換晶片後腔空間的矽電容麥克風。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：矽電容麥克風，包括外殼和線路板，所述外殼和所述線路板構成矽電容麥克風的保護結構，所述保護結構內部安裝有MEMS聲電轉換晶片，所述保護結構上設有連通所述MEMS聲電轉換晶片外部空間的聲孔，並且：所述保護結構內部的線路板表面上安裝有包括一個平坦部和一個凸起部的蓋子，所述蓋子的周邊和所述線路板表面密閉結合，所述凸起部內部空間形成一個空腔，所述平坦部上設置有至少一個透氣孔，所述透氣孔上方的所述平坦部上安裝有所述MEMS聲電轉換晶片，所述蓋子底面和所述線路板表面的結合部設置有連通所述透氣孔和所述空腔的透氣通道；通過這種設計，可以有效的增加MEMS聲電轉換晶片後方的空氣空間(後腔)，並且MEMS聲電轉換晶片安裝在蓋子的平坦部上，沒有過多地增加產品的高度。

本技術方案的改進在於：所述透氣通道為在所述線路板上設置的凹槽；MEMS聲電轉換晶片下方的空間連通透氣孔，透氣孔通過線路板上設置的凹槽連通到凸起部和線路板表面形成的空腔，這種線路板不需要設置過多的層數，一般可以使用一層鏤空的線路板和另一層沒有鏤空的線路板結合在一起形成，設計較為簡單。

本技術方案的改進在於：所述透氣通道為在所述蓋子平坦部上設置的凹槽；MEMS聲電轉換晶片下方的空間連通透氣孔，透氣孔通過蓋子平坦部上設置的凹槽連通到凸起部和線路板表面形成的空腔，這種線路板可以是平面的，設計較為簡單。

本技術方案的改進在於：所述蓋子與所述線路板表面之間設置有環形封閉層，由所述環形封閉層使得所述蓋子與所述線路板表面之間形成縫隙，從而形成所述透氣通道；這種設計所應用的蓋子和線路板都不需要設置凹槽，只需要環形封閉層形成一定的高度並且密閉性良好就可以達到效果。

本技術方案的改進在於：所述蓋子的平坦部和凸起部是一體的；這種蓋子作為一體結構，可以避免過多的安裝工序。

上述技術方案的改進在於：所述凸起部的邊緣設有水平延伸部，所述水平延伸部和所述線路板表面結合在一起；這種設計的蓋子邊緣和線路板之間接觸面積較大，密封性能較好。

本技術方案的改進在於：所述蓋子的平坦部和凸起部是分離的，所述凸起部環形密閉黏結或者焊接在所述平坦部上形成所述空腔，所述空腔對應的平坦部上設置有透氣孔；這種蓋子作為分體結構，製作較為容易。

上述技術方案的改進在於：所述蓋子的平坦部上至少設有兩個透氣孔，所述凸起部至少安裝在其中一個透氣孔上。

上述技術方案的進一步改進在於：所述平坦部的邊緣往下彎曲黏貼在所述線路板表面上，所述平坦部的中心部位和所述線路板表面形成所述水平透氣通道。

上述技術方案的更進一步改進在於：所述平坦部的中心部位和所述線路板表面之間設置有支撐凸點。

本技術方案的改進在於：所述蓋子為金屬蓋子；蓋子可以由多種材料製作，但金屬材料(例如鋁)的延展性較好，在較小的尺寸下製作複雜形狀的零件較為容易，成本低廉，其他例如塑膠材料或者陶瓷材料也可以應用。

本技術方案的改進在於：所述透氣孔為多個微型孔；這種由多個微型孔構成的透氣孔，可以有效地避免後腔中的灰塵、顆粒等雜質接觸MEMS聲電轉換晶片，造成各種不良。

為了保證蓋子周邊和線路板表面的空氣密閉性良好，蓋子和線路板表面可以採用黏膠結合在一起，也可以採用焊錫等其他材料結合在一起；外殼可以為金屬或者樹脂材料製作，可以是一體形成的或者是多個零件結合在一體形成；聲孔可以設置在外殼或者線路板上，但是不能設置在線路板上和蓋子對應的位置，否則產品將起不到增大後腔的作用，而變成了從MEMS聲電轉換晶片的下方接受外界聲音信號；線路板基材可以為樹脂或者其他材料。

一般而言，矽電容麥克風的線路板內表面上還會安裝一個用於信號轉換的積體電路晶片，線路板外表面上設置有用於電路連接的多個焊盤，MEMS聲電轉換晶片、信號轉換晶片和焊盤之間設計有電路連通，此類技術的設計以及MEMS聲電轉換晶片本身的設計並不影響本發明的主旨，並且已經屬於公知技術，不做詳細描述。

由於採用了上述技術方案，矽電容麥克風可以有效的增加MEMS聲電轉換晶片後方的空氣空間(後腔)，並且MEMS聲電轉換晶片安裝在蓋子的平坦部上，沒有過多地增加產品的高度。

實施例一：如第一圖、第二圖所示，矽電容麥克風，包括一個方槽形的金屬外殼1，外殼1上設置有用於接收聲音信號的聲孔11；一個樹脂材料作為基材製作的方形線路板2；外殼1和線路板2黏結在一起，成為一個保護結構；保護結構內部的線路板2表面上黏貼安裝有一個包括一個平坦部32和一個凸起部31的金屬蓋子3，蓋子3的周邊和線路板2表面密閉結合，凸起部31和線路板2表面形成一個空腔34，平坦部32和線路板2表面平齊，平坦部32上設置有一個透氣孔33，透氣孔33上方安裝有一個MEMS聲電轉換晶片4，線路板2表面和平坦部32的結合部位置上設有一個可以連通透氣孔33和空腔34的水平透氣通道21，水平透氣通道21可以通過在線路板2表面上設置一個水平的細長凹陷來實現。這種結構的矽電容麥克風，MEMS聲電轉換晶片4利用黏膠密閉黏結在平坦部32上，MEMS聲電轉換晶片4下的空間41和透氣孔33連通，透氣孔33和水平透氣通道21連通，水平透氣通道21和空腔34連通，並且這個連通的空間是密閉的。從而，MEMS聲電轉換晶片4下的空間41、透氣孔33、水平透氣通道21和空腔34都成為MEMS聲電轉換晶片4的後腔(Back volume)，其中MEMS聲電轉換晶片4下的空間41為自然形成，透氣孔33和水平透氣通道21主要起到空氣連通的作用，空腔34為後腔(Back volume)增加的關鍵因素。通過這種設計，可以有效的增加MEMS聲電轉換晶片後方的空氣空間(後腔)，並且MEMS聲電轉換晶片安裝在蓋子的平坦部上，沒有過多地增加產品的高度，可以有效地解決背景技術的已有專利中存在的缺陷。

在本實施案例基礎上還可以做一定的變化和改進。

如第三圖所示，蓋子3凸起部31的邊緣設置有水平的邊緣部35，水平邊緣部35和平坦部32通過一個環形的封閉層5和線路板2表面結合在一起，封閉層5可以是一個環形的黏膠層或者是焊錫層。這種設計可以使得蓋子3和線路板2表面的黏結面積增加，封閉層5的佈置較為容易，從而可以使得蓋子3和線路板2表面之間黏結密閉性良好。

如第四圖所示的22為矽電容麥克風的聲孔，矽電容麥克風用於接收外界聲音信號的聲孔22設置在線路板2上，這種設計體現了矽電容麥克風的另外一種結構，一般行業內稱之為「Bottom」類型的產品。

如第五圖所示，外殼1和線路板2都是由多層樹脂基材的線路板材料製作，外殼1包括一個平面的頂板12和一個方框形側壁13，線路板2是由兩層樹脂基材製作，包括被部分鏤空的線路板23和平面的線路板24，線路板23和線路板24結合後，線路板23的鏤空部分形成了水平透氣通道21。透氣孔33由多個細小的透氣孔構成，這種結構可以防止後腔中的雜質附著到MEMS聲電轉換晶片4上，造成各種不良現象。

實施例二：如第六圖、第七圖所示，本實施案例和實施案例一的主要區別是，水平透氣通道設置在蓋子3的平坦部32上，如第六圖、第七圖所示的凹槽36，凹槽36設置在蓋子3的平坦部32和線路板2的結合位置，並且可以連通透氣孔33和空腔34。這種設計只需要平面的線路板2，不需要複雜的線路板設計。

實施例三：如第八圖、第九圖所示，本實施案例和實施案例一的主要區別是，蓋子3的平坦部32和凸起部31是分離的，凸起部31是一個方槽形的金屬帽31，而平坦部32是一個帶有兩個透氣孔33和37的平面金屬片32，MEMS聲電轉換晶片4安裝在透氣孔33上方的金屬片32上，金屬帽31安裝在透氣孔37上方的金屬片32上形成空腔34，並且相互之間空氣密閉性良好。這種結構的矽電容麥克風中，MEMS聲電轉換晶片4下的空間41、透氣孔33、水平透氣通道21、透氣孔37和空腔34相互貫通，形成了MEMS聲電轉換晶片4的後腔。在這種結構中，應用的蓋子3利用兩部分黏結或者焊接結合在一起，其製作工藝較為簡單，不需要製作複雜形狀的蓋子。

實施例四：如第十圖、第十一圖所示，本實施案例結合實施案例二和實施案例三做出一定改進。蓋子3的平坦部32和凸起部31是分離的，凸起部31是一個方槽形的金屬帽31，而平坦部32是一個帶有兩個透氣孔33和37的平面金屬片32，並且金屬片32和線路板2的結合面上設置有凹槽36，凹槽36作為水平透氣通道可以連通透氣孔33和37，而線路板2是平面的，MEMS聲電轉換晶片4安裝在透氣孔33上方的金屬片32上，金屬帽31安裝在透氣孔37上方的金屬片32上形成空腔34，並且相互之間空氣密閉性良好。這種結構的矽電容麥克風中，MEMS聲電轉換晶片4下的空間41、透氣孔33、水平透氣通道36、透氣孔37和空腔34相互貫通，形成了MEMS聲電轉換晶片4的後腔。這種設計只需要平面的線路板2，不需要複雜的線路板設計。

在本實施案例基礎上還可以做一定的變化和改進。

如第十二圖和第十三圖所示，金屬片32和線路板2的結合面上的凹槽36面積較大，金屬片32的邊緣朝向一側彎曲並且黏結在線路板2表面上，形狀類似一個扁平的盤子，為了防止金屬片32的中心部位安裝金屬帽31和MEMS聲電轉換晶片4後產生顫動，可以在金屬片32的中心部位和線路板2之間設置支撐凸點38，凸點38可以是一個或多個，可以設置在金屬片32上或者線路板2上或者是獨立的凸點。

實施例五：如第十四圖、第十五圖所示，本實施案例是在第三圖所示的實施案例的基礎上進行的改進，蓋子3凸起部31的邊緣設置有水平的邊緣部35，水平邊緣部35和平坦部32通過一個環形的封閉層5和線路板2表面密閉結合在一起，並且，封閉層5的高度適當增加，使得線路板2和蓋子3之間保留足夠的通氣空間，這種設計可以不再設置線路板2表面的水平透氣通道，封閉層5可以使用黏結性和密閉性較好的膠類材料，也可以使用焊錫材料製作。

1．．．外殼

11．．．聲孔

12．．．頂板

13．．．側壁

2．．．線路板

21．．．水平透氣通道

22‧‧‧聲孔

23‧‧‧線路板

24‧‧‧線路板

3‧‧‧蓋子

31‧‧‧凸起部、金屬帽

32‧‧‧平坦部、金屬片

33‧‧‧透氣孔

34‧‧‧空腔

35‧‧‧邊緣部

36‧‧‧凹槽

37‧‧‧透氣孔

38‧‧‧凸點

4‧‧‧MEMS聲電轉換晶片

41‧‧‧空間

5‧‧‧封閉層

第一圖是本發明實施例一的結構示意圖；

第二圖是本發明實施例一的立體分解示意圖；

第三圖是本發明實施例一的一種改進結構示意圖；

第四圖是本發明實施例一的另一種改進結構示意圖；

第五圖是本發明實施例一的再一種改進結構示意圖；

第六圖是本發明實施例二的結構示意圖；

第七圖是本發明實施例二中蓋子的仰視圖；

第八圖是本發明實施例三的結構示意圖；

第九圖是本發明實施例三的立體分解示意圖；

第十圖是本發明實施例四的結構示意圖；

第十一圖是本發明實施例四中蓋子的仰視圖；

第十二圖是本發明實施例四的一種改進結構示意圖；

第十三圖是本發明實施例四中蓋子的一種改進結構仰視圖；

第十四圖是本發明實施例五的結構示意圖；

第十五圖是本發明實施例五的立體分解示意圖。

1．．．外殼

11．．．聲孔

2．．．線路板

21．．．水平透氣通道

3．．．蓋子

31．．．凸起部

32．．．平坦部

33．．．透氣孔

34．．．空腔

4．．．MEMS聲電轉換晶片

41．．．空間

Claims (8)

1. 一種矽電容麥克風，包括外殼和線路板，所述外殼和所述線路板構成矽電容麥克風的保護結構，所述保護結構內部安裝有MEMS(微機電系統)聲電轉換晶片，所述保護結構上設有連通所述MEMS聲電轉換晶片外部空間的聲孔，其中所述保護結構內部的線路板表面上安裝有包括一個平坦部和一個凸起部的蓋子，且所述平坦部和所述凸起部均設置在所述線路板表面上；所述蓋子的周邊與所述線路板表面密閉結合；所述凸起部內部空間形成一個空腔，所述平坦部上設置有至少一個透氣孔，所述透氣孔所在的所述平坦部上安裝有所述MEMS聲電轉換晶片；並且所述蓋子底面與所述線路板表面的結合部設置有連通所述透氣孔和所述空腔的透氣通道。
2. 如申請專利範圍第1項所述的矽電容麥克風，其中所述透氣通道為在所述線路板上設置的凹槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述的矽電容麥克風，其中所述透氣通道為在所述蓋子平坦部上設置的凹槽。
4. 如申請專利範圍第1項所述的矽電容麥克風，其中所述蓋子與所述線路板表面之間設置有環形封閉層，由所述環形封閉層使得所述蓋子與所述線路板表面之間形成縫隙，從而形成所述透氣通道。
5. 如申請專利範圍第1項所述的矽電容麥克風，其中所述蓋子的平坦部和凸起部是一體的。
6. 如申請專利範圍第5項所述的矽電容麥克風，其中所述凸起部的邊緣設有水平延伸部，所述水平延伸部和所述線路板表面結合在一起。
7. 如申請專利範圍第1~6項中任一項所述的矽電容麥克風，其中所述蓋子為金屬蓋子。
8. 如申請專利範圍第1~6項中任一項所述的矽電容麥克風，其中所述透氣孔為多個微型孔。