TWI571136B - 具有內建式織物保護層的mems麥克風 - Google Patents

Description

具有內建式織物保護層的MEMS麥克風

本發明係有關一種具有內建式織物保護層的MEMS麥克風。

　　如眾所知，用於聽音裝置的最常見的麥克風是被稱為EMC(Electret and Capacitor Microphone) 麥克風以及MEMS(Micro Electrical Mechanical System Microphone)麥克風。
　　第二種麥克風型式是一種用在設置於手機或者其他手攜聽音裝置的小型裝置，其一般只有7x4x3 mm的大小。
　　MEMS麥克風包括一金屬本體，其係經由所稱的”包裝程序”的製造程序所製成，包括有不同的材料層，包括金屬材料以全自動製作的方式相互疊置。
　　在將內部的電路元件焊接後，該麥克風便與一個可丟棄的麥克風片體經由沿著其週緣割開而分離。
　　藉由單一的切割操作，多數個麥克風便可以被一一割出。
　　在切割之前，所有的麥克風均要被經由電路測試，有問題的便自動與正常者分離。
　　該麥克風因而具有了基本的功能，最重要的是它們的尺寸很小。
　　該金屬本體是一個良好的熱導體。
　　以上的程序生產生高熱量，因為其內部是焊接成的，因而該些麥克風必需經由數量及品質控管程序使其在由生產線製出前是百分之百得到品質保證的。
　　該上述的麥克風包括多個金屬銷，一般為六個，將要在最後的聲響裝置完成時被焊接到印刷電路板或者母板上。
　　將該MEMS麥克風裝在印刷電路板上的動作將在下文中揭露。
　　該MEMS麥克風具有一種特定的型式以便裝置在印刷電路板的頂面或者底面的特定位置，即在印刷電路板的內面或者外面。
　　該兩種置方式可以用於大量生產聲音裝置時使用，選擇哪一種方式係取決於該聲音裝置的美觀需要。
　　該麥克風的開孔必需直接面對音源以得到完美的音波而有令人滿意的麥克風表現。
　　視麥克風在印刷電路板的位置而定, 該麥克風的開口可以改變的。
　　事實上，在上方設置的麥克風其開孔位在印刷電路板相異於結合銷將要焊接印刷電路板的一側。
　　相反地，在底面設置的麥克風，該印刷電路板需要被鑽孔並且結合銷將要焊接在可以與所有的孔接觸的位置。
　　因而，該MEMS的開孔需要在與結合銷相同的面上，即對外界的聲源位置。
　　因此，在結合銷焊接到印刷電路板時，上述的組接位置影嚮多少熱的量會流到該開孔處，仔細來說，對設於底面的MEMS而言，該開孔應設在接近結合銷的位置，該熱流量會是最多的。
　　當一個保護層直接安裝在該開孔時，這便是一個問題了。
　　有關麥克風的保護，基本的需求是要防止小雜物或者水滴進入到該麥克風中，因而造成其失效及聲響回應的降低。
　　藉由設在開孔處的保護層可以達到上述的目的。
　　織物且有洞材料的保護層通常用來當作保護層以防止小雜物穿過保護層而進入到該麥克風中。
　　在音響的領域，一個網狀的保護布是最常用的。
　　該最常用的材料係由合成單一紗線所構成，其呈網狀具有20至100個小孔。
　　聚脂聚合物(PET)是最常用的。
　　上述的保護材料廣為人知的是”ACOUSTEX B160”布，具有21個小孔的網狀布料，其密度每公分有190線，其係由一個單針的PET紗線撚線而成，其具有160 RAYLS的音效阻抗，是由Saati SpA公司所製造。
　　當應用一個保護層時，一種典型的方法是使用一模具切割的獨立部份，係由網狀的織布配合一發泡層以及黏材在該音響置開孔的外表面。
　　這種使用另一個獨立元件的方式可以使該保護層不致被焊接時的熱所影響。
　　而對於裝於頂面的MEMS麥克風而言，前述的方法是應用一個模具切割的部份設置到該裝置外部本體的內面處。
　　這個元件是由織物的保護層配合額外雙重黏合環件以及選擇性地配合一個薄的發泡層構成，該發泡層作為外層作用。
　　因為該模具切割會保持黏附在手機或者其他音響裝置的外表，故該模具切割的部提供一良好的保護。
　　然而, 這種方式有個缺點就是該立的元件必需在組裝的最終階段裝設，因而增加了成本及所需的時間。
　　另外，MEMS麥克風在組裝的過程中，由印刷電路板的焊接步驟到塑膠材料的完封步驟係未被保護的。
　　著眼於在傳統的製作MEMS麥克風的過程中產生大量的不良品的缺失，知道在組合過程中缺少上述的保護是很危險的。
　　該設於底面的MEMS麥克風具有較少的開孔外露，但仍需防止細小的物體穿過該穿孔。
　　目前，在印刷電路板的反面設置有一個模具切割的部份，其係由合成保護層加上黏著劑組成，其可有效地保護MEMS的孔不受細小物體的穿設。
　　這樣的方式是令人滿意的，即使仍不是完美，因為側面仍有開孔未被保護，但這與裝置在頂面的MEMS系統有著相同的缺失，即是需要額外的模具切割部份的組裝步驟以及在組裝過程中，麥克風中間部份仍未得到保護。
　　除此之外，該所稱的包裝過程及組裝步驟，該MEMS麥克風至少被加熱了兩次。
　　MEMS亦可以由其他方法來製作，有一使用再流動的程序，其會在本體產生大量的熱而使該麥克風本體到達很高的溫度。
　　另外，該溫度的資料會因MEMS的製造方法而改變，主要是發生在最後的組裝步驟時裝置在頂面或底面時其焊接在印刷電路板的連接焊接點造成的。
　　在該焊接點的連接中應指出的是, 一個MEMS的體積很小並且主要是由金屬製成, 故而金屬對於熱度而言, 金屬易產生較為極端的狀況。
　　該產生於製造一個MEMS產生的溫度為300攝氏度, 此溫度有害該保護層的材料。
　　目前該保護層或者屏障是由聚脂物(PET, polyethyleneterephtalate)製成者，其熔點由240至260度攝氏度之間，因而若直接暴露在更高的溫度將會損及該網狀的聚脂保護層。
　　故而上述的模具切割部份的應用係應用在靠近MEMS而不能設在內部。
　　該保護層本身是在所有的加熱程序的最末期，即在該MEMS已做成並且焊接後，由第二個操作步驟來執行。
　　這就是傳統製作MEMS方法的受限處，其是為一種很複雜的組裝，在中間的程序缺少保護，並且使用時少保護而令人不滿意。
　　如上所述，不論裝置在頂面或底面的方式都不理想，因組裝時要額外的元件而令成本提高。
　　另外，由於該額外元件的需求及操作，邏輯性質也跟著較差。
　　另外要指出的是，該保護層是僅在當該音響裝置於最終裝配時，或者在至少該麥克風被焊接到印刷電路板時才能裝上，通常是在一個不同的製造地點。
　　故而，在製作，儲存，運送以及最後印刷電路板的焊接時，該MEMS是處在未保護的狀態。
　　較佳的方法是對該MEMS本身提供保護。
　　換言之，該保護層應與MEMS一體製成，故而在接下來的步驟才可以”忘掉”該保護層的存在。
　　在實務中，這樣的是不實際的，因為有溫度的限制。
　　故而在將MEMS焊接到印刷電路板之前便裝置該保護層會得到很大的好處。
　　這表示該合成的保護層應可以忍受至少在焊接過程中產生的高溫，這是很重要的部份，特別是對於裝置在底面的MEMS而言。
　　實際上，裝置在底面的MEMS其麥克風開孔是面向印刷電路板並與要焊接到印刷電路板的接觸點非常接近。
　　換言之，該裝置在底面的方式，其麥克風開孔的區域是對溫度非常敏感的。
　　如果要將保護層設在該開孔，該保護層必需能忍受焊接時的高溫。
　　對於該裝置在頂面的MEMS，連接銷和開孔的距離較大，因而焊接造成的熱的問題較該裝置在底面的方式為小。
　　在一些較佳的條件下，前述的聚脂保護層可以令人滿意地對付該熱度。
　　然而，為了要確保在所有的應用裝置中的保護層，希望能找到一種材質可以有較大的溫度接受範圍。

　　因而，本發明的目的是提供一具有內建式織物保護層的MEMS麥克風以保護MEMS並且克服前述習知技藝的缺失。
　　本發明的主要目的在於供一可以於製作MEMS的過程中直接裝設在麥克風上的保護層，而使小的物體及水滴不能進入到MEMS中以效地改進MEMS置的音效。
　　本發明的另一目的是提一式織物保護層，可在一MEMS製作的過程開始時，藉由指定的製作系統以及所謂包裝程序時，便內建式地設置在MEMS中。
　　另一目的在於供一可彈性地設置在使用者的裝置中的MEMS，其中不需要額外元件的裝設。
　　再一目的是提一織物保護層，係由可以耐熱的材質所構成，因而可以在焊接的過程中不致受損。
　　依本發明的內容，上述的目標及目的，以及其他的目的將會更加讓人明白，其係提供一具有內建式織物保護層的MEMS麥克風，其特徵在於該MEMS包括一個麥克風本體，其有一開孔，而不織物的保護層以內建的方式，在包裝程序中設置在該開孔處。

　　配合圖式，本發明為一用來保護MEMS麥克風的織物保護層，其係以標號1來表示，包括一麥克風本體2，其具有一開孔3以供一織物保護層4裝設，該保護層是在MEMS的包裝過程中以內建的方式設置在本體2。
　　第一圖顯示本MEMS設置在頂面的實施例。
　　細言之，第一圖藉由虛線顯示一習知的保護層5應用在一個獨立的模具切割的部份。
　　相反的，本發明的保護層4是與MEMS本體2配合並且構成該MEMS本體2的內建元件。
　　因而該麥克風以及相關的保護層可以視為一個獨立的元件。
　　該開孔3在儲存，焊接以及組合的過程中，被完全地保護使不受外來物的影嚮。
　　對於裝設在頂面的設計，該開孔3與該印刷電路板7的結合銷6分隔，該保護層4係由傳統的聚脂(PET)材料或者先進的聚合物，例如PEEK，PPS，PTFE等所構成，可以抵擋高溫。
　　該裝置的外殼，係以標號8來表示。
　　第二圖顯示該MEMS 1裝置在底面的實施例。
　　該虛線5表示一傳統保護層，由一模具切割的黏著部份，夾設或者依附在該1印刷電路板7的外表面。
　　相反地，本發明的保護層4係在靠近印刷電路板7的位置直接裝設在本體2上。
　　該位置提供了絕佳的保護使外界小的物體及水滴，在所有製造過程中，由焊接到末端組裝，都不能進入到本體中。
　　在上述的說明裡，由該開孔3是位在很靠近要焊接的結合點6處，故有很高的熱應力會產生。
　　藉由能耐高溫的聚合物作為本案的保護層，這樣的安排是可以做到的。
　　為了要直接將保護層4安裝到MEMS的內部或者外表面，其需在製作MEMS的”包裝過程”中進行。
　　即便在某些操作步驟產生熱度, 該保護層4將可忍受該高溫。
　　該聚合物材質，例如PEEK，有足夠高的熔化溫度以止該材質在製造的過程中被高溫所損傷。
　　為了要忍受焊接後的高溫，該織物的保護層係由聚合物材料所構成，例如PEEK，PPS，PTFE以及相似物，其有較高的熔化溫度。
　　任何聚合物熔點有高於PET的熔化溫度的均可以適用於這樣應用方式。
　　一種較佳的織物是由單針網狀物所織成者。
　　藉由一例說明，一適當的網狀織物是由PEEK (polyetheretherketone) 材料製成，其具有343攝氏度的熔點，以抵擋在製造及焊接時產生的高溫。
　　最好是，該種材料有百萬分之25公尺的孔徑，每公分有140孔，而該PEEK線或者紗線有百萬分之40公尺的直徑。
　　該織物層的結構可以改變。
　　可以用上述的聚合物，單層或多層均可，其具有不同的織造方式，可為單線或者多線的方式，其密度可為大於或等於每一公分100條線，該線的直徑可達百萬分60之公尺。
　　本發明可以達成所欲達到的目標及目的。
　　該內建式的織物保護層可以直接在MEMS製造的過程中應用到麥克風本體，並可保護不被小物體所穿透同時改進該MEMS的聲音效率。
　　本發明的保護層與MEMS在一開始的製造過程中，即藉由特定的製造方法，即”包裝程序”的過程而成為一體。
　　本發明可以很有彈性地方法，不用額外元件，將MEMS裝置製成為一體。
　　本發明所使用的材料，以及其尺寸和形狀可以因為所需而改變。

1．．．具有內建式織物保護層的MEMS麥克風

2．．．本體

3．．．開孔

4．．．保護層

5．．．保護層

6．．．結合銷

7．．．電路板

8．．．外殼

第一圖係本發明MEMS裝設於印刷電路板頂面的示意圖。
第二圖係本發明MEMS裝設於印刷電路板底面的示意圖。

1．．．具有內建式織物保護層的MEMS麥克風

2．．．本體

3．．．開孔

4．．．保護層

5．．．保護層

6．．．結合銷

7．．．電路板

8．．．外殼

Claims (4)

1. 一種具有內建式織物保護層的MEMS麥克風裝置，該麥克風包括一個麥克風本體，其具有一個開孔以設置一個織布材料製成的保護層，該保護層係在該MEMS麥克風裝置包裝過程中便置入，該織布材料製成的保護層係由一個單一紗線所構成的網狀的聚合物織布材料所構成以能承受高溫，例如PEEK、PTFE、PPS以及所有其熔點高到足以承受在製造MEMS麥克風裝置時以及在將該MEMS麥克風焊接在一個PCB上時所產生的熱的聚合物材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述具有內建式織物保護層的MEMS麥克風裝置，其中，該單一紗線構成的網狀的織布係為一由聚醚醚酮紗線製(POLYETHERETHERKETONE)成的網狀物，該紗線的熔點為攝氏343度，網目為百萬分之25的小孔，每公分有140孔，以及百萬分之40公尺的直徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述具有內建式織物保護層的MEMS麥克風裝置，其中，該MEMS麥克風係設置於一頂面設置位置，該頂面設置位置有一遠離PCB表面的開孔，或者設置於一底面設置位置，該底面設置位置上有一朝向PCB表面的開孔。
4. 如申請專利範圍第1項所述具有內建式織物保護層的MEMS麥克風裝置，其中，該MEMS麥克風係設置於一頂面設置 位置或者一組合位置，該織布層係由不涉及相對高溫的傳統材料，例如PET、PA、PP或者其他聚合物所製成。