矽電容麥克風的製作方法

2023-07-26 06:03:11 1

專利名稱：矽電容麥克風的製作方法
技術領域：
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。
背景技術：
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)聲電轉換晶片和集成電路，MEMS 聲電轉換晶片和集成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腐蝕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W02007126179A1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。

發明內容
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 L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 部環形密閉粘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粘貼在所述 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，其他例如塑料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聲電轉換芯 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 集成電路晶片，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，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；本發明的有益效果是-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。


圖1是本發明實施例一的結構示意圖2是本發明實施例一的立體分解示意圖3是本發明實施例一的一種改進結構示意圖4是本發明實施例一的另一種改進結構示意圖5是本發明實施例一的再一種改進結構示意圖6是本發明實施例二的結構示意圖7是本發明實施例二中蓋子的仰視圖8是本發明實施例三的結構示意圖9是本發明實施例三的立體分解示意圖； 圖10是本發明實施例四的結構示意圖； 圖11是本發明實施例四中蓋子的仰視圖； 圖12是本發明實施例四的一種改進結構示意圖； 圖13是本發明實施例四中蓋子的一種改進結構仰視圖； 圖14是本發明實施例五的結構示意圖； 圖15是本發明實施例五的立體分解示意圖。
具體實施例方式
實施例一如圖1、圖2所示，矽電容麥克風，包括一個方槽形的金屬外 殼l，外殼l上設置有用於接收聲音信號的聲孔ll; 一個樹脂材料作為基材制 作的方形線路板2;外殼1和線路板2粘結在一起，成為一個保護結構；保護
結構內部的線路板2表面上粘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利用黏膠密閉粘 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。
如圖3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表面的粘結面積增加，封閉層5的布置較為容易，從而可以使得蓋子3和 線路板2表面之間粘結密閉性良好。
如附圖4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。
如圖5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聲電轉換芯 片4上，造成各種不良現象。
實施例二如圖6、 7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，如圖6、 7中所示的凹槽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。
實施例三如圖8、圖9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利用兩部分粘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。
實施例四如圖IO、圖11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。
如圖12和13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粘結在線路板2表面上，形狀類似一個扁平 的盤子，為了保證金屬片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。
實施例五如圖14、圖15所示，本實施案例是在圖3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。
權利要求
1. 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，其特徵在於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。
2. 如權利要求1所述的矽電容麥克風，其特徵在於所述透氣通道為在所述線路板上設置的凹槽。
3. 如權利要求1所述的矽電容麥克風，其特徵在於所述透氣通道為在所 述蓋子平坦部上設置的凹槽。
4. 如權利要求1所述的矽電容麥克風，其特徵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。
5. 如權利要求1所述的矽電容麥克風，其特徵在於所述蓋子的平坦部和 凸起部是一體的。
6. 如權利要求5所述的矽電容麥克風，其特徵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。
7. 如權利要求1所述的矽電容麥克風，其特徵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粘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。
8. 如權利要求7所述的矽電容麥克風，其特徵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。
9. 如權利要求8所述的矽電容麥克風，其特徵在於所述平坦部的邊緣往 下彎曲粘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。
10. 如權利要求9所述的矽電容麥克風，其特徵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。
11. 如權利要求1-10任一權利要求所述的矽電容麥克風，其特徵在於所 述蓋子為金屬蓋子。
12. 如權利要求1-10任一權利要求所述的矽電容麥克風，其特徵在於所 述透氣孔為多個微型孔。
全文摘要
本發明公開了一種矽電容麥克風，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，所述保護結構上設有連通MEMS聲電轉換晶片外部空間的聲孔，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內部中空的凸起部的蓋子，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；本發明可以有效的增加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。
文檔編號H04R19/00GK101394687SQ200810158278
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者宋銳鋒, 宋青林, 龐勝利, 谷芳輝 申請人:歌爾聲學股份有限公司