TWI527469B

TWI527469B - 麥克風

Info

Publication number: TWI527469B
Application number: TW100117761A
Authority: TW
Inventors: 宋清淡; 愖鄘賢; 金昌元
Original assignee: 寶星電子股份有限公司; 天津寶星電子有限公司; 東莞寶星電子有限公司; 榮成寶星電子有限公司
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2016-03-21
Also published as: CN202135311U; KR20110128058A; KR101094452B1; CN102256190A; WO2011145790A1; TW201216723A

Description

麥克風

本發明係關於一種麥克風，更具體而言，尤指一種關於以下結構的麥克風組裝體：透過充分確保背腔空間(back chamber volume)而能夠提高音頻特性。

通常，廣泛使用於移動通信終端機或音頻系統等的電容式麥克風，由偏壓元件、形成與聲壓對應地發生變化的電容C之一對膜片/背板、以及用於緩衝輸出信號的結型場效應電晶體(JFET)構成。這種傳統方式的電容式麥克風是透過以下方式構成的。在一個殼體內依序嵌入振動板、墊片環、絕緣環、背板、通電環之後，最後放入安裝有電路部件的印刷電路基板，然後將殼體的末端部分向印刷電路基板側折彎，進而完成一個組裝體。

近年來，在麥克風上整合小型裝置的技術，係利用微細加工的半導體加工技術。稱做微機電系統(MEMS：Micro Electro Mechanical System)的這種技術中，透過應用半導體工序，特別是積體電路技術的微細加工技術，能夠製造出以μm為單位的超小型感測器或致動器及電子機械構造物。利用這樣的微細加工技術而製造的MEMS晶片麥克風具有以下優點：透過超精密微細加工，將以往的振動板、墊片環、絕緣環、背板、通電環等傳統的麥克風部件小型化、高性能化、多功能化、整合化，進而能夠提高穩定性及可靠性。

第1圖是概略性地表示利用微機電系統(MEMS)晶片120之習知的矽電容式麥克風100的一示範例之剖面圖。矽電容式麥克風100由以下部件構成：印刷電路基板110、安裝在印刷電路基板110上的微機電系統晶片120、特殊目的型半導體(ASIC)晶片130；以及形成有聲孔140的殼體150。

該微機電系統晶片120為以下結構：利用微機電系統技術，在矽片上形成背板121之後，隔著墊片122形成有振動模123。在背板121上形成有聲孔124。

在第1圖所示的矽電容式麥克風100中，在殼體上部具有聲孔140，在下部的單一印刷電路基板上安裝微機電系統晶片120。雖然未以圖式表示，在印刷電路基板的下側面具有用於與外部裝置進行電連接的連接端子。

在該情況下，外部的聲音引入到形成於殼體150上的聲孔140中而使得振動模123振動，此時由元件符號126表示微機電系統晶片的內部空間就是背腔空間。背腔空間是指，以振動模為基準，引入外部音頻的一側的相反側的空間。

即，以第1圖所示的麥克風100，在基板上安裝微機電系統晶片的情況下，外部音頻透過聲孔140而引入並傳達到微機電系統晶片的振動膜123，而此時在被傳達外部音頻的振動膜的相反側所限定的空間126就是背腔空間。

只有充分確保背腔空間才能確保麥克風的整體性能，但在該情況下由於微機電系統晶片120的尺寸非常小，因此在微機電系統晶片內部形成背腔空間的情況下，難以確保充分大小的背腔空間。因此，存在麥克風音質下降的問題。

本發明是鑒於上述問題而進行研發，本發明的目的在於提供一種能夠充分確保背腔空間的麥克風。

本發明麥克風的特徵包括：殼體，其一側面為開放，在另一側面形成有外部聲孔；第一印刷電路基板，其與該殼體的另一側面結合，並形成有與該外部聲孔連通的內部聲孔；微機電系統晶片，其與該內部聲孔以相對的方式安裝於該第一印刷電路基板的內側面；第二印刷電路基板，其與該殼體之開放的一側面結合，與該第一印刷電路基板隔開配置，並且在該第二印刷電路基板的外側面形成有多個連接端子；以及將該第一印刷電路基板和第二印刷電路基板電連接的多個導電性連接部件。

另外，較佳地，該導電性連接部件為線圈形狀的導電性彈簧，或者為柱狀，又或者具有彈性。

另外，較佳地，在該第一印刷電路基板與第二印刷電路基板之間具有隔開支撐部件，以使第一印刷電路基板與第二印刷電路基板在保持彼此間的間隔的狀態下得到支撐。

另外，較佳地，該隔開支撐部件係與該第一印刷電路基板及第二印刷電路基板的形狀對應的尺寸，並具有與該第一印刷電路基板和該第二印刷電路基板彼此隔開的距離對應的厚度，且在其中間具有空的內部空間。

另外，較佳地，在該隔開支撐部件上具有收納部，該收納部用於收納並支撐各該導電性連接部件。

另外，較佳地，該殼體的外部聲孔和該第一印刷電路基板的內部聲孔以彼此不接觸的方式配置，該外部聲孔和該內部聲孔透過形成於殼體與第一印刷電路基板之間的音頻路徑而連通。

另外，較佳地，在該第一印刷電路基板的外側面上具有鍍層，該音頻路徑包括該第一印刷電路基板的外側面的鍍層被腐蝕而形成的路徑。

根據本發明的麥克風，能夠充分確保背腔空間而改善麥克風的音頻特性。

另外，本發明能夠根據需求而調整背腔空間的大小。

另外，在具備隔開支撐部件的情況下，組裝方便，並且容易進行背腔空間的調整。

另外，在將外部聲孔和內部聲孔以彼此不接觸的方式配置，並透過音頻路徑使得外部音引入到內部空間的情況下，能夠防止包括微機電系統晶片在內的內部部件直接暴露在光下。

以下，參照第2圖至第6圖，詳細說明根據本發明一實施例的麥克風。本實施例的麥克風1作為將語音、音頻、聲音等聲波轉換為電信號的裝置，包括：殼體10、第一印刷電路基板20、微機電系統晶片30、第二印刷電路基板40、導電性連接部件50及隔開支撐部件60。特別是，本發明的麥克風1主要使用於便攜電話、PDA、3G手機等個人用移動通信終端機。

該殼體10構成麥克風的外形。在其內部安裝各種部件。殼體10的一側面為開放，在另一側面11形成有外部聲孔12。外部聲孔12以貫通的方式形成，藉此將外部的音頻引入到殼體內部。

在本實施例的情況下，殼體10是各面形成為直四角形的六面體。但是，在其他實施例的情況下，殼體的整體形狀可進行各種變形。即，殼體可以是圓筒形狀，也可以是水平方向的剖面為橢圓形的柱狀。

殼體10具備從另一側面11向下方延伸而形成4個側面14。在各側面14的下端部具有捲曲部16。在第3圖和第5圖所示的狀態下，將圖式的其他部件嵌入殼體內部之後，捲曲部16捲曲如第4圖和第6圖所示的形狀，進而固定內部部件。

在本實施例的情況下，透過捲曲殼體側面下端的捲曲部16而完成內部部件的固定及組裝。因此，無需單獨地使用粘接劑之類的固定手段將內部部件之間進行固定。

殼體10由具有優異地噪音切斷特性的鎳、銅、鋁等導電材料或它們的合金構成。

該第一印刷電路基板20與殼體10的另一側面11的內側結合。第一印刷電路基板20以第2圖及第4圖的方向為基準，在其下側面安裝微機電系統晶片30及放大器70等電子部件。由於在第一印刷電路基板20上安裝各種電子部件，因此將該第一印刷電路基板20又稱為印刷電路基板模具(DIE)。

在第一印刷電路基板20上以貫通的方式形成內部聲孔22，該內部聲孔22與殼體10的外部聲孔12連通(連接而通過的狀態)。

在本實施例的情況下，如第6圖所示，外部聲孔12與內部聲孔22以彼此不接觸的方式構成。即，外部聲孔12與內部聲孔22以彼此錯開的方式配置。因此，透過外部聲孔12而引入的外部音頻，經過形成於殼體10與第一印刷電路基板之間的音頻路徑24之後，透過內部聲孔22而傳達至微機電系統晶片30。

參照第3圖，在本實施例的情況下，在第一印刷電路基板20的外側面具有銅鍍層26。銅鍍層26的中間部分被腐蝕而形成音頻路徑24。

另外，在其他實施例的情況下，根據使用者的需求，對音頻路徑的長度、方向、形狀或高度進行各種變形。另外，關於形成音頻路徑的方式，除了本實施例的腐蝕銅層而形成的方式以外，還可以利用切削、金屬鑄型、注塑等方式。

另外，音頻路徑不限於本實施例這樣形成在第一印刷電路基板上，只要能夠連通外部聲孔和內部聲孔，則可以形成在殼體上，也可以在兩側分別形成之後彼此聯合而構成。

該微機電系統晶片30安裝在第一印刷電路基板的內側面。在此，所謂內側面是指，朝向內部空間62的面。微機電系統晶片30與內部聲孔22相對而配置。所謂相對配置是指，微機電系統晶片30安裝在形成有內部聲孔22的部分，以使微機電系統晶片30能夠接收透過內部聲孔22而引入的音頻信號。

微機電系統晶片30產生將接收到的音頻信號轉換為電信號的作用。如背景技術中所述，微機電系統晶片30包括振動膜、墊片、背板等構成。另外，在第一印刷電路基板20的內側面安裝有微機電系統晶片30的同時，還安裝有放大器70。

放大器70產生接收由微機電系統晶片30產生的電信號而進行放大的作用。放大器70又被稱為特殊目的型半導體(ASIC)晶片。雖然未詳細以圖式表示，微機電系統晶片30與放大器70透過鍵合金絲(gold bonding wire)彼此連接。放大器70與第一印刷電路基板20電連接。

該第二印刷電路基板40與殼體10的開放的一側面結合。透過與殼體10之開放的面結合，進而與殼體10共同限定內部空間62。第二印刷電路基板40與第一印刷電路基板20隔開配置。

在第二印刷電路基板40的外側面上具有多個連接端子42。在本實施例中，連接端子42共具有4個。連接端子又被稱為接續端子或襯墊。該第二印刷電路基板40又稱為襯墊印刷電路基板。連接端子42與內部的微機電系統晶片30及放大器70電連接而產生與外部裝置進行連接的作用。連接端子42的數量可以根據需求而進行增減，並且也可以根據需求而變更配置位置。

並且，該導電性連接部件50的數量為複數個，該導電性連接部件50產生將第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40電連接的作用。

在本實施例中，導電性連接部件50以在每個角落設置一個的方式共設置4個。各導電性連接部件50是將導電性金屬線折彎成線圈形狀的彈簧。由於構成為彈簧，因此即使組裝公差不夠精確，也能夠簡單且可靠地實現第一印刷電路基板20與第二印刷電路基板40之間的電連接。

另外，在其他實施例的情況下，導電性連接部件在形狀和材質等上除了將導電金屬線折彎而構成的彈簧形狀之外，在將第一印刷電路基板和第二印刷電路基板電連接的範圍內可進行各種變形。

即，導電性連接部件50在其材質上無需一定是金屬，也可以是導電性矽，或者也可以由非導電性物質構成形狀之後，在其外側面上鍍金而構成鍍層。另外，導電性連接部件在其形狀上可以是單純的圓柱形狀或銷形狀，而不是彈簧。

在導電性連接部件形成為銷形狀的情況下，第一印刷電路基板和第二印刷電路基板分別具有能夠固定這種導電性連接部件的兩端部的槽部，進而在沒有其他結構的協助的情況下，也能夠將導電性連接部件直接固定到第一印刷電路基板和第二印刷電路基板。

另外，在本實施例中，第一印刷電路基板20與第二印刷電路基板40之間還具有隔開支撐部件60，該隔開支撐部件60使得第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40在保持彼此間的間隔狀態下得到支撐。

參照第3圖及第5圖可知，隔開支撐部件60形成為四角形的框架形狀，與第一印刷電路基板20及第二印刷電路基板40的形狀對應。隔開支撐部件60的中間部分是空的，藉此與第一印刷電路基板20及第二印刷電路基板40共同限定內部空間62。並且，圍繞內部空間62的部分是輪廓部64。隔開支撐部件60具有與第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40彼此隔開的距離對應的寬度。

隔開支撐部件60具有收納部66，該收納部66收納並支撐多個導電性連接部件中的每一個。收納部66為側面的一部分係開放的圓筒形狀，藉此彈簧形狀的導電性連接部件50在上下方向簡單地結合之後不會向水平方向脫離。並且，收納部66以在每個角部設置一個的方式共配置4個。將彈簧形狀的導電性連接部件50夾入收納部66之後，將其收納部66與其他部件一起嵌入殼體中，然後將捲曲部16捲曲則可簡單地完成麥克風1的組裝。

另外，在本實施例中，內部空間62為背腔空間。即，背腔表示以微機電系統晶片30的振動模結構為基準，外部音頻被傳達的一側的相反側的空間，因此在本實施例中，在以與內部聲孔22相對的方式安裝微機電系統晶片30的情況下，以微機電系統晶片30所具有的振動模為基準時，內部空間62成為位於外部音頻被傳達的一側的相反側的空間，因此內部空間62為背腔空間。

因此，只要調整隔開支撐部件60的厚度和輪廓部64的體積就能夠調整背腔的空間的大小和形狀。

以下將對具備該結構之本發明一實施例的麥克風1，其作用和效果進行說明。

在本實施例的麥克風1中，在殼體10內部具有根據導電性連接部件50而彼此電連接且彼此隔開配置的第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40，並且以與第一印刷電路基板20的內部聲孔22相對的方式設有微機電系統晶片30，因此能夠將形成於第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40之間的內部空間用作背腔空間。

因此，根據本發明，能夠充分確保背腔空間，其結果能夠改善麥克風的音頻特性。

另外，透過調整第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40之間的間隔而能夠容易地調整背腔空間的大小。

特別是，在本實施例的情況下，由於在第一印刷電路基板20與第二印刷電路基板40之間具有隔開支撐部件60，因此能夠容易地變更其形狀和模樣，也能夠將產生背腔作用的內部空間62之體積容易地調整到必要的程度。

另外，透過隔開支撐部件60，能夠將第一印刷電路基板20和第二印刷電路基板40在彼此隔開的狀態下穩定地固定。並且，隔開支撐部件60具有收納部66，因此能夠簡單且堅固地組裝彈簧形狀的導電性連接部件50。

另外，由於使用於第1圖所示之習知的麥克風100中的微機電系統晶片120是在殼體上形成聲孔並安裝到基板上的類型，因此需要在其內部具備背腔空間。這種微機電系統晶片120與在基板上形成聲孔且在該聲孔中安裝微機電系統晶片的麥克風中的微機電系統晶片的結構是不同的。即，根據麥克風聲孔之配置位置的不同，微機電系統晶片的結構也不同。

但是，在本實施例的情況下，利用兩個分離的基板，靠近形成於殼體的外部聲孔而設置微機電系統晶片，因此能夠充分確保背腔空間，進而能夠使用與在基板上形成聲孔類型的麥克風中的微機電系統晶片相同的微機電系統晶片。

另外，在本實施例的情況下，殼體10的外部聲孔12和第一印刷電路基板20的內部聲孔22彼此不接觸而錯開形成，並且外部聲孔12和內部聲孔22透過音頻路徑24而連通，因此能夠將音頻路徑24多樣化。

另外，由於外部聲孔12和內部聲孔22彼此不接觸而錯開形成，因此能夠防止內部的微機電系統晶片或放大器等電子部件直接暴露在外部的各種光，例如可視光線、紫外線、紅外線等。

而上述優點可透過測試來得到確認。即，在50Hz的條件下，對習知的麥克風100和本實施例的麥克風1的光敏度(light sensitivity)進行了測試，其結果在習知的麥克風的情況下獲得了-44.9dB的值，在本實施例的麥克風的情況下獲得了-63.6dB的值。

另外，將印刷電路基板在物理上分為兩個基板而使用，因此能夠使用單層結構的印刷電路基板，而不是使用結合為多層結構的印刷電路基板。因此，印刷電路基板簡單的製造，與以往情況相比，能夠節省費用。

另外，第7圖和第8圖表示對本實施例的麥克風1和第1圖所示之習知的麥克風100，其音頻特性進行實驗的結果資料。從各圖表右側的高音記錄可知，本實施例的麥克風1與習知的麥克風相比，因充分確保了背腔空間，因此顯著改善了音頻特性。

另外，在本實施例的麥克風1中，以在第一印刷電路基板和第二印刷電路基板之間具備隔開支撐部件為例進行了說明，但本發明不限於此。即，也可以不使用隔開支撐部件，而是僅利用導電性連接部件來將第一印刷電路基板和第二印刷電路基板保持為彼此隔開的狀態。

另外，在本實施例的麥克風1中，以外部聲孔和內部聲孔彼此不接觸的情況為例進行了說明，但是本發明不限於此。即，也可以外部聲孔和內部聲孔彼此相對的方式形成，並且在這種結構的實施例中，能夠獲得除了因兩個聲孔彼此不接觸而獲得的效果之外的其他所有的效果。

1．．．麥克風

10．．．殼體

11．．．殼體的另一側面

12．．．外部聲孔

14．．．側面

16．．．捲曲部

20．．．第一印刷電路基板

22．．．內部聲孔

24．．．音頻路徑

26．．．銅鍍層

30．．．微機電系統晶片

40．．．第二印刷電路基板

42．．．連接端子

50．．．導電性連接部件

60．．．隔開支撐部件

62．．．內部空間

64．．．輪廓部

66．．．收納部

70．．．放大器

100．．．矽電容式麥克風

110．．．印刷電路基板

120．．．微機電系統(MEMS)晶片

121．．．背板

122．．．墊片

123．．．振動膜

124．．．聲孔

126．．．背腔空間

130．．．特殊目的型半導體(ASIC)晶片

140．．．聲孔

150．．．殼體

第1圖係習知的麥克風之概略性剖面圖。

第2圖係本發明一實施例之麥克風的立體圖。

第3圖係第2圖之麥克風的分解立體圖。

第4圖係第2圖之麥克風的仰視立體圖。

第5圖係第2圖之麥克風的仰視分解圖。

第6圖係第2圖之麥克風的概略性剖面圖。

第7圖和第8圖係對第2圖之麥克風和第1圖之習知的麥克風，其音頻特性進行比較的參照圖表。