專利名稱：高性能電容麥克風及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及麥克風，更具體地涉及在通信設(shè)備、音頻設(shè)備等中使用的高性能駐極體麥克風及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來移動通信技術(shù)已經(jīng)得到快速發(fā)展。消費者越來越多地使用移動通信設(shè)備，例如便攜式電話、能上網(wǎng)的便攜式電話、個人數(shù)字助理(PDA)、手提電腦、膝上型計算機、圖形輸入卡或能夠通過公共或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進行通信的其他設(shè)備。蜂窩網(wǎng)絡(luò)的擴展和移動通信方面的技術(shù)進步使更多消費者使用移動通信設(shè)備。對通信設(shè)備日益增長的需求促進了集成在移動通信設(shè)備中的音頻元件的制造工藝、功耗、接收、制造和小型化方面的改進。移動通信設(shè)備的供應(yīng)商之間的競爭壓力增加了對更小、更廉價且性能更優(yōu)的小型電容麥克風的需求。
總的來說，各種傳統(tǒng)的駐極體電容麥克風(“ECM”)已應(yīng)用于通信設(shè)備中?，F(xiàn)有技術(shù)的ECM包括防塵罩、帶有聲學口的外殼、振動膜、間隔物、絕緣體、背板組件、導(dǎo)電環(huán)和印刷電路板(“PCB”)。膜組件和背板組件構(gòu)成可變電容部分，該可變電容部分對通過與間隔物的厚度相對應(yīng)的聲學口耦合的聲壓級變化進行響應(yīng)。
隨著ECM尺寸的減小，可以利用有限的空間來容納絕緣體和導(dǎo)電環(huán)，導(dǎo)致了電容部分和PCB之間的干擾增加。除了追求小型化以外，長時間的反復(fù)沖擊和振動可能會對ECM的聲學性能造成負面影響。


圖1是電容麥克風的展開圖；圖2是背板組件的俯視圖；
圖3是機體組件的俯視圖；圖4是表示背板組件和機體組件的構(gòu)造的透視圖；圖5是圖4的背板組件和機體組件的構(gòu)造的俯視圖；以及圖6是電容麥克風的剖面圖。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明可實施為各種變型例和另選方式，但在附圖中以示例的方式示出某些實施例，并將在此對這些實施例進行詳細說明。然而，應(yīng)該理解，本公開并不旨在將本發(fā)明限定為所述的特定形式，相反地，本發(fā)明旨在涵蓋落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有變型例、另選例和等同物。
圖1是電容麥克風100的展開圖，電容麥克風100可用于能夠通過一個或多個公共或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進行通信的幾乎任何類型的通信設(shè)備，例如便攜式電話、能上網(wǎng)的便攜式電話、個人數(shù)字助理(PDA)、手提電腦、其他類型的便攜式計算與互聯(lián)網(wǎng)接入裝置和設(shè)備等。電容麥克風100可以包括杯狀外殼108，該杯狀外殼108具有頂面部分110和殼壁部分112。在另選實施例中，外殼108可以采用各種其他形狀(例如，矩形、D形形狀或梯形形狀)的形式并具有多種不同的尺寸。外殼的殼壁部分112終止于連接面114，限定了開口16。可以將連接面114最初形成為向外張開以使得能夠?qū)⑵渌胖迷谕鈿?08中。
當將所有的元件放入外殼108內(nèi)的最終位置或終止位置時，將連接面14向開口116的中心徑向彎曲或再次成形。該成形操作通過連接面114機械地固定(capture)PCB 164的背面168，將其他元件鎖定在合適的位置并電連接PCB 164的背面168。圖中示出外殼108具有至少一層。但是，外殼108可以由導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料的多個交替層制成，或者可以在非導(dǎo)電基板的內(nèi)側(cè)上施加導(dǎo)電涂層，使膜組件120能夠電連接到PCB 164的背面168。在一個實施例中，外殼108由鋁制成。
在外殼108的頂面110上形成至少一個孔或聲學口118，以使得能夠?qū)⒙暡▊魉偷侥そM件120?？梢酝ㄟ^任何適當?shù)姆绞?例如鉆孔、沖孔或模制)來形成聲學口118。聲學口118使得與聲壓級變化相對應(yīng)的聲能能夠進入外殼108。
雖然防塵罩102的形狀與外殼108的形狀相對應(yīng)，但是也可以采用各種形狀，而不需與外殼形狀相對應(yīng)，并且可以具有多種不同的尺寸。在一個實施例中，示出防塵罩102具有與外殼108的圓形形狀相對應(yīng)的圓形形狀。防塵罩可以由具有第一表面104和第二表面106的布或者氈制成。防塵罩102的第二表面106通過粘合劑連接到外殼108上以覆蓋聲學口118。這有助于防止雜質(zhì)進入麥克風100而損壞設(shè)置在外殼108內(nèi)的電子元件170。防塵罩120也可以提高頻率響應(yīng)、產(chǎn)生延遲并提供定向響應(yīng)。
麥克風100可以進一步包括膜組件120。膜組件120包括支撐環(huán)122和連接在支撐環(huán)122上的膜124。雖然膜組件120具有通常與外殼108的形狀相對應(yīng)的形狀，但是在不同的實施例中可以采用多種形狀并且具有多種不同的尺寸。支撐環(huán)122可以由導(dǎo)電材料(例如不銹鋼)制成，但是，可以使用任何導(dǎo)電材料或包括導(dǎo)電涂層(包括銅或錫)的材料。支撐環(huán)122具有第一表面126和第二表面128。支撐環(huán)122的第一表面126與頂面110保持接觸，第二表面128與間隔物134保持接觸。膜124由能夠響應(yīng)于聲波而振動的導(dǎo)電材料制成。這種材料之一是聚對苯二甲酸乙二醇酯膜，通常商品名為聚酯薄膜(Mylar)。膜124具有第一表面130和第二表面132。例如，通過利用粘合劑進行接合，將膜124的第一表面130連接到支撐環(huán)122的第二表面128。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，包括壓合或者在邊緣處的機械連接等的任何形式的接合都滿足要求。膜124的第二表面132涂覆有一層導(dǎo)電材料(例如鉻)而形成導(dǎo)電性有效部分，通常稱為可動電極，該可動電極與間隔物134保持接觸。
麥克風100可以進一步包括具有中空部分135以及第一表面136與第二表面138的間隔物134，用于使膜組件120與外殼108內(nèi)的其他元件電隔離。間隔物134由電絕緣材料(例如，200規(guī)格的聚酯塑料)制成，具有等于膜組件120與背板組件140之間間距的厚度。間隔物134使得膜124能夠朝向背板組件140變形。間隔物134可以具有多種形狀，而不必與外殼形狀相對應(yīng)，并且可以具有多種不同的尺寸。在一個實施例中，示出了間隔物134具有與外殼108相對應(yīng)的圓形形狀。間隔物134的厚度和材料可依據(jù)應(yīng)用的需要而改變。將間隔物134設(shè)置在膜組件120與背板組件140之間，并在靠緊PCB 164之后通過連接面114所施加的機械壓力將間隔物134保持在合適的位置。間隔物134的第一表面136與膜124的第二表面132保持接觸。間隔物134的第二表面138與背板組件140保持接觸，并將膜組件120和背板組件140相分離。
麥克風100可以進一步包括背板組件140。圖中示出背板組件140具有至少一個突出部分142和至少一個凸起部分(relief)144。但是，背板組件可以包括多個突出部分142a-d和多個凸起部分144a-d，將對該實施例進行更詳細的說明。如上所述，通過連接面114的機械壓力將背板組件140保持在間隔物134的第二表面138與機體組件150之間。
麥克風100還具有機體組件150，該機體組件150具有中空部分152和上表面154與下表面156。將機體組件150設(shè)置在外殼108內(nèi)?？梢詫C體組件150模制為多種形狀和尺寸以適合應(yīng)用的需要。在一個實施例中，機體組件150為圓柱形狀并由電絕緣材料(例如，模制聚乙烯塑料)制成。在進行組裝時，如上所述，通過連接面的機械壓力使機體組件150的第一表面154與間隔物134的第二表面138保持接觸。將機體組件150的第二表面156形成為具有定位突出構(gòu)件160。將定位突出構(gòu)件160設(shè)計為用來安裝(receive)PCB 164，以機械隔離但電連接背板組件140與PCB164。如此，使得在外殼108中，背板組件140和膜組件120之間的間距不會受變形的影響。在一個示例中，定位突出構(gòu)件160由導(dǎo)電材料(例如，不銹鋼)制成；但是，可以使用任何導(dǎo)電材料或包括導(dǎo)電涂層的材料。
麥克風100還進一步包括設(shè)置在外殼108內(nèi)的印刷電路板(PCB)164。PCB 164可以與外殼108同軸對準。PCB 164具有正面166和背面168。PCB 164可以形成為與外殼相對應(yīng)的多種形狀和尺寸或者根據(jù)具體應(yīng)用的其它形狀和尺寸。PCB 164的正面166可以具有印刷布線跡線和多個電子元件170，例如結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)和用于將由膜組件120和背板組件140產(chǎn)生的電容變化轉(zhuǎn)換成阻抗的至少一個電容器。PCB164的正面166與定位突出構(gòu)件160保持接觸并通過導(dǎo)電固定件(mount)158電連接到背板組件140。背面168具有印刷布線跡線并通過連接面114電耦接到外殼108。PCB 164可通過焊接工藝連接到導(dǎo)電固定件158，但是任何形式的電連接都滿足要求。
然后將機體組件150與間隔物134相接觸地壓配合到外殼108中。機體組件150的壓配合限制了下面的元件以減少制造過程中可能出現(xiàn)的移動和損壞。另外，機體組件150使得背板組件140與膜組件120可以與PCB 170電連接，而不會使定位突出構(gòu)件160變形。
參照圖2，示出了背板組件140的一個實施例。將背板組件140沖壓成具有至少一個突出部分142和至少一個凸起部分144的盤狀。在所示的實施例中，背板組件140包括多個突出部分142a-d和多個凸起部分144a-d。背板組件140由諸如不銹鋼的導(dǎo)電材料制成，但是，可以使用任何導(dǎo)電材料或包括導(dǎo)電涂層的材料。背板組件140具有第一表面146和第二表面148。背板組件140的第一表面146可以涂覆或覆蓋極化電介質(zhì)膜或諸如聚四氟乙烯(Teflon)的駐極體材料。在工作時，背板構(gòu)成固定電極并且可以靜電充電到預(yù)定的表面電荷(例如，360V)。第二表面148由諸如不銹鋼的導(dǎo)電材料制成。通過這種方式形成的背板組件140具有中心下方的表面面積或者膜124的最易活動的面積增加的優(yōu)點，由此提高了麥克風100的電聲性能。在此公開的根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的器件具有的優(yōu)點是，減小了總體尺寸同時保持了靈敏度、噪聲、穩(wěn)定性、緊湊性和魯棒性、不易受電磁干擾(“EMI”)以及其他外部和環(huán)境條件(包括沖擊和雜質(zhì))影響的優(yōu)良電聲性能。
現(xiàn)參照圖3，在一個實施例中將機體組件150壓制或模制成具有中空部分152的圓柱形狀。機體組件150由具有上表面154和下表面156的電絕緣材料(例如，模制聚乙烯塑料)制成。定位突出構(gòu)件160由諸如不銹鋼的導(dǎo)電材料制成并且可以模制或壓配合到機體組件150的下表面156中。可以將上端部158a-d沖壓出來并連接到或模制到機體組件150的內(nèi)周邊部分中。導(dǎo)電固定件158和定位突出構(gòu)件160可以由同一胚料形成并模制或壓配合到機體組件150中作為一個單元。使用機體組件150可以提供減小器件的總體尺寸同時保持優(yōu)良電聲性能的優(yōu)點。在另一個實施例中，背板組件140可以是沒有突出部分142a-d的圓形。為了構(gòu)造所需的聲學通道172，可將機體組件形成為圍繞背板組件140的外部邊緣的至少一部分設(shè)置凸起部分。
參照圖4和5，對機體組件150和背板組件140進行討論和說明。機體組件150的內(nèi)周邊部分形成有具有多個上端部158a、158b、158c、158d的導(dǎo)電固定件158。在一個示例中，導(dǎo)電固定件158由諸如不銹鋼的導(dǎo)電材料制成，但是，可以使用任何導(dǎo)電材料或包括導(dǎo)電涂層的材料。通過焊接或錫焊將導(dǎo)電固定件158電連接到定位突出構(gòu)件160。導(dǎo)電固定件158和定位突出構(gòu)件160可以另選地由同一塊胚料形成。將導(dǎo)電固定件158設(shè)置為用來接納背板組件140的第二表面148。將背板組件140上的每一個突出部分142a-d連接到由導(dǎo)電固定件158的上端部158a-d形成的對應(yīng)固定點上?？梢酝ㄟ^使用粘合劑進行接合來實現(xiàn)該連接。接合的另選方式可以包括壓合、機械連接等。背板組件140可以在安裝到外殼108中之前接合到機體組件150上，或者背板組件140可以在麥克風100的最終組裝過程中接合到機體組件150上。
將背板組件140壓配合到機體組件150中，并通過使用設(shè)置在機體組件150的內(nèi)周邊部分中的粘合劑進行接合而連接到導(dǎo)電固定件158上。交替的突出部分限定了多個聲學通道172。遠離膜的高活動性中心將聲學通道172設(shè)置在凸出部分144a-d處的背板的外部邊緣，使得膜124和背板組件140之間的空間內(nèi)的空氣能夠自由流動到設(shè)置有PCB 160的后部容腔而不影響性能。
圖6是結(jié)合麥克風100的組裝方法的實施例的描述進行參照的剖面圖。首先，將膜組件120插入到外殼108中，與聲學口118相對。然后將間隔物134插入到外殼108中，使間隔物134的第一表面136面向膜組件120的第二表面132。接下來，將背板組件140插入到機體組件150中。當插入到外殼108中時使背板組件140的第一表面146取向為面對間隔物134的第二表面138。將多個突出部分142a-d對準并粘接到導(dǎo)電固定件158的多個上端部158a-d。然后將機體組件150插入到外殼108中。通過機體組件150的摩擦配合防止由于制造期間發(fā)生的振動而導(dǎo)致背板組件140、間隔物134和膜組件120偏離它們的位置。機體組件150的第二表面156形成有設(shè)置在與PCB 164相對應(yīng)的位置上的定位突出構(gòu)件160。PCB 164預(yù)先安裝有多個電子元件170。在將膜組件120、間隔物134、背板組件140和機體組件150完全插入到外殼108中之后，例如，通過機械固定、壓接(crimping)、焊接或粘接來由外殼108的連接面114固定PCB 164的背面168。在該位置上，膜組件120和背板組件140與PCB 164電連接。
在此通過參考以相同的方式并入這里所引用的所有參考文獻(包括出版物、專利申請、專利)，通過單獨參考和具體指出的方式并入每一篇參考文獻，并在此以其全文的方式闡述。
在說明本發(fā)明的上下文(尤其是以下權(quán)利要求的上下文)中使用詞語“a”和“an”以及“the”等類似的詞語應(yīng)該解釋為涵蓋單個和多個，除非在此另有說明或者文中明顯相矛盾。在此列舉的值的范圍僅僅旨在用作為單獨參照落入該范圍內(nèi)的各個單獨值的簡略表達方法，除非在此另有說明，并將各個單獨的值引入該說明書，如同在此單獨引用該值一樣?？梢砸匀魏芜m當?shù)捻樞驁?zhí)行在此所述的所有方法，除非在此另有說明或者文中明顯相矛盾。在此所提供的任何以及所有示例、或者示例性語言(例如，“例如”)的使用僅僅旨在更好地說明本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的范圍，除非另有說明。本說明書中的語言不應(yīng)該解釋為對于實施本發(fā)明是不可缺少的任何未要求保護的要素。
在此說明了本發(fā)明的多個實施例，包括對本發(fā)明人來說用于實施本發(fā)明的最佳模式。應(yīng)該理解，所示的實施例僅是示例性的，并且不應(yīng)將其視為對本發(fā)明范圍的限定。
權(quán)利要求
1.一種駐極體麥克風，其包括外殼，該外殼具有形成在其殼壁中的聲學口；膜組件，該膜組件是導(dǎo)電的，并與所述外殼電連接，所述膜組件與所述殼壁相鄰設(shè)置；絕緣間隔物，在所述膜與所述聲學口相對的一側(cè)與所述膜相鄰設(shè)置；背板組件，該背板組件具有從外圓周徑向延伸的突出部分，該背板與所述絕緣間隔物接觸；機體組件，該機體組件由塑料模制而成，具有第一端部和第二端部，該機體組件插入在所述外殼中，并且是中空的，其內(nèi)部周邊用于容納所述背板組件，所述機體組件還包括設(shè)置在所述機體組件中的導(dǎo)電固定件，該導(dǎo)電固定件具有第一端部和第二端部，所述導(dǎo)電固定件通過所述機體組件的外圓周與所述外殼電絕緣，該導(dǎo)電固定件的第一端部設(shè)置在所述機體組件的所述中空部分內(nèi)以與所述背板組件電連接，該導(dǎo)電固定件的第二端部延伸到所述機體組件的第二端部；以及印刷電路板，與所述機體組件的第二端部連接，該印刷電路板具有第一表面和第二表面，其中該第一表面與所述導(dǎo)電固定件的第二端部電連接，而該第二表面與所述外殼連接，由此在所述外殼的內(nèi)圓周和所述背板組件的外圓周之間的所述突出部分的各個側(cè)面形成聲學通道，該聲學通道使得由響應(yīng)于所耦合的聲能而導(dǎo)致的所述膜的運動產(chǎn)生的氣流能夠進入所述聲學口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中所述外殼包括具有第一位置和第二位置的連接面，其中所述第二位置中的所述連接面機械地固定所述印刷電路板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中所述外殼包括具有第一位置和第二位置的連接面，其中所述第二位置中的所述連接面電接觸所述電路板的第二表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，所述導(dǎo)電固定件的第一端部被設(shè)置為相對于所述機體組件的第一端部的距離相當于所述背板組件的厚度，由此所述背板面向所述膜的一側(cè)與所述機體組件的第一端部齊平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中在所述突出部分處將所述導(dǎo)電固定件的第一端部接合到所述背板組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中所述膜組件還包括支撐環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，還包括設(shè)置在所述外殼表面上的防塵罩，該防塵罩覆蓋所述聲學口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中所述導(dǎo)電固定件的第二端部還包括定位突出構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中所述背板組件包括導(dǎo)電背板和覆蓋該導(dǎo)電背板的一個表面的電介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體麥克風，其中所述背板的導(dǎo)電背板沒有孔。
11.一種組裝駐極體麥克風的方法，包括以下步驟提供外殼；將膜組件插入所述外殼；將絕緣間隔物插入所述外殼；將背板組件插入所述外殼，該背板組件為盤狀；將所述背板組件連接到機體組件，該機體組件包括設(shè)置在中空塑料模中的導(dǎo)電固定件，由此在所述背板組件的邊緣和所述中空塑料模的表面之間形成聲學通道；將電路板連接到所述導(dǎo)電固定件和所述外殼，由此形成所述電路板上的第一接觸部分、所述導(dǎo)電固定件、由所述膜組件和所述背板組件形成的電容器、所述外殼以及所述電路板上的第二接觸部分之間的電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括組裝膜和支撐環(huán)以形成所述膜組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括組裝導(dǎo)電背板和電介質(zhì)以形成所述背板組件。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括形成所述外殼的自由端以接觸所述印刷電路板，以將所述電路板電連接到所述外殼。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中形成所述外殼的自由端以接觸所述印刷電路板的步驟還包括將所述電路板機械地固定在所述外殼上。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述導(dǎo)電固定件的一端設(shè)置為相對于所述機體組件的一端的距離等于所述背板組件的厚度，由此使所述背板面向所述膜的一側(cè)與所述機體組件的頂端齊平。
17.一種電容麥克風，其包括導(dǎo)電外殼；可變電容器，該可變電容器對聲壓級變化進行響應(yīng)，并安裝在所述導(dǎo)電外殼中，該可變電容器包括對聲壓級變化進行響應(yīng)的可動膜；以及固定背板，該固定背板安裝在中空塑料機體中，由此在所述固定背板的周邊和所述中空塑料機體的周邊之間形成聲學通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容麥克風，還包括與所述導(dǎo)電外殼和用于將聲壓級變化轉(zhuǎn)換成阻抗的可變電容器連接的印刷電路板。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容麥克風，其中所述固定背板還包括設(shè)置在所述固定背板面向所述膜的一側(cè)上的電介質(zhì)材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容麥克風，其中所述導(dǎo)電外殼在所述電路板的邊緣上方機械地彎曲以將所述印刷電路板連接到所述導(dǎo)電外殼。
全文摘要
高性能電容麥克風及其制造方法。本發(fā)明公開了一種麥克風(100)及其制造方法。麥克風(100)包括外殼(108)、膜組件(120)、間隔物(134)、背板組件(140)、機體組件(150)和設(shè)置在該外殼(100)內(nèi)的印刷電路板(164)。膜組件(120)和背板組件(140)構(gòu)成對通過聲學口(118)耦合的聲壓級變化進行響應(yīng)的可變電容器。該基本電容與間隔物(134)的厚度成反比。背板組件(140)是帶有多個突出部分的盤狀并連接到機體組件(150)，以在背板組件(140)的外部邊緣和中空機體組件(150)的內(nèi)周邊之間形成聲學通道(172)。機體組件(150)包括用于將背板組件(140)電連接到電路板(164)的第一表面(166)的導(dǎo)電固定件(158)。然后通過諸如壓接、錫焊、焊接或粘接等機械固定方法使電路板(164)的第二表面(168)與外殼(108)的連接面(114)保持接觸。
文檔編號H04R19/01GK1671252SQ20041008600
公開日2005年9月21日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者馮仁男 申請人:美商樓氏電子有限公司