一種集成的差分硅電容麥克風的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種集成的差分硅電容麥克風及其封裝方案。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電(MEMS micro-electro-mechanical system)麥克風或稱娃麥克風因其體積小、適于表面貼裝等優(yōu)點而被廣泛用于平板電子裝置的聲音采集，例如:手機、MP3、錄音筆和監(jiān)聽器材等。為滿足人民群眾日益增長的物質(zhì)文化需求，硅麥克風的體積、成本、信噪比等指標也在不斷地優(yōu)化提高。在相關(guān)優(yōu)化技術(shù)方案中，既有眾多努力，試圖通過將多個硅麥克風差分MEMS敏感元件一同使用的方式，將信噪比指標在現(xiàn)有加工工藝條件下提高，也有很多方案，試圖通過制作差分MEMS敏感結(jié)構(gòu)來提高硅電容麥克風的線性度、最大聲壓級等技術(shù)指標。本發(fā)明主要討論差分的硅電容麥克風。
[0003]傳統(tǒng)的差分MEMS敏感元件一般分為三層結(jié)構(gòu)，其中上下兩層相對固定，而中間層可動。已有的研宄如中國專利CN102457801、中國專利CN103563399等，均對差分MEMS敏感元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制備等做了深入的研宄。另一方面，既有美國專利US8644529對差分硅電容麥克風的電路方案有相應(yīng)的工作，也有美國專利US6285769對通過力反饋制作閉環(huán)工作的麥克風。
[0004]對于差分的硅電容麥克風而言，顯然由于其MEMS敏感元件一般分為三層結(jié)構(gòu)，會比常規(guī)硅電容麥克風的MEMS敏感元件一般分為兩層(背極和振膜)引入更復(fù)雜的設(shè)計理念和制備工藝，相應(yīng)地會在成本、良率、產(chǎn)品通用性上受到一些制約，這樣相應(yīng)地就需要差分麥克風在最大聲壓級、線性度等技術(shù)指標上顯著高于常規(guī)麥克風。換言之，其后續(xù)封裝和電路需要有相應(yīng)的措施，以達到效佳的技術(shù)指標提高的技術(shù)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了將2個或4個匹配的差分MEMS敏感結(jié)構(gòu)并行使用同時保證各聲波輸入直到通過差分MEMS敏感元件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫髀暵窂綄τ谕揠娙蓰溈孙L中各個差分MEMS敏感元件的前置級聲學、力學、電學完全對稱的高線性度硅電容麥克風，從差分MEMS敏感元件設(shè)置、集成電路設(shè)置、引線和封裝設(shè)置、后續(xù)電路系統(tǒng)處理設(shè)置等硅麥克風的各環(huán)節(jié)著手，提高集成的硅電容麥克風各差分MEMS敏感結(jié)構(gòu)之間相互數(shù)據(jù)融合的效率，進一步提尚娃電容麥克風的整體技術(shù)指標，提尚廣品競爭力。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種集成的娃電容麥克風，包括:相結(jié)合的外殼和基板，且其中之一上設(shè)有進音孔；2個或4個相互匹配的差分MEMS敏感元件；集成電路；聲腔，其中，所述集成電路用于對聲波經(jīng)所述進音孔、所述聲腔到各所述差分MEMS敏感元件轉(zhuǎn)化為的電信號進行緩沖/放大和輸出，所述集成電路與各差分MEMS敏感元件之間的電氣排布和連接方式為軸對稱或鏡像對稱關(guān)系。通過將差分MEMS敏感元件設(shè)置成軸對稱或鏡像關(guān)系，保證電路芯片到各個差分MEMS敏感元件之間的前置級聲學、力學、電學上的對稱性。
[0008]較佳的，所述MEMS敏感元件的芯片形狀為正方形，數(shù)量為4個，且4個差分MEMS敏感元件為2乘2矩形排布，在幾何上沿相互位置中分面成鏡像對稱關(guān)系。對于2個MEMS敏感元件而言，顯然其形狀、位置上的對稱性的多顆數(shù)據(jù)整合的性能提高，都差于4個MEMS敏感元件。而多于4個的MEMS敏感元件，其平面和空間聲學、力學、電學上的對稱性無法保證。
[0009]較佳的，聲波進入進音孔后的傳聲路徑和聲腔對各個MEMS敏感元件一致，且集成電路和MEMS敏感元件在外殼和基板中的布局布線使得各路電氣信號一致傳遞，其中，所述傳聲路徑為從所述進音孔、所述聲腔到各所述差分MEMS敏感元件形成的路徑。這是通過封裝體設(shè)置的技術(shù)手段，來保證電路芯片到各個差分MEMS敏感元件之間的前置級聲學、力學、電學上的對稱性。
[0010]較佳的，所述集成電路為一種同時提供對稱的正負偏置電壓的芯片。這是從電路芯片設(shè)置角度，提供電學對稱性較佳的一種技術(shù)手段。
[0011]較佳的，所述集成電路為兩種分別對稱地提供正負偏置電壓的芯片。這是從電路芯片設(shè)置角度，提供電學對稱性較佳的一種技術(shù)手段。
[0012]較佳的，所述的娃電容麥克風的輸出方式為差分雙端輸出。以雙端輸出，這是較佳的差分娃電容麥克風的輸出方式。
[0013]較佳的，所述的硅電容麥克風工作時通過所述集成電路實現(xiàn)靜電力反饋，從而使MEMS敏感元件閉環(huán)工作。這是從電路系統(tǒng)設(shè)置技術(shù)手段角度，提高硅電容麥克風工作的最大聲壓級的方式。由于提高了差分MEMS敏感元件前置級的聲學、力學、電學對稱性，閉環(huán)工作模型的誤差減少，精度提高。
[0014]本發(fā)明的提出一種使用2個或4個差分MEMS敏感元件并聯(lián)的、共用聲腔的集成硅電容麥克風，使得差分MEMS敏感元件與基板、外殼等封裝結(jié)構(gòu)結(jié)合，構(gòu)成了傳聲路徑對于各差分MEMS敏感元件完全對稱的聲腔；尤其使得MEMS到集成電路的引線與電路接口和封裝結(jié)構(gòu)相結(jié)合，較佳地從電路系統(tǒng)前置級保證了其對稱性、線性度和較小的系統(tǒng)誤差。因此，雖然為保證對稱性，本發(fā)明只適用2個或4個差分MEMS敏感元件并行使用的場合，卻可以得到較佳的線性度和最大聲壓級技術(shù)指標，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是進音孔在外殼上蓋的本發(fā)明麥克風結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖；
[0017]圖2是進音孔在外殼底板的本發(fā)明麥克風結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖；
[0018]圖3是2個差分MEMS敏感元件和2塊配合MEMS敏感元件的集成電路(一種芯片同時提供匹配的正負偏置電壓)在基板上的布局和引線的俯視示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的4個差分MEMS敏感元件和4個配合MEMS敏感元件的集成電路(一種芯片同時提供匹配的正負偏置電壓)在基板上的布局的俯視示意圖；
[0020]圖5是2個或4個差分MEMS敏感元件和配合MEMS敏感元件的集成電路(一種芯片同時提供匹配的正負偏置電壓)的前端電學模型示意圖；
[0021 ] 圖6是2個差分MEMS敏感元件和2塊配合MEMS敏感元件的集成電路(兩種匹配芯片分別提供正負偏置電壓)在基板上的布局和引線的俯視示意圖；
[0022]圖7是4個差分MEMS敏感元件和4個配合MEMS敏感元件的集成電路(兩種匹配芯片分別提供正負偏置電壓)在基板上的布局的俯視示意圖；
[0023]圖8是2個或4個差分MEMS敏感元件和配合MEMS敏感元件的集成電路(兩種匹配芯片分別提供正負偏置電壓)的前端電學模型示意圖；
[0024]圖9是2個差分MEMS敏感元件和集成電路配合的單端輸出電路示意圖；
[0025]圖10是2個差分MEMS敏感元件和集成電路配合的雙端輸出電路示意圖；
[0026]圖11是4個差分MEMS敏感元件和集成電路配合的雙端輸出電路示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]本發(fā)明主要用于一種集成的差分娃電容麥克風。現(xiàn)有技術(shù)雖然在差分娃電容麥克風的各個環(huán)節(jié)進行的努力卓有成效，仍缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)整合及接口處理工作，但在麥克風整體工作時這些環(huán)節(jié)卻必不可少。本發(fā)明通過將2個或4個匹配的差分MEMS敏感結(jié)構(gòu)并行使用，同時保證各聲波輸入直到通過差分MEMS敏感元件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫髀暵窂綄τ谕揠娙蓰溈孙L中各個差分MEMS敏感元件的前置級聲學、力學、電學完全對稱的技術(shù)方案，從差分MEMS敏感元件設(shè)置、集成電路設(shè)置、引線和封裝設(shè)置、后續(xù)電路系統(tǒng)處理設(shè)置等硅麥克風的各環(huán)節(jié)著手，提高集成的硅電容麥克風各差分MEMS敏感結(jié)構(gòu)之間相互數(shù)據(jù)融合的效率，從而達到進一步提尚娃電容麥克風的線性度、最大聲壓級等整體技術(shù)指標，提尚了產(chǎn)品競爭力。下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029]圖1和圖2分別是本發(fā)明進音孔101在外殼上蓋102或基板103上的麥克風結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖。如圖中所示，可以按照實際傳聲需要，設(shè)置