锥形喇叭天线上的MEMS麦克风的侧面安装的制作方法

锥形喇叭天线上的mems麦克风的侧面安装
技术领域
1.本公开涉及电子设备和电子设备中的微机电系统(mems)传感器的安装。


背景技术：

2.诸如麦克风的微机电系统(mems)传感器已经用于便携式设备、移动电话、头戴式耳机、医疗设备、膝上型电脑和其他类似的应用和设备。由于它们的尺寸，mems传感器对于低轮廓或薄的设备应用特别有用。然而，存在需要考虑的一些实际注意事项。例如，在应用条件下，mems麦克风系统的频率响应需要调整位于mems麦克风的端口开口前面的管开口和腔的体积的尺寸。与管开口和mems麦克风的端口开口前面的腔的物理尺寸相关联的空气体积确定系统的固有亥姆霍兹共振(helmholtz resonance)。在mems麦克风直接保持抵靠振动表面例如皮肤以测量心音的情况下，不存在直的圆柱形管和空气腔。因此，来自mems麦克风的输出信号被严重衰减且不是非常有用。
3.通过较短的开放管放置在mems麦克风的端口开口前面的喇叭形空气腔提供所需的空气体积，并且因此，mems麦克风可以感测声压中的足够的信号幅度以提供合理的信噪比(snr)。传统上，喇叭的喉部将被认为是用于安装诸如mems麦克风的感测设备的最佳位置。然而，这可能增加端部设备的总高度或长度轮廓。


技术实现要素：

4.本文公开了用于在锥形喇叭天线上侧面安装微机电系统(mems)换能器的设备和方法的实现方式(implementation)。可以在锥形喇叭天线的侧壁中制造穿孔或孔。在一种实现方式中，孔可以是基本上圆柱形的、锥形的等。在一种实现方式中，mems换能器是mems麦克风。在一种实现方式中，mems麦克风的端口开口可以与孔对准并且附接到锥形喇叭天线的侧壁。在一种实现方式中，所述孔可为锥形的，其中一个端部处的直径大体上类似于mems麦克风的端口开口的直径且在所述孔的另一端部处的直径较大。在一种实现方式中，中间结构可以用于将mems换能器连接到锥形喇叭天线中的孔。在一种实现方式中，可以使用管将mems天线的端口开口连接到锥形喇叭天线中的孔。在一种实现方式中，管可以是圆柱形的、锥形的等。在一种实现方式中，锥形喇叭天线可以具有多个孔，每个孔具有附接的mems换能器。
附图说明
5.当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开，并且本公开被并入本说明书中并因此构成本说明书的一部分。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。
6.图1a
‑
b是根据实现方式的附接在锥形喇叭天线的喉部处的mems麦克风和经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接的示例微机电系统(mems)麦克风的框图。
7.图2是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接的示例mems麦克风
的示例仿真模型。
8.图3是将根据各实现方式的侧壁安装的mems麦克风与喉部安装的mems麦克风进行比较的模拟频率响应曲线图。
9.图4是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的锥形孔附接的示例mems麦克风的框图的3d立体图。
10.图5是根据各实现方式的示例mems麦克风在经由锥形喇叭天线的侧壁中的锥形孔附接之前的框图的放大视图。
11.图6是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的锥形孔附接的示例mems麦克风的框图的放大视图。
12.图7是根据各实现方式的示例mems麦克风在经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接之前的框图的放大视图。
13.图8是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接的示例mems麦克风的框图的放大视图。
14.图9a
‑
c是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接的示例mems麦克风的照片。
15.图10是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接的示例mems麦克风的横截面视图。
16.图11a
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c是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔附接的示例mems麦克风的顶部、右侧横截面、以及前横截面视图。
17.图12是将根据各实现方式的侧壁安装的mems麦克风(浅灰色)与喉部安装的mems麦克风(黑色)进行比较的测得声压级曲线图。
18.图13是根据各实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔安装mems麦克风的示例过程的流程图。
具体实施方式
19.本文提供的附图和描述可以被简化以示出所描述的实施方式的与清楚理解本文公开的过程、机器、制造商和/或物质组成相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似设备、系统、组成和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或步骤对于实现本文所述的设备、系统、组成和方法可能是期望的或必需的。然而，因为这些元件和步骤在本领域中是公知的，并且因为它们并不有助于更好地理解所公开的实施方式，所以在此可能不提供对这些元件和步骤的讨论。然而，本公开被认为固有地包括相关领域的普通技术人员根据本文的讨论将知道的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。
20.在全文中提供实施方式，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施方式的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体方面、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施方式。因此，所阐述的示例性实施方式不应被解释为限制本公开的范围。
21.本文所用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而不是旨在进行限制。例如，
如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
22.因此，本文所述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序的相应执行，除非具体地被标识为优选或所需的执行顺序。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。
23.此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、步骤或方面，但是这些元件、步骤或方面不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件或方面与另一个元件或方面区分开。因此，除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件、步骤、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、步骤、部件、区域、层或部分。
24.本文描述的非限制性实施方式是关于设备和用于制造所述设备的方法，其中所述设备是经由孔附接到锥形喇叭天线的侧壁的微机电系统(mems)换能器。在权利要求的精神和范围内，可以针对各种应用和用途修改该设备和用于制造该设备的方法。在此描述的和/或在附图中示出的实施方式和变型仅作为示例呈现，并且不限制范围和精神。这里的描述可以适用于设备和用于制造设备的方法的所有实施方式。
25.本文公开了用于在锥形喇叭天线上侧面安装微机电系统(mems)换能器的设备和方法的实现方式。尽管本文的描述出于说明的目的而使用mems麦克风，但在不脱离本说明书和权利要求书的范围的情况下，可使用其它mems换能器。尽管这里的描述是关于mems换能器，但是在不脱离本说明书和权利要求书的范围的情况下，可以使用聚偏二氟乙烯(pvdf)传感器、压电传感器等。
26.图1a是包括附接到锥形喇叭天线120的mems麦克风110的示例设备100的框图。特别地，mems麦克风110被附接到锥形喇叭天线120的喉部130。如图所示，这通过mems麦克风110的长度或高度在长度或高度方面增加了设备100的占用面积。
27.图1b是包括附接到锥形喇叭天线170的mems麦克风160的设备150的框图。特别地，根据某些实现方式，mems麦克风160经由锥形喇叭天线170的侧壁190中的孔180附接。如本文下文所描述，侧壁安装的mems麦克风160不会使低频下的总体声压性能降级。例如，在高达5khz时没有声压性能下降或声压性能下降最小。实际上，在5khz到8khz之间的频率处，mems麦克风160的灵敏度增加。
28.图2是根据某些实现方式的示例性设备200的示例性仿真模型，该设备具有经由锥形喇叭天线220的侧壁230中的孔240附接的mems麦克风210。mems麦克风210的内部端口开口250通过孔240与锥形喇叭天线220的外壁(即侧壁230)相距限定的距离，该孔是较小的喇叭形开口。mems麦克风210的腔室在底部被密封，并且锥形喇叭天线220的喉部区域260被密封。
29.图3是比较图2的侧壁安装的mems麦克风210与喉部安装的mems麦克风260的模拟频率响应曲线图300。在低频时，安装在锥形喇叭天线220的侧壁230上的mems麦克风210相对于安装在锥形喇叭天线220的喉部260上的mems的模拟频率响应曲线彼此重叠。因此，在
将mems麦克风210安装在锥形喇叭天线220的侧壁230上的情况下，在低频下没有声压级(spl)的损失。
30.除了在低频率没有信号损失和在较高频率具有改进的灵敏度之外，将mems麦克风160安装在锥形喇叭天线170的侧壁190上还将设备150的总长度减小了与mems麦克风160的总厚度相等的量。这种不动产的节省在薄膜感测设备例如但不限于心电图(ecg)贴片等中是有价值的商品。这种安装配置可以允许mems麦克风被用在实际面积显著受限的低轮廓应用中。当与利用锥形喇叭天线的喉部面积的安装配置相比时，所使用的不动产的减少可以是大约33％。
31.图4是示例性设备400的框图的3d透视图，该设备包括附接到锥形喇叭天线420的mems麦克风410。锥形喇叭天线420包括侧壁430。侧壁430具有喇叭形孔440。mems麦克风410具有内部端口开口450。喇叭形孔440的一个直径等于或稍大于内部端口开口450的直径。通过将喇叭形孔440与内部端口开口450对准，将mems麦克风410附接到锥形喇叭天线420。然后，通过用位于接口(interface)处的软压缩垫圈密封件(未示出)将mems麦克风410向上压靠在侧壁430上，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风410固定就位，来附接对准的mems麦克风410和锥形喇叭天线420。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线420和mems麦克风410之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。
32.图5是包括mems麦克风510的示例性设备500在附接到锥形喇叭天线520之前的框图的放大剖视图。锥形喇叭天线520包括侧壁530。侧壁530具有喇叭形孔540。mems麦克风510具有内部端口开口550。喇叭形孔540的一个直径等于或稍大于内部端口开口550的直径。通过将喇叭形孔540与内部端口开口550对准，然后将mems麦克风510附接到锥形喇叭天线520，然后通过用位于接口处的软压缩垫圈密封(未示出)将mems麦克风510向上压在侧壁530上来附接，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风510固定到位，来完成mems麦克风510到锥形喇叭天线520的附接。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线520和mems麦克风510之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。
33.图6是示例性设备600的框图的放大视图，该设备包括附接到锥形喇叭天线620的示例性mems麦克风610。锥形喇叭天线620包括侧壁630。侧壁630具有喇叭形孔640。mems麦克风610具有内部端口开口650。喇叭形孔640的一个直径等于或稍大于内部端口开口650的直径。通过将喇叭形孔640与内部端口开口650对准，将mems麦克风610附接到锥形喇叭天线620。然后，通过用位于接口处的软压缩垫圈密封件(未示出)将mems麦克风610向上压在侧壁630上，来附接对准的mems麦克风610和锥形喇叭天线620，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风610固定就位。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线620和mems麦克风610之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。
34.图7是在附接到锥形喇叭天线720之前包括mems麦克风710的示例性设备700的框图的放大视图。锥形喇叭天线720包括侧壁730。侧壁730具有孔740，其允许mems麦克风710的齐平安装。mems麦克风710具有内部端口开口750。孔740的直径等于或稍大于内部端口开口750的直径。通过将孔740与内部端口开口750对准，然后将mems麦克风710附接到锥形喇
叭天线720，然后通过利用位于接口处的软压缩垫圈密封(未示出)将mems麦克风710向上压靠在侧壁730上来附接mems麦克风710，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风710固定就位，来完成mems麦克风710到锥形喇叭天线720的附接。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线720和mems麦克风710之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。
35.图8是包括附接到锥形喇叭天线820的mems麦克风810的示例设备800的框图的放大视图。锥形喇叭天线820包括侧壁830。侧壁830具有允许mems麦克风810的齐平安装的孔840。mems麦克风810具有内部端口开口850。孔840的直径与内端口开孔850的直径相同或基本相同。通过将孔840与内部端口开口850对准，将mems麦克风810附接到锥形喇叭天线820。然后，通过用位于接口处的软压缩垫圈密封(未示出)将mems麦克风810向上压在侧壁830上，来附接对准的mems麦克风810和锥形喇叭天线820，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风810固定就位。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线820和mems麦克风810之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。
36.图9a
‑
c是包括附接到锥形喇叭天线920的mems麦克风910的示例设备900的照片。锥形喇叭天线920包括侧壁930。侧壁930具有孔940。mems麦克风910具有内部端口开口(未示出)。孔940的直径等于或稍大于端口开口的直径。通过将孔940与端口开口对准，将mems麦克风910附接到锥形喇叭天线920。然后，通过用位于接口处的软压缩垫圈密封件(未示出)将mems麦克风910向上压在侧壁930上，来附接对准的mems麦克风910和锥形喇叭天线920，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风910固定就位。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线920和mems麦克风910之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。图9b展示正附接到mems麦克风910以供处理的电连接器950。图10是设备900的剖视图，其示出了通过孔940附接到锥形喇叭天线920的mems扩音器910。图11a
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c是设备900的俯视图、右侧剖视图和前剖视图，其示出了通过孔940附接到锥形喇叭天线920的mems扩音器910。
37.图12是根据实现方式(浅灰色)的侧壁安装的mems麦克风到喉部安装的mems麦克风(黑色)的声压水平曲线图1200。测量结果证实了图3所示的模拟，安装在喉部的mems麦克风和安装在侧壁的mems麦克风的spl曲线在高达大约5khz时非常匹配。在5khz和8khz之间的区域中，与安装在喉部的mems麦克风相比，安装在侧壁的mems麦克风示出了对声压的改善的灵敏度。
38.图13是根据某些实现方式的经由锥形喇叭天线的侧壁中的孔安装mems麦克风的示例处理的流程图。方法1300包括：1310在锥形喇叭天线的侧壁中形成孔；将mems麦克风的端口开口与孔对准1320；以及将mems麦克风附接1330到锥形喇叭天线。
39.方法1300包括在锥形喇叭天线的侧壁中形成孔1310。在一种实现方式中，孔是圆柱形的，其直径等于或略大于mems麦克风的内部端口开口的直径。在一种实现方式中，该孔是锥形喇叭孔，其在附接端部处的直径等于或略大于mems麦克风的内部端口开口的直径。锥形喇叭孔的剩余端部具有比附接端部的直径大的直径。在一种实现方式中，连接管可以用于将mems麦克风连接到锥形喇叭天线。在一种实现方式中，连接管可以具有圆柱形形状。在一种实现方式中，连接管可以具有锥形喇叭形状。连接管的至少一个端部可以与mems麦
克风的内部端口开口的直径相同或稍大。在一种实现方式中，多个孔可以形成在喇叭侧壁中，以支持多mems设备的实现方式，从而提高整个系统的信噪比(snr)。
40.方法1300包括将mems麦克风的内部端口开口与孔对准1320。在一种实现方式中，mems麦克风的内部端口开口与孔基本上对准。在侧壁中具有多个孔的实现方式中，mems麦克风的每一端口开口可与所述多个孔中的一者对准。
41.方法1300包括将mems麦克风附接1330到锥形喇叭天线。mems麦克风与锥形喇叭天线的附接可以使用多种技术来实现，包括用位于接口处的软压缩垫圈密封件将mems麦克风向上压在喇叭侧壁上，然后通过使用环氧树脂或其它已知技术将mems麦克风固定就位。软压缩垫圈密封是说明性的，并且如本领域技术人员所知，可以使用提供空气密封并减少锥形喇叭天线和mems麦克风之间可能发生的振动的机械联接的其他设备和机构。在侧壁中具有多个孔的实现方式中，每一个mems麦克风可附接到所述多个孔中的一者。
42.通常，一种用于将微机电系统(mems)麦克风附接到天线的方法。该方法包括在天线的侧壁中形成孔，将mems麦克风的内部端口开口与孔对准，以及将mems麦克风附接到天线。在实现方式中，孔的直径等于或略大于内部端口开口的直径。在实现方式中，孔具有圆柱形形状。在实现方式中，天线是锥形喇叭天线。在实现方式中，所述孔具有锥形喇叭形状。在实现方式中，最靠近内部端口开口的端部具有与内部端口开口相同或比内部端口开口稍大的直径。在实现方式中，剩余端部具有至少略大于最靠近内部端口开口的端部的直径。在实现方式中，该方法包括将连接管放置在孔和内部端口开口之间。在实现方式中，连接管具有圆柱形形状。在实现方式中，连接管具有锥形喇叭形状。在实现方式中，最靠近内部端口开口的连接管端部具有与内部端口开口相同或稍大的直径。在实现方式中，连接管剩余端部具有至少略大于连接管端部的直径。在实现方式中，形成还包括在天线的侧壁中形成多个孔，对准还包括将每个mems麦克风的每个内部端口开口与多个孔中的孔对准，并且附接还包括将每个mems麦克风附接到天线。
43.通常，一种设备包括具有喉部和侧壁的天线，其中侧壁具有至少一个孔和具有内部端口开口的微机电系统(mems)麦克风，其中mems麦克风在孔和内部端口开口的接合处附接到天线。在实现方式中，孔的直径等于或略大于内部端口开口的直径。在实现方式中，所述孔具有圆柱形形状和锥形喇叭天线形状中的一种。在实现方式中，天线是锥形喇叭天线。在实现方式中，所述设备还包括连接管，其中所述连接管在所述孔和所述内部端口开口之间。在实现方式中，所述至少一个孔是多个孔且进一步包括多个mems麦克风，且其中每一mems麦克风的每一内部端口开口附接到所述多个孔中的相应孔。
44.通常，一种设备包括具有喉部和至少一个侧壁的锥形喇叭天线，其中至少一个侧壁中的至少一个具有孔和具有内部端口开口的至少一个微机电系统(mems)麦克风，其中至少一个mems麦克风在孔和内部端口开口的接合处附接到锥形喇叭天线。
45.在各种示例性实施方式中示出的方法的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施方式，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料和部件的使用、颜色、取向等的变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其它方式改变，并且离散元件的性质或数量或位置可以改变或变化。因此，所有这些修改都旨在包括在本公开的范围内。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据替代实施方式而变化或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在示例性实施
方式的设计、操作条件和布置中做出其它替代、修改、改变和省略。
46.尽管附图可能示出方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以与所描绘的不同。此外，可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，软件实现方式可以利用标准编程技术来完成，该标准编程技术具有基于规则的逻辑和其他逻辑来完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤。
47.虽然已经结合某些实施方式描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的实施方式，而是相反，本公开旨在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等效布置，所附权利要求的范围符合最广泛的解释，以便涵盖法律所允许的所有这样的修改和等效结构。