麦克风装置的制作方法

本发明涉及一种麦克风装置，特别是涉及具有封装结构的麦克风装置。

背景技术

目前的麦克风装置大多为电容式麦克风，其中微机电(micro-electromechanicalsystem(mems))麦克风已受到广泛的使用。微机电麦克风采用微机电系统，而微机电系统可在一装置内整合电子、电机或机械的多种功能。因此微机电麦克风可具备尺寸小、省电、容易安装以及抗干扰等优势。

一般而言，采用多个声音感测器(例如mems麦克风)的麦克风装置可具有较佳的声音感度及信噪比。采用多个声音感测器会使得麦克风装置在封装后的体积增加，可能对于麦克风装置的应用产生影响。因此，需要具有封装结构设计的一种麦克风装置，以使麦克风装置的应用更具有弹性。

技术实现要素：

本发明提供一种麦克风装置，麦克风装置包括掩模、电路板、集成电路、第一声音感测器以及第二声音感测器。电路板耦接掩模且包括第一通孔与第二通孔。集成电路耦接掩模与电路板以形成第一腔室与第二腔室。第一声音感测器被配置于第一腔室中。第二声音感测器被配置于第二腔室中。集成电路耦接第一声音感测器与第二声音感测器。

本发明提供一种麦克风装置，麦克风装置包括掩模、电路板、集成电路、第一声音感测器、第二声音感测器以及声音传输装置。电路板耦接掩模且包括第一通孔与第二通孔。集成电路耦接掩模与电路板以形成第一腔室与第二腔室。第一声音感测器被配置于第一腔室中。第二声音感测器被配置于第二腔室中。声音传输装置包括第三通孔、第四通孔、第一导音管以及第二导音管。第一导音管使第一通孔与第三通孔连通。第二导音管使第二通孔与第四通孔连通。集成电路耦接第一声音感测器与第二声音感测器。

附图说明

图1为本发明实施例的麦克风装置的示意图；

图2为本发明实施例的麦克风装置的示意图；

图3为本发明实施例的麦克风装置的示意图；

图4为本发明实施例的麦克风装置的示意图；

图5为本发明实施例的声音传输装置的示意图；

图6a为本发明实施例的麦克风装置的示意图；

图6b为本发明实施例的导音管的示意图；

图6c、图6d为本发明实施例的导音管截面积与声音感测器的感度的趋势图；

图6e为本发明实施例的导音管长度与声音感测器的感度的趋势图；

图6f为本发明实施例的导音管长度与麦克风装置的指向性的关系图；

图6g为本发明实施例的导音管截面积与麦克风装置的指向性的关系图；

图7a、图7b为本发明实施例的麦克风装置的示意图；

图8为本发明实施例的麦克风装置的示意图。

符号说明

100～麦克风装置

101～掩模

102～电路板

103～集成电路

104、105～通孔

110、120～声音感测器

111、121～振膜

ch1、ch2～腔室

d1～长度

200～麦克风装置

201～掩模

202～电路板

m1、m2～声音感测器

d1、d2～振膜

c1～集成电路

ch21、ch22～腔室

vp～凹槽

p1、p2～通孔

d2～长度

300～麦克风装置

301～掩模

c2～集成电路

c21、c22～电路模块

ch31、ch32～腔室

400～麦克风装置

sp4～声音传输装置

s1、s2～导音管

402、403～通孔

sp5～声音传输装置

501～电路板

600～麦克风装置

sp6～声音传输装置

601～掩模

602～电路板

603、604～通孔

s61、s62～导音管

l61、l62～长度

ch61、ch62～腔室

610、620～声音感测器

611、612～振膜

p61、p62～通孔

d6～长度

t、w～长度

cs～截面

p1-p6～指向性图案

700～麦克风装置

701～掩模

702～电路板

703～集成电路

704、705～通孔

m11、m12、m21、m22～声音感测器

d11、d12、d21、d22～振膜

ch71、ch72～腔室

sp7～声音传输装置

711、712～通孔

720～电路板

s71、s72～导音管

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附的附图，做详细说明如下。

图1是依据本发明实施例的麦克风装置100的示意图。麦克风装置100包括掩模101、电路板102、集成电路103、声音感测器110与声音感测器120。集成电路103耦接掩模101与电路板102以形成腔室ch1与腔室ch2。腔室ch1中的声音感测器110包括振膜111。腔室ch2中的声音感测器120包括振膜121。电路板102耦接掩模101且包括通孔104与通孔105。

在一些实施例中，声音感测器110、120为微机电(micro-electromechanicalsystem(mems))装置。在一些实施例中，集成电路103包括数字电路(例如可执行数字信号处理(digital-signal-processing(dsp))的电路)、模拟电路(例如运算放大器)与模拟/数字转换电路。

在一些实施例中，集成电路103的数字电路可以内建相关的演算法(例如timedifferenceofarrival(tdoa)、differentialmicrophonearrays(dma)或adaptivedifferentialmicrophonearrays(adma)algorithm)，进而使麦克风装置100具备智慧化的功能。举例而言，麦克风装置100可依据外界环境所对应的参数(例如噪音、背景音量等等)，通过上述演算法自动地切换信噪比(signal-to-noiseratio)(例如切换至较佳的信噪比)、动态范围(例如切换至更大的动态范围)或指向性方向与角度。此外，集成电路103的模拟电路(例如运算放大器)可以提供相同或相异的电压至各声音感测器，用于调整麦克风装置100的声音敏感度以及声音增益。

在一些实施例中，集成电路103耦接声音感测器110、120，由此提供电压至声音感测器110、120并且接收、处理声音感测器110、120基于声音所产生的信号。在一些实施例中，集成电路103可将不同的电压各别提供至声音感测器110、120，使声音感测器110的振膜111与声音感测器110的背板(未图示)之间的距离，不同于声音感测器120的振膜121与声音感测器120的背板(未图示)之间的距离，由此让声音感测器110、120具备不同的声音敏感度(sensitivity)，进而增加麦克风装置100的动态范围(dynamicrange)。在一些实施例中，可使振膜111的尺寸不同于振膜121的尺寸以产生不同的振膜刚性，由此让声音感测器110、120具备不同的声音敏感度，进而增加麦克风装置100的动态范围。

在一些实施例中，集成电路103可将相同的电压提供至声音感测器110、120，使声音感测器110的振膜111与声音感测器110的背板(未图示)之间的距离，相同于声音感测器120的振膜121与声音感测器120的背板(未图示)之间的距离，由此让声音感测器110、120具备有相同的声音敏感度，进而使麦克风装置100的具有较佳的信噪比。在一些实施例中，集成电路103具有动态调整麦克风装置100的声音增益的功能，由此达到声学过载点(acousticoverloadpoint(aop))140db的目标。

如图1所示，通孔104的位置对应振膜111的位置，使振膜111可通过通孔104接收声音信号；而通孔105的位置对应振膜121的位置，使振膜121可通过通孔105接收声音信号。在一些实施例中，麦克风装置100外部的一第一声音信号可分别通过通孔104、105传递至声音感测器110与声音感测器120。由于通孔104、105之间相隔长度d1，因此当第一声音信号具有一特定的传递方向时，第一声音信号的第一部分声音信号传递至振膜111的时间，可与第一声音信号的第二部分声音信号传递至振膜121的时间相同，由此使麦克风装置100具有指向性(directivity)。在一些实施例中，长度d1为通孔104的中心点与通孔105的中心点之间的距离。

在一些实施例中，集成电路103可控制声音感测器110、120并且处理声音感测器110、120所接收的声音信号，用于控制麦克风装置100的指向性。举例而言，集成电路103可将声音感测器110或声音感测器120所接收的声音信号加入一时间延迟，用于达成自动地调整麦克风装置100的指向性。在一些实施例中，集成电路103使用tdoa演算法以达到更佳的语音识别能力。

在一些实施例中，由通孔104传递至振膜111的声音信号(例如上述第一声音信号的第一部分声音信号)不会传递至振膜121，而由通孔105传递至振膜121的声音信号(例如上述第一声音信号的第二部分声音信号)不会传递至振膜111。在此情况下，传递至腔室ch2中的声音感测器120的声音信号，不会干扰腔室ch1中的声音感测器110；同样地，传递至腔室ch1中的声音感测器110的声音信号，不会干扰腔室ch2中的声音感测器120。因此，声音感测器110、120所个别接收的噪声都可被降低，进而提升麦克风装置100的指向性效能。

如图1所示，由于麦克风装置100可通过单一个集成电路103控制声音感测器110、120，因此使用多个声音感测器(例如声音感测器110、120)的麦克风装置100的封装体积可达成微小化的目的。此外，麦克风装置100将集成电路103设计为形成腔室ch1、ch2的组成元件之一(与掩模101、电路板102耦接)，因此原本用以形成腔室ch1、ch2之间的墙面结构可被集成电路103的一部分体积所取代，使麦克风装置100的体积可进一步的减少。

在一些实施例中，当腔室ch1内部的配置(例如声音感测器110与集成电路103的配置)与腔室ch2内部的配置(例如声音感测器120与集成电路103的配置)彼此相同时，可改善麦克风装置100的指向性效能。由于麦克风装置100将集成电路103设计为形成腔室ch1、ch2的组成元件之一，因此麦克风装置100不需要在腔室ch1、ch2中各自设置一集成电路，即可将腔室ch1与腔室ch2内部的电路配置设计成彼此相同。由此可知，在将腔室ch1与腔室ch2内部的电路配置设计成彼此相同的情况下，麦克风装置100将集成电路103设计为形成腔室ch1、ch2的组成元件之一的方式，可减少麦克风装置100的体积。

在一些实施例中，麦克风装置100的具体实施例可为图2所示的麦克风装置200。麦克风装置200包括掩模201、电路板202、集成电路c1、声音感测器m1与声音感测器m2。如图2所示，掩模201包括凹槽vp。集成电路c1耦接掩模201的凹槽vp与电路板202以形成腔室ch21与腔室ch22。腔室ch21中的声音感测器m1包括振膜d1。腔室ch22中的声音感测器m2包括振膜d2。电路板202耦接掩模201且包括通孔p1与通孔p2。通孔p1与通孔p2相隔距离d2。

在一些实施例中，集成电路c1可直接连接并控制声音感测器m1、m2。在一些实施例中，集成电路c1可通过导体(或导线)连接至电路板202，再通过其他导体耦接至声音感测器m1、m2并控制声音感测器m1、m2。

在一些实施例中，掩模201的材质为金属。因此，掩模201可经由接收一外力(例如被按压)以延展，并且直接于掩模201上形成凹槽vp。另一方面，当掩模201的材质为金属时，掩模201的厚度可以减少并且仍然具有足够的刚性，由此可进一步减少麦克风装置200的体积。

在一些实施例中，麦克风装置200将集成电路c1设计为形成腔室ch21、ch22的组成元件之一(与掩模201、电路板202耦接)，因此原本用以形成腔室ch21、ch22之间的墙面结构可被集成电路c1的一部分体积所取代，使麦克风装置200的体积可进一步的减少。

在一些实施例中，腔室ch21与腔室ch22的体积相同。此外，腔室ch21中的声音感测器m1与集成电路c1的配置与腔室ch22中的声音感测器m2与集成电路c1的配置相同。在此情况下，声音感测器m1所对应的环境与声音感测器m2所对应的环境基本上相同。因此，集成电路c1在处理声音感测器m1、m2所产生的信号以及执行麦克风装置200的指向性功能时，可降低受到声音感测器m1与声音感测器m2之间的环境误差所造成的影响，进而提升麦克风装置200的指向性的准确度。

此外，当腔室ch21与腔室ch22的体积相同，且腔室ch21中的声音感测器m1与集成电路c1的配置与腔室ch22中的声音感测器m2与集成电路c1的配置相同时，由于麦克风装置200不需要在腔室ch21、ch22中各自设置一集成电路，即可将腔室ch21与腔室ch22内部的配置设计成彼此相同。因此，麦克风装置200的体积可实现微小化的目标。

在一些实施例中，麦克风装置100的具体实施例可为图3所示的麦克风装置300。麦克风装置300包括掩模301、电路板202、集成电路c2、声音感测器m1与声音感测器m2。如图3所示，集成电路c2包括电路模块c21与电路模块c22。电路模块c21耦接掩模301且电路模块c22耦接电路板202，用于形成腔室ch31与腔室ch32。腔室ch31中的声音感测器m1包括振膜d1。腔室ch232中的声音感测器m2包括振膜d2。电路板202耦接掩模301且包括通孔p1与通孔p2。通孔p1与通孔p2相隔距离d2。

在一些实施例中，电路模块c21与电路模块c22通过倒装接合(flipchipset)的方式彼此耦接，且集成电路c2通过电路版202耦接并控制声音感测器m1与声音感测器m2。在一些实施例中，电路模块c22通过倒装接合的方式耦接电路板202。

在一些实施例中，电路模块c21与电路模块c22其中之一为数字电路。当集成电路c2的数字电路独立设置于电路模块c21与电路模块c22其中之一时，集成电路c2的数字电路可具有足够的有效电路面积(因为不用与模拟电路共用面积)，从而可以提供麦克风装置300具有更多的软件运算空间以提供更佳智慧化的能力。在一些实施例中，集成电路c2的效能可随着有效电路面积增加而提升。举例而言，集成电路c2的存储器容量可以基于较大的数字电路面积而得到提升。

如图3所示，麦克风装置300的高度仅为电路板202的厚度、集成电路c2的高度与掩模301的厚度的总和。因此，麦克风装置300的高度可得到微小化的目的。在一些实施例中，当掩模301的材质为金属时，掩模301的厚度可以减少并且仍然具有足够的刚性，由此可进一步减少麦克风装置300的体积。

在一些实施例中，麦克风装置300将集成电路c2设计为形成腔室ch31、ch32的组成元件之一(与掩模301、电路板202耦接)，因此原本用以形成腔室ch31、ch32之间的墙面结构可被集成电路c2的一部分体积所取代，使麦克风装置300的体积可进一步的减少。

在一些实施例中，腔室ch31与腔室ch32的体积相同。此外，腔室ch31中的声音感测器m1与集成电路c2的配置与腔室ch32中的声音感测器m2与集成电路c2的配置相同。在此情况下，声音感测器m1所对应的环境与声音感测器m2所对应的环境基本上相同。因此，集成电路c2在处理声音感测器m1与声音感测器m2所产生的信号且执行麦克风装置300的指向性功能时，可降低受到声音感测器m1与声音感测器m2之间的环境误差所造成的影响，进而提升麦克风装置300的指向性的准确度。

此外，当腔室ch31与腔室ch32的体积相同，且腔室ch31中的声音感测器m1与集成电路c2的配置与腔室ch32中的声音感测器m2与集成电路c2的配置相同时，由于麦克风装置300不需要在腔室ch31、ch32中各自设置一集成电路，即可将腔室ch31与腔室ch32内部的配置设计成彼此相同。因此，麦克风装置300的体积可实现微小化的目标。

图4是依据本发明实施例的麦克风装置400的示意图。麦克风装置400包括麦克风装置100以及声音传输装置sp4。声音传输装置sp4由电路板401组成，且声音传输装置sp4包括导音管s1、导音管s2、通孔402与通孔403。

在一些实施例中，导音管s1被配置以使通孔104与通孔402互相连通，且导音管s2被配置以使通孔105与通孔403互相连通。在一些实施例中，导音管s1与导音管s2之间的长度差值可用以设计麦克风装置400的指向性。在一些实施例中，导音管s1与导音管s2之间的截面积差异可用以设计麦克风装置400的指向性。

在一些实施例中，导音管s1与导音管s2之间的长度差值可用以设计声音感测器110与声音感测器120之间的声音敏感度差异。在一些实施例中，导音管s1与导音管s2之间的截面积差异可用以设计声音感测器110与声音感测器120之间的声音敏感度差异。

举例而言，声音信号经由通孔402、导音管s1与通孔104传递至振膜111，且声音信号经由通孔403、导音管s2与通孔105传递至振膜121。当导音管s1的长度与导音管s2的长度不同时，导音管s1对声音信号所造成的衰减量与导音管s2对声音信号所造成的衰减量也不同(例如长度越长，衰减量越大)。因此造成声音感测器110与声音感测器120分别对应不同的声音敏感度，进而增加麦克风装置400的动态范围。在一些实施例中，导音管s1的长度与导音管s2的长度不同，且再配合集成电路103具有动态调整麦克风装置400的声音增益的功能，进而可达到aop140db的目标。

另一方面，当导音管s1的截面积与导音管s2的截面积大小不同时，导音管s1对声音信号所造成的衰减量与导音管s2对声音信号所造成的衰减量也不同。因此造成声音感测器110与声音感测器120分别对应不同的声音敏感度，进而增加麦克风装置400的指向性以对距离拾音有所助益。

在一些实施例中，电路板102与电路板401可整合至一多层电路板，如图5所示的电路板501。图5所示的声音传输装置sp5由电路板501所组成，且电路板501包括通孔104、通孔105、导音管s1、s2以及通孔402、403。

在一些实施例中，麦克风装置400的具体实施例可为图6a所示的麦克风装置600。麦克风装置600包括掩模601、声音感测器610、声音感测器620与声音传输装置sp6。

掩模601与声音传输装置sp6形成腔室ch61与腔室ch62。在一些实施例中，一集成电路可被配置以耦接掩模601以及电路板602，由此形成腔室ch61与腔室ch62(例如麦克风装置100的配置)。

声音传输装置sp6由电路板602组成，且声音传输装置sp6包括导音管s61、导音管s62、通孔p61、通孔p62以及由通孔603、604。导音管s61被配置以使通孔p61与通孔603互相连通，且导音管s62被配置以使通孔p62与通孔604互相连通。声音感测器610包括振膜611，且振膜611的位置对应通孔p61的位置。声音感测器620包括振膜621，且振膜621的位置对应通孔p62的位置。

如图6a所示，通孔p61至通孔603的长度l61比通孔p62至通孔604的长度l62短。因此，通过导音管s61传播到振膜611的声音路径(或声音传播路径)，比通过导音管s62传播到振膜621的声音路径短。基于导音管s61和导音管s62之间的长度差异(亦即长度l61与长度l62之间的差异)以及长度d6，当麦克风装置600外部的声音信号是沿着一特定方向传播时，上述声音信号基本上可同时传递至振膜611和振膜621。在此情况下，导音管s61和导音管s62可被配置以设计麦克风装置600的指向性。在一些实施例中，长度d6为通孔603的中心点与通孔604的中心点之间的距离。

由于导音管s62的声音路径比导音管s61的声音路径长，所以由导音管s62所造成的声音衰减量大于由导音管s61所造成的声音衰减量。在此情况下，声音感测器610的声音敏感度与声音感测器620的声音敏感度不同。因此，麦克风装置600可支援两种不同的声音敏感度，使麦克风装置600具有更宽的动态范围(也可配合集成电路来调整麦克风装置600的声音增益，进而使麦克风装置600具有更宽的动态范围)。由此可知，导音管s61、s62可被用以设计麦克风装置600的指向性以及动态范围。

在一些实施例中，导音管s61和导音管s62可以具有不同的截面积。由于不同的截面积会造成不同的声音衰减量，因此可以基于导音管s61和导音管s62的截面积来设计麦克风装置600的动态范围和指向性。

图6b为导音管s62的示意图。如图6b所示，若导音管s62的截面积cs变大(亦即长度t或长度w变长)，则导音管s62接收更多的声音信号的能量，进而降低由导音管s62造成的声音衰减量(如图6c、图6d所示)。

图6c描述当导音管s62的长度w和长度l62分别为0.8mm与0.85mm时，声音感测器620的声音敏感度衰减值(db)与长度t的关系的图。如图6c所示，当长度t增加(即截面积cs增加)时，声音感测器620的声音敏感度衰减值减小(亦即声音敏感度获得改善)。相似地，图6d描述当导音管s62的长度l62与长度t分别为0.085mm与0.05mm时，声音感测器620的声音敏感度衰减值(db)与长度w的关系图。如图6d所示，当长度w增加时，声音感测器620的声音敏感度衰减值减小。在一些实施例中，截面积cs可以是任何形状。

若导音管s62的长度l62变长，则导音管s62中的声音路径也变长，从而使导音管s62所造成的声音衰减量增加，如图6e所示。图6e描述当表示导音管s62的长度w和长度t分别为1.1mm与0.05mm时，声音感测器620的声音敏感度衰减值(db)与长度l62的关系图。如图6e所示，当长度l62增加时，声音感测器620的声音敏感度衰减值增加(亦即声音敏感度变差)。

在一些实施例中，麦克风装置600的方向性可以基于导音管s61与导音管s62之间的长度差异(亦即长度l61与长度l62之间的差异)来设计，如图6f所示。图6f描述麦克风装置600的长度l61和长度l62之间的差为8mm的麦克风装置600的指向性图案p1；长度l61和长度l62之间的差为6mm的麦克风装置600的指向性图案p2；以及长度l61和长度l62之间的差为3mm的麦克风装置600的指向性图案p3。如图6f，麦克风装置600的指向性随着长度l61和长度l62之间的差异变大而增加。举例而言，由指向性图案p1所表示的双向麦克风特性，比由指向性图案p2所表示的双向麦克风特性更加明显。

在一些实施例中，麦克风装置600的指向性可以基于导音管s61和导音管s62之间的截面积差异来设计，如图6g所示。图6g描述导音管s62的截面面积与导音管s61的截面面积相同的情况下，麦克风装置600的指向性图案p4；导音管s62的截面面积为导音管s61的截面面积2倍的情况下，麦克风装置600的指向性图案p5；以及导音管s62的截面面积为导音管s61的截面面积4倍的情况下，麦克风装置600的指向性图案p6。如图6g所示，麦克风装置600的指向性可基于导音管s61与导音管s62之间的截面积差异来设计。

在一些实施例中，一个腔室内可包括两个声音感测器，由此等效增加等效振膜面积以提高声音敏感度。图7a是依据本发明实施例的麦克风装置700的示意图。麦克风装置700包括掩模701、电路板702、集成电路703、声音感测器m11、m12、m21与m22。集成电路703耦接掩模701与电路板702以形成腔室ch71与腔室ch72。腔室ch71中的声音感测器m11、m12分别包括振膜d11与振膜d12。腔室ch72中的m21、m22分别包括振膜d21与振膜d22。电路板702耦接掩模701且包括通孔704与通孔705。

在一些实施例中，集成电路703耦接并控制声音感测器m11、m12、m21与m22。在一些实施例中，腔室ch71内的振膜d11、振膜d12与电路板702的通孔704的配置(俯视图)如图7b所示。其中，振膜d11、振膜d12与通孔704的形状并不受限于图7b所示形状。

如图7a所示，麦克风装置700的腔室ch71、ch72个别具有2个声音感测器。因此麦克风装置700可具有优异的声音敏感度。由于较多的声音感测器会使得麦克风装置的体积增加，因此，麦克风装置700将集成电路702设计为形成腔室ch71、ch72的组成元件之一(与掩模701、电路板702耦接)，使原本用以形成腔室ch71、ch72之间的墙面结构可被集成电路703的一部分体积所取代，由此减少麦克风装置700的体积。

此外，当腔室ch71与腔室ch72的体积相同，且腔室ch71中的声音感测器m11、m12与集成电路703的配置与腔室ch72中的声音感测器m21、m22与集成电路703的配置相同时，由于麦克风装置700不需要在腔室ch71、ch72中各自设置一集成电路，即可将腔室ch71与腔室ch72内部的配置设计成彼此相同。因此，麦克风装置700的体积进一步被减少。

基于上述实施例的内容，麦克风装置700可通过掩模701、集成电路703与电路板702所构成的封装结构，使一个腔室内具有2个声音感测器的麦克风装置700的体积被减少，由此使麦克风装置700可以被更加广泛的应用。

图8是依据本发明实施例的麦克风装置800的示意图。麦克风装置800包括麦克风装置700与声音传输装置sp7。声音传输装置sp7由电路板720所组成，且声音传输装置sp7包括导音管s71、s72与通孔711、712。在此实施例中，导音管s71、s72与通孔711、712的截面积小于通孔704、705，由此减少由麦克风装置800外部进入声音感测器m11、m12、m21与m22的灰尘。

前述概述了许多实施例的特征，使本技术领域中具有通常知识者可以从各个方面更佳地了解发明。本技术领域中具有通常知识者应可理解，且可轻易地以本发明为基础来设计或修饰其他制作工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中具有通常知识者也应了解这些相等的结构并未背离本发明的发明精神与范围。在不背离本发明的发明精神与范围的前提下，可对本发明进行各种改变、置换或修改。