一种低温保护的MEMS麦克风及其电路图的制作方法

【技术领域】

本发明涉及麦克风领域，尤其涉及一种低温保护的mems麦克风及其电路图。

背景技术：

mems是微机电系统，英文全称是micro-electromechanicalsystem，是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。简单来说，mems就是将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，例如三维硅穿孔tsv等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上，最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式，最终切割组装而成的硅基传感器。受益于普通传感器无法企及的ic硅片加工批量化生产带来的成本优势，mems同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度；

mems麦克风的sensor芯片属于敏感元器件，易受外界影响，因其两极板间距极小，一般在2μm左右，外界环境会影响sensor的工作状态，同时也有极板短路的风险，这对麦克风将会造成极大的损坏。麦克风可以在一定高低温环境中工作，但是超出温度范围，麦克风依然会在工作状态，这种状态可能就对mems麦克风造成损坏。

本发明是针对现有技术的不足而研究提出的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种低温保护的mems麦克风及其电路图，温度过低时麦克风停止运转，起到了保护sensor的作用，同时有利于延长麦克风的寿命。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种低温保护的mems麦克风及其电路图，包含封装基板，所述封装基板上固定有sensor芯片，所述sensor芯片通过键合线连接有asic芯片，所述asic芯片通过键合线与封装基板电性相连，所述asic芯片串联有一个热敏电阻，所述热敏电阻与电源相连，所述封装基板上还固定有金属壳，所述sensor芯片上有bias端和vout端，所述sensor芯片上bias端与asic芯片的bias端电性相连，所述sensor芯片上vout端与asic芯片的vout端电性相连，所述asic芯片上的out端通过电容与前述封装基板电性相连，所述asic芯片内部还有电荷泵，所述asic芯片的供电端连接热敏电阻一端，所述热敏电阻与电源相连。此热敏电阻为负温度系数热敏电阻器，负温度系数热敏电阻器两端温度越低，电阻阻值越大，与热敏电阻串联的asic芯片分压较小，当温度过低时，热敏电阻阻值大，asic芯片无法获得足够的电压启动，从而使sensor芯片处于无法工作状态，当温度升高时，热敏电阻阻值减小，其分压值变小，asic芯片可以获得足够大的电压，从而使sensor芯片处于正常工作状态，此设计可以实现通过温度控制麦克风工作状态的目的，尤其需要提及的是，在极低温(超出麦克风正常工作温度)时，有极好的保护作用，可以防止麦克风出现低温状态的失效。

优选的，所述封装基板上设有进音孔。

优选的，所述键合线为金，铝，铜等金属材质制成。

本发明与现有的技术相比有如下优点：

当温度过低时，热敏电阻阻值大，asic芯片无法获得足够的电压启动，从而使sensor芯片处于无法工作状态，实现通过温度控制麦克风工作状态的目的，尤其需要提及的是，在极低温(超出麦克风正常工作温度)时，有极好的保护作用，可以防止麦克风出现低温状态的失效。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的爆炸图；

图2为本发明的电路图；

图3为本发明的sensor芯片结构图；

图4为sensor芯片工作状态图；

图中：1、金属壳；2、键合线；3、asic芯片；4、sensor芯片；401、背极；402、硅基；403、振膜；5、热敏电阻；6、封装基板；61、进音孔；

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明：

如图1至图4所示，本发明公开了一种低温保护的mems麦克风及其电路图，包含封装基板6，封装基板6上固定有sensor芯片4，sensor芯片4通过键合线2连接有asic芯片3，asic芯片3通过键合线2与封装基板6电性相连，asic芯片3串联有一个热敏电阻5，热敏电阻5与电源相连，封装基板6上还固定有金属壳1，sensor芯片4上有bias端和vout端，sensor芯片4上bias端与asic芯片3的bias端电性相连，sensor芯片4上vout端与asic芯片3的vout端电性相连，asic芯片3上的out端通过电容与封装基板6电性相连，asic芯片3内部还有电荷泵，电荷泵为一种开关电容式电压变换器，利用电容器为储能元件，可以产生比输入电压大的输出电压，asic芯片3的供电端连接热敏电阻5一端，热敏电阻5与电源相连。mems麦克风的工作原理是，通过外部电源给asic芯片3供电，当电压足够大时使asic芯片3进入工作状态，asic芯片3通过asic芯片3内部的电荷泵为sensor芯片4上振膜403和背极401提供偏置电压使sensor芯片4的振膜403和背极401间存在电势差，从而在外部声压作用下，声音信号转化为振膜403的机械能，同时类比平行板电容器工作原理，在振膜403和背极401间的距离变化的情况下，sensor芯片4有电信号从sensor芯片4的vout端输出，此信号为所检测声音的初始信号，信号经过信号asic芯片3处理后从out端输出；热敏电阻5为负温度系数热敏电阻5器，负温度系数热敏电阻5器两端温度越低，电阻阻值越大，与热敏电阻5串联的asic芯片3分压较小，当温度过低时，热敏电阻5阻值大，asic芯片3无法获得足够的电压启动，从而使sensor芯片4处于无法工作状态，当温度升高时，热敏电阻5阻值减小，其分压值变小，asic芯片3可以获得足够大的电压，从而使sensor芯片4处于正常工作状态，此设计可以实现通过温度控制麦克风工作状态的目的，尤其需要提及的是，在极低温(超出麦克风正常工作温度)时，有极好的保护作用，可以防止麦克风出现低温状态的失效。

其中，封装基板6上设有进音孔61。

其中，键合线2为铜金属材质制成。

如图3所示为sensor芯片4的结构，sensor芯片4由振膜403，背极401以及硅基402组成，振膜403和背极401通过半导体加工工艺(刻蚀，抛光，蒸镀等)固定在硅基402腔体内部；其工作原理可等效为平行板电容器；振膜403和背极401组成电容器的上下两基板，在电压作用下，电荷发生定向移动，在上下基板间会形成稳定的电压差，当外界声压作用在振膜403上时，振膜403和背极401间的距离发生变化，由公式c＝εs/4πkd，可知，在距离发生变化时，电容器的电容量会随之发生变化(c：电容量,ε：介电常数,s：振膜403和背极401之间的正对面积d：两板间距离，k：静电力恒量)；由u＝q/c可知，在电容量发生变化的情况下，输出电压值会发生变化(q为电容器的电荷量，q为定值保持不变；u为振膜403形变后两极板之间的电压)，若记形变前的电压为u1，形变后的电压为u2，那么在声压作用下sensor芯片4输出信号为△u＝u1-u2；sensor芯片4在外部声压的作用下，完成了声能-机械能-电能的转化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型，也应视为本发明的保护范围。