一种集成的差分硅电容麦克风的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种集成的差分硅电容麦克风及其封装方案。
【背景技术】
[0002]微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)麦克风或称娃麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如:手机、MP3、录音笔和监听器材等。为满足人民群众日益增长的物质文化需求，硅麦克风的体积、成本、信噪比等指标也在不断地优化提高。在相关优化技术方案中，既有众多努力，试图通过将多个硅麦克风差分MEMS敏感元件一同使用的方式，将信噪比指标在现有加工工艺条件下提高，也有很多方案，试图通过制作差分MEMS敏感结构来提高硅电容麦克风的线性度、最大声压级等技术指标。本发明主要讨论差分的硅电容麦克风。
[0003]传统的差分MEMS敏感元件一般分为三层结构，其中上下两层相对固定，而中间层可动。已有的研宄如中国专利CN102457801、中国专利CN103563399等，均对差分MEMS敏感元件的结构设计、工艺制备等做了深入的研宄。另一方面，既有美国专利US8644529对差分硅电容麦克风的电路方案有相应的工作，也有美国专利US6285769对通过力反馈制作闭环工作的麦克风。
[0004]对于差分的硅电容麦克风而言，显然由于其MEMS敏感元件一般分为三层结构，会比常规硅电容麦克风的MEMS敏感元件一般分为两层(背极和振膜)引入更复杂的设计理念和制备工艺，相应地会在成本、良率、产品通用性上受到一些制约，这样相应地就需要差分麦克风在最大声压级、线性度等技术指标上显著高于常规麦克风。换言之，其后续封装和电路需要有相应的措施，以达到效佳的技术指标提高的技术效果。
【发明内容】
[0005]本发明提供了将2个或4个匹配的差分MEMS敏感结构并行使用同时保证各声波输入直到通过差分MEMS敏感元件转变为电信号的传声路径对于娃电容麦克风中各个差分MEMS敏感元件的前置级声学、力学、电学完全对称的高线性度硅电容麦克风，从差分MEMS敏感元件设置、集成电路设置、引线和封装设置、后续电路系统处理设置等硅麦克风的各环节着手，提高集成的硅电容麦克风各差分MEMS敏感结构之间相互数据融合的效率，进一步提尚娃电容麦克风的整体技术指标，提尚广品竞争力。
[0006]为解决上述问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种集成的娃电容麦克风，包括:相结合的外壳和基板，且其中之一上设有进音孔；2个或4个相互匹配的差分MEMS敏感元件；集成电路；声腔，其中，所述集成电路用于对声波经所述进音孔、所述声腔到各所述差分MEMS敏感元件转化为的电信号进行缓冲/放大和输出，所述集成电路与各差分MEMS敏感元件之间的电气排布和连接方式为轴对称或镜像对称关系。通过将差分MEMS敏感元件设置成轴对称或镜像关系，保证电路芯片到各个差分MEMS敏感元件之间的前置级声学、力学、电学上的对称性。
[0008]较佳的，所述MEMS敏感元件的芯片形状为正方形，数量为4个，且4个差分MEMS敏感元件为2乘2矩形排布，在几何上沿相互位置中分面成镜像对称关系。对于2个MEMS敏感元件而言，显然其形状、位置上的对称性的多颗数据整合的性能提高，都差于4个MEMS敏感元件。而多于4个的MEMS敏感元件，其平面和空间声学、力学、电学上的对称性无法保证。
[0009]较佳的，声波进入进音孔后的传声路径和声腔对各个MEMS敏感元件一致，且集成电路和MEMS敏感元件在外壳和基板中的布局布线使得各路电气信号一致传递，其中，所述传声路径为从所述进音孔、所述声腔到各所述差分MEMS敏感元件形成的路径。这是通过封装体设置的技术手段，来保证电路芯片到各个差分MEMS敏感元件之间的前置级声学、力学、电学上的对称性。
[0010]较佳的，所述集成电路为一种同时提供对称的正负偏置电压的芯片。这是从电路芯片设置角度，提供电学对称性较佳的一种技术手段。
[0011]较佳的，所述集成电路为两种分别对称地提供正负偏置电压的芯片。这是从电路芯片设置角度，提供电学对称性较佳的一种技术手段。
[0012]较佳的，所述的娃电容麦克风的输出方式为差分双端输出。以双端输出，这是较佳的差分娃电容麦克风的输出方式。
[0013]较佳的，所述的硅电容麦克风工作时通过所述集成电路实现静电力反馈，从而使MEMS敏感元件闭环工作。这是从电路系统设置技术手段角度，提高硅电容麦克风工作的最大声压级的方式。由于提高了差分MEMS敏感元件前置级的声学、力学、电学对称性，闭环工作模型的误差减少，精度提高。
[0014]本发明的提出一种使用2个或4个差分MEMS敏感元件并联的、共用声腔的集成硅电容麦克风，使得差分MEMS敏感元件与基板、外壳等封装结构结合，构成了传声路径对于各差分MEMS敏感元件完全对称的声腔；尤其使得MEMS到集成电路的引线与电路接口和封装结构相结合，较佳地从电路系统前置级保证了其对称性、线性度和较小的系统误差。因此，虽然为保证对称性，本发明只适用2个或4个差分MEMS敏感元件并行使用的场合，却可以得到较佳的线性度和最大声压级技术指标，提高产品的市场竞争力。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是进音孔在外壳上盖的本发明麦克风结构纵剖面示意图；
[0017]图2是进音孔在外壳底板的本发明麦克风结构纵剖面示意图；
[0018]图3是2个差分MEMS敏感元件和2块配合MEMS敏感元件的集成电路(一种芯片同时提供匹配的正负偏置电压)在基板上的布局和引线的俯视示意图；
[0019]图4是本发明优选实施例的4个差分MEMS敏感元件和4个配合MEMS敏感元件的集成电路(一种芯片同时提供匹配的正负偏置电压)在基板上的布局的俯视示意图；
[0020]图5是2个或4个差分MEMS敏感元件和配合MEMS敏感元件的集成电路(一种芯片同时提供匹配的正负偏置电压)的前端电学模型示意图；
[0021 ] 图6是2个差分MEMS敏感元件和2块配合MEMS敏感元件的集成电路(两种匹配芯片分别提供正负偏置电压)在基板上的布局和引线的俯视示意图；
[0022]图7是4个差分MEMS敏感元件和4个配合MEMS敏感元件的集成电路(两种匹配芯片分别提供正负偏置电压)在基板上的布局的俯视示意图；
[0023]图8是2个或4个差分MEMS敏感元件和配合MEMS敏感元件的集成电路(两种匹配芯片分别提供正负偏置电压)的前端电学模型示意图；
[0024]图9是2个差分MEMS敏感元件和集成电路配合的单端输出电路示意图；
[0025]图10是2个差分MEMS敏感元件和集成电路配合的双端输出电路示意图；
[0026]图11是4个差分MEMS敏感元件和集成电路配合的双端输出电路示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]本发明主要用于一种集成的差分娃电容麦克风。现有技术虽然在差分娃电容麦克风的各个环节进行的努力卓有成效，仍缺乏相应的系统整合及接口处理工作，但在麦克风整体工作时这些环节却必不可少。本发明通过将2个或4个匹配的差分MEMS敏感结构并行使用，同时保证各声波输入直到通过差分MEMS敏感元件转变为电信号的传声路径对于娃电容麦克风中各个差分MEMS敏感元件的前置级声学、力学、电学完全对称的技术方案，从差分MEMS敏感元件设置、集成电路设置、引线和封装设置、后续电路系统处理设置等硅麦克风的各环节着手，提高集成的硅电容麦克风各差分MEMS敏感结构之间相互数据融合的效率，从而达到进一步提尚娃电容麦克风的线性度、最大声压级等整体技术指标，提尚了产品竞争力。下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0029]图1和图2分别是本发明进音孔101在外壳上盖102或基板103上的麦克风结构纵剖面示意图。如图中所示，可以按照实际传声需要，设置