振动传感器和电子设备的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种振动传感器和应用该振动传感器的电子设备。

背景技术：

目前现有的振动传感器包括振动感应装置及将振动转化为电信号的振动检测装置，振动感应装置具有感应振动的振膜，该振膜在接收到外部振动后进行谐振，从而产生谐振气波，该振动检测装置通过检测谐振气波，将振动信号转换，并输出，实现振动传感的功能；以及，为了便于振膜振动，通常会在振膜的表面设置质量块。但是质量块的两侧的气压容易出现不均匀的情况，如此，容易影响振动传感器的检测效果，不利于用户使用。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种振动传感器，旨在使质量块两侧气压均匀，保证振动传感器的检测效果，方便用户使用。

为实现上述目的，本实用新型提供的振动传感器，包括：

外壳，所述外壳形成有容纳腔，所述容纳腔形成有开口；

mems麦克风，所述mems麦克风将所述开口封堵，所述mems麦克风的声孔与所述容纳腔连通；以及

振动单元，所述振动单元可振动地设置于所述容纳腔，并为所述mems麦克风提供振动信号，所述振动单元还设有贯穿振动单元的泄气孔，所述泄气孔贯穿所述第一振膜和所述质量块，所述泄气孔的孔径d的取值范围为：5um≤d≤20um。

在本实用新型的一些实施例中，所述泄气孔的孔径d的取值范围为：10um≤d≤15um；

且/或，所述泄气孔的深度h的取值范围为：120um≤h≤180um。

在本实用新型的一些实施例中，所述声孔投影于所述振动单元形成第一投影区域，所述第一投影区域的外轮廓与所述泄气孔的孔口间隔设置。

在本实用新型的一些实施例中，所述泄气孔的截面轮廓由多段弧线段围合形成或者呈多边形设置；

且/或，所述泄气孔的延伸方向与所述振动单元的振动方向一致。

在本实用新型的一些实施例中，所述振动单元包括第一振膜和固定于所述第一振膜的表面的质量块，所述泄气孔贯穿所述第一振膜和所述质量块。

在本实用新型的一些实施例中，所述外壳设有通气孔，所述通气孔连通外部环境和所述容纳腔，所述通气孔投影于所述振动单元形成第二投影区域，所述第二投影区域的外轮廓与所述泄气孔的孔口间隔设置。

在本实用新型的一些实施例中，所述外壳包括顶板和与所述顶板连接的侧板，所述顶板和所述侧板共同围合形成容纳腔，所述顶板的延伸方向与所述振动单元的振动方向垂直，所述侧板背离所述顶板的一侧围合形成所述开口，所述通气孔设于所述顶板。

在本实用新型的一些实施例中，所述mems麦克风包括电路板组件，所述电路板组件将所述容纳腔的开口封堵，所述电路板组件设有asic芯片及mems麦克风芯片，所述asic芯片与所述mems麦克风芯片电性连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述电路板组件还包括第一电路板，所述第一电路板封堵所述开口，所述声孔为设置为所述第一电路板的贯穿孔，所述第一振膜罩盖所述贯穿孔；

且/或，所述电路板组件还包括第二电路板，所述第一电路板和第二电路板之间形成有谐振腔，所述外壳设于所述第一电路板背离所述谐振腔的一表面，所述贯穿孔连通所述容纳腔和所述谐振腔，所述asic芯片与所述mems麦克风芯片均设于所述谐振腔内；

所述mems麦克风芯片包括支架和第二振膜，所述支架环绕贯穿孔设置，所述第二振膜固定于所述支架，并罩盖所述贯穿孔设置；

且/或，所述振动传感器还包括用于连接电路板组件和所述外壳的连接块，所述连接块环绕所述开口设置，并位于所述电路板组件和所述外壳之间，所述第一振膜的外边缘固定于所述连接块和所述外壳之间。

本实用新型还提出一种电子设备，包括振动传感器，该振动传感器包括：

外壳，所述外壳形成有容纳腔，所述容纳腔形成有开口；

mems麦克风，所述mems麦克风将所述开口封堵，所述mems麦克风的声孔与所述容纳腔连通；以及

振动单元，所述振动单元包括第一振膜和固定于所述第一振膜的表面的质量块，所述第一振膜和所述质量块可振动地设置于所述容纳腔，并为所述mems麦克风提供振动信号，所述振动单元还设有泄气孔，所述泄气孔贯穿所述第一振膜和所述质量块，所述泄气孔的孔径d的取值范围为：5um≤d≤20um。

本实用新型的技术方案通过将外壳与mems麦克风相互固定，使外壳形成的容纳腔被封堵，在该容纳腔内设置振动单元。当需要使用振动传感器时，在外壳背离容纳腔的一侧输入振动信号或压力信号，振动单元被该振动信号或压力信号激励后产生振动，从而容纳腔的气体产生振动，以使容纳腔内的气压产生变化，容纳腔内的气压变化通过mems麦克风的声孔传入mems麦克风内使mems麦克风感应容纳腔内气体产生的振动，并将感应到的信息转换成可以检测的电信号。并且由于设置了泄气孔，使得振动单元相对两侧的气压得到一定的平衡，但是由于容纳腔的体积较小，为了进一步平衡气体流量，将泄气孔的孔径d的取值范围设置为5um≤d≤20um；当泄气孔的孔径d设置为小于5um时，会使振动单元两侧的气流交换速率较慢，从而还是容易导致振动单元在振动方向上两侧的气压不一致，当泄气孔的孔径d设置为大于20um时，会使得振动单元两侧的气流交换速率太快，在振动单元受到振动信号或压力信号激励后，振动单元受到的瞬时压力很快由泄气孔消散，不利于振动传感器的检测，当泄气孔的孔径d的取值范围设置为5um≤d≤20um，可以保证振动单元两侧的气压一致，并且具有良好的气流交换速率，不至于使得气流交换过慢导致气压不均，也不至于使得气流交换过快导致测试效果降低。如此，本实用新型的技术方案可以使质量块两侧气压均匀，保证振动传感器的检测效果，方便用户使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型振动传感器一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型振动传感器俯视状态下一实施例的截面图；

图3为本实用新型振动传感器俯视状态下又一实施例的截面图；

图4为本实用新型振动传感器孔径调整前后的fr不良率曲线图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种振动传感器100。

参照图1至图3，本实用新型技术方案提出的振动传感器100包括：

外壳31，所述外壳31形成有容纳腔313，所述容纳腔313形成有开口；

mems麦克风，所述mems麦克风将所述开口封堵，所述mems麦克风的声孔1111与所述容纳腔313连通；以及

振动单元33，所述振动单元33包括第一振膜332和固定于所述第一振膜332的表面的质量块334，所述第一振膜332和所述质量块334可振动地设置于所述容纳腔313，并为所述mems麦克风提供振动信号，所述振动单元33还设有泄气孔331，所述泄气孔331贯穿所述第一振膜332和所述质量块334，所述泄气孔331的孔径d的取值范围为：5um≤d≤20um。

在本实用新型的一实施例中，mems麦克风芯片13可以通过焊锡实现与振动传感器100的电路板组件11的电性连接诶，外壳31可以通过胶接件与电路板组件11固定，或者通过卡扣或连接件与电路板组件11固定，只要便于mems麦克风芯片13可以较好的感应容纳腔313内气体产生的振动即可。

进一步地，所述mems麦克风芯片13为mems(microelectromechanicalsystems，微机电系统)麦克风，所述振动传感器100还设有asic芯片115，所述asic芯片115容置于所述容纳腔313内，并与所述mems麦克风芯片13电性连接。mems麦克风芯片13在不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响。由于耐热性强，mems麦克风芯片13可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。由于组装前后敏感性变化很小，还可以节省制造过程中的音频调试成本。asic(applicationspecificintegratedcircuit)芯片为mems麦克风芯片13提供外部偏置，有效的偏置将使mems麦克风芯片13在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的麦克风设计。

在本实施例中，该外壳31大致呈顶部为矩形的直四棱柱状设置，该外壳31的材质可以采用金属(金属的材质可选择不锈钢材料、铝质材料，铝合金材料、铜质材料、铜合金材料、铁质材料、铁合金材料等)、塑料(塑料可选择硬质塑料，如abs、pom、ps、pmma、pc、pet、pbt、ppo等)，以及其他合金材料等。如此，更加有利于提升外壳31的设置稳定性，从而有效提升外壳31的实用性、可靠性、及耐久性。

本实用新型的技术方案通过将外壳31与mems麦克风相互固定，使外壳31形成的容纳腔313被封堵，在该容纳腔313内设置振动单元33。当需要使用振动传感器100时，在外壳31背离容纳腔313的一侧输入振动信号或压力信号，振动单元33被该振动信号或压力信号激励后产生振动，从而容纳腔313的气体产生振动，以使容纳腔313内的气压产生变化，容纳腔313内的气压变化通过mems麦克风的声孔1111传入mems麦克风内使mems麦克风感应容纳腔313内气体产生的振动，并将感应到的信息转换成可以检测的电信号。并且由于设置了泄气孔331，使得振动单元33相对两侧的气压得到一定的平衡，但是由于容纳腔313的体积较小，为了进一步平衡气体流量，将泄气孔331的孔径d的取值范围设置为5um≤d≤20um；当泄气孔331的孔径d设置为小于5um时，会使振动单元33两侧的气流交换速率较慢，从而还是容易导致振动单元33在振动方向上两侧的气压不一致，当泄气孔331的孔径d设置为大于20um时，会使得振动单元33两侧的气流交换速率太快，在振动单元33受到振动信号或压力信号激励后，振动单元33受到的瞬时压力很快由泄气孔331消散，不利于振动传感器100的检测，当泄气孔331的孔径d的取值范围设置为5um≤d≤20um，可以保证振动单元33两侧的气压一致，并且具有良好的气流交换速率，不至于使得气流交换过慢导致气压不均，也不至于使得气流交换过快导致测试效果降低。如此，本实用新型的技术方案可以使质量块334两侧气压均匀，保证振动传感器100的检测效果，方便用户使用。

参照图4，图4中可以看到当采用孔径大于20um时的不良率百分比，以及孔径位于5um-20um之间的百分比，本附图中采用的是多个位于对应孔径区间的产品进行不良率的统计，该不良率的计算可以采用平均数或者多个产品对应区间的加权平均数进行计算。通过图4可以看出，调整孔径后的振动传感器100不良率大大降低，保证振动传感器100的检测效果，方便用户使用。

在本实用新型的一些实施例中，所述泄气孔331的孔径d的取值范围为：10um≤d≤15um；如此设置，同样可以保证振动单元33两侧的气压一致，并且具有良好的气流交换速率，不至于使得气流交换过慢导致气压不均，也不至于使得气流交换过快导致测试效果降低。可以理解的是，泄气孔331的孔径d的取值还可以为11um、12um、13um、14um等，均能可以保证振动单元33两侧的气压一致，并且具有良好的气流交换速率，不至于使得气流交换过慢导致气压不均，也不至于使得气流交换过快导致测试效果降低。

在本实用新型的一些实施例中，所述泄气孔331的深度h的取值范围为：120um≤h≤180um。当泄气孔331的深度h小于120um时，可能会导致贯穿振动单元33的效果不好，从而导致不能良好的保证振动单元33两侧的气压一致，当泄气孔331的深度h较大时，容易使得打孔时不便于控制激光能量，容易造成其他部件的损坏，当泄气孔331的深度h的取值范围为：120um≤h≤180um时，可以便于生产成型，并且便于保证振动单元33两侧的气压一致。

参照图2、图3，在本实用新型的一些实施例中，所述声孔1111投影于所述振动单元33形成第一投影区域60，所述第一投影区域60的外轮廓与所述泄气孔331的孔口间隔设置。也即，声孔1111和泄气孔331在水平坐标的位置上是相互错位的，如此设置，使得经过泄气孔331的气流不会直接进入声孔1111，保证了振动单元33朝向声孔1111的一侧气压变化速率不会太快，保证振动传感器100的检测效果。

在本实用新型的一些实施例中，所述泄气孔331的截面轮廓由多段弧线段围合形成或者呈多边形设置；由于具有棱角的外轮廓容易导致第一振膜332部分的形状过渡不够平滑，容易在容置腔的内部形成不规则的气波，不利于mems麦克风芯片13对空气的振动进行收集，不方便振动传感器100的检测，所以将泄气孔331的外轮廓由弧线段围合形成，便于振动传感器100检测外部的振动和压力。具体的，该孔口可以为圆形、椭圆形等。当然由于采用激光打孔时，不容易形成规则的孔型，因此为了保证加工效率，还可以将孔口设置为多边形。

在本实用新型的一些实施例中，所述泄气孔331的延伸方向与所述振动单元33的振动方向一致。具体的，该泄气孔331可以为直孔，即仅沿振动单元33的振动方向延伸，或者相对振动方向可以有一定角度的倾斜，从而便于提高振动单元33两侧的通气效率，一方面保证振动单元33两侧的气压，另一方面便于控制气压的变化效率。

在本实用新型的一些实施例中，所述振动单元33包括第一振膜332和固定于所述第一振膜332的表面的质量块334，所述泄气孔331贯穿所述第一振膜332和所述质量块334。一般而言，质量块334设于第一振膜332的中部，将泄气孔331设于中部的位置，便于提高对第一振膜332两侧气压的平衡，并且，振动单元33的中部属于振动幅度较大的地方，将泄气孔331设置为贯穿所述第一振膜332和所述质量块334，进一步便于及时保证振动单元33的气压平衡，提高振动传感器100的检测效率。

需要说明的是，设置质量块334可以让其在接收振动或压力信号后，带动第一振膜332振动，从而引起压力变化。质量块334可以使振动单元33的振动效果更好，可以在细微振动下具有更敏感的响应。该质量块334的质量m可以为0.003mg≤m≤0.5mg，当质量块334的质量过小，或过大都不利于质量块334带动第一振膜332的振动。为了使振动感应装置30的灵敏度较高，可以将质量块334的质量设置为0.004mg、0.004mg、0.005mg、0.008mg、0.009mg、0.01mg、0.03mg、0.05mg、0.08mg、0.09mg、0.1mg、0.2mg、0.3mg、0.4mg等。该质量块334可以为弹片、横梁或其他结构，在与第一振膜332振动时，为第一振膜332提供支撑。

在本实用新型的一实施例中，质量块334可以采用非铁磁材料，所述非铁磁材料包括有色金属、橡胶、玻璃、塑料、陶瓷以及木质材料中的至少一种。可以理解的是，由于质量块334要随着第一振膜332进行振动，所以需要兼顾考虑不同材质的标准密度，从而保证在合适的体积下，使质量块334具有合适的质量，保证第一振膜332的良好振动。

在本实用新型的一实施例中，所述质量块334的外轮廓由弧线段围合形成；由于具有棱角的外轮廓容易导致质量块334部分的重量过渡不够平滑，所以会导致质量块334的局部的质量集中，不利于使第一振膜332均匀进行振动，从而在对细微的外部振动进行感应时波形混乱，不方便振动传感器100的检测，所以将质量块334的外轮廓由弧线段围合形成，便于振动传感器100检测外部的振动和压力。

在本实用新型的一实施例中，所述第一振膜332的外轮廓由弧线段围合形成。由于具有棱角的外轮廓容易导致第一振膜332部分的形状过渡不够平滑，容易在容置腔的内部形成不规则的气波，不利于mems麦克风芯片13对空气的振动进行收集，不方便振动传感器100的检测，所以将第一振膜332的外轮廓由弧线段围合形成，便于振动传感器100检测外部的振动和压力。

参照图2、图3，在本实用新型的一实施例中，所述外壳31设有通气孔314，所述通气孔314连通外部环境和所述容纳腔313，所述通气孔314投影于所述振动单元33形成第二投影区域70，所述第二投影区域70的外轮廓与所述泄气孔331的孔口间隔设置。也即，通气孔314和泄气孔331在水平坐标的位置上是相互错位的，如此设置，使得经过通气孔314的气流不会直接进泄气孔331，保证了振动单元33朝向通气孔314的一侧气压变化速率不会太快，使得振动单元33可以及时感测细微的振动，保证振动传感器100的检测效果。

在本实用新型的一实施例中，所述外壳31包括顶板311和与所述顶板311连接的侧板312，所述顶板311和所述侧板312共同围合形成容纳腔313，所述顶板311的延伸方向与所述振动单元33的振动方向垂直，所述侧板312背离所述顶板311的一侧围合形成所述开口，所述通气孔314设于所述顶板311。将通气孔314设置在顶板311可以使得由通气孔314进入的振动信号，可以在振动单元33的振动方向直接驱动振动单元33，提高了振动单元33的受到激励时的相应速率。将外壳31设置为具有顶板311和侧板312的结构，便于制作并且一方面便于形成容纳腔313，另一方面便于外壳31与电路板组件11连接。

参照图1，在本实用新型的一实施例中，所述mems麦克风包括电路板组件11，所述电路板组件11将所述容纳腔313的开口封堵，所述电路板组件11还设有asic芯片115，所述asic芯片115与所述mems麦克风芯片13电性连接；

所述电路板组件11包括第一电路板111，所述第一电路板111封堵所述开口，所述第二缓冲部设于所述第一电路板111的一表面，所述第一电路板111还设有贯穿孔1111，所述声孔1111为设置为所述第一电路板111的贯穿孔1111，所述第一振膜332罩盖所述贯穿孔1111。

在本实用新型的一实施例中，所述电路板组件11还包括第二电路板112，所述第一电路板111和第二电路板112之间形成有谐振腔113，所述外壳31设于所述第一电路板111背离所述谐振腔113的一表面，所述贯穿孔1111连通所述容纳腔313和所述谐振腔113，所述asic芯片115和所述mems麦克风芯片13均设于所述谐振腔113内；

所述mems麦克风芯片13包括支架1311和第二振膜1312，所述支架1311环绕贯穿孔1111设置，所述第二振膜1312固定于所述支架1311，并罩盖所述贯穿孔1111设置。

在本实施例中，mems麦克风芯片13的制造过程是，首先在晶圆上沉积数层不同的物质，然后蚀去无用的物质，在基础晶片形成一个腔室，在腔室覆盖一层能够运动的振膜(即第二振膜1312)和一个固定的背板(即支架1311).背板具有较好的刚性，采用通孔结构。第二振膜1312较薄，易弯曲。当气压变换时，第二振膜1312会随着气压变化而弯曲，第二振膜1312弯曲时其与支架1311之间的电容量将会变化，从而asic芯片115可以将这种电容信号转换成电信号。

当在背离容纳腔313的一侧输入振动信号或压力信号(在此定义为振动源)，从而容纳腔313的气体产生振动，振动的气体带动第二振膜1312产生振动，由于第二振膜1312罩盖贯穿孔1111，并且在贯穿孔1111的另一侧设置谐振腔113，第二振膜1312进行细微振动时，容易将振膜远离振动源的一侧进行压缩，从而减小第二振膜1312的振动阻力，使其能够容易地在细微的空气振动下产生振动响应，从而使mems麦克风芯片13的灵敏度较高。可以理解的是，该谐振腔113的体积越大越好，越大的谐振腔113，其空气较多，便于第二振膜1312的振动。在本实用新型的一实施例中，谐振腔113的体积为0.1-5mm³，如此设置一方面可以使第二振膜1312较好的振动，另一方面可以减少振动传感器100的体积，其综合性较高。可以理解的是，第一电路板111和第二电路板112可以通过设置支撑块114，从而形成谐振腔113。

在本实用新型的一实施例中，所述振动传感器100还包括用于连接电路板组件11和所述外壳31的连接块50，所述连接块50环绕所述开口设置，并位于所述电路板组件11和所述外壳31之间，所述第一振膜332的外边缘固定于所述连接块50和所述外壳31之间。设置连接块50便于外壳31与电路板组件11连接，并且为第一振膜332的振动提供振动行程，具体的，可以将胶水铺设于连接件的两侧，再将电路板组件11和外壳31与连接件粘了胶水的两侧固定。

在本实用新型的一实施例中，所述第一振膜332在上下方向的投影面积大于所述第二振膜1312在上下方向的投影面积。第一振膜332与容纳腔313内气体的接触面积更大，使其可以更好地振动气体，第二振膜1312的面积较小，使mems麦克风芯片13会对由安装在同一pcb上的扬声器引起的pcb噪声产生更低的振动耦合，方便使用。

在本实用新型的一实施例中，该质量块334的厚度由边缘至中心逐渐增加，从而使其振动的效果更好。

本实用新型还提出一种电子设备(未图示)，该电子设备包括振动传感器100，该振动传感器100包括：外壳31，所述外壳31形成有容纳腔313，所述容纳腔313形成有开口；mems麦克风，所述mems麦克风将所述开口封堵，所述mems麦克风的声孔1111与所述容纳腔313连通；以及振动单元33，所述振动单元33可振动地设置于所述容纳腔313，并为所述mems麦克风提供振动信号，所述振动单元33还设有贯穿振动单元33的泄气孔331，所述泄气孔331贯穿所述第一振膜332和所述质量块334，所述泄气孔331的孔径d的取值范围为：5um≤d≤20um。可以理解的是，该电子设备可以为骨传导麦克风。该电子设备还包括安装孔，从而便于将振动传感器100的外壳31部分显露，从而便于感应振动。

由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在实际应用中，可以通过其他封装形式的mems麦克风与外壳31配合，只要保证mems麦克风的声孔1111与容纳腔313连通，使容纳腔313内的气压变化通过mems麦克风的声孔1111传入mems麦克风内，保证mems麦克风能够拾取感应容纳腔313内气体振动产生的压力变化信号即可。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。