带入口保护的MEMS麦克风的制作方法

带入口保护的mems麦克风
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是非临时申请，要求2020年2月27日递交的题为“具有入口保护的mems麦克风”并通过引用其整体并入本文的美国临时申请序列号62/982,429的优先权。
技术领域
3.本说明书大体上涉及微机电系统(mems)麦克风，并且更具体地涉及具有入口保护的mems麦克风组件。


背景技术：

4.通常，将mems技术应用于麦克风中导致开发出具有非常高性能的小型麦克风。例如，mems麦克风通常提供高信噪比(snr)、相对较低的功耗和良好的灵敏度。然而，典型的mems麦克风具有不符合iec61672二级限制的频率响应。
5.因此，对改进的mems麦克风，特别是对于更简化和易于组装的且带有入口保护(该入口保护通过在mems麦克风周围添加不同的组件以形成如本文公开的特定结构从而实现二级响应)的mems麦克风，仍然存在强烈需求。


技术实现要素：

6.在一个实施方式中，一种麦克风组件包括麦克风壳体，该麦克风壳体限定声腔并且包括用于将声音传输到声腔中的声音入口。微机电(mems)麦克风可操作地至少部分地安装在麦克风壳体内，并且包括与声腔声学耦合以接收声音的孔。mems麦克风支架可调节地连接到麦克风壳体，用于将mems麦克风支撑在麦克风壳体内，mems麦克风支架可相对于声腔移动以改变麦克风组件的声学特性。通声口位于声腔和孔之间，以基本上允许声音通过通声口，同时基本上防止外来污染物进入孔。
附图说明
7.图1是根据本公开的教导的示例的具有入口保护的示例mems麦克风的侧视图。
8.图2是图1的示例mems麦克风的分解透视图。
9.图3是图1的示例mems麦克风的俯视图。
10.图4是沿图1的线4-4截取的示例mems麦克风的横截面图。
11.图5是典型的现有技术mems麦克风响应的曲线图。
12.图6是图1的示例mems麦克风的自由场响应的曲线图。
13.图7是具有入口保护的另一示例mems麦克风的分解透视图。
14.图8是图7的示例麦克风的俯视图。
15.图9是图7的示例麦克风的侧视图。
16.图10是沿图9的线10-10截取的图7的示例mems麦克风的横截面图。
具体实施方式
17.示例方法和装置的以下描述不是为了将描述的范围限制为本文详述的一种或多种精确形式。相反，以下描述旨在是说明性的，以便其他人可以遵循其教导。
18.目前已知和典型的mems麦克风具有不符合iec 61672二级限制的频率响应。为了从已知的商用mems麦克风实现二级响应，必须改变其频率响应。这是通过在麦克风周围添加不同的组件以形成例如本文所公开的特殊的结构来实现的。
19.现在参考图1-4，示出了示例mems麦克风组件10。示例mems麦克风组件10通常包括内置到0.5英寸麦克风中的堆叠，但是本领域普通技术人员将理解的是，示例mems麦克风组件10的尺寸可以根据需要而变化。如在图2和图4中最佳所示，示例mems麦克风组件10包括限定孔13的麦克风印刷电路板(pcb)12和本领域已知的用于检测声音的mems麦克风15。孔13可以是任何合适的波导，例如声波导。应当理解，mems麦克风15根据需要可以是顶部端口的(即，孔在顶盖中)或底部端口的(即，孔在麦克风pcb中)。在所示示例中，麦克风pcb 12是0.5mm的麦克风pcb，但是可以使用任何合适的pcb和/或mems麦克风。麦克风pcb 12由pcb支架14支撑，pcb支架14又容纳在麦克风壳体16内。在麦克风壳体16和麦克风pcb 12之间限定的空间是具有声学特性的声腔，该声学特性可以通过任何合适的方式改变，包括改变声腔的大小和/或改变限定声腔的材料。
20.在该示例中，pcb支架14和麦克风壳体16通常是圆柱形的，并且当pcb支架14插入麦克风壳体16内时，沿着它们各自的纵向轴线同轴对齐。在麦克风壳体16内设置有锁定环20和支架垫片22，以将pcb支架14固定在麦克风壳体16内。如将理解的，锁定环20可以通过螺纹、摩擦配合等装配或以其他方式固定在麦克风壳体16内。
21.当麦克风pcb 12安装到pcb支架14并由其支撑时，通声口24定位于麦克风pcb 12中的孔13上方并密封地安装在其上。在所示示例中，通声口24是用于声学和浸没应用的便携式电子出口，可从美国马里兰州埃尔克顿的w.l.gore&associates,inc获得，型号为gaw334。所提供的通声口包括膨胀聚四氟乙烯(eptfe)材料，该材料允许空气和声音的传输，同时有效地排斥水、其他流体和微粒，从而基本上防止和/或最小化任何外来污染物进入孔13。本领域普通技术人员将理解，虽然指出了特定的通声口，但可以根据需要使用其他合适的通声口。
22.如进一步所示，在麦克风pcb 12和通声口24上方设置有多孔材料，例如泡沫盘26，其在该示例中可选地限定另一个孔27。最后，组件由具有又一个孔29(例如，声音入口)并且例如通过螺纹、摩擦配合或其他合适的闭锁物安装到麦克风壳体16的麦克风前格栅28围住。在该示例中，环30围绕麦克风壳体16的上部并接触麦克风前格栅28的内表面以提供间隔。在一些示例中，麦克风前格栅28可以可滑动地连接到麦克风壳体16，使得在麦克风前格栅28和泡沫盘26之间限定的空间可以改变，因此限定的腔可以是定制设计。因此，pcb支架14可以支撑靠近麦克风前格栅28的麦克风pcb 12，使得孔29、声腔和孔13声学上耦合。此外，如图所示，锁定环20在麦克风壳体16内的位置可以允许形成上气隙37a和下气隙37b。如果锁定环20被拧入(方向箭头i)，则下气隙37b将关闭，并且mems麦克风15将移动得更靠近麦克风前格栅28。然而，如果锁定环被松开(方向箭头o)，上气隙37a将关闭，并且mems麦克风15将进一步移动远离麦克风前格栅28。因此，mems麦克风组件10根据需要是可调谐的。
23.mems麦克风组件10也可以通过选择具有足够动态范围的各种麦克风pcb来调谐。
同时，透声的通声口24提供了入口保护。设计的不同材料的简单堆叠实现了声学调谐的、密封的谐振腔，克服了可重复性问题，并且使得易于组装。例如，当与已知的现有技术组件相比时，围绕麦克风pcb 12的调谐腔的构造是非常简单的。通过利用某些软材料层和以独特的方式精确设计的硬层，mems麦克风组件10实现了目标的一级和二级响应。此外，本设计提供了一种调节麦克风高度以帮助调谐谐振腔的独特方式。
24.图5图示了典型的现有技术mems麦克风组件的麦克风响应。更准确地说，该图通过针对频率绘制灵敏度来说明归一化的频率响应。同时，图6示出了示例mems麦克风组件10的测量响应与二级限制相比的曲线图。
25.现在参考图6-9，示出了另一示例mems麦克风组件100。示例mems麦克风组件100以与示例mems麦克风组件10类似的方式构造。在这种情况下，mems麦克风组件100包括mems麦克风pcb s/a 110(印刷电路板子组件)，其包括限定了位于麦克风115附近的孔113的麦克风pcb 111。与前面的示例一样，应当理解，任何合适的mems麦克风(例如麦克风pcb 111、孔113、和/或麦克风115)可以根据需要使用。
26.在该示例中，mems麦克风pcb s/a 110由pcb支架114支撑，在该示例中，pcb支架114通常成形为中空圆柱体。pcb支架114又位于麦克风壳体116内。在该示例中，麦克风壳体116通常成形为细长的中空圆柱体，其被配置为装配在pcb支架114的外表面上。更准确地说，麦克风壳体116包括尺寸、配置和布置设计成接受pcb支架114插入的开口端，以及限定孔117的封闭端116a。孔117可以是任何合适的尺寸，并且被配置成允许声音从其中通过。在所示示例中，孔117声学耦合到孔113。麦克风pcb 111和/或麦克风115可以至少部分或完全地安装在麦克风壳体116内。
27.如将理解的，孔117还可以允许例如流体、碎屑或其他类似污染物的各种外来污染物的进入。为了帮助基本上防止任何外来污染物的进入，在孔117附近设置第一通声口124。如前所述，第一通声口124可以是任何合适的通声口材料，并且在该示例中，第一通声口124是用于声学和浸没应用的便携式电子出口，可从美国马里兰州埃尔克顿的w.l.gore&associates,inc获得，型号为gaw112。第一通声口124由例如声调谐材料(例如泡沫盘)的多孔材料126支撑。当组装时(参见图10)，第一通声口124位于麦克风壳体116和多孔材料126之间。在该示例中，第一通声口124粘附到封闭端116a(例如密封安装)，并且应当理解，可以使用任何合适的定位通声口的方法，包括例如通过多孔材料126将第一通声口124压靠在封闭端116a上。
28.同时，多孔材料126类似地由pcb支架114支撑，并且与mems麦克风pcb s/a 110隔开一定距离。垫圈密封件118位于mems麦克风pcb s/a 110和麦克风壳体116之间。在该示例中，垫圈密封件118是“o形环”形弹性垫圈。如图10最佳所示，mems麦克风pcb s/a 110还可以包括第二通声口125，该第二通声口125位于孔113附近并且密封地安装到孔113，并且进一步有助于基本上防止任何外来污染物进入孔113。在所示示例中，第二通声口125是一种用于声学和浸没应用的便携式电子出口，可从美国马里兰州埃尔克顿的w.l.gore&associates,inc获得，型号为gaw334。应当理解，在其他实施方式中，可以根据需要省略第一通声口124或第二通声口125。此外，将进一步理解，虽然示例通声口被公开为来自特定制造商的特定型号，但本领域普通技术人员将理解，可以根据需要使用任何合适的制造商或型号。
29.pcb支架114和所有被支撑的组件可以通过锁定环120固定在麦克风壳体116内。在这个示例中，锁定环120的尺寸和布置设计为插入麦克风壳体116中，并提供锁定环120和麦克风壳体116之间牢固的配合，以将组件牢固地保持在麦克风壳体116内。例如，锁定环120可以包括用于与麦克风壳体116的内表面耦合的螺纹。可以根据需要使用其他合适的安装锁定环120的方法。与图1-5的示例一样，壳体内mems麦克风pcb s/a 110的材料选择和固定位置的可调节性允许调谐mems麦克风组件100并实现各种所需的声学特性，包括符合iec 61672第二级。
30.尽管本文已经描述了某些示例方法和装置，但是本专利的保护范围不限于此。相反，本专利涵盖了字面上或等同原则下完全落入所附权利要求范围内的所有方法、装置和制品。