[发明专利]双单元微机电系统组件

说明书

发明领域

本发明一般涉及微机电系统(MEMS)换能器，且更具体而言涉及一种被设计为增加电声灵敏度，且由此使得MEMS组件的电学信噪比(SNR)增加达6dB的换能器组件。

背景技术

在诸如独立麦克风、电话听筒、蜂窝电话、助听器以及头戴式耳机的各种应用中使用微型声换能器(miniature acoustic transducer)，例如使用MEMS制造技术制造的换能器。典型地，这些换能器与微处理器以及互连部分安装在封装内，该封装被设计成在提供用于安装设备的便捷方式和用于使得声音到达换能器的方式的同时，保护换能器和相关部件免受诸如使用中的高温、处理和环境损坏以及电磁干扰等等的制造工艺极限(manufacturing process extreme)的影响。尽管工业上利用很多换能器封装设计，这些组件中的每一个的一个共同特征是使用单个换能器。因此，不管封装设计如何，最大可实现的灵敏度受到换能器的特性的限制。因此，通常的实践是改变换能器的特性以实现所需的灵敏度。因此，需要用于改善MEMS换能器组件的灵敏度而无需重新设计换能器的方式。本发明提供了这种方式。

发明内容

本发明提供一种利用至少两个MEMS换能器的换能器组件，该换能器组件优选地限定全向或定向麦克风。除了至少第一和第二MEMS换能器，该组件还包括电气连接到MEMS换能器的信号处理电路、电气连接到信号处理电路的多个端子焊盘(terminal pad)以及容纳第一和第二MEMS换能器的换能器外壳。使用引线键合(wire bond)或倒装芯片(flip-chip)设计，MEMS换能器可以电气连接到信号处理电路。信号处理电路可以包括分立电路或集成电路(IC)。第一和第二MEMS换能器可以与信号处理电路电气串联或并联。第一和第二MEMS换能器可以声学串联或并联耦合。

在本发明的至少一个实施例中，信号处理电路包括IC且换能器外壳包括基板和装到基板的罩子，其中IC以及第一和第二MEMS换能器装到基板。罩子可以由金属、导电塑料、导电复合物、涂有导电材料的非导电塑料、涂有导电材料的非导电复合物或包括电介质和导电材料层二者的复合材料制造。

在本发明的至少一个实施例中，换能器外壳包括基板和罩子，其中第一和第二MEMS换能器装到基板，其中基板包括对应于第一MEMS换能器的第一孔以及对应于第二MEMS换能器的第二孔，且其中组件包括通过内盖表面、第一和第二MEMS换能器以及基板表面限定的换能器后腔体积(back volume)。在至少一个配置中，换能器外壳包括将换能器后腔体积分成对应于第一MEMS换能器的第一后腔体积和对应于第二MEMS换能器的第二后腔体积的声隔离壁，且其中第一和第二MEMS换能器异相地电气组合以形成定向麦克风。在至少一个配置中，换能器后腔体积对于第一和第二MEMS换能器是公共的，且第一和第二MEMS换能器同相地电气组合以形成全向麦克风。在至少一个配置中，换能器后腔体积对于第一和第二MEMS换能器是公共的，且第一和第二MEMS换能器异相地电气组合以形成定向麦克风。在至少一个配置中，换能器后腔体积对于第一和第二MEMS换能器是公共的，罩子包括声学耦合换能器后腔体积与背景声环境(ambient acoustic environment)的第三孔，且第一和第二MEMS换能器同相地电气组合以形成定向麦克风。

在本发明的至少一个实施例中，换能器外壳包括第一基板、第二基板以及盖部，其中第一MEMS换能器装到第一基板且第二MEMS换能器装到第二基板，其中第一基板限定外基板且包括对应于第一MEMS换能器的孔，其中第二MEMS换能器与第一MEMS换能器声学串联耦合，其中第一和第二MEMS换能器异相地电气组合，其中换能器外壳限定对应于第一MEMS换能器的第一后腔体积以及对应于第二MEMS换能器的第二后腔体积，且其中第二基板包括与第二MEMS换能器对准的孔。

参考说明书的剩余部分和附图，可以实现本发明的属性和优点的进一步理解。

附图说明

图1提供根据现有技术利用单个MEMS换能器的MEMS麦克风组件的剖面图；

图2提供图1的组件中示出的MEMS管芯(MEMS die)的仰视图；

图3提供根据本发明利用一对MEMS换能器的MEMS麦克风组件的剖面图；

图4示出了单MEMS换能器配置的AC等效电路；

图5示出了用于双MEMS换能器配置的AC等效电路，其中换能器与ASIC电气串联连接；

图6示出了添加了连接的ASIC的图4的AC等效电路；