作為聲學設(shè)備中的屏障的嵌入式電介質(zhì)和制造方法
【專利摘要】麥克風基體包括多個金屬層和多個內(nèi)芯板層。所述多個內(nèi)芯板層中的每一個布置在所述多個金屬層中選擇的一些金屬層之間。電介質(zhì)薄膜布置在所述多個金屬層中選擇的其他一些金屬層之間。端口貫穿金屬層和內(nèi)芯板層，但是不貫穿電介質(zhì)薄膜。所述電介質(zhì)薄膜具有壓緊部分和未壓緊部分。所述未壓緊部分延伸跨過所述端口，并且所述壓緊部分與所述多個金屬層中選擇的其他一些金屬層接觸。薄膜的所述壓緊部分有效地用作無源電子元件，并且所述未壓緊部分有效地用作防止至少某些外部碎屑來回穿過所述端口的屏障。
【專利說明】作為聲學設(shè)備中的屏障的嵌入式電介質(zhì)和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及聲學設(shè)備，更具體地涉及這些設(shè)備的構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]各種類型的聲學設(shè)備(例如，麥克風和接收器)已經(jīng)使用了多年。在這些設(shè)備中，不同的電子元件被一起容納在殼體或者組件內(nèi)。例如，麥克風通常包括振膜和背板(除了其他元件之外)，并且這些元件一起置于殼體內(nèi)。其他類型的聲學設(shè)備(例如，接收器)可以包括其他類型的元件。
[0003]聲學設(shè)備通常具有允許聲音進入到殼體的內(nèi)部(或者從所述內(nèi)部離開)的端口。例如，麥克風可以具有允許聲音從外部進入并對進入的聲音進行放大的端口。在另一個例子中，揚聲器通常包括允許聲音從殼體的內(nèi)部離開的端口。無論聲音的傳播方向如何，與該端口相關(guān)的一個問題是:盡管它們允許聲音進入到設(shè)備(或者從設(shè)備離開)，但它們也可能允許碎屑進入到聲學設(shè)備內(nèi)部。例如，如果用在助聽器中，則可允許耳垢或者其他類型的碎屑通過端口進入到設(shè)備。除了固體碎屑之外，還能夠允許各種類型的液體進入到設(shè)備的內(nèi)部。所有這些類型的材料可能損害聲學設(shè)備和/或?qū)β晫W設(shè)備的工作產(chǎn)生不利的影響。
[0004]現(xiàn)有的系統(tǒng)已經(jīng)有時在端口上使用屏障，以防止碎屑或者其他異物經(jīng)由端口進入到聲學設(shè)備的內(nèi)部。在一個現(xiàn)有的例子中，將金屬濾網(wǎng)置于端口之上。不幸的是，金屬濾網(wǎng)會對聲學設(shè)備增加氣流阻力。增加的氣流阻力劣化了設(shè)備的性能，從而用戶對這些現(xiàn)有的系統(tǒng)產(chǎn)生了不滿。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]為了更全面地理解本公開，應當參考下面的詳細描述和附圖，其中:
[0006]圖1包括根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式的電介質(zhì)薄膜層的底視圖；
[0007]圖2包括根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式的、具有圖1的電介質(zhì)薄膜層的聲學設(shè)備沿示出的線A-A的側(cè)面剖視圖；
[0008]圖3包括示出根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式的、一種類型的膨體聚四氟乙烯(ePTFE)材料的插入損失的示意圖；
[0009]圖4包括示出根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式的、麥克風基體的各個層的表；
[0010]圖5包括示出根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式的、用于制作麥克風基體的流程圖。
[0011]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，為了簡單清楚的目的而示出了圖中的元件。還應該理解的是，可以以特定的發(fā)生順序來描述或者說明某些動作和/或步驟，同時本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解實際上并不需要這種特定的順序。還應當理解的是，除非本文提出的特定含義之外，本文所使用的術(shù)語和表述具有如在它們相應的研究和學習的各個領(lǐng)域中賦予該術(shù)語和表述的一般含義。
【具體實施方式】[0012]提供了具有同時作為電介質(zhì)層和入口屏障的薄膜的聲學設(shè)備。如此配置的設(shè)備是可制造的，防止外界物質(zhì)進入到該設(shè)備，同時不會增加或者顯著地增加設(shè)備的聲阻。另外，本文描述的設(shè)備為無源電子元件(例如，電容器)提供了電介質(zhì)層。
[0013]在一個方面,聲學設(shè)備(例如，麥克風)的基體(或者電路板或者基板)包括多層的各種材料。所述層包括至少一些金屬層和至少一些內(nèi)芯板層。電介質(zhì)薄膜夾在這些層的某些層之間。端口貫穿這些層，但是所述電介質(zhì)薄膜延伸跨過所述端口。所述電介質(zhì)薄膜的一部分是壓緊的，并且該壓緊部分可以用作電容器。未壓緊部分跨過所述端口并用作屏障。所述電介質(zhì)薄膜由任何合適的材料(例如，膨體聚四氟乙烯(ePTFE))或者其他高分子薄膜構(gòu)成。材料的其他例子是可能的。在使用合適大小(例如，直徑大于約1.0mm)的端口時，所述電介質(zhì)薄膜對進入(或者離開)設(shè)備的聲音提供很少的聲阻。
[0014]所述電介質(zhì)薄膜的壓緊部分具有足以使該部分用作電容器的增加的介電常數(shù)。因此，單個電介質(zhì)薄膜同時作為屏障和無源電子元件。另外，有足夠的聲學/聲音流以使得電介質(zhì)薄膜不作為聲阻。
[0015]在很多的這些實施方式中，麥克風基體包括多個金屬層和多個內(nèi)芯板層。所述多個內(nèi)芯板層中的每一個布置在所述多個金屬層中選擇的一些金屬層之間。電介質(zhì)薄膜布置在所述多個金屬層中選擇的其他一些金屬層之間。端口貫穿金屬層和內(nèi)芯板層，但是不貫穿電介質(zhì)薄膜。所述電介質(zhì)薄膜具有壓緊部分和未壓緊部分。所述未壓緊部分延伸跨過所述端口，并且所述壓緊部分與所述多個金屬層中選擇的其他一些金屬層接觸。所述薄膜的所述壓緊部分有效地用作無源電子元件，并且所述未壓緊部分有效地用作防止至少某些外部碎屑來回穿過所述端口的屏障。
[0016]現(xiàn)在參考圖1和圖2,描述了具有電介質(zhì)薄膜102的聲學設(shè)備100的一個例子。設(shè)備100包括蓋子或者容器104、電介質(zhì)薄膜102、第一內(nèi)芯板層106、第二內(nèi)芯板層108、第一金屬層110、第二金屬層112、第三金屬層114、第四金屬層116、換能器118、集成電路120、阻焊層122、焊盤124和聲學端口 126。
[0017]蓋子或者罩子104由任何合適的材料(例如，金屬或者硬塑料)構(gòu)造。電介質(zhì)薄膜102包括未壓緊區(qū)域132和壓緊區(qū)域134。壓緊區(qū)域134總體上位于電介質(zhì)層102直接夾在其他相鄰層之間(即，與這些相鄰層接觸)的地方。未壓緊區(qū)域132總體上位于電介質(zhì)層102延伸跨過端口 126的地方(即，層102不直接與相鄰層接觸的地方)。對層102進行壓緊(通過使其在相鄰層之間受到擠壓并保持在相鄰層之間)改變了壓緊區(qū)域的介電常數(shù)值，與未壓緊區(qū)域相比，增加了介電常數(shù)值，從而使電介質(zhì)適合用作電容器。電容器的電極通過電鍍通孔過孔垂直地電連接到合適的金屬層和導線。
[0018]在一個例子中，層102是膨脹的特氟龍(Teflon)膨體聚四氟乙烯(ePTFE)膜。由于其低密度性(例如，大于70%的體積是空氣)，該膜是相對的聲學上透明的。現(xiàn)在參考圖3，針對兩個ePTFE膜(NTF1026和NTF1033)，示出了兩種ePTFE的插入損失(聲音滲透性)。
[0019]在一個例子中，第一內(nèi)芯板層106和第二內(nèi)芯板層108由玻璃增強層壓板構(gòu)造。內(nèi)芯板層106和108的目的是提供機械剛性和金屬層之間的電絕緣性。
[0020]第一金屬層110、第二金屬層112、第三金屬層114和第四金屬層116由合適的金屬(例如，銅)構(gòu)造。這些層的目的是提供導電通路和布線功能。例如，層110可以是布線和焊線層。層112可以是普通的電容接地。層114可以用于信號電極。層116可以用于用戶的焊盤。如圖4所示，示出了提出的麥克風基體金屬層疊的一個例子。有兩個內(nèi)芯板層(Cl和C2)和四個金屬層(1，2，3和4)以及電介質(zhì)層(D)。包括了這些層的成分(描述)、厚度、公差和其他信息。如所示出的，金屬層由子部分構(gòu)成?？梢詫⑦@些層一起稱為麥克風基體(或者電路板)。應當理解的是，本文所描述的示例性的基體僅是一個例子，并且可以根據(jù)特定用戶的需要或者特定系統(tǒng)的要求而改變基體的數(shù)量、類型、配置、材料和其他方面。
[0021]作為電容器，由未壓緊的ePTFE構(gòu)成的層102的固有的低介電常數(shù)(k = 1.3)可能在獲得有用的電容器方面存在問題。在某些方面，未壓緊的ePTFE提供作為嵌入式電介質(zhì)薄膜僅約10%的每單位面積電容。然而，因為ePTFE的壓縮特性，能夠在層壓工藝期間將它壓縮至接近塊體密度(除了在聲學端口孔處的保持未壓緊的材料之外)，以產(chǎn)生當前材料的約20%的每單位面積電容。
[0022]換能器118包括各種元件，例如，MEMS芯片(die)、振膜、電荷板等。換能器用于將聲能轉(zhuǎn)換為發(fā)送到集成電路120的電信號。阻焊層122的功能是保護并絕緣下面的金屬導線并防止焊料遷移。焊盤116提供基體和最終PCB組件之間的電連接和機械連接。
[0023]在圖1和圖2的系統(tǒng)的工作的一個例子中，電介質(zhì)薄膜102的壓緊部分132具有足以使該部分用作電容器的增加的介電常數(shù)，而未壓緊部分134作為端口 126中的屏障。因此，單個電介質(zhì)薄膜102同時作為屏障和無源電子元件。此外，具有足夠的聲學/聲音流以使得電介質(zhì)薄膜102不充當聲阻，從而對設(shè)備100的工作產(chǎn)生很少影響或者沒有不利的影響。
[0024]現(xiàn)在參考圖5，描述了用于制作麥克風基體的工藝的一個例子。在步驟502，將金屬化層蝕刻到頂部內(nèi)芯板和底部內(nèi)芯板上。在步驟504，使用機械鉆孔機鉆出通過頂部內(nèi)芯板和底部內(nèi)芯板的聲學端口孔。在步驟506，在頂部內(nèi)芯板和底部內(nèi)芯板之間進行ePTFE膜的層壓。這會生成具有嵌入式電介質(zhì)和屏障的多層PCB。
[0025]在步驟508，使用機械鉆孔機鉆出用于電連接金屬導線和層的電鍍通孔(PTH)過孔。在步驟510，對電路板應用銅滾鍍。銅滾鍍的目的是涂覆過孔的內(nèi)壁以使得它們在軸向方向上導電。在步驟512，對頂部阻焊層和底部阻焊層進行印刷并隨后進行固化。在步驟514，應用ENIG表面處理(finish)以提供耐腐蝕、可引線結(jié)合并且可軟焊的表面。
[0026]因此，提供了使用ePTFE或者其他類似的材料同時作為聲學設(shè)備(例如，麥克風)中的入口屏障和無源電子元件的方法。可以根據(jù)本方法將基于氟聚合物的膜(例如，ePTFE)直接嵌入到多層基體中，這與避免該方面的現(xiàn)有的方法相反。另外，與直覺相悖并與現(xiàn)有的方法形成鮮明對比的是，本方法的ePTFE材料用于無源電子元件中以提供本文所描述的各種優(yōu)點。
[0027]本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，包括
【發(fā)明者】已知的實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。應當理解，示出的實施方式僅是示例性的，不應將其作為本發(fā)明的范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種麥克風基體，所述基體包括: 多個金屬層； 多個內(nèi)芯板層，所述多個內(nèi)芯板層中的每一個布置在所述多個金屬層中選擇的一些金屬層之間； 電介質(zhì)薄膜，其布置在所述多個金屬層中選擇的其他一些金屬層之間； 端口，其貫穿所述金屬層和所述內(nèi)芯板層，但是不貫穿所述電介質(zhì)薄膜； 使得所述電介質(zhì)薄膜具有壓緊部分和未壓緊部分，所述未壓緊部分延伸跨過所述端口，并且所述壓緊部分與所述多個金屬層中選擇的所述其他一些金屬層接觸； 使得所述薄膜的所述壓緊部分有效地用作無源電子元件，并且所述未壓緊部分有效地用作防止至少某些外部碎屑來回穿過所述端口的屏障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基體，其中，所述壓緊部分的介電常數(shù)值與所述未壓緊部分的介電常數(shù)值不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基體，其中，所述薄膜包括膨脹特氟龍膨體聚四氟乙烯(ePTFE)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基體，其中，所述電子元件包括電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基體，其中，所述端口具有約大于約1.0mm的直徑的尺寸。
6.一種麥克風，所述麥克風包括: 基體，所述基體包括: -多個金屬層； -多個內(nèi)芯板層，所述多個內(nèi)芯板層中的每一個布置在所述多個金屬層中選擇的一些金屬層之間； -電介質(zhì)薄膜，其布置在所述多個金屬層中選擇的其他一些金屬層之間； -端口，其貫穿所述金屬層和所述內(nèi)芯板層，但是不貫穿所述電介質(zhì)薄膜； -使得所述電介質(zhì)薄膜具有壓緊部分和未壓緊部分，所述未壓緊部分延伸跨過所述端口，并且所述壓緊部分與所述多個金屬層中選擇的所述其他一些金屬層接觸； -使得所述薄膜的所述壓緊部分有效地用作無源電子元件，并且所述薄膜的所述未壓緊部分有效地用作防止至少某些外部碎屑來回穿過所述端口的屏障； 換能器，其布置在所述基體上方、與所述基體連接、并且與所述端口連通，所述換能器被配置為將從所述端口接收到的聲能轉(zhuǎn)換為電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風，所述麥克風還包括附著到所述基體的蓋子，所述蓋子覆蓋所述換能器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風，所述麥克風還包括連接到所述換能器的放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風，其中，所述壓緊部分的介電常數(shù)值與所述未壓緊部分的介電常數(shù)值不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風，其中，所述薄膜包括膨脹特氟龍膨體聚四氟乙烯(ePTFE)膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風，其中，所述電子元件包括電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基體，其中，所述端口具有約大于約1.0mm的直徑的尺寸。
【文檔編號】H01L29/84GK103999484SQ201180074631
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月4日
【發(fā)明者】J·B·斯切赫, P·范凱塞爾 申請人:美商樓氏電子有限公司