阅读说明：本技术 用于麦克风系统的滤波器、麦克风系统、微型电子装置以及装备印刷电路板的方法 (Filter for a microphone system, microelectronic device and method for equipping a printed circuit board ) 是由 M·魏贝尔 P·波特曼 A·施莱辛格 于 2017-05-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于微型电子装置(10)的麦克风系统(16)的滤波器(34’、34")。所述滤波器(34’、34")包括声音入口和声音出口,其中,所述滤波器(34’、34")适合于安装在印刷电路板(14)的表面上。(The invention relates to a filter (34', 34") for a microphone system (16) of a miniature electronic device (10). The filter (34', 34") comprises a sound inlet and a sound outlet, wherein the filter (34', 34") is adapted to be mounted on a surface of a printed circuit board (14).)

用于麦克风系统的滤波器、麦克风系统、微型电子装置以及装 备印刷电路板的方法

技术领域

本发明涉及用于麦克风系统的滤波器、麦克风系统、微型电子装置以及装备印刷电路板的方法。

背景技术

听觉装置通常用于改善用户的听觉能力或沟通能力。听觉装置可以用听觉装置的麦克风拾取周围的声音，处理麦克风信号，从而考虑所述听觉装置的用户的听觉偏好，并经由微型扬声器将处理后的声音信号提供给用户的听道(通称为接收器)。听觉装置还可以从诸如感应线圈或无线接口的另选输入接收声音。

已知包括麦克风的听觉装置，其中利用两个网状的、透声的声学输入滤波器在声学输入处对麦克风进行保护。因此，对麦克风前面的听觉装置内部的音量提出了要求。这可能会导致复杂的机械解决方案，从而导致灵敏度损失，并且导致频率响应和传递给麦克风的声音的相位发生变化。

公知的听觉装置可以配备微机电系统(MEMS)麦克风。MEMS麦克风的缺点可能包括非线性频率响应和对超声噪声的高灵敏度。MEMS麦克风可以通过表面安装或者更确切为自动化拾放(automated pick and place)工艺安装在印刷电路板上，并且没有授予与例如在具有管口和管道的手工焊接驻极体麦克风中一样的自由度。

可以将麦克风的输出部联接至电气低通滤波器(LPF)，该滤波器可以降低高达10kHz的非线性。在示例中，使用了R-C滤波器。该R-C滤波器可以导致较高的总谐波失真(THD)、相位失真、较高的输出阻抗、较低的灵敏度以及较高的功耗。

在将低通滤波器联接至MEMS麦克风的输出部的情况下，对于超声噪声的高灵敏度问题仍然存在。

因此，本发明的目的是提供一种用于微型电子装置的麦克风系统的滤波器，该滤波器解决了本领域中已知的问题。

发明内容

要指出的是，术语“听觉装置”不仅应理解为被用于改善听觉受损患者的听觉的装置，而且应理解为改善个人之间交流的沟通工具。另外，术语“听觉装置”包括当前可获得的听觉装置类型，举例来说，如耳后式(BTE)、入耳式(ITE)、耳道式(ITC)以及深耳道式(CIC)听觉装置。而且，听觉装置也可以是完全植入或部分植入的。

本发明致力于提供一种用于微型电子装置的麦克风系统的滤波器，其中，所述滤波器包括声音入口和声音出口，其中，所述滤波器适合于安装在印刷电路板的表面上。因此，提出了这样一种滤波器，即，在将麦克风安装在印刷电路板的一个表面上时，可以将该滤波器容易且可靠地安装在该印刷电路板的相反表面上。

在实施方式中，所述滤波器适合于按照以下方式安装在所述印刷电路板的所述表面上：所述滤波器的所述声音出口面对所述印刷电路板中形成有通孔的部分。所述滤波器可以按照使得滤波器的中心轴线与所述通孔的中心轴线对准的方式安装。

在实施方式中，所述滤波器是声学低通滤波器或声学带通滤波器。因此，可以省略在所述麦克风的输出部处设置电气低通或带通滤波器(LPF、BPF)，同时可以减少非线性并提高效率而没有缺点。此外，省略所述麦克风的输出部处的电气滤波器可以增加印刷电路板的密度。表面安装的滤波器允许在例如麦克风的隔膜与由所述滤波器本身所提供的声学低通滤波器或声学带通滤波器之间提供某一距离。这增加了所述滤波器的效率。此外，可以减少灵敏度的损失。

在实施方式中，所述滤波器是适合于通过拾放工艺经机器安装在所述印刷电路板的所述表面上的SMD组件。本发明的滤波器使能在所述印刷电路板的表面上进行快速、安全且精确的放置和安装，从而提供可靠且快速的可互换或可适应的机械接口用于进行声音拾取。

在实施方式中，所提出的滤波器还包括用于将所述声音入口联接至所述声音出口的声管。可以将所述声管的大小定义为顾及最佳的声学滤波器匹配或者更确切为要求。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述声管适合于按以下方式安装在所述印刷电路板上：所述声管的纵向方向穿过形成在所述印刷电路板中的所述通孔。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述声管包括法兰，所述法兰适合于安装在所述印刷电路板的围绕所述通孔的部分上。所述法兰可使将所述滤波器快速且正确地放置并固定在所述印刷电路板的表面上。

在实施方式中，所述滤波器还包括密封件，所述密封件包括弹性材料，所述密封件在所述滤波器的所述声音入口的至少一部分中围绕所述声管。所述密封件可以设置有沿所述密封件的纵向方向穿过所述密封件形成的孔。可以通过简单地将所述密封件经由其孔安装在所述声管上，来向所述滤波器配备所述密封件。在示例中，可以在已经将所述密封件预先组装至所述声管的情况下，将所述滤波器安装在所述印刷电路板的表面上。在另一示例中，可以将所述滤波器安装在所述印刷电路板的表面上，并且在随后的加工步骤中，即，在所述安装步骤之后的加工步骤中，将所述密封件组装至所述声管。由于所述密封件在所述滤波器的所述声音入口的至少一部分中围绕所述声管，因此可以防止声学上的泄漏。所提出的解决方案的另一益处是所述密封件允许径向密封，这比例如面对面的密封更加鲁棒。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述密封件在所述声管的方向上的长度被定制为超过所述声管的长度。可以将所述长度定制为以声学密封的方式来接合例如所述听觉装置的所述壳体的声音进口。由于所述密封件的所述弹性材料，因此至少所述密封件的远端可以以紧密贴合连接(snuggle fit connection)的方式来接合例如所述听觉装置的所述壳体的声音进口。由此可以防止声学上的泄漏。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述声管是由塑料制成的。因此，可以降低成本，同时仍然表现出改善的声学特性。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述声管是通过粘接安装在所述印刷电路板上的。在这个实施方式中，可以容易地将可包括塑料的所述声管安装在所述印刷电路板的表面上。在示例中，可以将多层印刷电路板的顶层去除(blanked out)，以创建下沉区(sink)，该下沉区被定制为容纳所述滤波器的所述法兰。在该示例中，所述滤波器的所述法兰的直径等于或小于所述下沉区的直径。

在所提出的滤波器的另一实施方式中，所述声管是由金属制成的。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述声管是借助于焊接或粘接安装在所述印刷电路板上的。在这个实施方式中，可以借助于焊接或粘接将可以包括金属的所述声管容易地安装在所述印刷电路板的表面上。所述焊接可以包括回流焊接或者更确切为SMD焊接，正如已经可以在自动化SMD拾放工艺中使用的那样。有利地，可以以高度精确的方式将所述滤波器例如经由其声管、法兰等直接焊接在所述印刷电路板的表面上。为了允许正确定位，可以将额外的铜环添加至所述印刷电路板的顶层。在示例中，可以将多层印刷电路板的顶层去除或者更确切地说凹入以创建下沉区，该下沉区可以在其底部处设置有额外的铜环。在该示例中，所述滤波器的所述法兰的直径等于或小于所述下沉区的直径。如果所述声管是由金属制成的，则可以将这种金属制成的声管直接粘接至所述印刷电路板或者下凹到所述印刷电路板中的下沉区。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述密封件被形成为锥形。所述密封件的锥形形状可选地与所述密封件的弹性特性结合地可使针对例如所述听觉装置的壳体的声音进口来进行紧密贴合连接。所述壳体的所述声音进口可以包括通向环境的声道。

在实施方式中，所述滤波器还包括容纳到所述声管的至少一部分中或者容纳在所述声管的声音进入处或声音离开处的声学滤波器部件和保护盖中的至少一个。所述声学滤波器部件可以被配置成补偿灵敏度的可能降低。此外，可以降低对超声的灵敏度。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述微型电子装置是助听器。

在所提出的滤波器的实施方式中，所述密封件的大小被定制为在所述微型电子装置的声音进入通道与所述声音入口之间提供声密联接。因此，可以防止声学上的泄漏。此外，所述密封件可使针对所述声音进入通道进行可靠的径向密封。

本发明还涉及一种麦克风系统，所述麦克风系统包括：印刷电路板、安装在所述印刷电路板的第一表面上的根据前述权利要求中的一项所述的滤波器、安装在所述电路板的第二表面上的至少一个麦克风，其中，所述麦克风的声音输入部经由形成在所述印刷电路板中的通孔在声学上联接至所述滤波器的所述声音出口。本发明的麦克风系统允许更小且更容易的机械设计，从而提供降低的成本以及改进的性能和效率。

在实施方式中，所述麦克风系统包括分别安装在所述印刷电路板的相反两个表面上的根据权利要求1至17中的一项所述的另一麦克风和另一滤波器，其中，所述另一麦克风的声音输入部经由形成在所述印刷电路板中的另一通孔在声学上联接至所述另一滤波器的所述声音出口。在所述麦克风系统包括超过一个麦克风和关联的滤波器的情况下，可以将所述麦克风安装在所述印刷电路板的同一表面上或者分别安装在相反两个表面上。反过来，关联的滤波器也是如此。

在所提出的麦克风系统的实施方式中，所述麦克风是动态麦克风、电容式麦克风、驻极体电容式麦克风或者MEMS麦克风。同样可以使用其它仍然已知或即将出现的麦克风。

本发明还涉及一种微型电子装置，所述微型电子装置包括：形成有至少一个声音进口的壳体、配备有至少一个处理装置的印刷电路板以及根据权利要求18至20中的一项所述的麦克风系统。所述声音进口可以是所述壳体中的任何开口，从而可使声音进入所述壳体的内部。在示例中，所述开口可以是可以被指派给额外的用途(例如，技术和/或机械的用途)的任何开口。在示例中，用于使声音进入的所述开口可以是与移位按钮相邻暴露的开口。在另一示例中，所述开口可以是用于维护等的目的的销***孔。

在所提出的微型电子装置的实施方式中，所述滤波器包括适合于防止声音泄漏的密封件。因此，所述微型电子装置可使声音从环境直接经由所述滤波器进入所述麦克风的声学输入部，而没有声学上的泄漏。

在实施方式中，所提出的微型电子装置是助听器。因此，提供了这样一种助听器，即，该助听器即使省略了相应的滤波器，在所述一个或更多个麦克风的输出部处也显示出减小的非线性。

此外，本发明涉及一种向印刷电路板装配根据权利要求1至17中的一项所述的滤波器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：借助于拾放工艺将所述滤波器安装至所述印刷电路板的表面。所述拾放工艺可以包括将组件经回流焊接或粘接至所述印刷电路板的表面的过程。本发明的方法可以允许使用具有相同的机械和/或声学特性的不同的MEMS麦克风。所述拾放工艺是一种简单、可靠且精确的过程，这进一步实现了成本节省。

明确指出，上述实施方式的任何组合都是另一些可能实施方式的主题。只有那些会导致矛盾的实施方式被排除在外。

附图说明

参照附图来进一步描述本发明，附图联合地例示了将结合以下详细描述来考虑的各种示例性实施方式。附图中示出的是：

图1示意性地描绘了本发明的实施方式中的助听器的截面图；以及

图2示意性地描绘了本发明的实施方式中的麦克风系统的截面图。

具体实施方式

图1是助听器10的示意性截面图。助听器10包括用于容纳由麦克风系统16(在图中由虚线包围示出)构成的印刷电路板14的壳体12。麦克风系统16还包括将在下文中更详细地说明的两个麦克风装置17'、17"。虽然将麦克风系统16示出为包括两个麦克风装置17'、17"，但麦克风系统16可以包括一个或超过两个麦克风装置。印刷电路板14可以配备有处理装置18。处理装置18可以是数字信号处理器或模拟信号处理器。虽然将印刷电路板14示出为一体地构成，但印刷电路板14可以包括超过一个电路板，其中，例如，可以将其一块电路板用于支承一个或更多个麦克风装置。听觉装置10还包括电池20，电池20用于向助听器组件(例如，处理装置18、麦克风系统16等)供电。助听器10还配备有将要***用户的耳朵中的耳道塞22。所述塞22可以包括用于将声音传输到用户的耳道中的接收器24。接收器24可以经由连接线26连接至被包括在助听器10的壳体12中的接收器装置(未示出)，该连接线26可以被配置为电气连接或声管。

助听器10还包括电气切换装置28，该电气切换装置例如用于在助听器10的不同模式之间进行切换、调节响度等。电气切换装置28包括控制按钮30，用户可以从壳体12的外部对该控制按钮进行操作。在所示示例中，控制按钮30是可以上下移位的移位按钮，以便例如使用户在不同的助听器菜单之间移位、调节响度等。

虽然电气切换装置28的控制按钮30可以相对于环境大致覆盖壳体12的内部，但在壳体12与控制按钮30之间可以存在通向环境的部分。在示例中，可以使控制按钮30的顶部和底部处的一部分(当在图中观察时在右侧上和左侧上)通向环境。这些开口允许声音(例如，语音)进入壳体12的内部，如由两个虚线箭头A'、A"示意性地描绘的。在壳体12的内部，经由上述开口进入壳体12的声音可以借助于两个声音进入通道32'、32"来加以引导。所述声音进入通道32'、32"可以包括例如由壳体12和/或电气切换装置28构成的壁部分。

如上提及，在所示示例中，麦克风系统16包括两个麦克风装置17'、17"。麦克风装置17'、17”可以分别包括滤波器34'、34"以及麦克风36'、36"。滤波器34'、34"皆包括形成为锥形的密封件，如下面更详细描述的。将滤波器34'、34"安装在印刷电路板14的第一表面上，而将麦克风36'、36"相应地安装在印刷电路板14的第二表面上。印刷电路板14的第一表面和第二表面彼此相反。在印刷电路板14的夹在滤波器34'、34"与麦克风36'、36"之间的部分中分别形成有将在下面进行更详细描述的通孔。

设置在印刷电路板14的第一表面上的滤波器34'、34"皆包括声音入口和声音出口，其中，将滤波器34'、34"安装成使得声音入口暴露于声音进入通道32'、32"以拾取声音，而声音出口面对印刷电路板14中的形成有通孔的部分。另一方面，将设置在印刷电路板14的第二表面上的麦克风36'、36"按以下方式进行安装：麦克风36'、36″的相应声学输入部面对印刷电路板14中的形成有通孔的部分。因此，可以将从环境中拾取的声音经由滤波器34'、34"以及通孔联接至相应麦克风36'、36"的声学输入部。

因此，滤波器34'、34”以及麦克风36'、36"相对应地彼此堆叠，并且其间***有印刷电路板14，同时经由通孔实现声音传输。这种排布结构允许更有效地利用印刷电路板14的空间、壳体12内部的容积等。声音可以穿过滤波器34'、34"构成的滤波器组件(将在下面进行描述)。所述滤波器组件可以包括声学滤波器部件和/或用于滤除灰尘、污垢、异物等并因此防止它们进入麦克风36'、36"的保护盖。

密封件的锥形形状可使提供与声音进入通道32'、32"的声密联接。换句话说，各个声音进入通道32'、32"通过其远端以声学上密封的方式紧密地接合相应密封件的表面。由于密封件的弹性特性，可以进一步增强这种密封。在示例中，可以在将壳体12的第一外壳部分(例如，半外壳)装配至第二外壳部分(例如，所述半外壳的对应物)期间建立声密联接。第一外壳部分可以设置有一个或两个声音进入通道32'、32"，或者可以是该声音进入通道的部分。

虽然图1示出了安装在印刷电路板14的同一表面(例如，第一表面)上的两个滤波器34'、34"以及安装在相反的表面(例如，第二表面)上的麦克风36'、36"，但可以颠倒这种排布结构。换句话说，可以将滤波器34'、34"分别安装在印刷电路板14的相反两个表面上，并且反过来，将麦克风36'、36"分别安装在印刷电路板14的相反两个表面上。这种排布结构允许拾取从助听器10的相对两侧(例如，左/右、前/后等)到达的声音。因此，可以提高清晰度。

图2以放大的视图示出了麦克风系统16。在图2中，与已经参照图1示出并且描述的组件相同或相似的组件是利用相同或相似的标号来引用的。麦克风系统16包括分别安装在印刷电路板14的相反两个表面上的滤波器34和麦克风36，并且***了设置有通孔38的印刷电路板14。在示例中，滤波器34可以是声学低通滤波器或声学带通滤波器。因此，可以省略对电气滤波器的设置，而不会遭受声学上的缺点，例如，非线性度增加等。

可以将滤波器34可以配置为SMD组件滤波器。因此，可以借助于拾放工艺将SMD组件滤波器精确地安装在印刷电路板14的表面上。滤波器34包括设置在声管42内的滤波器部件40。声管42又可以借助于其法兰44安装在印刷电路板14上，法兰44在其声管42的底端围绕声管。滤波器34还包括围绕声管42的密封件45。可以将密封件45形成为锥形，其中，密封件45是按照圆锥体在指向顶部的端部逐渐变细的方式安装在声管42上。密封件45可以由弹性材料(例如橡胶)制成。圆锥形密封件45的中心轴线可以设置有通道，该通道被形成得通过从上方简单地将密封件45附接至声管42而与声管42接合。由于密封件45的材料的弹性，声管42和密封件45可以简单地通过摩擦力彼此固定。因此，可以省略诸如粘接剂的固定装置。

如上提及，滤波器34是借助于声管42，特别是借助于声管42的法兰44来连接至印刷电路板14的表面的。这样做时，声管42可以借助于可包括焊料(即，固化的焊料)或粘接剂的第一粘合部46'安装在印刷电路板14的表面上。在示例中，假设声管42是由塑料制成的，声管42是借助于粘接安装在印刷电路板14的表面上的。另一方面，假设声管42是由金属制成的，声管42是借助于焊接或粘接安装在印刷电路板14的表面上的。如果将声管42借助于焊接安装在印刷电路板14的表面上，则可以在印刷电路板14的表面上设置额外的铜环(未示出)。在示例中，印刷电路板14的表面可以下凹以创建下沉区47，其中，下沉区47可以容纳第一粘合部46'(焊料或粘接剂)。在焊接的情况下，下沉区47可在其底部包括额外的铜环(未示出)。法兰44的直径等于或小于下沉区47的直径。

印刷电路板14的与滤波器34相反的表面的一部分配备有麦克风36。麦克风36可以借助于可包括(固化的)焊料或粘接剂的第二粘合部46"安装在印刷电路板14的表面上。第一粘合部46'和第二粘合部46"可以是相同的，即，都包括(固化的)焊料或粘接剂，或者可以彼此不同。滤波器34和麦克风36可以按以下方式安装在印刷电路板14的相应表面上：滤波器34的声管42的中心轴线和麦克风36的声输入部48的中心轴线都穿过通孔38。在示例中，两个轴大致彼此对准。在另一示例中，两个轴都沿着同一条直线延伸。麦克风36在其声学输入部48处设置有背板49，该背板设置有多个孔。穿过背板49中的孔的传入声压波可造成麦克风36所包括的振动膜(未示出)与压缩波和稀疏波的幅度成比例地移动。该移动改变了振动膜与背板49之间的距离，从而改变了电容。该电容变化又可以转换成电信号。

上述滤波器部件40可以包括设置在声管42内部的声学滤波器部件50。声学滤波器部件50可以适合于减少非线性和/或超声的灵敏度等。在声管42中，可以将声学滤波器部件50与背板49之间的距离调节得使滤波器34的滤波特性最优化。由于声学滤波器部件50可能因污染物(例如，灰尘、污垢、异物等)而被堵塞，因此可以设置保护盖52来防止污染物进入。当沿箭头所示的声音进入方向观看时，将保护盖52设置在声学滤波器部件50的上游。可以将保护盖52设计为可清洗的或易于复制的入口过滤器。