CN100512511C - 封装硅传声器的微型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种封装硅传声器的微型装置，由金属帽和基座组成；其金属帽下周沿和基座上表面固接，且导电相连，形成屏蔽空腔；微机电系统传感器芯片、IC芯片和电容固定在基座上，位于屏蔽腔内；金属帽上面或者侧面有声孔，基座上面有声腔。本发明硅传声器微型封装，是一种简单易行的封装，包括很少的工艺步骤，可有效节约成本。因采用单层金属帽和薄基座，可降低封装高度，有效地减小封装体积，满足当前蓝牙、助听器、手机等产品不断小型化的需求。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统(MEMS)传感器封装，特别涉及硅微传声器芯片封装。
背景技术
微机电系统(MEMS)传感器是把物理信号比如压力、光、声等转换成电信号的装置。随着微机电系统(MEMS)技术的发展，许多微机电系统(MEMS)传感器芯片开发获得成功。为了保护易碎芯片、与外界电路系统连接以及减小外界干扰，芯片必须封装。微机电系统(MEMS)封装是微机电系统(MEMS)芯片开发后的又一技术瓶颈，其封装延用集成电路(IC)以及分离器件封装的基本设备和技术，但微机电系统(MEMS)传感器芯片上有敏感结构，使其封装也有自身的要求和特点。目前，微机电系统(MEMS)主要封装形式有金属封装、陶瓷封装和塑料封装三种。
硅传声器是一种微机电系统(MEMS)传感器，有关芯片技术的文献报导和专利很常见，但封装方面文献和专利报导较少。美国专利(No.6781231B2)申请的封装结构由基座和盖子组成，形成一个腔体，来保护MEMS、IC以及电容，其中盖子为多层结构，基座为多层PCB结构。
美国的另一个专利(No.2002/0102004A1)申请的硅传声器封装结构同时采用多层PCB结构作基座和盖子，形成腔体结构。
发明内容
本发明提供了一种用于微机电系统(MEMS)的硅传声器芯片微型封装，这种封装体积小、成本低、适合大批量生产。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种硅传声器微型封装，由金属帽和基座组成；其金属帽下周沿和基座上表面固接，且导电相连，形成屏蔽空腔；微机电系统传感器芯片、IC芯片和电容固定在基座上，位于屏蔽腔内；金属帽上面或者侧面有声孔，基座上面有声腔。
所述的封装，其所述金属帽形状为方形、圆形或多边形，其下周沿有折边，折边下表面与基座上表面固接，且导电相连。
所述的封装，其所述金属帽和基底导电相连，是采用导电胶粘接，或焊料焊接，或激光焊接，或超声焊接，或电阻焊焊接方法形成导电接触。
所述的封装，其所述声孔，至少为一个。
所述的封装，其所述声孔上覆盖有保护密网，保护密网为金属材料或有机材料制作，是通过粘接、点焊工艺实现与金属帽的连接。
所述的封装，其所述金属帽的内壁有一绝缘层，绝缘层采取喷涂、沉积方法实现。
所述的封装，其所述基座的形状为方形、圆形或者多边形，其从上而下由数个上表面电极，环氧树脂玻璃纤维板(FR4)层，金属屏蔽层，柔性材料层，数个下表面电极构成，在FR4层上表面周边有环状屏蔽电极，屏蔽电极通过过孔与金属屏蔽层电连接；屏蔽电极所围内部，有一孔状声腔，孔状声腔位于微机电系统传感器芯片下方，以及有数个引线电极，引线电极通过过孔与下表面电极电连接；金属屏蔽层通过过孔与下表面电极电连接；
环状屏蔽电极上表面与金属帽下周沿折边下表面固接。
所述的封装，其所述引线电极，为基座与硅微传声器芯片、IC芯片和电容电连接的端点；下电极，是硅传声器与其应用系统连接的端点；孔状声腔，其孔口形状为方形、圆形或多边形。
所述的封装，其所述金属帽，采用铜、不锈钢、铝、德国银或合金制作，其外表面上镀有一层金。
本发明采用单层金属帽与基座结合，形成屏蔽腔。在金属帽上制作折边，可在减薄金属帽厚度情况下不减小金属帽与基座的接触面积；在金属帽上制作声孔以及声孔保护网，来满足声学测量要求的同时避免环境影响；基座采用一层FR4、一层柔性材料(FPC)以及金属层压制而成，可有效地减小基座厚度；基座上制作声腔，来满足传声器正常工作时的要求。
本发明是一种简单易行的封装，包括很少的工艺步骤，可有效节约成本。本发明采用单层金属帽和薄基座，可降低封装高度，有效地减小封装体积，满足当前蓝牙、助听器、手机等产品不断小型化的需求。
附图说明
图1本发明硅传声器微型封装剖面结构示意图；
图2a本发明中金属帽剖面结构示意图；
图2b本发明中金属帽的俯视图；
图3a本发明中声孔保护层示意图；
图3b本发明中金属帽上制作多声孔示意图；
图4本发明中金属帽内壁制作绝缘层示意图；
图5a本发明中基座结构剖面图；
图5b本发明中方形基座俯视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明硅传声器微型封装提出的封装结构11由金属帽12和基座13组成。金属帽12和基座13导电相连，形成电磁屏蔽腔30，从而保护其内部封装的硅微传声器芯片15、IC芯片16以及电容17不受外界电磁干扰的影响。在金属帽12的上面或者侧面有一个或者多个小孔14；基座上有一个声腔18，这些结构可保证硅传声器工作时的声学要求。
图2a、b分别为金属帽12的剖面图和俯视图。金属帽12的边缘被折起，形成小折边19，折边可采用拉伸、冲压工艺实现。折边可使金属帽12和基座13有足够大的接触面积，从而形成牢固的封装。金属帽12—般采用铜、不锈钢、铝、德国银或者是一种合金比如Cu/Ni合金，为了增加金属帽表面活性，可在金属帽上镀一层金。金属帽12顶端或者侧面制作出一个或者多个小孔14，作为接收声音信号入口。如图3a所示，为了阻挡水汽、油滴、尘埃等由小孔进入屏蔽腔30内，可在小孔14的上面覆盖一层密网20作为保护层，密网可以是金属材料，也可以是有机材料，覆盖密网可以通过粘接、点焊等工艺实现；或者如图3b，制作一系列的小孔14，同时把小孔的尺寸做小，小孔密度做大，直接充当密网。
如图4所示，在金属帽12的内壁制作绝缘层32，绝缘层采取喷涂、沉积等方法实现，可有效避免内部变形引线可能与金属帽12发生的短路。
微机电系统(MEMS)的硅微传声器芯片15，IC芯片16以及电容17固定在基座13上，被包在屏蔽腔30内。基座13的形状与金属帽12的形状相对应，为方形、圆形或者多边形。如图4a、b所示，基座13结构采用一层FR422和一层柔性材料(FPC)23压制而成，FPC和FR4相比，可以制作的厚度很薄。它们中间有一层金属屏蔽层24，金属屏蔽层24是一层复合金属层。FR4层22的上表面有引线电极25和屏蔽电极26，引线电极25为实现基座13与硅微传声器芯片15、IC芯片16以及电容17电学连接的端点；屏蔽电极26通过过孔27，与金属屏蔽层24相连。柔性材料(FPC)层23的下表面电极31是硅传声器与其应用系统连接的端点，包括“输入”电极、“输出”电极及“地”电极。基座上表面上层引线电极25通过过孔28与其下表面的电极31相连；金属屏蔽层24通过过孔29与“地”电极相连，实现接地屏蔽。在基座上打孔，打穿FR4层22，形成声腔18，声腔18的位置在微机电系统(MEMS)器件的下方，开孔形状为方形、圆形以及多边形。
金属帽12与基座屏蔽电极26连接可以通过导电胶粘接、焊料焊接、激光焊接、超声焊接以及电阻焊焊接方法实现。
Claims (8)
1.一种封装硅传声器的微型装置，由金属帽和基座组成；其特征在于，
金属帽下周沿和基座上表面固接，且导电相连，形成屏蔽空腔；微机电系统传感器芯片、IC芯片和电容固定在基座上，位于屏蔽腔内；金属帽上面或者侧面有声孔，基座上面有声腔；
所述基座的形状为方形、圆形或者多边形，其从上而下由数个上表面电极，环氧树脂玻璃纤维板层，金属屏蔽层，柔性材料层，数个下表面电极构成，上表面电极包括屏蔽电极和引线电极；在环氧树脂玻璃纤维板层上表面周边有环状屏蔽电极，屏蔽电极通过过孔与金属屏蔽层电连接；屏蔽电极所围内部，有一孔状声腔，孔状声腔位于微机电系统传感器芯片下方，以及有数个引线电极，引线电极通过过孔与下表面电极电连接；金属屏蔽层通过过孔与下表面电极电连接；
环状屏蔽电极上表面与金属帽下周沿下表面固接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属帽形状为方形、圆形或多边形，其下周沿有折边，折边下表面与基座上表面固接，且导电相连。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述金属帽和基座导电相连，是采用导电胶粘接，或焊料焊接，或激光焊接，或超声焊接，或电阻焊焊接方法形成导电接触。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声孔，至少为一个。
5.如权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述声孔上覆盖有保护密网，保护密网为金属材料或有机材料制作，是通过粘接、点焊工艺实现连接。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属帽的内壁有一绝缘层，绝缘层采取喷涂、沉积方法实现。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引线电极，为基座与硅微传声器芯片、IC芯片和电容电连接的端点；下表面电极，是硅传声器与其应用系统连接的端点；孔状声腔，其孔口形状为方形、圆形或多边形。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述金属帽，采用铜、不锈钢、铝、德国银或合金制作，其外表面上镀有一层金。
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