CN101129087A - 电容麦克风及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容麦克风及其封装方法。公开了一种硅基电容麦克风，该硅基电容麦克风包括：金属壳体，其作为音孔；板，其安装有MEMS麦克风芯片以及具有电压泵和缓冲器IC的ASIC芯片，并形成有用于与所述金属壳体相接合的连接图案；固定装置，用于将所述金属壳体固定到所述板上；以及粘合剂，其施加在通过所述固定装置固定到所述板上的所述金属壳体与所述板相接合的整个部分，以将所述金属壳体粘合到所述板上。因此，通过激光将金属壳体点焊到板上以将该壳体固定到该板，并随后利用粘合剂将该壳体粘合到该板上，从而降低了次品率并增强了接合力，由此提高了机械牢固性并对来自外部的噪声的高抵抗力。

Description

电容麦克风及其封装方法

技术领域

本发明涉及电容麦克风，更具体地说，涉及通过将麦克风的壳体与PCB相接合来封装电容麦克风的方法以及利用这种方法封装的电容麦克风。

背景技术

通常，在移动设备或音响设备等中广泛使用的电容麦克风包括：偏压元件；一对膜片和背板，用于形成与声压相对应地变化的电容器；以及JFET，用于对输出信号进行缓冲。这种典型的电容麦克风由组件构成，该组件是通过将振动板、间隔环、绝缘环、背板和导电环依次插入到壳体内并随后在插入安装有电路部分的PCB后将该壳体的一端朝向PCB侧弯曲而整体地组装的。

然而，在用于将壳体的端部卷起并弯曲到PCB上，同时将该壳体的端部压向PCB的卷曲工艺中，出现的问题是最终产品的形状或声学特性会受到制造工艺过程中的压力和部件的公差的影响。例如，如果在卷曲工艺中压力不足，则声压进入该壳体和PCB之间的间隙，从而使声音质量劣化。同时，如果在卷曲工艺中压力过大，则待卷曲的部分会被撕裂或者壳体内的部件会发生变形，从而在声学特性方面会出现失真现象。

为了解决这些问题，在韩国知识产权局的未审专利公报中公开了题为“TRUCTURE FOR JOINING CASE OF CONDENSER MICROPHONEAND METHOD FOR THE SAME”的韩国专利公开No.10-2004-0072099。

上述常规技术涉及具有壳体30、振动板、间隔物、背板、注模部件、连接环和板40的电容麦克风。参照图9，壳体30的开口端向外弯曲并沿着该端部以环状形成接合件31。板40的面向壳体30的接合件31的部分上形成有其上镀有导电金属的焊接区41。在将上述元件安装到该壳体中后，壳体的接合件31与板40的焊接区41接触。然后，两个电极(即，正电极和负电极)分别挤压该壳体和板，从而该壳体和板受到挤压。然后，立即将电施加给这两个电极，以使壳体的接合件和焊接区上的金属熔化，由此通过将壳体的接合件和板的焊接区焊接在一起来接合壳体和板。

然而，如果通过电焊将壳体的接合件和板的焊接区充分接合，则出现的问题是焊接时产生的热量会使壳体内的元件发生变形并产生应力，并且由于不便安装和驱动电极而难以进行焊接操作。

同时，最近针对集成微装置已经引入了利用微加工技术的半导体制造技术。根据被称为MEMS(微机电系统)的这种技术，利用应用了半导体制造工艺(特别是集成电路技术)的微加工技术能够在一个“”形单元内制造微传感器、执行器和机电结构。通过微加工技术制造的MEMS芯片麦克风具有能够通过高精度的微加工技术而获得的微型化、高性能、多功能和集成化的优点，并提高了安全性和可靠性。

因此，对于使用MEMS技术的硅基(silicon based)电容麦克风以及普通电容麦克风需要有效接合壳体和板的新的封装方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供通过将电容麦克风的壳体与板接合来封装电容麦克风的方法以及利用该方法封装的电容麦克风。

本发明的另一目的在于提供通过将麦克风的壳体固定到板上以防止在利用粘合剂接合壳体和板并随后使用粘合剂粘合它们时的壳体的运动来封装电容麦克风的方法，以及利用该方法封装的电容麦克风。

本发明的另一目的在于提供通过将金属壳体的一端点焊(tack-welding)到安装有MEMS麦克风部件的板上并随后使用粘合剂粘合它们来防止产生次品并提高粘合强度的硅基电容麦克风(其对诸如电磁波的外部噪声具有高抵抗力)，以及该硅基电容麦克风的封装方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种硅基电容麦克风，该硅基电容麦克风包括：金属壳体，其作为音孔；板，其安装有MEMS麦克风芯片和具有电压泵以及缓冲器IC的ASIC芯片，并形成有用于与金属壳体相接合的连接图案；固定装置，用于将金属壳体固定到板上；以及粘合剂，其施加在通过固定装置固定到板的金属壳体与板相接合的整个部分以将金属壳体粘合到板上。

此外，根据本发明的另一方面，提供了一种封装硅基电容麦克风的方法。该方法包括以下步骤：输入安装有MEMS芯片和ASIC芯片并形成有连接图案的板；输入金属壳体；将金属壳体对准到板的连接图案上；通过点焊将金属壳体固定到板的连接图案上；利用粘合剂粘合固定到板上的金属壳体与板相接合的整个部分；以及使粘合剂固化。

附图说明

本发明的上述和其他目的和特征将根据以下结合附图对优选实施方式的说明而变得显而易见，附图中：

图1是根据本发明的硅基电容麦克风的第一实施方式的剖面图；

图2是根据本发明的硅基电容麦克风的第一实施方式的分解立体图；

图3是示出根据本发明的硅基电容麦克风的MEMS芯片的结构的示例的图；

图4是根据本发明的硅基电容麦克风的电路图；

图5是示出根据本发明的硅基电容麦克风的封装工艺的流程图；

图6是根据本发明的硅基电容麦克风的第二实施方式的分解立体图；

图7是根据本发明的硅基电容麦克风的第三实施方式的分解立体图；

图8是根据本发明的硅基电容麦克风的第四实施方式的分解立体图；

图9是示出连接端子形成在根据本发明的PCB的部件侧的第六实施方式的剖面图；以及

图10是示出封装常规电容麦克风的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。

[实施方式1]

图1是根据本发明的第一实施方式的剖面图，图2是根据本发明的第一实施方式的分解立体图，图3是示出根据本发明的硅基电容麦克风的MEMS芯片的结构的示例的图，图4是根据本发明的硅基电容麦克风的电路图。

根据第一实施方式，如图1和2所示，利用激光将圆筒形金属壳体110点焊到安装有MEMS芯片10和ASIC芯片20的PCB 120上，随后使用粘合剂140粘合壳体110和PCB 120。这里，粘合剂140是从导电环氧树脂、非导电环氧树脂、银膏、硅、氨基甲酸酯树脂(urethane)、丙烯(acryl)和焊糊的组中选择的任意一种。

参照图1和图2，PCB 120安装有MEMS芯片10和ASIC芯片20，并在其与金属壳体110相接触的部分上形成有圆形连接图案121。同时，虽然在图中未示出，但是如果有必要的话，PCB可以安装有电容器或电阻器以屏蔽电磁波或ESD。

由于PCB 120比金属壳体110宽，所以可以在PCB板上随意设置用于与外部装置相连接的连接焊盘或连接端子。可以通过普通PCB制造工艺形成覆铜箔膜(copper clad)并随后对该覆铜箔膜镀Ni或Au来形成连接图案121。这里，板120可以是PCB、陶瓷板、FPCB或金属PCB。

金属壳体110为圆筒形，该圆筒形具有面向PCB 120以在其中容纳芯片部件的开口，其中金属壳体110的上表面形成有用于采集声音的音孔112。金属壳体110由选自黄铜、铜、不锈钢、铝、镍合金等的组中的任意一种制成。此外，金属壳体110可以镀有Au或Ag。金属壳体110可以是诸如圆形、方形等的各种形状。

金属壳体110被对准到PCB 120的连接图案121上，并随后利用激光(未示出)部分地点焊金属壳体110和PCB 120的连接图案121之间的连接部分的点焊点，以将壳体110临时地固定到板120。然后，将粘合剂140均匀地施加到壳体和板之间的整个连接部分上，从而完成麦克风封装。这里，“点焊”并不表示焊接壳体110和PCB 120之间的整个连接部分，而是表示点焊(spot welding)壳体110和PCB 120之间的一个或更多个连接点(即点焊点，优选地是两个到四个点)，从而将壳体110固定到PCB 120上。这样，通过点焊而在壳体110和PCB 120之间形成的接合点被称为点焊点130。壳体110通过点焊点130固定到PCB 120上。因此，由于在通过粘合剂140将壳体110粘合到PCB 120上时或在固化工艺时壳体110不会移动，所以可以在正确的位置进行壳体110和PCB120的接合。这里，连接图案121与接地端子125相连接，其中，如果金属壳体110粘合到连接图案121，则具有的优点是通过阻断来自外部的噪声而易于消除噪声。

根据如上所述封装的麦克风组件，如图1所示，利用激光的点焊将金属壳体110固定到PCB 120的连接图案121上，其中金属壳体110和PCB 120之间的空间150用作声室。

此外，PCB 120形成有用于与其底面上的外部装置相连接的连接端子123和125，其中连接端子123和125的数量可以是两个至八个。连接端子123和125中的每一个都通过通孔124电连接到PCB的芯片部件的表面。具体地说，在本发明的实施方式中，如果将连接端子123和125延伸到PCB 120的周边，则电烙铁接近该端子的暴露表面，从而易于进行再加工操作。

如图3所示，MEMS芯片10具有如下结构：通过使用MEMS技术在硅片14上形成背板13，并随后将振动膜11形成为面向背板13并且在振动膜11和背板13之间插入有间隔物12。由于MEMS芯片10的这种制造工艺是公知的，因此省略对其的进一步说明。

如图4所述，与MEMS芯片10相连接以处理电信号的ASIC芯片20包括：电压泵22，用于提供电压以使MEMS芯片10作为电容麦克风进行操作；以及缓冲器IC 24，用于放大通过MEMS芯片10感测到的电声信号或对感测到的电声信号进行阻抗匹配(impendence matching)，从而通过连接端子向外部提供经处理的信号。这里，电压泵22可以是DC-DC转换器，并且缓冲器IC 24可以采用模拟放大器或ADC。参照图4，电容器符号“CO”表示用于MEMS芯片10的电平衡电路。这里，MEMS麦克风封装100通过三个连接端子(Vdd、GND、Output(输出))连接到外部装置。

根据本发明的实施方式，利用激光焊接来进行用于将壳体110固定到PCB 120上的点焊。然而，可以通过其他方法来进行点焊，例如锡焊或冲压(punching)。此外，粘合剂140可以采用导电环氧树脂或非导电环氧树脂系列、银膏、硅、氨基甲酸酯树脂、丙烯和焊糊等中的任何一种。

[封装方法]

图5是示出根据本发明的硅基电容麦克风的封装工艺的流程图。

如图5所述，根据本发明的硅基电容麦克风的封装方法包括以下步骤：输入板(S1)；在板120上安装MEMS部件10和ASIC芯片20(S2)；输入金属壳体(S3)；将壳体110对准到板120的连接图案121上(S4)；通过点焊将壳体110的端部固定到板的连接图案121上(S5)；在将壳体110固定到板120上之后，将粘合剂140施加在壳体110接触板120的整个部分上，以粘合壳体110和板120(S6)；以及使粘合剂140固化(S7)。

这里，板120可以是PCB、陶瓷板、FPCB或金属PCB。板120形成有用于与金属壳体110相连接的连接图案121。

金属壳体110由选自黄铜、铜、不锈钢、铝、镍合金等的组中的任意一种制成。此外，金属壳体110可以镀有Au或Ag。金属壳体110可以是诸如圆形、方形等的各种形状。

此外，在将金属壳体110固定到板120的步骤S5中，可以通过激光焊或锡焊来进行点焊。此外，可以通过冲压等来进行固定操作。粘合剂140可以采用导电环氧树脂或非导电环氧树脂系列。在利用粘合剂粘合壳体110和板120之后，通过自然固化、紫外线固化、热固化等中的任意一种使粘合剂固化，以完成麦克风的制造。

根据本发明的封装方法，利用激光将金属壳体110点焊到板120上以将金属壳体110固定到板120上，并随后利用粘合剂140将壳体110粘合到板120上，并最后使粘合剂140固化，从而加强了接合力(即，电连接力和密封性能)。结果，提高了声音质量，并且麦克风对于来自外部的噪音具有高抵抗力。具体地说，降低了次品产生率并节省了工艺费用，从而显著降低了总的制造成本。

[实施方式2]

图6是根据本发明的第二实施方式的分解立体图，其中通过激光将长方体形金属壳体210点焊到PCB 220上以将该壳体固定到PCB上，然后利用粘合剂将该壳体粘合到PCB上，并最后使粘合剂固化。

参照图6，PCB 220安装有MEMS芯片10和ASIC芯片20，并在其与金属壳体210相接触的部分上形成有矩形连接图案221。连接图案221通过普通PCB图案形成技术由覆铜箔膜制成。

金属壳体210为长方体形，并具有面向PCB 220的开口，其中其上表面形成有用于采集声音的音孔212。

金属壳体210被对准到PCB 220的连接图案221上，然后如图6所示，通过利用激光(未示出)焊接连接图案221的各个部分的一个连接点来形成点焊点130。然后，将粘合剂140均匀地施加在壳体和板之间的整个连接部分上，并随后使粘合剂140固化来完成麦克风封装。这里，连接图案221与接地端子相连接，其中，如果金属壳体210焊接到连接图案221，则具有的优点是其自身通过阻断从外部采集的噪声而易于消除噪声。

由于如上所述进行封装的麦克风组件具有与图1中所示的组件相同的结构，因此将省略进一步的说明以避免重复。

[实施方式3]

图7是根据本发明的第三实施方式的分解立体图，其中利用激光将圆筒形金属壳体110′(其形成有从该壳体的一端突出的“”形裙边(skirt)116)点焊到PCB 120上以将该壳体固定到该PCB上，随后利用粘合剂将该壳体粘合到该PCB上，最后使粘合剂固化。

参照图7，PCB 120安装有MEMS芯片10和ASIC芯片20，并在其与金属壳体110′相接触的部分上形成有圆形连接图案121。由于PCB120比金属壳体宽，所以用于与外部装置连接的连接焊盘或连接端子可以随意地设置在PCB板上。优选的是，通过普通PCB制造工艺形成覆铜箔膜并随后在对该覆铜箔膜镀Ni或Au来形成连接图案121。此外，优选的是，根据第三实施方式的连接图案121的宽度大于第一实施方式的连接图案的宽度以与金属壳体的裙边116相对应。

金属壳体110′为圆筒形，该圆筒形具有面向PCB 120的开口，其中金属壳体110′的上表面形成有用于采集声音的音孔112。壳体主体114在其端部形成有向外突出的裙边116。

金属壳体110′的裙边116被对准到PCB 120的连接图案121上，然后利用激光(未示出)将壳体110′点焊到板120上以将该壳体固定到该板上。随后，利用粘合剂140将壳体110′粘合到板120上以完成麦克风封装。

[实施方式4]

图8是根据本发明的第四实施方式的分解立体图，其中利用激光将长方体形金属壳体210′(其形成有从该壳体的一端突出的“”形裙边216)点焊到PCB 220上以将该壳体固定到该PCB上，随后利用粘合剂将该壳体粘合到该PCB上，并最后使粘合剂固化。

参照图8，PCB 220安装有MEMS芯片10和ASIC芯片20，并在其与金属壳体210′相接触的部分上形成有矩形连接图案221。由于PCB220比金属壳体210′宽，所以用于与外部装置连接的连接焊盘或连接端子可以随意地设置在PCB板上。优选的是，通过普通PCB制造工艺形成覆铜箔膜并随后对该覆铜箔膜镀Ni或Au来形成连接图案221。优选的是，根据第四实施方式的连接图案221的宽度大于第二实施方式的连接图案的宽度以与金属壳体210′的主体214的裙边216相对应。

金属壳体210′为长方体形，该长方体形具有面向PCB 220的开口，其中金属壳体210′的上表面形成有用于采集声音的音孔212。壳体主体14在其端部形成有向外突出的裙边216。

金属壳体210′的裙边216被对准到PCB 220的连接图案221上，然后利用激光(未示出)将壳体210′点焊到板220上以将该壳体固定到该板上。然后，利用粘合剂140将壳体210′粘合到板220上以完成麦克风封装。

[实施方式5]

图9是示出形成根据本发明的硅基电容麦克风的第五实施方式的剖面图。

根据本发明的第五实施方式的硅基电容麦克风，通过点焊将圆筒形金属壳体110固定到比该壳体宽的板120上，然后利用粘合剂将该壳体粘合到该板上。该板形成有与产品的在其部件侧120a上具有麦克风的主PCB 310的连接焊盘320相连接的连接端子122。在本发明的第六实施方式中，设置了四个连接端子，但是该数量仅仅是示例。即，可以设置两个到八个连接端子。标号130表示点焊点。此外，如果将连接端子122延伸到板的周边或该部件侧的相反侧，则可以改善电烙铁的热传递，从而可以更方便地进行再加工操作。

安装有根据第六实施方式的硅基电容麦克风的产品的主PCB 310形成有圆形插入孔310a，用于安装硅基电容麦克风的壳体110和与形成在麦克风的板120上的连接端子122相对应的连接焊盘320。

这样，根据图9示出的硅基电容麦克风安装在主PCB 310上的结构，从板的部件侧120a的中央部分突出的金属壳体110被插入到主PCB 310的插入孔310a中，并且利用焊锡330连接主PCB的连接焊盘320和麦克风的连接端子122。

因此，根据本发明的安装方法，由于从麦克风的板突出的壳体110被插入到主PCB 310的插入孔310a中，所以根据本发明的组件的总高度t小于常规麦克风(该常规麦克风的板在其部件侧的相反侧上形成有连接端子)的组装的组件的高度，从而有效地节省了用于安装产品的部件的空间。

再次参照图9，板120在硅基电容麦克风的金属壳体内安装有MEMS芯片10和ASIC芯片20，并在其与金属壳体110相接触的部分上形成有圆形连接图案121。

这里，板120可以选自PCB、陶瓷板、FPCB、金属PCB等。金属壳体形成有用于采集声音的音孔。金属壳体由选自黄铜、铜、不锈钢、铝、镍合金等的组中的任意一种材料制成。此外，金属壳体可以镀有Au或Ag。

此外，如图9所示，如果将连接端子122穿过周边部分延伸到部件侧的相反侧，则可以改善电烙铁的热传递，从而可以更容易地进行再加工操作。同时，虽然在图中未示出，但是连接端子122可以向上延伸到板的周边部分。

在根据本发明的上述实施方式中，提供了硅基电容麦克风作为示例。然而，本发明也适用于具有如下结构的典型电容麦克风，该结构是通过将振动板、间隔环、绝缘环、背板和导电环依次插入到壳体内并随后将该壳体与安装有电路部件的PCB相接合而整体地组装的。

工业适用性

如前所述，通过激光将金属壳体点焊到板上以将该壳体固定到该板上，并随后利用粘合剂将该壳体粘合到该板上，从而降低了次品率并增强了接合力，并由此提高了机械牢固性并且对来自外部的噪声具有高抵抗力。结果，节省了工艺费用，从而显著降低了总的制造成本。

此外，去除了用于接合金属壳体与PCB的常规的卷曲工艺，并利用粘合剂将金属壳体接合到安装有电容麦克风部件的PCB上，从而提高了壳体和PCB之间的导电性，并且还通过密封该壳体以使来自外部的声压不能进入该壳体而提高了声音特性。

此外，由于PCB的形状不受壳体大小的限制，所以可以随意地设计在麦克风中使用的PCB，从而形成各种形状的端子。此外，可以进行组装工作而不需要在卷曲工艺中施加的物理力，所以可以采用更薄的PCB。结果，减小了产品的高度，从而能够制造更薄的麦克风。

Claims (14)

1.一种硅基电容麦克风，该硅基电容麦克风包括：

金属壳体，其作为音孔；

板，其安装有MEMS麦克风芯片以及具有电压泵和缓冲器IC的ASIC芯片，并形成有用于与所述金属壳体相接合的连接图案；

固定装置，用于将所述金属壳体固定到所述板上；以及

粘合剂，其施加在通过所述固定装置固定到所述板上的所述金属壳体与所述板相接合的整个部分，以将所述金属壳体粘合到所述板上。

2.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述固定装置是通过激光焊接或锡焊而形成的点焊点。

3.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述粘合剂是从导电环氧树脂、非导电环氧树脂、银膏、硅、氨基甲酸酯树脂、丙烯和焊糊的组中选择的任意一种。

4.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述金属壳体为圆筒形或长方体形中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的硅基电容麦克风，其中，所述金属壳体的一端部为直线形。

6.根据权利要求4所述的硅基电容麦克风，其中，所述金属壳体的一端部为裙边形，该裙边形是通过将该端部向外弯曲而形成的。

7.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述板是从PCB、陶瓷板、FPCB和金属PCB的组中选择的任意一种。

8.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述金属壳体由从黄铜、铝和镍合金的组中选择的任意一种材料制成。

9.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述板形成有用于与安装有所述金属壳体的一侧的相反侧上的外部电路相连接的连接端子。

10.根据权利要求1所述的硅基电容麦克风，其中，所述板形成有用于与安装有所述金属壳体的一侧上的外部电路相连接的连接端子。

11.一种封装硅基电容麦克风的方法，该方法包括以下步骤：

输入安装有MEMS芯片和ASIC芯片并形成有连接图案的板；

输入金属壳体；

将所述金属壳体对准到所述板的所述连接图案上；

通过点焊将所述金属壳体固定到所述板的所述连接图案上；

利用粘合剂粘合固定到所述板上的所述金属壳体与所述板相接合的整个部分；以及

使所述粘合剂固化。

12.根据权利要求11的方法，其中，所述金属壳体为圆筒形或长方体形中的任意一种。

13.根据权利要求11的方法，其中，通过激光焊接或锡焊中的任意一种来进行所述点焊操作。

14.根据权利要求11的方法，其中，所述粘合剂是从导电环氧树脂、非导电环氧树脂、银膏、硅、氨基甲酸酯树脂、丙烯和焊糊的组中选择的任意一种。

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