CN101150886A - 微机电麦克风的封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

一种微机电麦克风封装结构250，包括：基板230、微机电麦克风芯片202、声波腔罩212，及封装体240。基板230具有连接垫231。微机电麦克风芯片202，电性耦接至基板230的连接垫231。微机电麦克风芯片202具有一个声波感测转换部202a，用以感测声波。声波腔罩212，固定至微机电麦克风芯片202，罩住且不接触声波感测转换部202a，以定义出一个声波腔体空间。声波腔罩212具有开口213，供声波进出声波腔体空间。封装体240包覆基板230、微机电麦克风芯片202，及声波腔罩212，并露出声波腔罩212的表面212a，且被露出的声波腔罩212的表面212a与封装体240的表面240a齐平。

Description

微机电麦克风的封装结构及封装方法

技术领域

本发明涉及一种关于微机电麦克风的封装结构及其封装方法。

背景技术

随着全球通讯个人化与普及化的潮流影响，人手一机或多机的状况已是一个见怪不怪的现象。连刚就学的小学学童，也因为亲子联系的需求，而使得手机的消费族群年龄，大幅地将低至未满十岁的儿童。

又，根据拓墣产业研究所在2005年九月的调查报告中指出，全球在2005年的手机出货数目约为7.6亿支，且手机用户数将达16.85亿户。拓墣也同时预计2009年时，全球手机用户将可高达22.36亿户。因此，可见手机的应用市场规模实在不可轻忽。

随着对影音功能的需求增加，目前，在全球手机上，除了通话必需的麦克风外，还会为了摄影功能另外再配备一个麦克风，以符合实际使用上的方便。因此，对麦克风的需求渐增。

微机电麦克风不仅厚度薄、体积小，还可通过回流焊接(solder reflow)进行表面安装工艺，可有效地减少组装成本。因此，为了应付手机等的体积小与成本低的要求，微机电麦克风正在逐步地占领原有电容式麦克风(ECM，Electric Condenser Microphone)的市场。

另外，由于微机电麦克风有低耗电量(160μA)的先天优势，相较于电容式麦克风来说，其耗电量约为电容式麦克风的1/3而已，对于有限储电量的手机应用而言，此省电的优点也是促使以微机电麦克风取代电容式麦克风一个显著的推手。

在其它配备麦克风的产品方面，微机电麦克风也有扩大需求的趋势。例如，目前也在微型硬盘或闪存(flash memory)携带型随声听和数码相机等携带型产品上，采用微机电麦克风。因此，未来微机电麦克风在电子应用领域上，占有可观的市场占有率。

以现有的微机电型麦克风而言，请参照图1，其绘示现有楼氏(Knowles)的微机电麦克风模块结构的剖面图。

微机电麦克风芯片10与逻辑芯片20电性耦接至底板30。利用导电胶32，依序堆栈支撑环40和顶板50于底板30上，以构成一个声波腔体空间V1(见图2)。在微机电麦克风芯片10上具有声波感测转换部12，且在顶板50上具有开孔52，允许声波的进出并传达到声波腔体空间V1，以供声波感测转换部12感测声波之用。在声波腔体空间V1中，在逻辑芯片20上，利用点胶工艺，封上液态封胶34(liquid compound)，以保护逻辑芯片20与其对底板30的接点。此液态封胶34不可以点胶到微机电麦克风芯片10上，因为，一旦点胶到微机电麦克风芯片10上，液态封胶34就可能流至声波感测转换部12上，而影响此微机电麦克风模块的性能。

再请参照图3，其绘示另一现有技术，美国专利US 6,781,231 B2的微机电麦克风模块结构的剖面图。

其采用ㄇ型导电外罩120。外罩120中间有音孔144。外罩120可为一体成型或两阶段叠合的组合体。外罩120是用来保护其下方的微机电麦克风芯片110与逻辑元件112。导电外罩120与其下方所有元件间并无填充任何材料，也就是说，导电外罩120下方所有的其余空间，皆可作为声波传输空间(声波腔体体积V2，见图4)。

在模块构装方面，一体成型导电外罩120与下方基板114的密封接合，是单体单次采用黏胶或焊锡来组装；两阶段叠合的导电外罩125a、125b，则式依序单个取置并两阶段接合。另外，在封装内连线的(electricalinterconnection)的焊线部分，则是利用单体点胶的方式，以液态的环氧树脂，个别点覆(dispensing)于构装焊线的区域，再经加温硬化的工艺固化环氧树酯，达到保护焊线的目的。

同样地，基于上述理由，点胶保护也无法扩及微机电麦克风芯片。

也因为这样，在现有技术中，微机电麦克风芯片是位在声波腔体空间之中，没有受到封胶的保护，其衍生的缺点如下：

(1)若此微机电麦克风模块掉落到地上(例如手机摔至地下)，因微机电麦克风芯片的焊线接点未受填胶保护，有可靠性的疑虑。

(2)外界湿气易从开孔(音孔)进入，影响对基板的接点等，使模块的信赖性下降。

发明内容

为解决上述问题点，本发明的目的之一是提出一种微机电麦克风封装结构，包括：基板，具有连接垫；微机电麦克风模块，电性耦接至基板的连接垫，微机电麦克风芯片具有声波感测转换部；声波腔罩，固定至微机电麦克风芯片，罩住且不接触声波感测转换部，以定义出声波腔体空间，声波腔罩具有一开口，供声波进出声波腔体空间；以及封装体，包覆基板、微机电麦克风模块，及声波腔罩，并露出声波腔罩的表面，且被露出的声波腔罩的表面与封装体的表面齐平。

通过“封装体包覆基板、微机电麦克风”的特征，可充分保护微机电麦克风芯片与其接点，降低外在震动与环境湿气造成的影响。且通过“封装体包覆声波腔罩，并露出声波腔罩的表面”的特征，仍可保留声波腔体供声波传递用。

通过“声波腔罩固定至微机电麦克风芯片，罩住且不接触声波感测转换部，以定义出声波腔体空间”的特征，使得定义出的声波腔体空间较现有为小，因而可提高抑制频率，使声波的感测范围变广。

又，通过“封装体”取代掉现有的顶板和支撑环的结构，可大幅缩小模块体积，又可免去涂布层间导电胶的相关流程。或通过“封装体”取代掉全罩式外罩的结构，也可大幅缩小模块体积。

本发明的又一目的在于提供一种微机电麦克风的封装方法，包括：提供具有多个微机电麦克风芯片的晶片，每一微机电麦克风芯片具有声波感测转换部；提供至少一个声波腔罩；将声波腔罩接合至晶片上，使得声波腔罩固定于微机电麦克风芯片上，罩住且不接触声波感测转换部；切割该晶片以分离该些微机电麦克风芯片，获得多个模块单元，每一模块单元包括微机电麦克风芯片及固定于微机电麦克风芯片上的声波腔罩；提供具有多个模块区域的基板，此些模块区域具有连接垫；将模块单元电性耦接至基板的模块区域的连接垫；以封胶材料形成封装体，包覆基板、模块单元，并露出声波腔罩的一表面，使封装体的表面与被露出的声波腔罩的表面齐平；以及进行一单体化步骤，依照该些模块区域切割该封装体及基板，以获得多个微机电麦克风的封装结构。

通过“将具有多个微机电麦克风芯片的晶片同时与多个声波腔罩相接合”，可一次将多个声波腔罩固定至多个微机电麦克风芯片、可将各元件一次同时加工，省去现有外罩单体单次的组装步骤。

通过“以封胶材料形成封装体，包覆基板、模块单元”的特征，可利用成熟的模成型加工方法，例如，树脂转移成型法，一次封好并保护好整批的微机电麦克风芯片，及其接点，免去现有逐个点胶保护的费时。况且此工艺技术已成熟，成品率高，还能够增加产能与降低制造成本。

在上述微机电麦克风封装结构中，微机电麦克风芯片，亦可为一系统芯片，由微晶电麦克风芯片与逻辑芯片整合而成。通过此特征，可进一步缩小封装体积。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示现有楼氏(Knowles)的微机电麦克风模块结构的剖面图。

图2绘示图1的微机电麦克风模块结构的声波腔体。

图3绘示另一现有技术的微机电麦克风模块结构的剖面图。

图4绘示图3的微机电麦克风模块结构的声波腔体。

图5～图14绘示依照本发明第1实施例的微机电麦克风的封装方法的工艺流程。

图15绘示依照本发明第2实施例的微机电麦克风的封装结构。

图16绘示依照本发明第3实施例的微机电麦克风的封装结构。

图17绘示晶片的平面示意图。

图18绘示图10的立体视图。

图19绘示依照本发明第1实施例的的微机电麦克风的封装结构中的声波腔体。

简单符号说明

10、110、202：微机电麦克风芯片

12、202a：声波感测转换部

30：底板

32：导电胶

34：液态封胶

40：支撑环

50：顶板

52：开孔

112：逻辑元件

114：基板

120、125a、125b：导电外罩

144：音孔

200：晶片

204：逻辑芯片

212：声波腔罩

212a：声波腔罩的表面

213：开口

214：背胶

220：模块单元

230：基板240：封装体

240a：封装体的表面

250：微机电麦克风封装结构

302：系统芯片

具体实施方式

[第1实施例]

以下参照图5～图14说明依照本发明第1实施例的微机电麦克风的封装方法。

请同时参照图5、图17，其中图17绘示晶片的平面示意图，图5绘示图17的侧视剖面图。

提供一晶片200。在晶片200的表面具有多个微机电麦克风芯片202。每一微机电麦克风芯片202具有至少一焊垫(bonding pad)203，见图5，每一个微机电麦克风芯片202仅绘示出一个焊垫203作为例示，及用以感测声波的一声波感测转换部202a。

参照图7，提供至少一个声波腔罩212，在此并不限定声波腔罩212的材料，基本上可为导体材料、一般防射频干扰材料或防电磁干扰材料等。声波腔罩212具有至少一开口213。

将声波腔罩212接合至晶片200上，接合方法例如为黏着或焊接等。使得每一个声波腔罩212固定于每一微机电麦克风芯片202上。声波腔罩212罩住声波感测转换部202a但不接触声波感测转换部202a，以定义出一声波腔体空间V3(见图19，其腔体不受限于图示形状)。声波腔罩212的开口213，是供声波进出声波腔体空间V3之用。

在此并不限定使声波腔罩212接合至微机电麦克风芯片202上的方法，依照本发明的精神，只要能使声波腔罩212固定至微机电麦克风芯片202上即可，例如可以加热晶片200，并将声波腔罩212下压至晶片200上，使两者接合。当然，上述将声波腔罩212接合至晶片200上时，可一次接合一个声波腔罩212，也可一次接合多个声波腔罩212。

接着，参照图8，切割晶片200，以分离此些微机电麦克风芯片202，并获得多个模块单元220(见图9)。每一模块单元220包括一微机电麦克风芯片202及固定于此微机电麦克风芯片202上的声波腔罩212。

请同时参照图10、图18，其中图10绘示基板的平面示意图，图18绘示图10的立体视图。

提供一基板230。此基板230是用于承载后述的电子元件和连接元件之用，与例而言，可为塑料基板、陶瓷基板甚至是软板(软性电路板，FlexiblePrint Circuitry)皆可。在本实施例中，采用的基板230是以PCB为例，其具有多个模块区域230a，其上形成有一或多个连接垫231，用以与后述的电子元件电性耦接。然而，依照本发明精神可知，基板230并不限于PCB，只要是能作为承载与电性耦接电子元件用途者皆可。

参照图11，提供一逻辑芯片204，每一逻辑芯片204具有至少一焊垫233，图中仅在每一个逻辑芯片204上绘示出一个焊垫233作为例示。将此些模块单元220及逻辑芯片204电性耦接至基板230的模块区域230a的连接垫231。具体而言，作为上述的电性耦接方式的例子之一，是将微机电麦克风芯片202的焊垫203直接电性耦接至基板230的连接垫231，将逻辑芯片204的焊垫233直接电性耦接至基板230的连接垫230，如图11所示。然而，图11仅为一例示，并非用以限定本发明，上述模块单元220的微机电麦克风芯片202电性耦接至基板230的连接垫231也可以通过以下方式达成：将微机电麦克风芯片202的焊垫203电性耦接(例如打线)至逻辑芯片204的焊垫233，再透过逻辑芯片204的焊垫233电性耦接(例如打线)至基板的连接垫231(此一耦接方式的例子虽未绘示在第1实施例图中，但在后述的第2实施例的图15可看到其例示之一)。

参照图12，以一封胶材料形成封装体240，包覆基板230、模块单元220、逻辑芯片204，并露出声波腔罩212的表面212a，并利用预定的模具形状，使封装体240的表面240a与被露出的声波腔罩212的表面212a齐平。此封胶材料为封装工艺所惯用，举例而言可为环氧树脂等的树脂材料。

参照图13，进行一单体化(singulation)步骤，依照模块区域230a切割并分离封装体240及基板230，以获得多个微机电麦克风的封装结构250(见图14)。

在本实施例中，虽是将微机电麦克风芯片与逻辑芯片一同包覆于封装体内，然而，依照本发明的精神可知，也可以将逻辑芯片置于本封装体外。

通过本发明“封装体包覆基板、微机电麦克风”的特征，可充份保护微机电麦克风芯片与其接点，降低外在震动与环境湿气造成的影响。且通过“封装体包覆声波腔罩，并露出声波腔罩的表面”的特征，仍可保留声波腔体供声波传递用。

从声学的角度看来，利用亥姆霍兹共振的原理，抑制频率fe可以表示成以下公式：

$f_e=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{s}{{\mathrm{Vl}}_e}}$ ---(式1)

在式1中，V代表声波腔体的体积。也就是说，声波腔体的体积愈小，抑制频率f_e愈高。

通过本发明“声波腔罩固定至微机电麦克风芯片，罩住且不接触声波感测转换部，以定义出声波腔体空间”的特征，使得定义出的声波腔体空间较现有为小(现有的声波腔体为图2的V1、图4的V2，本发明的声波腔体为图19的V3，很明显地V3小于V1，也小于V2)，因而可提高抑制频率(restrainingfrequency，fe)使声波的感测范围变广。

通过“封装体”取代掉现有的顶板和支撑环的结构，可免去涂布层间导电胶的相关流程，又可减少模块厚度，并缩小焊垫面积，因而可大幅缩小模块体积。亦或是通过“封装体”取代掉全罩式外罩的结构，也可大幅缩小模块体积。依据现有全球著名产品的规格来看，现有楼氏(Knowles)的微机电麦克风模块的厚度约为1.65mm、焊垫面积约为6.2×3.8mm；然而，本发明实施例的封装结构的厚度可达1.4mm，焊垫面积约为4.8×2.7mm。通过本发明实施例的执行结果约可缩小至现有模块体积的48％。

通过“将具有多个微机电麦克风芯片的晶片同时与多个声波腔罩相接合”，可一次将多个声波腔罩固定至多个微机电麦克风芯片、可将各元件一次同时加工，省去现有外罩单体单次的组装步骤。亦即，本发明可使数千个声波腔罩与微机电声波感测芯片，在尚未进行经历切割分离工艺前，同时在同一个工艺中一次接合，相对于现有有着大幅提升产能(throughput)的优点。

通过“以封胶材料形成封装体，包覆基板、模块单元”的特征，可利用成熟的模成型加工方法，例如，树脂转移成型法，一次封好并保护好整批的微机电麦克风芯片，及其接点，免去现有逐个点胶保护的费时。况且此工艺技术已成熟，成品率高，还能够增加产能与降低制造成本。

在上述微机电麦克风封装结构中，微机电麦克风芯片，亦可为一系统芯片，由微晶电麦克风芯片与逻辑芯片整合而成。通过此特征，可进一步缩小封装体积。

[第2实施例]

在第1实施例中，微机电麦克风芯片202和逻辑芯片204是载置于基板230的不同位置，例如并列置于基板230上。然而，亦可参照图15，将微机电麦克风芯片202堆栈于逻辑芯片204上。其方式，举例而言可以是，在获得模块单元220之后，将模块单元220堆栈于逻辑芯片之上。在此实施例中，微机电麦克风芯片202与基板230的电性耦接，是透过将微机电麦克风芯片202的焊垫203电性耦接至逻辑芯片204的焊垫233，再透过逻辑芯片204的焊垫233电性耦接至基板的连接垫231以达成。

[第3实施例]

在第2实施例中，微机电麦克风芯片202是堆栈于逻辑芯片204上。然而，亦可参照图16，采用由微机电麦克风芯片与逻辑芯片整合而成的系统芯片302，取代上述堆栈结构。将系统芯片302的焊垫303直接打线连接至基板的连接垫231。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (18)

1.一种微机电麦克风的封装结构，包括：

基板，具有连接垫；

微机电麦克风模块，电性耦接至该基板的该连接垫，该微机电麦克风模块具有声波感测转换部；

声波腔罩，固定至该微机电麦克风模块，罩住该声波感测转换部且不接触该声波感测转换部，以定义出声波腔体空间，该声波腔罩具有开口，供该声波进出该声波腔体空间；以及

封装体，包覆该基板、该微机电麦克风模块，及该声波腔罩，并露出该声波腔罩的表面，且被露出的该声波腔罩的该表面与该封装体的表面齐平。

2.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该声波腔罩由导体材料构成。

3.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该声波腔罩由防射频干扰材料构成。

4.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该声波腔罩由防电磁干扰材料构成。

5.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该基板包括陶瓷基板。

6.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该基板包括塑料基板。

7.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该基板包括软板。

8.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该微机电麦克风模块包括微机电麦克风芯片。

9.如权利要求8所述的微机电麦克风的封装结构，其中该微机电麦克风模块还包括逻辑芯片，且该声波感测转换部位于该微机电麦克风芯片上，该声波腔罩固定于该微机电麦克风芯片上。

10.如权利要求9所述的微机电麦克风的封装结构，其中该微机电麦克风芯片堆栈于该逻辑芯片上。

11.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该微机电麦克风模块，为系统芯片，由微机电麦克风芯片与逻辑芯片整合而成。

12.如权利要求1所述的微机电麦克风的封装结构，其中该封装体由树脂材料构成。

13.一种微机电麦克风的封装方法，包括：

提供晶片，具有多个微机电麦克风芯片，每一该微机电麦克风芯片具有声波感测转换部；

提供至少一个声波腔罩；

将该声波腔罩接合至该晶片上，使得该声波腔罩固定于该微机电麦克风芯片上，罩住该声波感测转换部且不接触该声波感测转换部；

切割该晶片，以分离该些微机电麦克风芯片，并获得多个模块单元，每一模块单元包括微机电麦克风芯片及固定于该微机电麦克风芯片上的声波腔罩；

提供基板，具有多个模块区域，该些模块区域具有连接垫；

将该些模块单元电性耦接至该基板的该些模块区域的该连接垫；

以封胶材料形成封装体，包覆该基板、该些模块单元，并露出该些声波腔罩的表面，使该封装体的表面与被露出的该声波腔罩的该表面齐平；以及

进行单体化步骤，依照该些模块区域切割该封装体及该基板，以获得多个微机电麦克风的封装结构。

14.如权利要求13所述的微机电麦克风的封装方法，其中将该声波腔罩接合至该晶片上的方法包括黏着或焊接。

15.如权利要求13所述的微机电麦克风的封装方法，其中将该声波腔罩接合至该晶片上的方法包括：加热该晶片，并将该声波腔罩下压至该晶片上。

16.如权利要求13所述的微机电麦克风的封装方法，还包括提供逻辑芯片，电性耦接至该基板，且以该封胶材料形成该封装体时，更包覆该逻辑芯片。

17.如权利要求16所述的微机电麦克风的封装方法，其中该微机电麦克风芯片堆栈于该逻辑芯片上。

18.如权利要求13所述的微机电麦克风的封装方法，其中该微机电麦克风芯片，为系统芯片，由微机电麦克风芯片与逻辑芯片整合而成。

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