CN101279709B

CN101279709B - 微型声波传感器的多层式封装结构

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Publication number: CN101279709B
Application number: CN2007100911349A
Authority: CN
Inventors: 简欣堂
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2027-04-04
Also published as: CN101279709A

Abstract

本发明为一种微型声波传感器的多层式封装结构，所述的结构主要是使用多层基板的堆栈以遮蔽与保护组件，并使置在其中一具凹槽基板的集成电路组件与微型声波传感器得以减小封装结构体积，辅以不同的音孔设计，以有效解决封装体积较大的问题，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

Description

微型声波传感器的多层式封装结构

技术领域

本发明涉及的是一种用以提升微型声波传感器感测频率的多层式封装结构，特别涉及的是一种使用多层基板的堆栈以遮蔽与保护组件，并辅以不同的音孔设计的多层式封装结构，以减小微型声波传感器的封装结构体积，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

背景技术

以微机电系统(MEMS)技术量产的微型声波传感器，其封装是极为重要的课题。一般传统的封装方式，在集成电路组件与微型声波传感器组件间是使用导线接合的方式，所述的技术虽然已趋成熟，但是必须增加导线面积与封装体积。因此目前微型声波传感器的封装设计由于封装体积较大，致使微型声波传感器在薄小型手机、腕带式手表内附的传声器与助听器等应用上受到极大的限制。

现有技术所公开的微型声波传感器封装结构，如美国专利第6,781,231号”Micro electro mechanical System Package with Environmental and InterferenceShield”，其结构是如图1所示，其中包含集成电路组件与微型声波传感器组件在内的表面黏着组件12、14、16是分别表面黏着在一基板18上，且所述的表面黏着组件是以导线接合的方式连接。在此现有结构中，由于集成电路组件与微型声波传感器组件都须占用基板面积，并且集成电路组件与微型声波传感器组件间是使用导线接合的方式，故此种封装结构的体积较大。

图2所示则为另一现有技术所公开微型声波传感器封装结构，如美国专利公告第2005/0185812号”Miniature Silicon Condenser Microphone and Method forProducing the Same”，其中集成电路组件22与微型声波传感器组件24仍分别表面黏着在一基板26上，且在所述的微型声波传感器组件24的位置将基板向下钻孔，以作为所述的微型声波传感器的背腔28，用以减少所述的微型声波传感器感测薄膜振动产生的噪音。在此现有结构中，由于集成电路组件与微型声波传感器组件仍都占用基板面积，并且需将基板向下钻孔，故此种封装结构的体积仍大且制程较复杂。

由于上述的现有微型声波传感器封装结构体积较大，所述的微型声波传感器在实际应用时容易于人耳听觉的频率范围(20Hz～20KHz)内产生一共振频率，使得所述的微型声波传感器在所述的共振频率产生噪音或响声，不利于人耳听觉。图3所示是为图1的现有微型声波传感器封装结构的实测共振频率，所述的共振频率约为13KHz，恰落在人耳听觉的频率范围内。

为解决上述缺陷，本发明创作人经过长期的研究和试验终于获得本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于，提出一种用以提升微型声波传感器感测频率的多层式封装结构，是使用多层基板的堆栈以遮蔽与保护组件，以有效减缩微型声波传感器的封装体积，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

本发明的目的之二在于，提出一种用以提升微型声波传感器感测频率的多层式封装结构，是在微型声波传感器的周围辅以不同的音孔设计，以减低空气中杂质与水气对于微型声波传感器的污染，进一步提升微型声波传感器的感测频率。

为达到上述目的，本发明提出一种微型声波传感器的多层式封装结构，其所述的结构包括：一导电基板；一具凹槽基板，其堆栈在所述的导电基板的上，所述的具凹槽基板具有至少两凹槽；至少一个集成电路组件，其包含至少一个被动组件，是置于所述的具凹槽基板的一凹槽且接合在所述的导电基板上；至少一个微型声波传感器，是置于所述的具凹槽基板的另一凹槽且接合在所述的导电基板；与一保护基板，是堆栈在所述的具凹槽基板之上；其中所述的集成电路组件与所述的导电基板间、所述的微型声波传感器与所述的导电基板间、所述的集成电路组件与所述的微型声波传感器间具有电性接合。

附图说明

图1为现有技术的微型声波传感器封装结构图；

图2为另一现有技术的微型声波传感器封装结构图；

图3为图1的现有微型声波传感器封装结构的实测共振频率图；

图4为本发明以微型声波传感器的多层式封装结构的立体示意图；

图5为本发明以微型声波传感器的多层式封装结构的第一实施例结构图；

图6为本发明以微型声波传感器的多层式封装结构的第二实施例结构图；

图7为本发明微型声波传感器的多层式封装结构的第三实施例结构图；

图8为本发明微型声波传感器的多层式封装结构的第四实施例结构图；

图9为本发明与图1的现有技术的封装结构体积与共振频率计算仿真图。

附图标记说明：12、14、16～表面黏着组件；18、26～基板；22～集成电路组件；24～微型扬声器组件；28～背腔；410、510、610、710、810～导电基板；420、520、620、720、820～具凹槽基板；430、530、630、730、830～保护基板；540、640、740、840～集成电路组件；550、650、750、850～微型声波传感器；560、660、760、860～导线；570、670、770、870～导电材料；580、680～音孔；590、690、790、890～凹槽；595、695、795、895～感测薄膜；780、880～侧向音孔。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

图4所示为本发明微型声波传感器的多层式封装结构的立体示意图，其中由下而上将依序堆栈三层基板410、420与430，且中间的基板420为一具凹槽的基板，其中所述的两凹槽是用以分别置放集成电路组件或其它被动组件与微型声波传感器。使用所述的多层基板的堆栈以遮蔽与保护组件，将可有效减小微型声波传感器的封装体积，同时提升微型声波传感器的感测频率。

图5所示为本发明微型声波传感器的多层式封装结构的第一实施例结构，其中一导电基板510上是堆栈一具凹槽基板520，所述的具凹槽基板520上是堆栈一保护基板530，所述的具凹槽基板520上的两凹槽分别置有一集成电路组件540与一微型声波传感器550，且所述的集成电路组件540与所述的微型声波传感器550是以覆晶技术(flip-chip technology)表面接合在所述的导电基板510，两者间也可使用导线接合(wire bonding)的方式，并以导线560与导电材料570传送所述的集成电路组件540与所述的微型声波传感器550的电讯号至导电基板510与系统电路板(图中未示)，所述的保护基板530相对于所述的微型声波传感器550的位置是开设有一音孔580，且所述的导电基板510相应在所述的音孔580是设计有一凹槽590，用以作为所述的微型声波传感器550的背腔(back chamber)，以减少微型声波传感器550的感测薄膜595振动产生的噪音；其中所述的集成电路组件540与所述的微型声波传感器550也可以覆晶技术向上表面接合在所述的保护基板530的相应位置。此第一实施例结构，是改进前述现有技术的结构，凭借使用多层基板的堆栈，使得置在其中一具凹槽基板的集成电路组件与微型声波传感器占用较小体积，以有效解决现有封装结构体积较大的问题，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

图6所示为本发明微型声波传感器的多层式封装结构的第二实施例结构，其中组件与结构都与第一实施例相同，只有对于音孔的位置作不同的设计。在此第二实施例结构中，所述的导电基板610相对于所述的微型声波传感器650的位置是开设有一音孔680，且所述的保护基板630相应在所述的音孔680是设计有一凹槽690，用以作为所述的微型声波传感器650的背腔，以减少微型声波传感器650的感测薄膜695振动产生的噪音。此第二实施例结构，也可改进前述现有技术的结构，凭借使用多层基板的堆栈，使得置在其中一具凹槽基板的集成电路组件与微型声波传感器占用较小体积，以有效解决现有封装结构体积较大的问题，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

图7所示为本发明的用以提升微型声波传感器感测频率的多层式封装结构的第三实施例结构，其中组件与结构都与前述实施例相同，只有对于音孔的位置作不同的设计。在此第三实施例结构中，所述的具凹槽基板720在置放所述的微型声波传感器750的凹槽外侧区域是挖空以开设一侧向音孔780，且所述的导电基板710相应在所述的侧向音孔780是设计有一凹槽790，用以作为所述的微型声波传感器750的背腔，以减少微型声波传感器750的感测薄膜795振动产生的噪音；其中所述的凹槽790也可设计在所述的保护基板730的相应位置。此第三实施例结构，也可改进前述现有技术的结构，凭借使用多层基板的堆栈，使得置在其中一具凹槽基板的集成电路组件与微型声波传感器占用较小体积，以有效解决现有封装结构体积较大的问题，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

图8所示为本发明微型声波传感器的多层式封装结构的第四实施例结构，其中组件与结构都与前述实施例相同，只有对于音孔的位置作不同的设计。在此第四实施例结构中，所述的具凹槽基板820在置放所述的集成电路组件840的凹槽外侧与两凹槽间区域是都挖信道以开设一侧向音孔880，如此的音孔设计将可大幅阻隔空气中的杂质与水气，且所述的导电基板810相应在所述的侧向音孔880是设计有一凹槽890，用以作为所述的微型声波传感器850的背腔，以减少微型声波传感器850的感测薄膜895振动产生的噪音；其中所述的凹槽890也可设计在所述的保护基板830的相应位置。此第四实施例结构，也可改进前述现有技术的结构，凭借使用多层基板的堆栈，使得置在其中一具凹槽基板的集成电路组件与微型声波传感器占用较小体积，以有效解决现有封装结构体积较大的问题，并减低空气中杂质与水气对于微型声波传感器的污染，进一步提升微型声波传感器的感测频率。

图9所示为本发明与图1的现有技术的封装结构体积与共振频率计算仿真图，其中现有技术的封装结构体积为V1，其对应的共振频率f1约为15KHz，与图3所示的现有微型声波传感器封装结构的实测共振频率13KHz相近，故可知现有技术由于封装结构体积较大，使得所述的共振频率落在人耳听觉的频率范围(20Hz～20KHz)内，因此不利于人耳听觉。而使用本发明的多层式封装结构，由于其封装结构体积减小为V2，故其对应产生的共振频率f2约为24KHz，将落在人耳听觉的频率范围外，故使用本发明的多层式封装结构，将可有效减小微型声波传感器的封装体积，同时提升微型声波传感器的感测频率与位于其中的共振频率，以一举解决现有微型声波传感器封装结构所产生封装体积较大及其共振频率落在人耳听觉频率范围的问题。

此外，本发明中导电基板、具凹槽基板与保护基板可为一般印刷电路板(PCB)；导电基板、具凹槽基板与保护基板的各表面可镀一金属层以达电磁屏蔽的功效；导电基板、具凹槽基板与保护基板可为金属、非金属或复合材料所组成，且所述的具凹槽基板与保护基板可为一体成形的金属、非金属或复合材料；集成电路组件与导电基板间、微型声波传感器与导电基板间、集成电路组件与保护基板间、微型声波传感器与保护基板间与集成电路组件与微型声波传感器间的接合是使用黏着剂、焊锡球、导电材料或导线。另一方面，本发明的用以提升微型声波传感器感测频率的多层式封装结构，也可应用在压力传感器、加速度传感器或超声波传感器。

综合上述，本发明提出一种用以提升微型声波传感器感测频率的多层式封装结构，所述的结构主要是使用多层基板的堆栈以遮蔽与保护组件，并使置在其中一具凹槽基板的集成电路组件与微型扬声器得以减小封装结构体积，辅以不同的音孔设计，以有效解决封装体积较大的问题，并同时提升微型声波传感器的感测频率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种微型声波传感器的多层式封装结构，其特征在于：其包括：

一导电基板；

一具凹槽基板，其堆栈在所述的导电基板上，所述的具凹槽基板具有至少两凹槽；

至少一个集成电路组件，其包含至少一个被动组件，是置于所述的具凹槽基板的一凹槽内，且接合在所述的导电基板上；

至少一个微型声波传感器，是置于所述的具凹槽基板的另一凹槽且接合在所述的导电基板；与

一保护基板，是堆栈在所述的具凹槽基板之上；

其中所述的集成电路组件与所述的导电基板间、所述的微型声波传感器与所述的导电基板间、所述的集成电路组件与所述的微型声波传感器间都具有电性接合；

所述的保护基板对应于所述的微型声波传感器的位置处开设有至少一音孔，且所述的导电基板相应在所述的音孔处设计有一凹槽，用以作为所述的微型声波传感器的背腔。

2.根据权利要求1所述的微型声波传感器多层式封装结构，其特征在于：所述的导电基板、具凹槽基板与保护基板为一般印刷电路板。

3.根据权利要求1项所述的微型声波传感器的多层式封装结构，其特征在于：所述的导电基板、具凹槽基板与保护基板的各表面镀一金属层。

4.根据权利要求1所述的微型声波传感器多层式封装结构，其特征在于：所述的集成电路组件与所述的微型声波传感器是以覆晶技术表面接合在所述的导电基板或所述的保护基板上。