CN101282594B - 具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构 - Google Patents
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Abstract
一种具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其包括：绝缘材料形成的具有由盒体和盖体构成的腔体，在腔体内部相对声学孔体处固定有微机电传声器芯片，同时还设置有读出电路芯片、滤波电容、及进行电学连接的电学互连线及压焊金丝，同时在盖体内侧表面设有作为屏蔽的第一金属环，在盒体内壁、相对所述盖体的一侧表面设有与第一金属环相对应的第二金属环以形成相应的金属屏蔽区，此外，在所述腔体边角设置有与所述金属屏蔽区电学连通的第一金属通孔、及输出信号进行电学连通的第二金属通孔，并且所述腔体的相对于所述第一金属通孔及第二金属通孔处的相对两侧外表面设置有覆盖所述第一金属通孔及第二金属通孔的且用作贴装电极的金属电极，如此可实现表面贴装的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有表面贴装电极的微机电传声器的封装结构。
背景技术
微机电传感器由于极小的体积、良好的性能和易于与集成电路集成在同一块芯片上而使其功能多样，进而使其倍受重视。电容式硅麦克风作为微机电传声器的一种，由于其良好的稳定性、一致性和适合表面贴装应用而受到广泛的关注。该类麦克风的传感器芯片部分是在硅片上采用微机电技术制作的。与微电子产品类似，该类芯片能用较低的成本获得极大的产量。为了保护易碎芯片、与外界形成物理和电学连接、减少外部干扰，一个完整的硅麦克风除了芯片以外必须包括封装。与传统微电子产品不同的是，硅麦克风对封装的要求比较特殊，封装技术尚未成熟而有待发展。
常见的硅麦克风封装包括硅麦克风传感器芯片、读出电路，滤波电容，和一个具有电磁屏蔽功能的外壳将他们容纳在内。该外壳还具有一个声孔让外界声信号可以到达传感器芯片，数个电极也从该外壳引出以实现输出电信号与外界的连接；除此之外，封装内部应有一个于麦克风传感器相连的声腔，此声腔应足够大并与其他空间声学隔离，以保证传感器良好的声学特性。目前关于硅麦克风封装的解决方案很多，例如采用三层PCB分别作为基板、侧壁和顶盖来形成一个空腔封装硅麦克风，采用柔性电路板和金属帽形成硅麦克风封装，还有采用键合、粘接和焊接的方法将硅麦克风芯片、硅电路芯片和其它硅部件结合形成全硅封装等。
然而，逐渐发展的应用对硅麦克风的表面贴装方式提出了更多样的要求，有的要求从硅麦克风的无声孔面进行贴装，有的要求从声孔面贴装，这就要求硅麦克风封装具备灵活的多层电学互连能力，而现有的封装技术并不能满足技术发展的需要，因此，如何解决现有封装技术存在的问题实已成为本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，以实现表面贴装的灵活性。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其包括：绝缘材料形成的具有由盒体和盖体构成的腔体，其中，所述腔体开设有接受外界声波的声学孔体；在所述腔体内部相对所述声学孔体处固定有微机电传声器芯片；在所述腔体内相对于所述微机电传声器芯片固定有读出电路芯片、滤波电容、及将所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容进行电学连接的电学互连线及压焊金丝；在所述盖体内侧表面设有将所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容进行屏蔽的第一金属环；在所述盒体内壁、相对所述盖体的一侧表面设有与所述第一金属环相对应的第二金属环以与所述第一金属环叠合形成相应的金属屏蔽区；在所述腔体边角设置有与所述金属屏蔽区电学连通的第一金属通孔、及与所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容电学连通的第二金属通孔；分别在所述腔体的相对于所述第一金属通孔及第二金属通孔处的相对两侧外表面设置有覆盖所述第一金属通孔及第二金属通孔的且用作贴装电极的金属电极。
其中，所述绝缘材料可为塑料或环氧树脂布。
较佳地，当所述微机电传声器芯片、读出电路芯片、滤波电容、电学互连线及压焊金丝都固定在所述盖体内侧表面时，所述第一金属环呈将所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容环设其中的封闭空心环状；当所述微机电传声器芯片、读出电路芯片、滤波电容、电学互连线及压焊金丝都固定在所述盒体底部表面，所述第一金属环可呈实心环状。
较佳地，所述第一金属通孔包括设置在所述盒体底部的第一孔体、处于部分内壁且与所述第一孔体相连通的部分第二金属环、以及与所述部分第二金属环对应连通且设置在所述盖体相应边角的第二孔体，所述第二金属通孔包括设置在所述盒体内壁边角及底部的第一金属连通孔区、以及与所述第一金属连通孔区对应连通且设置在所述盖体另一边角的第三孔体，此外，所述第一金属连通孔区及所述第二金属环利用光绘、曝光、及刻蚀中加工方法中的一种加工形成。
较佳地，所述微机电传声器芯片、及读出电路芯片固定在所述盖体内侧，所述滤波电容固定在所述盒体底部且分别与电极地及信号输出电极相连接。
较佳地，所述第一金属通孔及第二金属通孔可都为贯通孔。
综上所述，本发明的具有表面贴装电极的微机电传声器的封装结构通过金属通孔将盖体和盒体予以导电连接，使输出信号可以通过盒体或盖体的外表面输出，从而实现表面贴装的灵活性。
附图说明
图1至图3为本发明的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构实施例一示意图。
图4至图5为本发明的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构实施例二示意图。
图6至图7为本发明的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构实施例三示意图。
图8至图9为本发明的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构实施例四示意图。
具体实施方式
实施例一：
请参见图1至图3，本发明的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构主要包括：由绝缘材料形成的具有由盒体1和盖体2构成的腔体，其中，所述腔体开设有接受外界声波的声学孔体3，所述绝缘材料可采用如环氧树脂布(FR-4)、塑料和又顺丁烯二酸醯亚胺/三氮复合树脂(BT)等等，在所述盖体1的内侧相对所述声学孔体3处固定有微机电传声器芯片5、读出电路芯片6和滤波电容7，同时还设有将所述微机电传声器芯片5、读出电路芯片6和滤波电容7进行电学连接的电学互连线8及压焊金丝9，在所述盖体1内侧表面设有将所述微机电传声器芯片5、读出电路芯片6和滤波电容7环设其中的第一金属环10，且所述第一金属层呈空心封闭环状，在所述盒体1内壁、相对所述盖体2的一侧表面设有与所述第一金属环10相对应的第二金属环10a以与所述第一金属层10叠合形成相应的金属屏蔽区，在所述腔体边角设置有与所述金属屏蔽区电学连通的第一金属通孔(即设置在所述盒体1的贯通孔14b和对应设置在所述盖体2的贯通孔14a)，同时在所述腔体边角还设置有所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容电学连通的第二金属通孔(即设置在所述盒体1的贯通孔11a和对应设置在所述盖体2的贯通孔11)，且所述第二金属通孔设置在所述第一金属层的外侧，从而可实现微机电传声器封装多层电学互连的目的，此外，分别在所述腔体的相对于所述第一金属通孔及第二金属通孔处的相对两侧外表面设置有覆盖所述第一金属通孔及第二金属通孔的且用作贴装电极的金属电极，即在所述盒体1相对于所述贯通孔11a处表面设有金属电极4a，同时在所述盖体2相对于所述贯通孔11处表面也设有金属电极4a，在所述盒体1相对于所述通孔14b处的外表面设有金属电极4，同时在所述盖体2相对于所述通孔14a处外表面处也设有金属电极4，在本实施例中，金属电极4作为接地电极，金属电极4a作为输出信号电极，再有，微机电传声器芯片5、读出电路芯片6、滤波电容7通过金丝球焊9或SMT等方式与基板内表面的电路布线8形成完整电路，输出信号通过基板中的金属通孔14、经盒体外表面的金属电极4a和通孔11和11a到达基板2和盖1的外表面的金属电极4a。这里，盒体及盖体外表面的金属电极4a既作为电学多层互连的媒介，也作为用于表面贴装的电极，从而既可以在盒体外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装，也可通过盖体的外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装。
实施例二：
请参阅图4及图5，本发明的又一具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构示意图，其与实施例一所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构不同在于：微机电传声器芯片5、读出电路芯片6和滤波电容7固接于盒体2底部表面，同时所述盒体2内还设有用于电学信号互连的电路布线8，微机电传声器芯片5、读出电路芯片6以及电路布线8之间压焊有用于电学互连的金丝9，且所述第一金属环10a呈实心环状。
如图4及5所示，盒体2内侧壁及上周沿镀有第二金属环10，用于和盖体1相应位置的第一金属环10a导电固接形成电学屏蔽区。盒体2上周沿部分角上有贯通孔11，与盖体1相应位置的贯通孔11a导电固接，从而实现微机电传声器封装多层电学互连的目的。同时微机电传声器芯片5正对声学孔体3以接受从声孔进来的外界声波，固接的盖体1和盒体2与微机电传声器芯片5构成一个声学密闭的声腔。盒体2内侧第二金属环10在盒体2上周沿与盖体1相应位置的第一金属环10a导电固接，在空腔内壁形成一个电学屏蔽区，以屏蔽外界的电磁干扰。该屏蔽区可通过盒体2中的贯通孔14a和盖体1中的贯通孔14b连接到盒体2和盖体1外表面的金属电极4并接地。盖体1中的贯通孔11a与盒体2中相应位置的贯通孔11导电固接。微机电传声器芯片5、读出电路芯片6、滤波电容7通过金丝球焊9或SMT等方式与基板内表面的电路布线8形成完整电路，输出信号通过盒体2中的贯通孔14，经盒体外表面的金属电极4a和贯通孔11、11a到达盒体2和盖体1的外表面的金属电极4a。这里，盒体2外表面的金属电极4a既作为电学多层互连的媒介，也作为用于表面贴装的电极。从而在盒体2外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装，也可通过盖体1的外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装。
实施例三：
请参见图6及7，其为本实施例的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构示意图，微机电传声器芯片5、读出电路芯片6和滤波电容7固接于盖体2上。盖体2上有用于电学信号互连的电路布线8，微机电传声器芯片5、读出电路芯片6以及电路布线8之间压焊有用于电学互连的金丝9。盒体1内侧及上周沿局部镀有第二金属环12a，用于和盖体2相应位置的第一金属环12导电固接形成电学屏蔽区。其中，第一金属通孔包括设置在所述盒体1底部的第一孔体14b、处于部分内壁且与所述第一孔体相连通的部分第二金属环12a、以及与所述部分第二金属环12a对应连通且设置在所述盖体2相应边角的第二孔体14a，所述第二金属通孔包括设置在所述盒体1内壁边角及底部的第一金属连通孔区13a和14c、以及与所述第一金属连通孔区13a和14c对应连通且设置在所述盖体2另一边角的第三孔体13，所述盒体1的内侧面可以与垂直方向成一定角度，以利于利用光绘、曝光、刻蚀等加工方法加工出隔离的第一金属连通区13a和第二金属环12a，从而实现微机电传声器封装多层电学互连的目的；微机电传声器芯片5正对声孔3以接受从声孔进来的外界声波，固接的盖体2和盒体1与微机电传声器芯片5构成一个声学密闭的声腔。盒体1内侧第二金属环12a在其上周沿与盖体2相应位置的第一金属环12导电固接，在空腔内壁形成一个电学屏蔽区，以屏蔽外界的电磁干扰，该屏蔽区可通过盖体2中的第二孔体14a和盒体1中的第一孔体14b连接到盖体2和盒体1外表面的金属电极4并接地。盒体1内侧的第一金属连通区13a上周沿与盖体2中相应位置的第三孔体13导电固接。微机电传声器芯片5、读出电路芯片6、滤波电容7通过金丝球焊9或SMT等方式与基板内表面的电路布线8形成完整电路，输出信号通过基板中的金属通孔14，经盒体外表面的金属电极4a和第三孔体13、及第一金属连通孔区13a到达盖体2和盒体1的外表面的金属电极4a。这里，盖体2外表面的金属电极4a既作为电学多层互连的媒介，也作为用于表面贴装的电极。从而既可以在盖体2外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装，也可在盒体1的外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装。
实施例四：
请参见图8及9，其为本实施例的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构示意图，微机电传声器芯片5、读出电路芯片6固接于盖体2上，滤波电容7固接于盒体1的内下表面。盖体2上有用于电学信号互连的电路布线8，微机电传声器芯片5、读出电路芯片6以及电路布线8之间压焊有用于电学互连的金丝9。盒体1内侧及上周沿局部镀有第二金属环12a，用于和盖体2相应位置的第一金属环12导电固接形成电学屏蔽空腔。盒体1上周沿、内侧面及内下表面部分金属与周围分离开，形成用于导电连接的第一金属连通孔区13a和14c，所述第一金属连通孔区13a和14c的上周沿与所述盖体2中相应位置的第三孔体13导电固接，从而实现微机电传声器封装多层电学互连的目的。微机电传声器芯片5正对声孔3以接受从声孔进来的外界声波，固接的盒体1和盖体2与微机电传声器芯片5构成一个声学密闭的声腔。盒体1内侧第二金属环12a在其上周沿与基板2相应位置的第一金属环12导电固接，在空腔内壁形成一个电学屏蔽层，以屏蔽外界的电磁干扰。该屏蔽层可通过盖体2中的第二孔体14a和盒体1中的第一孔体14b连接到基板2和盖1外表面的金属电极4并接地。盒体1内侧的第一金属连通区13a和14c上周沿与盖体2中相应位置的第三孔体13导电固接。微机电传声器芯片5、读出电路芯片6、通过金丝球焊9或SMT等方式与基板内表面的电路布线8形成部分电路，电学信号通过盖体中的金属通孔14，经盒体外表面的金属电极4a和第二孔体13、第一金属连通孔区13a到达盒体2和盖体1的外表面的金属电极4a。滤波电容7固接于盖体1的内下表面，并跨于接地电极4和输出电极4a之间，起到对输出信号滤波的作用。这里，盖体2外表面的金属电极4a既作为电学多层互连的媒介，也作为用于表面贴装的电极。从而既可以在盖体2外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装，也可在盒体1的外表面通过作为表面贴装电极4、4a实施表面贴装。
此外，所述声孔也可开设在盖体1上，本领域技术人员可根据前述描述进行各部件位置的相应调整，在此不再赘述。
综上所述，本发明的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构通过第一金属通孔及第二金属通孔将盖体和盒体予以导电连接，使输出信号可以通过盒体或盖体的外表面输出，从而实现表面贴装的灵活性，并且由于器件可分别布置与盒体和盖体的内表面，进一步减小封装面积，进而降低生产厂商的成本。此外，所述盒体和盖体构成的空腔与微机电传声器相连，形成一个声学密闭的声腔，其体积接近封装本身，从而可以有效的改善器件的声学特性。与传统的封装方式将传感器芯片本身背腔作为声腔的方式相比，本发明的封装结构不再依赖传感器芯片本身的厚度，从而可以减小传感器芯片本身的厚度，进而减小整个微机电传声器的封装结构的厚度。
需注意的是，以上详细描述的仅是本发明的若干个实施例，仅仅为本发明原理的范例，并不用于局限于本发明的范围。
Claims (10)
1.一种具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于包括：
绝缘材料形成的具有由盒体和盖体构成的腔体，其中，所述腔体开设有接受外界声波的声学孔体；
在所述腔体内部相对所述声学孔体处固定有微机电传声器芯片；
在所述腔体内相对于所述微机电传声器芯片固定有读出电路芯片、滤波电容、及将所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容进行电学连接的电学互连线及压焊金丝；
在所述盖体内侧表面设有将所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容进行屏蔽的第一金属环；
在所述盒体内壁、相对所述盖体的一侧表面设有与所述第一金属环相对应的第二金属环以与所述第一金属环叠合形成相应的金属屏蔽区；
在所述腔体边角设置有与所述金属屏蔽区电学连通的第一金属通孔、及与所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容电学连通的第二金属通孔；
分别在所述腔体的相对于所述第一金属通孔及第二金属通孔处的相对两侧外表面设置有覆盖所述第一金属通孔及第二金属通孔的且用作贴装电极的金属电极。
2.如权利要求1所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述绝缘材料为塑料或环氧树脂布。
3.如权利要求1所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述微机电传声器芯片、读出电路芯片、滤波电容、电学互连线及压焊金丝都固定在所述盖体内侧表面。
4.如权利要求3所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述第一金属环呈将所述微机电传声器芯片、读出电路芯片和滤波电容环设其中的封闭空心环状。
5.如权利要求1所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述微机电传声器芯片、读出电路芯片、滤波电容、电学互连线及压焊金丝都固定在所述盒体底部表面。
6.如权利要求5所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述第一金属环呈实心环状。
7.如权利要求1所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述第一金属通孔包括设置在所述盒体底部的第一孔体、处于部分内壁且与所述第一孔体相连通的部分第二金属环、以及与所述部分第二金属环对应连通且设置在所述盖体相应边角的第二孔体，所述第二金属通孔包括设置在所述盒体内壁边角及底部的第一金属连通孔区、以及与所述第一金属连通孔区对应连通且设置在所述盖体另一边角的第三孔体。
8.如权利要求7所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述第一金属连通孔区及所述第二金属环利用光绘、曝光、及刻蚀中的一种加工方法形成。
9.如权利要求8所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述微机电传声器芯片、及读出电路芯片固定在所述盖体内侧，所述滤波电容固定在所述盒体底部且分别与电极地及信号输出电极相连接。
10.如权利要求1所述的具有双面贴装电极的微机电传声器的封装结构，其特征在于：所述第一金属通孔及第二金属通孔都为贯通孔。
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Commission number: 4W109975 Conclusion of examination: The invention patent No. 200810035916.5 is declared partially invalid, and the patent right shall continue to be valid on the basis of claims 1-8 submitted by the patentee on June 3, 2020. Decision date of declaring invalidation: 20200707 Decision number of declaring invalidation: 45241 Denomination of invention: Packaging structure of micro electro mechanical microphone with double side mounted electrodes Granted publication date: 20130605 Patentee: MEMSENSING MICROSYSTEMS (SUZHOU, CHINA) Co.,Ltd. |