CN101379869A - 屏蔽壳和具有屏蔽壳的微机电系统传声器 - Google Patents

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Abstract

一种屏蔽壳和具有该屏蔽壳的MEMS传声器，该屏蔽壳可以保证在顶板上从气密性角度的用于附着垫圈的最小距离。用于将安装在基板上的MEMS芯片与外部屏蔽的屏蔽壳包括顶板和多个侧板，且该多个侧板的厚度大于该顶板的厚度。采用这种构造，与具有均匀厚度的传统屏蔽壳相比，顶板的面积可以扩大。因此，用于将垫圈附着到顶板的区域可以得到保证而不改变传统屏蔽壳的夹持区域的位置、尺寸、范围等。

Description

屏蔽壳和具有屏蔽壳的微机电系统传声器
技术领域
本发明涉及覆盖在半导体技术中使用微加工技术的MEMS芯片的屏蔽壳。本发明还涉及MEMS传声器(microphone)，且更详细而言涉及具有屏蔽壳的MEMS传声器。
背景技术
传统上，采用屏蔽壳来保护例如安装在基板上的芯片的电子部件免受来自外部的电磁波噪声或尘土等。
图6示出传统MEMS传声器的外观斜视图。图7(a)为传统MEMS传声器的侧视图。图7(b)为传统MEMS传声器的平面图。图7(c)为传统MMES传声器的纵向断面图(沿图6的A-A线的断面图)。
图6和7所示的传统MEMS传声器300是由基板301、MEMS芯片200和屏蔽壳303构成。MEMS芯片200是用于将声信号转换为电信号的芯片。
该MEMS传声器300是在安装于移动电话等的主基板上的状态下被使用。这种情况下，为了保证声信号的传递路径，移动电话内壳体的传声器用音孔和屏蔽壳的顶板303a上的音孔303c按照交叠方式来布置和安装。然而，即使音孔布置在几乎交叠的位置，当壳体和屏蔽壳303之间存在间隙时，声信号从该间隙泄露并由此产生预先设计的声学特性变化的情形。
因此已经进行改进，由例如硅橡胶的材料制成的垫圈附着和夹置于屏蔽壳的顶板303a与移动电话的壳体之间，从而消除该间隙。
此外，从气密性角度而言类似地，专利文献1描述了一示例，其中垫圈贴附在移动电话显示部的机构内的外盖与透明面板之间(例如，见专利文献1)。
专利文献1:JP-A-2005354377
发明内容
本发明要解决的问题
在采用前述的用垫圈填充间隙的方法的情形中，为了保证气密性，至少要求保证屏蔽壳的顶板303a上用于将垫圈附着到顶板303a的区域。换言之，如图7(b)所示，至少需要保证最小距离，即，屏蔽壳的音孔303c和顶板303a的端部之间的距离L1、L2。
另一方面，对于将MEMS传声器300安装在移动电话等的主基板上的情形，需要在顶板303a上保证夹持区域S用于拾取和安置MEMS传声器300。如图7(b)所示，夹持区域S需要避开屏蔽壳的顶板303a上的音孔303c并具有固定面积以防止MEMS芯片200失效。此外，为了稳定地传送MEMS传声器300，期望将夹持区域S布置为尽可能靠近屏蔽壳的重心，即，靠近顶板303a的中心。
除了前述事项之外，近年来，MEMS传声器300需要进一步减小其尺寸和厚度，并且相应地，屏蔽壳303的尺寸和厚度已经减小。相应地，屏蔽壳的顶板303a的面积也减小，因此难以保证用于附着垫圈的区域同时保证顶板上用于夹持区域S的面积和位置。
具体而言，MEMS传声器的基板301预定具有纵向×横向为3mm×4mm的尺寸。在采用该尺寸的情形中，从屏蔽壳的重量以及夹持装置的性能角度而言，对于夹持区域S，需要保证纵向×横向至少为1.2mm×1.2mm以上的面积。此外，如图7(b)所示，夹持区域S需要布置为尽可能靠近屏蔽壳的顶板303a的中心。
此外，为了保证由于夹置垫圈所致的气密性，从屏蔽壳的音孔303c到顶板303a的端部的距离L1、L2均必需至少为1mm以上。从气密性角度而言，期望该距离尽可能长。
如此，在微型化传统屏蔽壳的情形中顶板面积减小时，难以保证从屏蔽壳的音孔303c到顶板303a的端部的距离同时保证用于夹持区域S的面积和位置。
此外，除了微型化的进展之外，屏蔽壳303的均匀减薄也在屏蔽壳强度可以确保作为结构的范围内进展。作为目前最薄屏蔽壳的示例，顶板303a和侧板303b的厚度均为0.1mm。如此减薄的屏蔽壳重量轻且可以保证内框的高度、宽度等的大尺寸。然而，由于侧板的端部缩小，屏蔽壳构造成很难焊接的形状。因此，当端部仅仅通过焊料来固定时，端部和基板之间的粘合强度弱。
因此，如图7(c)所示，在传统的均匀减薄屏蔽壳中，弯折部303d设置在侧板303b的端部，由此提供收集合适数量的焊料的空间。焊料填角(filet)303e形成于由弯折部303d形成的空间，由此获得屏蔽壳的固定强度。
然而，按前述方式均匀减薄的屏蔽壳303需要具有连同弯折部303d一起收纳在基板301内的尺寸，因此顶板303a的尺寸缩小了弯折部303d的尺寸。
此外，由于传统屏蔽壳通常通过挤压工艺来形成，因此由顶板303a的端部和侧板303b形成的弯折部303f配置成具有R形部(圆角部)。因此，该传统屏蔽壳并不具有能够保证顶板平坦部面积最大的形状。
鉴于前述问题而进行本发明，且本发明的目的是提供一种屏蔽壳和具有该屏蔽壳的MEMS传声器，该屏蔽壳可以保证在顶板上从气密性角度的用于附着垫圈的最小距离而不改变屏蔽壳的顶板上夹持区域的位置、尺寸、范围等，即，同时保证夹持区域的面积和位置。
解决问题的手段
本发明的屏蔽壳为用于将安装在基板上的MEMS芯片与外部屏蔽的屏蔽壳，该屏蔽壳包括:顶板和多个侧板，其中该多个侧板的每一个的厚度大于该顶板的厚度。
根据这种构造，与具有均匀厚度的传统屏蔽壳相比，顶板的面积可以扩大。因此，用于将垫圈附着到顶板的区域可以得到保证而不改变传统屏蔽壳的夹持区域的位置、尺寸、范围等。
此外，本发明的屏蔽壳按下述方式布置，由该顶板的端部与该侧板形成的弯折部形成为具有角部。
根据这种构造，顶板的平坦部的面积可以扩大。例如通过使用压模执行的锤打工艺，本发明的屏蔽壳可以形成为具有角部。由该顶板的端部与该侧板形成的该弯折部可以形成为具有0.05以下的R，该顶板多的平坦部的面积由此可以充分扩大且与垫圈的附着性能也可以改善。
此外，本发明的屏蔽壳按下述方式布置，该多个侧板的端部的每一个具有朝向该屏蔽壳的内部的R形部。
根据这种构造，对于通过回流焊接工艺来安装该屏蔽壳的情形，由于焊料进入R形部的空间内以形成焊料填角，因此该屏蔽壳可以通过合适数量的焊料而牢固地固定到基板等。该R形部具有0.1以下的R，因此由该R形部形成的空间可以保持足够数量的焊料。
本发明的MEMS传声器布置成包括:基板；MEMS芯片，安装在该基板上；以及屏蔽壳，用于将该MEMS芯片与外部屏蔽，该屏蔽壳包括顶板和多个侧板，其中该多个侧板的每一个的厚度大于该顶板的厚度。
根据这种构造，与具有均匀厚度的传统屏蔽壳相比，该屏蔽壳的顶板的面积可以扩大。因此，用于将垫圈附着到顶板的距离可以保证是长的而不改变传统屏蔽壳的夹持区域的位置、尺寸、范围等。
此外，本发明的MEMS传声器按下述方式布置，由该顶板的端部与该侧板形成的弯折部形成为具有角部。
根据这种构造，顶板的平坦部的面积可以扩大。
此外，本发明的MEMS传声器按下述方式布置，该多个侧板的端部的每一个具有朝向该屏蔽壳的内部的R形部。
根据这种构造，对于通过回流焊接工艺等来安装该屏蔽壳的情形，由于焊料进入R形部的空间内以形成焊料填角，因此该屏蔽壳可以通过合适数量的焊料而牢固地固定到基板。
发明效果
根据本发明，由于顶板的面积可以扩大，用于将垫圈附着到顶板的区域可以得到保证而不改变传统屏蔽壳的夹持区域的位置、尺寸、范围等。
附图说明
图1为第一实施例的MEMS传声器100的外观斜视图。
图2为MEMS传声器100的纵向断面图(沿图1的B-B线的断面图)。
图3(a)为MEMS传声器100的侧视图，图3(b)为MEMS传声器100的平面图，图3(c)为沿图3(b)的C-C线的断面图，以及图3(d)为沿图3(b)的D-D线的断面图。
图4为移动电话150的外观斜视图，MEMS传声器100安装在移动电话150内。
图5为移动电话150的传声器部分附近的主要部分的断面图(沿图4的E-E线的断面图)。
图6为传统MEMS传声器的外观斜视图。
图7(a)为传统MEMS传声器的断面图，图7(b)为传统MEMS传声器的平面图，以及图7(c)为传统MEMS传声器的纵向断面图(沿图6的A-A线的断面图)。
符号说明
100   MEMS传声器
101   基板
102   MEMS芯片
103   屏蔽壳
103a  顶板
103b  侧板
103c  音孔
103d  R形部
103e  焊料填角
103f  弯折部
150   移动电话
151   壳体
152   壳体上音孔
154   垫圈
155   移动电话的主基板
具体实施方式
第一实施例
图1示出第一实施例的MEMS传声器100的外观斜视图。图2示出MEMS传声器100的纵向断面图(沿图1的B-B线的断面图)。如图1和2所示，MEMS传声器100包括基板101、MEMS芯片102和屏蔽壳103，且其特征在于构成屏蔽壳103的多个侧板103b的每一个的厚度大于顶板103a的厚度。
基板101为用于将MEMS芯片102安装于其上的印刷基板。基板101的安装表面的尺寸例如为纵向3mm×横向4mm。
如图2所示，MEMS芯片102将从振动膜电极43得到的声信号转换为电信号。具体而言，MEMS芯片102包括通过第一绝缘层42位于硅基板41上的振动膜电极43和驻极体膜44，且还包括通过第二绝缘层45位于第一绝缘层上的固定电极46，该固定电极设有音孔47。此外，通过蚀刻硅基板41而在振动膜电极43的背面上形成背气室55。MEMS(微机电系统)是指通过精细部件构造的机电系统，该精细部件是通过半导体微制作技术来制作。
振动膜电极43是由导电多晶硅形成。驻极体膜44是由氮化硅膜或氧化硅膜形成。通过堆叠导电多晶硅和氧化硅膜或氮化硅膜，形成固定电极46。
通过布线电连接放大电路48，放大电路48用于放大来自MEMS芯片102的电信号。MEMS芯片102和放大电路48被屏蔽壳103覆盖。
接着解释屏蔽壳103。图3(a)为MEMS传声器100的侧视图。图3(b)为MEMS传声器100的平面图。图3(c)为沿图3(b)的C-C线的断面图。图3(d)为沿图3(b)的D-D线的断面图。在图3各图中，未示出MEMS芯片102。
如各图所示，MEMS芯片102是由顶板103a和四个侧板103b构成，顶板103a为具有四个圆角部的近似矩形形状。该屏蔽壳的材料为具有电屏蔽性能的金属，例如镍银(由铜、铅和镍形成的合金)、Kovar合金或者42合金。该屏蔽壳可以经过表面处理例如Ni镀覆，从而通过焊接等与基板结合。顶板103a的厚度为0.1mm，侧板103b的每一个的厚度为0.25mm。屏蔽壳103具有不同厚度的结构，其中侧板103b厚度大于顶板103a。此外，顶板103a的端部103f形成为具有角部。例如通过使用压模执行的锤打工艺，屏蔽壳103可构造成具有角部的形状。本发明顶板103a的端部103f的角部形成为具有0.05以下的R。另一方面，传统挤压工艺的端部的角部形成为具有0.2以下的R。该角部形状的R可小于(圆的半径更小)通过传统挤压工艺形成的弯折部的角部形状的R。
根据这种配置，由于通过顶板的端部和侧板形成的弯折部不是形成为具有与传统屏蔽壳相似的较大的R，而是形成为角部，即小的R，因此顶板的平坦部扩大了与侧板厚度相对应的量。此外，顶板的面积扩大了与侧板的增加厚度相对应的量。因此，在屏蔽壳的顶板的设计中，将附着到垫圈的区域可以得到保证，且夹持区域也可以得到保证。
也就是说，例如，第一实施例的屏蔽壳的顶板103a包括直径为0.6mm的音孔103c。在屏蔽壳的顶板103a中，夹持区域S被保证位于不与音孔103c交叠的位置。夹持区域S设置为沿纵向和横向均具有1.2mm的尺寸，且布置成使得其中心部分位于屏蔽壳的顶板103a的中心部分附近。由于角部形成于顶板的每个端部且侧板配置成不同厚度结构以扩大顶板103a的平坦部的面积，因此可以将音孔103c布置在不与夹持区域S交叠的位置且进一步布置成使得从音孔103c到顶板103a端部的距离L1、L2为1mm以上。由于屏蔽壳按照下述方式形成，即，单个板被加工成具有不同厚度，随后该板在压模内进行成型工艺并在压模内进行锤打工艺，因此侧板形成为具有比顶板大的厚度且具有小的R。
再者，屏蔽壳的侧板103b分别形成于矩形形状的顶板103a的各个边的端部。屏蔽壳103是由顶板103a和侧板103b形成，并构造成近似矩形的盖状。侧板103b的端部被加工成具有朝向屏蔽壳103内部的R形部103d。
根据前述构造，对于通过回流焊接工艺等将屏蔽壳103安装在基板101上的情形，由于焊料进入R形部103d的空间内以形成焊料填角103e，如图2所示，因此屏蔽壳可以通过合适数量的焊料而牢固地固定到基板。传统上，由于R形部具有约0.15的R，R形部103d的空间无法保持充分数量的焊料。然而，由于本实施例的R形部具有0.1以下的R，R形部103d的空间可以保持足够数量的焊料。
尽管结合屏蔽壳构造成矩形盖状的情形解释了第一实施例，屏蔽壳的形状不限于此且可以依据基板的形状来调整。例如，当基板101为圆形时，屏蔽壳103的顶板可构造成圆形。此外，当基板101具有多边形时，屏蔽壳103的顶板也可以构造成多边形。
第二实施例
接着解释MEMS传声器100用于移动电话的情形。图4为移动电话150的外观斜视图，MEMS传声器100安装在移动电话150内。图5为移动电话150的传声器部分附近的主要部分的断面图(沿图4的E-E线的断面图)。
在图4所示的移动电话150的壳体151中，传声器用音孔152形成于对应于使用时靠近使用者的嘴的位置。
垫圈154夹置于MEMS传声器100的屏蔽壳的顶板103a和壳体151的内侧面之间。与第一实施例的屏蔽壳相似，该屏蔽壳103其特征也在于侧板103b的厚度大于顶板103a的厚度。如图5所示，壳体151的音孔152具有与屏蔽壳的音孔103c几乎相同的形状，且这些音孔形成为在组装之后相互交叠。
垫圈154也设置有形状几乎与音孔103c相同的孔154a。声阻材料154b形成于孔154a壳体侧上的端部。声阻材料154b用于减小声信号的传播速度，且在这种情况下调整MEMS传声器100的声学特性。
垫圈154的厚度略大于顶板103a和壳体151内侧面之间的间隙，且垫圈因此从音孔103c到屏蔽壳的顶板103a的每个端部被夹置成紧密附着状态。
也就是说，对于用于夹置垫圈154的区域，从音孔103c到屏蔽壳的顶板103a的各个端部的距离L1、L2设计成为1mm以上，在夹置垫圈154之后的气密性可以得到保证。
相应地，由于从壳体的音孔152进入的声信号不泄露到顶板103a和壳体151内表面之间的间隙，MEMS传声器100的声学特性不会退化。
从壳体的音孔152进入的声穿过声阻材料154b并传播到MEMS芯片的振动膜电极43。因此，由振动膜电极43和固定电极46构成的平板电容器的静电电容变化，且声被读出为振动膜电极43和固定电极46之间的电压变化。
MEMS传声器100通过在屏蔽壳103采用不同厚度结构来扩大顶板的面积，由此在垫圈的声泄露可得以解决。因此，微型化的MEMS传声器100可以安装在移动电话上，这有助于移动电话150整体形状的微型化和薄型化。
此外，与具有均匀厚度结构的屏蔽壳相比，由于屏蔽壳103具有侧板厚度大于顶板厚度的不同厚度结构，重心的位置稳定。因此，在组装工艺中，当夹持装置夹持屏蔽壳103的夹持区域S并传送MEMS传声器100时，传声器可以稳定地传送。换言之，将MEMS传声器100传送到移动电话150的主基板155的安装位置的工艺可以安全稳定地执行。
工业应用性
根据本发明，由于屏蔽壳的顶板的面积可以扩大，本发明对于屏蔽壳以及具有该屏蔽壳的MEMS传声器是有用的，其可以保证用于将垫圈附着到顶板的区域而不改变传统情形中的夹持区域的位置、尺寸和范围等。

Claims (6)

1.一种屏蔽壳，用于将安装在基板上的微机电系统芯片与外部屏蔽，所述屏蔽壳包括:
顶板；以及
多个侧板，
其中所述多个侧板的每一个的厚度大于所述顶板的厚度。
2.如权利要求1所述的屏蔽壳，其中由所述顶板的端部与所述侧板形成的弯折部形成为具有角部。
3.如权利要求1或2所述的屏蔽壳，其中所述多个侧板的端部的每一个具有朝向所述屏蔽壳的内部的R形部。
4.一种微机电系统传声器，包括:
基板；
微机电系统芯片，安装在所述基板上；以及
屏蔽壳，用于将所述微机电系统芯片与外部屏蔽，所述屏蔽壳包括顶板和多个侧板，其中所述多个侧板的每一个的厚度大于所述顶板的厚度。
5.如权利要求4所述的微机电系统传声器，其中由所述顶板的端部与所述侧板形成的弯折部形成为具有角部。
6.如权利要求4或5所述的微机电系统传声器，其中所述多个侧板的端部的每一个具有朝向所述屏蔽壳的内部的R形部。
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