CN101426164B - 电声感知装置 - Google Patents

Abstract

一种电声感知装置，包括一感知芯片、一基板芯片以及一密封元件。感知芯片用以进行电声转换(electro-acoustic transducing)，以输出一电性信号，且感知芯片具有至少一第一接点。基板芯片设置于感知芯片下方，具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点。第二接点电性接触于第一接点，第二接点及通道接点位于基板芯片不同的表面，电性通道是贯穿基板芯片，用以电性连通第二接点及通道接点。电性信号经由第一接点、第二接点及电性通道传递至通道接点。密封元件设置于感知芯片及基板芯片之间，用以气密对接(air-tight coupling)感知芯片及基板芯片。

Description

电声感知装置

技术领域

本发明是有关于一种电声感知装置，且特别是有关于一种电容式的电声感知装置。

背景技术

近年来消费性电子产品在市场上愈来愈受到消费者的欢迎，各式各样的电子产品已经充斥在现代人的日常生活中。随着近年来电子产品逐渐朝向多功能、小体积的趋势发展，业界无不致力于发展整合性更佳以及成本更低的产品。常见的消费性电子产品，如行动电话、个人数字助理(PDA)、数字录音笔及随身数字音乐播放器等，为了能够在有限的空间中提供高品质的收音及扩音效果，近年来是逐渐将微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)麦克风和扬声器应用于产品中。

目前业界广泛应用的一种微机电系统麦克风结构，是为一系统级封装(System In Package，SIP)结构，将多个芯片设置于一封装结构中。请参照图1，其绘示一已知的微机电系统麦克风的剖面图。微机电系统麦克风100中，是将声波感应芯片110、电路芯片130及表面粘着构件150等独立的元件分别设置于基板170上。保护盖190是设置于基板170上，并且覆盖声波感应芯片110、电路芯片130及表面粘着构件150等元件。保护盖190上具有入声孔190a，用以使声音信号进入保护盖190内，以接触声波感应芯片110。此种微机电系统麦克风100，需将声波感应芯片110、电路芯片130及表面粘着构件150等元件，分别利用例如是打线接合的方式设置于基板150上。此种微机电系统麦克风100的结构及工艺均较为复杂，难以降低成本。

发明内容

本发明是提供一种电声感知装置，其是利用双芯片堆栈接合的方式构成，是可简化工艺步骤、降低工艺成本。此外，更由将集成电路整合至其中一个芯片内，可减少电声感知装置中元件的数目，进而缩小电声感知装置的体积。

根据本发明，提出一种电声感知装置，其特征在于，包括：

一感知芯片，用以进行电声转换，并以输出一电性信号，该感知芯片具有至少一第一接点；

一基板芯片，设置于该感知芯片下方，该基板芯片具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点，该第二接点电性接触于该第一接点，该第二接点及该通道接点位于该基板芯片不同的表面，该电性通道是贯穿该基板芯片，用以电性连通该第二接点及该通道接点；以及

一密封元件，设置于该感知芯片及该基板芯片之间，用以气密对接该感知芯片及该基板芯片；

其中，该电性信号经由该第一接点、该第二接点及该电性通道传递至该通道接点。

其中该感知芯片还具有一第一腔体，该第一腔体的一上方开口连通该电声感知装置的外部。

其中该感知芯片还包括：

一振动膜，位于该感知芯片的底部，且遮盖该第一腔体的一下方开口；及

一背板，平行设置于该振动膜下方，并且与该振动膜相隔一间距；

其中，该振动膜及该背板是形成一电容结构。

其中该基板芯片具有一第二腔体，该第二腔体对应位于该第一腔体下方，该振动膜及该背板位于该两腔体之间。

其中该感知芯片还具有一贯通孔，用以连通该第二腔体及该电声感知装置的外部。

其中该基板芯片还具有一开口，位于该基板芯片底部，该开口用以连通该第二腔体及该电声感知装置的外部。

其中该装置还包括：

一集成电路，设置于该感知芯片内，用以接收该背板输出的信号。

其中该感知芯片具有两个该第一接点，该两第一接点分别电性连接于该集成电路及该背板。

其中该基板芯片具有两个该第二接点、两个该电性通道及两个该通道接点，该两第二接点分别对应电性接触于该两第一接点，各该电性通道分别对应电性连通一个该第二接点及一个该通道接点。

其中该装置还包括：

一集成电路，设置于该基板芯片内，用以接收该背板输出的信号。

其中该装置还包括：

一孔盖，设置于该感知芯片上，该孔盖具有至少一入声孔，用以使一声音信号接触该振动膜。

其中该装置还包括：

一滤网，设置于该感知芯片的顶部，且部分遮盖该第一腔体的该上方开口，其中一声音信号是穿透通过该滤网以接触该振动膜。

其中该感知芯片及该基板芯片等宽。

其中该密封元件为一环状结构，该第一接点及该第二接点位于该密封元件内侧。

其中该密封元件为导电材质。

其中该密封元件为一环状结构，该第一接点及该第二接点位于该密封元件外侧。

其中该密封元件为非导电材质。

其中该感知芯片为一硅芯片。

其中该基板芯片为一硅芯片。

其中该第二接点及该通道接点分别位于该基板芯片相对的两表面。

根据本发明，再提出一种电声感知装置，其特征在于，包括：

并排的二感知芯片，用以进行电声转换，并以输出一电性信号，各该感知芯片具有至少一第一接点；

并排的二基板芯片，该二基板芯片分别对应设置于该二感知芯片下方，各该基板芯片具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点，该第二接点电性接触于该第一接点，该第二接点及该通道接点位于各该基板芯片不同的表面，该电性通道是贯穿各该基板芯片，用以电性连通该第二接点及该通道接点；以及

二密封元件，分别设置于该二感知芯片及对应的该二基板芯片之间，分别用以气密对接一个该感知芯片及一个该基板芯片；

其中，该电性信号经由该第一接点、该第二接点及该电性通道传递至该通道接点。

附图说明

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳的实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中：

图1绘示一已知的微机电系统麦克风的剖面图；

图2绘示依照本发明第一实施例的电声感知装置的示意图；

图3绘示图1中各元件的电性方块图；

图4绘示图2中电声感知装置的俯视图；

图5绘示图2中基板芯片具有开口时的示意图；

图6绘示依照本发明第二实施例的电声感知装置的示意图；以及

图7绘示依照本发明第三实施例的电声感知装置的示意图。

具体实施方式

依照本发明实施例的电声感知装置，利用一密封元件气密对接(air-tight coupling)一感知芯片及一基板芯片。感知芯片具有至少一第一接点，基板芯片具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点。感知芯片输出的电性信号是经由第一接点、第二接点、电性通道及通道接点，传递至基板。再者，电声感知装置中利用将一集成电路整合至感知芯片或基板芯片内的方式，简化电声感知装置的结构，进而缩减体积，降低工艺复杂度以及工艺成本。以下提出较佳的实施例作为本发明的详细说明，然此些实施例用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。再者，实施例中的图标亦省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。

第一实施例

请参照图2，其绘示依照本发明第一实施例的电声感知装置的示意图。电声感知装置200包括一感知芯片210、一基板芯片230以及一密封元件250。感知芯片210是用以进行电声转换(electro-acoustic transducing)，并且以输出一电性信号，此外感知芯片210是具有至少一第一接点。基板芯片230设置于感知芯片210下方，并且具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点。密封元件250设置于感知芯片210及基板芯片230之间，用以气密对接感知芯片210及基板芯片230。

本实施例中，感知芯片210是以具有二个第一接点211a、211b为例做说明，基板芯片230是以具有二个第二接点231、231b、二个电性通道233a、233b及二个通道接点235a、235b为例做说明。电声感知装置200中，第二接点231a、231b及通道接点235a、235b位于基板芯片230不同的表面。于本实施例中，第二接点231a、231b及通道接点235a、235b较佳地是位于基板芯片230相对的上下两表面。其中一第二接点231a电性接触于第一接点211a，另一第二接点231b电性接触于另一第一接点211b。电性通道233a、233b较佳地是贯穿基板芯片230的上下两表面，其中一电性通道233a电性连通第二接点231a与通道接点235a，另一电性通道233b电性连通第二接点231b与通道接点235b。感知芯片210输出的电性信号，经由第一接点211a、211b、第二接点231a、231b及电性通道233a、233b传递至通道接点235a、235b。通道接点235a、235b是电性连接于一基板P，例如一印刷电路板(PCB)，以更将电性信号传递至基板P。

更进一步来说，电声感知装置200还包括一集成电路270。本实施例中，集成电路270是设置于感知芯片210内， 用以接收感知芯片210的一背板215所输出的信号。除背板215之外，感知芯片210还包括一振动膜213，并且具有一第一腔体210A。第一腔体210A的上方开口连通电声感知装置200的外部，振动膜213位于感知芯片210的底部，并且遮盖第一腔体210A的下方开口。背板215平行设置于振动膜213下方，是与振动膜213相隔一间距，并且较佳地具有多个孔洞215a。振动膜213与背板215是形成一电容结构217。

基板芯片230具有一第二腔体230A，其是对应位于第一腔体210A下方。振动膜213及背板215位于第一腔体210A及第二腔体230A之间，此两腔体210A、230A是由振动膜213分隔开来。感知芯片210较佳地还具有一贯通孔210C，其是贯穿感知芯片210，用以连通第二腔体230A及电声感知装置200的外部。当一声音信号A经由第一腔体210A的上方开口进入第一腔体210A且接触振动膜213时，是使振动膜213随着声音信号A的声压于两腔体210A、230A之间进行振动，进而改变电容结构217的电容值。感知芯片210由集成电路270接收背板215输出的信号，是可得到声压的变化，以此方式进行电声转换。

另外一方面，本实施例中感知芯片210所输出的电性信号，例如是包括由集成电路270所输出的信号，以及由背板215所输出的信号。关于电声感知装置200中各元件及信号的电性连接关系，以下是辅以图3进行说明，图3是绘示图1中各元件的电性方块图。如图所示，背板215是电性连接于第一接点211a，背板215输出的信号S1是经由第一接点211a、第二接点231a、电性通道233a及通道接点235a传递至基板P。此外，  集成电路270是电性连接于第一接点211a，并且接收由背板215输出的信号S1。集成电路270是根据信号S1输出另一信号S2，此信号S2是经由第一接点211b、第二接点231b、电性通道233b及通道接点235b传递至基板P。

再者，本实施例的电声感知装置200还包括一孔盖290，如图2所示。孔盖290设置于感知芯片210的顶部，具有至少一入声孔290a，用以使声音信号A进入第一腔体210A并接触振动膜213。孔盖290的材质可例如是金属或聚合物，其是用以过滤灰尘、沙粒或水滴等外物，避免外物落入第一腔体210A中。然而，于本发明的技术领域中具有通常知识者，可了解本实施例中过滤外物的技术手段是不限制于此。例如于本实施例中，亦可应用设置滤网于感知芯片210的顶部的方式来阻挡外物。由于滤网具有多个孔洞，仅部分地遮盖第一腔体210A的上方开口，使得声音信号A是可穿透通过滤网以接触振动膜213。

接着请同时参照图4，其绘示图2中电声感知装置的俯视图。本实施例中，密封元件250例如是一环状结构，第一接点211a、211b及第二接点231a、231b是位于密封元件250内侧。密封元件250较佳地为导电材质，具有屏蔽电磁干扰的效果，可确保感知芯片与基板芯片间信号传递的品质。然而，本发明的技术是不限制于此，第一接点211a、211b及第二接点231a、231b亦可位于密封元件250外侧，且此时密封元件250的材质亦可选用非导电材质(例如橡胶材料)，  是可增加密封元件250材质选用的弹性。

本实施例的电声感知装置200中，基板芯片230更可具有一开口。请参照图5，其绘示图2中基板芯片具有开口时的示意图。开口230C位于基板芯片230底部，用以连通第二腔体230A及电声感知装置200的外部。当声音信号A进入第一腔体210A并接触振动膜213时，振动膜213是可反映出压力的变化梯度，使电声感知装置200具有可感应方向性的灵敏度。

另一方面，本实施例的电声感知装置200例如是一微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)麦克风，其中感知芯片210及基板芯片230可分别例如是一硅芯片，并且较佳地具有相同的宽度。此两芯片210及230可分别经由湿式蚀刻或干式蚀刻的方式，蚀刻出第一腔体210A或第二腔体230A，  此处是不再加以赘述。  另外，  感知芯片210及基板芯片230可例如应用覆晶接合技术连接，电声感知装置200可例如应用表面粘着技术(surface mount technology)接合至基板P上，如此是可有效提升工艺效率。除此之外，本实施例的电声感知装置200，亦可使用晶片等级(wafer leve1)的工艺，于上下两晶片接合之后，再切割出包括一个感知芯片210及一个基板芯片230的电声感知装置200。

依照本发明第一实施例的电声感知装置200，利用覆晶接合技术连接感知芯片210及基板芯片230，是可简化工艺步骤，并且提升工艺效率。此外，由表面粘着技术直接将电声感知装置200连接至基板P上，是可提升整体组装效率，整体而言可降制造成本。再者，利用将集成电路270整合至感知芯片210内的方式，更可缩减电声感知装置200的体积。

第二实施例

本实施例的电声感知装置与上述依照第一实施例的电声感知装置200(绘示于图2中)，不同之处在于本实施例中集成电路是整合设置于基板芯片内。请参照图6，其绘示依照本发明第二实施例的电声感知装置的示意图。电声感知装置600包括一感知芯片610、一基板芯片630、一密封元件650以及一集成电路670。本实施例中，感知芯片610具有一第一接点611，基板芯片630具有一第二接点631、一电性通道633及二通道接点635a、635b。第二接点631电性接触于第一接点611，第二接点631及二通道接点635a、635b较佳地位于基板芯片630相对的上下两表面。电性通道633是贯穿基板芯片630的上下两表面，用以电性连通第二接点631及通道接点635a。密封元件650设置于感知芯片610及基板芯片630之间，用以气密对接此两芯片610、630。本实施例中，集成电路670是设置于基板芯片630内，用以接收感知芯片60的一背板615所输出的信号。

依照本发明第二实施例的电声感知装置600中，感知芯片610输出的电性信号包括背板615输出的信号。背板615输出的信号，是经由第一接点611、第二接点631、电性通道633及通道接点635a传递至基板P。另外，集成电路670是根据背板615输出的信号，由基板芯片630的另一通道接点635b传递另一信号至基板P。

另一方面，本实施例中背板615、振动膜613、密封元件650及孔盖690等元件的配置方式，是与上述依照本发明第一实施例相同。再者，感知芯片610的一第一腔体610A、感知芯片610的一贯通孔610C以及基板芯片630的一第二腔体630A的设计方式，亦与前述第一实施例相同。此些相同的处于本实施例中是不再加以重复叙述。

依照本发明第二实施例的电声感知装置600，集成电路670是设置于基板芯片630中。感知芯片610及基板芯片630之间，仅由一个第一接点611以及一个第二接点631进行背板615的信号的传递，可减小感知芯片610及基板芯片630之间电性接触的面积，进而降低信号衰减以及产生噪声的问题。

第三实施例

请参照图7，其绘示依照本发明第三实施例的电声感知装置的示意图。电声感知装置700包括并排的二感知芯片710、并排的二基板芯片730以及二密封元件750。每一个感知芯片710是用以进行电声转换，以输出一电性信号。此二基板芯片730分别对应设置于此二感知芯片710下方。二密封元件750分别设置于二感知芯片710及对应的二基板芯片730之间，分别用以气密对接一个感知芯片710及一个基板芯片730。

更进一步来说，本实施例中，电声感知装置700还包括二集成电路770，分别设置于二感知芯片710中。每一感知芯片710均具有二第一接点711、一第一腔体710A及一贯通孔710C，且每一感知芯片710均包括一振动膜713及一背板715。再者，每一基板芯片730均具有一第二腔体730A、二第二接点731、二电性通道733及二通道接点735。依照本发明第三实施例的电声感知装置700，其中第一及第二接点711及731、贯通孔710C以及密封元件750的配置方式，是与依照本发明的第一实施例相同；  另外，第一、第二及通道接点711、731及735、电性通道733、背板715以及集成电路770的电性连接关系，  是与第一实施例中各元件的电性连接关系(绘示于图3中)相同。此些相同之处是省略不再重复赘述。

依照本发明第三实施例的电声感知装置700中，当同一声音信号A分别进入二第一腔体710A，并且接触二振动膜713时，是可由并排设置的二感知芯片710所接收的声音信号  A的相位差，  侦测出声音信号A的方向，使电声感知装置700具有可感应方向性的灵敏度。

上述依照本发明较佳实施例的电声感知装置，是将集成电路整合至感知芯片或基板芯片中，可有效减少电声感知装置的构件数目，缩减装置的体积。再者，利用覆晶接合技术连接感知芯片及基板芯片，并且利用表面粘着技术直接将电声感知装置连接于基板上的方式，是可简化工艺步骤、提升工艺及组装效率，整体而言可降低制造成本。此外，利用环状结构且为导电材质的密封元件，将第一接点及第二接点包围于内侧，更可使得密封元件具有屏蔽电磁干扰的效果，确保感知芯片与基板芯片间信号传递的品质。另外，本发明实施例的电声感知装置，是可利用并排设置的二感知芯片来接收声音信号的相位差，用以侦测出声音信号的方向，使电声感知装置具有可感应方向性的灵敏度。此外，电声感知装置可包含基板芯片的开口，使第二腔体连通于外部，振动膜可反映出压力变化的梯度，亦可使电声感知装置具有可感应方向性的灵敏度。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，  在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视本发明的权利要求范围所界定的为准。

Claims (21)

1.一种电声感知装置，其特征在于，包括：

一感知芯片，用以进行电声转换，并以输出一电性信号，该感知芯片具有至少一第一接点；

一基板芯片，设置于该感知芯片下方，该基板芯片具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点，该第二接点电性接触于该第一接点，该第二接点及该通道接点位于该基板芯片不同的表面，该电性通道是贯穿该基板芯片，用以电性连通该第二接点及该通道接点；以及

一密封元件，设置于该感知芯片及该基板芯片之间，用以气密对接该感知芯片及该基板芯片；

其中，该电性信号经由该第一接点、该第二接点及该电性通道传递至该通道接点。

2.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该感知芯片还具有一第一腔体，该第一腔体的一上方开口连通该电声感知装置的外部。

3.如权利要求2所述的电声感知装置，其特征在于，其中该感知芯片还包括：

一振动膜，位于该感知芯片的底部，且遮盖该第一腔体的一下方开口；及

一背板，平行设置于该振动膜下方，并且与该振动膜相隔一间距；

其中，该振动膜及该背板是形成一电容结构。

4.如权利要求3所述的电声感知装置，其特征在于，其中该基板芯片具有一第二腔体，该第二腔体对应位于该第一腔体下方，该振动膜及该背板位于该两腔体之间。

5.如权利要求4所述的电声感知装置，其特征在于，其中该感知芯片还具有一贯通孔，用以连通该第二腔体及该电声感知装置的外部。

6.如权利要求4所述的电声感知装置，其特征在于，其中该基板芯片还具有一开口，位于该基板芯片底部，该开口用以连通该第二腔体及该电声感知装置的外部。

7.如权利要求3所述的电声感知装置，其特征在于，其中该装置还包括：

一集成电路，设置于该感知芯片内，用以接收该背板输出的信号。

8.如权利要求7所述的电声感知装置，其特征在于，其中该感知芯片具有两个该第一接点，该两第一接点分别位于该第一腔体的相对侧，该两第一接点分别电性连接于该集成电路及该背板。

9.如权利要求8所述的电声感知装置，其特征在于，其中该基板芯片具有两个该第二接点、两个该电性通道及两个该通道接点，该两第二接点及该两通道接点位于基板芯片不同的表面，且该两第二接点分别与该两第一接点对应设置，该两电性通道贯穿该基板芯片，且该两电性通道分别与该两第二接点对应设置，该两通道接点分别与该两电性通道对应设置，该两第二接点分别电性接触于对应的该两第一接点，各该电性通道分别电性连通对应的一个该第二接点及一个该通道接点。

10.如权利要求3所述的电声感知装置，其特征在于，其中该装置还包括：

一集成电路，设置于该基板芯片内，用以接收该背板输出的信号。

11.如权利要求3所述的电声感知装置，其特征在于，其中该装置还包括：

一孔盖，设置于该感知芯片上，该孔盖具有至少一入声孔，用以使一声音信号接触该振动膜。

12.如权利要求3所述的电声感知装置，其特征在于，其中该装置还包括：

一滤网，设置于该感知芯片的顶部，且部分遮盖该第一腔体的该上方开口，其中一声音信号是穿透通过该滤网以接触该振动膜。

13.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该感知芯片及该基板芯片等宽。

14.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该密封元件为一环状结构，该第一接点及该第二接点位于该密封元件内侧。

15.如权利要求14所述的电声感知装置，其特征在于，其中该密封元件为导电材质。

16.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该密封元件为一环状结构，该第一接点及该第二接点位于该密封元件外侧。

17.如权利要求16所述的电声感知装置，其特征在于，其中该密封元件为非导电材质。

18.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该感知芯片为一硅芯片。

19.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该基板芯片为一硅芯片。

20.如权利要求1所述的电声感知装置，其特征在于，其中该第二接点及该通道接点分别位于该基板芯片相对的两表面。

21.一种电声感知装置，其特征在于，包括：

并排的二感知芯片，用以进行电声转换，并以输出一电性信号，各该感知芯片具有至少一第一接点；

并排的二基板芯片，该二基板芯片分别对应设置于该二感知芯片下方，各该基板芯片具有至少一第二接点、至少一电性通道及至少一通道接点，该第二接点电性接触于该第一接点，该第二接点及该通道接点位于各该基板芯片不同的表面，该电性通道是贯穿各该基板芯片，用以电性连通该第二接点及该通道接点；以及

二密封元件，分别设置于该二感知芯片及对应的该二基板芯片之间，分别用以气密对接一个该感知芯片及一个该基板芯片；

其中，该电性信号经由该第一接点、该第二接点及该电性通道传递至该通道接点。

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