CN101651916A - 一种基板内嵌式麦克风封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基板内嵌式麦克风封装结构，包括：金属顶盖、基板、麦克风芯片、电路芯片和无源元件，所述的基板的上表面用于承载并固定所述的麦克风芯片、电路芯片和无源元件；该基板的上表面和下表面均设置有电连通的接地电极，用于与金属顶盖相连以实现接地；金属顶盖内表面与基板之间密封形成麦克风的声学腔，所述的金属顶盖上设置有限位结构，该限位结构所限定的平面高于且平行于所述的金属顶盖底边所在的平面，用于将所述基板以芯片承载面向上的方向水平嵌入到所述的金属顶盖中，其嵌入深度通过所述的限位结构底面和所述的金属顶盖的底边的高度差进行调整，所述的高度差不大于所述基板的厚度。本发明结构简单、空间利用率高。

Description

一种基板内嵌式麦克风封装结构

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，具体地说，本发明涉及一种基板内嵌式麦克风封装结构，它可缩小麦克风的体积。

背景技术

硅微麦克风也称MEMS麦克风，具有体积小、性能好、适合表面贴装等优点，在便携式及消费电子产业领域具有很强的增长潜力。要获得音质较好的硅微麦克风，必须要有高质量的麦克风封装。一般来说，硅微麦克风封装需要在透过外界声波的同时保护内部芯片不受物理侵害，避免周围环境中湿气和灰尘的沾污，并能有效的屏蔽环境中的电磁干扰。

目前的硅微麦克风封装主要有两种结构。一种结构包括一片基板和一个顶盖，典型的应用包括ADI公司的ADMP系列麦克风。图1的(a)和(b)示出了这种麦克风封装的俯视图和正视图。基板1上安装硅微麦克风及信号处理芯片，形成读出电路，基板1上还制作有声孔3使外界声波能够入射到麦克风芯片上。顶盖2为杯状结构，分为中心部分4和边界部分5，其中心部分4用以盖住硅微芯片及电路，并形成麦克风的声学腔。边界部分5位于顶盖2四周，用以将顶盖2固定于基板1上。顶盖2中包含至少一层导电层，并与基板1上的地信号进行可靠电学连接，以屏蔽环境中的电磁干扰。这种封装中，基板贴合于顶盖外部，顶盖具有向四周突出的边界以及倒角，需要固定于面积较大的基板上，封装后麦克风占用面积大，空间利用率不高。

另一种硅微麦克风封装如美国专利US2005/0018864A1中示出，它是三层电路板组成一个三明治结构，将中间层镂空以放置麦克风和电路芯片，外面两层形成保护结构并引出信号。这种封装体积较小，但需要面积较大的接地导电层以屏蔽外部信号，由于各芯片尺寸较小，要使这种封装中各个部件的电路准确连通有较大的难度，且这种封装难以实现自动化生产，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于，针对以上发明的不足之处，本发明提供一种基板内嵌式麦克风封装，它减少了麦克风封装占用面积，提高了空间利用率，节约了成本，易于应用到自动化生产中。

为实现上述目的，本发明提供了一种基板内嵌式麦克风封装结构，包括：金属顶盖、基板、麦克风芯片、电路芯片和无源元件，所述的基板的上表面用于承载并固定所述的麦克风芯片、电路芯片和无源元件；该基板的上表面和下表面均设置有电连通的接地电极，用于与金属顶盖相连以实现接地；金属顶盖内表面与基板之间密封形成麦克风的声学腔，其特征在于，所述的金属顶盖上设置有限位结构，该限位结构所限定的平面高于且平行于所述的金属顶盖底边所在平面，用于将所述基板以芯片承载面向上的方向水平嵌入到所述的金属顶盖中，其嵌入深度通过所述的限位结构底面和所述的金属顶盖的底边的高度差进行调整，所述的高度差不大于所述基板的厚度。

所述的限位结构为金属顶盖底部沿径向垂直于内壁向内的矩形凸起、金属顶盖底部的侧壁沿径向垂直向内凹陷结构、矩形金属顶盖因上部向内凹陷的矩形结构而形成的底部的矩形凸缘部或金属顶盖的顶面垂直向下的凹陷结构。所述限位结构可为几个分立结构，也可在内壁上构成一个整体。

分立的限位结构如实施例2、3中的边或角上向内的凸起或外部凹陷，整体的限位结构如实施例4中的绕内壁一周的环形结构等。

所述的限位结构的底面与基板上表面的地电极连接，所述顶盖通过所述限位结构与基板上的地电极连接，实现良好的电磁屏蔽。

所述基板为一印制电路板，其上设有对着麦克风芯片振动膜的声孔，以透过外界入射的声波。基板上的声孔一般靠近基板的中部，其尺寸与麦克风芯片振动膜的相近，可为圆形、矩形或任意形状。所述基板的上表面用于承载并固定所述麦克风及电路芯片，该面四周的适当位置制作有接地电极，用以与金属顶盖相连，以便接地。所述接地电极在下表面也有分布，且与所述上表面的接地电极连通。所述上表面上还制作有麦克风读出电路，该电路上的电源及信号电极与下表面上的相应电极各自连通。

所述透过声波的声孔也可以位于顶盖上，此时所述基板不再具有声孔结构。所述声孔可位于顶盖的顶面或任意一个侧面上，不用对着麦克风的振动膜。

所述的声孔为一通孔，呈圆形、矩形或任意形状，其上可设置屏蔽颗粒物的屏蔽网或屏蔽膜。

所述的麦克风芯片、电路芯片及无源元件可以通过绝缘胶粘接到所述基板的上表面，芯片间及芯片与电路间可用金丝压焊进行互联；所述芯片及元件也可以直接焊接在所述基板上表面的电路中。固定后，所述麦克风芯片的振动膜需要对着所述基板上的声孔。

所述的顶盖可为一杯状结构，一般以某种金属经过某工艺加工而成，金属可以为铝、钢、不锈钢或其他适宜加工的金属及合金；所述的工艺包括但不限于冲压等工艺。作为一种优选，所述顶盖内部形成至少三个位于同一平面内但不全在一条直线上的限位结构。

所述的限位结构可以与顶盖一体加工制成，也可以与顶盖分别加工，再牢固连接在一起。

所述的基板上表面的接地电极的边缘焊盘与所述金属顶盖的限位结构对准紧密贴合。

一般地，所述顶盖的俯视图形状和所述基板相同，但尺寸较所述基板稍大，便于将基板嵌入其中。将芯片固定于所述基板上表面之后，将上表面向上，使其上接地电极的边缘焊盘与所述顶盖的限位结构对准，将基板嵌入顶盖中并与顶盖上的限位结构紧密贴合。随后可通过限位结构将顶盖焊接在基板的接地电极上，也可以用导电胶将二者粘合。为了避免漏声，需要用密封胶将基板和顶盖间的缝隙密封好。上述步骤完成后，顶盖内表面与基板之间形成麦克风的声学腔。

本发明即一种基板内嵌式麦克风封装的优点在于：

(1)采用将基板嵌入顶盖中的封装结构，并采用限位结构来调节嵌入深度和接地，在一定程度减小了麦克风封装尺寸，不但可以节约空间，减小成本，而且更适合对麦克风尺寸要求比较严格的场合如助听器或手机中。

(2)接地及屏蔽面积较大，封装结构较为简单，易于应用到自动化生产中。

附图说明

图1(a)是ADI公司的ADMP系列麦克风封装的俯视图；

图1(b)是ADI公司的ADMP系列麦克风封装的正视图；

图2是本发明基板内嵌式麦克风封装结构的剖视图；

图3(a)是本发明基板内嵌式麦克风封装基板的俯视图；

图3(b)是本发明基板内嵌式麦克风封装基板的仰视图；

图4(a)是本发明基板内嵌式硅微麦克风封装结构的实施例一的顶盖的俯视图；

图4(b)是图4(a)的沿A-A线的剖面图；

图4(c)是图4(a)的沿B-B线的剖面图；

图5(a)是本发明基板内嵌式硅微麦克风封装结构的实施例二的顶盖的俯视图；

图5(b)是图5(a)的沿A-A线的剖面图；

图6(a)是本发明基板内嵌式硅微麦克风封装实施例三的顶盖的俯视图；

图6(b)是图6(a)的沿A-A线的剖面图；

图7(a)是本发明基板内嵌式硅微麦克风封装实施例四的顶盖的俯视图；

图7(b)是图7(a)的沿A-A线的剖面图；

图7(c)是图7(a)的沿B-B线的剖面图。

附图标识：

10、印制电路基板  11、声孔                      12、供电和信号电极

13、接地电极

20、金属顶盖      21、限位结构

22、声学腔        23、密封胶

31、麦克风芯片    32、信号处理芯片或无源元件    33、互联导线

具体实施方式

本发明提供一种基板内嵌式麦克风封装，具有较高的空间利用率和较简单的结构，能够降低成本，并易于应用到自动化生产中。本发明提供的麦克风封装可以应用于硅微麦克风，也可以应用于如驻极体麦克风等其他类型的麦克风。下面结合附图和具体实施例对本发明即基板内嵌式的硅微麦克风封装进行详细的说明。

实施例1：

图2示出了本发明基板内嵌式硅微麦克风封装的剖视图。本发明提供一种基板内嵌式硅微麦克风封装，包括一基板10、一带有限位结构21的顶盖20、安装在基板上的芯片及元件30。所述基板10以芯片承载面向上嵌入到所述顶盖20中，其嵌入深度通过所述顶盖上的限位结构21的位置进行调整。所述顶盖同时通过所述限位结构21与基板10上的地电极连接，实现良好的电磁屏蔽。

所述基板10的俯视图和仰视图，如图3(a)和3(b)所示。所述基板10上制作有声孔11，所述声孔11为一通孔，一般靠近基板的中部，其尺寸与麦克风芯片31振动膜的尺寸相近，用于透过外界入射的声波。所述基板10上还制作有供电和信号电极12和接地电极13，所述电极12和13在基板10的上表面作为信号读出电路的输入输出电极，并与基板10下表面上各自的焊盘连通，方便与后续电路连接。所述接地电极13在基板上表面边缘的特定部位形成一些面积较大的焊盘，从而与所述限位结构21贴合进行接地和屏蔽。

所述硅微麦克风芯片31、信号处理芯片及无源器件32通过绝缘胶粘接到所述基板10的上表面，相互之间及芯片与电极12、13之间通过互联导线33以压焊或其他方式进行连接。连接时，所述硅微麦克风芯片的振动膜需要对着所述基板上的声孔11。

所述顶盖20为一杯状结构，一般以某种金属经过某工艺加工而成。所述金属可以为铝、钢、不锈钢或其他适宜加工的金属或合金。所述工艺包括但不限于冲压等工艺。所述顶盖20内部形成至少三个位于同一平面内但不全在一条直线上的限位结构21。所述限位结构21可以与顶盖一体加工制成，也可以与顶盖分别加工，再牢固连接在一起。

所述顶盖20的俯视图形状和所述基板10相同，但尺寸较所述基板10稍大，便于将基板嵌入其中。所述限位结构21为金属顶盖上底部沿径向垂直于内壁向内的若干矩形凸起，其底面为平面，所有限位结构的底面在一个平面内，且与所述顶盖底边所在的平面平行。所述限位结构21的底面高于所述顶盖20底边所在平面，二者的距离用于确定所述基板10的嵌入深度，该深度一般不大于所述基板的厚度。

将所述基板10上表面向上嵌入所述顶盖20中，所述基板10的上表面与所述限位结构21的底面紧密贴合。所述限位结构21的底面要与所述基板10上的接地电极13在上表面边缘的焊盘对准，便于形成屏蔽。所述焊盘的形状和尺寸应尽量接近或略大于所述限位结构21底面的形状和尺寸。贴合完成后将限位结构21和接地电极13焊接在一起，从而将顶盖20固定在基板10上。也可以用导电胶将限位结构21和接地电极13粘接在一起。固定完成后顶盖内表面与基板之间形成硅微麦克风的声学腔22。最后用密封胶23将基板10和顶盖20间的缝隙密封好。

本实施例提供的一种基板内嵌式的硅微麦克风封装，将基板嵌入到顶盖中，并采用限位结构进行限位和屏蔽，节约了封装空间，简化了封装结构，有利于降低成本，易于应用到自动化生产中。

实施例2：

图4示出了本发明基板内嵌式硅微麦克风封装的一个实施例，尤其示出了所述顶盖20的详细结构。

如图4(a)，所述顶盖20俯视图整体为矩形，其四角上分别有四个向内凹陷的矩形结构。矩形金属顶盖因上部四角向内凹陷的矩形结构而形成的底部的矩形凸缘部即为该顶盖的限位结构21。如图4(b)，这四个限位结构21的底面位于一个平面上，且与顶盖20底边所在平面平行。限位结构21的底面与顶盖20底边所在平面的距离可以自由调节，但一般不大于基板10的厚度。如图4(c)，顶盖20除在限位结构21处有凹陷外，在其他区域均为竖直的壁状，这样有利于充分利用顶盖内部空间。

图5示出了本实施例的另一种情况，即限位结构21的个数不限于四个，位置也不限于在顶盖的角上。只要凹陷的个数和位置能够确定一个平面，用于限定基板嵌入顶盖中的位置和深度即可。如图5(a)，三个分布于顶盖20的某两对边上的顶面垂直向下的凹陷结构，形成限位结构21，其底面形成一个平面且与顶盖底边所在的平面平行。图5(b)为图5(a)中A-A截面的剖视图。同样，顶盖20除在限位结构21处有凹陷外，在其他区域均为竖直的壁状。

本实施例提供的所述顶盖20，为一块金属通过冲压加工而成。但本实施例中的顶盖20不限于用上述工艺加工，也可以选择其他金属加工工艺完成。

实施例3：

图6示出了本发明基板内嵌式硅微麦克风封装的一个实施例，尤其示出了所述顶盖20的详细结构。

如图6(a)，所述顶盖20俯视图整体为矩形，其某两条对边分布有三个矩形的凹陷结构。所述的金属顶盖底部的侧壁沿径向垂直向内凹陷结构即为该顶盖的限位结构21。图6(b)为图6(a)中A-A截面的剖视图，可见本实施例中的限位结构21是通过使顶盖侧壁的某些部位向内凹陷形成的。所述三个限位结构21的底面在一个平面上，且该平面与顶盖20底边所在的平面相互平行。限位结构21的底面与顶盖20底边所在平面的距离可以自由调节，但一般不大于基板10的厚度。顶盖20除在限位结构21处有凹陷外，在其他区域均为竖直的壁状，有利于充分利用内部空间。

实施例4：

图7示出了本发明基板内嵌式硅微麦克风封装的一个实施例，尤其示出了所述顶盖20的详细结构。

如图7(a)，所述顶盖20俯视图整体为矩形，其内表面从上向下有一圈环状的矩形凸起。所述凸起即为该顶盖的限位结构21。图7(b)为图7(a)中A-A截面的剖视图，图7(c)为图7(a)中B-B截面的剖视图。可见这一圈环状限位结构21的底面位于一个平面上，且与顶盖20底边所在平面平行。限位结构21的底面与顶盖20底边所在平面的距离可以自由调节，但一般不大于基板10的厚度。

图7(a)的顶盖中部区域具有一圆形通孔，即为所述声孔11，图7(c)的B-B截面的剖视图经过该声孔11。可见所述透过声波的声孔11位于顶盖的顶面上，所述声孔11也可以位于顶盖的任何一个侧面上，开口不用对着硅微麦克风的振动膜。所述声孔11也可以为方形或其它形状，其上也可设置屏蔽颗粒物的屏蔽网或屏蔽膜。图7所示顶盖20上具有声孔11的封装，其基板10上就不再具有声孔11的结构。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种基板内嵌式麦克风封装结构，包括：金属顶盖、基板、麦克风芯片、电路芯片和无源元件，所述的基板的上表面用于承载并固定所述的麦克风芯片、电路芯片和无源元件；该基板的上表面和下表面均设置有电连通的接地电极，用于与金属顶盖相连以实现接地；金属顶盖内表面与基板之间密封形成麦克风的声学腔，其特征在于，

所述的金属顶盖上设置有限位结构，该限位结构所限定的平面高于且平行于所述的金属顶盖底边所在的平面，用于将所述基板以芯片承载面向上的方向水平嵌入到所述的金属顶盖中，其嵌入深度通过所述的限位结构底面和所述的金属顶盖的底边的高度差进行调整，所述的高度差不大于所述基板的厚度。

2、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的限位结构为金属顶盖底部沿径向垂直于内壁向内的矩形凸起、金属顶盖底部的侧壁沿径向垂直向内凹陷结构、矩形金属顶盖因上部向内凹陷的矩形结构而形成的底部的矩形凸缘部或金属顶盖的顶面垂直向下的凹陷结构；所述的限位结构可为2个或2个以上的分立结构，也可在内壁上构成一个整体。

3、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的限位结构的底面与基板上表面的地电极连接，以实现良好的电磁屏蔽。

4、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述基板为一印制电路板，其上设有对着麦克风芯片振动膜的声孔，以透过外界入射的声波。

5、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的金属顶盖的顶面或任意一个侧面上设有声孔。

6、根据权利要求4或5所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的声孔为一通孔，呈圆形、或矩形，其上可设置屏蔽颗粒物的屏蔽网或屏蔽膜。

7、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的金属顶盖采用铝、钢、不锈钢及合金制成。

8、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的麦克风芯片及电路芯片可以通过绝缘胶粘接到所述基板的上表面，芯片间及芯片与电路间可用金丝压焊进行互联；也可以将上述芯片和元件直接焊接在所述基板上表面的电路中。

9、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的限位结构可以与顶盖一体加工制成，也可以与顶盖分别加工，再牢固连接在一起。

10、根据权利要求1所述的基板内嵌式麦克风封装结构，其特征在于，所述的基板上表面的接地电极的边缘焊盘与所述金属顶盖的限位结构对准紧密贴合。

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