CN102215448B - 可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法、封装体及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法，其包括以下步骤：S1)在基板上分别固定设置硅麦克风芯片硅麦克风和集成电路芯片，并使硅麦克风芯片对准基板上开设的音孔或者背声腔音孔；S2)将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片的对应引脚分别用绑定线连接，所述绑定线为两根或两根以上，且连接所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片的输入引脚的信号线；并且设置至少一根距离基板的高度大于所述信号线距离基板的高度的屏蔽金属线和/或用至少一根屏蔽金属线包围所述信号线；S3)将一罩盖加盖并固定在所述基板之上，该罩盖和基板将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片包围其中。从而可以不用金属罩就达到良好的电磁屏蔽效果。

Description

可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法、封装体及电子装置

技术领域

本发明涉及麦克风的封装，特别是可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法及使用所述方法制成的麦克风封装体和包含该封装体的电子装置。

背景技术

微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)麦克风或称硅麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如：手机、MP3、录音笔和监听器材等。硅麦克风一般与一个集成电路芯片电连接，由该集成电路芯片提供硅麦克风正常工作所需要的偏置电压并接收和处理硅麦克风将声音经过声-电转换后输出的电信号。现有技术条件下，为使硅麦克风正常工作，需对麦克风和集成电路芯片加以封装。封装的目的包括：对硅麦克风和集成电路芯片进行保护，防止机械损伤和灰尘等的污染；防止来自电子设备的电磁辐射干扰麦克风的输出；以及形成声学通道和声学腔体以便于硅麦克风对声音的采集。其中，尤以封装体的电磁屏蔽效果对声音采集的质量影响最大。

为了获得良好的电磁屏蔽效果，现有技术中提出了使用金属罩和含有导电层的基板将硅麦克风和集成电路芯片封装其中来实现电磁屏蔽。例如，公开日为2004年8月24日，发明人Anthony D.Minervi等，名为“microelectromechanicalsystem package with environmental and interference shield”的美国专利US6781231，和公开日为2010年2月17日，发明人乔东海等，名为“一种基板内嵌式麦克风封装结构”的中国专利申请CN200910091938.8分别揭露了两种不同的使用金属外罩的封装体。其中，麦克风的封装体原理如图1所示。

参见图1，典型的硅麦克风封装体包括基板102、金属盖101、金属围缘107、硅麦克风103以及集成电路芯片104，在金属盖101上开有音孔106。硅麦克风103和集成电路芯片104固定在基板上，二者之间通过绑定线105(bonding wire)电连接。集成电路芯片104再通过打线或其它方式与电子装置中的其它电路连接。金属围缘107固定在基板102上，并与金属盖101连接。

上述发明虽然能获得良好的电磁屏蔽效果，但是由于金属盖和金属围缘的设置导致部件较多，生产和安装均不方便，且成本昂贵。例如，金属盖的安装对位对精度的要求；在批量制造中，封装后的整体封装体的切割如果涉及金属加工，切割强度、切屑等都将给生产带来很大麻烦。同时，使用全金属的罩壳还容易与电子装置的其它电路部分发生短接和影响整体电路性能。

公开日为2008年3月26日，发明人萧伟民，名为“微机电麦克风封装结构及其封装方法”的中国专利申请CN200710167279.2公开了不完全使用金属封装的情况。其使用封胶制程来形成环墙部来替代图1中的金属围缘107，在一定程度上减小了制造上的困难，但是仍需使用金属上盖，并且，萧的发明实际上在一定程度上牺牲了电磁屏蔽效果。

发明内容

本发明的目的即在于，针对现有技术硅麦克风封装中电磁屏蔽的问题，提供一种能够取金属罩盖而代之的解决方案。从而能一方面获得良好的电磁屏蔽效果，另一方面避免由于金属罩盖的使用而产生的上述缺陷。

为此，本发明提供了一种可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法，其包括以下步骤：

S1)在基板上分别固定设置硅麦克风芯片和集成电路芯片，并使硅麦克风芯片对准基板或罩盖上开设的音孔或背声腔音孔；

S2)将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片的对应引脚分别用绑定线连接，其中，所述绑定线为两根或两根以上，且包括一连接所述硅麦克风芯片的信号输出引脚和所述集成电路芯片的输入引脚的信号线；并且设置至少一根距离基板的高度大于所述信号线距离基板的高度的屏蔽金属线和/或用至少一根屏蔽金属线包围所述信号线；

S3)将一罩盖加盖并固定在所述基板之上，该罩盖和基板将所述硅麦克风和所述集成电路芯片包围其中。

以及一种可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装体，所述封装体包括：固定在基板上的硅麦克风芯片和集成电路芯片，二者的对应引脚之间通过绑定线电连接，所述绑定线为两根或两根以上，且包括一连接所述硅麦克风的信号输出引脚和所述集成电路芯片的输入引脚的信号线；以及一罩盖加盖并固定在所述基板之上，该罩盖和基板将所述硅麦克风和所述集成电路芯片包围其中；所述基板或罩盖上对应硅麦克风芯片的位置开设有音孔或背声腔音孔；其特征在于，所述封装体还具有至少一根距离基板的高度大于所述信号线距离基板的高度的屏蔽金属线和/或用至少一根包围所述信号线的屏蔽金属线。

较佳地上述硅麦克风封装方法和封装体中，所述罩盖为陶瓷或塑料材质制成。

较佳地上述硅麦克风封装方法和封装体中，绑定线为三根或三根以上，所述信号线的两侧均有绑定线，且其两侧的各个绑定线到基板的高度均高于所述信号线。

较佳地上述硅麦克风封装方法和封装体中，所述屏蔽线和所述绑定线为金线或铝线或者铜线。

较佳地上述硅麦克风封装方法和封装体中，所述基板在异于该硅麦克风和集成电路芯片的另一侧，设置有导电层，以屏蔽来自基板侧的电磁干扰。

此外，本发明还提供了具有声音采集功能的电子装置，所述电子装置包括上述的硅麦克风封装体。

本发明的有益效果在于，可以仅用金属线来实现对高频干扰的电磁屏蔽。由于可在现有工艺中绑定引线的环节一并实现屏蔽线的设置，因此几乎不用增加任何制造工艺成本和原料成本。并且，由于可以不用金属罩盖，比之现有技术显著降低了生产成本，也避免了后期制程中焊接和金属切割等加工的不便，并能防止金属罩盖可能带来的电路短接等意外伤害。

附图说明

图1是现有技术金属罩盖麦克风封装体的剖视示意图；

图2A是第一类典型的麦克风封装体的剖视示意图；

图2B是第一类典型的麦克风封装体去掉罩盖之后的俯视示意图；

图2C是第一类典型的麦克风封装体局部立体图；

图3A是第一类典型的麦克风封装体的剖视示意图；

图3B是第一类典型的麦克风封装体去掉罩盖之后的俯视示意图；

图3C是第一类典型的麦克风封装体局部立体图；

图4A为本发明第一实施例麦克风封装体的剖视示意图；

图4B为本发明第一实施例麦克风封装体的去掉罩盖之后的俯视示意图；

图4C为本发明第一实施例麦克风封装体的局部立体图；

图5A为本发明第二实施例麦克风封装体的剖视示意图；

图5B为本发明第二实施例麦克风封装体的去掉罩盖之后的俯视示意图；

图5C为本发明第二实施例麦克风封装体的局部立体图；

图6为采用本发明封装方法的麦克风封装体与现有技术的麦克风封装体在电磁干扰下的性能比较。

具体实施方式

本发明的方案主要用于屏蔽高频电磁干扰，例如移动通讯信频段所在的UHF特高频300～3000MHz频段，其电磁辐射的波长在0.1～1米。以中国的GSM900频段为例，λ≈0.33m，λ/2π≈0.053m；在GSM1800频段，λ≈0.17m，λ/2π≈0.027m。用于3G通信的频段则在1900～2100MHz之间，以2000MHZ为例，λ≈0.15m，λ/2π≈0.024m。在手机等移动通信设备中，麦克风所在位置距辐射源(例如天线等)的距离r一般在10厘米，而对于蓝牙耳机等，麦克风距辐射源就更远，为便于分析，可将对硅麦克风的干扰统一视为远场辐射。而对于麦克风而言，最受关注的是声音采集的效果，即声信号转换成电信号后输入到集成电路芯片的输入不被干扰。

参见图2A到图2C，其分别显示了第一类典型的麦克风封装体的剖视示意图，去掉罩盖之后的俯视示意图和局部立体图。该第一类典型的麦克风封装体也可以作为本发明的麦克风封装体的原型，即本发明的麦克风封装体，除罩盖之外的部分，可采取与图2A-2C所示的现有技术相同的方式制造，并在此基础上进一步改进而成。其中，硅麦克风或称MEMS麦克风203和集成电路芯片204均固定在基板202上，二者之间通过多根绑定线(bonding wire)205连接。集成电路芯片204通过绑定线207与电子设备中的其它电路部件电连接。一般来说，基板202具有一导电层(图未示)，以屏蔽来自基板侧的电磁干扰和提供公共“地”。在基板上开有音孔206，以使声音能进入硅麦克风。罩盖201结合于基板202上，对内部的元件进行保护。

在图2A-2C所示的封装体中，绑定线205是使用3根，包括连接在硅麦克风203和集成电路芯片204的GND引脚之间的第一连接线；连接在二者BIAS引脚之间的第二连接线和连接在硅麦克风203的信号输出引脚OUT和集成电路芯片204的信号输入引脚INPUT之间的第三连接线；三根连接线平行设置。由于GND引脚和BIAS引脚可通过电容接地来防止EMI(电磁干扰)；而第三连接线由于要用于信号传输，为方便记忆，以下称信号线，两端的引脚不能通过电容接地。受电磁干扰影响和影响声音采集质量的主要是用于传输信号的该第三连接线。

另一类麦克风封装体如图3A-3C所示，其分别显示了第二类典型的麦克风封装体的剖视示意图，去掉罩盖之后的俯视示意图和局部立体图。该第二类典型的麦克风封装体也可以作为本发明的麦克风封装体的原型，即本发明的麦克风封装体，除罩盖之外的部分，可采取与图3A-3C所示的现有技术相同的方式制造，并在此基础上进一步改进而成。图3A-3C中的麦克风封装体与图2A-2C中的麦克风封装体基本相同，对于其相同部分不再赘述。二者的区别在于，在图3A-3C所示的封装体中，绑定线205是使用4根，除了连接在硅麦克风203和集成电路芯片204的GND引脚之间的第一连接线；连接在二者BIAS引脚之间的第二连接线和连接在硅麦克风203的信号输出引脚OUT和集成电路芯片204的信号输入引脚INPUT之间的作为信号线的第三连接线之外，还包括连接在二者的SHIELD引脚之间的第四连接线。

现有技术中，为了实现电磁屏蔽，罩盖由金属制成。本发明中，由于可用绑定线实现电磁屏蔽，罩盖可以不完全为金属或导体制成，换而言之，本发明的罩盖可以至少部分或全部由非导电材料制造。例如，根据本发明的麦克风封装方法和封装体可以使用非金属材料，例如陶瓷或塑料来制造罩盖。

图4A到图4C示出了本发明第一实施例麦克风封装体的剖视示意图，去掉罩盖之后的俯视示意图和局部立体图。参见图4A到4C，本发明的麦克风封装体包括：基板402、罩盖401、MEMS麦克风(也称为硅麦克风)芯片403和集成电路芯片404。MEMS麦克风芯片403和集成电路芯片404均固定在基板402上，二者之间通过多根绑定线(bonding wire)405连接。集成电路芯片404通过绑定线407与电子设备中的其它电路部件电连接。在基板上或罩盖上开有音孔或背声腔音孔406，使硅麦克风对准音孔或背声腔音孔，以使声音能进入硅麦克风。罩盖401结合于基板402上，对内部的元件进行保护。

在本实例和本发明的其它实施例中，所述的硅麦克风芯片为包括但不限于使用硅加工技术制造的微机电系统声-电转换组件；所述的集成电路芯片包括但不限于包含有偏置电压生成、声音放大电路、以及可选的模拟/数字转换电路等功能模块，这些电路模块可能被集成在一个集成电路芯片中，也可能由2个或2个以上的集成电路构成。

一般来说，基板402具有一导电层(图未示)，以屏蔽来自基板侧的电磁干扰和提供公共“地”。例如，根据本发明的一较佳实施例，在基板异于MEMS麦克风(也称为硅麦克风芯片)403和集成电路芯片404的一侧(也称外侧)或者在同侧(也称内侧)，设置有一金属片作为导电层，所述金属片用于提供电路“地”。

绑定线405包括连接在硅麦克风403和集成电路芯片404的GND引脚之间的第一连接线；连接在二者BIAS引脚之间的第二连接线和连接在硅麦克风403的信号输出引脚OUT和集成电路芯片404的信号输入引脚INPUT之间的第三连接线，即信号线。优选的，其中GND引脚和BIAS引脚可通过电容接地以防止EMI。

在本实施例中，使用了另外的屏蔽金属线408包围环绕所述信号线。屏蔽金属线可以使用与绑定线同样的材质，且两端可采用打线的方式固定在基板上，并与基板背面的金属片相接，以实现“接地”。参见图4C，为了便于设置，屏蔽金属线高于所述绑定线，环绕在其外围。从而在干扰信号的电磁波到达信号线和其它绑定线之前对其进行吸收。

要说明的是，由于在各条绑定线中，信号线对干扰最敏感，而其他两根绑定线则可通过将其相应引脚通过电容接地的形式来抗扰。理论上，屏蔽线只要能环绕信号线即可。本实施作为优选方式，令屏蔽线环绕所有绑定线以全面减小干扰。

此外，本例中示出了两条屏蔽线，在实际实施时，本领域技术人员可根据待屏蔽信号的性质，例如频率和强度来选择屏蔽线的疏密。一根屏蔽线就可以使电磁屏蔽效果显著改善。而一般来说，屏蔽线之间距离在1mm即可达到非常好的屏蔽效果。

为了防止屏蔽线因意外塌陷而使绑定线短路，和进一步获得更好的屏蔽效果，也可以再设置若干条大体平行于所述绑定线的屏蔽线，使其支撑环绕信号线方向的屏蔽线。这些屏蔽线交错设置形成网状，而网格的大小则可根据欲屏蔽的信号频率和强度以及据信号源的距离等因素根据现有的关于电磁屏蔽的理论和实践经验进行选择。

参见图4C，根据现有技术的硅麦克风的尺寸，引脚之间的距离一般在0.5-1mm。对于本发明所主要针对的射频辐射，其波长λ范围在100mm以上，理论上间距小于λ/4的网格即可对垂直于网格平面方向的电磁波进行完全屏蔽，因此，对本发明而言，沿X轴方向射频干扰将很难进入。此外，通常硅麦克风芯片和集成电路芯片间的间距最多也只是在几毫米的数量级，因此，一到两根的平行于Y-Z平面的，环绕所述信号线的屏蔽线即可对来自另外方向的辐射干扰达到良好的屏蔽效果。而用于支撑的屏蔽线，可以在沿Y轴方向所有绑定线的外侧分别各设置一根。当然，更多的屏蔽线能获得更好的屏蔽性能，在各个方向上分别用多根屏蔽线构成屏蔽网可以达到最佳效果。

参见图5A-图5C，其为本发明第二实施例麦克风封装体的剖视示意图，去掉罩盖之后的俯视示意图和局部立体图。

本实施例中，不需额外设置屏蔽金属线，而仅用已有的绑定线，通过改变各条绑定线的高度配置来达到电磁屏蔽的效果。

在图5A-图5C中，如无特别说明，相同的标记与图4A-4C中表示相同的含义。本实施例与第一实施例的不同之处在于绑定线的高低。参见图4C和图5C，图4C中，各条绑定线可以是等高的，而图5C中，信号线的高度低于连接在GND引脚间的接地线。此时，对电磁干扰敏感的绑定线设置为比较低，而用来屏蔽干扰的绑定线设置为比较高，电磁干扰会被比较高的绑定线吸收，不会影响到敏感的信号线和集成电路芯片的信号输入节点。要说明的是，信号线只要低于至少一条其它绑定线即可获得一定的屏蔽效果。但为了得到较佳的效果，我们可以在麦克风引脚排列设计时，将信号线设置为位于其它绑定线引脚(例如GND，BIAS)之间，此时，将信号线两侧的连接线都设为高于信号线，可以得到最好的屏蔽效果。

这里所谓的“高”和“低”主要针对Z轴正向而言，最好是令信号线和其它绑定线在与X-Z平面平行的平面上的投影满足：信号线的投影被其它绑定线的投影包围其中。

显然，可以将第一和第二实施例的方案联合使用。即调整绑定线的高低配置，并同时设置额外的屏蔽线。

无论是图4A-4C还是图5A-5C所述的实施例中，绑定线和屏蔽金属线除具有良好的导电性外，还应具有一定的强度，以保持其轮廓形状。一般电路制程中使用的金线，即可满足本发明的需求，并且由于金的良好导电性，可以获得很好的屏蔽效果。铝线或铜线亦可用于本发明。

图6为采用本发明封装方法的麦克风封装体与现有技术的麦克风封装体在电磁干扰下的性能比较。以本发明的第二实施例为例，其横坐标表示RF干扰源的频率，坐标表表示RF抑制比。其中，实线和虚线分别表示使用本发明的情况和如图2C所示不加屏蔽的情况。可见，使用本发明的屏蔽方式的麦克风封装体具有更好的抗干扰性能。

在上述各实施例中，是以硅麦克风芯片与集成电路芯片间使用三根绑定线连接(输入、偏置电压、接地三根引线)为例来进行说明的，显然本领域技术人员可以将本发明的方法同理用于两线(输入、偏置电压两根引线)或者四线(输入、偏置电压、接地、电容屏蔽四根引线)的麦克风中，这样的变化显然会落入本发明的范围。也就是说，硅麦克风芯片与集成电路芯片间至少有两根绑定线。

上述可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装体的封装方法，可在现有制程基础上非常容易的实现。其包括以下步骤：

S1)在基板上分别固定设置硅麦克风和集成电路芯片，并使硅麦克风芯片对准基板或罩盖上开设的音孔或者背声腔音孔。这一步骤与现有麦克风封装中相同。

S2)将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片的对应引脚分别用绑定线连接，其中，所述绑定线为两根或两根以上，且包括一连接所述硅麦克风芯片的信号输出引脚和所述集成电路芯片的输入引脚的信号线；并且设置至少一根距离基板的高度大于所述信号线距离基板的高度的屏蔽金属线和/或用至少一根屏蔽金属线包围所述信号线。这一步骤中，屏蔽金属线与绑定线可以使用完全相同的引线(这样制造方便，如一定要用不同的也并无不可)，采用相同的工艺在同一工序中完成，因此，几乎不会增加额外的成本。

至于屏蔽线的设置方式，则可按上述各个实施例的任何一种来设置。

S3)将一罩盖加盖并固定在所述基板之上，该罩盖和基板将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片包围其中。其中该罩盖可为非金属材质的陶瓷或塑料，并可通过粘合等方式固定在基板上。

同时，本发明的硅麦克风封装体可用于各种具有声音采集功能的电子设备，包括但不限于手机、MP3、MP4、录音笔、微型话筒、扩音器、监听器材等等，这些含有本发明的硅麦克风封装体的电子设备和装置同样属于本发明的范围。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)在基板上分别固定设置硅麦克风芯片和集成电路芯片，并使硅麦克风芯片对准基板或罩盖上开设的音孔或者背声腔音孔；

S2)将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片的对应引脚分别用绑定线连接，其中，所述绑定线为两根或两根以上，且包括一连接所述硅麦克风芯片的信号输出引脚和所述集成电路芯片的输入引脚的信号线；并且设置至少一根距离基板的高度大于所述信号线距离基板的高度的屏蔽金属线和/或用至少一根屏蔽金属线包围所述绑定线；其中，所述屏蔽金属线为环绕所述信号线方向，或者为包括环绕所述信号线方向的网状；其中，所述绑定线还包括地线；所述绑定线和所述屏蔽金属线采用引线方式设置；

S3)将一罩盖加盖并固定在所述基板之上，该罩盖和基板将所述硅麦克风芯片和所述集成电路芯片包围其中。

2.根据权利要求1所述的硅麦克风封装方法，其特征在于，所述罩盖不完全为金属或导体制成。

3.根据权利要求1或2所述的硅麦克风封装方法，其特征在于，绑定线为三根或三根以上，所述信号线的两侧均有绑定线，且以所述信号线两侧的到基板的高度高于所述信号线的各个绑定线作为屏蔽金属线。

4.根据权利要求1或2所述的硅麦克风封装方法，其特征在于，所述屏蔽线和所述绑定线为金线或铝线或铜线。

5.一种可屏蔽电磁干扰的硅麦克风封装体，所述封装体包括：固定在基板上的硅麦克风芯片和集成电路芯片，二者的对应引脚之间通过绑定线进行电连接，所述绑定线为两根或两根以上，且包括一连接所述硅麦克风芯片的信号输出引脚和所述集成电路芯片的输入引脚的信号线；以及一罩盖加盖并固定在所述基板之上，该罩盖和基板将所述硅麦克风和所述集成电路芯片包围其中；所述基板或罩盖上对应硅麦克风芯片的位置开设有音孔或背声腔音孔；其特征在于，

所述封装体还具有至少一根距离基板的高度大于所述信号线距离基板的高度的屏蔽金属线和/或至少一根包围所述绑定线的屏蔽金属线；其中，所述屏蔽金属线为环绕所述信号线方向，或者为包括环绕所述信号线方向的网状；其中，所述绑定线还包括地线；所述绑定线和所述屏蔽金属线采用引线方式设置。

6.根据权利要求5所述的硅麦克风封装体，其特征在于，所述罩盖不完全为金属或导体制成。

7.根据权利要求5或6所述的硅麦克风封装体，其特征在于，绑定线为三根或三根以上，所述信号线的两侧均有绑定线，且其两侧的各个绑定线到基板的高度均高于所述信号线，以所述高于信号线的绑定线作为屏蔽金属线。

8.根据权利要求5或6所述的硅麦克风封装体，其特征在于，所述屏蔽线和所述绑定线为金线或铝线或铜线。

9.根据权利要求5或6所述的硅麦克风封装体，其特征在于，所述基板的内侧或者外侧设置有导电层，以屏蔽来自基板侧的电磁干扰。

10.根据权利要求5或6所述的硅麦克风封装体，其特征在于，所述封装体包括多根垂直包围所述信号线的屏蔽金属线，还包括多根平行且高于所述信号线的屏蔽金属线。

11.一种具有声音采集功能的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括如权利要求5或6所述的硅麦克风封装体。