CN102572674A - 麦克风封装及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一些措施，这些措施能够成本有利地实现麦克风封装，其中在高微型化程度下实现非常好的麦克风性能。这种麦克风封装包括具有麦克风膜片的MEMS麦克风组件和具有壳体底和壳体盖的壳体，其中壳体包围麦克风组件的背侧容积，并且在壳体中构造有通向麦克风膜片的声学进入通道，其相对于背侧容积是封闭的并且使壳体中的至少一个声孔与麦克风膜片的一侧连通。根据本发明，在壳体的内部安装了插入件，其定义通向麦克风膜片的声学进入通道，其方式是，其与壳体的声孔耦合并且具有至少一个出口，具有麦克风膜片的麦克风组件安装在所述至少一个出口上方。

Description

麦克风封装及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种麦克风封装以及一种用于制造所述麦克风封装的方法。在这里提到的麦克风封装包括至少一个具有麦克风膜片的MEMS麦克风组件和一个具有壳体底和壳体盖的壳体。所述壳体包围麦克风组件的背侧容积(Rückseitenvolumen)。此外，在壳体中构造有通向麦克风膜片的声学进入通道，所述声学进入通道相对于背侧容积是封闭的并且使壳体中的声孔与麦克风膜片的一侧连通。
背景技术
MEMS组件的封装具有不同功能。封装保护组件免受机械的和化学的环境影响。此外，封装或壳体的类型确定了在使用地点如何安装和接通所述组件。在此特别重要的是用于SMT(surface mounting technology：表面安装技术)安装的壳体。在MEMS麦克风组件的情形中，壳体还承担着一部分麦克风功能，因为麦克风膜片的声学连接和背侧容积由壳体的构型决定性地确定。由此，壳体对MEMS麦克风的传递特性具有重要影响。
在US2009/0180655 A1中描述了一种开始部分所述类型的麦克风封装。其包括具有壳体的MEMS麦克风组件，所述壳体由壳体底和壳体盖组成。它们压力密封地(druckdicht)彼此连接并且由此包围麦克风组件的背侧容积，所述麦克风组件安装在壳体底上。声音由下方传导到麦克风膜片上。为此，所述麦克风组件压力密封地安装在壳体底中的进入通道的出口上方。通过壳体盖中的管状的连接管实现声导入，所述连接管通到壳体底中的进入通道中。
所述结构要求特别制成的、相对较厚的壳体底，这在总体上开销相对较高。此外，只有当进入通道的进口和出口及其垂直延展相对较大时，才可以确保良好的麦克风性能。由此，已知的麦克风封装的微型化可行方案是受限制的。
发明内容
通过本发明建出一些措施，这些措施能够成本有利地实现在这里提到的类型的麦克风封装，其中，也可以在高微型化程度下实现非常良好的麦克风性能。
根据本发明，这借助称作插入件(Interposer)的中间支承件实现，所述中间支承件安装在壳体的内部并且定义通向麦克风膜片的声学进入通道，其方式是，其与壳体的声孔耦合并且具有至少一个出口，具有麦克风膜片的麦克风组件安装在所述至少一个出口上方。
根据本发明，开销相对较高地制造具有平行于底面的进入通道的厚壳体底由两个彼此独立的制造步骤替代，即结构化和成形中间支承件和将所述中间支承件调准地安装在壳体内。根据本发明充分利用了：所述中间支承件可以由与壳体底完全不同的材料制造，以及在材料选择适当时可以使用用于预先准备插入件以及用于插入件在壳体中的安装的标准方法。除了所述操作方式相对现有技术的一体的变型方案的成本优点之外，借助于根据本发明的插入件还可以更精确地预给定进入通道的几何尺寸以及更精确地预给定其声学特性。这实现整个麦克风封装的全面微型化。
原则上存在用于实现根据本发明的麦克风封装的多种可能性，这尤其涉及插入件的材料、形状、结构和安装。
在本发明的一个优选的构型中，插入件实现为扁平的中间支承件的形式，所述扁平的中间支承件具有环绕拱起的边缘区域，并且所述插入件通过所述拱起的边缘区域与壳体底压力密封地连接。由此，所述插入件与壳体底一起形成声学进入通道。所述声学进入通道的出口在所述情形中可以简单地实现为中间支承件中的通孔的形式。所述进入通道的进口同样可以是插入件中的通孔或者也可以是壳体底中的通孔。但它们例如也侧向地构造在壳体底与插入件之间。
关于麦克风封装的SMT安装，证实有利的是，声孔位于壳体盖的区域中。在本发明的一个优选的实施方式中，壳体盖中指向内部的连接管的敞开的端部用作声孔。借助于所述连接管使声输入与背侧容积分开，其方式是，连接管安装在插入件中的声学进入通道的进口上方并且与其压力密封地连接。因此，声音通过连接管和壳体盖中的声孔以及通过插入件与壳体底之间的进入通道引导到麦克风膜片上。
在根据本发明的麦克风封装的一个特别有利的变型中，所述麦克风封装也适用于在含有颗粒的周围环境中使用，栅格状的过滤结构位于声学进入通道的进口区域中。由此可以极其有效地防止颗粒沉积在麦克风膜片上并且由此使麦克风信号失真。
如已经提到的那样，可以由不同材料制造插入件。在本发明的一个优选的变型方案中，麦克风封装包括金属的插入件。可以有利地由与引线框架相同的材料和相同的技术制造这样的插入件，并且也借助标准方法、例如回流焊(reflow-
Figure BDA0000118690210000031
)将其安装在壳体底上。借助通常在引线框架制造中使用的结构化方法可以实现具有非常精确尺寸的非常小的结构。这尤其在制造声进口和声出口以及所述开口区域中的栅格状的过滤结构时是重要的，并且是麦克风封装的整体微型化的前提条件。通过使用金属来代替塑料，可以显著地减小插入件的壁厚。此外，这样制成的金属插入件具有比大多以压铸技术制成的塑料插入件更高的尺寸稳定性。因此，借助金属插入件，不仅在面积上而且在高度上实现了比塑料插入件更小的麦克风封装。金属插入件的另一显著优点是，其可以非常简单地、大批量地以连续阵列的形式制造并且安装在壳体底的相应阵列上。由此，极大地简化了根据本发明的麦克风封装的制造，这在下面借助附图更详细地进行说明。
附图说明
如以上已经讨论的那样，存在通过有利的方式构型和扩展本发明的教导的不同可行方案。为此，一方面参照与独立权利要求1并列的权利要求而另一方面参照以下借助附图的实施例描述。
图1示出根据本发明的麦克风封装的示意性剖面图。
为了说明多个根据本发明的麦克风封装的制造示出：
图2a：插入件阵列，
图2b：壳体底阵列，
图2c：壳体盖阵列，
图2d：在安装插入件阵列后的壳体底阵列，
图2e：在装配麦克风芯片后的图2d的结构，
图2f：在安装壳体盖阵列后以及在分离麦克风封装后的图2e的结构。
具体实施方式
在图1中示出了具有MEMS麦克风组件1的麦克风封装10。在所述MEMS麦克风组件1的上侧中构造有膜片11，所述膜片11具有用于信号检测的电路元件12。通过组件背侧中的空腔13以声压加载所述麦克风膜片11。
MEMS麦克风组件1位于壳体2中，所述壳体基本上由壳体底21和壳体盖22组成。壳体底21和壳体盖22压力密封地彼此连接并且形成用于麦克风膜片11的背侧容积20。在壳体盖22中构造有指向内部的连接管23，所述连接管23具有声孔24。
根据本发明，麦克风封装10还包括称为插入件3的中间支承件。所述中间支承件与壳体底21一起形成用于麦克风组件1的声学进入通道30，所述声学进入通道使壳体盖22中的声孔24与麦克风膜片11下方的空腔13连通并且同时相对于背侧容积20是封闭的。
根据本发明的一个优选实施方式，插入件3在此实现为金属支承部件的形式，其由引线框架材料出发借助引线框架的制造方法——如冲压、蚀刻和深拉伸进行结构化和成形。在此，在所述插入件3中产生进口31和出口32。在进口31的开口区域中构造有网状的过滤结构33。可以有利地通过蚀刻引线框架材料来实现这样精细的结构。此外，插入件3的边缘区域34拱起。插入件3安装在壳体底21上并且通过其拱起的边缘区域34与壳体底压力密封地连接。另外，具有声孔24的壳体盖22的连接管23通过进口31与插入件3压力密封地连接。根据壳体部件21和22的材料，可以简单地通过粘接或焊接建立与金属插入件3的连接。麦克风组件1同样压力密封地安装在插入件3上，更确切地说，借助空腔13安装在出口32上方。
借助于插入件3确保了声音仅仅被传导到麦克风膜片11的背侧上。声音通过连接管23和壳体盖22中的声孔24以及通过插入件3中的进口31到达插入件3与壳体底21之间的声学进入通道30中。所述进入通道30相对于背侧容积20是封闭的，使得声压仅仅通过出口32被传导到空腔13并且由此传导到麦克风膜片11的下侧上。进口33的开口区域中的过滤结构33应当阻止污染颗粒到达声学进入通道30中以及直到麦克风膜片11并且附着在那里。
麦克风膜片11上面的背侧容积20是封闭的，这不仅使声学麦克风特性良好，而且保护麦克风膜片11上的电路元件12和用于电路元件12的电接通的键合线14以免受环境影响。
麦克风封装10的以上所述的结构特别良好地适于借助用于MEMS组件的AVT(结构与连接技术)的标准方法的批量生产。这在下面借助图2a至2f进行阐述。
首先彼此独立但在栅格大小和栅格形状以及功能元件的布置方面相互协调地制造麦克风封装的麦克风封装组成部件——插入件、壳体底和壳体盖的阵列。
在图2a中示出了插入件阵列300。在此涉及铜引线框架，由所述铜引线框架冲压出插入件3的栅格，使得各个插入件3仅仅还通过连接接片36彼此连接。每个插入件3由方形的中间部分37组成，所述中间部分37具有进口31的区域中的栅格状的过滤结构33以及具有出口32。所述中间部分37通过接片38与方形的框架39连接，其中，接片38设置在框架角中。中间部分37的边缘区域34与框架39一起在深拉伸方法中拱起。插入件阵列300也还可以涂敷贵金属作为腐蚀防护和用于改善可粘接性，例如借助类似于“预镀引线框架(preplated leadframe)”的无电流的NiPdAu电镀技术。
对于壳体底21，提供衬底材料210，并且所述衬底材料210设有用于麦克风组件的电接通的接触面211。在图2b中示出了这样预先准备的壳体底21的阵列210。除了用于麦克风组件的接触面211之外，壳体底阵列210具有在栅格中环绕的另一接触面212，即分别在各个壳体底21的边缘区域中。所述接触面212用于分别安装在壳体底的边缘上的壳体盖21的电连接。
在此，壳体盖22也被制造成连续的阵列220的形式，例如制造为塑料成型件。在图2c中示出了这样的壳体盖阵列220。所述附图清楚示出：相应于插入件阵列300中的进口31设置有具有声孔24的连接管23。
对于麦克风封装的结构，首先将插入件阵列300调准地安装在预先准备的衬底材料210上，使得每个插入件3的框架39完全装配在壳体底21上并且环绕的接触面212除连接接片39之外保留敞开。在图2d中示出了所述结构。可以简单地借助于适合的粘接剂或者也可以通过焊接建立插入件阵列300与衬底材料210之间的机械连接以及可能的电连接。粘接剂或焊膏可以施加在插入件阵列300上或者衬底材料210上。可以有利地通过点胶(Dispensen)或者在丝网印刷方法(Siebdruckverfahren)中施加粘接剂和焊膏。
通常大量地并行制造并且为了安装在插入件3上才分离MEMS麦克风组件1。麦克风组件1分别设置在插入件3的出口32上方并且例如通过粘接与其压力密封地连接。图2e示出已经借助键合线14建立麦克风组件与壳体底21上的相应接触面211之间的电连接之后的结构。
最后，装配壳体盖阵列220并且使其在栅格中环绕的接触面212的区域中与壳体底阵列210压力密封地连接。在此，分别具有声孔24的连接管23设置在插入件3的进口31上方并且同样与其压力密封地连接。为此，有利地借助于丝网印刷将粘结剂施加到壳体盖阵列上。此后才分离麦克风封装，其方式是，沿着栅格线切开整个结构。这通过图2f说明。

Claims (9)

1.麦克风封装(10)，所述麦克风封装至少包括：
MEMS麦克风组件(1)，所述MEMS麦克风组件具有麦克风膜片(11)；
壳体(2)，所述壳体具有壳体底(21)和壳体盖(22)，其中，所述壳体(2)包围所述麦克风组件(1)的背侧容积(20)，并且在所述壳体(2)中构造有通向所述麦克风膜片(11)的声学进入通道(30)，所述声学进入通道相对于所述背侧容积(20)是封闭的并且使所述壳体(2)中的至少一个声孔(24)与所述麦克风膜片(11)的一侧连通；
其特征在于，所述麦克风封装包括插入件(3)，所述插入件安装在所述壳体(2)的内部并且定义通向所述麦克风膜片(11)的所述声学进入通道(30)，其方式是，所述声学进入通道与所述壳体(2)的声孔(24)耦合并且具有至少一个出口(32)，具有所述麦克风膜片(11)的所述麦克风组件(1)安装在所述至少一个出口上方。
2.根据权利要求1所述的麦克风封装(10)，其特征在于，所述插入件(3)实现为基本上扁平的中间支承件的形式，所述中间支承件具有环绕拱起的边缘区域(34)，所述插入件(3)通过其拱起的边缘区域(34)与所述壳体底(21)压力密封地连接，使得其与所述壳体底(21)一起形成所述声学进入通道(30)，并且至少所述声学进入通道(30)的所述出口(32)实现为所述插入件(3)中的通孔的形式。
3.根据权利要求2所述的麦克风封装(10)，其特征在于，在所述壳体盖(22)中构造有指向内部的连接管(23)，所述连接管具有声孔(24)，所述声学进入通道(30)的所述至少一个进口(31)实现为所述插入件(3)中的通孔的形式，并且所述壳体盖(22)的连接管(23)压力密封地安装在所述进口(3)的上方。
4.根据权利要求3所述的麦克风封装(10)，其特征在于，在所述声学进入通道(30)的进口(31)中构造有栅格状的过滤结构(33)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的麦克风封装(10)，其特征在于，所述插入件(3)实现为结构化的和成形的金属支承件的形式，所述金属支承件具有环绕拱起的边缘区域(34)。
6.根据权利要求5所述的麦克风封装(10)，其特征在于，所述金属插入件(3)粘接或焊接在所述壳体底(21)上。
7.用于根据权利要求1至6中任一项所述的麦克风封装的插入件(3)，所述插入件由金属的引线框架材料出发实现，所述插入件包括基本上扁平的中间部分(37)和环绕拱起的边缘区域(34)，并且所述插入件的中间部分(37)具有至少一个用作进口(31)的通孔和至少一个用作出口(32)的通孔，所述至少一个用作进口的通孔具有栅格状的过滤结构(33)。
8.根据权利要求7所述的插入件(3)，其特征在于，在所述进口(31)的区域中构造有栅格状的过滤结构(33)。
9.用于制造多个根据权利要求5或6所述的麦克风封装(10)的方法，
其中，借助尤其是通过冲压、蚀刻和深拉伸引线框架材料来制造引线框架的方法制造多个设置在栅格中并且通过连接接片彼此连接的插入件(300)，所述插入件具有通孔(31，32)和环绕拱起的边缘区域(34)，
其中，预先准备壳体底的相应阵列(210)，
其中，将所述插入件阵列(300)调准地安装在所述壳体底阵列(210)上，
其中，在每个插入件(3)上安装一个麦克风组件(1)，
其中，预先准备具有声孔(24)的壳体盖的相应阵列(220)并且将其与已装配的壳体底阵列(210)和所述插入件阵列(300)压力密封地连接，以及
其中，随后才分离所述麦克风封装(10)。
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