CN102742301B - 微机电换能器及对应组装工艺 - Google Patents

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Abstract

MEMS换能器(1)具有微机械感测结构(10)和封装体(46)。封装体(46)具有承载第一电连接元件(47)的基板(45)以及耦合至基板以限定内部空腔(24)的盖(25)，在内部空腔(24)中容纳微机械感测结构(10)。通过如下项形成盖(25)：具有设置为彼此相对的第一表面(20a)和第二表面(20b)的帽层(20)，该第一表面(20a)限定封装体(46)的外部面而第二表面(20b)面对封装体(46)内部的基板(45)；以及壁结构(21)，设置在帽层(20)和基板(45)之间，并且具有耦合至基板(45)的耦合面(21a)。至少第一电部件(10、11)耦合至帽层(20)的、在封装体(46)内部的第二表面(20b)，并且壁结构(21)的耦合面(21a)承载电连接至第一电部件(10、11)和第一电连接元件(47)的第二电连接元件(30)。

Description

微机电换能器及对应组装工艺
技术领域
本发明涉及MEMS(微机电系统)类型的换能器以及对应组装工艺，该换能器具体而言是电容性麦克风，对该换能器的后继处理将做出明确引用，而这并不暗含的任何的普遍性(generality)丧失。
背景技术
如本技术领域通常那样，术语“封装体”在此用于指代作为整体的外壳或覆盖结构，其整体地或部分地包围构成声换能器的半导体材料的裸片或划片，从而实现其到外部的电连接(具体而言，连接至对应电子器件的印刷电路)。
众所周知，例如电容性类型的MEMS麦克风之类的声换能器一般包括被设计用于将声压波转换成电学量(具体是电容性变化)微机械感测结构以及被设计用于对该电学量执行适当处理操作以供应电输出信号(例如电压)的读取电子器件。
微机械感测结构一般包括作为振动膜或薄膜提供的移动电极，其被设置为以短的间隔距离(间隙)面对固定电极，从而提供感测电容器的极板，该感测电容器的电容根据待检测的声压波而变化。移动电极一般由其周缘部分锚定至固定结构，而其中央部分响应于传入的声压波施加的压力而自由移动或是经历变形，从而以此方式使得感测电容器的电容变化。
更具体而言并且参见图1，一种已知类型的MEMS声换能器1的微机械感测结构包括半导体材料(例如硅)的结构层2，其中例如经由化学蚀刻从背侧提供空腔3。薄膜或振动膜4耦合至结构层2并且在顶部封闭空腔3；薄膜4是柔性的，并且在使用时经受根据传入的声波的压力的变形。将刚性极板5(一般称为“背板”)设置在薄膜4之上并经由介入的间隔物6(例如由诸如氧化硅之类的绝缘材料制成)与薄膜4相对。背板5构成具有可变变容的感测电容器的固定电极并且具有多个孔7，而该电容器的移动电极由薄膜4构成，多个孔7被设计为支持气体朝向薄膜4的循环(从而使得背板5透过声音)。微机械感测结构还包括(以未示出的方式)薄膜和背板电接触，其用于偏置薄膜4和背板5并且用于检测由传入的声压波导致的薄膜4的变形所引起的电容性变化的信号；一般而言，这些电接触被布置在裸片的、提供微机械感测结构的表面部分。
以已知的方式，MEMS声换能器1的敏感度取决于微机械感测结构的薄膜4的机械特性(尤其取决于其所谓的“机械顺应性”)以及薄膜4和背板5的组装类型。
此外，前声室或简称为“前室”的空间(即，使用时由声压波从外部环境通过适当接入端口进入穿过的空间)以及后声室或“后室”的空间(即位于前室相对于薄膜4的相对侧上的空间在使用时处于参考压力)直接影响换能器的声学性能。
具体而言，前室的空间因穿透接入端口的气体的振荡而表现为一种亥姆霍兹谐振器。实际上，声音输入信号使得前室内的气体的压强增加，这因此充当将气体从同一室推出的弹性体。作为离开前室的气团的惯性力的结果，同一室内的压强增加被过补偿，从而使得压强下降，并且在前室内产生的负压强吸取新的气体进入前室。压强的这种重复改变生成了在前室内的气体的以给定谐振频率的振荡。前室的空间诸如为确定声换能器的上谐振频率，并且因此确定其高频性能(实际上，声换能器的操作频带必须低于气体振荡的谐振频率)：一般而言，前室的空间越小，则换能器的、在气体朝更高频率偏移的振荡的谐振频率范围内的上截频越高。
而后室表现为受到压力的封闭空间，因此后室的空间越小，则声换能器的敏感度越低(实际上，就如同薄膜的变形受到高硬度弹性体的阻碍)。因此一般而言期望为后室提供大的尺度以便改进声换能器的敏感度。
MEMS声换能器的前室和/或后室的空间不仅取决于微机械感测结构的配置，还取决于对应封装体的保形，该封装体被配置成不仅容纳同一微机械感测结构还容纳与其相关联的读取电子器件，该读取电子器件一般提供为在半导体材料的相应裸片中的ASIC。
在设计阶段，还需要考虑声音接入端口的存在涉及对预先布置对入射光的适当屏蔽的进一步要求，该入射光可能危害微机械感测结构和读取电子器件的适当操作，上述接入端口与外部环境直接连通并被设计成支持声压波朝微机械感测结构的薄膜4的进入。
因此对MEMS声换能器(以及对应封装体)的组装施加若干约束，这使得MEMS的设计尤其有问题，特别是当需要紧凑尺度和高电性能和机械性能时。
在图2中示意图示的已知的组装布局中，集成微机械感测结构(此处仅示意地示出)的第一裸片10和集成对应读取电子器件的ASIC的第二裸片11在基底12上并列耦合。第一划片10和第二划片11之间以及第二裸片11和基底12之间的电连接15具有接线键合技术(即，使用合适的电接线)，而金属化层和过孔(未详细示出)被提供为通过基底12将电信号朝MEMS声换能器的封装体(再次整体示出为1)的外部布线，这总体上由1再次表示。此外以未示出的方式，在基底12的底侧上提供焊盘(在LGA-焊区栅阵列-封装体的情形中)或导电球元件(在BGA-球栅阵列-封装体的情形中)或类似连接元件以用于将电连接焊接至对应电子器件的外部印刷电路。
帽16耦合至基底12，并且将第一划片10和第二划片11包封于其内。帽16可以由金属或由预模制塑料(该塑料将金属化层涂覆于其内)制成，以此方式(通过提供某种类型的法拉第屏蔽)防止因外部电磁信号导致的干扰。帽16一般通过导电胶17(例如，环氧树脂)附接至基底12以便还获得朝基底12的接地连接。帽16还具有开口18以支持来自外部环境的声压波进入封装体。
然而上述解决方案具有一些缺陷。具体而言，通过模制制作帽16并且因此在制作期间要求特定和专用模制工具的集合(例如包括模具和穿孔机)以用于每个可能的尺度和形状变化，该变化可以证明在例如硅结构的尺度演进或是终端用户的特定要求之后的时间中是必要的。此外，模制和穿孔工具的间距和布局并非总是与每次用于MEMS器件的接触(例如，MAP-BGA-模制阵列工艺-球栅阵列-类型)的阵列的尺度和配置相兼容。因此无法使用所谓的“大规模制作”的技术和设备来获得帽16到基底12的制作和固定。
上面的解决方案涉及用于并列容纳MEMS声换能器的两个划片以及用于提供对应封装体的大尺度，并且一般而言具有不为设计者提供在声换能器的前室和后室的尺寸定制(以用于确定其电特性)方面的充足的自由度(而这是期望的)的缺点。此外，一般而言，提供电连接15(尤其是朝封装体的基底的电连接)可以证明在组装工艺的流程中是有问题的。
发明内容
本发明的目的在于提供将实现上面强调的问题的解决方案的MEMS声换能器和对应封装体的合适组装，并且尤其实现减少制造成本、高声音性能和可靠性以及小的尺度。
根据本发明，提供了分别如权利要求1和权利要求13限定的微机电类型的换能器和对应的组装工艺。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性的方式并且参考所附附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1是一种已知类型的MEMS声换能器的微机械感测结构的示意截面图；
图2是一种已知类型的MEMS声换能器和对应封装体的示意截面；
图3a-图3g显示了根据本发明一个实施例的相应组装工艺的相继步骤中的穿过MEMS声换能器的截面图；
图4是图3d的换能器的立体示意图，其还显示了获得图3d的图示所沿的截面的(折)线；
图5是图3e的换能器的立体图，其还显示了获得图3e的图示所沿的截面的(折)线；
图6a和图6b分别是图3g的MEMS声换能器的从上方和从下方的部分切除视图的示意立体图；
图7是关于本发明的不同实施例的、与图3g的截面图相似的截面图；
图8是关于本发明的又一不同实施例的、与图3g的截面图相似的截面图；
图9a和图9b分别是图8的MEMS声换能器的从上方和从下方的立体示意图(图9a显示了获得图8的图示所沿的截面的折线)；以及
图10显示了包含根据本发明的又一方面的MEMS声换能器的电子器件的总体框图。
具体实施方式
如下面具体论述地那样，本发明的一个方面构思了提供用于复合类型的MEMS声换能器的封装体的具体帽结构，该复合类型的MEMS声换能器的封装体由两层组件构成并且通过标准半导体技术(诸如用于获得BGA、LGA基底等的标准技术等)获得，通过相同塑料材料制成该两层。此外，MEMS声换能器(集成了微机械感测结构以及相应地，对应的ASIC)的一个或两个划片和/或又一电学/电子部件被直接耦合至帽结构，而非耦合至同一帽结构所结合至的基底，该同一帽结构被键合用于提供MEMS声换能器的封装体及其去往外部印刷电路板的连接。
具体而言，并且首先参见图3a，MEMS声换能器的组装工艺初始地构思了提供由一种相同塑料材料(尤其是环氧树脂，并且具体而言是分层的BT(双马来酰亚胺三嗪))制成的第一帽层20和第二帽层21。
第一帽层20具有第一主面20a和第二主面20b(其中“主面”是指层的在水平平面xy中较大的延伸表面)，以及沿与水平平面xy横切的竖直轴z的第一厚度。具体而言，如后文阐明的那样，第一主面20a被设计成限定MEMS声换能器的封装体的上部面(在所谓的“顶部端口”配置中，即，具有对应声音接入端口，该端口与印刷电路板相面对，MEMS声换能器被设计成耦合至该印刷电路板)。第二帽层21继而具有相应的第一主面21a和相应的第二主面21b以及大于第一帽层20的第一厚度的第二厚度。具体而言，第二厚度取决于MEMS声换能器的划片(如前所强调的那样，集成了微机械感测结构和对应的ASIC)的竖直尺度，理由将在后文中阐述。
利用标准类型的技术对涂覆第一帽层20和第二帽层21的主面涂覆薄的第一金属层22(如图3a所示，第一帽层20的、被设计成限定封装体的外表面的第一主面20a可以不被金属化)。此外，在第一金属层22上对应于第二帽层1的第二主面21b的区域中形成非导电粘附材料的粘附层23。
继而(参见图3b)，提供空腔24通过第二帽层21，空腔24穿过第二帽层21的厚度并且穿过第一金属层22(在对应于其主面21a和21b这两者的区域中)和粘附层23。以此处未示出的方式，空腔24例如在平面视图中具有矩形形状(在水平平面xy中)以及如下尺度，诸如在其内部容纳MEMS声换能器的微机械感测结构和ASIC的划片中一个或两个，其理由将在后文中阐述。
注意图3b如后续附图一样(除非另有指示)仅显示了前述帽层20、帽层21的一部分以用于提供单个MEMS器件，然而显然通过同一处理步骤提供并列地设置的多个MEM器件(从而，例如在该步骤中通过第二帽层21制作若干空腔23，根据在最终切割或“单片化”操作之后单个MEME器件呈现的最终尺度将该若干空腔24设置为彼此之间分开合适节距的距离)。
接着，以堆叠的方式(所谓的“堆叠操作”)经由介入物将第一帽层20和第二帽层21结合在一起(所谓的“键合操作”)，该介入物位于与粘附层23接触(在对应于相应第二主面20b和21b的区域中)对应表面之间，从而以此方式形成复合帽25。第一帽层20以及尤其是对应的第二主面20b(在其上叠置有第一金属层22)构成了空腔24顶部界定表面23a，从而在顶部密封空腔24(考虑到如前所指出的那样，第一帽层20a被设计为构成MEMS声换能器的封装体的、为“顶部端口”配置的上部面)。
接着，在空腔24的顶部界定表面24a以及同一空腔24的由24b示出的侧上、以及此外还在对应于第一帽层21的第一主面21a的区域中的第一金属层22上生长由薄金属膜构成的籽晶层26。继而，例如使用电镀技术或溅射技术在籽晶层26上形成第二金属层28，第二金属层28具体地涂覆空腔24的内部。
接着(如图3c所示)，使用标准类型的微机械技术提供声音接入端口29通过第一帽层20的整个厚度并且通过第一金属层22、籽晶层26和第二金属层28。声音接入端口29例如由通孔构成，该通孔具有从第一帽层20的第一主面20a延伸至空腔24的环形截面。如后文阐述的那样，声音接入端口29被设计成支持声压波进入MEMS声换能器的封装体。
在该步骤中，可以以未示出的方式有利地执行封装体的标记，例如用于提供关于制造批号的信息；具体而言，可以在第一帽层20的第一主面20a上执行标记，第一帽层20实际上可以由标记工具访问。
根据本发明的一个方面(参见图3d，以及图4的对应立体图)，复合帽25沿竖直方向倒转，并且经由例如使用金刚石锯切割工具的标准切割工艺(所谓的“锯割”操作)，适当地处理第二金属层28以用于在第二帽层21的第一表面21a处提供彼此电绝缘的多个空腔接触焊盘或焊区，该焊盘或焊区由30示出并被称为“CCL”(空腔连接焊区)。如后文阐述的那样，空腔连接焊区30被设计为具体使用接线键合的技术与电子部件电接触，该电子部件随后将在对应于空腔24的顶部界定表面24a的区域中耦合至复合帽25。
更详细地，在前述切割操作期间，将通过移除材料限定下面的元件：外沟槽32，具有在水平平面xy中的基本为矩形的周界以及厚度，该周界以给定距离包围空腔24，该厚度诸如为移除第二金属层28、籽晶层26、第一金属层22和第二帽层21的表面部分(在对应的第一主面21a处)；以及在空腔24的侧壁24b处在外沟槽32内部延伸并且具有与外沟32基本相同深度的第一内沟槽33和第二内沟槽34。具体而言，第一内沟槽33和第二内沟槽34沿空腔24的相应主侧边彼此平行地延伸(在图4中示出的示例中，沿轴线y)，从而在第二帽层21的第一主面21a和空腔24的侧壁24b之间的边缘处部分地延伸通过第二帽层21的表面部分。因此，在第一内沟槽33和第二内沟槽34以及外沟槽32之间限定了两个平行的金属材料带，该带与空腔24内的涂覆层电绝缘，这是因为存在相同的第一内沟槽33和第二内沟槽34。
在锯割操作期间，还切割出多个凹陷35(图4中可见)，该多个凹陷35例如具有与沟槽32、33、34相同的深度并且分别在与外沟槽32横切的方向从外沟槽32延伸至第一内沟槽33或分别地延伸至第二内沟槽34(因此完全横切前述的平行的金属材料带)。具体而言，凹陷35因此在其之间限定空腔连接焊区30，该空腔连接焊区30彼此电绝缘并且还相对于第二金属层28的剩余部分电绝缘(该剩余部分遗留在空腔24的侧壁24b和包围同一空腔24的第二帽层21的第一主面21a处)。
例如，可以如图4所见，可以在对应于空腔24的每个主侧边的端部部分的区域中提供三个空腔连接焊区30。需要强调，在任何情形下可以关于示出的内容而变化切割的深度、各种空腔连接焊区30的形状、数量和定位，从而例如关于MEMS声换能器的电连接需求和特性而优化。
在锯割操作(参见图3e和对应的图5)之后，再次由10示出的第一裸片和再次由11示出的第二裸片耦合至在空腔24的顶部界定表面24a处的复合帽25，该第一裸片集成了微机械感测结构(如之前参见图1描述地那样，示意地示出并且通过非限制性示例提供)，该第二裸片集成了对应的读取电子器件的ASIC。具体而言，通过粘附材料将划片10、11这两者的底部表面10a、11a在对应于空腔24的顶部界定表面24a的区域中粘贴至第二金属层28。与在第一裸片10中集成的微机械感测结构的薄膜4和背板5(此处示意地示出)相关联的、由其顶部表面10b承载的第一接触焊盘36，以及此外的电连接至在第二裸片11中集成的ASIC的电路部件的、由其相应的顶部表面11b承载第二和第三接触焊盘38a、38b却面对由第二帽层21的第一主面21a限定的水平平面(与平面xy平行)。
此外，关于复合帽25定位第一裸片10，从而对应微机械感测结构的空腔3面对声音接入端口29并且与其流体连通，从而空腔3构成MEMS声换能器的前室。
继而使用接线键合技术通过连接提供去往/来自第一和第二划片10、11的电连接：介于第一接触焊盘36和第二接触焊盘38a之间的第一电接线39(从而传递由微机械感测结构检测的电学量给ASIC)；以及，根据本发明的一个方面，介于第三接触焊盘38b和相应的空腔连接焊区30之间的第二电接线40(如后文将描述的那样，从而实现将ASIC生成的电信号传送给封装体外部或传送给同一封装体内存在的又一电学/电子部件)。
如仅在图3e中示意示出的那样，可以在第二裸片11的顶部表面11b上可选地形成由合适材料制成的涂覆区域42(所谓的“团顶部(glob top)”区域)，从而诸如屏蔽ASIC使其免受杂散波长的光辐射，该杂散波长的光辐射不被复合帽25的材料和制成微机械感测结构的薄膜4和背板5的材料(通常为硅)所阻挡。就此而言，实际上应该注意到在所提出的封装体结构中，薄膜4和背板5用作封装体外部(具体而言，声音接入端口29外部环境)和同一封装体内部的空腔24之间的界面。备选地，可以在第二裸片11的顶部表面11b上形成由合适保护性材料制成的薄膜，该薄膜执行屏蔽光辐射的相同功能。
接着(参见图3f，其中通过示例显示了并排设置的、从相同层开始获得的两个MEMS器件的部分)，沿在最终单片化操作之后将成为各个MEMS器件的周界的边缘，并且具体地在外沟槽32内，分布密封材料(例如，导电树脂)，因此在其中创建密封区域44。具体而言，密封区域44还构成用于耦合至标准类型的PCB(印刷电路板)的附接基底。
就此而言(参见图3g和对应的图6a和图6b)，通过将印刷电路基板45耦合至对应于第二帽层21的第一主面21a的区域中的复合帽25来处理组装工艺，以便在底部(相对于竖直轴z)关闭构成MEME声换能器(在此再次由1示出)的后室的空腔24。印刷电路基板45具有被设置为面对空腔24的内部的第一主面45a和被设置为面对MEMS声换能器1的封装体的外部的第二主面45b，该封装体在此整体示出为46。
在第一主面45a上提供有(具体参见图6b)：基板接触焊盘47，由金属材料制成，例如有多个并且具有对应于空腔连接焊区30的那样的布局；以及导电带48，具有诸如叠置在第二金属层28的在对应于第二帽层21的第一主面21a的区域中的前述剩余部分上的形状和布局(从图6a和图6b中明显可见)，从而提供与相同部分的电接触。以未示出的方式，在前述第一主面45a和/或同一印刷电路基板45的内部，还提供连接路径、金属化过孔和/或又一电连接元件。
取代地，在印刷电路基板45的第二主面45b上提供用于连至外部的电连接(尤其是用于连至印刷电路板(或其它支持)的连接)的元件，MEMS声换能器可以耦合至该元件。在示出的情形中，这些电连接元件由外部接触焊盘49(使用LGA技术的连接)构成，该外部接触焊盘被合适地连接(例如通过贯穿印刷电路基板45的金属化过孔)至基板接触焊盘47和/或导电带48。
更具体而言，如图3g所示，在印刷电路基板45的第一主面45a上的合适区域(例如对应于基板接触焊盘47和/或导电带48的区域)中预施加焊料膏区域50。可以使用丝网印刷技术施加或在印刷电路基板45的生产期间预施加焊料膏区域50。然后，使用倒装技术定位印刷电路基板45(尤其是利用通过密封剂区域44提供的搁置基底)，使得第一主面45a面对第二帽层21的第一主面21a，从而基板接触焊盘47定位于空腔连接焊区30。此时，使复合帽25和印刷电路基底45的堆叠组件经受钎焊(所谓的“回流”操作)，从而通过焊接获得复合帽25和印刷电路基底45的机械和电键合。如此，形成封装体46并且限定了MEMS声换能器1的后室(由封装体46内部的空腔24构成)，因此将其密封与外界环境隔离并且还被屏蔽免受电磁干扰。注意到，MEMS声换能器1的第二裸片11中的ASIC处于前述堆叠组件的端部，并且通过所述的电连接自动连接至基板接触焊盘47，并且因此连接至外部接触焊盘49以用于连至封装体46的外部的连接。具体而言，一旦完成组装，则焊料膏区域50在封装体46内位于密封区域44旁边。
最终，使用传统的切割技术，单片化各个MEMS声换能器1(以及对应封装体46)。所完成的器件继而经受通常的测试过程(用于所谓的“分类”操作)。
在封装体46的最终结构中，相比于传统结构，增强了由复合帽25提供的关于空腔24的屏蔽效果，这是由于如下事实：相同材料的两个层(第一帽层20和第二帽层21)耦合在一起，以及相同腔24的内部均匀涂覆有一层相同的导电材料(第二金属层28)。此外，使用导电材料构成的密封区域44用于在复合帽25和印刷电路基板45之间的耦合实现了针对电磁干扰的改进屏蔽，并且还提供了良好的接地连接。
具体而言，可以注意，当使用传统的切割技术提供复合帽25时对空腔连接焊区30的限定有利地实现了在与第二空腔24相邻的第二帽层21的第一主面21a的部分上待获得的不同的、用于在封装体46组装期间连接至印刷电路基板45的导电图案和电连接焊盘。该解决方案同时以简化方式实现了待获得的如下结果：在封装体内介于MEMS声换能器的第一划片10和第二划片11之间的电连接，这两个划片容纳于空腔24中并且直接耦合至复合帽25以及连接至外部印刷电路板的印刷电路基板45；以及复合帽25，具有完全屏蔽的空腔24以确保针对电磁干扰的适当屏蔽。
此外，注意，MEMS声换能器的前室27在此情形下有利地仅由对应微机械感测结构的空腔3构成，并且可以经由相同的微机械感测结构的合适设计来后继地控制；具体而言，易于获得前室体积的减少。该解决方案还使得组装工艺更为稳健，只要前室的体积并不取决于部件在空腔24内的实现和适当定位。
作为替代地，后室的体积再次有利地由封装体46内部的整个空腔24表示，从而体积的上限仅由封装体46的外部尺寸表示，这可以容易地在设计阶段限定。具体而言，只要后室的特性原则上与封装体46的结构相链接，就可以获得小尺寸的微机械感测结构(例如，使用较薄的硅晶片作为起始结构层)。
本发明的不同实施例(如图7所示)构思了例如SMD(表面安装器件)之类的又一电子部件52以已知方式耦合至印刷电路基板45的第一主面45a的可能性。例如，电子部件52可以是电阻器、电容器或其他有源部件或无源部件。此外，以此方式电子器件的又一封装体(诸如完全模制或预模制的封装体)可以布置在空腔24内部(通过耦合至印刷电路基板45的第一主面45a)。
一般而言，利用印刷电路基板45的第一主面45a(在此情形下，MEMS声换能器的划片并未耦合至此)用于又一电学/电子部件的连接的可能性有利地实现了空腔24内占用空间的最大化，从而减小了MEMS声换能器1的封装体46所耦合至的外部印刷电路板上的占用面积。此外，该解决方案确保了封装体46内的所有电子部件52被充分屏蔽以免受EMI干扰，这是由于它们被布置在空腔24内部，空腔42继而被完全屏蔽。还注意到，在所示出的实施例中，电子部件52至少部分地垂直设置在封装体46的第一裸片10的顶部上。电子部件52可以通过空腔连接焊区30、第二电接线40、焊料膏区域50、基板接触焊盘47以及在印刷电路基板45中集成的合适的电路径(或类似的电连接)电连接至在第二裸片11中集成的ASIC。备选地，或附加地，电子部件52通过外部接触焊盘49并且再次通过在印刷电路基板45中的电路径(或其他电连接)连接至封装体外部。
而本发明的又一不同实施例(在图8以及对应的图9a和图9b中显示)构思了使用传统技术将第二裸片11(集成了ASIC)耦合至印刷电路基板45的第一主面45a，以及可能的又一电子部件52。在此情形下，第一电接线39在封装体46内部连接于第一接触焊盘36和空腔连接焊区30之间，而第二电接线40将第二接触焊盘38a(限定输入焊盘)与基板接触焊盘47(用于接收由微机械感测结构生成的电学量)连接，并且又一第二电接线(也被示出为40)将第三接触焊盘38b(限定输出焊盘)连接至外部接触焊盘49和/或又一电部件52。该解决方案还可以实现对水平平面xy在封装体46内部的占用面积的节约。
根据前面的描述，清晰地显示了MEMS声换能器和对应组装工艺的优势。
具体而言，再次强调使用由塑料材料(具体而言是BT材料)制成的复合帽结构实现了使用传统制造技术(大规模制造技术)，而无需使用特定的模制工具和机械。以此方式易于将该工艺适配不同形状或尺寸的封装体，而不招致高成本的加工。
所述的组件实现了MEMS声换能器1的前室和后室的体积的方便调节以及实现换能器的例如关于频率响应和信噪比(SNR)的高的电学性能。
如之前所强调的那样，使用空腔连接焊区30实现了已在复合帽25的组装期间提供在封装体46内部(以及去往封装体46外部)的电连接，从而实现了以简单和廉价的方式使用相同处理步骤在封装体46内部提供连至印刷电路基板45和完全屏蔽的空腔24的两种连接的双重优势。
此外，所述工艺使得可以在封装体46的初始步骤中执行封装体46的标记，从而实现消除被尘土或MEMS声换能器1(该MEMS声换能器1在初始步骤中尚未耦合至被组装的结构)的外部介质污染的风险。
提出用于MEMS声换能器1的封装体46的布局还最小化了光辐射对空腔24内部电学/电子部件的曝光，只要光辐射很大程度上由在第一裸片10中集成的微机械感测结构吸收，该第一裸片10被设置在声音接入端口29和空腔24的内部之间。出于相同的原因，与传统的(相同的“顶部端口”类型的)封装体解决方案相比，更好地保护了空腔24内部的电接线连接(尤其是用于第一划片10和第二划片11之间的连接)免受外部环境的影响。
还总体上改进了组件的机械稳健性，只要(在第一裸片10中集成的)微机械感测结构在复合帽25的、对应于其与印刷电路基板45相对的内部表面(空腔24的顶部界定表面24a)的区域中附接至复合帽25，从而改进了在跌落测试中的强健性和强度。
之前列举的特性使得在如图10中所示的电子设备60中使用MEMS声换能器1尤其有利。电子设备60优选地是移动通信设备，诸如例如手机、PDA、笔记本型计算机，但还可以是录音器、具有语音记录能力的音频文件阅读器等。备选地，电子设备60可以是能够在水下工作的水听器(hydrophone)或是助听器。
电子设备60包括微处理器(CPU-中央处理单元)61、连接至微处理器61的存储器块62、以及例如具有键盘和显示器的同样连接至微处理器61的输入/输出接口63。MEMS声换能器1与微处理器61通信。具体而言，第二裸片11中的ASIC将电输出信号发送给微处理器61(可能存在的用于处理这些电输出信号的、由65示出的又一电路)。还提供扬声器66用于生成在电子设备60的音频输出(未示出)上的声音。如示意性地示出的那样，MEMS声换能器1、微处理器61、存储器块62、输入/输出接口63和可能的又一电子部件耦合至例如使用SMD技术的单个印刷电路板67。
最终，显然可以对本文已描述和示出的内容做出修改和变化，而不偏离如所附权利要求书限定的本发明的范围。
具体而言，再次强调，所描述的结构元件的形状和配置可以不同于当前已描述和示出的形状和配置，类似地，可以在封装体内部耦合的电子部件可以不同。例如，又一电学/电子部件可以合适地耦合至复合帽25，该复合帽25可以经由空腔连接焊区30在电学上到达。
此外，显然所提出的组件还可以有利地用于其他类型的MEMS换能器和对应的封装体，从而构思了存在接入端口以实现在外部环境和封装体内部之间的流体连通。

Claims (19)

1.一种MEMS换能器(1)，包括微机械感测结构(10)和封装体(46)，所述封装体(46)具有基板(45)和盖(25)，所述基板(45)承载第一电连接元件(47)，所述盖(25)耦合至所述基板(45)以限定内部空腔(24)，在所述内部空腔(24)中容纳所述微机械感测结构(10)，所述盖(25)由如下项形成：帽层(20)，所述帽层(20)具有彼此相对设置的第一表面(20a)和第二表面(20b)，所述第一表面(20a)限定所述封装体(46)的外部面，而所述第二表面(20b)面对所述封装体(46)内部的所述基板(45)；以及壁结构(21)，所述壁结构(21)设置在所述帽层(20)和所述基板(45)之间并且具有耦合至所述基板(45)的耦合面(21a)，
其特征在于至少第一电部件(10、11)耦合至所述帽层(20)的、在所述封装体(46)内部的所述第二表面(20b)，并且所述壁结构(21)的所述耦合面(21a)承载第二电连接元件(30)，所述第二电连接元件(30)被设计为将所述第一电部件(10、11)电连接至所述第一电连接元件(47)。
2.根据权利要求1所述的换能器，其中所述壁结构(21)使用对应的壁表面(24b)定界并且包围所述内部空腔(23)，并且所述第二电连接元件包括空腔连接焊区(30)，所述空腔连接焊区(30)彼此电绝缘并且与所述内部空腔(24)相邻。
3.根据权利要求2所述的换能器，其中所述空腔连接焊区(30)通过焊料膏区域(50)连接至所述第一电连接元件(47)，所述焊料膏区域(50)设置在所述耦合面(21a)和所述基板(45)之间；还包括由导电材料制成的、设置在所述壁结构(21)和所述基板(45)之间的密封区域(44)，所述密封区域(44)关于所述空腔(24)位于所述焊料膏区域(50)的外部。
4.根据任一前述权利要求所述的换能器，其中所述帽层(20)由接入端口(29)贯穿，所述接入端口(29)设计成实现在所述封装体(46)内部和外部之间的流体连通，并且所述微机械感测结构被集成到第一裸片(10)中的对应于所述接入端口(29)的区域中，所述第一裸片(10)耦合到所述帽层(20)的所述第二表面(20b)；所述微机械感测结构(10)包括结构层(2)、在所述结构层(2)中形成的感测空腔(3)、以及薄膜(4)，所述感测空腔(3)与所述接入端口(29)和所述薄膜(4)流体连通，从而将所述感测空腔(3)与所述内部空腔(24)分开。
5.根据权利要求4所述的换能器，所述换能器是声类型，其中所述微机械感测结构(10)被配置成检测声压波；并且其中所述感测空腔(3)构成前室，而所述内部空腔(24)构成所述MEMS换能器(1)的后室。
6.根据权利要求4所述的换能器，其中所述第一电部件(10、11)包括所述微机械感测结构(10)；还包括第一接线连接元件(39)，所述第一接线连接元件(39)用于在所述第二电连接部件(30)和由所述第一裸片(10)承载的第一导电焊盘(36)之间的电连接。
7.根据权利要求4所述的换能器，还包括第二裸片(11)，所述第二裸片(11)集成了待操作性耦合至所述微机械感测结构(10)的处理电路，所述第二裸片(11)关于所述第一裸片(10)侧向地耦合至所述帽层(20)的所述第二表面(20b)，并且所述第一电部件(10、11)包括所述处理电路(11)；还包括第一接线连接元件(39)和第二接线连接元件(40)，所述第一接线连接元件(39)用于在由所述第一裸片(10)承载的第一导电焊盘(36)和由所述第二裸片(11)承载的第二导电焊盘(38a)之间的电连接，所述第二接线连接元件(40)用于在由所述第二裸片(11)承载的第三导电焊盘(38b)和所述第二电连接元件(30)之间的电连接。
8.根据权利要求4所述的换能器，其中所述基板(45)具有面对所述内部空腔(24)并且承载所述第一电连接元件(47)的第三表面(45a)，以及与所述第三表面(45a)相对并且承载外部连接焊盘(49)的第四表面(45b)，所述外部连接焊盘(49)被设计用于连至外部印刷电路板的电连接；所述基板(45)还包括用于在所述第一电连接元件(47)和所述外部连接焊盘(49)之间的电耦合的耦合元件。
9.根据权利要求8所述的换能器，还包括耦合至所述基板(45)的在所述内部空腔(24)内部的所述第三表面(45a)的至少第二电部件(52)；所述基板(45)的所述耦合元件(45)还被配置成用于在所述第二电部件(52)和所述第一电连接元件(47)和/或所述外部连接焊盘(49)之间的电耦合。
10.根据权利要求8所述的换能器，其中所述第一电部件(10、11)包括所述微机械感测结构(10)；还包括：第二裸片(11)，所述第二裸片(11)集成了操作性耦合至所述微机械感测结构(10)的处理电路，所述第二裸片(11)耦合至所述基板(45)的所述第三表面(45a)；用于所述第二电连接元件(30)和由所述第一裸片(10)承载的第一导电焊盘(36)之间的电连接的第一接线连接元件(39)；以及用于所述第二电连接元件(30)和由所述第二裸片(11)承载的第二导电焊盘(38a)之间的电耦合的第二接线连接元件(40)。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的换能器，其中所述帽层(20)和所述壁结构(21)由彼此耦合的单独的层构成，所述帽层(20)和所述壁结构(21)由相同的塑料材料制成，所述塑料材料是分层的BT。
12.一种电子器件(60)，包括根据任一前述权利要求所述的MEMS换能器(1)以及连接至所述MEMS换能器(1)的控制单元(61)。
13.一种用于组装MEMS换能器(1)的组装工艺，包括如下步骤：
提供微机械感测结构(10)；
提供基板(45)，承载第一电连接元件(47)；
提供由如下项形成的盖(25)：帽层(20)，所述帽层(20)具有彼此相对设置的第一表面(20a)和第二表面(20b)；以及壁结构(21)耦合至所述帽层(20)以形成内部空腔(24)，并且具有耦合面(21a)，所述耦合面(21a)与所述帽层(20)相对；
将所述盖(25)耦合至所述基板(45)，其中所述壁结构(21)的所述耦合面(21a)耦合至所述基板(45)以形成封装体(46)，从而界定所述内部空腔(24)，所述内部空腔(24)被设计成容纳所述微机械感测结构(10)，所述第一表面(20a)限定所述封装体(46)的外部面并且所述第二表面(20b)面对所述封装体(46)内部的所述基板(45)，
其特征在于包括在所述耦合步骤之前的如下步骤：
限定在所述壁结构(21)的所述耦合面(21a)上的空腔连接焊区(30)；
将至少第一电部件(10、11)固定至所述帽层(20)的所述第二表面(20b)；以及
将所述空腔连接焊区(30)电连接至所述第一电部件(10、11)，
以及在所述耦合步骤中还包括将所述空腔连接焊区(30)电耦合至所述第一电连接元件(47)。
14.根据权利要求13所述的工艺，其中所述限定步骤包括：
在界定所述内部空腔(24)的所述壁结构(21)的所述耦合面(21a)和壁表面(24b)上形成金属涂覆层(28)；
通过锯割操作限定所述金属涂覆层(28)以便将所述空腔连接焊区(30)限定成它们彼此绝缘并且还关于所述金属层(28)的遗留在所述壁表面(24b)上的部分绝缘。
15.根据权利要求14所述的工艺，其中所述电连接的步骤还包括通过第一接线连接元件(39)将所述空腔连接焊区(30)连接至所述第一电部件(10、11)的第一导电焊盘(36)。
16.根据权利要求14或15所述的工艺，其中在所述耦合步骤之前执行所述提供基板(45)的步骤，并且还包括如下步骤：
在所述基板(45)的第一面(45a)上形成所述第一电连接元件(47)并且在所述基板(45)的与所述第一面(45a)相对的第二面(45b)上形成外部连接焊盘(49)，从而所述外部连接焊盘(49)电耦合至所述第一电连接元件(47)；以及
在所述第一电连接元件(47)上形成焊料膏区域(50)，
并且其中所述耦合步骤包括如下步骤：
关于所述盖(25)将所述基板(45)定位成所述焊料膏区域(50)位于对应于所述空腔连接焊区(30)的位置；以及
至少部分地通过所述焊料膏区域(50)将所述基板(45)键合至所述盖(45)。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的工艺，其中所述提供盖(25)的步骤包括提供通过所述帽层(20)的接入端口(29)，所述接入端口(29)被设计成实现在所述封装体(46)的外部和内部之间的流体连通，并且其中所述提供微机械感测结构(10)的步骤包括在第一裸片(10)内集成所述微机械感测结构(10)，所述微机械感测结构(10)包括结构层(2)、在所述结构层(2)中形成的感测空腔(3)、以及薄膜(4)；并且其中所述将至少第一电部件(10、11)固定至所述帽层(20)的所述第二表面(20b)的步骤包括在所述接入端口(29)处将所述第一裸片(10)固定至所述第二表面(20b)，从而所述感测空腔(3)与所述接入端口(29)流体连通，并且所述薄膜(4)将所述感测空腔(3)与所述内部空腔(24)分开。
18.根据权利要求17所述的工艺，在所述耦合步骤之前还包括如下步骤：
在第二裸片(11)中集成处理电路，所述处理电路被设计成操作性地耦合至所述微机械感测结构(10)；
将所述第二裸片(11)关于所述第一裸片(10)侧向地固定至所述帽层(20)的所述第二表面(20b)；以及
在由所述第一裸片(10)承载的第一导电焊盘(36)和由所述第二裸片(11)承载的第二导电焊盘(38a)之间连接第一接线连接元件(39)，并且在由所述第二裸片(11)承载的第三导电焊盘(38b)和所述空腔连接焊区(30)之间连接第二接线连接元件(40)。
19.根据权利要求17所述的工艺，其中所述基板(45)具有承载所述第一电连接元件(47)的第三表面(45a)以及与所述第三表面(45a)相对并且承载外部连接焊盘(49)的第四表面(45b)，所述外部连接焊盘(49)被设计用于连至外部印刷电路板的电连接；还包括在所述耦合步骤之前的如下步骤：
在第二裸片(11)中集成处理电路，所述处理电路被设计成操作性地耦合至所述微机械感测结构(10)；
将所述第二裸片(11)固定至所述基板(45)的所述第三表面(45a)；
在由所述第一裸片(10)承载的第一导电焊盘(36)和所述空腔连接焊区(30)之间连接第一接线连接元件(39)；以及
通过第二接线连接元件(40)将由所述第二裸片(11)承载的第二导电焊盘(38a)与所述空腔连接焊区(30)进行电耦合。
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