CN103130176A - 微机械功能装置、尤其扬声器装置、以及相应的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微机械功能装置、尤其扬声器装置和一种相应的制造方法。该功能装置、尤其扬声器装置包含有一个具有上侧（O）和下侧（U）的衬底（5；5`）、至少一个安置在该第一孔穴（K`）中底侧（U）上的电路芯片（30）、安置在第二孔穴（K）中在上侧（O）上的具有多个微机械扬声器（9a,9b,9c）的微机械功能结构、尤其扬声器结构（10）、以及设置在该微机械功能结构、尤其扬声器结构（10）上侧（O）的覆盖装置（20）。

Description

微机械功能装置、尤其扬声器装置、以及相应的制造方法
技术领域
本发明涉及一种微机械功能装置、尤其一种扬声器装置、以及一种相应的制造方法。
背景技术
虽然也可以采用任意的微机械功能装置，但是借助在硅基础上的微机械扬声器装置来解释本发明以及其所基于的问题。
与麦克风封装或压力传感器封装相比，其中其必须在小的构造空间上提供至膜的介质接入、前容积以及必要时的后容积（Rueckvolumen），MEMS扬声器装置的封装尤其应该提供一个合适的声学窗口。
MEMS基础上的扬声器通常由一个相对大的MEMS芯片组成，该MEMS芯片具有包含相应膜的单体扬声器的一种结构（Anordnung），其中相应的膜可以通过相邻设置的穿孔电极而在两侧偏转。
DE 10 2005 055 478 A1公开了用于接收和/或用于生成声信号的一种微机械构造，其位于至少部分围绕该构造的介质中。该构造具有一个基本封闭并基本形成该构造的第一侧的膜，以及一个反元件和在与该第一侧相对侧的第二侧上所设置的封闭的衬底。该反元件设置在该膜与该衬底之间。
发明内容
本发明提供了根据权利要求1所述的一种微机械功能装置、尤其扬声器装置以及根据权利要求12所述的一种相应的制造方法。
优选的改进是相应的从属权利要求的主题。
本发明的优点
本发明提供了一种微机械功能装置，其具有诸如PCB衬底的一种三维衬底。优选地通过在该衬底上在该功能结构之上层压薄膜来进行覆盖。
该三维衬底具有至少两个彼此相背的孔穴，其中用于容纳ASIC电路芯片的孔穴有利地居中地布置在用于MEMS功能结构的孔穴下面。所述孔穴可以在芯片安装之后被覆盖或被浇注。通过在彼此相背的侧上实施用于容纳芯片的孔穴，尽管芯片大小相互偏差巨大，芯片也可以近似重叠地被安装，如此使得相对于并列安装而大大降低了面积需求。
优选地把一种多层印制电路板来用作三维衬底，其中在其制造过程中至少部分地依次层压了预冲孔、预钻孔或预铣孔的印制电路板层（Core-Layers,芯层）。在此该衬底除了布线和穿通接触部（过孔）之外还合乎目的地提供有用于芯片安装的孔穴。这在AVT过程（构造和连接技术）中省略了耗费的工艺序列，诸如间隔物的安装、壳体框架的安装等。该AVT过程从而简化为芯片安装和可透声的覆盖的层压、以及由印制电路板复合体组成的扬声器封装的分离。
由此产生了以下的重要优点。
因为该ASIC电路芯片在该三维衬底中被安装在该MEMS扬声器结构下面，所以覆盖区域相对于传统的并列构造而大大缩小。另外由此不用额外的耗费就实现了芯片的堆叠，其中这些芯片典型地具有非常不同的大小（MEMS扬声器结构 10×10mm2，ASIC电路芯片4×4mm2），也即，不必顺序地安装间隔物或间距保持物。
通过把ASIC电路芯片居中地布置在该MEMS扬声器结构之下，印制导线可以对称地并以最短的长度来设计。这对寄生特性有尤其有利的影响。通过把ASIC电路芯片和MEMS功能结构分开到不同侧，需要更少的薄膜来密封MEMS功能结构孔穴。此外还不会形成声不对称。因为MEMS功能结构和ASIC电路芯片被安装在彼此相背的衬底侧上，所以可以毫不犹豫地采用一种混合AVT，也即，ASIC电路芯片可以作为倒装芯片来焊接，而不会污染用于MEMS安装的焊线，或者不会在事先进行的MEMS功能结构安装时污染其薄膜。
另外，覆盖区域相对于具有单独的、也即顺序安装覆盖的封装而缩小，因为在该衬底中必须保持比采用覆盖的情况更小的芯片间距以用于封装边缘。另外线距可以设计得更窄，因为模块通过锯切来分离，并且不必设置覆盖的预留量。
在采用印制电路板的情况下，在批处理方法中通过可透声的薄膜的层压实现了壳体的覆盖，也即不必实施顺序的覆盖过程（放置单个框架并层压薄膜）。这明显降低了制造成本。
通过在扬声器结构情况下把后容积集成在衬底中，可以把一部分功能从MEMS扬声器结构转移到造价合理的印制电路板中。通过在壳体中提供大部分的后容积，可以降低MEMS扬声器结构的芯片厚度。这降低了MEMS扬声器结构的制造成本，因为比如400μm芯片厚度的制沟槽过程比比如200μm芯片厚度的要贵。对此代替地，可以在MEMS扬声器结构的芯片厚度不变的情况下造价合理地增大后容积。从而在降低壳体构造大小（构造高度、覆盖区域）的情况下获得了最大的后容积。本发明从而针对在终端客户时的可靠性和安装过程而提供了稳固的封装。
附图说明
本发明的其他特征和优点下面参照附图借助实施方式来解释。
其中：
图1 示出了一个示意剖视图，以解释根据本发明一个第一实施方式的一种微机械扬声器装置和一种相应的制造方法；
图2示出了一个示意剖视图，以解释根据本发明一个第二实施方式的一种微机械扬声器装置和一种相应的制造方法；
图3示出了一个示意剖视图，以解释根据本发明一个第三实施方式的一种微机械扬声器装置和一种相应的制造方法；以及
图4示出了一个示意剖视图，以解释在本发明的第一和第二实施方式中所采用的一种层压印制电路板衬底。
具体实施方式
在附图中相同的参考符号表示相同的或功能相同的元件。
图1示出了一个示意剖视图，以解释根据本发明一个第一实施方式的一种微机械扬声器装置和一种相应的制造方法。
在图1中用参考符号5来表示一种三维印制电路板。该印制电路板5在其底侧U上具有一个第一孔穴K`，并在其上侧O上具有一个第二孔穴K。
在该第一孔穴K`中，一个ASIC电路芯片30通过焊接连接30a、30b、30c与该印制电路板5中的（未示出的）布线并与穿通接触部13c、13d、13e和13f相连接。所述穿通接触部13c、13d、13e、13f把该印制电路板5的底侧U与该印制电路板5的上侧O相电连接。
该印制电路板5的上侧O在该第二孔穴K中也具有（未示出的）布线装置。在该第二孔穴K中比如通过的粘合而安装了具有多个扬声器9a、9b、9c的MEMS扬声器结构10到粘合层40上。所述扬声器9a、9b、9c夹紧在相应的框架元件100中，并在两个穿孔电极之间具有薄膜。参考符号10a、10b表示该MEMS扬声器结构10的电端子。所述电端子10a、10b通过相应的焊线11a、11b与该MEMS扬声器结构附近第二孔穴K中的端子区域12a、12b相连接。
所述端子区域12a、12b再次通过穿通接触部13a、13b与该印制电路板5底侧U上的锡球端子区域4a及4d相连接。其他的锡球端子区域用参考符号4b和4c来表示。该MEMS扬声器结构10完全包含在该第二孔穴K中，并通过一个导声的薄膜20来覆盖，其中该导声的薄膜层压到该印制电路板5的一个外围区域中。该ASIC电路芯片30同样完全包含在该第一孔穴K`中，如此使得实现了在另一衬底（未示出）上无问题的焊接安装。
该可透声的薄膜优选地由聚酯薄膜、特富龙、聚酰亚胺带等来构成。其承担了声窗口的功能。另外其还保护敏感的具有其薄膜和电极的扬声器结构10以防止灰尘。
所示的扬声器结构10优选地不是单独地制造，而是在批处理方法中并在完成之后通过锯切来分离。在此一个重要的优点是，该可透声的薄膜20不必单独地施加在每个扬声器装置10上，而是可以在一个唯一的步骤中被施加到大量扬声器装置上。
图2示出了一个示意剖视图，以解释根据本发明一个第二实施方式的一种微机械扬声器装置和一种相应的制造方法。
在该第二实施方式中，该ASIC电路芯片30不是如在该第一实施方式中一样以倒装法来安装，而是通过粘合层41安装在该第一孔穴K`中。在该实施方式中通过焊线32a、32b来进行该ASIC电路芯片30的电连接，其中所述焊线与该第一孔穴K`中的（未示出的）布线装置和穿通接触部13c-f相电连接。
参考符号31表示一种浇注材料，利用它来浇注该ASIC电路芯片30和它的焊线32a、32b，其中该浇注材料31基本充满了整个第一孔穴K`，而不突出该印制电路板5的底侧U。其他方面该第二实施方式与该第一实施方式相类似地实施。该浇注材料31优选地是一种凝胶或一种塑料材料。
图3示出了一个示意剖视图，以解释根据本发明一个第三实施方式的一种微机械扬声器装置和一种相应的制造方法。
在图3的实施方式中，与前述的图1的第一实施方式相比，在该印制电路板5中设置了附加的后容积5a、5b、5c，其布置在相应扬声器9a、9b、9c的下面。其他方面该第三实施方式与该第一实施方式相类似地构建。
图4示出了一个示意剖视图，以解释在本发明的第一和第二实施方式中所采用的一种层压印制电路板衬底。
如在图4中所示，该衬底5`具有印制电路板层压板，其由三个印制电路板5`a、5`b、5`c组成，其在接合面F1或F2上相连接。
虽然本发明借助优选实施例已进行了阐述，但是其并不局限于此。所述的材料和拓扑结构尤其仅仅是示例的，并且并不局限于所解释的例子。
在所提及的实施中，封装作为球栅阵列（BGA）来实施。显然同样也可以规定以栅格阵列（LGA）形式的实施。除了把印制电路板作为衬底之外，也可以采用一种三维陶瓷。在前述的实施方式中，该ASIC电路芯片在该衬底底侧上的结构基本是居中的，也即在该MEMS扬声器结构下面基本对称。这对寄生效应有积极的影响，但并不是必须的，尤其当该印制电路板具有足够的厚度时。

Claims (15)

1.一种微机械功能装置，尤其扬声器装置，其具有：
衬底（5；5`），其具有上侧（O）和底侧（U）；
安置在该底侧（U）上第一孔穴（K`）中的至少一个电路芯片（30）；
微机械功能结构、尤其扬声器结构（10），其具有多个微机械扬声器（9a,9b,9c），所述扬声器结构安置在该上侧（O）第二孔穴（K）中；以及
设置在该上侧（O）上在该微机械功能结构、尤其扬声器结构（10）之上的覆盖装置（20）。
2.根据权利要求1所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该微机械功能结构被粘合到该上侧（O）上。
3.根据权利要求1所述的微机械功能装置，其包含有具有多个微机械扬声器（9a,9b,9c）的扬声器结构（10），其中该衬底（5）具有与多个扬声器（9a,9b,9c）相对应的多个空隙（5a,5b,5c），并且其中该微机械扬声器结构（10）被安置到该衬底（5）上，使得所述空隙（5a,5b,5c）构成了所述扬声器（9a,9b,9c）的相应后侧容积。
4.根据权利要求1或2所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该衬底（5）具有一个或多个电穿通接触部（13a-f），这些穿通接触部把底侧（U）与上侧（O）相电连接。
5.根据权利要求4所述的微机械功能装置，尤其扬声器装置，其中该功能结构、尤其扬声器结构（10）的电端子（10a,10b）通过相应的焊线（11a,11b）焊接到焊接面（12a,12b）上，其中所述焊接面设置在该上侧（O）上该第二孔穴（K）中，并与相应的穿通接触部（13a,13b）相电连接。
6.根据前述权利要求之一所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该电路芯片（30）以倒装芯片方式安装在该第一孔穴（K`）中。
7.根据前述权利要求1至5之一所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该电路芯片（30）在该第一孔穴（K`）中通过焊线（32a,32b）被电接触。
8.根据前述权利要求1至5之一所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该电路芯片（30）在该第一孔穴（K`）中嵌入到浇注材料（31）中。
9.根据前述权利要求之一所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该覆盖装置（20）是薄膜。
10.根据前述权利要求之一所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该衬底（5`）具有印制电路板层压板（5`a,5`b,5`c）。
11.根据前述权利要求之一所述的微机械功能装置、尤其扬声器装置，其中该衬底（5）在底侧（U）上具有一个电接触装置（4a,4b），该电接触装置通过穿通接触部（13a,13b）与该功能结构、尤其扬声器结构（10）相电连接。
12.一种用于制造微机械功能装置、尤其扬声器装置的方法，其具有的步骤是：
提供衬底（5；5`），其具有带有第一孔穴（K）的底侧（U）和带有第二孔穴（K`）的上侧（O）；
在该第一孔穴（K`）中安置至少一个电路芯片（30）；
在该第二孔穴（K）中安置具有多个微机械扬声器（9a,9b,9c）的微机械功能结构、尤其扬声器结构（10）；以及
在该微机械功能结构、尤其扬声器结构（10）上方在上侧（O）上安置覆盖装置（20）。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该电路芯片（30）以倒装芯片方式安装在该第一孔穴（K`）中。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中该电路芯片（30）嵌入在该第一孔穴（K`）中在浇注材料（31）中。
15.根据权利要求12、13或14所述的方法，其中该功能结构、尤其扬声器结构（10）的电端子（10a,10b）通过相应的焊线（11a,11b）被焊接到焊接面（12a,12b）上，其中所述焊接面设置在该第二孔穴（K）中在上侧（O）上，并与相应的穿通接触部（13a,13b）相电接触。
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