CN103313172B - 微机械声变换器装置和相应的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实现了微机械声变换器装置和相应的制造方法。微机械声变换器装置包括电印制电路板（1），所述印制电路板具有前侧（VS）和背侧（RS）；其中在前侧（VS）上以倒装芯片方法施加有微机械声变换器结构（3）；并且其中印制电路板（1）在微机械声变换器结构（3）的区域中具有用于放射出声波（S）的开口（5）。

Description

微机械声变换器装置和相应的制造方法

技术领域

本发明涉及微机械声变换器装置和相应的制造方法。

背景技术

虽然原则上可以应用任意微机械声变换器装置例如扬声器和麦克风，然而本发明和其所基于的问题借助在硅基础上的微机械扬声器装置来阐述。

也称为MEMS扬声器装置的微机械（mikromechanisch）扬声器装置当前需要耗费的并且费用多的封装技术。易损坏的、未封装的MEMS结构和其带有透声窗的封装（通常为薄膜）的耗费的分离引起每个芯片1欧元数量级的封装成本，并且由此这些封装成本是其他微机械传感器例如惯性传感器的封装成本的20至30倍。

例如在微机械基础上的惯性传感器情况下借助模压封装（Mold Package）的封装对于微机械扬声器装置是不可实现的，其中所述惯性传感器包含MEMS扬声器元件和ASIC。

从DE 10 2005 056 759 A1已知用于接收和/或用于产生声信号的微机械结构，其具有带有第一开口并且基本上构成该结构的第一侧的第一对应元件（Gegenelement），其中该结构还具有带有第二开口并且基本上构成该结构的第二侧的第二对应元件。该结构基本上是封闭的并且具有在第一对应元件和第二对应元件之间布置的膜片。

DE 10 2005 055 478 A1同样公开了用于接收和/或用于产生声信号的微机械结构。

发明内容

本发明实现了一种微机械声变换器装置和一种相应的制造方法。该微机械声变换器装置具有电印制电路板，所述电印制电路板具有前侧和背侧；其中在所述前侧上以倒装芯片方法施加微机械声变换器结构；并且其中所述电印制电路板在所述微机械声变换器结构的区域中具有用于放射出声波的开口，并且其中将ASIC芯片以倒装芯片方法施加到所述电印制电路板的前侧上，其中所述微机械声变换器结构具有第一结构高度并且其中在所述微机械声变换器结构的外围设置有小焊球，所述小焊球具有第二结构高度，该第二结构高度高于第一结构高度。用于制造微机械声变换器装置的方法具有步骤：提供具有前侧和背侧和具有开口的电印制电路板；以倒装芯片方法将微机械声变换器结构施加到所述电印制电路板的前侧上，使得所述开口处于所述微机械声变换器结构的区域中，其中将ASIC芯片以倒装芯片方法施加在所述电印制电路板的前侧上，其中所述微机械声变换器结构具有第一结构高度并且其中在所述微机械声变换器结构的外围设置有小焊球，所述小焊球具有第二结构高度，该第二结构高度高于第一结构高度。

优选的改进方案在下面描述。

本发明的优点

本发明能够实现用于MEMS声变换器装置的有效的封装技术。

本发明所基于的思想在借助倒装芯片（Flip-Chip）技术的构造中基于印制电路板，其中印制电路板具有声学端口或者声学窗。因此在印制电路板中、在微机械声变换器装置中或者在ASIC中不需要穿通接触部（Durchkontakte）。

本发明因此能够实现更高的集成密度、更低的结构高度和显著的成本节省。结构高度是MEMS声变换器装置相对于传统声变换器的中心优点。不需单独的包装，并且印制电路板按照本发明同时用作封装元件。

微机械声变换器装置连同ASIC在印制电路板上、但是或者也分立地在模块化方案中是可实现的。

按照优选的改进方案，在背侧上的开口通过保护膜机械地被封闭。除了作为声学窗的功能外，保护膜还用于保护微机械扬声器装置免受外部影响例如灰尘和湿气。优选构成声学窗的保护膜不必施加在晶片平面上，而是可以利用印制电路板制造来进行，这是极其低成本的制造步骤。

按照另一个优选的改进方案，在前侧上在印制电路板和微机械声变换器结构之间设置环绕的保护环。该保护环具有如下优点：其构成机械保护。

按照另一优选的改进方案，此外ASIC芯片以倒装芯片方法被施加到印制电路板的前侧上。这具有如下优点：可以在与声变换器结构相同的安装过程中安装分析电路。

按照另一优选的改进方案，微机械声变换器结构具有第一结构高度并且其中在微机械声变换器结构的外围设置有小焊球，它们具有第二结构高度，该第二结构高度高于第一结构高度。因此，封装可以容易地被安置在声变换器结构上方。

按照另一优选的改进方案，印制电路板通过小焊球与设备板连接。因此可以有利地实现设备耦合。

按照另一优选的改进方案，保护膜由聚酯薄膜（Mylar）构成并且具有一到几微米的厚度。这种保护膜提供了良好的透声性并且此外是稳定的。

附图说明

下面，本发明借助在附图的示意图中说明的实施例被进一步阐述。其中：

图1 示出按照本发明实施方式的微机械扬声器装置；以及

图2 示出微机械扬声器结构，其可以应用在按照图1的实施方式中。

具体实施方式

在图1中，参考标号1表示电印制电路板，其具有前侧VS和背侧RS。在前侧VS上，印制电路板1以倒装芯片方法被装配有ASIC 2和微机械扬声器结构3。作为倒装芯片接合部（Flip-Chip-Bond）的电小焊球用参考标号4a来表示。出于简化的原因，在印制电路板中实现的再布线（Umverdrahtung）在图1中未被示出。微机械扬声器结构3例如可以通过环绕的焊料框4b相对周围环境被保护。对此替代地，可以代替环绕的焊料框4b设置粘接膜，其中由此不进行电接触，而是仅仅进行机械保护。

此外，印制电路板1具有洞形的开口5，其中在印制电路板1的背侧RS上该开口用保护膜6、例如具有几个微米厚度的聚酯薄膜机械地封闭，但是能够实现声波S的声学穿过。

保护膜6也用于保护微机械扬声器装置免受外部影响例如灰尘和湿气。声波S的发出在箭头方向上通过开口5来进行。

在印制电路板1的前侧上施加了另外的小焊球7，它们具有比ASIC 2或者微机械扬声器结构3的高度h1大的高度h2。

通过这些另外的小焊球7，装配有ASIC 2和微机械扬声器装置3的印制电路板1可被安装到例如移动电话的设备印制电路板10上。这同样可以以倒装芯片方法来进行。该设备印制电路板10在图1中仅仅示意性示出。

图2详细示出了微机械扬声器结构3的可能的实施方式。在微机械扬声器结构3的下部区域中在衬底晶片30中的声学有源元件8用于声发出。相对的侧通过罩形晶片9来封闭，该罩形晶片具有腔10。腔10用作共同的反向容积（Rückvolumen），以便最小化空气阻尼。罩形晶片9通过粘合剂30与衬底晶片30连接。另一方面也可能的是，代替罩形晶片9经由（未示出的）聚合物元件通过粘接进行封闭。

虽然本发明借助优选的实施例在上面被完整地描述了，但是本发明不局限于此，而是可以以各种方式和方法修改。

Claims (8)

1.具有电印制电路板（1）的微机械声变换器装置，所述电印制电路板具有前侧（VS）和背侧（RS）；

其中在所述前侧（VS）上以倒装芯片方法施加微机械声变换器结构（3）；并且

其中所述电印制电路板（1）在所述微机械声变换器结构（3）的区域中具有用于放射出声波（S）的开口（5），并且

其中将ASIC芯片（2）以倒装芯片方法施加到所述电印制电路板（1）的前侧（VS）上，

其中所述微机械声变换器结构（3）具有第一结构高度（h1）并且其中在所述微机械声变换器结构（3）的外围设置有小焊球（7），所述小焊球具有第二结构高度（h2），该第二结构高度高于第一结构高度（h1）。

2.根据权利要求1所述的微机械声变换器装置，其中所述开口（5）在所述背侧（RS）上通过保护膜（6）机械地封闭。

3.根据权利要求1或2所述的微机械声变换器装置，其中在实施前侧（VS）上，在所述电印制电路板（1）和所述微机械声变换器结构（3）之间设置有环绕的保护环（4b）。

4.根据权利要求1所述的微机械声变换器装置，其中所述电印制电路板（1）通过所述小焊球（7）与设备板（10）连接。

5.根据权利要求2所述的微机械声变换器装置，其中所述保护膜（6）由聚酯薄膜构成。

6.用于制造微机械声变换器装置的方法，具有步骤：

提供具有前侧（VS）和背侧（RS）和具有开口（5）的电印制电路板（1）；

以倒装芯片方法将微机械声变换器结构（3）施加到所述电印制电路板（1）的前侧（VS）上，使得所述开口（5）处于所述微机械声变换器结构（3）的区域中，

其中将ASIC芯片（2）以倒装芯片方法施加在所述电印制电路板（1）的前侧（VS）上，

其中所述微机械声变换器结构（3）具有第一结构高度（h1）并且其中在所述微机械声变换器结构（3）的外围设置有小焊球（7），所述小焊球具有第二结构高度（h2），该第二结构高度高于第一结构高度（h1）。

7.根据权利要求6所述的用于制造微机械声变换器装置的方法，其中在所述电印制电路板（1）的背侧（RS）上用保护膜（6）封闭所述开口（5）。

8.根据权利要求6所述的用于制造微机械声变换器装置的方法，其中所述电印制电路板（1）通过所述小焊球（7）与设备板（10）连接。