CN103609141B - 微机电声音探测装置以及用于制造该装置的方法 - Google Patents

微机电声音探测装置以及用于制造该装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微机电声音探测装置，包括衬底，壳体，至少一个用于声音穿过的开口和用于拾取声音的微机电元件，其中壳体借助模制被构造用于作为空腔提供前容积和后容积用于通过微机电元件探测声音。本发明同样涉及用于制造微机电声音探测装置的方法以及声音探测装置的应用。

Description

微机电声音探测装置以及用于制造该装置的方法
技术领域
本发明涉及一种微机电声音探测装置，一种用于制造微机电声音探测装置的方法，以及微机电声音探测装置的应用。
背景技术
微机电声音探测装置例如被使用在多媒体设备、移动电话、数字照相机、蓝牙耳机或者诸如此类中并特别地用于拾取语言，例如在录音期间或者在利用移动电话通电话期间。
已经为申请人所熟知的是，对于用于探测声音的麦克风形式的微机电元件，首先相应的微机电元件借助板上芯片(COB)技术安装在衬底上，电接触并且利用盖板遮蔽。为了现在可以借助麦克风探测声音，声音可以从上面穿过盖板击中麦克风的隔膜。另一个可能性在于，从下面、也就是穿过衬底给麦克风隔膜施加声音。但是这需要耗费的制造，以便不对麦克风造成损害。
从US 2007/0252261 A1中已知一种具有载体和两个半导体器件的半导体器件组件，其中半导体器件相叠地布置，其中载体的上表面和预制件(Premold)构成用于第一半导体器件、第二半导体器件和导电元件的接纳段，并且其中预制件包括具有盖子的开口。
从US 7166910 B2中已知一种基于硅的静电麦克风组件，其具有信号发送器、衬底和壳体。基于硅的静电电动麦克风组件在这里基本上包括具有不同层的印刷电路板。
发明内容
在权利要求1中定义了微机电声音探测装置，包括衬底、壳体、至少一个用于声音穿过的开口和用于探测声音的微机电元件，其中壳体借助模制被构造用于作为空腔提供前容积和后容积用于通过微机电元件探测声音。
在权利要求7中定义了用于制造特别是根据权利要求1至6中至少一项所述的微机械声音探测装置的方法，包括步骤a)制造衬底，b)借助衬底的过模制(übermolden)安置衬底，和c)布置用于探测声音的微机电元件，其中这样实现安置(Einhausen)，使得作为空腔提供前容积和后容积用于微机电元件的声音探测。
在权利要求9中定义了根据权利要求1至6中至少一项所述的声音探测装置用于探测压力的应用。
在权利要求10中定义了根据权利要求1至6中至少一项所述的声音探测装置在移动应用中的应用。
在本申请的说明书中、特别是在权利要求中，空腔概念也可以被理解为具有至少一个开口的空腔或者凹处。
本发明的优点
利用本发明实现的优点之一是，在此可以提供声音探测装置作为成本低的模制组件，其方式是，例如借助薄膜模制方法如此成形壳体，使得由此提供与预模制件类似的组件。在此将压制材料、浇铸材料和/或塑料材料、特别是环氧树脂材料的喷射、浇铸、浇注、埋置、包封、特别是压铸理解为模制。同时可以利用预模制件的模塑成型使用该组件，以便在其中布置微机电元件。以这种方式可能的是，可以通过壳体提供前容积和后容积，这总体来看可以简化制造方法并且从而成本更低地执行该制造方法。另一个优点是，由此也可以减小微机电元件的厚度，因为该微机电元件不再必须在后容积处提供基本部分，这进一步降低了制造成本。相反地，在微机电元件的体积或厚度不变时可能的是，成本低地增大后容积，这改善了用于探测声音的微机电元件的性能。另一个优点是，借助批量方法也可以实现壳体的简单遮盖，这同样显著减小了制造成本。另一个优点是，由此提高了微机电声音探测装置和相应的制造方法的可靠性。
本发明的基本思想因此在于，通过模制的壳体或者通过集成进模制整形部在封装时为用于拾取声音的微机电元件提供前容积和后容积的至少一个基本部分。
其它的特征和有利的改进在从属权利要求中描述。
根据一种有利的改进，在壳体的盖板中和/或在衬底中布置至少一个开口。在此实现的优点是，由此以简单和相对可靠以及成本低的方式声音可以进入壳体内并且击中用于探测声音的微机电元件，这使声音探测变得容易。如果例如在衬底中布置至少一个开口，则可以由此更多地增大后容积，因为微机电声音探测装置的整个内部空间作为后容积可供使用。
根据本发明另一种有利的改进，专用集成电路布置在衬底上并且至少部分地布置在微机电元件之下，并且特别地由模制材料完全包围。在此所实现的优点是，由此相对于专用集成电路和在衬底上并排的微机电元件的结构减小了壳体的所谓足迹(Footprint)或者说位置需求，从而可以更紧凑地制造微机电声音探测装置。
根据本发明的另一种有利的改进，用于探测声音的微机电元件被布置在壳体内部的隆起部上。以这种方式可以增加后容积，并且同时总体来看减小用于探测声音的微机电元件的厚度，由此总体来看可以减小微机电声音探测装置的结构高度。由于微机电元件更小的厚度也可以减小在制造微机电元件时的沟槽工艺的持续时间，由此降低微机电元件的制造成本。如果例如此外在衬底内存在至少一个开口，则其上布置有用于探测声音的微机电元件的隆起部为该微机电元件提供更大的保护，因为到例如借助氟氢酸蚀刻的开口的距离更大。
根据本发明的另一种有利的改进，用于探测声音的微机电元件布置在基座上，该基座相对隆起部下沉。在此所实现的优点是，由此可以制造具有还更小的结构高度的微机电声音探测装置。
根据本发明的另一种有利的改进，衬底具有线形的、特别是U形的区域，其中该区域以免除模制材料的方式构造。该区域优选地可以被构造成至少部分围绕着隆起部。由此所实现的优点是，由此还进一步增大壳体内的空腔。如果在衬底中布置至少一个开口，则由此可以进一步升高后容积并且进一步改善微机电声音探测装置的性能。在该区域内可以合宜地布置用于通过线接合接触的焊接区(Land)。
根据本方法的另一种有利的改进，该方法包括其它的步骤：布置专用集成电路，其中特别是用于探测声音的微机电元件和专用集成电路被布置在衬底上方的不同的层面上。在此所实现的优点是，由此可以还更紧凑地制造微机电声音探测装置，并且同时例如可以在微机电声音探测装置中提供相应的分析电路。
附图说明
本发明的其它特征和优点从借助附图对实施例的以下描述中得到。在此：
图1以横截面示出根据本发明的第一实施方式的微机电声音探测装置；
图2以俯视图示出根据图1的微机电声音探测装置；
图3以横截面示出根据本发明的第二实施方式的微机电声音探测装置；
图4以横截面示出根据本发明的第三实施方式的微机电声音探测装置；
图5以横截面示出根据本发明的第四实施方式的微机电声音探测装置；
图6以横截面示出根据本发明的第五实施方式的微机电声音探测装置；
图7a，b示出根据本发明的第六和第七实施方式的微机电声音探测装置的俯视图。
具体实施方式
图1以示意形式以横截面示出根据第一实施方式的微机电声音探测装置。
在图1中附图标记1表示微机电声音探测装置。该微机电声音探测装置包括平面网格阵列(Landgridarray)电路板7作为衬底。在平面网格阵列电路板7上布置专用集成电路6，该专用集成电路为了电接触而通过线接合9a与平面网格阵列电路板7相连接。专用集成电路6被安置在模制壳体4的壁的一部分中。该模制壳体4同样与平面网格阵列电路板7固定连接。该模制壳体4基本上在内部是空心的并且在模制壳体4的上部区域中具有盖板3。在所设想的垂直中线(在图1中从上向下)的右侧在盖板3中布置开口2，声音可以穿过该开口。此外专用集成电路6及其接合9a完全由模制壳体4的壁包围。模制壳体4的壁也部分地平行于平面网格阵列电路板7延伸并且在平面网格阵列电路板7上方形成隆起部11，专用集成电路6连同接触部9a嵌入所述隆起部中。隆起部11在此具有凹处8b，所述凹处形成用于探测声音5的微机电元件5的后容积。用于探测声音的微机电元件5在此以其隔膜布置在凹处8b上方。在微机电元件5上方和侧面，在模制壳体4内提供用于探测声音的微机电元件5的前容积8a。微机电元件5由此使前容积8a和后容积8b在声学方面彼此分离。用于探测声音的微机电元件5借助线接合9b与平面网格阵列电路板7相连接。
隆起部11此外具有第二凹处8c，使得线接合9b可以直接在平面网格阵列电路板7上与微机电元件5相接触。用于前容积和后容积的凹处8a、8b如此布置，使得用于探测声音的微机电元件5的隔膜M可以可逆地从静止位置偏转出并且与此相应地可以探测声音。
图2以俯视图示出根据图1的微机电声音探测装置。在根据图2的俯视图中示出了没有盖板3的微机电声音探测装置1。在图2中从左向右首先可以看到模制壳体4的壁。然后示出区域8c，在其中布置了三个用以与用于探测声音的微机电元件5接触的接合焊接区10。此外示出隆起部11，它具有凹处8b。凹处8b用作用于探测声音的微机电元件5的后容积，其在图2中未示出。隆起部11在制造微机电声音探测装置1时用作用于探测声音的微机电元件5的焊接区面。凹处8b根据图2被构造成圆形的。当然也可以设想其它的横截面，例如椭圆形的或者诸如此类。在此凹处也可以被构造成三维的，即例如是截锥形、漏斗形或者诸如此类。
图3以横截面示出根据本发明的第二实施方式的微机电声音探测装置。
在图3中基本上示出了与根据图1的微机电声音探测装置相同的结构。与图1不同，专用集成电路6如此布置，使得该专用集成电路在模制壳体4的壁的隆起部11中被布置在位于用于探测声音的微机电元件5下方的后容积8b的右侧。以这种方法可以减小微机电声音探测装置1的宽度。
图4以横截面示出根据本发明的第三实施方式的微机电声音探测装置。
在图4中基本上示出了根据图3的微机电声音探测装置1。与图3不同，具有隔膜M的微机电元件5在其结构高度方面显著减小。这能够实现，因为借助模制壳体4的壁提供后容积8b的一部分。总体来说由此也可以减小微机电声音探测装置1的结构高度。
图5以横截面示出根据本发明的第四实施方式的微机电声音探测装置。
在图5中基本上示出根据图1的微机电声音探测装置1。与图1不同，在隆起部11中布置凹处，使得总体来说用于拾取声音的微机电元件5相对隆起部区域下沉，在该隆起部中布置专用集成电路6。用于探测声音的微机电元件5由此被布置在隆起部11的基座A上，其中基座A相对隆起部11的高度相对于平面网格阵列电路板7下沉。以这种方式同样可以实现降低微机电声音探测装置1的结构高度。
图6以横截面示出根据本发明的第五实施方式的微机电声音探测装置。
在图6中基本上示出根据图3的微机电声音探测装置。与图3不同，盖板不具有开口2。为了对微机电元件5施加声音，现在取代盖板3中的开口2在后容积8b侧在平面网格阵列电路板7中布置凹处2a。以这种方式，可供使用的后容积(这里配备有附图标记8a)还可以进一步增大，因为由此模制壳体4的整个内部空间作为后容积可供使用。前容积(这里配备有附图标记8b)在此在开口2a和用于探测声音的微机电元件5的隔膜M之间的空间内可供使用。微机电元件5从而使前容积8b和后容积8a在声学方面相互分离。
图7a，b示出根据本发明的第六和第七实施方式的微机电声音探测装置的俯视图。
在图7a中基本上示出根据图6的微机电声音探测装置1的根据图2的视图，其中借助平面网格阵列电路板7中的开口2a实现声音进入。在此与图2类似地从左向右示出了模制壳体4的壁、平面网格阵列电路板7的暴露的部分，其不具有隆起部11而在区域8c中具有线接合焊接区10。在隆起部11的区域中示出了位于平面网格阵列电路板7中的开口2a。在右侧又可以看到模制壳体4的壁。
在图7b中区域8c与图7a不同地如此被实施为U形的，使得开口2a在U形内被布置在相应的侧边之间。以这种方式可以进一步增大后容积，因为用于后容积的可供使用的空间由于在模制壳体4内没有隆起部11的较大的区域而被增大。
为了制造特别是根据图1至7之一的微机电声音探测装置，首先将专用集成电路6例如借助粘接或者裸片接合(Die-Bonden)粘接到平面网格阵列衬底7上，并借助线接合9a电接触。然后对专用集成电路进行过模制，其中例如模制工具借助于薄膜模制技术在平面网格阵列衬底7上密封。在过模制期间用于声音穿过的开口和用于接触仍待安装的用于探测声音的微机电元件5的接合焊接区10保持开放，并制造微机电元件5的焊接区面11以及微机电声音探测装置1的内部空间的侧壁。在此，模制可以作为批量方法在多重使用中进行。接着将用于探测声音的微机电元件5布置在模制的焊接区面11上，例如借助粘接或者裸片接合。然后用于探测声音的微机电元件5借助线接合9b与平面网格阵列电路板7电接触。然后例如在批量工艺中，特别地通过层压、粘接、焊接或诸如此类以例如箔或者板的形式布置盖板3。此外平面网格阵列-使用(Nutzen)借助锯或者激光被分隔。
尽管本发明借助优选的实施例得到描述，但是它不局限于此，而是可以以各种方式进行修改。
例如可能的是，也作为压力传感器使用微机电声音探测装置，或者一般地在具有敏感的开放结构的执行器或者微机电元件情况下使用微机电声音探测装置。

Claims (13)

1.微机电声音探测装置(1)，包括：
衬底(7)，
壳体(4)，
至少一个用于声音穿过的开口(2,2a)和
用于拾取声音的微机电元件(5)，其中壳体借助模制被构造用于作为空腔提供前容积(8a)和后容积(8b)用于通过微机电元件(5)探测声音，其中用于探测声音的微机电元件(5)被布置在基座(A)上，所述基座(A)相对壳体(4)内的隆起部(11)下沉。
2.根据权利要求1所述的声音探测装置，其中至少一个开口(2,2a)布置在壳体(4)的盖板(3)中和/或衬底(7)中。
3.根据权利要求1或2所述的声音探测装置，其中专用集成电路(6)布置在衬底(7)上并且至少部分地布置在微机电元件(5)下方。
4.根据权利要求3所述的声音探测装置，其中专用集成电路(6)完全由模制材料包围。
5.根据权利要求1或2所述的声音探测装置，其中用于探测声音的微机电元件(5)布置在壳体(4)内的隆起部(11)上。
6.根据权利要求1或2所述的声音探测装置，其中衬底具有线形的区域(8c)，其中该区域(8c)由模制材料以暴露的方式构造。
7.根据权利要求6所述的声音探测装置，其中所述区域是U形的。
8.用于制造微机械声音探测装置(1)的方法，包括步骤：
a)制造衬底(7)，
b)借助衬底(7)的过模制安置衬底(7)和
c)布置用于探测声音的微机电元件(5)，
其中进行安置，使得作为空腔提供前容积(8a)和后容积(8b)用于微机电元件(5)的声音探测，其中用于探测声音的微机电元件(5)被布置在基座(A)上，所述基座(A)相对壳体(4)内的隆起部(11)下沉。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法用于制造根据权利要求1-7中任一项的微机械声音探测装置(1)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，在步骤a)与步骤b)之间包括另一步骤：布置专用集成电路(6)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将用于探测声音的微机电元件(5)和专用集成电路(6)布置在衬底(7)上方的不同的层面上。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的声音探测装置(1)用于探测压力的应用。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的声音探测装置(1)在移动应用中的应用。
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