CN104581588A - 一种高灵敏度高信噪比的mems硅麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，包括金属壳体盖、MEMS器件、ASIC器件和PCB板，其特征在于：所述的金属壳体盖上设有一个进音孔，？MEMS器件和ASIC器件左右并列，通过绝缘胶黏连在金属壳体盖的内侧，并且MEMS器件的一面带有一个空腔，所述的空腔与金属壳体盖上的进音孔相对接，PCB板为双层PCB板并设有一个与MEMS器件上的空腔相匹配的凹槽，凹槽置于空腔的背后，位于MEMS器件振膜的正下方，增大了MEMS器件下方腔体的体积，提高了整个模块的灵敏度和信噪比，形成上述MEMS硅麦克风的封装方式为并列式倒装前进音封装方式。本发明产品缩小了整体体积，优化了器件的灵敏度及信噪比。

Description

一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风

技术领域

本发明涉及一种MEMS硅麦克风的封装方法，特别是公开一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，属于硅麦克风封装的技术领域。

背景技术

麦克风能把人的语音信号转化为相应的电信号，广泛应用于手机，电脑，电话机，照相机及摄像机等。传统的驻极体电容式麦克风采用特氟龙作为振动薄膜，不能承受在印刷电路板回流焊接工艺近300度的高温，从而只能与集成电路的组装分开，单独手工装配，大大增加了生产成本。

近三十年的MEMS（Microelectromechanical Systems）技术与工艺的发展，特别是基于硅芯片MEMS技术的发展，实现了许多传感器（如压力传感器，加速度计，陀螺仪等）的微型化和低成本。MEMS硅麦克风已开始产业化，在高端手机的应用上，逐渐取代传统的驻极体电容式麦克风。

MEMS麦克风主要还是采用电容式的原理，由一个振动薄膜和背极板组成，振动薄膜与背极板之间有一个几微米的间距，形成电容结构。高灵敏的振动薄膜感受到外部的音频声压信号后，改变振动薄膜与背极板间的距离，从而形成电容变化。MEMS麦克风后接CMOS放大器把电容变化转化成电压信号的变化，再放大后变成电输出。

目前现有技术中的大多数麦克风采取背进音形式的封装方式，当器件与PCB板贴装后，麦克风的灵敏度和信噪比会受到影响。由于人的语音声压信号非常微弱，灵敏度和信噪比的降低势必影响麦克风的使用效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有麦克风封装技术中存在的不足，提供一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，采取并列式倒装前进音的封装方式，直接提高同等麦克风产品的灵敏度及信噪比。

本发明是这样实现的：一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，包括金属壳体盖、MEMS器件、ASIC器件和PCB板，其特征在于：所述的金属壳体盖上设有一个进音孔，所述的MEMS器件和ASIC器件左右并列，通过绝缘胶黏连在金属壳体盖的内侧，并且MEMS器件的一面带有一个空腔，所述的空腔与金属壳体盖上的进音孔相对接，所述的PCB板为双层PCB板，PCB板上设有一个凹槽，凹槽的容积与MEMS器件上的空腔相匹配的，并置于空腔的背后，位于MEMS器件振膜的正下方，增大了MEMS器件下方腔体的体积，提高了整个模块的灵敏度和信噪比，形成上述MEMS硅麦克风的封装方式为并列式倒装前进音封装方式。所述进音孔的孔径为500μm～800μm，所述PCB板上设的凹槽的直径为600μm～900μm的圆形，深度为200μm～700μm。所述的MEMS器件和ASIC器件都设有通过RDL重新布线植上的金属焊球，与PCB板上的表面第二金属导线、第三金属导线及贯通PCB板正反面的第一金属导线、第四金属导线连接。所述金属壳体盖与PCB板的连接面上设有导电胶形成的封闭环，将金属壳体盖与PCB板黏连，导电性能良好。

本发明一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风的封装方式包括如下步骤：

（1）提供一个带进音孔的金属壳体盖；

（2）在金属壳体盖的内部，进音孔的这一面设定区域涂上硬化前较软的绝缘胶；

（3）将MEMS器件及ASIC器件放置在金属壳体盖内的绝缘胶上，MEMS的腔体对准金属壳体盖的进音孔，通过加温固化绝缘胶，使MEMS器件和ASIC器件牢固地黏连在金属壳体盖内；

（4）提供一块双面PCB板，设有一个与MEMS器件上的空腔相匹配的凹槽；

（5）在PCB板周边涂上一圈由导电胶形成的封闭环；

（6）将金属壳体盖连同已黏连的器件按压在PCB板上，MEMS的振膜正对PCB板的凹槽，器件上的金属焊球对应PCB板上相应的金属片；

（7）将整个黏连在一起的组件置于设定温度下烘烤，以固化导电胶。

本发明的有益效果是：本发明产品实现了MEMS硅麦克风的并列式倒装前进音封装方式，缩小了整个封装结构的实际三维体积，优化了器件的灵敏度及信噪比。

附图说明

图1  是本发明产品结构剖视图。

图2  是本发明产品中带进音孔的金属壳体盖剖视结构示意图。

图3  是本发明产品的金属壳体盖涂上绝缘胶后的剖视结构示意图。

图4  是本发明产品中将MEMS器件和ASIC器件通过绝缘胶黏连在金属壳体盖内后的剖视结构示意图。

图5  是本发明产品中设有凹槽的双层PCB板剖视结构示意图。

图6  是本发明产品中的PCB板涂上导电胶形成封闭环后的剖视结构示意图。

图中：1、金属壳体盖； 2、进音孔； 3、绝缘胶； 4、MEMS器件； 5、ASIC器件； 6、金属焊球； 7、空腔； 8、PCB板； 9、凹槽； 10、第一金属导线； 11、第二金属导线； 12、第三金属导线； 13、第四金属导线； 14、封闭环。

具体实施方式

根据附图1，本发明产品包括金属壳体盖1、进音孔2、绝缘胶3、MEMS器件4、ASIC器件5、金属焊球6、MEMS器件上设置的空腔7和PCB板8，PCB板上设有凹槽9、第一金属导线10、第二金属导线11、第三金属导线12、第四金属导线13及由导电胶形成的封闭环14。

本发明MEMS硅麦克风并列式倒装前进音封装方式包括金属壳体盖1，放置于金属壳体盖1内的MEMS4和ASIC器件5，以及双层PCB板8。

根据附图2～6，本发明的金属壳体盖1上设有一个进音孔2，并且在金属壳体盖1内部涂有绝缘胶3，绝缘胶3需将MEMS器件4和ASIC器件5牢固的黏连在金属壳体盖1内。MEMS器件4与ASIC器件5上都设有通过RDL重新布线后植上的金属焊球6，MEMS器件4的一面带有一个空腔7，此空腔7要与金属壳体盖1上的进音孔2相对接。双层的PCB板8为绝缘板基，设有一个与MEMS器件2上的空腔7相匹配的凹槽9，覆盖至PCB板8表面的第二金属导线11、第三金属导线12以及贯通PCB板8正反面的第一金属导线10、第四金属导线13和导电胶形成的封闭环14。凹槽9的位置要正对MEMS器件4的腔体7，各金属导线的分布位置要能同MEMS器件4和ASIC器件5上各处的金属焊球6相连接，导电胶形成的封闭环14要能同金属壳体盖1的边缘相黏连，导电性能要良好。

金属壳体盖1采用能冲压成型的刚度适中的金属，其具有一定的屏蔽电磁干扰的能力。进音孔2一般为直径在500μm～800μm之间的圆型，让声波能够传到到MEMS的空腔7内。绝缘胶3必须具有较强的粘度，将MEMS器件4和ASIC器件5牢固地黏连在金属壳体盖1内，使封装结构具有一定的抗震效果，绝缘性能要良好。双层PCB板的凹槽9要正对MEMS器件4空腔7的正下方，以便MEMS器件4的振膜下方留有更大的空间，优化其灵敏度和信噪比；PCB板8上的导电封闭环14由硬化前较软的导电胶形成，使金属壳体盖1与PCB板8黏连后能够有良好的封闭效果，导电性能要良好。

本发明MEMS硅麦克风的并列式倒装前进音封装方式通过下述工艺步骤实现：

（1）提供一个刚度适中的金属壳体，通过冲压成型，形成一个带进音孔2的，能容纳MEMS器件4和ASIC器件5的金属壳体盖1；如图2所示：进音孔2的孔径大约在500μm～800μm之间；

（2）在上述金属壳体盖1内侧，涂上硬化前较软的绝缘胶3，用以黏连MEMS器件4与ASIC器件5，如图3所示；

（3）将MEMS器件4及ASIC器件5放置在金属壳体盖1内的绝缘胶3上，MEMS的腔体7对准金属壳体盖的进音孔2，通过加温固化绝缘胶3，使MEMS器件4和ASIC器件5牢固地黏连在金属壳体盖1内；如图4所示：器件上的金属焊球6与金属壳体盖1的边缘几乎在同一水平面上，较软的绝缘胶可以适当调整两个器件金属焊球6的水平高度；

（4）提供一块双层PCB板，其主体基板为绝缘材质，在与MEMS器件2上的空腔7相匹配的区域设有一个凹槽9，此凹槽9的位置在MEMS器件4的正下方，以便MEMS器件的振膜下方留有一定的空间，优化其频响特性，第一金属导线10、第四金属导线13贯通PCB板8，使PCB板8正反面形成互连，第二金属导线线11、第三金属导线12使PCB板8正面设定区域之间形成互连；如图5所示：PCB板8上的凹槽9一般为一个直径在600μm～900μm的圆形，其深度大约在100μm～300μm之间；

（5）在PCB板8周边涂上一圈硬化前较软的导电胶形成的封闭环14，如图6所示：导电胶封闭环14要与金属壳体盖1边缘大小相匹配，以便金属壳体盖1与PCB板成功黏连；

（6）将金属壳体盖1连同已黏连的MEMS器件4和ASIC器件5按压在PCB板上，MEMS器件4的振膜正对PCB板的凹槽9，器件上的金属焊球6对应PCB板8上相应的第二金属导线11、第三金属导线12和第四金属导线13，如图1所示；

（7）将整个黏连在一起的组件置于设定温度下烘烤，以固化导电胶。

本发明MEMS硅麦克风工作时，金属壳体盖1将通过导电封闭环14与PCB板8正面的第一金属导线10相连，MEMS器件4和ASIC器件5通过PCB板8上的第二金属导线11、第三金属导线12相连接，ASIC器件5上其他电极可以通过金属焊球6与PCB板上第四金属导线13相连接。当外部有声音时，声音会从进音孔2进入，对MEMS器件4振膜产生作用力，MEMS器件4的电容变化将通过ASIC器件5，将信号放大成可检测对应的声音信号。

本发明通过焊球工艺取代传统wire bonding工艺，不仅缩小了整个封装结构的实际三维体积，还通过将MEMS器件倒置，与ASIC器件并列排布，形成并列式倒装前进音的封装方式，进一步优化了器件的灵敏度及信噪比。

Claims (4)

1.一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，包括金属壳体盖（1）、MEMS器件（4）、ASIC器件（5）和PCB板（8），其特征在于：所述的金属壳体盖（1）上设有一个进音孔（2），所述的MEMS器件（4）和ASIC器件（5）左右并列，通过绝缘胶（3）黏连在金属壳体盖（1）的内侧，并且MEMS器件（4）的一面带有一个空腔（7），所述的空腔（7）与金属壳体盖（1）上的进音孔（2）相对接，所述的PCB板（8）为双层PCB板，PCB板（8）上设有一个凹槽（9），凹槽（9）的容积与MEMS器件（4）上的空腔（7）相匹配的，并置于空腔（7）的背后，位于MEMS器件（4）振膜的正下方，增大了MEMS器件（4）下方腔体的体积，提高了整个模块的灵敏度和信噪比，形成上述MEMS硅麦克风的封装方式为并列式倒装前进音封装方式。

2.根据权利要求 1 所述的一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，其特征在于：所述进音孔（2）的孔径为500μm～800μm，所述PCB板（8）上设的凹槽（9）的直径为600μm～900μm的圆形，深度为200μm～700μm。

3.根据权利要求 1 所述的一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，其特征在于：所述的MEMS器件（4）和ASIC器件（5）都设有通过RDL重新布线植上的金属焊球（6），与PCB板（8）上的表面第二金属导线（11）、第三金属导线（12）及贯通PCB板（8）正反面的第一金属导线（10）、第四金属导线（13）连接。

4.根据权利要求 1 所述的一种高灵敏度高信噪比的MEMS硅麦克风，其特征在于：所述金属壳体盖（1）与PCB板（8）的连接面上设有导电胶形成的封闭环（14），将金属壳体盖（1）与PCB板（8）黏连，导电性能良好。