CN104837762A - 设置在组件盖上的mems设备 - Google Patents

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Abstract

一种微机电系统(MEMS)组件包括基板、盖、MEMS装置和至少一个壁。所述基板具有电连接焊盘，并且所述电连接焊盘耦接到延伸穿过所述基板的电导体。所述MEMS装置附接到所述盖。所述至少一个壁耦接到所述盖和所述基板并且与所述盖分开形成，并且具有布置在所述至少一个壁中的电导管。所述电导管电耦接到所述基板上的所述电导体。所述电导管和所述电导体形成所述MEMS装置与所述电连接焊盘之间的电路径。

Description

设置在组件盖上的MEMS设备
相关申请的交叉引用
该专利根据35U.S.C.§119(e)要求2012年8月1日申请的、标题为“MEMSApparatus Disposed on Assembly Lid”的美国临时申请No.61/678,175的权益，该申请的内容通过引用方式全部被引入到本文中。
技术领域
该申请涉及机电声学组件，并且更具体地，涉及与这些组件关联的电连接。
背景技术
多年来已经使用了各种类型的表面可安装麦克风封装设计(architect)。在这些组件内，不同的电部件(component)容纳(house)在一起形成组件。例如，麦克风组件通常包括微机电系统(MEMS)装置或换能器(transducer)、以及集成电路(IC)。MEMS装置的一个示例包括隔膜(diaphragm)和背板。组件的壳体通常包含端口或开口，以允许声能进入麦克风组件。该声能进而导致MEMS装置中的隔膜变形(deflect)。当隔膜变形时，背板与隔膜之间的电势改变并产生与作用在隔膜上的声能成比例的电信号。该电信号随后被路由到允许终端用户形成机械和电气上鲁棒(robust)的连接的外部接口。
麦克风组件的声学性能在某种程度上与该组件的前容积(volume)(即，在隔膜与声学端口之间的空气的体积)与后容积(即，由封装腔和隔膜包含的空气的体积)的比值(ratio)有关。在典型的顶部端口装置中，部件直接附接到基板或底座(base)上，并且声学端口位于顶部或盖上，使得前容积相对于后容积大。这不是对于麦克风组件的最佳性能(即，高灵敏度、平坦的宽带响应)所需要的优选的比值。
以前的方法的上述全部缺点已经导致了广大用户对这些以前的方法的某些方面不满。
附图说明
为了更彻底理解本公开，应当参考下列详细说明和附图，其中：
图1包括根据本发明的各种实施方式的麦克风组件的等距视图；
图2包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的沿线A-A截取的横截面图；
图3包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的沿线B-B截取的横截面图；
图4包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的盖的仰视图；
图5包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的盖的俯视图；
图6包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的壁部的俯视图；
图7包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的壁部的仰视图；
图8包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的底座的俯视图；
图9包括根据本发明的各种实施方式的图1的麦克风组件的底座的仰视图；
图10包括根据本发明的各种实施方式的另一个麦克风组件的等距视图；
图11包括根据本发明的各种实施方式的图10的麦克风组件的沿线C-C截取的横截面图；
图12包括根据本发明的各种实施方式的图10的麦克风组件的沿线D-D截取的横截面图；
图13包括根据本发明的各种实施方式的图10的麦克风组件的盖的布置(layout)的另一个示例的仰视图；
图14包括根据本发明的各种实施方式的图10的组件的盖的俯视图；
图15包括根据本发明的各种实施方式的图10的组件的将附接到盖底部的壁部的俯视图；
图16包括根据本发明的各种实施方式的图10的麦克风组件的壁部的仰视图；
图17包括根据本发明的各种实施方式的图10的组件的将组装到壁的底部的底座的俯视图；
图18包括根据本发明的各种实施方式的图10的麦克风组件的底座的仰视图。
熟练的技术人员将要领会，这些图中的要素(element)是为了简单和清楚起见而例示的。还将要领会的是，某些动作和/或步骤可以按出现的特定顺序来描述或描绘，而本领域技术人员将要明白的是，针对顺序的这种特殊性实际上不是必需的。还将要明白的是，除非已经在本文中另外阐述了特定含义，否则本文中使用的术语和表达具有与针对它们对应的各自的调查和研究领域的这些术语和表达相符的通常含义。
具体实施方式
提供了麦克风组件，其中，MEMS部件设置在组件的盖处。在某些方面，MEMS装置或部件附接到盖的底侧。至少部分地穿过组件的壁、盖和底座设置麦克风组件内的电连接以及内部部件与用户连接焊盘之间的电连接。在这样做时，优选靠近声学端口安装MEMS装置。本方法建立电连接使得能够在不需要针对声学端口对外部接口位置做大量改变的情况下将MEMS装置安装在提高该MEMS装置对声能的机电响应的优选方向(orientation)上。
此外，由于使用标准的表面安装互连和PCB制造技术来建立集成电路(IC)与外部接口之间的电连接，因此本文中描述的组件是可制造的。另外，本文中提供的组件提供了具有减小的前容积和增加的后容积的麦克风组件。一般而言，前容积的减小将麦克风组件的共振移出到更高的频率，而增加后容积增加了MEMS装置的总灵敏度。
在这些实施方式中的许多实施方式中，声音组件包括盖、壁部和底座。壁部耦接到底座，并且盖耦接到壁。在某些方面中，盖通常是平坦的，并且不包括任何故意的电接触。在某些方面，为了电磁屏蔽目的，盖的表面可以被用作到电接地的连接。MEMS装置和IC耦接至盖的内部，并且容纳在由壁部形成的腔中。MEMS装置和集成电路例如通过线或某种其它电连接耦接在一起。IC通过另一导体(诸如第二线)耦接到盖的传导部。盖的传导部耦接到形成在壁的主体(bulk)中并延伸穿过该主体的第一传导通孔。第二传导通孔形成在底座的主体中并延伸穿过该底座的主体，并且电耦接至第一通孔。第二传导通孔还电耦接至底座的外部上的用户接触焊盘，从而为用户提供电连接。电信号由MEMS装置产生，由集成电路处理，通过盖的传导部并且然后通过第一通孔和第二通孔传送，并且提供到底座的外部上的用户电接触焊盘处。
在这些实施方式中的其它实施方式中，微机电系统(MEMS)组件包括基板、盖、MEMS装置和至少一个壁。基板具有电连接焊盘，并且所述电连接焊盘耦接到延伸穿过所述基板的电导体。MEMS装置附接到盖。至少一个壁耦接到盖和基板并与盖分开形成，并且具有布置在所述至少一个壁中的电导管。所述电导管电耦接到基板上的电导体。电导管和电导体形成MEMS装置与电连接焊盘之间的电路径。
现在参照图1至图9，描述了设置在麦克风组件100的盖处的微机电系统(MEMS)部件的一个示例。该组件100包括盖102、壁104(具有壁部190、191、192和193)、底座106、MEMS设备或装置108以及IC 110。单块壁材料具有钻/戳穿该单块壁材料的开口。换句话说，壁部190、191、192和193优选不是被紧固在一起的单个部段(segment)，而是连续的。
一般而言，盖102、壁104和底座106中的每一个都由多层的材料形成。更具体地，盖102包括可选的第一阻焊(solder mask)层120、第一传导层122、绝缘层124、第二传导层126和第二阻焊层128。壁部104包括第一传导层130、绝缘层132和第二传导层134。底座106包括第一阻焊层140、第一传导层142、第一绝缘层144、第二传导层146、介电(dielectric)层148、第三传导层150、第二绝缘层152、第四传导层154和第二阻焊层156。前容积113至少部分形成在端口中，而后容积115形成在组件100的内部。要领会的是，盖102、壁104和底座106可以由任何数目的层形成。例如，在一个方面，盖102和底座106可以是包含嵌入式(embedded)电容介电材料的四层PCB。在另一示例中，盖102和底座106是两层PCB。在另一示例中，盖102可以是包含嵌入式有源和无源电子装置的两层PCB。
一般而言，并且从一个角度来看，盖102、壁部104和底座106中的每一个都是矩形形状。壁104在壁部104的中心包含空旷的腔195。(壁中的腔被电镀并用作接地通孔，并且在与盖和底座一起被组装时，该腔形成保护MEMS装置和IC的faraday(法拉第)笼并且提高了RF抗扰性(immunity))。换句话说，当被组装到组件100中，盖102、壁部104和底座106形成中空结构115，这些部件位于所述中空结构115中。
在一个方面，盖102是大体上平坦的，并且与壁104分开。盖102和壁104两者与底座分开。如本文中其它地方所描述的，焊料可以将壁104的相应的通孔170、171附接到盖102的传导焊盘126和底座106。此外，其它附接方法(例如，传导粘合剂)可以被用于将这些部件附接在一起。
MEMS设备108接收声能并将该声能转换成电能。在这方面，MEMS设备108可以包括隔膜和背板。声能(例如，声压的变化)导致隔膜相对于背板的移动，该移动被转换成电信号。产生的所得电信号表示由MEMS设备108接收到的声能。MEMS设备108通过粘合剂或者任何其它适当的紧固机制或方法附接到盖102。
集成电路110是执行任一种处理功能的任一种集成电路。在一个示例中，集成电路110是缓冲器或放大器。集成电路的其它示例也是可能的。集成电路110通过粘合剂或者任何其它适当的紧固机制或方法附接到盖102。在另一示例中，集成电路110可以被嵌入到盖102的绝缘层中。虽然在该示例中仅示出了一个集成电路，但是将要领会的是，可以设置多个集成电路。此外，如本文中所使用的，“集成电路(IC)”是指执行任何类型处理功能的任何类型的处理电路。
焊料区域160将盖102物理连接到壁部104，并且将所述壁部104物理连接到底座106。这些区域160还提供了盖102(以及底座106)的传导区域与壁部104的传导区域之间的电接触。
穿过盖102形成声学端口或开口112。MEMS设备108设置在端口112上。声能通过端口112被MEMS设备108接收。在其它方面，MEMS设备108可以部分地布置在端口112上或附近。MEMS装置108通过一根或更多根线114耦接到IC 110。集成电路110经由一根或更多根线116耦接到盖102的第二传导层126。
第一通孔170和第二通孔171是延伸穿过壁104并传导的中空的(或填充的)腔。第三通孔172和第四通孔173延伸穿过底座106，并且也是传导的。通孔172和173被设计为最终连接到通孔170和171。通孔172和173电连接到传导焊盘或连接180和181，其中，用户能够制造电连接。第五通孔174延伸穿过底座106，并且该情况为MEMS装置108和集成电路110提供了接地连接。在某些方面，并且为了利于它们的传导功能，使用传导材料(例如，铜)电镀通孔170、171、172和173，使得电信号能够通过并经由这些通孔传导。另选地，通孔170、171、172和173可以全部或部分填充传导或绝缘材料。
将要理解的是，通孔提供了用于各种类型的电信号的电连接。例如并且具体参照图2和图3，从线116、第二传导层126上的传导路径、到通孔171(焊料160，并且在某些情况下使用了聚合密封件175)、到底座106的第一传导区域142(焊料160，并且在某些情况下使用了聚合密封件175)、通孔172、并且然后到外部焊盘180存在电连接，从而为集成电路110的处理的信号提供信号路径133，以达到用户并对于该用户是可获取的。在另一方面，线135、第二传导层126上的传导路径、通孔170、通孔173到外部焊盘181为到集成电路110的Vdd电源电压提供了路径。在又一方面，线141、第二传导层126上的传导路径、壁104和通孔174提供了从集成电路110和MEMS装置108到电接地的接地路径143。
各种传导层由诸如金属这样的传导材料构造。各种绝缘层由诸如环氧玻璃层板(laminate)这样的绝缘材料构造。各种阻焊层由诸如光聚合物(photopolymer)这样的材料构造。可以根据任何已知的构造方法或技术来形成和制造这些层。
在图1至图9的组件的操作的一个示例中，声音或声能通过端口112进入。MEMS设备108包括隔膜和背板。声能(例如，声压的变化)导致隔膜相对于背板的移动，该移动被转换成电信号。产生的所得电信号表示由MEMS设备108接收到的声能。该电信号经由线114被传送到集成电路110。线121可以将来自集成电路110的电力传送给MEMS装置108或者向该MEMS装置108提供接地连接。集成电路110处理信号。经处理的信号从集成电路100通过线116被发送。线116连接到盖102的传导层126。信号通过该导体被传送到通孔171。信号然后通过通孔171被传送并到达底座106的第三传导层150。底座的所述第三传导层电耦接到所述底座上的连接焊盘180。根据所述连接焊盘180，用户能够实现适当的电连接并接收信号。
将要领会的是，与以前的顶部端口装置相比，前容积113减小了，而后容积115增加了。这分别具有将麦克风组件的差不多10kHz附近的共振峰值转移到更高的频率和增加MEMS装置的总灵敏度的有利结果。这为顶部麦克风留有余地，该顶部麦克风产生在可以在需要宽带性能的应用中实现的超声范围内的平坦响应。此外，盖、壁和底座的组装方法可在高容积下进行。
将要领会的是，盖上的MEMS装置108和集成电路110的设置、盖上的传导路径的布置和尺寸、通孔的尺寸、形状和设置能够根据用户或系统的需要而改变。现在参照图10至图18，描述了针对盖具有另选布置的组件的一个示例。图10至图18中包括与图1至图9中所示的要素相似的要素，并且此处不再重复这些描述。使用了相同的数字对相同的要素进行编号。
在该示例中，传导路径从集成电路延伸到单个壁部192。相应的通孔270、271、272和273形成在单个壁部中，并且耦接到底座106中的相应的焊盘280、281、282和283。使用底座106中的通孔将这些焊盘280、281、282和283路由到焊盘290、291、292、293、294和295，在该底座106中，用户可以实现电接触。该示例的操作与以上针对图1至图9中的示例所给出的操作相同，并且仅通孔和传导路径的布置不同。还将要理解的是，电布置的其它示例和配置是可能的。
将要领会的是，在本文中描述的这些实施方式中的许多实施方式中，电连接是经由组件的壁中的通孔实现的，而不是通过自由悬挂和独立的线实现的。在这样做时，电连接更刚性并不容易受到由机械振动引起的噪声的影响。此外，通过实现经由壁中的通孔的电连接，能够避免在限制和紧凑的空间中的繁琐的线接合连接，从而导致能够被更容易制造的装置。本方法建立电连接使得能够在不需要针对声学端口对外部接口位置做大量改变的情况下将MEMS装置安装在提高该MEMS装置对声能的机电响应的优选方向上。
本文中描述了本发明的优选实施方案，包括发明人知晓的用于实现本发明的最佳方式。应当理解的是，例示的实施方式仅是示例性的，并且不应当被视为限制本发明范围。

Claims (7)

1.一种微机电系统(MEMS)组件，所述MEMS组件包括：
底座基板，所述底座基板具有电连接焊盘，所述电连接焊盘耦接到延伸穿过所述底座基板的电导体；
盖；
MEMS装置，所述MEMS装置附接到所述盖并且安装在声学端口上；
至少一个壁，所述至少一个壁耦接到所述盖和所述底座基板，使得所述壁包含垂直的电连接，所述至少一个壁与所述盖分开形成并且所述壁具有设置在所述壁中的电导管，所述电导管电耦接到所述底座基板上的所述导体；
使得所述电导管和所述电导体形成所述MEMS装置与所述电连接焊盘之间的电路径。
2.根据权利要求1所述的MEMS组件，所述MEMS组件还包括集成电路。
3.根据权利要求2所述的MEMS组件，其中，所述集成电路包括专用集成电路(ASIC)。
4.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述至少一个壁部形成至少一个腔，并且包括包含垂直传导路径的所述电导管。
5.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述盖大体上平坦。
6.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述盖包含多层。
7.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述底座基板包含多层。
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