CN104838668A - 麦克风组件 - Google Patents

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Abstract

一种微机电系统(MEMS)组件包括：盖；基板；至少一个壁，其设置在所述盖与所述基板之间并附接到所述盖和所述基板；MEMS装置，其设置在所述盖处；以及集成电路，其设置在所述基板处。所述集成电路和所述MEMS装置设置成一个在另一个上方，并且至少部分地通过延伸穿过所述壁的导管电连接在一起。另选地，所述MEMS装置可以设置在所述基板上，并且所述集成电路可以设置在所述底座上。

Description

麦克风组件
相关申请的交叉引用
本专利根据35U.S.C.§119(e)要求2012年8月1日申请的、标题为“MicrophoneAssembly”的美国临时申请No.61/678,186的权益，该申请的内容通过引用方式全部被并入到本文中。
技术领域
本申请涉及声学装置，并且更具体地涉及在这些装置中使用的部件(component)。
背景技术
多年来已经使用了各种类型的声学装置。声学装置的一个示例是麦克风(microphone)，并且另一个示例是接收器。一般而言，麦克风拾取声音并将该声音转换成电信号，而接收器接收电信号并将该电信号转换成声音。
麦克风通常包括微机电(MEMS)装置，并且在某些情况下包括集成电路。MEMS装置接收声能(声音)并将其转换成电信号。MEMS装置本身包括隔膜(diaphragm)和背板。声能通过组件(assembly)的壳体中的端口进入。该声能进而起作用以使MEMS装置中的隔膜运动，并且改变背板与隔膜之间的电势以产生电流。
麦克风被使用在各种应用中。例如，举几个示例，麦克风被使用在听力仪器(例如，助听器)、蜂窝电话和个人计算机中。设置有麦克风的装置已经随时间变得更小。例如，蜂窝电话的大小和重量已经减小。为了使整个装置的大小甚至进一步减小，还需要减小麦克风的大小。虽然已经进行了以前的尝试以减小麦克风的大小，但是至于可以在不影响麦克风的性能的情况下减小多少，这些以前的尝试普遍遇到了限制。
附图说明
为了更彻底理解本公开，应当参考本文中的下列详细描述和附图：
图1包括根据本发明的各种实施方式的具有使用倒装芯片(flip-chip)配置安装的MEMS装置的顶部端口麦克风组件的立体图；
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的侧部剖面图；
图3包括根据本发明的各种实施方式的图1和图2的麦克风组件的盖的侧部剖面图；
图4包括根据本发明的各种实施方式的图1和图2的麦克风组件的未与MEMS附接的盖的向上看的视图；
图5包括根据本发明的各种实施方式的图1和图2的麦克风组件的与MEMS附接的盖的向上看的视图；
图6包括根据本发明的各种实施方式的图1和图2的麦克风组件的底座(base)的向下看的视图；
图7包括根据本发明的各种实施方式的具有使用倒装芯片配置安装的MEMS装置的底部端口麦克风组件的剖面图；
图8包括根据本发明的各种实施方式的具有使用表面安装引线接合(wire bonding)配置安装的MEMS装置的顶部端口麦克风组件的立体图；
图9包括根据本发明的各种实施方式的图8的顶部端口麦克风组件的沿线A-A的侧部剖面图；
图10包括根据本发明的各种实施方式的图8和图9的麦克风组件的盖的侧部剖面图；
图11包括根据本发明的各种实施方式的图8和图9的麦克风组件的不与MEMS附接的盖的向上看的视图；
图12包括根据本发明的各种实施方式的图8和图9的麦克风组件的与MEMS附接的盖的向上看的视图；
图13包括根据本发明的各种实施方式的图8和图9的麦克风组件的底座的向下看的视图；
图14包括根据本发明的各种实施方式的具有使用引线接合配置安装的MEMS装置的底部端口麦克风组件的剖面图。
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
在本文中描述的方法中，提供了具有小的形状因数(form factor)(例如，对于顶部端口架构和底部端口架构两者在约1mm至3mm(对于一侧)或者12mm至32mm(总的)之间的总组件尺寸)的麦克风组件。在另一方面，组件设置在配置上为正方形(或者近似或大体上为正方形)的布置(layout)中。其它的配置是可能的。小的形状因数允许麦克风组件被使用在诸如蜂窝电话、听力仪器和计算机这样的小装置(例如，减小的大小是期望的装置)中。
在这些实施方式中的许多实施方式中，麦克风组件包括连接(couple)到壁部分的盖。壁设置到底座部分。壁部分包括并限定在其中形成的腔(cavity)。端口设置在底座部分或盖中的一个中。MEMS装置和集成电路设置在所述腔中。MEMS装置或集成电路中的一个连接到盖。MEMS装置和集成电路中的另一个连接到底座部分。MEMS装置和集成电路间隔开小的垂直距离。换句话说，MEMS装置和集成电路设置成一个在另一个上方(例如，在一个示例中，二者沿共同的垂直轴线居中)。贯穿壁部分形成的通孔(via)部分地提供了MEMS装置与集成电路之间的电连接。
在某些方面，该组件具有可忽略的前容积(volume)，该前容积提供了极好的平坦频率响应。此外，本文中描述的组件可以重新使用大部分(如果不是全部)当前已确定的制造和工艺能力。
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：盖；基板；至少一个壁，其设置在所述盖与所述基板之间并附接到所述盖和所述基板；MEMS装置，其设置在所述盖处；以及集成电路，其设置在所述基板处。集成电路和MEMS装置设置成一个在另一个上方，并且至少部分地通过延伸穿过所述壁的导管(conduit)电连接在一起。另选地，MEMS装置可以设置在基板上，并且集成电路可以设置在底座上。
现在参照图1至图7，描述了包括顶部端口并使用倒装芯片配置的麦克风组件100的一个示例。该组件100包括盖102、壁部分104、MEMS装置106、集成电路108和底座110。用户(customer)接触焊盘200设置在底座110上。顶部端口112形成盖102中的开口(opening)。微粒(particulate)过滤器114设置在端口112中。所述微粒过滤器114的一个功能是防止颗粒进入组件100。如在本文中使用的，“倒装芯片配置”意指使用诸如焊料凸块连接(bumping)或金-金接口接合(gold-to-goldinterface bonding,GGI)这样的导电互连材料将MEMS装置的接合焊盘直接接合到基板材料。
盖102可以是陶瓷盖。还可以使用允许倒装芯片连接的盖构造材料的其它示例。底座110可以是由FR-4材料(或诸如陶瓷材料这样的其它材料)构造的印刷电路板。
壁部分104可以按陶瓷的一个示例来构造，并且包括第一镀制(plate)通孔140和第二镀制通孔141。在一个方面，第一镀制通孔140和第二镀制通孔141是细长的开口或通道，所述开口或通道镀制或涂覆有导电材料(例如，铜)，从而使得这些通孔能传导电信号。盖102上的第一迹线(trace)(或导体)142将MEMS装置106电连接到镀制通孔140。盖102上的第二迹线(或导体)143将MEMS装置106电连接到第二镀制通孔141。底座110上的第一迹线(或导体)144将通孔140连接到集成电路108(经由线146)。底座110上的第二迹线(或导体)145将第二通孔141连接到集成电路108(经由线147)。线149、150和151将集成电路108连接到底座110上的和/或通过该底座110的其它迹线或导电路径(未示出)。底座上的这些其它迹线连接到用户接触焊盘200。
MEMS装置106接收声能并将该声能转换成电能。在这方面，该MEMS装置106可以包括隔膜107和背板109。声能导致隔膜107的运动，并且这改变了在隔膜107与背板109之间的电势。还可以使用不利用背板的其它类型的MEMS方法。产生的电流或电压表示由MEMS装置106接收到的声能。MEMS装置106通过导电金属连接或者任何其它适当的紧固机制或方法附接到盖102。前容积201和后容积203由组装的组件形成。
集成电路108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108为缓冲器、专用集成电路(ASIC)或放大器。其它示例和类型的集成电路是可能的。
边缘填充件(fill)160设置在MEMS装置106处。该边缘填充件160的一个目的是提供MEMS装置106与盖102之间的声学密封(形成所述密封以使后容积与前容积分离)。密封圈199从外部环境声学上密封组件100的内部。
倒装芯片凸块162将MEMS装置106连接到盖102。这些倒装芯片凸块162由导电材料构造。导电/金属接头(joint)164、166、172和174提供盖102(或底座110)上的导体与相应的通孔140或141之间的电连接。非导电接头168、170、176和178用于组装目的，以使得能够附接到全部的四个角(在盖102/壁104或底座110/壁104之间)。
在图1至图7的系统的操作的一个示例中，由MEMS装置106接收声能，并且该装置106将该声能转换成电能。在这方面，该声能导致隔膜107的运动，并且这改变了隔膜107与背板109之间的电势。产生的电流或电压表示由MEMS装置106接收到的声能。
信号从导体142被传输到通孔140、迹线145和集成电路108。该集成电路108可以进一步处理该信号，并且该信号可以被传输到底座中的和/或通过该底座的另外的导体(未示出)(经由线149、150和151)，并且然后从该另外的导体被传输到底座200上的焊盘，其中，用户可以接入(access)这些焊盘并获取在这些焊盘200上提供的信号。
将要领会的是，一般而言，MEMS装置106和集成电路108通常被堆叠或设置成一个在另一个的顶部上或一个在另一个上方。在本文中描述的示例中，MEMS装置106和集成电路108沿相同的垂直轴线204居中。然而，将要领会的是，这两个装置可以相对彼此偏移(offset)(例如，沿不同的垂直轴线设置)。在这样做时，能够减小装置的总形状因数或“占地面积(footprint)”，例如，导致在外形(shape)上为矩形的外形/形状因数。在这样做时，装置的总大小被减小成允许其中存在组件100的装置的更大的小型化。
因此，提供了具有小的形状因数(例如，对于顶部端口架构和底部端口架构两者在约1mm至3mm(对于一侧)或者12mm至32mm(总的)之间的总组件尺寸)的麦克风组件。其它示例的尺寸和布置是可能的。还将要领会的是，存在用于平坦频率响应的小量的前容积201。此外，对于顶部端口示例，为了改善的信噪比(SNR)性能而存在后容积203(相对于前容积大)。
现在参照图7，描述了麦克风组件100的另一示例。在该示例中，声学端口在底座中。在这方面，MEMS装置106在该组件的底部上(在底座110处)，并且集成电路108在该组件的顶部处(在盖102上)，使其形成底部端口配置。通孔203将来自导电通孔140的电信号连接到焊盘200。其它部件与以上在图1至图7中使用的相同，并且在这里将不重复它们的描述和操作。将要领会的是，图1至图6的示例是顶部端口麦克风(具有与用户焊料焊盘相对的端口)，图7例示了底部端口装置(具有在与用户焊料焊盘相同的侧上的端口)。除了这些用户焊料焊盘未被旋转(它们总是在装置的底侧上)以外，这两个示例本质上是旋转180度的相同组件。
现在参照图8至图13，描述了包括具有引线接合配置的顶部端口的麦克风组件800的一个示例。该示例与图1至图7的示例相似，并且相同编号的部件按相似的方式来编号(例如，标注102的部件被标注802)。图1至图7的示例组件100与图8至图13的示例组件800之间的差异是焊料凸块162被去除(即，MEMS装置106未被按照倒置芯片配置安装)。相反，MEMS装置通过某些紧固方法被固定到盖，并且迹线142(及盖102上的其它迹线)与MEMS装置106之间的电连接由引线接合820和821来提供。图8至图13的组件的操作和其它部件与图1至图7的示例的操作和其它部件相同，并且在这里将不被重复。
现在参照图14，描述了包括具有引线接合配置的底部端口的麦克风组件的一个示例。在该示例中，声学端口在底座中。在这方面，MEMS装置806在该组件的底部上，并且集成电路808在该组件的顶部上，使其形成底部端口配置。通孔903将来自导电通孔840的电信号连接到焊盘900。其它部件与以上在图8至图13中使用的相同，并且在这里将不重复它们的描述和操作。将要领会的是，图8至图13的示例是顶部端口麦克风(具有与用户焊料焊盘相对的端口)，图14例示了底部端口装置(具有在与用户焊料焊盘相同的侧上的端口)。除了这些用户焊料焊盘未被旋转(它们总是在装置的底侧上)以外，这两个示例本质上是旋转180度的相同组件。
在本文中描述了本发明的优选的实施方式，包括本发明人所知晓的用于实现本发明的最佳方式。应当明白的是，所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的范围。

Claims (10)

1.一种微机电系统(MEMS)组件，所述MEMS组件包括：
盖；
基板；
至少一个壁，其设置在所述盖与所述基板之间并附接到所述盖和所述基板；
MEMS装置，其设置在所述盖处；
集成电路，其设置在所述基板处；
使得所述集成电路和所述MEMS装置设置成一个在另一个上方，并且至少部分地通过延伸穿过所述壁的导管电连接在一起。
2.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述MEMS装置经由所述盖处的电导体连接到所述导管。
3.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述集成电路经由所述基板处的电导体连接到所述导管。
4.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述基板包括印刷电路板。
5.根据权利要求1所述的MEMS组件，其中，所述盖由包括金属或陶瓷的材料构造。
6.一种微机电系统(MEMS)组件，所述MEMS组件包括：
盖；
基板；
至少一个壁，其设置在所述盖与所述基板之间并附接到所述盖和所述基板；
MEMS装置，其设置在所述基板处；
集成电路，其设置在所述盖处；
使得所述集成电路和所述MEMS装置设置成一个在另一个上方，并且至少部分地通过延伸穿过所述壁的导管电连接在一起。
7.根据权利要求6所述的MEMS组件，其中，所述集成电路经由所述盖处的电导体连接到所述导管。
8.根据权利要求6所述的MEMS组件，其中，所述MEMS装置经由所述基板处的电导体连接到所述导管。
9.根据权利要求6所述的MEMS组件，其中，所述基板包括印刷电路板。
10.根据权利要求6所述的MEMS组件，其中，所述盖由包括金属或陶瓷的材料构造。
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