CN105357616B - 具有立体基板的微机电麦克风封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其包含有一立体基板、一盖板以及一声波传感器。其中，立体基板具有一承载底部与连接承载底部的一侧壁，盖板罩于立体基板上并连接侧壁形成一腔室，并且盖板或立体基板的外表面设有至少一焊盘。声波传感器设于腔室内，并且立体基板或盖板设有对应声波传感器的一音孔。藉此，侧壁强化了立体基板的整体强度，使得立体基板能够在维持一定强度下使承载底部尽可能地薄型化，让封装结构能在外观尺寸不变的前提下增加麦克风的腔室容积。

Description

具有立体基板的微机电麦克风封装结构

技术领域

本发明涉及一种微机电麦克风的封装结构，具体而言是一种使用立体基板的微机电麦克风的封装结构，其可通过立体基板的侧壁构造来维持整体结构强度，让立体基板的承载底部能够薄型化。

背景技术

相对传统的麦克风，微机电麦克风具有轻薄短小、省电以及价格上的优势，因此微机电麦克风大量地被应用于手机等电子产品中。传统的微机电麦克风封装结构70，请参考图1，其包含有一基板71，基板71上设有电性连接的一声波传感器72与一特定应用集成电路芯片73(ASIC)，并且特定应用集成电路芯片73是通过基板71上的若干电性连接结构76与外部的其他组件作电性连接，基板71上方罩设有一背盖74以保护麦克风内部的各组件。由图1中可以看到，传统的微机电麦克风封装结构70的基板71承载了背盖74、声波传感器72与特定应用集成电路芯片73等组件所施加的应力，因此考虑到结构强度的问题，基板71的厚度不能做得太薄，这对于时下电声产品均讲求薄型化的趋势而言是相对不利的。而在追求微机电麦克风封装结构70整体的薄型化趋势下，相对地麦克风的腔室75容积会受到内部各组件的局限而变得更小，因此若能减少基板71的厚度，是有助于留出空间以增大腔室75容积，更可藉此提高微机电麦克风接收声音的感度、讯噪比以及频率响应等声学性能。

此外，美国公开号第US 2014/0037115A1专利也揭示了一种微机电麦克风封装结构，请参考其说明书的第2图。其中，封装结构包含由上盖102、侧壁104以及基板106所组成的一个三层板结构。上盖102开设有音孔112，并且声波传感器108与特定应用集成电路芯片110都设于上盖102。侧壁104的顶面与底面都设有一焊料区域160以涂布焊料，使侧壁102连接上盖102与基板106，并同时电性导通上盖102、侧壁104与基板106。

然而，从上述专利可以看到，基板106同样需要承载上盖102、声波传感器108、特定应用集成电路芯片110以及侧壁104所施加的应力，因此基板106同样不能做得太薄。另一方面，由于侧壁104是使用焊料来连接上盖102与基板106，在一般可知的封装过程中，须先在侧壁104的顶面涂布焊料后，再翻转侧壁104以涂布侧壁104的另一面后，才能进行后续侧壁104与基板106的定位以及连接的步骤。因此，整体封装过程较为繁复且成本较高，其焊接后封装结构的连接强度也相对较差而容易损坏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微机电麦克风封装结构，其能在外观尺寸不变的情况下，增加麦克风的腔室容积，并可同时屏蔽电磁干扰。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其包含有一立体基板、一盖板、一声波传感器、一特定应用集成电路芯片以及至少一焊盘设置于盖板顶面或立体基板的外表面。其中，立体基板是由复数层印刷电路板连续层迭而成，其包含有一第一金属层，第一金属层顶面内凹形成一底部以及围绕连接底部顶面的一侧壁，使盖板能罩设于立体基板并连接侧壁以形成一腔室。此声波传感器设置于腔室内，且立体基板或盖板设有一音孔。

藉此，侧壁结构强化了立体基板的整体强度，使得立体基板能够在维持一定强度的状况下使底部能够在设计上尽可能地薄型化，让封装结构能在外观尺寸不变的前提下增加麦克风的腔室容积。

附图说明

图1为传统的微机电麦克风封装结构的剖视图。

图2为本发明第一实施例微机电麦克风封装结构的剖视图。

图3为本发明第二实施例微机电麦克风封装结构的剖视图。

图4为本发明微机电麦克风封装结构的制法流程图。

图5为本发明第三实施例微机电麦克风封装结构的剖视图。

图6为本发明第三实施例微机电麦克风封装结构的另一剖视图，用以显示盖板的另一种结构。

图7为本发明第三实施例微机电麦克风封装结构的另一剖视图，用以显示盖板的另一种结构。

图8为本发明第四实施例微机电麦克风封装结构的剖视图。

图9为本发明第五实施例微机电麦克风封装结构的剖视图。

图10为本发明第六实施例微机电麦克风封装结构的剖视图。

图11为本发明第六实施例立体基板的立体图。

符号说明

1封装结构

10立体基板

11承载底部

12侧壁

13音孔

14、14a、14b第一金属层

15布线电极

16金属凸块

17焊盘

18电性连接结构

19第三金属层

20盖板

21第二金属层

22绝缘层

23金属基材

24穿孔

25焊盘

26腔室

27导电层

28穿孔

29电性连接结构

30声波传感器

40特定应用集成电路芯片

50电磁屏蔽结构

70封装结构

71基板

72声波传感器

73特定应用集成电路芯片

74背盖

75腔室

76电性连接结构

S1、S2、S3步骤

具体实施方式

为了能更了解本发明的特点所在，本发明提供了一第一实施例并配合图式说明如下，请参考图2。本发明具有立体基板的微机电麦克风封装结构1的主要组件包含有一立体基板10、一盖板20以及一声波传感器30，各组件的结构以及相互间的关系详述如下：

立体基板10是指具有凹槽的多层印刷电路板(multilayer printed circuitboard with a cavity, Cavity PCB)，透过PCB制程而将复数电路层(图未绘示)以及复数绝缘层(图未绘示)连续层迭(laminated)并压合(pressed and adhered)一体成型制成，于制造过程中内凹形成一个概呈ㄩ字形的结构，其具有一承载底部11以及一侧壁12，并且侧壁12围绕且从承载底部11顶面一体向上延伸形成。承载底部11的顶面与底面分别设有若干个布线电极15与金属凸块17，且承载底部11开设有一音孔13以供声波通过。承载底部11内部设有复数个电性连接结构18，例如金属布线与盲孔(Blind Via Hole, BVH)，以导通金属凸块17与布线电极15，使封装结构1可以通过金属凸块17与外部的其他组件电性连接。侧壁12上形成有一导电路径，其是可透过盲孔、电镀或灌铜浆等方式形成为一第一金属层14，在本实施例中第一金属层14是埋设于侧壁12的壁体内部，且侧壁12的顶面设有金属凸块16，金属凸块16与第一金属层14电性连接。此外，立体基板10的材质可以选用玻璃基板(例如FR-4)或是塑料基板(例如LCP)，或者改为由但不限于陶瓷等材料一体成型制成。

盖板20是呈一平板状，由绝缘材料所制成(例如塑料)且其底面设有一第二金属层21。盖板20是罩设在立体基板10上并与侧壁12相连接，使盖板20和立体基板10共同形成一腔室。当二者连接时，第二金属层21通过侧壁12顶面的金属凸块16而电性连接第一金属层14，进而能通过立体基板10作接地以形成电磁屏蔽结构，使第一金属层14与第二金属层21能够对麦克风作全面性地屏蔽以防止电磁干扰。

值得一提的是，盖板20亦可改为金属盖，并使其电性连接第一金属层14，如此亦可达成屏蔽电磁干扰的功效。而在本实施例中，第一金属层14是用来接地(即作为接地导电路径的一部分)，在以下的实施例中，第一金属层14的数量可能有二个并且可能用来输入或输出麦克风封装结构1内部组件的电讯号(即作为讯号传输路径的一部分)。此外，第一金属层14在结构上也不应局限于字面上的「层状结构」，其亦可为例如硅晶穿孔等其他结构。

声波传感器30是对应音孔13而连接于腔室内承载底部11的顶面，一特定应用集成电路芯片40(ASIC)亦设于腔室内承载底部11的顶面并位于声波传感器30与侧壁12之间，声波传感器30以打线接合的方式电性连接特定应用集成电路芯片40，并且特定应用集成电路芯片40也以打线方式接合承载底部11顶面的该等布线电极15。

使用上，由于侧壁12的结构提升了立体基板10的整体强度，相较于传统的微机电麦克风封装结构，本发明立体基板10的承载底部11在设计上可以尽可能地被设计得更薄，如此除了可以让整体微机电麦克风封装结构1更加地薄型化，另一方面也可以让封装结构1在外观尺寸不变的情况下，通过承载底部11的薄型化而增大腔室的容积，进而提升麦克风所能接收声音的感度与讯噪比等声学性能。再者，本案透过一体成型的方式使侧壁12形成于承载底部11上方，更强化了立体基板10的整体强度，而且一体成型的立体基板10可以直接形成导电路径，不需要采用传统多层印刷电路板的个别钻孔后黏合的复杂制程。

本发明另提供第二实施例，请参考图3，第二实施例的主要组件大致与第一实施例相同，而其主要的差异在于至少有部分的第一金属层14是改以电镀的方式镀在侧壁12的内表面，并且同样地第一金属层14的顶端设有一个金属凸块16而电性连接第二金属层21，且第一金属层14的底端电性连接承载底部11，如此亦可达到使承载底部11薄型化以及屏蔽电磁干扰的效果。

此外，本发明具有容易大量制造的优点，兹将其制造方法详述如下，请参考图4的制作流程图。

首先执行步骤S1：准备由复数个立体基板10数组排列而成的一立体基板连片，以及由复数个盖板数组排列而成的一盖板连片，各立体基板10均具有一承载底部11以及围绕且连接承载底部11顶面周围的一侧壁12，使侧壁12设有一第一金属层14并且在承载底部11或盖板20开设一音孔13。须说明的是，在步骤S1中，立体基板10因侧壁12的结构而强化了整体强度，使得在制作立体基板连片时，可以一次制造更大面积的连片而不会有连片翘曲的问题，进而提升制程效率与降低成本。

接着执行步骤S2，在各立体基板10的承载底部11皆设置一声波传感器30与一特定应用集成电路芯片40，并使声波传感器30对应设置于音孔13上方，之后使用打线接合的方式电性连接声波传感器30与特定应用集成电路芯片40，并且让特定应用集成电路芯片40也以打线方式电性连接承载底部11。

须说明的是，特定应用集成电路芯片40也可选择预先设置于盖板的表面。

最后执行步骤S3，将盖板连片对应连接立体基板连片后，使第一金属层14与盖板20电性连接，再进行单一化(Singulation)以切割出每一单位的封装结构1。

本发明另提供第三实施例，请参考图5。在第三实施例中，立体基板10的侧壁12除了设有第一金属层14a外，还另外设置有并列的另一个第一金属层14b电性连接声波传感器30以及特定应用集成电路芯片40。

此外，盖板20是使用金属基板，其结构是由一绝缘层22、一金属基材23以及一绝缘层22上下交互层迭而成，金属基材23的层数可视需要增加而不以本实施例为限，而且金属基板的结构也可改为由一金属基材23、一绝缘层22以及一金属基材23上下交互堆栈而成。盖板20的周围连接立体基板10侧壁12的地方则设有若干个硅晶穿孔24，硅晶穿孔24电性连接设置于盖板20顶面的若干个焊盘25，使得当盖板20连接至立体基板10的侧壁12时，第一金属层14a可透过硅晶穿孔28电性连接金属基材23，进而形成电磁遮蔽结构50以屏蔽外部电磁波对声波传感器30与特定应用集成电路芯片40的干扰。另一方面，也可透过电性连接的第一金属层14b、硅晶穿孔24以及焊盘25来进行封装结构1输入与输出讯号的导引与传递。

相较于传统的麦克风封装结构，本实施例因为承载底部11与侧壁12之间的结构强度是相对较高，因此在制程上同样可以直接在侧壁12形成第一金属层14a与各第一金属层14b，而且也同样适用于立体基板连片的制作方式，因此封装结构1的制程较为简单且成本较低。再加上立体基板10结构上的强化，承载底部11可以设计得更薄，因此更有利于增加腔室26的容积。

此外，本实施例在制程中不需要翻转立体基板连片，可以直接地将声波传感器30与特定应用集成电路芯片40焊接或打线到承载底部11，不仅制程较为便利，也可降低溢锡至音孔13的可能性。另一方面，将音孔13开设于承载底部11，也有助于提升封装结构1收音的感度，并优化超宽带域(super wide band)的频率响应。

盖板20也可采用玻璃纤维基板或陶瓷基板，请参考图6至图7。在图6中，盖板20的绝缘层22是由玻璃纤维基材制成，并且绝缘层22位于铜箔制成的导电层27的上下表面，导电层27可通过硅晶穿孔28而与第一金属层14a电性连接来进行电磁屏蔽。在图7中，堆栈于导电层27(铜箔) 上表面的绝缘层22是采用陶瓷基材制成，而下表面的绝缘层22是采用聚丙烯(PP)制成。

本发明另提供第四实施例，请参考图8。相较于第三实施例，第四实施例使用半导体制程将特定应用集成电路芯片40埋设于承载底部11内，并通过第一金属层14b与硅晶穿孔24将讯号传递至焊盘25，更可增加腔室26的容积。另外，第一金属层14a也可通过硅晶穿孔28电性连接导电层27以形成电磁屏蔽结构50。

本发明再提供第五实施例，请参考图9。其中，声波传感器30、特定应用集成电路芯片40以及音孔13都设置于盖板20，并通过盖板20的电性连接结构29、以及侧壁12的第一金属层14b电连接至承载底部11的焊盘25，使立体基板10的电路布线得以简化，因此有助于承载底部11的薄型化且可降低在立体基板10上布线相对较高的成本。

本发明另提供第六实施例，请参考图10至图11，其中立体基板10侧壁12的四个内表面更分别以例如电镀的方式形成环状的第三金属层19，第三金属层19是电性连接盖板20的第二金属层21以形成接地导电路径。另外，侧壁12的壁体内部还埋设有以多个穿孔形式的第一金属层14a,14b，其中，第一金属层14a是位于侧壁12的四个角端并用来电性连接盖板20的第二金属层21，第一金属层14b则是位于侧壁12的其他位置并作为讯号传输路径，使输入及/或输出至封装结构1的讯号能够经由第一金属层14b与立体基板10的焊盘25进行讯号传递。

需说明的是，由于第六实施例同时使用了第一金属层14a与第三金属层19来作接地导电路径，因此可更有效地屏蔽封装结构1，使封装结构1确实免于外部的电磁波的干扰。

最后，必须再次说明的是，本发明于前述实施例中所揭露的构成组件仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，举凡其他的结构变化，或与其他等效组件的替代变化，亦应为本案的申请专利范围所涵盖。

Claims (18)

1.一种具有立体基板的微机电麦克风封装结构，包含有：

一立体基板，是由复数层印刷电路板连续层迭而成，其中立体基板包含有至少一第一金属层，并且从立体基板之一表面内凹形成一底部以及围绕且连接底部顶面之一侧壁；

一盖板，罩设立体基板并连接侧壁以形成一腔室；

一音孔，设置于立体基板或盖板；

一声波传感器，设置于腔室内；

一特定应用集成电路芯片，电性连接声波传感器；以及

至少一焊盘，设置于盖板或立体基板之外表面，

其中至少一第一金属层是埋设于侧壁的内部。

2.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一第一金属层是从立体基板之侧壁延伸至立体基板之底部。

3.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中盖板是由至少一绝缘层以及至少一第二金属层堆栈而成，并且至少一第二金属层电性连接至少一第一金属层。

4.如权利要求3所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中盖板是金属基板、玻璃纤维基板或陶瓷基板中的任一种。

5.如权利要求3所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中盖板包含有二绝缘层与一第二金属层，第二金属层设于二绝缘层之间，并且二绝缘层是由不同的绝缘材料制成。

6.如权利要求3所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一第二金属层设于至少一绝缘层的表面。

7.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一焊盘与音孔分别设置于盖板与立体基板。

8.如权利要求7所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一焊垫是经第一金属层与特定应用集成电路芯片形成电性连接。

9.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一焊盘与音孔共同设置于盖板或立体基板。

10.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中盖板更包含有至少一穿孔以电性连接至少一焊盘与至少一第一金属层。

11.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一第一金属层的数量至少为两个，以做为一讯号传输路径及/或一接地导电路径。

12.如权利要求11所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中讯号传输路径是电性连接特定应用集成电路芯片与至少一焊盘，接地导电路径是电性连接盖板与立体基板。

13.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中立体基板的侧壁是利用至少一金属凸块与盖板连接。

14.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中声波传感器是直接设置在音孔上。

15.如权利要求1所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中特定应用集成电路芯片埋设于立体基板之底部。

16.如权利要求1至15其中任一项所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中立体基板包含一第三金属层设于侧壁的内表面。

17.如权利要求16所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中第三金属层是设成环状。

18.如权利要求16所述的具有立体基板的微机电麦克风封装结构，其中至少一第一金属层的数量至少为两个，并分别做为一讯号传输路径与一接地导电路径。

Images