CN105830465A - 声学组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种微机电系统(MEMS)麦克风，包括具有延伸穿过的端口的基底。MEMS晶片耦接到该基底，并且该MEMS晶片包括隔膜和背板。专用集成电路(ASIC)耦接到该基底和该MEMS晶片。盖被耦接到基底，并且该盖包括客户盘。该盖上客户盘电连接到该ASIC，并且该盖被设置为与该基底形成气密密封并且包围该MEMS晶片和该ASIC。该麦克风在该盖处连接到客户板并且被设置为使得声音穿过该基底中的该端口进入。

Description

声学组件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本专利根据35U.S.C.§119(e)要求2013年10月30日提交的题为“Anacousticassemblyandmethodofmanufacturingthesame”的美国临时申请第61897592号的权益，此处以引证的方式并入上述申请的全部内容。
技术领域
本申请涉及声学装置，更具体地说，涉及与这些装置有关的组件或壳体的构造。
背景技术
这些年来已经使用了不同类型的声学装置。一种类型的装置是麦克风。在微机电系统(MEMS)麦克风中，MEMS晶片具有隔膜和背板。MEMS晶片由基板支撑并且由壳体(例如，杯状物或具有壁的盖)包围。端口可以延伸穿过基板(对于底端口装置)或穿过壳体的顶部(对于顶端口装置)。通常，在底端口构造中MEMS晶片直接设置端口上方。在任何情况下，声能量穿过端口，移动隔膜并且创建背板的变化电势，这创建了电信号。麦克风被部署在诸如个人计算机或蜂窝电话的各种类型的装置中。
顶端口装置通常无法实现与底端口封装提相同水平的电声性能。在之前的顶端口组件中，通常没有足够的后部体积来实现高灵敏度。然而，顶端口组件由于它们的布局(与客户盘(customerpad)有关的端口方位)而在特定情况下经常是期望的。布局中提供的优点伴随有对这些之前装置中的电声性能的负面影响。
上述问题导致用户对之前方案的一些不满。
附图说明
为了更完整地理解本公开，应当参照以下详细描述和附图，在附图中：
图1包括根据本发明的各种实施方式的声学组件的立体图；
图2包括根据本发明的各种实施方式的图1的声学组件的底部的视图；
图3包括根据本发明的各种实施方式的沿图2的线A-A截取的剖面图；
图4包括根据本发明的各种实施方式的图1、图2和图3的组件的立体剖面图；
图5包括根据本发明的各种实施方式的盖被去除的图1、图2、图3和图4的组件的俯视图；
图6和图7包括根据本发明的各种实施方式的用作顶端口装置并且设置在另一个电子装置内的、在本文描述的组件中的一种的立体剖面图和侧面剖面图；以及
图8包括根据本发明的各种实施方式的这里描述的装置的制造方法的流程图。
技术人员将理解为了简化和清晰而例示了附图中的元件。还将理解的是，特定动作和/或步骤可以以特定发生顺序来描述或描绘，同时本领域技术人员将理解实际上不需要相对于顺序的这种特定。还将理解的是，这里使用的术语和表达具有相对于它们对应的各自探究和研究领域如给予这种术语和表达的普通含义，除非在本文以其他方式阐述特定含义。
具体实施方式
这里描述的方案允许底端口装置按照顶端口装置被插入的方式被插入到另一个电子装置(例如，蜂窝电话或个人计算机)中。换言之，装置看似被外部构造为顶端口装置，并且由此作为顶端口装置被设置和布置在消费者装置中，从而包括与顶端口装置关联的所有布置优点。这另一方面，内部地，装置被构造为底端口装置，具有足够的后部体积和减小的前部体积，这提供了比顶端口装置提高了的灵敏度和较平坦的频率响应。
在一个方面，MEMS晶片和/或专用集成电路被附接到基板或基底。引线接合或芯片倒装技术方法可以用于进行该附接。这些部件由包括客户盘的盖来覆盖。在一个示例中，盖是包括激光直接成型(LDS)模制材料的注塑塑料部件，该激光直接成型(LDS)模制材料已经被激光激活并且经受金属化处理，以在盖的外侧上添加客户盘。还可以设置用于EMI屏蔽的内层。盖被附接到基底，被电连接(至内部部件)，并且被密封，以形成基底和盖相连接的气密密封。可以使用焊料、环氧树脂或这些要素的组合来制造密封。盖还可以在内侧设置用于表面安装技术(SMT)部件的附接的盘。然后，组装件被翻转并且用作具有等同于底端口装置(与其相同)的后部体积的顶端口装置。换言之，内部地，装置被构造为底端口装置，但作为顶端口装置的方式设置在另一个装置中或设置到另一个装置中。
在这些实施方式中的许多实施方式中，微机电系统(MEMS)麦克风包括基底，该基底具有延伸穿过该基底的端口。MEMS晶片耦接到基底，并且MEMS晶片包括隔膜和背板。专用集成电路(ASIC)耦接到基底和MEMS晶片。盖被耦接到基底，并且盖包括客户盘。客户盘在盖上被电连接到ASIC，并且盖被设置为与基底形成气密密封，并且包围MEMS晶片和ASIC。麦克风在盖处连接到客户板并且被设置为使得声音穿过基底中的端口进入。
在一些示例中，密封用焊料、环氧树脂或焊料和环氧树脂的组合来形成。在其他方面中，后部体积形成在基底与盖之间，并且形成与开口连通的前部体积。
在其他示例中，端口与外部垫片对齐，并且外部垫片具有延伸穿过该外部垫片的垫片开口。在其他方面中，基底包括多个层。在一些示例中，多个层包括基板层和铜层中的一个或更多个。在另外其他示例中，基板层包括一个或更多个PCB层。在其他示例中，客户板位于蜂窝电话、个人计算机或平板电脑中。
在这些实施方式中的其他实施方式中，制造微机电系统(MEMS)麦克风的方法包括将MEMS晶片和专用集成电路(ASIC)附接到基底。设置盖，并且盖包括设置在盖上的客户盘。客户盘与ASIC和MEMS晶片电连通。盖附接到基底，并且附件经由盘有效将ASIC连接到外部部件，并且包围ASIC和MEMS晶片。所组装的基底和盖被翻转，并且盖被附接到客户板，使得所组装的基底和盖看起来是到客户的顶端口装置。在一个方面中，盖由已经被激光激活的激光直接成型(LDS)材料形成。
现在参照图1、图2、图3、图4和图5，描述声学组件或装置100的一个示例。声学组件100包括基底或基板102，容器(can)或盖104、Vdd(源电压)焊盘106、输出焊盘108、第一接地焊盘110和第二接地焊盘112。基底或基板102由下面描述的多层构造。另选地，可以使用其他层或层的其他排布。
在一个方面中，Vdd焊盘106、输出焊盘108和第一接地焊盘110通过使用激光直接成型(LDS)方案来创建，以模制可以被激光激活并经受金属化处理以添加客户盘的材料。容器或盖104的内表面还可以被激光激活并经受金属化处理，以提供充当EMI屏蔽件的固体接地层。Vdd焊盘106、输出焊盘108和第一接地焊盘110从盖的顶部延伸到基底，并且总体地提供基底102(和固定到或穿过基底102的部件)与组件100所设置到的装置(例如，蜂窝电话或个人计算机)之间的电路径。
基底102包括声学端口120、铜层122、第一焊料掩模124、FR4层126、铜接地盘128、第二焊料掩模130、铜接合盘132和Vdd盘131。将理解的是，这是用于基底的一种构造，并且其他构造也是可以的。还可以使用双马来酰亚胺-三嗪树脂(BT)层。基底可以是印刷电路板(PCB)并且采用用于构造的各种PCB技术，诸如刚性纤维增强树脂(例如，FR-4、BT)、挠性、刚性/挠性、混合、嵌入刚性(有源、无源)、嵌入挠性(有源、无源)、陶瓷(例如，高温共烧陶瓷(HTCC)/低温共烧陶瓷(LTCC)，和混杂的(包括玻璃、硅、甚至LDS)。在其他方面中，PCB层可以是纤维浸渍或树脂层。其他示例是可能的。
声学端口120允许声音进入组件100。铜层122、铜接地盘128和铜接合盘132为电信号提供导电路径。将理解的是，存在垂直或水平延伸穿过基板以连接各种层的导电过孔或导体(不都示出在这里的附图中)。这些过孔的精确路径可以变化并且对于本领域技术人员来说将是明显的。
FR4层充当绝缘层。焊料掩模层124和130的功能是防止相邻迹线之间的短路并且限定各个焊盘的边缘。焊料190将基底102耦接到盖104。到容器的第一焊接接缝192的功能是将接地焊盘152电连接到接地焊盘110和112并且电连接到用作屏蔽件的内部接地面(如果存在于容器或盖104上)。到容器的第二和第三焊接接缝194的功能是独立地将输出焊盘150电连接到输出焊盘108并且将Vdd焊盘151连接到Vdd焊盘106。
MEMS晶片140和专用集成电路(ASIC)142设置于基底。导线144、146和148将MEMS晶片140或ASIC142分别耦接到基板102。创建后部体积170和前部体积172。
声音进入端口120。声音使晶片140上的隔膜(未示出)移动，从而与背板(也未示出)创建动电压电势。这创建了电压。该电压通过导线144被传递给ASIC142。ASIC的输出经过导线146中的一条到输出导线接合盘132。盘132与导体155耦接，到焊盘150，并且到输出焊盘108。输出焊盘108可以连接到内部设置该组件的装置(例如，蜂窝电话或个人计算机)内的导体。
Vdd从Vdd焊盘106被传递到焊盘151，通过导体153，传递到焊盘131，过导线146中一条传递到ASIC142。接地焊盘110和112连接到焊盘152，通过导线接合盘128并到达ASIC142(通过导线148)。
盖104被附接到基底102，电连接(至内部部件)，并且被密封，以形成例如使用焊料190将基底和盖连接的气密密封。可以使用焊料、环氧树脂或这两者的组合来制造密封。
然后，组件100被翻转并且用作具有等同于底端口装置(与其相同)的后部体积的顶端口装置。换言之，内部地，装置被构造为底端口装置，但按照顶端口装置那样设置在另一个装置中。
将理解的是，外部地，组件100作为顶端口装置被构造并设置在消费者装置中，具有与顶端口装置关联的所有布置优点。在另一方面，内部地，组件100被构造为作为具有足够的后部体积的底端口装置操作，提供比传统顶端口装置增大的灵敏度。另外，前部体积172减小，这提供比传统的顶端口装置平坦的频率响应。
现在参照图6和图7，描述了将图1-图5的组件100设置在另一个电子装置中的一个示例。另一个电子装置可以是蜂窝电话或个人计算机。装置的其他示例是可能的。
组件100被作为顶端口装置布置，这是因为端口120在组件100的顶部，与客户焊盘相反。具有开口605的垫片603设置在装置100上。组件100连接到连接器604和606，连接器604和606设置在电子装置(例如，蜂窝电话或个人计算机)的电路板(刚性或挠性)607上。但是，将理解的是，虽然作为顶端口装置(端口远离进行连接的那侧)连接，但内部地，组件100被构造为底端口装置。在这种情况下，后部体积远大于前部体积，这样获得最佳灵敏度性能。实现了这一点，是因为盖104处于耦接到连接器604和606的盘所位于的地方。换句话说，与典型的底端口装置相反，连接不在基板上进行，而是在盖上进行。
整个组件布置到电子装置的壳体(例如，塑料壳体)中。垫片603布置在组件100的顶部，以使电子装置的壳体中的端口(未示出)对齐到装置100上的声学端口112。在电子装置100的垫片与壳体之间设置有气密密封。
现在参照图8，描述用于制造这里描述的装置的一种方法。在步骤802，将MEMS晶片和/或专用集成电路附接到基板。引线接合或芯片倒装技术方法可以用于进行该附接。
在步骤804，形成盖，在盖上有客户盘(例如，用激光直接成型(LDS)模制材料模制的塑料部件，该材料已经被激光激活并且经受金属化处理以在盖的外侧添加客户盘并且在内侧面上添加用于EMI屏蔽的接地面)。另选地，可以采用二次模制处理，该处理使用相同的金属化处理以添加金属迹线，但导电塑料利用二次模制而在非导电塑料上模制，而不是像LDS那样使用激光来激活导电区段。
在步骤806，将盖附接到基底，电连接(至内部部件)，并且被密封以形成基底和盖相连接的气密密封。可以使用焊料、环氧树脂或这两种要素的组合来制造密封。盖还可以在内侧设置盘以用于表面安装技术(SMT)部件的附接。
在步骤808，然后将组装件翻转并且用作具有等同于底端口装置(与其相同)的后部体积的顶端口装置。换言之，内部地，装置是底端口装置，但按照顶端口装置那样设置在另一个装置中。
这里描述了本发明的优选实施方式，包括发明人已知的用于实现本发明的最佳模式。应当理解的是，所例示的实施方式仅是示例性的，并且不应当被当作限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种微机电系统MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括：
基底，该基底具有延伸穿过该基底的端口；
耦接到所述基底的MEMS晶片，该MEMS晶片包括隔膜和背板；
专用集成电路ASIC，该ASIC耦接到该基底和该MEMS晶片；
盖，该盖耦合到所述基底，所述盖包括客户盘，在所述盖上所述客户盘电连接到所述ASIC，并且所述盖被设置为与所述基底形成气密密封并且包围所述MEMS晶片和所述ASIC；
所述麦克风在所述盖处连接到客户板并且被设置为使得声音穿过所述基底中的所述端口进入。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述密封用焊料、环氧树脂或焊料和环氧树脂的组合形成。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，后部体积在所述基底与所述盖之间形成，并且形成有与所述开口连通的前部体积。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述端口与外部垫片对齐，该外部垫片具有延伸穿过该外部垫片的垫片开口。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述基底包括多个层。
6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其中，所述多个层包括基板层和铜层中的一个或更多个。
7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，所述基板层包括一个或更多个PCB层。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，客户板位于蜂窝电话、个人计算机或平板电脑中。
9.一种制造微机电系统MEMS麦克风的方法，该方法包括以下步骤：
将MEMS晶片和专用集成电路ASIC附接到基底；
设置盖，该盖具有布置在所述盖上的客户盘，该客户盘与该ASIC和该MEMS晶片电连通；
将所述盖附接到所述基底，所述附接用于将所述ASIC经由所述盘连接到外部部件并且包围所述ASIC和所述MEMS晶片；
将所组装的基底和盖翻转，并且将所述盖附接到客户板使得所组装的基底和盖看起来对客户是顶端口装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，附接所述盖的步骤在所述盖与所述基底之间形成密封，所述密封用焊料、环氧树脂或焊料和环氧树脂的组合形成。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述基底与所述盖之间形成后部体积，并且形成与所述开口连通的前部体积。
12.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括将所述端口与外部垫片对齐，该外部垫片具有延伸穿过该外部垫片的开口。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述基底包括多个层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个层包括基板层和铜层中的一个或更多个。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述基板层包括一个或更多个PCB层。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述客户板位于蜂窝电话、个人计算机或平板电脑中。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述盖形成有已经被激光激活的激光直接成型LDS材料。
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