CN106652988A - 一种mems有源smd电磁式蜂鸣器及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器及其生产工艺，包括外壳上盖、振动膜片、外壳基座和电磁驱动组件，所述外壳上盖与外壳基座配合形成工作腔，所述的振动膜片和电磁驱动组件设置于工作腔内，还包括ASIC芯片和引线框架，所述引线框架为若干个与ASIC芯片引脚和电磁驱动组件形成电连的连接筋；所述ASIC芯片和引线框架作为嵌件一体模压成型于所述外壳基座内部。上述蜂鸣器其生产依照如下步骤：引线框架成型、芯片与引线框架连接、外壳基座成型、外部针脚成型、线圈固定和常规组件安装。本发明通过ASIC芯片和集成电路封装技术与单线包电磁式蜂鸣器制造工艺相结合，通过跨界整合，制造出性能优异，体积小，更加微型化的蜂鸣器。

Description

一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器及其生产工艺
技术领域
本发明涉及电磁式蜂鸣器的生产制造领域，具体公开一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器及其生产工艺。
背景技术
电磁式蜂鸣器是将交变的音频信号通过电磁线圈使磁场发声变化，从而推动金属膜片发出蜂鸣音的一种电声器件。被广泛地用于各种便携、移动式仪器仪表，各种电器、办公设备、汽车电子、数码产品、电子门锁、智能家居和物联网领域起到提示和警示作用。随着电子产品自动化组装程度的提高以及电子产品更加趋于便携式、微型化方向发展，SMD表面贴装电磁式蜂鸣器的市场需求量也越来越大，市场前景十分看好。
目前无源SMD电磁式蜂鸣器已经发展到最小尺寸为8.5*8.5高度为4.0mm、7.5*7.5高度为2.5mm、5.0*5.0和4.0*4.0高度仅为2.0mm，工艺和结构已经日趋成熟。而有源SMD电磁式蜂鸣器是将电子元件或集成电路组成的震荡驱动电路焊接在PCB板上面，然后再与支架、电磁线圈、圆环磁芯、振动膜片、外壳和引脚进行组装；另一种方法参见中国发明专利专利号201610707726.8，其中所描述的将电子元件或集成电路通过微点焊在金属支架上面，然后用热固性塑料注塑成型一体式底座，再于与支架线圈、圆环磁芯、振动膜片外壳进行组装，装配效率和可靠性有所提高。但两种实施方法的共同缺陷是仍然避免不了受到多个电子元器件或集成电路本体外形尺寸和布线间距的限制，整个产品的体积无法与现有无源SMD电磁式蜂鸣器尺寸兼容，外形直径在12mm和9mm，高度在5个mm以上；还是局限于在电源正极VDD和负极GND两个引脚接通电源发连续音的初级阶段，无法实现新的应用功能。而现有的无源SMD电磁式蜂鸣器尺寸虽然已经很微小，但在产品应用时需要外加若干驱动和保护元件，还是增加了电子产品应用成本和组装空间。所以，现有的SMD电磁式蜂鸣器不能进一步满足电子产品的小体积，微型化、智能化的需求。
发明内容
本发明的目的在于：为解决以上问题提供一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器及其生产工艺，是将ASIC芯片和SMD集成电路的封装技术与无源SMD电磁式蜂鸣器制造工艺相结合，通过跨学科、跨界整合，制造出性能优异、体积微型的一体化有源SMD电磁式蜂鸣器。
本发明所采用的技术方案之一是这样的：
一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，包括外壳上盖、振动膜片、外壳基座和电磁驱动组件(包括支架、线圈和磁环)，所述外壳上盖与外壳基座配合形成工作腔，所述的振动膜片和电磁驱动组件设置于工作腔内，还包括ASIC芯片和引线框架，所述引线框架为若干个与ASIC芯片引脚和电磁驱动组件形成电连的连接筋；所述ASIC芯片和引线框架作为嵌件一体模压成型于所述外壳基座内部。
进一步地，所述ASIC芯片通过导电胶粘结在引线框架的芯片托盘上，与所述引线框架间通过金属焊线连接。
进一步地，所述ASIC芯片上成型有钉头金属凸点，与所述引线框架的涂覆有导电胶的部位进行对位粘结，形成电连。
进一步地，所述引线框架与电磁驱动组件连接的连接筋在工作腔内裸露。
进一步地，所述ASIC芯片有四个引脚，分别为电源正极、电源负极、输出脚和使能脚，其中使能脚可与单片机形成通讯连接(ASIC芯片具体结构原理参见中国发明专利专利号201520608561.9)。
进一步地，所述引线框架的部分连接筋通过模具冲压成“L”或“J”型的外部针脚。
本发明所采用的另一种技术方案是这样的：
上述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器的生产工艺，包括如下步骤：
(1)引线框架成型：通过化学刻蚀或模具冲压成型引线框架；
(2)ASIC芯片与引线框架连接：将ASIC芯片粘接到引线框架的托盘上，通过焊线使得ASIC芯片与引线框架间形成电连；或采用倒装工艺使得ASIC芯片与引线框架间形成电连；
(3)外壳基座成型：用传递成型法将ASIC芯片和引线框架模压成型于外壳基座内部；
(4)外部针脚成型：引线框架通过模具切筋成“L”或“J”型的外部针脚；
(5)线圈固定：将绕好线圈的支架固定到工作腔内，将线圈的引线与引线框架的裸露部分进行微点焊形成电连；
(6)常规组件安装：固定磁环，安装振动膜片，测试，安装外壳上盖，完成。
进一步地，在步骤(2)ASIC芯片与引线框架连接前对ASIC芯片进行处理，包括对ASIC晶元研磨减薄至200-220um，分割形成单个ASIC芯片。
综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、采用先进的集成电路封装技术和现有无源SMD蜂鸣器的配件、制造工艺相结合，完全能满足规模化、自动化、高效率、成本低的要求；
2、MEMS电磁式蜂鸣器的外形尺寸几乎能与现有的无源SMD电磁式蜂鸣器一样做到极致，进一步满足电子产品微型化、自动化的组装需求；
3、节省了外围控制元件，可以直接与单片机建立通讯接口，进一步减少电子产品的组装空间，降低产品的使用成本；
4、采用的ASIC芯片可以来源于中国发明专利专利号201520608561.9中，该芯片能使MEMS电磁式蜂鸣器的发音频率误差控制在±1，最低启动电压达1.2V。
附图说明
图1为本发明一种实施例结构图；
图2为本发明另一种实施例结构图；
图3为图1中所示引线框架与芯片连接结构图；
图4为图2中所示引线框架结构图；
图5为本发明工作腔内结构俯视图；
图6为本发明芯片与蜂鸣器连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-2所示，一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，包括外壳上盖1、振动膜片2、外壳基座3和电磁驱动组件4，所述外壳上盖1与外壳基座3配合形成工作腔5，所述的振动膜片2和电磁驱动组件4设置于工作腔5内，
还包括ASIC芯片6和引线框架7，所述的所述ASIC芯片6有四个引脚(如图6)，分别为电源正极GND、电源负极VC、输出脚OUT和使能脚EN，其中使能脚可与单片机形成通讯连接。
所述引线框架7为5个与ASIC芯片6引脚和电磁驱动组件4形成电连的连接筋(如图3或图4)；其中4个连接筋对应ASIC芯片6的4个引脚，这4个中对应ASIC芯片6的输出脚的连接筋作为媒介，形成ASIC芯片6与蜂鸣器电磁驱动组件4间的电连；第5个连接筋与蜂鸣器电磁驱动组件4的线圈41连接，接蜂鸣器的外接电源VDD。
所述引线框架7与电磁驱动组件4连接的连接筋在工作腔5内裸露(如图5)，即一个作为媒介连接ASIC芯片6与蜂鸣器电磁驱动组件4的连接筋和另一个接蜂鸣器外接电源的连接筋在工作腔5内裸露。
所述引线框架7的部分连接筋通过模具冲压成“L”或“J”型的外部针脚8，部分连接筋具体是其中4个，包括3个分别与ASIC芯片6的电源正极引脚、电源负极引脚和使能脚连接的和1个接蜂鸣器的外接电源的连接筋。
所述ASIC芯片6和引线框架7作为嵌件一体模压成型于所述外壳基座3内部，对ASIC芯片6和引线框架7起到保护作用，整体定型。
ASIC芯片6与引线框架7间有两种连接方式可选：
其一，所述ASIC芯片6通过导电胶粘结在引线框架7的芯片托盘上，与所述引线框架7间通过金属焊线连接，金属焊线可以是金丝，铜丝或其它合金丝。
其二，采用FC(Flip-Chip)倒装芯片工艺，所述ASIC芯片6上成型有4个钉头金属凸点，对应ASIC芯片6的4个引脚，分别与所述引线框架7的涂覆有导电胶的部位进行对位粘结，形成电连。
上述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器的生产工艺，包括如下步骤：
(1)引线框架7成型：采用0.1mm厚度的铜或铜合金材料通过化学刻蚀或模具冲压成型引线框架7，可以一次成型带定位孔和连接筋的N个图形矩阵的引线框架7；
(2)对ASIC芯片6进行处理，包括对ASIC晶元研磨减薄至200-220um，通过锯片机分割形成单个ASIC芯片6；
(3)ASIC芯片6与引线框架7连接：由自动粘片机在引线框架7安装芯片的托盘中心点上导电胶，然后由吸嘴自动将ASIC芯片6放置到导电胶上，经加温后固化，ASIC芯片6就被牢固的固定在引线框架7的托盘中间；进一步地，由自动焊线机将ASIC芯片6的焊垫与引线框架7的焊盘通过金属引线进行电连接；
或使用金丝或铜丝由高速焊线植球机在每个ASIC芯片6的焊垫上自动连续地加工成型钉头金属凸点；进一步地，再与ASIC芯片6钉头金属凸点影像对应的金属引线框架7的焊盘位置上面采用丝网或漏板印刷导电胶；进一步地，采用有影像对准的FC(Flip-Chip)倒装焊机，将ASIC芯片6翻转，通过影像对位将ASIC芯片6的钉头金属凸点与引线框架7的导电胶部位进行对位粘结，其对位精度必须控制在±5um,然后加温固化，形成可靠的欧姆接触；
(4)外壳基座成型：采用SMD集成电路封装技术，用传递成型法将EMC环氧树脂模塑料进行加温，变成流体，然后通过加压将EMC环氧树脂模塑料挤压入模腔并将其中的ASIC芯片6、金属焊线(或钉头金属凸点的粘结部位)和引线框架7包埋并起到保护作用，同时交联固化成型，成为具有一定结构外型的蜂鸣器外壳基座3；
(5)外部针脚8成型：进行整体电镀，引线框架7通过模具切筋成“L”或“J”型的外部针脚8；
(6)线圈固定：结合现有的无源SMD电磁式蜂鸣器制造工艺，将绕好线圈41的支架用硅胶固定到模压成型的蜂鸣器外壳基座3上(工作腔5内)；进一步地将线圈5的引线与引线框架7的裸露部分进行微点焊形成电连；
(7)常规组件安装：打胶固定磁环，安装振动膜片2；进一步地在封盖前进行预先测试，删除不合格产品，然后打胶安装带发音孔的上部外壳上盖1，待固化后进行测试、打印、编带包装、入库。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，包括外壳上盖、振动膜片、外壳基座和电磁驱动组件，所述外壳上盖与外壳基座配合形成工作腔，所述的振动膜片和电磁驱动组件设置于工作腔内，其特征在于：还包括ASIC芯片和引线框架，所述引线框架为若干个与ASIC芯片引脚和电磁驱动组件形成电连的连接筋；所述ASIC芯片和引线框架作为嵌件一体模压成型于所述外壳基座内部。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，其特征在于：所述ASIC芯片通过导电胶粘结在引线框架的芯片托盘上，与所述引线框架间通过金属焊线连接。
3.根据权利要求1所述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，其特征在于：所述ASIC芯片上成型有钉头金属凸点，与所述引线框架的涂覆有导电胶的部位进行对位粘结，形成电连。
4.根据权利要求1所述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，其特征在于：所述引线框架与电磁驱动组件连接的连接筋在工作腔内裸露。
5.根据权利要求1所述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，其特征在于：所述ASIC芯片有四个引脚，分别为电源正极、电源负极、输出脚和使能脚，其中使能脚可与单片机形成通讯连接。
6.根据权利要求1所述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器，其特征在于：所述引线框架的部分连接筋通过模具冲压成“L”或“J”型的外部针脚。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)引线框架成型：通过化学刻蚀或模具冲压成型引线框架；
(2)ASIC芯片与引线框架连接：将ASIC芯片粘接到引线框架的托盘上，通过焊线使得ASIC芯片与引线框架间形成电连；或采用倒装工艺使得ASIC芯片与引线框架间形成电连；
(3)外壳基座成型：用传递成型法将ASIC芯片和引线框架模压成型于外壳基座内部；
(4)外部针脚成型：引线框架通过模具切筋成“L”或“J”型的外部针脚；
(5)线圈固定：将绕好线圈的支架固定到工作腔内，将线圈的引线与引线框架的裸露部分进行微点焊形成电连；
(6)常规组件安装：固定磁环，安装振动膜片，测试，安装外壳上盖，完成。
8.根据权利要求7所述的一种MEMS有源SMD电磁式蜂鸣器的生产工艺，其特征在于：在步骤(2)ASIC芯片与引线框架连接前对ASIC芯片进行处理，包括对ASIC晶元研磨减薄至200-220um，分割形成单个ASIC芯片。
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