CN108141679A - 用于减少微粒渗入mems麦克风封装件的声室中的入口防护部 - Google Patents

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Abstract

一种可表面安装的MEMS麦克风，其包括安装在可表面安装的封装壳体内部并且完全封闭在其中的MEMS麦克风芯片和专用集成电路(ASIC)。该可表面安装封装件是单个自含式壳体，为用于封闭的MEMS麦克风芯片和ASIC的外部电路提供电接口，并为MEMS麦克风芯片和ASIC提供电、物理及环境保护。该可表面安装封装件允许外部声能经由一个或更多个声学端口进入封装件内部并撞击MEMS麦克风芯片的隔膜。该可表面安装封装的盖子包括声学端口，该声学端口具有用于限制灰尘和微粒侵入的入口防护部。该入口防护部可以是作为可表面安装封装件的具有各种形状的盖子的一部分的成形构件、内部屏蔽部，或者成形部件和内部屏蔽部两者的组合。

Description

用于减少微粒渗入MEMS麦克风封装件的声室中的入口防护部
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月7日提交的美国专利申请No.14/821,303的权益和优先权，其全部内容通过引用并入于此。
技术领域
所公开的发明涉及MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括：可表面安装封装件、MEMS麦克风芯片以及专用集成电路(ASIC)，其中，MEMS麦克风芯片和ASIC安装在封装壳体内部，并且完全封闭在其中。可表面安装封装件是单一自含式壳体，其为用于被封闭的MEMS麦克风芯片和ASIC的外部电路提供电接口，抑制或减少电磁干扰，为MEMS麦克风芯片和ASIC提供环境保护，并防止外力损坏MEMS麦克风芯片和ASIC。可表面安装封装件被构造用于经由回流焊接技术，以机械的方式附接至终端用户印刷电路板上的焊盘(land)图案，并且用于电联接至链接至焊盘图案的电路。可表面安装封装件允许外部声能经由一个或更多个声学端口进入封装件内部并撞击MEMS麦克风芯片的隔膜。可表面安装封装件大致限制或防止外部污染物(灰尘、碎屑、微粒、湿气、油等)到达MEMS麦克风芯片或ASIC并潜在地造成损坏。MEMS麦克风的盖子包括具有入口防护部的声学端口，以限制灰尘和微粒侵入由盖子与可表面安装封装件的基板的机械接合所创建的声室。在一些实施方式中，入口防护部是作为可表面安装封装件的盖子中的声学端口的一部分的成形构件，并且该成形构件具有延伸到MEMS麦克风的声室中的各种形状。在一些实施方式中，入口防护部包括延伸到声室中的多个成形构件。在其它实施方式中，MEMS麦克风的盖子包括具有从盖子分开的内部屏蔽部，以限制灰尘和微粒侵入声室。在一些实施方式中，入口防护部包括联合工作的成形构件和内部屏蔽部两者。还在其它实施方式中，利用形成在MEMS麦克风盖子的外表面中的浅腔来实现入口防护部，并且在该浅腔中存在微粒屏蔽。
背景技术
Knowles Electronics已经有许多涉及MEMS麦克风芯片的设计和制造的公开，如美国专利号5,870,482、6,535,460、6,552,469、6,847,090、6,987,859以及7,023,066，这些都通过引用它们的全部内容而并入于此。Knowles Electronics还有许多涉及为在机械和电上支持MEMS麦克风芯片并保护MEMS麦克风芯片免受物理损坏和环境影响而需要的封装件或壳体的公开。参见美国专利号6,781,231、7,166,910、7,242,089、7,537,964、7,439,616、7,434,305、8,018,049、8,121,331以及7,381,589，并且这些都通过引用它们的全部内容而并入于此。Knowles专利涉及Knowles产品系列的表面安装、焊盘网格阵列MEMS麦克风。共同地，Knowles专利公开了各种MEMS麦克风芯片以及如何保护那些MEMS麦克风芯片免受外部环境污染物的影响、潜在的物理损坏以及电磁干扰，同时提供电和机械接口并为MEMS麦克风芯片提供合适的声环境来运行。尽管Knowles专利公开了在MEMS麦克风的盖子中的声学端口中使用诸如聚合物材料或烧结金属的环境屏障，但Knowles专利没有公开包括成形构件、内部屏蔽部、成形构件和内部屏蔽的组合，或者形成在MEMS麦克风盖子的外表面中并且具有设置在其中的屏蔽构件的浅腔的入口防护部。
发明内容
所公开的发明致力于一种包括表面安装封装件的MEMS麦克风，该表面安装封装件封闭MEMS麦克风芯片，允许声能撞击封闭的MEMS麦克风芯片，为封闭的MEMS麦克风芯片提供电接口，为封闭的MEMS麦克风芯片的正确操作提供压力基准，并保护封闭的MEMS麦克风芯片免受光、电磁干扰、环境污染物及物理损坏的影响。所公开的发明通过将法兰或延伸部设置在MEMS麦克风盖子的声学端口中来改进针对环境污染物对封闭的MEMS麦克风芯片的保护，所述法兰或延伸部被构造成限制环境污染物进入设置了MEMS麦克风芯片的声室中。
常规MEMS麦克风包括：MEMS麦克风芯片、用于处理来自MEMS麦克风芯片的信号的ASIC以及包括基板和联接至基板的盖子的封装件。该基板具有上表面和下表面，下表面上的电端子焊盘被构造用于经由回流焊接被表面安装附接至终端用户印刷电路板。该基板在上表面上具有电迹线和丝焊焊盘以用于电连接至MEMS麦克风芯片和ASIC。在常规MEMS麦克风的某些实施方式中，基板中可以设置有声学端口或内部凹部。在常规MEMS麦克风的一些实施方式中，MEMS麦克风芯片安装在基板的上表面上，并且如果设置在基板中，则定位在声学端口或内部凹部的孔上。为了帮助抑制电磁干扰，基板可以包括设置在其底表面的周边边缘上的金属接地环。如果基板包括声学端口，则该基板还可以包括围绕声学端口的周边设置的密封环。接地环和密封环都可以经由回流焊接以机械和电的方式联接至终端用户印刷电路板。基板可以具有内部嵌入电路(诸如电阻器和/或电容器)，以对输入和输出信号以及输入功率滤波。可以实现无源网络(诸如高通或低通滤波器)，并且这些无源网络可以被设计成为与ASIC内部的电路互操作。基板可具有用于抑制或减少电磁干扰的内部和/或表面金属化层(即，接地层(ground plane))。内部电通孔将丝焊焊盘联接至端子焊盘，并且联接至嵌入基板内的任何内部无源电路。盖子安装在基板的上表面上，并且将MEMS麦克风芯片封闭在通过盖子直接或间接联接至基板所形成的声室中。在常规MEMS麦克风的某些实施方式中，盖子可以具有适于允许声能接触MEMS麦克风芯片的声学端口。在常规MEMS麦克风的其它实施方式中，基板和盖子皆具有声学端口以允许声能进入声室。在常规MEMS麦克风的一些实施方式中，MEMS麦克风芯片安装在盖子上并与盖子中的声学端口对齐，而不是安装在基板的上表面上。盖子可以在其内表面和/或外表面上具有导电镀层，并且盖子的导电镀层以及盖子(如果由导电材料构成)电联接至基板中的接地平面(或多个平面)以抑制或减少电磁干扰。基板或盖子(如果其中一方或两方有声学端口)可以包括设置在相应的声学端口中或者作为相应声学端口的一部分的环境屏障。该环境屏障包括透声材料。
所公开的发明的实施方式并入了上面公开的常规MEMS麦克风的许多特征，并且还并入了在盖子中的声学端口上使用入口防护部以限制潜在的环境污染物进入MEMS麦克风的声室中，从而保护设置在声室中的MEMS麦克风芯片。在所公开的发明的一些实施方式中，入口防护部是作为声学端口的一部分的成形构件。该成形构件可以被构造成各种形状并且与盖子材料邻接，这些形状使能进入声学室以供声能撞击MEMS麦克风。在其它实施方式中，入口防护部是安装在盖子的内表面上的间隔(stand-off)屏蔽部。该间隔屏蔽部可以构造有多个端口、开放端或两者的组合。该间隔屏蔽部可以包括金属或塑料或复合材料，并且用粘接剂、焊料或其它附接方法附接至盖子。在其它实施方式中，入口防护部是安装在与早先所述的成形构件组合的盖子的内表面上的间隔屏蔽部。在其它实施方式中，入口防护部是形成在盖子的外表面中的浅腔，在该浅腔内设置有用于MEMS麦克风的声学端口。屏蔽构件与该空腔一起设置并覆盖声学端口，在限制环境污染物进入的同时允许声压进入声学端口。在其它实施方式中，入口防护部是形成在盖子的外表面中的浅腔，该浅腔内设置有用于MEMS麦克风的声学端口。屏蔽构件与该空腔一起设置并覆盖声学端口，在限制环境污染物进入的同时允许声压进入声学端口。在其它实施方式中，成形构件利用焊料或其它粘接剂以机械方式附接至紧邻盖子的声学端口的盖子内表面。
根据下面结合附图的说明书，所公开发明的其它特征和优点将变清楚。
附图说明
附图被包括进来并构成本说明书的一部分，例示了所公开发明的实施方式并与本描述一起用于说明所公开发明的目的、优点以及原理。在图中，
图1A是根据所公开的发明的MEMS麦克风的第一实施方式的纵向截面图；
图1B是根据所公开的发明的MEMS麦克风的另一实施方式的纵向截面图；
图2A是根据所公开的发明的MEMS麦克风的第四实施方式的纵向截面图；
图2B是根据所公开的发明的MEMS麦克风的第五实施方式的纵向截面图；
图3A是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的第一实施方式的平面图；
图3B是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的实施方式的纵向截面图；
图3C是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的纵向截面图；
图3D是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的纵向截面图；
图3E是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的纵向截面图；
图3F是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的纵向截面图；
图3G-1至3G-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3G-1至3G-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3H-1至3H-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3J-1至3J-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3K-1至3K-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3L-1至3L-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3M-1至3M-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3N-1至3N-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3P-1至3P-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3Q-1至3Q-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图3R-1至3R-3是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的罐型盖子的另一实施方式的视图；
图4是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的实施方式的材料表；
图5A是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘的第一实施方式的平面图；
图5B是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘的第二实施方式的平面图；
图5C是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘的第三实施方式的平面图；
图5D是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘的第四实施方式的平面图；
图5E是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘的第五实施方式的平面图；
图5F是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘和密封环的第一实施方式的平面图；
图5G是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘和密封环的第二实施方式的平面图；
图5H是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘和密封环的第三实施方式的平面图；
图5I是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘和密封环的第四实施方式的平面图；
图5J是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘、密封环及接地环的实施方式的平面图；
图5K是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘和密封环的第五实施方式的平面图；
图5L是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的麦克风基板的下表面上的端子焊盘和密封环的第六实施方式的平面图；
图6是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的第一实施方式的纵向截面图；
图7是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的另一实施方式的纵向截面图；
图8是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的第三实施方式的纵向截面图；
图9是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的实施方式的顶表面的平面图；
图10是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的、图9的实施方式的蚀刻金属表面的平面图；
图11是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的基板的、应用至图11的实施方式的蚀刻金属表面的焊接掩模的平面图；
图12A是根据所公开的发明的设置在用于MEMS麦克风的基板的表面上的保持环的第一实施方式的截面图；
图12B是根据所公开的发明的设置在用于MEMS麦克风的基板的表面上的保持环的另一实施方式的截面图；
图12C是根据所公开的发明的设置在用于MEMS麦克风的基板的表面上的保持环的第三实施方式的截面图；
图13是根据所公开的发明的用于多个MEMS麦克风的单个基板的面板的平面图；
图14是根据所公开的发明的层压型盖子MEMS麦克风的第一实施方式的纵向截面图；
图15是根据所公开的发明的层压型盖子MEMS麦克风的另一实施方式的纵向截面图；
图16是根据所公开的发明的层压型盖子MEMS麦克风的第三实施方式的纵向截面图；
图17是根据所公开的发明的层压型盖子MEMS麦克风的第四实施方式的纵向截面图；
图18是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的第一实施方式的纵向截面图；
图19是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的另一实施方式的纵向截面图；
图20A是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的实施方式的顶盖(lid)组件的平面图；
图20B是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的顶盖组件的第一实施方式的纵向截面图；
图20C是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的顶盖组件的另一实施方式的纵向截面图；
图20D是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的顶盖组件的第三实施方式的纵向截面图；
图21A是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的侧壁间隔件组件的实施方式的平面图；
图21B是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的侧壁间隔件组件的第一实施方式的纵向截面图；
图21C是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的侧壁间隔件组件的另一实施方式的纵向截面图；
图21D是根据所公开的发明的用于MEMS麦克风的层压型盖子的侧壁间隔件组件的第三实施方式的纵向截面图；
图22A是根据所公开的发明的MEMS麦克风的麦克风阵列的第一实施方式的平面图；
图22B是根据所公开的发明的MEMS麦克风的麦克风阵列的另一实施方式的平面图；
图22C是根据所公开的发明的MEMS麦克风的麦克风阵列的第三实施方式的平面图；
图23A是固定至终端用户印刷电路板的、根据所公开的发明的MEMS麦克风的第一实施方式的截面图；
图23B是固定至终端用户印刷电路板的、根据所公开的发明的MEMS麦克风的第二实施方式的截面图；以及
图23C是固定至终端用户印刷电路板的、根据所公开的发明的MEMS麦克风的第三实施方式的截面图。
技术人员应当清楚，为简单和清楚起见而例示附图中的部件。还应清楚，特定动作和/或步骤可以按出现的特定次序描述或描绘，而本领域技术人员应当明白，有关顺序的这种特异性实际上不需要。还应明白，在此使用的术语和表达具有普通含义，如按照这种术语和表达有关它们对应的各自调查和研究范围的本来样子，除另外在此阐述了特定含义以外。
具体实施方式
下面，参照附图，对所公开的发明的实施方式进行详细描述。
虽然所公开的发明容许采用许多不同形式的实施方式，但附图以本公开要被视为对所公开的发明的原理的例证而非旨在将所公开发明的宽泛方面限制成所例示实施方式的理解来示出并在此详细描述所公开发明的优选实施方式。
顶部端口MEMS麦克风实施方式
下面，参照图1A和图1B，例示了MEMS麦克风10的几个实施方式。这些特定实施方式被称为“顶部端口”MEMS麦克风，因为盖子50具有声学端口51(也称为“孔”)。MEMS麦克风10优选地包括MEMS麦克风芯片11(例如，在美国专利No.5,870,482和No.6,535,460中所公开的(每一个都通过引用其全部而并入于此))、基板20、专用集成电路(ASIC)12以及盖子50。
图1A和图1B中公开的大量特征在美国申请No.09/886,854、10/238,256、11/112,043以及11/276,025中进行了公开，每一个申请的全部内容并入于此并转让给Knowles，并且在Knowles产品系列的表面安装、焊盘网格阵列MEMS麦克风中加以实现。
对于图1A和图1B中示出的实施方式，基板20包含通称为FR-4的E-玻璃/环氧树脂层压材料。因为终端用户印刷电路板由FR-4型材料制造是很常见的，所以MEMS麦克风10的实施方式具有由FR-4型材料制造的基板20。使用FR-4型材料允许更好地匹配基板20与终端用户的印刷电路板之间的热膨胀系数。基板20的其它实施方式可以使用常规材料，诸如E-玻璃/双马来酰亚胺-三嗪(BT)树脂层压材料或芳族聚酰胺/环氧树脂层压材料作为基板材料。将FR-4印刷电路板材料或其等同物用于基板20使得能够在制造MEMS麦克风时实现规模经济。
对于图1A和图1B所示实施方式，MEMS麦克风10在基板20的下表面26上具有多个端子焊盘21(也称为“焊料焊盘(solder pad)”)。端子焊盘21是平坦的，并且电联接至基板20的上表面25上的丝焊焊盘39(未示出)。ASIC 12经由布线13电联接至丝焊焊盘39(未示出)，并且MEMS麦克风芯片11电联接至ASIC 12。对于图1A和图1B所示实施方式，MEMS麦克风芯片11和ASIC 12均利用芯片附接粘接剂或等同的胶粘材料附接至基板20。端子焊盘21是用于MEMS麦克风10的电力、地电位、输入-输出信号、时钟信号和/或控制信号连接。
在某些实施方式中，如图1A和图1B所示，声学端口51从声室15内的MEMS麦克风芯片11的位置偏移。这样做是为了限制MEMS麦克风芯片11潜在暴露于可能通过声学端口51进入声室15的光、碎屑和湿气。然而，这种排布结构使ASIC 12易受进入声学端口51的光、碎屑及湿气的潜在干扰和/或损坏。对于图1A和图1B所示实施方式，密封剂14(为清楚起见在图中以轮廓形式示出)覆盖并保护ASIC 12。密封剂14可以是环氧类材料或其等同物，其包围ASIC 12以保护它免受光、碎屑及引起腐蚀的湿气的影响。在制造工序期间分配密封剂14，并且控制量和位置，使得密封剂14不干扰MEMS麦克风芯片11或阻挡声学端口51与MEMS麦克风芯片11之间的声学路径。
对于图1A和图1B所示实施方式，盖子50与基板20的上表面25的接合创建了声室15。声学端口51允许声能到达设置在声室15内的MEMS麦克风芯片11。在制造MEMS麦克风10期间，盖子50与基板20的上表面25之间的分界面被密封，以防止声压沿着该分界面泄漏(可导致MEMS麦克风芯片11的不正确工作)。将诸如焊料或银浸渍导电环氧树脂的材料用于密封盖子50与基板20的上表面25之间的分界面。对于图1A和图1B所示实施方式，将MEMS麦克风芯片11的基部密封至基板20的上表面25，以防止来自内部声道16的压力泄漏。使用芯片附接环氧树脂或其它等效粘接剂将MEMS麦克风芯片11的基部密封至基板20的上表面25。
在图1A所示实施方式中，声室15是用于MEMS麦克风芯片11的“前腔容积”。前腔容积以声学的方式将来自声学端口51的输入声能耦合至MEMS麦克风芯片11的隔膜。内部声道16为MEMS麦克风芯片11的隔膜提供“后腔容积”。MEMS麦克风芯片11的基部被密封至基板20的上表面25，以防止压力从内部声道16泄漏。使用芯片附接环氧树脂或其它合适粘接剂将MEMS麦克风芯片11的基部密封至基板20的上表面25。设置在基板20中的可选凹部27扩展了可用后腔容积的量，以改进MEMS麦克风芯片11的隔膜的性能。如果设置凹部27，则MEMS麦克风芯片11的内部声道16与基板20的上表面25中的凹陷孔28对齐。在图1A所示实施方式中，凹部27扩大了可用于MEMS麦克风芯片11的后腔容积，并因此改进了MEMS麦克风芯片11的性能。
基板20中的凹部27(如图1A中描绘的)由许多方法形成。一种方法是对基板20的上表面25进行深度受控钻孔，以在基板20的上表面25中形成凹陷孔28和凹部27(上方安装MEMS麦克风芯片11)(图1A)。另一种方法是对各个印刷电路板材料片进行钻孔和镂铣(routing)，并层压各个片材以形成基板20。经镂铣的印刷电路板材料片在被层压在一起时将形成凹部27和凹陷孔28。
参照图1B，该麦克风实施方式具有延长的凹部29，其扩大了可用于MEMS麦克风芯片11的后腔容积的量。该延长的凹部29嵌入基板20内，并且可以延伸到安装在基板20的上表面25上的ASIC 12和MEMS麦克风芯片11的下方。延长的凹部29的较大容积为MEMS麦克风芯片11提供较大的后腔容积，并因此改进了MEMS麦克风芯片11的性能。为了制造延长的凹部29，另一种方法是对各个印刷电路板材料片钻孔和/或镂铣，并将各个片材层压在一起以形成基板20。各个片材的经镂铣和/或钻孔的部分在层压工序完成时将形成延长的凹部29。延长的凹部29还可以包括内部支承柱(未示出)。所述支承柱将在镂铣/钻孔工序期间限定。MEMS麦克风芯片11安装在凹陷孔28上方，并且围绕凹陷孔28密封MEMS麦克风芯片11的上表面25与基部之间的分界面，以防止声压从由延长的凹部形成的后腔容积29损失。
在某些实施方式中，如图1A和图1B所示，声学端口51还包括入口防护部件100以防止灰尘和其它微粒进入声室15中。入口防护部件100限制MEMS麦克风芯片11潜在暴露于可能通过声学端口51进入声室15的碎屑。入口防护部件100的尺寸必须确定成使其不会不适当地干扰或限制进入声室的气流，或者干扰密封剂14或布线13，如图1A和图1B所示。入口防护部件100可以以各种方式实现(图3A至图3R)，并且图1A和图1B中示出的具体实现是成形偏置构件(图3A至图3D)实施方式。在关于盖子50的公开和图3A至图3R中，对入口防护部件100进行更详细的描述。
底部端口/定向MEMS麦克风实施方式
参照图2A和图2B，例示了MEMS麦克风10的几个附加实施方式。图2A和图2B的实施方式被称为“底部端口”MEMS麦克风，因为这些具体实施方式都在基板20中具有声学端口22(还称为“孔”或“空腔”)。MEMS麦克风10优选地包括：MEMS麦克风芯片11(举例来说，在美国专利No.5,870,482和6,535,460中公开的，每一个都通过引用其全部而并入于此)、基板20、ASIC 12及盖子50。
图2A和图2B中公开的大量特征在美国申请No.09/886,854、10/238,256、11/112,043以及11/276,025中进行了公开，每一个都将其全部内容并入于此并转让给Knowles，并且在Knowles产品系列的表面安装、焊盘网格阵列MEMS麦克风中加以实现。
对于图2A和图2B所示实施方式，基板20包含通称为FR-4的E-玻璃/环氧树脂层压材料。因为终端用户印刷电路板由FR-4型材料制造是很常见的，所以MEMS麦克风10的实施方式具有由FR-4型材料制造的基板20。使用FR-4型材料允许更好地匹配基板20与终端用户的印刷电路板之间的热膨胀系数。基板20的其它实施方式可以使用诸如E-玻璃/双马来酰亚胺-三嗪(BT)树脂层压材料或芳族聚酰胺/环氧树脂层压材料的常规材料作为基板材料。将FR-4印刷电路板材料或其等同物用于基板20使能在制造MEMS麦克风时实现规模经济。
对于图2A和图2B所示实施方式，MEMS麦克风10在基板20的下表面26上具有多个端子焊盘21(也称为“焊料焊盘(solder pad)”)。端子焊盘21是平坦的，并且电联接至基板20的上表面25上的丝焊焊盘39(未示出)。ASIC 12经由布线13电联接至丝焊焊盘39(未示出)，并且MEMS麦克风芯片11电联接至ASIC 12。对于图2A和图2B所示实施方式，MEMS麦克风芯片11和ASIC 12均利用芯片附接粘接剂或等同的胶粘材料附接至基板20。端子焊盘21是用于MEMS麦克风10的电力、地电位、输入-输出信号、时钟信号和/或控制信号连接。密封环23(还称为“焊料环”)设置在基板20的下表面26上。密封环23可以用作端子焊盘，提供MEMS麦克风10与终端用户PCB 61之间的电力、信号、控制和/或地电位连接。像端子焊盘21一样，密封环23是平坦的，并且被构造成机械地联接至终端用户PCB 61(未示出)上的对应密封环64。优选地，所述联接由焊料制成，焊料在熔化时，围绕两个密封环23、64芯吸(wick)，并且在硬化时在两个密封环23、64之间提供气密密封。焊料在密封环23与终端用户PCB 61上的对应密封环64之间提供电连续性。
对于图2A和图2B所示实施方式，密封剂14(为清楚起见在图中以轮廓形式示出)覆盖并保护ASIC 12。密封剂14可以是环氧类材料或其等同物，其包围ASIC 12以保护它免受光、碎屑及引起腐蚀的湿气影响。在制造工序期间分配密封剂14，并且控制量和位置，使得密封剂14不干扰MEMS麦克风芯片11或阻挡声音端口51与MEMS麦克风芯片11之间的声学路径。
对于图2A和图2B所示实施方式，盖子50与基板20的上表面25的接合创建声室15。在制造MEMS麦克风10期间，盖子50与基板20的上表面25之间的分界面被密封，以防止声压沿着分界面泄漏，这可能导致MEMS麦克风芯片11的不正确工作。诸如焊料或银浸渍导电环氧树脂的材料被用于密封盖子50与基板20的上表面25之间的分界面。对于图2A和图2B所示实施方式，将MEMS麦克风芯片11的基部密封至基板20的上表面25，以防止压力从内部声道16泄漏。使用芯片附接环氧树脂或其它等效粘接剂将MEMS麦克风芯片11的基部密封至基板20的上表面25。
参照图2A，基板20具有允许声能通过换能器的内部声道16到达MEMS麦克风芯片11的隔膜的声学端口22(还称为“空腔”)。声室15充当用于MEMS麦克风芯片11的隔膜的后腔容积，并且盖子50与基板20的上表面25之间的分界面被密封以保持声室15中的声压并防止声压沿着分界面泄漏，这可能导致MEMS麦克风芯片11的不正确工作。诸如焊料或银浸渍导电环氧树脂的材料被用于密封盖子50与基板20的上表面25之间的分界面。前腔容积是MEMS麦克风芯片11的内部声道16以及贯穿基板20的用于声学端口22的通道。
如图2A中所示，可选的环境屏障44可以与声学端口22关联，以防止湿气、灰尘、污物微粒、碎屑和/或光进入声学端口22并损坏MEMS麦克风芯片11或ASIC 12。环境屏障44适于允许声能通过声学端口22到达MEMS麦克风芯片11的隔膜。在某些实施方式中，环境屏障44可以由烧结金属、基于氟聚合物的膜(诸如聚四氟乙烯(PTFE)和膨胀型PTFE(ePTFE))、金属筛网、单个或多个织物层、多孔过滤材料，或可以固定在声学端口22内或覆盖声学端口22的任何合适的透声材料形成，以防止湿气、灰尘、污物微粒、碎屑和/或光进入声室15。参见美国申请No.13/960,392和14/354,020，每一个都将其全部内容通过引用并入于此并转让给Knowles。另选的是，基板20可以包括可用作声学端口22的环境屏障的介电层35(未示出)。介电层35是基板20的内层并且是透声材料。在充任声学端口22的环境屏障时，介电层35防止湿气、灰尘、污物及其它类型的碎屑进入。
参照图2B，示出了具有两个声学端口并且被称为定向MEMS麦克风的实施方式。在该实施方式中，在基板20中存在声学端口22，并且在盖子50中存在声学端口51。为了向MEMS麦克风芯片11提供对光、碎屑及湿气的保护，声学端口51从声室15内的MEMS麦克风芯片11的位置偏置。为了向ASIC 12提供保护，可以设置密封剂14来保护ASIC 12免受光、碎屑及引起腐蚀的湿气的影响。在制造工序期间分配密封剂14，并且控制量和位置，使得密封剂14不干扰MEMS麦克风芯片11或阻挡声音端口51与MEMS麦克风芯片11之间的声学路径。
图2B中描绘的实施方式包括处于基板20的声学端口22中的环境屏障44。在某些实施方式中，环境屏障44可以由烧结金属、基于氟聚合物的膜(诸如聚四氟乙烯(PTFE)和膨胀型PTFE(ePTFE))、金属筛网、单个或多个织物层、多孔过滤材料，或可以固定在声学端口22内或覆盖声学端口22的任何合适的透声材料形成，以防止湿气、灰尘、污物微粒、碎屑和/或光进入声室15。另选的是，介电层35(未示出)可以被用作声学端口22中的环境屏障。
在图2B所示实施方式中，声学端口51还包括入口防护部件100以防止灰尘和其它微粒进入声室15中。入口防护部件100限制MEMS麦克风芯片11潜在暴露于可能通过声学端口51进入声室15的碎屑。入口防护部件100的尺寸必须确定成使其不会不适当地干扰或限制进入声室的气流，或者干扰密封剂14或布线13，如图2B所示。入口防护部件100可以以各种方式来实现(图3A至图3R)，并且图2B中示出的具体实现是成形偏置构件(图3A至图3D)实施方式。在关于盖子50的公开和图3A至图3R中，对入口防护部件进行更详细的描述。图2A中公开的实施方式被包括以例示底部端口麦克风(图2A)与定向麦克风(图2B)之间的区别。图2A中的麦克风实施方式在盖子50中没有声学端口51，并因此不需要入口防护部件100。
MEMS麦克风芯片和ASIC
下面，将对MEMS麦克风10的某些组件进行更详细讨论。除非另外特别指出，顶部端口、底部端口以及定向MEMSM麦克风的所有实施方式将包括这些组件或其变型。
参照图1A和图2A，MEMS麦克风芯片11和ASIC 12被示出安装在基板20的上表面25上。顶部端口、底部端口以及定向MEMSM麦克风的所有实施方式将具有MEMS麦克风芯片11和ASIC 12。ASIC 12是制造任何种类的处理功能的任何类型的集成电路。在一些实施方式中，ASIC 12可以是模拟缓冲器或模拟放大器。在其它实施方式中，ASIC 12可以是数字滤波电路。尽管所公开的实施方式仅示出了单一ASIC 12，但应当明白，同样可以使用多个ASIC。
一种类型的MEMS麦克风芯片11是硅微机电系统(MEMS)麦克风芯片，如在美国专利号5870482和6535460中公开的，其中，每个专利的全部内容通过引用而并入于此。MEMS麦克风芯片具有固定背板和隔膜，该隔膜安装在铰链、弹簧，或允许其移动的其它结构上。固定背板与可移动隔膜之间的电容变化被放大并输出为表示所接收声能的电信号。另一类型的MEMS麦克风芯片11是如美国专利号5408731所公开的MEMS麦克风芯片，其全部内容通过引用并入于此。这种类型的MEMS麦克风芯片具有固定的背板和隔膜，该隔膜基于所接收的声能朝向和远离背板弯曲。至于MEMS麦克风芯片，固定的背板与可弯曲的隔膜之间的电容变化被放大并输出为表示所接收的声能的电信号。
图1A中的ASIC 12检测MEMS麦克风芯片11中的电容变化，并将检测到的变化输出为表示所接收的声能的电信号。优选地，ASIC 12至少具有电源输入VDD、地电位输入GND、信号输出VOUT、电荷泵电压输出VCP以及来自MEMS麦克风芯片的信号输入VIN。ASIC 12将输入电压VDD引导至内部电荷泵，这将电压升高到适合偏置MEMS麦克风芯片片11的固定背板的水平。MEMS麦克风芯片11的隔膜耦合至ASIC 12的信号输入VIN，并且利用各种滤波和放大技术进行处理和滤波。ASIC 12可以输出表示由MEMS麦克风芯片11接收到的声能的模拟信号VOUT。另选地，ASIC 12可以输出表示由MEMS麦克风芯片11接收到的声能的数字信号。针对一些数字输出格式，ASIC 12可能必须接收时钟信号(CLKIN)以管理信号输出VOUT引脚上的数字数据的输出。CLKIN信号可以在端子焊盘21上接收。在某些实施方式中，数字输出格式使用一个或更多个端子焊盘21，以按脉冲密度调制(PDM)格式或集成芯片间声音(I2S)格式输出数字信号。电源输入、信号输出、时钟(仅用于数字输出)以及地电位通过布线和电通孔电耦合至基板20的下表面26上的端子焊盘21。在某些实施方式中，这些电信号中的一个可以电耦合至图2A所示的密封环23。
在另选实施方式中，MEMS麦克风芯片11和ASIC 12被一起组合成单个硅芯片。更具体地，用于处理来自MEMS麦克风芯片11的电信号的电路在支承MEMS麦克风芯片11的硅芯片上实现。就节省麦克风封装空间而言，该实施方式将MEMS麦克风芯片11和ASIC 12组合到同一硅芯片上具有优势。然而，其中一个缺点是组合的MEMS麦克风芯片/集成电路制造起来非常复杂，尤其是如果利用CMOS工艺来实现信号处理电路的话。
罐型盖子
参照图3A，示出了用于MEMS麦克风10的盖子50的实施方式，并称为“罐”型盖子。如果罐型盖子50被用在顶部端口或定向MEMS麦克风上，则罐型盖子50将具有声学端口51。如果罐型盖子50被用在底部端口MEMS麦克风产品上，则罐型盖子50将不具有声学端口51。
图3B和图3C例示了罐型盖子50的沿着其纵轴的截面A-A的附加实施方式。尽管图3A至图3D所示的罐型盖子50的实施方式具有大致垂直的侧壁54(即，垂直于盖子50的顶部区段55)，但罐型盖子50的其它实施方式可以具有未大致垂直于顶部区段55的侧壁54。另外，罐型盖子50的侧壁54与顶部区段55之间的角部以及各个侧壁之间的角部可以具有非常尖锐的半径或较平缓的半径。
在图3B中，附接表面53是侧壁54的底部处的平坦表面。在组装MEMS麦克风10期间，附接表面机械地联接至基板20的附接环40。在图3C中，描绘了附接表面53的另选实施方式。该附接表面53外张或弯曲以增加可用于附接至基板20的附接环40的表面积。
在罐型盖子的一些实施方式中，盖子50由一种或更多种金属或金属合金制成，以帮助抑制电磁干扰并减少因这种辐射而造成的电干扰。在MEMS麦克风组装工序期间，金属罐型盖子50电联接至基板20中的接地平面(或多个平面)，并且基板20中的接地平面在安装至在PCB 61时通过端子焊盘21电联接至地电位。来自附近电子组件的电噪声和由于动态改变磁场而在金属罐型盖子50中感应的电流被传导至地电位。金属罐型盖子50以类似于法拉第笼的方式工作，以保护MEMS麦克风芯片11免受潜在破坏性电场和磁场的影响。用于金属罐型盖子50的合适材料包括铜、黄铜(铜锌合金)、不锈钢或铜-镍-锌合金，并且在优选实施方式中，使用冲压工艺来将金属罐型盖子50形成为图3A至图3D所示形状。
在一些实施方式中，金属罐型盖子50被镀有一种或更多种金属以防止腐蚀，并且便于在组装工序期间将金属罐型盖子50机械附接至基板20。随着无铅焊料的广泛使用，可以将其它材料镀敷(无电镀或电镀)到金属罐型盖子50的基体金属上，以便于金属罐型盖子50与基板20之间的分界面处的固体焊料连接。镀敷材料包括：金、镍、钯、锡、磷、前述列表金属的组合或其它合适金属。在一些实施方式中，在金属罐型盖子50的两侧上(内部和外部)镀敷，而在其它实施方式中，仅在一侧上(外部或者内部)镀敷。在其它实施方式中，金属罐型盖子50被部分镀敷以控制焊料蠕行(solder creep)。参照图3B，金属罐型盖子50上的局部镀层将在附接表面53上方延伸预定距离(优选为盖子50的高度的15％-35％)。这种局部镀层允许在MEMS麦克风制造工序期间控制处于液态形式的焊料。在一些实施方式中，不完全镀敷金属罐型盖子50防止不希望的接合材料(即，焊料、银浸渍环氧树脂或其它导电粘接材料)进入希望保持不含这种不需要的材料的区域或容积，从而防止损坏内部组件。例如，如果利用焊料作为接合材料将部分镀敷的金属罐型盖子50附接至基板20，则在焊料液化时，将不会在金属罐型盖子50的表面上芯吸从而越过被镀敷的那些部分。在金属罐型盖子50的其它实施方式中，代替镀敷，金属罐型盖子50的多个部分利用限制液态焊料蠕行的材料构成并因此防止焊料进入希望保持无焊料的区域或容积。例如，附接表面53(以及紧邻区域)可以由铜-镍-锌合金构成，而金属罐型盖子50的其余部分可以由黄铜构成。参见美国申请No.13/949,337和14/220,614，其中每一个都将其全部内容通过引用并入于此并转让给Knowles。
罐型盖子50的其它实施方式可以由非金属材料(诸如注塑成形塑料或陶瓷)构成。为了提供类似于由金属罐型盖子所提供的屏蔽的电磁屏蔽，非金属罐型盖子50必须喷镀有一种或更多种镀敷材料，例如金、镍、钯、锡、磷、前述列表金属的组合或其它合适金属，以为MEMS麦克风芯片11和ASIC 12提供足够的电磁屏蔽。镀敷将有助于非金属罐型盖子50与基板20的机械联接，因为非金属罐型盖子50的附接表面53镀敷有金属。附接表面53上的镀层将允许非金属罐型盖子50利用焊料附接至基板20的附接环40。
如图3A至图3R所示，入口防护部件100在罐型盖子50中的声学端口51中或周围实现。入口防护部件100具有许多实施方式，并且其功能是使诸如灰尘、污物、纤维以及其它碎屑的污染物更加难于穿过声学端口51进入声室15，并损坏MEMS麦克风芯片10或集成电路12。与完全覆盖声学端口的环境屏障44(图2A)不同，入口防护部件100为污染物创建在到达声室15之前首先穿过的更困难路径。如下列图中将要示出的，入口防护部件100可以由包括罐型盖子50的材料形成，该入口防护部件100可以是附接至罐型盖子50的分离组件(或多个组件)，或者入口防护部件100可以是两种类型的组合，例如，由包括罐型盖子50和分离附接组件(或多个组件)的材料形成。
参照图3A至图3C，例示了入口防护部件100的第一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为成形台阶状偏置构件101。成形台阶状偏置构件101利用专门形成的冲头(punch)来制造，该冲头从罐型盖子50的材料产生成形台阶状偏置构件101。成形台阶状偏置构件101可以由适于冲压型操作的材料形成。如果罐型盖子50由不适于冲压型操作的材料(诸如塑料或陶瓷)形成，则该成形台阶状偏置构件101可以通过机械加工用于塑料或陶瓷罐型盖子50的模具而形成，使得在模制工序完成之后将在罐型盖子50中实现成形台阶状偏置构件101。
参照图3A，示出了具有成形台阶状偏置构件101的罐型盖子50的俯视图。罐型盖子50通常具有圆形的声学端口51，优选具有大约0.5毫米的直径和大约0.19平方毫米的表面积。在具有成形台阶状偏置构件101的罐型盖子50的实施方式中，优选地，成形台阶状偏置构件101的测量值为0.800毫米×0.450毫米，并且声学端口51现在具有矩形，而不是圆形。参照图3B和图3C，沿着剖面线A-A的截面图示出了成形台阶状偏置构件101朝向罐型盖子50的两个不同实施方式的内部向下弯曲。
参照图3D，示出了图3B的细节A。优选地，成形台阶状偏置构件101以15度的角度向下弯曲，但也可以使用其它角度。优选地，成形台阶状偏置构件101的底表面不会侵入罐型盖子50的内部超过0.2毫米。对罐型盖子50内部的较大侵入可能干扰ASIC 12上方的密封剂14，或者降低成形台阶状偏置构件101的有效性。
参照图3E，例示了入口防护部件100的另一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为V型侧面剪切构件102。V型侧面剪切构件102通过利用专门形成的冲头来制造，该冲头从罐型盖子50的材料创建V型侧面剪切构件102。V型侧面剪切构件102可以由适于冲压型操作的材料形成。如果罐型盖子50由不适于冲压型操作的材料(如塑料或陶瓷)形成，那么该V型侧面剪切构件102可以通过机械加工用于塑料或陶瓷罐型盖子50的模具而形成，使得在模制工序完成之后将在罐型盖子50中实现V型侧面剪切构件102。
在具有V型侧面剪切构件102的罐型盖子50的实施方式中，优选的是，V型侧面剪切构件102的测量值为0.800毫米×0.500毫米，并且声学端口51现在具有矩形，而不是圆形。优选地，V型侧面剪切构件102以15度的角度向下弯曲，但也可以使用其它角度。优选地，V型侧面剪切构件102的底表面不会侵入罐型盖子50的内部超过0.36毫米。对罐型盖子50内部的较大侵入可能降低V型侧面剪切构件102的有效性。这样深入罐型盖子50的内部通常意味着不在ASIC 12上使用密封剂14。然而，V型侧面剪切构件102的宽度和长度至少以限制可能撞击在ASIC 12上的光的量的形式为ASIC 12提供了保护。
参照图3F，例示了入口防护部件100的另一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为平底侧剪切构件103。平底侧剪切构件103利用专门形成的冲头来制造，该冲头从罐型盖子50的材料产生平底侧剪切构件103。平底侧剪切构件103可以由适于冲压型操作的材料形成。如果罐型盖子50由不适于冲压型操作的材料(诸如塑料或陶瓷)形成，则该平底侧剪切构件103可以通过机械加工用于塑料或陶瓷罐型盖子50的模具而形成，使得在模制工序完成之后将在罐型盖子50中实现平底侧剪切构件103。
在具有平底侧剪切构件103的罐型盖子50的实施方式中，优选的是，平底侧剪切构件103的测量值为0.800毫米×0.500毫米，并且声学端口51现在具有矩形，而不是圆形。优选地，平底侧剪切构件103以90度的角度向下弯曲。优选地，平底侧剪切构件103的平底不会侵入罐型盖子50的内部超过0.30毫米。对罐型盖子50内部的较大侵入可能降低平底侧剪切构件103的有效性。这样深入罐型盖子50的内部通常意味着不在ASIC 12上使用密封剂14。然而，平底侧剪切构件103的宽度和长度至少以限制可能撞击在ASIC 12上的光的量的形式为ASIC 12提供了保护。
参照图3G-1至图3G-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为中心十字构件104。中心十字构件104通过利用专门形成的冲头来制造，该冲头从罐型盖子50的材料产生中心十字构件104。中心十字构件104的中心部分将具有将中心十字构件104的中心部分附接至罐型盖子50的多个中心十字腿105。中心十字片(tab)106是中心十字构件104被压向罐型盖子50的内部的结果。中心十字片106保持在与罐型盖子50的顶部区段55相同的表面平面中。中心十字构件104的这个实施方式可以由适于冲压型操作的材料形成。如果罐型盖子50由不适于冲压型操作的材料(诸如塑料或陶瓷)形成，则该中心十字构件104可以通过机械加工用于塑料或陶瓷罐型盖子50的模具而形成，使得在模制工序完成之后将在罐型盖子50中实现中心十字构件104。
在具有中心十字构件104的罐型盖子50的实施方式中，优选地，中心十字构件104的底部不会侵入罐型盖子50的内部超过0.30毫米。如图3G-2和图3G-3所示，沿着剖面线B-B和C-C的截面图描绘了中心十字构件104侵入罐型盖子50的内部。对罐型盖子50内部的较大侵入可能降低中心十字构件104的有效性。这样深入罐型盖子50的内部通常意味着将不在ASIC 12上使用密封剂14。然而，中心十字构件104的宽度和长度至少以限制可能撞击在ASIC 12上的光的量的形式为ASIC 12提供了保护。
参照图3H-1至图3H-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为中心十字构件104。中心十字构件104通过利用专门形成的冲头来制造，该冲头从罐型盖子50的材料产生中心十字构件104。中心十字构件104的中心部分将具有将中心十字构件104的中心部分附接至罐型盖子50的多个中心十字腿105。该实施方式与图3G-1至图3G-3所示的中心十字构件104的不同之处在于：中心十字构件104和中心十字腿105保持在与罐型盖子50的顶部区段55相同的表面平面中。中心十字片106被压向罐型盖子50的内部。中心十字构件104的这个实施方式可以由适于冲压型操作的材料形成。如果罐型盖子50由不适于冲压型操作的材料(诸如塑料或陶瓷)形成，则该中心十字构件104可以通过机械加工用于塑料或陶瓷罐型盖子50的模具而形成，使得在模制工序完成之后将在罐型盖子50中实现中心十字构件104。
在具有中心十字构件104的罐型盖子50的实施方式中，优选地，中心十字突片106的底部梢端未侵入罐型盖子50的内部超过0.30毫米。如图3H-2和图3H-3所示，沿着剖面线D-D和E-E的截面图描绘了中心十字片106侵入罐型盖子50的内部。对罐型盖子50内部的较大侵入可能降低中心十字构件104的有效性。这样深入罐型盖子50的内部通常意味着将不在ASIC 12上使用密封剂14。然而，中心十字构件104的宽度和长度至少以限制可能撞击在ASIC 12上的光的量的形式为ASIC 12提供了保护。
参照图3J-1至图3J-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为半圆形剪切构件107。如图3J-1至图3J-3所示，使用多个半圆形剪切构件107来形成声学端口51。该入口防护部件100的实施方式可以具有一个半圆形剪切构件107，或者可以具有跨罐型盖子50的顶部区段55间隔开的多个半圆形剪切构件107。半圆形剪切构件107通过利用专门形成的冲头来制造，该冲头从罐型盖子50的材料产生半圆形剪切构件107。入口防护部件100的这个实施方式可以由适于冲压型操作的材料形成。如果罐型盖子50由不适于冲压型操作的材料(诸如塑料或陶瓷)形成，则一个或更多个半圆形剪切构件107可以通过机械加工用于塑料或陶瓷罐型盖子50的模具而形成，使得在模制工序完成之后将在罐型盖子50中实现一个或更多个半圆形剪切构件107。
在具有一个或更多个半圆形剪切构件107的罐型盖子50的实施方式中，优选地，半圆形剪切构件107的底部曲线不会侵入罐型盖子50的内部超过0.20毫米。如图3J-2和图3J-3所示，沿着剖面线F-F和G-G的截面图描绘了多个半圆形剪切构件107侵入罐型盖子50的内部。对罐型盖子50内部的较大侵入可能干扰ASIC 12上方的密封剂14，或者降低半圆形剪切构件107的有效性。
参照图3K-1至图3K-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。在图3K-1中，示出了罐型盖子50的俯视图。其中，声学端口51具有安装在罐型盖子50的顶部区段55的内表面上的四分之三屏蔽部108。四分之三屏蔽部108具有三个侧面，并且四分之三屏蔽部108的与ASIC芯片12相邻设置的部分是敞开的，以允许声压到达MEMS麦克风芯片11。四分之三屏蔽部108的用途是创建进入声室15的封闭路径，如此通过声学端口51进入的污物、灰尘以及其它微粒在它们可能潜在地损坏MEMS麦克风芯片11之前必须到达四分之三屏蔽部108的敞开端。在图3K-1中，虚线指示四分之三屏蔽部108相对于声学端口51的位置。四分之三屏蔽部108的宽度和长度应当使得四分之三屏蔽部108在罐型盖子50的边界内适配，并且不干扰进入声室15的气流。如图3K-2所示，沿着剖面线J-J的截面图示出了四分之三的屏蔽部108从声学端口51朝向声室15中的ASIC芯片12的位置延伸。四分之三屏蔽部108的敞开端部分位于ASIC芯片12上方或附近，并且定位是四分之三屏蔽部108的长度及其与声学端口51的位置关系的函数。如图3K-3所示，沿着剖面线H-H的截面图示出了四分之三屏蔽部108相对于声学端口51的优选定位。尽管在图3K-2和图3K-3中未示出，但四分之三屏蔽部108不应干扰将存在于声室15中的布线13或密封剂14。
四分之三屏蔽部108可以由金属、塑料、聚合物或其它合适材料构成。四分之三屏蔽部108可以利用焊料、环氧树脂或其它合适粘接剂附接至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果使用粘接剂，则粘接剂优选地不具有可能损坏安装在声室15内的其它组件(如MEMS麦克风芯片11)的任何除气特性。如果四分之三屏蔽部108由金属材料构成，则优选地利用焊料或环氧树脂将其安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果四分之三屏蔽部108由塑料或聚合物材料构成，则优选地利用合适的环氧树脂或其它类似粘接剂安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果罐型盖子50由塑料或聚合物构成，或者是层压型盖子，那么合适的环氧树脂或其它类似粘接剂是用于将四分之三屏蔽部108安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面的优选方法。
参照图3L-1至图3L-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。在图3L-1中，示出了罐型盖子50的俯视图，其中，声学端口51具有安装在罐型盖子50的顶部区段55的内表面上的全屏蔽部109。全屏蔽部109具有四个侧面，并且全屏蔽部109的与ASIC芯片12相邻设置的部分具有屏蔽孔110，以允许声压到达MEMS麦克风芯片11。在所示实施方式中，屏蔽孔110沿着全屏蔽部109的中心线设置，尽管在其它实施方式中，屏蔽孔110可以沿相对于全屏蔽部109的中心线的偏移位置设置。全屏蔽部109的用途是创建进入声室15的封闭路径，如此通过声学端口51进入的污物、灰尘以及其它微粒在它们可能潜在地损坏MEMS麦克风芯片11之前必须到达屏蔽孔110。在图3L-1中，虚线指示全屏蔽部109相对于声学端口51的位置。全屏蔽部109的宽度和长度应当使得全屏蔽部109在罐型盖子50的边界内适配，并且不干扰进入声室15的气流。如图3L-2所示，沿着剖面线L-L的截面图示出了全屏蔽部109从声学端口51朝向声室15中的ASIC芯片12的位置延伸。全屏蔽部109的屏蔽孔110直接位于ASIC芯片12上方或附近，并且定位是全屏蔽部109的长度及其与声学端口51的位置关系的函数。如图3L-3所示，沿着剖面线K-K的截面图示出了全屏蔽部109相对于声学端口51的优选定位。尽管在图3L-2和图3L-3中未示出，但全屏蔽部109不应干扰将存在于声室15中的布线13或密封剂14。
全屏蔽部109可以由金属、塑料、聚合物或其它合适材料构成。全屏蔽部109可以利用焊料、环氧树脂或其它合适粘接剂附接至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果使用粘接剂，则粘接剂优选不具有可能损坏安装在声室15内的其它组件(如MEMS麦克风芯片11)的任何除气特性。如果全屏蔽部109由金属材料构成，则优选地利用焊料或环氧树脂将其安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果全屏蔽部109由塑料或聚合物材料构成，则优选地利用合适的环氧树脂或其它类似粘接剂安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果罐型盖子50由塑料或聚合物构成，或者是层压型盖子，那么合适的环氧树脂或其它类似粘接剂是用于将全屏蔽部109安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面的优选方法。
参照图3M-1至3M-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。在图3M-1中，示出了罐型盖子50的俯视图，其中，声学端口51具有安装在罐型盖子50的顶部区段55的内表面上的全屏蔽部109。全屏蔽部109具有四个侧面，并且全屏蔽部109的与ASIC芯片12相邻设置的部分具有多个屏蔽孔110，以允许声压到达MEMS麦克风芯片11。在图3L-1至图3L-3中例示了入口防护发明的实施方式具有沿着全屏蔽部109的中心线设置的单个屏蔽孔110。全屏蔽部109的用途是创建进入声室15的封闭路径，如此通过声学端口51进入的污物、灰尘以及其它微粒在它们可能潜在地损坏MEMS麦克风芯片11之前必须到达屏蔽孔110。在图3M-1中，虚线指示全屏蔽部109相对于声学端口51的位置。全屏蔽部109的宽度和长度应当使得全屏蔽部109在罐型盖子50的边界内适配，并且不干扰进入声室15的气流。如图3M-2所示，沿着剖面线L-L的截面图示出了全屏蔽部109从声学端口51朝向声室15中的ASIC芯片12的位置延伸。全屏蔽部109的屏蔽孔110直接位于ASIC芯片12上方或附近，并且定位是全屏蔽部109的长度及其与声学端口51的位置关系的函数。如图3M-3所示，沿着剖面线K-K的截面图示出了全屏蔽部109相对于声学端口51的优选定位。尽管在图3M-2和图3M-3中未示出，但全屏蔽部109不应干扰将存在于声室15中的布线13或密封剂14。
全屏蔽部109的这个实施方式可以由金属、塑料、聚合物或其它合适材料构成。全屏蔽部109可以利用焊料、环氧树脂或其它合适粘接剂附接至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果使用粘接剂，则粘接剂优选不具有可能损坏安装在声室15内的其它组件(如MEMS麦克风芯片11)的任何除气特性。如果全屏蔽部109由金属材料构成，则优选地利用焊料或环氧树脂将其安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果全屏蔽部109由塑料或聚合物材料构成，则优选地利用合适的环氧树脂或其它类似粘接剂安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果罐型盖子50由塑料或聚合物构成，或者是层压型盖子，那么合适的环氧树脂或其它类似粘接剂是用于将全屏蔽部109安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面的优选方法。
参照图3N-1至图3N-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。在图3N-1中，示出了罐型盖子50的俯视图，其中，声学端口51具有安装在罐型盖子50的顶部区段55的内表面上的全屏蔽部109的另一实施方式。全屏蔽部109的这个实施方式具有四个侧面，并且全屏蔽部109的与ASIC芯片12相邻设置的部分具有多个屏蔽孔110，以允许声压到达MEMS麦克风芯片11。全屏蔽部109的这个实施方式具有按行和列设置的多个屏蔽孔110。图3N-1中示出所述多个屏蔽孔110相对于全屏蔽部109的表面成角度，但在其它实施方式中，所述多个屏蔽孔110可以被设置成垂直于全屏蔽109的表面。全屏蔽部109的用途是创建进入声室15的封闭路径，如此通过声学端口51进入的污物、灰尘以及其它微粒在它们可能潜在地损坏MEMS麦克风芯片11之前必须到达所述多个屏蔽孔110。另外，如果任何污染物到达所述多个屏蔽孔110，则屏蔽孔110的小尺寸将减小污染物穿过屏蔽孔110并进入声室15的可能性。在图3N-1中，虚线指示全屏蔽部109相对于声学端口51的位置。全屏蔽部109的宽度和长度应当使得全屏蔽部109在罐型盖子50的边界内适配，并且不干扰进入声室15的气流。如图3N-2所示，沿着剖面线P-P的截面图示出了全屏蔽部109从声学端口51朝向声室15中的ASIC芯片12的位置延伸。全屏蔽部109的所述多个屏蔽孔110直接位于ASIC芯片12上方或附近，并且定位是全屏蔽部109的长度及其与声学端口51的位置关系的函数。如图3N-3所示，沿着剖面线O-O的截面图示出了全屏蔽部109相对于声学端口51的优选定位。尽管在图3N-2和图3N-3中未示出，但全屏蔽部109不应干扰将存在于声室15中的布线13或密封剂14。
具有多行屏蔽孔110的全屏蔽部109的这个实施方式可以由金属、塑料、聚合物或其它合适材料构成。全屏蔽部109可以利用焊料、环氧树脂或其它合适粘接剂附接至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果使用粘接剂，则粘接剂优选地不具有可能损坏安装在声室15内的其它组件(如MEMS麦克风芯片11)的任何除气特性。如果全屏蔽部109由金属材料构成，则优选地利用焊料或环氧树脂将其安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果全屏蔽部109由塑料或聚合物材料构成，则优选地利用合适的环氧树脂或其它类似粘接剂安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果罐型盖子50由塑料或聚合物构成，或者是层压型盖子，那么合适的环氧树脂或其它类似粘接剂是用于将全屏蔽部109安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面的优选方法。
参照图3P-1至图3P-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。入口防护部件100的特定实施方式由四分之三屏蔽部109和成形台阶状偏置构件101这两个组件组成。然而，任何先前描述的形成或模制到罐型盖子50的材料中的入口防护部件100可以替代成形台阶状偏置构件101。更具体地，在限制构件侵入罐型盖子50的内部的限制的情况下，可以用V型侧面剪切构件102、平底侧剪切构件103、中心十字构件104(两个实施方式)以及半圆剪切构件107代替成形台阶状偏置构件101，从而不妨碍四分之三屏蔽部109附接至罐型盖子50的内部。在入口防护部件100的其它实施方式中，全屏蔽部109(在所有其屏蔽孔110变型中)同样可以与成形台阶状偏置构件101、V型侧面剪切构件102、平底侧剪切构件103、中心十字构件104(两个实施方式，)以及半圆形剪切构件107相组合。此外，一个限制是，应限制构件侵入罐型盖子50的内部的限制，从而不妨碍其屏蔽部110附接至罐型盖子50的内部。
在图3P-1中，示出了罐型盖子50的俯视图，其中，声学端口51具有安装在罐型盖子50的顶部区段55的内表面上的四分之三屏蔽部108。四分之三屏蔽部108具有三个侧面，并且四分之三屏蔽部108的与ASIC芯片12相邻设置的部分是敞开的，以允许声压到达MEMS麦克风芯片11。四分之三屏蔽部108的用途是创建进入声室15的封闭路径，如此通过声学端口51进入的污物、灰尘以及其它微粒在它们可能潜在地损坏MEMS麦克风芯片11之前必须到达四分之三屏蔽部108的敞开端。在图3P-1中，虚线指示四分之三屏蔽部108相对于声学端口51的位置，声学端口51还利用成形台阶状偏置构件101来保护。四分之三屏蔽部108的宽度和长度应当使得四分之三屏蔽部108在罐型盖子50的边界内适配，并且不干扰进入声室15的气流。如图3P-2所示，沿着剖面线P-P的截面图示出了四分之三的屏蔽部108从声学端口51朝向声室15中的ASIC芯片12的位置延伸。四分之三屏蔽部108的敞开端部分位于MEMS麦克风芯片11上方或附近，并且定位是四分之三屏蔽部108的长度及其与声学端口51和成形台阶状偏置构件101的位置关系的函数。如图3P-3所示，沿着剖面线Q-Q的截面图示出了四分之三屏蔽部108相对于声学端口51和成形台阶状偏置构件101的优选定位。尽管在图3P-2和3P-3中未示出，但四分之三屏蔽部108不应干扰将存在于声室15中的布线13或密封剂14。在一些实施方式中，成形台阶状偏置构件101可以接触四分之三屏蔽部108的内表面。在其它实施方式中，成形台阶状偏置构件101被制造成使得在成形台阶状偏置构件101与四分之三屏蔽部108的内表面之间存在小间隙。
四分之三屏蔽部108可以由金属、塑料、聚合物或其它合适材料构成。四分之三屏蔽部108可以利用焊料、环氧树脂或其它合适粘接剂附接至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果使用粘接剂，则粘接剂优选地不具有可能损坏安装在声室15内的其它组件(如MEMS麦克风芯片11)的任何除气特性。如果四分之三屏蔽部108由金属材料构成，则优选地利用焊料或环氧树脂将其安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。如果四分之三屏蔽部108由塑料或聚合物材料构成，则优选地利用合适的环氧树脂或其它类似粘接剂安装至罐型盖子50的顶部区段55的内表面。
参照图3Q-1至图3Q-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。这种类型的入口防护部件100被称为附接成形台阶状偏置构件111。制造附接成形台阶状偏置构件111，然后将其附接至罐型盖子50的与声音端口51相邻的内表面。参照图3Q-1，示出了具有附接成形台阶状偏置构件111的罐型盖子50的俯视图。罐型盖子50通常具有圆形的声学端口51，优选具有大约0.5毫米的直径和大约0.19平方毫米的表面积。如图3Q-1所示，附接成形台阶偏置构件111应当完全覆盖声学端口51。参照图3Q-3和图3Q-3，沿着剖面线T-T和S-S的截面图示出了附接成形台阶状偏置构件111朝向罐型盖子50的内部向下弯曲。
优选地，附接成形台阶状偏置构件111以15度的角度向下弯曲，但也可以使用其它角度。优选地，附接成形台阶状偏置构件111的底表面不会侵入罐型盖子50的内部超过0.2毫米。对罐型盖子50内部的较大侵入可能干扰ASIC 12上方的密封剂14，或者降低附接成形台阶状偏置构件111的有效性。类似于其它成形入口防护部件，附接成形台阶状偏置构件111可以与四分之三屏蔽部109或全屏蔽部110结合使用，以改进对MEMS麦克风芯片11的保护。
参照图3R-1至图3R-3，例示了入口防护部件100的另一实施方式。入口防护部件100的这个实施方式包括设置在台阶状空腔112中的空腔屏蔽部114，空腔屏蔽部114与罐型盖子50的顶部区段55的表面齐平。空腔屏蔽部114安装在围绕台阶状空腔112的边缘设置的粘接剂113上。在图3R-1所示实施方式中，台阶状空腔112具有使得粘接剂113和空腔屏蔽部114的组合厚度不会使空腔屏蔽部114的外形高出罐型盖子50的顶部区段55的表面外形的足够深度。在其它实施方式中，台阶状空腔112可能不具有使得粘接剂113和空腔屏蔽部114的组合厚度不会使空腔屏蔽部114的外形高出罐型盖子50的顶部区段55的表面外形的足够深度。这是可接受的，只要空腔屏蔽部114的较高外形不会干扰或导致其中MEMS麦克风10包括这种类型的入口防护部件100的装置中的配合问题即可。查看图3R-1和图3R-2，空腔屏蔽部114的长度比台阶状空腔112的长度短。这允许气流进入台阶状空腔112的露出部分并进入声学端口51。参照图3R-2，沿着剖面线V-V的截面图示出了台阶状空腔112的底部与空腔屏蔽部114之间的窄路径。粘接剂113的厚度是确定空腔屏蔽部114相对于罐型盖子50的顶部区段55的外形的因素，因此建议谨慎放置粘接剂113。参照图3R-3，沿剖面线U-U的截面图示出了台阶状空腔112中的粘接剂113和空腔屏蔽部114的排布结构。必须注意粘接剂113不进入声学端口51。类似于入口防护部件100的其它实施方式，台阶状空腔112和空腔屏蔽部114的用途是创建进入声室15的封闭路径，因此试图进入声学端口51的污物、灰尘及其它微粒将在进入声室15并潜在地损坏MEMS麦克风芯片11之前沿着长路径被潜在地捕获。
空腔屏蔽部114可以由金属、塑料、聚合物或其它合适材料构成。优选地，用于安装空腔屏蔽部114的粘接剂113不具有可能损坏安装在声室15内的其它组件(如MEMS麦克风芯片11)的任何除气特性。如果空腔屏蔽部114由金属材料构成，则优选地利用环氧树脂将其安装至罐型盖子50的顶部区段55的台阶状空腔113，因为可能难以防止焊料进入声学端口51或部分阻塞声学端口51。
基板组成
图4是示出针对基板20的示例性层叠的表，包括各种材料层的次序及其组成。按照设计要求规定，图4所示基板20层可以增加或减去。例如，如果需要仅具有单层FR-4材料的基板20，则设计者可以仅使用层1、层C1及层2，并且在层4中使用底部焊接掩模(soldermask)37、镀敷及抛光。
利用图4、图6及图9至图11作为例示性实施方式，用于非导电层34的材料优选为FR-4印刷电路板材料，尽管可以使用同等的材料。非导电材料层34用于使顶部金属层31、上导电层32、下导电层33及底部金属层36彼此绝缘。在基板组装期间，提供FR-4印刷电路板材料板，其在材料板的两侧上已经具有铜层。另选地，可以提供裸露的FR-4印刷电路板材料板作为起点，并且可以将铜层层压或电镀到印刷电路板材料板的每个表面上。
在基板20的实施方式中，基板20的顶部金属层31是图案化的金属层(优选为铜)，其提供电迹线、丝焊焊盘39以及附接环40。在该制造工序期间，按预定图案或构造蚀刻顶部金属层31以形成电迹线、丝焊焊盘39、电通孔38、丝焊焊盘39与电通孔38之间的电迹线以及附接环40的轮廓。在某些实施方式中，为了提供尽可能多的电磁干扰保护，只有顶部金属层31的一小部分被图案化和蚀刻，并且顶部金属层31的剩余部分可以被用于抑制或减少电磁干扰。顶部金属层31的要被用作接地平面的部分通过电通孔38电联接至端子焊盘21，端子焊盘21将被电联接至地电位。顶部焊接掩模30被应用至顶部金属层31以进一步限定丝焊焊盘39和附接环40。优选地，顶部焊接掩模30将大致或完全覆盖电迹线和电通路38以使它们绝缘，并且顶部焊接掩模30将覆盖顶部金属层31的被用作接地平面的大部分。顶部焊接掩模30的颜色优选为绿色，但可以使用其它颜色，诸如黑色、蓝色、红色、黄色、白色及其混合物和色调变化。若需要的话，顶部焊接掩模30可以是透明的。
在图4公开的实施方式(还参见图6和图9至图11)中，非导电层34位于顶部金属层31的下方，并且将顶部金属层31与上导电层32分隔开。如上所述，上导电层32可以被用作另一接地平面，或者可以被图案化用于无源组件(例如，电容器电极板、电阻器端子、布线等)。将导电层布置在介电层35的两侧允许在基板20内部嵌入诸如电阻器或电容器的无源部件，并且节省基板20的上表面25上的空间。另外，无源部件的嵌入减少了基板20的顶部金属层31中的电气布线复杂性，并且减小了MEMS麦克风10的总体零件数量。
如果期望嵌入的电容器，则电容将取决于用于介电层35的材料和电极板的尺寸(如果上导电层32被用作电极的话)。介电层35的另一侧上的下导电层33将被相应地图案化，即，如果上导电层32被构造为电极，则下导电层33将被构造为接地平面。用于介电层35的合适材料包括嵌入电容材料，诸如Oak-Mitsui Technologies的或来自3M的C-Ply。这些材料被构造成具有设计者可以使用以实现嵌入基板20中的电容器的给定电容密度(皮可法拉/平方厘米)和介电常数值。
在另选实施方式中，电阻材料可以替代介电材料，并且上导电层32可以被图案化以充当用于电阻器的端子(或多个端子)。电阻材料的另一侧上的下导电层33可以被图案化为端子。
在图4的基板实施方式(还参见图6和图9至图11)中，如果介电层35还将成为环境屏障，则用于介电层35的材料同样应当是透声的。在某些实施方式中，介电层35可以包括两个部分，一个部分是透声材料，而另一部分是不透声部分，以实现期望电容(或电阻)和环境保护。
在图4的基板实施方式(还参见图6和图9至图11)中，底部金属层36被图案化和蚀刻以提供端子焊盘21，并且若需要的话，提供密封环23和接地环24。优选地，仅底部金属层36的一小部分被图案化和蚀刻以限定底部金属层36的将用作端子焊盘21(并且若需要的话，用作密封环23和接地环24)的区段。底部焊接掩模37被图案化在已图案化和蚀刻的底部金属层36的顶部上，并且限定端子焊盘21(并且若需要的话，密封环23和接地环24)的周边。在基板20的某些实施方式中，密封环23是电有源的，并且用作地电位端子。优选地，在制造基板20期间，端子焊盘21(以及若需要的话，密封环23和接地环24)实际上不被蚀刻以形成它们的最终形状，而是底部焊接掩模37的图案确定这些部件的最终形状。底部焊接掩模37的颜色优选为绿色，但可以使用其它颜色，诸如黑色、蓝色、红色、黄色、白色及其混合物和色调变化。若需要的话，底部焊接掩模37可以是透明的。
端子焊盘、密封环以及接地环
参照图5A至图5L，描绘了端子焊盘21、密封环23以及接地环24的几个实施方式。对于顶部端口、底部端口以及定向MEMS麦克风的的所有实施方式来说，端子焊盘21和接地环24的示例性布局可以在基板20的下表面26上实现。对于底部端口和定向MEMS麦克风的的所有实施方式来说，密封环23可以在在基板20的下表面26上实现。如下更详细讨论的，密封环23结合其它组件便于实现MEMS麦克风10与终端用户PCB 61之间的密封声学路径。参照图23A至图23C，将对声学路径的类型以及实现该路径的方式进行更详细说明。基板20的底部金属层36提供了端子焊盘21、密封环23以及接地环24所需的导电层。优选地，端子焊盘21、密封环23以及接地环24是具有合金镀层的铜，其允许在安装操作期间使用无铅焊料。合金镀层可以包括：金、银、锡、镍、钯或其它合适材料。蚀刻底部金属层36以电分离一个或更多个端子焊盘21，并且若需要的话，电分离密封环23和接地环24。在一个实施方式中，蚀刻底部金属层36，使得在一个端子焊盘21、密封环23及接地环24之间存在电连续性，而其余端子焊盘21被电隔离。在该特定实施方式中，单个端子焊盘21、密封环23及接地环24将电联接至MEMS麦克风10内的接地平面(或多个平面)，并且通过提供去往地电位的路径来辅助抑制电磁干扰。在该实施方式中，其余端子焊盘21将被电隔离，因为这些端子焊盘21将被用于输入电源、时钟和数据信号以及控制信号。在另一实施方式中，底部金属层36被蚀刻，使得在接地环24与密封环23之间存在电连续性，而所有端子焊盘21被电隔离。很明显，端子焊盘21、密封环23及接地环24的各种组合可以由基板设计者来实现。不需要MEMS麦克风10的每个实施方式都具有密封环23和/或接地环24。这些是可以结合端子焊盘21添加至基板20的电结构，以在终端用户PCB 61与MEMS麦克风10之间提供附加电接口。
参照图5A，示出了端子焊盘21的实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而限定端子焊盘21(还称为焊料焊盘)的周边边缘。针对该特定实施方式，MEMS麦克风10是顶部端口麦克风，因为在基板20中没有声学端口22。
参照图5B，示出了端子焊盘21的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。在该实施方式中，端子焊盘21具有圆轮廓，而不是具有矩形或方形轮廓。
参照图5C，示出了端子焊盘21的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而限定端子焊盘21的周边边缘。该特定实施方式具有附加的端子焊盘21(参见图5A和图5B)，并且被优选用于使用时钟和控制信号的数字MEMS麦克风。长圆形的端子焊盘21还起作用以标识用于终端用户的端子焊盘。
参照图5D，示出了端子焊盘21的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。该特定实施方式具有附加端子焊盘21(参见图5A和图5B)，并且被优选用于使用时钟和控制信号的数字MEMS麦克风。具有切角的端子焊盘21还起作用以标识用于终端用户的端子焊盘。
参照图5E，示出了端子焊盘21的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。该特定实施方式具有围绕基板边缘设置的端子焊盘21，并且处于基板的内部区域中。端子焊盘21的该特定实施方式被优选用于使用时钟和控制信号的数字MEMS麦克风。
参照图5F，示出了端子焊盘21和密封环23的实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的外周边缘，并且密封环23的内边缘由声学端口22限定。针对这个特定实施方式，由于基板20中的声学端口22，因而MEMS麦克风10是底部端口或定向麦克风。
参照图5G，示出了端子焊盘21和密封环23的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的内周边缘和外周边缘。在该实施方式中，密封环23与声学端口22间隔开以减少液化焊料(或焊剂通量)侵入声学端口22并且可能损坏MEMS麦克风芯片11的可能性。图5G中的密封环23的另选实施方式可以通过蚀刻而形成密封环23的内周边缘，而外周边缘将由底部焊接掩模37限定。按这种方式，在声学端口22与密封环23的内周边缘之间存在露出的基板材料(即，不导电的FR-4材料)。密封环23与声学端口22之间缺少任何金属性材料将降低液化焊料或焊剂通量到达声学端口22并潜在地损坏MEMS麦克风芯片11的可能性。
参照图5H，示出了端子焊盘21和密封环23的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的内周边缘和外周边缘。每个端子焊盘21的某些角部已被图案化的底部焊料掩模37剪掉。
参照图5I，示出了端子焊盘21和密封环23的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的内周边缘和外周边缘。该特定实施方式具有附加的端子焊盘21(参见图5G和图5H)，并且被优选用于使用时钟和控制信号的数字MEMS麦克风。
参照图5J，示出了端子焊盘21、密封环23及接地环24的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有矩形或方形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的内周边缘和外周边缘，并且限定围绕基板20的周边的接地环24。该特定实施方式具有附加的端子焊盘21(参见图5G和图5H)，并且被优选用于使用时钟和控制信号的数字MEMS麦克风。
参照图5K，示出了端子焊盘21和密封环23的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有圆形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的内周边缘和外周边缘。该特定实施方式具有紧挨着密封环定位的附加的端子焊盘21，其可以被用作附加的信号、电源、时钟、控制及接地端子焊盘。
参照图5L，示出了端子焊盘21和密封环23的另一实施方式。底部金属层36已被图案化和蚀刻，并且底部焊接掩模37已被图案化到经蚀刻的底部金属层36上，从而将端子焊盘21的周边边缘限定为具有圆形轮廓。底部焊接掩模37限定环绕声学端口22的密封环23的内周边缘和外周边缘。该特定实施方式具有紧挨着密封环定位的附加的端子焊盘21，其可以被用作附加的信号、电力、时钟、控制及接地端子焊盘。
基板芯层(core)
参照图6，例示了基板20的示例性实施方式。虽然基板20被示出有多个导电和非导电材料层、介电层以及焊料掩模层，但基板20的其它实施方式可以具有这些层的不同排布结构。图6中描绘的基板20的实施方式可以包括：顶部焊接掩模30、顶部金属层31、非导电层34、上导电层32(即，接地平面或电极)、介电层35、下导电层33(即，接地平面或电极)、另一非导电层34、底部金属层36及底部焊接掩模37。
用于非导电层34的材料优选为FR-4印刷电路板材料，尽管也可以使用同等的材料。一个非导电材料层34用于使顶部金属层31和上导电层32彼此绝缘，而另一非导电材料层34使下导电层33和底部金属层36彼此绝缘。优选地，在组装工序期间，提供FR-4印刷电路板材料板，其在材料板的两侧上已经具有铜层。另选地，可以提供裸露的FR-4印刷电路板材料板作为起点，并且可以将铜层层压或电镀到该材料板的每个表面上。
在图6所示基板20的实施方式中，基板20的顶部金属层31是图案化的铜层，其提供电迹线、丝焊焊盘39及附接环40。在该制造工序期间，按预定图案蚀刻顶部金属层31以形成电迹线、电通孔38、丝焊焊盘39以及附接环40的轮廓。为了提供尽可能多的电磁干扰保护，顶部金属层31的大部分未被蚀刻并且被用作接地平面。通过仅蚀刻或图案化顶部金属层31的一小部分，顶部金属层31的大部分可以被用于抑制或减少电磁干扰。顶部金属层31的要被用作接地平面的部分通过电通孔38电联接至端子焊盘21，端子焊盘21将被电联接至地电位。顶部焊接掩模30被应用至顶部金属层31并且还限定丝焊焊盘39和附接环40的轮廓。优选地，顶部焊接掩模30将大致或完全覆盖电迹线以使它们绝缘，并且将覆盖顶部金属层31的被用作接地平面的大部分。
在图6中公开的基板实施方式中，非导电材料层34使顶部金属层31与上导电层32绝缘。上导电层32可以被用作另一接地平面，可以被图案化成用于电容器的电极(或用于多个电容器的多个电极)，可以被图案化成电阻器端子，或者可以被图案化成电迹线。将导电层布置在介电层35的两侧上允许在基板20内部嵌入诸如电阻器或电容器的无源部件，并且节省基板20的上表面25上的空间。另外，无源部件的嵌入减少了基板20的顶部金属层31中的电气布线复杂性，并且减小了MEMS麦克风10的总体零件数量。如果期望嵌入的电容器，则电容将取决于用于介电层35的材料和电极的尺寸(如果上导电层32被用作电极的话)。介电层35的另一侧上的下导电层33将被相应地图案化，即，如果上导电层32被构造为电极，则下导电层33将被构造为接地平面。在另选实施方式中，电阻材料可以替代介电材料，并且上导电层32被图案化以充当用于电阻器的端子。电阻材料的另一侧上的下导电层33也可以被图案化为电阻器端子。
在图6中公开的基板实施方式中，底部金属层36被图案化和蚀刻以提供端子焊盘21，并且若需要的话，提供密封环23和接地环24。如图6所示，密封环23围绕声学端口22。像顶部金属层31那样，底部金属层36可以被图案化和蚀刻以限定底部金属层36的将用作端子焊盘21、密封环23及接地环24的区段。在经图案化和蚀刻的底部金属层36的顶部上图案化底部焊接掩模37，并且限定端子焊盘21、密封环23及接地环24的周边。在基板20的某些实施方式中，密封环23和/或接地环24是电有源的，并且用作地电位端子。在构造基板20期间，密封环23可能实际上未被蚀刻以形成“环”，相反，其最终形状由形成在底部金属层36的顶部上的底部焊料掩模37的图案确定。如图6所示，底部金属层36从声学端口22起回蚀，使得底部金属层36不会到达声学端口22的边缘。被围绕声学端口22的底部焊接掩模37露出的底部金属层36的部分是密封环23。
图6中公开的实施方式描绘了用于顶部金属层31、上导电层32、下导电层33和/或底部金属层36之间的内部互连的电通孔38。如图所示，电通孔38电联接顶部金属层31、下导电层33及底部金属层36。在上导电层32中示出的孔允许电通孔38穿过上导电层32而不与上导电层32电接触。在某些实施方式中，电通孔通过电镀贯穿基板层以某种方式钻出或形成的孔(或多个孔)而形成。根据电通孔的排布结构，电镀可以在一个工序步骤中完成，或者可以在组装基板20的各个层时在多个电镀步骤中完成。
参照图7，例示了基板20的另一实施方式。MEMS麦克风10是顶部端口实现。底部焊接掩模37通过露出底部金属层36的多个部分来限定端子焊盘21的周边。图7中的麦克风实施方式还作为设置在盖子50中的声学端口51中的入口防护部件100。入口防护部件100限制了MEMS麦克风芯片11潜在暴露于可能通过声学端口51进入声室15的碎屑。入口防护部件100的尺寸必须确定成使其不会不适当地干扰或限制进入声室的气流，或者干扰密封剂14或布线13，如图7所示。入口防护部件100可以以各种方式来实现(图3A至图3R)，并且图7中示出的具体实现是成形偏置构件(图3A至图3D)实施方式。在关于盖子50的公开和图3A至图3R中对入口防护部件进行了更详细的描述。
参照图8，例示了基板20的另一实施方式。MEMS麦克风10是顶部端口实现。底部焊接掩模37通过露出底部金属层36的多个部分来限定端子焊盘21的周边。基板20的该实施方式具有凹部27，并且MEMS麦克风芯片11的内部声道16与凹陷孔28对齐。扩大可用于MEMS麦克风芯片11的后腔容积改进了MEMS麦克风芯片11的性能。图8中的麦克风实施方式还作为设置在盖子50中的声学端口51中的入口防护部件100。入口防护部件100的尺寸必须确定成使其不会不适当地干扰或限制进入声室的气流，或者干扰密封剂14或布线13，如图8所示。
丝焊焊盘、电通路及附接环
参照图9，描绘了基板20的实施方式的上表面25的视图。顶部焊接掩模30未被示出，因为其会遮掩上表面25的一些细节。图9所示实施方式具有声学端口22，并且该特定实施方式可以与底部端口或定向MEMS麦克风一起使用。在该实施方式中，示出了围绕声学端口22的换能器板41。该板是被顶部焊接掩模30露出的顶部金属层31。MEMS麦克风芯片11可以优选地利用芯片附接环氧树脂或其它合适材料安装在该板上。如果基板20不具有声学端口22(即，基板用于顶部端口麦克风)，则换能器板41在其中心点处将不具有开孔。另选地，顶部焊接掩模30可以完全覆盖被标识为换能器板41的区域，并且MEMS麦克风芯片11可以利用芯片附接环氧树脂或其它合适材料安装在顶部焊接掩模30上。
附接环40围绕基板20的内部区域，并用于抑制或减少电磁干扰。在组装MEMS麦克风的实施方式期间，盖子50的附接表面53可以利用焊料或导电环氧树脂机械地附接至附接环40。在制造基板20的实施方式期间，附接环40电联接至端子焊盘21，端子焊盘21将是指定的地电位连接。这样，附接环40将把盖子50中感应到的任何电噪声或电流引导至地电位。在图9中，附接环40的实施方式被例示为由顶部金属层31形成的长圆环结构。在一些实施方式中，附接环40可以是从顶部金属层31蚀刻的孤立连续焊盘(如图10所示)，其电联接至将成为指定地电位连接的端子焊盘21。在其它实施方式中，顶部焊接掩模30通过露出顶部金属层31的长圆环状部分以连接至盖子50的附接表面53来限定附接环40。顶部焊接掩模30覆盖顶部金属层31的与构成附接环40的露出金属相邻的其它部分。在这些实施方式中，顶部焊接掩模30用于限定在针对附接环40限定的区域内实现盖子50的附接表面53与附接环40之间的机械和电连接而使用的焊料或导电环氧树脂的范围。顶部焊接掩模30有助于防止液化焊料或导电环氧树脂跨基板20的上表面25或向盖子50的侧壁54上蠕行或芯吸。
在图9中，虚线表示ASIC 12在基板20的上表面25上的位置。邻近ASIC 12的位置，存在几个丝焊焊盘39。更具体地，存在通过电迹线连接至多个电通孔38的多个丝焊焊盘39。如前提到的，基板20中的电通孔通过钻孔或其它工艺贯穿基板20的一个或更多个材料层，然后电镀以形成电通路(并且若需要的话，形成基板的各种金属层之间的电连接20)来形成。ASIC 12，并且根据其设计，MEMS麦克风芯片11经由键合至丝焊焊盘39以及ASIC 12和MEMS麦克风芯片11上的焊盘的金丝电联接至丝焊焊盘39。
参照图10，示出没有顶部焊接掩模30的图9的基板20。顶部金属层31已被图案化，这导致顶部金属层31覆盖基板20的上表面25的大部分。虚线表示当安装在基板20上时MEMS麦克风芯片11和ASIC 12的位置。也示出了丝焊焊盘39、电通孔38以及它们各自的图案化的电迹线，并且顶部金属层31的图案化示出了它们与顶部金属层31的将用作附接环40并且优选用作接地平面的其它部分电隔离(至少在顶部金属层31中)。附接环40由复制附接环的位置的虚线示出，如图9所示。
参照图11，示出图9的实施方式，其中，在顶部金属层31的顶部上形成并图案化顶部焊接掩模30。此外，虚线表示当安装在基板20上时MEMS麦克风芯片11和ASIC 12的位置。顶部焊接掩模30覆盖电通孔38以及它们各自的图案化电迹线的大部分。只有丝焊焊盘39和它们各自的图案化电迹线的一部分在顶部焊接掩模30中的窗口中可见。附接环40被示出在基板20的周边上。尽管图9将附接环40例示为围绕基板20的周边设置的长圆环，但基板20的某些实施方式可以不具有设置在附接环40的外边缘(如图9所示)与基板20的边缘之间的任何顶部焊接掩模30材料。在实际实践中，实现如图11所示附接环40可能更具成本效益，因为这种实现允许使用金属罐型或层压型盖子50。优选地，盖子50的附接表面53利用焊料、导电环氧树脂或其它合适材料以机械和电方式附接至附接环40。对于所有类型的MEMS麦克风(例如，顶部端口、底部端口以及定向)来说，盖子50的附接表面53与附接环40之间的分界面需要被密封以防止声压泄漏。为了将盖子50附接至基板20而选择的材料可以包括诸如焊料、导电环氧树脂等的材料，并且应当具有密封盖子50与基板20之间的分界面的能力。
保持环
参照图12A至图12C，基板20的安装有MEMS麦克风芯片11的部分可以包括保持环42。保持环42防止芯片附接环氧树脂43被芯吸到MEMS麦克风芯片11中并且流入声学端口22。因此，保持环42的形状将优选地匹配MEMS麦克风芯片11的占地面积(footprint)的形状。保持环42包括处于非导电层材料上的导电材料(例如，3密耳厚铜)。在某些实施方式中，保持环42形成在顶部金属层31上，并且保持环42电联接至基板20中的接地平面。
参照图12A，保持环42的实施方式被设置在基板20的非导电层上。芯片附接环氧树脂43被施敷在保持环42的周边外侧，并且MEMS麦克风芯片11被设置到保持环42上使得MEMS麦克风芯片11与芯片附接环氧树脂43和保持环42交叠。这降低了芯片附接环氧树脂43向上芯吸到MEMS麦克风芯片11的内部声道16的侧面(在硅芯片麦克风的情况下)和/或芯吸到声学端口22中的可能性。
参照图12B，在另选实施方式中，保持环42可以被定位成使得MEMS麦克风芯片11不接触保持环42。在该实施方式中，保持环42略小于MEMS麦克风芯片11的占地面积，使得芯片附接环氧树脂43具有受限路径，并因此不太可能芯吸。优选地，该实施方式被用于顶部端口MEMS麦克风，因为保持环42的所述布局会干扰声学端口22的尺寸。在图12B中，保持环42被制造成使得其接触MEMS麦克风芯片11的内部声道16的侧面。针对这两个另选实施方式，保持环42电联接至基板20中的接地平面。
另选地，参照图12C，在另一另选实施方式中，保持环42可以被定位成使得MEMS麦克风芯片11不接触保持环42。在该实施方式中，保持环42略小于MEMS麦克风芯片11的占地面积，使得环氧树脂43具有受限路径，并因此不太可能芯吸。在图12C中，保持环42被制造成使得其不接触MEMS麦克风芯片11的内部声道16。在另一实施方式(未示出)中，保持环42可以被制造成略微小于MEMS麦克风芯片11的占地面积，但是具有足够的高度以在MEMS麦克风芯片的基部上方的一点处接触MEMS麦克风芯片11的内部声道16的壁。
基板面板
图13是例示处于未分割形式的各个基板72的PCB面板70的平面图。如图13所示，单个基板72以20×22阵列或总共440个单独基板布置在PCB面板70上。单个基板72的行数和列数是示例性的，并且可以在PCB面板70上设置更少或更多的单个基板，或者PCB面板70可以在每个维度上更小或更大。如本文关于所公开发明的各个实施方式所描述的，单个基板72皆可以包括以下中的一个或更多个：FR-4层、接地层、电通孔、声学端口(如果PCB面板70旨在用于底部端口或定向MEMS麦克风的话)、充当环境屏障的介电层、附接环、丝焊焊盘、端子焊盘、密封环、内部嵌入式无源部件以及焊接掩模。为保证制造工序期间的对准，PCB面板70优选地包括由各种计算机控制机器使用的多个对准孔71，以确保在制造MEMS麦克风期间的恰当对准。
层压型麦克风
参照图14，例示了MEMS麦克风10的另一实施方式。图14的MEMS麦克风10是顶部端口麦克风，并且类似于图1A的MEMS麦克风10，主要的区别在于图14中的盖子50由导电和非导电材料的层压层组成。图14中所示盖子50具有联接至由基板20的顶部金属层31形成的附接环40的附接表面53(未示出)。焊料、导电环氧树脂或其它导电粘接剂优选用于将层压型盖子50以机械方式附接至基板20，并且将盖子50电联接至基板20的接地平面。针对该特定实施方式公开的盖子50仅具有两层(一个导电层和一个非导电层)，但层压型盖子50的其它实施方式可以具有多个导电层和非导电层。在图14中，层压型盖子50还包括入口防护部件100。入口防护部件100限制MEMS麦克风芯片11潜在暴露于可能通过声学端口51进入声室15的碎屑。入口防护部件100的尺寸必须确定成使其不会不适当地干扰或限制进入声室的气流，或者干扰密封剂14或布线13，如图14所示。入口防护部件100可以以各种方式来实现(图3A至图3R)，并且图14中示出的具体实现是附接台阶状偏置构件(图3Q-1至图3Q-3)实施方式。不同于金属罐型盖子50，层压型盖子50可以包括不适合于创建如图3D至图3I以及图3N1所示的入口防护部件的一层或更多层非金属材料。因此，用于层压型盖子50的入口防护部件100受限于图3J、图3K、图3L、图3M、图3O及图3P所示的入口防护部件类型，其利用将被附接至层压型盖子50的构件，而不是由包括层压型盖子50的材料形成。
参照图15，例示了MEMS麦克风10的另一实施方式。图15的MEMS麦克风10是底部端口麦克风，并且类似于图2A的MEMS麦克风10。不同之处在于图15中的基板20具有防护声学端口22的介电层35(而不是环境屏障44)，并且盖子50由导电和非导电材料的层压层构成。图15中所示盖子50具有联接至由基板20的顶部金属层31形成的附接环40的附接表面53(未示出)。焊料、导电环氧树脂或其它导电粘接剂被用于将层压型盖子50机械地附接至基板20，并且将盖子50电联接至基板20的接地平面。针对该特定实施方式公开的层压型盖子50仅具有两层(一个导电层和一个非导电层)，但层压型盖子50的其它实施方式可以具有多个导电层和非导电层。因为图15所示实施方式是底部端口麦克风，所以其不需要入口防护部件。
参照图16，例示了MEMS麦克风10的另一实施方式。图16的MEMS麦克风10是定向麦克风，并且类似于图2B的MEMS麦克风10。一个不同之处在于图16中的基板20具有防护声学端口22的介电层35，而不是环境屏障44。另外，盖子50由导电和非导电材料的层压层组成。图16中所示层压型盖子50具有联接至由基板20的顶部金属层31形成的附接环40的附接表面53(未示出)。焊料、导电环氧树脂或其它导电粘接剂优选用于将层压型盖子50机械地附接至基板20，并且将层压型盖子50电联接至基板20的接地平面。除了保护MEMS麦克风芯片11和ASIC 12免受湿气和碎屑影响的层之外，针对该特定实施方式公开的层压型盖子50还具有多个导电层和非导电层。在图16中，层压型盖子50还包括入口防护部件100。入口防护部件100限制MEMS麦克风芯片11潜在暴露于可能通过声学端口51进入声室15的碎屑。入口防护部件100的尺寸必须确定成使其不会不适当地干扰或限制进入声室的气流，或者干扰密封剂14或布线13，如图16所示。入口防护部件100可以以各种方式来实现(图3A至图3R)，并且图16中示出的具体实现是附接台阶状偏置构件(图3Q-1至图3Q-3)实施方式。不同于金属罐型盖子50，层压型盖子50可以包括不适合于创建如图3D至图3I以及图3N1所示的入口防护部件的一层或更多层非金属材料。因此，用于层压型盖子50的入口防护部件100受限于图3J、图3K、图3L、图3M、图3O及图3P所示的入口防护部件类型，其利用将被附接至层压型盖子50的构件，而不是由包括层压型盖子50的材料形成。
层压型盖子
参照图18，示出了包括导电和非导电材料的层压层的层压型盖子50的实施方式。层压型盖子50包括两个主要组件，顶盖80和侧壁间隔件90。顶盖80和侧壁间隔件90都由多层导电材料(例如，铜)和非导电材料(例如，FR-4玻璃环氧树脂印刷电路板)组成。顶盖80和侧壁间隔件90利用电连接顶盖子80和侧壁间隔件90的导电粘接剂或材料(例如，焊料、银浸渍环氧树脂)彼此接合。在一些实施方式中，在利用导电材料制成接合点之后，然后对该接合点进行镀敷以确保电连续性。侧壁间隔件90具有附接表面53，附接表面53与基板20上的附接环40对准并且与其联接。在层压型盖子50的内部上，侧壁间隔件90还包括电联接侧壁间隔件90中的所有导电层的侧壁镀层94。侧壁镀层94可以确保与顶盖80中的导电层(或多个层)的电连续性。在图18中，层压型盖子50还包括入口防护部件100。入口防护部件100可以以各种方式来实现(图3A至图3R)，并且图18中示出的具体实现是附接台阶状偏置构件(图3Q-1至图3Q-3)实施方式。用于层压型盖子50的入口防护部件100受限于图3J、图3K、图3L、图3M、图3O及图3P所示的入口防护部件类型，其利用将被附接至层压型盖子50的构件，而不是由包括层压型盖子50的材料形成。
参照图19，示出了包括导电和非导电材料的层压层的层压型盖子50的另一实施方式。图19所示层压型盖子50没有声学端口51，并且没有入口防护部件。该层压型盖子50的确具有与顶盖80中的导电层电接触的侧壁镀层94。
参照图20A，示出了层压型盖子50的实施方式的顶盖80组件的俯视图。图20A描绘了具有将适合用作顶部端口或定向MEMS麦克风10的声学端口51的顶盖80。声学端口51设置在相对于顶盖80的中心点的偏置位置(即，设置成使得声学端口51位于MEMS麦克风芯片11上方)。顶盖80的露出的顶表面是非导电材料，并且该材料可以涂覆有焊接掩模材料、油漆或其它材料以改善其外观。
参照图20B至图20D，例示了沿着截面B-B例示的顶盖80的各个实施方式。在这些实施方式中的每一个中，交替的导电层81和非导电层82层压在一起。顶盖80不一定需要图20B至图20D所示的全部材料层。并且在一些实施方式中，顶盖80可以仅包括单个非导电层82。其它实施方式可以仅包括单个非导电层82和单个导电层81。在其它实施方式中，当非导电层82和导电层81在顶盖80中交替时，顶盖80中使用的不同层的具体次序和实际层数将基于该特定应用的设计目标(例如，厚度、电磁环境、成本等)，通过标准设计方法来确定。
顶盖80中的导电层81可以提供许多功能。最上面的导电层81可以用作电磁屏蔽，以按照类似于法拉第笼的方式最小化和抑制电磁干扰。最下面的导电层81可以用作声室15的内衬，并且该内衬可以工作为电磁屏蔽部件。最下面的导电层81还可以被图案化成电迹线。所有导电层81可以通过内部电通孔(未示出)或通过侧壁镀层84电联接在一起。
参照图20C，例示了顶盖80的另一实施方式。该实施方式包括在顶盖80的底侧上图案化的端子凸块85，以向安装在声学端口51上方的MEMS麦克风芯片11提供电接触。在该实施方式中，电迹线可以在导电层81中的一个中图案化，因此可以促进端子凸块85与麦克风封装件中的其它电路之间的电连接。端子凸块将被镀敷金、镍、锡、银、钯或其它金属，以促进针对MEMS麦克风芯片11的丝焊连接。
图20A至图20C所示顶盖80实施方式还可以包括入口防护部件100。尽管在图20A至图20C中未示出，但图3J至图3M、图3O及图3P中所示类型的入口防护部件(其利用将被附接至层压型盖子50的构件)可以用于形成适于层压型盖子50的入口防护部件。
图20D例示了顶盖80的另一实施方式。在该实施方式中，顶盖80不包括声学端口51或介电层83。该特定实施方式适于底部端口MEMS麦克风10。所有导电层81可以通过内部电通孔(未示出)或通过侧壁镀层84电联接在一起。顶盖80不一定需要图20D所示的全部材料层，并且在一些实施方式中，顶盖80可以仅包括单个非导电层82。其它实施方式可以仅包括单个非导电层82和单个导电层81，或者其它数量的导电层81和非导电层82。
参照图21A，描绘了包括层压导电层和非导电层的层压型盖子50的侧壁间隔件90组件的俯视图。侧壁间隔件90包括具有内侧壁91的内部开口(或内部窗口)93，该内侧壁91是内部开口93的外周边。侧壁间隔件90还具有外侧壁92，它们优选为平坦的。内部开口93可以通过许多不同的技术形成，诸如镂铣(routing)或冲孔。内部开口93优选地在内侧壁91上具有侧壁镀层94以用于抑制可能导致封闭在MEMS麦克风10内的MEMS麦克风芯片11和/或ASIC 12的操作不良的电磁干扰。
参照图21B至图21D，沿着截面C-C示出了侧壁间隔件90的各个实施方式。侧壁间隔件90由交替的导电层97(优选为铜)和非导电层98(优选为FR-4印刷电路板材料)组成。导电层97和非导电层98的数量取决于声室15的期望内部高度。侧壁间隔件90的底表面96是盖子50的附接表面53。内侧壁91可以用侧壁镀层94(优选为铜)镀敷、涂覆或金属化，如图21C和图21D所示。在优选实施方式中，内侧壁91的整个表面区域被用侧壁镀层94镀敷、涂覆或金属化。侧壁镀层94为被侧壁间隔件90包围的电子组件提供电磁屏蔽。侧壁镀层94穿过提供侧壁间隔件90的底表面96(也是附接表面53)的导电层97电联接至基板20中的接地平面，然后联接至被指定用于电连接至地电位的端子焊盘。侧壁镀层94还电联接至提供侧壁间隔件的上表面95的导电层97。这允许顶盖80也电联接至基板20中的接地平面。导电层97和侧壁镀层94是以类似于法拉第笼的方式工作以最小化和抑制电磁干扰的电磁屏蔽部件。图21D中示出了用于增强电磁屏蔽的另选实施方式，其中，侧壁间隔件90在侧壁间隔件90的内侧壁91上和外侧壁92上具有侧壁镀层94。
MEMS麦克风阵列
制造MEMS麦克风的面板方法允许创建麦克风阵列。参照图22A至图22C，描绘了麦克风阵列的几个实施方式。在分割工序期间，可以将两个或更多个MEMS麦克风10留在一起(例如，彼此不分割)以形成麦克风阵列99。每个MEMS麦克风10可单独工作并且与其麦克风阵列99中的其它麦克风电分离。这种用于创建麦克风阵列99的技术可以与层压型盖子(即，共用基板、侧壁和/或顶盖)或金属罐型盖子(即，共用基板边缘)MEMS麦克风一起使用。如图22A至图22C所示，MEMS麦克风10的几种不同排布结构是可能的。另外，虽然在图22A至图22C中示出了顶部端口麦克风，但采用底部端口和定向构造的麦克风阵列也可以按这种方式制造。如图22A至图22C所示，声学端口51被修改以容纳入口防护部件100，具体为成形台阶状偏置构件。参见图3B至图3D。如将清楚的是，麦克风阵列99可以使用入口防护部件的所有实施方式，取决于麦克风阵列99是由罐型麦克风还是层压型麦克风组成。
在针对麦克风阵列99的另选实施方式中，代替麦克风阵列99中的每个MEMS麦克风10被电隔离并因此可单独控制，PCB面板70或顶盖80的面板可以被构造成使得麦克风阵列99共用经由PCB面板70的各个基板72或者经过顶盖80的面板或两者的公共电通路。例如，使用公共的一组端子焊盘向麦克风阵列99中的多个MEMS麦克风提供输入电力和地电位可能比使终端用户PCB 61具有用于麦克风阵列99中的每个麦克风的多个PCB端子焊盘62更高效。信号线(例如，时钟)可以组合至跨越PCB面板70中的几个单独基板72的公共电通路。
将MEMS麦克风安装至PCB
优选地，MEMS麦克风10的端子焊盘21、密封环23及接地环24被回流焊接至PCB 61上的焊盘图案。在示例性安装工序中，将粘性焊膏丝网印刷或分配到PCB 61上的焊盘图案上。优选地，被印刷或分配到焊盘图案上的焊膏的量是预定量，并且被计算为使得当焊膏在回流炉中液化时，刚好足够的液体焊料完全覆盖MEMS麦克风10的端子焊盘21、密封环23及接地环24、PCB端子焊盘62、PCB密封环64及PCB接地环66，并形成具有良好电连续性的强力机械。液化的焊料沿着那些连接表面芯吸，以确保覆盖范围。限制焊膏的量可确保液化的焊料(或其它导电粘接剂)保持刚好包含至各个端子焊盘和接地环，并且不会芯吸或蠕行从而导致意外短路。
参照图23A至图23C，示出了将MEMS麦克风10安装至终端用户PCB 61上的示例。针对每个示例，PCB 61使包括多个PCB端子焊盘62(并且，若需要的话，还有PCB密封环64和PCB接地环66)的焊盘图案被图案化，以匹配MEMS麦克风10的下表面26上的端子焊盘21、密封环23及接地环24的构造。
参照图23A，在该特定实施方式中，声学端口22充当用于MEMS麦克风芯片11的扩大的后腔容积。优选地，在回流焊接工序中，使用焊料67将端子焊盘21以机械和电的方式联接至PCB端子焊盘62，并且将密封环23以机械和电的方形联接至PCB密封环64。可以使用诸如导电环氧树脂的其它粘接剂。密封环23和PCB密封环64上的焊料67在液化时应当围绕各个环完全芯吸，并且在固化时，焊料67、密封环23以及PCB密封环64创建围绕声学端口22的密封声学环境。固化的焊料67还在端子焊盘21与PCB端子焊盘62以及密封环23与PCB密封环64之间创建电和机械联接。图23A中示出的定向MEMS麦克风10还可以具有接地环24，其将被联接至PCB接地环66，但为了清楚起见，图23A中未包括接地环24。
参照图23B，示出了将MEMS麦克风安装至PCB的另一实施方式。PCB 61具有与基板20中的声学端口22对准的PCB凹部65。PCB凹部65可以通过对PCB 61进行蚀刻或钻孔而形成。在另一实施方式中，PCB凹部65可以被制造成类似于图1所示嵌入基板20中的延伸凹部29。图23B中的PCB凹部65提供额外的后腔容积以增强MEMS麦克风芯片11的操作。优选地，在回流焊接工序中，使用焊料67将端子焊盘21以机械和电的方式联接至PCB端子焊盘62，并且将密封环23以机械和电的方式联接至PCB密封环64。此外，使用定向MEMS麦克风10，是因为声能可以进入声室15的唯一方式是通过盖子50中的声学端口51。图23B中示出的定向MEMS麦克风10还可以具有接地环24，其将被联接至PCB接地环66，但为了清楚起见，图23B中未包括接地环24。
参照图23C，将底部端口MEMS麦克风10安装在具有PCB声学端口63的PCB61上。PCB声学端口63与基板20中的声学端口22对准，并且声能穿过PCB声学端口63进入声学端口22，然后到达MEMS麦克风芯片11的隔膜。优选地，在回流焊接工序中，使用焊料67将端子焊盘21以机械和电的方式联接至PCB端子焊盘62，并且将密封环23以机械和电的方形联接至PCB密封环64。PCB声学端口63可以通过对PCB 61进行蚀刻或钻孔而形成，并且选择PCB声学端口63的直径以满足用户的声学要求。PCB声学端口63的直径可以大于或小于MEMS麦克风10中的声学端口22的直径。声室15充当用于MEMS麦克风芯片11的后腔容积。图23C中示出的底部端口MEMS麦克风10还可以具有接地环24，其将被联接至PCB接地环66，但为了清楚起见，图23C中未包括接地环24。
虽然已经例示并描述了具体实施方式，但在不显著脱离所公开发明的精神的情况下，可以想到许多修改，并且保护范围仅按照所附权利要求书的范围来限定。
出于例示和描述的目的，呈现了所公开发明的优选实施方式的前述描述。不是旨在穷举或将所公开发明限制成所公开的精确形式，而是可以根据上述教导进行修改和变型，或者可以根据所公开发明的实践来获取。选择并描述这些实施方式，以便说明所公开发明的原理及其实践应用，以使本领域技术人员能够在各种实施方式中并且以如适于预期特定用途的各种修改例来利用所公开发明。
因此，虽然本文仅对所公开发明的某些实施方式进行了具体描述，但应当明白，在不脱离所公开发明的精神和范围的情况下可以对其做出许多修改。而且，首字母缩略词仅被用于增强说明书和权利要求书的可读性。应注意到，这些首字母缩略词并非旨在减少所使用术语的一般性，而且不应将它们解释为将权利要求书的范围限制于本文所述的实施方式。

Claims (19)

1.一种微机电系统(MEMS)麦克风，该麦克风包括：
基板，该基板包括：
具有顶表面和底表面的基础层；
设置在所述基础层的所述顶表面上的第一多个金属焊盘；
设置在所述基础层的所述底表面上的第二多个金属焊盘；以及
设置在所述基础层内的一个或更多个电通路，其中，所述通路将所述基础层的所述顶表面上的所述第一多个金属焊盘中的一个或更多个电联接至所述基础层的所述底表面上的所述第二多个金属焊盘中的一个或更多个；
MEMS麦克风芯片，该MEMS麦克风芯片安装至所述基板的所述顶表面，并且电联接至所述基板的所述顶表面上的所述第一多个金属焊盘中的至少一个；以及
由固体材料形成的盖子，该盖子包括顶部和侧壁部，该侧壁部以一角度毗连所述顶部并且围绕并支承所述顶部，其中，在所述盖子的所述顶部中设置声学端口，并且所述声学端口穿过所述盖子，
其中，所述盖子的所述侧壁部附接至所述基板的所述顶表面以限定所述MEMS麦克风芯片的声室，并且
其中，所述盖子还包括入口防护部件，该入口防护部件由所述盖子的固体材料形成并且被构造成减少污染物侵入所述声室，并且所述入口防护部件的至少一部分被设置在所述声室内。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是成形台阶状偏置构件。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是V形侧面剪切构件。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是平底侧剪切构件。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是半圆形剪切构件。
6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其中，所述半圆形剪切构件包括多个半圆形剪切构件。
7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是中心十字构件。
8.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其中，所述中心十字构件的中心部分伸入所述声室中。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护构件是安装在所述盖子的内表面上的屏蔽构件，并且所述声学端口是从由中心十字构件、半圆形剪切构件、成形台阶状偏置构件、V形侧面剪切构件以及平底剪切构件构成的组中选择的一个。
10.一种回流焊表面安装微机电系统(MEMS)麦克风，该麦克风包括：
基板，该基板包括：
具有顶表面和底表面的基础层；
设置在所述基础层的所述顶表面上的第一多个金属焊盘；
设置在所述基础层的所述底表面上的第二多个金属焊盘；以及
设置在所述基础层内的一个或更多个电通路，其中，所述通路将所述基础层的所述顶表面上的所述第一多个金属焊盘中的一个或更多个电联接至所述基础层的所述底表面上的所述第二多个金属焊盘中的一个或更多个；
MEMS麦克风芯片，该MEMS麦克风芯片安装至所述基板的所述顶表面，并且电联接至所述基板的所述顶表面上的所述第一多个金属焊盘中的至少一个；以及
由固体材料形成的盖子，该盖子包括顶部和侧壁部，该侧壁部以一角度毗连所述顶部并且围绕并支承所述顶部，其中，在矩形的所述盖子的所述顶部中设置声学端口，并且所述声学端口穿过所述盖子，
其中，所述盖子的所述侧壁部附接至所述基板的所述顶表面以限定所述MEMS麦克风芯片的声室，并且
其中，所述盖子还包括入口防护部件，该入口防护部件附接至所述盖子的内表面并且设置在所述声室内部。
11.根据权利要求10所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是台阶状偏置构件，该台阶状偏置构件在所述盖子中与所述声学端口相邻地附接，其中，所述台阶状偏置构件被构造成减少污染物侵入所述声室中。
12.根据权利要求10所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是三侧面杯状屏蔽部，其中，所述屏蔽部的敞开端远离所述MEMS麦克风芯片设置，其中，所述三侧面屏蔽部被构造成减少污染物侵入所述声室中。
13.根据权利要求10所述的MEMS麦克风，其中，所述入口防护部件是包括屏蔽孔的四侧面杯状屏蔽部，其中，所述屏蔽孔远离所述MEMS麦克风芯片设置，其中，所述全屏蔽部被构造成减少污染物侵入所述声室中。
14.根据权利要求13所述的MEMS麦克风，其中，所述屏蔽孔包括按行设置的多个屏蔽孔。
15.根据权利要求13所述的MEMS麦克风，其中，所述屏蔽孔包括按矩阵设置的多个屏蔽孔。
16.根据权利要求13所述的MEMS麦克风，其中，所述屏蔽孔包括具有按相对于所述四侧面杯状屏蔽部的表面的非垂直排布结构取向的通道的多个屏蔽孔。
17.一种微机电系统(MEMS)麦克风，该麦克风包括：
基板，该基板包括：
具有顶表面和底表面的基础层；
设置在所述基础层的所述顶表面上的第一多个金属焊盘；
设置在所述基础层的所述底表面上的第二多个金属焊盘；以及
设置在所述基础层内的一个或更多个电通路，其中，所述通路将所述基础层的所述顶表面上的所述第一多个金属焊盘中的一个或更多个电联接至所述基础层的所述底表面上的所述第二多个金属焊盘中的一个或更多个；
MEMS麦克风芯片，该MEMS麦克风芯片安装至所述基板的所述顶表面，并且电联接至所述基板的所述顶表面上的所述第一多个金属焊盘中的至少一个；以及
由固体材料形成的盖子，该盖子包括顶部和侧壁部，该侧壁部以一角度毗连所述顶部分并且围绕并支承所述顶部，其中，在所述盖子的所述顶部中设置声学端口，并且所述声学端口穿过所述盖子，
其中，所述盖子的所述侧壁部附接至所述基板的所述顶表面以限定所述MEMS麦克风芯片的声室，并且
其中，矩形的所述盖子还包括入口防护部件，所述入口防护部件包括：设置在所述盖子的表面中并且围绕所述声学端口的台阶状空腔；以及设置在所述台阶状空腔中的空腔屏蔽部，所述空腔屏蔽部相对于所述台阶状空腔的底表面偏置并且被构造成减少污染物通过所述声学端口侵入声室中。
18.根据权利要求17所述的MEMS麦克风，其中，粘接剂将所述空腔屏蔽部联接至所述台阶状空腔的所述底表面。
19.根据权利要求18所述的MEMS麦克风，其中，所述空腔屏蔽部被设置成与所述盖子的表面齐平。
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