CN108391463B - 具有扩大的后体积的顶部端口麦克风封装 - Google Patents

Abstract

一种用于具有扩大的后体积的顶部端口麦克风的封装包括在基底上在其下面包围总体积且容纳MEMS芯片和ASIC的盖子。阻挡器靠着盖子密封ASIC由此将盖子下方的总体积分开为体积扩展和剩余体积。该体积扩展可以被用来依据声音端口至体积扩展或剩余体积的放置来任意地扩大后体积或前体积。声音路径连接体积扩展和包围在MEMS芯片和基底之间的部分体积。

Description

具有扩大的后体积的顶部端口麦克风封装

技术领域

本申请主要涉及一种麦克风封装，并且特别涉及一种具有扩大的后体积的顶部端口麦克风封装。

背景技术

底部端口麦克风包括在承载电接触件的封装的底侧上具有声音部分的封装。该底侧由载体基底形成，将麦克风的顶部表面部件（例如像MEMS芯片和ASIC）安装到该载体基底上。该基底通常包括PCB或包括内部布线的另一多层基底。

顶部端口麦克风在背对承载电气接触件的底侧的顶部表面上具有声音端口。于是有可能在该声音端口附近布置MEMS芯片以提供足够大的后体积（back volume）。但是电气再布线必须将芯片终端与封装底部处的接触垫片连接。这需要技术上的努力并且就麦克风的性能来说代表关键步骤。

在一种备选方法中，所有内部部件都照常安装在基底上但是以适当的方式将侵入的声音引导通过该部件和基底之间的间隙。例如从DE 10 2011 012295得知这样的一种解决方案。在那里，用箔靠着基底的顶部表面来密封MEMS芯片，由此同时覆盖并包围后体积。但是该解决方案不利于允许增大包围在MEMS芯片内的后体积。

EP 2191500B1公开了一种需要用来以期望方式将声音从声音端口引导至膜底部的复杂且高成本零件的麦克风封装。另一个缺点是高成本和缺乏用于进一步减小封装尺寸的能力。

从DE 10 2004 011148 B3已知将MEMS芯片固定在基底和盖子之间。电气和声信号的重新路由是不必要的，但是对应力非常敏感的MEMS芯片被固定在封装的各部件之间并且在尺寸和热机械运动和扩展方面遭受公差。作为另一缺点，MEMS内部体积被分配给前体积且因此对于麦克风来说是丢失了内部体积。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种包括扩大的后体积且易于制造的麦克风封装。

由本发明的权利要求1来解决这一目的和其他目的。有利实施例是其他权利要求的主题。

本发明从类似于如上面提到的DE 10 2011 012295 A1已知的解决方案的解决方案开始。将作为MEMS芯片和ASIC的所有部件安装在基底上。布置且安装在基底上的部件之上的盖子包围容纳该部件的封装体积。密封件被用来将MEMS芯片和ASIC密封到基底的顶部表面由此使MEMS芯片和盖子之间的第一部分体积与被包围在MEMS芯片和基底之间且被密封件约束的第二部分体积分开。

根据本发明，通过将横向体积扩展添加至第二部分体积来增大该第二部分体积。用将ASIC密封至在两个相对侧壁处和在顶部内表面处的盖子的阻挡器（stopper）将该扩展与剩余体积（第一和第二部分体积）分开。体积扩展和剩余体积在横向上彼此邻近定位并且经由通过密封件的声音路径互相连通。该声音路径包括在密封件中且在AISC和基底之间的间隙内引导至MEMS芯片和基底之间的第二部分体积的开口。

可以通过用包括盖子中的开口的声音端口提供体积扩展或第一部分体积的通路来任意进行第一和第二部分体积至麦克风的功能所需的前体积和后体的分配。

本发明允许选择和设置彼此独立且与部件尺寸独立的前体积和后体积的尺寸。可以通过增大体积扩展的体积优选地通过横向拉长盖子来增大第二部分体积。可以通过增大剩余体积、通过在任何期望维度上适当地增大盖子的尺寸来增大第一部分体积。剩余体积的横向扩展以及因此第一部分体积的横向扩展将对第二部分体积的尺寸没有影响。增大盖子的高度或宽度将增大两个部分体积。

可以利用低的附加努力来制造该阻挡器并且该阻挡器由在ASIC与顶部表面之间以及还有侧表面和盖子之间被压缩的树脂形成。

该树脂优选地是软树脂（如粘合剂）。处于其硬化状态的阻挡器的小的E模量将在麦克风部件上具有低的机械冲击。在沉积树脂之后并在安装盖子之后变硬的该树脂将提供最小的机械应力。

可以通过适当地分发用于阻挡器的树脂来将该树脂沉积在ASIC上。还有可能在安装盖子之前将树脂沉积在盖子的内壁处。

该阻挡器还可以包括可与盖子预制在一起的盖子的内衬套。可以利用比将液体或粘性树脂分发给ASIC更多的精度来制成这样的衬套。优选模制衬套（例如软橡胶）。

本发明允许经由例如突出部（bump）连接或备选地经由通过例如胶粘物或焊料与它们的后侧的向下结合至基底以倒装芯片布置安装部件。经由第一变体中的突出部并且经由第二变体中的结合布线（bonding wire）来完成部件的电气连接。在第二变体中，有可能以用部件和基底之间的结构化胶粘物来形成声音路径的结构化方式来施加胶粘物。因此，该胶粘物可以被用作用来使第一和第二部分体积分开的密封件。

通过该密封件，该MEMS芯片和ASIC被密封至基底，其中中空空间被包围在两个部件的底侧和基底之间。然后该空间在横向上被密封件约束。

根据一个实施例，该密封件由层压在ASIC和MEMS芯片顶部上的箔形成，由此使部件扩展、至少在部件周围的边缘中覆盖其侧表面和基底。该密封箔可以被层压至整个表面。但是于是需要将其结构化以便提供到与膜和体积扩展连通的声音路径的自由通路。

该盖子优选地是预制金属帽。通过例如胶粘物将盖子的底部边缘安装至基底。该胶粘物可以是导电的，可以通过将盖子结合至基底顶部上的相应金属接地衬垫来使该盖子接地。但是还有可能使用用于将盖子安装至基底的相应金属化表面的焊料。

根据一个实施例，该MEMS芯片包括电容性MEMS麦克风。但是也可以使用任何其他类型的MEMS麦克风。

该声音端口包括盖子中的开口并且将前体积连接至麦克风封装外部的大气。第一和第二部分体积可以交替地用作前体积。在第二备选中，将该声音端口提供在体积扩展之上。在第一备选中，该声音端口被提供为至第一部分体积的开口并且优选地位于MEMS芯片之上。

但是通常也将有可能为基底中的声音端口提供开口。然后该麦克风将是底部端口麦克风。

该基底可以包括由有机多层层压材料或多层陶瓷制成的印刷电路板。在这两种情况下，在PCB中至少存在布线层以实现MEMS芯片与ASIC之间的、基底底部处的外部终端与ASIC之间的、以及MEMS芯片与外部终端之间的互连接。如果存在两个布线平面，则可以避免导体线的交叉。

在下面将在参考具体实施例和对应图的同时更详细地解释本发明。该图仅仅是示意性的并且没有按照比例来绘制。可以以扩大的方式来描绘具体部分以允许更好地了解本发明。所以不能从图中得到绝对尺寸或尺寸关系。对于相同的部分或具有相同功能的部分，将用相同的参考符号来指代。

附图说明

图1a和1b示出从现有技术已知的麦克风的不同横截面。

图2示出第一实施例的横截面。

图3示出第二实施例的横截面。

图4示出第一和第二实施例的另一横截面。

图5a和5b示出根据第三实施例的麦克风的不同横截面。

图6a和6b示出根据第四实施例的麦克风的不同横截面。

图7a至7d示出根据第五实施例的麦克风的不同横截面。

具体实施方式

图1a和1b示出从现有技术已知的顶部端口麦克风的不同横截面。将MEMS芯片MC和作为ASIC IC的另一芯片安装在起到基底SU的作用的PCB上。将用于电气接触麦克风的衬垫布置在基底的底表面处。用粘合剂将两个芯片部件包围在胶合且密封至基底SU的盖子LD下面。利用层压箔FL将MEMS芯片MC和ASIC IC密封至基底。其膜MM上方的MEMS芯片MC中的凹处被覆盖并且因此由布置在层压箔LF下方的第一箔F1来保护。该凹处形成麦克风的后体积VB。前体积由包围在盖子LD下面的剩余体积形成。盖子LD中的声音端口SPT使得前体积VF与外部大气连通。层压箔FL中的开口向麦克风的膜MM提供到MEMS芯片MC下面的声音路径SC的通路。图1b示出沿着图1a中指示的AA的另一横截面。可以容易地识别后体积VB和声音路径SC。

该已知麦克风将后体积VB限制于凹处的体积并且因此限制于MEMS芯片MC的尺寸。通过使大的前体积与相对小的后体积连接，会使麦克风的高音频性能恶化。

图2示出本发明的第一实施例。总体积的在盖子LD下方的第一部分体积V1被包围在MEMS芯片MC和盖子LD之间并且包括MEMS芯片中的凹处。第二部分体积V2被包围在MEMS芯片MC和基底SU之间。通过在MEMS芯片和ASIC上施加靠着芯片（MEMS和ASIC）且靠着基底SU进行密封的密封件来使MEMS芯片下方的包围变紧。

在ASIC周围的一个区域中，用填满ASIC的顶部表面和侧表面与盖子LD之间的间隙的阻挡器ST来将ASIC IC密封至盖子LD。可以通过分发器或类似装置将阻挡器施加为具有足够粘度的液体树脂，以便在安装盖子之前允许ASIC的顶部表面和侧表面上的结构化沉积。当将盖子附接并安装至基底时，密封件SL的树脂在盖子和ASIC之间被压缩以使得间隙被完全填好而没有任何剩余空间。因此，阻挡器ST和ASIC IC使体积扩展VEX与盖子下方的剩余体积分开。仅ASIC IC和基底SU之间的间隙保持自由且提供从体积扩展VEX至MEMS芯片MC的膜MM的声音路径。图4示出沿着如在图2中指示的AA’的横截面。ASIC IC和阻挡器完全填满除声音路径SC以外的横截面。

类似于图1a的麦克风，MEMS芯片MC和ASIC IC被施加在MEMS芯片和ASIC上方的层压箔SL密封且覆盖，使其边缘扩展，并且在MEMS芯片和ASIC周围的边缘中密封至基底SU。在MEMS芯片的凹处上方，移除密封件SL使得第一部分体积V1包括凹处。用密封件SL靠着第一部分体积V1来密封包括声音路径SC的第二部分体积V2。该声音路径SC连接第二部分体积V2和体积扩展CEX。

可以被用作密封件的层压箔通过包括比如环氧基团的未固化基团来优选地包括具有某些粘合剂特性的弹性板。

根据第一实施例和第一备选，声音端口SPT包括MEMS芯片MC上方的盖子LD中的开口由此将第一部分体积V1分配给前体积VF。后体积VB由体积扩展VEX、声音路径SC和第二部分体积V2形成。

根据作为第二备选的图3中示出的第二实施例，该声音端口SPT包括体积扩展VEX上方的盖子LD中的开口由此将第一部分体积分配给后体积VB。前体积VF由体积扩展VEX、声音路径SC和第二部分体积V2形成。像在第一实施例中那样形成阻挡器ST以使得两个实施例都具有沿着根据图4且在图4中示出的AA’的相同横截面。

图5a和5b示出由密封件SL的不同实现表征的本发明的第三实施例的不同横截面。在这里，由软橡胶制成并施加于盖子的内表面的内衬套起到密封件的作用。可以通过就时间和位置来说与将盖子安装至基底分开执行的模制工艺来施加衬套。该密封件/衬套可以包括至少约束至第一部分体积V1的盖子的区域的保形层衬套。由于该衬套然后包括硬化树脂，所以通过密封件的密封必须通过在将盖子安装至基底SU和部件上时通过压缩衬套/密封件来实现。但是有可能在安装盖子之前的短时间内以液体形式将密封件施加于盖子LD的内表面，其这样的压缩仅需要取代多余的树脂。在这两种情况下，产生足够紧密的密封。液体密封具有的优点是更大的公差是可能的且可以将压缩力保持足够低。在安装盖子之前已经使盖子的衬套硬化允许更容易的制造但需要安装期间更高的控制。

图5a示出施加为具有几乎恒定层厚度的盖子的内衬套的密封件SL。图5b示出可以像在图4中示出的第一和第二实施例中那样产生的相同密封件。

原则上可以如在图5a中所示那样将麦克风的声音端口SPT放置在MEMS芯片上方使得前体积被分配给第一部分体积V1。但是将声音端口SPT放置在体积扩展VEX上方也是可能的。

图6a和6b示出由组合第二和第三实施例的密封件SL的实现表征的本发明的第四实施例的不同横截面。在该第四实施例中，盖子的内衬套包括硬化密封团的层。此外，将粘性密封件施加于ASIC或ASIC IC的区域中的盖子。通过这样做，安装公差被增大并且在较低尺寸的ASIC的情况下也可以保证密封的质量。但是也有可能仅以模制内衬套的形式产生全密封，但仅具有用来桥接和密封归因于ASIC IC的较小尺寸的ASIC与盖子LD之间的更大间隙的阶梯层厚度。

在根据第一至第四实施例的麦克风处，使用用于安装的突出部BU和电气连接来将芯片MEMS和ASIC以倒装芯片布置安装至基底。根据由图7a至7d示出的第五实施例，可以通过经由粘合剂或焊料将它们的后侧结合至基底来安装芯片。结合布线被用来完成芯片的有效顶部表面上的接触件与基底的顶部表面上的金属衬垫之间的电气连接。

图7a至7d示出通过根据该实施例的麦克风的不同横截面。由于结合布线可以仅代表低机械冲击，所以阻挡器需要要被施加至ASIC顶部的液体树脂以便在安装需要压缩阻挡器的盖子时不损坏布线。

与倒转芯片布置的另一差别是分配至第二部分体积的MEMS的凹处的体积。膜MM面向顶部并且密封且覆盖凹处。因此，在MEMS芯片MC的顶部上不得施加层压箔或任何其他密封件。进一步地，用于安装MEMS芯片和ASIC的胶粘物可以起到用于在MEMS芯片的底部边缘处将第一和第二部分体积V1、V2分开的密封件的作用。

图7d是平行于基底的通过结构化胶粘物GC的表面的横截面。以对体积扩展VEX开放的U形状来施加该胶粘物GC。用点线来标记芯片MC和IC的形状以及基底SU和阻挡器ST的形状。

图7b示出沿着通过ASIC和MEMS芯片之间的间隙的BB’的横截面。示出该间隙由至少在芯片边缘处的阻挡器完全关闭。图7D示出阻挡器覆盖MEMS芯片MC和ASIC IC之间的间隙。优选地如图7C中示出的用阻挡器的树脂来完全填充该间隙。U形的胶粘物GC阻止阻挡器的树脂侵入包围在U的支架之间的声音路径SC中。

图7b是沿着AA’的横截面并且示出阻挡器的功能。作为阻挡器，还可以使用适用于ASIC和/或盖子LD的液体树脂。由此实现的密封件将体积扩展与剩余体积分开。

已经仅用几个实施例描述了本发明并且因此本发明不限于所述的示例或绘图。就形状和材料而言许多变体是可能的。尽管针对具体实施例进行了解释，但也可在其他组合中仅使用单个特征来提供本发明的其他实施例。

参考符号的列表

F1 用来覆盖和保护MC的凹处的第一箔

GL 用于将盖子安装至基底的胶粘物

GM 用于将芯片安装至基底的胶粘物

IC ASIC

LD 盖子

MC MEMS 芯片

MM 膜

PD 衬垫

SC 声音路径，连接第二部分体积和体积扩展

SL 密封件，将MEMS芯片密封至基底并且将第一和第二部分体积分开（例如密封箔）

SPT 声音端口

ST 阻挡器，在ASIC和盖子之间进行密封，将体积扩展与容纳MEMS芯片的剩余体积分开

SU 基底

V1 第一部分体积（在盖子和MEMS芯片之间）

V2 第二部分体积（在MEMS芯片和基底之间）

VB 后体积

VEX （第二部分体积的）体积扩展

VF 前体积。

Claims (11)

1.麦克风封装，包括：

- 基底；

- 盖子，被连接且密封至基底以使得一体积被包围在盖子和基底之间；

- 容纳在体积中且安装在基底上的MEMS芯片和ASIC；

- 在ASIC和盖子之间的阻挡器，其将体积扩展与容纳MEMS芯片的剩余体积分开；

- 在MEMS芯片和盖子之间的第一部分体积；

- 在MEMS芯片和基底之间的第二部分体积；

- 将MEMS芯片密封至基底且将第一和第二部分体积分开的密封件；

- 连接第二部分体积和体积扩展由此将体积扩展分配至第二部分体积的声音路径，

其中将该第一和第二部分体积相应地分配至麦克风的前体积和后体积中的一个。

2.根据权利要求1所述的麦克风封装，

其中该阻挡器由在ASIC的顶部表面和盖子之间且在ASIC的侧表面和盖子之间被压缩的树脂形成。

3.根据前述权利要求中的一项所述的麦克风封装，

其中以倒装芯片布置将该MEMS芯片和ASIC安装至基底。

4.根据权利要求1所述的麦克风封装，

其中该密封件将MEMS芯片和ASIC密封至基底，

其中由被结构化成提供从顶部至膜的自由通路以及从体积扩展至声音路径的通路的层压箔来形成。

5.根据权利要求1和2中的一项所述的麦克风封装，

其中经由布线结合电气连接且通过胶粘物利用其相应后侧将MEMS芯片和ASIC安装至基底，

其中该胶粘物将第一和第二部分体积分开但提供从体积扩展至声音路径的通路。

6.根据权利要求1所述的麦克风封装，其中用胶粘物将盖子连接且密封至基底。

7.根据权利要求1所述的麦克风封装，其中该盖子由预形成的金属帽制成。

8.根据权利要求1所述的麦克风封装，其中该MEMS芯片包括电容性MEMS麦克风。

9.根据权利要求1所述的麦克风封装，其中该声音端口包括在盖子中且将前体积连接至麦克风封装外部的大气的开口。

10.根据权利要求1所述的麦克风封装，其中该基底包括由有机多层层压或多层陶瓷制成的印刷电路板。

11.根据权利要求1所述的麦克风封装，其中该阻挡器包括施加至盖子的内部表面的内衬套。

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