CN109311657A - 带有侧面端口的mems传感器设备封装 - Google Patents

Abstract

MEMS传感器设备封装包括传感器组件，该传感器组件包括传感器设备和通信地联接到传感器设备的传感器电路。MEMS传感器设备封装进一步包括组件封装壳体，该组件封装壳体具有顶部构件和附接到顶部构件的底部构件以用于包封传感器组件。通道将传感器设备流体地联接到封装壳体外部的所属物，通道被嵌入到封装壳体中，其中，顶部构件包括顶壁和侧壁，侧壁被附接到底部构件，并且通道被嵌入到侧壁中的至少一个中。

Description

带有侧面端口的MEMS传感器设备封装

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月30日提交的序列号为62/356,958的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用并入本文，如同被完全包含于本文中。

技术领域

本公开一般涉及微机电系统（MEMS）封装，更特别地，涉及MEMS传感器设备封装及其制造方法。

发明内容

以下阐述本文所公开的特定实施例的概述。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施例的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以包含可能未在下面阐述的各种方面。

本公开的实施例涉及带有侧面端口的MEMS传感器设备封装。封装包括传感器组件，该传感器组件包括传感器设备和通信地联接到传感器设备的传感器电路。封装壳体包括顶部构件和附接到顶部构件的底部构件以用于包封传感器组件。通道将传感器设备流体地联接到封装壳体外部的所属物，通道被嵌入到封装壳体中，其中，顶部构件包括顶壁和侧壁，侧壁被附接到底部构件，并且通道被嵌入到侧壁中的至少一个中。

附图说明

当参照附图阅读特定示例性实施例的以下详细说明时，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的符号贯穿各个附图代表相同的技术，其中：

图1是根据本公开的实施例的MEMS传感器设备封装的立体图；

图2是根据本公开的所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图3是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图4是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图5是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图6是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图7是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图8是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图9是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；

图10是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图；以及

图11是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装的横截面图。

具体实施方式

呈现以下说明以使得本领域任何技术人员能够制造和使用所述实施例，并且在特定应用及其要求的背景下提供以下说明。对于本领域技术人员来说，对所述实施例的各种修改将是容易明白的，并且在不脱离所述实施例的精神和范围的情况下，本文所限定的一般原理可以被应用于其它实施例和应用。因此，所述实施例不限于所示的实施例，而是与符合本文公开的原理和特征的最宽范围相一致。

本公开是MEMS传感器设备封装，其具有用于被包封在客户端机器中的至少一个传感器设备的侧面开口或偏移通道。客户端机器可以具有其它电子部件，诸如传感器设备、扬声器、图形处理器单元、计算机处理器单元以及设置在MEMS传感器设备封装中或MEMS传感器设备封装外部的任何合适的计算机实现的设备。客户端机器可以是个人计算机或台式计算机、膝上计算机、蜂窝或智能电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、游戏控制台、音频设备、视频设备、诸如电视的娱乐设备、车辆信息娱乐系统、可穿戴设备、娱乐或信息娱乐遥控器、瘦客户端系统、胖客户端系统等。

传感器设备封装包括封装壳体或外壳，该封装壳体或外壳用于容纳一个或多个传感器设备、内部部件或其组合。传感器设备可以是诸如MEMS换能器、扬声器、接收器、麦克风、压力传感器、热传感器、光学传感器、成像传感器、化学传感器、陀螺仪、惯性传感器、湿度传感器、加速度计、气体传感器、环境传感器、运动传感器、导航传感器、生命传感器、隧道磁阻（TMR）传感器、接近传感器、辐射热测量计或其组合。麦克风可以是驻极体麦克风、电容麦克风、压电麦克风、硅麦克风、光学麦克风或任何合适的声学麦克风。

图1是根据本公开的示例性实施例的MEMS传感器设备封装100的立体图。MEMS传感器设备封装100包括封装壳体112，该封装壳体112具有盖102、间隔件104和通过任何合适的附接方法附接到间隔件104的基板106。多于一个传感器设备和/或内部部件可以被容纳在MEMS传感器设备封装100内。传感器设备可以是MEMS换能器、扬声器、接收器、麦克风、压力传感器、热传感器、光学传感器、成像传感器、化学传感器、陀螺仪、湿度传感器、惯性传感器、生命传感器、TMR传感器、加速度计、气体传感器、环境传感器、运动传感器、导航传感器、接近传感器、辐射热测量计或其组合。内部部件可以是集成电路、ASIC、处理器、控制器、能量存储设备、传感器电路和任何合适的部件。取决于应用，可以通过蚀刻、钻孔、冲孔或任何合适的方法在传感器设备封装100上形成诸如端口或通道的开口，该开口用于从封装100暴露的环境接收所属物。所属物可以是声信号、压力信号、光学信号、气体信号和任何合适的信号。下面将进一步详细描述开口和通道。尽管所描绘的MEMS传感器设备封装100包括多结构封装壳体112，但是在单个结构封装壳体、两件式结构封装壳体或多结构封装壳体中的各个方面和配置可以被使用以包封至少一个内部部件。作为示例，盖102和间隔件104可以被形成为单个结构，限定罩或帽。可以通过任何合适的方法在基板106或罩中的至少一个上形成一个或多个结合垫110，结合垫110用于将传感器设备封装100安装到客户端机器的外部印刷电路板或另一支撑构件。在一些实施例中，封装壳体进一步包括将罩102联接到间隔件104或基板106的插入件。设置在封装壳体112内的传感器电路114、MEMS传感器设备116或其组合可以通过任何合适的附接方法被安装到罩102、间隔件104、插入件或基板106中的任一个。

图2是根据本公开的所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装200的横截面图，该示例性MEMS传感器设备封装200利用至少一个传感器电路214和MEMS传感器设备216。MEMS传感器设备封装200类似于图1中所描绘的MEMS传感器设备封装100。MEMS设备封装200包括封装壳体212，该封装壳体212具有顶部构件202、底部构件206和通过任何合适的附接方法将顶部构件202联接到底部构件206的间隔件204。在封装壳体212内设置经由嵌入在封装壳体212内的迹线或引线结合而彼此联接的传感器电路214和MEMS传感器设备216。在一些实施例中，多于一个联接到传感器电路214的MEMS传感器设备216可以被设置在封装壳体212内。在另一些实施例中，多于一个联接到传感器电路214的传感器电路214可以被设置在封装壳体内。在又一些实施例中，多于一个不具有传感器电路214的MEMS传感器设备216可以被设置在封装壳体内。在又一实施例中，设置在封装壳体212内的传感器电路214和MEMS传感器设备216可以共享由封装壳体212限定的公共腔体。在另一实施例中，提供分隔壁以将封装壳体212分隔成两个腔体，传感器电路214和MEMS传感器设备216中的每一个被设置在分开的腔体中。封装壳体212进一步包括通过任何合适的附接方法形成在底部构件206上的结合垫210，该结合垫210又将封装壳体212联接到客户端机器的外部组件或电路系统240。由传感器电路214和MEMS传感器设备216产生的信号经由迹线和结合垫210在外部被传输到外部组件或外部电路系统240。为了将MEMS传感器设备216和传感器电路214安装到封装壳体212，使用诸如焊料球、结合垫或任何合适的附接元件的附接或安装元件230。尽管如图示的传感器电路214和MEMS传感器设备216以并排配置安装到封装壳体212，但是根据应用，其它安装配置是可能的。其它可能的安装配置包括背对背配置、堆叠配置等。作为示例，MEMS传感器设备216可以安装在传感器电路214的顶部上或安装到传感器电路214的底部，限定堆叠配置。作为另一示例，传感器电路214包括腔体，并且MEMS传感器设备216被设置在腔体内，并且从而被传感器电路214包围。传感器电路214和MEMS传感器设备216一起被安装到封装壳体212的壁的同一侧。作为又一例子，安装在封装壳体212内的传感器电路214和MEMS传感器设备216可以被安装在封装壳体212的不同壁上，使得传感器电路214和MEMS传感器设备216被定位为彼此相对，其被定义为背对背配置。在一些实施例中，代替背对背配置，安装到封装壳体212的不同壁的传感器电路214和MEMS传感器设备216被定位成彼此处于接近关系。

如前所述，取决于应用，传感器电路214和MEMS传感器设备216可以被安装到封装壳体21的任何部分。在一个实施例中，传感器电路214被安装到顶部构件202，而MEMS传感器设备216被安装到底部构件206或间隔件204。在另一实施例中，传感器电路214被安装到间隔件204，而MEMS传感器设备216被安装到顶部构件202或底部构件206。在又一实施例中，取决于应用，任何传感器电路214和/或MEMS传感器设备216可以被安装到封装壳体212的底部构件206或间隔件204。如图示的，传感器电路214和MEMS传感器设备216被安装到封装壳体212的顶部构件202。顶部构件202可以是盖或帽并且底部构件206可以是基板。如图示的，顶部构件202是盖并且底部构件206是基板。在某一实施例中，底部构件206可以是插入件。在又一实施例中，底部构件206可以包括具有集成插入件的基板。取决于应用，多于一个MEMS传感器设备216和传感器电路214可以被包封在封装壳体212中。

封装壳体212的盖202包括第一层202a和第二层202b，该第二层202b通过诸如粘合剂或焊料232的任何合适的附接元件附接到第一层202a。可以使用其它合适的附接元件将层202a、202b附接在一起。尽管两个层202a、202b被图示，但是由相似或不同的材料形成的多个层可以被使用来构造盖202。在另一示例中，封装壳体212包括层压盖202，该层压盖202具有通过任何合适的附接元件或方法层压在一起的两个或更多个层。附接或层压在一起的层202a、202b可以由诸如金属、陶瓷、交流导电（alternating conductive）和非导电材料、塑料、半导体、诸如FR4的电路板、黄铜、铝或任何合适的材料选择的材料形成。盖202进一步包括通道220，该通道220配置成允许来自环境的所属物进入封装壳体212。所属物可以是声信号、热信号、压力信号、光学信号、气体信号和任何合适的信号。通道220可以通过蚀刻、钻孔、冲孔或任何合适的方法在单个或多个盖制造过程中形成。如图示的，通道220位于MEMS传感器设备216上方。在一些实施例中，通道220定位为接近或邻近MEMS传感器设备216，并且还允许所属物进入MEMS传感器设备216并与MEMS传感器设备216流体地连通。作为示例，通道220包括通过蚀刻、钻孔、冲孔或任何合适的方法在第一层202a上形成的开口端或端口222。第二层202b包括具有减小的厚度的切口部分224，该切口部分224被直接安装在端口222上以形成通道220的剩余部件。作为示例，第二层202b进一步包括第二部分226，第该二部分226具有的大于第一部分或切口部分的厚度使用粘合剂或焊料232附接到第一层202a。当第一层和第二层202a、202b被附接在一起时，形成L形通道220。如图2中所图示的，粘合剂或焊料232被应用到用于将第一层202a附接到第二层202b的表面。在一些实施例中，粘合剂或焊料232被应用到用于将第一层和第二层202a、202b附接在一起的整个表面，并且然后为了形成通道220，通过去除附接的第一层和第二层202a、202b的一部分来去除粘合剂或焊料232。配置成允许来自环境的所属物进入封装壳体212的通道220可以以任何形状、几何形状或尺寸形成。可以在通道220内提供可选的环境屏障，以防止碎屑和湿气进入封装壳体212。取决于应用，环境屏障可以是网状物、具有多个穿孔的薄膜或其它合适的元件。

图3是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装300的横截面图。除了外部组件或电路组件340替代地位于封装壳体312的顶部上之外，MEMS传感器设备封装300在结构上类似于图2中所图示的MEMS传感器设备封装200。在顶部构件302上形成结合垫310，用于将外部组件或电路组件340安装到封装壳体312的顶部构件302。如图示的，顶部构件302是盖。

图4是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装400的横截面图。除了外部组件或电路组件440替代地位于封装壳体312的一侧上并且与通道420相对之外，MEMS传感器设备封装400在结构上类似于图3中所图示的MEMS传感器设备封装300。用于将外部组件或电路组件440安装到封装壳体412的顶部构件402的结合垫410被形成在顶部构件402、间隔件404和底部构件406中的至少一个的侧壁上。

图5是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装500的横截面图。除了以L形配置形成的外部组件或电路组件540被附接到封装壳体512的侧表面和顶部表面并围绕封装壳体512的侧表面和顶部表面包裹之外，MEMS传感器设备封装500在结构上类似于图4中所图示的MEMS传感器设备封装400。用于将外部组件或电路组件540安装到封装壳体512的结合垫510被形成在封装壳体512的顶壁和侧壁上。

图6是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装600的横截面图。与先前的MEMS传感器设备封装100、200、300、400、500不同，MEMS传感器设备封装600包括封装壳体612，该封装壳体612具有顶部构件602、底部构件606和联接在顶部构件和底部构件602、606之间的插入件660。如图示的，顶部构件602是帽，并且传感器电路614和MEMS传感器设备616通过诸如粘合剂的任何合适的附接方法附接到帽。在一个示例中，传感器电路614被邻近MEMS传感器设备616安装。用于接收进入封装壳体612的所属物的输入端口或通道620定位为邻近或接近MEMS传感器设备616。取决于应用，可以通过蚀刻、钻孔、冲孔或任何合适的方法形成例如类似于先前描述的L形通道的任何形状和几何形状的输入端口或通道620。传感器电路614和MEMS传感器设备616经由诸如引线结合680的通信链路彼此联接。如图6中所图示的，经由诸如焊料球、结合垫或任何合适的元件的附接元件230，引线结合680的一端被联接到传感器电路614，并且引线结合680的另一端被联接到嵌入在底部构件606和插入件660中的迹线688。来自传感器电路614和MEMS传感器设备616的信号或信息（诸如数据包）经由结合垫610传输或输出到外部电路。

图7是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装700的横截面图。除了传感器电路714被直接安装为与MEMS传感器设备716相对之外，MEMS传感器设备封装700在结构上类似于图6中所图示的MEMS传感器设备封装600。用于接收进入封装壳体712的所属物的输入端口或通道720定位为邻近或接近MEMS传感器设备716。取决于应用，可以通过蚀刻，钻孔，冲孔或任何合适的方法形成例如类似于先前描述的L形通道的任何形状和几何形状的输入端口或通道720。

图8是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装800的横截面图。除了柔性基板890被提供并通过任何合适的附接方法被附接到封装壳体812（诸如盖802）之外，MEMS传感器设备封装800在结构上类似于图6中所图示的MEMS传感器设备封装600。传感器电路814和MEMS传感器设备816被安装或附接到柔性基板890，该柔性基板890提供传感器电路814和MEMS传感器设备816之间的电连接。柔性基板890可以是柔性电路板。在一些实施例中，柔性基板890也是可弯曲的或可折叠的，以顺应封装壳体612或盖102的形状。为了接收进入封装壳体812的所属物，输入端口或通道820a、820b被形成在盖802和柔性基板890上。如图8中所描绘的，输入端口820a与输入端口820b对准。输入端口820a、802b的尺寸和几何形状可以彼此相同。在一些实施例中，输入端口820a、802b的尺寸可以是相同的或不同的。在一示例中，输入端口820a具有大于输入端口820b的尺寸。在又一示例中，输入端口820a具有小于输入端口820b的尺寸。

图9是根据本公开的另一所述实施例的示例性MEMS传感器设备封装900的横截面图。除了传感器电路914包括开口915以容纳MEMS传感器设备916之外，MEMS传感器设备封装900在结构上类似于图8中所图示的MEMS传感器设备封装800。如可以看出的，传感器电路914形成为包围并且联接到MEMS传感器设备916的外壁。柔性基板990设置在MEMS传感器设备封装900内并且被附接到封装壳体912的盖902。输入端口或通道920a、920b被形成在盖902和柔性基板990上以从外部环境接收所属物。输入端口920a、920b的结构、几何形状和尺寸类似于图8的输入端口820a、820b。

图10是根据本公开的另一所述实施例的示例性组合MEMS传感器设备封装1000的横截面图。与先前的MEMS传感器设备封装不同，在封装壳体1002内提供分隔件壁1092以形成两个腔体A、B。传感器电路和MEMS传感器设备的不同组合可被设置在腔体A、B中。作为示例，MEMS传感器设备1016b（诸如MEMS麦克风）被安装在腔体B中并且压力传感器1016b安装在腔体A中。在另一示例中，MEMS传感器设备1016a、1016b是相同类型的传感器设备。顺应盖1002的几何形状的柔性基板1090被附接到盖1002。柔性基板1090提供到传感器电路1014a、1014b和MEMS传感器设备1016a、1016b中的一个或多个的电连接。输入端口或通道1020a、1020b被形成在盖1002和柔性基板1090上以从外部环境接收所属物到封装壳体1002中。如图示的，输入端口1020a与MEMS传感器设备916a通信地联接，而输入端口1020b与MEMS传感器设备916b通信地联接。经由输入端口1020a、1020b的任何进入所属物不会彼此干扰，因为输入端口1020a和1020b被分隔件壁1092分开。

图11是根据本公开的另一所述实施例的示例性组合MEMS传感器设备封装1100的横截面图。与先前的MEMS传感器设备封装1000不同，仅提供一个输入端口1120以从外部环境接收所属物。在封装壳体1102内提供分隔件壁1192以形成两个腔体A、B。如图示的，MEMS传感器设备1116a和传感器电路1114a通过盖1102和分隔件壁1192被气密地密封在腔体A内，而腔体B经由输入端口1120与外部环境流体地连通。

已经通过示例示出了上述实施例，并且应该理解，这些实施例可以容许各种修改和替代形式。应进一步理解，权利要求不旨在限于所公开的特定形式，而是涵盖落入本公开的精神和范围的所有修改、等同物和替代物。

虽然已经参考各种实施例描述了本专利，但应该理解，这些实施例是说明性的，并且本公开的范围不限于这些实施例。许多变化、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已经在该背景下或特定实施例中描述了根据本专利的实施例。功能可以在本公开的各种实施例中的以块的方式被不同地分开或组合，或者以不同的术语被描述。这些和其它变化、修改、添加和改进可以落入如所附权利要求中限定的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种MEMS传感器设备组件，包括：

传感器组件，所述传感器组件包括传感器设备和通信地联接到所述传感器设备的传感器电路；

封装壳体，所述封装壳体包括顶部构件和附接到所述顶部构件的底部构件以用于包封所述传感器组件；

通道，所述通道将所述传感器设备流体地联接到所述封装壳体外部的所属物，所述通道被嵌入到所述封装壳体中；

其中，所述顶部构件包括顶壁和侧壁，所述侧壁被附接到所述底部构件，并且所述通道被嵌入到所述侧壁中的至少一个中。

2.根据权利要求1所述的MEMS传感器设备，其中，所述传感器组件被安装到所述顶部构件或所述底部构件中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的MEMS传感器设备，其中，所述传感器设备被安装到所述侧壁中的一个，并且所述通道定位为接近所述传感器设备。

4.根据权利要求3所述的MEMS传感器设备，其中，所述传感器电路被安装并且包围所述传感器设备。

5.根据权利要求3所述的MEMS传感器设备，其中，所述传感器电路被安装到所述顶壁。

6.根据权利要求2所述的MEMS传感器设备，其中，所述传感器设备被安装到所述顶壁，并且所述通道位于所述传感器设备上方。

7.根据权利要求6所述的MEMS传感器设备，其中，所述传感器电路被安装到所述顶壁。

8.根据权利要求1所述的MEMS传感器设备，进一步包括第二传感器组件，并且所述第二传感器组件被安装到与所述第一传感器组件相对的不同侧壁。

9.根据权利要求8所述的MEMS传感器设备，进一步包括定位为接近所述第二传感器组件的第二通道。

10.根据权利要求8所述的MEMS传感器设备，进一步包括用于将所述第一传感器组件和所述第二传感器组件分开的分隔件。

11.根据权利要求10所述的MEMS传感器设备，其中，所述第二传感器组件包括第二传感器设备。

12.根据权利要求11所述的MEMS传感器设备，其中，所述第二传感器设备选自由MEMS换能器、扬声器、接收器、麦克风、压力传感器、热传感器、光学传感器、成像传感器、化学传感器、陀螺仪、惯性传感器、湿度传感器、加速度计、气体传感器、环境传感器、运动传感器、导航传感器、生命传感器、隧道磁阻（TMR）传感器、接近传感器、辐射热测量计或其组合组成的组。

13.根据权利要求11所述的MEMS传感器设备，进一步包括导电膜，并且所述顶部构件被所述导电膜覆盖。

14.根据权利要求13所述的MEMS传感器设备，其中，所述第一传感器组件和所述第二传感器组件被安装到所述导电膜。

15.根据权利要求14所述的MEMS传感器设备，其中，所述顶部构件的一部分由将所述第一传感器组件和所述第二传感器组件安装到所述顶部构件的所述导电膜覆盖。

16.根据权利要求15所述的MEMS传感器设备，其中，所述导电膜被形成在所述顶壁和所述侧壁中的至少一个上。

17.一种组合MEMS传感器设备封装，包括：

封装壳体，所述封装壳体包括顶部构件和附接到所述顶部构件的底部构件以及用于将所述封装壳体分开成两个腔体的分隔件壁；

第一传感器组件和第二传感器组件，每个所述第一传感器组件和所述第二传感器组件被设置在分开的腔体中；

通道，所述通道流体地联接到所述第一传感器组件；

其中，设置在所述腔体中的一个中的所述第一传感器组件是非气密密封的。

18.根据权利要求17所述的组合MEMS传感器设备封装，其中，设置在所述腔体中的一个中的所述第二传感器组件是气密密封的。

19.根据权利要求17所述的组合MEMS传感器设备封装，进一步包括流体地联接到所述第二传感器组件的第二通道，其中，设置在所述腔体中的一个中的所述第二传感器组件是非气密密封的。

20.根据权利要求17所述的组合MEMS传感器设备封装，其中，所述第一传感器组件和所述第二传感器组件选自由MEMS换能器、扬声器、接收器、麦克风、压力传感器、热传感器、光学传感器、成像传感器、化学传感器、陀螺仪、惯性传感器、湿度传感器、加速度计、气体传感器、环境传感器、运动传感器、导航传感器、生命传感器、隧道磁阻（TMR）传感器、接近传感器、辐射热测量计或其组合组成的组。