CN109495831A - 一种mems麦克风的封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS麦克风的封装结构及其制造方法，包括位于封闭空间内且安装、导通在基板上的MEMS麦克风芯片以及ASIC芯片；基板上对应MEMS麦克风芯片的位置设置有供声音传入的声孔；还包括位于封闭空间内且与基板导通的外接电路板；所述外接电路板上设置有用于外接的多个焊盘；所述金属盖体上与焊盘对应的位置设置有将焊盘露出的通孔。本发明的封装结构，大大增加了MEMS麦克风的背腔容积，MEMS麦克风的振膜至封闭空间的区域均是MEMS麦克风的背腔，从而提高了MEMS麦克风的声学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种麦克风，属于声电转换领域；更具体地，涉及一种MEMS麦克风的封装结构；本发明还涉及一种封装结构的制造方法。
背景技术
MEMS(微型机电系统)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，其中的振膜、背极板是MEMS麦克风中的重要部件，振膜、背极板构成了电容器并集成在硅晶片上，实现声电的转换。
近年来，随着科学技术的发展，手机、笔记本电脑等电子产品的体积在不断减小，系统厂商预留给MEMS麦克风的空间越来越少，这给电子元器件的制造商带来了较大的难题。
根据系统厂商预留给麦克风空间的结构样式，MEMS麦克风的封装结构分为Top型、Bottom型。通常情况下，Top型的封装结构中，MEMS麦克风和ASIC芯片均贴装在电路板上，且用于外接的焊盘也设置在电路板的外侧，声孔则位于封装结构的外壳上。这种结构的封装方式，使得MEMS麦克风的背腔体积小，不利于MEMS麦克风性能的提高；而且电磁屏蔽效果也不好。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种MEMS麦克风的封装结构的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS麦克风的封装结构，包括基板、金属盖体，以及由基板和金属盖体包围起来的封闭空间，还包括位于封闭空间内且安装、导通在基板上的MEMS麦克风芯片以及ASIC芯片；所述基板上对应MEMS麦克风芯片的位置设置有供声音传入的声孔；
还包括位于封闭空间内且与基板导通的外接电路板；所述外接电路板上设置有用于外接的多个焊盘；所述金属盖体上与焊盘对应的位置设置有将焊盘露出的通孔。
可选地，所述金属盖体包括与基板相对的顶部，以及从顶部四周边缘往基板方向延伸的侧壁部；所述外接电路板与基板相对并贴装在金属盖体顶部的内壁上；所述基板与外接电路板之间通过导电部导通；所述通孔设置在金属盖体的顶部。
可选地，所述导电部为中转电路板，所述中转电路板设置在基板、外接电路板之间，其两端分别与基板、外接电路板连接、导通。
可选地，所述外接电路板与中转电路板是一体的。
可选地，所述外接电路板通过胶材贴装在金属盖体顶部的内壁上
可选地，所述焊盘为设置在外接电路板相应位置上的铜层，在所述铜层的周围设置有阻焊油墨。
可选地，所述阻焊油墨由外接电路板延伸到铜层上端面的边缘位置。
可选地，所述基板为承载电路板。
可选地，所述基板包括与金属盖体扣合在一起围成封闭空间的金属板材，以及位于封闭空间内且层叠在金属板材上的承载电路板；所述MEMS麦克风芯片设置在金属板材上，所述声孔设置在金属板材上与MEMS麦克风芯片相对的位置；所述ASIC芯片设置并导通在承载电路板上；所述MEMS麦克风芯片通过金线与ASIC芯片导通，所述导电部分别与承载电路板、外接电路板导通。
可选地，所述焊盘的端面低于所述金属盖体的外侧端面。
可选地，所述外接电路板相对基板垂直，且外接电路板的一端与所述基板连接并导通；另一端抵接在所述金属盖体邻近通孔位置的内壁上，所述焊盘设置在外接电路板上邻近金属盖体的一端。
根据本发明的另一方面，还提供了上述封装结构的制造方法，包括以下步骤；
a)分切电路板单元，获得独立的外接电路板；
b)将外接电路板贴装在金属盖体的侧壁上，并使外接电路板上的焊盘从金属盖体侧壁上的通孔露出，得到壳体组件；
c)在集成板上拼装MEMS麦克风芯片、ASIC芯片；
d)将壳体组件装配到集成板上，并将MEMS麦克风芯片、ASIC芯片封装起来；
e)切割得到独立的封装结构。
根据本公开的一个实施例，将MEMS麦克风芯片设置在具有声孔的基板上，而焊盘则通过外接电路板形成在金属盖体的顶部位置，这种Top型的设计结构与传统的Top型结构相比，大大增加了MEMS麦克风的背腔容积，MEMS麦克风的振膜至封闭空间的区域均是MEMS麦克风的背腔，从而提高了MEMS麦克风的声学性能。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明封装结构的示意图。
图2是图1中焊盘区域的局部放大图。
图3至图6是本发明封装结构制造方法的工艺流程图。
图7是本发明封装结构第二实施方式的示意图。
图8是本发明封装结构第三实施方式的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种MEMS麦克风的封装结构，其包括基板、金属盖体，以及由基板和金属盖体包围起来的封闭空间，MEMS麦克风芯片以及ASIC芯片均设置在该封闭空间内。
实施例1
参考图1示出的实施例，本发明的基板可以是承载电路板1，金属盖体2与承载电路板1贴装在一起，形成了芯片的封闭空间。金属盖体2采用金属材质，以保证封装结构的电磁屏蔽效果。金属盖体2可以包括与承载电路板1相对的顶部，以及从顶部四周边缘朝向承载电路板1方向延伸的侧壁部。侧壁部与顶部围成了金属盖体2的半包围结构，承载电路板1固定在金属盖体2的开口端位置，二者共同形成了具有封闭空间的外部封装结构。
MEMS麦克风芯片3、ASIC芯片4位于封闭内腔中，并被安装在承载电路板1上。承载电路板1上对应MEMS麦克风芯片3的位置设置有声孔10，以便声音进入。其中，MEMS麦克风芯片3为将声音信号转化为电信号的换能部件，该MEMS麦克风芯片3利用MEMS(微机电系统)工艺制作。MEMS麦克风芯片3与ASIC芯片4连接在一起，使得MEMS麦克风芯片3输出的电信号可以传输到ASIC芯片4中，并被ASIC芯片4处理、输出。
MEMS麦克风芯片3与ASIC芯片4之间可以通过金线连接，也可以采用倒装的方式通过承载电路板1中的电路布图导通，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
本发明的封装结构，还包括位于封闭空间内的外接电路板6。外接电路板6可以通过胶材7粘接在金属盖体2顶部的内壁上，使得外接电路板6与承载电路板1近似平行设置。
外接电路板6上设置有用于外接的多个焊盘60，金属盖体2上与焊盘60对应的位置设置有将焊盘60露出的通孔20。
参考图2，外接电路板2通过胶材7紧贴金属盖体2顶部的内壁上，外接电路板6上的焊盘60通过通孔20露出，以便于与电子设备的主电路板焊接在一起，以实现该封装结构在电子设备中的安装、导通。
本发明的焊盘60可以是外接电路板6表面的铜层结构，对外接电路板6表面的铜层进行处理，从而得到焊盘60的图形。其中，可在外接电路板6上铜层的外围涂覆上一层阻焊油墨61，以形成裸露的焊盘60。
优选的是，该阻焊油墨61由外接电路板6延伸到铜层上端面的边缘位置。参考图2示出的结构，在装配的时候，阻碍油墨61有利于将锡膏保持在焊盘60上，防止熔化的锡膏溢出。
优选的是，焊盘60的边缘与通孔20的内壁之间具有一定的间隙，以防止熔化的锡膏与金属盖体2接触在一起。
本发明的实施例中，外接电路板6与金属盖体2贴合的位置可以不设置铜层结构，以降低焊盘60与金属盖体2外表面之间的落差。在一个具体的实施方式中，金属盖体2的厚度可以不超过0.1mm，焊盘60的厚度可以为0.025mm-0.04mm之间。焊盘60的端面低于金属盖体2外侧端面的其中一个优点在于，在焊接该封装结构时，可以使该金属盖体2的外侧表面与电子设备的主电路板紧密贴合在一起，同时还可以保证焊接的平整度。
对于麦克风的封装结构而言，外接电路板6外侧的焊盘设置有多个，例如输出焊盘、电源焊盘等，每个焊盘对应一个通孔。
为了使承载电路板1上的信号与外接电路板6导通，需要设置一导电部连通外接电路板6与承载电路板1。该导电部可以是引线，在本发明一个优选的实施方式中，导电部为设置在外接电路板6与承载电路板1之间的中转电路板5。
参考图1，中转电路板5竖直地设置在外接电路板6与承载电路板1之间，中转电路板5的上端与外接电路板6连接并导通，其下端与承载电路板1连接并导通。中转电路板5可以通过设置在其内部的金属化通孔50实现外接电路板6与承载电路板1的导通，这种金属化通孔50的结构属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
优选地，外接电路板6与中转电路板5可以是一体的，在装配的时候可以将外接电路板6与中转电路板5以组件的形式粘贴在金属盖体2的内壁上。
本发明的封装结构，将MEMS麦克风芯片设置在具有声孔的基板上，而焊盘则通过外接电路板形成在金属盖体的位置，这种Top型的设计结构与传统的Top型结构相比，大大增加了MEMS麦克风的背腔容积，MEMS麦克风的振膜至封闭空间的区域均是MEMS麦克风的背腔，从而提高了MEMS麦克风的声学性能。
另外，本发明的封装结构，其装配工艺简单。本发明提供了一种上述MEMS麦克风的封装结构的制造方法，其包括如下步骤：
a)分切电路板单元，获得独立的外接电路板。
对电路板单元进行分切，将单个外接电路板从电路板单元上分割出来。参考图3，对于图1所示实施例中，中转电路板5已经与外接电路板连接并导通在一起，中转电路板5与外接电路板6优选是一体的。此时外接电路板与中转电路板5以集成板的样式存在。分切的时候，同时得到外接电路板6和中转电路板5。
b)将外接电路板贴装在金属盖体的侧壁上，并使外接电路板上的焊盘从金属盖体侧壁上的通孔露出，得到壳体组件。
参考图4，将外接电路板6通过胶材贴装在金属盖体2上，且在金属盖体2上设置有通孔20，使得外接电路板6上的焊盘60可以通过这些通孔20露出。外接电路板6的其它位置将这些通孔封闭起来。外接电路板6上的中转电路板5朝向金属盖体2的开口端方向延伸。外接电路板6与金属盖体6装配在一起后得到了壳体组件。
c)在集成板上拼装MEMS麦克风芯片、ASIC芯片。
参考图5，在基板的集成板8上按照预定的位置、距离拼装MEMS麦克风芯片、ASIC芯片。例如将多个MEMS麦克风芯片、多个ASIC芯片分别贴装在集成板8上，每个MEMS麦克风芯片3、ASIC芯片4构成了待封装单元80，参考图6。贴装完成后，对MEMS麦克风芯片、ASIC芯片进行打线、包胶等工艺。
d)将壳体组件装配到集成板上，并将MEMS麦克风芯片、ASIC芯片封装起来。
将每个壳体组件分别装配到集成板8的相应位置，使每个壳体组件将每个待封装单元80封装起来，形成了多个待切割的MEMS麦克风的封装结构。
e)切割得到独立的封装结构。
将集成板进行切割，从而得到多个独立的封装结构。集成板切割得到了由基板1、金属盖体2围成的封装结构。
实施例2
该实施例2的结构及制造方法与实施例1相同，例如外接电路板6a上的焊盘60a从金属盖体2a顶部设置的通孔20a中露出等，与实施例1不同的地方仅在于基板。在该实施例2中，参考图7，基板包括与金属盖体2a扣合在一起围成封闭空间的金属板材9a。金属板材9a将金属盖体2a的开口端封闭起来，从而可以提高整个封装结构的电磁屏蔽效果。
MEMS麦克风芯片3a贴装在金属板材9a上，并且在金属板材9a上对应MEMS麦克风芯片3a的位置设置有声孔10a，以便声音经过该声孔10a作用到MEMS麦克风芯片3a上。
基板还包括位于封闭空间内且设置在金属板材9a上的承载电路板1a。该承载电路板1a层叠在金属板材9a上与MEMS麦克风芯片3a错开的位置上。ASIC芯片4a贴装在承载电路板1a上。MEMS麦克风芯片3a可以通过金线与ASIC芯片4a导通，ASIC芯片4a可通过金线与承载电路板1a导通。
中转电路板5a位于外接电路板6a与承载电路板1a之间，中转电路板5a的一端与承载电路板1a连接并导通，另一端与外接电路板6a连接并导通。中转电路板5a可以通过其内部的金属化通孔50a导通外接电路板6a与承载电路板1a，这种金属化通孔的设计属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
实施例3
该实施例3的结构及制造方法与实施例1相同，例如MEMS麦克风芯片3b、ASIC芯片4b在承载电路板1b上的设置结构、声孔10b的设置结构等。与实施例1不同的地方仅在于外接电路板的布置方式。
参考图8，外接电路板6b相对承载电路板1b垂直，外接电路板6b的一端与承载电路板1b连接并导通；另一端抵接在金属盖体2b邻近通孔20b位置的内壁上。外接电路板6b的端头可以通过胶材粘接在金属盖体2b顶部的内壁上，焊盘60b设置在外接电路板6b上邻近金属盖体2b的一端，使得焊盘60b可以通过金属盖体2b的通孔20b中露出，以便于与电子设备的主板焊接在一起。
外接电路板6b可以通过其内部设置的金属化通孔62b来导通焊盘60b与承载电路板1b，这种金属化通孔62b的设置方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (12)
1.一种MEMS麦克风的封装结构，其特征在于：包括基板、金属盖体，以及由基板和金属盖体包围起来的封闭空间，还包括位于封闭空间内且安装、导通在基板上的MEMS麦克风芯片以及ASIC芯片；所述基板上对应MEMS麦克风芯片的位置设置有供声音传入的声孔；
还包括位于封闭空间内且与基板导通的外接电路板；所述外接电路板上设置有用于外接的多个焊盘；所述金属盖体上与焊盘对应的位置设置有将焊盘露出的通孔。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述金属盖体包括与基板相对的顶部，以及从顶部四周边缘往基板方向延伸的侧壁部；所述外接电路板与基板相对并贴装在金属盖体顶部的内壁上；所述基板与外接电路板之间通过导电部导通；所述通孔设置在金属盖体的顶部。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于：所述导电部为中转电路板，所述中转电路板设置在基板、外接电路板之间，其两端分别与基板、外接电路板连接、导通。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于：所述外接电路板与中转电路板是一体的。
5.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于：所述外接电路板通过胶材贴装在金属盖体顶部的内壁上。
6.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于：所述焊盘为设置在外接电路板相应位置上的铜层，在所述铜层的周围设置有阻焊油墨。
7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于：所述阻焊油墨由外接电路板延伸到铜层上端面的边缘位置。
8.根据权利要求2至7任一项所述的封装结构，其特征在于：所述基板为承载电路板。
9.根据权利要求2至7任一项所述的封装结构，其特征在于：所述基板包括与金属盖体扣合在一起围成封闭空间的金属板材，以及位于封闭空间内且层叠在金属板材上的承载电路板；所述MEMS麦克风芯片设置在金属板材上，所述声孔设置在金属板材上与MEMS麦克风芯片相对的位置；所述ASIC芯片设置并导通在承载电路板上；所述MEMS麦克风芯片通过金线与ASIC芯片导通，所述导电部分别与承载电路板、外接电路板导通。
10.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述焊盘的端面低于所述金属盖体的外侧端面。
11.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述外接电路板相对基板垂直，且外接电路板的一端与所述基板连接并导通；另一端抵接在所述金属盖体邻近通孔位置的内壁上，所述焊盘设置在外接电路板上邻近金属盖体的一端。
12.一种根据权利要求1至10任一项所述封装结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤；
a)分切电路板单元，获得独立的外接电路板；
b)将外接电路板贴装在金属盖体的侧壁上，并使外接电路板上的焊盘从金属盖体侧壁上的通孔露出，得到壳体组件；
c)在集成板上拼装MEMS麦克风芯片、ASIC芯片；
d)将壳体组件装配到集成板上，并将MEMS麦克风芯片、ASIC芯片封装起来；
e)切割得到独立的封装结构。
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