CN111510835B - 固传导mems麦克风的封装结构、制造方法及移动终端 - Google Patents

Abstract

公开了一种固传导MEMS麦克风的封装结构、制造方法及移动终端，该封装结构，包括：基板；支撑件，位于基板上，支撑件的侧壁底部与基板通过连接材料机械相连，支撑件与基板之间形成空腔，支撑件和/或基板上设置有进音孔；芯片，芯片位于空腔中，芯片通过装片材料与基板机械连接，芯片与基板通过引线实现电连接，芯片包括MEMS芯片；密封件，位于支撑件和/或基板上，用于封闭进音孔，连接材料、装片材料和密封件为耐高温材料。本发明实施例的封装结构，实现在固传导MEMS麦克风回流焊过程中，固传导MEMS麦克风的密封腔体封装结构保持密封状态。

Description

固传导MEMS麦克风的封装结构、制造方法及移动终端

技术领域

本发明涉及微机电传感器技术领域，更具体地，涉及一种固传导MEMS麦克风的封装结构、制造方法及移动终端。

背景技术

相关技术中，固传导MEMS麦克风是基于MEMS技术制造的声电换能器。固传导MEMS麦克风通过表面安装技术将电子元器件安装在麦克风基板的表面上并暴露于麦克风的密封腔内。当进行回流焊将麦克风焊接到手机等电子产品上时，焊接温度过高会导致麦克风密封腔内气压升高，在内部高压作用下密封腔可能会发生密封腔体漏气现象而形成非密封腔体，MEMS器件会受到空气波动干扰影响产品性能，也容易导致麦克风密封腔内的锡膏熔融发生迸溅，污染麦克风内部的其它部件，进而影响麦克风的功能和品质。因此，亟需设计一种稳定可靠的封装结构以实现在固传导MEMS麦克风回流焊过程中，固传导MEMS麦克风的密封腔体封装结构保持密封状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种固传导MEMS麦克风的封装结构、制造方法及移动终端，实现在固传导MEMS麦克风回流焊过程中，固传导MEMS麦克风的密封腔体封装结构保持密封状态。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种固传导MEMS麦克风的封装结构，包括：

基板；

支撑件，位于所述基板上，所述支撑件的侧壁底部与所述基板通过连接材料机械相连，所述支撑件与所述基板之间形成空腔，所述支撑件和/或所述基板上设置有进音孔；

芯片，所述芯片位于所述空腔中，所述芯片通过装片材料与所述基板机械连接，所述芯片与所述基板通过引线实现电连接，所述芯片包括MEMS芯片；

密封件，位于所述支撑件和/或所述基板上，用于封闭所述进音孔，所述连接材料、所述装片材料和所述密封件为耐高温材料。

可选地，所述连接材料包括：高温锡膏、导电银浆和高温导电胶，所述装片材料包括：绝缘胶、硅胶，所述连接材料和所述装片材料的熔点高于250摄氏度。

可选地，所述密封件包括：密封薄膜和密封胶，所述密封件的熔点高于250摄氏度。

可选地，所述支撑件的材料包括：金属。

可选地，所述进音孔的直径小于0.2mm。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种固传导MEMS麦克风的封装结构的制造方法，包括：

在基板上设置芯片和支撑件，所述芯片通过装片材料与所述基板机械连接，所述支撑件的侧壁底部与所述基板通过连接材料机械相连，所述支撑件与所述基板之间形成空腔，所述芯片位于所述空腔中，所述芯片与所述基板通过引线实现电连接，所述芯片包括MEMS芯片，所述支撑件和/或所述基板上设置有进音孔；

在所述支撑件和/或所述基板上设置密封件，所述密封件用于封闭所述进音孔，所述连接材料、所述装片材料和所述密封件为耐高温材料。

可选地，所述连接材料包括：高温锡膏、导电银浆和高温导电胶，所述装片材料包括：绝缘胶、硅胶，所述连接材料和所述装片材料的熔点高于250摄氏度，则所述在基板上设置芯片和支撑件包括：

将所述装片材料涂设于所述芯片或者所述基板的至少一者上，通过所述装片材料设置所述芯片与所述基板机械连接；

将所述连接材料涂设于所述支撑件的侧壁底部或者所述基板的至少一者上，通过所述连接材料设置所述支撑件与所述基板机械连接。

可选地，所述密封件包括：密封薄膜和密封胶，所述密封件的熔点高于250摄氏度。

可选地，通过选择低于所述连接材料的熔点、所述装片材料的熔点和所述密封件的熔点的回流炉温度，在利用回流焊工艺将所述封装结构焊接到其他部件的过程中，所述封装结构保持密封状态，所述连接材料不会被再次熔融。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种移动终端，包括如上所述的封装结构。

根据本发明实施例提供的固传导MEMS麦克风的封装结构、制造方法及移动终端，支撑件位于基板上，支撑件的侧壁底部与基板通过连接材料机械相连，支撑件与基板之间形成空腔，支撑件和/或基板上设置有进音孔；芯片位于空腔中，芯片通过装片材料与基板机械连接，芯片与基板通过引线实现电连接；密封件位于支撑件和/或基板上，用于封闭进音孔以形成密封腔体封装结构。连接材料、装片材料和密封件为耐高温材料。通过选择低于连接材料的熔点、装片材料的熔点和密封件的熔点的回流炉温度，在利用回流焊工艺将本发明实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构焊接到手机等电子产品的过程中，所述封装结构保持密封状态，所述连接材料和所述装片材料不会被再次熔融，增加了固传导MEMS麦克风的封装结构保持产品性能的稳定性，减小了密封腔体封装结构内芯片被损坏的可能性，提高了麦克风的功能和品质。

芯片与基板通过装片材料机械连接，支撑件的侧壁底部与基板通过连接材料机械相连，支撑件和/或基板上设置有进音孔，在支撑件和/或基板上设置密封件，密封件用于封闭进音孔以形成密封腔体封装结构，方便了固传导MEMS麦克风的封装结构的批量化生产。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了本发明第一实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。

图2示出了本发明第二实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。

图3示出了本发明第三实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。

图4示出了本发明实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

在下文中描述了本发明部分实施例的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

固传导MEMS麦克风是一种靠与声源直接贴合而传导声音的器件，通过与之贴合的声源产生的振动将其转换为电信号，从而屏蔽掉环境噪音。固传导MEMS麦克风实际使用过程中，常需要利用回流焊工艺将麦克风焊接到手机等电子产品上。固传导MEMS麦克风是一个密封腔体封装结构，在回流焊焊接过程中，根据理想气体定律，存在下列关系式：

V1P1/T1＝V2P2/T2

其中，V1为室温环境下固传导MEMS麦克风的密封腔体的体积，V2为回流焊工艺处理过程中固传导MEMS麦克风的密封腔体的体积，P1为室温标准大气压，P2为回流焊工艺处理过程中固传导MEMS麦克风的密封腔体内的压强，T1为室温环境下固传导MEMS麦克风的密封腔体内的温度，T2为回流焊工艺处理过程中固传导MEMS麦克风的密封腔体内的温度。

回流焊工艺处理固传导MEMS麦克风前后，固传导MEMS麦克风的密封腔体的体积不变，即V1＝V2。若室温环境下固传导MEMS麦克风的密封腔体内的温度T1为20摄氏度，回流焊工艺处理过程中固传导MEMS麦克风的密封腔体内的温度T2为245摄氏度，则回流焊工艺处理过程中固传导MEMS麦克风的密封腔体内的压强P2是室温标准大气压P1的1.77倍，也就是说在回流焊处理过程中密封腔体内的气压会增高到1.77倍，有很大的升高。同时固传导MEMS麦克风的密封腔体在回流炉的最高温度(例如，245摄氏度)条件下，密闭仍要牢固可靠，不能出现漏气现象。这对固传导MEMS麦克风的密封腔体提出较高的要求。

本发明实施例可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本发明第一实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。图1中该封装结构1000包括：基板100、支撑件200、密封件610、和芯片。其中，支撑件200位于基板100上，支撑件200与基板100之间形成空腔210。支撑件200包括顶面、侧壁和凹陷部，侧壁底部与基板100相连，凹陷部与芯片的位置对应，基板100与凹陷部形成空腔210。支撑件200例如为金属壳。芯片贴装于基板100上且位于空腔210中。容易理解的是，支撑件200设置成片状，基板100设置有凹陷部，支撑件200与凹陷部同样可以形成空腔210。

支撑件200上设置有进音孔510，进音孔510位于支撑件200的顶面。进音孔510的直径小于0.2mm。需要说明的是，进音孔510在支撑件200的顶面的位置和数量可以根据需要设定。示例性的，可以设置一个进音孔510，也可以设置多个进音孔510均匀分布。密封件610位于支撑件200的顶面上，用于封闭进音孔510以形成密封腔体封装结构。该密封腔体封装结构具有电磁屏蔽作用，隔绝外界声音和外界环境对芯片的影响，提高了产品的稳定性和可靠性，使产品具有更高的良率。密封件610包括：密封薄膜和密封胶。密封件610的熔点高于250摄氏度。在一些实施例中，密封件610与支撑件200之间可以通过连接材料(未示出)相连，所述连接材料可以选用耐高温的导电胶或绝缘胶。在一些实施例中，密封件610设置有导气孔，密封件610的导气孔将凹槽部与外界相连通。连接材料还可选用高温锡膏，在回流焊过程中，凹槽部中受热膨胀的空气可通过导气孔排出，防止产品炸裂。通过合理设置导气孔和凹槽部，可以进一步保护支撑件720内的芯片(MEMS芯片)，提升产品的稳定性和可靠性。所述导电胶、绝缘胶和高温锡膏等连接材料的熔点高于250摄氏度。需要说明的是，图1所示的封装结构1000在未贴装密封件610前为前进音封装结构。在生产固传导MEMS麦克风的过程中，为了对固传导MEMS麦克风的半成品进行常规麦克风评估测试及筛选不合格品，需要为该前进音封装结构进行测试。待测试完成后，在进音孔510的相应位置通过涂胶或贴膜的方式密闭进音孔510，常温固化，固化后的密封薄膜和密封胶能经受250摄氏度高温。

芯片例如MEMS芯片300和ASIC芯片400，MEMS芯片300用于将外界声音信号变为电信号，ASIC芯片400用于输出所述电信号。MEMS芯片300和ASIC芯片400分别与基板100电连接，两者之间通过金属线或者基板100的内置导线电连接。MEMS芯片300包括衬底以及固定在衬底上的振膜和背极，振膜和背极构成了电容器并集成在硅晶片上。如图1所示的固传导MEMS麦克风是一个密封腔体封装结构，其与声源直接贴合，声源产生的振动作用在MEMS芯片300的振膜上，通过振膜的振动，改变振膜与背极之间的距离，从而将声音信号转换为电信号。ASIC芯片400对变化的电信号进行处理和输出，从而实现对声音的拾取。

MEMS芯片300和ASIC芯片400分别通过装片材料710与基板100机械连接。装片材料710可以选用绝缘胶或硅胶。装片材料710的熔点高于250摄氏度。支撑件200的侧壁底部与基板100之间通过连接材料720相连。连接材料720的熔点高于250摄氏度。连接材料720可以选用导电银浆或高温导电胶或高温锡膏。高温锡膏可以包括锡锑合金成分。

图2示出了本发明第二实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。与上述实施例中相同的部分不再赘述，如图2所示，该封装结构2000中，进音孔520设置于MEMS芯片300在基板100上的装片区域内。需要说明的是，进音孔520在基板100上的装片区域内的位置和数量可以根据需要设定。示例性的，可以设置一个进音孔520，也可以设置多个进音孔520均匀分布。密封件620位于基板100下，用于封闭进音孔520以形成密封腔体封装结构。该密封腔体封装结构具有电磁屏蔽作用，以隔绝外界声音和外界环境对芯片的影响，提高了产品的稳定性和可靠性，使产品具有更高的良率。需要说明的是，图2所示的封装结构2000在未贴装密封件620前为后进音封装结构。

图3示出了本发明第三实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。与上述实施例中相同的部分不再赘述，如图3所示，该封装结构3000中，进音孔530设置于MEMS芯片300在基板100上的装片区域外，需要说明的是，进音孔530在基板100上的装片区域外的位置和数量可以根据需要设定。示例性的，可以设置一个进音孔530，也可以设置多个进音孔530均匀分布。密封件630位于基板100下，用于封闭进音孔530以形成密封腔体封装结构。该密封腔体封装结构具有电磁屏蔽作用，以隔绝外界声音和外界环境对芯片的影响，提高了产品的稳定性和可靠性，使产品具有更高的良率。需要说明的是，图3所示的封装结构3000在未贴装密封件630前为后进音封装结构。

需要说明的是，支撑件200和基板100上可以同时设置有进音孔，所述进音孔可以位于支撑件和基板的任意位置。例如，进音孔位于支撑件的顶面和MEMS芯片在基板上的装片区域内；或进音孔位于支撑件的顶面和MEMS芯片在基板上的装片区域外。

图4示出了本发明实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构的制造方法的流程示意图。具体包括以下步骤：

在步骤S410中，在基板上设置芯片和支撑件。

在该步骤中，在基板上设置芯片和支撑件。支撑件和/或基板上设置有进音孔。芯片通过装片材料与基板机械连接和支撑件的侧壁底部与基板通过连接材料机械相连。支撑件与基板之间形成空腔，芯片位于空腔中，芯片与基板通过引线实现电连接，所述芯片包括MEMS芯片和ASIC芯片。装片材料包括：绝缘胶和硅胶，所述连接材料包括：高温锡膏、导电银浆和高温导电胶，所述装片材料和所述连接材料的熔点高于250摄氏度。在一些实施例中，装片材料可以选用绝缘胶或硅胶，将其预先涂设于基板表面的相应位置或涂设于MEMS芯片和ASIC芯片的底面上，再利用高温烤箱等提供高温环境将基板分别与MEMS芯片和ASIC芯片相连。在一些实施例中，连接材料可以高温锡膏或导电银浆或高温导电胶胶，将其预先涂设于基板表面的相应位置或涂设于支撑件底部，再利用高温烤箱等提供高温环境将基板与支撑件相连。

在步骤S420中，在所述支撑件和/或所述基板上设置密封件，所述密封件用于封闭所述进音孔。

在该步骤中，在支撑件和/或基板上设置密封件，密封件用于封闭进音孔。所述密封件包括：密封薄膜和密封胶，所述密封件的熔点高于250摄氏度。在一些实施例中，密封件与支撑件之间可以通过连接材料(未示出)相连，所述连接材料可以选用耐高温的导电胶或绝缘胶，将其预先涂设于支撑件和/或基板的相应位置或涂设于密封件的底面上，再将密封件与支撑件和/或基板相连。在一些实施例中，密封件设置有导气孔，密封件的导气孔将凹槽部与外界相连通。连接材料还可选用高温锡膏，将其预先涂设于支撑件和/或基板的相应位置或涂设于密封件的底面上，在回流焊过程中，凹槽部中受热膨胀的空气可通过导气孔排出，防止产品炸裂。通过合理设置导气孔和凹槽部，可以进一步保护支撑件内的芯片(MEMS芯片)，提升产品的稳定性和可靠性。所述导电胶、绝缘胶和高温锡膏等连接材料的熔点高于250摄氏度。

需要说明的是，在回流焊工艺中，回流炉内最高温度为245摄氏度左右，常使用锡银铜锡膏，其熔点为217摄氏度。显然，通过选择低于连接材料的熔点、装片材料的熔点和密封件的熔点的回流炉温度(例如，连接材料的熔点为250摄氏度，装片材料的熔点为250摄氏度，密封件的熔点为250摄氏度，则选择大于217摄氏度并且小于250摄氏度的回流炉温度)，在利用回流焊工艺将本发明实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构焊接到手机等电子产品的过程中，所述封装结构保持密封状态，所述连接材料和所述装片材料不会被再次熔融。

本发明实施例还提供一种移动终端，包括如上所述的封装结构。

根据本发明实施例提供的固传导MEMS麦克风的封装结构、制造方法及移动终端，支撑件位于基板上，支撑件的侧壁底部与基板通过连接材料机械相连，支撑件与基板之间形成空腔，支撑件和/或基板上设置有进音孔；芯片位于空腔中，芯片通过装片材料与基板机械连接，芯片与基板通过引线实现电连接；密封件位于支撑件和/或基板上，用于封闭进音孔以形成密封腔体封装结构。连接材料、装片材料和密封件为耐高温材料。通过选择低于连接材料的熔点、装片材料的熔点和密封件的熔点的回流炉温度，在利用回流焊工艺将本发明实施例的固传导MEMS麦克风的封装结构焊接到手机等电子产品的过程中，所述封装结构保持密封状态，所述连接材料和所述装片材料不会被再次熔融，增加了固传导MEMS麦克风的封装结构保持产品性能的稳定性，减小了密封腔体封装结构内芯片被损坏的可能性，提高了麦克风的功能和品质。

芯片与基板通过装片材料机械连接，支撑件的侧壁底部与基板通过连接材料机械相连，支撑件和/或基板上设置有进音孔，在支撑件和/或基板上设置密封件，密封件用于封闭进音孔以形成密封腔体封装结构，方便了固传导MEMS麦克风的封装结构的批量化生产。

在以上的描述中，对于各器件的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等效限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种固传导MEMS麦克风的封装结构，其特征在于，包括：

基板；

支撑件，位于所述基板上，所述支撑件的侧壁底部与所述基板通过连接材料机械相连，所述支撑件与所述基板之间形成空腔，所述支撑件和/或所述基板上设置有进音孔；

芯片，所述芯片位于所述空腔中，所述芯片通过装片材料与所述基板机械连接，所述芯片与所述基板通过引线实现电连接，所述芯片包括MEMS芯片；

密封件，位于所述支撑件和/或所述基板上，用于封闭所述进音孔以在所述固传导MEMS麦克风的应用过程中形成密封腔体封装结构，所述密封件中设置有导气孔，所述连接材料、所述装片材料和所述密封件为耐高温材料，所述密封件包括：密封薄膜和密封胶；

所述连接材料包括：高温锡膏、导电银浆和高温导电胶，所述装片材料包括：绝缘胶、硅胶，所述连接材料和所述装片材料的熔点高于250摄氏度；所述密封件的熔点高于250摄氏度。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述支撑件的材料包括：金属。

3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述进音孔的直径小于0.2mm。

4.一种固传导MEMS麦克风的封装结构的制造方法，其特征在于，包括：

在基板上设置芯片和支撑件，所述芯片通过装片材料与所述基板机械连接，所述支撑件的侧壁底部与所述基板通过连接材料机械相连，所述支撑件与所述基板之间形成空腔，所述芯片位于所述空腔中，所述芯片与所述基板通过引线实现电连接，所述芯片包括MEMS芯片，所述支撑件和/或所述基板上设置有进音孔；

在所述支撑件和/或所述基板上设置密封件，所述密封件用于封闭所述进音孔以在所述固传导MEMS麦克风的应用过程中形成密封腔体封装结构，所述密封件中设置有导气孔，所述连接材料、所述装片材料和所述密封件为耐高温材料，所述密封件包括：密封薄膜和密封胶；

所述连接材料包括：高温锡膏、导电银浆和高温导电胶，所述装片材料包括：绝缘胶、硅胶，所述连接材料和所述装片材料的熔点高于250摄氏度；所述密封件的熔点高于250摄氏度。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述在基板上设置芯片和支撑件包括：

将所述装片材料涂设于所述芯片或者所述基板的至少一者上，通过所述装片材料设置所述芯片与所述基板机械连接；

将所述连接材料涂设于所述支撑件的侧壁底部或者所述基板的至少一者上，通过所述连接材料设置所述支撑件与所述基板机械连接。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，通过选择低于所述连接材料的熔点、所述装片材料的熔点和所述密封件的熔点的回流炉温度，在利用回流焊工艺将所述封装结构焊接到其他部件的过程中，所述封装结构保持密封状态，所述连接材料和所述装片材料不会被再次熔融。

7.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一项所述的封装结构。

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