CN111866683A - 封装方法、mems麦克风及其封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种封装方法、MEMS麦克风及其封装结构，该封装结构包括：印刷电路板，用于承载MEMS麦克风的微机电结构与芯片结构；以及立体电路结构，其周边缘沿着立体电路结构的厚度方向延伸，以便于立体电路结构形成容置腔，容置腔在厚度方向上具有开口，其中，印刷电路板与立体电路结构固定，以便于开口被印刷电路板覆盖，且微机电结构和芯片结构容纳在容置腔内，该封装结构可以减少MEMS麦克风的封装步骤，从而提高了MEMS麦克风的封装效率与良率。

Description

封装方法、MEMS麦克风及其封装结构

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，更具体地，涉及封装方法、MEMS麦克风及其封装结构。

背景技术

基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)制造的麦克风被称为MEMS麦克风，通常包括MEMS传感器芯片以及与之电连接的功能集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)芯片。封装MEMS麦克风时，需要先将MEMS传感器芯片与ASIC芯片连接至印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)上，然后再将MEMS传感器芯片与ASIC芯片封装在容置腔内部。

在封装处理的过程中，如果工序过多，不仅对封装时用到的装置以及工艺要求较高，封装效率低，而且还可能会降低产品的良率。

因此，希望提供一种改进的封装方法、MEMS麦克风及其封装结构，以减少MEMS麦克风在封装过程中的工序，从而提高MEMS麦克风的封装效率与良率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种改进的封装方法、MEMS麦克风及其封装结构，利用立体电路结构形成容置腔，并将承载有微机电结构、芯片结构的印刷电路板直接与立体电路结构固定，从而完成了MEMS麦克风的封装，提高了MEMS麦克风的封装效率与良率。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种MEMS麦克风的封装结构，印刷电路板，用于承载所述MEMS麦克风的微机电结构与芯片结构；以及立体电路结构，其周边缘沿着所述立体电路结构的厚度方向延伸，以便于所述立体电路结构形成容置腔，所述容置腔在所述厚度方向上具有开口，其中，所述印刷电路板与所述立体电路结构固定，以便于所述开口被所述印刷电路板覆盖，且所述微机电结构和所述芯片结构容纳在所述容置腔内。

优选地，所述立体电路结构包括：贴装部，作为所述容置腔的基板；侧壁部，沿着所述厚度方向延伸并围绕所述容置腔，所述侧壁部与所述贴装部一体成型；以及接地焊盘和多个非接地焊盘，设置于所述贴装部或所述侧壁部的表面并背向所述开口，所述接地焊盘与所述芯片结构的接地端电连接，所述多个非接地焊盘分别和所述芯片结构中相对应的非接地端电连接。

优选地，所述印刷电路板设置有接地导线以与所述芯片结构的接地端电连接，所述接地导线经所述侧壁部内的通孔连接至所述接地焊盘。

优选地，所述侧壁部内的通孔被接地结构填充，所述接地结构呈环状围绕所述容置腔。

优选地，所述立体电路结构还包括位于所述容置腔内的导电柱，所述印刷电路板设置有信号线以与所述芯片结构的非接地端电连接，所述信号线经由所述导电柱与所述非接地焊盘电连接。

优选地，所述贴装部包括导体布线，用于将所述导电柱与相应的所述非接地焊盘电连接。

优选地，所述贴装部呈长方体，所述导电柱包括第一导电柱与第二导电柱，所述第一导电柱与所述第二导电柱的底面分别位于所述长方体同一边的两端，所述立体电路结构还包括固定部，包裹所述第一导电柱与所述第二导电柱的侧壁，自所述边的一端向另一端延伸并与所述侧壁部固定连接。

优选地，所述印刷电路板具有连通所述印刷电路板相对的第一表面与第二表面的声孔，所述声孔的位置与所述微机电结构对应。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种MEMS麦克风，包括如上所述的封装结构。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种封装方法，用于形成如上所述的MEMS麦克风，封装方法包括：将所述微机电结构和所述芯片结构固定于所述印刷电路板的第一表面；形成所述微机电结构与所述芯片结构之间的电连接；将所述立体电路结构与所述印刷电路板的第一表面压合，以将所述微机电结构与所述芯片结构容纳在所述容置腔内。

根据本发明实施例提供的封装方法、MEMS麦克风及其封装结构，利用压合工艺将印刷电路板与立体电路结构固定形成封装结构，其中，立体电路结构具有容置腔，在封装的过程中，将承载有微机电结构、芯片结构的印刷电路板直接与立体电路结构固定，便可以完成MEMS麦克风的封装，从而减少了封装步骤，提高了MEMS麦克风的封装效率与良率。

进一步的，通过将连接印刷电路板的接地导线与立体电路结构接地焊盘通过设置在立体电路结构侧壁部的内部的导电通孔连接，减少了接地线路部分占用容置腔的空间，从而为立体电路结构的其他电路布线提供了更多的空间，便于进一步优化MEMS麦克风的布线方式。

进一步的，通过在通孔中设置导电结构，并使得导电结构呈环状围绕容置腔，增强了MEMS麦克风的电磁屏蔽效果。

因此，本发明提供的MEMS麦克风及其封装结构，可以提高MEMS麦克风的封装效率与良率，并进一步优化MEMS麦克风的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。

图1示出了相关技术中MEMS麦克风的封装结构示意图。

图2示出了本发明实施例的MEMS麦克风封装结构示意图。

图3a与图3b示出了图2中印刷电路板的立体结构示意图。

图3c示出了图2中印刷电路板的第一表面结构示意图。

图4a与图4b示出了图2中立体电路结构的立体结构示意图。

图4c示出了图2中立体电路结构的俯视图。

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，在描述器件的结构时，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”等表述方式。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，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。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了相关技术中MEMS麦克风的封装结构示意图。

如图1所示，在相关技术中，MEMS麦克风的封装结构由3个印刷电路板构成，分别为底部印刷电路板10、顶部印刷电路板20以及夹在底部印刷电路板10与顶部印刷电路板20之间的侧边印刷电路板30构成，3个印刷电路板经多次压合后形成“三明治”封装结构，容易发生MEMS麦克风开路和漏气不良，不良率在300PPM以上。与此同时，由于封装工序较多，对组装时用到的装置以及工艺要求较高，封装效率低。

图2示出了本发明实施例的MEMS麦克风封装结构示意图。

如图2所示，本发明实施例的MEMS麦克风封装结构包括印刷电路板100与立体电路结构200。印刷电路板100具有相对的第一表面101与第二表面102，其中，第一表面101用于承载MEMS麦克风的微机电结构与芯片结构。立体电路结构200的周边缘沿着立体电路结构的厚度方向d延伸，以便于立体电路结构200形成容置腔，容置腔在厚度d方向上具有开口。其中，印刷电路板100与立体电路结构200固定，以便于开口被印刷电路板100覆盖，且微机电结构和芯片结构容纳在容置腔内。具体地，立体电路结构200包括贴装部200a和侧壁部200b，贴装部200a作为容置腔的基板，侧壁部200b沿着厚度d方向延伸并围绕容置腔，其中，贴装部200a具有相对的第一表面201与第二表面202，贴装部200a和侧壁部200b为一体成型结构。

在本实施例中，立体电路结构的贴装部200a与侧壁部200b采用镂空方式结合，侧壁部200b与印刷电路板的第一表面101只需要一次焊锡压合就可以完成封装固定，降低了封装的复杂程度，提高了封装效率与良率。下面将结合图2至图4c对本发明实施例的MEMS麦克风封装结构进行详细说明。

印刷电路板的第一表面101设置有接地导线110以与芯片结构12的接地端电连接，其中，接地导线110包括主体部111、打线部112以及连接部113。在一些具体的实施例中，印刷电路板100呈长方体，连接部113沿印刷电路板的第一表面101的周边沿设置。主体部111方形，靠近第一表面101的一条短边，主体部111相邻的3边具有凸起，分别连接至连接部113。打线部112凸出于主体部111另一条侧边。

印刷电路板的第一表面101还设置有供电信号线120与输出信号线130，其中，接地导线110、供电信号线120以及输出信号线130彼此分开。在一些具体的实施例中，供电信号线120与输出信号线130靠近第一表面101的另一条短边。供电信号线120具有打线部121，与接地导线的打线部112相邻。输出信号线130具有打线部131，靠近第一表面101的短边的中部。

在一些优选的实施例中，印刷电路板100具有穿过第一表面101和第二表面102的声孔140，声孔140的位置与接地导线的主体部111对应。

微机电结构11可通过绝缘胶体固定在接地导线的主体部111上，并与声孔140的位置对应，芯片结构12可通过绝缘胶体固定在接地导线的主体部111与供电信号线120之间。微机电结构11通过引线与芯片结构12连接，芯片结构12的接地端与接地导线的打线部112电连接，芯片结构12的供电端与供电信号线的打线部121电连接，芯片结构12的输出端与输出信号线的打线部131电连接。

立体电路结构还包括：接地焊盘和多个非接地焊盘，设置于贴装部200a或侧壁部200b的表面并背向开口，接地焊盘与芯片结构的接地端电连接，多个非接地焊盘分别和芯片结构中相对应的非接地端电连接。在一些具体的实施例中，立体电路结构贴装部200a的第一表面201具有接地焊盘与非接地焊盘，非接地焊盘包括供电焊盘261和输出焊盘262，接地焊盘包括第一接地焊盘263与第二接地焊盘264。在一些优选的实施例中，贴装部的第一表面201还具有指向标记，与供电焊盘261或输出焊盘262相邻。

立体电路结构在侧壁部200b包括绝缘材料，侧壁部200b内设置有连通至第一接地焊盘263与第二接地焊盘264的通孔(未示出)，通孔内部填充导电材料形成接地结构，接地结构呈环状围绕容置腔。其中，接地导线110经侧壁部200b内的通孔电连接至第一接地焊盘263与第二接地焊盘264。在一些具体的实施例中，侧壁部200b远离贴装部200a的第二表面202的一面设置由铜箔250，铜箔250的位置与形状和印刷电路板接地引线的连接部113对应，在封装的过程中，将锡膏均匀涂布在连接部113上，将铜箔250与连接部113相对进行一次压合，从而完成了封装步骤。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要将铜箔250与锡膏替换为其他导电材料。

立体电路结构200还包括第一导电柱211与第二导电柱212，第一导电柱211与第二导电柱212的底面位于所述贴装部的第二表面202上，

贴装部的第二表面202设置有供电导体布线220，并通过过孔221与供电焊盘261电连接，其中，供电信号线120经第一导电柱211与供电导体布线220电连接。

贴装部的第二表面202还设置有输出导体布线230，并通过过孔231与输出焊盘262电连接，其中，输出信号线130经第二导电柱212与输出导体布线230电连接。

在一些优选的实施例中，贴装部200a呈长方体，第一导电柱211与第二导电柱212的底面分别位于贴装部第二表面202第一短边202a的两端。立体电路结构还包括固定部240，其材料包括绝缘材料，包裹第一导电柱211与第二导电柱212的侧壁，自第一短边202a的一端向另一端延伸并与侧壁部200b固定连接，从而将第一导电柱211与第二导电柱212以第一短边202a为基准进行固定，而供电导体布线220与输出导体布线230大体上自第一短边202a的位置向第二短边202c的方向延伸的，因此，将固定部240紧贴在第一短边202a的一侧可以增加供电导体布线220与输出导体布线230的布线空间和/或降低对供电导体布线220与输出导体布线230的影响。

在一些具体的实施例中，供电导体布线220自第一导电柱211的底面依次沿贴装部第二表面202的第一长边202b和第二短边202c延伸，呈倒L形。输出导体布线230呈倒Z形，与供电导体布线220分隔，倒Z形的底边230a自第二导电柱212的底面沿贴装部第二表面202的第二长边202d延伸，并在第二长边202d的中部截止，倒Z形的顶边230c与L形的长边平行，倒Z形的中部230b垂直连接底边230a与顶边230c。

供电焊盘261与贴装部第二表面202的第二长边202d和第二短边202c构成的角的位置对应，供电焊盘261、输出焊盘262、第一接地焊盘263以及第二接地焊盘264沿逆时针对应于贴装部第二表面202的四个角。

根据本发明实施例提供的封装方法、MEMS麦克风及其封装结构，利用压合工艺将印刷电路板与立体电路结构固定形成封装结构，其中，立体电路结构具有容置腔，在封装的过程中，将承载有微机电结构、芯片结构的印刷电路板直接与立体电路结构固定，便可以完成MEMS麦克风的封装，从而减少了封装步骤，提高了MEMS麦克风的封装效率与良率。

进一步的，通过将连接印刷电路板的接地导线与立体电路结构接地焊盘通过设置在立体电路结构侧壁部的内部的导电通孔连接，减少了接地线路部分占用容置腔的空间，从而为立体电路结构的其他电路布线提供了更多的空间，便于进一步优化印刷电路板的布线方式。

进一步的，通过在通孔中设置导电结构，并使得导电结构呈环状围绕容置腔，增强了MEMS麦克风的电磁屏蔽效果。

因此，本发明提供的MEMS麦克风及其封装结构，可以提高MEMS麦克风的封装效率与良率，并进一步优化MEMS麦克风的性能。

在以上的描述中，对于各层的构图、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价物限定。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 (10)

1.一种MEMS麦克风的封装结构，其特征在于，包括：

印刷电路板，用于承载所述MEMS麦克风的微机电结构与芯片结构；以及

立体电路结构，其周边缘沿着所述立体电路结构的厚度方向延伸，以便于所述立体电路结构形成容置腔，所述容置腔在所述厚度方向上具有开口，

其中，所述印刷电路板与所述立体电路结构固定，以便于所述开口被所述印刷电路板覆盖，且所述微机电结构和所述芯片结构容纳在所述容置腔内。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述立体电路结构包括：

贴装部，作为所述容置腔的基板；

侧壁部，沿着所述厚度方向延伸并围绕所述容置腔，所述侧壁部与所述贴装部一体成型；以及

接地焊盘和多个非接地焊盘，设置于所述贴装部或所述侧壁部的表面并背向所述开口，所述接地焊盘与所述芯片结构的接地端电连接，所述多个非接地焊盘分别和所述芯片结构中相对应的非接地端电连接。

3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述印刷电路板设置有接地导线以与所述芯片结构的接地端电连接，所述接地导线经所述侧壁部内的通孔连接至所述接地焊盘。

4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述侧壁部内的通孔被接地结构填充，所述接地结构呈环状围绕所述容置腔。

5.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述立体电路结构还包括位于所述容置腔内的导电柱，

所述印刷电路板设置有信号线以与所述芯片结构的非接地端电连接，所述信号线经由所述导电柱与所述非接地焊盘电连接。

6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述贴装部包括导体布线，用于将所述导电柱与相应的所述非接地焊盘电连接。

7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述贴装部呈长方体，所述导电柱包括第一导电柱与第二导电柱，所述第一导电柱与所述第二导电柱的底面分别位于所述长方体同一边的两端，

所述立体电路结构还包括固定部，包裹所述第一导电柱与所述第二导电柱的侧壁，自所述边的一端向另一端延伸并与所述侧壁部固定连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的封装结构，其特征在于，所述印刷电路板具有连通所述印刷电路板相对的第一表面与第二表面的声孔，所述声孔的位置与所述微机电结构对应。

9.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的封装结构。

10.一种封装方法，用于封装形成如权利要求10所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述封装方法包括：

将所述微机电结构和所述芯片结构固定于所述印刷电路板的第一表面；

形成所述微机电结构与所述芯片结构之间的电连接；

将所述立体电路结构与所述印刷电路板的第一表面压合，以将所述微机电结构与所述芯片结构容纳在所述容置腔内。

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