CN115057407A - Mems产品及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MEMS产品及电子设备，其中的MEMS产品包括PCB、设置在PCB上的MEMS芯片；其中，PCB包括至少两层应力隔离铜层，在应力隔离铜层上设置有挖空区；在沿各应力隔离铜层的层叠方向上，位于各应力隔离铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布；阶梯状分布的挖空区用于隔离传递至MEMS芯片的应力。利用上述发明能够增强MEMS芯片的抗应力干扰能力，提高产品的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS封装技术领域，更为具体地，涉及一种MEMS产品及电子设备。
背景技术
目前，在MEMS单体测试与终端应用时，测试外载条件与终端应用工况的影响均会降低麦克风的声学敏感性，即测试时的外载与终端的应用工况产生的力会通过外壳和PCB(即MEMS的封装系统)传递到MEMS膜片上，使得膜片上产生附加应力，导致膜片在原有残余加工应力下的应力水平发生变化，影响产品性能。
例如，当作用在MEMS膜片上的附加应力为压应力时，膜片刚性降低，相同声压下的变形加大，输出的电信号增大，频响升高；当作用在MEMS膜片上的附加应力为拉应力时，膜片刚性升高，相同声压下变形减小，输出的电信号降低，频响减小。
因此，如何设计一种能够不受外力影响的MEMS封装系统是本目前亟需解决技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种MEMS产品及电子设备，以解决现有的MEMS产品存在的容易受到外界应力影响，导致产品性能受到影响等问题。
本发明提供的MEMS产品，包括PCB、设置在PCB上的MEMS芯片；其中，PCB包括至少两层应力隔离铜层，在应力隔离铜层上设置有挖空区；在沿各应力隔离铜层的层叠方向上，位于各应力隔离铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布；阶梯状分布的挖空区用于隔离传递至MEMS芯片的应力。
此外，可选的技术方案是，PCB包括至少两层铜层，且各铜层均设置为应力隔离铜层；并且，在沿各挖空区的预设层叠方向上，挖空区逐步远离MEMS芯片设置。
此外，可选的技术方案是，PCB包括固定MEMS芯片的芯片区以及设置焊盘的PAD区；沿PAD区至芯片区的方向，挖空区距芯片区的距离逐渐减小。
此外，可选的技术方案是，挖空区沿PCB的短轴方向分布，包括两个延伸部以及位于两个延伸部之间的凸起部；凸起部向靠近芯片区一侧延伸。
此外，可选的技术方案是，延伸部和凸起部为一体切割成型或一体刻蚀成型。
此外，可选的技术方案是，在延伸部和凸起部相结合的拐角处设置有铜柱；铜柱用于连接当前铜层与当前铜层两侧的铜层。
此外，可选的技术方案是，挖空区沿PCB的短轴方向贯穿PCB设置。
此外，可选的技术方案是，还包括设置在PCB上并与PCB形成腔体结构的外壳；在PCB上设置有与外壳位置对应的粘接区；在粘接区下方的至少一个铜层上设置有阻断区。
此外，可选的技术方案是，在芯片区内设置有与阻断区导通的弧形附加区；附加区与阻断区为一体成型结构。
根据本发明的另一方面，提供一种电子设备，包括上述MEMS产品。
利用上述MEMS产品及电子设备，在PCB包括至少两层应力隔离铜层，在应力隔离铜层上设置有挖空区；在沿各应力隔离铜层的层叠方向上，位于各应力隔离铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布，且阶梯状分布的挖空区用于隔离传递至MEMS芯片的应力，当PCB受力产生变形时，会使得MEMS芯片整体平动，或者产生挤压MEMS芯片的效果，降低其对外载的敏感性，提高产品的性能。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的MEMS产品的局部结构示意图；
图2为根据本发明实施例的MEMS产品的第一铜层示意结构；
图3为根据本发明实施例的MEMS产品的第二铜层示意结构；
图4为根据本发明实施例的MEMS产品的第三铜层示意结构；
图5为根据本发明实施例的MEMS产品的第四铜层示意结构。
其中的附图标记包括：第一铜层1、铜柱12、挖空区13、挖空区11、芯片区2、第二铜层2、挖空区21、铜柱22、第三铜层3、挖空区31、铜柱32、挖空区4、PAD 41、铜柱42。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为详细描述本发明的MEMS产品及电子设备，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的MEMS产品的局部示意结构。
如图1所示，本发明实施例的MEMS产品，包括PCB、设置在PCB上的MEMS芯片；其中，PCB包括至少两层应力隔离铜层，在应力隔离铜层上设置有挖空区；在沿各应力隔离铜层的层叠方向上，位于各应力隔离铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布；阶梯状分布的挖空区用于隔离传递至MEMS芯片的应力，应力隔离铜层用于隔离传递至MEMS芯片的应力，起到应力拦截或隔离的目的。
具体地，PCB包括至少两层铜层，各铜层均设置为应力隔离铜层；并且，在各铜层上均设置有挖空区，在沿各铜层的层叠方向上，位于各铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布。阶梯状分布的挖空区用于隔离传递至MEMS芯片的应力，当PCB的PAD侧受到压力时，能够使得PAD区域的变形趋势大于MEMS芯片区域附件的变形，进而形成对MEMS芯片的挤压效应，减少其对外载的敏感度。
需要说明的是，上述应力隔离铜层可选择性的设置在PCB的任意个数的铜层上，即可以将PCB的铜层全设置为应力隔离铜层，也可选择性的将其中任意几层设置为应力隔离铜层，具体可根据PCB的结构及应用场景进行灵活设置。
其中，上述PCB包括固定MEMS芯片的芯片区以及设置焊盘的PAD区，芯片区和PAD区分别位于PCB的两侧，在沿PAD区至芯片区的法线方向(垂直于PCB的方向)上，挖空区距芯片区的距离逐渐减小；换言之，从PAD区至MEMS芯片所在的芯片区，在PCB的长轴方向上，挖空区逐渐向MEMS芯片侧移动，最终形成阶梯状的刚度分布区。
在本发明的MEMS产品中，位于各铜层上的挖空区可采用相同的形状，也可根据具体的铜层灵活调整挖空区，形成阶梯状的刚度分布区，以减少MEMS芯片受到的外载影响均可，例如除了上述在位置上对各挖空区进行阶梯状设置，也可以将挖空区的尺寸设置为阶梯状的分布形式，进而从多个角度形成对芯片区的保护。
作为具体示例，挖空区可设置为类似“几”字形，沿PCB的短轴方向分布，包括两个延伸部以及位于两个延伸部之间的凸起部；凸起部向靠近芯片区一侧延伸，挖空区可沿PCB的长轴中轴线呈对称分布，或者挖空区沿MEMS芯片设置位置的中心呈对称分布，进而形成对芯片区的有效防护。
其中，上述挖空区可采用一体切割成型或一体刻蚀成型，且挖空区的长度可根据具体的铜层的结构或应用场景进行灵活的设置，例如，可将挖空区设置为沿PCB的短轴方向贯穿整个PCB设置，或者仅设置在PCB内部。
在上述实施例中，第一铜层1的挖空区13的结构并未贯穿整个PCB的短轴方向，仅设置在第一铜层1的中部位置。
具体地，图2至图5分别示出了根据本发明实施例的第一铜层、第二铜层、第三铜层和第四铜层的示意结构。
可知，在该实施例中，PCB包括4个铜层，第一铜层1的挖空区11距离芯片区最近，以使最下侧的PAD具有足够的压力释放空间，第一铜层1上的挖空区11可以设置为横跨整个PCB的短轴方向，即第一铜层1可通过其挖空区11全部断开。第二铜层位于第一铜层1下侧，该铜层上的挖空区21可以采用与第一铜层1相同或不同的结构，例如采用非横跨短轴的结构，进行局部挖空断开；第三铜层上的挖空区31为直线结构，包括相互垂直的两条直线形挖空区31，第四铜层上的挖空区4为异形结构，即除矩形的芯片区和4个PAD结构之外，其他的结构均进行挖空处理，第四铜层通过连接柱(例如，铜柱)与第三铜层固定连接。
其中，自第四铜层至第一铜层1的方向，各挖空区距离MEMS芯片的距离原来远近，且各挖空区与MEMS芯片之间的最小距离呈等间距偏移，进而形成阶梯状的刚度分区效果。
针对上述铜层全断开的情况，为了确保整体的PCB刚度，还可在延伸部和凸起部相结合的拐角处设置有铜柱(包括铜柱12、铜柱22、铜柱32和铜柱42)，通过铜柱连接当前铜层与当前铜层两侧的铜层，进而确保PCB的刚度需求，铜柱的设置位置也可根据铜层的布线情况进行灵活调整。
本发明的MEMS电子产品，还包括设置在基板上的ASIC芯片，ASIC芯片和MEMS芯片分别设置在挖空区的两侧，沿PAD区至芯片区的法线方向，挖空区逐渐从ASIC芯片侧向MEMS芯片侧倾斜设置。
在本发明的一个具体实施方式中，MEMS电子产品还包括设置在PCB上并与PCB形成腔体结构的外壳；在PCB上设置有与外壳位置对应的粘接区，在粘接区下方的至少一个铜层上设置有阻断区，通过阻断区可以阻断外壳和PCB之间的应力传递，确保外壳内侧的平整度，进而有效降低芯片对外界干扰的敏感性；其中，该阻断区可采用切割或刻蚀等方式在PCB的铜层上进行设置。
需要说明的是，上述阻断区可以为沿着粘接区设置的至少存在两处连接的连续性挖空区域(至少两处连接，防止铜层整体分离)或者间断性挖空区域，即规则间断的挖空区域。
进一步地，对于矩形结构的PCB而言，由于其短轴方向尺寸小，对变形的更加敏感，因此为了降低短轴的影响，可将MEMS芯片侧的阻断区进行结构变形，增加对应区域内的阻断区的面积，进而有效降低外载的传递。例如，在芯片区内进一步设置与阻断区导通的弧形附加区，附加区与阻断区为一体成型结构，附件区可以为向MEMS芯片一侧凸起的弧形挖空结构。
此外，上述弧形附加区可设置为关于MEMS芯片呈对称或者均匀分布，由于设置了挖空的附加区，为了确保PCB的整体结构强度，也可在靠近该附件区的位置，在对应铜层上设置支撑铜柱结构等。
与上述MEMS产品相对应，本发明还提供一种电子设备，包括上述MEMS产品。
需要说明的是，上述电子设备的实施例可参考MEMS产品实施例中的描述，此处不再一一赘述。
根据上述本发明的MEMS产品及电子设备，能够在PCB的各铜层上均设置形状相同但位置不同的挖空区，并且在沿各铜层的层叠方向上，使得各铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布，通过阶梯状分布的挖空区隔离传递至MEMS芯片的应力，当PCB受力产生变形时，会使得MEMS芯片整体平动，或者产生挤压MEMS芯片的效果；此外，还可在固定壳体的粘贴取下方，选择性的在铜层上设置阻断区，通过阻断区和阶梯状分布的挖空区配合对MEMS芯片进行隔离保护，降低其对外载的敏感性，提高产品的性能。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的MEMS产品及电子设备。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的MEMS产品及电子设备，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (10)
1.一种MEMS产品，包括PCB、设置在所述PCB上并收容在所述腔体结构内的MEMS芯片；其特征在于，
所述PCB包括至少两层应力隔离铜层，在所述应力隔离铜层上设置有挖空区；
在沿所述各应力隔离铜层的层叠方向上，位于所述各应力隔离铜层上的各挖空区依次呈阶梯状分布；
所述阶梯状分布的挖空区用于隔离传递至所述MEMS芯片的应力。
2.如权利要求1所述的MEMS产品，其特征在于，
所述PCB包括至少两层铜层，且各铜层均设置为应力隔离铜层；并且，
在沿各挖空区的预设层叠方向上，所述挖空区逐步远离所述MEMS芯片设置。
3.如权利要求1所述的MEMS产品，其特征在于，
所述PCB包括固定所述MEMS芯片的芯片区以及设置焊盘的PAD区；
沿所述PAD区至所述芯片区的方向，所述挖空区距所述芯片区的距离减小。
4.如权利要求3所述的MEMS产品，其特征在于，
所述挖空区沿所述PCB的短轴方向分布，包括两个延伸部以及位于所述两个延伸部之间的凸起部；
所述凸起部向靠近所述芯片区一侧延伸。
5.如权利要求4所述的MEMS产品，其特征在于，
所述延伸部和所述凸起部为一体切割成型或一体刻蚀成型。
6.如权利要求4所述的MEMS产品，其特征在于，
在所述延伸部和所述凸起部相结合的拐角处设置有铜柱；
所述铜柱用于连接当前铜层与所述当前铜层两侧的铜层。
7.如权利要求1所述的MEMS产品，其特征在于，
所述挖空区沿所述PCB的短轴方向贯穿所述PCB设置。
8.如权利要求3所述的MEMS产品，其特征在于，还包括设置在所述PCB上并与所述PCB形成腔体结构的外壳；
在所述PCB上设置有与所述外壳位置对应的粘接区；
在所述粘接区下方的至少一个铜层上设置有阻断区。
9.如权利要求8所述的MEMS产品，其特征在于，
在所述芯片区内设置有与所述阻断区导通的弧形附加区；
所述附加区与所述阻断区为一体成型结构。
10.一种电子设备，其特征在于，包括上述如权利要求1至9任一项所述的MEMS产品。
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