CN1960580A - 适于量产的硅麦克风封装 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适于量产的硅麦克风的封装，是采用整体封装后再分割单元的方法，可以保证高效的大批量封装；本发明硅麦克风封装主要包括基板和外壳形成的屏蔽腔，外壳采用冲压金属或注塑有机物，既可以保证较薄的厚度，又降低成本；外壳下周沿折边设计既保证与基板有效的固接强度，又便于单元切割。本发明适于大批量、低成本的制造体积极小的电容式硅麦克风。

Description

适于量产的硅麦克风封装
技术领域
本发明涉及微机电传感器的封装，具体说是电容式硅麦克风的封装。
技术背景
电容式硅麦克风由于良好的性能，极小的体积，和适合表面贴装应用而受到广泛的关注。该类麦克风的传感器芯片部分是在硅片上采用微机电技术制作的。与微电子产品类似，该类芯片能用较低的成本获得极大的产量。为了保护易碎芯片、与外界形成物理和电学连接、减少外部干扰，一个完整的硅麦克风除了芯片以外必须包括封装。与传统微电子产品不同的是，硅麦克风对封装的要求比较特殊，封装技术成为制约硅麦克风产业化的瓶颈。
目前，关于解决硅麦克风封装问题的报道较少，有待进一步研究。美国专利(Pub.No.2005/0018864 A1)提出了用三块PCB分别作为基板、侧壁和顶盖来形成一个空腔封装硅麦克风。美国专利(Patent No.US6522762 B1)报道了一种全部采用硅材料的封装方案，该方案采用键合、粘接和焊接的方法将硅麦克风芯片、硅电路芯片和其它硅部件结合形成全硅封装。
发明内容
本发明的目的是提供适于大规模生产的硅麦克风封装，该封装密度高、体积小、成本低、易于批量生产。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种适于量产的硅麦克风封装，由基板层和外壳层组成，其基板层和外壳层固接，基板层和外壳层各包括若干相互连接的基板单元和外壳单元，固接的每个基板单元和外壳单元形成各个硅麦克风封装单元，封装单元内部为空腔，将硅麦克风封装单元分离后，硅麦克风封装单元和其空腔中的硅麦克风芯片、电路芯片、滤波电容组成一个完整的硅麦克风。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述基板单元为平面状矩形，其上表面周边为环形屏蔽电极环绕，相邻基板单元共享环形屏蔽电极的一边；所有基板单元相互连接在同一平面形成一平板状的基板层。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述基板单元上表面屏蔽电极所环绕的空间中有若干引线电极；基板单元中开有声腔，声腔开口在基板上表面，并位于环形屏蔽电极所环绕的空间中，开口形状为圆型、方形或多边形；硅麦克风芯片、电路芯片和滤波电容与基板单元上表面固接，其中硅麦克风芯片固接于声腔开口正上方，并将声腔闭合，固接方式为贴装焊接或贴装粘接；硅麦克风芯片、电路芯片和滤波电容相互之间或各与引线电极形成电学连接，连接方式为焊料焊接或金丝球焊。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述基板单元的基材为FR-4，基材中有一层与基板表面平行的金属屏蔽层；该屏蔽层位于基板上表面的环形屏蔽电极和引线电极下方，并与之用FR-4隔离，屏蔽层与环形屏蔽电极通过金属化过孔电连接；基板单元下表面有若干下表面电极，下表面电极位于金属屏蔽层下方，并与之用FR-4或柔性绝缘材料隔离；一部分下表面电极通过金属化过孔与金属屏蔽层电连接，另一部分下表面电极通过金属化过孔与引线电极电连接。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述外壳层上的若干外壳单元，为帽形，前后左右相连成阵列，使外壳层呈具有复数个帽形凸起的片状；外壳层为整体金属冲压而成或整体有机材料注塑而成，外壳层表面镀金；外壳单元投影形状和尺寸与基板单元相同；帽形外壳单元的下敞口周沿有折边，折边平面形状与基板单元环形屏蔽电极相同，相邻的外壳单元共享下敞口周沿折边的一边。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述外壳单元内侧有一绝缘层，该层不覆盖下敞口周沿折边部分，绝缘层通过涂镀或淀积的方式形成；外壳单元至少有一个声孔，其位置位于外壳单元的上面或侧面，其形状为圆型、矩形或多边形，或在外壳单元上直接打密孔形成声孔。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述外壳单元声孔上覆盖有密网状保护膜，通过粘接、焊接的方式覆盖在声孔上，网状保护膜的材料为金属或有机材料。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述基板层和外壳层上，在相同位置有定位孔，基板层和外壳层借助定位孔精确对齐，基板层环形屏蔽电极和外壳层下周沿折边导电固接，导电固接后每个封装单元形成一个包围硅麦克风芯片、电路芯片和滤波电容的屏蔽空腔。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述基板层环形屏蔽电极和外壳层下敞口周沿折边的固接方式为焊接或导电胶粘接；导电胶粘接的涂胶方式为在基板层环形屏蔽电极处点胶或外壳层下敞口周沿折边处蘸胶，粘接时，基板层置于外壳层的上方。
所述的适于量产的硅麦克风封装，其所述各硅麦克风封装单元，是在基板单元环形屏蔽电极和外壳单元下敞口周沿折边的固接中心处分离，封装单元的分离方式为从基板层一侧锯开，或从外壳层一侧冲压分开或分别从外壳层、基板层两侧冲压分开，最终形成硅麦克风器件。
本发明由于采用整体封装后再分割单元的方法，可以保证高效的大批量、高密度封装；外壳采用冲压金属或注塑有机物，既可以保证较薄的厚度，又降低成本；外壳下敞口周沿折边设计既保证与基板有效的固接强度，又便于单元切割。
本发明适于大批量、低成本地制造体积极小的电容式硅麦克风。
附图说明
图1本发明硅麦克风封装剖面结构示意图；
图2本发明硅麦克风封装基板层俯视图；
图3本发明硅麦克风封装外壳层俯视图；
图4本发明硅麦克风封装单元基板剖面图；
图5本发明硅麦克风封装单元外壳剖面图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明硅麦克风封装主要由基板层a和盖在基板上的外壳层b构成。如附图1、2、3所示，基板层a和外壳层b包各含若干基板单元1和外壳单元2，单元数量可根据需要任意确定，本实施例中为9单元，单元形状可为正方形，长方形等，本实施例针对正方形叙述。外壳层b采用整体金属冲压而成，或采用有机材料注塑成型，本实施例中针对金属材料叙述，为了保证良好的防腐和电学特性，外壳层b表面镀金。每个外壳单元2为帽形，下敞口周沿有折边3，外壳单元2上开有声孔4，声孔4上覆盖有金属或有机材料制成的密网状保护膜4a，该保护膜4a既可以覆盖在声孔4上也可以在外壳单元2上打细小密孔直接形成。声孔4保证外界声信号的引入，网状保护膜4a则使硅麦克风免受外界环境的不良影响。每个基板单元1上有硅麦克风芯片6、电路芯片8和滤波电容9，并开有声腔5。每个基板单元1上硅麦克风芯片6、电路芯片8和滤波电容9通过常用的微电子封装技术，如采用环氧胶7粘接，或贴片等方法与基板单元1固接。声腔5开口可以选择矩形，圆型，多边形等多种形状，该声腔5的作用是改善硅麦克风的频响特性，
本实施例中针对方形叙述。
如附图1、2和3，基板层a和外壳层b借助定位孔11，精确地将外壳下周沿折边3和基板环形屏蔽电极13对齐，并采用焊接或导电胶10粘接的方法将其导电固接，本实施例中针对导电胶粘接的方法叙述。粘接时将基板层a置于外壳层b上方，以防止导电胶10溢出污染基板上的器件。如此，各个相连的硅麦克风封装单元已经形成，每个单元形成一个屏蔽保护腔，将硅麦克风芯片和其它器件保护起来。
如附图1和3，在每个外壳单元2相互连接的下敞口周沿折边3的中线14(即虚线14)处，采用锯切割或冲压的方法可以快速、便捷地将各个封装好的硅麦克风单元分割开，形成最终的硅麦克风器件。当采用切割方法时，从基板一侧切割，以保证切割碎屑不通过声孔进入硅麦克风；采用冲压方法则可以从外壳一侧或两侧冲压。
如附图4，外壳单元2内有一绝缘层18，该层不覆盖外壳单元2的折边3部分。绝缘层18的作用是防止外壳和屏蔽腔内芯片的电接触。
如附图5，基板单元1从上至下包括引线电极12、环绕基板单元1的环形屏蔽电极13，FR-4基材17，声腔5，屏蔽层16和下表面电极15。引线电极12向上和硅麦克风芯片6、电路芯片8和滤噪电容9电连接，向下通过过孔和部分下表面电极15电连接，从而将硅麦克风的信号引出到应用系统。环形屏蔽电极13通过过孔和屏蔽层16电连接，屏蔽层16通过过孔和部分下表面电极15电连接并接地。如此，当基板和外壳电连接以后，就形成了一个接地的屏蔽腔，给硅麦克风提供了一个良好的工作环境。
附图所示和以上详细描述的是本发明的一个实施例，为本发明原理的一个范例，它并不将本发明局限于此实施例。

Claims (10)

1、一种适于量产的硅麦克风封装，由基板层和外壳层组成，其特征在于：
基板层和外壳层固接，基板层和外壳层各包括若干相互连接的基板单元和外壳单元，固接的每个基板单元和外壳单元形成各个硅麦克风封装单元，封装单元内部为空腔，将硅麦克风封装单元分离后，硅麦克风封装单元和其空腔中的硅麦克风芯片、电路芯片、滤波电容组成一个完整的硅麦克风。
2、根据权利要求1所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述基板单元为平面状矩形，其上表面周边为环形屏蔽电极环绕，相邻基板单元共享环形屏蔽电极的一边；所有基板单元相互连接在同一平面形成一平板状的基板层。
3、根据权利要求1所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述基板单元上表面屏蔽电极所环绕的空间中有若干引线电极；基板单元中开有声腔，声腔开口在基板上表面，并位于环形屏蔽电极所环绕的空间中，开口形状为圆型、方形或多边形；硅麦克风芯片、电路芯片和滤波电容与基板单元上表面固接，其中硅麦克风芯片固接于声腔开口正上方，并将声腔闭合，固接方式为贴装焊接或贴装粘接；硅麦克风芯片、电路芯片和滤波电容相互之间或各与引线电极形成电学连接，连接方式为焊料焊接或金丝球焊。
4、根据权利要求1所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述基板单元的基材为FR-4，基材中有一层与基板表面平行的金属屏蔽层；该屏蔽层位于基板上表面的环形屏蔽电极和引线电极下方，并与之用FR-4隔离，屏蔽层与环形屏蔽电极通过金属化过孔电连接；基板单元下表面有若干下表面电极，下表面电极位于金属屏蔽层下方，并与之用FR-4或柔性绝缘材料隔离；一部分下表面电极通过金属化过孔与金属屏蔽层电连接，另一部分下表面电极通过金属化过孔与引线电极电连接。
5、根据权利要求1所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述外壳层上的若干外壳单元，为帽形，前后左右相连成阵列，使外壳层呈具有复数个帽形凸起的片状；外壳层为整体金属冲压而成或整体有机材料注塑而成，外壳层表面镀金；外壳单元投影形状和尺寸与基板单元相同；帽形外壳单元的下敞口周沿有折边，折边平面形状与基板单元环形屏蔽电极相同，相邻的外壳单元共享下敞口周沿折边的一边。
6、根据权利要求5所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述外壳单元内侧有一绝缘层，该层不覆盖下敞口周沿折边部分，绝缘层通过涂镀或淀积的方式形成；外壳单元至少有一个声孔，其位置位于外壳单元的上面或侧面，其形状为圆型、矩形或多边形，或在外壳单元上直接打密孔形成声孔。
7、根据权利要求6所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述外壳单元声孔上覆盖有密网状保护膜，通过粘接、焊接的方式覆盖在声孔上，网状保护膜的材料为金属或有机材料。
8、根据权利要求1所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述基板层和外壳层上，在相同位置有定位孔，基板层和外壳层借助定位孔精确对齐，基板层环形屏蔽电极和外壳层下周沿折边导电固接，导电固接后每个封装单元形成一个包围硅麦克风芯片、电路芯片和滤波电容的屏蔽空腔。
9、根据权利要求8所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述基板层环形屏蔽电极和外壳层下敞口周沿折边的固接方式为焊接或导电胶粘接；导电胶粘接的涂胶方式为在基板层环形屏蔽电极处点胶或外壳层下周沿折边处蘸胶，粘接时，基板层置于外壳层的上方。
10、根据权利要求1所述的适于量产的硅麦克风封装，其特征在于：所述各硅麦克风封装单元，是在基板单元环形屏蔽电极和外壳单元下敞口周沿折边的固接中心处分离，封装单元的分离方式为从基板层一侧锯开，或从外壳层一侧冲压分开或分别从外壳层、基板层两侧冲压分开，最终形成硅麦克风器件。
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