CN1980492B - 硅传声器封装 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅传声器封装，由导电帽和基座组成；其导电帽下周沿为阶梯结构，包括内沿和外沿，外沿的边缘有U形槽；其基座边缘带锯齿；导电帽的内沿和基座边缘表面固接，且导电相连，形成屏蔽空腔，基座边缘的锯齿卡进导电帽外沿的U形槽；导电帽上或者基座上面有声孔。本封装不仅有效的增加导电帽和基座之间的固接强度，而且也保证了导电帽和基座之间精确定位。为批量生产，在一基板上制作若干个成阵列排布的基座，基座通过梁与基板相连，整板封装之后断开梁，分离形成单个硅传声器封装。本发明是一种简单易行的封装，包括很少的工艺步骤，可有效节约成本；封装体积小，能满足当前蓝牙、助听器、手机等产品不断小型化的需求。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统(MEMS)传感器封装技术领域，特别涉及硅微传声器芯片封装。
背景技术
微机电系统(MEMS)传感器是把物理信号比如压力、光、声等转换成电信号的装置。随着微机电系统(MEMS)技术的发展，许多微机电系统(MEMS)传感器芯片开发获得成功。为了保护易碎芯片、与外界电路系统连接以及减小外界干扰，芯片必须封装。微机电系统(MEMS)封装是微机电系统(MEMS)芯片开发出后的又一技术瓶颈，其封装延用集成电路(IC)以及分离器件封装的基本设备和技术，但微机电系统(MEMS)传感器芯片上有敏感结构，使其封装也有自身的要求和特点。目前，微机电系统(MEMS)主要封装形式有金属封装、陶瓷封装和塑料封装三种。
硅传声器是一种微机电系统(MEMS)传感器，有关芯片技术的文献报导和专利很常见，但封装方面文献和专利报导较少。目前，关于解决硅传声器封装问题的报道较少，有待进一步研究。美国专利(Pub.No.2005/0018864A1)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传声器。美国专利(Patent No.US 6522762B1)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传声器芯片、IC芯片和其它部件结合形成全硅封装。
发明内容
本发明目的是提供一种用于微机电系统(MEMS)的硅传声器封装，是硅传声器芯片微型封装，这种封装体积小、成本低、适合大批量生产。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种硅传声器封装，由导电帽和基座组成，为微型封装；
其导电帽下周沿为阶梯结构，包括内沿和外沿，外沿的边缘有多个U形槽；其基座边缘带多个锯齿，锯齿与U形槽相适配；导电帽的内沿和基座上表面边缘固接，且导电相连，基座边缘锯齿卡进导电帽下外沿的U形槽，形成屏蔽空腔；导电帽上或者基座上面设有声孔；硅传声器芯片、IC芯片和电容或三者的集成芯片固定在基座上，位于屏蔽空腔内。
所述的封装，其所述导电帽俯视形状为方形、圆形或多边形，其阶梯沿的内沿低于外沿，差值与基座厚度相当，外沿边缘的U形槽深度与内沿深度相同。
所述的封装，其所述基座形状与导电帽内沿的形状相对应，略小于导电帽外沿内侧尺寸；基座边缘的锯齿宽度略小于导电帽外沿上的U形槽的宽度；基座上有金属电极层和金属屏蔽层。
所述的封装，其所述导电帽和基座导电固接，是采用导电胶粘接，或焊料焊接方法形成导电接触。
所述的封装，其所述声孔，为一个通孔或者多个小孔组成，位于导电帽的上面、侧面或者基座上，当声孔在导电帽上时，在基座上有一个声腔，声腔位于硅传声器芯片背腔的正下方；当声孔在基座上时，声孔正对硅传声器芯片的背腔。
所述的封装，其所述声孔，上覆盖有保护密网，保护密网为金属材料或有机材料制作，是通过粘接、点焊工艺实现连接。
所述的封装，其所述导电帽，为金属导电帽或者复合层导电帽，其中复合层导电帽的中间部分为绝缘层，绝缘层外表面包着导电层。
所述的封装，其所述导电帽，内壁有一绝缘层，绝缘层采取喷涂、沉积方法实现。
所述的封装，其所述基座，为印刷线路板；其中包括三层金属，从上而下为数个上表面电极，屏蔽层，数个下表面电极；在印刷线路板上表面周边有环状屏蔽电极，屏蔽电极通过过孔与屏蔽层电连接；屏蔽电极所围内部，有数个引线电极，引线电极通过过孔与下表面电极电连接；屏蔽层通过过孔与下表面电极电连接；
环状屏蔽电极上表面与导电帽内沿导电固接。
所述的封装，其所述引线电极，为基座与硅微传声器芯片、IC芯片和电容电连接的端点；下表面电极，是硅传声器与其应用系统连接的端点。
所述的封装批量生产方法，其在一整块基板上制作多个成阵列状分布的基座，基座通过横、竖的梁与基板相连；基板边缘有多个定位孔，由定位孔定位后，用自动化设备将多个导电帽和每个基座固接，实现导电帽和基板上多个基座的封装。
所述的封装批量生产方法，其所述多个导电帽和每个基座的固接，是通过导电胶粘接或焊料焊接的方法实现。
所述的封装批量生产方法，其当基板上的多个基座，以导电帽封装好后，用切割或者冲压的方法沿着导电帽外边缘把连接基座的梁断开，即形成独立的硅传声器封装。
本发明采用导电帽与基座结合，形成屏蔽腔。基座边缘卡进导电帽外沿，卡进深度被内沿位置限定，基座边缘锯齿卡进导电帽的U形槽，这种封装不仅可以有效的增加导电帽和基座之间的固接强度，而且也可以保证导电帽和基座之间精确定位。在导电帽或基座上制作声孔，来满足声学测量要求。为了实现批量生产，在一基板上制作若干个阵列排布的基座单元，基座通过梁与基板相连，整版封装完后断开梁，分离形成单独的硅传声器封装。
本发明是一种简单易行的封装，包括很少的工艺步骤，可有效节约成本；封装体积小，能满足当前蓝牙、助听器、手机等产品不断小型化的需求。
附图说明
图1是本发明硅传声器封装的剖面结构示意图，其中，图1a为声孔在导电帽上的结构，图1b为声孔在基座上的结构；
图2是本发明中复合层导电帽的剖面图；
图3是本发明中带声孔的导电帽仰视图，其中，图3a为声孔带保护网的导电帽，图3b为多个小孔组成声孔的导电帽；
图4是本发明中导电帽内壁制作绝缘层示意图；
图5是本发明中方形基座俯视图；
图6是本发明中印刷线路板基座结构剖面图；
图7是本发明中整板封装俯视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明硅传声器封装提出的封装结构21由导电帽22和基座23组成。导电帽22为金属帽或复合层帽，复合层帽包括导电层。导电帽22和基座23通过导电介质24相连，形成电磁屏蔽腔25，从而保护其内部封装的硅传声器芯片26、IC芯片27以及电容28不受外界电磁干扰的影响。导电帽22的上面或者侧面有一个或者多个声孔29，在基座上有一个声腔30，正对硅传声器芯片26的背腔31；或者如图1b所示直接把声孔29设在基座上，正对硅传声器芯片26的背腔31，这些结构可保证硅传声器工作时的声学要求。
若声孔29在导电帽22上，在基座23上表面打孔，不打穿基座23，形成声腔30，声腔30的位置在硅传声器芯片26的背腔31正下方，见图1a，开孔形状为方形、圆形以及多边形；若声孔29在基座上，在正对硅传声器芯片26背腔31的位置打穿基座23，形成声孔29，见图1b，开孔形状为方形、圆形以及多边形。
导电帽22可以是金属帽，也可以是复合层帽。导电帽22若为金属帽可以用注塑或者用机加工的方法制成，金属帽一般采用铜、不锈钢、铝、德国银或者是一种合金比如Cu/Ni合金。图2为复合层导电帽22的剖面示意图，复合层导电帽22的中间部分为绝缘层22a，绝缘层22a外表面包着导电层22b，绝缘层22a为易注塑、冲压成型材料，导电层22b为金属镀层。图3为带声孔29的导电帽22的仰视图。导电帽22的边缘为阶梯沿，内沿32比外沿33低，其差与基座23的厚度相当，外沿33边缘有多个U形槽34，槽深和导电帽22的内沿32深度相同。导电帽22顶端或者侧面设有声孔29，作为接收声音信号入口。如图3a所示，为了阻挡水汽、油滴、尘埃等由声孔29进入屏蔽腔25内，可在声孔29的上面覆盖一层密网35作为保护层，密网35可以是金属材料，也可以是有机材料，覆盖密网35可以通过粘接、点焊等工艺实现；或者如图3b，制作一系列的小孔组成声孔29，同时把小孔的尺寸做小，小孔密度做大，直接充当密网。
如图4所示，可在导电帽22的内壁制作绝缘层36，绝缘层36采取喷涂、沉积等方法实现，可有效避免内部变形引线可能与导电帽22发生的短路。
硅传声器芯片26，IC芯片27以及电容28固定在基座23上，被包在屏蔽腔25内。如图5所示，基座23的边缘带有多个方形锯齿37，锯齿37与导电帽22外沿33上U形槽34相适配，锯齿37的宽度略小于导电帽22外沿33上U形槽34的宽度。基座23形状与导电帽22内沿32的形状相对应，略小于导电帽22外沿33内侧尺寸，与导电帽22内沿32尺寸相当。基座23上有金属引线电极38和环状金属屏蔽电极39，硅传声器芯片26，IC芯片27以及电容28通过引线电极38完成与外界电路相连，屏蔽电极39和导电帽22相连，形成屏蔽空间。
基座23可以是印刷线路板，如图5和图6所示，在印刷线路板基座23的上表面有引线电极38和环状屏蔽电极39，引线电极38为实现基座23与硅传声器芯片26、IC芯片27以及电容28电学连接的端点；屏蔽电极39通过过孔40，与金属屏蔽层41相连。下表面电极42是硅传声器与其应用系统连接的端点，包括“输入”电极、“输出”电极及“地”电极。基座23上表面上层引线电极38通过过孔43与其下表面的电极42相连；屏蔽金属层41通过过孔44与“地”电极相连，实现接地屏蔽。
如图7所示，为了实现批量生产，在一整块基板45上制作数个成阵列状分布的基座23，基座23通过横、竖的梁46与基板45相连。基板45边缘有定位孔47，根据定位孔47的定位，用自动化设备将导电帽22和每个基座23固接，固接方式可以通过导电胶粘接、焊料焊接方法实现。固接好后，基座边缘的锯齿37卡进导电帽22外沿33的U形槽34中，基座23被卡进导电帽22的外沿，基座23的上边缘屏蔽电极39和导电帽22的内沿形成了良好的导电固接。用切割或者冲压的方法沿着导电帽22外边缘把连接基座23的梁46断开，形成独立的硅传声器封装。
Claims (11)
1.一种硅传声器封装，为微型封装，由导电帽和基座组成；其特征在于，
其导电帽下周沿为阶梯结构，包括内沿和外沿，外沿的边缘有多个U形槽；其基座边缘带多个锯齿，锯齿与U形槽相适配；导电帽的内沿和基座上表面边缘固接，且导电相连，基座边缘锯齿卡进导电帽下外沿的U形槽，形成屏蔽空腔；导电帽上或者基座上面设有声孔；硅传声器芯片、IC芯片和电容或三者的集成芯片固定在基座上，位于屏蔽空腔内；
所述基座，为印刷线路板；其中包括三层金属，从上而下为数个上表面电极，金属屏蔽层，数个下表面电极；在印刷线路板上表面周边有环状屏蔽电极，屏蔽电极通过过孔与屏蔽层电连接；屏蔽电极所围内部，有数个引线电极，引线电极通过过孔与下表面电极电连接；屏蔽层通过过孔与下表面电极电连接；
环状屏蔽电极上表面与导电帽内沿导电固接；
所述导电帽俯视形状为方形、圆形或多边形，其阶梯沿的内沿低于外沿，差值与基座厚度相当，外沿边缘的U形槽深度与内沿深度相同。
2.如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述基座形状与导电帽内沿的形状相对应，略小于导电帽外沿内侧尺寸；基座边缘的锯齿宽度略小于导电帽外沿上的U形槽的宽度；基座上有金属电极层和金属屏蔽层。
3.如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述导电帽和基座导电固接，是采用导电胶粘接，或焊料焊接方法形成导电接触。
4.如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述声孔，为一个通孔或者多个小孔组成，位于导电帽的上面、侧面或者基座上，当声孔在导电帽上时，在基座上有一个声腔，声腔位于硅传声器芯片背腔的正下方；当声孔在基座上时，声孔正对硅传声器芯片的背腔。
5.如权利要求1或4所述的封装，其特征在于，所述声孔，上覆盖有保护密网，保护密网为金属材料或有机材料制作，是通过粘接、点焊工艺实现连接。
6.如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述导电帽，为金属导电帽或者复合层导电帽，其中复合层导电帽的中间部分为绝缘层，绝缘层外表面包着导电层。
7.如权利要求6所述的封装，其特征在于，所述导电帽，内壁有一绝缘层，绝缘层采取喷涂、沉积方法实现。
8.如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述引线电极，为基座与硅微传声器芯片、IC芯片和电容电连接的端点；下表面电极，是硅传声器与其应用系统连接的端点。
9.如权利要求1或2所述的封装批量生产方法，其特征在于，在一整块基板上制作多个成阵列状分布的基座，基座通过横、竖的梁与基板相连；基板边缘有多个定位孔，由定位孔定位后，用自动化设备将多个导电帽和每个基座固接，实现导电帽和基板上多个基座的封装。
10.如权利要求9所述的封装批量生产方法，其特征在于，所述多个导电帽和每个基座的固接，是通过导电胶粘接或焊料焊接的方法实现。
11.如权利要求9所述的封装批量生产方法，其特征在于，当基板上的多个基座，以导电帽封装好后，用切割或者冲压的方法沿着导电帽外边缘把连接基座的梁断开，即形成独立的硅传声器封装。
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| PB01 | Publication | ||
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Effective date of registration: 20071109 Address after: Dongfang Road head, hi tech Development Zone, Shandong, Weifang Applicant after: Goertek Inc. Address before: Pioneer Building, hi tech Zone, Shandong, Qingdao 605 Applicant before: Geer Electronics Co., Ltd., Qingdao |
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Effective date of registration: 20200612 Address after: 266104 room 103, 396 Songling Road, Laoshan District, Qingdao, Shandong Province Patentee after: Goer Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 261031 Weifang Shandong high tech Zone East North Road head Patentee before: GOERTEK Inc. |
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| TR01 | Transfer of patent right |