CN206447563U - 换能器模块及其电子装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开涉及换能器模块及其电子装置。换能器模块(10)包括：支持衬底(23)，具有第一侧(23a)和第二侧(23b)；盖(27)，在支持衬底的第一侧上方延伸并且与支持衬底一起限定内部彼此隔离的第一室(108)和第二室(109)；第一换能器(1)，位于第一室(8)中；第二换能器(42)，位于第二使(18)中；以及控制芯片(22)，至少部分地在第一室和/或第二室中延伸，并且功能性地耦合至第一换能器和第二换能器，用于在使用中分别接收由第一和第二换能器转换的信号。本实用新型具有成本低、空间占用小的优点。

Description

换能器模块及其电子装置
技术领域
本实用新型涉及换能器模块及其电子装置。
背景技术
已知MEMS(微机电系统)类型的声换能器(具体为麦克风)包括被设计为将声压波转换为电量(例如，电容变化)的薄膜敏感结构以及设计为在所述电量上承载适当处理操作(放大和过滤操作)用于提供表示接收到的声压波的电输出信号(例如，电压)的读取电子器件。
在使用电容感测原理的情况下，MEMS敏感结构通常包括移动电极，其设置为隔膜或薄膜、布置为面对固定电极以提供具有可变电容的感测电容器的板。移动电极通过其第一部分(通常是周边部分)锚固至结构层，而其第二部分(通常为中心)响应于由进入的声压波施加的压力而自由移动或弯曲。因此，移动电极和固定电极提供电容器，并且弯曲组成移动电极的薄膜根据被检测的声信号而引起电容的变化。
多个MEMS麦克风通常安装在多媒体电子设备(诸如智能手机)中。这是由于麦克风不仅用于转换语音信号而且还用于附加功能(诸如噪声消除和声音的记录)的事实，并且每个麦克风可以专用于特定功能。在电子设备中集成许多麦克风(例如，两个至七个麦克风)要求使用专用的集成电路板并由此对空间的占用具有显著影响。
此外，根据现有技术，每个MEMS麦克风都容纳在封装件中，封装件包含换能器(例如，MEMS换能器)以及用于获取和预处理由换能器生成的电信号的电子器件，通常为ASIC(专用集成电路)。明显地，从成本和空间占用的观点来看该方法不是最优的。
上面阐述的缺陷可以扩展到除麦克风之外的MEMS设备，例如压力传感器或UV传感器或者通常存在于消费者电子产品中的其他换能器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供针对先前示出的问题的解决方案。
根据本实用新型，提供了一种换能器模块(10；10’；60；100；190；200)，包括：支持衬底(23；102)，具有第一侧(23a；102a)和第二侧(23b；102b)；盖(27；103)，在所述支持衬底的所述第一侧之上延伸并且与所述支持衬底一起限定彼此内部隔离的第一室(108)和第二室(109)；第一传感器芯片(21)，在所述第一室(8；108)中耦合至所述支持衬底的所述第一侧，并且集成第一MEMS换能器(1；105)，所述第一MEMS换能器(1；105)被配置为检测第一环境量并根据检测的所述第一环境量生成第一换能信号；第二传感器芯片(41)，在所述第二室(18；109)中耦合至所述支持衬底的所述第一侧，并且集成第二MEMS换能器(42；107)，所述第二MEMS换能器(42；107)被配置为检测第二环境量并根据检测的所述第二环境量生成第二换能信号；以及控制芯片(22；106)，至少部分地在所述第一室和/或所述第二室中延伸，并且功能性地耦合至所述第一MEMS换能器和所述第二MEMS换能器，用于在使用中分别接收所述第一换能信号和所述第二换能信号。
根据一个实施例，所述盖(27)具有机械地耦合至所述支持衬底(23)的分隔壁(111)，所述第一室和所述第二室通过所述衬底、所述盖和所述分隔壁的相应区域来限定。
根据一个实施例，所述控制芯片(22；106)耦合至所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)并且完全在所述第一室(108)中延伸，所述换能器模块(10；60)进一步包括：第一通孔(51)，穿过所述支持衬底，在所述第二室(18)中的所述第一侧(23a)的一部分与所述支持衬底(23)的所述第二侧(23b)之间形成电连接；第二通孔(30)，穿过所述支持衬底，在所述第一室(8)中的所述第一侧(23a)的相应部分与所述支持衬底(23)的所述第二侧(23b)之间形成电连接；以及导电路径(29)，在所述支持衬底(23)的所述第二侧(23b)上延伸，与所述第一通孔和所述第二通孔(51,，30)电连接，其中所述第二传感器芯片(42；107)电耦合至所述第一通孔(51)，并且所述控制芯片(22；106)电耦合至所述第二通孔(30)。
根据一个实施例，所述控制芯片(22；106)耦合至所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)并且完全在所述第一室(8)中延伸，所述换能器模块(10；60)进一步包括：第一通孔(51)，在所述第二室(18)中的所述第一侧(23a)的一部分与所述支持衬底(23)的内部区域之间部分地延伸穿过所述支持衬底；第二通孔(30)，在所述第一室(8)中的所述第一侧(23a)的相应部分与所述支持衬底(23)的相应内部区域之间部分地延伸穿过所述支持衬底；以及导电路径(29)，被掩埋在所述支持衬底(23)中，与所述第一通孔和所述第二通孔(51，30)电连接，其中所述第二传感器芯片(42；107)电耦合至所述第一通孔(51)，并且所述控制芯片(22；106)电耦合至所述第二通孔(30)。
根据一个实施例，所述控制芯片(22；106)耦合至所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)并且完全在所述第一室(8)中延伸，所述换能器模块还包括在所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)之上延伸的导电路径，所述第二传感器芯片经由所述导电路径电耦合至所述控制芯片。
根据一个实施例，所述支持衬底(102)具有位于所述第一侧(102a)和所述第二侧(102b)之间的壳体(121)，并且所述控制芯片(106)被布置在所述壳体中。
根据一个实施例，所述控制芯片(106)通过横向环绕所述控制芯片(106)的固定结构(125)连接至所述支持衬底(102)。
根据一个实施例，所述固定结构(125)成形为框状，并且所述控制芯片(106)与所述支持衬底(102)的所述第一侧(102a)共面。
根据一个实施例，所述控制芯片(106)部分地在所述第一室(108)且部分地在所述第二室(109)中延伸，并且包括电耦合至所述第一传感器芯片(105)的第一接触焊盘(128b)和电耦合至所述第二传感器芯片(107)的第二接触焊盘(128c)。
根据一个实施例，所述控制芯片(106)具有的厚度基本等于所述支持衬底(102)的厚度。
根据一个实施例，所述控制芯片(106)具有的厚度小于所述支持衬底(102)的厚度，并且所述固定结构(125)为杯状。
根据一个实施例，所述盖(103)具有分隔壁，所述分隔壁在所述控制芯片(106)的区域中延伸穿过所述第一室和所述第二室的厚度。
根据一个实施例，所述支持衬底包括环氧树脂基质或FR4的交织玻璃纤维的介电层。
根据一个实施例，所述控制芯片(106)包括ASIC。
根据一个实施例，在包括以下元件的组中选择所述第一MEMS换能器和所述第二MEMS换能器：声换能器、压力换能器、光辐射传感器、UV传感器、IR传感器、加速传感器和陀螺仪。
根据一个实施例，所述第一传感器芯片(1；105)是声换能器，并且所述支持衬底(23；102)具有位于所述第一室(8；108)处的形成所述声换能器的声端口的第一穿孔，并且其中所述盖(27；103)具有位于所述第二室处的第二穿孔，以形成朝向所述第二传感器芯片(42；107)的访问路径，用于检测将被转换的包括以下组成的组中的第二环境量：声波、UV辐射、IR辐射、可见光、环境压力。
根据一个实施例，所述盖(103)与所述支持衬底一起限定与所述第一室和所述第二室内部隔离的第三室(195)，所述第三室容纳集成第三MEMS换能器的第三传感器芯片，所述第三MEMS换能器被配置为检测第三环境量并根据检测的所述第三环境量生成第三换能信号，所述换能器模块进一步包括：第三通孔(193)，穿过所述支持衬底，在所述第三室中的所述第一侧(102)的一部分与所述支持衬底(102)的所述第二侧(102b)之间形成电连接；第四通孔(192)，穿过所述支持衬底，在所述第二室中的所述第一侧(102a)的相应部分与所述支持衬底(102)的所述第二侧(102b)之间形成电连接；以及导电路径(194)，在所述支持衬底(102)的所述第二侧(102b)上延伸，与所述第三通孔和所述第四通孔电连接，其中所述第三传感器芯片电耦合至所述第三通孔(193)，并且所述控制芯片(106)电耦合至所述第四通孔(192)。
此外，还提供了一种电子装置(300)，包括上述的换能器模块，在包括以下项的组中选择的所述电子装置：手机、PDA、笔记本、声音记录器、具有声音记录功能的音频读取器、用于视频游戏的控制台、水听器。
附图说明
为了更好地理解本实用新型，现在仅通过非限制性示例并参照附图来描述其优选实施例，其中：
图1至图6是根据本实用新型各个实施例的对应多室和多设备换能器模块的横向截面的示图；以及
图7是包括根据图1至图5中的任一实施例的换能器模块的电子装置的示意图。
具体实施方式
在空间坐标x、y和z的系统中，参照图1示出了具有被设计为容纳相应设备的多个室的类型的换能器模块10。换能器模块10包括衬底23，其上布置有盖27，限定了彼此内部隔离的第一腔(或室)8和第二腔(或室)18。第一和第二腔8、18均限定在衬底23的顶面23a与盖27的内表面27a之间，并且通过隔离壁11彼此分离，其中隔离壁11在盖27的内表面27a与衬底23的顶面23a之间连续延伸，完全将第一和第二腔8、18彼此分离。在一个实施例中，衬底23是LGA(平面网格阵列)型的衬底。在可选实施例中，衬底23由半导体材料(例如，硅)制成，其通过已知的微加工工艺得到。盖27可以由预模制塑料或金属材料制成，并且例如可以具有涂覆有金属层的内表面27a以提供电磁屏蔽。
盖27通过耦合区域24(焊料区域或者胶合区域等)耦合至衬底23。衬底23和盖27形成封装件20。
第一传感器芯片21容纳在第一腔8中并且集成MEMS结构，该MEMS结构提供第一换能器1，具体地根据本公开的一个实施例为声换能器。第一声换能器1可以根据任何可用技术来制造，并且可以根据任何已知的操作原理来进行操作。通过示例，第一声换能器1设置有薄膜2，该薄膜是移动的且由导电材料制成，面向刚性板3，通过该术语可以理解为与薄膜2(其为柔性的)相比是相对刚性的元件。刚性板3包括面向薄膜2的至少一个导电层，使得薄膜2和刚性板3形成电容器的面对板。薄膜2(其根据进入的声压波而经历变形)至少部分地悬挂在结构层5之上并且直接面对腔6，其通过在对应于结构层5的后表面5b(后部5b与结构层5本身的被布置为接近薄膜2的前表面5a相对)的区域中形成沟槽来来获取。
类似地，第一内腔8容纳集成有处理电路或ASIC 22’的第二芯片(控制芯片)22。已知ASIC 22’包括信号处理电路(例如，用于电容电声传感器的电荷放大器电路)和/或进行声换能器1的适当操作所要求的部件，具体关于声信号的换能的电子/电功能。ASIC 22’通过电导体25’电耦合至第一声换能器1(利用接合线技术)，其将第一和第二芯片21、22的相应焊盘26a和26b连接到一起。此外，例如利用接合线技术得到的电连接25”被设置用于将控制芯片22的一个或多个焊盘26c耦合至衬底23的相应焊盘26d。
第一和第二芯片21、22并排耦合在封装件20的衬底23上。传感器芯片21例如通过粘合层或胶层7耦合至结构层5的后表面5b上的衬底23。类似地，控制芯片22也例如通过焊料掩模(未示出)耦合至其后表面22b上的衬底23。根据需要，可以设想用于将第一和第二芯片21、22耦合至衬底23的其他修改。
ASIC 22’设置在控制芯片22与后表面22b相对的前表面22a上。在衬底23中设置适当的金属化层和/或导电通孔(图1中示出的电路径30)，用于将电信号从第一腔8的内部布线到封装件20的外部。
电连接元件29a(例如为导电台的形式)设置在衬底23的底侧23b(向外暴露的侧面)上，用于接合和电连接至印刷电路板(PCB)和/或用于测试操作。又一焊料掩模19可以施加于衬底23的底侧23b。
根据本公开的一个方面，贯通基础衬底23的厚度制造穿孔或孔28，其被设计为布置为使第一芯片21的腔6与封装件20外的环境进行声通信。以下，穿孔28还将被称为“声端口”，并且第一芯片21的腔6还将被称为“声室”。
声室6的延伸(在水平面xy中)大于声端口8的对应延伸(也在水平面xy中)，使得声端口28整体与声室6通信，而其不具有朝向封装件20的内部空间8的直接出口。
第二腔18容纳集成在第三芯片(传感器芯片)41中的MEMS结构，形成第二声换能器42，但是不同于第一腔8，不存在集成处理电路(ASIC)的又一芯片(控制芯片)。
由传感器芯片41容纳的MEMS结构设置有薄膜43，薄膜43是移动的并且由导电材料制成，面向刚性板44，通过该术语可以理解，该元件与薄膜43(其是柔性的)相比是相对刚性的。刚性板44包括面对薄膜43的至少一个导电层，使得薄膜43和刚性板44形成电容器的面对板。
薄膜43(其根据进入的声压波而经历变形)至少部分地悬挂在结构层45之上并且直接面对腔46，其中通过在对应于结构层45的后表面45b(后部45b与结构层45本身的被布置为接近薄43的前表面45a相对)的区域中进行挖掘来形成腔46。
例如通过粘合层(未示出)，传感器芯片41经由结构层45的后表面45b耦合至衬底23的顶面23a。
在衬底23中设置适当的金属化层和/或通孔(通过示例示出一个电路径51)，用于将电信号从第二腔18内部朝向封装件20的外部布线。利用接合线技术得到的一个或多个电连接55被设置用于将传感器芯片41的一个或多个焊盘56a耦合至衬底23的相应焊盘56b。
在衬底23的底侧23b上设置又一些电连接元件29b，用于接合和电连接至印刷电路和/或用于测试操作。电连接元件29b通过穿过衬底23的相应电路径51电耦合至焊盘56b。
穿过盖27的厚度，仅在对应于第二腔18的位置中设置穿孔或孔59，其被设计为布置为使第二腔18与封装件20外的环境进行声通信。穿孔59形成第二声换能器42的声端口。
因此，根据图1的实施例，第一声换能器1的声端口28和第二声换能器42的声端口59在封装件20的相对侧上延伸。
根据本公开的一个方面，电连接元件29a和电连接元件29b形成导电路径29的一部分或者耦合至导电路径29，其中导电路径29在衬底23的底面23b上延伸并将导电通孔30与导电通孔51电连接。因此，电连接线25”、通孔30、导电路径29、通孔51和电连接线55形成导电路径61，其功能性地将控制芯片22(具体为ASIC 22’)耦合至传感器芯片41(具体为第二声换能器42)。
以这种方式，通过导电路径61，由第二声换能器42在输出处生成的电信号(换能声信号)被发送给ASIC 22’用于信号处理步骤。该实施例能够形成共享相同ASIC的换能器的结构，这显著地节省了成本和占用空间。相应声端口28、59的布置使得一个声端口(例如，声端口28)可用于获取声信号(例如，声音信号)，而另一声端口(这里为声端口59)可用于获取环境噪声。由相应的声换能器1、42转换的信号被发送给ASIC 22’，ASIC 22’对这些信号进行处理并且在该示例中对经由声端口28获取的信号中存在的背景噪声进行擦除。
根据不同实施例(如图2所示)，换能器模块10’包括导电路径61’，其电连接第一和第二腔8、18并且是隐埋到衬底102中的类型，即形成在核117内。在这种情况下，通孔30’、51’终止于核117内，并且将通孔30’、51’彼此连接的导电路径29’是隐埋在核117中的导电路径。
根据图中未示出的不同实施例，电连接第一和第二腔的导电路径在衬底的顶面之上延伸，面向室8、18的内部。在这种情况下，在衬底之上延伸的所述电路径被绝缘材料的焊料掩模覆盖，由此与盖电绝缘。
根据本公开的又一实施例，图3示出了多室类型的换能器模块60来代替图1所示的模块，其中不存在穿过盖27的声端口59。通过相同的参考标号来表示与图2的换能器模块60和图1的换能器模块10相同的元件，并且不再进一步描述。
根据图3的实施例，如第一声换能器1所设想的，通过衬底23得到第二声换能器42的声端口69。为此，穿过衬底23设置穿孔或孔，其被设计为布置为将传感器芯片41的腔46与封装件20外的环境进行声通信。穿孔形成集成到传感器芯片41中的声换能器的声端口69。声室46的延伸(在水平面xy中)大于声端口68的对应延伸(也在水平面xy中)，使得声端口68整体与声室46通信，而不具有朝向封装件20的第二腔18(明显地，也不朝向第一腔8)的直接出口。
在图3中，用虚线表示布置为使ASIC 22’与第二声换能器42电通信的导电路径61，其在衬底23不存在声端口69的穿孔的区域中延伸并且在图3的截面中不可见。明显地，参照图2描述的变形例也可以应用于图3的实施例。
类似地，其他变形例也是可以的。例如，可以在盖27处设置第一和第二声换能器的声端口。在这种情况下，第一声换能器1的声端口在封装件20外的环境与第一腔8之间形成声连接，而第二声换能器42的声端口在封装件20外的环境与第二腔18之间形成声连接。
通过覆盖元件27设置这两个声端口能够通过衬底23将多设备换能器模块安装在PCB上。
根据本公开的又一变形，可以通过不同类型的换能器来替换图1至图3的第一和第二声换能器1、42之间的至少一个，例如从包括以下种类的组中进行选择：压力传感器(换能器)、UV传感器、IR传感器、通用光信号传感器(例如，光电二极管)、加速计或陀螺仪。此外，在这种情况下，第一和第二腔8、18中的仅有一个容纳控制芯片22，经由电路径61得到换能信号从容纳在另一腔8、18中的换能器传输至ASIC 22’。
明显地，在使用非声换能器(例如，UV或IR换能器)的情况下，穿孔59不具有声端口的功能，并且被配置为在相应换能器的感测区域上形成用于入射光辐射的入口。
在空间坐标x、y和z的系统中，图4示出了根据本公开又一实施例的多室类型的换能器模块100。
换能器模块100包括支持衬底102，其上布置有盖103，盖103与衬底102一起限定彼此内部隔离的第一腔(或室)108和第二腔(或室)109。第一和第二腔108、109均在衬底102的顶面102a与盖103的内表面102a之间延伸，并且通过分离壁111完全彼此隔离。
第一腔108容纳第一传感器芯片105，其集成第一换能器101(这里具体为声类型)，而第二腔109容纳第二传感器芯片107，其集成第二换能器142(这里具体为声类型)。
控制芯片106在衬底102中延伸，如以下更完整描述的，控制芯片105分别通过接合线112和113操作性地耦合至第一和第二传感器芯片105、107(接合线技术)。更具体地，第一和第二传感器芯片105、107中的至少一个直接连接至控制芯片106。
第一和第二声换能器101、142为已知类型，具体为已经参照图1描述的类型。例如，在一个实施例中，它们中的每一个都包括位于相应传感器芯片105、107的主体中形成的腔之上的半导体材料的薄膜，并且刚性金属背板电容性地耦合至薄膜。背板例如设置有孔并且被配置为面向薄膜。
衬底102和盖103结合到一起并且形成封装结构120，其容纳和保护第一和第二传感器芯片105、107和控制芯片106。
根据一个实施例，除了具有保护功能之外，盖103还限定第一和第二声换能器101、142的声室。
在一个实施例中，衬底102可以是LGA类型的衬底并且包括核107。一个或多个相应的外金属层118和内金属层110(例如为铜)在核110的相对面之上延伸。可以类似地存在焊料掩模，以已知方式在第一传感器芯片105与衬底102之间以及在第二传感器芯片107和衬底102之间形成耦合区域。
通过刚性介电材料(例如，FR4)的芯片限定核117。外金属层118在核117在腔108、108外(即，与盖103相对)的表面之上延伸。在外金属层118中，为MEMS麦克风1的电连接限定外部接触件114。焊料掩模119可以部分地涂覆在外金属层之上，使接触件114自由设置。
内金属层110布置在核117的内表面上，被盖103包围。在内金属层110中限定内接触件115。
穿过衬底102制造的穿孔限定第一声换能器的声端口128，并且能够实现容纳第一传感器芯片105的第一腔108的内部与封装件120外部的环境的声耦合。
穿过盖103制造的穿孔限定第二声换能器的声端口129，并且能够实现容纳第二传感器芯片107的第二腔109的内部与封装件200外的环境的声耦合。
衬底102中的凹部限定其中至少部分地容纳控制芯片106的壳体121。
粘合区域124沿着核117的周界延伸，并且例如通过粘合层(诸如胶或焊膏)或通过部分内金属层110来形成，并且形成用于将盖103耦合至衬底102的区域。类似地，粘合区域124沿着控制芯片106的表面部分延伸并且形成用于在隔离壁111与控制芯片106的选择部分之间耦合(机械耦合)的又一区域124。
因此，盖103经由粘合区域124固定至衬底102。
内接触件115通过延伸穿过核117的通孔130电耦合至相应的外接触件114。
即使图3在第一腔108处示出了仅一个内接触件115和仅一个通孔130，但明显地，内接触件和穿过核117的通孔可以是根据用于第一腔108和用于第二腔108的需要进行选择的任何数量。
控制芯片106容纳未详细示出的集成控制电路或ASIC，其包括信号处理级(例如，用于电容电声传感器的电荷放大器电路)和能够实现麦克风的适当操作(具体关于声信号的换能)所需的部件。
如此，控制芯片106位于壳体121内。此外，控制芯片106具有的厚度小于衬底102的厚度并且包括在由衬底102的内表面102a和外表面102b限定的区域中。此外，控制芯片106具有与衬底102的内表面102a对齐(共面)的内表面106a。控制芯片的与面106a相对的面106b不达到衬底102的外表面102b。
根据一个实施例(未示出)，控制芯片106具有分别与衬底102(或核117)的内表面102a和外表面102b对准的内表面106a和外表面106b。
可能地，控制芯片106可以经受机械或化学-机械表面处理，以使厚度适应壳体121的深度和/或为了得到控制芯片106的表面106a与衬底102的表面102b之间的良好对准。
参照图4，控制芯片106连接至衬底102并且通过固定框125保持在壳体121内，其中固定框125占用控制芯片106与限定壳体121的壁之间的空间。固定结构125是杯状的，并且覆盖控制芯片106的横向和底部区域，使得仅顶面106a自由设置，面对盖103并且可从腔108、109内访问。固定结构125的底部与衬底102的外表面102b对准。
固定结构125例如可以通过模制聚合材料来得到，例如根据膜辅助模制技术或针状浇口模制技术。控制芯片106通过拾放操作布置在壳体121中并且例如通过粘合介质或胶(预先置于控制芯片上或固定结构125上)或通过任何其他接合系统保持在其中。
为了利于通过模制技术制造固定结构125，内金属层110的一部分可以沿着壳体121的限定其周界的侧面延伸。
在内表面106a上，控制芯片106具有接触焊盘128a-128c。接触焊盘128a用于设置与接触焊盘115的电连接，并由此可通过接触焊盘114和通孔130从封装件120外访问；接触焊盘128b用于通过接合线112设置与第一传感器芯片105的电连接；最后，焊盘128c用于通过接合线113设置与第二传感器芯片107的电连接。
作为通过接合线112、113进行连接的可选，第一和第二传感器芯片105、107中的一个或两个部分地布置在控制芯片106的顶部上。通过粘合层(例如，胶或焊膏)来得到固定。
假设相同的尺寸，传感器芯片105、107布置在控制芯片106上的事实能够减小所占用的总体区域而不增加封装件120的总厚度。反之亦然，对于性能的优势，假设相同的占用区域，传感器芯片105、107和/或控制芯片106可以具有较大的尺寸。
根据本公开的又一实施例，图5示出了类似于换能器模块100的换能器模块200，但是不具有穿过盖103的声端口159来代替图4所示。图5的换能器200和图4的换能器100共有的元件由相同的参考标号来表示并且不再进一步描述。
根据图5的实施例，第二声换能器的声端口169设置为穿过衬底102，如第一声换能器所设想且如图3的实施例所述。
明显地，其他变形例也是可以的。例如，以图中未示出的方式，图4的第一和第二声换能器的声端口可设置在盖103中。在这种情况下，第一声换能器101的声端口在封装件120外的环境与第一腔108之间形成声连接，而第二声换能器142的声端口在封装件120外的环境与第二腔109之间形成声连接。
提供穿过盖103的两个声端口能够将由此得到的多设备换能器模块安装在PCB上，其中衬底102的底侧102b与PCB接触。
根据所描述的，图4和图5的换能器模块100和200设想使用由集成在传感器芯片105、107中的声换能器共享且可由腔108、109电访问的控制芯片106。
由第一和第二换能器101、142转换的信号被发送给控制芯片106，控制芯片106以已知方式处理这些信号，这些处理方式不是本公开涉及的主题。以这种方式，不需要在两个腔108、109中提供专用ASIC，集成在控制芯片106中的ASIC由集成在传感器芯片105、107中的声换能器101、142共享，这大大节省了成本和所要求的物理空间。
类似地，根据本公开的又一些变形例，参照图4和图5描述的两个声换能器101、142中的一个可以由不同类型的换能器替代，例如在包括以下传感器的组中进行选择：压力传感器(换能器)、UV传感器、IR传感器、通用光信号传感器(例如，光电二极管)、加速计或陀螺仪。
根据本公开的又一实施例，可以形成多室换能器模块，其中封装件限定任意数量的内部腔(室)，类似于先前描述的腔108和109。每个腔都可以容纳相应的换能器(例如，声换能器、压力换能器、UV换能器、IR换能器等)，并且根据先前描述的实施例或它们的组合，所述换能器共享相同的控制芯片或ASIC并且功能性地耦合至控制芯片或ASIC。
通过示例，图6示出了设置有三个内腔(室)的换能器模块190。具体地，换能器模块190基于参照图4描述的换能器模块100，并且进一步具有限定在衬底102和盖103之间的又一第三腔195，其通过在盖103和衬底102之间延伸的壁197(如先前描述的壁111)与第二腔109分离。第三腔195容纳第三传感器芯片241，其集成类似于参照图1至图3描述的声换能器42的声换能器242，因此这里不再进一步描述。声换能器42的声端口191被设置为穿过盖103。然而，明显地，可以可选地设置为穿过衬底102。
导电路径261能够使声换能器242与控制芯片106电连接，用于向控制芯片106提供在使用中被声换能器242转换的电信号。所述导电路径261以类似于参照图1至图3的导电路径61所述的方式进行设置。例如，导电路径261包括：通孔193，限定穿过衬底102的厚度的电连接，从表面102a深入到第三腔195直到外表面102b；通孔192，限定穿过衬底102的厚度的电连接，从表面102a深入到第二腔109到达外表面102b；导电路径194，在衬底102的表面102b之上延伸，位于通孔192和通孔193之间并与二者电连接；接合线199a、199b(分别在第三腔195和第二腔109内)，它们分别将声换能器242的电接触焊盘连接至通孔193，将通孔192连接至控制芯片106的电接触焊盘128d。以这种方式，控制芯片106可以接收由声换能器242转换的信号来用于后续的处理步骤。
图7示出了使用根据前述任何一个实施例的换能器模块的电子设备300。
除了根据所述对应实施例的多设备模块10、10’、60、100、190、200之外，电子设备300包括微处理器(CPU)301、连接至微处理器301的存储块302以及也连接至微处理器301的输入/输出接口303(例如，键盘和/或显示器)。
多设备模块10、10’、60、100、190、200与微处理器301通信，具体为传输由共享ASIC处理的电信号。
电子设备300例如为移动通信设备，诸如手机、PDA、笔记本，但是还可以为声音记录器、具有声音记录能力的音频文件读取器、用于视频游戏的控制台、水听器等。
根据各个实施例，先前描述的本实用新型的优点从前面的描述中显而易见。
具体地，本公开提供了多设备模块，其可根据需要用于不同的结构，同时降低成本和一些部件(例如，ASIC 22’)被共享的空间要求。
最后，明显地，在不背离本实用新型的由权利要求限定的范围的情况下，可以对本文所述和所示进行各种修改和改变。
具体地，可以设想MEMS声换能器的不同结构，具体关于组成元件的几何形状。在封装件内的空间允许的情况下，可以在同一封装件内容纳更多的MEMS传感器，每一个都被配置为检测相应的环境量。

Claims (18)

1.一种换能器模块(10；10’；60；100；190；200)，其特征在于，包括：
支持衬底(23；102)，具有第一侧(23a；102a)和第二侧(23b；102b)；
盖(27；103)，在所述支持衬底的所述第一侧之上延伸并且与所述支持衬底一起限定彼此内部隔离的第一室(108)和第二室(109)；
第一传感器芯片(21)，在所述第一室(8；108)中耦合至所述支持衬底的所述第一侧，并且集成第一MEMS换能器(1；105)，所述第一MEMS换能器(1；105)被配置为检测第一环境量并根据检测的所述第一环境量生成第一换能信号；
第二传感器芯片(41)，在所述第二室(18；109)中耦合至所述支持衬底的所述第一侧，并且集成第二MEMS换能器(42；107)，所述第二MEMS换能器(42；107)被配置为检测第二环境量并根据检测的所述第二环境量生成第二换能信号；以及
控制芯片(22；106)，至少部分地在所述第一室和/或所述第二室中延伸，并且功能性地耦合至所述第一MEMS换能器和所述第二MEMS换能器，用于在使用中分别接收所述第一换能信号和所述第二换能信号。
2.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述盖(27)具有机械地耦合至所述支持衬底(23)的分隔壁(111)，所述第一室和所述第二室通过所述衬底、所述盖和所述分隔壁的相应区域来限定。
3.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(22；106)耦合至所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)并且完全在所述第一室(108)中延伸，所述换能器模块(10；60)进一步包括：
第一通孔(51)，穿过所述支持衬底，在所述第二室(18)中的 所述第一侧(23a)的一部分与所述支持衬底(23)的所述第二侧(23b)之间形成电连接；
第二通孔(30)，穿过所述支持衬底，在所述第一室(8)中的所述第一侧(23a)的相应部分与所述支持衬底(23)的所述第二侧(23b)之间形成电连接；以及
导电路径(29)，在所述支持衬底(23)的所述第二侧(23b)上延伸，与所述第一通孔和所述第二通孔(51，30)电连接，
其中所述第二传感器芯片(42；107)电耦合至所述第一通孔(51)，并且所述控制芯片(22；106)电耦合至所述第二通孔(30)。
4.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(22；106)耦合至所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)并且完全在所述第一室(8)中延伸，所述换能器模块(10；60)进一步包括：
第一通孔(51)，在所述第二室(18)中的所述第一侧(23a)的一部分与所述支持衬底(23)的内部区域之间部分地延伸穿过所述支持衬底；
第二通孔(30)，在所述第一室(8)中的所述第一侧(23a)的相应部分与所述支持衬底(23)的相应内部区域之间部分地延伸穿过所述支持衬底；以及
导电路径(29)，被掩埋在所述支持衬底(23)中，与所述第一通孔和所述第二通孔(51，30)电连接，
其中所述第二传感器芯片(42；107)电耦合至所述第一通孔(51)，并且所述控制芯片(22；106)电耦合至所述第二通孔(30)。
5.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(22；106)耦合至所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)并且完全在所述第一室(8)中延伸，所述换能器模块还包括在所述支持衬底(23)的所述第一侧(23a)之上延伸的导电路径，所述第二传感器芯片经由所述导电路径电耦合至所述控制芯片。
6.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述支持 衬底(102)具有位于所述第一侧(102a)和所述第二侧(102b)之间的壳体(121)，并且所述控制芯片(106)被布置在所述壳体中。
7.根据权利要求6所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(106)通过横向环绕所述控制芯片(106)的固定结构(125)连接至所述支持衬底(102)。
8.根据权利要求7所述的换能器模块，其特征在于，所述固定结构(125)成形为框状，并且所述控制芯片(106)与所述支持衬底(102)的所述第一侧(102a)共面。
9.根据权利要求8所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(106)部分地在所述第一室(108)且部分地在所述第二室(109)中延伸，并且包括电耦合至所述第一传感器芯片(105)的第一接触焊盘(128b)和电耦合至所述第二传感器芯片(107)的第二接触焊盘(128c)。
10.根据权利要求6所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(106)具有的厚度基本等于所述支持衬底(102)的厚度。
11.根据权利要求7或8所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(106)具有的厚度小于所述支持衬底(102)的厚度，并且所述固定结构(125)为杯状。
12.根据权利要求7或8所述的换能器模块，其特征在于，所述盖(103)具有分隔壁，所述分隔壁在所述控制芯片(106)的区域中延伸穿过所述第一室和所述第二室的厚度。
13.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述支持衬底包括环氧树脂基质或FR4的交织玻璃纤维的介电层。
14.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述控制芯片(106)包括ASIC。
15.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，在包括以下元件的组中选择所述第一MEMS换能器和所述第二MEMS换能器：声换能器、压力换能器、光辐射传感器、UV传感器、IR传感器、加速传感器和陀螺仪。
16.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述第一传感器芯片(1；105)是声换能器，并且所述支持衬底(23；102)具有位于所述第一室(8；108)处的形成所述声换能器的声端口的第一穿孔，
并且其中所述盖(27；103)具有位于所述第二室处的第二穿孔，以形成朝向所述第二传感器芯片(42；107)的访问路径，用于检测将被转换的包括以下组成的组中的第二环境量：声波、UV辐射、IR辐射、可见光、环境压力。
17.根据权利要求1所述的换能器模块，其特征在于，所述盖(103)与所述支持衬底一起限定与所述第一室和所述第二室内部隔离的第三室(195)，所述第三室容纳集成第三MEMS换能器的第三传感器芯片，所述第三MEMS换能器被配置为检测第三环境量并根据检测的所述第三环境量生成第三换能信号，所述换能器模块进一步包括：
第三通孔(193)，穿过所述支持衬底，在所述第三室中的所述第一侧(102)的一部分与所述支持衬底(102)的所述第二侧(102b)之间形成电连接；
第四通孔(192)，穿过所述支持衬底，在所述第二室中的所述第一侧(102a)的相应部分与所述支持衬底(102)的所述第二侧(102b)之间形成电连接；以及
导电路径(194)，在所述支持衬底(102)的所述第二侧(102b)上延伸，与所述第三通孔和所述第四通孔电连接，
其中所述第三传感器芯片电耦合至所述第三通孔(193)，并且所述控制芯片(106)电耦合至所述第四通孔(192)。
18.一种电子装置(300)，其特征在于，包括根据权利要求1至17中任一项所述的换能器模块，在包括以下项的组中选择的所述电子装置：手机、PDA、笔记本、声音记录器、具有声音记录功能的音频读取器、用于视频游戏的控制台、水听器。
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