CN209201276U - 麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的麦克风，包括基板和麦克风芯片，所述麦克风芯片包括芯片衬底和芯片振膜，上述芯片衬底上端与上述芯片振膜相连接，上述芯片衬底下端粘接在基板上。所述基板上设置有预先制成的胶环，所述芯片衬底与基板之间通过胶环相连接。上述麦克风，其主要设计在于，基板与芯片衬底之间设置有胶环，通过胶环提高芯片衬底和基板之间胶的厚度。当芯片衬底和基板之间有任意方向的作用力时，胶环能够有效的吸收作用力；当麦克风芯片存在残余应力时，胶环还能够弹性变形，便于麦克风芯片释放残余应力。

Description

麦克风

技术领域

本实用新型涉及声电转换领域，具体涉及一种声电传感器，更具体的，涉及声电传感器中麦克风的芯片振膜安装方式。

背景技术

声电传感器是基于微机电工艺制作的传感器，目前应用较多的声电传感器是麦克风。

麦克风多是采用电容式的原理，由一个振膜和麦克风中的背板之间形成电容结构。当振膜感受到外部的音频声压信号后，振膜与背板之间的距离改变，进而改变电容容量以及电压，再通过后续CMOS放大器(Complementary Metal Oxide Semiconductor)将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。

麦克风实际制作和使用中，其振膜可能会产生较大的残余应力。如麦克风封装过程中：由于麦克风芯片的热膨胀系数和基板的热膨胀系数不同，在高温烘烤时，两者会产生不同的形变，烘烤过后，两者的形变有复原的趋势；但由于麦克风芯片中的芯片衬底和基板中间的粘接层的凝固，芯片衬底和基板的形变无法完全复原，于是该形变趋势被转换成了应力，此应力会传导到麦克风芯片的振膜上。再比如：芯片衬底或基板受到挤压力，芯片衬底和基板之间会存在相互作用力，当挤压力被释放时，由于芯片衬底和基板存在不同程度的塑性变形，芯片衬底的弹性形变无法完全复原，于是该形变趋势被转换成了应力，此应力会传导到麦克风芯片的振膜上。

残余应力对麦克风芯片的性能有较大影响，大的残余应力能大幅度降低麦克风芯片的灵敏度，压应力还能减小麦克风芯片的耐压能力，严重时能使得麦克风无法正常工作。

现有的去除残余应力的工艺，可以是附加其它工艺，或则对麦克风芯片进行结构调整，其中结构调整可以是制作自由膜、纹膜结构或添加弹性部。下面举例分析现有技术中去除残余应力的工艺：

1、附加工艺，通过退火的方式去除残余应力，这种方式只能去除麦克风芯片制造过程中产生的残余应力，无法去除麦克风使用过程中产生的应力，且这种方式对工艺的控制要求极高，重复性不是很好。

2、制作自由膜，如专利号为CN201010576297.8的中国发明专利，公开了一种MEMS麦克风芯片，具体公开了振膜被悬空设置的悬梁结构支撑。但这种结构的制作会导致工艺复杂度的增加，可能需要添加多步工艺，来控制振膜。

3、添加弹性部，如专利号为CN201620450092.8的中国实用新型专利，公开了一种电容式麦克风芯片，该专利中，振膜通过弹性部支撑在所述衬底上。但在麦克风芯片中添加额外的部件弹性部，会导致工艺复杂度的增加，需要添加多步工艺，来控制振膜，且增大麦克风微型化的设计和制造难度。

实用新型内容

现有技术中麦克风的制作和使用中，其振膜可能会产生较大的残余应力，残余应力的存在会对麦克风芯片的性能有较大影响，如降低麦克风芯片的灵敏度，压应力还能减小麦克风芯片的耐压能力。

通过现有的退火方式去除残余应力控制要求极高，难以重复；通过制作自由膜、纹膜结构或添加弹性部又会导致工艺复杂度的增加，增大麦克风微型化的设计和制造难度。

为了解决现有技术中通过退火和制作自由膜、纹膜结构和添加弹性部去除残余应力难以实现或工业复杂的问题，本实用新型提供一种工艺简单，易于制造的麦克风，以消除残余应力。

本实用新型提供的麦克风，包括基板和麦克风芯片，所述麦克风芯片包括芯片衬底和芯片振膜，上述芯片衬底上端与上述芯片振膜相连接，上述芯片衬底下端粘接在基板上。其中，芯片衬底下端与基板的连接，包括以下技术内容：所述基板上设置有预先制成的胶环，所述芯片衬底与基板通过胶环相连接。

优选的，上述胶环是通过以下方式形成的：在上述基板上设置有环形槽，预先在环形槽内填充胶水，胶水在环形槽内固化后形成胶环。通过上述方式，形成环形槽内设置胶环，胶环连接芯片衬底下端的结构。

上述设计的作用在于：所述胶环在环形槽内原位生成，胶环和基板的粘接性更强，胶环稳固性高，生产过程中容易控制胶环厚度；同时，直接在基板上设置环形槽，无需在基板上附加其它部件，也利于麦克风的微型化设计和制造。

优选的，所述胶环上端面与基板上端面持平。胶环上端面与基板上端面持平，胶环无需在基板上部占用空间，利于麦克风的微型化制备，同时胶环整体位于环形槽内，也能增加胶环的稳固性。

优选的，所述基板上设置有至少两层胶水层，胶环是由多个胶水层叠加涂覆形成的；所述芯片衬底粘接在远离所述基板一侧的胶水层上。上述多层胶水层，是多次在基板上叠加涂胶水形成的，每次涂的胶水形成一个胶水层，通过该方式增加胶环的厚度，进而增大胶环消除残余应力的能力。

优选的，所述胶环由其它工艺提前制备，上述其它工艺可以是制备环状胶环的任意工艺，本申请中仅利用预先制好的胶环，然后将胶环的下端粘接在基板上，芯片衬底的下端与胶环的上端相粘接。提前制备的胶环作为中间层，胶环的上下两端分别连接基板和芯片衬底；其中，胶环通过其它工艺制备，不影响麦克风封装工艺的封装效率，通过其它工艺单独制备胶环，也便于工作人员控制胶环厚度。

优选的，所述芯片衬底下端和胶环之间还设置有粘接层，所述芯片衬底通过粘接层粘接在胶环上。所述芯片衬底通过粘接层粘接在胶环上，能够增大芯片衬底与胶环的连接强度，同时粘接层的存在也能消除部分残余应力。

优选的，所述胶环由硅胶胶水固化制成，当胶环与芯片衬底之间设置粘接层时，粘接层也可以是由硅胶胶水固化制成。硅胶胶水固化后为低模量材料，通过硅胶胶水制备胶环和粘接层，能够消除麦克风芯片的残余应力。

优选的，所述麦克风芯片为MEMS麦克风芯片。

本实用新型提供的麦克风，基板与芯片衬底之间还设置有胶环，与现有技术中通过胶水直接粘接芯片衬底相比，具有以下有益效果：

(1)、上述胶环的设置，能够起到连接芯片衬底和基板的作用。

(2)、上述胶环的设置，还能够增加基板与芯片衬底之间胶的厚度，胶环能够承受基板与芯片衬底之间作用力，吸收麦克风芯片的残余应力，增大麦克风芯片的灵敏度。

(3)、在上述作用(2)的基础上，胶环承受作用力和吸收残余应力时，可任意方向弹性变形。进而，胶环可承受任意方向的作用力，承受任意方向的压力；上述胶环的设置，能够承受基板和芯片衬底之间任意方向的作用力，能够吸收麦克风芯片中的任意方向残余应力。

(4)、上述胶环的设置，无需添加其它部件，不会占用较多空间，便于麦克风的微型化设计与制造；同时，通过胶环即可实现承受作用力、吸收残余应力的技术效果，麦克风内部的整体构造改动较小，胶环的设置对麦克风芯片本身其它性能的影响较小。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是基于本实用新型对比例1中麦克风的部分剖面结构示意图。

图2是图1的A部放大图。

图3是基于本实用新型实施例1中的麦克风的部分剖面结构示意图。

图4是图3的B部放大图。

图5是基于本实用新型实施例1中基板的俯视结构示意图。

图6是基于本实用新型实施例1中基板的部分纵向剖面结构示意图。

图7是基于本实用新型实施例1中添加有胶环的基板的部分纵向剖面结构示意图。

图8是基于本实用新型实施例2和实施例3中麦克风的部分剖面结构示意图。

图9是基于图8的C部放大图。

其中的附图标记包括：

1芯片振膜；2芯片衬底；3基板；4环形槽；5胶环；6粘接层。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图1至9以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

对比例1

本对比例如图1和图2所示，公开了现有技术中的麦克风，本对比例提供的麦克风包括基板3和麦克风芯片，提供的麦克风芯片为MEMS麦克风芯片。MEMS麦克风芯片包括芯片衬底2和芯片振膜1，芯片衬底2上端与芯片振膜1相连接；麦克风芯片通过芯片衬底2与基板3相连接。具体的，如图2所示，芯片衬底2下端通过胶水粘接在基板3上。

本对比例提供的麦克风，芯片衬底2下端与基板3粘接时，通过液态的胶水连接芯片衬底2和基板3，当胶水固化后，形成粘接层6，芯片衬底2和基板3粘接在一起。在实际粘接过程中，由于胶水是液态的，粘接过程中胶水无法堆积较高的高度，否则胶水会向外侧满溢，胶水固化后，粘接层6非常的薄，当基板3和麦克风芯片之间存在相互作用力时，粘接层6无法有效的变形，麦克风芯片的形变无法复原，最终麦克风芯片会出现残余应力，降低麦克风的使用性能。

实施例1

本实施例提供的麦克风，如图3至图7所示，包括基板3和麦克风芯片。其中，麦克风芯片包括芯片衬底2和芯片振膜1，上述芯片衬底2上端与上述芯片振膜1相连接，实际生产中，麦克风芯片应是提前制备好的，即芯片衬底2和芯片振膜1是一体的，共同组成麦克风芯片。上述麦克风芯片与基板3相连接；具体的，是芯片衬底2下端粘接在基板3上，完成麦克风芯片与基板的连接。

其中，如图4至图7所示，芯片衬底2和基板3通过以下方式连接：首先，预先在基板3上设置环形槽4；然后在环形槽4内填充胶水，胶水固化后形成胶环5；接着芯片衬底2的下端通过胶水粘接在胶环5上，最终实现芯片衬底2与基板3的连接。通过上述方式连接，得到基板3上设置环形槽4，环形槽4内设置胶环5，胶环5连接芯片衬底2的结构设计。通过上述连接方式制得的麦克风，芯片衬底2和基板3之间的胶厚度增大，能够有效承受作用力，吸收麦克风芯片的残余应力，便于振膜释放残余应力。

具体设计中，为了提高胶环5与基板3的连接强度，也是降低胶环5占用的空间，胶环5可以设计为：胶环5上端面与基板3上端面持平。此时胶环5整体位于环形槽4内，能进一步增加胶环5与基板3的连接强度；胶环5整体位于环形槽4内，不占用额外空间，也利于麦克风的微型化设计和制造。

本实施例提供的麦克风，胶环5设置在环形槽4内，胶环5与基板3的连接强度较高，且胶环5不占用其它空间，利于麦克风的微型化设计和制造，也避免胶环5的存在影响麦克风的其它性能。

实施例2

本实施例提供的麦克风，如图8和图9所示，包括基板3和麦克风芯片。其中，麦克风芯片包括芯片衬底2和芯片振膜1，上述芯片衬底2上端与上述芯片振膜1相连接，实际生产中，麦克风芯片应是提前制备好的，即芯片衬底2和芯片振膜1是一体的，共同组成麦克风芯片。上述麦克风芯片与基板3相连接；具体的，是芯片衬底2下端粘接在基板3上，完成麦克风芯片与基板3的连接。

其中，芯片衬底2和基板3通过以下方式连接：首先，预先在基板3上涂覆胶水，胶水固化为胶水层后再重复涂覆胶水，多次涂覆胶水后，形成多层胶水层，多层胶水层组成胶环5，当胶环5高度足够时，通过胶水将芯片衬底2粘接在胶环5上，最终实现芯片衬底2与基板3的连接。其中，各层胶水层可以使用同一种胶水，也可以使用不同的胶水。通过上述连接方式制得的麦克风，芯片衬底2和基板3之间的胶厚度增大，能够有效承受作用力，吸收麦克风芯片的残余应力，便于振膜释放残余应力。

实施例3

实施例提供的麦克风，如图8和图9所示，包括基板3和麦克风芯片。其中，麦克风芯片包括芯片衬底2和芯片振膜1，上述芯片衬底2上端与上述芯片振膜1相连接，实际生产中，麦克风芯片应是提前制备好的，即芯片衬底2和芯片振膜1是一体的，共同组成麦克风芯片。上述麦克风芯片与基板3相连接；具体的，是芯片衬底2下端粘接在基板3上，完成麦克风芯片与基板的连接。

其中，芯片衬底2和基板3通过以下方式连接：首先，预先制备一定厚度的胶环5，然后通过胶水将胶环5的下端粘接在基板3上，然后通过胶水将芯片衬底2的下端粘接在胶环5上端面上。

本实施例中，通过预先制备的胶环5提高芯片衬底2与基板3之间胶的厚度，芯片衬底2与基板3之间胶的厚度易于控制。所述胶环5的设置，能够有效承受芯片衬底2和基板3之间的作用力，接收麦克风芯片释放的残余应力。

实施例4

本实施例是基于实施例1至4任意一项做出的，本实施例提供的麦克风，其胶环5是由硅胶胶水固化制成，当胶环5与芯片衬底2之间设置粘接层6时，粘接层6也可以由硅胶胶水固化制成。上述硅胶胶水的选用，除了因硅胶胶水满足麦克风封装工艺要求外，还因硅胶固化后为低模量材料，能够吸收残余应力。当然，其它低模量且能满足麦克风封装工艺要求的材料，也应属于本专利的保护范围。

实施例5

本实施例是基于实施例1至3任意一项做出的，本实施例提供的麦克风，其中麦克风芯片是MEMS麦克风芯片，本实施例的设计方案应用于MEMS麦克风。

上述实施例1至实施例5提供的麦克风，其主要设计在于，基板3与芯片衬底2之间设置有胶环5，通过胶环5提高芯片衬底2和基板3之间胶的厚度。当芯片衬底2和基板3之间有任意方向的作用力时，胶环5作为低模量材料制成的连接件，能够有效的吸收作用力；当麦克风芯片存在残余应力时，胶环5作为低模量材料制成的连接件，能够快速的弹性变形，便于麦克风芯片释放残余应力。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种麦克风，包括基板和麦克风芯片，所述麦克风芯片包括芯片衬底和芯片振膜，所述芯片衬底上端与所述芯片振膜相连接，所述芯片衬底下端粘接在基板上；

其特征在于，在所述基板上预先设置固化的胶环，所述芯片衬底与基板通过所述胶环相连接。

2.如权利要求1所述的麦克风，其特征在于，在所述基板上设置有环形槽，所述环形槽用于填充胶水，所述胶环由所述环形槽内的胶水固化形成。

3.如权利要求2所述的麦克风，其特征在于，所述胶环上端面与所述基板上端面持平。

4.如权利要求1所述的麦克风，其特征在于，在所述基板上设置有至少两层胶水层，所述胶环是由多个胶水层叠加涂覆形成的；所述芯片衬底粘接在远离所述基板一侧的胶水层上。

5.如权利要求1所述的麦克风，其特征在于，所述胶环预先制备，胶环的下端粘接在基板上，芯片衬底的下端与胶环的上端相粘接。

6.如权利要求1至5任意一项所述的麦克风，其特征在于，在所述芯片衬底下端和胶环之间还设置有粘接层，所述芯片衬底通过粘接层粘接在胶环上。

7.如权利要求6所述的麦克风，其特征在于，所述胶环和粘接层均由硅胶胶水固化制成。

8.如权利要求1至5任意一项所述的麦克风，其特征在于，所述胶环由硅胶胶水固化制成。

9.如权利要求1所述的麦克风，其特征在于，所述麦克风芯片为MEMS麦克风芯片。