CN211959556U - 骨传导mems麦克风的封装结构及移动终端 - Google Patents

Abstract

公开了一种骨传导MEMS麦克风的封装结构及移动终端，该封装结构，包括：基板；支撑件，位于基板上，支撑件与基板之间形成空腔，支撑件和/或基板上设置有进音孔；芯片，位于所述空腔中，芯片与基板电连接，芯片包括MEMS芯片和ASIC芯片，MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接；密封件，位于支撑件和/或基板上，用于封闭进音孔。本实用新型的封装结构中，MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接，根据振膜结构的自振频率范围调整用于键合MEMS芯片和ASIC芯片之间的绑定线的引线键合机台的超声振动频率，降低了振膜在MEMS芯片的引线键合作业过程中破裂的概率，提高了MEMS芯片的键合质量，进而提高了骨传导MEMS麦克风的拾音效果。

Description

骨传导MEMS麦克风的封装结构及移动终端

技术领域

本实用新型涉及微机电传感器技术领域，更具体地，涉及一种骨传导MEMS麦克风的封装结构及移动终端。

背景技术

引线键合(Wire bonding)是IC芯片互连中最重要的技术之一。它是指在常温环境下，通过压电换能器产生的超声振动和键合工具压力的作用，将绑定线键合到芯片和芯片的外围接口的焊线区，从而将芯片与外围接口的电路连接在一起以实现电气互联和信息互通的技术。在半导体行业中基本采用高频键合方式对半导体器件进行引线键合。

MEMS麦克风是基于MEMS技术制造的声电换能器。在实际应用中，MEMS麦克风的检测对象往往具有特定的振动范围。例如，用于检测骨传导声音信息等人类语音范围内振动信号的骨传导MEMS麦克风和用于检测气传导声音信息等人类语音范围内振动信号的传统硅麦克风。MEMS麦克风包括MEMS芯片，MEMS芯片是一种振动传感器，其极易与外界振动形成共振而造成芯片损坏。显然，引线键合过程中的超声振动极易对MEMS芯片的振动检测性能造成不利影响，进而减低MEMS麦克风的拾音效果，因此，亟需设计一种稳定可靠的封装结构以提高MEMS麦克风的拾音效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种骨传导MEMS麦克风的封装结构及移动终端，MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接，根据振膜结构的自振频率范围调整用于键合MEMS芯片和ASIC芯片之间的绑定线的引线键合机台的超声振动频率，降低了振膜在MEMS芯片的引线键合作业过程中破裂的概率，提高了MEMS芯片的键合质量，进而提高了骨传导MEMS麦克风的拾音效果。

本实用新型的第一方面，提供一种骨传导MEMS麦克风的封装结构，包括：

基板；

支撑件，位于所述基板上，所述支撑件与所述基板之间形成空腔，所述支撑件和/或所述基板上设置有进音孔；

芯片，位于所述空腔中，所述芯片与所述基板电连接，所述芯片包括MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接；

密封件，位于所述支撑件和/或所述基板上，用于封闭所述进音孔。

可选地，所述绑定线的焊接方式包括：BSOB引线键合方式。

可选地，所述MEMS芯片通过装片胶固定安装在所述基板上，所述装片胶包括硅胶。

可选地，所述MEMS芯片包括：

衬底层；

背极层；

振膜结构，可振动地设置于所述衬底层和所述背极层之间，并与所述背极层形成电容，所述振膜结构包括振膜、位于所述振膜上表面的质量块和/或位于所述振膜下表面的质量块。

可选地，所述背极层包括通孔，所述通孔贯穿所述背极层，所述振膜上表面的质量块与所述通孔的位置对应设置且互不接触。

可选地，所述振膜上表面的质量块位于对应位置的所述通孔的正下方，所述通孔中至少一个通孔的开口尺寸小于对应位置的所述质量块的尺寸；或者

所述振膜上表面的质量块中至少一个质量块的位置偏离对应位置的所述通孔的正下方。

可选地，所述衬底层包括第一衬底和第二衬底，所述振膜下表面的质量块位于所述第一衬底和所述第二衬底之间。

可选地，所述振膜结构的自振频率范围为90kHz至150kHz，用于键合所述绑定线的引线键合机台的超声振动频率是根据所述振膜结构的自振频率范围确定的。

可选地，用于键合所述绑定线的引线键合机台的超声振动频率为50kHz。

根据本实用新型第二方面，提供一种移动终端，其特征在于，包括如上所述的封装结构。

根据本实用新型提供的骨传导MEMS麦克风的封装结构及移动终端，MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接，根据振膜结构的自振频率范围调整用于键合MEMS芯片和ASIC芯片之间的绑定线的引线键合机台的超声振动频率，降低了振膜在MEMS芯片的引线键合作业过程中破裂的概率，提高了MEMS芯片的键合质量，进而提高了骨传导MEMS麦克风的拾音效果。所述绑定线的焊接方式为BSOB引线键合方式，降低了引线键合作业过程对MEMS芯片的振动引发不利影响，提高了类似于本实用新型的MEMS芯片的振动传感器件的引线键合自动化作业的可行性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了本实用新型实施例的骨传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。

图2示出了本实用新型第一实施例的MEMS芯片的结构示意图。

图3示出了本实用新型第二实施例的MEMS芯片的结构示意图。

图4示出了本实用新型第三实施例的MEMS芯片的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

在下文中描述了本实用新型部分实施例的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

骨传导MEMS麦克风是一种靠与声源直接贴合而传导声音的器件，通过与之贴合的声源产生的振动将其转换为电信号，从而屏蔽掉环境噪音。本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本实用新型实施例的骨传导MEMS麦克风的封装结构的示意图。图1中该封装结构包括：基板110、支撑件120、芯片和密封件150。其中，支撑件120位于基板110上，支撑件120与基板110之间形成空腔130。支撑件120包括顶面、侧壁和凹陷部，侧壁的底面与基板110相连，凹陷部与芯片的位置对应，基板110与凹陷部形成空腔130。支撑件120例如为金属壳。芯片贴装于基板110上且位于空腔130中。容易理解的是，支撑件120设置成片状，基板110设置有凹陷部，支撑件120与凹陷部同样可以形成空腔130。

支撑件120上设置有进音孔140，进音孔140位于支撑件120的顶面。需要说明的是，进音孔140还可以设置于基板110上，或者进音孔140还可以设置于基板110和支撑件120上。进音孔140在支撑件120和/或基板110的位置和数量可以根据需要设定。示例性的，可以设置一个进音孔140，也可以设置多个进音孔140均匀分布。芯片例如包括如图1所示的MEMS芯片200和ASIC芯片300，MEMS芯片200用于将外界声音信号变为电信号，ASIC芯片300用于输出所述电信号。密封件150位于支撑件120的顶面上，用于封闭进音孔140以隔绝外界声音和外界环境对芯片的影响，提高了骨传导MEMS麦克风的稳定性和可靠性，使骨传导MEMS麦克风具有更高的良率。在一些实施例中，密封件150设置有导气孔，密封件150的导气孔将凹槽部与外界相连通。密封件150与支撑件120的连接材料选用锡膏，在回流焊过程中，凹槽部中受热膨胀的空气可通过导气孔排出，防止骨传导MEMS麦克风炸裂。通过合理设置导气孔和凹槽部，使其可以对外界声音进行适当的衰减，可以进一步保护支撑件120内的芯片(MEMS芯片)，提升骨传导MEMS麦克风的稳定性和可靠性。

如图1所示，MEMS芯片200通过装片胶420固定安装在基板110上。ASIC芯片300通过装片胶430固定安装在基板110上。装片胶420与装片胶430的材料可以相同，也可以不同。MEMS芯片200和ASIC芯片300分别与基板110电连接，MEMS芯片200和ASIC芯片300之间通过绑定线410(例如，金线)连接。绑定线410的焊接方式为BSOB引线键合方式。MEMS芯片200的具体结构如图2至图4所示。

图2示出了本实用新型第一实施例的MEMS芯片的结构示意图。如图2所示，该MEMS芯片包括衬底层210、背极层220和振膜结构230，其中，振膜结构230包括振膜240和质量块250。振膜结构230的自振频率范围为90kHz至150kHz。衬底层210包括第一衬底211和第二衬底212，质量块250位于第一衬底211和第二衬底212之间。质量块250为凸出于振膜240下表面的至少一个分立的柱状凸起，每个柱状凸起具有一定的质量。柱状凸起用于增加振膜结构230的质量。背极层220与振膜结构230作为电容极板，背极层220与振膜结构230之间形成空腔270。背极层220上开有通孔280，空气通过通孔280进入空腔270内。

空气通过通孔280进入空腔270中，声压作用到振膜结构230上，产生一个使振膜结构230移动的推力。振膜结构230相当于一个弹簧，将推力转化为位移量。背极层220与振膜结构230构成一个电容，位移量导致电容变化，从而将声信号转化为了电信号。

在本发明的一个优选实施例中，MEMS芯片中的振膜结构230的质量中心与振膜240的质量中心的连线垂直于振膜240(所述垂直允许具有一定的形位公差)。

在本发明的可选实施例中，振膜240的质量中心与振膜结构230的质量中心之间的间距小于振膜240最长内径的四分之一。

在本发明的一个优选实施例中，通过在振膜240的上表面增加质量块，使振膜结构230的敏感质量得到小于50倍的增加；通过在振膜240的下表面增加质量块，使振膜结构230的敏感质量得到50至1000倍的增加。可根据具体的需求，调整质量块的位置、分布等，调整MEMS芯片的振动检测灵敏度至合适的范围。

图3示出了本实用新型第二实施例的MEMS芯片的结构示意图。与上述实施例中相同的部分不再赘述，如图3所示，振膜结构230包括振膜240和质量块260。质量块260为凸出于振膜240上表面的分立的柱状凸起，用于增加振膜结构230的质量。背极层220上具有贯穿背极层220的通孔280，振膜240上表面的质量块260与通孔280的位置对应设置且互不接触。例如，振膜240上表面的质量块260位于对应位置的通孔280的正下方，通孔280中至少一个通孔280的开口尺寸小于对应位置的质量块260的尺寸。或者振膜240上表面的质量块260中至少一个质量块260的位置偏离对应位置的通孔280的正下方，以允许至少一个质量块260的至少部分柱状凸起无法移动至相应的通孔280内，防止振膜结构230在运动过程中粘附到背极层220上。背极层220与振膜结构230构成电容极板，质量块260参与电容极板的形成。在改变振膜结构230与背极层220间距离的同时，质量块260增加了有效面积变化量，从而增加了电容值的变化量，提高了MEMS芯片的振动检测灵敏度。

图4示出了本实用新型第三实施例的MEMS芯片的结构示意图。与上述实施例中相同的部分不再赘述，如图4所示，MEMS芯片的振膜结构230包括振膜240、质量块250和质量块260。其中，质量块260位于振膜240上表面，质量块250位于振膜240下表面。振膜240、质量块250和质量块260三者的质量中心与振膜240的质量中心重合(所述重合允许具有一定的形位公差)。

在上述实施例中，MEMS芯片维持了振膜结构的质量中心位置不偏移或不变，减小了质量中心偏移对振膜结构的振动造成的不利影响，提高了MEMS芯片的振动检测灵敏度。在常规硅麦MEMS芯片成熟工艺的基础上，在振膜上附加质量形成新的振膜结构，增加了MEMS芯片对机械/骨骼等振动信号的振动检测灵敏度，从而提高了骨传导MEMS麦克风的拾音效果。

需要说明的是，本实用新型的振膜结构的自振频率范围为90kHz至150kHz，该自振频率范围与半导体行业中常规的引线键合机台的超声振动频率125kHz接近，极易形成共振，导致振膜在MEMS芯片的引线键合作业过程中破裂，影响MEMS芯片的键合质量。本实用新型的用于键合MEMS芯片和ASIC芯片之间的绑定线的引线键合机台的超声振动频率为50kHz。

MEMS芯片为振动传感器，MEMS芯片的装片胶需要具有缓冲外力作用，同时还需要兼顾振膜结构能够感受到外界振动的特性，需要选择硬度较高的硅胶(软胶)等作为装片胶。明确了类似于本实用新型的MEMS芯片的振动传感器件的装片胶的选择方向。

本实用新型还提供一种移动终端，包括如上所述的封装结构。

根据本实用新型提供的骨传导MEMS麦克风的封装结构及移动终端，MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接，根据振膜结构的自振频率范围调整用于键合MEMS芯片和ASIC芯片之间的绑定线的引线键合机台的超声振动频率，降低了振膜在MEMS芯片的引线键合作业过程中破裂的概率，提高了MEMS芯片的键合质量，进而提高了骨传导MEMS麦克风的拾音效果。所述绑定线的焊接方式为BSOB引线键合方式，降低了引线键合作业过程对MEMS芯片的振动引发不利影响，提高了类似于本实用新型的MEMS芯片的振动传感器件的引线键合自动化作业的可行性。

本实用新型提供的骨传导MEMS麦克风的封装结构不需要更改MEMS芯片的结构设计，可在封装厂通过简便的工艺调整实现骨传导MEMS麦克风的高品质的封装效果。

在以上的描述中，对于各器件的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等效限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (10)

1.一种骨传导MEMS麦克风的封装结构，其特征在于，包括：

基板；

支撑件，位于所述基板上，所述支撑件与所述基板之间形成空腔，所述支撑件和/或所述基板上设置有进音孔；

芯片，位于所述空腔中，所述芯片与所述基板电连接，所述芯片包括MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片通过绑定线连接；

密封件，位于所述支撑件和/或所述基板上，用于封闭所述进音孔。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述绑定线的焊接方式包括：BSOB引线键合方式。

3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片通过装片胶固定安装在所述基板上，所述装片胶包括硅胶。

4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片包括：

衬底层；

背极层；

振膜结构，可振动地设置于所述衬底层和所述背极层之间，并与所述背极层形成电容，所述振膜结构包括振膜、位于所述振膜上表面的质量块和/或位于所述振膜下表面的质量块。

5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述背极层包括通孔，所述通孔贯穿所述背极层，所述振膜上表面的质量块与所述通孔的位置对应设置且互不接触。

6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述振膜上表面的质量块位于对应位置的所述通孔的正下方，所述通孔中至少一个通孔的开口尺寸小于对应位置的所述质量块的尺寸；或者

所述振膜上表面的质量块中至少一个质量块的位置偏离对应位置的所述通孔的正下方。

7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述衬底层包括第一衬底和第二衬底，所述振膜下表面的质量块位于所述第一衬底和所述第二衬底之间。

8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述振膜结构的自振频率范围为90kHz至150kHz，用于键合所述绑定线的引线键合机台的超声振动频率是根据所述振膜结构的自振频率范围确定的。

9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于，用于键合所述绑定线的引线键合机台的超声振动频率为50kHz。

10.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的封装结构。

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