CN214384938U - 麦克风组件、印刷电路板和印刷电路板阵列 - Google Patents

麦克风组件、印刷电路板和印刷电路板阵列 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及麦克风组件、印刷电路板和印刷电路板阵列。根据一些实施方式，本实用新型涉及一种用于麦克风组件的印刷电路板，该印刷电路板包括顶层、底层、至少一个边、接地面以及与接地面和底层电连接的导体，该顶层的结构被设计成将MEMS换能器安装在该顶层上。MEMS换能器包括换能器基板、背板和振膜。该导体从印刷电路板的顶层垂直延伸到底层，并且沿着印刷电路板的至少一个边的长度的一部分水平延伸。印刷电路板包括两个短边和两个长边，并且导体连接到该四个边中的至少一者。

Description

麦克风组件、印刷电路板和印刷电路板阵列
技术领域
本实用新型涉及微机电系统(MEMS)设备，并且尤其涉及印刷电路板及其方法，其中，从印刷电路板切割出麦克风设备晶胞(unit cell)(单个封装)。
背景技术
包括微机电系统(MEMS)声学换能器的麦克风设备将声能转换为电信号。麦克风组件可以用在移动通信设备、膝上型计算机和电器以及其他设备和机构中。麦克风设备的一个重要考虑因素是消除通常由射频(RF)信号联接引起的噪声。随着这些设备的复杂性的增加，这些设备所连接的印刷电路板的复杂性也随之增加，导致设计困难。
实用新型内容
本实用新型的一方面涉及麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体，所述壳体具有声端口和用于表面安装的外部设备电接口；微机电系统换能器，所述微机电系统换能器设置在所述壳体中，并且被配置成响应于检测到声音进入所述声端口而生成电信号；以及集成电路，所述集成电路设置在所述壳体中，所述集成电路联接到所述微机电系统换能器并且联接到所述外部设备电接口的触点上，所述壳体包括印刷电路板，所述印刷电路板具有与接地面电连接的导体，所述导体从所述印刷电路板的顶层垂直延伸到所述印刷电路板的底层，并且沿着所述印刷电路板的至少一个边的长度而水平地延伸。
本实用新型的另一方面涉及用于麦克风组件的印刷电路板，所述印刷电路板包括：顶层；底层；至少一个边；接地面；以及导体，所述导体与所述接地面电连接，其中，所述导体从所述印刷电路板的所述顶层垂直延伸到所述印刷电路板的所述底层，并且沿着所述印刷电路板的所述至少一个边的长度水平地延伸；其中，所述顶层和所述底层具有穿过所述顶层和所述底层形成的端口。
本实用新型的另一方面涉及印刷电路板阵列，所述印刷电路板阵列包括非单体且布置成阵列的多个如上所述的印刷电路板。
附图说明
结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本实用新型的前述特征和其它特征将变得更加完全显而易见。下面结合附图更详细地描述各种实施方式。
图1的(1)至(6)是用于麦克风组件的6个复杂印刷电路板设计的示意图；
图2A是具有外部接地的经切割的印刷电路板的示例图；
图2B是声学换能器和集成电路的示例图，该声学换能器和集成电路安装在根据图2A的实施方式的外部接地的印刷电路板上；
图3是制造期间预切割的印刷电路板的示例图；以及
图4是制造外部接地的印刷电路板的示例性方法的流程图。
具体实施方式
一般而言，本文公开了生产用于麦克风组件的印刷电路板晶胞的设备和方法，该印刷电路板晶胞具有外部接地，以减少射频(RF)信号干扰。该印刷电路板包括顶层、底层、至少一个边、接地面和导体，所述顶层的结构被设计成将MEMS换能器安装在该顶层上。MEMS换能器可以是电容式声学换能器，该电容式声学换能器包括固定背板和可移动振膜，所述固定背板和可移动振膜被构造成将进入到振膜上的声能转换为电信号。MEMS换能器可以包括换能器基板，该换能器基板包括第一端口 (port)，在第一端口上方设置有振膜和背板，以接收来自外部环境的声能。印刷电路板可以包括与第一端口对准的第二端口，以提供从外部环境到MEMS换能器的流体连通。
随着集成电路的复杂性的增加，印刷电路板的设计也同样受到影响，以至于对于正确运行电路所需的部件和连接件的数量来说，单个接地过孔可能是不期望或不足的。由于试图优化印刷电路板的空间，通常很难增加接地过孔的数量，而减少接地过孔的数量会增加对地的阻抗，从而限制金属屏蔽和嵌入式电容滤波器的有效性。将接地过孔直接放置在MEMS换能器下方并非最佳选择，因为这种放置方式会将RF电流引导到MEMS换能器下方，并且使RF联接到MEMS换能器。RF联接到MEMS 换能器导致RF抗扰度降低。类似地，通过MEMS换能器下方的接地过孔分流通过嵌入式电容滤波器的电源噪声可以联接到MEMS换能器并且降低电源抑制比 (PSRR)。联接到集成电路中的RF信号将被解调，并且解调后的RF信号中存在的任何音频都将作为不期望的噪声出现在麦克风输出端。此外，电源噪声也可以作为不期望的噪声而通过集成电路输出端。
本文提出的解决方案是在印刷电路板的外部边(outer edge)上为RF电流提供低阻抗路径(例如，单个低阻抗路径)，以通过充当保护印刷电路板上部件的板级屏蔽来减小RF联接到集成电路中的概率。低阻抗路径将是一个联接到印刷电路板的接地面的导体，从而将接地过孔的数量减少为能够被所有组件使用的单个外部接地。此解决方案将根据集成电路的要求为迹线、电阻器和较大的电容器的布设选择提供更多的空间。此外，这种生产印刷电路板的方法产生的切割浆料(面板切割的废物副产品) 的量减小，从而减少了材料损失和废物出现(waste contribution)。将参考图1至图4 进一步解释该解决方案。
在图1中，图1的部分(1)至(6)示出了根据一些实施方式的用于麦克风组件中的多个复杂印刷电路板设计的示例性示意图。各个设计均包括端口102，该端口的结构被设计成与声学换能器的端口对准。可以看到MEMS声学换能器104的示例轮廓覆盖了接地过孔106。各个设计还包括多个接地过孔106，以尝试容纳MEMS换能器104和集成电路(未示出)的必要占用空间(footprint)。
在图2A和图2B中，示出了印刷电路板晶胞200和安装到印刷电路板的各种麦克风组件部件的示例性图示。图2A例示了没有其它麦克风组件部件情况下的印刷电路板晶胞200，并且图2B例示了设置在壳体中的麦克风组件，该壳体包括上面安装了部件之后的印刷电路板晶胞200。晶胞200包括端口202和外部接地204。端口202 可以与声学换能器212的孔对准或部分对准。端口202可以形成在印刷电路板上或在壳体的另一部分(例如盖)中。外部接地204环绕晶胞200的顶层206，并且沿着边 208延伸。根据一些实施方式，外部接地204可以延伸边208的整个水平长度和垂直高度，或者可以如图所示的延伸边208的部分长度。如图所示，边208可以是矩形棱柱形状的晶胞的短边或长边中的一者。在一些实施方式中，晶胞200可以是不同多边形，所述不同多边形的结构被设计成容纳安装在该不同多边形上的MEMS换能器。晶胞200可以包括一组电连接件210，以用于焊接到MEMS换能器214和/或集成电路部件216。麦克风组件包括盖218，该盖封装了一个容积，在该容积中设置有MEMS 换能器214和集成电路部件216。包括印刷电路板的壳体是能表面安装的，并且包括外部设备接口，集成电路通过电连接件210与外部设备接口电联接。外部设备接口允许麦克风组件安装在外部设备(诸如电话、计算机或其他能够录音的设备)中。
根据一些实施方式，印刷电路板晶胞200包含多个层和至少一个接地面，所述多个层包括底层、顶层。外部接地204沿着边208的长度与至少一个接地面电连接以向接地面提供增加的表面积，并将接地面电连接到底层。在印刷电路板的制造期间，通过在电镀工艺之前对边208进行布设来创建外部接地204。
图3是根据一些实施方式的在切割之前的印刷电路板面板300的示例性实施方式。可以沿着边208在晶胞200的列之间看到多个布线线路302。沿着布线线路302 布设晶胞200的边208，以在电镀之前暴露印刷电路板的导电层。在一些实施方式中，经布设的边208可以出现在短边而不是图中所示的长边上。在电镀之前进行布设使得印刷电路板面板300的一部分未使用，从而减少了每面板的晶胞的数量。然而，易于设计和增加每个晶胞上的迹线空间的益处使生产损失最小化。
图4是根据一些实施方式的制造外部接地的印刷电路板的示例性方法400的流程图。方法400从步骤401开始，步骤401包括：设计印刷电路板并且对印刷电路板面板(晶圆)进行预钻，以创建单个晶胞的列。设计印刷电路板包括：确定布设的电路连接件和电路部件的放置，以及生成图案。对印刷电路板面板进行预钻包括：对用于连接到MEMS换能器、电容器、电阻器或根据图案的设计的其他电路部件部分的孔进行预钻。在一些实施方式中，使印刷电路板面板去毛刺，以去除多余的材料。
方法400继续步骤402，该步骤包括：根据一些实施方式，在最终层压之后，在晶胞的列的边上沿第一方向对印刷电路板面板进行布设。沿第一方向对印刷电路板进行布设会暴露至少一个接地面。步骤402可以包括：在布设之后施加光刻胶或其它类型的掩模。在步骤402中施加的掩模覆盖印刷电路板的指定区域，并且防止在不期望的地方发生电镀。这确保了在印刷电路板上不会发生短路。
在一些实施方式中，随后的步骤403包括对印刷电路板进行电镀，以将至少一个接地面电连接到底层和指定的迹线。电镀会在印刷电路板的暴露表面上沉积导体，通常是铜、镍、锡或金或其组合。步骤403使得在晶胞的列的暴露边上形成导体。该导体将在步骤402中暴露的接地面与印刷电路板的底层电连接，从而创建外部接地。印刷电路板的边上外部接地的范围是在边的一部分上是否放置掩模的结果。如果在电镀之前没有放置掩模来覆盖任何暴露的边，则外部接地从第一角沿各个晶胞的整个长度水平地延伸到第二角，并且从顶层延伸到底层。外部接地与印刷电路板晶胞的底层电连接，但可以与顶层和所有迹线电隔离。
步骤403之后是步骤404，该步骤包括对印刷电路板面板进行切割，以将晶胞的列划分成单个晶胞。切割是在与步骤402中确定的布设方向垂直的方向上发生的。由于布设在第一方向(例如，垂直方向)上使晶胞分开，因此切割仅在沿着晶胞的未暴露的边的第二(例如，水平)方向上发生。在步骤403与步骤404之间，附加步骤可以包括添加阻焊层和最终的化学镍金(ENIG)或化学镍钯金(ENEPIG)处理。在对晶胞进行之前，可以将MEMS声学换能器安装在该晶胞上。
根据本文描述的实施方式，麦克风组件包括具有声端口和用于表面安装的外部设备电接口的壳体、设置在壳体中的MEMS换能器和设置在壳体中的集成电路，壳体包括印刷电路板，在印刷电路板上安装有MEMS换能器。印刷电路板包括电连接到接地面的导体。该导体从印刷电路板的顶层垂直延伸到底层，并且沿着印刷电路板的至少一个边的长度而水平地延伸。该导体可以沿着印刷电路板的至少一个边的长度的一部分延伸。印刷电路板包括两个短边和比短边长的两个长边。换句话说，印刷电路板是矩形棱柱或类似的三维形状。导体沿其延伸的、印刷电路板的至少一个边可以是长边中的至少一者或短边中的至少一者。该印刷电路板还可以包括单个过孔，部件穿过所述单个过孔电连接到次级接地以连接到集成电路。根据麦克风组件的需要，至少一个接地面和次级接地可以电隔离或电连接。
集成电路联接到MEMS换能器并且联接到外部设备电接口的触点。MEMS换能器包括具有至少部分地设置在声端口上方的孔的基板、电声转换元件和联接到该电声转换元件的电触点。该电声转换元件可以是可变电容器，所述可变电容器包括固定电极和至少部分地位于基板的孔上方的可移动电极。所述可移动电极被构造成响应于进来的声能进入所述声端口而相对于所述固定电极移动，以生成电信号。可移动电极可以包括压电材料层。
根据本文所述的实施方式，一种外部接地的印刷电路板晶胞的制造方法包括以下步骤：通过在第一方向上对包含晶胞的印刷电路板晶圆进行布设来暴露晶胞的至少一个边上的至少一个接地面，以使晶胞的行包含暴露的边。该制造方法还包括：对晶胞的至少一个边上的导体进行电镀，其中，该导体与至少一个接地面电连接，并且在第一方向上沿着晶胞的至少一个边延伸。该制造方法还包括：在第二方向上沿着与晶胞的至少一个经电镀的边垂直的边对印刷电路板进行切割。
通过制造方法创建的导体与至少一个接地面电连接，并且从印刷电路板的底层垂直延伸到印刷电路板的顶层。导体进一步从经电镀的边的第一端水平延伸到第二端。晶胞的至少一个边的长度可以是整个长度或长度的一部分。晶胞的至少一个边可以是长边和短边中的一者。晶胞可以包括单个过孔，部件穿过所述单个过孔可电连接到次级接地以连接到集成电路。晶胞的结构被设计成在制造方法提供的切割步骤之前将 MEMS换能器安装在该晶胞上。
根据本文描述的实施方式，一种麦克风组件的印刷电路板包括顶层、底层、至少一个边、接地面和与该接地面电连接的导体。导体可以从印刷电路板晶胞的顶层垂直延伸到底层，并且沿着印刷电路板晶胞的至少一个边的长度而水平地延伸。顶层和底层具有穿过该顶层和底层形成的端口。
导体沿其延伸的至少一个边的长度可以是整个长度或长度的一部分。印刷电路板包括两个短边和比该短边长的两个长边。换句话说，印刷电路板是矩形棱柱或类似的三维形状。印刷电路板的至少一个边可以是长边或短边。印刷电路板可以包括单个过孔，部件穿过所述单个过孔可电连接到次级接地以连接到集成电路，并且接地面和次级接地可以电连接或电隔离。

Claims (11)

1.一种麦克风组件，其特征在于，所述麦克风组件包括：
壳体，所述壳体具有声端口和用于表面安装的外部设备电接口；
微机电系统换能器，所述微机电系统换能器设置在所述壳体中，并且被配置成响应于检测到声音进入所述声端口而生成电信号；以及
集成电路，所述集成电路设置在所述壳体中，所述集成电路联接到所述微机电系统换能器并且联接到所述外部设备电接口的触点上，
所述壳体包括印刷电路板，所述印刷电路板具有与接地面电连接的导体，所述导体从所述印刷电路板的顶层垂直延伸到所述印刷电路板的底层，并且沿着所述印刷电路板的至少一个边的长度而水平地延伸。
2.根据权利要求1所述的麦克风组件，其特征在于，所述印刷电路板的所述至少一个边的长度是所述印刷电路板的所述至少一个边的整个长度。
3.根据权利要求1所述的麦克风组件，其特征在于，所述印刷电路板包括两个短边和比所述两个短边长的两个长边，并且其中，所述印刷电路板的、所述导体延伸所沿着的所述至少一个边是所述两个长边中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的麦克风组件，其特征在于，所述印刷电路板包括两个短边和比所述两个短边长的两个长边，并且其中，所述印刷电路板的、所述导体延伸所沿着的所述至少一个边是所述两个短边中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的麦克风组件，其特征在于，所述微机电系统换能器包括：
基板，所述基板包括至少部分地与所述声端口对准的孔；
电声转换元件，所述电声转换元件至少部分地位于所述孔上方并且联接到所述基板；以及
电触点，所述电触点联接到所述电声转换元件，
其中，所述电声转换元件为可变电容器，所述可变电容器包括背板和振膜，所述振膜至少部分地位于所述基板的所述孔上方。
6.根据权利要求1所述的麦克风组件，其特征在于，所述微机电系统换能器包括：
基板，所述基板包括至少部分地与所述声端口对准的孔；
电声转换元件，所述电声转换元件至少部分地位于所述孔上方并且联接到所述基板；以及
电触点，所述电触点联接到所述电声转换元件，
其中，所述电声转换元件包括背板和振膜，所述振膜包括压电材料层，所述压电材料层至少部分地位于所述基板的所述孔上方。
7.一种印刷电路板，所述印刷电路板用于根据权利要求1至6中的任一项所述的麦克风组件，其特征在于，所述印刷电路板包括：
顶层；
底层；
至少一个边；
接地面；以及
导体，所述导体与所述接地面电连接，其中，所述导体从所述印刷电路板的所述顶层垂直延伸到所述印刷电路板的所述底层，并且沿着所述印刷电路板的所述至少一个边的长度水平地延伸；
其中，所述顶层和所述底层具有穿过所述顶层和所述底层形成的端口。
8.根据权利要求7所述的印刷电路板，其特征在于，所述至少一个边的长度是整个长度或整个长度的一部分。
9.根据权利要求7所述的印刷电路板，其特征在于，所述印刷电路板还包括两个短边和比所述两个短边长的两个长边，并且其中，所述印刷电路板的、所述导体延伸所沿着的所述至少一个边是所述两个长边中的至少一者。
10.根据权利要求7所述的印刷电路板，其特征在于，所述印刷电路板还包括两个短边和比所述两个短边长的两个长边，并且其中，所述印刷电路板的、所述导体延伸所沿着的所述至少一个边是所述两个短边中的至少一者。
11.一种印刷电路板阵列，其特征在于，所述印刷电路板阵列包括非单体且布置成阵列的多个根据权利要求7所述的印刷电路板。
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