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Hintergrund
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Kleine akustische Geräte, umfassend akustische Wandler, werden in einer Anzahl von Anwendungen eingesetzt, umfassend Gasflussdetektoren und Strukturfehlerdetektoren für Gebäude, Brücken, Druckrohrleitungen. In einigen Anwendungen transmittiert ein akustischer Wandler nur akustische Signale. In anderen Anwendungen empfängt ein akustischer Wandler nur akustische Signale. In noch anderen Anwendungen transmittiert ein akustischer Wandler akustische Signale und empfängt akustische Signale. Im Allgemeinen konvertieren akustische Wandler empfangene elektrische Signale in akustische Signale, wenn sie in einem Transmissionsmodus arbeiten, und konvertieren empfangene akustische Signale in elektrische Signale, wenn sie in einem Empfangsmodus arbeiten. Insbesondere ist in vielen Geräten und Anwendungen das akustische Signal, welches transmittiert wird und/oder empfangen wird, ein Ultraschallsignal.
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Akustische Wandler werden unter Verwendung einer Vielfalt von verschiedenen Technologien hergestellt, umfassend piezoelektrische Ultraschallwandler und mikroelektromechanisches-System-(MEMS)-Wandler. In der Vergangenheit sind akustische Wandler mit Prozessen hergestellt worden, bei denen das akustische Wandlerelement in einer Metall-, Keramik-, oder Plastikpackung oder -gehäuse (package) platziert wird und ein Deckel (lid) mit der Packung verbunden (bonded) wird. In einer typischen Konfiguration wird ein elektrisches Signal, welches mittels des akustischen Wandlers erzeugt ist, durch eine Leitung oder einen Leiter (lead) oder einen Draht von der Packung oder dem Gehäuse an einen externen Verstärker bereitgestellt, welcher auf einer externen Schaltungsplatte bereitgestellt ist, an oder mit welcher der gebündelte oder gehäuste (packaged) akustische Wandler angebracht oder verbunden ist.
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Es gibt jedoch einen anhaltenden Bedarf für verbesserte Packungen für akustische Geräte, um spezifische Anforderungen verschiedener Umgebungen zu adressieren, in welchen sie eingesetzt werden.
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Was daher benötigt ist, ist ein akustisches Gerät, welches eine Packung (package) hat, welche vorteilhafte Charakteristiken für verschiedene Umgebungen bereitstellen kann, wo das gebündelte akustische Gerät eingesetzt wird.
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Zusammenfassung
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In einer exemplarischen Ausführungsform weist ein Gerät auf: einen elektrisch leitfähigen Leitungsrahmen, welcher eine Apertur dadurch hat, wobei der elektrisch leitfähige Leitungsrahmen eine Mehrzahl von Leitungen umfasst, welche zumindest eine Erdungsleitung umfassen, welche konfiguriert ist, mit einer elektrischen Erdung verbunden zu werden; ein Halbleiterdie, welcher zumindest einen akustischen Wandler umfasst, welcher über der Apertur in dem elektrisch leitfähigen Leitungsrahmen angeordnet ist, wobei der zumindest eine akustische Wandler konfiguriert ist, zwischen akustischer Energie und einem elektrischen Signal zu konvertieren; ein akustisches Horn, welches integral mit dem Leitungsrahmen verbunden ist, wobei sich das Horn von dem Leitungsrahmen erstreckt und einen Hals, welcher benachbart zu dem akustischen Wandler positioniert ist, und eine Mundöffnung an einem von dem Hals entgegengesetzten Ende des akustischen Horns aufweist; einen elektrisch leitfähigen und akustisch durchlässigen Schirm, welcher über dem Mund des akustischen Horns angeordnet ist; und einen elektrisch leitfähigen Deckel, welcher zusammen mit dem Basisabschnitt des Gehäuses konfiguriert ist, um eine Kavität zu definieren, wobei der akustische Wandler innerhalb der Kavität positioniert ist und wobei der elektrisch leitfähige Deckel direkt mit der Erdungsleitung verbunden ist.
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In einer anderen Beispielausführungsform umfasst ein Gerät: eine Gehäusestruktur, welche einen Basisabschnitt umfasst, welcher mit einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leitungen integriert ist, welche zumindest eine Erdungsleitung umfassen, wobei die Gehäusestruktur eine Apertur umfasst, welche sich durch eine erste Seite davon erstreckt; einen elektrisch leitfähigen Deckel, welcher zusammen mit der Gehäusestruktur konfiguriert ist, um eine Kavität darin zu bilden; und zumindest einen akustischen Wandler, welcher innerhalb der Kavität angeordnet ist und über der Apertur in der Gehäusestruktur angeordnet ist, wobei der elektrisch leitfähige Deckel direkt mit der Erdungsleitung verbunden ist.
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In noch einer anderen Beispielausführungsform weist ein Gerät auf: eine Gehäusestruktur, welche einen Basisabschnitt umfasst, welcher mit einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leitungen integriert ist, welche zumindest eine Erdungsleitung umfassen, wobei die Gehäusestruktur eine Apertur umfasst, welche sich durch eine erste Seite davon erstreckt; einen elektrisch leitfähigen Deckel, welcher zusammen mit der Gehäusestruktur konfiguriert ist, um eine Kavität darin zu bilden; und zumindest einen akustischen Wandler, welcher innerhalb der Kavität angeordnet ist und über der Apertur in der Gehäusestruktur angeordnet ist, wobei der elektrisch leitfähige Deckel direkt mit der Erdungsleitung verbunden ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Beispielausführungsformen werden am besten von der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. Tatsächlich können Dimensionen, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, zur Klarheit der Diskussion willkürlich vergrößert oder verkleinert werden. Wo immer es anwendbar oder praktisch ist, beziehen sich ähnliche Bezugsnummern auf ähnliche Elemente.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterdies, welcher ein akustisches Gerät umfasst.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterdies, welcher eine Mehrzahl von akustischen Geräten umfasst.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Halbleiterdies, welcher eine Mehrzahl von akustischen Geräten umfasst.
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4 zeigt eine Schnittansicht von oben einer Ausführungsform eines gebündelten (packaged) akustischen Geräts.
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5 zeigt eine Seitenansicht eines Teils einer Ausführungsform eines gebündelten akustischen Geräts.
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6A zeigt eine Seitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines gebündelten akustischen Geräts.
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6B zeigt eine erste Seitenansicht des gebündelten akustischen Geräts der 6A.
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6C zeigt eine Draufsicht des gebündelten akustischen Geräts der 6A–B.
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6D zeigt eine zweite Seitenansicht des gebündelten akustischen Geräts der 6A–C.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines gebündelten akustischen Geräts.
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8A–F illustrieren verschiedene Stadien in einer Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen einer Ausführungsform eines gebündelten akustischen Geräts.
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Detaillierte Beschreibung
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In der folgenden detaillierten Beschreibung werden für Zwecke einer Erläuterung und nicht zur Begrenzung Beispielausführungsformen, welche spezifische Details offenbaren, ausgeführt, um ein durchgängiges Verständnis einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Für jemanden mit gewöhnlicher Begabung in der Technik, welcher den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hat, wird jedoch ersichtlich sein, dass andere Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren, welche von den hierin offenbarten spezifischen Details abweichen, innerhalb des Geltungsbereichs der angehängten Ansprüche bleiben. Außerdem können Beschreibungen von wohlbekannten Apparaten und Verfahren soweit ausgelassen werden, um die Beschreibung der Beispielausführungsformen nicht zu verschleiern. Solche Verfahren und Apparate sind klarerweise innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Lehren.
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Außer wenn andererseits bemerkt, umfasst es, wenn gesagt wird, dass ein erstes Gerät mit einem zweiten Gerät verbunden ist, Fälle, wobei ein oder mehrere intermediäre Geräte eingesetzt werden können, um die zwei Geräte miteinander zu verbinden. Wenn jedoch gesagt wird, dass ein erstes Gerät direkt mit einem zweiten Gerät verbunden ist, umfasst dies nur Fälle, wobei die zwei Geräte miteinander verbunden sind, ohne irgendwelche intermediäre oder dazwischenkommende (intervening) Geräte. Wenn gesagt wird, dass ein Signal mit einem Gerät gekoppelt (coupled) ist, umfasst dies ähnlich Fälle, wobei ein oder mehrere intermediäre Geräte eingesetzt werden können, um das Signal mit dem oder an das Gerät zu koppeln. Wenn jedoch gesagt wird, dass ein Signal direkt an ein Gerät gekoppelt ist, umfasst dies nur Fälle, wobei das Signal direkt mit dem Gerät gekoppelt ist, ohne irgendwelche intermediäre oder dazwischenkommende Geräte. Wie hierin benutzt, bedeutet „approximativ” innerhalb von 10% und „im Wesentlichen” bedeutet zumindest 75%. Wie hierin benutzt, umfasst es, wenn gesagt wird, dass eine erste Struktur, Material oder Schicht eine zweite Struktur, Material oder Schicht abdeckt oder bedeckt (cover), Fälle, wobei die erste Struktur, Material oder Schicht im Wesentlichen oder vollständig die zweite Struktur, Material oder Schicht einschließt oder umgibt (encases or surrounds).
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Die Erfinder haben erkannt, dass es eine Anzahl von Faktoren gibt, welche die Performanz eines gebündelten (packaged) akustischen Geräts in verschiedenen Anwendungen beeinflussen.
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Ein Faktor, dessen Wichtigkeit von den Erfindern erfasst worden ist, ist der akustische Verlust der Packung (package). US-Patentanmeldung 12/619,963, eingereicht am 17. November 2009 im Namen von Timothy LeClair et al., offenbart ein gebündeltes akustisches Gerät, welches einen niedrigen akustischen Verlust bereitstellen kann. US-Patentanmeldung 12/619,963 wird hierin mittels Bezugnahme für alle Zwecke inkorporiert, als ob es vollständig hierin ausgeführt ist.
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Ein anderer Faktor, welcher sich in einigen Anwendungen darbieten kann, ist ein elektrischer Signalverlust in den Leitungen oder Leitern (leads or conductors) zwischen dem gebündelten akustischen Wandlergerät und einem elektrischen Gerät (zum Beispiel ein Verstärker), mit welchem das Gerät verbunden ist, insbesondere, wenn das akustische Wandlergerät in einem Empfangsmodus arbeitet und sein empfangenes Signal an einen Empfängerverstärker übermittelt. US-Patentanmeldung 12/710,636, eingereicht am 23. Februar 2010 in den Namen von Timothy LeClair et al., offenbart ein gebündeltes akustisches Gerät, in welchem ein elektronisches Gerät (zum Beispiel ein Verstärker) in demselben Paket oder Gehäuse (package) wie der akustische Wandler umfasst ist. US-Patentanmeldung 12/619,963 wird hiermit mittels Referenz für alle Zwecke inkorporiert, als ob es vollständig hierin ausgeführt ist.
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Die Erfinder haben auch erfasst, dass in einigen Ausführungsformen ein gebündelter akustischer Wandler extern erzeugter elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt sein kann, welche mit der korrekten Operation des akustischen Wandlers interferieren kann. Solch eine elektromagnetische Interferenz (EMI) kann Signalintegritätsprobleme für das gebündelte akustische Gerät begründen. Zum Beispiel betrachte man ein System, wobei ein erstes gebündeltes akustisches Wandlergerät ein akustisches Signal bei einer Resonanzfrequenz übermittelt, welche mittels eines ersten gebündelten akustischen Wandlergeräts detektiert wird, um eine Arbeitscharakteristik eines Systems zu messen oder zu steuern. Insbesondere kann unter einigen Umständen EMI die Resonanzfrequenz von einem oder beiden der akustischen Resonatoren stören, um dadurch dazu zu führen, dass der erste akustische Resonator (transmissionsakustischer Resonator) bei einer verschiedenen Resonanzfrequenz arbeitet als der zweite akustische Resonator (empfangsakustischer Resonator), um dadurch die Gesamtperformance herabzustufen.
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Mit einem Verständnis dieser Faktoren haben die Erfinder einen akustischen Wandler in verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellt, welcher gewünschte Performanz in verschiedenen Arbeitsbedingungen, und insbesondere bei Vorhandensein von EMI, erreichen kann.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterdies (semiconductor die) 100, welcher ein akustisches Gerät 110 umfasst. Halbleiterdie umfasst auch erste Elektrodenpads 130, welche mit einer ersten Elektrode des akustischen Geräts 110 verbunden sind, und zweite Elektrodenpads 135, welche mit einer zweiten Elektrode des akustischen Geräts 110 verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das akustische Gerät 110 ein mikroelektromechanisches-System-(MEMS)-akustischer-Wandler, welcher ein Diaphragma oder eine Membranstruktur hat. Ein Durchgangsloch 112 ist unterhalb des Diaphragmas des akustischen Geräts 110 bereitgestellt.
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Nur für Illustrationszwecke hat in einer Ausführungsform der Halbleiterdie 100 Dimensionen von ungefähr 2 mm auf jeder Seite, das Diaphragma des akustischen Geräts 110 hat einen Durchmesser von 540–743 μm und das Durchgangsloch 112 hat einen Durchmesser von 410–613 μm.
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Optional kann in einigen Ausführungsformen das akustische Gerät 110 als ein transmittierender akustischer Wandler operieren, um ein elektrisches Signal zu empfangen und um davon ein entsprechendes akustisches Signal oder eine Welle zu erzeugen, welches bzw. welche transmittiert wird. In anderen Ausführungsformen kann das akustische Gerät 110 als ein empfangender akustischer Wandler operieren, um ein akustisches Signal oder eine Welle zu empfangen und davon ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, welches empfangen wird. In noch anderen Ausführungsformen kann das akustische Gerät sowohl als ein transmittierender akustischer Wandler als auch als ein empfangender akustischer Wandler operieren.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterdies 200, welcher eine Mehrzahl von akustischen Geräten 210 umfasst. Halbleiterdie umfasst auch erste Elektrodenpads 230, welche mit ersten Elektroden der akustischen Geräte 210 verbunden sind, und zweite Elektrodenpads 235, welche mit zweiten Elektroden der akustischen Geräte 210 verbunden sind. in einer vorteilhaften Ausführungsform sind die akustischen Geräte 210 MEMS-akustische-Wandler, welche jeweils ein Diaphragma oder eine Membranstruktur haben. Durchgangslöcher 212 sind unterhalb der Diaphragmen der akustischen Geräte 210 bereitgestellt.
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Nur zu Illustrationszwecken hat in einer Ausführungsform Halbleiterdie 200 Dimensionen von ungefähr 2 mm auf jeder Seite, die Diaphragmen der akustischen Geräte 210 haben jeweils einen Durchmesser von 525–779 μm und Durchgangsloch 212 hat einen Durchmesser von 395–649 μm.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Halbleiterdies 300, welcher eine Mehrzahl von akustischen Geräten 310 umfasst. Halbleiterdie umfasst auch erste Elektrodenpads 330, welche mit ersten Elektroden der akustischen Geräte 310 verbunden sind, und zweite Elektrodenpads 335, welche mit zweiten Elektroden der akustischen Geräte 310 verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die akustischen Geräte 310 MEMS-akustische-Wandler, welche jeweils ein Diaphragma oder eine Membranstruktur haben. Durchgangslöcher 312 sind unterhalb der Diaphragmen der akustischen Geräte 310 bereitgestellt.
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Nur für Illustrationszwecke hat in einer Ausführungsform Halbleiterdie 300 Dimensionen von ungefähr 2 mm auf jeder Seite, die Diaphragmen der akustischen Geräte 310 haben jeweils einen Durchmesser von 525–779 μm und Durchgangsloch 112 hat einen Durchmesser von 395–649 μm.
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4 zeigt eine Schnittansicht (cutaway view) von oben, und 5 zeigt eine Schnittansicht von einer Seite eines Abschnitts einer Ausführungsform eines gebündelten akustischen Geräts 400. Das gebündelte (packaged) akustische Gerät 400 umfasst ein Gehäuse 410, eine Mehrzahl von Anschlussleitungen (terminal leads) 430, welche integral mit einem Leitungsrahmen (lead frame) 510 verbunden sind, und einen Halbleiterdie 200, welcher einen oder mehrere (zum Beispiel drei) akustische Wandler (transducers) hat. Natürlich könnten in anderen Ausführungsformen andere Halbleiterdies, zum Beispiel Halbleiterdies 100 oder 300, welche verschiedene Anzahlen und/oder Konfigurationen von akustischen Wandlern haben, anstatt von Halbleiterdie 200 eingesetzt werden.
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Das gebündelte akustische Gerät 400 umfasst auch ein Substrat 420, welches eines oder mehrere elektronische Geräte (zum Beispiel einen Verstärker) zum Operieren mit dem oder den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 umfasst. Es sollte jedoch verstanden werden, dass in einigen Ausführungsformen das Substrat und die elektronischen Geräte von dem gebündelten akustischen Gerät weggelassen werden können. Demgemäß kann das gebündelte akustische Gerät 400 angesehen werden, eine allgemeine Ausführungsform zu repräsentieren, welche verschiedene Merkmale umfasst, welche umfasst sein können oder in anderen Ausführungsformen nicht umfasst sein müssen.
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Leitungsrahmen (lead frame) 510 und Anschlussleitungen 430 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie etwa verschiedene Metalle und Metalllegierungen, umfassend Kupfer-, Nickel-, Aluminium-, Messing-, Kupfer/Zink-Legierungen und dergleichen oder zum Beispiel einer Kombination davon gebildet. Das Material kann geätzt werden, um separate Leiter und Anschlussleitungen 430, sowie andere Merkmale, wie etwa Apertur 520 und Pads 435, zu bilden. Leitungsrahmen 510 kann auch für Drahtbonden (wire bonding) plattiert (plated) sein, zum Beispiel unter Benutzung eines optimierten Plattierungsmaterials, wie etwa Nickel und/oder Gold, um eine Gold- oder Aluminiumdrahtbond-Anbringung (wire bond attachment) zu erlauben.
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Wie in 5 gezeigt ist, umfasst der Leitungsrahmen 510 eine Apertur 520, welche dadurch passiert, welche in einem zentralen Bereich des Leitungsrahmens 510 lokalisiert ist. Halbleiterdie 200 ist oberhalb oder über (above) der Apertur 520 angeordnet, um so Kommunikation von akustischen Wellen oder Signalen zwischen dem akustischen Wandler oder den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 und einem Äußeren des gebündelten akustischen Gerätes 400 zu ermöglichen.
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Gehäuse 410 umfasst ferner einen Basisabschnitt 415. Der Basisabschnitt 415 des Gehäuses 410 hat eine Apertur 417, welche mit Apertur 520 ausgerichtet (aligned) ist.
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In einigen Ausführungsformen ist der Halbleiterdie 200 auf oder an Leitungsrahmen 510 zum Beispiel mittels eines Klebemittels 530, wie etwa Epoxid, montiert. In anderen Ausführungsformen, insbesondere, wo Apertur 417 dieselbe oder nahezu dieselbe Größe hat wie die Apertur 520, ist der Halbleiterdie 200 an einem Abschnitt des Gehäuses 410 montiert oder angebracht, welcher die Apertur 417 umgibt. Andere Anordnungen sind möglich.
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In einigen Ausführungsformen ist das Gehäuse 410 aus einem nicht leitfähigen Material, wie etwa verschiedenen Plastiken oder Polymeren gebildet, umfassend Flüssigkristallpolymer (LCP), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyphthalamid (PPA) und dergleichen zum Beispiel.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse 410 ein akustisches Horn (horn) (in 4 und 5 nicht gezeigt) an einer von dem Halbleiterdie 200 entgegengesetzten Seite des Leitungsrahmens 510, um akustische Wellen zwischen einer umgebenden Luftatmosphäre und dem akustischen Wandler oder den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 zu koppeln.
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Substrat 420 ist auf oder an einem Basisabschnitt 415 des Gehäuses 410 zum Beispiel mittels eines Klebemittels 540, wie etwa Epoxid, montiert. In der illustrativen Ausführungsform ist Substrat 420 eine gedruckte Schaltungsplatte. Vorteilhafterweise kann Substrat 420 ein Keramik- oder Aluminiumkeramiksubstrat mit darauf gebildeten elektrisch leitfähigen Pads und Bahnen sein, zum Beispiel mittels eines Dickfilm-Druck-Metallisierungsprozesses (thick film printing metallization).
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Substrat 420 hat daran einen Verstärker montiert, welcher ein Operationsverstärker sein kann. In der illustrierten Ausführungsform umfasst der Verstärker ein integrierte-Schaltung-Gerät 422 mit aktiven Elementen und einem oder mehreren externen Komponenten 424 (zum Beispiel Widerstand, Widerstände, Kondensator, Kondensatoren, etc.), um zumindest einen Operationsparameter (zum Beispiel Gain, Bandbreite, etc.) des Verstärkers zu setzen und/oder um eine oder mehrere Versorgungsspannungen, welche dem Verstärker bereitgestellt sind, zu filtern. In dem illustrierten Beispiel ist das integrierte-Schaltung-Gerät 422 ein gebündelter Halbleiterdie mit Leitungen, welche mit Metallbahnen auf dem Substrat 420 verbunden sind. In anderen Ausführungsformen kann jedoch das integrierte-Schaltung-Gerät 422 einen ungebündelten (unpackaged) Halbleiterdie aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann bzw. können der Parameter setzende Widerstand bzw. Widerstände/Kondensator bzw. Kondensatoren innerhalb des Halbleiterdies inkorporiert sein.
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Bonddrähte 440 verbinden den Verstärker mit dem akustischen Wandler bzw. den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 elektrisch und operationell, direkt und/oder über intermediäre Verbindungen zu Pads 435 des Leitungsrahmens 510. Auch verbinden Bonddrähte 440 den Verstärker des Substrats 420 an eine oder mehrere Versorgungsspannungen, umfassend eine elektrische Erdung (electrical ground), welche über Anschlussleitungen 430 zugeführt ist. Solche Verbindungen können über einen oder mehrere Pads 435 gemacht werden.
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Wieder sollte, wie oben bemerkt, erfasst werden, dass einige Ausführungsformen das Substrat 420 oder seine assoziierte Elektronik innerhalb des gebündelten Akustikgerätes nicht umfassen.
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Wie in 5 gezeigt ist, umfasst das gebündelte akustische Gerät oder Akustikgerät 400 ferner einen Deckel (lid) oder eine Kappe (cap) 550. Der Deckel 550 ist an den mit Gehäuse 410 kombinierten Leitungsrahmen 510 angebracht. Wie in 5 gezeigt ist, passt (fits) der Deckel 550 über den Leitungsrahmen 510 und das Gehäuse 410 und definiert zusammen mit dem Basisabschnitt 415 des Gehäuses 410 eine Kavität 560. Halbleiterdie 200 umfassend seinen bzw. seine akustischen Wandler und der Verstärker umfassend das integrierte-Schaltung-Gerät 422 (in Ausführungsformen, welche diese Komponenten umfassen) sind beide innerhalb der Kavität 560 angeordnet. Anschlussleitungen 430 erstrecken sich von der Umhüllung, welche mittels des Leitungsrahmens 510, des Deckels 550 und des Basisabschnitts 515 des Gehäuses 410 gebildet ist, um elektrischen Kontakt zwischen externer Schaltung und dem Verstärker und/oder dem akustischen Wandler bzw. den akustischen Wandlern des gebündelten akustischen Geräts 400 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform ist der Deckel 550 mechanisch an dem Basisabschnitt 415 des Gehäuses 410 zum Beispiel mittels Pressanpassung (press-fitting) angebracht. Alternativ oder zusätzlich kann der Deckel 550 an den Basisabschnitt 415 des Gehäuses 410 unter Benutzung zum Beispiel eines Epoxidklebemittels angebracht sein, um eine hermetisch abgedichtete Umgebung zu schaffen. Natürlich können andere Anbringungsmittel, wie etwa Löten, Klemmen oder dergleichen inkorporiert werden, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen.
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In einer vorteilhaften Anordnung stellt der Deckel 550 eine Abschirmung des akustischen Wandlergeräts bzw. der akustischen Wandlergeräte des Halbleiterdies 200 von einer Exposition oder einem Aussetzen für extern erzeugte elektromagnetische Strahlung bereit, welche mit der korrekten Operation des akustischen Wandlers interferieren kann, das heißt Abschirmung (shielding) von elektromagnetischer Interferenz (EMI). In einigen Ausführungsformen ist eine der Anschlussleitungen 430 eine Erdungsleitung (ground lead), welche konfiguriert ist, mit einer elektrischen Erdung oder Masse für das gebündelte akustische Gerät 400 verbunden zu werden, und der Deckel 550 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie etwa ein Metall, gebildet und ist direkt mit der Erdungsleitung 430 zum Beispiel mittels eines leitfähigen Epoxid 570, wie in 5 gezeigt ist, verbunden. Andere Mittel, den Deckel 550 mit der Erdungsleitung 430 zu verbinden, wie etwa Löten, sind möglich.
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6A zeigt eine Schnittansicht von der Seite einer anderen Ausführungsform eines gebündelten akustischen Gerätes 600, welches EMI-Abschirmung des akustischen Wandlers illustriert. 6B zeigt eine erste Seitenansicht des gebündelten akustischen Geräts der 6A, 6C zeigt eine Draufsicht des gebündelten akustischen Geräts der 6A–B und 6D zeigt eine zweite Seitenansicht des gebündelten akustischen Geräts der 6A–C.
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Das gebündelte akustische Gerät 600 umfasst ein Gehäuse 610, eine Mehrzahl von Anschlussleitungen 630, einen Halbleiterdie 200, welcher einen oder mehrere (zum Beispiel drei) akustische Wandler hat, und einen elektrisch leitfähigen Deckel 650. Natürlich können in anderen Ausführungsformen andere Halbleiterdies, zum Beispiel Halbleiterdies 100 oder 300, welche verschiedene Anzahlen und/oder Konfigurationen von akustischen Wandlern haben, anstatt des Halbleiterdies 200 eingesetzt werden.
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Anschlussleitungen 630 und ein Leitungsrahmen, an welchen sie angebracht sind, sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie etwa verschiedene Metalle und Metalllegierungen, umfassend Kupfer-, Nickel-, Aluminium-, Messing-, Kupfer/Zink-Legierungen und dergleichen oder zum Beispiel einer Kombination davon gebildet. Das Material kann geätzt werden, um separate Leiter und Anschlussleitungen 630 sowie andere Merkmale, wie etwa Apertur 620, zu bilden. Der Leitungsrahmen kann zum Drahtbonden zum Beispiel unter Benutzung eines optimierten Plattierungsmaterials, wie etwa Nickel und/oder Gold auch plattiert (plated) werden, um eine Gold- oder Aluminium-Drahtbond-Anbringung zu erlauben.
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Wie in 6A gezeigt ist, umfasst der Leitungsrahmen eine Apertur 620, welche hindurch passiert, welche in einem zentralen Bereich des Leitungsrahmens lokalisiert ist. Halbleiterdie 200 ist über oder oberhalb der Apertur 620 angeordnet, um so Kommunikation von akustischen Wellen oder Signalen zwischen dem akustischen Wandler bzw. den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 und einem Äußeren des gebündelten akustischen Gerätes 400 zu erlauben.
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Gehäuse 610 umfasst ferner einen Basisabschnitt, welcher eine Apertur 617 hat, welche mit der Apertur 620 in dem Leitungsrahmen ausgerichtet ist.
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In einigen Ausführungsformen ist der Halbleiterdie 200 auf oder an dem Leitungsrahmen zum Beispiel mittels eines Haftmittels, wie etwa Epoxid, montiert. In anderen Ausführungsformen, insbesondere wo die Apertur 617 dieselbe oder nahezu dieselbe Größe wie die Apertur 620 hat, ist der Halbleiterdie 200 an einem Abschnitt des Gehäuses 610, welcher die Apertur 617 umgibt, montiert oder angebracht. Andere Anordnungen sind möglich.
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In einigen Ausführungsformen ist das Gehäuse 610 aus einem nicht leitfähigen Material, wie etwa verschiedene Plastiken oder Polymere, umfassend zum Beispiel Flüssigkristallpolymer (LCP), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyphthalamid (PPA) und dergleichen gebildet.
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Wie in 6A gezeigt ist, umfasst das gebündelte akustische Gerät 600 ferner einen Deckel oder eine Kappe 650. Deckel 650 ist an dem kombinierten Leitungsrahmen und Gehäuse 610 angebracht. Deckel 650 passt über das Gehäuse 610 und definiert zusammen mit dem Gehäuse 610 eine Kavität, in welcher der Halbleiterdie 200 angeordnet ist, welcher seinen akustischen Wandler bzw. seine akustischen Wandler umfasst. Anschlussleitungen 630 erstrecken sich von der Umhüllung, welche mittels der Kombination des Leitungsrahmens, des Deckels 650 und des Gehäuses 610 gebildet ist, um einen elektrischen Kontakt zwischen einer externen Schaltung und dem akustischen Wandler bzw. den akustischen Wandlern des gebündelten akustischen Geräts 600 zu erlauben. In Gerät 600 ist der Deckel 650 mechanisch an das Gehäuse 610 mittels Kuppelns (engaging) eines der hervorstehenden Elemente 690 mit einem Merkmal 692 (zum Beispiel ein Schlitz, eine Kerbe oder ein Graben) in dem Deckel 650 angebracht, wie in 6D gezeigt ist. Natürlich können andere Mittel zum Anbringen des Deckels an das Gehäuse eingesetzt werden, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen.
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In einer vorteilhaften Anordnung stellt der Deckel 650 eine Abschirmung des akustischen Wandlergeräte bzw. der akustischen Wandlergeräte des Halbleiterdies 200 von einem Aussetzen an extern erzeugte elektromagnetische Strahlung bereit, welche mit der korrekten Operation des akustischen Wandlers interferieren kann, das heißt Abschirmung von elektromagnetischer Interferenz (EMI). In einigen Ausführungsformen ist eine der Anschlussleitungen 630 eine Erdungsleitung, welche konfiguriert ist, an eine elektrische Erdung für das gebündelte akustische Gerät 600 verbunden zu werden. Deckel 650 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie etwa ein Metall, gebildet und umfasst, wie in 6 gezeigt ist, einen sich erstreckenden (extending) Abschnitt, welcher direkt mit der Erdungsleitung 630, zum Beispiel mittels eines leitfähigen Epoxids 670, verbunden ist. Andere Mittel, den Deckel 650 mit der Erdungsleitung 630 zu verbinden, wie etwa Löten, sind möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse 610 ein akustisches Horn 611, welches auf einer von dem Halbleiterdie 200 entgegengesetzten Seite des Leitungsrahmens angeordnet ist, um akustische Wellen zwischen der umgebenden Luftatmosphäre und dem akustischen Wandler bzw. den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 zu koppeln. im Allgemeinen können Hörner benutzt werden, um akustische Signale zu verstärken, sie lauter zu machen, wie zum Beispiel mittels des Inkorporierens von Hörnern in verschiedene Musikinstrumente und frühe Hörhilfen angezeigt ist. Hörer können auch benutzt werden, um Strahlungsmuster von akustischen Emittern zu manipulieren, was im Allgemeinen als Strahlbildung oder Strahlformung bezeichnet wird, um somit eine Dispersion der akustischen Signale zu beeinflussen. Zusätzlich können Hörner eine Impedanzanpassung bereitstellen, um einen akustischen Wandler kompatibler mit dem Medium zu machen, durch welches sich die akustischen Signale fortbewegen.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das akustische Horn 611 integral mit dem Gehäuse 610 und weist einen hervorstehenden Abschnitt auf, welcher sich von dem Basisabschnitt des Gehäuses 610 entlang einer zentralen Achse in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Leitungsrahmen erstreckt. In einer repräsentativen Ausführungsform ist das Gehäuse 610, welches das akustische Horn 611 umfasst, aus Plastik gebildet, welches unter Spritzen an den Leitungsrahmen gegossen ist, wie unten diskutiert (formed from plastic transfer molded to the lead frame).
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In einer Ausführungsform hat das akustische Horn 611 eine aufgeweitete (flared) Querschnittsform (zum Beispiel hyperbolisch oder exponentiell) derart, dass sich eine innere Dimension des akustischen Horns 611 nach außen von einer inneren Apertur oder einem Hals (throat) 612 zu einer aufgeweiteten äußeren Apertur oder Mund (mouth) 614 erstreckt. Zum Beispiel kann der Hals 612 kreisförmig sein mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm und der Mund 614 kann ähnlich kreisförmig sein mit einem Durchmesser von ungefähr 8 mm. Jedoch können die Größen und Formen des akustischen Horns 611 und des entsprechenden Halses 612 und des Mundes 614, sowie die entsprechenden Konfigurationen des Basisabschnitts und des hervorstehenden Abschnitts des Gehäuses 610 variieren, um spezifische Vorteile für irgendeine besondere Situation bereitzustellen oder irgendwelche anwendungsspezifischen Designanforderungen von verschiedenen Implementationen zu erfüllen. Zum Beispiel kann die Querschnittsform des hervorstehenden Abschnitts des akustischen Horns 611 im Wesentlichen konisch, röhrenförmig, rechteckig oder trapezoid sein, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen.
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Das akustische Horn 610 kann in der zum Beispiel in 6 gezeigten Form unter Benutzung von Spritzgießen (transfer molding) oder anderen Gießtechniken gegossen werden, um verschiedene Umgebungs- und Arbeitsbedingungen zu unterstützen.
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Gerät 600 umfasst ferner ein Schutzgitter (protective mesh) oder einen Barrierenschirm 616, welcher den Mund 614 des akustischen Horns 611 abdeckt. Vorteilhafterweise kann der Schirm (screen) 616 ein Muster von Aperturen umfassen, um akustische Signale zwischen dem akustischen Wandler bzw. den akustischen Wandlern des Halbleiterdies 200 und dem Äußeren des gebündelten akustischen Geräts 600 zu kommunizieren. Zum Beispiel kann jede der Aperturen des Schirms 616 wesentlich kleiner sein als die Größe der Apertur 620 in dem Leitungsrahmen. Schirm 616 kann ein akustisch durchlässiges festes Material umfassen, um zu erlauben, dass akustische Signale die Apertur 620 verlassen und/oder eintreten, aber um Schmutz, Verunreinigungen und/oder Feuchtigkeit zu begrenzen, welche Apertur 620 betreten bzw. darin eindringen kann. In einer Ausführungsform ist Schirm 616 direkt in dem Mund 612 des hervorstehenden Abschnitts des akustischen Horns 610 positioniert. Schirm 616 kann angewendet werden, nachdem das gebündelte akustische Gerät 400 zusammengesetzt ist, umfassend eine Anbringung des Deckels 650.
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In einigen Ausführungsformen stellt der Schirm 616 eine EMI-Abschirmung für den akustischen Wandler bzw. die akustischen Wandler des Halbleiterdies 200 bereit. Insbesondere kann Schirm 616 ein elektrisch leitfähiges Material, zum Beispiel ein Metall, aufweisen. In diesem Fall kann in einigen Ausführungsformen der Schirm 616 elektrisch mit der Erdungsleitung 630 des Geräts 600 zum Beispiel durch Deckel 650 oder mittels irgendeiner anderen Verbindung verbunden sein.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines gebündelten akustischen Geräts 700. Gerät 700 umfasst ein Gehäuse 710, Schirm 716, einen elektrisch leitfähigen Deckel 750 und elektrisch leitfähige Leitungen 730. Elektrisch leitfähige Leitungen 730 umfassen eine Erdungsleitung 730, welche elektrisch mit einem elektrisch leitfähigen Deckel 750 verbunden ist, um eine EMI-Abschirmung für einen oder mehrere akustische Wandler bereitzustellen, welcher bzw. welche innerhalb einer Kavität angeordnet sind, welche mittels des Gehäuses 710 und des elektrisch leitfähigen Deckels 750 definiert ist. In einigen Ausführungsformen stellt der Schirm 716 auch zusätzliche EMI-Abschirmung für den akustischen Wandler bzw. die akustischen Wandler bereit.
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8A–F illustrieren verschiedene Stadien in einer Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen der gebündelten akustischen Gerätes 400.
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8A zeigt einen Leitungsrahmen 510, umfassend elektrische Leitungen 430 und Apertur 520, welche in einem zentralen Bereich davon bereitgestellt ist.
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Wie oben diskutiert, kann der Leitungsrahmen 510 für Drahtbonden zum Beispiel unter Benutzen eines optimierten Plattierungsmaterials, wie etwa Nickel und/oder Gold, plattiert sein, um Gold- oder Aluminium-Drahtbond-Anbringung zu erlauben.
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8B zeigt ein nächstes intermediäres Produkt, wobei Gehäuse 410 an dem Leitungsrahmen 510 angebracht worden ist.
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In einer Beispielausführungsform wird eine Gießoperation (molding operation) an dem Leitungsrahmen 510 durchgeführt. Die Gießoperation umfasst ein Platzieren des Leitungsrahmens 510 in eine Spritzgießform (transfer mold), welche vorher geformt wurde, um die Form des Gehäuses 410, umfassend zum Beispiel Basisabschnitt 415 und akustisches Horn 610, zu definieren. Ein Polymer, zum Beispiel LCP, PBT, PP, oder PPA wird dann spritzgegossen (transfer molded), zum Beispiel um Leitungsrahmen 510 einzukapseln und simultan Gehäuse 410 zu bilden, zum Beispiel umfassend ein akustisches Horn, welches auf der Unterseite des Geräts 400 in den Ansichten der 8A–F ist und daher in diesen Zeichnungen nicht gezeigt ist. Das Polymer ist typischerweise bei Raumtemperatur ein Feststoff und wird geschmolzen, bevor es zu der Gießform transferiert wird. Die Form des akustischen Horns ist mittels der Form der bearbeiteten Spritzgießform definiert. Das abgekühlte (nach Schmelzen) Gussplastik wird innerhalb der Spritzgießform die Hornform annehmen. Demgemäß ist das Gehäuse 410, umfassend zum Beispiel ein Plastikakustikhorn, integral geformt, um den Leitungsrahmen 510 während der Gießoperation zu umgeben.
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8C zeigt ein nächstes intermediäres Produkt, wobei der Halbleiterdie 200 umfassend einen akustischen Wandler oder akustische Wandler auf dem Leitungsrahmen 510 über der Apertur 520 zum Beispiel mittels einer Klebeverbindung montiert ist.
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8D zeigt ein nächstes intermediäres Produkt, wobei das Substrat 420 umfassend den Verstärker (zum Beispiel einen Operationsverstärker) auf einem Basisabschnitt 415 des Gehäuses 410 zum Beispiel mittels einer Klebeverbindung montiert ist. In einigen Ausführungsformen können, wie oben erwähnt, das Substrat 420 und seine assoziierte Schaltung fehlen.
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8E zeigt ein nächstes intermediäres Produkt, wobei ein oder mehrere Drahtbonds 414 angewendet sind, um Verbindungen zwischen dem Verstärker und/oder akustischen Wandler bzw. akustischen Wandlern des Halbleiterdies 220 und/oder Pads 435 des Leitungsrahmens 510 bereitzustellen.
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8F zeigt ein nächstes intermediäres Produkt, wobei der Deckel 515 an dem Gehäuse 410 und dem Leitungsrahmen 510 angewendet oder angebracht worden ist. Wie oben beschrieben ist, ist der Deckel 550 direkt (zum Beispiel über leitfähiges Epoxid) mit einer der Leitungen 430 verbunden, welche eine Erdungsleitung 430 für Gerät 400 ist, um EMI-Abschirmung des akustischen Wandlers bzw. der akustischen Wandler des Halbleiterdies 200 bereitzustellen.
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Obwohl in 8A–F nicht spezifisch gezeigt ist, werden irgendwo in dem Herstellungsprozess Leitungsrahmen 510 und Anschlussleitungen 430 von einer unterstützenden Leitungsrahmenstruktur getrennt.
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Während Beispielausführungsformen hierin offenbart sind, erfasst jemand mit gewöhnlicher Begabung in der Technik, dass viele Variationen, welche in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren sind, möglich sind, welche innerhalb des Geltungsbereichs der angehängten Ansprüche bleiben. Die Ausführungsformen sind daher nicht zu beschränken, außer innerhalb des Geltungsbereichs der angehängten Ansprüche.
