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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorform (pre-mold) für eine Mikrofon-Baugruppe, auf Mikrofon-Baugruppen und Verfahren zur Herstellung derselben.
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Beschreibung des bisherigen Standes der Technik
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In der Technik ist eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen und Gehäusen derselben bekannt. Ein spezifischer Bereich von Gehäusen ist der Bereich von Gehäusen für Si-Mikrofonchips oder Chips für MEMS-Mikrofonchips (MEMS = mikro-elektromechanisches System). Diese MEMS-Mikrofonchips umfassen dünne (z.B. in der Größenordnung von wenigen 100 nm) schwingende Membranen auf der aktiven Seite des MEMS-Mikrofonchips. Ferner kann die Membran metallbeschichtet sein, so dass die Schwingung durch kapazitive Kopplung mit einer Elektrode, die gegenüber der Membran angeordnet ist, abgetastet werden kann. Ein wichtiger Faktor für die Leistungsfähigkeit von Si-Mikrofonen mit Gehäuse ist das hintere Volumen (back volume), womit das in Richtung der ankommenden Schallwellen hinter der Membran liegende Volumen bezeichnet wird, da dieses hintere Volumen ein Ausgleichsvolumen für die schwingende Membran ist. Dieses hintere Volumen muss in dem Gehäuse bereitgestellt werden.
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Das hintere Volumen für die Membran eines MEMS-Mikrofons wird bereitgestellt durch Abätzen des MEMS-Mikrofonchips von der Rückseite her, um die Membran freizulegen. Dann wird der MEMS-Mikrofonchip auf ein Substrat montiert und drahtgebondet, das mehrere Schichten aufweist und typischerweise durch Verfahren für gedruckte Leiterplatten hergestellt wird. Nach Montieren und Drahtbonden des MEMS-Mikrofonchips (und eines wahlweisen ASIC-Chips) wird ein Deckel oder ein Gehäuse auf das Substrat geklebt, um das Mikrofon abzudecken. Um die Schallwellen zur Membran des MEMS-Mikrofonchips passieren zu lassen, weist der Deckel ein Durchgangsloch auf. Der Deckel kann aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt und elektrisch mit dem Erdanschluss des Substrats verbunden werden, so dass der Deckel auch eine Abschirmung gegen elektromagnetische Störausstrahlung bietet.
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7 ist eine schematische Darstellung einer solchen MEMS-Mikrofonbaugruppe 700, die ein Mehrschichtsubstrat 701 aufweist, auf der eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 702 angeordnet und von einer Passivierungs- oder Schutzschicht 703 umgeben ist. Weiterhin ist ein MEMS-Mikrofonchip 704 auf das Mehrschichtsubstrat 701 montiert und weist ein hinteres Volumen 705 auf, das als Ausgleichs- oder Kompensationsvolumen für eine schwingende Membran 706 des Mikrofons dient. Der MEMS-Mikrofonchip 704 und die ASIC 702 sind elektrisch mittels Drähten 707 mit dem Substrat verbunden. Zum Verschließen des MEMS-Mikrofonchips und der ASIC wird ein Deckel 708 bereitgestellt, der ein Durchgangsloch 709 aufweist und elektrisch mit dem Mehrschichtsubstrat 701 verbunden ist.
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Es besteht jedoch weiteres Potenzial, um das Herstellungsverfahren solcher Mikrofon-Baugruppen zu verbessern.
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US 2013/0032905 A1 gibt dem Fachmann Hinweise auf eine Halbleiterbaugruppe mit einer MEMS Mikrofonbaugruppe.
US 2013/0 032 905 A1 offenbart eine Basis, welche einen Leadframe mit einer Basis und elektrisch leitfähige Leeds aufweist. Das Leadframe ist teilweise in einem Material gekapselt. Die gezeigte Baugruppe kann elektrisch an eine Trägerstruktur, beispielsweise einer PCB, verbunden werden.
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DE 10 2008 007 682 A1 offenbart ein eingebettetes MEMS Mikrofon. Das Modul weist ein Substrat auf, welches teilweise aus elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist.
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US 2010/0086146 A1 offenbart eine Mikrofonbaugruppe mit einem Träger, welcher aus einem Mehrschicht PCB hergestellt sein kann. Die Baugruppe weist eine Kappe aus Harz auf. In einer Ausnehmung kann ein MEMS Mikrofon angeordnet werden.
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US 2009/0002961 A1 offenbart eine Baugruppe, welche mit einem Leadframe mit einer Komponente ausgeformt ist. Die Komponente bettet teilweise das Leadframe ein. In einer Ausnehmung ist ein MEMS Mikrofonchip aufgenommen.
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US 8,921,955 B1 gibt dem Fachmann Hinweise auf eine Mikrofonbaugruppe. Die Baugruppe weist einen Leadframe mit gebogenen Leads auf. Das Leadframe ist zumindest teilweise in einem Einkapselmaterial eingebettet. Ein MEMS Mikrofon ist auf dem Leadframe angeordnet und eine Kappe haust das MEMS Mikrofon ein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann einen Bedarf zum Bereitstellen einer Vorform für eine Mikrofon-Baugruppe, einer Mikrofon-Baugruppe und von Verfahren zum Herstellen solcher Vorformen geben, die einfach umzusetzen sind und die eine hohe Leistungsfähigkeit der Mikrofon-Baugruppe erlauben.
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Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird eine Mikrofon-Baugruppe bereitgestellt, die eine Vorform, ein Mikrofon, eine Trägerstruktur und einen Deckel aufweist. Die Vorform weist einen gebogenen Leiterrahmen (leadframe) und einen Formkörper auf, wobei der Formkörper geformt ist, um mindestens teilweise den gebogenen Leiterrahmen zu umschließen, um die Vorform zu erstellen, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Mikrofons aufweist, wobei der Formkörper und der Leiterrahmen eine untere Fläche mit Seitenflächen ohne eine obere Fläche zum Bilden des Hohlraums bilden. Die Vorform weist ein Durchgangsloch auf, das für Schallwellen durchlässig ist. Das Mikrofon weist ein Membranelement auf. Das Mikrofon ist in dem Hohlraum der Vorform angeordnet und ist an die untere Fläche gekoppelt. Die Vorform ist an der Trägerstruktur befestigt, wobei das Membranelement des Mikrofons in Fluidverbindung mit dem Durchgangsloch angeordnet ist. Der Deckel ist auf dem Formkörper angeordnet und ist elektrisch isolierend, wobei der Deckel den Hohlraum auf der oberen Fläche abdeckt und der Deckel zwischen dem Mikrofon und der Trägerstruktur angeordnet ist. Die Mikrofon-Baugruppe weist ferner eine Abschirmschicht auf, die zwischen dem Deckel und der Trägerstruktur angeordnet ist, wobei die Abschirmschicht auf der Trägerstruktur ausgebildet ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für eine Mikrofon-Baugruppe beschrieben, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines gebogenen Leiterrahmens einer vorgegebenen Form sowie Ausbilden einer Vorform, die einen Hohlraum zur Aufnahme eines Mikrofons aufweist, durch Formens (molding) eines Formkörpers aufweist, um mindestens teilweise den gebogenen Leiterrahmen zu umschließen, wobei die Vorform ein Durchgangsloch aufweist, das für Schallwellen durchlässig ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine Mikrofon-Baugruppe bereitgestellt, die als ein mikro-elektromechanisches System konfiguriert ist, wobei die Mikrofon-Baugruppe eine Gehäusestruktur aufweist, die ein Durchgangsloch aufweist, und ein Mikrofon, das als ein mikro-elektromechanisches System konfiguriert ist und ein Membranelement sowie einen Randteil aufweist, der eine Umfangsbefestigung (circumferential fixing) des Membranelements bildet und ein vorderes Volumen (front volume) des Mikrofons umschließt, wobei das Mikrofon in der Gehäusestruktur so angeordnet ist, dass das Durchgangsloch in Fluidverbindung mit dem vorderen Volumen des Mikrofons steht.
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Das Heranziehen eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorform für eine Mikrofon-Baugruppe kann ein einfaches und effizientes Verfahren zum Herstellen einer Vorform ermöglichen. Insbesondere kann das Verwenden eines eingegossenen (cast-in) oder eingeformten (mold-in) Leiterrahmens als eine Vorform die Möglichkeit bieten, ein großes hinteres Volumen bereitzustellen, das durch eine einfache Struktur der Vorform, insbesondere durch den Hohlraum der Vorform, bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann die einfache Struktur der Vorform eine kostengünstige Vorform als ein Gehäuse, zum Beispiel für ein Mikrofon, erlauben.
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Ferner kann mittels Verwendens einer Vorform, die um einen Leiterrahmen herum geformt ist oder die als Kernstruktur einen Leiterrahmen hat, die Möglichkeit bestehen, den Leiterrahmen als eine Abschirmung, zum Beispiel als Abschirmung gegen elektromagnetische Störausstrahlung, zu nutzen.
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Figurenliste
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Die begleitenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein besseres Verständnis der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung zu ermöglichen, und die einen Bestandteil der Spezifikation darstellen, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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In den Zeichnungen:
- 1A - 1C zeigen eine Mikrofon-Baugruppe in verschiedenen Phasen der Herstellung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 2A ist eine schematische Darstellung einer Mikrofon-Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die auf einem Trägersubstrat befestigt ist.
- 2B ist eine schematische Darstellung einer Mikrofon-Baugruppe gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die auf einem Trägersubstrat befestigt ist.
- 3 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrofon-Baugruppe.
- 4A - 4D zeigen eine Mikrofon-Baugruppe in verschiedenen Phasen der Herstellung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
- 5 ist eine schematische Darstellung eines Leiterrahmens in einer perspektivischen Ansicht.
- 6A ist eine schematische Darstellung eines Gehäusetyps.
- 6B ist eine schematische Darstellung eines anderen Gehäusetyps.
- 6C ist eine schematische Darstellung eines anderen Gehäusetyps.
- 7 ist eine schematische Darstellung einer Mikrofon-Baugruppe nach dem Stand der Technik.
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Beschreibung weiterer beispielhafter Ausführungsformen
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Nachstehend werden weitere beispielhafte Ausführungsformen der Vorform, der Mikrofon-Baugruppe und eines Verfahrens zum Herstellen der Vorform erläutert. Es ist zu beachten, dass Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit der Vorform, der Mikrofon-Baugruppe oder dem Verfahren zum Herstellen der Vorform beschrieben werden, ebenfalls mit Ausführungsformen einer der anderen Kategorien kombiniert werden können.
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Gemäß einem anderen beispielhaftem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofon-Baugruppe mit Gehäuse bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen einer Vorform aufweist, die einen gebogenen Leiterrahmen und einen Formkörper (mold body) aufweist, wobei der Formkörper so geformt ist, dass er mindestens teilweise den gebogenen Leiterrahmen umschließt, um die Vorform zu bilden, die einen Hohlraum zur Aufnahme eines Mikrofons aufweist und wobei die Vorform ein Durchgangsloch aufweist, das für Schallwellen durchlässig ist; sowie derartiges Anordnen eines Mikrofons, das ein Membranelement aufweist, in dem Hohlraum, dass das Membranelement des Mikrofons in Fluidverbindung mit dem Durchgangsloch steht.
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Insbesondere kann der Hohlraum ein hinteres Volumen (oder mindestens einen Teil eines hinteren Volumens) für das Membranelement bereitstellen. Zum Beispiel kann das Durchgangsloch in einem unteren Teil des Formkörpers angeordnet sein und eine Öffnung für das Passieren oder die Übertragung von Schallwellen bilden. Insbesondere weist der Leiterrahmen ein elektrisch leitfähiges Material auf. Zum Beispiel kann der gebogene Leiterrahmen durch Anwenden eines Formgebungsverfahrens, z.B. eines Thermoformungs-Verfahrens, eines Tiefziehverfahrens, eines Biegeverfahrens oder ähnlichem gebogen werden. Insbesondere kann die Vorform zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systemmikrofons (MEMS) oder einer Mikrofon-Baugruppe genutzt werden. Sie kann jedoch auch zum Herstellen eines beliebigen mikro-elektromechanischen Systems mit einem MEMS-Chip genutzt werden, bei dem ein hinteres Volumen oder ein beliebiges anderes Mikrofon benötigt wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass natürlich eine Mehrzahl von Vorformen zusammen in einer verbundartigen Struktur hergestellt oder gefertigt werden können. Nach Verfahren zum Formen der arrayartigen Struktur, die die Mehrzahl von Vorformen aufweist, können die Vorformen vereinzelt werden.
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Das Verwenden eines eingegossenen oder eingeformten Leiterrahmens als eine Vorform kann die Möglichkeit schaffen, einen großen hinteren Hohlraum bereitzustellen, der durch eine einfache Struktur der Vorform, insbesondere durch den Hohlraum der Vorform, bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann die einfache Struktur der Vorform auch eine kostengünstige Vorform als Gehäuse zum Beispiel für ein MEMS-Mikrofon ermöglichen.
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Der Formkörper kann durch Formen eines geeigneten Formmaterials geformt werden. Insbesondere kann ein Formmaterial jedes zähflüssige, verformbare oder flüssige Material sein, so dass es geformt oder gegossen werden kann, zum Beispiel ein Isoliermaterial wie etwa Harz.
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Der Begriff „Hohlraum“ oder „Kavität“ kann besonders einen hohlen Bereich oder Ort kennzeichnen, der von einem Körper, z.B. einer Vorform, gebildet wird und in den eine Einheit, ein Element, ein Chip oder ein Sensor platziert oder angeordnet werden kann. Es ist zu beachten, dass der Begriff „Hohlraum“ nicht zwangsweise bedeutet, dass der Hohlraum an allen Seiten von Material umgeben ist, z.B. kann eine obere Seite oder eine untere Seite des Körpers offen sein. Das heißt, dass auch ein im Wesentlichen würfelförmiger Körper, der durch eine untere Fläche oder Platte und vier Seitenflächen ohne eine obere Fläche unter die Definition des Begriffs „Hohlraum“ fallen kann.
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Der Begriff „Vorform“ (pre-mold) oder „vorgeformtes Gehäuse“ kann besonders eine Einheit oder ein Element bezeichnen, die/das als ein Teil oder als ein Gehäuse für eine aktive Komponente, oder einen Sensor, wie ein Mikrofon, vor allem ein MEMS-Mikrofon, genutzt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass eine Vorform von einem Mehrschichtsubstrat zu unterscheiden ist, das mehrere Schichten aufweist, die typischerweise durch Techniken für gedruckte Leiterplatten und nicht durch eine Formgebungstechnik (molding technique) hergestellt werden.
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Der Begriff „vorderes Volumen“ kann insbesondere ein Volumen bezeichnen, das vor dem Membranelement des Mikrofons auf der Seite angeordnet ist, von der die Schallwellen auf das Membranelement treffen. Insbesondere ist es, bezogen auf das Membranelement, auf der dem hinteren Volumen gegenüberliegenden Seite angeordnet.
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Der Begriff „Fluidverbindung“ oder „Fluidkommunikation“ kann insbesondere bedeuten, dass ein Fluid, z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit, durch die Fluidverbindung von einem Punkt zu einem anderen Punkt geleitet werden kann. Zum Beispiel kann ein Durchgangsloch es ermöglichen, dass Gas oder schwingendes Gas (d.h. eine Schallwelle) durch das Durchgangsloch von einem äußeren zu einem inneren, z.B. ein Hohlraum, der in einen Körper ausgebildeten ist, passiert.
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Der Begriff „Membranelement“ kann insbesondere ein Element bezeichnen, das eine mechanische Schwingung, z.B. eine Schallwelle, in ein(e) elektrische(s) Signal oder Schwingung umwandelt. Das Membranelement kann eine oder mehrere, z.B. zwei, Membran(en) und einige andere Komponenten, z.B. Elektroden, aufweisen, die auf oder an der Membrane/den Membranen angeordnet und dafür geeignet sind, die mechanische Schwingung zu erkennen oder detektieren, indem Änderungen einer elektrischen Eigenschaft, z.B. Kapazität oder Ladung oder dergleichen, erkannt werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Vorform bildet die Vorform einen Abschnitt eines Gehäusetyps ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, leadless Gehäuse oder Gehäuse ohne Anschlusskontakte (leadless or no-lead package), Gehäuse mit flügelförmig gebogenen Kontakten (gull-wing leaded package) und Gehäuse mit J-förmig gebogenen Kontakten (J-bend leaded package) besteht.
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Insbesondere kann der Leiterrahmen gebogen oder tiefgezogen sein gemäß einem vorbestimmten Typ, bevor der Leiterrahmen eingegossen oder eingeformt wird, um die Vorform zu fertigen, die dann ein Element oder einen Teil eines Gehäuses bilden kann, um einen Sensor, wie ein Mikrofon, aufzunehmen. Durch Bereitstellen verschiedener Gehäusetypen kann verschiedenen Anforderungen entsprochen werden, z.B. können elektrische Verbindungen an Stellen bereitgestellt werden, die am besten für die spezielle spätere Verwendung der Gehäuse-Baugruppe, z.B. einer Mikrofon-Baugruppe, geeignet sind.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die Vorform ferner elektrische Kontaktflächen auf, die elektrisch mit dem Leiterrahmen verbunden sind.
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Insbesondere können die elektrischen Kontaktflächen Kontaktpads oder Kontaktterminals sein. Zum Beispiel können die elektrischen Kontaktflächen an einer Innenfläche des Hohlraums der Vorform angeordnet oder platziert sein. Somit mag es leicht möglich sein, ein Mikrofon, ein MEMS-Mikrofon oder einen MEMS-Chip, das/der in dem Hohlraum angeordnet oder platziert ist, elektrisch mit dem Leiterrahmen und über den Leiterrahmen mit externen elektrischen Kontakten, z.B. mit einem Erdpotential, zu verbinden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Vorform weist die Vorform einen Basisteil auf, in dem das Durchgangsloch ausgebildet ist.
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Insbesondere kann der Basisteil eine Basisplatte oder untere Platte der Vorform bilden, auf der das Mikrofon, z.B. ein MEMS-Mikrofon, angeordnet, befestigt und/oder angebracht werden kann.
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Falls ein Mikrofon so über dem Durchgangsloch angeordnet ist, dass Schallwellen auf das Membranelement treffen, kann es möglich sein, dass der in der Vorform ausgebildete Hohlraum das hintere Volumen der späteren Mikrofon-Baugruppe bildet. Somit kann eine effiziente Möglichkeit bereitgestellt werden, um ein großes hinteres Volumen für eine Mikrofon-Baugruppe vorzusehen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Vorform wird zumindest ein freiliegender Teil des Leiterrahmens an einem Teil aus der Vorform herausgeführt, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: am unteren Teil; und an einem oberen Teil gegenüber dem unteren Teil.
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Insbesondere kann der freiliegende Teil oder können die freiliegenden Teile Kontakte, Kontaktterminals oder Kontaktflächen bilden, mittels der der Leiterrahmen und somit ein Mikrofon, wenn im Hohlraum platziert und elektrisch mit dem Leiterrahmen verbunden, mit externen Kontaktterminals oder Kontaktpads elektrisch verbunden werden. Insbesondere kann der freiliegende Teil oder können die freiliegenden Teile aus dem Formkörper der Vorform am unteren Teil der Vorform herausgeführt oder herausgelassen werden. Alternativ oder zusätzlich können freiliegende Teile des Leiterrahmens zur gegenüberliegenden Seite der Vorform, d.h. in Richtung des oberen Teils oder am oberen Teil der Vorform herausgeführt werden, in welchem Fall sie elektrisch mit einem Deckel verbunden werden mögen, mit dem die Vorform verschlossen ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Mikrofon-Baugruppe ist die Mikrofon-Baugruppe ein mikro-elektromechanisches Systemmikrofon.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Mikrofon-Baugruppe ist das Mikrofon elektrisch mit dem Leiterrahmen verbunden.
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Somit kann eine einfache Möglichkeit bereitgestellt werden, das Mikrofon oder den MEMS-Chip elektrisch mit externen Kontaktpads oder Kontaktterminals zu verbinden. Zum Beispiel kann der Leiterrahmen an Masse angeschlossen werden, so dass er als elektrische Erdung für das Mikrofon oder den MEMS-Chip dienen und auch eine Abschirmfunktion haben kann.
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Erfindungsgemäß weist die Mikrofon-Baugruppe ferner einen Deckel auf, der auf der Vorform angeordnet ist und den Hohlraum bedeckt.
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Zum Beispiel kann der Deckel (z.B. mit einem elektrisch leifähigen Klebstoff) auf die Vorform geklebt und/oder geklemmt werden und einen Teil des Gehäuses bilden. Insbesondere kann der Deckel den Hohlraum schließen und somit einen Teil des Gehäuses bilden, in dem das Mikrofon der Mikrofon-Baugruppe untergebracht ist. Der Deckel kann elektrisch leitfähig, z.B. aus Metall gefertigt, oder elektrisch isolierend, z.B. aus Kunststoff gefertigt, sein.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Mikrofon-Baugruppe weist der Deckel eine elektrisch leitfähige Struktur auf.
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Insbesondere kann der Deckel aus einer elektrisch leitfähigen Struktur gefertigt sein. Die elektrisch leitfähige Struktur kann eine Metallstruktur sein oder mindestens Metall aufweisen. Das Bereitstellen eines Deckels, der eine elektrisch leitfähige Struktur aufweist, kann ebenfalls erlauben, dass der Deckel als eine elektrische, magnetische oder elektromagnetische Abschirmung dient oder fungiert. Somit kann er mindestens teilweise das Mikrofon oder den Mikrofon-Chip, das/der in dem Hohlraum angeordnet ist, abschirmen.
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Erfindungsgemäß weist die Mikrofon-Baugruppe ferner eine Trägerstruktur auf, wobei die Vorform an der Trägerstruktur befestigt ist.
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Insbesondere kann das Befestigen durch Löten, Chipbonden, Oberflächenmontieren, Flip-Chip-Montieren, Kleben, z.B. mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff, oder auf jede andere Weise erfolgen, die sowohl eine feste als auch eine elektrische Verbindung erlaubt. Zum Beispiel kann die Trägerstruktur eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) oder eine andere Leiterplatte oder Struktur sein, die leitfähige Bahnen aufweist.
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Erfindungsgemäß weist die Mikrofon-Baugruppe ferner eine Abschirmschicht auf, die zwischen der Trägerstruktur und dem Mikrofon angeordnet ist.
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Insbesondere kann die Abschirmschicht eine elektrisch leitfähige Schicht sein. Das Bereitstellen einer Abschirmschicht kann eine verbesserte Abschirmung des Mikrofons oder des MEMS-Chips, der das Mikrofon bildet, gegen elektromagnetische Einflüsse ermöglichen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die Mikrofon-Baugruppe ferner einen ASIC-Chip auf, der in der Vorform angeordnet und elektrisch mit dem Mikrofon verbunden ist.
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Das Bereitstellen eines ASIC-Chips, der ebenfalls in der Vorform, insbesondere in dem Hohlraum der Vorform, angeordnet ist, kann eine effiziente Möglichkeit sein, spezielle Funktionen für die Mikrofon-Baugruppe bereitzustellen. Zum Beispiel kann der ASIC-Chip an der Vorform Chip-gebondet, oberflächenmontiert, Flip-Chip-montiert, gelötet oder geklebt (mit einem leitfähigen Klebstoff) sein. Es ist zu beachten, dass die ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) durch einen Chip getrennt vom Mikrofon oder monolithisch zusammen mit dem Mikrofon ausgebildet sein kann, z.B. können ein MEMS-Mikrofon und die ASIC als ein einziger Chip ausgebildet sein.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Mikrofon-Baugruppe ist der ASIC-Chip von einer Schutzschicht bedeckt. Insbesondere kann die Schutzschicht eine Passivierungsschicht oder ein sogenannter Chip-Verguss (glob-topping, globale Bedeckung) sein. Das Bereitstellen einer Schutzschicht für die ASIC kann besonders nützlich sein, da der Hohlraum der Vorform, in die der ASIC-Chip platziert wird, möglichweise nicht mit einer Füllmasse oder einem Passivierungsmaterial gefüllt wird, da dieser Hohlraum das hintere Volumen des Mikrofons bereitstellt. Somit kann eine spezielle Schutzschicht, die die ASIC bedeckt und nicht den gesamten Hohlraum ausfüllt, eine effiziente Möglichkeit sein, ein großes hinteres Volumen für das Mikrofon vorzusehen und gleichzeitig einen Schutz für den ASIC-Chip bereitzustellen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung weist das Verfahren ferner das Bereitstellen eines nichtgebogenen Leiterrahmens und das Fertigen des gebogenen Leiterrahmens durch Anwenden eines Formgebungsverfahrens auf den nichtgebogenen Leiterrahmen auf.
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Insbesondere kann das Formgebungsverfahren ein Tiefziehverfahren, ein Biegeverfahren, ein Thermoformungsverfahren oder Ähnliches sein.
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Zusammenfassend kann ein Kernpunkt einer beispielhaften Ausführungsform im Bereitstellen einer Vorform für eine Mikrofon-Baugruppe gesehen werden, die einen vorgebogenen Leiterrahmen aufweist, auf den ein Formkörper aufgeformt ist, und im Formen eines Hohlraums, der als hinteres Volumen für das Mikrofon dienen kann, wenn es in dem Hohlraum der Vorform angeordnet ist. Im Prinzip können beide typische Konstruktionen, d.h. eine Ausführung mit Anschluss an der Oberseite und eine Ausführung mit Anschluss an der Unterseite, einer Mikrofon-Baugruppe realisiert werden, wenn eine Vorform gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet wird. Insbesondere kann der Leiterrahmen durch ein Tiefziehverfahren oder jedes andere geeignete Formungsverfahren gebogen oder geformt werden. Vorteilhafterweise liegen Teile des Leiterrahmens frei oder ragen aus dem Formkörper heraus, so dass die herausragenden Teile als Kontaktterminals oder Kontaktinterace für einen elektrischen Anschluss genutzt werden können. Weiterhin kann ein metallischer Leiterrahmen als eine Abschirmung für ein Mikrofon fungieren, z.B. ein MEMS-Mikrofon, das in dem Hohlraum wahlweise zusammen mit einer weiteren Halbleiterschaltung oder einem weiteren Chip, z.B. einer ASIC, angeordnet ist.
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Durch Nutzen der Vorform gemäß einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, ein kostengünstiges Gehäuse für eine Mikrofon-Baugruppe zu erreichen, da keine aufwändigen Mehrschichtsubstrate, sondern nur ein einfacher Leiterrahmen bereitgestellt wird. Außerdem kann ein großes hinteres Volumen problemlos bereitgestellt werden, da das hintere Volumen nicht durch ein Ätzverfahren auf der Rückseite des Membranelements erzielt wird, sondern durch den Hohlraum bereitgestellt wird, der durch den gebogenen Leiterrahmen und den Formkörper, der um denselben geformt ist, gebildet wird.
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Ausführliche Beschreibung der Abbildungen
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet sind.
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht unbedingt maßstabsgetreu.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Mikrofon-Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Insbesondere zeigt 1A eine Vorform 100, die einen gebogenen Leiterrahmen 101 aufweist, der in einen Formkörper 102 eingegossen ist. Der Formkörper 102 bildet zusammen mit dem Leiterrahmen 101 einen offenen Hohlraum 103, der durch ein Durchgangsloch 104 in einem unteren Teil der Vorform nach außen verbunden ist. Teile 105 des Leiterrahmens 101 ragen aus dem Formkörper 102 heraus. Diese Teile bilden Kontakte des Leiterrahmens, die anschließend für eine elektrische Verbindung benutzt werden können.
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1B zeigt die Vorform aus , nachdem ein Mikrofon, insbesondere ein mikro-elektromechanisches Systemmikrofon (MEMS), in dem Hohlraum 103 angeordnet und befestigt worden ist. Das Mikrofon 111 aufweist ein Membranelement 112 und einen Randteil 116, an dem das Membranelement befestigt ist. Der Randteil 116 bildet zusammen mit dem Membranelement ein vorderes Volumen 117 des Mikrofons 111. Zum Beispiel kann das Mikrofon an den unteren Teil der Vorform 100 gelötet, chipgebondet, Flip-Chip-montiert oder oberflächenmontiert sein. Insbesondere ist das Mikrofon 111 direkt über dem Durchgangsloch 104 angeordnet, so dass das vordere Volumen 117 in Fluidverbindung, direkter Verbindung oder akustischer Verbindung mit dem Durchgangsloch 104 steht und der Hohlraum 103 das hintere Volumen des Mikrofons 111 bildet. Des Weiteren ist eine ASIC 112 z.B. chipgebondet, gelötet, Flip-Chip-montiert, ebenfalls in dem Hohlraum angeordnet und über Bonddrähte 114 mit dem Mikrofon 111 und dem Leiterrahmen 101 verbunden, um das Mikrofon 111 und sich selbst elektrisch mit dem Leiterrahmen 101 zu verbinden. Die ASIC ist von einer Schutzschicht 115 bedeckt, die aus Polymermaterial gefertigt sein kann. Die Schutzschicht 115 kann Korrosion freiliegender Aluminiumkontakte oder dergleichen der ASIC verhindern.
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1C zeigt die Vorform aus , die ferner einen Deckel 121 aufweist, der auf der Vorform 100 angeordnet ist und den Hohlraum 103 verschließt. Insbesondere zeigt die Hauptkomponenten einer Mikrofon-Baugruppe 122, die anschließend an eine Trägerstruktur wie eine PCB gebondet, montiert oder befestigt werden kann. Zum Beispiel kann der Deckel an die Vorform geklebt oder geklammert werden.
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2 ist eine schematische Darstellung von Mikrofon-Baugruppen, die z.B. als MEMS-Mikrofon-Baugruppen konfiguriert und an Trägerstrukturen befestigt sind. Insbesondere zeigt 2A die MEMS-Mikrofon-Baugruppe 122 aus , die an eine Trägerstruktur 201, z.B. eine PCB, gebondet oder gelötet ist. Um dies zu veranschaulichen, ist dieses Lötmaterial 202 in 2A schematisch dargestellt. Des Weiteren sind elektrisch leitfähige Schichten oder Strukturen 203 in 2A ebenfalls dargestellt, die als Erde oder Masse für die Mikrofon-Baugruppe und gleichzeitig als zusätzliche Abschirmschicht für die Mikrofon-Baugruppe dienen können, um dieselben gegen elektromagnetische Störausstrahlung zu schützen.
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2B ist eine schematische Darstellung einer anderen Mikrofon-Baugruppe, die sich von der in 2A dargestellten darin unterscheidet, dass die herausragenden Teile 215 des Leiterrahmens 101 in eine andere Richtung gebogen sind. Insbesondere sieht der in 2A dargestellte Leiterrahmen ein Gehäuse mit flügelförmig gebogenen Kontakten, ein so genanntes Gull-Wing-Gehäuse, vor, während der in 2B dargestellte ein Gehäuse mit J-förmig gebogenen Kontakten, ein so genanntes J-Lead-Gehäuse, bereitstellt, das eine größere Bondfläche der herausragenden Teile oder Kontakte des Leiterrahmens bereitstellt.
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Beide in 2 dargestellten Mikrofon-Baugruppen sind so genannte Top-Port-Ausführungen, d.h. mit Anschluss an der Oberseite, da in beiden Fällen der Anschluss des Mikrofons 111, der durch das Durchgangsloch 104 realisiert ist, auf dem oberen Teil, d.h. auf der Hauptfläche der Mikrofon-Baugruppe gegenüber der Seite angeordnet ist, wo die Baugruppe an der Trägerstruktur befestigt ist.
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3 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrofon-Baugruppe ähnlich derjenigen, die in 2A dargestellt ist. Die Kontakte 105 des Leiterrahmens 101 werden jedoch in eine andere Richtung aus dem Formkörper 102 herausgeführt. Aus 3 ist ersichtlich, dass Teile des Leiterrahmens 101 ausgebildet sind, um eine Abschirmfunktion für das Mikrofon 111 und die ASIC 113 bereitzustellen. Das heißt, dass der Leiterrahmen 101 vornehmlich unterhalb oder oberhalb der Bereiche der Mikrofon-Baugruppe angeordnet ist, wo das Mikrofon 111 und die ASIC angeordnet sind.
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4 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Mikrofon-Baugruppe gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wobei die entsprechende Mikrofon-Baugruppe vorteilhafterweise in einer Ausführung mit Anschluss an der Unterseite genutzt werden kann. Insbesondere zeigt 4A eine Vorform 400, die einen gebogenen Leiterrahmen 401 aufweist, der in einen Formkörper 402 eingegossen ist. Der Formkörper 402 bildet zusammen mit dem Leiterrahmen 401 einen offenen Hohlraum 403, der durch ein Durchgangsloch 404 an einem unteren Teil der Vorform nach außen verbunden ist. Teile 405 des Leiterrahmens 401 ragen nicht aus dem Formkörper 402 heraus, können aber dennoch anschließend für den elektrischen Anschluss genutzt werden. Zum Beispiel für den Fall, dass Teile des Leiterrahmens 401 zu der oberen Seite der Vorform geführt werden, kann der Deckel 421 leicht mit dem Leiterrahmen elektrisch verbunden werden, z.B. um Erdung bereitzustellen. Der Hauptunterschied zu der in 1A dargestellten Ausführungsform einer Vorform ist, dass die Größe oder Ausdehnung des Leiterrahmens 401 geringer ist als die in 1A. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Leiterrahmen 401 nicht als Abschirmung für das Mikrofon und andere Halbleiter-Chips, wie ASICs, wenn sie in dem Hohlraum 403 angeordnet sind, genutzt werden kann.
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4B zeigt die Vorform aus 4A, nachdem ein Mikrofon, insbesondere ein MEMS-Mikrofon, z.B. durch Chipbonden oder Flip-Chip-Montieren, in dem Hohlraum 403 angeordnet und befestigt worden ist. Das Mikrofon 411 weist ein Membranelement 412 und einen Randteil 416 auf, an dem das Membranelement befestigt ist. Der Randteil 416 bildet zusammen mit dem Membranelement ein vorderes Volumen 417 des Mikrofons 411. Zum Beispiel kann das Mikrofon an den unteren Teil der Vorform 400 geklebt, gelötet, oberflächenmontiert, Flip-Chip-montiert oder chipgebondet werden. Insbesondere ist das Mikrofon 411 unmittelbar über dem Durchgangsloch 404 angeordnet, so dass das vordere Volumen 417 in direkter oder Fluidverbindung oder in akustischer Verbindung mit dem Durchgangsloch 404 steht und der Hohlraum 403 das hintere Volumen des Mikrofons 411 bildet. Außerdem ist eine ASIC 413, z.B. chipgebondet oder Flip-Chip-montiert, in dem Hohlraum angeordnet und über Bonddrähte 414 mit dem Mikrofon 411 und dem Leiterrahmen 401 verbunden, um das Mikrofon 411 und sich selbst elektrisch mit dem Leiterrahmen 401 zu verbinden. Die ASIC ist von einer Schutzschicht 415 bedeckt, die aus Polymermaterial gefertigt sein kann. Die Schutzschicht 415 kann Korrosion freiliegender Aluminiumkontakte oder dergleichen der ASIC verhindern.
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4C zeigt die Vorform aus 4B, die ferner einen Deckel 421 aufweist, der oben auf der Vorform 400 angeordnet ist und den Hohlraum 403 verschließt. Im Gegensatz zu dem Deckel 121, der im Zusammenhang mit 1A beschrieben wird, weist der Deckel 421 elektrisch leitfähiges Material auf, z.B. durch eine Metallschicht gebildet. Zum Beispiel kann der Deckel an die Vorform geklebt (mit elektrisch leitfähigem Klebstoff) oder geklammert werden. Zum Beispiel kann der Deckel 421 durch ein Stanz- oder Prägeverfahren hergestellt werden. Somit kann der Deckel 421 Abschirmfunktionen bereitstellen und zum elektrischen Verbinden von Teilen 405 des Leiterrahmens mit externen Kontaktflächen genutzt werden. Insbesondere zeigt 4C die Hauptkomponenten einer Mikrofon-Baugruppe 422, die anschließend an eine Trägerstruktur, wie eine PCB, chipgebondet, gelötet, montiert oder befestigt werden kann.
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4D ist eine schematische Unteransicht der Mikrofon-Baugruppe 422 aus 4B. Aus 4D ist ersichtlich, dass der Leiterrahmen 401 nicht in den Bereichen angeordnet ist, wo das Mikrofon 411 und die ASIC 413 angeordnet sind. Somit kann er keine ausreichende Abschirmfunktion bereitstellen. Da jedoch die Mikrofon-Baugruppe 422 aus 4 vornehmlich für Ausführungen mit Anschluss an der Unterseite gedacht ist, kann die Abschirmfunktion von dem Deckel 421 übernommen werden. Im Prinzip sieht der in 4 gezeigte Leiterrahmen ein so genanntes leadless Gehäuse oder ein Gehäuse ohne Anschlusskontakte vor.
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5 ist eine schematische Darstellung eines Leiterrahmens 501 in einer perspektivischen Ansicht, der als Leiterrahmen für eine Vorform, wie z.B. in 4 dargestellt, verwendet werden kann. Der Leiterrahmen 501 weist ein Durchgangsloch 503 und einen Teil oder Abschnitt 505 auf, der so gebogen ist, dass er einen Kontakt zu einem Deckel herstellen kann, der nachträglich auf dem Leiterrahmen angeordnet wird.
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6 ist eine schematische Darstellung verschiedener Gehäusetypen ähnlich denjenigen, die in 2A und 2B dargestellt sind, für eine Mikrofon-Baugruppe in einer Ausführung mit Anschluss an der Unterseite wie in den 4A bis 4C gezeigt. Insbesondere zeigt 6A das leitungslose Gehäuse, wie in 4C dargestellt.
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6B zeigt die so genannten Gull-Wing-Gehäuse ähnlich denjenigen in 2A, aber für den Fall, dass die Mikrofon-Baugruppe für eine Ausführung mit Anschluss an der Unterseite verwendet wird. Somit ist der Deckel 421 vorteilhafterweise aus elektrisch leitfähigem Material, z.B. Metall, gefertigt.
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6C zeigt die so genannten J-Lead-Gehäuse ähnlich denjenigen in 2B, aber für den Fall, dass die Mikrofon-Baugruppe für eine Ausführung mit Anschluss an der Unterseite verwendet wird. Somit ist der Deckel 421 vorteilhafterweise aus elektrisch leitfähigem Material, z.B. Metall gefertigt.
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Es ist zu beachten, dass der Begriff „aufweisend“ nicht andere Elemente oder Merkmale ausschließt, und das „ein, eine“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Ebenso können Elemente, die im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden. Ferner ist zu beachten, dass Bezugszeichen nicht einschränkend für den Schutzbereich der Ansprüche auszulegen sind. Außerdem ist nicht beabsichtigt, den Schutzbereich der vorliegenden Patentanmeldung auf die spezifischen Ausführungsformen von Prozessen, Maschinen, Fertigung, Stoffzusammensetzung, Mitteln, Verfahren und Verfahrensschritten wie in dieser Spezifikation beschrieben zu beschränken. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass alle derartigen Prozesse, Maschinen, Fertigungsverfahren, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Verfahrensschritte in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
