DE112018004658T5

DE112018004658T5 - Mikrofon-Paket

Info

Publication number: DE112018004658T5
Application number: DE112018004658.3T
Authority: DE
Inventors: Tony K. Lim; John Szczech; Joshua Watson
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-06-10
Also published as: CN111295894A; WO2019055437A1

Abstract

Ein Mikrofon enthält ein Substrat, das einen eingebetteten Hohlraum zwischen einer ersten Oberfläche des Substrats und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Substrats definiert, wobei die erste Oberfläche eine erste Öffnung in den eingebetteten Hohlraum definiert und ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche eine Substratdicke definiert. Eine Abdeckung ist über der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet und bildet ein Gehäuse, wobei die Abdeckung einen Port aufweist, wobei die Substratdicke größer als eine Höhe der Abdeckung von der ersten Oberfläche des Substrats ist. Ein Wandler in Mikrosystemtechnik (MEMS) ist in dem Gehäuse angeordnet und auf der ersten Oberfläche des Substrats über der ersten Öffnung montiert, und eine integrierte Schaltung (IC) ist in dem Gehäuse angeordnet und elektrisch mit dem MEMS-Wandler gekoppelt. Der MEMS-Wandler und der IC sind in einem Frontvolumen des Gehäuses angeordnet, das durch die Abdeckung und das Substrat definiert ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/557,613 , die am 12. September 2017 unter dem Titel „Microphone Package“ eingereicht wurde. Diese Anmeldung ist auch eine teilweise Fortsetzung und beansprucht die Vorteile der am 24. Mai 2018 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/988,983 mit dem Titel „Microphone Package for Fully Encapsulated ASIC and Wires“, deren gesamter Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird. Die US-Patentanmeldung Nr. 15/988,983 beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/511,221 , eingereicht am 25. Mai 2017.
HINTERGRUND
In einem Mikrofon in Mikrosystemtechnik (micro electro mechanical system, MEMS) umfasst ein MEMS-Chip mindestens eine Membran und mindestens eine Rückplatte. Der MEMS-Chip wird von einer Basis oder einem Substrat getragen und von einem Gehäuse (z.B. einer Kappe oder einer Abdeckung mit Wänden) umschlossen. Ein Port kann sich durch das Substrat (bei einer Vorrichtung mit unterem Port) oder durch die Oberseite des Gehäuses (bei einer Vorrichtung mit oberem Port) erstrecken. Schallenergie durchquert den Port, bewegt die Membran und erzeugt ein sich änderndes elektrisches Potential der Rückplatte, wodurch ein elektrisches Signal erzeugt wird. Mikrofone werden in verschiedenen Arten von Geräten wie PCs, Mobiltelefonen, mobilen Geräten, Headsets und Hörgeräten eingesetzt.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt der Offenbarung enthält ein Mikrofon ein Substrat, das einen eingebetteten Hohlraum zwischen einer ersten Oberfläche des Substrats und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Substrats definiert, wobei die erste Oberfläche eine erste Öffnung in den eingebetteten Hohlraum definiert, wobei ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche eine Substratdicke definiert. Das Mikrofon enthält ferner eine Abdeckung, die über der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und ein Gehäuse bildet, wobei die Abdeckung einen Port aufweist, wobei die Substratdicke größer als eine Höhe der Abdeckung von der ersten Oberfläche des Substrats ist. Das Mikrofon enthält auch einen Wandler in Mikrosystemtechnik (MEMS), der in dem Gehäuse angeordnet und auf der ersten Oberfläche des Substrats über der ersten Öffnung befestigt ist, und eine integrierte Schaltung (IC), die in dem Gehäuse angeordnet und elektrisch mit dem MEMS-Wandler gekoppelt ist. Der MEMS-Wandler und der IC sind in einem Frontvolumen des Gehäuses angeordnet, wobei das Frontvolumen durch die Abdeckung und das Substrat definiert ist und der Port sich zwischen dem Frontvolumen und einer Außenseite des Gehäuses erstreckt.
Die vorstehende Zusammenfassung dient nur zur Veranschaulichung und soll in keiner Weise einschränkend sein. Zusätzlich zu den oben beschriebenen veranschaulichenden Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung deutlich.
Figurenliste
Das Vorstehende und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, vollständiger ersichtlich. Mit dem Verständnis, dass diese Zeichnungen nur mehrere Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der Offenbarung darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind, wird die Offenbarung durch die Verwendung der begleitenden Zeichnungen mit zusätzlicher Spezifizität und Detailliertheit beschrieben.

1 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht der ersten Beispielmikrofonvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht einer zweiten Beispielmikrofonvorrichtung entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht einer dritten Beispielmikrofonvorrichtung entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4A ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht einer vierten Beispielmikrofonvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4B zeigt eine erweiterte Ansicht eines Teils der in 4A gezeigten vierten Beispielmikrofonvorrichtung.
5 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht einer fünften Beispielmikrofonvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
6A ist eine Darstellung einer Draufsicht auf eine siebte Beispielmikrofonvorrichtung entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
6B zeigt eine isometrische Ansicht eines Teils der in 6A gezeigten siebten Beispielmikrofonvorrichtung.
7A ist eine Querschnittsansicht einer siebten Beispielmikrofonvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7B zeigt eine Draufsicht auf die siebte Beispielmikrofonvorrichtung, die in 7A dargestellt ist.
7C zeigt eine Querschnittsansicht der siebten Beispielmikrofonvorrichtung in 7A mit mehr als einem IC.
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer achten Beispielmikrofonvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielprozesses zur Herstellung einer Mikrofonvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die 10A und 10B zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer neunten Beispielmikrofonvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielprozesses zur Herstellung einer Mikrofonvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 zeigt eine Querschnittsansicht einer zehnten Beispielmikrofonvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, die einen Teil davon bilden. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole in der Regel ähnliche Komponenten, es sei denn, der Kontext schreibt etwas anderes vor. Die in der detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen beschriebenen illustrativen Ausführungsformen sind nicht als Einschränkung zu verstehen. Es können andere Ausführungsformen verwendet und andere Änderungen vorgenommen werden, ohne dass der Geist oder der Umfang des hier vorgestellten Gegenstands beeinträchtigt wird. Es wird leicht verständlich sein, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wie sie hier allgemein beschrieben und in den Figuren veranschaulicht werden, in einer Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen angeordnet, ersetzt, kombiniert und gestaltet werden können, die alle ausdrücklich in Betracht gezogen werden und Teil dieser Offenbarung sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Vorrichtungen und Techniken zur Verbesserung der Robustheit von Mikrofonvorrichtungen und Drucksensor-Wandlern, wie z.B. solche, die MEMS-Wandler (Microelectromechanical Systems) enthalten. In einigen Ausführungsformen verbessern die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Vorrichtungen und Techniken das Signal-Rausch-Verhältnis einer Mikrofonvorrichtung mit oberem Port, indem sie einen eingebetteten Hohlraum innerhalb eines Substrats einschließen. Die Höhe des Substrats kann größer sein als die Höhe einer Abdeckung, die den akustischen Port enthält.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Mikrofonvorrichtung ein Einkapselungsmaterial enthalten, das eine integrierte Schaltung, die elektrisch mit dem MEMS-Wandler verbunden ist, zumindest teilweise bedeckt, und die Abdeckung kann einen dünnen Bereich enthalten, der über dem Einkapselungsmaterial positioniert ist. Der dünne Bereich bietet eine zusätzliche Fläche zur Aufnahme des Einkapselungsmaterials, ohne dass die Höhe der Abdeckung oder das Frontvolumen (weiter unten diskutiert) der Abdeckung vergrößert werden muss, was die elektroakustische Leistung negativ beeinflussen könnte.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Mikrofonvorrichtung einen versiegelten Port enthalten, der unter der integrierten Schaltung positioniert ist. Während der Herstellung kann der versiegelte Port dazu beitragen, im eingebetteten Hohlraum des Substrats eingeschlossene Verunreinigungen zu entfernen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Mikrofonvorrichtung ein mehrschichtiges Substrat enthalten, in dem elektrische Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren gebildet werden können. Durch die Bildung der Komponenten innerhalb des Substrats statt auf einer Oberseite des Substrats kann die Gesamtgröße der Mikrofonvorrichtung reduziert werden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Partikelfilter zwischen dem MEMS-Wandler und einer Öffnung zum eingebetteten Hohlraum positioniert werden. Der Partikelfilter kann das Risiko verringern, dass im eingebetteten Hohlraum eingeschlossene Partikel mit einer Membran des MEMS-Wandlers in Kontakt kommen, wodurch die Zuverlässigkeit der Mikrofonvorrichtung verbessert wird.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Mikrofonvorrichtung einen Abdeckbondring zum Bonden der Abdeckung mit dem Substrat enthalten. Der Abdeckbondring kann eine Kerbe oder einen Ausschnitt enthalten, der mit einem Klebstoff, z.B. Epoxidharz, gefüllt werden kann, um das Risiko zu verringern, dass sich die Abdeckung während der Herstellung oder Installation der Mikrofonvorrichtung vom Substrat löst.
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält die Mikrofonvorrichtung einen Oberflächenhohlraum, der die integrierte Schaltung und das Einkapselungsmaterial aufnimmt, wodurch das Risiko verringert wird, dass das Einkapselungsmaterial während der Herstellung mit dem MEMS-Wandler in Kontakt kommt. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Mikrofonvorrichtung eine Plattform enthalten, auf der der MEMS-Wandler platziert werden kann, um den MEMS-Wandler vom Einkapselungsmaterial zu isolieren.
1 ist eine Querschnittsansicht der ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die erste Beispielmikrofonvorrichtung 100 enthält ein Substrat 110, einen MEMS-Wandler 102, einen ersten integrierten Schaltkreis (IC) 104, einen zweiten IC 106 und eine Abdeckung 108. Das Substrat 110 umfasst eine erste Oberfläche (eine Frontfläche 116) und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche (eine Rückfläche 114). Der MEMS-Wandler 102 und der erste IC 104 sind auf der Frontfläche 116 des Substrats 110 angeordnet, während der zweite IC 106 auf einer Oberseite des ersten IC 104 angeordnet ist. Drähte 124 verbinden den MEMS-Wandler 102 elektrisch mit dem ersten IC 104. Die Drähte können auch den MEMS-Wandler 102 mit dem zweiten IC 106 verbinden, auch wenn sie nicht abgebildet sind. Zusätzlich können Drähte auch jeden MEMS-Wandler 102, den ersten IC 104 und den zweiten IC 106 mit dem Substrat 110 verbinden. Der MEMS-Wandler 102, der erste IC 104, der zweite IC 106 und das Substrat 110 können jeweils leitende Begrenzungspads (bounding pads) enthalten, an die die Enden der Drähte gebondet werden können. In einigen Ausführungsformen können die Drähte 124 mit Hilfe eines Lotes an die entsprechenden Bondpads geklebt werden.
Die Abdeckung 108 kann auf der Frontseite 116 des Substrats 110 angebracht werden, um den MEMS-Wandler 102, den ersten IC 104, den zweiten IC 106 und jegliche Bonddrähte zu umschließen und zu schützen. Die Abdeckung 108 kann Materialien wie Kunststoff oder Metall enthalten. Die Abdeckung 108 kann ein Durchgangsloch oder einen oberen Port 122 definieren, der sich zwischen einer äußeren oberen Fläche 118 und einer inneren oberen Fläche 126 der Abdeckung 108 erstreckt. Die Abdeckung 108 kann eine Abdeckungshöhe Hc haben, die durch den Abstand der äußeren oberen Fläche 118 von der Frontläche 116 des Substrats 110 definiert ist. In einigen Implementierungen kann die Abdeckungshöhe Hc etwa 0,3 mm bis etwa 0,7 mm oder etwa 0,4 mm bis etwa 0,6 mm oder etwa 0,55 mm betragen. Die Abdeckung 108 kann eine Dicke Tc haben, die durch einen Abstand zwischen der äußeren Oberseite 118 und der inneren Oberseite 126 definiert ist. In einigen Ausführungen kann die Dicke der Abdeckung 108 gleichförmig sein, während in anderen Ausführungen die Dicke der Abdeckung 108 ungleichförmig sein kann. In einer Richtung senkrecht zur äußeren Oberseite 118 der Abdeckung 108 betrachtet, kann die Abdeckung 108 eine im Wesentlichen rechteckige, kreisförmige, elliptische oder beliebige polygonale Form haben. Die innere obere Fläche 126 der Abdeckung 108, die inneren Seitenflächen 128 der Abdeckung 108 und die freiliegenden Teile der Frontläche 116, der MEMS-Wandler 102, der erste IC 104 und der zweite IC 106 definieren ein Frontvolumen 130. Das Frontvolumen 130, eine Membran des MEMS-Wandlers 102 und ein Rückvolumen (unten diskutiert) können in Kombination zu den akustischen Eigenschaften des ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100 beitragen.
Das Substrat 110 kann, ohne Einschränkung, eine Leiterplatte, ein Halbleitersubstrat oder eine Kombination davon umfassen. Das Substrat 110 kann eine Substrathöhe Hs haben, die durch den Abstand zwischen der Frontfläche 116 und der Rückfläche 114 definiert ist. In einigen Implementierungen kann die Höhe Hs des Substrats 110 etwa 0,3 mm bis etwa 1,8 mm oder etwa 0,5 mm bis etwa 0,8 mm oder etwa 0,65 mm betragen. In einigen Implementierungen kann die Höhe Hs des Substrats 110 größer als die Höhe Hc der Abdeckung 108 sein. Das Substrat 110 kann einen eingebetteten Hohlraum 112 definieren, der zwischen der Frontfläche 116 und der Rückfläche 114 angeordnet ist. Das Substrat 110 kann auch einen Port 120 definieren, der sich zwischen der Vorderseite 116 und dem eingebetteten Hohlraum 112 erstreckt. Der Port 120 ist unterhalb des MEMS-Wandlers 102 so positioniert, dass der eingebettete Hohlraum 112 in Fluidverbindung mit einer Membran des MEMS-Wandlers 102 steht. In einigen Implementierungen kann das Substrat 110 einen oder mehrere Anschlüsse zusätzlich zu dem Port 120 definieren, der sich zwischen der Frontfläche 116 und dem eingebetteten Hohlraum 112 erstreckt. Der zusätzliche Port oder die zusätzlichen Ports können, wie der Port 120, eine Fluidkommunikation zwischen dem eingebetteten Hohlraum 112 und einer oder mehreren Membranen des MEMS-Wandlers 102 herstellen. Der MEMS-Wandler kann zum Beispiel ein Multimotor-MEMS-Wandler sein, der zwei oder mehr Membranen enthalten kann. Das Substrat 110 kann einen zusätzlichen Port definieren, der sich zwischen der Frontfläche 116 und dem eingebetteten Hohlraum 112 erstreckt, so dass der Port 120 unter einer ersten Membran und der zusätzliche Port unter einer zweiten Membran des Multimotor-MEMS-Wandlers positioniert ist. In einigen Implementierungen können die zusätzlichen Anschlüsse, wie der Port 120, eine Fluidkommunikation zwischen dem eingebetteten Hohlraum 112 und zusätzlichen MEMS-Wandlern, wie dem MEMS-Wandler 102, ermöglichen. Zum Beispiel kann jeder MEMS-Wandler eine einzelne Membran enthalten.
Der eingebettete Hohlraum 112 kann eine Höhe H_Hohlraum, eine Breite W_Hohlraum und eine Länge L_Hohlraum (nicht abgebildet) haben. Die Höhe H_Hohlraum des eingebetteten Hohlraums 112 ist kleiner als die Höhe Hs des Substrats 110. In einigen Implementierungen kann die Höhe H_Hohlraum des eingebetteten Hohlraums 112 etwa 60% bis etwa 20% oder etwa 50% bis etwa 30% oder etwa 40% der Höhe Hs des Substrats 110 betragen. Ein Rückvolumen 138 wird durch den eingebetteten Hohlraum 112 gebildet, zusätzlich zu einem Volumen, das durch den Port 120 definiert ist, und einem Volumen, das durch den MEMS-Wandler 102 in Bezug auf die Frontfläche 116 des Substrats 110 definiert ist. Das Verhältnis zwischen dem Frontvolumen 130 und dem Rückvolumen 138 kann die akustischen Eigenschaften der ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100 beeinflussen, wie z.B. das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100. Eine Verringerung des Verhältnisses von Frontvolumen130 zu Rückvolumen138 kann beispielsweise das SNR der ersten Mikrofonvorrichtung verbessern. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Verhältnis von Frontvolumen 130 zu Rückvolumen138 von etwa 0,5 bis etwa 3 reichen.
Der MEMS-Wandler 102 kann eine leitende Membran enthalten, die in einem Abstand zu einer leitfähigen Rückplatte positioniert ist. Die Membran ist so konfiguriert, dass sie sich als Reaktion auf einfallende akustische Signale in Bezug auf die Rückplatte bewegt. Die Bewegung der Membran in Bezug auf die Rückplatte bewirkt, dass eine dem MEMS-Wandler 102 zugeordnete Kapazität variiert. Die Änderung der Kapazität des MEMS-Wandlers 102 als Reaktion auf die akustischen Signale kann gemessen und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt werden. Der MEMS-Wandler 102 kann eine oder mehrere Membranen enthalten, die sich im Verhältnis zu einer oder mehreren Rückplatten bewegen können.
Der erste IC 104 und der zweite IC 106 können analoge und/oder digitale Schaltungen zur Verarbeitung der vom MEMS-Wandler 102 empfangenen elektrischen Signale enthalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste IC 104 und der zweite IC 106 ein integriertes Schaltungspaket mit einer Vielzahl von Pins oder Bondpads sein, die die elektrische Verbindung mit Komponenten außerhalb des ersten IC 104 und des zweiten IC 106 über Drähte erleichtern. Insbesondere kann der erste IC 104 Bondpads enthalten, an die der erste Satz von Drähten 124 angeschlossen werden kann. Auf dem zweiten IC 106 können auch Bondpads vorhanden sein, um einen weiteren Satz von Drähten zwischen dem MEMS-Wandler 102 und dem zweiten IC 106 anzuschließen. Die analoge oder digitale Schaltung kann Verstärker, Filter, Analog-Digital-Wandler, digitale Signalprozessoren und andere elektrische Schaltungen zur Verarbeitung der vom MEMS-Wandler 102 und anderen Komponenten auf dem Substrat 110 empfangenen elektrischen Signale enthalten. In einigen Implementierungen kann der zweite IC 106 einen digitalen Signalprozessor enthalten, während der erste IC 104 zusätzliche Schaltungen enthalten kann. In einigen Implementierungen ist der zweite IC 106 möglicherweise nicht vorhanden, und die Schaltung, die im zweiten IC 106 enthalten gewesen wäre, kann stattdessen im ersten IC 104 enthalten sein. Der erste IC 104 und der zweite IC 106 können auch zusätzliche Bondpads für Bonddrähte enthalten, die den jeweiligen IC mit Leitern auf der Vorderseite 116 des Substrats 110 verbinden, und für Bonddrähte, die den ersten IC 104 mit dem zweiten IC 106 verbinden. In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste IC 104 und der zweite IC 106 eine lichtempfindliche Beschichtung haben, die das Eindringen von Licht in den Schaltkreis im Inneren des IC 104 blockiert. In einer oder mehreren Ausführungsformen können ein oder mehrere Bondpads auf dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und dem Substrat 110 Goldbondpads sein. Die Verwendung von Goldbondpads kann die Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Einwirkung von Feuchtigkeit und anderen Umweltsubstanzen durch den oberen Port 122 verbessern. Die Korrosionsbeständigkeit kann auch durch die Beschichtung der Bondpads mit einem antikorrosiven Material verringert werden.
2 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die zweite Beispielmikrofonvorrichtung 200 ähnelt in vielerlei Hinsicht der ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100, die oben in Bezug auf 1 diskutiert wurde, und die hier in Bezug auf 1 beschriebenen Merkmale oder ähnliche Komponenten der anderen hier beschriebenen Ausführungsformen können auf jede der entsprechenden Komponenten der verschiedenen Ausführungsformen angewendet werden, sofern nicht anders angegeben. Die zweite Beispielmikrofonvorrichtung 200 enthält ferner ein Einkapselungsmaterial 132 und einen dünnen Bereich 134. Das Einkapselungsmaterial 132 bedeckt bei einigen Ausführungsformen zumindest teilweise den ersten IC 104 und den zweiten IC 106 und/oder alle Drähte (nicht abgebildet), die sich zwischen dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und dem Substrat 110 erstrecken. In einer oder mehreren Ausführungsformen bedeckt das Einkapselungsmaterial 132 vollständig den ersten IC 104 und den zweiten IC 106 und/oder alle Drähte (nicht gezeigt), die sich zwischen dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und dem Substrat 110 erstrecken. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Einkapselungsmaterial 132 den ersten IC 104 und den zweiten IC 106 vollständig und alle Drähte, die sich zwischen dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und dem Substrat 110 erstrecken, zumindest teilweise bedecken. Das Einkapselungsmaterial 132 kann ein nichtleitendes Material wie z.B. Epoxid sein. Ein Prozessschritt bei der Herstellung der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200 kann eine Abscheidung des Einkapselungsmaterials 132 über dem ersten IC 104 und dem zweiten IC 106 umfassen.
Das Einkapselungsmaterial 312 kann so abgeschieden werden, dass es den ersten IC 104, den zweiten IC 106 und Drähte, die bis zum Substrat 110 reichen, zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) bedeckt. Während der Abscheidung kann sich das Verkapselungsmaterial 132 in einem Zustand hoher Temperatur und niedriger Viskosität befinden. Im Laufe der Zeit kühlt das Einkapselungsmaterial 132 ab und verfestigt sich, um eine Abdeckung über dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und den Drähten, die sich bis zum Substrat 110 erstrecken, zu bilden. In einigen Fällen kann die niedrige Viskosität des Einkapselungsmaterials 132 während der Abscheidung zu einer seitlichen Ausbreitung des Einkapselungsmaterials führen. In einigen dieser Fälle, in denen der erste IC 104 und der MEMS-Wandler 102 auf derselben Frontfläche 116 des Substrats 110 angeordnet sind, kann die laterale Ausbreitung des Einkapselungsmaterials 132 dazu führen, dass das Einkapselungsmaterial 132 mit dem MEMS-Wandler 102 in Kontakt kommt. Dies kann die elektroakustische Leistung des MEMS-Wandlers 102 beschädigen oder nachteilig beeinflussen. In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste IC 104 und der zweite IC 106 zusätzlich zu oder anstelle eines Einkapselungsmaterials 132 eine lichtempfindliche Beschichtung aufweisen, die das Eindringen von Licht in die Schaltung im Inneren des IC 104 blockiert. In einer oder mehreren Ausführungsformen können ein oder mehrere Bondpads auf dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und dem Substrat 110 Goldbondpads sein. Die Verwendung von Goldbondpads kann die Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Einwirkung von Feuchtigkeit und anderen Umweltsubstanzen durch den oberen Port 122 verbessern. Die Korrosionsbeständigkeit kann auch durch die Beschichtung der Bondpads mit einem antikorrosiven Material verringert werden.
Um das Risiko einer Beschädigung des MEMS-Wandlers 102 zu verringern, kann in der Vorderseite 116 des Substrats 110 ein Hohlraum (nicht abgebildet) gebildet werden, und der erste IC 104, der zweite IC 106 und das Einkapselungsmaterial 132 können teilweise oder ganz in dem Hohlraum angeordnet werden. Die seitliche Ausbreitung des Einkapselungsmaterials 132 während und nach der Abscheidung kann auf die Seitenwände des Hohlraums beschränkt werden. So können der MEMS-Wandler 102 und andere auf dem Substrat 110 montierte Komponenten vor unerwünschtem Kontakt mit dem Einkapselungsmaterial 132 geschützt werden.
Der dünne Bereich 134 kann auf der Abdeckung 108 in der Nähe des oberen Ports 122 gebildet werden. Der dünne Bereich 134 kann eine abgestufte innere Oberseite 136 enthalten, die im Verhältnis zur inneren Oberseite 126 abgestuft oder eingerückt ist. Insbesondere ist die abgestufte innere obere Fläche 136 in Richtung der äußeren oberen Fläche 118 abgestuft. Ein Abstand zwischen der abgestuften inneren Oberseite 136 und der äußeren Oberseite 118 definiert einen dünnen Bereich 134 mit einer Dicke Ttr, die geringer ist als die Dicke Tc der Abdeckung 108, die durch den Abstand zwischen der inneren Oberseite 126 und der äußeren Oberseite 118 definiert ist. In einigen Implementierungen kann die Dicke Ttr des dünnen Bereichs 134 etwa 30% bis etwa 70% der Dicke Tc der Abdeckung 108 oder etwa 40% bis etwa 60% der Dicke Tc der Abdeckung 108 oder etwa 50% der Dicke Tc der Abdeckung 108 betragen. Der dünne Bereich 134 kann entlang eines Umfangs des oberen Ports 122 gebildet werden. Die abgestufte innere obere Oberfläche 136 kann einen Umfang haben, der mindestens einen Teil des Umfangs des oberen Ports 122 bildet. In einigen Implementierungen kann die abgestufte innere obere Oberfläche 136 den oberen Port 122 vollständig umgeben. In einigen Implementierungen kann der dünne Bereich 134 in der Nähe des oberen Ports 122 so positioniert werden, dass der Umfang des dünnen Bereichs 134 vom Umfang des oberen Ports 122 getrennt ist. Die Form des Umfangs des dünnen Bereichs 134 kann, in einer Richtung senkrecht zur inneren oberen Oberfläche 126 betrachtet, jede regelmäßige oder unregelmäßige polygonale Form oder eine gekrümmte Form haben. Die verringerte Dicke der Abdeckung 108 im dünnen Bereich 134 ermöglicht einen Freiraum zur Aufnahme des auf dem Substrat 110 angeordneten Einkapselungsmaterials 132, ohne dass die Höhe Hc der Abdeckung 108 vergrößert werden muss, wodurch das Frontvolumen 130 vergrößert wird. Das zweite Beispiel für eine Mikrofonvorrichtung 200 kann ebenfalls eingekerbte Teile in der Abdeckung 108 und andere Merkmale einer Mikrofonvorrichtung enthalten, die in der gemeinsamen US-Patentanmeldung Nr. 15/154,545 diskutiert werden, deren Gegenstand hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
3 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Beispielmikrofonvorrichtung 300 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die dritte Beispielmikrofonvorrichtung 300 ähnelt in vielerlei Hinsicht der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200, die oben in Bezug auf 2 diskutiert wurde. In dem Maße, wie einige Merkmale der dritten Beispielmikrofonvorrichtung 300 denen der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200 ähneln, sind diese Merkmale in beiden 2 und 3 mit den gleichen Referenznummern versehen. Die dritte Beispielmikrofonvorrichtung 300 enthält außerdem eine abgedichtete Öffnung 140. Wie oben diskutiert, definiert die Frontfläche 116 die Öffnung 120 (und alle zusätzlichen Öffnungen), die sich zwischen der Frontfläche 116 und dem eingebetteten Hohlraum 112 erstreckt und unter dem MEMS-Wandler 102 positioniert ist. Die Frontfläche 116 definiert auch den abgedichteten Port 140, der sich ebenfalls zwischen der Frontfläche 116 und dem eingebetteten Hohlraum 112 erstreckt. Im Gegensatz zum Port 120, der unter dem MEMS-Wandler 102 angeordnet ist, um eine Fluidkommunikation zwischen der Membran und dem eingebetteten Hohlraum 112 zu ermöglichen, ist der abgedichtete Port 140 jedoch außerhalb eines auf der Frontfläche 116 gebildeten Umfangs des MEMS-Wandlers positioniert.
Der abgedichtete Port 140 kann z.B. unter dem ersten IC 104 positioniert werden, so dass der abgedichtete Port 140 vom ersten IC 104 abgedeckt wird. In einigen Fällen kann ein ausgebrachter Die-Attach oder vorzugsweise eine Die-Attach-Folie 142 verwendet werden, um den ersten IC 104 auf die Frontfläche 116 des Substrats 110 zu kleben. Die Die-Attach-Folie 142 kann einen Klebstoff enthalten, der das Verkleben des ersten IC 104 mit der Frontseite 116 erleichtern kann. In einigen dieser Fälle kann die Folie 142 zum Abdecken und Abdichten des abgedichteten Ports 140 verwendet werden. Der abgedichtete Port 140 kann bei der Entfernung von Ablagerungen helfen, die sich während der Herstellung im eingebetteten Hohlraum 112 abgelagert haben. Beispielsweise können während der Bildung des eingebetteten Hohlraums 112 oder anderer Merkmale des Substrats 110 Ablagerungen in dem eingebetteten Hohlraum 112 eingeschlossen werden. Wenn diese Ablagerungen nicht aus dem eingebetteten Hohlraum 112 entfernt werden, können sie mit der Membran des MEMS-Wandlers 102 in Kontakt kommen, was zu einem erhöhten Risiko der Beschädigung des MEMS-Wandlers 102 führt. Die Bildung des abgedichteten Ports 140 im Substrat 110 (vor der Platzierung des ersten IC 104 oder der Die-Attach-Folie 142) kann bei der Entfernung der Ablagerungen aus dem eingebetteten Hohlraum 112 helfen. Zum Beispiel kann Luft durch einen der Ports 120 und 140 geblasen werden, damit die Partikel über den anderen der Ports 120 und 140 ausgespült werden können. Sobald die Ablagerungen entfernt sind, kann der erste IC 104 oder die Die-Attach-Folie 142 über die Frontfläche 116 positioniert werden, um den abgedichteten Port 140 abzudichten. Bei einigen Implementierungen kann der abgedichtete Port 140 vollständig vom Frontvolumen 130 abgedichtet werden. In einigen anderen Anwendungen kann die abgedichtete Öffnung 140 teilweise vom Frontvolumen 130 abgedichtet werden. Die abgedichtete Öffnung 140 trägt möglicherweise nicht zu den akustischen Eigenschaften der dritten Beispielmikrofonvorrichtung 300 bei. Wie oben erwähnt, kann das Substrat einen oder mehrere Ports definieren, die unter dem MEMS-Wandler 102 positioniert werden, um einer oder mehreren Membranen zu entsprechen. Der abgedichtete Port 140 kann unter dem ersten IC 104 zusätzlich zu dem einen oder mehreren Ports unter dem MEMS-Wandler 102 vorgesehen werden.
4A ist eine Querschnittsansicht einer vierten Beispielmikrofonvorrichtung 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die vierte Beispielmikrofonvorrichtung 400 ähnelt in vielerlei Hinsicht der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200, die oben in Bezug auf 2 diskutiert wurde. In dem Maße, wie einige Merkmale der dritten Beispielmikrofonvorrichtung 300 denen der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200 ähneln, sind diese Merkmale in beiden 2 und 4A mit den gleichen Referenznummern versehen. Die vierte Beispielmikrofonvorrichtung 400 enthält ein mehrschichtiges Substrat 410. Das mehrschichtige Substrat 410, das dem in 2 gezeigten Substrat 110 ähnlich ist, definiert einen eingebetteten Hohlraum 112 und einen Port 120. Das Mehrschichtsubstrat 410 enthält zusätzlich mehrere Materialschichten und elektronische Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren.
4B zeigt eine erweiterte Ansicht eines Teils 420 des in 4A gezeigten vierten Beispielmikrofonvorrichtung 400. Das Mehrschichtsubstrat 410 enthält eine obere Substratschicht 430, eine innere Substratschicht 416 und eine untere Substratschicht 424. Die obere Substratschicht 430, die innere Substratschicht 416 und die untere Substratschicht 424 können Materialien wie Epoxid, glasfaserverstärktes Epoxid, Glasfaserverbundgewebe mit Epoxidharz (z.B. FR4) und ähnliches enthalten. Das mehrschichtige Substrat 410 kann ein plattiertes Durchgangsloch 432 definieren, das mit einer Lötmaske 408 gefüllt werden kann. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das plattierte Durchgangsloch 432 mit leitfähigen Materialien wie Kupfer oder Aluminium beschichtet werden. Eine erste Klebstoffschicht 414 kann zwischen der oberen Substratschicht 430 und der inneren Substratschicht 416 angeordnet werden, und eine zweite Klebstoffschicht 418 kann zwischen der inneren Substratschicht 416 und der unteren Substratschicht 424 angeordnet werden. Eine obere Metallschicht 406 kann über der oberen Metallschicht 406 auf einer Seite der oberen Substratschicht 430 angeordnet werden, die der Seite der oberen Substratschicht 430 gegenüberliegt, die an die innere Substratschicht 416 angrenzt. Die Lötmaske 408 kann mindestens einen Teil der oberen Metallschicht 406 bedecken. Eine untere Metallschicht 426 kann auf der unteren Substratschicht 424 auf einer Seite der unteren Substratschicht 424, die an die innere Substratschicht 416 angrenzt, angeordnet werden. Die Lötmaske 408 kann auch mindestens einen Teil der unteren Metallschicht 426 bedecken. Eine Durchgangsloch-Metallschicht 434 kann sich durch das plattierte Durchgangsloch 432 zwischen der oberen Metallschicht 406 und der unteren Metallschicht 426 erstrecken und so eine elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Schichten herstellen.
Das mehrschichtige Substrat 410 umfasst auch mehrere innere Metallschichten, wie z.B. die erste innere Metallschicht 412, die zwischen der oberen Substratschicht 430 und der inneren Substratschicht 416 angeordnet ist, und eine zweite innere Metallschicht 428 und eine dritte innere Metallschicht 422, die zwischen der inneren Substratschicht 416 und der unteren Substratschicht 424 angeordnet ist. Die zweite innere Metallschicht 428 und die dritte innere Metallschicht 422 können durch eine dielektrische Schicht 436 getrennt werden. Die dritte innere Metallschicht 422 kann mit der Durchgangsloch-Metallschicht 434 in Kontakt gebracht werden, wodurch ein elektrischer Kontakt mit der oberen Metallschicht 406 und der unteren Metallschicht 426 hergestellt werden kann. In einigen Implementierungen kann die erste innere Metallschicht 412 als Erdungsanschluss und die zweite und dritte innere Metallschicht 428 und 422 zur Übertragung elektrischer Signale verwendet werden.
Das mehrschichtige Substrat 410 kann auch passive elektrische Schaltungselemente wie Widerstände und Kondensatoren enthalten. Zum Beispiel kann ein Widerstand 404 auf der gleichen Seite der oberen Substratschicht 430 angeordnet werden, auf der die obere Metallschicht 406 angeordnet ist. Ein Ende oder Anschluss des Widerstands 404 kann einen elektrischen Kontakt mit der oberen Metallschicht 406 bilden. Der Widerstand 404 kann leitende Materialien mit einem elektrischen Widerstand enthalten, der wesentlich größer ist als der elektrische Widerstand der oberen Metallschicht 406. Das mehrschichtige Substrat 410 kann auch ein reaktives elektrisches Schaltungselement wie einen Kondensator 402 enthalten, der zwischen der inneren Substratschicht 416 und der unteren Substratschicht 424 angeordnet ist. Der Kondensator 402 kann einen Teil der dielektrischen Schicht 436 enthalten, der zwischen einem Teil der zweiten inneren Metallschicht 428 und einem Teil der dritten inneren Metallschicht 422 angeordnet ist. Der Teil der zweiten inneren Metallschicht 428 kann einen ersten Anschluss des Kondensators 402 bilden, während der Teil der dritten inneren Metallschicht 422 einen zweiten Anschluss des Kondensators 402 bilden kann. Der zweite Anschluss des Kondensators 402 kann über die Durchgangsloch-Metallschicht 434 und die obere Metallschicht 406 mit dem Widerstand gekoppelt werden.
Die in 4B gezeigten Positionen des Widerstands 404 und des Kondensators 402 sind nur Beispiele. Der Widerstand 404 und der Kondensator 402 können auch an anderer Stelle innerhalb des mehrschichtigen Substrats 410 angeordnet werden. So kann der Kondensator 402 beispielsweise alternativ zwischen der oberen Substratschicht 430 und der inneren Substratschicht 416 oder neben einer der Schichten des Mehrschichtsubstrats 410 angeordnet werden. Der Widerstand 404 kann auch neben einer der Schichten des Mehrschichtsubstrats 410 angeordnet werden. Obwohl nicht in 4B dargestellt, kann das Mehrschichtsubstrat 410 zusätzliche Widerstände und Kondensatoren, ähnlich wie der Widerstand 404 und der Kondensator 402, mit verschiedenen Werten enthalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Werte des Widerstands 404 oder der zusätzlichen Widerstände von etwa 10 Ohm bis zu etwa 100 Ohm reichen. In einer oder mehreren Ausführungsformen können der Widerstand 404 oder die zusätzlichen Widerstände eine Größe im Bereich von etwa 75 Mikrometer bis etwa 150 Mikrometer Breite und im Bereich von etwa 75 Mikrometer bis etwa 300 Mikrometer Länge haben. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Dicke des Widerstandes 404 oder der zusätzlichen Widerstände im Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 1 Mikrometer liegen. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Werte des Kondensators 402 oder der Zusatzkondensatoren im Bereich von etwa 10 pF bis etwa 300 pF liegen. Durch die Bildung von Widerständen und Kondensatoren in einer oder mehreren Lagen des Mehrschichtsubstrats 410 können diese elektrischen Komponenten, die sonst über die Frontfläche 116 angeordnet wären, nun innerhalb des Mehrschichtsubstrats 410 selbst untergebracht werden, was zu einer Verringerung der durch diese elektrischen Komponenten verursachten Hochfrequenz (HF)-Störungen führt. In einigen Fällen kann ein zusätzlicher Vorteil der Unterbringung dieser elektrischen Komponenten innerhalb des Mehrschichtsubstrats 410 darin bestehen, dass auf der Vorderseite 116 Platz für die Unterbringung anderer Komponenten frei wird oder die Gesamtgröße der vierten Beispielmikrofonvorrichtung 400 verringert wird.
5 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Beispielmikrofonvorrichtung 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die fünfte Beispielmikrofonvorrichtung 500 ähnelt in vielerlei Hinsicht der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200, die oben in Bezug auf 2 diskutiert wurde. In dem Maße, in dem einige Merkmale der fünften Beispielmikrofonvorrichtung 500 denen der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200 ähneln, sind diese Merkmale in beiden 2 und 5 mit den gleichen Referenznummern versehen. Die fünfte Beispielmikrofonvorrichtung 500 kann einen Partikelfilter 502 enthalten, der neben dem Port 120 angeordnet ist. Wie bereits oben in Bezug auf die dritte Beispielmikrofonvorrichtung 300 in Bezug auf 3 erwähnt, kann der Herstellungsprozess des Substrats zu einer Ansammlung von Ablagerungen innerhalb des eingebetteten Hohlraums 112 führen. Diese Ablagerungen können das Risiko einer Beschädigung der Membran des MEMS-Wandlers 102 erhöhen. Der Partikelfilter 502 reduziert das Risiko, dass die Partikel im eingebetteten Hohlraum 112 mit der Membran des MEMS-Wandlers 102 in Kontakt kommen. Der Partikelfilter 502 kann Perforationen enthalten, deren Größe so groß ist, dass der Partikelfilter 502 die Fluidkommunikation zwischen der Membran und dem eingebetteten Hohlraum 112 nicht behindert, die aber so klein sind, dass sie verhindern, dass die Ablagerungen im eingebetteten Hohlraum 112 mit der Membran in Kontakt kommen. In einer oder mehreren Ausführungen kann der Partikelfilter 502 aus poröser Keramik mit einer effektiven Porengröße von etwa 10 bis etwa 20 Mikrometern und einer Porosität zwischen 55 bis 65% bestehen. Es können auch andere Porengrößen und Porositäten gewählt werden, die eine ausreichende Filterung von Ablagerungen ermöglichen und gleichzeitig eine akzeptable akustische Transparenz des Partikelfilters 502 gewährleisten. Während der Partikelfilter 502 in 5 als am Ende des Ports 120 angeordnet dargestellt ist, der sich neben dem MEMS-Wandler 102 befindet, kann der Partikelfilter 502 alternativ am gegenüberliegenden Ende des Ports 120 angeordnet werden. Das heißt, der Partikelfilter 502 kann so positioniert werden, dass er das Ende des Ports 120 abdeckt, das sich in den eingebetteten Hohlraum 112 öffnet.
Bei einigen Ausführungen kann ein zusätzlicher Partikelfilter so positioniert werden, dass der obere Port 122 abgedeckt wird. Der Partikelfilter mit dem oberen Port kann das Risiko verringern, dass Ablagerungen über den oberen Port 122 in das Frontvolumen 130 eindringen. Der Partikelfilter mit oberem Port kann unter dem oberen Port 122, über dem oberen Port 122 oder bündig innerhalb des oberen Ports 122 positioniert werden, so dass eine obere Fläche des Partikelfilters mit dem oberen Port bündig oder in derselben Ebene wie die äußere obere Fläche 118 ist.
6A ist eine Draufsicht auf eine sechste Beispielmikrofonvorrichtung 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Draufsicht in 6A ist ohne Abdeckung dargestellt. 6B zeigt eine isometrische Ansicht eines Teils der sechsten Beispielmikrofonvorrichtung 600, die in 6A dargestellt ist. Die sechste Beispielmikrofonvorrichtung 600 enthält ein Substrat 610 mit einer Frontfläche 616. Ein erster IC 104 und ein MEMS-Wandler 102 sind auf der Frontfläche 616 angeordnet. Das Substrat 610 kann dem oben in Bezug auf 1 diskutierten Substrat 110 ähnlich sein. Ein Abdeckbondring 650 ist ebenfalls auf der Frontfläche 616 angeordnet. Der Abdeckbondring 650 hat einen Umfang, der im Wesentlichen dem Umfang einer Abdeckung 656 ähnelt, wie in 6B dargestellt. Der Abdeckbondring 650 kann die Haftung der Abdeckung 656 auf der Frontfläche 616 des Substrats 610 verbessern. Die verbesserte Adhäsion verringert das Risiko, dass sich die Abdeckung 656 vom Substrat 610 ablöst oder trennt und den MEMS-Wandler 102, den ersten IC 104 und andere Komponenten auf der Frontfläche616 freilegt. Bei einigen Implementierungen kann der Abdeckbondring 650 ein Metallmaterial enthalten (z.B. ein Eisenmetall, ein Nichteisenmetall, Kupfer, Stahl, Eisen, Silber, Gold, Aluminium, Titan usw.). Beispielsweise kann der Abdeckbondring 650 eine Kupferspur enthalten, die vernickelt und/oder vergoldet ist (z.B. vergoldet über Vernickelung usw.). Ein solcher Metall-Abdeckbondring 650 kann an die Frontfläche 616 gelötet werden. In anderen Ausführungen kann der Abdeckbondring 650 aus einem anderen Material (z.B. einem thermoplastischen Material, einem keramischen Material usw.) hergestellt werden. In einigen Ausführungen wird der Abdeckbondring 650 ohne Verwendung von Lot auf die Frontfläche 616 geklebt, verschmolzen und/oder anderweitig mit dieser verbunden (z.B. durch Kleben usw.).
Um der Verbindung zwischen der Abdeckung 656 und der Frontfläche 616 zusätzliche mechanische Festigkeit zu verleihen, wird ein Unterfüllungskleber 658 zwischen der Abdeckung 656 und der Frontfläche 616 angeordnet. Der Unterfüllungskleber 658 wird in einem Raum angeordnet, der durch eine Kerbe 652 (6A) im Abdeckbondring 650 definiert ist. Die Kerbe 652 umfasst eine gekerbte Fläche 660, die in Bezug auf eine äußere Seitenfläche 654 des Abdeckbondrings 650 in Richtung auf eine innere Seitenfläche 662 des Abdeckbondrings 650 abgestuft ist. Die gekerbte Fläche 660 ist im Wesentlichen parallel zur äußeren Seitenfläche 654. Eine Länge der gekerbten Fläche 660 in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse der Abdeckung 656 und innerhalb der Ebene der Frontfläche 616 liegt, wird mit Ln bezeichnet. Eine Breite der Kerbe 652 in einer Richtung, die entlang der Längsachse der Abdeckung und innerhalb der Ebene der Frontfläche 616 liegt, wird mit Wn bezeichnet. Die Breite Wn der Kerbe definiert einen Abstand zwischen der gekerbten Fläche 660 und der äußeren Seitenfläche 654. Die Breite Wn der Kerbe ist kleiner als die Breite Wr des Abdeckbondrings 650. Dadurch kann ein Teil des Abdeckbondrings 650 als Barriere dienen und das Risiko verringern, dass der Unterfüllungskleber 658 in den von der Abdeckung 656 abgedeckten Teil der Mikrofonvorrichtung 600 ausblutet und die internen Komponenten, wie den ersten IC 104, den MEMS-Wandler 102 oder die Bonddrähte 124, beschädigt. Während die 6A und 6B den gekerbten Abdeckbondring 650 in Bezug auf eine Konstruktion mit oberem Port zeigen, kann der gekerbte Abdeckbondring auch zum Bonden der Abdeckung 608 auf die Frontfläche 616 der in 6 gezeigten sechsten Mikrofonvorrichtung 600 mit dem unteren Port verwendet werden.
In einigen Implementierungen kann die Kerbe 652 durch einen Spalt, eine Öffnung, einen Ausschnitt oder eine Entlüftung ersetzt werden, wodurch der Abdeckbondring 650 ungleichmäßig oder diskontinuierlich ist. Während der Produktion können der MEMS-Wandler 102, der Abdeckbondring 650 und die Abdeckung 656 mit dem Substrat 610 verlötet oder anderweitig gekoppelt werden. Nachdem der MEMS-Wandler 102, der Abdeckbondring 650 und die Abdeckung 656 miteinander gekoppelt sind, kann ein nicht schmelzbarer Klebstoff oder Dichtstoff in Form eines Epoxids oder eines anderen nicht schmelzbaren Materials zwischen dem Substrat 610, dem Abdeckbondring 650 und der Abdeckung 656 aufgetragen werden, um die Öffnung wirksam abzudichten und den MEMS-Wandler 102 innerhalb der Abdeckung 656 zu isolieren. Das Epoxidharz und/oder ein anderes nicht schmelzbares Material kann vorteilhaft einen höheren Schmelzpunkt als das Lot haben, das zur Kopplung der Abdeckung 656 und/oder des Abdeckbondrings 650 an das Substrat 610 verwendet wird, so dass das Epoxidharz oder ein anderes nicht schmelzbares Material beim Aufschmelzen nicht schmilzt. Wenn die Mikrofonvorrichtung 600 anschließend während der Integration oder des Einbaus in eine größere Vorrichtung (z.B. für ein Smartphone, ein Tablet, einen Laptop, eine Smart-Uhr, ein Hörgerät, eine Videokamera, ein Kommunikationsgerät usw.) aufgeschmolzen wird, hält das Epoxidharz oder ein anderes nicht schmelzbares Material die Abdeckung 656 und/oder den Abdeckbondring 650 in Position und verhindert, dass die Abdeckung 656 und/oder der Abdeckbondring 650 während des Heizzyklus kippen, sich drehen, verschieben oder anderweitig verformen. Die sechste Beispielmikrofonvorrichtung 600 kann auch ein Etikett, einen Schutzring und andere Merkmale einer Mikrofonvorrichtung enthalten, wie sie in der gemeinsamen US-Patentanmeldung Nr. 62/367,531 diskutiert werden, deren Gegenstand hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
7A ist eine Querschnittsansicht eines siebten Beispielmikrofonvorrichtung 700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere enthält die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 ein Design mit einem unteren Port, bei dem ein Substrat 710 anstelle einer Abdeckung 708 einen unteren Port 720 definiert, der es ermöglicht, akustische Signale auf die Membran des MEMS-Wandlers 102 auftreffen zu lassen. Das Substrat 710 umfasst eine erste Oberfläche oder eine Frontfläche 716 und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche oder Rückfläche 714. Der MEMS-Wandler 102 und der erste IC 104 sind auf der Frontfläche 716 angeordnet. Die Drähte 124 können sich vom MEMS-Wandler 102 bis zum ersten IC 104 erstrecken. Ein zweiter Satz von Drähten 125 kann vom ersten IC zum Substrat 710 verlaufen. Ein Einkapselungsmaterial 132 ist über dem ersten IC 104 angeordnet, um den ersten IC 104 und die Drähte 125 zumindest teilweise zu bedecken. In einer oder mehreren Ausführungsformen umschließt das Einkapselungsmaterial 132 den IC 104 vollständig, während es die Drähte 125 zumindest teilweise bedeckt. Der MEMS-Wandler 102, der erste IC 104 und die Drähte 124 ähneln den entsprechenden Elementen mit ähnlichen Referenznummern, die oben in Bezug auf das erste Beispiel der Mikrofonvorrichtung 100 in 1 diskutiert wurden. In einigen Implementierungen kann die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 einen zweiten IC (ähnlich dem zweiten IC 106 in 1) enthalten, der über dem ersten IC 104 angeordnet und mit dem Einkapselungsmaterial 132 bedeckt ist. Zusätzliche Drähte können sich zwischen dem zweiten IC und dem ersten IC 104 und dem Substrat 710 erstrecken.
Das Substrat 710 definiert den unteren Port 720, der eine Öffnung enthält, die sich zwischen der Frontfläche 716 und der Rückfläche 714 erstreckt, so dass die Außenseite der siebten Beispielmikrofonvorrichtung 700 in Fluidkommunikation mit der Membran des MEMS-Wandlers 102 steht. Eine Abdeckung 708 ist über der Frontfläche 716 des Substrats 710 angeordnet und umschließt den MEMS-Wandler 102, den ersten IC 104 und die Drähte 124 und 125. Im Gegensatz zu der oben diskutierten Abdeckung 108, die im Zusammenhang mit der ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100 in 1 dargestellt ist, weist die Abdeckung 708 der siebten Beispielmikrofonvorrichtung 700 keine Öffnung auf. Somit definieren eine innere Oberseite 726 der Abdeckung 708, innere Seitenflächen 728 der Abdeckung 708 und die freiliegenden Teile, innerhalb der Abdeckung 708, die Frontseite 716, der MEMS-Wandler 102 und der erste IC 104 ein Rückvolumen 732 der siebten Beispielmikrofonvorrichtung 700. Die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 definiert auch ein Frontvolumen 730, das ein kombiniertes Volumen eines Raums unter dem MEMS-Wandler 102 und eines durch den unteren Port 720 definierten Volumens ist.
Das Substrat 710 kann eine Einkapselungsmaterial-Einschließungsstruktur definieren, die einen Oberflächenhohlraum 750 in der Frontfläche 716 des Substrats 710 umfassen kann. Der Oberflächenhohlraum 750 kann sich von einer Frontfläche 716 des Substrats 710 bis zu einer IC-Montagefläche 754 des Substrats 710 erstrecken. In der abgebildeten Ausführung befinden sich die Frontfläche 716 und die IC-Montagefläche 754 auf separaten Ebenen. In einigen Ausführungsformen können sich die Frontfläche 716 und die IC-Montagefläche 754 in derselben Ebene befinden; z.B. kann in einigen Ausführungsformen der MEMS-Wandler 102 auf einer erhöhten Plattform montiert werden, wie unten näher beschrieben, und die Frontfläche 716 und die IC-Montagefläche 754 können in derselben Ebene liegen. Der erste IC 104 wird auf der IC-Montagefläche 754 des Oberflächenhohlraums 750 positioniert. In einigen Ausführungen wird der erste IC 104 auf der IC-Montagefläche 754 unter Verwendung eines Bindematerials wie Lot oder Klebstoff montiert. Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann die ASIC-Montagefläche ein oder mehrere leitende Bondpads enthalten, um eine Verbindung zwischen Leiterbahnen auf dem Substrat und dem IC 104 herzustellen. Der zweite Satz von Drähten 125 verbindet die Bondpads auf der IC-Montagefläche 754 mit den Bondpads auf dem IC 104. In einigen Ausführungen kann eine Höhe H1 des Oberflächenhohlraums 750 (d.h. eine Höhe von der IC-Montagefläche 754 zur Frontfläche 716) kleiner als die Höhe des IC 104 sein, so dass ein Teil des IC 104 über den Hohlraum hinausragt.
Das Substrat 710 enthält auch eine Plattform 756 (auch als „MEMS-Montagefläche“ bezeichnet), die über die Frontfläche 716 hinausragt oder gegenüber dieser erhöht ist. In der abgebildeten Ausführung ist die Höhe H1 des Oberflächenhohlraums 750 größer als eine Höhe H2, um die die Plattform 756 über die Frontfläche 716 angehoben ist. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe H2 größer oder gleich der Höhe H1 sein. Die Plattform 756 kann um den Umfang des Oberflächenhohlraums 750 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Plattform 756 eine Seitenwand des Oberflächenhohlraums 750 bilden. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Plattform 756 durch die Frontfläche 716 vom Oberflächenhohlraum 750 getrennt werden. Der MEMS-Wandler 102 ist auf einer Oberseite der Plattform 756 montiert. Der untere Port 720, der oben diskutiert wurde, erstreckt sich durch das Substrat 710 an einer Stelle, an der der MEMS-Wandler 102 montiert ist.
Das Einkapselungsmaterial 132 bedeckt zumindest teilweise den IC 104 und/oder den zweiten Satz Drähte 125 und deckt in einigen Ausführungsformen sowohl den IC 104 als auch den zweiten Satz Drähte 125 vollständig ab. Das Einkapselungsmaterial 132 kann ein nichtleitendes Material wie z.B. Epoxid sein. Ein Prozessschritt bei der Herstellung der ersten Beispielmikrofonvorrichtung 100 kann die Abscheidung des Einkapselungsmaterials 132 über dem IC 104 umfassen. Das Einkapselungsmaterial 132 kann so abgeschieden werden, dass es den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125, die vom IC 104 zum Substrat 710 verlaufen, zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) bedeckt. In einer oder mehreren Ausführungsformen umschließt das Einkapselungsmaterial 132 den IC 104 vollständig, während es die Drähte 125 zumindest teilweise bedeckt. Während der Abscheidung kann sich das Einkapselungsmaterial 132 in einem Zustand hoher Temperatur und niedriger Viskosität befinden. Im Laufe der Zeit kühlt das Einkapselungsmaterial 132 ab und verfestigt sich, um eine Abdeckung über dem IC 104 und dem zweiten Satz Drähte 125 zu bilden. Aber während der Abscheidung kann die niedrige Viskosität des Einkapselungsmaterials 132 zu einer seitlichen Ausbreitung des Einkapselungsmaterials führen. In Fällen, in denen der IC 104 und der MEMS-Wandler 102 auf derselben Oberfläche des Substrats 710 angeordnet sind, kann die laterale Ausbreitung des Einkapselungsmaterials 132 dazu führen, dass das Einkapselungsmaterial 132 mit dem MEMS-Wandler 102 in Kontakt kommt. Dies kann den MEMS-Wandler 102 beschädigen. Wenn der IC 104 und der zweite Satz Drähte 125 innerhalb des Oberflächenhohlraums 750 angeordnet werden, wird die seitliche Ausbreitung des Einkapselungsmaterials 132 während und nach der Abscheidung auf die Seitenwände des Oberflächenhohlraums 750 beschränkt. Dadurch können der MEMS-Wandler 102 und andere auf dem Substrat 710 montierte Komponenten vor unerwünschtem Kontakt mit dem Einkapselungsmaterial 132 geschützt werden.
Nachdem das Einkapselungsmaterial 132 erstarrt ist, kann seine obere Fläche eine Krümmung bilden, die den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 umschließt. In einigen Ausführungsformen kann eine Höhe des Einkapselungsmaterials 132 durch den größten Abstand zwischen einem Punkt auf der Oberseite des Einkapselungsmaterials 132 und der IC-Montagefläche 754 dargestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe des Einkapselungsmaterials 132 gleich oder größer als der größte Abstand sein, den der zweite Satz Drähte 125 oder der IC 104 von der IC-Montagefläche 754 entfernt ist.
Die Plattform 756 bietet zusätzlichen Schutz vor dem Einkapselungsmaterial 132. Das heißt, die Montage des MEMS-Wandlers 102 auf der Plattform 756 isoliert den MEMS-Wandler 102 zusätzlich vom Einkapselungsmaterial 132. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe der Plattform 756 auf dem Volumen des Einkapselungsmaterials 132 basieren, das aufgebracht werden muss, um den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) zu bedecken, sowie auf dem verfügbaren Volumen innerhalb des Oberflächenhohlraums 750.
7B zeigt eine Draufsicht auf die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700, die in 7A dargestellt ist. Insbesondere ist die Draufsicht ohne die Abdeckung 708 dargestellt. Das Einkapselungsmaterial 132 bedeckt zumindest teilweise den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125, die vom IC 104 zum Substrat 710 verlaufen. In einer oder mehreren Ausführungsformen bedeckt das Einkapselungsmaterial 132 den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 vollständig. In einer oder mehreren Ausführungsformen bedeckt das Einkapselungsmaterial 132 den IC 104 vollständig, während es die Drähte 125 zumindest teilweise bedeckt. Die Plattform 756 umgibt das Einkapselungsmaterial 132, das in der abgebildeten Ausführung von 7B den in 7A gezeigten Oberflächenhohlraum 750 vollständig bedeckt. Der erste Satz von Drähten 124, die sich zwischen dem MEMS-Wandler 102 und dem IC 104 erstrecken, wird teilweise vom Einkapselungsmaterial 132 bedeckt. Die Frontfläche 716 des Substrats 710 enthält auch eine Abdeckbondfläche 758, die das Bonden der Abdeckung 708 mit dem Substrat 710 erleichtert. In der abgebildeten Ausführung ist die Abdeckbondfläche 758 von der Plattform 756 durch einen Teil der Frontfläche 716 getrennt (d.h. so, dass die Flächen vor einem inneren Teil der Mikrofonvorrichtung 700 von der Plattform 756 zu einem inneren Teil der Frontfläche 716, dann zur Abdeckbondfläche 758 und schließlich zu einem äußeren Teil der Frontfläche 716 übergehen). In einigen Ausführungen kann sich die Abdeckbondfläche 758 bis zur Kante der Plattform 756 erstrecken, ohne dass ein Teil der Frontfläche 716 dazwischen liegt. In einigen Ausführungen kann die Abdeckbondfläche 758 eine Metallfläche sein, die mit einem Metallrand der Abdeckung 708 mit Hilfe eines Lötmittels oder eines Klebstoffs verbunden werden kann. Die Plattform 756 schützt nicht nur den MEMS-Wandler 102 vor dem Einkapselungsmaterial 132, sondern auch die Abdeckbondfläche 758 vor dem Kontakt mit dem Einkapselungsmaterial 132. Dadurch wird ein Defekt bei der Verklebung der Abdeckung 708 mit dem Substrat 710 verhindert, der auftreten könnte, wenn das Einkapselungsmaterial 132 auf die Abdeckbondfläche758 laufen würde. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann es vorkommen, dass die Plattform 756 den Oberflächenhohlraum 750 nicht vollständig umschließt. Die Plattform 756 kann sich beispielsweise nur auf einer Seite des Oberflächenhohlraums 750 erstrecken, der an den MEMS-Wandler 102 angrenzt. In einigen anderen Ausführungsformen kann sich die Plattform 756 entlang einer vollständigen oder teilweisen Länge von einer oder mehreren Seiten des Oberflächenhohlraums 750 erstrecken.
7C zeigt eine Querschnittsansicht der siebten Beispielmikrofonvorrichtung 700 in 7A mit mehr als einem IC. Insbesondere die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 in 7C enthält einen ersten IC 104 und einen zweiten IC 106, die beide zumindest teilweise durch das Einkapselungsmaterial 132 bedeckt sind. In einer oder mehreren Ausführungsformen bedeckt das Einkapselungsmaterial 132 den ersten IC 104 und den zweiten IC 106 vollständig. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Einkapselungsmaterial 132 den ersten IC 104 und den zweiten IC 106 vollständig bedecken, während es den zweiten Satz Bonddrähte 125 zumindest teilweise bedeckt. Obwohl in 7C nicht dargestellt, kann die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 zusätzlich zu dem ersten Satz von Bonddrähten 124 und dem zweiten Satz von Bonddrähten 125 Bonddrähte enthalten, um elektrische Verbindungen zwischen dem MEMS-Wandler 102, dem ersten IC 104, dem zweiten IC 106 und dem Substrat 710 herzustellen. Mindestens einer dieser zusätzlichen Bonddrähte kann zumindest teilweise durch das Einkapselungsmaterial 132 abgedeckt werden. Der erste IC 104 und der zweite IC 106 können dem ersten IC 104 und dem zweiten IC 106, die oben in Bezug auf die 1A-5 diskutiert wurden, ähnlich sein.
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer achten Beispielmikrofonvorrichtung 800 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Mehrere Elemente der achten Beispielmikrofonvorrichtung 800 sind den in den 7A und 7B gezeigten Komponenten der siebten Beispielmikrofonvorrichtung 700 ähnlich. Insofern wurden die ähnlichen Elemente mit ähnlichen Referenznummern gekennzeichnet. Die achte Beispielmikrofonvorrichtung 800 enthält keine Plattform. Das Substrat 802 hat einen Oberflächenhohlraum 820, der innerhalb einer Frontfläche 822 des Substrats 802 gebildet ist, und eine Bodenfläche des Oberflächenhohlraums 820 dient als IC-Montagefläche 824. Die Höhe H1' des Oberflächenhohlraums 820 ist größer als die Höhe des IC 104, so dass die Gesamtheit des IC 104 in ein Volumen des Oberflächenhohlraums 820 fällt. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe H1' gleich oder größer als die Höhe des IC 104 sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Höhe H1' kleiner als die Höhe des IC 104 sein. So kann z.B. der IC 104 höher sein als die Höhe H1' des Oberflächenhohlraums 820, aber der Höhenunterschied kann so gering sein, dass ein Einkapselungsmaterial 808 während der Abscheidung nicht mit dem MEMS-Wandler 102 und/oder einer Abdeckungsmontagefläche in Kontakt kommt. Wenn die Höhe des Oberflächenhohlraums 820 größer als die Höhe des IC 104 ist, kann das Risiko des Überlaufens des Einkapselungsmaterials 808 während der Abscheidung verringert werden, wobei sichergestellt wird, dass das Einkapselungsmaterial 808 den IC 104 und mindestens einen Teil des zweiten Satzes von Drähten 125 vollständig abdeckt. Das Einkapselungsmaterial 808 kann dem oben diskutierten Einkapselungsmaterial 132 ähnlich sein.
Das Substrat 802 kann auch eine Abdeckungsmontagefläche (nicht abgebildet) enthalten, um die Verklebung der Abdeckung 708 auf die Frontfläche 822 des Substrats 202 zu erleichtern. Die Montagefläche für die Abdeckung kann ähnlich der oben in 7B diskutierten Abdeckungsmontagefläche 758 sein.
In einer oder mehreren Ausführungsvarianten können mehrere ICs innerhalb des Oberflächenhohlraums 820 montiert werden. Zum Beispiel können mehrere ICs nebeneinander im Oberflächenhohlraum 820 angeordnet werden. In einem anderen Beispiel können mehrere ICs übereinander gestapelt werden. In einem weiteren Beispiel können mehrere ICs übereinander gestapelt und nebeneinander im Oberflächenhohlraum 820 angeordnet werden. Das Einkapselungsmaterial 808 kann im Oberflächenhohlraum 820 so aufgebracht werden, dass es die mehreren ICs unabhängig von der Art ihrer Anordnung im Oberflächenhohlraum 820 zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) bedeckt.
Wie oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert, decken die Einkapselungsmaterialien 132 und 808 zumindest teilweise den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 ab. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Einkapselungsmaterial den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 vollständig bedecken. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Einkapselungsmaterial 132 den IC 104 vollständig und den zweiten Satz Drähte 125 nur teilweise bedecken. Der zweite Satz Drähte 125 kann auch vollständig bedeckt sein. Durch Abdecken des IC 104 und des zweiten Satzes von Drähten 125 innerhalb des Einkapselungsmaterials 132 oder 808 kann eine Wirkung von Hochfrequenzsignalen, die vom IC 104 und dem zweiten Satz von Drähten 125 erzeugt werden, auf den MEMS-Wandler 102 und andere auf dem Substrat 710 oder 802 montierte Komponenten reduziert werden. In einigen Ausführungen kann die teilweise oder vollständige Abdeckung des IC 104 und die teilweise oder vollständige Abdeckung der Drähte mit Einkapselungsmaterial eine erhebliche Reduzierung des Rauschens in der Mikrofonvorrichtung im Vergleich zu einer Mikrofonvorrichtung bewirken, die kein Einkapselungsmaterial enthält oder ein IC nur teilweise einkapselt. Durch die Reduzierung der Hochfrequenz-Interferenz kann ein Rauschpegel in den elektrischen Signalen, die vom MEMS-Wandler 102 und den anderen Komponenten auf dem Substrat 710 und 802 erzeugt werden, reduziert werden. In einigen Ausführungen wird eine Verbesserung der Rauschdämpfung von etwa -15 dB für die Mikrofonvorrichtung mit einem Einkapselungsmaterial, das den IC vollständig bedeckt, im Vergleich zu einer Mikrofonvorrichtung ohne Einkapselungsmaterial erreicht. In Fällen, in denen die Mikrofonvorrichtung mehr als einen IC enthält, wie z.B. wenn zwei ICs übereinander gestapelt werden, kann das Einkapselungsmaterial 132 oder 808 alle ICs und die Drähte, die die ICs mit dem Substrat verbinden, ganz oder teilweise bedecken.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielprozesses 900 zur Herstellung einer Mikrofonvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Prozess 900 umfasst die Bereitstellung eines Substrats (Stufe 902), die Bildung eines Oberflächenhohlraums auf einer Frontfläche des Substrats (Stufe 904), die Montage eines MEMS-Wandlers auf dem Substrat (Stufe 906), die Montage eines ICs auf einer IC-Montagefläche im Oberflächenhohlraum (Stufe 908), Installieren eines ersten Satzes von Bonddrähten zwischen dem IC und dem MEMS-Wandler und eines zweiten Satzes von Drähten zwischen dem IC und dem Substrat (Stufe 910) und Aufbringen eines Einkapselungsmaterials in den Oberflächenhohlraum, um den IC und den zweiten Satz von Drähten zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) zu bedecken (Stufe 912). Es ist zu beachten, dass die hier beschriebene Reihenfolge der Stufen nur als Beispiel angegeben wird, und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine bestimmte Reihenfolge der Durchführung der Stufen beschränkt. So kann z.B. in einigen Ausführungen der MEMS-Wandler vor der Montage des ICs montiert werden, während in anderen Ausführungen der IC vor der Montage des MEMS-Wandlers montiert werden kann.
Das Verfahren 900 umfasst die Bereitstellung eines Substrats (Stufe 902). Wie oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert, kann das Substrat eine Leiterplatte oder ein Halbleitermaterial enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat dem in den 7A-8 gezeigten Substrat 710 oder 802 ähnlich sein. Das Substrat kann eine ein- oder mehrschichtige Leiterplatte enthalten, wobei jede Schicht eine Reihe von durch Isolatoren getrennten Leiterbahnen enthalten kann. Die Leiterbahnen können auf der Grundlage der Anschlussmöglichkeiten der Komponenten, wie z.B. des MEMS-Wandlers und des auf dem Substrat zu montierenden ICs, strukturiert werden.
Der Prozess 900 umfasst außerdem die Schaffung eines Oberflächenhohlraums auf einer Frontseite des Substrats (Stufe 904). Ein Beispiel für die Umsetzung dieser Prozessstufe wird oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert. Der Oberflächenhohlraum 750 wird auf einer Frontfläche 716 des Substrats 710 erzeugt. In einem anderen Beispiel, wie in 8 dargestellt, wird der Oberflächenhohlraum 820 auf der Frontseite 822 des Substrats 802 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann der Hohlraum in der Frontseite des Substrats durch chemisches Ätzen, eine Fotogravur, Stanzen oder Ausstanzen durch eine Substratschicht und ähnliches erzeugt werden. Der Boden des Hohlraums kann eine IC-Montagefläche für die Montage eines ICs bilden. Die IC-Montagefläche kann ein oder mehrere Bondpads enthalten, die mit Bondpads auf dem IC durch Drahtbonden verbunden werden können. In einigen Ausführungen kann der Prozess 900 auch die Bildung einer Leiste oder einer Plattform neben dem Oberflächenhohlraum umfassen. Ein Beispiel für eine solche Plattform wird oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Plattform durch Ätzen der Oberfläche des Substrats um die gewünschte Stelle der Plattform herum gebildet werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Plattform durch Aufbringen zusätzlicher Schichten des Substrats an der gewünschten Stelle der Plattform gebildet werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen können das Substrat und die Plattform aus dem gleichen Material gebildet werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen können das Substrat und die Plattform aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden. Die für die Bildung des Substrats und der Plattform verwendeten Materialien können beispielsweise Materialien wie Glasfaser, Epoxidharz und Lötstoppmaske umfassen.
Der Prozess 900 umfasst außerdem die Montage eines MEMS-Wandlers auf einer Frontseite des Substrats (Stufe 906) und die Montage eines ICs auf einer IC-Montagefläche (Stufe 908). Beispielimplementierungen dieser Prozessstufen werden oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert. Wie in den 7A-8 dargestellt, wird beispielsweise der MEMS-Wandler 102 auf dem Substrat 710 oder 802 und der IC 104 auf der IC-Montagefläche 754 oder 824 montiert. Der MEMS-Wandler 102 und der IC 104 können manuell oder maschinell (z.B. mit einem „Pick and Place“-Automaten) montiert werden. In einigen Ausführungsformen kann auch die Flip-Chip-Technik zur Montage des MEMS-Wandlers 102 und des IC 104 verwendet werden.
Der Prozess 900 umfasst auch die Installation eines ersten Satzes von Bonddrähten zwischen dem IC und dem MEMS-Wandler sowie eines zweiten Satzes von Drähten zwischen dem IC und dem Substrat (Stufe 910). Beispiele für die Implementierung dieser Prozessstufe werden oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert. Zum Beispiel wird ein erster Satz von Drähten 124 installiert, um den MEMS-Wandler 102 mit dem IC 104 elektrisch zu verbinden. Ein zweiter Satz von Drähten 125 wird installiert, um den IC 104 elektrisch mit Leiterbahnen auf dem Substrat 710 zu verbinden. Der erste Satz von Drähten 124 und der zweite Satz von Drähten 125 kann leitende Materialien wie Aluminium, Kupfer, Silber, Gold und ähnliche enthalten. Die Drähte können mit Techniken wie Ball-Bonden und Wedge-Bonden installiert werden.
Der Prozess 900 umfasst zusätzlich die Ablagerung eines Einkapselungsmaterials in den Oberflächenhohlraum, um den IC und den zweiten Satz Drähte zumindest teilweise abzudecken (Stufe 912). Beispiele für die Umsetzung dieser Prozessstufe werden oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert. Wie in den 7A und 8 dargestellt, bedeckt das Einkapselungsmaterial 132 beispielsweise zumindest teilweise oder vollständig den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125. In ähnlicher Weise deckt, wie in 8 dargestellt, das Einkapselungsmaterial 808 zumindest teilweise oder vollständig den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 ab. In einigen Ausführungen kann das Einkapselungsmaterial ein Epoxidharz oder Materialien wie Harze, Polymere, Glas, Kunststoff und ähnliches sein. Vor der Abscheidung kann das Einkapselungsmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden, um das Fließen des Einkapselungsmaterials zu ermöglichen. Das erhitzte Epoxidharz kann im Oberflächenhohlraum so abgeschieden werden, dass es den IC und den zweiten Satz von Drähten, die den IC mit dem Substrat verbinden, zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) bedeckt. Während der Abscheidung begrenzen die Seitenwände des Oberflächenhohlraums das Einkapselungsmaterial im Inneren des Hohlraums und verringern das Risiko, dass das Einkapselungsmaterial mit dem MEMS-Wandler oder anderen Komponenten auf dem Substrat in Kontakt kommt. Dem abgeschiedenen Einkapselungsmaterial kann Zeit gegeben werden, um sich in einen stabilen Zustand in Bezug auf Fließen innerhalb des Oberflächenhohlraums zu setzen. Wenn im stationären Zustand Teile des ICs oder des zweiten Satzes von Drähten freiliegend bleiben, kann zusätzliches Einkapselungsmaterial hinzugefügt werden. Das Einkapselungsmaterial kann dann gekühlt werden, bis es sich verfestigt.
Es ist zu beachten, dass die in 9 dargestellten Prozessschritte des Prozesses 900 in einer anderen Reihenfolge als in 9 ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die Montage des ICs in dem Oberflächenhohlraum (Stufe 908) vor der Montage des MEMS-Wandlers auf dem Substrat (Stufe 906) erfolgen. Außerdem kann die Installation der Drähte zwischen dem IC und dem MEMS-Wandler sowie zwischen dem IC und dem Substrat (Stufe 910) in beliebiger Reihenfolge erfolgen.
Die 10A und 10B zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer neunten Beispielmikrofonvorrichtung 1000 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In der in den 10A und 10B gezeigten neunten Beispielmikrofonvorrichtung 1000 enthält eine Einkapselungsmaterial-Einschließungsstruktur einen Oberflächenhohlraum 1020, der durch eine Wand 1026 gebildet wird, die sich über eine Frontfläche 1022 des Substrats 1002 erhebt oder über diese hinausragt. Die Wand 1026 hat eine obere Fläche 1040, die in einer Höhe H5 über der Frontfläche 1022 des Substrats 1002 positioniert ist. Die Höhe H5 kann größer, gleich oder kleiner als eine Höhe des IC 104 sein. Ein Umfang 1042 der Wand 1026 definiert eine Kante des Oberflächenhohlraums 1020. Der IC 104 wird auf einer Montagefläche 1024 montiert, die ein Teil der Frontfläche 1022 des Substrats 1002 ist. Der MEMS-Wandler 102 wird ebenfalls auf der Frontfläche 1022 des Substrats 1002 montiert. Somit sind der IC 104 und der MEMS-Wandler 102 auf koplanaren Oberflächenteilen des Substrats 1002 montiert.
Das Einkapselungsmaterial 1008 wird innerhalb des Oberflächenhohlraums 1020 abgeschieden und bedeckt zumindest teilweise den IC 104 und zumindest teilweise den zweiten Satz Drähte 125. In einer oder mehreren Ausführungsformen bedeckt das Einkapselungsmaterial 1008 den IC 104 und den zweiten Satz Drähte 125 vollständig. In einer oder mehreren Ausführungsformen bedeckt das Einkapselungsmaterial 1008 den IC 104 vollständig, während es den zweiten Satz Drähte 125 zumindest teilweise bedeckt.
Die Wand 1026 kann den IC 104 und einen Teil der Frontfläche 1022 des Substrats 1002 vollständig umgeben. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Wand 1026 diskontinuierlich sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Wand 1026 den IC 104 nicht vollständig umgeben. So kann sich die Wand 1026 beispielsweise zwischen dem MEMS-Wandler 102 und dem IC 104 erstrecken, um das Risiko zu verringern, dass das Einkapselungsmaterial 1008 während und nach der Abscheidung mit dem MEMS-Wandler 102 in Kontakt kommt. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Wand 1026 in die siebte und achte Beispielmikrofonvorrichtungen 700 und 800 eingebaut werden, die oben in Bezug auf die 7A-8 diskutiert wurden. In einigen Ausführungsformen kann die obere Fläche 1040 als obere oder Frontfläche des Substrats betrachtet werden, so dass der Hohlraum teilweise oder ganz als ein von der Wand 1026 umgebener Bereich gebildet wird. In einigen Implementierungen kann die neunte Beispielmikrofonvorrichtung 1000 zusätzlich zum IC 104 auch ICs enthalten. In einigen dieser Implementierungen kann das Einkapselungsmaterial 1008 alle ICs und die Drähte, die diese ICs mit dem Substrat 1002 verbinden, teilweise oder vollständig bedecken.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielprozesses 1100 zur Herstellung einer Mikrofonvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere kann das Verfahren 1100 für die Herstellung des dritten oben in Bezug auf die 10A und 10B diskutierten Beispielmikrofonvorrichtung in einigen Ausführungsformen verwendet werden. Das Verfahren 1100 umfasst die Bereitstellung eines Substrats mit einer auf einer Frontseite des Substrats gebildeten Wand, wobei die Wand einen Oberflächenhohlraum bildet (Stufe 1102); das Montieren eines MEMS-Wandlers auf dem Substrat (Stufe 1104), das Montieren eines IC auf einer IC-Montagefläche im Oberflächenhohlraum (Stufe 1106), das Installieren eines ersten Satzes von Bonddrähten zwischen dem IC und dem MEMS-Wandler und eines zweiten Satzes von Drähten zwischen dem IC und dem Substrat (Stufe 1108) und das Abscheiden eines Einkapselungsmaterials in den Oberflächenhohlraum, um den IC und den zweiten Satz von Drähten zumindest teilweise (oder in einigen Fällen vollständig) zu bedecken (Stufe 1110).
Das Verfahren 1100 umfasst die Bereitstellung eines Substrats mit einer auf einer Frontseite des Substrats gebildeten Wand, wobei die Wand einen Oberflächenhohlraum bildet (Stufe 1102). Ein Beispiel für diesen Prozessschritt wird oben in Bezug auf die 10A und 10B diskutiert, wobei die Wand 1026 einen Oberflächenhohlraum 1020 auf dem Substrat 1002 bildet. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Wand 1026 aus dem gleichen Material wie das Substrat gebildet werden. Zum Beispiel kann die Wand durch Aufbringen zusätzlicher Schichten des Substratmaterials gebildet werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Wand mit einer Lötmaske, einer Lötstoppmaske oder einem Lötstopplack gebildet werden. Mehrere Lagen der Lötmaske können um den IC herum in dem gewünschten Muster abgeschieden werden, um die Wand zu bilden. Die Stufen 1104-1110 können in ähnlicher Weise wie die oben in Bezug auf die Stufen 906-912 diskutierten durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebene Reihenfolge der Stufen nur als Beispiel angegeben wird, und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine bestimmte Reihenfolge der Durchführung der Stufen beschränkt. So kann z.B. in einigen Ausführungen der MEMS-Wandler vor der Montage des ICs montiert werden, während in anderen Ausführungen der IC vor der Montage des MEMS-Wandlers montiert werden kann.
Verschiedene Beispielausführungen, die hier diskutiert werden, können wesentliche Vorteile gegenüber bestehenden Designs, wie z.B. in das Substrat eingebettete IC-Pakete, bieten. In solchen Paketen ist der IC vollständig vom Substratmaterial umgeben und wird während des Herstellungsprozesses des Substrats in das Substrat eingebettet. Die Einbettung des ICs in das Substrat erhöht jedoch die Gesamtkosten der Mikrofonvorrichtung. Beispielsweise können Defekte im Substrat dazu führen, dass ein guter IC, der in das defekte Substrat eingebettet ist, zusammen mit dem defekten Substrat verworfen wird. Darüber hinaus gibt es eine erhöhte Belastung in der Entwurfsphase, um die Entwürfe des ICs und des Substrats früh im Herstellungsprozess fertigzustellen, da die zusätzliche Vorlaufzeit für die Einbettung des ICs in das Substrat erforderlich ist. Darüber hinaus wird der Bestand an ICs im Inneren des Substrats gehalten. Verschiedene hier diskutierte Ausführungsformen ermöglichen es dagegen, die Mikrofonvorrichtung mit etablierten Substrat- und Halbleiterprozessen herzustellen, da der IC nach der Herstellung des Substrats verkapselt wird. Außerdem wird der IC-Bestand während der Herstellung des Substrats nicht aufgehalten. Dies reduziert die Komplexität des Herstellungsprozesses eines verkapselten ICs und verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung.
12 zeigt eine Querschnittsansicht einer zehnten Beispielmikrofonvorrichtung 1200. Die zehnte Beispielmikrofonvorrichtung 1200 ähnelt in vielerlei Hinsicht der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200, die oben in Bezug auf 2 diskutiert wurde. In dem Maße, in dem einige Merkmale der zehnten Beispielmikrofonvorrichtung 1200 denen der zweiten Beispielmikrofonvorrichtung 200 ähneln, sind diese Merkmale in beiden 2 und 12 mit den gleichen Referenznummern versehen. Die zehnte Beispielmikrofonvorrichtung 1200 enthält mindestens eine Wand 1226, die auf der Vorderseite 116 des Substrats zwischen dem MEMS-Wandler 102 und den ersten und zweiten ICs 104 und 106 positioniert ist. Die Wand 1226 kann der oben diskutierten Wand 1026 in Bezug auf die neunte Beispielmikrofonvorrichtung 1000, die in den 10A und 10B gezeigt wird, ähnlich sein und einen Oberflächenhohlraum 1220 definieren. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Wand 1226 diskontinuierlich sein und nur zwischen dem MEMS-Wandler 102 und den ersten und zweiten ICs 104 und 106 angeordnet werden.
Während die obige Diskussion verschiedene Ausführungsformen mit jeweils unterschiedlichen Merkmalen beschreibt, wird davon ausgegangen, dass Merkmale, die in einer Ausführungsform beschrieben werden, auch in andere Ausführungsformen aufgenommen werden können. Zum Beispiel kann die erste Beispielmikrofonvorrichtung 100, die in 1 gezeigt wird, ein oder mehrere Merkmale jeder der in den 2-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. So kann beispielsweise die erste Beispielmikrofonvorrichtung 100 ohne Einschränkung eines oder mehrere der Einkapselungsmaterialien 132 (2), eine dünne Region 134 (2), einen versiegelten Port 140 (3), eine Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Partikelfilter (auch als „Partikelfilter-Barriere“ bezeichnet) 502, einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A), einen Oberflächenhohlraum 820 (8), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12) enthalten.
Die zweite in 2 gezeigte Beispielmikrofonvorrichtung 200 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der in den 1, 3-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Zum Beispiel kann die zweite Beispielmikrofonvorrichtung 200 ohne Einschränkung eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten: einen abgedichteten Port 140 (3), eine Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Partikelfilter 502, einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A), einen Oberflächenhohlraum 820 (8), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12).
Die dritte in 3 gezeigte Beispielmikrofonvorrichtung 300 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der oben in den 1-2, 4-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Die dritte Beispielmikrofonvorrichtung 300 kann zum Beispiel ohne Einschränkung ein oder mehrere Merkmale eines mehrschichtigen Substrats 410 (4A und 4B), eines Partikelfilters 502, eines Abdeckbondrings 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), eines Oberflächenhohlraums 750 (7A), eines Oberflächenhohlraums 820 (8), einer Wand 1026 (10A) und einer Wand 1226 (12) enthalten.
Die in den 4A und 4B gezeigte vierte Beispielmikrofonvorrichtung 400 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der oben im Zusammenhang mit den 1-3, 5-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Die vierte Beispielmikrofonvorrichtung 400 kann zum Beispiel ohne Einschränkung eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten: eine Die-Attach-Folie 142 (3), einen Partikelfilter 502 (5), einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A), einen Oberflächenhohlraum 820 (8), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12).
Die in 5 gezeigte fünfte Beispielmikrofonvorrichtung 500 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der oben diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen in Bezug auf die 1-4B, 6A-12 enthalten. Zum Beispiel kann die fünfte Beispielmikrofonvorrichtung 500 ohne Einschränkung eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten: einen abgedichteten Port 140 (3), eine Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 ( 6A und 6B), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A), einen Oberflächenhohlraum 820 (8), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12).
Die sechste Beispielmikrofonvorrichtung 600, die in den 6A und 6B gezeigt wird, kann ein oder mehrere Merkmale jeder der oben in Bezug auf die 1-5, 7A-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Zum Beispiel kann die sechste Beispielmikrofonvorrichtung 600 ohne Einschränkung ein oder mehrere aus Einkapselungsmaterial 132 (2), eine dünne Region 134 (2), einen abgedichteten Port 140 (3), eine Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B)), einen Partikelfilter 502 (5), einen Oberflächenhohlraum 750 ( 7A), einen Oberflächenhohlraum 820 (8), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12) enthalten.
Die in den 7A-7C gezeigte siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der oben im Zusammenhang mit den 1-6B, 8-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Die siebte Beispielmikrofonvorrichtung 700 kann zum Beispiel ohne Einschränkung eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten: eine Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Partikelfilter 502 (5), einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), einen Oberflächenhohlraum 820 (8), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12).
Die in 8 gezeigte achte Beispielmikrofonvorrichtung 800 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der oben in Bezug auf die 1-7C, 9-12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Die achte Beispielmikrofonvorrichtung 800 kann zum Beispiel ohne Einschränkung eine oder mehrere aus Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Partikelfilter 502 (5), einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), mehrere ICs 104 und 106 (7C), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A), eine Wand 1026 (10A) und eine Wand 1226 (12) enthalten.
Die in den 10A und 10B gezeigte neunte Beispielmikrofonvorrichtung 1000 kann ein oder mehrere Merkmale jeder der in den 1-9 und 12 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Zum Beispiel kann die neunte Beispielmikrofonvorrichtung 1000 ohne Einschränkung eine oder mehrere von Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Partikelfilter 502 (5), einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), mehrere ICs 104 und 106 (7C), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A) und einen Oberflächenhohlraum 820 (8) enthalten.
Die zehnte Beispielmikrofonvorrichtung 1200, die in 12 gezeigt wird, kann ein oder mehrere Merkmale jeder der in den 1-11 diskutierten Beispielmikrofonvorrichtungen enthalten. Die zehnte Beispielmikrofonvorrichtung 1200 kann zum Beispiel ohne Einschränkung eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten: einen abgedichteten Port 140 (3), eine Die-Attach-Folie 142 (3), ein mehrschichtiges Substrat 410 (4A und 4B), einen Partikelfilter 502, einen Abdeckbondring 650 mit einer Kerbe 652 (6A und 6B), einen Oberflächenhohlraum 750 (7A) und einen Oberflächenhohlraum 820 (8).
Der hier beschriebene Gegenstand illustriert manchmal verschiedene Komponenten, die in anderen Komponenten enthalten oder mit diesen verbunden sind. Es ist zu verstehen, dass solche dargestellten Architekturen illustrativ sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, die die gleiche Funktionalität erreichen. In einem konzeptionellen Sinne ist jede Anordnung von Komponenten zur Erreichung derselben Funktionalität effektiv „assoziiert“, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Daher können zwei beliebige Komponenten, die hier kombiniert werden, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als miteinander „verbunden“ angesehen werden, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird, unabhängig von Architekturen oder intermedialen Komponenten. Ebenso können zwei so verbundene Komponenten auch als „funktionsfähig verbunden“ oder „funktionsfähig gekoppelt“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen, und zwei Komponenten, die so verbunden werden können, können auch als „funktionsfähig koppelbar“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Spezifische Beispiele für funktionsfähige Kopplung sind unter anderem physikalisch koppelbare und/oder physikalisch interagierende Komponenten und/oder drahtlos interagierbare und/oder drahtlos interagierende Komponenten und/oder logisch interagierende und/oder logisch interagierbare Komponenten.
Was die Verwendung von Plural und/oder Singular in diesem Dokument betrifft, so können Fachleute, je nach Kontext und/oder Anwendung vom Plural in den Singular und/oder vom Singular in den Plural übersetzen. Die verschiedenen Permutationen von Singular/Plural können hier der Klarheit halber ausdrücklich aufgeführt werden.
Es wird von Fachleuten verstanden werden, dass die hier und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen (z.B. Gegenstände der beigefügten Ansprüche) verwendeten Begriffe im Allgemeinen als „offene“ Begriffe gedacht sind (z.B. sollte der Begriff „einschließen“ als „einschließen, aber nicht beschränkt auf“, der Begriff „haben“ als „mindestens haben“, der Begriff „einschließen“ als „einschließen, aber nicht beschränkt auf“ usw. interpretiert werden).
Die Fachleute werden ferner verstehen, dass, wenn eine bestimmte Anzahl von eingeführten Anspruchsnennungen beabsichtigt ist, eine solche Nennung ausdrücklich in dem Anspruch genannt wird, und dass in Ermangelung einer solchen Nennung keine solche Absicht vorhanden ist. Als Hilfe zum Verständnis können zum Beispiel die folgenden beigefügten Ansprüche die Verwendung der einleitenden Sätze „mindestens einer“ und „einer oder mehrere“ zur Einführung von Anspruchsnennung enthalten. Die Verwendung solcher Formulierungen sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass die Einführung einer Anspruchsnennung durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche eingeführte Anspruchsnennung enthält, auf Erfindungen beschränkt, die nur eine solche Nennungen enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Sätze „ein oder mehrere“ oder „mindestens einen“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ oder „eine“ enthält (z.B. „ein“ und/oder „eine“ sollten typischerweise so interpretiert werden, dass sie „mindestens einen“ oder „einen oder mehrere“ bedeuten); dasselbe gilt für die Verwendung bestimmter Artikel, die zur Einführung von Anspruchsnennungen verwendet werden. Selbst wenn eine bestimmte Zahl einer eingeführten Anspruchsnennung explizit genannt wird, werden Fachleute erkennen, dass eine solche Nennung typischerweise so interpretiert werden sollte, dass zumindest die genannte Zahl gemeint ist (z.B. bedeutet die bloße Nennung von „zwei Nennungen“ ohne andere Modifikatoren typischerweise mindestens zwei Nennungen oder zwei oder mehr Nennungen).
Darüber hinaus ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens einem von A, B und C usw.“ verwendet wird, im Allgemeinen eine solche Konstruktion in dem Sinne beabsichtigt, dass jemand, der über die entsprechenden Fähigkeiten verfügt, die Konvention verstehen würde (z.B. würde „ein System mit mindestens einem von A, B und C“ Systeme einschließen, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. haben, aber nicht darauf beschränkt sein). In den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens einem von A, B oder C usw.“ verwendet wird, ist eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne gemeint, dass man als Fachmann die Konvention verstehen würde (z.B. würde „ein System mit mindestens einem von A, B oder C“ Systeme einschließen, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. haben, aber nicht darauf beschränkt sein). Die Fachleute werden ferner verstehen, dass praktisch jedes disjunktive Wort und/oder jeder Satz, das/der zwei oder mehr alternative Begriffe enthält, ob in der Beschreibung, in den Ansprüchen oder in den Zeichnungen, so verstanden werden sollte, dass die Möglichkeiten der Einbeziehung eines der Begriffe, jeden der Begriffe oder beider Begriffe in Betracht gezogen werden sollten. Zum Beispiel wird der Ausdruck „A oder B“ so verstanden, dass er die Möglichkeiten von „A“ oder „B“ oder „A und B“ einschließt. Ferner bedeutet, sofern nicht anders angegeben, die Verwendung der Wörter „ungefähr“, „annähernd“, „etwa“, „im Wesentlichen“ usw., plus oder minus zehn Prozent.
Die vorstehende Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen wurde zu Illustrations- und Beschreibungszwecken vorgelegt. Sie ist nicht als erschöpfend oder einschränkend in Bezug auf die genaue Form gedacht, die offenbart wird, und Änderungen und Variationen sind im Lichte der oben genannten Lehren möglich oder können aus der Praxis der offenbarten Ausführungsformen gewonnen werden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62557613 [0001]
US 15988983 [0001]
US 62511221 [0001]
US 15154545 [0023]
US 62367531 [0035]

Claims

Ein Mikrofon, umfassend: ein Substrat, das einen eingebetteten Hohlraum zwischen einer ersten Oberfläche des Substrats und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Substrats definiert, wobei die erste Oberfläche eine erste Öffnung in den eingebetteten Hohlraum definiert, wobei ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche eine Substratdicke definiert; eine Abdeckung, die über der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und ein Gehäuse bildet, wobei die Abdeckung einen Port aufweist, wobei die Substratdicke größer als eine Höhe der Abdeckung von der ersten Oberfläche des Substrats ist; einen Wandler in Mikrosystemtechnik (MEMS), der im Gehäuse angeordnet und auf der ersten Oberfläche des Substrats über der ersten Öffnung montiert ist; und eine integrierte Schaltung (IC), die im Gehäuse angeordnet und elektrisch mit dem MEMS-Wandler gekoppelt ist, wobei der MEMS-Wandler und der IC in einem Frontvolumen des Gehäuses angeordnet sind, wobei das Frontvolumen durch die Abdeckung und das Substrat definiert ist, wobei sich der Port zwischen dem Frontvolumen und einer Außenseite des Gehäuses erstreckt.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung einen dünnen Bereich umfasst, wobei die Dicke des dünnen Bereichs geringer ist als die Dicke von anderen Teilen der Abdeckung.
Das Mikrofon nach Anspruch 2, wobei der dünne Bereich an einem Umfang des Ports positioniert ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche des Substrats eine zweite Öffnung in den eingebetteten Hohlraum definiert.
Das Mikrofon nach Anspruch 4, wobei die zweite Öffnung unter dem IC positioniert ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 4, wobei der MEMS-Wandler ein mehrmotoriger Wandler ist, wobei sich die erste Öffnung unter einer ersten Membran des MEMS-Wandlers und die zweite Öffnung unter einer zweiten Membran des MEMS-Wandlers befindet.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, ferner umfassend einen auf der ersten Oberfläche angeordneten Abdeckbondring, wobei der Abdeckbondring eine Kerbe definiert, wobei die Abdeckung auf dem Abdeckbondring angeordnet ist, und einen in der Kerbe positionierten Unterfüllungskleber, der die Abdeckung am Substrat befestigt.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Partikelfilter, der die erste Öffnung abdeckt.
Das Mikrofon nach Anspruch 1 ferner umfassend ein passives elektrisches Schaltungselement, das in das Substrat eingebettet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 9, bei dem das passive elektrische Schaltungselement reaktiv ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 9, wobei das passive elektrische Schaltungselement einen Widerstand und einen Kondensator umfasst.
Das Mikrofon nach Anspruch 11, bei dem der Kondensator und der Widerstand durch in das Substrat eingebettete Schichten gebildet werden.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Einkapselungsmaterial, das den IC zumindest teilweise bedeckt.
Das Mikrofon nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Einkapselungsmaterial-Einschließungsstruktur, die zwischen dem MEMS-Wandler und dem IC angeordnet ist, wobei die Einkapselungsmaterial-Einschließungsstruktur das Einkapselungsmaterial zumindest teilweise um den IC herum einschließt.
Das Mikrofon nach Anspruch 14, wobei das Substrat einen Hohlraum definiert, der eine IC-Montagefläche enthält, auf der der IC montiert ist, wobei ein Wandabschnitt des Hohlraums die Einkapselungsmaterial-Einschließungsstruktur bildet, wobei der MEMS-Wandler auf einer MEMS-Montagefläche des Substrats montiert ist, wobei die MEMS-Montagefläche relativ zur IC-Montagefläche erhöht ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 15, wobei die Abdeckung auf einer Abdeckungs-Montagefläche des Substrats montiert ist, wobei die MEMS-Montagefläche relativ zur Abdeckungs-Montagefläche erhöht ist und die Abdeckungs-Montagefläche relativ zur IC-Montagefläche erhöht ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 15, bei dem die MEMS-Montagefläche eine Plattform ist, die einen Umfang des Hohlraums vollständig umgibt.
Das Mikrofon nach Anspruch 14, wobei die erste Oberfläche des Substrats eine zweite Öffnung in den eingebetteten Hohlraum definiert.
Das Mikrofon nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Widerstand und einen Kondensator, die durch in das Substrat eingebettete Schichten gebildet werden.
Das Mikrofon nach Anspruch 13, wobei der MEMS-Wandler und der IC auf koplanaren Oberflächenabschnitten des Substrats montiert sind, die Einkapselungsmaterial-Einschließungsstruktur ein Wandabschnitt ist, der über die koplanaren Oberflächenabschnitte des Substrats vorsteht, wobei das Einkapselungsmaterial zumindest teilweise durch den Wandabschnitt eingeschlossen ist.