FR2987616A1 - Dispositif transducteur micromecanique de son et son procede de realisation - Google Patents

Dispositif transducteur micromecanique de son et son procede de realisation Download PDF

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Abstract

Dispositif transducteur micromécanique de son comportant une plaque de circuit électrique (1) ayant une face avant (VS) et une face arrière (RS). La face avant (VS) a une structure de transducteur micromécanique de son (3) appliquée selon le procédé Flip-Chip, et la plaque de circuit (1) comporte une ouverture (5) dans la région de la structure de transducteur micromécanique (3) pour rayonner les ondes sonores (S).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif trans- ducteur micromécanique de son ayant une plaque de circuit électrique avec un côté avant et un côté arrière. L'invention se rapporte également un procédé de réalisation d'un tel dispositif transducteur microméca- nique de son. Etat de la technique Bien qu'en principe on puisse se référer à n'importe quel dispositif transducteur micromécanique de son, par exemple un haut- parleur ou un micro, la présente invention et les problèmes qu'elle ré- sout seront décrits dans cas de dispositifs micromécaniques de haut-parleur à base de silicium. Les dispositifs haut-parleur micromécaniques encore ap- pelés dispositifs de haut-parleur MEMS nécessitent actuellement une technique d'emballage compliquée et très coûteuse. La séparation com- pliquée des différentes structures MEMS non encapsulées, fragiles et leur emballage avec une fenêtre acoustiquement transparente, habituellement un film mince, entraîne des coûts d'emballage de l'ordre de 1 Euro par puce, de sorte que le coût de ces emballages représente entre 20 et 30 fois le coût de l'emballage d'autres capteurs microméca- niques, tels que par exemple des capteurs inertiels. Un emballage réalisé sous forme d'un emballage moulé, tel que ceux utilisés pour les capteurs inertiels micromécaniques comportant un élément de haut-parleur MEMS et un élément ASIC, ne sont pas applicables aux dispositifs micromécaniques de haut-parleur. Le document DE 10 2005 056 759 Al, décrit une structure micromécanique pour recevoir et/ou générer des signaux acoustiques ayant une première ouverture et pour l'essentiel un premier contre-élément formant un premier côté de cette structure ; la structure comporte en outre une seconde ouverture et pour l'essentiel un second contre-élément formant le second côté de la structure. La structure est essentiellement fermée avec une membrane entre le premier et le second contre-élément.
Le document DE 10 2005 055 478 A 1, décrit également une structure micromécanique pour recevoir et/ou générer des signaux acoustiques. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif transduc- teur micromécanique de son comportant une plaque de circuit électrique ayant une face avant et une face arrière, - la face avant ayant une structure de transducteur micromécanique de son appliquée selon le procédé Flip-Chip (procédé "puce retour- née"), et - la plaque de circuit comporte une ouverture dans la région de la structure de transducteur micromécanique pour rayonner les ondes sonores. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif transducteur micromécanique de son, caractérisé en ce que la structure de transducteur micromécanique de son a une première hauteur et la périphérie de la structure de transducteur micromécanique de son, comporte des billes de soudure (ou bosses) ayant une se- conde hauteur supérieure à la première hauteur. L'invention développe une technique d'emballage efficace de dispositif transducteur MEMS. La caractéristique de base de la présente invention, re- pose sur une construction en technique Flip-Chip d'une plaque de cir- cuit qui a un port acoustique ou une fenêtre acoustique. Il n'y a pas de contact traversant dans la plaque de circuit dans le dispositif transducteur micromécanique de son ou dans l'élément ASIC. L'invention permet ainsi une plus grande densité d'inté- gration, une hauteur réduite et une économie considérable. La hauteur est l'avantage essentiel des dispositifs de transducteur micromécanique de son MEMS par rapport aux transducteurs classiques. Il ne faut aucun emballage séparé et la plaque de circuit selon l'invention constitue en même temps l'élément d'emballage.
Le dispositif transducteur micromécanique de son est réalisé avec un élément ASIC sur la plaque de circuit ou peut également être sous la forme d'un élément discret modulaire. Selon un développement préférentiel, l'ouverture du côté arrière est fermée mécaniquement par un film protecteur. A côté de la fonction de fenêtre acoustique, le film protecteur sert à protéger le dispositif micromécaniques de haut-parleur contre les influences extérieures, telles que la poussière et l'humidité. Le film protecteur qui constitue de préférence la fenêtre acoustique, n'a pas à être appliqué dans le plan de la puce, mais peut se faire au moment de la réalisation de la plaquette de circuit, ce qui est une étape de fabrication extrêmement économique. Selon un autre développement préférentiel, le côté avant a un anneau périphérique de soudure ou de protection entre la plaque de circuit et la structure de transducteur micromécanique de son. Cet anneau protecteur a l'avantage de réaliser une protection mécanique. Selon un autre développement préférentiel, une puce ASIC est appliquée selon le procédé Flip-Chip sur la face avant de la plaque de circuit. Cette solution a l'avantage de monter le circuit d'ex- ploitation au cours du même procédé de montage que la structure de transducteur. Selon un autre développement préférentiel, la structure de transducteur micromécanique de son a une certaine hauteur et la périphérie de la structure de transducteur micromécanique de son comporte des billes de soudure ayant une seconde hauteur supérieure à la première hauteur, ce qui permet d'installer facilement l'emballage par-dessus la structure de transducteur. Selon un autre développement préférentiel, la plaque de circuit est reliée à la plaque de l'appareil par les billes de soudure, ce qui assure un couplage avantageux avec l'appareil. Selon un autre développement préférentiel, le film protecteur est en Mylar et a une épaisseur allant jusqu'à quelques microns. Le film protecteur assure ainsi une bonne transparence au son et de plus il est solide.35 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de dispositif transducteur micromécanique de son représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif micromécaniques de haut-parleur, - la figure 2 montre une structure micromécanique de haut-parleur applicable au mode de réalisation de la figure 1.
Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, la référence 1 désigne une plaque de circuit électrique ayant un côté avant VS et un côté arrière RS. Le côté avant VS de la plaque de circuit 1 est muni d'un élément ASIC 2 et d'une structure micromécanique de haut-parleur 3 réalisée selon le procédé Flip-Chip. Des billes de soudure (petites billes de soudure) élec- triques comme lien Flip-Chip portent la référence 4a. Pour simplifier le dessin, on n'a pas représenté le câblage périphérique de la plaque de circuit à la figure 1. La structure micromécanique de haut-parleur 3 est protégée par exemple par un cadre périphérique de soudure 4b encore appelé cadre périphérique de protection. En variante à la place du cadre périphérique de soudure 4b, on peut avoir un film adhésif assurant uniquement une protection mécanique et non un contact électrique. La plaque de circuit 1 comporte en outre un orifice 5 traversant et le côté arrière RS de la plaque de circuit 1 ferme cet orifice avec un film protecteur 6, par exemple en Mylar ayant une épaisseur de quelques microns qui permet la transparence acoustique pour les ondes sonores S. Le film protecteur 6 protège également le dispositif mi- cromécanique de haut-parleur contre les influences extérieures, telles que la poussière ou l'humidité. L'émission des ondes sonores S se fait dans la direction de la flèche à travers l'orifice 5. Le côté avant de la plaque de circuit 1 porte d'autres pe- tites billes de soudure 7 ayant une hauteur h2 supérieure à la hauteur h 1 de l'élément ASIC 2 ou de la structure micromécanique de haut- parleur 3.
Ces autres billes (petites billes) de soudure 7, permettent d'installer la plaque de circuit 1 munie de l'élément ASIC 2 et du dispositif micromécanique de haut-parleur 3, sur une plaque de circuit 10 d'un appareil, tel que par exemple un téléphone mobile. Cela se fait éga- lement par le procédé Flip-Chip. Cette plaque de circuit 10 de l'appareil n'est indiquée que schématiquement à la figure 1. La figure 2 montre le détail d'une forme de réalisation possible de la structure micromécanique de haut-parleur 3. Les éléments acoustiques actifs 8 de la plaquette de substrat 30 dans la zone inférieure de la structure micromécanique de haut-parleur 3, servent à générer le son. Le côté opposé est fermé par une plaquette formant couvercle avec une cavité 10. La cavité 10 constitue le volume arrière pour minimiser l'amortissement de l'air. La plaquette couvercle 9 est reliée à la plaquette de substrat 30 par de la colle 31. Il est également possible de remplacer la plaquette-couvercle 9 de la fermeture, par un élément en polymère (non représenté) fixé par collage.20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 plaque de circuit électrique 2 élément ASIC 3 structure de haut-parleur 4a liaison Flip-Chip 4b cadre périphérique de soudure 5 orifice traversant 6 film protecteur 7 billes de soudure 8 élément acoustique actif 9 plaquette-couvercle 10 cavité 30 substrat 31 colle hl hauteur de l'élément ASIC 2 h2 hauteur des billes de soudure 7 VS côté avant RS côté arrière S onde sonore

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1°) Dispositif transducteur micromécanique de son comportant une plaque de circuit électrique (1) ayant une face avant (VS) et une face arrière (RS), - la face avant (VS) ayant une structure de transducteur microméca- nique de son (3) appliquée selon le procédé Flip-Chip, et - la plaque de circuit (1) comporte une ouverture (5) dans la région de la structure de transducteur micromécanique (3) pour rayonner les ondes sonores (S).
  2. 2°) Dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture (5) du côté arrière (RS) est fermée mécaniquement par un film protecteur (6).
  3. 3°) Dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendication 1, caractérisé en ce que le côté avant (VS) a un cadre périphérique de protection (4b) entre la plaque de circuit (1) et la structure de transducteur micromécanique de son (3).
  4. 4°) Dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendica- tion 1, caractérisé par en outre une puce ASIC (2) appliquée selon le procédé Flip-Chip sur le côté avant (VS) de la plaque de circuit (1).
  5. 5°) Dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la structure de transducteur micromécanique de son (3) a une hauteur (h1) et la périphérie de la structure de transducteur micromécanique deson (3) comporte des billes de soudure (7) ayant une seconde hauteur (h2) supérieure à la première hauteur (h1).
  6. 6°) Dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que la plaque de circuit (1) est reliée à la plaque (10) de l'appareil par les billes de soudure (7).
  7. 7°) Dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le film protecteur (6) est en Mylar et son épaisseur va jusqu'à quelques microns.
  8. 8°) Procédé de réalisation d'un dispositif transducteur micromécanique de son comportant les étapes suivantes consistant à : - utiliser une plaque de circuit électrique (1) ayant un côté avant (VS) et un arrière (RS) ainsi qu'un orifice (5), - appliquer une structure de transducteur micromécanique de son (3) selon le procédé Flip-Chip sur le côté avant (VS) de la plaque de circuit (1) pour que l'ouverture (5) se trouve dans la région de la structure de transducteur micromécanique de son (3).
  9. 9°) Procédé de réalisation d'un dispositif transducteur micromécanique de son selon la revendication 8, caractérisé en ce que - le côté arrière (RS) de la plaque de circuit (1) a une ouverture (5) fermée par un film protecteur (6), - la structure de transducteur micromécanique de son (3) a une pre- mière hauteur (h 1) et la périphérie de la structure de transducteur micromécanique de son (3), comporte des billes de soudure (7) ayant une seconde hauteur (h2) supérieure à la première hauteur (h1), - la plaque de circuit (1) est reliée à la plaque (10) de l'appareil par les billes de soudure (7),- le côté avant (VS) de la plaque de circuit électrique (1) porte une puce ASIC (2) appliquée selon le procédé Flip-Chip.5
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