ITUB20159150A1

ITUB20159150A1 - Microfono microelettromeccanico e processo di fabbricazione di un microfono microelettromeccanico

Info

Publication number: ITUB20159150A1
Application number: ITUB2015A009150A
Authority: IT
Inventors: Roberto Brioschi
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-17

Description

DESCRIZIONE

''MICROFONO MICROELETTROMECCANICO E PROCESSO DI FABBRICAZIONE DI UN MICROFONO MICROELETTROMECCANICO"

La presente invenzione è relativa a un microfono microelettromeccanico e a un processo di fabbricazione di un microfono microelettromeccanico.

Sono noti microfoni microelettromeccanici che comprendono un primo chip, incorporante un trasduttore elettroacustico microelettromeccanico a membrana, e un secondo chip incorporante un circuito di controllo o ASIC ("Application Specific Integrated Circuit"). Il trasduttore elettroacustico converte le onde acustiche incidenti, che causano vibrazioni della membrana, in segnali elettrici. Ad esempio, la membrana può essere accoppiata capacitivamente a un elettrodo di riferimento. Le deformazioni della membrana modificano l'accoppiamento capacitivo, che può essere agevolmente rilevato con un circuito amplificatore di carica. Il circuito di controllo comprende gli stadi di trattamento del segnale (ad esempio, il circuito amplificatore di carica) e i componenti richiesti per consentire il corretto funzionamento del microfono microelettromeccanico 1, in particolare la trasduzione dei segnali acustici).

Il primo chip e il secondo chip sono alloggiati all'interno di una stessa struttura di incapsulamento (''package") per dispositivi elettronici, che generalmente include un substrato di supporto e un cappuccio in materiale plastico o metallico.

Il substrato può essere una polimerico o ceramico, ad esempio di tipo LGA, ("Land Grid Array") ed è provvisto di strutture di connessione (piazzole e linee) per la connessione elettrica del primo chip e del secondo chip, i quali sono disposti uno a fianco dell'altro. Inoltre, il substrato presenta un'apertura, detta anche porta acustica ("sound port"), che consente la trasmissione dei segnali acustici dall'esterno al trasduttore che si trova all'interno della struttura di incapsulamento.

Il cappuccio è unito al substrato e può avere una doppia funzione di protezione e di definizione di una camera acustica e, per questo motivo, può influire in modo determinante sulle prestazione del microfono microelettromeccanico .

L'attenzione per lo sviluppo e l'integrazione di sensori microelettromeccanici si sta facendo via via più forte, di pari passo con la diffusione di dispositivi elettronici portatili quali smartphones e tablet computers o altri dispositivi elettronici cosiddetti "indos sabili'' ("wearable") . Lo sviluppo talora tumultuoso dei prodotti di questo genere può, in alcuni casi, porre richieste contrastanti o difficilmente conciliabili. Da un lato, per esempio, c'è l'esigenza di offrire trasduttori microelettromeccanici con prestazioni sempre più spinte per soddisfare le richieste degli utilizzatori. Ciò conduce generalmente a realizzare chip di dimensioni maggiori sia per il trasduttore microelettromeccanico, sia per il circuito di controllo. Dall'altro lato, invece, c'è l'esigenza contrastante di ridurre sempre più le dimensioni dei microfoni microelettromeccanici per favorirne lo sfruttamento specialmente nei sistemi portatili e indossabili .

Inoltre, anche le dimensioni dei due chip possono essere in conflitto. Più precisamente, le dimensioni del chip incorporante l'ASIC di controllo dovrebbero essere ridotte per lasciare maggiore spazio al chip incorporante il trasduttore. Per contro, sarebbe auspicabile aumentare le dimensioni del chip incorporante l'ASIC per rendere disponibile un maggior numero di funzioni di controllo e di elaborazione dei segnali trasdotti.

Scopo della presente invenzione è fornire un microfono microelettromeccanico e un metodo di fabbricazione di un microfono microelettromeccanico che permettano di superare o almeno attenuare le limitazioni descritte.

Secondo la presente invenzione, vengono forniti un microfono microelettromeccanico e un metodo di fabbricazione di un microfono microelettromeccanico come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 24.

Per una migliore comprensione dell'invenzione, ne verranno ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 è una vista in pianta dall'alto, parzialmente sezionata, di un microfono microelettromeccanico in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 è una vista in pianta dal basso del microfono microelettromeccanico di figura 1;

- la figura 3 è una vista laterale del microfono microelettromeccanico di figura 1, sezionata lungo la linea III-III di figura 1;

- la figura 4 è una vista prospettica del microfono microelettromeccanico di figura 1, sezionata lungo la linea III-III di figura 1 e con parti asportate per chiarezza;

- la figura 5 è una sezione trasversale del microfono microelettromeccanico di figura 1 in una prima fase di un processo di fabbricazione in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 6 mostra la vista di figura 5 in una seconda fase del processo di fabbricazione;

- la figura 7 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 8 è una sezione trasversale del microfono microelettromeccanico di figura 7 in una prima fase di un processo di fabbricazione in accordo a una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 9 mostra la vista di figura 8 in una seconda fase del processo di fabbricazione;

- la figura 10 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 11 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 12 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 13 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 14 è una vista in pianta dall'alto, parzialmente sezionata e con parti asportate per chiarezza, di un microfono microelettromeccanico in accordo a una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 15 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 16 è una sezione trasversale attraverso un microfono microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione; e

- la figura 17 è uno schema a blocchi semplificato di un sistema elettronico incorporante un microfono microelettromeccanico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Con riferimento alle figure 1-4, un microfono microelettromeccanico in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione è indicato nel suo complesso con il numero 1 e comprende un substrato 2 di supporto, un cappuccio 3, un chip sensore 5 e un chip di controllo 6. Il chip sensore 5 e il chip di controllo 6 sono operativamente accoppiati fra loro.

Il substrato 2 e il cappuccio 3 sono uniti fra loro (figura 1) e formano una struttura di incapsulamento, che alloggia il chip sensore 5 e il chip di controllo 6. Il cappuccio 3 ha funzione di protezione e, inoltre, definisce una camera acustica 4 del microfono microelettromeccanico 1.

In una forma di realizzazione, il substrato 2 può essere un substrato di tipo LGA (''Land Grid Array") e comprende un'anima ("core") 7; uno strato metallico esterno 8 e uno strato metallico interno 9, ad esempio in rame, su opposte facce dell'anima 7; e una maschera di saldatura 10. Un foro passante nel substrato 2 definisce una porta sonora ("sound port") 11 e consente l'accoppiamento acustico dell'interno della struttura di incapsulamento, in particolare del chip sensore 5, con l'ambiente esterno.

Un ulteriore foro passante nel substrato 2 definisce una sede 12 in cui è almeno in parte alloggiato il chip di controllo 6,

L'anima 7 (figure 3 e 4) è definita da una piastrina di materiale dielettrico rigido, ad esempio FR4, avente una dimensione longitudinale maggiore e una dimensione trasversale minore.

Lo strato metallico esterno 8 (figura 2) è disposto su una faccia esterna dell'anima 7, ossia opposta al cappuccio 3. Nello strato metallico esterno 8 sono definite prime caratteristiche tra cui, in particolare, contatti esterni 14 per la connessione elettrica del microfono microelettromeccanico 1 e un anello di protezione esterno ("guard ring") 13 attorno alla porta sonora 11. L'anello di protezione esterno 13 può essere utilizzato anche per la connessione a massa ed è perciò denominato anche anello di massa ("ground ring"). Un ulteriore maschera di saldatura 19 può essere applicata allo strato metallico esterno 8.

Lo strato metallico interno 9 (figure 1, 3 e 4) è disposto su una faccia interna dell'anima 7, chiusa dal cappuccio 3. Nello strato metallico interno 9 sono definite seconde caratteristiche tra cui un contatti interni 15, un anello di adesione ("bonding") 16, lungo il perimetro dell'anima 7, un anello di protezione interno 17 attorno alla porta sonora 11 e una porzione di supporto 18.

Il cappuccio 3 è fissato all'anello di adesione 16. I contatti interni 15 sono elettricamente accoppiati a rispettivi contatti esterni 14 attraverso vie passanti 20 nell'anima 7. In una forma di realizzazione, i contatti interni 15 sono allineati e sono disposti a un'estremità del substrato 2 longitudinalmente opposta rispetto alla porta sonora 11.

La maschera di saldatura 10 è unita alla porzione di supporto 18 dello strato metallico interno 9. In una forma di realizzazione, la maschera di saldatura 10 e la porzione di supporto 18 sono sagomate in modo da avere, in pianta, uno stesso profilo e, insieme, definiscono un'isola contatti 21, attorno ai contatti interni 15 e una base 22 di montaggio attorno alla porta sonora 11. L'isola contatti 21 e la base 22 si trovano da parti opposte della sede 12. La base 22 è adiacente alla sede 12.

L'isola contatti 21 contorna i contatti interni 15, separandoli lateralmente dal resto delle strutture conduttive sul substrato 2.

La base 22 funge da ancoraggio per il chip sensore 5. A questo scopo la base 22 si estende su un'area sufficiente a supportare in modo stabile il chip sensore 5 a cavallo della porta sonora 11. In una forma di realizzazione, la base 22 si estende attorno alla porta sonora 11.

Il chip di controllo 6 ospita un circuito integrato di controllo o ASIC ('"Application Specific Integrated Circuit), non mostrato in dettaglio, che comprende stadi di trattamento del segnale (ad esempio, un circuito amplificatore di carica per un sensore elettroacustico capacitivo) e i componenti richiesti per consentire il corretto funzionamento del microfono, in particolare per quanto riguarda la trasduzione dei segnali acustici.

Il chip di controllo 6 è collocato all'interno della sede 12. Più in dettaglio, in una forma di realizzazione il chip di controllo 6 ha lunghezza e larghezza minori della lunghezza e della larghezza della sede 12, in modo che fra il chip di controllo 6 non sia direttamente in contatto con almeno una delle pareti che delimitano la sede 12. Inoltre, il chip di controllo 6 ha spessore sostanzialmente uguale allo spessore del substrato 2 ed è contenuto in una regione delimitata da una faccia interna 2a e da una faccia esterna 2b del substrato 2. In altre parole, il chip di controllo 6 ha una faccia interna 6a allineata alla faccia interna 2a del substrato 2 e una faccia esterna 6b allineata alla faccia esterna del substrato 2. In una forma di realizzazione non mostrata, in cui non sono presenti le maschere di saldatura sulle due facce del substrato 2, il chip di controllo 6 ha la faccia interna 6a e la faccia esterna 6b allineate rispettivamente a una faccia esterna e a una faccia interna dell'anima 7 del substrato 2. Eventualmente, il chip di controllo 6 può subire una lavorazione meccanica o chimico-meccanica superficiale al fine di adeguare lo spessore alla profondità della sede 12. Anche il caso in cui la faccia 6a del chip di controllo 6 rientri o sporga leggermente può essere tollerato senza necessità di particolari misure per compensare il disallineamento .

Il chip di controllo 6 è collegato al substrato 2 e trattenuto all'interno della sede 12 mediante una cornice di fissaggio 25, che occupa lo spazio fra il chip di controllo 6 e le pareti che delimitano la sede 12. La cornice di fissaggio 25 può essere ad esempio realizzata per stampaggio in materiale polimerico, come spiegato più avanti. Per favorire la realizzazione della cornice di fissaggio 25 mediante tecniche di stampaggio, la maschera di saldatura 10 e una corrispondente porzione dello strato metallico interno 9 si possono estendere lungo i lati della sede 12 fra l'isola contatti 21 e la base 22.

Sulla faccia interna 6a, il chip di controllo 6 presenta piazzole di contatto 28 per la connessione ai contatti interni 15 mediante prime connessioni a filo 30 e al chip sensore 5 mediante seconde connessioni a filo 31.

Un trasduttore elettroacustico 35 (figure 3 e 4) è integrato nel chip sensore 5 e, in una forma di realizzazione, comprende una membrana 37 di materiale semiconduttore, distesa su una cavità 38 formata nel corpo 5a del chip sensore 5, e una piastra ("backplate") 40 metallica rigida, capacitivamente accoppiata alla membrana 37. La piastra 40 è provvista di fori ed è affiancata alla membrana 37 sul lato opposto alla cavità 38. La cavità 38 è delimitata su un lato dalla membrana 37 ed è aperta sul lato opposto.

Il chip sensore 5 è unito al substrato 2 in modo che la membrana 37 sia in comunicazione acustica con l'esterno della struttura di incapsulamento formata dal substrato 2 e dal cappuccio 3 attraverso la porta sonora 11. In una forma di realizzazione, il chip sensore 5 è centrato attorno alla porta sonora 11.

Inoltre, il chip sensore 5 è in parte sovrapposto al chip di controllo 6, che, come già accennato, è sostanzialmente allineato alla maschera di saldatura 10. Più in dettaglio, il chip sensore 5 ha una prima porzione fissata alla faccia 6a del chip di controllo 6 e una seconda porzione fissata alla base 22 attorno alla porta sonora 11. Il fissaggio è ottenuto mediante uno strato adesivo 41, ad esempio una colla o una pasta di saldatura, che si estende in parte sulla base 22 e in parte sulla faccia 6a del chip di controllo 6, lungo il perimetro del chip sensore 5,

A parità di dimensioni, la sovrapposizione del chip sensore 5 e del chip di controllo 6, con il chip di controllo 6 disposto nella sede 12 e il chip sensore 5 fissato in parte alla base 22, permette di ridurre l'area complessivamente occupata, senza aumentare lo spessore totale del microfono microelettromeccanico 1. Viceversa, a parità di area occupata, il chip sensore 5 e il chip di controllo 6 possono avere dimensioni maggiori, a vantaggio delle prestazioni. Inoltre, dato che la sede 12 di alloggiamento del chip di controllo 6 si estende in sostanza per tutto lo spessore del substrato 2, le dimensioni del chip di controllo 6 possono essere adattate alla sede 12 con un minimo assottigliamento, se desiderato. In altri casi, il chip di controllo 6 può essere alloggiato senza alcun tipo di lavorazione preliminare di assottigliamento .

Il microfono microelettromeccanico 1 può essere realizzato nel modo seguente, con riferimento alle figure 5 e 6.

Inizialmente, viene preparato il substrato 2. La preparazione del substrato 2 include la definizione dello strato metallico esterno 8, dello strato metallico interno 9, della maschera di saldatura 10 e della maschera di saldatura 19 per realizzare le caratteristiche sulle facce del substrato 2, tra cui, in particolare, l'isola contatti 21, la base 22, l'anello di protezione esterno 13, l'anello di protezione interno 17, l'anello di adesione 16 e i contratti 14, 15. La preparazione include, inoltre, la foratura del substrato 2 per realizzare la porta acustica 11 e la sede 12 per l'alloggiamento del chip di controllo 6.

Un supporto adesivo in nastro 43 viene applicato a una faccia del substrato 2, ad esempio la faccia esterna 2b, come mostrato in figura 5. Il supporto adesivo in nastro 43 può coprire l'intera faccia esterna 2b del substrato 2 e comunque chiude la sede 12 su un lato.

Mediante un'operazione di "pick and place", il chip di controllo 6 viene quindi introdotto nella sede 12 dal lato aperto di quest'ultima e viene unito al supporto adesivo in nastro 43. Il supporto adesivo in nastro 43 trattiene il chip di controllo 6 all'interno della sede 12. Lo spazio fra la parete della sede 12 e il chip di controllo 6 (in pratica una cornice di spessore sostanzialmente pari allo spessore del substrato 2 e di forma corrispondente alla cornice di fissaggio 25) definisce uno stampo 25a che viene riempito con materiale polimerico mediante un'operazione di stampaggio, ad esempio secondo una tecnica di film assisted molding. Viene così realizzata la cornice di fissaggio 25, come mostrato in figura 6.

Dopo che il supporto adesivo in nastro 43 è stato rimosso, il microfono microelettromeccanico 1 viene completato unendo il chip sensore 5 al substrato 2 e, in parte, al chip di controllo 6, realizzando le connessioni a filo 30, 31 e unendo il cappuccio 3 al substrato 2 lungo l'anello di adesione 16.

In una diversa forma di realizzazione dell'invenzione, illustrata in figura 7, il chip di controllo, qui indicato con 106, ha spessore minore rispetto al substrato 2, in particolare spessore minore dell'anima 7 del substrato 2 (qui e nel seguito, la parti non modificate rispetto all'forma di realizzazione delle figure 1-4 Sono indicate con gli stessi numeri di riferimento). Il chip di controllo 106 è alloggiato nella sede 12 con una faccia interna 106a allineata alla faccia interna 2a del substrato 2 ed è collegato al substrato 2 mediante una struttura di fissaggio 125. La struttura di fissaggio 125 è conformata a tazza e copre anche una faccia esterna 106b del chip di controllo 106, oltre alle sue superfici laterali. Il fondo della struttura di fissaggio 125 è allineato alla faccia esterna 2b del substrato 2.

Anche in questo caso, un microfono microelettromeccanico 100 può essere realizzato con l'ausilio di un supporto adesivo in nastro.

Con riferimento alla figura 8, dopo la preparazione del substrato 2, uno supporto adesivo in nastro 143 viene applicato alla faccia interna 2a del substrato 2. Mediante un'operazione di ''pick and place", il chip di controllo 6 viene posto nella sede 12 e qui trattenuto dal supporto adesivo in nastro 143.

La struttura di fissaggio 125 viene poi realizzata mediante stampaggio, ad esempio con tecnica "pin gate molding" (figura 9) e il supporto adesivo in nastro 143 viene rimosso.

Infine, il chip sensore 5 viene unito al substrato 2 e, in parte, al chip di controllo 6, vengono realizzate le connessioni a filo 30, 31 e il cappuccio 3 viene unito al substrato 2 lungo l'anello di adesione 16.

Secondo una forma di realizzazione, illustrata in figura 10, in un microfono microelettromeccanico 200 il chip di controllo, qui indicato con 206, può avere spessore maggiore del substrato 2. In questo caso, il chip di controllo 206 è alloggiato solo in parte nella sede 12 ed è collegato al substrato 2 mediante una cornice di fissaggio 225 di materiale polimerico, ad esempio ottenuta per stampaggio. In particolare, il chip di controllo 206 ha una faccia esterna 206a allineata alla faccia esterna 2b del substrato 2 e sporge dalla sede 12 verso l'interno della camera acustica 4. Più in dettaglio, il chip di controllo 206 presenta una porzione sporgente 206c e un recesso 250 che accomoda parte del chip sensore 5. Il recesso 250 è ricavato mediante uno scavo del chip di controllo 206 ed è delimitato da una base, allineata alla faccia interna 2a del substrato 2, e da una parete sostanzialmente perpendicolare alla base. In pratica, la porzione sporgente 206c del chip di controllo forma un gradino rispetto alla base del recesso 250. Uno spigolo del chip sensore 5 adiacente al chip di controllo 206 è alloggiato nel recesso 250 e può essere unito alla porzione del chip di controllo 206 che definisce la base del recesso 250.

Il microfono microelettromeccanico 200 può essere assemblato con il processo descritto nelle figure 5 e 6.

Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 11, in un microfono microelettromeccanico 300 il chip di controllo, qui indicato con 306, è alloggiato in parte nella sede 12 e, avendo spessore maggiore rispetto al substrato 2, sporge verso l'interno della camera acustica 4. In una porzione del chip sensore 305 adiacente al chip di controllo 306, è realizzato un recesso 350 che alloggia uno spigolo del chip di controllo 306 stesso. Il recesso 350 è realizzato mediante uno scavo alla base del chip sensore 305 adiacente al chip di controllo 306 ed è delimitato da due pareti rispettivamente parallele a una faccia laterale e alla faccia interna 306a del chip di controllo 306. Una parte del chip sensore 305 è sovrapposta al chip di controllo 306 è può essere unita ad esso.

Anche in questo caso, il chip di controllo 306 è collegato al substrato 2 mediante una cornice di fissaggio 325 di materiale polimerico, che è realizzata mediante stampaggio e occupa lo spazio fra il chip di controllo 306 e la parete che delimita la sede 12. Inoltre, una faccia esterna 306b del chip di controllo 306 è allineata alla faccia esterna 2b del substrato 2.

La figura 12 illustra una forma di realizzazione dell'invenzione in cui il substrato e il chip di controllo, qui indicati rispettivamente con 402 e 406, sono collegati mediante una cornice di fissaggio 425 e sono entrambi dotati di contatti 450 di tipo BGA (''Ball Grid Array''). In questo caso, parte delle connessioni elettriche fra la faccia interna 406a e la faccia esterna 406b del chip di controllo 406 sono realizzate mediante vie passanti in silicio 451 (TSV, "Trough Silicon Vias") nel chip di controllo 406 stesso. Connessioni a filo sono utilizzate per collegare il chip sensore 5 al chip di controllo 406. Tracce di connessione (non mostrate) possono essere realizzate come desiderato direttamente su una faccia del chip di controllo 406.

In una forma di realizzazione non illustrata, le connessioni dall'interno della camera acustica 4 verso l'esterno possono essere realizzate in parte da vie passanti nel chip di controllo 406 e in parte da connessioni a filo e vie passanti nel substrato 402.

Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 12, il chip di controllo, qui indicato con 506, è alloggiato in una sede 512 del substrato 502, in questo caso senza eccedere rispetto alla faccia interna 502a e alla faccia esterna 502b del substrato 502. Il chip di controllo 506 è collegato al substrato 502 mediante una cornice di fissaggio 525 in materiale polimerico.

Il chip sensore 505 è unito in parte a una faccia interna 502a del substrato 502 e in parte a una faccia interna 506a del chip di controllo 506, le quali sono allineate fra loro.

Una porta sonora 511 è definita da un foro passante nel chip di controllo 506 e consente di accoppiare acusticamente l'interno della struttura di incapsulamento formata dal cappuccio 3, dal substrato 502 e dal chip di controllo 506 con l'ambiente esterno.

Secondo la forma di realizzazione di figura 14, il substrato e il chip di controllo, indicati con 602 e 606, definiscono ciascuno una rispettiva porzione di porta sonora 611. In altre parole, la porta sonora 611 è realizzata mediante asportazione di una porzione del substrato 602 e di una porzione del chip di controllo 606 e risulta definita quando il chip di controllo 606 viene alloggiato nella sua sede 612 all'interno del substrato 602. Il chip di controllo 606 è alloggiato in una sede 612 e collegato al substrato 602 mediante una cornice di fissaggio 625.

La forma di realizzazione illustrata in figura 15 differisce dalla forma di realizzazione delle figure 1-4 per il fatto che la porta sonora, qui indicata con 711, è realizzata nel cappuccio 703. In questo caso, quindi, il substrato 702 è continuo nella regione corrispondente al chip sensore 5.

Con riferimento alla figura 16, secondo una forma di realizzazione dell'invenzione un microfono microelettromeccanico 800 comprende un cappuccio 803, un chip sensore 805 e un chip di controllo 806.

Il chip di controllo 806, che funge da substrato di supporto, e il cappuccio 803 sono uniti fra loro lungo il perimetro del cappuccio 803 e formano una struttura di incapsulamento, che alloggia il chip sensore 805. Il cappuccio 803 ha funzione di protezione e, inoltre, definisce con il chip di controllo 806 una camera acustica 804 del microfono microelettromeccanico 800.

Il chip di controllo 806 è ad esempio del tipo BGA e ospita un circuito integrato di controllo, non mostrato in dettaglio, che comprende stadi di trattamento del segnale (ad esempio, un circuito amplificatore di carica per un sensore elettroacustico capacitivo) e i componenti utili a consentire il corretto funzionamento del microfono, in particolare per quanto riguarda la trasduzione dei segnali acustici.

Il chip di controllo 806 presenta un foro passante che definisce una porta sonora 811 e consente l'accoppiamento acustico dell'interno della struttura di incapsulamento, in particolare del chip sensore 805, con l'ambiente esterno.

Un trasduttore elettroacustico 835 è integrato nel chip sensore 805 e, in una forma di realizzazione, comprende una membrana 837 di materiale semiconduttore, distesa su una cavità 838 formata nel corpo 8Q5a del chip sensore 805, e una piastra ("backplate") 840 metallica rigida, capacitivamente accoppiata alla membrana 837. La piastra 840 è provvista di fori ed è affiancata alla membrana 837 sul lato opposto alla cavità 838. La cavità 838 è delimitata su un lato dalla membrana 837 ed è aperta sul lato opposto.

Il chip sensore 805 è unito a una faccia interna 806a del chip di controllo 806 in modo che la membrana 837 sia in comunicazione acustica con l'esterno della struttura di incapsulamento formata dal chip di controllo 806 e dal cappuccio 803 attraverso la porta sonora 811. Il fissaggio è ottenuto mediante uno strato adesivo 841 che si estende sulla faccia 806a del chip di controllo 806 attorno alla porta acustica 811.

La soluzione descritta permette di risparmiare un substrato altrimenti impiegato sostanzialmente a scopo di supporto meccanico e per la realizzazione di connessioni elettriche, ma senza ruolo attivo nel processo di trasduzione dei segnali acustici.

Risulta infine evidente che al microfono microelettromeccanico descritto possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall'ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In tutte le forme di realizzazione, in particolare, la porta sonora può essere realizzata nel cappuccio anziché nel substrato, il quale può quindi essere continuo in una regione corrispondente al chip sensore.

Allo stesso modo, in tutte le forme di realizzazione possono essere utilizzati substrati tanto di tipo LGA quanto di tipo BGA per la connessione elettrica verso 1'esterno.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Microfono microelettromeccanico comprendente: un substrato di supporto (2; 402; 502; 602; 702; 806), avente una prima faccia (2a; 402a) e una seconda faccia (2b; 502b); un chip sensore (5; 305; 505; 805), unito alla prima faccia (2a; 402a) del substrato di supporto (2; 402; 502; 602; 702; 806) e integrante un trasduttore elettroacustico (35; 835) microelettromeccanico; e un chip di controllo (6; 106; 206; 306; 406; 506; 606; 806) avente almeno una porzione fra la prima faccia (2a; 402a) e la seconda faccia (2b; 502b) del substrato di supporto (2; 402; 702) e operativamente accoppiato al chip sensore (5; 305; 505; 805); il chip sensore (5; 105) essendo almeno in parte sovrapposto al chip di controllo (6; 106).
2. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 2, in cui il substrato di supporto (2; 402; 502; 602; 702) ha una sede passante (12; 512; 612) fra la prima faccia (2a; 402a) e la seconda faccia (2b; 502b) e il chip di controllo (6; 106; 206; 306; 406; 506; 606) è alloggiato almeno in parte nella sede passante (12; 512; 612).
3. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 2, in cui il chip di controllo (6; 106; 206; 306; 406; 506; 606) è collegato al substrato di supporto (2; 402; 502; 602; 702) mediante una struttura di fissaggio (25; 125; 225; 325; 525) circondante lateralmente il chip di controllo (6; 106; 206; 306; 406; 506; 606),
4. Microfono secondo la rivendicazione 3, in cui la struttura di fissaggio (25; 225; 325; 525) ha forma di cornice e il chip di controllo (6; 206; 306; 406; 506; 606) è allineato alla seconda faccia (2b; 502b) del substrato di supporto (2; 502; 602; 402).
5. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 4, in cui il chip di controllo (6) ha spessore sostanzialmente uguale a uno spessore del substrato di supporto (2).
6. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 4, in cui il chip di controllo (206; 306) ha spessore maggiore rispetto al substrato di supporto (2) e sporge dalla sede passante (12) rispetto alla prima faccia (2a) del substrato di supporto (2).
7. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 6, in cui il chip di controllo (206) presenta una porzione sporgente (206c) e un recesso (250) che accomoda una porzione del chip sensore (5) adiacente al chip di controllo (206).
8. Microfono secondo la rivendicazione 8, in cui il recesso (250) è delimitato da una base, a filo con la prima faccia interna (2b) del substrato di supporto (2), e da una parete sostanzialmente perpendicolare alla base, la porzione sporgente (206c) del chip di controllo (206) formando un gradino rispetto alla base del recesso (250).
9. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 6, in cui una porzione del chip sensore (305) adiacente al chip di controllo (306) presenta un recesso (350) che alloggia uno spigolo del chip di controllo (306) adiacente al chip sensore (305) e sporgente dalla sede passante (12) rispetto al substrato di supporto (2).
10. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 3, in cui il chip di controllo (106) ha spessore minore rispetto al substrato di supporto (2) e la struttura di fissaggio (125) è conformata a tazza.
11. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 10, in cui una prima faccia del chip di controllo (106a) è allineata alla prima faccia (2a) del substrato di supporto (2) e una porzione di fondo della struttura di fissaggio (125) è allineata alla seconda faccia (2b) del substrato di supporto (2).
12. Microfono microelettromeccanico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 11, in cui il substrato (2) comprende una base (22) di montaggio e il chip sensore (5) ha una prima porzione fissata al chip di controllo (6) e una seconda porzione fissata alla base (22).
13. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 12, in cui il substrato (2) comprende un'anima (7), definita da una piastrina di un materiale dielettrico rigido, e uno strato metallico (9) su una faccia dell'anima (7) a cui sono fissati il chip sensore (5) e il chip di controllo (6).
14. Microfono secondo la rivendicazione 13, in cui: lo strato metallico (9) definisce una porzione di supporto (18); una maschera di saldatura (10) è fissata alla porzione di supporto (18); e la maschera di saldatura (10) e la porzione di supporto (18) dello strato metallico (9) formano la base (22).
15. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 1, in cui il substrato di supporto è definito dal chip di controllo (806).
16. Microfono microelettromeccanico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un cappuccio (3; 703; 803) unito al substrato di supporto (2; 702) e formante, con il substrato di supporto (2; 702; 806), una camera acustica (4; 804), alloggiante il chip sensore (5; 305, 505; 805) e acusticamente accoppiata con l'esterno attraverso una porta sonora (11; 511; 611; 711; 811).
17. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 16, in cui la porta sonora (il; 511; 611; 811) è realizzata nel substrato di supporto (2; 806).
18. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 16, in cui la porta sonora (511; 811) è realizzata nel chip di controllo (506; 806).
19. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 16, in cui una prima porzione della porta sonora (611) è definita nel substrato di supporto (602) e una seconda porzione della porta sonora (611) è definita nel chip di controllo (606).
20. Microfono microelettromeccanico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 19, in cui il chip sensore (5; 305; 505; 805) è centrato attorno alla porta sonora (11; 511; 611; 811).
21. Microfono microelettromeccanico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 20, in cui il chip sensore (5; 805) comprende un organo di trasduzione (37; 837) acusticamente comunicante con l'esterno attraverso la porta sonora (11; 811).
22. Microfono microelettromeccanico secondo la rivendicazione 21, in cui l'organo di trasduzione (37; 837) comprende una membrana di materiale semiconduttore, distesa su una cavità (38; 838) in un corpo (5a; 805a) del chip sensore (5; 805), la cavità (38; 838) essendo delimitata su un lato dall'organo di trasduzione (37; 837) e acusticamente accoppiata alla porta sonora (11; 811).
23. Sistema elettronico comprendente un'unità di controllo (1005) e un microfono microelettromeccanico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti operativamente accoppiato all'unità di controllo.
24. Processo di fabbricazione di un microfono microelettromeccanico comprendente: fornire un substrato di supporto (2) avente una prima faccia (2a), una seconda faccia (2b) e una sede passante (12) fra la prima faccia (2a) e la seconda faccia (2b); applicare un supporto adesivo in nastro (43; 143) a una fra la prima faccia (2a) e la seconda faccia (2b) del substrato di supporto (2), in modo da chiudere la sede passante (12) su un lato; introdurre un chip di controllo (6; 106) nella sede passante (12) da un lato aperto della sede passante (12); unire il chip di controllo (6; 106) al supporto adesivo in nastro (43; 143); e riempire uno spazio fra pareti della sede (12) e il chip di controllo (6; 106) con un materiale polimerico mediante un'operazione di stampaggio.
25. Processo secondo la rivendicazione 24, unire un chip sensore (5) alla prima faccia (2a) del substrato di supporto (2), il chip sensore (5) comprendendo un trasduttore elettroacustico (35).
26. Processo secondo la rivendicazione 25, in cui il chip di controllo (6) ha spessore non inferiore rispetto al substrato di supporto (2) e il supporto adesivo in nastro (43) viene applicato alla seconda faccia (2b) del substrato di supporto (2).
27. Processo secondo la rivendicazione 25, in cui il chip di controllo (106) ha spessore inferiore rispetto al substrato di supporto (2) e il supporto adesivo in nastro (143) viene applicato alla prima faccia (2a) del substrato di supporto (2).
28. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 24 a 27, comprendente rimuovere il supporto adesivo in nastro (43; 143) dopo riempire.