TWI451538B - 微機電系統（ｍｅｍｓ）麥克風封裝體及其製造方法 - Google Patents

微機電系統（ｍｅｍｓ）麥克風封裝體及其製造方法 Download PDF

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Description

微機電系統(MEMS)麥克風封裝體及其製造方法
本發明係有關於一種微機械加工聲學元件封裝體，特別有關於一種微機械加工微機電系統(MEMS)麥克風封裝體及其製造方法。
微機械加工矽麥克風已揭露於許多的專利。例如，美國專利US 5,619,476、US 5,870,351、US 5,894,452、及US 6,493,288揭露一種電容型超音波傳感器(transducer)的製造方法。再者，美國專利US 5,146,435、US 5,452,268、US 6,535,460、及US 6,870,937揭露一種微機械加工電容型傳感器，其主要用於聲音的擷取。然而，於上述專利中，主要的發明技術特徵皆專注於微機械加工麥克風晶片的設計與製造。易言之，上述發明技術特徵皆專注於麥克風的晶圓級製程。
對於應用於任意型式電子裝置的麥克風而言，需要提供適當的外罩構件，使得該工麥克風晶片能儲置於一適合的封裝件中，以避免其受到環境的干擾。較佳地，此外罩構件結構亦可遮蔽矽麥克風的感測構件，隔離外部的電磁干擾。再者，該封裝的麥克風需要接觸導腳，使得該接觸導腳能錫焊於使用該麥克風的一電子板上。最後，將封裝的方法應用於麥克風必須符合低成本要件並且允許大量生產的要件。
相較於傳統的駐極體麥克風(electret microphone)，微機械加工的MEMS麥克風的優點為能夠承受高的回焊(re-flow)溫度。因此，為了降低電子產品的封裝成本，該微機械加工的MEMS麥克風的封裝型式是允許將麥克風表面封裝於一印刷電路板(PCB)上。
許多用於MEMS麥克風的封裝方法已揭露於習知技術中。美國專利US 6,781,231，其整體內容在此引為參考資料，揭露一種微機電系統(MEMS)封裝體包括一MEMS麥克風、一基板、及一封蓋。該基板具有一表面，支撐該MEMS麥克風。該封蓋包括一導電層，其具有一中央部分藉由一週邊邊緣部分黏結。一外罩構件的構成藉由連接該封蓋的週邊邊緣部分至該基板。該封蓋的中央部分與該基板的表面之間隔離一空間，以容納該MEMS麥克風。該外罩構件包括一聲學埠(acoustic port)，允許一聲學訊號抵達該MEMS麥克風。美國專利申請早期公開US 2005/0018864，其整體內容在此引為參考資料，揭露一矽電容式麥克風封裝體包括一傳感器單元、一基板、及一封蓋。該基板包括一上表面，具有一凹入於其內部。該傳感器單元貼附於該基板的上表面上，並且與該凹入的至少一部分重疊，其中該傳感器單元具有一背部體積形成於該傳感器單元與該基板之間。該封蓋設置於該傳感器單元上方並包括一開孔。
美國專利US 7,434,305，其整體內容在此引為參考資料，揭露一種矽電容式麥克風封裝體包括一傳感器單元、一基板、及一封蓋。該基板包括一上表面，具有一凹入於其內部。該傳感器單元貼附於該基板的上表面上，並且與該凹入的至少一部分重疊，其中該傳感器單元具有一背部體積形成於該傳感器單元與該基板之間。該封蓋設置於該傳感器單元上方並包括一開孔。
美國專利7,439,616，其整體內容在此引為參考資料，揭露一種矽電容式麥克風封裝體包括一傳感器單元、一基板、及一封蓋。該基板包括一上表面。該傳感器單元貼附於該基板的上表面上，並且與該凹入的至少一部分重疊，其中該傳感器單元具有一背部體積形成於該傳感器單元與該基板之間。該封蓋設置於該傳感器單元上方，並且該基板或該封蓋的其中之一包括一開孔。
上述的封裝方法提供一矽電容式麥克風封裝體，其允許聲學能量接觸設置於外罩內的該傳感器單元。該外罩提供一必需的壓力參考值，而在此同時，又能保護該傳感器避免光、電磁干擾及物理性損傷。然而，所述封裝方法未能解決該麥克風封裝體於使用上或組裝上的關鍵性觀點。部分的觀點包括，但並不限定於，透過該麥克風封裝體的側壁及/或封蓋的聲學漏失，安全地將麥克風貼附於一位於下層的PCB母板，屏蔽電磁干擾的有效性，自該麥克風封裝體至下層的PCB母板的電子訊號傳輸失真，一封裝的麥克風於表面封裝的可撓曲性，以及大量生產的製造容易度等。
根據本發明之一實施例，一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝體包括：一具有一導電部件的外罩，設置於一基板上，以構築成一空穴；一MEMS感測元件和一IC晶片設置於該空穴內部；一聲孔包括一傳聲通道連接該空穴與一外部空間；一第一接地墊，設置於該基板的背面，通過該基板內的一穿孔連接該外罩的該導電部件；以及一第二接地墊，設置於該基板的背面，通過該基板內的一內連線連接該MEMS感測元件或該IC晶片；其中該第一接地墊和該第二接地墊彼此相互隔離。
根據本發明另一實施例，一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝體的製造方法，包括：提供一基板；形成一MEMS感測元件和一IC晶片於該基板上；接合一具有一導電部件的外罩於該基板上，環繞構成一空穴以容納該MEMS感測元件和該IC晶片；形成一聲孔包括一傳聲通道連接該空穴與一外部空間；通過該基板內的一穿孔，連接該外罩的該導電部件到設置於該基板背面的一第一接地墊；以及通過該基板內的一內連線，連接該MEMS感測元件或該IC晶片到設置於該基板背面的一第二接地墊；其中該第一接地墊和該第二接地墊彼此相互隔離。
為使本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
本發明實施例的主要技術特徵及關鍵樣態提供一MEMS麥克風封裝體具有一導電外罩，其電性連接至一支撐PCB母板的共同類比接地導腳，以屏蔽一感測元件，隔離環境和電磁干擾。於一實施例中，一MEMS麥克風封裝體在一麥克風封裝體和一支撐的PCB基板之間具有很強的鍵結，基於導電外罩和該支撐的PCB基板之間的連接。本發明之實施例亦提供一MEMS麥克風封裝體，對於封裝和組裝製程中所發生的熱擾動具足夠的承受能力。本發明的MEMS麥克風封裝體的其他實施例更強化聲學訊號的傳輸至一感測器構件，該感測器構件設置於該封裝體內。
本發明的目前及其他目的可藉由以下實施例達成，一表面封裝的MEMS麥克風封裝體包括一傳感器構件、一IC晶片、及其他被動元件藉由一基板支撐，並儲置於由該基板所構成的一空穴中。一隔牆部件和一頂蓋部件設置於該基板上。該頂蓋部件具有一聲孔以允許一聲學訊號穿透並抵達一MEMS感測構件的一隔膜。該基板、隔牆部件和頂蓋部件堆疊並鍵結成為一體，以形成一空穴於其中，該空穴最小化地改變該MEMS感測構件的聲學響應。提供一導電外罩圍繞該麥克風封裝體的隔牆部件和頂蓋部件。接著，提供一聲學吸收材料，並夾置於該導電外罩與該麥克風封裝體的隔牆部件和頂蓋部件之間。該導電外罩可錫焊於支撐該麥克風封裝體的該PCB基板上，並且電性連接至位於PCB母板上的一共同類比接地導腳，以形成一屏壁將該麥可風與環境干擾及電磁干擾隔離。
同時，相較於先前技術，本發明實施例所揭露一種不同的MEMS麥克風的封裝方法。本發明實施例的MEMS麥克風的封裝體兼具聲學地聲音以及可大量生產性。本發明的MEMS麥克風可視為一獨立的裝置以及一積體化的構件。在完成封裝後，根據本發明部分實施例的封裝方法可最小化地改變該麥克風的聲學響應。與此同時，根據本發明部分實施例的封裝方法可提供從該封裝的麥克風至貼附的PCB母板的最小化地傳輸電性訊號失真。根據本發明其他實施例的麥克風封裝體提供一機械的屏蔽，以隔離環境與電磁干擾。
請參閱第1A圖，根據本發明之一實施例的MEMS麥克風封裝體100a包括一基板10，一MEMS聲學感測裝置3、一IC晶片4、及被動元件5封裝於基板10上。一聲學空穴6由基板10、隔牆部件20及一頂蓋部件40所構成。所述隔牆部件20和頂蓋部件40設置並貼附於基板10上，藉由一膠合材料30塗佈於基板10與隔牆部件20之間，以及隔牆部件20與頂蓋部件40之間。所述隔牆部件20的高度足夠高，致使於MEMS聲學感測裝置3的頂表面與頂蓋部件40之間具有足夠的間隔11。接著，將焊墊2形成於基板10的底部，使所述MEMS麥克風封裝體得以表面黏著於PCB母板70上。所述基板10可由FR-4材料製成，使得基板10與PCB母板70的熱性質匹配。所述頂蓋部件40具有一聲孔1A，能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達MEMS聲學感測裝置3的表面。於一實施例中，聲孔1A形成於並延伸穿透該頂蓋部件40。此聲孔1A包括傳聲通道17連接所述空穴與外部空間。可選定聲孔1A的位置使其遠離感測裝置3，以避免其受到灰塵落入及濕氣侵入，例如從人類口中發出，抵達感測裝置3的表面。
再請參閱第1A圖，一導電外罩50包圍且環繞所述麥克風封裝體。於一實施例中，一額外的聲孔15形成於所述導電外罩50中且與聲孔1A對準，使得聲學訊號得以通過該聲孔。一聲學吸收層60夾置於隔牆部件20及/或頂蓋部件40與導電外罩50之間的位置。所述導電外罩50並非直接連接至麥克風封裝體的類比或數位接地導腳。所述導電外罩50而是藉由焊接墊52電性連接至一PCB母板上的共同類比接地導腳。
所述導電外罩50是由金屬或其他導電材料所構成，而隔牆部件20及頂蓋部件40一般是由塑膠材料或FR-4材料構成，以達電性絕緣的目的。所述聲學吸收層60可包括泡棉、軟木、海綿、橡膠、或噴佈矽膠塗層。
根據本發明的另一實施例，提供一MEMS麥克風封裝體的製造方法。所述製造方法包括下列步驟：提供一基板，形成一空穴，所述空穴是由一頂蓋部件、一隔牆部件、及一基板所包圍，其中所述隔牆部件環繞且支撐頂蓋部件以及所述基板支撐頂蓋部件和隔牆部件。將一MEMS感測元件和一IC晶片形成於空穴的內部。接著，形成一聲孔包括一傳聲通道連接所述空穴與外部空間，以及形成一導電外罩包圍頂蓋部件和隔牆部件。將所述導電外罩錫焊於一印刷電路板上並且電性連接至一共同類比接地導腳位於印刷電路板上。
第1B圖係顯示根據本發明另一實施例的MEMS麥克風封裝體的剖面示意圖。於第1B圖中，一MEMS麥克風封裝體100b包括一具有一導電部件的外罩150a，設置於一基板10(亦通稱為一MIC基板)上，以構築成一空穴11。所述外罩150a為一整體的金屬外罩，通過一導電膠30貼附於所述基板10上。一MEMS感測元件3、一IC晶片4及至少一被動元件5設置於所述空穴11的內部。一聲孔1A包括一傳聲通道連接所述空穴11與一外部空間。一第一接地墊130(亦通稱為一類比接地墊)設置於基板10的背面，通過基板10內部的一穿孔120(亦通稱為一穿矽導孔TSV)連接所述外罩150a的導電部件。一第二接地墊140(亦通稱為一數位接地墊)設置於所述基板10的背面，通過基板10內部的一內連線160或重新分佈線(RDL)連接所述MEMS感測元件3或IC晶片4，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140彼此相互隔離。由於數位訊號和環境的干擾分別藉由不同的接地墊隔離，因此可有效地降低串音效應及電磁干擾(EMI)雜訊。有鑑於此，最終被MEMS麥克風封裝體100b接收的是乾淨且清楚的聲音訊號。
於一實施例中，可進一步將所述基板10焊接於一PCB母板70(亦通稱為一PCB系統板)上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140焊接至PCB母板70上的一共同接地墊170。於另一實施例中，所述基板10焊接在PCB母板70上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140分別焊接至所述PCB母板70上不同的接地墊。基板10背面的其他接觸墊135分別地焊接在所述PCB母板70上的對應的接觸墊175。
第1C圖係顯示根據本發明另一實施例的MEMS麥克風封裝體的剖面示意圖。於第1C圖中，一MEMS麥克風封裝體100c包括一具有一導電部件的外罩150b，設置於一基板10(亦通稱為一MIC基板)上，以構築成一空穴11。所述外罩150b為一多層外罩，通過一導電膠30貼附於所述基板10上。所述多層外罩150b可包括一頂蓋部件155和一隔牆部件153環繞且支撐該頂蓋部件。於另一實施例中，所述多層外罩包括一導電層154，夾置於兩層非導電層152和156之間。應注意的是，所述多層外罩可更包括一聲學吸收層襯墊於該多層外罩的裡層。一MEMS感測元件3、一IC晶片4及至少一被動元件5設置於所述空穴11的內部。一聲孔1A包括一傳聲通道連接所述空穴11與一外部空間。一第一接地墊130(亦通稱為一類比接地墊)設置於基板10的背面，通過基板10內部的一穿孔120(亦通稱為一穿矽導孔TSV)連接所述外罩150b的導電部件。一第二接地墊140(亦通稱為一數位接地墊)設置於所述基板10的背面，通過基板10內部的一內連線160或重新分佈線(RDL)連接所述MEMS感測元件3或IC晶片4，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140彼此相互隔離。
於一實施例中，可進一步將所述基板10焊接於一PCB母板70(亦通稱為一PCB系統板)上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140焊接至PCB母板70上的一共同接地墊170。於另一實施例中，所述基板10焊接在PCB母板70上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140分別焊接至所述PCB母板70上不同的接地墊。基板10背面的其他接觸墊135分別地焊接在所述PCB母板70上的對應的接觸墊175。
一麥克風封裝體並無附加外罩50的實施範例，如第2A圖所示。該隔牆部件20係典型地與該基板10和頂蓋部件40以黏結膠成一體。另可替換地，例如當使用塑膠材料做為隔牆部件20及頂蓋部件40時，所述隔牆部件20與頂蓋部件40可形成而成為一整合的單一封蓋40，如第2B圖所示。此單一封蓋40在藉由一黏結膠貼附於該基板10上。當進行製造時，該頂蓋部件40、隔牆部件20及基板10可疊層於一體。於此實施例中，則黏結膠30為一疊層的媒介，可將所述頂蓋部件40黏接至隔牆部件20，接續再黏接至基板10。
所述頂蓋部件40與隔牆部件20可為一單層的材料，例如塑膠，或者多層的材料，例如FR-4材料。於任何一種情況下，都不需要夾置一導電材料層於多層材料之間。頂蓋部件40與隔牆部件20所需要的條件是由其形成的孔穴的空間足夠大，使其足以納入MEMS感測裝置3、被動元件5和IC晶片4。然而，較佳的是，該頂蓋部件40與該隔牆部件20具有高的聲學阻抗(acoustic impedance)。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例的導電外罩50頂視示意圖。一穿孔1A穿透該導電外罩50，使得一聲壓波(acoustic pressure wave)得以傳輸穿過。該導電外罩50具有一頂表面53和一邊緣軌51，典型地是由金屬板製程，例如鋁板或其他導電材料。該導電外罩50亦可由多層材料所製成。然而，無論何種情況，必須至少其中一層具有導電性。第4圖係顯示根據本發明另一實施例的導電外罩50頂視示意圖。於此，所述邊緣軌51為非連續性的，然而其仍然是由與該導電外罩50的頂表面53相同的材料製成。
第5圖係顯示由第3圖的麥克風封裝體沿A-A’切割線方向的剖面示意圖。該聲學吸收層60可塗佈於該導電外罩50的內部表面。在該邊緣軌51的底部，設置一銲錫墊52以將整個導電外罩50密封地貼附於該PCB母板70上，如第1圖所示。該銲錫墊52為電性的導體，因此使得該導電外罩50電性連接至一共同類比接地導腳70位於印刷電路板上。如同先前所強調，該聲學吸收層60可包括泡棉、軟木、海綿、橡膠、或噴佈矽膠塗層。為了組裝上的方便，該聲學吸收層60可先貼附於該導電外罩50上，如同圖第5圖所示。
上述麥克風封裝體所面臨的一大議題為其屏蔽不想要的聲學雜訊的能力。這些雜訊有時會由該麥克風封裝體的隔牆部件和頂蓋部件漏出，而抵達該感測裝置。可考慮另一實施例的多層板以解決此問題，如第6圖所示。當一正向平面波入射時，一穿透係數(transmission coefficient)可表示為：
其中；
Z n =ρ n c n 為阻抗，k n =ωc n 為第nth 層的波數，以及d n 為界面的位置，如第6圖所示。就黏彈體材料而言，所述C 可表示如下：
其中，G B ( ω) 和G S ( ω) 分別表示複數的體模數和剪模數。則，穿透損失可有以下公式及算求得：
TL =20log|T(ω) |
由此頻率與穿透係數的依存關係便可明確地表示。就三層板(玻璃-高分子-玻璃)而論，如第7圖所示，該穿透損失為一頻率的函數，且描繪於第8圖。在此，h 表示各層的厚度。用於計算的材料及幾何參數顯示如下：
μ∞ =2.35 x 108 Pa
μ0 =4.79 x 105 Pa
α=0.46
β=-0.1946
τ0 =0.3979 sec
第8圖的結果顯示，藉由如第7圖所顯示的三層板結構，可以使得一微機械加工的MEMS麥克風封裝體在頻率位準於1kHz時，可達到雜訊降低至20dB。
請參閱第9圖，其顯示該麥克風封裝體的隔牆部件與頂蓋部件剖面示意圖。該聲學吸收層60係夾置於該外罩50和隔牆部件20之間。相較於第8圖，可輕易地指出此三明治結構小於在第8圖所圖示的三層板結構。然而在一典型的麥克風封裝體中，該外罩50的厚度範圍通常介於0.05mm至0.2mm。而該隔牆部件20的厚度介於0.1mm至0.5mm之間變化。將此數值與第8圖的繪圖所的到的假設值比較，該隔牆部件20的厚度顯然小於該外罩50的厚度。應注意的是，藉由選擇適合的聲學吸收層60便可能達成將穿透損失降低至可接受的程度。
如同先前所指出，用於該聲學吸收層60的材料可包括泡棉、軟木、海綿、橡膠、或噴佈矽膠塗層。根據本發明之一實施例，該聲學吸收層60為一黏彈性層，具有多孔隙，並藉由其特性可將低聲波的速度。易言之，聲學吸收層60具有聲學阻抗(acoustic impedance)的特性，其相較於外罩50和隔牆部件20或頂蓋部件40的聲學阻抗特性小的許多。
根據本發明另一實施例，請參閱第10A圖，所述MEMS麥克風封裝體100d具有一基板10。一MEMS聲學感測裝置3、一IC晶片4、及被動元件5封裝於基板10上。一聲學空穴6係由基板10、隔牆部件20及一頂蓋部件40所構成。該隔牆部件20和頂蓋部件40設置並貼附於該基板10上，藉由一膠合材料30塗佈於該基板10與隔牆部件20之間，以及該隔牆部件20與頂蓋部件40之間。該隔牆部件20的高度足夠高，致使於該MEMS聲學感測裝置3的頂表面與該頂蓋部件40之間具有足夠的間隔11。接著，將焊墊2形成於該基板10的底部，使該MEMS麥克風封裝體得以表面黏著於該PCB母板70上。該基板10可由FR-4材料製成，使得基板10與該PCB母板70的熱性質匹配。一聲孔1B延伸穿透該基板10和該PCB母板70，並且能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達該MEMS聲學感測裝置3的表面。於一實施例中，聲孔1B形成於並延伸穿透該基板10。該聲孔1B包括傳聲通道連接該空穴6與一外部空間。可選定該聲孔1B的位置使其遠離該感測裝置3，以避免其受到灰塵落入及濕氣侵入，例如從人類口中發出，抵達該感測裝置3的表面。將一聲學封止層80塗佈並環繞於該聲孔1B的外緣，以封止該基板10與PCB母板70之間的間隙。根據本發明另一實施例，該聲學封止層80可包括金屬焊錫凸塊、環氧樹脂填充物或橡膠。
再請參閱第10A圖，一導電外罩50包圍且環繞該麥克風封裝體。一聲學吸收層60夾置於該隔牆部件20及/或該頂蓋部件40與該導電外罩50之間的位置。該導電外罩50並非直接連接至該麥克風封裝體的類比或數位接地導腳。該導電外罩50而是藉由焊接墊52電性連接至一PCB母板上的共同類比接地導腳。
第10B圖係顯示根據本發明另一實施例的MEMS麥克風封裝體的剖面示意圖。於第10B圖中，一MEMS麥克風封裝體100e包括一具有一導電部件的外罩150a，設置於一基板10(亦通稱為一MIC基板)上，以構築成一空穴11。所述外罩150a為一整體的金屬外罩，通過一導電膠30貼附於所述基板10上。一MEMS感測元件3、一IC晶片4及至少一被動元件5設置於所述空穴11的內部。一聲孔1B延伸穿透基板10和PCB母板70，並且能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達該MEMS聲學感測裝置3的表面。一第一接地墊130(亦通稱為一類比接地墊)設置於基板10的背面，通過基板10內部的一穿孔120(亦通稱為一穿矽導孔TSV)連接所述外罩150a的導電部件。一第二接地墊140(亦通稱為一數位接地墊)設置於所述基板10的背面，通過基板10內部的一內連線160或重新分佈線(RDL)連接所述MEMS感測元件3或IC晶片4，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140彼此相互隔離。由於數位訊號和環境的干擾分別藉由不同的接地墊隔離，因此可有效地降低串音效應及電磁干擾(EMI)雜訊。有鑑於此，最終被MEMS麥克風封裝體100e接收的是乾淨且清楚的聲音訊號。
於一實施例中，可進一步將所述基板10焊接於一PCB母板70(亦通稱為一PCB系統板)上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140焊接至PCB母板70上的一共同接地墊170。於另一實施例中，所述基板10焊接在PCB母板70上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140分別焊接至所述PCB母板70上不同的接地墊。基板10背面的其他接觸墊135分別地焊接在所述PCB母板70上的對應的接觸墊175。
第10C圖係顯示根據本發明另一實施例的MEMS麥克風封裝體的剖面示意圖。於第10C圖中，一MEMS麥克風封裝體100f包括一具有一導電部件的外罩150b，設置於一基板10(亦通稱為一MIC基板)上，以構築成一空穴11。所述外罩150b為一多層外罩，通過一導電膠30貼附於所述基板10上。所述多層外罩150b可包括一頂蓋部件155和一隔牆部件153環繞且支撐該頂蓋部件。於另一實施例中，所述多層外罩包括一導電層154，夾置於兩層非導電層152和156之間。應注意的是，所述多層外罩可更包括一聲學吸收層襯墊於該多層外罩的裡層。一MEMS感測元件3、一IC晶片4及至少一被動元件5設置於所述空穴11的內部。一聲孔1B延伸穿透基板10和PCB母板70，並且能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達該MEMS聲學感測裝置3的表面。一第一接地墊130(亦通稱為一類比接地墊)設置於基板10的背面，通過基板10內部的一穿孔120(亦通稱為一穿矽導孔TSV)連接所述外罩150b的導電部件。一第二接地墊140(亦通稱為一數位接地墊)設置於所述基板10的背面，通過基板10內部的一內連線160或重新分佈線(RDL)連接所述MEMS感測元件3或IC晶片4，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140彼此相互隔離。
於一實施例中，可進一步將所述基板10焊接於一PCB母板70(亦通稱為一PCB系統板)上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140焊接至PCB母板70上的一共同接地墊170。於另一實施例中，所述基板10焊接在PCB母板70上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140分別焊接至所述PCB母板70上不同的接地墊。基板10背面的其他接觸墊135分別地焊接在所述PCB母板70上的對應的接觸墊175。
根據本發明另一實施例，請參閱第11A圖，MEMS麥克風封裝體100g具有一基板10。一MEMS聲學感測裝置3、一IC晶片4、及被動元件5封裝於基板10上。一聲學空穴6係由基板10、隔牆部件20及一頂蓋部件40所構成。該隔牆部件20和頂蓋部件40設置並貼附於該基板10上，藉由一膠合材料30塗佈於該基板10與隔牆部件20之間，以及該隔牆部件20與頂蓋部件40之間。該隔牆部件20的高度足夠高，致使於該MEMS聲學感測裝置3的頂表面與該頂蓋部件40之間具有足夠的間隔11。接著，將焊墊2形成於該基板10的底部，使該MEMS麥克風封裝體得以表面黏著於該PCB母板70上。該基板10可由FR-4材料製成，使得基板10與該PCB母板70的熱性質匹配。一聲孔1B延伸穿透該基板10和該PCB母板70，並且能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達該MEMS聲學感測裝置3的表面。該聲孔1B的位置可選定位於該感測裝置3的正下方。一網罩8設置於該MEMS聲學感測裝置3和該聲孔1B之間。該網罩8為一多孔板，其具有多個聲洞(acoustic holes)的尺寸範圍大抵介於10微米至50微米之間。根據本發明另一實施例，該網罩8的厚度範圍大抵介於介於10微米至100微米之間。
根據本發明又一實施例，將一聲學封止層80塗佈並環繞於該聲孔1B的外緣，以封止該基板10與PCB母板70之間的間隙。該聲學封止層80可包括金屬焊錫凸塊、環氧樹脂填充物或橡膠。
再請參閱第11A圖，一導電外罩50包圍且環繞該麥克風封裝體。一聲學吸收層60夾置於該隔牆部件20及/或該頂蓋部件40與該導電外罩50之間的位置。該導電外罩50並非直接連接至該麥克風封裝體的類比或數位接地導腳。該導電外罩50而是藉由焊接墊52電性連接至一PCB母板上的共同類比接地導腳。
上述微機械加工的MEMS麥克風封裝體的實施例的優點在於可有效地降低穿透該MEMS麥克風封裝體的隔牆部件或頂蓋部件的聲學漏損。藉由將該導電外罩與該PCB母板電性連接，可強化該MEMS麥克風封裝體的黏結強度。再者，該MEMS麥克風封裝體對在封裝和組裝的製程中所發生的熱擾動具足夠的承受能力。再者，由於該導電外罩電性連接至一支撐PCB母板的共同類比接地導腳，因此可以屏蔽感測元件，以隔離環境和電磁干擾。
第11B圖係顯示根據本發明另一實施例的MEMS麥克風封裝體的剖面示意圖。於第11B圖中，一MEMS麥克風封裝體100h包括一具有一導電部件的外罩150a，設置於一基板10(亦通稱為一MIC基板)上，以構築成一空穴11。所述外罩150a為一整體的金屬外罩，通過一導電膠30貼附於所述基板10上。一MEMS感測元件3、一IC晶片4及至少一被動元件5設置於所述空穴11的內部。一聲孔1B延伸穿透該基板10和該PCB母板70，並且能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達該MEMS聲學感測裝置3的表面。該MEMS感測元件設置於該聲孔的一端，並可選定位於該感測裝置3的正下方。一網罩8設置於該MEMS聲學感測裝置3和該聲孔1B之間。該網罩8為一多孔板，其具有多個聲洞(acoustic holes)的尺寸範圍大抵介於10微米至50微米之間。於一實施例中，可選擇一聲學封止件環繞聲孔1B且夾置於基板10和PCB母板70之間。一第一接地墊130(亦通稱為一類比接地墊)設置於基板10的背面，通過基板10內部的一穿孔120(亦通稱為一穿矽導孔TSV)連接所述外罩150a的導電部件。一第二接地墊140(亦通稱為一數位接地墊)設置於所述基板10的背面，通過基板10內部的一內連線160或重新分佈線(RDL)連接所述MEMS感測元件3或IC晶片4，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140彼此相互隔離。由於數位訊號和環境的干擾分別藉由不同的接地墊隔離，因此可有效地降低串音效應及電磁干擾(EMI)雜訊。有鑑於此，最終被MEMS麥克風封裝體100h接收的是乾淨且清楚的聲音訊號。
於一實施例中，可進一步將所述基板10焊接於一PCB母板70(亦通稱為一PCB系統板)上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140焊接至PCB母板70上的一共同接地墊170。於另一實施例中，所述基板10焊接在PCB母板70上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140分別焊接至所述PCB母板70上不同的接地墊。基板10背面的其他接觸墊135分別地焊接在所述PCB母板70上的對應的接觸墊175。
第11C圖係顯示根據本發明另一實施例的MEMS麥克風封裝體的剖面示意圖。於第1C圖中，一MEMS麥克風封裝體100i包括一具有一導電部件的外罩150b，設置於一基板10(亦通稱為一MIC基板)上，以構築成一空穴11。所述外罩150b為一多層外罩，通過一導電膠30貼附於所述基板10上。所述多層外罩150b可包括一頂蓋部件155和一隔牆部件153環繞且支撐該頂蓋部件。於另一實施例中，所述多層外罩包括一導電層154，夾置於兩層非導電層152和156之間。應注意的是，所述多層外罩可更包括一聲學吸收層襯墊於該多層外罩的裡層。一MEMS感測元件3、一IC晶片4及至少一被動元件5設置於所述空穴11的內部。一聲孔1B延伸穿透該基板10和該PCB母板70，並且能允許聲學訊號傳輸穿透，以抵達該MEMS聲學感測裝置3的表面。該MEMS感測元件設置於該聲孔的一端，並可選定位於該感測裝置3的正下方。一網罩8設置於該MEMS聲學感測裝置3和該聲孔1B之間。該網罩8為一多孔板，其具有多個聲洞(acoustic holes)的尺寸範圍大抵介於10微米至50微米之間。於一實施例中，可選擇一聲學封止件環繞聲孔1B且夾置於基板10和PCB母板70之間。一第一接地墊130(亦通稱為一類比接地墊)設置於基板10的背面，通過基板10內部的一穿孔120(亦通稱為一穿矽導孔TSV)連接所述外罩150b的導電部件。一第二接地墊140(亦通稱為一數位接地墊)設置於所述基板10的背面，通過基板10內部的一內連線160或重新分佈線(RDL)連接所述MEMS感測元件3或IC晶片4，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140彼此相互隔離。
於一實施例中，可進一步將所述基板10焊接於一PCB母板70(亦通稱為一PCB系統板)上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140焊接至PCB母板70上的一共同接地墊170。於另一實施例中，所述基板10焊接在PCB母板70上，其中所述第一接地墊130和第二接地墊140分別焊接至所述PCB母板70上不同的接地墊。基板10背面的其他接觸墊135分別地焊接在所述PCB母板70上的對應的接觸墊175。
本發明雖以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1A、1B．．．聲孔
2．．．焊墊
3．．．MEMS聲學感測裝置
4．．．IC晶片
5．．．被動元件
6．．．空穴
8．．．網罩
10．．．基板
11．．．間隔
15．．．額外的聲孔
17．．．傳聲通道
20．．．隔牆部件
30．．．膠合材料
40．．．頂蓋部件
50．．．導電外罩
51．．．邊緣軌
52．．．焊接墊
53．．．導電外罩的頂表面
60．．．聲學吸收層
70．．．PCB母板
80．．．聲學封止層
100a-100i．．．MEMS麥克風封裝體
120．．．穿孔
130．．．第一接地墊
135．．．接觸墊
140．．．第二接地墊
150a、150b．．．外罩
152和156．．．非導電層
153．．．隔牆部件
154．．．導電層
155．．．頂蓋部件
160．．．內連線
170．．．共同接地墊
175．．．接觸墊
第1A-1C圖顯示顯示根據本發明實施例之麥克風封裝體，以表面封裝於一支撐的PCB基板的剖面示意圖。
第2A-2B圖顯示根據本發明之實施例的麥克風封裝體，並無附加外罩，的剖面示意圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例的MEMS麥克風封裝體的的導電外罩的頂視示意圖。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例的導電外罩頂視示意圖。
第5圖係顯示由第3圖的麥克風封裝體沿A-A’切割線方向的剖面示意圖。
第6圖顯示根據本發明實施例在一多層結構中聲波傳遞的示意圖。
第7圖顯示根據本發明實施例在三層板結構中聲波傳遞的示意圖。
第8圖顯示在第7圖的三層板結構中所估計的傳遞損失示意圖。
第9圖顯示根據本發明之實施例的麥克風封裝體的隔牆部件的剖面示意圖。
第10A-10C圖顯示顯示根據本發明另一些實施例之麥克風封裝體，以表面封裝於一支撐的PCB基板的剖面示意圖。
第11A-11C圖顯示顯示根據本發明又一些實施例之麥克風封裝體，以表面封裝於一支撐的PCB基板的剖面示意圖。
1A．．．聲孔
3．．．MEMS聲學感測裝置
4．．．IC晶片
5．．．被動元件
10．．．基板
11．．．間隔
30．．．膠合材料
70．．．PCB母板
100b．．．MEMS麥克風封裝體
120．．．穿孔
130．．．第一接地墊
135．．．接觸墊
140．．．第二接地墊
150a．．．外罩
160．．．內連線
170．．．共同接地墊
175．．．接觸墊

Claims (26)

  1. 一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝體，包括：一具有一導電部件的外罩，設置於一基板上，以構築成一空穴；一MEMS感測元件和一IC晶片設置於該空穴內部；一聲孔包括一傳聲通道連接該空穴與一外部空間；一第一接地墊，設置於該基板的背面，通過該基板內的一穿孔連接該外罩的該導電部件；以及一第二接地墊，設置於該基板的背面，通過該基板內的一內連線連接該MEMS感測元件或該IC晶片；其中該第一接地墊和該第二接地墊彼此相互隔離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該基板焊接在一印刷電路(PCB)母板上，其中該第一和該第二接地墊焊接至該PCB母板上的一共同接地墊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該基板焊接在一PCB母板上，其中該第一和該第二接地墊分別焊接至該PCB母板上不同的接地墊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該外罩為一整體的金屬外罩。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該外罩為一多層外罩，其包括一頂蓋部件和一隔牆部件環繞且支撐該頂蓋部件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該多層外罩包括一導電層，夾置於兩層非導電層之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之微機電系統麥克風封裝體，更包括一聲學吸收層襯墊於該多層外罩的裡層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該聲孔形成於該外罩中且延伸穿透該外罩，使得聲學訊號得以通過該聲孔。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該聲孔形成於該基板中且延伸穿透該基板，以及其中一額外的聲孔形成於該PCB母板中且與該聲孔對準，使得聲學訊號得以通過該聲孔。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之微機電系統麥克風封裝體，其中該MEMS感測元件設置於該聲孔的一端。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之微機電系統麥克風封裝體，更包括一多孔板夾置於該聲孔的一端和該MEMS感測元件之間。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之微機電系統麥克風封裝體，更包括一聲學封止件環繞該聲孔且夾置於該基板和該PCB母板之間。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統麥克風封裝體，更包括至少一被動元件設置於該空穴內部。
  14. 一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝體的製造方法，包括：提供一基板；形成一MEMS感測元件和一IC晶片於該基板上；接合一具有一導電部件的外罩於該基板上，環繞構成一空穴以容納該MEMS感測元件和該IC晶片；形成一聲孔包括一傳聲通道連接該空穴與一外部空間；通過該基板內的一穿孔，連接該外罩的該導電部件到設置於該基板背面的一第一接地墊；以及通過該基板內的一內連線，連接該MEMS感測元件或該IC晶片到設置於該基板背面的一第二接地墊；其中該第一接地墊和該第二接地墊彼此相互隔離。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該基板焊接在一印刷電路(PCB)母板上，其中該第一和該第二接地墊焊接至該PCB母板上的一共同接地墊。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該基板焊接在一PCB母板上，其中該第一和該第二接地墊分別焊接至該PCB母板上不同的接地墊。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該外罩為一整體的金屬外罩。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該外罩為一多層外罩，其包括一頂蓋部件和一隔牆部件環繞且支撐該頂蓋部件。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該多層外罩包括一導電層，夾置於兩層非導電層之間。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，更包括形成一聲學吸收層襯墊於該多層外罩的裡層。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該聲孔形成於該外罩中且延伸穿透該外罩，使得聲學訊號得以通過該聲孔。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該聲孔形成於該基板中且延伸穿透該基板，以及其中一額外的聲孔形成於該PCB母板中且與該聲孔對準，使得聲學訊號得以通過該聲孔。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，其中該MEMS感測元件設置於該聲孔的一端。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，更包括形成一多孔板夾置於該聲孔的一端和該MEMS感測元件之間。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，更包括形成一聲學封止件環繞該聲孔且夾置於該基板和該PCB母板之間。
  26. 如申請專利範圍第14項所述之微機電系統麥克風封裝體的製造方法，更包括形成至少一被動元件設置於該空穴內部。
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