TWI646876B - 用於至少一麥克風構件的第二電平安裝的電路板以及具這類電路板的麥克風模組 - Google Patents

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Abstract

本發明提出若干措施，以便以與麥克風元件之包裝無關的方式實現麥克風元件的背容積。
為此，在麥克風模組(100)之範圍內採用一用於至少一麥克風構件(20)的第二電平安裝的電路板(10)，在該電路板之表面中構建有至少一與該電路板(10)之層結構中的空腔(11)連通的連接口(12)。此外，該包含連接口(12)之電路板表面係針對該麥克風構件(20)在該連接口(12)上方的密封式安裝而配置，以便該麥克風構件(20)透過該電路板表面中之連接口(12)聲學地連接至該電路板(10)中之空腔(11)，以及，以便該空腔(11)用作該麥克風構件(20)的背面容積。

Description

用於至少一麥克風構件的第二電平安裝的電路板以及具這類電路板的麥克風模組
本發明係有關於一種用於麥克風構件的第二電平(2nd-level)安裝的電路板。在該電路板之至少一表面中構建有至少一連接口，該連接口與該電路板之層結構中的空腔連通。
本發明亦有關於一種具這類電路板的麥克風模組。
US 2012/0177229 A1公開過此種類型的電路板及麥克風模組。在此種電路板之層結構中構建有形式為聲道的空腔，其連接口皆位於電路板之主表面中。該二連接口中的一個用作聲音入口，另一連接口的上方則安裝有用於信號檢測及信號處理的麥克風構件。該案中之聲道的幾何形狀及尺寸以某種方式設計，使得該聲道構成針對某一頻率範圍之聲音(特別是語音信號)的聲波導或諧振器。上述方案之目的在於在麥克風構件上實現極佳的傳聲。
本發明範圍內所採用的麥克風構件至少配設有一MEMS麥克風元件，且可能還配設有其他MEMS或ASIC元件。此類構件之安裝與連接技術(AVT)係針對在電路板上實施安裝而設計。為此，可在第一位 面安裝之範圍內在一共同殼體中對此種麥克風構件的元件進行佈置及佈線。但亦可將此等元件彙集於帶電路板支架的封裝中或晶圓級上。此類構件的麥克風靈敏度主要與麥克風元件之麥克風膜片後的背容積相關。此種背容積通常係於麥克風元件之第一位面安裝的過程中，即其包裝過程中被封閉。與此相對應地，微麥克風元件的背容積的大小係由包裝類型決定及限制。
本發明提出若干措施，以供以與麥克風元件之包裝無關的方式實現麥克風元件的背容積。該等措施能夠在不有損麥克風靈敏度的情況下減小麥克風構件之結構尺寸。
本發明用以達成上述目的之方案為：將用於麥克風構件的第二電平安裝的電路板的層結構中之空腔用作背面容積。除用於該麥克風構件之連接口外，該空腔被密封，以及，該包含連接口之電路板表面係針對該麥克風構件在該連接口上方的密封式安裝而配置。
亦即，根據本發明，用於麥克風構件之背容積自該構件遷移至該第二電平電路板。如此一來，該背容積之尺寸不再由該麥克風構件之結構界定，因此，可以大幅節省空間之方式對該麥克風元件進行包裝。根據本發明，麥克風構件之背容積係在該第二電平電路板中實現，該麥克風構件與其他構件一同安裝在該第二電平電路板中，此方案能夠減小構件尺寸，進而有助於降低製造成本，以及有助於將麥克風構件及麥克風組件小型化。
通常在此種類型之電路板上將多個構件及包含補充功能之 組件整合成一功能模組。與此相對應地，此種電路板之尺寸通常遠大於該麥克風構件之“佔據面積”。在此情形下，為簡單地提昇麥克風靈敏度，該空腔在該電路板中至少局部橫向延伸至超出該麥克風構件之尺寸。
根據本發明的一種較佳實施方式，在該第二電平電路板中之空腔內構建有若干壁板及/或支撐柱。此類結構元件有助於增強電路板之穩定性，以及簡化電路板的製造。此外，藉由對壁板及支撐柱進行適宜的佈置及設計，亦能防止該空腔之諧振式自振的起振。可透過該等措施將該等自振模式推移至較高頻率，理想情形下推移至某種程度，使得該空腔之諧振頻率高於該麥克風構件之最大使用頻率，特別是高於80kHz。
如上文所述，在本發明之範圍內所採用的麥克風構件可以不同的方式構建或包裝。
根據第一實施方案，該MEMS麥克風元件係佈置在一殼體中，在該殼體中構建有至少二透聲開口，即至少一聲音入口及至少一安裝側連接口。在此情形下，透過該殼體中之聲音入口為該MEMS麥克風元件之麥克風結構的一側施加聲壓，該麥克風結構之另一側則係透過該殼體中的連接口及該電路板中的連接口連接至該電路板中的空腔。
根據本發明之第二實施方案，該麥克風構件係以包含用於該MEMS麥克風元件的安裝支架的封裝之形式實現。根據該方案，透過該麥克風結構之背離該安裝支架的一側進行傳聲，該麥克風結構之另一側則係透過該安裝支架中的通孔及該電路板中的連接口連接至該電路板中的空腔。
根據本發明之第三實施方案，採用形式為晶圓級封裝的麥克 風構件。根據該方案，該包含MEMS麥克風元件之封裝係直接安裝在該電路板中的連接口上方。在本實施方案中，亦透過該麥克風結構之背離該電路板的一側進行傳聲，該麥克風結構之另一側則直接連接至該電路板中的連接口，進而連接至該電路板中的空腔。
就本發明之所有實施方式而言同等重要之處在於，在該麥克風構件與該電路板間存在隔音連接。該連接較佳實施為位於該電路板中之連接口的周邊上的密閉式密封圈，及/或位於該麥克風構件之安裝面的邊緣區域內的環繞密閉式密封圈。該連接本身可簡單地實施為焊接或黏接。
如上文所述，可藉由不同的方式對本發明之原理進行有利的設計及改進。參閱附屬項及下文結合附圖對本發明之多個實施例所作的描述。
1‧‧‧麥克風結構
2‧‧‧開口
3‧‧‧電接點
4‧‧‧分析ASIC
10‧‧‧第二電平電路板
11‧‧‧空腔
12‧‧‧連接口
13‧‧‧壁板
14‧‧‧支撐柱
15‧‧‧安裝面
16‧‧‧連接焊墊
20‧‧‧麥克風構件
21‧‧‧MEMS麥克風元件
22‧‧‧底部
23‧‧‧通孔
24‧‧‧蓋部
25‧‧‧開口
30‧‧‧密封連接
31‧‧‧接觸連接
100‧‧‧麥克風模組
200‧‧‧麥克風模組
220‧‧‧麥克風構件
222‧‧‧安裝支架
223‧‧‧通孔
240‧‧‧保護膜片
300‧‧‧麥克風模組
320‧‧‧麥克風構件
340‧‧‧保護膜層
圖1a為具麥克風構件20及本發明之第二電平電路板10的麥克風模組100的剖視圖，及圖1b為電路板10之結構及佈局的俯視圖，及圖2及3各為本發明之麥克風模組的一種結構變體的剖視圖。
圖1a所示麥克風模組100包括一麥克風構件20，其係於第二電平安裝過程中安裝在電路板10上。此種第二電平電路板10通常用作針對多個構件的支架及接線平面，該等構件包含若干整合於一模組中之不同的補充功能。與此相對應地，在第二電平電路板之佈局中既設有若干用於 對該等構件進行機械固定的安裝面，又設有若干針對該等構件之電接觸及接線的連接焊墊及導電通路。如此裝配的第二電平電路板可作為具某種功能範圍的預製組件應用在不同的應用中。
本發明之電路板10係特別針對麥克風構件20的安裝而配置。為此，在該電路板10之層結構中構建有封閉式空腔11，其僅具一位於電路板10之頂面中的連接口12。麥克風構件20以氣密方式安裝在連接口12上方，使得空腔11聲學地連接至麥克風構件20之背面容積。
在該圖所示實施例中，在空腔11內構建有若干壁板13及支撐柱14，使得空腔11之諧振頻率高於麥克風構件20之最大使用頻率，特別是高於80kHz。空腔11在電路板10內延伸，直至超出麥克風構件20之尺寸(即基面)。圖1b特別示出了空腔11之延伸、壁板13及支撐柱14之佈置方案，以及包含安裝面15及連接焊墊16的電路板頂面的佈局。
麥克風模組100之麥克風構件20係指包含一殼體之MEMS麥克風元件21，該殼體由底部22及蓋部24構成。包含以聲學方式工作的膜片及靜止配合件的麥克風結構1構建在MEMS麥克風元件21之正面中，並跨過位於元件背面中之開口2。包含通孔23的第一位面電路板用作殼體底部22。MEMS麥克風元件21以位於該通孔23上方之方式安裝在殼體底部22上，使得MEMS麥克風元件21之背面開口2與通孔23彼此對齊。罩帽狀蓋部24以位於MEMS麥克風元件21上方之方式佈置在底部22上，並環繞式地與該底部連接。在蓋部24中同樣構建有透聲的開口25。
麥克風構件20以某種方式安裝在第二電平電路板10上，使得殼體底部22中的通孔23以與電路板10上的連接口12對齊之方式定位。 在電路板10上的連接口12的邊緣區域內的環形安裝面15與殼體底部22間存在環繞式氣密連接30，以便麥克風結構1之一側透過殼體底部22中的通孔23及電路板10中的連接口12連接至電路板10內的空腔11。蓋部24中的開口25用作聲音入口，透過該聲音入口為MEMS麥克風元件21之麥克風結構1的另一側施加聲壓。
除密封連接30外，在將麥克風構件20安裝在第二電平電路板10上之過程中，還建立接觸連接31，即麥克風構件20與電路板10上之連接焊墊16間的電連接。
在該位置上可看出，作為對將開口23和12環繞的密封圈連接的替代或補充方案，亦可設有除聲音接口23、12外亦將電接觸連接31環繞的密封圈連接，從而對環境影響進行防護，例如實現防潮及防污。
舉例而言，針對麥克風構件20與第二電平電路板10間的機械密封連接30，以及針對麥克風構件20之電接觸31，適宜的連接材料為：可在絲網印刷法中施塗至該電路板表面上的焊料或導電黏著劑。亦可為機械及電連接採用不同的材料，例如將不傳導黏著劑用於機械連接，以及將銅柱用於電接觸。
圖2及圖3所示麥克風模組200及300各包括一安裝在第二電平電路板10上的麥克風構件220及320。就該二實施例而言，皆在電路板10內構建有封閉式空腔11，其僅具一位於電路板10之頂面中的連接口12。為此，在該等實施例中，第二電平電路板10由電絕緣襯底材料之至少兩個相互間隔一定距離並透過框架狀中間層連接的層構成。麥克風構件220或320係密封式安裝在電路板10之上層中之連接口12上方，以及，使得空 腔11連接至麥克風構件220或320的背面容積。與此相對應地，空腔11在第二電平電路板10內構成麥克風構件220或320之背面容積的一部分。在該二實施例中，空腔11皆延伸超出麥克風構件220或320之尺寸(即基面)。如此便能在第二電平電路板10內以與構件尺寸無關之方式，亦即即便在構件尺寸較小的情況下，實現相對較大的背面容積，從而實現儘可能高的信噪比。
此外，麥克風構件220及320皆具包含麥克風結構1之MEMS麥克風元件21，該麥克風結構構建於該元件正面中並跨過位於該元件背面中之開口2，但該等麥克風構件在該麥克風元件21之包裝方面有所不同。
例如，與麥克風模組100之麥克風構件20不同，圖2所示麥克風構件220不包括將MEMS麥克風元件21全面環繞的獨立殼體。為減小構件尺寸，麥克風構件220係以堆疊形式實現，使得其基面等同於MEMS麥克風元件21之晶片面。為此，將MEMS麥克風元件21面朝下安裝在包含通孔223的安裝支架222上，以及，使得通孔223構成通向MEMS麥克風元件21之麥克風結構1的聲學接口。MEMS麥克風元件21之背面配設有保護膜片240。該保護膜片跨過背面開口2，而不對其進行隔音。
在該實施例中，一第一位面電路板用作安裝支架222，該第一位面電路板亦用作針對第二電平電路板10上之安裝的中間支架。與此相對應地，MEMS麥克風元件21之電接點3自MEMS麥克風元件21之頂面穿過安裝支架222。在該實施例中，安裝支架222中還嵌入了一分析ASIC 4。
麥克風構件220以某種方式安裝在第二電平電路板10上，使得安裝支架222中的通孔223以與電路板10上的連接口12對齊之方式定 位。在電路板10上的連接口12的邊緣區域內的環形安裝面與安裝支架222間存在環繞式氣密連接30，以便麥克風結構1之一側透過安裝支架222中的通孔223及電路板10中的連接口12連接至電路板10內的空腔11。在該實施例中，麥克風結構1之聲音施加係透過保護膜片240及MEMS麥克風元件21之背面中的開口2進行。
同麥克風模組100一樣，在本實施例中，在將麥克風構件220安裝在第二電平電路板10上之過程中，除密封連接30外，亦建立接觸連接31，即麥克風構件220與電路板10上之連接焊墊間的電連接。
就圖3所示麥克風模塊300而言，MEMS麥克風元件21僅配設有背面透聲保護膜片340，因而直接安裝在第二電平電路板10上。其中，麥克風結構1係面朝下地佈置在該電路板表面中之連接口12上方。在電路板10上的連接口12的邊緣區域內的環形安裝面與MEMS麥克風元件21之頂面間存在環繞式氣密連接30，以便麥克風結構1之一側透過電路板10中的連接口12聲學地連接至電路板10內的空腔11。麥克風結構1之聲音施加係透過透聲式保護膜片340及MEMS麥克風元件21之背面中的開口2進行。就麥克風模組300而言，採用例如為焊料的導電連接材料，使得麥克風構件320或麥克風元件亦透過機械式密封連接30與第二電平電路板10電連接。
上文所述實施例揭示了：藉由將背容積自麥克風構件之結構遷移至第二電平電路板，便能以與背容積之大小及麥克風性能皆無關的方式簡化及顯著減小構件結構。

Claims (9)

  1. 一種用於至少一麥克風構件(20)的第二電平安裝的電路板(10)，其中，在該電路板(10)之至少一表面中構建有至少一連接口(12)，該連接口與該電路板(10)之層結構中的空腔(11)連通，該用作麥克風構件(20)的背面容積的空腔(11)係封閉，以及，該包含連接口(12)的電路板表面係針對該麥克風構件(12)在該連接口(12)上方的密封式安裝而配置，其中在該空腔內構建有複數壁板(13)及或支撐柱(14)至少有一壁板(13)從該空腔(11)的至少一壁延伸到該空腔中，該支撐柱(14)從該空腔(11)的底延伸出來且位於該空腔內，使得該空腔的諧振頻率高於該麥克風構件(20)的最大使用頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項之電路板(10)，其中該空腔(11)之諧振頻率高於80kHz。
  3. 一種具有如申請專利範圍第1或2項之電路板(10)的麥克風模組(100)，在該電路板上安裝有至少一麥克風構件(20)，以便該麥克風構件(20)聲波可透過該電路板表面中之連接口(12)連接至該電路板(10)中之空腔(11)，以及，以便該空腔(11)用作針對該麥克風構件(20)的背面容積，其中在該空腔內構建有複數壁板(13)及或支撐柱(14)至少有一壁板(13)從該空腔(11)的至少一壁延伸到該空腔中，該支撐柱(14)從該空腔(11)的底延伸出來且位於該空腔內，使得該空腔的諧振頻率高於該麥克風構件(20)的最大使用頻率。
  4. 如申請專利範圍第3項之麥克風模組(100)，其中該空腔(11)在該電 路板(10)內至少局部地橫向延伸至超出該麥克風構件(20)之尺寸。
  5. 如申請專利範圍第3或4項中任一項之麥克風模組(100)，其中該麥克風構件(20)包括至少一佈置於殼體(22，24)中的MEMS麥克風元件(20)，以及，在該殼體(22，24)中構建有至少一聲音入口(25)及至少一安裝側連接口(23)，以便為該MEMS麥克風元件(20)之麥克風結構(1)的一側施加聲壓，該麥克風結構(1)之另一側則透過該殼體(22，24)中的連接口(23)及該電路板(10)中的連接口(12)連接至該電路板(10)中的空腔(11)。
  6. 如申請專利範圍第3或4項中任一項之麥克風模組(200)，其中該麥克風構件(220)包括至少一MEMS麥克風元件(21)，該MEMS麥克風元件安裝在包含通孔(223)的安裝支架(222)上，以及，透過該麥克風結構(1)之背離該安裝支架(222)的一側進行傳聲，該麥克風結構(1)之另一側則透過該安裝支架(222)中的通孔(223)及該電路板(10)中的連接口(12)連接至該電路板(10)中的空腔(11)。
  7. 如申請專利範圍第3或4項中任一項之麥克風模組(300)，其中該麥克風構件(320)係以包含MEMS麥克風元件(21)的晶圓級封裝的形式實現，該晶圓級封裝直接安裝在該電路板中(10)的連接口(12)上方，從而聲學地連接至該電路板(10)中的空腔(11)，以及，透過該麥克風結構(1)之背離該電路板(10)的一側進行傳聲。
  8. 如申請專利範圍第3或4項中任一項之麥克風模組(100)，其中在該麥克風構件(20)與該電路板(10)間存在隔音連接(30)，該連接實施為位於該電路板(10)中之連接口(12)的周邊上的密閉式密封圈(30)， 及/或位於該麥克風構件之安裝面的邊緣區域內的環繞密閉式密封圈。
  9. 如申請專利範圍第3或4項中任一項之麥克風模組(100)，其中該麥克風構件(12)與該電路板(10)間的隔音連接(30)係利用為焊接或黏接。
TW103139319A 2013-11-15 2014-11-13 用於至少一麥克風構件的第二電平安裝的電路板以及具這類電路板的麥克風模組 TWI646876B (zh)

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