WO2015071006A1 - Leiterplatte für die montage eines mikrofonbauteils und mikrofonmodul mit einer derartigen leiterplatte - Google Patents

Leiterplatte für die montage eines mikrofonbauteils und mikrofonmodul mit einer derartigen leiterplatte Download PDF

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microphone
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microphone component
component
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Jochen Zoellin
Ricardo Ehrenpfordt
Christoph Schelling
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • CONDUCTOR PLATE FOR ASSEMBLING A MICROPHONE COMPONENT AND MICROPHONE MODULE WITH SUCH A CONDUCTOR PLATE
  • the invention relates to a printed circuit board for the 2nd-level mounting of a
  • Microphone component In at least one surface of this printed circuit board at least one connection opening is formed, which opens into a cavity in the layer structure of the printed circuit board.
  • the invention relates to a microphone module with such a printed circuit board.
  • a circuit board and a microphone module of the type in question will be
  • both connection openings serves as a sound inlet opening, while over the
  • Channels are here designed so that it forms an acoustic waveguide or resonator for sound waves of a certain frequency range, in particular for voice signals. This should be a particularly good sound on the
  • Microphone component can be achieved.
  • the microphone components which are to be used in the context of the invention in question here are at least one MEMS microphone component
  • the assembly and connection technology (AVT) of these components is for assembly designed on a circuit board.
  • AVT connection technology
  • these components of such a microphone component can be arranged and wired in the context of 1 st-level mounting in a common housing. However, they can also be combined in a package with a PCB carrier or at wafer level.
  • the microphone sensitivity of such components depends essentially on the size of the back volume behind the microphone diaphragm of the microphone component. This back volume is usually used in the I st-level assembly of the
  • Microphone component so in its packaging included. Accordingly, the type of packaging determines and limits the size of the back volume of the microphone component.
  • the present invention proposes measures by means of which the back volume of a microphone component can be realized independently of its packaging. These measures allow a reduction in the size of the microphone component without sacrificing the
  • a cavity in the layer structure of the circuit board for the 2nd-level mounting of the microphone component is used as a backside volume. This cavity is closed except for the connection opening for the microphone component and the circuit board surface with the connection opening is configured for a sealing mounting of the microphone component above the connection opening.
  • the back volume for a microphone component is shifted from the component to the second level printed circuit board. Since the size of the back volume is no longer limited by the structure of the microphone component, the
  • Microphone component can be packed much more space-saving.
  • Microphone component and the microphone component contributes.
  • several components and assemblies with complementary functions are combined to form a functional module on a circuit board of the type in question here. Accordingly, the dimensions of such a printed circuit board are usually significantly larger than the "footprint" of the microphone component.
  • the microphone sensitivity can be increased in this case simply by the fact that the cavity in the printed circuit board laterally extends at least in regions beyond the dimensions of the microphone component.
  • wall webs and / or support columns are formed within the cavity in the 2nd level printed circuit board. Such structural elements increase the stability of the circuit board and simplify their manufacture.
  • the oscillation of resonant internal vibrations of the cavity can be avoided.
  • the natural mode modes can be shifted by these measures to higher frequencies, ideally so far that the resonant frequency of the cavity is above the highest useful frequency of the microphone component and in particular above 80kHz.
  • the microphone components used in the context of the present invention may be constructed or packaged differently.
  • the MEMS microphone component is arranged in a housing in which at least two sound-transparent openings are formed, namely at least one sound inlet opening and at least one mounting-side connection opening. In this case, one side of the
  • Microphone structure of the MEMS microphone component via the sound inlet opening in the housing with sound pressure is applied, while the other side of the microphone structure is connected via the connection opening in the housing and the connection opening in the circuit board to the cavity in the circuit board.
  • the microphone component is realized in the form of a package with a mounting support for the MEMS microphone component.
  • the sound is introduced here via the side facing away from the mounting bracket of the microphone structure, while the other side of the Microphone structure via a through hole in the mounting bracket and the connection opening in the circuit board is connected to the cavity in the circuit board.
  • a microphone component in the form of a wafer level package is used.
  • the package with a MEMS microphone component is mounted directly above the connection opening in the printed circuit board. Again, the sound is introduced via the side facing away from the circuit board of the microphone structure, while the other side of the microphone structure is connected directly to the connection opening in the circuit board and so to the cavity in the circuit board.
  • Equally essential to all embodiments of the invention is that there is an acoustically tight connection between the microphone component and the printed circuit board.
  • This is preferably realized in the form of at least one closed sealing ring on the circumference of the connection opening in the printed circuit board and / or in the form of a circumferentially closed sealing ring in the edge region of the mounting surface of the microphone component.
  • the compound itself can be easily realized in the form of a solder joint or an adhesive bond.
  • FIGS. Fig. 1 a shows a schematic sectional view of a microphone module
  • FIG. 1b illustrates the layout of the printed circuit board 10 with reference to a schematic plan view.
  • 2 and 3 each show a construction variant of a microphone module according to the invention in a schematic sectional representation.
  • the microphone module 100 shown in FIG. 1 a comprises a microphone component 20 which has been mounted on a printed circuit board 10 in the context of the 2nd level mounting.
  • a 2nd-level printed circuit board 10 serves as a carrier and interconnection level for a plurality of components with different, complementary functions, which are combined in one module.
  • both mounting surfaces for the mechanical fixation of the components created as well as pads and traces for the electrical contacting and interconnection of the components can then be used as a prefabricated module with a certain range of functions in different applications.
  • the circuit board 10 in question here is specially configured for mounting a microphone component 20.
  • a closed cavity 11 is formed in the layer structure of this printed circuit board 10, which has only one connection opening 12 in the upper side of the printed circuit board 10.
  • the microphone component 20 is mounted airtight over the connection opening 12, so that the cavity 11 is acoustically connected to the rear side volume of the microphone component 20.
  • wall webs 13 and support pillars 14 are formed within the cavity 11, so that the resonant frequency of the cavity 1 1 is above the highest useful frequency of the microphone component 20 and in particular above 80 kHz.
  • the cavity 11 extends within the printed circuit board 10 to beyond the dimensions, i. the base, the microphone component 20 addition.
  • the expansion of the cavity 11 and the arrangement of the wall webs 13 and support columns 14 and also the layout of the circuit board upper side with mounting surfaces 15 and connection pads 16 is illustrated in particular by Fig. 1 b.
  • the microphone component 20 of the microphone module 100 is a
  • MEMS microphone component 21 with a housing that consists of a bottom part 22 and a lid part 24.
  • the microphone structure 1 with acoustically active diaphragm and fixed counter element is formed in the front side of the MEMS microphone component 21 and spans an opening 2 in the component rear side.
  • the housing bottom part 22 is a 1 st-level printed circuit board with a through hole 23.
  • the MEMS microphone component 21 is above this
  • the cap-like cover part 24 is disposed above the MEMS microphone component 21 on the bottom part 22 and connected to this circumferentially. Also in the cover part 24, a sound-transparent opening 25 is formed.
  • the microphone component 20 is mounted on the 2nd-level printed circuit board 10 such that the through-opening 23 in the housing bottom part 22 is positioned in alignment with the connection opening 12 on the printed circuit board 10. Between the annular mounting surface 15 in the edge region of the connection opening 12 on the circuit board 10 and the housing bottom part 22 is a circumferential air-tight connection 30, so that the one side of the microphone structure 1 via the passage opening 23 in
  • Housing bottom part 22 and the connection opening 12 in the circuit board 10 to the cavity 1 1 is connected within the circuit board 10.
  • Lid portion 24 serves as a sound inlet opening, via which the other side of the microphone structure 1 of the MEMS microphone component 21 is acted upon by sound pressure.
  • sealing ring connection can be provided which, in addition to the acoustic connection 23, 12, also encloses the electrical contact connections 31 and thus against environmental influences, such as moisture and pollution, protects.
  • connection 30 between the microphone component 20 and the 2nd-level printed circuit board 10 and also for the electrical contact 31 of the microphone component 20 are suitable, for example
  • Lot or electrically conductive adhesive which in a screen printing process the PCB surface can be applied.
  • electrically conductive adhesive which in a screen printing process the PCB surface can be applied.
  • different materials such as a non-conductive adhesive for the mechanical connection and copper pillars for electrical contacting.
  • the microphone modules 200 and 300 shown in FIGS. 2 and 3 each include a microphone component 220 and 320 mounted on a 2nd level circuit board 10.
  • a sealed cavity 11 is formed with only one connection opening 12 in the top of the circuit board 10 within the circuit board 10.
  • the second-level printed circuit board 10 here consists of at least two spaced-apart layers of an electrically insulating carrier material, which are connected via a frame-like structured intermediate layer.
  • the microphone component 220 or 320 is sealingly mounted over the connection opening 12 in the upper layer of the printed circuit board 10, in such a way that the cavity 11 to the backside volume of the
  • Microphone component 220 or 320 is connected. Accordingly, the cavity 11 within the 2nd level circuit board 10 contributes to the backside volume of the microphone component 220 or 320, respectively. In both embodiments, the cavity 1 1 extends over the dimensions, i. the base surface of the microphone component 220 or 320 addition. This way, within the
  • the microphone components 220 and 320 both comprise a MEMS microphone component 21 with a microphone structure 1 which is formed in the component front side and spans an opening 2 in the component rear side, they differ in the packaging of this microphone component 21 2 microphone component 220 - in contrast to
  • the microphone component 220 has been implemented in stack form, so that its base area corresponds to the chip area of the MEMS microphone component 21.
  • the MEMS microphone component 21 was mounted face-down on a mounting support 222 with a through-opening 223, in such a way that the Through opening 223 forms an acoustic connection to the microphone structure 1 of the MEMS microphone component 21.
  • the back side of the MEMS microphone component 21 has been provided with a protective membrane 240. This spans the back opening 2 without locking it acoustically.
  • a mounting support 222 here is a 1 st-level circuit board, which also as
  • Subcarrier for mounting on the 2nd-level circuit board 10 acts. Accordingly, the electrical contacts 3 of the MEMS microphone component 21 are guided by the surface of the MEMS microphone component 21 through the mounting bracket 222. In addition, here an evaluation ASIC 4 is embedded in the mounting carrier 222.
  • the microphone component 220 is mounted on the 2nd level printed circuit board 10 such that the through opening 223 in the mounting bracket 222 is positioned in alignment with the connection opening 12 on the printed circuit board 10. Between the annular mounting surface in the edge region of the connection opening 12 on the printed circuit board 10 and the mounting bracket 222 is a circumferential airtight connection 30, so that the one side of the microphone structure 1 via the through hole 223 in the mounting bracket 222 and the connection opening 12 in the circuit board 10 at the cavity 11 is connected within the circuit board 10. The sound absorption of the microphone structure 1 takes place here via the protective membrane 240 and the opening 2 in the rear side of the MEMS microphone component 21.
  • contact connections 31, ie electrical connections, have been made here as well during the assembly of the microphone component 220 on the second-level printed circuit board 10 in addition to the sealing connection 30
  • the MEMS microphone device 21 was provided with only a rear acoustically permeable protective membrane 340 and then mounted directly on the 2nd level circuit board 10.
  • the microphone structure 1 was arranged face-down over the connection opening 12 in the circuit board surface. Between the annular mounting surface in the edge region of the connection opening 12 on the circuit board 10 and the top of the MEMS microphone component 21 is a circumferential air-tight connection 30, so that the one side of the microphone structure 1 on the
  • Connection opening 12 in the circuit board 10 acoustically to the cavity 11 inside half of the circuit board 10 is connected.
  • an electrically conductive connection material such as solder, was used, so that the microphone component 320 and the MEMS
  • Microphone component via the mechanically sealed connection 30 is also electrically connected to the 2nd-level circuit board 10.
  • Level PCB allow a simplification and a significant reduction of the component structure, regardless of the size of the back volume and thus independent of the microphone performance.

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Abstract

Es werden Maßnahmen vorgeschlagen, durch die das Rückvolumen eines Mikrofonbauelements unabhängig von dessen Verpackung realisiert werden kann. Im Rahmen eines Mikrofonmoduls (100) wird dazu eine Leiterplatte (10) für die 2nd-Level Montage mindestens eines Mikrofonbauteils (20) verwendet, in deren Oberfläche mindestens eine Anschlussöffnung (12) ausgebildet ist, die in einen Hohlraum (11) im Schichtaufbau der Leiterplatte (10) mündet. Außerdem ist die Leiterplattenoberfläche mit der Anschlussöffnung (12) für eine dichtende Montage des Mikrofonbauteils (20) über der Anschlussöffnung (12) konfiguriert, so dass das Mikrofonbauteil (20) über die Anschlussöffnung (12) in der Leiterplattenoberfläche akustisch an den Hohlraum (11) in der Leiterplatte (10) angeschlossen ist und dieser Hohlraum (11) als Rückseitenvolumen für das Mikrofonbauteil (20) fungiert.

Description

Beschreibung Titel
LEITERPLATTE FÜR DIE MONTAGE EINES MIKROFONBAUTEILS UND MIKROFONMODUL MIT EINER DERARTIGEN LEITERPLATTE
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für die 2nd-Level Montage eines
Mikrofonbauteils. In zumindest einer Oberfläche dieser Leiterplatte ist mindes- tens eine Anschlussöffnung ausgebildet, die in einen Hohlraum im Schichtaufbau der Leiterplatte mündet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Mikrofonmodul mit einer derartigen Leiterplatte.
Eine Leiterplatte und ein Mikrofonmodul der hier in Rede stehenden Art werden
in der US 2012/0177229 A1 beschrieben. Im Schichtaufbau dieser Leiterplatte ist ein Hohlraum in Form eines akustischen Kanals ausgebildet, dessen Anschlussöffnungen jeweils in einer Hauptoberfläche der Leiterplatte liegen. Die eine der
beiden Anschlussöffnungen dient als Schalleintrittsöffnung, während über der
anderen Anschlussöffnung ein Mikrofonbauteil zur Signalerfassung und Signalverarbeitung montiert ist. Die Geometrie und Dimensionierung des akustischen
Kanals sind hier so ausgelegt, dass er einen akustischen Wellenleiter bzw. Resonator für Schallwellen eines bestimmten Frequenzbereichs bildet, insbesondere für Sprachsignale. Dadurch soll eine besonders gute Schalleinleitung am
Mikrofonbauteil erreicht werden.
Die Mikrofonbauteile, die im Rahmen der hier in Rede stehenden Erfindung eingesetzt werden sollen, sind zumindest mit einem MEMS-Mikrofonbauelement
und ggf. auch noch mit weiteren MEMS- oder ASIC-Bauelementen ausgestattet.
Die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) dieser Bauteile ist für die Montage auf einer Leiterplatte ausgelegt. Dafür können die Bauelemente eines solchen Mikrofonbauteils im Rahmen der 1 st-Level-Montage in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und verdrahtet werden. Sie können aber auch in einem Pa- ckage mit Leiterplattenträger oder auf Waferebene zusammengefasst werden. Die Mikrofonempfindlichkeit derartiger Bauteile hängt wesentlich von der Größe des Rückvolumens hinter der Mikrofonmembran des Mikrofonbauelements ab. Dieses Rückvolumen wird in der Regel bei der I st-Level Montage des
Mikrofonbauelements, also bei dessen Verpackung, eingeschlossen. Dementsprechend bestimmt und begrenzt die Art der Verpackung die Größe des Rück- volumens des Mikrofonbauelements.
Offenbarung der Erfindung Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, durch die das Rückvolumen eines Mikrofonbauelements unabhängig von dessen Verpackung realisiert werden kann. Diese Maßnahmen ermöglichen eine Reduzierung der Baugröße des Mikrofonbauteils ohne Einbußen bei der
Mikrofonempfindlichkeit.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Hohlraum im Schichtaufbau der Leiterplatte für die 2nd-Level-Montage des Mikrofonbauteils als Rückseitenvolumen genutzt wird. Dieser Hohlraum ist bis auf die Anschlussöffnung für das Mikrofonbauteil abgeschlossen und die Leiterplattenoberfläche mit der An- schlussöffnung ist für eine dichtende Montage des Mikrofonbauteils über der Anschlussöffnung konfiguriert.
Erfindungsgemäß wird also das Rückvolumen für ein Mikrofonbauteil vom Bauteil in die 2nd-Level-Leiterplatte verlagert. Da die Größe des Rückvolumens dadurch nicht mehr durch den Aufbau des Mikrofonbauteils begrenzt wird, kann das
Mikrofonbauelement wesentlich platzsparender verpackt werden. Die erfindungsgemäße Realisierung des Rückvolumens eines Mikrofonbauteils in der 2nd-Level-Leiterplatte, auf der dieses Mikrofonbauteil zusammen mit anderen Bauteilen montiert wird, ermöglicht also eine Reduzierung der Bauteilgröße, was zur Verringerung der Fertigungskosten und zur Miniaturisierung des
Mikrofonbauteils und der Mikrofonkomponente beiträgt. In der Regel werden auf einer Leiterplatte der hier in Rede stehenden Art mehrere Bauteile und Baugruppen mit sich ergänzenden Funktionen zu einem Funktionsmodul zusammengefasst. Dementsprechend sind die Abmessungen einer solchen Leiterplatte meist deutlich größer als der„footprint" des Mikrofonbauteils.
Die Mikrofonempfindlichkeit kann in diesem Fall einfach dadurch gesteigert werden, dass sich der Hohlraum in der Leiterplatte lateral zumindest bereichsweise bis über die Abmessungen des Mikrofonbauteils hinaus erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind innerhalb des Hohlraums in der 2nd-Level-Leiterplatte Wandstege und/oder Stützsäulen ausgebildet. Derartige Strukturelemente erhöhen die Stabilität der Leiterplatte und vereinfachen deren Fertigung. Außerdem kann durch geeignete Anordnung und Auslegung von Wandstegen und Stützsäulen das Anschwingen von resonanten Ei- genschwingungen des Hohlraums vermieden werden. Die Eigenschwingungsmoden können durch diese Maßnahmen zu höheren Frequenzen verschoben werden, idealerweise so weit, dass die Resonanzfrequenz des Hohlraums oberhalb der obersten Nutzfrequenz des Mikrofonbauteils liegt und insbesondere oberhalb von 80kHz.
Wie bereits erwähnt, können die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Mikrofonbauteile unterschiedlich aufgebaut bzw. verpackt sein.
In einer ersten Ausführungsvariante ist das MEMS-Mikrofonbauelement in einem Gehäuse angeordnet, in dem zumindest zwei schalltransparente Öffnungen ausgebildet sind, nämlich mindestens eine Schalleintrittsöffnung und mindestens eine montageseitige Anschlussöffnung. In diesem Fall wird eine Seite der
Mikrofonstruktur des MEMS-Mikrofonbauelements über die Schalleintrittsöffnung im Gehäuse mit Schalldruck beaufschlagt, während die andere Seite der Mikrofon struktur über die Anschlussöffnung im Gehäuse und die Anschlussöffnung in der Leiterplatte an den Hohlraum in der Leiterplatte angeschlossen ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Mikrofonbauteil in Form eines Packages mit einem Montageträger für das MEMS-Mikrofonbauelement realisiert. Die Schalleinleitung erfolgt hier über die dem Montageträger abgewandte Seite der Mikrofonstruktur, während die andere Seite der Mikrofonstruktur über eine Durchgangsöffnung im Montageträger und die Anschlussöffnung in der Leiterplatte an den Hohlraum in der Leiterplatte angeschlossen ist.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird ein Mikrofonbauteil in Form eines Waferlevel-Packages verwendet. Das Package mit einem MEMS-Mikrofon- bauelement ist hier direkt über der Anschlussöffnung in der Leiterplatte montiert. Auch hier erfolgt die Schalleinleitung über die der Leiterplatte abgewandte Seite der Mikrofonstruktur, während die andere Seite der Mikrofonstruktur direkt an die Anschlussöffnung in der Leiterplatte und so an den Hohlraum in der Leiterplatte angeschlossen ist.
Gleichermaßen wesentlich für alle Ausführungsformen der Erfindung ist, dass zwischen dem Mikrofonbauteil und der Leiterplatte eine akustisch dichte Verbindung besteht. Diese wird bevorzugt in Form mindestens eines geschlossenen Dichtrings am Umfang der Anschlussöffnung in der Leiterplatte realisiert und/oder in Form eines im Randbereich der Montagefläche des Mikrofonbauteils umlaufend geschlossenen Dichtrings. Die Verbindung selbst kann einfach in Form einer Lotverbindung oder einer Klebeverbindung realisiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren. Fig. 1 a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Mikrofonmoduls
100 mit einem Mikrofonbauteil 20 und einer erfindungsgemäßen 2nd-Level-Leiterplatte 10 und
Fig. 1 b veranschaulicht den Aufbau bzw. das Layout der Leiterplatte 10 anhand einer schematischen Draufsicht. Fig. 2 und 3 zeigen jeweils eine Aufbauvariante eines erfindungsgemäßen Mikrofonmoduls in einer schematischen Schnittdarstellung.
Ausführungsformen der Erfindung
Das in Fig. 1 a dargestellte Mikrofonmodul 100 umfasst ein Mikrofonbauteil 20, das im Rahmen der 2nd-Level-Montage auf einer Leiterplatte 10 montiert worden ist. In der Regel dient eine solche 2nd-Level-Leiterplatte 10 als Träger und Ver- schaltungsebene für mehrere Bauteile mit unterschiedlichen, sich ergänzenden Funktionen, die in einem Modul zusammengefasst werden. Dementsprechend werden im Layout einer 2nd-Level-Leiterplatte sowohl Montageflächen für die mechanische Fixierung der Bauteile angelegt als auch Anschlusspads und Leiterbahnen für die elektrische Kontaktierung und Verschaltung der Bauteile. Eine so bestückte 2nd-Level-Leiterplatte kann dann als vorgefertigte Baugruppe mit einem bestimmten Funktionsumfang in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden.
Die hier in Rede stehende Leiterplatte 10 ist speziell für die Montage eines Mikrofonbauteils 20 konfiguriert. Dazu ist im Schichtaufbau dieser Leiterplatte 10 ein abgeschlossener Hohlraum 11 ausgebildet, der lediglich eine Anschlussöffnung 12 in der Oberseite der Leiterplatte 10 aufweist. Das Mikrofonbauteil 20 ist luftdicht über der Anschlussöffnung 12 montiert, so dass der Hohlraum 11 akustisch an das Rückseitenvolumen des Mikrofonbauteils 20 angeschlossen ist.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind innerhalb des Hohlraums 11 Wandstege 13 und Stützsäulen 14 ausgebildet, so dass die Resonanzfrequenz des Hohlraums 1 1 oberhalb der obersten Nutzfrequenz des Mikrofonbauteils 20 liegt und insbesondere oberhalb von 80kHz. Der Hohlraum 11 erstreckt sich innerhalb der Leiterplatte 10 bis über die Abmessungen, d.h. die Grundfläche, des Mikrofonbauteils 20 hinaus. Die Ausdehnung des Hohlraums 11 sowie die Anordnung der Wandstege 13 und Stützsäulen 14 und auch das Layout der Leiterplattenoberseite mit Montageflächen 15 und Anschlusspads 16 wird insbesondere durch Fig. 1 b veranschaulicht. Bei dem Mikrofonbauteil 20 des Mikrofonmoduls 100 handelt es sich um ein
MEMS-Mikrofonbauelement 21 mit einem Gehäuse, das aus einem Bodenteil 22 und einem Deckelteil 24 besteht. Die Mikrofonstruktur 1 mit akustisch aktiver Membran und feststehendem Gegenelement ist in der Vorderseite des MEMS- Mikrofonbauelements 21 ausgebildet und überspannt eine Öffnung 2 in der Bauelementrückseite. Als Gehäusebodenteil 22 dient eine 1 st-Level-Leiterplatte mit einer Durchgangsöffnung 23. Das MEMS-Mikrofonbauelement 21 ist über dieser
Durchgangsöffnung 23 auf dem Gehäusebodenteil 22 montiert, so dass die rückseitige Öffnung 2 des MEMS-Mikrofonbauelements 21 und die Durchgangsöffnung 23 fluchtend zueinander angeordnet sind. Das kappenartige Deckelteil 24 ist über dem MEMS-Mikrofonbauelement 21 auf dem Bodenteil 22 angeordnet und umlaufend mit diesem verbunden. Auch im Deckelteil 24 ist eine schalltransparente Öffnung 25 ausgebildet.
Das Mikrofonbauteil 20 ist so auf der 2nd-Level-Leiterplatte 10 montiert, dass die Durchgangsöffnung 23 im Gehäusebodenteil 22 fluchtend zur Anschlussöffnung 12 auf der Leiterplatte 10 positioniert ist. Zwischen der ringförmigen Montagefläche 15 im Randbereich der Anschlussöffnung 12 auf der Leiterplatte 10 und dem Gehäusebodenteil 22 besteht eine umlaufende luftdichte Verbindung 30, so dass die eine Seite der Mikrofonstruktur 1 über die Durchgangsöffnung 23 im
Gehäusebodenteil 22 und die Anschlussöffnung 12 in der Leiterplatte 10 an den Hohlraum 1 1 innerhalb der Leiterplatte 10 angeschlossen ist. Die Öffnung 25 im
Deckelteil 24 dient als Schalleintrittsöffnung, über die die andere Seite der Mikrofonstruktur 1 des MEMS-Mikrofonbauelements 21 mit Schalldruck beaufschlagt wird.
Neben der dichtenden Verbindung 30 wurden bei der Montage des
Mikrofonbauteils 20 auf der 2nd-Level-Leiterplatte 10 auch Kontaktverbindungen
31 , also elektrische Verbindungen zwischen Mikrofonbauteil 20 und den An- schlusspads 16 auf der Leiterplatte 10, hergestellt.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass alternativ oder auch ergänzend zu der die Öffnungen 23 und 12 umlaufenden Dichtringverbindung 30 eine Dichtringverbin- dung vorgesehen sein kann, die zusätzlich zum akustischen Anschluss 23, 12 auch die elektrischen Kontaktverbindungen 31 umschließt und so gegen Umwelteinflüsse, wie Feuchte und Verschmutzung, schützt.
Als Verbindungsmaterial für die mechanische, dichtende Verbindung 30 zwischen dem Mikrofonbauteil 20 und der 2nd-Level-Leiterplatte 10 und auch für die elektrische Kontaktierung 31 des Mikrofonbauteils 20 eignen sich beispielsweise
Lot oder auch elektrisch leitfähige Kleber, die in einem Siebdruckverfahren auf die Leiterplattenoberfläche aufgetragen werden können. Für die mechanische und elektrische Verbindung können aber auch unterschiedliche Materialien verwendet werden, wie z.B. ein nichtleitender Kleber für die mechanische Verbindung und copper pillars zur elektrischen Kontaktierung.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Mikrofonmodule 200 und 300 umfassen jeweils ein Mikrofonbauteil 220 und 320, das auf einer 2nd-Level-Leiterplatte 10 montiert ist. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist innerhalb der Leiterplatte 10 ein abgeschlossener Hohlraum 11 mit nur einer Anschlussöffnung 12 in der Oberseite der Leiterplatte 10 ausgebildet. Dazu besteht die 2nd-Level-Leiter- platte 10 hier aus mindestens zwei voneinander beabstandeten Lagen eines elektrisch isolierenden Trägermaterials, die über eine rahmenartig strukturierte Zwischenschicht verbunden sind. Das Mikrofonbauelement 220 bzw. 320 ist dichtend über der Anschlussöffnung 12 in der oberen Lage der Leiterplatte 10 montiert, und zwar so, dass der Hohlraum 11 an das Rückseitenvolumen des
Mikrofonbauteils 220 bzw. 320 angeschlossen ist. Dementsprechend trägt der Hohlraum 11 innerhalb der 2nd-Level-Leiterplatte 10 zum Rückseitenvolumen des Mikrofonbauteils 220 bzw. 320 bei. Bei beiden Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Hohlraum 1 1 über die Abmessungen, d.h. die Grundfläche, des Mikrofonbauteils 220 bzw. 320 hinaus. Auf diese Weise können innerhalb der
2nd-Level-Leiterplatte 10 unabhängig von der Bauteilgröße, also auch bei kleiner Bauteilgröße, relativ große Rückseitenvolumen realisiert werden, um ein möglichst hohes Signal-Rauch Verhältnis zu erzielen. Die Mikrofonbauteile 220 und 320 umfassen zwar beide ein MEMS-Mikrofon- bauelement 21 mit einer Mikrofonstruktur 1 , die in der Bauelementvorderseite ausgebildet ist und eine Öffnung 2 in der Bauelementrückseite überspannt, unterscheiden sich jedoch in der Verpackung dieses Mikrofonbauelements 21. So umfasst das in Fig. 2 dargestellte Mikrofonbauteil 220 - im Unterschied zum
Mikrofonbauteil 20 des Mikrofonmoduls 100 - kein eigenständiges Gehäuse, das das MEMS-Mikrofonbauelement 21 allseitig umschließt. Zur Reduzierung der Bauteilgröße wurde das Mikrofonbauteil 220 in Stackform realisiert, so dass seine Grundfläche der Chipfläche des MEMS-Mikrofonbauelements 21 entspricht . Dazu wurde das MEMS-Mikrofonbauelement 21 face-down auf einem Montageträger 222 mit einer Durchgangsöffnung 223 montiert, und zwar so, dass die Durchgangsöffnung 223 einen akustischen Anschluss zur Mikrofonstruktur 1 des MEMS-Mikrofonbauelements 21 bildet. Die Rückseite des MEMS-Mikrofonbauelements 21 wurde mit einer Schutzmembran 240 versehen. Diese überspannt die rückseitige Öffnung 2, ohne sie akustisch abzuschließen.
Als Montageträger 222 dient hier eine 1 st-Level-Leiterplatte, die außerdem als
Zwischenträger für die Montage auf der 2nd-Level-Leiterplatte 10 fungiert. Dementsprechend sind die elektrischen Kontakte 3 des MEMS-Mikrofonbauelements 21 von der Oberfläche des MEMS-Mikrofonbauelements 21 durch den Montageträger 222 geführt. Außerdem ist hier noch ein Auswerte-ASIC 4 in den Montage- träger 222 eingebettet.
Das Mikrofonbauteil 220 ist so auf der 2nd-Level-Leiterplatte 10 montiert, dass die Durchgangsöffnung 223 im Montageträger 222 fluchtend zur Anschlussöffnung 12 auf der Leiterplatte 10 positioniert ist. Zwischen der ringförmigen Monta- gefläche im Randbereich der Anschlussöffnung 12 auf der Leiterplatte 10 und dem Montageträger 222 besteht eine umlaufende luftdichte Verbindung 30, so dass die eine Seite der Mikrofonstruktur 1 über die Durchgangsöffnung 223 im Montageträger 222 und die Anschlussöffnung 12 in der Leiterplatte 10 an den Hohlraum 11 innerhalb der Leiterplatte 10 angeschlossen ist. Die Schallbeauf- schlagung der Mikrofonstruktur 1 erfolgt hier über die Schutzmembran 240 und die Öffnung 2 in der Rückseite des MEMS-Mikrofonbauelements 21.
Wie im Fall des Mikrofonmoduls 100 wurden auch hier bei der Montage des Mikrofonbauteils 220 auf der 2nd-Level-Leiterplatte 10 neben der dichtenden Verbindung 30 Kontaktverbindungen 31 , also elektrische Verbindungen zwischen
Mikrofonbauteil 220 und den Anschlusspads auf der Leiterplatte 10, hergestellt.
Im Fall des in Fig. 3 dargestellten Mikrofonmoduls 300 wurde das MEMS- Mikrofonbauelement 21 lediglich mit einer rückseitigen akustisch durchlässigen Schutzmembran 340 versehen und dann direkt auf der 2nd-Level-Leiterplatte 10 montiert. Dabei wurde die Mikrofonstruktur 1 face-down über der Anschlussöffnung 12 in der Leiterplattenoberfläche angeordnet. Zwischen der ringförmigen Montagefläche im Randbereich der Anschlussöffnung 12 auf der Leiterplatte 10 und der Oberseite des MEMS-Mikrofonbauelements 21 besteht eine umlaufende luftdichte Verbindung 30, so dass die eine Seite der Mikrofonstruktur 1 über die
Anschlussöffnung 12 in der Leiterplatte 10 akustisch an den Hohlraum 11 inner- halb der Leiterplatte 10 angeschlossen ist. Die Schallbeaufschlagung der Mikrofonstruktur 1 erfolgt über die akustisch durchlässige Schutzmembran 340 und die Öffnung 2 in der Rückseite des MEMS-Mikrofonbauelements 21. Im Fall des Mikrofonmoduls 300 wurde ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial, wie z.B. Lot, verwendet, so dass das Mikrofonbauteil 320 bzw. das MEMS-
Mikrofon-bauelement über die mechanisch dichte Verbindung 30 auch elektrisch mit der 2nd-Level-Leiterplatte 10 verbunden ist.
Die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele veranschaulichen, dass die Verlagerung des Rückvolumens vom Aufbau des Mikrofonbauteils in die 2nd-
Level-Leiterplatte eine Vereinfachung und eine deutliche Verkleinerung des Bauteilaufbaus ermöglichen, und zwar unabhängig von der Größe des Rückvolumens und damit auch unabhängig von der Mikrofonperformance.

Claims

Ansprüche
1. Leiterplatte (10) für die 2nd-Level Montage mindestens eines
Mikrofonbauteils (20),
wobei in zumindest einer Oberfläche dieser Leiterplatte (10) mindestens eine Anschlussöffnung (12) ausgebildet ist, die in einen Hohlraum (11) im
Schichtaufbau der Leiterplatte (10) mündet,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hohlraum (1 1) als Rückseitenvolumen für das Mikrofonbauteil (20) abgeschlossen ist und die Leiterplattenoberfläche mit der Anschlussöffnung (12) für eine dichtende Montage des Mikrofonbauteils (20) über der Anschlussöffnung (12) konfiguriert ist.
2. Leiterplatte (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlraums (11) Wandstege (13) und/oder Stützsäulen (14) ausgebildet sind, so dass die Resonanzfrequenz des Hohlraums (1 1) oberhalb der obersten Nutzfrequenz des Mikrofonbauteils (20) liegt und insbesondere oberhalb von 80kHz.
3. Mikrofonmodul (100) mit einer Leiterplatte (10) nach Anspruch 1 oder 2, auf der zumindest ein Mikrofonbauteil (20) montiert ist, so dass das
Mikrofonbauteil (20) über die Anschlussöffnung (12) in der Leiterplattenoberfläche akustisch an den Hohlraum (11) in der Leiterplatte (10) angeschlossen ist und dieser Hohlraum (1 1) als Rückseitenvolumen für das
Mikrofonbauteil (20) fungiert.
4. Mikrofonmodul (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (1 1) innerhalb der Leiterplatte (10) lateral zumindest bereichsweise bis über die Abmessungen des Mikrofonbauteils (20) hinaus erstreckt.
5. Mikrofonmodul (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofonbauteil (20) zumindest ein MEMS-Mikrofon- bauelement (20) umfasst, das in einem Gehäuse (22, 24) angeordnet ist, und dass in dem Gehäuse (22, 24) mindestens eine Schalleintrittsöffnung (25) und mindestens eine montageseitige Anschlussöffnung (23) ausgebildet sind, so dass die eine Seite der Mikrofon struktur (1) des MEMS-Mikrofon- bauelements (20) mit Schalldruck beaufschlagbar ist, während die andere Seite der Mikrofonstruktur (1) über die Anschlussöffnung (23) im Gehäuse (22, 24) und die Anschlussöffnung (12) in der Leiterplatte (10) an den Hohlraum (11) in der Leiterplatte (10) angeschlossen ist.
6. Mikrofonmodul (200) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofonbauteil (220) zumindest ein MEMS-Mikrofon- bauelement (21) umfasst, das auf einem Montageträger (222) mit einer Durchgangsöffnung (223) montiert ist, und dass die Schalleinleitung über die dem Montageträger (222) abgewandte Seite der Mikrofonstruktur (1) erfolgt, während die andere Seite der Mikrofonstruktur (1) über die Durchgangsöffnung (223) im Montageträger (222) und die Anschlussöffnung (12) in der Leiterplatte (10) an den Hohlraum (11) in der Leiterplatte (10) angeschlossen ist.
7. Mikrofonmodul (300) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofonbauteil in (320) Form eines Waferlevel-Packages mit einem MEMS-Mikrofonbauelement (21) realisiert ist, das direkt über der Anschlussöffnung (12) in der Leiterplatte (10) montiert ist und so akustisch an den Hohlraum (11) in der Leiterplatte (10) angeschlossen ist und dass die Schalleinleitung über die der Leiterplatte (10) abgewandte Seite der
Mikrofonstruktur (1) erfolgt.
8. Mikrofonmodul (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mikrofonbauteil (20) und der Leiterplatte (10) eine akustisch dichte Verbindung (30) besteht, die in Form mindestens eines geschlossenen Dichtrings (30) am Umfang der Anschlussöffnung (12) in der Leiterplatte (10) realisiert ist und/oder eines im Randbereich der Montagefläche des Mikrofonbauteils umlaufend geschlossenen Dichtrings.
9. Mikrofonmodul (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die akustisch dichte Verbindung (30) zwischen dem Mikrofonbauteil (20) und der Leiterplatte (10) in Form einer Lotverbindung oder einer Klebeverbindung realisiert ist.
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