本發(fā)明涉及微機(jī)電麥克風(fēng)。

背景技術(shù)：

已知微機(jī)電麥克風(fēng)，其包括第一芯片(結(jié)合有微機(jī)電電聲薄膜換能器)和第二芯片(結(jié)合有控制電路或ASIC(專用集成電路))。電聲換能器將進(jìn)入的聲波(引起薄膜的振動)轉(zhuǎn)換為電信號。例如，薄膜可以電容性地耦合至參考電極。薄膜的變形改變電容耦合，這可以容易地利用電荷放大器電路來檢測?？刂齐娐钒ㄐ盘柼幚砑?例如，電荷放大器電路)和能夠適當(dāng)操作微機(jī)電麥克風(fēng)1(具體地，聲信號的轉(zhuǎn)換)所需的部件。

第一芯片和第二芯片容納在電子器件的相同封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中電子器件通常包括支持襯底和塑料或金屬材料的蓋。

襯底可以是聚合或陶瓷襯底(例如，LGA(柵格陣列)類型)，并且設(shè)置有用于第一芯片和第二芯片(彼此并排布置)的電連接的連接結(jié)構(gòu)(焊盤和線)。此外，襯底具有開口(也稱為“聲口”)，其能夠?qū)碜酝獠康穆曅盘杺鬏斨廖挥诜庋b結(jié)構(gòu)內(nèi)的換能器。

蓋接合至襯底并且可以具有聲室的保護(hù)和限定的雙重功能，為此其可以具有針對微機(jī)械麥克風(fēng)的性能的確定效應(yīng)。

用于開發(fā)和集成微機(jī)電傳感器的關(guān)注越來越多，這與諸如智能手機(jī)和平板電腦的便攜式電子器件或者所謂的“可佩戴”類型的其他電子器件的擴(kuò)展同步。這種類型的產(chǎn)品的爆發(fā)式開發(fā)在一些情況下可放下對比或難以協(xié)調(diào)的要求。另一方面，例如，存在為微機(jī)電換能器提供越來越高等級的性能以滿足用戶需求的要求。這通常導(dǎo)致提供同時(shí)用于微機(jī)電換能器和控制電路的較大尺寸的芯片。相反，另一方面，存在越來越減小微機(jī)電麥克風(fēng)的尺寸以滿足它們尤其在便攜式和可佩戴系統(tǒng)中的開發(fā)的相對應(yīng)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)電麥克風(fēng)，其能夠克服或至少減少所述限制。

根據(jù)本發(fā)明，提供了如權(quán)利要求1所限定的微機(jī)電麥克風(fēng)。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅通過非限制性示例并參照附圖來描述一些實(shí)施例，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的沿著縱向平面部分截取的頂視圖；

圖2是從圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的下方觀看的平面圖；

圖3是沿著圖1的線III-III截取的圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的側(cè)視圖；

圖4是沿著圖1的線III-III截取并且為了清楚去掉一部分的圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的立體圖；

圖5至圖8是組裝過程期間的圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的立體圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的沿著縱向平面部分截取的頂視圖；

圖10是從圖9的微機(jī)電麥克風(fēng)的下方觀看的平面圖；

圖11是沿著圖9的線XI-XI部分截取并且為了清楚去掉一部分的圖5的微機(jī)電麥克風(fēng)的立體圖；以及

圖12是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)合微機(jī)電麥克風(fēng)的電子系統(tǒng)的簡化框圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)整體通過參考標(biāo)號1表示，并且包括襯底2、蓋3、傳感器芯片5和控制芯片6。傳感器芯片5和控制芯片6操作性地耦合到一起。

襯底2和蓋3接合到一起(圖1)并形成其中容納傳感器芯片5和控制芯片6的封裝結(jié)構(gòu)。蓋3具有保護(hù)功能，并且還限定微機(jī)電麥克風(fēng)1的聲室4。

在一個(gè)實(shí)施例中，襯底2可以是LGA類型的襯底，并且包括：核7；外金屬層8和內(nèi)金屬層9(例如，銅)，位于核7的相對面上；以及焊料掩模10。襯底2中的通孔限定聲口11并且能夠?qū)崿F(xiàn)封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部(具體地，傳感器芯片5)與外部環(huán)境的聲耦合。

核7(圖3和圖4)是通過剛性介電材料(例如，F(xiàn)R4)的芯片來限定的，其具有較大的縱向尺寸和較小的橫向尺寸。

外金屬層8(圖2)被布置在核7的外表面上，即與蓋3相對。在外金屬層8中限定第一特征，具體為用于微機(jī)電麥克風(fēng)1的電連接的外接觸件12以及環(huán)繞聲口11的外保護(hù)環(huán)13。外保護(hù)環(huán)13也可以用于連接至地，由此還稱為“地環(huán)”。

內(nèi)金屬層9(圖1、圖3和圖4)被布置在核7的內(nèi)表面上，被蓋3包圍。在內(nèi)金屬層9中限定第二特征，其中有內(nèi)接觸件15、沿著核7的周界的接合環(huán)16、環(huán)繞聲口11的內(nèi)保護(hù)環(huán)17以及支持部18。

蓋3固定至接合環(huán)16。

內(nèi)接觸件15利用核7中的通孔20電耦合至對應(yīng)的外接觸件12。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)接觸件15相對于聲口11縱向相對地對準(zhǔn)并且布置在襯底2的一端處。

焊料掩模10接合至內(nèi)金屬層9的支持部18。在一個(gè)實(shí)施例中，焊料掩模10和支持部18被成形為在平面圖中呈現(xiàn)出相同的輪廓并且一起限定環(huán)繞內(nèi)接觸件15的接觸島部21、環(huán)繞聲口11的組裝基部22以及位于基部22和接觸島部21之間的殼體23。

接觸島部21環(huán)繞內(nèi)接觸件15，將它們與襯底2上的剩余導(dǎo)電結(jié)構(gòu)橫向分離。

基部22用作傳感器芯片5的錨地(anchorage)。為此，基部22以橫跨聲口11的穩(wěn)定方式在充分用于支持傳感器芯片5的區(qū)域上方延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，基部22基本為C形，并且沿著襯底2的三側(cè)環(huán)繞聲口11延伸。

殼體23通過利用基部22在一側(cè)以及利用接觸島部21在相反側(cè)上限定的凹部來限定。殼體23可以進(jìn)一步在側(cè)面上通過外周壁25來限定，其中外周壁25將接觸島部21與基部22鄰接。在底部上，殼體23通過核7來限定。殼體23的深度基本等于內(nèi)金屬層9的高度和焊料掩模10的高度。

控制芯片6容納集成控制電路或ASIC(未詳細(xì)示出)，其包括信號處理級(例如，用于電容性電聲傳感器的電荷放大器電路)和能夠適當(dāng)操作麥克風(fēng)所需的部件(具體關(guān)于聲信號的轉(zhuǎn)換)。控制芯片6布置在殼體23內(nèi)，而不妨礙聲口11。更詳細(xì)地，控制信號6的面通過粘合層26接合至襯底2的核7。粘合層26例如可以為在殼體23內(nèi)的襯底2的核7上分布的膠層或者為膠條。在相對面上，控制芯片6具有用于通過第一接合線30連接至內(nèi)接觸件15以及通過第二接合線31連接至傳感器芯片5的接觸焊盤28。

控制芯片6和粘合層26具有大體等于殼體23的深度的總厚度，以這種方式使得控制芯片6不相對于焊料掩模10的高度以顯著方式突出?？赡艿兀刂菩酒?會經(jīng)受機(jī)械或化學(xué)機(jī)械表面加工以使其厚度適應(yīng)殼體23的深度。因此，控制芯片6的面6a基本與基部22的組裝表面22a(即，實(shí)際上為焊料掩模10與內(nèi)金屬層9相對的表面)平齊。然而，還存在可以容忍控制芯片6的面6a被布置為稍微進(jìn)入或突出的情況，而不需要特定布置以補(bǔ)償未對準(zhǔn)。

電聲換能器35集成到傳感器芯片5中，并且在一個(gè)實(shí)施例中包括半導(dǎo)體材料的薄膜37(在形成在傳感器芯片5的主體5a中的腔38上方延伸)和剛性金屬背板40(電容性地耦合至薄膜37)。背板40設(shè)置有孔并且在與腔38相對的側(cè)面上沿著薄膜37布置。腔38在一側(cè)上通過薄膜37限定并且在相對側(cè)上打開。

傳感器芯片5接合至襯底2，以這種方式薄膜37與由襯底2和蓋3形成的封裝結(jié)構(gòu)的外部通過聲口11聲學(xué)連通。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器芯片5以聲口11為中心。

此外，傳感器芯片5部分地縱向布置在控制芯片6的頂部上，如已經(jīng)提到的，控制芯片6基本與焊料掩模10平齊。更詳細(xì)地，傳感器芯片5具有固定至控制芯片6的面6a的第一部分以及在聲口11周圍固定至基部22的第二部分。通過粘合層41(例如，膠或焊料膏)來實(shí)現(xiàn)固定，其沿著傳感器芯片5的周界在基部22上部分延伸以及在控制芯片6的面6a上部分延伸。

給出相同的尺寸，將傳感器芯片5和控制芯片5重疊設(shè)置，其中控制芯片6位于殼體23中，并且傳感器芯片5部分固定至基部22，這樣能夠減小被占用的總面積而不增加微機(jī)電麥克風(fēng)1的總厚度。反之亦然，給出占用的相同面積，傳感器芯片5和控制芯片6可具有較大的尺寸，對性能而言具有優(yōu)勢。

可以按照以下參照圖5至圖8描述的方式來執(zhí)行微機(jī)電麥克風(fēng)1的組裝。初始地，外金屬層8、內(nèi)金屬層9和焊料掩模10利用光刻工藝來限定以得到外接觸件12、內(nèi)接觸件15、接合環(huán)16和基部22(圖5)。接下來，在殼體23的底部上分配或布置(根據(jù)所使用粘合劑的類型)粘合層26(圖6)。然后，控制芯片6通過粘合層26接合至襯底2(圖7)。然后，粘合層41被放置在基部22上和控制芯片6的面6a的一部分上，然后傳感器芯片5通過粘合層41接合至襯底2和控制芯片6(圖8)。最后，接合線30形成在控制芯片6和內(nèi)電極15之間，接合線31形成在控制芯片6和傳感器芯片5之間，并且蓋3接合至襯底2的接合環(huán)16，由此得到圖1的結(jié)構(gòu)。

在圖9至圖11中示出了本發(fā)明的不同實(shí)施例。在這種情況下，微機(jī)電麥克風(fēng)100包括襯底102、蓋103、傳感器芯片105和控制芯片106。

傳感器芯片105和控制芯片106操作性地耦合到一起，并且容納在通過接合到一起的襯底102和蓋103限定的封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)。

襯底102包括核107、外金屬層108和內(nèi)金屬層109。襯底102中的通孔限定聲口111。

外金屬層108(圖10)形成外接觸件112以及環(huán)繞聲口111的外保護(hù)環(huán)113。

在核107的與外金屬層108相對的面上，內(nèi)金屬層109(圖9和圖11)限定內(nèi)接觸件115、用于蓋103的接合環(huán)116以及環(huán)繞聲口111的內(nèi)保護(hù)環(huán)117。焊料掩模110利用內(nèi)金屬層109的一部分限定環(huán)繞外接觸件的接觸島部121。

在核107的定位有內(nèi)金屬層109的面上，環(huán)繞聲口111限定組裝基部122?；?22為C型并且環(huán)繞聲口111延伸而不妨礙聲口?；?22例如可以為金屬、玻璃或硅，并且其厚度基本等于控制芯片106的厚度。

控制芯片106(包括信號處理級以及能夠適當(dāng)操作微機(jī)電麥克風(fēng)100所需的部件)通過粘合層126接合至襯底102的核107并且被布置為與基部122鄰接而不妨礙聲口111。

傳感器芯片105集成電聲換能器(圖11)，其基本為上文參照圖1至圖4描述的類型。具體地，電聲換能器135包括在腔138上方延伸的薄膜137以及在與腔138相對的側(cè)面上電容性地耦合至薄膜137的剛性金屬背板140。腔138在一側(cè)上通過薄膜137限定以及在相對側(cè)上打開。

傳感器芯片105接合至襯底102，從而通過聲口111與通過襯底102和蓋103形成的封裝結(jié)構(gòu)的外部實(shí)現(xiàn)聲學(xué)連通。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器芯片105以聲口111為中心。

此外，傳感器芯片105縱向地部分布置在控制芯片106上，控制芯片106基本與基部122的組裝表面122a平齊。更詳細(xì)地，傳感器芯片105具有固定至控制芯片106的面106a的第一部分以及環(huán)繞聲口111固定至基部122的第二部分。通過粘合層141(例如，膠或焊料膏)實(shí)現(xiàn)固定，其沿著傳感器芯片105的周界延伸。

蓋103沿接合環(huán)116接合至襯底102。

在這種情況下，對控制芯片106的厚度不存在約束，因?yàn)榛?22可具有任何厚度。在制造期間，可以通過控制基部122的厚度來實(shí)現(xiàn)控制芯片106的面106a和基部122之間的對準(zhǔn)以具有均勻的接合表面。

圖12示出了結(jié)合有所描述的微機(jī)電麥克風(fēng)1的電子系統(tǒng)200。

電子系統(tǒng)200可以是任何類型的電子設(shè)備，具體為通過非限制性示例自主提供的便攜式設(shè)備，諸如蜂窩電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、多媒體閱讀器、用于視頻游戲的便攜式裝置、用于計(jì)算機(jī)的運(yùn)動激活用戶界面或者用于視頻游戲的控制臺、衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備等。在圖12的實(shí)施例中，電子系統(tǒng)200是蜂窩電話。

微機(jī)電麥克風(fēng)1可以耦合至音頻模塊201的獲取接口202。

電子系統(tǒng)200可進(jìn)一步包括剛性耦合至碰撞傳感器204的盒203、控制單元205、存儲模塊206、耦合至天線208的RF通信模塊207、顯示器210、攝影設(shè)備212、串聯(lián)連接端口213(例如，USB端口)以及用于自動供電的電池215。

控制單元205與微機(jī)電麥克風(fēng)1協(xié)作，例如通過音頻模塊201交換信號。

應(yīng)該注意，本發(fā)明的范圍不限于具體具有所列設(shè)備或者所有設(shè)備的實(shí)施例。

最后，在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對本文描述的微機(jī)電麥克風(fēng)進(jìn)行修改和變化。