本發(fā)明涉及一種微機(jī)電麥克風(fēng)以及一種用于制造微機(jī)電麥克風(fēng)的方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電麥克風(fēng)是已知的，其包括第一芯片和第二芯片。第一芯片包含隔膜微機(jī)電電聲換能器，第二芯片包含控制電路或ASIC(專用集成電路)。電聲換能器將引起隔膜振動(dòng)的入射聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。例如，隔膜可以電容性地耦合至參考電極。隔膜的變形修改了電容性耦合，其可以采用電荷放大器電路容易地檢測(cè)?？刂齐娐钒ㄐ盘?hào)處理級(jí)(例如電荷放大器電路)，以及用于使能微機(jī)電麥克風(fēng)1的正確工作、特別是聲學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)換所需的部件。

第一芯片和第二芯片被容納在用于電子裝置的相同封裝內(nèi)，其通常包括支撐襯底以及塑料或金屬材料的蓋帽。

襯底可以是聚合物或陶瓷，例如是LGA(焊區(qū)格柵陣列)類型，并且具有彼此并排設(shè)置的、用于電連接第一芯片和第二芯片的連接結(jié)構(gòu)(焊墊和引線)。此外，襯底具有開(kāi)口，也稱作“聲音端口”，其使能將聲學(xué)信號(hào)從外部傳輸至容納在封裝內(nèi)的換能器。

蓋帽接合至襯底并且可以具有保護(hù)和辨析聲學(xué)腔室的雙重功能，并且因此可以對(duì)微機(jī)電麥克風(fēng)的性能具有決定性影響。

與諸如智能電話和平板電腦或者其他所謂“可穿戴”電子裝置之類的便攜式電子裝置的擴(kuò)散協(xié)同地，對(duì)微機(jī)電傳感器的研發(fā)和集成的關(guān)注變得日益更顯著。這種產(chǎn)品的有時(shí)紛亂的研發(fā)在一些情形中可以提出相反或者難以協(xié)調(diào)的需求。另一方面，例如，存在為微機(jī)電換能器提供日益增高的高水平性能的需要以滿足用戶的需求。這對(duì)于微機(jī)電換能器和對(duì)于控制電路均通常導(dǎo)致更大尺寸芯片的產(chǎn)品。另一方面，替代地，存在越來(lái)越減小微機(jī)電麥克風(fēng)尺寸的相反需要以促進(jìn)其利用，尤其是在便攜式和可穿戴系統(tǒng)中。

此外，兩個(gè)芯片的大小也可以相互沖突。更精確地，應(yīng)該減小包含控制ASIC的芯片的大小以允許更大的空間用于包含換能器的芯片。另一方面，將希望增大包含ASIC芯片的大小以使得更多功能可應(yīng)用于換能后信號(hào)的控制和處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種將使得克服或至少削弱所述限制的微機(jī)電麥克風(fēng)以及一種用于制造微機(jī)電麥克風(fēng)的方法。

根據(jù)本發(fā)明，提供了分別如權(quán)利要求1和24中所限定的一種微機(jī)電麥克風(fēng)和一種用于制造微機(jī)電麥克風(fēng)的方法。

附圖說(shuō)明

為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將純粹借由非限定性示例的方式并且參照附圖描述其一些實(shí)施例，其中：

－圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的部分剖面頂視平面圖；

－圖2是從圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的下方的平視圖；

－圖3是沿著圖1的線條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的線條III-III截取并且為了明晰移除一部分的、圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的透視圖；

－圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在制造方法的第一步驟中圖1的微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖6示出在制造方法的第二步驟中圖5的視圖；

－圖7是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的在制造方法的第一步驟中圖7的微機(jī)電麥克風(fēng)的剖面；

－圖9示出在制造方法的第二步驟中圖8的視圖；

－圖10是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖11是根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖12是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖13是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖14是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的頂視平面、部分截面圖，為了明晰移除了一部分；

－圖15是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；

－圖16是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖；以及

－圖17是包含根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的電子系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1-圖4，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)作為整體由數(shù)字1標(biāo)注，并且包括支撐襯底2、蓋帽3、傳感器芯片5、以及控制芯片6。傳感器芯片5和控制芯片6可操作地耦合在一起。

襯底2和蓋帽3接合在一起(圖1)并且形成封裝，其容納了傳感器芯片5和控制芯片6。蓋帽3具有保護(hù)性功能，并且進(jìn)一步限定了微機(jī)電麥克風(fēng)1的聲學(xué)腔室4。

在一個(gè)實(shí)施例中，襯底2可以是LGA(焊區(qū)格柵陣列)類型的襯底，并且襯底2包括核芯7、例如由銅制成并且設(shè)置在核芯7的相對(duì)面上的內(nèi)側(cè)金屬層9以及外側(cè)金屬層8、以及焊料掩膜10。襯底2中的穿通孔限定了聲音端口11，并且使能了封裝內(nèi)部(特別是傳感器芯片5)與外部環(huán)境的聲學(xué)耦合。

襯底2中另一穿通孔限定了基座12，其中控制芯片6至少部分地容納在基座中。

核芯7(圖3和圖4)由剛性電介質(zhì)材料的板制成，例如FR4，具有較大的縱向尺寸和較小的橫向尺寸。

外側(cè)金屬層8(圖2)設(shè)置在核芯7的外側(cè)面上，也即與蓋帽3相對(duì)。第一特征限定在外側(cè)金屬層8中，在第一特征之中特別地具有用于電連接微機(jī)電麥克風(fēng)1的外部接觸14，以及聲音端口11周圍的外側(cè)保護(hù)環(huán)13。外側(cè)保護(hù)環(huán)13也可以用于連接至接地，并且因此也稱作“接地環(huán)”。另一焊料掩膜19可以施加至外側(cè)金屬層8。

內(nèi)側(cè)金屬層9(圖1、圖3和圖4)設(shè)置在核芯7的內(nèi)側(cè)面上，由蓋帽3封閉。第二特征限定在內(nèi)側(cè)金屬層9中，在第二特征之中具有內(nèi)部接觸15、接合環(huán)16，以及核芯7的周緣、聲音端口11周圍的內(nèi)側(cè)保護(hù)環(huán)17、和支撐部分18。

蓋帽3被固定至接合環(huán)16。

內(nèi)部接觸15通過(guò)核芯7中的穿通孔20電耦合至相應(yīng)的外部接觸14。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部接觸15被對(duì)準(zhǔn)，并且縱向相對(duì)于聲音端口11被設(shè)置在襯底2的一個(gè)端部處。

焊料掩膜10粘附至內(nèi)側(cè)金屬層9的支撐部分18。在一個(gè)實(shí)施例中，焊料掩膜10和支撐部分18定形為在平視圖中具有相同的分布并且一起限定了在內(nèi)部接觸15周圍的接觸島21，以及在聲音端口11周圍的安裝基底22。接觸島21和基底22位于基座12的相對(duì)側(cè)邊處?；?2與基座12相鄰。

接觸島21圍繞內(nèi)部接觸15，從而將它們與襯底2上導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)的剩余部分橫向地分離。

基底22用作傳感器芯片5的錨基。為此目的，基底22以跨騎聲音端口11的穩(wěn)定方式在足以支撐傳感器芯片5的區(qū)域之上延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，基底22在聲音端口11周圍延伸。

控制芯片6容納并未詳細(xì)示出的集成控制電路或ASIC(專用集成電路)，其包括信號(hào)處理級(jí)(例如用于電容性電聲傳感器的電荷放大器電路)，以及使能麥克風(fēng)的正確工作、特別是關(guān)于聲學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)換所需的部件。

控制芯片6被容納在基座12中。更詳細(xì)地，在一個(gè)實(shí)施例中控制芯片6具有比基座12的長(zhǎng)度和寬度更小的長(zhǎng)度和寬度，從而控制芯片6將不與界定了基座12的壁中的至少一個(gè)壁直接接觸。此外，控制芯片6具有基本上等于襯底2厚度的厚度，并且被包含在由襯底2的內(nèi)側(cè)面2a和外側(cè)面2b界定的區(qū)域中。換言之，控制芯片6具有與襯底2的內(nèi)側(cè)面2a對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)側(cè)面6a，以及與襯底2的外側(cè)面對(duì)準(zhǔn)的外側(cè)面6b。在一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，其中在襯底2的兩個(gè)面上沒(méi)有焊料掩膜，控制芯片6具有分別與襯底2的核芯7的外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)側(cè)面6a和外側(cè)面6b?？赡艿兀刂菩酒?可以經(jīng)受機(jī)械加工或化學(xué)機(jī)械表面處理，以便于使其厚度適應(yīng)基座12的深度。其中控制芯片6的側(cè)面6a稍微凹陷或者突出的情形也可以容忍，而無(wú)需用于補(bǔ)償任何未對(duì)準(zhǔn)的特定措施。

控制芯片6連接至襯底2并且由固定框架25保持在基座12內(nèi)，固定框架占據(jù)了控制芯片6與界定了基座12的壁之間的間距。固定框架25可以例如通過(guò)聚合物材料的模塑而制成，如下文中所述。為了促進(jìn)使用模塑技術(shù)制造固定框架25，焊料掩膜10以及內(nèi)側(cè)金屬層9的對(duì)應(yīng)部分可以在接觸島21和基底22之間沿著基座12的側(cè)邊延伸。

在內(nèi)側(cè)面6a上，控制芯片6具有接觸焊墊28，用于通過(guò)第一引線接合30耦合至內(nèi)部接觸15、以及通過(guò)第二引線接合31耦合至傳感器芯片5。

電聲換能器35(圖3和圖4)被集成在傳感器芯片5中，并且在一個(gè)實(shí)施例中，電聲換能器35包括半導(dǎo)體材料的隔膜37，在形成于傳感器芯片5的本體5a中的空腔38之上伸展，以及電聲換能器35包括剛性的金屬背板40，金屬背板40電容性地耦合至隔膜37。背板40具有孔洞并且在與空腔38相對(duì)側(cè)邊上設(shè)置在隔膜37旁側(cè)?？涨?8在一個(gè)側(cè)邊上由隔膜37界定并且在相對(duì)側(cè)邊上開(kāi)放。

傳感器芯片5接合至襯底2，從而隔膜37通過(guò)聲音端口11與由襯底2以及由蓋帽3形成的封裝的外部聲學(xué)連通。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器芯片5以聲音端口11為中心圍繞聲音端口11。

此外，傳感器芯片5部分地設(shè)置在控制芯片6的頂部上，其如前所述，基本上與焊料掩膜10對(duì)準(zhǔn)。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，以及固定至聲音端口11周圍基底22的第二部分。固定由粘附層41(例如膠體或焊料膏體)獲得，粘附層41沿著傳感器芯片5的周緣并且部分地在基底22之上并且部分地在控制芯片6的面6a之上延伸。

在給定相同尺寸的情形下，傳感器芯片5和控制芯片6的疊置實(shí)現(xiàn)占據(jù)的總面積的減小，而并未增大微機(jī)電麥克風(fēng)1的總厚度，其中控制芯片6設(shè)置在基座12中并且傳感器芯片5部分地固定至基底22。相反地，在給定相同的占據(jù)面積的情形下，傳感器芯片5和控制芯片6可以具有更大的尺寸，有利于性能。此外，假設(shè)用于容納控制芯片6的基座12基本上延伸穿透襯底2的厚度，控制芯片6的尺寸可以適應(yīng)于具有最小薄化的基座12，如果需要的話。在其他情形中，可以容納控制芯片6而不采用任何類型的預(yù)備減薄工藝。

參照?qǐng)D5和圖6，如以下所述可以獲得微機(jī)電麥克風(fēng)1。

初始地，制備襯底2。襯底2的制備包括外側(cè)金屬層8、內(nèi)側(cè)金屬層9、焊料掩膜10、以及用于在襯底2的面上提供特征的焊料掩膜19的界定，在這些之中，特別具有接觸島21、基底22、外側(cè)保護(hù)環(huán)13、內(nèi)側(cè)保護(hù)環(huán)17、接合環(huán)16以及接觸14、15。上述制備進(jìn)一步包括對(duì)襯底2鉆孔以用于提供聲音端口11以及用于容納控制芯片6的基座12。

粘附層膠帶支撐43施加至襯底2的面，例如外側(cè)面2b，如圖5中所示。粘附性膠帶支撐43可以覆蓋襯底2的整個(gè)外側(cè)面2b并且在任何情形中在一側(cè)上封閉了基座12。

通過(guò)拾取和放置操作，控制芯片6隨后從基座12的開(kāi)放側(cè)引入基座12中并且接合至粘附性膠帶支撐43。粘附性膠帶支撐43將控制芯片6固定在基座12內(nèi)?；?2的壁與控制芯片6(特別是框架，具有基本上等于襯底2厚度的厚度，以及對(duì)應(yīng)于固定框架25形狀的形狀)之間的間距限定了模具25a，通過(guò)模塑操作由聚合物材料填充模具25a，例如根據(jù)薄膜輔助的模塑技術(shù)。隨后形成固定框架25，如圖6中所示。

在已經(jīng)移除了粘附性膠帶支撐43之后，通過(guò)將傳感器芯片5接合至襯底2、以及部分地接合至控制芯片6以獲得引線接合30、31，以及通過(guò)沿著接合環(huán)16將蓋帽3接合至襯底2來(lái)實(shí)現(xiàn)微機(jī)電麥克風(fēng)1。

在本發(fā)明的不同實(shí)施例中(圖7中所示)，在此標(biāo)注為106的控制芯片具有小于襯底2厚度的厚度，特別是具有小于襯底2的核芯7厚度的厚度(在此并且下文中，參照?qǐng)D1-圖4實(shí)施例未修改的部分由相同附圖標(biāo)記標(biāo)注)?？刂菩酒?06容納在基座12中，其中內(nèi)側(cè)面106a與襯底2的內(nèi)側(cè)面2a對(duì)準(zhǔn)，并且由固定結(jié)構(gòu)125連接至襯底2。固定結(jié)構(gòu)125是杯狀的，并且除了其橫側(cè)面之外，也覆蓋了控制芯片106的外側(cè)面106b。固定結(jié)構(gòu)125的底部與襯底2的外側(cè)面2b對(duì)準(zhǔn)。

在該情形中，微機(jī)電麥克風(fēng)100也可以借助于粘附性膠帶支撐而制造。

參照?qǐng)D8，在襯底2的制備之后，粘附性膠帶支撐143施加至襯底2的內(nèi)側(cè)面2a。通過(guò)拾取和放置操作，控制芯片6設(shè)置在基座12中并且由粘附性膠帶支撐143固定其中。

隨后通過(guò)模塑提供固定結(jié)構(gòu)125，例如使用引腳-柵極-模塑技術(shù)(圖9)，并且移除粘附性膠帶支撐143。

最終，傳感器芯片5接合至襯底2并且部分地接合至控制芯片6，提供了引線接合30、31，并且蓋帽3沿著接合環(huán)16接合至襯底2。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如圖10中所示，在微機(jī)電麥克風(fēng)200中，在此由206標(biāo)注的控制芯片可以具有大于襯底2的厚度的厚度。在該情形中，控制芯片206僅部分地容納在基座12中，并且由例如通過(guò)模塑而獲得的聚合物材料的固定框架225連接至襯底2。特別地，控制芯片206具有與襯底2的外側(cè)面2b對(duì)準(zhǔn)的外側(cè)面206a，并且從基座12朝向聲學(xué)腔室的內(nèi)側(cè)突出。更詳細(xì)地，控制芯片206具有突出部分206c，以及容納傳感器芯片5部分的凹陷250。通過(guò)刻蝕控制芯片206獲得凹陷250，并且由與襯底2的內(nèi)側(cè)面2a對(duì)準(zhǔn)的基底、以及有基本上垂直于基底的壁而界定。實(shí)際上，控制芯片的突出部分206c相對(duì)于凹陷250的基底形成了臺(tái)階。傳感器芯片5的與控制芯片206相鄰的邊緣容納在凹陷50中，并且可以接合至控制芯片的一部分，該部分界定了凹陷250的基底。

可以依照?qǐng)D5和圖6中所示工藝組裝微機(jī)電麥克風(fēng)200。

根據(jù)圖11中所示的實(shí)施例，在微機(jī)電麥克風(fēng)300中，在此由306標(biāo)注的控制芯片部分地容納在基座12中，并且因?yàn)槠渚哂写笥谝r底2厚度的厚度，因此朝向聲學(xué)腔室4的內(nèi)側(cè)突出。在傳感器芯片305的與控制芯片306相鄰的一部分中，提供了凹陷350，其容納了控制芯片306自身的邊緣。凹陷350通過(guò)在其基底處、在與控制芯片306相鄰的位置中刻蝕傳感器芯片305而獲得，并且凹陷350由一個(gè)平行于側(cè)面而另一個(gè)平行于控制芯片306的內(nèi)側(cè)面306a的兩個(gè)壁界定。傳感器芯片305的一部分被設(shè)置在控制芯片306的頂部上并且與其接合。

也在該情形中，控制芯片306由聚合物材料的固定框架325連接至襯底2，通過(guò)模塑獲得固定框架并且占據(jù)了控制芯片306與界定了基座12的壁之間的空間。此外，控制芯片306的外側(cè)面306b與襯底2的外側(cè)面2b對(duì)準(zhǔn)。

圖12示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中在此分別由402和406標(biāo)注的襯底和控制芯片由固定框架425連接在一起，并且均具有BGA(球柵陣列)類型的接觸450。在該情形中，由提供在控制芯片406自身中的TSV(穿硅通孔)451獲得在控制芯片406的內(nèi)側(cè)面406a與外側(cè)面406b之間的電連接的一部分。引線接合用于將傳感器芯片5連接至控制芯片406。如果需要的話，則可以在控制芯片406的面上直接提供連接路徑(未示出)。

在一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，從聲學(xué)腔室4內(nèi)側(cè)至外側(cè)的連接可以部分地獲得作為控制芯片406中的穿通孔以及部分地作為襯底402中的引線接合和穿通孔。

根據(jù)圖12中所示的實(shí)施例，在此由506標(biāo)注的控制芯片容納在襯底502的基座512中，在該情形中并未突出越過(guò)襯底502的內(nèi)側(cè)面502a和外側(cè)面502b。控制芯片506由聚合物材料的固定框架525連接至襯底502。

傳感器芯片505部分地接合至襯底502的內(nèi)側(cè)面502a并且部分地接合至控制芯片506的內(nèi)側(cè)面506a，兩者相互對(duì)準(zhǔn)。

聲音端口511由控制芯片506中穿通孔限定，并且聲音端口511實(shí)現(xiàn)由蓋帽3、襯底502和控制芯片506形成的封裝內(nèi)側(cè)與外部環(huán)境聲學(xué)耦合。

根據(jù)圖14的實(shí)施例，分別由602和606標(biāo)注的襯底和控制芯片均限定了聲音端口611的對(duì)應(yīng)部分。換言之，聲音端口611通過(guò)移除襯底602的一部分和控制芯片606的一部分而獲得，并且當(dāng)控制芯片606容納在襯底602內(nèi)的其基座612中時(shí)被限定?？刂菩酒?06容納在基座612中并且由固定框架625連接至襯底602。

圖15中所示的實(shí)施例不同于圖1-圖4的實(shí)施例之處在于，在此由711標(biāo)志的聲音端口被提供在蓋帽703中。在該情形中，隨后襯底702在對(duì)應(yīng)于傳感器芯片5的區(qū)域中是連續(xù)的。

參照?qǐng)D16，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，微機(jī)電麥克風(fēng)800包括蓋帽803、傳感器芯片805、以及控制芯片806。

用作支撐襯底的控制芯片806與蓋帽803沿著蓋帽803的周緣被接合在一起并且形成了容納傳感器芯片805的封裝。蓋帽803具有保護(hù)功能，并且進(jìn)一步采用控制芯片806限定了微機(jī)電麥克風(fēng)800的聲學(xué)腔室804。

控制芯片806例如是BGA類型，并且容納了集成的控制電路(未詳細(xì)示出)，其包括信號(hào)處理級(jí)(例如，用于電容性電聲傳感器的電荷放大器電路)，以及用于實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)的正確工作、特別是關(guān)于聲學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換的有用部件。

控制芯片806具有穿通孔，穿通孔限定了聲音端口811，并且實(shí)現(xiàn)封裝(特別是傳感器芯片805)的內(nèi)側(cè)與外部環(huán)境聲學(xué)耦合。

電聲換能器835集成在傳感器芯片805中，并且在一個(gè)實(shí)施例中，包括半導(dǎo)體材料的隔膜837以及包括剛性金屬背板840，隔膜837在形成于傳感器芯片805的本體805a中的空腔838之上伸展，剛性金屬背板840電容性地耦合至隔膜837。背板840提供具有孔洞并且在與空腔838相對(duì)的側(cè)邊上與隔膜837并排設(shè)置?？涨?38在一側(cè)邊上由隔膜837界定并且在相對(duì)側(cè)邊上開(kāi)放。

傳感器芯片805接合至控制芯片806的內(nèi)側(cè)面806a，從而隔膜837通過(guò)聲音端口811與由控制芯片806以及由蓋帽803形成的封裝的外側(cè)聲學(xué)連通。由在控制芯片806的在聲音端口811周圍的面806a之上延伸的粘附層獲得固定。

所述的解決方案使能節(jié)省了另外基本上用于機(jī)械支撐和用于提供電連接的襯底，但是并未在聲音信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中具有主動(dòng)角色。

最終，顯而易見(jiàn)的是，可以對(duì)在此所述的微機(jī)電麥克風(fēng)作出修改和改變，而并未脫離如所附權(quán)利要求中限定的、本發(fā)明的范圍。

在所有實(shí)施例中，特別地，聲音端口可以替代于在襯底中而提供在蓋帽中，這可以因此在對(duì)應(yīng)于傳感器芯片的區(qū)域中連續(xù)。

同樣，在所有實(shí)施例中，均能夠使用LGA類型和BGA類型的襯底以用于朝向外側(cè)電連接。