一種擴大后腔的硅電容麥克風(fēng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種麥克風(fēng)，特別是一種擴大后腔的封裝結(jié)構(gòu)的娃電容麥克風(fēng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電(MEMS micro-electro-mechanical system)系統(tǒng)因其體積小、適于表面貼裝等優(yōu)點而被廣泛用于消費電子和一些高端電子產(chǎn)品，例如:手機、MP3、錄音筆、汽車電子等。一般地，MEMS系統(tǒng)在最前端包含將其他物理信號轉(zhuǎn)化為電信號的微機械的敏感結(jié)構(gòu)，或在最后端包含將電信號轉(zhuǎn)化為其他物理信號的微機械結(jié)構(gòu)執(zhí)行器。微機械的敏感結(jié)構(gòu)在MEMS系統(tǒng)中起到電信號與其他物理信號的轉(zhuǎn)換接口作用。為滿足人民群眾日益增長的物質(zhì)文化需求，MEMS系統(tǒng)的體積、成本、靈敏度、線性度等指標也在不斷地優(yōu)化提高。在相關(guān)優(yōu)化技術(shù)方案中，不乏眾多努力，試圖通過對后腔(“后腔(Back Volume)”為行內(nèi)術(shù)語，指聲波遇到敏感結(jié)構(gòu)后，敏感部后方的空間)予以增加，這樣可以使硅電容麥克風(fēng)的靈敏度更高，頻響曲線更好。
[0003]然而，現(xiàn)行的諸多的技術(shù)方案中，許多運用傳統(tǒng)機械加工技術(shù)實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，其實現(xiàn)方式受傳統(tǒng)工藝限制，未能在保持硅電容麥克風(fēng)原有的外觀、封裝和成本特點的基礎(chǔ)上實現(xiàn)較優(yōu)的增大后腔效果。例如美國專利US8705776B2，通過在敏感結(jié)構(gòu)下方設(shè)置一個凸蓋來構(gòu)造聲孔到敏感結(jié)構(gòu)之間的傳聲路徑，這種方案可以很簡便地通過沖壓工藝實現(xiàn)，但是凸蓋下方?jīng)]有設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，使得凸蓋上在貼裝敏感結(jié)構(gòu)后可能受裝配力作用發(fā)生變形，后續(xù)工藝中無法保證基板和凸蓋同時與外殼可靠地相接觸；凸蓋下方的前腔(“前腔”為行內(nèi)術(shù)語，指聲波進入封裝體直到遇到敏感結(jié)構(gòu)前，敏感部前方的空間)占據(jù)容積過大，使得后腔容積較小，不但使擴大后腔的效果不能達到最優(yōu)，也存在前腔體積和形狀影響麥克風(fēng)頻響曲線的問題；凸蓋下方的前腔空間過大也不能有效地起到防塵的作用，在原方案中只能通過將凸蓋與外殼的聲孔相接處的開孔改為多個小孔來解決，這種做法使得麥克風(fēng)蒙受了靈敏度的損失。
[0004]根據(jù)麥克風(fēng)的聲孔設(shè)置位置，其封裝分為聲孔設(shè)置在外殼上(行內(nèi)根據(jù)聲孔設(shè)置在外殼上部或側(cè)部，分別稱為“前進音”、“側(cè)進音”)和設(shè)置在基板上(因這種封裝使聲孔直接與敏感結(jié)構(gòu)自帶聲腔相連接，行內(nèi)稱為“零高度”)的兩大類。也有的專利，雖然實現(xiàn)了較優(yōu)的增大后腔的效果，在前進音、側(cè)進音這類封裝的麥克風(fēng)中取得了較好的優(yōu)化，但是其敏感結(jié)構(gòu)進音方向與零高度封裝使用的敏感結(jié)構(gòu)相反，造成聲音敏感方向、過載保護方向相反，使得兩種封裝的集成電路或敏感結(jié)構(gòu)不能兼容。
[0005]中國專利CNlO 1026902、CN201138866，利用基板制作上蓋板，將敏感結(jié)構(gòu)固定在上蓋板上，并通過基板或其他導(dǎo)電材料將電氣信號傳導(dǎo)向下方基板，組成與“前進音”相似的封裝結(jié)構(gòu)，雖然起到了較優(yōu)的增大后腔效果，但利用基板構(gòu)成的外殼，且將微弱電信號在封裝殼內(nèi)上下傳遞，其力學(xué)強度、電磁屏蔽、工藝可行性與加工成本，均與傳統(tǒng)意義上的使用金屬外殼的娃電容麥克風(fēng)相差甚遠。此外由于材料強度所限，基板厚度一般大于金屬外殼，故這種方案在產(chǎn)品小型化的尺寸要求下會在厚度方向上受到較大壓力。
[0006]中國CN101677423、CN202019450U是另一類典型的“雙外殼”技術(shù)方案，是先封裝一個較小的零高度封裝，再將這個封裝封入另一個較大的前進音封裝，并在大封裝與小封裝之間構(gòu)造傳聲路徑。在產(chǎn)品小型化的尺寸要求下，這種方案在尺寸上受到的壓力是顯然的。
[0007]本發(fā)明的提出，在保證整體結(jié)構(gòu)的可靠性前提下，有效地擴大麥克風(fēng)的后腔，同時保持硅電容麥克風(fēng)原有的外觀、封裝尺寸和后續(xù)工藝實現(xiàn)方式，使得前進音封裝與零高度封裝的集成電路和敏感結(jié)構(gòu)芯片能兼容的同時，避免了在封裝中將微弱電信號上下傳遞而面臨的信號傳遞可靠性和干擾風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種擴大后腔的硅電容麥克風(fēng)，能結(jié)合新的機械制造技術(shù)，通過將微機械的敏感結(jié)構(gòu)下方與外殼上聲孔相連的方式，將封裝內(nèi)部其他空間設(shè)置為麥克風(fēng)的后腔，在保證整體結(jié)構(gòu)可靠性、小封裝、低成本的前提下，較優(yōu)地擴大了敏感結(jié)構(gòu)的后腔，從而提聞娃電容麥克風(fēng)的極限靈敏度。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]—種擴大后腔的娃電容麥克風(fēng)，它包括:基板、外殼及墊片；所述外殼上設(shè)置有聲孔；所述墊片設(shè)于所述基板與所述外殼之間，所述墊片包括外圍框架和薄片，所述基板、所述外殼和所述墊片的外圍框架一起構(gòu)成封裝結(jié)構(gòu)；所述封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部在所述基板上方設(shè)置有集成電路和自帶聲腔的微機械敏感結(jié)構(gòu)；其中所述集成電路設(shè)在所述基板上，所述敏感結(jié)構(gòu)與所述基板間隔有所述薄片；所述墊片上至少設(shè)有兩個開孔，該兩個開孔分別與所述外殼上的聲孔和所述敏感結(jié)構(gòu)的聲腔相連；所述基板上設(shè)有導(dǎo)氣槽；所述的墊片在固定到所述基板上后，其下方與所述基板將所述導(dǎo)氣槽形成連通空間，使所述墊片上的兩個開孔相互連通；所獲得的后腔容積大于敏感結(jié)構(gòu)自帶聲腔的容積?；蛘?br>[0011]該擴大后腔的娃電容麥克風(fēng),包括:基板、外殼和墊片,所述基板和所述外殼組成封裝結(jié)構(gòu)，所述墊片設(shè)在所述封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部；所述外殼上設(shè)置有聲孔；所述封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部基板上方設(shè)置有集成電路和自帶聲腔的微機械敏感結(jié)構(gòu)，所述敏感結(jié)構(gòu)與所述基板間隔有所述墊片；所述墊片上設(shè)有兩個開孔，該兩個開孔分別與所述外殼上的聲孔和所述敏感結(jié)構(gòu)的自帶聲腔相連接；所述基板上設(shè)有導(dǎo)氣槽；所述墊片在固定到基板上后，其下方與所述基板將所示導(dǎo)氣槽形成連通空間，使所述墊片上的該兩個開孔相互連通；所獲得的后腔容積大于敏感結(jié)構(gòu)自帶聲腔的容積。
[0012]使用墊片的有益之處在于:相較如美國專利US8705776B2、中國專利CN201383873Y的其他增大或擴大后腔的方案而言，墊片可以使得前腔容積占據(jù)封裝體內(nèi)部體積盡量少的部分，從而為后腔留出更多空間。
[0013]優(yōu)選的擴大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的墊片，其剖面為臺階形。為使墊片占據(jù)封裝體內(nèi)部體積盡量少的部分，一般設(shè)置其形狀時以最少體積、便于加工、有效隔絕前腔與后腔、保證力學(xué)強度為原則。這樣，墊片可根據(jù)實際封裝的需要設(shè)置成各種形狀，如臺階形，是兼顧墊片體積與加工可行性的較優(yōu)選擇。
[0014]優(yōu)選的擴大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的墊片，其材料為金屬，可通過金屬腐蝕或三維打印工藝制成。選用金屬材料制作墊片是為了優(yōu)化總體封裝電磁屏蔽的效果。相較如美國專利US8705776B2的增大或隔離前腔的結(jié)構(gòu)而言，一般采用傳統(tǒng)的沖壓加工方式實現(xiàn)。這樣的加工方式雖然能保證較低的成本和加工便利，但美國專利US8705776B2的方案中的隔離結(jié)構(gòu)占據(jù)了較大的封裝內(nèi)部空間，影響了擴大后腔的效果。通過金屬腐蝕或三維打印工藝，可以以與相當甚至低于沖壓加工等傳統(tǒng)加工方式的成本，來實現(xiàn)如臺階形等傳統(tǒng)加工方式難以實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，從而獲得較優(yōu)的擴大后腔的效果。
[0015]優(yōu)選的擴大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的墊片開孔與外殼聲孔之間的連接，可以通過設(shè)置墊片與外殼連接處的局部形狀尺寸相匹配(保證墊片與外殼密切配合使墊片上的開孔及外殼上的聲孔與封裝結(jié)構(gòu)的后腔隔絕)來實現(xiàn)，也可以通過在墊片與外殼之間設(shè)置連接件實現(xiàn)，其中所述的連接件可與外殼或墊片連為一體一同制備。在具體實施時，可根據(jù)外殼制作、墊片制作以及連接件制作的具體尺寸精度和安裝尺寸精度來確定。所述連接件可以是中空的或非中空的。
[0016]優(yōu)選的擴大后腔的娃電容麥克風(fēng)優(yōu)選的擴大后腔的娃電容麥克風(fēng)，其中所述的導(dǎo)氣槽，內(nèi)部留有與墊片直接相接觸的支撐部。這是為了保證墊片上安裝敏感結(jié)構(gòu)甚至安裝了集成電路后，避免由于安裝力使墊片發(fā)生變形，從而影響后續(xù)外殼的裝配工藝，避免封裝漏氣的風(fēng)險。
[0017]優(yōu)選的擴大后腔的硅電容麥