Mems麥克風(fēng)組件中的開口腔基板及其制造方法
【專利摘要】MEMS麥克風(fēng)組件中的開口腔基板及其制造方法。一種聲學(xué)裝置包括基板。在所述基板上布置有微機(jī)電系統(tǒng)MEMS器件。所述MEMS器件在所述MEMS器件和所述基板之間形成后容積。在所述基板上布置集成電路。在所述基板上布置蓋并且所述蓋包括端口。所述蓋形成腔體，所述MEMS器件和集成電路被布置在所述腔體內(nèi)。蓋、基板、MEMS器件和集成電路形成前容積。在所述腔體內(nèi)布置填充材料以減小在沒有所述填充材料時(shí)會存在的所述前容積的量。
【專利說明】MEMS麥克風(fēng)組件中的開口腔基板及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及微機(jī)電麥克風(fēng)，并且更具體地涉及改進(jìn)這些器件的性能特征。

【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件舉兩個(gè)示例包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。在MEMS麥克風(fēng)的情況下，聲音能量通過聲音端口進(jìn)入并振動(dòng)膜片，這一動(dòng)作產(chǎn)生在膜片和鄰近膜片放置的背板之間電勢(電壓)上的相應(yīng)變化。該電壓代表了已經(jīng)接收的聲音能量。通常，該電壓接著被傳輸?shù)诫娐?例如，諸如專用集成電路(ASIC)這樣的集成電路)。該信號的進(jìn)一步處理可以在該電路上執(zhí)行。例如，可在該集成電路上執(zhí)行該電壓信號的放大或?yàn)V波功能。
[0003]通常期望擁有這樣的麥克風(fēng)，其在盡可能寬的頻率范圍內(nèi)具有盡可能線性的響應(yīng)。一般來說，線性程度越高，麥克風(fēng)的性能越好。由于各種因素，MEMS麥克風(fēng)的響應(yīng)曲線上存在諧振峰值?？紤]到在以前的系統(tǒng)中使用的大小、形狀和制造過程，以前的方法在避免諧振峰值的影響方面一直是非常困難的。
[0004]由于這些缺點(diǎn)，以前的方法還沒有充分解決上述問題，并且增加了用戶對這些以前的方法的不滿。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]為了更加完整地理解本申請，應(yīng)當(dāng)參考以下詳細(xì)描述及附圖，其中:
[0006]圖1包括了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的麥克風(fēng)組件的側(cè)剖視圖；
[0007]圖2包括了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的圖1的麥克風(fēng)組件去掉蓋子的俯視圖。
[0008]圖3包括了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的構(gòu)造MEMS麥克風(fēng)組件的處理的流程圖。
[0009]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的本文提出的麥克風(fēng)組件所獲得的優(yōu)點(diǎn)的圖表。
[0010]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到圖中的元件是為了簡明和清楚的目的而例示的。還將認(rèn)識到，雖然以特定的出現(xiàn)順序描述或敘述某些操作和/或步驟進(jìn)行，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解并不真正要求有關(guān)順序的這一特性。還應(yīng)當(dāng)理解，本文使用的術(shù)語和表達(dá)具有通常的含義，除了提出特定含義的地方之外，其含義與這些術(shù)語和表達(dá)在其相應(yīng)的調(diào)查和研究領(lǐng)域所具有的含義相一致。

【具體實(shí)施方式】
[0011]本方法減小前容積以最小化該封裝的聲學(xué)效果。就這些而言，開口腔基板(如，印刷電路板(PCB))被制作為在板的頂面上(IC和MEMS被放置的腔體的頂架上或者底部上)不具有(或具有)阻焊層，從而使得該板能夠在例如PCB供應(yīng)商處承受附加的處理。由于經(jīng)由使用固態(tài)過孔將到IC的焊線焊盤制作在電鍍的通孔的頂部，因此不需要阻焊層；從而允許使得焊線直接到過孔或者到電鍍的通孔和/或固態(tài)過孔周圍的捕捉焊盤。該開口腔基板可以足夠大從而使得MEMS器件和集成電路都可以放置其內(nèi)，并接著在腔體內(nèi)滴涂環(huán)氧樹脂以“填滿”該封裝并減小前容積。在開口腔基板PCB的頂表面或上架可焊接一蓋子(如，金屬蓋或印刷電路板(PCB)蓋)，或者在該頂表面附加一網(wǎng)蓋(聲學(xué)過濾材料)。
[0012]現(xiàn)在參考圖1和圖2，描述了具有改進(jìn)性能的麥克風(fēng)組件的一個(gè)示例。麥克風(fēng)組件100包括微機(jī)電(MEMS)器件104和集成電路102。所述MEMS器件104和集成電路102被布置于基板106上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，基板106由導(dǎo)電材料和絕緣材料的多個(gè)交替層構(gòu)成。導(dǎo)電焊盤108和110在該基板的頂表面上形成電接觸點(diǎn)，并延伸到該基板的某些導(dǎo)電層。焊線112、114在集成電路102與導(dǎo)電焊盤108和110之間延伸?？蛇x的，可使用陶瓷基板。
[0013]腔體墻116形成于基板106的頂表面上。在腔體墻的上面放置了一蓋子118。通過蓋子118延伸出一端口 120。
[0014]如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，MEMS器件102包括膜片136和背板134。通過端口 120接收的聲音能量移動(dòng)該膜片136，并且隨著膜片136的移動(dòng)，由MEMS器件104生成代表接收信號的電壓。該電壓經(jīng)由焊線122和124被傳輸?shù)郊呻娐?02。集成電路102可以是任何類型的集成電路，但是在某些示例中執(zhí)行放大和去除噪聲的功能。一旦被集成電路102處理，經(jīng)處理的信號通過焊線112和114被發(fā)送出集成電路102而到達(dá)導(dǎo)電焊盤108和110，接著通過基板106內(nèi)的導(dǎo)電層/軌跡，并且接著到達(dá)基板106的底部表面111，在這里用戶可以進(jìn)行電氣連接。例如，麥克風(fēng)組件100可被用于個(gè)人電腦或蜂窩電話中，這些系統(tǒng)中的其他電子器件可耦合到麥克風(fēng)100。
[0015]如圖所示，墻116與基板106形成腔體126，MEMS器件104和集成電路102布置于腔體126內(nèi)。在蓋子和MEMS器件104之間形成前容積130。在所述MEMS器件104的相對側(cè)上形成后容積132。
[0016]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，圖1和圖2的系統(tǒng)可以是“單片”系統(tǒng)或“兩片”系統(tǒng)。也就是說，墻116可以與基板106整體地形成，或者獨(dú)立于基板而形成(接著連接到基板)。
[0017]填充材料128被置于(如，滴涂、噴射等)腔體126內(nèi)。所述填充材料128可以是可固化粘合劑，以保護(hù)集成電路和連接線不受光照并減小前容積。填充材料的其它示例是可行的。在該示例中，填充材料128通常與集成電路102和MEMS器件104的上表面齊平(盡管沒有覆蓋MEMS器件104的頂表面而可能是覆蓋了集成電路102的頂表面)。有利地，該填充材料128減小了前容積130，并且這對于麥克風(fēng)132的操作是有利的。
[0018]現(xiàn)在參照圖3，描述了用于構(gòu)造圖1、圖2的器件的方法的一個(gè)示例。在步驟302，接收印刷電路板(PCB)(例如，六層或更多層的開口腔PCB)或基板。在步驟304，在PCB上放置MEMS器件和集成電路(例如，專用集成電路(ASIC))。MEMS和ASIC的連接采用芯片粘接環(huán)氧樹脂(die attach epoxy)、導(dǎo)電性環(huán)氧樹脂或其它材料制成。在MEMS和ASIC之間以及從ASIC到PCB附接有焊線。
[0019]在步驟306，腔體106 (PCB和墻之間)被可固化粘合劑所填充。在步驟308，粘合劑被固化。在步驟310，使用環(huán)氧樹脂或焊料連接蓋子(如，金屬蓋)。所述蓋子優(yōu)選地是平的，但也可以具有一些彎曲。
[0020]現(xiàn)在參照圖4，描述了展示采用本發(fā)明的方法的有益效果的圖的一個(gè)示例。該圖的X軸示出了頻率，y軸示出了麥克風(fēng)的靈敏度響應(yīng)。在該圖上示出了第一繪圖402、第二繪圖404、第三繪圖406和第四繪圖408。一般來講，繪圖402、404、406和408中的每一個(gè)都是特定前容積的繪圖。繪圖408的前容積比繪圖406的小，繪圖406的前容積比繪圖404的小，繪圖404的前腔比繪圖402的小。
[0021]可以看出，隨著前容積減小，峰值移到右邊并且在一更大的頻率范圍內(nèi)獲得線性響應(yīng)曲線。這是有利的，因?yàn)榫€性度越好，麥克風(fēng)的性能越好，并且這是在一個(gè)更大的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。
[0022]本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，包括
【發(fā)明者】已知的用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些描述的實(shí)施方式僅僅是示例，其不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。
[0023]本申請要求于2013年6月18日提交的題為“Open Cavity Substrate in MEMSMicrophone Assembly and Method of Manufacturing the Same” 的美國臨時(shí)申請第61836370號的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合至本申請中。
【權(quán)利要求】
1.一種聲學(xué)裝置，所述聲學(xué)裝置包括: 基板； 布置在所述基板上的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS器件，所述MEMS器件在所述MEMS器件和所述基板之間形成后容積； 布置在所述基板上的集成電路； 布置在所述基板上的蓋，所述蓋具有端口，所述蓋形成腔體，所述MEMS器件和所述集成電路被布置在所述腔體內(nèi)； 其中，所述蓋、所述基板、所述MEMS器件和所述集成電路形成前容積； 其中，在所述腔體內(nèi)布置填充材料以減小在沒有所述填充材料時(shí)會存在的所述前容積的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述填充材料被布置為使得其頂表面與所述MEMS器件的上表面基本齊平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述填充材料被布置為使得其頂表面與所述集成電路的上表面基本齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述填充材料包括環(huán)氧樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述基板是印刷電路板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述蓋包括單片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述蓋包括墻和蓋子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲學(xué)裝置，其中所述蓋子包括金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)裝置，其中所述填充材料被布置為使得其頂表面在所述MEMS器件的上表面之上。
【文檔編號】H04R31/00GK104244154SQ201410354072
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】S·沃斯, J·B·斯切赫 申請人:美商樓氏電子有限公司