一種小尺寸高靈敏度高信噪比的mems硅麥克風的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種小尺寸高靈敏度高信噪比的MEMS硅麥克風，包括金屬殼體蓋、MEMS器件、ASIC器件和PCB板，其特征在于：所述的金屬殼體蓋上設有一個進音孔，MEMS器件通過絕緣膠黏連在金屬殼體蓋的內側，并且MEMS器件的一面帶有一個空腔，所述的空腔與進音孔相對接，所述的PCB板為三層PCB板，其上設有一個凹槽，凹槽的位置與所述的空腔相對，并置于空腔的背后，ASIC器件設于凹槽的中心底部，ASIC器件的頂部與MEMS器件的振膜下方相互間留有間隙，形成上述MEMS硅麥克風的封裝方式為垂直式倒裝前進音封裝方式。本發(fā)明提高了麥克風的靈敏度及信噪比，并減小模塊體積，滿足更高的電路集成化需求。
【專利說明】—種小尺寸高靈敏度高信噪比的MEMS硅麥克風

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MEMS硅麥克風的封裝方法，特別是公開一種小尺寸高靈敏度高信噪比的MEMS硅麥克風，屬于硅麥克風封裝的【技術領域】。

【背景技術】
[0002]麥克風能把人的語音信號轉化為相應的電信號，廣泛應用于手機，電腦，電話機，照相機及攝像機等。傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風采用特氟龍作為振動薄膜，不能承受在印刷電路板回流焊接工藝近300度的高溫，從而只能與集成電路的組裝分開，單獨手工裝配，大大增加了生產成本。
[0003]近三十年的MEMS (Microelectromechanical Systems)技術與工藝的發(fā)展,特別是基于硅芯片MEMS技術的發(fā)展，實現(xiàn)了許多傳感器(如壓力傳感器，加速度計，陀螺儀等)的微型化和低成本。MEMS硅麥克風已開始產業(yè)化，在高端手機的應用上，逐漸取代傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風。
[0004]MEMS麥克風主要還是采用電容式的原理，由一個振動薄膜和背極板組成,振動薄膜與背極板之間有一個幾微米的間距，形成電容結構。高靈敏的振動薄膜感受到外部的音頻聲壓信號后，改變振動薄膜與背極板間的距離，從而形成電容變化。MEMS麥克風后接CMOS放大器把電容變化轉化成電壓信號的變化,再放大后變成電輸出。
[0005]目前現(xiàn)有技術中的大多數(shù)麥克風采取背進音形式的封裝方式，當硅麥克風器件與PCB板貼裝后，整個組件的背腔就僅限于硅麥克風器件的空腔體積，只有當此空腔體積足夠大時，器件的靈敏度和信噪比才能得以提高。如果以背進音的封裝方式，想提升器件的靈敏度和信噪比，就必須增大麥克風器件本身的空腔體積，這種做法與器件微型化的趨勢是相矛盾的。因此我們想到使用倒裝前進音的方式來封裝我們的硅麥克風器件。硅麥克風倒裝后，其空腔與進音孔相同，而此時的背腔是整個封裝體內部空間，這將一定程度上提高整個組件的靈敏度和信噪比。由于人的語音聲壓信號非常微弱，靈敏度和信噪比的提高勢必提升麥克風的使用效果。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有麥克風封裝技術中存在的不足，提供一種小尺寸高靈敏度高信噪比的MEMS硅麥克風，采用垂直式倒裝前進音封裝方式，直接提高了同等麥克風產品的靈敏度及信噪比，并使整個封裝后的模塊體積大大減小，以滿足更高的電路集成化需求。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種小尺寸高靈敏度高信噪比的MEMS硅麥克風，包括金屬殼體蓋、MEMS器件、ASIC器件和PCB板，其特征在于:所述的金屬殼體蓋上設有一個進音孔，所述的MEMS器件通過絕緣膠黏連在金屬殼體蓋的內側，并且MEMS器件的一面帶有一個空腔，所述的空腔與金屬殼體蓋的進音孔相對接，所述的PCB板為三層PCB板，所述的PCB板上設有一個凹槽，凹槽的容積與MEMS器件上的空腔相匹配，并置于MEMS器件的空腔的背后，所述的ASIC器件設于PCB板上凹槽的中心底部，ASIC器件的頂部與MEMS器件的振膜下方相互間留有間隙，使MEMS硅麥克風的靈敏度不受影響，形成上述MEMS硅麥克風的封裝方式為垂直式倒裝前進音封裝方式。所述進音孔的孔徑為300 μ m?800 μ m，所述PCB板上設的凹槽的直徑為600 μ m?900 μ m的圓形，深度為200 μ m?700 μ m。所述的MEMS器件和ASIC器件都設有通過RDL重新布線植上的金屬焊球，與PCB板上的第二金屬導線、第三金屬導線和第四金屬導線連接，并通過第一金屬導線、第五金屬導線連接PCB板的底部。所述金屬殼體蓋與PCB板的連接面上設有導電膠形成的封閉環(huán)，將金屬殼體蓋與PCB板黏連，導電性能良好。
[0008]本發(fā)明的麥克風是一種微電子機械系統(tǒng)，所述的MEMS器件即硅麥克風器件，所述的ASIC器件采用特定用途集成電路，是用以增益硅麥克風器件所采集的電信號的。
[0009]本發(fā)明一種小尺寸高靈敏度高信噪比的MEMS硅麥克風的封裝方式包括如下步驟:
(1)提供一個帶進音孔的金屬殼體蓋；
(2)在金屬殼體蓋的內部，進音孔的這一面設定區(qū)域涂上硬化前較軟的絕緣膠；
(3)將MEMS器件放置在金屬殼體蓋內的絕緣膠上，MEMS器件的空腔對準金屬殼體蓋的進音孔，通過加溫固化絕緣膠，使MEMS器件牢固地黏連在金屬殼體蓋內；
(4)提供一塊三層PCB板，設有一個與MEMS器件上的空腔相匹配的凹槽；
(5)在PCB板的凹槽內放置一個ASIC器件，ASIC器件上的金屬焊球要與PCB板凹槽內的金屬電極相連接；
(6)在PCB板周邊涂上一圈由導電膠形成的封閉環(huán)；
(7)將金屬殼體蓋連同已黏連的MEMS器件按壓在PCB板上，MEMS器件的振膜正對PCB板的凹槽，器件上的金屬焊球對應PCB板上相應的金屬片；
(8)將整個黏連在一起的組件置于設定溫度下烘烤，以固化導電膠。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明產品實現(xiàn)了 MEMS硅麥克風的垂直式倒裝前進音封裝方式，增加器件的靈敏度及信噪比，并通過三維垂直式的封裝方式使整個MEMS硅麥克風封裝后的模塊體積大大減小，滿足更高的電路集成化趨勢和需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明產品結構剖視圖。
[0012]圖2是本發(fā)明產品中帶進音孔的金屬殼體蓋剖視結構示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明產品的金屬殼體蓋涂上絕緣膠后的剖視結構示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明產品中將MEMS器件通過絕緣膠黏連在金屬殼體蓋內后的剖視結構示意圖。
[0015]圖5是本發(fā)明產品中設有凹槽的三層PCB板剖視結構示意圖。
[0016]圖6是本發(fā)明產品中ASIC器件置于凹槽內并通過金屬焊球與導線相連的剖視結構示意圖。
[0017]圖7是本發(fā)明產品中帶ASIC器件的PCB板涂上導電膠形成封閉環(huán)后的剖視結構示意圖。
[0018]圖中:1、金屬殼體蓋；2、進音孔；3、絕緣膠；4、MEMS器件；5、ASIC器件；6、金屬焊球；7、空腔；8、PCB板；9、凹槽；10、第一金屬導線；11、第二金屬導線；12、第三金屬導線；13、第四金屬導線；14、第五金屬導線；15、封閉環(huán)。

【具體實施方式】
[0019]根據(jù)附圖1，本發(fā)明產品包括金屬殼體蓋1、進音孔2、絕緣膠3、MEMS器件4、ASIC器件5、金屬焊球6、MEMS器件上的空腔7和PCB板8，PCB板上設有凹槽9、第一金屬導線10、第二金屬導線11、第三金屬導線12、第四金屬導線13、第五金屬導線14及由導電膠形成的封閉環(huán)15。
[0020]本發(fā)明MEMS娃麥克風的垂直式倒裝前進音封裝方式包括金屬殼體蓋I,放置于金屬殼體蓋內的MEMS器件2，設有一個與MEMS器件2上的空腔7相匹配的凹槽9的PCB板8(PCB板8采用三層PCB板)以及放置于PCB板8的凹槽9內的ASIC器件5。
[0021]根據(jù)附圖2?7，本發(fā)明的金屬殼體蓋I上設有一個進音孔2，并且在金屬殼體蓋I內部涂有絕緣膠3，絕緣膠3需將MEMS器件4牢固的黏連在金屬殼體蓋I內。MEMS器件4與ASIC器件5上都有通過RDL重新布線后植上的金屬焊球6，MEMS器件4的一面帶有一個空腔7，此空腔7要與金屬殼體蓋I上的進音孔2相對接。三層的PCB板8為絕緣板基，設有一個與MEMS器件2上的空腔7相匹配的凹槽9、覆蓋PCB板8上中下三層的金屬導線(第一金屬導線10、第二金屬導線11、第三金屬導線12、第四金屬導線13和第五金屬導線14)及由涂上的導電膠形成的封閉環(huán)15。凹槽9的位置要正對MEMS器件4的空腔7，各金屬導線的分布位置要能同MEMS器件4和ASIC器件5上各處的金屬焊球6相連接，封閉環(huán)15要能同金屬殼體蓋I的邊緣相黏連，導電性能要良好。
[0022]金屬殼體蓋I采用能沖壓成型的剛度適中的金屬，其具有一定的屏蔽電磁干擾的能力。進音孔2 —般為直徑在300 μ m?800 μ m之間的圓型，讓聲波能夠傳到MEMS的空腔7內。絕緣膠3具有較強的粘度，將MEMS器件4牢固地黏連在金屬殼體蓋I內，使封裝結構具有一定的抗震效果，絕緣性能要良好。三層的PCB板上的凹槽9的位置要位于MEMS器件4振膜的正下方，并且具備一定的深度，在容納一個ASIC器件5的前提下，還要在MEMS器件4的振膜下方留有一定的空隙，優(yōu)化其頻響特性。PCB板8上的封閉環(huán)15由硬化前較軟的導電膠形成，使金屬殼體蓋I與PCB板黏連后能夠有良好的封閉效果，導電性能要良好。
[0023]本發(fā)明MEMS硅麥克風的垂直式倒裝前進音封裝方式通過下述工藝步驟實現(xiàn):
(O提供一個剛度適中的金屬殼體，通過沖壓成型，形成一個帶進音孔2的、能容納
MEMS器件4的金屬殼體蓋I ;如圖2所示:進音孔2的直徑大約在300 μ m?800 μ m之間；
(2)在上述金屬殼體蓋I內測，涂上硬化前較軟的絕緣膠3，用以黏連MEMS器件4，如圖3所示；
(3)將MEMS器件4放置在金屬殼體蓋I內的絕緣膠3上，MEMS的腔體7對準金屬殼體蓋I的進音孔2，通過加溫固化絕緣膠3，使MEMS器件4牢固地黏連在金屬殼體蓋I內；如圖4所示:器件上的金屬焊球6與金屬殼體蓋I的邊緣幾乎在同一水平面上，較軟的絕緣膠3可以適當調整MEMS器件金屬焊球6的水平高度；
(4)如圖5所示:提供一塊三層PCB板，其主體基板為絕緣材質，在與MEMS器件2上的空腔7相匹配的區(qū)域設有一個凹槽9，此凹槽9的位置在MEMS器件4的正下方，并具有一定的深度，在容納一個ASIC器件5的前提下，仍然留有一定的空隙在MEMS器件4的振膜下方，以優(yōu)化其頻響特性，第一金屬導線10貫通PCB板8，使PCB板8正反面形成互連，第二金屬導線11、第四金屬導線13使PCB板8的上層與中層之間形成互連，第三金屬導線12和第五金屬導線14實現(xiàn)PCB板8的中層與下層之間的互連。凹槽9 一般為一個直徑在600 μ m?900 μ m的圓形，其深度大約在200μπι?700μπι之間；
(5)在PCB板8上的凹槽9內放置一個ASIC器件5，如圖6所示:ASIC器件5上的金屬焊球6要與PCB板8上的凹槽9內的第二金屬導線11、第三金屬導線12相連接，ASIC器件5放置完成后,其頂部離MEMS器件4的振膜還有100 μ m?300 μ m的距離；
(6)在PCB板8周邊涂上一圈硬化前較軟的導電膠形成的封閉環(huán)15，如圖7所示:導電膠形成的封閉環(huán)15要與金屬殼體蓋I邊緣大小相匹配，以便金屬殼體蓋I與PCB板8成功黏連；
(7)將金屬殼體蓋I連同已黏連的MEMS器件4按壓在PCB板8上，MEMS器件4的振膜正對PCB板8的凹槽9，MEMS器件4上的金屬焊球6對應PCB板上相應的第二金屬導線11和第四金屬導線13，如圖1所示；
(8)將整個黏連在一起的組件置于設定溫度下烘烤，以固化導電膠。
[0024]本發(fā)明MEMS硅麥克風工作時，金屬殼體蓋I將通過封閉環(huán)15與三層PCB板上層的第一金屬導線10相連，MEMS器件4和ASIC器件5通過PCB板上第二金屬導線11、第四金屬導線13相連接，ASIC器件5上其他電極可以通過金屬焊球6與PCB板中層的第二金屬導線11，第三金屬導線12相連接，并通過PCB板上的第五金屬導線14連接到PCB板下層。當外部有聲音時，聲音會從進音孔2進入，對MEMS器件4振膜產生作用力，MEMS器件4的電容變化將通過ASIC器件5,將信號放大成可檢測對應的聲音信號。
[0025]本發(fā)明通過焊球工藝取代現(xiàn)有技術的wire bonding工藝，并將MEMS器件同ASIC器件呈三維垂直分布，可大大縮小整個封裝結構的實際三維體積。此外，通過將MEMS器件倒置，并形成前進音的封裝模式，將進一步增加器件的靈敏度及信噪比。
【權利要求】
1.一種小尺寸高靈敏度高信噪比的1213硅麥克風，包括金屬殼體蓋(丨)、1218器件(斗)、^810器件(5)和？03板(8),其特征在于:所述的金屬殼體蓋(1)上設有一個進音孔(2),所述的1213器件(4)通過絕緣膠(3)黏連在金屬殼體蓋(1)的內側，并且腿13器件(4)的一面帶有一個空腔(7),所述的空腔(7)與金屬殼體蓋(1)的進音孔(2)相對接，所述的板(8)為三層板，所述的板(8)上設有一個凹槽(9),凹槽(9)的容積與1213器件(4)上的空腔(7)相匹配，并置于1213器件(4)的空腔(7)的背后，所述的八310器件(5)設于？⑶板(8)上凹槽(9)的中心底部，…1(:^^(5)的頂部與1213器件(4)的振膜下方相互間留有間隙，使1213硅麥克風的靈敏度不受影響，形成上述1213硅麥克風的封裝方式為垂直式倒裝前進音封裝方式。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種小尺寸高靈敏度高信噪比的1213硅麥克風，其特征在于:所述進音孔(2)的孔徑為300 ^111?800 ^111，所述？⑶板(8)上設的凹槽(9)的直徑為600 9 III ?900 1-1III 的圓形，深度為 200 9 111 ?700 9 111。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種小尺寸高靈敏度高信噪比的1213硅麥克風，其特征在于:所述的1213器件(4)和……器件(5)都設有通過重新布線植上的金屬焊球(6),與？⑶板(8)上的第二金屬導線〔10、第三金屬導線(12)和第四金屬導線(13)連接，并通過第一金屬導線(1(0、第五金屬導線(14)連接板(8)的底部。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種小尺寸高靈敏度高信噪比的1213硅麥克風，其特征在于:所述金屬殼體蓋(1)與？⑶板(8)的連接面上設有導電膠形成的封閉環(huán)(15),將金屬殼體蓋(1)與？⑶板(8)黏連，導電性能良好。
【文檔編號】H04R31/00GK104394496SQ201410653764
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】繆建民, 倪梁 申請人:上海微聯(lián)傳感科技有限公司