專利名稱：硅傳聲器微型封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器封裝，特別涉及硅微傳聲器芯片封裝。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器是把物理信號比如壓力、光、聲等轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，許多微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器芯片開發(fā)獲得成功。為了保護易碎芯片、與外界電路系統(tǒng)連接以及減小外界干擾，芯片必須封裝。微機電系統(tǒng)(MEMS)封裝是微機電系統(tǒng)(MEMS)芯片開發(fā)后的又一技術(shù)瓶頸，其封裝延用集成電路(IC)以及分離器件封裝的基本設(shè)備和技術(shù)，但微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器芯片上有敏感結(jié)構(gòu)，使其封裝也有自身的要求和特點。
目前，微機電系統(tǒng)(MEMS)主要封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝三種。
硅傳聲器是一種微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器，有關(guān)芯片技術(shù)的文獻報導(dǎo)和專利很常見，但封裝方面文獻和專利報導(dǎo)較少。美國專利(No.6781231B2)申請的封裝結(jié)構(gòu)由基座和蓋子組成，形成一個腔體，來保護MEMS、IC以及電容，其中蓋子為多層結(jié)構(gòu)，基座為多層PCB結(jié)構(gòu)。
美國的另一個專利(No.2002/0102004 A1)申請的硅傳聲器封裝結(jié)構(gòu)同時采用多層PCB結(jié)構(gòu)作基座和蓋子，形成腔體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于微機電系統(tǒng)(MEMS)的硅傳聲器芯片微型封裝，這種封裝體積小、成本低、適合大批量生產(chǎn)。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種硅傳聲器微型封裝，由金屬帽和基座組成；其金屬帽下周沿和基座上表面固接，且導(dǎo)電相連，形成屏蔽空腔；微機電系統(tǒng)傳感器芯片、IC芯片和電容固定在基座上，位于屏蔽腔內(nèi)；金屬帽上面或者側(cè)面有聲孔，基座上面有聲腔。
所述的封裝，其所述金屬帽形狀為方形、圓形或多邊形，其下周沿有折邊，折邊下表面與基座上表面固接，且導(dǎo)電相連。
所述的封裝，其所述金屬帽和基底導(dǎo)電相連，是采用導(dǎo)電膠粘接，或焊料焊接，或激光焊接，或超聲焊接，或電阻焊焊接方法形成導(dǎo)電接觸。
所述的封裝，其所述聲孔，至少為一個。
所述的封裝，其所述聲孔上覆蓋有保護密網(wǎng)，保護密網(wǎng)為金屬材料或有機材料制作，是通過粘接、點焊工藝實現(xiàn)與金屬帽的連接。
所述的封裝，其所述金屬帽的內(nèi)壁有一絕緣層，絕緣層采取噴涂、沉積方法實現(xiàn)。
所述的封裝，其所述基座的形狀為方形、圓形或者多邊形，其從上而下由數(shù)個上表面電極，環(huán)氧樹脂玻璃纖維板(FR4)層，屏蔽層，柔性材料層，數(shù)個下表面電極構(gòu)成，在FR4層上表面周邊有環(huán)狀屏蔽電極，屏蔽電極通過過孔與屏蔽層電連接；屏蔽電極所圍內(nèi)部，有一孔狀聲腔，孔狀聲腔位于微機電系統(tǒng)傳感器芯片下方，以及有數(shù)個引線電極，引線電極通過過孔與下表面電極電連接；屏蔽層通過過孔與下表面電極電連接；環(huán)狀屏蔽電極上表面與金屬帽下周沿折邊下表面固接。
所述的封裝，其所述引線電極，為基座與硅微傳聲器芯片、IC芯片和電容電連接的端點；下電極，是硅傳聲器與其應(yīng)用系統(tǒng)連接的端點；孔狀聲腔，其孔口形狀為方形、圓形或多邊形。
所述的封裝，其所述金屬帽，采用銅、不銹鋼、鋁、德國銀或合金制作，其外表面上鍍有一層金。
本發(fā)明采用單層金屬帽與基座結(jié)合，形成屏蔽腔。在金屬帽上制作折邊，可在減薄金屬帽厚度情況下不減小金屬帽與基座的接觸面積；在金屬帽上制作聲孔以及聲孔保護網(wǎng)，來滿足聲學(xué)測量要求的同時避免環(huán)境影響；基座采用一層FR4、一層柔性材料(FPC)以及金屬層壓制而成，可有效地減小基座厚度；基座上制作聲腔，來滿足傳聲器正常工作時的要求。
本發(fā)明是一種簡單易行的封裝，包括很少的工藝步驟，可有效節(jié)約成本。本發(fā)明采用單層金屬帽和薄基座，可降低封裝高度，有效地減小封裝體積，滿足當前藍牙、助聽器、手機等產(chǎn)品不斷小型化的需求。


圖1本發(fā)明硅傳聲器微型封裝剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a本發(fā)明中金屬帽剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b本發(fā)明中金屬帽的俯視圖；圖3a本發(fā)明中聲孔保護層示意圖；圖3b本發(fā)明中金屬帽上制作多聲孔示意圖；圖4本發(fā)明中金屬帽內(nèi)壁制作絕緣層示意圖；圖5a本發(fā)明中基座結(jié)構(gòu)剖面圖；圖5b本發(fā)明中方形基座俯視圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明硅傳聲器微型封裝提出的封裝結(jié)構(gòu)11由金屬帽12和基座13組成。金屬帽12和基座13導(dǎo)電相連，形成電磁屏蔽腔30，從而保護其內(nèi)部封裝的硅微傳聲器芯片15、IC芯片16以及電容17不受外界電磁干擾的影響。在金屬帽12的上面或者側(cè)面有一個或者多個小孔14；基座上有一個聲腔18，這些結(jié)構(gòu)可保證硅傳聲器工作時的聲學(xué)要求。
圖2a、b分別為金屬帽12的剖面圖和俯視圖。金屬帽12的邊緣被折起，形成小折邊19，折邊可采用拉伸、沖壓工藝實現(xiàn)。折邊可使金屬帽12和基座13有足夠大的接觸面積，從而形成牢固的封裝。金屬帽12一般采用銅、不銹鋼、鋁、德國銀或者是一種合金比如Cu/Ni合金，為了增加金屬帽表面活性，可在金屬帽上鍍一層金。金屬帽12頂端或者側(cè)面制作出一個或者多個小孔14，作為接收聲音信號入口。如圖3a所示，為了阻擋水汽、油滴、塵埃等由小孔進入屏蔽腔30內(nèi)，可在小孔14的上面覆蓋一層密網(wǎng)20作為保護層，密網(wǎng)可以是金屬材料，也可以是有機材料，覆蓋密網(wǎng)可以通過粘接、點焊等工藝實現(xiàn)；或者如圖3b，制作一系列的小孔14，同時把小孔的尺寸做小，小孔密度做大，直接充當密網(wǎng)。
如圖4所示，在金屬帽12的內(nèi)壁制作絕緣層32，絕緣層采取噴涂、沉積等方法實現(xiàn)，可有效避免內(nèi)部變形引線可能與金屬帽12發(fā)生的短路。
微機電系統(tǒng)(MEMS)的硅微傳聲器芯片15，IC芯片16以及電容17固定在基座13上，被包在屏蔽腔30內(nèi)。基座13的形狀與金屬帽12的形狀相對應(yīng)，為方形、圓形或者多邊形。如圖4a、b所示，基座13結(jié)構(gòu)采用一層FR422和一層柔性材料(FPC)23壓制而成，F(xiàn)PC和FR4相比，可以制作的厚度很薄。它們中間有一層金屬屏蔽層24，屏蔽層24是一層復(fù)合金屬層。FR4層22的上表面有引線電極25和屏蔽電極26，引線電極25為實現(xiàn)基座13與硅微傳聲器芯片15、IC芯片16以及電容17電學(xué)連接的端點；屏蔽電極26通過過孔27，與金屬屏蔽層24相連。柔性材料(FPC)層23的下表面電極31是硅傳聲器與其應(yīng)用系統(tǒng)連接的端點，包括“輸入”電極、“輸出”電極及“地”電極?；媳砻嫔蠈右€電極25通過過孔28與其下表面的電極31相連；屏蔽金屬層24通過過孔29與“地”電極相連，實現(xiàn)接地屏蔽。在基座上打孔，打穿FR4層22，形成聲腔18，聲腔18的位置在微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的下方，開孔形狀為方形、圓形以及多邊形。
金屬帽12與基座屏蔽電極26連接可以通過導(dǎo)電膠粘接、焊料焊接、激光焊接、超聲焊接以及電阻焊焊接方法實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種硅傳聲器微型封裝，由金屬帽和基座組成；其特征在于，金屬帽下周沿和基座上表面固接，且導(dǎo)電相連，形成屏蔽空腔；微機電系統(tǒng)傳感器芯片、IC芯片和電容固定在基座上，位于屏蔽腔內(nèi)；金屬帽上面或者側(cè)面有聲孔，基座上面有聲腔。
2.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述金屬帽形狀為方形、圓形或多邊形，其下周沿有折邊，折邊下表面與基座上表面固接，且導(dǎo)電相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的封裝，其特征在于，所述金屬帽和基底導(dǎo)電相連，是采用導(dǎo)電膠粘接，或焊料焊接，或激光焊接，或超聲焊接，或電阻焊焊接方法形成導(dǎo)電接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述聲孔，至少為一個。
5.如權(quán)利要求1或4所述的封裝，其特征在于，所述聲孔上覆蓋有保護密網(wǎng)，保護密網(wǎng)為金屬材料或有機材料制作，是通過粘接、點焊工藝實現(xiàn)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述金屬帽的內(nèi)壁有一絕緣層，絕緣層采取噴涂、沉積方法實現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述基座的形狀為方形、圓形或者多邊形，其從上而下由數(shù)個上表面電極，環(huán)氧樹脂玻璃纖維板層，屏蔽層，柔性材料層，數(shù)個下表面電極構(gòu)成，上表面電極包括屏蔽電極和引線電極；在環(huán)氧樹脂玻璃纖維板層上表面周邊有環(huán)狀屏蔽電極，屏蔽電極通過過孔與屏蔽層電連接；屏蔽電極所圍內(nèi)部，有一孔狀聲腔，孔狀聲腔位于微機電系統(tǒng)傳感器芯片下方，以及有數(shù)個引線電極，引線電極通過過孔與下表面電極電連接；屏蔽層通過過孔與下表面電極電連接；環(huán)狀屏蔽電極上表面與金屬帽下周沿折邊下表面固接。
8.如權(quán)利要求7所述的封裝，其特征在于，所述引線電極，為基座與硅微傳聲器芯片、IC芯片和電容電連接的端點；下電極，是硅傳聲器與其應(yīng)用系統(tǒng)連接的端點；孔狀聲腔，其孔口形狀為方形、圓形或多邊形。
9.如權(quán)利要求1或2所述的封裝，其特征在于，所述金屬帽，采用銅、不銹鋼、鋁、德國銀或合金制作，其外表面上鍍有一層金。
全文摘要
本發(fā)明硅傳聲器微型封裝，由金屬帽和基座組成；其金屬帽下周沿和基座上表面固接，且導(dǎo)電相連，形成屏蔽空腔；微機電系統(tǒng)傳感器芯片、IC芯片和電容固定在基座上，位于屏蔽腔內(nèi)；金屬帽上面或者側(cè)面有聲孔，基座上面有聲腔。本發(fā)明硅傳聲器微型封裝，是一種簡單易行的封裝，包括很少的工藝步驟，可有效節(jié)約成本。因采用單層金屬帽和薄基座，可降低封裝高度，有效地減小封裝體積，滿足當前藍牙、助聽器、手機等產(chǎn)品不斷小型化的需求。
文檔編號H04R31/00GK1870836SQ200510011790
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者宋青林, 王顯彬, 梅嘉欣, 喬峰, 孫偉華, 姜濱 申請人:青島歌爾電子有限公司