專利名稱：硅傳聲器封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及硅微傳聲器芯片封裝。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器是把物理信號(hào)比如壓力、光、聲等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，許多微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器芯片開發(fā)獲得成功。為了保護(hù)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(jī)電系統(tǒng)(MEMS)封裝是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)芯片開發(fā)出后的又一技術(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(jī)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(diǎn)。目前，微機(jī)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(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器，有關(guān)芯片技術(shù)的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)和專利很常見，但封裝方面文獻(xiàn)和專利報(bào)導(dǎo)較少。目前，關(guān)于解決硅傳聲器封裝問題的報(bào)道較少，有待進(jìn)一步研究。美國專利(Pub.No.2005/0018864 A1)提出了用三塊PCB分別作為基板、側(cè)壁和頂蓋來形成一個(gè)空腔封裝硅傳聲器。美國專利(Patent No.US 6522762 B1)報(bào)道了一種全部采用硅材料的封裝方案，該方案采用鍵合、粘接和焊接的方法將硅傳聲器芯片、IC芯片和其它部件結(jié)合形成全硅封裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的硅傳聲器封裝，是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(dá)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封裝，由導(dǎo)電帽和基座組成，為微型封裝；其導(dǎo)電帽下周沿為階梯結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)沿和外沿，外沿的邊緣有復(fù)數(shù)個(gè)U形槽；其基座邊緣帶復(fù)數(shù)個(gè)鋸齒，鋸齒與U形槽相適配；導(dǎo)電帽的內(nèi)沿和基座上表面邊緣固接，且導(dǎo)電相連，基座邊緣鋸齒卡進(jìn)導(dǎo)電帽下外沿的U形槽，形成屏蔽空腔；導(dǎo)電帽上或者基座上面設(shè)有聲孔；硅傳聲器芯片、IC芯片和電容或三者的集成芯片固定在基座上，位于屏蔽空腔內(nèi)。
所述的封裝，其所述導(dǎo)電帽俯視形狀為方形、圓形或多邊形，其階梯沿的內(nèi)沿低于外沿，差值與基座厚度相當(dāng)，外沿邊緣的u形槽深度與內(nèi)沿深度相同。
所述的封裝，其所述基座形狀與導(dǎo)電帽內(nèi)沿的形狀相對(duì)應(yīng)，略小于導(dǎo)電帽外沿內(nèi)側(cè)尺寸；基座邊緣的鋸齒寬度略小于導(dǎo)電帽外沿上的U形槽的寬度；基座上有金屬電極層和金屬屏蔽層。
所述的封裝，其所述導(dǎo)電帽和基座導(dǎo)電固接，是采用導(dǎo)電膠粘接，或焊料焊接方法形成導(dǎo)電接觸。
所述的封裝，其所述聲孔，為一個(gè)通孔或者多個(gè)小孔組成，位于導(dǎo)電帽的上面、側(cè)面或者基座上，當(dāng)聲孔在導(dǎo)電帽上時(shí)，在基座上有一個(gè)聲腔，聲腔位于硅傳聲器芯片背腔的正下方；當(dāng)聲孔在基座上時(shí)，聲孔正對(duì)硅傳聲器芯片的背腔。
所述的封裝，其所述聲孔，上覆蓋有保護(hù)密網(wǎng)，保護(hù)密網(wǎng)為金屬材料或有機(jī)材料制作，是通過粘接、點(diǎn)焊工藝實(shí)現(xiàn)連接。
所述的封裝，其所述導(dǎo)電帽，為金屬導(dǎo)電帽或者復(fù)合層導(dǎo)電帽，其中復(fù)合層導(dǎo)電帽的中間部分為絕緣層，絕緣層外表面包著導(dǎo)電層。
所述的封裝，其所述導(dǎo)電帽，內(nèi)壁有一絕緣層，絕緣層采取噴涂、沉積方法實(shí)現(xiàn)。
所述的封裝，其所述基座，為印刷線路板；其中包括三層金屬，從上而下為數(shù)個(gè)上表面電極，屏蔽層，數(shù)個(gè)下表面電極；在印刷線路板上表面周邊有環(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，有數(shù)個(gè)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導(dǎo)電帽內(nèi)沿導(dǎo)電固接。
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(diǎn)；下表面電極，是硅傳聲器與其應(yīng)用系統(tǒng)連接的端點(diǎn)。
所述的封裝批量生產(chǎn)方法，其在一整塊基板上制作復(fù)數(shù)個(gè)成陣列狀分布的基座，基座通過橫、豎的梁與基板相連；基板邊緣有復(fù)數(shù)個(gè)定位孔，由定位孔定位后，用自動(dòng)化設(shè)備將復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)電帽和每個(gè)基座固接，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電帽和基板上復(fù)數(shù)個(gè)基座的封裝。
所述的封裝批量生產(chǎn)方法，其所述復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)電帽和每個(gè)基座的固接，是通過導(dǎo)電膠粘接或焊料焊接的方法實(shí)現(xiàn)。
所述的封裝批量生產(chǎn)方法，其當(dāng)基板上的復(fù)數(shù)個(gè)基座，以導(dǎo)電帽封裝好后，用切割或者沖壓的方法沿著導(dǎo)電帽外邊緣把連接基座的梁斷開，即形成獨(dú)立的硅傳聲器封裝。
本發(fā)明采用導(dǎo)電帽與基座結(jié)合，形成屏蔽腔?；吘壙ㄟM(jìn)導(dǎo)電帽外沿，卡進(jìn)深度被內(nèi)沿位置限定，基座邊緣鋸齒卡進(jìn)導(dǎo)電帽的U形槽，這種封裝不僅可以有效的增加導(dǎo)電帽和基座之間的固接強(qiáng)度，而且也可以保證導(dǎo)電帽和基座之間精確定位。在導(dǎo)電帽或基座上制作聲孔，來滿足聲學(xué)測(cè)量要求。為了實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，在一基板上制作若干個(gè)陣列排布的基座單元，基座通過梁與基板相連，整版封裝完后斷開梁，分離形成單獨(dú)的硅傳聲器封裝。
本發(fā)明是一種簡(jiǎn)單易行的封裝，包括很少的工藝步驟，可有效節(jié)約成本；封裝體積小，能滿足當(dāng)前藍(lán)牙、助聽器、手機(jī)等產(chǎn)品不斷小型化的需求。


圖1是本發(fā)明硅傳聲器封裝的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1a為聲孔在導(dǎo)電帽上的結(jié)構(gòu)，圖1b為聲孔在基座上的結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明中復(fù)合層導(dǎo)電帽的剖面圖；圖3是本發(fā)明中帶聲孔的導(dǎo)電帽仰視圖，其中，圖3a為聲孔帶保護(hù)網(wǎng)的導(dǎo)電帽，圖3b為多個(gè)小孔組成聲孔的導(dǎo)電帽；
圖4是本發(fā)明中導(dǎo)電帽內(nèi)壁制作絕緣層示意圖；圖5是本發(fā)明中方形基座俯視圖；圖6是本發(fā)明中印刷線路板基座結(jié)構(gòu)剖面圖；圖7是本發(fā)明中整板封裝俯視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明硅傳聲器封裝提出的封裝結(jié)構(gòu)21由導(dǎo)電帽22和基座23組成。導(dǎo)電帽22為金屬帽或復(fù)合層帽，復(fù)合層帽包括導(dǎo)電層。導(dǎo)電帽22和基座23通過導(dǎo)電介質(zhì)24相連，形成電磁屏蔽腔25，從而保護(hù)其內(nèi)部封裝的硅傳聲器芯片26、IC芯片27以及電容28不受外界電磁干擾的影響。導(dǎo)電帽22的上面或者側(cè)面有一個(gè)或者多個(gè)聲孔29，在基座上有一個(gè)聲腔30，正對(duì)硅傳聲器芯片26的背腔31；或者如圖1b所示直接把聲孔29設(shè)在基座上，正對(duì)硅傳聲器芯片26的背腔31，這些結(jié)構(gòu)可保證硅傳聲器工作時(shí)的聲學(xué)要求。
若聲孔29在導(dǎo)電帽22上，在基座23上表面打孔，不打穿基座23，形成聲腔30，聲腔30的位置在硅傳聲器芯片26的背腔31正下方，見圖1a，開孔形狀為方形、圓形以及多邊形；若聲孔29在基座上，在正對(duì)硅傳聲器芯片26背腔31的位置打穿基座23，形成聲孔29，見圖1b，開孔形狀為方形、圓形以及多邊形。
導(dǎo)電帽22可以是金屬帽，也可以是復(fù)合層帽。導(dǎo)電帽22若為金屬帽可以用注塑或者用機(jī)加工的方法制成，金屬帽一般采用銅、不銹鋼、鋁、德國銀或者是一種合金比如Cu/Ni合金。圖2為復(fù)合層導(dǎo)電帽22的剖面示意圖，復(fù)合層導(dǎo)電帽22的中間部分為絕緣層22a，絕緣層22a外表面包著導(dǎo)電層22b，絕緣層22a為易注塑、沖壓成型材料，導(dǎo)電層22b為金屬鍍層。圖3為帶聲孔29的導(dǎo)電帽22的仰視圖。導(dǎo)電帽22的邊緣為階梯沿，內(nèi)沿32比外沿33低，其差與基座23的厚度相當(dāng)，外沿33邊緣有復(fù)數(shù)個(gè)U形槽34，槽深和導(dǎo)電帽22的內(nèi)沿32深度相同。導(dǎo)電帽22頂端或者側(cè)面設(shè)有聲孔29，作為接收聲音信號(hào)入口。如圖3a所示，為了阻擋水汽、油滴、塵埃等由聲孔29進(jìn)入屏蔽腔25內(nèi)，可在聲孔29的上面覆蓋一層密網(wǎng)35作為保護(hù)層，密網(wǎng)35可以是金屬材料，也可以是有機(jī)材料，覆蓋密網(wǎng)35可以通過粘接、點(diǎn)焊等工藝實(shí)現(xiàn)；或者如圖3b，制作一系列的小孔組成聲孔29，同時(shí)把小孔的尺寸做小，小孔密度做大，直接充當(dāng)密網(wǎng)。
如圖4所示，可在導(dǎo)電帽22的內(nèi)壁制作絕緣層36，絕緣層36采取噴涂、沉積等方法實(shí)現(xiàn)，可有效避免內(nèi)部變形引線可能與導(dǎo)電帽22發(fā)生的短路。
硅傳聲器芯片26，IC芯片27以及電容28固定在基座23上，被包在屏蔽腔25內(nèi)。如圖5所示，基座23的邊緣帶有復(fù)數(shù)個(gè)方形鋸齒37，鋸齒37與導(dǎo)電帽22外沿33上U形槽34相適配，鋸齒37的寬度略小于導(dǎo)電帽22外沿33上u形槽34的寬度?；?3形狀與導(dǎo)電帽22內(nèi)沿32的形狀相對(duì)應(yīng)，略小于導(dǎo)電帽22外沿33內(nèi)側(cè)尺寸，與導(dǎo)電帽22內(nèi)沿32尺寸相當(dāng)。基座23上有金屬引線電極38和環(huán)狀金屬屏蔽電極39，硅傳聲器芯片26，IC芯片27以及電容28通過引線電極38完成與外界電路相連，屏蔽電極39和導(dǎo)電帽22相連，形成屏蔽空間。
基座23可以是印刷線路板，如圖5和圖6所示，在印刷線路板基座23的上表面有引線電極38和環(huán)狀屏蔽電極39，引線電極38為實(shí)現(xiàn)基座23與硅傳聲器芯片26、IC芯片27以及電容28電學(xué)連接的端點(diǎn)；屏蔽電極39通過過孔40，與金屬屏蔽層41相連。下表面電極42是硅傳聲器與其應(yīng)用系統(tǒng)連接的端點(diǎn)，包括“輸入”電極、“輸出”電極及“地”電極?；?3上表面上層引線電極38通過過孔43與其下表面的電極42相連；屏蔽金屬層41通過過孔44與“地”電極相連，實(shí)現(xiàn)接地屏蔽。
如圖7所示，為了實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，在一整塊基板45上制作數(shù)個(gè)成陣列狀分布的基座23，基座23通過橫、豎的梁46與基板45相連。基板45邊緣有定位孔47，根據(jù)定位孔47的定位，用自動(dòng)化設(shè)備將導(dǎo)電帽22和每個(gè)基座23固接，固接方式可以通過導(dǎo)電膠粘接、焊料焊接方法實(shí)現(xiàn)。固接好后，基座邊緣的鋸齒37卡進(jìn)導(dǎo)電帽22外沿33的U形槽34中，基座23被卡進(jìn)導(dǎo)電帽22的外沿，基座23的上邊緣屏蔽電極39和導(dǎo)電帽22的內(nèi)沿形成了良好的導(dǎo)電固接。用切割或者沖壓的方法沿著導(dǎo)電帽22外邊緣把連接基座23的梁46斷開，形成獨(dú)立的硅傳聲器封裝。
權(quán)利要求
1.一種硅傳聲器封裝，為微型封裝，由導(dǎo)電帽和基座組成；其特征在于，其導(dǎo)電帽下周沿為階梯結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)沿和外沿，外沿的邊緣有復(fù)數(shù)個(gè)U形槽；其基座邊緣帶復(fù)數(shù)個(gè)鋸齒，鋸齒與U形槽相適配；導(dǎo)電帽的內(nèi)沿和基座上表面邊緣固接，且導(dǎo)電相連，基座邊緣鋸齒卡進(jìn)導(dǎo)電帽下外沿的U形槽，形成屏蔽空腔；導(dǎo)電帽上或者基座上面設(shè)有聲孔；硅傳聲器芯片、IC芯片和電容或三者的集成芯片固定在基座上，位于屏蔽空腔內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述導(dǎo)電帽俯視形狀為方形、圓形或多邊形，其階梯沿的內(nèi)沿低于外沿，差值與基座厚度相當(dāng)，外沿邊緣的U形槽深度與內(nèi)沿深度相同。
3.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述基座形狀與導(dǎo)電帽內(nèi)沿的形狀相對(duì)應(yīng)，略小于導(dǎo)電帽外沿內(nèi)側(cè)尺寸；基座邊緣的鋸齒寬度略小于導(dǎo)電帽外沿上的U形槽的寬度；基座上有金屬電極層和金屬屏蔽層。
4.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述導(dǎo)電帽和基座導(dǎo)電固接，是采用導(dǎo)電膠粘接，或焊料焊接方法形成導(dǎo)電接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述聲孔，為一個(gè)通孔或者多個(gè)小孔組成，位于導(dǎo)電帽的上面、側(cè)面或者基座上，當(dāng)聲孔在導(dǎo)電帽上時(shí)，在基座上有一個(gè)聲腔，聲腔位于硅傳聲器芯片背腔的正下方；當(dāng)聲孔在基座上時(shí)，聲孔正對(duì)硅傳聲器芯片的背腔。
6.如權(quán)利要求1或5所述的封裝，其特征在于，所述聲孔，上覆蓋有保護(hù)密網(wǎng)，保護(hù)密網(wǎng)為金屬材料或有機(jī)材料制作，是通過粘接、點(diǎn)焊工藝實(shí)現(xiàn)連接。
7.如權(quán)利要求1或2所述的封裝，其特征在于，所述導(dǎo)電帽，為金屬導(dǎo)電帽或者復(fù)合層導(dǎo)電帽，其中復(fù)合層導(dǎo)電帽的中間部分為絕緣層，絕緣層外表面包著導(dǎo)電層。
8.如權(quán)利要求7所述的封裝，其特征在于，所述導(dǎo)電帽，內(nèi)壁有一絕緣層，絕緣層采取噴涂、沉積方法實(shí)現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求1或3所述的封裝，其特征在于，所述基座，為印刷線路板；其中包括三層金屬，從上而下為數(shù)個(gè)上表面電極，屏蔽層，數(shù)個(gè)下表面電極；在印刷線路板上表面周邊有環(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，有數(shù)個(gè)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導(dǎo)電帽內(nèi)沿導(dǎo)電固接。
10.如權(quán)利要求9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(diǎn)；下表面電極，是硅傳聲器與其應(yīng)用系統(tǒng)連接的端點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求1、2或3所述的封裝批量生產(chǎn)方法，其特征在于，在一整塊基板上制作復(fù)數(shù)個(gè)成陣列狀分布的基座，基座通過橫、豎的梁與基板相連；基板邊緣有復(fù)數(shù)個(gè)定位孔，由定位孔定位后，用自動(dòng)化設(shè)備將復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)電帽和每個(gè)基座固接，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電帽和基板上復(fù)數(shù)個(gè)基座的封裝。
12.如權(quán)利要求11所述的封裝批量生產(chǎn)方法，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)電帽和每個(gè)基座的固接，是通過導(dǎo)電膠粘接或焊料焊接的方法實(shí)現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求11所述的封裝批量生產(chǎn)方法，其特征在于，當(dāng)基板上的復(fù)數(shù)個(gè)基座，以導(dǎo)電帽封裝好后，用切割或者沖壓的方法沿著導(dǎo)電帽外邊緣把連接基座的梁斷開，即形成獨(dú)立的硅傳聲器封裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅傳聲器封裝，由導(dǎo)電帽和基座組成；其導(dǎo)電帽下周沿為階梯結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)沿和外沿，外沿的邊緣有U形槽；其基座邊緣帶鋸齒；導(dǎo)電帽的內(nèi)沿和基座邊緣表面固接，且導(dǎo)電相連，形成屏蔽空腔，基座邊緣的鋸齒卡進(jìn)導(dǎo)電帽外沿的U形槽；導(dǎo)電帽上或者基座上面有聲孔。本封裝不僅有效的增加導(dǎo)電帽和基座之間的固接強(qiáng)度，而且也保證了導(dǎo)電帽和基座之間精確定位。為批量生產(chǎn)，在一基板上制作若干個(gè)成陣列排布的基座，基座通過梁與基板相連，整板封裝之后斷開梁，分離形成單個(gè)硅傳聲器封裝。本發(fā)明是一種簡(jiǎn)單易行的封裝，包括很少的工藝步驟，可有效節(jié)約成本；封裝體積小，能滿足當(dāng)前藍(lán)牙、助聽器、手機(jī)等產(chǎn)品不斷小型化的需求。
文檔編號(hào)H04R31/00GK1980492SQ20051012631
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者宋青林, 孫偉華, 王顯彬, 喬峰, 梅嘉欣 申請(qǐng)人:青島歌爾電子有限公司