Mems器件中的嵌入電路的制作方法
【專利說明】MEMS器件中的嵌入電路
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本專利根據(jù)35U.S.C § 119(e)還要求2012年9月27日提交的、名稱為“EmbededCircuit in a MEMS Device”的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/706，350的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及聲學(xué)器件，更具體的說，涉及這些器件上或這些器件內(nèi)的集成電路的布置。
【背景技術(shù)】
[0004]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件包括提到的兩個(gè)示例，麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。在MEMS麥克風(fēng)的情況下，聲能通過聲音端口輸入并振動(dòng)振動(dòng)膜，這個(gè)動(dòng)作造成振動(dòng)膜和位于振動(dòng)膜附近的背板之間電勢(電壓)的相應(yīng)改變。這個(gè)電壓表示已經(jīng)接收到聲能。典型地，隨后將該電壓傳輸?shù)诫娐?例如，集成電路，諸如專用集成電路(ASIC))。在該電路上可以執(zhí)行進(jìn)一步的信號(hào)處理。例如，在集成電路上可以執(zhí)行對(duì)電壓信號(hào)的放大和濾波功能。
[0005]麥克風(fēng)的元件通常設(shè)置印刷電路板(PCB)上，印刷電路板還可以提供麥克風(fēng)元件之間的電連接，以及為這些元件提供物理支持。集成電路通常具有有效尺寸，使得MEMS器件的總尺寸至少有點(diǎn)依賴于集成電路的尺寸。
[0006]在一些應(yīng)用中，期望MEMS器件的尺寸盡可能的小，上述的這些設(shè)備的布局產(chǎn)生了減小設(shè)備尺寸的問題。例如，如果將MEMS器件裝配到蜂窩電話或者外部耳機(jī)中，那么通常希望使設(shè)備盡可能的小。由于集成電路總是裝配在電路板上，所以設(shè)備的總尺寸只可能減少這么多。
[0007]由于這些缺點(diǎn)，之前的方法不能完全解決上述問題，這些之前的方法帶來的用戶不滿增加。
【附圖說明】
[0008]為了更完整地理解本發(fā)明，將參照以下詳細(xì)描述和附圖，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的MEMS器件或組件的框圖；
[0010]圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施方式具有MEMS芯片的MEMS器件或組件在這些器件中以第一方向排列的框圖；
[0011]圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施方式具有MEMS芯片的MEMS器件或組件在這些器件中以第二方向排列的框圖。
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施方式示出了嵌入式集成電路全貌圖的MEMS器件或組件的部分截面圖。
[0013]本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，為了簡單清楚，附圖中的元件是示例性的。還將明白，某些動(dòng)作和/或步驟描寫或敘述為以特定順序出現(xiàn)，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解關(guān)于順序的特性不是必需的。還將理解，除了這里另外陳述的具體意義，這里使用的術(shù)語和表達(dá)具有通常的意義，與相對(duì)于他們相應(yīng)各自領(lǐng)域的查詢和研宄的術(shù)語和表達(dá)相一致。
【具體實(shí)施方式】
[0014]提出了一種將集成電路(例如，ASIC或類似器件)或其他電路元件嵌入到聲學(xué)器件或組件(例如，MEMS麥克風(fēng))的印刷電路板(PCB)中的方法。如這里所使用的，集成電路是一種電子器件，可以封閉在其自身獨(dú)立的殼體內(nèi)并對(duì)接收的電信號(hào)執(zhí)行獨(dú)立的處理功能，其中處理功能不僅僅是傳送信號(hào)。換句話說，集成電路不僅僅是傳輸介質(zhì)。
[0015]在一些實(shí)施方式中，嵌入式集成電路(例如，ASIC)的輸出信號(hào)直接傳輸?shù)絇CB中的鍍覆通孔到達(dá)金屬化的外層到用戶焊接墊(例如，在PCB的底側(cè))。另外ASIC和MEMS芯片之間的信號(hào)直接傳輸?shù)絇CB中的鍍覆通孔到達(dá)與用戶焊接墊相反的金屬化外層(例如，在PCB的頂面)。這個(gè)外部金屬化層(“頂層”)可以用于最后的麥克風(fēng)組件。在一些方面，MEMS芯片安裝在PCB的頂面(例如，或者通過倒裝接合或者通過模連接和絲焊)并將蓋子粘附(例如，通過焊料、環(huán)氧樹脂或一些其他方法)到PCB的頂面以聲學(xué)地密封并保護(hù)MEMS器件(例如，MEMS麥克風(fēng))免受環(huán)境干擾，并允許用戶進(jìn)一步裝配。在另一方面，接口層(例如，重分布層)可以在集成電路上使用或設(shè)置在集成電路上，并且這個(gè)接口層可以設(shè)置/嵌入在(集成電路的)連接墊和基底(例如，印刷電路板)之間。
[0016]本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)中，節(jié)省了大量空間允許整體設(shè)備在尺寸上減小。在某些示例中，MEMS芯片至少部分地在集成電路上面附接(例如，附接了芯片的情況下倒裝接合或者絲焊)以節(jié)省這個(gè)空間。在另一些示例中，MEMS芯片設(shè)置為完全嵌入在集成電路的上面(即，完全覆蓋嵌入的集成電路)。將聲音端口設(shè)置為穿過PCB的基底(即，穿過PCB的底部)或者穿過蓋子(即，穿過器件頂部的蓋)。用戶可以將聲密封條放置在與聲學(xué)器件或裝置的聲音端口相同的一側(cè)。在其他方面，雙聲音端口用于用戶應(yīng)用的墊圈以增加器件后空間，因此提高器件的性能。
[0017]由于聲學(xué)器件或組件的元件(例如，MEMS芯片和集成電路)在某些方面物理地相互疊置，所以設(shè)備可以有更小的尺寸。在一個(gè)示例中，跟以前的方法相比，達(dá)到節(jié)省大概百分之三十。可以理解集成電路僅占用通常不使用的空間。在這樣做時(shí)，獲得元件的更有效布置。
[0018]參照?qǐng)D1，描述了具有嵌入式集成電路的聲學(xué)器件或裝置的一個(gè)示例。設(shè)備100包括印刷電路板108，蓋或蓋子107，包括背板140和振動(dòng)膜141的MEMS芯片102，集成電路104，連接區(qū)域116，聲音端口 106，聲音118穿過該聲音端口進(jìn)入到前空間117。隨著聲音(由箭頭118指示的)進(jìn)入到前空間117，MEMS芯片102的振動(dòng)膜振動(dòng)改變振動(dòng)膜141和背板140之間的距離。這導(dǎo)致在背板140產(chǎn)生電壓，該電壓經(jīng)由導(dǎo)體110傳輸?shù)郊呻娐?04。集成電路104執(zhí)行對(duì)信號(hào)的處理，隨后將信號(hào)傳輸?shù)絽^(qū)域116。用戶或者其他使用者可以在區(qū)域116接通信號(hào)做進(jìn)一步處理。在一個(gè)示例中，設(shè)備或裝置100設(shè)置在蜂窩電話中，這樣區(qū)域116電連接到蜂窩電話的電子元件。用戶或終端用戶設(shè)備(例如，計(jì)算機(jī)或者耳機(jī))的其他示例也是可能的。
[0019]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，MEMS芯片102，背板和振動(dòng)膜是在MEMS器件上通常使用的元件，這里將不再描述。集成電路104是執(zhí)行任何類型功能(例如，放大)的任何電路。集成電路104可以是任何形狀或配置。
[0020]應(yīng)理解的是雖然顯示并描述了麥克風(fēng)，但是MEMS器件的其他示例也可以使用根據(jù)這里描述的方法。還將理解的是如所示的集成電路104的布置至少部分地位于MEMS芯片102的下面。然而，應(yīng)理解的是集成電路104可以完全位于或者根本不在MEMS芯片102的下面。另外，盡管如所示的集成電路104是長方形的，應(yīng)理解的是集成電路104可以呈現(xiàn)任何形狀或適當(dāng)?shù)某叽纭＿€應(yīng)理解的是可以將多個(gè)集成電路嵌入到基底PCB中。
[0021]PCB 108包括焊料掩模層112和113，金屬層114和115，填充或鍍覆了導(dǎo)電金屬的過孔130，內(nèi)PCB層109 (例如，由環(huán)氧玻璃纖維復(fù)合材料構(gòu)建，例如FT-4層壓材料或者BT環(huán)氧樹脂)。導(dǎo)線或其他導(dǎo)體110通過第一金屬層114將MEMS芯片102耦接到集成電路104。集成電路104的輸出通過第一金屬層114、過孔130和第二金屬層115電耦接到區(qū)域116。應(yīng)理解的是可以使用不同制作方法構(gòu)造器件100和PCB 108。還應(yīng)理解的是也可能是其他層、構(gòu)造、尺寸和構(gòu)成材料。在其他方面，接口層(例如，再分配層)可以用于或設(shè)置在集成電路104上，這個(gè)接口層可以設(shè)置/嵌入在(集成電路的)接觸墊和PCB 108的第一金屬層之間。
[0022]圖2A、圖2B、圖3A、圖3B和圖4是包括嵌入式集成電路的聲學(xué)器件和組件(例如，MEMS麥克風(fēng))的示例。如圖1的示例，應(yīng)理解的是雖然顯示了麥克風(fēng)，但是MEMS器件的其他示例也可以使用根據(jù)這里描述的方法。還將明白如所示的集成電路的布置至少部分地位于MEMS芯片的下面。然而，應(yīng)理解的是集成電路可以完全位于或者根本不在MEMS芯片的下面。另外，盡管如所示的集成電路是長方形的，將理解集成電路可以呈現(xiàn)任何形狀或適當(dāng)?shù)某叽纭?br>[0023]參照?qǐng)D2A，描述了具有嵌入式集成電路的聲學(xué)器件或組件200 (例如，MEMS麥克風(fēng))的一個(gè)示例。設(shè)備200包括印刷電路板202，蓋子201，MEMS芯片204(包括背板206和振動(dòng)膜208)，集成電路210，聲密封條212，連接墊214和聲音端口 216，聲音218穿過該聲音端口進(jìn)入到前空間220。還提供了后空間222。隨著聲音(由箭頭218指示的)進(jìn)入到前空間220，振動(dòng)膜208振動(dòng)改變振動(dòng)膜208和背板206之間的距離。這導(dǎo)致在背板206產(chǎn)生電壓，該電壓經(jīng)由導(dǎo)體224傳輸?shù)郊呻娐?10。集成電路210執(zhí)行對(duì)信號(hào)的處理，并經(jīng)由導(dǎo)體226將信號(hào)傳輸?shù)綁|214。墊214可以是傳導(dǎo)區(qū)，在這里可以耦接用戶應(yīng)用的電子設(shè)備(例如，蜂窩電話或者計(jì)算機(jī))。用戶可以在墊214接通電壓做進(jìn)一步信號(hào)傳輸或者使用。
[0024]印刷電路板202是容納集成電路210所需尺寸的任何類型的印刷電路板。例如，如參照?qǐng)D1所述，PCB可以具有焊料掩模層和金屬化層。
[0025]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，MEMS芯片204，背板206和振動(dòng)膜208是在MEMS器件上通常使用的元件，這里將不再描述。集成電路210是執(zhí)行任何類型功能(例如，放大)的任何電路。集成電路210可以是任何形狀或配置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，聲密封條212提供前空間220和后空間222之間的聲音密封。導(dǎo)體224和226由任何類型的電導(dǎo)材料構(gòu)成以提供電連接。在一個(gè)示例中，導(dǎo)體224是絲焊并且226是包括用于提供電連接的金屬(例如，銅)的過孔。在其他方面，接口層(例如，再分配層)可以用于或設(shè)置在集成電路210上，并且這個(gè)接口層可以設(shè)置/嵌入在(集成電路的)接觸墊和PCB 202的第一金屬層之間。
[0026]參照?qǐng)D2B，描述了具有嵌入式集成電路的聲學(xué)器件或組件250 (例如，MEMS麥克風(fēng))的另一個(gè)示例。除了圖2A的底部端口現(xiàn)在由頂部端口代替并且聲音通過設(shè)備250的頂部進(jìn)入之外，圖2B的示例與圖2A的示例類似。
[0027]更具體的說，設(shè)備250