一種增大后腔的硅電容麥克風(fēng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種麥克風(fēng)，特別是一種具有新型封裝結(jié)構(gòu)的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電(MEMS micro-electro-mechanical system)系統(tǒng)因其體積小、適于表面貼裝等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于消費(fèi)電子和一些高端電子產(chǎn)品，例如:手機(jī)、MP3、錄音筆、汽車(chē)電子等。一般地，MEMS系統(tǒng)在最前端包含將其他物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的微機(jī)械的敏感結(jié)構(gòu)，或在最后端包含將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為其他物理信號(hào)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)執(zhí)行器。微機(jī)械的敏感結(jié)構(gòu)在MEMS系統(tǒng)中起到電信號(hào)與其他物理信號(hào)的轉(zhuǎn)換接口作用。為滿(mǎn)足人民群眾日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，MEMS系統(tǒng)的體積、成本、靈敏度、線(xiàn)性度等指標(biāo)也在不斷地優(yōu)化提高。在相關(guān)優(yōu)化技術(shù)方案中，不乏眾多努力，試圖通過(guò)對(duì)敏感結(jié)構(gòu)下方的空氣空間(行業(yè)內(nèi)通常稱(chēng)之為“后腔-Back Volume”，指聲波遇到敏感結(jié)構(gòu)后，敏感部后方的空間)予以增加，這樣可以使硅電容麥克風(fēng)的靈敏度更高，頻響曲線(xiàn)更好。然而，現(xiàn)行的諸多的技術(shù)方案中，許多運(yùn)用傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，如美國(guó)專(zhuān)利US20020102004的技術(shù)方案，對(duì)后腔增大的貢獻(xiàn)非常有限，過(guò)多地增加了產(chǎn)品的高度，導(dǎo)致了成本增加和應(yīng)用范圍受限。另一些嘗試如CN201042077Y和CN201274566Y的技術(shù)方案，通過(guò)封裝殼體內(nèi)部的多個(gè)元件構(gòu)成更大的后腔，這樣，為了防止漏氣等不良因素的影響，不僅對(duì)每個(gè)元件的加工精度提出了較高的要求，對(duì)于各元件接合處的裝配工作也提出了較高的要求，這意味著更低的成品率和更高的成本。中國(guó)專(zhuān)利CN201383873Y和CN101394687A通過(guò)在敏感結(jié)構(gòu)下方設(shè)置蓋子來(lái)實(shí)現(xiàn)增大后腔的目的，但是這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)于后腔增大效果有限；另外受限于蓋子的厚度和下方?jīng)]有支撐結(jié)構(gòu)，在利用集成電路芯片和敏感結(jié)構(gòu)芯片下方的空間時(shí)，蓋子需承受在這兩塊芯片上設(shè)置電氣連接線(xiàn)時(shí)做金屬線(xiàn)鍵合(wirebond)時(shí)傳遞過(guò)來(lái)的壓力，不能發(fā)生垮塌或者蓋體變形導(dǎo)致漏氣，這就限制了蓋子的設(shè)計(jì)空間，影響到了增大后腔的效果；再者，這樣的蓋子要求在基板上加工臺(tái)階來(lái)連接蓋子內(nèi)部主要空間和敏感芯片下方的空間，這就引入了對(duì)基板的加工的進(jìn)一步限制和要求。
[0003]三維打印，又稱(chēng)3D打印或者立體打印，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或光固化樹(shù)脂等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。它無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。3D打印機(jī)是一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。自問(wèn)世以來(lái)飛速發(fā)展，如今這一技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，其規(guī)模化也使得其成本逐步降低，精度也適合用來(lái)加工微小型產(chǎn)品的一些結(jié)構(gòu)零件。
[0004]金屬腐蝕工藝是較為經(jīng)典的加工技術(shù)，近年來(lái)其中的金屬絲印腐蝕工藝發(fā)展較快，其工藝大致包括:絲網(wǎng)印版制作(繪稿、制底版、選網(wǎng)、繃網(wǎng)、涂/貼感光膜)一承印材料準(zhǔn)備(下料、印前處理、定位)一絲網(wǎng)印刷一.^干燥一.^腐蝕。在生產(chǎn)過(guò)程中，最關(guān)鍵的是“制底版”、“前處理”及“絲網(wǎng)版制作”三道工序。隨著近年來(lái)金屬腐蝕工藝的逐步提高，也有用于加工微小型產(chǎn)品的一些結(jié)構(gòu)零件。
[0005]機(jī)械精加工在近年來(lái)的發(fā)展，也包括金屬材料和非金屬材料、數(shù)控和非數(shù)控等多個(gè)方向，其多樣化和加工能力蒸蒸日上，但精加工零件的成本是一個(gè)制約因素。對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂材料的機(jī)械精加工，使其不僅可以作為電路的基板件，也可以作為機(jī)械結(jié)構(gòu)件滿(mǎn)足相應(yīng)的尺寸和形狀需求。但相對(duì)于中國(guó)專(zhuān)利CN201383873Y中可一次沖壓成形的的金屬蓋子來(lái)說(shuō)，機(jī)械精加工方法的成本受到一定的限制，在實(shí)施時(shí)應(yīng)綜合全局來(lái)考量。
[0006]本發(fā)明的提出，可將硅電容麥克風(fēng)與三維打印、金屬腐蝕或機(jī)械精加工技術(shù)相結(jié)合，在保證整體結(jié)構(gòu)可靠性的前提下，通過(guò)制備經(jīng)過(guò)力學(xué)和尺寸優(yōu)化的增大后腔專(zhuān)用結(jié)構(gòu)，有效地增加所述的敏感結(jié)構(gòu)下方的空氣空間(后腔)，從而提高硅電容麥克風(fēng)的極限靈敏度，同時(shí)保留有硅電容麥克風(fēng)原有的小封裝、低成本特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種具有新型封裝結(jié)構(gòu)的硅電容麥克風(fēng)，能結(jié)合三維打印、金屬腐蝕或機(jī)械精加工技術(shù)，通過(guò)在微機(jī)械的敏感結(jié)構(gòu)下方設(shè)置經(jīng)過(guò)力學(xué)和尺寸優(yōu)化的增大后腔專(zhuān)用結(jié)構(gòu)，在保證整體結(jié)構(gòu)可靠性、小封裝、低成本的前提下，有效地增加所述的敏感結(jié)構(gòu)下方的空氣空間(后腔)，從而提高硅電容麥克風(fēng)的極限靈敏度。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0009]—種增大后腔的娃電容麥克風(fēng)，包括:一塊基板和一個(gè)外殼，所述外殼罩設(shè)于所述基板形成封裝結(jié)構(gòu)；在所述外殼上設(shè)置有聲孔，所述封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有電氣連接線(xiàn)、集成電路和帶聲腔的微機(jī)械的敏感結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)增大后腔的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，所述電氣連接線(xiàn)用于所述基板、所述集成電路及所述敏感結(jié)構(gòu)間的電氣連接；其中，所述專(zhuān)用結(jié)構(gòu)為一個(gè)中空殼狀結(jié)構(gòu)，其底面為全開(kāi)口，所述的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)固定在所述基板上，其中空的內(nèi)部空間與所述基板之間形成單連通空間；所述專(zhuān)用結(jié)構(gòu)表面包括設(shè)在中間的平坦部和分別設(shè)在兩邊的第一凸起部、第二凸起部，所述敏感結(jié)構(gòu)設(shè)在所述平坦部的上邊，所述平坦部設(shè)置有與所述的敏感結(jié)構(gòu)的聲腔相連的孔，使所述的單連通空間與所述的敏感結(jié)構(gòu)的聲腔共同構(gòu)成麥克風(fēng)的后腔；所述支撐結(jié)構(gòu)設(shè)在所述所述專(zhuān)用結(jié)構(gòu)內(nèi)部并位于專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的平坦部與所述基板之間。
[0010]對(duì)于增大后腔的硅電容麥克風(fēng)而言，在完成所述的敏感結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的增大后腔結(jié)構(gòu)的相對(duì)固定后，在基板上將通過(guò)設(shè)置引線(xiàn)的金屬線(xiàn)鍵合(wirebond)工藝完成電氣信號(hào)的引出，這時(shí)敏感結(jié)構(gòu)下方的增大后腔結(jié)構(gòu)將受到金屬線(xiàn)鍵合中劈刀的作用力。增大后腔的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)不能發(fā)生垮塌或者邊緣變形導(dǎo)致漏氣，因此在專(zhuān)用結(jié)構(gòu)與基板間設(shè)置桁架、筋、肋、凸臺(tái)等支撐結(jié)構(gòu)，將比殼體結(jié)構(gòu)具有更高的可靠性。
[0011]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中，所述集成電路設(shè)在所述第一凸起部上方，或者所述第一凸起部的一側(cè)。
[0012]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)還包括設(shè)在所述第一突起部或/及所述第二凸起部?jī)?nèi)部的、用于加強(qiáng)所述專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的部分。
[0013]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的制備材料可以是環(huán)氧樹(shù)月旨，金屬或光固化樹(shù)脂。所選用的材料需要滿(mǎn)足三維打印、金屬腐蝕或機(jī)械精加工的材料需要，且能在硅電容麥克風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工序的環(huán)境條件和工況下正常工作，起到承托所述的敏感結(jié)構(gòu)芯片甚至同時(shí)承托集成電路芯片的作用和穩(wěn)定地增大后腔的作用。
[0014]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的制備方法可以是三維打印，金屬腐蝕或機(jī)械精加工。以當(dāng)前的加工工藝水平和成本來(lái)看，三維打印、金屬腐蝕或機(jī)械精加工是優(yōu)選的既能實(shí)現(xiàn)所述的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)需要的較復(fù)雜的形狀和精度，又能控制生產(chǎn)成本的較佳選擇。這相比于中國(guó)專(zhuān)利CN201383873Y中設(shè)置的增大后腔用的可以用沖壓方式加工的蓋子結(jié)構(gòu)而言，成本相當(dāng)，但增大后腔用的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸可僅在封裝和生產(chǎn)工藝制約下，針對(duì)實(shí)際增大后腔的需要具有更寬泛的設(shè)計(jì)空間。
[0015]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)的形狀尺寸，可以在后續(xù)加工工藝和傳聲途徑允許的前提下盡量利用所述的封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間增大后腔。首先，增大后腔的結(jié)構(gòu)如果對(duì)小型化的封裝尺寸形成過(guò)大壓力，就會(huì)影響到硅電容麥克風(fēng)產(chǎn)品的成本和應(yīng)用范圍，這是設(shè)置時(shí)需要盡量避免的。在已有的方案中，增大外殼的方案對(duì)小型化的封裝尺寸形成了過(guò)大壓力，在基板上制作臺(tái)階的方案對(duì)封裝的厚度也形成了一定壓力。這是因?yàn)?，傳統(tǒng)的增大后腔的結(jié)構(gòu)均為蓋子、空心墊片等簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，無(wú)法高效率地利用封裝內(nèi)部較為復(fù)雜形狀的空間，這樣就面臨要么增大后腔空間有限，要么對(duì)小型化的封裝尺寸壓力過(guò)大的問(wèn)題。另外有一些如CN201274566Y的技術(shù)方案，利用封裝內(nèi)部的多個(gè)零件來(lái)提高封裝內(nèi)部空間的利用率，這將引入多個(gè)零件加工的零件精度要求、裝配精度要求問(wèn)題，使得加工工藝復(fù)雜化，良率降低，增大了硅電容麥克風(fēng)的成本壓力。這樣，采用一次成型的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)，可以避免上述問(wèn)題并高效率地利用內(nèi)部較為復(fù)雜形狀的空間。
[0016]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的支撐結(jié)構(gòu)，與所述的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)相連為一體并可以一同制備。在三維打印和金屬腐蝕工藝中，將支撐結(jié)構(gòu)與專(zhuān)用結(jié)構(gòu)設(shè)置為一體并一同制備可以有效地降低生產(chǎn)成本，但如具體實(shí)施時(shí)選用機(jī)械精加工方法，則應(yīng)綜合具體的工況、良率和成本情況予以分析，決定是將支撐結(jié)構(gòu)與專(zhuān)用結(jié)構(gòu)一同加工還是分別加工后再裝配到一起。
[0017]較佳的增大后腔的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的基板厚度，可以在工藝和材料強(qiáng)度允許的前提下，盡量設(shè)置得薄以留有更大的封裝內(nèi)部空間。中國(guó)專(zhuān)利CN201383873Y通過(guò)在敏感結(jié)構(gòu)下方設(shè)置蓋子來(lái)實(shí)現(xiàn)增大后腔的目的，但這需要在基板上加工臺(tái)階來(lái)連接蓋子內(nèi)部主要空間和敏感芯片下方的空間，這就引入了對(duì)基板的加工的進(jìn)一步限制和要求。在本發(fā)明中可以通過(guò)兼容常規(guī)硅電容麥克風(fēng)的基板來(lái)降低成本，因?yàn)樗龅膶?zhuān)用結(jié)構(gòu)既可以通過(guò)所述的支撐結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的力學(xué)支撐，又可以通過(guò)所述的支撐結(jié)構(gòu)的間隙使敏感結(jié)構(gòu)下部空間與增大的后