CN101959106A - 微机电系统麦克风的封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微机电系统麦克风的封装结构，其包括一上基板、一与该上基板相对的下基板、及一麦克风芯片，该上基板与该下基板之间存在一定间隙，该麦克风芯片设置于该下基板与该上基板相对的表面上，该下基板具有一通孔，当声波由该下基板的通孔经过麦克风芯片时，该麦克风芯片将声能转化为电能，并将电信号传输至一检测电路，该上基板具有多个第一通孔，每个第一通孔内填充有导电材料，该下基板上具有多个电连接点，该上基板的每个第一通孔内的导电材料与该下基板对应的电连接点相互电连接。本发明还提供一种上述微机电系统麦克风的封装结构的封装方法。

Description

微机电系统麦克风的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及一种麦克风，尤其是涉及一种微机电系统(Micro Electromechanical System，MEMS)麦克风的封装结构及其封装方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，麦克风的应用也越来越广泛，特别是MEMS麦克风发展最为迅速，MEMS麦克风由于其良好的性能及易于批量生产等优点，可望逐步在移动通讯、多媒体系统、消费性电子及助听器等方面替代传统的驻极体电容式麦克风(Electret Condenser Microphone，ECM)。

MEMS麦克风的封装技术直接影响整个MEMS麦克风的成本和质量。目前常用的MEMS麦克风的封装方式是将麦克风芯片置于一硅基底上，然后将一封装盖体通过一密封用胶体粘接于放置有麦克风芯片的硅基底上。然而，由于使用该胶体进行封装，麦克风芯片所产生的热量不能有效的散发出去，不适合应用于对散热性能要求较高的便携式电子装置。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种散热性能较好的微机电系统麦克风的封装结构及其封装方法。

一种微机电系统麦克风的封装结构，其包括一上基板、一与该上基板相对的下基板、及一麦克风芯片，该上基板与该下基板之间存在一定间隙，该麦克风芯片设置于该下基板与该上基板相对的表面上，该下基板具有一通孔，当声波由该下基板的通孔经过麦克风芯片时，该麦克风芯片将声能转化为电能，并将电信号传输至一检测电路，该上基板具有多个第一通孔，每个第一通孔内填充有导电材料，该下基板上具有多个电连接点，该上基板的每个第一通孔内的导电材料与该下基板对应的电连接点相互电连接。

一种微机电系统麦克风的封装结构的封装方法，其包括以下步骤：提供一上基板，该上基板具有第一表面及与该第一表面相对的第二表面；在该上基板上形成多个第一通孔，在该第一通孔内填充导电材料；提供一下基板，该下基板具有第一表面及与该第一表面相对的第二表面，该下基板的第一表面与该上基板的第二表面相对；形成一麦克风芯片于该下基板的第一表面上；于该下基板的麦克风芯片覆盖的部分区域形成一通孔；于该麦克风芯片上形成一通孔，该下基板的通孔与该麦克风芯片上的通孔相通；在该下基板的第一表面上形成多个电连接点；将该上基板的每个第一通孔内的导电材料与该下基板的对应的电连接点相互电连接，即得到微机电系统麦克风的封装结构。

相较于现有技术，本发明的微机电系统麦克风的封装结构通过在该上基板形成多个第一通孔，于每个第一通孔内填充有导电材料，并且于该下基板上设置多个电连接点，最后通过导电材料与电连接点实现相互电连接，在此封装过程中，不需要使用微机电系统麦克风的传统封装技术中使用的封装胶，散热性能较好，非常适合于应用在便携式电子装置。

附图说明

图1是本发明实施例提供的MEMS麦克风的封装结构的剖视图。

图2至图15是本发明实施例提供的MEMS麦克风的封装结构的封装方法的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种MEMS麦克风的封装结构100。该MEMS麦克风的封装结构100包括一上基板110、一与该上基板110相对的下基板120、一麦克风芯片130及一与该麦克风芯片130电连接的检测电路140(图未示该连接路径)。该上基板110与下基板120之间存在一定间隙。

该上基板110具有第一表面112及与该第一表面112相对的第二表面114。该上基板110具有多个第一通孔116及多个第二通孔115。该多个第二通孔115贯穿该上基板110。该多个第二通孔115用于使声音传播至外界。该多个第一通孔116设置在该上基板110的周边。在本实施例中，该第二通孔115及第一通孔116的数目均为2个，且该第二通孔115及第一通孔116的纵截面均为梯形，该第一通孔116及第二通孔115的宽度自远离该第二基板120的方向是逐渐增大的。该第一通孔116内填充有导电材料118。该上基板110的第一表面112形成有导电材料118的部分具有焊锡凸块113，用作电连接部。该焊锡凸块113可以为镍金合金或锡金合金。该焊锡凸块113可利用回流焊工艺(solder reflow process)与一印刷电路板150固定。该上基板110的材料一般为掺杂的n型硅或p型硅，也可以是本征硅。

该下基板120具有第一表面122及与该第一表面122相对的第二表面124。该下基板120的第一表面122与上基板110的第二表面114相对。该下基板120的第一表面122上具有多个焊垫129。该下基板120具有一通孔128。该下基板120的材料一般为掺杂的n型硅或p型硅，也可以是本征硅。

该麦克风芯片130及检测电路140置于该下基板120的第一表面122上。在本实施例中，该检测电路140为一互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)芯片。

该麦克风芯片130包括一振动结构132、一隔离层134、一背板136及电极133，135。该振动结构132具有一平行于该第一表面122的振动膜1322及由该振动膜1322的两端向该下基板120的第一表面122延伸的支撑结构1324。该隔离层134置于该振动膜1322与该下基板120的第一表面122之间，该背板136设置于该隔离层134上。该麦克风芯片130还包括一贯穿该隔离层134与该背板136的通孔137，该贯穿该隔离层134与该背板136的通孔137与通孔128相通。在本实施例中，该背板136的材料为多晶硅，该隔离层134的材料一般为二氧化硅，也可为二氧化硅、氮化硅等非导电材料的复合材料。

电极133、135的材料为金属，如铝、铝合金或金等，电极133、135分别与背板136及振动膜1322形成电连接，提供与检测电路140电连接的端口。

该振动膜1322的材料一般为多晶硅，也可为其他非导电材料如氮化硅、或各种有机材料等，还可为掺杂的n型硅或p型硅等导电材料。该振动膜1322置于该背板136的正上方，与该背板136相对且间隔一定距离。该振动膜132作为麦克风芯片130的一可变形极板，其可随外部的压力变化而产生相应的形变，从而使其与背板136之间产生一可变的电容。当有一偏置电压时，振动膜132与背板136之间电容的变化转换成电压的变化，并通过电极133、135输送到检测电路140。

该下基板120上的麦克风芯片130与该第二通孔115正对，该上基板110的导电材料118通过焊球160电连接于下基板120的焊垫129。

当声波从通孔128、通孔137传入时，该振动膜1322会发生形变，从而使其与背板136之间产生一可变的电容。该电容的变化可转换成电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，电压变化频率反映了了外界声音的频率。

可以理解的是，该麦克风芯片并不局限于本实施例中的电容式芯片，也不局限于本实施例中麦克风芯片130的具体结构，其可以是其他类型的麦克风芯片，如压电式麦克风、电阻式麦克风等。

请一并参阅图2至图15，本发明实施例提供该MEMS麦克风封装结构100的封装方法。

请参阅图2，提供一上基板110。该上基板110具有第一表面112及与该第一表面112相对的第二表面114。

请参阅图3，利用蚀刻方法在该上基板110上形成多个第一通孔116。该蚀刻方法一般用湿法蚀刻(Wet Etching)，也可用干法蚀刻(Dry Etching)，如感应耦合等离子蚀刻(Inductively Coupled Plasma Etching，ICPE)或深反应离子蚀刻(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)等。在本实施例中，选用DRIE蚀刻。

请参阅图4，利用电镀或印刷的方法在该第一通孔116内填充导电材料118。该导电材料118为金、银、铜、铝、镍或其合金。

请参阅图5，在该上基板110的第一表面112形成有导电材料118的部分形成焊锡凸块113，用作电连接部。

请参阅图6，利用钻孔的方法在该上基板110形成多个第二通孔115。该多个第二通孔115贯穿于该上基板110。该钻孔的方法为激光冲孔、机械钻孔、或冲孔。

请参阅图7，提供一下基板120。该下基板120具有第一表面122及与该第一表面122相对的第二表面124。该下基板120的第一表面122与该上基板110的第二表面114相对。

请参阅图8，形成一隔离层134于该下基板120的第一表面122上。该隔离层134可通过化学气相沉积或物理气相沉积等方法形成在该下基板120的第一表面122上。

请参阅图9，形成一背板136于该隔离层134上。该背板136也可通过化学气相沉积或物理气相沉积等方法形成在该隔离层134上。

请参阅图10，形成一振动结构132于该下基板120的第一表面122上。该振动结构132具有一振动膜1322及由该振动膜1322的两端向该下基板120的第一表面122延伸的支撑结构1324。该振动膜1322位于该背板136的正上方，且与该背板136相对。该振动结构132可以通过焊接或粘胶的方式固定于下基板120的第一表面122上。

请参阅图11，分别在该振动膜1322与背板136的表面形成电极135及电极133。该电极133及电极135可通过化学气相沉积或物理气相沉积等方法分别形成在该背板136与振动膜1322的表面。

请参阅图12，形成一检测电路140于该下基板120的第一表面122上。在本实施例中，该检测电路140为一CMOS芯片。

请参阅图13，利用蚀刻的方法于该下基板120的背板136覆盖的部分区域形成一通孔128

请参阅图14，利用蚀刻的方法于该隔离层134及该背板136层叠的区域形成一通孔137，该通孔137与通孔128相通。

请参阅图15，在该下基板120的第一表面122上形成多个焊垫129。

将该下基板120上的麦克风芯片130与该第二通孔115正对后，利用焊球160等互连方式将该上基板120的导电材料118与该下基板110的焊盘139电连接，即得到图1所示的MEMS麦克风的封装结构100。

相较于现有技术，本发明的微机电系统麦克风的封装结构100通过在该上基板110形成多个第一通孔116，于每个第一通孔116内填充有导电材料118，并且于该下基板120上设置多个电连接点129，最后通过导电材料118与电连接点129实现相互电连接。在此封装过程中，不需要使用微机电系统麦克风的传统封装技术中使用的封装胶，散热性能较好，非常适合于应用在便携式电子装置。

另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其它各种相应的变化，而所有这些变化都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微机电系统麦克风的封装结构，其包括一上基板、一与该上基板相对的下基板、及一麦克风芯片，该上基板与该下基板之间存在一定间隙，该麦克风芯片设置于该下基板与该上基板相对的表面上，该下基板具有一通孔，当声波由该下基板的通孔经过麦克风芯片时，该麦克风芯片将声能转化为电能，并将电信号传输至一检测电路，其特征在于，该上基板具有多个第一通孔，每个第一通孔内填充有导电材料，该下基板上具有多个电连接点，该上基板的每个第一通孔内的导电材料与该下基板对应的电连接点相互电连接。

2.如权利要求1所述的微机电系统麦克风的封装结构，其特征在于，该上基板还具有多个第二通孔，该多个第二通孔贯穿于该上基板，该多个第二通孔与该麦克风芯片相对。

3.如权利要求1所述的微机电系统麦克风的封装结构，其特征在于，该多个第一通孔设置在该上基板的周边。

4.如权利要求1所述的微机电系统麦克风的封装结构，其特征在于，该微机电系统麦克风还包括多个焊锡凸块，每个焊锡凸块对应设置于每个第一通孔填充的导电材料上。

5.如权利要求1所述的微机电系统麦克风的封装结构，其特征在于，该麦克风芯片包括一振动膜、一隔离层、一背板及分别设置于该振动膜和背板上的两个电极，该背板设置在该下基板上，该隔离层置于该背板与该下基板之间，该振动膜设置于该背板的正上方且与该背板相对，该麦克风芯片还包括一贯穿该隔离层与该背板的通孔，该贯穿该隔离层与该背板的通孔与该下基板的通孔相通。

6.一种微机电系统麦克风的封装方法，其包括以下步骤：

提供一上基板，该上基板具有第一表面及与该第一表面相对的第二表面；

在该上基板上形成多个第一通孔，在该第一通孔内填充导电材料；

提供一下基板，该下基板具有第一表面及与该第一表面相对的第二表面，该下基板的第一表面与该上基板的第二表面相对；

形成一麦克风芯片于该下基板的第一表面上；

于该下基板的麦克风芯片覆盖的部分区域形成一通孔；

于该麦克风芯片上形成一通孔，该下基板的通孔与该麦克风芯片上的通孔相通；

在该下基板的第一表面上形成多个电连接点；

将该上基板的每个第一通孔内的导电材料与该下基板的对应的电连接点相互电连接，即得到微机电系统麦克风的封装结构。

7.如权利要求6所述的微机电系统麦克风的封装方法，其特征在于，还包括第一通孔内填充导电材料后，在该上基板形成多个贯穿该上基板的第二通孔的步骤。

8.如权利要求6所述的微机电系统麦克风的封装方法，其特征在于，形成该麦克风芯片的方法包括以下步骤：

形成一隔离层于该下基板的第一表面上；

形成一背板于该隔离层上；

形成一振动结构于该下基板的第一表面上，该振动结构具有一振动膜及由该振动膜的两端向该下基板的第一表面延伸的支撑结构；

分别在该振动膜与背板的表面形成两个电极，即得到麦克风芯片。

9.如权利要求6所述的微机电系统麦克风的封装方法，其特征在于，该麦克风芯片的通孔是贯穿于该隔离层及该背板。

10.如权利要求6所述的微机电系统麦克风的封装方法，其特征在于，形成第一通孔的方法是深反应离子蚀刻法。

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