CN201039459Y - 微机电声学传感器的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的微机电声学传感器的封装结构，由第一、第二基板和侧壁组成空腔，微机电声学传感器组件设于所述空腔内，所述第一基板具有与所述微机电声学传感器输出端导电连接且用作表面贴装电极的第一金属部件，所述侧壁具有与所述第一金属部件导电连接的金属通孔，所述第二基板具有与所述金属通孔导电连接且也用作表面贴装电极的第二金属部件，由此可提高表面贴装的灵活性，并可灵活安排微机电声学传感器组件，达到减小封装体积、提高器件声学性能的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及微机电声学传感器的封装结构，具体说是电容式硅麦克风的封装。
背景技术
微机电传感器由于极小的体积、良好的性能和易于与集成电路集成在同一块芯片上获得多样化的功能而倍受重视。电容式硅麦克风作为微机电声学传感器的一种，由于其良好的稳定性、一致性和适合表面贴装应用而受到广泛的关注。该类麦克风的传感器芯片部分是在硅片上采用微机电技术制作的。与微电子产品类似，该类芯片能用较低的成本获得极大的产量。为了保护易碎芯片、与外界形成物理和电学连接、减少外部干扰，一个完整的硅麦克风除了芯片以外必须包括封装。与传统微电子产品不同的是，硅麦克风对封装的要求比较特殊，封装技术尚未成熟而有待发展。
常见的硅麦克风封装包括硅麦克风传感器芯片、读出电路，滤波电容，和一个具有电磁屏蔽功能的外壳将他们容纳在内。该外壳还具有一个声孔让外界声信号可以到达传感器芯片，数个电极也从该外壳引出以实现输出电信号与外界的连接；除此之外，封装内部应有一个于麦克风传感器相连的声腔，此声腔应足够大并与其他空间声学隔离，以保证传感器良好的声学特性。而目前关于硅麦克风封装的解决方案很多，例如采用三层PCB分别作为基板、侧壁和顶盖来形成一个空腔封装硅麦克风，采用柔性电路板和金属帽形成硅麦克风封装，还有采用键合、粘接和焊接的方法将硅麦克风芯片、硅电路芯片和其它硅部件结合形成全硅封装等。
然而，逐渐发展的应用对硅麦克风的表面贴装方式提出了多样的要求，有的要求从硅麦克风的无声孔面进行贴装，有的要求从声孔面贴装，这就要求硅麦克风封装具备灵活的多层电学互连能力，而现有的封装技术并不能满足技术发展的需要，因此，如何解决现有封装技术存在的问题实已成为本领域技术人员亟待解决的课题。
实用新型内容
本实用新型的目的针对上文讨论的问题，提供一种具备灵活多层电学互连的微机电声学传感器的封装结构，以实现贴装方式灵活、体积小、声学特性好、及成本低等特性。
为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
本实用新型的微机电声学传感器的封装结构，由第一、第二基板和侧壁固定连接以形成空腔，所述空腔内固接有微机电声学传感器组件，其中，所述微机电声学传感器组件包括传感器芯片、读出电路芯片和滤波电容，所述第一基板具有与所述微机电声学传感器输出端导电连接且用作表面贴装电极的第一金属部件，所述侧壁具有与所述第一金属部件导电连接的金属通孔，所述第二基板具有与所述金属通孔导电连接且也用作表面贴装电极的第二金属部件。
其中，所述第一金属部件包括分别设在所述第一基板内外两侧的第一金属层及将所述内外两侧的第一金属层导电连接的第一金属孔体，所述第二金属部件包括分别设在所述第二基板内外两侧的第二金属层及将所述内外两侧的第二金属层导电连接的第二金属孔体，所述侧壁的基材为绝缘材料，其各表面具有相互连接且用于屏蔽外界的电磁干扰的屏蔽金属层，当所述微机电声学传感器组件分别固定在不同基板内侧时，所述金属通孔位于所述屏蔽金属层内侧，所述微机电声学传感器组件分别固定在同一基板内侧或者分别固定在不同基板内侧，所述第一基板及第二基板之一者具有声孔，所述传感器芯片固定在设有所述声孔的基板内侧且正对所述声孔。
综上所述，本实用新型的所述微机电声学传感器的封装结构通过金属化通孔将第一基板和第二基板予以导电连接，使输出信号可以通过不同基板的表面输出，从而实现表面贴装的灵活性，当金属化通孔位于屏蔽金属内侧的情形，声学传感器芯片、读出电路芯片、滤波电容可分别固接于上、下基板，内部处理信号可通过位于屏蔽金属层内侧的金属通孔互连，数字信号亦可通过金属通孔到达第一及第二基板的表面，这种不但可以实现微机电声学传感器的多表面灵活贴装，还可以通过第一及第二基板分别安排内部芯片，达到减小封装平面面积的目的。
此外，所述微机电声学传感器的封装结构，其所述上、下基板和侧壁构成的空腔与微机电声学传感器相连，形成一个声学密闭的声腔，其体积接近封装本身，从而可以有效的改善器件的声学特性。与传统的封装方式将传感器芯片本身背腔作为声腔的方式相比，本实用新型封装不再依赖传感器芯片本身的厚度，从而可以减小传感器芯片本身的厚度，进而减小整个微机电声学传感器的封装结构的厚度。
由此可见，本实用新型适于制造超小型、声学特性好、贴装方式灵活和低成本的微机电声学传感器。
附图说明
图1本实用新型微机电声学传感器封装结构外观示意图。
图2本实用新型实施例(一)微机电声学传感器封装结构分解示意图。
图3本实用新型实施例(一)微机电声学传感器封装结构侧壁俯视图。
图4本实用新型实施例(一)微机电声学传感器封装结构剖视图。
图5本实用新型实施例(二)微机电声学传感器封装结构分解示意图。
图6本实用新型实施例(二)微机电声学传感器封装结构侧壁俯视图。
图7本实用新型实施例(二)微机电声学传感器封装结构剖视图。
图8本实用新型实施例(三)微机电声学传感器封装结构分解示意图。
图9本实用新型实施例(三)微机电声学传感器封装结构侧壁俯视图。
图10本实用新型实施例(三)微机电声学传感器封装结构剖视图。
具体实施方式
本实用新型的微机电声学传感器封装结构主要由第一基板、第二基板及侧壁组成，其中，所述第一基板位于上部，故又称其为上基板，所述第二基板位于下部，故又称其为下基板，在此予以预先说明。
实施例一：
如附图1所示，本实用新型微机电声学传感器封装结构主要由上基板1、下基板3和用于支撑和连接上下基板的侧壁2构成，它们的基材都为绝缘材料，如FR-4、G10和BT等。上基板开有声孔5，上基板或下基板或上下基板都有与外界电连接的电极4。封装内部容纳微机电声学传感器芯片、读出电路芯片和滤波电容等器件。
附图2、3、4描述了本实用新型微机电声学传感器封装的实施例(一)，附图2为该实施例的分解示意图，微机电声学传感器芯片10、读出电路芯片6和滤波电容7固接于上基板1上。侧壁2内侧及上下面局部镀有金属9，用于和上下基板相应位置的金属导电固接形成电学屏蔽空腔。侧壁2的部分角上有金属通孔8，金属通孔8与上下基板相应位置的金属导电固接，从而实现微机电声学传感器封装多层电学互连的目的。
附图3为实施例(一)中侧壁2的俯视图，可见内面及上下面内周沿形成一个连续的金属屏蔽层9。贯通侧壁的金属化通孔8分布在外围并与金属屏蔽层9绝缘隔离。
附图4为实施例(一)剖视图，剖面为附图1中所示A-A’面，微机电声学传感器芯片10正对声孔5以接受从声孔进来的外界声波，固接的上下基板1、3和侧壁2与微机电声学传感器芯片10构成一个声学密闭的声腔，侧壁金属层9与上下基板1、3的部分金属层导电固接，在空腔内壁形成一个电学屏蔽层，以屏蔽外界的电磁干扰。上基板1具有与所述微机电声学传感器输出端导电连接且用作表面贴装电极的第一金属部件，其中所述第一金属部件包括分别设在所述上基板内外两侧的第一金属层及将所述内外两侧的第一金属层导电连接的第一金属孔体，下基板3具有与所述金属通孔导电连接且也用作表面贴装电极的第二金属部件，其中所述第二金属部件包括分别设在所述下基板内外两侧的第二金属层及将所述内外两侧的第二金属层导电连接的第二金属孔体，读出电路芯片、滤波电容通过金丝球焊或SMT等方式与上基板的下表面的第一金属层形成完整电路，输出信号通过上基板上表面的第一金属层11经金属通孔8与下基板3下表面的第二金属层4形成多层互连。从而实施例(一)所述的封装的既可以在上表面通过作为表面贴装电极的第一金属层11实施表面贴装，也可以在下表面通过作为表面贴装电极的第二金属层4实施表面贴装。
实施例二：
附图5、6、7描述了本实用新型微机电声学传感器封装的实施例(二)，附图5为该实施例的分解示意图，微机电声学传感器芯片10a固接于上基板1a上、读出电路芯片6a和滤波电容7a固接下基板3a上。侧壁2a内侧及上下面局部镀有金属9a，用于和上下基板相应位置的金属导电固接形成电学屏蔽空腔。侧壁2a内部部分角上有绝缘柱12，其内侧有金属通孔8a，金属通孔8a与上下基板相应位置的金属导电固接，从而实现微机电声学传感器封装多层电学互连的目的。
侧壁2a内部部分角上附图6为实施例(二)中侧壁2a的俯视图，可见内面及上下面内周沿形成一个连续的金属屏蔽层9a。贯通侧壁的金属通孔8a分布在侧壁2a内部部分角上并通过绝缘柱12与金属屏蔽层9a绝缘隔离。绝缘柱12可以镶嵌在侧壁2a内部部分角上，或通过多次微割和金属填充等工艺直接形成在侧壁2a内部部分角上与内面金属9a固接。
附图7为实施例(二)剖视图，剖面为附图1中所示A-A’面，微机电声学传感器芯片10a正对声孔5a以接受从声孔进来的外界声波，固接的上下基板1a、3a和侧壁2a与微机电声学传感器芯片10a构成一个声学密闭的声腔，侧壁金属层9a与上下基板1a、3a的部分金属层导电固接，在空腔内壁形成一个电学屏蔽层，以屏蔽外界的电磁干扰。由于金属通孔8a位于该电学屏蔽层内部，所以微机电声学传感器芯片和读出电路芯片、滤波电容可以分别固接于上、下基板上，内部信号经金属通孔8a采用金丝球焊或SMT等方式在上、下基板表面形成完整电路而不受外界电磁干扰。输出信号通过下基板3a下表面的第二金属层4a输出或经金属通孔8a与上基板1a形成多层互连从第一金属层11a输出。从而实施例(二)所述的封装的既可以在上表面通过第一金属层11a实施表面贴装，也可以在下表面通过第二金属层4a实施表面贴装。
实施例三：
附图8、9、10描述了本实用新型微机电声学传感器封装的实施例(三)，附图8为该实施例的分解示意图，微机电声学传感器芯片10b固接于上基板1b上、读出电路芯片6b和滤波电容7b固接下基板3b上。侧壁2b外侧及上下面局部镀有金属9b，用于和上下基板相应位置的金属导电固接形成电学屏蔽空腔。侧壁2b内部部分角上有金属通孔8b，金属通孔8b与上下基板相应位置的金属导电固接，从而实现微机电声学传感器封装多层电学互连的目的。
附图9、10为实施例(二)的剖视图和侧壁2b的俯视图，剖面为附图1中所示A-A’面。与实施例(二)相似，微机电声学传感器芯片10b正对声孔5b以接受从声孔进来的外界声波，固接的上下基板1b、3b和侧壁2b与微机电声学传感器芯片10b构成一个声学密闭的声腔，侧壁金属层9b与上下基板1b、3b的部分金属层导电固接，在空腔内壁形成一个电学屏蔽层，以屏蔽外界的电磁干扰。由于金属通孔8b位于该电学屏蔽层内部，所以微机电声学传感器芯片和读出电路芯片、滤波电容可以分别固接于上、下基板上，内部信号经金属通孔8b采用金丝球焊或SMT等方式在上、下基板表面形成完整电路而不受外界电磁干扰。输出信号通过下基板3b下表面的第二金属层4b输出或经金属通孔8b与上基板1b形成多层互连从第一金属层11b输出。从而实施例(三)所述的封装的既可以在上表面通过第一金属层11b实施表面贴装，也可以在下表面通过第二金属层4b实施表面贴装。
此外，所述声孔也可开设在下基板上，本领域技术人员可根据前述描述进行各部件位置的相应调整，在此不再赘述。
综上所述，本实用新型的所述微机电声学传感器的封装结构通过金属化通孔将上基板和下基板予以导电连接，使输出信号可以通过上下基板的表面输出，从而实现表面贴装的灵活性，而且由于金属通孔可位于所述屏蔽金属层内侧，可达到减小封装平面面积的目的，进而降低生产厂商的成本。此外，所述微机电声学传感器的封装结构，其所述上、下基板和侧壁构成的空腔与微机电声学传感器相连，形成一个声学密闭的声腔，其体积接近封装本身，从而可以有效的改善器件的声学特性。与传统的封装方式将传感器芯片本身背腔作为声腔的方式相比，本实用新型封装不再依赖传感器芯片本身的厚度，从而可以减小传感器芯片本身的厚度，进而减小整个微机电声学传感器的封装结构的厚度。
需注意的是，附图和以上详细描述的仅是本实用新型的若干个实施例，为本实用新型原理的范例，它并不将本实用新型局限于所述实施例。
Claims (8)
1.一种微机电声学传感器的封装结构，由第一、第二基板和侧壁组成空腔，微机电声学传感器组件设于所述空腔内，其中，所述微机电声学传感器组件包括传感器芯片、读出电路芯片和滤波电容，其特征在于：所述第一基板具有与所述微机电声学传感器输出端导电连接且用作表面贴装电极的第一金属部件，所述侧壁具有与所述第一金属部件导电连接的金属通孔，所述第二基板具有与所述金属通孔导电连接且也用作表面贴装电极的第二金属部件。
2.根据权利要求1所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：所述第一金属部件包括分别设在所述第一基板内外两侧的第一金属层及将所述内外两侧的第一金属层导电连接的第一金属孔体。
3.根据权利要求1所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：所述第二金属部件包括分别设在所述第二基板内外两侧的第二金属层及将所述内外两侧的第二金属层导电连接的第二金属孔体。
4.根据权利要求1所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：所述侧壁的基材为绝缘材料，其各表面具有相互连接且用于屏蔽外界的电磁干扰的屏蔽金属层。
5.根据权利要求1所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：所述微机电声学传感器组件分别固定在同一基板内侧或者分别固定在不同基板内侧。
6.根据权利要求4或5所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：当所述微机电声学传感器组件分别固定在不同基板内侧时，所述金属通孔位于所述屏蔽金属层内侧。
7.根据权利要求1所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：所述第一基板及第二基板之一者具有声孔。
8.根据权利要求8所述的微机电声学传感器的封装结构，其特征在于：所述传感器芯片固定在设有所述声孔的基板内侧且正对所述声孔。
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