具有麦克风传感器功能以及介质传感器功能的部件的制作方法

文档序号:8925660阅读:461来源:国知局
具有麦克风传感器功能以及介质传感器功能的部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有至少一个MEMS麦克风构件的部件,所述至少一个MEMS麦克风构件在壳体内安装在壳体壁中的至少一个声孔之上,从而所述MEMS麦克风构件的麦克风结构的声压加载通过所述声孔实现并且壳体内部空间作为用于所述麦克风结构的背侧容积起作用,其中,在所述麦克风结构中构造有至少一个用于所述麦克风结构的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径。
【背景技术】
[0002]在出版文献US 7,166,910 B2中描述了这样的麦克风部件。它包括具有以下膜片结构的MEMS麦克风构件,该膜片结构构造在构件上侧中并且横跨构件背侧中的空穴。在US 7, 166,910 B2中,关于该MEMS麦克风构件的实现参考出版文献US 5,870,482,在这公开了具有用于在麦克风膜片的两侧之间的缓慢压力均衡的泄漏路径。在由US 7,166,910B2公知的部件中MEMS麦克风构件设置在具有壳体底部以及壳体盖的壳体内,壳体底部以及壳体盖通过侧面部分相互压力密封地连接。壳体底部设计成用于部件在第二级层面
(2nd-Level-Ebene)--如在终端设备的印刷电路板上的安装以及电接触。壳体的声孔位于壳体盖中。MEMS麦克风构件在声孔之上压力密封地安装在壳体盖的内侧上,从而膜片结构通过背侧的空穴以声压加载并且壳体内的整个空间作为用于麦克风构件的背侧容积起作用。
[0003]公知的麦克风部件除MEMS麦克风构件外还包括放大器构件,该放大器构件也设置在壳体内,优选地设置在壳体底部上。

【发明内容】

[0004]本发明提出一种用于成本上有利地以及节省空间地实现具有声学上高品质的麦克风功能并且具有至少一个另外的需要介质加载的传感器功能的多传感器模块的方案。
[0005]为此,根据本发明对于MEMS麦克风构件附加地在壳体内设有至少一个另外的MEMS传感器构件,所述至少一个另外的传感器构件的传感器功能需要介质加载,更确切地说,所述介质加载通过所述MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径实现。
[0006]根据本发明的部件方案设置,将整个壳体内部空间用作MEMS麦克风构件的麦克风结构的背侧容积,以便因此优化麦克风性能。对此所需的、MEMS麦克风构件在壳体的声孔之上的安装非必然地和壳体内部空间与部件周围环境的介质交换相冲突。麦克风功能的良好信噪比甚至需要麦克风结构两侧之间的缓慢压力平衡,从而特别为此在麦克风结构中构造泄漏路径。根据本发明提出,将通过麦克风结构中的所述泄漏路径发生的在部件周围环境与壳体内部空间之间的介质交换用于其他传感器功能,例如用于压力传感器、湿度传感器或气体传感器。
[0007]根据本发明的部件方案考虑到发展,即愈来愈多的应用、例如在汽车技术方面以及在消费电子领域中需要多个传感器功能。在部件壳体中组合多个麦克风功能或传感器功能通常比分别具有仅一个麦克风功能或传感器功能的多个部件总是更节省空间以及成本上更有利。此外,MEMS传感器构件由于根据本发明的在其他方面封闭的部件壳体内的布置而受到很好的保护以防外来的机械影响。
[0008]原则上对于根据本发明的部件方案的实现存在许多不同的可能性,这决定性地由力图达到的部件功能范围以及其应用场合来确定。例如可以改变构件部分的类型和数目以及它们在壳体内的布置。其壳体本身也可完全不同地构造并且在形状与材料方面匹配于相应的应用。然而重要的是,麦克风结构中的一个或多个泄漏路径保证对于相应的MEMS传感器功能充分的介质加载。而值得追求的是MEMS传感器功能的在几秒钟的范围内、优选小于I秒的响应时间。为此,必须相应地选择一个或多个泄漏路径的孔横截面。
[0009]在本发明的一种实施方式中,MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径的孔横截面是可改变的,从而可选择地促进或增强部件周围环境与壳体内部空间之间的介质交换。为此,麦克风结构包括至少一个可控制的结构元件,借助所述至少一个可控制的结构元件可调节所述至少一个泄漏路径的预给定的孔横截面。所述结构元件例如可涉及条状或片状的结构元件,其例如可通过静电吸引或排斥完全或部分地在泄漏路径的孔横截面之上移动。在本发明的一个特别有利的实施方式中麦克风结构的可控制的膜片用于调节至少一个泄漏路径的孔横截面。为了进行所述控制,在此情况下可以使用与也用于机械预紧膜片以便增加麦克风灵敏度的致动器装置相同的致动器装置。
[0010]对于用于改变孔横截面的所述措施补充地或替代地,通过至少一个泄漏路径的压力均衡流也可以借助可控制的用于通气的结构元件和/或通过用于有针对性地局部加热的加热装置来增强。根据本发明的部件的外部尺寸不仅与各个构件部分的数目及大小相关,而且也主要与它们在壳体内的布置相关。在此,除机械固定外也必须始终重视构件相互间的以及与部件的安装侧的有意义的和节省空间的电接触。
[0011]在确定的情况下能够有意义的是,MEMS麦克风构件和MEMS传感器构件并排地安装在一个壳体壁区段、例如盖部分上。也可能的是,将MEMS麦克风构件及MEMS传感器构件定位在相对置的壳体壁区段、例如盖部分及壳体底部上。在此情况下能够有利的是,相互错开地布置这两个构件部分。
[0012]对于MEMS构件、即麦克风构件及介质传感器构件附加地,在部件壳体内也可以设置其他的构件部分。在一种优选的实施方式中,根据本发明的部件还包括至少一个ASIC构件,所述至少一个ASIC构件与MEMS麦克风构件和/或MEMS传感器构件电连接。所述ASIC构件用于麦克风信号和传感器信号的处理及评估。
[0013]各个构件部分相互间的以及与部件壳体内壁上的布线平面的电接触可以通过引线键合和/或凸块形接触部来实现。但至少两个构件可以以芯片叠堆形式安装在壳体中并且进行电接触。
【附图说明】
[0014]如以上已讨论的,存在有利地构型和扩展本发明的教导的多种不同的可能性。对此一方面参考从属于独立权利要求的权利要求及另一方面参考以下借助附图对本发明的多个实施例的描述。
[0015]图1示出根据本发明的第一部件100的示意性剖视图,所述第一部件具有一个麦克风构件10、一个介质传感器元件30及两个ASIC构件41、42 ;
[0016]图2示出根据本发明的第二部件200的示意性剖视图,所述第二部件具有一个麦克风构件10、一个介质传感器元件30和仅仅一个ASIC构件40 ;
[0017]图3示出根据本发明的第三部件300的示意性剖视图,所述第三部件具有一个麦克风构件10、一个气体传感器元件33、一个作为加热装置的UV 二极管或IR加热器50以及两个ASIC构件41、42。
【具体实施方式】
[0018]图1中所示的第一部件100包括设置在壳体20内的四个构件部分10、30、41及42:一个MEMS麦克风构件10,另一 MEMS传感器元件——以下称为介质传感器元件30,因为其传感器功能需要介质加载一一以及两个ASIC构件41、42。
[0019]MEMS麦克风构件10包括具有声学激活的膜片13和透声的、固定的对应元件14的麦克风结构11。此外,在麦克风结构11中构造有至少一个泄漏路径15——这里以一箭头15形式示出,通过所述至少一个泄漏路径实现麦克风结构11的两侧之间的缓慢的压力均衡。麦克风结构11构造在构件的前侧中并且横跨构件背侧中的空穴12。
[0020]介质传感器元件30可涉及压力传感器元件或湿度传感器元件或气体传感器元件。无论如何,在这里所示的介质传感器元件30的前侧中构造有膜片31,所述膜片横跨构件结构中的封闭的空腔32。
[0021]MEMS麦克风构件10以及介质传感器元件30分别分配有用于处理麦克风信号或传感器信号的ASIC构件41或42。
[0022]在此,部件壳体20由底部衬底21、环形衬底22以及盖衬底23组成,它们相互压力密封地连接。所有三个衬底21、22以及23以有利的方式涉及热固性塑料衬底,如印刷电路板(PCB-Printed Circuit Boards),它们配备有电焊盘结构(Pad-Struktur)、印制导线以及覆镀通孔(Durchkontakt),从而盖衬底23以及环形衬底22也电连接到键合衬底21上。此外,在底部衬底21中应设有用于部件100的外部电接触的覆镀通孔,因为部件100通过底部衬底21的背侧上的焊区101安装在应用电路板上。
[0023]在壳体20的盖衬底23中构造有声孔24。MEMS麦克风构件10压力密封地安装在所述声孔24之上。在这里所示的实施例中MEMS麦克风构件10以构件背侧设置在盖衬底23的内侧上,从而声孔24在麦克风结构11的下面通到背侧的空穴12中。因此,在这里通过背侧的空穴12以声压加载麦克风结构11并且壳体20的整个内部空间25形成用于麦克风结构11的背侧容积。通过麦克风结构11中的泄漏路径15进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换。
[0024]同样在盖衬底23的内侧,在MEMS麦克风构件10的旁边安装了所分配的ASIC构件41。所述ASIC构件41的激活的前侧指向壳体的内部空间25并且通过引线键合61、62一方面与MEMS麦克风构件10连接以及另一方面连接到盖衬底23的这里未详细示出的印制导线上。所述芯片至芯片的引线键合连接61的漏电流特别小。因此,构件10和41的电接触与在盖衬底23上的机械固定无关。为此,构件10、41可以粘接或焊接到衬底23上。
[0025]这也适合于介质传感器元件30,所述介质传感器元件相对麦克风构件10横向错开地在ASIC构件41的对面设置在底部衬底21上并且通过引线键合63连接到底部衬底21的这里未详细示出的印制导线上。分配给介质传感器元件30的ASIC构件42定位在介质传感器元件30的旁边以及MEMS麦克风构件10的对面。与介质传感器元件30不同,所述ASIC构件42面向下地、即以激活的前侧朝着底部衬底21地安装在底部衬底21上,更确切地说借助焊球64、焊料凸块、钉头凸块或铜柱,通过它们也建立至底部衬底21的印制导线的电连接。此类安装以及电接触特别节省空间。如此获得的空间或对部件高度或壳体高度的减小有益或能够实现具有更好性能的较厚
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