专利名称：一体化的声学喇叭和引线框的制作方法
一体化的声学喇叭和引线框
背景技术：
结合在各种电子装置中的换能器包括用于将电信号转换为声学信号(例如，声 波)并/或将声学信号转换为电信号的半导体集成电路。这样的转换可用在许多应用中， 例如信号滤波、信号隔离、传感、机械致动等。具体而言，为了产生超声波的声学信号，换能器必须非常小。例如，微机电系统 (MEMS)换能器可以用作超声波换能器。但是，由于其尺寸较小，MEMS换能器具有较低的有 效输出功率、较弱的敏感度和/或较宽(较不集中)的辐射模式。此外，这样的换能器可以 被包括在半导体封装中，其包括引线框以提供更容易的与其他电路的连接。
发明内容
在示例性的实施例中，一种装置，用于控制声学信号，并包括换能器管芯，其安装 至引线框并被配置为在电能和所述声学信号之间进行转换，所述换能器管芯具有换能器薄 膜。所述装置还包括喇叭，其与所述引线框一体化地连接，所述喇叭从所述引线框延伸并包 括与所述换能器薄膜相邻地不知的喉部和在所述喇叭的与所述喉部相反端处开口的嘴部。在另一示例性的实施例中，一种装置包括引线框、声学喇叭和换能器管芯。所述声 学喇叭包括与所述引线框一体化的基部和从所述引线框延伸的突伸部分，所述声学喇叭界 定了与喇叭喉部相应的第一开口以及与喇叭嘴部相应的第二开口。所述换能器管芯与所述 声学喇叭的所述第一开口相邻地位于所述引线框上，并被配置为在电能和声学信号之间进 行转换。所述声学喇叭调节所述声学信号的辐射模式。在另一示例性的实施例中，一种封装半导体装置包括界定了开口的引线框、转移 模制得到的声学喇叭、盖体和换能器管芯。转移模制得到的声学喇叭包括与所述引线框一 体化的基部以及从所述引线框延伸的突伸部分，所述声学喇叭的喉部与所述引线框的所述 开口基本对准。所述盖体连接至一体化的所述声学喇叭和所述引线框以形成腔体。所述换 能器管芯在所述引线框上位于所述腔体内，所述换能器管芯包括被配置为在电能与声学信 号之间进行转换的微机电系统换能器，所述微机电系统换能器具有薄膜和后刻蚀部分，所 述薄膜和所述后刻蚀部分与所述引线框的所述开口和所述声学喇叭的所述喉部基本对准。
根据以下详细说明，在结合附图进行阅读时，可以最佳地理解示例实施例。在此强 调的是，各种特征不一定按照比例绘制。实际上，为了清楚讨论，尺寸可以任意地放大和缩 小。在任何适用和切合实际的地方，相似的附图标记表示相似的元件。图1是图示根据示例性实施例的用于换能器的一体化的引线框和声学喇叭封装 结构的剖视图。图2A至2D是根据示例性实施例图示一体化的引线框和声学喇叭封装结构的立体 图。图3是根据示例性实施例图示用于制造一体化的引线框和声学喇叭封装的流程图。图4是根据示例性实施例图示一体化的引线框和声学喇叭封装在制造处理期间 的立体图。
具体实施例方式在以下详细说明中，出于解释而非限制的目的，阐述了揭示具体细节的示例性实 施例，以提供对本教导的完整理解。但是，对于已经从本公开受益的本领域的普通技术人员 清楚的是，偏离本文解释的具体细节仍可以落在所附权利要求的范围内。而且，将省略对公 知的设备和方法的描述，以避免阻碍对示例性实施例的描述。这样的方法和设备也显然落 在本教导的范围内。例如在各种乐器和听力辅助设备中结合有喇叭的情况所表明的，通常，喇叭可以 用于放大声学信号，使得其更响亮。喇叭也可以用于控制发声器的辐射模式，其通常称为声 波束成形或声波束成型，从而影响声学信号的散播。此外，喇叭可以提供阻抗匹配，使发声 器与声学信号传播所通过的介质更为适配。发声器可以包括例如超声波换能器和微机电 (MEMS)换能器。如下文将要讨论的，各种实施例利用转移模制工艺得到的引线框半导体封 装技术来提供一体化的喇叭和引线框，这保护了换能器(例如，MEMS微芯片)并还放大了 声学信号，控制了相关的辐射模式，并/或提供了阻抗匹配，以得到更有效的应用。图1是根据示例性实施例图示半导体引线框的剖视图，其包括用于声学换能器 (诸如超声波或MEMS换能器集成电路)的一体化的引线框和声学喇叭组件。如图1所示，引线框封装100包括一体化地安装至声学喇叭120的引线框110。声 学喇叭120包括抵靠引线框110的第一侧(底侧)115的基部122以及从基部122沿着在 与引线框110基本垂直方向上的中心轴线125延伸的突伸部分124。在示例性实施例中，声 学喇叭120由对引线框110进行转移模制工艺得到的塑料而形成。在所示实施例中，突伸部分1 具有大致双曲线或指数曲线的横截面形状，使得 声学喇叭120的内部尺寸从内侧开口或喉部126向外扩展至扩大的外侧开口或嘴部127。 例如，喉部1 可以是具有约2mm直径的圆形，嘴部127可以类似的是具有约8mm直径的圆 形。但是，如本领域的技术人员可以理解的是，声学喇叭120以及相应的喉部1 和嘴部 127的尺寸和形状、以及基部122和突伸部分124的各自构造可以不同，以提供针对特定情 况的独特优点或者满足各种应用的实际具体设计要求。例如，突伸部分124的横截面形状 可以是大致圆锥形的、管状的、矩形的或梯形的，而不会偏离本教导的范围。如上所述，引线框110—体化地安装至声学喇叭120。例如，在一实施例中，引线框 110包括一个或多个安装端口(如示例性的端口 118和119)，其与来自基部122的相邻表 面或顶表面的相应突起1 和1 对准，以联结在一起并将引线框110和声学喇叭120安 装为一体。例如如图4所示(下文讨论)，端口 118/119和相应的突起128/1 可以是大 体圆形形状，不过在不偏离本教导的范围的情况下也可以包括其他数量和形状的端口和突 起。此次，在各种实施例中，引线框110和声学喇叭120可以利用额外的或可选的手段(例 如粘接剂接合)而安装为一体。引线框封装100还包括安装至引线框110的第二侧(例如，顶侧)117的换能器管 芯140，以及可连接至引线框封装100和声学喇叭120的一体化组件的盖体或罩体150。例如，罩体150可以压配合于声学喇叭120的基部122的相应边缘。此外，例如环氧粘接剂可 以涂布至罩体150与基部122的相应边缘之间的缝隙，从而将罩体150以及引线框110和 声学喇叭120的一体化组件安装在一起并/或气密地密封。可以在不偏离本教导的范围的 情况下结合其他的安装和/或密封手段。罩体150也可以被形成为包括与引线框110的引 线相相应的槽(未示出)(在图1中仅示出了引线框110的端子引线111)，从而使得端子引 线能够从引线框封装100延伸出，以连接至例如外部电路。在一实施例中，罩体150界定了在罩体150的内表面153与引线框封装100的第 二侧117和/或声学喇叭120的基部122之间的腔体155。换能器管芯140可以在由罩体 150界定的腔体内利用诸如非导电环氧粘接剂之类的安装材料安装至引线框110。换能器 管芯140被配置为进行电能与声学信号(例如，超声波声学信号)之间的转换。在发送和 /或接收模式下，声学喇叭120提供了比换能器管芯140单独而言更好的阻抗匹配、声学放 大和/或辐射模式控制。例如，换能器管芯140通常具有相对较窄的波束角。声学喇叭120 的尺寸和形状能够将这些波束角控制为期望的模式和或波束形状。此外，声学喇叭120能 够改善换能器管芯140与传播介质(例如，空气)之间不适配的情况。在一实施例中，换能器管芯140包括具有悬架部分或薄膜141的声学换能器。薄 膜141通过半导体芯片的后刻蚀部分145以及开口 116暴露与外部，后刻蚀部分145和开 口 116与声学喇叭120的喉部1 基本对准。后刻蚀部分145可以通过机加工或通过利用 光刻技术化学刻蚀衬底而形成在衬底中，不过也可以结合各种可选的技术，衬底可以包括 各种类型的材料，例如玻璃、蓝宝石、氧化铝等，或者诸如硅、锗镓(GaAs)、磷化铟αηΡ)等 的任意半导体材料。在一实施例中，通过形成在引线框110的底部上，基于换能器管芯140 通过后刻蚀部分145和开口 116的反向安装，声学喇叭120提供了较低的声学损耗。如上所述，声学换能器可以是例如MEMS换能器，以用于将电子信号转换为声学信 号(例如，超声波信号)并/或用于将声学信号转换为电子信号。在一实施例中，声学换能 器可以是薄膜压电装置并可以包括底电极、压电膜和顶电极的层叠结构。压电膜可以由诸 如氮化铝、锆钛酸铅(PZT)之类的材料形成，或者由与半导体处理相适配的其他膜形成。在 另一实施例中，声学换能器可以包括压电晶体。底电极和顶电极可以由与半导体处理相适 配的金属形成，例如钼、钨、铝或其混合物。引线框110由导电材料形成，例如各种金属和金属合金，例如包括铜、镍、铝、黄 铜、铜/锌合金等，或其混合物。材料可以被刻蚀以形成本例的道题和端子引线111-114(例 如，如图2A所示)以及例如端口 116和118之类的其他特征。声学喇叭120由非导电材料 形成，例如各种塑料和聚合物，例如包括液晶聚合物(LCP)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚 丙烯(PP)、聚酞酸酯(PPA)等。声学喇叭120可以利用转移模制工艺或其他模制技术被模 制为例如图1所示的形状，以支持不同的环境和工作条件。在一实施例中，保护网或阻挡屏121覆盖声学喇叭120的嘴部127。阻挡屏121包 括开口的图案(未示出)以使声学信号在换能器管芯140的声学换能器与引线框封装100 的外部之间连通。例如，阻挡屏121的各个开口可以大致小于引线框110中开口 116的尺 寸。屏121可以包括声波透射的固体材料以允许声学信号离开和/或进入开口 116。在一实 施例中，屏121直接不知在突伸部分124的嘴部127中。可以在组装了引线框封装100(包 括罩体150的安装)之后，施加屏121。
图2A至2D是根据示例性实施例图示一体化的引线框和声学喇叭封装的立体图。具体而言，图2A是根据示例性实施例向由突伸部分IM的边缘所界定的声学喇叭 120的嘴部127内观察得到的引线框封装100的底侧立体图。如上所讨论的，在所示实施例 中，突伸部分1 具有变宽的横截面形状，该形状可以包括例如大致圆锥形、指数曲线形、 双曲线形，并且具有圆形的嘴部127和较小的圆形的喉部126，喉部1 被示出为在较宽的 嘴部127内对称对中。声学喇叭120的基部122的角部被示出位于突伸部分124下方，其中基部122在 形状方面是大致方形的。罩体150的底边缘(在所安装的位置)被示出为围绕基部122的 外周。引线框110的端子引线111-114从声学喇叭120和罩体150延伸。但是，如本领域 的技术人员可以理解的是，突伸部分124、基部122和罩体150的尺寸和形状可以改变以提 供对于任意特定情况的独特优点或者满足各种应用的实际具体设计要求。图2B是根据示例性实施例沿着图2A的线b_b’所取的引线框封装100的侧视立 体图。图2B示出了对中于轴线125并从罩体150延伸的突伸部分124。从该立体图，引线 框封装100的仅端子引线114可见。图2C是根据示例实施例的引线框封装100的另一侧 视立体图。图2C也示出了对中于轴线125并从罩体150延伸的突伸部分124。从该立体 图，引线框110的端子引线111-114的外端可见，这些端子引线穿过罩体150的预先形成的 槽。图2D是根据示例实施例的引线框封装100的顶侧立体图。图2D示出了罩体150 的顶部，罩体150处于其与引线框110和声学喇叭120的一体化组件安装的安装位置，形成 了用于容纳换能器管芯140(图2D中未示出)的腔体。根据该立体图，引线框110的端子 引线111-114通过相应的预先形成的槽从罩体150延伸出。图3是根据示例性实施例图示用于制造一体化的引线和声学喇叭封装的流程图。 所示实施例结合有卷筒至卷筒(reel-to-reel)处理作为示例，其中根据各种处理步骤制 造引线框封装的串列，并接着将其分离为个体封装单元。但是，应该理解，可以在不偏离本 教导的范围的情况下结合其他类型的制造处理。例如，图4是根据示例实施例图示一体化的引线框和声学喇叭封装在卷筒至卷筒 制造处理期间的顶侧立体图，其中引线框封装的串列(例如，哥哥引线框封装IOOa和100b) 仍然连接至卷对卷的引线框排列轨道180和190。引线框封装IOOa和IOOb处于不同的制 造阶段，其中引线框IOOa被示出为在罩体150的安装之前，而引线框封装IOOb被示出为在 罩体150的安装之后。引线框材料(下文讨论)包括引线框排列轨道180和190，引线框 排列轨道180和190分别具有示例性的导引孔181和191。导引孔181和191以及其他均 勻间隔的导引孔与旋转的卷筒配合，以在卷筒至卷筒处理过程中系统地使引线框排列轨道 180和190沿着由箭头D表示的方向前进。因此，如以下参照图3讨论的，随着引线框排列 轨道180和190的前进，引线框封装IlOa和IlOb中的每个在相继的处理步骤中得到制造。参照图3，在步骤框310，首先刻蚀引线框以提供期望的导体图案、端子引线和其 他特征。刻蚀可以包括例如利用光刻技术的化学刻蚀，不过也可以结合各种可选的技术。参 照图4，在刻蚀期间形成端子引线111-114以及所示的导体图案和端口 118/119。此外，在 刻蚀处理期间在换能器管芯140将要接合至引线框110的位置附近形成开口 116(图4中 未示出)。在步骤框312，例如利用优化的镀覆材料(例如镍和/或金)对经刻蚀的引线框进行镀覆以用于导线接合，来允许金或铝导线接合安装。导线接合提供了从MEMS到引线框 封装的互连。在步骤框314，对经镀覆的引线框进行模制操作。模制操作包括将经镀覆的引线框 110放置在被预先形成为界定声学喇叭120(包括基部122和突伸部分124)的形状的转移 模具中。接着，对例如LCP、PBT、PP或PPA的聚合物进行例如转移模制以封装经镀覆的引线 框110并同时形成声学喇叭120。聚合物通常在室温下是固体，并在转移至模具之前熔化。 声学喇叭120的形状由经机加工的转移模具的形状界定。在转移模具内(在熔化之后)经 冷却的模制塑料将得到喇叭形状。因此，在模制操作期间，例如如图1所示的塑料声学喇叭 120被一体地形成为围绕引线框110。参照图4，声学喇叭120的基部122的顶表面可见，而 突伸部分124(未示出)从基部122的底侧突伸。突起1 和1 穿过相应的端口 118和 119，这使得声学喇叭120与引线框110对准并物理地安装在一起。在步骤框316，将换能器管芯140安装至引线框110，例如，安装至预先形成的管芯 垫盘(未示出)上。其他部件也可以在步骤框316安装至引线框110。换能器管芯140可 以利用各种技术(例如粘接剂接合、焊接、超声波焊接等)进行安装。在步骤框318执行导 线接合，其中将示例性的接合导线141和144连接在换能器管芯140上的垫盘(未示出) 与引线框110的导体图案(例如分别连接至引线端子111和114)之间。换能器管芯140 上的垫盘可以是例如与换能器管芯140的声学换能器的顶电极连接的顶垫盘。在一实施例 中，如以上参照图1所讨论的，包括后刻蚀部分145在内，换能器管芯140被预先制造以用 于安装至引线框110。在步骤框320，将罩体150安装至引线框110和声学喇叭120。例如使用与如上参 照步骤框314所述的声学喇叭120的转移模制工艺相似的模制工艺来预先形成罩体150。 如图4所示，对于引线框封装100b，罩体150装配在引线框110和声学喇叭120以上，形成 包含换能器管芯140的封装。端子引线111-114从封装延伸出以能够与外部电路进行电接 触。在一实施例中，罩体150通过例如压配合而机械地安装至声学喇叭120的基部122。可 选地或附加地，罩体150可以例如利用环氧粘接剂安装至基部122，从而产生气密密封的环 境。当然，可以在不偏离本教导范围的情况下接合其他安装手段，例如焊接、夹持等。在步骤框322，切断(并修剪)端子引线111-114，从引线框排列轨道180和190 取出相应的引线框封装(例如，引线框封装IOOa和100b)。分离的引线框封装可以接着经 历后制造处理，例如质量、电学和声学测试以及为出厂而进行包装。因此，各种实施例提供了封装的换能器管芯(例如MEMS换能器)以及一体化的声 学喇叭的组装引线框封装。如本领域的技术人员将理解的，声学喇叭可以具有各种形状中 的任一种，以根据各种应用的实际具体设计要求来用于放大声学信号、使声学信号的声学 波束成形/成型、并/或提供阻抗匹配。仅作为解释和示例而非限制的意味包括了各种部件、材料、结构和参数。考虑到本 公开，在所附权利要求的范围内，本领域的技术人员可以在对他们自身的实践和为实施这 些实践所需的部件、材料、结构和设备进行判断的情况下实施本教导。
权利要求
1.一种装置，用于控制声学信号，所述装置包括换能器管芯，其安装至引线框并被配置为在电能和所述声学信号之间进行转换，所述 换能器管芯包括换能器薄膜；以及喇叭，其与所述引线框一体化地连接，所述喇叭从所述引线框延伸并包括与所述换能 器薄膜相邻地不知的喉部和在所述喇叭的与所述喉部相反端处开口的嘴部。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述换能器管芯包括微机电系统(MEMS)换能器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述换能器管芯被安装至所述引线框的顶表面， 并且所述喇叭从所述引线框的底表面延伸，所述引线框界定了位于所述换能器薄膜与所述 喇叭的所述喉部之间的开口。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括盖体，所述盖体连接至所述引线框的所述顶表面，所述盖体和所述喇叭的基部界定了 腔体，其中所述换能器管芯位于所述腔体内。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述腔体被气密地密封。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述喇叭包括塑料，所述塑料是通过所述引线框 的一部分进行转移模制得到的，并从所述引线框延伸至所述喇叭的嘴部。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述喇叭的横截面的一部分具有变宽的形状。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，经模制得到的所述塑料包括液晶聚合物、聚对苯 二甲酸丁二酯、聚丙烯、聚酞酸酯中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述引线框界定了至少一个端口，经转移模制的 所述塑料延伸穿过所述端口，将所述弓I线框和所述喇叭联结在一起。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述换能器管芯包括经由至少一个相应的接合 导线连接至引线框的至少一个接触垫盘。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括屏，其覆盖所述喇叭的所述嘴部并被配置为保护所述换能器管芯避开碎屑、污染和水 分中的至少一者。
12.一种装置，包括引线框；声学喇叭，其包括与所述引线框一体化的基部和从所述引线框延伸的突伸部分，所述 声学喇叭界定了与喇叭喉部相应的第一开口以及与喇叭嘴部相应的第二开口；以及换能器管芯，其与所述声学喇叭的所述第一开口相邻地位于所述引线框上，并被配置 为在电能和声学信号之间进行转换，其中，所述声学喇叭调节所述声学信号的辐射模式。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述换能器管芯包括微机电系统(MEMQ换能ο
14.根据权利要求12所述的装置，还包括盖体，所述盖体连接至所述引线框的所述顶表面，并在所述盖体的内表面和所述喇叭 的基部之间界定了腔体，所述换能器管芯位于所述腔体内。
15.根据权利要求14所述的装置，所述第一开口具有比所述第二开口小的直径。
16.根据权利要求14所述的装置，还包括屏，其覆盖所述声学喇叭的所述嘴部并被配置为保护所述换能器管芯避开碎屑、污染和水分中的至少一者。
17.一种封装半导体装置，包括引线框，其界定了开口 ；转移模制得到的声学喇叭，其包括与所述引线框一体化的基部以及从所述引线框延伸 的突伸部分，所述声学喇叭的喉部与所述引线框的所述开口基本对准；盖体，其连接至一体化的所述声学喇叭和所述引线框以形成腔体；以及换能器管芯，其在所述引线框上位于所述腔体内，所述换能器管芯包括被配置为在电 能与声学信号之间进行转换的微机电系统换能器，所述微机电系统换能器具有薄膜和后刻 蚀部分，所述薄膜和所述后刻蚀部分与所述引线框的所述开口和所述声学喇叭的所述喉部 基本对准。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述声学喇叭调节所述声学信号的辐射模式。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述声学喇叭提供对于所述声学信号的阻抗 匹配。
20.根据权利要求17所述的装置，还包括屏，其覆盖与所述声学喇叭的所述喉部相反侧的所述声学喇叭的嘴部，所述屏保护所 述换能器管芯避开碎屑、污染和水分中的至少一者。
全文摘要
本发明涉及一种一体化的声学喇叭和引线框。揭示了一种装置，用于控制声学信号，并包括换能器管芯和喇叭。换能器管芯安装至引线框并被配置为在电能和所述声学信号之间进行转换，换能器管芯具有换能器薄膜。喇叭与引线框一体化地连接，喇叭从引线框延伸并包括与换能器薄膜相邻地布置的喉部和在喇叭的与喉部相反端处开口的嘴部。
文档编号H04R1/10GK102056045SQ20101028721
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月16日 优先权日2009年10月30日
发明者蒂莫西·勒克莱尔, 阿图尔·戈尔 申请人:安华高科技无线Ip(新加坡)私人有限公司