专利名称：麦克风封装及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种麦克风封装以及ー种用于制造所述麦克风封装的方法。在这里提到的麦克风封装包括至少ー个具有麦克风膜片的MEMS麦克风组件和ー个具有壳体底、壳体盖和壳体盖中的声孔的壳体。所述麦克风组件安装在壳体底上，并且壳体盖与壳体底压力密封地(druckdicht)连接。
背景技术：
MEMS组件的封装具有多种不同的功能。所述封装保护组件免受机械的和化学的环境影响。此外，封装或壳体的类型确定如何在使用地点安装和接通组件。在此，用于 SMT(surface mounting technology 表面安装技术)安装的壳体是特别重要的。在MEMS 麦克风组件的情况中壳体还承担一部分麦克风功能，因为不仅声学连接而且麦克风膜片的背侧容积都由壳体的构型决定性地确定。由此，壳体对MEMS麦克风的传递特性具有重要影响。在US 7，166，910B2中描述了ー种开始部分所述类型的麦克风封装。所述麦克风封装包括具有麦克风膜片的MEMS麦克风组件，所述麦克风膜片构造在组件上侧中并且覆盖(Ubersparmen)组件背侧中的空腔。麦克风组件的壳体由壳体底和壳体盖組成，所述壳体底具有凹槽，声孔位于所述壳体盖中。壳体底和壳体盖压カ密封地彼此连接。麦克风组件在此压カ密封地安装在壳体底中的凹槽上，使得麦克风膜片覆盖所述凹槽。因此，在所述已知的麦克风封装中，用于麦克风膜片的背侧容积仅仅通过壳体底中的凹槽的大小确定， 而壳体盖与壳体底之间的整个空间用作声路径(Schal 1-zufUhrung)。所述结构要求使用相对较厚的壳体底及其结构化。此外，必须将麦克风组件压カ 密封地安装在壳体底上，这在总体上是相对耗费并且成本较高的。此外，已知的麦克风封装的微型化可能性非常受限制，因为仅仅构造在壳体底内的背侧容积必须具有ー个最小大小，以便满足某些声学要求。
发明内容
本发明建议了ー些措施，这些措施可以成本有利地实现在这里提到的类型的麦克风封装，其中，在高微型化程度下也实现非常良好的麦克风性能。根据本发明，这通过如下方式实现壳体盖在声孔的边缘区域中与麦克风组件压力密封地连接，使得麦克风膜片的ー侧与声孔连接，而麦克风膜片的另ー侧的背侧容积通过壳体相对于声压封闭。根据本发明的麦克风封装的构造是特別简单的，因为所述结构既不要求壳体底的结构化也不要求麦克风组件在壳体底上的压カ密封的安装。此外，即使在结构非常小的情况下也可以实现比US 7，166,910B2中公开的构造大得多的背侧容积，因为根据本发明壳体底与壳体盖之间的整个空间用作背侧容积。特別有利的是，根据本发明的结构可以借助标准组件和AVT (结构和连接技术)标准方法来实现。
原则上，存在用于实现根据本发明的麦克风封装的不同可行方案，这不仅涉及壳体组件的材料和壳体盖与壳体底之间以及壳体盖与麦克风组件之间的连接的类型，而且涉及麦克风组件在壳体底上的安装的类型。在每种情形中，根据本发明的结构要求壳体盖的形状和高度非常精确地与麦克风组件的高度协调一致，因为壳体盖不仅与壳体底而且与安装在壳体底上的麦克风组件压カ 密封地连接。在此证实有利的是，对于壳体盖与麦克风组件之间的连接使用在硬化之前可压缩的连接材料。由此，即使在麦克风封装的各个组成部分具有制造公差的情况下也可以非常简单但有效地确保连接的密封性。特別有利的是，使用FOW(film over wire 胶膜包线)粘接薄膜用于壳体盖与麦克风组件之间的连接。一方面，所述连接材料是可压縮的并且具有相对较短的硬化时间。另一方面，所述连接材料可以非常简单地、有针对性地施加到麦克风组件的背向壳体底的表面的各个区域上——如对于麦克风封装的结构所需的那样。为此，在麦克风组件的制造过程范畴中将粘接薄膜有利地施加到相应的晶片表面上并且对其进行结构化，更确切地说， 在分离之前以及在各个麦克风组件安装在壳体底部上之前。根据本发明的麦克风封装特別适于其麦克风膜片构造在组件前侧中并且覆盖组件背侧中的空腔的麦克风组件的封装，因为根据本发明的麦克风封装的声孔直接与麦克风组件连接并且所述壳体用作麦克风膜片的背侧容积。在第一结构变型方案中，通过倒装芯片技术例如借助于焊料凸点(L0tbumps)将麦克风组件面向下地(face down)安装在壳体底上，所述麦克风组件也可以通过所述焊料凸点电连接。在此要注意的是，麦克风膜片至少在以下程度上与壳体底间隔开由此不阻碍麦克风膜片的取决于声音的偏移。壳体盖中的声孔在所述变型方案中设置成与麦克风组件的背侧中的空腔对齐，而壳体盖还与麦克风组件的背侧压カ密封地连接。替代地，也可以将麦克风组件面向上地安装在壳体底上。在所述情形中须注意，麦克风膜片下方的空腔不是封闭的，而是与壳体底与壳体盖之间的空间连接。在所述变型方案中，壳体盖中的声孔设置在麦克风膜片的上方。壳体盖至少在声孔的边缘区域中与组件前侧压カ密封地连接。以上所述的两个结构变型也适于批量地制造，这在以下根据附图详细地进行说明。
如已经在前面讨论的那样，存在以有利的方式构型和扩展本发明教导的不同可能性。为此，一方面參照与独立权利要求1并列的权利要求而另一方面參照以下借助附图的多个实施例描述。图la，Ib示出在固定壳体盖之前和之后根据本发明的第一麦克风封装的结构剖面图，图2a，2b示出在固定壳体盖之前和之后根据本发明的第二麦克风封装的结构剖面图，图3a_c示出在批量制造期间第三麦克风封装的结构剖面图。
具体实施例方式在图Ia和Ib中示出了具有MEMS麦克风组件1的麦克风封装10的结构，在所述 MEMS麦克风组件的上侧中构造有膜片11，所述膜片具有用于信号检测的电路元件12。麦克风膜片11覆盖组件背侧中的空腔13。麦克风组件1以倒装芯片技术安装在平的支承件 21上，所述支承件用作壳体底。在此例如可以是有机的电路板衬底，借助所述电路板衬底可以实现重新布线(Umverdrahtimg)并且在其下侧上构造有用作用于SMT安装的接ロ的接触面。在此示出的实施例中，麦克风组件1借助于焊料凸点14固定在壳体底上并且同时电接通。可以在分离麦克风组件之前、即在晶片层面上已经将所述焊料凸点14施加到组件上侧上。此外，在壳体底21上已经产生用于安装壳体盖22的粘接面。为此盖粘接剂16例如借助于丝网印刷有针对性地施加到壳体底的边缘区域上。替代地或补充地，也可以将盖粘接剂施加到壳体盖22的相应的连接区域上。根据本发明，麦克风组件1的背向壳体底21的表面设有可压缩的连接材料，借助于所述连接材料应当使声路径3相对于麦克风膜片11的背侧容积2密封。在此示出的实施例中涉及结构化的FOW薄膜15，所述FOW薄膜可以同样有利地在晶片层面上已经被施加到组件背侧上并且被结构化。在此应注意，其他在硬化前可压缩的粘接剂也可以用作连接材料，例如触变的硅酮粘接剂，可以通过点胶(Dispensen)将所述硅酮粘接剂有针对性地施加到相应的组件表面上。替代地或补充地，也可以在壳体盖与麦克风组件的朝向壳体盖的表面之间设置密封环。在图Ia中示出了安放壳体盖22之后的以上所述的结构。在壳体盖中构造有声孔 23，所述声孔定位在麦克风组件1的背侧空腔13的上方。图Ia清楚地示出，壳体盖22的尺寸和尤其是其高度与麦克风组件1的厚度相匹配，但是壳体盖22仅仅在FOW粘接薄膜 15压缩的情况下才可以与壳体底21连接。由此，一方面实现了在壳体盖22与麦克风组件 1之间的连接方面非常良好的密封效果而另一方面可以简单地补偿涉及麦克风组件1的厚度和壳体盖22的高度的制造公差。为了制成麦克风封装10，将壳体盖22压到壳体底21上，如在图Ib中示出的那样。 在此，FOW粘接薄膜15被压縮。此外，所述结构经受更高的温度，在所述温度下不仅压缩的 FOW粘接薄膜15而且盖粘接剂16硬化。通常，盖粘接剂16具有比FOW粘接薄膜15更长的硬化时间，这有利于壳体盖22与麦克风组件1之间的连接的密封性。結果，麦克风封装10的壳体盖22在声孔23的边缘区域中与麦克风组件1的背侧压カ密封地连接，使得麦克风膜片11下方的空腔13与声孔23连接并且形成声路径3，而麦克风膜片11的另ー侧的背侧容积2通过壳体21、22相对于声压封闭。在图加和2b中示出了根据本发明的结构的第二变型方案20。麦克风封装20包括麦克风组件1，在所述麦克风组件的上侧中构造有膜片11，所述膜片具有用于信号检测的电路元件12。空腔13位于麦克风膜片11的下方，所述空腔向着组件背侧敞开。与图la、 Ib的麦克风封装10不同，麦克风组件1在此面向上地、即以组件背侧安装在壳体底21上。 为此，组件背面的四个侧向边缘中的仅仅三个粘接在壳体底21上，使得空腔13在麦克风膜片11下方至少在ー侧是敞开的。在一个分开的安装步骤中进行并且借助于标准键合线M实现麦克风组件1的电接通。因此，在此不将可压缩的连接材料施加到组件表面上，而是施加到壳体盖22的朝向麦克风组件1的内面上，借助于所述连接材料应当使声路径3相对于麦克风膜片11的背侧容积2密封。如同在麦克风封装10的情况中那样，在此也使用结构化的FOW粘接薄膜25 作为壳体盖22与麦克风组件1之间的可压缩的连接材料。为了将壳体盖22安装在壳体底21上，在此也将盖粘接剂16施加到壳体底部21 的边缘区域上。在图加中示出了在安放设有结构化的FOW薄膜25的壳体盖22之前的以上所述的结构，其中，壳体盖22中的声孔23定位在麦克风膜片11的上方。在此也如此选择壳体盖22的高度，使得壳体盖22仅仅在FOW粘接薄膜25压缩的情况下才可以与壳体底21连接。如同在麦克风封装10的情形中那样进行麦克风封装20的制造。为此将壳体盖22 压到壳体底部21上并且同时使其经受更高的温度。在此，FOW粘接薄膜25首先变成低粘度的，使得所述FOW粘接薄膜包围键合线M而不损坏键合线M。最后，不仅压縮的FOW粘接薄膜25而且盖粘接剂16在所述温度处理时硬化，这在图2b中示出。因此，麦克风封装20的壳体盖22在声孔23的边缘区域中与麦克风膜片11的边缘区域压カ密封地连接，使得麦克风膜片11的上侧与声孔23连接，而麦克风膜片11下方的空腔13与壳体21、22内的空间2连接并且通过壳体21、22相对于声压封闭。当例如在支承件上预制壳体底的整个阵列吋，以上所述的麦克风封装也适于批量制造，所述阵列在分离之前装配多个麦克风组件。也可以以阵列的形式连续地制造壳体盖并且将其安装到经装配的壳体底的相应阵列上。以下结合图3a至3c说明ー个特别有利的制造变型方案。图3a示出平的第一支承件31，在所述支承件上预制了多个用于在这里提到的类型的麦克风封装的壳体底。所述支承件31已经装配了 MEMS麦克风芯片1。麦克风芯片1 在此面向上地安装在支承件表面上并且借助于键合线M接通。在各个壳体底的边缘区域中，在支承件31的表面上施加了预模制块(Premoldmasse) 36作为壳体底与壳体盖之间的连接材料。所述预模制块36还构成麦克风封装的各个壳体的侧壁。在如此装配和预制的支承件31的上方示出了平的第二支承件32，在所述第二支承件中设有多个具有声孔23的壳体盖。在壳体盖支承件32的下侧上层压FOW材料25。所述操作方式是特别有利的，因为 FOff材料25在此可以与壳体盖支承件一起进行结构化。图北示出了装配了麦克风芯片1和键合线M并且预制有预模制块36的壳体底支承件31，随后层压了设有FOW膜片25的和经结构化的壳体盖支承件32。在热处理过程中，在层压吋，键合线M嵌埋到FOW材料25中。此外，壳体盖支承件32在此与麦克风芯片 1和预模制侧壁36压カ密封地连接，使得声路径3相对于每个麦克风芯片1的背侧容积2 密封。在此之后才例如通过锯切来分离麦克风封装30，这在图3c中示出。
权利要求
1.麦克风封装(10)，所述麦克风封装至少包括MEMS麦克风组件(1)，所述MEMS麦克风组件具有麦克风膜片(11)； 壳体，所述壳体具有壳体底(21)、壳体盖0 和所述壳体盖0 中的声孔03)； 其中，所述麦克风组件(1)安装在所述壳体底01)上并且所述壳体盖0 与所述壳体底01)压カ密封地连接；其特征在干，所述壳体盖0 在所述声孔的边缘区域中与所述麦克风组件(1) 压カ密封地连接，使得所述麦克风膜片(11)的一侧与所述声孔连接，而所述麦克风膜片(11)的另ー侧的背侧容积(2)通过所述壳体(21，22)相对于声压是封闭的。
2.根据权利要求1所述的麦克风封装(10)，其特征在干，所述壳体盖02)与所述麦克风组件(1)之间的连接是借助于在硬化之前可压缩的的连接材料(1 建立的。
3.根据权利要求2所述的麦克风封装(10)，其特征在干，所述壳体盖02)与所述麦克风组件(1)之间的连接是借助于FOW粘接薄膜(1 建立的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的麦克风封装(10)，其特征在干，所述麦克风膜片(11)构造在组件前侧中并且覆盖组件背面中的空腔(13)，所述麦克风组件(1)面向下地通过倒装芯片技术安装在所述壳体底01)上，所述壳体盖0 中的声孔设置成与所述麦克风组件(1)的背侧中的所述空腔(13)对齐，并且所述壳体盖02)至少在所述声孔 (23)的边缘区域中与所述麦克风组件(1)的背侧压カ密封地连接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的麦克风封装(10)，其特征在干，所述麦克风膜片(11)构造在组件前侧中并且覆盖组件背侧中的空腔(13)，所述麦克风组件(1)面向上地安装在所述壳体底01)上，使得所述麦克风膜片(11)下方的所述空腔(13)不是封闭的， 所述壳体盖0 中的声孔设置在所述麦克风膜片(11)的上方，并且所述壳体盖02) 至少在所述声孔的边缘区域中与所述膜片(11)的边缘区域压カ密封地连接。
6.用于制造根据权利要求1至5中任一项所述的麦克风封装的方法， 其中，提供作为壳体底的支承件和具有声孔的壳体盖，其中，将用于固定和密封壳体盖的第一连接材料施加到所述壳体底上， 其中，将具有麦克风膜片的MEMS麦克风组件安装在所述壳体底上， 其中，为了所述麦克风组件的背向所述壳体底的表面与所述壳体盖之间的连接，使用在硬化之前可压缩的第二连接材料，其中，将具有所述声孔的所述壳体盖定位在所述麦克风膜片的上方并且压到所述第一连接材料上，其中，所述第二连接材料被压縮，以及其中，对所述结构进行热处理，其中，至少所述第二连接材料硬化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在干，使用FOW薄膜作为第二连接材料，将所述 FOff薄膜施加到所述麦克风组件的表面上以及使所述FOW薄膜在所述麦克风膜片的区域中敞开。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在干，使用FOW薄膜作为第二连接材料，将所述 FOW薄膜施加到所述壳体盖的内面上以及使所述FOW薄膜在所述麦克风膜片的区域中敞开。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在干，将预模制块施加到所述壳体底上作为第 ー连接材料，所述壳体的侧壁由所述预模制块构成，并且使用平的第二支承件作为壳体盖。
全文摘要
本发明提出了一些能够成本有利地实现麦克风封装的措施，其中在高微型化程度下实现非常好的麦克风性能。这样的麦克风封装(10)包括具有麦克风膜片(11)的MEMS麦克风组件(1)和具有壳体底(21)、壳体盖(22)和壳体盖(22)中的声孔(23)的壳体。麦克风组件(1)安装在壳体底(21)上而壳体盖(22)与壳体底(21)压力密封地连接。根据本发明，壳体盖(22)在声孔(23)的边缘区域中还与麦克风组件(1)压力密封地连接，使得麦克风膜片(11)的一侧与声孔(23)连接，而麦克风膜片(11)的另一侧的背侧容积(2)通过所述壳体(21，22)相对于声压是封闭的。
文档编号H04R31/00GK102572666SQ20111041586
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者E·奥克斯, M·克瑙斯, U·汉森 申请人:罗伯特·博世有限公司