具有出气口的mems麦克风及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有出气口的MEMS麦克风及其制造方法。声学设备包括：基板、微机电系统MEMS管芯和集成电路。基板包括贯穿的永久开口。微机电系统MEMS管芯布置在永久开口上方并且MEMS管芯包括由声音能量移动的无穿孔隔膜。第一临时开口贯穿基板。集成电路布置在基板上并包括第二开口。第一临时开口和所述第二开口大致对齐。盖体与基板耦接，并封闭MEMS管芯和集成电路。所述盖体和基板构成后腔，隔膜将后腔与前腔分离。在第一时间点，不限制第一临时开口以允许后腔中存在的气体通过临时开口排出至外部，并且无穿孔隔膜阻止气流通过。之后，在第二时间点，所述第一临时开口被基本上填充并且封闭，之后，声学装置变为可操作。
【专利说明】具有出气口的MEMS麦克风及其制造方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利要求2013年4月24日提交的申请号为No. 61/815419、题目为"具有出气 口的 MEMS 麦克风及其制造方法（A MEMS Microphone with Out-gassing Openings and Method ofManufacturing the Same)"的美国临时申请的优先权，其内容通过引用全部并入 本文。
【技术领域】
[0003] 本申请涉及一种微机电系统（MEMS)装置，更具体地是涉及避免对装置的损坏。
【背景技术】
[0004] 已知微机电（MEMS)麦克风。通常讲，在这些装置中，MEMS装置或者管芯（包括隔 膜和背板）布置在基板（例如，印刷电路板（PCB)上。盖子（或者其他类型的盖体）附在 基板上以封闭MEMS装置以及集成电路。端口被布置为贯穿所述盖子（以构成顶端口装置） 或者贯穿基板（以构成底端口装置）。声音进入所述端口，移动隔膜，产生（代表声音能量 的）电能，并且该能量进一步被其他装置处理或者使用。
[0005] 在制造过程中，在组件内会产生气体。目前的底端口麦克风需要穿通的隔膜来释 放麦克风组件内部产生的气体。在穿通的隔膜方案中，在隔膜中保持小的开口以释放这些 产生的气体。如果不释放这些气体，盖子会弯曲或者变形，内部组件可能会被损坏，或者发 生上述两种情况。由于组件内部气体产生有时出现的另一问题是将盖体与基板牢固固定的 声学密封可能由此而达不到要求。这会产生泄漏问题并且反过来影响麦克风的性能。
[0006] 虽然现有的穿通的隔膜的方案减少了对组件的损坏，但是也引入了声音噪声。穿 通的隔膜还可能使碎片进入组件，残留在隔膜和背板之间。这些问题使得现有的方法是不 满意的。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 为了更全面地理解本公开，应该参考下面的【具体实施方式】以及附图，其中
[0008] 图1是根据本发明的各实施例的具有延伸穿过集成电路的开口的麦克风组件的 透视图；
[0009] 图2是根据本发明的各实施例的图1的麦克风组件的沿线A-A的侧视剖面图； [0010] 图3是根据本发明的各实施例的具有没有延伸穿过集成电路的开口的麦克风组 件的透视图；
[0011] 图4是根据本发明的各实施例的图3的麦克风组件的沿线B-B的侧视剖面图；
[0012] 图5是根据本发明的各实施例的一种用于制造 MEMS装置以及提供出气口的方法 的流程图。
[0013] 本领域技术人员应该明白附图中示出的元件是为了简化和清晰。还将明白的是 虽然以特定的出现顺序描述或描写了某些动作和/或步骤，但是本领域普通技术人员明白 这种关于顺序的描述在实际中不是必需的。还应该明白，本文所用的术语和表达具有与这 些术语和表达各自相关的探索和研究领域一致的通常含义，除非本文中指出其具有特定含 义。
【具体实施方式】
[0014] 提供了一种提供MEMS麦克风组件的出气口的方法。这种功能不是通过隔膜中的 任何开口实现的，而是通过基板中的其他临时孔或开口实现的。本方法改进了 MEMS麦克风 的信噪比（SNR)，改进了 MEMS麦克风的耐久性，并降低了用于构造组件的各种MEMS麦克风 部件的数量。
[0015] -种声学设备包括基板、微机电系统（MEMS)管芯、集成电路以及盖体。基板包括 贯穿其中的永久开口。MEMS管芯布置在永久开口上方，并且MEMS管芯包括利用声音能量移 动的无穿孔隔膜。集成电路布置在基板上，并与MEMS管芯电连接。
[0016] 第一临时开口贯穿基板，第二开口贯穿集成电路。所述第一临时开口大体上与第 二开口对齐。
[0017] 盖体与基板连接，并封闭MEMS管芯和集成电路，从而盖体和基板形成后腔，并且 从而隔膜将后腔与前腔分离。
[0018] 在第一时间点，第一临时开口和第二开口不受限制以允许后腔中存在的气体通过 第一临时开口和第二开口排出至外部。无穿孔隔膜阻止气体从其通过。随后，在第二时间 点，第一临时开口被基本上填充并关闭，之后，声学装置变为可操作。
[0019] 在某些方面，第一临时开口大于第二开口。在其它方面，第二开口在第二时间点之 后被至少部分地填充。在其它示例中，第一临时开口用环氧树脂封闭。
[0020] 提供了一种制造声学装置的方法。声学装置包括具有永久开口的基板和布置在永 久开口上方的微机电系统（MEMS)管芯。MEMS管芯包括由声音能量移动的无穿孔隔膜。装 置包括布置在基板上并与MEMS管芯电连接的集成电路。
[0021] 方法构造贯穿基板的第一临时开口。第二开口贯穿集成电路，并且第一临时开口 大致与第二开口对齐。
[0022] 盖体放置在基板上方，以封闭MEMS管芯和集成电路，从而，盖体和基板形成后腔， 并且隔膜将后腔与前腔分离。
[0023] 在第一时间点，允许后腔中存在的气体无限制地穿过第一临时开口和第二开口到 达外部。气流没有穿过隔膜。接下来，在第二时间点，第一临时开口被基本上填充并封闭。
[0024] 现在参照图1和2,描述MEMS麦克风组件100的一个示例。麦克风组件100包括 基板102、MEMS装置104、集成电路106以及将MEMS装置104连接至集成电路106的焊线 108。基板102包括第一导电层110、第二导电层112以及绝缘层114。MEMS装置104和集 成电路106布置在第一导电层110上。
[0025] 盖体或盖子116覆盖MEMS装置104和集成电路106,从而构成后腔118。声学端 口 120贯穿基板102形成前腔122。管芯附接部123将MEMS装置104和集成电路106附接 到基板102上。
[0026] MEMS装置104包括隔膜124和背板126。隔膜124的移动改变与背板126的距离， 从而形成电信号。
[0027] 集成电路106包括贯穿的开口 128,开口 128与贯穿基板102的开口 130相匹配。 在一个示例中，开口 128和开口 130的直径约为40um和150um。
[0028] 开口 128和开口 130提供出气通道，其允许来自后腔118的气体排出至麦克风组 件100的外面。组装之后，但是在一个实施例中，在组件100的分离（划片）之前，集成电 路106中的开口 128和/或开口 130由低出气填充材料131填充。
[0029] 在一些方面，集成电路106特别地具有开口 128。可以将SAM涂层施加于集成电 路，以防止铝（A1)焊接部的侵蚀。这样会使得更多的后腔可用，因为其不需要在集成电路 上施加包封材料来保护A1焊盘免于侵蚀，因此提高了电声学麦克风的性能。
[0030] 一旦出现出气，开口 128和130就被堵上。在一示例中，采用低出气填充材料131 来填充开口 128和130,在一个示例中，低出气填充材料131是环氧树脂。填充之后，环氧树 脂可被固化。一旦填充并固化，后腔被相对于外部环境实质上密封，除了通常有意在MEMS 内设计的气压出口，以允许麦克风操作。
[0031] 以这种方式，提供了一种无穿孔隔膜，但是也临时提供用于出气目的的出口。这 样，避免了对组件100的损坏，提高了组件100的信噪比（SNR)，还获得了本文所提及的其他 有益效果。
[0032] 现在参照图3和4,描述MEMS麦克风组件300的一个示例。麦克风组件300包括 基板302、MEMS装置304、集成电路306以及将MEMS装置304连接至集成电路306的焊线 308。基板302包括第一导电层310、第二导电层312以及绝缘层314。MEMS装置304和集 成电路306布置在第一导电层310上。
[0033] 盖体或盖子316覆盖MEMS装置304和集成电路306,从而构成后腔318。声学端 口 320贯穿基板302,以形成前腔322。管芯附接部323将MEMS装置304和集成电路306 附接到基板302。
[0034] MEMS装置304包括隔膜324和背板326。与图1和图2的示例相反，集成电路306 不包括开口。开口 330被提供为贯穿基板302,但是没有与集成电路306对齐。
[0035] 开口 330提供出气通道，其允许来自后腔318的气体可以排到麦克风组件的外面。 组装之后，但是在一个实施例中，在分离（划片）之前，开口 330由低出气填充材料331 (例 如环氧树脂）填充。可以将SAM涂层329施加于集成电路306.
[0036] 以这种方式，提供了一种无穿孔隔膜，但是还临时提供用于出气目的的出口。这 样，避免了对组件300的损坏，提高了组件300的信噪比（SNR)，还获得了本文所提及的其他 有益效果。与图1和图2的示例相比，不需要也未提供贯穿集成电路的开口。
[0037] 现在参照图5,描述制造具有出气开口的麦克风的方法的一个示例。在步骤502， 获得麦克风组件的集成电路和其他元件（例如：MEMS装置、盖子、集成电路和焊线）。在一 些方面，集成电路可以包括开口。在步骤504,在基板上获得开口。在一些示例中，开口可以 在构造基板时形成。在其它示例中，可以贯穿基板钻孔来获得开口。
[0038] 在步骤506,组装元件。例如，将MEMS装置和集成电路固定到基板。在一些示例 中，当采用具有开口的集成电路时，集成电路中的开口与基板中的开口对齐。当采用的没有 贯穿的开口的集成电路时，无需与基板中的开口对齐。
[0039] 在步骤508,在一段预定时间段之后（例如在完成步骤506后30分钟），利用低出 气填充材料对基板中的开口进行填充，低出气填充材料例如是环氧树脂。可以采用任何常 规的环氧树脂注入技术和设备来完成这个功能。如果采用具有开口的集成电路，则还要对 贯穿集成电路的开口进行填充。填充之后，对环氧树脂进行固化。
[0040] 在步骤510,制造过程完成。例如，分离过程完成。通过"分离"（如本文所用的）， 其意思是通过芯片切割工艺将麦克风电路进行个体分离。现在组件可以使用了。
[0041] 本文描述了本发明的优选实施例，包括
【发明者】已知的实施本发明的最佳模式。应 该理解的是，的实施例仅作为示例，不应该限制本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种声学设备，所述设备包括： 基板，所述基板包括贯穿的永久开口； 微机电系统MEMS管芯，所述MEMS管芯布置在所述永久开口上方，所述MEMS管芯包括 由声音能量移动的无穿孔隔膜； 集成电路，所述集成电路布置在所述基板上，并与所述MEMS管芯电耦接； 第一临时开口以及第二开口，所述第一临时开口贯穿所述基板，所述第二开口贯穿所 述集成电路；所述第一临时开口与所述第二开口大致对齐； 盖体，所述盖体与所述基板耦接，并封闭所述MEMS管芯和所述集成电路，从而所述盖 体和所述基板构成后腔，所述隔膜将所述后腔与前腔分离； 从而，在第一时间点不限制所述第一临时开口和所述第二开口以允许所述后腔中存在 的气体通过所述第一临时开口和所述第二开口排出至外部，所述无穿孔隔膜阻止所述气体 从其通过；以及 随后在第二时间点，所述第一临时开口被基本上填充并封闭，在所述第二时间点之后， 所述声学装置变为可操作。
2. 根据权利要求1的声学设备，其中，所述第一临时开口比所述第二开口大。
3. 根据权利要求2的声学设备，其中，在所述第二时间点之后，所述第二开口被至少部 分地填充。
4. 根据权利要求1的声学设备，其中，用环氧树脂封闭所述第一临时开口。
5. -种制造声学设备的方法，所述方法包括： 提供声学设备，所述设备包括： 基板，所述基板包括永久开口； 微机电系统MEMS管芯，所述MEMS管芯布置在所述永久开口上方，所述MEMS管芯包括 由声音能量移动的无穿孔隔膜； 集成电路，所述集成电路布置在所述基板上，并与所述MEMS管芯电耦接； 创建第一临时开口，所述第一临时开口贯穿所述基板，并且其中，第二开口贯穿所述集 成电路；所述第一临时开口与所述第二开口大致对齐； 布置盖体，所述盖体位于所述基板上以封闭所述MEMS管芯和所述集成电路，从而所述 盖体和所述基板构成后腔，所述隔膜将所述后腔与前腔分离； 在第一时间点，允许所述后腔中存在的气体通过所述第一临时开口和所述第二开口至 外部的无限制通过，所述气体不通过所述隔膜；以及 接下来在第二时间点，基本上填充并封闭所述第一临时开口。
6. 根据权利要求5的方法，所述方法进一步包括操作所述声学设备。
7. 根据权利要求5的方法，其中，所述第一临时开口比所述第二开口大。
8. 根据权利要求7的方法，其中，在所述第二时间点之后，至少部分地填充所述第二开 □。
9. 根据权利要求5的方法，其中，用环氧树脂封闭所述第一临时开口。
【文档编号】H04R19/04GK104125531SQ201410238283
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】K·B·弗里尔, J·B·斯切赫 申请人:美商楼氏电子有限公司