硅麦克风及其加工方法与流程

本发明涉及电子产品封装领域，尤其是硅麦克风及其加工方法。

背景技术：

随着手机、笔记本、助听器、耳麦等电子产品对内部零件的尺寸要求越来越小，大量尺寸较小、品质较好的硅麦克风被应用，硅麦又称mems麦克风，是基于mems技术制造的麦克风，由mems升压传感器芯片，asic芯片，音腔和rf抑制电路组成。mems声压传感器是一个由硅振膜和硅背极板构成的微型电容器，能将声压变化转化为电容变化，然后由asic芯片降电容变化转化为电信号，实现"声--音"转换。

现有的硅麦克风大多包括封装，如附图1、附图2所示，为一体的线路板基板01和金属外壳02，线路板基板01和金属外壳02围成的空间内收容有声电转换芯片04和电子元件05，声电转换芯片04和电子元件05固定在线路板基板01上，且通过金线06互联，电子元件05通过密封胶07密封，且在线路板基板01或金属外壳02上设有声孔03，如附图1所示，声孔03位于金属外壳02上的麦克风，其后声腔小，灵敏度低，但其安装方便；如附图2所示，声孔03位于线路板基板01上的麦克风，其后声腔大，灵敏度高，但安装难度大。

在这些结构中，金属外壳的结构是必不可少的，因此也就需要将金属外壳和线路板基板固定连接，在现有技术中，金属外壳和线路板基板上的金属层可以通过两种方式来实现导电连接，

一种是直接利用导电胶将金属外壳和线路板基板粘结在一起，这种技术可以实现较好的电连接，但是导电胶的粘结力度不够，容易造成产品的机械强度不够。

另一种方式是利用导电的焊锡膏将金属外壳和线路板基板焊接在一起，这种技术可以实现较好的电连接，但是在焊接过程中，焊锡膏在高温以及焊锡膏中的助焊剂的作用下容易迸溅，迸溅产生的焊锡渣有可能会落在mems声电转换芯片上并破坏mems声电转换芯片，最终导致硅麦克风失效，这造成硅麦克风的成品率大幅下降。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种改变硅麦克风使用金属外壳封装的惯用思维方式，以热固性塑料膜包裹mems声压传感芯片及asic芯片的方式来实现封装的硅麦克风及其加工方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

硅麦克风，包括线路板基板、mems声压传感芯片及asic芯片，所述线路板基板上形成有与所述mems声压传感器芯片的感应区正对的进音孔，所述mems声压传感芯片及asic芯片与所述线路板基板倒装互联，且包裹于热固性塑料膜层中，所述热固性塑料膜层与所述线路板基板固定连接且覆盖所述线路板基板的芯片安装面。

优选的，所述的硅麦克风中，至少所述mems声压传感器芯片的顶部贴附有屏蔽片材，优选，所述mems声压传感芯片及asic芯片的顶部均贴附有屏蔽片材。

优选的，所述的硅麦克风中，所述屏蔽片材是厚度在0.05-0.1mm的不锈钢。

优选的，所述的硅麦克风中，所述mems声压传感芯片及asic芯片与所述线路板基板连接的焊球的高度在15±3微米之间。

优选的，所述的硅麦克风中，所述热固性塑料膜层为热固性低应力环氧树脂。

优选的，所述的硅麦克风中，所述热固性塑料膜层延伸到所述mems声压传感芯片的朝向所述线路板基板的面内的距离不超过50微米。

优选的，所述的硅麦克风中，所述线路板基板上设置有覆盖所述进音孔的防尘网，所述防尘网是永电体防尘网，其通过可移除密封胶贴附于所述线路板基板上。

硅麦克风，包括线路板基板、mems声压传感芯片及asic芯片，所述线路板基板上形成有与所述mems声压传感器芯片的感应区正对的进音孔，所述mems声压传感芯片的后腔背向所述线路板基板，所述mems声压传感芯片及asic芯片固定在线路板基板上且与线路板基板通信，所述mems声压传感芯片及asic芯片包裹于热固性塑料膜层中，所述热固性塑料膜层与所述线路板基板固定连接且覆盖所述线路板基板的芯片安装面。

优选的，所述的硅麦克风中，所述mems声压传感器芯片和asic芯片中的至少一个通过导电双面胶带连接所述线路板基板。

优选的，所述的硅麦克风中，至少所述mems声压传感器芯片的顶部贴附有屏蔽片材，优选所述mems声压传感器芯片和asic芯片的顶部分别贴附有屏蔽片材。

优选的，所述的硅麦克风中，所述热固性塑料膜层为热固性环氧树脂。

优选的，所述的硅麦克风中，所述热固性塑料膜层延伸到所述mems声压传感芯片的朝向所述线路板基板的面内的距离不超过50微米。

硅麦克风的加工方法，包括如下步骤：

s1，对线路板基板进行预处理；

s2，在mems声压传感芯片及asic芯片上植金球或贴导电双面胶，通过倒装工艺或导电双面胶将mems声压传感芯片及asic芯片连接至线路板基板上；

s3,在所述mems声压传感芯片上贴屏蔽片材，并烘烤固化；

s4，用热固性塑料膜覆盖所述线路板基板，抽真空后，对热固性塑料膜进行加热加压，使热固性塑料膜与线路板基板连接并包裹所述mems声压传感芯片及asic芯片，对热固性塑料膜进行烘烤固化得到热固性塑料膜层。

优选的，所述的硅麦克风的加工方法中，在s4步骤中，覆膜温度控制在60℃±10℃，施加的压力值控制在0.1±0.05mpa之间，施压时间在10s±2s之间。

硅麦克风批量加工方法，包括如下步骤：

s10，对包括若干线路板基板的基板片材进行预处理；

s20，在若干对mems声压传感芯片及asic芯片上植金球，通过焊球将若干对mems声压传感芯片及asic芯片倒装至基板片材的每个线路板基板上；

s30，在每个所述mems声压传感芯片上贴屏蔽片材，并烘烤固化；

s40，用热固性塑料膜覆盖所述基板片材，抽真空后，对热固性塑料膜进行加热加压，使热固性塑料膜与基板片材连接并包裹全部的所述mems声压传感芯片及asic芯片，对热固性塑料膜进行烘烤固化；

s50，在若干对mems声压传感芯片及asic芯片上植金球或贴导电双面胶，通过倒装工艺或导电双面胶将若干对mems声压传感芯片及asic芯片倒装至基板片材的每个线路板基板上。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本方案设计精巧，结构简单，改变了硅麦克风使用金属外壳封装的惯用思维方式，以热固性塑料膜包裹mems声压传感芯片及asic芯片的方式，省去了金属外壳的结构，同时，热固性塑料膜层与线路板基板连接稳定性相对于常规的导电胶更高，且不需要焊接操作，避免了焊接过程可能产生的污染芯片的问题，有效的实现了产品的结构稳定性和良品率提高的结合。

本方案由于省去了金属壳体的结构，并且热固性塑料膜层与芯片和基板紧密贴合，结构紧凑，结合其他部分的尺寸设计，能够有效的缩小最终产品的体积，相对于已知的最小的2.75mm×1.85mm×0.9mm=4.7875mm³的硅麦，本方案的体积可以减小到不超过其体积的40%，占用面积不超过其占用面积的46%。

本方案的mems声压传感芯片及asic芯片采用倒装工艺与线路板基板互联，mems声压传感芯片倒装为覆膜塑封装提供了可能，同时倒装工艺简化了工艺流程，提高了生产效率，结合对焊球高度的控制，有效的实现了连接稳定与尺寸最小化的有机结合。

增加屏蔽片材，一方面对mems声压传感芯片的后腔提供遮挡，避免热固性塑料膜包裹式侵入后腔，同时形成了规则的后腔结构，保证了产品性能稳定，另一方面，屏蔽片材具有很好的屏蔽效果，并且结合屏蔽材料的选用，有效的实现了电池屏蔽效果改善、支撑强度温度及厚度最小化的多性能的统一。

本方案的芯片采用导电双面胶固定，一方面降低了施工难度，省去了植金球及倒装焊接时可能对芯片造成的损伤，并且结合覆盖芯片的热固性塑料膜，能够有效的保证粘结强度，改善了结构强度和机械稳定性。防尘网的设计有效的提高了产品的防尘性能，有利于保证产品使用的稳定性，并且防尘网便于拆卸进行清洗更换，便于维护。

本方案的结构，便于进行批量加工，相对于有金属壳的结构，覆膜过程更为简单，易于实现。

本方案为硅麦克风的制造提供了一种可行的方式，过程简单，加工效率高，结合对主要流程的工艺参数的控制，避免了覆膜过程对芯片的影响，有效的保证了加工质量。

附图说明

图1、图2是背景技术中描述的现有技术的结构示意图；

图3是本发明的第一实施例的结构示意图;

图4是本发明的第二实施例的结构示意图；

图5是本发明的第三实施例的结构示意图

图6是本发明的单个产品的加工过程示意图；

图7是本发明的产品批量生产时的基板片材示意图；

图8是本发明的产品批量生产时的中间体结构示意图；

图9是本发明的产品批量生产时覆盖热塑性塑料膜的示意图；

图10是本发明的产品批量生产时切割成单体前的半成品结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

热固性塑料是第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应（交联反应）而固化变硬，这种变化是不可逆的，即硬化后，塑料的化学结构发生变化、质地坚硬、不溶于溶剂，而再次加热时，已不能再软化流动。

本方案正是借助热固性塑料的这种特性进行封装，主要是在热固性塑料膜层第一次加热时，利用其塑化流动和粘性的特性，通过对软化的膜施加压力使其与线路板基板粘结固定并固化成为确定形状，从而实现封装。

下面结合附图对本发明揭示的硅麦克风进行具体阐述，如附图3所示，其包括线路板基板1、mems声压传感芯片2及asic芯片3，所述线路板基板1上形成有与所述mems声压传感器芯片2的感应区21正对的进音孔11，所述mems声压传感芯片2及asic芯片3与所述线路板基板1倒装互联，且包裹于热固性塑料膜层4中，所述热固性塑料膜层4与所述线路板基板1固定连接且覆盖所述线路板基板1的芯片安装面12。

本方案在线路板基板1上开进音孔11，一来可以提高最终产品的灵敏性，另一方面，为金属外壳的省略创造了前提条件，结合芯片倒装技术，一方面省去了mems声压传感芯片2、asic芯片3与线路板基板互联的打线和点胶工艺，降低了加工难度，另一方面，mems声压传感芯片2的感应膜更加贴近所述进音孔11，从而改善了感应的灵敏性；并且采用热固性塑料膜层覆盖线路板基板1并包裹mems声压传感芯片2、asic芯片3，一方面可以对他们进行保护，另一方面，保证了粘结强度，同时，不需要焊接操作，避免了可能造成的芯片污染、损坏问题。

详细来看，所述线路板基板1可以是已知的各种材质的印刷电路板，例如其可以是硅基板、环氧树脂基板等，优选可以为环氧树脂基板，如附图3所示，其一面形成有用于电连接的电路（图中未示出），其另一面设置有与上述电路连接的信号引出焊盘13，所述线路板基板1上的电路可以根据具体的应用需要进行设计，此处为已知技术，不作赘述。

所述mems声压传感芯片2及asic芯片3均可以是已知的各种型号的芯片，此处为公知技术，不作赘述，但是由于所述mems声压传感芯片2及asic芯片3与所述线路板基板1采用倒装工艺连接，因此，如附图2所示，需要通过在它们的连接部上植金球6来实现与线路板基板1的连接，所述焊球6优选是金球，当然也可以是其他可行的金属材料，为了保证所述mems声压传感芯片2及asic芯片3与线路板基板1的粘结强度的要求，同时获得最小的产品厚度，发明人经过大量的实验研究发现，最终焊接后的焊球6的高度在15±3微米之间能够有效实现两者的结合；进一步，上述焊球6高度的设置同时是为了充分的减小mems声压传感芯片2及asic芯片3与线路板基板1之间的间距，从而在后续覆膜时，最大程度的减小热固性塑料材料侵入到它们之间的间隙中污染mems声压传感芯片2。

由于所述mems声压传感芯片2采用倒装工艺，即如附图3所示，mems声压传感芯片2的后腔22朝上，由于后续需要采用热固性塑料膜层对mems声压传感芯片2进行包裹，如果mems声压传感芯片2的后腔区域没有遮挡，一方面，热固性塑料膜层可能会侵入到mems声压传感芯片2的后腔侵占了后腔空间、后腔的最终形状也无法精确控制，并且热固性塑料膜层也可能污染感应膜，从而影响mems声压传感芯片2的灵敏性，另一方面，由于采用热固性塑料膜层包裹所述mems声压传感芯片2，而塑料并没有电磁屏蔽功能，因此，最终产品中的mems声压传感芯片2相对容易收到电磁信号干扰，鉴于此，如附图3所示，在所述mems声压传感器芯片2的顶部和asic芯片3的顶部分别贴附有屏蔽片材贴附有屏蔽片材5，所述金属片材5可以是各种金属片，例如，铜箔、铝箔、金箔等，优选所述屏蔽片材5是厚度在0.05-0.1mm的不锈钢，之所以采用不锈钢并设置上述厚度是发明人经过大量实验研究发现，在采用上述厚度的不锈钢时，既有效的满足最终产品具有最小的厚度，同时又能够满足最佳的屏蔽性能和支撑强度的要求，从而实现上述功能的最佳调和。

另外，所述金属片材5可以通过胶黏剂（如双面胶、胶水等）黏贴在所述mems声压传感芯片2上，当然，所述金属片材5也可以是自带胶材料，例如其可以是单面带胶的铜箔胶带或铝箔胶带等，当所述金属片材5采用自带胶材料时，其上外漏的胶面可以对进入到所述mems声压传感芯片2的后腔中的灰尘进行吸附固定，从而可以减小灰尘对mems声压传感芯片2的干扰，改善防尘性能。

所述热固性塑料膜层4可以是酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、不饱和聚酯、醇酸塑料等，优选，所述热固性塑料膜层4为热固性环氧树脂，之所以选用热固性环氧树脂，一方面是考虑到其具有极好的粘性、电学和机械性能，能够保证粘结强度及机械稳定性，另一方面是在后续热固性环氧树脂膜覆膜成型时，为了避免线路板基板1和热固性塑料膜层4由于不同材料具有不同的热膨胀系数而导致基板片材变形的问题，能够降低后续批量加工的难度，保证良品率。

进一步，由于在热固性塑料膜层4成型过程中，其加热软化后具有一定的流动性，在压力作用下，可能存在部分热固性塑料材料侵入到所述mems声压传感芯片2的下表面（mems声压传感芯片朝向线路板基板的表面）内，这就可能造成mems声压传感芯片2的污染，影响其性能；对应的，控制所述热固性塑料膜层4延伸到所述mems声压传感芯片2的下表面内的距离不超过50微米，具体通过覆膜时的工艺参数的控制来实现，下文将具体阐述。

最后，由于无论如何，产品上都需要开有进音孔，因此，存在灰尘、水汽等进入到产品内部污染所述mems声压传感芯片2的问题，对应的，为了减小污染的可能，所述进音孔11可以是一个大孔径的孔，也可以是多个小孔径的孔，当然，在其他的实施例中，如附图4所示，在所述线路板基板1上还可以设置有覆盖所述进音孔11的防尘网7，所述防尘网7可以通过可移除密封胶贴附于所述线路板1基板的外侧面，并且，所述防尘网7的下表面71不突出所述信号引出焊盘13的下表面，从而可以通过防尘网7对较大的颗粒进行格挡，同时，能够通过可移除密封胶实现便利的拆卸和更换。

并且，常规的防尘网7仅能对大于其网孔的颗粒进行格挡，但是对于更小的灰尘等则无法有效的防护，为了更好的改善防尘性能，发明人通过研究发现，永电体是一种自身带有电荷的介电材料，且电荷近乎于永久存在，其能够实时吸附经过其附近的灰尘，因此，所述防尘网7优选是永电体防尘网，其可以是已知的各种永电体材料，其可以通过将聚四氟乙烯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、有机玻璃材料，经过光照、辐射、热处理、强电场等进行极化处理，从而得到。

在另一种实施例中，如附图5所示，所述硅麦克风同样包括线路板基板1、mems声压传感芯片2及asic芯片3，所述线路板基板1上形成有与所述mems声压传感器芯片2的感应区21正对的进音孔11，所述mems声压传感芯片2的后腔22背向所述线路板基板1，所述mems声压传感芯片2及asic芯片3固定在线路板基板1上且与线路板基板1通信，所述mems声压传感芯片2及asic芯片3包裹于热固性塑料膜层4中，所述热固性塑料膜层4与所述线路板基板1固定连接且覆盖所述线路板基板1的芯片安装面12。

在这一实施例中，所述mems声压传感芯片2及asic芯片3并不是都用倒装工艺与线路板基板1连接固定，优选，如附图5所示，所述mems声压传感芯片2及asic芯片3中的至少一个可以通过导电双面胶40与线路板基板1连接固定并进行通信，例如所述mems声压传感芯片2及asic芯片3中均通过导电双面胶40与线路板基板连接，或者它们中的一个通过导电双面胶与线路板基板连接，另一个通过倒装工艺与线路板连接，优选，至少所述mems声压传感芯片2通过导电双面胶40与线路板基板1连接，这是由于mems声压传感芯片2更易受到植球和倒装焊的影响。

之所以可以采用导电双面胶进行mems声压传感芯片2及asic芯片3与线路板基板1的连接是由于，所述热固性塑料膜层4会完全包裹所述mems声压传感芯片2及asic芯片3并且与线路板基板紧密贴合，从而热固性塑料膜层4能够有效的对mems声压传感芯片2及asic芯片3进行固定，保证机械稳定性。

当然，在本实施例中，同样可以包括上述实施例中的防尘网7，此处不作赘述。

本方案同时还揭示了上述的硅麦克风的加工方法，如附图6所示，包括如下步骤：

s1，提供一个带进音孔11的线路板基板1并对线路板基板进行预处理，所述预处理至少包括对线路板基板1进行检测、烘烤除湿及等离子体清洗，从而保证线路板基板1具有稳定的性能。

s2，在mems声压传感芯片2及asic芯片3上植金球，植金球时，优选采用热压超声焊工艺，此处热压超声焊工艺为已知技术，不作赘述，但是，在实际操作过程中，各种参数对植球的质量有着直接的影响，发明人研究发现，在本方案中，植金球时的压力控制在55g左右,usg（超声波电源发生器）的电流在90ma左右,温度控制在60℃左右时，能够获得最佳的金球质量，并且最终得到金球的直径控制在65±5微米，高度控制在45±5微米；接着，通过倒装工艺及金球将mems声压传感芯片2及asic芯片3连接至线路板基板1上，倒装连接时，发明人研究发现，当超声能量在1.5±0.5w之间，控制焊头压力在4.5±0.5n之间，可以保证，最终焊接后的焊盘的高度最小，同时能够获得最佳的焊接强度。

当然在其他实施例中，也可以通过在mems声压传感芯片2及asic芯片3的电性连接位置贴导电双面胶40实现电连接。

s3,在所述mems声压传感芯片2上贴屏蔽片材5，并烘烤固化，具体的，在不锈钢片靠近四周边缘的区域涂布胶水并黏贴到所述mems声压传感芯片2上，通过烘烤使胶水固化定型，此处，烘烤为现有技术不作赘述。

s4，用热固性塑料膜9覆盖所述线路板基板1，抽真空后，对热固性塑料膜进行加热加压，使热固性塑料膜软化与线路板基板1粘结并包裹所述mems声压传感芯片2及asic芯片3。

在覆膜过程中，影响覆膜质量和稳定性的参数主要有温度、压力及施压时间，三者之间相互作用，需要合理的对三者的参数范围进行优化调和，才能得到最佳的覆膜效果，发明人经过大量的实验研究发现，当覆膜温度控制在60℃±10℃，施加的压力值控制在0.1mpa±0.05mpa之间，施压时间在10s±2s之间时，能够保证最佳的粘结稳定性，同时能够有效的保证最终膜层渗入到mems芯片下表面的距离不超过50微米；这是由于在上述温度范围内，热固性塑料膜9软化后的流动性相对容易控制，反之若温度过高或过低，则热固性塑料膜9的流动性过大或过小，不利于后续施压的精确控制，在上述温度范围的基础上，发明人进一步发明，在上述的压力范围及施压时间范围内，软化的热固性塑料膜变形速度、延展情况及最终的边界都可以精确的控制，反之则很难有效满足上述渗入到mems芯片下表面的距离的要求。

并且，在覆膜过程中压力的施加可通过专用的覆膜设备实现，覆膜设备包括一向热固性塑料膜9施加压力的气囊结构，通过精确控制气囊内的空气压力来实现压力从空气传到到气囊，然后气囊传导热固性塑料膜9膜上，此处为已知技术，不作赘述。覆膜后，对热固性塑料膜进行烘烤固化，烘烤时间优选为145±30分钟，烘烤温度优选为145±10℃，得到热固性塑料膜层4。

s5，提供永电体防尘网7，并通过胶水将永电体防尘网7胶接在所述线路板基板1上并覆盖所述进音孔11。

本方案更进一步揭示了一种硅麦克风的批量加工方法，从而可以提高加工效率，同时保证产品质量，其包括如下步骤：

s10，提供一个如附图7所示的包括若干线路板基板1的基板片材10，并对基板片材10进行预处理；此处的预处理过程与上述s1步骤的预处理过程相同，不作赘述。

s20，在若干对mems声压传感芯片2及asic芯片3上植金球，通过焊球将若干对mems声压传感芯片2及asic芯片3倒装至基板片材10的每个线路板基板1上，此处的植金球及倒装工艺同上述s2步骤的过程，此处不作赘述。

s30，在每个所述mems声压传感芯片2上贴屏蔽片材5，并烘烤固化，得到如附图8所示结构，此处的过程与上述s3步骤的过程相同，不作赘述。

s40，如附图9所示，用热固性塑料膜20覆盖所述基板片材1，抽真空后，对热固性塑料膜进行加热加压，使热固性塑料膜与基板片材1胶接并包裹全部的所述mems声压传感芯片2及asic芯片3，对热固性塑料膜进行烘烤使其固化为一个完整的热固性塑料膜层30，如附图10所示，此处的过程与上述s4步骤的过程相同，不作赘述。

s50，根据每个硅麦克风的尺寸将s40步骤得到的半成品切割成若干个硅麦克风单体，得到若干个产品，每个产品包括上述的硅麦克风的结构。

并且，在上述加工过程中，若未在mems声压传感芯片2及asic芯片3上贴附屏蔽片材5，则在热固性塑料膜20的覆膜过程中，减小或不对mems声压传感芯片2及asic芯片3所对应区域的热固性塑料膜施加压力，以避免膜层污染芯片。

当然，本发明的结构和方法不仅适用于硅麦克风的封装，也适用于其他压力类传感器的封装或其他带进口及腔体类的传感器封装。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。