微机电麦克风、包括微机电麦克风的电子系统和制造工艺技术方案

本发明专利技术涉及微机电麦克风、包括微机电麦克风的电子系统和制造工艺。一种微机电麦克风包括：衬底(2)；传感器芯片(5)，其耦合到衬底(2)并集成微机电电声换能器(35)；控制芯片(6)，其接合到所述衬底(2)并且可操作地耦合到传感器芯片(5)；粘合环(16)，其围绕传感器芯片(5)和控制芯片(6)；盖(3)，其经由粘合环(16)耦合到衬底(2)并且形成容纳控制芯片(6)和传感器芯片(5)的声学室(4)；阻挡物(18)，其分别以第一距离和第二距离在粘合环(16)与传感器芯片(5)之间延伸，用于在粘合环(16)与阻挡物(18)之间限定第一沟槽(19)并在阻挡物(18)与传感器芯片(5)之间限定第二沟槽(25)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的微机电麦克风、包括微机电麦克风的电子系统和用于制造微机电麦克风的工艺。
技术介绍
现有技术中已知包括第一芯片和第二芯片的微机电麦克风，第一芯片包含微机电电声膜换能器，第二芯片包含控制电路或ASIC(专用集成电路)。电声换能器将造成膜的振动的入射声波转换成电信号。例如，膜可以电容性地耦合到基准电极。膜的变形更改电容性耦合，这可以容易地用电荷放大器电路来检测。控制电路包括信号处理级(例如，电荷放大器电路)和使得能够进行微机电麦克风的适当操作(尤其是声信号的换能)所需要的部件。第一芯片和第二芯片容纳在用于电子装置的一个相同的封装结构中，该封装结构通常包括支撑衬底和塑料材料盖或金属材料盖。衬底可以是聚合物衬底或陶瓷衬底，例如，LGA(平面栅格阵列)类型，并且设置有用于电连接彼此并排设置的第一芯片和第二芯片的连接结构(焊盘和线路)。而且，衬底具有开口(还称为“声音端口”)，该开口使得能够从外部向封装结构内容纳的换能器发送声信号。盖接合到衬底，并且可以具有声学室的保护和限定双重功能，并且出于该原因，可以对微机电麦克风的性能具有决定性作用。随着便携式电子装置(诸如智能电话和平板计算机或其他所谓的“可穿戴”电子装置)的普及，对微机电传感器的开发和集成的关注逐渐变为更加明显。在一些情况下，这种产品的开发可能造成难以调和的形成鲜明对比的要求。一方面，例如，需要提供性能越来越高的微机电换能器以满足用户的要求。这通常导致微机电换能器和控制电路这两者的芯片的尺寸增大。相反，另一方面，形成鲜明对比的要求是日益减小微机电麦克风的尺寸，以有助于尤其是在便携式系统和可穿戴系统中微机电麦克风的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供将使得能够克服或至少缓和所描述的局限性、调和相反需求的改进的微机电麦克风、包括微机电麦克风的电子系统和用于制造微机电麦克风的工艺。根据本专利技术，如所附权利要求中限定的，提供了改进的微机电麦克风、包括微机电麦克风的电子系统和用于制造微机电麦克风的工艺。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在将仅以非限制性示例的方式并参照附图来描述其一些实施方式，附图中：-图1是根据本公开的一个实施方式的微机电麦克风的、沿着纵向平面部分切下的顶部平面图；-图2是沿着图1的线II-II切下的图1的微机电麦克风的侧向截面图；-图3是图1和图2的微机电麦克风的立体图；-图4-图7是彼此替换的、根据本公开的其他实施方式的微机电麦克风的各个立体图；-图8是图7的微机电麦克风的侧向截面图；以及-图9是包含根据本专利技术的一个实施方式的微机电麦克风的电子系统的简化框图。具体实施方式参照图1-图3，提供了根据本公开的一个实施方式的微机电麦克风1。图1示出了微机电麦克风1在平面XY中的顶部平面图。图2示出了微机电麦克风1在平面XZ中的侧向截面图。图3示出了微机电麦克风1在三轴系统XYZ中的立体图。微机电麦克风1包括衬底2、盖3、传感器芯片5和控制芯片6。传感器芯片5和控制芯片6例如，经由焊线31可操作地(例如，电气地)彼此耦合。这里指出的是，为了简化表示，图3例示了没有盖3的微机电麦克风1，使得更容易理解微机电麦克风1的内部结构和形成微机电麦克风1本身的元件的相互设置。衬底2和盖3经由焊膏区域22一起耦合，并且形成限定内部腔4的封装结构，内部腔4中容纳传感器芯片5和控制芯片6。盖3具有保护功能。内部腔4形成微机电麦克风1的声学室。在一个实施方式中，衬底2是LGA(平面栅格阵列)类型衬底，并且包括：核心7；底部金属区域8和顶部金属区域9(例如，铜的)，它们在核心7的相对面上延伸；以及焊接掩膜10。衬底2中的通孔限定声音端口11，并且使得封装结构(尤其是传感器芯片5)的内部能够与外部环境声耦合。图2和图3中更清楚可见的核心7由具有纵向尺寸和侧向尺寸的刚性介电材料(例如，FR4)的芯片限定。具体地，纵向尺寸大于侧向尺寸。底部金属区域8设置在核心7面对外部环境的面上，即，盖3的相对面。具体地，限定在底部金属区域8中的是用于电连接微机电麦克风1的外部接触12和可选地，声音端口11周围的外部保护环13。外部保护环13还可以用于接地，并且由此还称为“接地环”。顶部金属区域9在核心7面对传感器芯片5的面上延伸，并且被盖3保护。顶部金属区域9中限定的是内部接触15、沿着核心7的周界延伸的粘合环16、声音端口11周围的内保护环17和在粘合环16与传感器芯片5的外周界之间在核心7上方延伸的阻挡环18。更详细地，阻挡环18与粘合环16相隔一距离地延伸，由此在阻挡环18与粘合环16之间限定沟槽19。通过沟槽19，核心7的相应表面区域被暴露。阻挡环18同样地与传感器芯片5的外周界相隔一距离地延伸，由此在阻挡环18与传感器芯片5的外边缘之间限定另一沟槽25。沟槽25具有容纳粘合层23的可能过量的胶的功能，粘合层23可以在衬底2上粘合传感器芯片5的步骤期间在传感器芯片5侧向延伸。阻挡环18与传感器芯片5之间的距离(即，沟槽25的宽度)被选择为包括在50μm与100μm之间，例如，75μm。阻挡环18与粘合环16之间的距离(即，沟槽19的宽度)被选择包括在30μm与70μm之间，例如，50μm。内部接触15借助延伸穿过核心7的厚度的通孔20电耦合到相应金属材料的外部接触12(属于底部金属区域8)。在一个实施方式中，焊接掩膜10被成形为支撑芯片6和限定容纳内部接触15的接触岛21的组装基部。接触岛21在焊接掩膜10中形成为凹部，使得内部接触15直接位于核心7上并且与通孔20直接连接。内部接触15由此与衬底2面对盖3的面上存在的导电结构的剩余部分侧向分离。控制芯片6容纳例如，ASIC(在其本身已知的程度内未详细例示)，其包括信号处理电路(例如，用于电容电声传感器的电荷放大器电路)和使得能够进行麦克风的适当操作(尤其是关于声信号的换能)所需的部件。根据图1-图3的实施方式，控制芯片6位于传感器芯片5与接触岛21之间。根据不同的实施方式(未例示)，接触岛21在控制芯片6与传感器芯片5之间延伸。控制芯片6具有用于经由第一键合导线30连接到内部接触15和经由第二键合导线31连接到传感器芯片5的接触垫28。电声换能器35集成在传感器芯片5中，并且在一个实施方式中，包括半导体材料膜37，半导体材料膜37在传感器芯片5的主体5a中所形成的腔38上方延伸；和刚性金属背板40，其电容性耦合到膜37。背板40设置有孔，并且在腔38的相对侧上与膜37并排设置。腔38在一侧上由膜37界定，并且在相对侧上面对声音端口11。换言之，传感器芯片5耦合到衬底2，使得膜37借助声音端口11与由衬底2和盖3形成的封装结构的外部声连通。在一个实施方式中，传感器芯片5的中心在声音端口11附近。传感器芯片5经由胶(具体地，环氧胶)粘合层23耦合到衬底2的核心7。粘合层23在阻挡环18与内保护环17之间延伸。这样，阻挡环18防止粘合环16被粘合层23的胶污染，因为其充当胶的阻挡物。如果胶污染了粘合环16，则这将危害焊膏的粘合，由此造成盖3的不完全焊接或麦克风的故障，甚至盖3可能的脱离。内保护环17防止粘合层23的胶朝向构成声音端口11的孔流动和流到该孔中。由此，根据本公开的一个方面，粘合层23的胶保持被限制在阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电麦克风，包括：‑衬底(2)；‑传感器芯片(5)，其借助自身的底面耦合到所述衬底(2)并且在与所述底面相对的自身顶面上集成MEMS电声换能器(35)；‑控制芯片(6)，其接合到所述衬底(2)并且可操作地耦合到所述传感器芯片(5)；‑粘合环(16)，其围绕所述传感器芯片(5)和所述控制芯片(6)；以及‑盖(3)，其经由所述粘合环(16)耦合到所述衬底(2)并且形成容纳所述控制芯片(6)和所述传感器芯片(5)的声学室(4)，其特征在于，所述微机电麦克风还包括阻挡物(18)，其分别以第一距离和第二距离在所述粘合环(16)与所述传感器芯片(5)之间延伸，用于在所述粘合环(16)与所述阻挡物(18)之间限定第一沟槽(19)并在所述阻挡物(18)与所述传感器芯片(5)之间限定第二沟槽(25)。

【技术特征摘要】
2015.06.30 IT 102015000029270;2015.09.30 IT 1020151.一种微机电麦克风，包括：-衬底(2)；-传感器芯片(5)，其借助自身的底面耦合到所述衬底(2)并且在与所述底面相对的自身顶面上集成MEMS电声换能器(35)；-控制芯片(6)，其接合到所述衬底(2)并且可操作地耦合到所述传感器芯片(5)；-粘合环(16)，其围绕所述传感器芯片(5)和所述控制芯片(6)；以及-盖(3)，其经由所述粘合环(16)耦合到所述衬底(2)并且形成容纳所述控制芯片(6)和所述传感器芯片(5)的声学室(4)，其特征在于，所述微机电麦克风还包括阻挡物(18)，其分别以第一距离和第二距离在所述粘合环(16)与所述传感器芯片(5)之间延伸，用于在所述粘合环(16)与所述阻挡物(18)之间限定第一沟槽(19)并在所述阻挡物(18)与所述传感器芯片(5)之间限定第二沟槽(25)。2.根据权利要求1所述的微机电麦克风，其中所述传感器芯片(5)被成形为具有一个或更多个倒圆角部(105a)或倒角角部(115a)。3.根据权利要求2所述的微机电麦克风，其中所述角部(125a)仅在所述传感器芯片的下半部分中被倒角，所述下半部分包括所述传感器芯片的所述底面，而不包括所述顶面。4.根据权利要求2所述的微机电麦克风，其中所述阻挡物(18)在所述倒圆角部(105a)处形成具有第一曲率半径的曲线路径，并且其中所述倒圆角部(105a)具有等于所述第一曲率半径的相应第二曲率半径。5.根据前述权利要求中任一项所述的微机电麦克风，其中所述传感器芯片(5)具有在所述顶面与所述底面之间延伸的侧壁(135b)，所述传感器芯片(5)经由所述底面耦合到所述衬底(2)并且具有沿着所述侧壁(135b)的底部延伸的周界凹部(136)，使得所述顶面的面积大于所述底面的面积10％-25％；特别是大于底面的面积15％。6.根据权利要求5所述的微机电麦克风，其中所述周界凹部(136)从所述底面开始朝向所述顶面延伸，直到大于所述阻挡物(18)的厚度的高度，所述高度是在所述传感器芯片(5)的所述底面与所述顶面之间测量的。7.根据前述权利要求中的任一项所述的微机电麦克风，其中所述传感器芯片(5)经由胶层(23)耦合到所述衬底(2)，所述第二沟槽(25)形成流出所述胶层(23)的过量胶的积聚区域。8.根据前述权利要求中任一项所述的微机电麦克风，其中所述盖(3)经由焊膏层(22)...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布廖斯基，P·A·芭芭拉，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，意法半导体马耳他有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT