麥克風封裝及其製造方法

2023-10-05 13:32:49

專利名稱：麥克風封裝及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種麥克風封裝以及一種用於製造所述麥克風封裝的方法。在這裡提到的麥克風封裝包括至少一個具有麥克風膜片的MEMS麥克風組件和一個具有殼體底和殼體蓋的殼體。所述殼體包圍麥克風組件的背側容積(RUckseitenvolumen)。此外，在殼體中構造有通向麥克風膜片的聲學進入通道，所述聲學進入通道相對於背側容積是封閉的並且使殼體中的聲孔與麥克風膜片的一側連通。
背景技術：
MEMS組件的封裝具有不同功能。封裝保護組件免受機械的和化學的環境影響。此外，封裝或殼體的類型確定了在使用地點如何安裝和接通所述組件。在此特別重要的是用於SMT (surface mounting technology 表面安裝技術)安裝的殼體。在MEMS麥克風組件的情形中，殼體還承擔著一部分麥克風功能，因為麥克風膜片的聲學連接和背側容積由殼體的構型決定性地確定。由此，殼體對MEMS麥克風的傳遞特性具有重要影響。在US2009/0180655 Al中描述了一種開始部分所述類型的麥克風封裝。其包括具有殼體的MEMS麥克風組件，所述殼體由殼體底和殼體蓋組成。它們壓力密封地 (druckdicht)彼此連接並且由此包圍麥克風組件的背側容積，所述麥克風組件安裝在殼體底上。聲音由下方傳導到麥克風膜片上。為此，所述麥克風組件壓力密封地安裝在殼體底中的進入通道的出口上方。通過殼體蓋中的管狀的連接管實現聲導入，所述連接管通到殼體底中的進入通道中。所述結構要求特別製成的、相對較厚的殼體底，這在總體上開銷相對較高。此外， 只有當進入通道的進口和出口及其垂直延展相對較大時，才可以確保良好的麥克風性能。 由此，已知的麥克風封裝的微型化可行方案是受限制的。

發明內容
通過本發明建出一些措施，這些措施能夠成本有利地實現在這裡提到的類型的麥克風封裝，其中，也可以在高微型化程度下實現非常良好的麥克風性能。根據本發明，這藉助稱作插入件(Interpose!·)的中間支承件實現，所述中間支承件安裝在殼體的內部並且定義通向麥克風膜片的聲學進入通道，其方式是，其與殼體的聲孔耦合併且具有至少一個出口，具有麥克風膜片的麥克風組件安裝在所述至少一個出口上方。根據本發明，開銷相對較高地製造具有平行於底面的進入通道的厚殼體底由兩個彼此獨立的製造步驟替代，即結構化和成形中間支承件和將所述中間支承件調準地安裝在殼體內。根據本發明充分利用了 所述中間支承件可以由與殼體底完全不同的材料製造，以及在材料選擇適當時可以使用用於預先準備插入件以及用於插入件在殼體中的安裝的標準方法。除了所述操作方式相對現有技術的一體的變型方案的成本優點之外，藉助於根據本發明的插入件還可以更精確地預給定進入通道的幾何尺寸以及更精確地預給定其聲學特性。這實現整個麥克風封裝的全面微型化。原則上存在用於實現根據本發明的麥克風封裝的多種可能性，這尤其涉及插入件的材料、形狀、結構和安裝。在本發明的一個優選的構型中，插入件實現為扁平的中間支承件的形式，所述扁平的中間支承件具有環繞拱起的邊緣區域，並且所述插入件通過所述拱起的邊緣區域與殼體底壓力密封地連接。由此，所述插入件與殼體底一起形成聲學進入通道。所述聲學進入通道的出口在所述情形中可以簡單地實現為中間支承件中的通孔的形式。所述進入通道的進口同樣可以是插入件中的通孔或者也可以是殼體底中的通孔。但它們例如也側向地構造在殼體底與插入件之間。關於麥克風封裝的SMT安裝，證實有利的是，聲孔位於殼體蓋的區域中。在本發明的一個優選的實施方式中，殼體蓋中指向內部的連接管的敞開的端部用作聲孔。藉助於所述連接管使聲輸入與背側容積分開，其方式是，連接管安裝在插入件中的聲學進入通道的進口上方並且與其壓力密封地連接。因此，聲音通過連接管和殼體蓋中的聲孔以及通過插入件與殼體底之間的進入通道引導到麥克風膜片上。在根據本發明的麥克風封裝的一個特別有利的變型中，所述麥克風封裝也適用於在含有顆粒的周圍環境中使用，柵格狀的過濾結構位於聲學進入通道的進口區域中。由此可以極其有效地防止顆粒沉積在麥克風膜片上並且由此使麥克風信號失真。如已經提到的那樣，可以由不同材料製造插入件。在本發明的一個優選的變型方案中，麥克風封裝包括金屬的插入件。可以有利地由與引線框架相同的材料和相同的技術製造這樣的插入件，並且也藉助標準方法、例如回流焊(refl0W-L0ten)將其安裝在殼體底上。藉助通常在引線框架製造中使用的結構化方法可以實現具有非常精確尺寸的非常小的結構。這尤其在製造聲進口和聲出口以及所述開口區域中的柵格狀的過濾結構時是重要的，並且是麥克風封裝的整體微型化的前提條件。通過使用金屬來代替塑料，可以顯著地減小插入件的壁厚。此外，這樣製成的金屬插入件具有比大多以壓鑄技術製成的塑料插入件更高的尺寸穩定性。因此，藉助金屬插入件，不僅在面積上而且在高度上實現了比塑料插入件更小的麥克風封裝。金屬插入件的另一顯著優點是，其可以非常簡單地、大批量地以連續陣列的形式製造並且安裝在殼體底的相應陣列上。由此，極大地簡化了根據本發明的麥克風封裝的製造，這在下面藉助附圖更詳細地進行說明。


如以上已經討論的那樣，存在通過有利的方式構型和擴展本發明的教導的不同可行方案。為此，一方面參照與獨立權利要求1並列的權利要求而另一方面參照以下藉助附圖的實施例描述。圖1示出根據本發明的麥克風封裝的示意性剖面圖。為了說明多個根據本發明的麥克風封裝的製造示出圖2a:插入件陣列，圖2b:殼體底陣列，圖2c:殼體蓋陣列，圖2d 在安裝插入件陣列後的殼體底陣列，
圖加在裝配麥克風晶片後的圖2d的結構，圖2f 在安裝殼體蓋陣列後以及在分離麥克風封裝後的圖2e的結構。
具體實施例方式在圖1中示出了具有MEMS麥克風組件1的麥克風封裝10。在所述MEMS麥克風組件1的上側中構造有膜片11，所述膜片11具有用於信號檢測的電路元件12。通過組件背側中的空腔13以聲壓加載所述麥克風膜片11。MEMS麥克風組件1位於殼體2中，所述殼體基本上由殼體底21和殼體蓋22組成。 殼體底21和殼體蓋22壓力密封地彼此連接並且形成用於麥克風膜片11的背側容積20。 在殼體蓋22中構造有指向內部的連接管23，所述連接管23具有聲孔對。根據本發明，麥克風封裝10還包括稱為插入件3的中間支承件。所述中間支承件與殼體底21 —起形成用於麥克風組件1的聲學進入通道30，所述聲學進入通道使殼體蓋 22中的聲孔M與麥克風膜片11下方的空腔13連通並且同時相對於背側容積20是封閉的。根據本發明的一個優選實施方式，插入件3在此實現為金屬支承部件的形式，其由引線框架材料出發藉助引線框架的製造方法——如衝壓、蝕刻和深拉伸進行結構化和成形。在此，在所述插入件3中產生進口 31和出口 32。在進口 31的開口區域中構造有網狀的過濾結構33。可以有利地通過蝕刻引線框架材料來實現這樣精細的結構。此外，插入件 3的邊緣區域34拱起。插入件3安裝在殼體底21上並且通過其拱起的邊緣區域34與殼體底壓力密封地連接。另外，具有聲孔M的殼體蓋22的連接管23通過進口 31與插入件3 壓力密封地連接。根據殼體部件21和22的材料，可以簡單地通過粘接或焊接建立與金屬插入件3的連接。麥克風組件1同樣壓力密封地安裝在插入件3上，更確切地說，藉助空腔 13安裝在出口 32上方。藉助於插入件3確保了聲音僅僅被傳導到麥克風膜片11的背側上。聲音通過連接管23和殼體蓋22中的聲孔M以及通過插入件3中的進口 31到達插入件3與殼體底21 之間的聲學進入通道30中。所述進入通道30相對於背側容積20是封閉的，使得聲壓僅僅通過出口 32被傳導到空腔13並且由此傳導到麥克風膜片11的下側上。進口 33的開口區域中的過濾結構33應當阻止汙染顆粒到達聲學進入通道30中以及直到麥克風膜片11並且附著在那裡。麥克風膜片11上面的背側容積20是封閉的，這不僅使聲學麥克風特性良好，而且保護麥克風膜片11上的電路元件12和用於電路元件12的電接通的鍵合線14以免受環境影響。麥克風封裝10的以上所述的結構特別良好地適於藉助用於MEMS組件的AVT (結構與連接技術)的標準方法的批量生產。這在下面藉助圖加至2丨進行闡述。首先彼此獨立但在柵格大小和柵格形狀以及功能元件的布置方面相互協調地製造麥克風封裝的麥克風封裝組成部件——插入件、殼體底和殼體蓋的陣列。在圖加中示出了插入件陣列300。在此涉及銅引線框架，由所述銅引線框架衝壓出插入件3的柵格，使得各個插入件3僅僅還通過連接接片36彼此連接。每個插入件3由方形的中間部分37組成，所述中間部分37具有進口 31的區域中的柵格狀的過濾結構33以及具有出口 32。所述中間部分37通過接片38與方形的框架39連接，其中，接片38設置在框架角中。中間部分37的邊緣區域34與框架39 —起在深拉伸方法中拱起。插入件陣列 300也還可以塗敷貴金屬作為腐蝕防護和用於改善可粘接性，例如藉助類似於「預鍍引線框架(pr印lated leadframe) 」的無電流的NiPdAu電鍍技術。對於殼體底21，提供襯底材料210，並且所述襯底材料210設有用於麥克風組件的電接通的接觸面211。在圖2b中示出了這樣預先準備的殼體底21的陣列210。除了用於麥克風組件的接觸面211之外，殼體底陣列210具有在柵格中環繞的另一接觸面212，即分別在各個殼體底21的邊緣區域中。所述接觸面212用於分別安裝在殼體底的邊緣上的殼體蓋21的電連接。在此，殼體蓋22也被製造成連續的陣列220的形式，例如製造為塑料成型件。在圖2c中示出了這樣的殼體蓋陣列220。所述附圖清楚示出相應於插入件陣列300中的進口 31設置有具有聲孔M的連接管23。對於麥克風封裝的結構，首先將插入件陣列300調準地安裝在預先準備的襯底材料210上，使得每個插入件3的框架39完全裝配在殼體底21上並且環繞的接觸面212除連接接片39之外保留敞開。在圖2d中示出了所述結構。可以簡單地藉助於適合的粘接劑或者也可以通過焊接建立插入件陣列300與襯底材料210之間的機械連接以及可能的電連接。粘接劑或焊膏可以施加在插入件陣列300上或者襯底材料210上。可以有利地通過點膠(Dispensen)或者在絲網印刷方法(Siebdruckverfahren)中施加粘接劑和焊膏。通常大量地並行製造並且為了安裝在插入件3上才分離MEMS麥克風組件1。麥克風組件1分別設置在插入件3的出口 32上方並且例如通過粘接與其壓力密封地連接。圖 2e示出已經藉助鍵合線14建立麥克風組件與殼體底21上的相應接觸面211之間的電連接之後的結構。最後，裝配殼體蓋陣列220並且使其在柵格中環繞的接觸面212的區域中與殼體底陣列210壓力密封地連接。在此，分別具有聲孔M的連接管23設置在插入件3的進口 31上方並且同樣與其壓力密封地連接。為此，有利地藉助於絲網印刷將粘結劑施加到殼體蓋陣列上。此後才分離麥克風封裝，其方式是，沿著柵格線切開整個結構。這通過圖2f說明。
權利要求
1.麥克風封裝(10)，所述麥克風封裝至少包括MEMS麥克風組件(1)，所述MEMS麥克風組件具有麥克風膜片(11)；殼體O)，所述殼體具有殼體底和殼體蓋(22)，其中，所述殼體( 包圍所述麥克風組件(1)的背側容積(20)，並且在所述殼體(2)中構造有通向所述麥克風膜片(11)的聲學進入通道(30)，所述聲學進入通道相對於所述背側容積00)是封閉的並且使所述殼體(2)中的至少一個聲孔04)與所述麥克風膜片(11)的一側連通；其特徵在於，所述麥克風封裝包括插入件(3)，所述插入件安裝在所述殼體O)的內部並且定義通向所述麥克風膜片(11)的所述聲學進入通道(30)，其方式是，所述聲學進入通道與所述殼體O)的聲孔04)耦合併且具有至少一個出口(32)，具有所述麥克風膜片 (11)的所述麥克風組件(1)安裝在所述至少一個出口上方。
2.根據權利要求1所述的麥克風封裝(10)，其特徵在於，所述插入件(3)實現為基本上扁平的中間支承件的形式，所述中間支承件具有環繞拱起的邊緣區域(34)，所述插入件(3)通過其拱起的邊緣區域(34)與所述殼體底壓力密封地連接，使得其與所述殼體底 (21) 一起形成所述聲學進入通道(30)，並且至少所述聲學進入通道(30)的所述出口(32) 實現為所述插入件(3)中的通孔的形式。
3.根據權利要求2所述的麥克風封裝(10)，其特徵在於，在所述殼體蓋02)中構造有指向內部的連接管(23)，所述連接管具有聲孔(M)，所述聲學進入通道(30)的所述至少一個進口(31)實現為所述插入件(3)中的通孔的形式，並且所述殼體蓋02)的連接管03) 壓力密封地安裝在所述進口( 的上方。
4.根據權利要求3所述的麥克風封裝(10)，其特徵在於，在所述聲學進入通道(30)的進口(31)中構造有柵格狀的過濾結構(33)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的麥克風封裝(10)，其特徵在於，所述插入件(3) 實現為結構化的和成形的金屬支承件的形式，所述金屬支承件具有環繞拱起的邊緣區域 034)。
6.根據權利要求5所述的麥克風封裝(10)，其特徵在於，所述金屬插入件(3)粘接或焊接在所述殼體底上。
7.用於根據權利要求1至6中任一項所述的麥克風封裝的插入件(3)，所述插入件由金屬的引線框架材料出發實現，所述插入件包括基本上扁平的中間部分(37)和環繞拱起的邊緣區域(34)，並且所述插入件的中間部分(37)具有至少一個用作進口(31)的通孔和至少一個用作出口(32)的通孔，所述至少一個用作進口的通孔具有柵格狀的過濾結構 (33)。
8.根據權利要求7所述的插入件(3)，其特徵在於，在所述進口(31)的區域中構造有柵格狀的過濾結構(33)。
9.用於製造多個根據權利要求5或6所述的麥克風封裝(10)的方法，其中，藉助尤其是通過衝壓、蝕刻和深拉伸引線框架材料來製造引線框架的方法製造多個設置在柵格中並且通過連接接片彼此連接的插入件(300)，所述插入件具有通孔(31， 32)和環繞拱起的邊緣區域(34)，其中，預先準備殼體底的相應陣列010)，其中，將所述插入件陣列(300)調準地安裝在所述殼體底陣列(210)上，其中，在每個插入件(3)上安裝一個麥克風組件(1)，其中，預先準備具有聲孔04)的殼體蓋的相應陣列(220)並且將其與已裝配的殼體底陣列(210)和所述插入件陣列(300)壓力密封地連接，以及其中，隨後才分離所述麥克風封裝(10)。
全文摘要
本發明提出一些措施，這些措施能夠成本有利地實現麥克風封裝，其中在高微型化程度下實現非常好的麥克風性能。這種麥克風封裝包括具有麥克風膜片的MEMS麥克風組件和具有殼體底和殼體蓋的殼體，其中殼體包圍麥克風組件的背側容積，並且在殼體中構造有通向麥克風膜片的聲學進入通道，其相對於背側容積是封閉的並且使殼體中的至少一個聲孔與麥克風膜片的一側連通。根據本發明，在殼體的內部安裝了插入件，其定義通向麥克風膜片的聲學進入通道，其方式是，其與殼體的聲孔耦合併且具有至少一個出口，具有麥克風膜片的麥克風組件安裝在所述至少一個出口上方。
文檔編號H04R31/00GK102572674SQ20111041274
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月12日 優先權日2010年12月13日
發明者A·德勒, E·奧克斯, M·克瑙斯, S·諾格爾 申請人:羅伯特·博世有限公司