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具有集成无源装置裸片的封装送话器系统

申请号 CN201380065740.7 申请日 2013-09-06 公开(公告)号 CN104956684B 公开(公告)日 2019-08-06
申请人 应美盛股份有限公司; 发明人 D.博洛尼亚; A.V.盖里;
摘要 一种换能器系统(17)具有形成内部室(50)的封装(38)、和固定在内部室(50)内的MEMS换能器(42),例如,MEMS送话器。封装(38)形成孔口(52),孔口(52)用于允许对室(50)的内部和因而对MEMS换能器(42)的声学进入。系统(17)还具有两个裸片(44、46),即,系统(17)具有在内部室(50)内的主 电路 裸片(44)、和与主电路裸片(44)电连接的集成无源装置裸片(46)。主电路裸片(44)与MEMS换能器(42)电连接并且具有至少一个有源电路元件。
权利要求

1.一种送话器系统,其包括:
封装,其形成内部室;
MEMS送话器裸片,其固连在所述内部室内,所述封装形成孔口,所述孔口允许对所述室的内部和所述MEMS送话器裸片的声学进入;
电路裸片,其在所述内部室内,所述主电路裸片与所述MEMS送话器裸片电连接且包括至少一个有源电路元件;和
集成无源装置裸片,其与所述主电路裸片电连接并且物理地安装至所述主电路裸片。
2.根据权利要求1所述的送话器系统,其特征在于,所述集成无源装置裸片构造为执行RF滤波、所述系统的编程、和功率供应去耦中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的送话器系统,其特征在于,所述集成无源装置裸片表面安装至所述主电路裸片。
4.根据权利要求1所述的送话器系统,其特征在于,所述主电路裸片和集成无源装置裸片中的一者或二者包括多个凸点。
5.根据权利要求1所述的送话器系统,其特征在于,所述主电路裸片和集成无源装置裸片中的各个包括在20和60个之间的凸点。
6.根据权利要求1所述的送话器系统,其特征在于,所述集成无源装置裸片和主电路裸片布置成堆叠构造。
7.根据权利要求1所述的送话器系统,其特征在于,所述封装包括支撑所述MEMS送话器裸片的基底,所述封装还具有导电盖来减轻电磁干扰
8.根据权利要求7所述的送话器系统,其特征在于,还包括与所述基底联接的副盖,所述基底在所述导电盖与副盖之间。
9.根据权利要求7所述的送话器系统,其特征在于,所述基底包括电路板材料。
10.根据权利要求9所述的送话器系统,其特征在于,所述送话器裸片安装在所述孔口上方。
11.一种换能器系统,其包括:
封装,其形成具有至少一个壁的内部室;
MEMS声学换能器,其在所述内部室内固连到所述至少一个壁,所述封装形成孔口,所述孔口用于允许对所述室的内部和所述MEMS声学换能器的声学进入;
主电路裸片,其在所述内部室内,所述主电路裸片与所述MEMS声学换能器电连接且包括至少一个有源电路元件;
多个焊垫,其形成在所述封装上,所述MEMS声学换能器与所述多个焊垫中的至少一个电连接;和
集成无源装置裸片,其与所述主电路裸片电连接并且物理地安装至所述主电路裸片。
12.根据权利要求11所述的换能器系统,其特征在于,所述集成无源装置裸片物理地安装至所述主电路裸片,以形成固连至所述室的所述至少一个壁的堆叠。
13.根据权利要求12所述的换能器系统,其特征在于,所述集成无源装置裸片和主电路裸片布置成堆叠构造。
14.根据权利要求11所述的换能器系统,其特征在于,所述主电路裸片和集成无源装置裸片中的一者或二者包括多个凸点。
15.根据权利要求11所述的换能器系统,其特征在于,所述MEMS声学换能器包括MEMS送话器裸片。
16.根据权利要求11所述的换能器系统,其特征在于,所述MEMS声学换能器包括用于将声学信号转换成电信号的器件,和用于朝所述主电路裸片引导所述电信号以用于处理的器件。
17.根据权利要求11所述的换能器系统,其特征在于,所述集成无源装置裸片倒装芯片地安装至所述主电路裸片。
18.一种制造MEMS送话器系统的方法,所述方法包括:
提供基底;
将MEMS送话器裸片固连至所述基底;
将主电路裸片定位在所述MEMS送话器裸片附近;
将集成无源装置裸片定位在所述主电路裸片附近并且将所述集成无源装置裸片物理地安装至所述主电路裸片;
将所述主电路裸片与所述集成无源装置裸片电连接,所述集成无源装置裸片和所述主电路裸片中的一者固连至所述基底;
将盖固连至所述基底,以形成具有室的封装,所述盖与所述基底电连接来减轻电磁干扰;
所述封装室包含所述MEMS送话器裸片、集成无源装置裸片、和主电路裸片,所述封装具有孔口,所述孔口用于允许到所述室中和对所述MEMS送话器裸片的声学信号进入。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,定位集成无源装置裸片包括以堆叠构造将所述集成无源装置裸片固连至所述主电路裸片。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,固连所述集成无源装置裸片包括通过倒装芯片连接将所述集成无源装置裸片电连接至所述主电路装置。

说明书全文

具有集成无源装置裸片的封装送话器系统

技术领域

[0001] 本发明大体涉及声学装置,并且更具体而言,本发明涉及MEMS声学装置和与MEMS声学装置相关的电路

背景技术

[0002] MEMS送话器(microphone)典型地固连在封装的内部室内,以相对于环境保护它们。同样安装在内部室内并且具有有源电路元件的集成电路芯片处理去往送话器和来自其的电信号。穿过封装的一些部分的一个或更多个孔口允许声学信号到达送话器。音频信号的接收导致送话器利用其对应的集成电路芯片产生代表接收的信号的音频特性的电信号
[0003] 由于在许多MEMS送话器应用中期望的小外形,故不期望在内部封装室内安装过多构件。

发明内容

[0004] 根据本发明的一个实施例,送话器系统具有形成内部室的封装、和固连在内部室内的MEMS送话器。封装形成孔口,该孔口用于允许对室的内部且因而对MEMS送话器的声学进入(acoustic access)。该系统还具有两个裸片(die);即,该系统具有内部室内的主电路裸片、和与主电路裸片电连接的集成无源装置裸片。主电路裸片与MEMS送话器电连接并且具有至少一个有源电路元件。
[0005] 集成无源装置可构造为执行下列功能中的至少一个:RF滤波、系统的编程、和功率供应去耦。一些实施例将集成无源装置裸片物理地安装至主电路裸片。例如,集成无源装置裸片的面可表面可安装至主电路裸片的面。作为相关的实例,集成无源装置和主电路裸片可布置成堆叠构造。为了电连通,主电路裸片和集成无源装置裸片中的一者或二者具有多个电互连凸点(bump)。在该情况下,主电路裸片和集成无源装置裸片中的一者或二者可具有高数目的凸点(例如,在20和60个之间的凸点)。
[0006] 封装可包括1)基底,其支撑MEMS送话器和2)导电盖(例如,实心金属盖或导电涂层聚合物盖)以对MEMS送话器提供减轻电磁干扰。封装还具有与基底联接的副盖,其中,基底定位在导电盖与副盖之间。其中,基底可由电路板材料(例如,FR-4或双来酰亚胺-三嗪树脂层板(laminate),也公知为“BT”层板)形成。送话器可安装在封装内的多个位置中的任一个中。例如,送话器可安装在孔口上方。
[0007] 根据本发明的另一实施例,换能器系统包括:封装,其形成具有至少一个壁的内部室;和MEMS声学换能器,其在内部室内固连至至少一个壁。封装形成孔口,该孔口用于允许对室的内部和MEMS声学换能器的声学进入。该系统还包括在内部室内的主电路裸片、和与主电路裸片电连接的集成无源装置裸片。主电路裸片与MEMS声学换能器电连接且具有至少一个有源电路元件。为了与封装外侧的构件连通,系统还包括形成在封装上的多个焊垫。MEMS声学换能器与多个焊垫中的至少一个电连接。
[0008] 根据本发明的其他实施例,制造MEMS送话器系统的方法提供基底,将MEMS送话器固连至基底,并然后定位两个裸片-MEMS送话器附近的主电路裸片,和主电路裸片附近的集成无源装置裸片。该方法还将主电路裸片与集成无源装置裸片电连接(在定位裸片之前、之时、或之后)。集成无源装置裸片和主电路裸片中的一者或二者固连至基底。该方法还将盖固连至基底,以形成具有室的封装。盖与基底电连接,以减轻电磁干扰。封装室包含MEMS送话器裸片、集成无源装置裸片、和主电路裸片。而且,封装具有孔口,该孔口允许到室中和对MEMS送话器裸片的声学信号进入。附图说明
[0009] 从在紧接下面总结的参照附图讨论的以下“具体实施方式”,本领域技术人员应更完全地理解本发明的各种实施例的优点。
[0010] 图1A-1D示意地示出可包括本发明的例示实施例的多个不同类型的助听器
[0011] 图2示意地示出可包括本发明的例示实施例的蜗植入件的一个实例。
[0012] 图3示意地示出可实现本发明的例示实施例的封装送话器的透视图。
[0013] 图4示意地示出横穿4-4线的图3中的封装送话器的截面图。
[0014] 图5A示意地示出可与本发明的例示实施例一起使用的MEMS送话器的透视图。
[0015] 图5B示意地示出横穿B-B线的图5A的MEMS送话器的截面图。
[0016] 图6A示意地示出主电路裸片和集成无源装置裸片的俯视图,突出显示了两个裸片的互连图案/焊盘图案。
[0017] 图6B示意地示出处于堆叠构造的主电路裸片和集成无源装置裸片的透视图。
[0018] 图7A示意地示出具有多个盖和侧端口的送话器系统的备选实施例。
[0019] 图7B示意地示出图7B的送话器系统,其中其盖被移除。
[0020] 图8示出形成根据本发明的例示实施例的送话器系统的过程。

具体实施方式

[0021] 在例示实施例中,MEMS送话器系统具有典型地由无源电路元件提供的增强的功能,而不需要高封装容积。MEMS送话器系统使用集成无源装置裸片来实现这种功能。在其他方式中,集成无源装置裸片可在其封装内与另一裸片堆叠,因此使对稀少的内部封装基板面(real estate)的需求最小化。在下面讨论这些和其他例示实施例的细节。
[0022] 图1A-1D例示性地示出各种不同类型的助听器10A,它们可包括实现本发明的例示实施例的送话器系统。图1A和图1B示出不同的“耳后”类型的助听器10A,这些助听器10A如它们的名字所暗示的,具有在使用期间固定在耳后的重要部分。相反,图1C和图1D示出在耳后不具有构件的助听器10A。作为替代,这些类型的助听器10A安装在耳内。具体而言,图1C示出“耳中”助听器10A,其如其名字所暗示的,安装在耳中,而图1D示出一种“耳道中”助听器10A,其如其名字所暗示的,更深地安装在耳中,即,耳道中。
[0023] 参照图1A,耳后类型的助听器10A的智能件、传感器(例如,送话器系统)、和逻辑件主要位于安装在耳后的壳体12A内。为此,壳体12A形成内部,该内部包含:内部电子件,其用于处理音频信号;电池舱14(供能模),其用于包含对助听器10A的电池;和机械控制特征16,例如按钮,其用于控制内部电子件。此外,助听器10A还包括:送话器系统17(例如,封装送话器裸片),其用于接收音频信号;和扬声器18,其用于传输由送话器17接收且由内部电子件处理的放大的音频信号。在扬声器18附近的,直接连接至助听器10A的端部的中空管20将这些放大信号引导到耳中。为了维持该管20的位置并减少非期望的反馈,助听器10A还可包括耳模22(也是助听器10A的主体的部分),耳模22其由模制成耳部开口形状的柔软、柔性的树脂形成。
[0024] 其中,助听器10A可具有用于优化通过扬声器18生成的信号的电路和逻辑件。更具体而言,助听器10A可具有一些程序模式,这些程序模式优化不同环境下的信号处理。例如,该逻辑件可包括产生下列程序的滤波系统:
[0025] •安静环境下的正常对话,
[0026] •吵杂环境下的正常对话,
[0027] •在剧场中听电影,和
[0028] •在较小区域中听音乐。
[0029] 助听器10A还可针对特定使用者/病人的听损失来被编程。其因而可被编程来提供特定频率下的定制放大。该功能中的一些可在其内部送话器系统17内实现。
[0030] 另两种类型的助听器10A典型地具有相同的内部构件,但在更小的封装中。具体而言,图1C的耳中助听器10A具有柔性壳体12A,其具有提到的内部构件,被模制成耳部开口的形状。具体而言,其中,那些构件包括:送话器17,其面朝外以用于接收音频信号;扬声器(未显示),其面朝内以用于将那些信号传输到耳中;和内部逻辑件,其用于放大和控制性能。
[0031] 图1D的耳道中助听器10A典型地具有所有相同的构件,但在更小的封装中,以配合在耳道中。一些耳道中助听器10A还具有延伸出耳部以有助于移除助听器的延伸部(例如,导线)。由于它们配合在紧凑的地点(例如,在耳后或在耳道中),因而用于内部系统构件(例如,送话器)的空间是非常珍贵的。
[0032] 图2示意地示出另一种类型的听觉仪器,耳蜗植入件10B,其以相似的方式也具有约束用于其内部构件的相当大的空间限制。在高级别下,耳蜗植入件10B具有与助听器10A的功能相同的功能;即,帮助人正常地听到可听的声音。但是,耳蜗植入件10B通过具有外部部分24和植入部分26而以不同的方式执行其功能,外部部分24接收和处理信号,并且植入部分26物理地位于在人的头部内。
[0033] 为此,耳蜗植入件10B的外部部分24具有耳后部分,该耳后部分具有与助听器10A耳后部分中的那些构件相同的构件中的许多。图2中的较大的图将该耳后部分显示为透明部件,因为耳朵覆盖其,而同图的较小的图示出其在耳后。
[0034] 具体而言,耳后部分包括壳体/主体12B,壳体/主体12B包含:送话器17,其用于接收音频信号;内部电子件,其用于处理接收的音频信号;电池;和机械控制特征16(例如,按钮),其用于控制内部电子件。本领域技术人员通常将该部分称作“声音处理器”或“语音处理器”。从声音处理器延伸的导线19与发射器30连接,该发射器30被磁性地保持在人的头部的外部。语音处理器经由导线19与发射器30连通。
[0035] 发射器30包括:主体,其具有与提及的植入金属部分26互相作用来将其固定至头部的磁体;无线传输电子件,其与植入部分26连通;和线圈,其用来对植入部分26(在下面讨论)供能。由此,声音处理器中的送话器17接收音频信号,并且通过导线19将它们以电子形式传输至发射器30,发射器30随后将这些信号无线地传输至植入部分26。
[0036] 植入部分26因而具有:接收器,其具有微处理器,以从外部发射器30接收压缩数据;磁体,其具有与发射器30中的极性相反的极性,其既将发射器30保持至人的头部,又并且对准外部部分24/发射器30内的线圈;和线圈,其与外部发射器30中的线圈协作。植入部分26中的线圈与外部发射器30的线圈形成变压器,以对其自身的电子件供能。从植入部分26延伸的导线束32行进入耳道中,并且终止于安装在耳蜗35内的电极阵列处。如由本领域技术人员所公知的,接收器对电极阵列34传输信号,以直接刺激听觉神经36,从而使人能够听到在人的听觉的听得见的范围中的声音。
[0037] 实际上,本发明的例示实施例可在多种其他底层(underlying)装置中实现送话器系统17。例如,其中,在本文中讨论的送话器系统17可实现在移动电话、智能手机、照相机、计算机、游戏系统、和手持播音(“PA”)装置中。由此,听觉仪器或一些其他更高级别的系统的讨论仅用于示例性目的,且不意图限制本发明的所有实施例。
[0038] 图3示意地示出一种根据本发明的例示实施例实现的封装送话器系统17(也称为“送话器系统17”或“封装送话器17”)。封装送话器17具有封装38,封装38可与底层设备联接,底层设备例如为在听觉仪器10A或10B或移动电话内的印刷电路板。但是,底层设备可包括多种其他装置(例如,其他集成电路)中的任一种。因此,印刷电路板的讨论是例示性的,并且不意图限制多种其他实施例。
[0039] 封装38具有:基部40(有时被本领域技术人员称为“基底”),基部40与对应的盖41一起形成内部室50,内部室50包含微型机电系统送话器裸片42(在下面关于图4详细讨论的,也称作“MEMS送话器”或“硅送话器”),该送话器裸片42用于接收和转换声学信号;和在系统17内的用于控制信号的两个芯片(也在图4中)。具体而言,该两个芯片包括主电路裸片44和集成无源装置芯片/裸片46(此后称为“IPD 46”)。主电路裸片44的一般功能为控制和管理对送话器裸片42(也称为“送话器芯片42”)的输入和来自其的输出。例如,其中,主电路芯片44可放大由送话器裸片42产生的变化的电容信号,并且控制施加至送话器裸片42的电压。在例示实施例中,主电路芯片44实现为也公知为“ASIC”的专用集成电路
[0040] 以相似的方式,IPD 46的主要功能为对送话器系统17提供附加功能。其中,这些功能可包括:
[0041] 1. 对系统编程的能力,
[0042] 2. 为听觉仪器实现在上面描述的程序的至少部分,
[0043] 3. 允许更有效的电路修调,促进批量试验,
[0044] 4. 允许更好的批量跟踪
[0045] 5. 射频滤波(RF滤波)以减小电磁干扰(“EMI”),
[0046] 6. 电路耦合和去耦,
[0047] 7. 阻抗匹配,和
[0048] 8. 功率分配。
[0049] 如由本领域技术人员所公知的,IPD 46典型地是仅具有无源电流元件,即电阻器、电容器、和电感器的集成电路。例示实施例因而将有源元件(例如,具有晶体管的运算放大器)定位在IPD 46外侧。例如,主电路裸片44可具有多个有源元件以及一些无源元件,从而实现运算放大器(即,“运放(op-amp)”)。
[0050] 由于送话器裸片/芯片42可易受EMI影响,故封装38优选地包含降噪技术。该降噪技术为附加到或代替可由IPD 46执行的RF滤波。由此,例示实施例有效地形成以多种不同方式中的任一种围绕送话器裸片42的法拉第笼。为此,所示实施例中的盖41是腔类型的实心金属盖,其具有从顶部、内部面大体正交地延伸的四个壁。作为实心金属,盖41不需要塑料或其他基材上的金属涂层。替代地,例示实施例由一片金属(例如,一片金属板)形成盖41。例如,在例示实施例中,盖41是成形金属盖,其具有大体杯形的凹形,该凹形限定封装室
50的一部分。盖41固连至基本上平坦的封装基部40的顶面,以形成内部室50。任何尺寸的由盖41和基部40两者形成的壁可被认为限定室50。
[0051] 可使用其他类型的金属盖。例如,盖41可为平坦的并且联接至从基部40延伸的向上突出的壁。备选地,盖41可由不导电材料形成,具有或不具有导电层,例如金属。一些实施例由不导电基材形成盖41,该基材浸渗有金属(例如,颗粒),以有效地形成导电屏障。
[0052] 盖41还具有音频输入端口52(也称作孔口52),其允许音频信号进入室50中。但是,在备选实施例中,音频端口52在另一位置处,例如穿过盖41的顶面的另一部分、盖41的侧部(在下面讨论),或穿过基部40。一些实施例可具有多个输入端口52(例如,定向送话器)。
[0053] 常规技术将盖41连接至基部40。例如,在将内部裸片42、44和46安装在封装室50内之后,常规制造过程可利用粘合剂将盖41连接至基部40。如由本领域技术人员所公知的,盖41和基部40之间的势差非期望地干扰送话器裸片42中的内部构件的移动。例如,如果送话器系统17包括电容式送话器裸片42,那么然后盖41与基部40之间的势差可不利地影响其内部可变电容器。因此,导电粘合剂优选地用于确保盖41具有与基部40的规定部分相同的电势。为此,基部40可具有接合焊垫13,接合焊垫13直接接触盖41,以提供这种相同的电势。备选实施例可使用不导电粘合剂、焊料、或在本领域中使用的其他粘合介质。
[0054] 进入内部室50的音频信号与送话器裸片42,并且因而与主电路裸片44互相作用,来产生电输出信号。而且,取决于其功能,IPD 46还可与主电路裸片44和送话器裸片42协作,以产生电输出信号。具体而言,声学信号接触送话器裸片42,该送话器裸片42将该声学信号转换成电信号。将该电信号朝主电路裸片44引导以用于处理。
[0055] 封装基部40的底面具有多个外部接触件/接合焊垫54,以用于将送话器系统17与外部设备(未显示但是在上面提及)电气地(并且在许多预期的用途中物理地)连接,外部设备诸如是下个级别装置的(例如听觉仪器或移动装置的)印刷电路板或其他电互连设备。在例示实施例中,封装38表面安装至电路板。因此,在使用期间,送话器裸片42、IPD 46(如果在该功能下使用),和主电路裸片44协作,以将通过孔口52接收的音频信号转换成电信号,并且使那些信号通过基部40中的外部接触件/接合焊垫54发送至电路板。
[0056] 在例示实施例中,封装基部40由电互连设备形成,例如陶瓷封装材料、载体、印刷电路板材料(例如,使用FR-4或双马来酰亚胺-三嗪树脂层板类型材料的交替层)。但是,可使用其他类型的封装,例如,预模制、引线框类型的封装(也称作“预模制封装”)。如在上面所暗示的,基部40可为腔封装,或扁平类型封装。
[0057] 图4示意地示出图3的封装送话器17的截面图。为了降低封装室50内的空间需求,主电路裸片44和IPD 46以堆叠构造在送话器裸片42附近定位在基部40(认为是室50的壁)上。换言之,如图所示,从附图的透视图看来,主电路裸片44和IPD 46共有至少一个竖直平面。例如,两个芯片44和46的大体中心可在竖直方向上基本上对准。在该情况下,它们也物理地且电气地连接。在下面关于图6A和图6B更详细地论述该连接。因此,在该实施例中,IPD 46和主电路裸片44因而可被认为逻辑地和物理地为单个单元(在本文中有时称为“堆叠
56”)。具体而言,二者电气地协作来在封装38内尤其管理信号和功率,因而逻辑地作用为单个单元。以相似的方式,由于它们以堆叠构造(例如,使用倒装芯片连接)固连至彼此,故它们可被认为是单个物理单元。
[0058] 堆叠56和送话器裸片42优选地紧密地定位在封装内部内,并且与一个或多个焊线58电连接。焊线58例示性地在主电路裸片44和送话器裸片42上的接合焊垫(未显示)之间延伸。在其他实施例中,送话器裸片焊线58与基部40上的内部焊垫60直接连接。在两种情况下和在其他情况下,一个或更多个焊线58可从堆叠56上的焊垫(例如,从主电路裸片44上的焊垫)延伸至暴露在基部40上的内部焊垫60。这些内部焊垫60与外部焊垫54连接,以提供与外部装置的必要电连通。
[0059] 尽管图4示出(从附图的透视图来看)主电路裸片44的顶部上的IPD 46,但备选实施例可将主电路裸片44定位在IPD 46的顶部上。在这种备选实施例中,IPD 46可直接固连至基部40,并且支撑主电路裸片44。此外,两个裸片电气地且物理地连接。而且,IPD 46可在一个或多个维度中比主电路裸片44大或小。在其他实施例中,送话器系统17具有多个IPD 46,和/或多个主电路裸片,它们处于堆叠构造、不处于堆叠构造,或二者(当然,使用两种不同类型的多个裸片)。
[0060] 尽管在附图中未显示,但一些实施例可将IPD 46和主电路裸片44二者定位在基部40上。在此情况下,送话器系统17具有其他电互连器件,例如IPD 46与主电路裸片44之间的焊线58。以相似的方式,送话器裸片42可使用一个或更多个焊线58与IPD 46和主电路裸片
44连通。
[0061] 一些实施例形成穿过基部40的孔口52。在此情况下,送话器系统裸片42可定位在孔口52正上方(来增大后部容积),或孔口52附近。
[0062] 送话器裸片42可实现多种不同类型的送话器裸片中的任一种。例如,如在上面所暗示的,送话器裸片42可实现为MEMS送话器裸片。为此,图5A示意地示出可与本发明的例示实施例一起使用的MEMS送话器裸片42的顶视、透视图。图5B示意地示出相同的MEMS送话器裸片42的截面图。这两个附图仅讨论以详述可组成根据各种实施例使用的送话器裸片42的一些示范构件。如在图5A和5B中所显示的,送话器裸片42具有芯片基部/基底64,其一部分支撑后板66。送话器裸片42还包括柔性膜片68,其由弹簧70悬挂在后板66上方并能够相对于其移动。后板66和膜片68一起形成可变电容器。在例示实施例中,后板66由单晶硅(例如,绝缘体上硅晶片的一部分)形成,而膜片68由沉积的多晶硅形成。但是,在其他实施例中,后板66和膜片68可由不同的材料形成。
[0063] 在图5A和图5B中显示的实施例中,基底64包括后板66和其他结构,例如,底部晶片和绝缘体上硅(即,SOI)晶片的埋置化层72。基底64的一部分也形成后侧腔74,后侧腔74从基底64的底部延伸至后板66的底部。为了便于操作,后板66具有通向后侧腔74的多个通孔76。
[0064] 在操作中,如在上面大体提及的,冲击膜片68的音频/声学信号,从而导致其振动,因而改变膜片68与后板66之间的距离来产生变化的电容。此种音频信号可从任何方向接触送话器裸片42。例如,音频信号可向上行进,首先穿过后板66,并然后部分地穿过且逆着膜片68。在其他实施例中,音频信号可沿相反方向行进。
[0065] 如在上面提到的,主电路裸片44和/或IPD 46将该变化的电容转换成可被进一步处理的电信号。应当注意的是,特定送话器裸片42的论述仅用于例示性目的。其他送话器构造因而可与本发明的例示实施例一起使用。例如,不使用SOI晶片,送话器裸片42可由块状硅晶片基底形成。
[0066] 与各种实施例相关的一种复杂性涉及将IPD 46与主电路裸片44电连接。例如,各芯片可具有相对少量的电接口,例如5-10个,或更高的数量,例如10-25、25-50、或50-60个(或更多)。将这些多个接口定位在小的裸片(例如具有长度为0.5mm和宽度为0.5mm之间的面的裸片)上可尤其是有挑战性的。
[0067] 为此,图6A示意地示出两个芯片的俯视图;即,如果使用图4的堆叠构造来实现,那么该图示出主电路裸片44的面向顶部表面和IPD 46的面向底部表面。各裸片具有焊盘、接口、凸点、和/或焊垫(各自使用标号78来提及)的对应阵列,以与彼此电连通。在该实例中,各裸片形成细距接口78的6 X 7阵列。这些接口中的各个制造为具有小的最大尺寸。例如,接口78中的各个可形成为金或凸点,其具有处于微米尺寸的直径,例如在20和40微米之间。
[0068] 图6B示意地示出堆叠56的侧视透视图,其中,IPD 46上的凸点78与主电路裸片44上的对应凸点78物理地且电气地连接。如图所示,相邻的裸片44和46彼此间隔,并且还通过它们的凸点78物理地连接。这可认为是倒装芯片连接。类似的实施例可利用两个裸片44和46之间的表面安装互连。
[0069] 各种实施例因而获得无源电路元件的益处,而不具有过多的空间约束。该改善因而允许用于与微型装置(例如,听觉仪器)一起使用的小得多的封装送话器系统。由此,不需要显著不同的工程折中,该改善开发了以前在许多微型装置中不能获得的全新功能。
[0070] 各种实施例适用于在具有填充空气腔的封装内的多种不同类型的换能器系统。例如,一些实施例可适用于扬声器系统。具体而言,图4中显示的系统在封装室50内不具有MEMS送话器裸片42,而是可具有MEMS扬声器裸片。
[0071] 如在上面还提及到的,送话器系统17自身可以以多种不同方式实现。为此,图7A和7B示意地示出实现本发明的例示实施例的侧端口送话器系统17。图7A示出盖41在上面的送话器系统17,而图7B示意地示出移除了盖41的送话器系统17。移除盖41仅为了显示内部构件的细节。
[0072] 不同于在图3和4中显示的实施例,该实施例具有基本上包封基部40的两个盖41和86。具体而言,该实施例具有固连至底盖86,夹持基部40的顶盖41(通过与前图相同的参考标号来识别)。两个盖41和86形成提及的室50,和将音频信号引导至送话器裸片42的通道
82。通道82起始于侧部孔口52S,侧部孔口52S穿过基部40通向基部孔口52。送话器裸片42优选地安装在该基部孔口52上方。室50包含裸片42、44和46,裸片42、44和46以与在上面关于图3和4讨论的方式类似的方式固连。该实施例还具有可支撑附加裸片的附加的、平面外基部部分。
[0073] 本发明的一个益处在于,在侧端口设计中其提供相对大的后部容量。而且,盖41和86可由如在上面描述的多种不同材料中的任一种形成。例如,为了提供EMI保护/减轻,顶盖
41可由导电材料(例如,金属)形成,而底盖86可由注模材料形成。
[0074] 图8示出形成根据本发明的各种实施例的送话器系统17的过程。尽管该过程是关于图3的送话器系统17讨论的,但其可适用于其他实施例,例如在图7A和7B中显示的实施例。应理解的是,该过程是实际制造过程的简化形式,它们可具有更多的步骤。例如,该过程可具有测试步骤、切片步骤、或未讨论的其他步骤。此外,过程的许多步骤可以与讨论的顺序不同的顺序进行。例如,步骤800和802可以以不同的顺序执行。实际上,一些步骤可基本同时进行。由此,该过程仅是可实现本发明的各种实施例的许多不同例示过程中的一个。
[0075] 还可构想,过程的例示实施例将使用批量制造过程执行。因此,制造单个送话器系统17的论述仅出于简易性目的。
[0076] 过程在步骤800处开始,步骤800形成堆叠的裸片。为此,在于两个裸片44和46的焊盘图案上形成焊料球或焊料凸点78之后,过程使两个裸片44和46在热和压力下接触,直至它们形成如在图6B中示出的堆叠56。接着,过程使用常规粘合剂或在上面讨论的其他器件将堆叠56和送话器裸片42固连至基部40(步骤802)。
[0077] 步骤804然后将构件电连接。具体而言,在关于图4讨论的实施例中,该步骤将焊线58从送话器裸片42物理地连接至主电路裸片44,和将其他焊线58从主电路裸片44物理地连接至内部焊垫60。过程在步骤806处结束,步骤806将盖41固定至基部40。
[0078] 尽管上述讨论公开了本发明的各种示例性实施例,但是本领域技术人员应当理解,可进行将实现本发明的一些优点而不脱离本发明的真正范围的各种修改
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