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TWI545966B - 具有立體基板的微機電麥克風封裝結構 - Google Patents

具有立體基板的微機電麥克風封裝結構 Download PDF

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TWI545966B
TWI545966B TW104116339A TW104116339A TWI545966B TW I545966 B TWI545966 B TW I545966B TW 104116339 A TW104116339 A TW 104116339A TW 104116339 A TW104116339 A TW 104116339A TW I545966 B TWI545966 B TW I545966B
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microphone package
cover plate
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陳振頤
張朝森
王俊傑
張詠翔
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美律實業股份有限公司
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Description

具有立體基板的微機電麥克風封裝結構
本發明係有關於一種微機電麥克風的封裝結構，具體而言是一種使用立體基板的微機電麥克風的封裝結構，其可藉由立體基板的側壁構造來維持整體結構強度，讓立體基板之承載底部能夠薄型化。
相較於傳統的麥克風，微機電麥克風具有輕薄短小、省電以及價格上的優勢，因此微機電麥克風大量地被應用於手機等電子產品中。傳統的微機電麥克風封裝結構70，請參考第1圖，其包含有一基板71，基板71上設有電性連接的一聲波傳感器72與一特定應用積體電路晶片73(ASIC)，並且特定應用積體電路晶片73是藉由基板71上的若干電性連接結構76而與外部的其他元件作電性連接，基板71上方罩設有一背蓋74以保護麥克風內部的各元件。由第1圖中可以看到，傳統的微機電麥克風封裝結構70的基板71承載了背蓋74、聲波傳感器72與特定應用積體電路晶片73等元件所施加的應力，因此為了結構強度的考量，基板71的厚度不能做得太薄，這對於時下電聲產品均講求薄型化的趨勢而言是相對不利的。而在追求微機電麥克風封裝結構70整體的薄型化趨勢下，相對地麥克風的腔室75容積會受到內部各元件的侷限而變得更小，因此若能減少基板71的厚度，是有助於謄出空間以增大腔室75容積，更可藉此提升微機電麥克風在所接 收聲音的感度、訊噪比以及頻率響應等等聲學性能。
此外，美國公開號第US 2014/0037115A1專利也揭示了一種 微機電麥克風封裝結構，請參考其說明書的第2圖。其中，封裝結構包含有由上蓋102、側壁104以及基板106所組成的一個三層板結構。上蓋102開設有音孔112，並且聲波傳感器108與特定應用積體電路晶片110都設於上蓋102。側壁104的頂面與底面都設有一焊料區域160以塗佈焊料，使側壁102連接上蓋102與基板106，並同時電性導通上蓋102、側壁104與基板106。
然而，從上述專利可以看到，基板106同樣需要承載上蓋 102、聲波傳感器108、特定應用積體電路晶片110以及側壁104所施加的應力，因此基板106同樣不能做得太薄。另一方面，由於側壁104是使用焊料來連接上蓋102與基板106，在一般習知的封裝過程中，須先在側壁104的頂面塗佈焊料後，再翻轉側壁104以塗佈側壁104的另一面後，才能進行後續側壁104與基板106的定位以及連接的步驟。因此，整體封裝過程較為繁複且成本較高，其焊接後封裝結構的連接強度也相對較差而容易損壞。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種微機電麥克風封裝結構，其能在外觀尺寸不變的情況下，增加麥克風的腔室容積，並可同時屏蔽電磁干擾。
為了達成上述目的，本發明提供了一種具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其包含有一立體基板、一蓋板、一聲波傳感器、一特定應用積體電路晶片以及至少一焊盤設置於蓋板頂面或立體基板的外表面。其中，立體基板是由複數層印刷電路板連續層疊而成，其包含有一第 一金屬層，並且頂面內凹形成一底部以及圍繞且連接底部頂面之一側壁，使蓋板能罩設於立體基板並連接側壁以形成一腔室。此外，聲波傳感器是設置於腔室內，且立體基板或蓋板設有一音孔。
藉此，側壁結構強化了立體基板的整體強度，使得立體基板能夠在維持一定強度的狀況下而使底部能夠在設計上盡可能地可以薄型化，讓封裝結構能在外觀尺寸不變的前提下，得以增加麥克風的腔室容積。
1‧‧‧封裝結構
10‧‧‧立體基板
11‧‧‧承載底部
12‧‧‧側壁
13‧‧‧音孔
14、14a、14b‧‧‧第一金屬層
15‧‧‧佈線電極
16‧‧‧金屬凸塊
17‧‧‧焊盤
18‧‧‧電性連接結構
19‧‧‧第三金屬層
20‧‧‧蓋板
21‧‧‧第二金屬層
22‧‧‧絕緣層
23‧‧‧金屬基材
24‧‧‧穿孔
25‧‧‧焊盤
26‧‧‧腔室
27‧‧‧導電層
28‧‧‧穿孔
29‧‧‧電性連接結構
30‧‧‧聲波傳感器
40‧‧‧特定應用積體電路晶片
50‧‧‧電磁屏蔽結構
70‧‧‧封裝結構
71‧‧‧基板
72‧‧‧聲波傳感器
73‧‧‧特定應用積體電路晶片
74‧‧‧背蓋
75‧‧‧腔室
76‧‧‧電性連接結構
S1、S2、S3‧‧‧步驟
第1圖為傳統的微機電麥克風封裝結構的剖視圖。
第2圖為本發明第一實施例微機電麥克風封裝結構的剖視圖。
第3圖為本發明第二實施例微機電麥克風封裝結構的剖視圖。
第4圖為本發明微機電麥克風封裝結構的製法流程圖。
第5圖為本發明第三實施例微機電麥克風封裝結構的剖視圖。
第6圖為本發明第三實施例微機電麥克風封裝結構的另一剖視圖，用以顯示蓋板的另一種結構。
第7圖為本發明第三實施例微機電麥克風封裝結構的另一剖視圖，用以顯示蓋板的另一種結構。
第8圖為本發明第四實施例微機電麥克風封裝結構的剖視圖。
第9圖為本發明第五實施例微機電麥克風封裝結構的剖視 圖。
第10圖為本發明第六實施例微機電麥克風封裝結構的剖視圖。
第11圖為本發明第六實施例立體基板的立體圖。
為了能更瞭解本發明之特點所在，本發明提供了一第一實施例並配合圖式說明如下，請參考第2圖。本發明具有立體基板的微機電麥克風封裝結構1的主要元件包含有一立體基板10、一蓋板20以及一聲波傳感器30，各元件的結構以及相互間的關係詳述如下：立體基板10是指具有凹槽的多層印刷電路板(multilayer printed circuit board with a cavity,Cavity PCB)，透過PCB製程而將複數電路層(圖未繪示)以及複數絕緣層(圖未繪示)連續層疊(laminated)並壓合(pressed and adhered)一體成型製成，於製造過程中內凹形成一個概呈ㄩ字形的結構，其具有一承載底部11以及一側壁12，並且側壁12圍繞且從承載底部11頂面一體向上延伸形成。承載底部11的頂面與底面分別設有若干個佈線電極15與金屬凸塊17，且承載底部11開設有一音孔13以供聲波通過。承載底部11內部設有複數個電性連接結構18，例如金屬佈線與盲孔(Blind Via Hole,BVH)，以導通該等金屬凸塊17與該等佈線電極15，使封裝結構1可以藉由金屬凸塊17與外部的其他元件電性連接。側壁12上形成有一導電路徑，其係可透過盲孔、電鍍或灌銅漿等方式形成為一第一金屬層14，在本實施例中第一金屬層14是埋設於側壁12的壁體內部，且側壁12的頂面設有金屬凸塊16，金屬凸塊16與第一金屬層14電性連接。此外，立體基板10的材質可 以選用玻璃基板(例如FR-4)或是塑膠基板(例如LCP)，或者改為由例如但不限於陶瓷等材料一體成型製成。
蓋板20是呈一平板狀，由絕緣材料所製成(例如塑料)且其底 面設有一第二金屬層21。蓋板20是罩設在立體基板10上並與側壁12相連接，使蓋板20和立體基板10共同形成一腔室26。當二者連接時，第二金屬層21藉由側壁12頂面的金屬凸塊16而電性連接第一金屬層14，進而能藉由立體基板10作接地以形成電磁屏蔽結構50，使第一金屬層14與第二金屬層21能夠對麥克風作全面性地屏蔽以防止電磁干擾。
值得一提的是，蓋板20亦可改為金屬蓋，並使其電性連接第 一金屬層14，如此亦可達成屏蔽電磁干擾的功效。而在本實施例中，第一金屬層14是用來接地(即作為接地導電路徑的一部分)，在以下可能的實施例中，第一金屬層14的數量可能有二個並且可能用來輸入或輸出麥克風封裝結構1內部元件的電訊號(即作為訊號傳輸路徑的一部分)。此外，第一金屬層14在結構上也不應侷限於字面上的「層狀結構」，其亦可為例如矽晶穿孔等其他結構。
聲波傳感器30是對應音孔13而連接於腔室26內承載底部11 的頂面，一特定應用積體電路晶片40(ASIC)亦設於腔室26內承載底部11的頂面並位於聲波傳感器30與側壁12之間，聲波傳感器30以打線接合的方式電性連接特定應用積體電路晶片40，並且特定應用積體電路晶片40也以打線方式接合承載底部11頂面的該等佈線電極15。
使用上，由於側壁12的結構提升了立體基板10的整體強度， 相較於傳統的微機電麥克風封裝結構，本發明立體基板10的承載底部11在 設計上可以盡可能地被設計得更薄，如此除了可以讓整體微機電麥克風封裝結構1更加地薄型化，另一方面也可以讓封裝結構1在外觀尺寸不變的情況下，藉由承載底部11的薄型化而增大腔室26的容積，進而提升麥克風所能接收聲音的感度與訊噪比等聲學性能。再者，本案透過一體成型的方式使側壁12形成於承載底部11上方，更強化了立體基板10的整體強度，而且一體成型的立體基板10可以直接形成導電路徑，不需要採用傳統多層印刷電路板的個別鑽孔後黏合的複雜製程。
本發明另提供一第二實施例，請參考第3圖，第二實施例的 主要元件大致與第一實施例相同，而其主要的差異在於至少有部分的第一金屬層14是改以電鍍的方式鍍在側壁12的內表面，並且同樣地第一金屬層14的頂端設有一個金屬凸塊16而電性連接第二金屬層21，且第一金屬層14的底端電性連接承載底部11，如此亦可達到使承載底部11薄型化以及屏蔽電磁干擾的效果。
此外，本發明具有容易大量製造的優點，茲將其製造方法詳 述如下，請參考第4圖之製作流程圖。
首先執行步驟S1：準備由複數個立體基板10陣列排列而成 的一立體基板連片，以及由複數個蓋板陣列排列而成的一蓋板連片，各立體基板10均具有一承載底部11以及圍繞且連接承載底部11頂面周圍的一側壁12，使側壁12設有一第一金屬層14並且在承載底部11或蓋板20開設一音孔13。須說明的是，在步驟S1中，立體基板10因側壁12的結構而強化了整體強度，使得在製作立體基板連片時，可以一次製造更大面積的連片而不會有連片翹曲的問題，進而提升製程效率與降低成本。
接著執行步驟S2，在各立體基板10的承載底部11皆設置一聲 波傳感器30與一特定應用積體電路晶片40，並使聲波傳感器30對應設置於音孔13上方，之後使用打線接合的方式電性連接聲波傳感器30與特定應用積體電路晶片40，並且讓特定應用積體電路晶片40也以打線方式電性連接承載底部11。
須說明的是，特定應用積體電路晶片40也可選擇預先設置於 蓋板的表面。
最後執行步驟S3，將蓋板連片對應連接立體基板連片後， 使第一金屬層14與蓋板20電性連接，再進行單一化(Singulation)以切割出每一單位的封裝結構1。
本發明另提供一第三實施例，請參考第5圖。在第三實施例 中，立體基板10的側壁12除了設有第一金屬層14a外，還另外設置有並列的另一個第一金屬層14b電性連接聲波傳感器30以及特定應用積體電路晶片40。
此外，蓋板20是使用金屬基板，其結構是由一絕緣層22、一 金屬基材23以及一絕緣層22上下交互層疊而成，金屬基材23的層數可視需要增加而不以本實施例為限，而且金屬基板的結構也可改為由一金屬基材23、一絕緣層22以及一金屬基材23上下交互堆疊而成。蓋板20的周圍連接立體基板10側壁12的地方則設有若干個矽晶穿孔24，矽晶穿孔24電性連接設置於蓋板20頂面的若干個焊盤25，使得當蓋板20連接至立體基板10的側壁12時，第一金屬層14a可透過矽晶穿孔28電性連接金屬基材23，進而形成電磁遮蔽結構50以屏蔽外部電磁波對聲波傳感器30與特定應用積體電路晶 片40的干擾。另一方面，也可透過電性連接的第一金屬層14b、矽晶穿孔24以及焊盤25來進行封裝結構1輸入與輸出訊號的導引與傳遞。
相較於傳統的麥克風封裝結構，本實施例因為承載底部11 與側壁12之間的結構強度是相對較高，因此在製程上同樣可以直接在側壁12形成第一金屬層14a與各第一金屬層14b，而且也同樣適用於立體基板連片的製作方式，因此封裝結構1的製程較為簡單且成本較低。再加上立體基板10結構上的強化，承載底部11可以設計得更薄，因此更有利於增加腔室26的容積。
此外，本實施例在製程中不需要翻轉立體基板連片，可以直 接地將聲波傳感器30與特定應用積體電路晶片40焊接或打線到承載底部11，不僅製程較為便利，也可降低溢錫至音孔13的可能性。另一方面，將音孔13開設於承載底部11，也有助於提升封裝結構1收音的感度，並優化超寬頻域(super wide band)的頻率響應。
蓋板20也可採用玻璃纖維基板或陶瓷基板，請參考第6至7 圖。在第6圖，蓋板20的絕緣層22是由玻璃纖維基材製成，並且絕緣層22位於銅箔製成的導電層27的上下表面，導電層27可藉由矽晶穿孔28而與第一金屬層14a電性連接來進行電磁屏蔽。在第7圖，堆疊於導電層27(銅箔)上表面的絕緣層22是採用陶瓷基材製成，而下表面的絕緣層22是採用聚丙烯(PP)製成。
本發明另提供一第四實施例，請參考第8圖。相較於第三實 施例，第四實施例使用半導體製程將特定應用積體電路晶片40埋設於承載底部11內，並藉由第一金屬層14b與矽晶穿孔24將訊號傳遞至焊盤25，更可 增加腔室26的容積。另外，第一金屬層14a也可藉由矽晶穿孔28電性連接導電層27以形成電磁屏蔽結構50。
本發明再提供一第五實施例，請參考第9圖。其中，聲波傳 感器30、特定應用積體電路晶片40以及音孔13都設置於蓋板20，並藉由蓋板20的電性連接結構29、以及側壁12的第一金屬層14b電連接至承載底部11的焊盤25，使立體基板10的電路佈線得以簡化，因此有助於承載底部11的薄型化且可降低在立體基板10上佈線相對較高的成本。
本發明另提供一第六實施例，請參考第10至11圖，其中立體 基板10側壁12的四個內表面更分別以例如電鍍的方式形成環狀的第三金屬層19，第三金屬層19是電性連接蓋板20的第二金屬層21以形成接地導電路徑。另外，側壁12的壁體內部還埋設有以多個穿孔形式的第一金屬層14a,14b，其中，第一金屬層14a是位於側壁12的四個角端並用來電性連接蓋板20的第二金屬層21，第一金屬層14b則是位於側壁12的其他位置並作為訊號傳輸路徑，使輸入及/或輸出至封裝結構1的訊號能夠經由第一金屬層14b與立體基板10的焊盤25進行訊號傳遞。
需說明的是，由於第六實施例同時使用了第一金屬層14a與 第三金屬層19來作接地導電路徑，因此可更有效地屏蔽封裝結構1，使封裝結構1確實免於外部的電磁波的干擾。
最後，必須再次說明的是，本發明於前述實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，舉凡其他的結構變化，或與其他等效元件的替代變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
1‧‧‧封裝結構
10‧‧‧立體基板
11‧‧‧承載底部
12‧‧‧側壁
13‧‧‧音孔
14‧‧‧第一金屬層
15‧‧‧佈線電極
16,17‧‧‧金屬凸塊
18‧‧‧電性連接結構
20‧‧‧蓋板
21‧‧‧第二金屬層
30‧‧‧聲波傳感器
40‧‧‧特定應用積體電路晶片

Claims (18)

  1. 一種具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，包含有：一立體基板，是由複數層印刷電路板連續層疊而成，其中該立體基板包含有至少一第一金屬層，並且從立體基板之一表面內凹形成一底部以及圍繞且連接該底部頂面之一側壁；一蓋板，罩設該立體基板並連接該側壁以形成一腔室；一音孔，設置於該立體基板或該蓋板；一聲波傳感器，設置於該腔室內；一特定應用積體電路晶片，電性連接該聲波傳感器；以及至少一焊盤，設置於該蓋板或該立體基板之外表面；其中，該至少一第一金屬層是從該立體基板之側壁延伸至該立體基板之底部。
  2. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該蓋板是由至少一絕緣層以及至少一第二金屬層堆疊而成，並且該至少一第二金屬層電性連接該至少一第一金屬層。
  3. 如請求項2所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該蓋板是金屬基板、玻璃纖維基板或陶瓷基板任一種。
  4. 如請求項2所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該蓋板包含有二絕緣層與一第二金屬層，該第二金屬層設於該二絕緣層之間，並且該二絕緣層是由不同的絕緣材料製成。
  5. 如請求項2所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該至少一第二金屬層設於該至少一絕緣層的表面。
  6. 一種具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，包含有：一立體基板，是由複數層印刷電路板連續層疊而成，其中該立體基板包含有至少一第一金屬層，並且從立體基板之一表面內凹形成一底部以及圍繞且連接該底部頂面之一側壁；一蓋板，罩設該立體基板並連接該側壁以形成一腔室；一音孔，設置於該立體基板或該蓋板；一聲波傳感器，設置於該腔室內；一特定應用積體電路晶片，電性連接該聲波傳感器；以及至少一焊盤，設置於該蓋板或該立體基板之外表面；其中，該至少一焊盤與該音孔分別設置於該蓋板與該立體基板。
  7. 如請求項6所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該至少一焊墊是經該第一金屬層與該特定應用積體電路晶片形成電性連接。
  8. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該至少一焊盤與該音孔共同設置於該蓋板或該立體基板。
  9. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該蓋板更包含有至少一穿孔以電性連接該至少一焊盤與該至少一第一金屬層。
  10. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該至少一第一金屬層的數量至少為兩個，以做為一訊號傳輸路徑及/或一接地導電路徑。
  11. 如請求項10所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該訊號傳輸路徑是電性連接該特定應用積體電路晶片與該至少一焊盤，該接地導電路徑是電性連接該蓋板與該立體基板。
  12. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該立體基板之側壁是利用至少一金屬凸塊與該蓋板連接。
  13. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該聲波傳感器是直接設置在該音孔上。
  14. 如請求項1所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該特定應用積體電路晶片埋設於該立體基板之底部。
  15. 如請求項1至14其中任一項所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該立體基板更包含一第三金屬層設於該側壁的內表面。
  16. 如請求項15所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該至少一第一金屬層是埋設於該側壁的內部。
  17. 如請求項16所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該第三金屬層是設成環狀。
  18. 如請求項16所述具有立體基板的微機電麥克風封裝結構，其中該至少一第一金屬層的數量至少為兩個，並分別做為一訊號傳輸路徑與一接地導電路徑。
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