专利名称：具有焊料密封环的微型麦克风组件的制作方法
具有焊料密封环的鄉^y且件
絲领域
本申请涉及一种微型:liWi且件，其包括^A载体，导电的并JU^是
闭合环4的密封环(ring)置于所述^^载#集成电路管芯(die)之间， 以改ii,A^斤述导电密封环围绕的一个或多个接电触点或端子(例如麦^X前置 放大器的高阻^iTAjt (pad))的电^^
背景M
微型:^y且^Ht常包括电容性;^J5W能器，其电M^至包絲当的信 号^bt^I节电路的M电游^管芯。该信号放大^I节电路可包^f氐噪声前置 M器或緩沖器、频率选棒性滤波器、DC偏置电压^jl器等等，适于对;^LK 换能器响应于A4t(impinging)声音所产生的弱信号进^^文h緩冲、滤波或执 行^^形式的信号调节。该M电路管芯可包括电l給至该电容f生:ljLX^:能 器的管芯接电端子(electric terminal),例如，信号输入信号端子或DC偏置电 压端子。非常期望并且非常有利的是，在该管芯雀电端子上提供非常高的输入 阻抗，例如，来优^^L型;l^i且件的噪声特性。信号输入端子上的非常高的 输入阻抗可以确保电容性:^LX换能器的负载为最小从而避免电容性:IJLM^ 能器所产生的弱^M信号的衰减。适于在微型:^Ki且件中^^的电容性^iL ，能器，通常是具有很高^A器阻抗(例如，与具有在0,5pF至10pF之间 的值的电^H^f应的P且抗)的i殳备。
因此，该M电路管芯的信号输入端子通常被设计为呈现出高于100 GQ的 输入阻抗，例如高于1TQ (1012Q )或甚至几个TQ。通常由该M电路管芯 上的阻抗偏置网络(例如， 一对反向偏置的二极管)结合前述的可^f^k^ 于信号输入端子或盘的放大和调节电路，来确定该输入阻抗。
但是，由本发明入Jif亍的实l^工作已证实，当所^^的微型:ljWJ^露于 实际环嫂情况例如湿气、循环热和/或暴露于污染物时，^^i亥非常高的输入阻 抗是非常困难的。扭些不利情况下，城电路的输入阻抗可由于该^X载
4#^/或絲电路管芯的其上《 了载##电觖泉(electric contact)和管芯雀电 端子的那些表面上湿气或水的薄的导电层的形成和吸附，而M地斷氐。该湿 气的薄的导电层的形^1吸附可以是由于凝^#续的高湿度引起的。影响是， 在载^p/或絲电路管芯的信号输入端子或载條电触点与另一接电触点(例 :fto^地触点或DC电源触点)之间，形成并联P且性J^圣或电流泄皿径。这导 fMt信号输入端子上的输入阻抗的不利的减少，W、期望的高于100 GQ的范围 下降到低于几GQ的范围或甚至下I^ij MQ范围。该减少的输入PL^L引起了微 型;^Wi且件的噪声电平(level)的显著增加。
才娥本发明，Jiii问题可通过将^jW载体的接电端子和絲电路管芯包 封在腔中来得到解决。
才娥本发明的微型;^Ki且件非常适合应用于广泛的多种便携通信设备， 械窝或移动电话、助听器、PDA、游雌制台、便携电脑等等。
发明内容
才 本发明的第一方面，提供了一种微型:^Ki且件，包括电容性U 风换能器，其包括;^^接电触点或端子；^X载体，其包括在其第一表面 上形成的载絲电端子；和絲电路管芯，^U"有笫一表面，该第一表面包括 可,i^^于该M电路管芯的信号放大或信，节电路的管芯接电端子。 第一导电絲径可以被置于该M电路管芯的第一表面上。该第一导电鴻径形成 围绕该管芯接电端子的基^闭合环4。可替换地，该M电路管芯的第一表面 可包括多个管芯雀电端子和外围设置的围绕该多个管芯、接电端子的第一导电路 径。
第二导电路径可itt^该:ljW载体的第一表面上。该第二导电路径形成 围绕该栽体接电端子的J^闭合环傳。该第二导电游4圣可具有与第一导电絲4圣 实质Ji^目同的形状和尺寸。这些导电路径原则上可以釆取4封可形状，例如圆形、 矩形、二欠曲线形等等。但是，导电路径的形状怖&匹配该M电路管芯的外 围。
该第一和第二导电聘径可通过附连剂(attachmentagent)彼jH^减附iUL 电气互连。该附连剂可以包括焊料 ,例如导电胶。另外，可以应用多种接 合(bonding )技术来将该第"^第二导电5$^ 匕附连。当已附连时，该第一和第二导电踏径形成设置于该;IJW载W^亥集成电路管芯之间的密封环。该 置于^JW载^^亥M电路管芯、之间的密封环可电连接JJ^。
可在由第一和第二导电路径形成的基本闭合环路中提供一些贯穿 (也rough-going)开口或孔。替换M附加地，可在附连剂中提#-些贯穿开 口或孔。每个贯穿开口或孑L^闭合J^^周向(circumferential direction)上具有 在50-300//m之间的^yl。贯穿开口或孔的数量可在1和10之间。该开口或 孔的尺寸应足够大从而在将该絲电路管芯连接至该^JLK载体时，为在该集 成电路管芯和该;^A载体间的包封区，RL另一方面，该开口或孔的尺寸 应足够小从而防止液体，如水，ii^该包封区域。当附连剂;lj^料时，与附连 剂中的开口或^ft别相关的是，该开口或孔可以在组件的萍接回流过程中形成。
在焊料用作附连剂的情况下，置于该集成电路管芯和:^LK载体之间的焊 料密封环可^l且件的回流过程中形成。在所述^jLKi且件的回流过程中，回流 室由氮^i行^f匕，并且该组件净i^口热至300。C^Ji。 f^该:^^y且件^HP
下来，焊料凝固并且干的空^y氮气被包封在^在该M电路管芯和该:^X
栽狀间的小继中。结果，该腔内的焊料凸块不再暴露于变化的环^^^f牛下， 从而i^了由卩诚斷氐引起的电气问题。
该电容1"生:^JW能器可包括电絲(condenser)元件^SU^及体元件，例 》a^电子孩^/U械(MEMS)电^元件。对于非MEMS ;^X，例如用于听 力设备或电信应用的传^#型ECM，该:^J5W能器的气隙高度^^ 15 - 50;/ m的范围内。这些ECM基于包括淀积v^振动lM^/f牛或背^L件上的预 带电层的驻极体;I^X换能器。基于MEMS的;^W能器的气隙高度^4^ 在1 -10// m的范围内进行选择。
该^A载体可包括第"^第二载條电触点，以少于1000// m的距离， 例如少于500^m，或少于250/zm的距离分开。该第~-^第二载#^妄电触点包 括电连接至该M电路管芯的管芯接电端子的第一触点和电连接J^或DC
电压源线的第二触点。在载体接电触点之间的小的分离对于本微型^Ki且件
的所谓的芯片贿装(CSP)实施例非常有用。在CSP封装中，该电容性:^ 风换能器和集成电路管芯附连并电连接至^JLX载体。电容I^生^X换能器和 集成电路管芯的接电端子通ii^该;^J^载体的第一表面上形成的电迹线电耦 合。该电互连的形成同样也可在传统^A^包封中使用，在所述的传统:IJLX中，电容性^A^能器与絲电路管芯;feM目邻iMo各自的接电端子分别
向下^^至在下面的^ix载体(例如多层电路印刷板)上的第一和第二载体
接电触点。但是，对于CSP^jtRli且件，该电容性;ljLW能^i于;^W R上，；^A接电触点与第一载体接电触点对准并与其连接。该M电路管 芯位于临近电容性;^JW能器的位置，并且使管芯接电端子对准并JJ^接至 第二载絲电触点。自然地，^X载^絲电^f芯^-个^T包括附加 的、各自的接电触点，所述接电触点^-"个以相同的方式与对应的附加的载体 接电触点对准。
在该微型;^Ki且件的工作状态下，该第一第二载体接电触点可具有大 于0.5伏，或大于1.5伏或1.8伏的0<:电压差。如果该第一和第二载体接电触 点之一用来向电容f生;^W:能^^供DC偏置电压，则在该微型^jWi且件 的工作状态下，相对于另一载体接电触点，这个接电触点可M在5至20伏之 间的DC电压。
在本发明的一个实施例中，^X于该:I^K栽体表面上的接电触点之一包 ^iO:在电容f生;^J^能器和^X载^间的导电密封环。该密封环用于
声学密封;I^X背腔，该^X背腔形^;^X载体中并延伸在电容性:^ 能器的背^^且<牛之下。
该;IJW载体可包括多种类型的基板材料。该^i^l材料可选择自印刷电路 板、陶资(如LTCC或HTCC)、掺杂的或不掺杂的硅、氮化珪、氧化硅。
对于微型^jLKi且件，该电容性;^X换能器的电容4^地小于20pf，例 如小于10pF，或小于5pF,例如小于2pF。
该电容性:^LK^能器可包括以窄的气隙分离的振动膜和背板，其中第一 和第二接电触点或端子分别电耦合至该振动膜和背板。如上述M的，该接电 触点之一可被形成为环形的导电密封环，与诏j于该:^X载体的第一表面上 的相应接电端子酉給。
^"发明的一个实施例中，该微型^A^i且件适用于SMT ^!制造技术。 该^X载体包括与第一表面相对设置的J4Ui为平面的第二表面，并且该第 二表面包括多个接电触点，以允i朽亥微型^iWi且件表面安装附il^夕l^电路 板。该多个接电触点可包括电源盘、数字或才1^ 出信号盘、接地盘、时钟信 号输A^等等。在第二方面，本发明涉及一种包樹^本发明第一方面的微型:^y且件
的便携通信设备。该便携通信设备可选自移动电话、头戴iC^置、入耳监听器、 听力修复器(hearing prostheses) /助听器、游，制台、便携计算^ML其任意 组合。
踪将结合附图来更详细Mk^释本发明，在附图中
图1示出了叙己的翁:字^jWi^牛，和
图2图示了具有六个触点盘和围，点盘的密封环的ASIC,
尽管本发明容易进行多种修正和可替换的形式，在jH^固中以示例的方式 示出了特定实施例并且下面#^细描述。然而，应明白，^"发明不限于徊b^ 开的特定形式。而是，本发明絲在所附权利要求所限定的本发明实质和范围 内所有的修改、等同^^换。
M实施方式
在其最广方面，本发明涉及一种:ljWi且件，例如微型:^Wi且件，其包
括电容f生^AX换能器、K风载体、和集成电路管芯。电路管芯的接电端子
由iM在集成电路管芯和^w载体t间的导电密封环进行密封，该集成电路
管芯通过该密封环^几械附连至该^A载体。该导电密封环可通过多种处理过
程形成，例如焊接、胶粘或接合(bonding )处理过程。然而，也可应用^ 1 理过程。
图1图示了基于硅的;^LMi且件,其包括MEMS电名L性换能器管芯1和集 成电路管芯2， ASIC，相互临近^"装并且均通过倒装芯片(flip-chip )安^^几 舰附轻:^(L载体3的Ji^面。该MEMS电容性换能器管芯^i玄絲电路 管芯通过各自的管芯接电触点《脉换能ll^电触点组与相应的对准的载体接电 触点组电耦合。该麦jU5y且件相应地形成CSP封装的设备。该CSP封装的微 型^jLKi且件的夕H]5尺寸可过为或小于1.6x2.4x0.9 mm (WxLxH)。这些小尺 寸的固有结果是在:^X载体上较近地间隔的接电盘或端子，其使得该^A
组件易于受到寄生电流泄i^径的M,例如，在接g子和高阻^r入(或 输出)端子之间生成的寄生电Wu^S^f圣。该电流泄S^f圣可通ii^所示出的
8接鹏子和输入信号端子之间的该:IJL^载体的表面上淀积的湿气、水或频 污染物的薄导电层的形成或吸附而产生。^5于该集成电路管芯的相关电路的 电棒f;i^i亥电ii^^i^圣的电阻特性，该基于MEMS的:^Ki且件可在其电学 私范内停止辦，或者甚至更糟的，完4M亭jL^t。
在图1中示出的基于MEMS的^jLKi且^^包:^辟料密封环4,其围绕并 包彬目应组的对准的载体接电触点和管芯、接电触点5。
该包封焊料密封环逸it^M电路管芯的底部表面上提供导电路径6来建 立，如图2所示，该导电i^圣6围绕管芯礙电触点5。在该:^JLK载体3上提供 了相应的导电5^圣。
在该;tjWi且件的回流中，回流室通过氮^ii行;^f匕并且该组件,i^热到 300。C^Ji。当:^y且件^Hp下来时，焊料在低于300。C凝固并且干的空^y 氮^f皮包封在M电路管芯和;^X载^间建立的小空腔中。结果，腔内的 焊料凸块(bump)不再暴露于变化的环境条阵下。由于空腔中存在的干的空气 /氮气，空腔内部不可能冷凝。
除了电气 i^ii^卜，所提供的焊料密封环逸将相当;U4it加剪切力。因此， 不再需要额外的焊料凸块。另夕卜，在^i卩过程中建立真空。这确保了扭常使 用中触点上的额夕卜压力，其在坠^则#热循环测试中更能增加可靠性。
利用接近300。C的焊料凝固温度，正常的^JU不会在絲电路管芯下的空 腔中导致ita。因此，当^i且件回^3t程中加热时，没有絲电路管芯"崩脱(pop off)，，的风险。
权利要求
1、一种微型麦克风组件，包括电容性麦克风换能器，其包括麦克风接电触点或端子；麦克风载体，其包括形成在其第一表面上的载体接电端子；集成电路管芯，其具有第一表面，该第一表面包括可操作耦合至该集成电路管芯的信号放大或信号调节电路的管芯接电端子，并且其中，第一导电路径设置于该集成电路管芯的第一表面上，所述第一导电路径形成围绕该管芯接电端子的基本闭合的环路。
2、 ^5U'J^求1所述的微型^J5y且件，其中第二导电5^^iM于该:ljL 风载体的第一表面上，所i^二导电路径形成围绕该载体接电端子的基^闭合
3、 ^5U悟求2所述的微型;^Wi且件，其中该第二导电絲具有与第一导电路径实质J^目同的形状和尺寸。
4、 M5U'J要求2或3所述的微型;^J5y且件，其中该第 第二导电聘径 通过附连剂相5^L^附连并且电Xil:。
5、 ^M'j要求4所述的微型;ljWi且件，其中该附连剂^#料 。
6、 ^M'j要求4或5所述的微型;^J5y且件，其中该第4第二导电5^圣iM^该:^K载^i亥M电路管芯之间。
7、 如以上^H5U'要求所述的微型:^y且件，其中该电容性:^X^能 器包括电^元件iUM及体元件，例^4效电子孩W械(MEMS)电g元件。
8、 如以上^-^N要求所述的微型:^y且件，其中该麦^K载体包括从 印刷电*、陶资和硅中选#^1^1材料。
9、 如以上^"-权矛漆求所述的微型:^Ki且件，其中该电容性:^J^能 器的电容小于20pF，例如小于10pF,或小于5pF，例如小于2pF。
10、 如以上^-权利要求所述的微型^Ki且件，其中该电容性麦U5U炎二接电触点或端子。 、y 口 一 '
11、 如以上^-权利要求所述的微型^jy且件，其中该电容性^J^能器和M电路管芯附i^并且电连接至该^iX载体，并JLit过形^^^L风载体的所^一表面或下层上的电，电互连。
12、 H5U'虔求11所述的微型^jWi且件，其中该电容挫:^ 能難 于所述:^A载^^Ji，所ii^^W电触点与第一载條电触,存对准，以及， 可舰，该絲电路管芯被iM临近于所述电容性^iJ^能器并且具有与第二载体接电触,存对准的管芯接电端子。
13、 如以上^-^U'J^求所述的微型;ljLKi且件，其中该集成电路管芯的第一表面包括多#芯、接电端#夕卜围设置的围绕该多个管芯接电端子的第一 导电路径。
14、 dH5U'J要求4 -13中任意一个所述的微型:^J5y且件，其中在由所述 第 第二导电5^圣形成的J4L闭合的环傳中提供多个贯穿开口 ，每个贯穿开 口在所述闭合的环4的周向上具有在50 -300^ m之间的t变。
15、 H5U'漆求4 -13中任意一个所述的微型;^J5y且件，其中在所述附 连剂中提供多个贯穿开口 ，每个贯穿开口在所述闭合的环4的周向上具有在50 -300^m之间的fjL。
16、 ^M'J要求14或15所述的微型:^y且件，其中所述贯穿开口的数 量在I和IO之间。
17、 如以上^-WJ^求所述的微型:^U且件，其中该:^A载体包拾 与所^一表面相对i^的基本上为平面的第二表面，并且 该第二表面包括多个接电触点，以允"ifi玄电絲^Wi且件表面安装附连至夕h^电械。
18、 一种便携通信设备，其包紛口以上任意一个权利要求所述的微型妓 ;RU且件，所述便携通信设备是从包^^多动电话、头戴式装置、入耳监听器、听 力修复器/助听器、游雌制台、便携计^^5L其任意组合的组中选辆。
全文摘要
本发明涉及一种具有焊料密封环的微型麦克风组件。本发明公开了一种微型麦克风组件，包括电容性麦克风换能器，其包括麦克风接电触点或端子；麦克风载体，其包括形成在其第一表面上的载体接电端子；和集成电路管芯，其包括可操作地耦合至该集成电路管芯的信号放大或信号调节电路的管芯接电端子。该麦克风载体的第一表面包括围绕该载体接电触点或端子的第一导电路径。
文档编号H04R19/04GK101552941SQ20091013075
公开日2009年10月7日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月22日
发明者G·罗卡, L·S·约翰森, P·F·霍福斯坦 申请人:帕尔斯微机电系统私人有限公司