微机电系统的封装结构、麦克风与终端的制作方法

1.本技术涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及微机电系统的封装结构、麦克风与终端。


背景技术：

2.基于微机电系统(micro electro mechanical systems，mems)制造的麦克风被称为mems麦克风，通常包括mems传感器芯片以及与之电连接的功能集成电路(application specific integrated circuit，asic)芯片，在对mems麦克风进行封装的过程中，需要先将mems传感器芯片与 asic芯片连接至基板上，然后通过封装件与基板形成封装外壳以对 mems传感器芯片与asic芯片进行密封处理。
3.目前常用的mems麦克风封装件为单层外壳结构，在较强的电磁场中，单层外壳因电磁屏蔽能力不足，mems麦克风会受到电磁信号的干扰，从而产生噪声，影响声音信号。若采用完全密闭的双壳结构，双壳之间的气体可能会因为受热膨胀导致壳体爆开，从而导致壳体焊接不良，影响mems麦克风的声学性能。
4.因此，希望提供一种改进的微机电系统的封装结构，以提高mems 麦克风的产品性能。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种改进的微机电系统的封装结构、麦克风与终端，通过设置开口将双壳体之间的间隙与外部环境或容置腔连通，使得间隙内的气体得以流通，从而降低了由于间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险。
6.根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种微机电系统的封装结构，包括：基板；内壳体，固定在所述基板上，与所述基板形成容置腔；以及外壳体，固定在所述基板上，包围所述内壳体，所述内壳体与所述外壳体之间具有间隙；以及粘接层，位于所述内壳体与所述基板之间以及所述外壳体与所述基板之间，其中，所述外壳体与所述基板的至少部分未被所述粘接层连接，以使所述外壳体与所述基板之间具有开口，所述开口连通所述间隙与所述封装结构的外部环境，或者，所述内壳体与所述基板的至少部分未被所述粘接层连接，以使所述内壳体与所述基板之间具有开口，所述开口连通所述间隙与所述容置腔。
7.可选地，所述内壳体、所述外壳体与所述粘接层的接触面均呈矩形环状，所述开口的数量为一个或多个，其中，所述多个开口分别对应于所述外壳体的矩形环面的相对或相邻的两条边，或者，所述多个开口分别对应于所述内壳体的矩形环面的相对或相邻的两条边。
8.可选地，所述开口的数量为多个，其中，所述多个开口间隔地分布在所述外壳体与所述基板之间，或者，所述多个开口间隔地分布在所述内壳体与所述基板之间。
9.可选地，所述多个开口均匀分布在所述外壳体与所述基板之间，或者，所述多个开口均匀分布在所述内壳体与所述基板之间。
10.可选地，所述基板包括内焊接环与围绕所述内焊接环的外焊接环，所述粘接层为锡膏，分别位于所述内焊接环与所述外焊接环上，其中，所述外焊接环的至少部分在所述锡膏涂布并回流后未被覆盖，以使所述外壳体与所述基板之间具有所述开口，或者，所述内焊接环的至少部分在所述锡膏涂布并回流后未被覆盖，以使所述内壳体与所述基板之间具有所述开口。
11.可选地，所述外焊接环上具有多个对应于所述开口的凸起结构，在所述外焊接环上，所述锡膏位于相邻的所述凸起结构之间的凹陷中，或者，所述内焊接环上具有多个对应于所述开口的凸起结构，在所述内焊接环上，所述锡膏位于相邻的所述凸起结构之间的凹陷中。
12.可选地，在所述内焊接环或所述外焊接环上，连接相邻凸起面与凹陷面的侧壁呈斜面，且该斜面与该凹陷面之间的夹角呈钝角。
13.可选地，所述外焊接环上具有阻焊剂，所述阻焊剂的位置与各所述开口对应，在所述外焊接环上，所述锡膏位于未被所述阻焊剂覆盖的表面上，或者，所述内焊接环上具有阻焊剂，所述阻焊剂的位置与各所述开口对应，在所述内焊接环上，所述锡膏位于未被所述阻焊剂覆盖的表面上。
14.可选地，所述阻焊剂构成所述内焊接环或所述外焊接环上的凸起结构。
15.可选地，所述基板具有相对的第一表面与第二表面，所述基板的第一表面包括凸起面与凹陷面，所述内焊接环与所述外焊接环均位于所述第一表面的凹陷面上，并且所述内焊接环与所述外焊接环的表面均不高于所述第一表面的凸起面。
16.可选地，所述内壳体与所述外壳体互不接触。
17.可选地所述内壳体与所述外壳体均为金属壳体。
18.根据本实用新型实施例的第二方面，提供了一种麦克风包括如上所述的封装结构。
19.根据本实用新型实施例的第三方面，提供了一种终端包括如上所述的麦克风。
20.据本实用新型实施例提供的微机电系统的封装结构、麦克风与终端，通过双层壳体与双层壳体所夹的间隙提升了抗辐射性能与电磁屏蔽效果。并且令外壳体与基板的至少部分不会被粘接层连接，使得外壳体与基板之间具有开口，从而让双层壳体之间的间隙与外部环境连通，使得间隙内的气体得以流通，降低了由于间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险；或者令内壳体与基板的至少部分不会被粘接层连接，使得内壳体与基板之间具有开口，从而让双层壳体之间的间隙与容置腔连通，不但使得间隙内的气体得以流通，降低了由于间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险，而且还能增大封装结构内部环境的腔体体积，提高了麦克风的灵敏度与信噪比，进而提升了产品的性能。
21.通过将多个开口对应于外壳体或内壳体的矩形环面的相对或相邻的两条边上，另外两条边部分均被粘接层覆盖，既可以在固定壳体后使得间隙内的气体通过开口流通，又能够兼顾涂覆粘接层的效率，进而提升整体的封装效率。
22.通过将多个开口间隔地设置在外壳体与基板之间或者间隔地设置在内壳体与基板之间，优选地，将多个开口均匀地分布，从而在固定内外壳体后使得间隙内的气体通过开口流通的路径增加，分散了单个开口承载的气流量，进一步降低了间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险。
23.通过控制锡膏在内外焊接环上的涂布线路，在内焊接环或外焊接环上留出不涂锡的预设距离，在锡膏回流后，内焊接环或外焊接环仍有未被覆盖的部分，相比于改变基板或内外壳体的结构能够更加简单快捷地形成开口。
24.通过在内焊接环或外焊接环上设置多个对应于开口的凸起结构，改善由于涂布锡膏时预设距离过小在锡膏回流后将开口封闭的问题。
25.通过将内焊接环或外焊接环上用于连接相邻凸起面与凹陷面的侧壁设置为斜面，且该斜面与该凹陷面之间的夹角呈钝角，从而增大了锡膏的回流空间，进一步降低了开口封闭的风险。
26.通过在内焊接环或者焊接环上设置阻焊剂，相比于将内外焊接环设置为凹凸结构更加方便，并且阻焊剂阻挡锡膏的效果更好，优选地，增加阻焊剂的计量形成凸起结构，从而简单、高效、精确地控制内焊接环或者焊接环上未被锡膏覆盖的位置。
27.通过将内外焊接环均设置在基板第一表面的凹陷面上，并且内外焊接环的表面均不高于第一表面的凸起面，从而减小了产品的整体厚度。
28.通过将内壳体与外壳体均设置为电磁屏蔽性能良好的金属壳体，且内壳体与外壳体互不接触，可以增大间隙的体积，间隙中的空气为传输介质，较多的传输介质能够进一步提升麦克风的电磁屏蔽性能。
29.因此，本实用新型提供的微机电系统的封装结构、麦克风与终端可以大大提高产品的性能。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本技术的一些实施例，而非对本技术的限制。
31.图1示出了本实用新型第一实施例的微机电系统的结构示意图。
32.图2a示出了本实用新型第一实施例的微机电系统中基板的俯视图。
33.图2b示出了图2a中沿aa线所截的截面图。
34.图3a示出了本实用新型第一实施例的微机电系统中内焊接环与外焊接环的俯视图。
35.图3b示出了图3a中沿aa线所截的截面图。
36.图4a示出了本实用新型第一实施例的微机电系统中粘接层的俯视图。
37.图4b示出了图4a中沿aa线所截的截面图。
38.图5示出了本实用新型第二实施例的微机电系统的结构示意图。
39.图6示出了本实用新型第三实施例的微机电系统中粘接层的俯视图。
40.图7a示出了本实用新型第三实施例的微机电系统沿图6中aa线所截的截面图。
41.图7b示出了本实用新型第三实施例的微机电系统沿图6中bb线所截的截面图。
42.图8示出了本实用新型第四实施例的微机电系统中粘接层的俯视图。
43.图9a示出了本实用新型第五实施例的微机电系统中粘接层的俯视图。
44.图9b示出了图9a中沿aa线所截的截面图。
45.图10示出了本实用新型第五实施例的微机电系统沿图9a中的aa 线的相应位置所截的截面图。
具体实施方式
46.以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
47.应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
48.如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在
……
上面”或“在
……
上面并与之邻接”等表述方式。
49.在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
50.本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
51.图1示出了本实用新型第一实施例的微机电系统的结构示意图。
52.如图1所示，本实用新型第一实施例的微机电系统包括：封装结构、 mems传感器芯片400以及信号处理芯片500，mems传感器芯片400 例如为麦克风芯片，信号处理芯片500例如采用asic芯片实现。封装结构包括：基板100、粘接层300、内壳体600以及外壳体700，其中，基板100例如采用pcb实现。内壳体600通过粘接层300固定在基板 100上，与基板100形成容置腔702。电连接的mems传感器芯片400 与信号处理芯片500位于容置腔702内。外壳体700通过粘接层300固定在基板100上，外壳体700包围内壳体600，内壳体600与外壳体700 之间具有间隙701。外壳体700与基板100的至少部分未被粘接层300 连接，以使外壳体700与基板100之间具有开口301，该开口301连通间隙701与封装结构的外部环境。
53.在本实施例中，基板100包括分隔的内焊接环211与外焊接环212，且外焊接环212围绕内焊接环211。粘接层300的材料为锡膏，锡膏位于内焊接环211与外焊接环212上。内壳体600通过锡膏固定在内焊接环211上，外壳体700通过锡膏固定在外焊接环212上。本领域技术人员还可以根据需要设置粘接层300的材料。
54.进一步的，内壳体600与外壳体700互不接触，内壳体600与外壳体700均为金属壳体，两层金属壳可以电连接，也可以在基板100的第二表面设置相互独立的焊盘分别电连接内壳体600与外壳体700，从而起到提升产品电磁屏蔽性能的作用。当然，本领域技术人员可以对内壳体600与外壳体700的材料进行其他设置。
55.在本实施例中，基板100具有相对的第一表面110与第二表面120，并包括连通第一表面110与第二表面120的声孔101，如图2a与图2b 所示。其中，声孔101用于连通mems传感器芯片400的背腔与封装结构的外部环境。在一些具体的实施例中，第一表面110包括凸起面112 与凹陷面111。内焊接环211与外焊接环212均位于第一表面110的凹陷111面上，并且内焊接环211与外焊接环212的表面均不高于第一表面110的凸起面112，如图3a与图3b所示。当然，本领域技术人员可以根据需要将基板100的第一表面110设置为平面。
56.在一些具体的实施例中，内焊接环211与外焊接环212均为矩形环，内壳体600、外壳体700与粘接层300的接触面也均呈矩形环状，开口 301的数量为一个或多个，多个开口
301分别对应于外焊接环212的相对或相邻的两条边。以两个开口301为例，在粘接层300的材料为锡膏时，在外焊接环212上预留两段距离不涂布锡膏，在锡膏回流后，外焊接环212上仍然有未被锡膏覆盖的部分，该部分对应两个开口301，如图4a与图4b所示，其中，两个开口301分别位于外焊接环212的相对的两条边上。当然，本领域技术人员可以根据需要对内焊接环211、外焊接环212、内壳体600、外壳体700的形状、开口301的位置、分布进行其他设置。
57.在内壳体600与外壳体700通过焊接固定在内焊接环211与外焊接环212上之后，由于内焊接环211与内壳体600之间被粘接层300完全连接，使得容置腔702被封闭，位于外壳体700与基板100之间的开口 301使得间隙701与封装结构的外部环境连通，进而改善了壳体崩开的问题。
58.图5示出了本实用新型第二实施例的微机电系统的结构示意图。
59.如图5所示，本实用新型第二实施例的微机电系统包括：封装结构、 mems传感器芯片400以及信号处理芯片500，mems传感器芯片400 例如为麦克风芯片，信号处理芯片500例如采用asic芯片实现。封装结构包括：基板100、粘接层300、内壳体600以及外壳体700，其中，基板100包括焊接环211与外焊接环212，内壳体600与基板100形成容置腔702，内壳体600与外壳体700之间具有间隙701。本实施例的微机电系统与第一实施例大体一致，此处不再赘述。
60.与第一实施例的不同之处在于，本实施例的开口301位于基板100 与内壳体600之间，外焊接环212与外壳体700之间被粘接层300完全连接，以封闭间隙701和容置腔702连通后的内环境。不但使得间隙701 内的气体得以流通，而且还通过开口301增大封装结构内部环境的腔体体积，提高了麦克风的灵敏度与信噪比，进而提升了产品的性能。
61.在本实用新型第三实施例的微机电系统中，对第一实施例的粘接层 300的分布方式进行了改进。如图6所示，采用间隔点锡或者点划线的形式划锡的方式涂布锡膏，使得多个开口301间隔地分布在外壳体700 与基板100之间。在一些优选的实施例中，多个开口301均匀分布在外壳体700与基板100之间。如图7a与图7b所示，在内壳体600与外壳体700通过焊接固定在内焊接环211与外焊接环212上之后，内焊接环 211与内壳体600之间被粘接层300完全连接，使得容置腔702被封闭，位于外壳体700与基板100之间均匀分布的多个开口301不仅使得间隙 701与封装结构的外部环境连通，而且增加了间隙701内的气体流通的路径，分散了单个开口301承载的气流量，进一步降低了间隙内701的气体膨胀导致壳体崩开的风险。
62.如图8所示，本实用新型第四实施例的微机电系统对第三实施例的粘接层300的分布位置进行了改变，在本实用新型第四实施例的微机电系统中，采用间隔点锡或者点划线的方式涂布锡膏，使得多个开口301 间隔地分布在内壳体600与基板100之间。在一些优选的实施例中，多个开口301均匀分布在内壳体600与基板100之间。本实施例与第三实施例的不同之处在于，位于内壳体600与基板100之间均匀分布的多个开口301使得间隙701与容置腔702连通，间隙701内的气体流通的路径增加，分散了单个开口301承载的气流量，进一步降低了间隙内701 的气体膨胀导致壳体崩开的风险。与此同时，外焊接环212与外壳体700 之间被粘接层300完全连接，以封闭间隙701和容置腔702连通后的内环境，通过开口301增大了封装结构内部环境的腔体体积，提高了麦克风的灵敏度与信噪比，进而提升了产品的性能。
63.在本实用新型第五实施例的微机电系统中，对第三实施例的外焊接环212的结构进行了改进。如图9a与9b所示，在本实施例中，外焊接环212上具有多个对应于开口301的凸起结构212a，在外焊接环212上，粘接层300位于相邻的凸起结构212a之间形成凹陷上。该凸起结构212a 用于改善外焊接环212上由于相邻的锡膏间距较小，多次回流时锡膏将开口301逐渐填满、封闭的问题。在外壳体700通过焊接固定在外焊接环212上之后，保证开口301能够连通容置腔与封装结构的外部环境，如图10所示。
64.在一些具体的实施例中，凸起结构212a与外焊接环212为一体结构，在另一些具体的实施例中，凸起结构212a由外焊接环212上设置的阻焊剂形成。在一些优选的实施例中，连接相邻凸起结构212a凸起面与凹陷面的侧壁呈斜面，且该斜面与该凹陷面之间的夹角呈钝角，从而增大了锡膏的回流空间，进一步降低了开口301被封闭的风险。
65.在本实用新型第六实施例的微机电系统中，对第四实施例的内焊接环211的结构进行了改进。其中，内焊接环211上具有多个对应于开口 301的凸起结构，具体内容可以参照第五实施例，此处不再赘述。
66.根据本实用新型实施例，还提供了一种终端，包括如上任意一个实施例所述的微机电系统。
67.据本实用新型实施例提供的微机电系统的封装结构、麦克风与终端，通过双层壳体与双层壳体所夹的间隙提升了抗辐射性能与电磁屏蔽效果。并且令外壳体与基板的至少部分不会被粘接层连接，使得外壳体与基板之间具有开口，从而让双层壳体之间的间隙与外部环境连通，使得间隙内的气体得以流通，降低了由于间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险；或者令内壳体与基板的至少部分不会被粘接层连接，使得内壳体与基板之间具有开口，从而让双层壳体之间的间隙与容置腔连通，不但使得间隙内的气体得以流通，降低了由于间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险，而且还能增大封装结构内部环境的腔体体积，提高了麦克风的灵敏度与信噪比，进而提升了产品的性能。
68.通过将多个开口对应于外壳体或内壳体的矩形环面的相对或相邻的两条边上，另外两条边部分均被粘接层覆盖，既可以在固定壳体后使得间隙内的气体通过开口流通，又能够兼顾涂覆粘接层的效率，进而提升整体的封装效率。
69.通过将多个开口间隔地设置在外壳体与基板之间或者间隔地设置在内壳体与基板之间，优选地，将多个开口均匀地分布，从而在固定内外壳体后使得间隙内的气体通过开口流通的路径增加，分散了单个开口承载的气流量，进一步降低了间隙内的气体膨胀导致壳体崩开的风险。
70.通过控制锡膏在内外焊接环上的涂布线路，在内焊接环或外焊接环上留出不涂锡的预设距离，在锡膏回流后，内焊接环或外焊接环仍有未被覆盖的部分，相比于改变基板或内外壳体的结构能够更加简单快捷地形成开口。
71.通过在内焊接环或外焊接环上设置多个对应于开口的凸起结构，改善由于涂布锡膏时预设距离过小在锡膏回流后将开口封闭的问题。
72.通过将内焊接环或外焊接环上用于连接相邻凸起面与凹陷面的侧壁设置为斜面，且该斜面与该凹陷面之间的夹角呈钝角，从而增大了锡膏的回流空间，进一步降低了开口封闭的风险。
73.通过在内焊接环或者焊接环上设置阻焊剂，相比于将内外焊接环设置为凹凸结构
更加方便，并且阻焊剂阻挡锡膏的效果更好，优选地，增加阻焊剂的计量形成凸起结构，从而简单、高效、精确地控制内焊接环或者焊接环上未被锡膏覆盖的位置。
74.通过将内外焊接环均设置在基板第一表面的凹陷面上，并且内外焊接环的表面均不高于第一表面的凸起面，从而减小了产品的整体厚度。
75.通过将内壳体与外壳体均设置为电磁屏蔽性能良好的金属壳体，且内壳体与外壳体互不接触，可以增大间隙的体积，间隙中的空气为传输介质，较多的传输介质能够进一步提升麦克风的电磁屏蔽性能。
76.因此，本实用新型提供的微机电系统的封装结构、麦克风与终端可以大大提高产品的性能。
77.在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
78.以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。