CN113411732A - 麦克风封装结构、耳机和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种麦克风封装结构、耳机和电子设备，其中，该麦克风封装结构包括：印刷电路板；安装在该印刷电路板一侧的专用集成芯片；盖设在该专用集成芯片上的微机电***麦克风；盖设在该印刷电路板上的外壳，该专用集成芯片和该微机电***麦克风在该外壳与该印刷电路板形成的空间内；该外壳上设置收音孔，该收音孔设置在该外壳靠近该微机电***麦克风的一侧；或者，该印刷电路板上设置收音孔，该收音孔设置在出该专用集成芯片覆盖区域以外的任意位置。
Description
技术领域
本申请涉及麦克风技术领域，具体而言，涉及一种麦克风封装结构、耳机和电子设备。
背景技术
麦克风一般包括微机电***(Micro-Electro-Mechanical System，简称：MEMS)麦克风部分和专用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit，简称：ASIC)部分。
目前的麦克风的布局方式是将微机电***麦克风部分与专用集成芯片部分并排设置。但是对于芯片越来越小的需求下，这种布局方式会存在麦克风整体结构偏大。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种麦克风封装结构、耳机和电子设备。能够缓解目前的麦克风结构较大的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种麦克风封装结构，包括：
印刷电路板；
安装在所述印刷电路板一侧的专用集成芯片；
盖设在所述专用集成芯片上的微机电***麦克风；
盖设在所述印刷电路板上的外壳，所述专用集成芯片和所述微机电***麦克风在所述外壳与所述印刷电路板形成的空间内；
所述外壳上设置收音孔，所述收音孔设置在所述外壳靠近所述微机电***麦克风的一侧；或者，所述印刷电路板上设置收音孔，所述收音孔设置在出所述专用集成芯片覆盖区域以外的任意位置。
可选地，所述微机电***麦克风的第一侧设置有第一容纳腔体，所述专用集成芯片内置在所述第一容纳腔体内。
可选地，所述第一容纳腔体的形状为立方形。
在上述实施方式中，将该第一容纳腔体设置为立方形，从而可以更好地与专用集成芯片的形状契合，该第一容纳腔体也没有浪费空间。
可选地，所述印刷电路板上设置中空的垫高结构；
所述微机电***麦克风盖设在所述垫高结构上；
所述垫高结构、所述印刷电路板与所述微机电***麦克风形成第二容纳空间；
所述专用集成芯片安装在所述第二容纳空间内。
在上述实施方式中，在印刷电路板上设置垫高结构，可以使第二容纳空间更好地满足专用集成芯片的空间需求，也可以在不改变微机电***麦克风的腔体的大小的情况下实现容纳专用集成芯片。
可选地，所述垫高结构的厚度为100-550μm之间的一尺寸；
所述专用集成芯片的厚度为150-250μm之间的一尺寸。
在上述实施方式中，将垫高结构和专用集成芯片设置上上述厚度，可以在满足容纳专用集成芯片的情况下，也能够使麦克风封装结构更小。
可选地，所述专用集成芯片的芯片面靠近所述印刷电路板；
所述专用集成芯片的芯片面与所述印刷电路板之间通过导电结构电气连接。
在上述实施方式中，将专用集成芯片采用倒装焊的方式，可以减少电气连接所需空间，可以降低对容纳该专用集成芯片所需空间大小，从而使麦克风封装结构更小。
可选地，还包括：键合金丝；所述微机电***麦克风与所述印刷电路板通过所述键合金丝电气连接。
可选地，所述微机电***麦克风包括：从所述微机电***麦克风的第一表面至所述微机电***麦克风的第二表面贯穿的导电线；
所述微机电***麦克风通过所述导电线与所述印刷电路板电气连接。
在上述实施方式中，通过采用导线贯穿微机电***麦克风的方式，实现将该微机电***麦克风与印刷电路板电气连接，从而可以减少麦克风封装结构的尺寸。
第二方面，本申请实施例提供一种耳机，包括：上述的麦克风封装结构。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：上述的麦克风封装结构。
本申请实施例提供的麦克风封装结构、耳机和电子设备，采用专用集成芯片内置在微机电***麦克风的腔体内，可以减少麦克风封装结构的大小，进一步地，该印刷电路板被专用集成芯片覆盖的覆盖区域未开始收音孔，使专用集成芯片能够与该覆盖区域电气连接，从而降低电气连接所需空间，从而进一步地减小麦克风封装结构的尺寸。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中的电容式微机电***麦克风与专用集成芯片的结构示意图；
图2为电压式微机电***麦克风与专用集成芯片的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的麦克风封装结构的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的麦克风封装结构的另一结构示意图；
图5为本申请实施例提供的印刷电路板与垫高结构的示意图。
图标：110-电容式微机电***麦克风；120-第一专用集成芯片；210-电压式微机电***麦克风；220-第二专用集成芯片；300-麦克风封装结构；310-微机电***麦克风；311-第一容纳腔体；312-导电线；313-压电振膜；314-基底；315-电极焊盘；320-专用集成芯片；330-印刷电路板；340-外壳；341-收音孔；350-垫高结构；360-键合金丝；370-焊球。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是所述申请产品使用时惯常拜访的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能解释为本申请的限制。
本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
目前的电容式微机电***麦克风的制作工艺是：在晶圆表面依次生长SiO2薄膜和Si薄膜；对表面Si层进行光刻和刻蚀，形成蜂窝状的刻蚀孔；利用化学液体或气体，对SiO2层进行各向同性腐蚀，该腐蚀是各向同性，即以刻蚀孔为圆心，以圆形向四周均匀扩散；背面深硅刻蚀，实现背板的结构释放。由上述工艺可以了解到，由于SiO2薄膜的各向同性刻蚀工艺的限制，圆形是相对容易取得和控制的形状；且电容式微机电***麦克风的正面的蜂窝网格结构非常脆弱，容易塌陷或者破裂，圆形的形状能给予电容式微机电***麦克风芯片更好的支撑和强度，而方形的振膜由于边缘的应力集中等因素的存在，更加容易出现破裂。基于上述两个原因，电容式微机电***麦克风芯片的振膜一般都是圆形。
进一步地，为了配合电容式微机电***麦克风工作的专用集成芯片需要为电容式微机电***麦克风提供一个高压偏置，因此，如图1所示，现有技术中的第一专用集成芯片120中包括信号放大器和电荷泵，导致该第一专用集成芯片120的面积较大。因此，基于电容式微机电***麦克风110的结构以及第一专用集成芯片120的结构，导致电容式微机电***麦克风对应的封装结构，只能将电容式微机电***麦克风与专用集成芯片并列设置。
本申请发明人从而微机电***麦克风和专用集成芯片的结构出发，了解的压电式微机电***麦克风210从结构上看，可以不用做成圆形，压电式微机电***麦克风210的腔体可以做成方形，可以更好地利用其腔体。另外，如图2所示，压电式微机电***麦克风210不需要专用集成芯片提供一个高压偏置，该压电式微机电***麦克风210所需的第二专用集成芯片220仅需一个放大器，因此，从结构上来说，压电式微机电***麦克风的封装结构可以制作得更小。因此，基于上述研究，本申请提供一种麦克风封装结构、耳机和电子设备，能够克服上述的现状下的麦克风封装结构较大的问题。本申请实施例提供的麦克风封装结构更加紧凑，该麦克风封装结构能够更小。
本申请实施例提供一种麦克风封装结构300。麦克风封装结构300可以包括：印刷电路板330、专用集成芯片320、微机电***麦克风310和外壳340。
其中，该专用集成芯片320安装在该印刷电路板330一侧，微机电***麦克风310盖设在该专用集成芯片320上。
本实施例中的微机电***麦克风310可以为压电式微机电***麦克风。示例性地，可以参阅图3所示，该压电式微机电***麦克风可以包括基底314、压电振膜313。
在一个实例中，该基底314可以包括：第一硅层、二氧化硅层和第二硅层。
该外壳340盖设在该印刷电路板330上，该专用集成芯片320和该微机电***麦克风310在该外壳340与该印刷电路板330形成的空间内。
在一实施方式中，如图3所示，该外壳340上设置收音孔341，该收音孔341设置在该外壳340靠近该微机电***麦克风310的一侧。
示例性地，图3所示的收音孔341开设在微机电***麦克风310上方。例如，微机电***麦克风310时悬臂梁结构时，该收音孔341可以设置在悬臂梁结构空隙对应位置。
在另一实施方式中，该印刷电路板330上设置收音孔(图未示)，该收音孔设置在出该专用集成芯片320覆盖区域以外的任意位置。
示例性地，该收音孔可以设置在印刷电路板330上的外壳340覆盖区域。例如，该收音孔设置在印刷电路板330上的外壳340覆盖区域，且未被微机电***麦克风310的覆盖的区域。例如，该收音孔设置在印刷电路板330上的外壳340覆盖区域，且未被专用集成芯片320的覆盖的区域。
如图3所示，该微机电***麦克风310的第一侧设置有第一容纳腔体311，该专用集成芯片320内置在该第一容纳腔体311内。
其中，该第一容纳腔体311可以在基底314的第一硅层和二氧化硅层上形成。
示例性地，该第一容纳腔体311的形状为立方形。该立方形的底面积不小于专用集成芯片320的面积。
示例性地，该第一容纳腔体311的深度可以在300μm-500μm之间的任一深度。例如，该第一容纳腔体311的深度可以为300μm，第一容纳腔体311的深度可以为400μm，该第一容纳腔体311的深度还可以为500μm，该第一容纳腔体311的深度还可以为450μm。关于该第一容纳腔体311的深度可以根据专用集成芯片320的大小设置。
如图4所示，该印刷电路板330上设置有垫高结构350。
该微机电***麦克风310盖设在该垫高结构350上。示例性地，若该微机电***麦克风310为矩形结构，该垫高结构350可以为中空的矩形。可参阅图5所示，图5为垂直于图4的视角的示意图。
该垫高结构350、该印刷电路板330与该微机电***麦克风310形成第二容纳空间，该专用集成芯片320安装在该第二容纳空间内。
可选地，该垫高结构350的厚度为100-550μm之间的一尺寸。例如，该垫高结构350的厚度可以为100-μm，该垫高结构350的厚度可以为550μm，该垫高结构350的厚度还可以为200μm，该垫高结构350的厚度还可以为250μm等。
可选地，该专用集成芯片320的厚度为150-250μm之间的一尺寸。示例性ID，该专用集成芯片320的厚度可以为150μm，该专用集成芯片320的厚度可以为180μm，该专用集成芯片320的厚度可以为200μm，该专用集成芯片320的厚度可以为230μm，该专用集成芯片320的厚度可以为250μm等。
该专用集成芯片320的芯片面靠近该印刷电路板330，该专用集成芯片320的芯片面与该印刷电路板330之间通过导电结构电气连接。
该导电结构可以是焊球等具有导电作用的结构。
该芯片面可以指专用集成芯片320的不同于基底的另外一面。
示例性地，如图3或4所示，可以将该专用集成芯片320倒置，使芯片面可以与该印刷电路板330之间通过导电结构电气连接。示例性地，该导电结构可以是图3或图4所示的焊球。
示例性地，可以通过倒装焊工艺实现将该专用集成芯片320与印刷电路板330的电气连接。
可选地，如图3所示，该微机电***麦克风310包括：从该微机电***麦克风310的第一表面至该微机电***麦克风310的第二表面贯穿的导电线312。
该微机电***麦克风310通过该导电线312与该印刷电路板330电气连接。
示例性地，该微机电***麦克风310上设置有贯穿的通孔。如图3所示，图中示出了四个通孔。
在一可选的实施方式中，如图3所示，该微机电***麦克风310是悬臂梁结构，则该悬臂梁的两侧均设置至少一个通孔，图3所示的实例中，悬臂梁的每一侧均设置了两个通孔。
在另一可选的实施方式中，如图3所示，该微机电***麦克风310是振膜式结构，则该振膜式结构的微机电***麦克风310可设置至少一个通孔。
在该通孔中填充导电材质，该通孔内的导电材质可以形成导电线312，以实现微机电***麦克风310与该印刷电路板330电气连接。
示例性地，该导电材质可以是铜、铝等金属。
可选地，该微机电***麦克风310还可以包括与导电线312连接的电极焊盘315，该电极焊盘315可以设置在该微机电***麦克靠近印刷电路板330的一侧。
如图3所示，该电极焊盘315可以通过焊球370与印刷电路板330电气连接。
在上述实施方式中，通过深硅刻蚀工艺在微机电***麦克风310上形成贯通衬底的通孔并填充导电材料，形成可以连通芯片上下表面的垂直通硅互联结构(ThroughSilicon Via，简称：TSV)。使用该垂直通硅互联结构无需使用金丝，进一步节省了麦克风封装结构300所需空间，使麦克风封装结构300更加小。
如图4所示，本实施例中的麦克风封装结构300还可以包括：键合金丝360。该微机电***麦克风310与该印刷电路板330通过该键合金丝360电气连接。
在本申请实施例中，当声音带动压电式微机电***麦克风运动时，压电式微机电***麦克风上的压电层会随之产生应变。压电层的材料是一种可以将应变转换为电荷的材料，因此，压电层会将声音引起的振膜运动转换成电荷输出。该过程不需要双极板电容结构，压电材料的转换过程也无需偏置电压的参与。因此压电微机电***麦克风310芯片直接将产生的电荷/电压信号送到放大器，无需升压模块提供高压偏置。因此，与压电微机电***麦克风310芯片配合的专用集成芯片320只需要放大器模块，不需要升压模块，因此，压电式微机电***麦克风与电容式微机电***相比，所需的专用集成芯片320的尺寸小，能够实习将专用集成芯片320安装在压电式微机电***麦克风的腔体空间内，以降低麦克风封装结构300的尺寸。
进一步地，压电式微机电***芯片的腔体为矩形的腔体空间，可以与专用集成芯片320形状更好适配，减少压电式微机电***芯片的腔体的多余空间的闲置。
由于本申请实施例提供的专用集成芯片320的尺寸较小，能够实现将专用集成芯片320容纳至压电式微机电***麦克风的腔体内，解决了微机电***麦克风310内部无法容纳专用集成芯片320的问题，实现了专用集成芯片320在微机电***麦克风310内部的封装集成，大幅度缩小麦克风封装尺寸，实现更紧凑的麦克风的封装。
进一步地，本申请实施例提供的麦克风封装结构300中，在印刷电路板330上设置垫高结构350能抬升微机电***麦克风310的高度100-500μm，从而可以抵消一部分由于安装入专用集成芯片320导致的微机电***麦克风310内部空间的减小的问题。进一步地，专用集成芯片320经过减薄工艺将厚度控制在180-250μm，进一步减小对微机电***麦克风310的腔体空间的侵占。因此，可以实现麦克风封装结构300的紧凑封装的基础上，减小微机电***麦克风310灵敏度的下降。
本实施例还提供一种耳机。该耳机可以包括：麦克风封装结构300。
本实施例中的麦克风封装结构300可以与上述的麦克风封装结构300实施例提供的麦克风封装结构300类似，在此不再赘述。
本实施例还提供一种电子设备。该电子设备可以包括：麦克风封装结构300。
本实施例中的麦克风封装结构300可以与上述的麦克风封装结构300实施例提供的麦克风封装结构300类似，在此不再赘述。
电子设备还可以包括其他组件，以用于实现不同的需求。例如，该电子设备还可以包括存储器和处理器。
示例性地，该电子设备可以为用于监控目标区域的设备，则该电子设备还可以包括采集单元，该采集单元可以是摄像头等。该采集单元可以按照设定时间规律采集目标区域的图像数据。
示例性地，该电子设备可以为儿童电话手表，则该电子设备可以包括定位单元。该定位单元可以按照设定时间规律采集儿童电话手表的定位信息。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种麦克风封装结构，其特征在于，包括：
印刷电路板；
安装在所述印刷电路板一侧的专用集成芯片；
盖设在所述专用集成芯片上的微机电***麦克风；
盖设在所述印刷电路板上的外壳，所述专用集成芯片和所述微机电***麦克风在所述外壳与所述印刷电路板形成的空间内；
所述外壳上设置收音孔，所述收音孔设置在所述外壳靠近所述微机电***麦克风的一侧；或者，所述印刷电路板上设置收音孔，所述收音孔设置在出所述专用集成芯片覆盖区域以外的任意位置。
2.根据权利要求1所述的麦克风封装结构，其特征在于，所述微机电***麦克风的第一侧设置有第一容纳腔体，所述专用集成芯片内置在所述第一容纳腔体内。
3.根据权利要求2所述的麦克风封装结构，其特征在于，所述第一容纳腔体的形状为立方形。
4.根据权利要求1所述的麦克风封装结构，其特征在于，所述印刷电路板上设置中空的垫高结构；
所述微机电***麦克风盖设在所述垫高结构上；
所述垫高结构、所述印刷电路板与所述微机电***麦克风形成第二容纳空间；
所述专用集成芯片安装在所述第二容纳空间内。
5.根据权利要求4所述的麦克风封装结构，其特征在于，所述垫高结构的厚度为100-550μm之间的一尺寸；
所述专用集成芯片的厚度为150-250μm之间的一尺寸。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的麦克风封装结构，其特征在于，所述专用集成芯片的芯片面靠近所述印刷电路板；
所述专用集成芯片的芯片面与所述印刷电路板之间通过导电结构电气连接。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的麦克风封装结构，其特征在于，还包括：键合金丝；
所述微机电***麦克风与所述印刷电路板通过所述键合金丝电气连接。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的麦克风封装结构，其特征在于，所述微机电***麦克风包括：从所述微机电***麦克风的第一表面至所述微机电***麦克风的第二表面贯穿的导电线；
所述微机电***麦克风通过所述导电线与所述印刷电路板电气连接。
9.一种耳机，其特征在于，包括：权利要求1-8任意一项所述的麦克风封装结构。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：权利要求1-8任意一项所述的麦克风封装结构。
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