一種擴大后腔的硅電容麥克風的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種麥克風，特別是一種擴大后腔的封裝結構的娃電容麥克風。
【背景技術】
[0002]微機電(MEMS micro-electro-mechanical system)系統因其體積小、適于表面貼裝等優點而被廣泛用于消費電子和一些高端電子產品，例如:手機、MP3、錄音筆、汽車電子等。一般地，MEMS系統在最前端包含將其他物理信號轉化為電信號的微機械的敏感結構，或在最后端包含將電信號轉化為其他物理信號的微機械結構執行器。微機械的敏感結構在MEMS系統中起到電信號與其他物理信號的轉換接口作用。為滿足人民群眾日益增長的物質文化需求，MEMS系統的體積、成本、靈敏度、線性度等指標也在不斷地優化提高。在相關優化技術方案中，不乏眾多努力，試圖通過對后腔(“后腔(Back Volume)”為行內術語，指聲波遇到敏感結構后，敏感部后方的空間)予以增加，這樣可以使硅電容麥克風的靈敏度更高，頻響曲線更好。
[0003]然而，現行的諸多的技術方案中，許多運用傳統機械加工技術實現的結構，其實現方式受傳統工藝限制，未能在保持硅電容麥克風原有的外觀、封裝和成本特點的基礎上實現較優的增大后腔效果。例如美國專利US8705776B2，通過在敏感結構下方設置一個凸蓋來構造聲孔到敏感結構之間的傳聲路徑，這種方案可以很簡便地通過沖壓工藝實現，但是凸蓋下方沒有設置支撐結構，使得凸蓋上在貼裝敏感結構后可能受裝配力作用發生變形，后續工藝中無法保證基板和凸蓋同時與外殼可靠地相接觸；凸蓋下方的前腔(“前腔”為行內術語，指聲波進入封裝體直到遇到敏感結構前，敏感部前方的空間)占據容積過大，使得后腔容積較小，不但使擴大后腔的效果不能達到最優，也存在前腔體積和形狀影響麥克風頻響曲線的問題；凸蓋下方的前腔空間過大也不能有效地起到防塵的作用，在原方案中只能通過將凸蓋與外殼的聲孔相接處的開孔改為多個小孔來解決，這種做法使得麥克風蒙受了靈敏度的損失。
[0004]根據麥克風的聲孔設置位置，其封裝分為聲孔設置在外殼上(行內根據聲孔設置在外殼上部或側部，分別稱為“前進音”、“側進音”)和設置在基板上(因這種封裝使聲孔直接與敏感結構自帶聲腔相連接，行內稱為“零高度”)的兩大類。也有的專利，雖然實現了較優的增大后腔的效果，在前進音、側進音這類封裝的麥克風中取得了較好的優化，但是其敏感結構進音方向與零高度封裝使用的敏感結構相反，造成聲音敏感方向、過載保護方向相反，使得兩種封裝的集成電路或敏感結構不能兼容。
[0005]中國專利CNlO 1026902、CN201138866，利用基板制作上蓋板，將敏感結構固定在上蓋板上，并通過基板或其他導電材料將電氣信號傳導向下方基板，組成與“前進音”相似的封裝結構，雖然起到了較優的增大后腔效果，但利用基板構成的外殼，且將微弱電信號在封裝殼內上下傳遞，其力學強度、電磁屏蔽、工藝可行性與加工成本，均與傳統意義上的使用金屬外殼的娃電容麥克風相差甚遠。此外由于材料強度所限，基板厚度一般大于金屬外殼，故這種方案在產品小型化的尺寸要求下會在厚度方向上受到較大壓力。
[0006]中國CN101677423、CN202019450U是另一類典型的“雙外殼”技術方案，是先封裝一個較小的零高度封裝，再將這個封裝封入另一個較大的前進音封裝，并在大封裝與小封裝之間構造傳聲路徑。在產品小型化的尺寸要求下，這種方案在尺寸上受到的壓力是顯然的。
[0007]本發明的提出，在保證整體結構的可靠性前提下，有效地擴大麥克風的后腔，同時保持硅電容麥克風原有的外觀、封裝尺寸和后續工藝實現方式，使得前進音封裝與零高度封裝的集成電路和敏感結構芯片能兼容的同時，避免了在封裝中將微弱電信號上下傳遞而面臨的信號傳遞可靠性和干擾風險。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種擴大后腔的硅電容麥克風，能結合新的機械制造技術，通過將微機械的敏感結構下方與外殼上聲孔相連的方式，將封裝內部其他空間設置為麥克風的后腔，在保證整體結構可靠性、小封裝、低成本的前提下，較優地擴大了敏感結構的后腔，從而提聞娃電容麥克風的極限靈敏度。
[0009]為解決上述問題，本發明采用的技術方案是:
[0010]—種擴大后腔的娃電容麥克風，它包括:基板、外殼及墊片；所述外殼上設置有聲孔；所述墊片設于所述基板與所述外殼之間，所述墊片包括外圍框架和薄片，所述基板、所述外殼和所述墊片的外圍框架一起構成封裝結構；所述封裝結構內部在所述基板上方設置有集成電路和自帶聲腔的微機械敏感結構；其中所述集成電路設在所述基板上，所述敏感結構與所述基板間隔有所述薄片；所述墊片上至少設有兩個開孔，該兩個開孔分別與所述外殼上的聲孔和所述敏感結構的聲腔相連；所述基板上設有導氣槽；所述的墊片在固定到所述基板上后，其下方與所述基板將所述導氣槽形成連通空間，使所述墊片上的兩個開孔相互連通；所獲得的后腔容積大于敏感結構自帶聲腔的容積。或者
[0011]該擴大后腔的娃電容麥克風,包括:基板、外殼和墊片,所述基板和所述外殼組成封裝結構，所述墊片設在所述封裝結構內部；所述外殼上設置有聲孔；所述封裝結構內部基板上方設置有集成電路和自帶聲腔的微機械敏感結構，所述敏感結構與所述基板間隔有所述墊片；所述墊片上設有兩個開孔，該兩個開孔分別與所述外殼上的聲孔和所述敏感結構的自帶聲腔相連接；所述基板上設有導氣槽；所述墊片在固定到基板上后，其下方與所述基板將所示導氣槽形成連通空間，使所述墊片上的該兩個開孔相互連通；所獲得的后腔容積大于敏感結構自帶聲腔的容積。
[0012]使用墊片的有益之處在于:相較如美國專利US8705776B2、中國專利CN201383873Y的其他增大或擴大后腔的方案而言，墊片可以使得前腔容積占據封裝體內部體積盡量少的部分，從而為后腔留出更多空間。
[0013]優選的擴大后腔的硅電容麥克風，其中所述的墊片，其剖面為臺階形。為使墊片占據封裝體內部體積盡量少的部分，一般設置其形狀時以最少體積、便于加工、有效隔絕前腔與后腔、保證力學強度為原則。這樣，墊片可根據實際封裝的需要設置成各種形狀，如臺階形，是兼顧墊片體積與加工可行性的較優選擇。
[0014]優選的擴大后腔的硅電容麥克風，其中所述的墊片，其材料為金屬，可通過金屬腐蝕或三維打印工藝制成。選用金屬材料制作墊片是為了優化總體封裝電磁屏蔽的效果。相較如美國專利US8705776B2的增大或隔離前腔的結構而言，一般采用傳統的沖壓加工方式實現。這樣的加工方式雖然能保證較低的成本和加工便利，但美國專利US8705776B2的方案中的隔離結構占據了較大的封裝內部空間，影響了擴大后腔的效果。通過金屬腐蝕或三維打印工藝，可以以與相當甚至低于沖壓加工等傳統加工方式的成本，來實現如臺階形等傳統加工方式難以實現的結構，從而獲得較優的擴大后腔的效果。
[0015]優選的擴大后腔的硅電容麥克風，其中所述的墊片開孔與外殼聲孔之間的連接，可以通過設置墊片與外殼連接處的局部形狀尺寸相匹配(保證墊片與外殼密切配合使墊片上的開孔及外殼上的聲孔與封裝結構的后腔隔絕)來實現，也可以通過在墊片與外殼之間設置連接件實現，其中所述的連接件可與外殼或墊片連為一體一同制備。在具體實施時，可根據外殼制作、墊片制作以及連接件制作的具體尺寸精度和安裝尺寸精度來確定。所述連接件可以是中空的或非中空的。
[0016]優選的擴大后腔的娃電容麥克風優選的擴大后腔的娃電容麥克風，其中所述的導氣槽，內部留有與墊片直接相接觸的支撐部。這是為了保證墊片上安裝敏感結構甚至安裝了集成電路后，避免由于安裝力使墊片發生變形，從而影響后續外殼的裝配工藝，避免封裝漏氣的風險。
[0017]優選的擴大后腔的硅電容麥