Mems器件中的嵌入電路的制作方法
【專利說明】MEMS器件中的嵌入電路
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本專利根據35U.S.C § 119(e)還要求2012年9月27日提交的、名稱為“EmbededCircuit in a MEMS Device”的美國臨時申請N0.61/706，350的優(yōu)先權，其全部內容結合于此作為參考。
技術領域
[0003]本申請涉及聲學器件，更具體的說，涉及這些器件上或這些器件內的集成電路的布置。
【背景技術】
[0004]微機電系統(tǒng)(MEMS)器件包括提到的兩個示例，麥克風和揚聲器。在MEMS麥克風的情況下，聲能通過聲音端口輸入并振動振動膜，這個動作造成振動膜和位于振動膜附近的背板之間電勢(電壓)的相應改變。這個電壓表示已經接收到聲能。典型地，隨后將該電壓傳輸到電路(例如，集成電路，諸如專用集成電路(ASIC))。在該電路上可以執(zhí)行進一步的信號處理。例如，在集成電路上可以執(zhí)行對電壓信號的放大和濾波功能。
[0005]麥克風的元件通常設置印刷電路板(PCB)上，印刷電路板還可以提供麥克風元件之間的電連接，以及為這些元件提供物理支持。集成電路通常具有有效尺寸，使得MEMS器件的總尺寸至少有點依賴于集成電路的尺寸。
[0006]在一些應用中，期望MEMS器件的尺寸盡可能的小，上述的這些設備的布局產生了減小設備尺寸的問題。例如，如果將MEMS器件裝配到蜂窩電話或者外部耳機中，那么通常希望使設備盡可能的小。由于集成電路總是裝配在電路板上，所以設備的總尺寸只可能減少這么多。
[0007]由于這些缺點，之前的方法不能完全解決上述問題，這些之前的方法帶來的用戶不滿增加。
【附圖說明】
[0008]為了更完整地理解本發(fā)明，將參照以下詳細描述和附圖，其中:
[0009]圖1是根據本發(fā)明各個實施方式的MEMS器件或組件的框圖；
[0010]圖2A和2B是根據本發(fā)明不同實施方式具有MEMS芯片的MEMS器件或組件在這些器件中以第一方向排列的框圖；
[0011]圖3A和3B是根據本發(fā)明不同實施方式具有MEMS芯片的MEMS器件或組件在這些器件中以第二方向排列的框圖。
[0012]圖4是根據本發(fā)明不同實施方式示出了嵌入式集成電路全貌圖的MEMS器件或組件的部分截面圖。
[0013]本領域技術人員明白，為了簡單清楚，附圖中的元件是示例性的。還將明白，某些動作和/或步驟描寫或敘述為以特定順序出現(xiàn)，然而本領域技術人員將理解關于順序的特性不是必需的。還將理解，除了這里另外陳述的具體意義，這里使用的術語和表達具有通常的意義，與相對于他們相應各自領域的查詢和研宄的術語和表達相一致。
【具體實施方式】
[0014]提出了一種將集成電路(例如，ASIC或類似器件)或其他電路元件嵌入到聲學器件或組件(例如，MEMS麥克風)的印刷電路板(PCB)中的方法。如這里所使用的，集成電路是一種電子器件，可以封閉在其自身獨立的殼體內并對接收的電信號執(zhí)行獨立的處理功能，其中處理功能不僅僅是傳送信號。換句話說，集成電路不僅僅是傳輸介質。
[0015]在一些實施方式中，嵌入式集成電路(例如，ASIC)的輸出信號直接傳輸到PCB中的鍍覆通孔到達金屬化的外層到用戶焊接墊(例如，在PCB的底側)。另外ASIC和MEMS芯片之間的信號直接傳輸到PCB中的鍍覆通孔到達與用戶焊接墊相反的金屬化外層(例如，在PCB的頂面)。這個外部金屬化層(“頂層”)可以用于最后的麥克風組件。在一些方面，MEMS芯片安裝在PCB的頂面(例如，或者通過倒裝接合或者通過模連接和絲焊)并將蓋子粘附(例如，通過焊料、環(huán)氧樹脂或一些其他方法)到PCB的頂面以聲學地密封并保護MEMS器件(例如，MEMS麥克風)免受環(huán)境干擾，并允許用戶進一步裝配。在另一方面，接口層(例如，重分布層)可以在集成電路上使用或設置在集成電路上，并且這個接口層可以設置/嵌入在(集成電路的)連接墊和基底(例如，印刷電路板)之間。
[0016]本發(fā)明的方法的一個優(yōu)點中，節(jié)省了大量空間允許整體設備在尺寸上減小。在某些示例中，MEMS芯片至少部分地在集成電路上面附接(例如，附接了芯片的情況下倒裝接合或者絲焊)以節(jié)省這個空間。在另一些示例中，MEMS芯片設置為完全嵌入在集成電路的上面(即，完全覆蓋嵌入的集成電路)。將聲音端口設置為穿過PCB的基底(即，穿過PCB的底部)或者穿過蓋子(即，穿過器件頂部的蓋)。用戶可以將聲密封條放置在與聲學器件或裝置的聲音端口相同的一側。在其他方面，雙聲音端口用于用戶應用的墊圈以增加器件后空間，因此提高器件的性能。
[0017]由于聲學器件或組件的元件(例如，MEMS芯片和集成電路)在某些方面物理地相互疊置，所以設備可以有更小的尺寸。在一個示例中，跟以前的方法相比，達到節(jié)省大概百分之三十。可以理解集成電路僅占用通常不使用的空間。在這樣做時，獲得元件的更有效布置。
[0018]參照圖1，描述了具有嵌入式集成電路的聲學器件或裝置的一個示例。設備100包括印刷電路板108，蓋或蓋子107，包括背板140和振動膜141的MEMS芯片102，集成電路104，連接區(qū)域116，聲音端口 106，聲音118穿過該聲音端口進入到前空間117。隨著聲音(由箭頭118指示的)進入到前空間117，MEMS芯片102的振動膜振動改變振動膜141和背板140之間的距離。這導致在背板140產生電壓，該電壓經由導體110傳輸到集成電路104。集成電路104執(zhí)行對信號的處理，隨后將信號傳輸到區(qū)域116。用戶或者其他使用者可以在區(qū)域116接通信號做進一步處理。在一個示例中，設備或裝置100設置在蜂窩電話中，這樣區(qū)域116電連接到蜂窩電話的電子元件。用戶或終端用戶設備(例如，計算機或者耳機)的其他示例也是可能的。
[0019]對本領域技術人員來說，MEMS芯片102，背板和振動膜是在MEMS器件上通常使用的元件，這里將不再描述。集成電路104是執(zhí)行任何類型功能(例如，放大)的任何電路。集成電路104可以是任何形狀或配置。
[0020]應理解的是雖然顯示并描述了麥克風，但是MEMS器件的其他示例也可以使用根據這里描述的方法。還將理解的是如所示的集成電路104的布置至少部分地位于MEMS芯片102的下面。然而，應理解的是集成電路104可以完全位于或者根本不在MEMS芯片102的下面。另外，盡管如所示的集成電路104是長方形的，應理解的是集成電路104可以呈現(xiàn)任何形狀或適當的尺寸。還應理解的是可以將多個集成電路嵌入到基底PCB中。
[0021]PCB 108包括焊料掩模層112和113，金屬層114和115，填充或鍍覆了導電金屬的過孔130，內PCB層109 (例如，由環(huán)氧玻璃纖維復合材料構建，例如FT-4層壓材料或者BT環(huán)氧樹脂)。導線或其他導體110通過第一金屬層114將MEMS芯片102耦接到集成電路104。集成電路104的輸出通過第一金屬層114、過孔130和第二金屬層115電耦接到區(qū)域116。應理解的是可以使用不同制作方法構造器件100和PCB 108。還應理解的是也可能是其他層、構造、尺寸和構成材料。在其他方面，接口層(例如，再分配層)可以用于或設置在集成電路104上，這個接口層可以設置/嵌入在(集成電路的)接觸墊和PCB 108的第一金屬層之間。
[0022]圖2A、圖2B、圖3A、圖3B和圖4是包括嵌入式集成電路的聲學器件和組件(例如，MEMS麥克風)的示例。如圖1的示例，應理解的是雖然顯示了麥克風，但是MEMS器件的其他示例也可以使用根據這里描述的方法。還將明白如所示的集成電路的布置至少部分地位于MEMS芯片的下面。然而，應理解的是集成電路可以完全位于或者根本不在MEMS芯片的下面。另外，盡管如所示的集成電路是長方形的，將理解集成電路可以呈現(xiàn)任何形狀或適當的尺寸。
[0023]參照圖2A，描述了具有嵌入式集成電路的聲學器件或組件200 (例如，MEMS麥克風)的一個示例。設備200包括印刷電路板202，蓋子201，MEMS芯片204(包括背板206和振動膜208)，集成電路210，聲密封條212，連接墊214和聲音端口 216，聲音218穿過該聲音端口進入到前空間220。還提供了后空間222。隨著聲音(由箭頭218指示的)進入到前空間220，振動膜208振動改變振動膜208和背板206之間的距離。這導致在背板206產生電壓，該電壓經由導體224傳輸到集成電路210。集成電路210執(zhí)行對信號的處理，并經由導體226將信號傳輸到墊214。墊214可以是傳導區(qū)，在這里可以耦接用戶應用的電子設備(例如，蜂窩電話或者計算機)。用戶可以在墊214接通電壓做進一步信號傳輸或者使用。
[0024]印刷電路板202是容納集成電路210所需尺寸的任何類型的印刷電路板。例如，如參照圖1所述，PCB可以具有焊料掩模層和金屬化層。
[0025]對本領域技術人員來說，MEMS芯片204，背板206和振動膜208是在MEMS器件上通常使用的元件，這里將不再描述。集成電路210是執(zhí)行任何類型功能(例如，放大)的任何電路。集成電路210可以是任何形狀或配置。如本領域技術人員所知的，聲密封條212提供前空間220和后空間222之間的聲音密封。導體224和226由任何類型的電導材料構成以提供電連接。在一個示例中，導體224是絲焊并且226是包括用于提供電連接的金屬(例如，銅)的過孔。在其他方面，接口層(例如，再分配層)可以用于或設置在集成電路210上，并且這個接口層可以設置/嵌入在(集成電路的)接觸墊和PCB 202的第一金屬層之間。
[0026]參照圖2B，描述了具有嵌入式集成電路的聲學器件或組件250 (例如，MEMS麥克風)的另一個示例。除了圖2A的底部端口現(xiàn)在由頂部端口代替并且聲音通過設備250的頂部進入之外，圖2B的示例與圖2A的示例類似。
[0027]更具體的說，設備250