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CN105993207A - 用于装配麦克风构件的电路板和具有这种电路板的麦克风模块 - Google Patents

用于装配麦克风构件的电路板和具有这种电路板的麦克风模块 Download PDF

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CN105993207A
CN105993207A CN201480062511.4A CN201480062511A CN105993207A CN 105993207 A CN105993207 A CN 105993207A CN 201480062511 A CN201480062511 A CN 201480062511A CN 105993207 A CN105993207 A CN 105993207A
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Abstract

本发明提出了一些措施，通过它们，麦克风结构元件的背部容积可以与其封装无关地被实现。为此，在麦克风模块(100)的范畴内，使用用于至少一个麦克风构件(20)的第2级装配的电路板(10)，在该电路板的表面中构造有至少一个衔接开口(12)，所述衔接开口通到电路板(10)的层结构中的空腔(11)中。此外，具有衔接开口(12)的电路板表面配置成用于麦克风构件(20)在衔接开口(12)上方的密封装配，使得麦克风构件(20)经由电路板表面中的连接开口(12)在声学上衔接到电路板(10)中的空腔(11)上并且该空腔(11)起用于麦克风构件(20)的背侧容积的功能。

Description

用于装配麦克风构件的电路板和具有这种电路板的麦克风模块
技术领域
本发明涉及一种用于麦克风构件的第2级装配的电路板。在该电路板的至少一个表面中构造有至少一个衔接开口，所述衔接开口通到位于电路板的层结构中的空腔中。
本发明还涉及一种具有这种电路板的麦克风模块。
背景技术
在US 2012/0177229 A1中描述了这里提到的类型的电路板和麦克风模块。在该电路板的层结构中构造有呈声学通道形式的空腔，其衔接开口分别位于该电路板的主表面中。两个衔接开口中的一个用作进声开口，而在另一个衔接开口上方装配有用于信号感测和信号处理的麦克风构件。所述声学通道的几何形状和尺寸在这里这样设计，使得该声学通道形成用于处于确定的频率范围的声波的、尤其是用于语言信号的声学波导或谐振器。由此，可以实现所述麦克风构件上的特别好的声音导入。
在这里提到的发明的范畴内使用的麦克风构件至少配备有MEMS麦克风结构元件，并且必要时也还配备有另外的MEMS结构元件或ACIS结构元件。这些构件的构造和连接技术(AVT)设计用于在电路板上的装配。为此，这样的麦克风构件的结构元件可以在第1级装配的范畴内布置在一个共同的壳体中并且在其中布线。但是它们也可以与电路板载体一起或在晶片平面上组合成封装件。这种类型的构件的麦克风灵敏度主要取决于位于麦克风结构元件的麦克风膜片后面的背部容积的大小。一般在麦克风结构元件第1级装配时、即在其封装时围成该背部容积。相应地，封装的方式确定并限界麦克风结构元件的背部容积的大小。
发明内容
本发明提出了一些措施，通过这些措施，麦克风结构元件的背部容积可以与其封装无关地实现。这些措施使得能在不损害麦克风灵敏度的情况下减小麦克风构件的结构尺寸。
根据本发明，这通过以下方式来实现：将用于麦克风构件的第2级装配的电路板的层结构中的空腔用作背侧容积。该空腔除了用于麦克风构件的衔接开口以外都密闭，并且，具有所述衔接开口的电路板表面配置成用于麦克风构件在该衔接开口上方的密封装配。
即，根据本发明，用于麦克风构件的背部容积从该构件移位到第2级电路板中。因为背部容积的大小由此不再受到麦克风构件的构造的限制，所以麦克风结构元件可以显著地更节省位置地被封装。即根据本发明的在第2级电路板(麦克风构件与其他构件一起被装配在该第2级电路板上)中实现麦克风构件的背部容积的实现方式使得能减小构件尺寸，这有助于降低制造成本并且有助于所述麦克风构件和麦克风部件的微型化。
一般，在这里提到的类型的电路板上，具有互相补充的功能的多个构件和结构组件被组合成一个功能模块。与之相应地，这样的电路板的尺寸大多显著地大于麦克风构件的“脚印(footprint)”。在这种情况下，麦克风灵敏度可以简单地通过以下方式来提高：电路板中的空腔在横向上至少局部地延伸直至超出所述麦克风构件的尺寸。
在本发明的优选的实施方式中，在位于第2级电路板中的空腔内构造有壁接片和/或支撑柱。这种类型的结构元素提高电路板的稳定性并且简化其制造。此外，通过合适地布置和设计壁接片和支撑柱，可以避免所述空腔的谐振固有振动的起振。固有振动模式可以通过所述措施向更高的频率推移，理想情况下推移至使得空腔的谐振频率高于麦克风构件的最高有效频率并且尤其高于80kHz。
如已提到的那样，在本发明的范畴内使用的这些麦克风构件可以构造或封装得不同。
在第一实施方案变型中，所述MEMS麦克风结构元件布置在壳体中，在该壳体中构造有至少两个透声的开口，即至少一个进声开口和至少一个位于装配侧的衔接开口。在该情况下，MEMS麦克风结构元件的麦克风结构的一侧经由壳体中的进声开口被加载以声压，而所述麦克风结构的另一侧经由壳体中的衔接开口和电路板中的衔接开口衔接到电路板中的空腔上。
在本发明的第二实施方式中，所述麦克风构件以具有用于MEMS麦克风结构元件的装配载体的封装件的形式来实现。声音导入在这里经由麦克风结构的背离装配载体的一侧来进行，而麦克风结构的另一侧经由装配载体中的贯通开口和电路板中的衔接开口衔接到电路板中的空腔上。
在本发明的第三实施方式中，使用呈晶片级封装件形式的麦克风构件。具有MEMS麦克风结构元件的所述封装件在这里直接装配在电路板中的衔接开口的上方。声音导入在这里也经由麦克风结构的背离电路板的一侧来进行，而麦克风结构的另一侧直接衔接到电路板中的衔接开口上并从而直接衔接到电路板中的空腔上。
对于本发明的所有实施方式同等重要的是，在麦克风构件与电路板之间存在有在声学上密封的连接。该在声学上密封的连接优选以位于电路板的衔接开口的周边上的至少一个闭合密封环的形式和/或以位于麦克风构件的装配面的边缘区域中的环绕的闭合密封环的形式来实现。所述连接本身可以简单地以钎焊连接或粘接的形式来实现。
附图说明
如上文已说明的那样，存在多种以有利的方式构型和扩展本发明的教导的可能性。为此，一方面可参见独立权利要求后面的从属权利要求，并且另一方面可参见在后面根据附图对本发明的多个实施例进行的描述。其中：
图1a示出具有麦克风构件20和根据本发明的第2级电路板10的麦克风模块100的示意性剖面图；
图1b根据示意性的俯视图直观示出电路板10的构造或者说布局；
图2和图3分别以示意性的剖视图示出根据本发明的麦克风模块的构造变型方案。
具体实施方式
图1a中示出的麦克风模块100包括麦克风构件20，该麦克风构件20已经在第2级装配的范畴内装配在电路板10上。这样的第2级电路板10一般用作用于多个构件的载体和布线平面，所述多个构件具有不同的、互相补充的功能，这些功能被组合在一个模块中。相应地，在第2级电路板的布局中，不仅布设有用于机械固定这些构件的装配面，而且布设有用于这些构件的电接触和布线的接头焊盘和导线轨。这样装备的第2级电路板可以作为具有确定的功能范围的预制结构组件被使用在不同的应用中。
在这里提到的电路板10专门配置成用于装配麦克风构件20。为此，在该电路板10的层结构中构造有密闭的空腔11，该空腔仅仅在电路板10的上侧中具有一个衔接开口12。麦克风构件20气密地装配在衔接开口12上方，使得空腔11在声学上衔接到麦克风构件20的背侧容积上。
在这里示出的实施例中，在空腔11内构造有壁接片(Wandsteg)13和支撑柱14，使得空腔11的谐振频率高于麦克风构件20的最高有效频率并且尤其高于80kHz。空腔11在电路板10内延伸直至超出麦克风构件20的尺寸，即超出其底面。空腔11的延伸尺度、以及壁接片13和支撑柱14的布置以及具有装配面15和接线焊盘16的电路板上侧面的布局尤其通过图1b直观示出。
麦克风模块100的麦克风构件20涉及MEMS麦克风结构元件21，该MEMS麦克风结构元件具有壳体，该壳体由底部件22和盖部件24组成。具有有源声学膜片(akustisch aktiver Membran)和固定的对应元件的麦克风结构1构造在该MEMS麦克风结构元件21的前侧中并且覆盖结构元件背侧中的开口2。具有贯通开口23的第1级电路板用作壳体底部件22。MEMS麦克风结构元件21在贯通开口23的上方装配在壳体底部件22上，使得MEMS麦克风结构元件21的背侧开口2与贯通开口23布置成相互对准。罩状的盖部件24在MEMS麦克风结构元件21的上方布置在底部件22上并且环绕地与之连接。在盖部件24中也构造有透声开口25。
麦克风构件20这样装配在第2级电路板10上，使得壳体底部件22中的贯通开口23定位成对准电路板10上的衔接开口12。在位于电路板10的衔接开口12的边缘区域中的环形装配面15与壳体底部件22之间存在环绕的、气密的连接30，使得麦克风结构1的一侧经由壳体底部件22中的贯通开口23和电路板10中的衔接开口12衔接到电路板10内的空腔11上。盖部件24中的开口25用作进声开口，MEMS麦克风结构元件21的麦克风结构1的另一侧经由该进声开口被加载以声压。
除了起密封作用的连接30以外，在麦克风构件20装配在第2级电路板10上时，也建立了接触连接31，即麦克风构件20与电路板10上的接线焊盘16之间的电连接。
在此要指出的是，替代于或补充于环绕这些开口23和12的密封环连接30，也可以设置这样的密封环连接，它除了围绕声学接口23、12以外也围绕并且针对环境影响(例如湿气和污物)保护电接触连接31。
适合作为用于麦克风构件20与第2级电路板10之间的起密封作用的机械连接30的连接材料并且也适合作为用于麦克风构件20的电接触31的连接材料的例如有焊剂或可以以丝网印刷法涂覆到电路板表面上的导电粘接剂。但是，对机械连接和电连接也可以使用不同的材料，例如使用不导电的粘接剂用于机械连接而使用铜柱脚用于电接触。
图2和图3中示出的麦克风模块200和300分别包括装配在第2级电路板10上的麦克风构件220和320。在两个实施例中，在电路板10内都构造有密闭的空腔11，其仅仅在电路板10的上侧中具有一个衔接开口12。为此，第2级电路板10在这里由电绝缘的载体材料的至少两个相互隔开间距的层体构成，这些层体经由框状结构化的中间层连接。麦克风结构元件220或320在衔接开口12上方密封地装配在电路板10的靠上的层体中，具体地说，空腔11衔接到麦克风构件220或320的背侧容积上。与之相应地，第2级电路板10内的空腔11对麦克风构件220或320的背侧容积作贡献。在两个实施例中，空腔11延伸超出麦克风构件220或320的尺寸，即超出其底面。以这种方式，可以在第2级电路板10内与构件大小无关地(即也在构件尺寸小的情况下)实现相对大的背侧容积，以便获得尽可能高的信噪比。
尽管麦克风构件220和320都包括具有如下麦克风结构1的MEMS麦克风结构元件21，所述麦克风结构构造在结构元件的前侧中并且覆盖结构元件背侧中的开口2，但是它们在麦克风结构元件21的封装方面不同。
与麦克风模块100的麦克风构件20不同，图2中示出的麦克风构件220不具有全面包围MEMS麦克风结构元件21的独立壳体。为了减小构件大小，麦克风构件220以堆叠形式(Stackform)实现，使得其底面相当于MEMS麦克风结构元件21的芯片面。为此，MEMS麦克风结构元件21面朝下地装配在具有贯通开口223的装配载体222上，具体地说，贯通开口223形成用于MEMS麦克风结构元件21的麦克风结构1的声学接口。MEMS麦克风结构元件21的背侧设有保护膜片240。该保护膜片在不使背侧的开口2在声学上密闭的情况下覆盖该背侧的开口2。
在这里，第1级电路板用作装配载体222，该第1级电路板还起用于装配到第2级电路板10上的中间载体的功能。与之相应地，MEMS麦克风结构元件21的电触头3从该MEMS麦克风结构元件21的表面延伸穿过所述装配载体222。此外，在这里在装配载体222中还嵌入有分析处理ASIC 4。
麦克风构件220这样装配在第2级电路板10上，使得装配载体222中的贯通开口223定位成对准电路板10上的衔接开口12。在位于电路板10的衔接开口12的边缘区域中的环形的装配面与装配载体222之间存在环绕的气密的连接30，使得麦克风结构1的一侧经由装配载体222中的贯通开口223和电路板10中的衔接开口12衔接到电路板10内的空腔11上。麦克风结构1的声音加载在这里通过保护膜片240以及通过MEMS麦克风结构元件21的背侧中的开口2来实现。
如在麦克风模块100的情况中那样，在这里在麦克风构件220装配在第2级电路板10上时，除了密封的连接30以外也建立了接触连接31，即麦克风构件220与电路板10上的接线焊盘之间的电连接。
在图3中示出的麦克风模块300的情况中，MEMS麦克风结构元件21仅设有位于背侧的可透声的保护膜片340，并且直接装配在第2级电路板10上。在此，麦克风结构1面朝下地在衔接开口12的上方布置在电路板表面中。在电路板10上的衔接开口12的边缘区域中的环形装配面与MEMS麦克风结构元件21的上侧之间存在环绕的气密的连接30，使得麦克风结构1的一侧经由电路板10中的衔接开口12在声学上衔接到电路板10内的空腔11上。麦克风结构1的声音加载通过可透声的保护膜片340和MEMS麦克风结构元件21的背侧中的开口2来进行。在麦克风模块300的情况中，使用了导电的连接材料、例如焊剂，使得麦克风构件320或者说MEMS麦克风结构元件通过机械地密封的连接30也与第2级电路板10电连接。
上文所述的实施例直观表明，背部容积从麦克风构件的结构移位到第2级电路板中使得能简化构件结构并使其显著地变小，具体地说，使得构件结构与背部容积的大小无关并进而也与麦克风性能无关。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.电路板(10)，具有至少一个装配面、接线焊盘和导线轨，所述电路板用于至少一个麦克风构件(20)的机械固定和电接触以及布线，
其中，在所述电路板(10)的至少一个表面中构造有至少一个衔接开口(12)，所述衔接开口通到位于所述电路板(10)的层结构中的空腔(11)中，
其中，所述空腔(11)作为用于所述麦克风构件(20)的背侧容积而是密闭的，
其中，具有所述衔接开口(12)的电路板表面配置成用于所述麦克风构件(20)在所述衔接开口(12)上方的密封装配，
其特征在于，在所述空腔(11)内构造有壁接片(13)和/或支撑柱(14)，使得所述空腔(11)的谐振频率高于所述麦克风构件(20)的最高有效频率。
2.根据权利要求1所述的电路板(10)，其特征在于，所述空腔(11)的谐振频率高于80kHz。
3.一种具有根据权利要求1或2所述的电路板(10)的麦克风模块(100)，在所述电路板上装配有至少一个麦克风构件(20)，使得：所述麦克风构件(20)经由电路板表面中的衔接开口(12)在声学上衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上；并且所述空腔(11)起用于所述麦克风构件(20)的背侧容积的功能。
4.根据权利要求3所述的麦克风模块(100)，其特征在于，所述电路板(10)中的空腔(11)在横向上至少局部地延伸直至超出所述麦克风构件(20)的尺寸。
5.根据权利要求3或4所述的麦克风模块(100)，其特征在于：所述麦克风构件(20)包括至少一个MEMS麦克风结构元件(20)，所述MEMS麦克风结构元件布置在壳体(22、24)中；并且在所述壳体(22、24)中构造有至少一个进声开口(25)和至少一个位于装配侧的衔接开口(23)，使得所述MEMS麦克风结构元件(20)的麦克风结构(1)的一侧能被加载以声压，而该麦克风结构(1)的另一侧经由所述壳体(22、24)中的衔接开口(23)和所述电路板(10)中的衔接开口(12)衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上。
6.根据权利要求3或4所述的麦克风模块(200)，其特征在于：所述麦克风构件(220)包括至少一个MEMS麦克风结构元件(21)，所述MEMS麦克风结构元件装配在具有贯通开口(223)的装配载体(222)上；并且声音导入经由所述麦克风结构(1)的背离所述装配载体(222)的一侧来进行，而该麦克风结构(1)的另一侧经由所述装配载体(222)中的贯通开口(223)和所述电路板(10)中的衔接开口(12)衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上。
7.根据权利要求3或4所述的麦克风模块(300)，其特征在于：所述麦克风构件(320)以带有MEMS麦克风结构元件(21)的晶片级封装件的形式来实现，所述MEMS麦克风结构元件直接装配在所述电路板(10)中的衔接开口(12)的上方并从而在声学上衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上；并且声音导入通过麦克风结构(1)的背离所述电路板(10)的一侧来进行。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的麦克风模块(100)，其特征在于，在所述麦克风构件(20)与所述电路板(10)之间存在声学上密封的连接(30)，所述在声学上密封的连接以所述电路板(10)中的衔接开口(12)的周边上的至少一个闭合密封环(30)的形式和/或以在所述麦克风构件的装配面的边缘区域中环绕地闭合的密封环的形式来实现。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的麦克风模块(100)，其特征在于，所述麦克风构件(20)与所述电路板(10)之间的在声学上密封的连接(30)以钎焊连接或粘接连接的形式来实现。

Claims (9)

1.一种用于至少一个麦克风构件(20)的第2级装配的电路板(10)，
其中，在所述电路板(10)的至少一个表面中构造有至少一个衔接开口(12)，所述衔接开口通到位于所述电路板(10)的层结构中的空腔(11)中，
其特征在于，所述空腔(11)作为用于所述麦克风构件(20)的背侧容积而是密闭的，并且，具有所述衔接开口(12)的电路板表面配置成用于所述麦克风构件(20)在所述衔接开口(12)上方的密封装配。
2.根据权利要求1所述的电路板(10)，其特征在于，在所述空腔(11)内构造有壁接片(13)和/或支撑柱(14)，使得所述空腔(11)的谐振频率高于所述麦克风构件(20)的最高有效频率并且尤其高于80kHz。
3.一种具有根据权利要求1或2所述的电路板(10)的麦克风模块(100)，在所述电路板上装配有至少一个麦克风构件(20)，使得：所述麦克风构件(20)经由电路板表面中的衔接开口(12)在声学上衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上；并且所述空腔(11)起用于所述麦克风构件(20)的背侧容积的功能。
4.根据权利要求3所述的麦克风模块(100)，其特征在于，所述电路板(10)中的空腔(11)在横向上至少局部地延伸直至超出所述麦克风构件(20)的尺寸。
5.根据权利要求3或4所述的麦克风模块(100)，其特征在于：所述麦克风构件(20)包括至少一个MEMS麦克风结构元件(20)，所述MEMS麦克风结构元件布置在壳体(22、24)中；并且在所述壳体(22、24)中构造有至少一个进声开口(25)和至少一个位于装配侧的衔接开口(23)，使得所述MEMS麦克风结构元件(20)的麦克风结构(1)的一侧能被加载以声压，而该麦克风结构(1)的另一侧经由所述壳体(22、24)中的衔接开口(23)和所述电路板(10)中的衔接开口(12)衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上。
6.根据权利要求3或4所述的麦克风模块(200)，其特征在于：所述麦克风构件(220)包括至少一个MEMS麦克风结构元件(21)，所述MEMS麦克风结构元件装配在具有贯通开口(223)的装配载体(222)上；并且声音导入经由所述麦克风结构(1)的背离所述装配载体(222)的一侧来进行，而该麦克风结构(1)的另一侧经由所述装配载体(222)中的贯通开口(223)和所述电路板(10)中的衔接开口(12)衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上。
7.根据权利要求3或4所述的麦克风模块(300)，其特征在于：所述麦克风构件(320)以带有MEMS麦克风结构元件(21)的晶片级封装件的形式来实现，所述MEMS麦克风结构元件直接装配在所述电路板(10)中的衔接开口(12)的上方并从而在声学上衔接到所述电路板(10)中的空腔(11)上；并且声音导入通过麦克风结构(1)的背离所述电路板(10)的一侧来进行。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的麦克风模块(100)，其特征在于，在所述麦克风构件(20)与所述电路板(10)之间存在声学上密封的连接(30)，所述在声学上密封的连接以所述电路板(10)中的衔接开口(12)的周边上的至少一个闭合密封环(30)的形式和/或以在所述麦克风构件的装配面的边缘区域中环绕地闭合的密封环的形式来实现。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的麦克风模块(100)，其特征在于，所述麦克风构件(20)与所述电路板(10)之间的在声学上密封的连接(30)以钎焊连接或粘接连接的形式来实现。
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