[发明专利]MEMS麦克风及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，具体说，涉及一种MEMS麦克风及其封装方法。

背景技术

硅基MEMS麦克风，也就是所说的声学换能器，正在助听器、移动通信系统、数字相机、摄影机以及玩具工业中扮演越来越重要的角色。一个主要的问题是，将MEMS麦克风小型化，同时仍然保持性能（诸如灵敏度、噪声、紧凑性、健壮性、电磁干扰（EMI）屏蔽）非常好。在这方面已经做出了一些尝试。

美国专利No.6,324,907公开了一种包括柔韧细长件、换能器系统以及盖子的柔韧基底换能器组件，其中，安装在柔韧细长件上并由盖子盖住的换能器系统包括至少两个芯片，分别用于检测物理信号和处理电学信号。所述盖子和柔韧印刷电路基底提供了良好的EMI屏蔽，然而，由于所述细长基底之故，所述换能器组件的封装尺寸很大，并且传感元件和调节集成电路的分离要求有很大的封装外壳。

美国专利No.6,781,231公开了一种包括MEMS麦克风、用于支撑MEMS麦克风的基底以及用于盖住MEMS麦克风的导电盖子的MEMS封装，其中MEMS麦克风包括MEMS声学传感元件和调节集成电路。所述导电盖子和基底可以形成一个外壳以及容纳MEMS麦克风，并对MEMS麦克风进行电磁干扰屏蔽。然而，此处有两个限制因素妨碍了该封装的尺寸减小，即，（1）所述MEMS声学传感元件与所述调节集成电路是分开的，以及（2）所述集成电路元件和基底之间的连线占据空间。

欧洲专利EP 1214864公开了一种包含载体件、换能器元件和电子器件的传感器系统，其中，所述换能器元件和电子器件均键合到所述载体件上，并通过保持在该载体件上的接触元件电互联。然而，该传感器系统没有良好的屏蔽，并且在硅器件和应用印刷电路板（PCB）之间没有应力缓冲。

因此，需要一种具有小型化尺寸以及良好性能的MEMS麦克风，以及该MEMS麦克风的封装方法。

发明内容

考虑到上述问题，本发明提供一种MEMS麦克风及其封装方法。在本发明所述的MEMS麦克风中，包含声学传感元件以及一个或多个调节CMOS集成电路的单片芯片利用晶片级封装技术与具有声腔的硅载体芯片键合，其中，所述硅载体芯片具有倒装键合垫，并且所述声学传感元件包括顺应性振膜、具有通孔的穿孔背板、以及在所述顺应性振膜和所述背板之间的空气间隙。这样，所述MEMS麦克风可以具有小型化尺寸，同时具有良好的性能。

根据本发明的一个方面，提供一种MEMS麦克风，其包括：单片硅芯片，该单片硅芯片包含声学传感元件以及一个或多个调节CMOS集成电路，其中，所述声学传感元件包括顺应性振膜、具有通孔的穿孔背板、以及在所述顺应性振膜和所述背板之间的空气间隙；硅基载体芯片，该硅基载体芯片具有声腔、金属穿过硅通孔引线、以及在每个金属穿过硅通孔引线的两端上的金属垫，其中，所述硅基载体芯片与所述单片硅芯片在所述单片硅芯片的背板侧上密封键合和电连接；基底，用于将所述单片芯片和所述硅基载体芯片的组件倒装安装在该基底上；导电盖子，该导电盖子具有以其边缘为界的中心空腔，所述边缘附着并电连接到所述基底上，所述中心空腔容纳所述单片芯片和所述硅基载体芯片的组件；以及声孔，该声孔形成在所述导电盖子上或所述基底上，以使外部声波抵达所述声学传感元件，其中，所述单片硅芯片、所述硅基载体芯片和所述声孔设置为使外部声波从所述声学传感元件的顺应性振膜的一侧来振动该振膜。

在一个或多个实施例中，所述硅基载体芯片可以形成有金属穿过硅通孔引线以及金属垫，所述金属垫在每个金属穿过硅通孔引线的两端上，其中，在所述硅基载体芯片的一侧上的金属垫与所述单片硅芯片键合，而另一侧上的金属垫与所述基底键合，并且所述基底形成有电引线和垫。

在一个例子中，所述声孔可以形成在所述导电盖子的任一侧，在所述声腔的底部无开孔。在另一个例子中，所述声孔可以形成在所述导电盖子的任一侧，在所述声腔的底部可以形成一个或多个孔，以及所述硅基载体芯片与所述基底密封键合。

在另一个例子中，所述声孔可以形成在所述基底上，所述硅基载体芯片的声腔可以在其底部具有一个或多个开孔，以及所述硅基载体芯片与所述基底密封键合并电连接。

此外，在另一个例子中，优选地，所述声孔可以与所述硅基载体芯片中的空腔的底部上的至少一个开孔对齐。在另一个例子中，所述硅基载体芯片的声腔可以与所述单片硅芯片的背板对齐。

此外，在另一个例子中，所述单片硅芯片和所述硅基载体芯片之间的键合可以为低于400℃的低温下的金属共晶键合。