具有麦克风传感器功能以及介质传感器功能的部件的制作方法
具有麦克风传感器功能以及介质传感器功能的部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有至少一个MEMS麦克风构件的部件，所述至少一个MEMS麦克风构件在壳体内安装在壳体壁中的至少一个声孔之上，从而所述MEMS麦克风构件的麦克风结构的声压加载通过所述声孔实现并且壳体内部空间作为用于所述麦克风结构的背侧容积起作用，其中，在所述麦克风结构中构造有至少一个用于所述麦克风结构的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径。
【背景技术】
[0002]在出版文献US 7，166,910 B2中描述了这样的麦克风部件。它包括具有以下膜片结构的MEMS麦克风构件，该膜片结构构造在构件上侧中并且横跨构件背侧中的空穴。在US 7, 166,910 B2中，关于该MEMS麦克风构件的实现参考出版文献US 5，870，482，在这公开了具有用于在麦克风膜片的两侧之间的缓慢压力均衡的泄漏路径。在由US 7，166，910B2公知的部件中MEMS麦克风构件设置在具有壳体底部以及壳体盖的壳体内，壳体底部以及壳体盖通过侧面部分相互压力密封地连接。壳体底部设计成用于部件在第二级层面
(2nd-Level-Ebene)--如在终端设备的印刷电路板上的安装以及电接触。壳体的声孔位于壳体盖中。MEMS麦克风构件在声孔之上压力密封地安装在壳体盖的内侧上，从而膜片结构通过背侧的空穴以声压加载并且壳体内的整个空间作为用于麦克风构件的背侧容积起作用。
[0003]公知的麦克风部件除MEMS麦克风构件外还包括放大器构件，该放大器构件也设置在壳体内，优选地设置在壳体底部上。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种用于成本上有利地以及节省空间地实现具有声学上高品质的麦克风功能并且具有至少一个另外的需要介质加载的传感器功能的多传感器模块的方案。
[0005]为此，根据本发明对于MEMS麦克风构件附加地在壳体内设有至少一个另外的MEMS传感器构件，所述至少一个另外的传感器构件的传感器功能需要介质加载，更确切地说，所述介质加载通过所述MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径实现。
[0006]根据本发明的部件方案设置，将整个壳体内部空间用作MEMS麦克风构件的麦克风结构的背侧容积，以便因此优化麦克风性能。对此所需的、MEMS麦克风构件在壳体的声孔之上的安装非必然地和壳体内部空间与部件周围环境的介质交换相冲突。麦克风功能的良好信噪比甚至需要麦克风结构两侧之间的缓慢压力平衡，从而特别为此在麦克风结构中构造泄漏路径。根据本发明提出，将通过麦克风结构中的所述泄漏路径发生的在部件周围环境与壳体内部空间之间的介质交换用于其他传感器功能，例如用于压力传感器、湿度传感器或气体传感器。
[0007]根据本发明的部件方案考虑到发展，即愈来愈多的应用、例如在汽车技术方面以及在消费电子领域中需要多个传感器功能。在部件壳体中组合多个麦克风功能或传感器功能通常比分别具有仅一个麦克风功能或传感器功能的多个部件总是更节省空间以及成本上更有利。此外，MEMS传感器构件由于根据本发明的在其他方面封闭的部件壳体内的布置而受到很好的保护以防外来的机械影响。
[0008]原则上对于根据本发明的部件方案的实现存在许多不同的可能性，这决定性地由力图达到的部件功能范围以及其应用场合来确定。例如可以改变构件部分的类型和数目以及它们在壳体内的布置。其壳体本身也可完全不同地构造并且在形状与材料方面匹配于相应的应用。然而重要的是，麦克风结构中的一个或多个泄漏路径保证对于相应的MEMS传感器功能充分的介质加载。而值得追求的是MEMS传感器功能的在几秒钟的范围内、优选小于I秒的响应时间。为此，必须相应地选择一个或多个泄漏路径的孔横截面。
[0009]在本发明的一种实施方式中，MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径的孔横截面是可改变的，从而可选择地促进或增强部件周围环境与壳体内部空间之间的介质交换。为此，麦克风结构包括至少一个可控制的结构元件，借助所述至少一个可控制的结构元件可调节所述至少一个泄漏路径的预给定的孔横截面。所述结构元件例如可涉及条状或片状的结构元件，其例如可通过静电吸引或排斥完全或部分地在泄漏路径的孔横截面之上移动。在本发明的一个特别有利的实施方式中麦克风结构的可控制的膜片用于调节至少一个泄漏路径的孔横截面。为了进行所述控制，在此情况下可以使用与也用于机械预紧膜片以便增加麦克风灵敏度的致动器装置相同的致动器装置。
[0010]对于用于改变孔横截面的所述措施补充地或替代地，通过至少一个泄漏路径的压力均衡流也可以借助可控制的用于通气的结构元件和/或通过用于有针对性地局部加热的加热装置来增强。根据本发明的部件的外部尺寸不仅与各个构件部分的数目及大小相关，而且也主要与它们在壳体内的布置相关。在此，除机械固定外也必须始终重视构件相互间的以及与部件的安装侧的有意义的和节省空间的电接触。
[0011]在确定的情况下能够有意义的是，MEMS麦克风构件和MEMS传感器构件并排地安装在一个壳体壁区段、例如盖部分上。也可能的是，将MEMS麦克风构件及MEMS传感器构件定位在相对置的壳体壁区段、例如盖部分及壳体底部上。在此情况下能够有利的是，相互错开地布置这两个构件部分。
[0012]对于MEMS构件、即麦克风构件及介质传感器构件附加地，在部件壳体内也可以设置其他的构件部分。在一种优选的实施方式中，根据本发明的部件还包括至少一个ASIC构件，所述至少一个ASIC构件与MEMS麦克风构件和/或MEMS传感器构件电连接。所述ASIC构件用于麦克风信号和传感器信号的处理及评估。
[0013]各个构件部分相互间的以及与部件壳体内壁上的布线平面的电接触可以通过引线键合和/或凸块形接触部来实现。但至少两个构件可以以芯片叠堆形式安装在壳体中并且进行电接触。
【附图说明】
[0014]如以上已讨论的，存在有利地构型和扩展本发明的教导的多种不同的可能性。对此一方面参考从属于独立权利要求的权利要求及另一方面参考以下借助附图对本发明的多个实施例的描述。
[0015]图1示出根据本发明的第一部件100的示意性剖视图，所述第一部件具有一个麦克风构件10、一个介质传感器元件30及两个ASIC构件41、42 ；
[0016]图2示出根据本发明的第二部件200的示意性剖视图，所述第二部件具有一个麦克风构件10、一个介质传感器元件30和仅仅一个ASIC构件40 ;
[0017]图3示出根据本发明的第三部件300的示意性剖视图，所述第三部件具有一个麦克风构件10、一个气体传感器元件33、一个作为加热装置的UV 二极管或IR加热器50以及两个ASIC构件41、42。
【具体实施方式】
[0018]图1中所示的第一部件100包括设置在壳体20内的四个构件部分10、30、41及42:一个MEMS麦克风构件10，另一 MEMS传感器元件——以下称为介质传感器元件30，因为其传感器功能需要介质加载一一以及两个ASIC构件41、42。
[0019]MEMS麦克风构件10包括具有声学激活的膜片13和透声的、固定的对应元件14的麦克风结构11。此外，在麦克风结构11中构造有至少一个泄漏路径15——这里以一箭头15形式示出，通过所述至少一个泄漏路径实现麦克风结构11的两侧之间的缓慢的压力均衡。麦克风结构11构造在构件的前侧中并且横跨构件背侧中的空穴12。
[0020]介质传感器元件30可涉及压力传感器元件或湿度传感器元件或气体传感器元件。无论如何，在这里所示的介质传感器元件30的前侧中构造有膜片31，所述膜片横跨构件结构中的封闭的空腔32。
[0021]MEMS麦克风构件10以及介质传感器元件30分别分配有用于处理麦克风信号或传感器信号的ASIC构件41或42。
[0022]在此，部件壳体20由底部衬底21、环形衬底22以及盖衬底23组成，它们相互压力密封地连接。所有三个衬底21、22以及23以有利的方式涉及热固性塑料衬底，如印刷电路板(PCB-Printed Circuit Boards)，它们配备有电焊盘结构(Pad-Struktur)、印制导线以及覆镀通孔(Durchkontakt)，从而盖衬底23以及环形衬底22也电连接到键合衬底21上。此外，在底部衬底21中应设有用于部件100的外部电接触的覆镀通孔，因为部件100通过底部衬底21的背侧上的焊区101安装在应用电路板上。
[0023]在壳体20的盖衬底23中构造有声孔24。MEMS麦克风构件10压力密封地安装在所述声孔24之上。在这里所示的实施例中MEMS麦克风构件10以构件背侧设置在盖衬底23的内侧上，从而声孔24在麦克风结构11的下面通到背侧的空穴12中。因此，在这里通过背侧的空穴12以声压加载麦克风结构11并且壳体20的整个内部空间25形成用于麦克风结构11的背侧容积。通过麦克风结构11中的泄漏路径15进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换。
[0024]同样在盖衬底23的内侧，在MEMS麦克风构件10的旁边安装了所分配的ASIC构件41。所述ASIC构件41的激活的前侧指向壳体的内部空间25并且通过引线键合61、62一方面与MEMS麦克风构件10连接以及另一方面连接到盖衬底23的这里未详细示出的印制导线上。所述芯片至芯片的引线键合连接61的漏电流特别小。因此，构件10和41的电接触与在盖衬底23上的机械固定无关。为此，构件10、41可以粘接或焊接到衬底23上。
[0025]这也适合于介质传感器元件30，所述介质传感器元件相对麦克风构件10横向错开地在ASIC构件41的对面设置在底部衬底21上并且通过引线键合63连接到底部衬底21的这里未详细示出的印制导线上。分配给介质传感器元件30的ASIC构件42定位在介质传感器元件30的旁边以及MEMS麦克风构件10的对面。与介质传感器元件30不同，所述ASIC构件42面向下地、即以激活的前侧朝着底部衬底21地安装在底部衬底21上，更确切地说借助焊球64、焊料凸块、钉头凸块或铜柱，通过它们也建立至底部衬底21的印制导线的电连接。此类安装以及电接触特别节省空间。如此获得的空间或对部件高度或壳体高度的减小有益或能够实现具有更好性能的较厚 的麦克风构件的使用。借助相对厚的MEMS构件10与30的错开的布置以及借助伸入到壳体内部空间25中的引线键合61、62以及63的错开同样极力达到部件高度的最小化。作为构件接触的极其节省空间的另一种可能性，这里还提及芯片/衬底引线键合与壳体衬底上的印制导线的结合。
[0026]根据本发明，通过壳体20中的声孔24以及通过MEMS麦克风构件10的麦克风结构11中的一个或多个泄漏路径15进行介质传感器元件30的介质加载。能够以有利的方式改变泄漏路径15的孔横截面，以便例如因此改善强扩散驱动的介质传感器的响应特性。为此，可在麦克风结构中设置附加的可个别地启动的结构元件。在麦克风结构适当布局的情况下，泄漏路径15的孔横截面的改变也可以通过膜片13的机械预应力来实现。
[0027]为了避免重复，在以下实施例的描述中基本上仅详细阐述与部件100的区别。因为相同的部分设有相同的参考标记，所以此外可参考图1的描述。
[0028]与以上描述的部件100不同，图2中所示的部件200包括仅三个构件部分，即一个MEMS麦克风构件10、一个介质传感器元件30和一个用于处理麦克风信号以及传感器信号的共同的ASIC构件40。这三个构件部分10、30和40设置在共同的壳体20中，所述壳体如部件100的壳体20 —样地构造。
[0029]如在部件100的情况下那样，部件200的MEMS麦克风构件10压力密封地安装在壳体20的盖衬底23中的声孔24之上，从而麦克风结构11在背侧以声压加载并且壳体20的整个内部空间25作为用于麦克风结构11的背侧容积起作用。在此，在麦克风结构11中也构造有至少一个泄漏路径15，通过所述至少一个泄漏路径进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换。根据本发明，在部件200的情况下也通过壳体20中的声孔24以及通过MEMS麦克风构件10的麦克风结构11中的一个或多个泄漏路径15实现介质传感器元件30的介质加载。
[0030]在此，介质传感器元件30在MEMS麦克风构件10的旁边布置在盖衬底23的内侧上。两个MEMS构件10和30通过粘接或焊接固定在盖衬底23上并通过芯片衬底引线键合65,66连接到盖衬底23的印制导线上。
[0031]ASIC构件40在底部衬底21上安装在两个MEMS构件10和30的对面并且通过引线键合67连接到底部衬底21的印制导线上。麦克风信号以及传感器信号通过环形衬底22的在这里未详细示出的印制导线和/或覆镀通孔提供给ASIC构件40。
[0032]图3中所示的部件300包括MEMS麦克风构件10以及具有气体激活涂层34的气体传感器元件33。这两个MEMS构件10和33分别分配有用于处理麦克风信号或传感器信号的ASIC构件41或42。。此外，部件300还包括用于气体传感器元件33的气体激活层34的加热和/或再生的UV 二极管或IR加热器50。这五个构件部分10、33、41、42以及50设置在共同的壳体20中，所述壳体如部件100的壳体20 —样地构造。
[0033]部件300的MEMS麦克风构件10也压力密封地安装在所述壳体20的盖衬底23中的声孔24之上，从而麦克风结构11在背侧以声压加载并且壳体20的整个内部空间25形成用于麦克风结构11的背侧容积。在此，在麦克风结构11中也构造有至少一个泄漏路径15，通过所述至少一个泄漏路径进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换，从而通过壳体20中的声孔24以及通过MEMS麦克风构件10的麦克风结构11中的一个或多个泄漏路径15实现气体传感器元件33的介质加载。
[0034]气体传感器元件33相对MEMS麦克风构件10横向错开地安装在壳体20的底部衬底21上以及通过引线键合63连接到底部衬底21的印制导线上。与此相对地，在盖衬底23的内侧上并且因此在MEMS麦克风构件10的旁边安装有芯片叠件，所述芯片叠件由ASIC构件41和UV 二极管组成。UV 二极管相应于其规定地朝着气体传感器元件31 (33)定向。ASIC构件41通过引线键合61、62 —方面与MEMS麦克风构件10连接以及另一方面连接到盖衬底23的印制导线上。UV 二极管50也通过引线键合68连接到盖衬底23的印制导线上。分配给气体传感器元件33的ASIC构件42在MEMS麦克风构件10的对面压入底部衬底21的相应的凹部中并且通过底部衬底21上的覆镀通孔以及印制导线连接到气体传感器元件33上。ASIC构件42的安装形式同样能够实现部件高度的减小或具有更好性能的较厚的MEMS麦克风构件的应用。
[0035]最后还应指出，声孔并非一定必须构造在壳体的盖衬底中，而是也可位于壳体壁的其他位置上，例如在底部衬底中。声孔也可以以通道的形式在壳体壁中实现，通道的外孔相对至壳体内部空间的孔错开地布置。在任何情况下MEMS麦克风构件在声孔之上压力密封地安装在壳体壁的内侧上。
[0036]此外，根据本发明的部件的壳体也可以与上述完全不同的方式实现。例如壳体也可以由仅仅两个壳体部分组成，平的壳体底部以及注塑成型的、热冲压的或深拉的塑料壳体部分形式的壳体盖或借助相应的模具成型的预模制壳体部分。
【主权项】
1.一种具有至少一个MEMS麦克风构件(10)的部件(100)，所述至少一个MEMS麦克风构件在壳体(20)内安装在至少一个构造在壳体壁(23)中的声孔(24)之上，从而所述MEMS麦克风构件(10)的麦克风结构(11)的声压加载通过所述声孔(24)实现并且壳体内部空间(25)作为用于所述麦克风结构(11)的背侧容积起作用，其中，在所述麦克风结构(11)中构造有至少一个用于所述麦克风结构(11)的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径(15)，其特征在于，在所述壳体(20)内设置有至少一个另外的MEMS传感器构件(30)，所述至少一个另外的传感器构件的传感器功能需要介质加载，并且所述介质加载通过所述MEMS麦克风构件(10)的麦克风结构(11)中的所述至少一个泄漏路径(15)实现。2.根据权利要求1所述的部件(100)，其特征在于，所述麦克风结构(11)中的至少一个泄漏路径(15)的孔横截面是可改变的，并且所述MEMS麦克风构件(10)的麦克风结构(11)包括至少一个可控制的结构元件，借助所述至少一个可控制的结构元件能够调节所述至少一个泄漏路径(15)的预给定的孔横截面。3.根据权利要求2所述的部件(100)，其特征在于，所述至少一个泄漏路径(15)的孔横截面能够借助所述麦克风结构(11)的可控制的膜片(13)限定地调节。4.根据权利要求1至3中任一项所述的部件(300)，其特征在于，设有用于增强通过至少一个泄漏路径(15)的压力均衡流的装置、尤其是加热装置(50)和/或可控制用于通气的结构元件。5.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(200)，其特征在于，所述MEMS麦克风构件(10)和所述MEMS传感器构件(30)并排地安装在壳体壁区段(23)上。6.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(100)，其特征在于，所述MEMS麦克风构件(10)和所述MEMS传感器构件(30)安装在相对置的壳体壁区段(21，23)上，更确切地说，尤其相互错开地。7.根据权利要求1至6中任一项所述的部件(100)，其特征在于，在所述壳体(20)内或在所述壳体壁内设有至少一个ASIC构件(41，42)并且所述至少一个ASIC构件(41，42)与所述MEMS麦克风构件(10)和/或所述MEMS传感器构件(30)电连接。8.根据权利要求1至7中任一项所述的部件(100)，其特征在于，至少一个构件(10，30，41)通过引线键合出1，52，63)和/或凸块形接触部与所述壳体壁(21，23)的布线平面和/或与另外的构件电连接。9.根据权利要求1至8中任一项所述的部件(300)，其特征在于，至少两个构件(41，50)以芯片叠堆形式安装在所述壳体(20)中并且电接触。10.根据权利要求1至9中任一项所述的部件(300)，其特征在于，所述至少一个MEMS传感器构件(30)涉及压力传感器、湿度传感器和/或气体传感器。11.根据权利要求1至10中任一项所述的部件(300)，其特征在于，在所述壳体(20)内设有至少一个具有气体激活层(34)的气体传感器元件(33)作为另外的MEMS构件并且在所述壳体内在所述气体传感器(33)的对面设有至少一个用于照射所述气体激活层(34)的构件(50)，所述构件尤其在紫外线(UV)或红外线(IR)的范围中照射。12.根据权利要求1至11中任一项所述的部件(100)，其特征在于，所述壳体(20)由底部衬底(21)、环形衬底(22)以及盖衬底(23)组成，它们相互压力密封地连接，所述衬底(21,22以及23)涉及热固性塑料衬底、尤其印刷电路板(PCB-Printed Circuit Boards)，它们配备有电焊盘结构、印制导线以及覆镀通孔，从而所述盖衬底(23)和所述环形衬底(22)也可电连接到所述底部衬底(21)上，并且在所述底部衬底(21)中设有用于所述部件(100)通过所述底部衬底(21)的背侧上的焊盘结构(101)的外部电接触的覆镀通孔。
【专利摘要】本发明提出一种用于成本上有利地以及节省空间地实现具有声学上高品质的麦克风功能并且具有至少一个另外的需要介质加载的传感器功能的多传感器模块的方案。所述部件包括至少一个MEMS麦克风构件，其在壳体内安装在至少一个构造在壳体壁中的声孔之上，从而MEMS麦克风构件的麦克风结构的声压加载通过声孔实现并且壳体内部空间作为用于麦克风结构的背侧容积起作用。在麦克风结构中构造有至少一个用于麦克风结构的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径。根据本发明，在壳体内设置有至少一个另外的MEMS传感器构件，其传感器功能需要介质加载。介质加载通过MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径实现。
【IPC分类】H04R19/04
【公开号】CN104902411
【申请号】CN201510093841
【发明人】C·谢林, B·施泰因, M·赖因哈特, R·舍本, R·艾伦普福特
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】DE102014203881A1, US20150256917
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有至少一个MEMS麦克风构件的部件，所述至少一个MEMS麦克风构件在壳体内安装在壳体壁中的至少一个声孔之上，从而所述MEMS麦克风构件的麦克风结构的声压加载通过所述声孔实现并且壳体内部空间作为用于所述麦克风结构的背侧容积起作用，其中，在所述麦克风结构中构造有至少一个用于所述麦克风结构的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径。
【背景技术】
[0002]在出版文献US 7，166,910 B2中描述了这样的麦克风部件。它包括具有以下膜片结构的MEMS麦克风构件，该膜片结构构造在构件上侧中并且横跨构件背侧中的空穴。在US 7, 166,910 B2中，关于该MEMS麦克风构件的实现参考出版文献US 5，870，482，在这公开了具有用于在麦克风膜片的两侧之间的缓慢压力均衡的泄漏路径。在由US 7，166，910B2公知的部件中MEMS麦克风构件设置在具有壳体底部以及壳体盖的壳体内，壳体底部以及壳体盖通过侧面部分相互压力密封地连接。壳体底部设计成用于部件在第二级层面
(2nd-Level-Ebene)--如在终端设备的印刷电路板上的安装以及电接触。壳体的声孔位于壳体盖中。MEMS麦克风构件在声孔之上压力密封地安装在壳体盖的内侧上，从而膜片结构通过背侧的空穴以声压加载并且壳体内的整个空间作为用于麦克风构件的背侧容积起作用。
[0003]公知的麦克风部件除MEMS麦克风构件外还包括放大器构件，该放大器构件也设置在壳体内，优选地设置在壳体底部上。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种用于成本上有利地以及节省空间地实现具有声学上高品质的麦克风功能并且具有至少一个另外的需要介质加载的传感器功能的多传感器模块的方案。
[0005]为此，根据本发明对于MEMS麦克风构件附加地在壳体内设有至少一个另外的MEMS传感器构件，所述至少一个另外的传感器构件的传感器功能需要介质加载，更确切地说，所述介质加载通过所述MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径实现。
[0006]根据本发明的部件方案设置，将整个壳体内部空间用作MEMS麦克风构件的麦克风结构的背侧容积，以便因此优化麦克风性能。对此所需的、MEMS麦克风构件在壳体的声孔之上的安装非必然地和壳体内部空间与部件周围环境的介质交换相冲突。麦克风功能的良好信噪比甚至需要麦克风结构两侧之间的缓慢压力平衡，从而特别为此在麦克风结构中构造泄漏路径。根据本发明提出，将通过麦克风结构中的所述泄漏路径发生的在部件周围环境与壳体内部空间之间的介质交换用于其他传感器功能，例如用于压力传感器、湿度传感器或气体传感器。
[0007]根据本发明的部件方案考虑到发展，即愈来愈多的应用、例如在汽车技术方面以及在消费电子领域中需要多个传感器功能。在部件壳体中组合多个麦克风功能或传感器功能通常比分别具有仅一个麦克风功能或传感器功能的多个部件总是更节省空间以及成本上更有利。此外，MEMS传感器构件由于根据本发明的在其他方面封闭的部件壳体内的布置而受到很好的保护以防外来的机械影响。
[0008]原则上对于根据本发明的部件方案的实现存在许多不同的可能性，这决定性地由力图达到的部件功能范围以及其应用场合来确定。例如可以改变构件部分的类型和数目以及它们在壳体内的布置。其壳体本身也可完全不同地构造并且在形状与材料方面匹配于相应的应用。然而重要的是，麦克风结构中的一个或多个泄漏路径保证对于相应的MEMS传感器功能充分的介质加载。而值得追求的是MEMS传感器功能的在几秒钟的范围内、优选小于I秒的响应时间。为此，必须相应地选择一个或多个泄漏路径的孔横截面。
[0009]在本发明的一种实施方式中，MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径的孔横截面是可改变的，从而可选择地促进或增强部件周围环境与壳体内部空间之间的介质交换。为此，麦克风结构包括至少一个可控制的结构元件，借助所述至少一个可控制的结构元件可调节所述至少一个泄漏路径的预给定的孔横截面。所述结构元件例如可涉及条状或片状的结构元件，其例如可通过静电吸引或排斥完全或部分地在泄漏路径的孔横截面之上移动。在本发明的一个特别有利的实施方式中麦克风结构的可控制的膜片用于调节至少一个泄漏路径的孔横截面。为了进行所述控制，在此情况下可以使用与也用于机械预紧膜片以便增加麦克风灵敏度的致动器装置相同的致动器装置。
[0010]对于用于改变孔横截面的所述措施补充地或替代地，通过至少一个泄漏路径的压力均衡流也可以借助可控制的用于通气的结构元件和/或通过用于有针对性地局部加热的加热装置来增强。根据本发明的部件的外部尺寸不仅与各个构件部分的数目及大小相关，而且也主要与它们在壳体内的布置相关。在此，除机械固定外也必须始终重视构件相互间的以及与部件的安装侧的有意义的和节省空间的电接触。
[0011]在确定的情况下能够有意义的是，MEMS麦克风构件和MEMS传感器构件并排地安装在一个壳体壁区段、例如盖部分上。也可能的是，将MEMS麦克风构件及MEMS传感器构件定位在相对置的壳体壁区段、例如盖部分及壳体底部上。在此情况下能够有利的是，相互错开地布置这两个构件部分。
[0012]对于MEMS构件、即麦克风构件及介质传感器构件附加地，在部件壳体内也可以设置其他的构件部分。在一种优选的实施方式中，根据本发明的部件还包括至少一个ASIC构件，所述至少一个ASIC构件与MEMS麦克风构件和/或MEMS传感器构件电连接。所述ASIC构件用于麦克风信号和传感器信号的处理及评估。
[0013]各个构件部分相互间的以及与部件壳体内壁上的布线平面的电接触可以通过引线键合和/或凸块形接触部来实现。但至少两个构件可以以芯片叠堆形式安装在壳体中并且进行电接触。
【附图说明】
[0014]如以上已讨论的，存在有利地构型和扩展本发明的教导的多种不同的可能性。对此一方面参考从属于独立权利要求的权利要求及另一方面参考以下借助附图对本发明的多个实施例的描述。
[0015]图1示出根据本发明的第一部件100的示意性剖视图，所述第一部件具有一个麦克风构件10、一个介质传感器元件30及两个ASIC构件41、42 ；
[0016]图2示出根据本发明的第二部件200的示意性剖视图，所述第二部件具有一个麦克风构件10、一个介质传感器元件30和仅仅一个ASIC构件40 ;
[0017]图3示出根据本发明的第三部件300的示意性剖视图，所述第三部件具有一个麦克风构件10、一个气体传感器元件33、一个作为加热装置的UV 二极管或IR加热器50以及两个ASIC构件41、42。
【具体实施方式】
[0018]图1中所示的第一部件100包括设置在壳体20内的四个构件部分10、30、41及42:一个MEMS麦克风构件10，另一 MEMS传感器元件——以下称为介质传感器元件30，因为其传感器功能需要介质加载一一以及两个ASIC构件41、42。
[0019]MEMS麦克风构件10包括具有声学激活的膜片13和透声的、固定的对应元件14的麦克风结构11。此外，在麦克风结构11中构造有至少一个泄漏路径15——这里以一箭头15形式示出，通过所述至少一个泄漏路径实现麦克风结构11的两侧之间的缓慢的压力均衡。麦克风结构11构造在构件的前侧中并且横跨构件背侧中的空穴12。
[0020]介质传感器元件30可涉及压力传感器元件或湿度传感器元件或气体传感器元件。无论如何，在这里所示的介质传感器元件30的前侧中构造有膜片31，所述膜片横跨构件结构中的封闭的空腔32。
[0021]MEMS麦克风构件10以及介质传感器元件30分别分配有用于处理麦克风信号或传感器信号的ASIC构件41或42。
[0022]在此，部件壳体20由底部衬底21、环形衬底22以及盖衬底23组成，它们相互压力密封地连接。所有三个衬底21、22以及23以有利的方式涉及热固性塑料衬底，如印刷电路板(PCB-Printed Circuit Boards)，它们配备有电焊盘结构(Pad-Struktur)、印制导线以及覆镀通孔(Durchkontakt)，从而盖衬底23以及环形衬底22也电连接到键合衬底21上。此外，在底部衬底21中应设有用于部件100的外部电接触的覆镀通孔，因为部件100通过底部衬底21的背侧上的焊区101安装在应用电路板上。
[0023]在壳体20的盖衬底23中构造有声孔24。MEMS麦克风构件10压力密封地安装在所述声孔24之上。在这里所示的实施例中MEMS麦克风构件10以构件背侧设置在盖衬底23的内侧上，从而声孔24在麦克风结构11的下面通到背侧的空穴12中。因此，在这里通过背侧的空穴12以声压加载麦克风结构11并且壳体20的整个内部空间25形成用于麦克风结构11的背侧容积。通过麦克风结构11中的泄漏路径15进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换。
[0024]同样在盖衬底23的内侧，在MEMS麦克风构件10的旁边安装了所分配的ASIC构件41。所述ASIC构件41的激活的前侧指向壳体的内部空间25并且通过引线键合61、62一方面与MEMS麦克风构件10连接以及另一方面连接到盖衬底23的这里未详细示出的印制导线上。所述芯片至芯片的引线键合连接61的漏电流特别小。因此，构件10和41的电接触与在盖衬底23上的机械固定无关。为此，构件10、41可以粘接或焊接到衬底23上。
[0025]这也适合于介质传感器元件30，所述介质传感器元件相对麦克风构件10横向错开地在ASIC构件41的对面设置在底部衬底21上并且通过引线键合63连接到底部衬底21的这里未详细示出的印制导线上。分配给介质传感器元件30的ASIC构件42定位在介质传感器元件30的旁边以及MEMS麦克风构件10的对面。与介质传感器元件30不同，所述ASIC构件42面向下地、即以激活的前侧朝着底部衬底21地安装在底部衬底21上，更确切地说借助焊球64、焊料凸块、钉头凸块或铜柱，通过它们也建立至底部衬底21的印制导线的电连接。此类安装以及电接触特别节省空间。如此获得的空间或对部件高度或壳体高度的减小有益或能够实现具有更好性能的较厚 的麦克风构件的使用。借助相对厚的MEMS构件10与30的错开的布置以及借助伸入到壳体内部空间25中的引线键合61、62以及63的错开同样极力达到部件高度的最小化。作为构件接触的极其节省空间的另一种可能性，这里还提及芯片/衬底引线键合与壳体衬底上的印制导线的结合。
[0026]根据本发明，通过壳体20中的声孔24以及通过MEMS麦克风构件10的麦克风结构11中的一个或多个泄漏路径15进行介质传感器元件30的介质加载。能够以有利的方式改变泄漏路径15的孔横截面，以便例如因此改善强扩散驱动的介质传感器的响应特性。为此，可在麦克风结构中设置附加的可个别地启动的结构元件。在麦克风结构适当布局的情况下，泄漏路径15的孔横截面的改变也可以通过膜片13的机械预应力来实现。
[0027]为了避免重复，在以下实施例的描述中基本上仅详细阐述与部件100的区别。因为相同的部分设有相同的参考标记，所以此外可参考图1的描述。
[0028]与以上描述的部件100不同，图2中所示的部件200包括仅三个构件部分，即一个MEMS麦克风构件10、一个介质传感器元件30和一个用于处理麦克风信号以及传感器信号的共同的ASIC构件40。这三个构件部分10、30和40设置在共同的壳体20中，所述壳体如部件100的壳体20 —样地构造。
[0029]如在部件100的情况下那样，部件200的MEMS麦克风构件10压力密封地安装在壳体20的盖衬底23中的声孔24之上，从而麦克风结构11在背侧以声压加载并且壳体20的整个内部空间25作为用于麦克风结构11的背侧容积起作用。在此，在麦克风结构11中也构造有至少一个泄漏路径15，通过所述至少一个泄漏路径进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换。根据本发明，在部件200的情况下也通过壳体20中的声孔24以及通过MEMS麦克风构件10的麦克风结构11中的一个或多个泄漏路径15实现介质传感器元件30的介质加载。
[0030]在此，介质传感器元件30在MEMS麦克风构件10的旁边布置在盖衬底23的内侧上。两个MEMS构件10和30通过粘接或焊接固定在盖衬底23上并通过芯片衬底引线键合65,66连接到盖衬底23的印制导线上。
[0031]ASIC构件40在底部衬底21上安装在两个MEMS构件10和30的对面并且通过引线键合67连接到底部衬底21的印制导线上。麦克风信号以及传感器信号通过环形衬底22的在这里未详细示出的印制导线和/或覆镀通孔提供给ASIC构件40。
[0032]图3中所示的部件300包括MEMS麦克风构件10以及具有气体激活涂层34的气体传感器元件33。这两个MEMS构件10和33分别分配有用于处理麦克风信号或传感器信号的ASIC构件41或42。。此外，部件300还包括用于气体传感器元件33的气体激活层34的加热和/或再生的UV 二极管或IR加热器50。这五个构件部分10、33、41、42以及50设置在共同的壳体20中，所述壳体如部件100的壳体20 —样地构造。
[0033]部件300的MEMS麦克风构件10也压力密封地安装在所述壳体20的盖衬底23中的声孔24之上，从而麦克风结构11在背侧以声压加载并且壳体20的整个内部空间25形成用于麦克风结构11的背侧容积。在此，在麦克风结构11中也构造有至少一个泄漏路径15，通过所述至少一个泄漏路径进行周围环境与壳体内部空间25之间的介质交换，从而通过壳体20中的声孔24以及通过MEMS麦克风构件10的麦克风结构11中的一个或多个泄漏路径15实现气体传感器元件33的介质加载。
[0034]气体传感器元件33相对MEMS麦克风构件10横向错开地安装在壳体20的底部衬底21上以及通过引线键合63连接到底部衬底21的印制导线上。与此相对地，在盖衬底23的内侧上并且因此在MEMS麦克风构件10的旁边安装有芯片叠件，所述芯片叠件由ASIC构件41和UV 二极管组成。UV 二极管相应于其规定地朝着气体传感器元件31 (33)定向。ASIC构件41通过引线键合61、62 —方面与MEMS麦克风构件10连接以及另一方面连接到盖衬底23的印制导线上。UV 二极管50也通过引线键合68连接到盖衬底23的印制导线上。分配给气体传感器元件33的ASIC构件42在MEMS麦克风构件10的对面压入底部衬底21的相应的凹部中并且通过底部衬底21上的覆镀通孔以及印制导线连接到气体传感器元件33上。ASIC构件42的安装形式同样能够实现部件高度的减小或具有更好性能的较厚的MEMS麦克风构件的应用。
[0035]最后还应指出，声孔并非一定必须构造在壳体的盖衬底中，而是也可位于壳体壁的其他位置上，例如在底部衬底中。声孔也可以以通道的形式在壳体壁中实现，通道的外孔相对至壳体内部空间的孔错开地布置。在任何情况下MEMS麦克风构件在声孔之上压力密封地安装在壳体壁的内侧上。
[0036]此外，根据本发明的部件的壳体也可以与上述完全不同的方式实现。例如壳体也可以由仅仅两个壳体部分组成，平的壳体底部以及注塑成型的、热冲压的或深拉的塑料壳体部分形式的壳体盖或借助相应的模具成型的预模制壳体部分。
【主权项】
1.一种具有至少一个MEMS麦克风构件(10)的部件(100)，所述至少一个MEMS麦克风构件在壳体(20)内安装在至少一个构造在壳体壁(23)中的声孔(24)之上，从而所述MEMS麦克风构件(10)的麦克风结构(11)的声压加载通过所述声孔(24)实现并且壳体内部空间(25)作为用于所述麦克风结构(11)的背侧容积起作用，其中，在所述麦克风结构(11)中构造有至少一个用于所述麦克风结构(11)的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径(15)，其特征在于，在所述壳体(20)内设置有至少一个另外的MEMS传感器构件(30)，所述至少一个另外的传感器构件的传感器功能需要介质加载，并且所述介质加载通过所述MEMS麦克风构件(10)的麦克风结构(11)中的所述至少一个泄漏路径(15)实现。2.根据权利要求1所述的部件(100)，其特征在于，所述麦克风结构(11)中的至少一个泄漏路径(15)的孔横截面是可改变的，并且所述MEMS麦克风构件(10)的麦克风结构(11)包括至少一个可控制的结构元件，借助所述至少一个可控制的结构元件能够调节所述至少一个泄漏路径(15)的预给定的孔横截面。3.根据权利要求2所述的部件(100)，其特征在于，所述至少一个泄漏路径(15)的孔横截面能够借助所述麦克风结构(11)的可控制的膜片(13)限定地调节。4.根据权利要求1至3中任一项所述的部件(300)，其特征在于，设有用于增强通过至少一个泄漏路径(15)的压力均衡流的装置、尤其是加热装置(50)和/或可控制用于通气的结构元件。5.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(200)，其特征在于，所述MEMS麦克风构件(10)和所述MEMS传感器构件(30)并排地安装在壳体壁区段(23)上。6.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(100)，其特征在于，所述MEMS麦克风构件(10)和所述MEMS传感器构件(30)安装在相对置的壳体壁区段(21，23)上，更确切地说，尤其相互错开地。7.根据权利要求1至6中任一项所述的部件(100)，其特征在于，在所述壳体(20)内或在所述壳体壁内设有至少一个ASIC构件(41，42)并且所述至少一个ASIC构件(41，42)与所述MEMS麦克风构件(10)和/或所述MEMS传感器构件(30)电连接。8.根据权利要求1至7中任一项所述的部件(100)，其特征在于，至少一个构件(10，30，41)通过引线键合出1，52，63)和/或凸块形接触部与所述壳体壁(21，23)的布线平面和/或与另外的构件电连接。9.根据权利要求1至8中任一项所述的部件(300)，其特征在于，至少两个构件(41，50)以芯片叠堆形式安装在所述壳体(20)中并且电接触。10.根据权利要求1至9中任一项所述的部件(300)，其特征在于，所述至少一个MEMS传感器构件(30)涉及压力传感器、湿度传感器和/或气体传感器。11.根据权利要求1至10中任一项所述的部件(300)，其特征在于，在所述壳体(20)内设有至少一个具有气体激活层(34)的气体传感器元件(33)作为另外的MEMS构件并且在所述壳体内在所述气体传感器(33)的对面设有至少一个用于照射所述气体激活层(34)的构件(50)，所述构件尤其在紫外线(UV)或红外线(IR)的范围中照射。12.根据权利要求1至11中任一项所述的部件(100)，其特征在于，所述壳体(20)由底部衬底(21)、环形衬底(22)以及盖衬底(23)组成，它们相互压力密封地连接，所述衬底(21,22以及23)涉及热固性塑料衬底、尤其印刷电路板(PCB-Printed Circuit Boards)，它们配备有电焊盘结构、印制导线以及覆镀通孔，从而所述盖衬底(23)和所述环形衬底(22)也可电连接到所述底部衬底(21)上，并且在所述底部衬底(21)中设有用于所述部件(100)通过所述底部衬底(21)的背侧上的焊盘结构(101)的外部电接触的覆镀通孔。
【专利摘要】本发明提出一种用于成本上有利地以及节省空间地实现具有声学上高品质的麦克风功能并且具有至少一个另外的需要介质加载的传感器功能的多传感器模块的方案。所述部件包括至少一个MEMS麦克风构件，其在壳体内安装在至少一个构造在壳体壁中的声孔之上，从而MEMS麦克风构件的麦克风结构的声压加载通过声孔实现并且壳体内部空间作为用于麦克风结构的背侧容积起作用。在麦克风结构中构造有至少一个用于麦克风结构的前侧与背侧之间的缓慢的压力均衡的泄漏路径。根据本发明，在壳体内设置有至少一个另外的MEMS传感器构件，其传感器功能需要介质加载。介质加载通过MEMS麦克风构件的麦克风结构中的至少一个泄漏路径实现。
【IPC分类】H04R19/04
【公开号】CN104902411
【申请号】CN201510093841
【发明人】C·谢林, B·施泰因, M·赖因哈特, R·舍本, R·艾伦普福特
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】DE102014203881A1, US20150256917
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