麦克风封装件中的集成温度传感器

摘要

各种实施例提供了一种集成温度传感器和麦克风封装件，其中，温度传感器位于与麦克风关联的声学端口中、上方、或附近。温度传感器靠近声学端口的放置，使得温度传感器能够更准确地判定环境空气温度并减少由与集成电路关联的热引起的热岛干扰。在一个实施例中，温度传感器可以是形成在基板上方的热电偶，其中，热电偶的温度感测部分形成在声学端口上。在另一个实施例中，温度传感器可以形成在延伸到声学端口中或上方的专用集成电路上。在另一个实施例中，基板中的导热通道可以放置在声学端口附近，以使温度传感器能够经由通道判定环境温度。

权利要求

1.一种集成温度传感器件，包含：

麦克风传感器，耦合到基板；

声学端口，在该基板中暴露该麦克风传感器的一部分；

专用集成电路，嵌入在该基板内，其中，该专用集成电路的一部分延伸到该声学端口中；以及温度传感器，覆盖该声学端口的一部分，其中，该温度传感器嵌入在该专用集成电路内。

2.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该基板是该麦克风传感器上方的层压盖。

3.根据权利要求2所述的集成温度传感器件，其中，该温度传感器延伸到该层压盖中的该声学端口上方。

4.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该温度传感器是电阻温度计。

5.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该温度感测器是热电偶。

6.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该麦克风传感器是微机电系统传感器。

7.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该专用集成电路包含该温度传感器的一部分延伸到该声学端口中。

8.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该温度传感器集成到专用集成电路上，其中，该专用集成电路设置在该基板和该麦克风传感器之间。

9.根据权利要求8所述的集成温度传感器件，其中，该麦克风传感器和该专用集成电路传感器形成集成管芯。

10.根据权利要求9所述的集成温度传感器件，其中，该集成管芯和该基板之间的连接是倒装芯片连接。

11.根据权利要求1所述的集成温度传感器件，其中，该温度传感器的宽度在75和100微米之间。

12.一种集成温度传感器件，包括：

基板，具有声学端口；

麦克风传感器，耦合到该基板，其中，该麦克风传感器在该声学端口上方；

专用集成电路，安装在该麦克风传感器附近，其中，该专用集成电路耦合到该基板并且包含温度传感器；以及导热通道，其中，该导热通道在该基板中于该专用集成电路的该温度传感器附近，其中，基于在该导热通道周围形成的气隙，该导热通道也暴露于周围环境中，以及其中，该温度传感器集成到耦合至该基板的该专用集成电路中。

13.根据权利要求12所述的集成温度传感器件，其中，该专用集成电路和该麦克风传感器形成集成管芯。

14.根据权利要求12所述的集成温度传感器件，其中，该基板包含将该导热通道连接到该声学端口的空气通道。

15.根据权利要求12所述的集成温度传感器件，其中，该导热通道通过形成在该基板中的气隙与该基板分离，其中，该气隙将该导热通道与该基板热隔离和电隔离。

说明书

麦克风封装件中的集成温度传感器

[0001] 相关案之交互参照

[0002] 本专利申请主张于2015年9月16日提交的题为「INTEGRATED TEMPERATURE SENSOR IN MICROPHONE PACKAGE」的美国非临时申请序号14/856,262的优先权，其主张于2014年12月4日提交的题为「INTEGRATED TEMPERATURE SENSOR IN MICROPHONE PACKAGE」美国临时专利申请序号62/087,716的优先权，各者的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种集成温度传感器和麦克风封装件，其中，温度传感器放置在声学端口中或附近以获得环境空气温度。

背景技术

[0004] 集成电路可包括用于判定环境温度的温度传感器。由于许多原因，可能会记录温度，包括校准集成电路上的某些功能、判定环境背景作为集成电路上传感器封装件的一部分、以及许多其他原因。所记录温度的准确性不仅是基于温度传感器的灵敏度和正确校准，而且还基于温度传感器的放置。当温度传感器集成到集成电路中时，由温度传感器判定的温度不仅可能基于环境空气温度，还可能基于与集成电路本身相关的热量。降低这种微型热岛效应可提高温度传感器的准确性和灵敏度。

发明内容

[0005] 以下呈现了说明书的简化概述以提供对说明书的某些方面的基本理解。该概述不是对本说明书的广泛概述。既不旨在识别说明书的重要或关键要素，也不勾画本说明书的任何实施例特有的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本说明书的一些概念，作为之后呈现的更详细描述的序言。

[0006] 在一个非限制性示例中，一种器件可包含耦合到基板的麦克风传感器。该器件也可包括在基板中暴露麦克风传感器的一部分的声学端口。该器件也可包括覆盖端口的一部分的温度传感器。

[0007] 在另一个非限制性示例中，一种用于形成集成温度传感器的方法可包括提供耦合到基板的麦克风传感器。该方法也可包括在麦克风传感器上方形成层压盖，并在层压盖上形成温度传感器。该方法也可包括将层压盖在麦克风传感器上方的一部分烧蚀以形成声学端口，其中，蚀刻没有蚀刻掉麦克风传感器。

[0008] 在又一个非限制性示例中，一种器件可以包括具有声学端口的基板和耦合到基板的麦克风传感器，其中，麦克风传感器在声学端口上方。该器件也可包括与麦克风相邻的专用集成电路，其中，专用集成电路也耦合到基板并且包括温度感测区域。该器件也可包括在基板中与专用集成电路的温度感测区域接壤的导热通道。

[0009] 以下描述和附图包含说明书的某些说明性方面。然而，这些方面仅仅是其中可采用说明书的原理的各种方式中的一些。当结合考虑附图时，本说明书的其它优点和新颖特征将从以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

[0010] 在连同附图阅读过以下详细描述后，本发明的许多方面、实施例、目的、和优点将是显而易见的，其中相同的参考标记始终表示相同的部分，并且其中：

[0011] 图1描绘根据本公开的各种非限制性方面的具有在麦克风的声学端口上的热电偶传感器的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图；

[0012] 图2描绘了根据本发明的各种非限制性方面的具有嵌入在基板中的专用集成电路上的温度传感器的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图；

[0013] 图3描绘了根据本公开内容的各种非限制性方面的具有在形成集成管芯的一部分的专用集成电路上的温度传感器的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图；

[0014] 图4描绘了根据本公开的各种非限制性方面的具有在基板中的导热通道的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图；

[0015] 图5描绘了根据本发明的各种非限制性方面的具有在基板中的导热通道的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图；

[0016] 图6描绘了根据本公开的各种非限制性方面的具有带有空气端口的导热通道的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图；以及

[0017] 图7描绘了根据所公开的客体的各种非限制性方面的与形成集成传感器和麦克风封装件关联的非限制性方法的示例性流程图。

具体实施方式

[0018] 概观

[0019] 虽然提供了简要概述，但为了说明而非限制的目的，本文描述或绘示了本发明的某些方面。因此，由所公开的装置、系统和方法所建议的公开的实施例的变化意图包括在本文公开的客体的范围内。例如，在MEMS传感器的上下文中描述了本发明的装置、技术和方法的各种实施例。然而，如下面进一步详细描述，各种示例性实现可应用于执行低振幅信号的模数转换和数模转换的专用集成电路板的其他区域，而不脱离本文所描述的客体。

[0020] 如本文所使用，术语MEMS传感器，MEMS加速度计，MEMS陀螺仪，MEMS惯性传感器，MEMS声学传感器，MEMS音讯传感器等可互换使用，除非上下文保证在这些术语之间的特定区别。例如，这些术语可指可测量加速度、旋转速率、接近度、判定声学特性、产生声学信号等的MEMS器件或组件。

[0021] 此外，在全文中可互换使用像是「在同时间」、「共同的时间」、「同时」、「同时地」、「并行地」、「实质上同时」、「立即」等术语，除非上下文保证在这些术语之间的特定区别。应当理解，这些术语可指相对于彼此的时间，并且可以不是指精确同时的动作。例如，系统限制(例如下载速度、处理器速度、内存访问速度等)可能导致延迟或不同步的动作。在其他实施例中，这些术语可指在不超过定义的阈值时间量的周期内发生的行为或动作。

[0022] 各种实施例提供了一种集成温度传感器和麦克风封装件，其中温度传感器位于与麦克风相关联的声学端口中、上方或附近。温度传感器靠近声学端口的放置使得温度传感器能够更准确地判定环境空气温度并减少与集成电路相关联的热引起的热岛干扰。在一个实施例中，温度传感器可以是形成在基板上的热电偶，热电偶的温度感测部分形成在声学端口上。在另一个实施例中，温度传感器可以形成在延伸到声学端口中或上方的专用集成电路上。在另一个实施例中，基板中的导热通道可以放置在声学端口附近，以使温度传感器能够经由通道判定环境温度。

[0023] 本文描述了各种其它配置或布置。请注意各种实施例可包括其他组件和/或功能。请进一步注意到各种实施例可包括在更大的系统中，包括智能电视，智能电话或其他蜂窝电话、可穿戴设备(例如手表、耳机等)、平板计算机、电子阅读器设备(即电子阅读器)，膝上型计算机、台式计算机、显示器、数字记录器件、器械、家用电器、手持游戏器件、遥控器(例如视频游戏控制器、电视控制器等)、汽车器件、个人电子设备、医疗器件、工业系统、相机、和各种其他器件或领域。

[0024] 示例性实施例

[0025] 参考附图描述本发明的各个方面或特征，其中相同的附图标记始终用于表示相同的组件。在本说明书中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，应当理解可以在没有这些具体细节或者以其他方法、组件、参数等等的情况下实施公开的某些方面。在其他情况下，以框图形式示出了众所周知的结构和器件以便于描述和说明各种实施例。

[0026] 图1示出了根据本发明的各种非限制性方面的示例性的集成传感器和麦克风封装件100，具有热电偶传感器在麦克风的声学端口上方。

[0027] 在图1所示的实施例中，集成传感器和麦克风封装件100的表面102可具有声学端口104，便于麦克风封装件100中的麦克风感测声波。形成在声学端口104上方的可以是热电偶106，热电偶106具有形成在表面102上的热电偶端子110和112。可以形成热电偶的温度感测部分108(其中两个相异的金属形成接点)，使得其在声学端口上方。该配置使热电偶106的温度感测部分108得以在声学端口上的自由空间和/或开放区域中，并且可以促进精确和灵敏的温度读数，而不受麦克风封装件100的热质量的影响。在其他实施例中，热电偶接点108可以放置在声学端口104旁边而不跨越端口104。

[0028] 在图1所示的实施例中，使用热电偶来检测温度。热电偶是由两个相异的导体或半导体组成的器件，其在一个或多个点处彼此接触。在一个称为热电效应的过程中，当一个接触点的温度与另一个接触点的温度不同时，热电偶产生电压。在其他实施例中，可以使用其它类型的温度感测装置，包括电阻温度计，其中，电阻温度计是具有非常高的电阻温度系数的单一均质金属合金。当温度变化时，电阻变化，其可被测量以判定温度变化。

[0029] 表面102可以是其中形成包含麦克风的集成电路的基板的端部。因此，声学端口104可以形成在基板中以暴露麦克风。在其他实施例中，表面102可以是形成在麦克风上方的层压盖。在一些实施例中，在形成声学端口104之后，热电偶106可以形成在盖的顶部上。
在其它实施例中，热电偶106可以形成在基板或盖中或上，然后可以围绕热电偶106形成声学端口104。在一个实施例中，声学端口104可以通过激光烧蚀形成，其中，激光是被选择为仅烧蚀形成表面102的层压材料。该烧蚀可以留下悬挂在声学端口104上方的包含热电偶
106的一条电线。

[0030] 在一个实施例中，麦克风封装件100中的麦克风可以是MEMs麦克风。此外，在一个实施例中，热电偶106电线的厚度可以在75和100微米之间，以便最小化对音频灵敏度和麦克风性能的影响。

[0031] 现在参考图2，示出了根据本发明的各种非限制性方面的具有在嵌入在基板中的专用集成电路上的温度传感器的示例性集成传感器和麦克风封装件200的非限制性示意图。在图2所示的实施例中，温度传感器212可以形成在嵌入至基板202中的专用集成电路(application specific integrated circuit)208上。MEMs麦克风传感器206可以形成在基板202上，声学孔210形成在基板202中。盖或罩204可以形成在MEMs麦克风206和基板202上。

[0032] 在一个实施例中，温度感测部分212可以形成在ASIC 208的顶部或底部(即相对于MEMs麦克风206在ASIC 208的近侧或远侧)。在一个实施例中，ASIC 208在温度感测部分212附近的区域可以是导热性。在一些实施例中，ASIC 208嵌入至基板202中的部分可被选择为相对较少的导热性，使得来自基板202的热量不会传导通过ASIC 208，而影响由ASIC 208的温度感测部分212进行的温度测量。

[0033] 在形成基板202的期间，可将ASIC 208形成在或嵌入至基板202中，然后可以经由激光烧蚀或蚀刻基板202形成声学端口210，而使ASIC 208和温度传感器212暴露在声学端口210中。可以选择形成基板202的材料，以便于蚀刻和/或烧蚀基板材料以暴露ASIC。

[0034] 在一个实施例中，温度感测部分212可以是热电偶。在其他实施例中，可以使用其它类型的温度感测装置，包括电阻温度计，其中，电阻温度计是具有非常高的电阻温度系数的单一均质金属合金。当温度变化时，可以测量电阻变化以判定温度变化。在其他实施例中，其它类型的温度传感器，例如恒温器和/或热敏电阻器。

[0035] 现在参考图3，示出了根据本发明的各种非限制性方面的示例性集成传感器和麦克风封装件的非限制性示意图，其具有在形成集成管芯的一部分的专用集成电路上的温度传感器。

[0036] 在一个实施例中，专用集成电路306的温度感测区域312可以形成在集成管芯的基板302上。取代将ASIC 306嵌入至基板302中(如图2所示)，ASIC 306可以与麦克风308形成集成管芯的一部分，并且可以在ASIC 306中形成一个与声学端口一致的孔310，以促成麦克风功能。集成到ASIC 306的电路中的温度传感器312可以在各种实施例中相对于麦克风和基板形成在ASIC 306的顶部或底部上。

[0037] 在一个实施例中，麦克风308和ASIC 306可以是集成管芯的一部分，并且在一些实施例中，麦克风308可以具有至ASIC 306的倒装芯片连接，ASIC 306也可以具有至基板302的倒装芯片连接。盖304可以形成在封装件300上方。

[0038] 现在参考图4，其描绘了根据本公开的各种非限制性方面的具有在基板中的导热通道的示例性集成传感器和麦克风封装件400的非限制性示意图。导热通道412可以形成在基板402中，以便于ASIC 408上的温度感测部分即使不暴露于空气也能够精确地检测环境空气温度。导热通道412可以在温度上与周围的环境温度相等，然后耦合到倒装芯片式安装到基板402的ASIC 408的接触点414。ASIC 408的温度感测部分可以位于接触点414旁或附近。ASIC 408可以安装在麦克风406旁，而麦克风406可安装在声学端口410上方。盖404可以形成在封装件400上方。

[0039] 在一个实施例中，导热通道412可以由铜或具有低热阻的另一种材料形成，以便与周围环境快速取得温度平衡。

[0040] 现在参考图5，示出了根据本发明的各种非限制性方面的具有在基板中的导热通道的示例性集成传感器和麦克风封装件500的非限制性示意图。

[0041] 图5所示的实施例是图4所示的实施例的变型。在图5中，导热通道512可以形成在基板502中，以使ASIC 508上的温度感测部分即使不暴露于空气也能够准确地检测周围空气温度。导热通道512可以在温度上与周围的环境温度相等，然后耦合到倒装芯片式安装到基板502的ASIC 508的接触点514。ASIC 508的温度检测部分可以是位于接触点514旁或附近。ASIC 508可以安装在麦克风506旁，而麦克风506可以安装在声学端口510上方。盖504可以形成在封装件500上方。

[0042] 在一个实施例中，导热通道512可以由铜或具有低热阻的另一种材料形成，以便与周围环境中快速取得温度平衡。还可以在导热通道512周围形成气隙516，以便进一步将导热通道与散热基板502隔离。因此，导热通道可以与基板502热隔离并且电隔离，进一步提高了ASIC508上的温度传感器进行温度测量的准确度和灵敏度。导热通道512可以是形成在基板中的通孔，然后可以烧蚀通孔周围的区域。这种烧蚀可以去除有机材料(其通常构成基于PCB制造的基板)。

[0043] 现在参考图6，示出了根据本发明的各种非限制性方面的具有带空气端口的导热通道的示例性集成传感器和麦克风封装件600的非限制性示意图。

[0044] 图6所示的实施例是图5所示的实施例的变型。在图6中，导热通道612可以形成在基板602中，以使ASIC 608上的温度感测部分即使不暴露于空气也能够精确地检测环境空气温度。导热通道612可以在温度上与周围的环境温度相等，然后被耦合到以倒装芯片式安装到基板602的ASIC 608的接触点614。ASIC 608的温度检测部分可以是位于接触点614旁或附近。ASIC 608可以安装在麦克风606旁边，而麦克风606可以安装在声学端口610上方。盖604可以形成在封装件600上方。可以形成声学端口610，使得声学端口的一部分延伸到导热通道612上方。

[0045] 示例方法

[0046] 鉴于上文所述的客体，参考图7的流程图将更好地理解可根据本发明实现的方法。尽管为了简化说明，将这些方法示出和描述为一系列的方框，但是应当理解和理解到这些图示或对应的描述不受这些方框的顺序的限制，因为一些方框可能以与本文所绘示和描述不同的顺序和/或与其他方框同时发生。通过流程图说明的任何非顺序或分支的流程应视为指示可实施方框的各种其它分支、流程和顺序来实现相同或相似结果。此外，可能不需要所有图示的方框来实现下文描述的方法。

[0047] 图7描绘了根据所公开的客体的各种非限制性方面与形成集成传感器和麦克风封装件相关的非限制性方法700的示例性流程图。作为一个非限制性的示例，示例性方法700可促成集成传感器和麦克风封装件的形成。方法700可以从702开始，其中，该方法包括提供耦合到基板的麦克风传感器。麦克风传感器在一些实施例中可以是MEMs麦克风，并且在一些实施例中可以倒装芯片式附接到基板。在其它实施例中，可以将MEMs麦克风安装(例如倒装芯片式)到安装到基板的ASIC。在其他实施例中，ASIC可以嵌入至基板中。

[0048] 在704，该方法包括在麦克风传感器上形成层压盖。层压盖可以由使得层压盖易受激光烧蚀或蚀刻的材料形成。

[0049] 在706，该方法包括在层压盖上形成温度传感器。在一个实施例中，温度传感器可以是热电偶。在其他实施例中，可以使用其它类型的温度感测装置，包括电阻温度计，其中，电阻温度计是具有非常高的电阻温度系数的单一均质金属合金。当温度变化时，可以测量电阻变化以判定温度变化。在其他实施例中，其它类型的温度传感器，例如恒温器和/或热敏电阻器。

[0050] 在步骤708，该方法包括烧蚀层压盖在麦克风传感器上方的一部分以形成声学端口，其中，该蚀刻没有蚀刻掉麦克风传感器或温度传感器。

[0051] 应当理解本文描述的各种组件可以包括电路，其可以包括有适当价值的组件和电路组件以便实现本发明的实施例。此外，应可理解到许多各种组件可以在一个或多个集成电路(IC)芯片上实现。例如，在一个实施例中，可以在单个IC芯片中实现一组组件。在其他实施例中，在分开的IC芯片上制造或实现一个或多个个别的组件。

[0052] 以上描述的内容包括本公开的实施例的示例。当然不可能为了描述所要求保护的客体而描述组件或方法的每个可想到的组合，但是应当理解本发明的许多进一步的组合和排列是可能的。因此，所要求保护的客体旨在包含落在所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、修改和变化。此外，本发明的所示实施例的上述描述，包括摘要中所描述的内容，并不旨在是穷尽性的或将所公开的实施例限制为所公开的精确形式。虽然为了说明的目的在本文中描述了具体的实施例和示例，但是在相关领域的技术人员可以认识到的这些实施例和示例的范围内，各种修改是可能的。此外，除非具体描述，否则全文中术语「一实施例」或「一个实施例」的使用不意图表示相同的实施例。

[0053] 特别地并且关于由上述组件、器件、电路、系统等执行的各种功能，除非另有说明，用于描述这些组件的术语旨在对应于执行所描述的组件的指定功能(例如，功能等同物)，即使在结构上不等同于所公开的结构，其执行在本文示出的所要求保护的客体的示例性方面中的功能。在这方面，还将认识到创新包括系统以及具有用于执行所要求保护的客体的各种方法的动作和/或事件的计算机可执行指令的计算机可读存储介质。

[0054] 已经针对几个部件/方框之间的相互作用描述了上述图/系统/电路/模块。可以理解到这样的系统/电路和组件/方框可以包括那些组件或指定的子组件、指定的组件或子组件的一些、和/或额外的组件，并且根据前述的各种排列和组合。子组件也可以被实现为与其他组件通信耦合的组件，而不是包含在父组件(分层)中。另外，应当注意到可以将一或多个组件组合成提供聚合功能的单个组件或分成几个单独的子组件，并且可以提供任何一或多个中间层(例如管理层)以通信地耦合到这些子组件以提供集成的功能。本文描述的任何组件也可以与本文未具体描述但本领域技术人员已知的一或多个其它组分相互作用。

[0055] 另外，尽管可能仅针对若干实现中的一个来公开本发明的特定特征，但是这样的特征可视任何给定或特定应用的需求及优势而与其他实现的一或多个其他特征组合。此外，针对在详细描述或权利要求书中使用术语「包括」、「具有」、「含有」、其变体和其他类似词语的程度，这些术语旨在包容性，与作为开放转换词而不排除任何附加或其他元素的方式的术语「包含」类似。

[0056] 如本申请中所使用的，术语「组件」、「模块」、「系统」等通常旨在表示计算机相关实体，即硬件(例如电路)、硬件和软件的组合、软件、或与具有一或多个特定功能的操作机器相关的实体。例如，组件可以是但不限于在处理器(例如数字信号处理器)上运行的进程、处理器、对象、可执行线程、程序和/或计算机。举例来说，在控制器上运行的应用程序和控制器都可以是组件。一或多个组件可以驻留在进程和/或执行的线程内，并且组件可以被本地化在一个计算机上和/或分布在两或更多个计算机之间。此外，「器件」可以具有专门设计的硬件形式；通过在其上执行的软件使得硬件能够执行特定的功能而专门化的通用硬件；存储在计算机可读介质上的软件；或上述的组合。

[0057] 此外，词语「示例」或「示例性」在本文中用于表示用作示例、实例、或说明。本文描述为「示例性」的任何方面或设计不一定被解释为比其他方面或设计更优选或有利。相反，使用「示例」或「示例性」一词旨在以具体的方式呈现概念。如本申请中所使用的，术语「或」旨在表示包容性的「或」而不是排他性的「或」。也就是说，除非另有说明或从上下文中明显可知，「X采用A或B」旨在表示任何自然包容性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B两者，则在任何前述情况下都满足「X采用A或B」。此外，本申请和所附权利要求中使用的冠词「一」通常应被解释为意指「一或多个」，除非另有说明或从上下文中明显可见其是指向单数形式。