排氣陣列及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括多個排氣區(qū)域的排氣陣列，排氣區(qū)域包括多孔PTFE基底材料和包括具有多個穿孔的基質(zhì)材料的無孔材料，其中，基質(zhì)材料填充多孔PTFE基底的孔，以形成無孔區(qū)域，該無孔區(qū)域使多個排氣區(qū)域互連。
【專利說明】排氣陣列及制造方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求對2012年3月13 日提交的、題為“VENTING ARRAY AND MANUFACTURINGMETHOED(排氣陣列及制造方法)”的美國臨時專利申請第61/610，254號的優(yōu)先權(quán)，本文以參見方式引入該申請的全部內(nèi)容。

【背景技術(shù)】
[0003]通過微制造技術(shù)將機械元件、傳感器、致動器等和電子器件集成在共同的硅基片上被公知為MEMS。微-電子-機械系統(tǒng)傳感器可被用于麥克風(fēng)、用戶壓力傳感器應(yīng)用、輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)、氣體流量傳感器、加速度計和陀螺儀。
[0004]美國專利第7，434，305號描述了硅電容式麥克風(fēng)MEMS封裝，其包括聲換能器和聲端口。聲端口還包括諸如PTFE或燒結(jié)的金屬那樣的環(huán)境屏蔽件，以保護換能器免受諸如太陽光、潮氣、油、臟物和/或灰塵之類環(huán)境元素的影響。
[0005]該屏蔽件通常使用粘結(jié)劑層密封在導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料層之間。所披露的電容式麥克風(fēng)可使用回流焊接技術(shù)附連到電路板上?；亓骱附蛹夹g(shù)在相當高的溫度下進行。因此，這種粘結(jié)劑層的耐熱性是關(guān)鍵的。回流焊接條件下經(jīng)歷的高溫又結(jié)合屏蔽件本身低的機械強度使得以此種方式將環(huán)境屏蔽件納入到MEMS封裝內(nèi)相當困難。
[0006]如MEMS封裝所要求的，在薄形式的因素中，仍然存在著對環(huán)境屏蔽件和壓力平衡能力的需要。此外，需要以有效的方式制造小的排氣裝置。這里所披露的排氣陣列實現(xiàn)了如此的需要。
_7]附圖的簡要i兌明
[0008]圖1示出本發(fā)明的一個實施例，其是附連到MEMS封裝的排氣裝置。
[0009]圖2是排氣陣列的圖示。
[0010]圖3示出排氣裝置。
[0011]圖4示出排氣陣列的剖視圖。
[0012]圖5是描述排氣的MEMS封裝的另一方面。
[0013]圖6示出排氣陣列的剖面的SEM圖像。

【具體實施方式】
[0014]在一個實施例中，本發(fā)明涉及制造用于容器的排氣裝置的方法。尤其是，適用于MEMS封裝的排氣裝置可由本發(fā)明的工藝過程制造。圖1示出如此的容器18，其具有內(nèi)部空間20和使內(nèi)部空間與環(huán)境空間24分開的孔22。容器的實例可包括但不限于:壓力傳感器、電子封殼、氣體傳感器、麥克風(fēng)和助聽裝置。
[0015]圖2示出排氣陣列。該陣列包括以單個工藝過程制造的多個排氣口。排氣口可在安裝之前通過切割或切塊而分離開，或可在分離之前安裝在MEMS封裝的陣列上。
[0016]諸如圖3中所示的排氣裝置26可放置在容器內(nèi)的孔22上方。排氣裝置用來保護容器內(nèi)部空間免遭外部環(huán)境空間中的包括灰塵、潮氣和其他液體的污染物侵襲，同時允許用于壓力平衡或潮氣傳送的氣流。裝置26可以排氣陣列28的形式提供，其包括如圖2所示的若干個排氣裝置。排氣陣列可通過將多孔聚合物基底材料30和具有多個穿孔34的基質(zhì)材料32組合來構(gòu)造。
[0017]多孔聚合物基底材料是不透液體但透氣體的材料。多孔的聚合物基底材料可以是像PTFE、PVDF, PFA、FEP之類的含氟聚合物以及它們的共聚物。這些多孔聚合物基底材料可以單層或多層結(jié)構(gòu)提供，多層結(jié)構(gòu)包括空隙率變化的和/或聚合物材料變化的多層。各層可以是對稱的或非對稱的層。根據(jù)授予Gore的美國專利第3，953，566號的教導(dǎo)而制造的膨脹型PTFE隔膜特別用作為多孔材料。這些PTFE隔膜可以是單軸向或雙軸向膨脹的。通過使用行內(nèi)眾所周知的涂層和方法來涂覆聚合物涂層，可使多孔材料變?yōu)槭栌托缘摹?br> [0018]PTFE的共聚物也可以是有用的。如這里所使用的，PTFE包括為本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)技術(shù)人員理解的PTFE的共聚物和膨脹型PTFE共聚物。
[0019]基質(zhì)材料可以是任何聚合物材料，該種材料在熱量和/或壓力作用下，一旦組合了兩組材料，就可流入和填充到多孔聚合物基底的各孔中。例如，基質(zhì)可以是熱塑性的?；|(zhì)材料可以是由高溫有機絕緣基質(zhì)材料制成的任何絕緣材料，這樣的材料諸如但不限于聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂，至少部分地由PTFE組成，具有或者不具有填料。
[0020]Speedboardw材料是特別有用的基質(zhì)。GOR￡?SPEEDBOARD?i C半固化材料是用熱固性樹脂浸潰過的膨脹型PTFE片。膨脹型PTFE內(nèi)的空氣空間用樹脂取代，膨脹型PTFE隔膜變成樹脂的載體或遞送系統(tǒng)。在層疊過程中，樹脂以與傳統(tǒng)基于玻璃的半固化材料相同的方式流動、填充和粘結(jié)。
[0021]基質(zhì)材料還可包括部分固化的和完全固化的材料?；|(zhì)材料可包括階段BFR4/BT以及Tacpreg-Taconic?；|(zhì)的厚度范圍可以是從15微米至200微米。較佳地,基質(zhì)厚度是在30微米和80微米之間。
[0022]借助于諸如激光鉆孔、沖?；驒C械鉆孔等方法，使穿孔形成在基質(zhì)材料片上。穿孔的大小、形狀和位置可根據(jù)排氣裝置的孔22的大小和形狀來定。一般地，穿孔的尺寸范圍可以是從0.3_至1.5_。穿孔形狀不是關(guān)鍵的，可選用諸如圓形、橢圓形、正方形、矩形等的任何形狀。
[0023]如圖4中所示，通過層疊或砑光技術(shù)將多孔聚合物材料基底42和穿孔的基質(zhì)44組合在一起而形成排氣陣列40。如此技術(shù)可涉及熱量或壓力或兩者。穿孔38生成用于氣體壓力的排氣口并允許聲音傳輸?；|(zhì)和基底材料組合而形成復(fù)合材料?；|(zhì)材料在某些區(qū)域內(nèi)流入和填充多孔聚合物材料的空隙。生成的復(fù)合物由此包括多孔聚合物材料43的區(qū)域和非多孔的區(qū)域46，其中，多孔聚合物材料基本上用基質(zhì)材料填充。
[0024]如圖2所示，排氣陣列28可包括多個排氣裝置26，每個裝置包括至少一個聚合物材料的多孔區(qū)域。每個陣列的排氣裝置數(shù)量取決于排氣組件的尺寸。排氣裝置可通過切塊或切割與陣列分離，并使用諸如粘結(jié)劑、熱焊接那樣公知的方法或通過將基質(zhì)流動和固化到容器而附連到容器。
[0025]在一個方面，諸如金屬蓋或熱塑性片或樹脂片的附連特征可提供給排氣陣列，以便于將排氣裝置附連到封裝上。在另一方面，帶有附連特征的各個排氣裝置可用已知方法從排氣陣列中切出，并且該裝置然后用來覆蓋容器的孔。
[0026]本發(fā)明的另一方面涉及制造排氣的MEMS封裝的方法。圖5示出示范的MEMS電容式麥克風(fēng)封裝50，其包括換能器單元52和放大器54。該封裝具有聲端口或孔56，以允許聲波到達換能器。本發(fā)明的制造方法類似地構(gòu)造和構(gòu)思了用于其它應(yīng)用的其他的MEMS封裝，諸如MEMS揚聲器?？妆慌艢庋b置26覆蓋，以允許聲波或氣體通過但阻止液體污染物、灰塵和潮氣進入該封裝，由此保護封裝內(nèi)部的內(nèi)容物。
[0027]實例:制造排氣陣列的方法
[0028]半固化材料(GORE? SPEEDBOARD' iC)被用作為基質(zhì)。使用CO2激光器在基質(zhì)(尺寸為12.7cm乘15.2cm)內(nèi)鉆出直徑0.8mm的圓形穿孔?；|(zhì)具有總數(shù)為1755個如此的鉆孔，它們彼此間距開3.25mm。膨脹型PTFE隔膜用作為多孔聚合物基底材料，隔膜的特性如下:厚度大約為35微米，平均孔尺寸為0.5微米，格里值(Gurley)為約10秒。通過用溶劑系統(tǒng)中的氟化丙烯酸酯聚合物的溶液進行涂覆，其后通過干燥來除去溶劑，可使得膨脹型PTFE隔膜為疏油性。
[0029]使用手動的Carver壓機，在200° F的溫度、1600磅/平方英寸的壓力之下將穿孔的基質(zhì)壓到該層疏油性的膨脹型PTFE隔膜上持續(xù)大約4分45秒，由此形成復(fù)合物?；|(zhì)材料32貫穿疏油性隔膜30的全部厚度，如在圖6中所示的復(fù)合物的橫截面SEM圖像中所觀察到那樣。因此，所得的復(fù)合物具有:(a)無孔區(qū)域60，那里，基質(zhì)材料穿過隔膜，(b)對應(yīng)于基質(zhì)材料中的穿孔的剛好疏油性隔膜的透氣的多孔區(qū)域62。
【權(quán)利要求】
1.一種排氣陣列，所述排氣陣列包括: a.包括多孔PTFE基底的多個排氣區(qū)域，以及 b.包括具有多個穿孔的基質(zhì)材料的無孔基底材料，其中，基底材料填充多孔PTFE基底的孔，以形成無孔區(qū)域，所述無孔區(qū)域與多個排氣區(qū)域互連。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣陣列，其特征在于，多孔PTFE基底是疏油性的。
3.如權(quán)利要求1所述的排氣陣列，其特征在于，所述基質(zhì)材料是絕緣材料。
4.如權(quán)利要求1所述的排氣陣列，其特征在于，所述基質(zhì)材料是環(huán)氧樹脂。
5.如權(quán)利要求1所述的排氣陣列，其特征在于，所述基質(zhì)材料是聚酰亞胺。
6.如權(quán)利要求1所述的排氣陣列，其特征在于，所述排氣陣列的厚度小于200微米。
7.如權(quán)利要求1所述的排氣陣列，其特征在于，還包括附連層。
8.—種制造用于容器的排氣裝置的方法，所述容器形成內(nèi)部空間和環(huán)境空間，并具有介于所述內(nèi)部空間和所述環(huán)境空間之間的孔，所述排氣裝置適于放置在所述孔上，所述方法包括: a.提供多孔PTFE基底， b.提供具有多個穿孔的基質(zhì)材料， c.將所述多孔PTFE基底和所述基質(zhì)材料組合，以使所述基質(zhì)材料填充鄰近的多孔PTFE基底，從而形成具有多孔PTFE的區(qū)域和填充的PTFE基底的區(qū)域的復(fù)合物，以及 d.將所述復(fù)合物分為多個排氣裝置，每個排氣裝置包括多孔PTFE基底的至少一個區(qū)域。
9.一種制造排氣的MEMS封裝的方法，所述方法包括: a.提供具有容器的MEMS封裝，所述容器形成內(nèi)部空間和環(huán)境空間，并具有介于內(nèi)部空間和所述環(huán)境空間之間的孔， b.提供多孔PTFE基底， c.提供具有多個穿孔的基質(zhì)材料， d.將所述多孔PTFE基底和所述基質(zhì)材料組合，以使所述基質(zhì)材料填充鄰近的多孔PTFE基底，由此，形成具有多孔PTFE的區(qū)域和填充的PTFE基底的區(qū)域的復(fù)合物， e.將所述復(fù)合物分為多個排氣裝置，每個排氣裝置包括多孔PTFE基底的至少一個區(qū)域，以及 f.將所述排氣裝置附連在MEMS封裝的孔上。
10.一種制造排氣陣列的方法，所述方法包括: a.提供多孔PTFE基底， b.提供具有多個穿孔的基質(zhì)材料，以及 c.將所述多孔PTFE基底和所述基質(zhì)材料組合，以使所述基質(zhì)材料填充鄰近的多孔PTFE基底，由此，形成具有多孔PTFE的區(qū)域和填充的PTFE基底的區(qū)域的復(fù)合物。
【文檔編號】F24F7/00GK104169657SQ201380013497
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】A·J·霍利達 申請人:W.L.戈爾及同仁股份有限公司