JP2011049752A - Capacitor microphone - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure uniformity of a microphone sensitivity even if a microphone element is fixed to a base substrate in a capacitor microphone having the microphone element manufactured by using an MEMS technology. <P>SOLUTION: A microphone element 20 in which a capacitor structure portion C is laminated and formed on a silicon substrate 22 is fixed to a base substrate 50 with an IC chip 40. At this time, a sound hole 60a for leading a sound to the capacitor structure portion C is formed at an upper location of the capacitor structure portion C in an upper wall 60A of a cover 60 fixed to the base substrate 50 so as to cover the microphone element 20 and the IC chip 40. A sound path wall 70 separating a front space C1 between the capacitor structure portion C and the sound hole 60a, and a circumference space C3 surrounding the front space C1 is placed between the upper wall 60A of the cover 60 and the microphone element 20. Thus, a volume of the front space C1 is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本願発明は、コンデンサマイクロホンに関するものであり、特に、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンに関するものである。   The present invention relates to a condenser microphone, and more particularly, to a condenser microphone having a microphone element manufactured using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique.

一般に、コンデンサマイクロホンは、振動膜と固定電極とが対向配置されたコンデンサ構造部を有する構成となっているが、近年では、その小型化を図るため、MEMS技術を用いて、上記コンデンサ構造部をマイクロホンエレメントの一部として積層形成する工夫もなされている。   In general, a capacitor microphone has a structure having a capacitor structure in which a diaphragm and a fixed electrode are arranged to face each other. However, in recent years, in order to reduce the size of the capacitor microphone, the capacitor structure is formed using MEMS technology. A device for stacking as part of the microphone element has also been devised.

例えば「特許文献1」や「特許文献2」に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、中央開口部が形成されたシリコン基板上に、その中央開口部を塞ぐようにしてコンデンサ構造部を積層形成することにより、マイクロホンエレメントが構成されるようになっている。   For example, in the condenser microphones described in “Patent Document 1” and “Patent Document 2”, a capacitor structure is stacked on a silicon substrate having a central opening so as to close the central opening. Thus, a microphone element is configured.

その際、上記「特許文献1」の図6に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントがインピーダンス変換素子と共にベース基板に載置固定された状態で、筐体内に収容された構成になっている。   At that time, the condenser microphone described in FIG. 6 of the above-mentioned “Patent Document 1” has a configuration in which the microphone element is housed in the housing in a state where the microphone element is mounted and fixed on the base substrate together with the impedance conversion element. .

一方、上記「特許文献2」の図5に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントがインピーダンス変換素子と共にトップ基板に吊り下げ固定された状態で、筐体内に収容された構成になっている。   On the other hand, the condenser microphone described in FIG. 5 of the “Patent Document 2” has a configuration in which the microphone element is housed in the housing in a state of being suspended and fixed to the top substrate together with the impedance conversion element.

特開2007−81614号公報JP 2007-81614 A 国際公開2005−86535号International Publication No. 2005-86535

一般に、コンデンサマイクロホンにおいては、上記「特許文献1」の図6や「特許文献2」の図5にも記載されているように、その筐体の上面壁におけるコンデンサ構造部の上方位置に、該コンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成された構成となっている。   In general, in a condenser microphone, as described in FIG. 6 of the above-mentioned “Patent Document 1” and FIG. 5 of “Patent Document 2”, the capacitor microphone is positioned above the capacitor structure portion on the upper wall of the casing. A sound hole for guiding sound to the capacitor structure is formed.

しかしながら、上記「特許文献1」の図6に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、音孔とコンデンサ構造部との間の空間(以下「前方空間」という)が、この前方空間を囲む空間(以下「外周空間」という)と連通しており、かなり大きい容積で形成されているので、次のような問題がある。   However, in the condenser microphone described in FIG. 6 of “Patent Document 1”, a space between the sound hole and the capacitor structure (hereinafter referred to as “front space”) surrounds the front space (hereinafter referred to as “front space”). Since it is formed with a considerably large volume, it has the following problems.

すなわち、前方空間が大きい容積で形成されていると、その共鳴周波数が低くなるので、可聴域またはこれに近い周波数領域で音波の共鳴が発生してしまい、このため可聴域でのマイクロホン感度の均一性が損なわれてしまう、という問題がある。   In other words, if the front space is formed with a large volume, the resonance frequency becomes low, so that sound wave resonance occurs in the audible range or a frequency range close to this, and thus the microphone sensitivity is uniform in the audible range. There is a problem that the performance is impaired.

一方、上記「特許文献2」の図5に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントがトップ基板に吊り下げ固定されているので、その吊り下げ固定部において前方空間と外周空間とを仕切ることができ、これにより前方空間の容積を小さくすることができる。   On the other hand, in the condenser microphone described in FIG. 5 of “Patent Document 2”, since the microphone element is suspended and fixed to the top substrate, the front space and the outer peripheral space may be partitioned at the suspension fixing portion. This can reduce the volume of the front space.

しかしながら、この「特許文献2」の図5に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントの吊り下げ固定部が、吊り下げ固定機能だけではなくコンデンサ構造部とトップ基板との電気的接続機能も兼ねているので、その形状自由度が小さく、したがって、前方空間についてもその容積や形状の自由度が小さくなってしまい、このため可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保する上で不十分なものとなってしまう、という問題がある。また、このような構成を採用した場合には、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された一般的な構成のコンデンサマイクロホンにおいて、可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保することはできない、という問題がある。   However, in the condenser microphone described in FIG. 5 of “Patent Document 2”, the suspension fixing portion of the microphone element serves not only as a suspension fixing function but also as an electrical connection function between the capacitor structure portion and the top substrate. Therefore, the degree of freedom of the shape is small, and therefore the degree of freedom of the volume and shape of the front space is also small, which is insufficient to ensure the uniformity of the microphone sensitivity in the audible range. There is a problem of becoming. In addition, when such a configuration is adopted, in a microphone having a general configuration in which the microphone element is mounted and fixed on the base substrate, the uniformity of the microphone sensitivity in the audible range cannot be ensured. There's a problem.

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、MEMS技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンにおいて、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保することができるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in a condenser microphone having a microphone element manufactured using MEMS technology, the microphone element may be mounted and fixed on a base substrate. An object of the present invention is to provide a condenser microphone capable of ensuring uniformity of microphone sensitivity.

本願発明は、筐体内において前方空間を外周空間と仕切るための構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。   In the present invention, the above object is achieved by devising a configuration for partitioning the front space from the outer peripheral space in the housing.

すなわち、本願発明に係るコンデンサマイクロホンは、
中央開口部が形成されたシリコン基板上に、振動膜と固定電極とが対向配置されてなるコンデンサ構造部が、上記中央開口部を塞ぐようにして積層形成されてなるマイクロホンエレメントと、
上記コンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、
上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を載置固定するベース基板と、
上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を覆うようにして上記ベース基板に固定されたカバーと、を備えてなるコンデンサマイクロホンにおいて、
上記カバーの上面壁における上記コンデンサ構造部の上方位置に、該コンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成されており、
上記カバーの上面壁と上記マイクロホンエレメントとの間に、上記コンデンサ構造部と上記音孔との間の前方空間とこの前方空間を囲む外周空間とを仕切る音道壁が配置されている、ことを特徴とするものである。
That is, the condenser microphone according to the present invention is
A microphone element in which a capacitor structure part in which a vibration film and a fixed electrode are arranged to face each other on a silicon substrate in which a central opening is formed is laminated so as to close the central opening;
An impedance conversion element for converting the capacitance of the capacitor structure into an electrical impedance; and
A base substrate on which the microphone element and the impedance conversion element are placed and fixed;
A condenser microphone comprising: a cover fixed to the base substrate so as to cover the microphone element and the impedance conversion element;
A sound hole for guiding sound to the capacitor structure is formed at a position above the capacitor structure on the top wall of the cover,
Between the upper surface wall of the cover and the microphone element, a sound path wall that partitions a front space between the capacitor structure portion and the sound hole and an outer peripheral space surrounding the front space is disposed. It is a feature.

上記構成において「上面壁」や「上方位置」等の方向性を示す用語は、コンデンサマイクロホンを構成する各部材相互間の位置関係を明確にするために便宜上用いたものであって、これによりコンデンサマイクロホンを実際に使用する際の方向性が限定されるものではない。   In the above configuration, the terms indicating the direction such as “upper surface wall” and “upward position” are used for the sake of convenience in order to clarify the positional relationship between the members constituting the condenser microphone. The directionality when actually using the microphone is not limited.

上記「カバー」は、ベース基板に固定されることにより、このベース基板とでマイクロホンエレメントおよびインピーダンス変換素子を覆う筐体を形成する部材であれば、その具体的な構成やベース基板に対する固定構造等は特に限定されるものではない。その際、この「カバー」の具体的な構成としては、例えば、金属板をプレス成形することにより単一の部材として構成されたもの、あるいは、マイクロホンエレメントおよびインピーダンス変換素子を囲むようにしてベース基板に載置固定された環状部材と、この環状部材の上面に載置固定された蓋状部材とで構成されたもの等が採用可能である。   As long as the “cover” is a member that forms a casing that covers the microphone element and the impedance conversion element with the base substrate by being fixed to the base substrate, its specific configuration, fixing structure to the base substrate, and the like Is not particularly limited. In this case, as a specific configuration of the “cover”, for example, a metal plate is formed as a single member by press molding, or mounted on the base substrate so as to surround the microphone element and the impedance conversion element. It is possible to employ a member constituted by a fixed annular member and a lid member placed and fixed on the upper surface of the annular member.

上記「音道壁」は、前方空間と外周空間と仕切るように形成された部材であれば、その高さや断面形状等の具体的構成は特に限定されるものではない。また、この「音道壁」は、マイクロホンエレメントの一部として構成されたものであってもよいし、マイクロホンエレメントとは別部材で構成されたものであってもよい。   As long as the “sound road wall” is a member formed so as to partition the front space and the outer peripheral space, the specific configuration such as the height and the cross-sectional shape thereof is not particularly limited. Further, the “sound path wall” may be configured as a part of the microphone element, or may be configured as a member different from the microphone element.

上記構成に示すように、本願発明に係るコンデンサマイクロホンは、シリコン基板上にコンデンサ構造部が積層形成されてなるマイクロホンエレメントが、インピーダンス変換素子と共にベース基板に載置固定された構成となっており、そして、これらマイクロホンエレメントおよびインピーダンス変換素子を覆うようにしてベース基板に固定されたカバーには、その上面壁におけるコンデンサ構造部の上方位置に、このコンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成されているが、このカバーの上面壁とマイクロホンエレメントとの間には、コンデンサ構造部と音孔との間の前方空間とこの前方空間を囲む外周空間と仕切る音道壁が配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。   As shown in the above configuration, the condenser microphone according to the present invention has a configuration in which a microphone element in which a capacitor structure is laminated on a silicon substrate is placed and fixed on a base substrate together with an impedance conversion element, The cover fixed to the base substrate so as to cover the microphone element and the impedance conversion element is provided with a sound hole for guiding sound to the capacitor structure portion at a position above the capacitor structure portion on the upper surface wall. However, the sound path wall that partitions the front space between the capacitor structure and the sound hole and the outer peripheral space surrounding the front space is arranged between the upper surface wall of the cover and the microphone element. The following effects can be obtained.

すなわち、ベース基板とカバーとで構成される筐体内において、前方空間と外周空間とが音道壁により仕切られているので、前方空間の容積を小さくすることができる。   That is, since the front space and the outer peripheral space are partitioned by the sound path wall in the housing constituted by the base substrate and the cover, the volume of the front space can be reduced.

しかも、この音道壁には、コンデンサ構造部に対する電気的接続機能は不要であり、その機能を前方空間と外周空間との仕切り機能に特化させることができるので、前方空間の容積や形状の自由度を高めることができ、これにより可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保することが容易に可能となる。   In addition, this sound path wall does not require an electrical connection function to the capacitor structure, and the function can be specialized for the partition function between the front space and the outer space, so the volume and shape of the front space The degree of freedom can be increased, which makes it easy to ensure the uniformity of microphone sensitivity in the audible range.

このように本願発明によれば、MEMS技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンにおいて、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保することができる。   As described above, according to the present invention, in the condenser microphone having the microphone element manufactured using the MEMS technology, the uniformity of the microphone sensitivity is ensured even when the microphone element is mounted and fixed on the base substrate. be able to.

上記構成において、音道壁の少なくとも一部が、マイクロホンエレメントの上面に積層形成されたレジスト層で構成されたものとすれば、マイクロホンエレメントをMEMS技術を用いて積層形成する工程において、音道壁についてもその少なくとも一部を積層形成することができる。したがって、音道壁の配置を比較的容易に行うことができ、かつその位置精度を高めることができる。   In the above configuration, if at least a part of the sound path wall is composed of a resist layer stacked on the upper surface of the microphone element, the sound path wall is formed in the step of stacking the microphone element using the MEMS technology. Also, at least a part thereof can be laminated. Therefore, the arrangement of the sound path wall can be performed relatively easily, and the positional accuracy can be increased.

その際、音道壁がレジスト層のみにより構成されたものとした上で、このレジスト層が、その上端面をカバーの上面壁に当接させるとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置された構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。   At that time, the sound path wall is assumed to be composed only of the resist layer, and the resist layer is arranged in a state in which the upper end surface thereof is brought into contact with the upper surface wall of the cover and is compressed and elastically deformed in the vertical direction. With the configuration, the following operational effects can be obtained.

すなわち、音道壁がレジスト層のみにより構成されたものとすることにより、マイクロホンエレメントの積層形成工程において音道壁もその全体を同時に積層形成することができるので、音道壁の配置を容易にかつ位置精度良く行うことができる。しかも、この音道壁として積層形成されたレジスト層は、その上端面がカバーの上面壁に当接するとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されているので、音道壁がレジスト層のみにより構成されているにもかかわらず、前方空間と外周空間とを確実に仕切ることができる。その際、マイクロホンエレメントの上端面とカバーの上面壁との間隔に多少のバラツキがあっても、音道壁として積層形成されたレジスト層の圧縮弾性変形作用により、その仕切り機能を維持することができる。   In other words, since the sound path wall is composed only of the resist layer, the entire sound path wall can be simultaneously laminated in the microphone element stacking process, which facilitates the arrangement of the sound path wall. And it can carry out with sufficient position accuracy. In addition, the resist layer laminated as the sound path wall is disposed in a state where the upper end surface of the resist layer is in contact with the upper surface wall of the cover and is compressed and elastically deformed in the vertical direction. Despite being configured, the front space and the outer peripheral space can be reliably partitioned. At that time, even if there is some variation in the distance between the upper end surface of the microphone element and the upper surface wall of the cover, the partition function can be maintained by the compression elastic deformation action of the resist layer formed as a sound path wall. it can.

一方、音道壁の一部がレジスト層で構成されたものとした上で、このレジスト層の上端面とカバーの上面壁との間に弾性部材が介装された構成とすることも可能である。このような構成を採用した場合においても、前方空間と外周空間とを確実に仕切ることができる。   On the other hand, a part of the sound path wall may be formed of a resist layer, and an elastic member may be interposed between the upper end surface of the resist layer and the upper surface wall of the cover. is there. Even when such a configuration is adopted, the front space and the outer peripheral space can be reliably partitioned.

上記構成において、カバーの上面壁に、音孔の外周形状に沿って下方へ突出する環状フランジ部が形成された構成とすれば、この環状フランジ部においても音道壁との面接触が行われるようにすることができ、これにより前方空間と外周空間との仕切り機能を一層高めることができる。また、このような構成を採用した場合には、環状フランジ部を音道壁と係合させることよって、カバーをベース基板に固定する際の位置決めを行うことも可能である。さらに、音道壁の一部を構成するレジスト層の上端面とカバーの上面壁との間に弾性部材が介装される構成とした場合には、この弾性部材を環状フランジ部に係合させることによって、これを所定位置に仮止めすることができ、これによりコンデンサマイクロホンを組み付ける際の作業性を高めることができる。   In the above configuration, if an annular flange portion that protrudes downward along the outer peripheral shape of the sound hole is formed on the upper surface wall of the cover, surface contact with the sound path wall is also performed in this annular flange portion. Thus, the partition function between the front space and the outer peripheral space can be further enhanced. Further, when such a configuration is adopted, it is possible to perform positioning when fixing the cover to the base substrate by engaging the annular flange portion with the sound path wall. Further, when an elastic member is interposed between the upper end surface of the resist layer constituting a part of the sound path wall and the upper surface wall of the cover, the elastic member is engaged with the annular flange portion. Thus, it can be temporarily fixed at a predetermined position, thereby improving the workability when the condenser microphone is assembled.

上記構成において、シリコン基板およびベース基板のうちの少なくとも一方に、シリコン基板の中央開口部と外周空間とを連通させる連通孔が形成された構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。   In the above configuration, if a communication hole is formed in at least one of the silicon substrate and the base substrate so that the central opening of the silicon substrate communicates with the outer peripheral space, the following effects can be obtained. it can.

すなわち、コンデンサマイクロホンにおいては、そのコンデンサ構造部の下方に位置する空間(以下「後方空間」という)が小さいと、振動膜を変位させるのに必要な力が大きくなるので、振動膜が変位しにくくなり、このため所要の音響特性を確保することができなくなってしまう。そこで、シリコン基板およびベース基板のうちの少なくとも一方に連通孔を形成して、シリコン基板の中央開口部と外周空間とを連通させるようにすれば、後方空間の容積を十分に大きくすることができ、これにより所要の音響特性を確保することができる。その際、本願発明に係るコンデンサマイクロホンにおいては、音道壁により前方空間と外周空間とが仕切られているので、上記連通孔を形成しても前方空間と後方空間とが外周空間を介して連通することはなく、したがってマイクロホン機能に支障を来たしてしまうおそれはない。   That is, in a capacitor microphone, if the space located below the capacitor structure (hereinafter referred to as “rear space”) is small, the force required to displace the diaphragm increases, so the diaphragm is difficult to displace. Therefore, the required acoustic characteristics cannot be ensured. Therefore, if the communication hole is formed in at least one of the silicon substrate and the base substrate so that the central opening of the silicon substrate communicates with the outer peripheral space, the volume of the rear space can be sufficiently increased. Thereby, a required acoustic characteristic can be ensured. In this case, in the condenser microphone according to the present invention, the front space and the outer space are partitioned by the sound path wall, so that the front space and the rear space communicate with each other through the outer space even if the communication hole is formed. Therefore, there is no risk of disturbing the microphone function.

この場合において、連通孔として、シリコン基板の下端部の一部を切除することにより形成された構成とすれば、マイクロホンエレメントの積層形成工程において連通孔も同時に形成することができる。また、連通孔として、ベース基板の上面を凹溝状に切除することにより形成された構成とすれば、マイクロホンエレメントの積層形成工程を簡素化することができる。   In this case, if the communication hole is formed by cutting off a part of the lower end portion of the silicon substrate, the communication hole can be formed at the same time in the step of forming the microphone elements. Further, if the communication hole is formed by cutting the upper surface of the base substrate into a concave groove shape, the microphone element stacking process can be simplified.

本願発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホンを、上向きに配置した状態で示す側断面図The sectional side view which shows the condenser microphone which concerns on one Embodiment of this invention in the state arrange | positioned upwards 上記コンデンサマイクロホンのマイクロホンエレメントを詳細に示す側断面図であって、図3のII−II線に沿った断面図FIG. 4 is a side sectional view showing in detail a microphone element of the condenser microphone, and a sectional view taken along line II-II in FIG. 3. 図2のIII−III線断面図Sectional view taken along line III-III in FIG. 上記マイクロホンエレメントの製造工程を示す側断面図(その1)Side sectional view showing the manufacturing process of the microphone element (Part 1) 上記マイクロホンエレメントの製造工程を示す側断面図(その2)Sectional drawing (the 2) which shows the manufacturing process of the said microphone element 上記マイクロホンエレメントの製造工程を示す側断面図(その3)Sectional drawing (the 3) which shows the manufacturing process of the said microphone element 上記実施形態の第1変形例を示す、図1と同様の図The same figure as FIG. 1 which shows the 1st modification of the said embodiment. 上記実施形態の第2変形例を示す、図1と同様の図The same figure as FIG. 1 which shows the 2nd modification of the said embodiment. 上記実施形態の第3変形例を示す、図1と同様の図The same figure as FIG. 1 which shows the 3rd modification of the said embodiment.

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本願発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホン10を、上向きに配置した状態で示す側断面図である。   FIG. 1 is a side sectional view showing a condenser microphone 10 according to an embodiment of the present invention in an upwardly arranged state.

同図に示すように、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン10は、マイクロホンエレメント20と、ICチップ40と、ベース基板50と、カバー60とを備えてなっている。そして、このコンデンサマイクロホン10は、そのベース基板50の下面において、外部機器(例えば携帯電話機等)のプリント基板(図示せず)に表面実装された状態で使用されるようになっている。   As shown in the figure, the condenser microphone 10 according to this embodiment includes a microphone element 20, an IC chip 40, a base substrate 50, and a cover 60. The condenser microphone 10 is used in a state where it is surface-mounted on a printed circuit board (not shown) of an external device (for example, a mobile phone) on the lower surface of the base substrate 50.

マイクロホンエレメント20は、中央開口部22aが形成されたシリコン基板22上に、振動膜24と固定電極26とが対向配置されており、これによりコンデンサ構造部Cが構成されるようになっている。このコンデンサマイクロホン10のマイクロホンエレメント20は、MEMS技術を用いて製造されるようになっている(これについては後述する)。   In the microphone element 20, the vibration film 24 and the fixed electrode 26 are arranged opposite to each other on the silicon substrate 22 in which the central opening 22 a is formed, and thereby the capacitor structure portion C is configured. The microphone element 20 of the condenser microphone 10 is manufactured using MEMS technology (this will be described later).

ICチップ40は、振動膜24の振動に伴って生じる、この振動膜24と固定電極26との間の静電容量の変化を、電気インピーダンス変換して電気信号として取り出すとともに、この電気信号を増幅するように構成されている。   The IC chip 40 takes out the change in capacitance between the vibrating membrane 24 and the fixed electrode 26 caused by the vibration of the vibrating membrane 24 as an electric signal by converting the electric impedance, and amplifies the electric signal. Is configured to do.

ベース基板50は、平面視において長辺が4mm程度の長方形の外形形状を有する絶縁基板の上下両面に、複数の導電層(図示せず)が所定の配線パターンで形成された構成となっている。そして、このベース基板50は、その上面において、マイクロホンエレメント20およびICチップ40を載置固定するようになっている。その際、マイクロホンエレメント20の載置固定は、このマイクロホンエレメント20を、そのシリコン基板22の下面において、ベース基板50の上面に接着することにより行われている。また、ICチップ40の載置固定は、このICチップ40をマイクロホンエレメント20と隣接するように配置した状態で、ベース基板50の上面に接着することにより行われている。なお、これらの接着は、例えばエポキシ系接着剤等を用いて行われるようになっている。   The base substrate 50 has a configuration in which a plurality of conductive layers (not shown) are formed in a predetermined wiring pattern on both upper and lower surfaces of an insulating substrate having a rectangular outer shape having a long side of about 4 mm in plan view. . The base substrate 50 is configured to place and fix the microphone element 20 and the IC chip 40 on the upper surface thereof. At this time, the microphone element 20 is mounted and fixed by adhering the microphone element 20 to the upper surface of the base substrate 50 on the lower surface of the silicon substrate 22. The IC chip 40 is mounted and fixed by adhering the IC chip 40 to the upper surface of the base substrate 50 in a state where the IC chip 40 is disposed adjacent to the microphone element 20. In addition, these adhesion | attachment is performed using an epoxy-type adhesive agent etc., for example.

ICチップ40は、図示しない電源用端子、出力用端子、アース用端子およびバイアス用端子とを備えている。そして、このICチップ40は、その電源用端子、出力用端子およびアース用端子が、ベース基板50に形成された各導電層にそれぞれボンディングワイヤ42を介して電気的に接続されるとともに、そのバイアス用端子が、振動膜24の端子部32Aにボンディングワイヤ44を介して電気的に接続されている。   The IC chip 40 includes a power terminal, an output terminal, a ground terminal, and a bias terminal (not shown). The IC chip 40 has its power supply terminal, output terminal, and grounding terminal electrically connected to each conductive layer formed on the base substrate 50 via bonding wires 42 and its bias. The terminal for use is electrically connected to the terminal portion 32 </ b> A of the vibrating membrane 24 via the bonding wire 44.

また、マイクロホンエレメント20における固定電極26の端子部32Bは、ベース基板50に形成されたアース用の導電層にボンディングワイヤ46を介して電気的に接続されている。   Further, the terminal portion 32 </ b> B of the fixed electrode 26 in the microphone element 20 is electrically connected to a grounding conductive layer formed on the base substrate 50 via a bonding wire 46.

カバー60は、マイクロホンエレメント20およびICチップ40を覆うようにして、ベース基板50に載置固定されている。そして、このカバー60とベース基板50とにより、マイクロホンエレメント20およびICチップ40を収容する筐体が構成されるようになっている。   The cover 60 is placed and fixed on the base substrate 50 so as to cover the microphone element 20 and the IC chip 40. The cover 60 and the base substrate 50 constitute a housing that houses the microphone element 20 and the IC chip 40.

このカバー60は、金属板にプレス成形を施すことにより形成されている。このこのカバー60は、ベース基板50と平行に延びる上面壁60Aと、この上面壁60Aの外周縁部から下方へ延びる周面壁60Bとからなっている。そして、このカバー60のベース基板50への載置固定は、ベース基板50の上面における外周縁部に形成されたアース用の導電層に対して、その周面壁60Bの下端縁をハンダ付けすることにより行われている。   The cover 60 is formed by press forming a metal plate. The cover 60 includes an upper surface wall 60A that extends in parallel with the base substrate 50 and a peripheral wall 60B that extends downward from the outer peripheral edge of the upper surface wall 60A. The cover 60 is mounted and fixed on the base substrate 50 by soldering the lower edge of the peripheral wall 60B to the grounding conductive layer formed on the outer peripheral edge of the upper surface of the base substrate 50. It is done by.

このカバー60の上面壁60Aにおけるコンデンサ構造部Cの上方位置には、このコンデンサ構造部Cに音を導くための音孔60aが形成されている。この音孔60aは、φ0.8mm程度の直径を有する円形の開口形状を有している。   A sound hole 60 a for guiding sound to the capacitor structure C is formed in the upper surface wall 60 </ b> A of the cover 60 above the capacitor structure C. The sound hole 60a has a circular opening shape with a diameter of about φ0.8 mm.

上記筐体内におけるカバー60の上面壁60Aとマイクロホンエレメント20との間には、コンデンサ構造部Cと音孔60aとの間の前方空間C1とこの前方空間C1を囲む外周空間C3とを仕切るための筒状の音道壁70が配置されている。   Between the upper surface wall 60A of the cover 60 and the microphone element 20 in the housing, a front space C1 between the capacitor structure C and the sound hole 60a and an outer peripheral space C3 surrounding the front space C1 are partitioned. A cylindrical sound path wall 70 is disposed.

この音道壁70は、音孔60aを囲むようにして上下方向に円筒形に延びるように形成されている。その際、この音道壁70の内径は、φ1mm程度の値に設定されており、その肉厚は、0.05〜0.1mm程度の値に設定されている。   The sound path wall 70 is formed to extend in a cylindrical shape in the vertical direction so as to surround the sound hole 60a. At this time, the inner diameter of the sound path wall 70 is set to a value of about φ1 mm, and the wall thickness thereof is set to a value of about 0.05 to 0.1 mm.

この音道壁70は、マイクロホンエレメント20の上面に積層形成されたレジスト層で構成されている(これについては後述する)。   The sound path wall 70 is composed of a resist layer laminated on the upper surface of the microphone element 20 (this will be described later).

図2は、マイクロホンエレメント20を詳細に示す側断面図であり、図3は、図2のIII−III線断面図である。なお、図2は、図3のII−II線に沿った断面図である。   2 is a side sectional view showing the microphone element 20 in detail, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

これらの図に示すように、このマイクロホンエレメント20は、中央開口部22aが形成されたシリコン基板22上に、振動膜24と固定電極26とが対向配置されており、これによりコンデンサ構造部Cが構成されるようになっている。   As shown in these drawings, in the microphone element 20, the vibration film 24 and the fixed electrode 26 are disposed opposite to each other on the silicon substrate 22 in which the central opening 22a is formed. It is configured.

シリコン基板22は、シリコンウエハから1.6mm角程度の大きさに切り出された単結晶シリコンのチップで構成されており、0.4mm程度の板厚を有している。このシリコン基板22の中央開口部22aは、エッチング加工により円柱状に形成されている。その際、この中央開口部22aは、その内径がφ0.9mm程度に設定されている。   The silicon substrate 22 is composed of a single-crystal silicon chip cut into a size of about 1.6 mm square from a silicon wafer and has a thickness of about 0.4 mm. The central opening 22a of the silicon substrate 22 is formed in a cylindrical shape by etching. At this time, the inner diameter of the central opening 22a is set to about φ0.9 mm.

そして、このシリコン基板22の上面における中央開口部22aの周囲には、シリコン酸化膜からなる絶縁層28が積層形成されている。また、このシリコン基板22の下面には、シリコン酸化膜からなる薄い絶縁層36が熱酸化処理により形成されている。   An insulating layer 28 made of a silicon oxide film is laminated around the central opening 22 a on the upper surface of the silicon substrate 22. A thin insulating layer 36 made of a silicon oxide film is formed on the lower surface of the silicon substrate 22 by a thermal oxidation process.

固定電極26は、多結晶シリコンからなり、絶縁層28の上面に、中央開口部22aを塞ぐようにして積層形成されている。この固定電極26には、複数の貫通孔26aが中央開口部22aに臨むようにして形成されている。   The fixed electrode 26 is made of polycrystalline silicon, and is laminated on the upper surface of the insulating layer 28 so as to close the central opening 22a. A plurality of through holes 26a are formed in the fixed electrode 26 so as to face the central opening 22a.

これら各貫通孔26aの孔径は、φ5〜20μmが適している。その理由は以下のとおりである。すなわち、孔径が小さくなりすぎると、音響抵抗が大きくなり、振動膜24の振動を抑制してしまう傾向にある、一方、孔径が大きくなりすぎると、固定電極26の面積が小さくなり、振動膜24と対となってコンデンサ構造部Cを形成する面積が小さくなり、結果としてマイクロホン感度が低下してしまう傾向にある。   A diameter of each through hole 26a is suitably 5 to 20 μm. The reason is as follows. That is, if the hole diameter becomes too small, the acoustic resistance increases, and the vibration of the vibration film 24 tends to be suppressed. On the other hand, if the hole diameter becomes too large, the area of the fixed electrode 26 becomes small, and the vibration film 24 As a result, the area for forming the capacitor structure C is reduced, and as a result, the microphone sensitivity tends to decrease.

この固定電極26の上面には、シリコン酸化膜からなる絶縁層30が積層形成されている。その際、この絶縁層30には、中央開口部22aよりもやや小さい内径の円形開口部30aが形成されており、その周囲には一箇所に貫通孔30bが形成されている。   An insulating layer 30 made of a silicon oxide film is laminated on the upper surface of the fixed electrode 26. At this time, the insulating layer 30 is formed with a circular opening 30a having an inner diameter slightly smaller than that of the central opening 22a, and a through hole 30b is formed around the opening 30a.

この絶縁層30の厚さは、2〜6μmが最適である。その理由は以下のとおりである。すなわち、この絶縁層30は、固定電極26と振動膜24とのギャップを決定する層であるが、その膜厚を薄くしすぎると、固定電極26と振動膜24との粘性抵抗が大きくなり、十分な振動膜24の変位が得られない傾向にある。逆に、この絶縁層30の膜厚を厚くしすぎると、コンデンサ構造部Cの静電容量がそのギャップに反比例することから、マイクロホン感度が低下してしまう傾向にある。   The thickness of the insulating layer 30 is optimally 2 to 6 μm. The reason is as follows. That is, the insulating layer 30 is a layer that determines the gap between the fixed electrode 26 and the vibrating membrane 24. However, if the film thickness is too thin, the viscous resistance between the fixed electrode 26 and the vibrating membrane 24 increases. There is a tendency that a sufficient displacement of the vibration film 24 cannot be obtained. On the other hand, if the insulating layer 30 is made too thick, the capacitance of the capacitor structure C is in inverse proportion to the gap, and the microphone sensitivity tends to decrease.

この絶縁層30の上面における対角線上の2箇所には、1対の端子部32A、32Bが、金属薄膜からなる導電層として積層形成されている。その際、一方の端子部32Aは、その一部が振動膜24の上面に接触するように形成されており、他方の端子部32Bは、その一部が絶縁層30の貫通孔30bを介して固定電極26に接触するように形成されている。これら各端子部32A、32Bとなる金属としては、アルミニウム、クロム/金、チタン/白金などが好適に利用される。   A pair of terminal portions 32 </ b> A and 32 </ b> B are stacked and formed as conductive layers made of a metal thin film at two locations on the diagonal line on the upper surface of the insulating layer 30. At that time, one terminal portion 32A is formed so that a part thereof is in contact with the upper surface of the vibration film 24, and the other terminal portion 32B is partly provided through the through hole 30b of the insulating layer 30. It is formed so as to contact the fixed electrode 26. Aluminum, chromium / gold, titanium / platinum, or the like is preferably used as the metal to be the terminal portions 32A and 32B.

振動膜24は、多結晶シリコンからなり、固定電極26の上方近傍において該固定電極26と平行に延びるように配置されている。その際、この振動膜24は、絶縁層30の円形開口部30aよりもやや大きい円形の外形形状を有しており、その外周縁部において絶縁層30に積層形成されている。そして、この振動膜24の中心部には、複数の微小貫通孔24aが通気用として形成されている。   The vibration film 24 is made of polycrystalline silicon and is disposed in the vicinity of the upper portion of the fixed electrode 26 so as to extend in parallel with the fixed electrode 26. At this time, the vibration film 24 has a circular outer shape slightly larger than the circular opening 30 a of the insulating layer 30, and is laminated on the insulating layer 30 at the outer peripheral edge portion thereof. A plurality of minute through holes 24 a are formed in the center of the vibrating membrane 24 for ventilation.

この振動膜24の膜厚は、0.5〜2μmが最適である。その理由は以下のとおりである。すなわち、この振動膜24の膜厚を薄くしすぎると、共振周波数が小さくなりすぎる傾向にあり、可聴域に振動膜24の共振が現れる可能性がある。一方、この振動膜24の膜厚を厚くしすぎると、振動膜24が硬くなり、マイクロホン感度が低下してしまう傾向にある。なお、この振動膜24の構成として、シリコン基板22上に樹脂膜および金属膜を積層形成したものを採用することも可能である。   The film thickness of the vibration film 24 is optimally 0.5-2 μm. The reason is as follows. That is, if the film thickness of the vibration film 24 is too thin, the resonance frequency tends to be too small, and resonance of the vibration film 24 may appear in the audible range. On the other hand, if the film thickness of the vibration film 24 is too thick, the vibration film 24 becomes hard and the microphone sensitivity tends to decrease. As the configuration of the vibration film 24, a structure in which a resin film and a metal film are stacked on the silicon substrate 22 may be employed.

絶縁層30の上面には、フォトレジストからなる表面保護層34が積層形成されている。その際、この表面保護層34は、振動膜24の外周縁部および1対の端子部32A、32Bを覆うように形成されている。そして、この表面保護層34の外周縁部の2箇所には、1対の端子部32A、32Bを露出させるための1対の孔34a、34bが形成されている。   A surface protective layer 34 made of a photoresist is laminated on the upper surface of the insulating layer 30. At this time, the surface protective layer 34 is formed so as to cover the outer peripheral edge portion of the vibration film 24 and the pair of terminal portions 32A and 32B. A pair of holes 34a and 34b for exposing the pair of terminal portions 32A and 32B are formed at two locations on the outer peripheral edge of the surface protective layer 34.

そして、この表面保護層34の上面には、音孔60aを囲むようにして上下方向に円筒形に延びるレジスト層が形成されており、これにより音道壁70を構成するようになっている。   A resist layer is formed on the upper surface of the surface protective layer 34 so as to surround the sound hole 60a and extend in a cylindrical shape in the vertical direction, thereby forming the sound path wall 70.

この音道壁70を構成するレジスト層は、永久フォトレジストと呼ばれる有機化合物で形成されている。この永久フォトレジストとしては、例えば、東京応化工業社製TMMRシリーズS2000、日本化薬社製SU−8シリーズ3000等を用いることが可能である。これらの永久フォトレジストは高膜厚化が可能であり、いろいろな膜厚に調整することも可能であり、また適度な弾力性を有している。   The resist layer constituting the sound path wall 70 is formed of an organic compound called a permanent photoresist. As the permanent photoresist, for example, TMMR series S2000 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., SU-8 series 3000 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., or the like can be used. These permanent photoresists can be increased in film thickness, can be adjusted to various film thicknesses, and have appropriate elasticity.

この音道壁70を構成するレジスト層は、その上端面をカバー60の上面壁60Aの下面に当接させるとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されている。   The resist layer constituting the sound path wall 70 is disposed in a state where the upper end surface thereof is brought into contact with the lower surface of the upper surface wall 60A of the cover 60 and is compressed and elastically deformed in the vertical direction.

すなわち、この音道壁70を構成するレジスト層は、無負荷状態では、図2において2点鎖線で示すように、カバー60の上面壁60Aとマイクロホンエレメント20の上面(すなわち表面保護層34の上面)との間隔よりもやや高くなるように形成されている。例えば、上記間隔が0.3mm程度であるとすると、その1割増しの0.33mm程度の値)で形成されている。そして、この音道壁70を構成するレジスト層は、カバー60がベース基板50に載置固定された状態では、その上面壁60Aとの当接により下方へ押圧されて、上下方向に多少圧縮弾性変形した状態となる。   That is, the resist layer constituting the sound path wall 70 is in an unloaded state as shown by a two-dot chain line in FIG. 2 and the upper surface wall 60A of the cover 60 and the upper surface of the microphone element 20 (that is, the upper surface of the surface protective layer 34). ) To be slightly higher than the interval. For example, if the interval is about 0.3 mm, the distance is 10% higher than that of about 0.33 mm. The resist layer constituting the sound path wall 70 is pressed downward by contact with the upper surface wall 60A in a state where the cover 60 is placed and fixed on the base substrate 50, and is somewhat compressed elastically in the vertical direction. Deformed state.

シリコン基板22は、その下端部が4箇所において径方向に切除されており、これにより4つの凹溝部22bが形成されている。これら4つの凹溝部22bは、平面視において十字配置で4箇所に形成されている。その際、これら各凹溝部22bは、シリコン基板22の下端部の一部を、その下端面から台形の断面形状で直線状に切除することにより形成されている。そして、これら4つの凹溝部22bとベース基板50の上面とで、中央開口部22aと外周空間C3とを連通させる連通孔80を4箇所に形成するようになっている。   The silicon substrate 22 has its lower end portion cut in the radial direction at four locations, thereby forming four concave groove portions 22b. These four concave groove portions 22b are formed at four locations in a cross arrangement in a plan view. At this time, each of the concave groove portions 22b is formed by cutting a part of the lower end portion of the silicon substrate 22 linearly with a trapezoidal cross-sectional shape from the lower end surface. The four concave grooves 22b and the upper surface of the base substrate 50 are formed with four communication holes 80 for communicating the central opening 22a and the outer peripheral space C3.

そしてこれにより、図1に示すように、コンデンサ構造部Cの下方に位置する後方空間C2を、中央開口部22a分の容積から、これに外周空間C3の容積と4箇所の連通孔80の容積とを合わせた容積まで拡大させるようになっている。   As a result, as shown in FIG. 1, the rear space C2 located below the capacitor structure C is divided into a volume corresponding to the central opening 22a and a volume of the outer peripheral space C3 and a volume of the four communication holes 80. Is expanded to the combined volume.

次に、マイクロホンエレメント20の製造工程について説明する。   Next, the manufacturing process of the microphone element 20 will be described.

図4〜6は、このマイクロホンエレメント20の製造工程を示す側断面図である。   4 to 6 are side sectional views showing the manufacturing process of the microphone element 20.

まず、図4(a)に示すように、ハンドルレイヤとしての厚いシリコン層122の上面に、シリコン酸化膜128とデバイスレイヤとしての薄いシリコン層126とが、この順で積層されてなるSOI(Silicon On Insulator)ウエハ100を用意する。なお、図4(a)においては、SOIウエハ100を、1つのマイクロホンエレメント20のサイズ分の大きさで示している(図中の2点鎖線は全体形状の一部を示している)。   First, as shown in FIG. 4A, an SOI (Silicon) in which a silicon oxide film 128 and a thin silicon layer 126 as a device layer are laminated in this order on the upper surface of a thick silicon layer 122 as a handle layer. On Insulator) wafer 100 is prepared. In FIG. 4A, the SOI wafer 100 is shown in a size corresponding to the size of one microphone element 20 (the two-dot chain line in the drawing shows a part of the entire shape).

次に、同図(b)に示すように、このSOIウエハ100を熱酸化させ、その上下両面に、薄いシリコン酸化膜136、102をそれぞれ形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the SOI wafer 100 is thermally oxidized to form thin silicon oxide films 136 and 102 on the upper and lower surfaces, respectively.

次に、同図(c)に示すように、SOIウエハ100のシリコン層122の下端部に、平面視において格子状配置で凹溝部122bを形成する。その際、まず、下面のシリコン酸化膜136をエッチングし、このエッチングされたシリコン酸化膜136をマスクとして、異方性ウェットエッチングを行い、シリコン層122に複数の凹溝部122bを形成する。これら凹溝部122bは、マイクロホンエレメント20の凹溝部22bとなるべきものである。   Next, as shown in FIG. 2C, the concave grooves 122b are formed in the lower end portion of the silicon layer 122 of the SOI wafer 100 in a lattice arrangement in plan view. At this time, first, the silicon oxide film 136 on the lower surface is etched, and anisotropic wet etching is performed using the etched silicon oxide film 136 as a mask to form a plurality of concave grooves 122 b in the silicon layer 122. These concave groove portions 122b are to be the concave groove portions 22b of the microphone element 20.

次に、同図(d)に示すように、SOIウエハ100のシリコン層126に微細な孔126aをエッチングにより形成する。これらの孔126aは、マイクロホンエレメント20において固定電極26の貫通孔26aとなるべきものである。   Next, as shown in FIG. 4D, fine holes 126a are formed in the silicon layer 126 of the SOI wafer 100 by etching. These holes 126 a are to be the through holes 26 a of the fixed electrode 26 in the microphone element 20.

次に、図5(e)に示すように、シリコン層126の孔126aを、シリコン酸化膜104および多結晶シリコン薄膜106で再充填する。これらシリコン酸化膜104および多結晶シリコン薄膜106はCVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより製膜することが可能である。   Next, as shown in FIG. 5E, the hole 126 a of the silicon layer 126 is refilled with the silicon oxide film 104 and the polycrystalline silicon thin film 106. The silicon oxide film 104 and the polycrystalline silicon thin film 106 can be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.

次に、同図(f)に示すように、シリコン層126の表面にシリコン酸化膜130を形成する。このシリコン酸化膜130は、その一部にシリコン酸化膜104を含むものとなる。このシリコン酸化膜130は、固定電極26と振動膜24とのギャップを決定する絶縁層30となるべきものである。   Next, a silicon oxide film 130 is formed on the surface of the silicon layer 126 as shown in FIG. The silicon oxide film 130 includes the silicon oxide film 104 in a part thereof. The silicon oxide film 130 is to be the insulating layer 30 that determines the gap between the fixed electrode 26 and the vibration film 24.

さらに、シリコン酸化膜130を部分的にエッチングして小孔130aを形成し、SOIウエハ100のシリコン層126との電気的接続がとれるようにパターニングする。   Further, the silicon oxide film 130 is partially etched to form a small hole 130a, and is patterned so as to be electrically connected to the silicon layer 126 of the SOI wafer 100.

次に、同図(g)に示すように、シリコン酸化膜130の上面に、多結晶シリコン薄膜124を製膜する。その際、微細な孔124aが形成されるように部分的にエッチングしてパターニングする。この多結晶シリコン薄膜124は、振動膜24となるべきものである。   Next, a polycrystalline silicon thin film 124 is formed on the upper surface of the silicon oxide film 130 as shown in FIG. At that time, patterning is performed by partial etching so that fine holes 124a are formed. This polycrystalline silicon thin film 124 should be the vibration film 24.

次に、同図(h)に示すように、シリコン酸化膜130の上面の2箇所に、金属薄膜132A、132Bの製膜およびパターニングを行う。これら金属薄膜132A、132Bは、それぞれ端子部32A、32Bとなるべきものである。

次に、図6(i)に示すように、シリコン酸化膜130の上面に、フォトレジストをスピンコートしてパターニングし、パッシベーション膜134を形成する。このパッシベーション膜134は、表面保護膜34となるべきものである。このパッシベーション膜134は、フォトレジスト以外にもパリレン、酸化シリコンなどが好適に利用される。その際、金属薄膜132A、132Bとの電気的接続がとれるようにするため、このパッシベーション膜134の2箇所に小孔134a、134bを形成しておく。
Next, as shown in FIG. 5H, the metal thin films 132A and 132B are formed and patterned at two locations on the upper surface of the silicon oxide film 130. These metal thin films 132A and 132B should be the terminal portions 32A and 32B, respectively.
Next, as shown in FIG. 6I, a passivation film 134 is formed on the upper surface of the silicon oxide film 130 by spin coating a photoresist. This passivation film 134 should be the surface protective film 34. The passivation film 134 is preferably made of parylene, silicon oxide or the like in addition to the photoresist. At this time, small holes 134a and 134b are formed at two locations on the passivation film 134 in order to establish electrical connection with the metal thin films 132A and 132B.

次に、同図(j)に示すように、パッシベーション膜134の上面に、永久フォトレジスト(例えば東京応化工業製TMMRシリーズS2000)をスピンコート、露光、現像してパターニングし、レジスト層170として形成する。このレジスト層170は、音道壁70となるべきものである。その際、このレジスト層170の高さは、スピンコートの回転速度と回転時間とにより調整する。   Next, as shown in FIG. 6 (j), a permanent photoresist (for example, TMMR series S2000 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is spin coated, exposed and developed on the upper surface of the passivation film 134 and patterned to form a resist layer 170. To do. This resist layer 170 is to be the sound path wall 70. At this time, the height of the resist layer 170 is adjusted by the spin coating rotation speed and the rotation time.

次に、同図(k)に示すように、SOIウエハ100の下面から、DRIE(すなわち深堀り反応性エッチング)によりシリコン層122をエッチングし、BOX層となるシリコン酸化膜104でDRIEを終了する。そしてこれにより、円柱状の中央開口部122aを形成する。この中央開口部122aは、中央開口部22aとなるべきものである。   Next, as shown in FIG. 6 (k), the silicon layer 122 is etched by DRIE (that is, deep reactive etching) from the lower surface of the SOI wafer 100, and the DRIE is terminated at the silicon oxide film 104 that becomes the BOX layer. . Thereby, a cylindrical central opening 122a is formed. The central opening 122a should be the central opening 22a.

そして、この中央開口部122aの下方から、フッ化水素ガスおよびフッ化キセノンガスにより、シリコン酸化膜128、シリコン層126に再充填された多結晶シリコン薄膜106およびシリコン酸化膜130をドライエッチングして、多結晶シリコン薄膜124を、同図(l)に示すように、振動膜24としてリリースする(すなわち振動膜24を振動可能な状態とする)。   Then, from below the central opening 122a, the silicon oxide film 128 and the polycrystalline silicon thin film 106 and the silicon oxide film 130 refilled in the silicon layer 126 are dry-etched with hydrogen fluoride gas and xenon fluoride gas. Then, the polycrystalline silicon thin film 124 is released as the vibration film 24 (that is, the vibration film 24 is allowed to vibrate) as shown in FIG.

最後に、ダイシングにより、SOIウエハ100からマイクロホンエレメント20をチップとして個片化する。   Finally, the microphone element 20 is divided into chips from the SOI wafer 100 by dicing.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。   Next, the effect of this embodiment is demonstrated.

本実施形態に係るコンデンサマイクロホン10は、シリコン基板22上にコンデンサ構造部Cが積層形成されてなるマイクロホンエレメント20が、ICチップ40と共にベース基板50に載置固定された構成となっており、そして、これらマイクロホンエレメント20およびICチップ40を覆うようにしてベース基板50に固定されたカバー60には、その上面壁60Aにおけるコンデンサ構造部Cの上方位置に、このコンデンサ構造部Cに音を導くための音孔60aが形成されているが、このカバー60の上面壁60Aとマイクロホンエレメント20との間には、コンデンサ構造部Cと音孔60aとの間の前方空間C1とこの前方空間C1を囲む外周空間C3と仕切る音道壁70が配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。   The condenser microphone 10 according to the present embodiment has a configuration in which a microphone element 20 in which a capacitor structure C is laminated on a silicon substrate 22 is placed and fixed on a base substrate 50 together with an IC chip 40, and The cover 60 fixed to the base substrate 50 so as to cover the microphone element 20 and the IC chip 40 is for guiding sound to the capacitor structure C at a position above the capacitor structure C on the upper surface wall 60A. The sound hole 60a is formed between the upper wall 60A of the cover 60 and the microphone element 20, and surrounds the front space C1 between the capacitor structure C and the sound hole 60a and the front space C1. Since the sound path wall 70 that separates from the outer peripheral space C3 is arranged, the following effects can be obtained. It can be.

すなわち、ベース基板50とカバー60とで構成される筐体内において、前方空間C1と外周空間C3とが音道壁70により仕切られているので、前方空間C1の容積を小さくすることができる。そしてこれにより、前方空間C1の共鳴周波数を、可聴域(一般的に20Hz〜20kHz)よりも十分に高い50kHz以上の値に設定することができる。   That is, since the front space C1 and the outer peripheral space C3 are partitioned by the sound path wall 70 in the housing constituted by the base substrate 50 and the cover 60, the volume of the front space C1 can be reduced. Thereby, the resonance frequency of the front space C1 can be set to a value of 50 kHz or higher that is sufficiently higher than the audible range (generally 20 Hz to 20 kHz).

しかも、この音道壁70には、コンデンサ構造部Cに対する電気的接続機能は不要であり、その機能を前方空間C1と外周空間C3との仕切り機能に特化させることができるので、前方空間C1の容積や形状の自由度を高めることができ、これにより可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保することが容易に可能となる。   In addition, the sound connection wall 70 does not need an electrical connection function with respect to the capacitor structure C, and the function can be specialized in a partitioning function between the front space C1 and the outer peripheral space C3. The degree of freedom of the volume and shape of the microphone can be increased, which makes it easy to ensure the uniformity of the microphone sensitivity in the audible range.

このように本実施形態によれば、MEMS技術を用いて製造されたマイクロホンエレメント20を有するコンデンサマイクロホン10において、マイクロホンエレメント20がベース基板50に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保することができる。   As described above, according to the present embodiment, in the condenser microphone 10 having the microphone element 20 manufactured by using the MEMS technology, even if the microphone element 20 is mounted and fixed on the base substrate 50, the microphone sensitivity can be improved. Uniformity can be ensured.

特に本実施形態においては、音道壁70が、マイクロホンエレメント20の上面に積層形成されたレジスト層で構成されているので、マイクロホンエレメント20をMEMS技術を用いて積層形成する工程において、音道壁70についても同時に積層形成することができ、これにより音道壁70の配置を容易にかつ位置精度良く行うことができる。しかも、この音道壁70として積層形成されたレジスト層は、その上端面がカバー60の上面壁60Aに当接するとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されているので、音道壁70がレジスト層のみにより構成されているにもかかわらず、前方空間C1と外周空間C3とを確実に仕切ることができる。その際、マイクロホンエレメント20の上端面とカバー60の上面壁60Aとの間隔に多少のバラツキがあっても、音道壁70として積層形成されたレジスト層の圧縮弾性変形作用により、その仕切り機能を維持することができる。   In particular, in the present embodiment, since the sound path wall 70 is composed of a resist layer formed on the upper surface of the microphone element 20, the sound path wall is formed in the step of forming the microphone element 20 using the MEMS technology. 70 can be laminated at the same time, whereby the sound path wall 70 can be easily and accurately positioned. Moreover, the resist layer laminated as the sound path wall 70 is disposed in a state where the upper end surface thereof abuts on the upper surface wall 60A of the cover 60 and is compressed and elastically deformed in the vertical direction. Despite being composed only of the resist layer, the front space C1 and the outer peripheral space C3 can be reliably partitioned. At this time, even if there is some variation in the distance between the upper end surface of the microphone element 20 and the upper surface wall 60A of the cover 60, the partition function is achieved by the compression elastic deformation action of the resist layer laminated as the sound path wall 70. Can be maintained.

また本実施形態においては、シリコン基板22の下端部に、4つの凹溝部22bが形成されており、これら凹溝部22bとベース基板50の上面とで、中央開口部22aと外周空間C3とを連通させる4つの連通孔80を形成するようになっているので、コンデンサ構造部Cの下方に位置する後方空間C2を、中央開口部22a分の容積から、これに外周空間C3の容積と4箇所の連通孔80の容積とを加えた大きさの容積まで拡大することができ、これにより所要の音響特性を確保することができる。   Further, in the present embodiment, four concave groove portions 22b are formed at the lower end portion of the silicon substrate 22, and the central opening portion 22a and the outer peripheral space C3 are communicated with each other by the concave groove portions 22b and the upper surface of the base substrate 50. Since the four communication holes 80 to be formed are formed, the rear space C2 located below the capacitor structure C is divided into a volume corresponding to the central opening 22a, a volume of the outer peripheral space C3, and four locations of the rear space C2. The volume of the communication hole 80 and the volume of the communication hole 80 can be expanded to ensure the required acoustic characteristics.

その際、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン10においては、音道壁70により前方空間C1と外周空間C3とが仕切られているので、連通孔80を形成しても前方空間C1と後方空間C2とが外周空間C3を介して連通することはなく、したがってマイクロホン機能に支障を来たしてしまうおそれはない。   At this time, in the condenser microphone 10 according to the present embodiment, the front space C1 and the outer peripheral space C3 are partitioned by the sound path wall 70, so that even if the communication hole 80 is formed, the front space C1 and the rear space C2 Will not communicate with each other through the outer peripheral space C3, so that there is no possibility of disturbing the microphone function.

また、連通孔80は、シリコン基板22の下端部の一部を切除することにより形成されているので、マイクロホンエレメント20の積層形成工程において連通孔80についても同時に形成することができる。   Further, since the communication hole 80 is formed by cutting off a part of the lower end portion of the silicon substrate 22, the communication hole 80 can be formed at the same time in the step of forming the microphone element 20.

次に、上記実施形態の変形例について説明する。   Next, a modification of the above embodiment will be described.

まず、上記実施形態の第1変形例について説明する。   First, a first modification of the above embodiment will be described.

図7は、本変形例に係るコンデンサマイクロホン210を示す、図1と同様の図である。   FIG. 7 is a view similar to FIG. 1 showing a condenser microphone 210 according to this modification.

同図に示すように、本変形例に係るコンデンサマイクロホン210は、その基本的な構成については上記実施形態の場合と同様であるが、音道壁270の構成が上記実施形態の場合と異なっている。   As shown in the figure, the condenser microphone 210 according to this modification is the same in the basic configuration as in the above embodiment, but the configuration of the sound path wall 270 is different from that in the above embodiment. Yes.

すなわち、上記実施形態の音道壁70は、マイクロホンエレメント20の上面に積層形成されたレジスト層のみにより構成されているが、本変形例の音道壁270は、マイクロホンエレメント20の上面に積層形成されたレジスト層272と、このレジスト層272の上端面とカバー60の上面壁60Aとの間に介装された円環状の弾性部材274とで構成されている。   That is, the sound path wall 70 of the above embodiment is configured only by the resist layer laminated on the upper surface of the microphone element 20, but the sound path wall 270 of the present modification is laminated on the upper surface of the microphone element 20. The resist layer 272 is formed, and an annular elastic member 274 interposed between the upper end surface of the resist layer 272 and the upper wall 60A of the cover 60.

本変形例のレジスト層272は、その高さ方向の寸法が、マイクロホンエレメント20の上面とカバー60の上面壁60Aの下面との間隔よりも小さい値に設定されている。   The height of the resist layer 272 of this modification is set to a value smaller than the distance between the upper surface of the microphone element 20 and the lower surface of the upper surface wall 60 </ b> A of the cover 60.

弾性部材274は、レジスト層272よりも弾性率が低い部材で構成されている。その際、この弾性部材274の幅は、レジスト層272の幅よりもある程度広い幅で形成されており、その厚さは、レジスト層272の上端面とカバー60の上面壁60Aの下面との間隔よりもやや大きめの値に設定されている。そして、この音道壁270においては、主として弾性部材274が上下方向に弾性圧縮変形するようになっている。   The elastic member 274 is composed of a member having a lower elastic modulus than the resist layer 272. At this time, the width of the elastic member 274 is formed to be somewhat wider than the width of the resist layer 272, and the thickness is the distance between the upper end surface of the resist layer 272 and the lower surface of the upper surface wall 60A of the cover 60. A slightly larger value is set. In the sound path wall 270, the elastic member 274 is mainly elastically deformed in the vertical direction.

本変形例の構成を採用することによっても、前方空間C1と外周空間C3とを確実に仕切ることができる。また、本変形例の構成を採用することにより、レジスト層272を積層形成する際の精度を粗く設定することも可能となる。   Also by adopting the configuration of the present modification, the front space C1 and the outer peripheral space C3 can be reliably partitioned. In addition, by adopting the configuration of this modification, it is possible to coarsely set the accuracy when the resist layer 272 is stacked.

次に、上記実施形態の第2変形例について説明する。   Next, a second modification of the above embodiment will be described.

図8は、本変形例に係るコンデンサマイクロホン310を示す、図1と同様の図である。   FIG. 8 is a view similar to FIG. 1 showing a condenser microphone 310 according to this modification.

同図に示すように、本変形例に係るコンデンサマイクロホン310は、その基本的な構成については上記第1変形例の場合と同様であるが、その音道壁370およびカバー360の構成が上記第1変形例の場合と異なっている。   As shown in the figure, the condenser microphone 310 according to this modification has the same basic configuration as that of the first modification, but the configuration of the sound path wall 370 and the cover 360 is the same as that of the first modification. This is different from the case of the first modification.

すなわち、本変形例のカバー360は、その上面壁360Aに、音孔360aの外周形状に沿って下方へ突出する環状フランジ部360bが形成された構成となっている。   That is, the cover 360 of this modification has a configuration in which an annular flange portion 360b protruding downward along the outer peripheral shape of the sound hole 360a is formed on the upper surface wall 360A.

また、本変形例の音道壁370は、上記第1変形例の音道壁270と同様、マイクロホンエレメント20の上面に積層形成されたレジスト層372と、このレジスト層372の上端面とカバー360の上面壁360Aの下面との間に介装された弾性部材374とで構成されているが、これらレジスト層372および弾性部材374は、上記第1変形例のレジスト層272および弾性部材274よりもやや大きい径で形成されている。そしてこれにより、弾性部材374は、その内周面においてカバー360の環状フランジ部360bの外周面と面接触するようになっている。   In addition, the sound path wall 370 of the present modified example is similar to the sound path wall 270 of the first modified example, in that the resist layer 372 is formed on the upper surface of the microphone element 20, the upper end surface of the resist layer 372, and the cover 360. The elastic member 374 is interposed between the upper surface wall 360A and the lower surface of the upper wall 360A. The resist layer 372 and the elastic member 374 are more than the resist layer 272 and the elastic member 274 of the first modification. It is formed with a slightly larger diameter. As a result, the elastic member 374 comes into surface contact with the outer peripheral surface of the annular flange portion 360b of the cover 360 on the inner peripheral surface thereof.

本変形例の構成を採用することにより、前方空間C1と外周空間C3との仕切り機能を一層高めることができる。また、カバー360の環状フランジ部360bを音道壁270の弾性部材374と係合させることにより、この弾性部材374を所定位置に仮止めすることができ、これによりコンデンサマイクロホン10を組み付ける際の作業性を高めることができる。   By adopting the configuration of the present modification, the partition function between the front space C1 and the outer peripheral space C3 can be further enhanced. Further, by engaging the annular flange portion 360b of the cover 360 with the elastic member 374 of the sound path wall 270, the elastic member 374 can be temporarily fixed at a predetermined position, whereby the work for assembling the condenser microphone 10 can be performed. Can increase the sex.

次に、上記実施形態の第3変形例について説明する。   Next, a third modification of the above embodiment will be described.

図9は、本変形例に係るコンデンサマイクロホン410を示す、図1と同様の図である。   FIG. 9 is a view similar to FIG. 1 showing a condenser microphone 410 according to this modification.

同図に示すように、本変形例に係るコンデンサマイクロホン410は、その基本的な構成については上記実施形態の場合と同様であるが、そのマイクロホンエレメント420のシリコン基板422およびベース基板450の構成が上記実施形態の場合と異なっている。   As shown in the figure, the condenser microphone 410 according to this modification has the same basic configuration as that of the above embodiment, but the configurations of the silicon substrate 422 and the base substrate 450 of the microphone element 420 are the same. This is different from the above embodiment.

すなわち、本変形例のシリコン基板422には、中央開口部422aは形成されているが、上記実施形態のシリコン基板22における凹溝部22bに相当する凹溝部は形成されていない。   That is, although the central opening 422a is formed in the silicon substrate 422 of the present modification, the concave groove corresponding to the concave groove 22b in the silicon substrate 22 of the above embodiment is not formed.

一方、本変形例のベース基板450には、その上面が4箇所において凹溝状に切除されている。そして、これら4箇所に形成された凹溝部450aとシリコン基板422の下端面とにより、中央開口部22aと外周空間C3とを連通させる連通孔480を4箇所に形成するようになっている。   On the other hand, the upper surface of the base substrate 450 of this modification is cut out in the shape of a concave groove at four locations. Then, through the recessed grooves 450a formed at these four locations and the lower end surface of the silicon substrate 422, four communication holes 480 are provided for communicating the central opening 22a and the outer peripheral space C3.

本変形例の構成を採用した場合においても、後方空間C2の容積を十分大きなものとすることができ、これにより所要の音響特性を確保することができる。また、本変形例の構成を採用することにより、ベース基板450の構成を簡素化することができるので、マイクロホンエレメント420の積層形成工程についても簡素化することができる。   Even when the configuration of this modification is employed, the volume of the rear space C2 can be made sufficiently large, thereby ensuring the required acoustic characteristics. In addition, since the configuration of the base substrate 450 can be simplified by adopting the configuration of this modified example, the layer forming process of the microphone element 420 can also be simplified.

なお、4箇所の凹溝部450aの形成は、例えば、ベース基板50の絶縁基板上に積層される複数の導電層を部分的に切除すること等により行うことが可能である。   The formation of the four recessed groove portions 450a can be performed, for example, by partially cutting a plurality of conductive layers stacked on the insulating substrate of the base substrate 50.

その際、本変形例のように、4箇所に凹溝部450aが形成された構成とする代わりに、例えば、2箇所あるいは1箇所にのみ凹溝部450aが形成された構成等とすることも可能である。このようにした場合においても、後方空間C2の容積を十分大きなものとして、所要の音響特性を確保することができる。また、このような構成とすることにより、凹溝部450aの形成を一層容易に行うことが可能となる。   At this time, instead of the configuration in which the concave groove portions 450a are formed in four places as in the present modification, for example, a configuration in which the concave groove portions 450a are formed only in two places or one place can be adopted. is there. Even in this case, the required acoustic characteristics can be ensured by setting the volume of the rear space C2 to be sufficiently large. Further, by adopting such a configuration, it is possible to more easily form the groove portion 450a.

なお、上記実施形態および各変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。   In addition, the numerical value shown as a specification in the said embodiment and each modification is only an example, and of course, you may set these to a different value suitably.

10、210、310、410 コンデンサマイクロホン
20、420 マイクロホンエレメント
22、422 シリコン基板
22a、422a 中央開口部
22b、450a 凹溝部
24 振動膜
24a 微小貫通孔
26 固定電極
26a、30b 貫通孔
28、30、36 絶縁層
30a 円形開口部
32A、32B 端子部
34 表面保護層
34a、34b 孔
40 ICチップ(インピーダンス変換素子)
42、44、46 ボンディングワイヤ
50、450 ベース基板
60、360 カバー
60A、360A 上面壁
60B 周面壁
60a、360a 音孔
70、270、370 音道壁
80、480 連通孔
100 SOIウエハ
102、104、128、130、136 シリコン酸化膜
106、124 多結晶シリコン薄膜
122、126 シリコン層
122a 中央開口部
122b 凹溝部
124a、126a 微細な孔
130a、134a、134b 小孔
132A、132B 金属薄膜
134 パッシベーション膜
170 レジスト層
272、372 レジスト層
274、374 弾性部材
360b 環状フランジ部
C コンデンサ構造部
C1 前方空間
C2 後方空間
C3 外周空間
10, 210, 310, 410 Condenser microphone 20, 420 Microphone element 22, 422 Silicon substrate 22a, 422a Central opening 22b, 450a Concave groove 24 Vibration film 24a Micro through hole 26 Fixed electrode 26a, 30b Through hole 28, 30, 36 Insulating layer 30a Circular opening 32A, 32B Terminal part 34 Surface protective layer 34a, 34b Hole 40 IC chip (impedance conversion element)
42, 44, 46 Bonding wire 50, 450 Base substrate 60, 360 Cover 60A, 360A Upper surface wall 60B Peripheral wall 60a, 360a Sound hole 70, 270, 370 Sound path wall 80, 480 Communication hole 100 SOI wafer 102, 104, 128 , 130, 136 Silicon oxide film 106, 124 Polycrystalline silicon thin film 122, 126 Silicon layer 122a Central opening 122b Recessed groove 124a, 126a Fine hole 130a, 134a, 134b Small hole 132A, 132B Metal thin film 134 Passivation film 170 Resist layer 272, 372 Resist layer 274, 374 Elastic member 360b Annular flange C Capacitor structure C1 Front space C2 Back space C3 Outer space

Claims (7)

中央開口部が形成されたシリコン基板上に、振動膜と固定電極とが対向配置されてなるコンデンサ構造部が、上記中央開口部を塞ぐようにして積層形成されてなるマイクロホンエレメントと、
上記コンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、
上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を載置固定するベース基板と、
上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を覆うようにして上記ベース基板に固定されたカバーと、を備えてなるコンデンサマイクロホンにおいて、
上記カバーの上面壁における上記コンデンサ構造部の上方位置に、該コンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成されており、
上記カバーの上面壁と上記マイクロホンエレメントとの間に、上記コンデンサ構造部と上記音孔との間の前方空間とこの前方空間を囲む外周空間とを仕切る音道壁が配置されている、ことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
A microphone element in which a capacitor structure part in which a vibration film and a fixed electrode are arranged to face each other on a silicon substrate in which a central opening is formed is laminated so as to close the central opening;
An impedance conversion element for converting the capacitance of the capacitor structure into an electrical impedance; and
A base substrate on which the microphone element and the impedance conversion element are placed and fixed;
A condenser microphone comprising: a cover fixed to the base substrate so as to cover the microphone element and the impedance conversion element;
A sound hole for guiding sound to the capacitor structure is formed at a position above the capacitor structure on the top wall of the cover,
Between the upper surface wall of the cover and the microphone element, a sound path wall that partitions a front space between the capacitor structure portion and the sound hole and an outer peripheral space surrounding the front space is disposed. Features a condenser microphone.
上記音道壁の少なくとも一部が、上記マイクロホンエレメントの上面に積層形成されたレジスト層で構成されている、ことを特徴とする請求項1記載のコンデンサマイクロホン。   2. The condenser microphone according to claim 1, wherein at least a part of the sound path wall is composed of a resist layer laminated on the upper surface of the microphone element. 上記音道壁が上記レジスト層のみにより構成されており、
このレジスト層が、該レジスト層の上端面を上記カバーの上面壁に当接させるとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されている、ことを特徴とする請求項2記載のコンデンサマイクロホン。
The sound path wall is composed only of the resist layer,
3. The condenser microphone according to claim 2, wherein the resist layer is disposed in a state in which the upper end surface of the resist layer is brought into contact with the upper wall of the cover and is compressed and elastically deformed in the vertical direction.
上記カバーの上面壁に、上記音孔の外周形状に沿って下方へ突出する環状フランジ部が形成されている、ことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のコンデンサマイクロホン。   The condenser microphone according to any one of claims 1 to 3, wherein an annular flange portion that protrudes downward along the outer peripheral shape of the sound hole is formed on an upper surface wall of the cover. 上記シリコン基板および上記ベース基板のうちの少なくとも一方に、上記シリコン基板の中央開口部と上記外周空間とを連通させる連通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のコンデンサマイクロホン。   The communication hole which connects the center opening part of the said silicon substrate and the said outer periphery space is formed in at least one of the said silicon substrate and the said base substrate, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Condenser microphone. 上記連通孔が、上記シリコン基板の下端部の一部を切除することにより形成されている、ことを特徴とする請求項5記載のコンデンサマイクロホン。   6. The condenser microphone according to claim 5, wherein the communication hole is formed by cutting a part of a lower end portion of the silicon substrate. 上記連通孔が、上記ベース基板の上面を凹溝状に切除することにより形成されている、ことを特徴とする請求項5記載のコンデンサマイクロホン。   6. The condenser microphone according to claim 5, wherein the communication hole is formed by cutting an upper surface of the base substrate into a concave groove shape.
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