JP2003078981A - Microphone mount circuit board, and sound processing apparatus mounted with the board - Google Patents

Microphone mount circuit board, and sound processing apparatus mounted with the board

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JP2003078981A
JP2003078981A JP2001268520A JP2001268520A JP2003078981A JP 2003078981 A JP2003078981 A JP 2003078981A JP 2001268520 A JP2001268520 A JP 2001268520A JP 2001268520 A JP2001268520 A JP 2001268520A JP 2003078981 A JP2003078981 A JP 2003078981A
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JP
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microphone
circuit board
chip
vibrating
back plate
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Application number
JP2001268520A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshifumi Tajima
利文 田島
Toshiyuki Nishiguchi
敏行 西口
Nobuo Saito
信雄 斎藤
Akira Morita
章 盛田
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a microphone mount circuit board small in size, low in cost and improved in reliability. SOLUTION: A vibration membrane 12 vibrated by a sound pressure is formed in the middle of a base 11 and a support 13 surrounding the vibration membrane 12 supports a rear plate 14 to oppose to the vibration membrane 12 so as to interpose the support 13 between the vibration membrane 12 and the rear plate 14 thereby ensuring a vibration space S as a layered structure. Thus, a chip microphone 10 produced by the semiconductor manufacture technology and acting like a condenser microphone is realized and the chip microphone 10 is designed to be a module, which is mounted on the circuit board.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロホン実装
回路基板および該基板を搭載する音声処理装置に関し、
詳しくは、マイクロホンを実装する回路基板や装置の小
型化などを図ることができるものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microphone-mounted circuit board and a voice processing device having the board mounted thereon.
More specifically, the present invention relates to a circuit board on which a microphone is mounted and a device that can be downsized.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、携帯電話機などの音声処理装
置も他の電子機器と同様に小型化・軽量化が進められて
いる。このような小型の音声処理装置に用いられている
マイクロホンは、コンデンサ型が主流であり、振動膜と
背面板の2枚の極板で形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, voice processing devices such as mobile phones have been reduced in size and weight like other electronic devices. A microphone used in such a small-sized audio processing device is mainly of a condenser type and is formed of two polar plates, a vibrating membrane and a back plate.

【0003】この種のマイクロホンは、感度、ノイズな
どの性能に優れて、小型化に適しており、例えば、振動
膜と背面板との間にスペーサー(支持部)を介装すると
ともに、ケースに内装することによりモジュール化する
などして回路基板に実装し音声処理装置に搭載されてい
る。
This type of microphone is excellent in sensitivity and noise and is suitable for miniaturization. For example, a spacer (support portion) is interposed between the vibrating membrane and the back plate, and the microphone is attached to the case. It is mounted on the circuit board by mounting it on the circuit board, making it modular, etc.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマイクロホンにあっては、複数種の部品を組
み立てて作製するため、次のような問題があった。
However, such a conventional microphone has the following problems because it is manufactured by assembling a plurality of types of parts.

【0005】部品の組立工程の精度の制約により、小型
化するのにも限界があることから、携帯電話機等の小型
の電子機器に搭載されている半導体部品などの他のモジ
ュールに比べて、厚さや占有面積も大きくなってしま
い、回路基板の実装密度を高めることの妨げになってい
る。
Since there is a limit to the miniaturization due to the restriction of the accuracy of the assembly process of parts, the thickness is smaller than that of other modules such as semiconductor parts mounted in small electronic devices such as mobile phones. The occupying area also becomes large, which is an obstacle to increasing the packaging density of the circuit board.

【0006】また、部品の材質が個々に異なって、熱膨
張率に差異があることから、実装工程における半田付け
などの複数回の熱処理(200℃以上)による熱衝撃
で、熱歪みによる変形が生じてしまう。なお、無鉛半田
を用いた実装工程ではさらに高温の240〜260℃の
熱処理に対する耐性が必要になる。
Further, since the material of each component is different and the coefficient of thermal expansion is different, deformation due to thermal strain is caused by thermal shock caused by a plurality of heat treatments (200 ° C. or more) such as soldering in the mounting process. Will occur. In the mounting process using lead-free solder, it is necessary to have resistance to a heat treatment at a higher temperature of 240 to 260 ° C.

【0007】さらに、振動膜やスペーサー絶縁部などに
樹脂材料からなる部品を採用した場合には、バンプ/リ
フローなどのように高温処理を伴う実装工程により一括
処理することができず、効率化を図ることができない。
Further, when parts made of a resin material are used for the vibrating film and the spacer insulating portion, it is not possible to collectively process them by a mounting process involving high temperature processing such as bump / reflow, which improves efficiency. I can't plan.

【0008】そこで、本発明は、マイクロマシン加工技
術を利用してマイクロホンを作製することにより、実装
回路基板や搭載装置の小型化・低コスト化や信頼性の向
上を図ることを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to reduce the size and cost of a mounted circuit board and mounting device and improve reliability by manufacturing a microphone by utilizing a micromachining technique.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的に、本発明は、マイクロホン実装回路基板におい
て、音圧により振動する振動膜と、該振動膜に対面する
背面板と、振動膜と背面板との間に配設されて該振動膜
の振動空間を確保する支持部とを備えて、これら振動
膜、支持部および背面板を積層構造に形成したチップマ
イクロホンをそのまま、あるいは該チップマイクロホン
をパッケージングしたモジュールとして、回路基板に実
装したことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention relates to a microphone mounting circuit board, a vibrating film vibrating by sound pressure, a back plate facing the vibrating film, and a vibrating film. And a back plate, which is provided between the diaphragm and the back plate to secure a vibration space for the vibrating film, and the chip microphone in which the vibrating film, the supporting part, and the back plate are formed in a laminated structure is used as it is, or the chip. It is characterized by being mounted on a circuit board as a module in which a microphone is packaged.

【0010】この発明では、マイクロホンが、振動膜、
支持部および背面板を積層構造に形成してチップ化され
るので、マイクロマシン加工技術を利用して小型のマイ
クロホンを高精度に作製することができる。したがっ
て、このチップマイクロホンをそのまま、あるいはモジ
ュール化して、高密度に回路基板に実装することができ
る。このことから、CSP(チップサイズパッケージン
グ)等の高密度実装にも適用することもできる。
In this invention, the microphone is a vibrating membrane,
Since the supporting portion and the back plate are formed into a laminated structure and formed into chips, a small microphone can be manufactured with high accuracy by using a micromachining technique. Therefore, this chip microphone can be mounted on the circuit board with high density as it is or as a module. Therefore, it can also be applied to high-density mounting such as CSP (chip size packaging).

【0011】ここで、前記チップマイクロホンは、同一
または異質の基板材料を接合して、該基板材料の不要な
部分を取り除くことにより前記振動膜、前記支持部およ
び前記背面板を形成してもよく、また、前記基板材料の
一面側にホウ素を拡散するエッチングストップ層を形成
して、前記振動膜とする部分をエッチングすることによ
り当該振動膜を形成してもよく、さらに、前記支持部は
ホウ素を含んだシリコンの酸化物により形成してもよ
い。
Here, in the chip microphone, the vibrating film, the supporting portion and the back plate may be formed by joining the same or different substrate materials and removing an unnecessary portion of the substrate material. Further, an etching stop layer for diffusing boron may be formed on one surface side of the substrate material, and the vibrating film may be formed by etching a portion to be the vibrating film. You may form by the oxide of the silicon containing.

【0012】また、本発明に係る前記チップマイクロホ
ンは、シリコンとシリコンの化合物とを用いて半導体製
造技術により作製してもよい。
The chip microphone according to the present invention may be manufactured by a semiconductor manufacturing technique using silicon and a compound of silicon.

【0013】この発明では、半導体製造技術のマイクロ
マシン加工技術を利用してチップマイクロホンを作製す
ることができるので、チップマイクロホンをより小型
に、かつ高精度に作製することができる。また、シリコ
ン系材料を用いてチップマイクロホンを作製した場合、
このチップマイクロホンはシリコン系材料による高耐熱
性を利用して高温熱処理を施すことができ、マイクロホ
ンモジュール作製時や回路基板実装時のリフロー等の複
数回に及ぶ熱衝撃に対する耐性を向上させることができ
る。したがって、複数の部品を組み立てる工程によらず
に、LSIチップのように厚さ1mm以下に薄く、か
つ、実装面積も小さなチップマイクロホンを作製するこ
とができるとともに、バンプ/リフローなどを使って回
路基板に−括実装するなど高温処理を伴う実装工程を採
用して効率化を図ることができる。なお、チップマイク
ロホンの耐熱性は、一般に使われているアルミニウムを
電極に用いた場合でも300℃以上であり、この程度の
耐熱性を有することにより無鉛半田を用いた高温の実装
工程にも適用することができる。また、この電極材料は
シリコンと良好なオーミック接触を持つ材料であればよ
いことはいうまでもない。
According to the present invention, since the chip microphone can be manufactured by utilizing the micromachining technology of the semiconductor manufacturing technology, it is possible to manufacture the chip microphone in a smaller size and with higher accuracy. Also, when a chip microphone is manufactured using a silicon-based material,
This chip microphone can be subjected to high-temperature heat treatment by utilizing the high heat resistance of the silicon-based material, and can improve resistance to multiple thermal shocks such as reflow during microphone module fabrication and circuit board mounting. . Therefore, it is possible to fabricate a chip microphone having a thickness as small as 1 mm or less and a small mounting area without using a process of assembling a plurality of parts, and a bump / reflow method or the like is used for a circuit board. The efficiency can be improved by adopting a mounting process involving high-temperature processing such as bulk mounting. It should be noted that the heat resistance of the chip microphone is 300 ° C. or higher even when commonly used aluminum is used for the electrodes, and since it has such heat resistance, it can be applied to a high-temperature mounting process using lead-free solder. be able to. Needless to say, this electrode material may be any material that has a good ohmic contact with silicon.

【0014】また、前記チップマイクロホンの前記振動
膜、前記支持部および前記背面板を同一または異質の基
板材料を接合して該基板材料の不要な部分を取り除くこ
とにより形成したり、また、前記基板材料の一面側にホ
ウ素の拡散するエッチングストップ層を形成して前記振
動膜とする部分をエッチングすることにより当該振動膜
を形成したり、さらに、前記支持部をホウ素の拡散する
シリコンの酸化物により形成する場合には、半導体製造
技術のエッチング処理により容易かつ安価にこれらの加
工を行うことができる。
The vibrating membrane, the supporting portion and the back plate of the chip microphone are formed by joining the same or different substrate materials and removing unnecessary portions of the substrate material, or the substrate. An etching stop layer for diffusing boron is formed on one surface of the material to form the vibrating film by etching the portion to be the vibrating film, and further, the supporting portion is made of silicon oxide for diffusing boron. When forming, these processes can be performed easily and inexpensively by the etching process of semiconductor manufacturing technology.

【0015】また、少なくとも振動膜と基台が同一素材
であることから、その熱膨張係数がほぼ等しく、振動膜
の熱歪みによる影響を非常に小さくすることができる。
Further, since at least the vibrating membrane and the base are made of the same material, their thermal expansion coefficients are substantially equal to each other, and the influence of thermal strain of the vibrating membrane can be made very small.

【0016】さらに、本発明に係る前記チップマイクロ
ホンは、前記振動膜および前記支持部を同一素材により
作製してもよい。
Further, in the chip microphone according to the present invention, the vibrating membrane and the supporting portion may be made of the same material.

【0017】この発明では、振動膜と支持部の熱膨張係
数を等しくして熱歪みが生じるのを防止することがで
き、振動膜が損傷してしまうことを少なくすることがで
きる。したがって、振動膜を高精度に作製することがで
きる。ここで、この振動膜と支持部に限らず、背面板を
も同一素材にしてもよいことはいうまでもなく、また、
振動膜と支持部を一体構造にしてもよい。
According to the present invention, the thermal expansion coefficient of the vibrating film and the supporting portion can be made equal to each other to prevent the occurrence of thermal strain, and damage to the vibrating film can be reduced. Therefore, the vibrating film can be manufactured with high accuracy. Here, it goes without saying that not only the vibrating film and the supporting portion but also the back plate may be made of the same material.
The vibrating membrane and the supporting portion may be integrated.

【0018】そして、上記課題を解決することを目的
に、本発明は、音声処理装置において、上記発明に係る
マイクロホン実装回路基板を搭載したことを特徴とする
ものである。
For the purpose of solving the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that a microphone-mounted circuit board according to the above-mentioned invention is mounted in a voice processing device.

【0019】この発明では、上述したマイクロホン実装
回路基板の発明による作用効果を得ることができ、小型
化、低コスト化を図るとともに、耐熱性を高めて信頼性
を向上させることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain the function and effect of the invention of the above-mentioned microphone-mounted circuit board, to achieve miniaturization and cost reduction, and to improve heat resistance and reliability.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図1〜図3は本発明に係る音声処理装置に搭載
するマイクロホン実装回路基板の一実施形態を示す図で
ある。なお、本実施形態では、図面における上下を用い
て説明するが、後述するチップマイクロホンにおける上
下を意味するものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 are views showing an embodiment of a microphone-mounted circuit board mounted on a voice processing device according to the present invention. It should be noted that although the present embodiment is described by using the upper and lower sides in the drawings, it does not mean the upper and lower sides in a chip microphone described later.

【0021】図1において、10はチップマイクロホン
であり、チップマイクロホン10は、基台11の中央部
に音圧により振動する振動膜12を形成するとともに、
この振動膜12の周囲で支持部13が背面板14を支持
して振動膜12に対面させることにより、振動膜12の
振動空間Sを確保してコンデンサ型マイクロホンとして
機能するように構築されており、このチップマイクロホ
ン10は、後述する半導体製造技術(マイクロマシン加
工技術)で作製することにより振動膜12と背面板14
との間に支持部13を介装した積層構造に構成されてい
る。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a chip microphone. The chip microphone 10 has a vibrating film 12 which vibrates by sound pressure at the center of a base 11 and
The supporting portion 13 supports the back plate 14 around the vibrating membrane 12 to face the vibrating membrane 12 so that the vibrating space S of the vibrating membrane 12 is secured to function as a condenser microphone. The chip microphone 10 is manufactured by the semiconductor manufacturing technology (micromachine processing technology) described later, and thus the vibrating membrane 12 and the back plate 14 are manufactured.
It has a laminated structure in which the support portion 13 is interposed between the and.

【0022】また、チップマイクロホン10は、背面板
14を覆うようにキャップ15が取り付けられており、
背面板14の上面に形成する電極16は、背面板14に
隣接するように形成する端子台17の上面の電極18と
の間を、ワイヤ19のワイヤボンディングにより電気的
に接続することによって外部に引き出されている。な
お、キャップ15はセラミックス系接着剤等20により
基台11および端子台17の上面に固着されて取り付け
られている。
The chip microphone 10 has a cap 15 attached to cover the back plate 14.
The electrode 16 formed on the upper surface of the back plate 14 is electrically connected to the outside by electrically connecting the electrode 16 formed on the upper surface of the terminal block 17 formed adjacent to the back plate 14 by wire bonding of the wire 19. Has been pulled out. The cap 15 is fixedly attached to the upper surfaces of the base 11 and the terminal block 17 with a ceramic adhesive 20 or the like.

【0023】このキャップ15は、その容積によってマ
イクロホンの音響特性を調整する役割を持ち、同時に、
電磁波のシールドに用いることもできる。また、キャッ
プ中央の気体流通孔15aはマイクロホンの指向特性を
制御するためにある。なお、背面板14には、振動膜1
2の振動を妨げないように表裏を連通させる複数の貫通
孔14aが形成されている。
The cap 15 has a role of adjusting the acoustic characteristics of the microphone according to its volume, and at the same time,
It can also be used to shield electromagnetic waves. Further, the gas flow hole 15a at the center of the cap is for controlling the directivity of the microphone. The back plate 14 has a vibrating membrane 1
A plurality of through holes 14a are formed so as to communicate the front and back so as not to interfere with the vibration of 2.

【0024】そして、このチップマイクロホン10は、
キャップ15の外側となる基台11および端子台17の
上面に半田バンプ21を形成することにより、不図示の
モジュール基板に張り合わせてモジュールを製作するよ
うになっており、このモジュール基板をマイクロホンの
実装基板に電気的に取り付けて音声処理装置に搭載され
ることになる。
The chip microphone 10 is
By forming solder bumps 21 on the upper surfaces of the base 11 and the terminal block 17 which are outside the cap 15, a module is manufactured by adhering it to a module substrate (not shown). The module substrate is mounted on a microphone. It is electrically attached to the substrate and mounted on the voice processing device.

【0025】次に、チップマイクロホン10の半導体製
造技術による作製手順(方法)を図2および図3を用い
て説明する。
Next, a procedure (method) for manufacturing the chip microphone 10 by the semiconductor manufacturing technique will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

【0026】まず、図2(a)に示すように、一般的な
半導体用基板であるシリコン基板を背面板基板114と
して準備して、その下面には不純物を含む粉体酸化シリ
コンを塗布する方法または酸化膜をCVD法等により堆
積させる方法などによってその不純物を含む接合膜11
3を形成するとともに、同様に、図2(b)に示すよう
に、シリコン基板を振動膜基板111として準備して、
その上面にはシリコン基板上に不純物を高濃度に熱拡散
させる固体拡散法によってその不純物を高濃度にドープ
させたエッチストップ層112を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a silicon substrate which is a general semiconductor substrate is prepared as a back plate substrate 114, and the lower surface thereof is coated with powdered silicon oxide containing impurities. Alternatively, the bonding film 11 containing the impurities is formed by a method of depositing an oxide film by a CVD method or the like.
3 is formed, and similarly, as shown in FIG. 2B, a silicon substrate is prepared as the vibration film substrate 111,
An etch stop layer 112 doped with a high concentration of impurities is formed on the upper surface of the silicon substrate by a solid diffusion method in which the impurities are thermally diffused in a high concentration.

【0027】このとき、接合膜113およびエッチスト
ップ層112には、同じ不純物を含ませることにより物
性を近似させるとともに、接合膜113には、エッチス
トップ層112から不純物が接合膜113側に拡散しな
いように、そのエッチストップ層112内にドープした
不純物の濃度よりも高い不純物濃度で不純物を含むよう
に設定されている。
At this time, the bonding film 113 and the etch stop layer 112 are made to contain the same impurities so as to have similar physical properties, and the impurities do not diffuse from the etch stop layer 112 to the bonding film 113 side in the bonding film 113. Thus, the etch stop layer 112 is set to contain impurities at a higher impurity concentration than the impurity concentration doped.

【0028】また、エッチストップ層112は、厚さ数
ミクロンの薄い振動膜12にしてコンデンサ型マイクロ
ホンとしての感度を向上させるために、後述する工程に
おいてエッチングされないようにホウ素を不純物として
拡散させるのが好適であり(このことから、接合膜11
3にもホウ素を不純物として含ませることになる。)、
固体拡散法を採用してホウ素を不純物として高濃度に熱
拡散させて形成する。この不純物の熱拡散は、高濃度不
純物層を得るために高温で熱処理することになり、この
ときにはシリコンウェハに熱変形が生じないようにする
ために1200℃以下の温度で熱処理する。なお、ここ
では固体拡散法を用いてエッチストップ層112を形成
する場合について説明するが、イオン注入法、塗布法等
の他の形成法によって形成してもよく、また、不純物と
してホウ素に限るものではないことは言うまでもない。
Further, the etch stop layer 112 is made to be a thin vibrating film 12 having a thickness of several microns so that boron is diffused as an impurity so as not to be etched in a process described later in order to improve sensitivity as a condenser type microphone. Suitable (for this reason, the bonding film 11
Boron is also included in 3 as an impurity. ),
It is formed by using a solid diffusion method and thermally diffusing boron as an impurity to a high concentration. The thermal diffusion of the impurities results in heat treatment at a high temperature in order to obtain a high-concentration impurity layer, and at this time, the heat treatment is performed at a temperature of 1200 ° C. or lower so as to prevent thermal deformation of the silicon wafer. Although the case where the etch stop layer 112 is formed by using the solid diffusion method is described here, it may be formed by another forming method such as an ion implantation method and a coating method, and the impurity is not limited to boron. Not to mention.

【0029】次いで、図2(c)に示すように、接合膜
113とエッチストップ層112とを、加熱溶着、陽極
接合あるいは直接接合等の接合技術を用いて接合するこ
とにより、背面板基板114と振動膜基板111を接合
した接合基板100を作製した後に、背面板基板114
の上面を研磨して、全体を所望の厚さに調整する。この
後には、接合基板100を酸素雰囲気中で熱処理するこ
とによって、この接合基板100の上下両面にエッチン
グマスク用の酸化膜131、132を、振動膜基板11
1のシリコンエッチング深さから4000Å前後の厚さ
となるように形成する。このとき、酸化膜131、13
2を形成するための熱処理は、エッチストップ層112
中の不純物の再拡散を防ぐために、エッチストップ層1
12を形成する際の処理温度未満で行うのが好適であ
り、本実施形態では、酸化膜131、132を形成する
ための熱処理温度をエッチストップ層112の形成処理
温度未満で900℃以上とする。このような熱処理温度
としたのは、酸化膜131、132の成長に適切な速度
を確保することと、低温処理では振動膜基板111と接
合膜113との間の界面電荷が増加してしまうことが知
られているためである。
Next, as shown in FIG. 2C, the bonding film 113 and the etch stop layer 112 are bonded by using a bonding technique such as heat welding, anodic bonding, or direct bonding to form the back plate substrate 114. After the bonded substrate 100 is manufactured by bonding the vibrating film substrate 111 to the rear plate substrate 114
The upper surface of the is polished to adjust the entire thickness to a desired thickness. After that, the bonded substrate 100 is heat-treated in an oxygen atmosphere to form oxide films 131 and 132 for etching masks on the upper and lower surfaces of the bonded substrate 100.
The thickness is about 4000 Å from the silicon etching depth of 1. At this time, the oxide films 131 and 13
The heat treatment for forming 2 is performed on the etch stop layer 112.
Etch stop layer 1 to prevent re-diffusion of impurities in
It is preferable to perform the treatment at a temperature lower than the treatment temperature for forming 12 and in the present embodiment, the heat treatment temperature for forming the oxide films 131 and 132 is 900 ° C. or higher below the treatment temperature for forming the etch stop layer 112. . The heat treatment temperature is set to ensure an appropriate rate for growth of the oxide films 131 and 132, and increase the interface charge between the vibration film substrate 111 and the bonding film 113 in the low temperature process. Is known.

【0030】次いで、図3(d)に示すように、接合基
板100の酸化膜131、132をホトリソグラフィー
技術を用いて余分な部分を除去する加工を施すことによ
り、その酸化膜131、132を振動膜エッチングマス
ク141、背面板エッチングマスク142および端子台
エッチングマスク143とし、この後に、これらエッチ
ングマスク141〜143を用いて接合基板100の振
動膜基板111と背面板基板114から余分な部分を除
去するエッチングを施すことにより、その振動膜基板1
11から基台11を形成するのと同時にエッチストップ
層112を露出させて振動膜12を形成するとともに、
背面板基板114から背面板14および端子台17を形
成する。このとき、TMAH(Tetramethyl ammonium h
ydroxide)等の所定のアルカリエッチング液を用いてエ
ッチングを行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3D, the oxide films 131 and 132 of the bonding substrate 100 are processed by photolithography to remove excess portions thereof, thereby removing the oxide films 131 and 132. The vibrating film etching mask 141, the back plate etching mask 142, and the terminal block etching mask 143 are used, and thereafter, excess portions are removed from the vibrating film substrate 111 and the back plate substrate 114 of the bonding substrate 100 by using these etching masks 141 to 143. The vibrating film substrate 1
At the same time as forming the base 11 from 11, the etch stop layer 112 is exposed to form the vibration film 12, and
The back plate 14 and the terminal block 17 are formed from the back plate 114. At this time, TMAH (Tetramethyl ammonium h
Etching can be performed using a predetermined alkaline etching solution such as ydroxide).

【0031】次いで、図3(e)に示すように、エッチ
ングマスク141〜143を取り除くエッチングを施す
とともに、接合膜113から支持部13以外の部分を取
り除くエッチングを施した後に、背面板14および端子
台17の上面側にスパッタリングなどにより薄いメタル
電極16、18を形成することにより、一体構造のチッ
プマイクロホン10を構築する。なお、図中における電
極16、18は図示するために厚膜に示されているが、
薄膜で十分であるため、背面板14および端子台17以
外に蒸着マスクを用いる必要はなく、例えば、基台11
のエッチストップ層112上面に薄膜151が形成され
ても問題ない。また、振動膜12側の電極については特
に詳細な説明はしないが、同様にスパッタリングなどに
より電極形成するなどすればよい。なお、蒸着マスクを
省略して両電極を同時に形成することもできる。
Next, as shown in FIG. 3E, after etching for removing the etching masks 141 to 143 and etching for removing the portion other than the supporting portion 13 from the bonding film 113, the back plate 14 and the terminals are removed. By forming thin metal electrodes 16 and 18 on the upper surface side of the stand 17 by sputtering or the like, the chip microphone 10 having an integrated structure is constructed. The electrodes 16 and 18 in the figure are shown as thick films for illustration,
Since a thin film is sufficient, it is not necessary to use a vapor deposition mask other than the back plate 14 and the terminal block 17, and, for example, the base 11
There is no problem even if the thin film 151 is formed on the upper surface of the etch stop layer 112. Further, the electrode on the side of the vibrating film 12 is not particularly described in detail, but the electrode may be similarly formed by sputtering or the like. Note that both electrodes can be formed at the same time by omitting the evaporation mask.

【0032】そして、チップマイクロホン10は、背面
板14の電極16と端子台17の電極18とをワイヤボ
ンディングにより接続して、キャップ15をセラミック
ス系接着剤20などにより取り付けた後に、基台11の
薄膜151や端子台17の電極18の上に半田バンプ2
1を形成して、モジュール基板に張り合わせてモジュー
ル化することができ、さらに、音声処理装置に搭載する
マイクロホン回路基板上に実装することができる。
In the chip microphone 10, the electrode 16 of the back plate 14 and the electrode 18 of the terminal block 17 are connected by wire bonding, and the cap 15 is attached with the ceramic adhesive 20 or the like, and then the base 11 is attached. The solder bump 2 is formed on the thin film 151 and the electrode 18 of the terminal block 17.
1 can be formed and bonded to a module board to form a module, and further, can be mounted on a microphone circuit board mounted in a voice processing device.

【0033】このように本実施形態においては、チップ
マイクロホン10は、安価かつ容易に作製可能な半導体
製造技術により、振動膜12、支持部13および背面板
14を高精度な積層構造に形成してチップ化することが
でき、例えば、他の部品と共にCSP(チップサイズパ
ッケージング)等として高密度に回路基板に実装するこ
とができる。これら振動膜12、支持部13、背面板1
4などは、シリコン系材料を用いて作製していることか
ら、熱膨張係数の差が小さく熱歪みを生じ難くいので、
振動膜12などが損傷してしまうことを少なくすること
ができるとともに、また、高耐熱性を有するので、各工
程において高温熱処理を施すことができ、モジュール作
製時や回路基板への実装時などに熱衝撃のあるリフロー
等と利用して効率よく作製することができる。
As described above, in this embodiment, the chip microphone 10 has the vibrating membrane 12, the support portion 13 and the back plate 14 formed in a highly accurate laminated structure by a semiconductor manufacturing technique which can be manufactured inexpensively and easily. It can be made into a chip, and can be mounted on a circuit board with high density as CSP (chip size packaging) together with other components. The vibrating membrane 12, the support portion 13, the back plate 1
Since No. 4 and the like are manufactured using a silicon-based material, the difference in coefficient of thermal expansion is small and it is difficult for thermal strain to occur.
It is possible to reduce damage to the vibrating membrane 12 and the like, and since it has high heat resistance, it is possible to perform high-temperature heat treatment in each process, and when manufacturing a module or mounting on a circuit board. It can be efficiently manufactured by utilizing reflow or the like that has thermal shock.

【0034】したがって、チップマイクロホン10は、
振動膜、支持部、背面板などを複数の部品として組み立
てるのではなく、LSIチップのように厚さ1mm以下
に薄く、かつ、実装面積も小さな、高信頼性のある安価
な部品に作製することができるとともに、バンプ/リフ
ローなどを使って−括実装するなど効率のよい回路基板
の組立工程を実現することができる。
Therefore, the chip microphone 10 is
Rather than assembling the vibrating membrane, support, back plate, etc. as multiple components, make them into highly reliable and inexpensive components such as LSI chips that are as thin as 1 mm or less and have a small mounting area. In addition, it is possible to realize an efficient circuit board assembling process such as collective mounting using bump / reflow.

【0035】この結果、このチップマイクロホン10を
搭載する回路基板や携帯電話などの音声処理装置の小型
化、低コスト化、高信頼性化に貢献することができる。
As a result, it is possible to contribute to downsizing, cost reduction, and high reliability of a voice processing device such as a circuit board or a mobile phone on which the chip microphone 10 is mounted.

【0036】なお、本実施形態では、振動膜12、支持
部13、背面板14などを同じシリコン系材料を用いて
作製しているが、シリコン系材料に限るものではないこ
とは言うまでもなく、また、振動膜12と支持部13と
を熱膨張係数など同程度の物性を有する材質にする限
り、異質の基板材料を接合して作製してもよい。
In this embodiment, the vibrating membrane 12, the support portion 13, the back plate 14 and the like are made of the same silicon material, but needless to say, the material is not limited to the silicon material. As long as the vibrating membrane 12 and the supporting portion 13 are made of materials having substantially the same physical properties such as a thermal expansion coefficient, they may be produced by joining different substrate materials.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、振動膜、支持部および
背面板を積層構造に形成してマイクロホンをチップ化す
るので、半導体製造技術等のマイクロマシン加工技術を
利用して小型のマイクロホンを高精度に作製してそのま
ま、あるいはモジュール化して回路基板などに実装する
ことができる。
According to the present invention, since the vibrating membrane, the supporting portion, and the back plate are formed into a laminated structure to make the microphone into a chip, the size of the small microphone can be increased by utilizing the micromachining technology such as semiconductor manufacturing technology. It can be manufactured with high accuracy and can be mounted as it is or as a module and mounted on a circuit board or the like.

【0038】また、シリコン系材料を用いてチップマイ
クロホンを作製することにより、そのシリコン系材料の
高耐熱性を利用して高温熱処理を可能にすることがで
き、回路基板に−括実装するなど高温処理を伴う実装工
程を採用して効率化を図ることができる。
Further, by manufacturing a chip microphone using a silicon-based material, it is possible to perform high-temperature heat treatment by utilizing the high heat resistance of the silicon-based material. It is possible to improve efficiency by adopting a mounting process involving processing.

【0039】ここで、少なくとも振動膜と基台が同一素
材であることから、その熱膨張係数がほぼ等しく、振動
膜の熱歪みによる影響を非常に小さくできる。さらに、
少なくとも振動膜、基台および支持部を同一素材にする
ことにより、熱歪みの発生を防止することができる。こ
のことは、本マイクロホンがさらに薄型化して歪みの耐
性が低下した時点においても振動膜等の変形を防ぐこと
ができる。
Here, since at least the vibrating membrane and the base are made of the same material, their thermal expansion coefficients are substantially the same, and the influence of thermal strain of the vibrating membrane can be made very small. further,
By using at least the vibrating film, the base and the support part of the same material, it is possible to prevent the occurrence of thermal strain. This makes it possible to prevent deformation of the vibrating membrane and the like even when the present microphone is further thinned and distortion resistance is reduced.

【0040】したがって、小型で高信頼性のチップマイ
クロホンを高精度に、かつ低コストに作製することがで
き、このチップマイクロホンをそのまま、あるいはモジ
ュール化したものを回路基板や音声処理装置に高実装密
度に実装することができる。
Therefore, a small and highly reliable chip microphone can be manufactured with high accuracy and at low cost, and this chip microphone as it is or as a module can be mounted on a circuit board or an audio processing device with high mounting density. Can be implemented in.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る音声処理装置に搭載するマイクロ
ホン実装回路基板の一実施形態の全体構成を示す図であ
り、その縦断面図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment of a microphone-mounted circuit board mounted on a voice processing device according to the present invention, and is a vertical cross-sectional view thereof.

【図2】その作製工程を説明する工程図である。2A to 2C are process drawings for explaining the manufacturing process.

【図3】その作製工程を説明する図2に続く工程図であ
る。
FIG. 3 is a process diagram that explains the manufacturing process, following FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 チップマイクロホン 11 基台 12 振動膜 13 支持部 14 背面板 14a 貫通孔 15 キャップ 15a 流通孔 16、18 電極 17 端子台 100 接合基板 111 振動膜基板 112 エッチストップ層 113 接合膜 114 背面板基板 10 chip microphone 11 bases 12 vibrating membrane 13 Support 14 Back plate 14a through hole 15 caps 15a Distribution hole 16, 18 electrodes 17 terminal block 100 bonded substrate 111 Vibration film substrate 112 Etch stop layer 113 Bonding film 114 Back plate substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 信雄 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 盛田 章 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Fターム(参考) 5D017 BD04 BD05 5D020 BB12 5D021 CC19    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Nobuo Saito             1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, Japan             Broadcasting Association Broadcast Technology Institute (72) Inventor Akira Morita             1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, Japan             Broadcasting Association Broadcast Technology Institute F-term (reference) 5D017 BD04 BD05                 5D020 BB12                 5D021 CC19

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】音圧により振動する振動膜と、該振動膜に
対面する背面板と、振動膜と背面板との間に配設されて
該振動膜の振動空間を確保する支持部とを備えて、これ
ら振動膜、支持部および背面板を積層構造に形成したチ
ップマイクロホンをそのまま、あるいは該チップマイク
ロホンをパッケージングしたモジュールとして、回路基
板に実装したことを特徴とするマイクロホン実装回路基
板。
1. A vibrating film vibrating by sound pressure, a back plate facing the vibrating film, and a support portion arranged between the vibrating film and the back plate to secure a vibration space of the vibrating film. A microphone-mounted circuit board comprising the chip microphone, which is provided with the vibrating membrane, the supporting portion, and the back plate in a laminated structure, or is mounted on a circuit board as a module in which the chip microphone is packaged.
【請求項2】前記チップマイクロホンは、同一または異
質の基板材料を接合して、該基板材料の不要な部分を取
り除くことにより前記振動膜、前記支持部および前記背
面板を形成したことを特徴とする請求項1に記載のマイ
クロホン実装回路基板。
2. The chip microphone is characterized in that the vibrating membrane, the support portion and the back plate are formed by joining the same or different substrate materials and removing an unnecessary portion of the substrate material. The microphone mounted circuit board according to claim 1.
【請求項3】前記チップマイクロホンは、前記基板材料
の一面側にホウ素を拡散するエッチングストップ層を形
成して、前記振動膜とする部分をエッチングにより当該
振動膜を形成したことを特徴とする請求項2に記載のマ
イクロホン実装回路基板。
3. The chip microphone is characterized in that an etching stop layer for diffusing boron is formed on one surface side of the substrate material, and the vibrating film is formed by etching a portion to be the vibrating film. The microphone-mounted circuit board according to Item 2.
【請求項4】前記チップマイクロホンは、前記支持部を
ホウ素の拡散するシリコンの酸化物により形成したこと
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のマイク
ロホン実装回路基板。
4. The microphone mounted circuit board according to claim 1, wherein the chip microphone has the support portion formed of silicon oxide in which boron is diffused.
【請求項5】前記チップマイクロホンは、シリコンとシ
リコンの化合物とを用いて半導体製造技術により作製し
たことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の
マイクロホン実装回路基板。
5. The microphone-mounted circuit board according to claim 1, wherein the chip microphone is manufactured by a semiconductor manufacturing technique using silicon and a compound of silicon.
【請求項6】前記チップマイクロホンは、少なくとも前
記振動膜および前記支持部を同一素材により作製したこ
とを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のマイ
クロホン実装回路基板。
6. The microphone-mounted circuit board according to claim 1, wherein at least the vibrating film and the support portion of the chip microphone are made of the same material.
【請求項7】上記請求項1から6のいずれかに記載のマ
イクロホン実装回路基板を搭載したことを特徴とする音
声処理装置。
7. A voice processing apparatus comprising the microphone-mounted circuit board according to any one of claims 1 to 6.
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