JP2003508998A - シリコンベースのセンサーシステム - Google Patents
シリコンベースのセンサーシステムInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
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- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
- H04R25/60—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles
- H04R25/609—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles of circuitry
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、バッチ生産に適したソリッドステートシリコンベースコンデンサーマイクロフォンシステムに関する。マイクロフォンシステムを形成する異なる要素の組み合わせは、従来の他のシステムに比べてよりフレキシブルである。マイクロフォンシステムの異なる要素間の電気的接続は、フリップチップ技術を使用するシリコンキャリアを介して経済的かつ信頼性をもって確立することができる。本発明は集積電子回路チップを使用し、好ましくはマイクロフォンの変換器要素の設計と製造とは別個に独立して設計し製造することができるアプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）を使用する。完全なセンサーシステムは、環境とのインターフェースと競合しないシステムの一方の側に接点を向ける表面実装技術により、外部基板と電気的に接続することができる。これにより、ユーザは全システムの組立に簡単で有効な表面実装技術を適用することができる。
Description
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、キャリア部材と、変換部材と、電子デバイスとからなるセンサーシ
ステムに関する。本発明は特にフリップチップ技術を使用して組み立てられたコ
ンデンサマイクロフォンシステムに関する。本発明はさらに、例えば印刷回路基
板（ＰＣＢ）に表面実装されるように適合されたコンデンサマイクロフォンシス
テムに関する。
ステムに関する。本発明は特にフリップチップ技術を使用して組み立てられたコ
ンデンサマイクロフォンシステムに関する。本発明はさらに、例えば印刷回路基
板（ＰＣＢ）に表面実装されるように適合されたコンデンサマイクロフォンシス
テムに関する。
【０００２】
（発明の背景）
聴覚器具や移動通信システム工業において、主な目的の一つは、良好な電子音
響性能を維持し、良好なユーザーフレンドリィ性と満足を与える一方、小サイズ
のコンポーネントを作成することである。技術的性能データは、感度、ノイズ、
安定性、コンパクト性、堅牢性、電磁干渉（ＥＭＩ）その他の外部環境条件に対
する非感応性を含む。過去においては、マイクロフォンシステムをより小さくす
る一方、技術的性能データを維持または向上する幾つかの試行がなされてきた。
響性能を維持し、良好なユーザーフレンドリィ性と満足を与える一方、小サイズ
のコンポーネントを作成することである。技術的性能データは、感度、ノイズ、
安定性、コンパクト性、堅牢性、電磁干渉（ＥＭＩ）その他の外部環境条件に対
する非感応性を含む。過去においては、マイクロフォンシステムをより小さくす
る一方、技術的性能データを維持または向上する幾つかの試行がなされてきた。
【０００３】
これらのコンポーネント工業における他の問題は全体システムへの統合の容易
性に関する。
性に関する。
【０００４】
ヨーロッパ特許ＥＰ５６１５６６は、同一チップ上に電界効果トランジスター
（ＦＥＴ）回路とキャビティまたは音入口を有するソリッドステートコンデンサ
ーマイクロフォンを開示している。ＦＥＴ回路を製造する技術およびプロセスは
変換器要素を製造するのに使用される技術およびプロセスと全く異なっている。
したがって、ＥＰ５６１５６６に開示されている変換器要素およびＦＥＴシステ
ムは２つ（またはそれ以上）の別個の製造段階が必要であり、そのことが製造を
より複雑にし、さらに高価にさせている。
（ＦＥＴ）回路とキャビティまたは音入口を有するソリッドステートコンデンサ
ーマイクロフォンを開示している。ＦＥＴ回路を製造する技術およびプロセスは
変換器要素を製造するのに使用される技術およびプロセスと全く異なっている。
したがって、ＥＰ５６１５６６に開示されている変換器要素およびＦＥＴシステ
ムは２つ（またはそれ以上）の別個の製造段階が必要であり、そのことが製造を
より複雑にし、さらに高価にさせている。
【０００５】
ハイブリッド型の超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）は、近年著しく発展し
てきた。これは主としてこのようなシステムを製造する適切な技術の発展ととも
に行なわなければならない。このようなハイブリッドシステムの利点の一つは、
機械電子変換器や特殊設計の電子デバイスを含む関連の複雑なシステムを製造す
ることができるサイズに関係している。
てきた。これは主としてこのようなシステムを製造する適切な技術の発展ととも
に行なわなければならない。このようなハイブリッドシステムの利点の一つは、
機械電子変換器や特殊設計の電子デバイスを含む関連の複雑なシステムを製造す
ることができるサイズに関係している。
【０００６】
米国特許ＵＳ５８８９８７２は、シリコンマイクロフォンと、その上に電気接
続にワイヤボンディングを使用して実装された集積回路チップとからなるハイブ
リッドシステムを開示している。この解決手段はボンディングワイヤのための保
護と空間が必要であるという欠点を有している。
続にワイヤボンディングを使用して実装された集積回路チップとからなるハイブ
リッドシステムを開示している。この解決手段はボンディングワイヤのための保
護と空間が必要であるという欠点を有している。
【０００７】
米国特許ＵＳ５８５６９１４は、フリップチップ実装された例えばコンデンサ
ーマイクロフォンのような超小型機械デバイスを開示している。この超小型デバ
イスが実装されるキャリアの一部は最終システムの一部を形成している。このシ
ステムの欠点は、超小型機械デバイスがキャリアに実装する前にテストされるこ
とはないという事実である。このシステムの他の欠点は、選択された材料に関係
している。超小型機械デバイスはＳｉで構成され、一方キャリアはＰＣＢまたは
セラミック材料で形成されている。熱膨張係数の差は、そのような異なる材料の
一体化を複雑にする。
ーマイクロフォンのような超小型機械デバイスを開示している。この超小型デバ
イスが実装されるキャリアの一部は最終システムの一部を形成している。このシ
ステムの欠点は、超小型機械デバイスがキャリアに実装する前にテストされるこ
とはないという事実である。このシステムの他の欠点は、選択された材料に関係
している。超小型機械デバイスはＳｉで構成され、一方キャリアはＰＣＢまたは
セラミック材料で形成されている。熱膨張係数の差は、そのような異なる材料の
一体化を複雑にする。
【０００８】
Danish journal Elektronik og Data の１９９８年第３巻第４−８頁に
刊行された「ファーストシリコンベースの超小型マイクロフォン」の記事は、シ
リコンベースのマイクロフォンシステムをどのように設計し製造することができ
るかを開示している。この記事は３層マイクロフォンシステムを開示している。
ここで、変換器要素は、該変換器要素をアプリケーション特定集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）のような電子デバイスに接続する中間層にフリップチップ実装されている。
変換器要素は、可動ダイヤフラムと、実質的に剛性のあるバックプレート（back
plate）とからなっている。変換器要素の反対側には、バックチャンバーを形
成するシリコンベースの構造物が実装されている。マイクロフォンシステムを電
気的周辺に接続するためにワイヤボンディングや直接はんだが必要とされること
は、価値がない。
刊行された「ファーストシリコンベースの超小型マイクロフォン」の記事は、シ
リコンベースのマイクロフォンシステムをどのように設計し製造することができ
るかを開示している。この記事は３層マイクロフォンシステムを開示している。
ここで、変換器要素は、該変換器要素をアプリケーション特定集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）のような電子デバイスに接続する中間層にフリップチップ実装されている。
変換器要素は、可動ダイヤフラムと、実質的に剛性のあるバックプレート（back
plate）とからなっている。変換器要素の反対側には、バックチャンバーを形
成するシリコンベースの構造物が実装されている。マイクロフォンシステムを電
気的周辺に接続するためにワイヤボンディングや直接はんだが必要とされること
は、価値がない。
【０００９】
本発明の目的は、センサーシステムを形成する異なる要素が標準のバッチ指向
技術を適用してフリップチップ実装されるセンサーシステムを提供することであ
る。
技術を適用してフリップチップ実装されるセンサーシステムを提供することであ
る。
【００１０】
本発明の他の目的は、例えばＰＣＢ上の最終位置とは無関係に動作することが
できる完全に機能的で被覆（encapsulated）されたセンサーシステムを提供する
ことである。
できる完全に機能的で被覆（encapsulated）されたセンサーシステムを提供する
ことである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、最終実装前にテストすることができる完全に機能
的で被覆されたセンサーシステムを提供することである。
的で被覆されたセンサーシステムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、フリップチップまたは表面実装技術を使用して例
えばＰＣＢ上に実装するのに適し、ワイヤボンディングや複雑なシングルチップ
ハンドリングを回避することができるセンサーシステムを提供することである。
えばＰＣＢ上に実装するのに適し、ワイヤボンディングや複雑なシングルチップ
ハンドリングを回避することができるセンサーシステムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、変換器要素と電子回路との間の距離を減少して寄
生（parasitics）や空間消費を減少することができるセンサーシステムを提供す
ることである。
生（parasitics）や空間消費を減少することができるセンサーシステムを提供す
ることである。
【００１４】
（発明の概要）
前述の目的は、第１の局面において、
第１と第２のグループの接点要素を保持する第１面を有するキャリア部材と、
能動部材（active member）からなり、該能動要素が少なくとも１つの接点要
素に電気的に接続され、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために
、前記少なくとも１つの接点要素が第１グループのキャリア部材の接点要素の１
つと整列されている変換器要素と、 少なくとも１つの接点要素を有する集積回路からなり、集積回路とキャリア部
材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１つの接点要素が第２グルー
プのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている電子デバイスとからなり、 前記変換器要素の能動部材と前記電子デバイスの集積回路との間の電気駅接触
を得るために、第１グループの少なくとも１つの接点要素が前記第２グループの
少なくとも１つの接点要素に電気的に接続されているセンサーシステムを提供す
ることによって達成される。
素に電気的に接続され、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために
、前記少なくとも１つの接点要素が第１グループのキャリア部材の接点要素の１
つと整列されている変換器要素と、 少なくとも１つの接点要素を有する集積回路からなり、集積回路とキャリア部
材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１つの接点要素が第２グルー
プのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている電子デバイスとからなり、 前記変換器要素の能動部材と前記電子デバイスの集積回路との間の電気駅接触
を得るために、第１グループの少なくとも１つの接点要素が前記第２グループの
少なくとも１つの接点要素に電気的に接続されているセンサーシステムを提供す
ることによって達成される。
【００１５】
変換器要素は、原則として、圧力変換器、加速度計、温度計のように、如何な
る種類の変換器であってもよい。
る種類の変換器であってもよい。
【００１６】
センサーシステムが周囲と連通するために、キャリア部材はさらに、複数の接
触面要素を保持する第２面を有していてもよい。第１と第２のグループの少なく
とも１つの接触要素は、第２面によって保持される接触要素の一つと電気的に接
続されている。第１面と第２面は実質的に平行で互いに対向していてもよい。
触面要素を保持する第２面を有していてもよい。第１と第２のグループの少なく
とも１つの接触要素は、第２面によって保持される接触要素の一つと電気的に接
続されている。第１面と第２面は実質的に平行で互いに対向していてもよい。
【００１７】
キャリア部材と変換器要素は、Ｓｉのような半導体材料をベースにしてもよい
。熱応力を緩和するために、キャリア部材、変換器要素および電子デバイスは、
同一の半導体材料をベースにしてもよい。その材料はＳｉであってもよい。
。熱応力を緩和するために、キャリア部材、変換器要素および電子デバイスは、
同一の半導体材料をベースにしてもよい。その材料はＳｉであってもよい。
【００１８】
マイクロフォンに適用するためにバックチャンバ―を形成するために、キャリ
ア部材はさらに変換器要素の能動部材と整列（align）する凹部（indentation）
を有する。またマイクロフォンに適用するために、変換器要素の能動部材は、フ
レキシブルダイヤフラムと実質的に剛性のあるバックプレートとを組み合わせて
形成されるコンデンサからなっていてもよい。さらに、変換器要素はキャビティ
（cavity）または音入口（sound inlet）を有する。キャビティの底は、変換器
要素の能動部材によって規定され形成されてもよい。フレキシブルダイヤフラム
と実質的に剛性のバックプレートは、変換器要素によって受け取られた信号をキ
ャリア部材に転送するために、変換器要素の第１と第２の接点要素にそれぞれ電
気的に接続されていてもよい。
ア部材はさらに変換器要素の能動部材と整列（align）する凹部（indentation）
を有する。またマイクロフォンに適用するために、変換器要素の能動部材は、フ
レキシブルダイヤフラムと実質的に剛性のあるバックプレートとを組み合わせて
形成されるコンデンサからなっていてもよい。さらに、変換器要素はキャビティ
（cavity）または音入口（sound inlet）を有する。キャビティの底は、変換器
要素の能動部材によって規定され形成されてもよい。フレキシブルダイヤフラム
と実質的に剛性のバックプレートは、変換器要素によって受け取られた信号をキ
ャリア部材に転送するために、変換器要素の第１と第２の接点要素にそれぞれ電
気的に接続されていてもよい。
【００１９】
集積回路は信号処理用に適合されてもよい。この集積回路はＡＳＩＣであって
もよい。
もよい。
【００２０】
指向性感度を得るために、センサーはさらに、キャリア部材の第２面と凹部の
間に、開口または音入口を有していてもよい。
間に、開口または音入口を有していてもよい。
【００２１】
変換器要素を例えば粒子や湿気から保護するために、センサの外面は少なくと
も部分的にリッド（lid）によって保護される。変換器要素のリッドと能動部材
は、それぞれキャビティの上下の境界を規定してもよい。さらに、センサーシス
テムの少なくとも１つの外面は導電層を保持していてもよい。導電層は金属層ま
たは導電ポリマー層からなっていてもよい。
も部分的にリッド（lid）によって保護される。変換器要素のリッドと能動部材
は、それぞれキャビティの上下の境界を規定してもよい。さらに、センサーシス
テムの少なくとも１つの外面は導電層を保持していてもよい。導電層は金属層ま
たは導電ポリマー層からなっていてもよい。
【００２２】
接点要素は、Ｓｎ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰｂのようなはんだ材料か
らなっていてもよい。さらに、センサーシステムは変換器要素を密封シールする
シール手段を有していてもよい。
らなっていてもよい。さらに、センサーシステムは変換器要素を密封シールする
シール手段を有していてもよい。
【００２３】
第２の局面では、本発明は、
第１と第２と第３のグループの接点要素を保持する第１面を有するキャリア部
材と、 能動部材からなり、該能動部材が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第１グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
第１変換器要素と、 能動部材からなり、該能動要素が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第２グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
第２変換器要素と、 少なくとも１つの接点要素を有する集積回路からなり、集積回路とキャリア部
材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１つの接点要素が第３グルー
プのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている電子デバイスとからなり、 前記第１変換器要素の能動部材と前記集積回路との間、および前記第２変換器
要素の能動部材と前記集積回路との間の電気的接触を得るために、第１グループ
の少なくとも１つの接点要素が前記第３グループの少なくとも１つの接点要素に
電気的に接続されるとともに、第２グループの少なくとも１つの接点要素が前記
第３グループの少なくとも１つの接点要素に電気的に接続されているセンサーシ
ステムに関係している。
材と、 能動部材からなり、該能動部材が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第１グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
第１変換器要素と、 能動部材からなり、該能動要素が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第２グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
第２変換器要素と、 少なくとも１つの接点要素を有する集積回路からなり、集積回路とキャリア部
材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１つの接点要素が第３グルー
プのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている電子デバイスとからなり、 前記第１変換器要素の能動部材と前記集積回路との間、および前記第２変換器
要素の能動部材と前記集積回路との間の電気的接触を得るために、第１グループ
の少なくとも１つの接点要素が前記第３グループの少なくとも１つの接点要素に
電気的に接続されるとともに、第２グループの少なくとも１つの接点要素が前記
第３グループの少なくとも１つの接点要素に電気的に接続されているセンサーシ
ステムに関係している。
【００２４】
第２の局面によるセンサは、指向性（directional）検知圧力変換器のような
指向性検知に適したものであってもよい。
指向性検知に適したものであってもよい。
【００２５】
Ｓｉベースキャリア部材のようなキャリア部材は、複数の接触要素を保持する
第２面をさらに有していてもよい。第２面への電気的接続を得るために、第１と
第２と第３のグループの少なくとも１つの接点要素は、第２面によって保持され
る接点要素の一つに電気的に接続されてもよい。第１面と第２面は、実質的に平
行で互いに対向していてもよい。好ましくは、変換器要素と電子デバイスはＳｉ
ベースである。
第２面をさらに有していてもよい。第２面への電気的接続を得るために、第１と
第２と第３のグループの少なくとも１つの接点要素は、第２面によって保持され
る接点要素の一つに電気的に接続されてもよい。第１面と第２面は、実質的に平
行で互いに対向していてもよい。好ましくは、変換器要素と電子デバイスはＳｉ
ベースである。
【００２６】
キャリア部材はさらに第１と第２の凹部を有していてもよい。第１の凹部は第
１の変換器要素の能動部材と整列し、第２凹部は第２の変換器要素の能動部材と
整列している。第１と第２の凹部はバックチャンバとして作用する。
１の変換器要素の能動部材と整列し、第２凹部は第２の変換器要素の能動部材と
整列している。第１と第２の凹部はバックチャンバとして作用する。
【００２７】
第１と第２の変換器要素の各々は、さらにキャビティを有していてもよい。キ
ャビティの底は、第１と第２の変換器要素の能動部材によって規定されてもよい
。
ャビティの底は、第１と第２の変換器要素の能動部材によって規定されてもよい
。
【００２８】
例えば圧力変化を測定するために、第１と第２の変換器要素の各能動部材は、
コンデンサを有していてもよい。このコンデンサはフレキシブルダイヤフラムと
実質的に剛性のバックプレートとの組み合わせによって形成される。フレキシブ
ルダイヤフラムと実質的に剛性のバックプレートとは、それぞれの変換器要素の
接触要素に電気的に接続されてもよい。
コンデンサを有していてもよい。このコンデンサはフレキシブルダイヤフラムと
実質的に剛性のバックプレートとの組み合わせによって形成される。フレキシブ
ルダイヤフラムと実質的に剛性のバックプレートとは、それぞれの変換器要素の
接触要素に電気的に接続されてもよい。
【００２９】
第１と第２の変換器要素の各々はさらに、変換器要素を保護するためのリッド
を有していてもよい。第１と第２の変換器要素のリッドと能動部材は、それぞれ
のキャビティの上下の境界を規定するように、配置されてもよい。
を有していてもよい。第１と第２の変換器要素のリッドと能動部材は、それぞれ
のキャビティの上下の境界を規定するように、配置されてもよい。
【００３０】
センサーシステムの外面の少なくとも一部は、導電層を保持してもよい。この
導電層は金属層であってもよいし導電ポリマー層であってもよい。接点要素は、
Ｓｎ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰｂのようなはんだ材料からなっていても
よい。
導電層は金属層であってもよいし導電ポリマー層であってもよい。接点要素は、
Ｓｎ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰｂのようなはんだ材料からなっていても
よい。
【００３１】
本発明によるソリッドステートシリコンベースコンデンサマイクロフォンは、
バッチ生産に適している。マイクフォンシステムを形成する異なる要素の組み合
わせは、従来技術に開示された他のシステムに比べてよりフレキシブルである。
本発明は、例えばシステムの一方の側の開口によって、非常によく規定された（
well defined）環境とのインターフェースを提供することができる。この開口
は、埃や、湿気その他の不純物がマイクロフォンの特性を妨害し汚染するのを防
止するフィルムやフィルタによって覆うことができる。マイクロフォンシステム
の異なる要素間の電気的接続は、フリップチップ技術を使用するシリコンキャリ
アを介して経済的かつ容易に達成される。
バッチ生産に適している。マイクフォンシステムを形成する異なる要素の組み合
わせは、従来技術に開示された他のシステムに比べてよりフレキシブルである。
本発明は、例えばシステムの一方の側の開口によって、非常によく規定された（
well defined）環境とのインターフェースを提供することができる。この開口
は、埃や、湿気その他の不純物がマイクロフォンの特性を妨害し汚染するのを防
止するフィルムやフィルタによって覆うことができる。マイクロフォンシステム
の異なる要素間の電気的接続は、フリップチップ技術を使用するシリコンキャリ
アを介して経済的かつ容易に達成される。
【００３２】
本発明は、集積電子回路チップ好ましくはＡＳＩＣを使用し、それらはマイク
ロフォンの変換器要素の設計と製造とは別個に独立して設計し製造されてもよい
。これは、集積電子回路チップを製造する技術とプロセスは変換器要素を製造す
るのに使用されるものと異なり、各製造段階は独立して最適化されるので有利で
ある。さらに、変換器要素とＡＳＩＣのテストはウェハーレベルで達成してもよ
い。
ロフォンの変換器要素の設計と製造とは別個に独立して設計し製造されてもよい
。これは、集積電子回路チップを製造する技術とプロセスは変換器要素を製造す
るのに使用されるものと異なり、各製造段階は独立して最適化されるので有利で
ある。さらに、変換器要素とＡＳＩＣのテストはウェハーレベルで達成してもよ
い。
【００３３】
完全なセンサーシステムは、環境との前述のインターフェースと競合（confli
ct）しないシステムの一方の側に接点を対向させる表面実装技術によって外面に
電気的に接続することができる。これにより、ユーザは全システムの組立に簡単
で有効な表面実装技術を適用することができる。
ct）しないシステムの一方の側に接点を対向させる表面実装技術によって外面に
電気的に接続することができる。これにより、ユーザは全システムの組立に簡単
で有効な表面実装技術を適用することができる。
【００３４】
（発明の実施形態の詳細な説明）
以下、添付図面を参照して本発明をさらに説明する。
【００３５】
センサーシステムの異なる要素を製造するのに使用されるプロセスは、超小型
技術の分野で公知の技術を必要とする。
技術の分野で公知の技術を必要とする。
【００３６】
図１には、１または複数の垂直にエッチングされたフィードスルーホール２０
を含むシリコンキャリア基板２が示されている。シリコンキャリア基板２は、バ
ルク（bulk）結晶シリコンであるが、第１面と第２面にはんだ凸部８，２２をそ
れぞれ有している。電気信号は第１面から第２面にフィードスルーライン２３を
介して搬送される。第１面には、１または複数の変換器要素１が、シリコンキャ
リア基板２にフリップチップ実装されて、第１グループのはんだ凸部８により固
着されている。また第１表面には、集積回路チップ３のような１または複数の電
子デバイスがシリコンキャリア基板２にフリップチップ実装されて、第２グルー
プのはんだ凸部８によって接続され固着されている。はんだ凸部８の材料は典型
的には、Ｓｎ,ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰｂであるが、他の金属も使用す
ることができる。
を含むシリコンキャリア基板２が示されている。シリコンキャリア基板２は、バ
ルク（bulk）結晶シリコンであるが、第１面と第２面にはんだ凸部８，２２をそ
れぞれ有している。電気信号は第１面から第２面にフィードスルーライン２３を
介して搬送される。第１面には、１または複数の変換器要素１が、シリコンキャ
リア基板２にフリップチップ実装されて、第１グループのはんだ凸部８により固
着されている。また第１表面には、集積回路チップ３のような１または複数の電
子デバイスがシリコンキャリア基板２にフリップチップ実装されて、第２グルー
プのはんだ凸部８によって接続され固着されている。はんだ凸部８の材料は典型
的には、Ｓｎ,ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰｂであるが、他の金属も使用す
ることができる。
【００３７】
はんだシールリング９は、変換器要素１に対するシールを提供する。この場合
、フィードスルーライン２３は、変換器要素１からシールリング９の下方を電子
デバイス３まで電気信号を搬送するのに使用される。これは図５に詳細に示され
ている。信号は他の導電性経路によっても電子回路に搬送することができる。
、フィードスルーライン２３は、変換器要素１からシールリング９の下方を電子
デバイス３まで電気信号を搬送するのに使用される。これは図５に詳細に示され
ている。信号は他の導電性経路によっても電子回路に搬送することができる。
【００３８】
電気導電性経路２３はまた例えばエッチングホール２０とその後の金属被覆（
metallization）によってキャリアを貫通して形成されている。エッチングはウ
ェットケミカルエッチングやドライプラズマエッチング技術によって行なうこと
ができる。この経路２３は垂直フィードスルーと称され、変換器１または電子回
路３からキャリアの第２表面に電気信号を搬送するのに使用することができる。
metallization）によってキャリアを貫通して形成されている。エッチングはウ
ェットケミカルエッチングやドライプラズマエッチング技術によって行なうこと
ができる。この経路２３は垂直フィードスルーと称され、変換器１または電子回
路３からキャリアの第２表面に電気信号を搬送するのに使用することができる。
【００３９】
第２表面は例えばＰＣＢまたは他のキャリアに表面実装するためにはんだ凸部
２２を備えている。
２２を備えている。
【００４０】
図２は、図１に示すものと同様のパッケージを示すが、この実施形態では、電
子デバイス３は、１群のはんだ凸部８のほかアンダーフィル（underfill）や接
着剤（glue）２１のような他の手段によって接続され固定されている。さらに、
このパッケージはリッド５によって保護され、該リッドはフリップチップ実装さ
れた変換器要素１または電子デバイス３またはそれらの両方に固定されている。
リッド５は、粒子や湿気に対するマイクロフォンの保護として、例えば音伝播グ
リッドまたはフィルタのような環境への適切に決定された（well−determined）
アクセスを与える開口４を有している。リッドは、打抜き（punching）や射出成
形によりそれぞれ例えば金属やポリマーから別個に形成することができる。
子デバイス３は、１群のはんだ凸部８のほかアンダーフィル（underfill）や接
着剤（glue）２１のような他の手段によって接続され固定されている。さらに、
このパッケージはリッド５によって保護され、該リッドはフリップチップ実装さ
れた変換器要素１または電子デバイス３またはそれらの両方に固定されている。
リッド５は、粒子や湿気に対するマイクロフォンの保護として、例えば音伝播グ
リッドまたはフィルタのような環境への適切に決定された（well−determined）
アクセスを与える開口４を有している。リッドは、打抜き（punching）や射出成
形によりそれぞれ例えば金属やポリマーから別個に形成することができる。
【００４１】
図３または４において、マイクロフォンに適用したシステムが示されている。
これらの実施形態では、変換器要素１はマイクロフォンであり、バックかチャン
バ１１はシリコン基板２にエッチングされている。バックチャンバは、ＫＯＨや
ＴＭＡＨまたはＥＤＰのような反応物を使用するウェットエッチングプロセス、
あるいは反応イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスによりシリコ
ンキャリアにエッチングされる。キャビティ１１はフィードスルーホール２０と
同じ工程でエッチングすることができる。
これらの実施形態では、変換器要素１はマイクロフォンであり、バックかチャン
バ１１はシリコン基板２にエッチングされている。バックチャンバは、ＫＯＨや
ＴＭＡＨまたはＥＤＰのような反応物を使用するウェットエッチングプロセス、
あるいは反応イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスによりシリコ
ンキャリアにエッチングされる。キャビティ１１はフィードスルーホール２０と
同じ工程でエッチングすることができる。
【００４２】
図３と図４の相違は、図４のシステムはＥＭＩシールドを設けるためにフィル
タ５で被覆されていることである。ＥＭＩシールド１６は、シルバーエポキシの
ような導電性ポリマー層、あるいは電気メッキあるいは蒸発（evaporated）され
たＣｕまたはＡｕのような金属層である。さらに、図４に示す集積回路チップ３
およびフィルタ５は、アンダーフィルや接着剤２１のような追加手段により接続
され固着されている。
タ５で被覆されていることである。ＥＭＩシールド１６は、シルバーエポキシの
ような導電性ポリマー層、あるいは電気メッキあるいは蒸発（evaporated）され
たＣｕまたはＡｕのような金属層である。さらに、図４に示す集積回路チップ３
およびフィルタ５は、アンダーフィルや接着剤２１のような追加手段により接続
され固着されている。
【００４３】
マクロフォンの機能は以下の通りである。開口４は音入口として機能し、周囲
音圧は開口４を覆うフィルタ５を介して、マイクロフォンのフロントチャンバと
して機能するキャビティ１０に進入する。音圧はダイヤフラム１２で反射し、こ
れによりダイヤフラム１２とバックプレート１３の間の空気が多孔１９を通して
流出する。
音圧は開口４を覆うフィルタ５を介して、マイクロフォンのフロントチャンバと
して機能するキャビティ１０に進入する。音圧はダイヤフラム１２で反射し、こ
れによりダイヤフラム１２とバックプレート１３の間の空気が多孔１９を通して
流出する。
【００４４】
ダイヤフラムは、異なる方法で設計され製造してももよい。１つの例として、
ダイヤフラムは２つの外層を有する３層構造として設計してもよい。外層はシリ
コン窒化物からなり、これに対し中間層は多結晶シリコンからなる。中間層を形
成する多結晶シリコンはボロン（Ｂ）や燐（Ｐ）のいずれかがドープ（dope）さ
れている。またバックプレートはＢ−やＰ−ドープの多結晶シリコンとシリコン
窒化物からなっている。キャビティ１１はさらにマイクロフォンのバックチャン
バとして機能する。
ダイヤフラムは２つの外層を有する３層構造として設計してもよい。外層はシリ
コン窒化物からなり、これに対し中間層は多結晶シリコンからなる。中間層を形
成する多結晶シリコンはボロン（Ｂ）や燐（Ｐ）のいずれかがドープ（dope）さ
れている。またバックプレートはＢ−やＰ−ドープの多結晶シリコンとシリコン
窒化物からなっている。キャビティ１１はさらにマイクロフォンのバックチャン
バとして機能する。
【００４５】
ダイヤフラム１２が入射音圧に応答して偏向すると、ダイヤフラム１２とバッ
クプレート１３によって形成される電気コンデンサの電気容量は入射音圧に応答
して変化する。集積回路チップ３上の回路は、ダイヤフラム１２とバックプレー
ト１３にはんだ凸部８を介して電気的に接続されている。この回路は、ダイヤフ
ラム１２とバックプレート１３によって形成されるコンデンサの電気容量の変化
を検出するように設計されている。またこの回路は、電源や聴覚器具内の他の電
気回路に電気的に接続するために、はんだ凸部８と垂直フィードスルーライン２
３を介して、はんだ凸部２２に電気的に接続されている。
クプレート１３によって形成される電気コンデンサの電気容量は入射音圧に応答
して変化する。集積回路チップ３上の回路は、ダイヤフラム１２とバックプレー
ト１３にはんだ凸部８を介して電気的に接続されている。この回路は、ダイヤフ
ラム１２とバックプレート１３によって形成されるコンデンサの電気容量の変化
を検出するように設計されている。またこの回路は、電源や聴覚器具内の他の電
気回路に電気的に接続するために、はんだ凸部８と垂直フィードスルーライン２
３を介して、はんだ凸部２２に電気的に接続されている。
【００４６】
ダイヤフラム１２とバックプレート１３によって形成されたコンデンサを動作
させるとき、バックプレート１３を充電するために、バックプレート１３はＤＣ
電源に接続される。変化する音圧に応答してダイヤフラム１２とバックプレート
１３の間の距離の変化により容量が変化すると、印加されたＤＣレベルの上にＡ
Ｃ電圧が重畳される。ＡＣ電圧の大きさは、容量変化に対する大きさ（measure
）であり、またダイヤフラムによって経験する音圧に対する大きさである。
させるとき、バックプレート１３を充電するために、バックプレート１３はＤＣ
電源に接続される。変化する音圧に応答してダイヤフラム１２とバックプレート
１３の間の距離の変化により容量が変化すると、印加されたＤＣレベルの上にＡ
Ｃ電圧が重畳される。ＡＣ電圧の大きさは、容量変化に対する大きさ（measure
）であり、またダイヤフラムによって経験する音圧に対する大きさである。
【００４７】
図５では、横フィードスルーライン２４とシールリング９の拡大が示されてい
る。フィードスルー２４は絶縁層２５によりシールリング９と基板２から電気的
に絶縁される。絶縁層２５は同様に変換器１のはんだ凸部８を基板２から絶縁す
る。電気変換器１のはんだ凸部８と回路チップ３のはんだ凸部８は、フィードス
ルーライン２４を介して電気的に接続される。
る。フィードスルー２４は絶縁層２５によりシールリング９と基板２から電気的
に絶縁される。絶縁層２５は同様に変換器１のはんだ凸部８を基板２から絶縁す
る。電気変換器１のはんだ凸部８と回路チップ３のはんだ凸部８は、フィードス
ルーライン２４を介して電気的に接続される。
【００４８】
図６では、図３のものと類似するマイクロフォンが示されている。しかしなが
ら、開口２４はバックチャンバ１１に導入されている。開口２４は膜偏向を引き
起こし、この膜偏向は膜の圧力勾配を示し、この結果マイクロフォンの指向性感
度を示す。
ら、開口２４はバックチャンバ１１に導入されている。開口２４は膜偏向を引き
起こし、この膜偏向は膜の圧力勾配を示し、この結果マイクロフォンの指向性感
度を示す。
【００４９】
図７では、図３のものと類似するマイクロフォンが示されている。しかしなが
ら、追加の変換器要素が付加され、マイクロフォンが２つの変換器要素を使用す
るようになっており、両者は膜１２とバックプレート１３を含む。両変換器要素
は、はんだ凸部８とシールリング９によってキャリア部材３に接続され、各変換
器要素のための凹部（indentation）１１を有するようになっている。この２つ
の変換器要素により、衝突音響波の位相差を測定し、この結果マイクロフォンの
指向性感度を測定することができる。
ら、追加の変換器要素が付加され、マイクロフォンが２つの変換器要素を使用す
るようになっており、両者は膜１２とバックプレート１３を含む。両変換器要素
は、はんだ凸部８とシールリング９によってキャリア部材３に接続され、各変換
器要素のための凹部（indentation）１１を有するようになっている。この２つ
の変換器要素により、衝突音響波の位相差を測定し、この結果マイクロフォンの
指向性感度を測定することができる。
【００５０】
検出要素の数を（図７に示すように）２から任意の数に増加し、例えば行列に
配列することは、当業者に明らかである。
配列することは、当業者に明らかである。
【図１】 シリコンベースのセンサーシステムを一般的に適用した実例を示
す断面図。
す断面図。
【図２】 リッドを備えたシリコンベースのセンサーシステムを一般的に適
用した実例を示す断面図。
用した実例を示す断面図。
【図３】 シリコンベースのセンサーシステムをマイクロフォンに適用した
実例を示す断面図。
実例を示す断面図。
【図４】 包囲されたマイクロフォンの適用例を示す断面図。
【図５】 横フィードスルーおよびシールリングの拡大図。
【図６】 シリコンベースのセンサーシステムを指向性マイクロフォンに適
用した実例を示す断面図。
用した実例を示す断面図。
【図７】 シリコンベースのセンサーシステムを第２の指向性マイクロフォ
ンに適用した実例を示す断面図。
ンに適用した実例を示す断面図。
１ 変換器要素
２ シリコンキャリア基板
３ 集積回路チップ
９ はんだシールリング
８，２２ はんだ凸部
２３ フィードスルーライン
２０ フィードスルーホール
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 ０９／５７０，４３４
(32)優先日 平成12年５月12日(2000．5．12)
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，
ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ
Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ
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ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ
Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ
，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，
ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ
Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ
，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，
ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 ペーター・ウ・シェール
デンマーク、デーコー−2820ゲントフテ、
フェネヴァンゲン22番
Ｆターム(参考） 5D021 CC20
Claims (30)
- 【請求項１】 第１と第２のグループの接点要素を保持する第１面を有する
キャリア部材と、 能動部材からなり、該能動部材が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第１グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
変換器要素と、 少なくとも１つの接点要素を有する集積回路からなり、集積回路とキャリア部
材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１つの接点要素が第２グルー
プのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている電子デバイスとからなり、 前記変換器要素の能動部材と前記電子デバイスの集積回路との間の電気的接触
を得るために、第１グループの少なくとも１つの接点要素が前記第２グループの
少なくとも１つの接点要素に電気的に接続されているセンサーシステム。 - 【請求項２】 前記キャリア部材がさらに複数の接点要素を保持する第２面
を有し、ここで前記第１と第２のグループの少なくとも１つの接点要素が、第２
面によって保持されている接点要素の１つに電気的に接続されている請求項１に
記載のセンサーシステム。 - 【請求項３】 前記第１面と第２面が実質的に平行で互いに対向している請
求項２に記載のセンサーシステム。 - 【請求項４】 前記キャリア部材がＳｉベースのキャリア部材である請求項
１から３のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項５】 前記キャリア部材がさらに凹部を有し、該凹部が前記変換器
要素の能動部材と整列している請求項１から４のいずれかに記載のセンサーシス
テム。 - 【請求項６】 前記変換器要素がさらにキャビティを有し、前記能動部材が
当該キャビティの底を規定している請求項１から５のいずれかに記載のセンサー
システム。 - 【請求項７】 前記キャリア部材の第２面と前記凹部の間に開口をさらに有
する請求項５に記載のセンサーシステム。 - 【請求項８】 前記変換器要素がＳｉベースである請求項１から７のいずれ
かに記載のセンサーシステム。 - 【請求項９】 前記キャリア部材、前記変換器部材および前記電子デバイス
がＳｉベースである請求項１から８のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項１０】 前記変換器要素の能動部材がコンデンサからなり、該コン
デンサがフレキシブルダイヤフラムと実質的に剛性のあるバックプレートの組み
合わせで形成されている請求項１に記載のセンサーシステム。 - 【請求項１１】 前記変換器要素がさらにリッドを有し、該変換器要素のリ
ッドと能動部材が前記キャビティの上下の境界を規定している請求項６に記載の
センサーシステム。 - 【請求項１２】 前記センサーシステムの外面の少なくとも１部が導電層を
保持している請求項１から１１のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項１３】 前記導電層が金属層からなる請求項１２に記載のセンサー
システム。 - 【請求項１４】 前記導電層が導電性ポリマー層からなる請求項１２に記載
のセンサーシステム。 - 【請求項１５】 前記接点要素が、Ｓｎ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰ
ｂのようなはんだ材料からなる請求項１から１４のいずれかに記載のセンサーシ
ステム。 - 【請求項１６】 前記変換器要素を密封シールするシール手段をさらに有す
る請求項６に記載のセンサーシステム。 - 【請求項１７】 第１と第２と第３のグループの接点要素を保持する第１面
を有するキャリア部材と、 能動部材からなり、該能動部材が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第１グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
第１変換器要素と、 能動部材からなり、該能動要素が少なくとも１つの接点要素に電気的に接続さ
れ、能動部材とキャリア部材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１
つの接点要素が第２グループのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている
第２変換器要素と、 少なくとも１つの接点要素を有する集積回路からなり、集積回路とキャリア部
材の間の電気的接触を得るために、前記少なくとも１つの接点要素が第３グルー
プのキャリア部材の接点要素の１つと整列されている電子デバイスとからなり、 前記第１変換器要素の能動部材と前記集積回路との間、および前記第２変換器
要素の能動部材と前記集積回路との間の電気的接触を得るために、第１グループ
の少なくとも１つの接点要素が前記第３グループの少なくとも１つの接点要素に
電気的に接続されるとともに、第２グループの少なくとも１つの接点要素が前記
第３グループの少なくとも１つの接点要素に電気的に接続されているセンサーシ
ステム。 - 【請求項１８】 前記キャリア部材がさらに複数の接点要素を保持する第２
面を有し、ここで前記第１と第２と第３のグループの少なくとも１つの接点要素
が、第２面によって保持されている接点要素の１つに電気的に接続されている請
求項１７に記載のセンサーシステム。 - 【請求項１９】 前記第１面と第２面が実質的に平行で互いに対向している
請求項１８に記載のセンサーシステム。 - 【請求項２０】 前記キャリア部材がＳｉベースのキャリア部材である請求
項１７から１９のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項２１】 前記キャリア部材がさらに第１と第２の凹部を有し、該第
１の凹部が前記第１の変換器要素の能動部材と整列し、前記第２の凹部が前記第
２の変換器要素の能動部材と整列している請求項１７から２０のいずれかに記載
のセンサーシステム。 - 【請求項２２】 前記第１と第２の変換器要素の各々がさらにキャビティを
有し、該キャビティの底が前記第１と第２の変換器要素の能動部材によって規定
されている請求項１７から２１のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項２３】 前記第１と第２の変換器要素がＳｉベースである請求項１
７から２２のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項２４】 前記キャリア部材、前記第１と第２の変換器部材および前
記電子デバイスがＳｉベースである請求項１７から２３のいずれかに記載のセン
サーシステム。 - 【請求項２５】 前記第１と第２の変換器要素の各々の能動部材がコンデン
サからなり、該コンデンサがフレキシブルダイヤフラムと実質的に剛性のあるバ
ックプレートの組み合わせで形成されている請求項１７から２４のいずれかに記
載のセンサーシステム。 - 【請求項２６】 前記第１と第２の変換器要素がさらにリッドを有し、該第
１と第２の変換器要素のリッドと能動部材が前記それぞれのキャビティの上下の
境界を規定している請求項１７から２５のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項２７】 前記センサーシステムの外面の少なくとも１部が導電層を
保持している請求項１７から２６のいずれかに記載のセンサーシステム。 - 【請求項２８】 前記導電層が金属層からなる請求項２７に記載のセンサー
システム。 - 【請求項２９】 前記導電層が導電性ポリマー層からなる請求項２７に記載
のセンサーシステム。 - 【請求項３０】 前記接点要素が、Ｓｎ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕまたはＳｎＰ
ｂのようなはんだ材料からなる請求項１７から２９のいずれかに記載のセンサー
システム。
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