JP2007060389A - シリコンマイクロホンパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンマイクロホンパッケージにおいて、優れた受音特性を得ることができるキャビティ及び通気穴（リーク穴）を持つと共に安価に作製することができる。
【解決手段】シリコンマイクロホンパッケージ１は、シリコンマイクロホンチップ２が実装される立体回路基板４と、立体回路基板４に設置される第１の封止用蓋５及び第２の封止用蓋６を備える。立体回路基板４は受音用の開口部４ａとビアホール４ｂを有し、第２の封止用蓋６は溝部６ａと溝部６ａが臨む通気用の開口部６ｂを有する。第１の封止用蓋５は、シリコンマイクロホンチップ２を覆って設置され、第１の封止用蓋５と立体回路基板４に囲まれた空間がキャビティ７となる。第２の封止用蓋６は、通気用の開口部６ｂを受音用の開口部４ａに合せ、かつ、溝部６ａをビアホール４ｂに合せて設置され、ビアホール４ｂ、溝部６ａ、及び通気用の開口部６ｂがキャビティ７の通気穴８となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、携帯電話、補聴器、車載用の音響センサ、超音波センサの受波装置などに用いられるシリコンマイクロホンパッケージに関するものである。

従来から、コンデンサマイクロホンにエレクトレットコンデンサマイクロホンを用いたエレクトレットコンデンサマイクロホンパッケージがある。このエレクトレットコンデンサマイクロホンパッケージは、部品点数が多く、また、樹脂材料やプリント基板などの存在のために、全体を小型軽量薄型化するのが困難である。さらに、コンデンサ部の振動板と振動板リングは接着剤で貼り合わせているために、高い信頼性が要求される車載用の音響センサには不向きとされている。

そこで、コンデンサマイクロホンに耐環境性の良いシリコンマイクロホンチップを用いたシリコンマイクロホンパッケージが注目されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のシリコンマイクロホンパッケージでは、印刷回路基板に穴をあけて、その穴をキャビティとしている。つまり、印刷回路基板に穴をあけて、印刷回路基板自体にキャビティを形成している。
特表２００４−５３７１８２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載のシリコンマイクロホンパッケージにおいては、キャビティとするための穴を印刷回路基板に形成するのが困難である。また、シリコンマイクロホンパッケージの受音特性を向上するには、キャビティを大きくすると共に、キャビティと外部空間とを連通する通気穴（外部空間とキャビティ内の外圧／内圧差を調整するためのリーク穴）を設けるのが良く、通気穴はキャビティの大きさに対して十分に細くするのが望ましい。

ところが、上述した特許文献１に記載のシリコンマイクロホンパッケージのように印刷回路基板に形成した穴をキャビティとするのでは、キャビティを大きくすることが困難であると共に、キャビティの大きさに対して十分に細い通気穴を形成するのも困難であるため、優れた受音特性を得ることができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、優れた受音特性を得ることができるキャビティ及び通気穴（リーク穴）を持つと共に安価に作製することができるシリコンマイクロホンパッケージを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、シリコンマイクロホンチップを立体回路基板に実装したシリコンマイクロホンチップパッケージにおいて、受音用の開口部を持ち、該開口部上にシリコンマイクロホンチップを実装した立体回路基板と、立体回路基板上にシリコンマイクロホンチップを覆ってキャビティを形成するように設置される第１の封止用蓋と、立体回路基板下に設置され、裏面に、キャビティを外部空間と連通するための通気穴を形成するための溝部と、この溝部が臨み外部空間に開口する通気用の開口部とが設けられた第２の封止用蓋とを備え、立体回路基板には、通気穴となるビアホールが設けられ、第２の封止用蓋は、通気用の開口部が受音用の開口部と合わさり、かつ、溝部がビアホールに合わさるように設置されるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージにおいて、第２の封止用蓋は、キャップ形状であり、立体回路基板全体を覆うように設けられ、シールド性を持たせたものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージにおいて、立体回路基板には、端子用のパッドが形成され、このパッドと第１の封止用蓋とが略同一平面となるように該蓋設置用の段差を設けたものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージにおいて、立体回路基板の回路形状を受音用の開口部と同じ側に引き出すことにより、受音用の開口部とシリコンマイクロホンチップの端子の面方向とが同一面側となるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージにおいて、立体回路基板の回路形状を受音用の開口部と反対側に引き出すことにより、受音用の開口部とシリコンマイクロホンチップの端子の面方向とが互いに反対面側となるようにしたものである。

請求項１の発明によれば、第１の封止用蓋を立体回路基板上に設置することにより、第１の封止用蓋と立体回路基板に包囲された空間がキャビティとなるため、大きいキャビティを容易に形成することができる。また、第２の封止用蓋を立体回路基板下に設置することにより、立体回路基板のビアホール、第２の封止用蓋の溝部、及び第２の封止用蓋の通気用の開口部がキャビティと外部空間とを連通する通気穴（リーク穴）となるため、キャビティの大きさに対して十分に細い通気穴を容易に形成することができる。従って、優れた受音特性を得るためのキャビティ及び通気穴を容易に形成することができ、優れた受音特性を発揮できるシリコンマイクロホンパッケージを安価に作製することができる。

請求項２の発明によれば、第２の封止用蓋が電磁ノイズをシールドする役割を果たす。

請求項３の発明によれば、立体回路基板に設置された第１の封止用蓋は端子用のパッドよりも突出しないため、シリコンマイクロホンパッケージを実装基板に実装するときに第１の封止用蓋が障害にならず、シリコンマイクロホンパッケージを実装基板に容易に実装することができる。

請求項４の発明によれば、シリコンマイクロホンチップの端子の面方向と同一面側から音響信号（空気中を伝播する音）を受音することができる。

請求項５の発明によれば、シリコンマイクロホンチップの端子の面方向と反対面側から音響信号を受音することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態によるシリコンマイクロホンパッケージについて図面を参照して説明する。図１は、シリコンマイクロホンパッケージの構成を、図２は、シリコンマイクロホンパッケージの立体回路基板の構成を、図３は、シリコンマイクロホンパッケージの第１の封止用蓋の構成を、図４は、シリコンマイクロホンパッケージの第２の封止用蓋の構成をそれぞれ示す。シリコンマイクロホンパッケージ１は、例えば、携帯電話、補聴器、車載用の音響センサ、超音波センサの受波装置などに用いられ、音響信号（空気中を伝播する音）を電気信号に変換出力する装置である。

シリコンマイクロホンパッケージ１は、音響信号を静電容量の変化として検出するシリコンマイクロホンチップ２と、シリコンマイクロホンチップ２により検出された音響信号を電気信号に変換出力する電界効果トランジスタ３と、シリコンマイクロホンチップ２及び電界効果トランジスタ３が実装される立体回路基板４と、立体回路基板４に設置される第１の封止用蓋５及び第２の封止用蓋６とを備えている。

このシリコンマイクロホンパッケージ１は、立体回路基板４及び第１の封止用蓋５に包囲された空間によってキャビティ７が形成されており、また、キャビティ７を外部空間と連通するための通気穴（リーク穴）８が形成されている。これらキャビティ７及び通気穴８は、音響信号の受音特性を向上するためのものであり、優れた受音特性を得るには、キャビティ７を大きくし、また、通気穴８をキャビティ７の大きさに対して十分に細くするのが望ましい。シリコンマイクロホンパッケージ１は、実装基板９に実装されて用いられる。

シリコンマイクロホンチップ２は、半導体製造技術を利用してシリコンを加工することにより作製されたものであり、基台部２１と、振動膜２２と、スペーサ２３と、固定膜２４とを有している。基台部２１には、受音穴２ａが形成されており、振動膜２２は、受音穴２ａに臨む位置に設けられている。固定膜２４は、スペーサ２３を介して振動膜２２と重なるように設けられており、振動膜２２と固定膜２４との間には、間隙が設けられている。基台部２１及びスペーサ２３は絶縁性を有しており、振動膜２２及び固定膜２４は導電性を有している。シリコンマイクロホンチップ２は、振動膜２２及び固定膜２４の静電容量の変化により音響信号を検出する。電界効果トランジスタ３は、シリコンマイクロホンチップ２の振動膜２２及び固定膜２４の静電容量の変化、すなわちシリコンマイクロホンチップ２により検出された音響信号を電気信号に変換出力する。

立体回路基板４は、図２に示されるように、セラミック回路基板の積層により形成されたものであり、略矩形の底壁４１と、底壁４１から連続すると共に底壁４１の外周方向に連続する周側壁４２とを有し、略矩形の箱状をしている。底壁４１及び周側壁４２は、絶縁性の材料により形成されている。底壁４１（すなわち立体回路基板４）には、音響信号を導入するための受音用の開口部４ａと、通気穴８を形成するためのビアホール４ｂとが設けられており、周側壁４２の上端縁には、第１の封止用蓋５を設置するための蓋設置用の段差４ｃが設けられている。

また、立体回路基板４は、シリコンマイクロホンチップ２及び電界効果トランジスタ３を電気的に接続する実装用配線４３と、第１の封止用蓋５に電磁ノイズのシールド性を持たせるために第１の封止用蓋５を電気的に接続するシールド用配線４４と、実装基板９上の回路９１と電気的に接続される端子用パッド４５ａ、４５ｂと、実装用配線４３及びシールド用配線４４と端子用パッド４５ａ、４５ｂとを電気的に接続する通電回路配線４６とを備えている。

実装用配線４３は、底壁４１の表面に設けられており、シールド用配線４４は、蓋設置用の段差４ｃの表面に設けられている。端子用パッド４５ａ、４５ｂは、立体回路基板４の回路形状を受音用の開口部４ａと反対側に引き出して、周側壁４２の上端縁（受音用の開口部４ａと反対側）に設けられている。つまり、受音用の開口部４ａと端子用パッド４５ａ、４５ｂの面方向とが互いに反対面側となっている。上記蓋設置用の段差４ｃは、第１の封止用蓋５を設置したときに、第１の封止用蓋５が端子用パッド４５ａ、４５ｂよりも突出することがなく、第１の封止用蓋５と端子用パッド４５ａ、４５ｂとが略同一平面となるように設けられている。通電回路配線４６は、底壁４１及び周側壁４２内に設けられている。シールド用配線４４及び端子用パッド４５ｂはグランド接続用である。

上記シリコンマイクロホンチップ２は、受音穴２ａを立体回路基板４の底壁４１側にして、受音穴２ａが立体回路基板４の受音用の開口部４ａに合わさるように、受音用の開口部４ａ上に設置され、シリコン系ダイボンド剤２８により立体回路基板４に接合され、ワイヤ２９ａ、２９ｂによりワイヤボンディング実装される。また、上記電界効果トランジスタ３は、導電性接着剤又は半田（不図示）により立体回路基板４に接合される。なお、電界効果トランジスタ３の接合位置は、ビアホール４ｂを塞がないように、平面視で見てビアホールからずれている。

第１の封止用蓋５は、図３に示されるように、導電性材料により形成されており、略矩形の平板状をしている。第１の封止用蓋５は、立体回路基板４の蓋設置用の段差４ｃ上に設置されて、シリコンマイクロホンチップ２、電界効果トランジスタ３、及び立体回路基板４のビアホール４ｂを覆う。このように第１の封止用蓋５を立体回路基板４に設置することにより、第１の封止用蓋５及び立体回路基板４によって、シリコンマイクロホンチップ２の受音穴２ａと反対側の領域が外部空間から遮蔽される。つまり、第１の封止用蓋５及び立体回路基板４によってキャビティ７が形成され、第１の封止用蓋５及び立体回路基板４により囲まれた空間がキャビティ７となる。

また、第１の封止用蓋５は、立体回路基板４の蓋設置用の段差４ｃの表面に形成されているシールド用配線４４と導電性接着剤又は半田（不図示）により電気的に接続され、これにより、第１の封止用蓋５が電磁ノイズをシールドする役割を果たす。また、第１の封止用蓋５の周縁（外周全周）と立体回路基板４は、封止樹脂５９により封止され、これにより、キャビティ７の遮蔽性が高められる。なお、第１の封止用蓋５と立体回路基板４は、封止樹脂５９に代えて、第１の封止用蓋５を立体回路基板４のシールド用配線４４と導電性接着剤又は半田により電気的に接続する工程において、それら導電性接着剤又は半田によって封止してもよい。第１の封止用蓋５を蓋設置用の段差４ｃに設置した状態では、第１の封止用蓋５は、端子用パッド４５ａ、４５ｂよりも突出せず、端子用パッド４５ａ、４５ｂと略同一平面となる。

第２の封止用蓋６は、図４に示されるように、導電性材料により形成されており、略矩形の平板状をしている。第２の封止用蓋６の裏面には、通気穴８を形成するための通気用の溝部６ａと、この溝部６ａが臨み外部空間に開口する通気用の開口部６ｂとが設けられている。

第２の封止用蓋６は、溝部６ａが立体回路基板４のビアホール４ｂに合わさり、かつ、通気用の開口部６ｂが立体回路基板４の受音用の開口部４ａと合わさるように、立体回路基板４に設置される。このように第２の封止用蓋６を立体回路基板４に設置することにより、立体回路基板４のビアホール４ｂ、第２の封止用蓋６の溝部６ａ、及び第２の封止用蓋６の通気用の開口部６ｂによって、キャビティ７と外部空間とを連通するリーク経路（図１の矢印Ａで示す経路）が形成される。つまり、立体回路基板４のビアホール４ｂ、第２の封止用蓋６の溝部６ａ、及び第２の封止用蓋６の通気用の開口部６ｂによって、キャビティ７と外部空間とを連通する通気穴（リーク穴）８が形成される。なお、第２の封止用蓋６は、封止樹脂６９により立体回路基板４に固定される。

音響信号（音）は、実装基板９と反対側から導入され、図１の矢印Ｂ方向に、第２の封止用蓋６の通気用の開口部６ｂ、立体回路基板４の受音用の開口部４ａ、及びシリコンマイクロホンチップ２の受音穴２ａを経由して、シリコンマイクロホンチップ２の振動膜２２に与えられる。振動膜２２に音響信号が与えられると、その音響信号によって振動膜２２が振動して振動膜２２及び固定膜２４の静電容量が変化し、これによって、シリコンマイクロホンパッケージ１は音響信号を検出する。

上記のように構成されたシリコンマイクロホンパッケージ１においては、第１の封止用蓋５を立体回路基板４に設置することにより、第１の封止用蓋５及び立体回路基板４により囲まれた空間がキャビティ７となるため、大きいキャビティ７を容易に形成することができる。また、第２の封止用蓋６を立体回路基板４に設置することにより、立体回路基板４のビアホール４ｂ、第２の封止用蓋６の溝部６ａ、及び第２の封止用蓋６の通気用の開口部６ｂがキャビティ７と外部空間とを連通する通気穴（リーク穴）８となるため、キャビティ７の大きさに対して十分に細い通気穴８を容易に形成することができる。従って、優れた受音特性を得るためのキャビティ７及び通気穴８を容易に形成することができ、優れた受音特性を発揮できるシリコンマイクロホンパッケージ１を安価に作製することができる。

また、立体回路基板４に蓋設置用の段差４ｃを設けて、第１の封止用蓋５を蓋設置用の段差４ｃに設置することにより、第１の封止用蓋５が端子用パッド４５ａ、４５ｂと略同一平面になり端子用パッド４５ａ、４５ｂよりも突出しないため、シリコンマイクロホンパッケージ１を実装基板９に実装するときに第１の封止用蓋５が障害にならず、シリコンマイクロホンパッケージ１を実装基板９に容易に実装することができる。また、端子用パッド４５ａ、４５ｂを受音用の開口部４ａと反対側に設けているため、端子用パッド４５ａ、４５ｂの面方向と反対面側（実装基板９と反対側）から音響信号を受音することができる。

図５は、シリコンマイクロホンパッケージ１の別の構成例を示す。このシリコンマイクロホンパッケージ１では、第２の封止用蓋６は、キャップ形状であり、立体回路基板４全体を覆うように設けられて、電磁ノイズのシールド性を持たせている。シリコンマイクロホンパッケージ１の他の構成については、上記図１乃至図４の構成と同様である。

このように構成されたシリコンマイクロホンパッケージ１においては、第１の封止用蓋５に加え、第２の封止用蓋６が立体回路基板４全体を覆って電磁ノイズをシールドする役割を果たすため、電磁ノイズのシールド性を高めることができる。

図６は、シリコンマイクロホンパッケージ１のさらに別の構成例を示す。このシリコンマイクロホンパッケージ１では、端子用パッド４５ａ、４５ｂは、立体回路基板４の回路形状を受音用の開口部４ａと同じ側に引き出して、周側壁４２の下端縁（受音用の開口部４ａと同じ側）に設けられている。つまり、受音用の開口部４ａと端子用パッド４５ａ、４５ｂの面方向とが同一面側となっている。

また、このシリコンマイクロホンパッケージ１では、蓋設置用の段差４ｃは、立体回路基板４の周側壁４２の下端縁に設けられており、蓋設置用の段差４ｃには、第２の封止用蓋６が設置される。第２の封止用蓋６を蓋設置用の段差４ｃに設置した状態では、第２の封止用蓋６は、端子用パッド４５ａ、４５ｂよりも突出せず、端子用パッド４５ａ、４５ｂと略同一平面となる。

音響信号は、実装基板９側から導入され、図６の矢印Ｂ方向に、実装基板９の受音用スペース９ａ、第２の封止用蓋６の通気用の開口部６ｂ、立体回路基板４の受音用の開口部４ａ、及びシリコンマイクロホンチップ２の受音穴２ａを経由して、シリコンマイクロホンチップ２の振動膜２２に与えられる。シリコンマイクロホンパッケージ１の他の構成については、上記図１乃至図４の構成と同様である。

このように構成されたシリコンマイクロホンパッケージ１においては、端子用パッド４５ａ、４５ｂを受音用の開口部４ａと同じ側に設けているため、端子用パッド４５ａ、４５ｂの面方向と同一面側（実装基板９側）から音響信号を受音することができる。また、立体回路基板４に蓋設置用の段差４ｃを設けて、第２の封止用蓋６を蓋設置用の段差４ｃに設置することにより、第２の封止用蓋６が端子用パッド４５ａ、４５ｂと略同一平面になり端子用パッド４５ａ、４５ｂよりも突出しないため、シリコンマイクロホンパッケージ１を実装基板９に実装するときに第２の封止用蓋６が障害にならず、シリコンマイクロホンパッケージ１を実装基板９に容易に実装することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、立体回路基板４は、セラミック回路基板の積層により形成したものに代えて、樹脂の射出成形品上に３次元形状で回路を形成したものであってもよい。電界効果トランジスタ３は、キャビティ７の外部に配置して、実装基板９に実装してもよい。シリコンマイクロホンチップ２は、シリコン系ダイボンド剤２８による接合、及びワイヤ２９ａ、２９ｂによるワイヤボンディング実装に代えて、フリップチップ実装してもよい。

本発明の一実施形態に係るシリコンマイクロホンパッケージの側断面図。 同シリコンマイクロホンパッケージの立体回路基板の平面図。 同シリコンマイクロホンパッケージの第１の封止用蓋の平面図。 同シリコンマイクロホンパッケージの第２の封止用蓋の平面図。 同シリコンマイクロホンパッケージの別の構成の側断面図。 同シリコンマイクロホンパッケージのさらに別の構成の側断面図。

符号の説明

１ シリコンマイクロホンパッケージ
２ シリコンマイクロホンチップ
２ａ 受音穴
３ 電界効果トランジスタ
４ 立体回路基板
４ａ 受音用の開口部
４ｂ ビアホール
４ｃ 蓋設置用の段差
５ 第１の封止用蓋
６ 第２の封止用蓋
６ａ 通気用の溝部
６ｂ 通気用の開口部
７ キャビティ
８ 通気穴
９ 実装基板
４５ａ、４５ｂ 端子用パッド

Claims (5)

1. シリコンマイクロホンチップを立体回路基板に実装したシリコンマイクロホンチップパッケージにおいて、
   受音用の開口部を持ち、該開口部上にシリコンマイクロホンチップを実装した立体回路基板と、
   前記立体回路基板上に前記シリコンマイクロホンチップを覆ってキャビティを形成するように設置される第１の封止用蓋と、
   前記立体回路基板下に設置され、裏面に、前記キャビティを外部空間と連通するための通気穴を形成するための溝部と、この溝部が臨み外部空間に開口する通気用の開口部とが設けられた第２の封止用蓋とを備え、
   前記立体回路基板には、前記通気穴となるビアホールが設けられ、
   前記第２の封止用蓋は、前記通気用の開口部が前記受音用の開口部と合わさり、かつ、前記溝部が前記ビアホールに合わさるように設置されることを特徴とするシリコンマイクロホンパッケージ。
2. 前記第２の封止用蓋は、キャップ形状であり、前記立体回路基板全体を覆うように設けられ、シールド性を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージ。
3. 前記立体回路基板には、端子用のパッドが形成され、このパッドと前記第１の封止用蓋とが略同一平面となるように該蓋設置用の段差を設けたことを特徴とする請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージ。
4. 前記立体回路基板の回路形状を前記受音用の開口部と同じ側に引き出すことにより、前記受音用の開口部と前記シリコンマイクロホンチップの端子の面方向とが同一面側となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージ。
5. 前記立体回路基板の回路形状を前記受音用の開口部と反対側に引き出すことにより、前記受音用の開口部と前記シリコンマイクロホンチップの端子の面方向とが互いに反対面側となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシリコンマイクロホンパッケージ。

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