JP2008109649A

JP2008109649A - マイクロフォンパッケージ

Info

Publication number: JP2008109649A
Application number: JP2007252519A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Sato; 明善佐藤; Shingo Sakakibara; 慎吾榊原
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】ハウジング内の空洞部にマイクロフォンチップを設けたマイクロフォンパッケージにおいて、空洞部を外方に連通させる音響孔の大きさを小さくしても音質の向上を容易に図ることができるようにする。
【解決手段】中空の空洞部Ｓ１及び該空洞部Ｓ１を外方に連通させる音響孔３ａを有するハウジング３と、前記空洞部Ｓ１内の搭載面９ａに搭載されて音響を検出するマイクロフォンチップ５とを備え、前記音響孔３ａが、前記搭載面９ａに対向する前記ハウジング３の内面１１ａに開口し、前記空洞部Ｓ１内に、前記マイクロフォンチップ５の周囲及び前記搭載面９ａを封止する樹脂封止部３１が形成されていることを特徴とするマイクロフォンパッケージ１を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロフォンパッケージに関する。

従来、マイクロフォンパッケージは、例えば特許文献１のように、中空の空洞部を形成したハウジング内の搭載面に、音響を検出するマイクロフォンチップやこれを制御するＬＳＩチップを搭載して構成されている。また、ハウジングには空洞部を外方に連通させる音響孔が形成されている。
この種のマイクロフォンパッケージにおいては、音響孔を介して空洞部内に塵埃が侵入したり、光が入り込んでマイクロフォンチップに到達すると、誤作動が生じたりマイク特性に変化が生じることがあるため、音響孔の大きさは小さくすることが好ましい。
特表２００４−５３７１８２号公報

ところで、中空の空洞部及び音響孔を有するハウジングでは、音響孔の周辺においてヘルムホルツの共鳴が発生するが、この音響孔の大きさを小さくすると、上記共鳴に基づくハウジングの共振周波数が可聴領域内の周波数まで下がってしまう虞があり、マイクロフォンチップにおいて検出する音響の質が低下するという問題がある。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、音響孔の大きさを小さくしても音質の向上を容易に図ることができるマイクロフォンパッケージを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、中空の空洞部及び該空洞部を外方に連通させる音響孔を有するハウジングと、前記空洞部内の搭載面に搭載されて音響を検出するマイクロフォンチップとを備え、前記音響孔が、前記搭載面に対向する前記ハウジングの内面に開口し、前記空洞部内に、前記マイクロフォンチップの周囲及び前記搭載面を封止する樹脂封止部が形成されていることを特徴とするマイクロフォンパッケージを提案している。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマイクロフォンパッケージにおいて、前記樹脂封止部の容積が、前記マイクロフォンチップの容積を除いた前記空洞部の容積の半分以上であり、かつ、該空洞部の容積よりも小さいことを特徴とするマイクロフォンパッケージを提案している。

これらの発明に係るマイクロフォンパッケージによれば、空洞部内に樹脂封止部を形成しておくことで、空洞部のうち実際の空洞部分となる実効空洞部の容積を容易に小さくすることができる。そして、ハウジングの共振周波数は、実効空洞部の容積が小さい程高くなるため、樹脂封止部の容積を調整するだけで、上記共振周波数を容易に可聴領域の周波数よりも高い周波数に引き上げることが可能となる。
特に、樹脂封止部の容積が、マイクロフォンチップの容積を除いた空洞部の容積の半分以上であれば、上記共振周波数を確実に可聴領域の周波数よりも高い周波数とすることができる。なお、マイクロフォンチップの容積を除く空洞部の容積よりも樹脂封止部の容積を小さくすることは、外方から音響孔に到達した音響が、実効空洞部を介してマイクロフォンチップまで到達できるようにするためである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のマイクロフォンパッケージにおいて、前記マイクロフォンチップが、支持部の内孔を覆うようにダイヤフラムを設けて構成されると共に、前記ダイヤフラムを前記搭載面に対向させるように搭載され、前記樹脂封止部が、シリコン系樹脂によって形成されていることを特徴とするマイクロフォンパッケージを提案している。

この発明に係るマイクロフォンパッケージによれば、樹脂封止部を弾性率が低く応力の小さいシリコン系樹脂により形成することで、ハウジングと樹脂封止部との熱膨張係数差に基づいて樹脂封止部が膨張収縮する際に、樹脂封止部が容易に弾性変形できるため、上述の膨張収縮がマイクロフォンチップに伝達されてダイヤフラムが変形することを防止できる。

請求項１に係る発明によれば、空洞部内に樹脂封止部を形成しておき、その占有容積を調整するだけで、ハウジングの共振周波数を容易に可聴領域の周波数よりも高い周波数に引き上げることができるため、音響孔の大きさを小さく形成したとしても、マイクロフォンパッケージにおける音質向上を容易に図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、ハウジングの共振周波数を確実に可聴領域の周波数よりも高い周波数とすることができる。

請求項３に係る発明によれば、樹脂封止部を弾性変形しやすいシリコン系樹脂により形成することで、ハウジングと樹脂封止部との熱膨張係数差に基づく樹脂封止部の膨張収縮がマイクロフォンチップに伝達されてダイヤフラムが変形することを防止できるため、マイクロフォンチップのマイク特性が変化することを防止できる。

以下、図１を参照して本発明の一実施形態に係るマイクロフォンパッケージについて説明する。図１に示すように、この実施形態に係るマイクロフォンパッケージ１は、中空の空洞部Ｓ１及び空洞部Ｓ１を外方に連通させる音響孔３ａを有するハウジング３と、空洞部Ｓ１内に配されたマイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７とを備えている。

ハウジング３は、略板状に形成されてマイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７を搭載する搭載面９ａを有する回路基板９と、回路基板９の搭載面９ａから厚さ方向に離間して配置される略板状の天板部材１１と、これら回路基板９の搭載面９ａ及び搭載面９ａに対向する天板部材１１の対向面１１ａの周縁に固定される略環状の側壁部材１３とから構成されている。
ここで、回路基板９は、その内部に電気的な配線部（不図示）を設けた所謂多層配線基板からなり、搭載面９ａに露出する上記配線部がワイヤー（不図示）等によりＬＳＩチップ７と電気接続されるようになっている。また、音響孔３ａは、天板部材１１の厚さ方向に貫通して形成されており、天板部材１１の対向面（内面）１１ａに開口している。

マイクロフォンチップ５は、シリコンからなり、環状の支持部２１の内孔２１ａを覆うようにダイヤフラム２３を設けて構成されている。ダイヤフラム２３は音響を振動により検出するものであり、マイクロフォンチップ５はこの振動を電気信号に変換する所謂音圧センサチップを構成している。このマイクロフォンチップ５は、ダイヤフラム２３が内孔２１ａを介して回路基板９の搭載面９ａに対向するように、不図示のダイボンド材によって回路基板９の搭載面９ａに固定されている。

ＬＳＩチップ７は、マイクロフォンチップ５を駆動制御する役割を果たしており、例えばマイクロフォンチップ５からの電気信号を増幅するための増幅回路を含んで構成されている。このＬＳＩチップ７は、マイクロフォンチップ５と同様に、不図示のダイボンド材によって回路基板９の搭載面９ａに固定されている。
そして、このＬＳＩチップ７の上面７ａに形成された一の電極パッド７ｂは、ワイヤー２５によってマイクロフォンチップ５の上面５ａに形成された電極パッド５ｂと電気接続されている。また、ＬＳＩチップ７は、上述したように回路基板９と電気接続されているため、回路基板９とマイクロフォンチップ５とがこのＬＳＩチップ７を介して電気接続されることになる。

また、このマイクロフォンパッケージ１は、ハウジング３の空洞部Ｓ１内に、回路基板９の搭載面９ａ、マイクロフォンチップ５の支持部２１の周囲、ＬＳＩチップ７の全体及びワイヤー２５の一部を封止する樹脂封止部３１を形成して構成されている。
樹脂封止部３１は、弾性率が低く応力の小さいシリコン系樹脂によって形成されており、マイクロフォンチップ５の上面５ａを覆わない程度で、搭載面９ａからマイクロフォンチップ５と略同等の高さ位置まで満たされている。したがって、この実施形態において、ハウジング３の空洞部Ｓ１のうち実質的に空洞部分となる実効空洞部Ｓｒは、マイクロフォンチップ５の上面５ａや樹脂封止部３１の上面と、天板部材１１の対向面１１ａとの間の空間であり、この実効空洞部Ｓｒに音響孔３ａ及びダイヤフラム２３が露出している。
すなわち、樹脂封止部３１の容積は、マイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７の合計容積を除いた空洞部Ｓ１の容積よりも小さくなっている。

次に、上記構成のマイクロフォンパッケージ１の製造方法について、以下に述べる。
このマイクロフォンパッケージ１を製造する際には、はじめに、回路基板９の搭載面９ａの周縁に略環状の側壁部材１３を固定しておく（側壁部形成工程）と共に、回路基板９の搭載面９ａにマイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７を搭載する（搭載工程）。次いで、ワイヤーボンディングを施してマイクロフォンチップ５とＬＳＩチップ７とをワイヤー２５により電気接続し、さらにＬＳＩチップ７と回路基板９とを電気接続する（電気接続工程）。なお、側壁部形成工程は、搭載工程や電気接続工程の後に行われるとしても構わない。

その後、溶融した樹脂（ポッティング材）を回路基板９の搭載面９ａ上に流し込み、回路基板９の搭載面９ａ、マイクロフォンチップ５の支持部２１の周囲、ＬＳＩチップ７の全体及びワイヤー２５の一部を封止する樹脂封止部３１を形成する（封止工程）。
この封止工程において使用するポッティング材はシリコン系樹脂からなるが、その粘度は適度な大きさとしておくことが望ましい。これは、ポッティング材の粘度が大きすぎるとポッティング材が搭載面９ａの全体にわたって広がりにくくなり、粘度が小さすぎるとポッティング材がワイヤー２５を伝ってマイクロフォンチップ５の上面５ａに流れ込むためである。なお、具体的な適正粘度（動粘度）Ｖｐの範囲は６．０Ｐａ・ｓ＜Ｖｐ＜３０Ｐａ・ｓであり、この粘度はシリコン系樹脂に溶媒を加える等して重合度を大きくするように調整すればよい。
最後に、側壁部材１３の先端部分に天板部材１１を固定する（天板部形成工程）ことで、マイクロフォンパッケージ１の製造が完了する。

以上のように構成されたマイクロフォンパッケージ１において、ヘルムホルツの共鳴に基づくハウジング３の共振周波数を測定した結果の一例を表１に示す。なお、この測定においては、音響孔３ａの直径寸法が０．７６ｍｍ、天板部材１１の厚さ寸法が０．１ｍｍとなっている。また、空洞部Ｓ１全体の容積が６．５ｍｍ^３、マイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７の合計容積が２．０ｍｍ^３となっている。

なお、表１に記載の実効容積は、ハウジング３の空洞部Ｓ１のうち実際に空洞部分となる容積を示している。すなわち、樹脂封止部３１を形成した場合の実効容積は、図１に示す実効空洞部Ｓｒの容積に相当している。
上記測定結果によれば、樹脂封止部３１を空洞部Ｓ１内に形成してハウジング３内の実効容積を小さくすることで、ハウジング３の共振周波数が高くなることが分かる。また、一般に可聴領域の周波数の上限は２０ｋＨｚと呼ばれているが、表１に示すように、樹脂封止部３１の容積を１．３ｍｍ^３とすることで、共振周波数が可聴領域の周波数の上限よりも高くなることが分かる。

さらに、表１の樹脂封止部３１の容積２．５ｍｍ^３，３．５ｍｍ^３，４ｍｍ^３に対応する共振周波数の値からもわかるように、ハウジング３内の実効容積が小さくなるにつれ、共振周波数も高くなることがわかる。したがって、樹脂封止部３１の容積が１．３ｍｍ^３以上であると、共振周波数が可聴領域の周波数の上限を超えることが分かる。

本測定結果より、樹脂封止部３１の容積は、マイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７の合計容積を除いた空洞部Ｓ１の容積（４．５ｍｍ^３）の半分以上とすることが好ましい。これにより、確実に共振周波数を可聴領域の周波数よりも高い周波数とすることが可能となる。

なお、ここでは可聴領域の周波数の上限を２０ｋＨｚとして測定結果を説明したが、可聴領域の周波数の上限はマイクロフォンパッケージ１を搭載する各種機器の仕様等に応じて変化するため、ハウジング３の共振周波数が各種機器の仕様等に応じた可聴領域の周波数の上限よりも高くなるように、樹脂封止部３１の容積を適宜調整すればよい。

上記マイクロフォンパッケージ１によれば、空洞部Ｓ１内に樹脂封止部３１を形成することで、空洞部Ｓ１のうち実際の空洞部分となる実効空洞部Ｓｒの容積を容易に小さくすることができる。そして、ハウジング３の共振周波数は、実効空洞部Ｓｒの容積が小さい程高くなるため、樹脂封止部３１の容積を調整するだけで、上記共振周波数を容易に可聴領域の周波数よりも高い周波数に引き上げることが可能となる。したがって、音響孔３ａの大きさを小さく形成したとしても、マイクロフォンパッケージ１における音質向上を容易に図ることができる。

この時、本実施形態のマイクロフォンパッケージ１においては、各種機器の仕様等に応じて、封止工程においてポッティング材の充填量を調整するだけで、音響孔３ａの大きさを変更することなく、共振周波数を容易に設定することができる。したがって、マイクロフォンパッケージ１の音質向上を図った上で、製造効率を向上させることができるとともに、設計の自由度を向上させることができる。

そして、樹脂封止部３１の容積が、マイクロフォンチップ５及びＬＳＩチップ７の合計容積を除いた空洞部Ｓ１の容積の半分以上であれば、上記共振周波数を確実に可聴領域の周波数よりも高い周波数とすることができる。

また、樹脂封止部３１を弾性変形しやすいシリコン系樹脂により形成することで、ハウジング３と樹脂封止部３１との熱膨張係数差に基づいて樹脂封止部３１が膨張収縮する際に、樹脂封止部３１が容易に弾性変形できるため、上述の膨張収縮がマイクロフォンチップ５に伝達されてダイヤフラム３２が変形することを防止できる。したがって、上記膨張収縮に基づくマイクロフォンチップ５のマイク特性が変化することを防止できる。

なお、上記実施形態において、ハウジング３は、回路基板９、天板部材１１及び側壁部材１３の３つにより構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも中空の空洞部Ｓ１、空洞部Ｓ１を外方に連通させる音響孔３ａ、及び、マイクロフォンチップ５やＬＳＩチップ７を搭載する搭載面９ａを有するように構成されていればよい。例えば、上記実施形態の側壁部材１３は、回路基板９と共に多層配線基板をなすように上記実施形態の回路基板３と一体に形成されるとしてもよいし、天板部材１１と共に回路基板９の搭載面９ａを覆う蓋体部材をなすように、天板部材１１と一体に形成されるとしても構わない。
なお、天板部材１１及び側壁部材１３が上記蓋体部材をなす場合には、搭載工程及び電気接続工程の完了後に、この蓋体部材を回路基板９の搭載面９ａに固定した後で、ポッティング材を空洞部Ｓ１内に流し込む封止工程を行う必要がある。そして、この場合の封止工程では、例えば音響孔３ａから樹脂材料を流し込めばよい。

また、樹脂封止部３１は、シリコン系樹脂により形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも樹脂封止部３１の膨張収縮に基づくダイヤフラム２３の変形を防止できる程度に、弾性率が低く応力の小さい樹脂によって形成されていればよい。
さらに、樹脂封止部３１は、搭載面９ａからマイクロフォンチップ５と略同等の高さ位置まで満たされるとしたが、これに限ることはなく、少なくともマイクロフォンチップ５の上面５ａを覆わないようにマイクロフォンチップ５の支持部２１の周囲を封止していればよい。

また、上記実施形態においては、ＬＳＩチップ７を搭載したマイクロフォンパッケージ１について述べたが、これに限ることはなく、少なくともマイクロフォンチップ５を搭載したマイクロフォンパッケージに適用することができる。なお、マイクロフォンチップ５のみを搭載したマイクロフォンパッケージにおいても、樹脂封止部３１の容積がマイクロフォンチップ５の容積を除いた空洞部Ｓ１の容積の半分以上となれば、ハウジング３の共振周波数を確実に可聴領域の周波数よりも高い周波数とすることができる。ただし、この構成の場合でも、樹脂封止部３１の容積は、外方から音響孔３ａに到達した音響が実効空洞部Ｓｒを介してマイクロフォンチップ５のダイヤフラム２３に到達できるように、空洞部Ｓ１の容積よりも小さくする必要がある。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の一実施形態に係るマイクロフォンパッケージを示す概略側断面図である。

符号の説明

１・・・マイクロフォンパッケージ、３・・・ハウジング、３ａ・・・音響孔、５・・・マイクロフォンチップ、９・・・回路基板、９ａ・・・搭載面、１１ａ・・・対向面（内面）、２１・・・支持部、２１ａ・・・内孔、２３・・・ダイヤフラム、３１・・・樹脂封止部、Ｓ１・・・空洞部

Claims

中空の空洞部及び該空洞部を外方に連通させる音響孔を有するハウジングと、前記空洞部内の搭載面に搭載されて音響を検出するマイクロフォンチップとを備え、
前記音響孔が、前記搭載面に対向する前記ハウジングの内面に開口し、
前記空洞部内に、前記マイクロフォンチップの周囲及び前記搭載面を封止する樹脂封止部が形成されていることを特徴とするマイクロフォンパッケージ。
前記樹脂封止部の容積が、前記マイクロフォンチップの容積を除いた前記空洞部の容積の半分以上であり、かつ、該空洞部の容積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォンパッケージ。
前記マイクロフォンチップが、支持部の内孔を覆うようにダイヤフラムを設けて構成されると共に、前記ダイヤフラムを前記搭載面に対向させるように搭載され、
前記樹脂封止部が、シリコン系樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロフォンパッケージ。