JP2009055198A - マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の低下を抑制することが可能なマイクロホン装置を提供する。
【解決手段】このマイクロホン装置１００は、基板３０と、基板３０上に設けられ、基板３０とともに空間部４３を形成する筐体部４０と、空間部４３に配置され、外部からの音声を収音して電気信号に変換する収音素子１０とを備えている。そして、筐体部４０は、枠体４１と、枠体４１の上部側の開口を覆う蓋体４２とを含み、蓋体４２は、約３０μｍ〜約１００μｍの厚みを有するフィルム状の多孔質部材から構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、収音素子を備えたマイクロホン装置に関する。

従来、収音素子を備えたマイクロホン装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、印刷回路基板とケーシングとによって構成されるパッケージの内側に、半導体プロセス技術を利用して形成されたシリコンマイクロホンチップ（収音素子）が収納されたシリコンマイクロホンパッケージ（マイクロホン装置）が記載されている。このシリコンマイクロホンパッケージでは、パッケージを構成するケーシングに受音用の開口部が形成されている。このため、この開口部を介して外部からの音声（音圧）がケーシングの内側に取り込まれるので、シリコンマイクロホンパッケージの外部の音声をケーシングの内側に収納されているシリコンマイクロホンチップで効率よく収音することが可能となる。

特開２００７−６０２８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来のシリコンマイクロホンパッケージ（マイクロホン装置）では、ケーシングに受音用の開口部を形成することによって、シリコンマイクロホンチップ（収音素子）による集音効率が向上するものの、ケーシングに形成された開口部を介してパッケージの内側に異物や塵芥などが侵入するという不都合がある。一方、上記特許文献１に記載のシリコンマイクロホンパッケージに搭載されているシリコンマイクロホンチップ（収音素子）は、半導体プロセス技術を利用して微細に加工されているので、非常に繊細で破損し易い。このため、パッケージの内側に異物や塵芥などが侵入した場合には、シリコンマイクロホンチップ（収音素子）がすぐに破損してしまうという不都合がある。これにより、従来のシリコンマイクロホンパッケージ（マイクロホン装置）では、製品の信頼性が低くなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、信頼性の低下を抑制することが可能なマイクロホン装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるマイクロホン装置は、基台部と、基台部上に設けられ、基台部とともに空間部を形成する筐体部と、空間部に配置され、外部からの音声を収音して電気信号に変換する収音素子とを備えている。そして、筐体部は、枠体と、枠体の上部側の開口を覆う蓋体とを含み、蓋体は、所定の厚みを有する多孔質部材から構成されている。

この一の局面によるマイクロホン装置では、上記のように、枠体の上部側の開口を覆う蓋体を、所定の厚みを有する多孔質部材から構成することによって、空間部に音声（音圧）を取り込むための受音用の開口部を設けなくても、外部の音声を空間部に配置されている収音素子で収音することができるので、蓋体に受音用の開口部を設けない構成にすることにより、収音素子による集音効率の低下を抑制しながら、空間部に異物や塵芥などが侵入するのを抑制することができる。これにより、異物や塵芥などが空間部に侵入することに起因して、収音素子が破損するという不都合が生じるのを抑制することができるので、信頼性の低下を抑制することができる。

また、一の局面によるマイクロホン装置では、蓋体を多孔質部材から構成することによって、枠体の上部側の開口全体が多孔質部材で覆われるので、蓋体の一部が多孔質部材で構成されている場合に比べて、より効率よく、外部の音声（音圧）を空間部に取り込むことができる。このため、蓋体に受音用の開口部を設けない構成にしたとしても、容易に、収音素子による収音効率の低下を抑制することができる。

なお、上記した構成では、蓋体が多孔質部材から構成されるので、多孔質部材の細孔径を所定の大きさに構成することにより、異物や塵芥などの侵入は防ぎ、音声（音圧）のみを通過させるフィルタの機能を蓋体に持たせることができる。

上記一の局面によるマイクロホン装置において、好ましくは、多孔質部材は、樹脂材料から構成されている。このように構成すれば、異物や塵芥などの侵入は防ぎ、音声（音圧）のみを通過させる多孔質部材を容易に得ることができるので、容易に、信頼性の低下を抑制することが可能なマイクロホン装置を得ることができる。

上記一の局面によるマイクロホン装置において、好ましくは、多孔質部材は、フィルム状部材から構成されている。このように構成すれば、フィルム状部材は板状部材などと比べて厚みが小さいので、厚みの小さい蓋体（多孔質部材）で枠体の上部側の開口を覆うことができる。このため、異物や塵芥などが空間部に侵入するのを抑制しながら、外部の音声（音圧）をより効率よく空間部に取り込むことができる。これにより、容易に、収音素子による収音効率の低下を抑制することができる。

上記一の局面によるマイクロホン装置において、好ましくは、収音素子は、音圧を受けて振動するダイアフラムを有し、ダイアフラムは、シリコンから構成されている。このように構成すれば、半導体プロセス技術を応用した微細加工技術（ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術）を用いて耐熱性の優れた収音素子を形成することができるので、マイクロホン装置をリフロー実装した場合でも、感度変化の小さい収音素子を得ることができる。すなわち、信頼性の高い収音素子を得ることができる。なお、上記した収音素子は、微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて形成されているため繊細で破損し易いという不都合があるものの、枠体の上部側の開口が多孔質部材からなる蓋体で覆われることによって、空間部への異物や塵芥などの侵入が抑制されるので、このような収音素子を空間部に配置したとしても、異物や塵芥などによって収音素子が破損するのを抑制することができる。したがって、上記のように構成することによって、容易に、マイクロホン装置の信頼性の低下を抑制することができる。

この場合において、蓋体と基台部とを互いに対向するように配置するとともに、収音素子を、ダイアフラムと蓋体とが対向するように、基台部上に固定することができる。

以上のように、本発明によれば、信頼性の低下を抑制することが可能なマイクロホン装置を容易に得ることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるマイクロホン装置の断面図である。図２は、本発明の一実施形態によるマイクロホン装置の収音素子の全体斜視図である。図３は、図２の５０−５０線に沿った断面図である。図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるマイクロホン装置１００の構造について説明する。

一実施形態によるマイクロホン装置１００は、図１に示すように、外部からの音声を収音して電気信号に変換する収音素子１０と、収音素子１０によって変換された電気信号を増幅する増幅器２０と、収音素子１０および増幅器２０が実装される基板３０と、収音素子１０および増幅器２０を覆うように基板３０上に設けられる筐体部４０とを備えている。なお、基板３０は、本発明の「基台部」の一例である。

収音素子１０は、静電容量型のコンデンサマクロホンから構成されており、半導体プロセス技術を応用した微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）によって形成されている。すなわち、収音素子１０は、シリコンマイクロホン素子から構成されている。具体的には、図２に示すように、収音素子１０は、半導体基板１と、半導体基板１上に振動可能に固定された振動膜２と、空隙部３を介して振動膜２と対向配置された背面電極板４と、半導体基板１と背面電極板４との間に設けられ、上記した空隙部３を形成するためのスペーサ部材（電気的絶縁膜）５とを備えている。また、背面電極板４には、受音用の貫通孔４ａが複数設けられている。なお、収音素子１０の振動膜２は、本発明の「ダイアフラム」の一例である。

また、半導体基板１は、絶縁性のシリコンから構成されており、図３に示すように、中央部の領域に厚み方向に貫通する開口部１ａを有している。また、振動膜２は、導電性を有するシリコン（たとえば、イオン注入などによって絶縁抵抗が低下されたシリコン）から構成されており、半導体基板１の上面上に開口部１ａを覆うように取り付けられている。これにより、振動膜２は、音波による音圧変化に応じて振動することが可能に構成される。

また、背面電極板４は、導電性を有するシリコン（たとえば、イオン注入などによって絶縁抵抗が低下されたシリコン）から構成されており、酸化シリコン膜などの電気的絶縁膜で構成されたスペーサ部材５によって、振動膜２と所定の距離だけ隔てて対向配置されている。これにより、振動膜２と背面電極板４とによってキャパシタ（コンデンサ）が構成される。したがって、音波による音圧変化に応じて振動膜２が振動すると、静電容量が変化するので、音波による機械的な振動が静電容量の変化（電気信号）として検出される。

また、増幅器２０は、収音素子１０によって変換された電気信号に電圧をかけることにより電気信号を増幅する機能を有している。

また、基板３０は、図１に示すように、ガラスエポキシ基板３１が複数積層された構造を有している。このガラスエポキシ基板３１は、絶縁基材部３１ａの両面に所定の配線パターンを有する配線層３１ｂが形成された両面基板から構成されており、複数のガラスエポキシ基板３１の各々は、半硬化エポキシ樹脂などの有機材料系の接着層３２によって互いに接着されている。

この基板３０の最下面には、図示しない実装基板の配線層と電気的に接続される端子部３１１ｂ（３１ｂ）が形成されている。この端子部３１１ｂ（３１ｂ）の表面は、メッキ処理などの表面処理が施されており、これによって、端子部３１１ｂ（３１ｂ）の表面には、ニッケル（Ｎｉ）などの金属被膜３３が形成されている。なお、金属被膜３３は、端子部３１１ｂ（３１ｂ）の酸化を防ぐ機能を有している。また、金属被膜３３は、メッキ処理以外の蒸着法などによって形成することもできる。

また、上記した収音素子１０および増幅器２０は、それぞれ、基板３０の上面上にダイボンドペースト３４によって固定されている。このダイボンドペースト３４は、破砕シリカフィラーを含有しており、これによって、耐熱性が向上されているとともに、高密度な充填が可能に構成されている。

また、収音素子１０は、半導体基板１が基板３０側となるように固定されている。一方、増幅器２０は、収音素子１０の近傍領域に配置されており、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属細線からなるボンディングワイヤ１１を介して、収音素子１０と電気的に接続されている。さらに、増幅器２０は、基板３０の最上面に形成された配線層３１２ｂ（３１ｂ）と、ボンディングワイヤ１２を介して、電気的に接続されている。この増幅器２０は、樹脂層２１によって封止されている。また、樹脂層２１は、球状シリカフィラーを含有しており、これによって、耐摩耗性が向上されているとともに、高密度な充填が可能に構成されている。また樹脂層２１は、ポッティングによって増幅器２０を封止するように形成されている。なお、上記した基板３０の端子部３１１ｂと基板３０の最上面に形成された配線層３１２ｂとは、図示しないスルーホールなどを介して、互いに電気的に接続されている。

また、筐体部４０は、収音素子１０を囲むように基板３０上に設置される枠体４１と、枠体４１の上部側の開口全体を塞ぐ蓋体４２とから構成されている。なお、基板３０と筐体部４０とによって、空間部４３が形成され、この空間部４３に収音素子１０および増幅器２０が配置される。すなわち、基板３０と筐体部４０とによって、収音素子１０および増幅器２０を収納するパッケージが構成される。

また、筐体部４０を構成する枠体４１は、枠状に構成されたガラスエポキシ基板からなる。このガラスエポキシ基板は、絶縁基材部４１ａの表面に銅（Ｃｕ）などからなる導体層４１ｂが形成された構造を有しており、導体層４１ｂの表面には、メッキ処理などによって、ニッケル（Ｎｉ）などからなる金属被膜４４が形成されている。この枠体４１は、接着層４５によって基板３０上に固定されている。なお、接着層４５は、半硬化エポキシ樹脂などの有機材料系の樹脂から構成されており、約２５０℃の温度で硬化する。

また、筐体部４０を構成する蓋体４２は、上記した接着層４５と同様の接着層４６によって、枠体４１の上部側（上面上）に接着固定されている。なお、蓋体４２には、受音用の開口部は設けられていない。

ここで、本実施形態では、蓋体４２は、約３０μｍ〜約１００μｍの厚みを有するフィルム状の多孔質部材から構成されている。この多孔質部材（蓋体４２）は、樹脂焼結体（樹脂製の多孔質体）、樹脂製のパンチングシート、レーザなどで細孔が設けられた樹脂フィルム、および、発泡剤により細孔が設けられた樹脂フィルムなどから構成されている。

また、本実施形態では、多孔質部材（蓋体４２）の細孔径は、５μｍ以下に構成されている。このため、空間部４３への異物や塵芥などの侵入は防ぎ、音声（音圧）のみを通過させるフィルタの機能を蓋体４２に持たせることができる。すなわち、収音素子１０の信頼性に影響を与える異物や塵芥などの大きさは、通常、５μｍよりも大きいため、細孔径を５μｍ以下にすることによって、異物や塵芥などの空間部４３への侵入を効果的に抑制することが可能となる。

また、蓋体４２と基板３０とは互いに対向するように配置されているとともに、収音素子１０は、振動膜２と蓋体４２とが対向するように、基板３０上に固定されている。

本実施形態では、上記のように、枠体４１の上部側の開口を覆う蓋体４２を、約３０μｍ〜約１００μｍの厚みを有する多孔質部材から構成することによって、空間部４３に音声（音圧）を取り込むための受音用の開口部を設けなくても、外部の音声を空間部４３に配置されている収音素子１０で収音することができるので、蓋体４２に受音用の開口部を設けない構成にすることにより、収音素子１０による集音効率の低下を抑制しながら、空間部４３に異物や塵芥などが侵入するのを抑制することができる。これにより、異物や塵芥などが空間部４３に侵入することに起因して、収音素子１０が破損するという不都合が生じるのを抑制することができるので、信頼性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、蓋体４２を多孔質部材から構成することによって、枠体４１の上部側の開口全体が多孔質部材で覆われるので、蓋体４２の一部が多孔質部材で構成されている（枠体４１の上部側の開口の一部が多孔質部材で覆われている）場合に比べて、より効率よく、外部の音声（音圧）を空間部４３に取り込むことができる。このため、蓋体４２に受音用の開口部を設けない構成にしたとしても、容易に、収音素子１０による収音効率の低下を抑制することができる。

なお、上記した本実施形態の構成では、蓋体４２が多孔質部材から構成されるので、多孔質部材の細孔径を５μｍ以下の大きさに構成することにより、異物や塵芥などの侵入は防ぎ、音声（音圧）のみを通過させるフィルタの機能を蓋体４２に持たせることができる。

また、本実施形態では、多孔質部材（蓋体４２）を、樹脂材料（樹脂性フィルム）から構成することによって、異物や塵芥などの侵入は防ぎ、音声（音圧）のみを通過させる多孔質部材（蓋体４２）を容易に形成することができるので、容易に、信頼性の低下を抑制することが可能なマイクロホン装置１００を得ることができる。

また、本実施形態では、収音素子１０をシリコンマイクロホン素子から構成することによって、エレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）などと比べて、信頼性の高い収音素子１０を得ることができる。なお、収音素子１０をシリコンマイクロホン素子から構成した場合には、微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて形成されているため繊細で破損し易いという不都合があるものの、枠体４１の上部側の開口が多孔質部材からなる蓋体４２で覆われることによって、空間部４３への異物や塵芥などの侵入が抑制されるので、このような収音素子１０を空間部４３に配置したとしても、異物や塵芥などによって収音素子１０が破損するのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、約３０μｍ〜約１００μｍの厚みを有するフィルム状の多孔質部材から蓋体を構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、１００μｍ以上の厚みを有する板状の多孔質部材から蓋体を構成してもよい。

また、上記実施形態では、蓋体を樹脂製の多孔質部材から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、樹脂製以外の多孔質部材から蓋体を構成してもよい。たとえば、金属焼結体などの金属からなる多孔質部材によって蓋体を構成してもよい。

また、上記実施形態では、多孔質部材の細孔径を５μｍ以下の大きさに構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、空間部への異物や塵芥などの侵入を抑制することが可能であれば、多孔質部材の細孔径を５μｍよりも大きくなるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された収音素子（シリコンマイクロホン素子）を搭載した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記した収音素子以外の収音素子を搭載するようにしてもよい。

本発明の一実施形態によるマイクロホン装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホン装置の収音素子の全体斜視図である。 図２の５０−５０線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 振動膜（ダイアフラム）
３ 空隙部
４ 背面電極板
５ スペーサ部材
１０ 収音素子
２０ 増幅器
３０ 基板（基台部）
４０ 筐体部
４１ 枠体
４２ 蓋体
４３ 空間部
１００ マイクロホン装置

Claims (5)

1. 基台部と、
   前記基台部上に設けられ、前記基台部とともに空間部を形成する筐体部と、
   前記空間部に配置され、外部からの音声を収音して電気信号に変換する収音素子とを備え、
   前記筐体部は、枠体と、前記枠体の上部側の開口を覆う蓋体とを含み、
   前記蓋体は、所定の厚みを有する多孔質部材から構成されていることを特徴とする、マイクロホン装置。
2. 前記多孔質部材は、樹脂材料から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロホン装置。
3. 前記多孔質部材は、フィルム状部材から構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロホン装置。
4. 前記収音素子は、音圧を受けて振動するダイアフラムを有し、
   前記ダイアフラムは、シリコンから構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
5. 前記蓋体と前記基台部とは互いに対向するように配置され、
   前記収音素子は、前記ダイアフラムと前記蓋体とが対向するように、前記基台部上に固定されていることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロホン装置。

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