JP2009507446A - Ｍｅｍｓキャパシタマイクロフォンを製造する方法、このようなｍｅｍｓキャパシタマイクロフォン、このようなｍｅｍｓキャパシタマイクロフォンを備えたフォイルの積層体、このようなｍｅｍｓキャパシタマイクロフォンを備えた電子デバイスおよび電子デバイスの使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する方法に関し、さらに、このようなＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに関する。この方法により、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを、少なくとも一方の側に導電層（１１ａ，１１ｂ）を有する前処理されたフォイル（１０）を積層することによって、製造することができる。積層の後に、フォイル（１０）は、圧力と熱を用いて密閉される。最後に、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、積層体（Ｓ）から分離される。フォイルの前処理（好ましくはレーザー光線によって行われる）は、（Ａ）フォイルをそのまま残すステップ、（Ｂ）導電層を局部的に除去するステップ、（Ｃ）導電層を除去し、フォイル（１０）を部分的に蒸発させるステップ、および（Ｄ）導電層とフォイル（１０）の両方を除去し、これにより、フォイル（１０）に孔を形成するステップ、から選択したステップを備える。前記積層と組み合わせて、空洞および膜を形成することが可能である。このことは、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する可能性をもたらす。

Description

本発明は、空間が設けられたＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する方法に関する。本発明は、さらに、このようなＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに関する。本発明は、また、本発明に係るこのようなＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備えたフォイルの積層体に関する。本発明は、また、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備えた電子デバイスに関する。本発明は、また、このような電子デバイスの使用に関する。

米国特許第５，４９０，２２０号は、固体コンデンサおよびマイクロフォンデバイスと、このようなデバイスを製造する方法を開示している。この方法は、平坦化されたシリコンウエハ上で、機能的な導体および絶縁層を処理するための、いくつかの堆積およびパターニングステップを備える。加えて、コンデンサまたはマイクロフォンデバイスの１つの電極を備える、コンデンサまたはマイクロフォンデバイスの振動板を解放するために、シリコンウエハの裏側のエッチングが、必要とされる。最後に、振動板は、コンデンサまたはマイクロフォンデバイスの第２の電極を備えるパターニングされたバックプレートと結合する必要がある。パターニングされたバックプレートは、振動板を備えるウエハに結合された第２のウエハによって形成されるか、または振動板の処理中に、振動板とバックプレートの間の犠牲層によって一体化される。犠牲層は、上述のように、裏側エッチングの間に、エッチング除去される。

固体コンデンサおよびマイクロフォンデバイスのシリコン処理は、複雑で高価である。

本発明の目的は、シリコン処理の不利な点を回避した、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造するための方法を、提供することである。

本発明によると、この目的は、空間が設けられたＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する方法によって達成され、方法は、
−少なくとも２つの電気絶縁性の柔軟なフォイルの組を供給するステップであって、少なくとも１つのフォイルの少なくとも一方の側には、導電層が存在し、前記導電層は、電極または導体としての使用に適している、ステップと、
−導電層をパターニングして、電極または導体を形成するステップと、
−ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの空間を形成する開口が形成されるように、少なくとも１つのフォイルをパターニングするステップと、
−フォイルの組を積層して、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを形成するステップと、
−フォイルを互いに結合するステップであって、フォイルは、２つの隣接するフォイルが互いに接触した場合に、２つの隣接するフォイルのフォイル材料の間の少なくとも１つの導電層が除去された位置で、互いに結合される、ステップと、を備える。パターニングされた導電層を有する、パターニングされた絶縁性の柔軟なフォイルの使用は、どのような半導体処理もなしに、均一な製造プロセスを可能にする。処理条件の変化は、異なる材料、堆積およびエッチング方法によってプロセス条件が決定される半導体処理に比べると、小さなものであり、プロセス制御を簡素にする。また、クリーンルーム設備は必要とされず、著しいコスト節約をもたらす。

本発明に係る方法の改善された実施形態は、フォイルの組は、個々のフォイルが、同じ種類のフォイル材料を備えることを特徴とする。第１の柔軟なフォイルが、第２の柔軟なフォイルと同等の物理的および化学的特性を有する場合、第１の柔軟なフォイルは、第２の柔軟なフォイルと同じ種類の材料を備えるとみなされる。特に、第１の柔軟なフォイルと第２の柔軟なフォイルの、摂氏での融点温度の間の差が、第２の柔軟なフォイルの融点温度の３分の１未満である必要がある。本発明に係る方法を用いると、当業者は、１種類のフォイル材料のみを必要とし、このフォイル材料により、どのようなＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンも製造することが可能である。さらに、全く同一のロールのみから、フォイルを得ることが可能となる。他方で、既知の方法では、層ごとに異なる材料を選択しなければならない。従って、本発明に係る方法は、既知の方法よりも簡潔である。

本発明に係る方法の改善された実施形態は、フォイルの組は、個々のフォイルが、ほぼ同じ厚さを有することを特徴とする。この態様の利点は、既知の方法よりも高い度合いの規則性が得られることである。例えば、１つのフォイルの厚さと異なる厚さを有する層または空間を、デバイスにおいて実現すべきである場合、簡潔なやり方で、複数のフォイルを互いに積層することができる。異なる厚さを有するフォイルは、よって、必要とされない。フォイルに垂直の方向での全ての寸法は、よって、常に、１つのフォイルの厚さの倍数に等しい。加えて、この改善された方法を用いる場合、全く同一のロールからのフォイルを使用することで、十分である。これは、方法を、より一層簡素にし、その結果、より一層安価にする。

均一な厚さを有するフォイルを使用することの追加的な利点は、いくつかのフォイルを備える積層体における、任意のフォイルのサブセットにおいて、デバイスを実施することが可能なことである。

方法は、好ましくは、少なくとも３つの電気絶縁性の柔軟なフォイルが供給されることを特徴とする。これは、２つの柔軟なフォイルでは十分でない、より複雑な構造を形成すべきである場合、特に有利である。本発明に係る方法の他の実施形態は、少なくとも４つの電気絶縁性のフォイルが提供されることを特徴とする。少なくとも４つのフォイルが使用される場合、設計者には、より多くの設計の可能性が利用可能となる。

本発明に係る方法のさらなる実施形態は、
−第１の柔軟なフォイルを、少なくとも１つの開口の一方の側を覆って膜が形成されるようにパターニングする追加ステップと、
−第２の柔軟なフォイルを、第２のフォイルにおいて、少なくとも１つの孔が、開口に接するようにパターニングする追加ステップと、をさらに備える。膜は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの第１の電極である、第１の電気的にパターニングされた導電層または形成された電極を備え、孔を有する第２の柔軟なフォイルは、膜に向いており、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの第２の電極である、第２のパターニングされた導電層または電極を備える。膜と第２の柔軟なフォイルとは、少なくとも１つの開口を、空間が形成されるように制限する。第２の柔軟なフォイルの孔は、空間を、さらなる容積と接続して、圧力平衡を可能にする。膜の移動は、結果として、電極上の電気信号をもたらし、電極上の電気信号は、結果として、膜の移動をもたらす。

本発明に係る方法のさらなる改善された実施形態は、前記パターニングが、マスクと組合せるか否かに拘わらず、レーザーによって行われることを特徴とする。この態様は、導電層および／またはフォイル材料の、高度に制御された除去を実現することを可能にする。加えて、空間は、従来の方法が使用される際に必要となる犠牲層の選択エッチングによる清掃を必要としない点で、非常に有利である。ここで、
−導電層とフォイルとを、そのまま残すステップ、
−導電層を除去し、フォイルを露出するステップ、
−導電層とフォイルの一部とを除去して、より薄いフォイルを残すステップ、および
−導電層とフォイルとを完全に除去し、空間を形成するステップ、から選択したステップを使用することは、本発明に係るパターニングを、さらに規定することができる。

上記の４つの基本ステップは、基本的に、４つの主領域を提供し、それらは、組み合わされた場合、
−フォイルと導電層の両方が除去されていない領域、
−導電層のみが除去された領域（例えば、隣接するフォイルとの接続を形成するため）、
−導電層と、フォイルの一部とが除去されている領域（例えば、フォイルの柔軟性を操作するため）、および
−導電層とフォイルの両方が除去された領域（たとえば、空間を形成するため）、
の所望のパターニングを、フォイルに設けることができる。

本発明に係る方法の有利な実施形態は、フォイルの前記積層が、少なくとも１つのフォイルを、第１のリールに巻き付けることによって行われる場合に得られる。この実施形態の大きな利点は、フォイルが積層される際にフォイルを直線に揃えることが容易になることである。

後者の方法の改善された実施形態は、方法が、フォイルが第１のリールに巻き付けられる際に、第２のリールまたはロールから引き出されるプロセスにおいて行われることを特徴とする。この態様の大きな利点は、方法を、連続するプロセスで実行でき、よって、方法の自動化が容易なことである。方法を用いて、導電層およびフォイルのパターニングは、第１のリールの上または近く、第１および第２のリールの間、および第２のリールまたはロールの上または近く、の可能性から選択された、少なくとも１つの位置にて行うことができる。導電層が、フォイルの両側に存在するかどうかという問題によって、当業者は、前記パターニングをどこで実行したいかを選択することができる。

本発明に係る方法は、好ましくは、フォイルの前記結合が、積層された前記フォイルに、高温で圧力を加えることによって行われ、圧力は、フォイルに垂直の方向で加えられることを特徴とする。その結果、フォイルは互いに融着し、デバイスは、その最終的な形状を取る。

後者の方法のさらに複雑な実施形態は、構造内の空間に隣接するフォイルに必要とされる圧力が、前記空間内で高い圧力を加えることで得られることを特徴とする。この態様の利点は、フォイルが圧迫されて、フォイルが空間に隣接する箇所で、隣接するフォイルとより良好に当接し、よって、前記フォイルのより良い癒着が得られることである。

本発明に係る方法のさらに複雑な実施形態は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンが、フォイルの融着が生じた後に積層体から個別化されることを特徴とする。このようにして得られたデバイスは、売買または製品に組み込むことができるという利点を有する。

導電層のための好適な材料は、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、酸化インジウムスズ、および磁気材料から成る群から選択される。これらの材料は、電極および／または導体としての使用に非常に適している。

本発明に係る方法は、好ましくは、フォイル材料が、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ：polyphenyl sulphide）およびポリフェニレンテレフタレート（ＰＥＴ：polyethylene terephthalate）から成る群から選択されることを特徴とする。これらの材料は、電気絶縁性のフォイル材料としての使用に、極めて適している。

本発明の好適な実施形態は、使用されるフォイルが、１μｍ〜５μｍの厚さを有することを特徴とする。この範囲のフォイル厚さを使用する利点は、適度な度合いのフォイルの柔軟性が得られること、および、デバイス内でのフォイルに垂直な方向の寸法を固定できる、適度な度合いの正確さである。

本発明は、少なくとも２つの電気絶縁性の柔軟なフォイルの積層された組を備える、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに関し、少なくとも１つのフォイルの少なくとも一方の側には、パターニングされた導電層が存在し、前記導電層は、電極または導体としての使用に適しており、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの空間を形成する開口が形成されるように、少なくとも１つのフォイルがパターニングされ、フォイルは、２つの隣接するフォイルが互いに接触した場合に、２つの隣接するフォイルのフォイル材料の間の少なくとも１つの導電層が除去された位置で、互いに結合される。

本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの利点は、フォイルの組を積層する際に、より低いねじれ力（例えば温度効果による）が生成されることであり、これは、層が同じ特性を有するためである。

このＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンのさらなる複雑な実施形態は、フォイルの組が、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン内に空間が存在する少なくとも３つのフォイルを備え、空間には、その第１の側に、音波を吸収するための膜として配置された第１のフォイルが設けられており、かつ、空間には、その第２の側に、バックプレートとして配置された第２のフォイルが設けられており、第２のフォイルは、圧力波を自由空間に通過させる開口を備えており、空間は、フォイルに垂直の方向に測定された、少なくとも１つのフォイルの厚さを有すること、およびＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、さらに、膜とバックプレートとに導電層が設けられており、層は、マイクロシステムを電気的に接続するための領域に案内すること、を特徴とする。このようなＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの設計は、その簡潔さのために魅力的である。この設計の大きな利点は、膜の表面領域を、バックプレートの表面領域と同じ大きさにできることである。これは、勾配が形成されている、空間の異方性エッチングが必要とされる、シリコン技術でのＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンとは対照的である（前記勾配は、前記エッチングが、＜１００＞シリコンウエハでのＫＯＨ溶液により実行されない場合、例えば５４．７°である）。このようなシリコン技術での解決策は、刊行物のなかでも特に、ユード・クレイン（Udo Klein）、マティアス・ミュレンボーン（Matthias Mullenborn）およびプリミン・ロンバック（Primin Romback）による刊行物、“ハイボリュームアプリケーションにおけるシリコンマイクロフォンの登場（The advent of silicon microphones in high-volume applications）”（ＭＳＴｎｅｗｓ、０２／０１、４０〜４１頁）から知られている。

ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの後者の実施形態の非常に魅力的な変形は、膜のフォイルまたはバックプレートに、２つの側に導電層が設けられていることを特徴とする。このことの利点は、膜のフォイルまたはバックプレートの２つの側の導電層の存在が、生じ得るフォイルの反りを防ぐことである。

前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの他の改善は、膜のフォイルが、膜のフォイルの残り部分よりも薄い領域を、その端部に備える場合に得られる。この態様の利点は、改善された膜の歪みプロファイルをもたらすことである。このような態様は、シリコン技術において実現することが非常に困難であるのに対し、フォイル技術では、フォイルの部分的な除去（例えばレーザーによる）によって、ごく容易に実現される。

本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの好適な実施形態は、フォイルの積層体に形成された、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの一方の側から導電層へのアクセスを提供する開口を備え、導電層は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの電極に接続されている、ことを特徴とする。このようにすると、コンタクトが、言うなれば、電極を電気的に接続するために設けられる。

本発明は、また、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備えるフォイルの積層体に関する。積層体は、リールに巻きつけられたフォイルの形態としてもよい。

本発明は、また、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備える電子デバイスに関する。

本発明は、また、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備える電気絶縁性のフォイルの積層体（Ｓ）を備える電子デバイスに関する。

電子デバイスの一実施形態は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンからの信号を読み取りまたは駆動するための集積回路をさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る電子デバイスの非常に有利な実施形態は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに、凹部が設けられており、凹部に、集積回路が収容され、よって、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、事実上、集積回路のパッケージの一部を形成し、集積回路は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに接続されている、ことを特徴とする。この態様により、集積回路は、従来のパッケージを必要とせず、その結果、より簡潔となり、また安価となる。その上、このやり方で集積回路を提供することは、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの電気的動作について、有利な効果を有する。ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンと集積回路の間の空間が、比較的小さなままとなり、よって、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンと集積回路との間の接続における、容量性および誘導性の干渉の発生が減少される。

本発明は、また、音を記録するためのＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを有するこのような電子デバイスの使用に関し、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、電極に電圧Ｘを供給し、電圧Ｘは、集積回路によって読み取られる。ユーザは、このような電子デバイスを使用する際に、より少ない雑音を体験する。

発明を実施するための形態

本発明に係る方法およびデバイスの、上記およびさらなる態様を、これより、図面を参照してより詳細に説明する。

以下、本発明の詳細な説明が提供される。先に既に述べたように、本発明は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する方法と、このようなＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン自体との両方に関する。ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する方法は、
−フォイルの少なくとも一方側（よって、２つの側も可能であり、いくつかのケースではさらに好ましい）に、導電層を塗布するサブステップと、
−フォイルを前処理するサブステップと、
−フォイルを積層し、これにより、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを形成するサブステップと、
−フォイルを結合するサブステップと、
−ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを、フォイルの積層体から分離するサブステップと、の複数のサブステップを備える。

前記フォイルの前処理は、
−導電層とフォイルとを、そのまま残すステップ、
−導電層を除去し、フォイルを露出するステップ、
−導電層とフォイルの一部とを除去して、より薄いフォイルを残すステップ、または
−導電層とフォイルとを完全に除去するステップ、
から選択したステップから成る。

上述のステップを組合せることは、導電層およびフォイルの両方において、多数の異なるパターンを実現することを可能にし、このことは、設計者が多くの異なる構造を作成することを可能にする。好ましくは、上述のステップにおける材料の除去は、レーザー（例えばエキシマレーザー）によって行われる。レーザーの使用の大きな利点は、例えばエッチングでの除去と対照的に、前記除去を、クリーンルームの外で行うことができることである。この点に関して、当業者には、いくつかの可能性が開かれている。当業者は、ワイドな平行レーザー光線を、マスクと組み合わせて使用するか、または、フォイルの表面を、１つのレーザー光線でスキャンし、同時に、光線の強度を変調することができる。この場合、当業者は、再び、一連の短い光パルスの強度または衝撃係数のいずれかの変調を、選択することができる。

図１は、平行レーザー光線およびマスクによる前記前処理が行われるやり方を示している。図は、それぞれ異なる強度（この例では、左から右に増加）を有する３つのレーザー光線５０，５２，５４を示している。マスク２０は、レーザー光線５０，５２，５４を部分的に止める。マスク２０の下には、フォイル１０があり、フォイル１０には、導電層１１ａ，１１ｂが、この例では両側に設けられている。当然ながら、１つの導電層１１ａのみを使用することも可能である。好ましくは、導電層１１ａ，１１ｂは、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、酸化インジウムスズまたは磁性材料を備える。

領域Ａでは、マスク２０は、フォイル１０を遮蔽し、よって、低エネルギーの光線５０は、フォイル１０に到達できない。フォイル１０は、影響を受けないままとなる。領域Ｂでは、レーザー光線５０はフォイル１０に到達するが、レーザー光線５０のエネルギーは、導電層１１ａのみが除去される程度のものである（フォイル材料の薄い層も除去する可能性があるが、いずれにせよ無視できる程度である）。エネルギーレベルがさらに増加すると、フォイル材料１０の大部分が除去され、よって、より薄いフォイルを備える領域Ｃが作られる。最後に、高エネルギーレーザー光線５４によって、フォイル１０に、孔を形成することができる。このような孔が、図の領域Ｄに示されている。以上、レーザー光線のエネルギーレベルを増加させることについて述べたが、これは、レーザーパルスの強度または持続時間のいずれかを増加させることを意味するものと理解することができる。結局のところ、問題となる唯一の点は、材料が除去される範囲が、印加されるエネルギーの量にのみ依存する、ということである。その点に関して、パルス状のレーザー光線の衝撃係数の操作は、レーザー光線の光強度を操作することよりも容易である。

フォイル１０を前処理した後、積層を行なうことができる。好ましくは、これは、フォイルをリールに巻き付けることによって行う。このような装置が、図２に示されている。前処理されたフォイル１０は、この場合、実際には、全く同一のテープに含まれる。フォイル材料が、マイラー（Mylar）から成る場合、これは、特に、厚さ１μｍおよび幅２ｃｍを有する、巻かれたテープの形態で入手可能である。前記フォイルは、また、２０ｎｍの厚さのアルミニウムの層がその上（一方側または両側）にある状態でも、入手可能であり、この層は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン内の導電層としての使用に適している。しかし、本明細書では、分離されているフォイル１０のみについて述べる。この装置では、フォイル１０の表側および裏側の両方を、前処理することができる。この場合も、前処理は、レーザー光線によって、例えば位置Ｌ１，Ｌ２で行うことができる。フォイル１０は、前記巻き付けの間、方向Ｘに移動して、回転Ｒの方向で、リール７０に巻き付けられ、リール７０は、この例では２つの平面を有する。位置Ｌ１での第１のレーザー光線は、フォイル１０の裏側１４を前処理するように、リール７０上にあるフォイルに向けられている。位置Ｌ２での第２のレーザー光線は、フォイル１０の表側を前処理するように、まだリール７０上にないフォイルに向けられている。フォイル１０の両側１２，１４に導電層を設けることは、必須ではなく、よって、フォイル１０が、両側１２，１４を前処理されることも、必須ではない。このことは、しかし、以下のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの実施形態のいくつかの説明で明らかとなるように、いくつかの適用では有用であろう。

フォイル１０をリール７０に巻き付けることの大きな利点は、この巻き付けが、フォイル１０を直線に揃えることを格段に容易にすることである。前処理されたフォイル１０の積層（フォイルをリール７０に巻き付けることによって行っても、行わなくてもよい）は、空間および膜を形成することを可能にする。この種の要素は、通常、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンで必要とされるものである。

フォイル１０が積層された後、高い圧力および高い温度を用いて、フォイルを互いに結合することができる。フォイル１０が、リール７０に巻き付けられて積層された場合、前記結合は、フォイル１０がリールに巻き付けられる間に、容易に行わせることができる。実際に、フォイルの積層体を結合する場合、
−一方のフォイルのフォイル材料が、他方のフォイルのフォイル材料と直接接触し、強力な結合をもたらす、
−一方のフォイルのフォイル材料が、他方のフォイルの導電層と直接接触し、弱い結合をもたらす、
−一方のフォイルの導電層が、他方のフォイルの導電層に直接接触し、この場合、結合が得られない、
の３つの可能性がある。

圧力が加えられなければ、フォイル１０は互いに結合しない。この効果は、バルブの作製に利用することができる。特に、フォイル１０は、空間に隣接している場合、フォイルが柔軟性のため、どのような圧力も受けない。実際には、フォイル１０は、自由に浮いたままとすることができる。この側面は、以下で、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの議論において、再び取り上げられる。

それでも、空間に隣接するフォイルを結合することが望ましい場合、結合を、例えば、前記空間において高い圧力を用いて達成することができる。前記圧力は、気体圧力でもよく、液体圧力でもよい。

図３は、方法を行うための可能な装置の一部の実施形態の概略表現である。図４は、方法を行うための実際の装置の写真である。示されたような装置において、フォイル１０は、リール８０から繰り出され、同時に、補助ローラ９０を介して前記リール７０に巻き付けられる。図は、さらに、レーザー光線Ｌ１，Ｌ２の可能な位置も示している。

図５および図６は、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの第１の実施形態を示している。両方の図面が、前処理されたフォイルの積層体Ｓで作られたＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩを示している。図５において、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩは、フォイルの結合の前に、広げられた形態で示されている。図６において、フォイルは、互いに結合されている。全体をより扱いやすくするために、フォイル積層体Ｓを基板に配置してもよい。ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩは、空間１１０に隣接する可動膜１００を備え、可動膜１１０は、いくつかの領域１０５で固定されている。これら断面図において、前記領域は、離れて見えるが、好ましくは、前記領域１０５は、空間１１０を完全に囲んでいる。

膜には、両側１０１，１０２に、導電層が設けられている。実際には、膜１００に電極を形成するために、一方の側（この例では裏側１０２）に１つのみの導電層を必要とするが、第２の導電層を他方の側１０１において使用することの利点は、膜１００の反りを、より容易に生じさせられることである。膜１００からいくらかの距離を置いて空間内に存在しているのは、バックプレート１２０であり、これも同様に、両側１２１，１２２に導電層が設けられている。実際には、バックプレート１２０に電極を形成するために、一方の側（この例では裏側１２１）に１つのみの導電層を必要とするが、この場合も、第２の導電層を他方の側１２１において使用することの利点は、バックプレート１２０の反りを、より容易に生じさせられることである。膜１００の電極とバックプレート１２０とは、共にキャパシタを形成する。キャパシタプレートの間の空間は、この例では、５枚のフォイルに等しい。１μｍのフォイルが使用される場合、空間は、５μｍに等しい。ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩが、２×２ｍｍ^２の表面領域ＡＭを有する場合、膜１００の表面領域ＡＢは、前記値に近くなり得る（図面上の寸法は、正しく縮尺されていない）。換言すると、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩ内の表面領域は、ユード・クレイン（Udo Klein）、マティアス・ミュレンボーン（Matthias Mullenborn）およびプライミング・ロンバック（Priming Romback）による刊行物“ハイボリュームアプリケーションにおけるシリコンマイクロフォンの登場（The advent of silicon microphones in high-volume applications）”（ＭＳＴｎｅｗｓ、０２／０１、４０〜４１頁）から知られるＭＥＭＳマイクロフォンなどの、既知のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンよりも効率的に活用することができる。２ｃｍの幅を有するマイラー（Mylar）テープを使用した場合、１０個のＭＥＭＳマイクロフォンを、ほぼ無限の数の列（リールのテープの長さにのみ決定される）で、互いに平行して製造することが可能である。

バックプレート１２０には、好ましくは、音波により誘発されて膜１００が振動する間に、空間１１０に生じる空気圧の差を解放するための開口１２５が設けられている。ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの動作は、次の通りである。音波は、膜１００を、動いた状態にする（膜が振動し始める）。その結果、膜１００とバックプレート１２０の間の空間も、振動し始め、これは一方で、キャパシタ（膜１００およびバックプレート１２０の導電層によって形成される）のキャパシタンスの変動をもたらす。これらのキャパシタンスの変化は、電気的に測定でき、同時に、膜１００上の音波の測定値でもある。

ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩには、コンタクト孔１３０，１３５が設けられており、コンタクト孔は、膜１００およびバックプレート１２０のキャパシタプレート（電極）へのアクセスを提供する機能を果たす。膜１００の上側の電極は、部分的にフォイル１に、かつ部分的にフォイル２に、配置されている。このようにして、電極は、コンタクト孔１３５を介して、上側からアクセス可能となる。

図５および図６の例では、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩは、８枚のフォイル１，２，３，４，５，６，７，８の積層体Ｓを備える。しかし、異なる数のフォイルも可能である。これは特に、マイクロフォンの所望の縦寸法および空間の値に依存する。

膜１００の引張り応力が十分でない場合、その結果、その歪みプロフィール（deflection profile）が理想的でなくなり、設計者は、膜１００を、端部でより薄くすることを選択することが可能である。これは図７に示されている。両方の膜１００が、領域１０５で固定されている。図面における、上側の膜１００は、どのような薄い領域も備えず、音圧のため、中心がもっとも強く歪む。図の下側の膜２００は、一方で、端部に、より薄い領域２０８を備え、その結果、膜２００は、同じ程度の歪みを、比較的大きな領域ＡＤにわたって表す。この側面の結果は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩのキャパシタ（膜１００およびバックプレート１２０の導電層によって形成される）において、より大きな電気信号を、同じ音圧で測定することができることである。本発明に係る方法を用いた、このような薄い領域２０８の形成は、この点（例えばレーザーによる、フォイルの部分除去）に関してごく容易であり、一方、シリコン技術においては、これは非常に困難である。

図８および図９は、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの他の重要な利点を示している。実際には、集積回路ＩＣ（ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに接続されていてもいなくてもよい）のパッケージＰＡの一部も形成するようなやり方で、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造することも可能である。図８および図９は、フォイル積層体Ｓに開口１２０５を有する、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩを示している。開口１２０５には、集積回路ＩＣが存在する。この例では、集積回路ＩＣは、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩの電極に接続されている。接続は、図８では、金属ワイヤ１２００（一方で例えば金または銅）で形成され、図９では、はんだボールで形成されている。第２の可能性も、フィリップフロップ技術と呼ばれる。図８と図９の両方において、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンＭＩが、基板１３００に設けられている。しかし、基板１３００を使用せずに、例えば、より厚いフォイル積層体Ｓを使用することも、可能である。

本開示における例から、本発明は、安価なやり方で、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの製造に使用できるということを、結論付けることができる。本発明を使用して得られた製品は、電子デバイスと環境の連携が必要とされる家庭用電化製品に、使用することができる。

フォイル材料の選択に関し、多くの材料、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）、ポリイミド（ＰＩ：polyimide）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：polyethylene terephthalate）、ポリエチレン２，６ナフタレート（ＰＥＮ：polyethylene 2,6-naphthalate）、ポリスチレン（ＰＳ：polystyrene）、 ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyl methacrylate）、ポリプロピレン（polypropylene）、ポリエチレン（polyethene）、ポリウレタン（ＰＵ：polyurethane）、セロハン（cellophane）、ポリエステル（polyester）、パリレン（parilene）が使用可能である。これは実際には、複数の基準を満たす任意の材料を、使用可能であることに等しい。特に留意すべき点は、
−フォイルの厚さは、垂直解像度を決定すること、
−基本材料としてのフォイルは、扱い易くなければならず、好ましくは、ロールで供給されること、
−フォイルは、金属化が可能であること、
−金属化されたフォイルは、好ましくはレーザーによって、前処理することが可能であること、
−積層の後、フォイルを、好ましくは熱および圧力を用いて結合可能であること、
−材料を、“低い”温度（＜３００度）で融着できること、および
−フォイル積層体は、積層および結合の後に、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに必要とされる特性を有すること、である。

この点について重要なことは、フォイルの結合が、好ましくは、フォイル材料の融点よりわずかに下の温度で発生することである。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を、フォイル材料（２５５℃の融点を有する）として用いた場合、例えば２２０℃の温度が用いられる。

特に、フォイル材料は、当該の適用に必要とされる特性、すなわち温度安定性、形状安定性、圧力抵抗、光および化学特性を基準として、選択しなければならない。

最後に、マイカなどの無機の絶縁フォイルを使用してもよい。

本発明における全ての図面は、単に概略的な表現であり、その上、正しい縮尺では描かれていない。これらは、本発明が目的とする実施形態の図示、および技術的背景の提供を意図している。実際には、境界面の形状は、図面に示された境界面の形状とは、異なっていてもよい。“１つの（a（n））”という語が用いられている場所では、当然ながら、２以上の数を用いても良い。当業者が、本発明の新たな実施形態を考案できることは、当然である。しかし、このような新たな実施形態は、全て、特許請求の範囲に含まれる。

本発明に係る方法の可能な変形は、２つのフォイルを同時に巻き付けることである。フォイルは、例えば、２つの異なるロールから来ても、来なくてもよい。さらに、フォイルは、既に結合されていてもよい。加えて、フォイルは、既にパターニングされていてもよい。他の変形によると、フォイルは、同じ厚さを持たない。さらに、３つ以上のフォイルを、巻きつけてもよい。

本明細書では、フォイルの巻き付けの例を、広範囲に示している。当然ながら、個別のフォイルを積層することも可能である。この場合、同じ厚さを持たないフォイルを積層することも可能である。

また、ここに述べられたＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの全ての実施形態は、ここに述べられた数とは異なる数のフォイルを備えてもよい。これは、部分的に、設計者の要求にも依存する。

図１は、方法の一部の概略表現であり、導電層が存在する状態のフォイルに、４つの異なる領域が形成されるやり方を示している。 図２は、フォイルが自動的に直線に揃えられ、かつパターニングすることも可能なやり方を示している。 図３は、本発明に係る方法を行うための装置の一部の実施形態の概略表現である。 図４は、方法を実行するための実際の装置の写真を示している。 図５は、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン構造を形成する８枚のフォイルの積層体を示している。 図６は、図５のフォイルを結合した後の、本発明に係るＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの第１の実施形態、すなわち、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを示している。 図７は、本発明に係る方法の一態様に従って、特定の箇所で薄くされたＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの膜を示している。 図８は、ＭＥＭＳ圧力センサと集積回路の間の接続にはんだワイヤが用いられた、集積回路のパッケージの一部としても機能するＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを示している。 図９は、フリップフロップ技術が用いられた、集積回路のパッケージの一部としても機能するＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを示している。

Claims (22)

1. 空間が設けられたＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを製造する方法であって、
   −少なくとも２つの電気絶縁性の柔軟なフォイルの組を供給するステップであって、少なくとも１つのフォイルの少なくとも一方の側には、導電層が存在し、前記導電層は、電極または導体としての使用に適している、ステップと、
   −前記導電層をパターニングし、電極または導体を形成するステップと、
   −前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの前記空間を形成する開口が形成されるように、少なくとも１つのフォイルをパターニングするステップと、
   −前記フォイルの組を積層して、前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを形成するステップと、
   −前記フォイルを互いに結合するステップであって、前記フォイルは、２つの隣接するフォイルが互いに接触した場合に、２つの隣接するフォイルのフォイル材料の間の少なくとも１つの導電層が除去された位置で、互いに結合される、ステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
2. フォイルの組は、個々のフォイルが、同じ種類のフォイル材料を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. フォイルの組は、個々のフォイルが、ほぼ同じ厚さを有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも３つの電気絶縁性の柔軟なフォイルが供給される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
5. −第１の柔軟なフォイルを、少なくとも１つの開口の一方の側を覆って膜が形成されるようにパターニングするステップと、
   −第２の柔軟なフォイルを、前記第２のフォイルにおける少なくとも１つの孔が、前記開口に接するようにパターニングするステップと、
   をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記パターニングは、マスクと組合せるか否かに拘わらず、レーザーによって行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 前記フォイルの前記積層は、少なくとも１つのフォイルを、第１のリールに巻き付けることによって行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記方法は、前記第１のリールに巻き付ける際に、前記フォイルが、第２のリールまたはロールから繰り出されるプロセスにおいて行われる、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記フォイルの前記結合は、積層された前記フォイルに、高温で圧力を加えることによって行われ、前記圧力は、前記フォイルに垂直の方向で加えられる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 前記構造内の前記空間に隣接する前記フォイルに必要とされる前記圧力は、前記空間内で高い圧力を加えることによって得られる、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、前記フォイルの融着が生じた後に前記積層体から個別化される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記フォイル材料は、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ：polyphenyl suplhide）およびポリフェニレンテレフタレート（ＰＥＴ：polyethylene terephthalate）から成る群から選択される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 使用される前記フォイルは、１μｍ〜５μｍの厚さを有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の方法。
14. 少なくとも２つの電気絶縁性の柔軟なフォイルの積層された組を備える、ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンであって、
    少なくとも１つのフォイルの少なくとも一方の側には、パターニングされた導電層が存在し、前記導電層は、電極または導体としての使用に適しており、
    ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの空間を形成する開口が形成されるように、少なくとも１つのフォイルがパターニングされており、
    前記フォイルは、２つの隣接するフォイルが互いに接触した場合に、２つの隣接するフォイルのフォイル材料の間の少なくとも１つの導電層が除去された位置で、互いに結合される、
    ことを特徴とするＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン。
15. 前記フォイルの組は、マイクロシステム内に空間が存在する少なくとも３つのフォイルを備え、
    前記空間には、その第１の側に、音波を吸収するための膜として配置された第１のフォイルが設けられており、かつ、前記空間には、第２の側に、バックプレートとして配置された第２のフォイルが設けられており、
    前記第２のフォイルは、圧力波を自由空間に通過させる開口を備えており、
    前記空間は、前記フォイルに垂直の方向に測定される、少なくとも１つのフォイルの厚さを有しており、
    前記マイクロシステムは、さらに、前記膜と前記バックプレートとに導電層が設けられており、前記層は、前記マイクロシステムを電気的に接続するための領域に案内すること、を特徴とする請求項１４に記載のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン。
16. 前記フォイルの積層体に、前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの一方の側から導電層へのアクセスを提供する開口を備え、前記導電層は、前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンの電極に接続されている、ことを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォン。
17. 請求項１４、請求項１５または請求項１６に記載のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備える電気絶縁性の柔軟なフォイルの積層体。
18. 請求項１４、請求項１５または請求項１６に記載のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備える電子デバイス。
19. 請求項１７に記載のＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンを備える電気絶縁性の柔軟なフォイルの積層体を備える電子デバイス。
20. 前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンからの信号を読み取りまたは駆動するための集積回路をさらに備える、ことを特徴とする請求項１８または請求項１９のいずれかに記載の電子デバイス。
21. 前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに、凹部が設けられており、前記凹部に、前記集積回路が収容され、これにより、前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、事実上、前記集積回路のパッケージの一部を形成し、前記集積回路は、前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンに接続されている、ことを特徴とする請求項２０に記載の電子デバイス。
22. 請求項１９乃至請求項２１のいずれかに記載の電子デバイスの使用であって、
    前記ＭＥＭＳキャパシタマイクロフォンは、音を記録するために、電極に電圧を供給し、
    前記電圧は、前記集積回路によって読み取られる、
    ことを特徴とする電子デバイスの使用。

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