JP2012517184A - Ｍｅｍｓマイクロホンパッケージ及びパッケージング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、パッケージング過程にて排気経路（ｖｅｎｔ ｐａｔｈ）を追加して内部空気圧と外部空気圧の平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）を改善することで音響特性が向上されるＭＥＭＳマイクロホンパッケージ及びパッケージング方法に関する。
【解決手段】 本発明のＭＥＭＳマイクロホンパッケージはＭＥＭＳ工程技術によってシリコン本体にパックプレートと振動膜構造が形成されるＭＥＭＳマイクロホンチップと、前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを実装するための基板と、前記基板に接着剤を塗布するものの一部分は空けて塗布した後前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの本体と前記基板を接着して前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの本体と前記基板との間に排気経路が形成される接合部と、前記基板と接合されて前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを受容するための空間を形成するケースと、を含めて前記排気経路を通じて前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの内部空気圧と外部空気圧が平衡をなすようにすることで音響特性を向上するものである。
【選択図】図３

Description

本発明はＭＥＭＳマイクロホンパッケージに関し、より詳しくはパッケージング過程にて排気経路（ｖｅｎｔ ｐａｔｈ）を追加して内部空気圧と外部空気圧の平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）を改善することで音響特性が向上されるＭＥＭＳマイクロホンパッケージ及びパッケージング方法に関する。

１９８０年代にＲ．ＨｉｊａｂなどによってＭＥＭＳマイクロホンに対する研究が報告された後ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ）工程技術を利用する多様な種類のマイクロホン構造及び製造技術に対する研究が進めていた。ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ）工程は半導体工程技術を基に安定的で調節可能な物性を有する薄膜を製造することができて一括工程が可能であることから小型で安価の高性能マイクロホンチップを具現することができる。また、既存のエレクトレットコンデンサーマイクロホンに比べて高い温度にて組立て及び動作が可能であるため既存に使用している表面実装（ＳＭＤ）装備及び技術を用いてＭＥＭＳマイクロホンパッケージを組立てることができる長所がある。

通常のＭＥＭＳマイクロホンパッケージは図１及び図２に示すように、シリコン基板を利用してバックプレート及び振動膜構造を有するＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を具現した後ＰＣＢ基板２０に接着剤２２で接着して組立てを行った。

図１及び図２を参照すると、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０はシリコン本体微細加工技術（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を利用して単結晶シリコンの本体１２に絶縁層１２ａを形成した後異方性湿式または乾式エッチングで加工してバックチャンバー１９と振動膜１４を具現した後シリコン表面微細加工技術（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）によって犠牲層を利用してスペーサリング１６に支持される複数の音響孔１８ａを備えるバックプレート１８を具現した後ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０の空気圧平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）のための排気孔１４ａを振動膜１４上で加工して製造した。そしてＭＥＭＳマイクロホンチップ１０の本体全体を接着することができるように図１に示すようにＰＣＢ基板２０に接着剤２２を塗布した後ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を付着して乾燥させてパッケージングした。

ＭＥＭＳマイクロホンチップを製造することにおいて内部空気圧と外部空気圧の平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）を維持するために振動膜上に排気孔（ｖｅｎｔ ｈｏｌｅ）を形成するが、製造技術の限界によって振動膜上の排気孔の数が多いかまたは直径が大きい場合にはバックプレートと振動膜の面積によって形成される電気容量が小さくなることによって感度が低下されて低周波帯域の特性が劣化される問題点があって、振動膜上の排気孔の数が少ないかまたは直径が小さい場合には、振動膜の感度は高くなるが空気圧平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）が十分でないことからバックチャンバーに空気抵抗が生じることによって反応速度及び感度に異常現象が生じる問題点がある。

本発明は上述の問題点を開場するために提案されたものであって、本発明の目的は基板にＭＥＭＳマイクロホンチップを付着しつつ排気経路（ｖｅｎｔ ｐａｔｈ）を追加してＭＥＭＳマイクロホンチップの製造上の限界を極服することで音響特性が向上されるＭＥＭＳマイクロホンパッケージ及びパッケージング方法を提供するものである。

上述の目的を達成するために本発明のパッケージはＭＥＭＳ工程技術によってシリコン本体にパックプレートと振動膜構造が形成されたＭＥＭＳマイクロホンチップと、前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを実装するための基板と、前記基板に接着剤を塗布するものの一部分を空けて塗布した後前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの本体と前記基板を接着して前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの本体と前記基板との間に排気経路が形成された接合部と、前記基板と接合されて前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを受容するための空間を形成するケースと、を含めて前記排気経路を通じて前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの内部空気圧と外部空気圧が平衡をなすようにすることによって音響特性を向上することを特徴とする。

また前記のような目的を達成するために本発明のパッケージング方法は基板を用意するステップと、前記基板に塗布する接着剤の厚さを算出するステップと、排気経路のために一部を空けて前記基板に前記算出された厚さに接着剤を塗布するステップと、前記接着剤の上にＭＥＭＳマイクロホンチップを付着するステップと、前記接着剤を乾燥させるステップと、前記基板にケースを付着するステップと、を含むことを特徴とする。

前記基板はＰＣＢ、セラミック、メタルのうち何れか一つであって、前記ケースや前記基板のうち何れか一つまたは両側には音響孔が形成されたことである。

本発明によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージは基板にＭＥＭＳマイクロホンチップを付着しつつ排気経路（ｖｅｎｔ ｐａｔｈ）を追加してＭＥＭＳマイクロホンチップの製造上の限界を極服することで音響特性を向上することができる。すなわち、本発明によればＭＥＭＳマイクロホンチップの排気孔に関係なく内部空気圧と外部空気圧の平衡を安定的に維持することができることから振動膜の感度を低下させなくしつつ異常現象を防止することができる。

従来のＭＥＭＳマイクロホンチップを基板に付着する例を示す概略図である。 従来のＭＥＭＳマイクロホンチップを基板に付着する例の側断面図である。 本発明によってＭＥＭＳマイクロホンチップを基板に付着する例を示す概略図である。 本発明によってＭＥＭＳマイクロホンチップを基板に付着する例の側断面図である。 本発明によってＭＥＭＳマイクロホンをパッケージングする手続きを示す順次図である。 本発明によって音響孔がケースに形成されたＭＥＭＳマイクロホンパッケージの例を示す図である。 本発明によって音響孔が基板に形成されたＭＥＭＳマイクロホンパッケージの例を示す図である。

本発明と本発明の実施によって達成される技術的な課題は以下で説明する本発明の好ましい実施形態によってより明確になりえる。以下の実施形態らはただ本発明を説明するために例に挙げたことに過ぎ、本発明の範囲を制限するためのものではない。

図３は本発明によってＭＥＭＳマイクロホンチップを基板に付着する例を示す概略図であって、図４は本発明によってＭＥＭＳマイクロホンチップを基板に付着する例の側断面図である。

本発明によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージは図３及び図４に示すように、シリコン基板を用いてバックプレート及び振動膜構造を有するＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を具現した後ＰＣＢ基板２０に接着剤２２で接着して組立てするものの接着部の一部を空けて外部空気圧と内部空気圧との平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）を維持するための排気経路２４を追加に形成するものである。

図３及び図４を参照すると、本発明に用いるＭＥＭＳマイクロホンチップ１０はシリコン本体微細加工技術（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を採用して単結晶シリコンの本体１２の上側に絶縁層１２ａを形成した後異方性湿式エッチングまたは乾式エッチングで加工してバックチャンバー１９と振動膜１４を具現した後シリコン表面微細加工技術に従って犠牲層を利用してスペーサリング１６に支持されるバックプレート１８を蒸着しバックチャンバー１９とＭＥＭＳマイクロホンチップ１０の外部との空気圧平衡（Ａｉｒ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）のための排気孔１４ａを振動膜１４上に加工して製造したものである。この際バックプレート１８には貫通孔１８ａが形成されていて、振動膜１４上には排気孔１４ａが形成されて振動膜１４の外側空気圧と内側空気圧が平衡をなすように形成されている。

そして本発明によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージは図３に示すようにＭＥＭＳマイクロホンチップ１０と基板２０との間の接着部に接着剤２２をすべて塗布しなくて一部に排気経路２４を形成することができるように接着剤２２を空けてＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を基板２０に付着した後図４に示すように接着剤がない部分に排気経路２４が形成されている。基板２０としてはＰＣＢ、セラミック、メタルなどが可能であって、接着剤の厚さＴは周波数特性変化を起こさない略数μｍ〜数十μｍが好ましい。

よって本発明によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージはＭＥＭＳマイクロホンチップ１０の排気孔に関係なく内部空気圧と外部空気圧との平衡を安定的に維持することができて振動膜の感度を低下させなくしつつ異常現象を防止することができる。

図５は本発明によってＭＥＭＳマイクロホンチップをパッケージングする手続きを示す順次図である。
本発明によってＭＥＭＳマイクロホンパッケージを製造する手続きは図５に示すように基板２０を用意した後周波数特性変化を起こさないギャップ（ｇａｐ）の接着剤厚さＴを算出して基板２０に接着剤２２を算出の厚さに塗布して、接着剤２２の上に ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を付着した後乾燥させる過程で形成される（Ｓ１〜Ｓ５）。そして基板２０にＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を駆動して信号を処理するための他の回路素子３０を付着した後基板２０とケース４０を付着してＭＥＭＳマイクロホンチップ１０と実装された回路素子３０を受容するための空間を形成する。

図６は本発明によって音響孔がケースに形成されるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの例であって、本発明によって基板２０とＭＥＭＳマイクロホンチップ１０との間の接合部の一側に接着剤２２を塗布しないことで空気圧平衡を達成するための排気経路２４を形成した後音響孔４０ａが形成されたケース４０を基板２０に接合したものである。

図６を参照すると、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０は接着剤２２で基板２０に接着されつつ接着剤２２が塗布されてない部分を通じて空気流れが自由に行われるように排気経路２４が形成されていて、ケース４０には音響孔４０ａが形成されると共に基板２０と接合されてＭＥＭＳマイクロホンチップ１０と他の回路素子３０を受容するための空間を形成している。

よって本発明によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージはケース４０によって形成された音響孔４０ａを通じて外部からの音が流入されると、振動板１４が振動することになるが排気孔１４ａのみならず排気経路２４を通じてＭＥＭＳマイクロホンチップ１０の内部空気（バックチャンバー空気）と外部空気が自由に往来されて振動膜１４振動に応じる音圧変動を素早く平衡状態に到達されるようにすることで感度と音響特性を向上することができる。

図７は本発明によって音響孔が基板に形成されたＭＥＭＳマイクロホンパッケージの例であって、本発明によって音響孔２０ａが形成された基板２０とＭＥＭＳマイクロホンチップ１０との間の接合部の一側に接着剤２２を塗布しないことで空気圧平衡を達成するための排気経路２４を形成した後音響孔がないケース４０を基板２０に接合したものである。

図７を参照すると、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０は接着剤２２で基板２０に接着されつつ接着剤２２が塗布されてない部分を通じて空気流れが自由に行うように排気経路２４が形成されていて、基板２０には音響孔２０ａが形成されると共にケース２０と接合されてＭＥＭＳマイクロホンチップ１０と他の回路素子３０を受容するための空間を形成している。

上述では本発明の図面として図示された一実施形態を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を持つ者であればこれから多様な変更及び均等な他の実施形態が可能であることを理解することができる。

本発明は基板にＭＥＭＳマイクロホンチップを付着しつつ排気経路（ｖｅｎｔ ｐａｔｈ）を追加してＭＥＭＳマイクロホンチップの製造上の限界を極服することで音響特性を向上して、ＭＥＭＳマイクロホンチップの排気孔に関係なく内部空気圧と外部空気圧の平衡を安定的に維持することができて振動膜の感度を低下させないつつ異常現象を防止することができるので、産業上に著しい利用可能性がある。

Claims (6)

1. ＭＥＭＳ工程技術によってシリコン本体にバックプレートと振動膜構造が形成されたＭＥＭＳマイクロホンチップと、
   前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを実装するための基板と、
   前記基板に接着剤を塗布するものの一部分は空けて塗布した後前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの本体と前記基板を接着して前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの本体と前記基板との間に排気経路が形成される接合部と、
   前記基板と接合されて前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを受容するための空間を形成するケースと、を含み、
   前記排気経路を通じて前記ＭＥＭＳマイクロホンチップの内部空気圧と外部空気圧が平衡をなすようにすることによって音響特性を向上することを特徴とするＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
2. 前記ケースや前記基板のうち何れか一つまたは両側には音響孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
3. 前記基板は、ＰＣＢ、セラミック、メタルのうち何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
4. 前記排気経路は、少なくとも１個以上であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
5. 基板を用意するステップと、
   前記基板に塗布する接着剤の厚さを算出するステップと、
   排気経路のために一部を空けて前記基板に前記算出の厚さに接着剤を塗布するステップと、
   前記接着剤の上にＭＥＭＳマイクロホンチップを付着するステップと、
   前記接着剤を乾燥させるステップと、
   前記基板にケースを付着するステップと、を含むことを特徴とするＭＥＭＳマイクロホンパッケージング方法。
6. 前記基板は、ＰＣＢ、セラミック、メタルのうち何れか一つまたは両側には音響孔が形成されることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージング方法。

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