JP2016520264A - 脱ガス用開口部を備えたｍｅｍｓマイクロホン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

音響装置が、基板、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイ、集積回路を含む。基板には、恒久的開口部が貫いて延びる。恒久的開口部を覆って音響エネルギーによって動く穴無しダイアフラムを含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイが配置される。基板を貫いて第１の一時的開口部が延びる。基板上には第２の開口部を含む集積回路が配置される。第１の一時的開口部と第２の開口部は略整列される。基板には、ＭＥＭＳダイ及び集積回路を取り囲むカバーが結合される。カバー及び基板が後方容量を形成し、ダイアフラムが後方容量を前方容量から分離する。第１の時点において、第１の一時的開口部は、後方容量内に存在するガスが一時的開口部を通じて外部に流出可能に制限されておらず、穴無しダイアフラムはガスの通過を防ぐ。その後第２の時点において、第１の一時的開口部が実質的に塞がれて閉じられ、その後に音響デバイスが使用可能になる。【選択図】図２

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１３年４月２４日に出願された「脱ガス用開口部を備えたＭＥＭＳマイクロホン及びその製造方法（Ａ ＭＥＭＳ Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｗｉｔｈ Ｏｕｔ−ｇａｓｓｉｎｇ Ｏｐｅｎｉｎｇｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」という名称の米国仮特許出願第６１／８１５，４１９号に対し、合衆国法典第３５編第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものであり、この仮特許出願の内容はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。

本出願は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関し、より具体的には、デバイスへの損傷を回避することに関する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロホンは周知である。一般的に言えば、これらのデバイスでは、基板（例えば、プリント基板（ＰＣＢ））上に（ダイアフラム及びバックプレートを含む）ＭＥＭＳデバイス又はダイが配置される。基板上には、ＭＥＭＳデバイス及び集積回路を取り囲む蓋部（又は他のタイプのカバー）が取り付けられる。（トップポート式デバイスの製造では）蓋部を貫いて、或いは（ボトムポート式デバイスの製造では）基板を貫いてポートが配置される。このポート内に音が進入し、ダイアフラムを動かし、（音響エネルギーを表す）電気エネルギーが生成され、このエネルギーを他のデバイスによってさらに処理又は使用することができる。

製造工程中、アセンブリ内にガスが蓄積することがある。現行のボトムポート式マイクロホンは、マイクロホンアセンブリの内部に蓄積したガスを解放するために穴あきダイアフラムを必要とする。穴あきダイアフラムによる方法では、この蓄積したガスを放出するために、ダイアフラムに小さな開口部が維持される。このガスを解放しなければ、蓋部が湾曲又は別様に変形したり、内部コンポーネントが損傷したり、或いはこれらの両方が生じることがある。アセンブリ内のガスの蓄積に起因してたまに生じる別の問題点は、蓋部を基板に固定する音響シールが損傷する可能性である。これによって音漏れ問題が生じ、マイクロホン性能に悪影響が及ぶ。

上述した穴あきダイアフラムによる方法では、アセンブリへの損傷は減少するが、やはり音響ノイズがもたらされる。穴あきダイアフラムでは、アセンブリ内にデブリが侵入し、ダイアフラムとバックプレートの間から抜け出せなくなってしまうこともある。これらの問題点により、上記の方法に対する不満が生じている。

本開示をより完全に理解するために、以下の詳細な説明及び添付図面を参照されたい。

本発明の様々な実施形態による、集積回路を貫いて延びる開口部を備えたマイクロホンアセンブリの斜視図である。 本発明の様々な実施形態による、図１のマイクロホンアセンブリの線Ａ−Ａに沿って切り取った側面断面図である。 本発明の様々な実施形態による、集積回路を貫いて延びない開口部を備えたマイクロホンアセンブリの斜視図である。 本発明の様々な実施形態による、図３のマイクロホンアセンブリの線Ｂ−Ｂの線に沿って切り取った側面断面図である。 本発明の様々な実施形態による、ＭＥＭＳデバイスを製造して脱ガスを行う方法のフローチャートである。

当業者であれば、図中の要素は単純さ及び明確さを目的として示されていると認識するであろう。動作及び／又はステップの中には、特定の発生順で説明又は図示しているものもあるとさらに認識されるであろうが、当業者であれば、このような順序に関する特定性は実際には不要であると理解するであろう。また、本明細書で使用する用語及び表現は、本明細書内で別途特定の意味を記載している場合を除き、対応するそれぞれの探求及び研究分野に関するこのような用語及び表現に従う通常の意味を有することも理解されるであろう。

ＭＥＭＳマイクロホンアセンブリの脱ガスを行う方法を提供する。この機能は、ダイアフラム内のいずれかの開口部を通じて達成されるのではなく、基板内の他の一時的な穴又は開口部を通じて達成される。この方法は、ＭＥＭＳマイクロホンの信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善し、ＭＥＭＳマイクロホンの存続性を改善し、アセンブリの構築に使用する様々なＭＥＭＳマイクロホン部品の数を減少させる。

音響装置は、基板、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイ、集積回路、及びカバーを含む。基板には、恒久的開口部が貫通して延びる。恒久的開口部を覆って、音響エネルギーによって動く穴無しダイアフラムを含むＭＥＭＳダイが配置される。基板上には、ＭＥＭＳダイに電気的に結合された集積回路が配置される。

基板を貫いて第１の一時的開口部が延び、集積回路を貫いて第２の開口部が延びる。第１の一時的開口部は、第２の開口部と大まかに整列する。

カバーは、基板に結合されてＭＥＭＳダイ及び集積回路を取り囲み、カバー及び基板が後方容量を形成し、ダイアフラムが後方容量を前方容量から分離する。

第１の時点において、第１の一時的開口部及び第２の開口部は、後方容量内に存在するガスが第１の一時的開口部及び第２の開口部を通じて外部に流出できるように制限されていない。穴無しダイアフラムは、ガスの通過を防ぐ。その後、第２の時点において、第１の一時的開口部が実質的に塞がれて閉じられ、その後に音響デバイスが使用可能になる。

いくつかの態様では、第１の一時的開口部が、第２の開口部よりも大きい。他の態様では、第２の時点後に、第２の開口部が少なくとも部分的に塞がれる。他の例では、第１の一時的開口部がエポキシ樹脂で閉じられる。

音響デバイスの製造方法を提供する。この音響装置は、恒久的開口部を含む基板と、恒久的開口部を覆って配置された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイとを含む。ＭＥＭＳダイは、音響エネルギーによって動く穴無しダイアフラムを含む。装置は、基板上に配置されてＭＥＭＳダイに電気的に結合された集積回路を含む。

この方法では、基板を貫いて延びる第１の一時的開口部を形成する。集積回路を貫いて第２の開口部が延び、第１の一時的開口部は、第２の開口部と大まかに整列する。

基板上にはカバーが配置されてＭＥＭＳダイ及び集積回路を取り囲み、カバー及び基板が後方容量を形成し、ダイアフラムが後方容量を前方容量から分離する。

第１の時点において、後方容量内に存在するガスは、第１の一時的開口部及び第２の開口部を通じて制限なく外部に通過することができる。ガスは、ダイアフラムを通過しない。その後、第２の時点において、第１の一時的開口部が実質的に塞がれて閉じられる。

ここで、図１及び図２を参照しながらＭＥＭＳマイクロホンアセンブリ１００の一例について説明する。マイクロホンアセンブリ１００は、基板１０２、ＭＥＭＳデバイス１０４、集積回路１０６、及びＭＥＭＳデバイス１０４を集積回路１０６に結合するワイヤボンド１０８を含む。基板１０２は、第１の導電層１１０、第２の導電層１１２及び絶縁層１１４を含む。ＭＥＭＳデバイス１０４及び集積回路１０６は、第１の導電層１１０上に配置される。

ＭＥＭＳデバイス１０４及び集積回路１０６は、カバー又は蓋部１１６によって覆われ、これによって後方容量１１８が形成される。基板１０２を貫いて音響ポート１２０が形成され、前方容量１２２が形成される。ＭＥＭＳデバイス１０４及び集積回路１０６は、ダイ取り付け部１２３によって基板１０２に取り付けられる。

ＭＥＭＳデバイス１０４は、ダイアフラム１２４及びバックプレート１２６を含む。ダイアフラム１２４が動くと、バックプレート１２６との間の距離が変化して電気信号を生じる。

集積回路１０６には、基板１０２を貫く開口部１３０に一致する開口部１２８が貫通する。一例では、開口部１２８及び開口部１３０の直径が、約４０μｍ及び１５０μｍである。

開口部１２８及び開口部１３０は、後方容量１１８からのガスをマイクロホンアセンブリ１００の外部に逃がす脱ガス路を提供する。組み立て後、ただし一例ではアセンブリ１００のシンギュレーション（ダイシング）前に、集積回路１０６内の開口部１２８及び／又は開口部１３０に、低脱ガス充填材１３１が充填される。

いくつかの態様では、集積回路１０６が、特別に開口部１２８を含んで組み立てられる。集積回路には、アルミニウム（Ａｌ）結合の腐食に備えてＳＡＭコーティングを付与することができる。これにより、Ａｌ結合パッドを腐食から保護するために集積回路にカプセル化材料を使用する必要性が排除されるので、より大きな後方容量が利用可能になって電気音響マイクロホンの性能が向上する。

脱ガスが行われた時点で、開口部１２８及び１３０を塞ぐ。一例では、開口部１２８及び１３０に、一例ではエポキシ樹脂である低脱ガス充填材１３１を充填する。エポキシ樹脂は、充填後に硬化することができる。充填され硬化した時点で、後方容量は、ＭＥＭＳ内に典型的に設計される意図的な気圧ベントを除いて外部環境から基本的に密封され、マイクロホンが動作できるようになる。

このようにして穴無しダイアフラムが提供されるが、脱ガス用のベントも一時的に設けられる。従って、アセンブリ１００に対する損傷が防がれ、アセンブリ１００の信号対雑音比（ＳＮＲ）が向上し、本明細書で言及した他の利点も実現される。

以下、図３及び図４を参照しながらＭＥＭＳマイクロホンアセンブリ３００の一例について説明する。マイクロホンアセンブリ３００は、基板３０２、ＭＥＭＳデバイス１０４、集積回路３０６、及びＭＥＭＳデバイス３０４を集積回路３０６に結合するワイヤボンド３０８を含む。基板３０２は、第１の導電層３１０、第２の導電層３１２及び絶縁層３１４を含む。ＭＥＭＳデバイス３０４及び集積回路３０６は、第１の導電層３１０上に配置される。

ＭＥＭＳデバイス３０４及び集積回路３０６は、カバー又は蓋部３１６によって覆われて後方容量３１８が形成される。基板３０２を貫いて音響ポート３２０が形成され、前方容量３２２が形成される。ＭＥＭＳデバイス３０４及び集積回路３０６は、ダイ取り付け部３２３によって基板３０２に取り付けられる。

ＭＥＭＳデバイス３０４は、ダイアフラム３２４及びバックプレート３２６を含む。図１及び図２の例とは対照的に、集積回路３０６は開口部を含まない。基板３０２を貫いて開口部３３０を設けるが、この開口部は集積回路３０６と整列しない。

開口部３３０は、後方容量３１８からのガスをマイクロホンアセンブリの外部に逃がす脱ガス路を提供する。組み立て後、ただし一例ではシンギュレーション（ダイシング）前に、開口部３３０にエポキシ樹脂などの低脱ガス充填材３３１を充填する。集積回路３０６には、ＳＡＭコーティング３２９を付与することができる。

このようにして穴無しダイアフラムが提供されるが、脱ガス用のベントも一時的に設けられる。従って、アセンブリ３００に対する損傷が防がれ、アセンブリ３００のＳＮＲ比が向上し、本明細書で言及した他の利点が実現される。図１及び図２の例とは対照的に、集積回路を貫く開口部は不要であるため設けない。

以下、図５を参照しながら、脱ガス用開口部を備えたマイクロホンの製造方法の一例について説明する。ステップ５０２において、集積回路、及びマイクロホンアセンブリのその他のコンポーネント（例えば、ＭＥＭＳデバイス、蓋部、集積回路及びワイヤボンド）を取得する。いくつかの態様では、集積回路が開口部を含むことができる。ステップ５０４において、基板内の開口部を取得する。いくつかの例では、基板の構築時に開口部を形成することができる。他の例では、基板に開口部を穿孔することができる。

ステップ５０６において、コンポーネントを組み立てる。例えば、ＭＥＭＳデバイス及び集積回路を基板に固定する。いくつかの例では、開口部を有する集積回路を使用する場合、集積回路内の開口部を基板内の開口部と整列させる。貫通する開口部を有していない集積回路を使用する場合、基板内の開口部との整列は不要である。

ステップ５０８において、何らかの所定時間後（例えば、ステップ５０６が完了してから３０分後）に、基板内の開口部にエポキシ樹脂などの低脱ガス充填材を充填する。この機能は、いずれかの従来のエポキシ注入法及び装置を用いて達成することができる。開口部を有する集積回路を使用する場合、集積回路を貫く開口部も塞ぐことができる。エポキシ樹脂は、充填後に硬化する。

ステップ５１０において、製造工程が完了する。例えば、シンギュレーション工程を完了することができる。本明細書で使用する「シンギュレーション」とは、ダイシングソー工程を通じたマイクロホン回路の個別分離を意味する。この時点で、アセンブリを使用することができる。

本明細書では、発明者らに周知の、発明を実施するための最良の形態を含む本発明の好ましい実施形態を説明した。図示の実施形態は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

１００ マイクロホンアセンブリ
１０２ 基板
１０４ ＭＥＭＳデバイス
１０６ 集積回路
１１０ 第１の導電層
１１２ 第２の導電層
１１４ 絶縁層
１１６ 蓋部
１１８ 後方容量
１２０ 音響ポート
１２２ 前方容量
１２３ ダイ取り付け部
１２４ ダイアフラム
１２６ バックプレート
１２８ 開口部
１２９ ＳＡＭコーティング
１３０ 開口部
１３１ 低脱ガス充填材

Claims (9)

1. 音響装置であって、
   恒久的開口部が貫通して延びる基板と、
   音響エネルギーによって動く穴無しダイアフラムを含む、前記恒久的開口部を覆って配置された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイと、
   前記基板上に配置され、前記ＭＥＭＳダイに電気的に結合された集積回路と、
   前記基板を貫いて延びる第１の一時的開口部、及び、前記第１の一時的開口部と概して整列され、前記集積回路を貫いて延びる第２の開口部と、
   前記基板に結合され、前記ＭＥＭＳダイ及び前記集積回路を取り囲むカバーと、
   を備え、前記カバー及び前記基板が後方容量を形成し、前記ダイアフラムが前記後方容量を前方容量から分離し、
   第１の時点において、前記第１の一時的開口部及び第２の開口部は、前記第１の一時的開口部及び前記第２の開口部を通じて前記後方容量内に存在するガスが外部に流出可能なように制限されず、
   その後の第２の時点において、前記第１の一時的開口部が実質的に塞がれて閉じられ、その後に前記音響デバイスが使用可能になる、
   ことを特徴とする音響装置。
2. 前記第１の一時的開口部は前記第２の開口部よりも大きい、請求項１に記載の音響装置。
3. 前記第２の開口部は、前記第２の時点後に少なくとも部分的に塞がれる、請求項２に記載の音響装置。
4. 前記第１の一時的開口部は、エポキシ樹脂で閉じられる、請求項１に記載の音響装置。
5. 音響デバイスの製造方法であって、
   音響装置を準備するステップであって、前記音響装置が、
   恒久的開口部を含む基板と、
   音響エネルギーによって動く穴無しダイアフラムを含む、前記恒久的開口部を覆って配置された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイと、
   前記基板上に配置され、前記ＭＥＭＳダイに電気的に結合された集積回路と、
   を備えた音響装置を準備するステップと、
   前記基板を貫いて延びる第１の一時的開口部を形成するステップであって、第２の開口部が前記集積回路を貫いて延びており、前記第１の一時的開口部が前記第２の開口部と概して整列される、第１の一時的開口部を形成するステップと、
   前記基板を覆って前記ＭＥＭＳダイ及び前記集積回路を取り囲むカバーを配置して、該カバー及び前記基板が後方容量を形成し、前記ダイアフラムが前記後方容量を前方容量から分離するようにするステップと、
   第１の時点において、前記第１の一時的開口部及び前記第２の開口部を通る外部への前記後方容量内に存在するガスの制限のない通過を可能にするステップであって、前記ガスは前記ダイアフラムを通過しない、制限のない通過を可能にするステップと、
   その後の第２の時点において、前記第１の一時的開口部を実質的に塞いで閉じるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
6. 前記音響デバイスを動作させるステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の一時的開口部が前記第２の開口部よりも大きい、請求項５に記載の方法。
8. 前記第２の開口部は、前記第２の時点後に少なくとも部分的に塞がれる、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の一時的開口部は、エポキシ樹脂で閉じられる、請求項５に記載の方法。

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