JP2016521036A - 後方容量を増やしたｍｅｍｓ装置 - Google Patents

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Abstract

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクアセンブリが、基部及びカバーを含む。カバーは、基部に結合されて基部と共にキャビティを定める。基部は、凹部を形成し、凹部は、ＭＥＭＳダイを保持するような寸法及び形状を有する。ＭＥＭＳダイは、ダイアフラム及びバックプレートを含む。【選択図】図２

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１３年３月２８日に出願された「後方容量を増やしたＭＥＭＳ装置（ＭＥＭＳ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｂａｃｋ Ｖｏｌｕｍｅ）」という名称の米国仮特許出願第６１／８０５，９９３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、性能特性を改善したＭＥＭＳマイクに関する。
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの例を２つ挙げると、マイク及びスピーカがある。ＭＥＭＳマイクの場合、音響ポートを通じて音響エネルギーが入り込んでダイアフラムを振動させ、この作用により、ダイアフラムとその近傍に配置されたバックプレートとの間に対応する電位（電圧）変化が生じる。この電圧は、受け取られた音響エネルギーを表す。その後、通常、この電圧は（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの）集積回路に送信される。集積回路では、さらなる信号処理を行うことができる。例えば、集積回路では、電圧信号に増幅及びフィルタ処理機能を実施することができる。ＭＥＭＳマイクは、例を２つ挙げると携帯電話機又はパーソナルコンピュータに関連するものなどの様々な顧客電子装置と共に使用することができる。
通常、マイクは、できる限り感度が高いことが望ましい。感度が高ければ高いほど、マイクの性能も良好になる。周知のように、感度には後方容量が影響し、一般には後方容量が大きければ大きいほどマイクの感度も高くなる。
上述したように、通常、ＭＥＭＳマイクは、アセンブリ内に配置されたＭＥＭＳデバイス及び集積回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））を有する。これらの構成要素は、マイクの動作には必要であるが後方容量を占め、従って特定のＭＥＭＳデバイスに提供できる感度の量をある程度制限してしまう。
従来のアプローチは、これらの短所を理由として、上述した問題点に十分対処しておらず、これらの従来のアプローチに対するユーザの不満が増している。
本開示をより完全に理解できるように、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マイク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、凹部を含むセラミック基板を有するマイクアセンブリ１の、図１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、凹部を含むセラミック基板を有するマイクアセンブリの、図１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、凹部を含むセラミック基板を有するマイクアセンブリの、図１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、層状プリント基板を回路として有するマイクアセンブリの、図１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、層状プリント基板を回路として有するマイクアセンブリの、図１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、層状プリント基板を回路として有するマイクアセンブリの、図１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、本明細書で説明するアプローチを用いた感度に関する有益な効果を示すグラフである。
当業者であれば、図中の要素は単純化及び明瞭化を目的として示すものであ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。
従来のＭＥＭＳデバイスに比べて後方容量を増やし、従って性能を改善した微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス（例えば、ＭＥＭＳマイク）を提供する。１つの態様では、ボトムポート式ＭＥＭＳマイクの基板内に凹部を形成する。この基板内にＭＥＭＳデバイスを配置する。基板の凹部内にＭＥＭＳデバイスを配置すると、ＭＥＭＳマイクの後方容量が増加する。後方容量が増加すると、ＭＥＭＳマイクの性能特性が改善される。例えば、感度の向上が実現される。本明細書で使用する「感度」とは、ＭＥＭＳマイクの変換効率のことを意味する。この感度は、容量感知式ＭＥＭＳマイクでは単位圧力当たりの電位である。本明細書で説明する例では、ＭＥＭＳデバイスが凹部内に配置されると理解されるであろう。或いは、ＭＥＭＳデバイスに加えて集積回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））も凹部内に配置することができる。さらに、集積回路（例えば、ＡＳＩＣ）のみを凹部内に配置することもできる。さらに、基板上のいずれかの構成要素（例えば、プリント基板（ＰＣＢ））をＭＥＭＳデバイスと共に、又は単独で凹部内に配置して後方容量を増やすこともできる。
以下、図１、図２、図３及び図４を参照しながら、セラミック基板を有するＭＥＭＳデバイス（例えば、ＭＥＭＳマイク）の例について説明する。これらの各例は、基板１０２と、基板１０２内に配置された凹部１０４と、凹部１０４内のＭＥＭＳデバイス１０６と、集積回路１０８と、（ＭＥＭＳデバイス１０６と集積回路１０８の間の）ワイヤボンド１１１とを含む。基板１０２には、ＭＥＭＳデバイス１０６及び集積回路１０８を覆う蓋部又はカバー１１０が取り付けられる。基板１０２には、ポート１０９が貫通して延びる。
ＭＥＭＳデバイス１０６は、ダイアフラム１１２及びバックプレート１１４を含む。蓋部１１０と基板１０２の間には、後方容量１１６が形成される。ポート１０９内には、前方容量１１５が形成される。導電性バイア（図示せず）を用いて、基板の底部上のパッド（図示せず）が集積回路１０８と連通することができる。これらのパッドは、パーソナルコンピュータ又は携帯電話機内で使用される電子装置などの顧客電子装置にも結合する。他の顧客電子装置の例も考えられる。
図１、図２及び図３の各例では、凹部１０４の深さが異なる。図２では、凹部１０４が浅く、例えば２５ミクロンの深さである。図３では、凹部がさらに深く（例えば、２５０ミクロンの深さ）、ＭＥＭＳデバイス１０６の上面が基板１０２の表面１２０とほぼ同じ高さにある。
一般に、本明細書で説明する凹部は、平坦な底面を有する箱形である。しかしながら、凹部は、他の形状及び構成を有することもできると認識されるであろう。
図４の例では、表面１２０が表面１２２よりも低いが、段状の基板１０２を形成する表面１２４ほどは低くない。凹部１０４の正確な寸法及び深さは、ボンド１１０をどれほど容易に取り付けることができるかなどの要因に応じて選択される。他の要因を考慮することもでき、基板１０２の他の構成を使用することもできる。
ＭＥＭＳマイクアセンブリ１００の動作の一例では、音響ポート１０９を通じて音響エネルギーが入り込んでダイアフラム１１２を振動させ、この作用により、ダイアフラム１１２とその近傍に配置されたバックプレート１１４との間に対応する電位（電圧）変化が生じる。この電圧は、受け取られた音響エネルギーを表す。その後、通常、この電圧は、集積回路１０８に送信される。集積回路１０８では、さらなる信号処理を行うことができる。例えば、集積回路１０８では、電圧信号に増幅及びフィルタ処理機能を実施することができる。
この説明したアプローチでは、１つにはＭＥＭデバイス１０４が後方容量空間を占めていないので、後方容量が増加するという利点がある。これにより、マイクの感度が向上する。
本明細書で説明する例では、ＭＥＭＳデバイスが凹部内に配置されると理解されるであろう。或いは、ＭＥＭＳデバイスに加えて集積回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））も凹部内に配置することができる。さらに、集積回路（例えば、ＡＳＩＣ）のみを凹部内に配置することもできる。さらに、基板上のいずれかの構成要素（例えば、プリント基板（ＰＣＢ））をＭＥＭＳデバイスと共に、又は単独で凹部内に配置して後方容量を増やすこともできる。
次に、（本明細書で説明する全ての例に共通の）図１、並びに図５、図６及び図７を参照しながら、層状基板を有するＭＥＭＳマイクの例について説明する。これらの各例は、基板５０２と、基板５０２内で分散した凹部５０４と、凹部５０４内に配置されたＭＥＭＳデバイス５０６と、集積回路１０８と、（ＭＥＭＳデバイス５０６と集積回路５０８の間の）ワイヤボンド５１１とを含む。基板５０２には、ＭＥＭＳデバイス５０６及び集積回路５０８を覆う蓋部５１０が取り付けられる。
図５では、凹部５０４が浅い（例えば、２５ミクロンの深さ）。図６では、凹部５０４がさらに深く（例えば、２５０ミクロンの深さ）、ＭＥＭＳデバイス５０６の上面が基板５０２の表面５２０とほぼ同じ高さにある。基板５０２には、ポート５０９が貫通して延びる。
図７の例では、表面５２０が表面５２２よりも低いが、段状の基板５０２を形成する表面５２４ほどは低くない。凹部の正確な寸法及び深さは、ボンド５１０をどれほど容易に取り付けることができるかなどの要因に応じて選択される。他の要因を考慮することもできる。基板５０２の他の構成を使用することもできる。
この説明したアプローチでは、１つにはＭＥＭデバイス５０４が後方容量空間を占めていないので、後方容量が増加するという利点がある。これにより、マイクアセンブリ５００の感度が向上する。
基板５０２は、第１の金属層５４０、第２の金属層５４２、第３の金属層５４４、第１の絶縁層５４６及び第２の絶縁層５４８とを含む。これらの金属層は、導管５５０によって互いに結合される。ＭＥＭＳデバイス５０６及び集積回路５０８は、パッド５５２によって金属層に接続される。アセンブリ５００には、デバイス外部のパッドによって外部顧客電子装置が接続される。上述した各層の正確な寸法、形状及び組成は変更できると認識されるであろう。
ＭＥＭＳマイクアセンブリ５００の動作の一例では、音響ポート５０９を通じて音響エネルギーが入り込んでダイアフラム５１２を振動させ、この作用により、ダイアフラム５１２とその近傍に配置されたバックプレート５１４との間に対応する電位（電圧）変化が生じる。この電圧は、受け取られた音響エネルギーを表す。その後、通常、この電圧は、集積回路５０８に送信される。集積回路５０８では、さらなる信号処理を行うことができる。例えば、集積回路５０８では、電圧信号に増幅及びフィルタ処理機能を実施することができる。
本明細書で説明する例では、ＭＥＭＳデバイスが凹部内に配置されると理解されるであろう。或いは、ＭＥＭＳデバイスに加えて集積回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））も凹部内に配置することができる。さらに、集積回路（例えば、ＡＳＩＣ）のみを凹部内に配置することもできる。さらに、基板上のいずれかの構成要素（例えば、プリント基板（ＰＣＢ））をＭＥＭＳデバイスと共に、又は単独で凹部内に配置して後方容量を増やすこともできる。
図８を参照しながら、本アプローチの有益な効果の一例について説明する。ｘ軸は、ＭＥＭＳマイクの後方容量を表し、ｙ軸は、ＭＥＭＳマイクの感度を表す。後方容量が増加するにつれてマイクの感度も向上し、デバイスに改善された性能特性をもたらすことが分かる。例えば、曲線内の点８０２では、後方容量が比較的小さい（例えば、１．５ｍｍ３）。後方容量が、例えば点８０４まで増加すると、感度も大きく向上する。１つの例では、後方容量が約２又は２．５ｍｍ３変化すると、その後の感度の変化は、約０．５〜約２ｄＢになる。
本明細書では、本発明者らが確認した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。
１０２ 基板
１０４ 凹部
１０６ ＭＥＭＳデバイス
１０８ 集積回路
１０９ ポート
１１０ 蓋部
１１１ ワイヤボンド
１１２ ダイアフラム
１１４ バックプレート
１１５ 前方容量
１１６ 後方容量

Claims (6)

  1. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクアセンブリであって、
    基部と、
    前記基部に結合されて該基部と共にキャビティを定めるカバーと、
    を備え、前記カバーは凹部を形成し、該凹部は、ＭＥＭＳダイを保持するような寸法及び形状を有し、前記ＭＥＭＳダイは、ダイアフラム及びバックプレートを含む、
    ことを特徴とするＭＥＭＳマイクアセンブリ。
  2. 前記凹部は、集積回路も保持し、該集積回路は、前記ＭＥＭＳダイに電気的に結合される、
    請求項１に記載のＭＥＭＳマイクアセンブリ。
  3. 前記基部は、多層プリント基板を含む、
    請求項１に記載のＭＥＭＳマイクアセンブリ。
  4. 前記基部を貫通してポートが延び、前記ＭＥＭＳダイの一部と連通する、
    請求項１に記載のＭＥＭＳマイクアセンブリ。
  5. 前記基部は、上面を定め、前記ＭＥＭＳダイは、前記上面よりも上方に延びて前記キャビティ内に至る、
    請求項１に記載のＭＥＭＳマイクアセンブリ。
  6. 前記基部は、上面を定め、前記ＭＥＭＳダイは、前記上面よりも下方に延びて前記キャビティ内に至る、
    請求項１に記載のＭＥＭＳマイクアセンブリ。
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