JP2018535623A - 拡大した後部空洞を有するトップポートマイクロフォン - Google Patents

Abstract

拡大した後部空洞を有するトップポートマイクロフォン用のパッケージは、基板上にあって、その下部に空洞の全部及びＭＥＭＳチップとＡＳＩＣを収納する、蓋部を備える。ストッパは、ＡＳＩＣを、蓋部を介して封止しており、蓋部は、その下の空洞の全部を空洞拡張部及び残余の空洞に分離し画定している。空洞拡張部は、音響ポートと空洞拡張部又は残余の空洞との配置に依存する、後部空洞又は前部空洞を任意に拡張するために使用することができる。音響経路は、空間拡張部と、ＭＥＭＳチップ及び基板の間に囲まれた部分空洞とを接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、拡大した後部空洞を有するトップポートマイクロフォンに関する。

ボトムポートマイクロフォンは、電気接点を支持するパッケージの底面に音響ポートを有するパッケージを備える。この底面は、担体基板で形成され、その担体基板には、例えばＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣのようなマイクロフォンの上面部品が搭載される。基板は、通常、内部配線を備えるＰＣＢ、あるいは他の多層基板からなる。

トップポートマイクロフォンは、電気接点を支持する底面から反対向きの上面に音響ポートを有する。そして、音響ポート付近にＭＥＭＳチップを配置して、十分に大きな後部空洞を供給することが可能となる。但し、パッケージの底面で、接続パッドとチップ端子とを接続するための電気的再配線が必要となる。これは、技術的な取り組みを必要とし、マイクロフォン性能の観点から重要な解決課題となる。

もう一方の手法では、すべての内部部品は通常のとおり基板に搭載され、侵入音が部品と基板との隙間を通り抜ける適当な経路で導かれる。このような解は、例えば、特許文献１で知られている。そこでは、ＭＥＭＳチップは、薄箔が後部空洞を覆って囲むと同時に、その薄箔により基板の上面に封入される。しかし、この解は、ＭＥＭＳチップ内で囲まれる後部空洞を増すことに適さない。

特許文献２は、音響ポートからメンブレンの底部に向かう所望の経路の中に音を導くための複雑で高価な部品を必要とするマイクロフォンパッケージを開示する。更なる短所は、高コストと、更なるパッケージサイズの縮小の可能性を失うことである。

特許文献３から、ＭＥＭＳチップを基板と蓋部の間で支持することが知られている。ＭＥＭＳチップは、電気的信号と音響的信号とで経路を変更する必要はないが、パッケージ部品間、寸法ばらつき及び熱機械的な移動や膨張で生じる応力に対して非常に敏感となる。更なる短所として、ＭＥＭＳの内部空洞は前部空洞に割り当てられ、それ故、マイクロフォン用のものは失われる。

独国特許出願公開第１０２０１１０１２２９５号明細書 欧州特許出願公開第２１９１５００号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０１１１４８号明細書

本発明の目的は、拡大された後部空洞を有し、容易に製造できるマイクロフォンパッケージを提供するところにある。

この課題及び他の課題は本発明の請求項１により解決される。より効果的な実施形態は更なる請求項の主題である。

本発明は、上記の特許文献１から知られているものと類似の解が出発点となる。すべての部品は、基板に搭載されたＭＥＭＳチップとＡＳＩＣである。蓋部は、部品を収納するパッケージ空洞を閉じる基板上の部品の上方に配置され搭載される。シールは、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣと接して、且つ基板の上面との間を密閉するために使用され、これによって、ＭＥＭＳチップと蓋部の間の第１の部分空洞を、ＭＥＭＳチップと基板の間に収納された第２の部分空洞から分離している。

本発明によれば、第２の部分空洞は、横方向の空洞拡張部をそこに付加することによって、増大される。この拡張部は、残余の空洞（第１及び第２部分空洞）から、ストッパによって分離され、このストッパは、ＡＳＩＣを、蓋部の互いに反対側にある２つの側面及び上部の内面から封止する。空洞拡張部及び残余の空洞は、横方向で互いに隣接して配置され、シールを通り抜ける音響経路を介して相互に連絡している。音響経路は、シール内に開口を備え、且つ、ＭＥＭＳチップと基板の間の第２の部分空洞へ、ＡＳＩＣと基板の間の隙間の内部で導かれる。

マイクロフォンの機能のために要求される、第１及び第２の部分空洞から前部空洞及び後部空洞への割り当ては、蓋部に開口を備える音響経路により、空洞拡張部又は第１の部分空洞へのアクセスを供給して、任意に形成することができる。

本発明は、空洞の全体及び後部空洞の大きさを互いに独立に、且つ部品の大きさからも独立に、選択して設定することができる。第２の部分空洞は、好ましくは蓋部を横方向に延伸させて、空洞拡張部の空洞を増大することにより、増大させることができる。第１の部分空間は、所望のいかなる場合でも蓋部の大きさを的確に増大させて、残余の空洞を増大させることにより、増大させることができる。この残余の空洞と、それゆえの第１の部分空洞の横方向の拡張は、第２の部分空洞の大きさに影響を及ぼさない。なお、蓋部の高さ又は幅を拡大することは、両方の部分空洞を拡大することになる。

ストッパは、少ない更なる努力で形成することができ、同様に、ＡＳＩＣと、蓋部の上面及び側面との間で圧縮された樹脂で形成される。

樹脂は、好ましくは、接着材のような軟質の樹脂である。それが硬化した状態における小さなストッパの弾性率Ｅは、マイクロフォン部品に低い機械的な影響しか及ぼさない。樹脂は、堆積され、蓋部が搭載された後に硬化するので、最小の機械的ストレスしか発生しない。

ストッパ用の樹脂は、適切にＡＳＩＣ上に吐出することができる。また、蓋部を搭載する前に、樹脂を蓋部の内面に堆積することも可能である。

ストッパは、蓋部の内層を備えることもでき、その内層は蓋部と一緒に予備成形されてもよい。そのような内層は、液体や粘性体の樹脂をＡＳＩＣに吐出するよりも、高精度に作成することができる。モールドされた内層は、好ましくは、例えば、軟質ゴムである。

本発明は、フリップチップ配置で、例えばバンプにより接続して、又は、代わりに、その裏面に接着剤又は半田を施した基板にボンディングして、部品の搭載を可能とする。部品の電気的な接続は、前者はバンプを介して、後者はボンディングワイヤを介して行われる。後者では、部品と基板の間で構造化された接着剤により形成された音響経路を構造化したやり方で、接着剤を塗布することが可能である。このように、接着剤は、第１及び第２の部分空洞を分離するためにシールとして使用することができる。

そのシールにより、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣは、中空がそれら２つの部品の裏面と基板の間で囲むように、基板に封止される。そして、この中空の横方向はシールで閉じられる。

一つの実施形態によれば、シールは、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣの上部に被せられた薄箔により形成され、その薄箔は、部品上に延在し、それら部品の側面及び基板を、少なくとも部品の周囲を囲む余裕をもって覆っている。このシールしている薄箔は、全部の表面に被せることができる。但し、それには、メンブレン及び空洞拡張部と連絡する音響経路に、自由なアクセスを提供するための構造化が必要である。

蓋部は、好ましくは予備成形された金属キャップである。この蓋部の底端は、例えば接着剤によって基板に搭載される。この接着剤は、蓋部を、基板の上面の各金属グラウンドパッドにボンディングすることにより、グラウンドと接続することができるように導電性であってもよい。又、基板の金属化した表面に蓋部を搭載するために半田を使用することもできる。

一つの実施形態によれば、ＭＥＭＳチップは、コンデンサＭＥＭＳマイクロフォンを備える。なお、ＭＥＭＳマイクロフォンの他の型を使用することも可能である。

音響ポートは、蓋部に開口を備え、その開口は、前部空洞をマイクロフォンパッケージの外の空気に接続する。第１及び第２の部分空洞は前部空洞として交互に使用することができる。第２の代案のときは、音響ポートが、空洞拡張部の上方に提供される。第１の代案のときは、音響ポートが、第１の部分空洞への開口として提供され、ＭＥＭＳチップの上方に位置することが好ましい。

但し、一般的には、基板に音響ポートの開口を提供することも可能である。そのマイクロフォンは、ボトムポートマイクロフォンとなる。

基板は、有機多層基板、又は多層セラミックを備えてもよい。双方とも、少なくとも、ＭＥＭＳチップとＡＳＩＣ間の、ＡＳＩＣと基板の底面の外部端子間の、及びＭＥＭＳチップと外部端子間の、相互配線を形成する配線層がＰＣＢ内に存在する。仮に、２層の配線面があれがば、導電線同士が交差することが回避できる。

以下に、具体的な実施形態と関連する図面を参照して、本発明の更なる詳細が説明される。図面は概略であって、実寸で描かれてはいない。具体的な部品は、発明をより理解することが可能となるように、拡大して描写されている。そこで、寸法の絶対値及び寸法の相対値のいずれも図面から読み取ることができない。同一の部品、又は同一の機能を有する部分は、同一の参照記号を付されている。

及び 周知のマイクロフォンの種々の断面図。 第１の実施形態の断面図。 第２の実施形態の断面図。 第１及び第２の実施形態の種々の断面図。 及び 第３の実施形態によるマイクロフォンの種々の断面図。 及び 第４の実施形態によるマイクロフォンの種々の断面図。 乃至 第５の実施形態によるマイクロフォンの種々の断面図。

図１ａ及び図１ｂは、周知のトップポートマイクロフォンの種々の断面図を示す。ＭＥＭＳチップＭＣ及びＡＳＩＣである他方のチップＩＣが、基板ＳＵとして機能するＰＣＢに搭載されている。マイクロフォンと電気的に接触するためのパッドが、基板の底面に配置されている。両方のチップ部品は、粘着性の物質により基板ＳＵに接着及び封止された蓋部ＬＤの下方に収納される。ＭＥＭＳチップＭＣ及びＡＳＩＣ、ＩＣは多層の薄箔ＬＦで基板に封止される。メンブレンＭＭの上方のＭＥＭＳチップＭＣの窪みが、多層の薄箔ＬＦの下方に配置された第１の薄箔Ｆ１で覆われて、保護されている。この窪みは、マイクロフォンの後部空洞ＶＢを形成する。前部空洞は、蓋部ＬＤの下に収納された残りの空洞で形成される。蓋部ＬＤの中の音響ポートＳＰＴは、外部の空気と繋がる前部空洞ＶＦを形成する。多層の薄箔ＬＦの開口は、ＭＥＭＳチップＭＣの下方にあるマイクロフォンのメンブレンＭＭへの音響経路ＳＣへのアクセスを提供する。図１ｂは、図１ａに示された線分ＡＡ´のもう一つの断面図を示す。後部空洞ＶＢ及び音響経路ＳＣは容易に特徴づけられる。

この周知のマイクロフォンは、窪みの空洞又はＭＥＭＳチップＭＣの大きさで、後部空洞を制限する。相対的に小さい後部空洞に関連する大きな前部空洞により、マイクロフォンの高い音響周波数性能が低下する。

図２は、本発明の第１の実施形態を示す。蓋部ＬＤの下方の空洞の全部の第１の部分空洞Ｖ１が、ＭＥＭＳチップＭＣと蓋部ＬＤの間に収納され、且つＭＥＭＳチップは窪みを備える。第２の部分空洞Ｖ２が、ＭＥＭＳチップＭＣと基板ＳＵの間に収納される。ＭＥＭＳチップの下の収納部は、シールを適用することで非常に狭く形成される。このシールは、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣの上方にあって、チップ（ＭＥＭＳ及びＡＳＩＣ）及び基板ＳＵを封止している。

ＡＳＩＣ周囲の領域では、ＡＳＩＣはストッパＳＴにより蓋部ＬＤに対して封止され、このストッパは、ＡＳＩＣの上面及び側面と蓋部ＬＤとの間の隙間を充填している。ストッパは、蓋部を搭載する前に、ＡＳＩＣの上面及び側面に構造化した堆積を可能とするために十分な粘性の液相の樹脂を、ディスペンサ又は同様な装置で塗布することができる。蓋部を基板に取り付けて搭載するときに、シールＳＬの樹脂が、隙間が残存する空隙なく完全に充填されるように、蓋部とＡＳＩＣの間で圧縮される。従って、ストッパＳＴ及びＡＳＩＣ，ＩＣは、空洞拡張部ＶＥＸを蓋部の下方に残存する空洞から分離する。ＡＳＩＣ、ＩＣ及び基板ＳＵの間の隙間だけは残存し、空洞拡張部ＶＥＸからＭＥＭＳチップＭＣのメンブレンＭＭに達する音響経路を提供する。図４は、図２に示されたＡＡ´に沿った断面図を示す。ＡＳＩＣ、ＩＣ及びストッパを除いて断面を完全に充填する。

図１ａのマイクロフォンと同様に、ＭＥＭＳチップＭＣ及びＡＳＩＣ、ＩＣは多層の薄箔ＬＦに覆われて封止され、この多層の薄箔ＬＦは、ＭＥＭＳチップＭＣ及びＡＳＩＣの上方を覆って、その端部まで延在し、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣの周囲で余裕をもって基板ＳＵを封止している。ＭＥＭＳチップの上方では、窪んだ第１の部分空洞のシールＳＬが除去される。音響経路ＳＣを備える第２の部分空洞Ｖ２は、シールＳＬにより第１の部分空洞Ｖ１に対して封止される。音響経路ＳＣは、第２の部分空洞Ｖ２及び空洞拡張部ＶＥＸと接続される。

多層の薄箔は、好ましくは、エポキシ基のような未硬化基を備えることにより、多少の粘着特性を有するエラストマシートを備えるシールのように、使用することができる。

第１の実施形態によれば、第１の代案のときは、音響ポートＳＰＴは、ＭＥＭＳチップＭＣの上方の蓋部ＬＤに開口を備え、第１の部分空洞Ｖ１が前部空洞ＶＦに割り合てられる。後部空洞ＶＢは、空洞拡張部ＶＥＸ、音響経路ＳＣ及び第２の部分空洞Ｖ２により形成される。

第２の代案である図３に示される第２の実施形態によれば、音響ポートＳＰＴは、空洞拡張部ＶＥＸの上方の蓋部ＬＤに開口を備え、第１の部分空洞Ｖ１が後部空洞ＶＢに割り合てられる。前部空洞ＶＦは、空洞拡張部ＶＥＸ、音響経路ＳＣ及び第２の部分空洞Ｖ２により形成される。第１の実施形態のストッパＳＴは、両方の実施形態が、図４に示された、ＡＡ´に沿った同様な断面を持つように、形成される。

図５ａ及び図５ｂは、シールＳＬの種々の適用により特徴づけられる第３の実施形態の、それぞれの断面を示す。ここで、内層は軟質ゴムから作成され、シールとして機能する蓋部の内部表面に形成されている。内層は、時間と場所を考慮して、蓋部を基板に搭載することと分離して実行されるモールドプロセスにより形成することができる。シール／リングは、少なくとも、第１の部分空洞Ｖ１と境界を接する蓋部の領域を覆う、コンフォーマルな層を備えることができる。そして、このような内層は、蓋部を、基板ＳＵ及び部品の上方に搭載するときに、リング／シールを圧縮して形成されたシールにより封止されてる、固化された樹脂を備えている。しかし、それらの圧縮が余剰の樹脂を除去するためだけに必要となるように、蓋部を搭載する前に、少な目の液体状態で蓋部ＬＤの内面に、シールを塗布することが可能である。両方の場合において、十分に密着したシールが取得される。液体のシールは、より大きな許容度を可能とし、圧縮量を十分に低く維持できる長所を持つ。蓋部の内層は、蓋部の搭載の前にすでに固められているので、搭載に際して高度な制御を要するものを容易に製造することを可能とする。

図５ａは、概ね一定の膜厚を有する蓋部の内層として形成されたシールＳＬを示す。図５ｂは、図４に示された第１及び第２の実施形態のように、同等な封止が取得されることを示す。

原則として、マイクロフォンの音響ポートＳＰＴは、図５ａに示されたように、前部空洞が第１の部分空洞Ｖ１に割り当てられた、ＭＥＭＳチップの上方に配置することができる。なお、空洞拡張部ＶＥＸの上方への音響ポートＳＰＴの配置もまた可能である。

図６ａ及び図６ｂは、第２及び第３の実施形態を結合するシールＳＬの実現により特徴づけられる第４の実施形態の、それぞれの断面を示す。この第４の実施形態では、蓋部の内層は、固められた封止塊を備える。加えて、粘性シールが、ＡＳＩＣ又はＡＳＩＣ、ＩＣの領域の蓋部に形成される。そうすることにより、搭載許容値は増大し、封止の品質もまた、より小さいＡＳＩＣと共に保証される。なお、ＡＳＩＣとより小さいサイズのＡＳＩＣによる蓋部ＬＤとの間の大きな隙間を、埋め込んで封止するための階段状の膜厚を有するモールドされた内層の形態の全体封止を製造することが可能となる。

第１乃至第４の実施形態によるマイクロフォンにおいて、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣチップが、搭載及び電気的接続のためのバンプＢＵを用いたフリップチップ配置の基板に、搭載される。図７ａ乃至図７ｄに示された、第５の実施形態によれば、チップは、それらを基板の裏面に、粘着剤又は半田を介してボンディングすることにより搭載される。なお、チップの上面の活性部のコンタクトと、基板の上面の金属パッドとの間の電気的な接続を形成するために、ボンディングワイヤが使用される。

図７ａ乃至図７ｄは、この実施形態によるマイクロフォンを通した、種々の断面を示す。ボンディングワイヤは低い機械的衝撃にしか耐えられないので、ストッパを圧縮することが必要な蓋部を搭載する間に、ワイヤを損傷させないために、ストッパは、ＡＳＩＣの上部に形成するための液体の樹脂が望まれる。

フリップチップ配置のもう一つの違いは、第２の部分空洞に割り当てられたＭＥＭＳの窪みの体積である。メンブレンＭＭは、窪みの上部、シール及びカバーに面している。故に、多層の薄箔、又は他のシールを、ＭＥＭＳチップの上部に配置する必要がない。更に、ＭＥＭＳチップやＡＳＩＣを搭載するために用いられる接着剤は、ＭＥＭＳチップの下端部で第１及び第２の部分空洞Ｖ１、Ｖ２を分離するためのシールとして機能することができる。

図７ｄは、構造化された接着剤ＧＣを通り、基板の表面に平行な断面である。接着剤ＧＣは、空洞拡張部ＶＥＸに開口が向いたＵ字形状で塗布される。ＭＣチップ及びＩＣチップの形状は、基板ＳＵ及びストッパＳＴと同様に破線で示される。

図７ｃは、ＡＳＩＣ及びＭＥＭＳチップの間の隙間を通るＢＢ´に沿った断面を示す。隙間は、少なくともチップ端においてはストッパによって完全に閉ざされていることが示される。図７ｄは、ＭＥＭＳチップＭＣ及びＡＳＩＣ、ＩＣの隙間を覆うストッパを示す。好ましくは、隙間は、図７ｃに示されたように、ストッパの樹脂で、完全に埋設される。Ｕ字形状の接着剤は、ストッパの樹脂が、Ｕ字の足の間に収納された音響経路ＳＣへ侵入することを防止する。

図７ｂは、ＡＡ´に沿った断面であり、ストッパの機能を示す。ストッパとして、液体の樹脂がＡＳＩＣ及び／又は蓋部ＬＤに同様に使用される。シールは、残存する空洞から空洞拡張部を分離することにより封止する。

本発明は、いくつかの実施形態だけにより記述されるが、それは、記載された実施例や図面に限定されるものではない。形状及び材料の観点から種々の変型が可能である。具体的な実施形態が説明されたにもかかわらず、単一の特徴だけが発明の更なる実施形態を提供するために、他の組み合わせにおいても使用することができる。

Ｆ１ ＭＣの窪みを覆い保護する第１の薄箔
ＧＬ 下部を基板に搭載する接着剤
ＧＭ チップを基板に搭載する接着剤
ＩＣ ＡＳＩＣ
ＬＤ 蓋部
ＭＣ ＭＥＭＳチップ
ＭＭ メンブレン
ＰＤ パッド
ＳＣ 音響経路、第２の部分空洞と空洞拡張部を接続
ＳＬ シール、ＭＥＭＳチップを基板へ封止し、第１及び第２の部分空洞を分離（例えば、封止薄箔）
ＳＰＴ 音響ポート
ＳＴ ストッパ、ＡＳＩＣと蓋部との間を封止、ＭＥＭＳチップを収納する残余の空洞から空洞拡張部を分離
ＳＵ 基板
Ｖ１ 第１の部分空洞（蓋部とＭＥＭＳチップの間）
Ｖ２ 第２の部分空洞（ＭＥＭＳチップと基板の間）
ＶＢ 後部空洞
ＶＥＸ 空洞拡張部
ＶＦ 前部空洞

Claims (11)

1. 基板と、
   蓋部であって、空洞が当該蓋部と前記基板とに囲まれるように、前記基板に接続され、封止される蓋部と、
   前記空洞に収納され、前記基板に搭載されるＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣと、
   前記ＡＳＩＣ及び前記蓋部を封止し、空洞拡張部を前記ＭＥＭＳチップが収納される前記残余の空洞から分離するストッパと、
   前記ＭＥＭＳチップと前記蓋部の間の第１の部分空洞と、
   前記ＭＥＭＳチップと前記基板の間の第２の部分空洞と、
   前記ＭＥＭＳチップを前記基板との間で封止し、前記第１及び前記第２の部分空洞を分離するシールと、
   前記第２の部分空洞と前記空洞拡張部とを接続することにより、前記空洞拡張部を前記第２の部分空洞に割り当てる音響経路と、を備え、
   前記第１および前記第２の部分空洞は、それぞれが、マイクロフォンの前部空洞及び後部空洞のいずれか一方に割り当てられる、
   マイクロフォンパッケージ。
2. 前記ストッパは、前記ＡＳＩＣの上面と前記蓋部の間、及び前記ＡＳＩＣの側面と前記蓋部の間で圧縮された樹脂により形成される、請求項１に記載のマイクロフォンパッケージ。
3. 前記ＭＥＭＳチップ及び前記ＡＳＩＣは、フリップチップ配置にて、前記基板に搭載される、請求項１又は２に記載のマイクロフォンパッケージ。
4. 前記シールは、前記ＭＥＭＳチップ及び前記ＡＳＩＣを、前記基板に封止し、
   前記シールは、上部からメンブレンへの自由なアクセス、及び空洞拡張部から音響経路へのアクセスを提供するために構造化された多層の薄箔により形成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロフォンパッケージ。
5. 前記ＭＥＭＳチップ及び前記ＡＳＩＣは、そのそれぞれの裏面で接着剤により前記基板に搭載され、ワイヤボンディングを介して電気的に接続され、
   前記接着剤は、第１及び第２の部分空洞分離し、前記空洞拡張部から前記音響経路へのアクセスを提供する、請求項１又は２に記載のマイクロフォンパッケージ。
6. 前記蓋部は、接着剤により、前記基板に接続され、封止される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロフォンパッケージ。
7. 前記蓋部は、予備成形された金属キャップから形成される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロフォンパッケージ。
8. 前記ＭＥＭＳチップは、コンデンサＭＥＭＳマイクロフォンを備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロフォンパッケージ。
9. 前記音響ポートは、前記蓋部に開口を備え、前記前部空洞をマイクロフォンパッケージの周囲の外側へ接続する、請求項８に記載のマイクロフォンパッケージ。
10. 前記基板は、有機多層基板、又は多層セラミックから形成された、プリント回路基板を備える、請求項９に記載のマイクロフォンパッケージ。
11. 前記ストッパは、前記蓋部の内側の表面に形成された内層を備える、請求項１０に記載のマイクロフォンパッケージ。

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