JP2019145934A - Ｍｅｍｓトランスデューサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入力信号の通過特性を確保しながら防水防塵特性と電磁遮蔽効果を有するＭＥＭＳトランスデューサ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】キャビティ１２内の基板１０ａに、音響信号を電気信号に変換するＭＥＭＳトランスデューサ１４と、増幅を含む信号処理を実行する集積回路１５を実装し、キャビティ１２を蓋体１８で覆うＭＥＭＳトランスデューサ装置であって、蓋体１８の一部又は全部を、通音防水特性を有する多孔質薄膜からなる通音防水膜１９に、電磁波を遮蔽するＡｇペースト等により導電性メッシュ２０を付加した外装膜で形成する。導電性メッシュ２０は、ＭＥＭＳトランスデューサ１４の真上の領域２０ａをその他の領域２０ｂよりも細かい網目とする。【選択図】図１

Description

本発明はＭＥＭＳトランスデューサ装置及びその製造方法、特に音響信号等を電気信号に変換するＭＥＭＳトランスデューサを実装したＭＥＭＳマイクロフォン装置等の通音防水・防塵及び電磁波遮蔽の構造に関するものである。

ＭＥＭＳマイクロフォン装置は、音響−電気変換器であるＭＥＭＳトランスデューサと増幅を含む信号処理を行う集積回路を基板上に実装し、外部からの電波ノイズ等から保護するためにシールドケースでカバーされている。

従来では、下記特許文献１に示されるように、ＭＥＭＳチップの上部に音孔を開けたシールドケースで全体を覆うＭＥＭＳマイクロフォン等がある。

特開２００８−７２５８０号公報 特開２０１１−４０９７号公報

ところで、ＭＥＭＳマイクロフォン装置を用いて、例えば１０ＫＨｚから１００ｋＨｚの超音波の検出を行う場合、この超音波領域において広い周波数領域で通音特性を確保するためには、上蓋に開けた音響孔（特許文献１の音孔）を拡げ、ヘルムホルツ共振周波数を１００ｋＨｚ以上にする必要があり、極端な場合には、上蓋の上面を全面開口する場合もある。
しかしながら、上記のように広い音響孔を有するマイクロフォン装置を、例えば工場内の機器の予兆保全のために用いるような場合は、防水・防塵といった耐環境性を維持することができないという問題がある。

一方、従来のＭＥＭＳトランスデューサ装置では、上記特許文献２のように、通気性と撥水性を確保した保護カバーを付けることも提案されている。
しかし、上記の保護カバーでは、機器から発出している電磁波を遮蔽することはできず、誘導雑音が生じるという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力信号の通過特性を確保しながら防水防塵特性と電磁遮蔽効果を有するＭＥＭＳトランスデューサ装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板上に実装されたＭＥＭＳトランスデューサを有し、上記ＭＥＭＳトランスデューサが設けられた領域を蓋体で覆うＭＥＭＳトランスデューサ装置であって、上記蓋体の一部又は全部が入力する信号の通過特性及び防水特性を有する薄膜に電磁波を遮蔽する導電性メッシュを付加した外装膜で形成されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、上記導電性は、上記ＭＥＭＳトランスデューサの真上の領域をその他の領域よりも細かい網目としたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記導電性メッシュを、超音波領域の音響信号が通過可能な網目としたことを特徴とする。

請求項４の発明に係るＭＥＭＳトランスデューサ装置の製造方法は、集合基板上に設けられた複数のキャビティのそれぞれにＭＥＭＳトランスデューサを実装し、上記集合基板のＭＥＭＳトランスデューサが実装されたキャビティの上面を塞ぐように、入力する信号の通過特性及び防水特性を有する薄膜に電磁波を遮蔽する導電性メッシュを形成した外装膜を上記キャビティの上面の一部又は全部に形成した蓋体を接着し、上記蓋体が接着された上記集合基板を切断して個々の装置を製作することを特徴とする。
請求項５の発明は、上記導電性メッシュを形成した外装膜は、上記ＭＥＭＳトランスデューサの真上の領域がその他の領域よりも細かい網目となるように上記薄膜に印刷して形成したことを特徴とする。
請求項６の発明は、上記導電性メッシュを形成した外装膜は、超音波領域の音響信号を通過可能な網目となるように上記薄膜に印刷して形成したことを特徴とする。

以上の構成によれば、例えば通音防水特性を持つ薄膜に電磁波遮蔽用の金属メッシュを付けた外装膜により、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波領域の通音特性を確保しながら、必要な防水・防塵を実現し、かつ電磁波の遮蔽を行うことが可能となる。
また、基板のキャビティにＭＥＭＳトランスデューサ及び信号処理回路を実装し、そのキャビティを塞ぐように、通音防水特性を持つ薄膜に金属ペーストメッシュを印刷した外装膜を備えた蓋体を接着することにより、装置を容易に製作することができる。

本発明によれば、入力信号の通過特性を確保しながら防水防塵特性と電磁遮蔽効果を容易に得ることができ、低コスト化の実現も可能となる。特に、入力信号を超音波領域の音響信号としてその通過特性を確保する構成とした場合、広く開口を形成しても電磁波遮蔽効果を有するＭＥＭＳトランスデューサ装置を容易に得ることができる。
本発明のＭＥＭＳトランスデューサを用いると、超音波領域の音響信号を検出することで、例えば工場内の各種機器の予兆保全に使用することが可能となる。

本発明に係る実施例のＭＥＭＳマイクロフォン装置の構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は断面図である。 実施例のＭＥＭＳマイクロフォン装置の製造工程を示す図である。 実施例のＭＥＭＳマイクロフォン装置の製造において使用されるキャビティ基板を示す斜視図である。

図１に、実施例に係るＭＥＭＳマイクロフォン装置（ＭＥＭＳトランスデューサ装置）の構成が示されており、実施例では、図１（Ｂ）に示されるように、基板（プリント基板）１０ａに側壁１０ｂを設けることにより、キャビティ１２が形成される。そして、このキャビティ１２内の基板１０ａ上に、ＭＥＭＳトランスデューサ１４と信号処理回路である集積回路１５が実装され、このＭＥＭＳトランスデューサ１４と集積回路１５がワイヤ１６で接続される。
上記ＭＥＭＳトランスデューサ１４は、音響信号を電気信号に変換し、機器等から発せられる異常音等を検出し、上記集積回路１５は、ＭＥＭＳトランスデューサ１４で得られた信号を増幅する増幅素子を含み、増幅後の必要な信号処理を行うためのＩＣ回路である。

そして、上記キャビティ１２を塞ぎ、ＭＥＭＳトランスデューサ１４及び集積回路１５を被覆するように、側壁１０ｂの上に蓋体（上蓋）１８が接着される。この蓋体１８は、超音波を通し、水分を通さない通音防水特性を有する薄膜、例えば多孔質薄膜からなる通音防水膜１９を用い、この通音防水膜１９に電磁波を遮蔽するためのＡｇペースト等の導電性材料からなる導電性ペーストで導電性メッシュ２０を形成した外装膜からなる。

また、上記のように、ＭＥＭＳトランスデューサ１４及び集積回路１５を導電性メッシュ２０で覆うと、導電性材料である例えば金属の占める面積の分だけ通音防水膜の通音特性が劣化するため、実施例では、図１（Ａ）に示されるように、ＭＥＭＳトランスデューサ１４の上方に位置するメッシュ部２０ａを、集積回路１５を含む他のメッシュ部２０ｂよりも、細かい網目としている。

一般に、導電性メッシュ２０とデバイス（ＭＥＭＳトランスデューサ１４と集積回路１５）の距離が近い場合、電磁波の漏洩はいわゆるエベネッセント（近接場）効果によって支配され、距離とメッシュの辺長の比に対して指数関数的に減衰することが知られている。例えば、５０ｄＢ以上の電磁波遮蔽効果を得るには、導電性メッシュ２０の辺長を距離の半分より小さくする必要がある。図１（Ｂ）に示されるように、ＭＥＭＳトランスデューサ１４は音響特性を確保するため高さ（厚み）があり、その上面が導電性メッシュ２０に近づくことから、電磁波が通音特性に影響を与えることになる。そこで、実施例では、通音特性に影響を与えない程度に、ＭＥＭＳトランスデューサ１４の上方の導電性メッシュ２０の網目を細かくしている。

一方、集積回路１５は、薄層化が可能で、導電性メッシュ２０から離して配置することができるため、集積回路上の導電性メッシュ２０の網目を粗くしても、電磁波の漏洩は大きくならず、通音特性の劣化も緩和することができる。そこで、実施例では、ＭＥＭＳトランスデューサ１４の真上の領域の網目は細かく、それ以外の領域は網目を粗くすることにより、通音特性と遮蔽特性の両立を図るようにしている。

このようなＭＥＭＳマイクロフォン装置によれば、通音特性が確保され、かつ防水特性と共に防塵特性も備えた上で、電磁遮蔽効果を得ることが可能となる。

図２に、実施例のＭＥＭＳトランスデューサ装置の製造工程が示されており、この例では、図２（Ａ）及び図３に示されるように、複数のキャビティ１２を形成した集合基板１０が用いられる。
そして、図２（Ｂ）のように、それぞれのキャビティ１２において、基板１０ａ上に、ＭＥＭＳトランスデューサ１４と信号処理回路である集積回路１５を実装し、これらを金属ワイヤ１６で接続する。

その後、図２（Ｃ）のように、ＭＥＭＳトランスデューサ１４と集積回路１５が配置されたキャビティ１２の上面を塞ぐように、蓋体（上蓋）１８を集合基板１０の側壁１０ｂに接着剤で接着する。この蓋体１８は、Ａｇペースト等の導電性材料からなる電電性ペーストで導電性メッシュ２０を所望の形状となるように形成（例えばスクリーン印刷法）した通音防水特性を持つ通音防水膜（例えば多孔質薄膜）１９から成型される。その後に、図２（Ｄ）のように、集合基板１０を側壁１０ｂの中心線で切断することにより、個々のＭＥＭＳマイクロフォン装置が製作される。

上記導電性メッシュ２０は、図１で説明したように、ＭＥＭＳトランスデューサ１４の真上の網目（２０ａ）を、他の領域の網目（２０ｂ）に比べて細かくなるようにしている。
金属（ワイヤ）メッシュにおいて、その網目の細かさを場所によって変えることは製造上容易ではないが、実施例では、Ａｇペースト等の導電性ペーストを用い、通音防水膜上に印刷技術で導電性メッシュ２０を形成することにより、安価なコストで量産できるようにしている。

また、導電性メッシュと通音防水特性の薄膜を別々に小片に切って蓋体に張るのではなく、集合基板用の大面積の通音防水特性の薄膜に導電性メッシュを一括印刷した蓋体（上蓋）１８を製作し、これを集合基板１０に張ることにより、更なる低コスト化を図ることができる。

更に、通音防水膜１９に導電性メッシュ２０を印刷する技術としては、スクリーン印刷法が採用できるが、このスクリーン印刷法によれば、細かい線幅（数１０μｍ）、１０μｍ程度の厚さの線で形成した網目を作ることが可能になるという利点がある。

上記実施例では、ＭＥＭＳマイクロフォン装置の場合を説明したが、本発明は、その他のＭＥＭＳトランスデューサ装置に適用することができる。
また、ＭＥＭＳトランスデューサ１４と集積回路１５は一体として形成してもよい。この場合、集積回路と一体となったＭＥＭＳトランスデューサの真上の網目を他の領域の網目に比べて細かくなるようにすると、網目の細かい領域で電磁波を遮断し、網目の粗い領域で音響信号を通過させることができる。

更に、上記実施例では、キャビティ１２の上面が全て開口し、この開口全面に外装膜を形成する例について説明したが、キャビティ１２の上面の一部のみを開口し、キャビティ１２の開口を含めて上面全面に外装膜を形成する構成としてもよい。

１０…集合基板、 １０ａ…基板、
１０ｂ…側壁、 １２…キャビティ、
１４…ＭＥＭＳトランスデューサ、
１５…集積回路、 １６…ワイヤ、
１８…蓋体、 １９…通音防水膜、
２０…導電性メッシュ、
２０ａ，２０ｂ…メッシュ部。

Claims (6)

1. 基板上に実装されたＭＥＭＳトランスデューサを有し、
   上記ＭＥＭＳトランスデューサが設けられた領域を蓋体で覆うＭＥＭＳトランスデューサ装置であって、
   上記蓋体の一部又は全部が入力する信号の通過特性及び防水特性を有する薄膜に電磁波を遮蔽する導電性メッシュを付加した外装膜で形成されていることを特徴とするＭＥＭＳトランスデューサ装置。
2. 上記導電性メッシュは、上記ＭＥＭＳトランスデューサの真上の領域をその他の領域よりも細かい網目としたことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳトランスデューサ装置。
3. 上記導電性メッシュは、超音波領域の音響信号が通過可能な網目としたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のＭＥＭＳトランスデューサ装置。
4. 集合基板上に設けられた複数のキャビティのそれぞれにＭＥＭＳトランスデューサを実装し、
   上記集合基板のＭＥＭＳトランスデューサが実装されたキャビティの上面を塞ぐように、入力する信号の通過特性及び防水特性を有する薄膜に電磁波を遮蔽する導電性メッシュを形成した外装膜を上記キャビティの上面の一部又は全部に形成した蓋体を接着し、
   上記蓋体が接着された上記集合基板を切断して個々の装置を製作することを特徴とするＭＥＭＳトランスデューサ装置の製造方法。
5. 上記導電性メッシュを形成した外装膜は、上記ＭＥＭＳトランスデューサの真上の領域がその他の領域よりも細かい網目となるように上記薄膜に印刷して形成したことを特徴とする請求項４記載のＭＥＭＳトランスデューサ装置の製造方法。
6. 上記導電性メッシュを形成した外装膜は、超音波領域の音響信号を通過可能な網目となるように上記薄膜に印刷して形成したことを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載のＭＥＭＳトランスデューサ装置の製造方法。

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