JP2019155566A

JP2019155566A - Ｍｅｍｓ素子およびその実装構造

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Publication number: JP2019155566A
Application number: JP2018047933A
Authority: JP
Inventors: 新一荒木; Shinichi Araki
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: JP7056853B2

Abstract

【課題】接合面積を広くすることなく確実な接合を形成することができるＭＥＭＳ素子およびその実装構造を提供する。【解決手段】実装基板１に設けた凹部１６の底部とＭＥＭＳ素子２の切欠き部１４との間を接着部材１２により接合する構成とすることで、ＭＥＭＳ素子２が実装基板１上に確実に接着する。また、ハンドル基板７の凸部１５が実装基板１に当接することで、接合面積を制限し、接着部材１２が凸部１５より内側に入り込むことを防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、ＭＥＭＳ素子およびその実装構造に関する。

例えばＭＥＭＳ素子を用いたマイクロフォン装置では、図５に示すように実装基板１上にＭＥＭＳ素子２やこのＭＥＭＳ素子２から出力された信号を処理する集積回路３のような電子部品を実装し、全体を金属製の蓋部４で覆う構造を採用している。図５に示す例では、ＭＥＭＳ素子２に音圧等が伝搬するように蓋部４に孔部５を形成している。集積回路３の表面は樹脂６で覆い保護している。この孔部５は、蓋部４に設ける代わりにＭＥＭＳ素子２のバックチャンバーに連通するように実装基板１に設ける場合もある。

図６は、図５に示すＭＥＭＳ素子２の一部を拡大した図である。ＭＥＭＳ素子２は、ハンドル基板７上に絶縁膜８を介して可動電極を含む可動電極膜９が積層し、さらにスペーサー１０を介して固定電極を含む固定電極膜１１が積層形成されている。なお図６では、集積回路３との接続等は図示を省略している。この種のＭＥＭＳ素子は、例えば特許文献１に記載されている。

ところで図６に示すように、実装基板１上にハンドル基板７を接着部材１２によって接合した後、実装基板１上に集積回路３を実装したり、蓋部４を取り付ける組立工程では、１００℃を超えるような加熱処理が行われる場合がある。その際、ハンドル基板７には大きく開口したバックチャンバー１３が形成されているため、実装基板１とハンドル基板７との熱膨張や熱収縮の物性の違いにより、図６に示す矢印方向の力や逆方向の力がハンドル基板７に加わってしまい、特性変動や破損が生じるおそれがある。

そこでハンドル基板７に加わる力を少なくするため、実装基板１とハンドル基板７との接合面積を小さくすることが考えられる。しかし、接着部材１２の塗布量の制御や塗布位置の制御の難しさ、接着部材１２とハンドル基板７の位置合わせの難しさ等があり、実装基板１とハンドル基板７とが接着部材１２によって接合されない領域ができてしまう場合もある。この接合されない領域は、音圧等が漏れる通路となってしまい、感度が低下するという新たな問題が発生してしまう。

また接着部材１２の塗布量が多すぎると、接着部材１２がハンドル基板７を這い上がってしまったり、実装基板１に孔部５が形成されている場合には、孔部５内に接着部材１２が流れ出てしまう等の問題が発生してしまう。このような問題は、ＭＥＭＳ素子が小型化、低背化するに従い、大きな課題となっている。

特開２０１１−５５０８７号公報

従来のＭＥＭＳ素子の実装構造では、実装基板１とハンドル基板７との接合面積が広くなると実装基板１の熱膨張や熱収縮によりハンドル基板７へ力が加わり、ＭＥＭＳ素子の特性変動等の問題があった。一方接合面積を小さくしてそれらの影響を回避しようとすると、接着部材１２の塗布量を制御しなければならないが、塗布量の制御ができずに接着部材１２が少なくなると実装基板１とハンドル基板７との接合面積が小さくなり十分な接合強度が保てなかったり、接合しない領域が発生してＭＥＭＳ素子の感度が著しく低下してしまうという問題があった。一方接着部材１２が多すぎるとハンドル基板７への這い上がり等が発生し、ＭＥＭＳ素子の小型化、低背化の妨げになるという問題があった。本発明はこれらの問題点を解消し、接合面積を広くすることなく確実な接合を形成することができるＭＥＭＳ素子およびその実装構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項1に係るＭＥＭＳ素子は、バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とが対向配置しているＭＥＭＳ素子において、前記ハンドル基板の実装基板との接合面に、少なくとも前記ハンドル基板の外周側の一部が切り欠かれた切欠き部と、少なくとも前記ハンドル基板の前記バックチャンバー側に残る凸部とを備えていることを特徴とする。

本願請求項２に係るＭＥＭＳ素子の実装構造は、バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とが対向配置し、前記ハンドル基板の実装基板との接合面に、少なくとも前記ハンドル基板の外周側の一部が切り欠かれた切欠き部と、少なくとも前記ハンドル基板の前記バックチャンバー側に残る凸部とを備えたＭＥＭＳ素子を、実装基板上に実装するＭＥＭＳ素子の実装構造であって、前記実装基板は、前記ＭＥＭＳ素子との接合面に凹部を備え、該凹部の底部に前記ＭＥＭＳ素子の前記凸部が当接し、前記凹部の底部と前記切欠き部との間を接着部材により接合して前記ＭＥＭＳ素子が前記基板上に接合されていることを特徴とする。

本願請求項３に係るＭＥＭＳ素子の実装構造は、請求項２記載のＭＥＭＳ素子の実装構造において、前記実装基板の前記凹部は、前記ＭＥＭＳ素子の前記凸部が当接する底部を有する凹部と、前記ＭＥＭＳ素子の切欠き部と対向する前記底部を有する凹部とが、それぞれ分離していることを特徴とする。

本願請求項４に係るＭＥＭＳ素子の実装構造は、請求項２または３いずれか記載のＭＥＭＳ素子の実装構造において、前記ハンドル基板および前記実装基板とをそれぞれシリコンで構成したことを特徴とする。

本発明のＭＥＭＳ素子およびその実装構造は、実装基板に設けた凹部の底部とＭＥＭＳ素子の切欠き部との間を接着部材により接合する構成とすることで、ＭＥＭＳ素子が実装基板上に確実に接着するとともに、ハンドル基板の凸部が実装基板に当接することで、接合面積を制限し、接着部材が凸部より内側に入り込むことを防止できる。

さらに実装基板に形成する凹部を、ＭＥＭＳ素子の凸部が当接する底部を有する凹部と、ＭＥＭＳ素子の切欠き部と対向する底部を有する凹部とに分離するように構成すると、分離された凹部間に凸部が配置する構造となり、接着部材がＭＥＭＳ素子の凸部と実装基板と当接部に入り込むことがなくなり、ＭＥＭＳ素子の切欠き部と実装基板の凹部の底部との間に塗布する接着部材の量の制御が容易になるという利点がある。

本発明のＭＥＭＳ素子のハンドル基板と実装基板とを同一素材、特にシリコンで形成することで、熱膨張や熱収縮の物性の違いによりハンドル基板に加わる力が小さくなり、ＭＥＭＳ素子の特性が安定化できるとともに、半導体装置の製造方法に従い、簡便に形成できるという利点がある。

本発明の第１の実施例のＭＥＭＳ素子を説明する図である。本発明の第２の実施例のＭＥＭＳ素子の実装構造を説明する図である。本発明の第３の実施例のＭＥＭＳ素子の実装構造を説明する図である。本発明の別の実施例のＭＥＭＳ素子の実装構造を説明する図である。一般的なマイクロフォン装置の説明図である。図５に示すマイクロフォン装置のＭＥＭＳ素子の拡大図である。

本発明のＭＥＭＳ素子およびその実装構造は、実装基板に設けた凹部の底部とＭＥＭＳ素子の切欠き部との間を接着部材により接合する構成とすることで、ＭＥＭＳ素子が実装基板上に確実に接着するとともに、ハンドル基板の凸部が実装基板に当接することで、接合面積を制限し、接着部材が凸部より内側に入り込むことを防止する構造となっている。以下、本発明の実施例について製造工程に従い、詳細に説明する。

まず、本発明のＭＥＭＳ素子について説明する。図１は、第１の実施例のＭＥＭＳ素子２の説明図である。従来のＭＥＭＳ素子同様、例えばシリコン基板からなるハンドル基板７上に絶縁膜８を介して、可動電極を含む可動電極膜９と固定電極を含む固定電極膜１１が、スペーサー１０を挟んで対向配置している。ハンドル基板７には、バックチャンバー１３が形成されている。

本実施例のＭＥＭＳ素子２は、後述する実装基板との接合面が、一般的なＭＥＭＳ素子と相違している。具体的には、図１に示すように、ハンドル基板７の外周側に切欠き部１４が形成されており、ハンドル基板７のバックチャンバー１３側には切欠き部１４が形成されず凸部１５が残る構成とすることで、バックチャンバー１３に連通しない構造となっている。

例えば切欠き部１４は、バックチャンバー１３に沿って凸部１５が残るようにハンドル基板７の外周側を全て切り欠いた構造としても、一部の凸部１５がハンドル基板７の外周側まで延びた構造とし、バックチャンバー１３の周りに凸部１５で区画された複数の切欠き部１４が配置された構造としても良い。

ここで凸部１５は、図１に示すバックチャンバー１３に沿った比較的幅の狭い形状に限定されるものではない。しかしながら後述するように、実装基板との接着部材は切欠き部１４の位置に形成されるため、十分な接着強度が得られるように切欠き部１４の面積を確保する必要がある。また凸部１５は実装基板に当接することで、実装基板上の所望の位置、高さで、水平に配置されるような実装姿勢を決めるため、所望の大きさに設定することが必要である。凸部１５は実装基板の表面に当接した際、隙間が形成されない程度の平坦性を有するように形成する必要もある。

次に第１の実施例で説明したＭＥＭＳ素子を実装基板に接合する実装構造に係る実施例について説明する。図２は、本発明のＭＥＭＳ素子の実装構造の説明図である。図２に示すように本発明の実装基板１は、ＭＥＭＳ素子２との接合部に凹部１６を備えた構造となっている。このような構造の実装基板１にＭＥＭＳ素子２を実装する場合、ＭＥＭＳ素子２の凸部１５が実装基板１の凹部１６の底部に当接し、ＭＥＭＳ素子２の切欠き部１４と実装基板１の凹部１６の底部とで隙間が形成される。本発明の実装構造では、この隙間に接着部材１２を入り込み、ＭＥＭＳ素子２と実装基板１とを接合する。

ＭＥＭＳ素子２と実装基板１とを接合する際には、凹部１６内に所定の量の接着部材１２塗布し、ＭＥＭＳ素子２を載置すればよい。所望の接着強度が得られれば、図２に示すようにＭＥＭＳ素子２の切欠き部１４と実装基板１の凹部１６の底部とで形成される隙間に接着部材１２を完全に充填する必要は無い。

一方、切欠き部１４と凹部１６の底部との間隙に接着部材１２を完全に充填する場合には、凸部１５が凹部１６の底部と隙間なく接しているため、接着部材１２がさらに内側に入り込むことはない。

従って本発明のＭＥＭＳ素子を本発明の実装構造とすることで、接着部材１２が形成される領域を所定の範囲に制限することが可能となり、実装基板とハンドル基板との熱膨張や熱収縮の違いによりＭＥＭＳ素子の特性変動を抑えることが可能となる。特に実装基板をハンドル基板と同じ素材のシリコン基板で構成すれば、特性変動をさらに抑えることが可能となる。

次に上記第１の実施例で説明したＭＥＭＳ素子を実装基板に接合する別の実装構造に係る実施例について説明する。図３は、本発明のＭＥＭＳ素子の別の実装構造の説明図である。図３に示すように本発明の実装基板は、ＭＥＭＳ素子との接合部に二つの凹部１６ａ、１６ｂを備える構造となっている。凹部１６ａと凹部１６ｂの間に残る実装基板１は凸部１７となっている。このような構造の実装基板１にＭＥＭＳ素子２を実装する場合、ＭＥＭＳ素子２の凸部１５が実装基板１の凹部１６ａの底部に当接し、実装基板１の凸部１７がＭＥＭＳ素子２の切欠き部１４に当接し、ＭＥＭＳ素子２の切欠き部１４と実装基板１の凹部１６ｂの底部とで隙間が形成される。本発明の実装構造では、この隙間に接着部材１２が入り込み、ＭＥＭＳ素子２と実装基板１が接合する。

ＭＥＭＳ素子２と実装基板１とを接合する際には、凹部１６ｂ内に所定の量の接着部材１２を塗布し、ＭＥＭＳ素子２を載置すれば良い。所望の接合強度が得られれば、図３に示すようにＭＥＭＳ素子２の切欠き部１４と実装基板１の凹部１６ｂの底部とで形成される隙間に接着部材１２を完全に充填する必要は無い。

一方、切欠き部１４と凹部１６ｂの底部との間隙に接着部材１２を完全に充填する場合には、凸部１７が切欠き部１４と隙間なく接するとともに、ＭＥＭＳ素子２の凸部１５が凹部１６ａの底部と隙間なく接しているため、接着部材１２がさらに内部に入り込むことはない。

従って、本発明のＭＥＭＳ素子を本発明の実装構造とすることで、接着部材１２が形成される領域を所定の範囲に制限することが可能となり、実装基板とハンドル基板との熱膨張や熱収縮の違いによりＭＥＭＳ素子の特性変動を抑えることが可能となる。特に実装基板をハンドル基板と同じ素材のシリコン基板で構成すれば、特性変動をさらに抑えることが可能となる。

上記実施例において、実装基板１に孔部５を形成しても良い。例えば上記第２の実施例で説明した構造の実装構造を、基板１の孔部５を備えた実装基板１に実装する場合を図４に示す。図３で説明した実装基板１に孔部５を形成する場合も同様である。

上記説明した実装構造では蓋部を形成する際、シリコン基板の一部を切欠き、この切欠き部にＭＥＭＳ素子２や集積回路３のような電子部品が収容されるように蓋部４で覆う構造とすると、ハンドル基板７、実装基板１をそれぞれシリコン基板で形成する場合に熱膨張や熱収縮の影響が少なくなり好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、ＭＥＭＳ素子と実装基板について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。たとえば、切欠き部１４、凸部１５、凹部１６、１６ａ、１６ｂ、凸部１７の配置は適宜設定すればよい。また、接着部材１２も適宜選定することができる。

１：実装基板、２：ＭＥＭＳ素子、３：集積回路、４:蓋部、５:孔部、６：樹脂、７：ハンドル基板、８：絶縁膜、９：可動電極膜、１０：スペーサー、１１：固定電極膜、１２：接着部材、１３：バックチャンバー、１４：切欠き部、１５：凸部、１６、１６ａ、１６ｂ：凹部、１７：凸部

Claims

バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とが対向配置しているＭＥＭＳ素子において、
前記ハンドル基板の実装基板との接合面に、少なくとも前記ハンドル基板の外周側の一部が切り欠かれた切欠き部と、少なくとも前記ハンドル基板の前記バックチャンバー側に残る凸部とを備えていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とが対向配置し、前記ハンドル基板の実装基板との接合面に、少なくとも前記ハンドル基板の外周側の一部が切り欠かれた切欠き部と、少なくとも前記ハンドル基板の前記バックチャンバー側に残る凸部とを備えたＭＥＭＳ素子を、実装基板上に実装するＭＥＭＳ素子の実装構造であって、
前記実装基板は、前記ＭＥＭＳ素子との接合面に凹部を備え、
該凹部の底部に前記ＭＥＭＳ素子の前記凸部が当接し、前記凹部の底部と前記切欠き部との間を接着部材により接合して前記ＭＥＭＳ素子が前記基板上に接合されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子の実装構造。
請求項２記載のＭＥＭＳ素子の実装構造において、前記実装基板の前記凹部は、前記ＭＥＭＳ素子の前記凸部が当接する底部を有する凹部と、前記ＭＥＭＳ素子の切欠き部と対向する前記底部を有する凹部とが、それぞれ分離していることを特徴とするＭＥＭＳ素子の実装構造。
請求項２または３いずれか記載のＭＥＭＳ素子の実装構造において、前記ハンドル基板および前記実装基板とをそれぞれシリコンで構成したことを特徴とするＭＥＭＳ素子の実装構造。