JP2021154436A - Ｍｅｍｓ構造体、及びｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能であり、かつ性能を向上させることが可能なＭＥＭＳ構造体を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ構造体２０は、上下方向に貫通する開口部２２を有する第１基板２１と、第１基板２１上に設けられた複数のＭＥＭＳ素子４０とを含む。ＭＥＭＳ素子４０は、音響トランスデューサーである。第１基板２１は、ガラスで構成される。【選択図】図５

Description

本発明は、ＭＥＭＳ構造体、及びＭＥＭＳデバイスに関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造された音響トランスデューサーが知られている。ＭＥＭＳ素子からなる音響トランスデューサーは、音圧を通過させる複数の貫通孔を備えた固定電極と、固定電極に対向して配置されかつ音圧を受けて振動する振動電極とを備え、振動する振動電極の変位を電極間の容量変化として検出する構成となっている。このような音響トランスデューサーを用いてマイクロフォンを構成する場合、音響トランスデューサーの出力信号を処理するため、信号処理機能を有する集積回路（ＩＣチップ）が必要となる。

一般的なマイクロフォンは、音響トランスデューサー及びＩＣチップが実装基板に実装され、音響トランスデューサー及びＩＣチップが金属缶で覆われた構成となっている。音響トランスデューサーで検出された電気信号は、金属ワイヤを経由してＩＣチップに入力される。ＩＣチップは、所望の信号処理を行い、ＩＣチップの出力信号は、配線を経由して実装基板に設けられた接続端子から外部へ出力される。金属缶は、外部からのノイズや物理的接触などから音響トランスデューサー及びＩＣチップを保護するために設けられており、外部からの音波を音響トランスデューサーに到達させるため、一部に開口部が形成されている。

ところで、このマイクロフォンを２個以上並べてアレイ化することで、ノイズキャンセリングを行い、マイクロフォンのＳＮ比を補完することが知られている。

さらに、複数のマイクロフォンをある一定の距離を空けて配置し、複数のマイクロフォンが検出した電気信号を処理することで、音源の方向を識別することが知られている。この場合、例えば２個以上のマイクロフォンを個別に配置することが一般的に行われ、モバイル機器などスペースに限りがある機器においてはスペースの課題がある。

また、同一実装基板上に複数のマイクロフォンを並べた場合、複数のマイクロフォンにそれぞれ含まれる複数のＩＣチップが占める面積が大きくなり、装置全体の外形寸法が大型化するという問題がある。

特開２０１０−２８３４１８号公報

本発明は、小型化が可能であり、かつ性能を向上させることが可能なＭＥＭＳ構造体、及びＭＥＭＳデバイスを提供する。

本発明の第１態様に係るＭＥＭＳ構造体は、上下方向に貫通する開口部を有する第１基板と、前記第１基板上に設けられた複数のＭＥＭＳ素子とを具備する。

本発明の第２態様に係るＭＥＭＳ構造体は、第１態様に係るＭＥＭＳ構造体において、前記複数のＭＥＭＳ素子は、少なくとも１つの方向に配列される。

本発明の第３態様に係るＭＥＭＳ構造体は、第１態様に係るＭＥＭＳ構造体において、前記複数のＭＥＭＳ素子は、少なくとも直交する２つの方向に配列される。

本発明の第４態様に係るＭＥＭＳ構造体は、第１態様に係るＭＥＭＳ構造体において、前記複数のＭＥＭＳ素子は、円弧状に配列される。

本発明の第５態様に係るＭＥＭＳ構造体は、第１態様に係るＭＥＭＳ構造体において、前記ＭＥＭＳ素子は、音響トランスデューサーである。

本発明の第６態様に係るＭＥＭＳ構造体は、前記第１基板は、ガラスで構成される。

本発明の第７態様に係るＭＥＭＳデバイスは、第２基板と、前記第２基板上に設けられ、第１態様に係るＭＥＭＳ構造体と、前記第２基板上に設けられ、前記開口部内に配置され、前記複数のＭＥＭＳ素子を制御する集積回路とを具備する。

本発明の第８態様に係るＭＥＭＳデバイスは、第２基板と、前記第２基板上に設けられ、第１態様に係るＭＥＭＳ構造体と、前記第２基板上に設けられ、前記開口部内に配置された撮像素子とを具備する。

本発明の第９態様に係るＭＥＭＳデバイスは、第８態様に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記撮像素子は、赤外線センサーである。

本発明の第１０態様に係るＭＥＭＳデバイスは、第８態様に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記撮像素子は、ＴＯＦ（time of flight）センサーである。

本発明によれば、小型化が可能であり、かつ性能を向上させることが可能なＭＥＭＳ構造体、及びＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面図である。 図２は、リッドを省略したＭＥＭＳデバイスの平面図である。 図３は、図１に示したＭＥＭＳデバイスの底面図である。 図４は、図１に示したＡ−Ａ´線に沿ったＭＥＭＳデバイスの断面図である。 図５は、ＭＥＭＳ構造体を抽出した平面図である。 図６は、ＭＥＭＳ素子の断面図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略的な平面図である。 図８は、ＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図９は、本発明の第３実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面図である。 図１０は、リッドを省略したＭＥＭＳデバイスの平面図である。 図１１は、図９に示したＭＥＭＳデバイスの底面図である。 図１２は、図９に示したＡ−Ａ´線に沿ったＭＥＭＳデバイスの断面図である。 図１３は、第１実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図１４は、第２実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図１５は、第３実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図１６は、第４実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図１７は、第５実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図１８は、第６実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図１９は、第７実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２０は、第８実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２１は、第９実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２２は、第１０実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２３は、第１１実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２４は、第１２実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２５は、第１３実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２６は、第１４実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２７は、第１５実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２８は、第１６実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図２９は、第１７実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図３０は、第１８実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図３１は、第１９実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図３２は、第２０実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。 図３３は、第２１実施例に係るＭＥＭＳ構造体の概略的な平面図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスの構成に関する。本実施形態でいうＭＥＭＳデバイスは、複数のＭＥＭＳ素子（ＭＥＭＳ素子アレイともいう）と、これら複数のＭＥＭＳ素子を制御する集積回路とを含む電子装置である。ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とは、電気回路と微細な機械構造とを１つの基板上に集積させた素子である。

［１］ 第１実施形態
［１−１］ ＭＥＭＳデバイス１の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１の平面図である。図２は、リッド１１を省略したＭＥＭＳデバイス１の平面図である。図３は、図１に示したＭＥＭＳデバイス１の底面図である。図４は、図１に示したＡ−Ａ´線に沿ったＭＥＭＳデバイス１の断面図である。図１に示したＸ方向は、ＭＥＭＳデバイス１のある一辺に沿った方向であり、図１に示したＹ方向は、Ｘ方向に直交する方向である。

本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、マイクロフォン装置を構成する。ＭＥＭＳデバイス１は、基板１０、ＭＥＭＳ構造体２０、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）３０、及びリッド（蓋）１１を備える。

基板１０は、ＭＥＭＳ構造体２０、及び集積回路３０を実装するためのプリント基板である。基板１０は、四角形を有する。本実施形態の例では、基板１０は、正方形である。基板１０は、複数の貫通孔１２を有する。貫通孔１２は、基板１０を貫通する。貫通孔１２は、円形を有する。貫通孔１２は、ＭＥＭＳ素子に対応して設けられる。貫通孔１２は、音波を通過させる音孔として機能する。

基板１０の底面には、複数の端子１３が設けられる。端子１３は、基板１０を貫通する貫通ビア（図示せず）を介して、基板１０の上面に形成された配線と電気的に接続される。集積回路３０は、基板１０に形成された複数の配線を介して、複数の端子１３に電気的に接続される。

リッド１１は、基板１０に実装された素子を覆うように構成され、その周囲部分は、基板１０に固着される。リッド１１は、電気的シールドとして機能するとともに、外部からの物理的接触などからＭＥＭＳ構造体２０及び集積回路３０を保護するために設けられる。リッド１１は、金属材料で構成される。リッド１１を基板１０に固着する方法としては、例えば半田リフロー工程が用いられる。

図５は、ＭＥＭＳ構造体２０を抽出した平面図である。ＭＥＭＳ構造体２０は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１上に設けられた複数のＭＥＭＳ素子４０とを備える。

ガラス基板２１の材料としては、特に制限はなく、任意のガラスを用いることができる。例えば、ガラス基板２１としては、無アルカリガラス、又はアルミノシリケートガラス（alumino-silicate glass）などを用いることができる。無アルカリガラスは、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ成分の含有量が例えば０．１質量％以下であるガラスである。

ガラス基板２１は、接着剤を用いて基板１０に接着される。ガラス基板２１は、その外形が四角形であり、その中央部に四角形の開口部２２を有する。すなわち、ガラス基板２１は、その中央部が四角形にくり抜かれた構造を有する。さらに換言すると、ガラス基板２１は、中抜き四角形状を有する。開口部２２は、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、レーザー加工、及びレーザー加工を併用したウェットエッチング法などを用いて形成される。

本実施形態の例では、ガラス基板２１の外形は、正方形であり、開口部２２も正方形である。ガラス基板２１の中心は、開口部２２の中心とおおよそ重なるように配置される。換言すると、ガラス基板２１の２本の対角線は、開口部２２の２本の対角線とおおよそ重なるように配置される。

ガラス基板２１は、複数の貫通孔２３を有する。貫通孔２３は、ガラス基板２１を貫通する。貫通孔２３は、ＭＥＭＳ素子４０に対応して設けられる。貫通孔２３は、円形を有する。また、貫通孔２３は、ウェットエッチングなどの開口工程に起因して、例えばテーパ形状を有する。

ガラス基板２１上には、複数のＭＥＭＳ素子４０が設けられる。各ＭＥＭＳ素子４０の平面形状は、例えば円である。複数のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２を中心にして、おおよそ均一になるように配置される。本実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１が８個のＭＥＭＳ素子４０を備える構成例を示している。８個のＭＥＭＳ素子４０は、Ｘ方向及びＹ方向に並んで配置される。具体的には、ガラス基板２１の４つの角にそれぞれ４個のＭＥＭＳ素子４０が配置され、ガラス基板２１の４つの辺の中央部にそれぞれ４個のＭＥＭＳ素子４０が配置される。ＭＥＭＳデバイス１が備えるＭＥＭＳ素子４０の数は、任意に設定可能である。

本実施形態のＭＥＭＳ素子４０は、音響トランスデューサーからなる。本実施形態の音響トランスデューサーは、音を電気信号に変換、又は電気信号を音に変換する変換素子であり、また、本実施形態の音響トランスデューサーは、音波を送受信する音響素子であり、マイクロフォン及びスピーカーを含む。本実施形態では、ＭＥＭＳ素子４０がマイクロフォン（ＭＥＭＳマイクロフォンともいう）からなる場合を例に挙げて説明する。
ＭＥＭＳ素子４０の具体的な構成については後述する。

ガラス基板２１上には、ＭＥＭＳ素子４０の振動電極に電気的に接続された端子４１が設けられる。ガラス基板２１上には、ＭＥＭＳ素子４０の固定電極に電気的に接続された端子４２が設けられる。端子４２は、ガラス基板２１上に設けられた配線４３に電気的に接続される。配線４３は、ガラス基板２１の外周部を囲むように形成され、全てのＭＥＭＳ素子４０の端子４２に電気的に接続される。配線４３は、ガラス基板２１上に設けられた端子４４に電気的に接続される。

集積回路３０は、ガラス基板２１の開口部２２内に配置され、例えば、開口部２２の中央に配置される。集積回路３０は、基板１０に実装される。例えば、集積回路３０は、複数のバンプ３１を介して、基板１０に電気的に接続される。バンプ３１は、集積回路３０の底面に設けられた端子に電気的に接続される。集積回路３０は、ＩＣチップとして構成され、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成される。ＡＳＩＣは、特定の用途のために複数の機能回路を１つにまとめて設計及び製造された集積回路である。集積回路３０は、複数のＭＥＭＳ素子４０を制御し、複数のＭＥＭＳ素子４０の信号を処理する。

集積回路３０は、複数のボンディングワイヤ３２を介して、複数の端子４１に電気的に接続される。また、集積回路３０は、ボンディングワイヤ３２を介して、端子４４に電気的に接続される。ボンディングワイヤ３２は、集積回路３０の上面に設けられた端子に電気的に接続される。

［１−２］ ＭＥＭＳ素子４０の構成
次に、ＭＥＭＳ素子４０の構成の一例について説明する。図６は、ＭＥＭＳ素子４０の断面図である。ＭＥＭＳ素子４０は、ガラス基板２１に形成された貫通孔２３を覆うように配置される。

ガラス基板２１上には、貫通孔２３を覆うように、メンブレン（ダイヤフラムともいう）５０が設けられる。メンブレン５０の平面形状は、例えば円である。メンブレン５０のサイズは、貫通孔２３のサイズより大きい。メンブレン５０は、絶縁層５０Ａ、導電層５０Ｂ、及び絶縁層５０Ｃが順に積層されて構成される。導電層５０Ｂは、メンブレン５０の電極（振動電極）として機能する。導電層５０Ｂは、金属で構成され、例えばモリブデン（Ｍｏ）で構成される。絶縁層５０Ａ、及び絶縁層５０Ｃはそれぞれ、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）で構成される。化学式に記載された“ｘ”は、組成比が任意であることを意味する。

メンブレン５０は、少なくとも１つの貫通孔５１を有する。貫通孔５１は、円形であり、メンブレン５０を貫通する。貫通孔５１は、外気圧の変化によりメンブレン５０の両面に発生する差圧を逃がす機能を有する。

メンブレン５０の上方には、空洞（cavity）５２を介して、バックプレート５３が設けられる。バックプレート５３の平面形状は、例えば円である。バックプレート５３は、導電層５３Ａ、絶縁層５３Ｂ、及び保護膜５３Ｃが順に積層されて構成される。導電層５３Ａは、バックプレート５３の電極（固定電極）として機能する。導電層５３Ａは、金属で構成され、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はアルミニウム合金などで構成される。絶縁層５３Ｂは、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）で構成される。保護膜５３Ｃは、例えば、アモルファスシリコンで構成される。保護膜５３Ｃは、空洞５２を形成するための犠牲層（例えばシリコン酸化物（ＳｉＯｘ））をウェットエッチングで除去する際に、バックプレート５３の絶縁層５３Ｂを保護する機能を有する。

メンブレン５０とバックプレート５３との間には、前述した空洞５２が設けられる。空洞５２は、絶縁層５４によって囲まれる。絶縁層５４と、バックプレート５３の絶縁層５３Ｂとは、連続層であり、同一の成膜工程で形成される。

バックプレート５３は、複数の貫通孔５５を有する。貫通孔５５は、円形であり、バックプレート５３を貫通する。複数の貫通孔５５は、バックプレート５３の全面に亘って均一に配置される。複数の貫通孔５５は、空洞５２に存在する空気の粘弾性によりメンブレン５０の音圧（又は音波）による振動を妨げることを軽減させる機能を有する。

端子４１は、導電層５０Ｂが任意の方向に引き出された延在部上に設けられ、導電層５０Ｂに電気的に接続される。端子４１は、絶縁層５０Ｃから露出される。

端子４２は、導電層５３Ａが任意に方向に引き出されて構成される。端子４２は、絶縁層５３Ｂ、及び保護膜５３Ｃから露出される。端子４２とガラス基板２１との間には、絶縁層５６が設けられる。絶縁層５６は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）で構成される。

なお、図６では、端子４１及び端子４２を同一断面に示しているが、端子４１及び端子４２を引き出す位置は、任意に設定可能である。

［１−３］ 動作
本実施形態では、ＭＥＭＳ素子４０は、音響トランスデューサーで構成される。音響トランスデューサー４０に音波が入力されると、音圧によってメンブレン５０が振動し、メンブレン５０の振動電極５０Ｂと、バックプレート５３の固定電極５３Ａとの間の距離が変化する。振動電極５０Ｂと固定電極５３Ａとの間の距離が変化すると、振動電極５０Ｂと固定電極５３Ａとの間の静電容量が変化する。集積回路３０は、振動電極５０Ｂに電気的に接続された端子４１と、固定電極５３Ａに電気的に接続された端子４２との間にバイアス電圧を印加し、振動による静電容量の変化により発生する電気的な信号を取り出す。これにより、音圧が電気信号に変換される。

ＭＥＭＳデバイス１は、複数の音響トランスデューサー４０を備える。集積回路３０は、複数の音響トランスデューサー４０を制御し、複数の音響トランスデューサー４０の電気信号を処理する。集積回路３０は、基板１０の端子１３を介して、外部に信号を出力する。

また、集積回路３０は、複数の音響トランスデューサー４０のそれぞれが検出した電気信号を処理することで、音源方向を検出又は推定することができる。具体的には、集積回路３０は、第１音響トランスデューサーが検出した電気信号と、第１音響トランスデューサーと異なる位置に配置された第２音響トランスデューサーが検出した電気信号との時間差を算出し、この時間差を用いて音源方向を検出する。

また、集積回路３０は、複数の音響トランスデューサー４０のそれぞれが検出した電気信号を処理することで、ノイズキャンセルを行うことができる。具体的には、集積回路３０は、ノイズを検出及び特定し、ノイズと逆位相の信号を源信号に加算させることによりノイズを打ち消す。

音響トランスデューサー４０は、用途に応じて、検出可能な音波を調整することができる。可聴域の音を検出するために音響トランスデューサー４０を使用する場合、音響トランスデューサー４０の周波数特性は、可聴域である２０Ｈｚ以上かつ２０ｋＨｚ以下に調整される。超音波を検出するために音響トランスデューサー４０を使用する場合、音響トランスデューサー４０の周波数特性は、２０ｋＨｚ以上かつ３０ＭＨｚ以下に調整される。音響トランスデューサー４０の周波数特性は、音響トランスデューサー４０のサイズ、音響トランスデューサー４０を構成する各層の厚さ、テンション、振動電極５０Ｂと固定電極５３Ａとの間の距離などを変えることで調整できる。

［１−４］ 第１実施形態の効果
以上詳述したように第１実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１は、基板１０、ＭＥＭＳ構造体２０、及び集積回路３０を備える。ＭＥＭＳ構造体２０、及び集積回路３０は、基板１０上に実装される。ＭＥＭＳ構造体２０は、ガラス基板２１と、このガラス基板２１上に設けられた複数のＭＥＭＳ素子４０とを備える。ガラス基板２１は、その中央部に開口部２２を有する。集積回路３０は、ガラス基板２１の開口部２２内に配置され、複数のＭＥＭＳ素子４０を制御する。

従って第１実施形態によれば、複数のＭＥＭＳ素子４０と集積回路３０とを同一基板１０上に実装することができ、複数のＭＥＭＳ素子４０と集積回路３０とを一体で構成できる。また、ＭＥＭＳデバイス１を小型化することができる。

また、集積回路３０を中心として、複数のＭＥＭＳ素子４０が集積回路３０の周囲に配置される。よって、集積回路３０とＭＥＭＳ素子４０との距離を短くすることができるため、集積回路３０とＭＥＭＳ素子４０とを接続する配線を短くすることができる。これにより、集積回路３０とＭＥＭＳ素子４０との信号遅延を低減することができる。ひいては、ＭＥＭＳデバイス１の性能を向上させることができる。

また、集積回路３０と複数のＭＥＭＳ素子４０との距離をおおよそ同じにすることができる。これにより、複数のＭＥＭＳ素子４０の電気信号相互の遅延時間差を低減できる。ひいては、ＭＥＭＳデバイス１による音源方向の検出精度を向上させることができる。

また、集積回路３０とＭＥＭＳ素子４０とを接続する配線を短くすることで、ノイズの影響を低減できる。これにより、ＳＮ比（signal-to-noise ratio）を向上させることができる。

また、同一のガラス基板２１上に設けられた複数のＭＥＭＳ素子４０は、同一の製造工程で形成することができる。これにより、複数のＭＥＭＳ素子４０の特性の個体差を低減できる。

また、ガラス基板２１を用いてＭＥＭＳ構造体２０を構成することができる。これにより、半導体基板などを用いてＭＥＭＳ構造体２０を構成する場合に比べて、製造コストを低減することができる。

［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、ＭＥＭＳ構造体２０の他の構成例である。

図７は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１の概略的な平面図である。図７には、基板１０、ガラス基板２１、集積回路３０、及びＭＥＭＳ素子４０のレイアウトを示している。図８は、ＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。図８には、ガラス基板２１、及びＭＥＭＳ素子４０のレイアウトを示している。基板１０、ガラス基板２１、集積回路３０、及びＭＥＭＳ素子４０以外の構成要素は、第１実施形態と同様である。

ガラス基板２１の外形は、四角形である。ガラス基板２１の開口部２２は、四角形である。ガラス基板２１の１つの対角線は、開口部２２の１つの対角線と交差する。換言すると、ガラス基板２１の１つの辺は、開口部２２の１つの辺と所定の角度（０度より大きく４５度以下）をなすように配置される。すなわち、ガラス基板２１の開口部２２の外形は、ガラス基板２１の外形に対して相対的に傾いた角度で配置される。

本実施形態の例では、ガラス基板２１の外形は、正方形であり、開口部２２も正方形である。ガラス基板２１の１つの対角線は、開口部２２の１つの対角線と４５度の角度をなすように配置される。換言すると、ガラス基板２１の１つの辺は、開口部２２の１つの辺と４５度の角度をなすように配置される。すなわち、ガラス基板２１の外形に対して相対的に４５度傾いた角度で配置される。ガラス基板２１の中心は、開口部２２の中心と重なるように配置される。

本実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１は、４個のＭＥＭＳ素子４０を備える。４個のＭＥＭＳ素子４０はそれぞれ、ガラス基板２１の４つの角に配置される。

第２実施形態によれば、ＭＥＭＳデバイス１をより小型化することができる。また、集積回路３０と複数のＭＥＭＳ素子４０との距離をおおよそ同じにすることができる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。

［３］ 第３実施形態
第３実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１は、撮像素子を備える。第３実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、撮像素子モジュールを構成する。

［３−１］ ＭＥＭＳデバイス１の構成
図９は、本発明の第３実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１の平面図である。図１０は、リッド１１を省略したＭＥＭＳデバイス１の平面図である。図１１は、図９に示したＭＥＭＳデバイス１の底面図である。図１２は、図９に示したＡ−Ａ´線に沿ったＭＥＭＳデバイス１の断面図である。ＭＥＭＳ構造体２０の平面図は、第１実施形態で示した図５と同じである。

ＭＥＭＳデバイス１は、撮像素子６０及び集積回路３０を備える。撮像素子６０及び集積回路３０は、ガラス基板２１の開口部２２内に配置される。

撮像素子６０は、被写体の光学像を電気信号（画像データ）に変換する。撮像素子６０は、イメージセンサーとも呼ばれる。撮像素子６０は、基板１０に実装される。撮像素子６０は、例えば、開口部２２の中央に配置される。撮像素子６０は、複数のリードピン６１を介して、基板１０に電気的に接続される。撮像素子６０を基板１０に実装する方式については任意に設計可能である。

集積回路３０は、基板１０に実装される。集積回路３０は、例えば、撮像素子６０のＹ方向に隣接して配置される。第１実施形態と同様に、集積回路３０は、複数のバンプを介して、基板１０に電気的に接続される。また、集積回路３０は、基板１０に形成された複数の配線を介して、撮像素子６０及び複数のＭＥＭＳ素子４０に電気的に接続される。集積回路３０は、撮像素子６０及び複数のＭＥＭＳ素子４０を制御し、撮像素子６０及び複数のＭＥＭＳ素子４０の信号を処理する。

集積回路３０及び撮像素子６０は、基板１０に形成された複数の配線を介して、基板１０の底面に設けられた複数の端子１３に電気的に接続される。

リッド１１は、開口部１１Ａ、及び複数の貫通孔１１Ｂを有する。開口部１１Ａのサイズは、撮像素子６０のサイズと概略同じであり、撮像素子６０を露出するために設けられる。複数の貫通孔１１Ｂは、複数のＭＥＭＳ素子４０に対応して設けられ、音波を通過させる音孔として機能する。なお、第１実施形態と異なり、基板１０には、音孔は形成されていない。

ガラス基板２１上には、複数のＭＥＭＳ素子４０に対応して設けられた複数の遮蔽部材６２が設けられる。遮蔽部材６２の構造配置の一例は、ＭＥＭＳ素子４０を囲むようにして、円筒形を有する。遮蔽部材６２は、貫通孔１１Ｂを囲むように配置される。遮蔽部材６２は、リッド１１に接し、リッド１１と一体で構成され、リッド１１と同じ材料で構成される。遮蔽部材６２は、音波を遮蔽する。なお、遮蔽部材６２は、ＭＥＭＳ素子４０（端子４１、４２を含む）と絶縁されている。

［３−２］ 動作
撮像素子６０は、リッド１１の開口部１１Ａを介して、被写体を撮像し、被写体の光学像を電気信号に変換する。撮像素子６０のインターフェイス信号等は、基板１０に形成された複数の配線（図示せず）を介して、集積回路３０に送られる。または、撮像素子６０のインターフェイス信号等は、基板１０に形成された複数の配線（図示せず）を介して基板１０の底面に設けられた外部接続端子（図示せず）に接続される。

複数のＭＥＭＳ素子４０の各々は、音響トランスデューサーで構成される。音響トランスデューサー４０は、リッド１１の貫通孔１１Ｂを介して音波を受ける。音響トランスデューサー４０は、音波を検出し、音波を電気信号に変換する。複数の音響トランスデューサー４０の出力信号は、基板１０に形成された複数の配線（図示せず）を介して、集積回路３０に送られる。

集積回路３０は、撮像素子６０及び複数のＭＥＭＳ素子４０を制御し、撮像素子６０及び複数のＭＥＭＳ素子４０の信号を処理する。集積回路３０は、基板１０の端子１３を介して、外部に信号を出力する。

［３−３］ 第３実施形態の効果
第３実施形態によれば、複数のＭＥＭＳ素子４０と撮像素子６０とを同一基板１０上に実装することができ、複数のＭＥＭＳ素子４０と撮像素子６０とを一体で構成できる。また、撮像素子モジュールからなるＭＥＭＳデバイス１を小型化することができる。

また、ユーザが撮像素子６０で撮像した映像から対象物を特定し、複数のＭＥＭＳ素子（音響トランスデューサー）４０を用いて、この対象物（音源）からの音を検出することができる。また、複数のＭＥＭＳ素子４０を用いて、音源方向を検出することができる。例えば、ＭＥＭＳデバイス１は、防犯カメラと組み合わせることができる。

また、複数のＭＥＭＳ素子４０が検出した音を外部機器で記録し、さらに、撮像素子６０で撮像した映像を外部機器に記録する。そして、映像及び音を記録した後、映像を確認しながら特定の音源から音声を取得するというような使用方法を実現できる。

その他の効果は、第１実施形態と同じである。なお、第２実施形態を第３実施形態に適用することも可能である。

［４］ 第４実施形態
第４実施形態は、ＭＥＭＳ構造体２０の他の実施例である。

（第１実施例）
図１３は、第１実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。図１３には、ガラス基板２１、開口部２２、及びＭＥＭＳ素子４０のレイアウトを示している。ガラス基板２１、開口部２２、及びＭＥＭＳ素子４０以外の構成要素は、第１実施形態と同様であり、ＭＥＭＳ構造体２０の形状に合わせて適宜設計可能である。以下の実施例についても同様である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央上に配置される。なお、開口部２２の位置を説明する際に用いる、“上”、“下”、“右”は、図面を正面から見た場合の方向である。

ＭＥＭＳ構造体２０は、２個のＭＥＭＳ素子４０を備える。２個のＭＥＭＳ素子４０は、一方向に配列される。図１３に示した補助線（一点鎖線）は、ＭＥＭＳ素子４０の配列方向を表している。以下の実施例についても同様である。

（第２実施例）
図１４は、第２実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、３個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、一方向に配列される。

（第３実施例）
図１５は、第３実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。６個のＭＥＭＳ素子４０は、一方向に沿って２列に配列される。

（第４実施例）
図１６は、第４実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、台形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、３個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、台形の下底に沿って一方向に配列される。

（第５実施例）
図１７は、第５実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、台形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央右に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、台形のガラス基板２１の一方の側辺に沿って一方向に配列される。残り３個のＭＥＭＳ素子４０は、台形のガラス基板２１の他方の側辺に沿って一方向に配列される。

（第６実施例）
図１８は、第６実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、台形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央下に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、第１方向に配列される。残り３個のＭＥＭＳ素子４０は、第１方向と交差する第２方向に配列される。

（第７実施例）
図１９は、第７実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、六角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。６個のＭＥＭＳ素子４０はそれぞれ、六角形のガラス基板２１の６個の角に配置される。隣接する２個のＭＥＭＳ素子４０は、一方向に配置される。

（第８実施例）
図２０は、第８実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の右上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、３個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、ガラス基板２１のある辺に沿った第１方向と、第１方向に直交する第２方向との２方向に配列される。

（第９実施例）
図２１は、第９実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、４個のＭＥＭＳ素子４０を備える。４個のＭＥＭＳ素子４０は、四角形のガラス基板２１の４個の角に配列される。

（第１０実施例）
図２２は、第１０実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の右上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、５個のＭＥＭＳ素子４０を備える。５個のＭＥＭＳ素子４０は、ガラス基板２１のある辺に沿った第１方向と、第１方向に直交する第２方向との２方向に配列される。

（第１１実施例）
図２３は、第１１実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の右上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、７個のＭＥＭＳ素子４０を備える。７個のＭＥＭＳ素子４０は、ガラス基板２１のある辺に沿った第１方向と、第１方向に直交する第２方向との２方向に配列される。

（第１２実施例）
図２４は、第１２実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。ガラス基板２１は、２個の開口部２２を有する。２個の開口部２２はそれぞれ、四角形を有する。

ＭＥＭＳ構造体２０は、１６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。８個のＭＥＭＳ素子４０は、一方の開口部２２の周囲に四角形に配置される。残り８個のＭＥＭＳ素子４０は、他方の開口部２２の周囲に四角形に配置される。

（第１３実施例）
図２５は、第１３実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、角が丸くなった四角形を有する。開口部２２はそれぞれ、角が丸くなった四角形を有する。

ＭＥＭＳ構造体２０は、４個のＭＥＭＳ素子４０を備える。４個のＭＥＭＳ素子４０はそれぞれ、ガラス基板２１の４個の角に配置される。

（第１４実施例）
図２６は、第１４実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の右上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、３個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円弧状に配置される。

（第１５実施例）
図２７は、第１５実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、四角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央下に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、７個のＭＥＭＳ素子４０を備える。７個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円弧状に配置される。

（第１６実施例）
図２８は、第１６実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、六角形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。６個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円状に配置される。

（第１７実施例）
図２９は、第１７実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、円形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。６個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円状に配置される。

（第１８実施例）
図３０は、第１８実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、扇形を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の右上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、３個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円弧状に配置される。

（第１９実施例）
図３１は、第１９実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、かまぼこ形を有する。換言すると、ガラス基板２１は、四角形の一辺が円弧状に突出した形状を有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央下に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、７個のＭＥＭＳ素子４０を備える。７個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円弧状に配置される。

（第２０実施例）
図３２は、第２０実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、円形を有する。開口部２２は、円形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、６個のＭＥＭＳ素子４０を備える。６個のＭＥＭＳ素子４０は、開口部２２の周囲に円状に配置される。

（第２１実施例）
図３３は、第２１実施例に係るＭＥＭＳ構造体２０の概略的な平面図である。

ガラス基板２１は、三角形有する。開口部２２は、四角形を有する。開口部２２は、ガラス基板２１の中央上に配置される。

ＭＥＭＳ構造体２０は、３個のＭＥＭＳ素子４０を備える。３個のＭＥＭＳ素子４０は、一方向に配列される。

［５］ その他の実施例
第３実施形態に係る撮像素子６０は、赤外線センサーであってもよい。赤外線センサーは、物体から放射される赤外線を受光し、電気信号に変換する。複数のＭＥＭＳ素子４０は、音響トランスデューサーで構成され、物体からの音を検出することで、物体の方向を検出する。すなわち、この実施例では、赤外線を放射する物体の光学像を検出する装置と、物体の方向を検出する装置とをＭＥＭＳデバイス１として一体で構成できる。

また、第３実施形態に係る撮像素子６０は、ＴＯＦ（time of flight）センサーであってもよい。ＴＯＦセンサーは、光源から出射された光が物体で反射した反射光を検出し、物体までの距離を測定する装置に用いられる。複数のＭＥＭＳ素子４０は、音響トランスデューサーで構成され、物体からの音を検出することで、物体の方向を検出する。すなわち、この実施例では、物体までの距離を測定する装置と、物体の方向を検出する装置とをＭＥＭＳデバイス１として一体で構成できる。

上記実施形態では、ＭＥＭＳ素子として、音響トランスデューサーを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態に係るＭＥＭＳ素子４０は、加速度センサー、ジャイロセンサー、傾斜センサー、圧力センサーなどＭＥＭＳ機構を有する様々なセンサーに適用可能である。

また、ＭＥＭＳデバイス１に設けられる複数のＭＥＭＳ素子４０は、異なる種類のセンサーであってもよい。例えばＭＥＭＳデバイス１は、音響トランスデューサー、及び圧力センサーなどを備えていてもよい。

また、ＭＥＭＳデバイス１は、複数のＭＥＭＳ素子４０に加えて、ＭＥＭＳ機構を有しない各種センサーを備えていてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…ＭＥＭＳデバイス、１０…基板、１１…リッド、１１Ａ…開口部、１１Ｂ…貫通孔、１２…貫通孔、１３…端子、２０…ＭＥＭＳ構造体、２１…ガラス基板、２２…開口部、２３…貫通孔、３０…集積回路、３１…バンプ、３２…ボンディングワイヤ、４０…ＭＥＭＳ素子、４１，４２，４４…端子、４３…配線、５０…メンブレン、５０Ａ，５０Ｃ…絶縁層、５０Ｂ…振動電極、５１…貫通孔、５２…空洞、５３…バックプレート、５３Ａ…固定電極、５３Ｂ…絶縁層、５３Ｃ…保護膜、５４…絶縁層、５５…貫通孔、６０…撮像素子、６１…リードピン、６２…遮蔽部材。

Claims (10)

1. 上下方向に貫通する開口部を有する第１基板と、
   前記第１基板上に設けられた複数のＭＥＭＳ素子と、
   を具備するＭＥＭＳ構造体。
2. 前記複数のＭＥＭＳ素子は、少なくとも１つの方向に配列される
   請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
3. 前記複数のＭＥＭＳ素子は、少なくとも直交する２つの方向に配列される
   請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
4. 前記複数のＭＥＭＳ素子は、円弧状に配列される
   請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
5. 前記ＭＥＭＳ素子は、音響トランスデューサーである
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
6. 前記第１基板は、ガラスで構成される
   請求項１乃至５の何れか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
7. 第２基板と、
   前記第２基板上に設けられ、前記請求項１乃至６の何れか１項に記載のＭＥＭＳ構造体と、
   前記第２基板上に設けられ、前記開口部内に配置され、前記複数のＭＥＭＳ素子を制御する集積回路と、
   を具備するＭＥＭＳデバイス。
8. 第２基板と、
   前記第２基板上に設けられ、前記請求項１乃至６の何れか１項に記載のＭＥＭＳ構造体と、
   前記第２基板上に設けられ、前記開口部内に配置された撮像素子と、
   を具備するＭＥＭＳデバイス。
9. 前記撮像素子は、赤外線センサーである
   請求項８に記載のＭＥＭＳデバイス。
10. 前記撮像素子は、ＴＯＦ（time of flight）センサーである
    請求項８に記載のＭＥＭＳデバイス。

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