JP4387392B2 - シールドケースおよびこれを有するｍｅｍｓマイクロホン - Google Patents

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Description

本発明は、半導体技術を活用するマイクロマシニング技術を用いたＭＥＭＳチップを覆うシールドケースに関するものである。また、本発明は、ＭＥＭＳマイクロホンに関し、さらに詳細には、シールドケースを備えるＭＥＭＳマイクロホンに関するものである。
従来から、基板上に実装されるチップ等の電子部品を、外部からの電磁波ノイズまたは粉塵等から保護するために、シールドケースが用いられている。
図６に、従来のＭＥＭＳマイクロホンの外観斜視図を示す。図７（ａ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの側面図である。図７（ｂ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの平面図である。図７（ｃ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの縦断面図（図６中のＡ−Ａ線断面図）である。
図６、図７に示す従来のＭＥＭＳマイクロホン３００は、基板３０１とＭＥＭＳチップ２００とシールドケース３０３とにより構成されている。ここで、ＭＥＭＳチップ２００は、音信号を電気信号に変換するチップである。
このようなＭＥＭＳマイクロホン３００は、例えば、携帯電話等のメイン基板に実装されて使用される。この場合、音信号の通過路を確保するため、携帯電話の筐体のマイク用の音孔とシールドケースの天板３０３ａ上の音孔３０３ｃとが重なるように配置し実装する。しかし、音孔が略重なる位置に配置されたとしても、筐体とシールドケース３０３との間に隙間があると、隙間から音信号が漏れてしまい、予め設計された音響特性が変化してしまう場合がある。
そこで、シールドケースの天板３０３ａと携帯電話の筐体との間に、ゴム・シリコン等の材料からなるガスケットを密着させて挟み込むことで隙間を無くす工夫がなされている。
また、同様に気密性の観点から、携帯電話の表示部分の機構において、透明パネル板と外装カバーとの間にガスケットを貼り付ける例が特許文献１に記載されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３５４３７７号公報
上述のように、ガスケットにより隙間を埋める手法を採用する場合、気密性を確保するために、ガスケットと天板３０３ａとを密着させる領域をシールドケースの天板３０３ａ上に最低限確保する必要がある。言い換えれば、図７（ｂ）に示すように、シールドケースの音孔３０３ｃから天板３０３ａの端部までの間の距離Ｌ１・Ｌ２について、最低限の距離を確保する必要がある。
一方、ＭＥＭＳマイクロホン３００を携帯電話等のメイン基板に実装する際、ＭＥＭＳマイクロホン３００をピック・プレースするためのチャッキングエリアＳを天板３０３ａ上に確保する必要がある。このチャッキングエリアＳは、図７（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳチップ２００の故障を防止すべく、シールドケースの天板３０３ａ上の音孔３０３ｃを避けつつ、一定の領域を有するものでなければならない。また、ＭＥＭＳマイクロホン３００を安定して運ぶため、チャッキングエリアＳをなるべくシールドケースの重心位置付近、すなわち天板３０３ａの中心位置付近に配置することが望ましいものである。
上述の事情に加え、近年、ＭＥＭＳマイクロホン３００は、更なる小型・薄型化が要請されており、それに伴いシールドケース３０３も小型・薄型化がなされている。それに伴い、シールドケースの天板３０３ａの面積も縮小しており、天板上にチャッキングエリアＳの配置・面積等を確保しつつ、ガスケットを密着させる領域を確保することが困難になってきた。
具体的には、ＭＥＭＳマイクロホンの基板３０１について、例えば、縦×横 ３[ｍｍ]×４[ｍｍ]の寸法のものが予定されている。この寸法が採用される場合、チャッキングエリアＳは、シールドケースの重量・チャック装置の性能上、少なくとも、縦×横 １．２[ｍｍ]×１．２[ｍｍ]以上の領域を確保する必要がある。さらに、図７（ｂ）に示すように、チャッキングエリアＳは、できるだけシールドケースの天板３０３ａの中心位置付近に位置させなければならない。
また、ガスケットの挟み込みによる気密性を確保するためには、音孔３０３ｃから天板３０３ａの端部までの距離Ｌ１・Ｌ２は、それぞれ少なくとも１[ｍｍ]以上を確保する必要がある。この距離は、気密性の観点から、できるだけ長い距離を確保するのが望ましいものである。
このように、従来のシールドケースを小型化するに際して、天板の面積を縮小してしまうと、チャッキングエリアＳの面積・配置を確保しつつ、シールドケースの音孔２０６から天板３０３ａの端部までの間の距離を確保することが困難になってきた。
また、小型化が進む一方で、シールドケース３０３も構造体としての強度を確保出来る範囲で均一薄型化が進められており、現状の最も薄型化されたものの一例として、天板３０３ａと側面板３０３ｂの肉厚がともに０．１[ｍｍ]のものがある。このように薄型化されたシールドケースは、軽量化され、内枠の高さ・幅等を広くとれるものであるが、側面板の端部が縮小化したことではんだが着きにくい形状となっており、単に端部をはんだで固着したのでは基板との接着強度が弱いものとなってしまう。
そこで、従来の均一薄型化されたシールドケースは、図７（ｃ）に示すように、側面板３０３ｂの端部に折り曲げ部３０３ｄを設け、適切な量のはんだが溜まる空間を設けられている。折り曲げ部３０３ｄにより形成された空間にはんだフィレット３０３ｅを形成して固着強度を得ている。
しかしながら、上述のように均一に薄型化されたシールドケース３０３は、折り曲げ部３０３ｄも含めて基板３０１内に収まる大きさにしなければならないものであり、折り曲げ部３０３ｄを有する分だけ天板３０３ａの大きさが縮小してしまう形状であった。
また、従来のシールドケースは、通常、絞り加工で形成され、天板３０３の端部と側面板３０３ｂとで形成される折曲部３０３ｆがＲを有する形状（角が丸い形状）となり、天板の平坦部分の面積を最大限に確保できる形状ではなかった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、シールドケースの天板上のチャッキングエリアの位置・大きさ・範囲等について変更をすることなく、すなわち、チャッキングエリアの面積・配置を確保しつつ、気密性の観点から、ガスケットと密着する最低限の距離を天板上に確保することができるシールドケースおよびシールドケースを有するＭＥＭＳマイクロホンを提供することを目的とする。
本発明のシールドケースは、基板に実装されたＭＥＭＳチップを外部から遮蔽するシールドケースであって、天板と複数の側面板とを備え、前記複数の側面板の肉厚が、前記天板の肉厚より厚いものである。
この構成により、従来の均一肉厚のシールドケースと比較して、天板の面積を広くすることができる。よって、チャッキングエリアの位置・大きさ・範囲等を従来のシールドケースから変更することなく、ガスケットを天板に密着させる領域を確保することができる。
また、本発明のシールドケースは、前記天板の端部と前記側面板とで形成される折曲部が、角を有する形状である。
この構成により、天板の平坦部分の面積を拡大することができる。なお、本発明のシールドケースは、例えば、プレス金型内で叩き出し加工をすることで角部を有するように形成することができるものである。
また、本発明のシールドケースは、前記複数の側面板の端部が、シールドケースの内側に向けてＲ形状部を有する。
この構成により、はんだリフロー実装の際、Ｒ形状部の空間部分にはんだが入り込んで、はんだフィレットが形成されるので、適量のはんだで強固に基板等に固着させることができる。
また、本発明のＭＥＭＳマイクロホンは、基板と、前記基板に実装されるＭＥＭＳチップと、前記ＭＥＭＳチップを外部から遮蔽するシールドケースであって、天板と複数の側面板とを有し、前記複数の側面板の肉厚が、前記天板の肉厚より厚いシールドケースと、を備えるものである。
この構成により、従来の均一肉厚のシールドケースと比較して、シールドケースの天板の面積を広くすることができる。従って、チャッキングエリアの位置・大きさ・範囲等を従来のものから変更することなく、ガスケットを天板に密着させる距離を長く確保することができる。
また、本発明のＭＥＭＳマイクロホンは、前記シールドケースの天板の端部と前記側面板とで形成される折曲部が、角を有する形状である。
この構成により、ＭＥＭＳチップを覆うシールドケースの天板の平坦部分の面積を広くすることができる。
また、本発明のＭＥＭＳマイクロホンは、前記複数の側面板の端部が、シールドケースの内側に向けてＲ形状部を有するものである。
この構成により、はんだリフロー実装等の際、Ｒ形状部の空間部分にはんだが入り込んで、はんだフィレットが形成されるので、適量のはんだで基板とシールドケースとが強固に固着する。
本発明によれば、シールドケースの天板の面積を拡大させることができるので、チャッキングエリアの位置・大きさ・範囲等を従来のものから変更することなく、ガスケットを天板に密着させる領域を確保することができる。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のＭＥＭＳマイクロホン１００の外観斜視図を示す。図２は、ＭＥＭＳマイクロホン１００の縦断面図（図１のＢ−Ｂ線断面図）を示している。図１・図２に示すように、ＭＥＭＳマイクロホン１００は、基板１０１と、ＭＥＭＳチップ１０２と、シールドケース１０３とを有するものである。
基板１０１は、ＭＥＭＳチップ１０２を実装するためのプリント基板である。基板１０１の実装面の寸法は、例えば、縦×横 ３[ｍｍ]×４[ｍｍ]である。
ＭＥＭＳチップ１０２は、図２に示すように振動膜電極４３が捉えた音信号を電気信号に変換するものである。具体的には、ＭＥＭＳチップ１０２は、シリコン基板４１上に、第１の絶縁層４２を介して、振動膜電極４３とエレクトレット膜４４とを有しており、また、その上に、第２の絶縁層４５を介して、音孔４７が形成された固定電極４６を有している。また、振動膜電極４３の背面には、シリコン基板４１をエッチングして、背気室５５が形成されている。なお、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）とは、半導体の微細加工技術を駆使して製作された微小な部品から構成される電気機械システムのことである。
振動膜電極４３は、導電性のポリシリコンで形成され、エレクトレット膜４４は、窒化シリコン膜やシリコン酸化膜で形成され、また、固定電極４６は、導電性のポリシリコンとシリコン酸化膜やシリコン窒化膜とを積層して形成されている。
また、ＭＥＭＳチップ１０２の電気信号を増幅する増幅回路４８が、ワイヤ４９により電気的に接続されている。ＭＥＭＳチップ１０２と増幅回路４８とはシールドケース１０３により覆われている。
次に、シールドケース１０３について説明する。図３（ａ）は、ＭＥＭＳマイクロホン１００の側面図である。図３（ｂ）は、ＭＥＭＳマイクロホン１００の平面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）中のＣ−Ｃ線断面図である。図３（ｄ）は、図３（ｂ）中のＤ−Ｄ線断面図である。なお、図３の各図では、ＭＥＭＳチップ１０２の図示を省略している。
各図に示すように、シールドケース１０３は、四隅の丸い略長方形状の天板１０３ａと４つの側面板１０３ｂとにより構成されている。シールドケースの材料は、例えば、洋白（銅、鉛、ニッケルから構成される合金）、コバール、４２アロイなどの電気的シールドを有する金属材料である。また、シールドケースは、半田付けなどで基板との接合を得るために、例えば、Ｎｉメッキなどの表面処理をしても良い。天板１０３ａの厚さは０．１[ｍｍ]であり、側面板１０３ｂの厚さは各々０．２５[ｍｍ]である。すなわち、シールドケース１０３は、側面板１０３ｂが天板１０３ａより厚い偏肉構造を有するものである。また、天板１０３の端部１０３ｆは、角を有する形状に形成されている。なお、シールドケース１０３は、例えば、プレス金型内での叩き出し加工により角を有する形状に形成することができる。この角の形状は、従来の絞り加工によって形成される折曲部の角の形状と比較して、Ｒが小さい（丸みが小さい）ものであれば良い。
この構成により、従来のシールドケースのように天板の端部と前記側面板とで形成される折曲部が比較的大きいＲを有する形状ではなく、角を有する形状、すなわちＲが小さい折曲部を有する形状であるため、側面板の厚み分だけ天板の平坦部分が拡大する。さらに、側面板の肉厚が厚くなった分だけ天板の面積が広くなる。従って、シールドケースの天板の設計において、ガスケットとを密着させる領域を確保するとともにチャッキングエリアを確保することができる。
すなわち、例えば、本実施の形態１のシールドケースの天板１０３ａは、直径０．６[ｍｍ]の音孔１０３ｃを有する。また、シールドケースの天板１０３ａでは、音孔１０３ｃと重ならない位置にチャッキングエリアＳが確保されている。チャッキングエリアＳは、縦×横 １．２[ｍｍ]×１．２[ｍｍ]とし、チャッキングエリアＳの中心部をシールドケースの天板１０３ａの中心位置付近に配置されている。
天板の端部に角を形成し且つ側面板を偏肉構造にして天板３０３ａの平坦部の面積を拡大したことで、音孔１０３ｃの位置を、チャッキングエリアＳと重ならない場所に配置し、かつ、音孔１０３ｃから天板１０３ａの各端までの距離Ｌ１・Ｌ２がそれぞれ１[ｍｍ]以上の間隔を有する位置に設定することが可能となる。
また、シールドケースの側面板１０３ｂは、長方形上の天板１０３ａの各辺の端部に形成されている。シールドケース１０３は、天板１０３ａと４つの側面板１０３ｂとにより構成され、略矩形の蓋の形状となっている。側面板１０３ｂの端部は、シールドケース１０３の内側に向けてＲ形状部１０３ｄを有するように加工されている。
この構成により、リフローはんだ工程等によりシールドケース１０３を基板１０１に実装する際、図２に示すように、Ｒ形状１０３ｄの空間にはんだが入り込んではんだフィレット１０３ｅが形成されるので、適量のはんだで強固に固着させることができる。
なお、本実施の形態１の説明では、シールドケースの形状は矩形の蓋の形状であるものとして説明したが、これに限られるものではなく、基板の形状に伴って変形しても良い。例えば、基板１０１が円形であればシールドケース１０３の天板も円形にすれば良く、基板１０１が多角形であればシールドケース１０３の天板もその多角形の形状にすれば良い。
（実施の形態２）
次に、ＭＥＭＳマイクロホン１００を携帯電話に使用する例について説明する。図４は、ＭＥＭＳマイクロホン１００が搭載された携帯電話１５０の外観斜視図である。図５は、携帯電話１５０のマイク部付近の要部断面図（図４中のＥ−Ｅ線断面図）である。
図４に示す携帯電話１５０の筐体１５１には、使用時にユーザの口元付近にあたる位置にマイク用の音孔１５２が形成されている。
ＭＥＭＳマイクロホン１００のシールドケースの天板１０３ａと筐体１５１の内側面との間に、ガスケット１５４が挟まれている。図５に示すように、筐体１５１の音孔１５２と、シールドケースの音孔１０３ｃとは、略同じ形状であり、組み立て後は各音孔が重複する。
ガスケット１５４にも、同様に音孔１０３ｃと略同形状の穴１５４ａが形成されている。また、穴１５４ａの筐体側の端部には音響抵抗材１５４ｂが形成されている。この音響抵抗材１５４ｂは、音信号の伝播速度を低下させるものであり、ここでは、ＭＥＭＳマイクロホン１００の音響特性を調整する機能を果たすものである。
ガスケット１５４の厚さは、天板１０３ａと筐体１５１の内側面との隙間より少し厚い程度であり、シールドケースの音孔１０３ｃから天板１０３ａの端部まで密着して挟みこまれている。
すなわち、ガスケット１５４を挟み込む領域として、シールドケースの音孔１０３ｃから天板１０３ａの各端までの距離Ｌ１・Ｌ２がそれぞれ１[ｍｍ]以上の間隔を有するように設計されているので、ガスケット１５４を挟み込んだ後の気密性が確保されている。
従って、筐体の音孔１５２から進入する音信号は、天板１０３ａと筐体１５１の内側面との隙間に漏れることがなく、ＭＥＭＳマイクロホン１００の音響特性は損なわれない。
筐体の音孔１５２から進入した音は、音響抵抗材１５４ｂを通過してＭＥＭＳチップの振動膜電極４３に伝播する。振動膜電極４３と固定電極４６とで構成される平板コンデンサの静電容量が変化し、電圧変化として取り出される。
ＭＥＭＳマイクロホン１００は、シールドケース１０３を偏肉構造とすることで天板の面積を拡大したので、ガスケットによる音漏れの問題を解決することができるものである。したがって、小型化したＭＥＭＳマイクロホン１００を携帯電話に搭載することできるので、携帯電話１５０全体の形状を小型・薄型化に寄与する。
また、シールドケース１０３は側面が天板より分厚い偏肉構造であるので、均一肉厚のシールドケースに比べて重心位置が安定する。これにより、組立工程において、チャック装置によりシールドケース１０３のチャッキングエリアＳを吸着してＭＥＭＳマイクロホン１００を運搬するとき、安定して運搬することができる。すなわち、携帯電話１５０のメイン基板１５５の実装位置にＭＥＭＳマイクロホン１００を運ぶ工程を、安定・確実に行うことができる。
本発明は、シールドケースの天板の面積を拡大することができるので、チャッキングエリアの位置・大きさ・範囲等を従来のものから変更することなく、ガスケットを天板に密着させる領域を確保することができるシールドケースおよびこれを備えるＭＥＭＳマイクロホンとして有用である。
本実施の形態１のＭＥＭＳマイクロホン１００の外観斜視図 ＭＥＭＳマイクロホン１００の縦断面図（図１のＢ−Ｂ線断面図） （ａ）ＭＥＭＳマイクロホン１００の側面図、（ｂ）ＭＥＭＳマイクロホン１００の平面図、（ｃ）図３（ｂ）中のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）図３（ｂ）中のＤ−Ｄ線断面図 ＭＥＭＳマイクロホン１００が搭載された携帯電話１５０の外観斜視図 携帯電話１５０のマイク部付近の要部断面図（図４中のＥ−Ｅ線断面図） 従来のＭＥＭＳマイクロホンの外観斜視図 （ａ）従来のＭＥＭＳマイクロホンの側面図、（ｂ）従来のＭＥＭＳマイクロホンの平面図、（ｃ）従来のＭＥＭＳマイクロホンの縦断面図（図６中のＡ−Ａ線断面図）
符号の説明
１００ ＭＥＭＳマイクロホン
１０１ 基板
１０２ ＭＥＭＳチップ
１０３ シールドケース
１０３ａ 天板
１０３ｂ 側面板
１０３ｃ 音孔
１０３ｄ Ｒ形状部
１０３ｅ はんだフィレット
１０３ｆ 折曲部
１５０ 携帯電話
１５１ 筐体
１５２ 筐体上の音孔
１５４ ガスケット
１５５ 携帯電話の主基板

Claims (20)

  1. 基板と、
    前記基板に実装されるＭＥＭＳチップと、
    前記ＭＥＭＳチップを外部から遮蔽するシールドケースであって、天板と側面板とを有し、前記側面板の肉厚が前記天板の肉厚より厚いシールドケースと、を備え、
    前記シールドケースの重心位置は、側面板と天板の肉厚が均一であるシールドケースの重心位置と比較して安定しているＭＥＭＳマイクロホン。
  2. 前記側面板の端部は、前記基板における前記ＭＥＭＳチップが実装される面に固着されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  3. 前記シールドケースの天板の端部と前記側面板とで形成される折曲部が、角を有する形状である請求項１又は２に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  4. 前記側面板の端部が、前記シールドケースの内側に向けてＲ形状部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  5. 前記側面板の端部に形成された前記Ｒ形状部と前記基板との間に半田が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  6. 前記シールドケースの天板の端部は角を有する形状であって、前記側面板上には前記天板の平坦部分があることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  7. 前記シールドケースはＮｉメッキを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  8. 前記天板の厚さは０．１ｍｍ、前記側面板の厚さは０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  9. 前記天板は、音孔を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  10. 前記基板の実装面が３ｍｍ×４ｍｍであって、前記音孔から前記天板の各端までの距離がそれぞれ１ｍｍ以上有することを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  11. 前記基板の実装面が３ｍｍ×４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  12. 前記音孔から前記天板の各端までの距離がそれぞれ１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  13. 前記基板の実装面が３ｍｍ×４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  14. 前記天板は音孔を有し、前記音孔から前記天板の各端までの距離がそれぞれ１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  15. 前記天板と前記側面板は、一体となっており、
    前記天板及び前記側面板は、金属材料からなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
  16. 筐体とＭＥＭＳマイクロホンとを有する携帯電話であって、
    前記ＭＥＭＳマイクロホンは、ＭＥＭＳチップと、前記ＭＥＭＳチップが実装される基板と、前記ＭＥＭＳチップを覆うシールドケースを有し、
    前記ケースは天板と側面板から構成され、
    前記側面板の肉厚が前記天板の肉厚より厚く、
    前記シールドケースの重心位置は、側面板と天板の肉厚が均一であるシールドケースの重心位置と比較して安定している携帯電話。
  17. 前記側面板の端部は、前記基板における前記ＭＥＭＳチップが実装される面に固着されていることを特徴とする請求項１６に記載の携帯電話。
  18. 前記ＭＥＭＳマイクロホンと前記筐体との間に、ガスケットが形成されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の携帯電話。
  19. 前記天板に形成された音孔と、前記筐体に形成された音孔が繋がっていることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の携帯電話。
  20. 前記天板に形成された音孔と前記筐体に形成された音孔との間には、音響抵抗材が形成されていることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の携帯電話。
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