JP4968544B2 - センサ - Google Patents

Description

本発明は、センサに関し、より詳しくは、静電容量センサに関する。

技術の進歩に伴い、圧力を検知する圧力センサ、加速度計、または、音波を検知する音響センサなどのさまざまなセンサが電気製品に広く適用されている。音響センサを例にとると、より高い音質を要求する市場に応え、通常、信号品質の優れた静電容量マイクロホンを備えている。

図１は、携帯電話に適用される従来の音響センサを示す概略図である。図１を参照すると、音響センサ１００は、カバー１１０を用いてキャリア１２０上の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロホン１３０を覆う。カバー１１０内にはゴム材料１４０が充填され、音響チャネル１５０は、カバー１１０内に保持されるＭＥＭＳマイクロホン１３０と連通する。その結果、音波は、音響チャネル１５０を介しＭＥＭＳマイクロホン１３０に透過されることにより、電気信号に変換される。電気製品は、より軽く薄くなるよう開発されているので、カバーの内部空間は制限されることに留意されたい。音響センサ１００は、内部に音響チャネル１５０を有する。その結果、音響センサ１００の体積は大きくなり、電気製品の限られた内部空間に納まりきらなくなってしまう。

さらに、図２に示すように、米国特許公開公報第６、７８１、２３１では、「環境および干渉シールドを備えたＭＥＭＳパッケージ」が開示されている。パッケージ構造２００は、ＭＥＭＳマイクロホン２１０、キャリア２２０、および、金属カバー２３０を有する。キャリア２２０は、前記ＭＥＭＳマイクロホン２１０を担持する。また、金属カバー２３０は、音波がＭＥＭＳマイクロホン２１０に届くようにするための少なくとも１つの音響ポート２４０を有する。

しかしながら、パッケージ構造２００の製造は、困難であり、制限がある。詳細には、金属カバー２３０は非常に薄いので、その内部に音響ポート２４０を作製するのは難しい。一方、音響ポート２４０が金属カバー２３０の一側面に形成される場合、音響ポート２４０のサイズは金属カバー２３０の高さに制限されることになるので、パッケージ構造２００の高さをそれ以上低くすることはできず、このことは、製品を軽く、薄くする目的に反する。

さらに、従来技術では、パッケージングの間、ＭＥＭＳマイクロホン２１０を覆うために金属カバー２３０がキャリア２２０上に接着されるよう、金属カバー２３０を吸着する機械が用いられる。音響ポート２４０が金属カバー２３０の上部に配置されたときに、機械が金属カバー２３０を吸着する場合、機械の吸着範囲は音響ポート２４０にも及ぶので、機械が生じる吸着力がＭＥＭＳマイクロホン２１０の膜を傷つけやすくなる可能性があり、その結果、歩留まりは低下する。

本発明は、軽くて薄いというトレンドに合致し、望ましい歩留まりを有するセンサを目的とする。

本発明は、方向検知効果をもたらすセンサを目的とする。

本発明は、第１のチャネルおよび第２のチャネルを有するキャリアと、キャリア上に配置された静電容量検知素子と、カバーとを含むセンサを提供する。静電容量検知素子は、膜を有し、この膜とキャリアとの間に第１のチャンバが形成される。カバーは、キャリアの上に配置されて静電容量検知素子を覆う。膜とカバーとの間に第２のチャンバが形成される。第１のチャンバおよび第２のチャンバは、膜の両側にそれぞれ配置される。第１のチャネルは、第１および第２のチャンバの一方と連通し、第２のチャネルは、第１および第２のチャンバの他方と連通する。

本発明は、キャリアと、複数の導電性バンプと、静電容量検知素子と、カバーとを含むセンサを提供する。静電容量検知素子は、膜を有する。静電容量検知素子は、導電性バンプを介しキャリアに接続される。チャネルは、静電容量検知素子、導電性バンプ、および、キャリアの間に形成される。カバーは、静電容量検知素子を覆い、カバーと静電容量検知素子との間にチャンバが形成される。チャンバおよびチャネルは、膜の両側にそれぞれ配置される。

本発明において、キャリアにはチャネルが設けられ、このチャネルを介して外面波がセンサの静電容量検知素子に透過されることができる。キャリアのチャネルがセンサの総体積に影響を与えないので、本発明により提供されるセンサは、軽くて薄い電気製品内に配置されることができる。さらに、金属カバーを処理するのが難しいという従来技術と比べ、本発明のチャネルは、キャリア内に簡単に形成できる。

一方、静電容量検知素子は、複数の導電性バンプを介してキャリアに接続され、その結果、静電容量検知素子、複数の導電性バンプ、および、キャリア間にチャネルが形成される。外面波は、チャネルを介してセンサの静電容量検知素子に透過されることもできる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および、利点を理解可能にすべく、図面と共に複数の実施形態が以下に詳細に説明される。

前述の概要および以下の詳細な説明はどちらも例に過ぎず、本発明のさらなる説明は、請求項の範囲として提供されることを理解されたい。

添付の図面は、本発明のさらなる理解をもたらし、本明細書の一部をなす。図面は、説明を伴って本発明の複数の実施形態を示し、本発明の原理の説明に役立つ。

携帯電話に適用される従来の音響センサの概略図である。

他の従来の音響センサの概略図である。

本発明の一実施形態におけるセンサの断面図である。

図３Ａのセンサの側面図である。

多孔質構造を有するチャネル開口の概略図である。

本発明の一実施形態におけるセンサの断面図である。

本発明の一実施形態におけるセンサの断面図である。

本発明の一実施形態におけるセンサの断面図である。

本発明の一実施形態におけるセンサの断面図である。

本発明の一実施形態におけるセンサの断面図である。

本発明は、静電容量検知素子を担持するキャリアにおけるチャネルを提供する。静電容量検知素子は、例えば、圧力を検知する圧力センサ、加速度計、または、音波を検知する電気音響素子である。外面波は、チャネルを介しセンサに透過され、センサ内の静電容量検知素子によって電気信号に変換され得る。さらに、静電容量検知素子は、静電容量検知素子、複数の導電性バンプ、および、キャリアの間に１つのチャネルが形成されるよう、複数の導電性バンプを介してキャリアに接続される。外面波は、チャネルを介しセンサにも透過され得る。一方、本発明は、キャリア内に他のチャネルを作製するか、または、静電容量検知素子を覆うカバー内に孔を作製することもでき、その結果、センサは方向センサとなる。本発明におけるこれら実施態様の詳細な説明が以下に例示され、説明を簡単にすべく、音響センサを例に挙げる。

図３Ａは、本発明の一実施形態におけるセンサの断面図であり、図３Ｂは、図３Ａのセンサの側面図である。図３Ａおよび３Ｂを一緒に参照すると、本実施形態のセンサ３００は、キャリア３１０と、このキャリア３１０上に配置される静電容量検知素子３２０と、カバー３３０とを含む。本実施形態では、キャリア３１０は、第１のチャネル３１２および第２のチャネル３１４を有する。例えば、第１のチャネル３１２および第２のチャネル３１４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）または導電性プラスチック積層などのキャリア３１０内にレーザによって形成される。電気音響素子などの静電容量検知素子３２０は、膜３２２を有し、この膜３２２とキャリア３１０との間に第１のチャンバ３４０が形成される。さらに、本実施形態では、キャリア３１０内に溝３０２が形成されてこの溝３０２と第１のチャンバ３４０とが連通するようになる。さらに、カバー３３０がキャリア３１０上に配置されて静電容量検知素子３２０を覆い、膜３２２とカバー３３０との間には第２のチャンバ３５０が形成される。第１のチャンバ３４０および第２のチャンバ３５０は、膜３２２の両側にそれぞれ配置される。

本実施形態では、第１のチャネル３１２および第２のチャネル３１４は、静電容量検知素子３２０の両側にそれぞれ配置される。第１のチャネル３１２は、第１のチャンバ３４０および第２のチャンバ３５０の一方と連通し、また、第２のチャネル３１４は、第１のチャンバ３４０および第２のチャンバ３５０の他方と連通する（図３Ａでは第１のチャネル３１２は、第２のチャンバ３５０と連通し、第２のチャネル３１４は、第１のチャンバ３４０と連通する。一方、他の実施形態では、第１のチャネル３１２は、第１のチャンバ３４０と連通し、第２のチャネル３１４は、第２のチャンバ３５０と連通する）。このように、外面波は、第１のチャネル３１２を介して第２のチャンバ３５０に透過されるか、または、第２のチャネル３１４を介して第１のチャンバ３４０に透過されることができ、その結果、静電容量検知素子３２０の膜３２２が振動し始める（図３Ａおよび４には静電容量検知素子における検知回路は示されておらず、限定を避けるために単純な様式で表している。静電容量検知素子における検知回路は、以下の図５、６、７、および、８で明確に示される）。

第１のチャネル３１２および第２のチャネル３１４は、静電容量検知素子３２０の両側にそれぞれ配置され、静電容量検知素子３２０は、複数の音波を複数の異なる方向から受信することができる。特に、本実施形態では、第２のチャネル３１４は、例えば、第１のチャネル３１２より長いので、第１のチャネル３１２を介し静電容量検知素子に透過される音波と、第２のチャネル３１４を介し静電容量検知素子３２０に透過される音波との間には時間差が存在し、これによって、センサ３００は、音波の透過方向を決定する。すなわち、本実施形態のセンサ３００は、方向センサである。

本発明では、チャネルの長さが異なる第１のチャネル３１２および第２のチャネル３１４を用いて静電容量検知素子３２０に透過される音波間に時間差を生じさせることに加え、他の実施形態では、機械的なスクリーン（図示せず）が第１のチャネル３１２または第２のチャネル３１４に配置されることにより、例えば、多孔性材料からなる機械的スクリーンを介し、第１のチャネル３１２と第２のチャネル３１４とにおいて透過される音波に時間差を生じさせる。

また、本実施形態において、第１のチャネル３１２を介しセンサ３００に入る周囲の環境における塵が静電容量検知素子３２０を汚染するのを防ぐべく、第１のチャネル３１２の開口に多孔質構造３１２'が形成されることにより、環境における塵を効果的に遮断する。多孔質構造３１２'は、例えば、ネット構造またはフェンス構造である（図３Ｃを参照すると、多孔質構造のチャネル開口の概略図が示される）。もちろん、本実施形態では、第２のチャネル３１４の開口に他の多孔質構造が形成されることにより環境における塵を効果的に遮断してもよい。

次に、他の方向センサを以下に示す。図４を参照すると、本発明の一実施形態におけるセンサの断面図が示されている。本実施形態では、例えば、キャリア４１０は、第１のチャンバ４４０と連通する第１のチャネル４１２を有し、カバー４３０は、第２のチャンバ４５０と連通する孔４３２を有する。図３Ａにおけるセンサ３００と同様に、本実施形態のセンサ４００では、静電容量検知素子４２０の膜４２２は、孔４３２および第１のチャネル４１２を介しセンサ４００に透過される音波の方向を識別することもできる。

一実施形態では、静電容量検知素子５２０は、（図５に示すような）相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスである。静電容量検知素子５２０は、読み出し回路、増幅回路、および、加圧回路を含む検知回路５２４を有する。センサ５００は、読み出し回路を介して膜５２２の振動パラメータを読み取ることができる。さらに他の実施形態では、静電容量検知素子６２０は、ＭＥＭＳデバイス６２０ａ、および、このＭＥＭＳデバイス６２０ａに電気的に接続される制御チップ６２０ｂ（図６に示す）を含む。制御チップ６２０ｂは、検知回路６２４を有し、この検知回路６２４の読み出し回路を介して膜６２２の振動パラメータが読み出され得る。本発明では、上記実施形態の静電容量検知素子３２０、４２０、５２０のそれぞれは、ＭＥＭＳデバイス６２０ａおよび制御チップ６２０ｂまたはＣＭＯＳデバイスの組み合わせであってよいが、これに限定されない。

本発明では、キャリア内に、音波をセンサに透過するためのチャネルを配置することに加え、他の実施形態（例えば図７に示すような）のセンサ７００では、静電容量検知素子７２０は、複数の導電性バンプ７６０を介してキャリア７１０（例えば、ＰＣＢまたは導電性プラスチック積層）に接続されることにより、静電容量検知素子７２０、複数の導電性バンプ７６０、および、キャリア７１０の間にチャネル７８０が形成される。詳細には、センサ７００において、静電容量検知素子７２０は、例えば、フリップチップ技術によりキャリア７１０に結合されることにより、静電容量検知素子７２０、導電性バンプ７６０、および、キャリア７１０の間にチャネル７８０が形成される。さらに、カバー７３０は、静電容量検知素子７２０を覆い、チャンバ７７０は、カバー７３０と静電容量検知素子７２０との間に形成される。チャンバ７７０およびチャネル７８０は、静電容量検知素子７２０の膜７２２の両側にそれぞれ配置される。このように、音波は、チャネル７８０を介し静電容量検知素子７２０に透過されることができる。本実施形態では、静電容量検知素子７２０は、例えば、膜７２２の振動パラメータを読み取る検知回路７２４を有するＣＭＯＳデバイである。

さらに、本発明では、センサ７００のカバー７３０が孔を有することにより、センサ７００は、方向センサ８００となる（図８参照）。詳細には、本実施形態では、チャンバ７７０と連通する孔７３２がカバー７３０内に形成される。このように、音波は、チャネル７８０および孔７３２をそれぞれ介して膜７２２に透過され、検知回路７２４の読み出し回路は、膜７２２の振動パラメータを読み取ることができるので、孔７３２およびチャネル７８０を介してセンサ８００に透過される音波の方向を識別できる。

上記に鑑み、本発明のセンサでは、２つのチャネルを有するキャリア上に静電容量検知素子が配置される。２つのチャネルをそれぞれ介し、センサの第１のチャンバおよび第２のチャンバに外面波が透過され得る。音波の透過における時間差は、異なる長さのチャネルを設定するか、または、２つのチャネルの一方に機械的スクリーンを配置することにより生じる。すなわち、本発明のセンサは、方向センサである。また、センサ内の静電容量検知素子は、電波を電気信号に変換する。さらに、静電容量検知素子が複数の導電性バンプを介してキャリアに接続されることにより、静電容量検知素子、複数の導電性バンプ、および、キャリアの間に１つのチャネルが形成される。当該チャネルを介し、外面波は、センサの第１のチャンバおよび第２のチャンバに透過されることができ、静電容量検知素子は、電波を電気信号に変換する。

金属カバーに音響ポートが形成されているか、または、当該カバーに音響チャネルが形成されている従来技術と比べ、本発明では、金属カバーを処理する必要がなく、音波を透過するチャネルは、キャリアを製造する過程でキャリア内に形成されるので、本発明のセンサは歩留まりがよい。また、キャリアに形成されるチャネルは、センサの全体の高さには影響しない。すなわち、本発明のセンサは、小型なので、軽くて薄い電気製品内に配置されるのに適する。さらに、本発明は、カバーに孔を形成することにより、方向センサとして機能をする。

本発明の範囲または趣旨に逸脱せずに本発明の構造にさまざまな修正および変更がなされ得ることは、当業者にとり明らかであろう。上記に鑑み、本発明の修正および変更が添付の請求項およびそれらの等価物の範囲内に納まる限り、本発明は、それら修正および変更を含むことが意図される。

Claims (20)

1. 第１のチャネルおよび第２のチャネルを含むキャリアと、
   前記キャリア上に配置され、膜を有する静電容量検知素子と
   前記キャリア上に配置され、前記静電容量検知素子を覆うカバーと、
   を備え、
   前記膜と前記キャリアとの間には第１のチャンバが形成され、前記膜と前記カバーとの間には第２のチャンバが形成され、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとは前記膜の両側にそれぞれ配置され、前記第１のチャネルは、前記第１および第２のチャンバの一方と連通し、前記第２のチャネルは、前記第１および第２のチャンバの他方と連通する、センサ。
2. 前記第１のチャネルまたは前記第２のチャネルの開口は、多孔質構造を有する、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記第２のチャネルは、前記第１のチャネルより長い、請求項１に記載のセンサ。
4. 前記第１のチャネルまたは前記第２のチャネルは、機械的スクリーンを含む、請求項１に記載のセンサ。
5. 前記機械的スクリーンは、多孔性材料からなる、請求項４に記載のセンサ。
6. 前記カバーは、前記第２のチャンバと連通する孔を有し、前記第１のチャネルは、前記第１のチャンバと連通する、請求項１に記載のセンサ。
7. 前記静電容量検知素子は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスである、請求項１に記載のセンサ。
8. 前記ＣＭＯＳデバイスは、検知回路をさらに含む、請求項７に記載のセンサ。
9. 前記検知回路は、読み出し回路、増幅回路、および、加圧回路を含む、請求項８に記載のセンサ。
10. 前記静電容量検知素子は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、および、制御チップを含み、前記制御チップは、前記ＭＥＭＳデバイスに電気的に接続される、請求項１に記載のセンサ。
11. 前記制御チップは、読み出し回路を含む、請求項１０に記載のセンサ。
12. 前記静電容量検知素子は、電気音響素子、または、圧力検知素子である、請求項１に記載のセンサ。
13. 前記キャリアは、プリント回路基板（ＰＣＢ）、または、導電性プラスチック積層である、請求項１に記載のセンサ。
14. キャリアと、
    複数の導電性バンプと、
    膜を含む静電容量検知素子と、
    前記静電容量検知素子を覆うカバーと、
    を備え、
    前記静電容量検知素子は、前記導電性バンプを介して前記キャリアに接続され、前記静電容量検知素子、前記導電性バンプ、および、前記キャリア間にはチャネルが形成され、前記カバーと前記静電容量検知素子との間にはチャンバが形成され、前記チャンバと前記チャネルとは、前記膜の両側にそれぞれ配置される、センサ。
15. 前記カバーは、前記チャンバと連通する孔を有する、請求項１４に記載のセンサ。
16. 前記静電容量検知素子は、ＣＭＯＳデバイスである、請求項１４に記載のセンサ。
17. 前記ＣＭＯＳデバイスは、検知回路をさらに含む、請求項１６に記載のセンサ。
18. 前記検知回路は、読み出し回路、増幅回路、および、加圧回路を含む、請求項１７に記載のセンサ。
19. 前記静電容量検知素子は、電気音響素子、または、圧力検知素子である、請求項１４に記載のセンサ。
20. 前記キャリアは、ＰＣＢまたは導電性プラスチック積層である、請求項１４に記載のセンサ。

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