JP6350667B2 - マルチｍｅｍｓモジュール - Google Patents

Description

本発明は、小型で構築されるが性能の良いＭＥＭＳモジュールに関する。

ＭＥＭＳ（ＭＥＭＳ＝微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ））モジュールは、比較的複雑な技術的課題を解決すべきであるが利用可能な場所が少ししかない全ての用途に適している。例えば、ＭＥＭＳモジュールは、移動通信機器では、環境圧力センサーとして、加速センサーとして、または、マイクロホンなどの音響センサーとして使用される。

特許公報ＵＳ８、１６９、０４１号からは、例えばパッケージングされたＭＥＭＳマイクロホンが公知であるが、この場合、筐体が積層されたフィルムを用いて形成される。

ＤＥ １０ ２０１０ ０２６ ５１９ Ａ１号の公開公報からも、同様にパッケージングされたＭＥＭＳマイクロホンが公知である。

現代の通信機器および携帯可能なコンピュータでは、信号処理を用いてノイズ信号を減らすために複数のマイクロホンを具備するものが存在する。この際、個々のマイクロホン構造素子は、対応する機器中で遮られ、マイクロホン構造素子を入れた機器中に入る信号線を介して、相互接続されている。

多数の個々の構造素子を機器中で使用することにより、コストが上がり、占有される場所が比較的大きくなり、かつ相互接続がよりコスト高となり、場所が多く必要となり、およびエラーが起こりやすくなる。

したがって、本発明の目的は、製造、実装および接続のコストが小さく、機器の小型化が容易で、かつ追加的な機能を提供する構造素子として示すことである。

この目的は、請求項１に記載のマルチＭＥＭＳモジュールにより達成される。従属請求項は有利な構成を示す。

このマルチＭＥＭＳモジュールは、内側空間と、第１開口と、第２開口とを備えた筐体を具備する。このモジュールは、さらに、第１開口に音響的に結合している第１ＭＥＭＳチップと、第２開口に音響的に結合している第２ＭＥＭＳチップとを具備する。さらに、このマルチＭＥＭＳモジュール中には、ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ＝特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））が含まれる。このモジュールの一部分は、双方のＭＥＭＳチップをＡＳＩＣチップと相互接続する信号線を備えた回路でもある。

この際、モジュールとは、複数の構成要素（ここでは、すなわち少なくとも１つの筐体および３つのチップ）を具備し、電気的ないし電気機械的な構造素子構造により決められた課題を満たし、外部回路環境と相互接続されうる構造素子を称する。

開口とは、この構造素子の内側と、この構造素子の周囲との連結部であり、これを介して、例えば、モジュールがその周囲との粒子交換することができる連結部であると理解される。しかし、情報が、例えば、空気圧変化ないし音響を介して、この開口を通って筐体の内側中に伝達されうる限り、この開口がハーメチックシールされていることも可能である。この際、この開口は、格子構造を具備することができ、これが、モジュールの内側を、モジュールの周囲中にある物体または粒子から保護する。しかし、この開口は、例えば膜などの覆いを具備することも可能で、その結果、音響情報をモジュールの内側中に入れることが可能である一方で、湿度または埃などの有害な影響を入口で防ぐ。最も単純な場合、開口は、単にモジュールの筐体中の穴または導管としてのみ実施されている。

第１ＭＥＭＳチップが、音響的に第１開口に結合されているので、空気圧振動または音波が、モジュール中の第１ＭＥＭＳチップに直接作用することができる。第１ＭＥＭＳチップは、この際、筐体の内側空間中、第１開口の直近の位置で、第１開口自身の中、または、筐体の外側に配置可能である。同様の点が、第２ＭＥＭＳチップと第２開口とについて該当する。いずれにせよ、双方のＭＥＭＳチップは、２つの開口を介して、モジュールの周囲圧力における圧力差を決めることができる。個々のチップが異なる開口に割り当てられていることにより、および、音波ないし気体混合物中の圧力差が、有限伝搬速度を有することにより、双方のチップは、対応するランタイムに差があるがゆえに、異なる電気応答信号を発生させる。ＡＳＩＣチップ中でこの応答信号を評価することにより、その後、より改良された品質の結果信号が導き出され、または、音響信号源の方向の指摘が算出されうる。

信号線を備えた回路とは、ＭＥＭＳチップ同士の相互接続と、個々のＭＥＭＳチップとＡＳＩＣチップとの相互接続（この場合、ＭＥＭＳチップが直接互いに相互接続されるには及ばない）とを含みうる。信号線は、この際、情報線および／または給電線でありえ、これらを介して、ＭＥＭＳチップの構造素子構造に、給電電圧または電流が供給される。

従来の解決方法では、機器中で、個々のマイクロホンのそれぞれが、独自のＡＳＩＣチップを有するが、これらの従来の解決方法とは異なり、本願の場合、機器中に、少なくとも２つのＭＥＭＳチップと１つのＡＳＩＣチップとが、ＭＥＭＳチップの信号用の評価回路と共に示されているマルチＭＥＭＳモジュールが示される。この場合のモジュールは、２つの個々のＭＥＭＳ構造素子と、これらの素子の単純な電気相互接続とのサイズよりも、一般的により小型のサイズを有する。同様に、ＭＥＭＳチップの電気信号を処理するためのＡＳＩＣチップは１つのみ必須である。さらに、音響または空気圧変化の源を導き出すのは、構築サイズが小さいことによりランタイム差が小さいにも関わらず、可能である。これらの特性は改良されており、その理由は、例えば、ステレオまたは方向に依存する音響評価のために、対によるパラメータ同期性において、マイクロホンメーカーが、機器メーカーが個々のマイクロホンにおいて行いうるよりもより良く、ＭＥＭＳチップを選択可能だからである。

ある実施形態では、このマルチＭＥＭＳモジュールは、ステレオ音響評価のためのＭＥＭＳマイクロホンとして形成されている。その場合、双方のＭＥＭＳチップは、電子音響変換器である。この種の変換器は、柔軟性を有する膜と、相対的に硬いバックプレート（英語では、ｂａｃｋｐｌａｔｅ）とを具備する。この膜とバックプレートとは、ＡＳＩＣチップを介して電荷がかけられ、かつ電気的に互いに隔離されていることができる。これにより、これらは電気コンデンサとなる。膜が、例えば受信した音波により振動励起されることにより、空気圧の変化に反応すると、時系列的に、バックプレートへの距離が変わり、これが、コンデンサの容量の同位相の変化を引き起こす。したがって、ＡＳＩＣチップ中の評価回路を介して、受信音響信号が電気信号に変換されうる。

ある実施形態では、このモジュールは、第１ＭＥＭＳチップに音響的に結合されている第１バックチャンバを具備する。この第１バックチャンバは第１ＭＥＭＳチップのみと結合されている、または、第２ＭＥＭＳチップとも結合されていることが可能である。

柔軟性を有する膜の移動の自由度が、モジュールの内側空間から膜に作用する逆圧により、可能な限り小さく制限されているためには、一般的にバックチャンバが可能な限り大きく構成されると有利である。逆圧は、その際、モジュールの内側空間の圧縮により存在する媒体により生じ、バックチャンバと比較して膜のリフトが大きくなるにつれ、この逆圧は強くなる。

ある実施形態では、さらに、マルチＭＥＭＳモジュールは、第２バックチャンバを具備し、これは、音響的に第２ＭＥＭＳチップに結合されていて、第１ＭＥＭＳチップからは隔離されている。この場合、第１チップは、第１開口を通って第１チップに達する音響信号に反応する。第２開口で受信される音響信号は、第２ＭＥＭＳチップに作用する。第１バックチャンバと第２バックチャンバとは、音響的に切り離されていて、すなわち、第１バックチャンバ中の圧力差が、不都合にも第２ＭＥＭＳチップに作用することはなく、他方で、第２バックチャンバ中の圧力差が、第１ＭＥＭＳチップに負の作用をすることはない。これらのチップは、したがって、対応する開口を介して入ってくる音響信号にのみ反応し、相互に妨害し合うことはない。バックチャンバを切り離すために、モジュール筐体の内側空間には、相応の方策、例えば隔壁が設けられている。

ある実施形態では、筐体は、単一層の担体基板を具備し、この担体基板は、その上面および／またはその下面に信号線を備えている。しかし、筐体が、複数層の担体基板を具備し、この担体基板が、その下面に、上面に、および／または、担体基板の中間層の内側金属部層中に、信号線を備えていることも可能である。

バックチャンバ中の逆圧により引き起こされる信号ノイズは、バックチャンバが小さくなるにしたがって、大きくなることは公知である。しかるに、２つ以上のＭＥＭＳチップを１つのモジュール中に集積すると、可能な限り大きなバックチャンバを筐体中に配置するという問題のみが生じるのではない。むしろ、好ましくは相互に影響を与えない、すなわち、音響的に切り離されている２つのバックチャンバが設けられねばならない。この際、切り離しのために相応に設けられている隔壁は、音響的に能動的なＭＥＭＳモジュールを開発する際のさらなる難しさの原因となる。すなわち、ＭＥＭＳチップは、一方では音響的に互いに切り離されるべきであるが、他方で電気的には少なくとも共通のＡＳＩＣチップを介して互いに相互接続されていなければならない。したがって、音響障壁を乗り越える信号線が必須である。この種の信号線は、担体基板の上面にまたは中間層中に配置されていることができ、これにより、一方では良好な電気相互接続が達成され、他方では音響的に能動的な構造素子の良好な音響的な切り離しが維持可能であるとわかった。信号線は、この際、少なくとも部分的に、ボンディングワイヤとして、または構造化された金属部として、および、様々な構造が垂直方向で異なる高さで連結されねばならない場合には、貫通接触部またはヴィアとして実施されていなければならない。

ある実施形態では、マルチＭＥＭＳモジュールは蓋を具備する。この蓋は、筐体の一部分で、担体基板上に載置されうる。この際、この蓋と担体基板とは、実質的にバックチャンバ、例えば第１ＭＥＭＳチップ用の第１バックチャンバを取り囲む。

さらに、筐体の一部分である担体基板中に、凹部が設けられていて、その中にＭＥＭＳチップが配置されていることが可能である。この場合、蓋が担体基板上に配置されていることができ、これが凹部と共にバックチャンバを取り囲むことができる。しかし、他方では、平坦な蓋のみが、中に配置されているＭＥＭＳチップと共に凹部を覆い、しかし、これにもかかわらず十分大きなバックチャンバが形成されていることも可能である。

さらに、ＭＥＭＳチップのうちの少なくとも１つがフィルムカプセルにより包まれていて、これにより、チップが、それ自身の内側中で、または、フィルムカプセルの下方の中空空間中で、バックチャンバを有することも可能である。

バックチャンバを形成するためのこれらの上述のパッケージングの可能性は、双方のＭＥＭＳチップのうちの１つについてのみ、または、双方のＭＥＭＳチップに対しても設けられていることができる。したがって、各個々のチップ用の相応のバックチャンバが、蓋、凹部またはフィルムカプセルにより形成される、他方、各他のチップ用のバックチャンバが、同様に蓋、凹部またはフィルムカプセルにより形成されることが可能である。

ある実施形態では、このモジュールは、第１バックチャンバと、これから音響的に切り離された第２バックチャンバとを具備している。この場合、双方のバックチャンバ間の隔壁が、筐体の一部分としての蓋中に、または、筐体の一部分としての担体基板中の凹部中に設けられている。あるいはまたはこれに加えて、ＡＳＩＣチップが、バックチャンバ間の相応の音響隔壁の切り離し部材部分として機能するように、双方のバックチャンバの間に配置されていることも可能である。

この場合、基板と隔壁との間の境界面が、蓋の一部として、または、蓋と隔壁との間の境界面が基板の一部として、接着剤またははんだ層により密閉されていることが可能である。ＡＳＩＣチップが、切り離し部材の一部である場合には、ＡＳＩＣチップも、接着連結または、はんだ連結を介して、基板または蓋の隔壁の部分と、連結可能である。

ある実施形態では、双方の開口のうちの少なくとも１つが、担体基板中でモジュールの下面で、蓋中またはフィルムカプセル中で、モジュールの上面で、または、蓋中またはフィルムカプセル中で、モジュールの側壁で形成されている。

このモジュールがその開口を上面に有する場合には、トップポートモジュールと称される。その開口が下面にある場合には、ボトムポートモジュールと称される。モジュールが外部回路環境中でいかなる方向で相互接続されていて、かつ配置されているかに応じて、トップポートモジュールとしての構成、または、ボトムポートモジュールとしての構成が有利となりうる。モジュールが２つの開口を具備し、これに関連する２つのＭＥＭＳチップを具備するという事実は、これにより影響を受けることはない。モジュールの内側でのＭＥＭＳチップの方向づけは、互いに対する影響を最小にして、バックチャンバを最大にした際に、良好な信号品質が得られるように選択された場合に有利である。

ある実施形態では、第１ＭＥＭＳチップは、第１開口を内側から密閉する。第２ＭＥＭＳチップは、第２開口を内側から密閉する。筐体は、双方のＭＥＭＳチップを音響的に切り離すために、担体基板と、横断方向ウェブを備えた蓋とを具備する。ＭＥＭＳチップと、ＡＳＩＣチップとの間の信号線が、少なくとも部分的に担体基板の表面上および横断方向ウェブの下方、または、担体基板中の中間層を通って導かれている。

第１ＭＥＭＳチップが第１開口を内側から密閉しているので、これ以外の場合には音響信号を第１開口から第１ＭＥＭＳチップに導かねばならない音響導管路をほぼ省くことができる。したがって、モジュールが、中に第１開口を備えた多少なりとも分厚い担体基板を具備し、第１ＭＥＭＳチップが、モジュールの内側空間中で、担体基板上で、直接開口の上方に載置されることが可能である。同様の点が、第２ＭＥＭＳチップと第２開口とについても相応に該当する。蓋は、担体基板上に配置されていて、担体基板と共に周囲を囲む形で密閉を行い、これにより内側に形成されたバックチャンバは、対応する双方の開口を介して以外には、モジュールの周囲に対する接触をしない。蓋中には、横断方向ウェブが配置されていて、これによって蓋の一部になっているが、この横断方向ウェブは、実質的にモジュールの内側を第１バックチャンバと第２バックチャンバとに区分する。この際、横断方向ウェブは、第２バックチャンバの音波が第１ＭＥＭＳチップに届かないように、また逆もないように堅牢に実施されている。これに加えて、ＡＳＩＣチップが横断方向ウェブの領域中にある場合、横断方向ウェブは、少なくとも部分的に、担体基板の表面または場合によってはＡＳＩＣチップの上面と共に閉じていて、密閉を行う。その場合、ＡＳＩＣチップの下面も音響的に密閉され、担体基板の上面と連結されている。

問題となるＭＥＭＳチップ同士の相互接続または、ＭＥＭＳチップとＡＳＩＣチップとの相互接続は、金属部として、担体基板の外側で、または、担体基板の中央層ないし内側層中で実現可能である。構造化された金属部として実施されたこの種の信号線は、高さが極めて低く、その結果、音響的な切り離しを危うくすることなく、横断方向ウェブの下方に容易に貫通させることができる。

ある実施形態では、モジュールの筐体は担体基板を具備し、その上面上にＭＥＭＳチップが配置されている。ＡＳＩＣチップは、担体基板の上面上に配置されているか、または、担体基板中に埋め込まれている。ＡＳＩＣチップが担体基板の上面上に配置されている場合には、このＡＳＩＣチップを、音響障壁の部分として機能するように、ＭＥＭＳチップ間に配置することができるので有利である。蓋中にある相応の横断方向ウェブ、または、これ以外の形で実現される音響障壁を、これに応じて単純化し、より少ない材料で実施することができる。

ある実施形態では、マルチＭＥＭＳモジュールは４つのＭＥＭＳチップを具備する。したがって、第１および第２ＭＥＭＳチップに追加して、さらに２つのＭＥＭＳチップが設けられている。第１、第２、および、２つのさらなるＭＥＭＳチップは、例えば１つの平面中にあり、ＡＳＩＣチップの周りに配置されている。少なくとも２つのＭＥＭＳチップは、モジュールの開口を内側から閉鎖するが、これは、例えば、開口が穴を備えた担体基板上で、中で開口として配置されていることにより行われる。

さらに、モジュールがさらなる開口を２つ具備し、これらの開口が対応する他のＭＥＭＳチップに割り当てられていて、モジュールの上面、例えば蓋中またはフィルムカプセル中に配置されていることが可能である。この場合、上方の双方開口が、モジュールの上方にある音源から生じる音響を特に良好に受信することができ、他方で、他の双方の開口が、モジュールの下方にある音源から生じる音響を受信する。

側方の開口も同様に可能であり、その結果、様々な音波に対する方向づけに依存せず、一方では常に音響を良好に受信し、他方では音源の場所を良好に推論することができるモジュールを得ることができる。

これらの４つのチップは、ＡＳＩＣチップの周りで、仮想正方形の４つの角点に、または、より一般的には、長方形の４つの角点に、配置可能である。

ある実施形態では、モジュールのＡＳＩＣチップは、モジュールの全てのＭＥＭＳチップ用の給電および信号増幅のための回路を具備する。

多数の個々の構造素子と、場合によっては追加的にＡＳＩＣチップとを備えた従来の解決方法とは異なり、この場合には、全てのＭＥＭＳチップに対して給電および信号評価するために、単一のＡＳＩＣチップのみで十分であり、その結果、場所とコストを節約し、信号処理を中央で行うことができる。ＭＥＭＳチップの互いに対する相対的な位置関係は、マルチＭＥＭＳモジュールを開発する際にすでにわかっていて、その結果、モジュールの開発者の側からみて、チップ同士の特殊な幾何学的な配置を考慮して、すでに最適に作用する信号処理アルゴリズムを開発することができる。

ある実施形態では、モジュールは、少なくとも１つの外側シェルを具備するが、このシェルは機械的に非常に安定していて、モジュールが外側影響に対して良好に保護されている。このモジュールは、さらにその表面上に金属部層を具備し、この金属部層は、せいぜい金属部パッドにより、外部回路環境との接触するために中断するのみで、その結果、電磁的なノイズに対して良好な保護作用が得られる。外部回路環境と相互接続するための接触面は、この際、ＳＭＴはんだパッド（ＳＭＴ＝表面実装技術（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ））により、または、ボンディングパッドにより実現可能である。さらに、このモジュールは、外部回路環境の多数の異なる回路トポロジーに合わせうるために、再配線層を有しうる。

信号線が、極めて高抵抗で実施されたＭＥＭＳチップからまたはこれに向かって、直接担体基板の内側の上面でまたは金属部層中で延在する場合、担体基板は、好ましくは特に小さい電気伝導性を有する。同様に、電気信号の伝導用に設けられていず、かつ直接信号線と接触する全ての材料は、伝導性が小さく、したがって、高い比抵抗を有する。しかるに、比較的好都合な基板材料を用いることも可能である。この場合、追加的に、信号線を二次元または三次元で空間的に取り囲む導体構造が設けられていることができ、これらは、電気的遮断をより良くするために接地電位上に置かれうる。

より有利であるのは、周囲を取り囲むこれらの導体構造が、信号線の電位と同じ電位で、しかし、より低いインピーダンス源からかけられることである。したがって電気保護構造（「ガーディング」）が得られる。

特に高い絶縁度を有する基板は、例えばセラミックを含む基板である。
チップは、担体基板上に接着され、または、はんだ接合により基板に連結されていることができる。チップがフリップチップ技術で、基板表面で接続パッドに溶接されていることも可能である。ＡＳＩＣチップは、例えばバンプ連結部を介して、基板上面の接続面に連結可能である。蓋も接着剤を用いて、または、はんだ材料を用いて基板の上面に連結可能である。

チップがフリップチップ技術で担体基板上に配置されている場合には、フィルム積層体カプセルが適しているが、これは、対応するチップの裏面に渡って塗布されていて、基板の上面と共になって密に遮断を行う。フィルム積層体カプセルは、この際、複数の部分層、例えばポリマーフィルム、スパッタリングされた金属接着および／または電気メッキシード層ならびに電気化学的に析出された金属補強層を有する。金属補強層は、電磁遮蔽部としても機能する。さらに、モジュールの端部領域中でさらなる層を塗布する前に、すなわち、フィルムまたはこれ以外の形態のカプセルと担体基板との間の密な遮蔽が望ましい箇所で、さらなる金属部分層が直接基板と連結するように、ポリマーフィルムを剥離することも可能である。この場合、金属部分層を、担体基板の上面で接地接続パッドと接続することも容易に可能になる。

ＡＳＩＣチップは、フリップチップ実装の場合に、アンダーフィラーを基板とチップとの間に塗布することにより、音響的に密に基板と連結可能である。

全モジュールは、さらに、グラブトップポッティングを有しうる。
今までに述べたＭＥＭＳチップまたはＡＳＩＣチップに加えて、このモジュールは、音響評価に関する特殊な要件を満たすために、さらなるチップと、さらなる信号線と、さらなる開口と、バックチャンバとを具備可能である。特に空間的に複雑な音響ノイズ信号では、したがって従来のＭＥＭＳモジュールよりも信号品質が良好なマルチＭＥＭＳモジュールを得ることができる。

このチップの互いに対する相対的な配置ないし開口の互いに対する相対的な配置、および、開口のチップに対する相対的な配置は、好ましくは鏡面対称である。バックチャンバの大きさは、等しいことが好ましく、ＭＥＭＳチップは等しいタイプであるのが好ましく、したがって、電子信号伝搬がより容易になる。

以下に、本発明の基本原理と、いくつかの可能な構成を概略的に示すが、これにより、他の構成形態を排除するものではない。したがって、明瞭に示すため、部分的に、内部回路や外部接続などを明示的に提示していない。

モジュール筐体中の開口それぞれの上方に２つのＭＥＭＳチップを備えたマルチＭＥＭＳモジュールを示す図である。 音響的に切り離された２つのバックチャンバを備えたモジュールを示す図である。 ２つのバックチャンバを備えたモジュールであって、各チップが１つのバックチャンバのみと連結されているモジュールを示す図である。 筐体が、担体基板と蓋とにより形成されているモジュールを示す図である。 ＡＳＩＣチップが、バンプ連結部を介して、担体基板上の接続パッドと相互接続され、連結されているモジュールを示す図である。 切り離されたバックチャンバが、担体基板中で桶状の凹部により形成されているモジュールを示す図である。 ＡＳＩＣチップが担体基板中に埋め込まれているモジュールを示す図である。 筐体が担体基板とフィルムカプセルとにより形成されているモジュールを示す図である。 パッケージングがフィルムカプセルを用いて行われ、このフィルムカプセルの部分が、バックチャンバの音響的な切り離しも引き起こすモジュールを示す図である。 フィルムカプセルを備えたモジュールの代替的な実施形態を示す図である。 モジュール上面に開口を備えたモジュールを示す図である。 側方に取り付けられた開口を備えたモジュールを示す図である。 ＭＥＭＳチップとＡＳＩＣチップとの間のフィルムカプセルが、担体基板の上面にまで引き下ろされているモジュールを示す図である。 開口の異なる２つの可能な配置を示す図である。

図１は、第１ＭＥＭＳチップＭＣ１と第２ＭＥＭＳチップＭＣ２とを備えたマルチＭＥＭＳモジュールＭＭＭを示す図である。第１開口Ｏ１が筐体Ｇ中の穴であり、第１ＭＥＭＳチップＭＣ１が、筐体の内側に直接、開口Ｏ１の上方に配置されていることにより、第１ＭＥＭＳチップＭＣ１は、第１開口Ｏ１に結合されている。同様の点が第２ＭＥＭＳチップのＭＣ２の第２開口Ｏ２への音響結合にも該当する。２つのＭＥＭＳチップがマイクロホンのＭＥＭＳ変換器である場合には、チップは、一般的に孔の開いた比較的硬いバックプレートと、柔軟性があり振動可能な膜であって、外部の音波の作用により振動させられる膜とを具備する。ＭＥＭＳチップが、音響的に対応する開口に結合されていることにより、ＭＥＭＳチップは、ＡＳＩＣチップ中のＡＳＩＣ回路に、対応する開口Ｏ１、Ｏ２に特有の電気信号を送ることができる。

筐体Ｇの内側空間Ｉ中には、単一の、すなわち第１バックチャンバＲＶ１が形成されていて、これは、ＭＥＭＳチップの膜を振動可能にするために、十分大きい。例えばボンディング連結を介して形成されうる信号線ＳＬを介して、ＭＥＭＳチップとＡＳＩＣチップとの間の回路ができる。

図２は、筐体Ｇの内側で第１バックチャンバＲＶ１が第２バックチャンバＲＶ２から切り離されているところを示している。第１バックチャンバＲＶ１は、第１ＭＥＭＳチップＭＣ１と、少なくとも部分的に第２ＭＥＭＳチップＭＣ２とに結合されている。第１バックチャンバＲＶ１の第２チップへの結合度合は、必要に応じて設定可能であり、例えばこれは、音響障壁の位置を相応に選択することにより行われる。したがって、チップ筐体のみを、または、チップ中に存在する膜をも、完全にもしくは部分的に結合する、または、全く結合しないことが可能である。第２バックチャンバＲＶ２は、この場合、第２ＭＥＭＳチップＭＣ２のみに結合されている。音響障壁ＡＢを用いた切り離しにより、双方のＭＥＭＳチップの音響的に能動的な構造素子構造の互いに対する影響、および一般的に欠点となる影響が有効に回避される。

図３は、バックチャンバＲＶ１、ＲＶ２が、音響障壁ＡＢにより、互いから切り離されていて、第１バックチャンバＲＶ１が、第１ＭＥＭＳチップＭＣ１の構造素子構造のみと相互作用し、第２ＭＥＭＳチップＭＣ２の構造素子構造とは相互作用しないある実施形態を示す。同様に、第１ＭＥＭＳチップＭＣ１の構造素子構造と第２バックチャンバＲＶ２との間の相互作用はない。さらに、対称的な構造が可能になることにより、バックチャンバＲＶ１とバックチャンバＲＶ２とを等しくすることが可能である。対称的な構造はしたがって好適でありえる。

図４は、モジュールＭＭＭのある実施形態を示すが、この場合、筐体が、部分的に担体基板ＴＳにより形成されている。他の部分では、筐体は、担体基板ＴＳ上に載置された蓋Ｋにより形成されている。第１開口Ｏ１と第２開口Ｏ２とは、音響入口開口、例えば穴により、担体基板中の相応の位置に形成されている。対応するＭＥＭＳチップは、これらの開口の直接上方に置かれていて、その結果、対応する開口に割り当てられうる対応する音響信号が、直接処理可能である。蓋は、この際、横断方向ウェブＱＳを具備し、これは、ＭＥＭＳチップに割り当てられているバックチャンバ同士を分離する。さらに、１つのさらなるチャンバが形成され、この中にＡＳＩＣチップＡＳＩＣが配置されている。ＭＥＭＳチップに割り当てられているバックチャンバＲＶ１、ＲＶ２を互いから隔離せねばならず、他方ではその中に含まれたＭＥＭＳチップの電気的な相互接続は必須であるという問題は、信号線ＳＬを、少なくとも部分的に金属部ＭＬとして実施することにより解決される。この金属部は、担体基板の上面で、横断方向ウェブの下方で音響障壁を通って導かれることができる。この実施形態では、信号線の一部が，複数層の担体基板ＴＳの内側中にある金属部層ＭＬ中で構造化された金属部として実施されている。この際、担体基板は、これにより、信号線の電気的な影響を可能な限り小さく保つように、十分高い電気比抵抗を有すべきである。これは、モジュールの表面にある金属部にも同様に該当する。セラミック製の材料を含む担体基板ＴＳが、十分高い比抵抗を有しうるとわかった。

図５は、モジュールＭＭＭのある実施形態を示すが、この場合には、ＡＳＩＣチップＡＳＩＣが、フリップチップ配置で、バンプ連結部ＢＵを介して、および、担体基板ＴＳ中のヴィアＶを介して、ＭＥＭＳチップと相互接続されている。蓋Ｋは、接着剤ＫＬにより、または、はんだ材料により、担体基板ＴＳと密接に連結されていて、対応するバックチャンバ同士が互いから十分隔離されている。

ＭＥＭＳチップを基板と連結させるため、および、ＡＳＩＣチップＡＳＩＣを基板と連結させるために、様々な連結の可能性、または、等しい連結の可能性を考慮可能である。

図６は、双方のＭＥＭＳチップＭＣ１、ＭＣ２のバックチャンバＲＶ１、ＲＶ２が、担体基板ＶＳ中の凹部Ｖ１、Ｖ２により形成されている実施形態を示す。この場合、単純な蓋Ｄで十分であり、この蓋は、バックチャンバＲＶ１、ＲＶ２が音響的に切り離されているように、凹部Ｖ１、Ｖ２を覆う。チップ間の信号線は、担体基板の表面上の構造化された金属部により、または、担体基板の中間層により導かれうる。ＡＳＩＣチップは存在するが、この図中では図示していない。このＡＳＩＣチップは、凹部中に位置付けられるか、または、基板中に埋め込まれていることができる。

さらに、バックチャンバが、担体基板中の凹部と、横断方向ウェブを備えた蓋形状の覆いとの双方によって実施されていることも可能である。この場合、基板ないし蓋自身は、チップの対応する高さよりも低いくぼみを有するのみで良い。したがって、担体基板ＴＳと蓋とをより容易に製造可能である。

図７は、あるモジュールＭＭＭを示すが、この場合、ＡＳＩＣチップＡＳＩＣは、担体基板ＴＳの内側に埋め込まれている。この場合、双方のバックチャンバＲＶ１、ＲＶ２との間の音響障壁ＡＢとして、横断方向ウェブＱＳは１つのみで十分である。あるいは、２つの別々の蓋を載置することも可能である。担体基板が複数層の担体基板として、例えば有機系で実施されている場合、対応するＡＳＩＣチップＡＳＩＣを担体基板ＴＳ中に容易に集積しうる。

図８は、モジュールＭＭＭのある実施形態を示すが、この場合、モジュールのパッケージングは、フィルムＦと担体基板ＴＳとを用いて達成される。ＭＥＭＳチップとＡＳＩＣチップＡＳＩＣとは、担体基板ＴＳの上面上に配置されている。はんだボール上でのフリップチップ実装を用いるがゆえに、連結平面中のフロントチャンバは、側方で制限されていない。フィルムＦは、このようにして、担体基板ＴＳ、双方のＭＥＭＳチップおよびＡＳＩＣチップＡＳＩＣの上面の上方に配置され、フィルムＦは担体基板ＴＳと共に周囲に対して密な遮断が得られる。ＡＳＩＣチップの上面では、ＡＳＩＣチップがフィルムＦと共に密な閉鎖をしている。ＡＳＩＣチップの下であって、かつ、チップと担体基板ＴＳとの間には、充填材料、例えばアンダーフィラーが、チップ間の音響障壁ＡＢとして配置されている。

この際、ＭＥＭＳチップは、バックチャンバを具備するが、これらは、チップ内部のディープエッチング中で十分に規定され、切り離されて配置されている。図８は、構造素子の断面を示す。この図面平面に対して相対的に前方および後方に向かって、積層体は、ＡＳＩＣチップＡＳＩＣの側面からアンダーフィラーＡＢを越えて基板ＴＳにまで密閉をする。

図９は、あるモジュールＭＭＭを示すが、ここでも、同様にパッケージングはフィルムを使用して行われる。図８での実施形態とは異なり、音響障壁ＡＢは、バックチャンバ間、ないし、フロントチャンバ間、すなわちチップの電子音響的に能動的な構造より前にあるチャンバ間で、さらなるフィルムＦにより実現されていて、これは、ＡＳＩＣチップの上方に渡って引かれている。このさらなるフィルムＦは、この際、ＡＳＩＣチップの側面で引き下げられ、これにより担体基板ＴＳの上面と共に蜜な閉鎖を行う。したがって、この場合には、図８で示したアンダーフィラーは必須ではない。

図９中で示すモジュールＭＭＭの積層体層は、まず、ＡＳＩＣチップＡＳＩＣを積層し、その後、この積層体を、この領域外で除去した後に、ＭＥＭＳチップを装備し、チップの仕上げの配置をさらに一度積層させることにより容易に得られる。

図１０は、モジュールＭＭＭのある実施形態を示すが、この場合第１フィルムは、様々な部分がＭＥＭＳチップの上方で導かれ、この部分が担体基板ＴＳの上面と共に密に閉鎖を行うまで引き下げられる。これにより、ＭＥＭＳチップおよびこれらの中に含まれるプレチャンバおよびバックチャンバが、お互いに切り離される。さらなるフィルムＦ２は、モジュールＭＭＭの上面全体またはほぼ全体を覆い、ＡＳＩＣチップＡＳＩＣを保護する。双方のＭＥＭＳチップは、したがってフィルムＦ１およびＦ２を備えた２重のフィルム層による保護がなされている。

このＡＳＩＣチップとＭＥＭＳチップとの一連の装備では、図９の実施形態と比較すると、まずＭＥＭＳチップが実装されて積層化することも可能である。続いて、ＡＳＩＣ実装領域またはその電気接触面のみが露出し、ＡＳＩＣチップが載置される。続く第２の仕上げ積層体が、チップ全体を覆う。

図１１は、マルチＭＥＭＳモジュールＭＭＭのある実施形態を示すが、この場合、開口Ｏ１、Ｏ２は、フィルム覆い中の穴を通って、モジュールＭＭＭの上面に実施されている。この種のモジュールは、いわゆるトップポートモジュールである。

図１２で示されている実施形態では、双方の開口Ｏ１、Ｏ２は、モジュールＭＭＭの側方に配置されていて、積層体フィルムＦ中の穴の形態として実現されている。

図１３は、パッケージングが単一のフィルム層Ｆを用いて実現可能である実施形態を示すが、このフィルム層は、ＭＥＭＳチップとそのチャンバとを音響的に切り離すために、ＭＥＭＳチップ間の領域、およびとりわけ、ＭＥＭＳチップとＡＳＩＣチップとの間の領域中で、担体基板の上面まで引き下げられている。

図１４は、開口Ｏの位置が異なるレイアウトの２つの可能性を示す図である。左側のレイアウトでは、中央に配置されている１つのＡＳＩＣチップＡＳＩＣと、４つのＭＥＭＳチップＭＣとを示す。担体基板ＴＳ中には、４つの開口Ｏが存在し、正方形の角部に対してお互いに相対的に配置されている。開口Ｏの直接上方には、ＭＥＭＳチップＭＣが、モジュールの下方にある音源から生じる音響信号を直接検出可能なように配置されている。

これとは異なり、図１４の右側にあるレイアウトでは、２つの下方開口ＵＯを備えた担体基板を示すが、これは担体基板中の穴として実施されている。下方の開口ＵＯの上方には、４つのチップのうちの２つが担体基板上に配置されていて、音響信号をモジュールの下方にある音源から検出するのに適している。モジュールＭＭＭの上面には２つのさらなる開口、すなわち、上方開口ＯＯが存在し、これらは、ＭＥＭＳチップと、中央に配置されているＡＳＩＣチップＡＳＩＣとの間の中間間隙の上方に位置付けられている。この上方の開口ＯＯは、例えばフィルム積層体中の穴の形態で実現可能である。このモジュールＭＭＭは、したがって、モジュールの下方にある音源の音響信号も、モジュールの上方にある音源の音響信号も直接検出することができる。

マルチＭＥＭＳモジュールは、図示された実施形態に限定されない。とりわけ、上述の特徴は、個々に互いに組み合わせ可能で、相互に排除し合うことはない。したがって、所定の要件について、個々にかつ最適に最適化されたモジュールを得ることができる。さらなるチップ、開口、信号線およびバックチャンバなどを有するモジュールも、本発明に含まれている。

ＡＢ 音響障壁
ＡＳＩＣ ＡＳＩＣチップ
ＢＤ ボンディングワイヤ
ＢＵ バンプ連結部
Ｄ 蓋
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２ 膜
Ｇ 筐体
Ｉ 内側空間
Ｋ 蓋
ＫＬ 接着剤／はんだ接合部
ＭＣ ＭＥＭＳチップ
ＭＣ１ 第１ＭＥＭＳチップ
ＭＣ２ 第２ＭＥＭＳチップ
ＭＬ 金属部層
ＭＭＭ マルチＭＥＭＳモジュール
Ｏ 開口
Ｏ１ 第１開口
Ｏ２ 第２開口
ＯＯ 上方開口
ＱＳ 横断方向ウェブ
ＲＶ１ 第１バックチャンバ
ＳＬ 信号線
ＴＳ 担体基板
ＵＯ 下方開口
Ｖ ヴィア
Ｖ１，Ｖ２ 凹部

Claims (12)

1. マルチＭＥＭＳモジュール（ＭＭＭ）であって、
   ・内側空間（Ｉ）と第１開口（Ｏ１）と第２開口（Ｏ２）とを備えた筐体（Ｇ）と、
   ・前記第１開口（Ｏ１）に音響的に結合している第１ＭＥＭＳチップ（ＭＣ１）と、
   ・前記第２開口（Ｏ２）に音響的に結合している第２ＭＥＭＳチップ（ＭＣ２）と、
   ・前記筐体上に前記双方のＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）の間に配置されたＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）と、
   ・前記双方のＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）と前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）とを相互接続する信号線（ＳＬ）を備えた回路とを具備し、
   前記双方のＭＥＭＳチップの各々に割り当てられるバックチャンバは、前記ＡＳＩＣチップと結合された障壁によって音響的に隔離されている、マルチＭＥＭＳモジュール（ＭＭＭ）。
2. ステレオ音響評価のためのＭＥＭＳマイクロホンとして形成されている、請求項１に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
3. ＭＥＭＳマイクロホンとして、方向に依存して音響評価をするために形成されている、請求項１および２のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
4. 前記筐体（Ｇ）は、
   その上面および／またはその下面に信号線（ＳＬ）を備えた単一層の担体基板（ＴＳ）、
   および／または
   その下面および／または上面および／または内側金属部層（ＭＬ）に、信号線（ＳＬ）を備えた複数層の担体基板（ＴＳ）
   を具備する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
5. ・前記筐体（Ｇ）の部分としての蓋（Ｋ）、および／または
   ・筐体（Ｇ）の部分として、担体基板（ＴＳ）中にある凹部（Ｖ１、Ｖ２）、および／または、
   ・前記チップ（ＭＣ１、ＭＣ２）のうちの少なくとも１つの上に載置されているフィルムカプセル（Ｆ）
   により形成されている第１バックチャンバ（ＲＶ１）を備えた、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
6. 第１バックチャンバ（ＲＶ１）と、これから音響的に切り離された第２バックチャンバ（ＲＶ２）とを備え、
   ・蓋（Ｋ）中の隔壁が前記筐体（Ｇ）の部分として、もしくは、担体基板（ＴＳ）中の凹部（Ｖ１、Ｖ２）中の隔壁が前記筐体（Ｇ）の部分として設けられていて、または、
   ・前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）が、前記双方のバックチャンバ（ＲＶ１、ＲＶ２）を隔離する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
7. 前記双方の開口（Ｏ１、Ｏ２）のうちの少なくとも１つが、
   ・担体基板（ＴＳ）中で前記モジュール（ＭＭＭ）の下面で、
   ・蓋（Ｋ）中またはフィルムカプセル（Ｆ）中で、前記モジュール（ＭＭＭ）の上面で、または、
   ・蓋（Ｋ）中またはフィルムカプセル（Ｆ）中で、前記モジュール（ＭＭＭ）の側壁で
   形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
8. ・前記第１ＭＥＭＳチップ（ＭＣ１）は、前記第１開口（Ｏ１）を内側から密閉し、
   ・前記第２ＭＥＭＳチップ（ＭＣ２）は、前記第２開口（Ｏ２）を内側から密閉し、
   ・前記筐体（Ｇ）は、前記双方のＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）を音響的に切り離すために、担体基板（ＴＳ）と、横断方向ウェブ（ＱＳ）を備えた蓋（Ｋ）とを具備し、
   ・前記ＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）と、前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）との間の信号線（ＳＬ）が、少なくとも部分的に前記担体基板（ＴＳ）の表面上および前記横断方向ウェブ（ＱＳ）の下方、または、前記担体基板（ＴＳ）中の中間層を通って導かれている、請求項１に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
9. ・前記筐体（Ｇ）は、担体基板（ＴＳ）を具備し、
   ・前記ＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）は、担体基板の上面（ＴＳ）上に配置されていて、
   ・前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）は、前記担体基板（ＴＳ）の上面で、前記ＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）間に配置されていて、または、前記担体基板（ＴＳ）中に埋め込まれている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
10. さらに、２つのさらなるＭＥＭＳチップ（ＭＣ）を具備し、
    ・前記第１チップ（ＭＣ１）と前記第２チップ（ＭＣ２）と前記２つのさらなるＭＥＭＳチップ（ＭＣ）とは、前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）の周りに配置されていて、
    ・前記ＭＥＭＳチップ（ＭＣ，ＭＣ１、ＭＣ２）の少なくとも２つは、それぞれ、前記モジュールの開口（Ｏ）を内側から閉鎖している、請求項１〜９のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
11. 前記第１チップ（ＭＣ１）と、前記第２チップ（ＭＣ２）と、前記２つのさらなるＭＥＭＳチップ（ＭＣ）とは、前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）の周りで、長方形の４つの角に配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。
12. 前記ＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ）は、前記モジュールの全てのＭＥＭＳチップ（ＭＣ１、ＭＣ２）に対して、電源供給するためおよび信号増幅するための回路を具備している、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマルチＭＥＭＳモジュール。

Images