JP6361897B2 - マイクロフォンおよびマイクロフォンを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明はマイクロフォンならびにマイクロフォンを製造するための方法に関する。ここでこのマイクロフォンは、具体的にはコンデンサマイクロフォンである。

このようなマイクロフォンは、１つの変換素子を備え、この変換素子は１つのパッケージにカプセル封止されなければならない。このようなマイクロフォンで良好な録音品質を可能とするためには、できる限り大きなバックキャビティが必要である。これは大きなバックキャビティによって、圧力変動の記録のためのこのマイクロフォンの感度が改善されるからである。さらに、このマイクロフォンでは、内部の電気回路のコストが小さくされなければならず、またこの変換器素子は機械的応力に対して保護されなければならない。

特許文献１には、１つの蓋および１つの音響封止部を用いてカプセル封止された１つのマイクロフォンチップが開示されている。さらにこのマイクロフォンチップは、剛性のある固定装置を介して１つの基板上に固定されている。このマイクロフォンでは、上記の蓋とマイクロフォンチップとの間に、またこのマイクロフォンチップと基板との間にも、大きな機械的カップリングが生じる。このカップリングは、このマイクロフォンチップの動作に悪影響を与える可能性があり、さらにこのシステムの温度依存特性をもたらす可能性がある。

特許文献２には別のマイクロフォンが開示されている。このマイクロフォンでは、そのマイクロフォンチップが、１つのばねを介して基板上に固定されており、ここでこのばねは、フォトリソグラフィーを用いて犠牲層を除去することによって生成されている。この犠牲層の堆積とその後の除去は、非常に時間コストと材料コストを要するものであり、これよりこの犠牲層は、工業的に有為となるには、僅かな厚さでのみ生成され得るものである。

独国特許第ＤＥ１０２００４０１１１４８Ｂ３号明細書 米国特許第８２１８７９４Ｂ２号明細書

本発明の課題は、改善されたマイクロフォンを提供することであり、このマイクロフォンは、少なくとも上述の欠点を克服するものである。さらに本発明のもう１つの課題は、このようなマイクロフォンを製造するための方法を提供することである。

この課題は請求項１に記載のマイクロフォンによって解決される。上記のもう１つの課題は第２の独立請求項に記載の方法によって解決される。

本発明は１つのマイクロフォンを提供し、このマイクロフォンは、１つの基板と、当該基板に対し垂直な１つの方向において可塑的に伸張されている１つのばね素子と、当該ばね素子を介して当該基板と電気的に接続されている１つの変換素子と、当該変換素子が固定されている１つの蓋部であって、当該変換素子が当該蓋部と当該基板との間に配設されるように、配設されている蓋部と、を備える。

上記のばね素子の柔軟な伸張部によって、このばねは大きなクリアランスを備える。このクリアランスは、上記の基板に向いた、上記のばね素子の下面と、上記の変換素子に向いたこの基板の上面との間の最大の間隔を与える。この間隔において、上記のばね素子の下面と上記の基板の上面との間の空き空間が存在している。

大きなクリアランスを有するばね素子は、大きな製造バラつきを補償するのに適している。本発明によるマイクロフォンでは、様々なパラメータに製造バラつきが発生する。これには、たとえば上記の変換素子の高さ、上記の蓋部の高さならびに上記のばね素子の高さがある。さらにこの蓋部の曲げおよび反りは別のバラつきをもたらし得る。ここに挙げた製造バラつきは、加算されて全体として、上記の変換素子の位置に関して無視できない不確定さをもたらす。

上記のばね素子は、しかしながらこの製造バラつきを補償するような形態となっている。これは上記の基板に対する相対的な変換器の動きを可能とし、これによってこの製造バラつきを補償することができるからである。上記の基板に対するこの変換器素子の相対的な動きのためには、このばね素子のばね力に打ち克たなければならないだけである。このばね力は、この相対的動きの小さな距離では小さくなっている。

ここで上記の変換素子は、上記の蓋部と上記の基板との間に配設されており、こうしてこの蓋部、変換素子、および基板は１つの空間を封止しており、この空間はこの変換素子のバックキャビティを形成している。これに応じて、この変換素子は、大きなバックキャビティを備え、これによってこの変換素子の高い感度を保証することができる。

上記のばね素子を介して上記の変換素子は上記の基板と電気的に接続されており、このばね素子は、この変換素子のこの基板への機械的固定部となっている。しかしながらこの固定部は、ばね性を有して構成されており、これによりほとんど力がかかっていない。したがってこの固定部は、上記の変換素子の上記の蓋部への剛性のある固定部とは決定的に異なっており、この蓋部の動きに追従することを可能とし、この際大きな機械的応力が発生することがない。

以上により本発明によるマイクロフォンは、上記の変換素子を機械的応力から保護することができる。機械的応力は、たとえば上記の蓋部が上記の基板に対して相対的に動く場合に発生する。これにたとえば、基板と蓋部とが異なる大きさの熱的な反りを起こす場合、温度変化の結果によるものが加えられる。外部のハウジングへのこのマイクロフォンの組込の際にも、この蓋部に力が加わり得るが、たとえばこの蓋部が封止リングに対して押圧される場合、この力はこの蓋部の変形をもたらす。

上記のばね素子は、これが上記の変換素子と基板との間のある程度の機械的デカップリングとなるため、上記の変換素子を機械的応力から保護することを可能とする。この際このばね素子は上記の変換素子の上記の基板に対する相対的な動きをある程度可能とする。さらに上記のばね素子は、上記の変換素子と上記の基板との間の電気的結合部を低コストで実現することができる。

上記の変換素子は、上記のばね素子と機械的に結合されていてよく、ここでこの変換素子の上記の蓋部への固定部は、上記のばね素子によって形成される上記の変換素子と上記の基板との間の機械的結合部よりも剛性があってよい。

以上により、上記の変換素子を上記の基板に対して相対的に動かすために必要な力は、この変換素子を上記の蓋部に対して同じ距離だけ動かすために必要な力よりも小さい。この力は、押圧力、引張力、または剪断力であってよい。

具体的には、上記の変換素子の上記の蓋部への固定部は、上記のばね素子によって形成される上記の変換素子と上記の基板との間の機械的結合部よりも１０倍剛性があってよい。この場合、上記の変換素子を上記の蓋部に対して相対的に動かすために必要な力は、上記の変換素子を上記の基板に対して同じ距離だけ動かすために必要な力の少なくとも１０倍となっている。

上記の変換素子の上記の蓋部への固定部は、上記のばね素子によって形成される上記の変換素子と上記の基板との間の機械的結合部よりも１００倍剛性があってもよい。

以上のように、上記のばね素子は一義的には単に上記の変換素子の上記の基板との電気的接続部に用いられるものであり、本質的に安定な機械的固定部とはなっていない。むしろ、この機械的結合部は、ばねによって形成されており、こうして変換素子と基板との機械的デカップリングに用いられる。上述したように、製造バラつきを補償することができるとともに、上記の蓋部を介して上記の変換素子に伝達される力を吸収することができる。

上記のばね素子は、少なくとも５０μｍのクリアランスを備えることができる。このようなクリアランスを有するばね素子では、通常発生する製造バラつきを十分に補償することができ、こうして本マイクロフォンの製造では、製造されるマイクロフォンが事前に与えられた仕様範囲から外れる割合が非常に少なくなる。

このばね素子のクリアランスが大きく設定されるほど、上記の製造バラつきを良好に補償することができ、そして上記の変換素子を良好に機械的に上記の基板からデカップリングすることができる。他方では、本マイクロフォンの全高を不必要に大きくしないように、本マイクロフォンの全高はあまり大きく設定されてはならない。本マイクロフォンは、モバイル通信機器への組込みに使用され得るものであり、ここで本マイクロフォンの所定の全高が越えられてはならない。さらに上記のばね素子のクリアランスの増大とともにこのばね素子のバラつきも自ずから増大することに注意しなければならない。

上記のばね素子のクリアランスは、緩んだ状態で３０〜２５０μｍの範囲であり、好ましくは５０〜２００μｍの範囲である。

本マイクロフォンの組み立ての際には、上記のばね素子の弾性的な予圧によってこのばね素子の最大のクリアランスが、たとえば２００μｍまたは１５０μｍに低減され得る。これに対応して、完成したマイクロフォン、すなわち組立てられた状態では、上記のばね素子のクリアランスは、３０〜２００μｍの範囲、好ましくは５０〜２００μｍの範囲であり、または３０〜１５０μｍの範囲、好ましくは５０〜１５０μｍの範囲である。この範囲のクリアランスを有するばね素子は、上記の条件（複数）の間の良好な折り合いを示すものとなっている。

上記のばね素子は、上記の変換素子に向いた１つの上面を備えてよく、ここで１つのスペーサがこのばね素子とこの変換素子との間に配設されていてよく、こうしてこの変換素子とこのばね素子の上面との間に１つの間隙が形成され、この間隙の高さは少なくともこのスペーサの高さに相当している。

このスペーサによって、具体的には、後の本マイクロフォンのさらなる加工を顕著に簡単にすることができる。たとえば上記の変換素子と上記のばね素子とが、はんだ結合部によって互いに接続されると、この後の本マイクロフォンの回路基板へのはんだ付けの際に、本マイクロフォンをこのはんだ結合部の融解温度より上の温度まで加熱することが必要となり得る。この場合このスペーサは、このはんだ結合部が上記のばね素子と上記の変換素子との間に押し込まれることがないように作用する。こうしてこのスペーサは、一時的に融解したはんだ結合部が後で再び信頼性のある結合部に硬化し得ることを保証する。

具体的には、上記の変換素子は、１つのはんだ結合部によって上記のばね素子の上面と接続されていてよく、そして上記のスペーサの材料は、このはんだ結合部よりも高い融点を有している。このようにして、このはんだ結合部の融解をもたらす温度で上記のスペーサが悪影響を受けないことが保証され、そしてこれによりまたこの温度で上記の変換素子および上記のばね素子が正しく互いに揃えられ、またここに設けられる間隔で互いに配設されたままとなることが保証される。

上記のばね素子は、このばね素子が可塑的に伸張している、第１の領域と、柔軟な伸張部がほぼ無い第２の領域と、を備える。この用語「ほぼ無い」は、ここではこの第２の領域が第１の領域に比べて少なくとも係数１０程度小さく伸張していること、好ましくは少なくとも係数１００程度小さく伸長していることを意味している。たとえば上記のばね素子は、上記の基板に対して垂直にかつこの基板から外向きに作用する、このばね素子に印加される力が、上記の第１の領域の変形をもたらし、かつ上記の第２の領域がこの力の作用下で変形しないままであるように構成されている。

好ましくは、上記のはんだ結合部および／または上記のスペーサは、上記の第２の領域に配設されている。このようにして、上記のばね素子の柔軟な伸張部によって、ばね素子と変換素子との間のアライメントに影響が無いことを保証することができる。こうして上記のばね素子は、丁度所定の部位で上記の力の作用下で可塑的に変形するように構成されている。

上記のばね素子は、断面の１つの局所的な狭窄部を備える。これによりこのばね素子は、この局所的な狭窄部を有する１つの領域を備え、ここでこの領域は、このばね素子の隣接する領域よりも小さな断面を有する。これにより、この領域は、外力の作用下で容易に変形する。したがってこの局所的な断面狭窄部の領域は、どのようにかつこのばね素子のどの領域で可塑的に変形されるかを、狙いを定めて制御することができる。

さらに上記のばね素子は、１つの蛇行形状領域、１つの襞領域、または１つの円弧形状領域を備えてよい。他の非直線的な領域も可能である。全てのこれらの領域は、外部の力の作用下で容易に可塑的に変形することを考えたものである。さらに、上記のばね素子は、直線状に構成された第２の領域を備えてよい。

さらに上記の変換素子の上記の蓋部への固定部は、この固定部がこの変換素子のフロントキャビティ（Vordervolumen）をこの変換素子のバックキャビティ（Rueckvolumen）に対して音響的に封止するように構成されていてよい。これによりこの場合には、このフロントキャビティとこのバックキャビティとの間にさらなる封止素子を必要としない。

さらに本発明は、もう１つの態様によれば、マイクロフォンを製造するための方法に関する。この方法によって製造されたマイクロフォンは、上述のマイクロフォンであってよい。以上により、本方法は、上記のマイクロフォンで開示されている全ての機能的および構造的特徴を備えることができる。逆に上記のマイクロフォンは、本方法に関して開示されている全ての機能的および構造的特徴を備えることができる。

本方法は、以下の処理ステップを備える。
−１つのばね素子を１つの基板上に生成するステップと、
−１つの変換素子を当該ばね素子と電気的に接続するステップと、
−当該基板から離れる方向への当該変換素子の引張ステップであって、ここで当該ばね素子が当該方向に伸長されるステップと、
−１つの蓋部を当該基板上に取り付けるステップであって、ここで当該変換素子が当該蓋部に固定されるステップ。

上記のばね素子および上記の蓋部が一緒に上記の基板から引き離されることによって、上記のばね素子のクリアランスは決定的に大きくなり、こうして本方法は、大きなクリアランスを有するばね素子を製造することができ、この際にこの製造方法用の必要材料を増大することがない。さらに加えて、上記の伸張の処理ステップは素早く行うことができ、こうして本方法では、大きなクリアランスを有する１つのばね素子の製造の時間は殆ど増加しない。

上記のばね素子は、上記の変換素子での引張によって、可塑的に伸張することができる。これにより、引っ張り装置がこのばね素子から切り離されると、このばね素子の伸びは維持されたままとなる。

上記のばね素子は、具体的には以下のステップで生成することができる。
−１つのパターニングされた犠牲層を上記の基板に取り付けるステップと、
−１つのパターニングされた層を当該犠牲層上に取り付けるステップと、
−当該犠牲層を除去するステップであって、これにより当該パターニングされた層が上記のばね素子に形成されるステップ。

上記のパターニングされた層は、たとえば金属から成っていてよい。これにより、上記のばね素子はフォトリソグラフィーで製造することができる。

上記のばね素子は、上記の伸張の後でこのばね素子のクリアランスが、この伸張の前のこのばね素子のクリアランスの少なくとも１．５倍となるように、伸張されてよい。上記のばね素子のクリアランスは、好ましくは、この伸張の前のこのばね素子のクリアランスの少なくとも２倍となっていてよい。このばね素子の伸張は、これに応じてこのばね素子のクリアランスを大幅に増大することを可能とする。このばね素子の伸張は、上記のフォトリソグラフィーによる、大きなクリアランスを有するばね素子の製造に対して、顕著に有利である。これはこの伸張が非常に短い処理時間のみを必要とし、この伸張によるクリアランスの増大が必要材料を増加させないからである。

上記の変換素子の引張ステップは、以下のようなサブステップを備える。
−１つの取り外し可能な接着剤を用いて、上記の基板に向いていない上記の変換素子の裏側に１つの引張装置を固定するステップと、
−当該引張装置で上記基板から離間する方向に引っ張るステップと、
−当該取り外し可能な接着剤を取り外すことによって、当該引張装置を上記の変換素子から分離するステップ。

上記の取り外し可能な接着剤は、加熱することによっておよび／またはＵＶ光で照射することによって取り外すことができる。上記の変換素子でのこのような引張ステップは、上記の引張装置を、跡形もなくこの変換素子から分離することができるという利点を提供する。さらに、１つの単一の引張装置を用いて、複数の変換素子を同時に処理することができ、これは特に１つのウェーハから複数のマイクロフォンを製造する際に、この製造方法を簡単にし、かつその処理時間を低減する。

上記の変換素子は、経路測定または力測定に基づいて決定される長さに渡って、上記の基板から離れる方向に引っ張られてよい。事前に与えられる固定された引張長に対して、経路測定または力測定に基づいて決定される長さは、異なる製造バラつきに対してより良好に合わせることを可能とし、そしてこのバラつきを補償することを可能とする。

以下では本マイクロフォンおよび好ましい実施形態を、図を参照して詳細に説明する。

１つのマイクロフォンの１つの第１の実施形態例を示す。 上記の第１の実施形態例によるマイクロフォンを製造するための方法の様々なステップの１つを示す。 上記の第１の実施形態例によるマイクロフォンを製造するための方法の様々なステップの１つを示す。 上記の第１の実施形態例によるマイクロフォンを製造するための方法の様々なステップの１つを示す。 上記の第１の実施形態例によるマイクロフォンを製造するための方法の様々なステップの１つを示す。 上記の第１の実施形態例によるマイクロフォンを製造するための方法の様々なステップの１つを示す。 １つのマイクロフォンの１つの第２の実施形態例を示す。

図１は、１つのマイクロフォンの１つの第１の実施形態例を示す。このマイクロフォン１は、１つの変換素子２を備える。この変換素子２は、１つのメンブレン３および１つの固定されたバックプレート４を備える。メンブレン３とバックプレート４との間には１つの間隙が設けられ、こうしてこのメンブレン３およびこのバックプレート４は１つのコンデンサを形成する。このコンデンサの静電容量は、検出される音響に依存して変化し得る。

変換素子２は、１つのフロントキャビティ５および１つのバックキャビティ６を形成する。このフロントキャビティ５は、マイクロフォン１の外部環境と圧力的に連通するように適合している。これに応じてマイクロフォン１は、１つの音響入口開口部７を備え、この音響入口開口部を介してフロントキャビティ５が外部環境と圧力的に連通することができ、そして音響はこの音響入口開口部を介してメンブレン３に到達することができる。

変換素子２のバックキャビティ６は、１つのカプセル封止された空間であり、ここでは一定かつ不変の圧力となっている。この変換素子２は、フロントキャビティの圧力とバックキャビティ６の圧力との間の差を測定するのに適している。

さらに本マイクロフォン１は、１つの基板８を備える。この基板８は、変換素子２に向いていない下面９上に、電気的な接続のための接続端子（複数）１０を備える。変換素子２に向いた上面１１上にも、この基板８は電気的な接続のための接続端子（複数）１２を備える。さらに、基板８は、貫通接続部１３を備え、この貫通接続部を介して、上面１１上の接続端子１２は、下面９上の接続端子１０と電気的に結合されている。変換素子２が内部でもう１つのチップデバイス（不図示）とのみ、たとえば１つのＡＳＩＣとのみ回路接続されることも可能であり、このＡＳＩＣは接続端子（複数）１２と結合される。

本マイクロフォン１は、１つのばね素子１４を備える。このばね素子１４は、少なくとも２つの舌部を備える。このばね素子１４は、基板８と電気的に接続している。このばね素子１４の第１の端部１５は、基板８の上面１１上の接続端子（複数）１２上に配設されている。

さらにこのばね素子１４は、変換素子２と電気的に接続している。このばね素子１４の第２の端部１６は、ここで変換素子２と電気的に接続している。図１に示す実施形態例においては、このばね素子１４は、１つのはんだ結合部１７を介して変換素子２と電気的に接続しており、このはんだ結合部は、このばね素子１４の第２の端部１６に取り付けられている。１つの代替の実施形態においては、このばね素子１４は、たとえばスタッドバンプ（複数）を介して、あるいは導電性接着剤を介して、変換素子２と電気的に接続される。

具体的には、変換素子２は、基板８に向いた下面２３上に接続面（複数）２４を備え、これらの接続面は、ばね素子１４と電気的に接続されている。

さらに、ばね素子１４の第２の端部１６と、変換素子２との間には、１つのスペーサ１８が配設されている。スペーサ１８およびはんだ結合部１７は、変換素子２に向いている、ばね素子１４の上面１９上に取り付けられている。ばね素子１４の上面１９と変換素子２との間には、１つの間隙２０が形成されている。この間隙２０は、少なくとも上記のスペーサ１８に高さに相当する高さを備えている。これによりこのスペーサ１８は、ばね素子１４の上面１９と変換素子２とが常に少なくともこのスペーサ１８の高さの分だけ互いに離間するために用いられる。

この後マイクロフォン１が、たとえば１つのモバイル電話機に組み込むために、１つの配線基板（不図示）上にはんだ付けされると、この際このマイクロフォンは高い温度に曝され、この温度は上記のはんだ結合部１７の融解をもたらし得る。スペーサ１８は、この場合にも変換素子２およびばね素子１４が互いに１つの固定された間隔で保持され、そしてこれによって、この時点で液状のはんだが、損傷を与えないようにするために用いられる。具体的には、スペーサ１８は、はんだ結合部１７の近傍に配設されている。こうしてこのスペーサ１８は、ばね素子１４が弾性的に与圧されている場合、このばね素子１４が、はんだ結合部１７の融解の際に、このはんだ結合部を過度に強く圧迫することを防止する。

このスペーサ１８は、これに適合して、金属またはプラスチックから成るパターニングされた素子であってよく、たとえば注入あるいは噴射されたポリマーパターンであってよい。このスペーサ１８は、ばね素子１４のパターニング工程の際に直接生成することも可能であり、またこれによりこのばね素子１４と一体的に形成されてよい。

変換素子２は、ばね素子１４を介して基板８と電気的に接続されている。これに応じてこのばね素子１４は、導電性材料を有する。このばね素子１４は、たとえば１つのパターニングされた金属層から形成されていてよい。このばね素子１４は、第１の領域２１ａ，２１ｂを備え、これらの領域においてこのばね素子は可塑的に変形される。図１に示す実施形態例においては、このばね素子１４は、第１の領域の第１の部分２１ａと第１の領域の第２の部分２１ｂとを備える。この第１の領域の第１の部分２１ａは、１つの局所的な断面狭窄部を備える。ここでこれに応じてこのばね素子１４は、その隣接する領域における断面に対して縮小された断面を備える。さらにこのばね素子１４は、第１の領域の第２の部分２１ｂを備え、この第２の部分はこのばね素子の１つの段部によって構成されている。この段部は、このばね素子１４の第１の端部１５の近傍に配設されており、このばね素子１４がこの領域において基板８から垂直に離間するように立ち上がっている。

このばね素子１４は、第２の領域２２を備え、この領域においてはこのばね素子は可塑的に変形されない。具体的にはこのばね素子１４は、複数の第２の領域２２を備える。スペーサ１８およびはんだ結合部１７は、この第２の領域２２の１つに配設されている。スペーサ１８およびはんだ結合部１７が配設されているこの第２の領域２２は、基板８に対して平行に配設されており、そして変換素子２の接続面２４に対して並行に配設されている。はんだ結合部１７の融解の際にも、このはんだはこの第２の領域２２から流れ出さないようになっている。

さらに本マイクロフォン１は、１つの蓋部２５を備える。変換素子２は、この蓋部２５に固定されている。変換素子２は、蓋部２５と基板８との間に配設されている。さらに本マイクロフォン１は、１つの音響封止部２６を備え、この音響封止部を介して変換素子２は、蓋部２５と結合されており、そしてこの音響遮断部は、変換素子２のフロントキャビティ５をこの変換素子２のバックキャビティ６から音響的に分離している。この変換素子２のバックキャビティ６は、蓋部２５，音響封止部２６，変換素子２，および基板８によって閉じ込められている。

さらに、蓋部２５は、１つの開口部を備え、この開口部を介して、変換素子２のフロントキャビティ５が圧力的に外部環境と連通することができ、そしてこの開口部は本マイクロフォン１の音響入口開口部７を形成している。

蓋部２５は、全体的に、または少なくとも副層（複数）において導電性である。この蓋部２５は、基板８の遮蔽部に接続されるように構成されている。以上により、この蓋部２５は、外部からの電磁照射から変換素子２を隔離することに適している。このために、蓋部２５は、１つの固定手段２７を用いて、たとえばはんだ，接着剤，またはこれらの組合せを用いて、基板８に固定されている。この接着剤は導電性であってよい。

変換素子２は、基板８に向いた蓋部２５の内面２８に固定されている。この変換素子２は、音響封止部２６によって、この蓋部２の内面２８に直接固定されている。

音響封止部２６は、柔軟な接着剤を含み、この接着剤は変換素子２を蓋部２５に直接固定している。代替としてまたは補完として、この音響封止部２６は１つのプラスチック材料から成っていてよく、このプラスチックは変換素子２を蓋部２５に直接固定している。音響封止部２６は、音響入口開口部７を隙間なく包囲し、こうしてフロントキャビティ５とバックキャビティ６との間の音響封止部を形成している。

変換素子２は、ばね素子１４に、機械的にも固定されている。しかしながらこの変換素子２のバネ素子１４への機械的固定部には、実質的に力がかからない。具体的には、この変換素子２の蓋部２５への機械的固定部は、この変換素子２のばね素子１４への固定部よりも堅固である。こうしてこの変換素子２のばね素子１４への固定部は、本質的には固定部ではなく、むしろ単に電気的接続部を形成するものとなっている。

図２〜６には、第１の実施形態例によるマイクロフォン１を製造するための１つの製造方法が示されている。ここで図２〜６においては、それぞれ、ただ１つの単一のマイクロフォン１が、この製造方法の異なる時点に対して示されている。しかしながらここで説明する方法は、１つのウェーハ上で複数のマイクロフォン１を同時に製造することを可能とし、ここでそれぞれの処理ステップは各々のマイクロフォン１に対して同時に実行することができる。

図２は、第１の処理ステップの後のマイクロフォン１を示し、この処理ステップでは、フォトリソグラフィー処理で基板８上にばね素子１４が生成されている。

ここでばね素子１４が形成されるが、まず１つのパターニングされた犠牲層（不図示）が基板８上に取り付けられる。このパターニングされた犠牲層の厚さは、後に生成されるばね素子１４のクリアランスに対応している。この犠牲層は、1〜３０μｍの範囲の厚さを有してよい。

続いて、１つのパターニングされた層、たとえば１つのパターニングされた金属層が上記の犠牲層の上に取り付けられる。ここでこの犠牲層が再び除去されると、このパターニングされた層が残ったままとなる。ここでこのパターニングされた層によって、ばね素子１４が形成される。

図３は、次の処理ステップの際のマイクロフォン１を示し、ここでは変換素子２がばね素子１４上に戴置される。

この処理ステップの前に、変換素子２にはさらにはんだバンプ（複数）が設けられ、これらのはんだバンプは、後ではんだ結合部１７を形成する。代替として、後ではんだ結合部１７を形成するこれらのはんだバンプは、ばね素子１４の上面１９上に取り付けられてよい。さらに、スペーサ（複数）１８がこのばね素子１４の上面１９上に取り付けられ、これらのスペーサは、完成したマイクロフォン１においては、はんだ結合部１７の近傍に配設されており、変換素子２０とばね素子１４の上面１９との間の間隙２０の最小限の高さを保証するように配設されている。代替として、スペーサ１８は、変換素子２の下面上に取り付けられてよい。

図４は、マイクロフォン１が、変換素子２がばね素子１４上に戴置され、そしてこれとはんだ付けされている状態にあるマイクロフォン１を示す。これによって、変換素子２とばね素子１４との間の電気的結合が生成される。こうして上記のはんだバンプは、はんだ結合部１７を形成する。

図５は、次の処理ステップの後のマイクロフォン１を示す。ここで１つの引張装置２９が変換素子２と結合される。この引張装置２９は、１つの平坦なプレート３０を備える。変換素子２に向いたこの平坦なプレート３０の下面は、取り外し可能な接着剤でコーティングされており、たとえば日東電工（登録商標）のＲＥＶＡＬＰＨＡ（登録商標）等の熱剥離テープでコーティングされている。

引張装置２９は、まずこの取り外し可能な接着剤３１が、基板８に向いていない変換素子２の上面に付着するように、マイクロフォン１に押圧される。続いてこの引張装置２９は、所定の引張力で、基板８から離間する方向に引っ張られる。この際この引張装置２９は、変換素子２を基板８から引き離す。この変換素子２とはんだ結合部１７を介して機械的に結合されているばね素子１４も、この引張力に従い、基板８から離間する方向に伸長される。このばね素子１４は、この際可塑的に伸長するように形成されている。

上記のばね素子１４の可塑的な伸張部によって、このばねはそのクリアランスが増大される。具体的には、このばね素子１４のクリアランスは、すくなくとも３０μｍに増大される。この基板から離間する方向への引っ張りによって、ここでこのばね素子１４のクリアランスが、３０〜２５０μｍの範囲、好ましくは５０〜２００μｍの範囲となるように増大される。具体的には、このクリアランスは、この伸長の前のクリアランスに対して、少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍に増大される。

次の処理ステップにおいて、蓋部２５が変換素子２を覆って配設され、こうしてここでばね素子１４が圧縮されて弾性的に変形される。これによりばね素子１４の最大のクリアランスは１５０μｍに減少する。

基板８から離間する方向への引っ張りによって、ばね素子１４は可塑的に変形される。この可塑的な変形は、ほぼばね素子１４の第１の領域２１ａ，２１ｂのみで行われる。上記の段部を備える第１の領域２１ｂも、また局所的な断面狭窄部を備える第１の領域２１ａもこのばね素子１４の引っ張りの際に大きく変形される。ばね素子１４は、この段部およびこの断面狭窄部のそれぞれで折れ曲がっている。その近傍にはんだ結合部１７が配設されている、ばね素子１４の第２の端部１６は、これと対照的に、変換素子２に対してほぼ平行のままである。

引張装置２９には、１つの制御ユニット（不図示）が設けられており、この制御ユニットは、経路測定または力測定に基づいて、ばね素子１４が伸長される際の変位を確定する。引張装置２９は、ばね素子１４の第２の端部を、基板８の面法線の方向に離間するように引っ張り、そしてこのばね素子１４の可塑的な伸長が、必要とされている大きさとなるようにする。さらにこの引張装置２９による伸長の調整の際には、ばね素子１４がこの可塑的な伸長に加えて部分的に弾性的な伸長を生じ、この分だけ引張り装置２９の解放後にばねが跳ね戻ることを考慮しなければならない。

図６は、さらなる処理ステップの後のマイクロフォン１を示す。このさらなる処理ステップにおいては、引張装置２９が変換素子２から分離される。これは引張装置２９が上記の剥離温度を越える温度に加熱することによって行うことができ、これによって取り外し可能な接着剤３１の付着が解消されるものである。この剥離温度はたとえば１５０°であり得る。代替の実施形態においては、この取り外し可能な接着剤３１は、ＵＶ光照射を用いて取り外すことができる。

さらに、変換素子２に向いた基板８の上面１１上には、固定手段２７が配設されており、この固定手段を用いて、上記の蓋部２５が後で基板８と結合される。

さらに図６は、１つの封止材が変換素子２上に取り付けられていることを示し、この封止材は完成したマイクロフォン１において、上記の音響封止部２６を形成している。代替としてこの封止材は、蓋部２５の内面２８に配設されていてもよい。最後に、図６に示す処理の時点においては、変換素子２は固定されておらず、むしろばね素子１４によってのみ支持されているので、場合によっては、蓋部２５の内面２８に配設する方が簡便である。

最後の処理ステップにおいては、ここで蓋部２５が取り付けられ、そしてその縁部領域が基板８と結合される。さらにこの際、変換素子２と蓋部２５との間で音響入口開口部７の周りに、音響封止部２６が生成される。以上により、こうして図１に示すマイクロフォン１が生成される。

蓋部２５の戴置の際には、さらにばね素子１４が弾性的に圧縮されてよい。これにより、完成したマイクロフォン１では、ばね素子１４が基板８から離間する方向に弾性的な張力を有することができる。

図７は、第２の実施形態例によるマイクロフォン１を示し、このマイクロフォンでは、ばね素子１４が蛇行形状の１つの第１の領域２１を備え、ここでばね素子が可塑的に伸長される。このばね素子１４の長さは、その長さがこのばね素子１４の第１および第２の端部１５，１６の間を最も短く結合したものの少なくとも２倍となるように、構成されていてよい。

１ ： マイクロフォン
２ ： 変換素子
３ ： メンブレン
４ ： バックプレート
５ ： フロントキャビティ
６ ： バックキャビティ
７ ： 音響入口開口部
８ ： 基板
９ ： 基板の下面
１０ ： 接続端子
１１ ： 基板の上面
１２ ： 接続端子
１３ ： 貫通接続部
１４ ： ばね素子
１５ ： 第１の端部
１６ ： 第２の端部
１７ ： はんだ結合部
１８ ： スペーサ
１９ ： ばね素子の上面
２０ ： 間隙
２１，２１ａ，２１ｂ ： 第１の領域
２２ ： 第２の領域
２３ ： 変換素子の下面
２４ ： 接続面
２５ ： 蓋部
２６ ： 音響封止部
２７ ： 固定材
２８ ： 蓋部の内面
２９ ： 引張装置
３０ ： プレート
３１ ： 接着剤

Claims (15)

1. マイクロフォン（１）であって、
   １つの基板（８）と、
   前記基板（８）に対し垂直な１つの方向において可塑的に伸張されている１つのばね素子（１４）と、
   前記ばね（１４）を介して前記基板（８）と電気的に接続されている１つの変換素子（２）と、
   前記変換素子（２）が固定されている１つの蓋部（２５）であって、前記変換素子（２）が当該蓋部（２５）と前記基板（８）との間に配設されるように、配設されている蓋部と、
   を備えることを特徴とするマイクロフォン。
2. 請求項1に記載のマイクロフォンにおいて、
   前記変換素子（２）は、前記ばね素子（１４）と機械的に結合されており、
   前記変換素子（２）の前記蓋部（２５）への機械的固定部は、前記変換素子（２）と前記ばね素子（１４）との間の固定部よりも堅固である、
   ことを特徴とするマイクロフォン。
3. 前記ばね素子（１４）は、少なくとも３０μｍのクリアランスを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロフォン。
4. 前記ばね素子（１４）は、３０μｍ〜２５０μｍの範囲の高さを備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロフォンにおいて、
   前記ばね素子（１４）は、前記変換素子（２）に向いている上面（１９）を備え、
   １つのスペーサ（１８）が、前記変換素子（２）と前記ばね素子（１４）の前記上面（１９）との間に１つの間隙（２０）が形成され、当該間隙の高さが少なくとも当該スペーサ（１８）の高さに相当するように、前記ばね素子（１８）の前記上面（１９）と前記変換素子（２）との間に配設されている、
   ことを特徴とするマイクロフォン。
6. 請求項５に記載のマイクロフォンにおいて、
   前記変換素子（２）は、１つのはんだ結合部（１７）によって前記ばね素子（１４）の上面（１９）と接続されており、
   前記スペーサ（１８）の材料は、前記はんだ結合部（１７）よりも高い融点を有している、
   ことを特徴とするマイクロフォン。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロフォンにおいて、
   前記ばね素子（１４）は、前記ばね素子が可塑的に伸張している第１の領域（２１，２１ａ，２１ｂ）と、可塑的な伸張部がほぼ無い第２の領域（２２）とを備えることを特徴とするマイクロフォン。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロフォンにおいて、
   前記ばね素子（１４）は、断面の１つの局所的な狭窄部を備え、および／または、
   前記ばね素子（１４）は、１つの蛇行形状領域、１つの襞領域、または１つの円弧形状領域を備える、
   ことを特徴とするマイクロフォン。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロフォンにおいて、
   前記変換素子（２）の前記蓋部（２５）への固定部は、当該固定部が前記変換素子（２）のフロントキャビティ（５）を前記変換素子（２）のバックキャビティ（６）に対して音響的に封止するように構成されていることを特徴とするマイクロフォン。
10. マイクロフォン（１）を製造するための方法であって、
    以下のステップ、
    １つのばね素子（１４）を１つの基板（８）上に生成する生成ステップと、
    １つの変換素子（２）を前記ばね素子（１４）と電気的に接続する接続ステップと、
    前記基板（８）から離れる方向への前記変換素子（２）の引張ステップであって、前記ばね素子（１４）が当該方向に伸長される引張ステップと、
    １つの蓋部（２５）を前記基板（８）上に取り付けるステップであって、前記変換素子（２）が前記蓋部（２５）に固定される固定ステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
11. 前記ばね素子（１４）は、前記変換素子（２）の前記引張ステップによって、可塑的に伸張されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１０または１１に記載の方法において、
    前記ばね素子（１４）は、以下のステップ、
    - １つのパターニングされた犠牲層を前記基板（８）に取り付けるステップと、
    １つのパターニングされた層を前記犠牲層上に取り付けるステップと、
    前記犠牲層を除去するステップであって、当該ステップにより前記パターニングされた層が前記ばね素子に形成されるステップと、
    によって生成されることを特徴とする方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法において、
    前記ばね素子（１４）は、前記伸張の後で前記ばね素子（１４）のクリアランスが、前記伸張の前の前記ばね素子（１４）のクリアランスの少なくとも１．５倍となるように、伸張されることを特徴とする方法。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の方法において、
    前記変換素子（２）の前記引張ステップは、以下のようなサブステップ、
    １つの取り外し可能な接着剤（３１）を用いて、前記基板（８）に向いていない前記変換素子（２）の裏側に１つの引張装置（２９）を固定するステップと、
    記引張装置（２９）で前記基板（８）から離間する方向に引っ張るステップと、
    前記取り外し可能な接着剤（３１）を取り外すことによって、前記引張装置（２９）を上記の変換素子（２）から分離するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
15. 前記変換素子（２）は、経路測定または力測定に基づいて決定される長さに渡って、前記基板（８）から離れる方向に引っ張られることを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の方法。

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