KR101697786B1 - 마이크로폰 - Google Patents

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노리아키 하나다
켄스케 나카니시
테츠오 도요다
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호시덴 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 신호의 감쇠나 노이즈 내성의 저하 등의 전기적 성능의 저하를 초래하지 않고, 높은 자유도로 MEMS 콘덴서를 배치할 수 있고, 공통의 MEMS 콘덴서를 다양한 케이스를 가지는 다양한 마이크로폰에 전개할 수 있는 기술을 제공하는 것을 과제로 한 것이며, 그 해결수단에 있어서, 마이크로폰(10)은, 음공(99)을 가진 케이스(9)의 내부면 중, 음공(99)을 가진 제1 면(6)에 대해서 고정되고, 제1 면(6)에 있어서 전기적으로 접속되는 MEMS 콘덴서(1)와, 제1 면(6)에 인접하지 않는 제2 면(8)에 대해서 고정되고, 제2 면(8)에 있어서 전기적으로 접속되어서, 적어도 MEMS 콘덴서(1)의 정전용량의 변화를 검출하는 검출회로(7)와, 제1 면(6)과 제2 면(8)에 있어서 고정되는 동시에 케이스(9) 내에 있어서 만곡해서 배치되고, 제1 면(6)과 제2 면(8)을 전기적으로 접속하는 배선을 가지고 MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 전기적으로 접속하는 플렉시블기판(4)을 구비하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

마이크로폰{MICROPHONE}
본 발명은, MEMS 콘덴서를 구비한 마이크로폰에 관한 것이다.
최근, 휴대전화기나 IC 리코더 등의 소형의 전자기기에 탑재하기 위한 매우 소형인 마이크로폰이 MEMS(micro electro mechanical systems) 기술을 이용해서 제조되게 되었다. 일본국 특개2007-329560호 공보(특허문헌 1)에는, MEMS 기술을 이용해서 형성된 콘덴서를 구비한 마이크로폰이 개시되어 있다. 이 마이크로폰은, MEMS 콘덴서와 IC(집적회로)로 이루어지는 변환회로가 동일한 리지드기판 위에 실장되고, 이 기판 위에 음공을 가지는 케이스를 덮어서 구성되어 있다. 리지드기판은, 유연하게 형상이 변형되지 않는 견고한 재료로 형성되어 있으며, MEMS 콘덴서의 배실(背室)은, MEMS 콘덴서와 리지드기판과의 사이에 생기는 공간에 형성되어 있다. 또, 리지드기판의 외부면(IC 등의 실장면의 이면)에는, 전자기기 등과 마이크로폰을 접속하기 위한 마이크로폰 단자가 형성되어 있다.
특허문헌 1의 마이크로폰은, 본원의 도 9에 도시한 바와 같이, 마이크로폰 단자(10t)와는 반대측에 음공(99)이 형성되는 정상부 음공 타입의 마이크로폰이다. 그러나, 본원의 도 10에 도시한 바와 같이, 먼지나 티끌 등의 침입을 억제하기 위해서, 음공(99)이 케이스 측면이 아니라, 리지드기판(92) 측면(마이크로폰 단자(10t) 측면)에 형성되는 바닥부 음공 타입의 마이크로폰도 있다. 이 경우에도, 기본적으로는, MEMS 콘덴서의 배실은, MEMS 콘덴서와 리지드기판과의 사이에 생기는 공간에 형성되게 된다.
일본국 특개2007-81614호 공보(특허문헌 2)에는, MEMS 콘덴서와 IC칩이 모두 실장되는 기판에 있어서, MEMS 콘덴서의 트렌치부의 바로 아래에 음공이 형성되는 마이크로폰이 기재되어 있다. 이 경우에는, 본원의 도 9나 도 10과는 반대로, 트렌치부를 제외한 케이스 내부가, MEMS 콘덴서의 배실로서 기능한다. 단, 이 구성의 정상부 음공 타입의 마이크로폰에서는, MEMS 콘덴서 및 IC칩이 실장되는 리지드기판에, 마이크로폰 단자를 형성할 수가 없다. 그래서, 케이스의 모두를 리지드기판으로 하고, 이들을 도전부재를 개재해서 기계적으로 접속함으로서, MEMS 콘덴서 및 변환회로가 실장되는 리지드기판과, 마이크로폰 단자가 형성되는 리지드기판이 전기적으로 접속된다.
일본국 특개2007-329560호 공보(제20~23 단락, 도 1 등) 일본국 특개2007-81614호 공보(제22~35, 제55~58 단락, 도 1, 도 4, 도 5 등)
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 마이크로폰에서는, 강성이 높은 동일 기판에 MEMS 콘덴서 및 변환회로가 모두 실장된다. 이런 연유로, 케이스 내에 있어서의 MEMS 콘덴서의 배치가 제약된다. 특히 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 마이크로폰에서는, 리지드기판의 외부면에 전자기기 등과 접속하기 위한 마이크로폰 단자가 형성되므로, 이 마이크로폰 단자의 배치위치에 따라서 마이크로폰에 있어서의 리지드기판의 배치위치가 결정된다. 그리고, 해당 기판의 배치위치에 따라서 케이스 내에 있어서의 MEMS 콘덴서의 배치가 제약된다. 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 마이크로폰에서는, 케이스의 모두를 리지드기판으로 하고, 이들을 도전부재를 개재해서 접속함으로서, MEMS 콘덴서 및 변환회로가 실장되는 리지드기판과, 마이크로폰 단자가 형성되는 리지드기판을 분리 가능하게 하고 있다. 그러나, 리지드기판 상호간을 전기적으로 접속하는 접속부에서는, 그 접속방법이 기계적인 접촉이 되므로 전기저항이 커서, 신호의 감쇠나, 노이즈 내성의 저하를 초래할 가능성이 있다.
또, MEMS 콘덴서의 배실은 음향특성에 영향을 주지만, MEMS 콘덴서의 배치가 제약되면, 특히 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 마이크로폰에서는, 배실의 크기도 제약된다. 즉, MEMS 콘덴서에 형성되는 트렌치의 크기에 배실의 크기가 의존하게 되며, 마이크로폰의 음향성능이 MEMS 콘덴서의 성능에 크게 의존하게 된다. 그 결과, 공통의 MEMS 콘덴서를 다양한 케이스를 가지는 다양한 마이크로폰에 전개하는 것이 곤란해지며, 양산에 의한 비용 저감 효과도 좀처럼 얻을 수 없다. 특허문헌 1의 도 10에는, 기재(리지드기판)측을 잘라내서 배실을 확대하는 예가 예시되어 있지만, 이것은 생산비용의 면에서는 불리한 점도 많다.
따라서, 신호의 감쇠나 노이즈 내성의 저하 등의 전기적 성능의 저하를 초래하지 않고, 높은 자유도로 MEMS 콘덴서를 배치할 수 있고, 공통의 MEMS 콘덴서를 다양한 케이스를 가지는 다양한 마이크로폰에 전개할 수 있는 기술이 요구된다.
상기 과제를 감안한 본 발명에 관한 마이크로폰의 특징구성은,
음공을 가진 케이스의 내부면 중, 상기 음공을 가진 제1 면에 대해서 고정되고, 해당 제1 면에 있어서 전기적으로 접속되는 MEMS 콘덴서와,
상기 제1 면에 인접하지 않는 제2 면에 대해서 고정되고, 해당 제2 면에 있어서 전기적으로 접속되어서, 적어도 상기 MEMS 콘덴서의 정전용량의 변화를 검출하는 검출회로와,
상기 제1 면과 상기 제2 면에 있어서 고정되는 동시에 상기 케이스 내에 있어서 만곡해서 배치되고, 상기 제1 면과 상기 제2 면을 전기적으로 접속하는 배선을 가지고 상기 MEMS 콘덴서와 상기 검출회로를 전기적으로 접속하는 플렉시블기판을 구비하는 점에 있다.
이 특징구성에 의하면, 케이스 내에 있어서 서로 인접하지 않는 제1 면과 제2 면에 각각 고정되는 MEMS 콘덴서와 검출회로를 전기적으로 접속하는 배선을 가지는 플렉시블기판을 구비하므로, MEMS 콘덴서와 검출회로를 2개의 다른 면으로 분류해서 실장할 수 있다. MEMS 콘덴서와 검출회로는, 플렉시블기판에 의해 접속되므로, 기계적인 접촉도 없어서, MEMS 콘덴서의 검출신호의 감쇠나 노이즈 내성의 저하를 초래하는 것이 억제된다. 또, MEMS 콘덴서와 검출회로를 2개의 다른 면에 분류해서 실장할 수 있으므로, 케이스 내에 있어서의 MEMS 콘덴서의 배치에 대한 제약이 완화되어서, 배치의 자유도가 상승한다. MEMS 콘덴서의 배실의 크기는 음향특성에 영향을 주지만, MEMS 콘덴서의 케이스 내에 있어서의 배치의 자유도가 상승함으로서, 소망하는 음향특성을 쉽게 얻을 수 있다. 또, MEMS 콘덴서 단체에 있어서의 배실의 크기는, MEMS 콘덴서에 형성되는 트렌치의 크기에 의존된다. 그러나, 본 구성에 의하면, 마이크로폰으로서의 배실의 크기는, MEMS 콘덴서 단체의 트렌치에 부가해서 케이스 내의 공간도 가미되어서 결정할 수 있다. 따라서, 공통의 MEMS 콘덴서를 다양한 케이스를 가지는 다양한 마이크로폰에 전개하는 것이 가능해져서, 양산에 의한 비용 저감 효과도 쉽게 얻을 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 마이크로폰의 상기 플렉시블기판은, 상기 제1 면에 고정되는 범위에 상기 MEMS 콘덴서가 실장되면 적합하다. 또, 본 발명에 관한 마이크로폰의 상기 플렉시블기판은, 상기 제2 면에 고정되는 범위에 상기 검출회로가 실장되면 적합하다. 케이스 내에서 만곡시키는 것이 가능한 플렉시블기판은, 해당 플렉시블기판이 고정되는 서로 인접하지 않는 2개의 면의 어느 한 면, 또는 쌍방에서 MEMS 콘덴서나 검출회로 등의 부품을 실장하고, 고정하는 것이 가능하다. 플렉시블기판은, 케이스의 제1 면 및 제2 면에 고정되므로, 플렉시블기판에 실장되고, 고정된 부품은 케이스의 제1 면이나 제2 면에 대해서 고정된다. 예를 들면, 어느 한 면에 있어서 부품이 실장된 경우에는, 해당 실장된 부품과, 2개의 면을 전기적으로 접속하는 배선이 1개의 플렉시블기판의 어셈블리로서 구성된다. MEMS 콘덴서와 배선이 1개의 어셈블리로서 구성되면, 다종의 검출회로나 다종의 케이스를 조합한 다종의 마이크로폰에 용이하게 전개할 수 있다. 검출회로와 배선이 1개의 어셈블리로서 구성되면, 다종의 MEMS 콘덴서나 다종의 케이스를 조합한 다종의 마이크로폰에 용이하게 전개할 수 있다. 따라서, 양산에 의한 비용 저감 효과도 쉽게 얻을 수 있다.
또한, 플렉시블기판은, 해당 플렉시블기판이 고정되는 서로 인접하지 않는 2개의 면의 쌍방에 있어서 MEMS 콘덴서나 검출회로 등의 부품을 실장하고, 고정하는 것이 가능하다. 따라서, 당연히, 본 발명에 관한 마이크로폰의 상기 플렉시블기판은, 상기 제1 면에 고정되는 범위에 상기 MEMS 콘덴서가 실장되는 동시에, 상기 제2 면에 고정되는 범위에 상기 검출회로가 실장되어도 된다. MEMS 콘덴서와 검출회로와 배선이 1개의 어셈블리로서 구성되면, 다종의 케이스와 조합한 다종의 마이크로폰에 전개하기 쉽고, 양산에 의한 비용 저감 효과도 쉽게 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 관한 마이크로폰의 상기 검출회로는, 1개의 집적회로에 의해 형성되면 적합하다. 실질적으로, 케이스 내에 실장되는 부품이, MEMS 콘덴서와 집적회로 2개이므로, 생산성이 향상되어서, 용이하게 다품종 전개가 가능해진다.
도 1은 MEMS 콘덴서의 일례를 모식적으로 예시한 상면도;
도 2는 MEMS 콘덴서의 일례를 모식적으로 예시한 단면도;
도 3은 마이크로폰의 회로구성의 일례를 모식적으로 예시한 블록도;
도 4는 마이크로폰의 구조의 일례를 모식적으로 예시한 단면도;
도 5는 마이크로폰의 구조의 제 2의 예를 모식적으로 예시한 단면도;
도 6은 마이크로폰의 구조의 제 3의 예를 모식적으로 예시한 단면도;
도 7은 마이크로폰의 구조의 제 4의 예를 모식적으로 예시한 단면도;
도 8은 마이크로폰의 구조의 제 5의 예를 모식적으로 예시한 단면도;
도 9는 종래의 정상부 음공 타입의 마이크로폰의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도;
도 10은 종래의 바닥부 음공 타입의 마이크로폰의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거해서 설명한다. MEMS 콘덴서(1)는, 잘 알려져 있는 바와 같이, 단결정 실리콘기판으로부터 반도체 프로세스기술 등을 이용해서 기구부품을 생성하는 MEMS(micro electro mechanical systems) 기술을 이용해서 제조되는 콘덴서이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, MEMS 콘덴서(1)는, 복수의 구멍(2a)을 가지는 배극판(2)과, 음향에 의해 진동되는 진동판(3)을 구비한다. 배극판(2)과 진동판(3)과의 사이에는, 스페이서(13)가 형성되고, 배극판(2)과 진동판(3)과의 사이에 공간이 형성되어서 콘덴서(Cm)가 형성된다. 배극판(2) 및 진동판(3)은 도전성 재료에 의해 형성되고, 배극판(2)은 MEMS 콘덴서(1)의 외측 표면에 있어서 단자(1b)가 되는 전극(17)과 접속된다. 또, 진동판(3)은, MEMS 콘덴서(1)의 외측 표면에 있어서 단자(1s)가 되는 전극(16)과 접속된다. 실리콘기판(11)과 진동판(3)의 사이에도 필요에 따라서 절연층(12)이 형성된다. 또, 층(14)이나 층(15)도 절연성 재료에 의해 형성된다. MEMS 콘덴서(1)의 구조는 일례이며, 예를 들면, 배극판(2)과 진동판(3)과의 배치가 반대이어도 된다.
또한, 도 1에 도시한 단자(1d)는, MEMS 콘덴서(1)가 리플로 등에 의해서 표면 실장될 때에, 균등하게 고정되도록 형성된 더미 단자이다. 도 2에서는, 도시를 생략하고 있다. 또, 단자(1s) 및 단자(1b) 외에, 필요에 따라서 기타 예비 단자나, 부유용량이나 외래 노이즈의 영향을 억제하기 위한 가이드 단자 등이 형성되어도 되지만, 본 실시형태에서는 생략한다.
MEMS 콘덴서(1)의 진동판(3)은, 음향에 의해 진동되고, 그때, 배극판(2)과의 거리가 변동된다. 이 거리의 변동은, 콘덴서(Cm)의 정전용량의 변화가 된다. 이 정전용량의 변화를 검출함으로써, 음성이 검출된다. 배극판(2)에 접속되는 단자(1b)는, 바이어스 입력 단자이며, 이 단자를 개재해서 바이어스 전압이 공급된다. 진동판(3)에 접속되는 단자(1s)는, 검출신호 출력 단자이며, 콘덴서(Cm)의 정전용량의 변화가 검출신호로서 출력된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 바이어스 입력 단자(1b)는 검출회로(7)의 전압공급 단자(바이어스 출력 단자)(7b)에 접속되고, 검출신호 출력 단자(1s)는 검출회로(7)의 검출신호 입력 단자(7s)에 접속된다.
검출회로(7)는, 본 실시형태에 있어서는, ASIC(application specific integrated circuit)나 ASSP(application specific standard processor) 등의 1개의 집적회로로서 구성되어 있다. 당연히, 개별의 능동부품이나 수동부품을 조합해서 검출회로(7)가 구성되어도 된다. 검출회로(7)는, 볼티지 레귤레이터(71)와, 볼티지 멀티플라이어(72)와, 소스 폴러워(73)를 가지고 구성된다. 볼티지 레귤레이터(71)는, 검출회로(7)의 외부로부터 공급되는 마이크로폰(10)의 전원전압 VDD(예를 들면 전압 2~5V 정도)로부터 내부회로의 기준전압 VSP-VSS를 생성하는 회로이다. 여기서, 전압 VSP가 플러스측, VSS가 마이너스측이며, VSS와 마이크로폰(10)의 전원의 그라운드 GND가 동전위이어도 된다. 볼티지 레귤레이터(71)는, 밴드갭레퍼런스회로를 가지고 있으며, 온도변화에 대한 내성을 지닌 고정밀도의 레귤레이터이면 적합하다. 볼티지 멀티플라이어(72)는, 기준전압 VSP-VSS에 의거해서, 안정된 바이어스 전압 BIAS를 생성해서 출력하는 회로이다.
소스 폴러워(73)는, 콘덴서(Cm)의 정전용량의 변화를 나타내는 검출신호(S)를 임피던스 변환하는 회로이며, 또한 검출신호(S)를 증폭하는 기능을 구비하고 있어도 된다. 검출신호(S)는, 매우 높은 임피던스의 신호이며, 신호의 감쇠율이 높고, 노이즈 내성도 매우 낮으므로, 그대로 마이크로폰(10)의 출력으로 하는 것은 바람직하지 않다. 소스 폴러워(73)는, 입력 임피던스가 매우 높으므로, 검출신호(S)를 감소시키지 않고 검출신호(S)를 받아서, 매우 낮은 임피던스로 검출신호(S)를 마이크신호 SOUT로서 출력한다. 또한, 검출회로(7)는, 임피던스 변환된 검출신호(S)를 디지털신호로 변환하는 디지털변환회로를 또한 구비하고 있어도 된다. 예를 들면, 소스 폴러워(73)가, 임피던스 변환기능, 증폭 기능, 디지털 변환기능을 구비해서 구성되어도 된다.
검출회로(7)를 구성하는 집적회로에는, 단자(7t)로서, 적어도 바이어스 전압 BIAS를 출력하는 바이어스 출력 단자(7b), 검출신호(S)를 받는 검출신호 입력 단자(7s), 전원전압을 받는 전원 단자(7v) 및 그라운드 단자(7g), 임피던스 변환 후의 검출신호인 마이크신호 SOUT를 출력하는 마이크신호출력 단자(7m)가 형성되어 있다. 이들의 단자(7t)는, 각각 후술하는 마이크로폰 단자(10t)에 접속된다. 마이크로폰(10)과, 해당 마이크로폰(10)이 탑재되는 휴대전화기나 IC 리코더 등의 전자기기의 회로는, 마이크로폰 단자(10t)를 개재해서 접속된다.
MEMS 콘덴서(1) 및 검출회로(7)는, 플렉시블기판(4)에 형성된 배선에 의해서 전기적으로 접속된다. 본 실시형태에서는, MEMS 콘덴서(1) 및 검출회로(7)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 동일한 1매의 플렉시블기판(4)에 실장된다. 즉, MEMS 콘덴서(1), 검출회로(7), 양자를 접속하는 배선이 1매의 플렉시블기판(4) 위에 구성된 1개의 어셈블리가 된다. 여기서, 플렉시블기판은, 일반적으로 얇아서 굴곡성이 있는 프린트배선기판이다. 절연재료로서는, 다양한 경우, 유연성이 높은 폴리이미드나 액정 폴리머가 이용된다. 흡습성이나 치수안정성, 재료의 안정공급성 등을 고려해서, 절연재료로서, 유리ㆍ에폭시수지나, 아라미드ㆍ필름을 이용해도 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 플렉시블기판(4)은, 케이스(9) 내에 있어서 만곡해서 배치된다.
케이스(9)는, 원기둥, 타원기둥, 사각기둥, 다각형 기둥 등의 통형상으로 형성되어 있다. 기초부(92)는, 경질의 리지드기판이다. 이 리지드기판(92)은, 플렉시블기판(4)의 단부에 있어서, 적어도 검출회로(7)의 전원단자(7v), 그라운드 단자(7g), 마이크신호출력 단자(7m)와 도통되는 실장패턴을 가지고 있다. 리지드기판(92)은, 적어도 양면에 배선패턴을 가지는 다층 기판이다. 케이스(9)의 내부측면(8)(후술하는 제2 면(8)) 쪽에 있어서 플렉시블기판(4)과 접속된 전원 및 신호의 배선은, 스루홀을 개재해서 케이스(9)의 외부면으로 인도된다. 케이스(9)의 외부면에 있어서, 리지드기판(기초부)(92)에는, 마이크로폰 단자(10t)가 형성된다. 또한, 전원 및 신호의 단자인 마이크로폰 단자(10t)는, 마이크로폰(10)에 복수 형성되지만, 도 4 등에 도시한 모식적인 단면도에는, 도면을 간략화하기 위해서 1개의 단자만을 대표적으로 도시하고 있다.
리지드기판(기초부)(92)에는, 한쪽이 개구된 바닥이 있는 통형상의 커버(91)가 장착된다. 커버(91)의 바닥부분에는, 음공(99)이 되는 개구부가 형성된다. 이 음공(99)에 MEMS 콘덴서(1)의 배극판(2)이 대응하도록, 케이스(9)의 내부측면(6)(후술하는 제1 면)의 쪽에 MEMS 콘덴서(1)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 배극판(2) 및 진동판(3)의 배치는 반대이어도 되지만, 배극판(2) 및 진동판(3)의 중심은, 진동판(3)의 진동방향에 있어서 동일한 축상(軸上)에 있다. 따라서, MEMS 콘덴서(1)는, 음공(99)과 배극판(2)과 진동판(3)과의 중심이, 진동판(3)의 진동방향에 있어서 동일한 축상이 되는 동시에, 배극판(2) 및 진동판(3)의 어느 한쪽이 음공(99)과 대향하는 상태에서, 음공(99)을 가지는 내부측면(6)에 고정된다.
또, 본 실시형태에서는, MEMS 콘덴서(1)는 플렉시블기판(4)에 실장되어 있으므로, 플렉시블기판(4)이, 케이스(9)의 내부측면(6)의 쪽에 접착제(51) 및 보강판(52)을 개재해서 고정됨으로써, 케이스(9)의 내부측면(6)에 MEMS 콘덴서(1)가 배치된다. 당연히, 플렉시블기판(4)의, MEMS 콘덴서(1)의 배극판(2)이 대응하는 위치에도 구멍이 형성되어 있으며, 음향은 플렉시블기판(4)에 저해되지 않고, 배극판(2)을 통과해서 진동판(3)에 도달한다.
즉, MEMS 콘덴서(1)는, 음공(99)을 가진 케이스(9)의 내부면 중, 음공(99)을 가진 제1 면(6)에 대해서 고정되고, 해당 제1 면(6)에 있어서 전기적으로 접속된다. 도 4에 나타낸 형태에서는, 플렉시블기판(4)의 제1 면(6)에 고정되는 범위에 MEMS 콘덴서(1)가 실장됨으로써, MEMS 콘덴서(1)는, 제1 면(6)에 있어서 전기적으로 접속되고, 제1 면(6)에 대해서 고정된다. 또, MEMS 콘덴서(1)의 정전용량의 변화를 검출하는 검출회로(7)는, 제1 면(6)에 인접하지 않는 제2 면(8)에 대해서 고정되고, 해당 제2 면(8)에 있어서 전기적으로 접속된다. 도 4에 나타낸 형태에서는, 플렉시블기판(4)의, 제2 면(8)에 고정되는 범위에 검출회로(7)가 실장됨으로써, 검출회로(7)는 제2 면(8)에 있어서 전기적으로 접속되고, 제2 면(8)에 대해서 고정된다. 여기에서는, MEMS 콘덴서(1) 및 검출회로(7)는 리플로 등에 의해서 플렉시블기판(4)에 실장되고, 해당 플렉시블기판(4)에 고정된다. 그리고, 해당 플렉시블기판(4)이, 제1 면(6) 및 제2 면(8)에 있어서 고정됨으로써, MEMS 콘덴서(1) 및 검출회로(7)는, 각각 제1 면(6) 및 제2 면(8)에 대해서 고정된다.
또, 플렉시블기판(4)은, 서로 인접하지 않는 케이스(9)의 내부면의 제1 면(6)과 제2 면(8)에 있어서 고정되고, 케이스(9) 내에 있어서 만곡해서 배치됨으로써, 플렉시블기판(4)에 형성되는 배선에 의해서 제1 면(6)과 제2 면(8)을 전기적으로 접속할 수 있다. 플렉시블기판(4)이 제1 면에 고정되는 범위에는 MEMS 콘덴서(1)가 실장되고, 제2 면(8)에 고정되는 범위에는 검출회로(7)가 실장되어 있으므로, 동일 기판 위에 있어서 MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 접속하는 배선도 형성할 수 있다. 즉, 1매의 플렉시블기판(4)에, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 실장함으로써, 케이스(9) 중에 있어서의 MEMS 콘덴서(1)의 배치에 대한 제약이 완화되어서, 배치의 자유도가 상승한다. 배실(18)(18A)로서, 케이스(9)의 거의 모두를 이용할 수 있으므로, 고성능의 MEMS 콘덴서나 고성능의 검출회로(증폭회로)를 이용하지 않고 마이크로폰을 구성하는 것이 가능해진다.
이와 같은 소형의 마이크로폰(10)이, 휴대전화기나 IC 리코더 등의 소형의 전자기기에 탑재될 때, 음공(99)이 이들의 전자기기의 외측을 향해서 배치되면 집음상 상태가 좋다. 한편, 전자기기의 내부회로와 접속되는 마이크로폰 단자(10t)는, 전자기기의 내부에 배치되는 전자회로와 접속되므로, 전자기기의 내측을 향해서 배치되는 것이 상태가 좋은 경우가 많다. 즉, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)는, 케이스(9)에 있어서 서로 대향하는 면에 고정되는 구조가 바람직하다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 케이스(9)에 있어서 서로 대향하는 면에 고정하고, 양자를 전기적 특성이 양호한 플렉시블기판(4)에 의해서 접속할 수 있다.
또한, 음공(99)이 이들의 전자기기의 외측을 향해서 배치된 경우에, 음공(99)으로부터 먼지나 티끌, 물 등이 침입하는 것을 방지하기 위해서, 전자기기의 내측에 음공(99)을 형성하는 바닥부 음공 타입의 마이크로폰도 이용되고 있다. 이 경우에 있어서, 전자기기의 내부의 전자회로의 접속이, 해당 전자기기의 외측 근처에서 실시되는 경우도 있을 수 있다. 이 경우에는, 바닥부 음공 타입의 마이크로폰에서도, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)가 케이스(9)에 있어서 서로 대향하는 면에 고정되는 구조가 필요하게 된다. 따라서, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 케이스(9)에 있어서 서로 대향하는 면에 고정하여, 양자를 전기적 특성이 양호한 플렉시블기판(4)에 의해서 접속하는 본 발명의 구조는, 도 4에 나타낸 정상부 음공 타입의 실시형태에 한정되지 않고, 바닥부 음공 타입의 마이크로폰에도 적용 가능하다.
도 4에 나타낸 실시형태에서는, MEMS 콘덴서(1) 및 검출회로(7)가 동일한 1매의 플렉시블기판(4)에 실장되는 예를 예시했다. 그러나, 도 5에 도시한 바와 같이, 리지드기판(기초부)(92)에 직접, 검출회로(7)를 실장하고, MEMS 콘덴서(1)가 실장된 플렉시블기판(4)을 리지드기판(92)에 형성된 패턴으로 접속해도 된다. 도시는 생략하지만, 당연히, 리지드기판에 직접, MEMS 콘덴서(1)를 실장하고, 검출회로(7)가 실장된 플렉시블기판(4)을 해당 리지드기판에 형성된 패턴으로 접속하는 구조이어도 된다. 또, 도 6에 도시한 바와 같이, 리지드기판(92)에 플렉시블기판(4)을 고정하고, 금줄을 이용한 와이어 본딩 등에 의해서, 플렉시블기판(4)이나 리지드기판(92)과 검출회로(7)를 접속해도 된다. 특히, 검출회로(7)가 패키징된 플립 칩이 아니라, 베어 칩 상태로 실장될 때에는 유효하다. 또, 도 7에 도시한 바와 같이, MEMS 콘덴서(1)도 플렉시블기판(4)에 대해서 와이어 본딩에 의해 접속되어도 된다. 이때, 도 7에 도시한 바와 같이 MEMS 콘덴서(1)가 고정되는 방향을 도 4~도 6에 예시한 예와는 다르게 해서, 제1 면(6)과는 반대측에 단자(1s나 1b)가 위치되도록 하는 것도 가능하다.
도 8은, 또한 다른 실시형태를 나타내고 있으며, 케이스(9)는, 케이스(91)에 상당하는 부위도 포함해서 복수의 리지드기판에 의해서 형성된다. 즉, 케이스(9)는, 음공측기판(제1 리지드기판)(93), 기초부측기판(제2 리지드기판)(92), 측면부재(94, 95)를 가지고 구성된다. 물론, 측면부재(94, 95)를 리지드기판으로 하는 것도 가능하다. 음공측기판(93)은, 도 4 및 도 5에 나타낸 실시형태의 케이스(91)의 바닥부분에 상당하는 것이며, 음공(99)을 가지고 있다. 케이스(9)의 내부면 중의 제1 면(6)은, 음공측기판(93)의 부품실장면이며, 이 부품실장면에 MEMS 콘덴서(1)가 실장된다. 기초부측기판(92)은, 도 4 및 도 5에 나타낸 실시형태와 같이 기초부에 대응한다. 케이스(9)의 내부면 중의 제2 면(8)은, 기초부측기판(92)의 부품실장면이며, 이 부품실장면에 검출회로(7)가 실장되고, 이면에 마이크로폰 단자(10t)가 형성된다.
음공측기판(제1 리지드기판)(93) 및 기초부측기판(제2 리지드기판)(92)은, 플렉시블기판(4)을 접속하기 위한 패턴을 가지고 구성된다. MEMS 콘덴서(1)가 실장되는 음공측기판(93)의 부품실장면(제1 면(6))과 검출회로(7)가 실장되는 기초부측기판(92)의 부품실장면(제2 면(8))은, 서로 인접하지 않고 대향하는 면이다. 플렉시블기판(4)은, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 면(6)과 제2 면(8)에 있어서 고정되는 동시에 케이스(9) 내에 있어서 만곡해서 배치된다. 또, 플렉시블기판(4)은, 제1 면(6)과 제2 면(8)을 전기적으로 접속하는 배선을 가지고 있으며, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 전기적으로 접속한다.
또한, 도 8에 예시한 구조의 마이크로폰에 대해서도, 도 4 및 도 5에 의거해서 상술한 구조의 마이크로폰과 같이, 정상부 음공 타입에 한정되지 않고, 바닥부 음공 타입의 마이크로폰에도 적용 가능하다. 당업자이면, 상기 설명을 참작해서 용이하게 예측 가능할 것이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또, 도 4~도 8에 모식적으로 도시한 단면도에서는, 플렉시블기판(4)을 제1 면(6) 및 제2 면(8)에 고정할 때에 접착제(51)를 이용하고 있지만, 양면테이프나 용착(溶着), 용접 등, 다른 방법을 이용해도 된다.
이하, 본 발명의 특징에 대해서 보충한다. 도 9 및 도 10은, 비교를 위해서 참조하는 종래의 마이크로폰(1OB)의 구성예이다. 도 9는, 톱 음공 타입의 마이크로폰의 일례이며, 도 10은 보텀 음공 타입의 마이크로폰의 일례이다. 종래의 마이크로폰(1OB)에서는, 동일한 리지드기판인 기초부(92)에 MEMS 마이크로폰(1) 및 검출회로(7)가 모두 고정되어 있었다. 따라서, 배실(18B)은, MEMS 콘덴서(1)에 형성되는 트렌치의 크기에 의존하게 되며, 도 4에 도시한 배실(18A)과 비교해서 매우 작다. 배실(18B)을 크게 하기 위해서는, 트렌치를 크게 하지 않으면 아니 되고, 이것은 MEMS 콘덴서(1)의 실리콘기판(11)을 두껍게 하게 되며, 재료 비용을 상승시키게 된다. 또, 마이크로폰의 사양(仕樣)에 따라서 다종의 MEMS 콘덴서(1)를 준비할 필요가 있으며, 양산효과가 낮아져서, 생산비용을 상승시키게 된다. 그러나, 본 발명에 의하면, 이와 같은 과제를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 도 9 및 도 10에 도시한 마이크로폰(1OB)의 구조에 있어서는, MEMS 콘덴서(1)의 상부면의 단자(1b, 1s)와 리지드기판(92)을 와이어 본딩에 의해 접속하기 위한 금줄이 필요하지만, 도시를 생략하고 있다.
그런데, 특허문헌 2와 같이, MEMS 콘덴서(1)에 형성되는 트렌치의 바로 아래에 음공을 형성함으로써, 배실을 확대하는 것은 가능하다. 그러나, 특허문헌 2의 구조에서는, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)가 동일한 리지드기판에 실장되게 된다. 따라서, 마이크로폰이 휴대전화기나 IC 리코더 등의 소형의 전자기기에 탑재될 때, 음공의 배치와 마이크로폰 단자의 배치를 최적화하는 것이 곤란하다.
여기서, 특허문헌 2의 마이크로폰의 케이스의 구조를 이용해서, 다른 리지드기판에 MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 실장하고, 코일 스프링 등의 도전부재로 리지드기판 상호간을 접속할 수 있다. 그러나, 리지드기판과 도전부재와의 접촉저항은, 납땜 등에 비해서 월등하게 크다. MEMS 콘덴서(1)의 정전용량의 변화를 검출하는 검출신호(S)는, 상술한 바와 같이 매우 높은 임피던스의 미약 신호이다. 따라서, 코일 스프링 등의 도전부재로 리지드기판 상호간을 접속하고, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)를 접속한 경우에는, 검출신호(S)의 신호 감쇠가 커지고, 외래 노이즈도 쉽게 받는다. 특허문헌 2의 마이크로폰의 구성은, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)가 동일한 리지드기판에 실장되고, 검출회로(7)와 마이크로폰 단자(10t)가 리지드기판 상호간을 접속하는 도전부재를 개재해서 도통되는 것이다. 즉, 임피던스 변환된 후의 검출신호(마이크신호)가 복수의 리지드기판의 사이를 걸쳐서 전달되는 데에 지나지 않다. 본 발명에 의하면, 이와 같은 접촉저항을 일으키지 않고 플렉시블기판(4)에 의해, MEMS 콘덴서(1)와 검출회로(7)가 접속되므로, 임피던스 변환 전이어도 검출신호(S)의 신호 감쇠는 작고, 외래 노이즈도 좀처럼 받지 않는다.
이상, 적합한 실시형태를 예시해서 설명한 바와 같이, 본 발명을 적용하면, 신호의 감쇠나 노이즈 내성의 저하 등의 전기적 성능의 저하를 초래하지 않고, 높은 자유도로 MEMS 콘덴서를 배치할 수 있고, 공통의 MEMS 콘덴서를 다양한 케이스를 가지는 다양한 마이크로폰에 전개하는 것이 가능해진다.
본 발명의 마이크로폰은, 휴대전화기나 IC 리코더 등의 소형의 전자기기에 탑재되는 소형 마이크로폰에 적용할 수 있다.
1: MEMS 콘덴서 4: 플렉시블기판
6: 제1 면 7: 검출회로
8: 제2 면 9: 케이스
99: 음공

Claims (5)

  1. 음공을 가진 케이스의 내부면 중, 상기 음공을 가진 제1 면에 대해서 고정되고, 해당 제1 면에 있어서 전기적으로 접속되는 MEMS 콘덴서와,
    상기 제1 면에 인접하지 않는 제2 면에 대해서 고정되고, 해당 제2 면에 있어서 전기적으로 접속되어서, 적어도 상기 MEMS 콘덴서의 정전용량의 변화를 검출하는 검출회로와,
    상기 제1 면과 상기 제2 면에 있어서 고정되는 동시에 상기 케이스 내에 있어서 만곡해서 배치되고, 상기 제1 면과 상기 제2 면을 전기적으로 접속하는 배선을 가지고 상기 MEMS 콘덴서와 상기 검출회로를 전기적으로 접속하는 플렉시블기판을 구비하고,
    상기 플렉시블기판은, 상기 제1 면에 고정되는 범위에 상기 MEMS 콘덴서가 실장되고,
    상기 플렉시블기판은, 상기 제2 면에 고정되는 범위에 상기 검출회로가 실장되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출회로는, 1개의 집적회로에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
  5. 삭제
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