WO2005086535A1 - エレクトレットコンデンサーマイクロホン - Google Patents

Abstract

　エレクトレットコンデンサーマイクロホンは、開口部２５が設けられた基板１３と、開口部２５を塞ぐように基板１３の一面に接続され且つ音孔１２及び空孔２を有するエレクトレットコンデンサー５０と、基板１３の一面に接続された駆動回路素子１５と、エレクトレットコンデンサー５０及び駆動回路素子１５を覆うように基板１３に取り付けられたケース１７とを備えている。エレクトレットコンデンサー５０と基板１３との接続箇所において両者の電気的なコンタクトが取られている。音孔１２は開口部２５を介して外部空間と接続している。空孔２及びケース１７の内部領域はエレクトレットコンデンサー５０の背部気室となる。

Description

明 細 書

エレクトレットコンデンサーマイクロホン

技術分野

[0001] 本発明は、振動電極を有するエレクトレットコンデンサーマイクロホンに関し、特に MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて形成されるエレクトレツトコ ンデンサーを搭載したエレクトレットコンデンサーマイクロホン (ECM)の構成に関す る。

背景技術

[0002] 従来、コンデンサーマイクロホンとしては、特許文献 1に示すように、それぞれ別々 に機械加工等を用いて製作された振動板や固定電極等の部品が組み込まれてなる マイクロホンが主流であった。これらのマイクロホンは、 ECM (electret condenser microphone )と呼ばれており、これまでにも既に小型化への取り組みがなされてきた 結果、現在、 6mm径で厚さ lmmの製品や 4mm径で厚さ 1. 5mmの製品等が販売 されている。し力しながら、特許文献 1に示すタイプの ECMにおいては、機械加工部 品を使用するために更なる小型化が困難になると 、う問題に直面して 、る。

[0003] 従来の機械加工とは異なる、半導体集積回路の製作方法を応用した加工技術は、 MEMS技術又はマイクロマシユング技術と呼ばれており、マイクロホンの小型化にも 有効であるため、近年、 MEMS技術を用いたマイクロホンの製作方法が提案されて きている。例えば特許文献 2には、エレクトレットを用いていないマイクロホンの MEM S技術による製作方法が開示されている。

特許文献 1：特開平 11—187494号公報

特許文献 2 :特開 2003— 78981号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しカゝしながら、特許文献 2に開示された構造を有するエレクトレットコンデンサーマイ クロホンは次のような問題点を有して!/、る。

[0005] すなわち、コンデンサーと ICなどの駆動回路素子とをワイヤーボンディングを用い て接続して 、るため、ボンディングワイヤーで電気的損失が生じてしまう。

[0006] また、コンデンサーを小さくするに従って、コンデンサーと一体的に形成されている 背部気室も小さくなるため、背部気室が小さくなることに起因してマイクロホンの高周 波特性が劣化してしまう。その結果、良好な性能を有するマイクロホンを製作すること ができない。

[0007] 前記に鑑み、本発明は、小型化しても高周波特性に優れた構造を有するエレクトレ ットコンデンサーマイクロホンを提供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0008] 前記の目的を達成するため、本発明に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホン は、開口部が設けられた基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板の一面に接続さ れ且つ音孔及び空孔を有するエレクトレットコンデンサーと、前記基板の前記一面に 接続された駆動回路素子と、前記エレクトレットコンデンサー及び前記駆動回路素子 を覆うように前記基板に取り付けられたケースとを備え、前記エレクトレットコンデンサ 一と前記基板との接続箇所において両者の電気的なコンタクトが取られており、前記 音孔は前記開口部を介して外部空間と接続しており、前記空孔及び前記ケースの内 部領域は前記エレクトレットコンデンサーの背部気室となる。

発明の効果

[0009] 本発明によれば、基板とエレクトレットコンデンサーとの電気的なコンタクトを両者の 機械的な接続箇所において取るため、言い換えると、基板とエレクトレットコンデンサ 一とをワイヤーボンダ一を用いることなく電気的に接続するため、ボンディングワイヤ 一に起因する寄生容量やノイズの発生を抑制することができる。これによつて、エレク トレットコンデンサーの高周波特性を向上させることができる。また、エレクトレットコン デンサ一を覆うケースにより設けられる空間（ケースの内部領域)を利用して、エレクト レットコンデンサーの背部気室の実質的な体積を増やすことができるので、エレクトレ ットコンデンサーを小型化した場合にも当該コンデンサーの高周波特性を向上させる ことができる。

[0010] 以上のように、本発明によれば、小型で高周波特性に優れたエレクトレツトコンデン サーマイクロホンを提供できる。 図面の簡単な説明

[図 1]図 1 (a)は本発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンに 搭載されるエレクトレットコンデンサーの断面図であり、図 1 (b)は当該エレクトレツトコ ンデンサ一の平面図である。

[図 2]図 2は本発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンの断 面図である。

[図 3]図 3は本発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンにお けるエレクトレットコンデンサーと基板との接続部のノ リエーシヨンの拡大断面図であ る。

[図 4]図 4 (a)及び (b)はそれぞれ本発明の一実施形態に係るエレクトレツトコンデン サーマイクロホンのバリエーションの断面図である。

[図 5]図 5は本発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンが他 の基板と接続された状態を示す断面図である。

符号の説明

1 シリコン基板

2 空孔

3 絶縁膜

4 下部電極

5 引き出し電極

6 リークホール

7 エレクトレツ卜膜

8 絶縁膜

9 上部電極

10 コンタクト

11 絶縁膜

12 音孔 15 IC素子

16 コンタクト

17 ケース

18 突起物

19 異方性導電榭月 1

20 コンタクト

21 配線

22 基板

25 開口部

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンについて 図面を参照しながら説明する。

[0014] 最初に、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンに搭載されるェ レクトレットコンデンサー（以下、本発明のエレクトレットコンデンサーと称する）につい て説明する。本発明のエレクトレットコンデンサ一は、 MEMS技術のうち、サーフェス マイクロマシユングと呼ばれるシリコン基板を 1枚のみ使用する加工方法によって作ら れている。

[0015] 図 1 (a)及び（b)は、本発明のエレクトレットコンデンサー 50の断面図及び平面図で ある。

[0016] 図 1 (a)及び (b)に示すように、シリコン基板 1には、異方性エッチング技術を用いて 空孔 2が設けられていると共に、シリコン基板 1の上には、例えばシリコン酸ィ匕膜から なる絶縁膜 3、及び例えばリンがドープされたポリシリコン膜からなる下部電極 4が順 次形成されている。絶縁膜 3における空孔 2の上側部分は除去されている一方、下部 電極 4は空孔 2を覆うように設けられている。下部電極 4における空孔 2の上側部分の 上には、例えばシリコン酸ィ匕膜からなるエレクトレット膜 7が設けられている。また、下 部電極 4における空孔 2の外側部分の上には、例えばシリコン酸ィ匕膜からなる絶縁膜 8が設けられて 、ると共に、絶縁膜 8をスぺーサ一として下部電極 4の上方に上部電 極 9が設けられている。上部電極 9の表面は、例えばシリコン窒化膜からなる絶縁膜 1 1によって覆われて保護されて 、る。

[0017] 絶縁膜 8及び絶縁膜 11には、下部電極 4と電気的に接続する引き出し電極 5が設 けられている。引き出し電極 5は絶縁膜 11から突き出している。エレクトレット膜 7の上 方と下方との間で圧力差が発生しないように、下部電極 4及びエレクトレット膜 7には 、空孔 2と接続するリークホール 6が設けられている。また、絶縁膜 11には、上部電極 9と電気的に接続するコンタクト 10が設けられている。コンタクト 10は絶縁膜 11から突 き出している。

[0018] ここで、後述する基板 13 (図 2参照）に形成された開口部 25を、本発明のエレクトレ ットコンデンサー 50の絶縁膜 11によって塞ぐため、図 1 (b)に示すように、コンタクト 1 0は絶縁膜 11上において環状に形成されている。尚、本実施形態において、コンタク ト 10の形状は、切れ目が無ければ特に限定されるものではない。

[0019] さらに、上部電極 9及び絶縁膜 11には複数の音孔 12が設けられている。ここで、音 孔 12は、上部電極 9と下部電極 4と絶縁膜 8とによって囲まれた空間と、本発明のェ レクトレットコンデンサー 50の外部空間とを接続するものである。すなわち、本発明の エレクトレットコンデンサー 50は、音圧（図 2参照）を音孔 12側力も受けてエレクトレツ ト膜 7を振動させる構成を有している。尚、空孔 2は、本発明のエレクトレツトコンデン サー 50の背部気室を構成して 、る。

[0020] 次に、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンの一例について説 明する。

[0021] 図 2は、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホン、つまり図 1 (a)及 び（b)に示す本発明のエレクトレットコンデンサー 50を搭載したエレクトレツトコンデン サーマイクロホンの断面図である。

[0022] 図 2に示すように、開口部 25が設けられた基板 13の一面に、開口部 25を塞ぐよう に、前述の本発明のエレクトレットコンデンサー 50が接続されている。開口部 25は、 本発明のエレクトレットコンデンサー 50の音孔 12が外部空間に露出するように基板 1 3に設けられている。すなわち、音孔 12は、開口部 25を介して外部空間と接続する。

[0023] 具体的には、本発明のエレクトレットコンデンサー 50のコンタクト 10は、基板 13の一 面に設けられたコンタクト 16Aと機械的且つ電気的に接続されている。当該コンタクト 16Aは、基板 13の他面及び内部に設けられた配線 14Aと電気的に接続されている 。尚、本発明のエレクトレットコンデンサー 50は、コンタクト 16A及び配線 14Aを介し て、基板 13上の他の電気回路と電気的に接続されている。

[0024] また、基板 13の一面には、本実施形態のマイクロホンの駆動回路素子となる IC (

Integrated circuit)素子 15が接続されている。具体的には、 IC素子 15はコンタクト 15 a及び 15bを有しており、コンタクト 15aは、基板 13の一面に設けられた配線 14Bの 一端に機械的且つ電気的に接続されている。配線 14Bの他端には、本発明のエレク トレットコンデンサー 50の弓 Iき出し電極 5が機械的且つ電気的に接続されて!、る。ま た、 IC素子 15のコンタクト 15bは、基板 13の一面に設けられたコンタクト 16Bと機械 的且つ電気的に接続されている。当該コンタクト 16Bは、基板 13の他面及び内部に 設けられた配線 14Cと電気的に接続されている。尚、 IC素子 15は、コンタクト 16B及 び配線 14Cを介して、基板 13上の他の電気回路と電気的に接続されている。

[0025] さらに、本発明のエレクトレットコンデンサー 50及び IC素子 15を覆うようにケース 17 が基板 13に取り付けられている。

[0026] 尚、前述したように、上部電極 9のコンタクト 10は、絶縁膜 11上において環状に形 成されている（図 1 (b)参照)。また、それに対応して、基板 13のコンタクト 16Aを上部 電極 9のコンタクト 10と向力 、合うように基板 13上にぉ 、て環状に設けることによって 、次のような効果が得られる。すなわち、本発明のエレクトレットコンデンサー 50と基 板 13とを接続した際に、コンタクト 10とコンタクト 16Aとが環状の接続部を構成するた め、基板 13と本発明のエレクトレットコンデンサー 50との間で音圧の漏れが生じるこ とを防止することがでさる。

[0027] また、本実施形態における本発明のエレクトレットコンデンサー 50と基板 13との接 合方法においては、基板 13のコンタクト 16A及び上部電極 9のコンタクト 10のそれぞ れを構成する金属材料として例えば金を用いることが好ましい。このようにすると、コ ンタクト 10及び 16Aのそれぞれを構成する金同士が加熱圧着によって接合するため 、コンタクト 10及び 16Aを容易に接合することができる。ここで、コンタクト 10及び 16 Aのいずれか一方の材料として例えば金と錫との合金を用いた場合にも、同様な熱 圧着法によってコンタクト 10及び 16Aを接合することができる。 [0028] また、本発明のエレクトレットコンデンサー 50と基板 13との他の接合方法として、次 のような方法がある。図 3は、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホ ンにおけるエレクトレットコンデンサーと基板との接続部のノ リエーシヨンの拡大断面 図である。すなわち、図 3に示すように、基板 13のコンタクト 16Aと上部電極 9のコン タクト 10とを、バンプと呼ばれる金属突起物 18及び異方性導電榭脂 19を用いて機 械的且つ電気的に接続してもよい。この場合にも、前述の環状の接合部を構成でき るので、基板 13と本発明のエレクトレットコンデンサー 50との間で音圧の漏れが生じ ることを防止することができる。また、異方性導電榭脂 19を用いるため、例えば金力も なるコンタクト 10及び 16Aを直接接合する場合と比べて、接合温度を低くすることが できるので、マイクロホン製作工程にぉ 、て製造装置の負荷を軽減することができる

[0029] 以上に説明したように、本実施形態のエレクトレットコンデンサーマイクロホンによる と、基板 13とエレクトレットコンデンサー 50との電気的なコンタクトを両者の機械的な 接続箇所において取るため、言い換えると、基板 13とエレクトレットコンデンサー 50と をワイヤーボンダ一を用いることなく電気的に接続するため、ボンディングワイヤーに 起因する寄生容量やノイズの発生を抑制することができる。これにより、エレクトレット コンデンサー 50の高周波特性を向上させることができる。また、エレクトレツトコンデン サー 50に必要な背部気室として、図 1 (a)に示す空孔 2のみならず、エレクトレツトコ ンデンサー 50を覆うケース 17と基板 13とによって囲まれた空間（ケース 17の内部領 域)を利用することができるため、エレクトレットコンデンサー 50の背部気室の実質的 な体積を増やすことができる。従って、エレクトレットコンデンサー 50を小型化した場 合にも当該コンデンサーの高周波特性を向上させることができる。

[0030] 以上のように、本実施形態によれば、高周波安定性等の高周波特性に優れた小型 のエレクトレットコンデンサーマイクロホンを製作することができる。

[0031] また、従来の ECMを他の基板と接続するためには、榭脂等を用いて製作されるホ ルダ一が必要であつたのに対して、本実施形態の ECMについては、図 2に示す配 線 14にハンダ等を設けることによって、前述のホルダーを用いずに他の基板に直接 接続することができる。すなわち、マイクロホンを実装するための部品を設ける必要が なくなる。

[0032] また、従来の ECMにおいては、ごみの混入を防止するために、面布と呼ばれるメッ シュ状の多孔布が、音圧を受ける部分に配置されている。ここで、多孔布における各 孔の径は約 3 μ m以上である。それに対して、本実施形態の ECMにおいては、本発 明のエレクトレットコンデンサー 50の音孔 12 (図 1参照）の径を、多孔布の各孔よりも 小さい 3 m以下に設定することによって、面布を用いた従来の ECMと同様にごみ の混入を防ぐことができる。すなわち、本実施形態の ECMにおいては、ごみ混入防 止のために面布を配置する必要がないので、構成部品の数を削減することが可能に なる。尚、本実施形態において、音孔 12の平面形状は円形に限られないが、円形以 外の形状を採用する場合には音孔 12の最大径を 3 μ m以下に設定することが好まし い。

[0033] また、従来の MEMS型マイクロホンにおいては、マイクロホンに対する音の入力孔

(本実施形態の開口部 25と対応する）が、基本的にマイクロホンの音圧受感部の上 面に配置されていたため、当該マイクロホンが搭載される携帯電話等の構造に制約 が生じていた。その結果、従来の ECMにおいては、当該 ECMにかぶせるゴムホル ダ一等の音響シールドの形状を工夫することによって、前記の入力孔の位置を変え ていた。

[0034] それに対して、本実施形態においては、図 4 (a)及び (b)に示すように、基板 13に 開口部 25を形成する際に音孔 12の上方に基板 13を残すことによって、上から見て 音孔 12と開口部 25とが重ならないようにすることができる。言い換えると、音孔 12が 外部空間から直接見えないように開口部 25を形成することができる。このようにすると 、本発明のエレクトレットコンデンサー 50が外部空間に直接露出しないので、エレクト レットコンデンサー 50を保護することができ、それによつて信頼性の高いマイクロホン を製作することができる。

[0035] 具体的には、図 4 (a)及び (b)に示す構造においては、基板 13として、例えばアル ミナや硼珪酸系ガラスを主成分とする例えば 3層構造 (下層基板 13a、中層基板 13b 、上層基板 13c)の多層セラミック基板を用いている。これにより、グリーンシート時点 で、開口部 25となる空洞を予め簡単に形成しておくことができる。これにより、図 4 (a) に示すように、音圧を受けるための開口部 25の配置位置をマイクロホンの上面に設 定したり、又は図 4 (b)に示すように、開口部 25の配置位置をマイクロホンの側面に 設定したりすることができるので、本実施形態のマイクロホンが搭載される携帯電話 等のデザインの自由度を向上させることができる。

[0036] 最後に、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサーマイクロホンを他の基板に接 続する方法について説明する。図 5は、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサー マイクロホンが他の基板と接続された状態を示す断面図である。図 5に示すように、本 実施形態のエレクトレットマイクロホンを基板 22に接続する場合、音孔 12が露出する 面（つまり基板 13の表面）を除く面、例えばケース 17の表面にコンタクト 20を形成し、 当該コンタクト 20を介して本実施形態のエレクトレットマイクロホンと基板 22とを電気 的且つ機械的に接続する。具体的には、本発明のエレクトレットコンデンサー 50は、 基板 13の一面に設けられたコンタクト 16Aと、基板 13及びケース 17の内部に設けら れた配線 21Aと、ケース 17の一面に設けられたコンタクト 20Aとをそれぞれ介して基 板 22と電気的に接続されている。また、 IC素子 15は、基板 13の一面に設けられたコ ンタクト 16Bと、基板 13及びケース 17の内部に設けられた配線 21Bと、ケース 17の 一面に設けられたコンタクト 20Bとをそれぞれ介して基板 22と電気的に接続されてい る。

産業上の利用可能性

[0037] 本発明は、エレクトレットコンデンサーマイクロホンに関し、 MEMS技術を用いて形 成されるエレクトレットコンデンサーを搭載したエレクトレットコンデンサーマイクロホン に適用した場合には、小型で高周波特性に優れたエレクトレットコンデンサーマイク 口ホンを提供でき、それにより当該マイクロホンが搭載される携帯電話等の信頼性を 向上させることができるので、非常に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 開口部が設けられた基板と、

前記開口部を塞ぐように前記基板の一面に接続され且つ音孔及び空孔を有するェ レクトレットコンデンサーと、

前記基板の前記一面に接続された駆動回路素子と、

前記エレクトレットコンデンサー及び前記駆動回路素子を覆うように前記基板に取り 付けられたケースとを備え、

前記エレクトレットコンデンサーと前記基板との接続箇所において両者の電気的な コンタクトが取られており、

前記音孔は前記開口部を介して外部空間と接続しており、

前記空孔及び前記ケースの内部領域は前記エレクトレットコンデンサーの背部気 室となることを特徴とするエレクトレットコンデンサーマイクロホン。

[2] 請求項 1に記載のエレクトレットコンデンサーマイクロホンにおいて、

前記音孔は 3 μ m以下の径を有すると共に複数設けられて 、る。

[3] 請求項 1に記載のエレクトレットコンデンサーマイクロホンにおいて、

前記基板は多層基板である。

[4] 請求項 3に記載のエレクトレットコンデンサーマイクロホンにおいて、

前記多層基板はセラミック力もなる。

[5] 請求項 3に記載のエレクトレットコンデンサーマイクロホンにおいて、

前記開口部は、前記音孔が前記外部空間力 直接見えないように前記多層基板 に形成された空洞である。

[6] 請求項 1に記載のエレクトレットコンデンサーマイクロホンにおいて、

前記エレクトレットコンデンサーと前記基板とは、金属突起物及び異方性導電榭脂 を用いて接合されている。