JP7166602B2 - MEMS microphone - Google Patents
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Description
本発明は、MEMSマイクロホンに関し、特に所望の周波数特性を制御することが可能なMEMSマイクロホンに関する。 The present invention relates to a MEMS microphone, and more particularly to a MEMS microphone capable of controlling desired frequency characteristics.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)は、IC(Integrated Circuit)の製造に適用される半導体微細加工技術を用いて基板上に微細な機械部品と電子回路を集積することによって製造された高機能デバイスである。 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) are high-performance devices manufactured by integrating fine mechanical parts and electronic circuits on a substrate using semiconductor microfabrication technology applied to the manufacture of ICs (Integrated Circuits). .
そして、小型マイクロホンとしてMEMS技術を適用して製造されたMEMSマイクロホンが知られている。MEMSマイクロホンは、携帯電話やスマートフォンなどの携帯情報端末や車載機器などに多く利用されている。 A MEMS microphone manufactured by applying MEMS technology is known as a small microphone. MEMS microphones are widely used in personal digital assistants such as mobile phones and smart phones, and in-vehicle equipment.
なお、MEMSチップを備えたマイクロホンの構造が、特許文献1および2に開示されている。
The structure of a microphone equipped with a MEMS chip is disclosed in
MEMS音響チップ(MEMSチップ)を有したMEMSマイクロホンにおいて、MEMS音響チップは、構造上ダストや異物の影響を受けやすい。特にボトムポートと呼ばれる回路基板に音孔が形成されたタイプのMEMSマイクロホンは、MEMS音響チップの直下に音孔があるため、取り扱いには細心の注意を払う必要がある。なお、防塵対策として不織布などで作られた防塵フィルターを音孔に設けることが知られているが、防塵フィルターの取り付けは、製造工程の自動化が困難であり、部品が増えることからコストアップが懸念される。 In a MEMS microphone having a MEMS acoustic chip (MEMS chip), the MEMS acoustic chip is structurally susceptible to dust and foreign matter. In particular, a type of MEMS microphone, called a bottom port, in which a sound hole is formed in a circuit board, has a sound hole directly below the MEMS acoustic chip, and must be handled with the utmost care. In addition, it is known to install a dust filter made of non-woven fabric etc. in the sound hole as a dust prevention measure, but it is difficult to automate the manufacturing process for attaching a dust filter, and there are concerns that the cost will increase due to the increase in parts. be done.
また、MEMS音響チップは、マイクロホンの使用目的によっては低音域が不要な場合がある。MEMS音響チップの設計で低音域をカットすることは可能であるが、MEMS音響チップは開発や製造に多くのコストが必要なことから、なるべく汎用性のあるものにしたいという要望がある。一方で、一般的なMEMSマイクロホンは、その構造上、高音域(20kHz以上)の周波数特性に数十デシベルのピークがあり、歪率などの性能や後段の信号処理に悪影響を及ぼすことがある。 Also, the MEMS acoustic chip may not require a low frequency range depending on the intended use of the microphone. It is possible to cut the low frequency range by designing the MEMS acoustic chip, but since the MEMS acoustic chip requires a lot of cost for development and manufacturing, there is a demand to make it as versatile as possible. On the other hand, a general MEMS microphone has a peak of several tens of decibels in its frequency characteristics in the high frequency range (20 kHz or higher) due to its structure, which may adversely affect performance such as distortion rate and subsequent signal processing.
すなわち、MEMSマイクロホンにおいて、精度高く周波数特性を制御することを低コストで実現することが課題となっている。 In other words, in the MEMS microphone, it is a challenge to control the frequency characteristics with high precision at low cost.
なお、上記特許文献1および2に開示されたマイクロホンの構造では、ダストの浸入などを防止することは可能であるが、何れも特別な加工を施した部品が必要であり、コスト上昇が考えられる。
Although the structures of the microphones disclosed in
本発明の目的は、MEMSマイクロホンにおいて、周波数特性を高精度に制御することや外部からのダストや異物の浸入を防ぐことを低コストで実現できる技術を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide, in a MEMS microphone, a technology capable of controlling the frequency characteristics with high accuracy and preventing dust and foreign matter from entering from the outside at a low cost.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 A brief outline of typical inventions disclosed in the present application is as follows.
本発明の代表的なMEMSマイクロホンは、音を取り込み上記音の信号を電気信号に変換するMEMSチップと、上記MEMSチップと電気的に接続され、上記MEMSチップから送信された上記電気信号を処理する信号処理チップと、を有する。さらに、上記MEMSチップおよび上記信号処理チップが搭載される第1の面を備え、一部が上記第1の面に露出する導体層と上記導体層を覆う絶縁層とが設けられた回路基板と、上記MEMSチップと上記信号処理チップとを封止し、上記第1の面に接合された蓋体と、を有する。そして、上記回路基板は、上記第1の面で開口する第1穴部と、上記第1の面と反対側の第2の面で開口する第2穴部と、上記第1穴部と上記第2穴部とを連通しかつ上記第1の面に沿って形成された第1空洞部と、を備え、上記絶縁層は、上記導体層に接合された感光性フィルムであり、上記第1空洞部は、上記導体層の端面と、天井面を形成する上記感光性フィルムと、床面を形成する基材と、によって囲まれ、上記第1空洞部の高さは、上記導体層の厚さと等しい。 A representative MEMS microphone of the present invention includes a MEMS chip that captures sound and converts the sound signal into an electrical signal, is electrically connected to the MEMS chip, and processes the electrical signal transmitted from the MEMS chip. and a signal processing chip. a circuit board having a first surface on which the MEMS chip and the signal processing chip are mounted, and provided with a conductor layer partially exposed on the first surface and an insulating layer covering the conductor layer; and a lid that seals the MEMS chip and the signal processing chip and is bonded to the first surface. The circuit board includes a first hole opened on the first surface, a second hole opened on a second surface opposite to the first surface, the first hole and the a first cavity communicating with the second hole and formed along the first surface, wherein the insulating layer is a photosensitive film bonded to the conductor layer; The cavity is surrounded by the end face of the conductor layer, the photosensitive film forming the ceiling surface, and the base material forming the floor surface, and the height of the first cavity is equal to the thickness of the conductor layer. is equal to
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, the effects obtained by representative ones are briefly described below.
MEMSマイクロホンにおいて、周波数特性を高精度に制御することおよび外部からのダストや異物の浸入を防ぐことを低コストで実現することができる。 In a MEMS microphone, it is possible to control the frequency characteristics with high accuracy and prevent dust and foreign matter from entering from the outside at low cost.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1のMEMSマイクロホンの構造の一例を示す断面図である。図1に示す本実施の形態1のMEMSマイクロホン20は、音響用のMEMSチップ(以降、MEMS音響チップとも言う)を有した小型のマイクロホンであり、例えば、携帯電話やスマートフォンなどの携帯情報端末や車載機器などに利用されている。MEMSは、半導体微細加工技術を用いて、例えばシリコン基板上に微細な機械部品と電子回路とを集積することで製造された高機能デバイスである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a MEMS microphone according to
まず、本発明者が比較検討を行った図7に示す比較例のMEMSマイクロホン100の構成について説明する。図7は比較例のMEMSマイクロホンの構造を示す断面図である。
First, the configuration of the
図7に示す比較例のMEMSマイクロホン100は、MEMS音響チップ(MEMSチップ)2と信号処理チップ4とを搭載する回路基板1を備えている。そして、回路基板1の上面1aに搭載されたMEMS音響チップ2の直下の位置に音孔3として貫通孔が形成されている。
A
また、回路基板1の上面1aには、MEMS音響チップ2の隣に信号処理チップ4が横並びで搭載されている。MEMS音響チップ2と信号処理チップ4は、金属製のワイヤ5で電気的に接続されている。さらに、信号処理チップ4は、ワイヤ5によって回路基板1の上面1aに露出するボンディングパッド1jに電気的に接続されている。すなわち、信号処理チップ4はワイヤ5を介して回路基板1に電気的に接続されている。なお、ワイヤ5は、例えば、金線である。
A
また、上述のMEMS音響チップ2や信号処理チップ4などの搭載部品を覆う蓋体7が設けられている。蓋体7は、上記搭載部品を覆って回路基板1の上面1aの周縁部に接着されており、内部の空間6を形成している。つまり、MEMS音響チップ2や信号処理チップ4は、蓋体7によって封止されるとともに、内部の空間6が蓋体7によって密閉されている。
Further, a
また、回路基板1の下面1b側の接続用パターン1kは、上面1a側の銅箔パターン1c(図2参照)と図示しないスルーホール配線などで電気的に接続され、MEMSマイクロホン100が機器に搭載される際に半田付けパターンとして使用される。
The
図7に示される比較例のMEMSマイクロホン100では、MEMS音響チップ2の直下に音孔3があり、取り扱いには細心の注意を払う必要がある。不織布などで作られた防塵フィルターを音孔3に設けることは、MEMSマイクロホン100の製造工程の自動化を困難なものとし、部品が増えることからコストアップに繋がることを本発明者は見出した。
In the MEMS
さらに、MEMS音響チップ2は、マイクロホンの使用目的によっては低音域が不要な場合があるが、MEMS音響チップ2は開発や製造に多くのコストが必要なことから、可能な限り汎用性があるものにすることが好ましい。また、一般的なMEMSマイクロホン100は、その構造上、高音域(20kHz以上)の周波数特性に数十デシベルのピークがあり、歪率などの性能や後段の信号処理に悪影響を及ぼすことがある。つまり、MEMSマイクロホン100において、精度高く周波数特性を制御することを低コストで実現することが課題であることを本発明者は見出した。
Furthermore, the MEMS
そこで、図1に示す本実施の形態1のMEMSマイクロホン20は、MEMS音響チップ2に音波を取り込むために回路基板1に形成される音孔(穴部)の位置を、MEMS音響チップ2の直下からずらした位置に設けるものである。
Therefore, in the MEMS
本実施の形態1のMEMSマイクロホン20の構造について、図1~図4を用いて具体的に説明する。図2は図1に示すMEMSマイクロホンが備える回路基板の構造の一例を示す拡大部分断面図、図3は図1に示すMEMSマイクロホンの第1空洞部の構造の一例を示す拡大部分断面図、図4(a)は図3に示すA-A線に沿って切断した構造を示す拡大部分断面図、(b),(c)のそれぞれは図3に示すA-A線に沿って切断した構造の変形例を示す拡大部分断面図である。
The structure of the MEMS
本実施の形態1のMEMSマイクロホン20は、音を取り込み、かつ上記音の信号を電気信号に変換するMEMS音響チップ(MEMSチップ)2と、MEMS音響チップ2と電気的に接続され、かつMEMS音響チップ2から送信された電気信号を処理する信号処理チップ4と、を有している。信号処理チップ4は、MEMS音響チップ2から送信された電気信号を、例えば、増幅処理する。
The MEMS
また、MEMSマイクロホン20は、MEMS音響チップ2および信号処理チップ4が搭載される上面(第1の面)1aを備え、かつ一部が上面1aに露出する導体層と上記導体層を覆う絶縁層とが設けられた回路基板1と、MEMS音響チップ2と信号処理チップ4とを覆って封止し、かつ上面1aに接合された蓋体7と、を有している。
The MEMS microphone 20 has a top surface (first surface) 1a on which the MEMS
MEMS音響チップ2は、空洞部(キャビティ部)2aと、空洞部2aに設けられた図示しない振動板とを備えており、空洞部2aを基板側に向けて回路基板1の上面1aに搭載されている。そして、MEMS音響チップ2は、音波を取り込み、音の信号を電気信号に変換し、この電気信号を信号処理チップ4に送信する。MEMS音響チップ2と信号処理チップ4とは、金線などのワイヤ5を介して電気的に接続されている。したがって、MEMS音響チップ2から出力された電気信号は、ワイヤ5を介して信号処理チップ4に送信される。
The MEMS
信号処理チップ4は、MEMS音響チップ2から送信された電気信号を増幅処理などを行って出力するものであり、複数のワイヤ5を介して回路基板1と電気的に接続されている。具体的には、信号処理チップ4と電気的に接続された複数のワイヤ5は、回路基板1の上面1aの複数のボンディングパッド1jのそれぞれに電気的に接続されている。
The
蓋体7は、回路基板1の上面1aの周縁部と導電性ペーストなどを介して接合されており、内部に密閉された空間6を形成し、MEMS音響チップ2と信号処理チップ4とを封止している。蓋体7は、金属製もしくは樹脂製のキャップである。
The
回路基板1の下面(第2の面)1bには、複数の接続用パターン1kが設けられている。これら複数の接続用パターン1kは、上面1a側の導体層と図示しないスルーホール配線などで電気的に接続されている。
A plurality of
回路基板1は、図2に示されるように、ガラスエポキシ材などからなる基材1fを有したプリント基板である。そして、基材1fの表と裏の両面に導体層が積層されている。上記導体層は、銅箔によって形成された銅箔パターン1cである。
The
上面1a側の銅箔パターン1c上には、絶縁層が形成されている。上記絶縁層は、エッチング加工によって形成された銅箔パターン1cに、貼り合わせ(ラミネート)により接合した感光性フィルム1eである。すなわち、上記絶縁層は、銅箔パターン1cを覆うソルダレジストであり、上記ソルダレジストとして感光性フィルム1eが設けられている。ただし、図1に示すように銅箔パターン1cの一部は、ワイヤ5を接続するボンディングパッド1jとして感光性フィルム1eから露出している。つまり、銅箔パターン1c形成後に銅箔パターン1c上に感光性フィルム1eを貼り付け(貼り合わせ)、感光性フィルム1eを露光および現像することで、感光性フィルム1eにボンディングパッド1jを露出させるための開口部を形成する。これにより、感光性フィルム1eの開口部からボンディングパッド1jが露出する。
An insulating layer is formed on the
一方、図2に示す回路基板1において、下面1b側の銅箔パターン1cには、液状のソルダレジスト1nが印刷によって形成されている。
On the other hand, in the
つまり、回路基板1は、基材1fと、基材1fの上層に形成された上面1a側の銅箔パターン1cと、上面1a側の銅箔パターン1c上に最上層(ソルダレジスト)として形成された感光性フィルム1eと、基材1fの下層に形成された下面1b側の銅箔パターン1cと、下面1b側の銅箔パターン1cの下層に最下層として形成されたソルダレジスト1nと、を備えている。
That is, the
回路基板1の各層の厚さは、一例として、基材1fは、200μm、上面1a側および下面1b側の銅箔パターン1cのそれぞれは、35μm、最上層の感光性フィルム1eは、25μm、最下層のソルダレジスト1nは、20μmであるが、これらの数値に限定されるものではない。
As an example, the thickness of each layer of the
また、本実施の形態1のMEMSマイクロホン20の回路基板1は、図3に示すように、上面1aで開口する第1穴部1gと、上面1aと反対側の下面1bで開口する第2穴部1hと、第1穴部1gと第2穴部1hとを連通しかつ上面1aに沿って形成された音響流路(第1空洞部)1iと、を備えている。つまり、上面1a側の第1穴部1gと下面1b側の第2穴部1hとが音響流路1iを介して繋がっている。
Moreover, as shown in FIG. 3, the
なお、音響流路1iは、回路基板1の上面1a(もしくは下面1b)に沿って形成された流路であり、MEMSマイクロホン20の外部に開口する穴部と内部に開口する穴部とを繋ぐ流路である。したがって、第1穴部1gと音響流路1iと第2穴部1h(音孔3)とからなる音の流路は、回路基板1の断面視において、回路基板1の厚さ方向に対してクランク状(非直線状)に形成されている。
The
また、言い換えると、回路基板1において、音響流路1iで繋がる上面1a側の第1穴部1gと、下面1b側の第2穴部1hとが、図4(a)に示すように、平面視で見た時にずれた位置に配置されている。そして、図1に示すようにMEMSマイクロホン20では、第1穴部1gは、上面1aのMEMS音響チップ2の搭載領域であるチップ搭載領域1mに開口している。
In other words, in the
したがって、MEMSマイクロホン20においては、音孔3(第2穴部1h)から入った音波は、音響流路1iを通り、さらに第1穴部1gを通過してMEMS音響チップ2に到達する。
Therefore, in the
なお、図3に示すように、音響流路1iの高さT1は、銅箔パターン1cの厚さT2と等しい(T1=T2)。これは、音響流路1iが、銅箔の一部をエッチング加工して除去し、銅箔パターン1cとして形成されたものであり、その結果、音響流路1iの高さT1が、銅箔パターン1cの厚さT2と等しくなっている。
Incidentally, as shown in FIG. 3, the height T1 of the
さらに、音響流路1iは、銅箔の一部をエッチング加工して除去し、空洞部として形成されたものであるため、音響流路1iの側壁は、銅箔パターン1cの端面1dによって形成されている。つまり、回路基板1上のパターニングされた銅箔(銅箔パターン1c)の端面1dが音響流路1iの壁面となり、したがって、この壁面の高さT1が、銅箔パターン1cの厚さT2に相当する。
Furthermore, since the
言い換えると、銅箔パターン1cにおいて、エッチング加工によって削り取られて残った端面1dが音響流路1iの側壁となっている。したがって、音響流路1iは、図4(a)に示すように、その側壁(壁面)となる銅箔パターン1cの端面1dによって囲まれている。
In other words, in the
そして、音響流路1iは、図3に示すように、その天井面が感光性フィルム1eであり、その床面が基材1fとなっている。これにより、回路基板1における音響流路1iは、銅箔パターン1cの端面1dと、上面1a側にソルダレジストとして設けられた感光性フィルム1eと、基材1fと、によって形成されている。
As shown in FIG. 3, the
以上のように、本発明者が比較検討を行った図7に示すMEMSマイクロホン100の音孔3がMEMS音響チップ2の直下に設けられ、かつ音響の流路が直線状に形成されているのに対し、図1に示す本実施の形態1のMEMSマイクロホン20では、音孔3が内部のMEMS音響チップ2の直下からずれた位置に設けられている。
As described above, the
そして、MEMSマイクロホン20では、音孔3から入った音波は、回路基板1のパターニングされた銅箔(銅箔パターン1c)の端面1dを側壁とし、かつ感光性フィルム1eを天井面とし、さらに基材1fを床面として形成された音響流路1iを通過して、MEMS音響チップ2に到達する。その際、音響流路1iは、銅箔パターン1cの一部がエッチング加工により除去されて形成されたものであるため、音響流路1iの側壁すなわち壁面の高さT1は、銅箔パターン1cの厚さT2に相当する。
In the
さらに、音響流路1iの天井面は、貼り合わせ(ラミネート)によって銅箔パターン1cに接合された感光性フィルム1eである。つまり、感光性フィルム1eは、銅箔パターン1cを形成するためのエッチング加工後、貼り合わせによって銅箔パターン1c上に接合するものであり、液体のレジスト塗布や真空ラミネートなどでフィルムを密着させるソルダレジストの形成方法とは異なっている。すなわち、貼り合わせられた感光性フィルム1eの下部に空洞部を形成することができる。したがって、エッチング加工後の銅箔パターン1cの端面1dを音響流路1iの側壁(壁面)とすることができ、音響流路1iの高さT1を高精度に形成することができる。
Furthermore, the ceiling surface of the
また、図4(a)に示すように、音響流路1iの側壁が銅箔パターン1c(図中のドット部分)の端面1dによって囲まれるため、音響流路1iの幅も高精度に形成することができる。すなわち、エッチング加工による銅箔パターン1cによって音響流路1iの高さおよび幅が決められるため、音響流路1iの高さおよび幅を高精度に形成することができる。
In addition, as shown in FIG. 4A, the side wall of the
なお、音響流路1iは、その音響抵抗として音響特性の高音域のピークを抑える効果がある。例えば、音響抵抗とイナータンスとして音響流路1iに作用する。イナータンスは、音の速く伝播しようとする動作に影響を及ぼすため、主として高音域の周波数特性に影響を与える。ピークを抑える度合いは、音響流路1iの幅、高さ、長さにより制御することができる。
In addition, the
ここで、図4(b)および図4(c)のそれぞれは、音響流路1iの形状の変形例を示すものであり、銅箔のパターニング(銅箔パターン1c:図中のドット部分)の形状により、音響流路1iの幅と長さを容易に変えることができる。
Here, each of FIGS. 4(b) and 4(c) shows a modified example of the shape of the
例えば、図4(b)の変形例の音響流路1iは、図4(a)の音響流路1iに比べて、流路の幅が狭く(細く)形成されている。また、図4(c)の変形例の音響流路1iは、図4(a)の音響流路1iに比べて、流路の長さが長く、かつ幅が狭く形成されているとともに、平面視として2箇所で折れ曲がっている。
For example, the
これにより、周波数特性の高音域のピークを必要に応じ抑制することができる。すなわち、MEMSマイクロホン20において、取り込んだ音の周波数特性を高精度に制御することができる。
As a result, peaks in the high frequency range of the frequency characteristics can be suppressed as necessary. That is, in the
また、図3に示す本実施の形態1のMEMSマイクロホン20では、音孔3(第2穴部1h)から入った音波の流路(第1穴部1gと音響流路1iと第2穴部1hとからなる流路)が、回路基板1の厚さ方向に対してクランク状(非直線状)に形成されていることにより、ダストおよび異物がMEMS音響チップ2に直接的に到達するのを防ぐことができる。
Moreover, in the
なお、上述の図4(c)の変形例の音響流路1iは、平面視としても2箇所で折れ曲がっているため、図4(a)の音響流路1iに比べて、ダストおよび異物を浸入しずらくすることができる。
Note that the
また、MEMSマイクロホン20における音響流路1iは、回路基板1の銅箔パターン1cと感光性フィルム1eと基材1fとによって構成され、かつ感光性フィルム1eはソルダレジストの機能も有することから、別途追加される部品や工程が無いため、量産性に優れ、低コストでMEMSマイクロホン20の生産を実現することができる。
In addition, the
したがって、本実施の形態1のMEMSマイクロホン20によれば、周波数特性を高精度に制御することや外部からのダストや異物の浸入を防ぐことを低コストで実現することができる。
Therefore, according to the
また、銅箔パターン1cの形状を種々変更することのみで音の様々な周波数特性が得られることから、最小のコストで多くの異なる特性のMEMSマイクロホン20を生産することができる。
In addition, since various frequency characteristics of sound can be obtained simply by changing the shape of the
(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2のMEMSマイクロホンの構造の一例を示す断面図である。図5を用いて本実施の形態2のMEMSマイクロホン30について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the MEMS microphone according to
本実施の形態2のMEMSマイクロホン30の実施の形態1のMEMSマイクロホン20と異なる点は、回路基板1における他の第1穴部1qが、回路基板1の上面1aにおいて、MEMS音響チップ2と蓋体7の側壁7aとの間の領域(非チップ搭載領域1p)の空間6にも開口している点である。
The difference between the
この第1穴部1qは、音孔3である第2穴部1hと連通している。詳細には、音響流路1iと同様に上面1aに沿って延び、かつ音響流路1iと同様の構造の音響流路(第1空洞部)1rが形成されており、上面1aの非チップ搭載領域1pに開口する第1穴部1qと、下面1bで開口する第2穴部1hとが音響流路1rを介して連通している。
The
音響流路1rは、音響流路1iと同様の構造である。すなわち、天井面が感光性フィルム1eであり、床面が基材1fからなり、さらに側面(側壁)が銅箔パターン1cの端面1dからなる音の流路である。したがって、音響流路1rの高さは、銅箔パターン1cの厚さと等しくなっている。
The
なお、図5に示すMEMSマイクロホン30においては、音響流路1rは、音響流路1iとも連通している。すなわち、第1穴部1qと第2穴部1hとが音響流路1rを介して連通しており、さらにMEMS音響チップ2の空洞部2aに向けて開口する第1穴部1gと第2穴部1hとが音響流路1iを介して連通しており、音響流路1rは音響流路1iとも繋がっている。
In addition, in the
つまり、本実施の形態2のMEMSマイクロホン30は、MEMSマイクロホン30の内部の空間(蓋体7の内部容積)6と、MEMSマイクロホン30の外部が、音響流路1iに繋がる音響流路1rを経由して連通するようにした構造の例であり、さらにMEMS音響チップ2の空洞部2aに開口する第1穴部1gも音響流路1iを介して外部に繋がっている。
That is, in the
図5に示す構造では、第2穴部1hから取り込まれた音が、音響流路1iを介して第1穴部1gからMEMS音響チップ2の空洞部2aに入り、図示しない振動板の下面に伝えられる。同時に音響流路1rを介して第1穴部1qから空間6に入り、図示しない振動板の上面に伝えられる。音は周波数が低いほど回り込みやすい性質があることから、上記振動板の両側から同相の音が入り、上記振動板の動きを打ち消し合うので、低い音をカットすることができる。言い換えると、音響特性の低域のカットオフ周波数を上げることができる。カットオフ周波数は流路の長さ、幅、高さ、振動板の小孔の径により制御することができる。そして、実施の形態1のMEMSマイクロホン20と同様に、音響流路1rの幅と長さを変えることにより、低音域の周波数特性を高精度に制御することができる。
In the structure shown in FIG. 5, sound taken in from the
なお、低域特性の制御のための音響流路1rは、高域特性のための音響流路1iとは連通しないように別個として設けてもよい。
The
また、MEMS音響チップ2の空洞部2aに開口する第1穴部1gが音響流路1iを介して外部に開口する第2穴部1hと繋がっているため、実施の形態1のMEMSマイクロホン30で得られる効果と同様に、周波数特性の高音域のピークを抑制することができる(高い音をカットすることができる)。
In addition, since the
したがって、本実施の形態2のMEMSマイクロホン30によれば、実施の形態1のMEMSマイクロホン20と同様に、取り込んだ音の周波数特性を高精度に制御することができる。そして、MEMSマイクロホン30においても、周波数特性を高精度に制御することおよび外部からのダストや異物の浸入を防ぐことを低コストで実現することができる。なお、本実施の形態2のMEMSマイクロホン30によって得られる他の効果は、実施の形態1のMEMSマイクロホン20の効果と同様であるため、その重複説明は省略する。
Therefore, according to the
(実施の形態3)
図6は本発明の実施の形態3のMEMSマイクロホンの構造の一例を示す断面図である。なお、実施の形態3は、音響流路を有する指向性のMEMSマイクロホンの例を説明するものである。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the MEMS microphone according to
図6に示すMEMSマイクロホン40は、回路基板1の前面側に、実施の形態1のMEMSマイクロホン20と同様に、MEMS音響チップ2の空洞部2aに向けて開口する第1穴部1gと、前面側の音孔3である第2穴部1hと、上面(第1の面)1aに沿って形成され、かつ第1穴部1gと第2穴部1hとを連通する前面側の音響流路1iとが形成されている。さらに、MEMSマイクロホン40は、その回路基板1において、信号処理チップ4に対してMEMS音響チップ2が搭載された領域と反対側(背面側)の領域(非チップ搭載領域1v)の空間6に開口する第3穴部1sと、下面(第2の面)1bで開口する背面側の音孔8である第4穴部1tと、を備えている。また、回路基板1は、第3穴部1sと第4穴部1tとを連通し、かつ上面1aに沿って形成された背面側の音響流路(第2空洞部)1uを備えている。
The
つまり、本実施の形態3のMEMSマイクロホン40は、前面側、背面側の2個所に音孔3,8と、それぞれに連通する2本の音響流路1i,1uとを有しており、前面側の音孔3と繋がる前面側の音響流路1iは、MEMS音響チップ2の空洞部2aに向けてMEMS音響チップ2の下側に連通している。これにより、前面側の音孔3と繋がる前面側の音響流路1iは、主としてダストと異物の侵入の抑制、および高音域の周波数特性の制御に寄与している。
In other words, the
一方、背面側の音孔8と繋がる音響流路1uは、MEMSマイクロホン40の内部の背面側の非チップ搭載領域1vの空間(蓋体7の内部容積)6に連通している。これにより、背面側の音孔8から取り込まれた音は、音響流路1uを介して第3穴部1sから空間6に入り、MEMS音響チップ2の図示しない振動板の上面に伝えられる。この音圧と、前面側の音孔3から取り込まれ上記振動板の下面に伝えられる音圧とのバランスが、マイクロホンの指向特性の形成に寄与している。
On the other hand, the
このように、本実施の形態3のMEMSマイクロホン40では、適切になるように音響流路の形状を設定することにより、様々な指向特性を得ることが可能である。
As described above, in the
なお、音響流路1uは、音響流路1iと同様の構造である。すなわち、天井面が感光性フィルム1eであり、床面が基材1fからなり、さらに側面(側壁)が銅箔パターン1cの端面1dからなる音の流路である。
The
したがって、実施の形態1のMEMSマイクロホン20と同様に、音響流路1uの高さは、銅箔パターン1cの厚さと等しくなっている。
Therefore, as in the
これにより、本実施の形態3のMEMSマイクロホン40においても、実施の形態1のMEMSマイクロホン20と同様に、取り込んだ音の周波数特性を高精度に制御することができる。そして、MEMSマイクロホン40においても、周波数特性を高精度に制御することおよび外部からのダストや異物の浸入を防ぐことを低コストで実現することができる。なお、本実施の形態3のMEMSマイクロホン40によって得られる他の効果は、実施の形態1のMEMSマイクロホン20の効果と同様であるため、その重複説明は省略する。
As a result, in the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
上記実施の形態では、回路基板1として、基材1fの上層と下層とにそれぞれ1層の配線層(銅箔パターン1cを形成する銅箔層)を有した基板の場合を取り上げて説明したが、回路基板1は、基材1fの上層と下層のそれぞれに複数の配線層を有した多層配線基板などであってもよい。
In the above embodiment, the
1 回路基板
1a 上面(第1の面)
1b 下面(第2の面)
1c 銅箔パターン(導体層)
1d 端面(側壁)
1e 感光性フィルム(絶縁層)
1f 基材
1g 第1穴部
1h 第2穴部
1i 音響流路(第1空洞部)
1j ボンディングパッド
1k 接続用パターン
1m チップ搭載領域
1n ソルダレジスト
1p 非チップ搭載領域
1q 第1穴部
1r 音響流路(第1空洞部)
1s 第3穴部
1t 第4穴部
1u 音響流路(第2空洞部)
1v 非チップ搭載領域
2 MEMS音響チップ(MEMSチップ)
2a 空洞部
3 音孔
4 信号処理チップ
5 ワイヤ
6 空間
7 蓋体
7a 側壁
8 音孔
20,30,40,100 MEMSマイクロホン
1
1b lower surface (second surface)
1c Copper foil pattern (conductor layer)
1d end face (side wall)
1e photosensitive film (insulating layer)
1s
1 v
Claims (5)
前記MEMSチップと電気的に接続され、前記MEMSチップから送信された前記電気信号を処理する信号処理チップと、
前記MEMSチップおよび前記信号処理チップが搭載される第1の面を備え、一部が前記第1の面に露出する導体層と、前記導体層を覆う絶縁層とが設けられた回路基板と、
前記MEMSチップと前記信号処理チップとを封止し、前記第1の面に接合された蓋体と、
を有し、
前記回路基板は、前記第1の面で開口する第1穴部と、前記第1の面と反対側の第2の面で開口する第2穴部と、前記第1穴部と前記第2穴部とを連通しかつ前記第1の面に沿って形成された第1空洞部と、を備え、
前記絶縁層は、前記導体層に接合された感光性フィルムであり、
前記第1空洞部は、前記導体層の端面と、天井面を形成する前記感光性フィルムと、床面を形成する基材と、によって囲まれ、
前記第1空洞部の高さは、前記導体層の厚さと等しい、MEMSマイクロホン。 a MEMS chip that captures sound and converts the sound signal into an electrical signal;
a signal processing chip electrically connected to the MEMS chip and processing the electrical signal transmitted from the MEMS chip;
a circuit board provided with a first surface on which the MEMS chip and the signal processing chip are mounted, a conductor layer partially exposed on the first surface, and an insulating layer covering the conductor layer;
a lid that seals the MEMS chip and the signal processing chip and is bonded to the first surface;
has
The circuit board includes a first hole that opens on the first surface, a second hole that opens on a second surface opposite to the first surface, and the first hole and the second hole. a first cavity communicating with the hole and formed along the first surface;
The insulating layer is a photosensitive film bonded to the conductor layer,
The first cavity is surrounded by an end surface of the conductor layer, the photosensitive film forming a ceiling surface, and a base material forming a floor surface,
A MEMS microphone, wherein the height of the first cavity is equal to the thickness of the conductor layer.
前記導体層は、銅箔によって形成された銅箔パターンであり、
前記第1空洞部の側壁は、前記銅箔パターンの端面である、MEMSマイクロホン。 The MEMS microphone of claim 1 , wherein
The conductor layer is a copper foil pattern formed of copper foil,
The MEMS microphone, wherein the side wall of the first cavity is an end surface of the copper foil pattern.
前記第1穴部は、前記第1の面において前記MEMSチップが備える空洞部に向けて開口している、MEMSマイクロホン。 The MEMS microphone of claim 1, wherein
The MEMS microphone, wherein the first hole opens toward a cavity provided in the MEMS chip on the first surface.
前記第1穴部は、前記第1の面において前記MEMSチップと前記蓋体の側壁との間の領域の空間に向けて開口している、MEMSマイクロホン。 The MEMS microphone of claim 1, wherein
The MEMS microphone, wherein the first hole opens toward a space in a region between the MEMS chip and a side wall of the lid on the first surface.
前記回路基板は、前記信号処理チップに対して前記MEMSチップが搭載された領域と反対側の領域の空間に開口する第3穴部と、前記第2の面で開口する第4穴部と、前記第3穴部と前記第4穴部とを連通しかつ前記第1の面に沿って形成された第2空洞部と、を備え、
前記第2空洞部の高さは、前記導体層の厚さと等しい、MEMSマイクロホン。 The MEMS microphone of claim 1, wherein
The circuit board has a third hole that opens into a space in a region opposite to the region where the MEMS chip is mounted with respect to the signal processing chip, a fourth hole that opens in the second surface, a second hollow portion communicating with the third hole portion and the fourth hole portion and formed along the first surface;
A MEMS microphone, wherein the height of the second cavity is equal to the thickness of the conductor layer .
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