(57)【要約】【課題】電子機器に内蔵される回路基板上に実装され、回路基板側に集音用音孔を有するマイクロフォンに関して、例えば、マイクロフォンと回路基板間を接続する半田の不良に起因する、集音の不具合を効率的に防止できる電子機器およびマイクロフォンの実装方法が求められている。【解決手段】電子機器は、基板音孔を有する回路基板と、前記回路基板上の一部に、前記基板音孔を囲むよう設けられたガイドフレームと、前記回路基板上の前記ガイドフレーム内に、集音用のマイクロフォン音孔が前記基板音孔と連通するよう実装されたマイクロフォンと、前記ガイドフレームの内周面と前記マイクロフォンの外周面との間に、該マイクロフォンと前記回路基板の対向面間の隙間を音響的に密閉するよう充填されたシーリング材と、を備えている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板音孔を有する回路基板と、
前記回路基板上の一部に、前記基板音孔を囲むよう設けられたガイドフレームと、
前記回路基板上の前記ガイドフレーム内に、集音用のマイクロフォン音孔が前記基板音孔と連通するよう実装されたマイクロフォンと、
前記ガイドフレームの内周面と前記マイクロフォンの外周面との間に、該マイクロフォンと前記回路基板の対向面間の隙間を音響的に密閉するよう充填されたシーリング材と、
を備える、ことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記回路基板上で少なくとも前記基板音孔の周りに形成され、前記シーリング材によって取り囲まれた基板側ランドと、
前記マイクロフォン上で、少なくとも前記マイクロフォン音孔の周りに形成され、前記シーリング材によって取り囲まれたマイクロフォン側ランドと、
前記基板側ランドと前記マイクロフォン側ランドを接合し、該シーリング材によって取り囲まれた半田と、
を備える、ことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記半田は、前記シーリング材から離間していることを特徴としている請求項２記載の電子機器。
【請求項４】
前記回路基板および前記マイクロフォンを内蔵し、前記基板音孔を通じて前記マイクロフォン音孔と連通する筐体音孔を有する筐体を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載の電子機器。
【請求項５】
前記筐体に内蔵されたスピーカを備えることを特徴とする請求項４記載の電子機器。
【請求項６】
前記スピーカは、前記筐体内で開口するスピーカ背面音孔を有することを特徴とする請求項５記載の電子機器。
【請求項７】
前記シーリング材は、前記回路基板よりも弾性率が二桁以上低い低弾性材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一記載の電子機器。
【請求項８】
（ａ）回路基板上の一部に、基板音孔を囲むようガイドフレームを設ける工程と、
（ｂ）前記回路基板上の前記ガイドフレーム内に、マイクロフォンを、集音用のマイクロフォン音孔が前記基板音孔と連通するよう実装する工程と、
（ｃ）前記ガイドフレームの内周面と前記マイクロフォンの外周面との間に、シーリング材を該マイクロフォンと前記回路基板の対向面間の隙間が音響的に密閉されるよう充填する工程と、
を含む、ことを特徴とするマイクロフォンの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に内蔵される回路基板(Circuit Board)上に実装され、回路基板側に集音用音孔を有するMEMS（Micro Electronics Mechanical System）マイクロフォンを備えた電子機器およびマイクロフォンの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
MEMSマイクロフォンは、半田を用いてPCB(Printed Circuit Board)基板やフレキシブル回路基板に表面実装可能なマイクロフォンである。MEMSマイクロフォンには、それが実装される回路基板側に音孔を持つものと、回路基板とは反対側に音孔を持つものがある。本発明は、前者の回路基板側に音孔を持つものに関する。なお、MEMSマイクロフォンの背面とは、回路基板に接する面を指すものとする。また、背面に音孔を持つMEMSマイクロフォンを「背面音孔マイクロフォン」と呼称することとする。
【０００３】
特許文献１には、回路基板側にチャンバを有するマイクロフォンが開示されている。特許文献１において、マイクロフォンの回路基板と対向する面上には、マイクロフォンと回路基板を接合する環状バンプが形成されている。環状バンプの内周側に、チャンバが形成される。回路基板上には、マイクロフォンがある部分を除いて全面的に、充填層が形成される。充填層の一部は、マイクロフォンと回路基板の対向面間の隙間に侵入し、環状バンプの外周面と接している。充填層は、ホコリ又は湿気が、マイクロフォンと回路基板の対向面間の隙間を通じて、チャンバ内へ侵入することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５５６９３号公報（段落０００７参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。
【０００６】
特許文献１においては、充填層を、回路基板上のマイクロフォンがない部分に全面的に形成するため、形成に手間がかかると共に、多量の充填材が必要となる。また、マイクロフォンと回路基板の対向面間の隙間は非常に狭いため、この隙間への充填材の充填不良が発生するおそれがある。この充填不良と環状パンプの欠損という製造不良が重なって発生した場合には、マイクロフォンと回路基板の対向面間の隙間を通じて、チャンバ内に、雑音が侵入する可能性がある。なお、このような製造不良が発生しないよう、製造ラインの管理を厳重に行っても、製造不良の発生を完全には防止できない。
【０００７】
かくして、電子機器に内蔵される回路基板上に実装され、回路基板側に集音用音孔を有するマイクロフォンに関して、例えば、マイクロフォンと回路基板間を接続する半田の不良に起因する、集音の不具合を効率的に防止できる電子機器およびマイクロフォンの実装方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の視点において、電子機器は、基板音孔を有する回路基板と、前記回路基板上の一部に、前記基板音孔を囲むよう設けられたガイドフレームと、前記回路基板上の前記ガイドフレーム内に、集音用のマイクロフォン音孔が前記基板音孔と連通するよう実装されたマイクロフォンと、前記ガイドフレームの内周面と前記マイクロフォンの外周面との間に、該マイクロフォンと前記回路基板の対向面間の隙間を音響的に密閉するよう充填されたシーリング材と、を備えている。
【０００９】
第２の視点において、マイクロフォンの実装方法は、（ａ）回路基板上の一部に、基板音孔を囲むようガイドフレームを設ける工程と、（ｂ）前記回路基板上の前記ガイドフレーム内に、マイクロフォンを、集音用のマイクロフォン音孔が前記基板音孔と連通するよう実装する工程と、（ｃ）前記ガイドフレームの内周面と前記マイクロフォンの外周面との間に、シーリング材を該マイクロフォンと前記回路基板の対向面間の隙間が音響的に密閉されるよう充填する工程と、を含んでいる。
【発明の効果】
【００１０】
電子機器に内蔵される回路基板上に実装され、回路基板側に集音用音孔を有するマイクロフォンに関して、例えば、マイクロフォンと回路基板間を接続する半田不良に起因する、集音の不具合を効率的に防止できる電子機器およびマイクロフォンの実装方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回路基板上に実装されたマイクロフォン（MEMSマイクロフォン）の基本的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示したマイクロフォンの背面を示す斜視図である。
【図３】図１に示した回路基板およびマイクロフォンのランド構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示した回路基板の部分拡大図であって、音孔周りのグランドランド上の半田が欠損した場合の問題点を説明する図である。
【図５】図４に示した問題点を有する電子機器を模式的に示す部分断面図である。
【図６】実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。
【図７】図６からマイクロフォンを取り除いた斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
形態１は、第１の視点に記載のとおりである。
【００１３】
形態２において、電子機器は、前記回路基板上で少なくとも前記基板音孔の周りに形成され、前記シーリング材によって取り囲まれた基板側ランドと、前記マイクロフォン上で、少なくとも前記マイクロフォン音孔の周りに形成され、前記シーリング材によって取り囲まれたマイクロフォン側ランドと、前記基板側ランドと前記マイクロフォン側ランドを接合し、該シーリング材によって取り囲まれた半田と、を備えている。
【００１４】
形態３において、前記半田は、前記シーリング材から離間している。
【００１５】
形態４において、電子機器は、前記回路基板および前記マイクロフォンを内蔵し、前記基板音孔を通じて前記マイクロフォン音孔と連通する筐体音孔を有する筐体を備えている。
【００１６】
形態５において、電子機器は、前記筐体に内蔵されたスピーカを備えている。
【００１７】
形態６において、前記スピーカは、前記筐体内で開口するスピーカ背面音孔を有している。
【００１８】
形態７において、前記シーリング材は、前記回路基板よりも弾性率が二桁以上低い低弾性材である。シーリング材は、回路基板からの振動の影響を小さくするために、低弾性材料であることが好ましい。シーリング材のヤング率の目安として、金属やシリコンのヤング率：数十〜200GPaより、二桁以上小さく、すなわち1GPa以下であることが好ましい。このように低弾性なシーリング材は、振動の伝播経路としては無視することができる。シーリング材として、例えば、ヤング率が50MPa以下となるシリコンゴムなどが採用できる。
【００１９】
形態８は、第２の視点に記載のとおりである。
【００２０】
本発明は、例えば、携帯電話、スマートフォン、ポータブルオーディオプレイヤー、テレビ、タブレット電子機器、タブレットＰＣ(Personal Computer)、ノートＰＣ、ＰＤＡ(Personal Data Assistants：携帯情報端末)、デジタルカメラ、ゲーム機等に好適に適用される。
【００２１】
本発明の一実施形態の概要について、図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００２２】
図６を参照して、実施形態に係る電子機器（端末）１０は、基板音孔１ａを有する回路基板１と、回路基板１上の一部に、基板音孔１ａを囲むよう設けられたガイドフレーム６と、回路基板１上のガイドフレーム６内に、集音用のマイクロフォン音孔２ａが基板音孔１ａと連通するよう実装されたマイクロフォン２と、ガイドフレーム６の内周面とマイクロフォン２の外周面との間に、マイクロフォン２と回路基板１の対向面間の隙間を音響的に密閉するよう充填されたシーリング材５と、を備えている。
【００２３】
シーリング材５は、マイクロフォン２と回路基板１間を接続する半田の欠損が発生しても、欠損による隙間を通じて、雑音がマイクロフォン音孔２ａ内に侵入することを防止する。ガイドフレーム６は、シーリング材５の使用量を削減し、又、回路基板１とマイクロフォン２の対向面間の密閉性を高めることができる。これによって、集音の不具合が効率的に防止される。
【００２４】
続いて、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以降の記述において、多くの具体的事項は、説明のため、本発明の理解を助けるためになされたものである。
【００２５】
図１は、回路基板上に実装されたマイクロフォン（MEMSマイクロフォン）の基本的な構成を示す斜視図である。図１を参照すると、回路基板（PCB基板）１側にマイクロフォン音孔２ａを有するマイクロフォン２は、回路基板１上に実装される。回路基板１には、マイクロフォン音孔２ａと位置が合うように、基板音孔１ａが空けられている。マイクロフォン２は、基板音孔１ａおよびマイクロフォン音孔２ａを通じて、外部の音を取り込む。
【００２６】
図２は、図１に示したマイクロフォンの背面を示す斜視図である。図３は、図１に示した回路基板およびマイクロフォンのランド構成を示す斜視図である。
【００２７】
図２は、マイクロフォン２単体の背面、すなわち回路基板１と接する面を描いたものである。図２および図３を参照すると、マイクロフォン２の背面には、マイクロフォン側ランド２１として、グランドランド２１ａ、出力信号ライン用ランド２１ｂおよびDCバイアス用ランド２１ｃが形成されている。回路基板１上には、マイクロフォン側ランド２１に対応する位置に形成され、マイクロフォン側ランド２１と半田により接続される基板側ランド１１が形成されている。基板側ランド１１は、グランドランド１１ａ、出力信号ライン用ランド１１ｂおよびDCバイアス用ランド１１ｃを有している（図４参照）。
【００２８】
図４は、図３に示した回路基板の部分拡大図であって、音孔周りのグランドランド上半田が欠損した場合の問題点を説明する図である。
【００２９】
図４を参照すると、背面音孔型のマイクロフォン２の場合、グランドランド１１ａは、基板音孔１ａおよびマイクロフォン音孔２ａ（図２参照）の接続部を取り囲んで、それを音響的に密閉するよう設計されている。しかしながら、何らかの製造上の原因による半田不良によって、グランドランド上半田２２ａに欠損が発生した場合、マイクロフォン２が雑音を集音してしまうおそれがある。なお、半田の欠損を起こさないように、半田印刷、リフロー等の条件を、製造ラインにおいて厳重に管理したとしても、不具合の発生を完全に防止することはできない。
【００３０】
上述したように、背面音孔型のマイクロフォン２において、グランドランド１１ａは、マイクロフォン音孔２ａの密閉性を確保するために、回路基板１側に確実に半田付けされなければならない。しかし、グランドランド上半田２２ａに欠損がある場合は、その欠損を通じて、雑音が侵入して、集音特性が著しく劣化する。劣化とは主に、基板音孔１ａを通じて取り込まれるべき音声以外の取り込むべきではない雑音が、マイクロフォン音孔２ａに侵入してしまうことである。その様子を図５に示す。
【００３１】
図５は、図４に示した問題点を有する電子機器を模式的に示す部分断面図である。図５を参照すると、電子機器（端末）１００は、背面にマイクロフォン音孔２ａを有するマイクロフォン２と、マイクロフォン音孔２ａと連通する基板音孔１ａを有しマイクロフォン２が半田を用いて表面実装される回路基板１と、回路基板１、マイクロフォン２およびスピーカ４を内蔵し、基板音孔１ａを通じてマイクロフォン音孔２ａと連通する筐体マイクロフォン音孔３ａ有する筐体３と、を備えている。
【００３２】
スピーカ４は、外部に音声を出力するためのスピーカ正面音孔４ａと、スピーカ背面音孔４ｂと、を有している。筐体３は、スピーカ正面音孔４ａと連通する筐体スピーカ音孔３ｂを有している。スピーカ４の正面と筐体３の裏面の間には、スピーカ正面音孔４ａの周りに、スピーカクッション４ｃが形成されている。スピーカ４は、スピーカ正面音孔４ａを通じて外部に音声を出力し、スピーカ背面音孔４ｂからは、筐体３の内部に音声が漏洩する。なお、スピーカ背面音孔４ｂは、スピーカ背気室（不図示）における空気のコンプライアンス調整のために設けられる。
【００３３】
マイクロフォン２が本来取り込むべき音声は、筐体マイクロフォン音孔３ａおよび基板音孔１ａを経路とする音声のみである。しかし、グランドランド上半田２２ａに欠損部２３がある場合、図５中の一点破線で示すように、スピーカ背面音孔４ｂから放射された音声が、電子機器１００の内部を回り込んで、最終的に欠損部２３からマイクロフォン音孔２ａ内に侵入する。これによって、通話時、エコーが観測されることとなる。なお、上記以外の雑音、例えば、電子機器１００をユーザが触ったときの機械的雑音なども、欠損部２３から侵入する。
【００３４】
欠損部２３があっても、マイクロフォン２に雑音が侵入することを防止するためには、マイクロフォン２と回路基板１の対向する面の間で、マイクロフォン２の最外周部を、以下に説明するように、シーリング材で音響的に密閉すればよい。
【００３５】
図６は、実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。図７は、マイクロフォンを取り除いた斜視図である。
【００３６】
なお、図６および図７に示す実施形態に係る電子機器１０と、図１〜図５に示した、MEMS型マイクロフォンの一般的構成を有する電子機器１００との共通点については、適宜、図１〜図５およびこれらの図を参照しながら行った上記説明を参照することができるものとする。
【００３７】
図６および図７を参照すると、実施形態に係る電子機器（端末）１０は、基板音孔１ａを有する回路基板１と、回路基板１上の一部に、基板音孔１ａを囲むよう設けられたガイドフレーム６と、回路基板１上のガイドフレーム６内に、集音用のマイクロフォン音孔２ａが基板音孔１ａと連通するよう実装されたマイクロフォン２と、ガイドフレーム６内周面とマイクロフォン２外周面との間に、マイクロフォン２と回路基板１の対向面間の隙間を音響的に密閉するよう充填されたシーリング材５と、を備えている。
【００３８】
電子機器１０は、回路基板１上で少なくとも基板音孔１ａの周りに形成され、シーリング材５によって取り囲まれた基板側ランド１１（図３の基板側ランド１１および図４のグランドランド１１ａ参照）と、マイクロフォン２上で、少なくともマイクロフォン音孔２ａの周りに形成され、シーリング材５によって取り囲まれたマイクロフォン側ランド（図３のマイクロフォン側ランド２１および図２のグランドランド２１ａ参照）と、グランドランド１１ａを含む基板側ランドと、グランドランド２１ａを含むマイクロフォン側ランド２１を接合し、シーリング材５によって取り囲まれた半田（グランドランド上半田２２ａ参照）と、を備えている。グランドランド上半田２２ａは、シーリング材５から離間している。
【００３９】
電子機器１０は、回路基板１、マイクロフォン２およびスピーカ４（図５参照）を内蔵し、基板音孔１ａを通じてマイクロフォン音孔２ａと連通する筐体音孔を有する筐体３（図５参照）を備えている。スピーカ４は、筐体３内で開口するスピーカ背面音孔４ｂを有している。
【００４０】
次に、マイクロフォン２の実装方法（ａ）〜（ｃ）を説明する。
【００４１】
工程（ａ）では、回路基板１上の一部に、基板音孔１ａを囲むようガイドフレーム６を設ける。ガイドフレーム６には、例えば、樹脂材料又は金属材料を用いる。ガイドフレーム６は、マイクロフォン２との間に、シーリング材５充填のためのクリアランスが形成できる大きさに設けられる。ガイドフレーム６は、両面テープ又は半田付けによって、回路基板１上に固定される。
【００４２】
工程（ｂ）では、回路基板１上のガイドフレーム６内に、マイクロフォン２を、集音用のマイクロフォン音孔２ａが基板音孔１ａと連通するよう実装する。この（ｂ）工程は、回路基板１上で基板音孔１ａの周りに形成された基板側ランド１１と、マイクロフォン２上でマイクロフォン音孔２ａの周りに形成されたマイクロフォン側ランド２１とを、半田（図５のグランドランド上半田２２ａ等参照）によって接合する工程を含んでいる。
【００４３】
工程（ｃ）では、ガイドフレーム６内周面とマイクロフォン２外周面との間に、シーリング材５をマイクロフォン２と回路基板１の対向面間の隙間が音響的に密閉されるよう充填する。シーリング材５を、グランドランド上半田２２ａ等の半田から離間して、グランドランド上半田２２ａ等の半田を取り囲んでいる。充填されるシーリング材５は、ゲル状又は液状であって、マイクロフォン２とガイドフレーム６との間のクリアランスに充填され、所要の硬化条件および硬化時間を経て、硬化する。
【００４４】
図７は、図６からマイクロフォンを取り除いた斜視図である。図７を参照すると、シーリング材５は、マイクロフォン２の背面、すなわち回路基板１とマイクロフォン２の対向面間にまで回りこむ必要はなく、ガイドフレーム６内周面とマイクロフォン２外周面の間を確実に密閉できれば十分である。
【００４５】
シーリング材５は、マイクロフォン２と回路基板間を接続する半田の欠損によって形成された隙間を通じて、雑音がマイクロフォン音孔２ａ内に侵入することを防止する。ガイドフレーム６は、シーリング材５の使用量を削減し、又、密閉性を高めることができる。これによって、集音の不具合を効率的に防止することができる。
【００４６】
なお、上記の特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１  回路基板
１ａ  基板音孔
２  マイクロフォン
２ａ  マイクロフォン音孔（集音用音孔）
３  筐体
３ａ  筐体マイクロフォン音孔
３ｂ  筐体スピーカ音孔
４  スピーカ
４ａ  スピーカ正面音孔
４ｂ  スピーカ背面音孔
４ｃ  スピーカクッション
５  シーリング材
６  ガイドフレーム
１０、１００  電子機器（端末）
１１  基板側ランド
１１ａ  グランドランド
１１ｂ  出力信号ライン用ランド
１１ｃ  ＤＣバイアス用ランド
２１  マイクロフォン側ランド
２１ａ  グランドランド
２１ｂ  出力信号ライン用ランド
２１ｃ  ＤＣバイアス用ランド
２２ａ  グランドランド上半田
２３  欠損部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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