(57)【要約】【課題】低コストで安定した音響特性を得ることが可能な音響センサを提供する。【解決手段】静電容量型の音響センサチップ１０と、音波導入用の音孔３３が厚み方向に貫設され音孔３３を覆うように音響センサチップ１０が一表面側に実装された実装基板３１と、実装基板３１の上記一表面側に実装基板３１との間に音響センサチップ１０およびＩＣチップ２０を収納するキャビティ３４が形成される形で封着されたカバー３２とを備え、音響センサチップ１０は、実装基板３１の上記一表面側において音孔３３を閉塞する多孔質シートをダイボンド材として実装基板３１に実装されている。多孔質シート４０は、防水性、防塵性および通気性を有する多孔質層４１と、当該多孔質層４１の厚み方向の両面それぞれに設けられ音孔３３に対応する領域が開口された接着層４２，４３とを有し、接着層４２，４２により、実装基板３１，音響センサチップ１０と固着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量型の音響センサチップと、音波導入用の音孔が厚み方向に貫設され音孔を覆うように音響センサチップが一表面側に実装された実装基板と、実装基板の前記一表面側に実装基板との間に音響センサチップを収納するキャビティが形成される形で封着されたカバーとを備え、音響センサチップは、実装基板の前記一表面側において音孔を閉塞する多孔質シートをダイボンド材として実装基板に実装されてなることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
前記多孔質シートは、多孔質層と、当該多孔質層の厚み方向の両面それぞれに設けられ前記音孔に対応する領域が開口された接着層とを有し、一面側の接着層により前記実装基板と固着され、他面側の接着層により前記音響センサチップと固着されてなることを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
【請求項３】
前記多孔質層は、ポリテトラフルオロエチレンの多孔質体からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の音響センサ。
【請求項４】
前記接着層は、エポキシ系樹脂により形成されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の音響センサ。
【請求項５】
前記実装基板は、厚み方向に貫通するベント孔が前記音孔から離れて設けられ、前記多孔質シートは、前記音孔とベント孔との両方を閉塞する大きさに形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エレクトレットコンデンサマイクロホンに比べて耐環境性に優れた音響センサチップを備えた音響センサとして、図６や図７に示すように、シリコン基板を用いて形成された静電容量型の音響センサチップ１０’と、音響センサチップ１０’と協働するＩＣチップ２０’と、音響センサチップ１０’とＩＣチップ２０’とを収納するパッケージ３０’とを備えた音響センサが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上述の音響センサは、音響センサチップ１０’とＩＣチップ２０’とが一表面側に実装されたプリント配線板からなる実装基板３１’と、実装基板３１’の上記一表面側に実装基板３１’との間に音響センサチップ１０’およびＩＣチップ２０’を収納する形で封着されたカバー３２’とでパッケージ３０’が構成されており、カバー３２’において音響センサチップ１０’に対向する部位に、音響センサチップ１０’への音波導入用の音孔３３’が貫設され、当該音孔３３’が多孔質シート５０’により閉塞されている。なお、多孔質シート５０’は、多孔質層５１’と当該多孔質層５１’の厚み方向の一面側に設けられた接着層５２’とで構成されており、接着層５２’によりカバー３２’に固着されている。
【０００４】
また、上述の音響センサは、実装基板３１’の上記一表面に、音響センサチップ１０’の背面側にキャビティ３４’を形成するための凹部３１ａ’が形成されている。
【特許文献１】特表２００４−５３７１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図６や図７に示した構成の音響センサでは、耐環境性を高めて安定した音響特性が得られるように、製造時に、カバー３２’の音孔３３’を閉塞する多孔質シート５０’をカバー３２’に貼着する工程が必要となり、コストが高くなってしまう。また、上記特許文献１には、シールドケースとして機能させるカバーに多孔質シートをインサート成形したものも記載されているが、この場合には、音孔の位置や形状などの設計変更がある度に多孔質シートをインサート成形したカバーを製造する必要があり、コストアップの原因となってしまう。また、上述の音響センサでは、キャビティ３４’の容積が大きいほど音響特性が向上するが、音響センサチップ１０’のチップサイズおよび実装基板３１’の厚みによりキャビティ３４’の容積が制限されてしまう。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コストで安定した音響特性を得ることが可能な音響センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、静電容量型の音響センサチップと、音波導入用の音孔が厚み方向に貫設され音孔を覆うように音響センサチップが一表面側に実装された実装基板と、実装基板の前記一表面側に実装基板との間に音響センサチップを収納するキャビティが形成される形で封着されたカバーとを備え、音響センサチップは、実装基板の前記一表面側において音孔を閉塞する多孔質シートをダイボンド材として実装基板に実装されてなることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、音波導入用の音孔が実装基板の厚み方向に貫設され、音響センサチップが、実装基板の一表面側において音孔を閉塞する多孔質シートをダイボンド材として実装基板に実装されているので、製造時に音響センサチップのダイボンディング工程において多孔質シートをダイボンド材として使用でき、しかも、当該多孔質シートにより耐環境性を高めることができるので、別途に多孔質シートをカバーに貼着する工程が不要となり、低コストで安定した音響特性を得ることが可能となる。また、音波導入用の音孔が実装基板の厚み方向に貫設され、カバーが実装基板との間に音響センサチップを収納するキャビティが形成される形で封着されていることにより、キャビティの容積が音響センサチップのチップサイズに制限されることがないから、実装基板とカバーとで構成されるパッケージの小型化を図りながらもキャビティの容積を大きくすることができ、音響特性の向上を図れるという利点もある。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記多孔質シートは、多孔質層と、当該多孔質層の厚み方向の両面それぞれに設けられ前記音孔に対応する領域が開口された接着層とを有し、一面側の接着層により前記実装基板と固着され、他面側の接着層により前記音響センサチップと固着されてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記実装基板へ前記音響センサチップを容易に実装することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記多孔質層は、ポリテトラフルオロエチレンの多孔質体からなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、耐環境性を高めることができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記接着層は、エポキシ系樹脂により形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、耐環境性を高めることができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記実装基板は、厚み方向に貫通するベント孔が前記音孔から離れて設けられ、前記多孔質シートは、前記音孔とベント孔との両方を閉塞する大きさに形成されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記実装基板にベント孔が設けられていることにより、音響特性を安定させることができ、ベント孔を通して前記キャビティへ異物や水分などが侵入するのを防止でき、しかも、ベント孔を前記音孔とは別の多孔質シートにより閉塞する場合に比べて製造が容易になり、低コスト化を図れる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明では、低コストで安定した音響特性を得ることが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施形態１）
以下、本実施形態の音響センサについて図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１９】
本実施形態の音響センサは、バルクマイクロマシニング技術などを利用して形成された静電容量型の音響センサチップ（マイクロホンチップ）１０と、音響センサチップ１０と協働するＩＣチップ２０と、音響センサチップ１０とＩＣチップ２０とを収納するパッケージ３０とを備えている。なお、ＩＣチップ２０には、音響センサチップ１０の出力信号からノイズを除去するノイズ除去回路や音響センサチップ１０の出力信号を増幅する増幅回路などが集積化されている。
【００２０】
音響センサチップ１０は、図２に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）の支持部１１の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部（可動板部）１２の背面側（図２（ｂ）における上面側）に絶縁層（例えば、シリコン酸化膜）からなる複数のスペーサ部１３を介して背板部（固定板部）１４が設けられ、振動板部１２と背板部１４との間に空間１６が形成されている。また、背板部１４には複数の排気孔（アコースティックホール）１５が厚み方向に貫設されており、振動板部１２の振動時に排気孔１５を空気が通過するようにしてある。したがって、振動板部１２が音波の圧力を受けて振動する際に振動板部１２と背板部１４との間の空間１６の媒質である空気により過度に制動を受けないようにすることができ、広い周波数帯域にわたる平坦な周波数特性と広いダイナミックレンジとを得ることが可能となる。なお、本実施形態における音響センサチップ１０は、厚み方向の中間部に埋込酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜を有するＳＯＩウェハとシリコンウェハとを互いの対向面の少なくとも一方に形成したシリコン酸化膜が介在する形で貼り合わせた後でシリコンウェハを所定厚さ（ここでは、背板部１４の設計厚さ）まで研磨した多層構造ウェハを用いて形成されており、ＳＯＩウェハの主表面側のシリコン層の一部により形成される振動板部１２に予め不純物をドーピングすることで振動板部１２に導電性を付与してあって、振動板部１２が可動電極を構成し、また、シリコンウェハの一部により形成される背板部１４に予め不純物をドーピングすることで背板部１４に導電性を付与してあって、背板部１４が固定電極を構成している。また、支持部１１および振動板部１２は、ＳＯＩウェハの他表面に、例えば誘導結合プラズマ型のエッチング装置を用いたドライエッチングにより凹所１７を設けることにより形成さている。なお、音響センサチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、振動板部１２に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる可動電極を積層するとともに、背板部１４に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる固定電極を積層するようにしてもよい。
【００２１】
上述の音響センサチップ１０では、ダイヤフラム状の振動板部１２に背板部１４が対向配置され振動板部１２に設けられた可動電極と背板部１４に設けられた固定電極とでコンデンサが形成されるから、振動板部１２が音波の圧力を受けることにより振動板部１２と背板部１４との間の距離が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。したがって、振動板部１２および背板部１４に設けた図示しないパッド（以下、第１のパッドと称す）間に直流バイアス電圧を印加しておけば、第１のパッドの間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。
【００２２】
また、上述のパッケージ３０は、音響センサチップ１０の受波面１２ａへの音波導入用の音孔３３が厚み方向に貫設され音響センサチップ１０およびＩＣチップ２０が一表面側に実装されたプリント配線板からなる実装基板３１と、実装基板３１の上記一表面側に実装基板３１との間に音響センサチップ１０およびＩＣチップ２０を収納するキャビティ３４が形成される形で封着されたカバー３２とで構成されている。なお、ＩＣチップ２０は、必ずしもパッケージ３０内に収納しなくてもよく、ＩＣチップ２０の代わりに、音響センサチップ１０と協働する電子回路の電子部品をパッケージ３０に収納するようにしてもよい。また、音孔３３の開口形状は円形状であるが、円形状に限らず、例えば矩形状でもよい。
【００２３】
実装基板３１の外周形状は矩形状であり、カバー３２は、金属製であって、一面開口した矩形箱状の形状に形成されており、実装基板３１の上記一表面側に、封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）、導電性接着剤、半田などからなる封止部３６により封着されている。なお、本実施形態では、パッケージ３０が上述の実装基板３１とカバー３２とで構成され、金属製のカバー３２がシールドケースを兼ねているので、耐ノイズ性を高めることができる。
【００２４】
また、音響センサチップ１０は、振動板部１２の受波面１２ａが実装基板３１の音孔３３に臨む形で音孔３３を覆うように実装基板３１の上記一表面側に実装され、ＩＣチップ２０は、音響センサチップ１０の側方において実装基板３１の上記一表面側に実装されている。ここにおいて、音響センサチップ１０は、振動板部１２および背板部１４に設けた第１のパッドが実装基板３１の上記一表面側に形成されている第１の導体パターン（図示せず）と第１のボンディングワイヤ１９を介して電気的に接続されている。一方、ＩＣチップ２０は、第２のパッドは実装基板の上記一表面側に形成されている第２の導体パターン（図示せず）と第２のボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。なお、実装基板３１は、上述の導体パターンと電気的に接続される貫通孔配線（図示せず）が適宜位置に設けられている。また、ＩＣチップ２０は、導電性接着剤やダイボンド材を用いて実装基板３１の上記一表面側に接着すればよいが、実装基板３１の上記一表面側にフリップチップ実装してもよい。
【００２５】
ところで、上述の音響センサチップ１０は、実装基板３１の上記一表面側において音孔３３を閉塞する多孔質シート４０をダイボンド材として実装基板３１に実装されている。ここにおいて、多孔質シート４０は、防水性、防塵性および通気性を有する多孔質層４１と、当該多孔質層４１の厚み方向の両面それぞれに設けられ音孔３３に対応する領域が開口された接着層４２，４３とを有し、一面側の接着層４２により実装基板３１と固着され、他面側の接着層４３により音響センサチップ１０と固着されている。ここにおいて、多孔質シート４０の多孔質層４１は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の多孔質体からなり、接着層４２，４３は、エポキシ系樹脂により形成されている。なお、各接着層４２，４３は、上述のように音孔３３に対応する領域が開口されているが、音孔３３よりも開口面積を広く設定してある。
【００２６】
本実施形態の音響センサの製造にあたっては、実装基板３１の上記一表面側に音響センサチップ１０およびＩＣチップ２０を実装し、その後、カバー３２を実装基板３１に封着することで音響センサが完成する。
【００２７】
以上説明した本実施形態の音響センサでは、音波導入用の音孔３３が実装基板３１の厚み方向に貫設され、音響センサチップ１０が、実装基板３１の上記一表面側において音孔３３を閉塞する上述の多孔質シート４０をダイボンド材として実装基板３１に実装されているので、製造時に音響センサチップ１０のダイボンディング工程において多孔質シート４０をダイボンド材として使用でき、しかも、当該多孔質シート４０により耐環境性を高めることができるので、図６や図７に示した従来例のように別途に多孔質シート５０’をカバー３２’に貼着する工程が不要となり、低コストで安定した音響特性を得ることが可能となる。また、本実施形態の音響センサでは、上述のように、多孔質シート４０が、多孔質層４１と、当該多孔質層４１の厚み方向の両面それぞれに設けられ音孔３３に対応する領域が開口された接着層４２，４３とを有し、一面側の接着層４２により実装基板３１と固着され、他面側の接着層４３により音響センサチップ１０と固着されているので、実装基板３１へ音響センサチップ１０を容易に実装することができる。また、多孔質層４１がポリテトラフルオロエチレンの多孔質体からなり、接着層４２，４３がエポキシ系樹脂により形成されているので、耐環境性を高めることができる。
【００２８】
（実施形態２）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図４および図５に示すように、実装基板３１に、当該実装基板３１の厚み方向に貫通するベント孔（通気孔）３５が音孔３３から離れて設けられ、多孔質シート４０が、音孔３３とベント孔３５との両方を閉塞する大きさに形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
本実施形態における多孔質シート４０は、多孔質層４１の厚み方向の両面それぞれに設けられた接着層４２，４３において、音孔３３に対応する領域およびベント孔３５に対応する領域それぞれが各別に開口されている。なお、ベント孔３５は円形状に開口されており、接着層４２，４３においてベント孔３５に対応する領域はベント孔３５よりも開口面積を広く設定してある。また、ベント孔３５の開口面積は、音孔３３の開口面積よりも小さく設定してある。
【００３０】
しかして、本実施形態の音響センサでは、実装基板３１にベント孔３５が設けられていることにより、音響特性を安定させることができ、ベント孔３５を通してパッケージ３０の内部空間であるキャビティ３４へ異物や水分などが侵入するのを防止でき、しかも、ベント孔３５を音孔３３を閉塞する多孔質シート４０とは別の多孔質シートにより閉塞する場合に比べて製造が容易になり、低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１の音響センサを示す概略断面図である。
【図２】同上における音響センサチップを示し、（ａ）は一部破断した概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図３】（ａ）は同上に用いる多孔質シートの概略平面図、（ｂ）は同上に用いる多孔質シートの概略下面図、（ｃ）は同上の要部概略断面図である。
【図４】実施形態２の音響センサを示す概略断面図である。
【図５】（ａ）は同上に用いる多孔質シートの概略平面図、（ｂ）は同上の要部概略断面図である。
【図６】従来例を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図７】他の従来例を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  音響センサチップ
２０  ＩＣチップ
３０  パッケージ
３１  実装基板
３２  カバー
３３  音孔
３４  キャビティ
３５  ベント孔
４０  多孔質シート
４１  多孔質層
４２  接着層
４３  接着層
【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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