(57)【要約】【課題】  静電容量センサのＳ／Ｎを増大することを目的とする。【解決手段】  対向電極の一方であり安定したバイアスが印加されるバイアス電極と、前記対向電極の他方である信号電極と、を備えるセンサダイと、外形が前記信号電極の垂直投影領域を内包し電位が安定する安定電位導電膜と、前記センサダイが接合される接合面と、を備えるシールド部品と、を備え、前記信号電極は、前記バイアス電極と前記安定電位導電膜との間に位置する、静電容量センサ。【選択図】図１
2008160352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向電極の一方であり安定したバイアスが印加されるバイアス電極と、前記対向電極の他方である信号電極と、を備えるセンサダイと、
外形が前記信号電極の垂直投影領域を内包し電位が安定する安定電位導電膜と、前記センサダイが接合される接合面と、を備えるシールド部品と、
を備え、
前記信号電極は、前記バイアス電極と前記安定電位導電膜との間に位置する、
静電容量センサ。
【請求項２】
前記センサダイは、
音響孔を有し前記信号電極を形成しているプレートと、
音波を受けると前記プレートに対して振動し前記バイアス電極を形成しているダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを露出させる通孔を有し前記プレートと前記ダイヤフラムとを支持するダイ基板とを備え、
前記音響孔につながる音響通路を残して前記接合面に接合される、
請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】
前記信号電極に接続され出力インピーダンスを低減するインピーダンス変換器を備えるとともに前記接合面に接合される駆動ダイをさらに備え、
前記シールド部品は、
前記安定電位導電膜と、
電位が安定する第二安定電位導電膜と、
前記安定電位導電膜と前記第二安定電位導電膜との間の層に位置し前記安定電位導電膜と前記第二安定電位導電膜とに重なり前記信号電極と前記インピーダンス変換器とを接続する信号線と、
を備える多層配線基板である、
請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項４】
前記センサダイと前記駆動ダイとが収納される内部空間を前記多層配線基板とともに内側に形成しているパッケージカバーをさらに備える、
請求項３に記載の静電容量センサ。
【請求項５】
前記センサダイは、
音響孔を有し前記信号電極を形成しているプレートと、
音波を受けると前記プレートに対して振動し前記バイアス電極を形成しているダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを露出させる通孔を有し前記プレートと前記ダイヤフラムとを支持するダイ基板とを備え、
前記音響孔と前記内部空間とをつなぐ音響通路を残して前記接合面に接合され、
前記パッケージカバーは、外部空間と前記内部空間とをつなぐ開口を有し、
前記センサダイの外面に接合され、前記内部空間と隔てられ前記ダイ基板の前記通孔と通ずる空洞を内側に形成しているガスケットをさらに備える、
請求項４に記載の静電容量センサ。
【請求項６】
前記接合面は前記音響通路の壁面を構成する凹部を有する、
請求項５に記載の静電容量センサ。
【請求項７】
前記センサダイと前記多層配線基板とはフリップチップ結合している、
請求項３〜６のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
【請求項８】
前記多層配線基板は、前記バイアス電極と前記ダイ基板とを安定化電源に接続するバイアス線を備え、
前記安定電位導電膜と前記第二安定電位導電膜とはグラウンドに接続されている、
請求項３〜７のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
【請求項９】
前記安定電位導電膜は、前記バイアス電極と前記ダイ基板とを安定化電源に接続している、
請求項３〜７のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
【請求項１０】
前記第二安定電位導電膜は、前記安定電位導電膜に接続されている、
請求項９に記載の静電容量センサ。
【請求項１１】
請求項３〜１０のいずれか一項に記載の静電容量センサと、
前記多層配線基板が接合される外部配線基板と、
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電容量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２、３にはＭＥＭＳセンサとしてパッケージされたデバイスであるコンデンサマイクロホンが開示されている。コンデンサマイクロホンなどの静電容量センサの対向電極はハイインピーダンスであるため、静電容量センサのパッケージのパッケージカバーは、一般にグラウンドに接続される導体で構成され、ノイズシールドとして機能する。
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５３７１８２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００４６２４５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／００１８８６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１、２、３に記載されているように、コンデンサマイクロホンのパッケージカバーには、パッケージの内部に音波を取り入れるための開口が形成されているため、電灯線の電磁誘導などによるノイズがコンデンサマイクロホンの出力信号に混入する。
【０００５】
本発明は静電容量センサのＳ／Ｎを増大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するための静電容量センサは、対向電極の一方であり安定したバイアスが印加されるバイアス電極と、前記対向電極の他方である信号電極と、を備えるセンサダイと、外形が前記信号電極の垂直投影領域を内包し電位が安定する安定電位導電膜と、前記センサダイが接合される接合面と、を備えるシールド部品と、を備え、前記信号電極は、前記バイアス電極と前記安定電位導電膜との間に位置する。
この静電容量センサでは、ハイインピーダンスの信号電極が、ともに電位が安定しているシールド部品の安定電位導電膜とバイアス電極との間に挟まれ、バイアス電極とも安定電位導電膜とも重なる。静電容量センサのバイアス電極と信号電極との間隔は非常に小さく例えば数ミクロンからサブミクロンのオーダーである。このように信号電極と非常に近接したバイアス電極とセンサダイに接合されているシールド部品の安定電位導電膜とを用いて信号電極のノイズシールドを構成すると、パッケージカバーなどのセンサダイから離間した部品でノイズシールドを構成する場合に比べ、信号電極のノイズ耐性が向上する。したがってこの静電容量センサによるとノイズシールドとしてのパッケージカバーや外部のノイズシールドの有無にかかわらずそれ自体で高いＳ／Ｎを実現することが可能になる。
【０００７】
尚、「バイアス」や「電位」が「安定」であるとは、安定化電源に接続されていたり、グラウンドに接続されたり、キャパシティの大きい導体に接続されることを意味し、電位を安定させる要素が能動的であるか受動的であるかを問わず、電位を安定させる要素と静電容量センサとの位置関係や包含関係も問わないものとする。またグラウンドとは、大地のみならず、信号電位に対する基準電位の導体として用いられる導体をも含む意味で用いる。垂直投影領域は、投影面に対して垂直に対象物を投影した場合に現れる影に相当する領域という意味で用いる。例えば「外形が前記信号電極の垂直投影領域を内包し電位が安定している安定電位導電膜」というときには、安定電位導電膜の層界面を投影面とし、その層界面に対して垂直に信号電極を投影したとすれば現れる仮想的な影の領域が信号電極の垂直投影領域に相当する。
【０００８】
（２）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記センサダイは、音響孔を有し前記信号電極を形成しているプレートと、音波を受けると前記プレートに対して振動し前記バイアス電極を形成しているダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを露出させる通孔を有し前記プレートと前記ダイヤフラムとを支持するダイ基板とを備え、前記音響孔につながる音響通路を残して前記接合面に接合されてもよい。
このような場合、センサダイはＭＥＭＳセンサとしてのコンデンサマイクロホンとなる。音波は、センサダイと多層配線基板の接合面との隙間である音響通路を通り、プレートの音響孔を通ってダイヤフラムに到達し、ダイヤフラムを振動させる。
【０００９】
（３）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記信号電極に接続され出力インピーダンスを低減するインピーダンス変換器を備えるとともに前記接合面に接合される駆動ダイをさらに備えてもよい。また前記シールド部品は、前記安定電位導電膜と、電位が安定する第二安定電位導電膜と、前記安定電位導電膜と前記第二安定電位導電膜との間の層に位置し前記安定電位導電膜と前記第二安定電位導電膜とに重なり前記信号電極と前記インピーダンス変換器とを接続する信号線と、を備える多層配線基板であってもよい。
このような場合、静電容量センサの出力インピーダンスは駆動ダイのインピーダンス変換器によってローインピーダンス化される。またハイインピーダンスの信号電極はバイアス電極と多層配線基板の安定電位導電膜とで挟まれる。また信号電極とインピーダンス変換器とを接続する信号線は、１つの多層配線基板内において安定電位導電膜と第二安定電位導電膜とに重なるとともにそれらの間に挟まれる。すなわちハイインピーダンスの信号線はそれに近接しかつ電位が安定している２つの導電膜によってノイズ耐性が高くなる。したがって、この静電容量センサによるとＳ／Ｎがさらに増大する。
【００１０】
（４）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記センサダイと前記駆動ダイとが収納される内部空間を前記多層配線基板とともに内側に形成しているパッケージカバーをさらに備えてもよい。
この場合、外部環境に存在する塵埃、光などから内部回路を静電容量センサ自体で保護することができ、また静電容量センサの取扱いが容易になる。
【００１１】
（５）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記センサダイは、音響孔を有し前記信号電極を形成しているプレートと、音波を受けると前記プレートに対して振動し前記バイアス電極を形成しているダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを露出させる通孔を有し前記プレートと前記ダイヤフラムとを支持するダイ基板とを備え、前記音響孔と前記内部空間とをつなぐ音響通路を残して前記接合面に接合されてもよい。また前記パッケージカバーは、外部空間と前記内部空間とをつなぐ開口を有してもよい。またこの静電容量センサは、前記センサダイの外面に接合され、前記内部空間と隔てられ前記ダイ基板の前記通孔と通ずる空洞を内側に形成しているガスケットをさらに備えてもよい。
このような場合、静電容量センサはパッケージされたＭＥＭＳセンサとしてのコンデンサマイクロホンとなる。音波は、パッケージカバーの開口を通り、センサダイと多層配線基板の接合面との隙間である音響通路を通り、プレートの音響孔を通ってダイヤフラムに到達し、ダイヤフラムを振動させる。このようにダイヤフラムに音波を到達させる空間からみてダイヤフラムの裏側にある空間をバックキャビティという。このコンデンサマイクロホンにおいて、バックキャビティはセンサダイのダイ基板の通孔と、センサダイに接合されているガスケットの内側にある空洞とを含む。バックキャビティは、センサダイのダイ基板とガスケットとによって、ダイヤフラムに音波を到達させる空間から隔てられている。バックキャビティの容量が大きいほど、カットオフ周波数は低くなり、低域の感度が増大する。従来のコンデンサマイクロホンにおいては、シリコンウェハなどからなるセンサダイのダイ基板が多層配線基板に接合され、ダイ基板の通孔が、ダイ基板に接合される多層配線基板によって閉塞されたバックキャビティを構成する。このような従来のコンデンサマイクロホンに比べ、本発明によるコンデンサマイクロホンは、センサダイから離間しているパッケージカバーとダイヤフラムとの間にバックキャビティを形成するため、バックキャビティの容積が大きくなる。すなわち本発明によるコンデンサマイクロホンは、従来に比べカットオフ周波数が低く、低域の感度が増大する。
【００１２】
（６）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記接合面は前記音響通路の壁面を構成する凹部を有してもよい。
この場合、多層配線基板の接合面の凹凸によってダイヤフラムに音波を伝えるための音響通路の音響インピーダンスや共振周波数の設計自由度が高くなる。また多層配線基板の接合面には外形の異なるセラミックシートなどの積層によって容易に凹部を形成することができる。
【００１３】
（７）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記センサダイと前記多層配線基板とはフリップチップ結合していてもよい。
この場合、パッケージのフットプリントを小さくできる。またこの場合、はんだボールやバンプなどの隙間がプレートの音響孔とパッケージカバーの内部空間とをつなぐ音響通路になりうる。
【００１４】
（８）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記多層配線基板は、前記バイアス電極と前記ダイ基板とを安定化電源に接続するバイアス線を備えてもよい。また安定電位導電膜と前記第二安定電位導電膜とはグラウンドに接続されていてもよい。
この場合、多層配線基板におけるセンサダイの垂直投影領域全体にセンサダイのノイズシールド効果が及ぶため、信号線の一部がバイアス電極に重なっていないとしても、すなわちセンサダイの垂直投影領域内においてバイアス電極の垂直投影領域の外を信号線が通っていても、追加的なシールドを設けることなく静電容量センサ自体で自身のノイズ耐性を向上させることができる。
【００１５】
（９）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記安定電位導電膜は、前記バイアス電極と前記ダイ基板とを安定化電源に接続していてもよい。
この場合、多層配線基板におけるセンサダイの垂直投影領域全体にセンサダイのノイズシールド効果が及ぶため、信号線の一部がバイアス電極に重なっていないとしても、すなわちセンサダイの垂直投影領域内においてバイアス電極の垂直投影領域の外を信号線が通っていても、追加的なシールドを設けることなく静電容量センサ自体で自身のノイズ耐性を向上させることができる。また、センサダイから見て信号線の裏側にノイズシールドとしてのみ機能するグラウンド電位の導電膜を追加する必要がないため、多層配線基板の構造が簡素化される。
【００１６】
（１０）上記目的を達成するための静電容量センサにおいて、前記第二安定電位導電膜は、前記安定電位導電膜に接続されていてもよい。
この場合、多層配線基板内において、信号線は安定化電源によって電位が安定している２つの導電膜の間に挟まれることになる。
【００１７】
（１１）上記目的を達成するための電子機器は、上記（１）から（１０）で述べた静電容量センサと、前記多層配線基板が接合される外部配線基板と、を備える。
この電子機器では、ハイインピーダンスである静電容量センサの信号電極や信号線がそれらに近接しパッケージ内にある電位が安定した導電膜に挟まれるため、外部配線基板などの静電容量センサとは別の部品に静電容量センサのためのノイズシールドを追加する必要がない。ノイズ対策が必要な部位から離れるほどにノイズシールドのコストが増大するが、この電子機器ではそのようなコスト増大を抑制しつつ静電容量センサのＳ／Ｎを増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。各実施形態において、対応する構成要素には共通の符号が付され、重複する説明は省略される。
（基本構成と基本原理）
はじめに本発明を実施するための基本構成と基本原理を図２、図３および図４に基づいて説明する。
【００１９】
図２は本発明を実施するための最も基本的な構成を示す模式的な断面図である。図２に示すように、本発明が実施されるとき静電容量センサは少なくともセンサダイ１０とシールド部品２０とを備える。
【００２０】
センサダイ１０は、対向電極の一方であり安定したバイアスが印加されるバイアス電極１１と、対向電極の他方である信号電極１２とを備えるＭＥＭＳダイである。すなわちバイアス電極１１、信号電極１２などのセンサダイ１０の構成要素は薄膜の形成や成形技術を用いて形成される。例えばフォトリソグラフィー技術、微細加工技術、薄膜形成技術として、ＣＶＤやＰＶＤ、ナノインプリント技術などがセンサダイ１０の製造工程で用いられる。圧力、加速度、音波などの物理量を電気信号に変換するため、バイアス電極１１と信号電極１２とは電極間距離が変化可能に互いに離間した状態で支持されている。いずれの電極が変形または移動してもよいし、両方が変形又は移動してもよい。容量変化に伴って信号電極１２の電位が変化する回路にバイアス電極１１と信号電極１２とからなるコンデンサが組み込まれている。
【００２１】
信号電極１２はハイインピーダンスであるため、信号電極１２に対するノイズシールド対策が静電容量センサ内部で次のように施される。すなわち、薄膜として構成されている信号電極１２の表裏両側に、信号電極１２と重なり、信号電極１２に近接し、安定した電位の導電膜がそれぞれ配置される。安定した電位の導電膜の一方はバイアス電極１１であり、その他方はシールド部品２０の安定電位導電膜２１である。バイアス電極１１の外形は、信号電極１２の外形に完全に一致するか、ほぼ一致するか、信号電極１２の垂直投影領域を内包するものである。バイアス電極１１は信号電極１２と同一のダイに設けられているため、信号電極１２との距離が例えば１ミクロンからサブミクロンのオーダーであり非常に小さい。安定電位導電膜２１の外形は信号電極１２の垂直投影領域を内包するものである。シールド部品２０はセンサダイ１０に接合されているため、シールド部品２０の安定電位導電膜２１と信号電極１２との距離も例えば１００ミクロンのオーダーであり非常に小さい。ノイズを受ける信号電極１２からの距離が近いほど小規模なノイズシールドで高いシールド効果を上げることができる。ノイズシールドを静電容量センサ内部で完結させ、信号電極１２をバイアス電極１１よりもセンサダイ１０に接合される部品に近い側に配置する理由はここにある。
【００２２】
シールド部品２０はセンサダイ１０に接合される部品であればよいが、実施形態としてはパッケージの底部を構成する配線基板やセンサダイ１０にスタックされる他のダイが想定される。安定電位導電膜２１の電位を安定させる形態としては、例えば安定電位導電膜２１をグラウンドに接続したり、バイアスが印加される配線として安定電位導電膜２１を利用する形態が想定される。
【００２３】
図３はシールド部品が多層配線基板によって構成される場合の一実施形態を示している。図３に示す静電容量センサはセンサダイ１０と駆動ダイ３０とこれらが接合される多層配線基板２０とを備えている。
【００２４】
駆動ダイ３０は、バイアス電極１１に安定したバイアスを印加するための安定化電源回路３１と静電容量センサの出力インピーダンスを低減するインピーダンス変換器３２とグラウンドに接続されたダイ基板３４とを備えている。静電容量センサの内部にインピーダンス変換器３２を備えることにより、静電容量センサのノイズシールド対策を静電容量センサの内部で完結させることが可能になる。
【００２５】
多層配線基板２０の一面はダイを接合するための接合面２５である。接合面２５の裏面は静電容量センサを他の電子デバイスとともに実装するための図示しない外部配線基板に接合される面として用いられる。多層配線基板２０には、信号電極１２とインピーダンス変換器３２とを接続する信号線２３が設けられている。信号電極１２に接続されている信号線２３はハイインピーダンスであるため、次のようにノイズシールド対策が施される。すなわち、信号線２３との間に厚さが１０〜１００ミクロンオーダの絶縁層を挟んで信号線２３の上下両側に位置し、信号線２３と重なり、電位が安定する２層の導電膜を多層配線基板２０に備え、これら２層の導電膜をノイズシールドとして用いる。これらの導電膜のうち一方は、その外形が信号電極１２の垂直投影領域と信号線２３の垂直投影領域と駆動ダイ３０の垂直投影領域とを内包する安定電位導電膜２１である。他方は信号線２３の垂直投影領域に重なる第二安定電位導電膜２２である。これらの導電膜の電位を安定させる形態としては、例えばこれらの一方又は両方をグラウンドに接続したり、これらの一方又は両方をバイアスが印加される配線として利用する形態が想定される。信号線２３とこれらの導電膜とは浮遊容量を形成するが、多層配線基板２０の絶縁層の厚さが十分厚いため、この浮遊容量は実質的に無視できる。
【００２６】
図４は静電容量センサがコンデンサマイクロホンとして構成される場合の一実施形態を示している。図４に示すコンデンサマイクロホンは多層配線基板２０とパッケージカバー４０とによってパッケージされたＭＥＭＳセンサとして構成されている。
【００２７】
パッケージカバー４０は、箱形状を有し、多層配線基板２０に接合されている。パッケージカバー４０にはパッケージの内部空間に音波を取り入れるための開口４１が形成されている。パッケージカバー４０は、それ自体がノイズシールドとして機能する必要がないため、樹脂、セラミック、ガラスなどの絶縁材料で形成してもよいし、グラウンドなどに接続する必要もないし、開口４１の位置や大きさや形状の設計自由度も幅広い。
【００２８】
センサダイ１０はバイアス電極を形成するダイヤフラム１１と信号電極を形成するプレート１２とバイアス電位に接続されるダイ基板１３とを備えている。ダイヤフラム１１とプレート１２は、いずれもダイ基板１３の上に積層された薄膜で構成され、いずれも単層又は複層の導電膜で形成してもよいし、導電膜と絶縁膜の複層膜で形成してもよい。ダイヤフラム１１を構成する膜とプレート１２を構成する膜との間には、ダイヤフラム１１とプレート１２との間に空隙を形成するとともにバイアス電極と信号電極とを絶縁するための図示しない絶縁膜が形成されている。
【００２９】
図４に示すように信号電極がプレート１２で構成される場合には、バイアス電極と安定電位導電膜２１とを信号電極のノイズシールドとして機能させるため、ダイヤフラム１１とプレート１２と多層配線基板２０との位置関係は、信号電極を形成するプレート１２がバイアス電極を形成するダイヤフラム１１と多層配線基板２０の安定電位導電膜２１に挟まれる関係になる。
【００３０】
尚、多層配線基板２０に対するダイヤフラム１１とプレート１２の位置関係を逆転させ、ダイヤフラム１１で信号電極を形成し、プレート１２でバイアス電極を形成することも可能である。しかし図４に示すようにダイヤフラム１１でバイアス電極を形成し、プレート１２で信号電極を形成した方が、コンデンサマイクロホン自体のノイズシールド効果を簡素な構成で高めることができる。
【００３１】
ダイヤフラム１１によって隔てられる２つの空間のうち、いずれの空間から音波をダイヤフラム１１に到達させてもよいが、多層配線基板２０側の空間（図４においてはダイヤフラム１１の下側の空間）から到達させることによりカットオフ周波数を低くでき、低域の感度を増大させることができる。その理由は次の通りである。センサダイ１０は多層配線基板２０に接合され、パッケージカバー４０とセンサダイ１０との間には空隙が残る。したがってセンサダイ１０の多層配線基板側２０に確保できる空間とセンサダイ１０のパッケージカバー４０側に確保できる空間とを比較すると、当然に後者の空間の方が広く確保することができる。したがって、センサダイ１０のパッケージカバー４０側の空間を利用してバックキャビティを形成する方が、センサダイ１０の多層配線基板２０側の空間を利用してバックキャビティを形成するよりも、バックキャビティの容積を大きくすることができる。すなわち、センサダイ１０のパッケージカバー４０側の空間を利用してバックキャビティを形成することにより、換言すればセンサダイ１０の多層配線基板２０側の空間から音波をダイヤフラム１１に到達させることにより、カットオフ周波数を低くでき、低域の感度を増大させることができる。
【００３２】
センサダイ１０の多層配線基板２０側の空間から音波をダイヤフラム１１に音波を到達させる構成としては、多層配線基板２０に通孔を形成し、その通孔から音波をパッケージの内部空間に取り込む構成が可能である。しかし、この構成の場合、多層配線基板２０に形成した通孔から取り込まれるノイズが問題になる。
【００３３】
多層配線基板２０に通孔を形成せずにセンサダイ１０の多層配線基板２０側の空間から音波をダイヤフラム１１に到達させるためには、多層配線基板２０の接合面２５とセンサダイ１０との間に、音響通路を構成する空隙が必要となる。図４に示す構成では、センサダイ１０が接合される多層配線基板２０の接合面２５に凹部２６が形成されており、この凹部２６によって音響通路が形成されている。このような凹部２６によって音響通路２７の壁面を形成することによって、音響通路２７の音響インピーダンスや共振周波数を自由に設計することができ、またセンサダイ１０と多層配線基板２０とをワイヤボンディングなどの検査や修理が容易な形態で接続することも可能になる。尚、多層配線基板２０にセンサダイ１０をフリップチップ結合すると、バンプや半田ボールといった突起電極の間に空隙が残る。積極的にこの空隙を閉塞しない限り、センサダイ１０と多層配線基板２０との隙間を通ってダイヤフラム１１に音波が到達するため、凹部２６は必ずしも必要ではない。
【００３４】
ガスケット５０は、ダイヤフラム１１に到達する音波が伝搬する空間からバックキャビティを隔てている。ガスケット５０は、例えばポリイミドなどの樹脂で形成され、内側に空洞を形成する環形状である。パッケージ工程や外部配線基板への実装工程における熱処理温度が低ければ、ゴムなどをガスケット５０に用いてもよい。ガスケット５０の内側の空洞はセンサダイ１０のダイ基板１３に形成された通孔１３１とつながり、通孔１３１とともにバックキャビティを形成する。通孔１３１からはダイヤフラム１１が露出する。
【００３５】
ガスケット５０は、端面の一方がセンサダイ１０の外面に接合され、端面の他方がパッケージカバー４０の内面に接合されている。したがって、ガスケット５０の内側の空洞はガスケット５０の外側の空間から隔てられる。ガスケット５０とセンサダイ１０又はパッケージカバー４０とは隙間無く密着していてもよいし、可聴域での音響インピーダンスが十分高くなるわずかな間隙を残して接合されていてもよい。このような間隙はガスケット５０の内側の圧力と外側の大気圧とを平衡させる。尚、ガスケット５０を有底筒状に形成し、開口端をセンサダイ１０で閉塞することによってガスケット５０の内側の空洞をガスケット５０の外側の空間から隔ててもよい。
【００３６】
ダイヤフラム１１が音波を受ける側の空間にプレート１２が位置するため、プレート１２には音波を通過させる音響孔１２１が形成されている。したがって、パッケージカバー４０の開口４１からパッケージの内部空間に取り込まれた音波は、多層配線基板２０とセンサダイ１０との間にある音響通路２７を通り、プレート１２の音響孔１２１を通ってダイヤフラム１１に到達する。プレート１２は、音響孔１２１を有し、ダイヤフラム１１より剛性が高いため、プレート１２の音波による振動は無視できるほど小さい。このためダイヤフラム１１に音波が到達すると、ダイヤフラム１１はプレート１２に対して振動し、センサダイ１０の静電容量が振動し、その結果、プレート１２によって形成されている信号電極の電位が振動する。
【００３７】
（第一実施形態）
本発明をコンデンサマイクロホンとして実施する形態を、図１Ａおよび図１Ｂを参照しながらより具体的に、第一実施形態として説明する。図１Ｂはパッケージカバー４０およびガスケット５０を取り外した状態の模式的な平面図である。
センサダイ１０は、ウェハに薄膜を積層し、ダイシングして形成される所謂ＭＥＭＳチップである。
【００３８】
ダイヤフラム１１とプレート１２とは、燐などの不純物がドープされたシリコン薄膜からなる。ダイヤフラム１１とプレート１２とを構成している２層のシリコン薄膜の周辺部の間には二酸化シリコン膜などの図示しない絶縁膜がある。プレート１２はダイヤフラム１１との間に空隙を形成した状態でこの絶縁膜によって保持されている。ダイヤフラム１１とプレート１２との間隔は例えば１μｍから４μｍに設定される。ダイヤフラム１１とプレート１２の幅もしくは直径は例えば１ｍｍ程度に設定される。ダイヤフラム１１の外形にもプレート１２の外形にも特に制限はなく、例えば外周全体が固定端である合同の円に形成される。ダイヤフラム１１とプレート１２は完全に重なっていてもよいし、一部重なっていなくてもよい。
【００３９】
センサダイ１０のダイ基板１３は不純物を含むシリコンなどからなる半導体である。ダイヤフラム１１を構成するシリコン薄膜の周辺部とダイ基板１３のとの間にも二酸化シリコン膜などの図示しない絶縁膜がある。ダイヤフラム１１はこの絶縁膜によって保持されている。バイアス電極としてのダイヤフラム１１を構成するシリコン薄膜とダイ基板１３とはビアや接合によって電気的に接続されている。すなわちダイ基板１３には安定したバイアスが印加されるため、ダイ基板１３はノイズシールドとして機能する。したがって、センサダイ１０の垂直投影領域全体は、ダイ基板１３とダイ基板１３の通孔１３１の全体に重なるダイヤフラム１１とによってノイズに対してシールドされる。特に信号電極としてのプレート１２は１ミクロンのオーダでしか離れていないダイヤフラム１１によってノイズからシールドされるため、ハイインピーダンスであるにもかかわらずノイズ耐性が高くなる。
【００４０】
駆動ダイ３０は不純物を含むシリコンなどからなるダイ基板１３にドープトシリコンなどの導電性薄膜や二酸化シリコンなどの絶縁性薄膜を積層した構造である。駆動ダイ３０にはチャージポンプなどの安定化電源回路３１とオペアンプなどのインピーダンス変換器３２とが形成されている。安定化電源３１は電源端子としての半田ボール２４にビア接続される。インピーダンス変換器３２の出力は信号端子としての半田ボール２４にビア接続される。駆動ダイ３０の全ての回路要素は、ダイ基板１３がグラウンド端子としての半田ボール２４にビア接続されるため、ノイズに対してシールドされる。
【００４１】
多層配線基板２０は３層の導電膜をセラミックシートを挟んで積層し焼成したものである。多層配線基板２０の接合面２５にはセンサダイ１０と駆動ダイ３０とが半田ボールやバンプなどからなる突起電極１５、３３を用いてフリップチップ接合される。音響通路２７の壁面を構成する接合面２５の凹部２６は図１Ｂに示すようなＵ字形のセラミックシートを矩形のセラミックシートの上に複数積層することにより形成されている。パッケージの底面に相当する多層配線基板２０の面には多層配線基板２０の配線と外部配線基板６０の配線とを接続するための複数の半田ボール２４が設けられている。
【００４２】
安定電位導電膜２１は、多層配線基板２０の３層の導電膜のうちパッケージの最も外側に位置し、パッケージ内にある回路要素全て（一部のビアを除く）の垂直投影領域を内包する外形を有する。安定電位導電膜２１は、パッケージの底に設けられたグラウンド端子としての半田ボール２４にビア接続されている。すなわち、安定電位導電膜２１はグラウンドに接続されることにより電位が安定する。したがって安定電位導電膜２１はパッケージ内にある回線要素全てのノイズシールドとして機能する。特に信号電極としてのプレート１２は安定電位導電膜２１と１００ミクロンのオーダーでしか離れていないため、ハイインピーダンスであるにもかかわらずノイズ耐性が高くなる。
【００４３】
第二安定電位導電膜２２は、多層配線基板２０の３層の導電膜のうちパッケージの最も内側に位置し、図１Ｂに示すように、信号線２３のセンサダイ１０の垂直投影領域からも駆動ダイ３０の垂直投影領域からもはみ出している部分の全体に重なる外形を有する。第二安定電位導電膜２２はグラウンド端子としての半田ボール２４と第二安定電位導電膜２２とにビア接続されている。すなわち第二安定電位導電膜２２はグラウンドに接続されることにより電位が安定する。
【００４４】
信号電極としてのプレート１２とインピーダンス変換器３２とを接続する信号線２３は、多層配線基板２０の３層の導電膜の中間に位置する導電膜で構成され、安定電位導電膜２１と第二安定電位導電膜２２とに挟まれている。パッケージ内の信号線２３より外側では安定電位導電膜２１がノイズシールドとして機能し、パッケージ内の信号線２３より内側では第二安定電位導電膜２２とセンサダイ１０のダイ基板１３と駆動ダイ３０のダイ基板３４とがノイズシールドとして機能する。信号線２３は１０ミクロンから１００ミクロンのオーダーでしか離れていない非常に近接したこれらのノイズシールドに全体が挟まれ、これらのノイズシールドに全体が完全に重なっているため、ハイインピーダンスであるにもかかわらずノイズ耐性が高くなる。
【００４５】
バイアス電極としてのダイヤフラム１１と安定化電源回路３１とはバイアス線２８によって接続されている。バイアス線２８は信号線２３と同様に多層配線基板２０の３層の導電膜の中間に位置する導電膜で構成されている。バイアス線２８と信号線２３とは浮遊容量が問題にならないように十分離されている。
【００４６】
以上説明した第一実施形態では、ハイインピーダンスのプレート１２と信号線２３の高いノイズ耐性を得られるノイズシールドがパッケージされたコンデンサマイクロホンの内部で完結している。したがって、外部配線基板６０やその他の周辺部品にコンデンサマイクロホンのためのノイズシールドを設ける必要が無く、コンデンサマイクロホンのためのノイズ対策コストが全体として低くなる。
【００４７】
（第二実施形態）
図５に示す第二実施形態は、安定電位導電膜２１がグラウンドではなく安定化電源回路３１に接続されている点で第一実施形態と異なっている。すなわち、安定電位導電膜２１をバイアス電極を形成するダイヤフラム１１とセンサダイ１０のダイ基板１３と安定化電源回路３１とにビアなどで電気的に接続してもよい。この場合、安定化電源回路３１がノイズシールドとバイアス線の両方の機能を兼ねるため、多層配線基板２０の構成が第一実施形態に比べて簡素になる。
【００４８】
（第三実施形態）
図６に示す第三実施形態は、安定電位導電膜２１と第二安定電位導電膜２２とが安定化電源回路３１に接続されている点で第一実施形態と異なっている。すなわち、第二安定電位導電膜２２を安定化電源回路３１にビアなどで電気的に接続してもよい。
【００４９】
（第四実施形態）
図７に示す第四実施形態は、ダイヤフラム１１を構成する導電膜またはダイ基板１３とプレート１２を構成する導電膜とで形成される寄生容量を低減するためのガード電極１６を備えている点において第三実施形態と異なっている。ガード電極１６は、プレート１２を構成する導電膜の層とダイ基板１３との間に設けられ、ダイヤフラム１１を構成する導電膜と同一層にあって互いに絶縁されている導電膜で構成されている。ガード電極１６は多層配線基板２０の中間導電層にあるガード線２９によってインピーダンス変換器３２の出力端子に接続されており、信号線２３に接続されているプレート１２を構成する導電膜とガード電極１６とは互いに等しい電位になる。したがって、ガード電極１６とプレート１２を構成する導電膜とによっては寄生容量が生じない。またダイ基板１３とガード電極１６とによって生ずる容量はコンデンサマイクロホンの出力信号に実質的に影響を与えない。したがって、このようなガード電極１６を設けることによって、コンデンサマイクロホンの出力信号の寄生容量成分が減少する。
【００５０】
（その他の実施形態）
尚、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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば静電容量センサは、圧力センサや加速度センサとしても構成しうる。またパッケージの形態も上述した実施形態に限定されるものではなく、ＭＣＰ（Multi Chip Package）でなくともよいし、ＭＣＰであってもワイヤボンディングを用いる形態や、複数のダイをスタックする形態であってもよい。また、上述した静電容量センサを実装する電子機器に限定はなく、携帯電話端末、ＰＤＡ、ＩＣレコーダー、ＰＣなど様々な電子機器において本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】１Ａは本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。１Ｂは本発明の一実施形態に係る模式的な平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０：センサダイ、１０：コンデンサマイクロホン、１１：バイアス電極、１１：ダイヤフラム、１２：信号電極、１２：プレート、１３：ダイ基板、１５：突起電極、１６：ガード電極、２０：シールド部品、２０：多層配線基板、２１：安定電位導電膜、２２：第二安定電位導電膜、２３：信号線、２４：半田ボール、２５：接合面、２６：凹部、２７：音響通路、２８：バイアス線、２９：ガード線、３０：駆動ダイ、３１：安定化電源、３２：インピーダンス変換器、３４：ダイ基板、３５：オペアンプ、４０：パッケージカバー、４１：開口、５０：ガスケット、６０：外部配線基板、１２１：音響孔、１３１：通孔
【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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