(57)【要約】  微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アセンブリが、基板、蓋部、ＭＥＭＳデバイス及び少なくとも１つの壁部を含む。基板は電気接続パッドを有し、この電気接続パッドは、基板を貫いて延びる導体に結合される。ＭＥＭＳデバイスは、蓋部に取り付けられる。少なくとも１つの壁部は、蓋部及び基板に結合され、蓋部とは別個に形成され、内部に電線管を配する。電線管は、基板上の導体に電気的に結合される。電線管及び導体は、ＭＥＭＳデバイスと電気接続パッドの間の電気路を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アセンブリであって、
内部を貫いて延びる導体と、該導体に結合された電気接続パッドとを有する底基板と、
蓋部と、
前記蓋部に取り付けられ、音響ポートを覆って実装されたＭＥＭＳデバイスと、
前記蓋部及び前記底基板に結合された少なくとも１つの壁部と、
を備え、
前記壁部は、垂直の電気的接続部を含み、前記蓋部とは別個に形成され、前記底基板上の前記導体に電気的に結合された電線管を内部に配し、
前記電線管及び前記導体は、前記ＭＥＭＳデバイスと前記電気接続パッドの間の電気路を形成する、
ことを特徴とするＭＥＭＳアセンブリ。
【請求項２】
集積回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳアセンブリ。
【請求項３】
前記集積回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの壁部は、少なくとも１つのキャビティを形成するとともに、垂直の導電路を有する前記電線管を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳアセンブリ。
【請求項５】
前記蓋部は、概ね平坦である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳアセンブリ。
【請求項６】
前記蓋部は、複数の層を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳアセンブリ。
【請求項７】
前記底基板は、複数の層を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本特許は、２０１２年８月１日に出願された「アセンブリの蓋部上に配置したＭＥＭＳ装置」という名称の米国仮特許出願第６１／６７８，１７５号に対して合衆国法典第３５編第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものであり、この仮特許出願の内容はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本出願は、電気機械音響アセンブリに関し、具体的には、これらのアセンブリに関連する電気的接続に関する。
【背景技術】
【０００３】
長年にわたり、様々なタイプの表面実装型マイクパッケージアーキテクトが使用されている。これらのアセンブリ内には、異なる電気部品が共に収容されてアセンブリを形成している。例えば、通常、マイクアセンブリは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス又はトランスデューサ、及び集積回路（ＩＣ）を含む。ＭＥＭＳデバイスの一例としては、ダイヤフラム及びバックプレートが挙げられる。通常、アセンブリのハウジングは、マイクアセンブリに音響エネルギーを取り入れるためのポート又は開口部を含む。そして、この音響エネルギーがＭＥＭＳデバイス内のダイヤフラムを偏向させる。ダイヤフラムが偏向すると、バックプレートとダイヤフラムの間の電位が変化し、ダイヤフラムに作用する音響エネルギーに比例する電気信号を生じる。その後、この電気信号が外部インターフェイスに送られて、エンドユーザが機械的及び電気的にロバストな接続を行えるようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクアセンブリの音響性能は、アセンブリの前方容量（すなわち、ダイヤフラムと音響ポートの間の空気容量）と後方容量（すなわち、パッケージキャビティ及びダイヤフラムに含まれる空気容量）の比率に部分的に関連する。典型的なトップポート式デバイスでは、コンポーネントが基板又は底部に直接取り付けられ、音響ポートが頂部又は蓋部上に位置して、前方容量の方が後方容量に対して大きくなっている。この比率は、マイクアセンブリの最適な性能（すなわち、高感度、フラットな広帯域応答）に必要とされる好ましい比率ではない。
【０００５】
これらの従来の方法には、上述した全ての短所に起因して一般ユーザが不満を感じている面もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示をより完全に理解できるように、以下の詳細な説明及び添付図面を参照されたい。
【０００７】
当業者であれば、図中の要素は単純化及び明瞭化を目的として示されたものであると認識するであろう。動作及び／又はステップの中には、特定の発生順で説明又は図示されているものもあるとさらに認識されるであろうが、当業者であれば、このような順序に関する特定性は実際には不要であると理解するであろう。また、本明細書で使用する用語及び表現は、本明細書内で別途特定の意味を記載している場合を除き、対応するそれぞれの探求及び研究分野に関するこのような用語及び表現に従う通常の意味を有することも理解されるであろう。
【０００８】
アセンブリの蓋部にＭＥＭＳコンポーネントを配置したマイクアセンブリを提供する。いくつかの態様では、蓋部の底部側にＭＥＭＳデバイス又はコンポーネントが取り付けられる。マイクアセンブリ内の、内部コンポーネントと顧客用接続パッドとの間の電気的接続は、少なくとも部分的にアセンブリの壁部、蓋部及び底部を通じて行われる。その際、ＭＥＭＳデバイスは、音響ポートに近接して実装されることが好ましい。本発明の様々な方法は、音響ポートに対する外部インターフェイスの位置を大幅に変更することなく音響エネルギーに対する電気機械的応答を強化する好ましい配向でＭＥＭＳデバイスを実装できるように電気的接続を確立するものである。
【０００９】
また、本明細書で説明するアセンブリが製造可能である理由は、標準的な表面実装型相互接続法及びＰＣＢ製造法を用いて集積回路（ＩＣ）と外部インターフェイスの間の電気的接続を確立するからである。さらに、本明細書に示すアセンブリは、前方容量を減少させて後方容量を増加させたマイクアセンブリを提供する。一般に、前方容量が減少すると、マイクアセンブリの共鳴が高周波数側にシフトし、後方容量が増加すると、ＭＥＭＳデバイスの全体的な感度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の様々な実施形態によるマイクアセンブリの等角図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの線Ｂ−Ｂに沿って切り取った断面図である。
【図４】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの蓋部の底面図である。
【図５】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの蓋部の上面図である。
【図６】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの壁部の上面図である。
【図７】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの壁部の底面図である。
【図８】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの底部の上面図である。
【図９】本発明の様々な実施形態による図１のマイクアセンブリの底部の底面図である。
【図１０】本発明の様々な実施形態による別のマイクアセンブリの等角図である。
【図１１】本発明の様々な実施形態による図１０のマイクアセンブリの線Ｃ−Ｃに沿って切り取った断面図である。
【図１２】本発明の様々な実施形態による図１０のマイクアセンブリの線Ｄ−Ｄに沿って切り取った断面図である。
【図１３】本発明の様々な実施形態による図１０のマイクアセンブリの蓋部のレイアウトの別の例の底面図である。
【図１４】本発明の様々な実施形態による図１０のマイクアセンブリの蓋部の上面図である。
【図１５】本発明の様々な実施形態による図１０のアセンブリの蓋部の底部に取り付けられる壁部の上面図である。
【図１６】本発明の様々な実施形態による図１０のマイクアセンブリの壁部の底面図である。
【図１７】本発明の様々な実施形態による図１０のアセンブリの壁部の底部に取り付けられる底部の上面図である。
【図１８】本発明の様々な実施形態による図１０のマイクアセンブリの底部の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これらの実施形態の多くでは、音響アセンブリが、蓋部、壁部及び底部を含む。壁部は底部に結合され、蓋部は壁部に結合される。いくつかの態様では、蓋部が概ね平坦であり、意図的な電気接点を一切含まない。いくつかの態様では、電磁遮蔽を目的として、蓋部の表面を電気接地との接続部として使用することができる。ＭＥＭＳデバイス及びＩＣは、蓋部の内部に結合されるとともに、壁部によって形成されるキャビティ内に収容される。ＭＥＭＳデバイス及び集積回路は、例えばワイヤ又は他の何らかの電気的接続手段によって共に結合される。ＩＣは、第２のワイヤなどの別の導体によって蓋部の導電部分に結合される。蓋部の導電部分は、壁部内に形成され壁部の大部分を貫いて延びる第１の導電性バイアに結合される。底部内には、第２の導電性バイアが形成されて底部の大部分を貫いて延び、第１のバイアに電気的に結合される。第２の導電性バイアは、底部の外部にある顧客用接点パッドにも電気的に結合されることにより、顧客のための電気的接続を提供する。ＭＥＭＳデバイスによって電気信号が生成され、この信号が集積回路によって処理され、蓋部の導電部分を通過した後に、第１及び第２のバイアを通過して伝達され、底部の外部にある顧客用電気接点パッドに提供される。
【００１２】
これらの実施形態の他の実施形態では、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アセンブリが、基板と、カバーと、ＭＥＭＳデバイスと、少なくとも１つの壁部とを含む。基板は、電気接続パッドを有し、この電気接続パッドは、基板を貫いて延びる導体に結合される。ＭＥＭＳデバイスは、カバーに取り付けられる。少なくとも１つの壁部は、カバー及び基板に結合され、カバーとは別個に形成され、内部に電線管を配する。この電線管は、基板上の導体に電気的に結合される。電線管及び導体は、ＭＥＭＳデバイスと電気接続パッドの間の電気路を形成する。
【００１３】
ここで図１〜図９を参照しながら、マイクアセンブリ１００の蓋部に配置した微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）コンポーネントの一例について説明する。アセンブリ１００は、蓋部１０２と、（壁部１９０、１９１、１９２及び１９３を含む）壁部１０４と、底部１０６と、ＭＥＭＳ装置又はデバイス１０８と、ＩＣ１１０とを含む。単一片の壁部材料には、開口部が穿孔／打抜きされる。換言すれば、壁部１９０、１９１、１９２及び１９３は、共に締結された個々のセグメントではなく連続的なものであることが好ましい。
【００１４】
一般的には、蓋部１０２、壁部１０４及び底部１０６の各々は、複数の材料層で形成される。具体的には、蓋部１０２は、任意の第１の半田マスク層１２０、第１の導電層１２２、絶縁層１２４、第２の導電層１２６及び第２の半田マスク層１２８を含む。壁部１０４は、第１の導電層１３０、絶縁層１３２及び第２の導電層１３４を含む。底部１０６は、第１の半田マスク層１４０、第１の導電層１４２、第１の絶縁層１４４、第２の導電層１４６、誘電層１４８、第３の導電層１５０、第２の絶縁層１５２、第４の導電層１５４及び第２の半田マスク層１５６を含む。ポート内には、少なくとも部分的に前方容量１１３が形成され、アセンブリ１００の内部には後方容量１１５が形成される。蓋部１０２、壁部１０４及び底部１０６は、あらゆる数の層で形成することができると認識されるであろう。例えば、１つの態様では、蓋部１０２及び底部１０６を、埋め込みコンデンサ誘電材料を含む４層ＰＣＢとすることができる。別の例では、蓋部１０２及び底部１０６が２層ＰＣＢである。別の例では、蓋部１０２を、埋め込み型能動電子デバイス及び受動電子デバイスを含む２層ＰＣＢとすることができる。
【００１５】
一般的に、１つの観点では、蓋部１０２、壁部１０４及び底部１０６の各々が矩形である。壁部１０４は、壁部１０４の中央に開口キャビティ１９５を含む（この壁部内のキャビティはメッキされて接地バイアとして機能し、蓋部及び底部と共に組み立てた時には、ＭＥＭＳデバイス及びＩＣを保護するファラデーケージを形成してＲＦイミュニティを高める）。換言すれば、蓋部１０２、壁部１０４及び底部１０６は、アセンブリ１００に組み立てられた時に、内部にコンポーネントが存在する中空構造１１５を形成する。
【００１６】
１つの態様では、蓋部１０２が概ね平坦であり、壁部１０４から分離されている。蓋部１０２及び壁部１０４は、底部１０６から分離されている。本明細書の他の箇所で説明するように、半田は、壁部１０４の対応するバイア１７０及び１７１を、蓋部１０２の導電パッド１２６、及び底部１０６に取り付けることができる。また、（導電接着剤などの）他の取り付け方法を用いてこれらのコンポーネントを共に取り付けることもできる。
【００１７】
ＭＥＭＳ装置１０８は、音響エネルギーを受け取り、この音響エネルギーを電気エネルギーに変換する。この点に関し、ＭＥＭＳ装置１０８は、ダイヤフラム及びバックプレートを含むことができる。音響エネルギー（例えば、音圧の変化）は、バックプレートに対するダイヤフラムの動きを引き起こし、これが電気信号に変換される。結果として生成される電気信号は、ＭＥＭＳ装置１０８によって受け取られた音響エネルギーを表す。ＭＥＭＳ装置１０８は、接着剤又はその他のいずれかの適当な締結機構又は方法によって蓋部１０２に取り付けられる。
【００１８】
集積回路１１０は、あらゆる種類の処理機能を実行するあらゆる種類の集積回路である。一例では、集積回路１１０が緩衝器又は増幅器である。他の集積回路の例も可能である。集積回路１１０は、接着剤又はその他のいずれかの適当な締結機構又は方法によって蓋部１０２に取り付けられる。別の例では、集積回路１１０を蓋部１０２の絶縁層に埋め込むことができる。この例には１つの集積回路しか示していないが、複数の集積回路を配置することもできると認識されるであろう。また、本明細書で使用する「集積回路（ＩＣ）」は、あらゆるタイプの処理機能を実行するあらゆるタイプの処理回路を意味する。
【００１９】
半田領域１６０は、蓋部１０２を壁部１０４に物理的に接続し、壁部１０４を底部１０６に物理的に接続する。これらの領域１６０は、蓋部１０２（及び底部１０６）の導電領域と壁部１０４の導電領域の間の電気接点も提供する。
【００２０】
蓋部１０２を貫いて、音響ポート又は開口部１１２が形成される。ＭＥＭＳ装置１０８は、ポート１１２を覆って配置される。音響エネルギーは、ポート１１２を通じてＭＥＭＳ装置１０８によって受け取られる。他の態様では、ポート１１２を部分的に覆って、又はポート１１２の近傍にＭＥＭＳ装置１０８を配置することができる。ＭＥＭＳデバイス１０８は、１又は複数のワイヤ１１４によってＩＣ１１０に結合される。集積回路１１０は、１又は複数のワイヤ１１６を介して蓋部１０２の第２の導電層１２６に結合される。
【００２１】
第１及び第２のバイア１７０及び１７１は、壁部１０４を貫いて延びる中空（又は充填）キャビティであり、導電性である。第３及び第４のバイア１７２及び１７３は、底部１０６を貫いて延び、やはり導電性である。バイア１７２及び１７３は、最終的にバイア１７０及び１７１に接続するように設計される。バイア１７２及び１７３は、顧客が電気的接続を行うことができる導電パッド又は接続部１８０及び１８１に電気的に接続される。第５のバイア１７４は、底部１０６を貫いて延び、この場合、ＭＥＭＳデバイス１０８及び集積回路１１０のための接地接続を提供する。いくつかの態様では、これらの態様の導電機能を促すために、バイア１７０、１７１、１７２及び１７３が、これらのバイアによって又はこれらのバイアを通じて電気信号を伝達できるように（銅などの）導電材料でメッキされる。或いは、バイア１７０、１７１、１７２、及び１７３を完全に又は部分的に導電材料又は絶縁材料で満たすこともできる。
【００２２】
バイアは、様々なタイプの電気信号のための電気的接続部を提供すると理解されるであろう。例えば、特に図２及び図３に示すように、ワイヤ１１６から、第２の導電層１２６上の導電路、バイア１７１（半田１６０、及び場合によっては高分子シール１７５が用いられる）、底部１０６の第１の導電領域１４２（半田１６０、及び場合によっては高分子シール１７５が用いられる）、バイア１７２、そして外側パッド１８０に至る電気的接続部が存在することにより、集積回路１１０の処理信号が顧客まで到達する信号経路１３３が提供され、これに顧客がアクセスすることができる。別の態様では、ワイヤ１３５、第２の導電層１２６上の導電路、バイア１７０、バイア１７３から外側パッド１８１までが、集積回路１１０にＶｄｄ電源電圧の経路を提供する。さらに別の態様では、ワイヤ１４１、第２の導電層１２６上の導電路、壁部１０４、及びバイア１７４が、集積回路１１０及びＭＥＭＳデバイス１０８及び電気接地からの接地経路１４３を提供する。
【００２３】
様々な導電層は、金属などの導電材料で構成される。様々な絶縁層は、エポキシガラス積層体などの電気絶縁体材料で構成される。様々な半田マスク層は、フォトポリマーなどの材料で構成される。これらの層は、いずれかの既知の構築方法又は技術に従って形成及び作製することができる。
【００２４】
図１〜図９のアセンブリの１つの動作例では、ポート１１２を通じて音又は音響エネルギーが入り込む。ＭＥＭＳ装置１０８は、ダイヤフラム及びバックプレートを含む。音響エネルギー（例えば、音圧の変化）は、バックプレートに対するダイヤフラムの動きを引き起こし、これが電気信号に変換される。結果として生成される電気信号は、ＭＥＭＳ装置１０８によって受け取られた音響エネルギーを表す。この電気信号は、ワイヤ１１４を介して集積回路１１０に伝達される。ワイヤ１２１は、集積回路１１０からＭＥＭＳデバイス１０８に電力を伝達し、又はＭＥＭＳデバイス１０８に接地接続を提供することができる。集積回路１１０は、この信号を処理する。集積回路１１０からは、ワイヤ１１６を介して処理信号が伝達される。ワイヤ１１６は、蓋部１０２の導電層１２６に接続される。信号は、この導体によってバイア１７１に伝達される。その後、信号は、バイア１７１を通じて底部１０６の第３の導電層１５０に伝達される。底部の第３の導電層は、底部上の接続パッド１８０に電気的に結合される。顧客は、適当な電気的接続を行って接続パッド１８０から信号を受け取ることができる。
【００２５】
これまでのトップポート式デバイスに比べて前方容量１１３が減少し、後方容量１１５が増加していると認識されるであろう。この結果、マイクアセンブリの共鳴ピークが高周波数側に１０ｋＨｚ程度シフトし、ＭＥＭＳデバイスの全体的な感度が高まるという利点がそれぞれ得られる。これにより、広帯域性能を必要とする用途で実現できる超音波範囲のフラットな応答を生じるトップマイクが可能になる。また、蓋部、壁部及び底部の組み立て法は、高容量での生産が可能である。
【００２６】
蓋部上におけるＭＥＭＳデバイス１０８及び集積回路１１０の配置、蓋部上における導電路のレイアウト及び寸法、バイアのサイズ、形状及び配置は、ユーザ又はシステムのニーズによって変更することができると認識されるであろう。ここで図１０〜図１８を参照しながら、蓋部の別のレイアウトを用いたアセンブリの一例について説明する。図１０〜図１８には、図１〜図９に示すものと同様の要素が含まれるので、ここではこれらの説明を繰り返さない。同じ要素には同じ数字を用いて付番している。
【００２７】
この例では、導電路が集積回路から単一の壁部１９２に延びる。単一の壁部内には、対応するバイア２７０、２７１、２７２及び２７３が形成され、底部１０６内の対応するパッド２８０、２８１、２８２及び２８３に結合する。これらのパッド２８０、２８１、２８２及び２８３は、底部１０６内のバイアを用いてパッド２９０、２９１、２９２、２９３、２９４及び２９５に至り、顧客が電気接触を行うことができる。この例の動作は、図１〜図９の例に関して示した動作と同じであり、バイア及び導電路の配置のみが異なる。電気レイアウトの他の例及び構成も可能であると理解されるであろう。
【００２８】
本明細書で説明した実施形態の多くでは、自由懸架式の別個のワイヤではなくアセンブリの壁部内のバイアを介して電気的接続が行われると認識されるであろう。こうすることで、電気的接続がより強固になり、機械的振動によって引き起こされるノイズの影響を受けにくくなる。また、壁部内のバイアを通じて電気的接続を行うことにより、囲まれた狭い空間内における面倒なワイヤボンディング接続を回避して、より簡単にデバイスを製造できるようになる。本発明の様々な方法は、音響ポートに対する外部インターフェイスの位置を大幅に変更することなく音響エネルギーに対する電気機械的応答を強化する好ましい配向でＭＥＭＳデバイスを実装できるように電気的接続を確立するものである。
【００２９】
本明細書では、発明者らに周知の、発明を実施するための最良の形態を含む本発明の好ましい実施形態を説明した。図示の実施形態は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００３０】
１００  アセンブリ
１０２  蓋部
１０４  壁部
１０６  底部
１０８  ＭＥＭＳ装置
１１０  集積回路
１１２  音響ポート
１１３  前方容量
１１４  ワイヤ
１１５  後方容量
１１６  ワイヤ
１２０  第１の半田マスク層
１２２  第１の導電層
１２４  絶縁層
１２６  第２の導電層
１２８  第２の半田マスク層
１３０  第１の導電層
１３２  絶縁層
１３４  第２の導電層
１４０  第１の半田マスク層
１４２  第１の導電層
１４３  接地経路
１４４  第１の絶縁層
１４６  第２の導電層
１４８  誘電層
１５０  第３の導電層
１５２  第２の絶縁層
１５４  第４の導電層
１５６  第２の半田マスク層
１６０  半田領域
１７４  第５のバイア
【図１】
2015530790.tif 000003
【図４】
2015530790.tif 000004
【図５】
2015530790.tif 000005
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015530790.tif 000009
【図１３】
2015530790.tif 000010
【図１４】
2015530790.tif 000011
【図１５】
2015530790.tif 000012
【図１６】
2015530790.tif 000013
【図１７】
2015530790.tif 000014
【図１８】
2015530790.tif 000015
【図２】
2015530790.tif 000016
【図３】
2015530790.tif 000017
【図１０】
2015530790.tif 000018
【図１１】
2015530790.tif 000019
【図１２】
2015530790.tif 000020
【国際調査報告】
2015530790.tif 000021
2015530790.tif 000022