(57)【要約】【課題】矩形の基板上に、変換体と矩形の半導体基板と有し、小型化と低コスト化可能な変換体モジュールを提供する。【解決手段】矩形の形状を有する基板２と、鋭角の頂点を１つ以上含む多角形の形状を有する変換体３と、矩形の形状を有する半導体基板４とを備え、変換体３は、基板２の第１側辺と変換体３の一つの側辺とが実質的に平行となるように、基板２上に配置され、半導体基板４は、基板２の第１側辺と半導体基板４の１つの側辺とが実質的に平行となるように基板２に配置される。【選択図】図１
2012004326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の形状を有する基板と、
鋭角の頂点を１つ以上含む多角形の形状を有する変換体と、
矩形の形状を有する半導体基板とを備え、
前記変換体は、前記基板の第１側辺と前記変換体の１つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置され、
前記半導体基板は、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように、前記基板上に配置される
変換体モジュール。
【請求項２】
前記変換体は平行な２辺を有し、
前記変換体の前記１つの側辺は当該２辺の一方である
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項３】
前記変換体は第１電極パッドを有し、
前記半導体基板は複数の第２電極パッドを有し、
前記基板は電極ランドを有し、
前記変換体モジュールは、さらに、
前記第１電極パッドと前記複数の第２電極パッドの１つとを電気的に接続する第１金属ワイヤーと、
前記複数の第２電極パッドの１つと前記電極ランドとを電気的に接続する第２金属ワイヤーとを備えている
請求項１または２に記載の変換体モジュール。
【請求項４】
前記第１金属ワイヤー及び前記第２金属ワイヤーと、前記基板の前記第１側辺と直交する第２側辺とが前記基板と平行な面内でなす角は３０度以下である
請求項３に記載の変換体モジュール。
【請求項５】
前記第１電極パッドは前記変換体の鋭角の頂点に最も近くなる位置に形成されている
請求項３または４に記載の変換体モジュール。
【請求項６】
前記多角形は、菱形、平行四辺形および台形の何れかである
請求項１〜５の何れか1項に記載の変換体モジュール。
【請求項７】
矩形の形状を有する基板と、
菱形、平行四辺形および矩形の何れかの形状を有する変換体と、
矩形の形状を有する半導体基板とを備え、
前記変換体は、前記基板の第１側辺と前記変換体の一つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置され、
前記半導体基板は、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように、前記基板上に配置され、
前記第１側辺と平行な方向に対応する変換体の幅と、
前記第１側辺と平行な方向に対応する半導体基板の幅とは同じ長さである
変換体モジュール。
【請求項８】
前記変換体モジュールは、さらに、前記変換体および前記半導体基板上に空隙を設けるように覆うシールドを備える
請求項１〜７の何れかに記載の変換体モジュール。
【請求項９】
前記シールドは、
前記基板の表面の周辺に沿って前記変換体および前記半導体基板を囲むリブと、
前記リブ上に配置され、前記基板と同じ材質のシールド板とを備える
請求項８に記載の変換体モジュール。
【請求項１０】
前記変換体は、枠体と、前記枠体の開口部を覆うダイヤフラムとを有し、
前記基板は、前記枠体の開口部直下に貫通孔を有する
請求項１〜９の何れかに記載の変換体モジュール。
【請求項１１】
矩形の形状を有する基板を準備する工程と、
鋭角の頂点を1つ以上含む多角形の形状を有する変換体を準備する工程と、
矩形の形状を有する半導体基板を準備する工程と、
前記変換体を、前記基板の第１側辺と前記変換体の一つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置する工程と、
前記半導体基板を、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置する工程とを有する
変換体モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記変換体は第１電極パッドを有し、前記半導体基板は複数の第２電極パッドを有し、前記基板は電極ランドを有し、
前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、
前記第１電極パッドと前記複数の第２電極パッドの１つとの間に第１金属ワイヤーをボンディングする工程と、
前記複数の第２電極パッドの１つと前記電極ランドとの間に第２金属ワイヤーをボンディングする工程とを有し、
前記第1金属ワイヤー及び前記第２金属ワイヤーと、前記基板の前記第１側辺と直交する第２側辺とが前記基板と平行な面内でなす角は３０度以下である
請求項１１に記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、
前記基板上に、前記変換体および前記半導体基板上に空隙を設けるように覆うシールドを形成する工程を備える
請求項１１または１２に記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記シールドを形成する工程は、
前記基板表面の周辺に沿って前記変換体および前記半導体基板を囲むリブ設ける工程と、
前記リブ上に、前記基板と同じ材質のシールド板を接合する工程とを有する
請求項１３に記載の変換体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音圧センサや圧力センサなどの変換体を備える変換体モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術を用いて製作されたＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスは電子機器の小型化・高精度化・低コスト化に寄与するため大きな注目を浴びている。その一例として、音圧センサや圧力センサは同一基板上に物理量を電気信号に変換する変換体と、変換した電気信号を増幅する半導体基板とを備える、音圧センサ、圧力センサは活発に小型化の開発が進められている。
【０００３】
従来、音圧センサや圧力センサなどの変換体を備える変換体モジュールでは、音響などの圧力変動を、音圧センサチップや圧力センサチップなどが有するダイヤフラムの振動を検知することで検出する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＭＥＭＳ技術を用いた変換体モジュールが開示されている。図１３は特許文献１に開示された変換体モジュールの構成を示す図である。特許文献１によれば、中央開口部が形成されたシリコン基板２２上にダイヤフラム(振動膜)２４と電極パッド(固定電極)２６とが対向配置された矩形の変換体(マイクロホンエレメント)２０と信号増幅用の半導体基板(ＩＣチップ)７０とを基板(絶縁基板)４２上に設け、基板(絶縁基板)４２の、変換体(マイクロホンエレメント)２０の中央開口部が位置する部分に音を導くための音孔４２Ａを設けることで、変換体モジュールを構成している。このように変換体(マイクロホンエレメント)４０と半導体基板(ＩＣチップ)とを同一の基板(絶縁基板)４２に配置することで、変換体モジュールの小型化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８１６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される構成の変換体モジュールでは、ほぼ正方形の変換体（マイクロホンエレメント）と、変換体より小さいほぼ正方形の半導体基板（ＩＣチップ）とを、矩形の樹脂基板（絶縁基板）上に辺をそろえて設けている。すなわち、変換体、半導体基板および樹脂基板の互いに隣接する辺どうしが平行となる配置となっており、これらのチップの大きさの差によって、変換体、半導体基板および電極ランド（導電層）のいずれも配置されず、ワイヤボンディング処理上必要な領域でもない遊休スペースが存在している。例えば、図１３では、ボンディングワイヤ３２に接続された電極ランドはこれらのチップを取り巻く形で配置され、樹脂基板のサイズが大きくなっている。このように、特許文献１が開示する変換体モジュールはサイズの無駄が生じており、小型化が十分に図られていない。
【０００７】
また、図１３では、ワイヤの接続方向がそれぞれ異なることにより、ワイヤボンディングの処理時間が増加する問題が生じる。ワイヤボンディングの処理時間が増加することで、単位時間当たりに完成する変換体モジュールが少なくなるため、変換体モジュールが高コストになる。また、製造工程において、複数の樹脂基板上に複数の変換体と、複数の半導体基板とを実装した集合体にワイヤボンディングをする場合、各々のワイヤの接続方向が異なるため、ワイヤボンディング処理上必要な領域である基板周辺領域が大きくなり、結果、変換体モジュールの数が減少してしまう問題が生じる。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、矩形の基板上に、変換体および半導体基板を配置した変換体モジュールを小型化および低コスト可能な変換体モジュールおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様における変換体モジュールは、矩形の形状を有する基板と、鋭角の頂点を１つ以上含む多角形の形状を有する変換体と、矩形の形状を有する半導体基板とを備え、前記変換体は、前記基板の第１側辺と前記変換体の１つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置され、前記半導体基板は、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように、前記基板上に配置される。
【００１０】
これにより、前記第１側辺と前記変換体の１つの側辺とが実質的に平行となるように前記変換体が前記基板上に配置され、かつ、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように前記半導体基板が配置されるので、遊休スペースを極力小さくすることができる。加えて、変換体が鋭角の頂点を１つ以上含む形状なので、当該鋭角をなす変換体の２辺の近傍に、電極パッドの配置用にほど良い（つまり、大きすぎない、小さすぎない）スペースを確保することができ、遊休スペースを小さくすることができる。
【００１１】
ここで、前記変換体は平行な２辺を有し、前記変換体の前記１つの側辺は当該２辺の一方であってもよい。
【００１２】
これにより、前記基板の第１側辺と前記変換体とは実質的に平行な辺同士が対向し、かつ前記半導体基板と前記変換体とは実質的に平行な辺同士が対向するので、遊休スペースを小さくすることができる。
【００１３】
また、前記変換体は第１電極パッドを有し、前記半導体基板は複数の第２電極パッドを有し、前記基板は電極ランドを有し、前記変換体モジュールは、さらに、前記第１電極パッドと前記複数の第２電極パッドの１つとを電気的に接続する第１金属ワイヤーと、前記複数の第２電極パッドの１つと前記電極ランドとを電気的に接続する第２金属ワイヤーとを備えていてもよい。
【００１４】
これにより、ワイヤボンディングするために必要な領域および電極ランド用の領域としても利用されていない遊休スペースの面積の割合を低減できるため、樹脂基板を小型化でき、シリコンマイクロホンモジュール全体の小型化も実現できる。
【００１５】
また、前記第１金属ワイヤー及び前記第２金属ワイヤーと、前記基板の前記第１側辺と直交する第２側辺とが前記基板と平行な面内でなす角は３０度以下であってもよい。
【００１６】
これにより、ワイヤボンディングの処理時間が短縮し、単位時間当たりに完成する変換体モジュールが多くなるため変換体モジュールの低コスト化が実現できる。また、複数の基板上に複数の変換体と、複数の半導体基板とを実装した際、ワイヤボンディング処理上必要な領域である基板周辺領域を小さくすることができるため、複数の基板からより多くの変換体モジュールを形成することができる。そのため、変換体モジュールの低コスト化を実現できる。
【００１７】
また、前記第１電極パッドは前記変換体の鋭角の頂点に最も近くなる位置に形成されていてもよい。
【００１８】
これにより、変換体の鋭角部のスペースを効率的に使用でき、変換体を小型化することができる。これにより、変換体を備える変換体モジュールを小型化することができる。
【００１９】
ここで、前記多角形は、菱形、平行四辺形および台形の何れかであってもよい。
これにより、前記多角形の形状が四角形なので、容易に製造することができる。
【００２０】
また、本発明の他の態様における変換体モジュールは、矩形の形状を有する基板と、菱形、平行四辺形および矩形の何れかの形状を有する変換体と、矩形の形状を有する半導体基板とを備え、前記変換体は、前記基板の第１側辺と前記変換体の一つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置され、前記半導体基板は、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように、前記基板上に配置され、前記第１側辺と平行な方向に対応する変換体の幅と、前記第１側辺と平行な方向に対応する半導体基板の幅とは同じ長さである。
【００２１】
これにより、変換体の幅Ａと半導体基板の幅Ｂを揃えることで、基板上の遊休スペースを削減でき、変換体モジュールの小型化が可能になる。
【００２２】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記変換体および前記半導体基板上に空隙を設けるように覆うシールドを備えてもよい。  これにより、電磁ノイズを遮断し、かつ外部からの応力を防ぐことができ、変換体モジュールを高精度化することがきる。
【００２３】
また、前記シールドは、前記基板の表面の周辺に沿って前記変換体および前記半導体基板を囲むリブと、前記リブ上に配置され、前記基板と同じ材質のシールド板とを備えてもよい。
【００２４】
これにより、請求項６の効果に加え、シールド材質を基板と同じにすることで、材料数を削減でき変換体モジュールの低コスト化が可能になる。
【００２５】
また、前記変換体は、枠体と、前記枠体の開口部を覆うダイヤフラムとを有し、前記基板は、前記枠体の開口部直下に貫通孔を有してもよい。
【００２６】
これにより、外部からの音波を効率よく変換体に伝播することができるため、音波検出の精度を高めることができる。
【００２７】
また、本発明の一態様における変換体モジュールの製造方法は、矩形の形状を有する基板を準備する工程と、鋭角の頂点を1つ以上含む多角形の形状を有する変換体を準備する工程と、矩形の形状を有する半導体基板を準備する工程と、前記変換体を、前記基板の第１側辺と前記変換体の一つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置する工程と、前記半導体基板を、前記基板の第１側辺と前記半導体基板の１つの側辺とが実質的に平行となるように前記基板上に配置する工程とを有する。
【００２８】
これにより、ワイヤボンディングするために必要な領域および電極ランド用の領域としても利用されていない遊休スペースの面積の割合を低減できるため、基板を小型化でき、シリコンマイクロホンモジュール全体の小型化も実現できる。
【００２９】
また、前記変換体は第１電極パッドを有し、前記半導体基板は複数の第２電極パッドを有し、前記基板は電極ランドを有し、前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、前記第１電極パッドと前記複数の第２電極パッドの１つとの間に第１金属ワイヤーをボンディングする工程と、前記複数の第２電極パッドの１つと前記電極ランドとの間に第２金属ワイヤーをボンディングする工程とを有し、前記第1金属ワイヤー及び前記第２金属ワイヤーと、前記基板の前記第１側辺と直交する第２側辺とが前記基板と平行な面内でなす角は３０度以下であってもよい。これにより、ワイヤボンディングの処理時間が短縮し、単位時間当たりに完成する変換体モジュールが多くなるため低コストで変換体モジュールを製造することができる。また、複数の基板上に複数の変換体と、複数の半導体基板とを実装した際、ワイヤボンディング処理上必要な領域である基板周辺領域を小さくすることができるため、複数の基板からより多くの変換体モジュールを形成することができる。そのため、低コストで変換体モジュールを製造することができる。
【００３０】
また、前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、前記基板上に、前記変換体および前記半導体基板上に空隙を設けるように覆うシールドを形成する工程を備えていてもよい。
【００３１】
これにより、電磁ノイズを遮断し、かつ外部からの応力を防ぐことができ、高精度な変換体モジュールを製造することができる。
【００３２】
また、前記シールドを形成する工程は、前記基板表面の周辺に沿って前記変換体および前記半導体基板を囲むリブ設ける工程と、前記リブ上に、前記基板と同じ材質のシールド板を接合する工程とを有していてもよい。
【００３３】
これにより、シールド材質を基板と同じにすることで、材料数を削減でき、低コストで変換体モジュールを製造することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の変換体モジュールは従来の変換体モジュールに比べ、容易に小型化および低コスト化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１の変換体モジュールの平面図である。
【図２】実施の形態１の変換体モジュールのＡ−Ａ断面での断面図である。
【図３】実施の形態１の変換体モジュールのシールド実装前の変換体モジュールの平面図である。
【図４】実施の形態１の変換体モジュールのワイヤボンディングの工程を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１のワイヤボンディングの工程における変換体モジュールの集合体を示す平面図である。
【図６】実施の形態１のワイヤボンディング時の変換体モジュールの断面図である。
【図７】実施の形態１の変形例１の変換体モジュールの平面図である。
【図８】実施の形態１の変形例１の変換体モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図９】実施の形態２の変換体モジュールの平面図である。
【図１０】実施の形態１の変形例の変換体モジュールの平面図である。
【図１１】実施の形態１の変形例２の変換体モジュールの平面図である。
【図１２】実施の形態１の変形例３の変換体モジュールの平面図である。
【図１３】従来の変換体モジュールの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３７】
（実施の形態１)
実施の形態１の例示的な変換体モジュール１００について説明する。図１は、実施の形態１の変換体モジュール１００の平面図である。図２は、実施の形態１の変換体モジュール１００の断面Ａ−Ａ‘での断面図である。
【００３８】
図１に示すように、本実施の形態における変換体モジュールは、主として、矩形の形状を有する基板２と、鋭角の頂点を１つ以上含む多角形の形状を有する変換体３と、矩形の形状を有する半導体基板４とを備える。変換体３は、基板２の第１側辺２ｓと前記変換体の１つの側辺３ｓとが実質的に平行となるように前記基板上に配置される。半導体基板４は、基板の第１側辺２ｓと半導体基板２の１つの側辺４ｓとが実質的に平行となるように前記基板上に配置される。ここで、実質的に平行とは、２辺が完全に平行である場合と、例えば製造工程ばらつきや、実装誤差等により生じる数度程度の角度を有する場合を含む。
【００３９】
鋭角の頂点を１つ以上含む多角形は、平行な２辺を有していてもよい。この場合、変換体の前記１つの側辺３sは当該２辺の一方である。また、この多角形は、四角形でもよく、菱形、平行四辺形および台形の何れかであってもよい。図１では、鋭角の頂点を１つ以上含む多角形として菱形の例を示している。
【００４０】
より詳しく説明すると、実施の形態1の変換体モジュール１００は、音波を導くための音孔（貫通孔）１を有する基板２と、菱形の変換体３と、矩形の半導体基板４と、基板２の周辺端部と接続し変換体３と半導体基板４と空隙を設けるように覆うシールド５を備えている。本実施例において、基板２は素材に樹脂を含浸させて形成した樹脂基板である。また、変換体３は音孔１の上方位置に六角形の開口部６を有する枠体３ａと、開口部６を覆うダイヤフラム７を備え、ダイヤフラム７の振動を電気信号に変換する。加えて、半導体基板４は変換体３からの電気信号を増幅する機能を備えている。
【００４１】
図３は、シールド５実装前の変換体モジュールの平面図である。図３に示すように、変換体３は、２組の互いに平行な側辺１０１（３ｓ）、１０３と側辺１０２、１０４とから構成される菱形を有し、側辺１０１、１０２によって構成される鋭角の先端部分である鋭角エリア及び、側辺１０３、１０４とによって構成される鋭角の先端部分である鋭角エリアの上面にそれぞれ１つずつ電極パッド８Ａ及び電極パッド８Ｂを備える。半導体基板４は、矩形の形状を有し、２組の互いに平行な側辺１０５、１０７と測辺１０７、１０８とを備える。また基板２は、矩形の形状を有し、２組の互いに平行な側辺１０９、１１１と側辺１１０、１１２とを備える。
【００４２】
変換体３は、１つの側辺が基板２の１つの側辺に平行になるように配置されている。ここで変換体の側辺１０１（３ｓ）が基板２の側辺１０９（２ｓ）に平行である。また、半導体基板４は、側辺１０９が変換体の側辺１０３と平行になるように設置されている。
【００４３】
変換体３の電気信号を半導体基板４が差動方式で増幅する場合、図３に示すように半導体基板４は５つの電極パッド９Ａ〜９Ｅを備えており、変換体３上の電極パッド８Ａ、８Ｂと半導体基板４の電極パッド９Ａ、９Ｂとがワイヤ（第１の金属ワイヤ）１１で接続されている。またこのため、変換体３と半導体基板４とはワイヤボンディング処理上必要な距離を設けて設置されている。
【００４４】
基板２は、基板２の側辺１０１と半導体基板の側辺１０７との間に電極ランド１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備えており、半導体基板４の電極パッド９Ｃ、９Ｄ、９Ｅとそれぞれ電極ランド１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃはワイヤ（第２の金属ワイヤ）で接続されている。このとき、電極ランド１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃはワイヤボンディング処理上必要な最低ワイヤ長を確保できる程度のスペースが設けられている。第１の金属ワイヤと第２の金属ワイヤは同じ材質でよい。
【００４５】
このような配置にすることで、従来の特許文献１に記載される構成に比べて、ワイヤボンディングするために必要な領域および電極ランド用の領域としても利用されていない遊休スペースの面積の割合を低減できるため、基板２を小型化でき、変換体モジュール１００全体の小型化も実現できる。
【００４６】
また、各々のワイヤ１１は基板２の側辺１１０となす角が３０°以下になるように変換体３の電極パッド８Ａ、８Ｂと、半導体基板４の電極パッド９Ａ〜９Ｅと、基板２の電極ランド１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃとを配置する。ここでのワイヤ１１と側辺１１０とがなす角は、基板２と平行な面内でなす角である。
【００４７】
これにより、ワイヤボンディングの処理時間が短縮し、単位時間当たりに完成する変換体モジュール１００が多くなるため変換体モジュール１００の低コスト化が実現できる。これは、特にワイヤ１１接続方法にウエッジボンディングを用いた際に、顕著な効果が表れる。この効果について図４、図５、図６を用いて説明する。
【００４８】
図４は、ワイヤボンディングの工程を示す図である。図４に示すようにウエッジボンディングはワイヤ接続時、ボンディングツール１２をワイヤ接続方向と針先穴とを平行にするよう移動しなければならない。ワイヤ１１接続方向が側辺１１０となす角が３０°より大きい場合には、ボンディングツール１２を大きく回転する必要あった。そのため、ワイヤボンディングの処理時間が増加する問題が生じる。しかし、本実施の形態ではボンディングツール１２を大きく回転することなく、ワイヤボンディングが可能なためワイヤボンディングの処理時間が短縮できる。よって、単位時間当たりに完成する変換体モジュール１００が多くなるため変換体モジュール１００の低コスト化が実現できる。
【００４９】
更に各々のワイヤ１１は基板２の側辺１１０となす角が３０°以下になるように変換体３の電極パッド８Ａ、８Ｂと半導体基板４の電極パッド９Ａ、９Ｂとを配置し、かつ、半導体基板４の電極パッド９Ｃ、９Ｄ、９Ｅと基板２の電極ランド１０Ａ、Ｂ、Ｃを配置することで、複数の変換体３を配置した複数の基板２から、より多くの変換体モジュール１００を形成することができる。
【００５０】
これは、先ほど同様にワイヤ接続方法にウエッジボンディングを用いた際に、顕著な効果が表れる。図５は、実施の形態１のワイヤボンディングの工程における変換体モジュールの集合体の平面図である。この複数の変換体モジュールは、１枚の大きな樹脂基板上に形成されている。１枚の大きな樹脂基板が裁断されることにより、複数の変換体モジュールが得られる。
【００５１】
図６は、ワイヤボンディングの工程における変換体モジュールの断面図である。図６に示すように、ワイヤボンディング工程において、複数の基板２の周辺は治具１５で固定しなければならない。このとき、図７に示すように、ワイヤの弛み角１６と、治具の厚さ１７と電極ランド１０から治具１５までの距離１８を以下の（式１）を満たすように、ワイヤ接続方向の延長方向に対して無駄スペースを設けなければならない。
【００５２】
【数１】
2012004326.tif 000003
【００５３】
ここで、Ｗは電極ランドから治具までの距離、θはワイヤの弛み角、Ｈは治具の厚さである。
【００５４】
もし、ワイヤ接続方向が一方向でなく二方向であれば、二方向に無駄スペースを設けなければならない。そのため、複数の変換体３を配置した複数の基板２から得られる、変換体モジュール１００の形成数が減少してしまう。しかし、本実施の形態において無駄スペースを一方向のみにできるので、複数の変換体３を配置した複数の基板２から、より多くの変換体モジュール１００を形成することができる。そのため、変換体モジュール１００の低コスト化を実現できる。
【００５５】
（変形例１）
図７は、実施の形態１の変形例の変換体モジュールの平面図である。図８は、実施の形態１の変形例の変換体モジュールの製造工程を示す断面図である。図７、図８は、図１〜図３と比べて、基板２がさらに電極ランド１０Ｄを有する点と、変換体３の電極パッド８Ａが電極ランド１０Ｄにワイヤボンディングされている点とが異なる。
【００５６】
変換体３の電気信号を半導体基板４が直動方式で増幅する場合は、図７、図８に示すように半導体基板４の電極パッド、基板２の電極ランド、及びワイヤ１１接続の組み合わせが異なるのみで、半導体基板４が直動方式の場合も、差動方式と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
具体的には、図８に示すように半導体基板４は４つの電極パッド９Ａ〜９Ｄを備えており、変換体３上の電極パッド８Ａもしくは８Ｂと半導体基板４の電極パッド９Ａとがワイヤ１１で接続されている(図８では電極パッド８Ｂと電極パッド９Ａを接続している)。またこのため、変換体３と半導体基板４とはワイヤボンディング処理上必要な距離を設けて設置されている。
【００５８】
基板２は、基板２の側辺１１１と半導体基板の側辺１０７との間に電極ランド１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、基板２の側辺１０１０と変換体の側辺１０２との間、もしくは基板２の側辺１１２と変換体の側辺１０４との間に電極ランド１０Ｄを備えている(図７では基板２の側辺１１２と変換体の側辺１０４との間)。半導体基板４の電極パッド９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとそれぞれ電極ランド１０Ａ、Ｂ、Ｃに、また、変換体３の電極パッド８Ａは基板２の電極ランド１０Ｄにワイヤ１１で接続されている。このとき、基板２の電極ランド１０Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはワイヤボンディング処理上必要な最低ワイヤ長を確保できる程度のスペースが設けられている。
【００５９】
（変形例２）
図１１は、実施の形態１の変形例２の変換体モジュールの平面図である。同図の変換体モジュールは、図１と比べて、変換体３の形状が台形である点が異なっている。つまり、鋭角の頂点を1つ以上含む多角形の形状の具体例として、台形を示している。このように変換体が台形であっても、図１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（変形例３）
図１２は、実施の形態１の変形例３の変換体モジュールの平面図である。同図の変換体モジュールは、図１と比べて、変換体３が、２辺が平行な四角形である点が異なっている。つまり、鋭角の頂点を1つ以上含む多角形の形状の具体例として、２辺が平行な四角形を示している。変換体がこのような形状であっても、図１と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（実施の形態２)
次に実施の形態２の変換体モジュール１００を説明する。
【００６２】
図９は、実施の形態２の変換体モジュールの平面図である。この変換体モジュールは、主として、矩形の形状を有する基板２と、菱形、平行四辺形および矩形の何れかの形状を有する変換体３と、矩形の形状を有する半導体基板４とを備える。図９の変換体モジュールは、図１と比べて、主に、変換体３が、菱形、平行四辺形および矩形の何れかの形状を有する点で異なっている。図９では、変換体３が矩形である例を示している。
【００６３】
より詳しく説明すると、実施の形態２の変換体モジュール１００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較し、変換体３の形状と、半導体基板４の形状と、変換体３と半導体基板４との寸法の関係のみが異なる。図９に示すように、基板２に矩形の変換体３と矩形の半導体基板４を備える。このとき、基板２の側辺１０９と平行な方向に対応する変換体の幅１１３と、基板２の側辺１０９と平行な方向に対応する半導体基板の幅１１４の長さを揃えている。ここで、半導体基板４の単位面積当たりの増幅能力(性能)はほぼ同等であると仮定すると、変換体の幅１１３と半導体基板の幅１１４を揃えることで、基板２上の遊休スペースを削減でき、変換体モジュール１００の小型化が可能になる。
【００６４】
また、変換体の幅１１３と半導体基板の幅１１４を揃えることで、半導体基板４の電極パッド、基板２の電極ランドを効率よく配置するスペースが生まれ、ワイヤ１１を基板２の側辺１０１０となす角が３０°以下になるように各電極パッドと各電極ランドで接続することができる。これにより、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。
【００６５】
尚、本実施形態では便宜上、矩形の変換体３を用いて説明したが、矩形の変換体３の形状に限られるわけでもなく、菱形、平行四辺形の形状の変換体３を用いた場合でも同様の効果を得ることができる。
【００６６】
（変換体モジュール１００の製造方法)
以下に、図２、図３、図７及び図８を参照して、上述した変換体モジュール１００の製造方法について説明する。実施の形態１及び２共に同様の製造方法なので、実施の形態２の製造方法は省略する。
【００６７】
まず、製造方法の概略について説明する。変換体モジュールの製造方法は、矩形の形状を有する基板２を準備する工程と、鋭角の頂点を1つ以上含む多角形の形状を有する変換体３を準備する工程と、矩形の形状を有する半導体基板４を準備する工程と、変換体３を、基板２の第１側辺と変換体３の一つの側辺とが実質的に平行となるように基板２上に配置する工程と、半導体基板４を、基板２の第１側辺と半導体基板４の１つの側辺とが実質的に平行となるように基板上に配置する工程を含む。
【００６８】
また、変換体モジュールの製造方法は、さらに、第１電極パッドと複数の第２電極パッドの１つとの間に第１金属ワイヤーをボンディングする工程と、複数の第２電極パッドの１つと電極ランドとの間に第２金属ワイヤーをボンディングする工程とを含む。
【００６９】
上記のボンディング工程において、第1金属ワイヤー及び第２金属ワイヤーと、基板の第１側辺と直交する第２側辺とが基板と平行な面内でなす角は３０度以下である。
【００７０】
変換体モジュールの製造方法は、さらに、基板上に、変換体および半導体基板上に空隙を設けるように覆うシールドを形成する工程を備える。シールドを形成する工程は、基板表面の周辺に沿って変換体および半導体基板を囲むリブ設ける工程と、リブ上に、基板と同じ材質のシールド板を接合する工程とを有する。
【００７１】
次に、製造方法の詳細について説明する。
【００７２】
（半導体基板４が差動方式の場合の製造方法)
変換体３の電気信号を半導体基板４が差動方式で増幅する場合、まず音孔１１および電極ランド１０Ａ、Ｂ、Ｃを所定の位置に設けた基板２を準備する。基板２の電極ランド１０Ａ、Ｂ、及びＣは、銅の基層にニッケルメッキを施すか、さらに金メッキを施したもの、あるいは銅の基層にニッケルメッキを施した後、鉛メッキを施し、さらに金メッキを施すことで形成する。
【００７３】
次いで、基板２上の所定のエリアに固着パッド１９を貼付した後、接着剤３０を塗布し、図２に示すように、半導体基板４の底面のダイボンドエリアを固定して実装し、接着剤３０を硬化する目的で、１５０〜２００℃で１時間程度の熱処理を窒素雰囲気中で行い、１００℃以下まで降温した後、大気中に取り出す。
【００７４】
次いで、図２に示すように、音孔１を囲む所定のエリアに固着パッド１９を貼付した後、接着剤３０を塗布し、変換体３の底面の開口部６を除く外周部のダイボンドエリアを、開口部６が音孔１に重なるように実装し、接着剤３０を硬化する目的で、１５０〜２００℃で１時間程度の熱処理を窒素雰囲気中で行い、１００℃以下まで降温した後、大気中に取り出す。なお半導体基板４および変換体３をともに実装した後に、熱処理を施しても良い。
【００７５】
接着剤３０は、導電性ペースト、絶縁性ペーストまたはダイアタッチフィルムなどを用いれば良く、例えば半導体基板４の実装にはダイアタッチフィルムを用い、変換体３の実装には絶縁性ペーストを用いるなど、これらを組み合わせて用いても良い。
【００７６】
図３に示すように、変換体３上の電極パッド８Ａ、Ｂと、半導体基板４上の電極パッド８Ａ、Ｂそれぞれワイヤ１１を介して接続する。また、半導体基板４上の電極パッド８Ｃ、ＤおよびＥと、基板２２の電極ランド１０Ａ、Ｂ、及びＣとをそれぞれワイヤ１１を介して接続する。
【００７７】
このとき、各々のワイヤ１１は基板２の側辺１１０となす角が３０°以下になるように接続されている。
【００７８】
変換体３上の電極パッド８Ａおよび８Ｂの素材は、例えばＰｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）が用いられる。
【００７９】
半導体基板４上の電極パッド９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄの表面は、例えばＡｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ（以上アルミニウム系）、Ａｕ（金）などで形成されている。
【００８０】
ワイヤ１１の素材はアルミニウム系を用いてもよく金を用いても良い。ワイヤ１１の素材が金である場合は、基板２にチップ実装後、温度を１３０℃〜１８０℃にしたヒータ上でワイヤボンディングを実施すれば良い。
【００８１】
基板２の電極ランド１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのサイズは、ワイヤ１１が直径２０〜３０μｍ程度のアルミニウム系のワイヤ１１である場合は、直径２００〜２５０μｍ程度とすれば良く、直径１５〜２５μｍ程度の金のワイヤである場合は、直径１５０〜２００μｍ程度とすれば良い。したがって金のワイヤを用いることで、より小型化を図ることができる。
【００８２】
ワイヤボンディング処理は、電極パッド、電極ランド、およびワイヤ１１の、材質、形状および固定状況等に応じて、超音波出力または押圧荷重を変えて行う。例えば、変換体３上の電極パッド８Ａ、８Ｂがポリシリコンからなり、これらにアルミニウム系のワイヤ１１をボンディングする場合は、半導体基板４上の電極パッド９Ａ〜９Ｅがアルミニウム系または金からなり、アルミニウム系または金のワイヤ１１をボンディングする場合に比べて、超音波の出力が大きく、荷重が低い条件で接合する。これにより、ポリシリコンからなる電極へのワイヤボンディング処理が可能となり、アルミニウム系や金によるマスクを形成する工程をなくし、製造コストを低減することができる。
【００８３】
また、ワイヤボンディング処理は、ボンディングツール１２と変換体３または半導体基板４との干渉を防ぐため、チップの厚み等に応じて好適な順序で行う。例えば、変換体３の厚みが半導体基板４の厚みより大きい場合、変換体３上の電極パッド８Ａと半導体基板４上の電極パッド９Ａとを接続する際、変換体３の電極パッド８Ａにワイヤ１１を接続した後、半導体基板４上の電極パッド９Ａにワイヤ１１を接続することで、ボンディングツール１２と変換体３が干渉することなく、ワイヤボンディング処理を行うことが可能となる。
【００８４】
なお、基板２の電極ランド１０は、変換体モジュール１００の外形サイズに影響を及ぼさない範囲であれば、任意の好適な形状であれば良く、複数のワイヤ１１が接続されていても良い。
【００８５】
次いで、図２に示すように、電磁ノイズを遮断し、かつ外部からの応力を防ぐ目的で基板２の外周部に、はんだ３１を塗布し、シールド５を実装し、硬化する。シールド５の材質は電磁ノイズを十分に遮断する材料が望ましく、例えば洋白が好ましい。
【００８６】
また、図１０に示すように基板２の外周部に、はんだ３１を塗布し、変換体３と半導体基板４を十分に覆うことのできる高さのリブ３２を持つ基板２と同じ材質のシールド５を実装し、硬化してよい。このとき、リブ３２とシールド５の材質は同じであっても異なっても良い。
【００８７】
（半導体基板４が直動方式の場合の製造方法)
変換体３の電気信号を半導体基板４が直動方式で増幅する場合の変換体モジュール１００の製造方法を説明する。図７に示すように、半導体基板４が差動方式に比べて、半導体基板４の電極パッド８数、基板２の電極ランド１０数、及びワイヤ１１接続の組み合わせが異なるためにワイヤボンディング処理の手順が異なるのみで、半導体基板４が直動方式の場合も、差動方式と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
具体的には、図８に示すように、音孔１１および電極ランド１０Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを所定の位置に設けた基板２を準備する。差動方式と同様の手順で変換体３と、半導体基板４とを基板２に実装する。このとき、半導体基板４は電極パッド８Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備えている。
【００８９】
次いで、常温で変換体３上面の鋭角エリアの電極パッド８Ａと、基板２のコーナ部の電極ランド１０Ｄとをワイヤ１１を介して接続し、半導体基板４上の電極パッド８Ａを変換体３の電極パッド８Ｂと、ワイヤ１１を介して接続する。また、半導体基板４の電極パッド８Ｂ、ＣおよびＤと、基板２の電極ランド１０Ａ、ＢおよびＣとをそれぞれワイヤ１１を介して接続する。
【００９０】
このようにして、図２、図３、図７及び図８を用いて説明した変換体モジュール１００を製造することができる。なお、本実施例においては、基板は、素材に樹脂を含浸させて形成した基板２であるとしたが、他の種類の基板であってもよい。
【００９１】
本発明の好適な実施例として、変換体３は、１辺の長さが０．８５〜１．２０ｍｍ、鋭角が７０．６°であり、半導体基板４は、１辺の長さが０．６〜０．８ｍｍ、他辺の長さが０．６〜０．８ｍｍであり、基板は、１辺の長さが１．９〜２．４ｍｍ、他辺の長さが２．９〜３．４ｍｍであり、電極ランド１０を５つ備える場合を挙げることができるが、これらの数値の範囲外であっても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本発明を実施し、効果を得ることができる。
【００９２】
なお、上記各実施形態における変換体が菱形の形状である場合の菱形は、４辺の長さが等しい場合だけでなく、４辺の長さが多少異なっている場合であってもよい。４辺の長さが多少異なっていても、同様の効果を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、変換体モジュール１００の小型化を図るものであり、音圧センサ、圧力センサ、携帯電話のような携帯機器等のマイクロフォン等に有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１００  変換体モジュール
１、４２Ａ    音孔
２、４２    基板
３、２０    変換体
４  半導体基板
５    シールド
６    開口部
７    ダイヤフラム
８Ａ、８Ｂ、２６  変換体の電極パッド
９Ａ〜９Ｅ  半導体基板の電極パッド
１０Ａ〜１０Ｄ  電極ランド
１１  ワイヤ
１２  ボンディングツール
１３  針先穴
１４  進行方向
１５  治具
１６  ワイヤの撓み角
１７  治具の厚さ
１８  電極ランドから治具までの距離
１９  固着パッド
２２  シリコン基板
３０  接着剤
３１  はんだ
３２  リブ
１０１、１０２、１０３、１０４  変換体の側辺
１０５、１０６、１０７、１０８  半導体基板の側辺
１０９、１１０、１１１、１１２  基板の側辺
１１３  変換体の幅
１１４  半導体基板の幅
【図１】
2012004326.tif 000004
【図２】
2012004326.tif 000005
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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