JP2009044600A - マイクロホン装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、周波数特性が良好で、忠実な収音が可能なマイクロホン装置を提供する。
【解決手段】半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように配設され、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースとを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロホン装置およびその製造方法に係り、特に周波数特性に優れたマイクロホン装置に関する。

従来から、基板上に実装されるチップ等の電子部品を、外部からの電磁波ノイズまたは粉塵等から保護するために、シールドケースが用いられている。

図１０に、従来のＭＥＭＳマイクロホンの外観斜視図を示す。図１１（ａ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの側面図である。図１１（ｂ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの平面図である。図１１（ｃ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの縦断面図（図１０中のＡ−Ａ線断面図）である。

図１０、図１１に示す従来のＭＥＭＳマイクロホン３００は、基板３０１とＭＥＭＳチップ２００とシールドケース３０３とにより構成されている。ここで、ＭＥＭＳチップ２００は、音信号を電気信号に変換する収音素子を構成するチップである。

このようなＭＥＭＳマイクロホン３００は、例えば、携帯電話等のメイン基板に実装されて使用される。この場合、音信号の通過路を確保するため、携帯電話の筐体のマイク用の音孔とシールドケースの天板３０３ａ上の音孔３０３ｃとが重なるように配置し実装する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１６５９９８号公報

このようなＭＥＭＳマイクロホンにおいては、マイクロホンの周波数特性が、１２ｋＨｚあたりの領域で、１ｋＨｚにおける出力に対して約１０ｄＢ以上大きいピーク（極大点）をもつという不具合があることがわかった。
本来、忠実な収音をするためにマイクロホンには平坦な周波数特性が求められるが、このようなピークを有する周波数特性のマイクロホンでは、高域（周波数の高い領域）が協調されるため、忠実な収音を行うことが困難であるという問題があった。

これは、ケースにより振動板と音孔との間に形成される部屋（前気室）が共振器（共鳴器）の働きをするため、共振点の周波数において、振動板に加えられる音圧（音による空気の振動に起因する空気の圧力変動）が大きくなるためであると考えられる。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、周波数特性が良好で、忠実な収音が可能なマイクロホン装置を提供することを目的とする。

そこで本発明では、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように配設され、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースとを具備したことを特徴とする。

この構成により、前記不具合を解消することが出来る。なおここで信号処理部ではインピーダンス変換のみを行うようにしてもよい。
つまり、この構成により、本発明では、前記ピークである共振周波数を、可聴帯域（20 Hz 〜 20 kHz）の外に設定することで、前記不具合を解消する。
この共振周波数は、ヘルムホルツの共振の原理より、以下の式で与えられる。

また、式１．４を満たすとき、式１．３は、音孔が一つの円でない場合にも適用できる。音孔が一つの円でない場合、ｓは音孔の総面積である。
式１．４を満たすとき、式１．３は、音孔の面積の四乗根に比例して共振周波数が高くなることを示す。
たとえば、共振周波数が12 kHzであり式１．４が成り立つマイクロホンに於いては、音孔の面積を16倍にすれば、共振周波数は倍になり可聴帯域の外である24kHzに設定することができ、前記不具合は解消することが出来る。
また、たとえば、音孔の長さ（音孔部のケースの厚さ）が0.1mmであり、音孔の直径が0.6 mmであり、ケースの音孔を有する面の面積が12mm²であり、共振周波数が12kHzであるマイクロホンに於いては、ケースの音孔を有する面の開孔率を25％以上にすれば、共振周波数を可聴帯域の外に設定することができ、前記不具合は解消することが出来る。

この構成により、ケースの少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成しているため、前記の共振を引き起こす共振器を構成しないようにすることができる。また携帯端末のような筐体への装着に際しても音孔との位置あわせが不要となり、装着が容易となる。

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）は、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、電気音響変換の精度が高くかつ安定している。この利点を利用し、小型のケース内に、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子を収納してマイクロホン装置（マイクロホンモジュール）を構成したものである。ただし、ケースが、ヘルムホルツ共振器を構成しやすいため、可聴周波数帯域にヘルムホルツ共振周波数を持たないような構造を構成することによって、周波数特性の向上を図るものである。これにより、収音素子を音響透過性の導電性構造部をもつケースに収納することで、高精度かつ安定した周波数特性を実現することが可能となる。

このとき、すなわちヘルムホルツ共振を起こすケースがあるか否かでのマイクロホンの周波数特性を図１２に示す。ａはヘルムホルツ共振を起こすケースがない場合、ｂはある場合の周波数特性を示す。本発明のように音響透過性の導電性構造部を具備していることで使用周波数帯域においてヘルムホルツ共振を起こすことのない、曲線ａに示すようなケースを用いることになり、忠実な収音を実現することができる。

すなわち、式１．１を満たすように体積に応じて開口幅を決定する。
例えば、共振点が可聴周波数帯の外に、例えば２０ｋＨｚ＜ｆ_ｒとする為の音孔幅ｄを求め、その音孔幅ｄよりも大きくなるようにすれば、ヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。
例えば上記式１．１においてｄ＝２ｍｍとしたときｆ_ｒは２４ｋＨｚとなり、共振点は可聴周波数帯域の外となる。
またｄ＝２ｍｍ、音孔面積Ｓ＝３ｍｍ^２、ケースの音孔面の寸法が４×３としたとき、ケースの音孔面の開孔率は、約２５％であればよい。
つまり、ケースの音孔面の開口率が２５％以上となるようにすればよい。この開孔率の上限は、材料の機械的強度に依存する。つまり機械的強度を維持できる範囲内で開孔率を決定すればよい。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記ケースが、直方体形状をなし、前記収音素子に対向する面の少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を具備してなるものを含む。
この構成により、効率よくヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部が、多数の孔を有する金属材料で構成されたものを含む。
この構成により、孔の大きさや間隔でヘルムホルツ共振の発生を抑制することができるため、設計も容易である。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部は、メッシュ構造を構成したものを含む。
この構成により、製造が容易でかつ、メッシュを構成する線材のサイズを調整することでヘルムホルツ共振の発生を抑制することが容易であるため、設計も容易である。また、メッシュはケースの一部をなすため、音源からの音響を収音素子に導くだけではなく、電磁波ノイズの遮蔽効果も併せもつことが望ましい。そこで、導電性材料（金属）によりメッシュを形成し、電磁シールド効果を得るものである。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部は、パンチングメタルで構成されたものを含む。
この構成により、パンチング用のパンチの調整により、機械的強度を維持しつつ孔の大きさや間隔でヘルムホルツ共振の発生を効率よく抑制することができるため、設計も容易である。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部は、多孔質の導電性材料で構成されたものを含む。
この構成により、製造が容易となる。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記収音素子と、前記信号処理部とが、同一基板内に集積化されているものを含む。
上記構成によれば、同一基板内に、収音素子と信号処理部を集積化して形成するものである。望ましくは、収音素子および信号処理部をＬＳＩ化するとともに、そのＬＳＩを、ＭＥＭＳプロセスで形成した多数の開口を持つケースで覆うことにより、非常にコンパクトで、共振周波数特性の優れたマイクロホン装置を得ることができる。また、この構成により、更なる小型化をはかることが可能となる。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記基板は、スペーサを介して前記音響透過性の導電性材料と対向するように実装され、前記基板と前記導電性材料は同一の外形を有するものを含む。
この構成により、ウェハレベルＣＳＰによって、容易に多数のマイクロホン装置を形成することが可能となる。このように音響透過性の導電性材料を用いることで、音孔との位置あわせが容易であるため、筐体への装着時の位置決めが容易となり、より作業性よく装着可能である。

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記ケースがＭＥＭＳプロセスにより半導体基板を加工することによって形成されたものを含む。
この構成により、フォトリソグラフィを用いて容易に所望の孔径および開口率を有する音孔を形成することができ、かつ磁気シールド効果も高く維持することが可能となる。上記構成によれば、更なる小型化薄型化が可能となる。

また本発明は、半導体製造プロセスを用いて収音素子を形成する工程と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部を形成する工程と、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースを形成する工程と、前記ケースが、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように、前記ケース内に前記収音素子および前記信号処理部を実装する工程とを具備したことを特徴とする。

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記ケースを形成する工程は、金属板にパンチングにより多数の孔を形成する工程を含む。

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記ケースを形成する工程は、金属材料で、メッシュ構造を構成する工程を含む。

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記収音素子と、前記信号処理部とを、同一基板内に集積化して形成する工程を含む。

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、半導体ウェハ上に、複数組の収音素子および信号処理部を形成する工程と、多数の孔を有する金属板を、前記半導体ウェハに位置あわせし、スペーサを介して、前記金属板と前記半導体ウェハとを接合し、接合体を形成する工程と、前記接合体を、ダイシングラインに沿って分断する工程とを含み、前記収音素子と信号処理部とを備えたマイクロホン装置を形成する。

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記接合体を形成する工程は、金属板にパンチング加工を施すことで、多数の孔を形成するとともに、折り曲げ加工を行いスペーサとなる突起部を形成する工程と、前記突起部を前記半導体ウェハに接合する工程とを含む。

本発明によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を音響透過性の導電性構造部を備えたケースに収納することによって、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避し、平坦な周波数特性を得ることが出来、高域においても忠実な収音を容易に実現することが可能となる。

すなわち、ケースに設けられたメッシュ構造によって、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。

また、収音素子に加え信号処理部も、ケース内に収容することにより、高精度かつ安定した収音が可能な１モジュール化されたマイクロホン装置を得ることができる。
また、導電性のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。

また、実装に際し、位置決めが容易で、かつ携帯端末などの筐体への装着の容易なマイクロホン装置が実現される。

さらにまた、ウェハレベルＣＳＰでケースをも実装することにより、極めて小型でかつ周波数特性に優れたマイクロホン装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のＭＥＭＳマイクロホン１００の外観斜視図を示す。図２は、ＭＥＭＳマイクロホン１００の縦断面図（図１のＢ−Ｂ線断面図）を示している。図１および図２に示すように、ＭＥＭＳマイクロホン１００は、基板１０１と、ＭＥＭＳチップ１０２と、ケース１０３とを有するもので、このケースを音響透過性のメッシュ構造とした例を示す断面図であり、図２は、ここで用いられるＭＥＭＳ構造の収音素子を示す断面図である。

このマイクロホン装置は、図１に示すように、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記収音素子ならびに前記信号処理部を収納し、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を防止する構造をもつように音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造としたケース１０３とを有することを特徴とするものである。１０１は収音素子ならびに信号処理部を装着する基板である。

このように、本実施の形態のマイクロホン装置は、ケース１０３として、音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造をもつものを採用している点が特徴である。

音響は本来、直進するものであり、所定条件下での進路妨害がない限り回折現象は生じない。そこで、ケースの全体を、音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造とし（このメッシュは、音響の回折による悪影響が生じない程度の径の孔を多数、有する構造をもつ）、音源から到来する音響が、そのまま直進して各収音素子に到達するようにしたものである。なおここではケース全体をメッシュ構造（メッシュ構造部１０３ｍ）としたが、収音素子に対向する領域のみがメッシュ構造となっていてもよい。

これにより、音源からの音響は、マイクロホン装置のケース１３０に妨げられることなく、そのまま直進して各収音素子に到達する。つまり、ヘルムホルツ共振による悪影響を生じることなく、忠実な収音を行うことが可能となる。

また、金属等の導電性をもつ材料を加工してメッシュ構造を形成することによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果も得ることができるため、電磁ノイズの遮蔽については問題は生じない。

基板１０１は、ＭＥＭＳチップ１０２を実装するためのプリント基板である。基板１０１の実装面の寸法は、例えば、縦×横 ３[ｍｍ]×４[ｍｍ]である。

ＭＥＭＳチップ１０２は、図２に示すように振動膜電極４３が捉えた音信号を電気信号に変換するものである。具体的には、ＭＥＭＳチップ１０２は、シリコン基板４１上に、第１の絶縁層４２を介して、振動膜電極４３とエレクトレット膜４４とを有しており、また、その上に、第２の絶縁層４５を介して、音孔４７が形成された固定電極４６を有している。また、振動膜電極４３の背面には、シリコン基板４１のエッチングで形成された、背気室５５が形成されている。なお、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップとは、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小な部品から構成される電気機械素子チップである。

振動膜電極４３は、導電性を有するドープトポリシリコンで形成され、エレクトレット膜４４は、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜で形成され、また、固定電極４６は、ドープトポリシリコンと酸化シリコン膜や窒化シリコン膜とを積層して形成されている。

また、ＭＥＭＳチップ１０２の電気信号を増幅する増幅回路４８が、ワイヤ４９により電気的に接続されている。ＭＥＭＳチップ１０２と増幅回路４８はシールドケース１０３で覆われている。

製造に際しては、半導体製造プロセスを用いて収音素子としてのＭＥＭＳチップ１０２を形成するとともに、収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部としての半導体チップ４８を形成する。これらを基板１０１上に搭載し、ワイヤボンディングにより電気的接続を行った後、金属メッシュ構造からなるケース１０３を装着することで容易に形成可能である。

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）は、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、音響電気変換の精度が高くかつ安定している。この利点を利用し、ケース１０３内に、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子を収納してマイクロホン装置（マイクロホンモジュール）を構成したものである。ただし、このケースが共振室を構成すると周波数特性が低下し、忠実な収音が不可能となるため、本実施の形態では、メッシュ構造をもつケースを採用する。

マイクロカプセルが音響透過性のメッシュ構造で構成されていることによって、本発明のマイクロホン装置は、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明のマイクロホン装置の他の例を示す断面図である。図３において、実施の形態１で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
図２に示した実施の形態１のケースは、全面をメッシュ構造で構成したが、本実施の形態では、図３に示すように、ケース１０３のうち、ＭＥＭＳチップ１０２に対向する領域のみメッシュ構造部１０３ｍを構成し、側面を含む他の領域は金属板で構成している。
他は、前記実施の形態１と同様に形成した。ここではメッシュ構造部１０３ｍは、ケース本体１０３ｓの一部（特に、収音素子の振動板に音響を到来させるために必要な箇所）に開口を設けた構造とし、接着剤を用いて接着される。

メッシュ構造部１０３ｍは、例えば、粗状メッシュシートート（布帛）が使用される。粗状メッシュシートとしては、導電性の糸状の材料を編み込んだ、編み目を備えたニット状メッシュ、あるいは、薄い金属シートに細かい小孔を穿設したパンチングメッシュシートなどを用いることができ、そのメッシュ粗さは、１ピッチ幅０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度が適当である。

このように、ケース１０３の少なくとも一部を音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造とすることによって、ケース内が共振室となるのを回避し、忠実な収音特性を得ることが可能となる。

また、導電性のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明のマイクロホン装置の他の例を示す断面図である。図４において、実施の形態１および２で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
図２に示した実施の形態１のケースは、全面をメッシュ構造で構成したが、本実施の形態では、図４に示すように、ケース１０３を、ＭＥＭＳチップ１０２に対向する領域に孔１０３ｈを形成したパンチングメタルで構成したことを特徴とする。
他は、前記実施の形態１と同様に形成した。

孔１０３ｈは、例えば、開口率２５％以上となるように形成される。
ここでは共振点を可聴周波数を２０ｈＨｚとし、この可聴周波数よりも大きい値となるように、音孔幅ｄなどのパラメータを求め、その音孔幅ｄよりも大きくなるようにすれば、ヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。
この共振周波数は前述したように以下の式で与えられる。

ここでｃ:音速、ｄ：音孔、Ｖ：ケースにより振動板と音孔との間に形成される部屋の体積、ｌ：音孔の長さ（厚さ）
例えば、上記数３においてｄ＝２ｍｍとしたときｆ_ｒは２４ｋＨｚとなり、共振点は可聴周波数帯域の外となる。

またｄ＝２ｍｍ、音孔面積Ｓ＝３ｍｍ^２、ケースの音孔面の寸法が４×３としたとき、ケースの音孔面の開孔率は、約２５％であればよい。
つまり、ケースの音孔面の開口率が２５％以上となるようにすればよい。この開孔率の上限は、材料の機械的強度に依存する。つまり機械的強度を維持できる範囲内で開孔率を決定すればよい。

本発明のマイクロホン装置の場合について共振周波数は下表１のとおりであった。

これに対し、従来のマイクロホン装置の場合は以下の表２のようになる。

このように、ケース１０３の少なくとも一部を音響的に透明な（音響透過性の）開孔を有する構造とすることによって、ケース内が共振室となるのを回避し、忠実な収音特性を得ることが可能となる。

また、導電性の基体に孔を開けて形成することによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。

また、ケース１０３としては、多孔質材料に金属粒子を含む溶剤を含浸させたものでもよい。あるいは金属などの導電性粒子を含む材料を成形し多孔質となるようにしたものであってもよい。
なお、前記実施の形態では、収音素子チップおよび信号処理回路チップを基板上に実装することによって形成したが、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を並列に配置した状態でＬＳＩ化してもよい。さらにまた、収音素子と信号処理回路とを搭載したＬＳＩチップと同一のシリコン基板を出発材料としてＭＥＭＳプロセスで微細な孔をフォトリソグラフィ工程で形成したシリコン製のケースを採用してもよい。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４のマイクロホン装置を示す断面図である。本実施の形態では、図５において、実施の形態１で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
本実施の形態では、収音素子チップおよび信号処理回路チップをＬＳＩ化し、同一のシリコン基板上に形成したＭＥＭＳチップを、パンチングメタルで構成したケース１０３に収納したことを特徴とするものである。

ＭＥＭＳチップ１０２Ｓは、図２に示した実施の形態１のＭＥＭＳチップ１０２と同様にすように振動膜電極４３が捉えた音信号を電気信号に変換するもので、このチップ内に信号処理回路としての増幅回路４８Ｓなどの電子回路が集積化されている以外は、前記実施の形態１と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。
また、ＭＥＭＳチップ１０２の電気信号を増幅する増幅回路４８が、図示しないスルーホールを解して固定電極４６に接続されている。またこの増幅回路４８Ｓをも集積化したＭＥＭＳチップ１０２Ｓはパンチングメタルで構成されたシールドケース１０３で覆われている。

製造に際しては、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１に、半導体製造プロセスを用いて収音素子および増幅回路４８Ｓなどの信号処理回路を集積化した、素子領域を形成する。図中仮想的なダイシングラインＤＬで囲まれた領域４３がＭＥＭＳチップ１０２に相当する。

一方、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、ウェハサイズの金属板１０３Ｗに、パンチングを施し、パンチング孔１０３ｈを形成するとともに、金型を用いてチップサイズに相当する凸部を持つように形状加工を行う。図中仮想的なダイシングラインＤＬで囲まれた領域がケース１０３に相当する。

この状態で、素子領域の形成されたシリコンウェハ１と、パンチング孔１０３ｈを形成したウェハサイズの金属板１０３ＷのダイシングラインＤＬ同士が重なり合うように位置あわせをし、接着剤を介して固着する。

このようにして、ウェハレベルで実装した後、ダイシングラインに沿って個別のマイクロホン装置に分断して、図５に示したマイクロホン装置が完成する。
この構成によれば、極めて容易に忠実な収音特性を備えたマイクロホン装置を得ることができる。また、チップサイズのマイクロホン装置であるため、極めて微細な外形を得ることが可能となる。

なお、前記実施の形態ではケースとしてパンチングメタルを用いたが、金属材料で、メッシュ構造を構成し、同様にして実装するようにしてもよい。

また、収音素子と信号処理回路を形成したシリコンウェハと、パンチングメタルを形状加工したウェハレベルの金属板との接合体を形成するに際し、金型を用いて凸部を形成した金属板を用いたが、折り曲げ加工を行いスペーサとなる突起部を形成するようにしてもよいし、スペーサを別部材で形成してもよい。

（実施の形態５）
次に、本発明のＭＥＭＳマイクロホン１００を携帯電話に使用する例について説明する。図８は、ＭＥＭＳマイクロホン１００が搭載された携帯電話１５０の外観斜視図である。図９は、携帯電話１５０のマイク部付近の要部断面図（図８中のＥ−Ｅ線断面図）である。

図８に示す携帯電話１５０の筐体１５１には、使用時にユーザの口元付近にあたる位置にマイク用の音孔１５２が形成されている。

ＭＥＭＳマイクロホン１００のシールドケースの天板１０３ａと筐体１５１の内側面との間に、ガスケット１５４が挟まれている。図９に示すように、筐体１５１の音孔１５２の周辺には、金属メッシュ構造のケース１０３（１０３ｍ）が位置しているため、音孔１５２との位置あわせが不要となる。

また、ガスケット１５４にも、同様に筐体の音孔１５２と略同形状の穴１５４ａが形成されている。また、穴１５４ａの筐体側の端部には音響抵抗材１５４ｂが形成されている。この音響抵抗材１５４ｂは、音信号の伝播速度を低下させるものであり、ここでは、ＭＥＭＳマイクロホン１００の音響特性を調整する機能を果たすものである。

ガスケット１５４の厚さは、天板１０３ａと筐体１５１の内側面との隙間より少し厚い程度であり、シールドケース１０３から天板１０３ａの端部まで密着して挟みこまれている。

すなわち、ガスケット１５４を挟み込む領域として、シールドケースの音孔１０３ｃから天板１０３ａの各端までの距離がそれぞれ１[ｍｍ]以上の間隔を有するように設計されているので、ガスケット１５４を挟み込んだ後の気密性が確保されている。

従って、筐体の音孔１５２から進入する音信号は、天板１０３ａと筐体１５１の内側面との隙間に漏れることがなく、ＭＥＭＳマイクロホン１００の音響特性は損なわれない。

筐体の音孔１５２から進入した音は、音響抵抗材１５４ｂを通過して金属メッシュ構造のケース１０３を通過し、ＭＥＭＳチップの振動膜電極４３に伝播する。振動膜電極４３と固定電極４６とで構成される平板コンデンサの静電容量が変化し、電圧変化として取り出される。

この構成によれば、小型化したＭＥＭＳマイクロホン１００を携帯電話に搭載することできるので、携帯電話１５０全体の形状を小型・薄型化することが可能である。

このようにして特別な工程を付加することなく、高精度の位置あわせを必要とすることなく極めて作業性よく実装することが可能となり、小型で信頼性の高いＭＥＭＳマイクロホン装置１００を得ることができる。

本発明は、極めて簡単な構成で可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避し、収音特性に優れたマイクロホン装置を形成することができることから、超小型のマイクロホン装置（例えば、超小型のエレクトレットコンデンサマイクロホン・アレイモジュール）として有用である。

本発明の実施の形態１のマイクロホン装置を示す断面図 図１に示されるシリコンＬＳＩの製造プロセスにより製造される収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）の構造を説明するためのデバイスの断面図 本発明の実施の形態２のマイクロホン装置を示す図 本発明の実施の形態３のマイクロホン装置を示す図 本発明の実施の形態４のマイクロホン装置を示す図 本発明の実施の形態４のマイクロホン装置の製造工程を示す図 本発明の実施の形態４のマイクロホン装置の製造工程を示す図 本発明の実施の形態５のマイクロホン装置を用いた携帯端末を示す図 図８のＡ−Ａ断面図 従来例の構造を示す断面図 従来例の構造を示す断面図 本発明の実施の形態および従来例のマイクロホン装置の周波数特性を示す図

符号の説明

１００ ＭＥＭＳマイクロホン
１０１ 基板
１０２ ＭＥＭＳチップ
１０３ シールドケース
１０３ｍ メッシュ構造部
１０３ｓ ケース本体
１５０ 携帯電話
１５１ 筐体
１５２ 筐体上の音孔
１５４ ガスケット
１５５ 携帯電話のメイン（主）基板

Claims (16)

1. 半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、
   前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、
   前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように配設され、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースと、を具備したマイクロホン装置。
2. 請求項１に記載のマイクロホン装置であって、
   前記ケースは、直方体形状をなし、少なくとも前記収音素子に対向する面の一部が音響透過性の導電性構造部を具備してなるマイクロホン装置。
3. 請求項１または２に記載のマイクロホン装置であって、
   前記音響透過性の導電性構造部は、多数の孔を有する導電性材料で構成されたマイクロホン装置。
4. 請求項３に記載のマイクロホン装置であって、
   前記音響透過性の導電性構造部は、メッシュ構造を構成したマイクロホン装置。
5. 請求項３記載のマイクロホン装置であって、
   前記音響透過性の導電性構造部は、パンチングメタルで構成されたマイクロホン装置。
6. 請求項３記載のマイクロホン装置であって、
   前記音響透過性の導電性構造部は、焼結金属で構成されたマイクロホン装置。
7. 請求項３記載のマイクロホン装置であって、
   前記音響透過性の導電性構造部は、多孔質の導電性材料で構成されたマイクロホン装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
   前記収音素子と、前記信号処理部とが、同一基板内に集積化されているマイクロホン装置。
9. 請求項７のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
   前記基板は、スペーサを介して前記音響透過性の導電性材料と対向するように実装され、前記基板と前記導電性材料は同一の外形を有するマイクロホン装置。
10. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記ケースがＭＥＭＳプロセスにより半導体基板を加工することによって形成されたマイクロホン装置。
11. 半導体製造プロセスを用いて収音素子を形成する工程と、
    前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部を形成する工程と、
    少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースを形成する工程と、
    前記ケースが、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように、前記ケース内に前記収音素子および前記信号処理部を実装する工程とを具備したマイクロホン装置の製造方法。
12. 請求項１１に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
    前記ケースを形成する工程は、金属板にパンチングにより多数の孔を形成する工程を含むマイクロホン装置の製造方法。
13. 請求項１１に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
    前記ケースを形成する工程は、金属材料で、メッシュ構造を構成する工程を含むマイクロホン装置の製造方法。
14. 請求項１１に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
    前記収音素子と、前記信号処理部とを、同一基板内に集積化して形成する工程を含むマイクロホン装置の製造方法。
15. 請求項１４に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
    半導体ウェハ上に、複数組の収音素子および信号処理部を形成する工程と、
    多数の孔を有する金属板を、前記半導体ウェハに位置あわせし、スペーサを介して、前記金属板と前記半導体ウェハとを接合し、接合体を形成する工程と、
    前記接合体を、ダイシングラインに沿って分断する工程とを含み、
    前記収音素子と信号処理部とを備えたマイクロホン装置を形成するマイクロホン装置の製造方法。
16. 請求項１５に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
    前記接合体を形成する工程は、
    金属板にパンチング加工を施すことで、多数の孔を形成するとともに、折り曲げ加工を行いスペーサとなる突起部を形成する工程と、
    前記突起部を前記半導体ウェハに接合する工程とを含むマイクロホン装置の製造方法。

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