JP2010505304A - Ｍｅｍｓマイクロフォンを有する素子、及び前記素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

端子を内に有する空洞と、音流入開口と、外側にＳＭＴコンタクトとを有する、ＭＥＭＳマイクロフォン用のハウジングを備えた素子が提案される。ハウジングに取り付けられたＭＥＭＳチップは、内側から音入流開口を閉じ、導電性接続によりハウジング端子に接続される。導電性接続の向かい側の、ＭＥＭＳチップは機械的にハウジングと密着する。ＭＥＭＳチップに対するハウジングの寸法は、ＭＥＭＳチップの側部の空洞が音響的な背部容積として使用されることを可能にする。

Description

本発明は、ＭＥＭＳマイクロフォンが内部に取り付けられたハウジング及びハウジングの製造方法に関する。

小型マイクロホンはＭＥＭＳ構造で製造され得る。既知の動作原理は、音によって励振された薄膜と隣接して固定された対極との間の電気容量の計測に存する。

概して、ＭＥＭＳマイクロフォンは、数１００ｎｍの厚さの、１つ以上の薄膜を有する数１００μｍの厚さのＭＥＭＳチップから作られる。通常、薄膜の構造は、基本的にＭＥＭＳチップの表面と同一平面に形成される。そして、対向面は薄膜の領域において凹部を有する。この凹部は、マイクロフォンの機能に必要であり、可変の音圧検出の静的基準として使用される、囲まれた背部容積に利用され得る。

一般的な小型化傾向及びコストの理由から、ＭＥＭＳチップの表面領域をより小さくすることが求められる。しかしながら、これに関連して、凹部によって達成され得る背部容積の同時減少もあり、薄膜を湾曲させる場合、これが、今度は湾曲を防げ、感度減少及び雑音特性の悪化をもたらす逆圧を増加させる。

特許文献１から、マイクロホンハウジングは、ＭＥＭＳ素子として形成されたマイクロフォンが基板上の半導体チップとともに配置されることが知られている。ＭＥＭＳパッケージは、基板に対向するＭＥＭＳ素子を覆う共通のキャップを含む。

しかし、この構造における不都合は、相対的に素子容量が大きいこと及び音響的に使用されるこの容量が小さい部分であることである。

米国特許出願公開第２００５／０１８５８１２号明細書

一形態において、本発明は、音響特性及び感度に悪影響を与えること無く、容量を減少したＭＥＭＳ構造におけるマイクロフォンを有する素子について明記する。

本発明の課題は請求項１に記載のコンタクト素子によって解決される。また、有利には、本発明の素子の製造方法はさらなる従属項に移行して記載される。

第１の実施形態において、背部容積としてハウジングによって形成された空洞の比較的大きな部分を使用することができるように、ＭＥＭＳチップが囲まれたハウジング内に取り付けられる素子が提案される。このため、ＭＥＭＳチップは音流入開口上にハウジング内に配置され、中からこの開口を閉じる。導電性接続を用いて、ハウジング端子と内部とが接続される。導電性接続に対してハウジング内部で、ＭＥＭＳチップはハウジングと機械的に密着する。音流入開口から離れて面しているハウジング内部において、ＭＥＭＳチップとハウジング内部壁との間に十分な通路が維持され、ＭＥＭＳチップの側部でマイクロフォンとハウジングの空洞との接続を利用可能にし、共通の背部容積を形成し得る。

底部側では、素子が回路基板の上に設置され、機械的に接続され得る方法で、ハウジングはＳＭＴコンタクト（Surface Mounting Technology）を有する。ＳＭＴコンタクトは、ＭＥＭＳチップの中に配置される端子に、両面間接続端子又はビアホールを利用して、ハウジングを貫通して接続される。以下、ＳＭＴコンタクトの外側は、実施形態に関わらず底部側として定める。

音流入開口は、ＳＭＴコンタクトに隣接して、又はその間に、底部側に配置され得、そして音流入用の回路基板において対応するボアホールを要する。しかし、音流入開口は、ハウジングの上側にも配置され得る。

ＭＥＭＳチップの電気コンタクトが底部側に向き、電気導電性接続を介してＳＭＴコンタクトの近くに存在する端子に接続されるように、ＭＥＭＳチップがハウジングに配置される場合に有利である。この場合、この側で電気接続が要求されることなく、機械的に親密な接触が、ＭＥＭＳチップの背面で純粋に機械的に実現され得る。機械的に親密な接触は、例えば、ＭＥＭＳチップの背面とハウジングとの間に配置される弾性化合物を用いて、実現され得る。弾性化合物は、機械的応力がＭＥＭＳチップとハウジングの上側との間に生じ得ないという利点を有する。ここで、弾性化合物は、ＭＥＭＳチップの側部にあるハウジングの内部容積に残る接続位置には使用されない。

内部ハウジングの基板上に、ＭＥＭＳチップは、フリップチップに類似の電気的接続を用いて、有利に貼り付けられる。この接続は、ＭＥＭＳチップのコンタクト、上下のハウジングの端子及び適当な中間の導電性接続品の配置を含む。簡単な方法では、これは、はんだ又はスタッドバンプを用いて実現され得る。はんだ付けははんだ材料を用いて実行され、ボンディングはＭＥＭＳチップのスタッドバンプを用いて、例えば超音波ボンディングによって、実行され得る。ボンディング及びはんだ付けに加え、導電性の接着剤でＭＥＭＳチップを接着することも可能である。なぜならば、マイクロフォンは通電容量及び電気接続の伝導率に対する要求が比較的わずかであるからである。接着剤は異方伝導性に設定され得るので、異なるコンタクトと端子の間の短絡を防ぐために、接着層の構築を必要としない。

しかし、電気接続も、圧力コンタクトを用いて、製造され得る。その際、圧力がかかった、電気コンタクトの耐久性は、ＭＥＭＳチップの向かい側の裏側に弾性的コンタクト圧を保証する弾性層を介して支持され得る。しかし、圧力コンタクトの領域に直接に、導電性の、弾性層から作られる中間層を提供することも可能である。

コンタクト又は導電性接続も、１つ又は２つの側に溶接された任意の構成の金属構造を用いて、製造され得る。ハウジング内の接続は、コンタクト表面又はパッドであり得る。しかし、接続として直接に導電性材料で満たされたコンタクト（ビア）ホールの内側を向く表面を使用することも可能である。しかし、ビアホール及び端子は互いに一致して配置されず、又は、互いに対して横方向に相殺し、ハウジングの内部表面にストリップ導体によって互いに接続される。

他の実施形態では、ハウジングの音流入開口が上を向き、一方、ハウジング床の底部のＭＥＭＳチップは、導電性接続を利用して、そこで端子に接続される。ここで、ハウジングの“蓋”とＭＥＭＳチップの上向きの裏面を貼り付ける、又は、何か他の方法で堅く接続することが可能であるので、接着剤又は接続位置がＭＥＭＳチップとハウジングの容積の残りから音流入開口の間で囲まれた部分容積を密封する。下方向を向いているＭＥＭＳチップの側部で、そこに形成されている導電接続はハウジングの床に薄膜の十分な間隔を保証し、従って、同時にハウジング容積の残りにＭＥＭＳチップの下に位置する部分容積の接続を保証する。ＭＥＭＳチップと“蓋”との間の封鎖は、そのとき堅くなり得る。

しかし、この状況とは関係なく、全ての構成において、変更された外圧に基準として用いられる内圧の適応を可能にするために、ハウジングの外周でハウジング内部空間を接続する規定されたボアホールが設けられる。このボアホールは、決定された音響周波数に対し相対的に遅い、約０．０１から１．０秒の十分遅い時定数で均圧が実現され得るような大きさとされる。有利に、ボアホールはＭＥＭＳチップを介して案内され、例えば、微細構造化技術を用いて生成される。

有利には、ハウジングは金属材料から製造され、又は少なくとも１つの金属塗装を有する。これは、静電シールドを可能にし、例えば、外部干渉信号のカップリングを防ぐ。

１つの実施形態において、ハウジングは、底部及びカバーを有し、下部では空洞を規定する凹部が設けられる。カバーはその時、表面に取り付けられた平面材料及び特に薄片から作られ得る。

有利に、金属薄片又はプラスチック薄片はカバーとして使用され得る。特に、音流入開口はカバーの中に構築される。この開口は、例えば、カバーに打ち付けられ得る。さらに、カバーとしての金属薄片は、はんだ付けされ、溶接され、あるいは、金属の又は金属塗装された底部にボンディングされ得るという利点を有する。しかし、底部にカバーを貼り付けることも可能である。

音流入開口は十分な領域のたった一つの開口部を含み得る。この領域に配置されたより小さな複数の開口部を備える領域も含まれ得る。

さらに、カバーとして全表面領域にわたり孔が開けられた薄片を使用し、例えば、蒸着工程を経て、底部に接続した後にのみ、音流入開口に必要でない小さな開口部を密閉することが可能である。そのような完全に孔が開けられた薄片に、音流入開口の至る所で及び底部への結合部でカバーと底部との間の、ハウジングの内側に対して任意に密閉される機械的に固定された接続を実現するために、接着剤又は孔開けを経たシーリング材を蒸着させることも可能である。

接着の場合、遮蔽効果を改善するための導電性的方法で、金属又は金属塗装されたカバー及び金属又は金属塗装された底部を互いに接続することもまた有利である。これは、ハウジング側壁に向かうカバーを介して又は導電的接着を介して貫通孔により実現され得る。

素子の有利な構成において、導電性接続はバネ要素として構成され得る。これらは、弾性的に又は塑性的に変形し得る金属構造を含み得る。これらの金属構造は、第１領域で端子に、第２領域でＭＥＭＳチップのコンタクトに取り付けられる。第２領域はハウジング床に開いた空間を有し、この空間は、バネ要素の弾性的変形のため、従って、ハウジング内のＭＥＭＳチップのバネ装着のための空間として使用され得る。

バネ要素は、ＭＥＭＳチップが素子において弾性的に保たれるという利点を有し、荷重がかかった場合、バネ力はチップにおいて最大効果を有し得、バネ要素は変形に反した振る舞いをする。これは、ＭＥＭＳチップは基本的に、応力無くハウジング内に取り付けられ、大きすぎる力は、ハウジングの機械的負荷のために、あるいは、熱による歪みのためでもにハウジングとチップとの間に生じ得ないことを保証する。

伸張及び圧縮応力を吸収するために、バネ要素は有利に、曲げられ、あるいは、一以上の空間方向に、一度又は何回か角度を付けられた非線形外形を有し得る。それらは、曲がりくねった外形を有し得、外形に依らず帯状の材料から作られ得、長手方向及び／又は横方向に走るスリットを有し得る。バネ要素は、１以上の屈曲を有する螺旋形状の構造も有し得る。有利に、それらは、導電性接続としての機能を保証するために、金属から構築される。

ハウジング及び、特に、底部は、十分な機械的安定性を有する任意の材料からも製造され得る。それは、金属、シリコン、ガラス、プラスチック、又はセラミックから製造され得る。凹部を伴ったハウジングの底部は均一の材料で有り得、凹部を伴った１個体で有り得、又は、いくつかの対応して構築された、任意に異なる層から組み立てられ得る。

単純な方法では、環状の、囲まれたフレームが、ハウジングの内部容積を囲みながら平面の基板に配置され、又は取り付けられた、凹部を伴った底部が得られる。

底部の凹部は、予め形成され得又は例えば、フレームの上記取り付けを経て、その後に生成され得る。基板の材料とは別に、フレームは、例えば、印刷され得るポリマー材料を含み得る。フレームは、セラミック材料又はセラミック及び／又は金属粒子を含み又はそれらで満たされたペーストから製造され得る。フレームも、基板の上に電気的に生成され得る。レジスト層、レジスト薄片、及び、特に、直接的に構築され得るフォトレジストからフォトリソグラフィカルにフレームを生成することも可能である。レジスト層は、めっきとして、遠心分離、鋳造、浸水、吹きつけを経て、蒸着され得る。有利には、レジスト層も、例えば、ラミネーションを経てドライフィルムとして蒸着され、そして構築され得る。

ハウジング底部の空洞を定義するためにフレーム構造の取り付けのためのレジスト層の構築は、レーザ切断のような、光技術又は直接構築を経て実現され得る。有利には、フレーム構造は、一方はハウジングのシールドを保証するために、他方ではカバーに取り付けるために金属の連結表面を生成するために、少なくとも内壁に、有利に端又は上向きの連結表面に、金属塗装される。

金属化の適用も、バネ要素を生成するために同時に使用され得る。このため、有利に犠牲層は、配置され、そして構築され又は直接、蒸着／構築されるので、それは金属構造がバネ要素を形成するために後に実施され得る。犠牲層の除去の後、犠牲層の上に元々は位置していた金属構造の第２領域は、ハウジング床に対し開いた空間を有する。

ハウジングの内部金属化のため及び任意に同時に端子の金属構造を製造するための金属層の蒸着又は生成、導電性接続、及び／又はバネ要素も、いくつかの層又はいくつかの工程を用いて実行され得、異なるハウジング部分に置いては、異なる金属化層又は多重層構造が用いられ得る。

有利に、ハウジングは、底部のＳＭＴコンタクト、及び、ハウジングの内部の貫通孔を用いて、これらのコンタクトに接続された端子を有する回路基板を含む。回路基板は、単独層又は多重層構造を有し得、少なくとも１つの誘電層又は半導体層、特に、シリコン、プラスチック又はセラミックを含む。回路基板もラミネートされた回路基板であり得る。

予め形成された凹部を備える底部もＭＩＤ（Molded Interconnect Device）の部分であり得る。原則として、必然的に基板として回路基板を使用し、完全なハウジング用の凹部を既に有する第２のキャップ型の上部に空洞を接続することも可能である。

素子の製造方法を含む本発明の実施形態は、実施形態及び関連した図を参照に以下により詳しく説明される。これらは、単に概略的に示され、実測ではないので、絶対的又は相対的な寸法の情報や大きさの関係はこれらの図から推測することはできない。

上部に音流入開口を備える素子を示す概略断面図である。 上部に音流入開口を備える素子を示す概略断面図である。 底部に音流入開口を備える素子を示す。 底部に音流入開口を備える素子を示す。 電気的接続を生成する異なる方法を示す。 電気的接続を生成する異なる方法を示す。 電気的接続を生成する異なる方法を示す。 ２つの部分のハウジングの異なるカバーを示す。 ２つの部分のハウジングの異なるカバーを示す。 ２つの部分のハウジングの異なるカバーを示す。 ２つの部分のハウジングの異なるカバーを示す。 ２つの部分のハウジングの異なるカバーを示す。 電気接続がバネ要素として構成された素子の製造を示す。 電気接続がバネ要素として構成された素子の製造を示す。 電気接続がバネ要素として構成された素子の製造を示す。 電気接続がバネ要素として構成された素子の製造を示す。 電気接続がバネ要素として構成された素子の製造を示す。 ハウジングにおける内部を金属化した素子を示す。 多層基板を備える素子を示す。

図１は上側に音流入開口ＯＥを有する素子の２つの実施形態を示す。ＳＭＴコンタクトＫが配置される（外）側に対向して位置する側は、素子の上側と見なされる。ＭＥＭＳチップＣＨ自体は、固形物から処理され、例えば薄膜技術を用いて、（図にのみ示された）薄膜も含む層が蒸着された、基板から一般的に作られる。薄膜の下の、ＭＥＭＳチップＣＨの基板は、薄膜の自由振動を可能にするために、又はマイクロフォンの機能として音響的な背部容積を提供するために、凹部を有する。

図１Ａは、薄膜を有する上側において、ＭＥＭＳチップは、導電性接続ＥＣを用いて、（図１Ａに図示しない）ハウジングの上部内側に配置された端子に接続される。底部側において、ＭＥＭＳチップは機械的に密着してハウジングＧの底部内側に接続され、圧力接続、弾性層、接着剤、又はその他の接着方法の何れかを用いてそこに接続される。従って、ＭＥＭＳチップはハウジングＧにおいて上部及び底部で固定される。

薄膜の下に、薄膜とハウジングの底部側との間に囲まれ、ＭＥＭＳチップの凹部に対応する空間は背部容積として役目を果たす全容積の第１の部分容積ＴＶ１を形成する。第２の部分容積ＴＶ２は、このチップとハウジングＧとの間のＭＥＭＳチップＣＨの側部にある空間によって作られる。

共通の背部容積として使用されるために、２つの部分容積ＴＶ１とＴＶ２は、例えばＭＥＭＳチップの底部側に予め形成された、又はＭＥＭＳチップの底部側とハウジングＧとの間にある１つ以上の通路を用いて、接続される。

音流入開口ＯＥの上の内側に位置するＭＥＭＳチップを介して、第２の部分容積ＴＶ２は、音流入開口ＯＥに対して密閉される。これはリング形状で例えばＭＥＭＳチップの上側に蒸着され、ハウジングＧの上部内側に対してこのチップを密封するシーリング材によって実現され得る。

図１Ａに示されていない実施形態において、ＭＥＭＳチップは、実際はハウジングＧ内の同じ方向に配置されるが、導電性接続を利用して、ハウジングの底部内側の端子にその底部側で接続される。これは、対応するコンタクトがＭＥＭＳチップの底部側に設けられ、これらのコンタクトがＭＥＭＳ素子の電気的部分に適切なラインを用いて、例えば、ＭＥＭＳチップを通るビアホールを介して、接続される場合に可能である。この場合、音流入開口ＯＥを囲むシール、例えば接着剤、特にシリコンラバーは、ＭＥＭＳチップの上側とハウジングの上部内側との間に設けられる。

図１Ｂはより簡単な製造方法によりそれ自体を区別する、改良された実施形態を示す。ここで、ＭＥＭＳチップは、はじめにヘッドが取り付けられるので、薄膜側と共にハウジング底部側に向いている。これは、一般的に、薄膜側に配置されたＭＥＭＳチップの電気的接続は、ハウジングＧの外側のＳＭＴコンタクトの向かい側に直接配置されるという利点を有する。ハウジングＧの底部内側の（図示しない）端子への導電性接続ＥＣを利用して、簡単に、同時に、ＭＥＭＳチップと端子との機械的接続及び電気的接続に使用されるフリップチップのような接続が製造され得る。図１Ａにおいて、電気的接続はＳＭＴコンタクトから離れて配置され、ＳＭＴコンタクトＫに追加のストリップ導体を用いて接続されなければならならず、これは図１Ｂの実施形態において排除され得、直接、向かい合う接続が生成され得る。貫通孔は内側の端子と外側のＳＭＴコンタクトＫとの間に設けられ得る。

図２はハウジングの底部に音流入開口ＯＥを有する素子の実施形態を示す。図２Ａは、薄膜を有するＭＥＭＳチップが上に向いている実施形態を示す。導電性接続ＥＣはハウジングの上部内側に向かって、ＭＥＭＳチップの上部側に示されるように実行され得、そこに端子が設けられる。しかし、ＳＭＴコンタクトＫと正反対の方向の底部側において導電性接続を提供することも可能であり、そこでは、ＭＥＭＳチップの底部側において、電気的部分及び特に薄膜と接触する対応するコンタクトがある。

図２Ａの実施形態において、ハウジングの底部内側に位置するＭＥＭＳチップは音流入開口ＯＥを密閉する。第１の部分容積ＴＶ１はハウジングの上部内側と薄膜との間に配置され、例えば導電性接続間の通路を利用して、チップとハウジングの側壁との間にある第２の部分容積ＴＶ２に接続される。部分容積ＴＶ１及びＴＶ２の両方は背部容積を形成する。

図２Ｂは、ＭＥＭＳチップの薄膜側だけが下方向を向いている、類似する配置を示す。ここで、音流入開口はＭＥＭＳチップによって閉じられ、それは、導電性接続によって、又は追加の密閉層によって保証される。第１及び第２の部分容積ＴＶ１、ＴＶ２は、ＭＥＭＳチップの上側とハウジングの内壁との間に配置された両面間接続端子によって互いに接続される。

図３は、導電性接続を利用して、ハウジングにＭＥＭＳチップを接続する異なる実現性を示す。これらは図１Ｂの配置に示される。しかし、これらの異なる導電性接続を図１及び図２に示す他の実施形態と関連して使用することも可能である。

図３Ａにおいて、電気接続はバンプＢＵ又は類似の構造として構築される。それは、はんだバンプ、スタッドバンプ、又は何か他の方法で製造され、チップがコンタクトと接着され又ははんだづけされる金属ポスト構造であり得る。バンプＢＵは、ハウジングの底部内側に配置されたハウジングの電気端子にＭＥＭＳチップＣＨの（図示しない）コンタクトを接続する。バンプ又は端子を外側のＳＭＴコンタクトＫに接続するビアホールＤＫもここに示される。

図３Ｂにおいて、導電性接続は導電層、例えば接着層ＫＬを利用して構築される。接着層ＫＬは２つのコンタクトの間の短絡を防ぐように構造化され、又は、平面伝導が実際は接着層内では起きず、接着層を介して垂直方向のみの電気伝導が存在する異方導電性の接着層として形成され得る。

図３Ｃにおいて、各導電性接続は、バネ要素Ｅとして構築される。これはハウジングＥ内のＭＥＭＳチップＣＨの弾性連結を保証する。取り付けられた場合、チップはバネ要素に圧力をかけて取り付けられ得、ＭＥＭＳチップに作用するバイアス張力が設定され得る。

図４Ａは、音流入開口ＯＥを備えるハウジングカバーが構築される方法のいくつかの実現性を示す。ここで、示されたカバーは、図１Ｂの構成のみに示されているが、図１及び図３の構成のすべてと互換性があるように適用する。

図４Ａは、中央の音流入開口ＯＥを有する薄片として構築されたカバーＡＢを示す。このカバーは、ＭＥＭＳチップＣＨの上の中心に配置されるように位置を合わされ、ハウジングの第２部分容積に対してこのカバーで密閉される。カバーＡＢは、ハウジングの内部空間を定義する少なくとも１つの凹部を有する底部ハウジング部ＵＴ上に位置する。

図４Ｂにおいて、カバーＡＢは、開口領域ＯＢにおいて、音流入開口ＯＥをともに形成するより小さい多数の開口部を有する。開口部は、押し抜かれ、掘られ、レーザを当てられ、又はエッチングされ得る。開口部の好適製造方法は、特に金属薄片又は金属で塗装されたプラスチック薄片であるカバーＡＢの材料から得られる。

図４Ｃは、カバーが連続した有孔薄片から作られた場合の実施形態を示す。開口領域ＯＢに当たらない開口部は、部分的に、例えば薄片の上部で蒸着された密閉層ＡＤにより密閉される。この密閉層ＡＤをカバーの底部側に蒸着すること、及び、例えば、ハウジングＧの底部ＵＴ及びＭＥＭＳチップＣＨの上部側にカバーＡＢを接続するために同時にそれを使用することも可能である。

図４Ｄは、接続層ＶＳを利用して、ＭＥＭＳチップの上側及びハウジングＧの底部に接続されるカバーを示す。

接続層ＶＳは、有利に弾性層であり、特に、カバーによってハウジングを十分固く閉鎖することができ、特に第２の音流入開口に対して第２の部分容積ＴＶ２を閉鎖することができる弾性接着層である。接続層ＶＳは、開口領域ＯＢに対応しない領域において、カバーＡＢの底部側の大きな表面領域にわたり蒸着され得る。しかし、接続層ＶＳを、底部ＵＴ又はカバーＡＢのどちらかの、カバーと底部の間の連結部に排他的に蒸着することも可能である。

図４Ｅは、全表面にわたり孔を有するカバーを使用した場合の他の実施形態を示す。穿孔は、小さな開口部が、カバーの機械的安定性を危険にさらさないように密集して配置されるように実施される。この有孔カバー層は、製造中にＭＥＭＳチップの底部にはじめに配置され得る。そして、接続材料、及び、特に接着剤は、連結及び密閉されるべき接続領域ＶＢの上に部分的にカバーの上部側から蒸着される。なぜなら、それらは開口領域ＯＢに配置されておらず、穿孔の開口部を介して押されるからであり、そのためこれらは閉じられる。機械的に安定で十分に密閉された接続層は、穿孔の底部側に現れる接続材料を介して生成される。

図５は、例として、異なる製造工程に関して、バネ要素ＦＥとして形成された導電性の接続がハウジング内でどのように生成され得るかを示す。図５Ａは、開始点として、基板ＢＰ及びフレーム構造ＲＳを個々に含むハウジングの底部を示す。基板は、底部側に、ビアホールＤＫを利用して底部分の内側に端子と接続されるＳＭＴコンタクトＫを有する。ここに示すように、上部側、すなわち、内部空間の方向を向くビアホールＤＫの表面は端子として使用される。

フレーム構造ＲＳ及び基板ＢＰは同じ又は異なる材料から製造され得る。有利には、基板は、フレーム構造が、例えば、印刷、フォトストラクチャ、或いは流電的（galvanic）蒸着又は、構造生成に適した何らかの方法によって、蒸着される回路基板である。

次の工程では、犠牲層ＯＳは、底部の内側において蒸着され構造化される。底部の下の端子は構造化のためにさらされる場合に十分である。図５Ｂは、構造化された犠牲層ＯＳを備える装置を示す。

次の工程では、底部の内部において、金属化は、金属構造Ｍ_Ｓが電気的に互いに離れて、端子にそれぞれ接続され、構造化された犠牲層ＯＳの表面の他の構造領域に配置されるように、蒸着され構造化される。金属構造Ｍ_Ｓは、いくつかの空間方向に得られるバネ要素の後の弾性的変形を保証するために、直線的に広がり得、しかし、有利に曲げられ又は任意に何度か角度をつけられる。第１及び第２の終端が基板又は底部の内側であるが間の中央領域は犠牲層ＯＳの上を伸びる、端子の上に直接位置するブリッジのような構造として金属構造Ｍ_Ｓを構築することも可能である。図５Ｃは、例として、構造化された金属構造Ｍ_Ｓを有する装置を示す。

次の工程では、ＭＥＭＳチップは底部ＵＴに挿入され、金属構造Ｍ_Ｓに導電的な方法で接続される。これは、はんだ付け、ボンディング、溶接、又は接着によって実現され得る。図５Ｄは、このようにして、金属構造に、電気的及び機械的に接続されたＭＥＭＳチップの例示的構造を示す。

次の工程では、構造化された犠牲層ＯＳは取り除かれるので、犠牲層に位置する金属構造の部分は基板ＢＰの上部側の空いた空間に残り、すなわち、金属構造のより高い部位と基板との間のフリースペースＦＲを作り出す。

犠牲層は、犠牲層の材料に適した単純な方法で取り除かれ得る。

特に単純な構成は、熱分解され得る材料、特に、例えば、熱工程において気体の分解生成物に完全に変化し得る３００°Ｃ以下の中温で既に分解されているポリマーを使用する。しかし、犠牲層ＯＳを選択的な工程で液体相に分解し、そして取り除くことも可能である。図５Ｅは、犠牲層を取り除いた後の配置を示す。

しかし、原則として、金属構造Ｍ_Ｓの製造の後に直接的に犠牲層を取り除くことも可能である。なぜなら、犠牲層を除去した後にバネ要素ＦＥとなる金属構造を有するＭＥＭＳチップＣＨの電気的及び機械的接続は、バネ要素のバネ機能を失うことなく、取り付け、ボンディングし、又は接着するために、基板ＢＰの上部側に対してバネ要素が任意に押され得る単純な方法で可能であるからであり、従ってバネ力はフリースペースＦＲを有する元の配置の作り直しをもたらす。

図６は、他の内部金属化Ｍ_Ｉが底部ハウジング部ＵＴの側内壁に、結果としてフレーム構造の内壁に、配置される方法の可能な構成を示す。この内部金属化Ｍ_Ｉは後部バネ構造のための金属構造Ｍ_Ｓと同時に生成され得る。フレーム構造ＲＳの上端にフレーム金属化Ｍ_Ｒを同時に生成すること、又は全面にわたり蒸着された金属層の構造化のためにフレーム金属化Ｍ_Ｒを放置しておくのも都合がよい。内部金属化Ｍ_ＩはＭＥＭＳチップをシールドするために使用され、一方、フレーム金属化Ｍ_Ｒはより簡単に、金属の又は金属塗装のカバーＡＢのボンディング、溶接、又は、はんだ付けを可能にする。

図７は、カバーＡＢがＭＥＭＳチップの上部側及びフレーム金属化Ｍ_Ｒに接続された装置を示す。さらに、ここでのハウジングは、ハウジングの底部に使用され得る多層基板ＢＰを有する。図７には、２つの誘電層を有する基板と間に埋め込まれた金属構造が示される。ハウジングに配置された端子は、層をそれぞれ貫通した２つのビアホールを利用して互いに接続され、内部金属化平面はＳＭＴコンタクトＫに接続される。

内部金属化Ｍ_Ｉの両方、フレーム金属化ＭＲ、及び金属化構造Ｍ_Ｓの製造に適する例示的な金属化Ｍは以下のように製造され得る。はじめに、例えば５０ナノメータのＴｉと２００ナノメータのＣｕとから成る接着層は、例えば、塗装される全表面にスパッタをすることにより、蒸着される。さらに、構造化のために、フォトレジストはそのとき、例えば、スプレイ塗装を利用して、又はドライレジストフィルムのラミネーションによって、蒸着される。ここで、フォトラッカー又はドライレジストフィルムは凹部及び犠牲層の地形に従う。これは、例えば、空洞のない蒸着を支持する減圧積層法によって達成され得る。

フォトレジストの露出はマスクを伴って実施され得る。大きな表面領域、例えばセラミックから作られる基板のような、ひずみの無い自由基板はスキャン装置を用いて、特にレーザラミネータで露出され得る。陰性のフォトレジストは特に有利であり、なぜなら、垂直側面、すなわちフレームストラクチャＲＳの内壁は露出をする必要が無いからである。このようにして、流電的（galvanic）方法において、追加の金属蒸着の、覆われていない領域を利用可能にするレジスト構造が生成され得る。しかし、レーザを用いた露出によって、任意に傾斜した内壁にレジスト構造及び金属構造を配置することも可能である。

連続する流電（galvanic）工程において、金属構造Ｍ_Ｓ、内部金属化Ｍ_Ｉ、及びフレーム金属化Ｍ_Ｒはフォトレジストによって覆われていない領域において、流電的に（galvanically）蒸着される。有利には、この工程において、銅、ニッケル、又はクロムは、２つの合計で５０μｍまでの厚さで蒸着される。金属化は、例えば、酸化保護（金又はパラジウム層を利用）、ボンディング能力（例えば、ニッケル又は金層を利用）、はんだぬれ（例えば、金、パラジウム、又は銀層を利用）、又は、はんだ除去（例えば、チタン、クロム、又はアルミニウム層を利用）に使用される他の選択的に蒸着された層も含み得る。これらの追加層はレジスト構造の除去の前後に生成され得る。

ＭＥＭＳチップの備え付け、又は電気機械的接続は、セラミックボンディング方法の金スタッドバンプを用いて、金属構造Ｍ_Ｓ又は露出したバネ要素ＦＥの上に実現され得る。異なる金属化層の流電（galvanic）生成のために、最後の工程では、露出した薄い接着層が、犠牲層の除去の後にエッチングもされる。

金属化層の製造には、多数の実施形態が可能である。例えば、金属構造は、大きな表面領域の、配置された金属層の構造化によってもエッチングされ得る。特に、プラスチック表面における金属塗装のために設けられる領域を活性化すること、そして湿式化学金属化を実現することも可能である。このため、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）技術が提案される。

全ての実施形態において、ハウジングの寸法は十分に大きな背部容積が利用可能なように、実現される。上部に音流入開口を有する実施形態において、サイズは、ＭＥＭＳチップから力を受けない内部容積の少なくとも７５％は音響背部容積として利用可能であるように、選択される。

本発明の実施形態によると、最小全長における音響マイクロフォン機能のための最適化した背部容積を保証する、カプセル化したＭＥＭＳマイクロホンが明記される。ハウジングの基板領域は最小化され、カプセル化されたＭＥＭＳマイクロフォンチップの既知の実施形態よりも小さい。

提案された素子及び製造方法によると、ハウジングＧにおける応力無しにＭＥＭＳチップＣＨを取り付けることも可能であり、それは、温度変化による、素子における機械的負荷、又は負担のための、基本的に劣化しないマイクロフォン機能を保証する。ハウジングは、この目的に使用される材料及び正確な幾何学的な形状に関して、任意に変化し得る。底部、フレーム構造、及びカバーにおいて、同じ、又は異なる材料が使用され得る。しかし、有利には、少なくとも基板は、異なる端子とＳＭＴコンタクトを互いに分離（絶縁）するために、誘電材料の層を含む。

素子において、異なる原理により任意に機能する、マイクロフォン機能を有する任意数ＭＥＭＳチップが使用され得る。好ましくは、薄膜を備えるＭＥＭＳチップは使用される。しかし、原則は、異なる方法で構築、又は実現されたマイクロフォンの機能を備えるＭＥＭＳチップを使用することも可能である。凹部の上に薄膜を備えたそれらは、図示するように、結晶軸指向のエッチングによりまたは単に等方性エッチングにより自動的に実現される円柱型の凹部を有する。原則は、ＭＥＭＳチップに対し垂直又は異なる側に構築された壁には凹部が適しており、それは、空いた表面領域に関して、素子の表面領域のさらなる減少を要求することができる。

Claims (29)

1. 空洞を有するハウジングと、
   前記空洞内に配置される端子と、
   音流入開口と、
   前記ハウジングの外側にあるＳＭＴコンタクトと、
   前記ハウジングの前記空洞に取り付けられ、中から前記音入開口を閉じる、マイクロフォンの機能を備えたＭＥＭＳチップと、
   から構成され、
   前記ＭＥＭＳチップは、前記ハウジングの前記空洞に配置され、前記ＳＭＴコンタクトに前記ハウジングを介して接続された前記端子に、導電接続を利用して接続され、前記導電接続の反対側に位置する表面を有する前記ハウジングと機械的に親密な接触をし、
   前記ＭＥＭＳチップのマイクロフォン機能としての背部容積は、前記ＭＥＭＳチップの側部に前記ハウジングの前記空洞から広がる
   ことを特徴とするＭＥＭＳマイクロフォンを有する素子。
2. 前記機械的に親密な接続は、前記ＭＥＭＳチップと前記ハウジングとの間に配置された弾性化合物を用いて実現される
   ことを特徴とする請求項１に記載の素子。
3. 前記ＳＭＴコンタクトは前記ハウジングの底部に配置され、前記ＭＥＭＳチップは、フリップチップ式接続を用いてハウジング床面に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の素子。
4. 前記ＭＥＭＳチップは、導電性接着剤でハウジング床面に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の素子。
5. 前記ＭＥＭＳチップは、はんだポイントを用いて、直接的に又は間接的にハウジング床面に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の素子。
6. 前記ＳＭＴコンタクトは、前記ハウジングの底部に配置され、前記音流入開口は上方向に向く
   ことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の素子。
7. 前記ハウジングは、金属材料から構成されるか、金属塗装を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の素子。
8. 前記音流入開口は、前記ＭＥＭＳチップの表面によって固く閉じられるが、前記ＭＥＭＳチップの反対表面において、前記ハウジングと前記ＭＥＭＳチップの間に、この表面と前記ＭＥＭＳチップの側部にある前記ハウジングの前記空洞との間の素早い均圧化に適した接続がある
   ことを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の素子。
9. 前記ハウジングは、底部及びカバーを含み、前記底部では、前記空洞を定義する凹部がある
   ことを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の素子。
10. 前記カバーは、音流入開口を有する、構造化した金属薄片又は構造化した金属塗装プラスチック薄片を含む
    ことを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の素子。
11. 前記カバーは、前記底部に、ボンディングされ、はんだ付けされ、又は溶接される
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の素子。
12. 前記音流入開口は、この領域に配置されたより小さい複数の開口を有する領域を含む
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の素子。
13. 前記導電性接続はバネ要素を含む
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の素子。
14. ハウジング床面は回路基板を含む
    ことを特徴とする請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の素子。
15. 前記回路基板は、前記ＳＭＴコンタクトに、前記端子を接続させるビアホールを有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の素子。
16. 互いに接続する連結表面でそれらの間に空洞を形成するように形付けられる、ハウジング底部及びカバーを準備し、前記ハウジング底部は、前記ハウジング底部を貫通するビアホールによって前記ＳＭＴコンタクトに接続された外側及び内側の端子に取り付けられたＳＭＴコンタクトコンタクトを有し、
    マイク機能を備えたＭＥＭＳチップを前記ハウジング底部の前記空洞に配置し、前記ＭＥＭＳチップを前記内部端子と電気的に接続し、
    前記ハウジング底部に前記カバーを取り付け、前記カバーを前記ハウジング底部及び前記ＭＥＭＳチップの反対側に貼り付けることにより前記ＭＥＭＳチップを前記空洞に完全には満たさずに封じる
    ことから構成される、カプセル化されたマイクロフォンの製造方法。
17. 前記カバーは、音流入開口が前記空洞から前記ＭＥＭＳチップによって閉ざされるように、前記ＭＥＭＳチップへのカバーの取り付けが実現される音流入開口を含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記カバーの取り付けは、前記ハウジング底部にカバーを、ボンディングする、はんだ付けする、又は溶接することから構成される
    ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記カバーの取り付けは、接着剤で塗装された前記カバーをボンディングすることから構成される
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記カバーは、少なくとも、結合表面の領域に穿孔を有し、前記カバーを取り付けた後、接着剤が、前記ハウジング底部及びＭＥＭＳチップに前記カバーを接着するために、前記穿孔を貫通して、押される
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. 金属、又は前記空洞に金属塗装されたハウジング底部が使用された、導電性、又は導電性の塗装がされたカバーが用いられ、前記カバーは前記ハウジング底部の塗装に、又は取り付けられた後に、電気的に接続される
    ことを特徴とする請求項１６ないし２０のうちいずれか１項に記載の方法。
22. 前記カバーの取り付けは、前記カバーに前記ハウジング底部をはんだ付けするために、前記ハウジング底部の前記連結表面に、完全に囲われたはんだフレームを蒸着することから構成され、前記カバーは導電性又は導電性に塗装される
    ことを特徴とする請求項１６ないし２１のうちいずれか１項に記載の方法。
23. 前記ＭＥＭＳチップは、前記ハウジング底部に設けられたバネ要素によって、前記内部端子に電気的に接続される
    ことを特徴とする請求項１６ないし２２のうちいずれか１項に記載の方法。
24. 前記空洞への前記ＭＥＭＳチップの配置及び前記内部端子と前記ＭＥＭＳチップの電気的接続は、
    前記ハウジング底部に犠牲層を蒸着及び構築し、
    第１領域が前記端子に位置し、前記第１領域から離れた第２領域が前記構築された犠牲層に配置されるバネ要素が作られるように、構築された金属層を蒸着し、
    前記バネ要素の第２領域に前記ＭＥＭＳチップを配置し、前記バネ要素に前記ＭＥＭＳチップを接続し、
    接続の前又は後に、前記犠牲層を取り除く
    ことから構成され、
    前記素子に接続された前記ハウジング底部の前記領域間に空隙が存在する
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 予め複数の凹部が形成された、第１の大きな表面領域のハウジングサブウェハーは、利用され、
    前記バネ要素は、前記凹部に、共通の処理工程において、全ての凹部用に製造され、
    各ＭＥＭＳチップは、前記第１のハウジングサブウェハーの各凹部に挿入され、前記バネ要素は取り付けされ、
    前記凹部はカバーで密閉され、
    前記接続されたハウジング底部及びカバーはそれぞれのハウジングに分けられる
    ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記構築された金属層の蒸着は、前記凹部の内壁及び前記ハウジング底部の前記連結表面は金属で塗装されるように、実現される
    ことを特徴とする請求項２３ないし２５のうちいずれか１項に記載の方法。
27. 各ＭＥＭＳチップは中間工程に置いて処理され、各ＭＥＭＳチップは、前記ＭＥＭＳチップの前記バネ要素への接続の後に再度取り除かれた予備キャリア上の電気的接続表面に対向して位置する裏面に正確な間隔で取り付けられる
    ことを特徴とする請求項１６ないし２６のうちいずれか１項に記載の方法。
28. 固形残留物を形成すること無く、前記犠牲層は熱で分解され得る有機層から構成される
    ことを特徴とする請求項２３ないし２７のうちいずれか１項に記載の方法。
29. 前記犠牲層の取り除きは、前記ＭＥＭＳチップがバネ要素に接続される、はんだ付け又はボンディング工程と共に実行される
    ことを特徴とする請求項２３ないし２８のうちいずれか１項に記載の方法。

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