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技術 マイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップ

出願人 パナソニック電工株式会社
発明者 高畑利彦河田裕志吉田岳司牛山直樹
出願日 2006年3月28日 (14年9ヶ月経過) 出願番号 2006-086874
公開日 2007年10月11日 (13年2ヶ月経過) 公開番号 2007-266802
状態 特許登録済
技術分野 静電,電磁,磁歪,可変抵抗等の交換器
主要キーワード 存在空間 辺縁部分 高濃度不純物拡散 平行板コンデンサ 空気流通孔 音響検出 音響圧力 シリコン半導体プロセス
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この項目の情報は公開日時点(2007年10月11日)のものです。
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図面 (8)

課題

段差形状を有するマイクロホンチップ実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップにおいて、マイクロホンチップの段差部側を実装側にして実装基板に容易かつ低コスト実装可能とする。

解決手段

基板2の主面10に形成された振動板3と、振動板3に対向し主面10から突出したバックプレート4とを有するマイクロホンチップ1を実装基板7に実装するマイクロホンチップの実装方法は、主面10に対向していないバックプレート4の面にバックプレート4と電気的に導通するバンプ6を形成するバンプ形成工程と、そのバンプ6を用いてマイクロホンチップ1を実装基板7にフリップチップ実装するフリップチップ実装工程と、フリップチップ実装したマイクロホンチップ1の振動板3に電気的に導通する基板2の少なくとも一部と実装基板7の電極72とを導電性接着剤8で導通させる振動板電気接続工程と、を備える。

概要

背景

従来から、対向電極型のコンデンサ、例えば、平行平板コンデンサの一方の電極を音響によって振動させ、音響圧力の変化をコンデンサの静電容量の電気的変化に変換して音響検出を行うマイクロホンチップが知られている(例えば、特許文献1参照)。

このような静電容量型のマイクロホンチップとその実装方法を、図7を参照して説明する。静電容量型のマイクロホンチップは、シリコン半導体から成る基板2、基板2の一部に凹部21を形成すると共に基板2を薄膜化して形成した振動板3、基板2上に形成した1つ以上の接続部5、接続部5を用いて振動板3と一定の狭い隙間を設けて相対するように形成され複数の微小貫通孔音響孔アコースティックホール)を有するバックプレート4、及び、コンデンサを形成する振動板3とバックプレート4のそれぞれに接続して電気信号を取り出す接続パッドを構成要素としている。

振動板3とバックプレート4は、それぞれの少なくとも一部は導体であって、平行平板コンデンサを形成する対向電極を構成する。接続部5は、振動板3の振動を妨げないように振動板3とバックプレート4の周辺において両者を一体化する。このようなマイクロホンチップにおいて、基板2の一部を薄膜化して形成する振動板3は、通常、基板2の主面に形成され、振動板3に対向するバックプレート4は、基板2の主面から段差状に突出して形成されることになる。

上述のマイクロホンチップは、例えば、凹部21側を音響信号存在空間とし、バックプレート4側を音響消失空間とするように、実装基板9に実装される。ところで、上述のように、基板2に対して段差を有して形成されたバックプレート4側を実装基板9に実装するため、例えば、次のような実装方法が考えられる。実装基板9の主面に前記段差に相当する実装用段差90を設け、その実装用段差90の底面にバックプレート4との電気接続用の電極91を設け、実装基板9の主面に振動板3との電気接続用の電極92を設ける。そして、バックプレート4に設けたバンプ93を電極91に電気接続すると共に、振動板3と導通する基板2に設けたバンプ94を電極92に電気接続した後、補強用樹脂95,96でそれらの接続部を補強する。

このようにして形成され実装されたマイクロホンチップは、音響を電気信号に変換することの他に、電気信号を音響に変換することもでき、いわゆる、双方向の音響電気トランスデューサとして機能する。そして、静電容量型のマイクロホンチップは、その小型かつ高精度な特性により、携帯機器補聴器などに用いられる。
特開平6−217396号公報

概要

段差形状を有するマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップにおいて、マイクロホンチップの段差部側を実装側にして実装基板に容易かつ低コスト実装可能とする。基板2の主面10に形成された振動板3と、振動板3に対向し主面10から突出したバックプレート4とを有するマイクロホンチップ1を実装基板7に実装するマイクロホンチップの実装方法は、主面10に対向していないバックプレート4の面にバックプレート4と電気的に導通するバンプ6を形成するバンプ形成工程と、そのバンプ6を用いてマイクロホンチップ1を実装基板7にフリップチップ実装するフリップチップ実装工程と、フリップチップ実装したマイクロホンチップ1の振動板3に電気的に導通する基板2の少なくとも一部と実装基板7の電極72とを導電性接着剤8で導通させる振動板電気接続工程と、を備える。

目的

本発明は、上記課題を解消するものであって、段差形状を有するマイクロホンチップの段差部側を実装側にして実装する際に、実装基板に容易かつ低コストで実装できるマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

基板の主面に形成され音響によって振動する振動板と、前記振動板に対向すると共に前記主面から段差状に突出して形成されたバックプレートとを有し、前記両者間の容量変化を検出することによって前記音響を検出するマイクロホンチップ実装基板実装するマイクロホンチップの実装方法において、前記バックプレートの前記主面に対向していない面に当該バックプレートと電気的に導通するバンプを形成する工程と、前記工程により形成したバンプを用いて前記マイクロホンチップを実装基板の電極フリップチップ実装する工程と、前記工程によりフリップチップ実装したマイクロホンチップの振動板に電気的に導通する前記振動板を形成した基板の少なくとも一部と前記実装基板の電極とを導電性接着剤で導通させる工程と、を備えることを特徴とするマイクロホンチップの実装方法。

請求項2

請求項1に記載のマイクロホンチップの実装方法によって実装されたことを特徴とするマイクロホンチップ。

技術分野

0001

本発明は、段差形状を有するマイクロホンチップ実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップに関する。

背景技術

0002

従来から、対向電極型のコンデンサ、例えば、平行平板コンデンサの一方の電極を音響によって振動させ、音響圧力の変化をコンデンサの静電容量の電気的変化に変換して音響検出を行うマイクロホンチップが知られている(例えば、特許文献1参照)。

0003

このような静電容量型のマイクロホンチップとその実装方法を、図7を参照して説明する。静電容量型のマイクロホンチップは、シリコン半導体から成る基板2、基板2の一部に凹部21を形成すると共に基板2を薄膜化して形成した振動板3、基板2上に形成した1つ以上の接続部5、接続部5を用いて振動板3と一定の狭い隙間を設けて相対するように形成され複数の微小貫通孔音響孔アコースティックホール)を有するバックプレート4、及び、コンデンサを形成する振動板3とバックプレート4のそれぞれに接続して電気信号を取り出す接続パッドを構成要素としている。

0004

振動板3とバックプレート4は、それぞれの少なくとも一部は導体であって、平行平板コンデンサを形成する対向電極を構成する。接続部5は、振動板3の振動を妨げないように振動板3とバックプレート4の周辺において両者を一体化する。このようなマイクロホンチップにおいて、基板2の一部を薄膜化して形成する振動板3は、通常、基板2の主面に形成され、振動板3に対向するバックプレート4は、基板2の主面から段差状に突出して形成されることになる。

0005

上述のマイクロホンチップは、例えば、凹部21側を音響信号存在空間とし、バックプレート4側を音響消失空間とするように、実装基板9に実装される。ところで、上述のように、基板2に対して段差を有して形成されたバックプレート4側を実装基板9に実装するため、例えば、次のような実装方法が考えられる。実装基板9の主面に前記段差に相当する実装用段差90を設け、その実装用段差90の底面にバックプレート4との電気接続用の電極91を設け、実装基板9の主面に振動板3との電気接続用の電極92を設ける。そして、バックプレート4に設けたバンプ93を電極91に電気接続すると共に、振動板3と導通する基板2に設けたバンプ94を電極92に電気接続した後、補強用樹脂95,96でそれらの接続部を補強する。

0006

このようにして形成され実装されたマイクロホンチップは、音響を電気信号に変換することの他に、電気信号を音響に変換することもでき、いわゆる、双方向の音響電気トランスデューサとして機能する。そして、静電容量型のマイクロホンチップは、その小型かつ高精度な特性により、携帯機器補聴器などに用いられる。
特開平6−217396号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上述した図7に示されるようなマイクロホンチップの実装方法においては、段差凹部90を実装基板9に精度良く形成することが技術上非常に困難であるという問題がある。これは、バックプレート4と基板2との両方において、バンプ94,94による同時ボンディングを実施できる寸法精度が段差凹部90に要求されるからである。従って、このような方法で実装したマイクロホンチップのコストは高くなる。

0008

本発明は、上記課題を解消するものであって、段差形状を有するマイクロホンチップの段差部側を実装側にして実装する際に、実装基板に容易かつ低コストで実装できるマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を達成するために、請求項1の発明は、基板の主面に形成され音響によって振動する振動板と、前記振動板に対向すると共に前記主面から段差状に突出して形成されたバックプレートとを有し、前記両者間の容量変化を検出することによって前記音響を検出するマイクロホンチップを実装基板に実装するマイクロホンチップの実装方法において、前記バックプレートの前記主面に対向していない面に当該バックプレートと電気的に導通するバンプを形成する工程と、前記工程により形成したバンプを用いて前記マイクロホンチップを実装基板の電極にフリップチップ実装する工程と、前記工程によりフリップチップ実装したマイクロホンチップの振動板に電気的に導通する前記振動板を形成した基板の少なくとも一部と前記実装基板の電極とを導電性接着剤で導通させる工程と、を備えるものである。

0010

請求項2の発明は、請求項1に記載のマイクロホンチップの実装方法によって実装されたことを特徴とするマイクロホンチップである。

発明の効果

0011

請求項1の発明によれば、段差を形成して突出しているためマイクロホンチップの中で最初に実装基板に接触することになるバックプレートについてのみフリップチップ実装を行い、その後に、振動板を形成した基板と実装基板との電気接続、すなわち、振動板と実装基板との電気接続を導電性接着剤によって行うので、実装基板にマイクロホンチップを実装する部分に実装用段差を設ける必要がなく、平面からなる実装面を有する実装基板を用いることができ、容易かつ低コストで実装できる。

0012

請求項2の発明によれば、実装されたマイクロホンチップが低コストで得られる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明の一実施形態に係るマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップについて、図面を参照して説明する。図1は本発明のマイクロホンチップの実装方法のフローチャートを示し、図2は同実装方法によりマイクロホンチップ1を実装基板7に実装する様子を示す。

0014

マイクロホンチップ1は、例えば、シリコン半導体から成る基板2の主面10に形成され音響によって振動する振動板3と、振動板3に対向すると共に主面10に対して段差状に突出して形成されたバックプレート4とを有し、両者間の容量変化を検出することによって音響を検出する。このようなマイクロホンチップ1は、バンプ形成工程(S1)と、フリップチップ実装工程(S2)と、振動板電気接続工程(S3)と、を備えた、本発明のマイクロホンチップの実装方法によって、平板状の実装面を有する実装基板7に実装される。

0015

以下に、本発明の実装方法によって実装されるマイクロホンチップ1の各構成要素と、マイクロホンチップ1を実装する実装基板7の構成を説明し、その後、上述の実装方法を工程順に説明する。

0016

基板2は、マイクロホンチップ1の形を保持すると共に音響を導く凹部21を有する。このような基板2は、例えば、シリコンウエハ半導体プロセスによりエッチング加工して形成される。以下において、マイクロホンチップ1は、シリコン半導体プロセスを用いて形成されるものとして説明するが、基板2の材料やマイクロホンチップ1の形成プロセスは、これらに限定されるものではない。

0017

振動板3は、バックプレート4と共に平行板コンデンサを形成する部材であり、振動する部分の全体が導体によって形成され、コンデンサの一方の対向電極となっている。振動板3は、周囲を基板2に保持されると共にその一面を凹部21に臨ませており、凹部21に臨ませた部分の振動板3が音響によって振動する。振動板3は、外部から到達する音響の有する微小な音圧変化によって振動するようにその厚さが十分薄く、例えば、数μm程度に、形成されている。このような振動板3は、半導体プロセスを用いて形成される。例えば、基板2の主面10に振動板3となる所定の厚さの薄膜を積層し、基板2の一部をエッチングによって除去することにより凹部21を形成し、その凹部21の底に振動板3を露出させる。このような振動板3は、周囲を基板2によって保持され、凹部21の底に露出した部分が自由に振動する振動部分となる。また、振動板3は、このような薄膜の積層を行うことなく、基板2のエッチングによる一体物として形成することもできる。

0018

上述の振動板3となる薄膜は、基板2に高濃度不純物拡散を行って形成した拡散層や、基板2に形成したポリシリコン膜堆積層などを用いることができる。振動板3が、ポリシリコン膜のように、非導電性又は高抵抗の薄膜によって形成される場合、不純物ドーピング金属薄膜の積層が行われて、コンデンサの電極としての導電性が振動板3に付与される。また、振動板3となる薄膜層を有する基板2として、活性層を有するSOI基板を用いることもできる。振動板3は、振動板3から電気信号を外部に出力するため、基板2の主面10の外周部に部分的に接続パッドを設けたり、主面10全体や基板2全体を導体としたりすることにより、これらと振動板3とが導通されている。

0019

バックプレート4は、振動板3の外周側の2ヶ所に設けた絶縁性の接続部5によって、振動板3と所定の間隔を保つように固定されている。バックプレート4は、例えば、その全体が導体によって形成され、コンデンサのもう一方の対向電極となっている。バックプレート4は、振動板3に対する固定電極となっており、振動板3と共に平行板コンデンサを形成して音響による音圧変化を容量の変化として検出可能とする。

0020

また、バックプレート4は、振動板3が音響に応じて遅滞なく自在に振動するように、振動板3とバックプレート4の間の空気抵抗を減らすための空気流通孔、いわゆるアコースティックホールを備えている。また、バックプレート4は、接続部5によって支持される部分が空気流通のために最少の2ヶ所とされ、さらに、バックプレート4の周辺部から空気が自在に流入又は流出するように、また、寄生容量の発生を抑えるように、最小限の外形寸法とされている。バックプレート4は、フリップチップ実装によってバックプレート4からの電気信号を実装基板7側に出力するため、バンプ形成用の接続パッドを備えている。

0021

上述のような構造を有するバックプレート4は、上述したようにシリコン半導体プロセスの成膜技術やエッチング技術によって形成される。例えば、振動板3の形成と同様に、基板2に高濃度不純物拡散を行って形成した拡散層や、基板2に形成したポリシリコン膜の層などを用いてバックプレート4を形成することができる。非導電性又は高抵抗の薄膜に不純物をドーピングしたり、金属薄膜を積層したりしてバックプレート4にコンデンサの電極としての導電性を付与することも行われる。

0022

接続部5は、振動板3とバックプレート4の間にあって、両者を電気絶縁した状態で一定の距離に保つものである。接続部5の材料は、例えば、シリコン半導体プロセスでは、シリコン酸化膜シリコン窒化膜などを用いることができる。

0023

また、接続部5の形成は、犠牲層エッチングの手法により形成することができる。この犠牲層エッチングでは、一部が接続部5となり、他の部分がエッチング除去される、いわゆる犠牲層と呼ばれる層を、振動板3の上に形成し、さらにその上にバックプレート4の形状を形成した後に、エッチングする。犠牲層のエッチングでは、バックプレート4の下層にある犠牲層を接続部5が残存するようにエッチング除去する。犠牲層エッチングの手法は、接続部5でバックプレート4を支持した構造、すなわち3次元立体構造を形成するための手法である。犠牲層エッチングは、接続部5のエッチングレートを、他の部材、つまり振動板3やバックプレート4のエッチングレートより高くした状態(レジストで保護することも含む)と、等方性のエッチングと、を組合せて行われる。

0024

上述の各構成要素と構造を有するマイクロホンチップ1は、上述のように、シリコン半導体プロセスを用いて、シリコン基板の上に各構成要素の材料層順番に積層し、各層を周知のパターニング技術やエッチング技術を用いて加工して形成される。また、上述のように、導電性付与のために不純物拡散やドーピングを行うこともある。加工時に成膜する代わりに、予め成膜されたSOI基板を用いることもできる。

0025

マイクロホンチップ1を実装する実装基板7は、平面から成る実装面に、バックプレート4を電気接続するための電極71と、振動板3を基板2の主面10の外周部で電気接続するための電極72と、を備えている。電極71は、フリップチップ実装に用いられ、電極72は、導電性接着剤による振動板3の電気接続及び封止に用いられる。実装基板7は、例えば、通常のプリント配線基板セラミック基板、いわゆるMID基板と呼ばれる樹脂成形立体回路基板などを用いて構成される。

0026

次に、図1図2に加えて、図3(a)(b)(c)、図4を参照して、本発明のマイクロホンチップの実装方法を説明する。まず、バンプ形成工程S1では、バックプレート4の主面10に対向していない面に当該バックプレート4と電気的に導通するバンプ6を形成する。図3(a)はバンプ形成工程後のマイクロホンチップ1を示している。バンプ6は、例えば、スタッドバンプ、めっきバンプ、半田バンプなどを用いることができる。また、バンプ6は、電気接続に必要なバンプ数以上に、複数のダミーバンプを設けることができる。ダミーバンプを設けることにより、マイクロホンチップ1と実装基板7との平行度を確保したり、バンプ6の接合部の応力緩和による接合信頼性を確保したりできる。

0027

フリップチップ実装工程S2では、バンプ形成工程S1により形成したバンプ6を用いてマイクロホンチップ1を実装基板7の電極71にフリップチップ実装する。図2はフリップチップ実装直前の様子を示す。また、フリップチップ実装工程では、互いに電気接続されたバンプ6と電極71との機械的強度を確保するため、図3(b)に示すように、いわゆるアンダーフィル材61がバンプ6を包むように、バックプレート4と電極71との間に、充填される。このアンダーフィル材61は、非導電性樹脂導電性樹脂のいずれも用いることができる。

0028

振動板電気接続工程S3では、図3(c)、図4に示すように、フリップチップ実装工程S2によりフリップチップ実装したマイクロホンチップ1の基板2の少なくとも一部と実装基板7の電極72とを導電性接着剤8で導通させる。この場合、導電性接着剤8で導通させた基板2の部分は、前提として、振動板3に電気的に導通している。このように、本発明の実装方法によれば、振動板3に導通している基板2と実装基板7との電気接続を、導電性接着剤8によって行うので、実装基板7にマイクロホンチップ1を実装する部分に実装用の段差を設ける必要がなく、平面からなる実装面を有する実装基板7を用いることができ、容易かつ低コストでマイクロホンチップ1を実装できる。

0029

また、主面10の辺縁部分に沿って一周するように、基板2と実装基板7の電極72との間に導電性接着剤8を介在させることにより、導電性接着剤8によって、バックプレート4を含む空間を封止している。導電性接着剤8は、例えば、シリコーン系樹脂エポキシ系樹脂などのバインダに、銀、金、ニッケルカーボンなど導電性のフィラー混入させたものである。

0030

次に、図5を参照して、本発明の他の実施形態に係るマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップを説明する。この実施形態のマイクロホンチップ1は、上述の実施形態とは、振動板電気接続工程S3における導電性接着剤8の用い方が異なっており、その他の点は同様である。上述の実施形態では、導電性接着剤8をバックプレート4を含む空間を封止するためにも用いているが、本実施形態では、図5に示すように、導電性接着剤8は、振動板3(と導通している基板2)と実装基板7との電気接続の目的だけに用い、封止は、封止用非導電性接着剤81を用いて行っている。

0031

このような封止方法を用いたマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップ1は、上述の実施形態におけるものよりも低コストのものとなる。一般に、導電性接着剤は導電性のフィラーを混入させて良導体としたものであり、非導電性の単なる接着剤よりも高価である。そこで、本実施形態では、高価な導電性接着剤8の使用量を必要最小限に抑えて、安価な非導電性接着剤を用いて封止を行うことにより、より低コストで実装したマイクロホンチップ1を実現している。

0032

次に、図6を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップを説明する。本実施形態では、図6に示すように、マイクロホンチップ1の外形、すなわち基板2の外形よりも大きな面積を有する凹部70を実装面に形成した実装基板7を用いてマイクロホンチップ1を実装している。凹部70には、電極71,72が立体回路形成技術によって形成されている。バックプレート4は、上述の2つの実施形態と同様にバンプ6によってフリップチップ接合され、振動板3、従って基板2は、導電性接着剤8によって、基板2の上部外稜線部と凹部70の内壁部における電極72との電気接続及び封止が行われている。

0033

上述の凹部70は、その深さに実装上の厳しい寸法精度を要求されることがなく、容易に形成可能である。この点、背景技術として説明した図7において、凹部90を高い寸法精度で形成する必要があるのと大きく異なっている。従来の実装方法は、主面10から突出して形成されたバックプレート4の成す段差を、バンプ94,94による同時ボンディングによって解消しようとするところに、難しさがある。本実施形態では、上述の2つの実施形態と同様に、バックプレート4の電気接続工程と、振動板3の電気接続工程とを別工程で行うので、実装が容易となっている。

0034

凹部70の深さは、マイクロホンチップ1が沈み込むように深い深さや、実装基板7と基板2の上面が面一となる深さや、基板2の上面が実装基板7の上面より突出するように浅い深さなどのように、設計上の必要性に応じて任意に選択することができる。このような凹部70のいずれの状態に対しても、導電性接着剤8、又は導電性接着剤8と非導電性接着剤81(図5参照)を用いて、振動板電気接続工程(S3)を実行してマイクロホンチップ1を容易かつ低コストで実装基板7に実装することができる。

0035

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、バンプ6やダミーバンプの配置や個数、電極71,72の配置、形状、及び個数、導電性接着剤8や非導電性接着剤81などの施工形状、アンダーフィル材61の施工形状やアンダーフィル材61の使用の有無などは、必要に応じて増減、変形、変更などを行い、最適化することができる。

図面の簡単な説明

0036

本発明の一実施形態に係るマイクロホンチップの実装方法を説明するフローチャート。
上実装方法によりマイクロホンチップを実装基板に実装する様子を示すマイクロホンチップと実装基板の斜視図。
(a)は同上実装方法におけるバンプ形成工程を説明するためのマイクロホンチップの断面図、(b)は同上実装方法におけるフリップチップ実装工程後のマイクロホンチップと実装基板の断面図、(c)は同上実装方法により実装基板に実装されたマイクロホンチップと実装基板の断面図。
同上実装方法により実装されたマイクロホンチップの実装状態を示す透視及び部分破断斜視図。
本発明の他の実施形態に係るマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップを説明する断面図。
本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロホンチップの実装方法、及びその方法で実装したマイクロホンチップを説明する断面図。
従来のマイクロホンチップの実装方法を説明する実装状態のマイクロホンチップの断面図。

符号の説明

0037

1マイクロホンチップ
2基板
3振動板
4バックプレート
6バンプ
7実装基板
8導電性接着剤
10 主面
71,72 電極

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