JP2014529266A - 通気型ｍｅｍｓ装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置は、ハウジングとベースとを有する。ベースは、ベースを貫通して延びるポート開口を有し、ポート開口は、外部環境と連通する。ＭＥＭＳダイは、ベース上及びポート開口の上に配置される。ＭＥＭＳダイは、ダイヤフラムとバックプレートとを有し、ＭＥＭＳダイ、ベース、及びハウジングは、バック体積を形成する。少なくとも一つのベントが、ＭＥＭＳダイを貫通して延びるが、ダイヤフラムを貫通しない。少なくとも一つのベントは、バック体積及びポート開口と連通し、バック体積と外部環境との間を通気することを可能にするように構成される。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本特許は、「通気型ＭＥＭＳ装置及び製造方法」という名称の米国仮出願第６１／５３８，２５３号に対する米国特許法第１１９上（ｅ）項による利益を主張する。

本出願は、音響装置に関し、より詳細には、これら装置を通気するための方法に関する。

種々のタイプのマイク及び受信機が、何年間も使用されてきた。これらの装置においては、異なる電気部品が、ハウジング又は組立体内に一緒に収容される。例えば、マイクは、部品の中でもダイヤフラム及び集積回路を有する微小電気機械システム（micro-electromechanical system ：ＭＥＭＳ）装置を有し、これらの部品は、ハウジング内に配置される。他のタイプの音響装置は、他のタイプの部品を有する。これらの装置は、補聴器のような聴力機器において、又は、携帯電話及びコンピュータのような他の電子機器において、使用される。

マイクは典型的にはダイヤフラムを使用し、そのダイヤフラムは、しばしば導電プレート付近に配置される。知られているように、音圧がダイヤフラムを移動させる際に、それによって導電プレートの電荷が変化して、電流を応答的に作り出し、この電流は、音のエネルギを表す。ダイヤフラムとプレートとの間の領域は、強電界領域（例えば、約１１Ｖ／３μｍ又は約４×１０⁶Ｖ／ｍ又は４０ｋＶ／ｃｍ）である。

通気孔（ガス抜き孔）が、しばしばダイヤフラムを貫通して形成される。これらの通気孔は、種々の目的にかなう。一例として、通気孔は、装置に均圧をもたらす環境通気孔である。

ダイヤフラム上の通気孔は幾つかの利点を示すが、通気孔はまた、粒子及び凝縮性蒸気がマイクの外部から強電界領域に入るため経路を作る。粒子又は蒸気がこの強電界領域に入ることに成功すれば、装置は適切に作動しない。

本発明が提供されることによって、ＭＥＭＳダイは、ダイヤフラムを貫通するベントの代わりに、環境通気を提供するサイドベントを有する。サイドベントは、ダイヤフラムを貫通しないが、その代わり、（例えば、バック体積を通気するために）ＭＥＭＳダイを貫通する。そうすると、粒子がダイヤフラムの中を通って装置の感知領域に進む可能性が排除される。ここに説明した本発明は、装置に対するユーザの高い満足という結果になる。

個々に提供された本発明は、バックプレートの周りの感知領域から離れたベントを作る。さらに、複数の孔を作ることができる。そのうえ、これらの装置を使用する顧客は、ここに説明した本発明を実施するために追加の工程をとる必要がない。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置は、ハウジングとベースとを有する。ベースは、ベースを貫通して延びるポート開口を有し、そのポート開口は、外部環境と連通する。ＭＥＭＳダイは、ベース上及びポート開口の上に配置される。ＭＥＭＳダイは、ダイヤフラムとバックプレートとを有し、ＭＥＭＳダイ、ベース、及びハウジングが、バック体積を形成する。少なくとも一つのベントが、ＭＥＭＳダイを貫通して延びるが、ダイヤフラムは貫通しない。少なくとも一つのベントは、バック体積及びポート開口と連通して、バック体積と外部環境との間の通気を可能にするように構成されている。

別の側面では、感知領域は、ダイヤフラムとバックプレートとの間に形成される。ダイヤフラム内の通気がないことが、汚染物質が感知領域に入ることを防止する。

更に別に側面では、少なくとも一つのベントは、断面がほぼ円形である。更に別の例では、少なくとも一つのベントは、断面がスロット形状である。

別の側面では、ＭＥＭＳ装置は、ＭＥＭＳダイに結合した処理装置を有する。或る例では、処理装置は、集積回路である。ベントについては種々の寸法形状が選択可能であるが、一例として、ベントは、直径が約４０ミクロンである。

本発明のより完全な理解のため、以下の詳細な説明及び添付の図面が参照されるべきである。

図１は、本発明の種々の実施形態による、サイドベントを有するＭＥＭＳマイク装置のブロック図である。 図２Ａは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントが孔であるＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｂは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントが孔であるＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｃは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントが孔であるＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｄは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントが孔であるＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｅは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントがスロットである別のＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｆは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントがスロットである別のＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｇは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントがスロットである別のＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図２Ｈは、本発明の種々の実施形態による、サイドベントがスロットである別のＭＥＭＳダイの種々の斜視図である。 図３Ａは、本発明の種々の実施形態によるサイドベントを構成するための製造工程の斜視図である。 図３Ｂは、本発明の種々の実施形態によるサイドベントを構成するための製造工程の斜視図である。 図３Ｃは、本発明の種々の実施形態によるサイドベントを構成するための製造工程の斜視図である。

当業者は、図中の要素が簡単明瞭のために示されることを認識するであろう。当業者は順序に関する指定は実際には要求されないことを理解するであろうが、ある動作及び／又はステップが出来事の特定の順序で記載され又は描かれることが更に認識されるであろう。ここで使用される用語及び表現は、ここで他に特定の意味が記載されている場合を除いて、対応するそれぞれの調査研究領域についてのかかる用語及び表現に従って、そのまま、普通の意味を有する。

今、図１を参照して、ＭＥＭＳマイク装置１００を説明する。装置１００は、ハウジング１０２と、ＭＥＭＳダイ１０４と、ベース１０６と、処理装置１０８とを有する。ハウジング１０２は、金属のようなあらゆる適当な材料で構成することができる。（後で、図２に関してより詳細に説明される）ＭＥＭＳダイ１０４、ポート１２０、ダイヤフラム１２３、帯電したバックプレート１２５、通気孔１２２、及びバック体積１３０。以下のより詳細に説明するように、通気孔１２２は、環境通気のために提供される。ここで使用するように、「環境通気」は、マイク装置の外部環境とバック体積との間の一つ以上の空気又は音の経路を意味する。ここで、外部環境はまた、フロント体積１２７を有する。バック体積の大きさでこの経路に沿って流れる空気又は音に対するこの経路の抵抗が、空気又は音が低周波数ロールオフ点を決定する。処理装置１０８は、種々の異なる処理装置でもよく、一つの側面では、ＭＥＭＳ装置１０４によって得られた信号についての増幅機能を提供する電子集積回路である。

作動中、（符号１２４を付した矢印によって示された）音が、ポート１２０からＥＭＳ装置１０４に入る。ポート１２０は、ハウジングを貫通して、ＭＥＭＳデバイス１０４の中へ延びる。音１２４は、ダイヤフラム１２３を移動させ、今度はダイヤフラム１２３が、バックプレート１２５上の電荷を変えて、音を表す電流又は電圧を作り出す。電流又は電圧は、更なる処理のために装置１０８へ送られる。通気は、通気孔１２２から、符号１２６を付した矢印によって示された方向に起こる。一例として、通気孔１２２は、直径が約４０ミクロンである。他の寸法形状が可能である。図１に関連して説明した通気口１２２は円形又は略円形であるが、通気孔１２２は、楕円、四角又はあらゆる不規則な断面形状のような、規則断面形状又は不規則断面形状を有することができる。

サイド弁度１２２は、ダイヤフラム１２３を貫通して延びていないが、その代わり、（例えば、バック体積１３０を通気するために）ＭＥＭＳダイ１０４を貫通して延びていることが認識されるであろう。そうすると、粒子が、ダイヤフラム１２３を貫通して、装置の感知領域（例えば、ダイヤフラム１２３とバックプレート１２５との間の領域）に進む可能性が排除される。

図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、サイドベントと調和するＭＥＭＳダイ２００の別の実施例が記載されている。ＭＥＭＳダイ２００は、ベント２６を有するダイヤフラム２０２と、帯電したバックプレート２０４と、フロント体積２１０と、志度ベント２１２とを有する。サイドベント２１２は、ＭＥＭＳダイ２００を貫通して延びる。

作動中、（符号２２４が付された矢印によって示された）音が、（図１のポート１２０に接続された）ポート２２０からＭＥＭＳダイ２００に入る。音は、ダイヤフラム２０２を移動させ、今度は、ダイヤフラム２０２が、帯電プレート２０４上の電荷を変化させて、音を表す電流又は電圧信号を作り出す。その電気信号は、更なる処理のために、外部装置（例えば、図１の外部装置１０８）に送られる。通気は、ホール２１２から、符号２２６を付した矢印によって示された方向に起こる。一例として、ホール２１２は、直径が約約４０ミクロンである。他の直径が可能である。図２Ａ〜図２Ｄに関連して説明された通気孔は円形又はほぼ円形であるが、通気孔は、楕円、四角又はあらゆる不規則な断面形状のような、規則断面形状又は不規則断面形状を有することができる。

サイドベント２１２は、ダイヤフラム２０２を貫通して延びないが、その代わり、（例えば、フロント体積２１０の領域を通期するために、）ＭＥＭＳダイ２００を貫通して延びる。そうすると、粒子が、ダイヤフラムを貫通して、装置の感知領域（例えば、帯電プレート２０４とダイヤフラム２０２との間の領域２０８）に進むことが排除される。

今、図２Ｅ〜図２Ｈを参照すると、サイドベントと調和するＭＥＭＳダイ２００の別の例が説明されている。この例では、サイドベント２１２は、（図２Ａ〜図２Ｄのような）孔として形成されたものではなく、スロット形状である。他の全部品は同一であり、作動は図２Ａ〜図２Ｄの例と同様である。したがって、これらの部品及び作動の説明は、更に説明されない。

今、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、製造工程の例が説明される。本製造工程は、米国公開出願第２００８０１４２４７５号に使用されたものと同じであり、その全体の参照によりここに組み込まれる。しかしながら、他のタイプの製造工程又は方法も使用することができる。

図３Ａに示すように、シリコン片が得られる。例えば、ＭＥＭＳ第の寸法形状を有するシリコン片３００が得られる。図３Ｂに示すように、（符号３０８が付された矢印によって示された方向に移動しながら、集中させたレーザビーム３０６を当てるレーザ３０４を採用する）レーザダイシング工程を使用して、シリコン３００内部に変更されたシリコンの線３０２を作り出す。他の変更されたシリコンの線をシリコン３００内に作り出してもよい。図３Ｃに示すように、工程終了後、シリコン３００は、苛性アルカリ溶液（例えば、ＫＯＨ又はＴＭＡＨ）中におかれる。その溶液中においた後、変更した領域３０２は、シリコンを貫通する孔を残して、素早くエッチングされる。ベントが、例えば、図１及び図２の装置において示したようなサイドベントであるように、シリコン３００を更に処理／切断して、ＭＥＭＳ装置を形成することができる。さらに、マイク装置の残りの要素（例えば、ハウジング、ダイヤフラム、及び処理チップ）を共に組み立ててもよい。

本発明を実施するための発明者にとって最良の実施形態を含む、本発明の好ましい実施形態がここに説明されている。説明した実施形態は、単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものとしてとられるべきものではないことが理解されるべきである。

Claims (7)

1. 微小電気機械システム（micro-electromechanical system：ＭＥＭＳ）装置であって、
   ハウジングと、
   ベースと、を有し、前記ベースは、前記ベースを貫通して延び、外部環境と連通するポート開口を有し
   前記ベース上及び前記ポート開口の上に配置されたＭＥＭＳダイを更に有し、前記ＭＥＭＳダイは、ダイヤフラムとバックプレートとを有し、前記ＭＥＭＳダイ、前記ベース及び前記ハウジングは、バック体積を形成し、
   前記ＭＥＭＳを貫通するが前記ダイヤフラムは貫通しない少なくとも一つのベントを更に有し、前記少なくとも一つのベントは、前記バック体積及び前記ポート開口と連通し、前記少なくとも一つのベントは、前記バック体積と前記外部環境との間の通気を可能にするように構成されている、
   ことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
2. 検知領域が、前記ダイヤフラムと前記バック体積との間に形成され、前記ダイヤフラム内の通気がないことが、前記感知領域に汚染物質が入ることを防止する、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。
3. 前記少なくとも一つのベントは、断面形状がほぼ円形である、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。
4. 前記少なくとも一つのベントは、断面形状がスロット形状である、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。
5. 前記ＭＥＭＳダイに結合した処理装置を更に有する、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。
6. 前記処理装置は、集積回路を有する、請求項４記載のＭＥＭＳ装置。
7. 前記少なくとも一つのベントは、直径が約４０ミクロンである、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。

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