JP4777406B2 - Ｍｅｍｓマイクロホンパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳマイクロホンパッケージに関し、さらに詳細には金属ケースの端部を折曲させてクランプする組立工程を利用して金属ケースをメイン基板に接地させることによって、ＭＥＭＳマイクロホンチップをノイズから遮蔽して音質を大きく向上させ、製造費用を減少させることができるＭＥＭＳマイクロホンパッケージに関する。

典型的なコンデンサマイクロホンは、一側電極に柔軟な膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）が付着して音圧（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）によって振動するダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）と、スペーサを介してダイアフラムと間隔を置いて互いに対向するバックプレート（ｂａｃｋ ｐｌａｔｅ）とを含む。ダイアフラムとバックプレートは、コンデンサの平行な電極板を形成しており、両電極板にＤＣ電圧を印加するか、片方の電極板にエレクトレットを形成して、両電極板の間に電荷を形成する。かかる典型的なコンデンサマイクロホンは、円筒状ケースにダイアフラムとスペーサ、ベース１、バックプレート、ベース２、電子回路が実装されたＰＣＢを順次に積層した後、円筒状ケースの端部をプリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；以下、ＰＣＢという）側に折曲させてクランプするカーリング方式で組み立てられる。

組立完成されたコンデンサマイクロホン組立体は、外部の音圧によってダイアフラムとバックプレートの間の距離が変動されるとコンデンサのキャパシタンスが変化し、このキャパシタンスの変化は電子回路により処理されて、音圧の変化による電気的な信号を提供する。

通信製品に使用されるコンデンサマイクロホンは、高分子膜を用いてバックプレートにエレクトレットを形成したエレクトレットコンデンサマイクロホンであるが、このようなエレクトレットコンデンサマイクロホンは低価という長所を有する一方、小型化には限界がある。したがって、マイクロホンの超小型化のためにシリコンウェハ上に半導体製造技術とマイクロマシニング（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）技術を適用して電気容量構造をダイ（ｄｉｅ）形態に具現したが、これをシリコンコンデンサマイクロホンチップ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｃｈｉｐ）あるいはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）マイクロホンチップ（ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｃｈｉｐ）という。かかるＭＥＭＳマイクロホンチップは、外部干渉からの保護のためにパッケージングされる必要がある。

ＭＥＭＳマイクロホンチップをパッケージングする技術は、２００４年８月２４日に発行された特許文献１に「環境と干渉が遮断されたＭＥＭＳパッケージ（ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＰＡＣＫＡＧＥ ＷＩＴＨ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＡＮＤ ＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥ ＳＨＩＥＬＤ）」という題目で開示されている。かかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージには、図１に示すように、導電層を有するか導体からなる金属ケース３４をＰＣＢ３２上に導電性接着剤３６で付着させてハウジングを形成する方式が利用される。図１を参照すると、ＰＣＢ３２にはＭＥＭＳマイクロホンチップ１０と、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を電気的に駆動し信号処理をするための特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；以下、ＡＳＩＣという）チップ２０が実装されており、音響ホール３４ａが形成された金属ケース３４が接着剤３６でＰＣＢ３２に接着されて、内部のＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を保護するようになっている。

米国特許第６７８１２３１号明細書

しかし、従来のＭＥＭＳマイクロホンチップをパッケージングするＭＥＭＳマイクロホンパッケージの製造において、ＰＣＢに金属ケースを接着剤で付着させるか溶接する方式は、マイクロホンパッケージをメイン基板に実装する場合、金属ケースとメイン基板の間を介して誘電体であるＰＣＢに外部ノイズが流入してしまい、外部ノイズを遮断する遮蔽効果が十分でないという問題点がある。特に、最近人気のあるアンテナ内蔵型携帯電話の場合、機具的な都合上アンテナの位置がマイクロホンの位置と非常に近くて、アンテナのＲＦ雑音がマイクロホンに流入しやすいので、マイクロホンのＲＦノイズ遮蔽がさらに重要である。しかし、従来のＭＥＭＳマイクロホンパッケージはこのような要求条件を満たし難いという問題点がある。

また、ＰＣＢに金属ケースを接着剤で付着させるか溶接するＭＥＭＳマイクロホンパッケージング方式は、金属ケースを折曲させて部品を金属ケース内に固着してマイクロホンを組み立てる低価のカーリング工程と異なるので、接着や溶接のための新しい機械設備が必要となり、新しい製造ライン構築に多くの費用がかかるという問題点がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コンデンサマイクロホン組立工程で、金属ケースの端部を折曲させてクランプするカーリング工程を利用してメイン基板に実装する時、ＭＥＭＳマイクロホンパッケージの金属ケースをメイン基板に直接付着させて、ノイズ遮蔽特性を向上させ、製造設備の追加を必要とせずに低コストで製造することが可能な、新規かつ改良されたＭＥＭＳマイクロホンパッケージを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内部に部品が挿入されるように一面が開放された四角筒状で、カーリングが容易であるように開放側の端部の角部を面取り（ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）した金属ケースと、ＭＥＭＳマイクロホンチップとＡＳＩＣチップが実装され、上記金属ケースに挿入されるＰＣＢと、上記ＰＣＢを保持し、上記金属ケースと上記ＰＣＢの間に空間を形成するための保持部材と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳマイクロホンパッケージが提供される。

典型的なコンデンサマイクロホンは円状からなる一方、ＭＥＭＳマイクロホンパッケージの形状としては、表面実装技術（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；以下、ＳＭＴという）などを適用してメイン基板に実装する過程で方向性を容易に認識するために四角状構造が主に使用される。円状マイクロホンの場合、金属ケースに部品を挿入した後、金属ケースの端部を折曲させてクランプするカーリング工程が容易であるが、四角状マイクロホンの場合、角部分の折曲が困難である為、従来のＭＥＭＳマイクロホンパッケージの製造ではＰＣＢに金属ケースを接着剤で付着させるか溶接する方式を採択するしかなかった。

本発明のＭＥＭＳマイクロホンパッケージは、四角状マイクロホンでもカーリングが可能であるようにマイクロホンの四角状の金属ケースの開放面に隣接する４つの側面の端部の角部に面取りを適用し、ＭＥＭＳマイクロホンが実装されたＰＣＢと四角状の金属ケースとの間に空間を形成するよう保持部材を使用している。

上記金属ケースは、一面が開放された四角筒状からなり、開放面の四つの角部を面取りして、カーリングの際に各面の端部が隣接面のケース端部と互いに重なることを防止するようになっている。言い換えると、開放面に隣接する４つの側面の端部の角部を面取りし、カーリングの際に上記各側面の端部が相隣接する上記側面の端部と互いに重ならないようになっている。そして、外部音の流入のために、上記金属ケースの底面や上記ＰＣＢのうち少なくとも一つには音響ホールが形成されている。

そして、上記ＰＣＢは、一面に上記ＭＥＭＳマイクロホンチップと上記ＡＳＩＣチップが実装されており、他面の縁部分には上記金属ケースとの接続のための導電パターンが形成されると共に、他面の中央付近には電源（Ｖｄｄ）端子、出力（ＯＵＴＰＵＴ）端子、接地（ＧＮＤ）端子を含む接続端子が形成されている。

また、上記ＭＥＭＳマイクロホンパッケージは、上記金属ケースの音響ホールを介して内部に異物が挿入されることを防止し、ノイズの流入を遮断するための金属メッシュをさらに備えることができる。

以上説明したように本発明によれば、金属ケースの端部を折曲させてクランプするカーリング方式で製造されたＭＥＭＳマイクロホンパッケージは、マイクロホンパッケージをメイン基板に実装する場合、金属ケースの折曲した端部をメイン基板に直接連結して一種のファラデーカップ構造を形成することで、内部のＭＥＭＳマイクロホンチップを外部のノイズから遮断して音質を大きく改善することができる。

特に、本発明のＭＥＭＳマイクロホンパッケージを通信に応用して使用する場合、ノイズ遮蔽性能が向上して、アンテナとマイクロホンが近接してもアンテナのＲＦノイズがマイクロホンに流入することを遮断して、音質特性を良好に維持することができる。

また、本発明によれば、ＭＥＭＳマイクロホンチップをパッケージングする構成において、製造設備の追加が必要ないので、低コストで製造することができ、カーリングの際に四角筒状の金属ケースの端部が隣接した面の端部と重ならないので、カーリング作業が容易であると共に、保持部材によってカーリング作業中における金属ケースの形状変形を防止することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳコンデンサマイクロホンについて説明する。図１は、接着剤を使用した従来のＭＥＭＳマイクロホンパッケージの側断面図であり、図２は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの一面を切開した斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの側断面図であり、図４は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの底面図である。

本発明の一実施形態による四角形状のコンデンサマイクロホンは、図２乃至図４に示すように、内部に部品を挿入できるように一面が開放された四角筒状の金属ケース１０２で、カーリングが容易であるように開放側の端部１０２ｃの角部１０２ｂを面取り（ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）した金属ケース１０２と、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０及びＡＳＩＣチップ２０が実装され金属ケース１０２に挿入されるＰＣＢ１０６と、ＰＣＢ１０６を保持して金属ケース１０２とＰＣＢ１０６の間に空間を形成するための保持部材１０４とで構成される。

本発明の一実施形態のマイクロホンパッケージ１００に使用される金属ケース１０２は、図５に示すように、一面が開放された四角筒状からなり、開放面の四つの角部１０２ｂを面取りして、カーリングの際に各面の端部１０２ｃが隣接面の端部１０２ｃと互いに重なることを防止できるようになっている。言い換えると、開放面に隣接する４つの側面１０２ｄの端部１０２ｃの角部１０２ｂを面取りし、カーリングの際に上記各側面１０２ｄの端部１０２ｃが相隣接する上記側面１０２ｄの端部１０２ｃと互いに重ならないようになっている。また、図２に示すように、金属ケース１０２の底面１０２ｅには音響ホール１０２ａが形成されている。ここで、音響ホール１０２ａは、コンデンサマイクロホンの音流入構造によって、金属ケース１０２ではなくＰＣＢ１０６に形成されることもできる。

また、本発明の一実施形態のマイクロホンパッケージ１００に使用される保持部材１０４は、図６に示すように、四角リング状からなり、金属ケース１０２の底面１０２ｅとＰＣＢ１０６の間に位置して、金属ケース１０２の端部１０２ｃをカーリングする時ＰＣＢ１０６を保持し、内部空間を形成する。すなわち、本発明の一実施形態によるマイクロホンパッケージ１００は、カーリングの際に金属ケースの端部１０２ｃが隣接した面の端部１０２ｃと重ならないので、カーリング作業が容易であると共に、保持部材１０４によってカーリング作業中における金属ケース１０２の形状の変形を防止することができる。

また、本発明の一実施形態のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ１００に使用されるＰＣＢ１０６は、一面にＭＥＭＳマイクロホンチップ１０とＡＳＩＣチップ２０が実装されており、他面の縁部分には金属ケース１０２との接続のための導電パターンが形成されると共に、他面の中央付近には電源（Ｖｄｄ）端子、出力（ＯＵＴＰＵＴ）端子及び接地（ＧＮＤ）端子を含む接続端子１０８が形成されている。本発明の一実施形態では４個の接続端子１０８が形成された例を取り上げているが、応用によって２個以上多数の接続端子１０８が形成されることができる。ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０は、シリコンウェハ上にＭＥＭＳ技術を利用してバックプレートを形成した後、スペーサを介してダイアフラムが形成された構造を有する。一方、ＡＳＩＣチップ２０は、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０と連結されて電気的信号を処理する部分であって、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０がコンデンサマイクロホンとして動作するようにバイアス電圧を提供する電圧ポンプと、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０を通じて感知された電気的な音響信号を増幅またはインピーダンス整合させて接続端子１０８を介して外部に提供するためのバッファ増幅器とから構成される。そして接続端子１０８は突出して、メイン基板２００への表面実装が容易な構造になっている。

本発明の一実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージ１００は、一面が開口された四角筒状の金属ケース１０２に四角リング状の保持部材１０４を挿入し、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０とＡＳＩＣチップ２０が実装されたＰＣＢ１０６を保持部材１０４上に挿入した後、金属ケースの端部１０２ｃをＰＣＢ１０６側に折曲させて導電パターンと密着させるカーリング工程によって組立完了される。

このような方式によって組立完成された本発明の一実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージ１００は、図２乃至図４に示すように、金属ケース１０２内に保持部材１０４が挿入されており、保持部材１０４が回路部品の実装されたＰＣＢ１０６を保持して内部空間を形成し、金属ケース１０２の端部１０２ｃがカーリングによってＰＣＢ１０６に密着している。

そして、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージ１００は、図３に示すように、メイン基板２００にＳＭＴあるいはソルダリング方式などで実装されて、ＰＣＢ１０６の接続端子１０８が対応するメイン基板２００のパッド２０４と接続され、金属ケース１０２の折曲した端部１０２ｃがメイン基板２００の接地パターン２０２と接続されて、マイクロホン全体を電気的に遮蔽し、一種のファラデーカップを形成する。これによって、外部のノイズがマイクロホン内部に流入することを遮断し得る。したがって、本発明の一実施形態によるマイクロホンパッケージ１００を携帯電話に使用する場合は、アンテナとマイクロホンが近接しても、アンテナのＲＦノイズがマイクロホンに流入することを遮断して、製品の音質特性を良好に維持することができる。

図３を参照すると、メイン基板２００に実装されたマイクロホンパッケージ１００は、メイン基板２００から電源端子と接地端子を介して電力が供給されると、ＡＳＩＣチップ２０の電圧ポンプによって生成された適正なバイアス電圧がＭＥＭＳマイクロホンチップ１０に印加されて、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０のダイアフラムとバックプレートの間に電荷を形成するようになる。

金属ケース１０２の音響ホール１０２ａを介して外部音圧がマイクロホンパッケージ１００内に流入すると、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０のダイアフラムが振動しながらダイアフラムとバックプレートの間のキャパシタンスが変動され、このようなキャパシタンスの変動はＡＳＩＣチップ２０のバッファ増幅器で電気的な信号に増幅されて、出力端子を介してメイン基板２００に出力される。

図７は、本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの一面を切開した斜視図であり、図８は、本発明の他の実施の形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの側断面図である。

本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージは、図７及び図８に示すように、内部に部品を挿入できるように一面が開放された四角筒状の金属ケース１０２でカーリングが容易であるように開放側の端部１０２ｃの角部１０２ｂが面取り（ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）されており、底面１０２ｅに音響ホール１０２ａが形成された金属ケース１０２と、音響ホール１０２ａを介して異物が内部に流入することを遮断するための金属メッシュ１１０と、ＰＣＢ１０６を保持して金属ケース１０２とＰＣＢ１０６の間に空間を形成するための保持部材１０４と、ＭＥＭＳマイクロホンチップ１０とＡＳＩＣチップ２０が実装され金属ケース１０２に挿入されるＰＣＢ１０６とで構成される。

本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳマイクロホンパッケージは、図２に図示された本発明の一実施形態の構造において音響ホール１０２ａを介して内部に異物が挿入されることを防止し、外部のノイズが流入することを遮蔽するための金属メッシュ１１０を付加することで、遮蔽性能をさらに向上させ、異物だけではなくＲＦノイズが音響ホール１０２ａを介して内部に流入することを遮断して、特性をさらに向上させることができる。

本発明の他の実施形態のマイクロホンパッケージは、金属メッシュ１１０を付加して音響ホール１０２ａを介した異物やＲＦノイズの流入を遮断することを除いて、上記の実施形態と同様であるので、これ以上の説明は省略する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

従来のＭＥＭＳマイクロホンパッケージを示す側断面図である。 本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの一面を切開した斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの側断面図である。 本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの底面図である。 本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージに使用される金属ケースの斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージに使用される保持部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの一面を切開した斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかるＭＥＭＳマイクロホンパッケージの側断面図である。

符号の説明

１０２ 金属ケース
１０４ 保持部材
１０６ ＰＣＢ
１０ ＭＥＭＳマイクロホンチップ
２０ ＡＳＩＣチップ
１１０ 金属メッシュ

Claims (5)

1. 内部に部品が挿入されるように一面が開放された四角筒状で、カーリングが容易であるように開放側の端部の角部を面取りした金属ケースと、
   ＭＥＭＳマイクロホンチップとＡＳＩＣチップが実装され、前記金属ケースに挿入されるＰＣＢと、
   カーリング過程で前記ＰＣＢを保持し、前記金属ケースと前記ＰＣＢの間に空間を形成するための保持部材と、
   を備えることを特徴とするＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
2. 前記金属ケースは、開放面に隣接する４つの側面の端部の角部を面取りし、カーリングの際に前記各側面の端部が相隣接する前記側面の端部と互いに重ならないようにし、前記金属ケースの底面には音響ホールが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
3. 前記ＭＥＭＳマイクロホンパッケージは、前記金属ケースの音響ホールを介して内部に異物及び電子波が流入することを遮断するための金属メッシュをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
4. 前記ＰＣＢは、一面に前記ＭＥＭＳマイクロホンチップと前記ＡＳＩＣチップが実装されており、他面の縁部分には前記金属ケースとの接続のための導電パターンが形成されると共に、他面の中央付近には電源端子、出力端子及び接地端子を含む接続端子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。
5. 前記ＭＥＭＳマイクロホンチップは、シリコンウェハ上にＭＥＭＳ技術を利用してバックプレートを形成した後、スペーサを介してダイアフラムが形成された構造からなり、
   前記ＡＳＩＣチップは、
   前記ＭＥＭＳマイクロホンチップがコンデンサマイクロホンとして動作するようにバイアス電圧を提供する電圧ポンプと、
   前記ＭＥＭＳマイクロホンチップを通じて感知された電気的な音響信号を増幅またはインピーダンス整合させて、前記接続端子を介して外部に提供するためのバッファ増幅器と、
   から構成されることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳマイクロホンパッケージ。

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