ＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法
【課題】内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００は、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子１２０と、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子１２０とを接着する接着剤１３０とを備え、ＭＥＭＳマイク素子１２０は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、第１主面から第２主面に貫通する貫通孔１２４が形成されている台座１２１と、台座１２１の第１主面上に形成され、貫通孔１２４の一部を覆うダイアフラム１２２とを備え、接着剤１３０は、台座１２１の第２主面と基板１１０とを接着するとともに、台座１２１の側面の一部を覆い、台座１２１の第２主面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部１２５が形成されている。
【解決手段】本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００は、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子１２０と、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子１２０とを接着する接着剤１３０とを備え、ＭＥＭＳマイク素子１２０は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、第１主面から第２主面に貫通する貫通孔１２４が形成されている台座１２１と、台座１２１の第１主面上に形成され、貫通孔１２４の一部を覆うダイアフラム１２２とを備え、接着剤１３０は、台座１２１の第２主面と基板１１０とを接着するとともに、台座１２１の側面の一部を覆い、台座１２１の第２主面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部１２５が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）マイクモジュール及びその製造方法に関し、特に、基板と、当該基板に実装されたＭＥＭＳマイク素子とを備えるＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ技術を用いた作成された変換体モジュールは、ダイアフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、当該変換体が実装される基板とを備える。変換体は、基板の上に接着剤を介して接着され、ワイヤーボンド等で基板と電気的に接続されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を用いて作成された変換体モジュールは脆弱なものが多く、特に、音波によって振動するダイアフラムを有するＭＥＭＳマイク素子を備えたＭＥＭＳマイクモジュールでは、ダイアフラムが脆弱であるため、応力等の影響を受けやすい。例えば、ＭＥＭＳマイク素子の実装時の応力によって、ＭＥＭＳマイク素子がひずむためにダイアフラムが変形し、音波の感度が劣化する課題がある。この応力は、基板とＭＥＭＳマイク素子との熱膨張係数が違うことによって発生する。従来は、基板とＭＥＭＳマイク素子との間の接着剤が、応力を吸収する役目を果たしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０３６２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、以下のような課題がある。
【０００６】
上述したように、ＭＥＭＳマイク素子と基板との熱膨張係数の差に基づいてＭＥＭＳマイク素子に応力が加わり、ＭＥＭＳマイク素子の特性が変化するという課題がある。ＭＥＭＳマイク素子への応力を低減するためには、接着剤の粘度を高くして（固形分の含有比を上げる）、チクソ比を高くして（流れにくくして）、かつ、接着剤の膜厚を厚くすることで接着剤の体積を増加させて、接着剤で応力を吸収させる対策が一般的にとられている。
【０００７】
また、特許文献１では、ＭＥＭＳマイク素子の底面に形成した溝に接着剤を溜め込み、ＭＥＭＳマイク素子と基板とを接着させている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、溝の容積が十分でなく、応力を吸収できるだけの十分な量の接着剤を確保することができない。
【０００８】
ここで、ダイアフラム付きのＭＥＭＳマイク素子のように、ＭＥＭＳマイク素子の接着面、つまり、ダイアフラムを支える台座が枠状になっている場合は、この枠の幅に合わせた内径のノズルを使用して接着剤を描画しなければならない。しかしながら、ＭＥＭＳマイク素子の小型化に伴って枠の幅が狭くなり、特許文献１に記載の技術では、溝の中に接着剤を溜め込むように接着剤を描画しなければならず、より小さなノズルの内径が要求される。このため、接着剤の粘度が高いとノズルが目詰まりし易く、細く描画するのが困難になるという課題が生じている。
【０００９】
そこで、本発明では、上記課題を解決するためになされたものであって、内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、基板と、ＭＥＭＳマイク素子と、前記基板と前記ＭＥＭＳマイク素子とを接着する接着剤とを備え、前記ＭＥＭＳマイク素子は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、前記第１主面から第２主面に貫通する貫通孔が形成されている台座と、前記台座の第１主面上に形成され、前記貫通孔の一部を覆うダイアフラムとを備え、前記接着剤は、前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着するとともに、前記台座の側面の一部を覆い、前記台座の前記第２主面には、前記接着剤との界面に少なくとも１つの凹部が形成されている。
【００１１】
これにより、ＭＥＭＳマイク素子の台座の第２主面に凹部を設け、また、接着剤を台座の側面の一部を覆うように形成することで、接着剤の粘度を上げることなく、接着剤の体積を増やすことができる。したがって、実装後のＭＥＭＳマイク素子への応力を低減することができ、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。つまり、本発明の一態様によれば、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを実現することができる。
【００１２】
また、前記少なくとも１つの凹部は、Ｖ溝であってもよい。
【００１３】
これにより、凹部がＶ溝であるので、接着剤が対流しやすくなり、接着剤の未充填によるボイドを抑制することができる。したがって、接着剤を硬化する際のボイドの膨張における応力を低減することができ、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、実装精度を向上させることができる。これにより、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００１４】
また、前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、３４〜３６°であってもよい。
【００１５】
また、前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、５３〜５５°であってもよい。
【００１６】
これにより、角度が３４〜３６°のＶ溝である凹部の幅と、角度が５３〜５５°のＶ溝である凹部の幅とが同一の場合は、角度が５３〜５５°の凹部は、角度が３４〜３６°の凹部に比べ、Ｖ溝の深さが深くなる。したがって、接着剤の体積を増やすことができ、実装後のＭＥＭＳマイク素子への応力を低減することができる。これにより、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００１７】
また、前記台座の断面において、前記貫通孔に面する前記台座の側面は、くの字型であってもよい。
【００１８】
これにより、ダイアフラムの直下に形成される空間である貫通孔の体積を大きくすることができるので、ダイアフラムを振動しやすくすることができる。したがって、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを実現することができる。
【００１９】
また、前記接着剤の膜厚は、１０〜４０μｍであってもよい。
【００２０】
これにより、応力を吸収できるだけの十分な接着剤が設けられているので、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００２１】
また、前記凹部の深さは、１０〜３０μｍであってもよい。
【００２２】
これにより、応力を吸収できるだけの十分な接着剤が凹部に充填されているので、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００２３】
本発明の一態様に係るＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有する台座と、前記第１主面上に形成されたダイアフラムとを備えるＭＥＭＳマイク素子を準備する工程と、前記台座を前記第１主面から前記第２主面に貫通する貫通孔を形成する工程と、前記台座の前記第２主面に、少なくとも１つの凹部を形成する工程と、前記台座の前記第２主面の形状に沿って、基板に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤を介して前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着する工程とを含む。
【００２４】
これにより、ＭＥＭＳマイク素子の台座の第２主面に凹部を設け、また、接着剤を台座の側面の一部を覆うように形成することで、接着剤の粘度を上げることなく接着剤の体積を増やすことができる。したがって、実装後のＭＥＭＳマイク素子への応力を低減することができ、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。これにより、内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを製造することができる。
【００２５】
また、前記凹部を形成する工程では、ウェットエッチングにより、前記少なくとも１つの凹部をＶ溝となるように形成してもよい。
【００２６】
これにより、ウェットエッチングによる異方性エッチングを利用して、台座の底面にＶ溝である凹部を形成することができる。凹部がＶ溝であることから、接着剤が対流しやすくなり、接着剤の未充填によるボイドを抑制することで、接着剤を硬化する際のボイドの膨張における応力を低減することができる。したがって、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、実装精度を向上させることができる。これにより、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００２７】
また、前記貫通孔を形成する工程と、前記凹部を形成する工程とは、同時に実施されてもよい。
【００２８】
これにより、貫通孔の形成と凹部の形成とを同時にできるため、脆弱なＭＥＭＳマイク素子へのプロセス時の負担を軽減できる。また、製作工数の削減により低コスト化が期待できる。
【発明の効果】
【００２９】
内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す平面拡大図である。
【図１Ｄ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す断面拡大図である。
【図１Ｅ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す断面拡大図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法の一例を示す工程断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの台座の上面及び下面の一例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの台座の一例を示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの台座の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳマイクモジュールのダイアフラムの特性変動の一例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す平面拡大図である。
【図５Ｄ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す断面拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの別の一例を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態２の変化形に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す平面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態２の変化形に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールの好適な実施の形態について、図面を参照にして詳述する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、基板と、ＭＥＭＳマイク素子と、基板とＭＥＭＳマイク素子とを接着する接着剤とを備える。ＭＥＭＳマイク素子は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、第１主面から第２主面に貫通する貫通孔が形成されている台座と、台座の第１主面上に形成され、貫通孔の一部を覆うダイアフラムとを備える。接着剤は、台座の第２主面と基板とを接着するとともに、台座の側面の一部を覆うように形成されている。台座の第２主面には、接着剤との界面に少なくとも１つの凹部が形成されている。本発明の実施の形態１では、台座の第２主面には複数の凹部が形成され、これらの凹部は、Ｖ溝であることを特徴とする。
【００３３】
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の一例を示す平面図である。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の一例を示す断面図である。
【００３４】
本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００は、ダイアフラムを有し、音波によるダイアフラムの振動を電気信号に変換する変換体モジュールの一例である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ＭＥＭＳマイクモジュール１００は、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子１２０と、接着剤１３０と、ワイヤー１４０と、電極ランド１５０と、配線１６０と、ソルダーレジスト１７０とを備える。
【００３５】
基板１１０は、ＭＥＭＳマイク素子１２０を実装するための基板である。例えば、基板１１０は、ガラスエポキシ樹脂などで構成されている。あるいは、基板１１０は、半導体基板でもよい。
【００３６】
ＭＥＭＳマイク素子１２０は、台座１２１と、ダイアフラム１２２と、電極パッド１２３とを備える。ＭＥＭＳマイク素子１２０は、ダイアフラム１２２の振動を電気信号に変換する変換体の一例である。
【００３７】
台座１２１は、ダイアフラム１２２を支えるための台座であり、第１主面と第２主面とを有する。なお、第１主面は、例えば、台座１２１の上面であり、第２主面は、第１主面の反対の面であり、例えば、台座１２１の下面である。台座１２１は、例えば、シリコンから構成される。
【００３８】
台座１２１は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、底面が菱形の角柱である。台座１２１の底面の４つの頂点をＡＢＣＤとすると、辺ＡＢと辺ＤＡとのなす角は７０°、辺ＢＣと辺ＣＤとのなす角は１１０°である。また、台座１２１の幅は、約１００μｍである。例えば、台座１２１の幅は、台座１２１の貫通孔１２４に面した内壁と、台座１２１の外壁との間の距離であって、最も薄い部分の距離を示している。例えば、台座１２１の幅は、図１Ａにおいて、菱形の台座１２１の一辺と、当該一辺に平行で、かつ、六角形の貫通孔１２４の最も近い一辺との距離である。
【００３９】
さらに、台座１２１には、第１主面から第２主面に貫通する貫通孔１２４が形成されている。言い換えると、台座１２１を厚さ方向に貫通する貫通孔１２４が形成されている。貫通孔１２４は、図１Ａに示すように、底面が六角形の角柱形状である。
【００４０】
また、台座１２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部１２５が形成されている。図１Ａに示すように、台座１２１の下面は枠状であり、複数の凹部１２５が枠に沿って形成されている。なお、凹部１２５の具体的な形状については、後で説明する。
【００４１】
ダイアフラム１２２は、音波によって振動し、当該振動を電気信号に変換する振動板である。ダイアフラム１２２は、例えば、ＳｉＯ2又はＳｉＮ等の無機金属薄膜から構成される。ダイアフラム１２２は、例えば、容量素子を構成する２枚の無機金属薄膜から構成され、振動によって容量が変化することで、振動を電気信号に変換する。
【００４２】
また、ダイアフラム１２２は、台座１２１の上面上に形成され、貫通孔１２４の少なくとも一部を覆うように配置される。なお、貫通孔１２４は、ダイアフラム１２２を振動しやすくし、音波の検知精度を高めるために形成されている。
【００４３】
電極パッド１２３は、ダイアフラム１２２によって変換された電気信号を、ＭＥＭＳマイク素子１２０の外部に出力するための電極パッドである。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、電極パッド１２３には、ワイヤー１４０が接続されている。電極パッド１２３は、例えば、アルミニウム又は銅などから構成される。
【００４４】
接着剤１３０は、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子１２０とを接着する。図１Ｂに示すように、接着剤１３０は、台座１２１の下面と基板１１０とを接着するとともに、台座１２１の側面の一部を覆うように形成されている。また、接着剤１３０は、凹部１２５内部に充填されている。接着剤１３０は、例えば、エポキシアクリレート系、又は、シリコーン系の接着剤である。接着剤１３０の厚さは、例えば、台座１２１の下面と基板１１０との間において、１０〜４０μｍである。また、接着剤１３０は、例えば、台座１２１の側面のうち、下面から１０〜２５０μｍの範囲の側面を覆っている。
【００４５】
ワイヤー１４０は、電極パッド１２３と電極ランド１５０とを電気的に接続するワイヤーである。ワイヤー１４０は、例えば、銅又は金などから構成される。ここで、電極パッド１２３と電極ランド１５０との距離は、例えば、０．４ｍｍである。したがって、ワイヤー１４０は、当該距離以上の長さを有する。
【００４６】
電極ランド１５０は、ワイヤー１４０を接続するための電極である。電極ランド１５０は、配線１６０に接続され、ＭＥＭＳマイク素子１２０からワイヤー１４０を介して出力される電気信号を配線１６０に伝達する。電極ランド１５０は、例えば、銅などから構成される。なお、電極ランド１５０は、ソルダーレジスト１７０に覆われた配線１６０のうち、ソルダーレジスト１７０に形成された開口によって外部に露出した部分に相当する。
【００４７】
配線１６０は、ＭＥＭＳマイク素子１２０から出力される電気信号を所定の回路（図示せず）に伝達するための配線である。配線１６０は、例えば、銅などから構成される。なお、所定の回路は、電気信号の増幅、及び、電気信号から音声データへの変換などを行う回路である。
【００４８】
ソルダーレジスト１７０は、表面の平坦化のために、配線１６０及び基板１１０上に形成されたレジスト膜である。図１Ｂに示すように、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子１２０とは、ソルダーレジスト１７０を介して、接着剤１３０によって接着されている。つまり、接着剤１３０は、ソルダーレジスト１７０と台座１２１の下面との間に形成されている。
【００４９】
ソルダーレジスト１７０の厚さは、例えば、２５μｍである。また、ソルダーレジスト１７０には開口が形成されており、当該開口には、配線１６０の一部が電極ランド１５０として露出している。
【００５０】
続いて、本発明の実施の形態１に係る台座１２１の下面に形成される少なくとも１つの凹部１２５について説明する。
【００５１】
図１Ｃは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の凹部１２５の一例を示す平面拡大図である。また、図１Ｄ及び図１Ｅは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の凹部１２５の一例を示す断面拡大図である。
【００５２】
図１Ｄに示すように、凹部１２５の断面は、Ｖ字型であることが好ましい。より具体的には、凹部１２５はＶ溝であることが好ましい。また、凹部１２５の平面形状は、例えば、菱形の台座１２１と相似な形状である。Ｖ溝である凹部１２５の頂点をａｂｃｄとすると、それぞれの辺は台座１２１の辺ＡＢＣＤと平行に形成される。
【００５３】
断面α−αにおいて、図１Ｄに示すように、Ｖ溝である凹部１２５の斜面と、台座１２１の底面とのなす角度は３４〜３６°であり、好ましくは、３５°である。また、断面β−βにおいて、図１Ｅに示すように、Ｖ溝である凹部１２５の側面と、台座１２１の底面とのなす角度は８９〜９１°であり、好ましくは９０°である。また、断面β−βにおいて、Ｖ字の頂点における角度、すなわち、凹部１２５の２つの斜面がなす角度は、例えば、１１０°である。
【００５４】
Ｖ溝である凹部１２５のそれぞれの辺は１５〜５５μｍであり、凹部１２５の深さは、１０〜３０μｍである。ここで、凹部１２５の深さは、凹部１２５において最も深い地点における深さを意味する。
【００５５】
なお、凹部１２５は、図１Ａに示すように、台座１２１の下面に複数形成されている。凹部１２５を複数形成することで、接着剤１３０が充填される体積を増加させることができ、ＭＥＭＳマイク素子１２０をより強固に固着させることができる。
【００５６】
例えば、接着剤１３０を、基板１１０（具体的には、ソルダーレジスト１７０）上に台座１２１のパターンに沿って、ノズルで描画する。具体的には、接着剤１３０として、粘度９５００ｃＰ、チクソ比４．５のエポキシアクリレート系接着剤を内径１００μｍのノズルで描画し、ＭＥＭＳマイク素子１２０と基板１１０とを固着する。また、粘度１００００ｃＰのシリコーン系の接着剤を、接着剤１３０として用いてもよい。
【００５７】
このとき、凹部１２５の部分は、その容積分だけ多い体積の接着剤１３０が充填され、接着剤１３０は、台座１２１の側面の一部に這い上がる。すなわち、接着剤１３０は、台座１２１の側面の一部、具体的には、側面のうち下面に隣接する部分を覆っている。
【００５８】
続いて、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の製造方法の一例を示す工程断面図である。
【００５９】
まず、図２（ａ）に示すように、＜１１０＞ウエハを準備する。＜１１０＞ウエハは、電極パッド１２３と、ダイアフラム１２２と、貫通孔１２４が形成されていない台座１２１とを有するＭＥＭＳマイク素子１２０が複数個形成された集合体である。なお、図２（ａ）には、１個のＭＥＭＳマイク素子１２０について示している。また、ＭＥＭＳマイク素子１２０は、公知の方法により形成される。
【００６０】
次に、図２（ｂ）に示すように、所定のマスクパターンが形成されたマスク１８０を準備する。具体的には、台座１２１の底面に、貫通孔１２４及び凹部１２５の形状に沿ったマスクパターンを有するマスク１８０を公知の方法で形成する。マスクパターンの頂点ＡＢＣＤは、台座１２１を構成するＳｉの（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。同時に、台座１２１の底部に形成される複数の凹部１２５のマスクパターンの頂点ａｂｃｄも、（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。
【００６１】
その後、図２（ｃ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）等の弱アルカリ水溶液でウェットエッチングを行い、貫通孔１２４と複数の凹部１２５とを形成する。なお、このとき、貫通孔１２４と複数の凹部１２５とを形成する際に、別々に形成してもよいが、ＭＥＭＳマイク素子１２０が脆弱な構成であるため、また、製作工数を削減できるため、同時に形成することが好ましい。
【００６２】
以上の工程により、図３Ａに示すように、台座１２１の下面には複数の凹部１２５が形成される。また、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、複数の凹部１２５はＶ溝である。なお、図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る台座１２１の上面及び下面の一例を示す斜視図である。図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の実施の形態１に係る台座１２１の一例を示す断面図である。
【００６３】
次に、複数のＭＥＭＳマイク素子１２０をステルスダイシングにより、個片化を行う（図示せず）。その後、複数の基板１１０を準備する。複数の基板１１０のそれぞれには、ガラスエポキシ樹脂等に、銅などからなる配線１６０と、ソルダーレジスト１７０と、ソルダーレジスト１７０に形成された開口により露出している電極ランド１５０とが、公知の方法で形成されている。
【００６４】
次に、図２（ｄ）に示すように、接着剤１３０を基板１１０（具体的には、ソルダーレジスト１７０）上に、台座１２１の下面の形状に沿ってノズルで描画する。例えば、粘度９５００ｃＰ、チクソ比４．５のエポキシアクリレート系の接着剤を、接着剤１３０として内径１００μｍのノズルで描画する。
【００６５】
続いて、ＭＥＭＳマイク素子１２０と基板１１０とを、塗布した接着剤１３０を介して接着する。そして、接着剤１３０を硬化させることで、ＭＥＭＳマイク素子１２０と基板１１０とを固着させる。なお、このとき、ＭＥＭＳマイク素子１２０の隣にＭＥＭＳマイク素子１２０の信号を増幅させる増幅機能を持つ半導体素子を固着してもよい（図示せず）。
【００６６】
次に、図２（ｅ）に示すように、ワイヤー１４０を用いたワイヤーボンディングにより、電極パッド１２３と電極ランド１５０とを電気的に接続する。また、ＭＥＭＳマイク素子１２０の隣に上記の半導体素子も固着させた場合は、電極パッド１２３と、半導体素子とをワイヤーで電気的に接続し、半導体素子と電極ランド１５０とを電気的に接続することで、増幅した信号を出力することができる。
【００６７】
最後に、ＭＥＭＳマイク素子１２０（及び半導体素子）を覆うように複数の基板１１０上にそれぞれシールドキャップを封着する。なお、複数の基板１１０の代わりに、配線１６０、ソルダーレジスト１７０及び電極ランド１５０を複数個ずつ備える１つの基板を用いてもよい。この場合、最後に、１つの基板を複数の基板１１０を個片化する（図示せず）。
【００６８】
以上のようにして、図１Ａ〜図１Ｅに示すような実施の形態１のＭＥＭＳマイクモジュール１００を製造することができる。
【００６９】
以上のように、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００は、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子１２０と、接着剤１３０とを備え、接着剤１３０は、ＭＥＭＳマイク素子１２０の台座１２１の下面と基板１１０とを接着するとともに、台座１２１の側面の一部を覆っている。また、台座１２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部１２５が形成されている。
【００７０】
このように、台座１２１の下面に凹部１２５を設けることで、接着剤１３０の粘度を上げることなく、接着剤１３０の体積を増やすことができる。また、接着剤１３０は、台座１２１の下面だけでなく、台座１２１の側面の一部を覆うように形成されている。このため、接着剤１３０の体積をさらに増やすことができる。なお、接着剤１３０の体積が大きい程、応力を低減することができる。したがって、実装後のＭＥＭＳマイク素子１２０への応力を低減することができ、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュール１００の特性低下を抑制することができる。
【００７１】
なお、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００では、台座１２１の下面に、Ｖ溝である凹部１２５が形成されている。例えば、凹部１２５が矩形の形状である場合、接着剤１３０の未充填によりボイドが発生しやすくなる。この接着剤１３０の未充填により発生したボイドが、接着剤１３０の硬化時に膨張することでＭＥＭＳマイク素子１２０に応力が加わり、脆弱なダイアフラム１２２の変形、又は、ＭＥＭＳマイク素子１２０の実装ズレが発生し、ＭＥＭＳマイク素子１２０の特性の変化を引き起こす課題が考えられる。
【００７２】
そこで、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００では、凹部１２５の断面をＶ字型にすることで、より具体的には、凹部１２５をＶ溝とすることで、接着剤１３０が凹部１２５内を対流しやすくなる。これにより、接着剤１３０の未充填によるボイドを抑制することができ、接着剤１３０を硬化する際のボイドの膨張における応力を低減することができる。
【００７３】
したがって、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、実装精度を向上させることができるので、ＭＥＭＳマイクモジュール１００の特性低下を抑制することができる。脆弱なダイアフラム１２２を有するＭＥＭＳマイクモジュール１００では、応力の影響が大きいため、本発明の実施の形態１に係る技術は、非常に有用である。
【００７４】
ここで、接着剤１３０の膜厚とダイアフラム１２２の共振周波数との関係について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイク素子１２０のダイアフラム１２２の特性変動の一例を示すグラフである。
【００７５】
ＭＥＭＳマイクモジュール１００では、音の周波数に依存してダイアフラム１２２が振動し、このダイアフラム１２２の振動を電気信号に変換している。ダイアフラム１２２は、共振周波数を持ち、ダイアフラム１２２の感度が良いと共振周波数は低くなる。ＭＥＭＳマイク素子１２０を基板１１０へ実装すると、基板１１０からの熱応力などによってＭＥＭＳマイク素子１２０が変形し、ＭＥＭＳマイク素子１２０単体での共振周波数に比べて実装した場合の共振周波数が上昇する。感度の良いマイクを得るためには、実装での共振周波数の上昇を抑えることが重要である。
【００７６】
図４は、実装による共振周波数の上昇する割合（％）を示している。図４から分かるように、接着剤１３０の膜厚が厚いほど、共振周波数の変動が少なくなる。本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００では、台座１２１の下面に形成された凹部１２５の内部、及び、台座１２１の側面の一部に接着剤１３０が形成されており、共振周波数の変動を抑制するのに十分な体積の接着剤１３０を設けている。したがって、本発明の実施の形態１によれば、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを提供することができる。
【００７７】
また、凹部１２５がＶ溝であり、接着剤１３０の対流がスムーズに行われることから、低い粘度の接着剤１３０を用いることができ、ノズルの目詰まりの発生を抑制することができる。
【００７８】
また、複数の凹部１２５を設けることで、接着される表面積が多いので、シェア強度を向上させることができる。
【００７９】
なお、基板１１０を厚さ方向に貫通する音孔を、ダイアフラム１２２に対応するＭＥＭＳマイク素子１２０の直下に形成してもよい（図示しない）。
【００８０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、台座の第２主面に形成された凹部の断面において、台座の第２主面と、Ｖ溝である凹部の斜面とのなす角度が、実施の形態１における角度より大きいことを特徴とする。
【００８１】
図５Ａは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の一例を示す平面図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の一例を示す断面図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の凹部２２５の一例を示す平面拡大図である。図５Ｄは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の凹部２２５の一例を示す断面拡大図である。
【００８２】
図５Ａ〜図５Ｄからも分かるように、本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１と比較して、台座の形状と凹部の形状とが異なる。そこで、以降の説明は、上記の実施の形態１との相違点を中心に説明することとし、同一の構成要素には共通の参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００８３】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ＭＥＭＳマイクモジュール２００は、実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００と比べて、ＭＥＭＳマイク素子１２０の代わりに、ＭＥＭＳマイク素子２２０を備える点が異なっている。また、ＭＥＭＳマイク素子２２０は、実施の形態１に係るＭＥＭＳマイク素子１２０と比べて、台座１２１の代わりに台座２２１を備える点が異なっている。
【００８４】
台座２２１は、ダイアフラム１２２を支えるための台座であり、第１主面と第２主面とを有する。台座２２１は、例えば、シリコンから構成される。台座２２１は、例えば、図５Ａに示すように、底面（頂点ＥＦＧＨで囲まれる面）が正方形又は長方形の角柱、すなわち、直方体である。台座２２１の幅は、約１００μｍである。例えば、台座２２１の幅は、台座２２１の貫通孔２２４に面した内壁と、台座２２１の外壁との間の距離であって、最も薄い部分の距離を示している。例えば、台座２２１の幅は、図５Ａにおいて、正方形の台座２２１の一辺と、当該一辺に平行で、かつ、正方形の貫通孔２２４の最も近い一辺との距離である。
【００８５】
また、台座２２１には、上面から下面に貫通する貫通孔２２４が形成されている。貫通孔２２４は、上面及び下面が正方形又は長方形であり、下面が上面より広い錐台状である。すなわち、貫通孔２２４は、角錐台又は円錐台状である。
【００８６】
また、台座２２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部２２５が形成されている。本実施の形態では、複数の凹部２２５が形成されている。図５Ｂに示すように、複数の凹部２２５の断面は、Ｖ字型であることが好ましい。より具体的には、凹部２２５はＶ溝であることが好ましい。また、図５Ｃに示すように、凹部２２５の平面形状は、例えば、台座２２１と相似な形状である。Ｖ溝である凹部２２５の頂点をｅｆｇｈとすると、それぞれの辺は台座２２１の辺ＥＦＧＨと平行に形成される。
【００８７】
断面γ−γ及び断面δ−δにおいて、図５Ｄに示すように、Ｖ溝である凹部２２５の斜面と、台座２２１の下面とのなす角度は、５３〜５５°であり、好ましくは５４°である。Ｖ溝である凹部２２５のそれぞれの辺は、１２〜４５μｍであり、凹部２２５の深さは、１０〜３０μｍである。ここで、凹部２２５の深さは、凹部２２５において最も深い地点における深さを意味する。
【００８８】
続いて、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の製造方法について説明する。
【００８９】
なお、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の製造方法は、実施の形態１に係る製造方法とは、ウエハの結晶方位と、貫通孔２２４と凹部２２５の形成用のパターンニングとが異なっている。したがって、以下では、異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。つまり、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００は、図２に示す工程断面図に従って製造することができる。
【００９０】
まず、＜１００＞ウエハを準備する（図２（ａ）に相当）。＜１００＞ウエハは、電極パッド１２３と、ダイアフラム１２２と、貫通孔２２４が形成されていない台座２２１とを有するＭＥＭＳマイク素子２２０が複数個形成された集合体である。なお、ＭＥＭＳマイク素子２２０は、公知の方法により形成される。
【００９１】
次に、所定のマスクパターンが形成されたマスクを準備する（図２（ｂ）に相当）。具体的には、台座２２１の底面に、貫通孔２２４及び凹部２２５の形状に沿ったマスクパターンを有するマスクを公知の方法で形成する。
【００９２】
マスクパターンの頂点ＥＦＧＨは、台座２２１を構成するＳｉの（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。同時に、台座２２１の底部に形成される複数の凹部２２５のマスクパターンの頂点ｅｆｇｈも、（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。
【００９３】
その後、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）等の弱アルカリ水溶液を用いたウェットエッチングにより台座２２１に異方性エッチングを行い、貫通孔２２４と複数の凹部２２５とを形成する（図２（ｃ）に相当）。なお、実施の形態１と同様に、貫通孔２２４と複数の凹部２２５との形成はそれぞれ別の工程で行うこともできるが、同時に行うことが好ましい。
【００９４】
以降は、実施の形態１と同様にして、ＭＥＭＳマイク素子２２０の個片化、基板１１０の準備、接着剤１３０の塗布、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子２２０との接着、及び、ワイヤーボンディングなどを行うことにより、図５Ａ〜図５Ｄに示すようなＭＥＭＳマイクモジュール２００を製造することができる。
【００９５】
以上のように、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００は、実施の形態１と同様に、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子２２０と、接着剤１３０とを備え、接着剤１３０は、ＭＥＭＳマイク素子２２０の台座２２１の下面と基板１１０とを接着するとともに、台座２２１の側面の一部を覆っている。また、台座２２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部２２５が形成されている。
【００９６】
また、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００では、台座２２１の下面と、Ｖ溝である凹部２２５の斜面とのなす角度が、実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００より大きい。具体的には、実施の形態１では、約３５°であるのに対して、実施の形態２では、約５４°である。
【００９７】
角度が約３５°のＶ溝である凹部１２５の幅と、角度が約５４°のＶ溝である凹部２２５の幅とが同一の場合は、角度が約５４°の凹部２２５は、角度３５°の凹部１２５に比べ、Ｖ溝の深さが深くなる。したがって、接着剤１３０の体積を増やすことができ、実装後のＭＥＭＳマイク素子２２０への応力を低減することができる。これにより、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュール２００の特性低下を抑制することができる。
【００９８】
なお、図６に示すＭＥＭＳマイクモジュール２００ａのように、貫通孔２２４ａの側面をくの字型に形成してもよい。つまり、台座２２１ａの断面（例えば、辺ＥＦ又は辺ＥＨに平行な直線を含む断面）において、貫通孔２２４ａに面する台座２２１ａの側面は、くの字型であってもよい。言い換えると、台座２２１ａの貫通孔２２４ａに面する側面には、貫通孔２２４ａの容積を大きくするように、凹部が形成され、当該凹部の形状がくの字型となっている。
【００９９】
この構成によれば、ダイアフラム１２２直下の容積、すなわち、貫通孔２２４ａの容積を増加させることができるので、音響特性の優れたＭＥＭＳマイクモジュールを提供できる。
【０１００】
ここで、図６に示すような貫通孔２２４ａの側面をくの字型に形成するには、まず、ＭＥＭＳマイク素子２２０ａを準備する。ＭＥＭＳマイク素子２２０ａは、ダイアフラム１２２と、ダイアフラム１２２直下の領域に対応するＰｏｌｙ−Ｓｉと、貫通孔２２４ａが形成されていない台座２２１ａとを有する。そして、上記の製造方法と同様に台座２２１ａの底面をパターンニングし、ウェットエッチングを行う。
【０１０１】
台座２２１ａを厚さ方向に貫通した際に、すなわち、ダイアフラム１２２の直下の領域において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉが露出した後は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉが等方性エッチングされる。台座２２１ａは、表面（底面）から異方性エッチングされ、貫通孔２２４ａの側面がくの字型にすることができる。
【０１０２】
以上、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１０３】
例えば、各実施の形態では、複数の凹部を台座の下面に形成しているが、台座の下面の形状に沿った溝状の１つの凹部を形成してもよい。図７Ａは、本発明の実施の形態２の変化例に係るＭＥＭＳマイクモジュール３００の一例を示す平面図である。図７Ｂは、本発明の実施の形態２の変形例に係るＭＥＭＳマイクモジュール３００の一例を示す断面図である。
【０１０４】
図７Ａ及び図７Ｂからも分かるように、本発明の実施の形態２の変形例は、本発明の実施の形態２と比較して、Ｖ溝である凹部が台座の下面の全周に形成されている点が異なる。
【０１０５】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ＭＥＭＳマイクモジュール３００は、実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００と比べて、ＭＥＭＳマイク素子２２０の代わりに、ＭＥＭＳマイク素子３２０を備える点が異なっている。また、ＭＥＭＳマイク素子３２０は、実施の形態２に係るＭＥＭＳマイク素子２２０と比べて、台座２２１の代わりに台座３２１を備える点が異なっている。
【０１０６】
台座３２１は、台座２２１と比べて下面に形成された凹部の形状が異なっている。具体的には、台座３２１の下面には、接着剤１３０との界面に凹部３２５が形成されている。
【０１０７】
凹部３２５は、図７Ａに示すように、台座３２１の下面の形状に沿って形成されている。つまり、凹部３２５は、貫通孔２２４を囲むように形成されている。また、図７Ｂに示すように、凹部３２５の断面は、Ｖ字型であることが好ましい。より具体的には、凹部３２５はＶ溝であることが好ましい。なお、Ｖ溝である凹部３２５の斜面と、台座３２１の下面とのなす角度は、実施の形態２と同様である。
【０１０８】
なお、実施の形態２の変化形に係るＭＥＭＳマイクモジュール３００の製造方法は、実施の形態２に係る製造方法と比較して、Ｖ溝である凹部３２５の形成用のパターンニングのみが異なる。具体的には、台座３２１の底面のパターンニングの際に、台座３２１の全周に渡って台座３２１の幅より狭い領域のパターンニングを行い、ウェットエッチングにより凹部３２５を形成する。
【０１０９】
これにより、本発明の実施の形態２の変形例によれば、実施の形態２に加え、以下の効果を得ることができる。Ｖ溝である凹部３２５が台座３２１の全周に形成していることで、凹部３２５の容積が多くなる。このため、接着剤１３０の体積を増やすことができ、実装後のＭＥＭＳマイク素子３２０への応力を低減することができる。したがって、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュール３００の特性低下を抑制することができる。ただし、実施の形態２に比べ、接着される表面積が減ることで、シェア強度は減少する。
【０１１０】
また、各実施の形態の平面図及び断面図のそれぞれにおいて、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
【０１１１】
また、各実施の形態で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、上記で示した各構成要素の材料は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された材料に制限されない。
【０１１２】
また、各実施の形態で示したＭＥＭＳマイクモジュールの構成は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、上記構成の全てを必ずしも備える必要はない。言い換えると、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、本発明の効果を実現できる最小限の構成のみを備えればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、実装時にＭＥＭＳマイク素子への応力を低減できるという効果を有し、例えば、ＭＥＭＳマイクモジュールなどのマイク素子だけでなく、脆弱な構造を持つ圧力センサーなどにも利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１００、２００、２００ａ、３００ ＭＥＭＳマイクモジュール
１１０ 基板
１２０、２２０、２２０ａ、３２０ ＭＥＭＳマイク素子
１２１、２２１、２２１ａ、３２１ 台座
１２２ ダイアフラム
１２３ 電極パッド
１２４、２２４、２２４ａ 貫通孔
１２５、２２５、３２５ 凹部
１３０ 接着剤
１４０ ワイヤー
１５０ 電極ランド
１６０ 配線
１７０ ソルダーレジスト
１８０ マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）マイクモジュール及びその製造方法に関し、特に、基板と、当該基板に実装されたＭＥＭＳマイク素子とを備えるＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ技術を用いた作成された変換体モジュールは、ダイアフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、当該変換体が実装される基板とを備える。変換体は、基板の上に接着剤を介して接着され、ワイヤーボンド等で基板と電気的に接続されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を用いて作成された変換体モジュールは脆弱なものが多く、特に、音波によって振動するダイアフラムを有するＭＥＭＳマイク素子を備えたＭＥＭＳマイクモジュールでは、ダイアフラムが脆弱であるため、応力等の影響を受けやすい。例えば、ＭＥＭＳマイク素子の実装時の応力によって、ＭＥＭＳマイク素子がひずむためにダイアフラムが変形し、音波の感度が劣化する課題がある。この応力は、基板とＭＥＭＳマイク素子との熱膨張係数が違うことによって発生する。従来は、基板とＭＥＭＳマイク素子との間の接着剤が、応力を吸収する役目を果たしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０３６２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、以下のような課題がある。
【０００６】
上述したように、ＭＥＭＳマイク素子と基板との熱膨張係数の差に基づいてＭＥＭＳマイク素子に応力が加わり、ＭＥＭＳマイク素子の特性が変化するという課題がある。ＭＥＭＳマイク素子への応力を低減するためには、接着剤の粘度を高くして（固形分の含有比を上げる）、チクソ比を高くして（流れにくくして）、かつ、接着剤の膜厚を厚くすることで接着剤の体積を増加させて、接着剤で応力を吸収させる対策が一般的にとられている。
【０００７】
また、特許文献１では、ＭＥＭＳマイク素子の底面に形成した溝に接着剤を溜め込み、ＭＥＭＳマイク素子と基板とを接着させている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、溝の容積が十分でなく、応力を吸収できるだけの十分な量の接着剤を確保することができない。
【０００８】
ここで、ダイアフラム付きのＭＥＭＳマイク素子のように、ＭＥＭＳマイク素子の接着面、つまり、ダイアフラムを支える台座が枠状になっている場合は、この枠の幅に合わせた内径のノズルを使用して接着剤を描画しなければならない。しかしながら、ＭＥＭＳマイク素子の小型化に伴って枠の幅が狭くなり、特許文献１に記載の技術では、溝の中に接着剤を溜め込むように接着剤を描画しなければならず、より小さなノズルの内径が要求される。このため、接着剤の粘度が高いとノズルが目詰まりし易く、細く描画するのが困難になるという課題が生じている。
【０００９】
そこで、本発明では、上記課題を解決するためになされたものであって、内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、基板と、ＭＥＭＳマイク素子と、前記基板と前記ＭＥＭＳマイク素子とを接着する接着剤とを備え、前記ＭＥＭＳマイク素子は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、前記第１主面から第２主面に貫通する貫通孔が形成されている台座と、前記台座の第１主面上に形成され、前記貫通孔の一部を覆うダイアフラムとを備え、前記接着剤は、前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着するとともに、前記台座の側面の一部を覆い、前記台座の前記第２主面には、前記接着剤との界面に少なくとも１つの凹部が形成されている。
【００１１】
これにより、ＭＥＭＳマイク素子の台座の第２主面に凹部を設け、また、接着剤を台座の側面の一部を覆うように形成することで、接着剤の粘度を上げることなく、接着剤の体積を増やすことができる。したがって、実装後のＭＥＭＳマイク素子への応力を低減することができ、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。つまり、本発明の一態様によれば、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを実現することができる。
【００１２】
また、前記少なくとも１つの凹部は、Ｖ溝であってもよい。
【００１３】
これにより、凹部がＶ溝であるので、接着剤が対流しやすくなり、接着剤の未充填によるボイドを抑制することができる。したがって、接着剤を硬化する際のボイドの膨張における応力を低減することができ、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、実装精度を向上させることができる。これにより、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００１４】
また、前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、３４〜３６°であってもよい。
【００１５】
また、前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、５３〜５５°であってもよい。
【００１６】
これにより、角度が３４〜３６°のＶ溝である凹部の幅と、角度が５３〜５５°のＶ溝である凹部の幅とが同一の場合は、角度が５３〜５５°の凹部は、角度が３４〜３６°の凹部に比べ、Ｖ溝の深さが深くなる。したがって、接着剤の体積を増やすことができ、実装後のＭＥＭＳマイク素子への応力を低減することができる。これにより、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００１７】
また、前記台座の断面において、前記貫通孔に面する前記台座の側面は、くの字型であってもよい。
【００１８】
これにより、ダイアフラムの直下に形成される空間である貫通孔の体積を大きくすることができるので、ダイアフラムを振動しやすくすることができる。したがって、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを実現することができる。
【００１９】
また、前記接着剤の膜厚は、１０〜４０μｍであってもよい。
【００２０】
これにより、応力を吸収できるだけの十分な接着剤が設けられているので、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００２１】
また、前記凹部の深さは、１０〜３０μｍであってもよい。
【００２２】
これにより、応力を吸収できるだけの十分な接着剤が凹部に充填されているので、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００２３】
本発明の一態様に係るＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有する台座と、前記第１主面上に形成されたダイアフラムとを備えるＭＥＭＳマイク素子を準備する工程と、前記台座を前記第１主面から前記第２主面に貫通する貫通孔を形成する工程と、前記台座の前記第２主面に、少なくとも１つの凹部を形成する工程と、前記台座の前記第２主面の形状に沿って、基板に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤を介して前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着する工程とを含む。
【００２４】
これにより、ＭＥＭＳマイク素子の台座の第２主面に凹部を設け、また、接着剤を台座の側面の一部を覆うように形成することで、接着剤の粘度を上げることなく接着剤の体積を増やすことができる。したがって、実装後のＭＥＭＳマイク素子への応力を低減することができ、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。これにより、内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを製造することができる。
【００２５】
また、前記凹部を形成する工程では、ウェットエッチングにより、前記少なくとも１つの凹部をＶ溝となるように形成してもよい。
【００２６】
これにより、ウェットエッチングによる異方性エッチングを利用して、台座の底面にＶ溝である凹部を形成することができる。凹部がＶ溝であることから、接着剤が対流しやすくなり、接着剤の未充填によるボイドを抑制することで、接着剤を硬化する際のボイドの膨張における応力を低減することができる。したがって、脆弱なダイアフラムの変形を緩和し、実装精度を向上させることができる。これにより、ＭＥＭＳマイクモジュールの特性低下を抑制することができる。
【００２７】
また、前記貫通孔を形成する工程と、前記凹部を形成する工程とは、同時に実施されてもよい。
【００２８】
これにより、貫通孔の形成と凹部の形成とを同時にできるため、脆弱なＭＥＭＳマイク素子へのプロセス時の負担を軽減できる。また、製作工数の削減により低コスト化が期待できる。
【発明の効果】
【００２９】
内径の小さいノズルを使った場合でも目詰まりしにくいように粘度の低い接着剤を用いた場合でも、応力を十分に吸収することができ、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す平面拡大図である。
【図１Ｄ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す断面拡大図である。
【図１Ｅ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す断面拡大図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法の一例を示す工程断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの台座の上面及び下面の一例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの台座の一例を示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールの台座の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳマイクモジュールのダイアフラムの特性変動の一例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す平面拡大図である。
【図５Ｄ】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの凹部の一例を示す断面拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールの別の一例を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態２の変化形に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す平面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態２の変化形に係るＭＥＭＳマイクモジュールの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールの好適な実施の形態について、図面を参照にして詳述する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、基板と、ＭＥＭＳマイク素子と、基板とＭＥＭＳマイク素子とを接着する接着剤とを備える。ＭＥＭＳマイク素子は、第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、第１主面から第２主面に貫通する貫通孔が形成されている台座と、台座の第１主面上に形成され、貫通孔の一部を覆うダイアフラムとを備える。接着剤は、台座の第２主面と基板とを接着するとともに、台座の側面の一部を覆うように形成されている。台座の第２主面には、接着剤との界面に少なくとも１つの凹部が形成されている。本発明の実施の形態１では、台座の第２主面には複数の凹部が形成され、これらの凹部は、Ｖ溝であることを特徴とする。
【００３３】
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の一例を示す平面図である。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の一例を示す断面図である。
【００３４】
本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００は、ダイアフラムを有し、音波によるダイアフラムの振動を電気信号に変換する変換体モジュールの一例である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ＭＥＭＳマイクモジュール１００は、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子１２０と、接着剤１３０と、ワイヤー１４０と、電極ランド１５０と、配線１６０と、ソルダーレジスト１７０とを備える。
【００３５】
基板１１０は、ＭＥＭＳマイク素子１２０を実装するための基板である。例えば、基板１１０は、ガラスエポキシ樹脂などで構成されている。あるいは、基板１１０は、半導体基板でもよい。
【００３６】
ＭＥＭＳマイク素子１２０は、台座１２１と、ダイアフラム１２２と、電極パッド１２３とを備える。ＭＥＭＳマイク素子１２０は、ダイアフラム１２２の振動を電気信号に変換する変換体の一例である。
【００３７】
台座１２１は、ダイアフラム１２２を支えるための台座であり、第１主面と第２主面とを有する。なお、第１主面は、例えば、台座１２１の上面であり、第２主面は、第１主面の反対の面であり、例えば、台座１２１の下面である。台座１２１は、例えば、シリコンから構成される。
【００３８】
台座１２１は、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、底面が菱形の角柱である。台座１２１の底面の４つの頂点をＡＢＣＤとすると、辺ＡＢと辺ＤＡとのなす角は７０°、辺ＢＣと辺ＣＤとのなす角は１１０°である。また、台座１２１の幅は、約１００μｍである。例えば、台座１２１の幅は、台座１２１の貫通孔１２４に面した内壁と、台座１２１の外壁との間の距離であって、最も薄い部分の距離を示している。例えば、台座１２１の幅は、図１Ａにおいて、菱形の台座１２１の一辺と、当該一辺に平行で、かつ、六角形の貫通孔１２４の最も近い一辺との距離である。
【００３９】
さらに、台座１２１には、第１主面から第２主面に貫通する貫通孔１２４が形成されている。言い換えると、台座１２１を厚さ方向に貫通する貫通孔１２４が形成されている。貫通孔１２４は、図１Ａに示すように、底面が六角形の角柱形状である。
【００４０】
また、台座１２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部１２５が形成されている。図１Ａに示すように、台座１２１の下面は枠状であり、複数の凹部１２５が枠に沿って形成されている。なお、凹部１２５の具体的な形状については、後で説明する。
【００４１】
ダイアフラム１２２は、音波によって振動し、当該振動を電気信号に変換する振動板である。ダイアフラム１２２は、例えば、ＳｉＯ2又はＳｉＮ等の無機金属薄膜から構成される。ダイアフラム１２２は、例えば、容量素子を構成する２枚の無機金属薄膜から構成され、振動によって容量が変化することで、振動を電気信号に変換する。
【００４２】
また、ダイアフラム１２２は、台座１２１の上面上に形成され、貫通孔１２４の少なくとも一部を覆うように配置される。なお、貫通孔１２４は、ダイアフラム１２２を振動しやすくし、音波の検知精度を高めるために形成されている。
【００４３】
電極パッド１２３は、ダイアフラム１２２によって変換された電気信号を、ＭＥＭＳマイク素子１２０の外部に出力するための電極パッドである。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、電極パッド１２３には、ワイヤー１４０が接続されている。電極パッド１２３は、例えば、アルミニウム又は銅などから構成される。
【００４４】
接着剤１３０は、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子１２０とを接着する。図１Ｂに示すように、接着剤１３０は、台座１２１の下面と基板１１０とを接着するとともに、台座１２１の側面の一部を覆うように形成されている。また、接着剤１３０は、凹部１２５内部に充填されている。接着剤１３０は、例えば、エポキシアクリレート系、又は、シリコーン系の接着剤である。接着剤１３０の厚さは、例えば、台座１２１の下面と基板１１０との間において、１０〜４０μｍである。また、接着剤１３０は、例えば、台座１２１の側面のうち、下面から１０〜２５０μｍの範囲の側面を覆っている。
【００４５】
ワイヤー１４０は、電極パッド１２３と電極ランド１５０とを電気的に接続するワイヤーである。ワイヤー１４０は、例えば、銅又は金などから構成される。ここで、電極パッド１２３と電極ランド１５０との距離は、例えば、０．４ｍｍである。したがって、ワイヤー１４０は、当該距離以上の長さを有する。
【００４６】
電極ランド１５０は、ワイヤー１４０を接続するための電極である。電極ランド１５０は、配線１６０に接続され、ＭＥＭＳマイク素子１２０からワイヤー１４０を介して出力される電気信号を配線１６０に伝達する。電極ランド１５０は、例えば、銅などから構成される。なお、電極ランド１５０は、ソルダーレジスト１７０に覆われた配線１６０のうち、ソルダーレジスト１７０に形成された開口によって外部に露出した部分に相当する。
【００４７】
配線１６０は、ＭＥＭＳマイク素子１２０から出力される電気信号を所定の回路（図示せず）に伝達するための配線である。配線１６０は、例えば、銅などから構成される。なお、所定の回路は、電気信号の増幅、及び、電気信号から音声データへの変換などを行う回路である。
【００４８】
ソルダーレジスト１７０は、表面の平坦化のために、配線１６０及び基板１１０上に形成されたレジスト膜である。図１Ｂに示すように、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子１２０とは、ソルダーレジスト１７０を介して、接着剤１３０によって接着されている。つまり、接着剤１３０は、ソルダーレジスト１７０と台座１２１の下面との間に形成されている。
【００４９】
ソルダーレジスト１７０の厚さは、例えば、２５μｍである。また、ソルダーレジスト１７０には開口が形成されており、当該開口には、配線１６０の一部が電極ランド１５０として露出している。
【００５０】
続いて、本発明の実施の形態１に係る台座１２１の下面に形成される少なくとも１つの凹部１２５について説明する。
【００５１】
図１Ｃは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の凹部１２５の一例を示す平面拡大図である。また、図１Ｄ及び図１Ｅは、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の凹部１２５の一例を示す断面拡大図である。
【００５２】
図１Ｄに示すように、凹部１２５の断面は、Ｖ字型であることが好ましい。より具体的には、凹部１２５はＶ溝であることが好ましい。また、凹部１２５の平面形状は、例えば、菱形の台座１２１と相似な形状である。Ｖ溝である凹部１２５の頂点をａｂｃｄとすると、それぞれの辺は台座１２１の辺ＡＢＣＤと平行に形成される。
【００５３】
断面α−αにおいて、図１Ｄに示すように、Ｖ溝である凹部１２５の斜面と、台座１２１の底面とのなす角度は３４〜３６°であり、好ましくは、３５°である。また、断面β−βにおいて、図１Ｅに示すように、Ｖ溝である凹部１２５の側面と、台座１２１の底面とのなす角度は８９〜９１°であり、好ましくは９０°である。また、断面β−βにおいて、Ｖ字の頂点における角度、すなわち、凹部１２５の２つの斜面がなす角度は、例えば、１１０°である。
【００５４】
Ｖ溝である凹部１２５のそれぞれの辺は１５〜５５μｍであり、凹部１２５の深さは、１０〜３０μｍである。ここで、凹部１２５の深さは、凹部１２５において最も深い地点における深さを意味する。
【００５５】
なお、凹部１２５は、図１Ａに示すように、台座１２１の下面に複数形成されている。凹部１２５を複数形成することで、接着剤１３０が充填される体積を増加させることができ、ＭＥＭＳマイク素子１２０をより強固に固着させることができる。
【００５６】
例えば、接着剤１３０を、基板１１０（具体的には、ソルダーレジスト１７０）上に台座１２１のパターンに沿って、ノズルで描画する。具体的には、接着剤１３０として、粘度９５００ｃＰ、チクソ比４．５のエポキシアクリレート系接着剤を内径１００μｍのノズルで描画し、ＭＥＭＳマイク素子１２０と基板１１０とを固着する。また、粘度１００００ｃＰのシリコーン系の接着剤を、接着剤１３０として用いてもよい。
【００５７】
このとき、凹部１２５の部分は、その容積分だけ多い体積の接着剤１３０が充填され、接着剤１３０は、台座１２１の側面の一部に這い上がる。すなわち、接着剤１３０は、台座１２１の側面の一部、具体的には、側面のうち下面に隣接する部分を覆っている。
【００５８】
続いて、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００の製造方法の一例を示す工程断面図である。
【００５９】
まず、図２（ａ）に示すように、＜１１０＞ウエハを準備する。＜１１０＞ウエハは、電極パッド１２３と、ダイアフラム１２２と、貫通孔１２４が形成されていない台座１２１とを有するＭＥＭＳマイク素子１２０が複数個形成された集合体である。なお、図２（ａ）には、１個のＭＥＭＳマイク素子１２０について示している。また、ＭＥＭＳマイク素子１２０は、公知の方法により形成される。
【００６０】
次に、図２（ｂ）に示すように、所定のマスクパターンが形成されたマスク１８０を準備する。具体的には、台座１２１の底面に、貫通孔１２４及び凹部１２５の形状に沿ったマスクパターンを有するマスク１８０を公知の方法で形成する。マスクパターンの頂点ＡＢＣＤは、台座１２１を構成するＳｉの（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。同時に、台座１２１の底部に形成される複数の凹部１２５のマスクパターンの頂点ａｂｃｄも、（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。
【００６１】
その後、図２（ｃ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）等の弱アルカリ水溶液でウェットエッチングを行い、貫通孔１２４と複数の凹部１２５とを形成する。なお、このとき、貫通孔１２４と複数の凹部１２５とを形成する際に、別々に形成してもよいが、ＭＥＭＳマイク素子１２０が脆弱な構成であるため、また、製作工数を削減できるため、同時に形成することが好ましい。
【００６２】
以上の工程により、図３Ａに示すように、台座１２１の下面には複数の凹部１２５が形成される。また、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、複数の凹部１２５はＶ溝である。なお、図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る台座１２１の上面及び下面の一例を示す斜視図である。図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の実施の形態１に係る台座１２１の一例を示す断面図である。
【００６３】
次に、複数のＭＥＭＳマイク素子１２０をステルスダイシングにより、個片化を行う（図示せず）。その後、複数の基板１１０を準備する。複数の基板１１０のそれぞれには、ガラスエポキシ樹脂等に、銅などからなる配線１６０と、ソルダーレジスト１７０と、ソルダーレジスト１７０に形成された開口により露出している電極ランド１５０とが、公知の方法で形成されている。
【００６４】
次に、図２（ｄ）に示すように、接着剤１３０を基板１１０（具体的には、ソルダーレジスト１７０）上に、台座１２１の下面の形状に沿ってノズルで描画する。例えば、粘度９５００ｃＰ、チクソ比４．５のエポキシアクリレート系の接着剤を、接着剤１３０として内径１００μｍのノズルで描画する。
【００６５】
続いて、ＭＥＭＳマイク素子１２０と基板１１０とを、塗布した接着剤１３０を介して接着する。そして、接着剤１３０を硬化させることで、ＭＥＭＳマイク素子１２０と基板１１０とを固着させる。なお、このとき、ＭＥＭＳマイク素子１２０の隣にＭＥＭＳマイク素子１２０の信号を増幅させる増幅機能を持つ半導体素子を固着してもよい（図示せず）。
【００６６】
次に、図２（ｅ）に示すように、ワイヤー１４０を用いたワイヤーボンディングにより、電極パッド１２３と電極ランド１５０とを電気的に接続する。また、ＭＥＭＳマイク素子１２０の隣に上記の半導体素子も固着させた場合は、電極パッド１２３と、半導体素子とをワイヤーで電気的に接続し、半導体素子と電極ランド１５０とを電気的に接続することで、増幅した信号を出力することができる。
【００６７】
最後に、ＭＥＭＳマイク素子１２０（及び半導体素子）を覆うように複数の基板１１０上にそれぞれシールドキャップを封着する。なお、複数の基板１１０の代わりに、配線１６０、ソルダーレジスト１７０及び電極ランド１５０を複数個ずつ備える１つの基板を用いてもよい。この場合、最後に、１つの基板を複数の基板１１０を個片化する（図示せず）。
【００６８】
以上のようにして、図１Ａ〜図１Ｅに示すような実施の形態１のＭＥＭＳマイクモジュール１００を製造することができる。
【００６９】
以上のように、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００は、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子１２０と、接着剤１３０とを備え、接着剤１３０は、ＭＥＭＳマイク素子１２０の台座１２１の下面と基板１１０とを接着するとともに、台座１２１の側面の一部を覆っている。また、台座１２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部１２５が形成されている。
【００７０】
このように、台座１２１の下面に凹部１２５を設けることで、接着剤１３０の粘度を上げることなく、接着剤１３０の体積を増やすことができる。また、接着剤１３０は、台座１２１の下面だけでなく、台座１２１の側面の一部を覆うように形成されている。このため、接着剤１３０の体積をさらに増やすことができる。なお、接着剤１３０の体積が大きい程、応力を低減することができる。したがって、実装後のＭＥＭＳマイク素子１２０への応力を低減することができ、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュール１００の特性低下を抑制することができる。
【００７１】
なお、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００では、台座１２１の下面に、Ｖ溝である凹部１２５が形成されている。例えば、凹部１２５が矩形の形状である場合、接着剤１３０の未充填によりボイドが発生しやすくなる。この接着剤１３０の未充填により発生したボイドが、接着剤１３０の硬化時に膨張することでＭＥＭＳマイク素子１２０に応力が加わり、脆弱なダイアフラム１２２の変形、又は、ＭＥＭＳマイク素子１２０の実装ズレが発生し、ＭＥＭＳマイク素子１２０の特性の変化を引き起こす課題が考えられる。
【００７２】
そこで、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００では、凹部１２５の断面をＶ字型にすることで、より具体的には、凹部１２５をＶ溝とすることで、接着剤１３０が凹部１２５内を対流しやすくなる。これにより、接着剤１３０の未充填によるボイドを抑制することができ、接着剤１３０を硬化する際のボイドの膨張における応力を低減することができる。
【００７３】
したがって、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、実装精度を向上させることができるので、ＭＥＭＳマイクモジュール１００の特性低下を抑制することができる。脆弱なダイアフラム１２２を有するＭＥＭＳマイクモジュール１００では、応力の影響が大きいため、本発明の実施の形態１に係る技術は、非常に有用である。
【００７４】
ここで、接着剤１３０の膜厚とダイアフラム１２２の共振周波数との関係について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイク素子１２０のダイアフラム１２２の特性変動の一例を示すグラフである。
【００７５】
ＭＥＭＳマイクモジュール１００では、音の周波数に依存してダイアフラム１２２が振動し、このダイアフラム１２２の振動を電気信号に変換している。ダイアフラム１２２は、共振周波数を持ち、ダイアフラム１２２の感度が良いと共振周波数は低くなる。ＭＥＭＳマイク素子１２０を基板１１０へ実装すると、基板１１０からの熱応力などによってＭＥＭＳマイク素子１２０が変形し、ＭＥＭＳマイク素子１２０単体での共振周波数に比べて実装した場合の共振周波数が上昇する。感度の良いマイクを得るためには、実装での共振周波数の上昇を抑えることが重要である。
【００７６】
図４は、実装による共振周波数の上昇する割合（％）を示している。図４から分かるように、接着剤１３０の膜厚が厚いほど、共振周波数の変動が少なくなる。本発明の実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００では、台座１２１の下面に形成された凹部１２５の内部、及び、台座１２１の側面の一部に接着剤１３０が形成されており、共振周波数の変動を抑制するのに十分な体積の接着剤１３０を設けている。したがって、本発明の実施の形態１によれば、感度の良いＭＥＭＳマイクモジュールを提供することができる。
【００７７】
また、凹部１２５がＶ溝であり、接着剤１３０の対流がスムーズに行われることから、低い粘度の接着剤１３０を用いることができ、ノズルの目詰まりの発生を抑制することができる。
【００７８】
また、複数の凹部１２５を設けることで、接着される表面積が多いので、シェア強度を向上させることができる。
【００７９】
なお、基板１１０を厚さ方向に貫通する音孔を、ダイアフラム１２２に対応するＭＥＭＳマイク素子１２０の直下に形成してもよい（図示しない）。
【００８０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、台座の第２主面に形成された凹部の断面において、台座の第２主面と、Ｖ溝である凹部の斜面とのなす角度が、実施の形態１における角度より大きいことを特徴とする。
【００８１】
図５Ａは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の一例を示す平面図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の一例を示す断面図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の凹部２２５の一例を示す平面拡大図である。図５Ｄは、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の凹部２２５の一例を示す断面拡大図である。
【００８２】
図５Ａ〜図５Ｄからも分かるように、本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１と比較して、台座の形状と凹部の形状とが異なる。そこで、以降の説明は、上記の実施の形態１との相違点を中心に説明することとし、同一の構成要素には共通の参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００８３】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ＭＥＭＳマイクモジュール２００は、実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００と比べて、ＭＥＭＳマイク素子１２０の代わりに、ＭＥＭＳマイク素子２２０を備える点が異なっている。また、ＭＥＭＳマイク素子２２０は、実施の形態１に係るＭＥＭＳマイク素子１２０と比べて、台座１２１の代わりに台座２２１を備える点が異なっている。
【００８４】
台座２２１は、ダイアフラム１２２を支えるための台座であり、第１主面と第２主面とを有する。台座２２１は、例えば、シリコンから構成される。台座２２１は、例えば、図５Ａに示すように、底面（頂点ＥＦＧＨで囲まれる面）が正方形又は長方形の角柱、すなわち、直方体である。台座２２１の幅は、約１００μｍである。例えば、台座２２１の幅は、台座２２１の貫通孔２２４に面した内壁と、台座２２１の外壁との間の距離であって、最も薄い部分の距離を示している。例えば、台座２２１の幅は、図５Ａにおいて、正方形の台座２２１の一辺と、当該一辺に平行で、かつ、正方形の貫通孔２２４の最も近い一辺との距離である。
【００８５】
また、台座２２１には、上面から下面に貫通する貫通孔２２４が形成されている。貫通孔２２４は、上面及び下面が正方形又は長方形であり、下面が上面より広い錐台状である。すなわち、貫通孔２２４は、角錐台又は円錐台状である。
【００８６】
また、台座２２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部２２５が形成されている。本実施の形態では、複数の凹部２２５が形成されている。図５Ｂに示すように、複数の凹部２２５の断面は、Ｖ字型であることが好ましい。より具体的には、凹部２２５はＶ溝であることが好ましい。また、図５Ｃに示すように、凹部２２５の平面形状は、例えば、台座２２１と相似な形状である。Ｖ溝である凹部２２５の頂点をｅｆｇｈとすると、それぞれの辺は台座２２１の辺ＥＦＧＨと平行に形成される。
【００８７】
断面γ−γ及び断面δ−δにおいて、図５Ｄに示すように、Ｖ溝である凹部２２５の斜面と、台座２２１の下面とのなす角度は、５３〜５５°であり、好ましくは５４°である。Ｖ溝である凹部２２５のそれぞれの辺は、１２〜４５μｍであり、凹部２２５の深さは、１０〜３０μｍである。ここで、凹部２２５の深さは、凹部２２５において最も深い地点における深さを意味する。
【００８８】
続いて、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の製造方法について説明する。
【００８９】
なお、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００の製造方法は、実施の形態１に係る製造方法とは、ウエハの結晶方位と、貫通孔２２４と凹部２２５の形成用のパターンニングとが異なっている。したがって、以下では、異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。つまり、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００は、図２に示す工程断面図に従って製造することができる。
【００９０】
まず、＜１００＞ウエハを準備する（図２（ａ）に相当）。＜１００＞ウエハは、電極パッド１２３と、ダイアフラム１２２と、貫通孔２２４が形成されていない台座２２１とを有するＭＥＭＳマイク素子２２０が複数個形成された集合体である。なお、ＭＥＭＳマイク素子２２０は、公知の方法により形成される。
【００９１】
次に、所定のマスクパターンが形成されたマスクを準備する（図２（ｂ）に相当）。具体的には、台座２２１の底面に、貫通孔２２４及び凹部２２５の形状に沿ったマスクパターンを有するマスクを公知の方法で形成する。
【００９２】
マスクパターンの頂点ＥＦＧＨは、台座２２１を構成するＳｉの（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。同時に、台座２２１の底部に形成される複数の凹部２２５のマスクパターンの頂点ｅｆｇｈも、（１１０）面に合わせるようにパターンニングする。
【００９３】
その後、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）等の弱アルカリ水溶液を用いたウェットエッチングにより台座２２１に異方性エッチングを行い、貫通孔２２４と複数の凹部２２５とを形成する（図２（ｃ）に相当）。なお、実施の形態１と同様に、貫通孔２２４と複数の凹部２２５との形成はそれぞれ別の工程で行うこともできるが、同時に行うことが好ましい。
【００９４】
以降は、実施の形態１と同様にして、ＭＥＭＳマイク素子２２０の個片化、基板１１０の準備、接着剤１３０の塗布、基板１１０とＭＥＭＳマイク素子２２０との接着、及び、ワイヤーボンディングなどを行うことにより、図５Ａ〜図５Ｄに示すようなＭＥＭＳマイクモジュール２００を製造することができる。
【００９５】
以上のように、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００は、実施の形態１と同様に、基板１１０と、ＭＥＭＳマイク素子２２０と、接着剤１３０とを備え、接着剤１３０は、ＭＥＭＳマイク素子２２０の台座２２１の下面と基板１１０とを接着するとともに、台座２２１の側面の一部を覆っている。また、台座２２１の下面には、接着剤１３０との界面に少なくとも１つの凹部２２５が形成されている。
【００９６】
また、本発明の実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００では、台座２２１の下面と、Ｖ溝である凹部２２５の斜面とのなす角度が、実施の形態１に係るＭＥＭＳマイクモジュール１００より大きい。具体的には、実施の形態１では、約３５°であるのに対して、実施の形態２では、約５４°である。
【００９７】
角度が約３５°のＶ溝である凹部１２５の幅と、角度が約５４°のＶ溝である凹部２２５の幅とが同一の場合は、角度が約５４°の凹部２２５は、角度３５°の凹部１２５に比べ、Ｖ溝の深さが深くなる。したがって、接着剤１３０の体積を増やすことができ、実装後のＭＥＭＳマイク素子２２０への応力を低減することができる。これにより、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュール２００の特性低下を抑制することができる。
【００９８】
なお、図６に示すＭＥＭＳマイクモジュール２００ａのように、貫通孔２２４ａの側面をくの字型に形成してもよい。つまり、台座２２１ａの断面（例えば、辺ＥＦ又は辺ＥＨに平行な直線を含む断面）において、貫通孔２２４ａに面する台座２２１ａの側面は、くの字型であってもよい。言い換えると、台座２２１ａの貫通孔２２４ａに面する側面には、貫通孔２２４ａの容積を大きくするように、凹部が形成され、当該凹部の形状がくの字型となっている。
【００９９】
この構成によれば、ダイアフラム１２２直下の容積、すなわち、貫通孔２２４ａの容積を増加させることができるので、音響特性の優れたＭＥＭＳマイクモジュールを提供できる。
【０１００】
ここで、図６に示すような貫通孔２２４ａの側面をくの字型に形成するには、まず、ＭＥＭＳマイク素子２２０ａを準備する。ＭＥＭＳマイク素子２２０ａは、ダイアフラム１２２と、ダイアフラム１２２直下の領域に対応するＰｏｌｙ−Ｓｉと、貫通孔２２４ａが形成されていない台座２２１ａとを有する。そして、上記の製造方法と同様に台座２２１ａの底面をパターンニングし、ウェットエッチングを行う。
【０１０１】
台座２２１ａを厚さ方向に貫通した際に、すなわち、ダイアフラム１２２の直下の領域において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉが露出した後は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉが等方性エッチングされる。台座２２１ａは、表面（底面）から異方性エッチングされ、貫通孔２２４ａの側面がくの字型にすることができる。
【０１０２】
以上、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュール及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１０３】
例えば、各実施の形態では、複数の凹部を台座の下面に形成しているが、台座の下面の形状に沿った溝状の１つの凹部を形成してもよい。図７Ａは、本発明の実施の形態２の変化例に係るＭＥＭＳマイクモジュール３００の一例を示す平面図である。図７Ｂは、本発明の実施の形態２の変形例に係るＭＥＭＳマイクモジュール３００の一例を示す断面図である。
【０１０４】
図７Ａ及び図７Ｂからも分かるように、本発明の実施の形態２の変形例は、本発明の実施の形態２と比較して、Ｖ溝である凹部が台座の下面の全周に形成されている点が異なる。
【０１０５】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ＭＥＭＳマイクモジュール３００は、実施の形態２に係るＭＥＭＳマイクモジュール２００と比べて、ＭＥＭＳマイク素子２２０の代わりに、ＭＥＭＳマイク素子３２０を備える点が異なっている。また、ＭＥＭＳマイク素子３２０は、実施の形態２に係るＭＥＭＳマイク素子２２０と比べて、台座２２１の代わりに台座３２１を備える点が異なっている。
【０１０６】
台座３２１は、台座２２１と比べて下面に形成された凹部の形状が異なっている。具体的には、台座３２１の下面には、接着剤１３０との界面に凹部３２５が形成されている。
【０１０７】
凹部３２５は、図７Ａに示すように、台座３２１の下面の形状に沿って形成されている。つまり、凹部３２５は、貫通孔２２４を囲むように形成されている。また、図７Ｂに示すように、凹部３２５の断面は、Ｖ字型であることが好ましい。より具体的には、凹部３２５はＶ溝であることが好ましい。なお、Ｖ溝である凹部３２５の斜面と、台座３２１の下面とのなす角度は、実施の形態２と同様である。
【０１０８】
なお、実施の形態２の変化形に係るＭＥＭＳマイクモジュール３００の製造方法は、実施の形態２に係る製造方法と比較して、Ｖ溝である凹部３２５の形成用のパターンニングのみが異なる。具体的には、台座３２１の底面のパターンニングの際に、台座３２１の全周に渡って台座３２１の幅より狭い領域のパターンニングを行い、ウェットエッチングにより凹部３２５を形成する。
【０１０９】
これにより、本発明の実施の形態２の変形例によれば、実施の形態２に加え、以下の効果を得ることができる。Ｖ溝である凹部３２５が台座３２１の全周に形成していることで、凹部３２５の容積が多くなる。このため、接着剤１３０の体積を増やすことができ、実装後のＭＥＭＳマイク素子３２０への応力を低減することができる。したがって、脆弱なダイアフラム１２２の変形を緩和し、ＭＥＭＳマイクモジュール３００の特性低下を抑制することができる。ただし、実施の形態２に比べ、接着される表面積が減ることで、シェア強度は減少する。
【０１１０】
また、各実施の形態の平面図及び断面図のそれぞれにおいて、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
【０１１１】
また、各実施の形態で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、上記で示した各構成要素の材料は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された材料に制限されない。
【０１１２】
また、各実施の形態で示したＭＥＭＳマイクモジュールの構成は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、上記構成の全てを必ずしも備える必要はない。言い換えると、本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、本発明の効果を実現できる最小限の構成のみを備えればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明に係るＭＥＭＳマイクモジュールは、実装時にＭＥＭＳマイク素子への応力を低減できるという効果を有し、例えば、ＭＥＭＳマイクモジュールなどのマイク素子だけでなく、脆弱な構造を持つ圧力センサーなどにも利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１００、２００、２００ａ、３００ ＭＥＭＳマイクモジュール
１１０ 基板
１２０、２２０、２２０ａ、３２０ ＭＥＭＳマイク素子
１２１、２２１、２２１ａ、３２１ 台座
１２２ ダイアフラム
１２３ 電極パッド
１２４、２２４、２２４ａ 貫通孔
１２５、２２５、３２５ 凹部
１３０ 接着剤
１４０ ワイヤー
１５０ 電極ランド
１６０ 配線
１７０ ソルダーレジスト
１８０ マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
ＭＥＭＳマイク素子と、
前記基板と前記ＭＥＭＳマイク素子とを接着する接着剤とを備え、
前記ＭＥＭＳマイク素子は、
第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、前記第１主面から第２主面に貫通する貫通孔が形成されている台座と、
前記台座の第１主面上に形成され、前記貫通孔の一部を覆うダイアフラムとを備え、
前記接着剤は、
前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着するとともに、前記台座の側面の一部を覆い、
前記台座の前記第２主面には、前記接着剤との界面に少なくとも１つの凹部が形成されている
ＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項２】
前記少なくとも１つの凹部は、Ｖ溝である
請求項１記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、３４〜３６°である
請求項２記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項４】
前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、５３〜５５°である
請求項２記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項５】
前記台座の断面において、前記貫通孔に面する前記台座の側面は、くの字型である
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項６】
前記接着剤の膜厚は、１０〜４０μｍである
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項７】
前記凹部の深さは、１０〜３０μｍである
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項８】
第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有する台座と、前記第１主面上に形成されたダイアフラムとを備えるＭＥＭＳマイク素子を準備する工程と、
前記台座を前記第１主面から前記第２主面に貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記台座の前記第２主面に、少なくとも１つの凹部を形成する工程と、
前記台座の前記第２主面の形状に沿って、基板に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤を介して前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着する工程とを含む
ＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法。
【請求項９】
前記凹部を形成する工程では、ウェットエッチングにより、前記少なくとも１つの凹部をＶ溝となるように形成する
請求項８記載のＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記貫通孔を形成する工程と、前記凹部を形成する工程とは、同時に実施される
請求項８又は９記載のＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法。
【請求項１】
基板と、
ＭＥＭＳマイク素子と、
前記基板と前記ＭＥＭＳマイク素子とを接着する接着剤とを備え、
前記ＭＥＭＳマイク素子は、
第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有し、前記第１主面から第２主面に貫通する貫通孔が形成されている台座と、
前記台座の第１主面上に形成され、前記貫通孔の一部を覆うダイアフラムとを備え、
前記接着剤は、
前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着するとともに、前記台座の側面の一部を覆い、
前記台座の前記第２主面には、前記接着剤との界面に少なくとも１つの凹部が形成されている
ＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項２】
前記少なくとも１つの凹部は、Ｖ溝である
請求項１記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、３４〜３６°である
請求項２記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項４】
前記少なくとも１つの凹部の断面において、前記第２主面と、Ｖ溝である前記凹部の斜面とのなす角度は、５３〜５５°である
請求項２記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項５】
前記台座の断面において、前記貫通孔に面する前記台座の側面は、くの字型である
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項６】
前記接着剤の膜厚は、１０〜４０μｍである
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項７】
前記凹部の深さは、１０〜３０μｍである
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳマイクモジュール。
【請求項８】
第１主面と、当該第１主面の反対の面である第２主面とを有する台座と、前記第１主面上に形成されたダイアフラムとを備えるＭＥＭＳマイク素子を準備する工程と、
前記台座を前記第１主面から前記第２主面に貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記台座の前記第２主面に、少なくとも１つの凹部を形成する工程と、
前記台座の前記第２主面の形状に沿って、基板に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤を介して前記台座の前記第２主面と前記基板とを接着する工程とを含む
ＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法。
【請求項９】
前記凹部を形成する工程では、ウェットエッチングにより、前記少なくとも１つの凹部をＶ溝となるように形成する
請求項８記載のＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記貫通孔を形成する工程と、前記凹部を形成する工程とは、同時に実施される
請求項８又は９記載のＭＥＭＳマイクモジュールの製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１１４６７２（Ｐ２０１２−１１４６７２Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１８５５（Ｐ２０１０−２６１８５５）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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