特許 6493712 応力フリーに固定されたＭＥＭＳデバイスを有するモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6493712

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】応力フリーに固定されたＭＥＭＳデバイスを有するモジュール

(51)【国際特許分類】

   B81B 7/02 20060101AFI20190325BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20190325BHJP

   H04R 19/04 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   B81B7/02

   H01L29/84 Z

   H04R19/04

【請求項の数】16

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-538240(P2017-538240)

(86)(22)【出願日】2015年11月6日

(65)【公表番号】特表2018-510069(P2018-510069A)

(43)【公表日】2018年4月12日

(86)【国際出願番号】EP2015075947

(87)【国際公開番号】WO2016116183

(87)【国際公開日】20160728

【審査請求日】2017年9月15日

(31)【優先権主張番号】102015100757.6

(32)【優先日】2015年1月20日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】特許業務法人ナガトアンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ロムバッハ， パルミン ハルマン オットー

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２３００６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５１４６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７２５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５７９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３５６２２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ８１Ｂ １／００ − ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００ − ９９／００

Ｈ０４Ｒ １／００ − １／０６、１９／０４

Ｂ０１Ｊ １０／００ − １２／０２、

１４／００ − １９／３２

Ｇ０１Ｎ ３５／００ − ３７／００

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − ２１／１５

Ｈ０１Ｌ ２９／００ − ２９／８４

Ｇ０１Ｃ １９／００ − １９／７２

Ｇ０１Ｐ １５／００ − １５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子モジュール（Ｍ）であって、
第１の温度膨張係数Ｋ₁，１つの第１の固定点、および１つの第２の固定点を有する１つの担体(Ｔ)と、
ＭＥＭＳ構造(ＭＥ，ＢＰ）、前記第１の温度膨張係数（Ｋ１）と異なる第２の温度膨張係数（Ｋ２）、１つの第１の固定点、および１つの第２の固定点を有する１つのＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）と、
前記担体（Ｔ）の前記第１の固定点と前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）の前記第１の固定点との間の１つの第１の機械的結合部（ＭＶ１）と、
前記担体（Ｔ）の前記第２の固定点と前記デバイス（ＭＢ）の前記第２の固定点との間に温度膨張係数Ｋ_Kを有する１つの補償構造（ＫＳ）を有する１つの第２の機械的結合部（ＭＶ２）と、
を備え、
前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）での前記第１および前記第２の固定点は、水平方向の間隔ｄ₁を有し、そして前記担体（Ｔ）での前記第１および前記第２の固定点は水平方向の間隔ｄ₂を有し、
前記間隔ｄ₁および前記間隔ｄ₂の値は、前記補償構造（ＫＳ）が、温度変化の際の前記間隔ｄ₁および前記間隔ｄ₂の異なる長さ変化を補償するように選択され、そして前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）は、様々な温度で応力フリーで前記担体と結合しており、
前記補償構造（ＫＳ）は、２つの前記第２の固定点の間の結合部方向に沿った、２つの前記第２の固定点の間のずれΔｄ ＝ ｄ₂ − ｄ₁を跨いでおり、
式ｄ₂＝ｄ₁（Ｋ_K−Ｋ₁）／（Ｋ_K−Ｋ₂）を満足する、
ことを特徴とするモジュール。

【請求項2】

請求項１に記載のモジュールにおいて、
前記補償構造の膨張係数Ｋ_Kが、以下の式のように、前記第１の膨張係数Ｋ₁および前記第２の膨張係数Ｋ₂の大きい方の値よりも大きいか、
Ｋ_K ＞ ｍａｘ（Ｋ₁，Ｋ₂）、
または、以下の式のように、前記補償構造の膨張係数Ｋ_Kが上前記第１の膨張係数Ｋ₁および前記第２の膨張係数Ｋ₂の小さい方の値よりも小さい、
Ｋ_K ＜ ｍｉｎ（Ｋ₁，Ｋ₂）、
ことを特徴とするモジュール。

【請求項3】

前記補償構造（ＫＳ）が１つの水平方向部分（ＨＡ）を備え、当該水平方向の部分が前記担体（Ｔ）の上または上方に配設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のモジュール。

【請求項4】

前記モジュールは、１つ以上のさらなる補償構造（ＫＳ）を備え、当該さらなる補償構造は、さらなる前記担体（Ｔ）の固定点を、さらなる前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）の固定点と結合することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項5】

前記第１の機械的結合部（ＭＶ１）は、１つの補償構造（ＫＳ）を備え、当該補償構造は他の補償構造（ＫＳ）と共に、温度変化の際に、前記担体（Ｔ）および前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）の異なる長さ変化を補償することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項6】

少なくとも１つの補償構造（ＫＳ）は、前記担体（Ｔ）と前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）との間の電気的接続を形成していることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項7】

前記担体（Ｔ）は１つのセラミック材料または１つの有機の配線基板材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項8】

前記担体（Ｔ）は、複数の誘電体層を備え、当該誘電体層の間には、パターニングされたメタライジング層（ＭＬ）が配設されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項9】

前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）は、１つの半導体材料から成る１つの基体を備えることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項10】

少なくとも１つの補償構造（ＫＳ）が１つの金属を含むことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項11】

全ての補償構造（ＫＳ）が１つの中心（Ｚ）の周りに放射対称に配設されていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項12】

少なくとも１つの補償構造（ＫＳ）が、前記担体（Ｔ）上の複数の固定点と結合されており、および／または前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）上の複数の固定点と結合されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項13】

前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）は、７００μｍ以下の高さおよび０．３ｍｍ〜５ｍｍの辺長を有する１つの基体を備えることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のモジュール。

【請求項14】

請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のモジュール（Ｍ）を備えるマイクロフォンであって、前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）は、１つの電子音響変換器（ＥＡＷ）であることを特徴とするマイクロフォン。

【請求項15】

請求項１４に記載のマイクロフォンにおいて、
前記モジュール（Ｍ）は、３つ以上の補償構造ＫＳ）を備え、当該補償構造は、１つの中心（Ｚ）の周りに回転対称に配設されており、
前記電子音響変換器（ＥＡＷ）は、前記中心（Ｚ）に１つの音響入口を備える、
ことを特徴とするマイクロフォン。

【請求項16】

前記補償構造（ＫＳ）は、前記ＭＥＭＳデバイス（ＭＢ）を弾力性を有して固定するように設けられていることを特徴とする、請求項１４または１５に記載のマイクロフォン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つのＭＥＭＳデバイスが広い温度領域に渡って応力フリーに固定されているモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ=Micro-Electro-Mechanical System）は、機械的に能動的な構造(複数）を含み、これらの構造は、機械的な応力に敏感に反応する。ＭＥＭＳデバイスは、たとえば１つの電子音響変換器であってよく、この電子音響変換器は、１つのＡＳＩＣチップ（ＡＳＩＣ＝Application Specific Integrated Circuit）と共に、マイクロフォンモジュールの担体上に固定され、このＡＳＩＣチップと回路接続されている。ここでこの変換器は、１つの振動可能なメンブレンおよび１つのバックプレート（英語：back plate）を備え、これらは１つのコンデンサの２つの電極を形成している。このメンブレンの振動は、このバックプレートに対する時間的に変化する容量を生じさせる。たとえば１つのＡＳＩＣを用いて、この容量を評価することによって、音信号を電気信号に変換することができる。

【0003】

問題は、上記の変換器の担体および材料が、一般的に異なる熱膨張係数（ＣＴＥ：Coefficient of Thermal Expansion）を備えることである。温度が変化すると、担体と変換器との間の結合部を介して機械的応力がこの変換器に伝達される。変換器における機械的応力は、その機械的構造が支障無く動作することを妨げるので、温度変化はこのマイクロフォンの信号品質に悪い影響を与える。

【0004】

温度により誘発される障害は、マイクロフォンの場合だけではない。原則として全てのＭＥＭＳデバイス、たとえば圧力センサまたは音響波で動作するフィルタ素子にも影響する。

【0005】

常に進歩する微小化の継続的なトレンド、たとえばより薄いＭＥＭＳデバイスを要求するトレンドは、この問題を増幅する。これは、より薄いデバイスは外部からの力の作用でより大きく変形するからである。

【0006】

ＭＥＭＳデバイスへの機械的応力の取込みは、容易に変形可能なばね素子を、担体とＭＥＭＳデバイスとの間の結合部材として用いることによって低減される。しかしながらこの場合は、この結合部の機械的剛性も低減され、そしてこれを用いたモジュールは、負荷試験、たとえば落下試験に、もはや合格することはないであろう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、相反する仕様、すなわちＭＥＭＳデバイスの応力フリーの固定と同時に機械的剛性を満足し、かつさらに進む微小化を可能とするモジュールに対する要望が存在し、信号品質のためには妥協なく追及されなければならない。

【課題を解決するための手段】

【0008】

このため以下では、独立請求項１に示される以下に記載するモジュールを、単独であるいは協働して改善することができる、１つのモジュールならびに様々な有利な特性が提示される。従属項はこのモジュールの有利な実施例を提示する。

【0009】

このモジュールは、第１の温度膨張係数Ｋ_１，１つの第１の固定点、および１つの第２の固定点を有する１つの担体を備える。さらにこのモジュールは、ＭＥＭＳ構造(複数）、上記の第１の温度膨張係数Ｋ_１とは異なっている第２の温度膨張係数Ｋ_２、１つの第１の固定点、および１つの第２の固定点を有する１つのＭＥＭＳデバイスを備える。さらにこのモジュールは、上記の担体の第１の固定点と上記のデバイスの第１の固定点との間の１つの第１の機械的結合部を備える。その他にこのモジュールは、上記の担体の第２の固定点と上記のデバイスの第２の固定点との間の１つの第２の機械的結合部を備える。この第２の機械的結合部は、温度膨張係数Ｋ_Ｋを有する１つの補償構造を有する。このＭＥＭＳデバイスでのこれら２つの固定点は、水平方向の間隔ｄ_１を有し、そして上記の担体上の固定点(複数）は水平方向の間隔ｄ_２を有する。これらの値ｄ_１およびｄ_２は、上記の補償構造が、温度変化の際のｄ１およびｄ２の異なる長さ変化を補償するように選択され、こうしてこのＭＥＭＳデバイスは、様々な温度で応力フリーとなり、しかしながら上記の担体と堅く結合している。

【0010】

異なる温度で誘発される長さ変化が正確に補償され得るように、上記の担体と上記のデバイスとの間の機械的結合部の寸法決めを行うことができ、そしてその材料、具体的にはその膨張係数を選択することができることが見いだされた。ここで上記の機械的結合部は大質量となっていてよく、そしてこれによって極めて剛性が高くなり得る。これはこの機械的結合部が、担体とデバイスとの間の膨張バッファとして作用するために、機械的な変形エネルギーを取り込む必要がないからである。このためこのようなモジュールは、担体とデバイスとの間の極めて剛性のある結合部を備え、機械的応力によってこのデバイスの動作に悪影響が起こることがない。このため、小型化に関する要求が満たされるように、このデバイスを薄く形成することも可能である。

【0011】

確かに担体とデバイスとの間にただ１つの機械的結合部が存在する場合には、上記の補償構造を省略することが可能である。これはこれら両方の基体がその異なる長さ変化に問題なく追従できるからである。しかしながらこの機械的結合部は、原則として、同時に電気的信号路とならなければならず、こうして多数の結合部、たとえば２つ、３つ、または４つが存在することになる。

【0012】

最も簡単な場合には、担体とデバイスとの間に２つの機械的結合部が存在する。このような実施形態の場合、上記の補償構造は、この結合部方向に沿った、これら２つの固定点の間のずれΔｄ ＝ ｄ２ − ｄ１を跨ぐ。さらに以下の式が成り立つ。

（１）
すなわち、これらの距離ｄおよび膨張係数Ｋは、それぞれ対応して選択される。このためには複数の可能性がある。膨張係数（複数）が与えられると（これらは一般的に材料の選択によって与えられる）、上記の固定点(複数）の間隔を設定することができる。特に、上記の２つの間隔では、他方の間隔とこれら２つの膨張係数が与えられている場合には、一方の間隔を設定することができる。もう１つの可能性は、間隔(複数）が与えられた場合に、上記の補償構造の材料、すなわち上記の担体の材料または上記のデバイスの材料が上記の式に対応して選択されることである。

【0013】

ここで上記のパラメータの意味および上記の補償構造の動作が図１および２に見易く示されている。

【0014】

上記の補償構造の膨張係数Ｋ_Ｋが、以下の式のように、上記の２つの値Ｋ_１およびＫ_２の大きい方の値よりも大きいことも可能である。
Ｋ_Ｋ ＞ ｍａｘ（Ｋ_１，Ｋ_２） （２）

【0015】

代替として上記の補償構造の膨張係数Ｋ_Ｋが上記の２つの値Ｋ_１およびＫ_２の小さい方の値よりも小さいことも可能である。これに対応して以下の式が成り立つ。
Ｋ_Ｋ ＜ ｍｉｎ（Ｋ_１，Ｋ_２） （３）

【0016】

さらに、上記の補償構造が１つの水平方向部分を備え、この水平方向の部分が上記の担体上または上方に配設されていることが可能である。

【0017】

具体的には、上記の担体および上記のデバイスの長さ変化の際に、さらに、対応して調整されている固有の長さ変化により、応力が避けられるように、上記の水平方向部分が用いられている。ここで上記の水平方向部分は、１つの水平領域を跨いでおり、そして上記の担体の表面に対してほぼ平行に延在している。しかしながら、この水平方向部分が、水平方向に対し多少の小さな角度で、上記の担体の上面と上記のデバイスの下面との間の高さの差を跨ぐことも可能である。

【0018】

原則として、上記のＭＥＭＳデバイスから上記の担体へ信号を伝送するためには、１つの単一の電気的結合部で充分であり、この結合部は同時に１つの機械的結合部でもあり得る。こうして上記のデバイスは、１つの単一の浮動的な電極を備えることができるであろう。

【0019】

しかしながら一般的には、上記のデバイスにおいて少なくとも１つのスイッチ素子に電圧あるいは電流が印加されることが好ましく、こうして最低限２個の電気的結合部があることが好ましい。もう１つの機械的結合部が付加され、そしてこのデバイスが３点で支持されると、その浮動支持部の機械的安定性は、さらに顕著に改善される。ここで、担体とデバイスとの間の、これらの機械的および電気的な結合部の数は、もっと大幅に多くてよい。このデバイスが、たとえば電子音響変換器であり、そして複数のメンブレンまたは複数のバックプレートを備えると、これらにはそれぞれ１つの電位が印加されなければならず、こうして４個、５個、または６個の電気的結合部が担体とデバイスとの間に設けられていてもよい。

【0020】

このため、上記のモジュールは、１つ以上のさらなる補償構造を備えてよく、これらの補償構造は、さらなる上記の担体の固定点を、さらなる上記のデバイスの固定点と結合する。

【0021】

ここで上記の機械的結合部(複数）の少なくとも１つ、ただし好ましくは複数または全ての機械的結合部は、１つの補償構造を備え、この補償構造は他の補償構造と共に、温度変化の際に、担体およびＭＥＭＳデバイスの異なる長さ変化を補償する。ここでこれらの個々の機械的結合部および／またはこれらの補償構造は、同じ構造を有し、そして同じ材料から形成されている。上記のモジュールが３つ以上の補償構造を有すると、これよりこれらの補償構造を、２つの固定点の間を結ぶ１つの直線に沿って設置することはもはや可能ではない。むしろこのようなモジュールは、１つの共通な中心を有し、これらの補償構造はこの中心から見て放射方向に配設されている。３つ以上の補償構造の場合には、これらの補償構造の配設の幾何形状の次元が大きくなる。基体当たりただ２つの固定点がある場合には、これらの異なる長さ変化は１次元問題である。３つ以上の補償構造の場合には、２つの次元において異なる膨張係数が存在し、ここで各々の膨張係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_Ｋは、ｘ方向あるいはｙ方向に異なる成分を有し得る。

【0022】

これらの膨張係数が等方性であると、全ての補償構造は同等に構築され、そして１つの共通な中心の周りに回転対称に配設され、上記の異なる温度膨張係数は再び１つの一次元問題に帰し、これには上記の式（１）が適用される。ここで上記のパラメータｄ_１およびｄ_２は、この共通の中心からの補償構造の各々の固定点の距離を表す。

【0023】

上記の担体は１つのセラミック材料または１つの有機材料、たとえば配線基板材料および／またはＢＣＢ（Benzocyclobuten）ポリマーを含んでよい。

【0024】

さらに上記のＭＥＭＳデバイスは、１つの半導体材料、たとえばＳｉ（ケイ素）から成る１つの基体を備えてよい。

【0025】

ここでこの担体は、複数の誘電体層を備えてよく、これらの誘電体層の間には、パターニングされたメタライジング層が配設されている。

【0026】

少なくとも１つの補償構造または全ての補償構造が１つの金属を含んでよい。この金属は、たとえばＣｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｎｉ(ニッケル）、または、一般的な金属堆積処理を用いて上記の担体の上面に取り付けることができる他の金属であってよい。

【0027】

全ての補償構造が１つの共通な中心の周りに放射対称に配設されていると有利である。ここでこれらの補償構造は、この中心に対して全てが同じ距離を有する必要はない。これらの補償構造の第１のグループが第１の距離を有し、そしてこれらの補償構造の第２のグループが第２の距離を有する等も、同様に可能である。次にこれらの補償構造はそれぞれ、仮想的な円に沿って上記の中心の周りに配設される。上記の中心の周りでこれらの補償構造が決まった角度で回転することは、これらの補償構造自体での回転に転化される。

【0028】

これらの補償構造の少なくとも１つ、または複数、または全ての補償構造が、上記の担体上の複数の固定点と結合されていること、および／または上記のＭＥＭＳデバイス上の複数の固定点と結合されていることが可能である。このような多点結合は、この補償構造が、１つの固定点で上記の担体またはデバイスから外れかねないような場合に対し、この補償構造の信頼性を高める。

【0029】

上記のＭＥＭＳデバイスは、７００μｍ以下の高さおよび０．３ｍｍ〜５ｍｍの辺長を有する１つの基体を備えることが可能である。

【0030】

以上により、薄いＭＥＭＳデバイスが、上述の補償構造により、広い温度領域に渡ってほぼ応力フリーで固定されることができ、そして上記のモジュールの全高に対して、従来の固定と比較して大幅に小さなものとなっている。

【0031】

上記のＭＥＭＳデバイスは、１つの電子音響変換器であってよい。ここでこの電子音響変換器は、少なくとも１つのメンブレンおよび少なくとも１つのバックプレート、このメンブレンの背後の１つのパターニングされた空洞を有する、ケイ素から成る１つの基体、および少なくとも２つの電気的接続端子を備える。

【0032】

ここで上記のモジュールは、１つのマイクロフォンとなっており、このマイクロフォンはさらにもう１つのチップを備えてよく、このチップにはたとえば１つのＡＳＩＣが組み込まれている。

【0033】

ここでこのようなマイクロフォンは、３つ以上の補償構造を上記のモジュールに備えてよく、これらの補償構造は、１つの中心の周りに回転対称に配設されている。さらに上記の電子音響変換器は、１つの信号入力部を有し、この信号入力部は、上記の中心の領域に配設されている。

【0034】

ここで上記の補償構造の材料は、実質的にどのような材料、好ましくはどのような導電性材料を含んでいてもよく、その熱膨張係数は上記の２つの基体の小さい方の熱膨張係数より小さくなっている。この場合ｄ_２＜ｄ_１が成り立っている。代替として、この補償構造の熱膨張係数は、上記の基体の大きい方の熱膨張係数よりも大きくなっていてよい。この場合ｄ_２＞ｄ_１が成り立っている。

【0035】

ここでそれぞれ対応するモジュールの開発のための方法は、デンマーク工科大学（ＤＴＵ）で開発された、最適化ソフトウェアＴｏｐＯｐｔを用いている。具体的には、外側の拘束条件が、１つの純粋に一次元の構造を断念することを強制する場合、たとえば１つの音響入口開口部は上記の補償構造によって覆われてはならないこと、機械的剛性が極めて厳しい落下試験に関して最適化されていなければならないこと等の場合は、ソフトウェアを用いたシミュレーションツールは有利である。

【0036】

さらに上記の補償構造が、上記のＭＥＭＳデバイスを弾力性を有して、すなわちばね性を有して固定するように設けられることが可能である。この場合、たとえば１つの電話機への組込まれた場合に加速度ピークおよび／または力を吸収することができ、そして機械的にもたらされる変形を弱めるあるいは避けることができる。

【0037】

上記のモジュールおよび上記の補償構造の作用原理が、概略的な図を用い、そしてそれに限定するものでない実施形態例を用いて詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】１つの担体、１つのデバイス、および２つの機械的結合部の空間的配置を、第１の温度の場合に示す。

【図2】同じ配置を第２の温度の場合に示す。

【図3】１つの例示的な従来のマイクロフォンを示す。

【図4】１つのマイクロフォンの一部分を示し、このマイクロフォンでは、１つの電子音響変換器が１つの補償構造を介して、１つの多層基板と結合されそして回路接続されている。

【図5】機械的な結合部によって１つの担体と結合されている１つのデバイスを有する１つのモジュールの斜視図を示す。

【図6】図５の１つの補償構造の斜視図を示す。

【図7】実質的に１次元の方向を有する１つの機械的結合部を示す。

【図8】２次元の方向を有する１つの機械的結合部を示す。

【図9】応力が低減された水平方向の部分を有する、図６の機械的結合部の１つの派生実施例を示す。

【0039】

図１は、１つの担体Ｔ上に１つのＭＥＭＳデバイスＭＢを有する１つのモジュールＭの構成体を示す。デバイスＭＢおよび担体Ｔは、１つの第１の機械的結合部ＭＶ１を介して、そして１つの第２の機械的結合部ＭＶ２を介して結合されている。このデバイスでの結合点(複数）間の距離はｄ_１となっている。この担体Ｔでの結合点(複数）間の距離はｄ_２となっている。１つの所定の温度で、このデバイスは長さｌ_１を有し、そしてこの担体は長さｌ_２を有する。

【0040】

これらの寸法およびその材料が対応して選択されていると、長さの膨張の完全な補償が生じ、そしてこれによって、これらの材料が温度変化と共に線形に膨張する全温度領域において、熱的に誘発される応力が完全に避けられる。

【0041】

図２は、図１に示す状態の温度から温度差ΔＴだけずれた１つの温度での、上記の同じ構造体を示す。ここで上記のデバイスＭＢの長さはｌ_１からｌ’_１に伸張している。このデバイスでの上記の固定点間の距離は、以下の式のようにｄ_１からｄ’_１に伸張している。

（４）

【0042】

上記の担体での上記の固定点間の距離は、以下の式のようにｄ_２からｄ’_２に伸張している。

（５）

【0043】

図１の温度では、上記の固定点の間隔は、以下の式のようにまだΔｄとなっている。

（６）
この間隔は以下式のようにΔｄ’に伸張している。

（７）

【0044】

ここで上記の第２の機械的結合部ＭＶ２は、１つの水平方向部分ＨＡを有する１つの補償構造ＫＳを備え、この水平方向部分は上記の長さの差でΔｄあるいはΔｄ’を跨いでいる。上記の間隔ｄに対して、上記の異なる長さの伸長Δｄ’-Δｄが補償されるように、上記の補償構造ＫＳの材料あるいはその水平方向部分ＨＡが選択される。

【0045】

線形の膨張では以下の式が成り立つ。

（８）
式（４）および式（５）から以下の式が導かれる。

（９）
式（８）および式（９）から以下の式が導かれる。

（１０）
これより以下の式が導かれる。

（１１）

【0046】

式（１１）および式（６）から式（１）が導かれる。

【0047】

担体ＴがＭＥＭＳデバイスＭＢよりも大きな温度膨張係数を有すると、ｄ_２＞ｄ_１となる。これと逆の場合（Ｋ_１＞Ｋ_２）には、ｄ_１＞ｄ_２とならなければならない。すなわち補償構造ＫＳの熱膨張係数は、担体Ｔの熱膨張係数より小さくなくてはならない。小さな温度膨張係数を有する補償構造の場合には、上記の構造は逆の関係になっていなければならない。

【0048】

図３は、１つのマイクロフォンの一部分を示し、このマイクロフォンでは、１つの電子音響変換器ＥＡＷがバンプ結合部(複数）ＢＵを介して、１つの多層基板ＭＬＳと結合されそして回路接続されている。この電子音響変換器ＥＡＷの他に、１つのＡＳＩＣを有する１つのチップが、この多層基板ＭＬＳ上に配設されている。多層基板、変換器ＥＡＷ、およびチップＡＳＩＣの膨張係数は異なっており、これらは一般的にこのチップＡＳＩＣの電気的な機能の障害のみよりも格段に大きな、この変換器ＥＡＷの機能の障害となる。これはこの変換器が、機械的な応力に対して、このチップＡＳＩＣよりも敏感に反応するからである。

【0049】

図４は、以上に対応した上記のマイクロフォンの改善を示す。ここで、上記の電子音響変換器はここでは、１つのメンブレンＭＥおよび１つのバックプレートＢＰを有し、１つのバンプ結合部を介して、多層基板ＭＬＳとは直接結合されておらず、むしろ１つの補償構造ＫＳを用いて結合され、かつ回路接続されている。結合のためにはんだ材料が設けられている部位には、はんだパッドが配設されていてよい。同様に、この変換器ＥＡＷもはんだパッドを介して取り付けられていてよく、これにより耐久性のあるはんだ結合を行うことができる。

【0050】

図５は、１つのモジュールＭの斜視図を示し、このモジュールでは、１つのＭＥＭＳデバイスＭＢが、１つの担体Ｔ上に配設されており、そして機械的結合部(複数）あるいはその補償構造(複数）ＫＳを介して結合され、かつ回路接続されている。ここでこのモジュールは４つの機械的結合部を備え、これらの機械的結合部は、その共通な中心Ｚの周りに回転対称に配設されて揃えられている。これらの機械的結合部の各々は、上記の担体Ｔとの４つの接続部位、および上記のデバイスＭＢとの１つの接続部位を有する。

【0051】

中心Ｚの領域において、このデバイスＭＢは、１つの音響入口開口部を有する。ここで上記の機械的結合部(複数）ＭＶは、この音響入口開口部の周りでグルーピングされ、音響信号を問題なく受信できるようになっている。

【0052】

図６は、図５の１つの機械的結合部を斜視図で示す。この機械的結合部は、４つの固定点ＢＰ−Ｔを有し、これらの固定点でこの機械的結合部は上記の担体上に固定されている。さらにこの機械的結合部は、１つの固定点ＢＰ−ＭＢを有し、この固定点を介してこの機械的結合部は上記のＭＥＭＳデバイスと結合されている。さらにこの機械的結合部は、水平方向部分(複数）ＨＡを備え、この水平方向部分は２次元で等長であることを可能とする。

【0053】

ここでこれらの水平方向部分ＨＡは、上記の担体の固定点ＢＰ−Ｔに対して容易に持ち上がることができ、これによってこれらの水平方向部分ＨＡと上記の担体Ｔとの間には機械的応力がまったく形成され得ない。

【0054】

このような機械的結合部は、製造プロセスの間に作成することができ、この製造プロセスでは上記の水平方向部分ＨＡが上記の担体Ｔ上の１つの犠牲材料上に取り付けられ、この犠牲層は、この水平方向部分ＨＡの材料を取り付けた後に除去される。

【0055】

図７は、実質的に１次元に構成された１つの機械的結合部を示し、この機械的結合部は、上記の担体へのただ１つの固定点ＢＰ−Ｔおよび上記のＭＥＭＳデバイスへのただ１つの固定点ＢＰ−ＭＢを備える。これらの間の１つの水平方向部分がこれら２つの点を結合している。

【0056】

図８は、２つの方向に水平方向部分を備える、１つの機械的結合部の１つの実施形態を示す。これに対応して、上記の担体に対して２つの固定点ＢＰ−Ｔがあり、そして上記のデバイスに対して１つの固定点ＢＰ−ＭＢがある。

【0057】

ここで上記の水平方向部分は、図７の構成とは対照的に、直線的に延伸する辺部でなく、機械的な応力集中を避けるために、むしろ曲がって延伸する辺部によって構成されている。これに対応して図９は、上記の担体に対する４つの固定点ＢＰ−Ｔおよび上記のデバイスに対する１つの固定点ＢＰ−ＭＢを有する１つの機械的結合部の１つの実施形態を示し、ここで水平方向部分(複数）ＨＡは同様に、曲がって延伸する辺部を有する部分によって構成されている。

【0058】

本発明によるモジュールは上記に示した実施形態例に限定されない。温度補償のための他の機械的および／または電気的結合部を有するモジュール、あるいは他のデバイスを有するモジュールも同様に本発明を用いた実施となるものである。

【符号の説明】

【0059】

ＡＳＩＣ ： ＡＳＩＣチップ
ＢＰ ： バックプレート
ＢＰ−ＭＢ ： デバイスへの固定点
ＢＰ−Ｔ ： 担体への固定点
ＢＵ ： バンプ結合部
ｄ_１ ： ＭＥＭＳデバイスでの固定点の間隔、あるいは中心からのＭＥＭＳデバイスでの固定点の距離
ｄ_２ ： 担体上の機械的結合部の間隔、あるいは担体上の機械的結合部の中心からの距離
ＥＡＷ ： 電子音響変換器
ＨＡ ： 水平方向部分
Ｋ_１ ： 担体の温度膨張係数
Ｋ_２ ： デバイスの温度膨張係数
Ｋ_Ｋ ： 補償構造の温度膨張係数
ＫＳ ： （温度）補償構造
ｌ_１ ： ＭＥＭＳデバイスの長さ
ｌ_２ ： 担体の長さ
Ｍ ： モジュール
ＭＢ ： ＭＥＭＳデバイス
ＭＥ ： メンブレン
ＭＬＳ ： 多層基板
ＭＶ ： 機械的結合部
ＭＶ１，ＭＶ２ ： 第１、第２の機械的結合部
Ｔ ： 担体
Ｚ ： （対称）中心
Δｄ、Δｄ’： 補償構造によって跨がれる水平方向のずれ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】