マイクロホン製造の全工程：ウェハー製造からパッケージングまで

マイクロホンは私たちの日常生活の一部です。電話機、補聴器、公共放送システム、音声録音、無線機、メガホン、ラジオ・テレビ放送など、多くの用途で見かけます。あまりに広く使われているため、その存在を意識することすらなくなっています。

マイクロホンがこれほど広く使用されている一方で、製造プロセスは非常に複雑です。これらの小さなヘルパーがどのように作られ、いかに私たちの世界をより良くしているか、詳しく見ていきましょう。

以下の画像で全体像を把握してください。

ここからマイクロホン製造プロセスの詳細解説に入ります。

1. ウェハー製造（ウェハーファウンドリ）

ウェハー^[1]（スライスまたは基板とも呼ばれる）は、結晶シリコンなどの半導体材料の薄いシートです。

ウェハーは、ウェハー内部および表面に構築されるマイクロエレクトロニクスデバイスの基板として使用されます。ドーピング、イオン注入、切断、バレル研磨、スライス、面取り、研磨、レーザー彫刻など、多くのマイクロファブリケーション工程を経て製造されます。

2. ウェハーテスト

この工程では、ウェハー上のすべての個別集積回路の機能欠陥を、ウェハーをダイシング工程に送る前に、特別なテストパターンをウェハーに適用して検査します。

ウェハーテストはウェハープローバーと呼ばれるテスト装置で実施されます。ウェハーテストには複数の標準的手法があります：ウェハーファイナルテスト（WFT）、電子ダイソート（EDS）、サーキットプローブ（CP）。

3. パッケージング

3.1 SMT（表面実装技術）

表面実装技術（SMT）は、リードレスまたは短いリードの表面実装部品（SMC/SMD）をプリント基板（PCB）やその他の基板の表面に直接実装・配置する電子回路製造方法です。

リフローはんだ付けまたはディップはんだ付けによる回路実装技術です。SMTプロセスは以下の工程で構成されます：パッド印刷、部品実装、リフローはんだ付け、取り付け、洗浄。

3.2 接着接合

接着接合（グルーボンディングとも呼ばれる）は、同種または異種の物体の表面を、硬化後に十分な強度を持つ有機・無機、天然・合成の接着剤で接合する技術です。SU-8やベンゾシクロブテン（BCB）などの確立された接着剤は、MEMSやその他の電子部品向けに特化されています。

3.3 ボンディング（ワイヤーボンディング等）

3.3.1 ダイアタッチ

ダイアタッチはパッケージング工程の重要な部分です。ダイの表面を単一接合で基板に取り付ける工程です。ICダイ接着剤は室温硬化型エポキシ樹脂接着剤で、電子部品の接合に広く使用されています。金属、セラミック、ガラス、硬質プラスチック間のパッケージ接合に優れた接着強度を発揮します。

3.3.2 ワイヤーボンディング

ワイヤーボンディングは、熱、圧力、超音波エネルギーにより微細な金属ワイヤーを基板に溶接する方法で、チップと基板間の電気的相互接続、チップ間の情報交換を実現します。業界で一般的に使用される3つのワイヤーボンディング手法があります：熱圧着、超音波、熱超音波（サーモソニック）ワイヤーボンディング。

3.3.3 3D顕微鏡検査

この工程では、3D顕微鏡を使用して上記工程が正確に実施されたか確認します。例えば、クラックや凹みがないことを確認します。

3.3.4 モールディング（封止）

この工程では、EMC（エポキシモールディングコンパウンド）を使用して、ワイヤーボンディング後の完成品を封止し、外部環境の影響から保護します。主な手順：

• リードフレームを金型に配置、各ダイがキャビティ内にあり、金型をクランプ
• ブロック状のEMCを金型中央の穴に投入
• 高温でEMCが溶融・流動し、トラックに沿ってキャビティへ流入
• チップを底部から覆う
• 覆い完了後、モールディングと硬化

3.3.5 レーザーマーキング

レーザーマーキングとは、レーザーによる化学反応で表面材料を気化させたり変色させたりして永続的なマークを残す技術です。テキスト、シンボル、パターンなど多様なマーキングが可能です。

3.3.6 モールディング後硬化（ポストキュア）

ポストキュアは、接着剤が室温で硬化した後、コーティングを加熱し、一定期間一定温度で保持するプロセスです。これにより架橋反応を促進し、ポリマー分子を適切に配向させます。

3.4 デパネリング

デパネリングは、大量生産の電子実装生産における工程ステップです。プリント基板（PCB）製造と表面実装（SMT）ラインのスループットを向上させるため、PCBはしばしば最終製品で使用される多数の小さな個別PCBで構成されるように設計されます。このPCBクラスタをパネルまたはマルチブロックと呼びます。大きなパネルを分割、または「デパネリング」する工程です²。

3.5 テスト

マイクロホンのテスト項目：オン軸・オフ軸周波数特性、感度、歪み、信号対雑音比、可聴欠陥の検出、指向性、ポーラープロット、極性。

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参考文献

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Wafer_(electronics)

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Depaneling