CN1926919B - 驻极体电容式麦克风 - Google Patents

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Abstract

驻极体电容式麦克风，包括：设有开口部25的衬底13、以堵住开口部25的方式与衬底13的一面连接并且具有声孔12及空孔2的驻极体电容器50、与衬底13的一面连接的驱动电路元件15、以及以覆盖驻极体电容器50及驱动电路元件15的方式安装在衬底13的外盒17。在驻极体电容器50与衬底13的连接处两者电接触。声孔12通过开口部25与外部空间连接。空孔2及外盒17的内部区域成为驻极体电容器50的背部气室。

Description

驻极体电容式麦克风
技术领域
本发明涉及一种具有振动电极的驻极体电容式麦克风，特别是涉及使用微机电系统(MEMS，Micro Electro Mechanical Systems)技术形成、搭载有驻极体电容器的驻极体电容式麦克风(ECM)的结构。
背景技术
如专利文献1所示，作为电容式麦克风，使用各自机械加工等所制作的振动板或固定电极等零件组装构成的麦克风向来为主流。这类的麦克风被称为ECM(electret condenser microphone)，到目前为止进行小型化的结果，目前已经贩卖有直径6mm、厚度1mm的制品或直径4mm、厚度1.5mm的制品等。但是，在专利文献1中所示类型的ECM，面临着因为所使用的机械加工零件而难以使其进一步地小型化的问题。
与现有的机械加工相异，应用半导体集成电路的制造方法的加工技术被称为微机电系统(MEMS)技术或是微切削(micromachining)技术，由于对麦克风的小型化是有效的，因此近年来提出了采用微机电系统(MEMS)技术的麦克风的制造方法。例如专利文献2中公开了未使用驻极体的MEMS技术的麦克风的制造方法.
【专利文献1】日本特开平11-187494号公报
【专利文献2】日本特开2003-78981号公报
发明内容
解决课题
但是，具有专利文献2所公开的结构的电容式麦克风有着如下问题。
换句话说：由于使用引线接合法(wire bonding)连接电容器与IC等驱动电路元件，因此在接合引线(bonding wire)处会产生电损耗。
并且，伴随着电容器的缩小，与电容器一体形成的背部气室也随着变小，背部气室的缩小带来了麦克风高频率特性的恶化。结果，无法制造出具有良好性能的麦克风。
有鉴于此，本发明的目的在于：提供即使小型化仍具有优良的高频率特性的驻极体电容式麦克风。
解决方法
为了达成所述目的，本发明的驻极体电容式麦克风包括：设有开口部的衬底、以堵住所述开口部的方式与所述衬底的一面连接并且具有声孔及空孔的驻极体电容器、与所述衬底的所述一面连接的驱动电路元件、以及以覆盖所述驻极体电容器及所述驱动电路元件的方式安装在所述衬底的外盒；在所述驻极体电容器与所述衬底的连接处两者电接触，所述声孔通过所述开口部与外部空间连接，所述空孔及所述外盒的内部区域成为所述驻极体电容器的背部气室。
发明效果
按照本发明，由于将衬底与驻极体电容器的电接触，设在两者的机械连接处，换句话说，由于衬底与驻极体电容器在不使用引线接合器下电连接，因此能够抑制接合引线造成的寄生电容的发生或杂音的发生。根据上述，能够提高驻极体电容器的高频率特性。并且，通过利用覆盖驻极体电容器的外盒所产生的空间(外盒的内部区域)，能够增加驻极体电容器背部气室的实质体积，因此，即使将驻极体电容器小型化的情况下，也能够提高该电容器的高频率特性。
如上所述，按照本发明，能够提供小型且具有高频率特性的优良驻极体电容式麦克风。
附图说明
图1(a)示出搭载本发明一个实施例的驻极体电容式麦克风的驻极体电容器的剖面图，图1(b)示出该驻极体电容器的平面图。
图2示出本发明一个实施例的驻极体电容式麦克风的剖面图。
图3示出本发明一个实施例的驻极体电容式麦克风的驻极体电容器与衬底的连接部的变化扩大剖面图。
图4(a)及图4(b)示出本发明一个实施例的驻极体电容式麦克风的变化的剖面图。
图5示出本发明一个实施例的驻极体电容式麦克风与其他衬底连接状态的剖面图。
符号说明
1-硅衬底、2-空孔、3-绝缘膜、4-下部电极、5-引出电极、6-漏孔、7-驻极体膜、8-绝缘膜、9-上部电极、10，16，20-接触、11-绝缘膜、12-声孔、13，22-衬底、14，21-布线、15-IC元件、17-外盒、18-突起物、19-异向性导电树脂、25-开口部、
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一个实施例的驻极体电容式麦克风。
首先，说明本实施例的驻极体电容式麦克风中搭载的驻极体电容器(以下称为本发明的驻极体电容器)。本发明的驻极体电容器是利用微机电系统(MEMS)技术中被称为表面微切削的加工方法-仅使用一张硅衬底所制造。
图1(a)及图1(b)为本发明驻极体电容器50的剖面图及平面图。
如图1(a)及图1(b)所示，使用各向异性蚀刻技术在硅衬底1上形成空孔2，同时，在硅衬底1上依序形成例如由氧化硅膜所构成的绝缘膜3、及例如掺杂磷的复晶硅所构成的下部电极4。除去位于空孔2的上侧部分的绝缘膜3，另一方面，形成下部电极4使其覆盖空孔2。在位于空孔2的上侧部分的下部电极4上，设置例如由氧化硅膜所构成的驻极体膜7。并且，在位于空孔2的外侧部分的下部电极4上，设置例如由氧化硅膜所构成的绝缘膜8；同时，以绝缘膜8为隔层，在下部电极4的上方设置上部电极9。上部电极9的表面，由例如氮化硅膜所构成的绝缘膜11加以覆盖保护。
在绝缘膜8及绝缘膜11设置与下部电极4电连接的引出电极5。引出电极5突出于绝缘膜11。在下部电极4及驻极体膜7设置与空孔2连接的漏孔6，使得驻极体膜7的上方与下方之间不产生压力差。并且，在绝缘膜11设置与上部电极9电连接的接触10。接触10突出于绝缘膜11。
这里，因为以本发明的驻极体电容器50的绝缘膜11堵住在后述衬底13(参照图2)所形成的开口部25，所以如图1(b)所示，接触10在绝缘膜11以环状形成。并且，本实施例中，接触10的形状只要是没有缝隙并没有特别的限定。
进一步地，在上部电极9及绝缘膜11设置多个的声孔12。这里，声孔12为连接由上部电极9、下部电极4与绝缘膜8所围起的空间，以及本发明的驻极体电容器50的外部空间。换句话说，本发明的驻极体电容器50在结构上从声孔12接收音压(参照图2)，而使驻极体膜7振动。并且，空孔2构成本发明的驻极体电容器50的背部气室。
接着，说明本发明实施例的驻极体电容式麦克风的一例。
图2为搭载了本实施例的驻极体电容式麦克风、即搭载图1(a)及图1(b)所示的本发明的驻极体电容器50的驻极体电容式麦克风的剖面图。
如图2所示，在设有开口部25的衬底13的一面，以堵住开口部25的方式连接所述本发明的驻极体电容器50。开口部25设在衬底13，其使本发明的驻极体电容器50的声孔12露出于外部空间。换句话说，声孔12通过开口部25与外部空间连接。
具体来说，本发明的驻极体电容器50的接触10与在衬底13的一面所设的接触16A机械连接且电连接。该接触16A与设在衬底13的另一面及内部的布线14A电连接。并且，本发明的驻极体电容器50通过接触16A及布线14A，与衬底13上的其他电路电连接。
并且，在衬底13的一面还连接有成为本实施例的麦克风的驱动电路元件的IC(Integrated circuit)元件15。具体来说，IC元件15具有接触15a及15b，接触15a机械连接且电连接到衬底13的一面所设置的布线14B的一端。布线14B的另一端与本发明的驻极体电容器50的引出电极5机械连接且电连接。并且，IC元件15的接触15b与衬底13的一面所设的接触16B机械连接且电连接。该接触16B与设在衬底13的另一面及内部的布线14C电连接。并且，IC元件15通过接触16B及布线14C，与衬底13上的其他电路电连接。
进一步地，在衬底13安装外盒17使其覆盖本发明的驻极体电容器50及IC元件15。
并且，如同所述，上部电极9的接触10在绝缘膜11上以环状形成(参照图1(b))。并且，在与其对应下，通过以与上部电极9的接触10相对的方式在衬底13上将衬底13的接触16A以环状设置，能够获得以下效果。即：连接本发明的驻极体电容器50与衬底13时，由于接触10与接触16A构成环状连接部，因此能够防止衬底13与本发明的驻极体电容器50之间的音压外漏。
并且，最好是，在本实施例的本发明的驻极体电容器50与衬底13的接合方法上，使用例如以金作为构成衬底13的接触16A及上部电极9的接触10的金属材料。这样一来，由于构成接触10及接触16A的金材料彼此能够通过热压接而接合，因此能够容易接合接触10及接触16A。这里，使用例如金与锡的合金作为接触10及接触16A的其中之一的材料的情况下，能够通过同样的热压接法使接触10及接触16A接合。
并且，作为本发明的驻极体电容器50与衬底13的其他接合方法，有如下的方法。图3为本实施例的驻极体电容式麦克风的驻极体电容器与衬底连接部的各种情形扩大剖面图。也就是如图3所示，可使用称为凸块(bump)的金属突起物18及异向性导电树脂19，使衬底13的接触16A与上部电极9的接触10机械连接且电连接。这时，由于能够构成所述环状接合部，因此能够防止衬底13与本发明的驻极体电容器50之间产生音压外漏。并且，由于使用异向性导电树脂19，与直接接合例如由金构成的接触10及接触16A的情况相比，由于能够降低接合温度，所以在麦克风制程上能够减轻制造装置的负担。
如上述说明，本实施例的驻极体电容式麦克风，由于将衬底13与驻极体电容器50的电接触设在两者的机械连接处，换句话说，由于衬底13与驻极体电容器50在不使用引线接合器下电连接，所以能够抑制接合引线造成的寄生电容的产生或杂音的发生。根据上述，能够提高驻极体电容器50的高频率特性。并且，由于不仅能够利用如图1(a)所示的空孔2，也能够利用由覆盖驻极体电容器50的外盒17与衬底13所围起的空间(外盒17的内部区域)，来作为驻极体电容器50的必要的背部气室，所以能够增加驻极体电容器50的背部气室的实质体积。因此，即使将驻极体电容器50小型化的情况下，也能够提高该电容器的高频率特性。
如上所述，按照本实施例，能够制造具有高频率稳定性等优良高频率特性的小型驻极体电容式麦克风。
而且，在将现有的ECM与其他衬底连接时，必须使用树脂等制作的支架，相对地，本实施例的ECM通过在如图2所示的布线14处安设焊料等，能够在不使用所述支架的情况下而与其他衬底直接连接。换句话说，将没有必要设置为了组装麦克风的零件。
并且，现有技术的ECM为了防止灰尘等混入，在接收音压部分配置了被称为“面布”的网眼状多孔布。这里，多孔布中的各孔直径为大约3μm以上。相对地，本实施例的ECM中，通过将本发明的驻极体电容器50的声孔12(参照图1)直径设定成3μm以下，比多孔布的各孔还小，因此能够与使用面布的现有的ECM同样地防止灰尘等混入。换句话说，本实施例的ECM中由于没有必要配置防止灰尘等混入的面布，所以能够削减构成零件的数目。并且，虽然本实施例中，声孔12的平面形状并不限于圆形，但是采用圆形以外的形状时，最好是，将声孔12的最大直径设定在3μm以下。
并且，在现有的MEMS型麦克风中，由于对麦克风的声音输入孔(相当于本实施例的开口部25)，基本上配置在麦克风音压接收部上面，因此在搭载该麦克风的行动电话等的结构上产生限制。结果，在现有的ECM中，通过在覆盖该ECM的橡胶支架等音响保护的形状上下功夫改变该所述输入孔的位置。
相对地，本实施例中，如图4(a)及图4(b)所示，通过在衬底13上形成开口部25时将声孔12的上方残留了衬底13，使得从上方来看，声孔12与开口部25不会重叠。换句话说，能够在从外部空间不会直接看见声孔12的情况下形成开口部25。这样一来，由于本发明的驻极体电容器50不会直接露出于外部空间，因此，能够保护驻极体电容器50，并且根据上述，能够制造可靠性高的麦克风。
具体来说，在图4(a)及图4(b)所示结构中，衬底13，例如使用以明矾或硼硅酸盐玻璃为主的成份、例如为三层结构(下层衬底13a、中层衬底13b、上层衬底13c)的多层陶瓷衬底。根据上述，在胚片烧制(greensheet)时点，能够事先简单地形成成为开口部25的空洞。根据上述，如图4(a)所示，将为了接收音压的开口部25的配置位置设定在麦克风上面，或如图4(b)所示，将开口部25的配置位置设定在麦克风侧面，因此能够提高搭载本实施例的麦克风的行动电话等在设计上的自由度。
最后，说明有关本实施例的驻极体电容式麦克风与其他衬底的连接方法。图5为显示本实施例的驻极体电容式麦克风连接到其他衬底的状态的剖面图。如图5所示，将本实施例的驻极体电容式麦克风连接到衬底22时，将不含声孔12露出的面(即衬底13表面)、例如在外盒17表面形成接触20，通过接触20，使本实施例的驻极体电容式麦克风与衬底22电连接且机械连接。具体来说，本发明的驻极体电容器50分别透过在衬底13的一面所设的接触16A、在衬底13及外盒17内部所设的布线21A、以及外盒17的一面所设的接触20A，与衬底22电连接。并且，IC元件15，分别通过在衬底13一面所设的接触16B、在衬底13及外盒17的内部所设的布线21B、在外盒17的一面所设的接触20B，与衬底22电连接。
产业上利用的可能性
本发明，涉及驻极体电容式麦克风，适用于搭载了使用微机电系统(MEMS)技术形成的驻极体电容器的驻极体电容式麦克风的情况，能够提供小型具有优良高频率特性的驻极体电容式麦克风，根据上述，能够提高搭载该麦克风的行动电话等的可靠性，非常有用。

Claims (6)

1.一种驻极体电容式麦克风，其特征在于：
包括：
设有开口部的衬底，
以堵住所述开口部的方式与所述衬底的一面连接并且具有声孔及空孔的驻极体电容器，
与所述衬底的所述一面连接的驱动电路元件，以及
以覆盖所述驻极体电容器及所述驱动电路元件的方式安装在所述衬底的外盒；
在所述驻极体电容器及所述衬底的连接处，所述驻极体电容器和所述衬底在不使用引线接合器下电连接；
所述声孔通过所述开口部与外部空间连接；
所述空孔及所述外盒的内部区域成为所述驻极体电容器的背部气室。
2.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风，其特征在于：
所述声孔具有3μm以下的直径，并且所述声孔设置有多个。
3.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风，其特征在于：
所述衬底是多层衬底。
4.根据权利要求3所述的驻极体电容式麦克风，其特征在于：
所述多层衬底是由陶瓷构成。
5.根据权利要求3所述的驻极体电容式麦克风，其特征在于：
所述开口部是使得从所述外部空间不会直接看见所述声孔而在所述多层衬底形成的空洞。
6.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风，其特征在于：
所述驻极体电容器与所述衬底为使用金属突起物及异向性导电树脂接合在一起。
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