CN1933681A - 电容式传声器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容器传声器，其具有使用硅基片而构成的传声器元件，不仅确保了所需的音响特性，还能够使其紧凑地构成。在形成有中央开口部的硅基片上相对配置振动膜和固定电极而成的传声器元件，载置固定在具有音孔的基座基板上。并且，通过在该基座基板上载置固定矩形环状的侧面基板和覆盖基板，在传声器元件的上方侧形成后腔。此时，能够使振动膜和固定电极，分别通过基座基板的导电层、侧面基板的导电层以及螺旋弹簧，与覆盖基板的导电层导通，在其上表面的导电层处，进行向外部设备的印刷电路板的表面安装。

Description

电容式传声器
技术领域
本发明涉及一种电容式传声器，特别是涉及一种具有使用硅基片而构成的传声器元件的电容式传声器。
背景技术
一般地，电容式传声器的结构为，具有振动膜和固定电极相对配置的电容器构造部，但近年为了实现其小型化，采用了以下方法，即，利用所谓MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)技术制造上述电容器构造部，作为传声器元件。
例如，在“专利文献1”中记载了如下一种电容式传声器，其具备在形成中央开口部的硅基片上相对配置振动膜和固定电极而成的传声器元件。在该电容式传声器中，上述传声器元件载置固定在基座基板上，在该基座基板的外周边缘部，固定有从上方侧覆盖上述传声器元件的壳体，在该壳体的上表面部上，形成用于向该传声器元件导入声音的音孔。此外，该电容器传声器在其基座基板处表面安装在外部设备的印刷电路板上。
专利文献1：特开2005-183437号公报
发明内容
在上述“专利文献1”所记载的电容式传声器中，在其传声器元件和基座基板之间，形成有四棱锥梯形状的后腔(back cavity)，但为了确保作为电容器传声器所需要的音响特性，必须使该后腔的容积是大于或等于某种程度的大小，因此，必须使硅基片的尺寸非常大型化。
因此，在上述情况下，由于传声器元件的尺寸也大型化了，因此存在不能使电容器传声器紧凑地构成的问题。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种电容器传声器，其具有使用硅基片而构成的传声器元件，不仅确保了所需要的音响特性，还能够使其紧凑地构成。
本发明，通过在传声器元件的收容构造上想办法，实现了上述目的。
即，本发明所涉及的电容器传声器，具备：传声器元件，其是在形成有中央开口部的硅基片上相对配置振动膜和固定电极而成的；基座基板，其载置固定该传声器元件；矩形环状的侧面基板，其以包围上述传声器元件的方式，载置固定在上述基座基板上；以及覆盖基板，其以从上方侧覆盖上述传声器元件的方式，载置固定在上述侧面基板上，其特征在于，
在上述基座基板的上述硅基片的中央开口部的下方位置处，形成用于向上述传声器元件导入声音的音孔，同时在该基座基板上表面的多个地方，以延伸到上述侧面基板的下表面位置的方式，形成用于分别与上述振动膜和上述固定电极导通的多个第1导电层，
在上述覆盖基板的下表面的与上述各第1导电层相对的位置上，分别形成用于实现与该第1导电层导通的第2导电层，同时在该覆盖基板的上表面，分别形成与上述各第2导电层导通的第3导电层，
在上述侧面基板上，分别形成用于使上述各第1导电层和上述各第2导电层导通的导电通路。
上述“传声器元件”，只要是在形成中央开口部的硅基片上对向配置振动膜和固定电极，其具体的结构并不特别限定。
上述“导电通路”，只要是可以使各第1导电层和各第2导电层导通，其具体的导通构造并不特别限定。
对于上述各“第2导电层”和“第3导电层”的具体导通构造，并不特别限定。
发明的效果
如上述结构所示，本发明所涉及的电容器传声器具备：传声器元件，其是在形成有中央开口部的硅基片上相对配置振动膜和固定电极而成的；基座基板，其载置固定该传声器元件；矩形环状的侧面基板，其以包围传声器元件的方式，载置固定在基座基板上；以及覆盖基板，其以从上方侧覆盖传声器元件的方式，载置固定在侧面基板上，其特征在于，在基座基板的硅基片的中央开口部的下方位置处，形成用于向传声器元件导入声音的音孔，同时在该基座基板上表面的多个地方，以延伸到侧面基板的下表面位置的方式，形成用于分别与振动膜和固定电极导通的多个第1导电层，在覆盖基板下表面的与各第1导电层相对的位置上，分别形成用于实现与该第1导电层导通的第2导电层，同时在该覆盖基板的上表面，分别形成与各第2导电层导通的第3导电层，在侧面基板上，分别形成用于使各第1导电层和各第2导电层导通的导电通路，因此，本发明能够得到如下的作用效果。
即，由于在基座基板上，在其硅基片的中央开口部的下方位置形成音孔，所以能够利用传声器元件的上方侧以基座基板、侧面基板和覆盖基板所围成的空间作为后腔。此时，该后腔与现有的利用在传声器元件和基座基板之间形成的四棱锥梯形状的空间作为后腔的情况相比，能够容易地具有大的容积。
因此，即使不如现有技术那样将硅基片的尺寸大型化，也能得到具有为确保所需的音响特性而必需的容积的后腔。此外，这样能够将传声器元件的尺寸小型化，使电容器传声器紧凑地构成。
此外，由于振动膜和固定电极均通过第1导电层、导电通路以及第2导电层，与第3导电层导通，因此，只要将电容器传声器上下颠倒，使其第3导电层朝下，表面安装在外部设备的印刷电路板上，就可以与上述现有的电容器传声器同样地，以使音孔朝上的状态配置电容器传声器。
这样，根据本发明，在具有使用硅基片而构成的传声器元件的电容器传声器中，不仅可以确保所需的音响特性，还可以使其紧凑地构成。
在上述结构中，如上所述各导电通路的具体结构并不特别限制，但如果该导电通路是通过在侧面基板上形成通孔，同时在该通孔插入配置导电部件所构成的，则可以容易地实现各第1导电层和各第2导电层的导通。
在这里，上述“导电部件”的具体结构并不特别限定，例如，可以采用螺旋弹簧等弹簧部件、或者通过在通孔的内周面形成导电层而构成的镀通孔等。该情况下，如果采用螺旋弹簧，则可以以简单的结构，可靠地实现第1导电层和第2导电层的导通。此时，如果并用螺旋弹簧和镀通孔，则能够更加可靠地实现导通，并且，由于通过镀通孔，能够得到平滑的表面，因此可以容易地进行螺旋弹簧的插入配置。
在上述结构中，如果是在基座基板的下表面，分别形成与在其上表面形成的第1导电层导通的第4导电层的结构，则即使不上下颠倒电容器传声器，也能够使第4导电层朝下，表面安装在外部设备的印刷电路板上。此时，电容器传声器以其音孔朝下的状态被表面安装，但在与该音孔对应的开口部形成在外部设备的印刷电路板上的情况下，有可能采用这样的安装方式。这样，通过这样在基座基板的下表面形成多个第4导电层的结构，能够使电容器传声器在其音孔朝向上下的任意方向的状态下都可以使用。
在该情况下，对于上述各“第1导电层”和上述各“第4导电层”的具体导通构造，并不特别限定。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电容器传声器朝上配置状态下表示的侧剖视图，是沿着图2所示的I-I线的剖视图。
图2是上述电容器传声器拆下其覆盖基板的状态下表示的图1II-II线箭头方向的视图。
图3是上述电容器传声器表面安装在外部设备的印刷电路板上的状态下表示的侧剖视图。
图4是上述实施方式的变形例所涉及的电容器传声器朝上配置状态下表示的侧剖视图。
图5是上述变形例所涉及的电容器传声器表面安装在外部设备的印刷电路板上的状态下表示的侧剖视图。
图6是为了与上述实施方式所涉及的电容器传声器作比较，使现有的电容器传声器以尽可能与上述实施方式所涉及的电容器传声器接近的结构来表示的侧剖视图。
具体实施方式
下面，使用附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电容器传声器10在朝上配置的状态下表示的侧剖视图，图2是表示图1的II-II线箭头方向的视图。此外，图1是沿图2所示的I-I线的剖视图。
如这些图所示，本实施方式所涉及的电容器传声器10具备传声器元件20、基座基板40、侧面基板50、覆盖基板60和IC芯片70。
传声器元件20是在形成中央开口部22a的硅基片22上相对配置振动膜24和固定电极26的结构，其使用MEMS技术制造。
硅基片22由从硅片上切下正方形边长1mm左右大小的单晶硅构成，具有0.3mm左右的厚度。该硅基片22的中央开口部22a通过碱性蚀刻等蚀刻加工而形成四棱锥梯形状。此外，在该硅基片22上表面的中央开口部22a的周围，形成由硅氧化膜构成的绝缘层28。
固定电极26由多晶硅构成，以在绝缘层28的上表面堵塞中央开口部22a的方式形成。该固定电极26以比中央开口部22a稍大的尺寸形成，在其中心部，多个通孔26a以面向中央开口部22a的方式形成。此外，在该固定电极26的外周边缘部，形成向硅基片22的一个角部延伸的端子部26b。
振动膜24由多晶硅构成，以在固定电极26的上方附近与该固定电极26平行地延伸的方式形成。该振动膜24以比固定电极26大一圈的尺寸形成，其外周边缘部层叠在绝缘层28上。此时，在该振动膜24和固定电极26的端子部26b的重叠部分处夹装绝缘层30。于是，由该振动膜24和固定电极26构成电容器构造部。在该振动膜24的中心部，形成作为通气使用的多个微小通孔24a，此外，在该振动膜24的外周边缘部，形成向硅基片22的另一角部延伸的端子部24b。
基座基板40由绝缘基板42和导电层44A、44B、44C、44D构成，其中，绝缘基板42具有从平面上看一边长为3～4mm左右的与正方形接近的长方形的外形形状；导电层44A、44B、44C、44D分别形成在该绝缘基板42的上表面的4个角部，在该绝缘基板42的大致中心位置上，载置固定传声器元件20。该载置固定是这样进行的，即，将传声器元件20的硅基片22的下表面，粘结固定在基座基板40的上表面上。此外，在该基座基板40的硅基片22的中央开口部22a的下方位置，形成用于向传声器元件20导入声音的音孔42a。
IC芯片70提取伴随振动膜24的振动而在该振动膜24和固定电极26之间产生的静电电容的变化作为电信号，同时，对该电信号进行放大。该IC芯片70以与传声器元件20相邻的方式，粘结固定在基座基板40的上表面上。
侧面基板50以包围传声器元件20和IC芯片70的方式，载置固定在基座基板40上。
该侧面基板50由绝缘基板52和导电层54构成，其中，绝缘基板52形成矩形环状，同时在其各角部形成向上下方向延伸的通孔52a；导电层54形成在该绝缘基板52的各通孔52a内。
绝缘基板52具有从平面上看与基座基板40相同的外形形状，并以全周大致相同的宽度形成。此外，该绝缘基板52的板厚设定为稍微大于IC芯片70的高度尺寸的值。各通孔52a通过在其内周面上形成上述导电层54，作为镀通孔而构成。
在基座基板40的上表面形成的各导电层44A、44B、44C、44D的形成方式为，从侧面基板50的各通孔52a的下方位置，延伸到在侧面基板50的内周侧的空间部露出的位置。侧面基板50向该基座基板40的载置固定，是通过使用导电性粘结剂进行粘结固定来进行的。
在侧面基板50的4个通孔52a之中位于导电层44A、44B、44C的上方的3个通孔52a中，分别插入配置螺旋弹簧56，其具有比该通孔52a稍长的自由长度。此外，剩下的1个导电层44D是为了与其它3个位置的导电层44A、44B、44C的高度相符而形成的虚设用的导电层，因而，在位于其上方的通孔52a中不插入配置螺旋弹簧56。
IC芯片70具备电源用端子70a、输出用端子70b、接地用端子70c和偏压用端子70d，并且，分别使电源用端子70a与导电层44A、输出用端70b与导电层44B、接地用端子70c与导电层44C、偏压用端子70d与振动膜24的端子部24b通过连接线32电气连接。此外，固定电极26的端子部26b通过连接线32与导电层44C电气连接。
覆盖基板60由以下部分构成：绝缘基板62，其具有从平面上看与基座基板40相同的外形形状；导电层64，其形成于该绝缘基板62的下表面的各角部上；导电层66，其形成于该绝缘基板62的上表面的各角部上；以及导电层68，其处于该绝缘基板62的各角部，使各导电层64和各导电层66导通。此时，在绝缘基板62的各角部的各通孔52a的上方附近部位处分别形成通孔62a，在这些通孔62a的内周面分别形成上述导电层68。
此时，4个位置的导电层64、66、68中，与导电层44D对应的导电层64、66、68，是为了与其它3处的导电层64、66、68高度相符而形成的虚设用的导电层。
覆盖基板60以从上方侧覆盖传声器元件20的方式，载置固定在侧面基板50上。该载置固定，是通过使用导电性粘结剂进行粘结固定来进行的。此外，在该载置固定时，使各螺旋弹簧56向压缩方向进行一些弹性变形，以使其上下两端部与基座基板40的各导电层44A、44B、44C及与之对应的覆盖基板60的各导电层64可靠抵接，从而可靠地实现其导通。
在本实施方式所涉及的电容器传声器10中，通过基座基板40、侧面基板50和覆盖基板60，在传声器元件20的上方侧，形成成为后腔的密闭空间。
此外，硅基片22和绝缘基板42的粘结，是为了使后腔和前腔完全隔开，而通过在硅基片22的下表面全周无间隙地涂抹粘结剂来进行的。由此，可以预先防止前腔的声音从硅基片22的下表面侧进入后腔，使电容器传声器10的灵敏度降低。
如图3所示，本实施方式所涉及的电容器传声器10，在表面安装于外部设备(例如，移动电话等)的印刷电路板2上的状态下使用。
此时，该表面安装是这样进行的，即，使电容器传声器10上下颠倒，以使其音孔42朝上配置的状态，使各导电层66与印刷电路板2的导电层图案抵接，进行软钎焊。
如上所述，本发明所涉及的电容器传声器10具备以下部分而构成：传声器元件20，其是在形成中央开口部22a的硅基片22上相对配置振动膜24和固定电极26而成的；基座基板40，其载置固定该传声器元件20；矩形环状的侧面基板50，其以包围传声器元件20的方式，载置固定在上述基座基板40上；以及覆盖基板60，其以从上方侧覆盖上述传声器元件20的方式，载置固定在环状基板50上，但在上述基座基板40的上述硅基片22的中央开口部22a的下方位置处，形成用于向上述传声器元件20导入声音的音孔42a，同时在该基座基板40的上表面的多个地方，以延伸到侧面基板50的下表面位置的方式，形成多个作为第1导电层的导电层44A、44B、44C，这些导电层分别用于与振动膜24和固定电极26导通，此外，在覆盖基板60的下表面的与各导电层44A、44B、44C相对的位置处，分别形成作为第2导电层的导电层64，该导电层用于实现与导电层44A、44B、44C的导通，同时在该覆盖基板60的上表面，分别形成作为第3导电层的导电层66，该导电层与该导电层64导通，此外，在侧面基板50上，通过导电层54和螺旋弹簧56，分别形成用于使各导电层44A、44B、44C和各导电层64导通的导电通路，因此，能够得到如下的作用效果。
即，由于在基座基板40的绝缘基板42上，在其硅基片22的中央开口部22a的下方位置处形成音孔42a，所以可以利用传声器元件20的上方侧由基座基板40、侧面基板50和覆盖基板60围成的空间作为后腔。此时，该后腔与现有技术这样利用在传声器元件和基座基板之间形成的四棱锥梯形状的空间作为后腔的情况相比，能够容易地具有大的容积。
对这一点，如下所述进行详细解释。
图6是为了与本实施方式所涉及的电容器传声器10比较，使现有的电容器传声器10′以尽可能与电容器传声器10接近的结构来表示的侧剖视图。
该图所示的电容器传声器10′，在载置固定传声器元件20′和IC芯片70′的基座基板40′上，以包围传声器元件20′和IC芯片70′的方式，载置固定环状的侧面基板50′，并且，在该环状基板50′上，以从上方侧覆盖传声器元件20′和IC芯片70′的方式，载置固定覆盖基板60′。并且，在该电容器传声器10′中，在其覆盖基板60′上形成音孔60a′，通过其基座基板40′上表面安装在外部设备的印刷电路板2上。由此，该电容器传声器10′以其音孔60a′朝上配置的状态使用。此时，在该电容器传声器10′中，在其传声器元件20′和基座基板40′之间形成的四棱锥梯形状的密闭空间作为后腔而构成。
在该电容器传声器10′中，为了确保后腔具有为得到需要的音响特性所必需的容积，如该图所示，必须使传声器元件20′的硅基片22′的尺寸非常大型化。此时，由于该硅基片22′的中央开口部22a′的四棱锥梯形状的斜面，以沿单晶硅的结晶方位面的倾斜角度形成，因此，必须使硅基片22′的尺寸，在水平方向和高度方向的两个方向上扩大。因此，传声器元件20′的尺寸也被三维地扩大，不能使电容器传声器紧凑地构成。
与此相对，在本实施方式所涉及的电容器传声器10中，由于在其基座基板40的硅基片22的中央开口部22a的下方位置形成音孔42a，所以可以利用传声器元件20的上方侧由基座基板40、侧面基板50和覆盖基板60围成的空间作为后腔。因而，即使不如图6所示的电容器传声器10′那样将硅基片22′的尺寸大型化，也能得到具有为确保需要的音响特性所必需的容积的后腔。此外，能够将传声器元件20的尺寸小型化，使电容器传声器10紧凑地构成。
此外，本实施方式所涉及的电容器传声器10，在其基座基板40的上表面形成的导电层44A、44B、44C，通过在侧面基板50上形成的导电通路，与在覆盖基板60的下表面形成的各导电层64导通，于是，由于这些导电层64与在覆盖基板60的上表面形成的各导电层66导通，因此，只要将该电容器传声器10上下颠倒，使各导电层66朝下而表面安装在外部设备的印刷电路板2上，就能够与图6所示的电容器传声器10′同样地，以音孔42a朝上的状态使用电容器传声器10。
这样，根据本发明，具有使用硅基片22而构成传声器元件20的电容器传声器10，不仅可以确保所需的音响特性，还可以使其紧凑地构成。
此外，在本实施方式中，在侧面基板50上形成的各导电通路是这样构成的，即，在侧面基板50的绝缘基板52上形成通孔52a，同时在该通孔52a中形成导电层54而成为镀通孔，并且在该镀通孔内插入配置螺旋弹簧56，因此，能够容易且可靠地实现各导电层44A、44B、44C和各导电层64的导通。此外，通过使各通孔52a为镀通孔而得到平滑的表面，因此，可以容易地进行螺旋弹簧5b的插入配置。
下面，说明上述实施方式的变形例。
图4是本变形例所涉及的电容器传声器110朝上配置的状态下表示的侧剖视图。
如该图所示，本变形例所涉及的电容器传声器110，其基本结构与上述实施方式所涉及的电容器传声器10相同，但基座基板40的结构与上述实施方式的情况局部地不同。
即，在本变形例所涉及的电容器传声器110中，在其基座基板40的绝缘基板42的下表面，形成与形成于该绝缘基板42的上表面的各导电层44A、44B、44C、44D导通的导电层46，作为第4导电层。此外，在绝缘基板42的各角部的各通孔52a的下方附近部位，分别形成通孔42b，在这些通孔42b的内周面上，分别形成用于使各导电层44A、44B、44C、44D和导电层46导通的导电层48。
通过采用本变形例所涉及的电容器传声器110这种结构，如图5(a)所示，可以与上述实施方式所涉及的电容器传声器10同样地，将电容器传声器110上下颠倒，表面安装在外部设备的印刷电路板2上，此外，如该图(b)所示，即使不使电容器传声器110上下颠倒，也能在其导电层46处表面安装在印刷电路板2上。此时，电容器传声器110以其音孔42a朝下的状态被表面安装，但在与该音孔42a对应的开口部2a形成在印刷电路板2上的情况下，这样的安装方式也有可能采用，此外，通过这样使基座基板40以在其绝缘基板42的下表面形成多个导电层46的方式构成，能够使电容器传声器110在其音孔42a朝向上下任意方向的状态下都可以使用。
在上述实施方式和变形例中，说明了电容器传声器10、110具有接近正方形的长方形外形形状的情况，但其当然也可以具有该形状之外的其它外形形状。此外，也可以将上述实施方式和实施例中表示各个部分的数值适当地设定为不同的值。
此外，在上述实施方式和变形例所涉及的电容器传声器10、110中，说明了IC芯片70以与传声器元件20相邻的方式，粘结固定在基座基板40的上表面上情况，但也可以利用除此之外的其它配置方式来设置IC芯片70，此外，也可以是不将该IC芯片70作为电容器传声器10、110的一部分，而是另外将其安装在外部设备的印刷电路板2上的结构。

Claims (4)

1.一种电容器传声器，具备：
传声器元件，其是在形成有中央开口部的硅基片上相对配置振动膜和固定电极而成的；
基座基板，其载置固定该传声器元件；
矩形环状的侧面基板，其以包围上述传声器元件的方式，载置固定在上述基座基板上；以及
覆盖基板，其以从上方侧覆盖上述传声器元件的方式，载置固定在上述侧面基板上，
其特征在于，
在上述基座基板的上述硅基片的中央开口部的下方位置处，形成用于向上述传声器元件导入声音的音孔，同时在该基座基板上表面的多个地方，以延伸到上述侧面基板的下表面位置的方式，形成用于分别与上述振动膜和上述固定电极导通的多个第1导电层，
在上述覆盖基板下表面的与上述各第1导电层相对的位置上，分别形成用于实现与该第1导电层导通的第2导电层，同时在该覆盖基板的上表面，分别形成与上述各第2导电层导通的第3导电层，
在上述侧面基板上，分别形成用于使上述各第1导电层和上述各第2导电层导通的导电通路。
2.如权利要求1所述的电容器传声器，其特征在于，
上述各导电通路，是通过在上述侧面基板上形成通孔，同时在该通孔内插入配置导电部件而构成的。
3.如权利要求2所述的电容器传声器，其特征在于，
使用螺旋弹簧作为上述导电部件。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的电容器传声器，其特征在于，
在上述基座基板的下表面，分别形成与上述各第1导电层导通的第4导电层。
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