DE102016210758A1

DE102016210758A1 - Mikrofon und Herstellungsverfahren eines Mikrofons

Info

Publication number: DE102016210758A1
Application number: DE102016210758.5A
Authority: DE
Inventors: IIseon Yoo
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-06-14
Also published as: KR101713748B1; US20170171667A1; US9866968B2

Abstract

Ein Mikrofon umfasst eine Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden und eine Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden, die jeweils auf die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden zeigt und eine Vielzahl Kondensatoreinheiten gemeinsam mit den darauf zeigenden Vibrationsmembranenelektroden ausbildet, wobei die Vielzahl Kondensatoreinheiten eine Vielzahl Ausgangssignale gemäß Eingängen einer Leistungsquelle und einer Geräuschquelle erzeugt und ein Signal ausgibt, das die Vielzahl Ausgangssignale als ein Ausgangssignal ausgibt, das der Geräuschquelle entspricht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Mikrofon und ein Herstellungsverfahren des Mikrofons.
HINTERGRUND
Ein Mikrosystem-Mikrofon (micro-electro-mechanical system; MEMS), das ein Geräuschsignal in ein elektrisches Signal umwandelt, kann mittels eines Halbleiter-Batch-Verfahrens hergestellt werden. Da das MEMS-Mikrofon eine exzellente Empfindlichkeit, eine niedrige Abweichung zwischen den Produkten einer Baureihe und eine starke Feuchtigkeitsfestigkeit und Wärmefestigkeit im Vergleich mit einem Elektret-Kondensatormikrofon (ECM) aufweist, welches derzeit oft in Fahrzeugen eingesetzt wird, und als Mikrofon mit kleiner Baugröße hergestellt werden kann, wurden ECM seit Kurzem verstärkt durch MEMS-Mikrofone ersetzt.
Im Gegensatz zu einem in einem Mobiltelefon verwendeten Mikrofon, da das Mikrofon, das in dem Fahrzeug verwendet wird, weit entfernt von der Geräuschquelle angeordnet ist und in einer rauen Umgebung angeordnet ist, in der Geräusche variabel in einem Fahrzeug auftreten, ist es erforderlich ein Mikrofon zu entwickeln, welches gute Eigenschaften in einer geräuschvollen Umgebung in dem Fahrzeug aufweist.
Zu diesem Zweck kann durch Anordnen von MEMS-Mikrofonen in einer Reihenanordnung und durch Anwenden einer Strahlausbildungstechnik auf das Mikrofon, ein Richtungsschema des Aufnehmens von nur einem Geräusch aus einer gewünschten Richtung verwendet werden. Jedoch umfasst solch ein MEMS-Mikrofon vom Typ einer gerichteten Reihe zwei oder mehr digitale MEMS-Mikrofone und einen digitalen Signalverarbeitungschip (DSP), dessen Herstellungskosten hoch sind, wodurch es schwierig ist, diese Anordnung in einem Fahrzeug anzuwenden.
Demgemäß ist es erforderlich, ein Richtungs-MEMS-Mikrofon zu entwickeln, das als ein einzelnes Element ausgebildet ist.
Die oben offenbarte Information dient nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und kann daher Informationen aufweisen, die nicht zum Stand der Technik gehören, der dem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Versuch gemacht, ein Mikrofon und ein Herstellungsverfahren davon zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Richtwirkung auf der Stufe eines einzelnen Elements umgesetzt wird.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Mikrofon zur Verfügung, umfassend: eine Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden; und eine Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden, die jeweils auf die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden zeigen und eine Vielzahl Kondensatoreinheiten gemeinsam mit den darauf zeigenden Vibrationsmembranenelektroden ausbilden, wobei die Vielzahl Kondensatoreinheiten eine Vielzahl Ausgangssignale (der Einheiten) gemäß den Eingängen einer Leistungsquelle und einer Geräuschquelle erzeugen kann und ein Ausgangssignal ausgeben kann, das die Vielzahl Ausgangssignale als (zumindest) ein Ausgangssignal gemäß der Leistungsquelle kombiniert.
Die Phasen der Vielzahl Ausgangssignale können die gleichen sein, wenn eine Einfallsrichtung der Geräuschquelle Leistungsquelle eine vorgegebene Einfallsrichtung aufweist.
Die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden kann an derselben Ebene angeordnet sein und sie können senkrecht zu der vorgegebenen Einfallsrichtung sein.
Jede der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden kann angeordnet sein, um in gleichen Abständen ausgehend von einem Bezugspunkt, welches ein Kontaktpunkt der vorgegebenen Einfallsrichtung und der Ebene ist, beabstandet zu sein.
Das Mikrofon kann weiterhin eine Vielzahl Vibrationsmembranenmuster umfassen, die jeweils der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden entsprechend, wobei die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster eine Vielzahl konzentrischer Nuten umfassen kann, die sich von dem Bezugspunkt erstrecken.
Die Vielzahl an Befestigungsmembranenelektroden kann eine Vielzahl Öffnungen umfassen.
Das Mikrofon kann ferner eine Befestigungsmembran umfassen, die die Vielzahl Befestigungsmembranen kontaktiert, wobei die Befestigungsmembran eine Vielzahl Öffnungen umfassen kann, die der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden entspricht.
Das Mikrofon kann ferner ein Substrat umfassen, das die Befestigungsmembran kontaktiert, wobei das Substrat Öffnungen umfassen kann, die der Vielzahl Öffnungen der Befestigungsmembran entsprechen.
Jedes der Vielzahl der Vibrationsmembranenmuster (engl.: vibration membrane patterns) kann miteinander an einer Position verbunden sein, die dem Bezugspunkt entspricht und das Mikrofon kann weiterhin ein Federmuster umfassen, das mit der Position verbunden ist, die dem Bezugspunkt entspricht.
Die vorgegebene Einfallsrichtung kann durch Verzögern einer Phase des Ausgangssignals (der Einheit) verändert werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren eines Mikrofons zur Verfügung, umfassend: Ausbilden einer Befestigungsmembran an einem Substrat; Ausbilden einer Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden an der Befestigungsmembran; Ausbilden einer Opferschicht an der Vielzahl Befestigungsmembranelektroden; Ausbilden einer Vielzahl an Vibrationsmembranenelektroden an der Opferschicht; Ausbilden einer Vibrationsmembran an der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden; Ausbilden einer Vielzahl Vibrationsmembranenmustern, die jeweils der Vielzahl an Vibrationsmembranenelektroden entsprechen durch Versehen der Vibrationsmembran mit einem Muster (engl.: patterning); Ausbilden einer Öffnung durch Ätzen des Substrats (engl.: back-etching), der Befestigungsmembran und der Vielzahl Befestigungsmembranelektroden von der Rückseite; und Entfernen von einem Teil der Opferschicht, die zwischen der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden und der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden angeordnet ist, durch die Öffnung.
Das Substrat kann ein Siliziumsubstrat sein und das Herstellungsverfahren kann ferner das thermische Oxidieren des Substrats umfassen.
Das Ausbilden der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster kann das Exponieren einer Vielzahl erster Pad-Elektroden umfassen, die der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden entsprechen, indem die Vibrationsmembran mit einem Muster versehen wird.
Das Herstellungsverfahren kann ferner das Exponieren einer Vielzahl zweiter Pad-Elektroden entsprechend der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden durch Ätzen der Opferschicht umfassen.
Jede der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden kann an der gleichen Ebene angeordnet sein und kann angeordnet sein, um voneinander in gleichen Abständen basierend auf einem Bezugspunkt beabstandet zu sein.
Die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster kann eine Vielzahl konzentrischer Nuten umfassen.
Das Ausbilden der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster kann das Ausbilden eines Federmusters, das die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster abstützt, durch Versehen der Vibrationsmembran mit einem Muster umfassen.
Die Vielzahl an Befestigungsmembranenelektroden kann eine Vielzahl Öffnungen umfassen und die Befestigungsmembran kann eine Vielzahl Öffnungen umfassen, die an Positionen ausgebildet sind, die der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden entsprechen.
Das Substrat kann Öffnungen umfassen, die der Vielzahl Öffnungen der Befestigungsmembran entsprechen.
Die Opferschicht kann eine Öffnung umfassen, die dem Substrat entspricht.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich ein Mikrofon und ein Herstellungsverfahren davon zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Richtwirkung auf der Stufe eines einzelnen Elements umgesetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine perspektivische Ansicht eines Mikrofons gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung dar.
2 stellt eine Querschnittsansicht des Mikrofons dar, die entlang der Linie II-II' von 1 erstellt wurde.
3 stellt eine schematische Ansicht zum Erklären einer Vibrationsmembranenelektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
4 stellt eine schematische Ansicht zum Erklären einer Befestigungsmembranenelektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung dar.
5A bis 5C stellen schematische Ansichten zum Erklären eines Ausgangssignals eines Mikrofons gemäß einer Einfallsrichtung einer Geräuschquelle dar.
6A bis 6D stellen schematische Ansichten zum Erklären eines Herstellungsverfahrens eines Mikrofons gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden detaillierter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt sind. Der Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Arten modifiziert werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der vorliegenden Veröffentlichung abzuweichen.
1 stellt eine perspektivische Ansicht eines Mikrofons gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar und 2 stellt eine Querschnittsansicht des Mikrofons, die entlang der Linie II-II' von 1 erstellt wurde, dar.
Bezugnehmend auf 1 und 2 kann ein Mikrofon 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Substrat 10, eine Befestigungsmembran 200, eine Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden 310a und 340a, eine Opferschicht 400, eine Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a und 540a und eine Vibrationsmembran 600 umfassen.
Das Substrat 100 kann einen Siliziumwafer umfassen. Das Substrat 100 kann ein Siliziumwafer sein, der mittels thermischer Oxidation behandelt wurde. In diesem Fall kann eine Oberfläche des Substrats 100 ein Siliziumoxid (SiO₂) sein.
Das Substrat 100 kann mit einer Öffnung 190 versehen sein. Die Öffnung 190 kann die Vibrationsmembran 600 dabei unterstützen frei zu vibrieren, indem eine Luftströmung zugelassen wird. Die Öffnung 190 kann ausgebildet sein, um eine Größe aufzuweisen, umfassend eine Vielzahl Öffnungen 290, die in der Befestigungsmembran 200 vorgesehen sind. Die Öffnung 190 kann ausgebildet sein, um eine Größe aufzuweisen, umfassend eine plane Fläche der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden 310a und 340a oder der Vielzahl Membranenelektroden 510a und 540a.
Die Befestigungsmembran 200 kann an dem Substrat 100 angeordnet sein. Die Befestigungsmembran 200 kann die Vielzahl Öffnungen 290 umfassen und, da die Vielzahl Öffnungen 290 eine Luftströmung zulässt, muss die Befestigungsmembran 200 nicht vibrieren oder kann minimal vibrieren aufgrund einer Geräuschquelle. Die Befestigungsmembran 200 kann aus einem isolierenden Material ausgebildet sein und kann beispielsweise ein Siliziumnitrid (SiN) Material umfassen. Alternative kann die Befestigungsmembran 200 Polysilizium umfassen.
Die Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden 310a und 340a kann an der Befestigungsmembran 200 angeordnet sein. Obwohl zwei Befestigungsmembranenelektroden 310a und 340a in 2 dargestellt sind, kann das Mikrofon 10 vier Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a in der beispielhaften Ausführungsform von 4 umfassen. Die Vielzahl Befestigungsmembranelektroden 310a, 320a, 330a und 340a kann jeweils ein leitendes Material umfassen und kann entsprechend beispielsweise Gold (Au), Chrom (Cr) umfassen.
Die Befestigungsmembranenelektrode 340a kann mit einer zweiten Pad-Elektrode 340e über eine leitende Leitung 340d verbunden sein. Die Befestigungsmembranenelektrode 340a, die leitende Leitung 340d und die zweite Pad-Elektrode 340e können gleichzeitig durch Ausbilden von einem leitenden Material ausgebildet werden. Obwohl nicht in 2 dargestellt, können, bezugnehmend auf 4, weitere Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a und 330a jeweils mit entsprechenden leitenden Leitungen 310d, 320d und 330d und entsprechenden zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e und 330e verbunden sein.
Die Opferschicht 400 kann an der Befestigungsmembran 200 und den Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a angeordnet sein. Die Opferschicht 400 kann eine Öffnung 490 umfassen, die der Öffnung 190 des Substrats 100 entspricht. Die Opferschicht 400 kann eine Vielzahl zweiter Kontaktlöcher (auch bezeichnet als Kontaktierungslöcher) 410e, 420e, 430e und 440e umfassen. Die Opferschicht 400 kann ein Siliziumoxid (SiO₂) umfassen.
Die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a und 540a kann an der Öffnung 490 der Opferschicht 400 angeordnet sein. Obwohl zwei Membranenelektroden 510a und 540a in 2 dargestellt sind, kann das in 3 gezeigte Mikrofon 10 vier Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a umfassen. Die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a kann jeweils ein leitendes Material umfassen und das leitende Material kann das gleiche Material sein, wie das der Vielzahl Membranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a. Beispielsweise kann die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a jeweils Gold (Au) und Chrom (Cr) umfassen.
Die Vibrationsmembranenelektrode 510a kann mit einer ersten Pad-Elektrode 510c über eine leitende Leitung 510b verbunden sein. Die Vibrationsmembranenelektrode 510a, die leitende Leitung 510b und die erste Pad-Elektrode 510c können gleichzeitig durch Beschichten/Ablagern eines leitenden Materials ausgebildet werden. Obwohl nicht in 2 dargestellt, können die Vibrationsmembranenelektroden 520a, 530a und 540a jeweils mit entsprechenden leitenden Leitungen 520b, 530b und 540b und entsprechenden ersten Pad-Elektroden 520c, 530c und 540c verbunden sein.
Die Vibrationsmembran 600 kann an der Opferschicht 400 und der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a und 540a angeordnet sein. Die Vibrationsmembran 600 kann aus einem isolierenden Material ausgebildet sein, welches beispielsweise Siliziumnitrid (SiN) umfassen kann. Alternativ kann die Vibrationsmembran 600 aus Polysilizium ausgebildet sein.
Die Vibrationsmembran 600 kann Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a, Federmuster (engl.: spring patterns) 610b, 620b, 630b und 640b, eine Vielzahl erster Kontaktlöcher 610c, 620c, 630c und 640c und eine Vielzahl zweiter Kontaktlöcher 610e, 620e, 630e und 640e umfassen.
Jedes der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a kann angeordnet sein, um jeder der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a zu entsprechen. Die Vielzahl an Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a kann angeordnet sein, um eine kreisförmige Form auszubilden. Jedes der Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a kann eine Viertelkreisform (90°) in Draufsicht aufweisen. Die Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a können eine Vielzahl konzentrischer Nuten aufweisen, die sich von einem Zentrum des Mikrofons 10 erstrecken. Die Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a, die mit der Vielzahl konzentrischer Nuten versehen sind, können einen Richtungsvibrationsmodus gemäß der Einfallsrichtung der Geräuschquelle zur Verfügung stellen. Dies wird im Detail unter Bezugnahme auf 5A bis 5C beschrieben.
Die Federmuster 610b, 620b, 630b und 640b können die Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a abstützen und gestatten es, den Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a frei zu vibrieren. Die Federmuster 610b, 620b, 630b und 640b können die leitenden Leitungen 510b, 520b, 530b und 540b überlappen.
Die Vielzahl erster Kontaktlöcher 610c, 620c, 630c und 640c kann die Vielzahl erster Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c nach außen hin exponieren. Die ersten Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c können elektrisch mit einer Leistungsquelle des Mikrofons 10 verbunden sein.
Die Vielzahl zweiter Kontaktlöcher 610e, 620e, 630e und 640e kann angeordnet sein, um der Vielzahl zweiter Kontaktlöcher 410e, 420e, 430e und 440e der Opferschicht 400 zu entsprechen, und um die zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e zu exponieren. Die zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e können elektrisch mit der Leistungsquelle des Mikrofons 10 verbunden sein.
3 stellt eine schematische Ansicht zum Erklären einer Vibrationsmembranenelektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung dar.
Bezugnehmend auf 3 können die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a an der gleichen Ebene angeordnet sein und sie können angeordnet sein, um in gleichen Abständen von einem Bezugspunkt (CP) beabstandet zu sein. Die Ebene, an der die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a angeordnet sind, kann senkrecht zu einer vorgegebenen Einfallsrichtung der Geräuschquelle sein. Die vorgegebene Einfallsrichtung kann eine Einfallsrichtung an dem Mikrofon 10 ausgehend von einer gewünschten Richtungsgeräuschquelle sein. Der Bezugspunkt (CP) kann ein Kontaktpunkt der vorgegebenen Einfallsrichtung und der Ebene, an der die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a angeordnet sind, sein.
Bezugnehmend erneut auf 1 kann die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a miteinander an einer Position verbunden sein, die dem Bezugspunkt (CP) entspricht und die Federmuster 610b, 620b, 630b und 640b können an der Position verbunden sein, die dem Bezugspunkt (CP) entspricht.
Die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a kann angeordnet sein, um eine kreisförmige Form auszubilden. Jede der Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a kann ein Viertel der kreisförmigen Form oder im Wesentlichen ein Viertel der kreisförmigen Form aufweisen.
Die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a können jeweils mit den ersten Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c über die leitenden Leitungen 510b, 520b, 530b und 540b verbunden sein.
4 stellt eine schematische Ansicht zum Erklären einer Befestigungsmembranenelektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung dar.
Bezugnehmend auf 4 sind die Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a und die Befestigungsmembran 200 gezeigt.
Die Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a können angeordnet werden, um den Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a in einer Draufsicht zu entsprechen, das heißt in etwa deckungsgleich in einer Draufsicht. Die Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a können angeordnet sein, um eine kreisförmige Form auszubilden. Jede der Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a kann ein Viertel oder im Wesentlichen ein Viertel der kreisförmigen Form einnehmen.
Die Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a können jeweils mit den zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e über die leitenden Leitungen 310d, 320d, 330d und 340d verbunden sein.
Die Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a können eine Vielzahl Öffnungen umfassen, und die Befestigungsmembran 200 kann eine Vielzahl Öffnungen umfassen, die den Öffnungen der Befestigungsmembranenelektroden entsprechen. Demgemäß kann Luft durch die Öffnungen der Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340 und die Befestigungsmembran 200 strömen.
5A bis 5C stellen schematische Ansichten zum Erklären eines Ausgangssignals eines Mikrofons gemäß einer Einfallsrichtung einer Geräuschquelle dar.
5A stellt Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40 (der Einheiten) und ein Ausgangssignal (ST) dar, wenn eine Einfallsrichtung eine Geräuschquelle 20, eine Vertikalrichtung (–z) ist. Die Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20, die der Vertikalrichtung (–z) entspricht, kann eine vorgegebene Einfallsrichtung in der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform sein.
Die jeweiligen Einheitsausgangssignale S10, S20, S30 und S40 können entsprechende Ausgangssignale von Kondensatoreinheiten sein und das Ausgangssignal (ST) kann eines sein, bei dem die Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40 kombiniert sind. Jedes der Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40 kann ein Strom- oder Spannungssignal basierend auf der Veränderung der Kapazität der Kondensatoreinheit sein.
Im Folgenden wird die Kondensatoreinheit unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
Die Kondensatoreinheit kann die Vibrationsmembranenelektrode und die Befestigungsmembranenelektrode, die auf die Vibrationsmembranenelektrode zeigt, umfassen. In einer vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform kann die erste Kondensatoreinheit die Vibrationsmembranenelektrode 510a und die Befestigungsmembranenelektrode 310a umfassen, die zweite Kondensatoreinheit kann die Vibrationsmembranenelektrode 520a und die Befestigungsmembranenelektrode 320a umfassen, die dritte Kondensatoreinheit kann die Vibrationsmembranenelektrode 530a und die Befestigungsmembranenelektrode 330a umfassen und die vierte Kondensatoreinheit kann die Vibrationsmembranenelektrode 540a und die Befestigungsmembranenelektrode 340a umfassen.
Die erste Kondensatoreinheit kann unter dem Vibrationsmembranenmuster 610a angeordnet sein, die zweite Kondensatoreinheit kann unter dem Vibrationsmembranenmuster 620a angeordnet sein, die dritte Kondensatoreinheit kann unter dem Vibrationsmembranenmuster 630a angeordnet sein und die vierte Kondensatoreinheit kann unter dem Vibrationsmembranenmuster 640a angeordnet sein.
Die erste Kondensatoreinheit kann mit der Leistungsquelle über die erste Pad-Elektrode 510c und die zweite Pad-Elektrode 310e verbunden sein, die zweite Kondensatoreinheit kann mit der Leistungsquelle über die erste Pad-Elektrode 520c und die zweite Pad-Elektrode 320e verbunden sein, die dritte Kondensatoreinheit kann mit der Leistungsquelle über die erste Pad-Elektrode 530c und die zweite Pad-Elektrode 330e verbunden sein, und die vierte Kondensatoreinheit kann mit der Leistungsquelle über die erste Pad-Elektrode 540c und die zweite Pad-Elektrode 340e verbunden sein.
Wenn die Geräuschquelle 20 auftritt bzw. ein Geräusch verursacht, können die Vibrationsmembranenelektrode 510a der ersten Kondensatoreinheit, die Vibrationsmembranenelektrode 520a der zweiten Kondensatoreinheit, die Vibrationsmembranenelektrode 530a der dritten Kondensatoreinheit und die Vibrationsmembranenelektrode 540a der vierten Kondensatoreinheit gemäß der Vibration der entsprechenden Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a vibrieren. Die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a können Vibrieren oder mit unterschiedlichen Eigenschaften vibrieren, in Abhängigkeit von den Formen der Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a und der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20.
In der beispielhaften Ausführungsform von 5A kann die Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 die Vertikalrichtung (–z) sein und die Wellenfronten der Geräuschquelle 20 können gleich auf die Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a einfallen. Demgemäß können die Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a in dem gleichen Vibrationsmodus vibrieren und die entsprechenden Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a können auch in dem gleichen Vibrationsmodus vibrieren. Demgemäß können die Größen und Phasen der Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40 von der ersten bis zur vierten Kondensatoreinheit jeweils gleich sein.
Wenn die Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40, die die gleiche Größe und Phase aufweisen, kombiniert werden, kann das Ausgangssignal (ST) mit der maximalen Größe ausgegeben werden. Demgemäß kann gemäß einer vorliegenden Ausführungsform das Mikrofon 10 eine Richtwirkung für die vorgegebene Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 aufweisen.
Das Ausgangssignal (ST) kann ein Ausgangssignal sein, das der Geräuschquelle 20 entspricht. Das Ausgangssignal (ST) kann ein Spannungssignal sein.
5B stellt die Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40 und das Ausgangssignal (ST) dar, wenn ein Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 45° in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn betragen kann und kann ungefähr 45° in einer Vertikalrichtung (z) in der Ebene basierend auf einer z-Achse betragen.
Die Wellenfronten der Geräuschquelle 20 können gleich auf das Vibrationsmembranenmuster 620a und das Vibrationsmembranenmuster 630a einfallen und können gleich auf das Vibrationsmembranenmuster 610a und das Vibrationsmembranenmuster 640a basierend auf den Formen der Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a einfallen.
Gemäß den Amplituden und Phasen der zweiten und dritten Einheiten, können die Ausgänge S20 und S30 gleich sein und die Größen und Phasen der ersten und vierten Ausgangseinheiten S10 bzw. S40 können jeweils gleich sein.
Jedoch können die Größen und Phasen der zweiten und dritten Ausgangseinheiten S20 und S30 sich von den Größen und Phasen der ersten und vierten Ausgangseinheiten S10 bzw. S40 unterscheiden. Die Formen und Größen der Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a können so gestaltet sein, dass die Größen der zweiten und dritten Ausgangseinheiten S20 und S30 und der ersten und vierten Ausgangseinheiten S10 und S40 die gleichen sind und die Phasen davon zueinander entgegengesetzt sind.
Wenn die erste bis vierte Ausgangseinheit S10, S20, S30 und S40 kombiniert werden, kann die Größe des Ausgangssignals (ST) hin zu 0 konvergieren. Demgemäß, da das Mikrofon 10 ein sehr geringes Ausgangssignal (ST) für die Geräuschquelle 20 ausgeben kann, welche nicht in der vorgegebenen Einfallsrichtung angeordnet ist, kann das Mikrofon 10 eine Richtwirkung für die vorgegebene Einfallsrichtung aufweisen.
Wenn der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 135° in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn beträgt und ungefähr 45° in einer vertikalen Richtung (z) in der Ebene basierend auf der x-Achse beträgt, wenn der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 225° in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn beträgt und ungefähr 45° in einer vertikalen Richtung (z) in der Ebene basierend auf der x-Achse beträgt und wenn der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 315° in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn beträgt und ungefähr 45° in einer vertikalen Richtung (z) in der Ebene basierend auf der x-Achse beträgt, kann das gleiche Ausgangssignal (ST) mit dem gleichen Schema wie in der beispielhaften Ausführungsform von 5B ausgegeben werden.
5C stellt die Ausgangssignale S10, S20, S30 und S40 und das Ausgangssignal (ST) dar, wenn der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 45° in der Vertikalrichtung (z) basierend auf der x-Achse betragen kann.
Die Wellenfronten der Geräuschquelle 20 können gleich auf das Vibrationsmembranenmuster 610a und das Vibrationsmembranenmuster 630a, basierend auf den Formen der Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a, einfallen. Die Formen und Größen der Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a können gestaltet sein, sodass die Wellenfronten der Geräuschquelle 20, die auf das Vibrationsmembranenmuster 640a einfallen um eine halbe Welle verzögert sein können, im Vergleich zu den Wellenfronten der Geräuschquelle 20, die auf das Vibrationsmembranenmuster 620a einfallen.
Demgemäß können die Größen und die Phasen der ersten und dritten Ausgangseinheiten S10 bzw. S30 gleich sein. Die Amplituden der zweiten und vierten Ausgangseinheiten S20 und S40 können gleich sein und die Phasen davon können zueinander entgegengesetzt sein.
Demgemäß, wenn die erste bis vierte Ausgangseinheit S10, S20, S30 und S40 kombiniert werden, kann die Größe des Ausgangssignals (ST) einer Summe der Amplituden der ersten und dritten Ausgangseinheiten S10 und S30 entsprechen. Die Amplitude des Ausgangssignals (ST) einer beispielhaften Ausführungsform von 5C kann kleiner sein als die Amplitude des Ausgangssignals (ST) einer beispielhaften Ausführungsform von 5A. Da das Mikrofon 10 ein kleines Ausgangssignal (ST) für die Geräuschquelle 20 ausgeben kann, welche nicht in der vorgegebenen Einfallsrichtung angeordnet ist, kann das Mikrofon 10 eine Richtwirkung für die vorgegebene Einfallsrichtung aufweisen.
Wenn der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 45° in der Vertikalrichtung (z) beträgt, basierend auf der y-Achse, kann der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 ungefähr 45° in der Vertikalrichtung (z) basierend auf der –x-Achse 45 betragen und der Winkel der Einfallsrichtung der Geräuschquelle 20 kann ungefähr 45° in der Vertikalrichtung (z) basierend auf der –y-Achse betragen, wobei das gleiche Ausgangssignal (ST) mit dem gleichen Schema wie in der beispielhaften Ausführungsform von 5C ausgegeben werden kann.
In den beispielhaften Ausführungsformen von 5A bis 5C kann das Ausgangssignal (ST) durch einfaches Kombinieren der Signale der Ausgangseinheiten S10, S20, S30 und S40 erhalten werden. Jedoch, in weiteren beispielhaften Ausführungsformen, wenn eine Phase von zumindest einem der Ausgangssignale der S10, S20, S30 und S40 um eine vorgegebene Zeitdauer verzögert ist, kann das Mikrofon 10 eine Richtwirkung für eine Einfallsrichtung, die sich von der vertikalen Richtung unterscheidet, aufweisen. Das heißt, die vorgegebene Einfallsrichtung für die Geräuschquelle 20 des Mikrofons 10 kann verändert sein. Beispielsweise, wenn die Ausgangssignale S20 und S30 um eine halbe Wellenlängenphase verzögert sind und sie anschließend mit den Ausgangssignalen S10 und S40 kombiniert werden, kann das Ausgangssignal (ST) die gleiche maximale Größe in der beispielhaften Ausführungsform von 5B aufweisen. Demgemäß kann in solch einem Fall der Winkel der vorgegebenen Einfallrichtung 45° basierend auf der x-Achse betragen und kann 45° basierend auf der z-Achse betragen.
6A bis 6D stellen schematische Ansichten zum Erklären eines Herstellungsverfahrens eines Mikrofons gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
6A bis 6D basierend auf einer Querschnittsansicht von 2 und das Herstellverfahren wird unter Bezugnahme auf die Bezugszeichen von 1 bis 5C beschrieben.
Bezugnehmend auf 6A kann die Befestigungsmembran 200 an dem Substrat 100 ausgebildet werden. Das Substrat 100 kann ein Siliziumwafer sein und bevor die Befestigungsmembran 200 darauf angeordnet wird, kann das Substrat mittels thermischer Oxidierung behandelt werden. Eine Oberfläche des Substrats 100 kann mittels einer thermischen Oxidationsbehandlung oxidiert werden, sodass eine Siliziumoxidschicht (SiO₂) darin ausgebildet wird.
Das Substrat 100, das mittels der thermischen Oxidation behandelt wurde, kann als ein Isolator dienen.
Die Befestigungsmembran 200 kann ausgebildet werden, indem Siliziumnitrid abgelagert wird (SiN). Alternativ kann die Befestigungsmembran 200 durch Ablagern von Polysilizium ausgebildet werden.
Nachdem die Befestigungsmembran 200 ausgebildet wurde, können die Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a, die leitenden Leitungen 310d, 320d, 330d und 340d, und die zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e an der Befestigungsmembran ausgebildet werden. Die Befestigungsmembranenelektrode 310a, 320a, 330a und 340a, die leitenden Leitungen 310d, 320d, 330d und 340d und die zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e können zur gleichen Zeit zunächst durch Anordnen einer leitenden Schicht und anschließend durch Versehen der angeordneten, leitenden Schicht mit einem Muster ausgebildet werden. Die leitende Schicht kann Gold (Au) und Chrom (Cr) umfassen. Ein Trockenätzvorgang kann angewendet werden, um die abgelagerte, leitende Schicht mit einem Muster zu versehen.
Bezugnehmend auf 6B kann die Opferschicht 400 an der Befestigungsmembran 200, den Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a, den leitenden Leitungen 310d, 320d, 330d und 340d und den zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e ausgebildet werden. Die Opferschicht 400 kann aus einem Siliziumoxid (SiO₂) ausgebildet sein.
Als nächstes können die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a, die leitenden Leitungen 510b, 520b, 530b und 540b und die ersten Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c an der Opferschicht 400 ausgebildet werden. Die Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a, die leitenden Leitungen 510b, 520b, 530b und 540b und die ersten Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c können gleichzeitig ausgebildet werden, indem zunächst eine leitende Schicht angeordnet wird und anschließend die angeordnete (abgelagerte), leitende Schicht mit einem Muster versehen wird. Die leitende Schicht kann Gold (Au) und Chrom (Cr) umfassen. Der Trockenätzprozess kann verwendet werden, um die abgelagerte, leitende Schicht mit einem Muster zu versehen.
Bezugnehmend auf 6C kann die Vibrationsmembran 600 an der Opferschicht 400 und den Vibrationsmembranenelektroden 510a, 520a, 530a und 540a, den leitenden Leitungen 510b, 520b, 530b und 540b und den ersten Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c ausgebildet werden.
Die Vibrationsmembran 600 kann durch Anordnen eines Siliziumnitrids (SiN) ausgebildet werden. Alternativ kann die Vibrationsmembran 600 durch Anordnen von Polysilizium ausgebildet werden.
Als nächstes können die Vibrationsmembranenmuster 610a, 620a, 630a und 640a, die Federmuster 610b, 620b, 630b und 640b, die ersten Kontaktlöcher 610c, 620c, 630c und 640c und die zweiten Kontaktlöcher 610e, 620e, 630e und 640e können ausgebildet werden, indem die Vibrationsmembran 600 mit einem Muster versehen wird. Demgemäß können die ersten Pad-Elektroden 510c, 520c, 530c und 540c durch die ersten Kontaktlöcher 610c, 620c, 630c und 640c exponiert sein. Ein Trockenätzprozess kann verwendet werden, um die Vibrationsmembran 600 mit einem Muster zu versehen.
Als nächstes können die zweiten Kontaktlöcher 410e, 420e, 430e und 440e in der Opferschicht 400 ausgebildet werden, um den zweiten Kontaktlöchern 610e, 620e, 630e und 640e zu entsprechen. Demgemäß können die zweiten Pad-Elektroden 310e, 320e, 330e und 340e exponiert sein, um den zweiten Kontaktlöchern 410e, 420e, 430e, 440e, 610e, 620e, 630e und 640e zu entsprechen. Ein Nassätzvorgang kann angewendet werden, um die zweiten Kontaktlöcher 410e, 420e, 430e und 440e auszubilden.
Bezugnehmend auf 6D kann die Öffnung 190 durch Ätzen des Substrats 100 ausgehend von der Rückseite ausgebildet werden und eine Öffnung kann in der Befestigungsmembran 200 und den Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a, indem sie weiter teilweise geätzt werden, ausgebildet werden. Ein Trockenätzvorgang kann angewendet werden, um das Substrat 100, die Befestigungsmembran 200 und die Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a zu ätzen. Jedoch kann ein Nassätzvorgang weiterhin angewendet werden, um die Silikonoxidschicht, die in dem Substrat 100 ausgebildet wird, durch die thermische Oxidationsbehandlung zu ätzen.
Die Opferschicht 400 kann geätzt werden, indem ein Nassätzvorgang durch die Öffnung 190, die Vielzahl Öffnungen der Befestigungsmembran 200 und die Vielzahl Öffnungen der Befestigungsmembranenelektroden 310a, 320a, 330a und 340a angewendet wird. Demgemäß kann die Opferschicht 400 die Öffnung 490, wie in 2 gezeigt, umfassen.
Die beigefügten Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung der Offenbarung dienen nur dem Zwecke der Darstellung und werden zum Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendet. Sie werden jedoch nicht dazu verwendet, um die Bedeutungen oder den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung, der in den Ansprüchen beschrieben wird, einzuschränken. Daher erkennt der Fachmann, dass verschiedene Modifizierungen und andere äquivalente Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich sind. Demgemäß muss der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf Basis des technischen Grundgedankens und den beigefügten Ansprüchen ermittelt werden.

Claims

Mikrofon, umfassend: eine Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden; und eine Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden, die jeweils auf die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden zeigt und eine Vielzahl Kondensatoreinheiten gemeinsam mit den darauf zeigenden Vibrationsmembranenelektroden ausbildet, wobei die Vielzahl Kondensatoreinheiten eine Vielzahl Ausgangssignale gemäß Eingängen einer Leistungsquelle und einer Geräuschquelle erzeugt und ein Signal ausgibt, das die Vielzahl Ausgangssignale als ein Ausgangssignal ausgibt, das der Leistungsquelle entspricht.
Mikrofon nach Anspruch 1, bei dem die Phasen der Vielzahl Ausgangssignale die gleichen sind, wenn eine Einfallsrichtung der Geräuschquelle eine vorgegebene Einfallsrichtung aufweist.
Mikrofon nach Anspruch 2, bei dem die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden in der gleichen Ebene positioniert ist, und die Ebene senkrecht zu der vorgegebenen Einfallsrichtung ist.
Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden angeordnet ist, um in gleichen Abständen von einem Bezugspunkt beabstandet zu sein, welches ein Kontaktpunkt der vorgegebenen Einfallsrichtung und der Ebene ist.
Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Vielzahl Vibrationsmembranenmuster, die jeweils der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden entspricht, wobei die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster eine Vielzahl konzentrischer Nuten umfasst, die sich von dem Bezugspunkt erstreckt.
Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden eine Vielzahl Öffnungen umfasst.
Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Befestigungsmembran, die die Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden kontaktiert, wobei die Befestigungsmembran eine Vielzahl Öffnungen umfasst, die der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden entspricht.
Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Substrat, das die Befestigungsmembran kontaktiert, wobei das Substrat Öffnungen umfasst, die der Vielzahl Öffnungen der Befestigungsmembran entsprechen.
Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedes der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster miteinander an einer Position verbunden ist, die dem Bezugspunkt entspricht, und wobei das Mikrofon ferner ein Federmuster umfasst, das mit der Position verbunden ist, die dem Bezugspunkt entspricht.
Mikrofon nach Anspruch 2, bei dem die vorgegebene Einfallsrichtung durch Verzögern einer Phase des Ausgangssignals verändert wird.
Herstellungsverfahren eines Mikrofons, umfassend: Ausbilden einer Befestigungsmembran an einem Substrat; Ausbilden einer Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden an der Befestigungsmembran; Ausbilden einer Opferschicht an der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden; Ausbilden einer Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden an der Opferschicht; Ausbilden einer Vibrationsmembran an der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden; Ausbilden einer Vielzahl Vibrationsmembranenmuster, die jeweils der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden entsprechen, indem die Vibrationsmembran mit einem Muster versehen wird; Ausbilden einer Öffnung, indem das Substrat, die Befestigungsmembran und die Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden von hinten geätzt wird; und Entfernen eines Teils der Opferschicht, die zwischen der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden und der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden angeordnet ist, durch die Öffnung.
Herstellungsverfahren des Mikrofons nach Anspruch 11, bei dem das Substrat ein Siliziumsubstrat ist, und das Herstellungsverfahren ferner ein thermisches Oxidieren des Substrats umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Schritt des Ausbildens der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster das Exponieren einer Vielzahl erster Pad-Elektroden umfasst, die der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster entsprechen, indem die Vibrationsmembran mit einem Muster versehen wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend das Exponieren einer Vielzahl zweiter Pad-Elektroden, die der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden entsprechen, durch Ätzen der Opferschicht.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem jede der Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden an der gleichen Ebene angeordnet ist und angeordnet ist, um in gleichen Abständen beabstandet zu sein, basierend auf einem Bezugspunkt.
Herstellungsverfahren des Mikrofons nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster eine Vielzahl konzentrischer Nuten umfasst.
Herstellungsverfahren des Mikrofons nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem der Schritt des Ausbildens der Vielzahl Vibrationsmembranenmuster das Ausbilden eines Federmusters umfasst, das die Vielzahl Vibrationsmembranenmuster abstützt, indem die Vibrationsmembran mit einem Muster versehen wird.
Herstellungsverfahren des Mikrofons nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem die Vielzahl Vibrationsmembranenelektroden eine Vielzahl Öffnungen umfasst, und die Befestigungsmembran eine Vielzahl Öffnungen umfasst, die an Positionen ausgebildet sind, die der Vielzahl Befestigungsmembranenelektroden entsprechen.
Herstellungsverfahren des Mikrofons nach Anspruch 18, bei dem das Substrat Öffnungen umfasst, die der Vielzahl Öffnungen der Befestigungsmembran entsprechen.
Herstellungsverfahren des Mikrofons nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Opferschicht eine Öffnung umfasst, die dem Substrat entspricht.