JP2010283418A - ステレオマイクロホン装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の指向性ＭＥＭＳマイクロホン装置においては、独立した音響パスを実現するために、ＭＥＭＳ収音素子ごとに空間を遮断する隔壁を設けていたため、部品点数が増加する、という課題がある。
【解決手段】各ＭＥＭＳ収音素子の直下の実装基板に音孔を設けることで、ＭＥＭＳ収音素子自体が第１側（Ｌ側）、第２側（Ｒ側）の音声を互いに遮断する。このため、隔壁を設けることなく独立した音響パスを確保することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロホン装置に係り、特に指向性収音（ステレオ収音を含む）が可能なマイクロホン装置に関する。
複数のマイクロホンを所定の位置に配置することにより構成されたアレイマイクロホンの感度は、音源から個々のマイクロホンへの音響パスが異なることを利用して、個々のマイクロホンの出力に適当な遅延と加減算を施すことで、指向性を持つことが知られている。
例えば、所定方向から到来する音を、第１および第２の収音素子により受け、第２の収音素子が受音してからΔｔだけ遅れて第１の収音素子が受音する場合を想定する。この場合、第１の収音素子からの出力信号をΔｔだけ遅延させた後に、第２の収音素子から得られる信号に加算すると、同じ信号同士が重畳されるが、他の方向からの音については重畳効果が得られないため、上記の所定方向からの音に対して受音感度が向上し、指向性収音が可能となる。
つまり、音源からアレイマイクロホンを構成する各収音素子への音響パスが異なることが指向性形成のための前提であるが、一つの音源から一つの収音素子に至る音響パスが複数存在すると、指向性形成のための遅延量や係数等の適切な設定ができなくなり、良好な指向性の形成が困難となる。
このような音響パスの複数化を防止し、安定した指向性収音が可能な、一対のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）収音素子を実装した従来例が、特許文献１および特許文献２に記載されている。
以下、特許文献１の図１（ａ）および特許文献２の図１に記載される従来例の構造について、図６を用いて簡単に説明する。
図６（ａ）は、特許文献１の図１（ａ）に記載される従来例の構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は、特許文献２の図１に記載される従来例の構造を示す断面図である。
特許文献１のマイクロホン装置は、一対のＭＥＭＳ収音素子１１ａ、１１ｂを並列に配置して、共通の実装基板６５上に実装し、カプセル６４に収納している。カプセル６４の中央には隔壁６８が設けられ、隔壁６８によって区切られる一つの空間につき一つの音孔６７ａ、６７ｂが設けられている。これにより、一方の収音素子用の音孔に到来した音響が回折して他方の収音素子に到達することがなく、音響パス（Ｐ１、Ｐ２）が一本化され、適切な演算処理によって指向性収音が可能となる。
特許文献２のマイクロホン装置は、特許文献１と同様、一対のＭＥＭＳ収音素子１１ａ、１１ｂを並列に配置して、共通の実装基板６５上に実装し、カプセル９０に収納している。カプセル９０を音響透過性のメッシュ構造とすることにより、回折音響の漏れ込みを防止している。これにより、音響パス（Ｐ１、Ｐ２）が一本化され、適切な演算処理によって指向性収音が可能となる。
特開２００７−１０４５５６号公報 特開２００７−１０４５８２号公報
しかしながら、上記従来例においては、独立した音響パスを実現する為に、それぞれのＭＥＭＳ収音素子周囲の空間を遮断する隔壁もしくは音響透過性のメッシュ構造を設ける必要があるため、安定した指向性収音が可能となるものの、部品点数が増加し、組立性やコスト面で劣り、基板の設計自由度が少なくなるという問題があった。
また、マイクロホンモジュールのさらなる小型化のため、ＭＥＭＳ収音素子自体をより小型化していく必要があるが、このときＭＥＭＳ収音素子の背気室容量（詳細は後述する）も小さくなり、マイクロホンの感度低下や、Ｓ／Ｎ比の低下につながる問題があった。一般的にビデオカメラなどに用いられることが多いステレオマイクは、携帯電話などに用いられる無指向性マイクよりも高感度の性能を要求されるため、感度とＳ／Ｎ比を所定の規格値で得ようとする場合に、ＭＥＭＳ収音素子の小型化に限界があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、組立性、コスト性に優れた、小型高感度の指向性マイクロホン装置を提供することを目的とする。
本発明に係るマイクロホン装置は、半導体製造プロセスを用いて製造される第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子と、前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子が実装される実装基板を有し、前記実装基板は、前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子の直下にそれぞれ第１の音孔、第２の音孔を有することを特徴とする。
ＭＥＭＳ収音素子の直下に音孔を設けることで、ＭＥＭＳ収音素子自体が第１側（Ｌ側）、第２側（Ｒ側）の音声を互いに遮断するため、隔壁を設けることなく独立した音響パスを確保することが可能となる。したがって、従来のステレオマイクよりも少ない部品で構成でき、設計自由度が大きくなる。
上記マイクロホン装置は、前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子を覆うカバーを有し、第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子は、前記カバーと実装基板により区切られる一つの空間内に配置されることが好ましい。
ＭＥＭＳ収音素子の直下に音孔を設けるとともに、第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子がカバーにより覆われる空間を共有することで、この共有空間が第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子の共通の背気室として機能する。その結果、従来例と比較して実質的に背気室容量が増加し、感度の向上とＭＥＭＳ収音素子の小型化との両立を実現することができる。
上記マイクロホン装置は、前記実装基板に実装される第３および第４のＭＥＭＳ収音素子をさらに有し、前記実装基板は、前記第３及び第４のＭＥＭＳ収音素子の直下にそれぞれ第３の音孔、第４の音孔を有し、前記第１の音孔の中心と第２の音孔の中心を結ぶ線が、前記第３の音孔の中心と第４の音孔の中心を結ぶ線とが実質的に直交するように、前記第１〜第４の音孔が配置されることが好ましい。
複数個のＭＥＭＳ収音素子を上下左右に配置することで、臨場感マイクロホンや、指向性マイクロホンに応用が可能となる。
上記マイクロホン装置は、ＭＥＭＳ収音素子が、実装基板に、接合材によって周囲を固定されていることが好ましい。
ＭＥＭＳ収音素子が接合材によって周囲を固定されることにより、収音素子の背面孔側への音漏れが防止でき、ＭＥＭＳ収音素子自体が第１側、第２側の音声を互いに遮断する機能をより確実に得ることが出来る。
上記マイクロホン装置は、ＭＥＭＳ収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を行う信号処理部を有し、前記信号処理部が前記実装基板上に実装されていることが好ましい。
ＭＥＭＳ収音素子と信号処理部とが共通の基板上に実装されていることにより、１モジュールでステレオ収音を含む指向性収音機能を有することができ、例えばセット商品に実装される場合の実装モジュール個数を減らすことができる。
上記マイクロホン装置は、ＭＥＭＳ収音素子の振動膜の一部が、エレクトレット材により形成されていることが好ましい。
振動膜の一部を、エレクトレット材により形成することにより、ＭＥＭＳ収音素子に電荷を供給する必要が無くなるため、マイクロホン装置全体を小型化することができる。
上記マイクロホン装置は、前記ＭＥＭＳ収音素子と前記信号処理部とが半導体プロセスにより１チップに集積化されていることが好ましい。
１チップに集積化することにより、複数のＭＥＭＳ収音素子や信号処理部に要する半導体ウエハ面積を削減することができ、コストメリットを得ることができる。また、複数のＭＥＭＳ収音素子と信号処理部とを結ぶ配線（例えばワイヤボンド）が必要なくなり、材料コストと組み立てコストを削減できる。
上記１チップに集積化されたマイクロホン装置は、前記信号処理部と前記実装基板とは、貫通電極により電気的に接続していることが好ましい。前記信号処理部から前記実装基板上に、シリコン貫通電極を通して配線が形成されていることが好ましい。
この構成によれば、複数のＭＥＭＳ収音素子と信号処理部とを結ぶ配線（例えばワイヤボンド）が必要なくなり、材料コストと組み立てコストを削減できる。また組み立てに要する時間も短縮することが出来る。
以上のような構成をとる本発明によって、隔壁を設けることなく、独立した音響パスを確保するマイクロホン装置を提供することができる。したがって、従来の指向性マイクよりも少ない部品で構成でき、設計自由度が大きくなる。
（ａ）本発明の実施の形態１に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ断面による構造概略図 （ａ）本発明の実施の形態２に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図（ｂ）図２（ａ）の変形例を示す概略図 （ａ）本発明の実施の形態３に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図（ｂ）図３（ａ）のＢ−Ｂ断面による構造概略図 （ａ）本発明の実施の形態４に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図（ｂ）図４（ａ）のＣ−Ｃ断面による構造概略図（ｃ）図４（ａ）のＤ−Ｄ断面による構造概略図 （ａ）本発明の実施の形態５に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図（ｂ）図５（ａ）のＥ−Ｅ断面による構造概略図 （ａ）特許文献１の図１（ａ）に示された従来例を示す図（ｂ）特許文献２の図１に示された従来例を示す図
以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。
（実施の形態１）
＜基本構成＞
図１において、実装基板４１Ｐに音孔４２Ｌ、４２Ｒが形成されており、各音孔の上に収音素子１０Ｌ、１０Ｒが実装されている。収音素子１０Ｌ、１０Ｒは、半導体プロセスのＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術によって作成されたＭＥＭＳチップである。ＭＥＭＳチップの基材にはシリコン基板を用い、これに貫通エッチング処理することにより作成された台座部１１の上に絶縁体が形成され、その上に導電性のポリシリコンで形成された振動膜１２が形成されている。
振動膜１２の上に、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）などの絶縁材１５を介して、振動膜１２と対向するように固定膜１３が形成されている。固定膜１３は、導電性のポリシリコンと、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜とを積層して形成され、振動膜１２と固定膜１３との間には、ギャップが形成されている。振動膜１２と固定膜１３とギャップによりコンデンサの機能を果たす。
なお、振動膜１２は、絶縁膜と導電性のポリシリコンの積層膜でも構わないし、導電性のポリシリコン単層でも構わない。また、振動電極として機能するような導体膜であれば、導電性のポリシリコン以外の導体膜であってもよい。
また、固定膜１３は、絶縁膜と導電性のポリシリコンの積層膜でも構わないし、導電性のポリシリコン単層でも構わない。また、固定電極として機能するような導体膜であれば、導電性のポリシリコン以外の導体膜であってもよい。
また、振動膜１２と固定膜１３はギャップを介して対向することで一対のコンデンサとして機能するため、固定膜１３の上に、ギャップを介して振動膜１２が形成されていてもよい。
また、ギャップは、振動膜１２と固定膜１３の間にもともと形成してあった犠牲膜を、固定膜１３に形成された背面孔（孔）１４を通してエッチングすることにより形成することが可能であり、犠牲膜の残存部分を、固定膜１３を支持する絶縁材１５とすることが可能である。
ここで、ＭＥＭＳチップの形成工程の一例について、簡単に説明することにする。
まず、シリコン基板上に振動膜１２を形成する。その後、振動膜１２上に犠牲膜を形成する。その後、犠牲膜の上に固定膜１３を形成する。その後、固定膜１３に背面孔（孔）１４を形成する。その後、シリコン基板に貫通エッチング処理を行うことで貫通孔を有する台座部１１を形成する。その後、背面孔（孔）１４を通して犠牲膜をエッチングすることにより振動膜１２と固定膜１３の間にギャップを形成し、犠牲膜の残存部分が絶縁材１５となる。
以上のような半導体微細加工技術を用いて、ＭＥＭＳチップは形成される。
収音素子１０Ｌと１０Ｒの間には、信号処理部２１が配置されている。信号処理部２１はアンプの機能を有しており、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＬＳＩなどにより構成される。
ギャップが一定の場合は、コンデンサ容量値は変化しない。しかし、音源５１からの音が音孔４２Ｌ、４２Ｒを介して、振動膜１２に到達すると、振動膜１２が振動し、ギャップが変化することによりコンデンサ容量値が変化する。この容量変化を信号処理部２１により増幅し、電気信号として出力することにより、音の信号を取り出すことができる。
固定膜１３には、振動膜１２が動き易くなるように背面孔１４が形成されている。カバー４１Ｃは、収音素子１０Ｌ、１０Ｒおよび信号処理部２１を覆うように実装基板４１Ｐ上に実装されている。カバー４１Ｃは、例えば洋白（銅、亜鉛、ニッケルから構成される合金）、コバール、４２アロマなどの電気的シールド機能を有する導電性材料であり、ハンダあるいは導電性接着剤などの接合材４０Ｃによって実装基板４１Ｐ上に固定されている。また、基板材料を張り合わせてカプセルとすることも可能である。
なお、図１（ａ）の平面図では、便宜上カバー４１Ｃを二点鎖線で示し、カバー４１Ｃの下に実装される構成を示している。
音孔４２Ｌ、４２Ｒの形状は、適宜様々な形状を採用することが可能である。例えば、図１に示すように１つの音孔で構成してもよいし、複数の小さな音孔を所定の領域内に配置して構成してもよい。
＜実装および配線＞
本実施形態では、実装基板４１Ｐ上に信号処理部２１を実装した後、収音素子１０Ｌ、１０Ｒの実装を行い、次いで電源配線４５、ＧＮＤ配線３２Ｌ、３２Ｒ、４６、出力配線３１Ｌ、３１Ｒ、４３、４４のワイヤ配線を行い、カバー４１Ｃの実装を行った。
信号処理部２１と収音素子１０Ｌ、１０Ｒは、実装基板４１Ｐ上の実装パターンに、エポキシ系の熱硬化性接着剤の接合材４０Ｃが塗布もしくは転写された後に実装され、その後、硬化に必要な熱を加えることにより、それぞれのチップを固定している。
収音素子１０Ｌ、１０Ｒは、それぞれ出力端子とＧＮＤ端子を有し、出力端子は信号処理部２１の入力端子へ、第１、第２の出力配線（３１Ｌ、３１Ｒ）により接続され、ＧＮＤ端子は実装基板４１Ｐ上のＧＮＤ端子へ、第１、第２のＧＮＤ配線（３２Ｌ、３２Ｒ）によりそれぞれワイヤ接続されている。収音素子の出力端子は、収音素子の振動膜１２と引き出し配線により電気的に接続しており、収音素子のＧＮＤ端子は、収音素子の固定膜１３と引き出し配線により電気的に接続している。
収音素子１０Ｌ、１０Ｒから出力された信号は、第１、第２の出力配線（３１Ｌ、３１Ｒ）を通じて信号処理部２１に入力され、適切な演算処理がなされた後、出力配線４３、４４を通して出力される。
信号処理部２１は、実装基板上の電源端子から電源配線４５を通じた電源供給により動作している。信号処理部２１のＧＮＤ端子は、実装基板上のＧＮＤ端子へＧＮＤ配線４６により接続されている。本実施形態における端子とワイヤの接合は、超音波を用いたワイヤボンディング工法などを用いて電気的に接続している。
カバー４１Ｃと実装基板４１Ｐとを接合する接合材４０Ｃ、および収音素子１０Ｌ、１０Ｒと実装基板４１Ｐとを接合する接合材４０Ｍは、それぞれカバー４１Ｃの周囲および収音素子１０Ｌ、１０Ｒの台座部１１の周囲に途切れなく接合され、硬化・固定されている。これにより音漏れを防止し、音源５１からの音が音孔４２Ｌ、４２Ｒ以外の箇所から進入するのを防止するように構成されている。
また、音孔４２Ｌ、４２Ｒから進入した音は、他方の収音素子側に漏れることがなく、ＭＥＭＳチップ自体が第１側（Ｌ側）、第２側（Ｒ側）の音声を互いに遮断する機能を有する。よって、隔壁を別途設けることなく音響パスの一本化を実現することができる。
なお、信号処理部２１は、熱硬化性の導電性接着剤などを用いてフリップチップボンディング工法（上下反転させて実装）により直接、実装基板へ配線することも可能である。この工法によればワイヤ配線等の組み立て工数を削減することができ、材料、組み立てコストを削減することができる。
＜動作＞
次に、本実施形態の動作を説明する。音源５１からの音が音孔４２Ｌ、４２Ｒを介して、振動膜１２に到達すると、振動膜１２が振動し、ギャップが変化することによりコンデンサ容量値が変化する。
このようなマイクロホンの構成上、マイクロホンの感度に影響する重要なファクターは、固定膜と振動膜、固定膜と振動膜で構成されるコンデンサ容量、そして背気室の体積容量であることが知られている。
背気室は、振動膜に対して音孔と反対側にある、閉じられた空間であり、例えば図６に示した従来例では、ＭＥＭＳ収音素子１１ａの半導体基板１２と、振動板３３と、実装基板６５とにより封じられた空間（振動板３３直下の空洞）が背気室に該当し、本実施形態では、カバー４１Ｃと、実装基板４１Ｐと、収音素子１０Ｌ、１０Ｒとにより封じられた空間（図１（ｂ）の背気室１６）が背気室に該当する。
マイクロホンの感度は、下記の式で表される。

ＶＯＵＴ ＝ Ｖｍ×Ｇ

Ｖｍ ∝ １／（Ｓｂ＋Ｓｏ）

ここで、ＶＯＵＴは感度、ＶｍはＭＥＭＳ出力、Ｇはゲイン、Ｓｂは背気室スティフネス（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）、Ｓｏは振動膜スティフネスである。
従来例（図６）の構成では、ＭＥＭＳチップが小型化されていくと、チップの投影面積もしくは高さ方向を含む体積が小型化されることになり、結果として、背気室として機能する振動板１２直下の空洞内体積も小さくなる。
すると背気室が小さくなった事により、背気室内の空気によるバネ弾性が高くなり、上述した式中の「Ｓｂ：背気室スティフネス」すなわち「背気室剛性」が高くなることにより振動板１２の振動阻害が発生する。結果的に、マイク出力である「ＶＯＵＴ：感度」が低下し、それに伴いＳ／Ｎ比が低下してしまう。
しかしながら、本実施形態の構成によれば、２つの収音素子の直下に音孔を設けることにより、カバー４１Ｃ、実装基板４１Ｐと収音素子１０Ｌ、１０Ｒにより区切られる（定義される）一つの空間が背気室として機能することで、収音素子１０Ｌ、１０Ｒが背気室を共有することができる。
このため、実質的に背気室容量を増大させることができ、より高感度なステレオマイクの実現が可能となる。上音孔（従来例）のＭＥＭＳマイクと下音孔（本発明）のＭＥＭＳマイクでの感度を比較すると、□２．６ｍｍのチップでは、平均でマイク感度１．７ｄＢの向上、Ｓ／Ｎ比１．０ｄＢの向上が得られた。
更に小型の□１ｍｍのチップでは、平均でマイク感度６．５ｄＢの向上、Ｓ／Ｎ比５ｄＢの向上が得られた。したがって、特に小型のＭＥＭＳチップを採用する際に、本発明の構成が有効であることがわかる。
なお、振動膜１２に誘電体膜であるエレクトレット材を形成させ、着電プロセスにより、エレクトレット材に電荷を保持させてもよい。これによりＭＥＭＳチップへの電源供給が不要となり、信号処理部２１のアンプを小型化することができる。
また、本実施形態では、信号処理部２１を収音素子１０Ｌ、１０Ｒの間に配置したが、これに限らず、収音素子が実装されているエリア以外であれば適切に配置してよい。
（実施の形態２）
図２（ａ）は、本発明の実施の形態２に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図である。本実施形態のＭＥＭＳマイクロホン装置は、実施の形態１の収音素子を３個以上実装することにより、さらに臨場感のある収音を可能としたものである。
図２において、実装基板４１Ｐに音孔４２Ｌ、４２Ｒ、４２Ｔ、４２Ｕが形成されており、各音孔の上にはそれぞれ第１の収音素子１０Ｌ、第２の収音素子１０Ｒ、第３の収音素子１０Ｔ、第４の収音素子１０Ｕが実装されている。信号処理部２１は、第１〜第４の収音素子が配置された領域の中央部に配置されている。
収音素子１０Ｌ、１０Ｒ、１０Ｔ、１０Ｕから出力された信号は、それぞれの出力配線（３１Ｌ、３１Ｒ、３１Ｔ、３１Ｕ）を通じて信号処理部２１に入力され、適切な演算処理がなされた後、信号処理部２１から出力配線４３、４４、４７、４８を通して出力される。第１〜第４の各収音素子（１０Ｌ〜１０Ｕ）と信号処理部２１のその他の構成は、実施の形態１と同様である。
本実施形態では、音孔４２Ｌと音孔４２Ｒの中心を結ぶ線が、音孔４２Ｔと音孔４２Ｕの中心を結ぶ線と実質的に直交（９０°±１０°程度の略直交を含む）するように音孔４２Ｌ、４２Ｒ、４２Ｔ、４２Ｕ および第１〜第４の収音素子を配置している。
このように配置することで、例えば左右方向の収音を収音素子１０Ｌと１０Ｒで行い、上下方向の収音を収音素子１０Ｔと１０Ｕで行うという具合に、上下方向と左右方向それぞれ独立してステレオ収音を行うことができ、４つの収音素子にはそれぞれ独立の音響パスが存在するため、それらの出力を適切に演算処理することで、上下左右方向にさらに臨場感のある収音を行うことができる。
また、４つの収音素子が背気室を共用することになるため、所定の感度とＳ／Ｎ比を確保しつつ、収音素子およびモジュールの小型化が可能となる。
なお、音孔の形状は、実施の形態１と同様に様々な形状が採用できる。また、本実施形態において、「音孔の中心」とは各音孔（４２Ｌ〜４２Ｕ）の形状の幾何学的重心である。
また、信号処理部２１の配置箇所については図２の配置に限らず、ＭＥＭＳチップが実装されているエリア以外であれば適切に配置してよい。
図２（ｂ）に示したのは、本実施形態の変形例である。図２（ａ）のような平面的な構成に限らず、音孔４２を設けた実装基板４１Ｐに収音素子を実装し、これを立方体状に形成したカバー４１Ｃに固定することにより、上下左右方向に加えて前後方向の音も同時に収音することが可能なマイクロホンモジュールを作成することができる。この構成によれば、６個の収音素子が背気室を共用することになるため、所定の感度とＳ／Ｎ比を確保しつつ、収音素子およびモジュールの小型化が可能となる。
信号処理部２１の配置箇所については、適切な配線を施せば、いずれか一つの実装基板４１Ｐ上に実装してもよいし、他の場所に適宜配置することも可能である。
（実施の形態３）
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面による構造概略図である。本実施形態のＭＥＭＳマイクロホン装置は、実施の形態１の第１の収音素子と第２の収音素子と信号処理部とを１チップ化したものである。
図３において、実装基板４１Ｐに音孔４２Ｌ、４２Ｒが形成されており、各音孔の上にはそれぞれ第１の収音素子１０Ｌ、第２の収音素子１０Ｒが実装されている。信号処理部２１は、第１、第２の収音素子の間に絶縁部３５を挟んで配置され、第１および第２の収音素子１０Ｌ、１０Ｒと信号処理部２１とが１チップ化されている。つまり、収音素子１０Ｌ、１０Ｒと信号処理部２１は絶縁部３５により電気的に遮断されており、必要な信号のみを信号処理部２１の回路に引き込める構造としている。
収音素子１０Ｌ、１０Ｒから出力された信号は、それぞれチップ内部に形成された出力配線（３１Ｌ、３１Ｒ）を通じて信号処理部２１に入力され、適切な演算処理がなされた後、ワイヤで形成された出力配線４３、４４を通して出力される。収音素子１０Ｌ、１０ＲのＧＮＤ配線（３２Ｌ、３２Ｒ）もチップ内部に形成されており、信号処理部２１のＧＮＤ端子に接続されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
本実施形態における半導体プロセスでは、収音素子（台座部１１、振動膜１２、固定膜１３）、絶縁膜３５、信号処理部２１を同時に形成する。
具体的には、「振動膜１２と固定膜１３の間の犠牲膜をエッチング除去してギャップを形成する前」および、「シリコン基板に貫通エッチング処理することによりシリコン貫通孔を形成する前」に、収音素子間に絶縁膜３５と信号処理部２１までを形成し、その後、シリコン基板に貫通エッチング処理をすることによりシリコン貫通孔を形成し、その後、振動膜１２と固定膜１３の間の犠牲膜をエッチングすることでギャップを形成し、収音素子、絶縁膜３５、信号処理部２１を形成する。
もしくは、振動膜１２と固定膜１３の間の犠牲膜をエッチング除去してギャップを形成する前に、収音素子間に絶縁膜３５と信号処理部２１までを形成し、その後、振動膜１２と固定膜１３の間の犠牲膜をエッチングすることでギャップを形成し、収音素子、絶縁膜３５、信号処理部２１を形成してもよい。
チップ内部に形成される出力配線（３１Ｌ、３１Ｒ）は、信号処理部２１中の層間絶縁膜と振動膜１２上にスパッタリング法により金属膜を堆積させ、次にリソグラフィとエッチングで加工して配線を形成するエッチング法や、層間絶縁膜と振動膜１２上にパターニングによって溝を形成し、その上に電解メッキによって配線金属を被膜した後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を用いて、形成した溝の中だけに金属膜を残すダマシン法などの半導体プロセスによって形成することができる。
また、チップ内部に形成されるＧＮＤ配線（３２Ｌ、３２Ｒ）は、信号処理部２１中の層間絶縁膜と固定膜１３上にスパッタリング法により金属膜を堆積させ、次にリソグラフィとエッチングで加工して配線を形成するエッチング法や、層間絶縁膜と固定膜１３上にパターニングによって溝を形成し、その上に電解メッキによって配線金属を被膜した後、ＣＭＰ技術を用いて、形成した溝の中だけに金属膜を残すダマシン法などの半導体プロセスによって形成することができる。
本実施形態によれば、実施の形態１よりもさらに部品点数を少なくすることができる。また、出力配線（３１Ｌ、３１Ｒ）とＧＮＤ配線（３２Ｌ、３２Ｒ）を１チップ化された素子内部に埋めこむことにより、ワイヤ配線を削減することができる。
そのため、モジュール高さを抑えることができ、ワイヤ配線に起因する寄生容量を減少させることができる。
また、１チップ化することにより、複数の収音素子（１０Ｌ、１０Ｒ）が台座部１１を共有することによって剛性が向上し、チップの強度を増すことができるため、実装時にかかる応力などに起因する、素子の特性バラツキを少なくすることができる。
なお、本実施形態では、第１および第２の収音素子（１０Ｌ、１０Ｒ）と信号処理部２１とを１チップ化したが、これに限るものではなく、必要に応じて第１および第２の収音素子（１０Ｌ、１０Ｒ）のみを１チップ化し、信号処理部２１を別部品として実装することも可能である。
（実施の形態４）
図４（ａ）は、本発明の実施の形態４に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図であり、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）のＣ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面による構造概略図である。
本実施形態は、実施の形態３における１チップ化された収音素子の出力端子を、収音素子の並列方向に合わせて配置し、信号処理部も同じ方向に配置した、配置換えの一例である。このような配置により、収音素子の台座部１１の投影面積が増加し、１チップ化した収音素子の強度を増加させることができる。
（実施の形態５）
図５（ａ）は、本発明の実施の形態５に示すＭＥＭＳマイクロホン装置を上部から見た平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＥ−Ｅ断面による構造概略図である。
本実施形態は、実施の形態３の１チップ化された素子の出力端子を、台座部の下の実装基板上に配置したものである。出力配線４３、４４と電源配線４５とＧＮＤ配線４６はシリコン貫通電極（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）技術を用いて形成している。
シリコン貫通電極は、ベアチップに開けたスルーホールをＣｕなどの金属やポリシリコンで埋めて、電極として利用する技術である。本実施形態では、ドライエッチングで台座部１１から信号処理部２１に貫通するスルーホールを形成した後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で側壁絶縁膜を形成し、その後、銅（Ｃｕ）をメッキ法で形成してスルーホールを貫通電極材で充填した後、ＣＭＰで表面を平坦化することにより貫通電極を形成した。
以上のように、実装基板と信号処理部は、貫通電極により電気的に接続することとなる。
このように貫通電極により形成された配線（４３、４４、４５、４６）は、基板に実装される際にＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ：導電性接着剤）やＳＢＢ（Ｓｔｕｄ Ｂｕｍｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）などの工法により、直接実装基板へ電気的に接続される。
本実施形態によれば、複数のＭＥＭＳチップと信号処理部とを結ぶワイヤ配線が必要なくなり、材料コストと組み立てコストを削減できる。また、ワイヤ配線に起因する寄生容量も削減することができる。
なお、以上の説明では、具体的な一例を示して説明したが、具体的な数値などは都度適切に設定可能である。
本発明によって、隔壁を設けることなく、独立した音響パスを確保するマイクロホン装置を提供することができる。したがって、従来の指向性マイクよりも少ない部品で構成でき、小型のマイクロホン装置として有用である。
１０Ｌ 第１の収音素子（ＭＥＭＳチップ）
１０Ｒ 第２の収音素子（ＭＥＭＳチップ）
１１ 台座部
１２ 振動膜
１３ 固定膜
１４ 背面孔
２１ 信号処理部（アンプ）
３０ ワイヤ配線
３１Ｌ 第１の出力配線
３１Ｒ 第２の出力配線
３１Ｔ 第３の出力配線
３１Ｕ 第４の出力配線
３２Ｌ 第１のＧＮＤ配線
３２Ｒ 第２のＧＮＤ配線
３２Ｔ 第３のＧＮＤ配線
３２Ｕ 第４のＧＮＤ配線
３５ 絶縁部
４０Ｃ 接合材（カバー用）
４０Ｍ 接合材（ＭＥＭＳ用）
４１Ｃ カバー
４１Ｐ 実装基板
４２Ｌ 第１側音孔
４２Ｒ 第２側音孔
４３ 出力配線１
４４ 出力配線２
４５ 電源配線
４６ ＧＮＤ配線
４７ 出力配線３
４８ 出力配線４
５１ 音源
５２Ｌ 第１側 音経路
５２Ｒ 第２側 音経路

Claims (8)

  1. 半導体製造プロセスを用いて製造される第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子と、
    前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子が実装される実装基板を有し、
    前記実装基板は、前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子の直下にそれぞれ第１の音孔、第２の音孔を有するマイクロホン装置。
  2. 前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子を覆うカバーを有し、前記第１及び第２のＭＥＭＳ収音素子は、前記カバーと前記実装基板により区切られる一つの空間内に配置される請求項１記載のマイクロホン装置。
  3. 前記実装基板に実装される第３および第４のＭＥＭＳ収音素子をさらに有し、前記実装基板は、前記第３及び第４のＭＥＭＳ収音素子の直下にそれぞれ第３の音孔、第４の音孔を有し、前記第１の音孔の中心と第２の音孔の中心を結ぶ線が、前記第３の音孔の中心と第４の音孔の中心を結ぶ線と直交するように、前記第１〜第４の音孔が配置される請求項１または２記載のマイクロホン装置。
  4. 前記ＭＥＭＳ収音素子は、前記実装基板に、接合材によって周囲を固定されている請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロホン装置。
  5. 前記ＭＥＭＳ収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を行う信号処理部を有し、前記信号処理部が前記実装基板上に実装されている請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロホン装置。
  6. 前記ＭＥＭＳ収音素子の振動膜の一部は、エレクトレット材により形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロホン装置。
  7. 前記ＭＥＭＳ収音素子と前記信号処理部とが半導体プロセスにより１チップに集積化されている請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロホン装置。
  8. 前記信号処理部と前記実装基板とは、貫通電極により電気的に接続していることを特徴とする請求項７に記載のマイクロホン装置。
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