JP2023530638A - シリコンベースマイクロフォン装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

本願は、シリコンベースマイクロフォン装置及び電子機器を提供し、当該シリコンベースマイクロフォン装置は、回路基板、シールドケース及び少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを含み、回路基板に少なくとも２つの音響導入孔が開設され、シールドケースは、回路基板の一側に覆設され、回路基板と共に音響キャビティを形成し、シリコンベースマイクロフォンチップは、いずれも音響キャビティ内に位置し、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、各音響導入孔に一対一に対応して設置され、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップのバックキャビティは、対応する位置にある音響導入孔と連通し、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、第１のマイクロフォン構造体及び第２のマイクロフォン構造体を含み、すべての第１のマイクロフォン構造体が電気的に接続され、すべての第２のマイクロフォン構造体が電気的に接続される。複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップを利用することで音声信号とノイズ信号を同時に増加させることができ、音声信号の変化量がノイズ信号の変化量より大きいため、コモンモードノイズを低減し、信号対雑音比及び最大入力音圧レベルを高め、音質を改善することができる。

Description

本願は、音響電気変換の技術分野に関し、具体的には、シリコンベースマイクロフォン装置及び電子機器に関する。

無線通信の発展に伴い、携帯電話などの端末のユーザはますます多くなっている。ユーザの携帯電話に対する要求は、通話だけでなく、高品質の通話効果の提供も含み、特に現在の移動マルチメディア技術の発展に伴い、携帯電話の通話品質がより重要になり、携帯電話のマイクロフォンは、携帯電話の音声ピックアップ装置として、その設計の良否が通話品質に直接影響を与える。現在最も広く使用されているマイクロフォンは、従来のエレクトレットマイクロフォン及びシリコンベースマイクロフォンを含む。

既存のシリコンベースマイクロフォンは、音声信号を取得するときに、マイクロフォンのシリコンベースマイクロフォンチップが、受けた音波に作用されて振動を発生し、当該振動が、電気信号を形成できる容量変化をもたらす。これにより、音波が電気信号に変換して出力される。しかしながら、現在のシリコンベースマイクロフォンは、外部ノイズの干渉に対する処理効果が依然として低く、信号対雑音比の向上が制限され、オーディオ出力効果の向上に不利である。

本願は、既存方式の欠点に対して、既存のシリコンベースマイクロフォンの信号対雑音比が低いという技術的課題を解決するためにシリコンベースマイクロフォン装置及び電子機器を提供する。

第１の態様において、本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置は、回路基板、シールドケース及び少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを含み、前記回路基板に少なくとも２つの音響導入孔（「音孔」とも呼ばれる）が開設され、前記シールドケースは、前記回路基板の一側に覆設され、前記回路基板と共に音響キャビティを形成し、前記シリコンベースマイクロフォンチップは、いずれも前記音響キャビティ内に位置し、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、各前記音響導入孔に一対一に対応して設置され、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップのバックキャビティは、対応する位置にある前記音響導入孔と連通し、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、第１のマイクロフォン構造体及び第２のマイクロフォン構造体を含み、すべての前記第１のマイクロフォン構造体が電気的に接続され、すべての前記第２のマイクロフォン構造体が電気的に接続される。

可能な実施形態において、前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、シリコン基板を含み、前記第２のマイクロフォン構造体及び前記第１のマイクロフォン構造体は、前記シリコン基板の一側に積層して設置され、前記シリコン基板は、前記バックキャビティを形成するための貫通孔を有し、前記貫通孔は、前記第１のマイクロフォン構造体の本体と前記第２のマイクロフォン構造体の本体とに対応し、前記シリコン基板において前記第２のマイクロフォン構造体から離れた側は前記回路基板に固定的に接続され、前記貫通孔は前記音響導入孔と連通する。

可能な実施形態において、前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、具体的には、順に積層して設置された下部背極板、半導体振動膜及び上部背極板を含み、前記上部背極板と前記半導体振動膜との間、及び前記半導体振動膜と前記下部背極板との間にいずれも隙間があり、前記上部背極板及び前記下部背極板の、前記貫通孔に対応する領域に、いずれも気流孔が設置され、前記上部背極板及び前記半導体振動膜は、前記第１のマイクロフォン構造体の本体を構成し、前記半導体振動膜及び前記下部背極板は、前記第２のマイクロフォン構造体の本体を構成する。

可能な実施形態において、すべての前記第１のマイクロフォン構造体の上部背極板は、第１の信号を形成するために、電気的に接続され、すべての前記第２のマイクロフォン構造体の下部背極板は、第２の信号を形成するために、電気的に接続される。

可能な実施形態において、すべての前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップの半導体振動膜は電気的に接続され、前記半導体振動膜は、定電圧源に電気的に接続するために用いられる。

可能な実施形態において、前記シリコンベースマイクロフォン装置は、制御チップをさらに含み、前記制御チップは、前記音響キャビティ内に位置し、前記回路基板に接続され、前記上部背極板は、前記制御チップの１つの信号入力端子に電気的に接続され、前記下部背極板は、前記制御チップのもう１つの信号入力端子に電気的に接続される。

可能な実施形態において、前記上部背極板は、上部背極板電極を含み、すべての前記第１のマイクロフォン構造体の上部背極板は、前記上部背極板電極により電気的に接続され、及び／又は、
前記下部背極板は、下部背極板電極を含み、すべての前記第２のマイクロフォン構造体の下部背極板は、前記下部背極板電極により電気的に接続され、及び／又は、
前記半導体振動膜は、半導体振動膜電極を含み、すべての前記半導体振動膜は、前記半導体振動膜電極により電気的に接続される。

可能な実施形態において、前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、パターン化された第１の絶縁層、第２の絶縁層及び第３の絶縁層をさらに含み、
前記シリコン基板、前記第１の絶縁層、前記下部背極板、前記第２の絶縁層、前記半導体振動膜、前記第３の絶縁層及び前記上部背極板は、順に積層して設置される。

可能な実施形態において、前記シリコンベースマイクロフォン装置は、前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップが、シリカゲルにより前記回路基板に固定的に接続されることと、前記シールドケースが、前記回路基板に電気的に接続される金属ケースを含むことと、前記シールドケースが、半田ペースト又は導電性接着剤により前記回路基板の一側に固定的に接続されることと、前記回路基板が、プリント回路基板を含むことと、のうちの１つ又は複数を特徴とする。

第２の態様において、本願の実施例に係る電子機器は、第１の態様に記載のシリコンベースマイクロフォン装置を含む。

本願の実施例に係る技術的解決手段による有益な技術的効果は以下のとおりである。

本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置において、少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを設置し、かつ各差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第１のマイクロフォン構造体を電気的に接続すると共に、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第２のマイクロフォン構造体を電気的に接続する。これにより、同じ音波源が各音響導入孔から各差動式シリコンベースマイクロフォンチップのバックキャビティにそれぞれに入った場合、同じ音波による各第１のマイクロフォン構造体の容量変化量は、幅が等しく、符号が同じであり、同様に、同じ音波による各第２のマイクロフォン構造体の容量変化は、幅が等しく、符号が同じである。複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップを利用することで、音声信号とノイズ信号を同時に増加させることができ、音声信号の変化量がノイズ信号の変化量より大きいため、コモンモードノイズを低減し、信号対雑音比及び最大入力音圧レベルを高め、音質を改善することができる。

本願の付加的な態様及び利点の一部は以下に説明されるが、これらは以下の説明から明らかになるか、又は本願を実施することによって理解される。

本願の上記及び／又は付加的な態様及び利点は、図面を参照した以下の実施例の説明から明らかになり、容易に理解される。

本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置の内部構造の概略図。 本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置の単一の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの概略構成図 本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置の２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップの接続概略図

本願を以下に詳細に説明し、本願の実施例の例は図面に示され、図中、全体を通して同一又は類似の符号は同一若しくは類似の部材又は同一若しくは類似の機能を有する部材を示す。また、既知の技術の詳細な説明は、示される本願の特徴に対して必要ではなければ、省略される。以下に図面を参照して説明される実施例は、本願を解釈するための例示的なものに過ぎず、本願を限定するものとして解釈されることができない。

当業者であれば、特記がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語と科学用語を含む）は、本願の属する技術分野における当業者の一般的な理解と同じ意味を有することを理解することができる。また、一般的な辞書に定義されているような用語は、従来技術の文脈における意味と一致する意味を有するとものとして理解されるべきであり、本明細書で定義されない限り、理想化又は過度に形式化された意味として解釈されないものであると理解されたい。

当業者であれば理解できるように、特に断りのない限り、本明細書で使用される単数形「一」、「１つ」、「上記」及び「当該」は、複数形をも含み得る。本願の明細書で使用される「含む」という用語は、上記特徴、整数、ステップ、操作、素子及び／又はアセンブリが存在していることを意味するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、素子、アセンブリ、及び／又は、それらの組み合せが存在していることや追加されていることを排除しないことをさらに理解されたい。本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、１つ以上の列挙された関連項目のすべて又はいずれか１つ及びすべての組み合わせを含む。

以下、具体的な実施例により、本願の技術的解決手段及び本願の技術的解決手段が上記技術的課題をどのように解決するかについて詳細に説明する。

図１に示すように、本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置は、回路基板１００、シールドケース２００及び少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００（図面では２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のみが示されている）を含む。シールドケース２００は、回路基板１００の一側に覆設され、かつ回路基板１００と共にシリコンベースマイクロフォン装置の音響キャビティ２１０を形成する。

回路基板１００に少なくとも２つの音響導入孔１１０が開設され（図面では２つの音響導入孔１１０のみが示されている）、音響導入孔１１０は、回路基板１００を貫通して、外部音源が音響導入孔１１０から差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に入ることを保証する。各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、音響キャビティ２１０内に位置し、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、音響導入孔１１０に一対一に対応して設置され、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のバックキャビティ３０１は、対応する位置にある音響導入孔１１０と連通する。

各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、第１のマイクロフォン構造体３１０及び第２のマイクロフォン構造体３２０を含み、すべての第１のマイクロフォン構造体３１０が電気的に接続され、すべての第２のマイクロフォン構造体３２０が電気的に接続される。

本実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置において、少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を設置し、かつ各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第１のマイクロフォン構造体３１０が電気的に接続すると共に、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第２のマイクロフォン構造体３２０が電気的に接続することにより、同じ音波源が各音響導入孔１１０から各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のバックキャビティ３０１にそれぞれに入った場合、同じ音波による各第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化量は、幅が等しく、符号が同じであり、同様に、同じ音波による各第２のマイクロフォン構造体３２０の容量変化は、幅が等しく、符号が同じである。複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を利用して音声信号とノイズ信号を同時に増加させることができ、音声信号の変化量がノイズ信号の変化量より大きいため、コモンモードノイズを低減し、信号対雑音比及び最大入力音圧レベルを高め、音質を改善することができる。

具体的には、複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の容量変化幅が重なった後、（音声信号に対応する）感度の増加量は、ノイズ信号の増加量の１倍である。増加された音声信号に対応する容量変化量が２であることを例として説明すると、（音声信号に対応する）感度信号は、０．３をｌｏｇ（２）として計算すると、２０＊ｌｏｇ（２）＝６ｄＢ増加し、ノイズ信号は

増加する。したがって、増加した信号対雑音比＝感度－ノイズ信号＝３ｄＢである。式中、単位ｄＢはデシベルを表す。

本実施例において、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のバックキャビティ３０１は音波源の入口であり、音波がバックキャビティ３０１から差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第２のマイクロフォン構造体３２０及び第１のマイクロフォン構造体３１０に入って、第２のマイクロフォン構造体３２０及び第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化を引き起こすことにより、音信号を電気信号に変換することができる。一実施形態において、バックキャビティ３０１の横断面形状は、円形、楕円形又は方形であってもよい。

なお、図１のシリコンベースマイクロフォン装置は、２つのみの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を例として示している。２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、それぞれが第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ及び第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップであり、対応する音響導入孔１１０は第１の音響導入孔及び第２の音響導入孔である。図１の左側にある差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップであり、右側にある差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップである。

具体的には、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第１のマイクロフォン構造体３１０は、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第１のマイクロフォン構造体３１０に電気的に接続され、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第２のマイクロフォン構造体３２０は、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第２のマイクロフォン構造体３２０に電気的に接続される。各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００おける、第１のマイクロフォン構造体３１０、第２のマイクロフォン構造体３２０、及び回路基板１００の相対的位置関係は一致する。

一実施形態において、回路基板１００はプリント回路基板１００であり、プリント回路基板１００は、剛性構造であるため、シールドケース２００及び差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を支持する構造強度を有する。

一実施形態において、音響キャビティ２１０内の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に対する電磁干渉を遮蔽する効果を向上させるために、シールドケース２００は、一般的に導電性金属材料で製造された金属ケースである。

一実施形態において、シールドケース２００は、半田ペースト又は導電性接着剤により回路基板１００に固定的に接続することにより、電気的接続を形成して、外部干渉を防止することができる。

いくつかの実施例において、図１及び図２に示すように、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、シリコン基板３４０をさらに含み、第２のマイクロフォン構造体３２０及び第１のマイクロフォン構造体３１０は、シリコン基板３４０の一側に積層して設置される。

シリコン基板３４０は、バックキャビティ３０１を形成するための貫通孔３４１を有し、当該貫通孔３４１は、第１のマイクロフォン構造体３１０の本体と第２のマイクロフォン構造体３２０の本体とに対応し、貫通孔３４１から入る音波が第１のマイクロフォン構造体３１０及び第２のマイクロフォン構造体３２０の容量変化を引き起こすことができることを保証する。

シリコン基板３４０の第２のマイクロフォン構造体３２０から離れた側が回路基板１００に固定的に接続され、かつ貫通孔３４１がそれに対応する位置にある音響導入孔１１０と連通することにより、音声は音響導入孔１１０からバックキャビティ３０１内に入ることができる。

本実施例において、回路基板１００の音響導入孔１１０は差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のバックキャビティ３０１と連通し、音声は、音響導入孔１１０を通って差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の半導体振動膜３３０に導入されて、半導体振動膜３３０の振動を引き起こして音声信号を生成する。

いくつかの実施例において、図１及び図２に示すように、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、下部背極板３２１、半導体振動膜３３０及び上部背極板３１１をさらに含む。下部背極板３２１、半導体振動膜３３０及び上部背極板３１１は、シリコン基板３４０の回路基板１００から離れた側に積層して設置される。

上部背極板３１１と半導体振動膜３３０との間、及び半導体振動膜３３０と下部背極板３２１との間にいずれも隙間がある。上部背極板３１１及び下部背極板３２１の、貫通孔３４１に対応する領域に、いずれも気流孔が設置される。上部背極板３１１と半導体振動膜３３０に容量構造としての隙間が存在し、これによって第１のマイクロフォン構造体３１０の本体を構成する。同様に、半導体振動膜３３０と下部背極板３２１との間に容量構造としての隙間が存在し、これによって第２のマイクロフォン構造体３２０の本体を構成する。

具体的には、半導体振動膜３３０と上部背極板３１１とを、上部エアギャップ３１２を介して隔てて平行に配置することにより、第１のマイクロフォン構造体３１０を形成することができる。半導体振動膜３３０と下部背極板３２１とを、下部エアギャップ３２２を介して分離して、平行に配置することにより、第２のマイクロフォン構造体３２０を形成することができる。半導体振動膜３３０と上部背極板３１１との間、及び半導体振動膜３３０と下部背極板３２１との間はいずれも電界（非導通）を形成するために用いられることを理解されたい。半導体シリコン基板３４０にバックキャビティ３０１を形成するための貫通孔３４１が設置されているため、音波は、バックキャビティ３０１と下部背極板３２１の下部気流孔３２１ａとを通って半導体振動膜３３０に接触する。

一実施形態において、半導体振動膜３３０は、製造材料が多結晶シリコン材料であってもよく、厚さが１ミクロンより小さく、小さい音波の作用下でも変形し、感度が高い。上部背極板３１１及び下部背極板３２１は、一般的に剛性が高く、厚さが半導体振動膜３３０の厚さよりはるかに大きい材料で製造される。上部背極板３１１に複数の上部気流孔３１１ａがエッチングされ、下部背極板３２１に複数の下部気流孔３２１ａがエッチングされる。したがって、半導体振動膜３３０が音波の作用で変形する場合、上部背極板３１１及び下部背極板３２１は、いずれも影響を受けて変形することはない。

単一の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００については、半導体振動膜３３０と上部背極板３１１との間にバイアス電圧を印加すると、第１のマイクロフォン構造体３１０の上部エアギャップ３１２内に上部電界が形成される。同様に、半導体振動膜３３０と下部背極板３２１との間にバイアス電圧を印加すると、第２のマイクロフォン構造体３２０の下部エアギャップ３２２内に下部電界が形成される。上部電界と下部電界との極性が逆であるため、半導体振動膜３３０が音波の作用で上下に湾曲する場合、第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化量と第２のマイクロフォン構造体の容量変化量とは、幅が同じであり、符号が逆である。

一実施形態において、シリコン基板３４０の下部背極板３２１から離れた側は、シリカゲルにより回路基板１００に固定的に接続される。

いくつかの実施例において、図２に示すように、シリコン基板３４０と下部背極板３２１との間、下部背極板３２１と半導体振動膜３３０との間、及び半導体振動膜３３０と上部背極板３１１との間は、いずれも互いに絶縁的に配置される。

具体的には、下部背極板３２１とシリコン基板３４０との間は、パターン化された第１の絶縁層３５０を介して隔てられ、半導体振動膜３３０と下部背極板３２１との間は、パターン化された第２の絶縁層３６０を介して隔てられ、半導体振動膜３３０と上部背極板３１１との間は、パターン化された第３の絶縁層３７０を介して隔てられる。これにより、シリコン基板３４０、第１の絶縁層３５０、下部背極板３２１、第２の絶縁層３６０、半導体振動膜３３０、第３の絶縁層３７０及び上部背極板３１１は、順に積層して設置される。

一実施形態において、第１の絶縁層３５０、第２の絶縁層３６０及び第３の絶縁層３７０は、いずれも全面成膜された後にエッチングプロセスによりパターン化され、貫通孔３４１の領域に対応する絶縁層と電極を製造するための領域の絶縁層とを除去することができる。

いくつかの実施例において、図３に示すように、シリコンベースマイクロフォン装置の複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００については、すべての第１のマイクロフォン構造体３１０の上部背極板３１１は、第１の信号を形成するために電気的に接続され、すべての第２のマイクロフォン構造体３２０の下部背極板３２１は、第２の信号を形成するために電気的に接続される。

具体的には、第１の信号は、すべての第１のマイクロフォン構造体３１０の上部背極板３１１を電気的に接続した後の信号であり、当該信号は、各第１のマイクロフォン構造体３１０の上部背極板３１１とそれに対応する半導体振動膜３３０との間の容量変化量の総和であり、差動式信号処理チップの１つの入力とされる。第２の信号は、すべての第２のマイクロフォン構造体３２０の下部背極板３２１を電気的に接続した後の信号であり、当該信号は、各第２のマイクロフォン構造体３２０の下部背極板３２１とそれに対応する半導体振動膜３３０との間の容量変化量の総和であり、かつ差動式信号処理チップのもう１つの入力とされる。

いくつかの実施例において、すべての差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の半導体振動膜３３０は電気的に接続され、半導体振動膜３３０は、第１のマイクロフォン構造体３１０と２番目の構造体において安定した電界を形成するために、定電圧源に電気的に接続するために用いられる。一実施形態において、定電圧源は、ゼロ電圧であってもよい。

上記各実施例に基づいて、図１に示すように、シリコンベースマイクロフォン装置は、音響キャビティ２１０内に位置し回路基板１００に接続される制御チップ４００をさらに含んでもよい。制御チップ４００は、差動式信号処理のコア部材として、第１のマイクロフォン構造体３１０のうちの１つの上部背極板３１１を当該制御チップ４００の１つの信号入力端子に電気的に接続することにより、第１の信号を当該制御チップ４００の入力端子に入力する。第１のマイクロフォン構造体３１０のうちの１つの下部背極板３２１を当該制御チップ４００のもう１つの信号入力端子に電気的に接続することにより、第２の信号を当該制御チップ４００の入力端子に入力することができる。当該制御チップ４００がこの２つの信号に対して差動信号処理を行うことにより、信号対雑音比を向上させる。

一実施形態において、制御チップ４００は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップであり、ＡＳＩＣチップは、マイクロフォンの設計要求に応じてカスタマイズすることができる。ＡＳＩＣチップは、差動増幅信号処理チップであり、第１の信号及び第２の信号を接続するためのピンが用意されている。

一実施形態において、制御チップ４００は、一般的にシリカゲル又は赤色接着剤により回路基板１００に固定される。

いくつかの実施例において、図３に示すように、上部背極板３１１は上部背極板電極３１１ｂを含み、すべての第１のマイクロフォン構造体３１０の上部背極板電極３１１ｂはワイヤ３８０を介して電気的に接続される。

一実施形態において、下部背極板３２１は下部背極板電極３２１ｂを含み、すべての第２のマイクロフォン構造体３２０の下部背極板電極３２１ｂはワイヤ３８０を介して電気的に接続される。

一実施形態において、半導体振動膜３３０は半導体振動膜電極３３１を含み、すべての半導体振動膜電極３３１はワイヤ３８０を介して電気的に接続される。

単一の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００については、半導体振動膜３３０と上部背極板３１１との間にバイアス電圧を印加し、具体的には、半導体振動膜３３０に連結された振動膜電極と、上部背極板３１１に連結された上部背極板電極３１１ｂとにバイアス電圧を印加すると、第１のマイクロフォン構造体３１０の上部エアギャップ３１２内に上部電界が形成される。同様に、半導体振動膜３３０と下部背極板３２１との間にバイアス電圧を印加し、具体的には、半導体振動膜３３０に連結された振動膜電極と、下部背極板３２１に連結された下部背極板電極３２１ｂとにバイアス電圧を印加すると、第２のマイクロフォン構造体３２０の下部エアギャップ３２２内に下部電界が形成される。上部電界と下部電界の極性が逆であるため、半導体振動膜３３０が音波の作用で上下に湾曲する場合、第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化量と第２のマイクロフォン構造体の容量変化量とは、幅が同じであり、符号が逆である。

図３に例示された２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の接続方式において、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ（左側）の半導体振動膜電極３３１と第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ（右側）の半導体振動膜電極３３１とはワイヤ３８０を介して電気的に接続され、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの上部背極板電極３１１ｂと第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの上部背極板電極３１１ｂとはワイヤ３８０を介して電気的に接続され、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの下部背極板電極３２１ｂと第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの下部背極板電極３２１ｂとはワイヤ３８０を介して電気的に接続される。

第１の音響導入孔から入る第１の音波と第２の音響導入孔から入る第２の音波とが同じ音波源からのものである場合、本願の実施例の２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップの接続方式によれば、第１の音波による第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化量と第２の音波による第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化量とは、幅が等しく、符号が同じである。同様に、第１の音波による第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第２のマイクロフォン構造体３２０の容量変化量と第２の音波による第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第２のマイクロフォン構造体３２０の容量変化量とは、幅が等しく、符号が同じである。２つの第１のマイクロフォン構造体３１０が並列に接続され、２つの第２のマイクロフォン構造体３２０が並列に接続されるため、本実施例の２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００をパッケージしたシリコンベースマイクロフォン装置を用いると、音声信号とノイズ信号との比を増大させることにより、コモンモードノイズを低減して、シリコンベースマイクロフォンのより高い信号対雑音比を実現することができる。

なお、本願の上記各実施例に記載のシリコンベースマイクロフォン装置は、単一振動膜（例えば：半導体振動膜３３０）及び二重背極（例えば：上部背極板３１１と下部背極板３２１）で構成される差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を例としている。差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、単一振動膜、二重背極の形態以外に、二重振動膜、単一背極の形態、又は他の差動式構造であってもよい。

同じ発明概念に基づいて、本願の実施例に係る電子機器は、前述した各実施例に記載のシリコンベースマイクロフォン装置を含む。

本実施例に係る電子機器は、少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を有するシリコンベースマイクロフォン装置を含み、当該シリコンベースマイクロフォン装置において、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第１のマイクロフォン構造体３１０を電気的に接続すると共に、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第２のマイクロフォン構造体３２０を電気的に接続することにより、音声信号とノイズ信号を同時に増加させることができ、音声信号の変化量がノイズ信号の変化量より大きいため、コモンモードノイズを低減し、信号対雑音比を向上させることができる。

一実施形態において、上記実施例に記載の電子機器は、携帯電話、ペン型ボイスレコーダ又は翻訳機であってもよい。

本願の説明において、「中心」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」などの用語によって示される方位又は位置関係は、図面に示される方位又は位置関係に基づくものであり、本願の説明及び説明を容易にして簡略化するためのものに過ぎず、言及される装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されなければならないことを示したり示唆したりするものではないため、本願を限定するものであると理解すべきではない。

用語「第１」、「第２」は、説明の目的だけに用いられるものであり、相対的な重要性を示したり示唆したりするか、又は示された技術的特徴の数を黙示的に示すと理解すべきではない。そのため、「第１」、「第２」で限定される特徴は、１つ以上の当該特徴を含むことを明示的又は黙示的に示すことができる。本願の説明において、特に断りのない限り、「複数」は２つ以上を意味する。

なお、本願の説明において、他の明確な規定及び限定がない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定的な接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、一体的な接続であってもよく、直接的な接続であってもよく、中間媒体を介した間接的な接続であってもよく、２つの素子の内部連通であってもよい。当業者にとって、上記用語の本願における具体的な意味を具体的な状況に基づいて理解することができる。

本明細書の説明において、具体的な特徴、構造、材料又は特点は、任意の１つ以上の実施例又は例において適宜組み合わせることができる。

以上の記述は、本願の一部の実施形態に過ぎず、当業者であれば、本願の原理から逸脱することなく、さらに様々な改善や修正を行うことができるが、これらの改善や修正も本願の保護範囲内にある。

１００ 回路基板
１１０ 音響導入孔
２００ シールドケース
２１０ 音響キャビティ
３００ 差動式シリコンベースマイクロフォンチップ
３０１ バックキャビティ
３１０ 第１のマイクロフォン構造体
３１１ 上部背極板
３１１ａ 上部気流孔
３１１ｂ 上部背極板電極
３１２ 上部エアギャップ
３２０ 第２のマイクロフォン構造体
３２１ 下部背極板
３２１ａ 下部気流孔
３２１ｂ 下部背極板電極
３２２ 下部エアギャップ
３３０ 半導体振動膜
３３１ 半導体振動膜電極
３４０ シリコン基板
３４１ 貫通孔
３５０ 第１の絶縁層
３６０ 第２の絶縁層
３７０ 第３の絶縁層
３８０ ワイヤ
４００ 制御チップ

第１の態様において、本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置は、回路基板、シールドケース及び少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを含み、前記回路基板に少なくとも２つの音響導入孔（「音孔」とも呼ばれる）が開設され、前記シールドケースは、前記回路基板の一側に覆設され、前記回路基板と共に音響キャビティを形成し、前記シリコンベースマイクロフォンチップは、いずれも前記音響キャビティ内に位置し、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、各前記音響導入孔に一対一に対応して設置され、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップのバックキャビティは、対応する位置にある前記音響導入孔と連通し、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、第１のマイクロフォン構造体及び第２のマイクロフォン構造体を含み、すべての前記第１のマイクロフォン構造体同士が電気的に接続され、すべての前記第２のマイクロフォン構造体同士が電気的に接続される。

本願の実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置において、少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを設置し、かつ各差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第１のマイクロフォン構造体を電気的に接続すると共に、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップの第２のマイクロフォン構造体を電気的に接続する。これにより、同じ音波源からの音波が各音響導入孔から各差動式シリコンベースマイクロフォンチップのバックキャビティにそれぞれに入った場合、同じ音波による各第１のマイクロフォン構造体の容量変化量は、幅が等しく、符号が同じであり、同様に、同じ音波による各第２のマイクロフォン構造体の容量変化は、幅が等しく、符号が同じである。複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップを利用することで、音声信号とノイズ信号を同時に増加させることができ、音声信号の変化量がノイズ信号の変化量より大きいため、コモンモードノイズを低減し、信号対雑音比及び最大入力音圧レベルを高め、音質を改善することができる。

各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、第１のマイクロフォン構造体３１０及び第２のマイクロフォン構造体３２０を含み、すべての第１のマイクロフォン構造体３１０同士が電気的に接続され、すべての第２のマイクロフォン構造体３２０同士が電気的に接続される。

本実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置において、少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を設置し、かつ各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第１のマイクロフォン構造体３１０が電気的に接続すると共に、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第２のマイクロフォン構造体３２０が電気的に接続することにより、同じ音波源からの音波が各音響導入孔１１０から各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のバックキャビティ３０１にそれぞれに入った場合、同じ音波による各第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化量は、幅が等しく、符号が同じであり、同様に、同じ音波による各第２のマイクロフォン構造体３２０の容量変化は、幅が等しく、符号が同じである。複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を利用して音声信号とノイズ信号を同時に増加させることができ、音声信号の変化量がノイズ信号の変化量より大きいため、コモンモードノイズを低減し、信号対雑音比及び最大入力音圧レベルを高め、音質を改善することができる。

具体的には、複数の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の容量変化幅が重なった後、（音声信号に対応する）感度の増加量は、ノイズ信号の増加量の２倍である。増加された音声信号に対応する容量変化量が２であることを例として説明すると、（音声信号に対応する）感度信号は、０．３をｌｏｇ（２）として計算すると、２０＊ｌｏｇ（２）＝６ｄＢ増加し、ノイズ信号は

増加する。したがって、増加した信号対雑音比＝感度－ノイズ信号＝３ｄＢである。式中、単位ｄＢはデシベルを表す。

本実施例において、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のバックキャビティ３０１は音波の入口であり、音波がバックキャビティ３０１から差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の第２のマイクロフォン構造体３２０及び第１のマイクロフォン構造体３１０に入って、第２のマイクロフォン構造体３２０及び第１のマイクロフォン構造体３１０の容量変化を引き起こすことにより、音信号を電気信号に変換することができる。一実施形態において、バックキャビティ３０１の横断面形状は、円形、楕円形又は方形であってもよい。

Claims (10)

1. シリコンベースマイクロフォン装置であって、
   少なくとも２つの音響導入孔が開設されている回路基板と、
   前記回路基板の一側に覆設され、前記回路基板と共に音響キャビティを形成するシールドケースと、
   いずれも前記音響キャビティ内に位置する少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、
   を含み、
   各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、各前記音響導入孔に一対一に対応して設置され、各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップのバックキャビティは、対応する位置にある前記音響導入孔と連通し、
   各前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、第１のマイクロフォン構造体及び第２のマイクロフォン構造体を含み、すべての前記第１のマイクロフォン構造体が電気的に接続され、すべての前記第２のマイクロフォン構造体が電気的に接続される、シリコンベースマイクロフォン装置。
2. 前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、シリコン基板を含み、前記第２のマイクロフォン構造体及び前記第１のマイクロフォン構造体は、前記シリコン基板の一側に積層され、
   前記シリコン基板は、前記バックキャビティを形成するための貫通孔を有し、前記貫通孔は、前記第１のマイクロフォン構造体の本体と前記第２のマイクロフォン構造体の本体とに対応し、
   前記シリコン基板において前記第２のマイクロフォン構造体から離れた側は前記回路基板に固定的に接続され、前記貫通孔は前記音響導入孔と連通する、請求項１に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
3. 前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、下部背極板、半導体振動膜及び上部背極板を含み、
   前記下部背極板、半導体振動膜及び上部背極板は、前記シリコン基板に積層され、前記上部背極板と前記半導体振動膜との間、及び前記半導体振動膜と前記下部背極板との間にいずれも隙間があり、前記上部背極板及び前記下部背極板の、前記貫通孔に対応する領域に、いずれも気流孔が設置され、
   前記上部背極板及び前記半導体振動膜は、前記第１のマイクロフォン構造体の本体を構成し、前記半導体振動膜及び前記下部背極板は、前記第２のマイクロフォン構造体の本体を構成する、請求項２に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
4. すべての前記第１のマイクロフォン構造体の上部背極板は、第１の信号を形成するために、電気的に接続され、すべての前記第２のマイクロフォン構造体の下部背極板は、第２の信号を形成するために、電気的に接続される、請求項３に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
5. すべての前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップの半導体振動膜は電気的に接続され、前記半導体振動膜は、定電圧源に電気的に接続するために用いられる、請求項４に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
6. 前記シリコンベースマイクロフォン装置は制御チップをさらに含み、
   前記制御チップは、前記音響キャビティ内に位置し、かつ前記回路基板に接続され、
   前記上部背極板は、前記制御チップの１つの信号入力端子に電気的に接続され、前記下部背極板は、前記制御チップのもう１つの信号入力端子に電気的に接続される、請求項５に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
7. 前記上部背極板は、上部背極板電極を含み、すべての前記第１のマイクロフォン構造体の上部背極板電極は電気的に接続され、及び／又は、
   前記下部背極板は、下部背極板電極を含み、すべての前記第２のマイクロフォン構造体の下部背極板電極は電気的に接続され、及び／又は、
   前記半導体振動膜は、半導体振動膜電極を含み、すべての前記半導体振動膜電極は電気的に接続される、請求項５に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
8. 前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、パターン化された第１の絶縁層、第２の絶縁層及び第３の絶縁層をさらに含み、
   前記シリコン基板、前記第１の絶縁層、前記下部背極板、前記第２の絶縁層、前記半導体振動膜、前記第３の絶縁層及び前記上部背極板は、順に積層して設置される、請求項３に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
9. 前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップは、シリカゲルにより前記回路基板に固定的に接続されることと、
   前記シールドケースは、前記回路基板に電気的に接続される金属ケースを含むことと、
   前記シールドケースは、半田ペースト又は導電性接着剤により前記回路基板の一側に固定的に接続されることと、
   前記回路基板は、プリント回路基板を含むことと、
   のうちのいずれか１つ又は複数を特徴とする、請求項１に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載のシリコンベースマイクロフォン装置を含む電子機器。

Images