JP2023530650A - 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

本願の実施例は、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する。当該シリコンベースマイクロフォン装置は、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、回路基板の一側に覆設されるシールドケースと、偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップであって、いずれも音響キャビティ内に位置し、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップのうち、１つ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が、もう１つ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に電気的に接続され、１つ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が、もう１つ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に電気的に接続される、差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、少なくとも１つの開孔が設けられ、開孔が音響導入孔の一部と連通する取付板と、を含む。本願の実施例は、電子機器自体のノイズを弱めるか又は相殺し、出力するオーディオ信号の品質を向上させる。

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させ、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、現在のマイクロフォンのノイズに対する処理効果が低く、出力するオーディオ信号の品質が影響される。

本願は、既存方式の欠点に対して、従来技術に存在する、既存のマイクロフォンのノイズに対する処理効果が低く、出力するオーディオ信号の品質が影響される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、
少なくとも２つの音響導入孔（「音孔」とも呼ばれる）が開設されている回路基板と、
回路基板の一側に覆設され、かつ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、
偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップであって、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が、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が、対応する音響導入孔と連通し、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップのうち、１つ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が、もう１つ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に電気的に接続され、前記１つ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が、前記もう１つ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に電気的に接続される、差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、
回路基板においてシールドケースから離れた側に設置され、少なくとも１つの開孔が開設され、開孔が一部の音響導入孔と連通する、取付板と、を含む。

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の態様に係る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。偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップを用いて音響電気変換を行い、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップのうち、１つの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が回路基板の音響導入孔及び取付板の開孔を介して外部と連通することにより、外部の音波及び電子機器自体のノイズは、いずれも当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップに作用し、かつ当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップにより音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を生成することができる。
もう１つの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が、回路基板の音響導入孔と連通し、かつ取付板により密閉されることにより、外部の音波の大部分の進入を遮断することができ、電子機器自体のノイズが当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップに作用し、かつ当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップによりノイズ電気信号を生成することができる。
音波の作用によって、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と第２のマイクロフォン構造体とは、変化量の幅が同じであり、符号が逆である電気信号をそれぞれに生成する。そのため、本願の実施例において、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップのうち、１つ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をもう１つ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に電気的に接続し、１つ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をもう１つ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に電気的に接続する。これにより、１つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップが生成する音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を、もう１つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップが生成する、変化量の幅が同じであって符号が逆であるノイズ電気信号と重ねることで、混合電気信号において同じ音源からのノイズ信号を弱めるか又は相殺して、オーディオ信号の品質を向上させることができる。

本願の付加的な態様及び利点の一部が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取付板及び接続リングの概略構成図 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はできない。

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、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。ある素子が他の素子に「接続」又は「結合」されると記載されている場合、当該素子が他の素子に直接接続又は結合されてもよく、中間素子を介して接続又は結合されてもよいことを理解されたい。また、本明細書で使用される「接続」又は「結合」は、無線接続又は無線結合を含む。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。

本願の発明者は、研究により、スマートスピーカーなどのＩＯＴ（Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｒｏｕｇｈ、モノのインターネット）装置の普及に伴い、ユーザが発声中のスマートデバイスに対して音声コマンドを使用することが容易ではないことを見出した。例えば、音楽を再生中のスマートスピーカーに中断や、ウェイクアップなどの音声コマンドを発するか、又は携帯電話のハンズフリーモード（すなわち、ｈａｎｄｓ－ｆｒｅｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）で通話交流を行う場合では、音声コマンドを使用することが容易ではない。多くの場合、ユーザはＩＯＴ装置にできるだけ近づき、固有のウェイクアップワードで音楽の再生を中断してから人間とコンピュータとの相互作用を行う必要がある。これらの典型的な音声相互作用のシーンにおいて、ＩＯＴ装置が使用中であると、その自体が音楽を再生しているか又はスピーカにより発声しているため、機体の振動が発生する。このような振動がＩＯＴ装置のマイクロフォンによりピックアップされるため、エコー除去の効果が低くなる。音楽を再生している携帯電話、ＴＷＳ（Ｔｒｕｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｔｅｒｅｏ、完全ワイヤレスステレオ）イヤホン、掃除ロボット、スマートエアコン、スマートレンジフードなどの振動が大きいスマートホーム製品では、この現象は特に顕著に現れる。

本願に係るシリコンベースマイクロフォン装置及び電子機器は、従来技術の上述した技術的課題を解決することを目的とする。

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。

本願の実施例はシリコンベースマイクロフォン装置を提供し、当該シリコンベースマイクロフォン装置の概略構成図は図１及び図２に示す通りであり、当該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、偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００及び取付板５００を含む。

回路基板１００に少なくとも２つの音響導入孔が開設されている。

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と共に音響キャビティ２１０を形成する。

偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、いずれも音響キャビティ２１０内に位置する。各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、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３００のバックキャビティ３０３は、対応する音響導入孔と連通する。各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のうち、１つの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３０１は、もう１つの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３０２に電気的に接続され、当該１つの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３０２は、当該もう１つの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３０１に電気的に接続される。

取付板５００は、回路基板１００においてシールドケース２００から離れた側に設置され、取付板５００に少なくとも１つの開孔５１０が開設され、開孔５１０が一部の音響導入孔と連通する。

本実施例において、偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を用いて音響電気変換を行う。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が、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の数はこれに限定されない。

いくつかの可能な実施形態において、開孔５１０と連通する、一部の音響導入孔は、２つごとの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のうちの１つのバックキャビティ３０３に対応して連通する。すなわち、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のうち、１つの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３０３は、回路基板１００の音響導入孔及び取付板５００の開孔５１０を介して外部と連通し、もう１つの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３０３は、回路基板１００の音響導入孔と連通し、かつ取付板５００により密閉される。

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３００ａのバックキャビティ３０３ａが回路基板１００の第１の音響導入孔１１０ａ及び取付板５００の開孔５１０を介して外部と連通することにより、外部の音波及び電子機器自体のノイズは、いずれも第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａに作用し、かつ第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａにより音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を生成することができる。

第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂのバックキャビティ３０３ｂが、回路基板１００の第２の音響導入孔１１０ｂと連通し、かつ取付板５００により密閉されることにより、大部分の外部の音波の進入を遮断することができ、電子機器自体のノイズが第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂに作用し、かつ第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂによりノイズ電気信号を生成することができる。

説明の便宜上、本明細書において、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００において回路基板１００から離れた側にあるマイクロフォン構造体が第１のマイクロフォン構造体３０１として定義されており、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の回路基板１００に近い側にあるマイクロフォン構造体を第２のマイクロフォン構造体３０２として定義する。

音波の作用下では、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３０１と第２のマイクロフォン構造体３０２は、変化量の幅が同じであり、符号が逆である電気信号をそれぞれに生成する。そのため、本願の実施例において、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１のマイクロフォン構造体３０１ａを第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２のマイクロフォン構造体３０２ｂに電気的に接続し、かつ第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第２のマイクロフォン構造体３０２ａを第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第１のマイクロフォン構造体３０１ｂに電気的に接続することにより、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａが生成する音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂが生成する、変化量の幅が同じであって符号が逆であるノイズ電気信号と重ねることで、混合電気信号において同じ音源からのノイズ信号を弱めるか又は相殺して、オーディオ信号の品質を向上させることができる。

一実施形態において、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は、シリカゲルにより回路基板１００に固定的に接続される。

シールドケース２００と回路基板１００との間に、比較的密閉された音響キャビティ２１０が取り囲まれるように形成される。音響キャビティ２１０内の各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００などの素子に対する電磁干渉を遮蔽する役割を果たすために、一実施形態において、シールドケース２００は金属ケースを含んでもよく、金属ケースが回路基板１００に電気的に接続される。

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の一側に固定的に接続されてもよい。

一実施形態において、回路基板１００は、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、プリント回路基板１００）基板を含んでもよい。

いくつかの可能な実施形態において、図３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、間隔をあけて積層して設置された上部背極板３１０、半導体振動膜３３０及び下部背極板３２０をさらに含む。具体的には、上部背極板３１０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３２０との間にいずれも隙間、例えば、エアギャップがある。

上部背極板３１０及び半導体振動膜３３０は、第１のマイクロフォン構造体３０１の本体を構成する。半導体振動膜３３０及び下部背極板３２０は、第２のマイクロフォン構造体３０２の本体を構成する。

上部背極板３１０及び下部背極板３２０の、音響導入孔にそれぞれに対応する部分に、いずれもいくつかの気流孔が設置されている。

説明の便宜上、本明細書において、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００において回路基板１００から離れた側にある背極板を上部背極板３１０として定義し、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の回路基板１００に近い側にある背極板を下部背極板３２０として定義する。

本実施例において、半導体振動膜３３０は、第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２により共有される。半導体振動膜３３０は、薄く、靭性の高い構造を有してもよく、音波の作用で湾曲して変形することができる。上部背極板３１０及び下部背極板３２０は、いずれも半導体振動膜３３０の厚さよりはるかに厚く、かつ剛性が高い構造を有し、変形しにくい。

具体的には、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０とを、上部エアギャップ３１３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３０１の本体を形成してもよく、半導体振動膜３３０と下部背極板３２０を、下部エアギャップ３２３を介して隔て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３０２の本体を形成してもよい。半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間、及び半導体振動膜３３０と下部背極板３２０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。音響導入孔から入る音波は、バックキャビティ３０３と下部背極板３２０の下部気流孔３２１とを通って、半導体振動膜３３０と接触することができる。

音波が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３０３に入ると、半導体振動膜３３０が音波の作用で変形する。当該変形が半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間、下部背極板３２０との間の隙間の変化を引き起こし、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間の容量変化、半導体振動膜３３０と下部背極板３２０との間の容量変化をもたらし、すなわち、音波の電気信号への変換を実現する。

単一の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００においては、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間にバイアス電圧を印加すると、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間の隙間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３２０との間にバイアス電圧を印加すると、半導体振動膜３３０と下部背極板３２０との間の隙間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３０１の容量変化量と第２のマイクロフォン構造体３０２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、半導体振動膜３３０は、多結晶シリコン材料で製造されてもよく、厚さが１ミクロン以下であり、小さい音波の作用下でも変形し、感度が高い。上部背極板３１０及び下部背極板３２０は、いずれも剛性が高く、かつ厚さが数ミクロンの材料で製造される。上部背極板３１０に複数の上部気流孔３１１がエッチングされ得て、下部背極板３２０に複数の下部気流孔３２１がエッチングされ得る。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３１０及び下部背極板３２０は、いずれも影響を受けて変形することはない。

一実施形態において、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０又は下部背極板３２０との間の隙間は、それぞれが数ミクロンであり、すなわち、ミクロンレベルである。

いくつかの可能な実施形態において、図４に示すように、各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、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａ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３００ｂを含む。

第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１の上部背極板３１０ａは、第１の信号を形成するために、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２の下部背極板３２０ｂに電気的に接続される。

第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１の下部背極板３２０ａは、第２の信号を形成するために、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２の上部背極板３１０ｂに電気的に接続される。

既に詳細に説明したように、単一の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００において、第１のマイクロフォン構造体３０１の容量変化量と第２のマイクロフォン構造体３０２の容量変化量とは、幅が同じであり、符号が逆である。同様に、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のうち、１つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の上部背極板３１０での容量変化量と、もう１つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の下部背極板３２０での容量変化量とは、幅が同じであり、符号が逆である。

したがって、本実施例において、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１の上部背極板３１０ａで生成される音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２の下部背極板３２０ｂで生成されるノイズ電気信号と重ねることにより得られる第１の信号においては、混合電気信号において同じ音源からのノイズ信号を弱めるか又は相殺して、第１の信号の品質を向上させることができる。

同様に、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１の下部背極板３２０ａで生成される音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２の上部背極板３１０ｂで生成されるノイズ電気信号を重ねることにより得られる第２の信号においては、混合電気信号において同じ音源からのノイズ信号を弱めるか又は相殺して、第２の信号の品質を向上させることができる。

具体的には、第１の上部背極板３１０ａの上部背極板電極３１２ａと第２の下部背極板３２０ｂの下部背極板電極３２２ｂとを、第１の信号を形成するために、ワイヤ３８０を介して電気的に接続してもよく、第１の下部背極板３２０ａの下部背極板電極３２２ａと第２の上部背極板３１０ｂの上部背極板電極３１２ｂとを、第２の信号を形成するために、ワイヤ３８０を介して電気的に接続してもよい。

いくつかの可能な実施形態において、図４に示すように、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１の半導体振動膜３３０ａは、第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２の半導体振動膜３３０ｂに電気的に接続され、第１の半導体振動膜３３０ａと第２の半導体振動膜３３０ｂとのうちの少なくとも１つは、定電圧源に電気的に接続するために用いられる。

本実施例において、第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ａの第１の半導体振動膜３３０ａを第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００ｂの第２の半導体振動膜３３０ｂに電気的に接続することにより、２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の半導体振動膜３３０は、同じ電位を有し、すなわち、２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００が電気信号を生成する基準を統一させることができる。

具体的には、ワイヤ３８０を第１の半導体振動膜３３０ａの半導体振動膜電極３３１ａと第２の半導体振動膜３３０ｂの半導体振動膜電極３３１ｂとにそれぞれに電気的に接続してもよい。

一実施形態において、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００が電気信号を生成する基準を一致させるために、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を電気的に接続してもよい。

いくつかの可能な実施形態において、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、制御チップ４００をさらに含む。

制御チップ４００は、音響キャビティ２１０内に位置し、かつ回路基板１００に電気的に接続される。

第１の上部背極板３１０ａ及び第２の下部背極板３２０ｂのうちの１つは、制御チップ４００の１つの信号入力端子に電気的に接続される。第１の下部背極板３２０ａ及び第２の上部背極板３１０ｂのうちの１つは、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される。

本実施例において、制御チップ４００は、前述した各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００から出力され、かつ物理的なノイズ除去を行った２つの信号を受信し、任意に当該２つの信号に二次ノイズ除去などの処理を行ってから、下流の装置又は素子に出力するために用いられる。

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

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）チップを含む。特定用途向け集積回路チップは、２つの入力を備える差動増幅器を用いてもよい。様々な応用シナリオにおいて、特定用途向け集積回路チップの出力信号は、シングルエンドであってもよく、差動出力であってもよい。

いくつかの可能な実施形態において、図３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を含む。

第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２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３０３を形成するための貫通孔３４１を有し、貫通孔３４１は、第１のマイクロフォン構造体３０１と第２のマイクロフォン構造体３０２とに対応する。シリコン基板３４０において第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２から離れた側は、回路基板１００に固定的に接続され、貫通孔３４１は音響導入孔と連通する。

本実施例において、シリコン基板３４０は、第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２を支持し、バックキャビティ３０３を形成するための貫通孔３４１を有する。音波が差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に入って、かつ第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２にそれぞれに作用して、第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２に差動電気信号を生成させることに寄与する。

いくつかの可能な実施形態において、図３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、パターン化された第１の絶縁層３５０、第２の絶縁層３６０及び第３の絶縁層３７０をさらに含む。

シリコン基板３４０、第１の絶縁層３５０、下部背極板３２０、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３１０は、順に積層して設置される。

本実施例において、下部背極板３２０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と上部背極板３１０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、上部背極板３１０と半導体振動膜３３０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、各導電層の間の電気的分離を形成して、各導電層の短絡及び信号精度の低下を回避する。

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て、貫通孔３４１の領域に対応する絶縁層部分と電極を製造するための領域の絶縁層部分とを除去することができる。

いくつかの可能な実施形態において、図１及び図２に示すように、シリコンベースマイクロフォン装置は、第１の接続リング６１０及び第２の接続リング６２０をさらに含む。

第１の接続リング６１０は、取付板５００の開孔５１０と、回路基板１００において一部の音響導入孔との間に接続されて、開孔５１０と当該一部の音響導入孔との間に気密音響通路を形成する。

第２の接続リング６２０は、回路基板１００の残りの音響導入孔と取付板５００との間に接続されて、残りの音響導入孔と取付板５００との間に密閉キャビティを形成する。

本実施例において、第１の接続リング６１０は、取付板５００の開孔５１０と回路基板１００の第１の音響導入孔１１０ａとの間に気密性を有する音響導入通路を形成して、外部の音波及び電子機器自体のノイズを、第１の音響導入孔１１０ａに対応する差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に集中的に作用させることができる。第２の接続リング６２０は、取付板５００と共に回路基板１００の第２の音響導入孔１１０ｂを密閉して、電子機器自体のノイズを、第２の音響導入孔１１０ｂに対応する差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に作用させることができる。

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３１０と下部背極板３２０）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として例示されている。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、前述したいずれか１つの実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置を含む。

本実施例において、電子機器は、携帯電話、ＴＷＳ（Ｔｒｕｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｔｅｒｅｏ、完全ワイヤレスステレオ）イヤホン、掃除ロボット、スマートエアコン、スマートレンジフードなどの振動が大きいスマートホーム製品であってもよい。各電子機器には前述した各実施例に係るシリコンベースマイクロフォン装置が用いられるため、その原理及び技術的効果について、前述した各実施例を参照し、ここでは説明を省略する。

いくつかの可能な実施形態において、シリコンベースマイクロフォン装置の取付板５００は、電子機器のマザーボードである。このようにして、電子機器の自体の構造を十分に利用して、製造コストを削減することができ、機器の体積の制御にも役立つ。

一実施形態において、接続リングは導電性材料で構成され、回路基板１００とマザーボードとの電気的接続を実現し、回路基板１００とマザーボードとの間の電気信号の相互作用を実現することができる。

本願の実施例を応用すると、少なくとも以下の有益な効果を達成することができる。

１、偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を用いて音響電気変換を行い、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のうち、１つの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３０３が回路基板１００の音響導入孔及び取付板５００の開孔５１０を介して外部と連通することにより、外部の音波及び電子機器自体のノイズは、いずれも当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に作用し、かつ当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００により音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を生成することができる。

２、もう１つの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３０３が、回路基板１００の音響導入孔と連通し、かつ取付板５００により密閉されることにより、大部分の外部の音波の進入を遮断することができ、電子機器自体のノイズが当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に作用し、かつ当該差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００によりノイズ電気信号を生成することができる。

３、各２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００のうち、１つの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３０１をもう１つの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３０２に電気的に接続し、１つの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３０２をもう１つの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３０１に電気的に接続することにより、１つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００が生成する音声電気信号とノイズ電気信号との混合電気信号を、もう１つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００が生成する、変化量の幅が同じであって符号が逆であるノイズ電気信号と重ねることで、混合電気信号において同じ音源からのノイズ信号を弱めるか又は相殺して、オーディオ信号の品質を向上させることができる。

４、シールドケース２００と回路基板１００との間に、比較的密閉された音響キャビティ２１０が取り囲まれるように形成され、シールドケース２００は、金属ケースを含み、金属ケースが回路基板１００に電気的に接続され、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などの素子に対する電磁干渉を遮蔽する役割を果たすことができる。

５、半導体振動膜３３０は、第１のマイクロフォン構造体３０１及び第２のマイクロフォン構造体３０２により共有され、音波が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３０３に入ると、半導体振動膜３３０が音波の作用で変形し、当該変形が半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間、下部背極板３２０との間の隙間の変化を引き起こし、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間の容量変化、半導体振動膜３３０と下部背極板３２０との間の容量変化をもたらし、すなわち、音波の電気信号への変換を実現する。

６、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間にバイアス電圧を印加すると、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０との間の隙間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３２０との間にバイアス電圧を印加すると、半導体振動膜３３０と下部背極板３２０との間の隙間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３０１の容量変化量と第２のマイクロフォン構造体３０２の容量変化量とは、幅が同じであり、符号が逆である。

７、制御チップ４００は、前述した各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００から出力された物理的ノイズ除去を行った２つの信号を受信し、任意に当該２つの信号に二次ノイズ除去などの処理を行ってから、下流の装置又は素子に出力するために用いられる。

８、下部背極板３２０とシリコン基板３４０とが第１の絶縁層３５０を介して互いに隔てられ、半導体振動膜３３０と上部背極板３１０とが第２の絶縁層３６０を介して互いに隔てられ、上部背極板３１０と半導体振動膜３３０とが第３の絶縁層３７０を介して互いに隔てられることにより、各導電層の間の電気的分離を形成して、各導電層の短絡及び信号精度の低下を回避する。

９、第１の接続リング６１０は、取付板５００の開孔５１０と回路基板１００の第１の音響導入孔１１０ａとの間に気密性を有する音響導入通路を形成して、外部の音波及び電子機器自体のノイズを第１の音響導入孔１１０ａに対応する差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に集中的に作用させることができる。第２の接続リング６２０は、取付板５００と共に回路基板１００の第２の音響導入孔１１０ｂを密閉して、電子機器自体のノイズを第２の音響導入孔１１０ｂに対応する差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に作用させることができる。

当業者であれば理解できるように、本願で検討された各種の操作、方法、工程におけるステップ、対策、解決手段に対して、置き換え、変更、組み合わせ又は削除を行うことができる。さらに、本願で検討された各種の操作、方法、工程におけるその他のステップ、対策、解決手段に対しても、置き換え、変更、並べ替え、分解、組み合わせ又は削除を行うことができる。さらに、従来技術における、本願に開示された各種の操作、方法、工程におけるステップ、対策、解決手段に対しても、置き換え、変更、並べ替え、分解、組み合わせ又は削除を行うことができる。

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、説明の目的のみ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と見なすべきである。

１００ 回路基板
１１０ａ 第１の音響導入孔
１１０ｂ 第２の音響導入孔
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
３００ａ 第１の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ
３００ｂ 第２の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ
３０１ 第１のマイクロフォン構造体
３０１ａ 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
３０１ｂ 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
３０２ 第２のマイクロフォン構造体
３０２ａ 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
３０２ｂ 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
３０３ バックキャビティ
３０３ａ 第１の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
３０３ｂ 第２の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
３１０ 上部背極板
３１０ａ 第１の上部背極板
３１０ｂ 第２の上部背極板
３１１ 上部気流孔
３１２ 上部背極板電極
３１２ａ 第１の上部背極板の上部背極板電極
３１２ｂ 第２の上部背極板の上部背極板電極
３１３ 上部エアギャップ
３２０ 下部背極板
３２０ａ 第１の下部背極板
３２０ｂ 第２の下部背極板
３２１ 下部気流孔
３２２ 下部背極板電極
３２２ａ 第１の下部背極板の下部背極板電極
３２２ｂ 第２の下部背極板の下部背極板電極
３２３ 下部エアギャップ
３３０ 半導体振動膜
３３０ａ 第１の半導体振動膜
３３０ｂ 第２の半導体振動膜
３３１ 半導体振動膜電極
３３１ａ 第１の半導体振動膜の半導体振動膜電極
３３１ｂ 第２の半導体振動膜の半導体振動膜電極
３４０ シリコン基板
３４０ａ 第１のシリコン基板
３４０ｂ 第２のシリコン基板
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
５００ 取付板
５１０ 開孔
６１０ 第１の接続リング
６２０ 第２の接続リング

Claims (12)

1. 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、かつ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、
   偶数個の差動式シリコンベースマイクロフォンチップであって、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が、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が、対応する前記音響導入孔と連通し、各２つの前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップのうち、１つの前記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が、もう１つの前記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に電気的に接続され、前記１つ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が、前記もう１つ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に電気的に接続される、差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、
   前記回路基板において前記シールドケースから離れた側に設置され、少なくとも１つの開孔が開設され、前記開孔が一部の前記音響導入孔と連通する、取付板と、を含むシリコンベースマイクロフォン装置。
2. 前記開孔と連通する一部の前記音響導入孔は、２つごとの前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップごとのうちの１つのバックキャビティに対応して連通する、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、間隔をあけて積層して設置された上部背極板、半導体振動膜及び下部背極板をさらに含み、
   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し、
   前記上部背極板及び前記下部背極板の、前記音響導入孔にそれぞれに対応する部分に、いずれもいくつかの気流孔が設置されている、請求項１又は２に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
4. 各２つの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を含み、
   前記第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の上部背極板は、第１の信号を形成するために、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の下部背極板に電気的に接続され、
   前記第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の下部背極板は、第２の信号を形成するために、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の上部背極板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. 前記第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の半導体振動膜は、前記第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の半導体振動膜に電気的に接続され、前記第１の半導体振動膜と前記第２の半導体振動膜とのうちの少なくとも１つは、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電気的に接続され、
   前記第１の上部背極板及び前記第２の下部背極板のうちの１つは、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、前記第１の下部背極板及び前記第２の上部背極板のうちの１つは、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１のマイクロフォン構造体及び前記第２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と前記第２のマイクロフォン構造体とに対応し、前記シリコン基板において前記第１のマイクロフォン構造体及び前記第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３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、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７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、第１の接続リング及び第２の接続リングをさらに含み、
   前記第１の接続リングは、前記取付板の前記開孔と前記回路基板の一部の前記音響導入孔との間に接続されて、前記開孔と当該一部の音響導入孔との間に気密音響通路を形成し、
   前記第２の接続リングは、前記回路基板の残りの前記音響導入孔と前記取付板との間に接続されて、残りの前記音響導入孔と前記取付板との間に密閉キャビティを形成する、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. 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。
11. 請求項１～１０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。
12. 前記シリコンベースマイクロフォン装置の取付板は、前記電子機器のマザーボードである、請求項１１に記載の電子機器。

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