JP2023541673A - 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。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て音響キャビティを形成するシールドカバーと、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であって、いずれも回路基板の一側に設置され、かつ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のバックキャビティが音響導入孔と一対一に対応して連通する、差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、音響キャビティ内に位置し、音響キャビティを、少なくとも部分的に隣接する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対応するサブ音響キャビティに分割する隔離部材と、を含む。本願の実施例には少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを有する集音構造が用いられることにより、ノイズを低減し、出力されるオーディオ信号の品質を向上させることができ、音響キャビティにおける隔離部材により、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップに与える干渉を効果的に低減し、各差動式マイクロフォンチップの集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力するオーディオ信号の品質を向上させることができる。

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。

［関連出願の相互参照］
本願は、２０２０年９月１７日に中国国家知識産権局に提出された中国特許出願番号第２０２０１０９８１３３４７号に対する優先権を主張するものであり、上記出願の開示内容は、全て参照により本明細書に組み込まれるものとする。

従来の集音マイクロフォンは、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、取得した音波に作用されて振動を発生させ、該振動が、電気信号を生成できる容量変化をもたらすことにより、音波が電気信号に変換されて出力される。しかしながら、従来のマイクロフォンによるノイズに対する処理効果が不十分であり、出力されるオーディオ信号の品質に影響する場合がある。

本願は、従来方式の欠点に対して、従来のマイクロフォンによるノイズに対する処理効果が不十分であり、出力されるオーディオ信号の品質に影響するという従来技術に存在する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て音響キャビティを形成するシールドカバーと、
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であって、いずれも回路基板の一側に設置され、かつ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のバックキャビティが音響導入孔と一対一に対応して連通する、差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、
音響キャビティ内に位置し、音響キャビティを、少なくとも部分的に隣接する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対応するサブ音響キャビティに分割する隔離部材と、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。シリコンベースマイクロフォン装置には少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップを有する集音構造が用いられ、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音響導入孔と一対一に対応して連通することにより、同じソースからの音波をいずれも各差動式シリコンベースマイクロフォンチップに作用させるか又は異なるソースからの音波を対応する差動式シリコンベースマイクロフォンチップに作用させ、すなわち、同じソースからの音波の多重収集又は異なるソースからの音波の個別収集を実現することができ、さらに後続の手段を併用して各混合電気信号をさらに処理することで、ノイズを低減し、出力されるオーディオ信号の品質を向上させることができる。

そして、シールドカバーを回路基板の一側に覆設して形成したシリコンベースマイクロフォン装置の音響キャビティにおいて、隔離部材は、音響キャビティを、少なくとも部分的に隣接する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対応するサブ音響キャビティに分割し、このようにして、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入る音波がシリコンベースマイクロフォン装置の音響キャビティにおいて伝播し続ける確率又は強度を効果的に低下させ、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップに与える干渉を低減し、各差動式マイクロフォンチップの集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力する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概略構成図である。 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ける２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップの電気的接続構造の概略図である。 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ける２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップの別の電気的接続構造の概略図である。

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。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「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、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、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、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み得る。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 Ｔｈｉｎｇｓ、モノのインターネット）装置の普及に伴い、音楽を再生中のスマートスピーカーに中断、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のような、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知った。多くの場合、ユーザはＩｏＴ装置にできるだけ近づき、専用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対話を行う必要がある。これらの典型的な音声対話シーンにおいて、ＩｏＴ装置は使用中であり、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、機体の振動が発生し、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、エコー除去効果が低い。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ている。

本願の発明者は、研究により、複数のマイクロフォンチップを有するシリコンベースマイクロフォン装置を用いると、ノイズを効果的に低減することができることをさらに発見した。本願の発明者はまた、複数のマイクロフォンチップが受信した音波のエネルギーが一致しなければ、エネルギーが大きい音波がシリコンベースマイクロフォン装置の音響キャビティにおいて伝播し続けて、他のマイクロフォンチップに干渉を与える可能性があり（音響キャビティの容積が小さいほど、この干渉が顕著になる）、これは他のマイクロフォンチップの集音精度を低下させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力するオーディオ信号の品質に影響を与える、ということを見出した。

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、該シリコンベースマイクロフォン装置は、概略構成図が図１に示すとおりであり、回路基板１００、シールドカバー２００、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及び隔離部材５００を含む。

回路基板１００に少なくとも２つの音響導入孔が設けられている。

シールドカバー２００は、回路基板１００の一側に覆設されて音響キャビティ２１０を形成する。

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３００は、いずれも回路基板１００の一側に設置され、かつ音響キャビティ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のバックキャビティ３０３は、音響導入孔と一対一に対応して連通する。

隔離部材５００は、音響キャビティ２１０内に位置し、かつ音響キャビティ２１０を、少なくとも部分的に隣接する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に対応するサブ音響キャビティ２１０に分割する。

本実施例において、シリコンベースマイクロフォン装置には少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を有する集音構造が用いられる。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を例としてのみ示している。

シリコンベースマイクロフォン装置には少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を有する集音構造が用いられ、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が音響導入孔（第１の音響導入孔１１０ａ及び第２の音響導入孔１１０ｂ）と一対一に対応して連通することにより、同じソースからの音波をいずれも各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に作用させるか又は異なるソースからの音波を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、すなわち、同じソースからの音波の多重収集又は異なるソースからの音波の個別収集を実現することができ、さらに後続の手段を併用して各混合電気信号をさらに処理することで、ノイズを低減し、出力されるオーディオ信号の品質を向上させることができる。

そして、シールドカバー２００を回路基板１００の一側に覆設して形成した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において、隔離部材５００は、音響キャビティ２１０を、少なくとも部分的に隣接する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に対応するサブ音響キャビティ２１０に分割し、このようにして、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に入る音波が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において伝播し続ける確率又は強度を効果的に低下させ、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に与える干渉を低減し、各差動式マイクロフォンチップ３００の集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力するオーディオ信号の品質を向上させることができる。

好ましくは、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。

シールドカバー２００と回路基板１００との間に、相対的に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、好ましくは、シールドカバー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る。

好ましくは、シールドカバー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る。

好ましくは、回路基板１００は、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、プリント回路基板１００）を含む。

好ましくは、隔離部材５００は、単板状構造であってもよく、筒状構造であってもよく、ハニカム構造であってもよい。

いくつかの可能な実施形態において、図１に示すように、本願の実施例に係る隔離部材５００の一端は、シールドカバー２００に向かって延び、隔離部材５００の他端は、少なくとも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から離れた側まで延びる。

本実施例において、隔離部材５００は、一端がシールドカバー２００に向かって延び、他端が少なくとも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から離れた側まで延び、このようにして、シールドカバー２００及び差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の構造を、隔離部材５００と共に利用して、一定程度取り囲まれたサブ音響キャビティ２１０を構成し、すなわち、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を通過する音波を一定程度取り囲むことで、入る音波が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において伝播し続ける確率又は強度を低下させ、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に与える干渉を低減し、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力するオーディオ信号の品質を向上させることができる。

好ましくは、図１に示すように、本願の実施例に係る上記隔離部材５００の一端はシールドカバー２００に接続される。すなわち、隔離部材５００により画成された隣接するサブ音響キャビティ２１０のシールドカバー２００に近い側が完全に遮断されることで、隣接するサブ音響キャビティ２１０の間の隔離性を高め、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に与える干渉をさらに低減し、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力するオーディオ信号の品質を向上させることができる。

好ましくは、本願の実施例に係る隔離部材５００の他端は回路基板１００の一側に接続される。すなわち、隔離部材５００により画成された隣接するサブ音響キャビティ２１０の回路基板１００に近い側が完全に遮断されることで、隣接するサブ音響キャビティ２１０の間の隔離性を高め、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に与える干渉をさらに低減し、差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力するオーディオ信号の品質を向上させることができる。

本願の発明者は、ノイズを低減するためにシリコンベースマイクロフォン装置内の複数のマイクロフォンチップが協働する必要があることを考慮した。このために、本願は、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップの電気的接続方式の以下の可能な実現形態を提供する。

図３に示すように、本願の実施例に係る少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００は偶数個であり、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、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、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。

本実施例において、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の回路基板１００から離れた側にあるマイクロフォン構造体を第１のマイクロフォン構造体３０１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。

音波の作用で、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生成する。したがって、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、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り、符号が逆である混合電気信号と重畳することで、物理的ノイズ低減により混合電気信号における同じソース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。

いくつかの可能な実施形態において、図２に示すように、本願の実施例に係る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を含む。

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対応する部分に、いずれもいくつかの気流孔が設けられている。

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対応する部分に、いずれもいくつかの気流孔が設けられている。

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の回路基板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、靭性の高い構造で構成されて、音波の作用で湾曲して変形することができ、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で構成されて、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の本体を形成することができ、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の本体を形成することができる。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し、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。

好ましくは、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、感度が高く、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、かつ上部背極板３１０に複数の上部気流孔３１１がエッチングされ、下部背極板３２０に複数の下部気流孔３２１がエッチングされてもよい。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。

好ましくは、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３に示すように、本願の実施例に係る各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、符号が逆であり、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で生成される混合電気信号と重畳することにより得られる第１の信号においては、混合電気信号における同じソース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で生成される混合電気信号と重畳することにより得られる第２の信号においては、混合電気信号における同じソース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、リード線３８０を介して電気的に接続し、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、リード線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３に示すように、本願の実施例に係る第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、同じ電位を有することができ、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することができる。

具体的には、リード線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にそれぞれ電気的に接続してもよい。

好ましくは、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、回路基板１００に電気的に接続される。

第１の上部背極板３１０ａと第２の下部背極板３２０ｂとのうちの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と第２の上部背極板３１０ｂとのうちの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から出力されたすでに物理的ノイズ除去が行われた２つの信号を受信し、任意に該２つの信号に二次ノイズ除去などの処理を行ってから、後段の装置又は素子に出力するために用いられる。

好ましくは、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。

好ましくは、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。制御チップ４００が受信するオーディオ信号に対してすでに物理的ノイズ除去を行ったため、ここの制御チップ４００は、差動機能を有する必要はなく、通常の制御チップ４００を使用すればよい。様々な応用シナリオに応じて、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にも第２のマイクロフォン構造体３０２にも対応する。シリコン基板３４０の第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を有し、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、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が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が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が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ことができる。

好ましくは、第１の絶縁層３５０、第２の絶縁層３６０及び第３の絶縁層３７０は、いずれも全面成膜した後にエッチングプロセスによりパターン化して、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。

なお、本願の上記各実施例における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。

本願の発明者は、ノイズを低減するためにシリコンベースマイクロフォン装置内の複数の差動式マイクロフォンチップが協働する必要があることを考慮した。このために、本願は、各差動式シリコンベースマイクロフォンチップの電気的接続方式の以下の他の可能な実現形態を提供する。

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は、差動式制御チップをさらに含む。

図４に示すように、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の第１のマイクロフォン構造体３０１が順に電気的に接続された後、差動式制御チップの１つの入力端子に電気的に接続される。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の第２のマイクロフォン構造体３０２は、順に電気的に接続された後、差動式制御チップのもう１つの入力端子に電気的に接続される。

本実施例において、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３０１が順に電気的に接続されると共に、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３０２が順に電気的に接続されているため、集音中において、変化量の幅が同じであり、符号が逆である２つのオーディオ信号を形成することができ、各オーディオ信号は、各混合電気信号（音声電気信号とノイズ電気信号を含む）の重畳信号である。変化量の幅が同じであり、符号が逆である２つのオーディオ信号を差動式制御チップ内に送って差動処理し、例えば、重畳後の音声電気信号の増分がノイズ電気信号の増分より大きいということを利用してノイズを除去することにより、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。

本実施例に記載の各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の具体的な構造は、前述した各実施例に係る各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００の構造と同じであってもよく、ここでは説明を省略する。

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、前述した実施例に係るいずれか１つ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。

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、シリコンベースマイクロフォン装置には少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００を有する集音構造が用いられ、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が音響導入孔と一対一に対応して連通することにより、同じソースからの音波をいずれも各差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に作用させるか又は異なるソースからの音波を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、すなわち、同じソースからの音波の多重収集又は異なるソースからの音波の個別収集を実現することができ、さらに後続の手段を併用して各混合電気信号をさらに処理することで、ノイズを低減し、出力されるオーディオ信号の品質を向上させることができる。

２、シールドカバー２００を回路基板１００の一側に覆設して形成した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において、隔離部材５００は、音響キャビティ２１０を、少なくとも部分的に隣接する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に対応するサブ音響キャビティ２１０に分割し、このようにして、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に入る音波が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において伝播し続ける確率又は強度を効果的に低下させ、音波が他の差動式シリコンベースマイクロフォンチップ３００に与える干渉を低減し、各差動式マイクロフォンチップ３００の集音精度を効果的に向上させて、シリコンベースマイクロフォン装置が出力する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、本願の説明を容易にし、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飾を行うことができるが、これらの改善や修飾も本願の保護範囲内にあることに留意されたい。

１００ 回路基板
１１０ａ 第１の音響導入孔
１１０ｂ 第２の音響導入孔
２００ シールドカバー
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 リード線
４００ 制御チップ
５００ 隔離部材

Claims (10)

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て音響キャビティを形成するシールドカバーと、
   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であって、いずれも前記回路基板の一側に設置され、かつ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のバックキャビティが前記音響導入孔と一対一に対応して連通する、差動式シリコンベースマイクロフォンチップと、
   前記音響キャビティ内に位置し、かつ前記音響キャビティを、少なくとも部分的に隣接する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に対応するサブ音響キャビティに分割する隔離部材と、を含むシリコンベースマイクロフォン装置。
2. 前記隔離部材の一端は、前記シールドカバーに向かって延び、前記隔離部材の他端は、少なくとも前記差動式シリコンベースマイクロフォンチップの前記回路基板から離れた側まで延びる、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. 前記隔離部材の一端は前記シールドカバーに接続される、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. 前記隔離部材の他端は前記回路基板の一側に接続される、請求項２に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
5. 前記少なくとも２つの差動式シリコンベースマイクロフォンチップは偶数個であり、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、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１のマイクロフォン構造体に電気的に接続される、請求項１～４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。
6. 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対応する部分に、いずれもいくつかの気流孔が設けられている、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. 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、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、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の上部背極板に電気的に接続される、請求項６に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
8. 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７に記載のシリコンベースマイクロフォン装置。
9. 差動式制御チップをさらに含み、
   前記少なくとも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第１のマイクロフォン構造体が順に電気的に接続された後、前記差動式制御チップの１つの入力端子に電気的に接続され、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第２のマイクロフォン構造体が順に電気的に接続された後、前記差動式制御チップのもう１つの入力端子に電気的に接続される、請求項１～４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。
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。

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