JP4433969B2 - Microphone with thin film coil - Google Patents
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本発明は,音圧の変化に応答する振動板を備えたマイクロホンに係り,特に,超小型化に適した薄膜コイルを備えたマイクロホンに関する。 The present invention relates to a microphone provided with a diaphragm that responds to changes in sound pressure, and more particularly to a microphone provided with a thin film coil suitable for miniaturization.
音圧を電気信号に変換するマイクロホンとしては,従来より,磁気誘導を利用したダイナミック型(インダクティブ型),圧電素子の歪みを利用した圧電型,静電気を利用したコンデンサー型などの種々のタイプが知られている。ところで,近年,携帯電話や補聴器などの用途において,この種のマイクロホンの高感度化や超小型化が要望されるようになった。ところが,インダクティブ型においては,現在のところ,コイルを巻回する必要があることから大型にならざるを得ず,小型化には限界があった。また,圧電型においては,剛性が高いために音響的なインピ−ダンスが高く,水などの振動をとらえるには適しているが,空気振動を検出するには向いていないという欠点があった。 Various types of microphones that convert sound pressure into electrical signals have been known, such as a dynamic type that uses magnetic induction (inductive type), a piezoelectric type that uses distortion of piezoelectric elements, and a condenser type that uses static electricity. It has been. By the way, in recent years, in applications such as mobile phones and hearing aids, there has been a demand for higher sensitivity and ultra-miniaturization of this type of microphone. However, the inductive type currently has to be large because it is necessary to wind a coil, and there is a limit to downsizing. In addition, the piezoelectric type has a high acoustic impedance due to its high rigidity and is suitable for capturing vibrations such as water, but has a drawback that it is not suitable for detecting air vibrations.
これらに対して,マイクロマシン技術(MEMS:Micro Electro Mechanical System)を用いてマイクロホンを小型化することが検討されるようになった。この場合,その動作原理の多くはコンデンサー型であり,例えば,特許文献1や特許文献2で提案されている。ここで,特許文献1においては,図34に示すように,音圧の変化に応答して振動電極81と背電極82とから構成されるコンデンサの容量が変化することによって,発振/変調回路85のLC発振回路の発振周波数が変化する。LC発振回路の発振出力信号は音圧の変化に応答してFM変調され,アンテナ86から送信されることとなる。このように,音圧により発生したコンデンサの容量変化を,このコンデンサをCの一部として持つLC発振回路の発振周波数の変化として読み出すことにより,ICマイクロホンに大きなバイアス電圧を印加する必要がないようにすることで電極間の距離を小さくし,高感度化することが可能となる。
On the other hand, the miniaturization of a microphone using a micromachine technology (MEMS: Micro Electro Mechanical System) has been studied. In this case, many of the operating principles are of the capacitor type, and are proposed in, for example,
また,特許文献2においては,図35に示すように,このコンデンサマイクロホン90は,単結晶シリコン基板91にコンデンサを形成するように形成された一対の電極92,93を有し,一方の電極92は他方の電極93に対して可動状態にあるダイヤフラムであり,他方の電極93は複数個の貫通穴94が形成されたバックプレートであるコンデンサマイクロホン90である。この場合,ダイヤフラム92およびバックプレート93は単結晶シリコン基板の一部からなり,かつホウ素がドーピングされている。これにより,内部応力が適正に調整された高精度なダイヤフラムを備え,小型で高性能なコンデンサマイクロホン90が得られる。
ところが,上述した特許文献1にて提案されたマイクロホンにおいては,マイクロホンを小型化していくと,振動板部のCが小さくなっていく。このため,この振動板のCが回路や信号処理のキャパシタンスのなかに埋没し,そのCの変化分が,全体のインダクタンスの変化率として寄与する割合が非常に小さくなるという問題を生じた。このため,感度が悪くなるとともに,超小型化には向かないという問題を生じた。また,超小型化すると,振動板部のCが小さくなって発振周波数が上がるため,高周波による回路での損失が増えるという問題が生じた。さらに,発振回路を形成するには,外付けのインダクタ−が必要であるが,マイクロホンを小型化していくと,LもCも小さくなって発振周波数が非常に高くなってしまい,外部に出す電磁波が増え,回路中で信号も大きく損失し,感度が落ちるという問題が生じた。また,この外付けのインダクタ−が出力アップに寄与しておらず効率が悪いという問題も生じた。
However, in the microphone proposed in
一方,上述した特許文献2にて提案されたマイクロホンにおいては,マイクロホンの出力が小さいという問題が生じた。ここで,マイクロホンの出力を大きくするためには,コンデンサ(振動板)の面積を大きくする必要があるが,コンデンサ(振動板)の面積を大きくすると,マイクロホンが大型になって,小型化には適さないという問題を生じた。また,出力を大きくするためには,コンデンサの電極間距離を小さくする必要があるが,コンデンサ(振動板)の電極間距離を小さくするとコンデンサの電極がくっつきやすくなるという問題を生じた。さらに,出力を大きくするためには,バイアス電圧を上げる必要があるが,コンデンサ(振動板)のバイアス電圧を上げるとコンデンサの電極がくっつきやすくなるという問題を生じた。このため,小型で高感度にするという目的には適さなかった。 On the other hand, the microphone proposed in Patent Document 2 described above has a problem that the output of the microphone is small. Here, in order to increase the output of the microphone, it is necessary to increase the area of the condenser (diaphragm). However, if the area of the condenser (diaphragm) is increased, the microphone becomes larger, and miniaturization is not possible. It caused the problem of being unsuitable. In order to increase the output, it is necessary to reduce the distance between the electrodes of the capacitor. However, if the distance between the electrodes of the capacitor (diaphragm) is reduced, the problem arises that the electrodes of the capacitor tend to stick together. Furthermore, in order to increase the output, it is necessary to increase the bias voltage. However, if the bias voltage of the capacitor (diaphragm) is increased, the capacitor electrode tends to stick. For this reason, it was not suitable for the purpose of making it small and highly sensitive.
そこで,本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであり,超小型化してもインダクタンスが大きな素子として,感度が向上した超小型マイクロホンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an ultra-small microphone having improved sensitivity as an element having a large inductance even when being miniaturized.
上記目的を達成するため,本発明のマイクロホンは音圧の変化に応答する振動板を備え,この振動板の少なくとも一部が磁性体で形成されて上ヨークになるとともに,この上ヨークと空気層を介して対向する位置の基板に形成された下ヨークと,この下ヨーク内に形成された薄膜コイルとを備えている。そして,上ヨークと下ヨークとで薄膜コイルにて発生した磁束の磁路となるようになされており,外部音圧により振動板が変位した時に,この振動板に形成された上ヨークと下ヨークとの間の距離が変化してインダクタンスが変化するようになされていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a microphone according to the present invention includes a diaphragm that responds to a change in sound pressure, and at least a part of the diaphragm is formed of a magnetic material to become an upper yoke. And a thin film coil formed in the lower yoke. The upper yoke and the lower yoke serve as a magnetic path for the magnetic flux generated in the thin film coil. When the diaphragm is displaced by the external sound pressure, the upper yoke and the lower yoke formed on the diaphragm are formed. The inductance is changed so that the distance between and changes.
このように,本発明のマイクロホンにおいては,上ヨークと下ヨークとからなる磁路と,磁束を発生する薄膜コイルとを備えているため,超小型でもインダクタンスの大きな素子とすることが可能となる。これは,半導体技術によれば微細パタ−ンで多タ−ン数のコイルを一挙に同時に形成することができるからである。ここで,コイルのタ−ン数(N)を増やせば,この素子のインダクタンスはNの2乗に比例して大きくなるため,多タ−ン数にしてインダクタンスを大きくできる。一方,ヨ−クを小さくするほど,磁路抵抗が下がり,この素子のインダクタンスを大きくできる。 As described above, since the microphone of the present invention includes the magnetic path composed of the upper yoke and the lower yoke and the thin film coil that generates magnetic flux, it can be an ultra-small element having a large inductance. . This is because, according to the semiconductor technology, it is possible to simultaneously form a multi-turn coil with a fine pattern at a time. Here, if the number of turns (N) of the coil is increased, the inductance of this element increases in proportion to the square of N. Therefore, the inductance can be increased by increasing the number of turns. On the other hand, the smaller the yoke, the lower the magnetic path resistance and the greater the inductance of this element.
このため,このマイクロホンを小さくしても,そのインダクタンスが他の回路部の浮遊インダクタンスに比して十分に大きい素子にすることができるので,この素子のインダクタンスが他の電子回路や信号処理回路が有する浮遊インダクタンスのなかに埋没することがない。したがって,超小型にしても,全体のインダクタンス変化は大きいため,感度が向上した超小型のマイクロホンを得ることが可能となる。 For this reason, even if this microphone is made small, it can be an element whose inductance is sufficiently larger than the stray inductance of other circuit units, so that the inductance of this element can be reduced by other electronic circuits and signal processing circuits. It is not buried in the stray inductance. Therefore, even if it is very small, since the overall inductance change is large, it is possible to obtain an ultra-small microphone with improved sensitivity.
また,本発明のマイクロホンは,その内部にキャパシタ−を内蔵させることが可能である。この場合は,振動板は導電性を有してキャパシタの一方の電極となり,かつその少なくとも一部が磁性体で形成されていて上ヨークになるとともに,この上ヨークと空気層を介して対向する位置の基板に形成された下ヨークと,この下ヨーク内に形成された薄膜コイルとを備えている。また,上ヨークと下ヨークとで薄膜コイルにて発生した磁束の磁路となるようになされており,上ヨークと下ヨークとの間で空気層を介してキャパシタの一方の電極と対向してこのキャパシタの他方の電極となる導電板とを備えている。 The microphone of the present invention can incorporate a capacitor therein. In this case, the diaphragm has conductivity and becomes one electrode of the capacitor, and at least a part of the diaphragm is made of a magnetic material and becomes an upper yoke, and is opposed to the upper yoke through an air layer. A lower yoke formed on the substrate at the position and a thin film coil formed in the lower yoke are provided. The upper yoke and the lower yoke serve as a magnetic path for the magnetic flux generated in the thin film coil. The upper yoke and the lower yoke are opposed to one electrode of the capacitor via an air layer. A conductive plate serving as the other electrode of the capacitor.
そして,外部音圧により振動板が変位した時に,この振動板に形成された上ヨークと下ヨークとの間の距離およびキャパシタの一方の電極と他方の電極との間の距離が共に変化して,インダクタンスとキャパシタンスの両方が変化するようになされている。これにより,効率よく感度が向上したマイクロホンを得ることが可能となるとともに,コンデンサ−マイクロホンのように,振動板に大きな電荷を溜める必要もないため,与えた電荷のために振動板と電極が引き付け合って互いにくっついてしまうという問題も生じることはない。 When the diaphragm is displaced by the external sound pressure, both the distance between the upper yoke and the lower yoke formed on the diaphragm and the distance between one electrode and the other electrode of the capacitor change. , Both inductance and capacitance are changed. As a result, it is possible to obtain a microphone with improved sensitivity efficiently, and it is not necessary to store a large charge in the diaphragm unlike a condenser microphone, so the diaphragm and the electrode are attracted by the applied charge. There is no problem of sticking together.
この場合,下ヨークは薄膜コイルの下部に配置される底部と,薄膜コイルの外周部に配置される円筒部と,薄膜コイルの中心部に配置される円柱部との3部位が一体的に形成されていると,この種の下ヨークと薄膜コイルを容易に形成することができるので望ましい。そして,振動板の外周部が薄膜コイルの外周部に配置された下ヨ−クの円筒部上に固定されていると,外部音圧が変動することによって,振動板の中央が撓んで,薄膜コイルの中心部に配置された下ヨ−クの円柱部との間の距離が変化するようになる。一方,振動板の中央部が薄膜コイルの中心部に配置された下ヨ−クの円柱部に固定されていると,外部音圧が変動することによって,振動板の周辺が撓んで,薄膜コイルの外周部に配置された下ヨ−クの円筒部との間の距離が変化するようになる。 In this case, the lower yoke is integrally formed with three parts: a bottom part disposed at the lower part of the thin film coil, a cylindrical part disposed at the outer peripheral part of the thin film coil, and a cylindrical part disposed at the center part of the thin film coil. It is desirable that this type of lower yoke and thin film coil can be easily formed. When the outer peripheral portion of the diaphragm is fixed on the cylindrical portion of the lower yoke disposed on the outer peripheral portion of the thin film coil, the external sound pressure fluctuates, so that the center of the diaphragm is deflected and the thin film The distance between the cylindrical portion of the lower yoke arranged at the center of the coil changes. On the other hand, if the center part of the diaphragm is fixed to the cylindrical part of the lower yoke arranged at the center part of the thin film coil, the external sound pressure fluctuates, so that the periphery of the diaphragm is bent and the thin film coil The distance between the cylindrical portion of the lower yoke arranged on the outer peripheral portion of the lower yoke changes.
なお,薄膜コイルと下ヨークとの間および薄膜コイル間はレジストが硬化した絶縁層により絶縁されているのが望ましい。また,上ヨークおよび下ヨ−クを形成する磁性体はNi,Fe,Coから選択されるいずれか1種の金属,あるいはそれらの金属の2種以上からなる合金で形成されているのが望ましい。また,磁性体は蒸着やスパッタなどの真空成膜法,電気メッキや無電解メッキなどの液相成膜法のいずれか,あるいはそれらの組合せで形成されているのが望ましい。また,磁性体を除く振動板はAl,Ti,Be,Mg,Si,B,Cの単体,あるいはそれらの混合物もしくは,それらの金属の酸化物膜,窒化物膜,炭化物膜の単体,あるいはそれらの混合物により形成されているのが望ましい。 It is desirable that the thin film coil and the lower yoke are insulated from each other and between the thin film coils by an insulating layer in which the resist is cured. The magnetic body forming the upper yoke and the lower yoke is preferably formed of any one metal selected from Ni, Fe, and Co, or an alloy composed of two or more of these metals. . The magnetic material is preferably formed by any one of vacuum film forming methods such as vapor deposition and sputtering, liquid phase film forming methods such as electroplating and electroless plating, or a combination thereof. In addition, the diaphragm excluding the magnetic material may be a simple substance of Al, Ti, Be, Mg, Si, B, or C, or a mixture thereof, or an oxide film, a nitride film, or a carbide film of these metals, or a combination thereof. It is desirable to be formed by a mixture of
また,上述した磁性体で形成されて上ヨークとなる振動板は,下ヨークの円筒部から外方に延出して形成されているとともに,該振動板の最外周が支持あるいは固定されており,外部音圧により振動板が変位した時に,振動板と下ヨークの円筒部との間および振動板と下ヨークの円柱部との間の両方の距離が同時に変動することでインダクタンスが変動するようにすると,インダクタンスの変動が大きくなるので望ましい。 In addition, the diaphragm formed of the above-described magnetic body and serving as the upper yoke is formed to extend outward from the cylindrical portion of the lower yoke, and the outermost periphery of the diaphragm is supported or fixed. When the diaphragm is displaced by the external sound pressure, the inductance varies as the distance between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke and the distance between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke vary simultaneously. This is desirable because the variation in inductance increases.
さらに,磁性体で形成されて上ヨークとなる振動板は下ヨークの円筒部から外方に延出して形成されているとともに,該振動板の最外周が支持あるいは固定されているとともに,振動板の下ヨークの円筒部に対向する下面の磁路を形成すべき部位に軟磁性体を備え,外部音圧により振動板が変位した時に,振動板と下ヨークの円筒部との間および振動板と下ヨークの円柱部との間の両方の距離が同時に変動することでインダクタンスが変動するようにするようにしてもよい。 Further, a diaphragm made of a magnetic material and serving as an upper yoke is formed to extend outward from the cylindrical portion of the lower yoke, and the outermost periphery of the diaphragm is supported or fixed. A soft magnetic material is provided at a portion where a magnetic path on the lower surface facing the cylindrical portion of the lower yoke is to be formed, and when the diaphragm is displaced by an external sound pressure, between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke, and the diaphragm The inductance may be changed by simultaneously changing both distances between the upper yoke and the cylindrical portion of the lower yoke.
以下に,本発明の薄膜コイルを備えたマイクロホンの実施の形態を,第1実施例のマイクロホンおよび第2実施例のマイクロホンならびにそれらの変形例のマイクロホンとして図に基づいて説明するが,本発明はこれらの例に何ら限定されるものでなく,本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお,図1〜図12は第1実施例のマイクロホンおよびその製造法を模式的に示す図である。また,図13〜図28は第2実施例のマイクロホンおよびその製造法を模式的に示す図である。さらに,図29〜図33はそれらの変形例のマイクロホンを模式的に示す図である。 Hereinafter, embodiments of a microphone having a thin film coil according to the present invention will be described with reference to the drawings as a microphone according to a first embodiment, a microphone according to a second embodiment, and a microphone according to a modification thereof. The present invention is not limited to these examples, and can be appropriately modified and implemented without changing the object of the present invention. 1 to 12 are diagrams schematically showing the microphone of the first embodiment and the manufacturing method thereof. FIGS. 13 to 28 are views schematically showing the microphone of the second embodiment and the manufacturing method thereof. Further, FIG. 29 to FIG. 33 are diagrams schematically showing microphones of those modifications.
1.第1実施例
本第1実施例のマイクロホン10は,図1(なお,図1(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図1(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,基板11上に形成された磁性体材料からなる下ヨーク(コア)12と,この下ヨーク12に囲われるようにして形成された薄膜コイル13と,下ヨーク12の上に空気層からなる空隙を介して配置された磁性層からなる上ヨーク14と,この上ヨーク14の上に配置されて上ヨーク14と一体的に形成された振動板15とから構成される。この場合,下ヨーク12と薄膜コイル13と上ヨーク14とでインダクタLが形成され,薄膜コイル13に図示しないコンデンサ(キヤパシタ)を接続することにより,LC発振回路が形成されることとなる。
1. First
ここで,基板11としては,シリコン(Si)基板,アルミナ(Al2O3)やジルコニア(ZrO2)などのセラミック基板,ガラス基板,樹脂基板,金属基板などが使用できる。なお,SiやGaAsなどの基板を使用する場合,この基板11内に予め信号処理回路をLSIとして形成してある基板を使用するのが望ましい。下ヨーク12の材料としては,比透磁率が1000以上のFeNi合金(パーマロイ:20%Fe−80%Ni合金)を用いるのが望ましい。そして,下ヨーク12は円板状の底部12aと,その底部12aの周囲から突出する円筒部12bと,その底部12aの中心部から突出する円柱部12cと,円筒部12bから外方に延出してリードとなるリード部12dとを備えている。
Here, as the
薄膜コイル(インダクタ)13は,幅が1〜10μmで,厚みが1〜10μmの銅(Cu)メッキ層からなり,下ヨーク12の円板状の底部12aの上で,円筒部12b内に円柱部(コア)12cを中心にして所定の回数Nだけ巻回されている。なお,薄膜コイル13の一端部は下ヨーク12の円柱部12cに接続されており,薄膜コイル13の他端部は外方に延出してコイルリード部13dとなされている。この場合,薄膜コイル13は1段であっても2段以上の複数段であってもよい。上ヨーク14は,厚みが0.1〜3μmで,下ヨーク12の材料と同様な比透磁率が1000以上のFeNi合金(パーマロイ:20%Fe−80%Ni合金)を用いるのが望ましい。この場合,CoZrNi,CoTaなどのアモルファス磁性材料を使用するようにしてもよい。
The thin-film coil (inductor) 13 is made of a copper (Cu) plating layer having a width of 1 to 10 μm and a thickness of 1 to 10 μm, and is formed in a cylindrical shape within the
振動板15は,密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料からなる薄膜により形成されている。なお,密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料としては,Al,Ti,Be,C,B,Mg単体あるいはそれらの合金,SiO2,Al2O3などの酸化物,TiC,SiCなどのカーバイト,AlN,TiNなどの窒化物が用いられる。この場合,振動板15の外周部は下ヨーク12の円筒部12bの上部に固定されているが,上ヨーク14は下ヨーク12の円柱部(コア)12cの上端からlg(この場合は,0.5μm≦lg≦50μmとなるようにするのが望ましい)だけの空隙(エアギャップ)が形成されるように配設されている。これにより,振動板15に対して音圧が付与されると振動板15は所定の共振周波数で振動することとなる。
The
ここで,図示しないコンデンサ(キヤパシタ)は,その一端部が下ヨーク12の円筒部12bから外方に延出したリード部12dに接続され,その他端部は薄膜コイル13から外方に延出したリード部13dに接続されることにより,下ヨーク12と薄膜コイル13と上ヨーク14とで形成されたインダクタに,コンデンサ(キヤパシタ)が並列に接続された磁路回路が形成されることとなる。なお,下ヨーク12と薄膜コイル13と上ヨーク14とで形成されたインダクタに,コンデンサ(キヤパシタ)が直列になるように接続するようにしてもよい。
Here, a capacitor (capacitor) (not shown) has one end connected to a
ついで,上述のように構成されるマイクロホン10の発振周波数と,その変化率(感度)を求めると,以下のようになる。ここで,図2に示すように,薄膜コイル13のコイルターン数をN(回),磁路抵抗をRm,コア長(上,下ヨーク14,12で形成される閉磁路の全長)をlc,コアの断面積(上,下ヨーク14,12の断面積)をSc,コアの透磁率(上,下ヨーク14,12の透磁率)をμc,ギャップ長(下ヨーク12の円柱部12c上端から上ヨーク14までの長さ)をlg,ギャップの断面積をSg,空気の透磁率をμ0とする。
Next, the oscillation frequency of the
この場合,図2の磁路回路のインダクタンスLは,L=N2/Rmとなり,磁路抵抗Rmは,Rm=(lc/μcSc)+(lg/μ0Sg)となる。ここで,(lc/μcSc)が(lg/μ0Sg)よりも充分に小さい(μ0≪μc)なら,Rm≡lg/μ0Sgとなる。これにより,L=N2μ0Sg/lgが得られる。そして,図示しないコンデンサの容量Cを組み合わせると,発振周波数fは下記の(1)式となる。
ここで,発振周波数fをlgで微分すると,下記の(2)式が得られる。
上記(2)式より,振動板15と一体に形成された上ヨーク14の変位による発振周波数の変化(感度)を(df/dlg)/fとして求めると,下記の(3)式が得られる。
上記(3)式は以下のことを表している。即ち,(1)マイクロホン10の感度(発振周波数の変化率)はギャップ長lgだけに依存する。(2)マイクロホン10の感度(発振周波数の変化率)を大きくするためにはギャップ長lgを小さくする。(3)マイクロホン10の感度(発振周波数の変化率)は振動板(上ヨーク)14の面積,薄膜コイル13のコイルターン数(N回)に依存しないため,小型化に適している。
The above expression (3) represents the following. That is, (1) the sensitivity (change rate of oscillation frequency) of the
ついで,上述のような構成となる第1実施例のマイクロホン10の製造方法を図3〜図12に基づいて,以下に詳細に説明する。まず,SiやGaAsなどの基板11を用意し,この基板11の全面にレジストを塗布する。この場合,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよいが,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。なお,紫外線以外に,電子線やX線を照射してレジストを感光させるようにしてもよい。
Next, a method for manufacturing the
ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の形状にパターニングする。ここで,レジストがポジ型の場合,感光した部分はアルカリに溶解して除去され,感光していない部分が残存することとなる。ついで,図3に示すように,残存したレジスト11aをマスクとしてエッチングを行い,基板11に深さが5〜50μmとなるような凹部11bを形成した。この場合,エッチングとしては,気相でプラズマエッチングする方法,液層でエッチャント(エッチング液)にて溶解エッチングする方法が適用できる。
Next, the resist is patterned into a predetermined shape by dipping in a developer (when the above-mentioned OFPR800 is used as a resist, DE-6 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is preferably used). Here, when the resist is a positive type, the exposed portion is dissolved and removed in alkali, and the unexposed portion remains. Next, as shown in FIG. 3, etching was performed using the remaining resist 11 a as a mask to form a
ついで,レジスト11aを除去してその表面をクリーニングする。この場合,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが適用できる。なお,Si基板を用いる場合は,この表面を酸化したり,SiO2あるいはAl2O3などの絶縁膜を堆積(デポジション)せさるなどして,予め絶縁性の表面を得るようにする必要がある。 Next, the resist 11a is removed and the surface is cleaned. In this case, a method of dissolving the resist with an alkali or an organic solvent and removing it in a liquid phase, or an ashing method of removing in a gas phase using plasma can be applied. In the case of using a Si substrate, it is necessary to obtain an insulating surface in advance by oxidizing this surface or depositing (depositing) an insulating film such as SiO 2 or Al 2 O 3. There is.
ついで,磁性体を電気メッキで形成するために,膜厚が0.1〜0.3μmとなるメッキ下地膜11cを形成する。ここでは,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)をメッキ下地膜11cとしてスパッタにより成膜した。この場合,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)以外に,Ni,Fe,Coを含む金属,あるいはそれらの合金を用いるようにしてもよい。なお,スパッタ以外に,蒸着,無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。
Next, in order to form the magnetic material by electroplating, a
ついで,これらの全面に上述と同様なレジストを塗布する。この場合も,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射して塗布したレジストを感光させる。なお,紫外線以外に,電子線やX線を照射してレジストを感光させるようにしてもよい。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の形状にパターニングする。 Next, a resist similar to that described above is applied to the entire surface. Also in this case, for example, it is desirable to use OFPR800 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. Next, the applied resist is exposed to ultraviolet rays through a photomask having a predetermined pattern formed thereon. In addition to ultraviolet rays, the resist may be exposed by irradiation with electron beams or X-rays. Next, the resist is patterned into a predetermined shape by dipping in a developer (when the above-mentioned OFPR800 is used as a resist, DE-6 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is preferably used).
ついで,メッキ下地膜11cの上に磁性体を電気メッキして下ヨーク12の底部12aとなる磁性体層を形成する。この場合,磁性体としては比透磁率が1000以上のNi,Fe,Coなどを主体とする合金で,例えば,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)とするのが望ましい。そして,膜厚は2〜10μmとなるように成膜するのが望ましい。ついで,レジストを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。これにより,図4に示すよう,メッキ下地膜11cの上に下ヨーク12の底部12aとなる磁性体層が形成されることとなる。
Then, a magnetic material is electroplated on the
ついで,全面に加速イオンを照射するイオンミリングにより,露出したメッキ下地膜11cを除去する。この場合,イオンミリングに代えて金属を溶解する液相エッチング法を用いてもよい。ついで,これらの全面に上述と同様なレジストを塗布する。この場合も,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらをもちいてもよいが,ポジ型の場合は,後の工程における加熱時にフローして角部に斜面が形成され易いため,ポジ型レジストを用いるのが望ましい。
Next, the exposed
ついで,現像によりパターニングしたレジストを,150〜230℃に加熱してレジストフロー処理を行う。これにより,図5に示すよう,硬化したレジスト(絶縁層)13aは下ヨーク12の底部12aとなる磁性体層に密着して剥離することがなくなる。ついで,コイルを電気メッキで形成するために,Cu下地膜13bをスパッタにより形成する。ここで,このスパッタ時に,密着性を改善するためにCr(あるいはTi)膜(例えば,厚みは0.03μm)を形成した後,Cu膜(例えば,厚みは0.01〜0.3μm)を形成するようにするのが望ましい。この場合,ポジ型レジストを用いて加熱時のフローにより角部に斜面が形成されていると,Cu下地膜13bのスパッタ時にCu薄膜を連続的に被着させることが可能となる。なお,スパッタに代えて蒸着や無電解メッキで成膜するようにしてもよい。
Next, the resist patterned by development is heated to 150 to 230 ° C. to perform resist flow processing. As a result, as shown in FIG. 5, the hardened resist (insulating layer) 13 a does not adhere to and peel off from the magnetic layer serving as the bottom 12 a of the
ついで,これらの全面に上述と同様なレジストを塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジスト13cを所定のコイル形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。 Next, a resist similar to that described above is applied to the entire surface. In this case as well, in the case of the positive type, it is desirable to use, for example, OFPR800 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. Next, the resist is exposed by irradiating ultraviolet rays through a photomask on which a predetermined pattern is formed. Next, the resist 13c is patterned into a predetermined coil shape by dipping in a developing solution (when the above-mentioned OFPR800 is used as a resist, DE-6 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is preferably used). As the resist, either a positive type or a negative type may be used.
ついで,Cu下地膜13bの上にCuのマイクロメッキを施して,図6に示すように,Cu下地膜13bの上にCuコイル13およびコイルリード部13dを形成する。ついで,レジスト13cを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。ついで,全面に加速イオンを照射するイオンミリングにより,表面に露出するCu下地膜13bを除去する。
Next, Cu micro-plating is performed on the
ついで,図7に示すように,下ヨーク12の円筒部12b,円柱部12cおよびリード部12dを形成するためのヨーク形成用レジスト12eを全面に塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のヨークのパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジスト12eを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジスト12eを所定のヨークの形状になるようにパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 7, a yoke forming resist 12e for forming the
ついで,下ヨーク12の底部12aを形成する磁性体の上に,ヨークの円筒部12b,円柱部12cおよびリード部12dとなる磁性体を電気メッキにより形成する。この場合,底部12aの場合と同様な磁性体,即ち,比透磁率が1000以上のNi,Fe,Coなどを主体とする合金で,例えば,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)とするのが望ましい。ついで,レジスト12eを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。
Next, on the magnetic body forming the bottom 12a of the
ついで,図8に示すように,Cuコイル13間に絶縁層13eを形成するための絶縁用レジストを全面に塗布する。この場合,塗布した絶縁用レジストを150〜230℃に加熱して硬化させ,絶縁層13eをレジスト(絶縁層)13aに密着させるようにする。この後,円筒部12b,円柱部12cおよびリード部12dとなる磁性体や絶縁層13eとなるレジストの基板11の表面から突出した部分をラップ盤などで研磨して,基板11の表面から突出した部分を除去し,全体が基板11の表面と同一表面になるようにする。
Next, as shown in FIG. 8, an insulating resist for forming an insulating
ついで,図9に示すように,これらの全面に犠牲膜14aとなるCu膜をスパッタにより成膜する。この場合,Cu膜の厚みが3μmになるようにスパッタリングする。なお,犠牲膜14aとして後にエッチングにより除去できる材料であればCuに限ることはなく何でもよいが,Snなどの金属薄膜やSi薄膜のスパッタや蒸着,金属のメッキ,樹脂などのスピンコートなどが好ましく,その厚みが0.5〜50μmとなるように成膜するのが望ましい。
Next, as shown in FIG. 9, a Cu film to be the
ついで,犠牲膜14aのパターンを形成するための犠牲膜形成用レジスト14bを全面に塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジスト14bを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬して犠牲膜14aが所定の形状になるように,図10に示すように,レジスト14bを所定の形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。
Next, a sacrificial film forming resist 14b for forming a pattern of the
ついで,レジスト14bをマスクとして余分な犠牲膜14aをエッチングにより除去する。ここで,エッチングとしてはイオンミリング,気相でのプラズマによるエッチング,液相でのエッチャントによる溶解エッチングなどが適用できる。なお,犠牲膜14aがSiの場合は,反応性のプラズマを使用するRIE(Reactive Ion Etching)法,非反応性加速イオンを使用するミリング法,水酸化カリウム(KOH)でSiを溶かす液相エッチング法なども使用できる。また,犠牲膜14aがCu以外の他の金属の場合は,その金属を溶かすことができるエッチャントを用いてエッチングする。さらに,犠牲膜14aが樹脂の場合は,その樹脂を溶剤で溶かす方法,あるいはアルカリなどで加水分解する方法などが適用できる。
Next, the extra
ついで,レジスト14bを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。ついで,図11に示すように,上ヨーク14となる磁性層を形成する。この場合,比透磁率が1000以上のNi,Fe,Coなどを主体とする合金で,例えば,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)をスパッタにより厚みが0.1〜3μmになるように成膜する。なお,CoZrNi,CoTaなどのアモルファス磁性材料,FeAl,FeSiAl,FeSiなどの鉄系軟磁性材料などを用いるようにしてもよい。また,スパッタ以外に,蒸着あるいは無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。
Next, the resist 14b is removed and the surface is cleaned. Also in this case, a method of dissolving the resist with an alkali or an organic solvent and removing it in a liquid phase, or an ashing method of removing in a gas phase using plasma is used. Next, as shown in FIG. 11, a magnetic layer to be the
ついで,上述のように成膜された上ヨーク(磁性層)14の上に,同様に振動板15を形成する密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料からなる薄膜(この場合はアルミニウム膜)をスパッタにより成膜する。なお,密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料としては,アルミニウム以外に,Ti,Be,C,B,Mg単体あるいはそれらの合金,SiO2,Al2O3などの酸化物,TiC,SiCなどのカーバイト,AlN,TiNなどの窒化物を使用してもよい。また,スパッタ以外に,蒸着あるいは無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。
Next, on the upper yoke (magnetic layer) 14 formed as described above, the density for similarly forming the
ついで,振動板15のパターンを形成するための振動板形成用レジストを全面に塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させた後,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の振動板15の形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。
Next, a diaphragm forming resist for forming the pattern of the
ついで,レジストをマスクとして、上ヨーク14となる磁性層と振動板15となるアルミニウム膜以外の余分な部分をイオンミリングによりエッチングして除去する。この場合,図12に示すように,レジストで覆われていない磁性層とアルミニウム膜は除去され,レジストで覆われている上ヨーク14となる磁性層と振動板15となるアルミニウム膜は残存することとなる。ついで,レジストを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。
Next, using the resist as a mask, the unnecessary portions other than the magnetic layer to be the
ついで,振動板(アルミニウム膜)15および上ヨーク(磁性層)14の下に形成された犠牲膜14aを除去する。この場合,振動板(アルミニウム膜)15および上ヨーク(磁性層)14の一部あるいは基板11に予め開けられた図示しない穴(侵入口)からエッチャントが浸入し,犠牲膜14aを溶解エッチングする方法を用いる。なお,犠牲膜14aがSiの場合,KOHでSiを溶かす液相エッチング法が使用される。また,犠牲膜14aが他の金属の場合,その金属を溶かすエッチャントを使ってエッチングを行う。さらに,犠牲膜14aが樹脂の場合は,溶剤で溶かす,アルカリなどで加水分解するなどの方法が採用される。
Next, the
なお,エッチャントの侵入口としては1ケ所に限らず,複数箇所に設けるようにして,エッチャントの侵入をし易くすることもできる。また,超音波を使ってエッチャントの浸透と更新の速度を上げることもできる。ここで,この侵入口は振動板15の背圧を逃がし,上面からの空気振動によって振動板15が加振された際に,閉ざされた空間の背圧によって振動板15の振動が抑制されるのを防止するように作用するため好ましい。
Note that the number of entrances for the etchant is not limited to one, and it can be provided at a plurality of locations to facilitate entry of the etchant. You can also use ultrasonics to increase the rate of etchant penetration and renewal. Here, the entrance releases the back pressure of the
ついで,下ヨーク12の円筒部12bから外方に延出したリード部12dと図示しないコンデンサ(キヤパシタ)の一端部とを接続するとともに,コンデンサ(キヤパシタ)の他端部を薄膜コイル13から外方に延出したリード部13dとを接続する。これにより,図1に示す第1実施例のマイクロホン10が形成されることとなる。なお,コンデンサ(キヤパシタ)は,予め基板11内に形成しておいてもよく,あるいは上,下ヨーク14,12や薄膜コイル13の形成時に同時に同一基板の他の部位に形成するようにしてもよい。また,予め,LSIよりなる信号処理回路を基板内に形成しておき,この信号処理回路から延出して露出するようにパッドが予め形成された基板を用いるのが望ましい。
Next, the
2.第2実施例
本実施例2のマイクロホン20は,図13(なお,図13(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図13(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,基板21上に形成された磁性体材料からなる下ヨーク(コア)22と,この下ヨーク22に囲われるようにして形成された薄膜コイル23と,下ヨーク22の上に配置されたキャパシター用金属膜24と,このキャパシター用金属膜24の上に空気層からなる空隙を介して配置された磁性層からなる上ヨーク25と,この上ヨーク25の上に配置されて上ヨーク25と一体的に形成された振動板26とから構成される。この場合,下ヨーク22と薄膜コイル23と上ヨーク25とでインダクタLが形成され,キャパシター用金属膜24と上ヨーク25とでキャパシタCが形成される。
2. Second
ここで,基板21としては,上述の第1実施例と同様に,シリコン(Si)基板,アルミナ(Al2O3)やジルコニア(ZrO2)などのセラミック基板,ガラス基板,樹脂基板,金属基板などが使用できる。なお,SiやGaAsなどの基板を使用する場合,この基板21内に予め信号処理回路をLSIとして形成してある基板を使用するのが望ましい。また,下ヨーク(コア)22の材料としては,比透磁率が1000以上のFeNi合金(パーマロイ:20%Fe−80%Ni合金)を用いるのが望ましい。この場合,下ヨーク22は,円板状の底部22aと,その底部22aの周囲から突出する円筒部22bと,その底部22aの中心部から突出する円柱部22cと,リード部22dとを備えている。なお,円筒部22bの一部には切欠部が形成されているとともに,この切欠部から外方に向けてリード部22dが延出して形成されている。
Here, as in the first embodiment, the
薄膜コイル23は,幅が1〜10μmで,厚みが1〜10μmの銅(Cu)メッキ層からなり,下ヨーク22の円板状の底部22aの上で,円筒部22b内に円柱部22cを中心にして所定の回数Nだけ巻回されている。なお,薄膜コイル23の一端部は下ヨーク22の円柱部22cに接続されており,薄膜コイル23の他端部は外方に延出してコイルリード部23dとなされている。この場合,薄膜コイル23は1段であっても2段以上の複数段であってもよい。キャパシター用金属膜24はCr,Ti,Au,Pt等からなる金属の薄膜(厚みは0.05〜10μm)から形成されている。上ヨーク25は,厚みが0.1〜3μmで,下ヨーク22の材料と同様な比透磁率が1000以上のFeNi合金(パーマロイ:20%Fe−80%Ni合金)を用いるのが望ましい。この場合,CoZrNi,CoTaなどのアモルファス磁性材料を使用するようにしてもよい。
The
振動板26は,密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料からなる薄膜により形成されている。なお,密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料としては,Al,Ti,Be,C,B,Mg単体あるいはそれらの合金,SiO2,Al2O3などの酸化物,TiC,SiCなどのカーバイト,AlN,TiNなどの窒化物が用いられる。この場合,上ヨーク25は下ヨーク22の円筒部22bおよび円柱部cの上部にlg(この場合は,0.5μm≦lg≦50μmとなるようにするのが望ましい)だけの空隙(エアギャップ)が形成されるように配設されている。これにより,振動板26に対して音圧が付与されると振動板26は所定の共振周波数で振動することとなる。
The
なお,本実施例2のマイクロホン20においては,薄膜コイル23から外方に延出したコイルリード部23d→薄膜コイルコイル23→下ヨーク22の円柱部22c→キャパシター用金属膜24→上ヨーク25→振動板26→下ヨーク22のリード部22dという経路で電気的に接続されている。このため,下ヨーク22と薄膜コイル23と上ヨーク25とで形成されたインダクタに,キャパシター用金属膜24と上ヨーク25とで形成されたコンデンサ(キヤパシタ)が直列に接続されることとなる。この場合,直列接続に限らず,インダクタ(L)とキヤパシタ(C)が並列接続となるように構成してもよい。
In the
ついで,上述のように構成されるマイクロホン20の発振周波数と,その変化率(感度)を求めると,以下のようになる。ここで,図14に示すように,薄膜コイル23のコイルターン数をN(回),磁路抵抗をRm,コア長(上,下ヨーク25,22で形成される閉磁路の全長)をlc,コアの断面積(上,下ヨーク25,22の断面積)をSc,コアの透磁率(上,下ヨーク25,22の透磁率)をμc,ギャップ長(円柱部22cの上端から上ヨーク25までの長さ)をlg,ギャップの断面積をSg,空気の透磁率をμ0,振動板26の面積(キャパシター用金属膜24と対向する部分の面積)をSpとする。
Next, the oscillation frequency of the
この場合,図14の磁路回路のインダクタンスLは,上述した第1実施例と同様に,L=N2μ0Sg/lgとなる。一方,キャパシタンスCは,C=ε0Sp/lgとなる。したがって,図14の磁路回路の発振周波数fは下記の(4)式となる。
ここで,発振周波数fをlgで微分すると,下記の(5)式が得られる。
上記(5)式より,振動板26と一体に形成された上ヨーク25の変位による発振周波数の変化(感度)を(df/dlg)/fとして求めると,下記の(6)式が得られる。
上記(6)式は以下のことを表している。即ち,(1)マイクロホン20の感度(発振周波数の変化率)はギャップ長lgだけに依存する。(2)マイクロホン20の感度(発振周波数の変化率)を大きくするためにはギャップ長lgを小さくする。(3)マイクロホン20の感度(発振周波数の変化率)は振動板26と一体に形成された上ヨーク25の面積,薄膜コイル23のコイルターン数(N回)に依存しないため,小型化に適している。
The above equation (6) represents the following. That is, (1) the sensitivity (change rate of oscillation frequency) of the
ついで,上述のような構成となる実施例2のマイクロホン20の製造方法を図15〜図28に基づいて,以下に詳細に説明する。まず,SiやGaAsなどの基板21を用意し,この基板21の全面にレジストを塗布する。この場合,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよいが,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。なお,紫外線以外に,電子線やX線を照射してレジストを感光させるようにしてもよい。
Next, a method for manufacturing the
ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の形状にパターニングする。ここで,レジストがポジ型の場合,感光した部分はアルカリに溶解して除去され,感光していない部分が残存することとなる。ついで,図15に示すように,残存したレジスト21aをマスクとしてエッチングを行い,基板21に深さが5〜50μmとなるような凹部21bを形成した。この場合,エッチングとしては,気相でプラズマエッチングする方法,液層でエッチャント(エッチング液)にて溶解エッチングする方法が適用できる。
Next, the resist is patterned into a predetermined shape by dipping in a developer (when the above-mentioned OFPR800 is used as a resist, DE-6 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is preferably used). Here, when the resist is a positive type, the exposed portion is dissolved and removed in alkali, and the unexposed portion remains. Next, as shown in FIG. 15, etching was performed using the remaining resist 21 a as a mask to form a
ついで,レジストを除去してその表面をクリーニングする。この場合,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが適用できる。なお,Si基板を用いる場合は,この表面を酸化したり,SiO2あるいはAl2O3などの絶縁膜を堆積(デポジション)せさるなどして,予め絶縁性の表面を得るようにする必要がある。 Next, the resist is removed and the surface is cleaned. In this case, a method of dissolving the resist with an alkali or an organic solvent and removing it in a liquid phase, or an ashing method of removing in a gas phase using plasma can be applied. In the case of using a Si substrate, it is necessary to obtain an insulating surface in advance by oxidizing this surface or depositing (depositing) an insulating film such as SiO 2 or Al 2 O 3. There is.
ついで,磁性体を電気メッキで形成するために,膜厚が0.1〜0.3μmとなるメッキ下地膜21cを形成する。ここでは,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)をスパッタによりメッキ下地膜21cとして成膜した。この場合,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)以外に,Ni,Fe,Coを含む金属,あるいはそれらの合金を用いるようにしてもよい。なお,スパッタ以外に,蒸着,無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。
Next, in order to form the magnetic material by electroplating, a
ついで,これらの全面に上述と同様なレジスト21dを塗布する。この場合も,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射して塗布したレジストを感光させる。なお,紫外線以外に,電子線やX線を照射してレジストを感光させるようにしてもよい。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジスト21dを所定の形状にパターニングする。 Next, a resist 21d similar to that described above is applied to the entire surface. Also in this case, for example, it is desirable to use OFPR800 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. Next, the applied resist is exposed to ultraviolet rays through a photomask having a predetermined pattern formed thereon. In addition to ultraviolet rays, the resist may be exposed by irradiation with electron beams or X-rays. Next, the resist 21d is patterned into a predetermined shape by dipping in a developer (when the above-mentioned OFPR800 is used as a resist, DE-6 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is preferably used).
ついで,メッキ下地膜21cの上に磁性体を電気メッキしてヨークの底部22aおよびリード部22dとなる磁性体層を形成する。この場合,磁性体としては比透磁率が1000以上のNi,Fe,Coなどを主体とする合金で,例えば,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)とするのが望ましい。そして,膜厚は2〜10μmとなるように成膜するのが望ましい。これにより,図16に示すよう,メッキ下地膜21cの上に下ヨークの底部22aおよびリード部22dとなる磁性体層が形成されることとなる。ついで,レジスト21dを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。
Subsequently, a magnetic material is electroplated on the
ついで,全面に加速イオンを照射するイオンミリングにより,露出したメッキ下地膜21cを除去する。この場合,イオンミリングに代えて金属を溶解する液相エッチング法を用いてもよい。ついで,図17に示すように,これらの全面に絶縁層23aとなるレジストを塗布する。この場合も,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の形状にパターニングする。なお,絶縁層23aとなるレジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよいが,ポジ型の場合は,後の工程における加熱時にフローして角部に斜面が形成され易いため,ポジ型レジストを用いるのが望ましい。
Next, the exposed
ついで,現像によりパターニングした絶縁層23aとなるレジストを,150〜230℃に加熱してレジストフロー処理を行う。これにより,硬化したレジストは下ヨーク22の底部22aとなる磁性体層に密着して剥離することがなくなる。ついで,コイルを電気メッキで形成するために,Cu下地膜(図示せず)をスパッタにより形成する。ここで,このスパッタ時に,密着性を改善するためにCr(あるいはTi)膜(例えば,厚みは0.03μm)を形成した後,Cu膜(例えば,厚みは0.01〜0.3μm)を形成するようにするのが望ましい。この場合,ポジ型レジストを用いて加熱時のレジストフローにより角部に斜面が形成されていると,Cu下地膜のスパッタ時にCu薄膜を連続的に被着させることが可能となる。なお,スパッタに代えて蒸着や無電解メッキで成膜するようにしてもよい。
Subsequently, the resist to be the insulating
ついで,これらの全面に上述と同様なレジスト23bを塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジスト23bを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジスト23bを所定のコイル形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。 Next, a resist 23b similar to that described above is applied to the entire surface. In this case as well, in the case of the positive type, it is desirable to use, for example, OFPR800 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. Next, the resist 23b is exposed by irradiating ultraviolet rays through a photomask on which a predetermined pattern is formed. Next, the resist 23b is patterned into a predetermined coil shape by dipping in a developing solution (when the above-mentioned OFPR800 is used as a resist, DE-6 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is preferably used). As the resist, either a positive type or a negative type may be used.
ついで,Cuメッキ下地膜の上にCuのマイクロメッキを施して,図18に示すように,Cu下地膜の上にCuコイル23およびコイルリード部23dを形成する。この場合,Cuコイル23の膜厚が1〜10μmになるようにマイクロメッキを施した。ついで,レジスト23bを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。ついで,全面に加速イオンを照射するイオンミリングにより,露出したメッキ下地膜を除去する。
Next, Cu micro-plating is performed on the Cu plating base film to form a
ついで,下ヨーク22の円筒部22b,円柱部22cおよびリード部22dを形成するための下ヨーク形成用レジスト23cを全面に塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定の下ヨークのパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジスト23cを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬して,図19に示すように,レジスト23cを所定の下ヨーク22の形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。
Next, a lower yoke forming resist 23c for forming the
ついで,下ヨーク22の底部22aを形成する磁性体の上に,磁性体を電気メッキして下ヨーク22の円筒部22b,円柱部22cおよびリード部22dを形成する。この場合,底部22aの場合と同様な磁性体,即ち,比透磁率が1000以上のNi,Fe,Coなどを主体とする合金で,例えば,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)とするのが望ましい。
Next, the magnetic body is electroplated on the magnetic body forming the
ついで,図20に示すように,レジスト23cを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。ついで,Cuコイル23間に絶縁層23eを形成するため,図21に示すように,絶縁層23eを形成するためのレジストを全面に塗布する。この場合,塗布した絶縁層23eを形成するためのレジストを150〜230℃に加熱して硬化させ,絶縁層23eを絶縁層(レジスト)23aに密着させるようにする。この後,下ヨーク22の円筒部22b,円柱部22cおよびリード部22dとなる磁性体や絶縁層(レジスト)23eの基板21の表面から突出した部分をラップ盤などで表面を研磨して,この突出した部分を除去し,図22に示すように,全体が基板21の表面と同一表面になるようにする。
Next, as shown in FIG. 20, the resist 23c is removed and the surface thereof is cleaned. Also in this case, a method of dissolving the resist with an alkali or an organic solvent and removing it in a liquid phase, or an ashing method of removing in a gas phase using plasma is used. Next, in order to form the insulating
ついで,これらの全面にTi製のキャパシター用金属膜24をスパッタにより成膜する。この場合,Ti膜の厚みが1μmになるようにスパッタリングする。なお,キャパシター用金属膜24の材料としてはTi以外に,Cr,Au,Ptなどの導電性材料を使用し,その膜厚が0.05〜10μmになるように,スパッタリングあるいは蒸着もしくはメッキにより成膜するのが望ましい。その後,レジストを塗布して所定のキャパシター用金属膜24の形状となるようにパターニングする。ついで,レジストをマスクとしてイオンエッチングによりキャパシター用金属膜を所定のキャパシター用金属膜24の形状にエッチングする。これにより,図23に示すように,Cuコイル23層の上にキャパシター用金属膜24が形成されることとなる。この場合,キャパシター用金属膜24は下ヨーク22の円柱部22cに電気的に接続されることとなる。
Next, a
ついで,図24に示すように,これらの全面に犠牲膜24aとなるCu膜をスパッタにより成膜する。この場合,Cu膜の厚みが3μmになるようにスパッタリングする。なお,犠牲膜24aとして後にエッチングにより除去できる材料であればCuに限ることはなく何でもよいが,Snなどの金属薄膜やSi薄膜のスパッタや蒸着,金属のメッキ,樹脂などのスピンコートなどが好ましく,その厚みが0.5〜50μmとなるように成膜するのが望ましい。
Next, as shown in FIG. 24, a Cu film to be a
ついで,犠牲膜24aのパターンを形成するための犠牲膜形成用レジストを全面に塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。ついで,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬してレジストを所定の犠牲膜24aの形状にパターニングする。なお,レジストとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。ついで,レジストをマスクとして余分な犠牲膜24aをエッチングにより除去する。ここで,エッチングとしてはイオンミリング,気相でのプラズマによるエッチング,液相でのエッチャントによる溶解エッチングなどが適用できる。
Next, a sacrificial film forming resist for forming a pattern of the
なお,犠牲膜24aがSiの場合は,反応性のプラズマを使用するRIE(Reactive Ion Etching)法,非反応性加速イオンを使用するミリング法,水酸化カリウム(KOH)でSiを溶かす液相エッチング法なども使用できる。また,犠牲膜24aがCu以外の他の金属の場合は,その金属を溶かすことができるエッチャントを用いてケミカルエッチングする。さらに,犠牲膜24aが樹脂の場合は,その樹脂を溶剤で溶かす方法,あるいはアルカリなどで加水分解する方法などが適用できる。ついで,レジストを除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。
When the
ついで,図25に示すように,上ヨーク25となる磁性層を形成する。この場合,比透磁率が1000以上のNi,Fe,Coなどを主体とする合金で,例えば,20%Fe80%Ni合金(パーマロイ)をスパッタにより厚みが0.1〜3μmになるように成膜する。なお,CoZrNi,CoTaなどのアモルファス磁性材料,FeAl,FeSiAl,FeSiなどの鉄系軟磁性材料などを用いるようにしてもよい。また,スパッタ以外に,蒸着あるいは無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 25, a magnetic layer to be the
ついで,上述のように成膜された磁性層からなる上ヨーク25の上に,図26に示すように,振動板26を形成する密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料からなる薄膜(この場合はアルミニウム膜)をスパッタにより成膜する。なお,密度が5g/cm3以下で,ヤング率が7000Kg/mm2以上の軽量高剛性材料としては,アルミニウム(Al)以外に,Ti,Be,C,B,Mg単体あるいはそれらの合金,SiO2,Al2O3などの酸化物,TiC,SiCなどのカーバイト,AlN,TiNなどの窒化物を使用してもよい。また,スパッタ以外に,蒸着あるいは無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 26, on the
ついで,振動板26のパターンを形成するための振動板形成用レジスト27を全面に塗布する。この場合も,ポジ型の場合は,例えば,東京応化(株)製のOFPR800等を用いるのが望ましい。ついで,所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジスト27を感光させた後,現像液(レジストとして上述のOFPR800を用いた場合は,東京応化(株)製のDE−6を用いるのが好ましい)に浸漬して,図27に示すように,レジスト27を所定の振動板26の形状にパターニングする。なお,レジスト27としてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよい。
Next, a diaphragm forming resist 27 for forming the pattern of the
ついで,レジスト27をマスクとして振動板26の余分部分をイオンミリングによりエッチングして除去する。ついで,レジスト27を除去してその表面をクリーニングする。この場合も,アルカリあるいは有機溶剤などでレジストを溶かして液相で除去する方法,あるいはプラズマを使用して気相で除去するアッシング法などが使用される。
Next, the excess portion of the
ついで,図28に示すように,振動板26および上ヨーク25の下に形成された犠牲膜24aを除去する。この場合,振動板26の一部あるいは基板21に予め開けられた図示しない穴(侵入口)からエッチャントが浸入し,犠牲膜24aを溶解エッチングする方法がよく用いられる。なお,犠牲膜24aがSiの場合,KOHでSiをとかす液相エッチング法が使用される。また,犠牲膜24aが他の金属の場合,その金属を溶かすエッチャントを使ってエッチングを行う。さらに,犠牲膜24aが樹脂の場合は,溶剤で溶かす,アルカリなどで加水分解するなどの方法がとられる。
Next, as shown in FIG. 28, the
なお,エッチャントの侵入口としては1ケ所に限らず,複数箇所に設けるようにして,エッチャントの侵入をし易くすることもできる。また,超音波を使ってエッチャントの浸透と更新の速度を上げることもできる。ここで,この侵入口は振動板26の背圧を逃がし,上面からの空気振動によって振動板26が加振された際に,閉ざされた空間の背圧によって振動板26の振動が抑制されるのを防止するように作用するため好ましい。これにより,図13に示すような第2実施例のマイクロホン20が形成されることとなる。
本第2実施例においても,上述した第1実施例と同様に,LSIよりなる信号処理回路を基板内に形成しておき,この信号処理回路から延出して露出するようにパッドが予め形成された基板を用いるのが望ましい。
Note that the number of entrances for the etchant is not limited to one, and it can be provided at a plurality of locations to facilitate entry of the etchant. You can also use ultrasonics to increase the rate of etchant penetration and renewal. Here, the entry port releases the back pressure of the
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment described above, a signal processing circuit made of LSI is formed in the substrate, and a pad is previously formed so as to extend from the signal processing circuit and be exposed. It is desirable to use a new substrate.
3.変形例
(1)第1変形例
本第1変形例のマイクロホン30においては,図29(なお,図29(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図29(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,基板31の中央部に彫込部が形成されており,この彫込部内に下ヨーク32が形成されている。そして,下ヨーク32の上部には,下ヨーク32よりも径が大きい上ヨークを兼ねる振動板35が配置されている。なお,振動板35の外周部の下面には円筒状の保持材36が形成されている。これにより,振動板35は基板31の表面に対して平行に配置できるようになされている。また,下ヨーク32は,底部32aと円筒部32bと円柱部32cとで構成されており,この下ヨーク32内に薄膜コイル33が形成されている。なお,薄膜コイル33は絶縁層33aの上に形成されているとともに,薄膜コイル33間は絶縁層33bにより絶縁されるようになされている。
3. Modified Example (1) First Modified Example In the
この場合,振動板35は下ヨーク32の中心部に形成された円柱部32cに支持もしくは固定されるようになされている。そして,振動板35と下ヨーク32の外周部に形成された円筒部32bとの間は,間隔がlgの空気層からなる空隙が形成されるようになされている。これにより,音圧によって振動板35が変位するとき,上ヨークを兼ねる振動板35と下ヨーク32の円筒部32bとの距離が変動することで,磁路のインダクタンスが変わるようになされている。
In this case, the
(2)第2変形例
本第2変形例のマイクロホン40においては,図30(なお,図30(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図30(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,基板41の中央部に彫込部が形成されており,この彫込部内に下ヨーク42が形成されている。そして,下ヨーク42の上部には,下ヨーク42よりも径が大きい上ヨークを兼ねる振動板45が配置されている。なお,振動板45の外周部の下面には円筒状の保持材46が形成されている。これにより,振動板45は基板41の表面に対して平行に配置できるようになされている。また,下ヨーク42は,底部42aと円筒部42bと円柱部42cとで構成されており,この下ヨーク42内に薄膜コイル43が形成されている。なお,薄膜コイル43は絶縁層43aの上に形成されているとともに,薄膜コイル43間は絶縁層43bにより絶縁されるようになされている。
(2) Second Modified Example In the
この場合,振動板45はその外周部の下面に形成された円筒状の保持材46が基板41の表面に当接することにより,支持もしくは固定されるようになされている。そして,振動板45と,下ヨーク42の外周部に形成された円筒部42bと,その中心部に形成された円柱部42cとの間は,間隔がlgの空気層からなる空隙が形成されるようになされている。これにより,音圧によって振動板45が変位するとき,上ヨークを兼ねる振動板45と下ヨーク42の外周部に形成された円筒部42bと,その中心部に形成された円柱部42cとの距離が同時に変動するため,磁路のインダクタンスの変化率は上述した第1変形例に比して2倍になる。
In this case, the
(3)第3変形例
本第3変形例のマイクロホン50においては,図31(なお,図31(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図31(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,基板51の中央部に彫込部が形成されており,この彫込部内に下ヨーク52が形成されている。そして,下ヨーク52の上部には,下ヨーク52よりも径が大きい振動板55が配置されている。なお,振動板55の外周部の下面には円筒状の保持材57が形成されている。これにより,振動板55は基板51の表面に対して平行に配置できるようになされている。また,下ヨーク52は,底部52aと円筒部52bと円柱部52cとで構成されており,この下ヨーク52内に薄膜コイル53が形成されている。なお,薄膜コイル53は絶縁層53aの上に形成されているとともに,薄膜コイル53間は絶縁層53bにより絶縁されるようになされている。
(3) Third Modified Example In the
この場合,振動板55はBe,B,C,Mg,Al,Tiなどの軽量高剛性材料により形成されている。このため,振動板55には,その中心部下面の下ヨーク52に対向する位置に上コアとなる軟磁性体56が配置されている。これにより,振動板55の外周部の下面に形成された円筒状の保持材57が基板51の表面に当接することにより,支持もしくは固定されるようになされている。なお,振動板55となる軽量高剛性材料(Be,B,C,Mg,Al,Tiなど)は,スパッタ,蒸着,メッキなどの方法で形成することが可能となる。
In this case, the
このように,面積が大きく軽量高剛性な振動板55を使うことで,音圧に対する振幅の応答を大きくとれるようになる。そして,磁路を形成すべき部分に,十分な厚さの軟磁性体56をつけることで,磁路抵抗を下げることが可能となる。この結果,本体素子部のインダクタンスをあげることができ,他の配線部などの浮遊インダクタンスに埋もれてしまうことがなくなる。
As described above, by using the light and
(4)第4変形例
本第4変形例のマイクロホン60においては,図32(なお,図32(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図32(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,複数組のインダクタを設けるようにしている。この場合,基板61内に,3つの彫込部が形成されており,これらの彫込部内に第1下ヨーク62−1,第2下ヨーク62−2,第3下ヨーク62−3がそれぞれ形成されている。なお,第1下ヨーク62−1は,図示しない底部と円筒部62−1bと円柱部62−1cで構成され,第2下ヨーク62−2は,底部62−2aと円筒部62−2bと円柱部62−2cで構成され,第3下ヨーク62−3は,図示しない底部と円筒部62−3bと円柱部62−3cで構成されている。また,第1下ヨーク62−1内には第1薄膜コイル63−1が形成されており,第2下ヨーク62−2内には第2薄膜コイル63−2が形成されており,第3下ヨーク62−3内には第3薄膜コイル63−3が形成されている。なお,各薄膜コイルは絶縁層63−1a(図示せず),63−2a,63−3a(図示せず)の上に形成されているとともに,各コイル間は絶縁層63−1b(図示せず),63−2b,63−3b(図示せず)により絶縁されるようになされている。
(4) Fourth Modified Example In the
そして,これらの第1下ヨーク62−1,第2下ヨーク62−2,第3下ヨーク62−3を覆うようにこれらの上には1枚の振動板65が配設されている。また,この振動板65の下面の各第1下ヨーク62−1,第2下ヨーク62−2,第3下ヨーク62−3に対向する位置には,第1上ヨーク(図示せず),第2上ヨーク64−2,第3上ヨーク(図示せず)がそれぞれ形成されている。この場合,振動板65の外周部の下面には円筒状の保持材66が形成されている。これにより,各下ヨークと各上ヨークとの間は間隔がlgの空気層からなる空隙が形成されるようになされている。
A
そして,このマイクロホン60の端部には一対のリードライン67,68が形成されている。リードライン67は,配線67aを介して第1薄膜コイル63−1の外周端部に接続され,この第1薄膜コイル63−1の内周端部が第1下ヨーク62−1の円柱部62−1cに接続され,第1下ヨーク62−1の円筒部62−1bの一端部が配線67bを介して第2薄膜コイル63−2の外周端部に接続されている。一方,リードライン68は,配線68aを介して第3薄膜コイル63−3の外周端部に接続され,この第3薄膜コイル63−3の内周端部が第3下ヨーク62−3の円柱部62−3cに接続され,第3下ヨーク62−3の円筒部62−3bの一端部が配線68bを介して第2下ヨーク62−2の円筒部62−2bの一端部に接続されている。
A pair of
これにより,全体が3つのインダクターが直列に接続された磁気回路が形成されることとなる。このため,各々のインダクターのインダクタンスをLとすると,合計で3Lの大きなインダクタンスを有するインダクターを構成でき,他の配線部などの浮遊インダクタンスに埋もれてしまうということが防止でき,高感度のマイクロホンを形成できるようになる。なお,基板や各ヨークや各薄膜コイルの材料は,上述した各実施例のマイクロホンを形成する場合に使用する材料と同様なものを使用すればよい。 As a result, a magnetic circuit in which three inductors are connected in series is formed. For this reason, when the inductance of each inductor is L, an inductor having a large inductance of 3L in total can be configured, and it can be prevented from being buried in a floating inductance such as another wiring portion, and a highly sensitive microphone is formed. become able to. The material for the substrate, each yoke, and each thin film coil may be the same as that used when forming the microphones of the above-described embodiments.
(5)第5変形例
本第5変形例のマイクロホン70においては,図33(なお,図33(a)は内部を透かした状態を模式的に示す平面図であり,図33(b)はそのA−A断面を示す断面図である)に示すように,基板に複数の背圧開放用の貫通孔を設けるようにしている。ここで,基板71の中心部内には彫込部が形成されており,この彫込部内に下ヨーク72と薄膜コイル73とが形成されている。なお,下ヨーク72は,底部72aと円筒部72bと円柱部72cとで構成されており,この下ヨーク72内に薄膜コイル73が形成されている。また,薄膜コイル73は絶縁層73aの上に形成されているとともに,薄膜コイル73間は絶縁層73bにより絶縁されるようになされている。
(5) Fifth Modification In the
この場合,基板71内の中心部に形成された下ヨーク72の周囲を囲うように5つの背圧開放用の貫通孔77が形成されており,これらの背圧開放用の貫通孔77を覆うように振動板75が配設されている。そして,振動板75の下面の下ヨーク72に対向する位置には上ヨーク74が形成されているとともに,振動板75の外周部の下面には下ヨーク72と上ヨーク74との間にlgの空気層からなる空隙が形成されるように円筒状の保持材76が形成されている。
In this case, five through
なお,背圧開放用の貫通孔77はドリルなどの機械加工による孔開け法により形成することができるが,基板71の材質がSiの場合は,CF4の高密度プラズマによるエッチング法を適用するのが望ましい。また,孔開けの時機としては,一連のプロセスの途中で孔を開ける方法,全部のプロセスが終了してから孔を開ける方法,予め孔を開けた基板を用意してこの孔に犠牲膜を埋め込み,全部のプロセスが終了した後に犠牲膜をエッチングして除去する方法などが適用できる。このように,基板71に複数の背圧開放用の貫通孔77を設けると,空気振動により振動板75が加振された際に,振動板75の背圧は貫通孔77により開放されるため,閉ざされた空間の背圧によって振動板75の振動が抑制されるのを防止することが可能となる。
The through-
なお,上述した実施の形態においては1層の薄膜コイルを形成した例について説明したが,本発明のマイクロホンに用いられる薄膜コイルは1層に限らず,2層以上になるように形成されてもよい。この場合,2層以上の薄膜コイルは中央部で互いに連結されるようにし,薄膜コイルの一番外側部から一対のコイル端子が形成されるようすればよい。 In the above-described embodiment, an example in which a single-layer thin film coil is formed has been described. However, the thin-film coil used in the microphone of the present invention is not limited to one layer, and may be formed to have two or more layers. Good. In this case, two or more layers of thin film coils may be connected to each other at the center, and a pair of coil terminals may be formed from the outermost part of the thin film coil.
また,本発明のマイクロホンにおいては,LC共振回路で生成された発振周波数が変化し,この発振周波数にFM変調が乗るようにして,この発振周波数の変化をFM変調として検知する信号処理回路に結合して,これらの信号を取り出すようにしても良い。さらに,LC共振回路で生成された発振周波数を搬送波とする電波を送信できるようにして,ワイヤレスマイクロホンとすることも可能である。 Further, in the microphone of the present invention, the oscillation frequency generated by the LC resonance circuit changes, and the oscillation frequency is coupled to a signal processing circuit that detects the change in the oscillation frequency as FM modulation so that the oscillation frequency is superimposed on the oscillation frequency. Then, these signals may be taken out. Further, a wireless microphone can be formed by transmitting a radio wave having the oscillation frequency generated by the LC resonance circuit as a carrier wave.
上述したように,本発明のマイクロホンにおいてはマイクロホンのみに限ることなく,このマイクロホンに用いられる振動板が変位することを利用して,変位計,加速度センサ,振動ピックアップなどにも適用できる。 As described above, the microphone of the present invention is not limited to the microphone, but can be applied to a displacement meter, an acceleration sensor, a vibration pickup, and the like by utilizing the displacement of the diaphragm used in the microphone.
10…マイクロホン,11…基板,11a…レジスト,11b…凹部,11c…メッキ下地膜,12…下ヨーク,12a…底部,12b…円筒部,12c…円柱部,12d…リード部,12e…ヨーク形成用レジスト,13…薄膜コイル,13a…レジスト(絶縁層),13b…Cu下地膜,13c…レジスト,13d…コイルリード部,13e…絶縁層,14…上ヨーク(振動板),14a…犠牲膜,14b…犠牲膜形成用レジスト,15…振動板(軽量高剛性材料からなる薄膜),20…マイクロホン,21…基板,21a…レジスト,21b…凹部,21c…メッキ下地膜,21d…レジスト,22…下ヨーク,22a…底部,22b…円筒部,22c…円柱部,22d…コイルリード部,23…薄膜コイル,23a…絶縁層(レジスト),23b…レジスト,23c…ヨーク形成用レジスト,23d…コイルリード部,23e…絶縁層(レジスト),24…キャパシター用金属膜,24a…犠牲膜,25…上ヨーク,26…振動板,27…振動板形成用レジスト,30…マイクロホン,31…基板,32…下ヨーク,32a…底部,32b…円筒部,32c…円柱部,33…薄膜コイル,33a…絶縁層,33b…絶縁層,35…振動板,36…保持材,40…マイクロホン,41…基板,42…下ヨーク,42a…底部,42b…円筒部,42c…円柱部,43…薄膜コイル,43a…絶縁層,43b…絶縁層,45…振動板,46…保持材,50…マイクロホン,51…基板,52…下ヨーク,52a…底部,52b…円筒部,52c…円柱部,53…薄膜コイル,53a…絶縁層,53b…絶縁層,55…振動板,56…軟磁性体,57…保持材,60…マイクロホン,61…基板,62−1…第1下ヨーク,62−1b…円筒部,62−1c…円柱部,62−2…第2下ヨーク,62−2a…底部,62−2b…円筒部,62−2c…円柱部,62−3…第3下ヨーク,62−3b…円筒部,62−3c…円柱部,63−1…第1薄膜コイル,63−2…第2薄膜コイル,63−3…第3薄膜コイル,64−2…第2上ヨーク,65…振動板,66…保持材,67…リードライン,67a,67b…配線,68…リードライン,68a,68b…配線,70…マイクロホン,71…基板,72…下ヨーク,72a…底部,72b…円筒部,72c…円柱部,73…薄膜コイル,73a…絶縁層,73b…絶縁層,74…上ヨーク,75…振動板,76…保持材,77…貫通孔
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記振動板の少なくとも一部が磁性体で形成されて上ヨークになるとともに,
前記上ヨークと空気層を介して対向する位置の基板に形成された下ヨークと,該下ヨーク内に形成された薄膜コイルとを備え,
前記上ヨークと前記下ヨークとで前記薄膜コイルにて発生した磁束の磁路となるようになされており,
外部音圧により前記振動板が変位した時に,当該振動板に形成された上ヨークと前記下ヨークとの間の距離が変化してインダクタンスが変化するようになされていることを特徴とする薄膜コイルを備えたマイクロホン。 A microphone with a diaphragm that responds to changes in sound pressure,
At least a part of the diaphragm is made of a magnetic material to become an upper yoke,
A lower yoke formed on a substrate at a position facing the upper yoke with an air layer, and a thin film coil formed in the lower yoke,
The upper yoke and the lower yoke serve as a magnetic path of magnetic flux generated in the thin film coil,
A thin film coil characterized in that when the diaphragm is displaced by an external sound pressure, the distance between the upper yoke and the lower yoke formed on the diaphragm is changed to change the inductance. Microphone equipped with.
前記振動板は導電性を有してキャパシタの一方の電極となり,かつその少なくとも一部が磁性体で形成されていて上ヨークになるとともに,
前記上ヨークと空気層を介して対向する位置の基板に形成された下ヨークと,該下ヨーク内に形成された薄膜コイルとを備えて,前記上ヨークと前記下ヨークとで前記薄膜コイルにて発生した磁束の磁路となるようになされており,
前記上ヨークと前記下ヨークとの間で空気層を介して前記キャパシタの一方の電極と対向して該キャパシタの他方の電極となる導電板とを備え,
外部音圧により前記振動板が変位した時に,当該振動板に形成された上ヨークと前記下ヨークとの間の距離および前記キャパシタの一方の電極と他方の電極との間の距離が共に変化して,インダクタンスとキャパシタンスの両方が変化するようになされていることを特徴とする薄膜コイルを備えたマイクロホン。 A microphone with a diaphragm that responds to changes in sound pressure,
The diaphragm has conductivity and becomes one electrode of a capacitor, and at least a part thereof is made of a magnetic material and becomes an upper yoke.
A lower yoke formed on a substrate facing the upper yoke via an air layer; and a thin film coil formed in the lower yoke, wherein the upper yoke and the lower yoke The magnetic path of the generated magnetic flux
A conductive plate that is opposed to one electrode of the capacitor via an air layer between the upper yoke and the lower yoke, and serves as the other electrode of the capacitor;
When the diaphragm is displaced by external sound pressure, both the distance between the upper yoke and the lower yoke formed on the diaphragm and the distance between one electrode and the other electrode of the capacitor change. A microphone with a thin film coil characterized in that both inductance and capacitance are changed.
外部音圧により前記振動板が変位した時に,前記振動板と前記下ヨークの円筒部との間および前記振動板と前記下ヨークの円柱部との間の両方の距離が同時に変動することでインダクタンスが変動するようにしたことを特徴とする請求項4に記載の薄膜コイルを備えたマイクロホン。 The diaphragm serving as the upper yoke is formed to extend outward from the cylindrical portion of the lower yoke, and the outermost periphery of the diaphragm is supported or fixed.
When the diaphragm is displaced by an external sound pressure, both the distance between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke and the distance between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke fluctuate simultaneously. The microphone provided with the thin film coil according to claim 4, wherein:
前記振動板の前記下ヨークの円筒部に対向する下面の磁路を形成すべき部位に軟磁性体を備え,
外部音圧により前記振動板が変位した時に,前記振動板と前記下ヨークの円筒部との間および前記振動板と前記下ヨークの円柱部との間の両方の距離が同時に変動することでインダクタンスが変動するようにしたことを特徴とする請求項4に記載の薄膜コイルを備えたマイクロホン。 The diaphragm serving as the upper yoke is formed to extend outward from the cylindrical portion of the lower yoke, and the outermost periphery of the diaphragm is supported or fixed,
A soft magnetic body is provided at a portion where a magnetic path on the lower surface of the diaphragm facing the cylindrical portion of the lower yoke is to be formed;
When the diaphragm is displaced by an external sound pressure, both the distance between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke and the distance between the diaphragm and the cylindrical portion of the lower yoke fluctuate simultaneously. The microphone provided with the thin film coil according to claim 4, wherein:
The diaphragm excluding the magnetic material may be a simple substance of Al, Ti, Be, Mg, Si, B, C, or a mixture thereof, or an oxide film, a nitride film, a carbide film of these metals, or a combination thereof. The microphone provided with the thin-film coil according to any one of claims 1 to 11, wherein the microphone is formed of a mixture of the following.
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