JP4468280B2 - マイクロホン装置 - Google Patents
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Description
以下、特許文献1の図1(b)に記載される従来例の構造について、図7を用いて簡単に説明する。
図7は、特許文献1の図1(b)に記載される従来例(一対のエレクトレットコンデンサマイクロホンを共通のカプセルに収納した例)の構造を示す断面図である。
また、所定の位置に配置した複数のマイクロホンで構成されたアレイマイクロホンの感度は、音源から個々のマイクロホンへの音響パスが異なることを利用して、個々のマイクロホンの出力に適当な遅延と加減算を施すことで、指向性を持つことが知られている(例えば、特開平7−131886号公報参照)。
音響は本来、直進するものであり、所定条件下での進路妨害がない限り回折現象は生じない。そこで、カプセルの少なくとも一部(特に、各収音素子の振動膜に音響を到達させるのに必要な箇所)を音響的に透明な(音響透過性の)メッシュ構造とし(このメッシュは、音響の回折による悪影響が生じない程度の径の孔を多数、有する構造をもつ)、音源から到来する音響が、そのまま直進して各収音素子に到達するようにしたものである。音源からの音響は、マイクロホン装置のケーシング(カプセル)に妨げられることなく、そのまま直進して各収音素子に到達する。つまり、音響回折による悪影響を生じることなく、一つの収音素子に至る音響パスは一意的に定まる。したがって、指向性形成のための遅延量や係数の設定の適切な設定が可能となり、良好な指向性の形成が可能となる。
メッシュ部分はケーシング(カプセル)の一部をなすため、音源からの音響を収音素子に導くだけではなく、電磁波ノイズの遮蔽効果も併せもつことが望ましい。そこで、導電性材料(金属)によりメッシュを形成し、電磁シールド効果を得るものである。
上記構成によれば、指向性収音(ステレオ収音を含む)のために必要な信号処理を実施する信号処理部も、ケーシング(カプセル)内に収容したものである。これにより、高精度かつ安定した指向性収音(ステレオ収音を含む)が可能な1モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。
上記構成によれば、共通の基板上に、収音素子と信号処理部を実装し、その基板上にカプセルをかぶせて、1つのモジュールを形成するものである。例えば、信号処理部をLSI化し、そのLSIを、隣接する一対の収音素子の間に実装し、そのLSIと両側の各収音素子とをボンディングワイヤ等で接続して電気的導通をとることによって無駄なスペースを減少させることができ、非常にコンパクトな、指向性収音機能をもつモジュール(マイクロホン装置)を得ることができる。
上記構成によれば、同一基板内に、収音素子と信号処理部を集積化して形成し、その基板上にカプセルをかぶせて、1つのモジュールを形成するものである。望ましくは、第1および第2の収音素子および信号処理部をLSI化するとともに、そのLSIを、MEMSプロセスで形成した開口を持つ隔壁を持つ、マイクロカプセルで覆うことにより、非常にコンパクトな、指向性収音機能をもつモジュール(マイクロホン装置)を得ることができる。
上記構成によれば、更なる小型化薄型化が可能となる。
また、導電性のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽(シールド)効果を得ることができる。
(実施の形態1)
図1は、本発明のマイクロホン装置の実施の形態(マイクロカプセルの少なくとも一部を音響透過性のメッシュ構造とした例)の内部構成を示す断面図であり、図2は、ここで用いられるMEMS構造の収音素子を示す断面図である。
図2は、図1に示したシリコンLSIの製造プロセスにより製造される収音素子(MEMS収音素子)の構造を説明するためのデバイスの断面図である。
収音素子11a(11bも同じ)は、音波による音圧変化に応じて振動する振動板33を含む半導体基板12と、空隙部16を介して振動板33と対向配置された背面板13と、半導体基板12と背面板13との間に設けられたスペーサ(電気的絶縁膜)14と、半導体基板12上に設けられた電極17と、背面板13上に設けられた電極18とを備えており、背面板13には、複数の貫通穴15が設けられている。
シリコン振動板33は、例えば、所定の厚みを有するシリコン基板12の底部の一部をエッチングして窪みを設けることによって形成される。ただし、この製法に限定されるものではなく、例えば、窪みを設けたシリコン基板12の裏面に、新たに薄いシリコン膜を成長させて振動板33とすることもできる。
図4は、図1に示される本実施の形態のマイクロホン装置の構造がみいだされるまでの過程を説明するための、マイクロホン装置の一例の断面図である。図4において、図1および図2と共通する部分には同じ参照符号を付してある。
図4に示されるように、共通の実装基板65上にMEMS収音素子11a,11bが実装され、各収音素子11a,11bは、中央に1つの音孔71が設けられているマイクロホンカプセル64にてカバ−されている。
図3(a)および(b)は、本発明のマイクロホン装置の他の例を示す断面図およびプロセス説明図である。図3において、実施の形態1で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
図3(a),(b)は、金属製のマイクロカプセル(筐体)64の一部(特に、収音素子11a,11bの振動板に音響を到来させるために必要な箇所)に開口(67c,67d,67e)を設け、その開口部分にのみ、メッシュシート91および92a,92bを設けた構造としている。メッシュシート91および92a,92bは、例えば、金属製のマイクロカプセル(筐体)64に接着剤を用いて接着される。
また、導電性のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽(シールド)効果を得ることができる。
なお、3つ以上の収音素子を用いたマイクロホン装置においては、実施の形態2に記載のマイクロカプセルを用いると、構造を簡素化でき、安価に製造することが可能となる。
また、共通の基板上に、収音素子と信号処理部を実装し、その基板上にカプセルをかぶせて、1つのモジュールを形成することによって、コンパクトな1モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。
12 シリコン半導体基板
13 背面板
14 スペーサ(電気的絶縁膜)
15 空気逃がし用の貫通穴
16 空隙部
17,18 電極
32a、32b 第1および第2の収音素子
32 LSI
34 シリコンマイクロカプセル
33 振動板(例えば、ドープトシリコンからなるシリコンダイヤフラム)
63a〜63d ボンディングワイヤ
64 マイクロホンカプセル(ケーシング、筐体)
67a,67b 音孔
68 音源
Claims (22)
- 第1の半導体基板と、前記第1の半導体基板上に形成され、かつ、互いに向かい合うように配置された第1の振動板および第1の背面板とを有する第1の収音素子と、
第2の半導体基板と、前記第2の半導体基板上に形成され、かつ、互いに向かい合うように配置された第2の振動板および第2の背面板とを有する第2の収音素子と、
前記第1の収音素子および前記第2の収音素子を上面に搭載する実装基板と、
前記実装基板の上面と前記第1の収音素子および前記第2の収音素子とを覆うマイクロホンカプセルと、
前記マイクロホンカプセルと前記実装基板とで形成された内部空間とを備え、
前記第1の振動板と前記第2の振動板は分離しており、
前記マイクロホンカプセルは、前記第1の収音素子および前記第2の収音素子に対応する位置に少なくとも1つの開口部を有し、前記開口部はメッシュ構造を備えているマイクロホン装置。 - 前記マイクロホンカプセルが有する前記開口部は、1つのみであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロホン装置。
- 請求項1又は2に記載のマイクロホン装置であって、
前記メッシュ構造は、前記開口部に接着剤により接着されているマイクロホン装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記開口部は、前記第1の振動板及び前記第2の振動板のそれぞれに対して、直交するように形成されているマイクロホン装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記メッシュ構造は、前記内部空間側に形成されることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項5に記載のマイクロホン装置であって、
前記メッシュ構造における、前記内部空間よりも外側に位置する外部空間と接する部分は、
前記マイクロホンカプセルにおける、前記第1の収音素子に対向する平面部が前記外部空間と接する部分よりも前記内部空間側にあることを特徴とするマイクロホン装置。 - 第1の半導体基板と、前記第1の半導体基板上に形成され、かつ、互いに向かい合うように配置された第1の振動板および第1の背面板とを有する第1の収音素子と、
第2の半導体基板と、前記第2の半導体基板上に形成され、かつ、互いに向かい合うように配置された第2の振動板および第2の背面板とを有する第2の収音素子と、
前記第1の収音素子および前記第2の収音素子を上面に搭載する実装基板と、
前記実装基板の上面と前記第1の収音素子および前記第2の収音素子とを覆うマイクロホンカプセルと、
前記マイクロホンカプセルと前記実装基板とで形成された内部空間とを備え、
前記第1の振動板と前記第2の振動板は分離しており、
前記マイクロホンカプセルは、全体がメッシュ構造であるマイクロホン装置。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記実装基板上に、さらに信号処理部を搭載しているマイクロホン装置。 - 請求項8に記載のマイクロホン装置であって、
前記信号処理部は、前記第1の収音素子および前記第2の収音素子の各々の出力信号に遅延処理と加減算処理を施し、指向性収音を実現するようにしたマイクロホン装置。 - 請求項8又は9に記載のマイクロホン装置であって、
前記第1の収音素子が接続する前記信号処理部に前記第2の収音素子が接続していることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項10に記載のマイクロホン装置であって、
前記信号処理部と前記第1の収音素子は、第1のボンディングワイヤによって接続され、
前記信号処理部と前記第2の収音素子は、第2のボンディングワイヤによって接続されていることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記実装基板と前記マイクロホンカプセルは、前記第1の収音素子と前記第2の収音素子が実装されている面において接続していることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至12のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記内部空間において、前記第1の収音素子および前記第2の収音素子のそれぞれの上面及び側面と前記マイクロホンカプセルとの間に空間が存在するように前記第1の収音素子および前記第2の収音素子を配置することを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至13のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記マイクロホンカプセルは、金属材料からなるマイクロホン装置。 - 請求項1乃至14のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記背面板は、導電性をもつシリコンからなることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至15のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記振動板は、ドープしたシリコンからなることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至16のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記第1の収音素子及び前記第2の収音素子は単一の前記マイクロホンカプセルに覆われていることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至17のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記第1の収音素子及び前記第2の収音素子は、それぞれ半導体製造プロセスを用いて製造されることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至18のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記第1の収音素子及び前記第2の収音素子は、前記マイクロホンカプセルと前記実装基板とで形成された内部空間において左右対称に配置されていることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至19のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記メッシュ構造は、導電性であることを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項1乃至20のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記メッシュ構造は、パンチングメタルで構成されたことを特徴とするマイクロホン装置。 - 請求項8乃至11のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記第1の収音素子及び前記第2の収音素子は、前記マイクロホンカプセルと前記実装基板とで形成された内部空間において左右対称に配置されており、前記信号処理部は、前記第1の収音素子及び前記第2の収音素子の間に配置されていることを特徴とするマイクロホン装置。
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