JPH0937382A - Microphone - Google Patents
MicrophoneInfo
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- JPH0937382A JPH0937382A JP21389595A JP21389595A JPH0937382A JP H0937382 A JPH0937382 A JP H0937382A JP 21389595 A JP21389595 A JP 21389595A JP 21389595 A JP21389595 A JP 21389595A JP H0937382 A JPH0937382 A JP H0937382A
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- diaphragm
- sound
- wire
- heat
- micromachining
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- Pending
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- Thermistors And Varistors (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超小型のマイクロホン
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro microphone.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、半導体装置のマイクロマシニング
加工を利用して、半導体基板をエッチングすることによ
って薄膜のダイアフラムを形成したうえで、ピエゾ抵抗
効果や静電容量の変化によって、ダイアフラムの音によ
る振動を電気信号に変換するようにした超小型マイクロ
ホンが開発されている(文献1994 Elsevie
r Science Review Paper「A
review of silicon microph
ones」参照)。2. Description of the Related Art Recently, a thin film diaphragm is formed by etching a semiconductor substrate by using a micromachining process of a semiconductor device, and then a vibration of a diaphragm is caused by a piezoresistive effect and a change in capacitance. Microminiaturized microphones have been developed that convert a signal into an electric signal (reference document 1994 Elsevie).
r Science Review Paper "A
review of silicon microph
ones ").
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、ピエゾ抵抗効果や静電容量の変化を利用して、ダ
イアフラムの音による振動を電気信号に変換するように
した超小型マイクロホンでは、それが超小型化されてい
るために音に対するダイアフラムの振動を充分にとるこ
とができず、そのためSN比が低下して、音の検出感度
が悪いものになっていることである。The problem to be solved by the present invention is to solve the problem in the microminiature microphone in which the vibration due to the sound of the diaphragm is converted into an electric signal by utilizing the piezoresistive effect and the change of the electrostatic capacity. Since it is miniaturized, it is impossible to sufficiently oscillate the diaphragm with respect to the sound, so that the SN ratio is lowered and the sound detection sensitivity is deteriorated.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、超小型化して
も感度良く音を検出することができるようにするべく、
基板上に形成された振動板と、その振動板に形成された
感熱抵抗体とをそなえ、音によって振動板が振動したと
きの感熱抵抗体の抵抗値の変化を電気信号としてとらえ
るようにしている。According to the present invention, it is possible to detect a sound with high sensitivity even if it is miniaturized.
It has a diaphragm formed on the substrate and a thermosensitive resistor formed on the diaphragm so that the change in the resistance value of the thermosensitive resistor when the diaphragm vibrates due to sound can be detected as an electric signal. .
【0005】[0005]
【実施例】本発明によるマイクロホンは、その基本的な
構成部分が、図1および図2に示すように、シリコンや
ガラスなどからなる基台1上に薄膜形成されたダイアフ
ラム2と、そのダイアフラム2部分に形成された感熱抵
抗体としての抵抗温度係数の大きなプラチナPt、ニッ
ケルNi、タングステンWなどの材料からなるヒートワ
イヤ3とによって構成されている。図中、4はヒートワ
イヤ3の電極部である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A microphone according to the present invention has a diaphragm 2 whose basic constituent parts are formed as a thin film on a base 1 made of silicon or glass, as shown in FIGS. 1 and 2, and a diaphragm 2 thereof. A heat wire 3 made of a material such as platinum Pt, nickel Ni, or tungsten W having a large temperature coefficient of resistance as a heat-sensitive resistor is formed in the portion. In the figure, 4 is an electrode portion of the heat wire 3.
【0006】このように構成されたものにあって、ヒー
トワイヤ3に定電流電源5を接続して電流を常時供給
し、ヒートワイヤ3を200〜300℃程度の一定温度
になるように加熱しておく。[0006] In such a structure, a constant current power source 5 is connected to the heat wire 3 to constantly supply current, and the heat wire 3 is heated to a constant temperature of about 200 to 300 ° C. Keep it.
【0007】上面からの音の入力によってダイアフラム
2が振動すると、ヒートワイヤ3が空気によって冷却さ
れてヒートワイヤ3の抵抗値が変化し、そのヒートワイ
ヤ3の端子電圧が変化する。そのヒートワイヤ3の端子
電圧の変化分を電圧変動検出回路6によってとり出すこ
とにより、入力した音に応じた出力信号Voが得られ
る。When the diaphragm 2 vibrates due to the sound input from the upper surface, the heat wire 3 is cooled by the air, the resistance value of the heat wire 3 changes, and the terminal voltage of the heat wire 3 changes. By taking out the amount of change in the terminal voltage of the heat wire 3 by the voltage change detection circuit 6, an output signal Vo corresponding to the input sound can be obtained.
【0008】その際、ヒートワイヤ3は、入力した音に
よってダイアフラム2が振動したときに、より大きな空
気による冷却効果が得られるように、全長をかせぐべく
所定のパターンをもって形成されている。At this time, the heat wire 3 is formed in a predetermined pattern so as to obtain the entire length so that a larger air cooling effect can be obtained when the diaphragm 2 vibrates due to the input sound.
【0009】ヒートワイヤ3の温度変化にもとづく端子
電圧の変化としての音の出力信号Voは、ヒートワイヤ
3の温度変化をΔT、ヒートワイヤ3の抵抗温度係数を
ηとしたとき、次式(1)によって与えられる。The output signal Vo of the sound as the change of the terminal voltage based on the temperature change of the heat wire 3 is expressed by the following equation (1) where ΔT is the temperature change of the heat wire 3 and η is the resistance temperature coefficient of the heat wire 3. ).
【0010】[0010]
【数1】 [Equation 1]
【0011】しかして、本発明によれば、従来のピエゾ
抵抗効果や静電容量の変化によってダイアフラムの音に
よる振動を電気信号に変換するようにしたものに比し
て、大きな利得が得られるようになり、音の検出感度が
大幅に向上する。Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a large gain as compared with the conventional one in which the vibration caused by the sound of the diaphragm is converted into an electric signal by the piezoresistive effect or the change of the electrostatic capacitance. The sound detection sensitivity is significantly improved.
【0012】基台1、ダイアフラム2およびヒートワイ
ヤ3からなる構造体としては、それが、例えば、図3に
示すように、半導体装置のマイクロマシニング加工によ
って製造される。The structure consisting of the base 1, the diaphragm 2 and the heat wire 3 is manufactured, for example, by micromachining a semiconductor device as shown in FIG.
【0013】まず、Siなどの半導体基板7の上面およ
び下面に、SiN、SiON、SiO2などの層8,9
をスパッタリングまたはCVD法などによって成膜する
(ステップS1)。次いで、上面の層8上にヒートワイ
ヤ材料を薄膜形成したうえで、所定のパターンにパター
ニングしてヒートワイヤ3および電極部4を形成する
(ステップS2)。そして、ヒートワイヤ3の保護のた
めに、その上からさらにSiN、SiON、SiO2な
どの層10を成膜したうえで(ステップS3)、上面お
よび下面からエッチング(例えばKOHエッチング)に
よって基台1およびダイアフラム2を形成する(ステッ
プS4)。First, on the upper and lower surfaces of a semiconductor substrate 7 made of Si or the like, layers 8, 9 made of SiN, SiON, SiO 2 or the like are formed.
Is formed by sputtering or CVD (step S1). Next, a heat wire material is formed into a thin film on the upper layer 8 and then patterned into a predetermined pattern to form the heat wire 3 and the electrode portion 4 (step S2). Then, in order to protect the heat wire 3, a layer 10 of SiN, SiON, SiO 2 or the like is further formed thereon (step S3), and then the base 1 is etched (eg, KOH etching) from the upper surface and the lower surface. And the diaphragm 2 is formed (step S4).
【0014】また、本発明によれば、半導体装置のマイ
クロマシニング加工によって、多種多様の構造による超
小型のマイクロホンを容易に製造することができるよう
になる。Further, according to the present invention, it becomes possible to easily manufacture microminiature microphones having various structures by micromachining the semiconductor device.
【0015】図4はその一例を示すもので、ここでは、
入力する音をその周波数によって選択的に検出する、前
記ダイアフラム2の代わりに、長さおよび幅を変えるこ
とによって共振周波数が異なる複数の薄膜振動板として
のカンチレバー11〜14を基台1上に形成し、各カン
チレバー11〜14の部分にそれぞれヒートワイヤ3を
形成して、上面から入力される音に対して、それぞれ共
振する特定の音の出力信号Vo〜Vo4を選択的に得る
ことができるようにしている。FIG. 4 shows an example thereof, and here,
Formed on the base 1 are cantilevers 11 to 14 as a plurality of thin film diaphragms having different resonance frequencies by changing the length and the width, instead of the diaphragm 2, which selectively detects the input sound by its frequency. However, by forming the heat wires 3 on the cantilevers 11 to 14 respectively, it is possible to selectively obtain the output signals Vo to Vo 4 of specific sounds that resonate with the sounds input from the upper surface. I am trying.
【0016】各カンチレバー11〜14の共振周波数f
Qは、レバーの長さl、幅t、密度p、弾性定数Sにし
たがって、次式(2)によって与えられる。Resonance frequency f of each cantilever 11-14
Q is given by the following equation (2) according to the lever length 1, width t, density p, and elastic constant S.
【0017】[0017]
【数2】 [Equation 2]
【0018】このように構成されたものでは、各カンチ
レバー11〜14の振動は入力する音の周波数に共振し
て生ずるために、音色の異なる特定の音を選択的に、感
度良く検出することができるようになる。With this structure, the vibrations of the cantilevers 11 to 14 resonate with the frequency of the input sound, so that specific sounds of different tones can be selectively detected with high sensitivity. become able to.
【0019】そして、必要な数のカンチレバーを設置す
ることで、周波数変換(フーリェ変換)された音の出力
信号を直接得ることができるようになり、音声認識やデ
ジタル録音などへの応用性が可能となる。By installing the required number of cantilevers, it becomes possible to directly obtain the output signal of the frequency-converted (Fourier-converted) sound, which is applicable to voice recognition and digital recording. Becomes
【0020】また、周波数に依存して音を選択的に検出
できる特性を利用して、超音波などの音源をデジタル信
号化して、音波通信を行わせるようにすることも可能と
なる。It is also possible to convert a sound source such as an ultrasonic wave into a digital signal and perform sound wave communication by utilizing the characteristic that the sound can be selectively detected depending on the frequency.
【0021】例えば、図5に示すように、発信側Aおよ
び受信側Bでそれぞれ同一の周波数で共振する複数のカ
ンチレバー構造をもったものを用いて、特定の周波数f
1,f2,f3,f4による発信音のオン、オフの組合
せによって、「1」、「0」の2値による複数ビットの
デジタル信号を受信させることができるようになる。For example, as shown in FIG. 5, a specific frequency f is obtained by using a plurality of cantilever structures that resonate at the same frequency on the transmitting side A and the receiving side B, respectively.
It becomes possible to receive a digital signal of a plurality of bits by binary values of "1" and "0" by combining the turning on and off of the dial tone by 1, f2, f3 and f4.
【0022】その場合、発信側Aにあっては、例えば、
受信側Bと共振関係にある周波数f1の電力をカンチレ
バー11に形成されているヒートワイヤ31に供給し
て、その発熱を周波数f1でくり返し行わせて、バイメ
タル効果によってそのカンチレバー11を振動させて、
信号「1」を発するようにする。In that case, at the originating side A, for example,
Electric power having a frequency f1 having a resonance relationship with the receiving side B is supplied to the heat wire 31 formed on the cantilever 11 to repeatedly generate heat at the frequency f1, and the cantilever 11 is vibrated by the bimetal effect.
The signal "1" is emitted.
【0023】超音波などによる音波通信を行わせる場
合、一般的には反射波によるノイズが問題となるが、本
発明を利用すれば、反射波によるノイズの問題は何ら生
ずることがない。In the case of performing sound wave communication by ultrasonic waves or the like, noise due to reflected waves generally poses a problem, but the use of the present invention does not cause the problem of noise due to reflected waves.
【0024】[0024]
【効果】以上、本発明によるマイクロホンにあっては、
音によって振動する振動板に感熱抵抗体を設け、振動板
が振動したときの感熱抵抗体の抵抗値の変化を電気信号
としてとらえるようにしたもので、半導体装置のマイク
ロマシニング加工によって超小型のものとすることが容
易に可能となり、超小型化しても感度良く音を検出する
ことができるという利点を有している。As described above, in the microphone according to the present invention,
A thermosensitive resistor is provided on a diaphragm that vibrates by sound, and changes in the resistance value of the thermosensitive resistor when the diaphragm vibrates are detected as an electrical signal. Microminiaturized by semiconductor device micromachining processing. It is possible to easily achieve the above, and there is an advantage that the sound can be detected with high sensitivity even if the size is reduced.
【図1】本発明によるマイクロホンの基本構成を示す平
面図である。FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of a microphone according to the present invention.
【図2】本発明によるマイクロホンの基本構成を示す正
面図である。FIG. 2 is a front view showing a basic configuration of a microphone according to the present invention.
【図3】本発明によるマイクロホンの製造工程の一例を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a microphone according to the present invention.
【図4】本発明によるマイクロホンの他の構成例を示す
平面図である。FIG. 4 is a plan view showing another configuration example of the microphone according to the present invention.
【図5】本発明を利用して音波通信を行わせるようにし
たときの構成例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a configuration example when sound wave communication is performed using the present invention.
1 基台 2 ダイアフラム 3 ヒートワイヤ 4 電極部 5 定電流電源 6 電圧変動検出回路 11〜14 カンチレバー 31〜34 ヒートワイヤ 1 Base 2 Diaphragm 3 Heat wire 4 Electrode part 5 Constant current power supply 6 Voltage fluctuation detection circuit 11-14 Cantilever 31-34 Heat wire
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笛木 信宏 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 山川 浩 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Nobuhiro Fueki 1-4-1 Chuo, Wako, Saitama Prefecture Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Yamakawa 1-4-1 Chuo, Wako, Saitama Stock Company Honda Technical Research Institute
Claims (4)
板に形成された感熱抵抗体とをそなえ、音によって振動
板が振動したときの感熱抵抗体の抵抗値の変化を電気信
号としてとらえるようにしたことを特徴とするマイクロ
ホン。1. A vibrating plate formed on a substrate and a thermosensitive resistor formed on the vibrating plate, wherein a change in resistance value of the thermosensitive resistor when the vibrating plate vibrates due to sound is used as an electric signal. A microphone characterized by being designed to be captured.
よって、基板上に振動板を薄膜形成するとともに、その
振動板に感熱抵抗体を薄膜形成するようにしたことを特
徴とする前記第1項の記載によるマイクロホン。2. The method according to claim 1, wherein the diaphragm is formed into a thin film on the substrate by a micromachining process of the semiconductor device, and the thermal resistor is formed into a thin film on the diaphragm. Microphone.
たことを特徴とする前記第1項の記載によるマイクロホ
ン。3. The microphone according to claim 1, wherein a plurality of diaphragms having different resonance frequencies are formed.
形成したことを特徴とする前記第1項の記載によるマイ
クロホン。4. The microphone according to claim 1, wherein the thermosensitive resistor is formed into a wire shape and patterned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21389595A JPH0937382A (en) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Microphone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21389595A JPH0937382A (en) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Microphone |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0937382A true JPH0937382A (en) | 1997-02-07 |
Family
ID=16646797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21389595A Pending JPH0937382A (en) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Microphone |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0937382A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6088463A (en) * | 1998-10-30 | 2000-07-11 | Microtronic A/S | Solid state silicon-based condenser microphone |
US7142682B2 (en) | 2002-12-20 | 2006-11-28 | Sonion Mems A/S | Silicon-based transducer for use in hearing instruments and listening devices |
US8103025B2 (en) | 1999-09-07 | 2012-01-24 | Epcos Pte Ltd. | Surface mountable transducer system |
-
1995
- 1995-07-19 JP JP21389595A patent/JPH0937382A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6088463A (en) * | 1998-10-30 | 2000-07-11 | Microtronic A/S | Solid state silicon-based condenser microphone |
USRE42346E1 (en) | 1998-10-30 | 2011-05-10 | Epcos Pte Ltd. | Solid state silicon-based condenser microphone |
USRE42347E1 (en) | 1998-10-30 | 2011-05-10 | Epcos Pte Ltd. | Solid state silicon-based condenser microphone |
US8103025B2 (en) | 1999-09-07 | 2012-01-24 | Epcos Pte Ltd. | Surface mountable transducer system |
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