WO2007020925A1

WO2007020925A1 - 電気音響変換装置

Info

Publication number: WO2007020925A1
Application number: PCT/JP2006/316046
Authority: WO
Inventors: Shigeyuki Minematsu; Kazumi Maruyama
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2007-02-22
Also published as: JPWO2007020925A1; TW200715892A

Abstract

　開口を有する基板（１）にダイアフラム（２）が支持される。当該開口にダイヤフラム（２）の一方の面が臨んでいる。薄膜コイル（３）は、平面形状が１つの軸の周りを周回する渦巻き形のコイルである。カバー部（４）にヨーク（５）を作成し、ヨーク（５）の中央部に永久磁石（６）を設ける。ダイアフラム（２）とヨーク（５）との間には空隙（７）が形成されている。ダイアフラム（２）に薄膜コイル（３）を形成することによって、薄型化を図ることができる。永久磁石（６）と薄膜コイル（３）との間の間隙（７）が小さいので、小さな磁力でもダイアフラム（２）の十分な駆動力が得られる。薄型化が可能であり、小型化され、消費電力の少ない電気音響変換装置を実現することができる。

Description

明細書

電気音響変換装置

技術分野

[0001] この発明は薄膜コイルと永久磁石とダイアフラムを有する電気音響変換装置に関し、特に MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて开成する電気音響変換装置に関する。

背景技術

[0002] 従来の電気音響変換装置の一例であるダイナツミク型スピーカを図 23に示す。図 2 3に示すように、ダイアフラム 2に連結固定した同心円筒形状のコイル 3が、永久磁石 6とヨーク 51、 52から形成される磁界中に挿入されている。このコイル 3は、ダイアフラム 2から突き出した配置となって、る (特許文献 1参照)。

[0003] 近年、 MEMS技術の発展により、シリコンベースのピエゾ型や、コンデンサ型の小型電気音響変換装置も提案されて、る。ピエゾ型の小型電気音響変換装置につ!、ては、例えば非特許文献 1に示されている。コンデンサ型の小型電気音響変換装置については、特許文献 2に示されている。

[0004] 特許文献 1に記載のような従来のダイナミック型スピーカやマイクロフォンは、ダイァフラムから円筒形状のコイルが突き出した構造を有している。このような構造では、薄型化に限界があった。また、前記のスピーカにおけるァクチユエ一タ部ゃマイクロフォンにおけるセンサ部と、アンプ部とは通常離れている。そのため、その接続ケープノレ上でノイズを拾うなどの問題もあった。

[0005] 一方、特許文献 2、非特許文献 1に記載のような MEMS技術を活用したピエゾ型ゃコンデンサ型による電気音響変換装置では小型化は実現できるものの、ピエゾ型では、大きな音波を発生するためのピエゾ素子に印加する電圧が大きくなつてしまうという問題があった。また、コンデンサ型においては大きなノィァス電圧が必要となるという問題があった。さらに、特許文献 3に記載の電気音響変換装置は、薄型化を達成することを課題としている力本来はマグネチックブザーであり、その構造は発音部分が外側に開放されておらず、スピーカまたはマイクロフォンとしての用途としては適当ではない。

[0006] 上記問題点に鑑み、本発明の目的は薄型化が可能であり、小型で、消費電力の少ない、高品質なスピーカまたはマイクロフォンとしての適用可能な電気音響変換装置を提供することにある。

[0007] 特許文献 1 :特開 2003— 169390号公報

特許文献 2：特表 2003 - 509984号公報

特許文献 3：特開 2003 - 305409号公報

非特干文献 1 : S. H. Yi and E. b. Kim, "Piezoelectric Micro spea er with Compressiv e Nitride Diaphragm" International MEMS Conference. January 20-24. 2002. Las Ve gas

発明の開示

[0008] 前記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、開口を有する基板と、前記基板に前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイァフラムと、前記ダイァフラムの他方の面上に形成された薄膜コイルと、永久磁石が設けられたカバー部とを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは 1つの軸の周りを周回し、前記永久磁石は前記軸上に位置し、かつ、その極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置が提供される。

[0009] ここで、前記カバー部は、非磁性材料からなり、その内側面に強磁性材料をメツキすることができる。

[0010] さらに、前記カバー部は、強磁性材カもなるものとすることができる。

[0011] さらに、前記永久磁石と前記カバー部との間にヨークを備えることができる。

[0012] さらに、前記ヨークは強磁性材料とすることができる。

[0013] さらに、前記ダイァフラムに前記永久磁石と対向するように形成される軟磁性体からなるコを備免ることができる。

[0014] また、本発明の他の一態様によれば、開口を有する基板と、前記基板の前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイァフラムと、前記ダイァフラムの他方の面上に設けられた永久磁石と、前記ダイアフラムを周回するように前記基板上に形成された薄膜コイルとを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは前記永久磁石の中心を軸とするように周回し、前記永久磁石は極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置が提供される。

[0015] ここで、前記ダイァフラムの材料は、前記基板と異なるものとすることができる。

[0016] さらに、前記基板は半導体からなり、前記基板に直接形成され、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えることができる。

[0017] さらに、前記基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えることができる。

[0018] さらに、当該電気音響変換装置のノッケージを、前記カバー部と共通化することができる。

[0019] さらに、前記開口を介して外部力入射した音波を感知して前記ダイァフラムおよび前記薄膜コイルが前記永久磁石による磁界中で振動することにより、当該薄膜コィルカも音波に対応した音響信号を得ることができる。

[0020] さらに、前記永久磁石による磁界と前記薄膜コイルに流れる音響信号に基づく電流との電磁力により前記ダイァフラムが振動し、音波を発生させることができる。

[0021] 本発明によれば、開口を有する基板に支持されたダイアフラム上に形成された薄膜コイルと、この薄膜コイルに対向するように永久磁石を配置することで、薄膜化が可能であり、小型で消費電力の少ない、電気音響変換装置を提供することができる。

[0022] また、本発明によれば、基板に支持されたダイアフラム上に永久磁石を設け、ダイァフラムの周りの基板上に薄膜コイルを形成することで、さらに薄膜ィ匕が可能であり、小型で消費電力の少な!ヽ、電気音響変換装置を提供することができる。

[0023] さらに、本発明によれば基板上に CMOSなどによる電気回路を配置することで、薄膜コイルと電気回路間の結線を極力短くすることができ、外部から入射されるノイズによる影響を極力小さくすることが可能となり、高品質な、電気音響変換装置を提供することがでさる。

[0024] さらに、本発明によれば永久磁石を有するカバー部をパッケージと共通化することで、更なる薄膜ィ匕が可能であり、小型の電気音響変換装置を提供することができる。図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は本発明の電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。圆 2]図 2は本発明の電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。圆 3]図 3は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。

圆 4]図 4は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。

圆 5]図 5は本発明の電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。圆 6]図 6は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。

圆 7]図 7は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 1の実施の形態の断面図である。

圆 8]図 8は本発明の電気音響変換装置の第 2の実施の形態の断面図である。圆 9]図 9は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 2の実施の形態の断面図である。

圆 10]図 10は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 2の実施の形態の断面図である。

圆 11]図 11は本発明の電気音響変換装置の第 2の実施の形態の断面図である。圆 12]図 12は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 2の実施の形態の断面図である。

圆 13]図 13は本発明のノッケージを含めた電気音響変換装置の第 2の実施の形態の断面図である。

圆 14]図 14は本発明の電気音響変換装置の第 3の実施の形態の断面図である。圆 15]図 15は本発明の電気音響変換装置の第 3の実施の形態の断面図である。圆 16A]図 16Aは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の断面図である。圆 16B]図 16Bは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の平面図である。圆 17A]図 17Aは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の製造方法における工程を示す断面図である。

圆 17B]図 17Bは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の製造方法における別の工程を示す断面図である。 [図 17C]図 17Cは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 18A]図 18Aは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 18B]図 18Bは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 19A]図 19Aは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の断面図である。

[図 19B]図 19Bは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の平面図である。

[図 20A]図 20Aは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法における工程を示す断面図である。

[図 20B]図 20Bは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法における別の工程を示す断面図である。

[図 20C]図 20Cは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 20D]図 20Dは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 21A]図 21Aは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 21B]図 21Bは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 21C]図 21Cは本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。

[図 22A]図 22Aは本発明の第 3の実施例の電気音響変換装置の断面図である。

[図 22B]図 22Bは本発明の第 3の実施例の電気音響変換装置の平面図である。

[図 23]図 23は従来のダイナミック型電気音響変換装置の断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明を実施する最良の形態を説明するが、第 1乃至第 3の実施形態は、本発明にカゝかる電気音響変換装置の基本構造を示すものである。本発明の具体的な実施例およびその製造方法は後述する。

[0027] 図 1は本発明の第 1の実施形態における電気音響変換装置の例を示す断面図である。

[0028] 図 1に示すように、開口 1 Aを有する基板 1にダイアフラム 2が支持されており、当該開口 1Aにダイアフラム 2の一方の面が臨んでいる。このような基本構造は本発明の他の実施形態および各実施例に共通である。ダイアフラム 2の他方の面上に薄膜コィル 3が作成されている。この薄膜コイル 3は、平面形状が 1つの軸の周りを周回する渦巻き形のコイルである。渦巻き形としては、例えば、直線部を持たない渦巻き形または直線部および角部を持つ渦巻き形がある。このような薄膜コイル 3の基本構造は本発明の第 2の実施形態および第 2の実施例に共通である。

[0029] 一方、半導体、ガラス基板、榭脂等により作成されたカバー部 4に金属板により皿状のヨーク 5を作成し、ヨーク 5の中央部に永久磁石 6を接着または蒸着とパターニングにより設ける。永久磁石 6は、薄型で円柱形状または多角柱形状であるとよい。また、永久磁石 6の極性の方向は、薄膜コイル 3の中心軸方向と同一方向になるようにする。カバー部 4は、薄膜コイル 3の中心軸と永久磁石 6の中心軸が一致するように基板 1に接着等により固定される。従って、永久磁石 6は薄膜コイル 3の内側部分と対向している。カバー部 4の周辺部は開口部 8を除いて基板 1に密着している。ダイァフラム 2 (および薄膜コイル 3)とヨーク 5との間には空隙 7が形成されている。

[0030] ここで、カバー部 4の内側に Ni、フェライトなどの強磁性材料をメツキにより形成することでヨーク 5の代わりとすることも可能である。また、カバー部 4全体を Ni、フェライトなどの強磁性材料で作製することで、カバー部 4全体をヨーク 5の代わりとすることも可能である。

[0031] 基板 1としては、半導体基板を用いることができ、ダイアフラム 2は半導体基板の一部を薄膜ィ匕することで形成できる。

[0032] ダイアフラム 2としては、基板 1と異なる材料力もなるものであってもよぐ半導体からなる薄膜、 SiN、 SiOなどの絶縁膜、 A1などの金属膜、もしくはポリイミドなどの高分

2

子材料膜であってもよい。また、これらの材料の単体膜でも複合膜でもよい。この場合、 MEMS技術を用いて、基板 1上にダイアフラム 2となる膜を形成後、該膜を形成した面とは反対側の面力も基板 1を選択的に除去することで形成することもでき、また、他の手法により形成されたものを接着等によって支持することもできる。

[0033] 薄膜コイル 3は、金属膜からなりメツキ、スパッタリングおよび蒸着などによりダイァフラム 2上に形成できる。また、薄膜コイル 3の表面には必要に応じて酸ィ匕防止膜を形成するとよい。また、薄膜コイル 3は、 SiN、 SiOなどの絶縁膜やポリイミドなどの高分

2

子材料膜を介して積層してもょヽ。

[0034] このような構成の電気音響装置は、次のようにしてスピーカとして動作させることができる。すなわち、ヨーク 5と永久磁石 6により形成された磁界が薄膜コイル 3の中心軸から半径方向に放射状に延びている。従って、薄膜コイル 3に音響信号に基づく電流を印加すると、前述の磁界と薄膜コイル 3に印加された音響信号に基づく電流との間に働く電磁力によりダイアフラム 2が振動し、音響信号に基づく電流に対応した音波を発生させることができる。また、このような構成の電気音響装置は、次のようにしてマイクロフォンとして動作させることができる。すなわち、ダイァフラム 2の裏面（コィル 3と反対側の面)側に到達した音波によりダイアフラム 2が振動すると、前記磁界中を薄膜コイル 3が相対的に移動することになり、薄膜コイル 3に電流が流れて、音波に対応した音響信号を得ることができる。

[0035] 以上の通り、ダイアフラム 2に薄膜コイル 3を形成することによって、薄型化を図ることができる。また、 MEMS技術を活用することで、永久磁石 6と薄膜コイル 3との間の間隙 7を小さぐ安定して作成することが可能となり、小さな磁力でもダイアフラム 2の十分な駆動力が得られる。

[0036] これらのことから、薄型化が可能であり、小型化され、消費電力の少ない電気音響変換装置を実現することができる。

[0037] 図 2は、本発明の第 1の実施の形態における電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。

[0038] この例における電気音響変換装置は、図 1に示した電気音響変換装置におけるョーク 5を形成しないことが特徴であり、これ以外は図 1のそれと同様である。このようにヨーク 5を形成しないことで、製造プロセスの工程を減らすことが可能であり、コスト低減〖こ繁げることができる。 [0039] 図 3は、本発明の第 1の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の断面図である。

[0040] この電気音響変換装置は、図 1に示した電気音響変換装置をパッケージ本体 11に接着等により接合し、蓋体 12をパッケージ本体 11に接着等により接合したものである。

[0041] ノ¾ /ケージ本体 11は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気音響変換装置のダイアフラム 2の下側に音波が出入りするための開口部 13を設けている。蓋体 12は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材など力もなる。

[0042] 図 4は、本発明の第 1の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。

[0043] この電気音響変換装置は、カバー部 4をパッケージ本体 11に接合したことを特徴とし、このカバー部 4が図 3で示したパッケージの蓋 12と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図 3の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。

[0044] 図 5は、本発明の第 1の実施の形態における電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。

[0045] この電気音響変換装置は、図 1で示した電気音響変換装置の基板 1上に、 CMOS などによる電気回路 9を備えている。電気回路 9は、アンプ回路、 DA変換回路、 AD 変換回路、インピーダンス回路などを備え、半導体力なる基板 1上に作り込むか、または、別途形成して基板 1上に絶縁膜を介して配置する。

[0046] 図 6は、本発明の第 1の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。

[0047] この電気音響変換装置は、図 5に示した電気音響変換装置をパッケージ本体 11に接合し、蓋体 12をパッケージ本体 11に接合したものである。ノッケージ本体 11は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気響変換装置のダイァフラムの下部に音波が出入りするための開口部 13を設けている。蓋体 12は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材など力もなる。

[0048] 図 7は、本発明の第 1の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。

[0049] この電気音響変換装置は、カバー部 4をパッケージ本体 11に接合したことを特徴とし、このカバー部 4が図 6で示したパッケージの蓋 12と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図 6の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。

[0050] 図 8は、本発明の第 2の実施の形態における電気音響変換装置の例を示す断面図である。

[0051] この電気音響変換装置は、図 2に示した電気音響変換装置に、さらに、ダイアフラム 2上の永久磁石 6に対向する位置に軟磁性体力もなるコア 21を設けたものである。コア 21は、フェライト、パーマロイもしくはケィ素銅などの軟磁性体で形成されるとよい

[0052] このような構成の電気音響変換装置をスピーカとして用いる場合、薄膜コイル 3に音響信号に基づく電流を印加すると、電流が印加された薄膜コイル 3とコア 21により形成された電磁界が永久磁石 6の磁界と作用することによりダイアフラム 2が振動し、音響信号に基づく電流に対応した音波を発生させるスピーカが構成される。コア 21を用いることによって、コイル 3により形成された電磁界を装置の中心部に集中させることができ、永久磁石 6の磁界と効率良く作用させることができ、スピーカとしての効率がー層向上する。また、このような構成の電気音響変換装置をマイクロフォンとして用いることもできる。すなわち、音波によりダイアフラム 2が振動し、前記永久磁石 6による磁界中をコア 21が移動することにより、コア 4の周りに形成した薄膜コイル 3に電流が流れることから、音波に対応した音響信号を得ることができ、マイクロフォンとして用いることがでさる。

[0053] 図 8の構成によれば、ダイアフラム 2の上に薄膜コイル 3およびコア 21を形成することから、薄型化を図ることができる。

[0054] 図 9は、本発明の第 2の実施の形態における電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。

[0055] この電気音響変換装置は、図 8に示した電気音響変換装置をパッケージ本体 11に接合し、蓋体 12をパッケージ本体 11に接合したものである。ノッケージ本体 11は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気響変換装置のダイァフラム 2の下部に音波が出入りするための開口部 13を設けている。蓋体 12は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材など力もなる。

[0056] 図 10は、本発明の第 2の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の例を示す断面図である。

[0057] この電気音響変換装置は、カバー部 4をパッケージ本体 11に接合したことを特徴とし、このカバー部 4が図 9で示したパッケージの蓋 12と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図 9の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。

[0058] 図 11は、本発明の第 2の実施の形態における電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。

[0059] この電気音響変換装置は、図 8で示した電気音響変換装置の基板 1上に、 CMOS などによる電気回路 9を備えている。電気回路 9は、アンプ回路、 DA変換回路、 AD 変換回路、インピーダンス回路などを備え、半導体力なる基板 1上に作り込むか、または、別途形成して基板 1上に絶縁膜を介して配置する。薄膜コイル 3と電気回路 9 の間の距離を小さくすることができ、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。

[0060] 図 12は、本発明の第 2の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。

[0061] この電気音響変換装置は、図 11に示した電気音響変換装置をパッケージ本体 11 に接合し、蓋体 12をパッケージ本体 11に接合したものである。ノッケージ本体 11は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気響変換装置のダイァフラムの下側に音波が出入りするための開口部 13を設けている。蓋体 12は、榭脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材など力もなる。

[0062] 図 13は、本発明の第 2の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。

[0063] この電気音響変換装置は、カバー部 4をパッケージ本体 11に接合したことを特徴とし、このカバー部 4が図 12で示したパッケージの蓋 12と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図 12の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。

[0064] 図 14は、本発明の第 3の実施の形態における電気音響装置の例を示す断面図である。

[0065] 図 14に示すように、基板 1にダイァフラム 2を形成し、ダイァフラム 2の中心に接着または蒸着とパターユングにより永久磁石 6を設け、ダイアフラム 2の周りの基板 1上に、薄膜コイル 3が作成されている。この薄膜コイル 3は、平面形状が 1つの軸の周りを周回する渦巻き形のコイルである。渦巻き形としては、例えば、直線部を持たない渦巻き形または直線部および角部を持つ渦巻き形がある。

[0066] 永久磁石 6は、薄型で円柱形状もしくは多角柱形状であるとよい。また、永久磁石 6 の極性の方向は、薄膜コイル 3の中心軸方向と同一方向になるようにする。

[0067] 基板 1として、半導体基板を用いることができ、ダイアフラム 2は半導体基板の一部を薄膜ィ匕して形成できる。

[0068] ダイアフラム 2としては、基板 1と異なる材料力もなるものであってもよぐ半導体からなる薄膜、 SiN、 SiOなどの絶縁膜、 A1などの金属膜もしくはポリイミドなどの高分子

2

材料膜であってもよい。また、これらの材料の単体膜でも複合膜でもよい。

[0069] 薄膜コイル 3は、金属膜からなりメツキ、スパッタリングおよび蒸着などによりダイァフラム 2上に形成できる。また、薄膜コイル 3の表面には必要に応じて酸ィ匕防止膜を形成するとよい。また、薄膜コイル 3は、 SiN、 Si02などの絶縁膜やポリイミドなどの高分子材料膜を介して積層してもょヽ。

[0070] 音響信号に基づく電流が印加された薄膜コイル 3により形成された電磁界と永久磁石 6による磁界とが作用することにより、ダイアフラム 2が振動し、音響信号に基づく電流に対応した音波を発生させるスピーカとして用いることができる。また、音波によりダイアフラム 2および永久磁石 6が振動し、薄膜コイル 3の内側で永久磁石 6が上下に移動することにより、薄膜コイル 3に電流が流れることから、音波に対応した音響信号を得ることができ、マイクロフォンとして用いることができる。

[0071] 図 15は、本発明の第 3の実施の形態における電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。

[0072] この電気音響変換装置は、図 14で示した電気音響変換装置の基板 1上に CMOS などによる電気回路 9を備えている。電気回路 9は、アンプ回路、 DA変換回路、 AD 変換回路、インピーダンス回路などを備え、半導体力なる基板 1上に作り込むか、または、別途形成して基板 1上に必要に応じて絶縁膜を介して配置する。薄膜コイル 3 と電気回路 9の間の距離を小さくすることができ、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。

実施例

[0073] 以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。

[0074] 図 16Aは本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の断面図であり、図 16Bの X VIA— XVIA線における断面図である。図 16Bは平面図であり、図 16Aのヨーク 5および永久磁石 6が形成されたカバー部 4については図示を省略した。この実施例は、第 1の実施形態における図 5の例に対応する。

[0075] シリコン力もなる基板 1上に酸ィ匕膜 22が形成され、その上に薄膜コイル 3の一端に接続される銅からなる弓 Iき出し層 23が形成され、弓 Iき出し層 23を覆うようにダイアフラム 2となるポリイミドからなる絶縁膜 24が形成され、絶縁膜 24の上に、銅力もなる薄膜コイル 3、銅カゝらなるパッド部 25、電気回路 9が形成されている。引き出し層 23と薄膜コイル 3およびパッド部 25とは銅力もなるコンタクト層 26により接続されている。パッド部 25と電気回路 9は、図示しないボンディングワイヤなどで電気的に接続される。

[0076] ガラス基板カゝらなるカバー部 4に形成された凹部にフェライトをメツキにより形成したヨーク 5が形成され、ヨーク 5の上に永久磁石 6が接着により形成されている。

[0077] 図 17A, B, Cおよび図 18A, Bは、本発明の第 1の実施例の電気音響変換装置の製造方法における各工程を示す断面図である。

[0078] 図 17Aに示すように、シリコン基板 1の表面に熱酸ィ匕などにより酸ィ匕膜 22を形成する。

[0079] その後、図 17Bに示すように、酸ィ匕膜 22の上に銅を蒸着およびパターユングして弓 Iき出し層 23を形成する。弓 Iき出し層 23を覆うようにポリイミドを塗布しパターニングして絶縁層 24を形成する。絶縁層 24をパターユングしてコンタクト孔 27を形成する。

[0080] その後、図 17Cに示すように、銅を蒸着およびパターユングしてコンタクト層 26を形成する。さら〖こ、銅を蒸着およびパターユングして薄膜コイル 3およびパッド部 25を形成する。コンタクト孔 27の深さが浅い場合には、コンタクト層 26と薄膜コイル 3およびノッド部 25を同時に形成することも可能である。図示しないが、この後、絶縁膜 24の上に電気回路 9を接着し、ワイヤボンディングにより電気回路 9とパッド部 25を接続する。必要に応じて電気回路 9、パッド部 25およびボンディングワイヤを榭脂封止する。なお、電気回路 9をシリコン基板上に作り込む場合は、電気回路 9を形成後に図 17 の工程を行い、引き出し層 23および薄膜コイル 3を形成する際に電気回路 9との接続を行う。この場合パッド部 25は形成しなくてょ、。

[0081] その後、図 18Aに示すように、フォトレジスト 28をマスクとしてシリコン基板 1をエッチングして、酸化膜 22を露出する。

[0082] その後、図 18Bに示すように、シリコン基板 1をマスクとして酸ィ匕膜 22をエッチングして絶縁膜 24および引き出し層 23を露出させる。エッチングによって露出した絶縁膜 24がダイアフラム 2として作用する。

[0083] 図示しないが、ガラス基板により形成したカバー部 4にフェライトを蒸着およびバタ一ユングしてヨーク 5を形成し、永久磁石 6をヨーク 5の上に接着し、カバー部 4を図 1 8Bの上に接着することにより、図 16に記載の電気音響変換装置が得られる。

[0084] この実施例では、図 18Bにおいて酸ィ匕膜 22の一部をエッチングする工程を行った力酸ィ匕膜 22をエッチングする工程を行わず、酸ィ匕膜 22と絶縁膜 24をダイァフラム 2としてもよい。また、図 18Aにおいて、シリコン基板 1をエッチングする際に、酸ィ匕膜 22を露出させずに、シリコンを薄膜ィ匕して、このシリコン基板を薄膜ィ匕した箇所と酸ィ匕膜 22と絶縁膜 24とをダイァフラム 2としてもよぐこのようにして構成したダイァフラム 2 は、図 1の基板 1のような構造の別の基板に接着等によって支持させることができる。

[0085] 図 19Aは、本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の断面図であり、図 19Bの XIXA— XIXA線における断面図である。図 19Bは平面図であり、図 19Aの永久磁石 6が形成されたカバー部 4については図示を省略した。この実施例は、第 2の実施形態における図 11の例に対応する。

[0086] シリコン力もなる基板 1上に酸ィ匕膜 22が形成され、その上に薄膜コイル 3の一端に接続される銅からなる弓 Iき出し層 23が形成され、弓 Iき出し層 23を覆うようにダイアフラム 2となるポリイミドからなる絶縁膜 24が形成され、絶縁膜 24の上に、銅力もなる薄膜コイル 3、銅力もなるノッド部 25、フェライトからなるコア 21および電気回路 9が形成されている。引き出し層 23と薄膜コイル 3およびパッド部 25とは銅力もなるコンタクト層 2 6により接続されている。ノッド部 25と電気回路 9は、図示しないボンディングワイヤなどで電気的に接続される。

[0087] 図 20A, B, C, Dおよび図 21A, B, Cは、本発明の第 2の実施例の電気音響変換装置の製造方法における各工程を示す断面図である。

[0088] 図 20Aに示すように、シリコン基板 1の表面に熱酸ィ匕などにより酸ィ匕膜 22を形成する。

[0089] その後、図 20Bに示すように、酸ィ匕膜 22の上にアルミ-ユウムを蒸着およびパターユングして停止層 29を形成する。停止層 29および酸ィ匕膜 22の上に銅を蒸着およびノターニングして引き出し層 23を形成する。

[0090] その後、図 20Cに示すように、引き出し層 23を覆うようにポリイミドを塗布し絶縁層 2 4を形成する。絶縁層 24をパターユングしてコンタクト孔 27を形成する。

[0091] その後、図 20Dに示すように、銅を蒸着およびパターユングしてコンタクト層 26を形成する。さら〖こ、銅を蒸着およびパターユングして薄膜コイル 3およびパッド 25を形成する。フォトレジストをマスクとしてフェライトを蒸着しパターユングおよびエッチングしてコア 21を形成する。図示しないが、コンタクト孔 27の深さが浅い場合には、コンタクト層 26と薄膜コイル 3およびパッド部 25を同時に形成することも可能である。この後、絶縁膜 24の上に電気回路 9を接着し、ワイヤボンディングにより電気回路 9とパッド部 25を接続する。必要に応じて電気回路 9パッド部 25およびボンディングワイヤを榭脂封止する。なお、電気回路 9をシリコン基板上に作り込む場合は、電気回路 9を形成後に図 20の工程を行い、引き出し層 23および薄膜コイル 3を形成する際に電気回路 9との接続を行う。この場合パッド部 25は形成しなくてよい。

[0092] その後、図 21 Aに示すように、フォトレジスト 28をマスクとしてシリコン基板 1をエッチングして、酸化膜 22を露出する。

[0093] その後、図 21Bに示すように、シリコン基板 1をマスクとして酸ィ匕膜 22をエッチングして停止層 29を露出させる。

[0094] その後、図 21Cに示すように、停止層 29をエッチングにより除去して、絶縁膜 24および引き出し層 23を露出させる。

[0095] 図示しないが、ガラス基板により形成したカバー部 4に永久磁石 6を接着し、カバー部 4を図 21Cの上に接着することにより、図 19に記載の電気音響変換装置が得られる。

[0096] この実施例では、停止層 29を形成して製造した。停止層 29を形成する理由は、ェツチング方法に依らず、確実に酸ィ匕膜 22を含むシリコン基板 1だけをエッチングするためである。停止層 29が無い場合には、エッチング方法により引き出し層 23や絶縁膜 24を傷めることがある。

[0097] なお、図 19で示した電気音響変換装置は、図 17および図 18で示した製造方法により製造することができる。逆に、図 16で示した電気音響変換装置は、図 20および図 21で示した製造方法により製造できる。

[0098] 図 22Aは、本発明の第 3の実施例の電気音響変換装置の断面図であり、図 22Bの ΧΧΠΑ— ΧΧΠΑ線における断面図である。図 22Bは平面図である。この実施例は、第 3の実施形態における図 15の例に対応する。

[0099] シリコン力もなる基板 1上に酸ィ匕膜 22が形成され、その上に薄膜コイル 3の一端に接続される銅からなる弓 Iき出し層 23が形成され、弓 Iき出し層 23を覆うようにダイアフラム 2となるポリイミドカもなる絶縁膜 24が形成され、絶縁膜 24の上で、かつ、ダイァフラム 2の回りに、銅力もなる薄膜コイル 3、銅力もなるパッド部 25電気回路 9が形成されている。ダイアフラム 2の中心上に永久磁石 6が接着されている。引き出し層 23と薄膜コイル 3およびパッド部 25とは銅力もなるコンタクト層 26により接続されている。ノッド部 25と電気回路 9は、図示しな、ボンディングワイヤなどで電気的に接続される。

[0100] この実施例の電気音響変換装置は、図 17および図 18に示した製造方法により製造できる。また、図 20および図 21に示した製造方法でも製造できる。

[0101] 以上示した実施例において説明した製造方法は、 MEMS技術を用いて行う。 ME MS技術を用いることで、各部品の間隔を小さぐ安定して形成することが可能となり、小さな磁力でも十分なダイァフラムの駆動が可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 開口を有する基板と、前記基板に前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイァフラムと、前記ダイァフラムの他方の面上に形成された薄膜コイルと、永久磁石が設けられたカバー部とを有する電気音響変であって、前記薄膜コイルは 1つの軸の周りを周回し、前記永久磁石は前記軸上に位置し、かつ、その極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置。

[2] 請求項 1に記載の電気音響変換装置にお!ヽて、前記カバー部が非磁性材料からなり、その内側面に強磁性材料をメツキしたことを特徴とする電気音響変換装置。

[3] 請求項 1に記載の電気音響変換装置において、前記カバー部が強磁性材力なることを特徴とする電気音響変換装置。

[4] 請求項 1に記載の電気音響変換装置にぉ、て、前記永久磁石と前記カバー部との間にヨークを備えたことを特徴とする電気音響変換装置。

[5] 請求項 4に記載の電気音響変換装置にぉヽて、前記ヨークが強磁性材料であることを特徴とする電気音響変換装置。

[6] 請求項 1に記載の電気音響変換装置にぉ、て、前記ダイァフラムに前記永久磁石と対向するように形成される軟磁性体カゝらなるコアを備えたことを特徴とする電気音響変換装置。

[7] 請求項 1〜6のいずれか一項に記載の電気音響変換装置において、前記ダイアフラムの材料が、前記基板と異なることを特徴とする電気音響変換装置。

[8] 開口を有する基板と、前記基板に前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイァフラムと、前記ダイァフラムの他方の面上に設けられた永久磁石と、前記ダイアフラムを周回するように前記基板上に形成された薄膜コイルとを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは前記永久磁石の中心を軸とするように周回し、前記永久磁石は極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置

[9] 請求項 8に記載の電気音響変換装置において、前記ダイァフラムの材料が、前記基板と異なることを特徴とする電気音響変換装置。

[10] 請求項 1に記載の電気音響変換装置において、前記基板が半導体からなり、前記基板に直接形成され、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えたことを特徴とする電気音響変換装置。

[11] 請求項 1に記載の電気音響変換装置にぉ、て、前記基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えたことを特徴とする電気音響変換装置。

[12] 請求項 1に記載の電気音響変換装置において、当該電気音響変換装置のパッケ一ジを、前記カバー部と共通化したことを特徴とする電気音響変換装置。

[13] 請求項 1に記載の電気音響変換装置において、前記開口を介して外部力入射した音波を感知して前記ダイァフラムおよび前記薄膜コイルが前記永久磁石による磁界中で振動することにより、当該薄膜コイルカゝら音波に対応した音響信号を得ることを特徴とする電気音響変換装置。

[14] 請求項 1に記載の電気音響変換装置において、前記永久磁石による磁界と前記薄膜コイルに流れる音響信号に基づく電流との電磁力により前記ダイァフラムが振動し、音波を発生させることを特徴とする電気音響変換装置。