专利名称：卡片型mems麦克风的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于实际使用半导体技术的使用微加工技术的小型麦克风。
背景技术：
使用有机月莫的驻极体电容麦克风(electret condenser microphone, ECM ) 可以作为传统上用于诸如便携电话的信息通信终端的麦克风的 一种。ECM 是一种麦克风，用于将致使聚合物材料具有电荷的驻极体布置在电容器的一 个电极上，以及将与声压对应地波动的静电电容变化转换成电压变化。
指向性可以作为该麦克风的一种特性。例如，无指向性(全向性)不具 有指向性，单指向性容易捕捉沿特定方向的声音，超指向性使得指向性具有 狭窄的角，以及双指向性很强地捕捉沿前后两个方向的声源。麦克风视用途 而设计成具有特定指向性。
图12A的视图示出具有单指向性的ECM的断面结构。如图12A所示， 在麦克风100中，诸如金属导体的振动膜11、驻极体膜13形成于其上的固 定电极12、以及电路元件安置于其上的印刷电路板18布置于具有第一声孔 15A的壳体17内。振动膜11和固定电极12之间的间隔由间隔物14保持， 背气室(back air chamber ) 16形成于固定电极12和印刷电路板18之间。此 外，壳体17具有形成于与第一声孔15A对立的一侧上的第二声孔15B。振 动膜11例如是通过在膜上沉积铝而得到的。
驻极体膜13是通常与外部电场无关地永久带电(电荷保持)的物质， 且为氟树脂的FEP ( Fluorinated Ethylene Propylene:氟化乙烯丙烯树脂)被 使用。
在麦克风100中，当振动膜11由于声压而振动时，由振动膜ll和固定 电极12构成的平板电容器的静电电容变化并被转换成电压变化，且该电压 变化通过放大电路从麦克风100输出。
更具体而言，在第二声孔15B侧上产生的声音首先通过第二声孔15B 进入并到达振动膜11的背侧(间接声音)。同一声音绕过且略微延迟地也到达振动膜11的表面侧(直接声音)。障碍物(声阻构件)从第二声孔15B布
置到振动膜11的背侧，使得间接声音与直接声音同相位地到达。结果，声 音作为在振动膜11表面和背面上同时产生的相同数量的能量而相消，且不 电学输出。
另一方面，在第一声孔15A上产生的声音首先传输到振动膜11的表面 侧。关于随后绕到背侧，由于该绕过所致的延迟以及障碍物所致的延迟，到 达进一步被延迟。基于该时间差，能量不相消而是被电学输出。相应地，麦 克风100具有单一的前向指向性。
因此，ECM用于将与该声压相对应而波动的静电电容变化转换成电压 变化。通过在壳体上设置孔，可设计出指向性。然而，近年来，随着ECM 尺寸和厚度的进一步减小，要求安装成本的减小。在传统ECM中，如上所 述使用驻极体材料，该驻极体材料为耐热性弱的有机材料。因此，ECM无 法应对通过焊料回流的表面安装，并通过设置于ECM内的连接器而附着到 基板，这使得连接器部件需要高的成本。
因此，已经提出了 一种实际使用半导体技术的使用微加工技术的小型麦 克风(MEMS (微机电系统)麦克风)。图12B示出该MEMS麦克风的断面 结构。
如图12B所示，MEMS麦克风200具有通过第一绝缘层22形成于硅衬 底21上的振动膜电极23和驻极体膜24。设置有声孔27的固定电极26通过 第二绝缘层25形成于其上。再者，背气室28通过蚀刻硅衬底21而形成于 振动膜电极23的背面上。
振动膜电极23是由导电多晶硅形成，且驻极体膜24是由氮化硅膜或者 氧化硅膜形成。再者，固定电极26是通过层叠该导电多晶硅和氧化硅膜或 氮化硅膜形成。
在MEMS麦克风200中，当振动膜电极23由于声压而振动时，由振动 膜电极23和固定电极26构成的平板电容器的静电电容变化且被取出为电压变化。
因此，在MEMS麦克风200中，使用为无机材料的驻极体材料。因此 可以实施在传统ECM中无法实施的回流安装，从而减少部件数目并减小尺 寸和厚度(见专利文献1 )。
专利文献l:特开2001-245186号公报
发明内容
本发明解决的问题
然而，MEMS麦克风通常安装在基板上。因此，声音信号仅从声孔27 侧传播到振动膜电极23。为此，传统MEMS麦克风难以具有指向性。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种具有指向性的MEMS麦克风。 解决问题的手段
根据本发明的卡片型MEMS麦克风包括基板，具有第一通孔和第二 通孑L; MEMS芯片，其中由振动膜电极和硅衬底形成的空间形成在包围该第 一通孔的出口的位置，且该MEMS芯片用于将传播到该振动膜电极的声音 信号转换成电信号；以及声阻构件，在安装该MEMS芯片安装一侧的对立 侧上的基板表面安装在覆盖该第一通孔的位置，且该基板具有用于将从该 MEMS芯片输出的电信号传输到电子设备的端子，该基板呈可拆装到该电子 设备的卡片形状，以及该第二通孔为待传播到该振动膜电极的声音信号绕过 该基板而穿过的孔。
通过该结构，除了 MEMS芯片安装于其上的基板表面侧(表面侧)之 外，声音信号从与MEMS芯片安装于其上的基板表面的对立侧(背侧)传 播到该MEMS芯片的振动膜电极。因此，声音信号可以从两侧传播。因此， 指向性的设计自由度增加。
再者，具有各种指向性的卡片型MEMS麦克风被准备，使得使用者通 过从电子设备移除该卡片型MEMS麦克风或者将其该卡片型MEMS麦克风 插入电子设备，可以根据用途和环境而容易地改变电子设备的麦克风特性。
此外，在本发明的卡片型MEMS麦克风中，该第二通孔呈近似围绕该 MEMS芯片的圆弧形状。
再者，在本发明的卡片型MEMS麦克风中，当声音产生于安装该MEMS 芯片的基板表面的对立侧上时，穿过该声阻构件和该第一通孔且从该振动膜 电极的背侧传播的该声音的信号以及穿过该第二通孔且从该振动膜电极的 表面侧传播的该声音的信号几乎同时到达该振动膜电极。
通过该结构，当声源设置于与MEMS芯片安装于其上的基板表面的对 立侧上时，声音信号从表面侧和背面侧同时到达振动膜电极。因此，声音信 号作为在振动膜电极表面和背面上同时产生的相同数量的能量而相消，且不电学输出。
另一方面，当声源设置于MEMS芯片安装于其上的基板表面侧上时，
从表面侧和背面侧到达振动膜电极的声音信号具有时间差。因此，能量不相
消而是被电学输出。相应地，本发明的卡片型MEMS麦克风具有单一指向性。
再者，本发明提供了一种其上安装有该卡片型MEMS麦克风的便携电话。
通过该结构，使用者通过从便携电话移除该卡片型MEMS麦克风或者 将其该卡片型MEMS麦克风插入便携电话，可以根据用途和环境而容易地 改变便携电话的麦克风特性。
本发明的优点
根据本发明，可以提供一种具有指向性的MEMS麦克风。
图1为示出第一实施例的卡片型MEMS麦克风的外观的透视图。
图2为示出第一实施例的卡片型MEMS麦克风的平面图。
图3为示出第一实施例的卡片型MEMS麦克风的仰视图。
图4为示出第一实施例的卡片型MEMS麦克风的右视图。
图5为示出第一实施例的卡片型MEMS麦克风的正视图。
图6为示出图1中A-A断面的主要部分的断面图。
图7A为示出图1中A-A断面的视图。
图7B为用于解释声源设置于第一实施例的卡片型MEMS麦克风的背侧
的情形下声音信号的传播状态的视图。
图7C为用于解释声源设置于第一实施例的卡片型MEMS麦克风的表面
侧的情形下声音信号的传播状态的视图。
图8为示出第二实施例的卡片型MEMS麦克风的外观的透视图。
图9为示出第二实施例的卡片型MEMS麦克风的平面图。
图10为示出第二实施例的卡片型MEMS麦克风的仰视图。
图11A为用于解释卡片型MEMS麦克风的应用例的视图，以及图11B
为示出便携电话的侧视图。
图12A为示出传统单一指向的ECM的断面结构的视图，以及图12B为传统MEMS麦克风的断面结构的视图。
符号说明
1卡片型MEMS麦克风
30屏蔽壳
31A、31B、 31C、 31D通孔(第二通孔)
32端子
33壳体
34基板
35通孔(第一通孔)
40MEMS芯片
50声阻构件
具体实施例方式
下面参考附图详细描述本发明实施例。 第一实施例
图1为示出第一实施例的卡片型MEMS麦克风的外观的透视图。图2 为示出该实施例的卡片型MEMS麦克风的平面图。图3为示出该实施例的 卡片型MEMS麦克风的仰视图。图4为示出该实施例的卡片型MEMS麦克 风的右视图。图5为示出该实施例的卡片型MEMS麦克风的正视图。
如图1和2所示，本实施例的卡片型MEMS麦克风1包括四个角斜 切的矩形卡片型基板34、用于覆盖安装在卡片型基板34大约中心部上的 MEMS芯片的屏蔽壳30、以及设置于该卡片型基板34的一条边上的端子部 32。在下述说明中，屏蔽壳30安置于其上的一侧将称为基板34的表面侧， 其相对的一侧将称为基板34的背面侧。
基板34设置有弓形通孔(狭缝)31A、 31B、 31C、 31D,这些通孔连续 地连接成近似围绕屏蔽壳30内的MEMS芯片。
屏蔽壳30用于保护安装于其中的MEMS芯片免受外部噪声且具有声孔
30A。
MEMS芯片用于将由振动膜电极捕捉的声音信号转换成电信号，以及形 成于基板34的端子部32作为连接部用于将该电信号传输到与卡片型MEMS 麦克风1连接的电子设备。包括声阻构件的壳体33安装在卡片型MEMS麦克风1的背侧，如图3 所示。壳体33具有分别位于远离中心的对象位置的声孔33A和33B。声阻 构件为用于调节声音信号的时间延迟(相位)的部件。
图4为示出沿图1的Y方向观察的第一实施例的卡片型麦克风1的侧视 图。图5为示出沿图1的X方向观察的第一实施例的卡片型麦克风1的正视 图。
图6为示出图1中A-A线的断面的主要部分的放大视图。如图6所示， 基板34具有通孔35，且MEMS芯片40安装在覆盖通孔35在表面侧出口的 位置。此外，用于放大MEMS芯片40的电信号的放大电路48通过引线49 被电连接。MEMS芯片40和放大电路48覆盖有屏蔽壳30。
更具体而言，MEMS芯片40具有通过第一绝缘层42形成于硅衬底41 上的振动膜电极43和驻极体膜44。再者，设置有声孔47的固定电极46通 过第二绝缘层45形成于其上。此外，背气室55通过蚀刻硅衬底41而形成 于振动膜电极43的背面上，且基板34的通孔35的出口被背气室55包围。
振动膜电极43是由导电多晶硅形成且驻极体膜44是由氮化硅膜或者氧 化硅膜形成，以及此外，固定电极46是通过层叠该导电多晶硅和氧化硅膜 或氮化硅膜形成。
当声音信号穿过屏蔽壳30的声孔30A使得MEMS芯片40的振动膜电 极43由于声压而振动时，由振动膜电极43和固定电极46构成的平板电容 器的静电电容变化且被取出为电压变化。电信号被放大电路48放大且随后 传输到基板34上的端子32。
另 一方面，壳体33安装在基板34的背侧上从而覆盖基板34的通孔35 的背侧，且声阻构件50设置于壳体33中。壳体33具有声孔33A和声孔33B， 且一部分的声音信号通过声孔33A和33B进入，穿过壳体33内的声阻构件 50并到达基板34的通孔35,且此外，从背侧传播到MEMS芯片40的振动 膜电极43。
优选地考虑卡片型MEMS麦克风的指向性来确定上述的通孔31A至 31D的尺寸和位置以及声阻构件50的特性。在第一实施例的卡片型MEMS 麦克风l中，通孔31A、 31B、 31C、 31D的形状、与MEMS芯片40的距离
于基板34的背侧时，声音信号从表面侧和背侧同时到达振动膜电极43。更具体而言，例如，当进行设计将卡片的尺寸设置为约长度(x方向)
15[mm] x宽度(y方向)13[mm] x厚度(z方向)3[mm],将弓形通孔的直 径设置为10[mm]并将狭缝宽度设置为l[mm],且提供恰当的声阻构件，则 可以获得单一指向性。
接着，说明具有上述结构的卡片型MEMS麦克风1的操作。图7A为示 出图1中A-A断面的视图。图7B为用于解释声源设置于第一实施例的卡片 型MEMS麦克风的背侧的情形下声音信号的传播状态的视图。图7C为用于 解释声源设置于第一实施例的卡片型MEMS麦克风的表面侧的情形下声音 信号的传播状态的视图。图7B和7C为图7A中相同位置的断面图，符号被 省略且声音信号的传播状态被示出。
如图7B所示，当声源51置于卡片型MEMS麦克风1的背侧的遥远位 置时，声源51内产生的声音信号首先通过壳体33的声孔33A和33B而进 入并穿过声阻构件50,以及此外，穿过基板34的通孔35并到达振动膜电极 43的背侧。从背侧传播到振动膜电极43的声音信号设置为间接声音。
另 一方面，同一声音穿过例如基板34的通孔31A和31C的弓形通孔并 绕到基板34的表面侧，以及此外，穿过屏蔽壳30的声孔30A并到达MEMS 芯片40的振动膜电极43的表面侧。从表面侧传播到振动膜电极43的声音 信号设置为直接声音。
此时，当从基板34的背侧到达振动膜电极43的声音信号(间接声音) 穿过声阻构件50 (障碍物)时，时间延迟(相位延迟)产生且该声音信号与 直接声音同相位地到达。相应地，声音作为在振动膜43表面和背面上同时 产生的相同数量的能量而相消，且不电学输出。
接着，说明声源52置于卡片型MEMS麦克风1的表面侧的遥远位置的 情形。如图7C所示，当声源52置于卡片型MEMS麦克风1的表面侧的遥 远位置时，声源52内产生的声音信号首先传输到振动膜电极43的表面侧。
此外，同一信号穿过例如基板34的通孔31A和31C的弓形通孔，绕到 基板34的背侧，穿过壳体33的声孔33A和33B而进入且穿过声阻构件50， 以及此外，穿过基板34的通孔35并到达振动膜电极43的背侧。绕到背侧 的声音信号具有长的移动距离，以及此外，由声阻构件50产生时间延迟。 因此，与从表面侧到达振动膜电极43的声音信号相比，到达振动膜电极被 延迟。相应地，由于该时间差，能量不相消而^皮电学输出。如上所述，第一实施例的卡片型MEMS麦克风1具有朝向表面侧的单 一指向性。因此，在第一实施例的卡片型MEMS麦克风1中，围绕MEMS 芯片的通孔(第二通孔)和连接到MEMS芯片的振动膜背侧上的背气室的 通孔(第一通孔)设置于MEMS芯片安装于其上的卡片型基板上，且声阻 构件使用在与MEMS芯片安装于其上的一侧的对立侧上。结果可以获得单
一指向性。
第二实施例
图8为示出第二实施例的卡片型MEMS麦克风的外观的透视图。图9 为示出第二实施例的卡片型MEMS麦克风的平面图。图IO为示出第二实施 例的卡片型MEMS麦克风的仰视图。在下述说明中，与上述相同的部件使 用相同的参考符号且其描述予以省略。
第二实施例的卡片型MEMS麦克风60与第一实施例的卡片型MEMS 麦克风不同在于，卡片型基板61设置有位于围绕各边的位置的矩形通孔 62A、 62B、 62C和62D，近似围绕屏蔽壳30内的MEMS芯片，如图8所示。
优选地考虑卡片型MEMS麦克风的指向性来确定通孔62A至62D的尺 寸和位置以及声阻构件50的特性。在第二实施例的卡片型MEMS麦克风60 中，通孔62A、 62B、 62C、 62D的形状、与MEMS芯片40的距离以及声阻 构件的特性按照下述方式确定以具有单一指向性，即，当声源设置于基板61 的背侧时，声音信号从表面侧和背侧同时到达振动膜电极43。
通过该结构，在第二实施例的卡片型MEMS麦克风60中，围绕MEMS 芯片的通孔(第二通孔)和连接到MEMS芯片的振动膜背侧上的背气室的 通孔(第一通孔)设置于MEMS芯片安装于其上的卡片型基板上，且声阻 构件使用在与MEMS芯片安装于其上的一侧的对立侧上。结果可以获得单 一指向性。
第三实施例
图IIA为用于解释卡片型MEMS麦克风的应用例的视图。图IIB为示 出便携电话的侧视图。
如图IIA和IIB所示，便携电话71具有卡片型MEMS麦克风72将插 入其中的连接部73。当卡片型MEMS麦克风72插入到连接部73时，卡片 型MEMS麦克风72的端子与连接部73内的端子4妻触且这些端子相互电连 接，使得该卡片型MEMS麦克风作为便携电话71的麦克风。优选地准备具有如第一或第二实施例中所述的单一指向特性、在卡片基 板上不具有通孔的无指向性、以及此外，致使指向性具有狭窄的角的超指向
性、以及沿前后两个方向很强地捕捉声源的双指向性的卡片型MEMS麦克 风72。
通过该结构，使用者可以依赖于便携电话的用途以及周围环境来改变麦 克风性能。例如，当便携电话在免提模式(便携电话置于桌上进行通话的使 用配置)下使用时，无指向性的卡片型MEMS麦克风插入便携电话内是足 够的。结果，可以防止由于说话者的移动而改变声音收集性能。此外，当便 携电话在正常模式(使用者手持便携电话并进行通话的使用配置)下使用时， 单一指向性的卡片型MEMS麦克风被插入是足够的。结果，指向性可以集 中在说话者的嘴部。结果可以减小周围噪声的影响。
因此，根据该卡片型MEMS麦克风，可以容易地改变诸如便携电话的 电子设备的麦克风特性。
尽管在实施例中以便携电话作为电子设备的示例，本发明不限于此而还 可以应用于例如IC记录器或者PHS。
再者，除了与电子设备连接作为外部设备之外，卡片型MEMS麦克风 可以安装在电子设备内的主基板上。这种情况下，主基板设有置于安装预定 位置的空洞部，A/v而在安装之后也闭合卡片型MEMS麦克风的通孔。结果 可以将卡片型MEMS麦克风安装在主基板上而不损伤其特性。
尽管已经结合具体实施例详细描述了本发明，本领域技术人员显见，可 以进行各种变化和调整而不背离本发明的精神和范围。
本申请是基于2006年5月9日提交的日本专利申请No.2006-130299， 其内容引用结合于此。
工业应用性
本发明可以使得MEMS麦克风具有指向性且卡片型MEMS麦克风可以 容易改变各种设备的麦克风的指向性，这是有用的。
权利要求
1. 一种卡片型MEMS麦克风，包括基板，具有第一通孔和第二通孔；MEMS芯片，其中由振动膜电极和硅衬底形成的空间形成在包围所述第一通孔的出口的位置，且所述MEMS芯片用于将传播到所述振动膜电极的声音信号转换成电信号；以及声阻构件，在安装所述MEMS芯片一侧的对立侧上的基板表面安装在覆盖所述第一通孔的位置，其中所述基板具有用于将从所述MEMS芯片输出的电信号传输到电子设备的端子，且所述基板呈可拆装到所述电子设备的卡片形状，以及所述第二通孔为待传播到所述振动膜电极的声音信号绕过所述基板而穿过的孔。
2. 如权利要求1所述的卡片型MEMS麦克风，其中所述第二通孔呈近 似围绕所述MEMS芯片的圆弧形状。
3. 如权利要求1或2所述的卡片型MEMS麦克风，其中当声音产生于 安装所述MEMS芯片的基板表面的对立侧上时，穿过所述声阻构件和所述 第一通孔且从所迷振动膜电极的背侧传播的所述声音的信号以及穿过所述 第二通孔且从所述振动膜电极的表面侧传播的所述声音的信号几乎同时到 达所述"^展动膜电极。
4. 一种安装有如权利要求1所述的卡片型MEMS麦克风的便携电话。
全文摘要
公开了一种具有指向性的卡片型MEMS麦克风。该卡片型MEMS麦克风包括基板，具有第一通孔和第二通孔；MEMS芯片，其中由振动膜电极和硅衬底形成的空间包围第一通孔的出口，且MEMS芯片用于将传播到振动膜电极的声音信号转换成电信号；以及声阻构件，在安装MEMS芯片安装一侧的对立侧上的基板表面安装在覆盖第一通孔的位置。基板具有用于将从MEMS芯片输出的电信号传输到电子设备的端子，且呈可拆装到电子设备的卡片形状。第二通孔用作路径，声音信号经过该路径以沿基板传播到振动膜电极。
文档编号H04R19/04GK101444111SQ200780017000
公开日2009年5月27日 申请日期2007年3月20日 优先权日2006年5月9日
发明者木村教夫 申请人:松下电器产业株式会社