静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风的制作方法

文档序号:9439626阅读:471来源:国知局
静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及静电容量式传感器(capacitancetypesensor)、声音传感器W及麦 克风。具体而言,本发明设及通过由振动电极板(膜片:diap虹agm)与固定电极板组成的 电容器结构构成的静电容量式传感器。另外,本发明设及将声音振动变换为电信号而输出 的声音传感器(声音变换器)和使用该声音传感器的麦克风。特别地,本发明设及使用 MEMS(MicrC)ElectroMechanicalSystem:微电子机械系统)技术所制作的微小尺寸的静 电容量式传感器和声音传感器。
【背景技术】
[0002] 到目前为止,作为安装于便携电话机等上的小型的麦克风,驻极体电容式麦克风 (ElectretCondenserMicro地one)被广泛使用。但是,驻极体电容式麦克风不耐热,另外, 在数字化的对应、小型化、高功能/多功能化、节能等方面,逊色于MEMS麦克风。因此,目前, MEMS麦克风比较普及。
[0003] MEMS麦克风具有:声音传感器(声音变换器),检测声音振动并变换为电信号(检 测信号);驱动电路,对该声音传感器施加电压;信号处理电路,对来自声音传感器的检测 信号进行放大等信号处理并输出至外部。在MEMS麦克风使用的声音传感器是利用MEMS技 术所制造的电容式声音传感器。另外,上述驱动电路W及上述信号处理电路利用半导体制 造技术一体地制造来作为ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCir州it:专用集成电 路)。
[0004] 最近,寻求让麦克风W高灵敏度来检测从小的声压到大的声压的声音。一般而言, 麦克风的最大输入声压由高次谐波失真率(TotalHarmonicDistcxrtion)限制。运是因 为,若想要由麦克风检测大的声压的声音,则输出信号会产生高次谐波失真,从而会导致损 坏音质和精度。因此,若能够使高次谐波失真率变小,则能够使最大输入声压变大,从而能 够扩大麦克风的检测声压范围(下面,称为动态范围)。
[0005] 然而,在一般的麦克风中,声音振动的检测灵敏度提高与高次谐波失真率的降低 处于折衷选择(trade-off)的关系。因此,在能够检测小音量(小声压)的声音的高灵敏 度的麦克风中,在大音量的声音进入时,输出信号的高次谐波失真率变大,因此,最大检测 声压被限制。其原因在于,高灵敏度的麦克风的输出信号变大,容易发生高次谐波失真。相 反地,若想要通过降低输出信号的高次谐波失真来使最大检测声压变大,则麦克风的灵敏 度变差,从而难WW高品质检测小音量的声音。其结果,在一般的麦克风中,难W具有从小 音量(小声压)到大音量(大声压)的声音的宽的动态范围。
[0006] W运样的技术背景为基础,作为实现具有宽的动态范围的麦克风的方法,研究利 用检测灵敏度不同的多个声音传感器的麦克风。作为运样的麦克风,例如有专利文献1~ 4所公开的装置。
[0007] 在专利文献1、2中公开了如下麦克风:设置有多个声音传感器,并且根据声压对 来自多个声音传感器的多个信号进行切换或融合。在运样的麦克风中,通过对例如能够检 测的声压等级(SPL)为大约30地~115地的高灵敏度的声音传感器与能够检测的声压等 级为大约60地~140地的低灵敏度的声音传感器进行切换来使用,能够构成能够检测的声 压等级为大约30地~140地的麦克风。另外,在专利文献3、4中,公开了在1个忍片上形 成有独立的多个声音传感器的装置。
[0008] 图1的(A)表示专利文献1的高灵敏度的声音传感器中的高次谐波失真率与声压 之间的关系。图1的度)表示专利文献1的低灵敏度的声音传感器中的高次谐波失真率与 声压之间的关系。另外,图2表示专利文献1的高灵敏度的声音传感器与低灵敏度的声音 传感器中的膜片的平均位移量与声压之间的关系。目前,若容许的高次谐波失真率为20 %, 则高灵敏度的声音传感器的最大检测声压约为115地。另外,在高灵敏度的声音传感器中, 若声压比约30地小,则S/N比劣化,因此,最小检测声压为大约30地。因此,如图1的(A) 所示,高灵敏度的声音传感器的动态范围变为大约30地~115地。同样地,若容许的高次谐 波失真率为20%,则低灵敏度的声音传感器的最大检测声压大约为140地。另外,低灵敏度 的声音传感器的膜片的面积比高灵敏度的声音传感器的膜片的面积小,如图2所示,膜片 的平均位移量也比高灵敏度的声音传感器小。因此,低灵敏度的声音传感器的最小检测声 压比高灵敏度的声音传感器的最小检测声压大,大约为60地。其结果,如图1的度)所示, 低灵敏度的声音传感器的动态范围变为大约60地~140地。如图1的(C)所示,若使运样 的高灵敏度的声音传感器与低灵敏度的声音传感器组合,则能够检测的声压范围变宽至大 约30地~140地。
[0009] 此外,高次谐波失真率W如下的方式定义。图3的(A)中实线所示的波形是基本 的频率n的正弦波。若对该基本正弦波进行傅立叶变换,则只在频率n的位置显示频谱 分量。图3的(A)的基本正弦波由于某些原因如图3的(A)中虚线所示的波形那样失真。 在对该失真波形进行傅立叶变换时,能够得到图3的度)那样的频谱。目P,失真波形在频率 fl、f2、…、巧分别具有V1、V2、…、V5的FFT强度(高速傅立叶变换强度)。此时,该失 真波形的高次谐波失真率T皿由下面的公式1定义。
[0010] [式U
[0012] 现有技术文献 阳〇1引专利文献
[0014] 专利文献1:美国专利申请公开第2009/0316916号说明书 阳01引专利文献2:美国专利申请公开第2010/0183167号说明书
[0016] 专利文献3 :特开2008-245267号公报
[0017] 专利文献4 :美国专利申请公开第2007/0047746号说明书

【发明内容】
阳01引发明要解决的问题
[0019] 然而,在专利文献1~4所述的麦克风中,无论是在多个声音传感器形成在不同的 忍片上的情况下,还是在多个声音传感器一体形成在1个忍片(基板)上的情况下,各声音 传感器都具有相互独立的电容器结构。因此,在上述麦克风中,声音特性会产生偏差W及失 配(Mismatching)。因此,声音特性的偏差是指,忍片之间的声音传感器彼此的声音特性的 偏差。另外,声音特性的失配是指,同一忍片内的多个声音传感器彼此的声音特性的偏差。
[0020] 具体而言,在各声音传感器形成在不同的忍片上的情况下,因所制作的膜片的弯 曲和厚度的偏差等,而产生与检测灵敏度相关的忍片之间的偏差。其结果,与声音传感器之 间的检测灵敏度的差相关的忍片之间的偏差变大。另外,即使在独立的各声音传感器一体 地形成在共用的忍片上的情况下,在使用MEMS技术来制作各声音传感器的电容器结构时, 也容易在膜片与固定电极之间的间隙距离上产生偏差。而且,由于后腔室W及通风孔单独 地形成,所W由该后腔室W及通风孔而受到影响的频率特性、相位等的声音特性会产生忍 片内的失配。
[0021] 本发明鉴于上述的技术的问题而提出,其目的在于,提供静电容量式传感器W及 声音传感器,通过使灵敏度不同的多个传感检测部一体地形成,能够使动态范围变宽且使 传感检测部之间的失配也变小,而且能够实现小型化与降低噪声。
[0022] 用于解决问题的手段
[0023] 本发明的静电容量式传感器,其特征在于, 阳〇24] 具有:
[00巧]基板,具有至少在上表面开口形成的空桐,
[00%] 振动电极板,W覆盖所述空桐的上表面的方式形成在所述基板的上方,
[0027] 背板,W覆盖所述振动电极板的方式形成在所述基板的上方,
[0028] 固定电极板,设置在所述背板上;
[0029] 所述振动电极板被分割成位于所述空桐的上方的区域和位于所述基板的上表面 的上方的区域,
[0030] 由所述振动电极板的位于所述空桐的上方的区域和所述固定电极板来形成第一 传感检测部,
[0031] 由所述振动电极板的位于所述基板的上表面的上方的区域和所述基板的上表面 来形成第二传感检测部。
[0032] 所述振动电极板的构成所述第一传感检测部的区域(即,位于所述空桐的上方的 区域)与构成所述第二传感检测部的区域(即,位于所述基板的上表面的上方的区域)由 例如形成在振动电极板上的狭缝分割。另外,为了将所述基板的上表面作为第二传感检测 部的电极,也可W通过离子注入等对所述基板的上表面进行导电化处理,或者也可W在所 述基板的上表面上形成与所述振动电极板的构成所述第二传感检测部的区域相对的基板 电极。
[0033] 根据本发明的静电容量式传感器,由于振动电极板被分离,所W在振动电极板W 及固定电极板之间形成多个传感检测部(可变电容器结构)。因此,能够从分离的各传感检 测部分别输出电信号,从而能够将声音振动等的压力变化变换为多个电信号而输出。根据 运样的静电容量式传感器,通过例如使每个振动电极板的面积不同或使每个振动电极板的 位移量不同,能够使各传感检测
当前第1页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1