静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风的制作方法_4

文档序号:9439626阅读:来源:国知局
声音导入孔45的方式,安装在电路基板42的上表面上。因此,声音传感器11的腔室15成 为前腔室,封装体内的空间成为后腔室。
[0110] 声音传感器11的电极焊盘31、32W及33分别通过焊线46与信号处理电路44的 各焊盘47连接。在电路基板42的下表面设置有多个端子48,上述端子48用于使麦克风 41与外部电连接,在电路基板42的上表面设置有与端子48导通的各电极部49。安装在电 路基板42上的信号处理电路44的各焊盘50分别通过焊线51与电极部49连接。此外,信 号处理电路44的焊盘50具有向声音传感器11供给电源的功能和将声音传感器11的容量 变化信号向外部输出的功能。 阳111] 在电路基板42的上表面W覆盖声音传感器11W及信号处理电路44的方式安装 有罩体43。封装体具有电磁屏蔽的功能,保护声音传感器21和信号处理电路44不会受到 来自外部的电子干扰和机械冲击。
[0112] 运样一来,从声音导入孔45进入腔室15内的声音振动由声音传感器11检测,并 在由信号处理电路44进行放大W及信号处理后输出。在该麦克风41中,由于将封装体内 的空间作为后腔室,所W能够使后腔室的容积变大,从而能够使麦克风41高灵敏度化。
[0113] 此外,在该麦克风41中,也可W在罩体43的上表面开口形成用于将声音振动导入 封装体内的声音导入孔45。在该情况下,声音传感器11的腔室15变为后腔室,封装体内的 空间变为前腔室。 阳114] 图9是图8所示的MEMS麦克风41的电路图。如图9所示,声音传感器11具有容 量因声音振动而变化的高灵敏度侧的第一声音传感检测部23a和低灵敏度侧的第二声音 传感检测部23b。
[0115] 另外,信号处理电路44具有:电荷累(chargepump) 52、低灵敏度用放大器53、高 灵敏度用放大器54、SA(AS)型ADC(Analog-t〇-DigitalConverter:模数转换器)55、 56、基准电压发生器57、缓冲器58W及相位反转用电路59。
[0116] 电荷累52对第一声音传感检测部23aW及第二声音传感检测部23b施加高压HV, 从第二声音传感检测部23b输出的电信号由低灵敏度用放大器53放大,另外,从第一声音 传感检测部23a输出的电信号由高灵敏度用放大器54放大。不过,第一声音传感检测部 23a输出第一膜片13a的上表面与固定电极板19之间的静电容量,第二声音传感检测部 23b输出第二膜片13b的下表面与导电层21之间的静电容量。因此,在第一声音传感检测 部23a的气隙20变窄(宽)的情况下,第二声音传感检测部23b的气隙22变宽(窄),从 而第一声音传感检测部23a的输出与第二声音传感检测部23b的输出的相位反转(相位偏 移180° )。因此,第二声音传感检测部23b的输出由相位反转用电路59使相位反转,并且 在消除与第一声音传感检测部23a的输出的相位差的状态下,向低灵敏度用放大器53输 入。当然,相位反转用电路59也可W插入第一声音传感检测部23a与高灵敏度用放大器54 之间。
[0117] 由低灵敏度用放大器53放大的信号在XA型AD巧5中变换为数字信号。同样 地,由高灵敏度用放大器54放大的信号在XA型AD巧6中变换为数字信号。在XA型 AD巧5、56中变换的数字信号经由缓冲器58作为PDM(脉冲密度调制)信号,在1个数据线 上向外部输出。虽然未进行图示,但通过根据信号的强度来选择在1个数据线上混载的数 字信号,能够根据声压自动地切换第一声音传感检测部23a与第二声音传感检测部23b。 阳1化]此外,在图9的例子中,混载在SA型AD巧5、56中变换的2个数字信号,并在1 个数据线上输出,但也可W将上述2个数字信号在各自的数据线上输出。
[0119] 而且,根据声音传感器11运样的结构,能够使声音传感器11小型化。作为使2个 声音传感检测部混合化而扩大动态范围,并且使声音传感检测部彼此的失配等变小的声音 传感器,本发明的申请人提出了图10那样的结构的装置(例如,日本特愿2012-125526)。 在图10的声音传感器61 (参考例)中,由狭缝63将设置在娃基板62的上表面的膜片64 左右分割,来形成面积大的第一膜片64a与面积小的第二膜片64b。在第一膜片64a的上方 设置有与第一膜片64a相对且面积大的固定电极板65曰,由第一膜片64a与固定电极板65a 构成高灵敏度用的第一声音传感检测部66a。同样地,在第二膜片64b的上方设置有与第 二膜片64b相对且面积小的固定电极板65b,由第二膜片64b与固定电极板6化构成低灵 敏度用的第二声音传感检测部66b。在运样的声音传感器61中,由于第一声音传感检测部 66a与第二声音传感检测部6化左右排列,所W从上方观察的尺寸变大,从而向布线基板等 安装时的占有面积变大。
[0120] 与此相对,在本实施方式的声音传感器11中,由于在中屯、部与外周部构成第一声 音传感检测部23a与第二声音传感检测部23b,所W与具有单一的声音传感检测部的W往 的声音传感器相比,尺寸几乎没有变化。因此,根据本实施方式的声音传感器11,与参考例 的声音传感器61相比,能够使传感器尺寸小型化。 阳121] 另外,在图10运样的声音传感器61中,因高灵敏度侧(小音量侧)的第一声音传 感检测部66a与低灵敏度侧(大音量侧)的第二声音传感检测部66b的干设,使得低灵敏 度侧的声音传感器的高次谐波失真变大,其结果,存在声音传感器的最大检测声压降低而 使动态范围变窄的可能性。根据本发明的实施方式1的声音传感器11,能够防止运样的高 次谐波失真的增大。该理由如下。
[0122] 首先,对声音传感器61的情况进行说明。高灵敏度侧的第一膜片64a的面积比低 灵敏度侧的第二膜片64b的面积大且柔软。因此,在将大声压的声音振动施加至声音传感 器61的情况下,如图11所示,存在第一膜片64a与背板67a碰撞的情况。图11是表示在 声音传感器61中因大声压而使第一膜片64a与背板67a碰撞的情况。
[012引如图11所示,若第一膜片64a与背板67a碰撞,则背板67a的振动因该冲击而失 真,从而产生图12的(A)那样的失真振动。此外,虽然背板与膜片相同,也因声音振动而振 动,但背板的振幅是膜片的振幅的1/100左右,因此,在图12中没有表示声音振动。在背板 67a产生的失真振动向背板6化传递,因此,因第一膜片64a的碰撞,在背板6化上也产生 图12的度)那样的失真振动。另一方面,由于第二膜片64b与第一膜片64a相比位移小, 所W第二膜片64b不与背板6化碰撞,而进行例如图12的(C)那样的正弦波振动。若在该 第二膜片64b的正弦波振动上增加背板67b的失真振动,则第二声音传感检测部66b的背 板6化与第二膜片64b之间的间隙距离会进行图12的值)所示的变化。其结果,来自第二 声音传感检测部66b的输出信号失真,并且第二声音传感检测部66b的高次谐波失真率恶 化。因此,在声音传感器61中,需要用于使在第一声音传感检测部侧产生的失真振动不向 第二声音传感检测部侧传递的结构。 阳124] 与此相对,在实施方式1的声音传感器11的情况下,如图13所示,即使因大声压 使第一膜片13a与背板18碰撞而产生失真振动,该失真振动也难W影响到第二声音传感检 测部23b,从而第二声音传感检测部23b的高次谐波失真率难W恶化。目P,由于第二声音传 感检测部23b不将背板18和固定电极板19作为构成构件,所W第二声音传感检测部23b的 输出不会因背板18的失真振动而受到影响。其结果,能够防止因第一声音传感检测部23a 的失真振动而使声音传感器11的动态范围变窄。 阳125] 在实施方式1的声音传感器11中,如图5所示,狭缝17除了两端部W外,比腔室 15的上表面开口的边缘偏向腔室15的内侧。其结果,在从与娃基板12的上表面垂直的方 向观察时,第一膜片13a与娃基板12的上表面(导电层21)不重合,因此,能够降低第一膜 片13a与导电层21之间的寄生容量,从而能够降低第一声音传感检测部23a的信号干扰。 阳126] 另外,由于在膜片13与娃基板12的上表面之间捕捉有空气,所W在此捕捉的空气 分子的布朗运动是造成声音噪声的原因。但是,在实施方式1的声音传感器11中,在第一 膜片13a与第二膜片13b之间设置有狭缝17,而且,使狭缝17比腔室15的上表面开口的边 缘偏向腔室15的内侧。因此,能够消除在第一膜片13a与娃基板12的上表面之间所捕捉 的空气,从而不会受到由在此捕捉的空气分子造成的声音噪声的影响,因此,能够降低第一 声音传感检测部23a的声音噪声。 阳127](固定件的不同的配置例)
[0128] 在上述实施方式1中,由固定件16支撑设置在膜片13的角部的脚片26,但膜片 13的支撑结构能够考虑图14的(A)、做W及图15所示的各种方式。
[0129] 图14的(A)是在第二膜片13b的各边中在各自的外周缘附加固定件16的结构。 图14的度)是在第二膜片13b的外周缘整体上设置固定件16的结构。图15是沿着第二 膜片13b的外周缘间隔地设置固定件16的结构。根据运些变形例,膜片13特别是第二膜 片13b能够由固定件16牢固地支撑,因此,
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