专利名称：Mems麦克风装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有采用了微加工技术的MEMS芯片的MEMS麦克风装置。
背景技术：
传统地，使用有4几膜的驻极体电容麦克风(Electret Condenser microphone, ECM)已经成为用于诸如移动电话的信息通讯终端的麦克风之 一。ECM是具有设置在电容器的一个电极处的驻极体的麦克风，其将由于 声压(acoustic pressure )而波动的静电电容变化而转换成将电荷给予驻极体 引起的电压变化。近年来，随着ECM进一步的小型化和轻薄化，已经提出了降低其安装 成本的要求。由于传统的ECM使用由如上所述耐热性差的有机材料制成的 驻极体材料，所以传统的ECM不适合焊料回流表面安装。而且，借助提供 到ECM的连接器，ECM被贴附到基板，因此需要连接器部件的成本。鉴于以上观点，已经提出了使用微力。工技术的小尺寸麦克风(MEMS麦 克风)，其中该微加工技术采用了半导体技术。图7示出了 MEMS麦克风的 截面结构。如图7所示，MEMS麦克风200具有在硅基板21上经由第一绝缘层22 的振动膜电极23和驻极体膜24。此外，MEMS麦克风200具有经由其上的 第二绝缘层25的固定电极26,该固定电极26具有形成在其中的声孔 (acoustic hole) 27。此外，腔28通过蚀刻硅基板21而形成在振动膜电极 23的背侧上。振动膜电极23由导电多晶硅形成，驻极体膜24由氮化硅膜和氧化硅膜 形成。此外，固定电极26通过堆叠导电多晶硅、氧化硅膜和氮化硅膜而形成。如果振动膜电极23根据MEMS麦克风200中的声压而振动，则具有振 动膜电极23和固定电极26的平板电容器的静电电容改变以输出电压的变化。从而，由于MEMS麦克风200使用了无机材料的驻极体材料，所以能 够实现在现有技术的ECM中不可能实现的回流安装。而且，可以减少其部 件的数目，并同时可以实现其小型化和轻薄化(参考专利文件1 )。专利文件1:日本特开2001-245186号^^净艮非专利文件Chee Wee et al "Analytical modeling for bulk-micromachined condenser microphone" JASAVol, 120, August, 2006。发明内容本发明要解决的问题当将MEMS麦克风安装在例如下一代的(3G或者4G)移动电话中时， 主要地，由MEMS麦克风芯片的声学等效电路的声阻引起的白声热噪音 (white acoustic thermal noise )(参考非专利文件1 )而导致的影响不能被忽 略。有必要进一步改善S/N比(信噪比)。而且，在下一代的移动电话中， 需要频率在更高的范围(例如，3.5kHz至7kHz)内平坦的频率特性。然而，由于现有技术的MEMS麦克风的使用状态为，MEMS麦克风被 具有其中形成有声孔的屏蔽箱覆盖以防止来自安装到基板上的其它电路的 电磁波的影响，所以会有MEMS麦克风的频率特性从预先设计的特性变化 的情形。为了防止这些情形，就有了在屏蔽箱的声孔上设置声阻材料的方法。然 而，对于声阻材料，能够足以承受回流安装的热(最大为260。C并大约为4 秒)的声阻材料还没有开发出来。因此，由于接受热而变形破坏了特性，所以不能执行回流安装。本发明就是考虑到上述问题而提出的，因此目的是提供一种能够改善输 出信号的S/N比并且能够在高的范围获得平坦的频率特性的MEMS麦克风 装置，对于该MEMS麦克风装置可以实现回流安装。解决问题的手段根据本发明的MEMS麦克风装置包括MEMS芯片，将声信号转换成 电信号；屏蔽箱，覆盖MEMS芯片；和去加重电路，将去加重处理施加至 从MEMS芯片输出的信号。屏蔽箱构造为将预加重处理施加至输入到MEMS 芯片的信号。麦克风装置中，预加重处理由屏蔽箱结构 来执行，所以不需要为预加重处理设置任何的电路。此外，可以排除由于预 加重电路的噪音而引起的影响。此外，由于对于输出信号执行去加重处理， 所以与现有技术相比，MEMS麦克风的频率特性可以平坦化至更高的范围。 此外，根据该构造，由于没有使用声阻材料，所以可以实现回流安装。此外，在根据本发明的MEMS麦克风装置中，通过使用设置在屏蔽箱 上的声孔及由屏蔽箱和其上安装有屏蔽箱的基板形成的前气室，屏蔽箱施加 予贞加重处玉里。通过该构造，可以控制预加重特性，也就是，例如通过调节声孔的尺寸 和整个屏蔽箱的尺寸而使频率区域被加强。 本发明的效果通过根据本发明的MEMS麦克风装置，可以改善S/N比，可荻得到高 的范围频率是平坦的频率特性，并且可执行回流安装。
图1是根据本发明实施例1的MEMS麦克风100的外观立体图；图2是MEMS麦克风100的纵向截面图(沿图1的线A-A剖取的截面图)；图3A是MEMS麦克风100的侧视图；图3B是MEMS麦克风100的平 面视图；图4是示出从MEMS芯片102输出的信号的频率特性的视图；图5是描述声孔直径变化情形的频率特性变化的视图；图6是描述已执行预加重和去加重处理的结果的视图；和图7是现有技术的MEMS麦克风的纵向截面图。100 MEMS麦克风101基板102 MEMS芯片103屏蔽箱103a顶板103b侧板103c声孔S前气室48电路具体实施方式
以下，通过参考附图给出本发明实施例的描述。 (实施例1 )图1是才艮据本发明实施例1的MEMS麦克风100的外观立体图，图2 是MEMS麦克风100的纵向截面图(沿图1的线A-A剖取的截面图)。如图 1和图2所示，MEMS麦克风100包括基板101, MEMS芯片102和屏蔽箱 103。基板101是其上安装有MEMS芯片102的印刷电路板。 MEMS芯片102将由如图2所示的振动膜电极43获得的声信号转换成 电信号。具体地，MEMS芯片102具有在硅基板41上经由第一绝缘层42 的振动膜电极43和驻极体膜44,并且MEMS芯片102具有经由其上的第二 绝缘层45的固定电极46，其中该固定电极46具有声孔47。此外，MEMS (微-机电系统)是指由通过采用半导体的微加工技术而制造的微小部件构 成的才几电系统。振动膜电极43由导电多晶硅形成，驻极体膜44由氮化硅膜和氧化硅膜 形成，固定电极48通过堆叠导电多晶硅、氧化硅膜和氮化硅膜而形成。此外，执行诸如MEMS芯片102的电信号放大的信号处理的电路48通 过配线49而电连接。MEMS芯片102和电路48被屏蔽箱103覆盖。接着，将给出屏蔽箱103的描述。图3A是MEMS麦克风100的侧视图， 图3B是MEMS麦克风100的平面视图。如图2及图3A和图3B所示，屏蔽箱103包括具有四个圓角并大致 为矩形的顶板103a，以及四个侧板103b。屏蔽箱的材料是具有电屏蔽的金 属材料，例如诸如镍银(由铜、锌和镍制成的合金)、科瓦铁镍钴合金、42 芳香(aroma)等。此外，屏蔽箱可以接受表面处理，例如诸如镍镀以通过 焊接获得与基板的接合。此外，圆形声孔103c形成在屏蔽箱103的顶板103a中。如此构造的MEMS麦克风100具有通过声结构和形成在屏蔽箱103中 的声孔103c而获得的预加重特性，其中该声结构通过基板101和屏蔽箱103造。通常地，预加重指的是通过加强调制信号的特定频率组分以改善解调信号的S/N比的调制信号的特定频率组分的调制。然而，这里所称的预加重特 性是指高范围信号被加强的特性，而无论是信号的调制和解调。此外，去加重特性是指高范围信号被减弱的特性，而无论是信号的调制和解调。图4示出了信号的频率特性，其中声源位于MEMS麦克风的外部，由 声源传输的声信号经过屏蔽箱103的声孔103c,到达屏蔽箱内部的MEMS 芯片102，被转换成电信号，并然后输出。如图4所示，可以知道由于由前 气室S和声孔103c形成的声结构的影响，到达MEMS芯片102的信号在高 范围被加强。通常地，为消除该特性，有在声孔中使用声阻材料而平坦化频率特性的 方法。然而，在4艮据本实施例的MEMS麦克风100中，该特性;故理解为信 号处理中的预加重。当在电路中执行预加重时，电路噪音可能影响预加重。 在本实施例中，由于预加重由屏蔽箱结构执行，所以不会产生由电路噪音带 来的影响。图5是描述声孔直径变化情形的频率特性变化的视图。图5中的曲线 Bl示出了声孔103c的直径为0.5 mm的步贞率4争'1"生,曲纟戋B2示出了声孑L 103c 的直径为0.8mm的频率特性，以及曲线B3示出了声孔103c直径为1.0 mm 的频率特性。而且，在各条曲线中，除声孔直径之外的条件都相同。基于附图，可知频率特性可以通过调节声孔直径来控制。也就是，在频 率特性被理解为预加重的情形，可知基于由前气室S和声孔103c形成的声 结构的预加重特性可以通过调节设置在屏蔽箱103中的声孔103c的直径来 调节。换句话说，预加重特性可以通过声孔103c和前气室S的阻抗设计来 控制。从而，可以通过改变声孔103c的直径而在信号输入至MEMS芯片102 之前调节施加至信号的预加重处理。现在，回到图2，电^各48也设置在屏蔽箱103中。MEMS芯片102的 信号被输出至电路48。电路48执行对应于由声结构执行的预加重处理的去 加重处理。电路48可以是具有去加重特性的集成电路。图6是描述预加重和去加重处理结果的视图。在图6中，参考标号Sl示出通过屏蔽箱103的结构的预加重特性，S2示出通过电路48的去加重特 性(电去加重Q-0.7, fc = 6.5kHz)， S3示出执行了预加重和去加重处理两 者的结果。如图6所示，通过执^f亍预加重和去加重处理，对于MEMS芯片102的 输出(也就是，MEMS麦克风100的输出信号)直到高范围都可以获得平坦 的频率特性。同时，通过去加重方式电限制带宽，由MEMS麦克风芯片的 声等效电路的声阻引起的白声热噪音就带宽而言被限制，从而使得高范围噪 音降低，S/N比改善。如从图6所看到的，S/N比在高范围被改善了 2[dB]或者更多，而噪音 降低。这是对于3G/4G移动电话尤其有用的结果。从而，由于在根据实施例1的MEMS麦克风100中，主要地，通过对 从MEMS芯片102输出的信号施加去加重处理，由MEMS芯片102的声等 效电路的声阻引起的白声热噪音被降低，所以可以改善S/N比。此外，由于 在MEMS麦克风100中，预加重处理由屏蔽箱103的结构执行，所以不需 要设置用于预加重的电路，其中由用于预加重的电路的噪音带来的影响可以 被排除。此外，与现有技术相比，通过对输出信号执行去加重处理，MEMS 麦克风100的频率特性可平坦化至更高的范围。此外，根据该构造，由于没 有使用声阻材料，所以可以实现回流安装。此外，本发明不仅可以应用到模拟麦克风，也可以应用到具有数字输出 的数字麦克风的模拟部分。而且，参考具体的实施例详细描述了本发明。然而，对于本领域的技术 人员明显的是，本发明可以进行各种修改和变化，而不脱离本发明的精神和 范围。本申请基于2007年2月14日提交的日本专利申请No.2007-033297,其 内容通过引用的方式被引入于此。 工业适用性本发明作为可以改善S/N比并可以至高范围获得平坦特性的MEMS麦 克风是有效的，并且该MEMS麦克风可以实现回流安装。
权利要求
1.一种MEMS麦克风装置，包括MEMS芯片，将声信号转换成电信号；屏蔽箱，覆盖MEMS芯片；和去加重电路，将去加重处理施加至从该MEMS芯片输出的信号，其中构造该屏蔽箱以施加预加重处理到输入至该MEMS芯片的信号。
2. 根据权利要求1所述的MEMS麦克风装置，其中该屏蔽箱通过使用 设置在该屏蔽箱上的声孔，以及由该屏蔽箱和其上安装有该屏蔽箱的基板形 成的前气室来施加该预加重处理。
全文摘要
目的是提供一种MEMS麦克风装置，其能使MEMS麦克风的S/N比改善，直到高的区域都获得平坦的频率特性，并使其可通过回流方法来安装。该MEMS麦克风包括MEMS芯片，将声信号转换成电信号；屏蔽箱，覆盖MEMS芯片；和去加重处理，对从MEMS芯片输出的信号执行去加重处理，其中屏蔽箱被构造以对输入到MEMS芯片的信号执行预加重处理。
文档编号H04R3/00GK101611634SQ200880005169
公开日2009年12月23日 申请日期2008年1月21日 优先权日2007年2月14日
发明者木村教夫 申请人:松下电器产业株式会社