專利名稱：Mems麥克風(fēng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有采用了微加工技術(shù)的MEMS芯片的MEMS麥克風(fēng)裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，使用有4幾膜的駐極體電容麥克風(fēng)(Electret Condenser microphone, ECM)已經(jīng)成為用于諸如移動電話的信息通訊終端的麥克風(fēng)之 一。ECM是具有設(shè)置在電容器的一個電極處的駐極體的麥克風(fēng)，其將由于 聲壓(acoustic pressure )而波動的靜電電容變化而轉(zhuǎn)換成將電荷給予駐極體 引起的電壓變化。近年來，隨著ECM進(jìn)一步的小型化和輕薄化，已經(jīng)提出了降低其安裝 成本的要求。由于傳統(tǒng)的ECM使用由如上所述耐熱性差的有機(jī)材料制成的 駐極體材料，所以傳統(tǒng)的ECM不適合焊料回流表面安裝。而且，借助提供 到ECM的連接器，ECM被貼附到基板，因此需要連接器部件的成本。鑒于以上觀點，已經(jīng)提出了使用微力。工技術(shù)的小尺寸麥克風(fēng)(MEMS麥 克風(fēng))，其中該微加工技術(shù)采用了半導(dǎo)體技術(shù)。圖7示出了 MEMS麥克風(fēng)的 截面結(jié)構(gòu)。如圖7所示，MEMS麥克風(fēng)200具有在硅基板21上經(jīng)由第一絕緣層22 的振動膜電極23和駐極體膜24。此外，MEMS麥克風(fēng)200具有經(jīng)由其上的 第二絕緣層25的固定電極26,該固定電極26具有形成在其中的聲孔 (acoustic hole) 27。此外，腔28通過蝕刻硅基板21而形成在振動膜電極 23的背側(cè)上。振動膜電極23由導(dǎo)電多晶硅形成，駐極體膜24由氮化硅膜和氧化硅膜 形成。此外，固定電極26通過堆疊導(dǎo)電多晶硅、氧化硅膜和氮化硅膜而形成。如果振動膜電極23根據(jù)MEMS麥克風(fēng)200中的聲壓而振動，則具有振 動膜電極23和固定電極26的平板電容器的靜電電容改變以輸出電壓的變化。從而，由于MEMS麥克風(fēng)200使用了無機(jī)材料的駐極體材料，所以能 夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)的ECM中不可能實現(xiàn)的回流安裝。而且，可以減少其部 件的數(shù)目，并同時可以實現(xiàn)其小型化和輕薄化(參考專利文件1 )。專利文件1:日本特開2001-245186號^^凈艮非專利文件Chee Wee et al "Analytical modeling for bulk-micromachined condenser microphone" JASAVol, 120, August, 2006。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題當(dāng)將MEMS麥克風(fēng)安裝在例如下一代的(3G或者4G)移動電話中時， 主要地，由MEMS麥克風(fēng)芯片的聲學(xué)等效電路的聲阻引起的白聲熱噪音 (white acoustic thermal noise )(參考非專利文件1 )而導(dǎo)致的影響不能被忽 略。有必要進(jìn)一步改善S/N比(信噪比)。而且，在下一代的移動電話中， 需要頻率在更高的范圍(例如，3.5kHz至7kHz)內(nèi)平坦的頻率特性。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)的MEMS麥克風(fēng)的使用狀態(tài)為，MEMS麥克風(fēng)被 具有其中形成有聲孔的屏蔽箱覆蓋以防止來自安裝到基板上的其它電路的 電磁波的影響，所以會有MEMS麥克風(fēng)的頻率特性從預(yù)先設(shè)計的特性變化 的情形。為了防止這些情形，就有了在屏蔽箱的聲孔上設(shè)置聲阻材料的方法。然 而，對于聲阻材料，能夠足以承受回流安裝的熱(最大為260。C并大約為4 秒)的聲阻材料還沒有開發(fā)出來。因此，由于接受熱而變形破壞了特性，所以不能執(zhí)行回流安裝。本發(fā)明就是考慮到上述問題而提出的，因此目的是提供一種能夠改善輸 出信號的S/N比并且能夠在高的范圍獲得平坦的頻率特性的MEMS麥克風(fēng) 裝置，對于該MEMS麥克風(fēng)裝置可以實現(xiàn)回流安裝。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)裝置包括MEMS芯片，將聲信號轉(zhuǎn)換成 電信號；屏蔽箱，覆蓋MEMS芯片；和去加重電路，將去加重處理施加至 從MEMS芯片輸出的信號。屏蔽箱構(gòu)造為將預(yù)加重處理施加至輸入到MEMS 芯片的信號。麥克風(fēng)裝置中，預(yù)加重處理由屏蔽箱結(jié)構(gòu) 來執(zhí)行，所以不需要為預(yù)加重處理設(shè)置任何的電路。此外，可以排除由于預(yù) 加重電路的噪音而引起的影響。此外，由于對于輸出信號執(zhí)行去加重處理， 所以與現(xiàn)有技術(shù)相比，MEMS麥克風(fēng)的頻率特性可以平坦化至更高的范圍。 此外，根據(jù)該構(gòu)造，由于沒有使用聲阻材料，所以可以實現(xiàn)回流安裝。此外，在根據(jù)本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)裝置中，通過使用設(shè)置在屏蔽箱 上的聲孔及由屏蔽箱和其上安裝有屏蔽箱的基板形成的前氣室，屏蔽箱施加 予貞加重處玉里。通過該構(gòu)造，可以控制預(yù)加重特性，也就是，例如通過調(diào)節(jié)聲孔的尺寸 和整個屏蔽箱的尺寸而使頻率區(qū)域被加強(qiáng)。 本發(fā)明的效果通過根據(jù)本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)裝置，可以改善S/N比，可荻得到高 的范圍頻率是平坦的頻率特性，并且可執(zhí)行回流安裝。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的MEMS麥克風(fēng)100的外觀立體圖；圖2是MEMS麥克風(fēng)100的縱向截面圖(沿圖1的線A-A剖取的截面圖)；圖3A是MEMS麥克風(fēng)100的側(cè)視圖；圖3B是MEMS麥克風(fēng)100的平 面視圖；圖4是示出從MEMS芯片102輸出的信號的頻率特性的視圖；圖5是描述聲孔直徑變化情形的頻率特性變化的視圖；圖6是描述已執(zhí)行預(yù)加重和去加重處理的結(jié)果的視圖；和圖7是現(xiàn)有技術(shù)的MEMS麥克風(fēng)的縱向截面圖。100 MEMS麥克風(fēng)101基板102 MEMS芯片103屏蔽箱103a頂板103b側(cè)板103c聲孔S前氣室48電路具體實施方式
以下，通過參考附圖給出本發(fā)明實施例的描述。 (實施例1 )圖1是才艮據(jù)本發(fā)明實施例1的MEMS麥克風(fēng)100的外觀立體圖，圖2 是MEMS麥克風(fēng)100的縱向截面圖(沿圖1的線A-A剖取的截面圖)。如圖 1和圖2所示，MEMS麥克風(fēng)100包括基板101, MEMS芯片102和屏蔽箱 103?；?01是其上安裝有MEMS芯片102的印刷電路板。 MEMS芯片102將由如圖2所示的振動膜電極43獲得的聲信號轉(zhuǎn)換成 電信號。具體地，MEMS芯片102具有在硅基板41上經(jīng)由第一絕緣層42 的振動膜電極43和駐極體膜44,并且MEMS芯片102具有經(jīng)由其上的第二 絕緣層45的固定電極46，其中該固定電極46具有聲孔47。此外，MEMS (微-機(jī)電系統(tǒng))是指由通過采用半導(dǎo)體的微加工技術(shù)而制造的微小部件構(gòu) 成的才幾電系統(tǒng)。振動膜電極43由導(dǎo)電多晶硅形成，駐極體膜44由氮化硅膜和氧化硅膜 形成，固定電極48通過堆疊導(dǎo)電多晶硅、氧化硅膜和氮化硅膜而形成。此外，執(zhí)行諸如MEMS芯片102的電信號放大的信號處理的電路48通 過配線49而電連接。MEMS芯片102和電路48被屏蔽箱103覆蓋。接著，將給出屏蔽箱103的描述。圖3A是MEMS麥克風(fēng)100的側(cè)視圖， 圖3B是MEMS麥克風(fēng)100的平面視圖。如圖2及圖3A和圖3B所示，屏蔽箱103包括具有四個圓角并大致 為矩形的頂板103a，以及四個側(cè)板103b。屏蔽箱的材料是具有電屏蔽的金 屬材料，例如諸如鎳銀(由銅、鋅和鎳制成的合金)、科瓦鐵鎳鈷合金、42 芳香(aroma)等。此外，屏蔽箱可以接受表面處理，例如諸如鎳鍍以通過 焊接獲得與基板的接合。此外，圓形聲孔103c形成在屏蔽箱103的頂板103a中。如此構(gòu)造的MEMS麥克風(fēng)100具有通過聲結(jié)構(gòu)和形成在屏蔽箱103中 的聲孔103c而獲得的預(yù)加重特性，其中該聲結(jié)構(gòu)通過基板101和屏蔽箱103造。通常地，預(yù)加重指的是通過加強(qiáng)調(diào)制信號的特定頻率組分以改善解調(diào)信號的S/N比的調(diào)制信號的特定頻率組分的調(diào)制。然而，這里所稱的預(yù)加重特 性是指高范圍信號被加強(qiáng)的特性，而無論是信號的調(diào)制和解調(diào)。此外，去加重特性是指高范圍信號被減弱的特性，而無論是信號的調(diào)制和解調(diào)。圖4示出了信號的頻率特性，其中聲源位于MEMS麥克風(fēng)的外部，由 聲源傳輸?shù)穆曅盘柦?jīng)過屏蔽箱103的聲孔103c,到達(dá)屏蔽箱內(nèi)部的MEMS 芯片102，被轉(zhuǎn)換成電信號，并然后輸出。如圖4所示，可以知道由于由前 氣室S和聲孔103c形成的聲結(jié)構(gòu)的影響，到達(dá)MEMS芯片102的信號在高 范圍被加強(qiáng)。通常地，為消除該特性，有在聲孔中使用聲阻材料而平坦化頻率特性的 方法。然而，在4艮據(jù)本實施例的MEMS麥克風(fēng)100中，該特性;故理解為信 號處理中的預(yù)加重。當(dāng)在電路中執(zhí)行預(yù)加重時，電路噪音可能影響預(yù)加重。 在本實施例中，由于預(yù)加重由屏蔽箱結(jié)構(gòu)執(zhí)行，所以不會產(chǎn)生由電路噪音帶 來的影響。圖5是描述聲孔直徑變化情形的頻率特性變化的視圖。圖5中的曲線 Bl示出了聲孔103c的直徑為0.5 mm的步貞率4爭'1"生,曲纟戔B2示出了聲孑L 103c 的直徑為0.8mm的頻率特性，以及曲線B3示出了聲孔103c直徑為1.0 mm 的頻率特性。而且，在各條曲線中，除聲孔直徑之外的條件都相同?；诟綀D，可知頻率特性可以通過調(diào)節(jié)聲孔直徑來控制。也就是，在頻 率特性被理解為預(yù)加重的情形，可知基于由前氣室S和聲孔103c形成的聲 結(jié)構(gòu)的預(yù)加重特性可以通過調(diào)節(jié)設(shè)置在屏蔽箱103中的聲孔103c的直徑來 調(diào)節(jié)。換句話說，預(yù)加重特性可以通過聲孔103c和前氣室S的阻抗設(shè)計來 控制。從而，可以通過改變聲孔103c的直徑而在信號輸入至MEMS芯片102 之前調(diào)節(jié)施加至信號的預(yù)加重處理?，F(xiàn)在，回到圖2，電^各48也設(shè)置在屏蔽箱103中。MEMS芯片102的 信號被輸出至電路48。電路48執(zhí)行對應(yīng)于由聲結(jié)構(gòu)執(zhí)行的預(yù)加重處理的去 加重處理。電路48可以是具有去加重特性的集成電路。圖6是描述預(yù)加重和去加重處理結(jié)果的視圖。在圖6中，參考標(biāo)號Sl示出通過屏蔽箱103的結(jié)構(gòu)的預(yù)加重特性，S2示出通過電路48的去加重特 性(電去加重Q-0.7, fc = 6.5kHz)， S3示出執(zhí)行了預(yù)加重和去加重處理兩 者的結(jié)果。如圖6所示，通過執(zhí)^f亍預(yù)加重和去加重處理，對于MEMS芯片102的 輸出(也就是，MEMS麥克風(fēng)100的輸出信號)直到高范圍都可以獲得平坦 的頻率特性。同時，通過去加重方式電限制帶寬，由MEMS麥克風(fēng)芯片的 聲等效電路的聲阻引起的白聲熱噪音就帶寬而言被限制，從而使得高范圍噪 音降低，S/N比改善。如從圖6所看到的，S/N比在高范圍被改善了 2[dB]或者更多，而噪音 降低。這是對于3G/4G移動電話尤其有用的結(jié)果。從而，由于在根據(jù)實施例1的MEMS麥克風(fēng)100中，主要地，通過對 從MEMS芯片102輸出的信號施加去加重處理，由MEMS芯片102的聲等 效電路的聲阻引起的白聲熱噪音被降低，所以可以改善S/N比。此外，由于 在MEMS麥克風(fēng)100中，預(yù)加重處理由屏蔽箱103的結(jié)構(gòu)執(zhí)行，所以不需 要設(shè)置用于預(yù)加重的電路，其中由用于預(yù)加重的電路的噪音帶來的影響可以 被排除。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過對輸出信號執(zhí)行去加重處理，MEMS 麥克風(fēng)100的頻率特性可平坦化至更高的范圍。此外，根據(jù)該構(gòu)造，由于沒 有使用聲阻材料，所以可以實現(xiàn)回流安裝。此外，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用到模擬麥克風(fēng)，也可以應(yīng)用到具有數(shù)字輸出 的數(shù)字麥克風(fēng)的模擬部分。而且，參考具體的實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員明顯的是，本發(fā)明可以進(jìn)行各種修改和變化，而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。本申請基于2007年2月14日提交的日本專利申請No.2007-033297,其 內(nèi)容通過引用的方式被引入于此。 工業(yè)適用性本發(fā)明作為可以改善S/N比并可以至高范圍獲得平坦特性的MEMS麥 克風(fēng)是有效的，并且該MEMS麥克風(fēng)可以實現(xiàn)回流安裝。
權(quán)利要求
1.一種MEMS麥克風(fēng)裝置，包括MEMS芯片，將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號；屏蔽箱，覆蓋MEMS芯片；和去加重電路，將去加重處理施加至從該MEMS芯片輸出的信號，其中構(gòu)造該屏蔽箱以施加預(yù)加重處理到輸入至該MEMS芯片的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS麥克風(fēng)裝置，其中該屏蔽箱通過使用 設(shè)置在該屏蔽箱上的聲孔，以及由該屏蔽箱和其上安裝有該屏蔽箱的基板形 成的前氣室來施加該預(yù)加重處理。
全文摘要
目的是提供一種MEMS麥克風(fēng)裝置，其能使MEMS麥克風(fēng)的S/N比改善，直到高的區(qū)域都獲得平坦的頻率特性，并使其可通過回流方法來安裝。該MEMS麥克風(fēng)包括MEMS芯片，將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號；屏蔽箱，覆蓋MEMS芯片；和去加重處理，對從MEMS芯片輸出的信號執(zhí)行去加重處理，其中屏蔽箱被構(gòu)造以對輸入到MEMS芯片的信號執(zhí)行預(yù)加重處理。
文檔編號H04R3/00GK101611634SQ200880005169
公開日2009年12月23日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者木村教夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社