專(zhuān)利名稱(chēng)：麥克風(fēng)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將聲壓(例如，由聲音產(chǎn)生的)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的麥克風(fēng)單元。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，麥克風(fēng)單元應(yīng)用于聲音輸入裝置中，聲音輸入裝置的實(shí)例包括諸如移動(dòng)電話(huà)和收發(fā)器之類(lèi)的聲音通信設(shè)備，諸如聲音認(rèn)證系統(tǒng)之類(lèi)的采用輸入聲音分析技術(shù)的信息處理系統(tǒng)，以及錄音設(shè)備。近年來(lái)，隨著電子設(shè)備小型化的推進(jìn)，已經(jīng)積極開(kāi)發(fā)了例如尺寸和厚度能夠減小的麥克風(fēng)單元(例如，參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1至3)。同時(shí)，為了經(jīng)由電話(huà)等進(jìn)行通話(huà)、聲音識(shí)別以及錄音的目的，較佳的是，僅有目標(biāo)聲音(用戶(hù)的聲音)被拾取。為此，希望麥克風(fēng)單元具有精確提取目標(biāo)聲音以及去除目標(biāo)聲音之外的噪音(背景噪音等)的能力。作為通過(guò)將存在噪音的使用環(huán)境中的噪音去除而僅拾取目標(biāo)聲音的麥克風(fēng)單元， 本發(fā)明的申請(qǐng)人已開(kāi)發(fā)了一種麥克風(fēng)單元，其被構(gòu)建為使得聲壓從振動(dòng)板的兩面被施加， 并且其中通過(guò)振動(dòng)板基于聲壓之差的振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)(參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。引用清單專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 JP-A-2007-150507專(zhuān)利文獻(xiàn)2 JP-A-2004-200766專(zhuān)利文獻(xiàn)3 JP-A-2008-25890
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為了尋求麥克風(fēng)單元(諸如專(zhuān)利文獻(xiàn)3中所公開(kāi)的麥克風(fēng)單元)的進(jìn)一步發(fā)展 (改進(jìn))，然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，形成音道的部件數(shù)量增加可能導(dǎo)致音響泄漏的發(fā)生，導(dǎo)致麥克風(fēng)單元的質(zhì)量降低。此外，從可加工性的角度來(lái)看，部件數(shù)量的這種增加也是不利的，這也是期望使用較少數(shù)量的部件來(lái)構(gòu)建麥克風(fēng)單元的另一個(gè)原因。鑒于前述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠易于制造的高品質(zhì)麥克風(fēng)單元。解決問(wèn)題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的麥克風(fēng)單元包括電聲轉(zhuǎn)換部，其具有響應(yīng)于聲壓而振動(dòng)的振動(dòng)板，以將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；殼體，其容納該電聲轉(zhuǎn)換部；以及蓋，其具有第一音孔和第二音孔，并被裝配在該殼體上。該殼體由通過(guò)層疊和一體化而形成的層疊基板制成。該殼體包括凹入空間，該凹入空間內(nèi)放置有該電聲轉(zhuǎn)換部，并且該凹入空間與該第一音孔相連通；及中空空間，該中空空間提供該凹入空間的底表面與該第二音孔之間的連通。 在該麥克風(fēng)單元中還設(shè)置有第一音道，從該第一音孔經(jīng)由該凹入空間延伸至該振動(dòng)板的第一面；以及第二音道，從該第二音孔經(jīng)由該中空空間延伸至該振動(dòng)板的第二面，該振動(dòng)板的第二面是該第一面的背面。
根據(jù)這種構(gòu)造，該麥克風(fēng)單元被構(gòu)造為基于施加至振動(dòng)板的兩個(gè)面的聲壓之差而將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且能夠通過(guò)將存在噪音的使用環(huán)境中的噪音去除而僅拾取目標(biāo)聲音。此外，使用層疊基板而一體化地形成殼體，該殼體容納具有振動(dòng)板的該電聲轉(zhuǎn)換部，并且在該殼體中形成有第一音道和第二音道。這樣能夠減少構(gòu)成麥克風(fēng)單元的部件數(shù)量，從而使得音響泄漏的發(fā)生得以減少。因此，根據(jù)具有這種構(gòu)造的麥克風(fēng)單元，能夠獲得高質(zhì)量的麥克風(fēng)特性。此外，上述部件數(shù)量的減少使麥克風(fēng)單元的制造更容易，并且還能縮減制造成本。在具有上述構(gòu)造的麥克風(fēng)單元中，優(yōu)選地，使用LTCC (低溫共燒陶瓷)基板作為該層疊基板。這種構(gòu)造使得能夠更適當(dāng)?shù)剡x擇低電阻材料(例如Ag或Cu)作為用于設(shè)置在殼體上的布線(xiàn)圖案的導(dǎo)體。這種構(gòu)造還使得能夠更容易地減小電聲轉(zhuǎn)換部與殼體之間的線(xiàn)性膨脹系數(shù)之差。在通過(guò)回流工藝安裝電聲轉(zhuǎn)換部的情況下，它們之間的線(xiàn)性膨脹系數(shù)之差的減小能夠降低施加至振動(dòng)板的不需要的應(yīng)力。在具有上述構(gòu)造的麥克風(fēng)單元中，該層疊基板可被設(shè)置成具有不小于3ppm/°C且不大于5ppm/°C的線(xiàn)性膨脹系數(shù)。例如，在該電聲轉(zhuǎn)換部是由硅制成的MEMS芯片的情況下， 上述構(gòu)造使得電聲轉(zhuǎn)換部與殼體之間的線(xiàn)性膨脹系數(shù)之差能夠減小。在具有上述構(gòu)造的麥克風(fēng)單元中，優(yōu)選地，該電聲轉(zhuǎn)換部是MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))芯片。這種構(gòu)造使得更容易提供具有高性能的緊湊型麥克風(fēng)。在具有上述構(gòu)造的麥克風(fēng)單元中，在該殼體中可設(shè)置有定位壁，用于進(jìn)行該電聲轉(zhuǎn)換部的定位。這種構(gòu)造在將電聲轉(zhuǎn)換部安裝到殼體中時(shí)使電聲轉(zhuǎn)換部容易定位，從而使麥克風(fēng)單元的制造更容易。在具有上述構(gòu)造的麥克風(fēng)單元中，還可設(shè)置電路部，該電路部對(duì)通過(guò)該電聲轉(zhuǎn)換部獲得的電信號(hào)進(jìn)行處理，并可被放置在該凹入空間中。此外，在具有上述構(gòu)造的麥克風(fēng)單元中，該殼體和該蓋可以是彼此一體化形成的。發(fā)明的效果本發(fā)明能提供一種能夠易于制造的高品質(zhì)麥克風(fēng)單元。


圖1為示出本發(fā)明實(shí)施例的麥克風(fēng)單元的構(gòu)造的示意透視圖。圖2為沿圖1中的位置A-A截取的示意剖面圖。圖3為實(shí)施例的麥克風(fēng)單元不帶蓋時(shí)從上方觀(guān)看的示意平面圖。圖4為示出實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的殼體的制造實(shí)例的示意剖面圖。圖5A為構(gòu)成實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括殼體的第一片材(sheet)的頂視圖。圖5B為構(gòu)成實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括殼體的第二片材的頂視圖。圖5C為構(gòu)成實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括殼體的第三片材的頂視圖。圖5D為構(gòu)成實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括殼體的第四片材的頂視圖。圖6為示出實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的MEMS芯片的構(gòu)造的示意剖面圖。圖7為示出實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的ASIC的電路構(gòu)造的示意圖。圖8為示出實(shí)施例的麥克風(fēng)單元的改型實(shí)例的示意圖。圖9為示出在開(kāi)發(fā)本發(fā)明的麥克風(fēng)單元以前，本發(fā)明的發(fā)明人所開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元的構(gòu)造的分解透視圖。圖10為圖9所示的麥克風(fēng)單元在組裝狀態(tài)下的示意剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述應(yīng)用了本發(fā)明的麥克風(fēng)單元的實(shí)施例。但是，在此之前，為了易于理解本發(fā)明，下面將描述本發(fā)明的麥克風(fēng)單元的開(kāi)發(fā)背景。(本發(fā)明的開(kāi)發(fā)背景)圖9為示出在開(kāi)發(fā)本發(fā)明的麥克風(fēng)單元以前，本發(fā)明的發(fā)明人所開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元的構(gòu)造的分解透視圖。此外，圖10為圖9所示的麥克風(fēng)單元在組裝狀態(tài)下的示意剖面圖。 在以下描述中，圖9和圖10所示的麥克風(fēng)單元被稱(chēng)為“先行開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元100”。如圖9和圖10所示，先行開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元100包括第一基板101 ；第二基板 102，上面安裝MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))芯片104和ASIC(專(zhuān)用集成電路)105 ；以及蓋部103，布置在第二基板102上方，以覆蓋MEMS芯片104和ASIC 105。在第一基板101中，形成有在平面圖中基本上為矩形的槽部1011。在安裝有MEMS芯片104和ASIC 105并形成有未示出的電路圖案的第二基板102 中，形成有第一開(kāi)口 1021和第二開(kāi)口 1022。蓋部103具有在平面圖中基本上為矩形的外形，并且在其頂板1031中，形成有在平面圖中基本上為橢圓形的兩個(gè)音孔1032和1033。在蓋部103的內(nèi)側(cè)，形成有與第一音孔 1032連通的第一空間部1034和與第二音孔1033連通的第二空間部1035。先行開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元100例如是通過(guò)如下方式獲得的將安裝有MEMS芯片104 和ASIC 105的第二基板102接合至第一基板101，隨后，以蓋部103被布置成裝配在第二基板102上方的狀態(tài)將蓋部103與第二基板102接合在一起。例如，通過(guò)焊接或通過(guò)使用導(dǎo)電膏，將設(shè)置在第一基板101上的電極端子(未示出)與形成在第二基板102的背表面?zhèn)壬系碾姌O端子(未示出)電接合在一起。形成在第二基板102的上表面?zhèn)壬系碾娐穲D案與形成在其背表面?zhèn)壬系碾娐穲D案經(jīng)由穿過(guò)第二基板102的穿通布線(xiàn)(未示出)而彼此電連接。利用上述構(gòu)造，第一音道106被形成為由第一音孔1032和第一空間部1034構(gòu)成， 并且第一音道106將聲波引導(dǎo)至MEMS芯片104的振動(dòng)板1041的上面1041a。此外，第二音道107被形成為由第二音孔1033、第二空間部1035、第一開(kāi)口 1021、槽部1011和第二開(kāi)口 1022構(gòu)成，并且第二音道107將聲波引導(dǎo)至MEMS芯片104的振動(dòng)板1041的下面1041b。 這樣就提供了一種從振動(dòng)板104的兩面來(lái)施加聲壓的構(gòu)造，從而能夠提供一種通過(guò)將存在噪音的使用環(huán)境中的噪音去除而僅拾取目標(biāo)聲音的麥克風(fēng)單元。同時(shí)，該先行開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元100的缺點(diǎn)在于其麥克風(fēng)特性(音響特性)沒(méi)有高到令人滿(mǎn)意的水平。我們對(duì)此的有力研究發(fā)現(xiàn)，由于諸如第一基板101、第二基板102和蓋部103的加工精度之類(lèi)的原因，這些部件很難能夠緊密地組裝在一起，從而有可能發(fā)生音響泄漏。還發(fā)現(xiàn)，這種音響泄漏導(dǎo)致麥克風(fēng)單元100的音響特性惡化。本發(fā)明的麥克風(fēng)單元旨在解決這樣的問(wèn)題。(本發(fā)明實(shí)施例的麥克風(fēng)單元)以下參照?qǐng)D1至圖7描述本發(fā)明實(shí)施例的麥克風(fēng)單元的示意構(gòu)造。
圖1為示出該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元的構(gòu)造的示意透視圖。圖2為沿圖1中的位置A-A截取的示意剖面圖。圖3為該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元不帶蓋時(shí)從上方觀(guān)看的示意平面圖。圖4為示出該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的殼體的制造實(shí)例的示意剖面圖。圖5A、 圖5B、圖5C和圖5D為示出該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的殼體的制造實(shí)例的示意平面圖。圖6為示出該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的MEMS芯片的構(gòu)造的示意剖面圖。圖7 為示出該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元中所包括的ASIC的電路構(gòu)造的示意圖。如圖1至圖3所示，該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1包括殼體11、蓋12、MEMS芯片13和 ASIC 14。殼體11具有基本上為矩形平行六面體的外形，且上表面具有孔，并且在殼體11內(nèi)形成有一空間，使得MEMS芯片13和ASIC 14能夠被放置在其中，并且使得聲波能夠被引導(dǎo)至MEMS芯片13的振動(dòng)膜(振動(dòng)板)132的上面13 和下面132b。更具體而言，在殼體11中，形成有從上方觀(guān)看時(shí)基本上為矩形的凹入空間111(參見(jiàn)圖2和圖3)。MEMS芯片13和ASIC 14被放置在凹入空間111中。而且，在殼體11中形成有中空空間112，該中空空間112由以下空間構(gòu)成從凹入空間111的底表面Illa(該表面上放置有MEMS芯片13等)向下延伸的空間，以及在剖面圖中基本為L(zhǎng)形并且將上述空間連通(link)到上表面的空間(參見(jiàn)圖2)。殼體11由通過(guò)層疊和一體化形成的層疊基板制成。在該實(shí)施例中，將LTCC(低溫共燒陶瓷)基板用作層疊基板。在形成殼體11的層疊基板上，還形成有操作麥克風(fēng)單元1 所需的布線(xiàn)圖案?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4、圖5A、圖5B、圖5C和圖5D，下文描述了由層疊基板制成的殼體11 的制造實(shí)例。如圖4所示，通過(guò)將第一片材(也稱(chēng)作生片(green sheet)) 21、第二片材22、 第三片材23和第四片材M (它們的外部尺寸基本相同)按此順序彼此層疊，并將所形成的層疊體一體化，來(lái)形成麥克風(fēng)單元1中所包括的殼體11。例如，通過(guò)在約800°C至900°C下進(jìn)行燒結(jié)，來(lái)使該層疊體一體化。在被層疊之前，要對(duì)片材21至對(duì)進(jìn)行沖孔和圖案印刷， 使得這些片材所形成的一體化的層疊體具有凹入空間111、中空空間112和布線(xiàn)圖案。圖5A、圖5B、圖5C和圖5D示出片材21至M中形成的孔口以及其上形成的布線(xiàn)。 圖5A示出第一片材21的上表面，圖5B示出第二片材22的上表面。圖5C示出第三片材23 的上表面，圖5D示出第四片材M的上表面。在圖5B、圖5C和圖5D的每一幅圖中，用虛線(xiàn)示出放置在殼體11中的MEMS芯片13和振動(dòng)膜132，以更清楚地理解它們之間的位置關(guān)系。如圖5A所示，第一片材21設(shè)置有通孔211、電極焊盤(pán)212以及布線(xiàn)213。通孔211 旨在提供分別形成在第一片材21的上表面和下表面上的電極焊盤(pán)212之間的通路連接 (形成在第一片材21的下表面上的電極焊盤(pán)未示出)。電極焊盤(pán)212和布線(xiàn)213旨在使得 MEMS芯片13與ASIC 14之間能夠連接、對(duì)ASIC 14供電、使得ASIC 14的電信號(hào)輸出以及實(shí)現(xiàn)接地連接。如圖5B所示，第二片材22設(shè)置有通孔221和在平面圖中基本上為矩形的貫通開(kāi)口 222。通孔221旨在形成三維電路。此外，貫通開(kāi)口 222旨在形成中空空間112。如圖5C所示，第三片材23設(shè)置有通孔231、電極焊盤(pán)232、布線(xiàn)233以及在平面圖中基本上為矩形的貫通開(kāi)口 234和235。通孔231旨在形成三維電路。電極焊盤(pán)232旨在建立與分別形成在MEMS芯片13和ASIC 14上的電極焊盤(pán)的連接，并旨在形成三維電路。貫通開(kāi)口 234和235旨在形成中空空間112。如圖5D所示，第四片材M設(shè)置有在平面圖中基本上為矩形的貫通開(kāi)口 241和 2420在這些開(kāi)口中，貫通開(kāi)口 241旨在形成中空空間112，貫通開(kāi)口 242旨在形成凹入空間 111。優(yōu)選的是，將通過(guò)層疊和一體化四個(gè)片材21至M而形成的層疊基板設(shè)計(jì)為具有與MEMS芯片13的線(xiàn)性膨脹系數(shù)盡可能接近的線(xiàn)性膨脹系數(shù)。這是因?yàn)?，例如，在通過(guò)回流工藝來(lái)安裝MEMS芯片13的情況下，如果在層疊基板與MEMS芯片13之間線(xiàn)性膨脹系數(shù)存在大的差異，則很有可能，在回流工藝時(shí)進(jìn)行的加熱和冷卻不利地導(dǎo)致對(duì)MEMS芯片13施加了殘留應(yīng)力，而上述設(shè)計(jì)減小了這種施加至MEMS芯片13的殘留應(yīng)力。在該實(shí)施例中，MEMS 芯片13由硅制成，因此優(yōu)選的是，層疊基板被設(shè)置成具有不小于3ppm/°C且不大于5ppm/°C 的線(xiàn)性膨脹系數(shù)。此外，優(yōu)選的是，形成在片材21至對(duì)上的電極焊盤(pán)和布線(xiàn)由諸如銀(Ag)或銅 (Cu)之類(lèi)的低電阻導(dǎo)體制成。如圖1和圖2所示，蓋12是在平面圖中基本上為矩形的平板，并且在其中形成有均在蓋12的上表面與下表面之間穿通的兩個(gè)貫通開(kāi)口 121和122。雖然對(duì)于蓋12的材料沒(méi)有特別限制，但是在該實(shí)施例中，例如將金屬、陶瓷等用作該材料。此外，在蓋12裝配在殼體11上的狀態(tài)下，設(shè)定第一貫通開(kāi)口 121與殼體11的凹入空間111相連通，第二貫通開(kāi)口 122與殼體11的中空空間112相連通。這兩個(gè)貫通開(kāi)口 121和122被設(shè)置為音孔，并且在以下描述中，它們中的一個(gè)被表示為第一音孔121，而另一個(gè)被表示為第二音孔。在該實(shí)施例中，第一音孔121和第二音孔 122被拉長(zhǎng)為基本上橢圓形的開(kāi)口。但是，其形狀不限于此，而是可以適當(dāng)?shù)馗淖?。如果第一音?21與第二音孔122之間的中心間距離L(參見(jiàn)圖1)太短，則施加至振動(dòng)膜132的上面13 的聲壓與施加至其下面132b的聲壓之間的差變小，從而造成振動(dòng)膜132的振幅減小，導(dǎo)致從ASIC 14輸出的電信號(hào)的SNR(信噪比)惡化。因此，優(yōu)選的是，第一音孔121與第二音孔122之間的距離稍大。另一方面，如果中心間距離L太大，則從聲源發(fā)出的聲波經(jīng)過(guò)第一音孔121到達(dá)振動(dòng)膜132所需的時(shí)間長(zhǎng)度與從其發(fā)出的聲波經(jīng)過(guò)第二音孔122到達(dá)振動(dòng)膜132所需的時(shí)間長(zhǎng)度之間的差(即，相位差)變大，從而造成噪音去除性能的降低。因此，第一音孔121與第二音孔122之間的中心間距離L優(yōu)選為不小于4mm且不大于6mm，更優(yōu)選為約5mm。參照?qǐng)D6，以下描述放置在殼體11的凹入空間111中的MEMS芯片13的構(gòu)造。MEMS 芯片13具有絕緣底板131、振動(dòng)膜132、絕緣膜133和固定電極134，從而構(gòu)成電容器式麥克風(fēng)。MEMS芯片13是使用半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)制造的，在該實(shí)施例中，MEMS芯片13由硅制成。MEMS芯片13代表本發(fā)明的電聲轉(zhuǎn)換部的實(shí)施例。在底板131中，形成有在平面圖中基本上為圓形的開(kāi)口 131a，以允許來(lái)自振動(dòng)膜 132下側(cè)的聲波到達(dá)振動(dòng)膜132。形成在底板131上的振動(dòng)膜132是在接收到聲波時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)(垂直振動(dòng))的薄膜，具有導(dǎo)電性，并形成電極的一端。固定電極134被布置為經(jīng)由絕緣膜133而與振動(dòng)膜132相對(duì)。振動(dòng)膜132和固定電極134由此形成電容器。在固定電極134中，形成有聲波能夠穿過(guò)的多個(gè)音孔134a，以允許來(lái)自振動(dòng)膜132上側(cè)的聲波到達(dá)振動(dòng)膜132。
因此，MEMS芯片13被構(gòu)造為使得聲壓pf被施加到振動(dòng)膜132的上面132a，且聲壓Pb被施加到振動(dòng)膜132的下面132b。結(jié)果，振動(dòng)膜132根據(jù)聲壓pf與聲壓pb之差而發(fā)生振動(dòng)，造成振動(dòng)膜132與固定電極134之間的間隙Gp改變，從而導(dǎo)致振動(dòng)膜132與固定電極134之間的靜電電容改變。也就是說(shuō)，用作電容器式麥克風(fēng)的MEMS芯片13允許入射聲波被以電信號(hào)的形式提取。在該實(shí)施例中，振動(dòng)膜132位于固定電極134的高度之下。但是，它們也可處于反轉(zhuǎn)的位置關(guān)系(振動(dòng)膜位于固定電極的高度之上的關(guān)系)。參照?qǐng)D7，以下描述放置在殼體11的凹入空間111中的ASIC 14。ASIC 14代表本發(fā)明的電路部的實(shí)施例，并且是通過(guò)運(yùn)行信號(hào)放大電路143而將基于MEMS芯片13中的靜電電容變化產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大的集成電路。在該實(shí)施例中，ASIC 14包括電荷泵電路 141和運(yùn)算放大器142，從而能夠精確地獲得MEMS芯片13中的靜電電容變化。ASIC 14還包括增益調(diào)節(jié)電路144，從而能夠調(diào)節(jié)信號(hào)放大電路143的增益。已被ASIC 14放大的電信號(hào)例如被輸出至未示出的安裝基板(上面安裝有麥克風(fēng)單元1)的聲音處理部，并在其中被處理。通過(guò)倒裝芯片方式將MEMS芯片13和ASIC14安裝在使用層疊基板一體化形成的殼體11中，并隨后在蓋12被裝配在殼體11上的狀態(tài)下將蓋12與殼體11接合在一起，從而完成了由上述部件構(gòu)成的麥克風(fēng)單元1。例如，通過(guò)使用粘合劑而可將蓋12接合至殼體 11，或者可將蓋12模鍛(swage)至殼體11。此外，也可例如通過(guò)引線(xiàn)接合(而不是倒裝芯片安裝)來(lái)安裝MEMS芯片13和ASIC 14。安裝在殼體11中的MEMS芯片13被布置為覆蓋凹入空間111的底表面Illa中形成的開(kāi)口(指的是用于形成中空空間112的開(kāi)口)。從而，如圖2中的箭頭所示意性顯示的，形成了第一音道2和第二音道3，該第一音道2從第一音孔121經(jīng)由凹入空間111延伸到振動(dòng)膜132的上面(第一面)132a,該第二音道3從第二音孔122經(jīng)由中空空間112延伸到振動(dòng)膜132的下面(第二面)132b。優(yōu)選的是，第一音道2和第二音道3被形成為使得聲波從第一音孔121傳播到振動(dòng)膜132的上面13 所需的時(shí)間長(zhǎng)度等于聲波從第二音孔 122傳播到振動(dòng)膜132的下面132b所需的時(shí)間長(zhǎng)度。下面，對(duì)麥克風(fēng)單元1的操作進(jìn)行描述，但在此之前先描述聲波的性質(zhì)。聲波的聲壓(聲波的振幅)與距離聲源的距離成反比。在靠近聲源的位置，聲壓急劇地衰減，而隨著距離聲源的距離增加，衰減的急劇性(sharpness)降低。例如，在將麥克風(fēng)單元1應(yīng)用于近距講話(huà)(close-talking)型聲音輸入裝置的情況下，用戶(hù)的聲音產(chǎn)生于麥克風(fēng)單元1的附近。因此，用戶(hù)的聲音在第一音孔121與第二音孔122之間很大程度地衰減，從而在入射至振動(dòng)膜132的上面13 的聲壓與入射至振動(dòng)膜 132的下面132b的聲壓之間出現(xiàn)很大差異。另一方面，對(duì)于諸如背景噪音等噪音成分，其聲源的位置與用戶(hù)聲音的聲源相比而言是遠(yuǎn)離麥克風(fēng)單元1的。因此，噪音的聲壓在第一音孔121與第二音孔122之間幾乎不衰減，從而在入射至振動(dòng)膜132的上面13 的聲壓與入射至振動(dòng)膜132的下面132b的聲壓之間幾乎不會(huì)出現(xiàn)差異。麥克風(fēng)單元1的振動(dòng)膜132基于同時(shí)分別進(jìn)入第一音孔121和第二音孔122的聲波的聲壓之差而發(fā)生振動(dòng)。如上所述，入射至振動(dòng)膜132的上面13 的噪音的聲壓與入射至其下面132b的噪音的聲壓之差極小，因此通過(guò)振動(dòng)膜132而被抵消。相反，入射至振動(dòng)膜132的上面13 的用戶(hù)聲音的聲壓與入射至其下面132b的用戶(hù)聲音的聲壓之差很大， 因此導(dǎo)致振動(dòng)膜132發(fā)生振動(dòng)，而不會(huì)通過(guò)振動(dòng)膜132被抵消。由上述內(nèi)容判斷，根據(jù)該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1，可以認(rèn)為振動(dòng)膜132僅響應(yīng)于用戶(hù)的聲音而發(fā)生振動(dòng)。因此，可以認(rèn)為，從麥克風(fēng)單元1的ASIC14輸出的電信號(hào)是僅代表用戶(hù)聲音的信號(hào)，已經(jīng)從中去除了噪音(背景噪音等)。也就是說(shuō)，根據(jù)該實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1，使用簡(jiǎn)單的構(gòu)造就能夠獲得已經(jīng)從中去除了噪音的僅代表用戶(hù)聲音的電信號(hào)。此外，在麥克風(fēng)單元1所具有的構(gòu)造中，殼體11由通過(guò)層疊和一體化而形成的層疊基板制成。因而，與先行開(kāi)發(fā)的麥克風(fēng)單元100(參見(jiàn)圖9和圖10)相比，發(fā)生音響泄漏的可能性降低，從而能夠獲得高質(zhì)量的麥克風(fēng)特性。另外，構(gòu)成殼體11的部件數(shù)量減少，從而不僅能夠?qū)崿F(xiàn)材料成本的降低，而且能夠?qū)崿F(xiàn)制造工藝的簡(jiǎn)化以及制造成本的降低。此外，殼體11具有還包括第二音道3的一體化層疊結(jié)構(gòu)，從而能夠增加殼體11的機(jī)械強(qiáng)度。因此，這還能允許構(gòu)成殼體11的多個(gè)片材21至對(duì)(參見(jiàn)圖4)中的部分或全部的厚度減小。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)麥克風(fēng)單元1的厚度減小。(改型和變化)前述實(shí)施例僅僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明的麥克風(fēng)單元不限于前述實(shí)施例的構(gòu)造。也就是說(shuō)，不脫離本發(fā)明的精神，可對(duì)前述實(shí)施例的構(gòu)造進(jìn)行各種改型。一個(gè)可能的改型實(shí)例示出于圖8中。也就是說(shuō)，在圖8所示的麥克風(fēng)單元中，對(duì)于形成為基本上矩形平行六面體形狀的MEMS芯片13，與MEMS芯片13的外表面相接觸的定位壁31被設(shè)置成環(huán)繞MEMS芯片13的外表面。定位壁31與殼體11 一體化地形成。在將 MEMS芯片13安裝到殼體11中時(shí)，這種構(gòu)造便于MEMS芯片13定位，從而使麥克風(fēng)單元的制造更容易。此外，在前述實(shí)施例中，殼體11和蓋12是相互獨(dú)立的部件。但是，對(duì)此沒(méi)有限制， 蓋也由層疊基板制成并且殼體和蓋彼此一體化形成的構(gòu)造也是可以的。此外，在前述實(shí)施例中，使用LTCC基板作為形成殼體11的層疊基板(通過(guò)層疊和一體化而形成)。但是，這種構(gòu)造不應(yīng)被解釋為限定性的，例如，也可使用氧化鋁基板、玻璃環(huán)氧基板等作為形成殼體的層疊基板。但是，在將LTCC基板用作形成殼體的層疊基板的情況下，可將低電阻導(dǎo)體(Ag、Cu等)用作形成布線(xiàn)圖案的導(dǎo)體。此外，LTCC基板的使用使得殼體11可能具有與由硅制成的MEMS芯片13的線(xiàn)性膨脹系數(shù)接近的線(xiàn)性膨脹系數(shù)。通過(guò)以此方式減小殼體11與MEMS芯片13之間在線(xiàn)性膨脹系數(shù)上的差異，能夠減小由于回流工藝時(shí)進(jìn)行的加熱和冷卻而施加至MEMS芯片13的殘留應(yīng)力，從而能夠減小不需要的應(yīng)力被施加至振動(dòng)膜132的可能性。從包括上述內(nèi)容的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選的是，如同在本發(fā)明的實(shí)施例中那樣，將LTCC基板用作形成殼體11的層疊基板。此外，在前述實(shí)施例中，MEMS芯片13和ASIC 14是相互獨(dú)立的芯片。但是，ASIC 14中所包括的集成電路以單片方式(monolithically)形成在構(gòu)成MEMS芯片13的硅板上的構(gòu)造也是可以的。此外，在前述實(shí)施例所具有的構(gòu)造中，將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的聲電轉(zhuǎn)換部由利用半導(dǎo)體制造技術(shù)構(gòu)建的MEMS芯片13來(lái)代表。但是，這種構(gòu)造不應(yīng)被解釋為限定性的。例如，電聲轉(zhuǎn)換部也可是使用駐極體膜(electret film)的電容器麥克風(fēng)。
此外，在前述實(shí)施例中，麥克風(fēng)單元1中所包括的電聲轉(zhuǎn)換部(對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例的MEMS芯片13)具有所謂的電容器式麥克風(fēng)的構(gòu)造。但是，本發(fā)明也可應(yīng)用于采用除電容器式麥克風(fēng)構(gòu)造之外的其它構(gòu)造的麥克風(fēng)單元。例如，本發(fā)明可被應(yīng)用于采用動(dòng)電型 (dynamic)麥克風(fēng)、電磁型(magnetic)麥克風(fēng)或壓電型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)單元。除上述之外，本發(fā)明實(shí)施例中使用的麥克風(fēng)單元的形狀不應(yīng)被解釋為限定性的， 不必說(shuō)，當(dāng)然可以對(duì)其進(jìn)行各種改變。工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的麥克風(fēng)單元可被有利地應(yīng)用于例如諸如移動(dòng)電話(huà)和收發(fā)器之類(lèi)的聲音通信設(shè)備，采用輸入聲音分析技術(shù)的聲音處理系統(tǒng)(聲音認(rèn)證系統(tǒng)、聲音識(shí)別系統(tǒng)、命令生成系統(tǒng)、電子詞典、翻譯機(jī)、聲音輸入型遙控器、等等)，錄音設(shè)備，放大器系統(tǒng)(擴(kuò)音器)，或
麥克風(fēng)系統(tǒng)。
標(biāo)號(hào)的說(shuō)明
1麥克風(fēng)單元
2第一音道
3第二音道
11殼體
12ΓΤΠ
13MEMS芯片(電聲轉(zhuǎn)換部)
14ASIC (電路部)
31定位壁
111凹入空間
Illa凹入空間的底表面
112中空空間
121第一音孔
122第二音孔
132振動(dòng)膜(振動(dòng)板)
132a振動(dòng)膜的上面(第--面)
132b振動(dòng)膜的下面(第二二面)
權(quán)利要求
1.一種麥克風(fēng)單元，包括電聲轉(zhuǎn)換部，其具有響應(yīng)于聲壓而振動(dòng)的振動(dòng)板，以將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；殼體，其容納該電聲轉(zhuǎn)換部；以及蓋，其具有第一音孔和第二音孔，并被裝配在該殼體上；其中該殼體由通過(guò)層疊和一體化而形成的層疊基板制成； 該殼體包括凹入空間，該凹入空間內(nèi)放置有該電聲轉(zhuǎn)換部，并且該凹入空間與該第一音孔相連通；及中空空間，該中空空間提供該凹入空間的底表面與該第二音孔之間的連通；以及還設(shè)置有第一音道，從該第一音孔經(jīng)由該凹入空間延伸至該振動(dòng)板的第一面；以及第二音道，從該第二音孔經(jīng)由該中空空間延伸至該振動(dòng)板的第二面，該振動(dòng)板的第二面是該第一面的背面。
2.如權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，其中 使用低溫共燒陶瓷LTCC基板作為該層疊基板。
3.如權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，其中該層疊基板具有不小于3ppm/°C且不大于5ppm/°C的線(xiàn)性膨脹系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，其中 該電聲轉(zhuǎn)換部是微機(jī)電系統(tǒng)MEMS芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，其中該殼體中設(shè)置有定位壁，用于進(jìn)行該電聲轉(zhuǎn)換部的定位。
6.如權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，還包括電路部，其對(duì)通過(guò)該電聲轉(zhuǎn)換部獲得的電信號(hào)進(jìn)行處理； 其中，該電路部被放置在該凹入空間中。
7.如權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，其中 該殼體和該蓋是彼此一體化形成的。
全文摘要
公開(kāi)了一種麥克風(fēng)單元(1)，包括電聲轉(zhuǎn)換部(13)，其將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；殼體(11)，其容納電聲轉(zhuǎn)換部(13)；及蓋(12)，其覆蓋殼體(11)并設(shè)有第一音孔(121)和第二音孔(122)。殼體(11)由包括一體化層疊層的層疊基板構(gòu)成。殼體(11)設(shè)置有凹入空間(111)，該凹入空間內(nèi)安裝有電聲轉(zhuǎn)換部(13)，且該凹入空間與第一音孔(121)相連通；及中空空間(121)，該中空空間提供該凹入空間的底面(111a)與第二音孔(122)之間的連通。由此，麥克風(fēng)單元(1)設(shè)置有第一音道(2)，從第一音孔(121)經(jīng)凹入空間(111)至振動(dòng)板(132)的第一面(132a)；及第二音道(3)，從第二音孔(122)經(jīng)中空空間(111)至振動(dòng)板(132)的第二面(132b)。
文檔編號(hào)H04R1/38GK102308593SQ20108000683
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者堀邊隆介, 豬田岳司, 田中史記 申請(qǐng)人:船井電機(jī)株式會(huì)社