JP2016058880A - Microphone device capable of reducing influence of noise coupling - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はマイクロフォン装置に関し、特に一体化された微小電気機械システム(MEMS)に関する。 The present invention relates to microphone devices, and more particularly to integrated microelectromechanical systems (MEMS).
微小電気機械システム(MEMS)はさまざまな電子、電気工学及び機械機能を半導体製造プロセスを介してマイクロ素子に一体化する。従来の方法を用いて組み立てられたマイクロフォンと比較すると、MEMSマイクロフォンは、より小さなサイズ、消費電力の低減、そして温度変化、衝撃及び電磁妨害などの環境外乱に対するより良い耐性といった利点を有する。 Microelectromechanical systems (MEMS) integrate various electronic, electrical engineering and mechanical functions into microelements through a semiconductor manufacturing process. Compared to microphones assembled using conventional methods, MEMS microphones have the advantages of smaller size, reduced power consumption, and better resistance to environmental disturbances such as temperature changes, shocks and electromagnetic interference.
従来のMEMSマイクロフォン100を示す図1を参照されたい。従来のMEMSマイクロフォン100は、キャリアボード20、シリコン基板30、薄膜40、バックプレート50及び特定用途向けIC(ASIC)60を含み、シリコン基板30、薄膜40、バックプレート50及び特定用途向けIC(ASIC)60はMEMSユニットを形成する。薄膜40は柔軟な薄膜で、音圧に反応して振動し、わずかな変化を生み、その位置の動的シフトをもたらす。MEMSマイクロフォン100のキャパシタンスはそれに応じて変化する。シリコン基板30及びASIC60は両方ともキャリアボード20上に構成される。ASIC60はMEMSを通常に動作させるため、規則的なバイアス電圧を提供し、出力される信号を増幅させる。
Please refer to FIG. 1 showing a
ASIC60に起因して、MEMS内にノイズが存在し得る。これは、MEMSマイクロフォン100と深刻な干渉を起こし、性能が低下する。従って、上述の問題を解決するために新しい容量型マイクロフォンを提供する必要がある。
Due to the ASIC 60, there may be noise in the MEMS. This causes serious interference with the MEMS
上記を考慮して、本発明の目的の1つは、導電性キャップ及び/又は差動信号を伝送するために配置された伝送インターフェースを有する容量型マイクロフォンを提供し、上述の問題を解決することである。 In view of the above, one of the objects of the present invention is to provide a capacitive microphone having a conductive cap and / or a transmission interface arranged to transmit a differential signal, to solve the above problems. It is.
本発明の実施形態は、キャリアボード、微小電気機械システムユニット、集積回路(IC)及び上部カバーを含むマイクロフォン装置を提供する。微小電気機械システムユニットは、基板、キャップ及び容量型マイクロフォンを含む。キャップは基板上に取り付けられ、導電性材料を構成する。容量型マイクロフォンはキャップとキャリアボードとの間に位置づけられ、容量型マイクロフォン及びキャップは共振空洞を形成する。ICはキャリアボード上に取り付けられ、容量型マイクロフォンを制御するように配置される。上部カバーはキャリアボードに接続され、微小電気機械システムユニット及びICの両方はキャリアボード及び上部カバーによって形成された空間内に位置づけられる。 Embodiments of the present invention provide a microphone device that includes a carrier board, a microelectromechanical system unit, an integrated circuit (IC), and a top cover. The microelectromechanical system unit includes a substrate, a cap, and a capacitive microphone. The cap is mounted on the substrate and constitutes a conductive material. The capacitive microphone is positioned between the cap and the carrier board, and the capacitive microphone and the cap form a resonant cavity. The IC is mounted on the carrier board and arranged to control the capacitive microphone. The top cover is connected to the carrier board, and both the microelectromechanical system unit and the IC are located in the space formed by the carrier board and the top cover.
本発明の実施形態は、導電性キャップ及び差動インターフェースを構成し、ICと容量型マイクロフォンとの間の伝送を実現させる。これは、ICとMEMSユニットとの間のさまざまな一体型の配置を通してノイズカップリングの影響を大きく低減させる。従って、容量型マイクロフォンの効率は向上する。 Embodiments of the present invention configure a conductive cap and a differential interface to achieve transmission between an IC and a capacitive microphone. This greatly reduces the effects of noise coupling through various integrated arrangements between the IC and the MEMS unit. Therefore, the efficiency of the capacitive microphone is improved.
上記及びその他の本発明の目的が、さまざまな図形及び図面で示した好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと当業者に明白なことは言うまでもない。 These and other objects of the present invention will be apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description of the preferred embodiment shown in the various figures and drawings.
発明を実施するための形態及び下記の特許請求の範囲全体にわたって特定の文言が用いられる。当業者が諒解するように、製造者たちは異なる名称で構成要素を言及することができる。本明細書は、機能ではなく名称が異なる構成要素間の区別をするつもりはない。下記の発明を実施するための形態及び特許請求の範囲において、「含む(“include”)」及び「有する(“comprise”)」という文言は、オープンエンド形式で用いられるため、「〜から成る(“consist of”)」などのクローズエンド形式の文言として解釈されるべきではない。また、「結合する(“couple”)」という文言は、間接的あるいは直接的な電気接続を意味するように意図されている。従って、ある装置が他の装置に結合する場合、この接続は直接的な電気接続、あるいは他の装置及び接続を経由した間接的な電気接続を介すことができる。 Certain language is used throughout the detailed description and the following claims. As those skilled in the art will appreciate, manufacturers can refer to components by different names. This document does not intend to distinguish between components that differ in name but not function. In the following detailed description and claims, the terms “include” and “comprise” are used in an open-ended fashion and therefore consist of “ It should not be interpreted as a closed-end wording such as “consist of”). Also, the term “couple” is intended to mean an indirect or direct electrical connection. Thus, when one device couples to another device, this connection can be through a direct electrical connection or an indirect electrical connection via another device and connection.
本発明の第1の実施形態に従ったマイクロフォン装置200を示す図2を参照されたい。マイクロフォン装置200は、キャリアボード210、MEMSユニット220、集積回路(IC)230及び上部カバー240を含む(しかし、これらに限らない)。キャリアボード210はプリント回路板(PCB)でよいが、本発明ではそれに限らない。MEMSユニット220は、基板223、キャップ224及びMEMSマイクロフォン250を含み(しかし、これらに限らない)、基板223はシリコン基板でよい。キャップ224は基板223上に構成され、導電性材料から成る。キャップ224は開口246を有する。本実施形態におけるキャップ224は塵/粒子を防ぐ機能とMEMSマイクロフォン250のための電磁シールドを提供する。MEMSマイクロフォン250はキャップ224と基板223との間に形成され、MEMSマイクロフォン250及びキャップ224は、共振空洞を形成する。IC230はキャリアボード210上に形成され、MEMSマイクロフォン250の動作を制御するように配置される。上部カバー240はキャリアボード210に接続される。上部カバー240とキャリアボード210との間の結合部は気密性があり、MEMSユニット220及びIC230は両方ともキャリアボード210及び上部カバー240によって形成された空間211内にある。上部カバー240の材料は導電性材料でよいが、本発明ではそれに限らない。上部カバー240の材料はPCB材料でよい。上部カバー240は開口242を有し、これは図2に示すように、キャップ224の開口246の直接上方に存在しないように形成されることができる。この設計は塵や他の粒子がMEMSマイクロフォン250上に落ちる可能性を低減させる。他の実施形態では、上部カバー240の開口242は、キャップ224の開口246の直接上方に存在することができる。
Please refer to FIG. 2, which shows a
本実施形態において、MEMSユニット220の基板223は、キャリアボード210上に構成され、IC230はMEMSマイクロフォン250に差動インターフェース270を介して結合する。図2に示されたマイクロフォン装置200内に形成された差分構造300を示す図3を参照されたい。差動インターフェース270は容量型マイクロフォンの2つのコンデンサ251及び252をIC230の2つの端部231及び232に結合させる。この差分構成に起因して、端部231によって出力されたノイズの位相は、端部232によって出力されたノイズの位相に対して逆になり、それゆえ互いに相殺する。従って、周囲からの干渉は大きく低減され、マイクロフォン装置200の効率を向上させる。
In this embodiment, the
コンデンサ251及び252はMEMSマイクロフォン250内の差動増幅器280に結合する。差動増幅器280は差動入力を受信し、シングルエンド出力を生成する。図3に示す差動インターフェース270は、本発明の一例に過ぎない。差分構成を通してICと容量型マイクロフォンとの間の伝送を実現する手段は本発明の範囲内に属する。
本発明の第2の実施形態に従ったマイクロフォン装置400を示す図4を参照されたい。第1の実施形態と第2の実施形態との間の違いは、第2の実施形態のIC430はMEMSユニット420の基板423内に一体化されるということである。上記の一体化構造に基づいて、IC430はMEMSマイクロフォン250に信号を伝送するため、伝送インターフェース(例えば、上述の差動インターフェース270)を必要としない。従って、MEMSマイクロフォン250内にノイズはない。同様に、従来技術と比較すると、マイクロフォン装置400はノイズ干渉を大きく低減させ、それゆえ、より良い性能を提供する。簡潔にするため、マイクロフォン装置200内の要素と同一のマイクロフォン装置400内の残りの要素については、本明細書では説明しない。
Please refer to FIG. 4, which shows a
本発明の第3の実施形態に従ったマイクロフォン装置500を示す図5を参照されたい。第1の実施形態と第3の実施形態との間の違いは、第3の実施形態のMEMSユニット220はIC530上に積層されるので、IC530はキャリアボード210とMEMSユニット220との間に構成されるということである。同様に、IC530及びMEMSユニット220は一体化構造を形成する。これは、IC530もMEMSマイクロフォン250に信号を伝送するために、もはや伝送インターフェース(例えば、上述の差動インターフェース270)を必要としないということを意味する。そして、MEMSマイクロフォン250内にノイズは存在しなくなる。従来技術と比較して、マイクロフォン装置500はノイズ干渉を低減させることができ、それゆえ、より良い性能を提供する。簡潔にするため、マイクロフォン装置200の要素と同一のマイクロフォン装置500の残りの要素については、本明細書では説明しない。
Please refer to FIG. 5, which shows a
本発明はICと容量型マイクロフォンとの間の一体化の形態を制限しない。本発明のいくつかの変更において、ICと容量型マイクロフォンとの間の一体化は異なる形態で配置され得るが、容量型マイクロフォン内のノイズを低減するという同様の効果を有する。 The present invention does not limit the form of integration between the IC and the capacitive microphone. In some variations of the invention, the integration between the IC and the capacitive microphone may be arranged differently, but has the same effect of reducing noise in the capacitive microphone.
本発明の第4の実施形態に従ったマイクロフォン装置600を示す図6を参照されたい。第1の実施形態と第4の実施形態との間の違いは、第4の実施形態において、マイクロフォン装置600のキャリアボード610が開口642を有しているということである。MEMSユニット220の基板223はキャリアボード610上に構成され、MEMSマイクロフォン250はキャリアボード610の開口642の直接上方に存在する。更に、上部カバー640は開口を有しない。本実施形態の構成において、上部カバー640が密閉されているため、塵や粒子はMEMSマイクロフォン250上に落ちない。その上、伝送インターフェース270は上述の差動インターフェースを採用し、ノイズを更に減らすことができる。簡潔にするため、マイクロフォン装置200の要素と同一のマイクロフォン装置600の残りの要素については、本明細書では説明しない。
Please refer to FIG. 6, which shows a
総括すると、本発明の実施形態は差動インターフェースを通してICと容量型マイクロフォンとの間の伝送を実現し、MEMSユニットとICを一体化させるさまざまな配置を提供する。従って、ノイズカップリングの影響を大きく低減させ、これによって容量型マイクロフォンの効率を向上させる。 In summary, embodiments of the present invention provide transmission between an IC and a capacitive microphone through a differential interface and provide various arrangements that integrate the MEMS unit and the IC. Therefore, the influence of noise coupling is greatly reduced, thereby improving the efficiency of the capacitive microphone.
当業者は、本発明の教示を保持する過程で、装置及び方法の多くの変更及び変形を行うことができるということに容易に気づくだろう。従って、上記の開示は、添付された特許請求の範囲の境界及び範囲(metes and bounds)にのみ限定されるものとして理解されるべきである。 Those skilled in the art will readily recognize that many modifications and variations of the apparatus and method can be made in the course of retaining the teachings of the present invention. Accordingly, the above disclosure should be construed as limited only to the metes and bounds of the appended claims.
Claims (10)
基板と、
前記基板上に取り付けられ、導電性の材料を構成するキャップと、
前記キャップと前記キャリアボードとの間に位置づけられた容量型マイクロフォンとを有し、前記容量型マイクロフォン及び前記キャップは共振空洞を形成する、微小電気機械システム(MEMS)ユニットと;
前記キャリアボード上に取り付けられ、前記容量型マイクロフォンを制御するように配置された集積回路(IC)と;
前記キャリアボードに接続された上部カバーと;
を有し、
前記MEMSユニット及び前記集積回路は両方とも前記キャリアボード及び前記上部カバーによって形成された空間内に位置づけられる、
マイクロフォン装置。 With carrier board;
A substrate,
A cap mounted on the substrate and comprising a conductive material;
A micro-electromechanical system (MEMS) unit having a capacitive microphone positioned between the cap and the carrier board, wherein the capacitive microphone and the cap form a resonant cavity;
An integrated circuit (IC) mounted on the carrier board and arranged to control the capacitive microphone;
An upper cover connected to the carrier board;
Have
The MEMS unit and the integrated circuit are both positioned in a space formed by the carrier board and the top cover.
Microphone device.
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