JP2016058880A

JP2016058880A - ノイズカップリングの影響を低減させるマイクロフォン装置

Info

Publication number: JP2016058880A
Application number: JP2014183543A
Authority: JP
Inventors: 傳蔚王; Chuan-Wei Wang
Original assignee: Commontech Electronics Corp
Current assignee: Commontech Electronics Corp
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2016-04-21

Abstract

【課題】集積回路と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たマイクロフォン装置を提供する。【解決手段】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２３０及び上部カバー２４０を含む。ＭＥＭＳユニットは、基板２２３、キャップ２２４及びＭＥＭＳマイクロフォン２５０を含む。キャップは基板上に取り付けられ、導電性の材料から成る。ＭＥＭＳマイクロフォンはキャップと基板との間に形成され、ＭＥＭＳマイクロフォン及びキャップは共振空洞を形成する。集積回路はキャリアボード上に取り付けられ、ＭＥＭＳマイクロフォンの動作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、ＭＥＭＳユニット及び集積回路は両方とも、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２１１の内部に位置づけられる。【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来のＭＥＭＳマイクロフォンを示す図である。

本発明の第１の実施形態に従ったマイクロフォン装置を示す図である。

図２に示すマイクロフォン装置に構成された差分構造を示す図である。

本発明の第２の実施形態に従ったマイクロフォン装置を示す図である。

本発明の第３の実施形態に従ったマイクロフォン装置を示す図である。

本発明の第４の実施形態に従ったマイクロフォン装置を示す図である。

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（“ｃｏｎｓｉｓｔｏｆ”）」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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（ｍｅｔｅｓａｎｄｂｏｕｎｄｓ）にのみ限定されるものとして理解されるべきである。

米国特許出願公開第２０１２／０１８８７２７Ａ１号明細書中国特許出願公開第１０２９３２７２１号明細書

Claims

キャリアボードと；
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。
前記キャップは開口を有する、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記上部カバーは開口を有し、前記上部カバーの前記開口は前記キャップの前記開口の直接上方に存在しない、請求項２に記載のマイクロフォン装置。
前記キャリアボードは開口を有し、前記ＭＥＭＳユニットの前記基板は前記キャリアボード上に構成され、前記容量型マイクロフォンは前記キャリアボードの前記開口の直接上方に存在する、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記ＭＥＭＳユニットの前記基板は前記キャリアボード上に構成され、前記ＩＣは差動インターフェースを通して前記容量型マイクロフォンに結合される、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記ＩＣは前記ＭＥＭＳユニットの前記基板内に形成される、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記ＭＥＭＳユニットは前記ＩＣ上に積層される、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記上部カバーは導電性の材料を構成する、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記キャリアボードはプリント回路板（ＰＣＢ）である、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
前記上部カバーと前記キャリアボードの結合部は気密性がある、請求項１に記載のマイクロフォン装置。