CN102088653A - 传声器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传声器，传声器(10)具备：MEMS电容器(1)，相对于具有声孔(99)的框体(9)的内表面中的、具有声孔(99)的第1面(6)被固定，在第1面(6)中被电连接；检测电路(7)，相对不与第1面(6)邻接的第2面(8)被固定，在第2面(8)中被电连接，至少检测MEMS电容器(1)的静电电容的变化；以及柔性基板(4)，在第1面(6)和第2面(8)中被固定，并且在框体(9)中弯曲配置，具有电连接第1面(6)和第2面(8)的布线，对MEMS电容器(1)和检测电路(7)进行电连接。

Description

传声器
技术领域
本发明涉及具备MEMS电容器的传声器。
背景技术
近年来，用于在便携电话机、IC记录器等的小型电子设备中搭载的非常小的传声器，已经利用MEMS(micro electro mechanical systems，微电子机械***)技术来制造。在日本特开2007-329560号公报中，公开了一种具备使用MEMS技术形成的电容器的传声器。该传声器构成为在同一刚性基板上安装MEMS电容器、和由IC(集成电路)构成的变换电路，在该基板上罩上具有声孔的盒体。刚性基板以形状不灵活地变形的硬材料形成，MEMS电容器的背腔在MEMS电容器和刚性基板之间的空间中形成。此外，在刚性基板的外表面(IC等的安装面的背面)，设置有用于连接电子设备和传声器的传声器端子。
在日本特开2007-329560号公报中记载的传声器如本申请的图9所示，是在与传声器端子10t相反的一侧设置有声孔99的顶部声孔型的传声器。可是，如本申请的图10所示，为了抑制尘土、尘埃等的侵入，也有声孔99不再盒体一侧，而在刚性基板92一侧(传声器端子10t的一侧)设置的底部声孔型的传声器。在该情况下，基本上也是MEMS电容器的背腔在MEMS电容器与刚性基板之间的空间中形成。
在日本特开2007-81614号公报中，记载了一种传声器，其中，在一起安装有MEMS电容器和IC芯片基板中，在MEMS电容器的沟槽部的正下方设置有声孔。在该情况下，与本申请的图9、图10相反，除了沟槽部的框体内作为MEMS电容器的背腔而发挥功能。但是，在该结构的顶部声孔型的传声器中，在安装MEMS电容器和IC芯片的刚性基板，不能设置传声器端子。因此，将框体的全部作为刚性基板，将它们经由导电构件机械地连接，由此将安装MEMS电容器和变换电路的刚性基板、与设置传声器端子的刚性基板电连接。
在日本特开2007-329560号公报和日本特开2007-81614号公报中记载的那样的传声器中，MEMS电容器和变换电路一起安装在刚性高的同一基板。因此，框体内的MEMS电容器的配置被制约，特别是在日本特开2007-329560号公报中记载的那样的传声器中，因为在刚性基板的外表面设置用于与电子设备等连接的传声器端子，因此对应于该传声器端子的配置位置，决定传声器在刚性基板的配置位置。而且，对应于该基板的配置位置，框体内的MEMS电容器的配置被制约。
在日本特开2007-81614号公报中记载的那样的传声器中，将框体的全部作为刚性基板，将它们经由导电构件连接，由此使安装MEMS电容器和变换电路的刚性基板、与设置传声器端子的刚性基板能够分离。可是，在电连接刚性基板彼此的连接部中，其连接方法成为机械式接触，因此电阻增大，可能招致信号的衰减、噪声耐受性的降低。
此外，MEMS电容器的背腔影响声响特性，但当MEMS电容器的配置被制约时，特别是在日本特开2007-329560号公报中记载的那样的传声器中，背腔的大小也被制约。也就是说，背腔的大小依赖于在MEMS电容器形成的沟槽的大小，传声器的声响性能较大地依赖于MEMS电容器的性能。结果，难以在具有多样的框体的多样的传声器中展开共通的MEMS，也难以获得量产导致的成本降低效果。在日本特开2007-329560号公报的图10中，示出了切削基材(刚性基板)一侧来扩大背腔的例子，但这在生产成本方面有较多不利的点。
因此，要求一种不招致信号的衰减、噪声耐受性的降低等的电气性能下降，能够以高自由度配置MEMS电容器，能够在具有多样的框体的多样的传声器中展开共通的MEMS电容器的技术。
发明内容
鉴于上述课题的本发明的传声器的特征结构是具有形成有声孔的框体，其中，具备：MEMS电容器，相对于上述框体的内表面中的、具有上述声孔的第1面被固定，在该第1面中被电连接；检测电路，相对于在上述框体的内表面中的、不与上述第1面邻接的第2面被固定，在该第2面中被电连接，至少检测上述MEMS电容器的静电电容的变化；以及柔性基板，在上述第1面和上述第2面中被固定，并且在上述框体中弯曲配置，具有电连接上述第1面和上述第2面的布线，对上述MEMS电容器和上述检测电路进行电连接。
根据该特征结构，因为具备柔性基板，该柔性基板具有将在框体内在相互不邻接的第1面和第2面分别固定的MEMS电容器和检测电路电连接的布线，因此能够将MEMS电容器和检测电路分在2个不同的面进行安装。MEMS电容器和检测电路通过柔性基板而被连接，因此没有机械式接触，能够抑制MEMS电容器的检测信号的衰减、噪声耐受性的降低。此外，因为能够将MEMS电容器和检测电路分在2个不同的面进行安装，所以对于框体内的MEMS电容器的配置的制约被缓和，配置的自由度变高。MEMS电容器的背腔的大小影响声响特性，但通过MEMS电容器的在框体内的配置的自由度提高，从而能够容易获得所希望的声响特性。此外，MEMS电容器单体的背腔的大小，依赖于在MEMS电容器形成的沟槽的大小。可是，根据本结构，作为传声器的背腔的大小，能够除了MEMS电容器单体的沟槽之外还加上框体内的空间来决定。因此，能够在具有多样的框体的多样的传声器中展开共通的MEMS，也容易获得量产导致的成本降低效果。
在这里，优选在本发明的传声器的上述柔性基板在固定于上述第1面的范围中被安装有上述MEMS电容器。此外，优选本发明的传声器的上述柔性基板在固定于上述第2面的范围中被安装有上述检测电路。在框体内能够弯曲的柔性基板，能够在固定该柔性基板的相互不邻接的2个面中的任一方、或双方中安装、固定MEMS电容器、检测电路等的部件。柔性基板固定在框体的第1面和第2面，因此安装、固定在柔性基板的部件相对于框体的第1面、第2面被固定。例如，在任何一方中安装了部件的情况下，将该安装了的部件、和将2个面电连接的布线作为1个柔性基板的组件而构成。当MEMS电容器和布线作为1个组件而构成时，能够在将许多种类的检测电路、许多种类的框体组合起来的多种传声器中容易地展开。当检测电路和布线作为1个组件而构成时，能够在将许多种类的MEMS电容器、许多种类的框体组合起来的多种传声器中容易地展开。因此，也能够容易获得量产导致的成本降低效果。
再有，柔性基板能够在固定该柔性基板的相互不邻接的2个面的双方中安装、固定MEMS电容器、检测电路等的部件。因此，当然也可以本发明的传声器的上述柔性基板在固定在上述第1面的范围中被安装有上述MEMS电容器，并且在固定在上述第2面的范围中被安装有上述检测电路。当MEMS电容器和检测电路和布线作为1个组件而构成时，能够在与多种框体组合起来的多种传声器中容易地展开，也容易获得量产导致的成本降低效果。
此外，优选本发明的传声器的上述检测电路，通过1个集成电路形成。实质上，在框体内安装的部件成为MEMS电容器和集成电路的2个，因此生产性提高，能够容易地实现多品种展开。
附图说明
图1是示意地表示MEMS电容器的一例的俯视图。
图2是示意地表示MEMS电容器的一例的剖视图。
图3是示意地表示传声器的电路结构的一例的框图。
图4是示意地表示传声器的结构的一例的剖视图。
图5是示意地表示传声器的结构的第2例的剖视图。
图6是示意地表示传声器的结构的第3例的剖视图。
图7是示意地表示传声器的结构的第4例的剖视图。
图8是示意地表示传声器的结构的第5例的剖视图。
图9是示意地表示现有的顶部声孔型的传声器的结构的剖视图。
图10是示意地表示现有的底部声孔型的传声器的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式，基于附图进行说明。MEMS电容器如公知的那样，是使用由单晶硅基板利用半导体工艺技术等制作机构部件的MEMS(micro electro mechanical systems)技术而被制造的电容器。如图1和图2所示，MEMS电容器1具备：具有多个孔2a的背极板2；和通过声响而振动的振动板3。在背极板2和振动板3之间，形成间隔物13，在背极板2和振动板3之间设置空间，形成电容器Cm。背极板2和振动板3通过导电性材料形成，背极板2在MEMS电容器1的外侧表面中与成为端子1b的电极17连接。此外，振动板3在MEMS电容器1的外侧表面中与成为端子1s的电极16连接。在硅基板11和振动板3之间对应于需要形成绝缘层12。此外，层14、层15通过绝缘性材料形成。图1和图2所示的MEMS电容器1的结构是一个例子，背极板2和振动板3的配置也可以是相反的。
再有，图1所示的端子1d是在MEMS电容器1通过回流焊等进行表面安装时，以均等地被固定的方式设置的虚拟端子。在图2中，省略图示。此外，在端子1s和端子1b之外，对应于需要也可以设置其它的预备端子、用于抑制浮动电容或外来噪声的影响的保护端子等，在本实施方式中省略。
MEMS电容器1的振动板3通过声响而振动，这时，与背极板2的距离进行变动。通过该振动板3与背极板2之间的距离的变动，电容器Cm的静电电容变化。通过检测该静电电容的变化，从而检测出声音。在背极板2连接的端子1b是偏压输入端子，经由该端子供给偏置电压。与振动板3连接的端子1s是检测信号输出端子，作为检测信号输出电容器Cm的静电电容的变化。如图3所示，偏压输入端子1b连接于检测电路7的电压供给端子(偏压输出端子)7b，检测信号输出端子1s连接于检测电路7的检测信号输入端子7s。
检测电路7在本实施方式中，作为ASIC(application specific integrated circuit，专用集成电路)、ASSP(application specific standard processor，专用标准处理器)等的1个集成电路而构成。当然，也可以组合个别的主动部件、被动部件来构成检测电路7。检测电路7构成为具有：电压调节器71、电压增倍器72、源跟随器73。电压调节器71是根据从检测电路7的外部供给的传声器10的电源电压VDD(例如电压2～5V左右)生成内部电路的基准电压VSP-VSS的电路。在这里，电压VSP是正侧，VSS是负侧，VSS和传声器10的电源的接地GND是同电位也可。电压调节器71具有带隙基准电路，优选是对温度变化具有耐受性的高精度的调节器。电压增倍器72是基于基准电压VSP-VSS，生成稳定的偏置电压BIAS并输出的电路。
源跟随器73是对表示电容器Cm的静电电容的变化的检测信号S进行阻抗变换的电路，也可以还具备对检测信号S进行放大的功能。检测信号S是非常高阻抗的信号，信号的衰减率高，噪声耐受性也非常低，因此不优选直接作为传声器10的输出。由于源跟随器73具有非常高的输入阻抗，所以能够不使检测信号S衰减而接收检测信号S，以非常低的阻抗将检测信号S作为传声器信号SOUT输出。再有，检测电路7可以还具备：将阻抗变换了的检测信号S变换为数字信号的数字变换电路。例如，源跟随器73可以构成为具备：阻抗变换功能、放大功能、数字变换功能。
在构成检测电路7的集成电路中，作为端子7t，至少设置有：输出偏置电压BIAS的偏压输出端子7b；接收检测信号S的检测信号输入端子7s；接收电源电压的电源端子7v和接地端子7g；输出作为阻抗变换后的检测信号的传声器信号SOUT的传声器信号输出端子7m。这些端子7t分别连接到后述的传声器端子10t。传声器10，和搭载该传声器10的便携电话机、IC记录器等的电子设备的电路，经由传声器端子10t连接。
MEMS电容器1和检测电路7，通过在柔性基板4形成的布线而电被连接。在本实施方式中，MEMS电容器1和检测电路7如图4所示那样，安装在同样的1枚柔性基板4。也就是说，MEMS电容器1、检测电路7、连接两者的布线成为在1枚柔性基板4上构成的1个组件。在这里，柔性基板一般是薄且具有弯曲性的印刷基板。作为绝缘材料，在大多情况下，使用柔软性高的聚酰亚胺、液晶聚合物。考虑吸湿性、尺寸稳定性、材料的稳定供给性等，作为绝缘材料，也可以使用玻璃环氧树脂、芳纶膜。如图4所示，柔性基板4在框体9内弯曲配置。
框体9形成为圆柱、椭圆柱、四角状、多角形柱等的筒状。基部92是硬质的刚性基板。该刚性基板92在柔性基板4的端部，至少具有将检测电路7的电源端子7v、接地端子7g、传声器信号输出端子7m导通的安装图案。刚性基板92是至少在两面具有布线图案的多层基板。在框体9的内侧面8(后述的第2面8)的一侧与柔性基板4连接的电源和信号的布线，经由通孔导向框体9的外表面。在框体9的外表面，在刚性基板(基部)92形成传声器端子10t。再有，作为电源和信号的端子的传声器端子10t在传声器10设置多个，但在图4等表示的示意的剖面图中，为了简化图而仅代表性地表示有1个端子。
在刚性基板(基部)92，安装有一方开口了的有底筒状的盖子91。在盖子91的底部，设置有成为声孔99的开口。该声孔99以与MEMS电容器1的背极板2对应的方式，在框体9的内侧面6(后述的第1面)的一侧配置MEMS电容器1。如上所述，背极板2和振动板3的配置是相反的也可，背极板2和振动板3的中心在振动板3的振动方向中在同一轴上。因此，MEMS电容器1，以声孔99和背极板2和振动板3的中心在振动板3的振动方向成为同一轴上、并且在背极板2和振动板3的任一方与声孔99相向的状态下，固定在具有声孔99的内侧面6。
此外，在本实施方式中，MEMS电容器1安装在柔性基板4，因此通过将柔性基板4经由粘结剂51和加强板52固定在框体9的内侧面6的一侧，从而在框体9的内侧面6配置MEMS电容器1。当然，在柔性基板4的、MEMS电容器1的背极板2对应的位置也设置有孔，声响不会被柔性基板4妨碍，而通过背极板2到达振动板3。
即，MEMS电容器1相对于具有声孔99的框体9的内表面中的、具有声孔99的第1面6而被固定，在该第1面6被电连接。在图4所示的方式中，通过在柔性基板4在被固定在第1面6的范围中被安装MEMS电容器1，从而MEMS电容器1在第1面6中被电连接，相对于第1面6被固定。此外，检测MEMS电容器1的静电电容的变化的检测电路7，相对于不与第1面6邻接的第2面8而被固定，在该第2面8中被电连接。在图4所示的方式中，通过柔性基板4在被固定在第2面8的范围中被安装有检测电路7，从而检测电路7在第2面8中被电连接，相对于第2面8被固定。在这里，MEMS电容器1和检测电路7通过回流焊等而被安装在柔性基板4，被固定在该柔性基板4。而且，该柔性基板4通过在第1面6和第2面8中被固定，从而MEMS电容器1和检测电路7分别相对于第1面6和第2面8被固定。
此外，柔性基板4在相互不邻接的框体9的内表面的第1面6和第2面8中被固定，在框体9中被弯曲配置，由此，通过在柔性基板4形成的布线，能够将第1面6和第2面8电连接。柔性基板4在被固定在第1面的范围中被安装有MEMS电容器1，在被固定在第2面8的范围中被安装有检测电路7，因此在同一基板中也能够形成连接MEMS电容器1和检测电路7的布线。也就是说，因为能够在1枚柔性基板4安装MEMS电容器1和检测电路7，所以对框体9中的MEMS电容器1的配置的制约被缓和，配置的自由度变高。作为背腔18(18A)，能够使用框体9的大致全部，因此不使用高性能的MEMS电容器、高性能的检测电路(放大电路)也能够构成传声器。
这样的小型传声器10在搭载到便携电话机、IC记录器等的小型的电子设备时，当声孔99朝向这些电子设备的外侧配置时，有利于集音。另一方面，与电子设备的内部电路连接的传声器端子10t，与在电子设备的内部配置的电子电路连接，因此朝向电子设备的内侧配置是有利的情况较多。也就是说，优选MEMS电容器1和检测电路7在框体9中固定在相互相向的面的结构。如图4所示，根据本实施方式，能够将MEMS电容器1和检测电路7在框体9中固定在相互相向的面，通过电气特性良好的柔性基板4连接两者。
再有，在将声孔朝向这些电子设备的外侧配置的情况下，为了防止尘土、尘埃、水等从声孔99侵入，也利用在电子设备的内侧设置声孔99的底部声孔型的传声器。在该情况下，电子设备的内部的电子电路的连接，也可能靠近该电子设备的外侧实施。在该情况下，即使是底部声孔型的传声器，也需要MEMS电容器1和检测电路7在框体9中固定在相互相向的面的结构。因此，将MEMS电容器1和检测电路7在框体9中在相互相向的面固定，通过电气特性良好的柔性基板4连接两者的本发明的结构，并不限定于图4所示的顶部声孔型的实施方式，也能够应用于底部声孔型的传声器。
在图4所示的实施方式中，表示了MEMS电容器1和检测电路7安装在同一的1枚柔性基板4的例子。可是，如图5所示，也可以在刚性基板(基部)92直接安装检测电路7，将安装了MEMS电容器1的柔性基板4连接到设置于刚性基板92的图案。虽然省略图示，但当然也可以是在刚性基板直接安装MEMS电容器1，将安装了检测电路7的柔性基板4连接到设置于该刚性基板的图案的结构。此外，如图6所示，在刚性基板92固定柔性基板4，通过使用了金线的引线键控等，将柔性基板4、刚性基板92与检测电路7连接也可。特别是在检测电路不是被封装了的倒装芯片，而是裸芯片的状态下安装时是有效的。此外，如图7所示，MEMS电容器1也可以通过引线键控对柔性基板4安装。这时，如图7所示，也能够使MEMS电容器1被固定的方向与图4～图6所示的例子不同，使端子1s、1b位于第1面6相反侧。
图8表示另一个实施方式，框体9通过也包含相当于盒体91的部位的多个刚性基板形成。也就是说，框体9构成为具有：声孔侧基板(第1刚性基板)93、基部侧基板(第2刚性基板)92、侧面构件94、95。当然，也能够将侧面构件94、95作为刚性基板。声孔侧基板93相当于图4和图5表示的实施方式的盒体91的底部，具有声孔99。框体9的内表面中的第1面6是声孔侧基板93的部件安装面，在该部件安装面安装MEMS电容器1。基部侧基板92与图4和图5所示的实施方式同样地对应于基部。框体9的内表面中的第2面8是基部侧基板92的部件安装面，在该部件安装面安装检测电路7，在背面设置传声器端子10t。
声孔侧基板(第1刚性基板)93和基部侧基板(第2刚性基板)92构成为具有用于连接柔性基板4的图案。安装MEMS电容器1的声孔侧基板93的部件安装面(第1面6)、和安装检测电路7的基部侧基板92的部件安装面(第2面8)，是不相互邻接而相向的面。柔性基板4如图8所示，在第1面6和第2面8被固定，并且在框体9内弯曲配置。此外，柔性基板4具有电连接第1面6和第2面8的布线，电连接MEMS电容器1和检测电路7。
再有，关于图8所示的结构的传声器，与基于图4和图5上述的结构的传声器同样地，并不限定于顶部声孔型，也能够应用于底部声孔型的传声器。如果是本专业的人员的话，参考上述说明能够容易地想到，因此省略详细的说明。此外，在图4～图8中示意地表示的剖面图中，在将柔性基板4固定到第1面6和第2面8时使用粘结剂51，但也可以使用两面胶带、焊接、熔接等其它方法。
以下，针对本发明的特征进行补充。图9和图10是为了比较而参照的现有的传声器10B的结构例。图9是顶部声孔型的传声器的一例，图10是底部声孔型的传声器的一例。在现有的传声器10B中，在作为同一的刚性基板的基部92，一起固定有MEMS电容器1和检测电路7。因此，背腔18B依赖于在MEMS电容器1形成的沟槽的大小，与图4所示的背腔18A相比非常小。为了增大背腔18B，必须增大沟槽，这使MEMS电容器1的硅基板11变厚，也使材料成本上升。此外，对应于传声器的规格需要准备多种MEMS电容器1，量产效果降低，也使生产成本上升。可是，根据本发明，能够抑制这样的课题。再有，在图9和图10所示的传声器10B的结构中，需要用于通过引线键控连接MEMS电容器1的上表面的端子1b、1s和刚性基板92的金线，但省略图示。
可是，如在日本特开2007-81614号公报记载的那样，通过在MEMS电容器1形成的沟槽的正下设置声孔，能够扩大背腔。可是，在日本特开2007-81614号公报记载的结构中，MEMS电容器1和检测电路7安装在同一刚性基板。因此，在传声器搭载在便携电话机、IC记录器等的小型电子设备时，难以使声孔的配置和传声器端子的配置最优化。
在这里，利用在日本特开2007-81614号公报中记载的传声器的框体的结构，在不同的刚性基板安装MEMS电容器1和检测电路7，能够以螺旋弹簧等的导电构件连接刚性基板彼此。可是，刚性基板和导电构件的接触电阻与软钎焊等相比极其大。检测MEMS电容器1的静电电容的变化的检测信号S，如上述那样是非常高阻抗的微弱信号。因此，在以螺旋弹簧等的导电构件连接刚性基板彼此，连接MEMS电容器1和检测电路7的情况下，检测信号S的信号衰减变大，容易接收外来噪声。在日本特开2007-81614号公报记载的传声器的结构中，MEMS电容器1和检测电路7安装在同一刚性基板，检测电路7和传声器端子10t经由连接刚性基板彼此的导电构件而被导通。也就是说，阻抗变换后的检测信号(传声器信号)不过是跨过多个刚性基板之间而被传达。根据本发明，不使这样的接触电阻产生而通过柔性基板4，连接MEMS电容器1和检测电路7，因此即使在阻抗变换之前，检测信号S的衰减也小，难以接收外来噪声。
以上，如例示了优选的实施方式进行说明的那样，根据本发明，能够不招致信号的衰减、噪声耐受性的降低等的电气性能下降，能够以高自由度配置MEMS电容器，能够将共通的MEMS电容器在具有多样的框体的多样的传声器中展开。
本发明的传声器能够应用于搭载在便携电话机、IC记录器等的小型电子设备的小型传声器。

Claims (4)

1.一种传声器，具有形成有声孔(99)的框体(9)，其中，具备：
MEMS电容器(1)，相对于所述框体(9)的内表面中的、具有所述声孔(99)的第1面(6)而被固定，在该第1面(6)中被电连接；
检测电路(7)，相对于所述框体(9)的内表面中的、不与所述第1面(6)邻接的第2面(8)而被固定，在该第2面(8)中被电连接，至少检测所述MEMS电容器(1)的静电电容的变化；以及
柔性基板(4)，在所述第1面(6)和所述第2面(8)中被固定，并且在所述框体(9)中弯曲配置，具有电连接所述第1面(6)和所述第2面(8)的布线，对所述MEMS电容器(1)和所述检测电路(7)进行电连接。
2.根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，
所述柔性基板(4)在固定于所述第1面(6)的范围中被安装有所述MEMS电容器(1)。
3.根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，
所述柔性基板(4)在固定于所述第2面(8)的范围中被安装有所述检测电路(7)。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的传声器，其特征在于，
所述检测电路(7)通过1个集成电路形成。
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