JP6867789B2 - MEMS microphone - Google Patents

MEMS microphone Download PDF

Info

Publication number
JP6867789B2
JP6867789B2 JP2016238768A JP2016238768A JP6867789B2 JP 6867789 B2 JP6867789 B2 JP 6867789B2 JP 2016238768 A JP2016238768 A JP 2016238768A JP 2016238768 A JP2016238768 A JP 2016238768A JP 6867789 B2 JP6867789 B2 JP 6867789B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drive
electrode
diaphragm
sense
coupling portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016238768A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018098542A (en
Inventor
明 瀬志本
明 瀬志本
王義 山崎
王義 山崎
藤原　宗
宗 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP2016238768A priority Critical patent/JP6867789B2/en
Publication of JP2018098542A publication Critical patent/JP2018098542A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6867789B2 publication Critical patent/JP6867789B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明はＭＥＭＳマイクロフォン、特に小型のパッケージ実装に適した高感度・低雑音のＭＥＭＳマイクロフォンに関する。 The present invention relates to a MEMS microphone, particularly a high-sensitivity, low-noise MEMS microphone suitable for mounting in a small package.

従来から、例えば巨大な需要のあるスマートフォンには、小型で薄くかつハンダフロー時の高温処理耐性を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）マイクロフォンが多く使われている。
図７（Ａ），（Ｂ）には、従来のＭＥＭＳマイクロフォンの概略構成が示されており、図７（Ａ）はトップポート型であり、この図の符号１は、パッケージの基板、２は蓋、３は蓋に開けられた開口（ポート）、４はＭＥＭＳ音響トランスデューサ、５はＡＳＩＣ（特殊用途半導体集積回路）であり、１００はバックキャビティである。 Conventionally, for example, in smartphones with huge demand, MEMS (Micro Electro Mechanical System) microphones, which are small and thin and have high temperature processing resistance during solder flow, have been widely used.
7 (A) and 7 (B) show a schematic configuration of a conventional MEMS microphone, FIG. 7 (A) is a top port type, and reference numeral 1 in this figure is a package substrate, and 2 is a package substrate. The lid, 3 is an opening (port) opened in the lid, 4 is a MEMS acoustic transducer, 5 is an ASIC (application specific semiconductor integrated circuit), and 100 is a back cavity.

図７（Ｂ）はボトムポート型であり、この場合は、基板１側に開口６が設けられている。このボトムポート型では、上記基板１の開口６、トップポート型では、上記蓋２の開口３が音響信号圧力の入力ポートとなり、音響トランスデューサ４（振動板部分）を挟んでこれら開口３，６の反対側の閉空間がバックキャビティとなる。上記ＡＳＩＣ５は、アナログ増幅回路、バイアス電圧回路或いはアナログディジタル変換回路等を含んでおり、一般的なＭＥＭＳマイクロフォンは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ４とＡＳＩＣ５を小型のパッケージに実装した構成とされる。 FIG. 7B is a bottom port type, and in this case, an opening 6 is provided on the substrate 1 side. In the bottom port type, the opening 6 of the substrate 1 and in the top port type, the opening 3 of the lid 2 serves as an input port for the acoustic signal pressure, and the openings 3 and 6 sandwich the acoustic transducer 4 (diaphragm portion). The closed space on the opposite side is the back cavity. The ASIC 5 includes an analog amplifier circuit, a bias voltage circuit, an analog-digital conversion circuit, and the like, and a general MEMS microphone has a configuration in which a MEMS acoustic transducer 4 and an ASIC 5 are mounted in a small package.

このようなマイクロフォンによれば、トップポート型は蓋側の開口３から、ボトムポート型は基板側の開口６から入力された音響信号圧力が音響トランスデューサ４で捉えられ、この音響トランスデューサ４の中の振動板の振動が電気信号に変換されており、その後、ＡＳＩＣ５で処理された信号が出力される。 According to such a microphone, the acoustic signal pressure input from the opening 3 on the lid side in the top port type and from the opening 6 on the substrate side in the bottom port type is captured by the acoustic transducer 4, and the acoustic transducer 4 is inside the acoustic transducer 4. The vibration of the diaphragm is converted into an electric signal, and then the signal processed by the ASIC 5 is output.

A. Dehe, M． Wurzer, M. Fuldner and U. Krumbein, “The Infineon Silicon MEMS Microphone,” AMA Conferences 2013−SENSOR 2013， OPTO 2013, IRS 2 2013, pp.95−99, 2013.A. Dehe, M. Wurzer, M. Fuldner and U. Krumbein, “The Infineon Silicon MEMS Microphone,” AMA Conferences 2013-SENSOR 2013, OPTO 2013, IRS 2 2013, pp.95-99, 2013. D. Martin, J. Liu, K. Kadirvel, R. Fox, M. Sheplak, and T. Nishida, “A Micromachined Dual-Backplate Capacitive Microphone for Aeroacoustic Measurements,” J. Microelectromechanical Systems, Vol. 16, NO.6, 2007.D. Martin, J. Liu, K. Kadirvel, R. Fox, M. Sheplak, and T. Nishida, “A Micromachined Dual-Backplate Capacitive Microphone for Aeroacoustic Measurements,” J. Microelectromechanical Systems, Vol. 16, NO.6 , 2007.

ところで、上記音響信号圧力が入力された音響トランスデューサ４の反対側閉空間であるバックキャビティ１００では、音響トランスデューサ４の振動板の振動に応じで閉じ込められた空気が圧縮・膨張させられるため、音響的コンプライアンスとして働くことになる。 By the way, in the back cavity 100 which is a closed space on the opposite side of the acoustic transducer 4 to which the acoustic signal pressure is input, the trapped air is compressed and expanded according to the vibration of the diaphragm of the acoustic transducer 4, so that it is acoustic. Will work as a compliance.

図７（Ｃ）に、マイクロフォンの音響等価回路を単純化したものが示されている。
図において、入力音響信号圧力Ｐain は、振動板の音響コンプライアンスＣm とバックキャビティの音響コンプライアンスＣbcによって分圧され、振動板に印加される実効音響信号圧力Ｐamは、次の数式１で表される。
Ｐam ＝ Ｃbc／（Ｃm ＋Ｃbc）×Ｐain … （１）
この数式（１）において、音響コンプライアンスＣm が大きいと、実効音響信号圧力Ｐamは小さくなり、音響トランスデューサ４の実効感度や信号雑音比等のマイクロフォンにとって主要な特性を劣化させる原因となることは知られている（非特許文献１）。 FIG. 7C shows a simplified acoustic equivalent circuit of the microphone.
In the figure, the input acoustic signal pressure Pain is divided by the acoustic compliance Cm of the diaphragm and the acoustic compliance Cbc of the back cavity, and the effective acoustic signal pressure Pam applied to the diaphragm is expressed by the following equation 1.
Pam = Cbc / (Cm + Cbc) x Pain ... (1)
In this formula (1), it is known that when the acoustic compliance Cm is large, the effective acoustic signal pressure Pam becomes small, which causes deterioration of the main characteristics for the microphone such as the effective sensitivity of the acoustic transducer 4 and the signal-to-noise ratio. (Non-Patent Document 1).

特に、バックキャビティ１００の音響コンプライアンスはその容積に比例するため、ボトムポート型［図７（Ｂ）］に比べてバックキャビティ容積の小さいトップポート型［図７（Ａ）］の特性の大きな制限要因となっている。また、トップポート型ではバックキャビティ１００の容積がＭＥＭＳの基板（シリコン基板）１の厚みに比例するため、基板１を薄板化することを困難にしている。 In particular, since the acoustic compliance of the back cavity 100 is proportional to its volume, it is a major limiting factor for the characteristics of the top port type [FIG. 7 (A)], which has a smaller back cavity volume than the bottom port type [FIG. 7 (B)]. It has become. Further, in the top port type, since the volume of the back cavity 100 is proportional to the thickness of the MEMS substrate (silicon substrate) 1, it is difficult to make the substrate 1 thin.

また、ボトムポート型においても、パッケージを小型薄型化しようとすると、バックキャビティ１００の容積が小さくなるため、マイクロフォンの特性が犠牲となる。
以上のように、ＭＥＭＳマイクロフォンでは、音響的制約からパッケージの小型薄型化が制限されているのが現状である。
一方、ＭＥＭＳマイクロフォンの主な市場であるスマートフォンでは部品に対する小型薄型化の要求は年々厳しくなっている。近年注目されているスマートウオッチ等のウェアラブル端末市場では、スマートフォン以上の小型薄層化が求められているのは言うまでもない。 Further, even in the bottom port type, if the package is made smaller and thinner, the volume of the back cavity 100 becomes smaller, so that the characteristics of the microphone are sacrificed.
As described above, the current situation is that in MEMS microphones, the miniaturization and thinning of packages are restricted due to acoustic restrictions.
On the other hand, in smartphones, which are the main market for MEMS microphones, the demand for smaller and thinner parts is becoming stricter year by year. Needless to say, in the wearable terminal market such as smart watches, which has been attracting attention in recent years, there is a demand for smaller and thinner layers than smartphones.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックキャビティの容積を小さくすると、マイクロフォンの実質的な特性が劣化するという不都合を解消し、小型薄型のパッケージ実装に適した高感度・低雑音のＭＥＭＳマイクロフォンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to eliminate the inconvenience that when the volume of the back cavity is reduced, the substantial characteristics of the microphone are deteriorated, and the present invention is suitable for mounting in a small and thin package. The purpose is to provide a high-sensitivity, low-noise MEMS microphone.

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るＭＥＭＳマイクロフォンは、音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記センス電極と上記ドライブ電極を上記振動板の上下に空気層を挟んで相対する形で配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より低く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して逆位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とする。
請求項２の発明は、音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記センス電極と上記ドライブ電極を上記振動板の上下に空気層を挟んで相対する形で配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より高く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して同位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the MEMS microphone according to the invention of claim 1 uses a diaphragm that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the diaphragm into an electric signal and outputs the diaphragm, and an electric signal. It has a drive electrode applying any vibration to the diaphragm, by the sense electrode and the drive electrode arranged in opposed forms across the air layer above and below the above-mentioned diaphragm, the diaphragm - electrostatic between sense electrodes A MEMS acoustic transducer provided with a capacitance-formed sense electrostatic coupling portion and a drive electrostatic coupling portion having a capacitance formed between the diaphragm and the drive electrode , and an electric signal output from the sense electrode is amplified. A bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplifier circuit is returned to the drive electrode to be static for the drive. Driving was performed by the electric coupling portion, and in the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode was set lower than the resonance frequency of the diaphragm, and the output was output from the sense electrode of the sensing electrostatic coupling portion. It is characterized in that the vibration of the diaphragm due to the acoustic signal pressure is suppressed by amplifying the electric signal and feeding back the voltage of the opposite phase to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive.
The invention of claim 2 includes a vibrating plate that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the vibrating plate into an electric signal and outputs it, and a drive electrode that adds vibration to the vibrating plate by the electric signal. , by arranging the sense electrode and the drive electrode at opposite type across the air layer above and below the above-mentioned diaphragm, the diaphragm - and sensing electrostatic coupling portion formed electrostatic capacitance between the sense electrodes, diaphragm - includes a MEMS acoustic transducer Ru provided a drive for the electrostatic coupling portion forming a capacitance between the drive electrode, an amplifying circuit for amplifying the electric signal output from the sensing electrode, the diaphragm A bias voltage is applied to the above to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplification circuit is returned to the drive electrode to perform driving by the drive electrostatic coupling portion. , The cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set higher than the resonance frequency of the vibrating plate, and the electric signal output from the sense electrode of the sense electrostatic coupling portion is amplified to obtain a voltage having the same phase. It is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by feeding back to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive .

請求項３の発明は、音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記振動板に空気層を挟んで電極板を配置し、この電極板の同一平面内を複数の領域に分割して上記センス電極と上記ドライブ電極を配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より低く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して同位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とする。
請求項４の発明は、音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記振動板に空気層を挟んで電極板を配置し、この電極板の同一平面内を複数の領域に分割して上記センス電極と上記ドライブ電極を配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より高く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して逆位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とする。 The invention of claim 3 has a vibrating plate that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the vibrating plate into an electric signal and outputs it, and a drive electrode that adds vibration to the vibrating plate by the electric signal. By arranging the electrode plate on the vibrating plate with the air layer sandwiched between them, and arranging the sense electrode and the drive electrode by dividing the same plane of the electrode plate into a plurality of regions, the vibrating plate and the sense electrode are separated from each other. A MEMS acoustic transducer provided with a sense electrostatic coupling portion having an electrostatic capacitance formed therein, a drive electrostatic coupling portion having an electrostatic capacitance formed between a vibrating plate and a drive electrode, and electricity output from the sense electrode. An amplification circuit that amplifies the signal is included, a bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplification circuit is returned to the drive electrode to be fed back to the drive electrode. Driving is performed by the electrostatic coupling portion for driving, and in the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set lower than the resonance frequency of the vibrating plate, and the sense electrode of the electrostatic coupling portion for sense is used. It is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by amplifying the output electric signal and feeding back the voltage of the same phase to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive.
The invention of claim 4 has a vibrating plate that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the vibrating plate into an electric signal and outputs it, and a drive electrode that adds vibration to the vibrating plate by the electric signal. By arranging the electrode plate on the vibrating plate with the air layer sandwiched between them, and arranging the sense electrode and the drive electrode by dividing the same plane of the electrode plate into a plurality of regions, the vibrating plate and the sense electrode are separated from each other. A MEMS acoustic transducer provided with a sense electrostatic coupling portion having an electrostatic capacitance formed therein, a drive electrostatic coupling portion having an electrostatic capacitance formed between a vibrating plate and a drive electrode, and electricity output from the sense electrode. An amplification circuit that amplifies the signal is included, a bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplification circuit is returned to the drive electrode to be fed back to the drive electrode. Driving is performed by the electrostatic coupling portion for driving, and in the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set higher than the resonance frequency of the vibrating plate, and the sense electrode of the electrostatic coupling portion for sense is used. It is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by amplifying the output electric signal and feeding back the voltage of the opposite phase to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive .

以上の構成によれば、音響信号圧力による振動板の振動が電気信号に変換され、この電気信号がセンス電極から出力されており、この電気信号を増幅回路で増幅してドライブ電極に帰還させると、音響信号圧力による振動に対して逆位相となる振動が振動板に付加されることになり、実効的に振動板の振動（振幅）を抑制することが可能となる。 According to the above configuration, the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is converted into an electric signal, and this electric signal is output from the sense electrode. When this electric signal is amplified by the amplifier circuit and returned to the drive electrode. , The vibration having the opposite phase to the vibration due to the acoustic signal pressure is added to the vibrating plate, and the vibration (amplitude) of the vibrating plate can be effectively suppressed.

即ち、振動板の音響コンプライアンスＣm は、音響信号圧力Ｐamを受けた振動板により変位したバックキャビティの容積をΔＶとすると、
Ｃm ＝ ΔＶ／Ｐam … （２）
で表される。
この数式（２）で分かるように、振動板の振動を抑制することにより容積ΔＶを小さくすれば、振動板の音響コンプライアンスＣm が小さくなり、上記数式（１）では、振動板の音響コンプライアンスＣm をバックキャビティの音響コンプライアンスＣbcに対して十分に小さく抑えることができ、その結果、上記数式（１）で表される実効音響信号圧力Ｐamをバックキャビティ容積に関わらず入力音響信号圧力Ｐain に略等しくすることが可能となる。 That is, the acoustic compliance Cm of the diaphragm is determined by assuming that the volume of the back cavity displaced by the diaphragm that has received the acoustic signal pressure Pam is ΔV.
Cm = ΔV / Pam… (2)
It is represented by.
As can be seen from this formula (2), if the volume ΔV is reduced by suppressing the vibration of the diaphragm, the acoustic compliance Cm of the diaphragm becomes smaller, and in the above formula (1), the acoustic compliance Cm of the diaphragm is calculated. The acoustic compliance of the back cavity can be suppressed sufficiently small with respect to Cbc, and as a result, the effective acoustic signal pressure Pam represented by the above equation (1) is made substantially equal to the input acoustic signal pressure Pin regardless of the back cavity volume. It becomes possible.

本発明によれば、バックキャビティの容積を小さくすると、マイクロフォンの実質的な特性が劣化するという不都合を解消することができ、小型薄型のパッケージ実装に適した高感度・低雑音のＭＥＭＳマイクロフォンを実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to eliminate the inconvenience that the substantial characteristics of the microphone are deteriorated by reducing the volume of the back cavity, and realize a high-sensitivity and low-noise MEMS microphone suitable for mounting in a small and thin package. It becomes possible to do.

本発明のＭＥＭＳマイクロフォンの基本的な構成（原理）を示す図である。It is a figure which shows the basic structure (principle) of the MEMS microphone of this invention. 第１実施例のＭＥＭＳマイクロフォンの具体的な構成（帰還回路）を示す図（一部の断面をハッチングしたもの）である。It is a figure which shows the specific structure (feedback circuit) of the MEMS microphone of 1st Example (a part of the cross section is hatched). 第１実施例の動作原理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the operation principle of 1st Example. 本発明の第２実施例のＭＥＭＳマイクロフォンの構成（帰還回路）を示す図［容量結合部は図３ｂのＩ及びIIの線で断面（一部ハッチング）したもの］である。It is a figure which shows the structure (feedback circuit) of the MEMS microphone of the 2nd Example of this invention [the capacitive coupling part is the cross section (partially hatched) by the line I and II of FIG. 3b]. 第２実施例のＭＥＭＳマイクロフォンの音響トランスデューサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the acoustic transducer of the MEMS microphone of 2nd Example. 第１実施例における信号雑音比のバックキャビティ依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the back cavity dependence of the signal noise ratio in 1st Example. 第１実施例における信号雑音比の増幅回路利得幅依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the amplifier circuit gain width dependence of the signal noise ratio in 1st Example. 第１実施例におけるドライブ電圧の入力音響信号圧力依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the input acoustic signal pressure dependence of the drive voltage in 1st Example. 従来のＭＥＭＳマイクロフォンの実装形態［図（Ａ），（Ｂ）］と簡略化した音響等価回路［図（Ｃ）］を示す図である。It is a figure which shows the mounting form [FIG. (A), (B)] of the conventional MEMS microphone and the simplified acoustic equivalent circuit [FIG. (C)].

図１に、本発明のＭＥＭＳマイクロフォンの基本構成が示されており、図において、符号１１は振動板、１２はセンス電極、１３はドライブ電極、１４は増幅回路である。
上記の振動板１１は、センス電極側から入力される音響信号圧力によって振動変位し、その機械的振動がセンス電極１２で電気信号（センス信号）に変換される。この音響信号を電気信号に変換する部分が音響トランスデューサと呼ばれている部分であり、ＭＥＭＳ製造技術を用いて例えばシリコン基板上に作製される。また、音響信号を電気信号に変換する方法として、静電容量結合或いは圧電結合が用いられるが、他の原理を用いることもできる。 FIG. 1 shows the basic configuration of the MEMS microphone of the present invention. In the figure, reference numeral 11 is a diaphragm, 12 is a sense electrode, 13 is a drive electrode, and 14 is an amplifier circuit.
The diaphragm 11 is vibrated and displaced by the acoustic signal pressure input from the sense electrode side, and the mechanical vibration is converted into an electric signal (sense signal) by the sense electrode 12. The part that converts this acoustic signal into an electric signal is a part called an acoustic transducer, which is manufactured on, for example, a silicon substrate by using MEMS manufacturing technology. Further, as a method of converting an acoustic signal into an electric signal, capacitance coupling or piezoelectric coupling is used, but other principles can also be used.

そして、上記センス電極１２から出力されたセンス信号は、増幅回路１４で増幅される。一般に、音響トランスデューサで変換された電気信号は、等価的出力インピーダンスが高く信号強度が小さいため、本発明では、増幅回路１４によりインピーダンス変換すると共に、増幅したドライブ信号を発生させ、ドライブ電極１３に帰還させる。このドライブ信号をドライブ電極１３に印加すると、音響（機械）電気変換の逆変換によって振動板１１に音響信号圧力と逆位相の機械的な抗力、即ち音響信号圧力が振動板１２を変形させる力を相殺する力が与えられる。図１では、増幅回路１４において、振動板１２の変形を相殺する力を与えるように、その極性及び増幅利得を選定することになる。 Then, the sense signal output from the sense electrode 12 is amplified by the amplifier circuit 14. Generally, an electric signal converted by an acoustic transducer has a high equivalent output impedance and a low signal strength. Therefore, in the present invention, the impedance is converted by the amplifier circuit 14, an amplified drive signal is generated, and the signal is returned to the drive electrode 13. Let me. When this drive signal is applied to the drive electrode 13, a mechanical drag force having a phase opposite to the acoustic signal pressure, that is, a force by which the acoustic signal pressure deforms the diaphragm 12, is applied to the diaphragm 11 by the reverse conversion of the acoustic (mechanical) electrical conversion. The power to offset is given. In FIG. 1, in the amplifier circuit 14, the polarity and the amplification gain are selected so as to give a force that cancels the deformation of the diaphragm 12.

このようにして、所謂、負帰還の原理によりセンス信号を、概ねループ利得（増幅回路１４の利得だけでなく音響電気変換利得も考慮）分の１まで抑制することとなる。結果として、振動板１１の振動は抑制され、数式（２）で規定される振動板１１の音響コンプライアンス（Ｃm ）をバックキャビティの音響コンプライアンス（Ｃbc）に対して十分小さく保つことができる。そのため、バックキャビティの容積を小さくしても感度や信号雑音比といったマイクロフォンの基本的特性を劣化させることがなく、マイクロフォンを小型薄型化したパッケージに実装することが可能となる。なお、ＭＥＭＳマイクロフォンの出力としては、増幅回路１４からの出力（ドライブ電圧信号）を用いるが、この際には、外部に取り出すためのバッファ回路やディジタル信号として取り出すためのアナログディジタル変換回路を付加してもよい。 In this way, the sense signal is suppressed to about 1/1 of the loop gain (considering not only the gain of the amplifier circuit 14 but also the acoustic-electric conversion gain) by the so-called negative feedback principle. As a result, the vibration of the diaphragm 11 is suppressed, and the acoustic compliance (Cm) of the diaphragm 11 defined by the mathematical formula (2) can be kept sufficiently small with respect to the acoustic compliance (Cbc) of the back cavity. Therefore, even if the volume of the back cavity is reduced, the basic characteristics of the microphone such as sensitivity and signal-to-noise ratio are not deteriorated, and the microphone can be mounted in a compact and thin package. The output from the amplifier circuit 14 (drive voltage signal) is used as the output of the MEMS microphone. At this time, a buffer circuit for extracting to the outside and an analog-to-digital conversion circuit for extracting as a digital signal are added. You may.

図２ａに、第１実施例の具体的な構成、図２ｂに、その動作原理が示されている。
第１実施例は、音響電気変換として静電容量結合型のＭＥＭＳ音響トランスデューサを用いたものであり、図２ａに示されるように、符号２１は振動板、２２はセンス電極、２３はドライブ電極であり、これら振動板２１、センス電極２２及びドライブ電極２３は、シリコン（Ｓｉ）基板２５に対して形成され、振動板２１をセンス電極２２とドライブ電極２３とで空気層を介して挟んで配置した、所謂ダブルバックプレート型（非特許文献２）の構造とされる。また、上記センス電極２２には、振動板２１に音響信号圧力を与えるための貫通孔２２Ｈ、上記ドライブ電極２３にも、同様に貫通孔２３Ｈが形成される。 FIG. 2a shows a specific configuration of the first embodiment, and FIG. 2b shows the operating principle.
In the first embodiment, a capacitance-coupled MEMS acoustic transducer is used as the acoustic-electric conversion. As shown in FIG. 2a, reference numeral 21 is a diaphragm, 22 is a sense electrode, and 23 is a drive electrode. The diaphragm 21, the sense electrode 22, and the drive electrode 23 are formed on the silicon (Si) substrate 25, and the diaphragm 21 is arranged between the sense electrode 22 and the drive electrode 23 with the air layer interposed therebetween. , So-called double back plate type (Non-Patent Document 2) structure. Further, the sense electrode 22 is formed with a through hole 22H for applying an acoustic signal pressure to the diaphragm 21, and the drive electrode 23 is also formed with a through hole 23H.

このようにして、第１実施例では、略平行に配置した振動板２１とセンス電極２２によって、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部が設けられると共に、略平行に配置した振動板２１とドライブ電極２３によって、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部が設けられ、この第１実施例は、例えば音響信号圧力が上側に配置したセンス電極２２の貫通孔２２Ｈを通して振動板２１に与えられるトップポート型となる。なお、センス電極２２とドライブ電極２３を逆の位置に配置してもよく、その場合はドライブ電極２３の貫通孔２３Ｈを通して音響信号圧力が振動板２１に与えられる。 In this way, in the first embodiment, the diaphragm 21 and the sense electrode 22 arranged substantially in parallel provide the sense electrostatic coupling portion in which the capacitance is formed between the diaphragm and the sense electrode, and the sense electrode 22 is provided. The diaphragm 21 and the drive electrode 23 arranged in parallel provide an electrostatic coupling portion for a drive in which a capacitance is formed between the diaphragm and the drive electrode. In this first embodiment, for example, the acoustic signal pressure is on the upper side. It becomes a top port type given to the diaphragm 21 through the through hole 22H of the arranged sense electrode 22. The sense electrode 22 and the drive electrode 23 may be arranged at opposite positions, in which case the acoustic signal pressure is applied to the diaphragm 21 through the through hole 23H of the drive electrode 23.

そして、上記センス電極２２の後段に増幅回路２４が配置され、この増幅回路２４の出力信号は、ドライブ信号としてドライブ電極２３に帰還される。また、振動板２１（音響トランスデューサ）に印加するバイアス回路が設けられており、このバイアス回路や上記増幅回路２４等は、ＡＳＩＣ（特殊用途シリコン半導体集積回路）として、図７で説明したように、音響トランスデューサと共に同一のマイクロフォンチップに混載実装されて製作される。 Then, an amplifier circuit 24 is arranged after the sense electrode 22, and the output signal of the amplifier circuit 24 is returned to the drive electrode 23 as a drive signal. Further, a bias circuit applied to the vibrating plate 21 (acoustic transducer) is provided, and the bias circuit, the amplifier circuit 24, and the like are referred to as an ASIC (special purpose silicon semiconductor integrated circuit) as described in FIG. It is manufactured by being mounted on the same microphone chip together with an acoustic transducer.

例えば、上記の振動板２１は、直径９００ミクロン、０．３ミクロン膜厚の円形薄膜のポリシリコンで形成され、センス電極２２とドライブ電極２３は振動板２１より厚いポリシリコン電極で構成されており、振動板２１とセンス電極２２の間隔及び振動板２１とドライブ電極２３の間隔は２ミクロン程度である。なお、センス電極２２とドライブ電極２３は入力音響信号圧力に対して振動しない固定板（バックプレート）となるため、窒化シリコン薄膜で裏打ちされていると共に、音響信号圧力が振動板２１に伝わるように直径５ミクロン程度の多くの貫通孔２２Ｈ，２３Ｈを開けている。
上記振動板２１の下方のシリコン基板２５の部分は、深いエッチングで貫通除去されており、この貫通空間は、トップポート型実装の場合はバックキャビティ１００として機能する。 For example, the diaphragm 21 is made of a circular thin film of polysilicon having a diameter of 900 microns and a thickness of 0.3 micron, and the sense electrode 22 and the drive electrode 23 are made of a polysilicon electrode thicker than the diaphragm 21. The distance between the diaphragm 21 and the sense electrode 22 and the distance between the diaphragm 21 and the drive electrode 23 are about 2 microns. Since the sense electrode 22 and the drive electrode 23 are fixed plates (back plates) that do not vibrate with respect to the input acoustic signal pressure, they are lined with a silicon nitride thin film and the acoustic signal pressure is transmitted to the diaphragm 21. Many through holes 22H and 23H having a diameter of about 5 microns are opened.
The portion of the silicon substrate 25 below the diaphragm 21 is penetrated and removed by deep etching, and this penetration space functions as a back cavity 100 in the case of top port type mounting.

なお、ボトムポート型の場合は、図２ａにおいて、シリコン基板２５で形成される貫通空間１００が音響圧力信号を入力する入力ポート、トランスデューサの上側空間がバックキャビティとなり、それ以外は上記トップポート型と同一構成となる。 In the case of the bottom port type, in FIG. 2a, the through space 100 formed by the silicon substrate 25 is the input port for inputting the acoustic pressure signal, the space above the transducer is the back cavity, and the other parts are the top port type. It has the same configuration.

図２ａ，２ｂに示されるように、第１実施例の構成によれば、振動板２１にバイアス電圧Ｖｂが印加されており、音響信号圧力によってセンス電極２２にセンス信号が発生する。このセンス信号を、増幅回路２４によって増幅してドライブ信号としてドライブ電極２３に帰還して、振動板−ドライブ電極間の静電容量結合による機械的力を振動板２１に付加することによって振動板２１の振動（変位）が抑制される。 As shown in FIGS. 2a and 2b, according to the configuration of the first embodiment, the bias voltage Vb is applied to the diaphragm 21, and the sense signal is generated in the sense electrode 22 by the acoustic signal pressure. This sense signal is amplified by the amplifier circuit 24 and returned to the drive electrode 23 as a drive signal, and the mechanical force due to the electrostatic capacitance coupling between the diaphragm and the drive electrode is applied to the diaphragm 21 to apply the mechanical force to the diaphragm 21. Vibration (displacement) is suppressed.

図２ｂを用いて動作原理を説明する。
まず、振動板２１は音響信号圧力によって下方に変位しようとするが、この振動板２１に例えば＋７Ｖのバイアス電圧Ｖｂを印加しておく。この場合、振動板２１とセンス電極２２の静電容量によってセンス電極２２には負の電荷が蓄積されている。振動板２１の下方への変位によって、振動板２１とセンス電極２２の静電容量はギャップ（ｇ０）が大きくなった分だけ小さくなり、増幅回路２４の入力インピーダンスを十分高く取っておくと、センス電極２２の電荷は一定に保たれるため、センス電極２２には負のセンス電圧Ｖｓが誘起される。
この負のセンス電圧Ｖｓが、増幅回路２４に入力されると、電圧利得Ｇｖを有する増幅回路２４では、反転した正のドライブ電圧Ｖｄを発生させ、これをドライブ電極２３に印加する。ここで、実効的ドライブ電圧出力インピーダンス（ドライブ電圧出力インピーダンスとドライブ電極実効抵抗の和）Ｒｄは、十分注意して選定する必要がある。 The operating principle will be described with reference to FIG. 2b.
First, the diaphragm 21 tries to be displaced downward by the acoustic signal pressure, and a bias voltage Vb of, for example, + 7V is applied to the diaphragm 21. In this case, a negative charge is accumulated in the sense electrode 22 due to the capacitance of the diaphragm 21 and the sense electrode 22. Due to the downward displacement of the diaphragm 21, the capacitance between the diaphragm 21 and the sense electrode 22 becomes smaller as the gap (g 0 ) becomes larger, and if the input impedance of the amplifier circuit 24 is kept sufficiently high, Since the charge of the sense electrode 22 is kept constant, a negative sense voltage Vs is induced in the sense electrode 22.
When this negative sense voltage Vs is input to the amplifier circuit 24, the amplifier circuit 24 having the voltage gain Gv generates an inverted positive drive voltage Vd, which is applied to the drive electrode 23. Here, the effective drive voltage output impedance (sum of the drive voltage output impedance and the drive electrode effective resistance) Rd needs to be selected with sufficient care.

上記ドライブ電極２３に印加される電圧Ｖｄは、実効的バイアス電圧出力抵抗（バイアス電圧出力抵抗と振動板電極実効抵抗の和）Ｒｂと上記Ｒｄの和（Ｒｄ＋Ｒｂ）及びドライブ電極−振動板間の静電容量の積で規定される時定数の逆数に比例する高周波領域遮断周波数（ドライブ電圧遮断周波数）を有する。なお、このドライブ電圧遮断周波数を振動板２１の共振周波数より十分低く設定すると、ドライブ電極２３と振動板２１にはバイアス電圧Ｖｂとドライブ電圧Ｖｄの差の電圧の自乗に比例する引力が発生する。今考えている状況では、ドライブ電圧Ｖｄは正であるから、バイアス電圧Ｖｂとの差は小さくなり、バイアス電圧Ｖｂのみによって発生していた元々の引力より小さくなる。つまり、振動板２１を押し上げようとする抗力が発生し、音響信号圧力による変位を抑制する方向に働く。その結果、上記の説明と同様に振動板２１の音響コンプライアンス（Ｃm ）をバックキャビティの音響コンプライアンス（Ｃbc）に対して十分小さく保つことができ、所期の目的を果たすことが可能となる。但し、ドライブ電圧遮断周波数はマイクロフォンで必要とする帯域の上限値よりは高く設定して、音響振動に追従してドライブ電極２３に電圧を印加する必要がある。 The voltage Vd applied to the drive electrode 23 is the sum of the effective bias voltage output resistance (sum of the bias voltage output resistance and the effective resistance of the vibrating plate electrode) Rb and the sum of the Rd (Rd + Rb), and the static voltage between the drive electrode and the vibrating plate. It has a high-frequency cutoff frequency (drive voltage cutoff frequency) that is proportional to the inverse of the time constant defined by the product of electrical capacities. If the drive voltage cutoff frequency is set sufficiently lower than the resonance frequency of the diaphragm 21, an attractive force proportional to the square of the voltage of the difference between the bias voltage Vb and the drive voltage Vd is generated in the drive electrode 23 and the diaphragm 21. In the situation we are thinking about now, since the drive voltage Vd is positive, the difference from the bias voltage Vb becomes small, which is smaller than the original attractive force generated only by the bias voltage Vb. That is, a drag force that tries to push up the diaphragm 21 is generated, and works in a direction of suppressing displacement due to acoustic signal pressure. As a result, the acoustic compliance (Cm) of the diaphragm 21 can be kept sufficiently small with respect to the acoustic compliance (Cbc) of the back cavity as in the above description, and the intended purpose can be achieved. However, it is necessary to set the drive voltage cutoff frequency higher than the upper limit of the band required by the microphone and apply the voltage to the drive electrode 23 following the acoustic vibration.

次に、第１実施例の設計例を示し、その効果について定量的に説明する。
ドライブ電極２３がない場合の感度を−３６ｄＢＶ／Ｐａとし、上記の音響トランスデューサ寸法を用いると、振動板２１の共振周波数は９０ｋＨｚと計算される。マイクロフォンに通常必要な帯域は１０ｋＨｚであるから、増幅回路２４で調整されるドライブ電圧遮断周波数を例えば２０ｋＨｚに設定すればよい。この場合、実効的ドライブ電圧出力インピーダンスと実効的バイアス電圧出力抵抗の和（Ｒｄ＋Ｒｂ）を約２．８ＭΩとすればよい。また、信号雑音比のバックキャビティ容積依存性の計算結果を図４に示しており、この図では、バックキャビティの影響がない場合の信号雑音比を６６ｄＢ（Ａ）と仮定し、ドライブ電極がない場合（従来構造）の振動板の音響コンプライアンスは上記の音響トランスデューサのパラメータを用いて計算したものである。但し、増幅回路２４の電圧利得は無限大を仮定している。 Next, a design example of the first embodiment will be shown, and the effect thereof will be quantitatively described.
If the sensitivity without the drive electrode 23 is −36 dBV / Pa and the above acoustic transducer dimensions are used, the resonance frequency of the diaphragm 21 is calculated to be 90 kHz. Since the band normally required for a microphone is 10 kHz, the drive voltage cutoff frequency adjusted by the amplifier circuit 24 may be set to, for example, 20 kHz. In this case, the sum (Rd + Rb) of the effective drive voltage output impedance and the effective bias voltage output resistance may be about 2.8 MΩ. Further, the calculation result of the back cavity volume dependence of the signal-to-noise ratio is shown in FIG. 4. In this figure, the signal-to-noise ratio when there is no influence of the back cavity is assumed to be 66 dB (A), and there is no drive electrode. The acoustic compliance of the diaphragm in the case (conventional structure) is calculated using the parameters of the acoustic transducer described above. However, the voltage gain of the amplifier circuit 24 is assumed to be infinite.

図４に示されるように、従来構造ではバックキャビティ容積が小さくなるにつれて信号雑音比が劣化してくのに対して、実施例の構造では全く劣化が見られないことが分かる。例えば、標準的なボトムポート型の場合、バックキャビティ容積は３ｍｍ３程度であり、従来構造でも劣化の程度は１ｄＢ程度であるが、トップポート型の場合にはバックキャビティの容積はシリコン基板２５の厚さ６００ミクロンを仮定した場合に、０．３８ｍｍ３程度と小さくなり、信号雑音比が約５ｄＢも劣化する。シリコン基板２５を薄くしパッケージを小型薄型化して更にバックキャビティ容積を小さくすると、実施例の効果は更に顕著になる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that in the conventional structure, the signal-to-noise ratio deteriorates as the back cavity volume decreases, whereas in the structure of the embodiment, no deterioration is observed. For example, in the case of the standard bottom port type, the volume of the back cavity is about 3 mm 3 , and the degree of deterioration is about 1 dB even in the conventional structure, but in the case of the top port type, the volume of the back cavity is about the silicon substrate 25. , assuming a 600 micron thick, as small as about 0.38 mm 3, the signal-noise ratio is also deteriorated approximately 5 dB. If the silicon substrate 25 is made thinner, the package is made smaller and thinner, and the back cavity volume is further reduced, the effect of the embodiment becomes even more remarkable.

一方、上記増幅回路２４の電圧利得が不十分であると、ドライブ電極２３への帰還が十分でなくなり、効果が薄れることは当然予想される。
図５に、増幅回路２４の利得依存性を計算した結果が示されており、これは、バックキャビティ容積を上記の０．３８ｍｍ３の場合とシリコン基板２５を厚さ２００ミクロン以下まで薄層化して０．１ｍｍ３とした場合の２つの例について示したものである。前者の場合では、利得３０ｄＢ以上、後者の場合でも利得４２ｄＢ以上にすれば、信号雑音比の劣化を１ｄＢ以下に抑えることができる。 On the other hand, if the voltage gain of the amplifier circuit 24 is insufficient, it is naturally expected that the feedback to the drive electrode 23 will not be sufficient and the effect will be diminished.
FIG. 5 shows the result of calculating the gain dependence of the amplifier circuit 24, which is the case where the back cavity volume is 0.38 mm 3 and the silicon substrate 25 is thinned to a thickness of 200 microns or less. Two examples are shown in the case where the thickness is 0.1 mm 3. In the former case, if the gain is 30 dB or more, and even in the latter case, if the gain is 42 dB or more, the deterioration of the signal-to-noise ratio can be suppressed to 1 dB or less.

図６に、入力音響信号圧力とドライブ電圧の関係を計算した結果が示されており、図６のように、出力信号を兼ねるドライブ電圧は実用上要求される１２０ｄＢＳＰＬの音響信号圧力までほぼ線形な関係となっており、感度に相当する比例係数は−２４ｄＢＶ／Ｐａである。また、上限の音響信号圧力１２０ｄＢＳＰＬに対するドライブ電圧は１．３Ｖであり、通常のＣＭＯＳ半導体集積回路で問題なく実現できる範囲である。また、上記出力インピーダンスを仮定した場合、１２０ｄＢＳＰＬでの消費電力は０．６μＷと小さく、実用上問題とならない。 FIG. 6 shows the result of calculating the relationship between the input acoustic signal pressure and the drive voltage. As shown in FIG. 6, the drive voltage that also serves as the output signal is almost linear up to the practically required acoustic signal pressure of 120 dBSPL. There is a relationship, and the proportional coefficient corresponding to the sensitivity is -24 dBV / Pa. Further, the drive voltage with respect to the upper limit acoustic signal pressure of 120 dBSPL is 1.3 V, which is a range that can be realized without any problem in a normal CMOS semiconductor integrated circuit. Further, assuming the above output impedance, the power consumption at 120 dBSPL is as small as 0.6 μW, which does not pose a problem in practical use.

第１実施例の変形例として、増幅回路２４で調整されるドライブ電圧遮断周波数を振動板２１の共振周波数より高く設定する場合が挙げられる。ＭＥＭＳ音響トランスデューサと帰還回路の構成は、図２ａと同様であるが、増幅回路２４の極性が図２ｂとは逆となり、センス電圧Ｖｓと同位相のドライブ電圧Ｖｄをドライブ電極に印加する。振動板２１の共振周波数は振動板２１のバネ定数を小さくすることによって下げることができ、これがマイクロフォンで必要とする帯域の上限値に近づいた時にこの変形実施例は有効となる。この場合、上記第１実施例とは逆に、ドライブ電極２３と振動板２１にはバイアス電圧Ｖｂとドライブ電圧Ｖｄの差の電圧の自乗に比例する斥力が発生する。従って、センス電圧Ｖｓと同位相の電圧をドライブ電極２３に印加することにより、入力音響信号圧力を相殺する抗力を振動板２１に与えることができる。 As a modification of the first embodiment, there is a case where the drive voltage cutoff frequency adjusted by the amplifier circuit 24 is set higher than the resonance frequency of the diaphragm 21. The configuration of the MEMS acoustic transducer and the feedback circuit is the same as that in FIG. 2a, but the polarity of the amplifier circuit 24 is opposite to that in FIG. 2b, and a drive voltage Vd having the same phase as the sense voltage Vs is applied to the drive electrode. The resonance frequency of the diaphragm 21 can be lowered by reducing the spring constant of the diaphragm 21, and this modification becomes effective when this approaches the upper limit of the band required by the microphone. In this case, contrary to the first embodiment, a repulsive force proportional to the square of the voltage difference between the bias voltage Vb and the drive voltage Vd is generated in the drive electrode 23 and the diaphragm 21. Therefore, by applying a voltage having the same phase as the sense voltage Vs to the drive electrode 23, a drag force for canceling the input acoustic signal pressure can be applied to the diaphragm 21.

この変形例において、バックキャビティ容積依存性や増幅回路利得依存性及び音響信号圧力に対するドライブ電圧依存性は第１実施例と概ね同一である。相違する点は、ドライブ電圧遮断周波数を大きくするため実効的ドライブ電圧出力インピーダンスと実効的バイアス電圧出力抵抗の和（Ｒｄ＋Ｒｂ）をその分小さくする必要があることである。例えば、振動板共振周波数を２０ｋＨｚ、ドライブ電圧遮断周波数を８０ｋＨｚとした場合、Ｒｄ＋Ｒｂを０．７ＭΩとすればよい。但し、１２０ｄＢＳＰＬでの出力インピーダンスとした場合の消費電力は、第１実施例の４倍（２．４μＷ）となるが、実用上は問題とならない。 In this modification, the back cavity volume dependence, the amplifier circuit gain dependence, and the drive voltage dependence on the acoustic signal pressure are substantially the same as those in the first embodiment. The difference is that it is necessary to reduce the sum (Rd + Rb) of the effective drive voltage output impedance and the effective bias voltage output resistance in order to increase the drive voltage cutoff frequency. For example, when the diaphragm resonance frequency is 20 kHz and the drive voltage cutoff frequency is 80 kHz, Rd + Rb may be 0.7 MΩ. However, the power consumption when the output impedance is 120 dBSPL is four times (2.4 μW) that of the first embodiment, but this is not a problem in practical use.

図３ａに、第２実施例のマイクロフォンの構成、図３ｂに、音響トランスデューサ（バックプレート）の構成が示されており、この第２実施例も、第１実施例と同様に音響電気変換として静電容量結合型のＭＥＭＳ音響トランスデューサを用いたものである。
図３ａの音響トランスデューサの部分は、図３ｂのＩ及びIIの線で切断した断面を示しており、第２実施例では、振動板３１の上部に空気層を介してセンス電極３２とドライブ電極３３の両方を同一平面（バックプレート）内に配置してなるシングルバックプレート型構造を採用している。 FIG. 3a shows the configuration of the microphone of the second embodiment, and FIG. 3b shows the configuration of the acoustic transducer (back plate). Similar to the first embodiment, the second embodiment is also static as an acoustic electric conversion. A capacitance-coupled MEMS acoustic transducer is used.
The portion of the acoustic transducer of FIG. 3a shows a cross section cut along the lines I and II of FIG. 3b, and in the second embodiment, the sense electrode 32 and the drive electrode 33 pass through the air layer on the upper part of the diaphragm 31. A single back plate type structure is adopted in which both of the above are arranged in the same plane (back plate).

即ち、図３ｂに示されるように、バックプレート（固定板）を中心回転対称の８つの領域に分割し、センス電極３２とドライブ電極３３を交互に配置しており、このセンス電極３２とドライブ電極３３は、それらの間の絶縁を確保した上で、振動板３１に対し略平行に配置される。また、これら電極３２，３３の振動板３１とは反対側には誘電体（薄膜）３６が付加され、この誘電体３６を含めたセンス電極３２とドライブ電極３３には、貫通孔３２Ｈ，３３Ｈが形成される。このようにして、第２実施例では、振動板３１とセンス電極３２によって、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板３１とドライブ電極３３によって、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部が設けられる。この音響トランスデューサは、シリコン基板３５の上にＭＥＭＳ製造技術で製作される。更に、増幅回路３４とバイアス電圧Ｖｂを音響トランスデューサに印加するバイアス回路がＡＳＩＣとして、図７に示すような小型パッケージに混載実装される。 That is, as shown in FIG. 3b, the back plate (fixing plate) is divided into eight regions symmetrical about center rotation, and the sense electrode 32 and the drive electrode 33 are alternately arranged, and the sense electrode 32 and the drive electrode are arranged alternately. The 33 is arranged substantially parallel to the diaphragm 31 while ensuring insulation between them. Further, a dielectric (thin film) 36 is added to the side of the electrodes 32 and 33 opposite to the diaphragm 31, and through holes 32H and 33H are provided in the sense electrode 32 and the drive electrode 33 including the dielectric 36. It is formed. In this way, in the second embodiment, the diaphragm 31 and the sense electrode 32 form a capacitance between the diaphragm and the sense electrode, and the diaphragm 31 and the drive electrode 33 form a capacitance. A drive electrostatic coupling portion having a capacitance formed between the diaphragm and the drive electrode is provided. This acoustic transducer is manufactured on a silicon substrate 35 by MEMS manufacturing technology. Further, the amplifier circuit 34 and the bias circuit that applies the bias voltage Vb to the acoustic transducer are mounted as an ASIC in a small package as shown in FIG.

上記振動板３１は、例えば直径９００ミクロン、０．３ミクロン膜厚の円形薄膜のポリシリコンで形成され、上記センス電極３２とドライブ電極３３は振動板３１より厚いポリシリコン電極で構成されており、振動板３１とセンス電極３２の間隔及び振動板３１とドライブ電極３３の間隔（ギャップ）は２ミクロンである。なお、センス電極３２とドライブ電極３３は入力音響信号圧力に対して振動しない固定板（バックプレート）となり、相互に絶縁可能とするため、例えば窒化シリコン薄膜等の誘電体３６で裏打ちされると共に、音響信号圧力が振動板３１に伝わるように直径５ミクロン程度の多くの貫通孔３２Ｈ，３３Ｈを開けている。 The diaphragm 31 is made of, for example, a circular thin film of polysilicon having a diameter of 900 microns and a thickness of 0.3 micron, and the sense electrode 32 and the drive electrode 33 are made of a polysilicon electrode thicker than the diaphragm 31. The distance between the diaphragm 31 and the sense electrode 32 and the distance (gap) between the diaphragm 31 and the drive electrode 33 are 2 microns. The sense electrode 32 and the drive electrode 33 are fixed plates (back plates) that do not vibrate with respect to the input acoustic signal pressure, and are lined with a dielectric material 36 such as a silicon nitride thin film so that they can be insulated from each other. Many through holes 32H and 33H having a diameter of about 5 microns are opened so that the acoustic signal pressure is transmitted to the diaphragm 31.

また、振動板３１の下方に位置するシリコン基板３５の部分は、深いエッチングで貫通除去されており、トップポート型の場合はバックキャビティ、ボトムポート型の場合は音響信号圧力の入力部として機能する。 Further, the portion of the silicon substrate 35 located below the diaphragm 31 is penetrated and removed by deep etching, and functions as a back cavity in the case of the top port type and as an input portion of the acoustic signal pressure in the case of the bottom port type. ..

このような第２実施例の場合も、振動板３１にバイアス電圧Ｖｂが印加されており、音響信号圧力によってセンス電極３２にセンス信号が発生し、このセンス信号を、増幅回路３４によって増幅してドライブ信号としてドライブ電極３３に帰還させると、振動板−ドライブ電極間の静電容量結合による機械的力が振動板２１に付加されることで、振動板２１の振動が抑制される。 Also in the second embodiment as described above, the bias voltage Vb is applied to the diaphragm 31, a sense signal is generated in the sense electrode 32 by the acoustic signal pressure, and this sense signal is amplified by the amplifier circuit 34. When the drive signal is returned to the drive electrode 33, the mechanical force due to the electrostatic capacitance coupling between the diaphragm and the drive electrode is applied to the diaphragm 21, so that the vibration of the diaphragm 21 is suppressed.

そして、増幅回路３４により、ドライブ電圧遮断周波数を振動板３１の共振周波数より低く設定した場合には、ドライブ電極３３と振動板３１にはバイアス電圧Ｖｂとドライブ電圧Ｖｄの差の電圧の自乗に比例する引力が発生する。図２ｂの場合と同様に、音響信号圧力によって振動板３１が下方に変位しようとする場合を考え、振動板３１に例えば＋７Ｖのバイアス電圧Ｖｂを印加しておくと、センス電極３２には負のセンス電圧が誘起される。このセンス電圧を入力した増幅回路３４では、同位相の負のドライブ電圧Ｖｄが発生し、これがドライブ電極３３に印加される。ドライブ電圧Ｖｄは負であるから、バイアス電圧Ｖｂとの差は大きくなり、バイアス電圧Ｖｂのみによって発生していた元々の引力より大きくなる。即ち、振動板３１を押し上げようとする抗力が発生し、音響信号圧力による振動板３１の変位を抑制する方向に働く。その結果、第１実施例と同様に振動板３１の音響コンプライアンス（Ｃm ）をバックキャビティの音響コンプライアンス（Ｃbc）に対して十分小さく保つことができ、所期の目的を果たすことが可能となる。 When the drive voltage cutoff frequency is set lower than the resonance frequency of the vibrating plate 31 by the amplifier circuit 34, the drive electrode 33 and the vibrating plate 31 are proportional to the square of the voltage difference between the bias voltage Vb and the drive voltage Vd. An attractive force is generated. As in the case of FIG. 2b, considering the case where the diaphragm 31 is about to be displaced downward due to the acoustic signal pressure, if a bias voltage Vb of, for example, + 7V is applied to the diaphragm 31, the sense electrode 32 is negative. A sense voltage is induced. In the amplifier circuit 34 to which this sense voltage is input, a negative drive voltage Vd having the same phase is generated, and this is applied to the drive electrode 33. Since the drive voltage Vd is negative, the difference from the bias voltage Vb becomes large, and becomes larger than the original attractive force generated only by the bias voltage Vb. That is, a drag force that tries to push up the diaphragm 31 is generated, and works in a direction of suppressing the displacement of the diaphragm 31 due to the acoustic signal pressure. As a result, the acoustic compliance (Cm) of the diaphragm 31 can be kept sufficiently small with respect to the acoustic compliance (Cbc) of the back cavity as in the first embodiment, and the intended purpose can be achieved.

なお、上記のドライブ電圧遮断周波数はマイクロフォンで必要とする帯域の上限値よりは高く設定して、音響振動に追従してドライブ電極３３に電圧を印加する必要がある。第１実施例と異なるのは、センス電極３２の面積がドライブ電極３３のない場合に比べ半分になるため、信号雑音比が３ｄＢ程度悪くなることと、ドライブ電極３３の面積も半分になることから、ドライブ電圧が２倍（６ｄＢ）多く必要になることである。そのため、増幅回路に要求される電圧利得も６ｄＢ程度大きくする必要がある。 The drive voltage cutoff frequency needs to be set higher than the upper limit of the band required by the microphone, and the voltage needs to be applied to the drive electrode 33 following the acoustic vibration. The difference from the first embodiment is that the area of the sense electrode 32 is halved as compared with the case without the drive electrode 33, so that the signal noise ratio is deteriorated by about 3 dB and the area of the drive electrode 33 is also halved. , The drive voltage needs to be doubled (6 dB) more. Therefore, it is necessary to increase the voltage gain required for the amplifier circuit by about 6 dB.

次に、この第２実施例の変形例として、ドライブ電圧遮断周波数を振動板の共振周波数より高く設定する場合が挙げられる。センス電圧Ｖｓと逆位相のドライブ電圧Ｖｄをドライブ電極３３に印加する。第１実施例の変形例の場合と同様に、ドライブ電極３３と振動板３１にはバイアス電圧Ｖｂとドライブ電圧Ｖｄの差の電圧の自乗に比例する斥力が発生する。そのため、センス電圧Ｖｓと逆位相の電圧をドライブ電極３３に印加することによって、入力音響信号圧力を相殺する抗力を振動板３１に与えることができる。その結果、振動板３１の音響コンプライアンス（Ｃm ）をバックキャビティの音響コンプライアンス（Ｃbc）に対して十分小さく保ち、所期の目的を果たすことが可能となる。 Next, as a modification of this second embodiment, there is a case where the drive voltage cutoff frequency is set higher than the resonance frequency of the diaphragm. A drive voltage Vd having a phase opposite to the sense voltage Vs is applied to the drive electrode 33. Similar to the modified example of the first embodiment, a repulsive force proportional to the square of the voltage difference between the bias voltage Vb and the drive voltage Vd is generated in the drive electrode 33 and the diaphragm 31. Therefore, by applying a voltage having a phase opposite to the sense voltage Vs to the drive electrode 33, a drag force for canceling the input acoustic signal pressure can be applied to the diaphragm 31. As a result, the acoustic compliance (Cm) of the diaphragm 31 can be kept sufficiently small with respect to the acoustic compliance (Cbc) of the back cavity, and the intended purpose can be achieved.

５…ＡＳＩＣ（特殊用途半導体集積回路）、
１１，２１，３１…振動板、
１２，２２，３２…センス電極、
１３，２３，３３…ドライブ電極、
１４，２４，３４…増幅回路、
２５，３５…シリコン基板、
２２Ｈ，２３Ｈ，３２Ｈ，３３Ｈ…貫通孔、
３６…誘電体、 Ｖｂ…バイアス電圧、
Ｖｄ…ドライブ電圧、 Ｖｓ…センス電圧。 5 ... ASIC (special purpose semiconductor integrated circuit),
11,2,31 ... Diaphragm,
12, 22, 32 ... Sense electrode,
13, 23, 33 ... Drive electrodes,
14, 24, 34 ... Amplifier circuit,
25, 35 ... Silicon substrate,
22H, 23H, 32H, 33H ... Through hole,
36 ... Dielectric, Vb ... Bias voltage,
Vd ... drive voltage, Vs ... sense voltage.

Claims (4)

音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記センス電極と上記ドライブ電極を上記振動板の上下に空気層を挟んで相対する形で配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、
上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、
上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、
上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より低く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して逆位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とするＭＥＭＳマイクロフォン。 Diaphragm that vibrates by an acoustic signal pressure, it has a drive electrode of adding a vibration to the diaphragm by the sense electrodes, and the electrical signal for converting the vibration of the vibration plate into electric signals, the sense electrode and the drive By arranging the electrodes above and below the vibrating plate so as to face each other with an air layer sandwiched between them, a sensing electrostatic coupling portion that forms a capacitance between the vibrating plate and the sense electrode and between the vibrating plate and the drive electrode A MEMS acoustic transducer provided with an electrostatic coupling portion for a drive having a capacitance formed,
Includes an amplifier circuit that amplifies the electrical signal output from the sense electrode.
A bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplifier circuit is returned to the drive electrode to drive by the drive electrostatic coupling portion.
In the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set lower than the resonance frequency of the vibrating plate, and the electric signal output from the sense electrode of the sense electrostatic coupling portion is amplified to have the opposite phase. The MEMS microphone is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by feeding back the voltage of the above to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive. 音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記センス電極と上記ドライブ電極を上記振動板の上下に空気層を挟んで相対する形で配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、
上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、
上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、
上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より高く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して同位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とするＭＥＭＳマイクロフォン。 It has a diaphragm that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the diaphragm into an electric signal and outputs it, and a drive electrode that adds vibration to the diaphragm by the electric signal, and has the sense electrode and the drive. By arranging the electrodes so as to face each other with the air layer sandwiched above and below the diaphragm, the electrostatic coupling portion for sense, which forms a capacitance between the diaphragm and the sense electrode, and the diaphragm and the drive electrode a MEMS acoustic transducer Ru provided a drive for the electrostatic coupling portion formed capacitance,
Includes an amplifier circuit that amplifies the electrical signal output from the sense electrode.
A bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplifier circuit is returned to the drive electrode to drive by the drive electrostatic coupling portion .
In the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set higher than the resonance frequency of the vibrating plate, and the electric signal output from the sense electrode of the sense electrostatic coupling portion is amplified to have the same phase. The MEMS microphone is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by feeding back the voltage of the above to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive. 音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記振動板に空気層を挟んで電極板を配置し、この電極板の同一平面内を複数の領域に分割して上記センス電極と上記ドライブ電極を配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、
上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、
上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、
上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より低く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して同位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とするＭＥＭＳマイクロフォン。 It has a diaphragm that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the diaphragm into an electric signal and outputs it, and a drive electrode that adds vibration to the diaphragm by the electric signal, and an air layer on the diaphragm. By arranging the electrode plates with the diaphragm in between and arranging the sense electrode and the drive electrode by dividing the plane of the electrode plate into a plurality of regions, an electrostatic capacitance was formed between the diaphragm and the sense electrode. and sensing the electrostatic coupling portion, the diaphragm - and MEMS acoustic transducer Ru provided a drive for the electrostatic coupling portion formed electrostatic capacitance between the drive electrode,
Includes an amplifier circuit that amplifies the electrical signal output from the sense electrode.
A bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplifier circuit is returned to the drive electrode to drive by the drive electrostatic coupling portion .
In the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set lower than the resonance frequency of the vibrating plate, and the electric signal output from the sense electrode of the sense electrostatic coupling portion is amplified to have the same phase. The MEMS microphone is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by feeding back the voltage of the above to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive. 音響信号圧力により振動する振動板、この振動板の振動を電気信号に変換して出力するセンス電極、及び電気信号によって上記振動板に振動を付加するドライブ電極を有し、上記振動板に空気層を挟んで電極板を配置し、この電極板の同一平面内を複数の領域に分割して上記センス電極と上記ドライブ電極を配置することにより、振動板−センス電極間に静電容量を形成したセンス用静電結合部と、振動板−ドライブ電極間に静電容量を形成したドライブ用静電結合部とを設けるＭＥＭＳ音響トランスデューサと、
上記センス電極から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、を含み、
上記振動板にバイアス電圧を印加して上記センス用静電結合部によるセンシングを行い、かつ上記増幅回路で増幅した信号を上記ドライブ電極に帰還させて上記ドライブ用静電結合部によるドライビングを行い、
上記ドライビングでは、上記ドライブ電極に印加されるドライブ電圧の遮断周波数を上記振動板の共振周波数より高く設定し、上記センス用静電結合部のセンス電極から出力された電気信号を増幅して逆位相の電圧を上記ドライブ用静電結合部のドライブ電極に帰還させることにより、音響信号圧力による上記振動板の振動を抑制することを特徴とするＭＥＭＳマイクロフォン。 It has a diaphragm that vibrates due to acoustic signal pressure, a sense electrode that converts the vibration of the diaphragm into an electric signal and outputs it, and a drive electrode that adds vibration to the diaphragm by the electric signal, and an air layer on the diaphragm. By arranging the electrode plates with the diaphragm in between and arranging the sense electrode and the drive electrode by dividing the plane of the electrode plate into a plurality of regions, an electrostatic capacitance was formed between the diaphragm and the sense electrode. A MEMS acoustic transducer provided with an electrostatic coupling portion for sense and an electrostatic coupling portion for driving in which a capacitance is formed between the diaphragm and the drive electrode.
Includes an amplifier circuit that amplifies the electrical signal output from the sense electrode.
A bias voltage is applied to the diaphragm to perform sensing by the sense electrostatic coupling portion, and the signal amplified by the amplifier circuit is returned to the drive electrode to drive by the drive electrostatic coupling portion.
In the driving, the cutoff frequency of the drive voltage applied to the drive electrode is set higher than the resonance frequency of the vibrating plate, and the electric signal output from the sense electrode of the sense electrostatic coupling portion is amplified to have the opposite phase. The MEMS microphone is characterized in that the vibration of the vibrating plate due to the acoustic signal pressure is suppressed by feeding back the voltage of the above to the drive electrode of the electrostatic coupling portion for the drive.
JP2016238768A 2016-12-08 2016-12-08 MEMS microphone Active JP6867789B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016238768A JP6867789B2 (en) 2016-12-08 2016-12-08 MEMS microphone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016238768A JP6867789B2 (en) 2016-12-08 2016-12-08 MEMS microphone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018098542A JP2018098542A (en) 2018-06-21
JP6867789B2 true JP6867789B2 (en) 2021-05-12

Family

ID=62634764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016238768A Active JP6867789B2 (en) 2016-12-08 2016-12-08 MEMS microphone

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6867789B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210401322A1 (en) * 2018-10-10 2021-12-30 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Respiration Rate Measurement System

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4641217B2 (en) * 2005-06-08 2011-03-02 株式会社豊田中央研究所 Microphone and manufacturing method thereof
JP4737721B2 (en) * 2006-03-10 2011-08-03 ヤマハ株式会社 Condenser microphone
US9414165B2 (en) * 2014-01-27 2016-08-09 Invensense, Inc. Acoustic sensor resonant peak reduction

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018098542A (en) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10477322B2 (en) MEMS device and process
US20200148532A1 (en) Piezoelectric mems microphone
Weigold et al. A MEMS condenser microphone for consumer applications
US9853201B2 (en) Piezoelectric MEMS microphone
CN108017036B (en) Piezoelectric MEMS sensor with improved sensitivity, such as a force, pressure, deformation sensor or microphone
JP6867790B2 (en) Piezoelectric MEMS microphone
Kressmann et al. Silicon condenser microphones with corrugated silicon oxide/nitride electret membranes
WO2018207578A1 (en) Piezoelectric microphone chip and piezoelectric microphone
US20180002161A1 (en) Mems device and process
Segovia-Fernandez et al. Monolithic piezoelectric aluminum nitride MEMS-CMOS microphone
GB2555510A (en) MEMS device and process
Stoppel et al. Novel membrane-less two-way MEMS loudspeaker based on piezoelectric dual-concentric actuators
US10750291B2 (en) MEMS devices and processes
Fueldner Microphones
JP4737535B2 (en) Condenser microphone
JP6867789B2 (en) MEMS microphone
TWI704100B (en) Mems device and process
Kwon et al. Double-chip condenser microphone for rigid backplate using DRIE and wafer bonding technology
Huang et al. High sensitivity and high S/N microphone achieved by PZT film with central-circle electrode design
EP3972128A1 (en) Sensor interface including resonator and differential amplifier
US10730747B2 (en) MEMS devices and processes
Hu et al. A ScAlN-Based Piezoelectric MEMS Microphone With Sector-Connected Cantilevers
Zhu et al. Novel ferroelectrics-based micro-acoustic devices and their ultrasonic applications
US10623868B2 (en) MEMS devices and processes
JP2019041349A (en) MEMS element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191003

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200521

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200721

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200910

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210323

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210409

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6867789

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250