(57)【要約】【課題】製造の複雑さ、動力の制限および出力に関するいくつかの課題を解決するＭＥＭＳ技術を有する動電型スピーカ構造を実現する。【解決手段】固定子形成手段（２）と、ダイヤフラム形成手段（３）と、前記手段の全てを接続するための弾性変形可能手段（４）と、を有し、固定子形成手段、ダイヤフラム形成手段および接続手段は、シリコンチップの機械加工によって単一ピースで作られる、ＭＥＭＳ技術を有する動電型スピーカ構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子形成手段と、
ダイヤフラム形成手段と、
前記手段の全てを接続する弾性変形可能手段と、を有し、
前記固定子形成手段、前記ダイヤフラム形成手段および前記接続手段は、シリコンチップの機械加工によって単一ピースで作られる、ＭＥＭＳ技術を有する動電型スピーカ構造。
【請求項２】
前記接続手段は、前記固定子形成手段と前記ダイヤフラム形成手段との間に規則的に配置された接続アームを有する、請求項１に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項３】
前記ダイヤフラム形成手段の表面の少なくとも１つは、該表面の少なくとも１つの補強手段を有する、請求項１または２に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項４】
前記補強手段は、リブを有する、請求項３に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項５】
前記補強手段は、放射状のリブを有する、請求項４に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項６】
前記ダイヤフラム形成手段の厚さは、該ダイヤフラム形成手段の外周の方へ向かって増大する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項７】
前記ダイヤフラム形成手段の表面の少なくとも１つは、コイル形成手段を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項８】
前記コイル形成手段は、前記接続手段によって支持された電気接続部を有する、請求項７に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項９】
前記コイル形成手段は、銅で作られる、請求項７または８に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１０】
前記固定子形成手段の表面の少なくとも１つは、硬質磁性材料で作られた手段を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１１】
前記硬質磁性材料で作られた手段の形状は、前記ダイヤフラム形成手段の周囲に配置されたリングである、請求項１０に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１２】
前記硬質磁性材料で作られた手段は、サマリウム−コバルトまたは鉄−ネオジム−ホウ素の合金で作られる、請求項１０または１１に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１３】
前記ダイヤフラム形成手段の表面の少なくとも１つは、ブラインド孔を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１４】
前記コイル形成手段の質量は、前記ダイヤフラム形成手段の質量に等しい、または、ほぼ等しい、請求項７と請求項８〜１３のいずれか一項とに記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１５】
前記構造の多様な前記手段が機械加工される前記シリコンチップは、ＳＯＩ技術に基づく、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の動電型スピーカ構造。
【請求項１６】
前記チップは、単結晶シリコンで作られる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の動電型スピーカ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術を有する動電型スピーカ構造に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、固定子形成手段と、ダイヤフラム形成手段と、前記手段のすべてを接続する弾性変形可能手段と、を有する構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
このタイプのスピーカ構造は、最新技術において周知であり、例えば、ＩＥＥＥの「Transactions on Biomedical Circuits and Systems（生物医学回路およびシステム部会報告書）」、第３巻、第５号、2009年10月、Sang-Soo Je他による「A Compact and Low-Cost MEMS Loudspeaker for Digital Hearing Aids（ディジタル補聴器のためのコンパクトで安価なＭＥＭＳスピーカ）」という文献に記載されている。
【０００４】
この文献では、ダイヤフラム形成手段には、シリコンチップをベースに作られた固定子形成手段に結び付けられたポリイミド膜形成を想定している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このダイヤフラム形成手段の構造は、特に、製造の複雑さ、動力の制限および出力に関するいくつかの欠点を有する。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のため、本発明は、固定子形成手段と、ダイヤフラム形成手段と、手段の全てを接続するための弾性変形可能手段と、を有し、固定子形成手段、ダイヤフラム形成手段および接続手段は、シリコンチップの機械加工によって単一ピースで作られる、ＭＥＭＳ技術を有する動電型スピーカ構造に関する。
【０００８】
本発明の他の形態によれば、スピーカ構造は、以下の１つまたは複数の特徴を有する。
−接続手段は、固定子形成手段とダイヤフラム形成手段との間に規則的に配置された接続アームを有する。
−ダイヤフラム形成手段の表面の少なくとも１つは、この表面の少なくとも１つの補強手段を有する。
−補強手段は、リブを有する。
−補強手段は放射状のリブを有する。
−ダイヤフラム形成手段の厚さは、このダイヤフラム形成手段の外周の方へ向かって増大する。
−ダイヤフラム形成手段の表面の少なくとも１つは、コイル形成手段を有する。
−コイル形成手段は、接続手段によって支持された電気接続部を有する。
−コイル形成手段は、銅で作られる。
−固定子形成手段の表面の少なくとも１つは、硬質磁性材料で作られた手段を有する。
−硬質磁性材料で作られた手段の形状は、ダイヤフラム形成手段の周囲に配置されたリングである。
−硬質磁性材料で作られた手段は、サマリウム−コバルトまたは鉄−ネオジム−ホウ素の合金で作られる。
−ダイヤフラム形成手段の表面の少なくとも１つは、ブラインド孔を有する。
−コイル形成手段の質量は、ダイヤフラム形成手段の質量に等しい、または、ほぼ等しい。
−構造の多様なこれらの手段が機械加工されるシリコンチップは、ＳＯＩ技術に基づく。
−チップは、単結晶シリコンで作られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるスピーカ構造の一部を切断した斜視図である。
【図２】図１の構造の片側の部分を拡大した斜視図である。
【図３】図１の構造の背面の斜視図である。
【図４】図１の構造の背面の斜視図である。
【図５】本発明による構造を得るために、単結晶シリコンチップの機械加工を例示する図である。
【図６】本発明による構造の多様な代替の実施形態の背面図である。
【図７】本発明による構造の多様な代替の実施形態の背面図である。
【図８】本発明によるスピーカ構造の多様な代替の実施形態を例示する斜視図である。
【図９】本発明によるスピーカ構造の多様な代替の実施形態を例示する斜視図である。
【図１０】本発明によるスピーカ構造の多様な代替の実施形態を例示する斜視図である。
【図１１】本発明によるスピーカ構造の多様な代替の実施形態を例示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、添付の図面を参照しながら単なる一実施例として提供される以下の説明によってより良く理解されるであろう。
【００１１】
添付図面、特に図１および２は、共通参照符号１によって示されたＭＥＭＳ技術を有する動電型スピーカ構造を示す。
【００１２】
一般に、この構造は、共通参照符号２によって示された固定子形成手段と、共通参照符号３によって示されたダイヤフラム形成手段と、これらの手段の全てを接続する共通参照符号４によって示された弾性変形可能手段と、を有する。
【００１３】
実際には、図示されるように、固定子形成手段、膜形成手段および接続手段は、例えば単結晶のシリコンチップのミクロ構造化／機械加工によって単一ピースで形成される。このシリコンチップは、例えば、図示されるように、シリコンオンインシュレータ （ＳＯＩ：Silicon On Insulator）技術に基づく。
【００１４】
また、多結晶シリコンを考慮してもよい。
【００１５】
実際には、多様な図１〜５、特に図５により明確に示すように、共通参照符号４で示される接続手段は、固定子形成手段２とダイヤフラム形成手段３との間に規則的に分散された接続ア−ムを有する。
【００１６】
例えば、図５に例示されるように、これらのア−ムは４つでもよい。
【００１７】
後でより詳細に記載するように、当然、異なる数および異なる形状のアームが考慮されてもよいことは言うまでもない。
【００１８】
図５において、異なるアームは、それぞれ、参照符号５、６、７および８によって示される。
【００１９】
また、これらの図に例示されるように、ダイヤフラム形成手段３の例えば背面などの少なくとも１つの表面は、自体の補強手段を有する。
【００２０】
この補強手段は、これらの図では共通参照符号９によって示されており、例えば、図３および４により明確に示されるように、例えばその１つが共通参照符号１０で示される好ましくは放射状の補強用リブで作成される。
【００２１】
実際には、ダイヤフラム形成手段３の補強は、例えば、ダイヤフラム形成手段の厚さを中央部から外周の方へ向かって増大させるなどの他の手段によって行ってもよい。
【００２２】
例えば、ダイヤフラム形成手段３の他の表面は、図１および２で共通参照符号１１によって示されたコイル形成手段を有する。
【００２３】
このコイル形成手段１１は、例えば接続アーム６によって支持された、例えば図１の共通参照符号１２で示された部分などの接続手段によって支持された電気接続部を有する。
【００２４】
コイル形成手段１１は、例えば、銅で作ってもよいが、当然、他の実施形態を考慮してもよい。
【００２５】
最後に、固定子形成手段の表面の少なくとも１つは、例えば、ダイヤフラム形成手段３の周囲に配置されたリングの形状で硬質磁性材料から作られた手段を含んでもよい。
【００２６】
この硬質磁性材料で作られた手段は、サマリウム−コバルト（Samarium-Cobalt）、鉄ネオジムホウ素（Iron-Neodyme-Boron）または他の合金で作られてもよい。
【００２７】
図１および２に例示される実施例では、固定子形成手段の２つの表面は、共通参照符号１３および１４によってそれぞれ示される上記リングを有する。
【００２８】
この場合、これらのリングは、ＳＯＩチップの両側の側面上に配置され、例えば、横材１５をリング１３に結び付けることによって、リングがチップの両側の側面上で対称に配置されるようにすることができる。
【００２９】
また、図６および７において例示されるように、ダイヤフラム形成手段３の表面の少なくとも１つは、例えば、図６に共通参照符号１６によって示された穿孔、または、図７の穿孔１７などの、異なる穿孔の形状を想定可能なブラインド孔を有してもよいことに気づくであろう。
【００３０】
実際に、これらの穿孔によってダイヤフラム形成手段を軽くできるよう設計されている。
【００３１】
最後に、コイル形成手段の質量がダイヤフラム形成手段の質量に等しいか、または、ほぼ等しいことによって構造の効率を最適化できることに気づくであろう。
【００３２】
そして、スピーカ構造がシリコン基板上に集約して作られるのが分かる。これらの構造は、「ＷＡＦＥＲ」（ウエハ）チップ、すなわち、従来半導体電子部品を製造するのに使用されていた円形のシリコンディスクで、数百同時に製造することができる。
【００３３】
ダイヤフラム形成手段は、接続アームが固定子形成手段に垂下する円形の平面によって形成される。
【００３４】
これらの異なる形状は、基板上で「マイクロ構造化／機械加工」される。
【００３５】
シリコンは、一方では、スピーカの表面、すなわち音波を発する可動面を非常に硬くし、他方では、機械的疲労を受けずに接続アームを変形することができる。
【００３６】
コイル形成手段は、可動面上に「渦巻状」に沈着され、接続アームによって電気的接続が行われる。
【００３７】
固定子形成手段上に締結または沈着された硬質磁性材料のリングによって、放射状の磁場が生成される。
【００３８】
このアセンブリによって、鉄を含まない磁気回路を製造し、良好な音響品質を実現することができる。
【００３９】
同じシリコンチップ上で、スピーカ構造に電源供給する電気および信号増幅処理の全てまたは一部を行ってもよい。これによって、特に可動コイルの電流を制御することができる。
【００４０】
可動部、ダイヤフラムおよび接続アームの製造は、例えば、加速度マイクロセンサを製造するのに既に実施されているシリコンを機械加工するための技術を用いて行われる。
【００４１】
ダイヤフラムは、例えば、直径が５〜１５ミリメートルで厚さが２０〜４００ミクロンのシリコンディスクである。
【００４２】
厚いダイヤフラムの場合、これを非貫通孔によってより軽くする。この軽量化は、初期重量の最大９０%でもよい。可動量は、性能の主要な評価基準である。可動部は、できる限り軽くしなければならないが、発信面、すなわちダイヤフラムは、できる限り硬くなければならない。
【００４３】
スピーカ表面の第１の特定の変形モードは、構造の帯域幅の最もシャープな周波数より高い周波数を有することが好ましい。
【００４４】
接続アームは、ダイヤフラムの所望の動きおよび移動を可能にするよう機械加工される。
【００４５】
メンバ間の空間の機械加工幅を十分小さくして、構造の前面と背面との間の漏音を制限できるようにする。
【００４６】
コイル形成手段は、例えば、銅で作られ、周知方法を用いてダイヤフラムの表面の１つに沈着される。接続アーム上に配置された溝により、可動部の方へ向かって電気的連続性が得られる。コイル形成手段の中心端によって、電子部品の周知技術を用いてダイヤフラムの反対側の表面でアームを接合する。
【００４７】
これらの接続アームは、厚みをダイヤフラムより薄くすることによって、よりフレシキブルにすることができる。
【００４８】
したがって、可動部の動きは、コイルに電源供給する電気信号の忠実なイメージになる。また、この信号は、増幅されてダイヤフラムを動かすのに必要な電力を与えることができる。
【００４９】
所与の音響出力を得るために、所与の体積の空気が動かなければならない。したがって、ダイヤフラムは、かなり十分に移動しなければならない。
【００５０】
上述した電気的および機械的ディメンショニングによって、今日のものとは違って、特に、低周波数を含む音楽を忠実に再現でき、最新技術のシステムを用いて優れた品質の音源を得ることができる。
【００５１】
この構造は、特に、電話、携帯用ステレオおよび多様な音楽読取装置など、電圧を考慮したり自律性を要求したりすることによって、いくつかの分野で適用可能である。
【００５２】
図８〜１１に例示されるように、当然、異なる形状の固定子形成手段、ダイヤフラム形成手段、コイルおよびアームなど、本発明の多様な実施形態を考慮することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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