(57)【要約】  開口を有する基板（１）にダイアフラム（２）が支持される。当該開口にダイヤフラム（２）の一方の面が臨んでいる。薄膜コイル（３）は、平面形状が１つの軸の周りを周回する渦巻き形のコイルである。カバー部（４）にヨーク（５）を作成し、ヨーク（５）の中央部に永久磁石（６）を設ける。ダイアフラム（２）とヨーク（５）との間には空隙（７）が形成されている。ダイアフラム（２）に薄膜コイル（３）を形成することによって、薄型化を図ることができる。永久磁石（６）と薄膜コイル（３）との間の間隙（７）が小さいので、小さな磁力でもダイアフラム（２）の十分な駆動力が得られる。薄型化が可能であり、小型化され、消費電力の少ない電気音響変換装置を実現することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する基板と、前記基板に前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイアフラムと、前記ダイアフラムの他方の面上に形成された薄膜コイルと、永久磁石が設けられたカバー部とを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは１つの軸の周りを周回し、前記永久磁石は前記軸上に位置し、かつ、その極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記カバー部が非磁性材料からなり、その内側面に強磁性材料をメッキしたことを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記カバー部が強磁性材からなることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記永久磁石と前記カバー部との間にヨークを備えたことを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電気音響変換装置において、前記ヨークが強磁性材料であることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記ダイアフラムに前記永久磁石と対向するように形成される軟磁性体からなるコアを備えたことを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気音響変換装置において、前記ダイアフラムの材料が、前記基板と異なることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項８】
開口を有する基板と、前記基板に前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイアフラムと、前記ダイアフラムの他方の面上に設けられた永久磁石と、前記ダイアフラムを周回するように前記基板上に形成された薄膜コイルとを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは前記永久磁石の中心を軸とするように周回し、前記永久磁石は極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電気音響変換装置において、前記ダイアフラムの材料が、前記基板と異なることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記基板が半導体からなり、前記基板に直接形成され、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えたことを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えたことを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、当該電気音響変換装置のパッケージを、前記カバー部と共通化したことを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記開口を介して外部から入射した音波を感知して前記ダイアフラムおよび前記薄膜コイルが前記永久磁石による磁界中で振動することにより、当該薄膜コイルから音波に対応した音響信号を得ることを特徴とする電気音響変換装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の電気音響変換装置において、前記永久磁石による磁界と前記薄膜コイルに流れる音響信号に基づく電流との電磁力により前記ダイアフラムが振動し、音波を発生させることを特徴とする電気音響変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は薄膜コイルと永久磁石とダイアフラムを有する電気音響変換装置に関し、特にMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成する電気音響変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気音響変換装置の一例であるダイナッミク型スピーカを図２３に示す。図２３に示すように、ダイアフラム２に連結固定した同心円筒形状のコイル３が、永久磁石６とヨーク５１、５２から形成される磁界中に挿入されている。このコイル３は、ダイアフラム２から突き出した配置となっている（特許文献１参照）。【０００３】
近年、MEMS技術の発展により、シリコンベースのピエゾ型や、コンデンサ型の小型電気音響変換装置も提案されている。ピエゾ型の小型電気音響変換装置については、例えば非特許文献１に示されている。コンデンサ型の小型電気音響変換装置については、特許文献２に示されている。【０００４】
特許文献１に記載のような従来のダイナミック型スピーカやマイクロフォンは、ダイアフラムから円筒形状のコイルが突き出した構造を有している。このような構造では、薄型化に限界があった。また、前記のスピーカにおけるアクチュエータ部やマイクロフォンにおけるセンサ部と、アンプ部とは通常離れている。そのため、その接続ケーブル上でノイズを拾うなどの問題もあった。【０００５】
一方、特許文献２、非特許文献１に記載のようなMEMS技術を活用したピエゾ型やコンデンサ型による電気音響変換装置では小型化は実現できるものの、ピエゾ型では、大きな音波を発生するためのピエゾ素子に印加する電圧が大きくなってしまうという問題があった。また、コンデンサ型においては大きなバイアス電圧が必要となるという問題があった。さらに、特許文献３に記載の電気音響変換装置は、薄型化を達成することを課題としているが、本来はマグネチックブザーであり、その構造は発音部分が外側に開放されておらず、スピーカまたはマイクロフォンとしての用途としては適当ではない。【０００６】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は薄型化が可能であり、小型で、消費電力の少ない、高品質なスピーカまたはマイクロフォンとしての適用可能な電気音響変換装置を提供することにある。【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１６９３９０号公報
【特許文献２】特表２００３−５０９９８４号公報
【特許文献３】特開２００３−３０５４０９号公報
【非特許文献１】S. H. Yi and E. S. Kim, "Piezoelectric Micro speaker with Compressive Nitride Diaphragm" International MEMS Conference. January 20-24. 2002.Las Vegas
【発明の開示】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、開口を有する基板と、前記基板に前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイアフラムと、前記ダイアフラムの他方の面上に形成された薄膜コイルと、永久磁石が設けられたカバー部とを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは１つの軸の周りを周回し、前記永久磁石は前記軸上に位置し、かつ、その極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置が提供される。
【０００９】
ここで、前記カバー部は、非磁性材料からなり、その内側面に強磁性材料をメッキすることができる。
【００１０】
さらに、前記カバー部は、強磁性材からなるものとすることができる。
【００１１】
さらに、前記永久磁石と前記カバー部との間にヨークを備えることができる。
【００１２】
さらに、前記ヨークは強磁性材料とすることができる。
【００１３】
さらに、前記ダイアフラムに前記永久磁石と対向するように形成される軟磁性体からなるコアを備えることができる。
【００１４】
また、本発明の他の一態様によれば、開口を有する基板と、前記基板の前記開口に一方の面が臨むように支持されたダイアフラムと、前記ダイアフラムの他方の面上に設けられた永久磁石と、前記ダイアフラムを周回するように前記基板上に形成された薄膜コイルとを有する電気音響変換器であって、前記薄膜コイルは前記永久磁石の中心を軸とするように周回し、前記永久磁石は極性の方向が前記軸の方向と同一であることを特徴とする電気音響変換装置が提供される。
【００１５】
ここで、前記ダイアフラムの材料は、前記基板と異なるものとすることができる。
【００１６】
さらに、前記基板は半導体からなり、前記基板に直接形成され、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えることができる。
【００１７】
さらに、前記基板上に絶縁膜を介して設けられ、前記薄膜コイルと接続された電気回路を備えることができる。
【００１８】
さらに、当該電気音響変換装置のパッケージを、前記カバー部と共通化することができる。
【００１９】
さらに、前記開口を介して外部から入射した音波を感知して前記ダイアフラムおよび前記薄膜コイルが前記永久磁石による磁界中で振動することにより、当該薄膜コイルから音波に対応した音響信号を得ることができる。
【００２０】
さらに、前記永久磁石による磁界と前記薄膜コイルに流れる音響信号に基づく電流との電磁力により前記ダイアフラムが振動し、音波を発生させることができる。
【００２１】
本発明によれば、開口を有する基板に支持されたダイアフラム上に形成された薄膜コイルと、この薄膜コイルに対向するように永久磁石を配置することで、薄膜化が可能であり、小型で消費電力の少ない、電気音響変換装置を提供することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、基板に支持されたダイアフラム上に永久磁石を設け、ダイアフラムの周りの基板上に薄膜コイルを形成することで、さらに薄膜化が可能であり、小型で消費電力の少ない、電気音響変換装置を提供することができる。
【００２３】
さらに、本発明によれば基板上にＣＭＯＳなどによる電気回路を配置することで、薄膜コイルと電気回路間の結線を極力短くすることができ、外部から入射されるノイズによる影響を極力小さくすることが可能となり、高品質な、電気音響変換装置を提供することができる。
【００２４】
さらに、本発明によれば永久磁石を有するカバー部をパッケージと共通化することで、更なる薄膜化が可能であり、小型の電気音響変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明の電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】図２は本発明の電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図３】図３は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図４】図４は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図５】図５は本発明の電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図６】図６は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図７】図７は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図８】図８は本発明の電気音響変換装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図９】図９は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１０】図１０は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の電気音響変換装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１２】図１２は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１３】図１３は本発明のパッケージを含めた電気音響変換装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１４】図１４は本発明の電気音響変換装置の第３の実施の形態の断面図である。
【図１５】図１５は本発明の電気音響変換装置の第３の実施の形態の断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の平面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の製造方法における工程を示す断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の製造方法における別の工程を示す断面図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の断面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の平面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法における工程を示す断面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法における別の工程を示す断面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図２０Ｄ】図２０Ｄは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法におけるさらに別の工程を示す断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは本発明の第３の実施例の電気音響変換装置の断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは本発明の第３の実施例の電気音響変換装置の平面図である。
【図２３】図２３は従来のダイナミック型電気音響変換装置の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明を実施する最良の形態を説明するが、第１乃至第３の実施形態は、本発明にかかる電気音響変換装置の基本構造を示すものである。本発明の具体的な実施例およびその製造方法は後述する。【００２７】
図１は本発明の第１の実施形態における電気音響変換装置の例を示す断面図である。【００２８】
図１に示すように、開口１Ａを有する基板１にダイアフラム２が支持されており、当該開口１Ａにダイアフラム２の一方の面が臨んでいる。このような基本構造は本発明の他の実施形態および各実施例に共通である。ダイアフラム２の他方の面上に薄膜コイル３が作成されている。この薄膜コイル３は、平面形状が１つの軸の周りを周回する渦巻き形のコイルである。渦巻き形としては、例えば、直線部を持たない渦巻き形または直線部および角部を持つ渦巻き形がある。このような薄膜コイル３の基本構造は本発明の第２の実施形態および第２の実施例に共通である。【００２９】
一方、半導体、ガラス基板、樹脂等により作成されたカバー部４に金属板により皿状のヨーク５を作成し、ヨーク５の中央部に永久磁石６を接着または蒸着とパターニングにより設ける。永久磁石６は、薄型で円柱形状または多角柱形状であるとよい。また、永久磁石６の極性の方向は、薄膜コイル３の中心軸方向と同一方向になるようにする。カバー部４は、薄膜コイル３の中心軸と永久磁石６の中心軸が一致するように基板１に接着等により固定される。従って、永久磁石６は薄膜コイル３の内側部分と対向している。カバー部４の周辺部は開口部８を除いて基板１に密着している。ダイアフラム２（および薄膜コイル３）とヨーク５との間には空隙７が形成されている。【００３０】
ここで、カバー部４の内側にＮｉ、フェライトなどの強磁性材料をメッキにより形成することでヨーク５の代わりとすることも可能である。また、カバー部４全体をＮｉ、フェライトなどの強磁性材料で作製することで、カバー部４全体をヨーク５の代わりとすることも可能である。【００３１】
基板１としては、半導体基板を用いることができ、ダイアフラム２は半導体基板の一部を薄膜化することで形成できる。【００３２】
ダイアフラム２としては、基板１と異なる材料からなるものであってもよく、半導体からなる薄膜、ＳｉＮ、ＳｉＯ2などの絶縁膜、Ａｌなどの金属膜、もしくはポリイミドなどの高分子材料膜であってもよい。また、これらの材料の単体膜でも複合膜でもよい。この場合、MEMS技術を用いて、基板１上にダイアフラム２となる膜を形成後、該膜を形成した面とは反対側の面から基板１を選択的に除去することで形成することもでき、また、他の手法により形成されたものを接着等によって支持することもできる。【００３３】
薄膜コイル３は、金属膜からなりメッキ、スパッタリングおよび蒸着などによりダイアフラム２上に形成できる。また、薄膜コイル３の表面には必要に応じて酸化防止膜を形成するとよい。また、薄膜コイル３は、ＳｉＮ、ＳｉＯ2などの絶縁膜やポリイミドなどの高分子材料膜を介して積層してもよい。【００３４】
このような構成の電気音響装置は、次のようにしてスピーカとして動作させることができる。すなわち、ヨーク５と永久磁石６により形成された磁界が薄膜コイル３の中心軸から半径方向に放射状に延びている。従って、薄膜コイル３に音響信号に基づく電流を印加すると、前述の磁界と薄膜コイル３に印加された音響信号に基づく電流との間に働く電磁力によりダイアフラム２が振動し、音響信号に基づく電流に対応した音波を発生させることができる。また、このような構成の電気音響装置は、次のようにしてマイクロフォンとして動作させることができる。すなわち、ダイアフラム２の裏面（コイル３と反対側の面）側に到達した音波によりダイアフラム２が振動すると、前記磁界中を薄膜コイル３が相対的に移動することになり、薄膜コイル３に電流が流れて、音波に対応した音響信号を得ることができる。【００３５】
以上の通り、ダイアフラム２に薄膜コイル３を形成することによって、薄型化を図ることができる。また、MEMS技術を活用することで、永久磁石６と薄膜コイル３との間の間隙７を小さく、安定して作成することが可能となり、小さな磁力でもダイアフラム２の十分な駆動力が得られる。【００３６】
これらのことから、薄型化が可能であり、小型化され、消費電力の少ない電気音響変換装置を実現することができる。【００３７】
図２は、本発明の第１の実施の形態における電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。【００３８】
この例における電気音響変換装置は、図１に示した電気音響変換装置におけるヨーク５を形成しないことが特徴であり、これ以外は図１のそれと同様である。このようにヨーク５を形成しないことで、製造プロセスの工程を減らすことが可能であり、コスト低減に繋げることができる。【００３９】
図３は、本発明の第１の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の断面図である。【００４０】
この電気音響変換装置は、図１に示した電気音響変換装置をパッケージ本体１１に接着等により接合し、蓋体１２をパッケージ本体１１に接着等により接合したものである。【００４１】
パッケージ本体１１は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気音響変換装置のダイアフラム２の下側に音波が出入りするための開口部１３を設けている。蓋体１２は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなる。【００４２】
図４は、本発明の第１の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。【００４３】
この電気音響変換装置は、カバー部４をパッケージ本体１１に接合したことを特徴とし、このカバー部４が図３で示したパッケージの蓋１２と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図３の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。【００４４】
図５は、本発明の第１の実施の形態における電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。【００４５】
この電気音響変換装置は、図１で示した電気音響変換装置の基板１上に、ＣＭＯＳなどによる電気回路９を備えている。電気回路９は、アンプ回路、ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、インピーダンス回路などを備え、半導体からなる基板１上に作り込むか、または、別途形成して基板１上に絶縁膜を介して配置する。【００４６】
図６は、本発明の第１の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。【００４７】
この電気音響変換装置は、図５に示した電気音響変換装置をパッケージ本体１１に接合し、蓋体１２をパッケージ本体１１に接合したものである。パッケージ本体１１は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気響変換装置のダイアフラムの下部に音波が出入りするための開口部１３を設けている。蓋体１２は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなる。【００４８】
図７は、本発明の第１の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。【００４９】
この電気音響変換装置は、カバー部４をパッケージ本体１１に接合したことを特徴とし、このカバー部４が図６で示したパッケージの蓋１２と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図６の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。【００５０】
図８は、本発明の第２の実施の形態における電気音響変換装置の例を示す断面図である。【００５１】
この電気音響変換装置は、図２に示した電気音響変換装置に、さらに、ダイアフラム２上の永久磁石６に対向する位置に軟磁性体からなるコア２１を設けたものである。コア２１は、フェライト、パーマロイもしくはケイ素銅などの軟磁性体で形成されるとよい。【００５２】
このような構成の電気音響変換装置をスピーカとして用いる場合、薄膜コイル３に音響信号に基づく電流を印加すると、電流が印加された薄膜コイル３とコア２１により形成された電磁界が永久磁石６の磁界と作用することによりダイアフラム２が振動し、音響信号に基づく電流に対応した音波を発生させるスピーカが構成される。コア２１を用いることによって、コイル３により形成された電磁界を装置の中心部に集中させることができ、永久磁石６の磁界と効率良く作用させることができ、スピーカとしての効率が一層向上する。また、このような構成の電気音響変換装置をマイクロフォンとして用いることもできる。すなわち、音波によりダイアフラム２が振動し、前記永久磁石６による磁界中をコア２１が移動することにより、コア４の周りに形成した薄膜コイル３に電流が流れることから、音波に対応した音響信号を得ることができ、マイクロフォンとして用いることができる。【００５３】
図８の構成によれば、ダイアフラム２の上に薄膜コイル３およびコア２１を形成することから、薄型化を図ることができる。【００５４】
図９は、本発明の第２の実施の形態における電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。【００５５】
この電気音響変換装置は、図８に示した電気音響変換装置をパッケージ本体１１に接合し、蓋体１２をパッケージ本体１１に接合したものである。パッケージ本体１１は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気響変換装置のダイアフラム２の下部に音波が出入りするための開口部１３を設けている。蓋体１２は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなる。【００５６】
図１０は、本発明の第２の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の例を示す断面図である。【００５７】
この電気音響変換装置は、カバー部４をパッケージ本体１１に接合したことを特徴とし、このカバー部４が図９で示したパッケージの蓋１２と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図9の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。【００５８】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。【００５９】
この電気音響変換装置は、図８で示した電気音響変換装置の基板１上に、ＣＭＯＳなどによる電気回路９を備えている。電気回路９は、アンプ回路、ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、インピーダンス回路などを備え、半導体からなる基板１上に作り込むか、または、別途形成して基板１上に絶縁膜を介して配置する。薄膜コイル３と電気回路９の間の距離を小さくすることができ、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。【００６０】
図１２は、本発明の第２の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。【００６１】
この電気音響変換装置は、図１１に示した電気音響変換装置をパッケージ本体１１に接合し、蓋体１２をパッケージ本体１１に接合したものである。パッケージ本体１１は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなり、電気響変換装置のダイアフラムの下側に音波が出入りするための開口部１３を設けている。蓋体１２は、樹脂、ガラス、金属、およびそれらの複合材などからなる。【００６２】
図１３は、本発明の第２の実施の形態におけるパッケージを含めた電気音響変換装置のさらに別の例を示す断面図である。【００６３】
この電気音響変換装置は、カバー部４をパッケージ本体１１に接合したことを特徴とし、このカバー部４が図１２で示したパッケージの蓋１２と同様な機能を有している。このような構成とすることにより、図１２の実施の形態に比べて、より薄型化され小型化およびコスト低減に寄与することができる。【００６４】
図１４は、本発明の第３の実施の形態における電気音響装置の例を示す断面図である。【００６５】
図１４に示すように、基板１にダイアフラム２を形成し、ダイアフラム２の中心に接着または蒸着とパターニングにより永久磁石６を設け、ダイアフラム２の周りの基板１上に、薄膜コイル３が作成されている。この薄膜コイル３は、平面形状が１つの軸の周りを周回する渦巻き形のコイルである。渦巻き形としては、例えば、直線部を持たない渦巻き形または直線部および角部を持つ渦巻き形がある。【００６６】
永久磁石６は、薄型で円柱形状もしくは多角柱形状であるとよい。また、永久磁石６の極性の方向は、薄膜コイル３の中心軸方向と同一方向になるようにする。【００６７】
基板１として、半導体基板を用いることができ、ダイアフラム２は半導体基板の一部を薄膜化して形成できる。【００６８】
ダイアフラム２としては、基板１と異なる材料からなるものであってもよく、半導体からなる薄膜、ＳｉＮ、ＳｉＯ2などの絶縁膜、Ａｌなどの金属膜もしくはポリイミドなどの高分子材料膜であってもよい。また、これらの材料の単体膜でも複合膜でもよい。【００６９】
薄膜コイル３は、金属膜からなりメッキ、スパッタリングおよび蒸着などによりダイアフラム２上に形成できる。また、薄膜コイル３の表面には必要に応じて酸化防止膜を形成するとよい。また、薄膜コイル３は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２などの絶縁膜やポリイミドなどの高分子材料膜を介して積層してもよい。【００７０】
音響信号に基づく電流が印加された薄膜コイル３により形成された電磁界と永久磁石６による磁界とが作用することにより、ダイアフラム２が振動し、音響信号に基づく電流に対応した音波を発生させるスピーカとして用いることができる。また、音波によりダイアフラム２および永久磁石６が振動し、薄膜コイル３の内側で永久磁石６が上下に移動することにより、薄膜コイル３に電流が流れることから、音波に対応した音響信号を得ることができ、マイクロフォンとして用いることができる。【００７１】
図１５は、本発明の第３の実施の形態における電気音響変換装置の別の例を示す断面図である。【００７２】
この電気音響変換装置は、図１４で示した電気音響変換装置の基板１上にＣＭＯＳなどによる電気回路９を備えている。電気回路９は、アンプ回路、ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、インピーダンス回路などを備え、半導体からなる基板１上に作り込むか、または、別途形成して基板１上に必要に応じて絶縁膜を介して配置する。薄膜コイル３と電気回路９の間の距離を小さくすることができ、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。【００７４】
図１６Ａは本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の断面図であり、図１６ＢのＸＶＩＡ−ＸＶＩＡ線における断面図である。図１６Ｂは平面図であり、図１６Ａのヨーク５および永久磁石６が形成されたカバー部４については図示を省略した。この実施例は、第１の実施形態における図５の例に対応する。【００７５】
シリコンからなる基板１上に酸化膜２２が形成され、その上に薄膜コイル３の一端に接続される銅からなる引き出し層２３が形成され、引き出し層２３を覆うようにダイアフラム２となるポリイミドからなる絶縁膜２４が形成され、絶縁膜２４の上に、銅からなる薄膜コイル３、銅からなるパッド部２５、電気回路９が形成されている。引き出し層２３と薄膜コイル３およびパッド部２５とは銅からなるコンタクト層２６により接続されている。パッド部２５と電気回路９は、図示しないボンディングワイヤなどで電気的に接続される。【００７６】
ガラス基板からなるカバー部４に形成された凹部にフェライトをメッキにより形成したヨーク５が形成され、ヨーク５の上に永久磁石６が接着により形成されている。【００７７】
図１７Ａ，Ｂ，Ｃおよび図１８Ａ，Ｂは、本発明の第１の実施例の電気音響変換装置の製造方法における各工程を示す断面図である。【００７８】
図１７Ａに示すように、シリコン基板１の表面に熱酸化などにより酸化膜２２を形成する。【００７９】
その後、図１７Ｂに示すように、酸化膜２２の上に銅を蒸着およびパターニングして引き出し層２３を形成する。引き出し層２３を覆うようにポリイミドを塗布しパターニングして絶縁層２４を形成する。絶縁層２４をパターニングしてコンタクト孔２７を形成する。【００８０】
その後、図１７Ｃに示すように、銅を蒸着およびパターニングしてコンタクト層２６を形成する。さらに、銅を蒸着およびパターニングして薄膜コイル３およびパッド部２５を形成する。コンタクト孔２７の深さが浅い場合には、コンタクト層２６と薄膜コイル３およびパッド部２５を同時に形成することも可能である。図示しないが、この後、絶縁膜２４の上に電気回路９を接着し、ワイヤボンディングにより電気回路９とパッド部２５を接続する。必要に応じて電気回路９、パッド部２５およびボンディングワイヤを樹脂封止する。なお、電気回路９をシリコン基板上に作り込む場合は、電気回路９を形成後に図１７の工程を行い、引き出し層２３および薄膜コイル３を形成する際に電気回路９との接続を行う。この場合パッド部２５は形成しなくてよい。【００８１】
その後、図１８Ａに示すように、フォトレジスト２８をマスクとしてシリコン基板１をエッチングして、酸化膜２２を露出する。【００８２】
その後、図１８Ｂに示すように、シリコン基板１をマスクとして酸化膜２２をエッチングして絶縁膜２４および引き出し層２３を露出させる。エッチングによって露出した絶縁膜２４がダイアフラム２として作用する。【００８３】
図示しないが、ガラス基板により形成したカバー部４にフェライトを蒸着およびパターニングしてヨーク５を形成し、永久磁石６をヨーク５の上に接着し、カバー部４を図１８Ｂの上に接着することにより、図１６に記載の電気音響変換装置が得られる。【００８４】
この実施例では、図１８Ｂにおいて酸化膜２２の一部をエッチングする工程を行ったが、酸化膜２２をエッチングする工程を行わず、酸化膜２２と絶縁膜２４をダイアフラム２としてもよい。また、図１８Ａにおいて、シリコン基板１をエッチングする際に、酸化膜２２を露出させずに、シリコンを薄膜化して、このシリコン基板を薄膜化した箇所と酸化膜２２と絶縁膜２４とをダイアフラム２としてもよく、このようにして構成したダイアフラム２は、図１の基板１のような構造の別の基板に接着等によって支持させることができる。【００８５】
図１９Ａは、本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の断面図であり、図１９ＢのＸIXＡ−ＸIXＡ線における断面図である。図１９Ｂは平面図であり、図１９Ａの永久磁石６が形成されたカバー部４については図示を省略した。この実施例は、第２の実施形態における図１１の例に対応する。【００８６】
シリコンからなる基板１上に酸化膜２２が形成され、その上に薄膜コイル３の一端に接続される銅からなる引き出し層２３が形成され、引き出し層２３を覆うようにダイアフラム２となるポリイミドからなる絶縁膜２４が形成され、絶縁膜２４の上に、銅からなる薄膜コイル３、銅からなるパッド部２５、フェライトからなるコア２１および電気回路９が形成されている。引き出し層２３と薄膜コイル３およびパッド部２５とは銅からなるコンタクト層２６により接続されている。パッド部２５と電気回路９は、図示しないボンディングワイヤなどで電気的に接続される。【００８７】
図２０Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび図２１Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明の第２の実施例の電気音響変換装置の製造方法における各工程を示す断面図である。【００８８】
図２０Ａに示すように、シリコン基板１の表面に熱酸化などにより酸化膜２２を形成する。【００８９】
その後、図２０Ｂに示すように、酸化膜２２の上にアルミニュウムを蒸着およびパターニングして停止層２９を形成する。停止層２９および酸化膜２２の上に銅を蒸着およびパターニングして引き出し層２３を形成する。【００９０】
その後、図２０Ｃに示すように、引き出し層２３を覆うようにポリイミドを塗布し絶縁層２４を形成する。絶縁層２４をパターニングしてコンタクト孔２７を形成する。【００９１】
その後、図２０Ｄに示すように、銅を蒸着およびパターニングしてコンタクト層２６を形成する。さらに、銅を蒸着およびパターニングして薄膜コイル３およびパッド２５を形成する。フォトレジストをマスクとしてフェライトを蒸着しパターニングおよびエッチングしてコア２１を形成する。図示しないが、コンタクト孔２７の深さが浅い場合には、コンタクト層２６と薄膜コイル３およびパッド部２５を同時に形成することも可能である。この後、絶縁膜２４の上に電気回路９を接着し、ワイヤボンディングにより電気回路９とパッド部２５を接続する。必要に応じて電気回路９パッド部２５およびボンディングワイヤを樹脂封止する。なお、電気回路９をシリコン基板上に作り込む場合は、電気回路９を形成後に図２０の工程を行い、引き出し層２３および薄膜コイル３を形成する際に電気回路９との接続を行う。この場合パッド部２５は形成しなくてよい。【００９２】
その後、図２１Ａに示すように、フォトレジスト２８をマスクとしてシリコン基板１をエッチングして、酸化膜２２を露出する。【００９３】
その後、図２１Ｂに示すように、シリコン基板１をマスクとして酸化膜２２をエッチングして停止層２９を露出させる。【００９４】
その後、図２１Ｃに示すように、停止層２９をエッチングにより除去して、絶縁膜２４および引き出し層２３を露出させる。【００９５】
図示しないが、ガラス基板により形成したカバー部４に永久磁石６を接着し、カバー部４を図２１Ｃの上に接着することにより、図１９に記載の電気音響変換装置が得られる。【００９６】
この実施例では、停止層２９を形成して製造した。停止層２９を形成する理由は、エッチング方法に依らず、確実に酸化膜２２を含むシリコン基板１だけをエッチングするためである。停止層２９が無い場合には、エッチング方法により引き出し層２３や絶縁膜２４を傷めることがある。【００９７】
なお、図１９で示した電気音響変換装置は、図１７および図１８で示した製造方法により製造することができる。逆に、図１６で示した電気音響変換装置は、図２０および図２１で示した製造方法により製造できる。【００９８】
図２２Ａは、本発明の第３の実施例の電気音響変換装置の断面図であり、図２２ＢのＸＸIIＡ−ＸＸIIＡ線における断面図である。図２２Ｂは平面図である。この実施例は、第３の実施形態における図１５の例に対応する。【００９９】
シリコンからなる基板１上に酸化膜２２が形成され、その上に薄膜コイル３の一端に接続される銅からなる引き出し層２３が形成され、引き出し層２３を覆うようにダイアフラム２となるポリイミドからなる絶縁膜２４が形成され、絶縁膜２４の上で、かつ、ダイアフラム２の回りに、銅からなる薄膜コイル３、銅からなるパッド部２５電気回路９が形成されている。ダイアフラム２の中心上に永久磁石６が接着されている。引き出し層２３と薄膜コイル３およびパッド部２５とは銅からなるコンタクト層２６により接続されている。パッド部２５と電気回路９は、図示しないボンディングワイヤなどで電気的に接続される。【０１００】
この実施例の電気音響変換装置は、図１７および図１８に示した製造方法により製造できる。また、図２０および図２１に示した製造方法でも製造できる。【０１０１】
以上示した実施例において説明した製造方法は、ＭＥＭＳ技術を用いて行う。ＭＥＭＳ技術を用いることで、各部品の間隔を小さく、安定して形成することが可能となり、小さな磁力でも十分なダイアフラムの駆動が可能となる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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