(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホンに必要な電子回路を有しており且つ一面上に固定電極及びスペーサが形成された半導体チップと、この半導体チップの一面上に前記スペーサを介して固定電極と対向するように配置されており且つ当該固定電極と共にコンデンサを構成する振動膜とを具備した半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
前記半導体チップの一面には、前記固定電極の他、入力電極と、出力電極と、電源電極と、アース電極とが形成されており、
前記振動膜が前記入力電極に、前記固定電極が前記アース電極に接続されていることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
請求項１記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記半導体チップ及び振動膜を収納するケースと、前記振動膜に取り付けられる導電性を有した振動膜リングと、この振動膜リングに接触する導電性を有したスプリングカバーとを具備しており、
前記ケースには、前記スプリングカバーの一部が接触する中間端子と、この中間端子と前記入力電極とを接続する接続手段とが設けられており、
前記振動膜は、前記振動膜リング、スプリングカバー、中間端子及び接続手段を通じて前記入力電極に接続されることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
請求項２記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記スプリングカバーは、振動膜リングを半導体チップに固定するために、前記振動膜リングに被せられることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記スペーサは、写真製版プロセスを用いて形成されていることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記スペーサは、前記振動膜の非可動部に接触した状態で、少なくとも一箇所の開口部を形成することを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記必要な電子回路又はその一部が前記固定電極の下側に配置されていることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン
【請求項７】
請求頁１、２、３、４、５又は６記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記必要な電子回路には、前記入力電極を介して入力されたマイクロホン入力信号のノイズを除去するノイズキャンセル回路が含まれていることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項８】
請求項７記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記ノイズキャンセル回路は、前記マイクロホン入力信号のレベルが所定以下であるときに当該信号の広域周波数帯のノイズを除去する構成となっていることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項９】
請求項８記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記ノイズキャンセル回路は、前記マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧以上であるか否かを判定する判定回路部と、前記判定回路部の判定結果に基づいて前記マイクロホン入力信号のノイズを周波数帯域可変に除去する回路部であって、前記マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧以上であるときには通常周波数帯域のノイズを除去する一方、マイク動作電圧満であるときには低域を含めた広域周波数帯或のノイズを除去するフィルタ回路部とを有した構成となっていることを特徴とする半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、半導体チップと、この半導体チップに形成された固定電極と対向する振動膜と、前記半導体チップ及び振動膜を収納するケースとに大別される。前記半導体チップには、必要な電子回路が形成されるとともに、表面に形成された絶縁層の上に固定電極が形成されている。また、この半導体チップには、スペーサが形成されている。
【０００３】
前記振動膜は、リング状の振動膜リングに取り付けられ、前記スペーサを介して、固定電極の間に所定の間隔を確保した状態で組み立てられる。なお、この振動膜が固定電極と対向する面にはエレクトレット層が形成されており、固定電極との間でコンデンサを構成しているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンには以下のような問題点がある。
すなわち、図１２に示すように、半導体チップに形成された固定電極１１０が半導体チップの入力電極（図１２に示すＦＥＴのゲート）に接続され、振動膜２００がアースにそれぞれ接続されるため、固定電極１１０の下側で数十ｐＦの寄生容量Ｃが生ずる。この寄生容量Ｃは、前記コンデンサの容量（２ｐＦ）より大きいため、出力に大きなノイズが発生し、従来の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンと比較して感度が２０ｄＢ低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、ノイズレベルを大幅に改善することができる半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、マイクロホンに必要な電子回路を有しており且つ一面上に固定電極及びスペーサが形成された半導体チップと、この半導体チップの一面上に前記スペーサを介して固定電極と対向するように配置されており且つ当該固定電極と共にコンデンサを構成する振動膜とを具備した半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンであって、前記半導体チップの一面には、前記固定電極の他、入力電極と、出力電極と、電源電極と、アース電極とが形成されており、前記振動膜が前記入力電極に、前記固定電極が前記アース電極に接続されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンを図１乃至５を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの概略的断面図、図２は本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンのケースの蓋体を取り外した状態の概略的斜視図、図３は本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンに用いられる半導体チップの概略的平面図、図４は半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンのケースの蓋体とスプリングカバーとを取り外した状態の概略的平面図、図５は本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの等価回路図である。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、振動膜２００と、必要な電子回路１３０、固定電極１１０及びこの固定電極１１０と前記振動膜２００との間に所定の間隔を確保するスペーサ１２０が形成された半導体チップ１００とを備えており、前記固定電極１１０はアースであるアース電極１４４に、前記振動膜２００は半導体チップ１００の入力電極１４３にそれぞれ接続されている。
【０００９】
まず、半導体チップ１００は、２．０ｍｍ×２．０ｍｍ×０．３ｍｍの大きさのＳｉチップである。この半導体チップ１００の周縁部には、図３に破線で示すように、必要な電子回路１３０としてのインピーダンス変換用のＦＥＴ、増幅回路、ノイズキャンセル回路等が常法によって形成されている。
【００１０】
この半導体チップ１００の上面には、図３等に示すように、前記電子回路１３０の入出力用の各電極を除いて絶縁層（図示省略）が積層されている。この絶縁層は、珪素の有機化合物や安定化剤をアルコールやエステル等の有機溶剤に分散させてなるＳｉＯ2 系薄膜形成剤（ＴＥＯＳ）をディップコーティング法、スピンオンコート法、スプレーコーティング法等の適宜な手法で塗布したものである。かかる絶縁層は、少なくとも０．１μｍ以上の厚さ、望ましくは数十μｍの厚さに形成する。なお、ＳｉＯ2 系薄膜形成剤をディップコーティング法等で塗布すると、簡単に０．１μｍ以上の厚さを有する絶縁層を形成することができる。
【００１１】
なお、前記電極としては、電源電極１４１、出力電極１４２、入力電極１４３及びアース電極１４４がある。なお、入力電極１４３は、図５に示すように、ＦＥＴ（必要な電子回路１３０の１つ）のゲートに接続されている。
【００１２】
また、前記絶縁層の上面には、固定電極１１０が形成されている。この固定電極１１０は、厚さが１０００Å前後のアルミニウム層であり、その上に薄い絶縁層（ＴｉＯ2 ）を形成したものである。この固定電極１１０は、その一部を延ばした延出部１１１によってアースであるアース電極１４４に接続されている。
【００１３】
また、前記絶縁層の上には、固定電極１１０を取り囲むように複数個（図面では５個）のスペーサ１２０が形成されており、振動膜２００が組み合わされたとき、複数個（図面では５個）の開口部１２１が形成される。この開口部１２１なる部分は、図３等に示すように、隣接するスペーサ１２０の間の空間である。前記スペーサ１２０は、ポリイミド樹脂から構成されている。このスペーサ１２０の厚さ寸法は、前記固定電極１１０の厚さ寸法より大きく設定されている。このスペーサ１２０は、後述する振動膜２００との固定電極１１０との間に所定の間隔を確保するためのものだからである。なお、このスペーサ１２０は、半導体素子の製造プロセスである写真製版プロセスで形成される。例えば、半導体素子の表面保護膜であるポリイミド膜を形成する工程での写真製版プロセスで形成される。
【００１４】
前記振動膜２００は、片面に金属電極２０１を形成した高分子ＦＥＰフィルムの片面をエレクトレット層２０２としたものである。具体的には、厚さが５μｍ〜１２．５μｍの高分子ＦＥＰフィルムの表面側にニッケルを厚さ５００Å程度に蒸着して金属電極２０１としたものである。そして、金属電極２０１が形成されていない側、すなわち、裏面側にコロナ照射、ＥＢ照射等やその他の分極処理を施すことにより、高分子ＦＥＰフィルムに半永久的に電荷をチャージしてエレクトレット層２０２を形成するのである。
【００１５】
このように構成された振動膜２００は、導電性を有するリング状の振動膜リング２１０に導電性エポキシ系樹脂で取り付けられる。この際、振動膜２００の金属電極２０１が振動膜リング２１０と接触するようにする。振動膜２００が取り付けられた振動膜リング２１０、すなわち振動膜の非可動部が、前記スペーサ１２０に接触しているのである。そして、隣接するスペーサ１２０の間の空間が、開口部１２１となるのである。なお、前記振動膜リング２１０としては、真鍮やステンレス等が適している。
【００１６】
このような振動膜２００の上には、導電性を有する金属からなるスプリングカバー３００が取り付けられる。このスプリングカバー３００は、中央に音孔３２０が開設され、周縁部からは垂下片３３０（図２参照）が垂下されている。また、このスプリングカバー３００には、アーム部３１０が突出されている。このアーム部３１０の先端３１１は、スプリングカバー３００を所定の位置に取り付けると、後述するケース４００に形成された中間端子４１２Ｃに接触するようになっている。しかも、このアーム部３１０の先端３１１は、中間端子４１２Ｃとの接触をより確実にするために、下向きに凸となるように折曲形成されている。
【００１７】
また、このスプリングカバー３００の表面には、絶縁性皮膜（図示省略）が形成されている。さらに、このスプリングカバー３００の表面は中央に向かうにつれて盛り上がるように段々に形成されている。これは、ケース４００の本体部４１０に蓋体部４２０を取り付けた場合、蓋体部４２０に圧されてスプリングカバー３００がより強く振動膜リング２１０を押さえつけるようにするためである。
【００１８】
一方、前記ケース４００は、半導体チップ１００等を収納する本体部４１０と、この本体部４１０に被せられる蓋体部４２０とから構成される。前記本体部４１０は、ベース部４１１と、このベース部４１１の上に積層される略額縁状の第１の枠体４１２と、この第１の枠体４１２の上に積層される略額縁状の第２の枠体４１３とを有している。前記ベース部４１１、第１の枠体４１２及び第２の枠体４１３は、セラミックからなる。
【００１９】
前記ベース部４１１は、本体部４１０の底部を構成するものであって平坦に形成されている。また、このベース部４１１の底面部及び一側面部には、前記各電極１４１、１４２、１４３、１４４を実装の際に図示しないプリント基板のランド等との接続に用いられる薄膜電極が金メッキ等によって形成されている。
【００２０】
また、第１の枠体４１２は、ベース部４１１に積層するものであるので、外形は前記ベース部４１１と同様である。しかし、その内側は、ケース４００に収納される半導体チップ１００を収めることができる程度の空間が形成されている。また、この第１の枠体４１２の上面、後述するように本体部４１０として組み立てられた状態でも露出する上面には、各電極１４１、１４２、１４３、１４４と接続される金メッキからなる４つの中間端子４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃ、４１２Ｄが形成される。これらの中間端子４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃ、４１２Ｄは、前記薄膜電極と適宜接続されている。
【００２１】
特に、固定電極１１０が延出部１１１、アース電極１４４及びボンディングワイヤ１５４を介して接続される中間端子４１２Ｄは、ベース部４１１の裏面に形成されるアース部４１１Ａとなる薄膜電極と接続されている。
【００２２】
さらに、前記第２の枠体４１３は、第１の枠体４１２に積層するものであるので、外形は前記第１の枠体４１２及びベース部４１１と同様である。しかし、その内側は、第１の枠体４１２の空間より大きな空間が形成されている。
【００２３】
このようなベース部４１１、第１の枠体４１２及び第２の枠体４１３を積層すると、中間端子４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃ、４１２Ｄは、適宜な薄膜電極と接続される。また、前記第１の枠体４１２と第２の枠体４１３との内側の空間の大きさの違いから、第１の枠体４１２の上面の一部、すなわち中間端子４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃ、４１２Ｄが形成された上面が略階段状に露出する。
【００２４】
一方、このようにして構成された本体部４１０に被せられる蓋体部４２０は、導電性の金属から構成される。この蓋体部４２０の中央部には、蓋体部４２０をケース４００の本体部４１０に被せると、前記スプリングカバー３００の音孔３２０と一致する音孔４２１が開設されている。なお、この蓋体部４２０は、本体部４１０に被せられるとスプリングカバー３００と接触するが、蓋体部４２０に形成された前記絶縁性皮膜によって短絡を防止している。
【００２５】
次に、このような各部品からなる半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの製造手順について説明する。まず、ケース４００の本体部４１０の底面部に導電性エポキシ樹脂系接着剤４３０で半導体チップ１００を固定する。この半導体チップ１００には、必要な電子回路１３０、固定電極１１０やスペーサ１２０等が予め形成されている。
【００２６】
半導体チップ１００の各電極１４１、１４２、１４３、１４４と各中間端子４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃ、４１２Ｄとを接続手段としてのボンディングワイヤ１５１、１５２、１５３、１５４で接続する。すなわち、ボンディングワイヤ１５１で半導体チップ１００の電源電極１４１と中間端子４１２Ａとを、ボンディングワイヤ１５２で半導体チップ１００の出力電極１４２と中間端子４１２Ｂとを、ボンディングワイヤ１５３で半導体チップ１００の入力電極１４３と中間端子４１２Ｃとを、ボンディングワイヤ１５４で半導体チップ１００のアース電極１４４と中間端子４１２Ｄとをそれぞれ接続するのである。
【００２７】
すると、固定電極１１０は、上述したように、延出部１１１、アース電極１４４、ボンディングワイヤ１５４及び中間端子４１２Ｄを介して、ベース部４１１の裏面に形成されるアース部４１１Ａとなる薄膜電極と接続される。
【００２８】
次に、振動膜２００が取り付けられた振動膜リング２１０を振動膜２００を下向きにして前記スペーサ１２０の上に重ねる。これで、スペーサ１２０によって、固定電極１１０と振動膜２００との間に所定の間隔、すなわちスペーサ１２０の厚さ分の間隔を確保することができた。
【００２９】
さらに、各ボンディングワイヤ１５１、１５２、１５３、１５４が接続された半導体チップ１００にスプリングカバー３００を取り付ける。すると、振動膜２００に形成された金属電極２０１は、振動膜リング２１０を介してスプリングカバー３００と電気的に接続される。さらに、前記スプリングカバー３００は、アーム部３１０の先端が中間電極４１２Ｃに接触しているため、振動膜２００に形成された金属電極２０１は、中間端子４１２Ｃを介して半導体チップ１００の入力電極１４３と電気的に接続されたことになる。
【００３０】
このように各部材が取り付けられた本体部４１０に蓋体部４２０を被せると、蓋体部４２０の音孔４２１と、スプリングカバー３００の音孔３２０とが一致する。これらの音孔４２１、３２０を介して外部の音が振動膜２００に伝わるのである。
【００３１】
次に、半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの変形例を図６乃至図１１を参照して説明する。図６は同半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの変形例を説明するための図であって、その概略的断面図、図７は同半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの半導体チップに形成された入力回路及びノイズキャンセル回路の回路図、図８は同ノイズキャンセル回路のフィルタ回路部の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧以上であるときの周波数特性を示すグラフ、図９は同ノイズキャンセル回路のフィルタ回路部の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧未満であるときの周波数特性を示すグラフ、図１０は同ノイズキャンセル回路の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧以上であるときの各種信号の波形図、図１１は同ノイズキャンセル回路の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧未満であるときの各種信号の波形図である。
【００３２】
ここに掲げる半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいては、必要な電子回路１３０’として、入力回路１（図７参照）、ノイズキャンセル回路２（図７参照）、ＤＣ安定化電源回路、Ａ／Ｄ変換回路及びＤ．Ｓ．Ｐ回路等が半導体チップ１００に形成されている。上記実施形態と大きく異なるのは、これらの回路の中で微小レベルの信号を処理する入力回路１及びノイズキャンセル回路２等が固定電極１１０の下側に配置される一方、これ以外のＡ／Ｄ変換回路等が半導体チップ１００の周縁部に配置されている点である。入力回路１及びノイズキャンセル回路２等については図６中１３２として破線で示し、Ａ／Ｄ変換回路等については図６中１３１として破線で示している。
【００３３】
入力回路１及びノイズキャンセル回路２は図７に示すような回路構成となっでいる。図7 中ＶIN、ＶSSは入力電極１４３（振動膜２００）、固定電極１１０（アース電極１４４）に各々接続された入力端子であり、この入力端子を通じてマイクロホン入力信号αが入力回路１に入力されている。
【００３４】
なお、図中ＶDDは電源電圧を示しており、入力端子間のダイオードＤｉと電流源はマイクロホンのバイアス方法を示している。
【００３５】
入力回路1 は入力電極１４３を介して入力されたマイクロホン入力信号αを増幅するバッファ増幅回路であって、ここではＦＥＴ１、2 及びＡＣアンプ１１を有した構成となっている。入力回路１により増幅されたマイクロホン入力信号α’はノイズキャンセル回路２に導かれている。
【００３６】
ノイズキャンセル回路2 は、マイクロホン入力信号α’のノイズを除去するフィルタ回路であって、ここでは、マイクロホン入力信号αのレベルが所定以下（ここではマイク動作電圧：５０〜１００μＶO-P ）であるときにマイクロホン入力信号α’の広域周波数帯のノイズを除去する構成となっている。
【００３７】
具体的には、マイクロホン入力信号α’が入力されたバッファアンプ２１と、マイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧以上であるか否かを判定する判定回路部２４と、判定回路部２４の判定結果に基づいてマイクロホン入力信号α’のノイズを周波数帯域可変に除去する回路部であって、マイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧以上であるときには通常周波数帯域のノイズを除去する一方、マイク動作電圧未満であるときには低域を含めた広域周波数帯域のノイズを除去するフィルタ回路部２２とを有した構成となっている。
【００３８】
判定回路部２４は、バッファアンプ２１から出力されたマイクロホン入力信号α’を増幅するアンプ２４０と、アンプ２４０の出力信号を増幅しつつ検波する検波回路２４１と、検波回路２４１の出力信号を積分する積分回路２４２と、上記マイク動作電圧に対応して設定された基準電圧を生成する基準電圧生成回路２４３と、積分回路２４２の出力電圧と基準電圧生成回路２４３の基準電圧とを大小比較するコンパレータ２４４とを有した構成となっている。
【００３９】
コンパレータ２４４の出力信号は、マイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧以上であるか否かの判定結果としてフィルタ回路部１２２に導かれている。ここでは、コンパレータ２４４の出力は、マイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧以上であるときにはＨレベルである一方、マイク動作電圧未満であるときにはＬレベルとなるようになっている。
【００４０】
フィルタ回路部２２は、バッファアンプ２１から出力されたマイクロホン入力信号α’に含まれるノイズを除去する回路であって、ここではオペアンプを用いており、微分回路２２１とフィルタ回路２２２とがカスケード接続された構成となっている。このフィルタ回路部２２を通過したマイクロホン入力信号α’は出力電圧Ｖout としてＡ／Ｄ変換回路等に導かれるようになっている。
【００４１】
フィルタ回路２２２はオペアンプＯＰの周辺に接続されたＲＣ回路（抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣ１、Ｃ２）等により決定されるフィルタ固波数特性を有している。微分回路２２１についても基本的に同様である。ただ、微分回路２２１のＲＣ回路の接続関係がコンパレータ２４４の出力信号に応じてオンオフされるＦＥＴ等のスイッチ素子により切り換えられ、その結果、フィルタ周波数特性が可変されるようになっている。
【００４２】
フィルタ回路部２２全体としてのフィルタ周波数特性は微分回路２２１とフィルタ回路２２２との双方の周波数特性により定まる。即ち、判定回路部２４によりマイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧以上であると判定されたときには、図８に示すような１００Ｈｚ〜１５ｋＨｚの帯域のバンドパスフィルターとなり、マイクロホンとして通常の周波数特性となる。一方、判定回路部２４によりマイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧未満であると判定されたときには、図９に示すような１００Ｈｚ〜１５ｋＨｚの低域を含めた広域周波数帯域のフィルターとなる。
【００４３】
以上のように構成されたノイズキャンセル回路２の動作について図１０及び図１１を参照して説明する。まず、図１０の上段に示すようにマイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧（５０〜１００μＶO-P ) 以上であるときには、同信号の入力から約３ｍＳ経過後に積分回路２４２の出力電圧が基準電圧を超え、コンパレータ２４４の出力がＬレベルからＨレベルに変化する（図１０の中段参照）。
【００４４】
コンパレータ２４４の出力がＨレベルであるときのフィルタ回路部２２の周波数特性は図８に示す通りであるので、図１０の下段に示すようにマイクロホン入力信号αに含まれる１００Ｈｚ〜１５ｋＨｚの信号成分のみが通過し、これ以外の周波数帯域のノイズが除去される。
【００４５】
一方、図１１の上段に示すようにマイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧（５０〜１００μＶO-P ）未満であるときには、同信号の入力により積分回路２４２の出力電圧が基準電圧を超えることがないことから、コンパレータ２４４の出力はＬレベルを維持することになる（図１１の中段参照）。
【００４６】
コンパレータ２４４の出力がＬレベルであるときのフィルタ回路部２２の周波数特性は図９に示す通りであるので、図１１の下段に示すようにマイクロホン入力信号α’に含まれる広域周波数帯域のノイズが除去される。この結果、１００Ｈｚ〜１５ｋＨｚの低域周波数帯域のノイズは、マイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧以上であるときに比べて２０ｄＢ以上低減される。
【００４７】
本発明の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンによる場合、固定電極１１０がアースに、振動膜２００が半導体チップ１００の入力電極１４３に各々接続されている。よって、固定電極１１０がシールド板としての役目を果たし、従来例による場合とは異なり、固定電極１１０の下側の数十ｐＦの寄生容量Ｃがなくなり（図５及び図１２参照）、寄生容量Ｃを原因としたノイズがなくなった。それ故、従来に比べて感度が２０ｄＢ向上することになった。
【００４８】
また、半導体チップ１００において、固定電極１１０の下側の寄生容量Ｃがなくなった以上、その部分を空きスペースにする必要がなくなり、ここに電子回路の全部又はその一部を配置させることが可能になった。この空きスペースを有効に利用すれば、多種多様な電子回路を形成したとしても、半導体チップ１００の寸法が大きくならず、半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの小型化及び高機能化を図る上でメリットがある。
【００４９】
更に、上記した変形例による場合、必要な電子回路１３０’の車で微小レベルの信号を処理する入力回路１及びノイズキャンセル回路２等を固定電極１１０の下側に配置する一方、これ以外のＡ／Ｄ変換回路等を半導体チップ１００の周縁部に配置するようにしたので、半導体チップ１００自体が非常にコンパクトになっている。しかも必要な電子回路１３０’にノイズキャンセル回路２が含められていることから、マイクロホン入力信号αのレベルがマイク動作電圧未満であるとき、これに含まれる低域周波数帯域のノイズが効果的に除去される。
【００５０】
電子回路１３０にノイズキャンセル回路２が含まれていない場合、電子回路１３０内で発生した低域周波数帯域のノイズはフィルタにより除去されることなく、そのまま増幅されて出力され、これが半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンのＳ／Ｎ比を高める上で大きな障害となる。特に、無信号時であるとき、増幅されたノイズだけがスピーカ等に大きく出力される結果となる。
【００５１】
一方、上記した変形例による場合、無信号時にマイクロホン入力信号αに含まれる低域周波数帯域のノイズが効果的に除去されることから、上記のような問題が全て解消される。それ放、半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの小型化及び高性能化を図る上で大きな意義がある。
【００５２】
なお、上述した実施の形態では、接続手段としてボンディングワイヤを例に挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、ケース４００に形成される薄膜導体等の他の手段であってもよいことは勿論である。また、ノイズキャンセル回路については、前記入力電極を介して入力されたマイクロホン入力信号のノイズを除去する機能を有する限りどのようなものを用いても良い。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、マイクロホンに必要な電子回路を有しており且つ一面上に固定電極及びスペーサが形成された半導体チップと、この半導体チップの一面上に前記スペーサを介して固定電極と対向するように配置されており且つ当該固定電極と共にコンデンサを構成する振動膜とを具備した半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンであって、前記半導体チップの一面には、前記固定電極の他、入力電極と、出力電極と、電源電極と、アース電極とが形成されており、前記振動膜が前記入力電極に、前記固定電極が前記アース電極に接続されている。
【００５４】
このため、固定電極の下側に寄生容量が生じないので、ノイズレベルを従来のものより大幅に低減させることが可能になる。
【００５５】
また、請求項２に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記半導体チップ及び振動膜を収納するケースと、前記振動膜に取り付けられる導電性を有した振動膜リングと、この振動膜リングに接触する導電性を有したスプリングカバーとを具備しており、前記ケースには、前記スプリングカバーの一部が接触する中間端子と、この中間端子と前記入力電極とを接続する接続手段とが設けられており、前記振動膜は、前記振動膜リング、スプリングカバー、中間端子及び接続手段を通じて前記入力電極に接続される。
【００５６】
この半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンであると、半導体チップの入力電極と振動膜との電気的接続は、振動膜リング、スプリングカバー、中間端子及び接続手段で行われるので、特に従来のものと配線回りを変更する必要がないので簡単にノイズレベルの低減を実現することができる。
【００５７】
さらに、請求項３に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおけるスプリングカバーは、振動膜リングを半導体チップに固定するために、半導体リングに被せられるので、振動膜リンク、引いては振動膜の固定電極に対する位置決めを容易にするという効果がある。
【００５８】
また、請求項４記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおけるスペーサは、写真製版プロセスを用いて形成されているので、特にスペーサを形成する工程を追加する必要がない。
【００５９】
さらに、請求項５記載の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンにおけるスペーサは、前記振動膜の非可動部に接触した状態で、少なくとも１箇所の開口部を形成するようになっているので、伝わった音による振動膜の振動の際に振動膜と固定電極との間の空間の圧力変動が生じないようにすることができる。
【００６０】
請求項６に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記必要な電子回路又はその一部が前記固定電極の下側に配置されていることから、半導体チップ、ひいては全体の小型化を図ることが可能となる。
【００６１】
また、請求項７に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記必要な電子回路に、前記入力電極を介して入力されたマイクロホン入力信号のノイズを除去するノイズキャンセル回路が含まれていることから、ノイズの低減化を図ることが可能となる。
【００６２】
さらに、請求項８又は９に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンは、ノイズキャンセル回路として、前記マイクロホンの入力信号のレベルが所定以下であるときに当該信号の広域周波数帯のノイズを除去する構成のものを用いていることから、無信号時のノイズの低減化を図ることが可能となる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの概略的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンのケースの蓋体を取り外した状態の概略的斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンに用いられる半導体チップの概略的平面図である。
【図４】半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンのケースの蓋体とスプリングカバーとを取り外した状態の概略的平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの等価回路図である。
【図６】同半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの変形例を説明するための図であって、その概略的断面図である。
【図７】同半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの半導体チップに形成された入力回路及びノイズキャンセル回路の回路図である。
【図８】同ノイズキャンセル回路のフィルタ回路部の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧以上であるときの周波数特性を示すグラフである。
【図９】同ノイズキャンセル回路のフィルタ回路部の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧未満であるときの周波数特性を示すグラフである。
【図１０】同ノイズキャンセル回路の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧以上であるときの各種信号の波形図である。
【図１１】同ノイズキャンセル回路の動作を説明するための図であって、マイクロホン入力信号のレベルがマイク動作電圧未満であるときの各種信号の波形図である。
【図１２】従来のこの種の半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンの等価回路図である。
【００６４】
【符号の説明】
１００    半導体チップ
１１０    固定電極
１２０    スペーサ
１３０、１３０’  必要な電子回路
２        ノイズキャンセル回路
２００    振動膜
３００    スプリングカバー
【図１】
0003861006.tif 000002
【図２】
0003861006.tif 000003
【図３】
0003861006.tif 000004
【図４】
0003861006.tif 000005
【図５】
0003861006.tif 000006
【図６】
0003861006.tif 000007
【図７】
0003861006.tif 000008
【図８】
0003861006.tif 000009
【図９】
0003861006.tif 000010
【図１０】
0003861006.tif 000011
【図１１】
0003861006.tif 000012
【図１２】
0003861006.tif 000013