集成電路裝置及聲音輸入裝置、以及信息處理系統的製作方法

2023-05-19 04:18:16

專利名稱：集成電路裝置及聲音輸入裝置、以及信息處理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種集成電路裝置及聲音輸入裝置、以及信息處理系統。
技術背景
在利用電話等進行通話、聲音識別、聲音錄音等時，優選僅對目標聲音(用戶聲 音)進行拾音。但是，在聲音輸入裝置的使用環境中，有可能存在背景噪聲等目標聲音之外 的音聲。由此，不斷進行對具有去除噪聲功能的聲音輸入裝置的開發。
作為在存在噪聲的使用環境中去處噪聲的技術，已知下述方法，即，使傳聲器具有 靈敏的指向性，或者利用聲波的到來時刻差而識別聲波的到來方向，並通過信號處理去除 噪聲。
另外，近年來，電子設備的小型化持續進步，使聲音輸入裝置小型化的技術變得重要。
專利文獻1 日本專利申請公開平7-3U638號公報
專利文獻2 日本專利申請公開平9-331377號公報
專利文獻3 日本專利申請公開2001-186241號公報發明內容
為了使傳聲器具有靈敏的指向性，需要排列多個振動膜，難以小型化。
另外，為了利用聲波的到來時刻差而高精度地檢測聲波的到來方向，需要以可聽 聲波的波長值的幾分之一左右的間隔設置多個振動膜，因此，難以小型化。
本發明的目的在於，提供一種集成電路裝置及聲音輸入裝置、以及信息處理系統， 其可以實現外形較小且具有高精度的噪聲去除功能的聲音輸入元件(傳聲器元件)。
(1)本發明的特徵在於，具有配線基板，該配線基板包含第1振動膜，其構成第1 傳聲器；第2振動膜，其構成第2傳聲器；以及差分信號生成電路，其接收由所述第1傳聲 器取得的第1信號電壓和由所述第2傳聲器取得的第2信號電壓，生成表示所述第1及第 2電壓信號之差的差分信號。
也可以使第1振動膜、所述第2振動膜、差分信號生成電路形成在基板內，也可以 通過倒裝晶片安裝等而安裝在配線基板上。
配線基板可以是半導體基板，也可以是環氧玻璃等其他電路基板等。
通過使第1振動膜及所述第2振動膜形成在同一基板上，可以抑制兩個傳聲器相 對於溫度等環境而產生的特性差。
另外，差分信號生成電路也可以構成為，具有對2個傳聲器的增益均衡性進行調 整的功能。由此，可以在針對每個基板調整兩個傳聲器之間的增益波動後出廠。
根據本發明，通過生成表示2個電壓信號之差的差分信號這一簡單的處理，就可 以生成表示去除了噪聲成分的聲音的信號。
另外，根據本發明，可以提供一種集成電路裝置，其通過高密度安裝而使外形較小，並且可以實現高精度的噪聲去除功能。
此外，本發明所涉及的集成電路裝置可以用作為近講型聲音輸入裝置的聲音輸入 元件(傳聲器元件)。此時，在集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜也可以配置為使得 噪聲強度比小於聲音強度比，其中，噪聲強度比表示所述差分信號所含有的所述噪聲成分 的強度與所述第1或第2電壓信號所含有的所述噪聲成分的強度之間的比率，聲音強度比 表示所述差分信號所含有的輸入聲音成分的強度與所述第1或第2電壓信號所含有的所述 輸入聲音成分的強度之間的比率。此時，噪聲強度比可以是基於噪聲的相位差成分的強度 比，聲音強度比可以是基於輸入聲音的振幅成分的強度比。
此外，該集成電路裝置(半導體基板)也可以構成為所謂的微機電系統(MEMS Micro Electro Mechanical Systems)。另外，對于振動膜，可以使用無機壓電薄膜或有機 壓電薄膜，只要是利用壓電效應進行聲一電變換的振動膜即可。
(2)另外，優選在該集成電路裝置中，所述配線基板為半導體基板，所述第1振動 膜、所述第2振動膜以及所述差分信號生成電路形成在所述半導體基板上。
(3)另外，優選在該集成電路裝置中，所述配線基板為半導體基板，所述第1振動 膜及所述第2振動膜形成在所述半導體基板上，所述差分信號生成電路通過倒裝晶片安裝 而安裝在所述半導體基板上。
這樣，通過使所述第1振動膜及所述第2振動膜形成在同一個半導體基板上，可以 抑制兩個傳聲器相對於溫度等環境而產生的特性差。
所謂倒裝晶片安裝，是指將ICantegration circuit)元件或IC晶片的電路面與 基板相對地集中直接電氣連接的安裝方法，在將晶片表面和基板進行電氣連接時，並非如 引線接合那樣利用引線進行連接，而是利用以陣列狀排列的被稱為凸出部的凸起狀端子進 行連接，因此，與引線接合相比，可以減小安裝面積。
(4)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1振動膜、所述第2振動膜以及所述差 分信號生成電路通過倒裝晶片安裝而安裝在所述配線基板上。
(5)另外，優選在該集成電路裝置中，所述配線基板為半導體基板，所述差分信號 生成電路形成在半導體基板上，所述第1振動膜以及所述第2振動膜通過倒裝晶片安裝而 安裝在所述半導體基板上。
(6)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜的中心間距離小於或 等於5. 2mm。
(7)另外，該集成電路裝置也可以為，所述振動膜由SN比大約大於或等於60分貝 的振動元件構成。例如，所述振動膜可以由SN比大於或等於60分貝的振動元件構成，也可 以由大於或等於60士 α分貝的振動元件構成。
(8)另外，該集成電路裝置也可以將所述第1及第2振動膜的中心間距離設定為下 述距離，即，針對小於或等於IOkHz的頻帶的音聲，使得向第1振動膜和第2振動膜入射的 聲音的差分聲壓的強度與向第1振動膜入射的聲音的聲壓強度之間的比率、即聲音強度比 的相位成分小於或等於0分貝。
(9)另外，該集成電路裝置也可以將所述第1及第2振動膜的中心間距離設定為下 述範圍內的距離，即，對於提取對象頻帶的音聲，使得在將所述振動膜用作為差動傳聲器的 情況下的聲壓，在所有方位上不超過用作為單體傳聲器的情況下的聲壓。
在這裡，提取對象頻率為在本聲音輸入裝置中想要提取的音聲的頻率。例如，可以 將小於或等於7kHz的頻率作為提取對象頻率，設定所述第1及第2振動膜的中心間距離。
(10)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜為矽膜。
(11)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜以法線平行的方式形 成。
(12)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜在與法線正交的方向 上錯開地配置。
(13)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜為從所述半導體基板 的一個面形成的凹部的底部。
(14)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜在法線方向上錯開地配置。
(15)另外，優選在該集成電路裝置中，所述第1及第2振動膜分別為，從所述半導 體基板的相對的第1及第2面形成的第1及第2凹部的底部。
(16)另外，該集成電路裝置的特徵在於，所述第1振動膜及所述第2振動膜的至少 一個構成為，經由相對於膜面垂直地設置的筒狀導音管取得聲波。
在這裡，導音管通過緊密地設置在振動膜周圍的基板上，使得從開口部輸入的聲 波以不會向外部洩漏的方式傳遞至振動膜，從而進入導音管的聲音無衰減地傳遞至振動 膜。另外，根據本發明，通過在所述第1振動膜及所述第2振動膜的至少一個上設置導音管， 可以改變聲音傳遞至振動膜的距離，而不會由於擴散而導致衰減。即，可以在保持導音管入 口處的音聲振幅的狀態下，僅對相位進行控制，例如，可以與2個傳聲器的延遲均衡性的波 動對應地，設置適當長度(例如幾毫米)的導音管，從而消除延遲。
(17)另外，優選在該集成電路裝置中，所述差分信號生成電路包含增益部，其對 由所述第1傳聲器取得的第1電壓信號施加規定增益；以及差分信號輸出部，其在被輸入了 由所述增益部施加了規定增益的第1電壓信號、和由所述第2傳聲器取得的第2電壓信號 後，生成並輸出施加了規定增益的第1電壓信號和第2電壓信號的差分信號。
(18)另外，優選在該集成電路裝置中，所述差分信號生成電路包含振幅差檢測 部，其接收成為所述差分信號輸出部的輸入的第ι電壓信號和第2電壓信號，基於接收到的 第1電壓信號和第2電壓信號，檢測生成差分信號時的第1電壓信號和第2電壓信號的振 幅差，基於檢測結果，生成並輸出振幅差信號；以及增益控制部，其基於所述振幅差信號，進 行使所述增益部中的放大率變化的控制。
在這裡，振幅差檢測部也可以構成為包括第1振幅檢測部，其檢測增益部的輸出 信號振幅；第2振幅檢測部，其檢測由所述第2傳聲器取得的第2電壓信號的信號振幅；以 及振幅差信號生成部，其對由所述第1振幅檢測單元檢測出的振幅信號和由所述第2振幅 檢測單元檢測出的振幅信號之間的差分信號進行檢測。
例如，也可以準備用於增益調整的測試用聲源，設定為使來自該聲源的音聲相對 於第1傳聲器和第2傳聲器以相等的聲壓輸入，利用第1傳聲器和第2傳聲器拾音，對輸出 的第1電壓信號和第2電壓信號的波形進行監視(例如，可以使用示波器等進行監視)，變 更放大率，以使得振幅一致，或者振幅差落在規定範圍內。
另外，例如可以使振幅的差相對於增益部的輸出信號或第2電壓信號落在大於或等於-3%而小於或等於+3%的範圍內，也可以落在大於或等於-6%而小於或等於+6%的 範圍內。在前者的情況下，對於IkHz的聲波，噪聲抑制效果為大約10分貝，在後者的情況 下，噪聲抑制效果為大約6分貝，可以產生適當的抑制效果。
另外，也可以取代這些設置，而以得到規定分貝(例如大約10分貝)的噪聲抑制 效果的方式，對規定的增益進行控制。
根據本發明，可以實時地檢測根據使用時的狀況(環境及使用年數)等變化的傳 聲器的增益均衡性的波動，並進行調整。
(19)另外，優選在該集成電路裝置中，所述差分信號生成部包含增益部，其構成 為與規定端子上施加的電壓或流過的電流相應地使放大率變化；以及增益控制部，其對所 述規定端子上施加的電壓或流過的電流進行控制，所述增益控制部構成為包含將多個電 阻串聯或並聯連接而成的電阻陣列，通過切斷構成所述電阻陣列的電阻體或導體的一部 分，從而可以對增益部的規定端子上施加的電壓或流過的電流進行變更；或者包含至少一 個電阻體，通過切斷該電阻體的一部分，從而可以對增益部的規定端子上施加的電壓或流 過的電流進行變更。
也可以通過利用雷射進行切割、或者施加高電壓或高電流而進行熔斷，從而將構 成電阻陣列的電阻體或導體的一部分切斷。
另外，優選對在由傳聲器的製造過程中產生的個體差異而導致的增益均衡性的波 動進行研究，確定第1電壓信號的放大率，以可以消除由該波動產生的振幅差。並且，切斷 構成所述電阻陣列的電阻體或導體(例如熔絲)的一部分，將增益控制部的電阻值設定為 適當的值，以可以向規定的端子供給用於實現所確定的放大率的電壓或電流。由此，可以對 增益部的輸出和由所述第2傳聲器取得的第2電壓信號之間的振幅均衡性進行調整。
(20)另外，本發明提供一種聲音輸入裝置，其特徵在於，安裝有上述任意一種技術 方案所述的集成電路裝置。
根據該聲音輸入裝置，僅通過生成表示2個電壓信號之差的差分信號，就可以取 得表示去除了噪音成分的輸入聲音的信號。因此，根據本發明，可以提供一種聲音輸入裝 置，其可以實現高精度的聲音識別處理、聲音認證處理、或者基於輸入聲音的指令生成處理寸。
(21)另外，本發明提供一種信息處理系統，其包含上述任意一個技術方案所述 的集成電路裝置；以及解析處理部，其基於所述差分信號，進行輸入聲音信息的解析處理。
根據該信息處理系統，解析處理部基於差分信號進行輸入聲音信息的解析處理。 在這裡，由於可以將差分信號視為表示去除了噪聲成分的聲音成分的信號，所以通過對該 差分信號進行解析處理，可以基於輸入聲音進行各種信息處理。
另外，本發明所涉及的信息處理系統也可以是進行聲音識別處理、聲音認證處理、 或者基於聲音的指令生成處理等的系統。
(22)另外，本發明提供一種信息處理系統，其包含聲音輸入裝置，其安裝有上述 任意一個技術方案所述的集成電路裝置、和經由網絡進行通信處理的通信處理裝置；以及 主控計算機，其基於通過經由所述網絡進行的通信處理而取得的所述差分信號，對輸入至 所述聲音輸入裝置的輸入聲音信息進行解析處理。
根據該信息處理系統，解析處理部基於差分信號進行輸入聲音信息的解析處理。在這裡，由於差分信號可以視為表示去除了噪聲成分的聲音成分的信號，所以可以通過對 該差分信號進行解析處理，而基於輸入聲音進行各種信息處理。
另外，本發明所涉及的信息處理系統也可以是進行聲音識別處理、聲音認證處理、 或者基於聲音的指令生成處理等的系統。


圖1是用於說明集成電路裝置的圖。
圖2是用於說明集成電路裝置的圖。
圖3是用於說明集成電路裝置的圖。
圖4是用於說明集成電路裝置的圖。
圖5是用於說明製造集成電路裝置的方法的圖。
圖6是用於說明製造集成電路裝置的方法的圖。
圖7是用於說明具有集成電路裝置的聲音輸入裝置的圖。
圖8是用於說明具有集成電路裝置的聲音輸入裝置的圖。
圖9是用於說明變形例所涉及的集成電路裝置的圖。
圖10是用於說明具有變形例所涉及的集成電路裝置的聲音輸入裝置的圖。
圖11是表示作為具有集成電路裝置的聲音輸入裝置的一個例子的行動電話的 圖。
圖12是表示作為具有集成電路裝置的聲音輸入裝置的一個例子的傳聲器的圖。
圖13是表示作為具有集成電路裝置的聲音輸入裝置的一個例子的遙控器的圖。
圖14是信息處理系統的概略圖。
圖15是用於說明集成電路裝置的其他結構的圖。
圖16是用於說明集成電路裝置的其他結構的圖。
圖17是用於說明集成電路裝置的其他結構的圖。
圖18是表示集成電路裝置的結構的一個例子的圖。
圖19是表示集成電路裝置的結構的一個例子的圖。
圖20是表示集成電路裝置的結構的一個例子的圖。
圖21是表示集成電路裝置的結構的一個例子的圖。
圖22是表示增益部和增益控制部的具體結構的一個例子的圖。
圖23 (A)是靜態控制增益部的放大率的結構的一個例子。
圖23 (B)是靜態控制增益部的放大率的結構的一個例子。
圖M是表示集成電路裝置的其他結構的一個例子的圖。
圖25是表示利用雷射微調對電阻值進行調整的例子的圖。
圖沈是用於說明在傳聲器間距離為5mm的情況下，用戶聲音強度比的相位成分的 分布關係的圖。
圖27是用於說明在傳聲器間距離為IOmm的情況下，用戶聲音強度比的相位成分 的分布的圖。
圖觀是用於說明在傳聲器間距離為20mm的情況下，用戶聲音強度比的相位成分 的分布的圖。9
圖四㈧是用於說明在傳聲器間距離為5mm、聲源頻率為1kHz、傳聲器一聲源間的 距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖四⑶是用於說明在傳聲器間距離為5mm、聲源頻率為1kHz、傳聲器一聲源間的 距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖30㈧是用於說明在傳聲器間距離為10mm、聲源頻率為1kHz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖30⑶是用於說明在傳聲器間距離為10mm、聲源頻率為1kHz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖31 (A)是用於說明在傳聲器間距離為20mm、聲源頻率為1kHz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖31(B)是用於說明在傳聲器間距離為20mm、聲源頻率為1kHz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖32㈧是用於說明在傳聲器間距離為5mm、聲源頻率為7kHz、傳聲器一聲源間的 距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖32⑶是用於說明在傳聲器間距離為5mm、聲源頻率為7kHz、傳聲器一聲源間的 距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖33㈧是用於說明在傳聲器間距離為10mm、聲源頻率為7kHz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖33⑶是用於說明在傳聲器間距離為10mm、聲源頻率為7kHz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖34㈧是用於說明在傳聲器間距離為20mm、聲源頻率為7kHz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖34⑶是用於說明在傳聲器間距離為20mm、聲源頻率為7kHz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖35(A)是用於說明在傳聲器間距離為5mm、聲源頻率為300Hz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖35(B)是用於說明在傳聲器間距離為5mm、聲源頻率為300Hz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖36(A)是用於說明在傳聲器間距離為10mm、聲源頻率為300Hz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖36(B)是用於說明在傳聲器間距離為10mm、聲源頻率為300Hz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖37(A)是用於說明在傳聲器間距離為20mm、聲源頻率為300Hz、傳聲器一聲源間 的距離為2. 5cm的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
圖37(B)是用於說明在傳聲器間距離為20mm、聲源頻率為300Hz、傳聲器一聲源間 的距離為Im的情況下，差動傳聲器的指向性的圖。
標號的說明
1…集成電路裝置、2…聲音輸入裝置、3…集成電路裝置、4…聲音輸入裝置、10··· 第1傳聲器、12···第1振動膜、14···第1電極、15···第1振動膜、16···集成電路、20···第2傳聲器、22···第2振動膜、24···第2電極、25···第2振動膜、30···差分信號生成電路、40···框體、 42…開口、50…運算處理部、60···通信處理部、100…半導體基板、102…第1凹部、104…第 2凹部、200…半導體基板、201…第1面、202…第2面、210…第1凹部、212…開口、220…第 2凹部、300…行動電話、400…傳聲器、500…遙控器、600…信息處理系統、602…聲音輸入 裝置、604…主控計算機、710-1…第1傳聲器、710-2…第2傳聲器、712-1…第1電壓信號、 712-2···第2電壓信號、714-1…第1振動膜、714-2…第2振動膜、720…差分信號生成電路、 760…增益部、740…差分信號輸出部、910…增益控制部、1100···導音管、1200…半導體基 板、1200，…配線基板具體實施方式
下面，參照附圖，說明應用本發明的實施方式。但是，本發明並不為下述實施方式 所限定。另外，本發明包括將下述內容自由組合而得到的內容。
1.集成電路裝置的結構
首先，參照圖1 圖3，對應用本發明的實施方式所涉及的集成電路裝置1的結構 進行說明。此外，本實施方式所涉及的集成電路裝置1構成為聲音輸入元件(傳聲器元件)， 可以應用於近講型聲音輸入裝置等。
本實施方式所涉及的集成電路裝置1如圖1及圖2所示，具有半導體基板100。此 外，圖1是集成電路裝置1 (半導體基板100)的斜視圖，圖2是集成電路裝置1的剖面圖。 半導體基板100也可以是半導體晶片。或者，半導體基板100也可以是具有多個形成集成 電路裝置1的區域的半導體晶片。半導體基板100也可以是矽基板。
在半導體基板100上形成有第1振動膜12。第1振動膜12也可以是從半導體基 板100的指定面101形成的第1凹部102的底部。第1振動膜12是構成第1傳聲器10的 振動膜。即，第1振動膜12形成為，通過聲波的入射而進行振動，與隔著間隔而相對配置的 第1電極14成對而構成第1傳聲器10。如果向第1振動膜12入射聲波，則第1振動膜12 振動，使第1振動膜12和第1電極14之間的間隔變化，使第1振動膜12和第1電極14之 間的靜電電容變化。通過將該靜電電容的變化作為例如電壓變化進行輸出，從而可以將使 第1振動膜12振動的聲波(向第1振動膜12入射的聲波)變換為電信號(電壓信號)並 輸出。以下，將從第1傳聲器10輸出的電壓信號稱為第1電壓信號。
在半導體基板100上形成有第2振動膜22。第2振動膜22也可以是從半導體基 板100的指定面101形成的第2凹部104的底部。第2振動膜22是構成第2傳聲器20的 振動膜。即，第2振動膜22形成為，通過聲波的入射而進行振動，與隔著間隔而相對配置的 第2電極M成對而構成第2傳聲20。第2傳聲器20利用與第1傳聲器10相同的作用，將 使第2振動膜22振動的聲波(向第2振動膜22入射的聲波)變換為電壓信號並輸出。以 下，將從第2傳聲器20輸出的電壓信號稱為第2電壓信號。
在本實施方式中，第1及第2振動膜12、22可以形成在半導體基板100上，例如是 矽膜。即，第1及第2傳聲器10、20以是矽傳聲器(Si傳聲器)。通過利用矽傳聲器，可以 實現第1及第2傳聲器10、20的小型化以及高性能化。第1及第2振動膜12、22也可以以 法線平行的方式配置。另外，第1及第2振動膜12、22也可以在與法線正交的方向上錯開 地配置。
第1及第2電極14J4也可以是半導體基板100的一部分，或者，也可以是配置在 半導體基板100上的導電體。另外，第1及第2電極14、24也可以形成不受聲波影響的構 造。例如，第1及第2電極14、24也可以形成網狀構造。
在半導體基板100上形成有集成電路16。集成電路16的結構並不特別地限定，例 如也可以包含電晶體等有源元件或電阻等無源元件。
本實施方式所涉及的集成電路裝置具有差分信號生成電路30。差分信號生成電路 30接收第1電壓信號和第2電壓信號，生成(輸出)表示兩者之差的差分信號。在差分信 號生成電路30中，並不對第1及第2電壓信號進行例如傅立葉解析等的解析處理，而是進 行生成差分信號的處理。差分信號生成電路30也可以是半導體基板100上構成的集成電 路16的一部分。在圖3中，示出差分信號生成電路30的電路圖的一個例子，但差分信號生 成電路30的電路結構並不限於此。
此外，本實施方式所涉及的集成電路裝置1還可以包含信號放大電路，其對差分 信號施加規定的增益(既可以提高增益，也可以降低增益)。信號放大電路也可以構成集成 電路16的一部分。但是，集成電路裝置也可以形成不包含信號放大電路的結構。
在本實施方式所涉及的集成電路裝置1中，第1及第2振動膜12、22以及集成電路 16 (差分信號生成電路30)形成在一個半導體基板100上。半導體基板100也可以形成為 所謂微機電系統(MEMS :Micro Electro Mechanical Systems)。另外，對于振動膜，可以使 用無機壓電薄膜或者有機壓電薄膜，只要是利用壓電效應進行聲一電變換的部件即可。通 過使第1及第2振動膜12、22形成在同一基板(半導體基板100)上，從而可以高精度地形 成第1及第2振動膜12、22，並且可以使第1及第2振動膜12、22非常接近。
所述振動膜也可以由SN(Signal to Noise)比大約大於或等於60分貝的振動元 件構成。在將振動元件作為差動傳聲器起作用的情況下，與作為單體傳聲器起作用的情況 相比，SN比降低。由此，通過利用SN比優良的振動元件(例如，SN比大於或等於60分貝的 MEMS振動元件)構成所述振動膜，可以實現靈敏度高的集成電路裝置。
例如，將2個單體傳聲器距離5mm程度進行配置，通過得到它們的差量而構成差動 傳聲器，在講話者和傳聲器之間的距離為大約2. 5cm程度(近講型聲音輸入裝置)的條件 下使用的情況下，與單體傳聲器的情況相比，輸出靈敏度降低10分貝程度。S卩，與單體傳聲 器相比，差動傳聲器的SB比至少降低10分貝。在考慮傳聲器的實用性的情況下，由於需要 使SN比為50分貝程度，所以，為了使差動傳聲器滿足該條件，需要使用在單體狀態下確保 SN比大約大於或等於60分貝的振動元件構成傳聲器，由此，可以實現即使存在上述靈敏度 降低所產生的影響，也可以滿足作為傳聲器的功能所需等級的集成電路裝置。
此外，在本實施方式所涉及的集成電路裝置1中，如後所述，利用表示第1及第2 電壓信號之差的差分信號，實現去除噪聲成分的功能。為了高精度地實現該功能，第1及第 2振動膜12、22以滿足一定限制的方式配置。對於第1及第2振動膜12、14需要滿足的限 制的詳細內容在後面記述，在本實施方式中，第1及第2振動膜12、22可以配置為，使得噪 聲強度比小於輸入聲音強度比。由此，可以將差分信號視為表示去除了噪聲成分後的聲音 成分的信號。第1及第2振動膜12、22也可以配置為，使得例如中心間距離ΔΓ小於或等 於 5. 2mmο
本實施方式所涉及的集成電路裝置1可以如上所述構成。由此，可以提供能夠實現高精度的噪聲去除功能的集成電路裝置。此外，其原理在後面記述。
2.噪聲去除功能
下面，針對集成電路裝置1的聲音去除原理、以及用於實現該原理的條件進行說 明。
(1)噪聲去除原理
首先，說明噪聲去除原理。
聲波隨著在介質中前進而衰減，聲壓(聲波的強度·振幅)降低。由於聲壓和與 聲源的距離成反比，所以對於聲壓P和與聲源的距離R之間的關係，可以表示為
[算式1]
P = K*1/r(1)
此外，在式⑴中，K為比例常數。在圖4中示出了表示式⑴的曲線圖，根據該 圖可知，聲壓(聲波的振幅)在接近聲源的位置(曲線圖的左側)處急劇衰減，越遠離聲源 就越平緩地進行衰減。在本實施方式所涉及的集成電路裝置中，利用該衰減特性去除噪聲 成分。
S卩，在將集成電路裝置1應用於近講型聲音輸入裝置中的情況下，用戶在與噪聲 的聲源相比更接近集成電路裝置1(第1及第2振動膜12、2幻的位置處發出聲音。因此， 在第1及第2振動膜12、22之間，用戶聲音大幅衰減，第1及第2電壓信號所含有的用戶聲 音的強度出現差量。與此相對，由於噪聲成分與用戶聲音相比，聲源較遠，所以在第1及第2 振動膜12、22之間幾乎不衰減。因此，可以視作第1及第2電壓信號所含有的噪聲的強度 沒有差異。根據這種情況，如果檢測出第1及第2電壓信號之差，就可以消除噪聲，僅剩餘 在集成電路裝置1附近發聲的用戶聲音成分。即，通過檢測第1及第2電壓信號之差，可以 取得表示不含有噪聲成分的用戶聲音成分的電壓信號(差分信號)。並且，根據該集成電路 裝置1，通過生成表示兩個電壓信號之差的差分信號這一簡單的處理，就可以取得表示高精 度地去除了噪聲的用戶聲音的信號。
但是，聲波具有相位成分。由此，為了實現更高精度的噪聲去除功能，需要考慮第 1及第2電壓信號所含有的聲音成分以及噪聲成分的相位差。
下面，針對為了通過生成差分信號而實現噪聲去除功能，集成電路裝置1需要滿 足的具體條件進行說明。
(2)集成電路裝置需要滿足的具體條件
根據集成電路裝置1，如先前說明所示，表示第1及第2電壓信號之間的差量的差 分信號視為不含有噪聲的輸入聲音信號。根據該集成電路裝置，基於差分信號所含有的噪 聲成分小於第1或第2電壓信號所含有的噪聲成分這一點，可以評價為實現了噪聲去除功 能。詳細地說，如果噪聲強度比小於聲音強度比，則可以評價為實現了該噪聲去除功能，其 中，該噪聲強度比示出差分信號所含有的噪聲成分的強度與第1或第2電壓信號所含有的 噪聲成分的強度之間的比例，該聲音強度比示出差分信號所含有的聲音成分的強度與第1 或第2電壓信號所含有的聲音成分的強度之間的比例。
下面，針對為了實現該噪聲去除功能，集成電路裝置1(第1及第2振動膜12、22) 需要滿足的具體條件進行說明。
權利要求
1.一種集成電路裝置，其特徵在於， 具有配線基板，該配線基板包含 第1振動膜，其構成第1傳聲器；第2振動膜，其構成第2傳聲器；以及差分信號生成電路，其接收由所述第1傳聲器取得的第1信號電壓和由所述第2傳聲 器取得的第2信號電壓，生成表示所述第1及第2電壓信號之差的差分信號。
2.根據權利要求1所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述配線基板為半導體基板，所述第1振動膜、所述第2振動膜以及所述差分信號生成電路形成在所述半導體基板上。
3.根據權利要求1所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述配線基板為半導體基板，所述第1振動膜及所述第2振動膜形成在所述半導體基板上，所述差分信號生成電路 通過倒裝晶片安裝而安裝在所述半導體基板上。
4.根據權利要求1所述的集成電路裝置，其特徵在於，所述第1振動膜、所述第2振動膜以及所述差分信號生成電路通過倒裝晶片安裝而安 裝在所述配線基板上。
5.根據權利要求1所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述配線基板為半導體基板，所述差分信號生成電路形成在半導體基板上，所述第1振動膜以及所述第2振動膜通 過倒裝晶片安裝而安裝在所述半導體基板上。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述第1及第2振動膜的中心間距離小於或等於5. 2mm。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述振動膜由SN比大約大於或等於60分貝的振動元件構成。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於，所述第1及第2振動膜的中心間距離設定為下述距離，即，針對小於或等於IOkHz的頻 帶的音聲，使得向第1振動膜和第2振動膜入射的聲音的差分聲壓的強度與向第1振動膜 入射的聲音的聲壓強度之間的比率、即聲音強度比的相位成分小於或等於0分貝。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於，所述第1及第2振動膜的中心間距離設定為下述範圍內的距離，S卩，對於提取對象頻帶 的音聲，使得在將所述振動膜用作為差動傳聲器的情況下的聲壓，在所有方位上不超過用 作為單體傳聲器的情況下的聲壓。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述第1及第2振動膜為矽膜。
11.根據權利要求1至10中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述第1及第2振動膜以法線平行的方式形成。
12.根據權利要求11所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述第1及第2振動膜在與法線正交的方向上錯開地配置。
13.根據權利要求1至12中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述第1及第2振動膜為從所述半導體基板的一個面形成的凹部的底部。
14.根據權利要求13所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述第1及第2振動膜在法線方向上錯開地配置。
15.根據權利要求14所述的集成電路裝置，其特徵在於，所述第1及第2振動膜分別為，從所述半導體基板的相對的第1及第2面形成的第1 及第2凹部的底部。
16.根據權利要求1至15中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於，所述第1振動膜及所述第2振動膜的至少一個構成為，經由相對於膜面垂直地設置的 筒狀導音管取得聲波。
17.根據權利要求1至16中任意一項所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述差分信號生成電路包含增益部，其對由所述第1傳聲器取得的第1電壓信號施加規定增益；以及 差分信號輸出部，其在被輸入了由所述增益部施加了規定增益的第1電壓信號、和由 所述第2傳聲器取得的第2電壓信號後，生成並輸出施加了規定增益的第1電壓信號和第 2電壓信號的差分信號。
18.根據權利要求17所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述差分信號生成電路包含振幅差檢測部，其接收成為所述差分信號輸出部的輸入的第1電壓信號和第2電壓信 號，基於接收到的第1電壓信號和第2電壓信號，檢測生成差分信號時的第1電壓信號和第 2電壓信號的振幅差，基於檢測結果，生成並輸出振幅差信號；以及增益控制部，其基於所述振幅差信號，進行使所述增益部中的放大率變化的控制。
19.根據權利要求17所述的集成電路裝置，其特徵在於， 所述差分信號生成部包含增益部，其構成為與規定端子上施加的電壓或流過的電流相應地使放大率變化；以及 增益控制部，其對所述規定端子上施加的電壓或流過的電流進行控制， 所述增益控制部構成為包含將多個電阻串聯或並聯連接而成的電阻陣列，通過切斷構成所述電阻陣列的電阻 體或導體的一部分，從而可以對增益部的規定端子上施加的電壓或流過的電流進行變更； 或者包含至少一個電阻體，通過切斷該電阻體的一部分，從而可以對增益部的規定端子上 施加的電壓或流過的電流進行變更。
20.一種聲音輸入裝置，其特徵在於，安裝有權利要求1至19中任意一項所述的集成電路裝置。
21.一種信息處理系統，其特徵在於，包含權利要求1至19中任意一項所述的集成電路裝置；以及 解析處理部，其基於所述差分信號，進行輸入聲音信息的解析處理。
22.一種信息處理系統，其特徵在於，包含聲音輸入裝置，其安裝有權利要求1至19中任意一項所述的集成電路裝置、和經由網 絡進行通信處理的通信處理裝置；以及主控計算機，其基於通過經由所述網絡進行通信處理而取得的所述差分信號，對輸入 至所述聲音輸入裝置的輸入聲音信息進行解析處理。
全文摘要
本發明提供一種集成電路裝置及聲音輸入裝置、以及信息處理系統，其具有配線基板(1200』)，該配線基板(1200』)包含構成第1傳聲器的第1振動膜(714-1)、構成第2傳聲器的第2振動膜(714-2)以及差分信號生成電路(720)，其中，差分信號生成電路接收由所述第1傳聲器取得的第1信號電壓和由所述第2傳聲器取得的第2信號電壓，生成表示所述第1及第2電壓信號之差的差分信號，由此，本發明可以實現外形較小且具有高精度的噪聲去除功能的聲音輸入元件。
文檔編號H04R1/40GK102037737SQ200980118650
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月20日 優先權日2008年5月20日
發明者堀邊隆介, 小野雅敏, 杉山精, 豬田嶽司, 田中史記, 福岡敏美, 高野陸男 申請人:株式會社船井電機新應用技術研究所, 船井電機株式會社