CN104469578A - 声响转换器及麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种声响转换器及麦克风，通过维持频率特性，且抑制施加了较大的空气压时的振动电极板的位移(变形)，避免静电容量型声响传感器等的应力集中或电极板的破损。基板(22)具有上下贯通的空洞(23)。以覆盖空洞(23)的上面开口的方式在基板(22)的上面配设振动膜(24)。在基板(22)的上面，以覆盖振动膜(24)的方式设置穹顶状的背板(28)。在背板(28)的下面，与振动膜(24)相对地设置固定电极板(29)。在背板(28)及固定电极板(29)上设有多个声孔(31)。在振动膜(24)的中央部设有开口(24a)，在开口(24a)内配置有调整部(25)。调整部(25)利用从背板(28)的下面向下方延伸的支承部(44)被支承。

Description

声响转换器及麦克风
技术领域
本发明涉及声响转换器及麦克风。具体而言，本发明涉及利用由振动电极板(振动膜)和固定电极板构成的电容器构造而构成的静电容量型声响转换器。本发明还涉及使用该声响转换器的麦克风。
背景技术
图1(A)是表示现有的静电容量型声响传感器(声响转换器)的构造的概略图。在该声响传感器11中，在由硅基板等构成的基板12上开设有空洞13，且以覆盖空洞13的上面开口的方式在基板12的上方设有振动膜14(振动电极板)。例如若为矩形的振动膜14的情况，则利用锚固件15在基板12的上面支承其四角部分。在基板12的上面形成有构成穹顶状的背板16，背板16覆盖振动膜14。在背板16的下面设有固定电极板17，固定电极板17与振动膜14相对。另外，在背板16及固定电极板17上开设有多个成为声响振动的通路的声孔18。在背板16的下面，以从固定电极板17突出的方式设有多个止动件19。止动件19为了防止振动膜14粘固(紧固)于固定电极板17上不能分离而设置。
在该声响传感器11中，当声响振动从空洞13进入时，振动膜14由于声响振动(空气压力的变化)而振动，由此，振动膜14和固定电极板17的距离发生变化。振动膜14和固定电极板17相互大致平行地相对而构成可变电容器，故而当振动膜14由于声响振动而振动时，声响振动变换成可变电容器的静电容量的变化。
但是，在这种静电容量型声响传感器11中，具有下面的问题，当对振动膜14施加较大的压力时，振动膜14或背板16破损。作为对振动膜14施加较大的压力的方式，例如具有：在声响传感器11的落下试验的情况下对振动膜14施加从空洞13进入的空气的压力的情况；使组装有声响传感器11的手机等设备落下的情况；对组装有声响传感器11的手机的通话口较强地吹入气息的情况；用指尖等敲扣通话口的情况；喷气机的冲击波进入空洞13的情况等。这样对振动膜14施加较大的压力P时，如图1(B)所示，振动膜14由于该压力P而大幅度挠曲，振动膜14与背板16碰撞。而且，即使振动膜14挠曲，对振动膜14施加的压力P也不会释放，因此，振动膜14和背板16按照图1(C)那样地进一步大幅度变形。其结果，振动膜14或背板16大幅度变形而有时破损或产生龟裂，在声响传感器11的破损耐性上存在问题。
此外，专利文献1公开的声响传感器中，以覆盖空洞的上面开口的方式设有振动膜，但振动膜未固定在基板上。另一方面，在背板下面设有锚固件。而且，该声响传感器中，当对振动膜和固定电极板之间施加偏置电压时，由于其静电吸引力而将振动膜向上方吸引，成为振动膜由锚固件支承的构造。
即使在专利文献1那样的构造的声响传感器中，为了维持频率特性，声响阻力较高，即压力不易释放，因此，在对振动膜施加较大的压力的情况下，担心引起图1(B)、图1(C)那样的现象，或振动膜或背板破损，或产生龟裂。
另外，在专利文献2公开的声响传感器中，在利用弹簧支承振动膜且对振动膜施加较大的压力的情况下，振动膜整体大幅度移动而成为释放空气压力的构造。
但是，在专利文献2的声响传感器中，不能独立地设计适于感知声响振动的弹簧和适于释放空气压力的弹簧，设计上的柔软性上欠佳。另外，弹簧是由与振动膜相同材料形成的、锯齿状弯曲的线状部件，因此，弹簧强度较弱。而且，由于振动膜整体移动，故而惯性力较大，而且，由于未设置背板，因此，振动膜上具有相对于压力以外的负荷、例如落下产生的加速度(惯性力)或制造工序中的外力等的强度较低的不良情况。
另外，在专利文献3公开的声响传感器中，与振动膜上面的边缘相对地设置板状的变形抑制部件(upper finger portion)，在振动膜大幅度变形时，振动膜与变形抑制部件抵接，抑制振动膜较大的变形。
在专利文献3那样的构造中，虽然能够抑制振动膜的变形，但在振动膜大幅度变形时，由于变形抑制部件的前端与振动膜的缘碰撞，故而在该部位产生应力集中，振动膜的强度容易劣化。
专利文献1：美国专利第6535460号说明书
专利文献2：美国专利第8111871号说明书
专利文献3：美国专利申请公开第2008/0031476号说明书
发明内容
本发明的目的在于提供一种声响转换器，通过维持声响振动检测时的频率特性，且抑制施加较大的空气压时的振动电极板(振动膜)的变形，从而能够避免应力集中或振动电极板及背板的破损。
本发明提供一种声响转换器，其具有：基板，其具有空洞；振动电极板，其配设在所述基板的上方，具有用于释放压力的空隙部；固定电极板，其以与所述振动电极板相对的方式配置在所述基板的上方；泄漏压调整部，其以如下方式配置，即，在所述振动电极板未变形时，防止通过所述空隙部的空气压的泄漏，在所述振动电极板受到压力而变形时，使所述空隙部分开而通过所述空隙部释放压力。在此，空隙部为开口或凹部(切口)、孔、缝隙状的间隙等能够释放压力的空间或间隙。
在本发明的声响转换器中，在振动电极板上设有空隙部，但在所述振动电极板未变形时，利用泄漏压调整部防止通过该空隙部的空气压的泄漏。因此，在感知通常的声响振动时，通过振动电极板的空隙部，声响振动不易直接穿过振动电极板，保持在声响阻力较大的状态。因此，在感知通常的声响振动的状态下，低频区域的频率特性不易降低。另一方面，在对声响转换器内施加较大的压力的情况下，振动电极板由于该压力而变形，由此，振动电极板的空隙部从泄漏压调整部分离。其结果，由于通过振动电极板的空隙部释放压力，故而抑制振动电极板的变形，防止振动电极板的破损或损伤。
本发明的声响转换器的一方面的特征在于，所述空隙部是形成于所述振动电极板的开口。在该方面中，所述泄漏压调整部也可以是收纳在未变形时的所述振动电极板的所述开口的板状部件。另外，所述泄漏压调整部也可以以将未变形的所述振动电极板的所述空隙部的上面开口和下面开口中的一方堵塞的方式与所述振动电极板的上面侧或下面侧相对地配置(此外，在本申请中，利用泄漏压调整部堵塞时不是密闭的意思)。在后者的情况下，也可以将以将未变形的所述振动电极板的所述空隙部的下面开口堵塞的方式设置的所述基板的一部分上面设为泄漏压调整部。在本方面，虽然在通常的动作状态下开口被泄漏压调整部堵塞而阻止压力的泄漏，但当振动电极板受到过量的压力而大幅度变形时，振动电极板的开口从泄漏压调整部分离，以能够释放压力。
本发明的声响转换器的另一方面的特征在于，所述空隙部是形成于所述振动电极板的边缘的、向振动电极板的内侧凹陷的凹部。在本方面，所述泄漏压调整部也可以是位于未变形时的所述振动电极板的所述凹部的板状部件。在该方面，虽然在通常的动作状态下可以利用泄漏压调整部堵塞凹部而阻止压力的泄漏，但当振动电极板由于过量的压力而大幅度变形时，振动电极板的凹部从泄漏压调整部分离而打开，以能够释放压力。
本发明的声响转换器的又一方面的特征在于，所述泄漏压调整部位于未变形的所述振动电极板的所述空隙部，在所述泄漏压调整部的边缘和所述空隙部的边缘之间形成有缝隙。这是由于，当泄漏压调整部和振动电极板接触时，阻碍动电极板的振动，声响转换器的灵敏度降低或S/N比降低。
在上述方面，优选所述缝隙的宽度为10μm以下。这是由于，当缝隙的宽度比10μm大时，声响转换器的低频区域的频率特性变差。
本发明的声响转换器的再一方面的特征在于，在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，在所述背板的与所述振动电极板相对侧的面设有支承部，所述泄漏压调整部被固定于所述支承部。根据该方面，泄漏压调整部被固定在背板，因此，在施加较大的压力时，能够使泄漏压调整部不会与振动电极板相同地变形或移动。
另外，优选所述支承部的水平截面面积(与基板的上面平行的截面的截面面积)比所述泄漏压调整部的面积小。如果支承部的水平截面面积比泄漏压调整部的面积小，则在振动电极板向支承部侧变形时，在支承部的外周面和振动电极板的空隙部的边缘之间产生间隙，故而能够通过该间隙释放压力。
另外，所述泄漏压调整部也可以由多个支承部支承。如果利用多个支承部支承泄漏压调整部，则泄漏压调整部的刚性增加，泄漏压调整部不易由于压力而变形。在该情况下，在所述支承部和所述支承部的中间，如果在所述背板上设置通孔，则容易从该通孔向外部释放压力。
本发明的声响转换器的其它方面的特征在于，所述泄漏压调整部固定于在所述基板的上面设置的支承部。根据该方面，在振动电极板利用设于基板上面的锚固件支承的情况下，能够同时制作锚固件和支承部。
本发明的声响转换器的另一其它方面的特征在于，在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，所述固定电极板以与所述振动电极板相对的方式设于所述背板，在所述背板及所述固定电极板上开设有多个声孔，从与所述基板的上面垂直的方向观察时，所述声孔的一部分与所述空隙部重合。根据该方面，容易从背板的声孔向外部释放通过了变形的振动电极板的空隙部的压力。
本发明的声响转换器的又一其它方面的特征在于，在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，所述固定电极板以与所述振动电极板相对的方式设于所述背板，在所述背板及所述固定电极板上开设有多个声孔，从与所述基板的上面垂直的方向观察时，所述声孔的一部分与所述缝隙重合。根据该方面，容易从背板的声孔向外部释放通过了变形的振动电极板的空隙部的压力。
本发明的声响转换器的再一其它方面的特征在于，在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，所述固定电极板以与所述振动电极板相对的方式设于所述背板，在所述背板及所述固定电极板上开设有多个声孔，从与所述基板的上面垂直的方向观察时，所述泄漏压调整部的宽度比所述声孔间的距离大。根据该方面，位于泄漏压调整部上方的声孔不易被振动电极板堵塞，能够可靠地排出过量的压力。
本发明的声响转换器的再一其它方面的特征在于，在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，所述固定电极板以与所述振动电极板相对且不与所述泄漏压调整部相对的方式设于所述背板。根据该方面，能够减小在泄漏压调整部和固定电极板之间产生的寄生电容。
本发明的声响转换器的再一其它方面的特征在于，在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，与所述振动电极板的邻接所述空隙部的区域相对而在所述背板上设有突起。根据该方面，施加较大的压力而变形的振动电极板与突起碰撞，因此，能够防止振动电极板紧固于固定电极板上不分离的情况。
本发明的声响转换器的再一其它方面的特征在于，所述空隙部设于所述振动电极板的位移较大的区域。根据该方面，能够有效地从空隙部释放压力。
本发明的声响转换器的再一其它方面的特征在于，所述振动电极板和所述泄漏压调整部由相同的材料以相同的厚度形成。在该方面中，能够利用同一材料且在同一工序中制作泄漏压调整部和振动电极板，声响转换器的制造简化。例如，通过在制造工艺中利用缝隙分割形成于所述基板上方的薄膜，能够形成具有所述空隙部的振动电极板和所述泄漏压调整部。
本发明的声响转换器通过与电路部组合，还可作为麦克风使用。
此外，用于解决本发明的上述课题的方案具有适当组合以上说明的构成要素的特征，本发明能够通过该构成要素的组合而进行多种变化。
附图说明
图1(A)是现有的静电容量型声响传感器的概略剖面图，图1(B)是表示对图1(A)的声响传感器施加较大的压力时，振动膜大幅度变形的情形的概略剖面图，图1(C)是表示利用图1(A)的声响传感器施加较大的压力时，振动膜和背板大幅度变形的情形的概略剖面图；
图2(A)是表示本发明实施方式1的声响传感器的平面图，图2(B)是表示从图2(A)所示的声响传感器拆除背板及固定电极板而使振动膜露出的状态的平面图；
图3是图2(A)所示的声响传感器的放大剖面图；
图4(A)及图4(B)是用于说明图2(A)所示的声响传感器的动作的概略剖面图；
图5是表示MEMS麦克风的典型的频率特性的图；
图6(A)～图6(C)是表示声响传感器中的支承部、泄漏压调整部和声孔的位置关系的图；
图7(A)是表示本发明实施方式2的声响传感器的概略剖面图，图7(B)是表示图7(A)所示的声响传感器中的支承部、泄漏压调整部和声孔的位置关系的图；
图8(A)是表示振动膜的开口及泄漏压调整部的变形例的图，图8(B)是表示振动膜的变形例的图；
图9(A)及图9(B)是表示声孔的不同排列的图；
图10是表示本发明实施方式3的声响传感器的概略剖面图；
图11是表示本发明实施方式4的声响传感器的概略剖面图；
图12(A)是表示本发明实施方式5的声响传感器的概略剖面图，图12(B)是表示从图12(A)所示的声响传感器拆除背板及固定电极板而使振动膜露出的状态的平面图；
图13是表示图12的声响传感器所使用的基板的立体图；
图14是表示本发明实施方式6的声响传感器的概略剖面图；
图15是表示本发明实施方式7的声响传感器的剖面图；
图16(A)是本发明实施方式8的声响传感器的概略剖面图，图16(B)是表示在图16(A)的声响传感器中从下方对振动膜施加较大的压力时的状态的概略剖面图；
图17(A)是图16(A)的声响传感器的、拆除背板的状态的平面图，图17(B)是图16(A)的声响传感器所使用的基板的平面图；
图18(A)是本发明实施方式9的声响传感器的、拆除背板的状态的平面图，图18(B)是对实施方式9的声响传感器施加压力时的概略剖面图；
图19(A)是本发明实施方式10的声响传感器的、拆除背板的状态的平面图，图19(B)是本发明实施方式10的变形例的声响传感器的、拆除背板的状态的平面图；
图20是内置有本发明的声响传感器的麦克风的概略剖面图。
标记说明
21、51、61、71、81、91、101、111、121：声响传感器
22：基板
23：空洞
24：振动膜
24a：开口
25：调整部(泄漏压调整部)
28：背板
29：固定电极板
31：声孔
41：缝隙
42：通风孔
43：止动件
44：支承部
122：凹部
141：麦克风
w：缝隙的宽度
具体实施方式
以下，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明。但是，本发明不限定于以下的实施方式，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种设计变更。
(实施方式1)
以下，参照附图说明本发明实施方式1的声响转换器、即声响传感器21。图4是本发明实施方式1的声响转换器即声响传感器31的分解立体图。图2(A)是表示本发明实施方式1的声响传感器的平面图。图2(B)是表示从图2(A)所示的声响传感器拆除背板28及固定电极板29而使振动膜24露出的状态的平面图。图3是声响传感器21的剖面图。
该声响传感器21是利用MEMS技术制作的静电容量型元件。如图3所示，该声响传感器21在硅基板等构成基板32之上经由锚固件27设置振动膜24(振动电极板)，在振动膜24的上方与振动膜24相对而设有固定电极板29。
在基板32上开设有从表面贯通到下面的矩形空洞23。在图示例中，空洞23被与基板32的上面垂直的面包围，但也可以被相对于基板32的上面倾斜的面包围而成为锥形。振动膜24以覆盖空洞23的上面开口的方式配置在基板22的上面。振动膜24由具有导电性的多晶硅薄膜形成大致矩形，振动膜24本身成为振动电极板。
如图2(B)所示，在振动膜24的中央部形成有空隙部即圆形的开口24a，在开口24a内配置有同样圆板状的泄漏压调整部25(以下，简称为调整部25)。振动膜24和调整部25不电接触也不机械性地接触，两者利用形成于开口24a的内周面和调整部25的外周面之间的圆形的缝隙41(间隙)分离。如后所述，缝隙41的宽度优选为10μm以下。
调整部25由与振动膜24同一材料、同一制造工艺形成。即，调整部25和振动膜24也可以在将多晶硅薄膜成膜后，通过蚀刻形成圆形的缝隙41，由此而分离。或者也可以以在从最初到振动膜24和调整部25之间形成缝隙41的方式形成多晶硅薄膜。因此，振动膜24和调整部25处于同一平面内，且具有相同的厚度。
在振动膜24的4个部位的角部分别向对角方向延伸有脚片26。在空洞23的外侧，在基板22的上面配置有4个锚固件27。脚片26利用锚固件27支承。这样，振动膜24以覆盖空洞23的上面开口的方式配置在基板22之上，从空洞23的上面开口及基板22的上面浮起。其结果，在基板22的上面和振动膜24的下面相对的间隙中形成用于使声响振动从振动膜24的下面侧向上面侧或从振动膜24的下面侧向上面侧通过的通风孔42。
如图3所示，在基板22的上面设有背板28。在由SiN构成的背板28的下面设有由具有导电性的多晶硅构成的固定电极板29。背板28形成穹顶状，且在其下方具有空洞部分，利用该空洞部分覆盖振动膜24。在固定电极板29的下面和振动膜24的上面之间形成有微小的空隙30。
在背板28和固定电极板29上，以从上面贯通到下面的方式穿孔有多个用于使声响振动通过的声孔31(声响孔)。如图2(A)所示，声孔31规则地排列。在图示例中，声孔31沿着相互成120°或60°的角度的3个方向排列成三角形，但也可以配置成矩形或同心圆状等。另外，在背板28的下面隔开适当间隔而突设有止动件43。该止动件43用于防止振动膜24由于静电吸引力等紧固于固定电极板29而不分离。
从背板28的下面中央部向下方延伸有1个支承部44，在支承部44的下面水平地固定有调整部25。支承部44的水平截面面积比调整部25的面积小。即，支承部44的直径比调整部25的直径小。但是，支承部44的截面形状不限于圆形或矩形等。
如图2(A)及图2(B)所示，引出配线32从振动膜24的1个脚片26延伸。引出配线32的前端与设于背板28的缘部上面的电极焊盘34连接。因此，电极焊盘34与振动膜24导通。另一方面，引出配线33从固定电极板29延伸，引出配线33的前端与设于背板28的缘部上面的电极焊盘35连接。因此，电极焊盘35与固定电极板29导通。
接着，说明声响传感器21感知声响振动时的动作和对振动膜24施加较大的压力时的声响传感器21的动作。图4(A)是表示声响传感器21的、未对振动膜24施加高负荷的压力的状态的概略剖面图。图4(B)是表示声响传感器21的、对振动膜24施加高负荷的压力的状态的概略剖面图。
在未对声响传感器21施加高负荷的压力而仅感知声响振动的情况下，振动膜24以图4(A)那样的平坦状态为中心以较小的振幅上下振动。振动膜24感应声响振动而振动时，由固定电极板29和振动膜24构成的可变电容器的静电容量变化，声响振动通过静电容量的变化而变换成电信号。
此时，若假定不存在调整部25，则成为在振动膜24的中央部具有开口24a的状态，因此，声响振动与其通过狭小的通风孔42，更易于穿过开口24a。因此，振动膜24的上面侧和下面侧之间的声响通路的声响阻力变小。若在振动膜24上没有开口24a时的声响传感器的频率特性设为图5中实线所示的曲线Q1，则在具有开口24a的情况下，声响阻力变小，因此，如图5中虚线所示的曲线Q2那样，声响传感器的灵敏度在低频区域中降低。
但是，在本实施方式的声响传感器21中，在振动膜24上开设有开口24a，但在声响振动的感知模式下，开口24a几乎被调整部25堵塞，因此，声响阻力不易降低，低频区域的声响传感器的灵敏度不易降低。
但是，当振动膜24和调整部25接触时，振动膜24的振动被调整部25阻碍，声响传感器21的灵敏度可能降低，或S/N比可能降低。因此，调整部25的面积比开口24a的开口面积稍小，使振动膜24和调整部25分离。即，在开口24a的内周面和调整部25的外周面之间设有大致一定宽度w的缝隙41。
另一方面，当缝隙41的宽度w过宽时，通风效果变强，经由缝隙41的排气过大，产生衰落频率的降低，且低频特性可能恶化。以下对该点进行详细叙述。
上述图5表示MEMS麦克风的典型的频率特性，该图的横轴为声响振动的频率(单位：Hz)，纵轴为相对灵敏度(单位：dB/dBr)。在图5中，由于上述相对灵敏度不依赖于声波的频率的范围，故而图表水平的范围为能够良好地检测声波的范围。该范围的下限的频率称为衰落频率f roll-off。
通常，衰落频率f roll-off依赖于声响振动的通路的声响阻力R ventholl和空洞23内的空气的柔性(空气弹性常数)C chamber，用下式表示。
f roll-off∝1/(R ventholl×C backchamber)…式(1)
声响阻力R ventholl也受到缝隙41的长度影响，但缝隙41的宽度w较宽时,声响阻力R ventholl降低。因此，根据上述式(1)，衰落频率f roll-off上升，其结果，低频特性恶化。例如，只要缝隙41的宽度w为10μm，则衰落频率f roll-off也成为500Hz以上。因此，当缝隙41的宽度w超过10μm时，低频特性显著恶化，音质被破坏。因此，优选缝隙41的宽度w为10μm以下。
在将该声响传感器21进行落下试验的情况、使组装有声响传感器21的设备落下的情况、向声响传感器21中吹入较强的气息的情况等，对振动膜24施加较大的压力。在从空洞23侧对声响传感器21施加较大的压力的情况下，振动膜24受到较大的压力P而变形，但调整部25由支承部44支承，因此，不会随着振动膜24移动。另外，调整部25比振动膜24小，故而即使受到较大的压力，调整部25也不会随着振动膜24变形。当振动膜24大幅度变形时，调整部25从开口24a脱离，使开口24a开放，在直径比调整部25小的支承部44的外周面和开口24a的内周面之间产生用于使压力P通过的空间。其结果，如图4(B)所示，压力P通过开口24a和声孔31向外部释放，减轻施加于振动膜24的压力，因此，振动膜24的变形变小。因此，振动膜24对背板28施加的冲击也变小，不易在振动膜24或背板28上产生较大的应力，在振动膜24或背板28上不易产生破损或龟裂(即，破损耐性提高)。
此时，为了从声孔31向外部顺畅地释放穿过开口24a的压力P，如图6(A)～图6(C)所示，优选从与基板22的上面垂直的方向观察时，声孔31的一部分与振动膜24的开口24a重合。在图6(A)中，利用设于声孔31之间的中央部的支承部44支承调整部25，使距支承部44最近的声孔31的一部分与开口24a重合。在图6(B)中，不在应设置声孔31的位置的1个部位设置声孔31，利用设于该部位的支承部44支承调整部25，使距支承部44最近的声孔31的一部分与开口24a重合。另外，在图6(C)中，使距支承部44最近的声孔31的整体与开口24a重合。
另外，调整部25的宽度比声孔31彼此之间的距离(边缘彼此的距离)大。这是由于，当调整部25的宽度比声孔31彼此之间的距离(边缘彼此的距离)小时，声孔31被振动膜24的边缘堵塞，用于释放压力P的通路被堵塞。
振动膜24的开口24a优选设于振动膜24进行最大幅度变形的部位、即振动膜24的中央部。这是由于，考虑到对振动膜24进行最大幅度变形的部位施加最大的压力，故而通过在该部位设置开口24a，释放压力的效果变大。
另外，根据声响传感器21，能够独立地设计适于感知振动膜24的声响振动的弹性常数和适于释放较大的压力的调整部25的弹性常数，因此，设计的自由度提高。另外，如果是声响传感器21这样的构造，则振动膜24也不会如专利文献2的声响传感器那样地由于落下时的惯性力或制造工艺中的外力等而大幅度挠曲，对压力以外的负荷的承受力也变强。
另外，在该实施方式中，在振动膜24未变形的状态下，振动膜24和调整部25处于同一平面上，仅被缝隙41分离，因此，能够将振动膜24和调整部25利用同一材料由同一成膜工艺制作，能够简化制造工艺。另外，能够通过1次光刻和1次蚀刻形成缝隙41，故而能够形成宽度狭窄的缝隙41，且能够增大声响阻力。由此，即使在形成缝隙41的情况下，也能够维持低频特性。
另外，在声响传感器21中，如图4(A)所示，优选的是，从与调整部25相对的区域、即与基板22的上面垂直的方向观察时，在与调整部25重合的区域未设置固定电极板29。这是由于，当调整部25与固定电极板29相对时，在两者之间产生的寄生容量变大。
另外，在背板28的下面，在与振动膜24的开口24a的缘部相对的区域配置有一部分止动件43。通过在该位置设置止动件43，能够防止由于较大的压力P而大幅度变形的振动膜24紧固于固定电极板29而不分离。
(实施方式2)
图7(A)是表示本发明实施方式2的声响传感器51的概略剖面图。图7(B)是表示将声响传感器51的背板28的中央部放大表示的平面图。
在声响传感器51中，使多个支承部44从背板28的下面中央部向下方延伸，且利用多个支承部44支承调整部25。如果利用多个支承部44支承调整部25，则调整部25的刚性变高，即使由于较大的压力，调整部25也不易变形，因此，能够防止变形的振动膜24的开口24a的边缘和调整部25的边缘的距离变短。
(关于变形例的记载)
在上述各实施方式中，开口24a及调整部25成为圆形，但开口24a及调整部25也可以是图8(A)所示那样的矩形或多边形。但是，在将开口24a及调整部25形成为矩形或多边形的情况下，优选将各个拐角和角部倒角来减轻应力集中，防止破损。
另外，振动膜24不限于矩形，也可以是圆形。在图8(B)所示的振动膜24中，利用固定于锚固件27的1个脚片26悬臂状地支承圆形的振动膜24。
另外，声孔31不限于上述那样配置成三角形的方式，也可以沿着正交的两个方向矩形地配置。例如，图9(A)表示在将声孔31配置成矩形的背板28的下方，利用1个支承部44支承调整部25的情形。图9(B)表示在将声孔31配置成矩形的背板28的下方，利用多个支承部44支承调整部25的情形。
(实施方式3)
图10是表示本发明实施方式3的声响传感器61的剖面图，其特征在于，在固定电极板29的上方设有振动膜24。在声响传感器61中，在基板22的上面经由绝缘层62设有平板状的背板28。在背板28的上面形成有固定电极板29。在空洞23的上方，在背板28及固定电极板29上开设有多个声孔31。另外，在背板28的上方，以与固定电极板29相对的方式配设有振动膜24。从振动膜24延伸的脚片26被设于背板28上面的锚固件27支承。
在振动膜24的中央部开设有开口24a，在开口24a内配置有调整部25。调整部25固定于在背板28的上面立起的支承部44的上端。
(实施方式4)
另外，振动膜24也可以如图11所示的声响传感器71那样地利用设于背板28的下面的锚固件27被支承在背板28的下面侧。
(实施方式5)
图12(A)是表示本发明实施方式5的声响传感器81的概略剖面图。图12(B)是表示从图12(A)所示的声响传感器拆除背板及固定电极板而使振动膜露出的状态的平面图。在声响传感器81中，利用在基板22上面立起的支承部44支承调整部25。如图13所示，为了设置支承部44，在基板22的空洞23内设有分隔壁状的伸出部22a，在空洞23的中央部，在伸出部22a的上面设有支承部44。调整部25固定于支承部44的上面。根据该实施方式，可以将支承部44和锚固件27利用同一材料由同一制造工艺制作。
(实施方式6)
图14是表示本发明实施方式6的声响传感器91的概略剖面图。在声响传感器91中，为了堵塞开口24a的下面，在振动膜24的下面配置有调整部25。在图示例中，调整部25被设于背板28下面的支承部44支承，但也可以如实施方式5那样地利用设于基板22上面的支承部44支承调整部25。
但是，在感知声响振动的模式时，若振动膜24干扰调整部25，则阻碍振动膜24的振动，因此，需要在调整部25的上面和振动膜24的下面之间设置恰当的距离d的间隙。但是，若该间隙变大，则声响阻力降低，因此，在该情况下，只要增大调整部25和振动膜24的重合量的长度e即可。
(实施方式7)
图15是表示本发明实施方式7的声响传感器101的剖面图。在该声响传感器101中，固定电极板29形成穹顶状，具有可得到必要刚性的程度的厚度。固定电极板29夹着绝缘层102而设于基板22的上面，覆盖配设于基板22上方的振动膜24。支承部44设于在基板22设置的桥状的伸出部22a的上面。固定于支承部44上面的调整部25位于振动膜24的开口24a内。另外，为了减小与调整部25之间的寄生电容，在与调整部25对应的区域中开设有固定电极板29。另外，为了防止振动膜24与固定电极板29接触而短路或粘固，在固定电极板29的下面以适当间隔设有由绝缘材料(例如，SiN)构成的止动件43。如该实施方式，声响传感器也可以不使用背板。
(实施方式8)
在上述各实施方式中，在通常的动作状态下，设于振动膜24的开口24a被调整部25堵塞，但也可以利用基板22的上面堵塞开口24a。
图16(A)是本发明实施方式8的声响传感器111的概略剖面图。图16(B)是表示在声响传感器111中从下方对振动膜24施加高负荷的较大的压力时的状态的概略剖面图。另外，图17(A)是声响传感器111的、拆除背板28的状态的平面图。图17(B)是声响传感器111使用的基板22的平面图。
在该声响传感器111中，如图17(A)所示，在振动膜24的中央部形成有开口24a。另一方面，在基板22的空洞23内，如图17(B)所示，在空洞23内设有隔壁状或梁状的伸出部22a，利用设于基板22的上面、即伸出部22a的中央部上面的、与开口24a相对的相对面113堵塞开口24a的下面。但是，伸出部22a的上面中，即使振动膜24感知声响振动时，在伸出部22a的上面和振动膜24的下面之间也形成有振动膜24不与伸出部22a接触的程度的间隙。
在该声响传感器111中，在感知通常的声响振动的情况下，如图16(A)所示，开口24a被基板22的上面(相对面113)堵塞，故而声响传感器111的声响阻力不易降低，能够维持声响传感器111的低频区域的特性。与之相对，在从下方对振动膜24施加高负荷的压力P的情况下，如图16(B)所示，振动膜24向上方浮起，因此，将开口24a开放，以从开口24a释放压力P。
(实施方式9)
图18(A)是表示本发明实施方式9的声响传感器121的、拆除背板28的状态的平面图。图18(B)是表示对声响传感器121施加高负荷的压力P的状态的概略剖面图。在实施方式9的声响传感器121中，如图18(A)所示，在振动膜24的缘边(外周部)形成有向振动膜24的内侧以切口状凹陷的空隙部即凹部122。凹部122优选到达空洞23的附近，另外，也可以到达空洞23的上方。而且，调整部25以嵌入的方式位于各凹部122中。调整部25由设于背板28下面的支承部44支承。调整部25位于与振动膜24相同的高度，利用缝隙41而与振动膜24分离。在该情况下，也优选缝隙41的宽度为10μm以下。
即使在声响传感器121中，如果从空洞23侧对振动膜24施加高负荷的压力P，则如图18(B)所示，振动膜24的缘边也浮起，在凹部122的位置产生用于释放压力的间隙。因此，通过释放高负荷的压力P，能够减小振动膜24的变形，并且能够避免振动膜24或背板28的破损。
另外，在该实施方式中，在从作为振动膜24的电极进行主要工作的区域(中央部)偏离的部位设有凹部122，因此，对声响传感器121的灵敏度的负影响变小。但是，在该实施方式中，能够不过分增大一个凹部122的面积，因此，优选将凹部122分成多个部位进行设置。
(实施方式10)
另外，用于释放压力的空隙部不限于圆形或矩形的开口，也可以是缝隙状的开口。例如，图19(A)是表示本发明实施方式10的声响传感器131的、拆除背板28的状态的平面图。在该例中，在振动膜24上设有缝隙状的开口24a，且使细长的矩形状的调整部25位于开口24a的内部。
另外，如图19(B)所示，在电极焊盘34设有缝隙状的细长开口24a，使设于基板22的伸出部22a与开口24a的下面相对，并利用调整部25即伸出部22a的上面防止空气压从开口24a泄漏。
(向麦克风的应用)
图20是内置有本发明的声响传感器、例如实施方式1的声响传感器21的底部端口型麦克风141的概略剖面图。该麦克风141在由电路基板142和盖143构成的封装内内置有声响传感器21和电路部即信号处理电路145(ASIC)。声响传感器21和信号处理电路145安装于电路基板142的上面。在电路基板142上开设有用于向声响传感器21内导入声响振动的声音导入孔144。声响传感器21以使空洞23的下面开口与声音导入孔144一致而覆盖声音导入孔144的方式安装于电路基板142的上面。因此，声响传感器21的空洞23成为前腔，封装内的空间成为后腔。
声响传感器21和信号处理电路145利用接合线146连接。另外，信号处理电路145利用接合线147与电路基板142连接。此外，信号处理电路145具有向声响传感器21供给电源的功能或向外部输出声响传感器21的容量变化信号的功能。
在电路基板142的上面，以覆盖声响传感器21及信号处理电路145的方式安装盖143。封装具有电磁屏蔽的功能，保护声响传感器21或信号处理电路145不受到来自外部的电磁干扰或机械性的冲击。
这样，从声音导入孔144进入空洞23内的声响振动由声响传感器21检测，且在利用信号处理电路145进行放大及信号处理后输出。在该麦克风141中，将封装内的空间设为后腔，因此，能够增大后腔的容积，并且能够使麦克风141高灵敏度化。
此外，在该麦克风141中，也可以在盖143的上面开设用于将声响振动导入封装内的声音导入孔144。在该情况下，声响传感器21的空洞23成为后腔，封装内的空间成为前腔。

Claims (23)

1.一种声响转换器，其特征在于，具有：
基板，其具有空洞；
振动电极板，其配设在所述基板的上方，具有用于释放压力的空隙部；
固定电极板，其以与所述振动电极板相对的方式配置在所述基板的上方；
泄漏压调整部，其以如下方式配置，即，在所述振动电极板未变形时，防止通过所述空隙部的空气压的泄漏，在所述振动电极板受到压力而变形时，使所述空隙部分开而通过所述空隙部释放压力。
2.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述空隙部是形成于所述振动电极板的开口。
3.如权利要求2所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部是收纳在未变形时的所述振动电极板的所述开口的板状部件。
4.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部以堵塞未变形的所述振动电极板的所述空隙部的上面开口和下面开口中的一方的方式与所述振动电极板的上面侧或下面侧相对地配置。
5.如权利要求4所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部是以堵塞未变形的所述振动电极板的所述空隙部的下面开口的方式设置的所述基板的一部分上面。
6.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述空隙部是形成于所述振动电极板的边缘的、向振动电极板内侧凹陷的凹部。
7.如权利要求6所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部是位于未变形时的所述振动电极板的所述凹部的板状部件。
8.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部位于未变形的所述振动电极板的所述空隙部，
在所述泄漏压调整部的边缘和所述空隙部的边缘之间形成有缝隙。
9.如权利要求8所述的声响转换器，其特征在于，
所述缝隙的宽度为10μm以下。
10.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
在所述基板的上方以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，
在所述背板的与所述振动电极板相对侧的面设有支承部，
所述泄漏压调整部固定在所述支承部。
11.如权利要求10所述的声响转换器，其特征在于，
所述支承部的水平截面面积比所述泄漏压调整部的面积小。
12.如权利要求10所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部由多个所述支承部支承。
13.如权利要求12所述的声响转换器，其特征在于，
在所述支承部和所述支承部的中间，在所述背板上设有通孔。
14.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述泄漏压调整部固定于在所述基板的上面设置的支承部。
15.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，
所述固定电极板以与所述振动电极板相对的方式设于所述背板，
在所述背板及所述固定电极板上开设有多个声孔，
从与所述基板的上面垂直的方向观察时，所述声孔的一部分与所述空隙部重合。
16.如权利要求8所述的声响转换器，其特征在于，
在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，
所述固定电极板以与所述振动电极板相对的方式设于所述背板，
在所述背板及所述固定电极板上开设有多个声孔，
从与所述基板的上面垂直的方向观察时，所述声孔的一部分与所述缝隙重合。
17.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，
所述固定电极板以与所述振动电极板相对的方式设于所述背板，
在所述背板及所述固定电极板上开设有多个声孔，
从与所述基板的上面垂直的方向观察时，所述泄漏压调整部的宽度比所述声孔间的距离大。
18.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，
所述固定电极板以与所述振动电极板相对且不与所述泄漏压调整部相对的方式设于所述背板。
19.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
在所述基板的上方，以与所述振动电极板相对的方式配置有背板，
与所述振动电极板的邻接所述空隙部的区域相对，在所述背板上设有突起。
20.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述空隙部设于所述振动电极板的位移较大的区域。
21.如权利要求1所述的声响转换器，其特征在于，
所述振动电极板和所述泄漏压调整部由相同的材料且以相同的厚度形成。
22.如权利要求21所述的声响转换器，其特征在于，
通过在制造工艺中利用缝隙分割形成于所述基板上方的薄膜，从而形成具有所述空隙部的振动电极板和所述泄漏压调整部。
23.一种麦克风，其具备权利要求1～22中任一项所述的声响转换器和将来自所述声响转换器的信号放大并向外部输出的电路部。
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