CN106688246A - 静电电容式转换器及音响传感器 - Google Patents

静电电容式转换器及音响传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种技术，在良好地维持检测音响时的频率特性的同时，通过抑制施加过大的压力时的振动电极膜过量变形，避免振动电极膜的破损。在将音响振动转换成振动电极膜(15)和背板(17)中的固定电极膜之间的静电电容的变化来进行检测的音响传感器中，在振动电极膜(15)受到过大的压力而变形时，通过一体设于背板(17)的凸部(17b)和振动电极膜(15)之间的相对移动，使由凸部(17b)和振动电极膜(15)的一部分之间的间隙形成的空气流路的流路面积增大，由此，释放被施加于振动电极膜(15)的压力。

Description

静电电容式转换器及音响传感器
技术领域
本申请涉及静电电容式转换器及具有该静电电容式转换器的音响传感器。更具体而言，本发明涉及由电容器构造构成的静电电容式转换器及音响传感器，所述电容器由使用MEMS技术形成的振动电极膜和背板构成。
背景技术
以往，作为小型麦克风，有时使用利用了称为ECM(驻极体电容式麦克风、ElectretCondenser Microphone)的音响传感器的麦克风。但是，ECM不耐热，而且，在数字化应对及小型化上，利用了使用MEMS(微机电系统、Micro Electro Mechanical Systems)技术制造的静电电容式转换器的麦克风(以下，均称为MEMS麦克风。)更为优异，因此，近年来，正在采用MEM S麦克风(例如，参照专利文献1)。
上述的静电电容式转换器中，有些是使用MEMS技术使受到压力而振动的振动电极膜隔着空隙与固定电极膜的背板对置配置。这种静电电容式转换器的形式可通过如下工序实现，例如，在硅基板上形成振动电极膜及覆盖振动电极膜的牺牲层后，在牺牲层上形成背板，之后除去牺牲层。MEMS技术由于这样应用半导体制造技术，因此能够得到极小的静电电容式转换器。
另一方面，使用MEMS技术制作的静电电容式转换器由薄膜化的振动电极膜及背板构成，因此，在承受过大压力的情况下等，振动电极膜大幅变形，可能发生破损。这种不良情况，除了在例如在静电电容式转换器内施加大声压的情况产生以外，还可在安装工序中吹气的情况或使该静电电容式转换器坠落的情况下产生。
对此，考虑如下应对措施，即，在振动电极膜上设置释放压力的孔，在施加过大的压力时，从该孔释放压力，但特别是在低音区域中，该应对措施有时导致灵敏度降低等作为静电电容式转换器的频率特性的恶化。
另外，具有振动电极膜和将该振动电极膜用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部，且阻塞部相对于背板或基板由支承结构支承成与振动电极膜的其它部分高度相同的MEMS转换器的发明众所周知。该发明中，振动电极膜响应膜两侧的压力差而进行位移，与阻塞部之间的流动路径扩大，由此，释放过大的压力(例如，参照专利文献2)。
但是，上述发明中，阻塞部和支承部件为不同部件，因此，不仅制造工序复杂，而且阻塞部还有可能从支承部件脱落而损坏功能等，不能说具有充分高的可靠性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2011－250170号公报
专利文献2：美国专利第8737171号说明书
专利文献3：美国专利第8111871号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的在于，提供一种能够以更简单的构造良好地维持检测音响时的频率特性，同时抑制过大的压力施加时的振动电极膜的过量变形而避免振动电极膜破损的技术。
用于解决课题的方案
用于解决上述课题的本发明提供一种静电电容式转换器，将振动电极膜的位移转换成振动电极膜和背板之间的静电电容的变化，其最大的特征在于，当振动电极膜承受过大压力而变形时，通过一体设于背板的凸状部分和振动电极膜的相对移动，使由该凸状部分和振动电极膜的一部分之间的间隙所形成的空气流路的流路面积增大，以此释放被施加于振动电极膜的压力。
更详细而言，一种静电电容式转换器，其具备：
基板，其表面具有开口；
背板，其以与所述基板的开口对置的方式配设；
振动电极膜，其以与所述背板之间隔着空隙与该背板对置的方式配设，
所述静电电容式转换器将所述振动电极膜的位移转换成该振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化，
所述静电电容式转换器还具备压力释放流路，该压力释放流路是由所述振动电极膜的一部分和一体设置于所述背板的凸状部分之间的间隙形成的空气的流路，在所述振动电极膜受到压力而变形时，通过该振动电极膜和一体设置于所述背板的凸状部分的相对移动而实现流路面积增大，由此释放被施加于所述振动电极膜的压力。
由此，例如在静电电容式转换器中，在过大的压力施加而使振动电极膜大幅变形时，通过振动电极膜和一体设于背板的凸状部分的相对移动，压力释放流路的流路面积增大。由此，当静电电容式转换器中施加有过大的压力而使振动电极膜大幅变形时，能够自动释放被施加于振动电极膜的压力。其结果，能够抑制振动电极膜由于过大的压力而破损。
另外，由此，压力释放流路由振动电极膜的一部分和一体设于所述背板的凸状部分的间隙形成，因此，可直接利用原本因压力施加而相对移动的部件本身，能够简化装置构造。
另外，本发明中，所述背板的周边部的至少一部分弯曲而形成侧面，并且，所述背板在该侧面的前端部固定于所述基板上，所述压力释放流路由所述振动电极膜的端面和一体形成于所述背板的侧面的凸状部分之间的间隙形成，在所述振动电极膜受到压力而变形时，通过该振动电极膜的端面和形成于所述背板的侧面的凸状部分相对移动而错开，使所述振动电极膜的端面和所述背板的侧面之间的间隙增大，由此释放被施加于所述振动电极膜的压力。
即，在该情况下，背板的周边部的至少一部分弯曲而形成侧面，并且，所述背板在该侧面的前端部固定于所述基板上，所述压力释放流路由所述振动电极膜的端面和一体形成于所述背板的侧面的凸状部分之间的间隙形成，在所述振动电极膜受到压力而变形时，通过该振动电极膜的端面和形成于所述背板的侧面的凸状部分相对移动而错开，使所述振动电极膜的端面和所述背板的侧面之间的间隙增大，由此释放被施加于所述振动电极膜的压力。
即，这种情况下，背板的周边部的至少一部分弯曲而形成侧面，该侧面的前端部固定于所述基板上，由此，背板与基板结合。另外，由振动电极膜的端面和一体形成于背板的侧面的凸状部分之间的间隙形成压力释放流路。并且，在振动电极膜受到压力而变形时，通过该振动电极膜的端面和形成于背板的侧面的凸状部分相对移动而错开，使振动电极膜的端面和背板的侧面之间的间隙增大。由此，压力释放流路的流路面积增大，施加于振动电极膜的压力被释放。
由此，通过例如使背板侧面在中途向外侧弯曲，形成与振动电极膜的端面对置的凸部的简单的构造，能够抑制施加过大的压力时的振动电极膜的破损。
另外，本发明中，所述凸状部分为凸状的柱构造，所述压力释放流路由设置于所述振动电极膜的孔和从所述背板朝所述振动电极膜侧一体设置的凸状的柱构造之间的间隙形成，至少所述凸状的柱构造的前端部具有比所述孔的直径小的直径，并且，在所述振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，所述凸状的柱构造侵入所述孔，在所述振动电极膜受到压力而变形时，该振动电极膜和所述背板的凸状的柱构造相对移动，解除所述凸状的柱构造向所述孔的侵入，由此，释放被施加于所述振动电极膜的压力。
即，在该情况下，压力释放流路由设于振动电极膜的孔和从背板一体设于振动电极膜侧的凸状的柱构造的间隙形成。另外，柱构造至少在前端部，其直径比孔的直径小，在振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，凸状的柱构造进入孔。而且，振动电极膜受到压力而变形时，振动电极膜和背板的柱构造相对移动，凸状的柱构造从孔离开，由此，使孔的整个面露出。由此，释放对振动电极膜施加的压力。
由此，在振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，背板的凸状的柱构造侵入振动电极膜的孔，由此，可以更可靠地抑制空气从孔的泄漏，良好地维持音响传感器的频率特性。而且，如果振动电极膜因施加过大的压力而变形规定量，背板的凸状的柱构造就从振动电极膜的孔脱离而释放孔，因此，在施加的压力达到规定的压力为止，压力释放流路的流路面积以较小的状态稳定地维持，且在施加的压力达到规定的压力时急剧增加。
因此，直到施加的压力刚好达到上述的规定压力为止，能够尽可能良好地维持静电电容式转换器的频率特性。而且，在施加的压力达到规定的压力的情况下，可以一下子释放压力。此外，即使在背板的凸状的柱构造从振动电极膜的孔离开而释放孔的状态下，向孔流入的空气通过振动电极膜和从背板一体设于振动电极膜侧的凸状的柱构造的间隙而流入，因此，压力释放流路由振动电极膜的一部分和一体设于背板的凸状部分的间隙形成这一点不会改变。此外，上述说明中，“侵入”表示凸状的柱构造进入振动电极膜的孔，包含凸状的柱构造的前端到达振动电极膜的相反侧的面，或从相反侧的面进一步突出的情况，以及凸状的柱构造的前端在振动电极膜的厚度的中途停止的情况。
另外，本发明中，所述凸状部分为凸状的柱构造，所述压力释放流路由设置于所述振动电极膜的孔和从所述背板朝所述振动电极膜侧一体设置的凸状的柱构造之间的间隙形成，所述凸状的柱构造具有比所述孔的直径大的直径，并且，在所述振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，所述凸状的柱构造的前端从所述背板侧覆盖所述孔，在所述振动电极膜受到压力而变形时，该振动电极膜和所述背板的凸状的柱构造相对移动，所述凸状的柱构造的前端从所述孔离开，由此，释放被施加于所述振动电极膜的压力。
即，在该情况下，压力释放流路由设于振动电极膜的孔和从背板一体设于振动电极膜侧的凸状的柱构造之间的间隙形成。另外，柱构造的直径比振动电极膜的孔的直径大，在振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，柱构造的前端从背板侧覆盖振动电极膜的孔。而且，振动电极膜受到压力而变形时，振动电极膜和背板的柱构造相对移动，柱构造的前端从振动电极膜的孔离开，由此，空气向孔的流入变得容易。由此，释放被施加于振动电极膜的压力。
由此，当振动电极膜从受到压力而变形之前的状态受到压力而变形时，能够根据其变形量缓慢地增加压力释放流路的流路面积。因此，可以使振动电极膜的工作稳定，在频繁地施加过大压力的环境下，提高装置的可靠性及耐久性。
另外，本发明中，也可以在所述振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，所述凸状的柱构造贯通所述孔，该柱构造的前端相对于所述振动电极膜位于所述背板的相反侧。
由此，振动电极膜在开始变形后不会立即使背板的凸状的柱构造从振动电极膜的孔离开，能够将可良好地维持静电电容式转换器的频率特性的压力范围确保为一定范围以上。另外，通过恰当地设定柱构造的前端的位置，能够适当调整作为使压力释放流路的流路面积急剧增加的阈值的压力值。
另外，本发明中，所述凸状的柱构造的直径可以随着从该凸状的柱构造的前端朝向所述背板而增大或者恒定。根据前者的构造，在凸状的柱构造从振动电极膜的孔脱离前，可以逐渐增加压力释放流路的流路面积，从而逐渐增加用于释放压力的空气的流量。另外，根据后者的构造，在凸状的柱构造从振动电极膜的孔脱离之前，可以使压力释放流路的流路面积不变，从而直到凸状的柱构造从孔脱离为止，使用于释放压力的空气的流量不变。这样，凸状的柱构造从振动电极膜的孔脱离为止的压力释放的方式的变形例得以扩展。
另外，本发明中，所述凸状的柱构造可以通过与所述振动电极膜不同的成膜工序形成。另外，所述凸状的柱构造也可以与所述背板通过同一个成膜工序而形成。凸状的柱构造与背板通过同一个成膜工序形成，可简化制造工序，并且能够进一步提高凸状的柱构造和背板的一体性，提高可靠性。
另外，本发明中，所述振动电极膜可以在锚固部固定于所述基板上，并且，在该锚固部以外的部位与所述基板及所述背板不接触。由此，能够使振动电极膜的运动或位移更顺畅，使静电电容式转换器的工作更稳定化。
另外，本发明中，所述背板可以具有多个穿孔。另外，所述基板可以避开与一体设置于所述背板的凸状的柱构造对置的部分而配置。由此，在解除向凸状的柱构造的侵入时，能够更有效地释放压力。另外，本发明中，所述背板可以与所述基板对置配置，所述凸状的柱构造从所述背板朝向所述基板侧设置，并且，所述凸状的柱构造的前端与所述基板的所述背板侧的表面位于同一面或者位于比该表面更靠背板侧的位置。根据该结构，能够更容易地在基板上通过膜形成一体形成背板和凸状的柱构造。
另外，本发明中，所述背板可以在中央部具有固定电极膜，所述凸状部分可以设置于所述背板上的所述固定电极膜的外侧。由此，能够确保固定电极膜的面积，提高转换器的灵敏度。另外，本发明中，所述凸状部分可以设于所述背板的中央部。由此，在以更良好的灵敏度位移的部分形成凸状部分，当对振动电极膜施加较大的压力时，能够以更良好的灵敏度释放压力。
另外，本发明中，所述凸状的柱构造的侧面可以形成锥面，该锥面相对于所述背板的倾斜角为60度以上85度以下。由此，能够抑制凸状的柱构造的侧面上的应力集中，相对地增强凸状的柱构造的强度。另外，凸状的柱构造通过半导体制造工艺成膜形成，结果，能够提高侧面上的膜质量本身，从这一点看，也能够增强强度。另外，在例如将凸状的柱构造的侧面垂直形成的情况下，有时凸状的柱构造的底的膜形成状态恶化，形成底部的膜的膜厚变薄且导致强度降低，但通过将凸状的柱构造的侧面的倾斜角设为上述的范围，能够抑制这种强度降低。
另外，本发明中，所述振动电极膜可以具有大致长方形的形状，并且在设置于四角的固定部进行固定，在所述背板上，所述凸状部分在俯视时的所述振动电极膜的四角且在相当于所述固定部的内侧的部分设置有4处。
由此，能够将凸状部分配置于背板的固定电极膜的外侧，无需减少背板的固定电极膜的面积就能够抑制对音响性能的影响。另外，凸状部分只形成于振动电极膜中靠近固定部的位移量小的部分，因此，凸部难以从压力释放孔脱离，直到大声压为止，能够维持频率特性。另外，耐气压性和频率特性得以平衡，可提高设计的自由度。
另外，本发明中，所述凸状部分可以在所述背板上的中央部设置有1处。由此，凸状部分的数量少，因此能够减少频率特性的不均。另外，凸状部分只形成于振动电极膜的位移量大的中央部，因此，凸状部分容易从压力释放孔脱离，即使在较低的压力下，也能够发挥压力释放的功能。另外，即使在俯视时基板与振动电极膜及背板重叠的情况下，也能够增大基板的中央侧端面和凸状部分间的距离，抑制重叠的影响。
另外，本发明中，在所述背板上，所述凸状部分还可以在俯视时相当于所述振动电极膜的四边的中央部的部分设置有4处，从而合计设置有8处。由此，能够增大压力释放流路的整体流路面积，提高耐气压性。另外，直到施加较大的压力为止，凸状部分不会离开孔，因此，即使在大声压下，也能够维持频率特性。另外，避开背板的中央部设置凸状部分，因此，能够减轻背板的翘曲变形。此外，在振动电极膜的位移量较大的部分，无需减少背板的固定电极膜的面积就能够抑制对音响性能的影响。
另外，本发明中，所述凸状部分可以进一步在所述背板的中央部设置1处，从而合计设置有9处。由此，能够进一步提高耐气压性。另外，直到更大的压力为止，凸状部分不会离开孔，因此，即使在大声压下，也能够维持频率特性(对大声压使用有利)。
另外，本发明中，也可以在所述振动电极膜受到压力而变形之前，在所述凸状的柱构造侵入到所述孔的状态下，所述凸状的柱构造和所述孔之间的间隙为单侧0.2μm以上20μm以下。由此，能够在作为音响特性的频率特性中的低频区域的衰减量和凸状部分与孔的接触风险之间获得良好的平衡。
另外，本发明中，俯视时所述背板可以避开设置有所述凸状部分的部位而具有所述固定电极膜，且将所述凸状部分和所述固定电极膜之间的距离设为1μm以上15μm以下。由此，能够在设置凸状部分引起的固定电极膜的电极面积的损失降低效果和在凸状部分附近混入导电性的异物时的短路的危险性之间获得良好的平衡。
另外，本发明中，所述背板和所述振动电极膜之间的间隙的大小，可以在所述凸状部分的周围的规定范围内比在该规定范围外大。由此，在凸状部分的附近混入导电性的异物的情况下，能够降低异物引起的振动电极板的位移量，降低对作为音响特性的频率特性的影响。
另外，本发明中，所述背板上的声孔的大小，可以在所述凸状部分的周围的规定范围内比在该规定范围外小。由此，能够降低异物从凸状部分的附近的音孔侵入的概率，降低在背板上的凸状部分附近堆积或夹持异物的概率。
另外，本发明中，所述背板上的所述凸状部分的周围的规定范围内的声孔和设置于所述振动电极膜的孔，以俯视时至少一部分重叠的方式配置。由此，能够在凸状部分的周围形成贯通振动电极膜和背板双方的空间，使异物能够容易地通过该空间。其结果，能够降低在凸状部分附近堆积或夹持异物的概率。
另外，本发明也可以提供一种音响传感器，其具有以上说明所记载的静电电容式转换器，将声压转换成所述振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化而检测出来。由此，对于音响传感器，在良好地维持检测音响时的频率特性的同时，通过抑制施加过大的压力时的振动电极膜的过量变形，能够避免振动电极膜的破损。其结果，可得到频率特性良好且可靠性高的音响传感器。
此外，用于解决以上说明的课题的方案可以适宜组合使用。
发明效果
根据本发明，静电电容式转换器能够良好地维持检测压力时的频率特性，并且，抑制过大的压力施加时的振动电极膜的过量变形，避免振动电极膜的破损。其结果，能够更良好地维持静电电容式转换器的性能，同时提高可靠性。
附图说明
图1是表示通过MEMS技术制造的现有的音响传感器的一例的立体图；
图2是表示现有的音响传感器的内部结构的一例的分解立体图；
图3是用于说明过大的压力突然施加于音响传感器的情况的图；
图4是针对过大的压力突然施加于音响传感器的情况，用于说明现有的措施的图；
图5是表示本发明实施例1中的音响传感器的振动电极膜及背板附近的图；
图6是用于说明本发明实施例1的压力释放孔及凸部的施加的图；
图7是表示具有振动电极膜及将振动电极膜利用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部，且将阻塞部相对于背板由支承结构支承的现有技术和本发明的实施例1的作用效果差异的图；
图8是表示具有振动电极膜及将振动电极膜利用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部，且将阻塞部相对于背板由支承结构支承的现有技术和本发明的实施例1的作用效果差异的图；
图9是表示实施例1中的凸部及压力释放孔附近的尺寸关系的图；
图10是用于说明实施例1中的背板的凸部与硅基板之间的关系的图；
图11是用于说明实施例2中的振动电极膜的压力释放孔及背板的凸部的作用的图；
图12是用于说明实施例3中的振动电极膜及背板的凸部的作用的图；
图13是实施例4中的音响传感器的振动电极膜及背板附近的概略图；
图14是表示实施例4中的音响传感器的振动电极膜及背板附近的其它例子的概略图；
图15是表示实施例5中的音响传感器的振动电极膜及背板的、凸部附近的构造的概略图；
图16是在实施例6中的音响传感器的振动电极膜及背板上将压力释放孔和凸部的组合设置1组及4组时的、振动电极膜及背板的平面图；
图17是在实施例6中的音响传感器的振动电极膜及背板上将压力释放孔和凸部的组合设置8组及9组时的、振动电极膜及背板的平面图；
图18是表示实施例7中的设于背板的凸部和设于振动电极膜的压力释放孔的组合的附近的剖面图；
图19是横轴表示异物大小、纵轴表示异物数的分布的图；
图20是表示实施例8中的设于背板的音孔、凸部和设于振动电极膜的压力释放孔的周边状态的剖面图；
图21是表示实施例9的背板上的音孔、凸部及振动电极膜上的压力释放孔的位置关系的剖面图；
图22是用于说明背板上的凸部、振动电极膜的压力释放孔附近的各部分尺寸关系的图。
具体实施方式
＜实施例1＞
以下，参照附图说明本申请发明的实施方式。以下所示的实施方式为本申请发明的一个方式，不限定本申请发明的技术范围。此外，本发明可以适用于所有的静电转换器，但在以下，说明将静电转换器用作音响传感器的情况。但是，如果本发明的音声转换器能够检测振动电极膜的位移，则也可以用作音响传感器以外的传感器。例如，除了压力传感器以外，也可以用作加速度传感器或惯性传感器等。另外，也可以用作传感器以外的元件，例如用作将电信号转换成位移的扬声器等。
图1是表示通过MEMS技术制造的现有的音响传感器1的一例的立体图。另外，图2是表示音响传感器1的内部结构的一例的分解立体图。音响传感器1是在设有后腔2的硅基板(基板)3的上面叠层了绝缘膜4、振动电极膜(隔膜)5及背板7的叠层体。背板7具有在固定板6上成膜有固定电极膜8的结构，在固定板6的硅基板3侧配置有固定电极膜8。在背板7的固定板6上整面设置有多个作为穿孔的音孔(图1或图2所示的固定板6的阴影的各点相当于各个音孔)。另外，在固定电极膜8的四角中的一角设有用于取得输出信号的固定电极片10。
在此，硅基板3可以由例如单晶硅形成。另外，振动电极膜5可以由例如导电性的多晶硅形成。振动电极膜5为大致矩形的薄膜，在振动的大致四边形的振动部11的四角设有固定部12。而且，振动电极膜5以覆盖后腔2的方式配置于硅基板3的上表面，且在作为锚固部的4个固定部12固定于硅基板3上。振动电极膜5的振动部11感应声压而上下振动。
另外，在4个固定部12以外的部位，振动电极膜5既不与硅基板3接触，也不与背板7接触。因此，能够感应声压而更顺畅地上下振动。另外，在振动部11四角的固定部12中的1个固定部设有振动膜电极片9。设于背板7的固定电极膜8，与振动电极膜5中除四角的固定部12以外的振动部分对应地设置。由于振动电极膜5中四角的固定部12不感应声压而振动，振动电极膜5和固定电极膜8之间的静电电容不会改变。
当声音到达音响传感器1时，声音通过音孔，对振动电极膜5施加声压。即，通过该音孔将声压施加于振动电极膜5。另外，通过设置音孔，背板7和振动电极膜5之间的空气间隙中的空气容易逃逸至外部，能够减轻热杂音，减少噪声。
在音响传感器1中，通过上述的结构，接收声音而使振动电极膜5振动，振动电极膜5和固定电极膜8之间的距离变化。当振动电极膜5和固定电极膜8之间的距离变化时，振动电极膜5和固定电极膜8之间的静电电容变化。因此，在与振动电极膜5电连接的振动膜电极片9和与固定电极膜8电连接的固定电极片10之间施加直流电压，通过将上述静电电容的变化作为电信号输出，能够将声压作为电信号进行检测。
接着，说明上述现有的音响传感器1中产生的不良情况。图3是表示过大的压力施加于音响传感器1的情况的示意图。如图3所示，在过大的压力施加于音响传感器1的情况下，大压力从设于背板7的音孔7a施加于振动电极膜5的振动部11，在振动部11产生大的应变，有时导致振动电极膜5破损。这种不良情况，除了在例如向音响传感器1施加过大的空气压的情况以外，还可以在音响传感器1坠落的情况等产生。
对此，考虑图4所示的措施。即，如图4(a)所示，通过在振动电极膜5设置用于释放施加压力的孔5a，如图4(b)所示，在从音响传感器1的背板7的音孔7a施加有过大的压力的情况下，通过从孔5a释放压力，能够防止振动电极膜5的破损。但是，如果在振动电极膜5上设置上述常开的孔5a，虽然耐压性得以提高，但特别是在低音区域中容易产生灵敏度降低即，频率响应性降低(roll off)，发生音响传感器1的频率特性恶化的不良情况。
另外，考虑具有振动电极膜和该将振动电极膜利用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部，使阻塞部相对于背板由支承结构支承成与振动电极膜的其它部分高度相同的应对措施。该应对措施中，通过振动电极膜响应膜两侧的压力差而位移，与阻塞部之间的流路扩大，由此释放过大的压力(例如，参照专利文献2)。
但是，该应对措施存在以下的不良情况。首先，阻塞部使用非常薄的振动电极膜的一区域构成，因此，容易破损。另外，盖状的阻塞部相对于背板使用由棒状的其它部件构成的支承结构支承，因此，不仅制造工序复杂，而且阻塞部可能从支承结构破损脱落。
另外，在该应对措施中，通过振动电极膜响应膜两侧的压力差而位移，使该振动电极膜和将振动电极膜利用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部之间的流动路径扩大，释放过大的压力。即，将振动电极膜与将振动电极膜利用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部的间隙，也就是薄膜彼此之间的间隙用作流路，因此，当受到较大压力而振动电极膜的振幅变大时，即使在使用压力范围内，阻塞部和振动电极膜的位置也会错开膜厚以上，成为流路略微扩大的状态，音响传感器1的频率特性可能变得不稳定。
对于上述的不良情况，本实施例中，在振动电极膜上具备释放被施加的压力的孔，而且，在振动电极膜变形前的状态下，背板的一部分即形成凸状的柱构造将孔贯通而至少封闭其一部分，并且，在振动电极膜受到压力而变形的状态下，通过振动电极膜和背板的相对移动来解除背板的柱构造对孔的贯通，使孔的整体露出，由此，释放施加于振动电极膜的压力。
图5中表示本实施例中的音响传感器的振动电极膜15及背板17附近的概略图。图5(a)是振动电极膜15的平面图，图5(b)是振动电极膜15及背板17、基板13的截面B－B′的剖面图。如图5(a)所示，本实施例中，在振动电极膜15的振动部21的四角设有压力释放孔15b。而且，如图5(b)所示，在向振动电极膜15施加过大的压力之前的状态下，通过一体地凸出设置于背板17的柱构造即凸部17b贯通压力释放孔15b，封闭压力释放孔15b。此外，在将背板17通过半导体制造工序形成时，该凸部17b同时作为背板17的一部分而形成。
接着，使用图6说明上述的压力释放孔15b及凸部17b的作用。图6(a)表示过大的压力施加于振动电极膜15之前的状态。图6(b)表示由于过大的压力施加于振动电极膜15，振动电极膜15大幅变形的状态。如图6(a)所示，在振动电极膜15变形前的状态下，背板17的凸部17b贯通设于振动电极膜15的压力释放孔15b而成为封闭的状态，在该状态下，在压力从背板17侧施加于振动电极膜15的情况下，通过压力释放孔15b的空气的量较少，不能充分释放压力。
但是，在过大的压力施加于振动电极膜15的情况下，由于该压力，振动电极膜15大幅变形，如图6(b)所示，向离开背板17的方向变形。于是，凸部17b从压力释放孔15b脱离(解除贯通)，解除压力释放孔15b的封闭。由此，使压力施加于振动电极膜15的空气从压力释放孔15b向图中下侧泄漏，瞬间释放施加于振动电极膜15的压力。由此，能够抑制凸部17b从压力释放孔15b脱离后的振动电极膜15进一步变形，避免振动电极膜15的破损。
如上所述，在本实施例中，通常动作时，即未向振动电极膜15施加过大的压力，振动电极膜15并未大幅变形的状态下，凸部17b贯通而封闭压力释放孔15b，因此，可抑制音响传感器10的频率特性恶化。而在过大的压力施加于振动电极膜15，振动电极膜15大幅变形的状态下，凸部17b脱离压力释放孔15b(解除凸部17b对压力释放孔15b的贯通)，解除该封闭，因此，能够从压力释放孔15b充分释放压力。其结果，可抑制振动电极膜15的进一步变形，并且能够避免向音响传感器1施加过大的压力所引起的振动电极膜15的破损。
而且，本实施例中，通过一体设于背板17的凸部17a和设于振动电极膜15的压力释放孔15b的相对移动来实现上述的功能，因此，可简化构造，并且能够提高可靠性。
另外，图7及图8表示现有技术(例如，参照专利文献2)与本实施例的作用效果的差异，其中，现有技术具有振动电极膜105和将振动电极膜利用狭缝划分而分离的作为一区域的阻塞部105a，且将阻塞部105a相对于背板107由支承结构107a支承。图7(a)表示上述现有技术的情况，图7(b)表示本实施例的情况。
如图7(a)所示，上述现有技术中，利用振动电极膜105和具有与振动电极膜105相同厚度的阻塞部105a之间的间隙，即利用薄膜彼此之间的间隙来调整压力的释放的有无，因此，当施加有较大的压力而使振动电极膜105的位移成为与膜厚相同程度以上时，即使该位移处于使用声压范围，阻塞部105a和振动电极膜105之间的间隙也将急剧变大，可能导致频率特性的恶化(低频下的灵敏度降低)。
相比之下，根据本实施例，即使施加有较大的压力而使振动电极膜105的位移成为与膜厚相同程度以上，如图7(b)所示，只要维持凸部17b贯通振动电极膜15的状态，振动电极膜15和凸部17b之间的间隙也大致不变，能够使频率特性稳定。
另外，如图8(a)所示，在上述现有技术中，在制造工序中振动电极膜105的压力释放孔105b附近翘曲而平面性恶化的情况下，通常动作时，即在未向振动电极膜15施加过大的压力，振动电极膜15未大幅变形的状态下，阻塞部105a和振动电极膜105之间的间隙也会变大，有可能导致频率特性的恶化(低频下的灵敏度降低)。
相比之下，根据本实施例，即使在制造工序中振动电极膜105的压力释放孔105b附近翘曲而平面性恶化的情况下，如图8(b)所示，只要凸部17b贯通振动电极膜15的状态被维持，振动电极膜15和凸部17b之间的间隙就会大致不变，能够使频率特性稳定。即，根据本实施例，可抑制制造工序中的偏差对音响传感器1的特性造成的影响。
另外，上述现有技术中，在实际的动作时，如果不在振动电极膜105和背板107之间施加电压来储存电荷，就不会形成电容器，因此，要在振动电极膜105和背板107之间施加电压的基础上承受声压。即，在不施加电压的初始状态下，以已经将振动电极膜105整体拉拽至背板107侧的状态进行工作。因此，阻塞部105a和周围的振动电极膜105在膜厚方向的重合从初始状态进一步变小而有可能变得不稳定。另外，还存在阻塞部105a和周围的振动电极膜105的膜厚方向的重合被施加电压的不均控制的不良情况。
相比之下，根据本实施例，不存在阻塞部105a和周围的振动电极膜105在膜厚方向的重合从初始状态变得不稳定，或阻塞部105a和周围的振动电极膜105在膜厚方向的重合被施加电压的不均控制的不良情况。
图9中表示本实施例中的凸部17b及压力释放孔15b附近的尺寸关系。附图中，凸部17b贯通压力释放孔15b的状态下的两者间的间隙的大小可以根据要求的频率特性进行变更。另外，凸部17b的前端从振动电极膜15的突出量优选为振动电极膜15的膜厚的1/2以上。通常使用状态下的振动电极膜15的位移大多为膜厚的1/2以下，因此，如果凸部17b的前端从振动电极膜15的突出量在上述范围，则在不向振动电极膜15施加过大的压力，振动电极膜15未大幅变形的状态下，能够维持凸部17b对压力释放孔15b的贯通状态。更具体而言，上述突出量优选为0.1μm以上10μm以下。
另外，音响传感器1中，优选比施加着使用音量范围的最大声压时的振动电极膜15的位移量大。由此，只要是在使用音量范围内使用音响传感器1，就可得到稳定的频率特性。另外，对于解除凸部17b对压力释放孔15b的贯通，优选设定为施加的压力在200Pa以上的情况。如果这样，对于低于200P a的压力范围，音响传感器1可得到稳定的频率特性。
此外，本实施例中，在从背板17侧向振动电极膜15施加压力的情况下，如上所述，凸部17b从压力释放孔15b脱离而解除其封闭，因此，可防止振动电极膜15的过量变形。另一方面，在从背板17的相反侧向振动电极膜15施加压力的情况下，振动电极膜15向靠近背板17的方向变形，因此，凸部17b不会脱离压力释放孔15b。
在此，严格而言，凸部17b具有随着朝向背板17侧而直径稍微变粗，随着朝向背板17的相反侧而直径稍微变细的圆锥台形状。因此，在从背板17侧向振动电极膜15施加压力的情况下，凸部17b和压力释放孔15b之间的间隙变宽。由此，即使凸部17b不脱离压力释放孔15b，随着振动电极膜15的变形变大，来自压力释放孔15b的压力释放的程度变高(压力释放孔15b中的空气的流量变多)，具有抑制振动电极膜15的变形的作用。
另一方面，在从背板17的相反侧向振动电极膜15施加压力的情况下，凸部17b和压力释放孔15b之间的间隙反而变窄。在此，凸部17b中的截面面积最大的部分，即根部部分的直径优选比压力释放孔15b的直径小。由此，即使在向振动电极膜15施加过大的压力，振动电极膜15向背板17侧大幅变形的情况下，也能够防止凸部17b与压力释放孔15b接触而阻碍振动电极膜15的工作。
而且，本实施例中，在振动电极膜15向背板17侧大幅变形的情况下，振动电极膜15通过与背板17抵接而被支承，能够进一步抑制变形。因此，在该情况下，即使不使凸部17b脱离压力释放孔15b而解除封闭，也能够避免振动电极膜15的破损。此外，本实施例中，凸部17b的形状也不一定是上述的圆锥台形状。例如，也可以是直径在任意部位都大致一定的圆柱状的形状。
此外，本实施例中，在未向振动电极膜15施加过大的压力而振动电极膜15未大幅变形的状态下，在凸部17b贯通压力释放孔15b的状态下的凸部17b和压力释放孔15b的周缘部之间的间隙作为压力释放流路而发挥作用。而且，在向振动电极膜15施加过大的压力而振动电极膜15大幅变形的状态下，凸部17b从压力释放孔15b脱离，该状态下的凸部17b和振动电极膜15之间的间隙及压力释放孔15b作为压力释放流路发挥作用。另外，本实施例中，凸部17b相当于凸状部分及凸状的柱构造。
接着，利用图10说明凸部17b与硅基板13的关系。如图10所示，优选在凸部17b的下侧不存在硅基板13。换而言之，硅基板13优选在音响传感器中避开与凸部17b对置的部分而配置。由此，可以使通过压力释放孔15b的空气更顺畅地流动，利用压力释放孔15b能够更可靠地释放压力。另外，凸部17b的前端优选位于与硅基板13的上侧(背板侧)的表面同一面或更靠背板侧。由此，通过在硅基板13上形成膜，能够更可靠地形成设有凸部17b的背板17。
此外，本实施例中的音响传感器可通过如下工序实现，即，在硅基板13上形成振动电极膜15及覆盖振动电极膜15的牺牲层后，在牺牲层上使背板17及凸部17b通过同一工序形成，然后除去牺牲层。本实施例中的音响传感器以这种方式应用半导体制造技术，因此，能够制成极小，还能够高精度地形成振动电极膜15、背板17及凸部17b的位置关系。
如上所述，本实施例中，凸部17b与振动电极膜15通过不同的成膜工序形成，而与背板17通过同一成膜工序形成。因此，可简化背板17及凸部17b的制造工序，并且可进一步提高凸部17b和背板17的一体性，提高可靠性。对于该制造工序，在以下的实施例中均大致相同。另外，如图9所示，本实施例中，凸部17b也可以具有中空的柱构造。但是，凸部17b的构造不限于中空的柱构造。凸部17b的构造也可以为实心的柱构造。
另外，上述的实施例中，说明了在未向振动电极膜15施加过大的压力而振动电极膜15未大幅变形的状态下，凸部17b贯通压力释放孔15b，凸部17b的前端从振动电极膜的相反侧的面突出的情况。但是，在未向振动电极膜15施加过大的压力而振动电极膜15未大幅变形的状态下，凸部17b也可以仅是进入压力释放孔15b，而凸部17b的前端可以不从振动电极膜的相反侧的面突出。
在该情况下，通过振动电极膜15的位移，凸部17b容易从压力释放孔15b脱离，虽然可良好地维持音响传感器1的频率特性的压力范围变小，但除去这一点以外，可以得到与在未向振动电极膜15施加过大的压力而振动电极膜15未大幅变形的状态下凸部17b贯通压力释放孔15b且凸部17b的前端从振动电极膜的相反侧的面突出的情况相等的效果。在该情况下，在未向振动电极膜15施加过大的压力而振动电极膜15未大幅变形的状态下，凸部17b的前端也可以位于振动电极膜15的厚度的中央。由此，如果是某种程度的压力范围，则可以使凸部17b的前端位于振动电极膜15的膜厚的范围内，能够将凸部17b和压力释放孔15b的位置关系维持为相同。
＜实施例2＞
接着，说明本发明的实施例2。实施例1中说明了通过凸部17b贯通振动电极膜15的压力释放孔15b而进行封闭，在过大的压力施加于振动电极膜15的情况下，解除凸部17b对压力释放孔15b的贯通，使压力释放孔15b的整体露出的例子。
相比之下，实施例2中的例子为，背板的凸部在振动电极膜大幅变形之前的通常使用状态下，覆盖振动电极膜的压力释放孔，在过大的压力施加于振动电极膜的情况下，凸部从压力释放孔脱离。
利用图11说明本实施例中的振动电极膜25的压力释放孔25b及背板27的凸部27b的作用。图11(a)表示向振动电极膜25施加过大的压力之前的状态。图11(b)表示通过向振动电极膜25施加过大的压力，振动电极膜15大幅变形的状态。如图11(a)所示，本实施例中的背板27的凸部27b的直径比设于振动电极膜25的压力释放孔25b的直径大。而且，在向振动电极膜25施加过大的压力之前的状态下，背板27的凸部27b从背板27侧覆盖压力释放孔25b。
在该状态下，在从背板17侧向振动电极膜15施加压力的情况下，凸部27b的前端和振动电极膜25的间隙窄，实际上空气流路被封闭。因此，通过压力释放孔25b的空气的量少，实际上压力释放孔25b被封闭。
但是，在向振动电极膜25施加过大的压力的情况下，由于该压力，振动电极膜25大幅变形，且如图11(b)所示，向离开背板27的方向变形。于是，凸部27b的前端和振动电极膜25之间的间隙变大，实际上解除了对压力释放孔25b的封闭。由此，向振动电极膜25施加压力的空气从压力释放孔25b向图中下侧泄漏，释放施加于振动电极膜25的压力。
由此，可以抑制振动电极膜25的进一步变形，避免振动电极膜25的破损。此外，本实施例中，也优选在压力释放孔25b的下侧不存在基板，换而言之，在压力释放孔25b的下侧配置有后腔。由此，可以形成使通过压力释放孔25b的空气更顺畅地流动的流路，能够更有效地释放压力。
如上所述，本实施例中，通常动作时，即在没有向振动电极膜25施加过大的压力的状态下，通过凸部27b的前端覆盖压力释放孔25b而封闭，能够抑制音响传感器的频率特性的恶化。而且，在过大的压力施加于振动电极膜25，振动电极膜25大幅变形的状态下，凸部27b脱离压力释放孔25b而解除封闭，因此，可防止振动电极膜25的进一步变形。其结果，可以避免向音响传感器施加过大的压力所引起的振动电极膜25的破损。此外，本实施例中，凸部27b的前端和振动电极膜25之间的间隙及压力释放孔25b相当于压力释放流路。另外，本实施例中，凸部27b相当于凸状部分及凸状的柱构造。
＜实施例3＞
接着，说明本发明中的实施例3。实施例3中说明的例子为，凸部设于背板的侧面，在向振动电极膜施加过大的压力的情况下，通过凸部和振动电极膜的端面之间的间隙变大来释放压力。
利用图12说明本实施例中的振动电极膜35、45、55及背板37、47、57的凸部37b、47b、57b的作用。图12(a)是表示向本实施例中的振动电极膜35施加过大的压力时的、振动电极膜35及背板37的凸部37b的作用的图。图12(b)是表示向本实施例中的振动电极膜45施加过大的压力时的、振动电极膜45及背板47的凸部47b的作用的图。图12(c)是表示向本实施例中的振动电极膜55施加过大的压力时的、振动电极膜55及背板57的凸部57b的作用的图。各图中，由双点划线示出的振动电极膜表示未施加过大的压力的通常运转时的状态。另外，由实线示出的振动电极膜表示施加过大的压力时的状态。
首先，说明图12(a)的例子。该例子中，背板37的周边部弯曲而形成侧面37a，该侧面37a的前端部固定于基板33。而且，侧面37a成为2段弯曲的构造，由在侧面37a的中途向外侧弯曲的部分形成凸部37b。而且，在未施加过大的压力的通常运转时的状态下，如图12(a)中由双点划线所示，振动电极膜35的端面位于凸部37b的更上侧。因此，侧面37a和振动电极膜35的端面的间隙窄。因此，处于用于释放压力的流路的面积小的状态。
在向振动电极膜35施加过大的压力的情况下，如图12(a)中实线所示，振动电极膜35变形，端面的位置向凸部37b的下侧移动。由此，侧面37a和振动电极膜35的端面的间隙不连续地变宽，成为用于释放压力的流路面积充分大的状态。由此，可以抑制振动电极膜35的进一步变形。此外，图12(a)中，侧面37a的凸部37b和振动电极膜35之间的间隙形成为压力释放流路。
接着，说明图12(b)的例子。该例子中，背板47的周边部弯曲而形成侧面47a，该侧面47a的前端部进一步向外侧弯曲并固定于基板43。而且，侧面47a的前端部在从基板43向后腔42侧突出的位置弯曲，形成凸部47b。在未施加过大的压力的通常运转时的状态下，如图12(b)中双点划线所示，振动电极膜45的端面位于凸部47b的更上侧。因此，侧面47a和振动电极膜45的端面的间隙窄，处于用于释放压力的流路的面积小的状态。
在向振动电极膜45施加过大的压力的情况下，如图12(b)中实线所示，振动电极膜45变形，端面的位置向凸部47b的下侧移动。由此，侧面47a和振动电极膜45的端面的间隙不连续地变宽，成为用于释放压力的流路的面积充分大的状态。由此，抑制振动电极膜45的进一步变形。此外，图12(b)中，侧面47a的凸部47b和振动电极膜45之间的间隙形成为压力释放流路。
接着，说明图12(c)的例子。该例子中，背板57的周边部弯曲而形成侧面57a，且该侧面57a的前端部固定于基板53。而且，侧面57a在中途弯曲，在弯曲部的下侧具有比弯曲部的上侧更大的锥形角度，成为以该较大的锥形角度与基板53连接的构造。而且，在侧面57a的中途，由锥形角度变化的弯曲部形成凸部57b。该例子中，在未施加过大的压力的通常运转时的状态下，如图12(c)中双点划线所示，振动电极膜55的端面位于凸部57b的更上侧。因此，侧面57a和振动电极膜55的端面的间隙窄，处于用于释放压力的流路的面积小的状态。
在向振动电极膜55施加过大的压力的情况下，如图12(c)中实线所示，振动电极膜55变形，端面的位置向凸部57b的下侧移动。由此，侧面57a和振动电极膜55的端面的间隙不连续地变宽，成为用于释放压力的流路面积充分大的状态。由此，抑制振动电极膜55的进一步变形。此外，图12(c)中，侧面57a的凸部57b和振动电极膜55之间的间隙形成为压力释放流路。
如上所述，本实施例中，凸部设于背板的侧面。而且，通常动作时，即，在振动电极膜并不处于因过大的压力而发生较大的变形的状态下，凸部和振动电极膜的端面之间的间隙窄，压力释放流路的流路面积小，因此，可以抑制音响传感器的频率特性的恶化。而在过大的压力施加于振动电极膜，振动电极膜大幅变形的状态下，振动电极膜的端面和凸部沿图中上下方向相对移动错开，凸部和振动电极膜的端面之间的间隙不连续地变大，压力释放流路的流路面积不连续地增加。由此，可以抑制振动电极膜的进一步变形。其结果，可以避免向音响传感器施加过大的压力所引起的振动电极膜的破损。
此外，上述的说明中，说明了设于背板侧面的凸部通过使侧面向外侧弯曲而形成的例子，但凸部的形成方法不限于此。通过增加背板的侧面的厚度即水平方向的宽度，也可以形成凸部。另外，本实施例中，凸部37b、47b、57b相当于凸状部分及凸状的柱构造。
另外，上述的说明中说明了背板的周边部的至少一部分弯曲而形成侧面，在该侧面的前端部固定于基板，并将凸部设于侧面的例子。但是，本发明中的背板的侧面不限于将背板的一部分弯曲而形成。对于至少未形成凸部的部分，也可以利用由其它部件构成的隔离物形成侧面。
＜实施例4＞
接着，说明本发明中的实施例4。实施例1中说明的例子为，凸部17b通过贯通振动电极膜15的压力释放孔15b进行封闭，在过大的压力施加于振动电极膜15的情况下，解除凸部17b对压力释放孔15b的贯通，使压力释放孔15b整体露出。
相比之下，实施例4中说明的例子为，通过凸部贯通振动电极膜的压力释放孔进行封闭，凸部的直径在前端侧比背板侧的直径小，在过大的压力施加于振动电极膜的情况下，凸部中贯通压力释放孔的部分改变，由此，封闭压力释放孔的面积改变，从而使压力释放流路的流路面积改变。
图13中表示本实施例中的音响传感器的振动电极膜65及背板67附近的概略图。如图13所示，本实施例中，在振动电极膜65设有压力释放孔65b。另外，在背板67上设有一体设置成凸状的柱构造即凸部67b。而且，凸部67b的直径在前端附近不连续地变小而形成凸部前端部67c。而且，在过大的压力未施加于振动电极膜65的状态下，凸部67b贯通压力释放孔65b，由此，封闭压力释放孔65b。
在此，图13(a)表示振动电极膜65的大变形之前的状态。图13(b)表示通过向振动电极膜65施加过大的压力，振动电极膜55大幅变形的状态。如图13(a)所示，在振动电极膜65的变形前的状态下，处于背板67的凸部67b中的大径部分贯通封闭设于振动电极膜65的压力释放孔65b的状态，在该状态下，在从背板67侧向振动电极膜65施加压力的情况下，通过压力释放孔65b的流路的流路面积小，不能充分释放压力。
但是，在向振动电极膜65施加过大的压力的情况下，由于该压力，振动电极膜65大幅变形，如图13(b)所示向离开背板67的方向变形。于是，成为凸部67b的大径部从压力释放孔65b脱离且小径的凸部前端部67c贯通压力释放孔65b的状态。由此，压力释放孔65b中未由凸部67b封闭的部分的面积增大。由此，可以抑制振动电极膜65的变形，避免振动电极膜65的破损。
如上所述，本实施例中，通常动作时，即，在不处于振动电极膜65因过大的压力而大幅变形的状态下，凸部67b的大径部贯通封闭压力释放孔65b，因此，可以抑制音响传感器的频率特性的恶化。而在过大的压力施加于振动电极膜65，振动电极膜65大幅变形的状态下，成为凸部67b的小径的凸部前端部67c贯通压力释放孔65b的状态，释放压力的空气流路面积增大，因此，可抑制振动电极膜65的进一步变形。其结果，可以避免向音响传感器施加过大的压力所引起的振动电极膜65的破损。
此外，上述的本实施例的说明中，以凸部67b的直径以两个阶段改变为前提，但凸部直径的变化方法不限于此。图14中图示凸部77b的直径以连续直线状地朝向前端逐渐变细的例子。即使在这种的情况下，在过大的压力施加于振动电极膜75，振动电极膜75大幅变形的状态下，也成为凸部77b的前端侧的小径的部分贯通压力释放孔75b的状态，释放压力的空气流路面积增大，因此，可防止振动电极膜75的过量的变形。
此外，本实施例中，凸部67b、77b或凸部前端部67c与压力释放孔65b、75b的周缘部之间的间隙相当于压力释放流路。另外，凸部67b、77b及凸部前端部67c相当于凸状部分及凸状的柱构造。
此外，上述全部实施例中，流路面积是指控制通过该流路的空气流量的流路截面面积。另外，上述的实施例中，背板的凸部可以形成于背板的任一位置。但是，优选设于比设于背板的固定电极膜更靠外侧的区域。
由此，可不减小固定电极膜的面积地形成凸部，能够确保音响传感器的灵敏度。或者，凸部也可以不配置于背板的周边部，而是设于背板中相当于振动电极膜的中央部的位置，压力释放孔设于振动电极膜的中央部。由此，可以在振动电极膜的位移量最多的部位释放压力，因此，能够提高压力释放的灵敏度。另外，凸部及压力释放孔的截面形状不一定为圆形，也可以是椭圆或多边形。另外，凸部及压力释放孔的数没有特别限制。可以为1组，也可以为多组、例如5组以上。
另外，上述的实施例中的音响传感器中，说明了在硅基板上配置振动电极膜，并在振动电极膜上配置背板的方式。但是，应用本发明的音响传感器不限于该方式。在交换了背板和振动电极膜的配置结构的音响传感器中也可以应用本发明。
＜实施例5＞
接着，说明本发明的实施例5。本实施例中，说明凸部特别浅且底面具有平坦的锅状结构的例子。
图15表示本实施例中的音响传感器的振动电极膜85及背板87、特别是凸部87b附近的概略图。如图15所示，与图14所示的凸部77b相比，本实施例的凸部87b中，高度相对于直径的比例小，作为大概的形状，凸部87b的外形成为具有随着朝向前端侧而直径变小的锥形状的侧面的大致圆锥台形状。
通过将凸部87b的形状设为上述形状，能够大幅抑制凸部87b距背板87的高度差的大小，缓和锥形状的侧面的倾斜角。由此，可以抑制高度差的应力集中，相对地增强凸部87b的强度。另外，凸部87b通过半导体制造工艺成膜而形成，结果，能够提高侧面的膜质本身，从这一方面也可以增强凸部87b的强度。
具体而言，例如在凸部87b的侧面垂直形成的情况下，特别是凸部87b的底的膜形成状态恶化，形成底部的膜的膜厚变薄，有时导致强度降低。从这一方面考虑，凸部87b的侧面的斜面角度相对于背板面优选为60度以上85度以下。特别是，可知在形成于振动电极膜85的压力释放孔85b的直径增大至数μm以上的情况下，特别是通过将凸部87b的侧面设为锥面，凸部87b的状态稳定。
另外，根据本实施例，随着振动电极膜85向下侧变形而使凸部87b向脱离压力解除孔85b的方向移动，凸部87b和压力释放孔85b的端面的间隙变宽，因此，具有从间隙除去混入振动电极膜85和背板87之间的异物，异物难以向凸部87b附近堆积或夹住的优点。此外，凸部87b的直径可以在2μm以上100μm以下的范围内根据规格进行选择。图15作为一例，表示将凸部87b从背板87的突出量与凸部87b的前端直径的比设定成约6:1的状态。
＜实施例6＞
接着，说明本发明的实施例6。本实施例中，说明设于振动电极膜的压力释放孔和设于背板的凸部的组数的变化及其特性。
在图16(a)中，如图4那样，表示在音响传感器的振动电极膜5及背板上将压力释放孔5b和凸部7b的组合设置1组时的、振动电极膜5及背板的固定电极膜7c的平面图。本实施例中，压力释放孔5b和凸部7b的组合形成于振动电极膜5及固定电极膜7c的中央部。作为该结构的优点可以举出如下：(1)对频率特性造成影响的压力释放孔5b和凸部7b的组合仅为一组，因此，作为音响传感器的频率特性的不均少；(2)压力释放孔5b及凸部7b仅形成于振动电极膜15的位移量较多的中央部，因此，凸部7b容易从压力释放孔5b脱离，即使在较低的压力下，也可以发挥压力释放孔5b和凸部7b的压力释放功能；(3)即使在(硅)基板3在俯视时与振动电极膜5及背板重叠的情况下，也可以增大基板3的中央侧端面和压力释放孔5b及凸部7b的距离，可抑制重叠的影响。
另一方面，作为将压力释放孔5b和凸部7b的组合设置一组时的缺点，即使在凸部7b从压力释放孔5b脱离的状态下，作为振动电极膜5整体的压力释放孔5b的面积较小，因此，耐气压性较小。
一般而言，振动电极膜大多在端部(在矩形的情况下，四角)固定，因此，该结构中，不依赖于振动电极膜的形状，可以将压力释放孔及凸部形成于振动电极膜中位移量多的部分，能够以更好的灵敏度及可靠性发挥压力释放功能。
接着，图16(b)中像图5所示那样，表示在音响传感器的振动电极膜15及背板上将压力释放孔15b和凸部17b的组合设置4组时的、振动电极膜15及背板的固定电极膜17c的平面图。本实施例中，压力释放孔15b和凸部17b的组合形成于振动电极膜15的四角的固定部附近。该结构的优点如下。(1)压力释放孔15b和凸部17b的组合配置于背板的固定电极膜17c的外侧，因此，不会减少背板的固定电极膜17c的面积，几乎不影响音响传感器的音响性能。(2)压力释放孔15b及凸部17b仅形成于振动电极膜15中靠近固定部的位移量小的部分，因此，凸部17b较难以脱离压力释放孔15b，可以将频率特性维持至大声压(有利于大声压应用)。(3)可取得耐气压性和频率特性的平衡，提高设计自由度。
接着，图17(a)中表示在音响传感器的振动电极膜95及背板上将压力释放孔95b和凸部97b的组合设置8组时的、振动电极膜95及背板的固定电极膜97c的平面图。本实施例中，压力释放孔95b和凸部97b的组合形成于振动电极膜95的四角的固定部附近及四边的中央部。与将压力释放孔15b和凸部17b的组合设置4组的图16(b)的情况相比，该结构具有如下优点。(1)在所有的凸部97b脱离压力释放孔95b的状态下，振动电极膜95整体的压力释放孔95b面积较大，因此，耐气压性大幅提高。(2)直到进一步施加大压力为止，凸部97b不会从压力释放孔95b脱离，因此，即使在大声压下，也能够维持频率特性(更有利于大声压应用)。(3)如果凸部97b的数量变多，有时背板的挠曲改变，特别是背板的中央部远离固定部，因此，有时挠曲会大幅改变。但是，如上述形式，通过将压力释放孔95b和凸部97b的组合避开振动电极膜95及背板的中央部进行设置，可减轻背板的翘曲变形。(4)在振动电极膜95的位移量大的部分中，不会减小背板的固定电极膜97c的面积，几乎不会影响音响传感器的音响性能。但是，作为缺点，可举出(1)频率特性的不均变大。
图17(b)表示在音响传感器的振动电极膜115及背板上将压力释放孔115b和凸部117b的组合设置9组时的、振动电极膜115及背板的固定电极膜117c的平面图。本实施例中，压力释放孔115b和凸部117b的组合形成于振动电极膜115的中央部及四角的固定部附近、以及四边的中央部。与将压力释放孔95b和凸部97b的组合设置8组的图17(a)的情况相比，该结构具有如下优点。(1)耐气压性提高。(2)直到大压力为止，凸部117b不会从压力释放孔115b脱离，因此，即使在大声压下，也能够维持频率特性(有利于大声压应用)。另一方面，也具有如下缺点：(1)如果凸部117b的数变多，有时背板的挠曲会改变，容易粘住。(2)频率特性的不均变大等。
此外，图16、图17所示的4个例子中，压力释放孔和凸部的组合的配置相对于背板的中央部均对称，因此，具有应力分散、振动膜的弹性动作稳定的效果。例如，在图17所示的、将压力释放孔95b和凸部97b的组合设置8组的情况或将压力释放孔115b和凸部117b的组合设置9组的情况下，对称8次(每45°对称)，相对于任何方向，压力释放孔和凸部的组合的配置均相同，因此，在受到声波或外部压力时，振动膜的位移被均匀化，有助于强度提高及灵敏度提高。
另外，在凸部从压力释放孔脱离而空气排泄时，处于各个压力释放孔周边的空气向压力释放孔并行移动后，从压力释放孔向振动电极膜的相反侧泄漏。因此，本实施例中，将压力释放孔和凸部的组合彼此尽可能相互远离地配置，在总量上能够将更多的空气从压力释放孔排泄，能够以更高效率释放压力。相反，如果压力释放孔和凸部的组合彼此接近，从1组的压力释放孔仅排放较近区域的空气，因此，排放的空气量受限，压力释放的效率降低。本实施例中的压力释放孔和凸部的组合的配置成为各组数中使彼此最远离配置的例子。
＜实施例7＞
接着，说明本发明的实施例7。本实施例中，说明通过在背板的凸部的周围增大背板和振动电极膜的厚度方向的间隙而作为应对异物的措施的例子。
音响传感器中的背板和振动电极膜之间的空间，有时会通过音孔混入异物，如果异物混入音响传感器内，随着空气的流动，有可能会堆积或夹在背板的凸部和振动电极膜的压力释放孔之间。于是，背板和振动电极膜之间的间隙改变，会对音响传感器的频率特性造成影响。对此，将增大背板和振动电极膜之间的基本间隙作为应对措施加以考虑，但在该情况下，电容传声器的灵敏度有可能降低。因此，本实施例中，限于背板的凸部的周围，通过增大背板和振动电极膜间的间隙，即使异物混入到凸部及压力释放孔的附近，也能降低对背板和振动电极膜间的间隙的影响。
图18是表示本实施例中的设于背板127的凸部127b和设于振动电极膜125的压力释放孔125b的组合附近的剖面图。本实施例中，背板127和振动电极膜125之间的间隙在远离凸部127b的区域设定成g0，在接近凸部127b的区域中设定成g(＞g0)。这样，即使在背板127的凸部127b和振动电极膜125的压力释放孔125b的附近发生异物堆积或夹入的情况下，也可以降低背板127和振动电极膜125的间隙的变化量，能够降低对音响传感器的频率特性的影响。
接着，使用图19说明本实施例的音响传感器的效果。图19是横轴表示异物大小(直径)、纵轴表示异物数量的图。图19(a)表示异物大小的分布的大部分小于接近凸部127b的区域的背板127和振动电极膜125间的间隙大小g的情况，图19(b)表示异物大小的分布的大部分大于接近凸部127b的区域的背板127和振动电极膜125间的间隙大小g的情况。如图19(a)所示，在异物大小的分布的大部分小于接近凸部127b的区域的背板127和振动电极膜125间的间隙大小g的情况下，通过在接近凸部127b的区域中将间隙设定成g(＞g0)，能够减小异物堆积所引起的振动电极膜125的位移，减小对音响传感器的灵敏度的影响。
另外，如图19(b)所示，即使在异物大小的分布大于接近凸部127b的区域的背板127和振动电极膜125间的间隙大小g的情况下，实际上在背板127的凸部127b和振动电极膜125的压力释放孔125b附近堆积或夹入的异物的直径上限也大致限制在g0，即使在该情况下，也可期待与图19(a)所示的情况相同的效果，相反，认为不存在间隙变宽的部分困住异物等相反效果。
此外，本实施例中，对于增大背板127和振动电极膜125的间隙的范围来说，考虑到音响传感器的灵敏度优选为尽可能小，但如果考虑异物的粒径，也可以将距凸部127b的侧面的距离dg设为0≦dg≦g的范围。或者，也可以设为比该范围更广的范围。
＜实施例8＞
接着，说明本发明的实施例8。本实施例中，说明通过在背板的凸部周围降低音孔的面积比率而作为应对异物的措施的例子。
可以说，异物混入音响传感器内并堆积或夹入背板的凸部和振动电极膜的压力释放孔之间的状态在异物从背板中的处于凸部附近的音孔侵入的情况下更容易产生。因此，考虑不在背板的凸部附近设置音孔的应对措施。但是，背板的音孔有时用作半导体工艺中的通过牺牲层蚀刻的药液侵入口，且为了减轻空气间隙中的热杂音也是必要的，因此，难以去除音孔本身。因此，本实施例中，在背板的凸部的附近，将降低音孔的面积比率作为异物应对措施。
图20是表示本实施例中的设于背板137的音孔137a、凸部137b和设于振动电极膜135的压力释放孔135b的周边状态的剖面图。图20(a)表示凸部137b未脱离压力释放孔135b的状态，图20(b)表示通过施加较大的压力，凸部137b从压力释放孔135b脱离的状态。
本实施例中，如图20(b)所示，背板137中的音孔137a的直径在远离凸部137b的区域设定成d0，在接近凸部137b的区域中设定成d(＜d0)。这样，可以降低异物从背板137中的凸部137b附近的音孔137a侵入的概率，能够降低异物堆积或夹入背板137中的凸部137b和振动电极膜135的压力释放孔135b附近的概率。
本实施例中，如图20(a)所示，决定音响传感器的频率特性的声阻(空气的穿过阻力)为背板137中的凸部137b的侧面和振动电极膜135的压力释放孔135b之间的间隙的声阻与音孔137a的声阻的合计值。因此，如本实施例那样，在凸部137b的附近减小音孔135a的直径的情况下，该区域的总声阻变高。因此，本实施例中，作为获得的附属效果，即使背板137中的凸部137b的侧面和振动电极膜135的压力释放孔135b之间的间隙发生不均，也能够减小对合计的声阻的影响。
此外，本实施例中，使音孔137a的直径在接近凸部137b的区域中比远离凸部137b的区域小，由此降低音孔的面积比率，但例如通过使音孔137a彼此的距离在接近凸部137b的区域比远离凸部137b的区域增大(降低音孔137a的密度)，也可以降低音孔的面积比率。
此外，本实施例中，背板137上降低音孔137a的面积比率的范围可以设为例如距凸部137b的侧面的距离为凸部137b的直径的2倍以内的范围。或者，也可以设为比该范围更广的范围。
＜实施例9＞
接着，说明本发明的实施例9。本实施例中，说明通过设为背板中的凸部的周围的音孔和振动电极膜的压力释放孔在俯视时重叠的结构而作为异物应对措施的例子。
图21是关于本实施例的背板147中的音孔147a、凸部147b及振动电极膜145中的压力释放孔145b的位置关系的剖面图。
本实施例中，如图21所示，背板147中的音孔147a和压力释放孔145b在水平方向的位置重叠。换而言之，成为在凸部147b和压力释放孔145b之间的间隙的正上方的一部分开设音孔145a的状态。由此，可以形成贯通振动电极膜145和背板147双方的空间，异物可以容易地通过该空间，能够降低异物堆积或夹入背板147中的凸部147b和振动电极膜145的压力释放孔145b附近的概率。
如本实施例所示，通过形成贯通振动电极膜145和背板147双方的空间，可预想到音响传感器在低频区域中的灵敏度衰减变大，并且预想到施加较大的压力而使凸部147b从压力释放孔145b脱离时的压力释放功能提高。因此，本实施例中，除了强化异物应对措施，还可以使音响传感器在低频区域中的灵敏度以一定水准衰减，且提高耐气压性。
＜其它考察＞
接着，考察上述实施例中的各部尺寸的优选的状态。图22是用于说明背板17中的凸部17b、振动电极膜15的压力释放孔15b附近的各部分的尺寸关系的图。
＜凸部从振动电极膜的突出量＞
图22中，通常凸部17b的前端从振动电极膜15的突出量y1变大时，具有如下优点。(1)在施加较大的声压时，凸部17b也难以脱离压力释放孔15b，难以成为FR、THD异常。(2)对于凸部17b的长度方向的各部件的配置不均的允许程度变大。另一方面，存在如下缺点。(1)未施加较高的压力时，凸部17b不会脱离压力释放孔15b，由于不均，存在压力释放的功能在必要的压力范围内不能发挥作用的风险。(2)在凸部17b的周边的、背板17和振动电极膜15之间堆积有异物的情况下，振动电极膜15的变形变大，异物对音响传感器的频率特性的影响变大。
另外，凸部17b的前端从振动电极膜15的突出量变小时，具有如下优点。(1)即使在施加较低的声压的情况下，凸部17b也从压力释放孔15b脱离，因此，在较低的声压下的使用时也可抑制凸部17b的周边的、在背板17和振动电极膜15之间堆积异物。另一方面，存在如下缺点。(1)即使在施加较低的声压的情况下，也存在凸部17b脱离压力释放孔15b，发生音响特性异常的风险。(2)对于凸部17b的长度方向的各部件的配置不均的允许变小等。从这些观点来看，实施例1中说明的、0.1μm以上10μm以下的突出量可称为恰当的值。
＜背板的凸部和振动电极膜的压力释放孔之间的间隙＞
图22中，在背板17的凸部17b和振动电极膜15的压力释放孔15b的间隙x1窄的情况下，具有(1)频率特性中的低频区域的衰减变缓，可得到更良好的频率特性的优点。另一方面，存在如下缺点。(1)凸部17b和压力释放孔15b接触的风险增大。(2)对于凸部17b和压力释放孔15b之间的间隙的尺寸不均的允许程度变小。鉴于这些点，上述的实施例中，凸部17b和压力释放孔15b之间的间隙为0.2μm以上20μm以下是恰当的值。
＜背板的凸部和固定电极膜之间的距离＞
图22中，关于背板17的凸部17b和固定电极膜17c之间的距离x2，当该距离x2较小时，具有(1)将设置凸部17b导致的固定电极膜17c的电极面积的损耗抑制为小量，可抑制灵敏度降低的优点。另一方面，存在(1)在凸部17b附近堆积或夹入有导电性的异物的情况下，短路的危险性变高的缺点。鉴于这些点，背板17的凸部17b和固定电极膜17c之间的距离设为1μm以上15μm以下是恰当的。
＜背板的凸部和半导体基板边缘的距离＞
图22中，关于俯视时与背板17及振动电极膜15重叠的硅基板边缘12a和凸部17b之间的距离x3，该距离x3较大时，具有如下优点。(1)对于硅基板边缘12a和凸部17b之间的距离x3的不均的允许程度变大。(2)振动电极膜15的位移难以被硅基板边缘12a阻碍。另一方面，可以说特别是没有直接的缺点。如果该距离比0μm大，则至少振动电极膜15也可位移压力释放孔15b的高度y2的量，因此，根据设计可以设为具有有效的压力释放功能的结构。例如，上述的距离x3也可以设为硅基板边缘12a的位置的制造公差即3μm以上。
附图标记说明
1 音响传感器
2 后腔
3，13 (硅)基板
5、15、25、35、45、55、65、75、85、95、115、125、135、145 振动电极膜
7、17、27、37、47、57、67、77、87、127、137、147 背板
7c、17c、97c、117c固定电极膜
15b、25b、65b、75b、85b、95b、115b、125b、135b、145b 压力释放孔
17b、27b、37b、47b、57b、67b、77b、87b、97b、117b、127b、137b、147b 凸部

Claims (24)

1.一种静电电容式转换器，具备：
基板，其表面具有开口；
背板，其以与所述基板的开口对置的方式配设；
振动电极膜，其以与所述背板之间隔着空隙与该背板对置的方式配设，
所述静电电容式转换器将所述振动电极膜的位移转换成该振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化，
所述静电电容式转换器的特征在于，
所述静电电容式转换器还具备压力释放流路，该压力释放流路是由所述振动电极膜的一部分和一体设置于所述背板的凸状部分之间的间隙形成的空气的流路，在所述振动电极膜受到压力而变形时，通过该振动电极膜和一体设置于所述背板的凸状部分的相对移动而实现流路面积增大，由此释放被施加于所述振动电极膜的压力。
2.如权利要求1所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板，其周边部的至少一部分弯曲而形成侧面，并且，所述背板在该侧面的前端部固定于所述基板上，
所述压力释放流路由所述振动电极膜的端面和一体形成于所述背板的侧面的凸状部分之间的间隙形成，
在所述振动电极膜受到压力而变形时，通过该振动电极膜的端面和形成于所述背板的侧面的凸状部分相对移动而错开，使所述振动电极膜的端面和所述背板的侧面之间的间隙增大，由此释放被施加于所述振动电极膜的压力。
3.如权利要求1所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状部分为凸状的柱构造，
所述压力释放流路由设置于所述振动电极膜的孔和从所述背板朝所述振动电极膜侧一体设置的凸状的柱构造之间的间隙形成，
至少所述凸状的柱构造的前端部具有比所述孔的直径小的直径，并且，在所述振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，所述凸状的柱构造侵入所述孔，
在所述振动电极膜受到压力而变形时，该振动电极膜和所述背板的凸状的柱构造相对移动，解除所述凸状的柱构造向所述孔的侵入，由此，释放被施加于所述振动电极膜的压力。
4.如权利要求1所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状部分为凸状的柱构造，
所述压力释放流路由设置于所述振动电极膜的孔和从所述背板朝所述振动电极膜侧一体设置的凸状的柱构造之间的间隙形成，
所述凸状的柱构造具有比所述孔的直径大的直径，并且，在所述振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，所述凸状的柱构造的前端从所述背板侧覆盖所述孔，
在所述振动电极膜受到压力而变形时，该振动电极膜和所述背板的凸状的柱构造相对移动，所述凸状的柱构造的前端从所述孔离开，由此，释放被施加于所述振动电极膜的压力。
5.如权利要求3所述的静电电容式转换器，其特征在于，
在所述振动电极膜受到压力而变形之前的状态下，所述凸状的柱构造贯通所述孔，该凸状的柱构造的前端相对于所述振动电极膜位于所述背板的相反侧。
6.如权利要求3或5所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状的柱构造的直径随着从该凸状的柱构造的前端朝向所述背板而增大或者恒定。
7.如权利要求3～6中任一项所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状的柱构造与所述背板经由同一个成膜工序而形成。
8.如权利要求1～7中任一项所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述振动电极膜在锚固部固定于所述基板上，并且，在该锚固部以外的部位与所述基板及所述背板不接触。
9.如权利要求1～8中任一项所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板具有多个穿孔。
10.如权利要求3所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述基板避开与一体设置于所述背板的凸状的柱构造对置的部分而配置。
11.如权利要求3所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板与所述基板对置配置，
所述凸状的柱构造从所述背板朝向所述基板侧设置，并且，其前端与所述基板的所述背板侧的表面位于同一面或者位于比该表面更靠背板侧的位置。
12.如权利要求1及3～11中任一项所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板在中央部具有固定电极膜，
所述凸状部分设置于所述背板上的所述固定电极膜的外侧。
13.如权利要求1及3～11中任一项所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状部分设置于所述背板的中央部。
14.如权利要求6所述的音响转换器，其特征在于，
所述凸状的柱构造的侧面形成锥面，该锥面相对于所述背板的倾斜角为60度以上85度以下。
15.如权利要求3或4所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述振动电极膜具有大致长方形的形状，并且在设置于四角的固定部进行固定，
在所述背板上，所述凸状部分在俯视时的所述振动电极膜的四角且在相当于所述固定部的内侧的部分设置有4处。
16.如权利要求13所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状部分在所述背板的中央部设置有1处。
17.如权利要求15所述的静电电容式转换器，其特征在于，
在所述背板上，所述凸状部分还在俯视时相当于所述振动电极膜的四边的中央部的部分设置有4处，从而合计设置有8处。
18.如权利要求17所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述凸状部分还在所述背板的中央部设置有1处，从而合计设置有9处。
19.如权利要求3所述的静电电容式转换器，其特征在于，
在所述振动电极膜受到压力而变形之前，在所述凸状的柱构造侵入到所述孔的状态下，所述凸状的柱构造和所述孔之间的间隙为单侧0.2μm以上20μm以下。
20.如权利要求3或4所述的静电电容式转换器，其特征在于，
俯视时所述背板避开设置有所述凸状部分的部位而具有所述固定电极膜，且将所述凸状部分和所述固定电极膜之间的距离设为1μm以上15μm以下。
21.如权利要求3或4所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板和所述振动电极膜之间的间隙的大小，在所述凸状部分的周围的规定范围内比在该规定范围外大。
22.如权利要求3或4所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板上的声孔的大小，在所述凸状部分的周围的规定范围内比在该规定范围外小。
23.如权利要求3所述的静电电容式转换器，其特征在于，
所述背板上的所述凸状部分的周围的规定范围内的声孔和设置于所述振动电极膜的孔，以俯视时至少一部分重叠的方式配置。
24.一种音响传感器，其具有权利要求1～23中任一项所述的静电电容式转换器，将声压转换成所述振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化而检测出来。
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