CN109417671A - Mems结构及具有mems结构的电容式传感器、压电型传感器、声音传感器 - Google Patents

Mems结构及具有mems结构的电容式传感器、压电型传感器、声音传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供在使用MEMS技术制作的电容式传感器中，可获得高的SN比，且可提高对输入压力的耐压性的技术。本发明的电容式传感器将膜片的位移转换成该膜片与所述背板之间的电容的变化，其中，从法线方向观察，膜片的外形的一部分配置于基板的开口的内侧，膜片的外形的其它部分配置于基板的开口的外侧。

Description

MEMS结构及具有MEMS结构的电容式传感器、压电型传感器、声 音传感器
技术领域
本发明涉及MEMS结构及具有该MEMS结构的电容式传感器、压电型传感器和具有该电容式传感器或压电型传感器的声音传感器。更具体而言，涉及使用MEMS技术形成的具有膜片的电容式传感器、压电型传感器及声音传感器。
背景技术
目前，作为小型的传声器，有时使用利用称为ECM(Electret CondenserMicrophone)的声音传感器的传声器。但是，ECM耐热性弱，另外，在对数据化的对应及小型化方面，因利用了使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技术制造的电容式传感器的传声器的性能优异，因此，近年来，多采用MEMS传声器(例如，参照专利文献1)。
在上述电容式传感器中，具有使用MEMS技术实现使受到压力而振动的膜片经由空隙相对配置在固定有电极膜的背板的方式的情况。这种电容式传感器的方式例如能够通过在硅基板之上形成膜片及覆盖膜片的牺牲层后，在牺牲层之上形成背板，之后去除牺牲层这样的工序来实现。MEMS技术由于这样应用半导体制造技术，因此可得到极小的电容式传感器。
图18(a)表示使用这种MEMS技术制作的现有的电容式传感器(以下也简称为MEMS传感器)100的局部剖视图。在图18(a)中，在硅基板101之上形成有膜片102和背板103。在现有的MEMS传感器100中，从膜片102的法线方向观察存在膜片102和硅基板101重叠的区域A。
该情况下，由于在区域A产生空气的布朗运动引起的声音噪声，因此，作为电容式传感器的SN比有时会下降。与此相对，如图18(b)所示，在形成为从膜片112的法线方向观察膜片112和硅基板111不重叠的结构的情况下，由于空气从膜片112与硅基板101的间隙逸出，因此，声阻降低，作为电容式传感器的灵敏度降低。
对此，提案有如图19(a)所示，通过在膜片122的周围设有固定膜124，在与膜片122之间形成细狭缝122a来确保声阻。由此，避免空气的布朗运动引起的SN比的降低，抑制声阻的降低，确保作为电容式传感器的灵敏度。
图19(b)以同样的目的对固定膜124固定于背板123的例子进行表示。在图19(a)所示例中，固定膜124经由由氧化膜形成的锚件125固定在基板121上，但在该锚件125因制造工艺的偏差而消失的情况下，固定膜124从基板121剥离，可能起不到确保声阻的作用。图19(b)中，为了避免这样的不良情况，将固定膜124固定在背板123上。由此，即使锚件125消失，由于固定膜124固定在背板123上，故而也能够起到稳定地确保声阻的作用。
然而，在如上述现有技术设有固定膜124的MEMS传感器120中，在从硅基板121侧向膜片122作用较大压力的情况下，膜片122向背板123侧位移，与背板123抵接，由此抑制一定量以上的位移。此时，膜片122与固定膜124之间的狭缝122a加宽，因此，能够使空气从狭缝122a逸出，使作用的压力降低。
另一方面，在从背板123侧向膜片122作用较大压力的情况下，由于从膜片122的法线方向观察不存在膜片122和硅基板121重叠的区域，因此，膜片122因可侵入硅基板121的开口部(后腔室)121a而使位移量变大，应力有可能集中在支承膜片122的梁部(未图示)而发生破损。
这种不良情况除了在该电容式传感器落下的情况产生，也会在例如在电容式传感器内施加大声音引起的声压的情况及在安装工序吹气的情况下产生。
专利文献1：美国专利第5452268号说明书
发明内容
本发明是鉴于上述状况而设立的，其目的在于提供在使用MEMS技术制作的电容式传感器、压电型传感器或声音传感器中，可得到高的SN比，且可提高对输入压力的耐压性的技术。
用于解决上述课题的本发明提供一种MEMS结构，具备：具备：基板，其具有开口；膜片，其与所述基板的开口相对配设；多个锚件，其将所述膜片固定在所述基板或其它部件上；固定膜，其经由狭缝配置在所述膜片的周围，其中，所述膜片的外形包括朝向锚件突出的形状，在所述膜片的至少一处以上具有如下的交叉结构，即，从所述膜片的法线方向观察，所述膜片的外形和所述基板的开口的外形夹着朝向所述锚件突出的形状而在两个交点交叉的规定的交叉结构，在所述交叉结构中，所述两个交点的距离比靠近所述锚件的所述膜片的宽度大。
根据本发明，在膜片的至少一处以上具有从膜片的法线方向观察，膜片的外形和基板的开口的外形夹着朝向锚件突出的形状而在两个交点交叉的规定的交叉结构。因此，从法线方向观察，隔膜和基板配置为在一部分具有间隙，在另一部重叠。这样，从法线方向观察，隔膜和基板重叠的区域不限于隔膜的外形的一部分，因此，能够抑制空气的布朗运动引起的噪声的产生。另一方面，由于保留从法线方向观察隔膜和基板重叠的区域，因此，在从背板侧作用较大压力时，在该区域，隔膜和基板彼此抵接，由此，也能够避免隔膜的过度位移。其结果，在电容式传感器及压电型传感器中，可兼得高的SN比和对输入压力的耐压性。
另外，本发明中，所述交叉结构中的所述两个交点的距离比靠所述锚件的所述膜片的宽度大。因此，能够在使锚件附近的膜片的宽度变窄的同时，加宽膜片的外形和基板的开口的外形交叉的交点之间的膜片的宽度。
据此，通过将锚件附近的膜片的宽度变窄，能够提高对声压的灵敏度。另外，通过加宽交点彼此之间的膜片的宽度，能够减轻膜片的应力集中。
另外，在本发明中，所述膜片的外形也可以在所述交点附近具有拐点。由此，能够在将锚件附近的膜片的宽度变窄的状态下，更有效地加宽膜片的外形和基板的开口的外形交叉的交点之间的膜片的宽度。
另外，在本发明中，所述膜片的外形由多边形或大致多边形构成，膜片的外形的一边中位于比所述基板的开口的外形靠外侧的部分的长度也可以为所述一边的长度的1/20以上且1/3以下。由此，能够良好地维持抑制空气的布朗运动引起的噪声和避免膜片的过度的位移的平衡。其结果是，在电容式传感器及压电型传感器中，能够更可靠地兼得高的SN比和对输入压力的耐压性。
另外，在本发明中，也可以在所述膜片中其外形配置于所述基板的开口的外侧的部分形成有止动件，该止动件在所述基板的方向具有凸形状，在所述膜片向所述基板侧位移时与所述基板抵接。
据此，在膜片向基板侧位移时，能够使止动件与基板抵接，通过减小膜片与基板的接触面积，能够抑制膜片与基板粘固。
另外，在本发明中，也可以还具备经由狭缝配置在所述膜片的周围的固定膜。据此，通过从膜片的周围放出空气，能够抑制作用于膜片的压力无意降低，能够提高电容式传感器的灵敏度。此外，狭缝的宽度也可以设定为小于3μm，例如0.2μm～0.6μm。
另外，在本发明中，也可以是，在还具备经由狭缝配置在膜片周围的固定膜的情况下，固定膜完全包围膜片，狭缝构成闭曲线。
据此，能够避免从法线方向观察，狭缝的端部向固定膜的外部开放，能够抑制异物自该开放部分侵入。
另外，在本发明中，也可以是，所述膜片的外形中相对于最近的所述基板的开口的外形的角度为3度以下的区域与所述基板的开口的外形分开1μm以上而配置。
在此，在膜片的外形和基板的开口的外形近乎平行的状态下、且接近某程度以上的情况下，膜片因压力而位移并侵入开口后返回到初始位置时，有时膜片的外形的端部卡在开口的端部，膜片不能返回到原来的地方。
因此，在本发明中，为了防止这种不良情况，所述膜片的外形中相对于最近的所述基板的开口的外形的角度为3度以下的区域与所述基板的开口的外形分离1μm以上配置。据此，对于与膜片的外形当中最近的基板的开口接近平行的部分，能够与基板的外形分开一定以上而配置，能够抑制膜片的端部卡在基板的开口的端部的不良情况。
在此，最近的基板的开口的外形也可以形成为，对于膜片的外形的规定区域，距该区域的实际距离最小的基板的开口的外形。另外，也可以形成相对于该区域的从法线方向观察的垂直线交叉的基板的开口的外形。或者也可以形成为从膜片的法线方向观察的中央部(膜片包含四边形的形状的情况下，也可以是四边形的对角线的交点。膜片包含圆形的形状的情况下，也可以是中心。)以通过该区域的方式绘制的直线交叉的基板的开口的外形。
另外，在本发明中，所述膜片的外形与所述基板的开口的外形交叉时的交叉角度也可以为30度以上。据此，即使基板的开口的外形的位置因制造偏差而产生偏差，也能够抑制膜片的外形中配置于基板的开口的外形的外侧的部分的面积的变化。换句话说，能够使俯视时膜片中与开口的外侧的基板重叠的部分的面积稳定化。在此，所谓交叉角度是指基板的开口的外形和交叉的膜片的外形形成的角度的锐角侧(小侧)的角度。另外，在基板的开口的外形和膜片的外形垂直交叉的情况下，交叉角度为90度。
另外，在本发明中，所述膜片的外形中从法线方向观察配置于所述基板的开口内侧的部分配置在所述多边形的一边或构成所述闭曲线的曲线的中央部，从法线方向观察配置于所述基板的开口外侧的部分也可以配置在所述多边形的一边或构成所述闭曲线的曲线的所述中央部的两侧。
据此，在膜片向基板的开口部侧位移时，能够通过膜片的更接近支承部的部分限制膜片的位移，能够更可靠地减轻膜片位移时对支承部的应力集中。
另外，本发明也可以是具备上述任一方面的MEMS结构、和经由空隙与所述膜片相对配设的背板的电容式传感器。该情况下，所述锚件也可以将所述膜片固定在所述背板上。
另外，本发明也可以是上述任一方面的MEMS结构中的所述膜片具有压电效应的压电型传感器。
另外，本发明也可以是具有上述记载的电容式传感器，将声压转换成所述膜片与所述背板之间的电容的变化而进行检测的声音传感器。另外，本发明也可以是具有上述记载的压电型传感器，将声压转换成所述膜片的压电电压的变化而进行检测的声音传感器。据此，对于声音传感器，可得到高的SN比，且可提高对输入压力的耐压性。
如上述，本发明在将膜片的位移转换成该膜片与所述背板之间的电容的变化的电容式传感器或将膜片的位移转换成膜片的压电效应的压电电压的变化的压电型传感器中，从法线方向观察，膜片的外形的一部分配置在基板的开口内侧，膜片的外形的其它部分配置在基板的开口外侧。
即，一种压电型传感器，其具备：基板，其具有开口；膜片，其与所述基板的开口相对配设，所述膜片具有固定于所述基板且支承该膜片的支承部、由压力的作用而位移的振动部，将所述膜片的所述振动部的位移转换成该振动部与所述背板之间的电容的变化的电容式传感器或者将所述膜片的位移转换成膜片的压电效应的压电电压的变化，其中，从法线方向观察，所述振动部的外形的一部分配置在所述基板的开口的内侧，所述振动部的外形的其它部分配置于基板的开口的外侧。
而且，所述膜片具有大致四边形的振动部和从该膜片的四个角部放射状延伸且在端部固定于所述基板的支承部，
所述基板的开口部的外形具有大体四边形的形状，所述膜片的振动部与所述基板的开口相对配置，所述振动部的各边具有与直线不同的形状，由此，从法线方向观察，所述振动部的外形的一部也可以配置在所述基板的开口的内侧，所述振动部的外形的其它部分也可以配置在基板的开口的外侧。
该情况下，例如，从法线方向观察，在所述振动部的各边增添凹凸，由此，所述振动部的外形在凸状的部分能够配置于所述基板的开口的外侧，所述振动部的外形在凹状的部分能够配置于所述基板的开口的内侧。据此，从法线方向观察，能够更容易地将膜片的外形的一部分配置在所述基板的开口的内侧，并且将所述膜片的外形的其它部分配置在所述基板的开口的外侧。另外，能够容易变更从膜片的外形和基板的开口的法线方向观察到的间隙的宽度、重叠的宽度。
另外，在本发明中，所述膜片具有大致四边形的振动部和从该振动部的四个角部呈放射状延伸且在端部固定于所述基板的支承部，所述基板的开口部的外形具有大致四边形的形状，所述膜片的振动部配置为与所述基板的开口相对，所述基板的开口部的各边具有与直线不同的形状，由此，从法线方向观察，所述振动部的外形的一部分也可以配置在所述基板的开口的内侧，并且所述振动部的外形的其它部分也可以配置在所述基板的开口的外侧。
该情况下，例如，从法线方向观察，在基板的开口的各边增添凹凸，由此，所述振动部的外形在凸状的部分能够配置在所述基板的开口的内侧，所述振动部的外形在凹状的部分能够配置在所述基板的开口的外侧。由此，从法线方向观察，振动部的外形的一部分能够更容易地配置在所述基板的开口的内侧，并且所述振动部的外形的其它部分能够配置在所述基板的开口的外侧。另外，可容易变更从法线方向观察到的振动部的外形和基板的开口的间隙的宽度及重叠的宽度。
此外，上述的用于解决课题的方法可适当组合使用。
根据本发明，在使用MEMS技术制作的电容式传感器、压电型传感器或声音传感器中，可得到高的SN比，且可提高对输入压力的耐压性。
附图说明
图1是表示通过MEMS技术制造的现有的声音传感器之一例的立体图；
图2是表示现有的声音传感器的内部结构之一例的分解立体图；
图3是表示本发明实施例1的膜片及固定膜的形状及与后腔室的外形的关系的图；
图4是将本发明实施例1的膜片的支承部及振动部的两端部附近放大的第一图；
图5是将本发明实施例1的膜片的支承部及振动部的两端部附近放大的第二图；
图6是将本发明实施例1的膜片的支承部及振动部的两端部附近放大的第三图；
图7是表示现有例和本发明实施例1的膜片的支承部附近的应力分布的图；
图8是表示本发明实施例1的膜片及固定膜的形状及与后腔室的外形的关系的变动的图；
图9是表示本发明实施例1的膜片及固定膜的形状及与后腔室的外形的关系的其它变动的图；
图10是表示本发明实施例1和现有例的膜片与固定膜之间的狭缝的形状的图；
图11是表示本发明实施例2的膜片的形状的图；
图12是本发明实施例2的膜片附近的剖视图；
图13是用于对现有例的膜片的不良情况进行说明的图；
图14是表示本发明实施例3的膜片及固定膜的形状及与后腔室的外形的关系的图；
图15是表示本发明实施例4的膜片的形状及与后腔室的外形的关系的变动的图；
图16是表示本发明实施例5的膜片的形状及与后腔室的外形的关系的变动的图；
图17是表示本发明实施例6的膜片的形状的图；
图18是现有例的声音传感器的局部剖视图；
图19是另一现有例的声音传感器的局部剖视图。
标记说明
1：声音传感器
2：后腔室
3：(硅)基板
5：膜片
5a：狭缝
5b：止动件
7：背板
8：固定电极膜
11：振动部
11a：中央部
11b：两端部
12：支承部
13：固定膜
具体实施方式
＜实施例1＞
以下，参照附图对本申请发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式是本申请发明的一方式，不限定本申请发明的技术范围。此外，本发明可应用于电容式传感器整体，以下对将电容式传感器用作声音传感器的情况进行说明。然而，本发明的电容式传感器如果是检测膜片的位移的传感器，则也能够用作声音传感器以外的传感器。例如，除了压力传感器之外，还可用作加速度传感器或惯性传感器等。另外，显然也可用作传感器以外的元件，例如将电信号转换成位移的扬声器等。以下，表示了膜片的振动部是大致四边形且具有四个支承部，基板的开口的外形为大致四边形的例子，但膜片的振动部是四边形以外的多边形或圆形等闭曲线，具有多个支承部，基板的开口的外形是四边形以外的多边形或圆形等闭曲线的情况也可得到效果。
图1是表示通过MEMS技术制造的现有的声音传感器1之一例的立体图。另外，图2是表示声音传感器1的内部结构之一例的分解立体图。声音传感器1是在设有作为开口的后腔室2的硅基板(基板)3的上表面层积有绝缘膜4、固定膜13、膜片(振动电极板)5及背板7的层积体。背板7具有使固定电极膜8在固定板6成膜的结构，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全面设置有作为多个穿孔的声孔(图1及图2所示的固定板6的阴影的各点相当于各个声孔)。另外，在固定电极膜8的四角中一处设有用于取得输出信号的固定电极焊盘10。
在此，硅基板3例如能够由单晶硅形成。另外，膜片5例如能够由导电性的多晶硅形成。膜片5具有在振动的大致四边形的振动部11的四角配置有放射状(即振动部11的对角线的方向)延伸的支承部12的平面形状。而且，膜片5以覆盖后腔室2的方式配置于硅基板3的上表面，且在四个支承部12的前端经由锚件(未图示)固定在硅基板3上。膜片5的振动部11感应声压而上下振动。在此，支承部12与朝向锚件突出的形状相当。
另外，膜片5在四个支承部12以外的部位，与硅基板3、背板7均不接触。因此，可感应声压而更顺畅地振动。另外，在处于振动部11的四角的支承部12中的一个设有膜片焊盘(未图示)。设于背板7的固定电极膜8设置为与膜片5中除了四角的支承部12的振动部11相对。
此外，在膜片5的周围设有固定膜13，该固定膜13在声音传感器1完成后与膜片5构成大致同一平面，且经由狭缝5a将膜片5包围。该固定膜13不与声压感应振动，而是固定在基板3上。该固定膜13抑制因使振动部11上下位移的空气从膜片5的周围泄漏而使声音传感器1的灵敏度降低的情况。
在声音到达声音传感器1时，声音通过声孔，在膜片5上施加声压。即，通过该声孔将声压施加于膜片5。另外，通过设置声孔，在背板7与膜片5之间的气隙中的空气易向外部逸出，能够减少噪声。
在声音传感器1中，通过上述结构，膜片5的振动部11接收声音而振动，振动部11与固定电极膜8之间的距离发生变化。振动部11与固定电极膜8之间的距离变化时，振动部11与固定电极膜8之间的电容发生变化。因此，在与膜片5电连接的振动膜电极焊盘9和与固定电极膜8电连接的固定电极焊盘10之间施加直流电压，上述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。
图3表示从膜片5的法线方向观察到的本实施例的膜片5和固定膜13的图。另外，在图3中虚线所示的是作为硅基板3的开口的后腔室2的外形。如图所示，通过形成于膜片5与固定膜13之间的狭缝5a确定膜片5的外形。此外，在图3～后面的图中，为了简便，狭缝5a通过一条线来表现。
另外，本实施例的膜片5的振动部11的外形在各边的中央部11a处形成在后腔室2的外形的内侧，在各边的两端部11b处形成在后腔室2的外形的外侧。换句话说，俯视时，膜片5的振动部11的外形中仅各边的两端部11b与后腔室2的外侧的硅基板3重叠。
由此，在从背板7侧向膜片5作用较大压力的情况下，向与背板7相反方向位移的振动部11的各边的两端部11b在后腔室2的外形附近与硅基板3抵接，抑制振动部11的进一步的位移。由此，即使从后腔室7侧作用较大压力的情况下，也能够抑制膜片5的振动部11因过度位移而应力特别集中在支承部12而发生破损。其结果是，可提高声音传感器1对输入压力的耐压性。
图4是将本实施例的膜片5的支承部12及振动部11的两端部11b附近放大的图。在本实施例中，振动部11的外形在各边的中央部11a处形成于后腔室2的外形的内侧，在各边的两端部11b处形成于后腔室2的外形的外侧。而且，在中央部11a与两端部11b之间的区域，振动部11的外形与后腔室2的外形交叉。作为结果，膜片5的外形在隔着支承部12的两个交点，与后腔室2的外形交叉，该部分在本实施例中相当于规定的交叉结构。此外，在图4中，在支承部12的前端通过阴影表示锚件12a。
而且，在本实施例中设定为将膜片5的振动部11的外形和后腔室2的外形的交点与在振动部11的不同的边上存在且与上述交点最近的其它交点连接的线段的长度B比膜片5的支承部12的宽度A长。由此，支承部12成为易产生施加压力导致的变形的状态，能够得到高灵敏度，且能够抑制膜片5变形时应力集中在支承部12的情况。此外，在此，支承部12的宽度A相当于位于靠锚件附近的膜片5的宽度。
另外，在本实施例中，如图5所示，在膜片5的振动部11的外形和后腔室2的外形的交点的附近具有拐点C。这样，通过在膜片5的外形和后腔室2的外形的交点的附近设置拐点C，在几何学上可将连接膜片5的振动部11的外形和后腔室2的外形的交点和与在振动部11的不同的边上存在的上述交点最近的另一交点的线段的长度B设定得比膜片5的支承部12的宽度A更长。
此外，在此，拐点C包括作为点的情况和作为区域的情况。即，拐点C也可以是在点的两端，曲线弯曲的方向反转的结构，也可以是在具有规定大小(或长度)的区域的两端，曲线弯曲的方向反转的结构。在此，所谓附近也可以是拐点与上述交点相同的点，也可以具有少许偏差(例如，±50μm以下)。
另外，在本实施例中，如图6所示，在膜片5的振动部11处形成于后腔室2的外形的外侧的两端部11b的长度D为振动部11的各边的长度的1/20以上且1/3以下。实验可知，在膜片5的振动部11处形成于后腔室2的外形的外侧的两端部11b的长度D只要是该范围，则能够良好地维持抑制空气的布朗运动引起的噪声和避免膜片5的过度位移的平衡。因此，根据本实施例，可在声音传感器中更可靠地得到高的SN比和对输入压力的耐压性。
图7表示从背板7侧作用较大压力的情况下，膜片5的支承部12附近的应力分布。图7(a)表示膜片5的振动部11的外形的全部配置于后腔室2的内侧的情况的图，图7(b)表示膜片5的振动部11的外形的两端部11b配置于后腔室2的内侧，且振动部11的各边的中央部11a配置于后腔室2的外形的外侧的情况的图，图7(c)表示膜片5的振动部11的外形的中央部11a配置于后腔室2的内侧，且振动部11的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧的情况的图。
如该图所示，从背板7侧作用较大压力时的支承部12附近的应力分布在膜片5的振动部11的外形的两端部11b配置于后腔室2的内侧，且振动部11的各边的中央部11a配置于后腔室2的外形的外侧的情况下，与振动部11的外形的全部配置于后腔室2的外形的内侧的情况比较，应力分布稍微变宽，减轻支承部12的应力集中。
另外，在膜片5的振动部11的外形的中央部11a配置于后腔室2的内侧，且振动部11的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧的情况下，与膜片5的振动部11的外形的两端部11b配置于后腔室2的内侧，且振动部11的各边的中央部11a配置于后腔室2的外形的外侧的情况比较，应力分布进一步变宽，减轻支承部12的应力集中。
而且，在膜片5的振动部11的外形的中央部11a配置于后腔室2的内侧，且振动部11的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧的情况下，与振动部11的外形的全部配置于后腔室2的外形的内侧的情况比较，作用于支承部12的应力的最大值降低到60％。
此外，在振动部11的外形的全部配置于后腔室2的外形的内侧的情况、和膜片5的振动部11的外形的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧的情况下，SN比没有显著差别。
在上述实施例中，对膜片5的振动部11的外形的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧，且振动部11的各边的中央部11a的全部配置于后腔室2的外形的内侧的情况进行了说明，但本发明的振动部11的形状不限于此。在图8中对膜片5的振动部11的外形的一部分配置于后腔室2的外形的外侧时的振动部11的外形的变动进行表示。图8(a)及图8(b)是后腔室2的外形为单纯的四边形，使膜片5的振动部11的外形的各边变形的例子。
更具体地，图8(a)如上述本实施例中说明地，是膜片5的振动部11的外形的各边的中央部11a的全部配置于后腔室2的外形的内侧，且振动部11的外形的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧的例子。与此相对，图8(b)是膜片5的振动部11的外形的各边的中央部11a的另一部分配置于后腔室2的外形的外侧的例子。
此外，实验可知，如图8(a)所示的变动和图8(b)所示的变动那样地，振动部11的外形的各边的两端部11b配置于后腔室2的外形的外侧的结构抑制向支承部12的应力集中，提高声音传感器1对输入压力的耐压性的效果大。基于该结果和图7所示的应力分布的解析结果，认为抑制支承部12附近的振动部11的位移能够更有效地抑制向支承部12的应力集中。因此，在本实施例中可以说希望振动部11的外形中配置于后腔室2的外形的外侧的区域作为与支承部12更近的两端部11b。
接着，图9中对将膜片5的振动部11的外形形成为单纯的四边形，使后腔室2的外形的各边变形的变动进行表示。在图9(a)及图9(b)中，通过使后腔室2的外形的各边的中央部2a突出，膜片5的振动部11的外形的各边的中央部相对地配置于后腔室2的外形的内侧。另外，通过使后腔室2的外形的各边的两端部2b比中央部2a凹陷，振动部11的外形的各边的两端部相对地配置在后腔室2的外形的外侧。
此外，在本实施例中，如图10(a)所示，固定膜13设置为将包含支承部12的膜片5的整体包围，狭缝5a构成闭曲线。这是因为，例如如图10(b)所示，在膜片5与固定膜13之间的狭缝5a向固定膜13的外部露出的状态下，在制造工序中异物有可能从狭缝5a的露出部进入而成为非意图的成品。
＜实施例2＞
接着，对本发明的实施例2进行表示。在本实施例中对特别是将振动部11的外形中配置于后腔室2的外形的外侧的区域作为与各边的两端部11b即支承部12更近的区域，在两端部11b设有在振动部11向基板3侧位移的情况下与基板3抵接的凸状的止动件的例子进行说明。
图11表示从法线方向观察到的本实施例的振动部11、支承部12、固定膜13及后腔室2的图。图11(a)是整体的俯视图，图11(b)是将支承部12附近放大的图。另外，图12(a)表示图11(b)的A－A′截面，图12(b)表示图11(b)的B－B′截面。如图11(b)及图12(b)所示，在本实施例中，特别是在振动部11，在外形配置于后腔室2的外形的外侧的区域设有在基板3侧为凸状的止动件5b。由此，由于从背板7侧向振动部11作用较大压力，因此，在振动部11向后腔室2侧位移的情况下，能够使止动件5b与基板3的表面抵接。由此，能够减小振动部11与基板3抵接时的接触面积，能够抑制振动部11在与基板3抵接的状态下粘固。
＜实施例3＞
接着，对本发明的实施例3进行表示。在本实施例中，对于特别是在振动部11的外形中和后腔室2的最近的外形的角度为规定角度以下的区域，将振动部11的外形与后腔室2的外形的距离分离规定距离以上的例子进行说明。
图13是表示振动部11的外形(即侧面图的端面，以下同)与后腔室2的外形(端面)过度接近时的不良情况的图。图13(a)是表示压力未作用在膜片5的状态的振动部11的外形(端面)和后腔室2的外形(端面)的关系的图。图13(b)是对压力作用在膜片5的情况下发生的现象进行表示的图。
即，如图13(a)所示，在振动部11的外形(端面)和后腔室2的外形(端面)过于接近的情况下，从背板7侧向振动部11作用较大压力时，振动部11一旦向背板7的相反侧位移就侵入后腔室2内。而且，要返回初始位置时，有时振动部11的外形(端面)卡在后腔室2的外形(端面)，有可能不可能返回到初始位置。
对此，在本实施例中，特别是对于在振动部11的外形(端面)上从与最近的后腔室2的外形(端面)的法线方向观察到的角度为规定角度、例如为3度以下的区域，将振动部11的外形(端面)从后腔室2的外形(端面)分开规定距离例如1μm以上或3μm以上而配置。
图14表示本实施例的膜片5、固定膜13、后腔室2的外形的俯视图。如从图14可知，在本实施例中，振动部11的外形上与后腔室2的最近的外形的角度为3度以下的区域11d、11e(仅对一边标注符号，其它三边同样)一定从后腔室2的外形分离1μm以上。
据此，振动部11的外形相对于与后腔室2的外形交叉的部分11f等后腔室2的最近的外形具有大的角度的区域以外，能够将振动部11的外形从后腔室2的外形且从端面分离1μm以上，在从背板7侧向振动部11作用较大压力的情况下，能够抑制振动部11的外形(端面)卡在后腔室2的外形(端面)，不可能返回到初始位置的情况。通过这样，能够避免振动部11弯曲，其中心侧的区域与背板7接触等不良情况。
此外，在本实施例中，将振动部11的外形从后腔室2的外形且从端面分离1μm以上的区域作为在振动部11的外形上从与最近的后腔室2的外形的法线方向观察的角度为3度以下的区域源于以下理由。即，基本上与后腔室2的外形(端面)具有一定程度角度的振动部11的外形(端面)包含振动部11的外形(端面)与后腔室2的外形(端面)交叉的情况，认为难以卡在后腔室2的外形(端面)上。
另外，在上述实施例中，后腔室2的最近的外形也可以为对于振动部11的外形的规定的区域，距该区域的距离最小的后腔室2的外形。另外，也可以为从法线方向观察到的垂直线与该外形交叉的后腔室2的外形。或者，也可以为以从振动部11的从法线方向观察到的中央部(振动部为四边形的情况下，也可以是对角线的交点。振动部为圆形的情况下，也可以是中心。)通过该区域的方式绘制的直线交叉的后腔室2的外形。
另外，在本实施例中，如图14所示，将振动部11的外形与后腔室2的外形交叉的情况的交叉角度设为大致45度。如果将该交叉角度设为30度以上，即使后腔室2的外形位置因制造偏差而产生偏差，也能够抑制膜片5的振动部11的外形中配置于后腔室2的外形的外侧的部分的面积的变化。换句话说，能够使膜片5的振动部11中俯视时与后腔室2外侧的硅基板3重叠的部分的面积稳定化。
＜实施例4＞
接着，对本发明的实施例4进行表示。在本实施例中，对膜片的振动部的外形为四边形以外的形状的例子进行说明。
图15中对本实施例的膜片5的外形的变动进行表示。图15(a)表示后腔室2的外形及膜片5的振动部11的外形为大致正六边形的例子。该情况下，放射状延伸的支承部12在各角部共设置六个。图15(b)表示后腔室2的外形及膜片5的振动部11的外形为大致正八边形的例子。该情况下，放射状延伸的支承部12在各角部共设置八个。图15(c)表示后腔室2的外形为圆形，且膜片5的振动部11的外形为大致四边形，中央部11a为圆弧状凸出的形状的例子。该情况下，放射状延伸的支承部12与实施例1同样，在各角部共设置四个。
这样，振动部的形状及支承部的数量根据基板的形状及电容式传感器的规格可适当变更。此外，由图15可知，在本实施例中，振动部11的外形在中央部11a处配置在后腔室2的外形的内侧，在两端部11b处配置在后腔室2的外形的外侧。然而，对于振动部11的外形的哪个部分配置在后腔室2的外形的外侧，哪个部分配置在后腔室2的外形的内侧，显然可根据电容式传感器的规格适当变更。
＜实施例5＞
接着，对本发明的实施例5进行表示。在本实施例中，对在膜片的振动部的外形混合具有与基板的开口部的外形的交点的区域和没有与基板的开口部的外形的交点的区域的例子进行说明。
图16对本实施例的膜片5的外形的变动进行表示。图16(a)是振动部11为大致四边形，四边形的相对的上下二边配置在后腔室2的外形的外侧，相对的左右二边配置在后腔室2的外形的内侧的例子。图16(b)是振动部11为大致四边形，在四边形相对的二个对角的附近设有两端部11b，在剩余的二个对角未设置两端部11b的例子。图16(c)是后腔室2的外形及膜片5的振动部11的外形为大致正八边形，设有两端部11b的顶角和未设有两端部11b的顶角交替设置的例子。
这样，从膜片5的法线方向观察，本发明的膜片5至少在一处以上具有膜片5的外形和基板的开口的外形交叉的交叉结构即可，在膜片5的振动部11的外形中包括具有与后腔室2的外形的交点的区域和不具有与后腔室2的外形的交点的区域混合的情况。
＜实施例6＞
接着，对本发明的实施例5进行表示。在本实施例中，对膜片的振动部的外形为大致圆形的例子进行说明。
图17对本实施例的膜片5的振动部11的外形为圆形的情况进行表示。在该例中设为四个支承部12以90度间隔向半径方向延伸。另外，在支承部12与支承部12之间的曲线部分的两端设有两端部11b，在两端部11b，振动部11的外形配置在圆形的后腔室2的外形的外侧。另外，在支承部12与支承部12之间的曲线部分的中央部11a，振动部11的外形配置于圆形的后腔室2的外形的内侧。此外，图17的膜片5的支承部12与支承部12之间的曲线部分相当于构成本发明的闭曲线的曲线。
这样，本发明的膜片5的振动部11的外形不限于四边形等多边形。另外，在本实施例中，对振动部11的外形为圆形的情况进行了说明，但振动部11的外形也可以由圆形以外的闭曲面形成。
此外，在上述实施例中，对膜片5的支承部12由锚件12a固定于基板3的例子进行了说明，但在本发明中，膜片5的支承部12也可以由锚件12a固定于背板7。另外，在上述实施例中，对将本发明应用于电容式传感器的例子进行了说明，但本发明对于其它传感器，例如，通过具有压电效应的材质形成膜片，将膜片的位移作为压电电压的变化而进行检测的压电型传感器也可同样适用。该情况下，在结构上不需要背板。

Claims (13)

1.一种MEMS结构，具备：
基板，其具有开口；
膜片，其与所述基板的开口相对配设；
多个锚件，其将所述膜片固定在所述基板或其它部件上；
固定膜，其经由狭缝配置在所述膜片的周围，其特征在于，
所述膜片的外形包括朝向锚件突出的形状，
在所述膜片的至少一处以上具有如下的交叉结构，即，从所述膜片的法线方向观察，所述膜片的外形和所述基板的开口的外形夹着朝向所述锚件突出的形状而在两个交点交叉的规定的交叉结构，
在所述交叉结构中，
所述两个交点的距离比靠近所述锚件的所述膜片的宽度大。
2.如权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，
所述膜片的外形在所述交点的附近具有拐点。
3.如权利要求1或2所述的MEMS结构，其特征在于，
所述膜片的外形由多边形或大致多边形构成，
所述膜片的外形的一边中，位于比所述基板的开口的外形靠外侧的部分的长度为所述一边的长度的1/20以上且1/3以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的MEMS结构，其特征在于，
在所述膜片中的外形配置于所述基板的开口的外侧的部分形成有止动件，该止动件在所述基板的方向具有凸形状，在所述膜片向所述基板侧位移时与所述基板抵接。
5.如权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，
所述固定膜将所述膜片完全包围，所述狭缝构成闭曲线。
6.如权利要求1～5中任一项所述的MEMS结构，其特征在于，
所述膜片的外形中相对于最近的所述基板的开口的外形的角度为3度以下的区域与所述基板的开口的外形分开1μm以上而配置。
7.如权利要求1～6中任一项所述的MEMS结构，其特征在于，
所述膜片的外形在所述交点与所述基板的开口的外形交叉时的交叉角度为30度以上。
8.如权利要求3所述的MEMS结构，其特征在于，
所述膜片的外形中从法线方向观察配置于所述基板的开口的内侧的部分配置在所述多边形的一边或构成所述闭曲线的曲线的中央部，从法线方向观察配置于所述基板的开口的外侧的部分配置在所述多边形的一边或构成所述闭曲线的曲线的所述中央部的两侧。
9.一种电容式传感器，其特征在于，具备：
权利要求1～8中任一项所述的MEMS结构、和
经由空隙与所述膜片相对配设的背板。
10.如权利要求9所述的电容式传感器，其特征在于，
所述锚件将所述膜片固定在所述背板上。
11.一种压电型传感器，其特征在于，
权利要求1～8中任一项所述的MEMS结构中的所述膜片具有压电效应。
12.一种声音传感器，其中，
具有权利要求9或10所述的电容式传感器，将声压转换成所述膜片与所述背板之间的电容的变化而进行检测。
13.一种声音传感器，其中，
具有权利要求11所述的压电型传感器，将声压转换成所述膜片的压电电压的变化而进行检测。
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