DE112013006821B4

DE112013006821B4 - Kapazitiver Sensor, Akustiksensor, und Mikrophon

Info

Publication number: DE112013006821B4
Application number: DE112013006821.4T
Authority: DE
Inventors: Yuki Uchida
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: MMI Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: CN105191350A; US9668063B2; US20160037266A1; DE112013006821T5; CN105191350B; WO2014141508A1; JP6237978B2; JP2014179685A

Abstract

Kapazitiver Sensor, umfassend
ein Substrat, das einen wenigstens an der Oberseite geöffneten Hohlraum aufweist;
eine schwingende Elektrodenplatte, die so über dem Substrat gebildet ist, dass sie die Oberseite des Hohlraums abdeckt;
eine Rückplatte, die so über dem Substrat gebildet ist, dass sie die schwingende Elektrodenplatte abdeckt; und
eine feste Elektrodenplatte, die an der Rückplatte ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende Elektrodenplatte in einen Bereich, der sich über dem Hohlraum befindet, und einen Bereich, der sich über der Oberseite des Substrats befindet, geteilt ist,
durch den Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der sich über dem Hohlraum befindet, und die feste Elektrodenplatte ein erster Erfassungsteil gebildet ist,
und durch den Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der sich über der Oberseite des Substrats befindet, und die Oberseite des Substrats ein zweiter Erfassungsteil gebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Sensor, einen Akustiksensor, und ein Mikrophon. Konkret gesprochen betrifft die vorliegende Erfindung einen kapazitiven Sensor, der durch einen aus einer schwingenden Elektrodenplatte (Membran) und einer festen Elektrodenplatte aufgebauten Kondensatoraufbau gebildet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Akustiksensor (einen Schallwandler), der Schallschwingungen in elektrische Signale umwandelt und ausgibt, und ein Mikrophon, das diesen Akustiksensor verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen kapazitiven Sensor und einen Akustiksensor von winziger Größe, die unter Verwendung der MEMS-Technologie (MEMS: mikroelektromechanisches System) hergestellt werden.
Allgemeiner Stand der Technik
Als kleine Mikrophone, die in Mobiltelefone und dergleichen eingebaut sind, wurden bisher verbreitet Elektret-Kondensatormikrophone verwendet. Doch Elektret-Kondensatormikrophone sind wärmeempfindlich und sind MEMS-Mikrophonen im Hinblick auf die Eignung zur Digitalisierung, die Kleinformatigkeit, die Hochfunktionalität/Multifunktionalität und die Stromersparnis unterlegen. Daher kommen gegenwärtig zunehmend MEMS-Mikrophone in Gebrauch.
MEMS-Mikrophone umfassen einen Akustiksensor (einen Schallwandler), der akustische Schwingungen detektiert und in elektrische Signale (Detektionssignale) umwandelt, eine Antriebsschaltung, die eine Spannung an den Akustiksensor anlegt, und eine Signalverarbeitungsschaltung, die in Bezug auf die Detektionssignale von dem Akustiksensor eine Signalverarbeitung wie etwa eine Verstärkung vornimmt und eine Ausgabe nach außen durchführt. Der bei MEMS-Mikrophonen verwendete Akustiksensor ist ein Akustiksensor vom kapazitiven Typ, der unter Verwendung der MEMS-Technologie hergestellt ist. Die Antriebsschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung, die oben genannt wurden, werden unter Verwendung der Halbleitertechnologie in einer Einheit als ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) hergestellt.
In der jüngsten Zeit wird verlangt, dass das Mikrophon Geräusche von einem geringen Schalldruck bis zu einem großen Schalldruck mit einer hohen Empfindlichkeit detektiert. Im Allgemeinen ist der maximale Eingangsschalldruck eines Mikrophons durch die harmonische Verzerrungsrate (den Klirrfaktor) beschränkt. Der Grund dafür ist, dass dann, wenn durch ein Mikrophon ein Geräusch mit einem großen Schalldruck detektiert werden soll, eine harmonische Verzerrung in dem Ausgangssignal auftritt und die Tonqualität und die Genauigkeit beeinträchtigt werden. Wenn die harmonische Verzerrungsrate verkleinert werden könnte, könnte der maximale Eingangsschalldruck vergrößert werden und der Detektionsschalldruckbereich des Mikrophons (nachstehend als Dynamikbereich bezeichnet) erweitert werden.
Doch bei allgemeinen Mikrophonen besteht für die Erhöhung der Empfindlichkeit der Detektion von Schallschwingungen und die Verringerung der harmonischen Verzerrungsrate eine „Kompromissbeziehung“. Daher wird bei hochempfindlichen Mikrophonen, die Geräusche mit geringen Lautstärken (einem geringen Schalldruck) detektieren können, die harmonische Verzerrungsrate des Ausgangssignals bei Eingang eines Geräuschs mit einer großen Lautstärke groß und ist daher der maximale Detektionsschalldruck beschränkt. Dies liegt daran, dass das Ausgangssignal bei einem hochempfindlichen Mikrophon stark wird und leicht eine harmonische Verzerrung entsteht. Wenn im Gegensatz dazu versucht wird, durch Verringern der harmonischen Verzerrung des Ausgangssignals den maximalen Detektionsschalldruck zu vergrößern, wird die Empfindlichkeit schlecht und wird es schwierig, Geräusche mit einer geringen Lautstärke qualitativ hochwertig zu detektieren. Als Folge ist es schwierig, einem allgemeinen Mikrophon einen breiten Dynamikbereich von einer geringen Lautstärke (einem geringen Schalldruck) bis zu einer großen Lautstärke (einem großen Schalldruck) zu verleihen.
Vor diesem technischen Hintergrund wurden als Verfahren zur Ausführung eines Mikrophons, das einen breiten Dynamikbereich aufweist, Mikrophone untersucht, die mehrere Akustiksensoren mit unterschiedlicher Detektionsempfindlichkeit benutzen. Derartige Mikrophone sind zum Beispiel in den Patentliteraturbeispielen 1 bis 4 offenbart.
In den Patentliteraturbeispielen 1 und 2 sind Mikrophone offenbart, bei denen mehrere Akustiksensoren ausgebildet sind und die mehreren Signale von den mehreren Akustiksensoren je nach dem Schalldruck umgeschaltet oder miteinander verschmolzen werden. Bei derartigen Mikrophonen ist es möglich, zum Beispiel durch umschaltendes Benutzen eines hochempfindlichen Akustiksensors mit einem detektierbaren Schalldruckpegel (SPL) von etwa 30 dB bis 115 dB und eines gering empfindlichen Akustiksensors mit einem detektierbaren Schalldruckpegel von etwa 60 dB bis 140 DB ein Mikrophon auszuführen, dessen detektierbarer Schalldruckpegel etwa 30 dB bis 140 dB beträgt. In den Patentliteraturbeispielen 3 und 4 sind Aufbauten offenbart, bei denen mehrere unabhängige Akustiksensoren auf einem Chip gebildet sind.
1(A) zeigt die Beziehung zwischen der harmonischen Verzerrungsrate und dem Schalldruck bei dem hochempfindlichen Akustiksensor des Patentliteraturbeispiels 1. 1(B) zeigt die Beziehung zwischen der harmonischen Verzerrungsrate und dem Schalldruck bei dem gering empfindlichen Akustiksensor des Patentliteraturbeispiels 1. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem durchschnittlichen Verschiebungsausmaß der Membran und dem Schalldruck bei dem hochempfindlichen Akustiksensor und dem gering empfindlichen Akustiksensor des Patentliteraturbeispiels 1. Wenn nun die zulässige harmonische Verzerrungsrate als 20 % angesetzt wird, beträgt der maximale Detektionsschalldruck des hochempfindlichen Akustiksensors 115 dB. Da bei dem hochempfindlichen Akustiksensor das S/N-Verhältnis schlecht wird, wenn der Schalldruck kleiner als etwa 30 dB wird, beträgt der minimale Detektionsschalldruck etwa 30 dB. Daher beträgt der Dynamikbereich des hochempfindlichen Akustiksensors wie in 1(A) gezeigt etwa 30 dB bis 115 dB. Wenn die zulässige harmonische Verzerrungsrate ebenso als 20 % angesetzt wird, beträgt der maximale Detektionsschalldruck des gering empfindlichen Akustiksensors etwa 140 dB. Bei dem gering empfindlichen Akustiksensor ist die Fläche der Membran kleiner als bei dem hochempfindlichen Akustiksensor und ist wie in 2 gezeigt auch das durchschnittliche Verschiebungsausmaß der Membran kleiner als bei dem hochempfindlichen Akustiksensor. Daher wird der minimale Detektionsschalldruck des gering empfindlichen Akustiksensors größer als bei dem hochempfindlichen Akustiksensor und beträgt er ungefähr 60 dB. Als Resultat beträgt der Dynamikbereich des gering empfindlichen Akustiksensors wie in 1(B) gezeigt etwa 60 dB bis 140 dB. Wenn ein derartiger hochempfindlicher Akustiksensor und gering empfindlicher Akustiksensor kombiniert werden, wird der detektierbare Schalldruckbereich wie in 1(C) gezeigt mit etwa 30 dB bis 140 dB breit.
Die harmonische Verzerrungsrate wird wie nachstehend beschrieben definiert. Die in 3(A) mit einer durchgehenden Linie gezeigte Wellenform ist eine Sinuswellenform mit einer Frequenz f1 als Basis. Wenn dieses Basissinuswellensystem Fourier-transformiert wird, tritt nur an der Position der Frequenz f1 eine spektrale Komponente auf. Nun wird angenommen, dass die Basissinuswellenform von 3(A) aus irgendeinem Grund wie die in 3(A) gestrichelt gezeigte Wellenform verzerrt wird. Es wird angenommen, dass durch Vornahme einer Fourier-Transformation dieser Verzerrungswellenform ein Frequenzspektrum wie in 3(B) erhalten wurde. Das heißt, es wird angenommen, dass die Verzerrungswellenform bei den Frequenzen fl, f2, ..., f5 jeweils eine FFT-Stärke (schnelle Fourier-Transformations-Stärke) von V1, V2, ..., V5 aufweist. Nun wird die harmonische Verzerrungsrate THD dieser Verzerrungswellenform durch die folgende Formel 1 definiert.
Formel 1: $T H D = \frac{\sqrt{V 2^{2} + V 3^{2} + V 4^{2} + V 5^{2}}}{V 1}$
Weiterer Stand der Technik ist aus der US 2012/0288130 A1 bekannt, die eine Mikrophonanordnung offenbart, welche ein Gehäuse, das eine Grundplatte und eine Abdeckung aufweist und in dem ein nach unten geöffneter Hohlraum gebildet ist, eine Membran, die so über der Grundplatte angeordnet ist, dass sie eine Oberseite des Hohlraums abdeckt, und eine Gegenelektrode aufweist, die so über der Grundplatte angeordnet ist, dass sie die Membran zumindest teilweise abdeckt.
Ferner ist aus der WO 2012/093598 A1 ein Schallsensor bekannt, in dem eine vibrierende Membran und eine feste Membran an der oberen Oberfläche eines Halbleitersubstrats gebildet sind. Der Schallsensor wandelt eine Schallwelle durch die Änderung der elektrischen Kapazität zwischen einer vibrierenden Elektrode der vibrierenden Membran und einer festen Elektrode der festen Membran in ein elektrisches Signal um, und gibt dieses aus. Dabei ist zumindest eine der vibrierenden Elektrode und der festen Elektrode unterteilt, und eine Vielzahl von elektrischen Signalen werden von jeder der resultierenden Vielzahl von Elektroden ausgegeben.
Literatur der Vorläufertechnik
Patentliteraturbeispiele

Patentliteraturbeispiel 1: US 2009 / 0316916 A1
Patentliteraturbeispiel 2: US 2010 / 0183167 A1
Patentliteraturbeispiel 3: JP 2008 245267 A
Patentliteraturbeispiel 4: US 2007 / 0047746 A1

Kurzdarstellung der Erfindung
Aufgabe, die die Erfindung lösen soll
Doch bei den in den Patentliteraturbeispielen 1 bis 4 beschriebenen Mikrophonen weisen die einzelnen Akustiksensoren sowohl im Fall einer Ausbildung der mehreren Akustiksensoren auf gesonderten Chips als auch im Fall einer gemeinsamen Ausbildung der mehreren Akustiksensoren auf einem Chip (Substrat) jeweils einen voneinander unabhängigen Kondensatoraufbau auf. Daher kommt es bei diesen Mikrophonen zu Schwankungen und Fehlanpassungen der Klangeigenschaften. Schwankungen der Klangeigenschaften sind Abweichungen der Klangeigenschaften der Akustiksensoren untereinander zwischen den Chips. Fehlanpassungen der Klangeigenschaften sind Abweichungen der Klangeigenschaften unter den mehreren Akustiksensoren auf dem gleichen Chip.
Konkret ausgedrückt entstehen bei der Bildung der einzelnen Akustiksensoren auf gesonderten Chips infolge von Schwankungen der Krümmung und der Dicke der gebildeten Membranen Schwankungen in Bezug auf die Detektionsempfindlichkeit zwischen den Chips. Als Folge werden die Schwankungen in Bezug auf Unterschiede in der Detektionsempfindlichkeit unter den Akustiksensoren zwischen den Chips groß. Auch wenn einzelne unabhängige Akustiksensoren zusammen auf einem gemeinsamen Chip gebildet sind, kommt es bei der Herstellung der Kondensatoraufbauten der einzelnen Akustiksensoren unter Verwendung der MEMS-Technologie leicht zu Schwankungen bei dem Spaltabstand zwischen der Membran und der festen Elektrode. Da die rückseitige Kammer und das Ventilationsloch gesondert gebildet werden, kommt es bei den Klangeigenschaften wie den Frequenzeigenschaften und der Phase, die durch die rückseitige Kammer und das Ventilationsloch beeinflusst werden, zu einer Fehlanpassung innerhalb des Chips.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen technischen Probleme und hat die Aufgabe, einen kapazitiven Sensor und einen Akustiksensor bereitzustellen, wobei der Dynamikbereich durch Bilden mehrerer Erfassungsteile mit unterschiedlicher Empfindlichkeit in einer Einheit breit ist, Fehlanpassungen unter den Erfassungsteilen gering sind, und ferner Kleinformatigkeit und eine Rauschverringerung möglich sind.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Der kapazitive Sensor nach der vorliegenden Erfindung, der ein Substrat, das einen wenigstens an der Oberseite geöffneten Hohlraum aufweist; eine schwingende Elektrodenplatte, die so über dem Substrat gebildet ist, dass sie die Oberseite des Hohlraums abdeckt; eine Rückplatte, die so über dem Substrat gebildet ist, dass sie die schwingende Elektrodenplatte abdeckt; und eine feste Elektrodenplatte, die an der Rückplatte ausgebildet ist, umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende Elektrodenplatte in einen Bereich, der sich über dem Hohlraum befindet, und einen Bereich, der sich über der Oberseite des Substrats befindet, geteilt ist, durch den Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der sich über dem Hohlraum befindet, und die feste Elektrodenplatte ein erster Erfassungsteil gebildet ist, und durch den Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der sich über der Oberseite des Substrats befindet, und die Oberseite des Substrats ein zweiter Erfassungsteil gebildet ist.
Der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut (das heißt, der Bereich, der sich über dem Hohlraum befindet), und der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut (das heißt, der Bereich über der Oberseite des Substrats), sind zum Beispiel durch einen Schlitz, der in der schwingenden Elektrodenplatte gebildet ist, geteilt. Um die Oberseite des Substrats als Elektrode des zweiten Erfassungsteils auszuführen, kann die Oberseite des Substrats durch Ionenimplantation oder dergleichen so bearbeitet werden, dass sie leitfähig ist, oder kann an der Oberseite des Substrats eine Substratelektrode gebildet werden, die dem Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, gegenübergestellt ist.
Da die schwingende Elektrodenplatte nach dem kapazitiven Sensor der vorliegenden Erfindung geteilt ist, werden zwischen der schwingenden Elektrodenplatte und der festen Elektrodenplatte mehrere Erfassungsteile (variable Kondensatoraufbauten) gebildet. Folglich werden von den einzelnen abgeteilten Erfassungsteilen jeweils elektrische Signale ausgegeben und können Druckveränderungen wie Schallschwingungen und dergleichen in mehrere elektrische Signale umgewandelt ausgegeben werden. Bei einem derartigen kapazitiven Sensor können der Detektionsbereich und die Empfindlichkeit der einzelnen Erfassungsteile zum Beispiel durch unterschiedliches Ausführen der Flächenabmessung für jede schwingende Elektrodenplatte oder durch unterschiedliches Gestalten des Verschiebungsausmaßes für jede schwingende Elektrodenplatte unterschiedlich gestaltet werden und kann durch Umschalten oder Kombinieren der Signale der Detektionsbereich erweitert werden, ohne die Empfindlichkeit herabzusetzen.
Da diese mehreren Erfassungsteile durch Teilen der gleichzeitig gebildeten schwingenden Elektrodenplatte oder festen Elektrodenplatte gebildet sind, werden die Schwankungen der Eigenschaften unter den einzelnen Erfassungsteilen verglichen mit der herkömmlichen Technik, die mehrere gesondert hergestellte und voneinander unabhängige Erfassungsteile aufweist, gering. Als Folge können Schwankungen der Eigenschaften, die durch Unterschiede in der Detektionsempfindlichkeit unter den einzelnen Erfassungsteilen verursacht werden, verringert werden. Und da die einzelnen Erfassungsteile die schwingende Elektrodenplatte und die feste Elektrodenplatte gemeinsam benutzen, können Fehlanpassungen in Bezug auf Eigenschaften wie die Frequenzeigenschaften und die Phase verringert werden.
Da bei dem kapazitiven Sensor der vorliegenden Erfindung der zweite Erfassungsteil so angeordnet ist, dass er den ersten Erfassungsteil umgibt, kann der kapazitive Sensor verglichen mit dem Fall, bei dem der erste Erfassungsteil und der zweite Erfassungsteil links und rechts nebeneinander angeordnet sind, verkleinert werden.
Eine Ausführungsform des kapazitiven Sensors nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die feste Elektrodenplatte von oberhalb des Substrats her gesehen an einer Stelle gebildet ist, an der sie nicht mit dem Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, überlappt. Nach dieser Ausführungsform kann die parasitäre Kapazität zwischen der festen Elektrodenplatte und dem Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, verringert werden.
Eine andere Ausführungsform des kapazitiven Sensors nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende Elektrodenplatte an einer Position, die von dem Rand der Öffnung der Oberseite des Hohlraums zum Inneren des Hohlraums hin verschoben ist, in den Bereich, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und den Bereich, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, geteilt ist. Nach dieser Ausführungsform kann die parasitäre Kapazität zwischen dem Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und der Oberseite des Substrats verringert werden. Da es nur schwer zu einem Einfluss durch die Brownsche Bewegung der Luftmoleküle zwischen dem Bereich, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und der Oberseite des Substrats kommt, wird außerdem das Rauschen des Signals des ersten Erfassungsteils verringert.
Bei noch einer anderen Ausführungsform des kapazitiven Sensors nach der vorliegenden Erfindung sind der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und ihr Bereich, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, teilweise fortlaufend. Da der erste Erfassungsteil und der zweite Erfassungsteil bei dieser Ausführungsform elektrisch verbunden sind, wird die elektrische Verdrahtung des kapazitiven Sensors einfach. Wenn die schwingende Elektrodenplatte an der Stelle, an der der erste Erfassungsteil und der zweite Erfassungsteil verbunden ist, durch einen Fixierteil gehalten wird, können der erste Erfassungsteil und der zweite Erfassungsteil auf ein Mal gehalten werden.
Bei noch einer anderen Ausführungsform des kapazitiven Sensors nach der vorliegenden Erfindung wird der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, durch einen Fixierteil, der an der Oberseite des Substrats ausgebildet ist, an der Unterseite des äußeren Umfangsrands gehalten. Da der zweite Erfassungsteil nach dieser Ausführungsform fest gehalten wird, kann die Unabhängigkeit der Schwingungen des Bereichs der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und ihres Bereichs, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, bewahrt werden und können Interferenzen der Signale des ersten Erfassungsteils und des zweiten Erfassungsteils verhindert werden.
Bei noch einer anderen Ausführungsform des kapazitiven Sensors nach der vorliegenden Erfindung ist die Fläche des Bereichs der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, kleiner als die Fläche des Bereichs der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut. Nach dieser Ausführungsform wird der erste Erfassungsteil zu einem hochempfindlichen Erfassungsteil und der zweite Erfassungsteil zu einem gering empfindlichen Erfassungsteil.
Bei noch einer anderen Ausführungsform des kapazitiven Sensors nach der vorliegenden Erfindung ist der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, noch in einen Bereich mit einer vergleichsweise großen Fläche und einen Bereich mit einer vergleichsweise kleinen Fläche geteilt. Nach dieser Ausführungsform kann der Dynamikbereich des kapazitiven Sensors noch weiter erweitert werden.
Ein Akustiksensor nach der vorliegenden Erfindung ist ein Akustiksensor, bei dem der kapazitive Sensor nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückplatte und in der festen Elektrodenplatte mehrere Öffnungen gebildet sind, um Schallschwingungen passieren zu lassen, und von dem ersten Erfassungsteil und dem zweiten Erfassungsteil jeweils Signale mit einer unterschiedlichen Empfindlichkeit ausgegeben werden.
Wenn bei einem Akustiksensor, der mehrere Erfassungsteile aufweist, wobei eine dünne Membran gemeinsam verwendet wird und die Elektrode geteilt ist, Schallschwingungen mit einem großen Schalldruck einwirken, prallt die schwingende Elektrodenplatte in dem ersten Erfassungsteil mit einer hohen Empfindlichkeit auf die Rückplatte und kommt es leicht zu Verzerrungsschwingungen. Doch da der zweite Erfassungsteil des Akustiksensors der vorliegenden Erfindung einen Aufbau aufweist, bei dem es nur schwer zu einem Einfluss durch Verzerrungsschwingungen der Rückplatte kommt, kann verhindert werden, dass die harmonische Verzerrung des zweiten Erfassungsteils an der gering empfindlichen Seite durch die Verzerrungsschwingungen, die an der hochempfindlichen Seite auftreten, stark wird, und kann verhindert werden, dass der Dynamikbereich des Akustiksensors eng wird.
Ein Mikrophon nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Akustiksensor nach der vorliegenden Erfindung, und einen Schaltungsteil, der die Signale von dem Akustiksensor verstärkt und nach außen ausgibt, umfasst. Bei dem Mikrophon der vorliegenden Erfindung kann verhindert werden, dass die harmonische Verzerrung des Erfassungsteils an der gering empfindlichen Seite durch die Verzerrungsschwingungen, die an der hochempfindlichen Seite auftreten, stark wird, und kann verhindert werden, dass der Dynamikbereich des Mikrophons eng wird.
Bei einer Ausführungsform des Mikrophons nach der vorliegenden Erfindung umfasst der Schaltungsteil eine Phasenumkehrschaltung, die die Phase der einen Ausgangssignale aus den Ausgangssignalen von dem ersten Erfassungsteil und den Ausgangssignalen von dem zweiten Erfassungsteil umkehrt. Bei einem Akustiksensor (kapazitiven Sensor) mit einem Aufbau wie bei der vorliegenden Erfindung ist die Signalphase bei den Signalen, die von dem ersten Erfassungsteil ausgegeben werden, und den Signalen, die von dem zweiten Erfassungsteil ausgegeben werden, umgekehrt. Doch da bei der vorliegenden Ausführungsform die Phase der einen Ausgangssignale aus den Ausgangssignalen von dem ersten Erfassungsteil und den Ausgangssignalen von dem zweiten Erfassungsteil durch die Phasenumkehrschaltung umgekehrt werden kann, können die Ausgangssignale des ersten Erfassungsteils und die Ausgangssignale des zweiten Erfassungsteils in dem Schaltungsteil in Übereinstimmung gebracht behandelt werden.
Die Mittel zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die oben erklärten Aufbauelemente passend kombiniert sind. Durch Kombinieren dieser Aufbauelemente werden zahlreiche Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich.
Figurenliste

1: 1(A) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der harmonischen Verzerrungsrate und dem Schalldruck bei dem hochempfindlichen Akustiksensor des Patentliteraturbeispiels 1 zeigt. 1(B) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der harmonischen Verzerrungsrate und dem Schalldruck bei dem gering empfindlichen Akustiksensor des Patentliteraturbeispiels 1 zeigt. 1(C) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der harmonischen Verzerrungsrate und dem Schalldruck bei einer Kombination des hochempfindlichen Akustiksensors und des gering empfindlichen Akustiksensors des Patentliteraturbeispiels 1 zeigt.
2: 2 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem durchschnittlichen Verschiebungsausmaß der Membran und dem Schalldruck bei dem hochempfindlichen Akustiksensor und dem gering empfindlichen Akustiksensor des Patentliteraturbeispiels 1 zeigt.
3: 3(A) ist eine Ansicht, die eine Basiswellenform und eine Wellenform, die eine Verzerrung enthält, zeigt. 3(B) ist eine Ansicht des Frequenzspektrums der in 3(A) gezeigten Wellenform.
4: 4 ist eine zerlegte Schrägansicht eines Akustiksensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5: 5 ist eine Schnittansicht des Akustiksensors nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6: 6(A) ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Rückplatte von dem Akustiksensor nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt ist. 6(B) ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Rückplatte und die feste Elektrodenplatte von dem Akustiksensor nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt sind.
7: 7 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Vergleichsbeispiel zeigt, bei dem auch an einer Stelle, die der zweiten Membran gegenüberliegt, eine feste Elektrodenplatte ausgebildet ist.
8: 8(A) ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Mikrophon, wofür ein Akustiksensor nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Signalverarbeitungsschaltung in einem Gehäuse aufgenommen sind. 8(B) ist ein Längsschnitt dieses Mikrophons.
9: 9 ist ein Schaltplan des Mikrophons nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10: 10 ist eine Draufsicht, die einen Akustiksensor eines Referenzbeispiels zeigt.
11: 11 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Membran der hochempfindlichen Seiten bei dem Akustiksensor des Referenzbeispiels auf die Rückplatte prallt.
12: 12(A) ist eine Ansicht, die die Schwingungen zeigt, welche an der Rückplatte der hochempfindlichen Seite entstehen, wenn die Membran der hochempfindlichen Seite bei dem Akustiksensor von 11 auf die Rückplatte prallt. 12(B) ist eine Ansicht, die die Schwingungen zeigt, welche zu der Rückplatte an der gering empfindlichen Seite übertragen werden, wenn die Membran der hochempfindlichen Seite bei dem Akustiksensor von 11 auf die Rückplatte prallt. 12(C) ist eine Ansicht, die die Schwingungen der Membran der gering empfindlichen Seite zeigt. 12(D) ist eine Ansicht, die die Veränderung des Zwischenraums zwischen der Membran der hochempfindlichen Seite und der festen Elektrodenplatte zeigt, wenn die Membran der hochempfindlichen Seite bei dem Akustiksensor von 11 auf die Rückplatte prallt.
13: 13 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Membran der hochempfindlichen Seite (der Seite für eine geringe Lautstärke) bei dem Akustiksensor nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auf die Rückplatte prallt.
14: 14(A) und 14(B) sind Draufsichten, die ein anderes Anordnungsbeispiel für die Anker zeigen.
15: 15 ist eine Draufsicht, die noch ein anderes Anordnungsbeispiel für die Anker zeigt.
16: 16 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Akustiksensors zeigt, der eine leitende Schicht umfasst, die aus einer Substratelektrode besteht.
17: 17 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Rückplatte von dem Akustiksensor nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt ist.
18: 18 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Rückplatte von dem Akustiksensor nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt ist.
19: 19 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Rückplatte von dem Akustiksensor nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt ist.
20: 20 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Rückplatte von dem Akustiksensor nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt ist.
21: 21(A) und 21(B) sind schematische Draufsichten, die andere Anordnungsbeispiele für die Anker bei dem Akustiksensor nach der fünften Ausführungsform zeigen.

Bezugszeichenliste

11, 71, 74, 76, 81: Akustiksensor
12: Siliziumsubstrat
13: Membran
13a: erste Membran
13b: zweite Membran
15: Kammer
16, 82: Anker
17: Schlitz
18: Rückplatte
19: feste Elektrodenplatte
21: leitende Schicht
23a: erster Schallerfassungsteil
23b: zweiter Schallerfassungsteil
24: Akustikloch
41: Mikrophon
44: Signalverarbeitungsschaltung
45: Schalleinleitöffnung
59: Phasenumkehrschaltung

Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ideale Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann hinsichtlich der Gestaltung innerhalb eines Umfanges, der nicht von dem Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abweicht, verschiedenartig verändert werden. Im Besonderen erfolgt in der Folge eine Erklärung anhand eines Akustiksensors und eines Mikrophons als Beispiele, doch kann die vorliegende Erfindung neben einem Akustiksensor auch auf kapazitive Sensoren wie etwa einen Drucksensor angewendet werden.
Aufbau der ersten Ausführungsform
Nachstehend wird anhand von 4 bis 6 der Aufbau eines Akustiksensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. 4 ist eine zerlegte Schrägansicht eines Akustiksensors 11 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine Schnittansicht des Akustiksensors 11, wobei zudem ein Teil vergrößert dargestellt ist. 6(A) ist eine Draufsicht auf den Akustiksensor 11, wobei eine Rückplatte 18 entfernt ist, und wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem eine Membran 13 (eine schwingende Elektrodenplatte) und eine feste Elektrodenplatte 19 über einem Siliziumsubstrat 12 (Substrat) liegen. 6(B) ist eine Draufsicht auf den Akustiksensor 11, wobei die Rückplatte 18 und die feste Elektrodenplatte 19 entfernt sind, und wobei die Anordnung der Membran 13 an der oberen Seite des Siliziumsubstrats 12 dargestellt ist.
Dieser Akustiksensor 11 ist ein unter Verwendung der MEMS-Technologie hergestelltes kapazitives Element. Wie in 4 und 5 gezeigt ist bei diesem Akustiksensor 11 die Membran 13 über Anker (Fixierteile) 16 an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 (des Substrats) ausgebildet, und ist über der Membran 13 eine obere Abdeckung 14 über einen winzigen Luftspalt (Zwischenraum) hinweg angeordnet und an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 fixiert.
In dem aus einkristallinem Silizium bestehenden Siliziumsubstrat 12 ist eine von der Vorderfläche zu der Rückfläche durchgehende Kammer 15 (ein Hohlraum) ausgebildet. Was die dargestellte Kammer 15 betrifft, ist ihre Wandfläche durch eine schräge Fläche gestaltet, die durch die Ebene (111) und sowie eine der Ebene (111) gleichwertige Ebene des Siliziumsubstrats mit einer Ebene (100) gebildet ist, doch kann die Wandfläche der Kammer 15 auch eine senkrechte Fläche sein. Außerdem ist die Oberseite als leitende Schicht 21 ausgeführt, indem ihr durch Ionenimplantation Leitfähigkeit verliehen ist. Die leitende Schicht 21 ist an ein Elektrodenfeld 33, das an der Oberseite der Rückplatte 18 ausgebildet ist, angeschlossen.
Wenn an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 durch Ionenimplantation eine leitende Schicht 21 gebildet wird und als substratseitige Elektrode für den später besprochenen zweiten Schallerfassungsteil 23b verwendet wird, wird es anders als bei der Bildung eines Leitungsmusters durch einen Metallfilm an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 nicht nötig, Leitungen zu ziehen, wodurch die Prozesse zur Herstellung des Akustiksensors 11 vereinfacht werden können.
Die Membran 13 ist so an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 angeordnet, dass sie die Öffnung an der Oberseite der Kammer 15 abdeckt. Wie in 4 und 6(B) gezeigt ist die Membran 13 ungefähr rechteckig ausgeführt. Die Membran 13 ist aus einem dünnen Polysiliziumfilm gebildet, der über Leitfähigkeit verfügt, und die Membran 13 selbst bildet die schwingende Elektrodenplatte. Die Membran 13 wird nach einer gleichzeitigen und einstückigen Bildung durch Schlitze 17, die ungefähr parallel zu den einzelnen Seiten ihres Außenumfangs verlaufen, in zwei Bereiche geteilt. Die Membran 13 wird jedoch durch die Schlitze 17 nicht vollständig zweigeteilt, sondern ist in der Nähe der Enden der Schlitze 17 (in den Eckenbereichen der Membran 13) mechanisch und elektrisch verbunden. In der Folge wird der in der Mitte befindliche, ungefähr rechteckige Bereich mit einer großen Fläche der beiden durch die Schlitze 17 abgeteilten Bereiche als erste Membran 13a (Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut) bezeichnet, während jener Bereich, der so gebildet ist, dass er die erste Membran 13a umgibt, als zweite Membran 13b (Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut) bezeichnet wird.
Es ist auch möglich, die erste Membran 13a und die zweite Membran 13b oder die zweite Membran 13b an den einzelnen Seiten vollständig mechanisch und elektrisch zu trennen (abzutrennen), doch müssen in diesem Fall die einzelnen Teile durch jeweilige Anker gehalten werden und müssen die einzelnen Teile durch Leitungsmuster verbunden werden. Daher sind bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Membran 13a und die zweite Membran 13b durch Schlitze 17 getrennt, aber in den Eckenbereichen verbunden, wodurch der Halteaufbau vereinfacht wird und eine Verbindung durch Leitungsmuster nicht erforderlich ist.
Die Membran 13, das heißt, die erste Membran 13a und die zweite Membran 13b, wird über der Öffnung der Oberseite der Kammer 15 und der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 schwebend gehalten, indem Schenkelstücke 36, die in den einzelnen Eckenbereichen ausgebildet sind, durch Anker 16 an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 gehalten werden. Außerdem ist eine abgehende Leitung 27 von der Membran 13 weggeführt und ist diese abgehende Leitung 27 an ein Elektrodenfeld 31, das an der Oberseite einer Rückplatte 18 ausgebildet ist, angeschlossen.
Wie in 5 gezeigt ist die obere Abdeckung 14 ein Element, wofür die feste Elektrodenplatte 19 aus Polysilizium an der Unterseite der Rückplatte 18 aus SiN ausgebildet ist. Die obere Abdeckung 14 ist kuppelförmig ausgeführt, und darunter ist ein Hohlraumbereich gebildet, wobei die Membran 13 durch den Hohlraumbereich abgedeckt wird. Zwischen der Unterseite der oberen Abdeckung (das heißt, der Unterseite der festen Elektrodenplatte 19) und der Oberseite der Membran 13 ist ein winziger Luftspalt 20 (Zwischenraum) gebildet. Von der festen Elektrodenplatte ist eine abgehende Leitung 28 weggeführt, wobei diese abgehende Leitung 28 an ein an der Oberseite der Rückplatte 28 ausgebildetes Elektrodenfeld 32 angeschlossen ist.
In der oberen Abdeckung 14 (das heißt, der Rückplatte 18 und der festen Elektrodenplatte 19) sind mehrere Akustiklöcher 24 (Schalllöcher), um Schallschwingungen passieren zu lassen, so gebildet, dass sie von der Oberseite zu der Unterseite hindurch verlaufen. Wie in 4 und 6(A) gezeigt sind die Akustiklöcher 24 regelmäßig angeordnet. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Akustiklöcher 24 entlang von drei Richtungen, die miteinander Winkel von 120 ° bilden, in einer Dreieckform angeordnet, doch können sie auch rechteckig oder in konzentrischen Kreisen angeordnet sein.
Bei diesem Akustiksensor 11 bilden die feste Elektrodenplatte 19 und die erste Membran 13a über den Luftspalt 20 hinweg einen Kondensatoraufbau, wodurch ein erster Schallerfassungsteil 23a (erster Erfassungsteil) gebildet ist. Ebenso bilden die zweite Membran 13b und die Oberfläche des Siliziumsubstrats 12 (die leitende Schicht 21) über einen Luftspalt 22 hinweg einen Kondensatoraufbau, wodurch ein zweiter Schallerfassungsteil 23b (zweiter Erfassungsteil) gebildet ist.
Die feste Elektrodenplatte 19 ist wie in 5 und 6(A) gezeigt in einem Bereich ausgebildet, der der ersten Membran 13a gegenüberliegt, und ist aus einer senkrecht zu der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 verlaufenden Richtung her gesehen so angeordnet, dass die feste Elektrodenplatte 19 die zweite Membran 13 nicht überlappt. Wenn die feste Elektrodenplatte 19 wie bei einem in 7 gezeigten Vergleichsbeispiel auch an einer Stelle gebildet ist, die der zweiten Membran 13b gegenüberliegt, entsteht zwischen der festen Elektrodenplatte 19 und der zweiten Membran 13b eine parasitäre Kapazität und interferieren die Signale des ersten Schallerfassungsteils 23a und die Signale des zweiten Schallerfassungsteils 23b. Wenn im Gegensatz dazu die feste Elektrodenplatte 19 wie bei der vorliegenden Ausführungsform nur an einer Stelle, der der ersten Membran 13a gegenüberliegt, ausgebildet ist, wird die parasitäre Kapazität zwischen der festen Elektrodenplatte 19 und der zweiten Membran 13b verringert und kann verhindert werden, dass die Signale des ersten Schallerfassungsteils 23a und die Signale des zweiten Schallerfassungsteils 23b interferieren.
Wie in 5 und 6(B) gezeigt sind die Schlitze 17 mit Ausnahme ihrer beiden Endbereiche von dem Rand der Öffnung der Oberseite der Kammer 15 zum Inneren des Hohlraums 15 verschoben.
Wirkung der ersten Ausführungsform
Wenn bei dem Akustiksensor 11 Schallschwingungen in die Kammer 15 (die Frontkammer) eindringen, schwingen die Membranen 13a und 13b, die dünne Membranen sind, durch die Schallschwingungen mit der gleichen Phase. Wenn die einzelnen Membranen 13a, 13b schwingen, ändert sich die Kapazität der einzelnen Schallerfassungsteile 23a, 23b. Als Folge führen die durch die erste Membran 13a erfassten Schallwellen (führt die Änderung des Schalldrucks) in dem ersten Schallerfassungsteil 23a zu einer Änderung der Kapazität zwischen der ersten Membran 13a und der festen Elektrodenplatte 19, und werden sie als elektrische Signale ausgegeben. In dem zweiten Erfassungsteil 23b führen die durch die zweite Membran 13b erfassten Schallwellen (führt die Änderung des Schalldrucks) zu einer Änderung der Kapazität zwischen der zweiten Membran 13b und der leitenden Schicht 21 des Siliziumsubstrats 12, und werden sie als elektrische Signale ausgegeben. Bei einer anderen Verwendungsform, das heißt, bei einer Verwendungsform, bei der die Kammer 15 als Rückkammer eingesetzt wird, gelangen die Schallwellen durch die Akustiklöcher 24a in den Luftspalt 20 im Inneren der oberen Abdeckung 14 und werden die Membranen 13a, 13b, die dünne Membranen sind, zum Schwingen gebracht.
Da die Fläche der zweiten Membran 13b kleiner als die Fläche der ersten Membran 13a ist, bildet der zweite Schallerfassungsteil 23b einen gering empfindlichen Akustiksensor für einen Schalldruckbereich von einer mittleren Lautstärke bis zu einer großen Lautstärke und bildet der erste Schallerfassungsteil 23a einen hochempfindlichen Akustiksensor für einen Schalldruckbereich von einer geringen Lautstärke bis zu einer mittleren Lautstärke. Folglich wird es durch Hybridisieren der beiden Schallerfassungsteile 23a, 23b und Ausgeben der Signale durch eine später beschriebene Verarbeitungsschaltung möglich, den Dynamikbereich des Akustiksensors 11 zu erweitern. Wenn zum Beispiel der Dynamikbereich des ersten Schallerfassungsteils 23a auf etwa 30 bis 120 dB eingerichtet wird und der Dynamikbereich des zweiten Schallerfassungsteils 23b auf etwa 50 bis 140 dB eingerichtet wird, kann der Dynamikbereich durch Kombinieren der beiden Schallerfassungsteile 23a, 23b auf etwa 30 bis 140 dB erweitert werden. Wenn der Ausgang des Akustiksensors 11 zwischen einem ersten Schallerfassungsteil 23a für eine geringe Lautstärke bis mittlere Lautstärke und einem zweiten Schallerfassungsteil 23b für eine mittlere Lautstärke bis große Lautstärke umschaltbar ausgeführt wird, ist es möglich, den Ausgang des ersten Schallerfassungsteils 23a bei einer großen Lautstärke nicht zu verwenden. Als Folge werden bei dem ersten Schallerfassungsteil 23a zwar die harmonischen Verzerrungen in einem hohen Schalldruckbereich groß, doch üben sie keinen Einfluss auf die Eigenschaften des Akustiksensors 11 aus, da sie nicht von dem Akustiksensor 11 ausgegeben werden. Als Ergebnis kann die Empfindlichkeit des ersten Schallerfassungsteils 23a in Bezug auf geringe Lautstärken erhöht werden.
Ferner sind bei diesem Akustiksensor 11 der erste Schallerfassungsteil 23a und der zweite Schallerfassungsteil 23b auf dem gleichen Substrat gebildet. Darüber hinaus werden bei dem ersten Schallerfassungsteil 23a und dem zweiten Schallerfassungsteil 23b eine erste Membran 13a und eine zweite Membran 13b verwendet, für die eine gleichzeitig und einstückig hergestellte Membran 13 durch Schlitze 17 geteilt wurde. Das heißt, ein Element, das eigentlich einen Erfassungsteil bildet ist zweigeteilt, und der erste Schallerfassungsteil 23a und der zweite Schallerfassungsteil 23b sind hybridisiert. Daher werden die Schwankungen in Bezug auf die Detektionsempfindlichkeit bei dem ersten Schallerfassungsteil 23a und dem zweiten Schallerfassungsteil 23b untereinander verglichen mit dem Stand der Technik, bei dem zwei unabhängige Erfassungsteile auf einem Substrat ausgebildet sind, und verglichen mit dem Stand der Technik, bei dem Erfassungsteile jeweils auf gesonderten Substraten ausgebildet sind, ähnlich. Als Folge können die Schwankungen der Detektionsempfindlichkeit zwischen den beiden Schallerfassungsteilen 23a und 23b verringert werden. Und da beide Schallerfassungsteile 23a und 23b die Membran gemeinsam verwenden, kann eine Fehlanpassung in Bezug auf die Klangeigenschaften wie die Frequenzeigenschaften und die Phase unterdrückt werden.
Anwendung auf ein Mikrophon
8(A) ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Mikrophon 41, in das der Akustiksensor 11 der ersten Ausführungsform eingebaut ist, wobei die Oberseite einer Abdeckung 43 entfernt ist und das Innere dargestellt ist. 8(B) ist ein Längsschnitt dieses Mikrophons 41.
Bei diesem Mikrophon 41 sind der Akustiksensor 11 und eine Signalverarbeitungsschaltung 44 (eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung ASIC), die einen Schaltungsteil darstellt, in ein Paket aus einem Schaltungssubstrat 41 und der Abdeckung 43 eingebaut. Der Akustiksensor 11 und die Signalverarbeitungsschaltung 44 sind an der Oberseite des Schaltungssubstrats 42 angebracht. In dem Schaltungssubstrat 42 ist eine Schalleinleitöffnung 42 zur Einbringung von Schallschwingungen in den Akustiksensor 11 ausgebildet. Der Akustiksensor 11 ist so auf der Oberseite des Schaltungssubstrats 42 angebracht, dass die Öffnung an der Unterseite der Kammer 15 mit der Schalleinbringungsöffnung 45 ausgerichtet ist und die Schalleinbringungsöffnung 45 abdeckt. Folglich bildet die Kammer 15 des Akustiksensors 11 eine Frontkammer und der Raum im Inneren des Pakets eine Rückkammer.
Die Elektrodenfelder 31, 32 und 33 des Akustiksensors 11 sind jeweils durch einen Bonddraht 46 an einzelne Felder 47 der Signalverarbeitungsschaltung 44 angeschlossen. An der Unterseite des Schaltungssubstrats 42 sind mehrere Klemmen 48 für einen externen elektrischen Anschluss des Mikrophons 41 ausgebildet, und an der Oberseite des Schaltungssubstrats 42 sind jeweils Elektrodenteile 49 ausgebildet, die mit den Klemmen 48 in einer leitenden Verbindung stehen. Jedes Feld 50 der auf dem Schaltungssubstrat 42 angebrachten Signalverarbeitungsschaltung 44 ist jeweils durch einen Bonddraht 51 an einen Elektrodenteil 49 angeschlossen. Die Felder 50 der Signalverarbeitungsschaltung 44 dienen dazu, den Akustiksensor 11 mit einer Stromquelle zu versorgen und die Signale der Änderung der Kapazität des Akustiksensors 11 nach außen auszugeben.
An der Oberseite des Schaltungssubstrats 42 ist die Abdeckung 43 so angebracht, dass sie den Akustiksensor 11 und die Signalverarbeitungsschaltung 44 abdeckt. Das Paket dient als elektromagnetische Abschirmung und schützt den Akustiksensor 11 und die Signalverarbeitungsschaltung 44 vor elektrischen Störsignalen von außen oder mechanischen Stößen.
Auf diese Weise werden die Schallschwingungen, die von der Schalleinbringungsöffnung 45 in die Kammer 15 eingebracht wurden, durch den Akustiksensor 11 detektiert und nach einer Verstärkung und einer Signalverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 44 ausgegeben. Da bei diesem Mikrophon 41 der Raum im Inneren des Pakets als Rückkammer ausgeführt ist, kann das Volumen der Rückkammer groß gestaltet werden und das Mikrophon 41 hochempfindlich ausgeführt werden.
Bei diesem Mikrophon 41 kann die Schalleinbringungsöffnung 45 zur Einbringung der Schallschwingungen in das Innere des Pakets auch an der Oberseite der Abdeckung 43 geöffnet sein. In diesem Fall wird die Kammer 15 des Akustiksensors 11 die Rückkammer und der Raum im Inneren des Pakets die Frontkammer.
9 ist ein Schaltplan des in 8 gezeigten MEMS-Mikrophons 41. Wie in 9 gezeigt umfasst der Akustiksensor 11 den hochempfindlichen ersten Schallerfassungsteil 23a und den gering empfindlichen Schallerfassungsteil 23b, deren Kapazität sich durch die Schallschwingungen ändert.
Die Signalverarbeitungsschaltung 44 ist so ausgeführt, dass sie eine Ladungspumpe 52, einen Verstärker 53 für eine geringe Empfindlichkeit, einen Verstärker für eine hohe Empfindlichkeit, ΣΔ(ΔΣ)-ADWs (Analog-DigitalWandler) 55, 56, einen Standardspannungserzeuger 57, einen Puffer 58 und eine Phasenumkehrschaltung 59 umfasst.
Die Ladungspumpe 52 legt eine Hochspannung HV an den ersten Schallerfassungsteil 23a sowie den zweiten Schallerfassungsteil 23b an; das von dem zweiten Schallerfassungsteil 23b ausgegebene elektrische Signal wird durch den Verstärker 53 für eine geringe Empfindlichkeit verstärkt, und das von dem ersten Schallerfassungsteil 23a ausgegebene elektrische Signal wird durch den Verstärker 54 für eine hohe Empfindlichkeit verstärkt. Allerdings gibt der erste Schallerfassungsteil 23a die Kapazität zwischen der Oberseite der ersten Membran 13a und der festen Elektrodenplatte 19 aus, und gibt der zweite Schallerfassungsteil 23b die Kapazität zwischen der Unterseite der zweiten Membran 13b und der leitenden Schicht 21 aus. Daher wird der Luftspalt 22 des zweiten Schallerfassungsteils 23b weit (eng), wenn der Luftspalt 20 des ersten Schallerfassungsteils 23a eng (weit) wird, und sind die Phasen des Ausgangs des ersten Schallerfassungsteils 23a und des Ausgangs des zweiten Schallerfassungsteils 23b umgekehrt (die Phasen sind um 180 ° verschoben). Daher wird die Phase des Ausgangs des zweiten Schallerfassungsteils 23b durch die Phasenumkehrschaltung 59 umgekehrt und in einem Zustand, in dem der Phasenunterschied zu dem Ausgang des ersten Schallerfassungsteils 23a beseitigt ist, in den Verstärker 53 für eine geringe Empfindlichkeit eingegeben. Selbstverständlich kann die Phasenumkehrschaltung 49 auch zwischen den ersten Schallerfassungsteil 23a und den Verstärker 54 für eine hohe Empfindlichkeit eingefügt sein.
Das durch den Verstärker 53 für eine geringe Empfindlichkeit verstärkte Signal wird durch den ΣΔ-ADW 55 in ein Digitalsignal umgewandelt. Gleichzeitig wird das durch den Verstärker 54 für eine hohe Empfindlichkeit verstärkte Signal durch den ΣΔ-ADW 56 in ein Digitalsignal umgewandelt. Die durch die ΣΔ-ADWs 55, 56 umgewandelten Digitalsignale werden über den Puffer 58 als PDM(Pulsdichtemodulations)-Signale auf einer Datenleitung nach außen ausgegeben. Es wurde zwar keine entsprechende Darstellung vorgenommen, doch wird durch eine Wahl der gemeinsam auf der einen Datenleitung vorhandenen Digitalsignale je nach der Stärke des Signals automatisch je nach dem Schalldruck zwischen dem ersten Schallerfassungsteil 23a und dem zweiten Schallerfassungsteil 23b umgeschaltet.
Bei dem Beispiel von 9 werden zwei durch die ΣΔ-ADws 55, 56 umgewandelte Digitalsignale gemeinsam auf einer Datenleitung ausgegeben, doch können die beiden Digitalsignale auch auf gesonderten Datenleistungen ausgegeben werden.
Außerdem ist es durch einen Aufbau wie bei dem Akustiksensor 11 möglich, den Akustiksensor 11 zu verkleinern. Als Sensor, bei dem zwei Schallerfassungsteile hybridisiert sind und der Dynamikbereich erweitert ist und Fehlanpassungen und dergleichen unter den Schallerfassungsteilen gering sind, hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung einen wie in 10 gezeigten Aufbau vorgeschlagen (zum Beispiel in der Patentanmeldung 2012-125526). Bei dem Akustiksensor 61 von 10 (Referenzbeispiel) ist eine an der Oberseite eines Siliziumsubstrats 62 ausgebildete Membran 64 durch einen Schlitz 63 links und rechts geteilt und sind eine erste Membran 64a mit einer großen Fläche und eine zweite Membran 64b mit einer kleinen Fläche gebildet. Über der ersten Membran 64a ist eine feste Elektrodenplatte 65a mit einer großen Fläche gebildet, die der ersten Membran 64a gegenüberliegt, und durch die erste Membran 64a und die feste Elektrodenplatte 65a ist ein erster Schallerfassungsteil 66a für eine hohe Empfindlichkeit aufgebaut. Ebenso ist über der zweiten Membran 64b eine feste Elektrodenplatte 65b mit einer kleinen Fläche gebildet, die der zweiten Membran 64b gegenüberliegt, und durch die zweite Membran 64b und die feste Elektrodenplatte 65b ist ein zweiter Schallerfassungsteil 66b für eine geringe Empfindlichkeit aufgebaut. Da der erste Schallerfassungsteil 66a und der zweite Schallerfassungsteil 66b bei einem solchen Akustiksensor 61 links und rechts nebeneinander angeordnet sind, wird die von oben her gesehene Größe groß und die eingenommene Fläche bei der Anbringung an einem Leitungssubstrat oder dergleichen groß.
Da der erste Schallerfassungsteil 23a und der zweite Schallerfassungsteil 23b bei dem Akustiksensor 11 der vorliegenden Ausführungsform im Gegensatz dazu im Mittelbereich und am Außenumfang gebildet sind, unterscheidet sich die Größe kaum von einem herkömmlichen Akustiksensor, der nur einen Schallerfassungsteil aufweist. Folglich ist es durch den Akustiksensor 11 der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Sensorgröße verglichen mit dem Akustiksensor 61 des Referenzbeispiels zu verkleinern.
Bei dem Akustiksensor 61 wie in 10 wird die harmonische Verzerrung des Akustiksensors an der gering empfindlichen Seite aufgrund einer Interferenz des ersten Schallerfassungsteils 66a der hochempfindlichen Seite (der Seite für einen geringen Schalldruck) und des zweiten Schallerfassungsteils 66b der gering empfindlichen Seite (für einen großen Schalldruck) groß, und besteht als Folge die Gefahr, dass der maximale Detektionsschalldruck des Akustiksensors abnimmt und der Dynamikbereich eng wird. Gemäß dem Akustiksensor nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine solche Zunahme der harmonischen Verzerrung verhindert werden. Der Grund dafür lautet wie folgt.
Zuerst wird der Fall des Akustiksensors 61 erklärt. Die Fläche der ersten Membran 64a der hochempfindlichen Seite ist größer als jene der zweiten Membran 64b der gering empfindlichen Seite, und die Membran ist weich. Daher prallt die erste Membran 64a wie in 11 gezeigt auf die Rückplatte 67a, wenn Schallschwingungen mit einem großen Schalldruck auf den Akustiksensor 61 wirken. 11 zeigt den Zustand, in dem die erste Membran 64a bei dem Akustiksensor 61 durch den großen Schalldruck auf die Rückplatte 67a prallt.
Wenn die erste Membran 64a wie in 11 gezeigt auf die Rückplatte 67a prallt, wird die Schwingung der Rückplatte 67a durch den Anprall verzerrt und entsteht eine Verzerrungsschwingung wie in 12(A). Durch die Schallschwingungen schwingt so wie die Membran auch die Rückplatte, doch beträgt die Amplitude der Rückplatte etwa 1/100 der Amplitude der Membran. In 12 sind die Schallschwingungen nicht dargestellt. Da die an der Rückplatte 67a entstandene Verzerrungsschwingung zu der Rückplatte 67b übertragen wird, entsteht durch den Anprall der ersten Membran 64a auch an der Rückplatte 67b eine Verzerrungsschwingung wie in 12(B). Da die Verschiebung der zweiten Membran 64b verglichen mit jener der ersten Membran 64a gering ist, trifft sie nicht auf die Rückplatte 67b, sondern führt sie eine Sinuswellenschwingung wie in 12(C) aus. Wenn die Verzerrungsschwingung der Rückplatte 67b auf die Sinuswellenschwingung der zweiten Membran 64b wirkt, kommt es dazu, dass sich der Spaltabstand zwischen der Rückplatte 67b und der zweiten Membran 64b bei dem zweiten Schallerfassungsteil 66b wie in 12(D) gezeigt verändert. Als Folge wird das Ausgangssignal von dem zweiten Schallerfassungsteil 66b verzerrt und verschlechtert sich die harmonische Verzerrungsrate des zweiten Schallerfassungsteils 66b. Daher wird bei dem Akustiksensor 61 ein Aufbau erforderlich, der dafür sorgt, dass die auf Seiten des ersten Schallerfassungsteils entstandene Verzerrungsschwingung nicht zu dem zweiten Schallerfassungsteil übertragen wird.
Im Gegensatz dazu übt im Fall des Akustiksensors 61 der ersten Ausführungsform wie in 13 gezeigt eine Verzerrungsschwingung, die beim Anprall der ersten Membran 13a aufgrund eines großen Schalldrucks an der Rückplatte 18 entsteht, nur schwer einen Einfluss auf den zweiten Schallerfassungsteil 23b aus und wird die harmonische Verzerrungsrate des zweiten Schallerfassungsteils 23b nur schwer verschlechtert. Das heißt, da der zweite Schallerfassungsteil 23b nicht die Rückplatte 18 und die feste Elektrodenplatte 19 als Aufbauhauptelemente aufweist, wird der Ausgang des zweiten Schallerfassungsteils 23b nicht durch eine Verzerrungsschwingung der Rückplatte 18 beeinflusst. Als Folge kann verhindert werden, dass der Dynamikbereich des Akustiksensors 11 durch eine Verzerrungsschwingung an dem ersten Schallerfassungsteil 23a verengt wird.
Bei dem Akustiksensor 11 der ersten Ausführungsform sind wie in 5 gezeigt die Schlitze 17 mit Ausnahme ihrer beiden Endbereiche von dem Rand der Öffnung der Oberseite der Kammer 15 zum Inneren des Hohlraums 15 verschoben. Als Folge überlappt die erste Membran 13a die Oberseite des Siliziumsubstrats 12 (die leitende Schicht 21) bei Betrachtung aus einer senkrechten Richtung von oberhalb des Siliziumsubstrats 12 her nicht, kann die parasitäre Kapazität zwischen der ersten Membran 13a und der leitenden Schicht 21 verringert werden, und kann die Signalinterferenz des ersten Schallerfassungsteils 23a verringert werden.
Da zwischen der Membran 13 und der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 Luft gefangen ist, wird die Brownsche Bewegung der hier gefangenen Luftmoleküle zur Ursache für ein Schallrauschen. Doch bei dem Akustiksensor 11 der ersten Ausführungsform sind zwischen der ersten Membran 13a und der zweiten Membran 13b die Schlitze 17 ausgebildet und sind die Schlitze 17 überdies von dem Rand der Öffnung der Oberseite der Kammer 15 zum Inneren des Hohlraums 15 verschoben. Daher kann die zwischen der ersten Membran 13a und der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 gefangene Luft beseitigt werden und erfolgt keine Beeinflussung durch ein Schallrauschens aufgrund von hier gefangenen Luftmolekülen, so dass das Schallrauschen des ersten Schallerfassungsteils 23a verringert werden kann.
Anderes Anordnungsbeispiel für die Anker
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden bei der Membran 13 in den Eckenbereichen ausgebildete Schenkelstücke 26 durch Anker 16 gehalten, doch sind für den Halteaufbau der Membran 13 wie in 14(A), 14(B) und 15 gezeigt verschiedene Formen denkbar.
In 14(A) sind an den einzelnen Seiten der zweiten Membran 13b jeweils am äußeren Umfangsrand Anker 16 hinzugefügt. In 14(B) ist an dem gesamten äußeren Umfangsrand der zweiten Membran 13b ein Anker 16 ausgebildet. In 15 sind entlang des äußeren Umfangsrands der zweiten Membran 13b Anker 16 verteilt. Da nach diesen Abwandlungen die Membran 13 und insbesondere die zweite Membran 13b fest durch die Anker 16 gehalten werden kann, kann die Unabhängigkeit der Schwingungen des ersten Schallerfassungsteils 23a und des zweiten Schallerfassungsteils 23b bewahrt werden und kann eine Interferenz der Signale wechselseitig verhindert werden.
Anderer Aufbau der leitenden Schicht
Die leitende Schicht 21 an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 12 kann wie in 16 gezeigt auch eine Substratelektrode sein, die durch Strukturieren eines dünnen Metallfilms an der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 gebildet ist. Da die Fläche der leitenden Schicht 21 bei dieser Abwandlung durch den Strukturierungsbereich des dünnen Metallfilms bestimmt wird, werden Schwankungen der Fläche der leitenden Schicht 21 gering.
Zweite Ausführungsform
17 ist eine schematische Draufsicht auf einen Akustiksensor 71 nach einer zweiten Ausführungsform, wobei die Rückplatte entfernt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die erste Membran 13a und vier zweite Membranen 13b an den einzelnen Seiten durch Schlitze 17 vollständig voneinander getrennt. Die erste Membran 13a ist durch eine abgehende Leitung 27a, die von der ersten Membran 13a weggeführt ist, an ein Elektrodenfeld 31a auf der Rückplatte angeschlossen. Von den vier zweiten Membranen 13b ist jeweils eine abgehende Leitung 27b weggeführt, und die einzelnen abgehenden Leitungen 27b sind über eine Leitung 72 an ein Elektrodenfeld 31b auf der Rückplatte angeschlossen.
Da nach der vorliegenden Ausführungsform die elektrische Verdrahtung der ersten Membran 13a des ersten Schallerfassungsteils 23a und die elektrische Verdrahtung der zweiten Membranen 13b des zweiten Schallerfassungsteils 23b einzeln unabhängig vorgenommen werden können, wird die parasitäre Kapazität zwischen dem ersten Schallerfassungsteil 23a und dem zweiten Schallerfassungsteil 23b verringert und kommt es untereinander nur schwer zu einer Interferenz.
Dritte Ausführungsform
18 ist eine schematische Draufsicht auf einen Akustiksensor 74 nach einer dritten Ausführungsform, wobei die Rückplatte entfernt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die erste Membran 13a und zweite Membranen 13b durch einen Schlitz 17 vollständig voneinander getrennt. Die zweiten Membranen 13b an den einzelnen Seiten sind in den Eckenbereichen der Membran 13 mechanisch und elektrisch verbunden. Die erste Membran 13a ist durch eine abgehende Leitung 27a, die von der ersten Membran 13a weggeführt ist, an ein Elektrodenfeld 31a auf der Rückplatte angeschlossen. Die zweiten Membranen 13b sind durch eine abgehende Leitung 27b, die von den zweiten Membranen 13a weggeführt ist, an ein Elektrodenfeld 31b auf der Rückplatte angeschlossen.
Da nach der vorliegenden Ausführungsform die elektrische Verdrahtung der ersten Membran 13a des ersten Schallerfassungsteils 23a und die elektrische Verdrahtung der zweiten Membranen 13b des zweiten Schallerfassungsteils 23b einzeln unabhängig vorgenommen werden können, wird die parasitäre Kapazität zwischen dem ersten Schallerfassungsteil 23a und dem zweiten Schallerfassungsteil 23b verringert und kommt es untereinander nur schwer zu einer Interferenz. Da es überdies nicht nötig ist, die zweiten Membranen 13b an den einzelnen Seiten untereinander anzuschließen, kann die Verdrahtung vereinfacht werden.
Vierte Ausführungsform
19 ist eine schematische Draufsicht auf einen Akustiksensor 76 nach einer vierten Ausführungsform, wobei die Rückplatte entfernt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die erste Membran 13a und vier zweite Membranen 13b an den einzelnen Seiten durch Schlitze 17 vollständig voneinander getrennt. Bei zwei zweiten Membranen 13ba, 13bb von den vier zweiten Membranen 13b ist die Fläche der einen zweiten Membran 13bb größer als die Fläche der anderen zweiten Membran 13ba. Durch die Kapazität zwischen der ersten Membran 13a und der festen Elektrodenplatte wird ein erster Schallerfassungsteil 23a (erster Erfassungsteil) für eine geringe Lautstärke (eine hohe Empfindlichkeit) aufgebaut. Durch die Kapazität zwischen der zweiten Membran 13bb und der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 wird ein zweiter Schallerfassungsteil 23c (zweiter Erfassungsteil) für eine mittlere Lautstärke (eine mittlere Empfindlichkeit) aufgebaut, und durch die Kapazität zwischen der zweiten Membran 13ba und die Oberseite des Siliziumsubstrats 12 wird ein zweiter Schallerfassungsteil 23b (zweiter Erfassungsteil) für eine große Lautstärke (eine geringe Empfindlichkeit) aufgebaut. Die erste Membran 13a ist durch eine abgehende Leitung 27a, die von der ersten Membran 13a weggeführt ist, an ein Elektrodenfeld 31a auf der Rückplatte angeschlossen. Die zweite Membran 13bb ist durch eine abgehende Leitung 27bb an ein Elektrodenfeld 31bb auf der Rückplatte angeschlossen. Die zweite Membran 13ba ist durch eine abgehende Leitung 27ba an ein Elektrodenfeld 31ba auf der Rückplatte angeschlossen. Die feste Elektrodenplatte 19 ist durch eine abgehende Leitung 28 an ein Elektrodenfeld 32 auf der Rückplatte angeschlossen, und die Oberseite des Siliziumsubstrats 12 (die leitende Schicht 21) ist an ein Elektrodenfeld 33 angeschlossen.
Da nach der vorliegenden Ausführungsform ein erster Schallerfassungsteil 23a für eine geringe Lautstärke, ein zweiter Schallerfassungsteil 23c für eine mittlere Lautstärke, und ein zweiter Schallerfassungsteil 23b für eine große Lautstärke aufgebaut sind, wird es möglich, den Schalldruckbereich (den Dynamikbereich) des Akustiksensors 76 noch zu erweitern.
Fünfte Ausführungsform
20 ist eine schematische Draufsicht auf einen Akustiksensor 81 nach einer fünften Ausführungsform, wobei die Rückplatte entfernt ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine runde Membran 13 durch einen Schlitz 17 in eine am Außenumfang befindliche kreisbogenförmige zweite Membran 13b und eine an der Innenseite befindliche runde erste Membran 13a geteilt. An der Unterseite der Rückplatte ist eine feste Elektrodenplatte 19 so gebildet, dass sie der ersten Membran 13a gegenüberliegt.
Die erste Membran wird durch Fixieren einer abgehenden Leitung 27a an dem Siliziumsubstrat 12 oder dergleichen freitragend über der Kammer 15 gehalten. Durch die erste Membran 13a und die feste Elektrodenplatte 19 wird ein erster Schallerfassungsteil 23a für eine geringe Lautstärke aufgebaut.
Was die zweite Membran 13b betrifft, wird der äußere Umfangsbereich der Unterseite der zweiten Membran 13b durch einen kreisbogenförmigen Anker 16 gehalten. Durch die zweite Membran 13b und die leitende Schicht 21 des Siliziumsubstrats 12 wird ein zweiter Schallerfassungsteil 23b für eine große Lautstärke aufgebaut.
Anker 16 können wie in 21(A) gezeigt auch entlang des äußeren Umfangsbereichs der Unterseite der zweiten Membran 13b verteilt ausgebildet werden.
Wie in 21(B) gezeigt kann ein Teil der Oberseite des Siliziumsubstrats 12 zum Vorspringen in das Innere der runden Kammer 15 gebracht werden und kann darauf ein halbmondförmiger Anker 82 ausgebildet werden und das Ende der ersten Membran 13a durch den Anker 82 freitragend gehalten werden. Wenn ein solcher Anker verwendet wird, kann die Stärke der ersten Membran 13a erhöht werden.
Im Vorhergehenden wurden ein Akustiksensor und ein Mikrophon, das diesen Akustiksensor verwendet, erklärt, doch kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen kapazitiven Sensoren als einem Akustiksensor wie etwa einem Drucksensor angewendet werden.

Claims

Kapazitiver Sensor, umfassend ein Substrat, das einen wenigstens an der Oberseite geöffneten Hohlraum aufweist; eine schwingende Elektrodenplatte, die so über dem Substrat gebildet ist, dass sie die Oberseite des Hohlraums abdeckt; eine Rückplatte, die so über dem Substrat gebildet ist, dass sie die schwingende Elektrodenplatte abdeckt; und eine feste Elektrodenplatte, die an der Rückplatte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende Elektrodenplatte in einen Bereich, der sich über dem Hohlraum befindet, und einen Bereich, der sich über der Oberseite des Substrats befindet, geteilt ist, durch den Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der sich über dem Hohlraum befindet, und die feste Elektrodenplatte ein erster Erfassungsteil gebildet ist, und durch den Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der sich über der Oberseite des Substrats befindet, und die Oberseite des Substrats ein zweiter Erfassungsteil gebildet ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende Elektrodenplatte durch einen Schlitz, der in der schwingenden Elektrodenplatte gebildet ist, in den Bereich, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und den Bereich, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, geteilt ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Elektrodenplatte von oberhalb des Substrats her gesehen an einer Stelle gebildet ist, an der sie nicht mit dem Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, überlappt.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende Elektrodenplatte an einer Position, die von dem Rand der Öffnung der Oberseite des Hohlraums zum Inneren des Hohlraums hin verschoben ist, in den Bereich, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und den Bereich, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, geteilt ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Substrats so behandelt ist, dass sie leitfähig ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Substrats eine Substratelektrode gebildet ist, die dem Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, gegenübergestellt ist.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut, und ihr Bereich, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, teilweise fortlaufend sind.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, durch einen Fixierteil, der an der Oberseite des Substrats ausgebildet ist, an der Unterseite des äußeren Umfangsrands gehalten wird.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Bereichs der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, kleiner ist, als die Fläche des Bereichs der schwingenden Elektrodenplatte, der den ersten Erfassungsteil aufbaut.
Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der schwingenden Elektrodenplatte, der den zweiten Erfassungsteil aufbaut, noch in einen Bereich mit einer vergleichsweise großen Fläche und einen Bereich mit einer vergleichsweise kleinen Fläche geteilt ist.
Akustiksensor, wobei der kapazitive Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückplatte und in der festen Elektrodenplatte mehrere Öffnungen gebildet sind, um Schallschwingungen passieren zu lassen, und von dem ersten Erfassungsteil und dem zweiten Erfassungsteil jeweils Signale mit einer unterschiedlichen Empfindlichkeit ausgegeben werden.
Mikrophon, umfassend den Akustiksensor nach Anspruch 11 und einen Schaltungsteil, der die Signale von dem Akustiksensor verstärkt und nach außen ausgibt.
Mikrophon nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil eine Phasenumkehrschaltung umfasst, die die Phase der einen Ausgangssignale aus den Ausgangssignalen von dem ersten Erfassungsteil und den Ausgangssignalen von dem zweiten Erfassungsteil umkehrt.