DE112016000099T5 - Kapazitiver Messumformer und akustischer Sensor - Google Patents

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DE112016000099T5
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Abstract

Es wird eine Technik bereitgestellt, welche es ermöglicht, dass eine übermäßige Verformung einer vibrierenden Elektrodenmembran unterdrückt werden kann, und ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran verhindert werden kann, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran angelegt wird, obwohl die Frequenzeigenschaften bei einer Akustikerfassung vorteilhaft aufrechterhalten werden. Bei einem Akustiksensor, welcher akustische Vibrationen in eine Änderung in der Kapazität zwischen einer vibrierenden Elektrodenmembran 15 und einer stationären Elektrodenmembran auf der Rückplatte 17 konvertiert, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 unter übermäßigem Druck verformt, wird der an der vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegte Druck durch Erhöhen einer Flusskanalfläche eines Luftflusskanals, der durch einen Spalt zwischen einem einstückig mit der Rückplatte 17 vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt 17b und einem Teil der vibrierenden Elektrodenmembran 15 gebildet wird, aufgrund einer relativen Bewegung des vorspringenden Abschnitts 17b und der vibrierenden Elektrodenmembran abgelassen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft einen kapazitiven Messumformer und einen akustischen Sensor, der den kapazitiven Messumformer umfasst. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung einen kapazitiven Messumformer und einen akustischen Sensor, der durch eine Kondensatoranordnung gebildet wird, die aus einer unter Verwendung von MEMS-Technologie gebildeten vibrierenden Elektrodenmembran und eine Rückplatte hergestellt ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Üblicherweise werden manchmal kleine Mikrofone in einem akustischen Sensor verwendet, der als ECM (elektrisches Kondensatormikrofon (engl. Electric Condenser Microphone)) bezeichnet wird. Jedoch werden, da ECMs wärmeempfindlich sind und Mikrofone, die einen unter Verwendung einer MEMS-(mikroelektromechanisches System-)Technologie hergestellten kapazitiven Messumformer verwenden (nachstehend auch als MEMS-Mikrofone bezeichnet), in Punkten der Geeignetheit für eine Digitalisierung, Verkleinerung und dergleichen überlegen sind, in letzter Zeit mehr MEMS-Mikrofone verwendet (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
  • Solche kapazitiven Messumformer umfassen jene, die MEMS-Technologie verwenden, um eine Form zu realisieren, bei der eine vibrierende Elektrodenmembran, welche vibriert, wenn sie einem Druck unterworfen wird, so angeordnet ist, dass sie über einem Spalt gegenüber einer Rückplatte liegt, an welcher eine Elektrodenmembran fixiert ist. Ein kapazitiver Messumformer in der voranstehend beschriebenen Form kann durch einen Prozess realisiert werden, der beispielsweise nach einem Bilden einer vibrierenden Elektrodenmembran und einer Opferschicht, die die vibrierende Elektrodenmembran auf einem Siliziumsubstrat bedeckt, ein Bilden einer Rückplatte auf der Opferschicht und ein nachfolgendes Entfernen der Opferschicht umfasst. Da die MEMS-Technologie Halbleiter-Herstellungstechnologien in dieser Art anwendet, können extrem kleine kapazitive Messumformer erlangt werden.
  • Andererseits gibt es, da ein kapazitiver Messumformer, der unter Verwendung von MEMS-Technologie hergestellt ist, aus einer dünnen vibrierenden Elektrodenmembran und einer Rückplatte gebildet ist, ein Risiko, dass die vibrierende Elektrodenmembran erheblich verformt wird und bricht, wenn sie einem übermäßigen Druck und dergleichen unterworfen wird. Solche Nachteile können auftreten, sowohl wenn beispielsweise hohe Schalldrücke an die Innenseite des kapazitiven Messumformers angelegt werden, als auch wenn ein Luftblasen bei einem Montagevorgang durchgeführt wird als auch wenn der kapazitive Messumformer fallen gelassen wird.
  • Während solche Nachteile denkbarerweise durch Versehen der vibrierenden Elektrodenmembran mit einem Loch zum Ablassen des Drucks und Ablassen des Drucks aus dem Loch adressiert werden können, wenn ein übermäßiger Druck angelegt wird, kann eine solche Maßnahme eine Verschlechterung bei den Frequenzeigenschaften verursachen, weil dann der kapazitive Messumformer insbesondere eine Verschlechterung in der Empfindlichkeit in einem Niedrigfrequenzbereich aufweist.
  • Ferner umfasst eine bekannte Erfindung eines MEMS-Messumformers eine vibrierende Elektrodenmembran und einen Verschlussabschnitt, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran mit einem Schlitz erzeugt wird, wobei der Verschlussabschnitt auf derselben Höhe wie andere Abschnitte der vibrierenden Elektrodenmembran durch eine Trägerstruktur mit Bezug auf eine Rückplatte oder ein Substrat getragen wird. Bei dieser Erfindung erstreckt sich, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran in Antwort auf einen Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Membran verformt, einen Flusspfad zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und dem Verschlussabschnitt, um übermäßigen Druck abzulassen (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
  • Jedoch benötigt die voranstehend beschriebene Erfindung, da der Verschlussabschnitt und das Trägerelement getrennte Elemente sind, nicht nur einen komplizierteren Herstellungsprozess, sondern umfasst auch ein Risiko, dass der Verschlussabschnitt von dem Trägerelement losgelöst werden kann und eine Funktionalität beeinflusst. Daher ist die voranstehend beschriebene Erfindung nicht geeignet, eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit zu erreichen.
  • VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE AUFGABE
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der Situation, wie sie als solche voranstehend beschrieben ist, gemacht, und eine Aufgabe ist es, eine Technik bereitzustellen, die es ermöglicht, dass eine übermäßige Verformung einer vibrierenden Elektrodenmembran unterdrückt werden kann und Schäden an der vibrierenden Elektrodenmembran verhindert werden können, wenn ein übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, während die Frequenzeigenschaften bei der akustischen Erfassung bevorzugt mit einer einfachen Konfiguration aufrechterhalten werden können.
  • LÖSEN DER AUFGABE
  • Die vorliegende Erfindung zum Lösen der voranstehend beschriebenen Aufgabe wird insgesamt dadurch gekennzeichnet, dass bei einem kapazitiven Messumformer, welcher eine Verschiebung einer vibrierenden Elektrodenmembran in einer Änderung einer Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und einer Rückplatte konvertiert, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter übermäßigen Druck verformt, dass der Druck, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, durch Vergrößern einer Flusskanalfläche eines Luftflusskanals, der durch einen Spalt zwischen einem einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt und einem Teil der vibrierenden Elektrodenmembran aufgrund einer relativen Bewegung des vorspringenden Abschnitts und der vibrierenden Elektrodenmembran abgelassen wird.
  • Genauer gesagt, stellt die vorliegende Erfindung einen kapazitiven Messumformer bereit, welcher aufweist:
    ein Substrat mit einer Öffnung in seiner Oberfläche;
    eine Rückplatte, die gegenüber der Öffnung im Substrat angeordnet ist; und
    eine vibrierenden Elektrodenmembran, die gegenüber der Rückplatte angeordnet ist, so dass zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte ein Spalt vorgesehen ist,
    wobei der kapazitive Messumformer eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran in eine Änderung einer Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte umwandelt,
    wobei der kapazitive Messumformer ferner einen Druckablassflusskanal aufweist, welcher ein Luftflusskanal ist, der durch einen Spalt zwischen einem Teil der vibrierenden Elektrodenmembran und einem einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt gebildet ist, und welcher eingerichtet ist, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, um an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegten Druck durch Erhöhen der Flusskanalfläche aufgrund einer Relativbewegung zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und dem einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt abzulassen.
  • Gemäß dieser Konfiguration vergrößert sich beispielsweise, wenn übermäßiger Druck an den kapazitiven Messumformer angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran erheblich verformt, die Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals aufgrund einer relativen Bewegung der vibrierenden Elektrodenmembran und des vorspringenden Abschnitts, der einstückig mit der Rückplatte vorgesehen ist. Daher kann, wenn übermäßiger Druck an den kapazitiven Messumformer angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran erheblich verformt, der an die vibrierende Elektrodenmembran angelegte Druck automatisch abgelassen werden. Aus diesem Grund kann ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran aufgrund eines übermäßigen Drucks reduziert werden.
  • Zusätzlich können gemäß dieser Konfiguration, da der Druckablasskanal durch einen Spalt zwischen einem Teil der vibrierenden Elektrodenmembran und dem einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt gebildet ist, die Elemente, die sich grundsätzlich bewegen, wenn sie einem Druck unterworfen werden, ohne Modifikationen verwendet werden, und eine Konfiguration einer Vorrichtung kann vereinfacht werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung zumindest ein Teil des Umfangsabschnitts der Rückplatte gebogen sein und eine Seitenfläche bilden, und die Rückplatte kann am vorderen Ende der Seitenfläche an dem Substrat fixiert sein,
    der Druckablassflusskanal kann durch einen Spalt zwischen einer Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und einem vorspringenden Abschnitts gebildet werden, der einstückig mit der Seitenfläche der Rückplatte gebildet wird, und
    wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, kann der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegte Druck durch Vergrößern des Spalts zwischen der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und der Seitenfläche der Rückplatte abgelassen werden, wenn sich die Endflächen der vibrierenden Elektrodenmembran und der vorspringenden Abschnitt, der auf der Seitenfläche der Rückplatte gebildet ist, relativ zueinander bewegen und gegeneinander verschoben werden.
  • Mit anderen Worten wird in diesem Fall die Rückplatte mit dem Substrat gekoppelt, da zumindest ein Teil des Umfangsabschnitts der Rückplatte gebogen wird, um eine Seitenfläche zu bilden, und ein oberer Abschnitt der Seitenfläche an dem Substrat fixiert wird. Zusätzlich wird der Druckablassflusskanal durch einen Spalt zwischen einer Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und dem vorspringenden Abschnitts gebildet, der einstückig mit der Seitenfläche der Rückplatte gebildet ist. Ferner vergrößert sich, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, wenn sich die Endflächen der vibrierenden Elektrodenmembran und der vorspringende Abschnitt, der auf der Seitenfläche der Rückplatte gebildet ist, relativ bewegen und voneinander abweichen, der Spalt zwischen der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und der Seitenfläche der Rückplatte. Aus diesem Grund vergrößert sich die Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals, und der Druck, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, wird abgelassen.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann durch eine einfache Konfiguration beispielsweise eines mittig Nach-außen-Biegens der Seitenflächen der Rückplatte, um einen vorspringenden Abschnitt zu bilden, der gegenüber der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran liegt, ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran verhindert werden, wenn diese einem übermäßigen Druck ausgesetzt wird.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung der vorspringende Abschnitt eine vorspringende Säulenstruktur sein, der Druckablassflusskanal kann durch einen Spalt gebildet sein, der zwischen einem in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehenen Loch und einer vorspringenden Säulenstruktur angeordnet ist, die einstückig mit der Rückplatte auf der Seite der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist,
    zumindest ein vorderes Ende der vorspringenden Säulenstruktur kann einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser des Lochs aufweisen und die vorspringende Säulenstruktur kann in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, in das Loch eindringen, und
    wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, kann der Druck, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt ist, abgelassen werden, indem sich die vibrierende Elektrodenmembran und die vorspringende Säulenstruktur auf der Rückplatte relativ zueinander bewegen und die vorspringende Säulenstruktur nicht mehr in das Loch eindringt.
  • Mit anderen Worten wird in diesem Fall der Druckablassflusskanal durch einen Spalt zwischen einem Loch, das in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, und einer vorspringenden Säulenstruktur gebildet, die einstückig mit der Rückplatte auf der Seite der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist. Zusätzlich hat zumindest ein oberer Abschnitt einer vorspringenden Säulenstruktur einen kleineren Durchmesser als ein Lochdurchmesser, und die vorspringende Säulenstruktur dringt in das Loch in einem Zustand ein, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt. Wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, bewegen sich ferner die vibrierende Elektrodenmembran und die vorspringende Säulenstruktur der Rückplatte relativ zueinander, und die vorspringende Säulenstruktur zieht sich aus dem Loch zurück, um die gesamte Oberfläche des Lochs freizulegen. Aus diesem Grund wird der Druck, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, abgelassen.
  • Gemäß dieser Konfiguration ermöglicht in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, das Eindringen der vorspringenden Säulenstruktur der Rückplatte in das Loch der vibrierenden Elektrodenmembran, dass ein Ausströmen der Luft aus dem Loch unterdrückt werden kann, und die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors können vorteilhaft in einer zuverlässigen Art aufrechterhalten werden. Zusätzlich wird, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran um ein vorgegebenes Maß dadurch verformt, dass sie einem übermäßigen Druck unterworfen wird, da sich die vorspringende Säulenstruktur der Rückplatte aus dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran zurückzieht und das Loch freigegeben wird, die Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals bei einer kleinen Fläche stabil aufrechterhalten, bis der angelegte Druck einen vorgegebenen Druck erreicht, und vergrößert sich schnell, sobald der angelegte Druck den vorgegebenen Druck erreicht.
  • Daher können die Frequenzeigenschaften des kapazitiven Messumformers so vorteilhaft wie möglich bis zu einem letzten Moment aufrechterhalten werden, bevor der angelegte Druck einen vorgegebenen Druck erreicht, wie voranstehend beschrieben. Zusätzlich kann, sobald der angelegte Druck den vorgegebenen Druck erreicht, der Druck auf einmal abgelassen werden. Des Weiteren bleibt die Tatsache, dass der Druckablassflusskanal durch einen Spalt zwischen einem Teil der vibrierenden Elektrodenmembran und dem einstückig mit der Rückplatte gebildeten, vorspringenden Abschnitt unverändert, auch in einem Zustand, bei dem sich die vorspringende Säulenstruktur der Rückplatte aus dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran zurückzieht und das Loch freigegeben wird, da die Luft, die durch das Loch fließt, durch den Spalt zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der vorspringenden Säulenstruktur hindurchgeht, die einstückig mit der Rückplatte in Richtung der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist. Es sollte beachtet werden, dass "Eindringen" in der voranstehenden Beschreibung einen Zustand andeutet, bei dem die vorspringende Säulenstruktur in das Loch der vibrierenden Elektrodenmembran eindringt, und umfasst sowohl einen Fall, bei dem eine Spitze der vorspringenden Säulenstruktur eine Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite der vibrierenden Elektrodenmembran erreicht oder die Spitze auf der gegenüberliegenden Seite weiter vorspringt, als auch einen Fall, bei dem die Spitze der vorspringenden Säulenstruktur der Hälfte der Dicke der vibrierenden Elektrodenmembran stoppt.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung der vorspringende Abschnitt eine vorspringende Säulenstruktur ist, der Druckablassflusskanal durch einen Spalt gebildet sein, der zwischen einem in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehenen Loch und einer vorspringenden Säulenstruktur angeordnet ist, die einstückig mit der Rückplatte auf der Seite der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist,
    die vorspringende Säulenstruktur kann einen größeren Durchmesser als einen Durchmesser des Lochs haben und in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, ein vorderes Ende der vorspringenden Säulenstruktur das Loch von der Seite der Rückplatte her, abdecken, und
    wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, kann der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegte Druck abgelassen werden, indem sich die vibrierende Elektrodenmembran und die vorspringende Säulenstruktur auf der Rückplatte relativ zueinander bewegen und sich das vordere Ende der vorspringenden Säulenstruktur von dem Loch trennt.
  • Mit anderen Worten wird auch in diesem Fall der Druckablassflusskanal durch einen Spalt zwischen einem Loch, das in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, und der vorspringenden Säulenstruktur gebildet, die einstückig mit der Rückplatte in Richtung der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist. Zusätzlich wird ein Durchmesser der vorspringenden Säulenstruktur größer als ein Durchmesser des Lochs der vibrierenden Elektrodenmembran eingestellt, und eine Spitze der vorspringenden Säulenstruktur bedeckt das Loch der vibrierenden Elektrodenmembran von der Rückplattenseite in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt. Ferner bewegen sich, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, die vibrierende Elektrodenmembran und die vorspringende Säulenstruktur der Rückplatte relativ zueinander, und die Spitze der vorspringenden Säulenstruktur trennt sich von dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran, um zu ermöglichen, dass Luft problemlos in das Loch fließen kann. Aus diesem Grund wird der Druck, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt ist, abgelassen.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann in Übereinstimmung mit einer Verformungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran von einem Zustand vor der Verformung unter Druck zu einem Zustand bei der Verformung unter Druck die Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals stufenweise vergrößert werden. Daher kann ein Betrieb der vibrierenden Elektrodenmembran stabilisiert werden, und die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Vorrichtung in einer Umgebung, in der die Vorrichtung regelmäßig einem übermäßigen Druck unterworfen wird, können verbessert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, die vorspringende Säulenstruktur in das Loch eindringen und das vordere Ende der vorspringenden Säulenstruktur auf einer von der Rückplatte abgewandten Seite der vibrierenden Elektrodenmembran positioniert sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann, anstatt dass sich die vorspringende Säulenstruktur der Rückplatte aus dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran, sofort nachdem die vibrierende Elektrodenmembran beginnt, sich zu verformen, zurückzieht, ein bestimmter Druckbereich oder mehr, in welchem die Frequenzeigenschaften des kapazitiven Messumformers bevorzugt aufrechterhalten werden, sichergestellt werden. Ferner kann durch ein geeignetes Einstellen einer Position der Spitze der Säulenstruktur ein Wert eines Drucks als ein anzuwendender Schwellwert zum schnellen Vergrößern der Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals geeignet eingestellt werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung ein Durchmesser der vorspringenden Säulenstruktur entweder vom vorderen Ende der vorspringenden Säulenstruktur in Richtung der Rückplatte zunehmen oder konstant sein. Gemäß der voranstehenden Konfiguration kann, bevor sich die vorspringende Säulenstruktur aus dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran zurückzieht, die Flusskanalfläche der vorspringenden Säulenstruktur stufenweise vergrößert werden, und eine Luftflussrate zum Ablassen des Drucks kann stufenweise vergrößert werden. Dagegen kann gemäß der letzten Konfiguration die Flusskanalfläche der vorspringenden Säulenstruktur, bevor sich die vorspringende Säulenstruktur aus dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran zurückzieht, konstant eingestellt werden, und eine Luftflussrate zum Ablassen des Drucks kann, bis sich die vorspringenden Säulenstruktur aus dem Loch zurückzieht, konstant eingestellt werden. In dieser Art können Variationen der Modi zum Ablassen von Druck, bis sich die vorspringende Säulenstruktur aus dem Loch der vibrierenden Elektrodenmembran herausgezogen hat, erweitert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die vorspringende Säulenstruktur durch einen Membranherstellungsprozess gebildet werden, welcher verschieden von dem der vibrierenden Elektrodenmembran ist. Alternativ kann die vorspringende Säulenstruktur durch den gleichen Membranherstellungsprozess gebildet sein wie die Rückplatte. Durch Bilden der vorspringenden Säulenstruktur in demselben Membranherstellungsprozess wie jener der Rückplatte kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden, die Integration der vorspringenden Säulenstruktur und der Rückplatte kann weiter vergrößert werden und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die vibrierende Elektrodenmembran an dem Substrat an einem Ankerabschnitt fixiert sein und die vibrierende Elektrodenmembran nicht an anderen Orten als dem Ankerabschnitt in Kontakt mit dem Substrat und der Rückplatte sein. Gemäß dieser Konfiguration kann eine Bewegung oder eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran reibungsloser vorgenommen gemacht werden, und der Betrieb des kapazitiven Messumformers kann weiter stabilisiert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die Rückplatte mehrere Perforationen aufweisen. Ferner kann das Substrat nicht in einem Abschnitt gegenüber der einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Säulenstruktur vorgesehen sein. Daher kann, wenn das Eindringen in die vorspringende Säulenstruktur aufgelöst wird, der Druck effizienter abgelassen werden. Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die Rückplatte gegenüber dem Substrat angeordnet sein, und die vorspringende Säulenstruktur kann von der Rückplatte in Richtung des Substrats weisend vorgesehen sein und das vordere Ende der vorspringenden Säulenstruktur kann auf der gleichen Ebene wie eine Oberfläche des Substrats auf der Rückplattenseite oder weiter in Richtung der Rückplattenseite als diese Oberfläche positioniert sein. Gemäß dieser Konfiguration können die Rückplatte und die vorspringende Säulenstruktur durch eine Schichtbildung leichter einstückig mit dem Substrat hergestellt werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die Rückplatte in ihrer Mitte eine stationären Elektrodenmembran aufweisen, und der vorspringende Abschnitt kann außerhalb der stationären Elektrodenmembran auf der Rückplatte vorgesehen sein. Entsprechend kann eine Fläche der stationären Elektrodenmembran gesichert werden, und eine Empfindlichkeit des Messumformers kann verbessert werden. Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung der vorspringende Abschnitt in einer Mitte der Rückplatte vorgesehen sein. Entsprechend wird der vorspringende Abschnitt in einem Abschnitt gebildet, welcher sich mit einer höheren Empfindlichkeit verformt, und wenn die vibrierende Elektrodenmembran einem großen Druck unterworfen wird, kann der Druck mit einer höheren Empfindlichkeit abgelassen werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung eine Seitenfläche der vorspringenden Säulenstruktur eine kegelförmige Oberfläche bilden und ein Neigungswinkel der kegelförmigen Oberfläche zur Rückplatte kann mindestens 60° und höchstens 85° sein. Gemäß dieser Konfiguration kann eine Belastungskonzentration auf der Seitenfläche der vorspringenden Säulenstruktur unterdrückt werden, und eine Festigkeit der vorspringenden Säulenstruktur kann relativ erhöht werden. Zusätzlich kann, wenn die vorspringende Säulenstruktur bei einem Halbleiterherstellungsprozess abgelagert und gebildet wird, die Schichtqualität auf der Seitenfläche verbessert werden, was ebenfalls zu einer vergrößerten Festigkeit beiträgt. Ferner kann, beispielsweise wenn die Seitenfläche der vorspringenden Säulenstruktur vertikal gebildet wird, eine Verschlechterung bei der Membranbildung an einer Unterseite der vorspringenden Säulenstruktur und eine reduzierte Membrandicke einer Membran, die den unteren Abschnitts bildet, in einer Abnahme der Festigkeit resultieren. Jedoch kann durch Einstellen des Neigungswinkels der Seitenfläche der vorspringenden Säulenstruktur auf den voranstehend beschriebenen Bereich eine solche Abnahme in der Festigkeit unterdrückt werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die vibrierende Elektrodenmembran eine ungefähr rechteckige Form aufweisen und an Fixierabschnitten fixiert sein, die in den vier Ecken der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen sind, und vorspringende Abschnitte kann an vier Orten in Abschnitten der Rückplatte, die den vier Ecken der vibrierenden Elektrodenmembran entsprechen, und in einer Draufsicht weiter zu einer Innenseite als der Fixierabschnitt vorgesehen sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann, da der vorspringende Abschnitt außerhalb der stationären Elektrodenmembran der Rückplatte angeordnet ist, eine Wirkung auf die akustische Leistungsfähigkeit reduziert werden, ohne eine Fläche der stationären Elektrodenmembran auf der Rückplatte zu reduzieren. Zusätzlich ist es, da der vorspringende Abschnitt in Bereichen gebildet ist, welche nahe an den Fixierabschnitten sind und welche ein kleines Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran haben, relativ unwahrscheinlich, dass sich der vorspringende Abschnitt aus dem Druckablassloch zurückzieht, und die Frequenzeigenschaften können bis zu einem hohen Schalldruck aufrechterhalten werden. Ferner kann eine Balance zwischen einer Luftdruckwiderstandsfähigkeit und den Frequenzeigenschaften erreicht werden, und ein Freiheitsgrad bei der Gestaltung kann erhöht werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung der vorspringende Abschnitt an einem Ort in einem mittleren Abschnitt der Rückplatte vorgesehen sein. Gemäß dieser Konfiguration kann, da der vorspringende Abschnitt nur in einer geringen Anzahl vorgesehen ist, eine Schwankung bei den Frequenzeigenschaften reduziert werden. Ferner wird, da der vorspringende Abschnitt nur in der Mitte gebildet ist, wo das Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran groß ist, der vorspringende Abschnitt leichter aus dem Druckablassloch herausgezogen, und die Druckablassfunktion kann auch bei einem geringen Druck ausgeführt werden. Zusätzlich kann, auch wenn das Substrat mit der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte in einer Draufsicht überlappt, ein Abstand zwischen einer Mitte einer Kantenfläche des Substrats und dem vorspringenden Abschnitt erhöht werden, und eine Wirkung des Überlappens kann unterdrückt werden.
  • Ferner können bei der vorliegenden Erfindung vorspringende Abschnitte an vier Orten in Abschnitten der Rückplatte vorgesehen sein, welche in einer Draufsicht den Mittelpunkten der vier Seiten der vibrierenden Elektrodenmembran entsprechen, so dass sie insgesamt an acht Orten vorgesehen sind Gemäß dieser Konfiguration kann eine Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals als Ganzes vergrößert werden, und die Luftdruckwiderstandsfähigkeit kann verbessert werden. Zusätzlich können, da der vorspringende Abschnitt sich nicht aus dem Loch herauszieht, bis ein großer Druck angelegt wird, die Frequenzeigenschaften auch unter einem hohen Schalldruck aufrechterhalten werden. Ferner kann, da der vorspringende Abschnitt installiert wird, um eine Mitte der Rückplatte auszulassen, eine Verdrehungsverformung der Rückplatte reduziert werden. Zusätzlich kann eine Wirkung auf die akustische Leistungsfähigkeit ohne Reduzieren einer Fläche der stationären Elektrodenmembran an der Rückplatte in einem Abschnitt unterdrückt werden, bei dem das Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran groß ist.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung ein vorspringender Abschnitt in der Mitte der Rückplatte vorgesehen sein, so dass sie insgesamt an neun Orten vorgesehen sind. Gemäß dieser Konfiguration kann eine Luftdruckwiderstandsfähigkeit weiter verbessert werden. Zusätzlich können, da sich der vorspringende Abschnitt nicht aus dem Loch herauszieht, bis ein großer Druck angelegt wird, die Frequenzeigenschaften auch bei hohen Schalldrücken aufrechterhalten werden (vorteilhaft bei der Verwendung unter hohen Schalldrücken).
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung, in einem Zustand, bei dem die vorspringende Säulenstruktur in das Loch eingedrungen ist, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, der Spalt zwischen der vorspringenden Streifen-Säulenstruktur und dem Loch auf einer Seite mindestens 0,2 µm und höchstens 20 µm sein. Gemäß dieser Konfiguration kann eine vorteilhafte Balance zwischen einem Dämpfungsmaß in einem Niedrigfrequenzbereich bei den Frequenzeigenschaften der akustischen Eigenschaften und einem Risiko eines Kontakts zwischen dem vorspringenden Abschnitt und dem Loch erreicht werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die Rückplatte die stationäre Elektrodenmembran umfassen, die in einer Draufsicht nicht an einem Ort vorgesehen ist, an dem der vorspringende Abschnitt vorgesehen ist, und ein Abstand zwischen dem vorspringenden Streifen-Abschnitt und der stationären Elektrodenmembran kann mindestens 1 µm und höchstens 15 µm sein. Gemäß dieser Konfiguration kann eine bevorzugte Balance zwischen einer Wirkung eines Reduzierens von Verlusten einer Elektrodenfläche der stationären Elektrodenmembran durch Bereitstellen des vorspringenden Abschnitts und eines Risikos eines Kurzschlusses, wenn elektrisch leitende fremde Objekte in eine Umgebung des vorspringenden Abschnitts eindringen, erreicht werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung eine Größe eines Spalts zwischen der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts größer sein als außerhalb des vorgegebenen Bereichs. Gemäß dieser Konfiguration kann, wenn elektrisch leitende fremde Objekte in eine Umgebung des vorspringenden Abschnitts eindringen, ein Verschiebungsmaß der Elektrodenmembran aufgrund der fremden Objekte reduziert werden, und eine Wirkung auf die Frequenzeigenschaften als akustische Eigenschaften kann reduziert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung eine Größe eines Schalllochs in der Rückplatte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts kleiner sein als außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs. Gemäß dieser Konfiguration kann eine Wahrscheinlichkeit des Eindringens von fremden Objekten durch Schalllöcher in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts reduziert werden, und eine Wahrscheinlichkeit, dass fremde Objekte in der Umgebung des vorspringengen Abschnitts der Rückplatte angelagert oder gefangen werden, kann reduziert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung ein Schallloch innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte und ein Loch, das in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, so angeordnet sein, dass zumindest Teile davon miteinander in einer Draufsicht überlappen. Gemäß dieser Konfiguration kann ein Raum, der sowohl in die Elektrodenmembran als auch die Rückplatte eindringt, in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts gebildet werden, und fremde Objekte können leichter durch diesen Raum hindurchgehen. Aus diesem Grund kann die Wahrscheinlichkeit, dass fremde Objekte in der Nähe des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte angelagert oder gefangen werden, weiter reduziert werden.
  • Ferner kann die vorliegende Erfindung ein akustischer Sensor sein, der den voranstehend beschriebenen kapazitiven Messumformer aufweist, wobei der Akustiksensor einen Schalldruck in eine Änderung der Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte konvertiert und die Kapazitätsänderung erfasst. Gemäß dieser Konfiguration kann mit Bezug auf den akustischen Sensor ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran angelegt wird, durch Unterdrücken einer übermäßigen Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran, verhindert werden, obwohl bevorzugte Frequenzeigenschaften bei der akustischen Erfassung aufrechterhalten werden. Aus diesem Grund kann ein akustischer Sensor mit bevorzugten Frequenzeigenschaften und einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden.
  • Des Weiteren können Mittel zum Lösen des voranstehend beschriebenen Problems in verschiedenen Kombinationen entsprechend verwendet werden.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit Bezug auf einen kapazitiven Messumformer Schaden an einer vibrierenden Elektrodenmembran, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran angelegt wird, durch Unterdrücken einer übermäßigen Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran verhindert werden, obwohl bevorzugte Frequenzeigenschaften während der Erfassung des Drucks aufrechterhalten werden. Aus diesem Grund kann eine Zuverlässigkeit des kapazitiven Messumformers verbessert werden, obwohl dessen bevorzugte Leistung aufrechterhalten wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Akustiksensors zeigt, der unter Verwendung von MEMS-Technologie hergestellt ist.
  • 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer inneren Struktur eines herkömmlichen Akustiksensors zeigt.
  • 3 ist eine Figur zur Illustration eines Falls, bei dem übermäßiger Druck abrupt an einen Akustiksensor angelegt wird.
  • 4 ist eine Figur zur Illustration einer herkömmlichen Maßnahme, die angewendet wird, wenn übermäßiger Druck abrupt an einen Akustiksensor angelegt wird.
  • 5 ist eine Figur, die eine Umgebung einer vibrierenden Elektrodenmembran an einer Rückplatte eines akustischen Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine Figur zur Illustration der Wirkungen eines Druckablasslochs und eines vorspringenden Abschnitts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Figur, die einen Unterschied in den Betriebswirkungen zwischen dem Stand der Technik, bei dem eine vibrierende Elektrodenmembran und einen Verschlussabschnitt umfasst, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran mit einem Spalt erzeugt wird, wobei der Verschlussabschnitt durch eine Trägerstruktur mit Bezug auf eine Rückplatte getragen wird, und einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Figur, die einen Unterschied in den Betriebswirkungen zwischen dem Stand der Technik, bei dem eine vibrierende Elektrodenmembran und einen Verschlussabschnitt umfasst, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran mit einem Spalt erzeugt wird, wobei der Verschlussabschnitt durch eine Trägerstruktur mit Bezug auf die Rückplatte getragen wird, und der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine Figur, die ein Maßverhältnis in einer Umgebung eines vorspringenden Abschnitts und eines Druckablasslochs gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 10 ist eine Figur zur Illustration einer Beziehung zwischen einem vorspringenden Abschnitt einer Rückplatte und eines Siliziumsubstrats gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 11 ist eine Figur zur Illustration der Wirkungen des Druckablasslochs einer vibrierenden Elektrodenmembran und eines vorspringenden Abschnitts einer Rückplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine Figur zur Illustration der Wirkungen einer vibrierenden Elektrodenmembran und eines vorspringenden Abschnitts einer Rückplatte gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist eine schematische Ansicht einer Umgebung einer vibrierenden Elektrodenmembran und einer Rückplatte eines Akustiksensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Umgebung einer vibrierenden Elektrodenmembran und einer Rückplatte eines Akustiksensors gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Umgebung einer vibrierenden Elektrodenmembran und eines vorspringenden Abschnitt einer Rückplatte eines Akustiksensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16 ist eine Draufsicht auf eine vibrierende Elektrodenmembran und eine Rückplatte eines Akustiksensors gemäß einer sechsten Ausführungsform, wenn die vibrierende Elektrodenmembran und die Rückplatte mit einem und vier Paaren von Druckablasslöchern und vorspringenden Abschnitten versehen sind.
  • 17 ist eine Draufsicht auf eine vibrierende Elektrodenmembran und eine Rückplatte eines Akustiksensors gemäß der sechsten Ausführungsform, wenn die vibrierende Elektrodenmembran und die Rückplatte mit acht und neun Paaren von Druckablasslöchern und vorspringenden Abschnitten versehen sind.
  • 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine Umgebung eines Paars eines vorspringenden Abschnitts, der auf einer Rückplatte vorgesehen ist, und eines Druckablasslochs, das auf einer vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
  • 19 ist ein Graph mit einer Verteilung von Größen von fremden Objekten auf einer Abszisse und einer Verteilung der Anzahl der fremden Objekte auf einer Ordinate.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand einer Umgebung eines Schalllochs und eines vorspringenden Abschnitts, der auf einer Rückplatte vorgesehen ist, und eines Druckablasslochs, das auf eine vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, gemäß einer achten Ausführungsform zeigt.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Schallloch und einem vorspringenden Abschnitt einer Rückplatte und einem Druckablassloch einer vibrierenden Elektrodenmembran gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt.
  • 22 ist eine Figur zur Illustration von Maßverhältnissen zwischen jeweiligen Teilen in einer Umgebung eines vorspringenden Abschnitts einer Rückplatte und eines Druckablasslochs einer vibrierenden Elektrodenmembran.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Erste Ausführungsform
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich Aspekte der Erfindung der vorliegenden Anmeldung dar und sind nicht beabsichtigt, den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Obwohl die Erfindung der vorliegenden Anmeldung auf alle elektrostatischen Messumformer angewendet werden kann, wird nachstehend ein Fall beschrieben, bei dem ein elektrostatischer Messumformer als ein akustischer Sensor verwendet wird. Jedoch kann ein Schallwandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch als ein anderer Sensor als ein akustischer Sensor eingesetzt werden, solange wie eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran erfasst werden kann. Beispielsweise kann zusätzlich zu einem Drucksensor ein Schallwandler gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Beschleunigungssensor, als ein Trägheitssensor und dergleichen verwendet werden. Zusätzlich kann ein Schallwandler gemäß der vorliegenden Erfindung als ein anderes Element als ein Sensor, wie beispielsweise als ein Lautsprecher, verwendet werden, welcher ein elektrisches Signal in eine Verschiebung konvertiert.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen akustischen Sensors 1 zeigt, der unter Verwendung von MEMS-Technologie hergestellt ist. Zusätzlich ist 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer inneren Struktur des akustischen Sensors 1 zeigt. Der akustische Sensor 1 ist ein geschichteter Körper, in welchem eine isolierende Membran 4, eine vibrierende Elektrodenmembran (ein Diaphragma) 5 und eine Rückplatte 7 auf einer oberen Oberfläche eines Siliziumsubstrats (ein Substrat) 3 geschichtet sind, das mit einer hinteren Kammer 2 versehen ist. Die Rückplatte 7 ist derart gestaltet, dass eine stationäre Elektrodenmembran 8 auf einer Fixierplatte 6 gebildet ist und die stationäre Elektrodenmembran 8 an der Fixierplatte 6 auf einer Seite des Siliziumsubstrats 3 angeordnet ist. Schalllöcher, die durch eine große Anzahl von Perforationen gegeben sind, sind über die gesamte Oberfläche der Fixierplatte 6 der Rückplatte 7 vorgesehen (jeder Punkt mit Schraffur, die an der in den 1 und 2 gezeigten Fixierplatte 6 aufgebracht ist, entspricht einem jeweiligen Schallloch). Des Weiteren ist ein stationäres Elektrodenpad 10 zum Erfassen eines Ausgangssignals an einer der vier Ecken der stationären Elektrodenmembran 8 vorgesehen.
  • Dabei kann das Siliziumsubstrat 3 beispielsweise aus Einkristall-Silizium gebildet sein. Ferner kann die vibrierende Elektrodenmembran 5 beispielsweise aus leitendem polykristallinem Silizium gebildet sein. Die vibrierende Elektrodenmembran 5 ist eine dünne Membran mit einer ungefähr rechteckigen Form, und ein Fixierabschnitt 12 ist an den vier Ecken eines ungefähr vierseitigen vibrierenden Abschnitts 11 vorgesehen, welcher vibriert. Ferner ist die vibrierende Elektrodenmembran 5 an der oberen Seite des Siliziumsubstrats 3 angeordnet, um die hintere Kammer 2 zu bedecken, und ist an dem Siliziumsubstrat 3 mit den vier Fixierabschnitten 12 als Ankerabschnitte fixiert. Der vibrierende Abschnitt 11 der vibrierenden Elektrodenmembran 5 vibriert in Antwort auf einen Schalldruck hoch und runter.
  • Zusätzlich kontaktiert die vibrierende Elektrodenmembran 5 weder das Siliziumsubstrat 3 noch die Rückplatte 7 an anderen Orten als an den vier Fixierabschnitten 12. Daher kann die vibrierende Elektrodenmembran in Antwort auf einen Schalldruck reibungslos nach oben und unten vibrieren. Ferner ist ein Elektrodenpad 9 der vibrierenden Membran in einem der Fixierabschnitte 12 vorgesehen, die sich an den vier Ecken des vibrierenden Abschnitts 11 befinden. Die auf der Rückplatte 7 bereitgestellte stationäre Elektrodenmembran 8 ist derart vorgesehen, dass sie einem vibrierenden Abschnitt der vibrierenden Elektrodenmembran 5 mit Ausnahme der Fixierabschnitte 12 an den vier Ecken entspricht. Dies liegt daran, dass die Fixierabschnitte 12 an den vier Ecken der vibrierenden Elektrodenmembran 5 nicht in Antwort auf den Schalldruck vibrieren und sich die Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 5 und der stationären Elektrodenmembran 8 dort nicht ändert.
  • Wenn Schall den akustischen Sensor 1 erreicht, geht der Schall durch die Schalllöcher hindurch und legt einen Schalldruck an die vibrierende Elektrodenmembran 5 an. Mit anderen Worten ermöglichen es die Schalllöcher, dass Schalldruck an die vibrierende Elektrodenmembran 5 angelegt wird. Zusätzlich ermöglicht das Vorsehen der Schalllöcher, dass Luft innerhalb eines Luftspalts zwischen der Rückplatte 7 und der vibrierenden Elektrodenmembran 5 leichter nach außen entweichen kann und entsprechend ein thermisches Rauschen und ein Rauschen reduziert werden kann.
  • Bei dem akustischen Sensor vibriert aufgrund der voranstehend beschriebenen Struktur die vibrierende Elektrodenmembran 5, wenn Schall empfangen wird, und ein Abstand zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 5 und der stationären Elektrodenmembran 8 ändert sich. Wenn sich der Abstand zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 5 und der stationären Elektrodenmembran 8 ändert, ändert sich die Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 5 und der stationären Elektrodenmembran 8. Daher kann durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen dem Elektrodenpad 9 der vibrierenden Membran, welches elektrisch mit der vibrierenden Elektrodenmembran 5 verbunden ist, und dem stationären Elektrodenpad 10, welches elektrisch mit dem stationären Elektrodenmembran 8 verbunden ist, und durch Extrahieren einer Änderung in der Kapazität als ein elektrisches Signal Schalldruck als elektrisches Signal erfasst werden.
  • Als Nächstes wird ein Nachteil, welcher in dem beschriebenen herkömmlichen akustischen Sensor 1 auftreten kann, erklärt. 3 ist eine schematische Ansicht, die einen Fall zeigt, bei dem ein übermäßiger Druck an den akustischen Sensor 1 angelegt wird. Wie in der 3 gezeigt ist, kann, wenn ein übermäßiger Druck an den akustischen Sensor 1 angelegt wird, aufgrund des großen Drucks, der durch die auf der Rückplatte 7 vorgesehenen Schalllöcher 7a auf den vibrierenden Abschnitt 11 der vibrierenden Elektrodenmembran 5 wirkt, eine große Verzerrung des vibrierenden Abschnitts 11 auftreten, und die vibrierende Elektrodenmembran 5 kann beschädigt werden. Beispielsweise kann ein solcher Nachteil sowohl dann auftreten, wenn der akustische Sensor 1 einem übermäßigen Luftdruck unterworfen wird, als auch, wenn der akustische Sensor 1 fallen gelassen wird oder dergleichen.
  • Maßnahmen, wie jene, die in 4 gezeigt sind, sind in Antwort auf solche Nachteile vorstellbar. Insbesondere kann, wie in der 4(a) gezeigt ist, durch Versehen der vibrierenden Elektrodenmembran 5 mit einem Loch 5a zum Ablassen des angelegten Drucks, wenn ein übermäßiger Druck von den Schalllöchern 7a der Rückplatte 7 des akustischen Sensors 1 angelegt wird, ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran 5 durch Ablassen des Drucks durch das Loch 5a verhindert werden, wie in der 4(b) gezeigt ist. Zwar wird durch das Versehen der vibrierenden Elektrodenmembran 5 mit dem voranstehend genannten Loch 5a, welches stets offen ist, eine Widerstandsfähigkeit gegen den Druck verbessert, allerdings gibt es den Nachteil, dass der akustische Sensor 1 insbesondere in einem Niederfrequenzbereich eine schlechtere Empfindlichkeit aufweist, oder mit anderen Worten, es gibt eine Tendenz zum Roll-Off, und entsprechend verschlechtern sich die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors 1.
  • Eine andere vorstellbare Maßnahme beinhaltet das Vorsehen einer vibrierenden Elektrodenmembran und eines Verschlussabschnitts, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran mit einem Schlitz erzeugt wird, und das Stützen des Verschlussabschnitts bei derselben Höhe wie die der anderen Bereiche der vibrierenden Elektrodenmembran durch eine Trägerstruktur mit Bezug auf die Rückplatte. Gemäß dieser Maßnahme erweitert sich ein Flusskanal zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und dem Verschlussabschnitt und lässt den übermäßigen Druck ab, wenn die vibrierende Elektrodenmembran sich in Antwort auf eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran verformt (siehe z. B. Patentdokument 2).
  • Jedoch hat diese Maßnahme die folgenden Nachteile. Zunächst ist, da der Verschlussabschnitt unter Verwendung eines Abschnitts der extrem dünnen vibrierenden Elektrodenmembran gebildet wird, der Verschlussabschnitt anfälliger für einen Schaden. Zusätzlich wird nicht nur der Herstellungsprozess komplizierter, sondern es gibt auch ein Risiko, dass der Verschlussabschnitt abbricht oder von der Trägerstruktur losgelöst wird, da ein deckelförmiger Verschlussabschnitt durch eine Trägerstruktur mit Bezug auf die Rückplatte getragen wird, die aus getrennten stabförmigen Elementen gebildet ist.
  • Ferner erweitert sich gemäß dieser Maßnahme ein Flusspfad zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und dem Verschlussabschnitt, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran mit einem Schlitz erzeugt wird, und lässt den übermäßigen Druck ab, wenn die vibrierende Elektrodenmembran sich in Antwort auf einen Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Membran verformt. Genauer gesagt gibt es, da ein Spalt zwischen den zwei dünnen Membranen, nämlich der vibrierenden Elektrodenmembran und dem Verschlussabschnitt, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran erzeugt wird, als ein Flusskanal verwendet wird, wenn sich eine Amplitude der vibrierenden Elektrodenmembran unter einem relativ großen Druck erhöht, ein Risiko, dass die Positionen des Verschlussabschnitts und der vibrierenden Elektrodenmembran um ihre Schichtdicke oder mehr abweichen können, um einen Zustand zu erzeugen, bei dem der Flusskanal etwas vergrößert ist, und sich die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors destabilisieren können, auch wenn ein relativ großer Druck innerhalb eines Arbeitsdruckbereichs liegt.
  • In Anbetracht dieser Nachteile ist bei der vorliegende Ausführungsform: die vibrierende Elektrodenmembran mit einem Loch zum Ablassen des angelegten Drucks versehen; in einem Zustand vor der Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran dringt eine Säulenstruktur, welche einen Teil der Rückplatte bildet und welche in einer vorspringenden Form gebildet ist, durch das Loch ein und schließt zumindest einen Teil davon ab; und wenn die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt ist, veranlasst eine relative Bewegung der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte, dass das Eindringen in das Loch durch die Säulenstruktur aufgelöst wird, und dass das gesamte Loch zum Ablassen des an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegten Drucks freigelegt wird.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Nahbereichs der vibrierenden Elektrodenmembran 15 und einer Rückplatte 17 des akustischen Sensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 5(a) ist eine Draufsicht auf die vibrierende Elektrodenmembran 15, und 5(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B' durch die vibrierende Elektrodenmembran 15, die Rückplatte 17 und das Substrat 13 genommen ist. Wie in der 5(a) gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Druckablassloch 15b an jeder der vier Ecken eines vibrierenden Abschnitts 21 der vibrierenden Elektrodenmembran 15 vorgesehen. Ferner wird, wie in der 5(b) gezeigt ist, eine Konstruktion angenommen, bei welcher in einem Zustand vor dem Anlegen eines übermäßigen Drucks an die vibrierenden Elektrodenmembran 15 ein vorspringender Abschnitt 17b, welcher eine Säulenstruktur hat, die in einer vorspringenden Form einstückig mit der Rückplatte 17 vorgesehen ist, durch das Druckablassloch 15b eindringt, um das Druckablassloch 15b zu verschließen. Des Weiteren ist der vorspringende Abschnitt 17b ein Abschnitt, welcher gleichzeitig als ein Teil der Rückplatte 17 gebildet ist, wenn die Rückplatte 17 durch einen Halbleiterherstellungsprozess gebildet wird.
  • Als Nächstes werden die Vorgänge des Druckablasslochs 15b und des vorspringenden Abschnitts 17b, die voranstehend beschrieben sind, mit Bezug auf die 6 erklärt. 6(a) zeigt einen Zustand vor dem Anlegen des übermäßigen Drucks an die vibrierenden Elektrodenmembran 15. 6(b) zeigt einen Zustand, in dem aufgrund des Anlegens des übermäßigen Drucks an den vibrierenden Elektrodenmembran 15 die vibrierende Elektrodenmembran 15 erheblich verformt wurde. Wie in der 6(a) gezeigt ist, dringt in dem Zustand vor der Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 der vorspringende Abschnitt 17b der Rückplatte 17 in das Druckablassloch 15b ein, das in der vibrierenden Elektrodenmembran 15 vorgesehen ist, und verschließt das Druckablassloch 15b. In diesem Zustand ist, wenn Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 von der Seite der Rückplatte 17 her angelegt wird, eine Luftmenge, die durch das Druckablassloch 15b hindurchgeht, gering, und der Druck wird nicht ausreichend abgelassen.
  • Jedoch veranlasst der Druck, wenn der übermäßige Druck an die vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegt wird, dass sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 erheblich in der Richtung verformt, in der sie sich von der Rückplatte 17 trennt, wie in der 6(b) gezeigt ist. Dadurch zieht sich der vorspringende Abschnitt 17b aus dem Druckablassloch 15b zurück (das Eindringen wird beendet), und der Verschluss des Druckablasslochs 15b wird beendet. Entsprechend wird, wenn sich die den an der vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegten Druck verursachende Luft nach unten in der Figur durch das Druckablassloch 15b bewegt, der an der vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegte Druck unmittelbar abgelassen. Daher kann eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15, nachdem der vorspringende Abschnitt 17b sich aus dem Druckablassloch 15b zurückgezogen hat, unterbunden werden, und ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran 15 kann verhindert werden.
  • Wie voranstehend beschrieben ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform, während eines Normalbetriebs oder mit anderen Worten, wenn kein übermäßiger Druck an die vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran nicht erheblich verformt hat, dadurch dass der vorspringende Abschnitt 17b eindringt und das Druckablassloch 15b verschließt, eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors 10 verhindert werden. Ferner kann in einem Zustand, bei dem übermäßiger Druck an die vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran erheblich verformt hat, dadurch dass sich der vorspringende Abschnitt 17b aus dem Druckablassloch 15b zurückzieht (das Eindringen in das Druckablassloch 15b durch den vorspringenden Abschnitt 17b wird beendet) und der Verschluss beendet wird, der Druck erheblich aus dem Druckablassloch 15b abgelassen werden. Dadurch kann eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 verhindert werden, und Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran 15, der verursacht wird, wenn übermäßiger Druck an den akustischen Sensor 1 angelegt wird, kann verhindert werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Ausführungsform, dadurch dass die voranstehend beschriebenen Funktionen durch Verwenden einer Relativbewegung eines vorspringenden Abschnitts 17a, der einstückig mit der Rückplatte 17 vorgesehen ist, und einem Druckablassloch 15b realisiert werden, das in der vibrierenden Elektrodenmembran 15 vorgesehen ist, die Struktur vereinfacht werden und die Zuverlässigkeit verbessert werden.
  • Ferner zeigen die 7 und 8 einen Unterschied in den Betriebswirkungen zwischen einem herkömmlichen Modell, welches eine vibrierende Elektrodenmembran 105 und einen Verschlussabschnitt 105a umfasst, der durch Teilen und Trennen der vibrierenden Elektrodenmembran mit Schlitzen erzeugt wird, wobei der Verschlussabschnitt 105a durch eine Trägerstruktur 107a von einer Rückplatte 107 getragen wird (siehe beispielsweise Patentdokument 2), und der vorliegenden Ausführungsform. 7(a) zeigt einen Fall des voranstehend beschriebenen herkömmlichen Modells, und 7(b) zeigt einen Fall der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in der 7(a) gezeigt ist, gibt es gemäß der voranstehend beschriebenen herkömmlichen Bauweise, da ein Spalt zwischen den zwei dünnen Membranen, nämlich der vibrierenden Elektrodenmembran 105 und dem Verschlussabschnitt 105a, dessen Dicke ähnlich zu jener der vibrierenden Elektrodenmembran 105 ist, verwendet wird, um zwischen einem Zulassen und einem Verhindern des Ablassen des Drucks einzustellen, wenn ein relativ großer Druck angelegt wird und wenn eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran 105 ungefähr gleich oder größer als die Membrandicke wird, ein Risiko, dass sich der Spalt zwischen dem Verschlussabschnitt 105 und der vibrierenden Elektrodenmembran 105 schnell vergrößert, was eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften verursacht (eine Abnahme in der Sensitivität bei niedrigen Frequenzen), auch wenn der relativ große Druck innerhalb des Arbeitsdruckbereichs ist.
  • Im Gegensatz dazu beleibt gemäß der vorliegenden Erfindung, auch wenn ein relativ großer Druck angelegt wird und eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran 105 ungefähr gleich oder größer als die Membrandicke wird, solange ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem der vorspringende Abschnitt 17b in die vibrierende Elektrodenmembran 15 eindringt, wie in der 7(b) gezeigt ist, der Spalt zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 15 und dem vorspringenden Abschnitt 17b ungefähr konstant, und die Frequenzeigenschaften können stabilisiert werden.
  • Zusätzlich kann, wie in der 8(a) gezeigt ist, sich gemäß der voranstehend beschriebenen herkömmlichen Technik, wenn sich eine Umgebung eines Druckablasslochs 105b der vibrierenden Elektrodenmembran 105 verzieht und sich eine Planarität während des Herstellungsprozesses verschlechtert, der Spalt zwischen dem Verschlussabschnitt 105a und dem vibrierenden Elektrodenmembran 105 vergrößern, was eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften verursacht (eine Abnahme in der Sensitivität bei niedrigen Frequenzen), und zwar auch während eines normalen Betriebs oder, mit anderen Worten, auch in einem Zustand, in dem kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 105 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 105 nicht erheblich verformt hat.
  • Im Gegensatz dazu bleibt gemäß der vorliegenden Ausführungsform, auch wenn sich eine Umgebung des Druckablasslochs 105b der vibrierenden Elektrodenmembran 105 verzieht und sich die Planarität während eines Herstellungsvorgangs verschlechtert, solange wie ein Zustand, in dem der vorspringende Abschnitt 17b in die vibrierende Elektrodenmembran 15 eindringt, aufrechterhalten wird, wie in der 8(b) gezeigt ist, der Spalt zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 15 und dem vorspringenden Abschnitt 17b ungefähr konstant, und die Frequenzeigenschaften können stabilisiert werden. Mit anderen Worten können gemäß der vorliegenden Ausführungsform Auswirkungen einer Schwankung bei einem Herstellungsprozess auf die Eigenschaften des akustischen Sensors 1 verhindert werden.
  • Ferner wird gemäß der voranstehend beschriebenen herkömmlichen Technik, während des tatsächlichen Betriebs, da keine Kapazität gebildet wird, außer es wird eine Spannung zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 105 und der Rückplatte 107 angelegt und Ladung angesammelt, ein Schalldruck empfangen, während die Spannung zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 105 und der Rückplatte 107 angelegt wird. Mit anderen Worten wird in einem Anfangszustand, in dem keine Spannung angelegt ist, der Betrieb in einem Zustand durchgeführt, in dem die vibrierende Elektrodenmembran 105 als ein Ganzes bereits auf die Seite der Rückplatte 107 angezogen wird. Daher kann ein Überlappen des Verschlussabschnitts 105a und der umgebenden vibrierenden Elektrodenmembran 105 entlangder Membrandicke von dem Anfangszustand aus noch kleiner werden und unstabil werden. Ferner ist ein anderer Nachteil, dass eine Schwankung in der angelegten Spannung verursachen kann, dass das Überlappen des Verschlussabschnitts 105a und der umgebenden vibrierenden Elektrodenmembran 105 in der Membrandickenrichtung variiert.
  • Im Gegensatz dazu gibt es bei der vorliegenden Ausführungsform keinen Nachteil, wie beispielsweise dass das Überlappen des Verschlussabschnitts 105 und der umgebenden vibrierenden Elektrodenmembran 105 in der Richtung der Membrandicke von einem Anfangszustand instabil wird oder dass eine Schwankung in der angelegten Spannung verursacht, dass ein Überlappen des Verschlussabschnitts 105 und der umgebenden vibrierenden Elektrodenmembran 105 in der Richtung der Membrandicke variiert.
  • 9 zeigt ein Maßverhältnis in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts 17b und des Druckablasslochs 15b gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei der Figur kann eine Größe eines Spalts zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Druckablassloch 15b in einem Zustand, in dem der vorspringende Abschnitt 17b in das Druckablassloch 15b eindringt, in Übereinstimmung mit benötigten Frequenzeigenschaften geändert werden. Ferner ist eine Vorsprungshöhe des vorderen Endes des vorspringenden Abschnitts 17b über die vibrierende Elektrodenmembran 15 bevorzugt gleich oder mehr als 1/2 der Membrandicke der vibrierenden Elektrodenmembran 15. Da die Verlagerung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 in einem Zustand des normalen Betriebs häufig gleich oder weniger als 1/2 der Membrandicke ist, kann, wenn die Vorsprungshöhe des vorderen Endes des vorspringenden Abschnitts 17b über der vibrierenden Elektrodenmembran 15 innerhalb des voranstehend beschriebenen Bereichs ist, ein Zustand, in dem der vorspringenden Abschnitt 17b in das Druckablasslochs 15b eingedrungen ist, in einem Zustand aufrechterhalten werden, in dem kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird und die vibrierende Elektrodenmembran 15 nicht erheblich verformt ist. Genauer gesagt, ist die voranstehend beschriebene Vorsprungshöhe bevorzugt mindestens 0,1 µm oder höchstens 10 µm.
  • Zusätzlich ist bei dem akustischen Sensor 1 die voranstehend beschriebene Vorsprungshöhe bevorzugt größer als ein Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran 15, wenn ein maximaler Schalldruck innerhalb eines Arbeitsvolumenbereichs angelegt wird. Gemäß dieser Konfiguration können solange wie der akustische Sensor 1 innerhalb des Arbeitsvolumenbereichs benutzt wird, stabile Frequenzeigenschaften erlangt werden. Ferner wird das Eindringen in das Druckablasslochs 15b durch den vorspringenden Abschnitt 17b bevorzugt beendet, wenn der angelegte Druck gleich oder höher als 200 Pa ist. Entsprechend können stabile Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors innerhalb eines Druckbereichs von weniger als 200 Pa erreicht werden.
  • Des Weiteren kann bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 von der Seite der Rückplatte 17 aus angelegt wird, da der vorspringende Abschnitt 17b sich aus dem Druckablassloch 15b herauszieht und der Abschluss davon wie voranstehend beschrieben beendet wird, eine übermäßige Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 verhindert werden. Andererseits zieht sich der vorspringende Abschnitt 17b nicht aus dem Druckablassloch 15b zurück, wenn Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 von der gegenüberliegenden Seite der Rückplatte 17 aus angelegt wird, da die vibrierende Elektrodenmembran 15 sich in einer Richtung zu der Rückplatte 17 verformt.
  • In diesem Fall hat, um genau zu sein, der vorspringende Abschnitt 17b eine Form eines Kegelstumpfs, dessen Durchmesser sich leicht in Richtung der Seite der Rückplatte 17 vergrößert und sich leicht in der Richtung gegenüber der Rückplatte 17 verringert. Daher ist der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Druckablassloch 15b eingerichtet, sich zu weiten, wenn Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 von der Seite gegenüber der Rückplatte 17 angelegt wird. Gemäß dieser Konfiguration nimmt, auch wenn sich der vorspringende Abschnitt 17b nicht aus dem Druckablassloch 15b herauszieht, ein Grad, mit dem Druck aus dem Druckablassloch 15b abgelassen wird, zu (eine Flussrate der Luft in dem Druckablassloch 15b erhöht sich), wenn sich die Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 erhöht, und wirkt so, dass die Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 verhindert wird.
  • Andererseits ist der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Druckablassloch 15b eingerichtet, um im Gegensatz enger zu werden, wenn der Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 von der Seite gegenüber der Rückplatte 17 angelegt wird. In diesem Fall ist ein Durchmesser eines Abschnitts mit der größten Querschnittsfläche des vorspringenden Abschnitts 17b oder, mit anderen Worten, ein Durchmesser des Basisabschnitts des vorspringenden Abschnitts 17b bevorzugt kleiner als der Durchmesser des Druckablasslochs 15b. Entsprechend kann, auch wenn ein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 erheblich in die Richtung der Rückplatte 17 verformt, eine Situation verhindert werden, bei der der vorspringende Abschnitt 17b und das Druckablassloch 15b in Kontakt miteinander kommen und den Betrieb der vibrierenden Elektrodenmembran 15 stören.
  • Ferner grenzt gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 erheblich in Richtung der Seite der Rückplatte 17 verformt, die vibrierende Elektrodenmembran 15 an die Rückplatte 17 an und wird durch diese getragen, und die weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 wird verhindert. Daher kann in diesem Fall ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran 15 verhindert werden, auch wenn sich der vorspringende Abschnitt 17b nicht aus dem Druckablassloch 15 herauszieht, um den Abschluss des Druckablasslochs 15b zu beenden. Des Weiteren muss in der vorliegenden Ausführungsform die Form des vorspringenden Abschnitts 17b nicht notwendigerweise die voranstehend beschriebene Form eines Kegelstumpfs aufweisen. Beispielsweise kann der vorspringende Abschnitt 17b eine Säulenform mit einem ungefähr überall konstanten Durchmesser aufweisen.
  • Des Weiteren fungiert in der vorliegenden Ausführungsform in einem Zustand, in dem kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird, und die vibrierende Elektrodenmembran nicht erheblich verformt ist, der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und einem Umfangsabschnitt des Druckablasslochs 15b in einem Zustand, in dem der vorspringende Abschnitt 17b in das Druckablassloch 15b eindringt, als ein Druckablassflusskanal. Ferner wird, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 erheblich verformt hat, der vorspringende Abschnitt 17b aus dem Druckablassloch 15b herausgezogen und der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und der vibrierenden Elektrodenmembran 15 und das Druckablassloch 15b fungiert in diesem Zustand als ein Druckablassflusskanal. Ferner entspricht in dieser Ausführungsform der vorspringende Abschnitt 17b dem vorspringenden Abschnitt und der vorspringenden Säulenstruktur.
  • Als Nächstes wird das Verhältnis zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Siliziumsubstrat 13 mit Bezug auf die 10 beschrieben. Wie in der 10 gezeigt ist, liegt das Siliziumsubstrat 13 bevorzugt nicht auf einer unteren Seite des vorspringenden Abschnitts 17b vor. Mit anderen Worten ist das Siliziumsubstrat 13 bevorzugt so angeordnet, dass es in dem akustischen Sensor einen Abschnitt gegenüber dem vorspringenden Abschnitt 17b meidet. Gemäß dieser Konfiguration kann Luft, die durch das Druckablassloch 15b hindurchgeht, problemlos fließen, und der Druck kann zuverlässiger durch das Druckablassloch 15b abgelassen werden. Zusätzlich ist das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 17b bevorzugt auf derselben Ebene oder mehr zu der Seite der Rückplatte hin an einer oberseitigen (rückplattenseitigen) Oberfläche des Siliziumsubstrats 13 positioniert. Gemäß dieser Ausführungsform kann durch das Durchführen einer Membranbildung auf dem Siliziumsubstrat 13 die Rückplatte 17, die mit dem vorspringenden Abschnitt 17b versehen ist, zuverlässiger gebildet werden.
  • Des Weiteren kann der akustische Sensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch einen Prozess realisiert werden, in welchem, nach dem Bilden der vibrierenden Elektrodenmembran 15 und einer Opferschicht, die die vibrierenden Elektrodenmembran 15 auf dem Siliziumsubstrat 13 bedeckt, die Rückplatte 17 und der vorspringende Abschnitt 17b auf der Opferschicht in demselben Prozess gebildet werden, wobei die Opferschicht anschließend entfernt wird. Da bei dem akustische Sensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Halbleiterherstellungstechnologie in dieser Art angewendet wird, kann der akustische Sensor in einer extrem kleinen Größe gebildet werden, und ein Positionsverhältnis zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 15, der Rückplatte 17 und dem vorspringenden Abschnitt 17b kann mit Genauigkeit gebildet werden.
  • Wie voranstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der vorspringende Abschnitt 17b durch einen Membranbildungsprozess gebildet, welcher verschieden von dem der vibrierenden Elektrodenmembran 15 ist, und wird durch den gleichen Membranbildungsprozess der Rückplatte 17b gebildet. Daher kann der Herstellungsprozess der Rückplatte 17 und des vorspringenden Abschnitts 17b vereinfacht werden, die Integration des vorspringenden Abschnitts 17b und der Rückplatte 17 kann weiter erhöht werden und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden. Dieser Herstellungsprozess ist ungefähr gleich mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Ferner kann, wie in der 9 gezeigt ist, der vorspringende Abschnitt 17b gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine hohle Säulenstruktur aufweisen. Jedoch ist die Struktur des vorspringenden Abschnitts 17b nicht auf eine hohle Säulenstruktur beschränkt. Die Struktur des vorspringenden Abschnitts 17b kann auch eine massive Säulenstruktur sein.
  • Außerdem wurde in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben, in welchem ein Zustand, bei dem kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 nicht erheblich verformt hat, der vorspringende Abschnitt 17b in das Druckablassloch 15b eindringt und das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 17b von einer gegenüberliegenden Oberflächenseite der vibrierenden Elektrodenmembran hervorspringt. Alternativ kann in einem Zustand, bei dem kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 nicht erheblich verformt hat, der vorspringende Abschnitt 17b nur in das Druckablassloch 15b eindringen, und das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 17 muss nicht von der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der vibrierenden Elektrodenmembran hervorragen.
  • In diesem Fall zieht sich der vorspringende Abschnitt 17b durch eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 schneller aus dem Druckablassloch 15b zurück, und ein Druckbereich, in welchem die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors vorteilhaft aufrechterhalten werden können, wird geringer. Mit Ausnahme dieses Nachteils kann eine Wirkung erreicht werden, welche vergleichbar zu einem Fall ist, bei dem in einem Zustand, bei dem kein übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 nicht erheblich verformt hat, der vorspringende Abschnitt 17b in das Druckablassloch 15b eindringt und das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 17b von einer Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der vibrierenden Elektrodenmembran hervorspringt. In diesem Fall kann eine Konfiguration angenommen werden, in welcher, wenn kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 15 nicht erheblich verformt hat, das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 17b in der Mitte der Dicke der vibrierenden Elektrodenmembran 15 positioniert ist. Entsprechend kann, solange wie der Druck innerhalb eines bestimmten Druckbereichs ist, das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 17b innerhalb eines Bereichs der Membrandicke der vibrierenden Elektrodenmembran 15 positioniert werden, und das Positionsverhältnis zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Druckablassloch 15b kann vergleichbar aufrechterhalten werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in welchem, wenn der vorspringende Abschnitt 17b in das Druckablassloch 15b der vibrierenden Elektrodenmembran 15 eindringt, um das Druckablassloch 15b zu verschließen, und übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 angelegt wird, das Eindringen in das Druckablassloch 15b durch den vorspringenden Abschnitt 17b beendet wird und das gesamte Druckablassloch 15b freigelegt wird.
  • Im Gegensatz dazu wird in der zweiten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in welchem ein vorspringender Abschnitt der Rückplatte ein Druckablassloch einer vibrierenden Elektrodenmembran in einem Zustand der normalen Verwendung bedeckt, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran erheblich verformt und sich der vorspringende Abschnitt von dem Druckablassloch trennt, wenn ein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran angelegt wird.
  • Die Wirkungen eines Druckablasslochs 25b einer vibrierenden Elektrodenmembran 25 und eines vorspringenden Abschnitts 27b einer Rückplatte 27 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden mit Bezug auf die 11 beschrieben. 11(a) zeigt einen Zustand, bevor ein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 25 angelegt wird. 11(b) zeigt einen Zustand, in welchem aufgrund des Anlegens des übermäßigen Drucks an die vibrierende Elektrodenmembran 25 die vibrierende Elektrodenmembran 15 erheblich verformt wurde. Wie in 11(a) gezeigt wird, ist ein Durchmesser des vorspringenden Abschnitts 27b der Rückplatte 27 gemäß der vorliegenden Ausführungsform größer als ein Durchmesser des Druckablasslochs 25b, das in der vibrierenden Elektrodenmembran 25 vorgesehen ist. Zusätzlich bedeckt in einem Zustand, bevor der übermäßige Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 25 angelegt wird, der vorspringende Abschnitt 27b der Rückplatte 27 das Druckablassloch 25b von einer Seite der Rückplatte 27 aus.
  • In diesem Zustand ist, wenn Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 15 von der Seite der Rückplatte 17 aus angelegt wird, ein Spalt zwischen dem vorderen Ende des vorspringenden Abschnitts 27b und der vibrierenden Elektrodenmembran 25 schmal, und ein Flusskanal für die Luft ist im Wesentlichen geschlossen. Daher ist die Luftmenge, die durch das Druckablassloch 25b hindurchgeht, gering, und das Druckablassloch 25 ist im Wesentlichen geschlossen.
  • Jedoch verursacht der Druck, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 25 angelegt wird, dass sich die vibrierende Elektrodenmembran 25 in einer Richtung, in der sie sich von der Rückplatte 27 trennt, erheblich verformt, wie in der 11(b) gezeigt ist. Daher erhöht sich der Spalt zwischen dem vorderen Ende des vorspringenden Abschnitts 27b und der vibrierenden Elektrodenmembran 25, und der Verschluss des Druckablasslochs 25b wird im Wesentlichen beendet. Entsprechend wird, wenn sich die Luft, die den an die vibrierende Elektrodenmembran 25 angelegten Druck veranlasst, durch das Druckablassloch 25b hindurch in Richtung der unteren Seite in der Figur bewegt, der an der vibrierenden Elektrodenmembran 25 angelegten Druck abgelassen.
  • Daher kann eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 25 unterdrückt werden, und ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran 25 kann verhindert werden. Des Weiteren ist es auch bei der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt, dass kein Siliziumsubstrat an einer unteren Seite des Druckablasslochs 25b vorgesehen ist oder, mit anderen Worten, dass bevorzugt eine Rückkammer auf der unteren Seite des Druckablasslochs 25 angeordnet ist. Entsprechend wird ein Flusskanal, in welchem die durch das Druckablassloch 25 hindurchgegangene Luft fließt, reibungsloser gebildet, und Druck kann effizienter abgelassen werden.
  • Wie voranstehend beschrieben ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform während eines normalen Betriebs oder, mit anderen Worten, wenn kein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 25 angelegt wird, da das vordere Ende des vorspringenden Abschnitts 27b das Druckablassloch 25b bedeckt und verschließt, eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften eines akustischen Sensors verhindert werden. Zusätzlich kann in einem Zustand, bei dem ein übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 25 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 25 erheblich verformt hat, da sich der vorspringende Abschnitt 27 von dem Druckablassloch 25b trennt und der Verschluss beendet wird, eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 25 verhindert werden. Dadurch kann ein Schaden an der vibrierenden Elektrodenmembran 25, der verursacht wird, wenn übermäßiger Druck an den akustischen Sensor angelegt wird, verhindert werden. Des Weiteren entspricht in der vorliegenden Ausführungsform der Spalt zwischen dem vorderen Ende des vorspringenden Abschnitts 27b und der vibrierenden Elektrodenmembran 25 und dem Druckablassloch 25b einem Druckablassflusskanal. Ferner entspricht in der vorliegenden Ausführungsform der vorspringende Abschnitt 27b dem vorspringenden Abschnitt und der vorspringenden Säulenstruktur.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in welchem ein vorspringender Abschnitt auf einer Seitenfläche einer Rückplatte vorgesehen ist und sich, wenn übermäßiger Druck an einer vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, ein Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt und einer Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran vergrößert, um den Druck abzulassen.
  • Die Wirkungen der vibrierenden Elektrodenmembrane 35, 45, 55 und der vorspringenden Abschnitte 37b, 47b und 57b der Rückplatten 37, 47 und 57 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden mit Bezug auf die 12 beschrieben. 12(a) ist eine Figur, die die Bewegung der vibrierenden Elektrodenmembran 35 und des vorstehenden Abschnitts 37b der Rückplatte 37 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, wenn übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran 35 angelegt wird. 12(b) ist eine Figur, die die Bewegung der vibrierenden Elektrodenmembran 45 und des vorspringenden Abschnitts 47b der Rückplatte 47 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 45 angelegt wird. 12(c) ist eine Figur, die die Bewegung der vibrierenden Elektrodenmembran 55 und des vorspringenden Abschnitts 57b der Rückplatte 57 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 55 angelegt wird. In den jeweiligen Figuren stellt eine vibrierende Elektrodenmembran, die durch eine Zweipunkt-Kettenlinie gezeigt ist, eine vibrierende Elektrodenmembran dar, die keinem übermäßigen Druck unterworfen ist. Ferner stellt eine vibrierende Elektrodenmembran, die durch eine durchgängige Linie gezeigt ist, eine vibrierende Elektrodenmembran dar, die einem übermäßigen Druck unterworfen ist.
  • Zunächst wird das in der 12(a) gezeigte Beispiel beschrieben. In diesem Beispiel wird ein Umfangsabschnitt der Rückplatte 37 gebogen, um eine Seitenfläche 37a zu bilden, und ein oberer Abschnitt der Seitenfläche 37a wird an dem Substrat 33 fixiert. Ferner ist die Seitenfläche 37a gestaltet, dass sie in zwei Stufen gebogen wird, und der vorspringende Abschnitt 37b wird durch einen Abschnitt gebildet, der von der Mitte der Seitenfläche 37a nach außen gebogen ist. Ferner wird in einem Zustand während des normalen Betriebs, in welchem kein übermäßiger Druck angelegt wird, wie durch die Zweipunkt-Kettenlinie in 12(a) gezeigt ist, eine Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 35 an einer oberen Seite des vorspringenden Abschnitts 37b positioniert. Dadurch wird ein Spalt zwischen der Seitenfläche 37a und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 35 schmal. Dadurch ergibt sich ein Zustand, in dem eine Fläche eines Flusskanals zum Ablassen von Druck klein ist.
  • Ferner verformt sich die vibrierende Elektrodenmembran 35, wenn übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran 35 angelegt wird, wie durch eine durchgängige Linie in der 12(a) gezeigt ist, und die Position der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 35 bewegt sich zu einer unteren Seite des vorspringenden Abschnitts 37b. Entsprechend weitet sich der Spalt zwischen der Seitenfläche 37a und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 35 diskontinuierlich, und ein Zustand wird erzeugt, bei dem die Fläche des Flusskanals zum Ablassen von Druck ausreichend groß wird. Dadurch kann eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 35 verhindert werden. Des Weiteren bildet in der 12(a) der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 37b der Seitenfläche 37a und der vibrierenden Elektrodenmembran 35 einen Druckablassflusskanal.
  • Als Nächstes wird das in der 12(b) gezeigte Beispiel beschrieben. In diesem Beispiel ist ein Umfangsabschnitt der Rückplatte 47 gebogen, um eine Seitenfläche 47a zu bilden, und ein oberer Abschnitt der Seitenfläche 47a wird weiter nach außen gebogen und an einem Substrat 43 fixiert. Außerdem wird der obere Abschnitt der Seitenfläche 47a an einer Position gebogen, die von dem Substrat 43 in Richtung einer Seite der Rückkammer 42 vorspringt, um den vorspringenden Abschnitt 47b zu bilden. Ferner wird in einem Zustand während des normalen Betriebs, in welchem kein übermäßiger Druck angelegt ist, wie durch eine Zweipunkt-Kettenlinie in der 12(b) gezeigt ist, eine Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 45 an einer oberen Seite des vorspringenden Abschnitts 47 positioniert. Entsprechend ist der Spalt zwischen der Seitenfläche 47a und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 45 schmal, und ein Zustand wird erzeugt, bei dem eine Fläche des Flusskanals zum Ablassen von Druck gering ist.
  • Zusätzlich verformt sich die vibrierende Elektrodenmembran 45, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 45 angelegt wird, wie durch die durchgängige Linie in der 12(b) gezeigt ist, und die Position der Endfläche bewegt sich zu einer unteren Seite des vorspringenden Abschnitts 47. Entsprechend weitet sich der Spalt zwischen der Seitenfläche 47 und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 45 diskontinuierlich, und ein Zustand wird erzeugt, bei dem die Fläche des Flusskanals zum Ablassen von Druck ausreichend groß wird. Dadurch wird eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 45 verhindert. Des Weiteren bildet in der 12(b) der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 47 der Seitenfläche 47a und der vibrierenden Elektrodenmembran 45 einen Druckablassflusskanal.
  • Als Nächstes wird das in 12(c) gezeigte Beispiel beschrieben. In diesem Beispiel wird ein Umfangsabschnitt der Rückplatte 57 gebogen, um eine Seitenfläche 57a zu bilden, und ein oberer Abschnitt der Seitenfläche 57a wird an dem Substrat 53 fixiert. Zusätzlich wird die Seitenfläche 57a derart gestaltet, dass sie sich in der Mitte biegt, so dass eine untere Seite eines gebogenen Abschnitts einen größeren Kegelwinkel im Vergleich zu einer oberen Seite des gebogenen Abschnitts aufweist und dass die Seitenfläche 57a mit dem Substrat 53 durch den größeren Kegelwinkel verbunden ist. Ferner wird der vorspringende Abschnitt 57 durch den gebogenen Abschnitt gebildet, bei dem sich der Kegelwinkel in der Mitte der Seitenfläche 57a ändert. In diesem Beispiel wird in einem Zustand des normalen Betriebs, in welchem kein übermäßiger Druck angelegt wird, wie durch eine Zweipunkt-Kettenlinie in der 12(c) gezeigt ist, eine Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 55 auf einer oberen Seite des vorspringenden Abschnitts 57b positioniert. Entsprechend ist der Spalt zwischen der Seitenfläche 57a und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 55 schmal, und ein Zustand wird erzeugt, bei dem eine Fläche des Flusskanals zum Ablassen von Druck gering ist.
  • Zusätzlich verformt sich die vibrierende Elektrodenmembran 55, wenn übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran 55 angelegt wird, wie durch die durchgängige Linie in der 12(c) gezeigt wird, und die Position der Endfläche bewegt sich zu einer unteren Seite des vorspringenden Abschnitts 57b. Entsprechend weitet sich der Spalt zwischen der Seitenfläche 57a und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran 55 diskontinuierlich, und ein Zustand wird erzeugt, bei dem die Fläche des Flusskanals zum Ablassen von Druck ausreichend groß wird. Dadurch wird eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 55 verhindert. Des Weiteren bildet in der 12(c) der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 57b der Seitenfläche 57a und der vibrierenden Elektrodenmembran 55 einen Druckablassflusskanal.
  • Wie voranstehend beschrieben ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein vorspringender Abschnitt auf einer Seitenfläche der Rückplatte vorgesehen. Ferner kann während eines normalen Betriebs, oder mit anderen Worten, wenn die vibrierende Elektrodenmembran nicht erheblich aufgrund von übermäßigen Druck verformt wird, da ein Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt und einer Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran schmal ist und eine Flusskanalfläche eines Druckablassflusskanals gering ist, eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften eines akustischen Sensors verhindert werden. Ferner vergrößert sich, in einem Zustand, in dem übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran erheblich verformt, da sich die Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und der vorspringende Abschnitt relativ bewegen und in einer vertikalen Richtung in der Figur voneinander abweichen, der Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt und der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran diskontinuierlich und die Flusskanalfläche des Druckablassflusskanals vergrößert sich diskontinuierlich. Entsprechend kann eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran verhindert werden. Daher können Schäden an der vibrierenden Elektrodenmembran, die verursacht werden, wenn übermäßiger Druck an den akustischen Sensor angelegt wird, verhindert werden.
  • Des Weiteren ist, obwohl Beispiele, in welchen der an der Seitenfläche der Rückplatte vorgesehene vorspringende Abschnitt durch Biegen der Seitenfläche nach außen gebildet wird, voranstehend beschrieben wurden, ein Verfahren zum Bilden des voranstehenden Abschnitts nicht darauf beschränkt. Der vorspringende Abschnitt kann durch Erhöhen der Dicke der Seitenfläche der Rückplatte gebildet werden oder, mit anderen Worten, durch Erhöhen der Breite der Seitenflächen der Rückplatte in einer horizontalen Richtung. Ferner entsprechen in der vorliegenden Ausführungsform die vorspringenden Abschnitte 37b, 47b und 57b dem vorspringenden Abschnitt und der vorspringenden Säulenstruktur.
  • Zusätzlich wurden voranstehend Beispiele beschrieben, bei welchen zumindest ein Teil des Umfangsabschnitts der Rückplatte gebogen wird, um eine Seitenfläche zu bilden, die Rückplatte an dem Substrat an einem vorderen Ende der Seitenfläche fixiert wird und ein vorspringender Abschnitt an der Seitenfläche vorgesehen ist. Jedoch ist die Seitenfläche der Rückplatte gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, dass sie durch Biegen eines Teils der Rückplatte gebildet wird. Eine Seitenfläche kann durch einen Abstandhalter gebildet werden, welcher zumindest in Abschnitten, in denen der vorspringende Abschnitt nicht gebildet ist, ein getrenntes Element ist.
  • Vierte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem, wenn der vorspringende Abschnitt 17b in das Druckablassloch 15b der vibrierenden Elektrodenmembran 15 eindringt, um das Druckablassloch 15b zu verschließen, und übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, das Eindringen in das Druckablassloch 15b durch den vorspringenden Abschnitt 17b beendet wird und das gesamte Druckablassloch 15b freigelegt wird.
  • Im Gegensatz dazu wird in der vierten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in welchem: ein vorspringender Abschnitt in ein Druckablassloch einer vibrierenden Elektrodenmembran eindringt, um das Druckablassloch zu verschließen, ein Durchmesser des vorspringenden Abschnitts an einer oberen Seite kleiner ist als auf der Rückplattenseite, und wenn übermäßiger Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt wird, eine Änderung in dem Abschnitt, der in das Druckablassloch des vorspringenden Abschnitts eindringt, eine Fläche, in der das Druckablassloch verschlossen ist, veranlasst wird, sich zu ändern, und sich entsprechend eine Flusskanalfläche eines Druckablassflusskanals ändert.
  • 13 zeigt eine schematische Ansicht einer Umgebung einer vibrierenden Elektrodenmembran 65 und einer Rückplatte 67 eines akustischen Sensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in der 13 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die vibrierende Elektrodenmembran 65 mit einem Druckablassloch 65b versehen. Zusätzlich ist die Rückplatte 67 mit einem vorspringenden Abschnitt 67b versehen, welcher eine Säulenstruktur hat, die in einer vorspringenden Form einstückig vorgesehen ist. Ferner nimmt ein Durchmesser des vorspringenden Abschnitts 67 diskontinuierlich in der Nähe des vorderen Endes ab, um ein vorspringendes Vorderende 67c zu bilden. Zusätzlich wird eine Konstruktion angenommen, in welcher in einem Zustand, bevor der übermäßige Druck an der vibrierenden Elektrodenmembran 65 angelegt wird, der vorspringende Abschnitt 67b in das Druckablassloch 65b eindringt, um das Druckablassloch 65b zu verschließen.
  • 13(a) zeigt einen Zustand vor einer erheblichen Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 65. 13(b) zeigt einen Zustand, bei dem sich aufgrund des Anlegens eines übermäßigen Drucks an die vibrierende Elektrodenmembran 65 die vibrierende Elektrodenmembran 55 erheblich verformt hat. Wie in der 13(a) gezeigt ist, wird in dem Zustand vor der Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 65 ein Zustand erzeugt, bei dem ein Abschnitt des vorspringenden Abschnitts 56b der Rückplatte 67 mit einem großen Durchmesser in das in der vibrierenden Elektrodenmembran 65 vorgesehene Druckablassloch 65b eindringt und das Druckablassloch 65b verschließt. In diesem Zustand ist, wenn Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 65 von der Seite der Rückplatte 67 aus angelegt wird, eine Flusskanalfläche eines durch das Druckablassloch 65b hindurchgehenden Flusskanals gering und der Druck wird nicht ausreichend abgelassen.
  • Jedoch veranlasst der Druck, wenn übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 65 angelegt wird, dass sich die vibrierende Elektrodenmembran 65 erheblich in einer Richtung, in der sie sich von der Rückplatte 67 trennt, verformt, wie in der 13(b) gezeigt ist. Dadurch liegt ein Zustand vor, bei dem sich ein Abschnitt des vorspringenden Abschnitts 67b mit einem großer Durchmesser aus dem Druckablassloch 65b zurückzieht und der obere Abschnitt 67c des vorspringende Abschnitt 67c mit einem kleinen Durchmesser in das Druckablassloch 65b eindringt. Entsprechend vergrößert sich in dem Druckablassloch 65b eine Fläche eines nicht durch den vorspringenden Abschnitt 67b verschlossenen Abschnitts. Dadurch wird eine Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 65 unterdrückt und Schäden an der vibrierenden Elektrodenmembran 65 können verhindert werden.
  • Wie voranstehend beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform während des normalen Betriebs oder, mit anderen Worten, in einem Zustand, bei dem sich die vibrierende Elektrodenmembran 65 aufgrund übermäßigen Drucks nicht erheblich verformt hat, da der vorspringende Abschnitt 67b in das Druckablassloch 65b eindringt und verschließt, eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors unterdrückt werden. Zusätzlich kann in einem Zustand, bei dem übermäßiger Druck an die vibrierende Elektrodenmembran 65 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 65 erheblich verformt hat, da ein Zustand, bei dem ein oberer Abschnitt 67c des vorspringenden Abschnitts 67b mit einem kleinen Durchmesser in das Druckablassloch 65b eindringt, vorliegt und sich eine Luftflusskanalfläche zum Ablassen von Druck vergrößert, eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 65 verhindert werden. Dadurch können Schäden an der vibrierenden Elektrodenmembran 65, die verursacht werden, wenn übermäßiger Druck an den akustischen Sensoren angelegt wird, verhindert werden.
  • Des Weiteren ist, obwohl die voranstehend gegebene Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform voraussetzt, dass sich der Durchmesser des vorspringenden Abschnitts 67b in zwei Stufen ändert, die Art, in welcher sich der Durchmesser des vorspringenden Abschnitts ändert, nicht darauf beschränkt. 14 zeigt ein Beispiel, bei welchem sich ein Durchmesser eines vorspringenden Abschnitts 77b linear in einer stufenlosen Art ändert, so dass der Durchmesser umso kleiner wird, je näher man an einem vorderen Ende des vorspringenden Abschnitts 77b kommt. Auch in diesem Fall kann, in einem Zustand, bei dem übermäßiger Druck an eine vibrierende Elektrodenmembran 75 angelegt wird und sich die vibrierende Elektrodenmembran 75 erheblich verformt, da ein Zustand vorliegt, bei dem ein spitzenseitiger Abschnitt des vorspringenden Abschnitts 77b mit einem kleinen Durchmesser in das Druckablassloch 75b eindringt und sich ein Luftflusskanal zum Ablassen von Druck vergrößert, eine weitere Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 75 unterdrückt werden.
  • Des Weiteren entspricht bei der vorliegenden Ausführungsform der Spalt zwischen den vorspringenden Abschnitten 67b und 77b oder dem vorspringenden, oberen Abschnitt 77c und den Umfangsabschnitten der Druckablasslöcher 65b und 75b einem Druckablassflusskanal. Ferner entsprechen die vorspringenden Abschnitte 67b und 77b und der vorspringende, obere Abschnitt 67c dem vorspringenden Abschnitt und der vorspringenden Säulenstruktur.
  • Des Weiteren bezeichnet in allen voranstehend beschriebenen Ausführungsformen, die Flusskanalfläche eine Querschnittsfläche eines Flusskanals, welcher eine Flussrate für die Luft vorgibt, die durch den Flusskanal hindurchströmt. Zusätzlich kann bei den voranstehenden Ausführungsformen der vorspringende Abschnitt der Rückplatte an einer beliebigen Position der Rückplatte gebildet sein. Jedoch ist der vorspringende Abschnitt bevorzugt in einem Bereich außerhalb der stationären Elektrodenmembran vorgesehen, die auf der Rückplatte vorgesehen ist.
  • Entsprechend kann der vorspringende Abschnitt ohne ein Reduzieren einer Fläche der stationären Elektrodenmembran gebildet werden, und eine Sensitivität des akustischen Sensors kann sichergestellt werden. Alternativ kann anstelle des Anordnens des vorspringenden Abschnitts in einem Umfangsabschnitt der Rückplatte der vorspringende Abschnitt an einer Position der Rückplatte vorgesehen sein, welche einem mittleren Abschnitt der vibrierenden Elektrodenmembran entspricht, und das Druckablassloch kann in dem mittleren Abschnitt der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen sein. Entsprechend dieser Konfiguration kann, da der Druck an einem Ort abgelassen werden kann, an dem die vibrierende Elektrodenmembran das größte Verschiebungsmaß aufweist, eine Sensitivität beim Ablassen des Drucks erhöht werden. Zusätzlich müssen die Querschnittsformen des vorspringenden Abschnitts und des Druckablasslochs nicht kreisförmig sein sondern können auch elliptisch oder polygonal sein. Ferner ist insbesondere die Anzahl der vorspringenden Abschnitte und der Druckablasslöcher nicht beschränkt. Es kann ein Set oder mehrere solcher Sets, wie beispielsweise fünf Sets oder mehr, vorgesehen sein.
  • Zusätzlich wurde mit Bezug auf den akustischen Sensor gemäß der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ein Modus beschrieben, in welchem eine vibrierende Elektrodenmembran auf einem Siliziumsubstrat vorgesehen ist und eine Rückplatte an der vibrierenden Elektrodenmembran angeordnet ist. Jedoch ist ein akustischer Sensor, auf welchem die vorliegende Erfindung angewendet wird, nicht auf diesen Modus beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann an einem akustischen Sensor verwendet werden, der eingerichtet ist, so dass die Anordnung der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran umgekehrt sind.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem insbesondere ein vorspringender Abschnitt eine hohle pfannenähnliche Struktur mit einer flachen unteren Oberfläche aufweist.
  • 15 zeigt eine schematische Ansicht einer Umgebung einer vibrierenden Elektrodenmembran 85 und insbesondere eines vorspringenden Abschnitts 87b einer Rückplatte 87 eines akustischen Sensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in der 15 gezeigt ist, hat der vorspringende Abschnitt 67b gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein geringeres Höhe-zu-Durchmesserverhältnis als der in der 14 gezeigte vorspringende Abschnitt 77b und eine ungefähre äußere Form des vorspringenden Abschnitts 87b ist eine annäherungsweise abgeschnittene konische Form mit einer schrägen Seitenfläche, bei welcher der Durchmesser umso schmaler ist, je näher man zu der Seite des vorderen Endes kommt.
  • Durch Formen des vorspringenden Abschnitts 87b, wie voranstehend beschrieben, kann ein Unterschied zwischen der Höhe des vorspringenden Abschnitts 87b und der Rückplatte 87 unterdrückt werden, und ein Neigungswinkel auf der schrägen Seitenfläche kann graduell ausgebildet werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Spannungskonzentration an dieser Stufe unterdrückt werden, und eine Stärke des vorspringenden Abschnitts 87b kann relativ erhöht werden. Zusätzlich kann, wenn der vorspringenden Abschnitts 67b bei einen Halbleiterherstellungsprozess abgeschieden und gebildet wird, die Schichtqualität der Seitenfläche an sich verbessert werden, was ebenfalls zu einer erhöhten Stärke des vorspringenden Abschnitts 87b beiträgt.
  • Genauer gesagt, können beispielsweise, wenn die Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 87b vertikal gebildet wird, eine Verschlechterung bei der Ausbildung Schicht, insbesondere am Boden des vorspringenden Abschnitts 67b und eine Reduktion in der Schichtdicke beim Bilden des Bodens eine Abnahme in der Stärke verursachen. So gesehen ist ein Neigungswinkel der Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 87b bevorzugt mindestens 60° und höchstens 85° mit Bezug auf eine Ebene der Rückplatte. Insbesondere hat sich gezeigt, dass ein Druckablassloch 85b, das in der vibrierenden Elektrodenmembran 85 gebildet ist, einen großen Durchmesser von mehreren µm oder mehr hat, ein Zustand des vorspringenden Abschnitts 87b insbesondere durch Bilden der Seitenfläche des vorspringenden Abschnitt 87b als eine schräge Oberfläche stabil wird.
  • Des Weiteren weitet sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran 85 nach unten verformt und sich der vorspringende Abschnitt 87b in einer Richtung bewegt, in der er aus dem Druckablassloch 85b herausgezogen wird, ein Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 87b und einer Endfläche des Druckablasslochs 85b. Daher gibt es die Vorteile, dass fremde Objekte, die zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran 85 und der Rückplatte 87 eingedrungen sind, aus dem Spalt entfernt werden, und dass die Wahrscheinlichkeit, dass fremde Objekte in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 87b angelagert oder gefangen werden, reduziert wird. Des Weiteren kann ein Durchmesser des vorspringenden Abschnitts 87b gemäß den Spezifikationen aus einem Bereich von mindestens 2 µm und höchstens 100 µm ausgewählt werden. Als ein Beispiel zeigt 15 einen Zustand, bei dem das Verhältnis zwischen Vorsprungshöhe des vorspringenden Abschnitts 87b von der Rückplatte 87 und einem Durchmesser des vorderen Ende des vorspringenden Abschnitts 87b auf ungefähr 6:1 eingestellt ist.
  • Sechste Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Variationen in der Anzahl der Sets aus einem Druckablassloch, das in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, und einem vorspringenden Abschnitt, der auf der Rückplatte vorgesehen ist, und die Eigenschaften der Variationen beschrieben.
  • 16(a) zeigt eine ebene Draufsicht auf eine vibrierende Elektrodenmembran 5 und eine stationäre Elektrodenmembran 7c einer Rückplatte eines akustischen Sensors, wie der, der in 4 gezeigt ist, wenn die vibrierende Elektrodenmembran 5 und die Rückplatte mit einem Paar von einem Druckablassloch 5b und einem vorspringenden Abschnitt 7b versehen sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Paar aus dem Druckablassloch 5b und dem vorspringenden Abschnitt 7b in einem zentralen Abschnitt der vibrierenden Elektrodenmembran 5 und der stationären Elektrodenmembran 7c gebildet. Die Vorteile dieser Konfiguration umfassen: (1) Da es nur ein Paar aus einem Druckablassloch 5b und einem vorspringendem Abschnitt 7b gibt, das die Frequenzeigenschaften beeinflusst, gibt es geringere Variationen in den Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors; (2) da das Druckablassloch 5b und der vorspringende Abschnitt 7b nur in dem zentralen Abschnitt gebildet sind, wo das Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran 15 groß ist, wird der vorspringende Abschnitt 7b schneller aus dem Druckablassloch 5b herausgezogen und die Druckablassfunktion durch das Druckablassloch 5b und dem vorspringenden Abschnitt 7b kann auch bei einem geringen Druck gezeigt werden; (3) auch wenn ein (Silizium-)Substrat 3 mit der vibrierenden Elektrodenmembran 5 und der Rückplatte in einer Draufsicht überlappt ist, kann ein Abstand zwischen einer mittelpunktseitigen Endfläche des Substrats 3 und dem Druckablassloch 5b und dem vorspringenden Abschnitt 7b erhöht werden und eine Wirkung des Überlappens kann unterdrückt werden, und dergleichen.
  • Andererseits umfassen die Nachteile, wenn ein Paar von einem Druckablassloch 5b und einem vorspringendem Abschnitt 7b vorgesehen sind: Da eine Fläche des Druckablasslochs 5b in der vibrierenden Elektrodenmembran 5, auch in einem Zustand, bei dem der vorspringende Abschnitt 7b aus dem Druckablassloch 5b herausgezogen ist, insgesamt gering ist, ist die Luftdruckwiderstandsfähigkeit relativ gering.
  • Im Allgemeinen ermöglicht, da eine vibrierende Elektrodenmembran häufig an den Endabschnitten fixiert ist (in einem Fall einer rechteckigen Form, die vier Ecken), diese Konfiguration einem Druckablassloch und einem vorspringenden Abschnitt, in einem Abschnitt gebildet zu werden, bei dem das Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran, unabhängig von der Form der vibrierenden Elektrodenmembran, groß ist. Daher kann eine Druckablassfunktion mit einer größeren Sensitivität oder einer höheren Zuverlässigkeit gezeigt werden.
  • Als Nächstes zeigt 16(b) eine Draufsicht auf eine vibrierende Elektrodenmembran 15 und eine stationäre Elektrodenmembran 17c einer Rückplatte eines akustischen Sensors, wie jener, die in der 5 gezeigt ist, wenn die vibrierende Elektrodenmembran 15 und die Rückplatte mit vier Paaren von Druckablasslöchern 15b und vorspringenden Abschnitten 17b versehen sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Paare von Druckablasslöchern 15b und vorspringenden Abschnitten 17b in der Umgebung der Fixierabschnitte an den vier Ecken der vibrierenden Elektrodenmembran 15 gebildet. Die Vorteile dieser Konfiguration umfassen: (1) Da die Paare von Druckablasslöchern 15b und vorspringenden Abschnitten 17b an einer Außenseite der stationären Elektrodenmembran 17c der Rückplatte angeordnet sind, wird eine Fläche der stationären Elektrodenmembran 17c der Rückplatte nicht reduziert, und die akustische Leistung des akustischen Sensors wird kaum beeinflusst; (2) da die Druckablasslöcher 15b und die vorspringenden Abschnitte 17b nur in Abschnitten gebildet sind, welche nah an den Fixierabschnitten sind und welche ein geringes Verschiebungsmaß bei der vibrierenden Elektrodenmembran 15 aufweisen, ist es relativ unwahrscheinlich, dass die vorspringenden Abschnitte 17b aus den Druckablasslöchern 15 herausgezogen werden, und die Frequenzeigenschaften können bis zu hohen Schalldrücken hin aufrechterhalten werden (vorteilhaft bei der Verwendung unter hohen Schalldrücken); (3) es kann eine Balance zwischen der Luftdruckwiderstandsfähigkeit und den Frequenzeigenschaften erreicht werden, und ein Freiheitsgrad bei eine Gestaltung kann erhöht werden und dergleichen.
  • 17(a) zeigt als Nächstes eine Draufsicht auf eine vibrierende Elektrodenmembran 95 und eine stationäre Elektrodenmembran 97c einer Rückplatte eines akustischen Sensors, wenn die vibrierende Elektrodenmembran 95 und die Rückplatte mit acht Paaren von Druckablasslöchern 95b und vorspringenden Abschnitten 97b versehen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Paare von Druckablasslöchern 95b und vorspringenden Abschnitten 97b sowohl in der Umgebung der Fixierabschnitte an den vier Ecken als auch an den Abschnitten in der Mitte der vier Seiten der vibrierenden Elektrodenmembran 95 gebildet. Die Vorteile dieser Konfiguration umfassen im Vergleich zu dem Fall, der in der 16(b) gezeigt ist, bei dem vier Paare von Druckablasslöchern 15b und vorspringenden Abschnitten 17b vorgesehen sind: (1) Da eine große Fläche von Druckablasslöchern 95b in der vibrierenden Elektrodenmembran 95 als Ganzes in einem Zustand gesichert ist, bei dem alle vorspringenden Abschnitte 97b aus den Druckablasslöchern 95b herausgezogen sind, verbessert sich die Luftdruckwiderstandsfähigkeit erheblich; (2) zusätzlich können, da sich die vorspringenden Abschnitte 97b nicht aus den Druckablasslöchern 95b herausziehen, bis ein großer Druck angelegt wird, die Frequenzeigenschaften auch unter hohen Schalldrücken aufrechterhalten werden (ferner vorteilhaft bei der Verwendung bei hohen Schalldrücken); (3) wenn sich die Anzahl der vorspringenden Abschnitte 97b erhöht, kann sich eine Verzerrung der Rückplatte ändern, und insbesondere kann sich die Verzerrung der Rückplatte in einem Abschnitt beim Mittelpunkt der Rückplatte aufgrund des großen Abstands von den Fixierabschnitten erheblich ändern. Jedoch kann durch Anordnen der Paare von Druckablasslöchern 95b und vorspringenden Abschnitten 97b, so dass sie in diesem Modus die Abschnitte an den Mittelpunkten der vibrierenden Elektrodenmembran 95 und der Rückplatte auslassen, eine Verformung durch ein Verziehen der Rückplatte reduziert werden; (4) eine Fläche der stationären Elektrodenmembran 97c auf der Rückplatte in einem Abschnitt, bei dem das Verschiebungsmaß der vibrierenden Elektrodenmembran 95 groß ist, wird nicht reduziert, und die akustische Leistung des akustischen Sensors wird kaum beeinflusst und dergleichen. Jedoch umfassen die Nachteile (1) eine Erhöhung der Schwankungen bei den Frequenzeigenschaften.
  • 17(b) zeigt eine Draufsicht auf eine vibrierende Elektrodenmembran 115 und eine stationäre Elektrodenmembran 117c einer Rückplatte eines akustischen Sensors, wenn die vibrierende Elektrodenmembran 115 und die Rückplatte mit neun Paaren von Druckablasslöchern 115b und vorspringenden Abschnitten 117b versehen sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Paare von Druckablasslöchern 115b und vorspringenden Abschnitten 117b in einem Abschnitt am Mittelpunkt, in der Umgebung der Fixierabschnitte an den vier Ecken und bei Abschnitten an den Mittelpunkten der vier Seiten der vibrierenden Elektrodenmembran 115 gebildet. Die Vorteile dieser Konfiguration im Vergleich zu dem Fall, der in der 17(a) gezeigt ist, bei dem acht Paare von Druckablasslöchern 95b und vorspringenden Abschnitten 97b vorgesehen sind, umfassen ferner: (1) Die Luftdruckwiderstandsfähigkeit verbessert sich; (2) da sich die vorspringenden Abschnitte 117b nicht aus den Druckablasslöchern 115b zurückziehen, bis großer Druck angelegt wird, können die Frequenzeigenschaften auch unter hohem Schalldrücken aufrechterhalten werden (vorteilhaft bei der Verwendung unter hohen Schalldrücken). Andererseits umfassen die Nachteile: (1) wenn sich die Anzahl der vorspringenden Abschnitte 117b erhöht, kann sich eine Verzerrung der Rückplatte ändern, und die Rückplatte kann anfällig für ein Hängenbleiben werden; (2) Schwankungen in den Frequenzeigenschaften erhöhen sich, und dergleichen.
  • Des Weiteren wird, da in allen vier in den 16 und 17 gezeigten Beispielen die Paare der Druckablasslöcher und der vorspringenden Abschnitte symmetrisch zum Mittelpunkt der Rückplatte angeordnet sind, eine Wirkung einer Stabilisierung einer Belastungsverteilung und Federverhaltens der vibrierenden Membran erlangt. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem acht Paare von Druckablasslöchern 95b und vorspringenden Abschnitten 97b vorgesehen sind, und in dem Fall, bei dem neun Paare von Druckablasslöchern 115b und vorspringenden Abschnitten 117b vorgesehen sind, wie in der 17 gezeigt ist, eine achtfache Symmetrie (symmetrisch alle 45°) erzeugt, und die Anordnung der Paare der Druckablasslöcher und vorspringenden Abschnitten ist in jeder Richtung gleich. Daher wird eine Verschiebung der vibrierenden Membran gleichmäßig, wenn eine Schallwelle oder ein externer Druck empfangen wird, was zu einer Verbesserung bei der Stärke und der Sensitivität beiträgt.
  • Zusätzlich bewegt sich, wenn sich der vorspringende Abschnitt aus dem Druckablassloch herauszieht, um Luft abzulassen, die Luft, die in der Umgebung jedes Druckablasslochs ist, translatorisch in Richtung des Druckablasslochs und erreicht anschließend durch das Druckablassloch die gegenüberliegende Seite der vibrierenden Elektrodenmembran. Daher ermöglicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Anordnen der Paare von Druckablasslöchern und vorspringenden Abschnitten, so dass sie so weit wie möglich voneinander weg sind, insgesamt eine größere Luftmenge aus den Druckablasslöchern abzulassen, und der Druck kann effizienter abgelassen werden. Umgekehrt kann, wenn die Paare von Druckablasslöchern und vorspringenden Abschnitten nahe aneinander sind, da das Druckablassloch eines einzelnes Paars nur geeignet ist, Luft in einer näheren Umgebung abzulassen, nur eine begrenzte Luftmenge abgelassen werden, und die Effizienz beim Ablassen von Druck nimmt ab. Die Anordnungen der Paare von Druckablasslöchern und vorspringenden Abschnitte gemäß der vorliegenden Ausführungsform repräsentieren für jede Anzahl von Paaren ein Beispiel einer Anordnung, bei welcher die Paare so weit wie möglich voneinander entfernt sind.
  • Siebte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, welches Maßnahmen gegen fremde Objekte annimmt, die die Vergrößerung eines Spalts zwischen einer Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran in einer Dickenrichtung in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte einbeziehen.
  • Fremde Objekte können bei einem akustischen Sensor in einen Raum zwischen einer Rückplatte und einer vibrierenden Elektrodenmembran durch die Schalllöcher eindringen. Wenn fremde Objekte in den akustischen Sensor eindringen, können die fremden Objekte angelagert werden oder können zwischen einem vorspringenden Abschnitt der Rückplatte und einem Druckablassloch der vibrierenden Elektrodenmembran in Übereinstimmung mit dem Luftfluss gefangen werden. Dadurch können aufgrund einer Änderung in dem Spalt zwischen der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors beeinflusst werden. Zusätzlich kann, obwohl solche Situationen denkbarweise durch ein Erhöhen eines Basisspalts zwischen der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran adressiert werden können, können solche Maßnahmen bewirken, dass die Sensitivität bei einem Kondensatormikrofon abnimmt. In Anbetracht dessen wird bei der vorliegenden Ausführungsform, auch wenn fremde Objekte in eine Umgebung des vorspringenden Abschnitts und des Druckablasslochs eindringen, durch Vergrößern des Spalts zwischen der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran nur in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte eine Wirkung auf den Spalt zwischen der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran reduziert.
  • 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine Umgebung eines Paars aus einem vorspringenden Abschnitt 127b, der auf einer Rückplatte 127 vorgesehen sind, und eines Druckablasslochs 125b zeigt, das auf einer vibrierenden Elektrodenmembran 125 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Spalt zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 auf g0 in einem Bereich eingestellt, der von dem vorspringenden Abschnitt 127b beabstandet ist, und auf g (g > g0) in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b eingestellt. Dadurch kann, auch wenn fremde Objekte in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b der Rückplatte 127 und des Druckablasslochs 125b der vibrierenden Elektrodenmembran 125 angelagert oder gefangen werden, ein Änderungsmaß des Spalts zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 reduziert werden, und eine Wirkung auf die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors kann reduziert werden.
  • Als Nächstes wird mit Bezug auf die 19 eine Wirkung beschrieben, die durch den akustischen Sensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt wird. 19 ist ein Graph mit Größen (Durchmessern) der fremden Objekte auf einer Abszisse und der Anzahl der fremden Objekte auf einer Ordinate. 19(a) zeigt einen Fall, bei dem ein Hauptteil einer Verteilung der Größen der fremden Objekten kleiner als die Größe g des Spalts zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b ist, und 19(b) zeigt einen Fall, bei dem ein Hauptteil der Verteilung der Größen der fremden Objekte größer als die Größe g des Spalts zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b ist. Wie in der 19(a) gezeigt ist, kann, wenn der Hauptteil der Verteilung der Größen der fremden Objekte kleiner als die Größe g des Spalts zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b ist, eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran 125, die durch die Anlagerung der fremden Objekte verursacht wird, durch Einstellen des Spalts auf g (> g0) in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b reduziert werden, und eine Wirkung auf die Sensitivität des akustischen Sensors kann reduziert werden.
  • Zusätzlich wird, auch wenn der Hauptteil der Verteilung der Größen der fremden Objekte größer als die Größe g des Spalts zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b ist, wie in der 19(b) gezeigt ist, eine obere Grenze für den Durchmesser der fremden Objekte, die in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 127b der Rückplatte 127 und des Druckablasslochs 125b der vibrierenden Elektrodenmembran 125 angelagert oder gefangen werden, tatsächlich auf ungefähr g0 beschränkt. Daher kann, auch in diesem Fall, eine Wirkung ähnlich zu der Wirkung erwartet werden, die in der 19(a) gezeigt ist, und umgekehrt ist es vorstellbar, dass nachteilige Wirkungen, wie beispielsweise dass fremde Objekte in einem Abschnitt gefangen werden, in dem sich der Spalt geweitet hat, nicht auftreten müssen.
  • Des Weiteren kann bei der vorliegenden Ausführungsform, obwohl es wünschenswert ist, dass ein Bereich, in welchem der Spalt zwischen der Rückplatte 127 und der vibrierenden Elektrodenmembran 125 geweitet ist, in Anbetracht der Sensitivität eines akustischen Sensors so gering wie möglich ist, ein Abstand dg von einer Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 127b auf einen Bereich eingestellt werden, der in Anbetracht einer Teilchengröße der fremden Objekte als 0 ≤ dg ≤ g ausgedrückt wird. Alternativ kann ein breiterer Bereich eingerichtet werden.
  • Achte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, welches Maßnahmen gegen fremde Objekte annimmt, die eine Reduzierung eines Flächenverhältnisses der Schalllöchern in einer Umgebung eines vorspringenden Abschnitts der Rückplatte einbeziehen.
  • Es ist denkbar, dass ein Zustand, bei dem fremde Objekte auf die Innenseite eines akustischen Sensors eindringen und zwischen einem vorspringenden Abschnitt der Rückplatte und einem Druckablassloch der vibrierenden Elektrodenmembran angeordnet oder gefangen werden, wahrscheinlicher auftritt, wenn die fremden Objekte von den Schalllöchern in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte eindringen. Daher ist eine Maßnahme eines Nicht-Bereitstellens von Schalllöchern in einer Umgebung von vorspringenden Abschnitten der Rückplatte denkbar. Jedoch ist, da die Schalllöcher der Rückplatte als eine Einbringöffnung für Chemikalien bei einem Ätzen der Opferschicht während eines Halbleiterprozesses verwendet werden und auch notwendig sind, um thermisches Rauschen in einem Luftspalt zu reduzieren, das Eliminieren sämtlicher Schalllöcher nicht durchführbar. In Anbetracht dessen nimmt die vorliegende Ausführungsform Maßnahmen gegen fremde Objekte an, die ein Reduzieren eines Flächenverhältnisses der Schalllöcher in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte einbeziehen.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand einer Umgebung der Schalllöcher 137a und eines vorspringenden Abschnitts 137b, die auf einer Rückplatte 137 vorgesehen sind, und eines Druckablasslochs 135b zeigt, das an einer vibrierenden Elektrodenmembran 135 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist. 20(a) zeigt einen Zustand, bei dem sich der vorspringende Abschnitt 137b nicht aus dem Druckablassloch 135b zurückgezogen hat, und 20(b) zeigt einen Zustand, bei dem sich der vorspringende Abschnitt 137b aus dem Druckablassloch 135b zurückgezogen hat, wenn er einem großen Druck unterworfen wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in der 20(b) gezeigt ist, ein Durchmesser eines Schalllochs 137a in einer Rückplatte 137 auf d0 in einem Bereich eingestellt, der von dem vorspringenden Abschnitt 137b beabstandet ist, und auf d (< d0) in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 137b eingestellt. Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Wahrscheinlichkeit eines Eindringens durch fremde Objekte durch die Schalllöchern 137a in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 137b der Rückplatte 137 reduziert werden und eine Wahrscheinlichkeit, dass die fremden Objekte in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 137b der Rückplatte 137 und des Druckablasslochs 135b der vibrierenden Elektrodenmembran 135 angeordnet oder gefangen werden, kann reduziert werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in der 20(a) gezeigt ist, der akustische Widerstand (Durchgangswiderstand der Luft), welcher die Frequenzeigenschaften eines akustischen Sensors bestimmt, eine Summe des akustischen Widerstands in einem Spalt zwischen einer Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 137b der Rückplatte 137 und dem Druckablasslochs 135b der vibrierenden Elektrodenmembran 135 und des akustischen Widerstands in den Schalllöchern 137a. Daher erhöht sich, wenn der Durchmesser der Schalllöcher 137a in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 137b bei der vorliegenden Ausführungsform reduziert wird, der gesamte akustische Widerstand in diesem Bereich. Dadurch wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine sekundäre Wirkung erzeugt, bei welcher, auch wenn der Spalt zwischen der Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 137b der Rückplatte 137 und des Druckablasslochs 135b der vibrierenden Elektrodenmembran 135 variiert, eine Wirkung auf einen gesamten akustischen Widerstand relativ reduziert.
  • Des Weiteren kann, obwohl das Flächenverhältnis der Schalllöcher in der vorliegenden Ausführungsform durch Reduzieren eines Durchmessers der Schalllöcher 137a in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 137b im Vergleich zu den Bereichen, die beispielsweise von dem vorspringenden Abschnitt 137b beabstandet sind, reduziert ist, das Flächenverhältnis der Schalllöcher durch Erhöhen der Abstände zwischen den Schalllöchern 137a (Reduzieren einer Dichte der Schalllöcher 137a) in einem Bereich in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 137b im Vergleich zu den Bereichen, die von dem vorspringenden Abschnitt 137b beabstandet sind, reduziert werden.
  • Zusätzlich kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Bereich, in welchem das Flächenverhältnis der Schalllöcher 137a auf der Rückplatte reduziert ist, beispielsweise ein Bereich sein, in welchem ein Abstand von der Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 137b gleich oder weniger als der doppelte Durchmesser des vorspringenden Abschnitts 137b ist. Alternativ kann ein breiterer Bereich angenommen werden.
  • Neunte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem Maßnahmen gegen fremde Objekte ein Annehmen einer Konfiguration umfassen, in welcher ein Schallloch in einer Umgebung eines vorspringenden Abschnitts der Rückplatte und eines Druckablasslochs einer vibrierenden Elektrodenmembran in der Draufsicht miteinander überlappen.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Schallloch 147a und einem vorspringenden Abschnitt 147b in einer Rückplatte 147 und einem Druckablassloch 145b in einer vibrierenden Elektrodenmembran 145 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform überlappen, wie in der 21 gezeigt ist, in einer horizontalen Richtung die Positionen des Schalllochs 147a in der Rückplatte 147 und des Druckablasslochs 145b miteinander. Mit anderen Worten wird ein Zustand erzeugt, in welchem sich das Schallloch 145a in einem Teil direkt oberhalb eines Spalts zwischen dem vorspringenden Abschnitt 147b und dem Druckablassloch 145b öffnet. Gemäß dieser Konfiguration kann, da ein Raum, der sowohl durch die vibrierenden Elektrodenmembran 145 als auch durch die Rückplatte 147 durchdringt, gebildet werden kann und fremde Objekte leicht durch diesen Raum hindurchgehen können, eine Wahrscheinlichkeit, dass die fremden Objekte in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 147b der Rückplatte 147 und des Druckablasslochs 145b der vibrierenden Elektrodenmembran 145 angelagert oder gefangen werden, reduziert werden.
  • Wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, wird durch Bilden eines Raums, der sowohl durch die vibrierende Elektrodenmembran 145 als auch durch die Rückplatte 147 durchdringt, eine Erhöhung in der Dämpfung der Sensitivität eines akustischen Sensors in einem Niedrigfrequenzbereich und gleichzeitig eine Verbesserung einer Druckablassfunktion erwartet, wenn großer Druck angelegt wird und sich der vorspringende Abschnitt 147b aus dem Druckablassloch 145 herauszieht. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu einer Erhöhung der Maßnahmen gegen fremde Objekte eine Luftdruckwiderstandsfähigkeit verbessert werden, obwohl verursacht wird, dass die Sensitivität eines akustischen Sensors in einem Niedrigfrequenzbereich bei einem konstanten Pegel gedämpft wird.
  • Weitere Erwägungen
  • Als Nächstes werden bevorzugte der Abmessungen der jeweiligen Teile gemäß den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen betrachtet. 22 ist eine Figur zur Illustration von Abmessungsbeziehung zwischen den jeweiligen Teilen in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts 17b der Rückplatte 17 und des Druckablasslochs 15b der vibrierenden Elektrodenmembran 15.
  • Vorsprungshöhe des vorspringenden Abschnitts über die vibrierende Elektrodenmembran
  • In 22 gibt es im Allgemeinen, wenn sich die Höhe des Vorsprungs Y1 eines vorderen Endes des vorspringenden Abschnitts 17b über der dem vibrierenden Elektrodenmembran 15 erhöht, die Vorteile, wie beispielsweise: (1) Auch wenn ein großer Schalldruck angelegt wird, ist es für den vorspringenden Abschnitt 17b weniger wahrscheinlich, sich aus dem Druckablassloch 15b herauszuziehen, und er erschwert das Auftreten von FR und THD; und (2) die Abweichungstoleranz bei der Anordnung der jeweiligen Elemente mit Bezug auf eine Longitudinalrichtung des vorspringenden Abschnitts 17b erhöht sich. Auf der anderen Seite gibt es Nachteile, wie beispielsweise: (1) der vorspringende Abschnitt 17b zieht sich nicht aus dem Druckablassloch 15b heraus, außer ein relativ hoher Druck wird angelegt, und abhängig von den Abweichungen gibt es ein Risiko, dass der die Druckablassfunktion in einem notwendigen Druckbereich scheitern kann; und (2) wenn fremde Objekte zwischen der Rückplatte 17 und der vibrierenden Elektrodenmembran 15 in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts 17b angelagert werden, erhöht sich die Verformung der vibrierenden Elektrodenmembran 15, und eine Wirkung der fremden Objekte auf die Frequenzeigenschaften des akustischen Sensors wird größer.
  • Ferner gibt es den Vorteil, wenn sich die Höhe des Vorsprungs des vorderen Endes des vorspringenden Abschnitts 17b über der vibrierenden Elektrodenmembran 15 verringert, dass: (1) da sich der vorspringende Abschnitt 17b aus dem Druckablassloch 15b auch herauszieht, wenn ein relativ geringer Schalldruck angelegt wird, kann die Anlagerung von fremden Objekten zwischen der Rückplatte 17 und der vibrierenden Elektrodenmembran 15 in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts 17b auch bei einer Verwendung bei relativ geringen Schalldrücken unterdrückt werden. Andererseits gibt es die Nachteile, wie beispielsweise: (1) auch wenn geringer Schalldruck angelegt wird, zieht sich der vorspringende Abschnitt 17b aus dem Druckablassloch 15b zurück, und eine Abweichung bei den akustischen Eigenschaften kann auftreten; und (2) die Abweichungstoleranz bei der Anordnung der jeweiligen Elemente mit Bezug auf eine longitudinale Richtung des vorspringenden Abschnitts 17b nimmt ab. So gesehen stellt eine Vorsprungshöhe von mindestens 0,1 µm und höchstens 10 µm, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, die denkbar geeignetsten Werte dar.
  • Spaltmaß zwischen dem vorspringendem Abschnitt der Rückplatte und dem Druckablassloch der vibrierenden Elektrodenmembran
  • In 22 gibt es einen Vorteil, wenn ein Spaltmaß x1 zwischen dem vorspringenden Abschnitt 71b der Rückplatte 17 und dem Druckablassloch 15b der vibrierenden Elektrodenmembran 15 gering ist, dass: (1) die Dämpfung der Frequenzeigenschaften in einem Niederfrequenzbereich graduell wird und bessere Frequenzeigenschaften erlangt werden. Andererseits gibt es die Nachteile, wie beispielsweise: (1) ein Risiko, dass der vorspringenden Abschnitt 17b und das Druckablassloch 15b in Kontakt miteinander kommen, erhöht sich; und (2) die Abweichungstoleranz in den Abmessungen mit Bezug auf einen Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Druckablassloch 15b verringert sich. In Anbetracht des Voranstehenden ist ein geeigneter Wert für einen Spalt zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b und dem Druckablassloch 15b in den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen mindestens 0,2 µm und höchstens 20 µm.
  • Abstand zwischen dem vorspringenden Abschnitt der Rückplatte und der stationären Elektrodenmembran
  • In 22 gibt es einen Vorteil, wenn ein Abstand x2 zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b der Rückplatte 17 und der stationären Elektrodenmembran 17c klein ist, dass: (1) ein Verlust bei einer Elektrodenfläche der stationären Elektrodenmembran 17c aufgrund des Vorsehens des vorspringenden Abschnitts 17b auf einem geringen Maß gehalten werden kann, und dass die Abnahme in der Sensitivität unterdrück werden kann. Andererseits gibt es den Nachteil, dass: (1) sich ein Risiko eines Kurzschlusses erhöht, wenn elektrisch leitende fremde Objekte in der Umgebung des vorspringenden Abschnitts 17b angelagert oder gefangen werden. In Anbetracht des Voranstehenden ist ein Abstand zwischen dem vorspringenden Abschnitt 17b der Rückplatte 17 und der stationären Elektrodenmembran 17c bevorzugt auf mindestens 1 µm und höchstens 15 µm eingestellt.
  • Abstand zwischen dem vorspringenden Abschnitt der Rückplatte und einer Halbleitersubstratkante
  • In der 22 gibt es, wenn ein Abstand x3 zwischen einer Siliziumsubstratkante 12a, welche in einer Draufsicht mit der Rückplatte 17 und der vibrierenden Elektrodenmembran 15 überlappt, und dem vorspringenden Abschnitt 17b groß ist, die Vorteile, wie beispielsweise: (1) die Abweichungstoleranz bei dem Abstand x3 zwischen der Siliziumsubstratkante 12a und dem vorspringenden Abschnitt 17b erhöht sich; und (2) es ist weniger wahrscheinlich, dass eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran 15 durch die Siliziumsubstratkante 12a verhindert wird. Anderseits scheint es keinen direkten Nachteil zu geben. Da die vibrierende Elektrodenmembran 15, abhängig von der Gestaltung, solange wie der Abstand größer als 0 µm ist, zumindest um eine Höhe y2 von dem Druckablassloch 15b verschiebbar ist, kann eine Konfiguration, die eine wirkungsvolle Druckablassfunktion erzeugt, realisiert werden. Beispielsweise kann der voranstehend beschriebene Abstand x3 auf mindestens 3 µm eingestellt werden, was einer Abweichung durch die Herstellung der Position der Siliziumsubstratkante 12a darstellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    akustischer Sensor
    2
    Rückkammer
    3, 13
    (Silicium-)Substrat
    5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95, 115, 125, 135, 145
    vibrierende Elektrodenmembran
    7, 17, 27, 37, 47, 57, 67, 77, 87, 127, 137, 147
    Rückplatte
    7c, 17c, 97c, 117c
    stationäre Elektrodenmembran
    15b, 25b, 65b, 75b, 85b, 95b, 115b, 125b, 135b, 145b
    Druckablassloch
    17b, 27b, 37b, 47b, 57b, 67b, 77b, 87b, 97b, 117b, 127b, 137b, 147b
    vorspringender Abschnitt

Claims (24)

  1. Kapazitiver Messumformer, welcher aufweist: ein Substrat mit einer Öffnung in seiner Oberfläche; eine Rückplatte, die gegenüber der Öffnung im Substrat angeordnet ist; und eine vibrierenden Elektrodenmembran, die gegenüber der Rückplatte angeordnet ist, so dass zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte ein Spalt vorgesehen ist, wobei der kapazitive Messumformer eine Verschiebung der vibrierenden Elektrodenmembran in eine Änderung einer Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte umwandelt, wobei der kapazitive Messumformer ferner einen Druckablassflusskanal auf-weist, welcher ein Luftflusskanal ist, der durch einen Spalt zwischen einem Teil der vibrierenden Elektrodenmembran und einem einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt gebildet ist, und welcher eingerichtet ist, wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, um an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegten Druck durch Erhöhen der Flusskanalfläche aufgrund einer Relativbewegung zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und dem einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Abschnitt abzulassen.
  2. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil des Umfangsabschnitts der Rückplatte gebogen ist und eine Seitenfläche bildet, und die Rückplatte am vorderen Ende der Seitenfläche an dem Substrat fixiert ist, der Druckablassflusskanal durch einen Spalt zwischen einer Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und einem vorspringenden Abschnitts gebildet wird, der einstückig mit der Seitenfläche der Rückplatte gebildet wird, und wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegte Druck durch Vergrößern des Spalts zwischen der Endfläche der vibrierenden Elektrodenmembran und der Seitenfläche der Rückplatte abgelassen wird, wenn sich die Endflächen der vibrierenden Elektrodenmembran und der vorspringenden Abschnitt, der auf der Seitenfläche der Rückplatte gebildet ist, relativ zueinander bewegen und gegeneinander verschoben werden.
  3. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 1, wobei der vorspringende Abschnitt eine vorspringende Säulenstruktur ist, der Druckablassflusskanal durch einen Spalt gebildet ist, der zwischen einem in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehenen Loch und einer vorspringenden Säulenstruktur angeordnet ist, die einstückig mit der Rückplatte auf der Seite der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, zumindest ein vorderes Ende der vorspringenden Säulenstruktur einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser des Lochs aufweist und die vorspringende Säulenstruktur in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, in das Loch eindringt, und wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, der Druck, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegt ist, abgelassen wird, indem sich die vibrierende Elektrodenmembran und die vorspringende Säulenstruktur auf der Rückplatte relativ zueinander bewegen und die vorspringende Säulenstruktur nicht mehr in das Loch eindringt.
  4. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 1, wobei der vorspringende Abschnitt eine vorspringende Säulenstruktur ist, der Druckablassflusskanal durch einen Spalt gebildet ist, der zwischen einem in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehenen Loch und einer vorspringenden Säulenstruktur angeordnet ist, die einstückig mit der Rückplatte auf der Seite der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, die vorspringende Säulenstruktur einen größeren Durchmesser als einen Durchmesser des Lochs hat und in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, ein vorderes Ende der vorspringenden Säulenstruktur das Loch von der Seite der Rückplatte her, abdeckt, und wenn sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, der an der vibrierenden Elektrodenmembran angelegte Druck abgelassen wird, indem sich die vibrierende Elektrodenmembran und die vorspringende Säulenstruktur auf der Rückplatte relativ zueinander bewegen und sich das vordere Ende der vorspringenden Säulenstruktur von dem Loch trennt.
  5. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3, wobei in einem Zustand, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, die vorspringende Säulenstruktur in das Loch eindringt und das vordere Ende der vorspringenden Säulenstruktur auf einer von der Rückplatte abgewandten Seite der vibrierenden Elektrodenmembran positioniert ist.
  6. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3 oder 5, wobei ein Durchmesser der vorspringenden Säulenstruktur entweder vom vorderen Ende der vorspringenden Säulenstruktur in Richtung der Rückplatte zunimmt oder konstant ist.
  7. Kapazitiver Messumformer gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die vorspringende Säulenstruktur durch den gleichen Membranherstellungsprozess gebildet ist wie die Rückplatte.
  8. Kapazitiver Messumformer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vibrierende Elektrodenmembran an dem Substrat an einem Ankerabschnitt fixiert ist und die vibrierende Elektrodenmembran nicht an anderen Orten als dem Ankerabschnitt in Kontakt mit dem Substrat und der Rückplatte ist.
  9. Kapazitiver Messumformer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rückplatte mehrere Perforationen aufweist.
  10. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3, wobei das Substrat nicht in einem Abschnitt gegenüber der einstückig mit der Rückplatte vorgesehenen, vorspringenden Säulenstruktur vorgesehen ist.
  11. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3, wobei die Rückplatte gegenüber dem Substrat angeordnet ist, und die vorspringende Säulenstruktur von der Rückplatte in Richtung des Substrats weisend vorgesehen ist und das vordere Ende der vorspringenden Säulenstruktur auf der gleichen Ebene wie eine Oberfläche des Substrats auf der Rückplattenseite oder weiter in Richtung der Rückplattenseite als diese Oberfläche positioniert ist.
  12. Kapazitiver Messumformer gemäß einem der Ansprüche 1 und 3 bis 11, wobei die Rückplatte in ihrer Mitte eine stationären Elektrodenmembran aufweist, und der vorspringende Abschnitt außerhalb der stationären Elektrodenmembran auf der Rückplatte vorgesehen ist.
  13. Kapazitiver Messumformer gemäß einem der Ansprüche 1 und 3 bis 11, wobei der vorspringende Abschnitt in einer Mitte der Rückplatte vorgesehen ist.
  14. Akustischer Messumformer gemäß Anspruch 6, wobei eine Seitenfläche der vorspringenden Säulenstruktur eine kegelförmige Oberfläche bildet und ein Neigungswinkel der kegelförmigen Oberfläche zur Rückplatte mindestens 60° und höchstens 85° ist.
  15. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die vibrierende Elektrodenmembran eine ungefähr rechteckige Form aufweist und an Fixierabschnitten fixiert ist, die in den vier Ecken der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen sind, und vorspringende Abschnitte an vier Orten in Abschnitten der Rückplatte, die den vier Ecken der vibrierenden Elektrodenmembran entsprechen, und in einer Draufsicht weiter zu einer Innenseite als der Fixierabschnitt vorgesehen ist.
  16. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 13, wobei der vorspringende Ab-schnitt an einem Ort in einem mittleren Abschnitt der Rückplatte vorgesehen ist.
  17. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 15, wobei vorspringende Abschnitte ferner an vier Orten in Abschnitten der Rückplatte vorgesehen sind, welche in einer Draufsicht den Mittelpunkten der vier Seiten der vibrierenden Elektrodenmembran entsprechen, so dass sie insgesamt an acht Orten vorgesehen sind.
  18. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 17, wobei ein vorspringender Abschnitt ferner in der Mitte der Rückplatte vorgesehen ist, so dass sie insgesamt an neun Orten vorgesehen sind.
  19. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3, wobei in einem Zustand, bei dem die vorspringende Säulenstruktur in das Loch eingedrungen ist, bevor sich die vibrierende Elektrodenmembran unter Druck verformt, der Spalt zwischen der vorspringenden Streifen-Säulenstruktur und dem Loch auf einer Seite mindestens 0,2 µm und höchstens 20 µm ist.
  20. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Rückplatte die stationäre Elektrodenmembran umfasst, die in einer Draufsicht nicht an einem Ort vorgesehen ist, an dem der vorspringende Abschnitt vorgesehen ist, und ein Abstand zwischen dem vorspringenden Streifen-Abschnitt und der stationären Elektrodenmembran mindestens 1 µm und höchstens 15 µm ist.
  21. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei eine Größe eines Spalts zwischen der Rückplatte und der vibrierenden Elektrodenmembran innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts größer ist als außerhalb des vorgegebenen Bereichs.
  22. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei eine Größe eines Schalllochs in der Rückplatte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts kleiner ist als außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs.
  23. Kapazitiver Messumformer gemäß Anspruch 3, wobei ein Schallloch innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Umgebung des vorspringenden Abschnitts der Rückplatte und ein Loch, das in der vibrierenden Elektrodenmembran vorgesehen ist, so angeordnet sind, dass zumindest Teile davon miteinander in einer Draufsicht überlappen.
  24. Akustischer Sensor, der den Kapazitiven Messumformer gemäß einem der An-sprüche 1 bis 23 aufweist, wobei der Akustiksensor einen Schalldruck in eine Änderung der Kapazität zwischen der vibrierenden Elektrodenmembran und der Rückplatte konvertiert und die Kapazitätsänderung erfasst.
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