JP2011176533A - Acoustic sensor - Google Patents

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JP2011176533A
JP2011176533A JP2010038291A JP2010038291A JP2011176533A JP 2011176533 A JP2011176533 A JP 2011176533A JP 2010038291 A JP2010038291 A JP 2010038291A JP 2010038291 A JP2010038291 A JP 2010038291A JP 2011176533 A JP2011176533 A JP 2011176533A
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acoustic
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Hisashi Ozawa
尚志 小澤
Shuichi Wakabayashi
秀一 若林
Hidekazu Omura
英一 大村
Akira Sasaki
昌 佐々木
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the noise elimination effect of an acoustic sensor by improving the transmission efficiency of mechanical vibrations between an acoustic sensing part and a vibration sensing part. <P>SOLUTION: Two back chambers 31a, 31b are formed on a silicon substrate 28. On the upper surface of the silicon substrate 28, the acoustic sensing part 29 is prepared by a vibration electrode plate 33a formed to cover one back chamber 31a and a fixed electrode plate 34a facing the vibration electrode plate 33a. Also, the vibration sensing part 30 is prepared by a vibration electrode plate 33b formed to cover the other back chamber 31b and a fixed electrode plate 34b facing the vibration electrode plate 33b. Also, the fixed electrode plate 34a of the acoustic sensing part 29 includes an acoustic hole 43 for making acoustic vibrations pass through. The fixed electrode plate 34b of the vibration sensing part 30 is formed to cover the vibration electrode plate 33b and the fixed electrode plate 34b does not have an acoustic hole or other holes. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は音響センサに関し、具体的には、外部振動ノイズの除去機能を備えたMEMS型の音響センサに関する。   The present invention relates to an acoustic sensor, and more particularly to a MEMS acoustic sensor having a function of removing external vibration noise.

マイクロフォン等に用いられる音響センサは、空気を伝達媒体とする音響振動を検知するものであるが、通常何らかの機器に設置されているため、外来の機械的振動などによりノイズを発生しやすい。   An acoustic sensor used for a microphone or the like detects acoustic vibration using air as a transmission medium. However, since it is usually installed in some device, noise is likely to be generated due to external mechanical vibration.

このような外来の機械的振動によるノイズ(外部振動ノイズ)を低減するため、従来のコンデンサマイクでは、音響振動を検知する音響検知部と機械的振動だけを検知する振動検知部とを組み合わせている。このようなノイズ除去方式のコンデンサマイクとしては、特許文献1に開示されたものがある。   In order to reduce noise (external vibration noise) due to such external mechanical vibration, a conventional condenser microphone combines an acoustic detection unit that detects acoustic vibration and a vibration detection unit that detects only mechanical vibration. . As such a noise elimination type condenser microphone, there is one disclosed in Patent Document 1.

特許文献1に開示されたコンデンサマイクの構造を図1に示す。このコンデンサマイク11では、ほぼ同一構造のエレクトレットコンデンサマイクユニットからなる音響検知部12と振動検知部13を剛体のホルダ14に納めている。音響検知部12と振動検知部13は、いずれもケーシング12a、13a内に振動検知用の振動膜15が保持され、振動膜15に対向して音響孔16が開口されている。音響検知部12と振動検知部13は、ホルダ14に設けられた隣接する納入部17、18内にほぼ平行に納められている。納入部17に納められた音響検知部12の音響孔16は、納入部17の開口19によって外部に開放されている。一方、納入部18に納められた振動検知部13の音響孔16はホルダ14により閉塞されている。   The structure of the capacitor microphone disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. In this condenser microphone 11, an acoustic detection unit 12 and a vibration detection unit 13, which are electret condenser microphone units having substantially the same structure, are housed in a rigid holder 14. In both the acoustic detection unit 12 and the vibration detection unit 13, a vibration film 15 for vibration detection is held in the casings 12 a and 13 a, and an acoustic hole 16 is opened facing the vibration film 15. The sound detection unit 12 and the vibration detection unit 13 are accommodated in substantially parallel delivery units 17 and 18 provided in the holder 14. The acoustic hole 16 of the acoustic detection unit 12 housed in the delivery unit 17 is opened to the outside by an opening 19 of the delivery unit 17. On the other hand, the acoustic hole 16 of the vibration detection unit 13 housed in the delivery unit 18 is closed by the holder 14.

したがって、音響振動は、開口19を通して音響検知部12でのみ検知される。また、外来の機械的振動は、ホルダ14を通じて音響検知部12と振動検知部13により検知される。図2(a)は音響検知部12から出力された信号波形(外部振動ノイズの乗った音響振動)の一例を表し、図2(b)は振動検知部13から出力された信号波形(機械的振動)の一例を表す。なお、図2においては、音響振動の信号波形は正弦波と仮定している。   Therefore, the acoustic vibration is detected only by the acoustic detector 12 through the opening 19. Further, extraneous mechanical vibrations are detected by the acoustic detection unit 12 and the vibration detection unit 13 through the holder 14. 2A shows an example of a signal waveform (acoustic vibration with external vibration noise) output from the acoustic detection unit 12, and FIG. 2B shows a signal waveform output from the vibration detection unit 13 (mechanical). An example of vibration). In FIG. 2, the signal waveform of the acoustic vibration is assumed to be a sine wave.

このような2種の信号波形を用いて外部振動ノイズを除去するには、一般に差動アンプやノイズキャンセリング回路が用いられる。差動アンプを用いる場合には、図2(a)のような外部振動ノイズの乗った音響振動波形と図2(b)のような機械的振動波形を差動アンプに入力し、差動アンプから両信号波形の差分信号を出力させる。図2(b)に示す振動検知部13の出力波形は、音響検知部12から出力された音響振動に乗っているノイズ成分と同じであるので、図2(a)の信号波形と図2(b)の信号波形の差分信号を出力させれば、外部振動ノイズが除去されて音響振動波形のみを取り出すことができる。   In order to remove external vibration noise using such two types of signal waveforms, a differential amplifier or a noise canceling circuit is generally used. When a differential amplifier is used, an acoustic vibration waveform carrying external vibration noise as shown in FIG. 2A and a mechanical vibration waveform as shown in FIG. To output a differential signal of both signal waveforms. Since the output waveform of the vibration detection unit 13 shown in FIG. 2B is the same as the noise component riding on the acoustic vibration output from the acoustic detection unit 12, the signal waveform of FIG. If the difference signal of the signal waveform of b) is output, the external vibration noise is removed and only the acoustic vibration waveform can be extracted.

実開平4−53394号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-53394

しかしながら、このようなコンデンサマイクでも、音響検知部12で検知する機械的振動と振動検知部13で検知する機械的振動との間に位相差(時間的なずれ)があると、ノイズ除去後の信号にかなりのノイズが残っていた。外来の機械的振動は、ホルダ14やケーシング12a、13aを通じ両検知部12、13の振動膜15に伝わって振動膜15を振動させるが、振動の伝わってくる方向や伝わり方によって音響検知部12の振動膜15に伝わる機械的振動と振動検知部13の振動膜15に伝わる機械的振動とで時間的なずれが生じることがある。そのため、振動検知部13の出力信号を利用して音響検知部12の出力信号から外部振動ノイズを除去しようとしても、図2(c)のような音響振動波形となりノイズが残っていた。   However, even with such a capacitor microphone, if there is a phase difference (temporal shift) between the mechanical vibration detected by the acoustic detection unit 12 and the mechanical vibration detected by the vibration detection unit 13, the noise is removed. There was considerable noise left in the signal. The external mechanical vibration is transmitted to the vibration film 15 of both detection units 12 and 13 through the holder 14 and the casings 12a and 13a to vibrate the vibration film 15. However, the acoustic detection unit 12 depends on the direction and way of transmission of vibration. There may be a time lag between the mechanical vibration transmitted to the vibration film 15 and the mechanical vibration transmitted to the vibration film 15 of the vibration detector 13. Therefore, even if it is attempted to remove external vibration noise from the output signal of the acoustic detection unit 12 using the output signal of the vibration detection unit 13, the acoustic vibration waveform as shown in FIG.

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは音響検知部と振動検知部との間における機械的振動の伝達効率を向上させることによって音響センサのノイズ除去効果を高めることにある。   The present invention has been made in view of such technical problems, and an object of the present invention is to improve the transmission efficiency of mechanical vibration between the acoustic detection unit and the vibration detection unit, thereby improving the acoustic sensor. It is to improve the noise removal effect.

このような目的を達成するために、本発明に係る音響センサは、一枚の基板に、音響振動及び機械的振動を感知して電気信号を出力する第1のトランスデューサと、機械的振動のみを感知して電気信号を出力する第2のトランスデューサとを設けたことを特徴としている。   In order to achieve such an object, an acoustic sensor according to the present invention includes, on a single substrate, a first transducer that senses acoustic vibrations and mechanical vibrations and outputs an electrical signal, and only mechanical vibrations. A second transducer that senses and outputs an electrical signal is provided.

本発明の音響センサにあっては、共通の基板に第1のトランスデューサと第2のトランスデューサを設けているので、音響センサに機械的振動が加わったとき、第1のトランスデューサの第1の振動電極板に伝わる機械的振動と第2のトランスデューサの第2の振動電極板に伝わる機械的振動との時間的ずれや機械的振動の信号強度の大小を小さくできる。特に、MEMS技術を利用して作製される音響センサ(センサ本体)の場合には、基板材料としてシリコン等の硬くて弾性率の大きな材料が用いられるので、両トランスデューサの各振動電極板に伝わる機械的振動の時間的ずれや機械的振動の信号強度の大小を非常に小さくすることができる。よって、第2のトランスデューサで検知した機械的振動を利用して第1のトランスデューサの出力信号から外部振動ノイズを精度よく除去することができ、音響センサのS/N比を向上させることができる。また、MEMS技術を利用して音響センサを製造する場合には、共通の基板上に同一工程で第1のトランスデューサと第2のトランスデューサを作製することができ、音響センサの量産性が向上するとともに第1のトランスデューサと第2のトランスデューサにおける機械的振動に対する感度ばらつきを小さくできる。なお、この音響センサは、静電容量型のものであってもよく、ピエゾ抵抗型のものでもよい。   In the acoustic sensor of the present invention, the first transducer and the second transducer are provided on a common substrate. Therefore, when mechanical vibration is applied to the acoustic sensor, the first vibration electrode of the first transducer. The time lag between the mechanical vibration transmitted to the plate and the mechanical vibration transmitted to the second vibrating electrode plate of the second transducer and the magnitude of the signal intensity of the mechanical vibration can be reduced. In particular, in the case of an acoustic sensor (sensor body) manufactured using MEMS technology, a hard material having a large elastic modulus such as silicon is used as a substrate material. Therefore, a machine transmitted to each vibration electrode plate of both transducers. The time difference of the mechanical vibration and the magnitude of the signal intensity of the mechanical vibration can be made very small. Therefore, the external vibration noise can be accurately removed from the output signal of the first transducer using the mechanical vibration detected by the second transducer, and the S / N ratio of the acoustic sensor can be improved. In addition, when an acoustic sensor is manufactured using the MEMS technology, the first transducer and the second transducer can be manufactured on the same substrate in the same process, and the mass productivity of the acoustic sensor is improved. Sensitivity variation with respect to mechanical vibration in the first transducer and the second transducer can be reduced. The acoustic sensor may be a capacitance type or a piezoresistive type.

本発明に係る音響センサのある実施態様においては、前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、前記第2のトランスデューサは、前記基板の表面に設けた第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向し且つ開口のない第2の固定電極板とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであることを特徴としている。   In an embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the first transducer is provided on the surface of the substrate so as to cover the first back chamber formed on the substrate and the first back chamber. The first vibration electrode plate and the first fixed electrode plate facing the first vibration electrode plate and having an acoustic hole opened therein, and the first vibration electrode plate is displaced by the displacement of the first vibration electrode plate. An electric signal is output based on a change in capacitance between the vibrating electrode plate and the first fixed electrode plate, and the second transducer is a second vibrating electrode plate provided on the surface of the substrate. And a second fixed electrode plate facing the second vibration electrode plate and having no opening, and the second vibration electrode plate and the second fixed due to displacement of the second vibration electrode plate Electrical signal based on the change in capacitance between electrode plates It is characterized in that the output.

この実施態様では、第1のトランスデューサは第1の固定電極板に音響孔が開口されているので、音響孔を通じて音響振動が第1の振動電極板に達することができ、第1のトランスデューサは音響振動と外来の機械的振動を感知する。一方、第2のトランスデューサは第2の固定電極板に開口を有しないので、音響振動は第2の振動電極板に達せず、第2のトランスデューサは外来の機械的振動のみを感知する。   In this embodiment, since the first transducer has an acoustic hole in the first fixed electrode plate, acoustic vibration can reach the first vibrating electrode plate through the acoustic hole, and the first transducer Sensing vibrations and external mechanical vibrations. On the other hand, since the second transducer does not have an opening in the second fixed electrode plate, the acoustic vibration does not reach the second vibration electrode plate, and the second transducer senses only external mechanical vibration.

また、この実施態様の前記第2のトランスデューサにおいては、前記第2の振動電極板に対向させて前記基板に第2のバックチャンバを形成することが望ましい。この実施態様では、第2のトランスデューサの第2の固定電極板に開口を設けていないが、第2のバックチャンバを備えているので、音響センサの製造工程において、基板表面と第2の固定電極板の間に存在していた犠牲層を第2のバックチャンバを通してエッチング除去することができる。   In the second transducer of this embodiment, it is desirable to form a second back chamber on the substrate so as to face the second vibrating electrode plate. In this embodiment, the second fixed electrode plate of the second transducer is not provided with an opening, but is provided with the second back chamber, so that in the acoustic sensor manufacturing process, the substrate surface and the second fixed electrode are provided. The sacrificial layer that was present between the plates can be etched away through the second back chamber.

本発明に係る別な実施態様においては、前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、前記第2のトランスデューサは、前記基板のバックチャンバが形成されていない領域の表面に設けた第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向して設けられた第2の固定電極板とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力することを特徴としている。   In another embodiment of the present invention, the first transducer includes a first back chamber formed on the substrate and a first back chamber provided on the surface of the substrate so as to cover the first back chamber. The first vibration electrode plate and the first fixed electrode plate facing the first vibration electrode plate and having an acoustic hole opened therein, the first vibration caused by displacement of the first vibration electrode plate An electrical signal is output based on a change in capacitance between the electrode plate and the first fixed electrode plate, and the second transducer is provided on the surface of the substrate where the back chamber is not formed. The second vibration electrode plate, and a second fixed electrode plate provided opposite to the second vibration electrode plate, and the second vibration electrode due to displacement of the second vibration electrode plate Capacitance between the plate and the second fixed electrode plate It is characterized by outputting an electric signal based on the change.

この別な実施態様では、第1のトランスデューサは第1の振動電極板の裏面側に第1のバックチャンバを有しているので、第1の振動電極板は音響孔から伝搬した音響振動に対して感度を持ち、第1のトランスデューサは音響振動と外来の機械的振動を感知する。一方、第2のトランスデューサは基板上のバックチャンバが形成されていない領域に設けられているので、第2の振動電極板は音響振動に対して感度を持たず、第2のトランスデューサは外来の機械的振動のみを感知する。   In this alternative embodiment, the first transducer has the first back chamber on the back side of the first vibrating electrode plate, so that the first vibrating electrode plate is resistant to the acoustic vibration propagated from the acoustic hole. The first transducer senses acoustic vibrations and extraneous mechanical vibrations. On the other hand, since the second transducer is provided in a region on the substrate where the back chamber is not formed, the second vibrating electrode plate is not sensitive to acoustic vibration, and the second transducer is an external machine. Sense only dynamic vibration.

また、この別な実施態様においては、前記第2の固定電極板に開口を設けることが望ましい。この別な実施態様では、第2のトランスデューサの第2の固定電極板に開口を設けているので、音響センサの製造工程において、基板表面と第2の固定電極板の間に存在していた犠牲層を第2の固定電極板の開口を通してエッチング除去できる。   In another embodiment, it is desirable to provide an opening in the second fixed electrode plate. In this other embodiment, since the opening is provided in the second fixed electrode plate of the second transducer, the sacrificial layer that exists between the substrate surface and the second fixed electrode plate in the manufacturing process of the acoustic sensor is removed. Etching can be performed through the opening of the second fixed electrode plate.

本発明に係るさらに別な実施態様においては、前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、前記第2のトランスデューサは、前記基板の表面に設けられ且つ通気孔を開口された第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向して設けられた第2の固定電極板とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであることを特徴としている。   In still another embodiment of the present invention, the first transducer is provided on the surface of the substrate so as to cover the first back chamber formed on the substrate and the first back chamber. A first stationary electrode plate facing the first vibrating electrode plate and having an acoustic hole opened, the first vibrating electrode plate being displaced by a displacement of the first vibrating electrode plate; An electric signal is output based on a change in capacitance between the vibrating electrode plate and the first fixed electrode plate, and the second transducer is provided on the surface of the substrate and has a vent hole opened. The second vibration electrode plate having a second vibration electrode plate and a second fixed electrode plate provided to face the second vibration electrode plate, and the displacement of the second vibration electrode plate And change in capacitance between the second fixed electrode plate and the second fixed electrode plate It is characterized in that outputs an electric signal Zui.

このさらに別な実施態様では、音響孔を通じて音響振動が第1の振動電極板に達することができ、第1のトランスデューサは音響振動と外来の機械的振動を感知する。一方、第2のトランスデューサは第2の振動電極板に通気孔を開口されているので、第2の振動電極板の表面に達した音響振動は通気孔を通過して第2の振動電極板の裏面に伝わる。その結果、第2の振動電極板の表裏で圧力差が生じず、第2の振動電極板は音響振動によってはほぼ振動しなくなり、第2のトランスデューサは外来の機械的振動のみを感知する。   In this further embodiment, acoustic vibrations can reach the first vibrating electrode plate through the acoustic holes, and the first transducer senses acoustic vibrations and extraneous mechanical vibrations. On the other hand, since the second transducer has a vent hole formed in the second vibrating electrode plate, the acoustic vibration that has reached the surface of the second vibrating electrode plate passes through the vent hole and passes through the second vibrating electrode plate. It is transmitted to the back side. As a result, no pressure difference is generated between the front and back surfaces of the second vibrating electrode plate, the second vibrating electrode plate does not vibrate substantially due to acoustic vibration, and the second transducer senses only external mechanical vibration.

また、このさらに別な実施態様の前記第2のトランスデューサにおいては、前記第2の固定電極板に形成された開口と前記第2の振動電極板に対向して前記基板に形成された第2のバックチャンバのうち少なくとも一方を設けていることが望ましい。この別な実施態様では、音響センサの製造工程において、第2の固定電極板の開口、または前記基板の第2のバックチャンバを通して、基板表面と第2の固定電極板の間に存在していた犠牲層をエッチング除去できる。しかも、第2の振動電極板も通気孔を有しているので、犠牲層をエッチングする際には、通気孔を通ってエッチング液が第2の振動電極板を通過するので、より確実にエッチングを行うことができるとともにエッチング所要時間を短縮できる。   In the second transducer of this further embodiment, an opening formed in the second fixed electrode plate and a second transducer formed on the substrate facing the second vibrating electrode plate. It is desirable to provide at least one of the back chambers. In this alternative embodiment, in the manufacturing process of the acoustic sensor, the sacrificial layer that existed between the substrate surface and the second fixed electrode plate through the opening of the second fixed electrode plate or the second back chamber of the substrate. Can be removed by etching. Moreover, since the second vibrating electrode plate also has a vent hole, when etching the sacrificial layer, the etching solution passes through the second vibrating electrode plate through the vent hole, so that the etching is performed more reliably. The etching time can be shortened.

本発明に係るさらに別な実施態様においては、前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、前記第2のトランスデューサは、前記基板に形成された第2のバックチャンバと、前記第2のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向し且つ開口を設けられた第2の固定電極板と、前記第2のバックチャンバと外部の空間とをつなげる前記基板内の通路とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであることを特徴としている。   In still another embodiment of the present invention, the first transducer is provided on the surface of the substrate so as to cover the first back chamber formed on the substrate and the first back chamber. A first stationary electrode plate facing the first vibrating electrode plate and having an acoustic hole opened, the first vibrating electrode plate being displaced by a displacement of the first vibrating electrode plate; An electrical signal is output based on a change in capacitance between the vibrating electrode plate and the first fixed electrode plate, and the second transducer includes a second back chamber formed on the substrate, A second vibration electrode plate provided on a surface of the substrate so as to cover a second back chamber; a second fixed electrode plate facing the second vibration electrode plate and provided with an opening; Second back chamber and external air And an electrical signal based on a change in capacitance between the second vibrating electrode plate and the second fixed electrode plate due to displacement of the second vibrating electrode plate. It is characterized by output.

このさらに別な実施態様では、第1のトランスデューサは第1の固定電極板に音響孔が開口されているので、音響孔を通じて音響振動が第1の振動電極板に達することができ、第1のトランスデューサは音響振動と外来の機械的振動を感知する。一方、第2のトランスデューサでは、第2のバックチャンバと外部の空間とをつなげる前記基板内の通路とを有しているので、第2の固定電極板の開口を通って伝搬した音響振動と、前記通路及び第2のバックチャンバを通って伝搬した音響振動が第2の振動電極板の表裏に達する。その結果、第2の振動電極板の表裏で圧力差が生じず、第2の振動電極板は音響振動によってはほぼ振動しなくなり、第2のトランスデューサは外来の機械的振動のみを感知する。   In this further embodiment, since the first transducer has an acoustic hole opened in the first fixed electrode plate, the acoustic vibration can reach the first vibrating electrode plate through the acoustic hole, and the first transducer The transducer senses acoustic vibrations and extraneous mechanical vibrations. On the other hand, since the second transducer has a passage in the substrate that connects the second back chamber and the external space, the acoustic vibration propagated through the opening of the second fixed electrode plate; The acoustic vibration propagated through the passage and the second back chamber reaches the front and back of the second vibrating electrode plate. As a result, no pressure difference is generated between the front and back surfaces of the second vibrating electrode plate, the second vibrating electrode plate does not vibrate substantially due to acoustic vibration, and the second transducer senses only external mechanical vibration.

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。   The means for solving the above-described problems in the present invention has a feature in which the above-described constituent elements are appropriately combined, and the present invention enables many variations by combining such constituent elements. .

図1は、特許文献1に開示された音響センサの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the acoustic sensor disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 図2(a)は図1のコンデンサマイクにおける音響検知部の出力波形を示す図、図2(b)は図1のコンデンサマイクにおける振動検知部の出力波形を示す図、図2(c)は図2(b)の出力波形を用いて図2(a)の出力波形からノイズを除去した波形を示す図である。2A is a diagram showing an output waveform of the acoustic detection unit in the condenser microphone of FIG. 1, FIG. 2B is a diagram showing an output waveform of the vibration detection unit in the capacitor microphone of FIG. 1, and FIG. It is a figure which shows the waveform which removed the noise from the output waveform of Fig.2 (a) using the output waveform of FIG.2 (b). 図3は、本発明の実施形態1による音響センサの構造を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the acoustic sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図4は、実施形態1の音響センサに用いられているセンサ本体の分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of a sensor main body used in the acoustic sensor of the first embodiment. 図5(a)は実施形態1の音響センサの音響検知部からの出力波形を示す図、図5(b)は実施形態1の音響センサの振動検知部からの出力波形を示す図、図5(c)は図5(b)の出力波形を用いて図5(a)の出力波形からノイズを除去した波形を示す図である。5A is a diagram illustrating an output waveform from the acoustic detection unit of the acoustic sensor according to the first embodiment, FIG. 5B is a diagram illustrating an output waveform from the vibration detection unit of the acoustic sensor according to the first embodiment, and FIG. (C) is a figure which shows the waveform which removed the noise from the output waveform of Fig.5 (a) using the output waveform of FIG.5 (b). 図6は、比較例を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a comparative example. 図7は、本発明の実施形態2による音響センサの一部を示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a part of an acoustic sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図8は、実施形態2におけるセンサ本体の分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of the sensor body in the second embodiment. 図9は、本発明の実施形態3による音響センサの一部を示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a part of an acoustic sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 図10は、実施形態3におけるセンサ本体の分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view of the sensor body in the third embodiment. 図11は、本発明の実施形態4による音響センサの一部を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a part of an acoustic sensor according to Embodiment 4 of the present invention. 図12は、実施形態4におけるセンサ本体の分解斜視図である。FIG. 12 is an exploded perspective view of the sensor body in the fourth embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various design changes can be made without departing from the gist of the present invention.

(第1の実施形態)
以下、図3〜図6を参照して本発明の実施形態1による音響センサ21を説明する。図3は音響センサ21の概略断面図である。この音響センサ21は、図3に示すように、主としてセンサ本体22と回路素子23、24(ICチップ)とからなり、センサ本体22及び回路素子23、24の下面は配線パターンを形成された配線基板25の上面に接着剤で固定されている。センサ本体22及び回路素子23、24は、配線基板25の上面に接合された電磁シールド用のカバー26によって覆われていて、配線基板25とカバー26によって形成された空間27内に納められている。
(First embodiment)
Hereinafter, the acoustic sensor 21 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic sectional view of the acoustic sensor 21. As shown in FIG. 3, the acoustic sensor 21 mainly includes a sensor main body 22 and circuit elements 23 and 24 (IC chips). The sensor main body 22 and the lower surfaces of the circuit elements 23 and 24 have wiring patterns formed thereon. It is fixed to the upper surface of the substrate 25 with an adhesive. The sensor body 22 and the circuit elements 23 and 24 are covered with an electromagnetic shielding cover 26 bonded to the upper surface of the wiring board 25, and are housed in a space 27 formed by the wiring board 25 and the cover 26. .

図4はセンサ本体22の構造を示す分解斜視図である。このセンサ本体22はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して作製されたMEMS素子であり、一枚のシリコン基板28(基板)に音響検知部29(第1のトランスデューサ)と振動検知部30(第2のトランスデューサ)を設けている。シリコン基板28は表面から裏面に貫通した2つのバックチャンバ31a(第1のバックチャンバ)及びバックチャンバ31b(第2のバックチャンバ)を有している。バックチャンバ31a、31bは内周面が垂直面となっていてもよく、テーパー状に傾斜していてもよい。シリコン基板28のサイズは、平面視で一辺の長さが数mm以下であり、厚みが400〜500μm程度である。シリコン基板28の上面には酸化膜(SiO膜)等からなる絶縁被膜32が形成されている。 FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structure of the sensor body 22. The sensor body 22 is a MEMS element manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, and an acoustic detection unit 29 (first transducer) and a vibration detection unit 30 are formed on a single silicon substrate 28 (substrate). (Second transducer) is provided. The silicon substrate 28 has two back chambers 31a (first back chamber) and a back chamber 31b (second back chamber) penetrating from the front surface to the back surface. The inner surfaces of the back chambers 31a and 31b may be vertical surfaces or may be inclined in a tapered shape. The size of the silicon substrate 28 is such that the length of one side is several mm or less and the thickness is about 400 to 500 μm in plan view. An insulating film 32 made of an oxide film (SiO 2 film) or the like is formed on the upper surface of the silicon substrate 28.

音響検知部29は、一方のバックチャンバ31aの上方においてシリコン基板28の上面に振動電極板33a(第1の振動電極板)と固定電極板34a(第1の固定電極板)を対向させて配置することによって構成されている。また、振動検知部30は、他方のバックチャンバ31bの上方においてシリコン基板28の上面に振動電極板33b(第2の振動電極板)と固定電極板34b(第2の固定電極板)を対向させて配置することによって構成されている。すなわち、振動電極板33a、33bは、各バックチャンバ31a、31bを覆うようにしてシリコン基板28の上面に設けられ、それぞれの振動電極板33a、33bの上方には微小ギャップ(空隙)を介して固定電極板34a、34bが設けられている。   The acoustic detection unit 29 is disposed above the back chamber 31a with the vibration electrode plate 33a (first vibration electrode plate) and the fixed electrode plate 34a (first fixed electrode plate) facing each other on the upper surface of the silicon substrate 28. It is configured by Further, the vibration detection unit 30 causes the vibration electrode plate 33b (second vibration electrode plate) and the fixed electrode plate 34b (second fixed electrode plate) to face each other on the upper surface of the silicon substrate 28 above the other back chamber 31b. It is configured by arranging. That is, the vibrating electrode plates 33a and 33b are provided on the upper surface of the silicon substrate 28 so as to cover the respective back chambers 31a and 31b, and above the vibrating electrode plates 33a and 33b via a minute gap (gap). Fixed electrode plates 34a and 34b are provided.

振動電極板33a、33bは、膜厚が1μm程度のポリシリコン薄膜によって形成されている。振動電極板33a、33bはほぼ矩形状の薄膜であって、その四隅部分には対角方向外側に向けて支持脚35a、35bが延出している。さらに、支持脚35a、35bの一つからは延出部36a、36bが延びている。振動電極板33a、33bは、各バックチャンバ31a、31bの上面を覆うようにしてシリコン基板28の上面に配置され、四隅の各支持脚35a、35bと延出部36a、36bを絶縁被膜32の上に固定されている。振動電極板33a、33bのうちバックチャンバ31a、31bの上方で宙空に支持された部分(この実施形態では、支持脚35a、35b及び延出部36a、36b以外の部分)はそれぞれダイアフラム37a、37b(振動膜)となっている。   The vibrating electrode plates 33a and 33b are formed of a polysilicon thin film having a thickness of about 1 μm. The vibration electrode plates 33a and 33b are substantially rectangular thin films, and support legs 35a and 35b extend diagonally outward at the four corners. Further, extending portions 36a and 36b extend from one of the support legs 35a and 35b. The vibrating electrode plates 33a and 33b are arranged on the upper surface of the silicon substrate 28 so as to cover the upper surfaces of the respective back chambers 31a and 31b, and the support legs 35a and 35b and the extending portions 36a and 36b at the four corners are formed on the insulating coating 32. It is fixed on the top. Of the vibrating electrode plates 33a and 33b, portions supported in the air above the back chambers 31a and 31b (in this embodiment, portions other than the support legs 35a and 35b and the extending portions 36a and 36b) are diaphragms 37a and 37b, respectively. 37b (vibration membrane).

固定電極板34a、34bは、いずれも窒化膜からなるバックプレート38a、38bの上面に金属薄膜からなる固定電極39a、39bを設けたものである。図4に示すように、固定電極板34a、34bは、それぞれダイアフラム37a、37bと対向する領域においては3μm程度の微小ギャップをあけてダイアフラム37a、37bを覆っており、固定電極39a、39bはダイアフラム37a、37bと対向してキャパシタを構成している。固定電極板34a、34bの外周部、すなわちダイアフラム37a、37bと対向する領域の外側の部分は、酸化膜等からなる絶縁被膜32を介してシリコン基板28の上面に固定されている。   The fixed electrode plates 34a and 34b are formed by providing fixed electrodes 39a and 39b made of a metal thin film on the upper surfaces of back plates 38a and 38b made of a nitride film. As shown in FIG. 4, the fixed electrode plates 34a and 34b cover the diaphragms 37a and 37b with a small gap of about 3 μm in the regions facing the diaphragms 37a and 37b, respectively. The fixed electrodes 39a and 39b are diaphragms. A capacitor is configured to face 37a and 37b. The outer peripheral portions of the fixed electrode plates 34a and 34b, that is, the outer portions of the regions facing the diaphragms 37a and 37b are fixed to the upper surface of the silicon substrate 28 with an insulating coating 32 made of an oxide film or the like.

固定電極39a、39bからは引出し部40a、40bが延出されており、引出し部40a、40bの先端にはそれぞれ固定電極39a、39bと導通した電極パッド41a、41b(Au膜)が設けられている。さらに、固定電極板34a、34bには、振動電極板33a、33bの延出部36a、36bに接合して振動電極板33a、33bと導通させる電極パッド42a、42b(Au膜)が設けられている。電極パッド42a、42bはバックプレート38a、38bの上面に配置しており、電極パッド42a、42bはバックプレート38a、38bの開口内に位置している。   Extending portions 40a and 40b extend from the fixed electrodes 39a and 39b, and electrode pads 41a and 41b (Au films) respectively connected to the fixed electrodes 39a and 39b are provided at the tips of the extracted portions 40a and 40b. Yes. Furthermore, the fixed electrode plates 34a and 34b are provided with electrode pads 42a and 42b (Au film) that are joined to the extending portions 36a and 36b of the vibrating electrode plates 33a and 33b and are electrically connected to the vibrating electrode plates 33a and 33b. Yes. The electrode pads 42a and 42b are disposed on the upper surfaces of the back plates 38a and 38b, and the electrode pads 42a and 42b are located in the openings of the back plates 38a and 38b.

固定電極39a及びバックプレート38aには、上面から下面に貫通するようにして、音響振動を通過させるための音響孔43(アコースティックホール)が穿孔されており、ダイアフラム37aとバックチャンバ31aは音響的につながっている。一方、固定電極39b及びバックプレート38bには音響孔その他の孔は開口されておらず、固定電極板34bは振動電極板33bの上方を気密的に覆っている。なお、振動電極板33a、33bは、音響振動や機械的振動に共鳴して振動するものであるから、1μm程度の薄膜となっているが、固定電極板34a、34bは音響振動や機械的振動によって励振されない電極であるので、その厚みは例えば2μm以上というように厚くなっている。   The fixed electrode 39a and the back plate 38a have an acoustic hole 43 (acoustic hole) through which acoustic vibrations pass so as to penetrate from the upper surface to the lower surface, and the diaphragm 37a and the back chamber 31a are acoustically connected. linked. On the other hand, acoustic holes and other holes are not opened in the fixed electrode 39b and the back plate 38b, and the fixed electrode plate 34b covers the vibration electrode plate 33b in an airtight manner. The vibrating electrode plates 33a and 33b vibrate in resonance with acoustic vibrations and mechanical vibrations. Therefore, the vibrating electrode plates 33a and 33b are thin films of about 1 μm. Therefore, the thickness is 2 μm or more, for example.

配線基板25の上面には、音響検知部29の出力信号を処理するための回路素子23が熱硬化性樹脂によって接着されており、音響検知部29と回路素子23はボンディングワイヤにより、あるいは配線基板25の配線パターンを通じて接続される。同様に、配線基板25の上面には、振動検知部30の出力信号を処理するための回路素子24が熱硬化性樹脂によって接着されており、振動検知部30と回路素子24はボンディングワイヤにより、あるいは配線基板25の配線パターンを通じて接続される。   A circuit element 23 for processing the output signal of the acoustic detection unit 29 is bonded to the upper surface of the wiring substrate 25 by a thermosetting resin, and the acoustic detection unit 29 and the circuit element 23 are bonded by a bonding wire or a wiring substrate. The connection is made through 25 wiring patterns. Similarly, a circuit element 24 for processing the output signal of the vibration detection unit 30 is bonded to the upper surface of the wiring board 25 by a thermosetting resin, and the vibration detection unit 30 and the circuit element 24 are bonded by a bonding wire. Alternatively, they are connected through the wiring pattern of the wiring board 25.

カバー26は、導電性接着剤によって外周裏面を配線基板25に接着されており、カバー26は配線基板25の接地パターンに電気的に接続されている。また、カバー26の下面と配線基板25との間の隙間は、導電性接着剤によって封止されている。カバー26は、外部からの電磁ノイズを遮断するために電磁シールド機能を備えている。このためには、カバー26自体を導電性金属によって形成してもよく、樹脂製のカバーの内面をメッキ等の金属被膜で覆ってもよい。また、カバー26は開口44を形成されており、開口44と音響検知部29の間の空間は音響振動を伝搬させるための経路となっている。   The cover 26 has an outer peripheral back surface bonded to the wiring board 25 with a conductive adhesive, and the cover 26 is electrically connected to the ground pattern of the wiring board 25. The gap between the lower surface of the cover 26 and the wiring board 25 is sealed with a conductive adhesive. The cover 26 has an electromagnetic shielding function for blocking electromagnetic noise from the outside. For this purpose, the cover 26 itself may be formed of a conductive metal, or the inner surface of the resin cover may be covered with a metal film such as plating. The cover 26 has an opening 44, and the space between the opening 44 and the sound detection unit 29 is a path for propagating acoustic vibration.

この音響センサ21にあっては、開口44から音響振動(音圧)が伝搬すると、音響孔43を通して音響検知部29内に音響振動が入ってダイアフラム37aを振動させる。ダイアフラム37aが振動すると、ダイアフラム37aと固定電極39aとの間のギャップ距離が変化するので、それによってダイアフラム37aと固定電極39aの間の静電容量が変化する。よって、電極パッド41a、42a間に直流電圧を印加しておき、この静電容量の変化を電気的な信号として取り出すようにすれば、音響振動を電気的な信号に変換して検出することができる。   In the acoustic sensor 21, when acoustic vibration (sound pressure) propagates from the opening 44, acoustic vibration enters the acoustic detection unit 29 through the acoustic hole 43 and vibrates the diaphragm 37 a. When the diaphragm 37a vibrates, the gap distance between the diaphragm 37a and the fixed electrode 39a changes, thereby changing the capacitance between the diaphragm 37a and the fixed electrode 39a. Therefore, if a DC voltage is applied between the electrode pads 41a and 42a and this change in capacitance is taken out as an electrical signal, the acoustic vibration can be converted into an electrical signal and detected. it can.

一方、振動検知部30では、固定電極板34bが音響孔を有していないので、開口44から音響振動が入ってもダイアフラム37bに音響振動が伝わらず、音響振動は振動検知部30で検知されない。   On the other hand, in the vibration detection unit 30, since the fixed electrode plate 34 b does not have an acoustic hole, even if acoustic vibration enters from the opening 44, the acoustic vibration is not transmitted to the diaphragm 37 b, and the acoustic vibration is not detected by the vibration detection unit 30. .

これに対し、機械的振動は、シリコン基板28を通じて音響検知部29のダイアフラム37aと振動検知部30のダイアフラム37bに伝達するので、音響検知部29と振動検知部30の双方で検知される。しかも、音響検知部29と振動検知部30は、同じ感度で機械的振動を検知できるように構成されている。   On the other hand, the mechanical vibration is transmitted to the diaphragm 37a of the acoustic detection unit 29 and the diaphragm 37b of the vibration detection unit 30 through the silicon substrate 28, so that both the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 detect the mechanical vibration. Moreover, the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are configured to detect mechanical vibration with the same sensitivity.

音響検知部29では、外来の機械的振動は検知対象ではないので、音響振動と同時に機械的振動が伝わると、音響検知部29からの出力信号では、図5(a)に示すように機械的振動は音響振動波形に乗ったノイズとなる。一方、振動検知部30では機械的振動のみが検知され、振動検知部30からは図5(b)のような音響検知部29のノイズに対応する機械的振動が出力される。よって、たとえば外部の差動アンプに音響検知部29の出力信号と振動検知部30の出力信号をそれぞれ入力して音響検知部29の出力と振動検知部30の出力との差分信号を出力させるようにすれば、ノイズが除去されて音響振動のみが出力される。   Since the external mechanical vibration is not a detection target in the acoustic detection unit 29, when the mechanical vibration is transmitted simultaneously with the acoustic vibration, the output signal from the acoustic detection unit 29 is mechanical as shown in FIG. The vibration becomes noise on the acoustic vibration waveform. On the other hand, the vibration detection unit 30 detects only mechanical vibrations, and the vibration detection unit 30 outputs mechanical vibrations corresponding to the noise of the acoustic detection unit 29 as shown in FIG. Therefore, for example, the output signal of the acoustic detection unit 29 and the output signal of the vibration detection unit 30 are respectively input to an external differential amplifier so that a difference signal between the output of the acoustic detection unit 29 and the output of the vibration detection unit 30 is output. If so, noise is removed and only acoustic vibration is output.

しかも、音響検知部29と振動検知部30は一枚のシリコン基板28の上に形成されており、シリコン基板28は硬度が高くて弾性定数が大きいので、シリコン基板28を通じて伝わる機械的振動は音響検知部29と振動検知部30とで時間差が非常に小さくなり、両検知部29、30で検知される機械的振動の位相差や減衰がほとんどなくなる。その結果、音響検知部29の出力から精度よくノイズを除去することができ、図5(c)のようにきれいな音響振動波形を取り出すことが可能になる。   In addition, the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are formed on a single silicon substrate 28. Since the silicon substrate 28 has high hardness and a large elastic constant, mechanical vibration transmitted through the silicon substrate 28 is acoustic. The time difference between the detection unit 29 and the vibration detection unit 30 becomes very small, and the phase difference and attenuation of the mechanical vibration detected by both the detection units 29 and 30 are almost eliminated. As a result, noise can be accurately removed from the output of the acoustic detector 29, and a clean acoustic vibration waveform can be extracted as shown in FIG.

なお、図6に示す音響センサは比較例であって、音響検知部29と振動検知部30はそれぞれ別個のシリコン基板28a、28bの上に形成されている。このような比較例の場合には、シリコン基板28aと28bとの界面で機械的振動の反射や時間遅れが発生し、従来例のコンデンサマイクと同様にノイズが十分に除去されなくなる(図2(c)参照)。   The acoustic sensor shown in FIG. 6 is a comparative example, and the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are formed on separate silicon substrates 28a and 28b, respectively. In the case of such a comparative example, reflection of mechanical vibration and time delay occur at the interface between the silicon substrates 28a and 28b, and noise is not sufficiently removed as in the conventional condenser microphone (FIG. 2 ( c)).

また、本実施形態の音響センサ21では、音響検知部29及び振動検知部30としてMEMS素子を用いているので、音響センサ21を小型化することができる。さらに、音響検知部29と振動検知部30が一枚のシリコン基板28の上に形成されているので、センサ本体22の製造工程や配線基板25への実装工程が簡単になり、音響センサ21の製造効率が向上する。   Moreover, in the acoustic sensor 21 of this embodiment, since the MEMS element is used as the acoustic detection part 29 and the vibration detection part 30, the acoustic sensor 21 can be reduced in size. Furthermore, since the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are formed on a single silicon substrate 28, the manufacturing process of the sensor body 22 and the mounting process on the wiring board 25 are simplified, and the acoustic sensor 21 Manufacturing efficiency is improved.

(第2の実施形態)
図7は本発明の実施形態2による音響センサの一部を示す概略断面図である。実施形態2の音響センサの構造は、センサ本体を除けば実施形態1と同一であるので、図7ではセンサ本体51の部分だけを表している(実施形態3、4についても同様)。また、図8は実施形態2のセンサ本体51の分解斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a part of an acoustic sensor according to Embodiment 2 of the present invention. Since the structure of the acoustic sensor of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the sensor main body, only the portion of the sensor main body 51 is shown in FIG. 7 (the same applies to the third and fourth embodiments). FIG. 8 is an exploded perspective view of the sensor main body 51 of the second embodiment.

このセンサ本体51では、振動検知部30側のバックチャンバ(31b)を無くすことによって振動検知部30が音響振動に対して感度を持たないようにしている。すなわち、音響検知部29側にだけバックチャンバ31aを設けてあり、振動検知部30側にはバックチャンバを設けていない。   In the sensor main body 51, the vibration detection unit 30 is not sensitive to acoustic vibration by eliminating the back chamber (31b) on the vibration detection unit 30 side. That is, the back chamber 31a is provided only on the acoustic detection unit 29 side, and no back chamber is provided on the vibration detection unit 30 side.

また、振動検知部30にバックチャンバが存在しないので、製造工程においてシリコン基板28の表面と固定電極板34bとの間に存在していた犠牲層(バックプレート38aとなる半導体層を成膜するための支持層;図示せず)をシリコン基板28の裏面側からエッチングにより除去することができない。そのため、この実施形態では、振動検知部30の固定電極板34bにエッチング用孔52を開口し、エッチング用孔52から犠牲層をエッチングで除去している。   Further, since the back chamber does not exist in the vibration detector 30, the sacrificial layer (semiconductor layer to be the back plate 38a) existing between the surface of the silicon substrate 28 and the fixed electrode plate 34b in the manufacturing process is formed. The support layer (not shown) cannot be removed from the back side of the silicon substrate 28 by etching. Therefore, in this embodiment, the etching hole 52 is opened in the fixed electrode plate 34 b of the vibration detection unit 30, and the sacrificial layer is removed from the etching hole 52 by etching.

このセンサ本体51の振動検知部30は、ダイアフラム37bの下にバックチャンバを有していないので、固定電極板34bにエッチング用孔52が開口していても音響振動に対して感度を持たず、機械的振動だけを検知する。   The vibration detection unit 30 of the sensor main body 51 does not have a back chamber under the diaphragm 37b. Therefore, even if the etching electrode 52 is opened in the fixed electrode plate 34b, the vibration detection unit 30 is not sensitive to acoustic vibration. Only mechanical vibration is detected.

そして、音響検知部29と振動検知部30が一枚のシリコン基板28の上に形成されているので、音響検知部29と振動検知部30において検知する機械的振動に時間差や減衰が起こりにくく、機械的振動による外部振動ノイズを精度よく除去することができる。また、音響センサの製造効率も向上する。   Since the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are formed on a single silicon substrate 28, the mechanical vibration detected by the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 is unlikely to cause a time difference or attenuation. External vibration noise due to mechanical vibration can be accurately removed. In addition, the production efficiency of the acoustic sensor is improved.

(第3の実施形態)
図9は本発明の実施形態3による音響センサの一部であるセンサ本体61を示す概略断面図である。また、図10は実施形態3のセンサ本体61の分解斜視図である。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a sensor main body 61 which is a part of an acoustic sensor according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 10 is an exploded perspective view of the sensor main body 61 according to the third embodiment.

このセンサ本体61では、振動検知部30において、固定電極板34bにエッチング用孔62(あるいは、音響孔)を設けるとともに、ダイアフラム37bに表裏に貫通した通気孔63を設けている。なお、振動検知部30側のバックチャンバ31bは無くてもよい。   In the sensor main body 61, in the vibration detection unit 30, an etching hole 62 (or an acoustic hole) is provided in the fixed electrode plate 34b, and a vent hole 63 penetrating the front and back is provided in the diaphragm 37b. The back chamber 31b on the vibration detection unit 30 side may not be provided.

このセンサ本体61では、エッチング用孔62から音響振動が入ってきても、その音響振動はダイアフラム37bの通気孔63を通り抜けるので、音響振動(音圧)がダイアフラム37bの表裏から加わってダイアフラム37bの表裏で圧力差がなくなる。その結果、ダイアフラム37bは振動せず、音響振動に対して感度を持たず、機械的振動だけを検知する。   In this sensor main body 61, even if acoustic vibration enters from the etching hole 62, the acoustic vibration passes through the vent hole 63 of the diaphragm 37b, so that the acoustic vibration (sound pressure) is applied from the front and back of the diaphragm 37b. There is no pressure difference between the front and back. As a result, the diaphragm 37b does not vibrate, has no sensitivity to acoustic vibrations, and detects only mechanical vibrations.

そして、音響検知部29と振動検知部30が一枚のシリコン基板28の上に形成されているので、音響検知部29と振動検知部30において検知する機械的振動に時間差や減衰が起こりにくく、機械的振動による外部振動ノイズを精度よく除去することができる。また、音響センサの製造効率も向上する。さらに、この実施形態では、バックチャンバ31bを設けない場合には、シリコン基板28の表面と振動電極板33bの間の犠牲層をエッチング除去する際、通気孔63を通ってエッチング液が振動電極板33bの下面に達しやすくなり、犠牲層エッチングを行い易くなる。   Since the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are formed on a single silicon substrate 28, the mechanical vibration detected by the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 is unlikely to cause a time difference or attenuation. External vibration noise due to mechanical vibration can be accurately removed. In addition, the production efficiency of the acoustic sensor is improved. Furthermore, in this embodiment, when the back chamber 31b is not provided, the etching solution passes through the vent hole 63 when the sacrificial layer between the surface of the silicon substrate 28 and the vibration electrode plate 33b is removed by etching. It becomes easy to reach the lower surface of 33b, and it becomes easy to perform sacrificial layer etching.

(第4の実施形態)
図11は本発明の実施形態4による音響センサの一部であるセンサ本体71を示す概略断面図である。また、図12は実施形態4のセンサ本体71の分解斜視図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a sensor main body 71 which is a part of an acoustic sensor according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 12 is an exploded perspective view of the sensor main body 71 of the fourth embodiment.

このセンサ本体71では、振動検知部30において、固定電極板34bにエッチング用孔62(あるいは、音響孔)を設けるとともに、センサ本体71の外部とバックチャンバ31bを連通させる通路72をシリコン基板28に形成している。図示例では通路72をシリコン基板28に横穴状に形成しているが、どのような位置、形状であってもよい。   In the sensor main body 71, the vibration detection unit 30 is provided with an etching hole 62 (or acoustic hole) in the fixed electrode plate 34 b and a passage 72 for communicating the outside of the sensor main body 71 and the back chamber 31 b in the silicon substrate 28. Forming. In the illustrated example, the passage 72 is formed in the shape of a horizontal hole in the silicon substrate 28, but it may have any position and shape.

このセンサ本体71では、エッチング用孔62から入ってきた音響振動と通路72及びバックチャンバ31bを伝わってきた音響振動がダイアフラム37bの表裏に加わるので、ダイアフラム37bが音響振動によって振動せず、音響振動に対して感度を持たない。   In this sensor main body 71, the acoustic vibration that has entered from the etching hole 62 and the acoustic vibration that has been transmitted through the passage 72 and the back chamber 31b are applied to the front and back of the diaphragm 37b, so that the diaphragm 37b does not vibrate due to the acoustic vibration. It has no sensitivity to.

そして、音響検知部29と振動検知部30が一枚のシリコン基板28の上に形成されているので、音響検知部29と振動検知部30において検知する機械的振動に時間差や減衰が起こりにくく、機械的振動による外部振動ノイズを精度よく除去することができる。また、音響センサの製造効率も向上する。   Since the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 are formed on a single silicon substrate 28, the mechanical vibration detected by the acoustic detection unit 29 and the vibration detection unit 30 is unlikely to cause a time difference or attenuation. External vibration noise due to mechanical vibration can be accurately removed. In addition, the production efficiency of the acoustic sensor is improved.

21、51、61、71 音響センサ
22 センサ本体
25 配線基板
28 シリコン基板
29 音響検知部
30 振動検知部
31a、31b バックチャンバ
33a、33b 振動電極板
34a、34b 固定電極板
37a、37b ダイアフラム
38a、38b バックプレート
39a、39b 固定電極
43 音響孔
52、62 エッチング用孔
72 通路
21, 51, 61, 71 Acoustic sensor 22 Sensor body 25 Wiring substrate 28 Silicon substrate 29 Acoustic detection unit 30 Vibration detection unit 31a, 31b Back chamber 33a, 33b Vibration electrode plate 34a, 34b Fixed electrode plate 37a, 37b Diaphragm 38a, 38b Back plate 39a, 39b Fixed electrode 43 Acoustic hole 52, 62 Etching hole 72 Passage

Claims (8)

一枚の基板に、音響振動及び機械的振動を感知して電気信号を出力する第1のトランスデューサと、機械的振動のみを感知して電気信号を出力する第2のトランスデューサとを設けたことを特徴とする音響センサ。   A single substrate is provided with a first transducer that senses acoustic vibration and mechanical vibration and outputs an electrical signal, and a second transducer that senses only mechanical vibration and outputs an electrical signal. A characteristic acoustic sensor. 前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、
前記第2のトランスデューサは、前記基板の表面に設けた第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向し且つ開口のない第2の固定電極板とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The first transducer includes a first back chamber formed on the substrate, a first vibrating electrode plate provided on a surface of the substrate so as to cover the first back chamber, and the first transducer A first fixed electrode plate facing the vibration electrode plate and having an acoustic hole opened between the first vibration electrode plate and the first fixed electrode plate due to displacement of the first vibration electrode plate. An electrical signal is output based on the change in capacitance,
The second transducer includes a second vibrating electrode plate provided on the surface of the substrate, and a second fixed electrode plate facing the second vibrating electrode plate and having no opening, and the second transducer The electrical signal is output based on a change in electrostatic capacitance between the second vibrating electrode plate and the second fixed electrode plate due to the displacement of the vibrating electrode plate. Acoustic sensor.
前記第2のトランスデューサにおいて、前記第2の振動電極板に対向させて前記基板に第2のバックチャンバを形成したことを特徴とする、請求項2に記載の音響センサ。   3. The acoustic sensor according to claim 2, wherein in the second transducer, a second back chamber is formed on the substrate so as to face the second vibrating electrode plate. 前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、
前記第2のトランスデューサは、前記基板のバックチャンバが形成されていない領域の表面に設けた第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向して設けられた第2の固定電極板とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力することを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The first transducer includes a first back chamber formed on the substrate, a first vibrating electrode plate provided on a surface of the substrate so as to cover the first back chamber, and the first transducer A first fixed electrode plate facing the vibration electrode plate and having an acoustic hole opened between the first vibration electrode plate and the first fixed electrode plate due to displacement of the first vibration electrode plate. An electrical signal is output based on the change in capacitance,
The second transducer includes a second vibrating electrode plate provided on a surface of a region where the back chamber of the substrate is not formed, and a second fixed electrode provided opposite to the second vibrating electrode plate. And an electrical signal is output based on a change in capacitance between the second vibrating electrode plate and the second fixed electrode plate due to displacement of the second vibrating electrode plate. The acoustic sensor according to claim 1.
前記第2の固定電極板に開口を設けたことを特徴とする、請求項4に記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to claim 4, wherein an opening is provided in the second fixed electrode plate. 前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、
前記第2のトランスデューサは、前記基板の表面に設けられ且つ通気孔を開口された第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向して設けられた第2の固定電極板とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The first transducer includes a first back chamber formed on the substrate, a first vibrating electrode plate provided on a surface of the substrate so as to cover the first back chamber, and the first transducer A first fixed electrode plate facing the vibration electrode plate and having an acoustic hole opened between the first vibration electrode plate and the first fixed electrode plate due to displacement of the first vibration electrode plate. An electrical signal is output based on the change in capacitance,
The second transducer includes a second vibrating electrode plate provided on the surface of the substrate and having a vent hole, and a second fixed electrode plate provided opposite to the second vibrating electrode plate. And an electrical signal is output based on a change in capacitance between the second vibrating electrode plate and the second fixed electrode plate due to displacement of the second vibrating electrode plate. The acoustic sensor according to claim 1.
前記第2のトランスデューサにおいて、前記第2の固定電極板に形成された開口と前記第2の振動電極板に対向して前記基板に形成された第2のバックチャンバのうち少なくとも一方を設けたことを特徴とする、請求項6に記載の音響センサ。   In the second transducer, at least one of an opening formed in the second fixed electrode plate and a second back chamber formed in the substrate facing the second vibrating electrode plate is provided. The acoustic sensor according to claim 6, wherein: 前記第1のトランスデューサは、前記基板に形成された第1のバックチャンバと、前記第1のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第1の振動電極板と、前記第1の振動電極板に対向し且つ音響孔を開口された第1の固定電極板とを有し、前記第1の振動電極板の変位による前記第1の振動電極板と前記第1の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであり、
前記第2のトランスデューサは、前記基板に形成された第2のバックチャンバと、前記第2のバックチャンバを覆うようにして前記基板の表面に設けた第2の振動電極板と、前記第2の振動電極板に対向し且つ開口を設けられた第2の固定電極板と、前記第2のバックチャンバと外部の空間とをつなげる前記基板内の通路とを有し、前記第2の振動電極板の変位による前記第2の振動電極板と前記第2の固定電極板の間の静電容量の変化に基づいて電気信号を出力するものであることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The first transducer includes a first back chamber formed on the substrate, a first vibrating electrode plate provided on a surface of the substrate so as to cover the first back chamber, and the first transducer A first fixed electrode plate facing the vibration electrode plate and having an acoustic hole opened between the first vibration electrode plate and the first fixed electrode plate due to displacement of the first vibration electrode plate. An electrical signal is output based on the change in capacitance,
The second transducer includes a second back chamber formed on the substrate, a second vibrating electrode plate provided on the surface of the substrate so as to cover the second back chamber, and the second transducer A second fixed electrode plate facing the vibration electrode plate and provided with an opening; and a passage in the substrate for connecting the second back chamber and an external space, the second vibration electrode plate 2. The acoustic sensor according to claim 1, wherein an electrical signal is output based on a change in electrostatic capacitance between the second vibrating electrode plate and the second fixed electrode plate due to a displacement of the first electrode.
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