JP2012135041A - Acoustic sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acoustic sensor capable of effectively reducing the phenomena that vibration of a vibration electrode plate is prevented by the vibration electrode plate being fixed to a counter electrode plate.SOLUTION: A vibration electrode plate 24 sensitive to acoustic pressure opposes a counter electrode plate 25 to constitute a capacitive acoustic sensor. The counter electrode plate 25 has an acoustic hole 31 which allows vibrations to pass therethrough and the plurality of protrusions 36 extended on a face opposing to the vibration electrode plate 24. A distance between the protrusions 36 neighboring in an opposing area of the counter electrode plate 25 which is opposite to a highly flexible area of the vibration electrode plate 24 is narrower than that of the protrusions 36 neighboring in the opposing area of the counter electrode plate 25 which is opposite to a low flexible area of the vibration electrode plate 24.

Description

本発明は音響センサに関し、特に気体や液体中を伝搬する音圧すなわち音響振動を検出するための音響センサに関するものである。   The present invention relates to an acoustic sensor, and more particularly to an acoustic sensor for detecting sound pressure propagating in a gas or liquid, that is, acoustic vibration.

音響センサとしては、特開2006−157863号公報(特許文献1)に開示されたものがある。   As an acoustic sensor, there is one disclosed in JP 2006-157863 A (Patent Document 1).

この音響センサは、振動電極板(可動電極)と対向電極板(固定電極)とが微小ギャップ(空隙)を隔てて対向した構造となっている。この振動電極板は、膜厚1μm程度の薄膜によって形成されているので、音圧を受けるとその振動に感応して微小振動する。そして、振動電極板が振動すると振動電極板と対向電極板とのギャップ距離が変化するので、そのときの振動電極板と対向電極板の間の静電容量の変化を検出することにより音響振動が検出される。   This acoustic sensor has a structure in which a vibrating electrode plate (movable electrode) and a counter electrode plate (fixed electrode) are opposed to each other with a minute gap (gap). Since this vibrating electrode plate is formed of a thin film having a film thickness of about 1 μm, it vibrates minutely in response to the vibration when it receives sound pressure. When the vibrating electrode plate vibrates, the gap distance between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate changes, so that the acoustic vibration is detected by detecting the change in capacitance between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate at that time. The

また、この音響センサは、マイクロマシニング(半導体微細加工)技術を利用して製造されており、高感度でありながらも平面視で一辺が数mm程度の微小な寸法を有している。   In addition, this acoustic sensor is manufactured using a micromachining (semiconductor micromachining) technique, and has a very small size with a side of several millimeters in plan view while being highly sensitive.

しかしながら、このような音響センサでは、その製造工程や使用中において、図1に示すように、振動電極板12が対向電極板13に固着することがある(以下、振動電極板の一部又はほぼ全体が対向電極板に固着してギャップがなくなった状態、あるいはその現象をスティックと呼ぶ。)。こうして振動電極板12が対向電極板13にスティックすると、振動電極板12の振動が妨げられるので、音響センサ11によって音響振動を検出することができなくなる。   However, in such an acoustic sensor, the vibration electrode plate 12 may be fixed to the counter electrode plate 13 as shown in FIG. The state where the whole is fixed to the counter electrode plate and the gap disappears, or the phenomenon is called a stick). When the vibrating electrode plate 12 sticks to the counter electrode plate 13 in this way, the vibration of the vibrating electrode plate 12 is hindered, and therefore the acoustic sensor 11 cannot detect the acoustic vibration.

図2(a)及び図2(b)は、音響センサ11にスティックが発生する原因を説明するための概略図であって、図1のX部に相当する部分を拡大して示したものである。音響センサ11は、マイクロマシニング技術を利用して製造されるので、例えばエッチング後の洗浄工程において振動電極板12と対向電極板13との間に水分14が浸入する。また、音響センサ11の使用中においても、振動電極板12と対向電極板13との間に湿気が溜まったり、音響センサ11が水に濡れたりする場合がある。   2 (a) and 2 (b) are schematic diagrams for explaining the cause of the occurrence of a stick in the acoustic sensor 11, and an enlarged view corresponding to the portion X in FIG. is there. Since the acoustic sensor 11 is manufactured using a micromachining technique, for example, moisture 14 permeates between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 in a cleaning process after etching. Further, even during use of the acoustic sensor 11, moisture may accumulate between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 or the acoustic sensor 11 may get wet with water.

一方、音響センサ11は微小な寸法を有しているため、振動電極板12と対向電極板13の間のギャップ距離は数μmしかない。しかも、音響センサ11の感度を高くするために、振動電極板12の膜厚は1μm程度に薄くなっており、振動電極板12のバネ性は弱くなっている。   On the other hand, since the acoustic sensor 11 has a minute size, the gap distance between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 is only a few μm. Moreover, in order to increase the sensitivity of the acoustic sensor 11, the thickness of the vibrating electrode plate 12 is as thin as about 1 μm, and the spring property of the vibrating electrode plate 12 is weakened.

そのため、このような音響センサ11では、たとえば以下に説明するように2段階の過程を経てスティックが起きることがある。第1段階においては、図2(a)に示したように、振動電極板12と対向電極板13との間に水分14が浸入したとき、その水分による毛細管力P1ないし表面張力によって振動電極板12が対向電極板13に引き付けられる。   Therefore, in such an acoustic sensor 11, a stick may occur through a two-step process as described below, for example. In the first stage, as shown in FIG. 2A, when moisture 14 enters between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13, the vibrating electrode plate is caused by the capillary force P1 or surface tension caused by the moisture. 12 is attracted to the counter electrode plate 13.

そして、第2段階においては、振動電極板12と対向電極板13の間の水分14が蒸発した後、振動電極板12が対向電極板13にくっついて、その状態が保持される。水分14が蒸発した後も振動電極板12を対向電極板13に固着させて保持する力P2としては、振動電極板12表面と対向電極板13表面との間に働く分子間力、表面間力、静電気力などがある。その結果、振動電極板12は対向電極板13にくっついた状態に保持され、音響センサ11が機能しなくなる。   In the second stage, after the moisture 14 between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 evaporates, the vibrating electrode plate 12 adheres to the counter electrode plate 13 and the state is maintained. As the force P2 for fixing the vibrating electrode plate 12 to the counter electrode plate 13 and holding it after the moisture 14 evaporates, the intermolecular force and inter-surface force acting between the surface of the vibrating electrode plate 12 and the surface of the counter electrode plate 13 are used. There is static electricity. As a result, the vibration electrode plate 12 is held in a state of being attached to the counter electrode plate 13, and the acoustic sensor 11 does not function.

なお、ここでは浸入した水分の毛細管力によって第1段階で振動電極板12が対向電極板13にくっつく場合を説明したが、水分以外の液体による場合もあり、また、大きな音圧が振動電極板に加わって振動電極板が対向電極板にくっつく場合もある。また、振動電極板が静電気を帯びて対向電極板にくっつくことで、第1段階の過程が起きる場合もある。ただし、以下においては、水分が原因となって振動電極板が対向電極板にくっつくものとして説明する。   Here, the case where the vibrating electrode plate 12 sticks to the counter electrode plate 13 in the first stage due to the capillary force of the water that has entered has been described. In addition, the vibrating electrode plate may stick to the counter electrode plate. Further, the first stage process may occur when the vibrating electrode plate is statically attached to the counter electrode plate. However, in the following description, it is assumed that the vibration electrode plate sticks to the counter electrode plate due to moisture.

上記のようなスティックを軽減する方法としては、振動電極板12の弾性復元力Qを大きくし、弾性復元力Qが第1段階における水分14の毛細管力P1や第2段階における保持力P2に打ち勝って振動電極板12が元の状態に復帰するようにすればよい。振動電極板12の弾性復元力Qを大きくするには、振動電極板12の膜厚を厚くしてバネ性を高くすればよい。しかし、振動電極板12の弾性復元力Qを大きくすると、振動電極板12が振動しにくくなるので、音響センサ11の感度が悪くなるという不具合がある。   As a method of reducing the stick as described above, the elastic restoring force Q of the vibrating electrode plate 12 is increased, and the elastic restoring force Q overcomes the capillary force P1 of the moisture 14 in the first stage and the holding force P2 in the second stage. Thus, the vibrating electrode plate 12 may be returned to the original state. In order to increase the elastic restoring force Q of the vibration electrode plate 12, the film thickness of the vibration electrode plate 12 may be increased to increase the spring property. However, when the elastic restoring force Q of the vibration electrode plate 12 is increased, the vibration electrode plate 12 is less likely to vibrate, so that the sensitivity of the acoustic sensor 11 is deteriorated.

あるいは、第1段階において毛細管力P1が振動電極板12の弾性復元力Qより小さくなるようにしてもスティックを軽減できる。毛細管力P1は振動電極板12と対向電極板13とのギャップ距離が小さいほど強くなるので、毛細管力P1を小さくするには、ギャップ距離を大きくすればよい。しかし、振動電極板12と対向電極板13の間のギャップ距離を大きくすると、音響センサ11の厚みが大きくなり、音響センサ11の微小化が妨げられることになる。また、音響センサ11の感度も低下する。   Alternatively, the stick can be reduced even if the capillary force P1 is smaller than the elastic restoring force Q of the vibrating electrode plate 12 in the first stage. Since the capillary force P1 increases as the gap distance between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 decreases, the capillary distance P1 can be reduced by increasing the gap distance. However, when the gap distance between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 is increased, the thickness of the acoustic sensor 11 is increased, and miniaturization of the acoustic sensor 11 is prevented. Moreover, the sensitivity of the acoustic sensor 11 is also reduced.

かかる状況に鑑みて、特許文献1に開示されている音響センサでは、図3に示すように、対向電極板13の振動電極板12と対向する面に多数の突起15を設けることにより、振動電極板12と対向電極板13とのスティックを軽減している。この突起は、一般的に対向電極板全体に等間隔に配置されている。振動電極板12と対向電極板13との間の保持力P2は、両電極板12、13の接触面積と相関があることが知られており、その接触面積が小さいと保持力P2も小さくなる。従って、対向電極板13に突起15を設け、突起15をできるだけ細くすれば、振動電極板12と対向電極板13(突起15)との接触面積が小さくなり、保持力P2も弱くなるので、振動電極板12のスティックが起こりにくくなる。   In view of such a situation, in the acoustic sensor disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 3, the vibration electrode is provided by providing a large number of protrusions 15 on the surface of the counter electrode plate 13 facing the vibration electrode plate 12. The stick between the plate 12 and the counter electrode plate 13 is reduced. The protrusions are generally arranged at equal intervals over the entire counter electrode plate. It is known that the holding force P2 between the vibrating electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 has a correlation with the contact area of both the electrode plates 12 and 13, and the holding force P2 is reduced when the contact area is small. . Therefore, if the counter electrode plate 13 is provided with the protrusion 15 and the protrusion 15 is made as thin as possible, the contact area between the vibration electrode plate 12 and the counter electrode plate 13 (protrusion 15) is reduced, and the holding force P2 is also weakened. The stick of the electrode plate 12 hardly occurs.

なお、非特許文献2には、マイクロ構造物では質量に対する表面積の割合が大きくなるため、部材表面間に働く表面間力が重要な役割を担うようになり、特にダイアフラムを有する微小素子では表面間力によってダイアフラムと対向基板とが付着したまま動作しなくなる場合があることが記載されている。また、非特許文献2には、カンチレバーに突起(ストッパ)を設けることによってカンチレバーの固着を低減できることが記載されている。   In Non-Patent Document 2, since the ratio of the surface area to the mass is increased in the microstructure, the inter-surface force acting between the member surfaces plays an important role, particularly in a micro device having a diaphragm. It is described that there is a case where the diaphragm and the counter substrate are not attached to each other due to the force and may not operate. Non-Patent Document 2 describes that cantilever sticking can be reduced by providing a protrusion (stopper) on the cantilever.

特開2006−157863号公報JP 2006-157863 A

土屋 茂樹、外5名、“マイクロ構造における表面間力の測定と表面間力の低減”計測自動制御学会論文集、日本、計測自動制御学会、1994年発行、第30巻、第2号、第136頁〜第142頁Shigeki Tsuchiya, 5 others, “Measurement of inter-surface force and reduction of inter-surface force in micro structure” Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, Japan, Society of Instrument and Control Engineers, 1994, Vol. 30, No. 2 136-142

しかしながら、音響センサにおいて、振動電極板に設けた突起どうしの間隔を種々変化させて実験を繰り返した結果、突起を設けることによって振動電極板のスティックが起きないようにしようとすれば、突起どうしの間隔が適当な値となるように調整しなければならないということが分かった。   However, in the acoustic sensor, as a result of repeating the experiment by changing the interval between the protrusions provided on the vibration electrode plates in various ways, if it is attempted to prevent the vibration electrode plate from sticking by providing the protrusions, It has been found that the interval must be adjusted to an appropriate value.

図4(a)〜図4(c)はそれぞれ、突起15どうしの間隔が大きすぎる場合と、適切な場合と、小さすぎる場合とにおける振動電極板12の様子を模式的に表した図である。図4(b)は突起15どうしの間隔dが適切な場合を表している。この場合には、水分で振動電極板12が対向電極板13にくっついたとしても、図4(b)に2点鎖線で示すように、突起15と振動電極板12との接触面積が小さいため、水分が蒸発したときの保持力P2は振動電極板12の弾性復元力Qよりも小さくなる。よって、図4(b)に実線で示すように、振動電極板12は自己の弾性復元力Qによって元の状態に戻る。   FIGS. 4A to 4C are diagrams schematically showing the state of the vibrating electrode plate 12 when the interval between the protrusions 15 is too large, when it is appropriate, and when it is too small. . FIG. 4B shows a case where the distance d between the protrusions 15 is appropriate. In this case, even if the vibration electrode plate 12 adheres to the counter electrode plate 13 with moisture, the contact area between the protrusion 15 and the vibration electrode plate 12 is small as shown by a two-dot chain line in FIG. When the moisture evaporates, the holding force P2 is smaller than the elastic restoring force Q of the vibrating electrode plate 12. Therefore, as shown by a solid line in FIG. 4B, the vibrating electrode plate 12 returns to its original state by its own elastic restoring force Q.

これに対し、図4(a)のように、突起15どうしの間隔dが適切な間隔よりも小さ場合には、突起15が細くて先端の面積が小さくても突起15の先端面の微小化には限度があるので、突起51全体としては先端面の面積の合計値は大きなものとなる。そのため、この場合には、振動電極板12がほぼ全体あるいは広い領域にわたって突起15の先端面にくっつき、振動電極板12が突起15にスティックする。なお、図4(a)のように振動電極板12が多数の突起15の先端面にくっついている状態を全体スティックと呼ぶ。   On the other hand, as shown in FIG. 4A, when the distance d between the protrusions 15 is smaller than an appropriate distance, even if the protrusion 15 is thin and the tip area is small, the tip surface of the protrusion 15 is miniaturized. Since there is a limit, the total value of the area of the tip surface of the protrusion 51 as a whole is large. Therefore, in this case, the vibration electrode plate 12 sticks to the tip surface of the protrusion 15 over substantially the whole or a wide area, and the vibration electrode plate 12 sticks to the protrusion 15. Note that the state in which the vibrating electrode plate 12 is attached to the tip surfaces of the many protrusions 15 as shown in FIG.

また、図4(c)のように、突起15どうしの間隔dが適切な間隔よりも大きい場合には、振動電極板12が突起15に当接しても、隣接する突起15間に振動電極板12の一部が落ち込んで対向電極板13に接触する。こうして振動電極板12が対向電極板13にくっついた状態では、接触箇所は1箇所であっても接触面積は突起15の先端面積に比較してかなり大きくなるので、振動電極板12が対向電極板13に固着することになる。なお、図4(c)のように振動電極板12の一部が突起15間で対向電極板13にくっついている状態を局所スティックと呼ぶ。   Further, as shown in FIG. 4C, when the distance d between the protrusions 15 is larger than the appropriate distance, even if the vibration electrode plate 12 abuts the protrusion 15, the vibration electrode plate is between the adjacent protrusions 15. A part of 12 falls and contacts the counter electrode plate 13. Thus, in the state where the vibration electrode plate 12 is attached to the counter electrode plate 13, the contact area is considerably larger than the tip end area of the protrusion 15 even if there is only one contact location. 13 will be fixed. A state in which a part of the vibrating electrode plate 12 sticks to the counter electrode plate 13 between the protrusions 15 as shown in FIG.

全体スティックと局所スティックとを比較すると、一般的には、局所スティックよりも全体スティックが起こりやすい。したがって、設計段階で突起の間隔を決める場合には、局所スティックのおそれがあっても突起の間隔は広くしておきたい。しかし、静電容量型の音響センサでは、振動電極板と対向電極板とが数μm程度の微小ギャップを介して対向しているので、振動電極板に音圧を超えるような小さな力が加わるだけで振動電極板が対向電極板に接触する。また、振動電極板は音圧で変形するほどバネ性が弱くて軟らかいので、対向電極板にくっついたときに復元力が弱い。そのため、突起の間隔が広くなった場合には、局所スティックが起きやすい構造となる。   When the whole stick and the local stick are compared, generally, the whole stick is more likely to occur than the local stick. Therefore, when determining the spacing between the projections at the design stage, it is desirable to keep the spacing between the projections wide even if there is a risk of a local stick. However, in the capacitive acoustic sensor, the vibrating electrode plate and the counter electrode plate are opposed to each other with a small gap of about several μm, so that a small force exceeding the sound pressure is applied to the vibrating electrode plate. The vibrating electrode plate comes into contact with the counter electrode plate. Further, since the vibrating electrode plate is so soft and soft that it is deformed by sound pressure, the restoring force is weak when it adheres to the counter electrode plate. For this reason, when the interval between the protrusions becomes wide, a structure in which a local stick is likely to occur is obtained.

その結果、従来の音響センサでは、突起どうしの間隔が大きすぎても、小さすぎてもスティックが発生しやすくなり、適切な間隔となるように突起を設けることが難しかった。また、振動電極板のバネ性、突起の先端面積、液体の毛細管力、表面間力などの値を想定して適切な間隔で突起を設けてあっても、振動電極板のバネ性等の値のばらつきがあると、いずれかのスティックが発生する恐れがあった。   As a result, in the conventional acoustic sensor, even if the interval between the protrusions is too large or too small, sticks are easily generated, and it is difficult to provide the protrusions at an appropriate interval. Also, even if the projections are provided at appropriate intervals assuming values such as the spring property of the vibrating electrode plate, the tip tip area, the capillary force of the liquid, and the inter-surface force, values such as the spring property of the vibrating electrode plate There was a risk that either stick would occur.

なお、振動電極板に突起を設けると剛性が高くなって振動電極板が音圧で振動しにくくなるので、突起は対向電極板に設けることが多い。突起を振動電極板に設けた場合には、全体スティックは振動電極板の多数の突起が対向電極板のほぼ全体にくっついた状態であり、局所スティックは振動電極板の突起が対向電極板に当接し、振動電極板の当該突起間の部分が変形して対向電極板にくっついた状態である。   It should be noted that, if the projection is provided on the vibration electrode plate, the rigidity is increased and the vibration electrode plate is less likely to vibrate with sound pressure. When the protrusions are provided on the vibrating electrode plate, the entire stick has a large number of protrusions on the vibrating electrode plate attached to almost the entire counter electrode plate, and the local stick has a protrusion on the vibrating electrode plate that touches the counter electrode plate. The portion between the protrusions of the vibrating electrode plate is deformed and is attached to the counter electrode plate.

また、突起を振動電極板又は対向電極板のほぼ全体に均等な間隔で設けた場合には、突起の密度をそれほど大きくする必要のない領域にまで数多くの突起を設けることになるので、突起の総数が大きくなる。突起が増加すると、振動電極板が対向電極板側へ近づくときに振動電極板と対向電極板との間の空気が外へ排出されにくくなり、また振動電極板が対向電極板側から遠ざかるときに振動電極板と対向電極板との間に空気が流れこみにくくなる。その結果、振動電極板が振動する際の空気抵抗が大きくなり、エアダンピングにより振動電極板の振動が抑制され、音響センサの周波数特性(特に高周波側での特性)が悪くなる。   In addition, when the protrusions are provided at almost equal intervals on the vibration electrode plate or the counter electrode plate, a large number of protrusions are provided even in an area where the density of the protrusions does not need to be increased so much. The total number increases. When the protrusions increase, it becomes difficult for the air between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate to be discharged outside when the vibrating electrode plate approaches the counter electrode plate side, and when the vibrating electrode plate moves away from the counter electrode plate side. Air hardly flows between the vibration electrode plate and the counter electrode plate. As a result, the air resistance when the vibrating electrode plate vibrates increases, the vibration of the vibrating electrode plate is suppressed by air damping, and the frequency characteristics (especially on the high frequency side) of the acoustic sensor deteriorate.

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、振動電極板が対向電極板に固着して振動電極板の振動が妨げられる現象を効果的に軽減することのできる音響センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and an object thereof is to effectively prevent a phenomenon in which the vibration electrode plate is fixed to the counter electrode plate and the vibration of the vibration electrode plate is hindered. An object of the present invention is to provide an acoustic sensor that can be reduced.

本発明にかかる音響センサは、基板に固定され、かつ、音圧に感応する振動電極板と、基板に固定され、かつ、前記振動電極板と空隙を介して対向した対向電極板とを有する音響センサにおいて、前記振動電極板又は前記対向電極板の前記空隙側の面に複数の突起を設け、前記振動電極板又は前記対向電極板における突起形成領域に応じて隣接する突起どうしの間隔を変化させ、前記振動電極板又は前記対向電極板のうち前記突起を設けた側の電極板において、前記振動電極板の柔軟性の高い領域又は前記柔軟性の高い領域に対向する前記対向電極板の対向領域における隣接する突起どうしの間隔が、前記振動電極板の柔軟性の低い領域又は前記柔軟性の低い領域に対向する前記対向電極板の対向領域における隣接する突起どうしの間隔よりも小さいことを特徴としている。   An acoustic sensor according to the present invention includes a vibration electrode plate fixed to a substrate and sensitive to sound pressure, and a counter electrode plate fixed to the substrate and opposed to the vibration electrode plate through a gap. In the sensor, a plurality of protrusions are provided on the surface on the gap side of the vibration electrode plate or the counter electrode plate, and an interval between adjacent protrusions is changed according to a protrusion formation region in the vibration electrode plate or the counter electrode plate. In the electrode plate on the side where the protrusion is provided in the vibrating electrode plate or the counter electrode plate, a highly flexible region of the vibrating electrode plate or a counter region of the counter electrode plate facing the highly flexible region The distance between adjacent protrusions in the region is less than the distance between adjacent protrusions in the opposing region of the counter electrode plate facing the low flexibility region or the low flexibility region of the vibrating electrode plate It is characterized by small.

本発明にかかる音響センサにあっては、前記振動電極板又は前記対向電極板の空隙側の面に複数の突起を設けているので、振動電極板が変形して対向電極板に接触する際には、突起を挟んで振動電極板と対向電極板が接触することになる。その結果、振動電極板と対向電極板との実質的な接触面積を小さくでき、振動電極板のスティックを軽減できる。   In the acoustic sensor according to the present invention, since the plurality of protrusions are provided on the surface of the vibration electrode plate or the counter electrode plate on the gap side, when the vibration electrode plate is deformed and contacts the counter electrode plate Means that the vibrating electrode plate and the counter electrode plate are in contact with each other with the protrusion interposed therebetween. As a result, the substantial contact area between the vibration electrode plate and the counter electrode plate can be reduced, and the stick of the vibration electrode plate can be reduced.

しかも、本発明の音響センサにあっては、突起形成領域に応じて隣接する突起どうしの間隔を変化させているので、隣接する突起どうしの間で振動電極板が対向電極板に固着する局所スティックや、振動電極板又は対向電極板が広い領域にわたって多数の突起に固着する全体スティックを軽減することができる。   Moreover, in the acoustic sensor of the present invention, since the interval between the adjacent protrusions is changed according to the protrusion formation region, the local stick in which the vibration electrode plate is fixed to the counter electrode plate between the adjacent protrusions. In addition, it is possible to reduce the entire stick in which the vibrating electrode plate or the counter electrode plate is fixed to a large number of protrusions over a wide area.

また、隣接する突起どうしの間隔を振動電極板又は対向電極板の全体で一定にし、かつ、隣接する突起どうしの間隔を適切な値に調整する方法では、振動電極板のバネ性がばらついたり、振動電極板と対向電極板の間に浸入した水分の毛細管力が異なったりすると、局所スティックや全体スティックが起こる恐れがある。これに対し、本発明の音響センサでは、突起形成領域に応じて隣接する突起どうしの間隔を変化させることによって振動電極板のスティックを軽減しているので、振動電極板のバネ性がばらついたり、振動電極板と対向電極板の間に浸入した水分の毛細管力が異なったりしても、局所スティックや全体スティックが起こりにくくなる。従って、隣接する突起どうしの間隔の設計値の許容範囲が広くなり、音響センサの特性が安定すると共に音響センサの設計及び製造が容易になる。   Further, in the method of making the interval between adjacent protrusions constant throughout the vibration electrode plate or the counter electrode plate, and adjusting the interval between adjacent protrusions to an appropriate value, the spring property of the vibration electrode plate varies, If the capillary force of water that has entered between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate is different, a local stick or a whole stick may occur. On the other hand, in the acoustic sensor of the present invention, since the stick of the vibration electrode plate is reduced by changing the interval between adjacent protrusions according to the protrusion formation region, the spring property of the vibration electrode plate varies, Even if the capillary force of moisture entering between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate is different, the local stick and the whole stick are less likely to occur. Therefore, the allowable range of the design value of the interval between adjacent protrusions is widened, the characteristics of the acoustic sensor are stabilized, and the design and manufacture of the acoustic sensor are facilitated.

局所スティックは、振動電極板の柔軟性の高い領域で起きやすいので、本発明の音響センサでは、当該領域で隣接する突起どうしの間隔を比較的小さくすることで局所スティックを軽減することができ、また振動電極板の柔軟性の低い領域で隣接する突起どうしの間隔を大きくすることにより、局所スティックを抑制しながら全体スティックを軽減することができる。また、本発明の音響センサでは、振動電極板の柔軟性が高い領域だけで突起どうしの間隔が小さくなるので、全体としては突起の数を少なくすることができる。突起の数が少なくなると、振動電極板と対向電極板との間における空気の流れが阻害されにくくなるのでエアダンピングが低減され、音響センサの周波数特性(特に、高周波側での特性)が平坦になり、周波数帯域が広くなる。   Since the local stick is likely to occur in a highly flexible area of the vibrating electrode plate, the acoustic sensor of the present invention can reduce the local stick by relatively reducing the interval between adjacent protrusions in the area. Further, by increasing the interval between the adjacent protrusions in the low flexibility region of the vibration electrode plate, the entire stick can be reduced while suppressing the local stick. Further, in the acoustic sensor of the present invention, the interval between the projections is reduced only in the region where the vibration electrode plate is highly flexible, so that the number of projections can be reduced as a whole. If the number of protrusions is reduced, the air flow between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate is less likely to be obstructed, so that air damping is reduced and the frequency characteristics (especially the characteristics on the high frequency side) of the acoustic sensor are flattened. Thus, the frequency band is widened.

また、本発明にかかる音響センサのある実施態様では、前記振動電極板をその可動部分の外周縁に沿って前記基板に固定し、前記可動部分の中央部、もしくは前記対向電極板の当該中央部に対向する領域における隣接する前記突起どうしの間隔が、前記可動部分の外周部分、もしくは前記対向電極板の当該外周部分に対向する領域における隣接する前記突起どうしの間隔よりも小さくなっている。   In one embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the vibrating electrode plate is fixed to the substrate along the outer peripheral edge of the movable part, and the central part of the movable part or the central part of the counter electrode plate is fixed. The interval between the adjacent projections in the region facing each other is smaller than the interval between the adjacent projections in the outer peripheral portion of the movable part or the region facing the outer peripheral portion of the counter electrode plate.

振動電極板をその可動部分の外周縁に沿って基板に固定した音響センサ(上記実施態様)では、振動電極板の中央部で局所スティックが起きやすいので、振動電極板の中央部、もしくは対向電極板の当該中央部に対向する領域における隣接する突起どうしの間隔を比較的小さくすることで局所スティックを軽減することができる。また、前記可動部分の外周部分、もしくは対向電極板の当該外周部分に対向する領域における隣接する突起どうしの間隔を比較的大きくすることにより、局所スティックを抑制しながら全体スティックを軽減することができる。   In the acoustic sensor (the above embodiment) in which the vibration electrode plate is fixed to the substrate along the outer peripheral edge of the movable part, a local stick is likely to occur at the center of the vibration electrode plate. A local stick can be reduced by making the space | interval of adjacent protrusions in the area | region facing the said center part of a board comparatively small. Further, by relatively increasing the interval between adjacent protrusions in the outer peripheral portion of the movable portion or the region facing the outer peripheral portion of the counter electrode plate, the entire stick can be reduced while suppressing local sticks. .

本発明にかかる音響センサの別な実施態様では、前記振動電極板の前記可動部分が円板状に形成されており、前記可動部分の半径をRとするとき、前記振動電極板の中央、もしくは前記対向電極板の当該中央に対向する位置を中心とする半径R/8以上R/2以下の領域における隣接する前記突起どうしの間隔が、当該領域よりも外側の領域における隣接する前記突起どうしの間隔よりも小さくなっている。振動電極板の中心から半径rが(1/2)R以上の領域では、振動電極板の弾性的な撓みの対称性が崩れているので、これよりも外側でも突起どうしの間隔を短くすると全体スティックを起こす恐れがある。また、中心から半径rが(1/8)Rよりも外側の領域でも振動電極板の弾性的な撓みの対称性が保たれているので、中心から半径rが(1/8)Rよりも内側でしか突起どうしの間隔を短くしなければ、そのすぐ外側で局所スティックを生じるおそれがあるからである。   In another embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the movable part of the vibration electrode plate is formed in a disc shape, and when the radius of the movable part is R, the center of the vibration electrode plate, or An interval between adjacent projections in a region having a radius of R / 8 or more and R / 2 or less centered on a position facing the center of the counter electrode plate is a distance between adjacent projections in a region outside the region. It is smaller than the interval. In the region where the radius r is (1/2) R or more from the center of the vibrating electrode plate, the symmetry of the elastic deflection of the vibrating electrode plate is broken. Risk of sticking. In addition, since the symmetry of the elastic deflection of the vibrating electrode plate is maintained even in the region where the radius r is outside (1/8) R from the center, the radius r is more than (1/8) R from the center. This is because if the distance between the protrusions is shortened only on the inner side, a local stick may be formed on the outer side.

本発明にかかる音響センサのさらに別な実施態様では、前記振動電極板の前記可動部分の外周部を前記基板に複数箇所で部分的に固定され、前記振動電極板の固定部位どうし、もしくは前記対向電極板の当該固定部位に対向する部位どうしの中間に位置する領域における隣接する前記突起どうしの間隔が、その他の突起形成領域における隣接する前記突起どうしの間隔よりも小さくなっている。   In still another embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the outer peripheral portion of the movable portion of the vibration electrode plate is partially fixed to the substrate at a plurality of locations, and the fixed portions of the vibration electrode plate are opposed to each other or opposed to each other. An interval between adjacent projections in a region located in the middle of the portions facing the fixed portion of the electrode plate is smaller than an interval between adjacent projections in other projection forming regions.

本発明に係る音響センサのさらに別な実施態様では、振動電極板の固定部位どうし、もしくは対向電極板の当該固定部位に対向する部位どうしの中間に位置する領域で局所スティックが起きやすいので、この領域で隣接する突起どうしの間隔を比較的小さくすることで局所スティックを軽減することができる。また、局所スティックの起きにくい他の突起形成領域では隣接する突起どうしの間隔を大きくすることにより、振動電極板の全体スティックを軽減することができる。   In still another embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, a local stick is likely to occur in a region located between the fixed portions of the vibration electrode plate or between the portions facing the fixed portion of the counter electrode plate. The local stick can be reduced by relatively reducing the interval between adjacent protrusions in the region. In addition, in other projection formation regions where local sticks are unlikely to occur, the entire stick of the vibrating electrode plate can be reduced by increasing the interval between adjacent projections.

本発明にかかる音響センサのさらに別な実施態様では、前記突起が、複数の同心円又は大きさの異なる複数の多角形に沿って配列されている。振動電極板の撓みの分布は、同心円状や同心状の多角形となることが多いので、突起を同心円や多角形に沿って配列することによって均等に、かつ効率よく振動電極板のスティックを回避することができる。   In still another embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the protrusions are arranged along a plurality of concentric circles or a plurality of polygons having different sizes. Since the distribution of the deflection of the vibrating electrode plate is often concentric or concentric polygon, avoiding sticking of the vibrating electrode plate evenly and efficiently by arranging the protrusions along the concentric circle or polygon. can do.

本発明にかかる音響センサのさらに別な実施態様は、前記対向電極板が音圧を通過させるための音響孔を複数有し、前記突起はそれぞれ、前記音響孔で囲まれた領域の中央部に配置されている。かかる実施態様によれば、音響孔と突起とをできるだけ離すことができるので、音響孔や突起を作製し易くなる。   In another embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the counter electrode plate has a plurality of acoustic holes for allowing sound pressure to pass therethrough, and each of the protrusions is formed at a central portion of the region surrounded by the acoustic holes. Is arranged. According to such an embodiment, the acoustic hole and the protrusion can be separated as much as possible, so that the acoustic hole and the protrusion can be easily manufactured.

本発明にかかる音響センサのさらに別な実施態様は、前記対向電極板が音圧を通過させるための音響孔を複数有し、前記突起はそれぞれ、前記音響孔で囲まれた領域の中央から外れた位置に配置されている。かかる実施態様によれば、突起が音響孔に近い位置に設けられることになるので、振動電極板と対向電極板との間に浸入した水分が突起の位置に残りにくくなる。よって、水分の毛細管力によって振動電極板が対向電極板にくっつきにくくなり、振動電極板のスティックが軽減される。   In another embodiment of the acoustic sensor according to the present invention, the counter electrode plate has a plurality of acoustic holes for allowing sound pressure to pass therethrough, and each of the protrusions is separated from the center of the region surrounded by the acoustic holes. It is arranged at the position. According to this embodiment, since the projection is provided at a position close to the acoustic hole, moisture that has entered between the vibrating electrode plate and the counter electrode plate is less likely to remain at the position of the projection. Therefore, the vibrating electrode plate is less likely to stick to the counter electrode plate due to the capillary force of moisture, and the stick of the vibrating electrode plate is reduced.

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、従来の音響センサにおいて、振動電極板が対向電極板にスティックした様子を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a vibrating electrode plate sticks to a counter electrode plate in a conventional acoustic sensor. 図2(a)及び図2(b)は、従来の音響センサにおいてスティックが発生する原因を説明する図である。FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams for explaining the cause of the occurrence of a stick in a conventional acoustic sensor. 図3は、スティック防止用の突起を設けた対向電極板と振動電極板を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a counter electrode plate and a vibrating electrode plate provided with protrusions for stick prevention. 図4(a)は、突起どうしの間隔が短すぎる場合を表した図、図4(b)は突起どうしの間隔が適切な場合を表した図、図4(c)は突起どうしの間隔が長すぎる場合を表した図である。4A shows a case where the interval between the projections is too short, FIG. 4B shows a case where the interval between the projections is appropriate, and FIG. 4C shows the interval between the projections. It is a figure showing the case where it is too long. 図5は、本発明の第1の実施形態による音響センサを示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the acoustic sensor according to the first embodiment of the present invention. 図6は、第1の実施形態による音響センサの分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of the acoustic sensor according to the first embodiment. 図7は、図5のY−Y線に沿った断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG. 図8は、振動電極板に垂直な方向から見たときの、振動電極板と音響孔及び突起との位置関係を表した図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a positional relationship between the vibration electrode plate, the acoustic hole, and the protrusion when viewed from a direction perpendicular to the vibration electrode plate. 図9は、四隅の固定部をシリコン基板に固定された振動電極板の柔軟性の度合いの分布を表した図である。FIG. 9 is a diagram showing the distribution of the degree of flexibility of the vibrating electrode plate in which the fixing portions at the four corners are fixed to the silicon substrate. 図10は、第1の実施形態の音響センサの作用を説明図であって、振動電極板の対角方向における垂直な断面を表している。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the operation of the acoustic sensor according to the first embodiment, and illustrates a vertical cross section in the diagonal direction of the vibrating electrode plate. 図11は、比較説明のための振動電極板と対向電極板を示す図であって、振動電極板の対角方向における垂直な断面を表している。FIG. 11 is a view showing a vibrating electrode plate and a counter electrode plate for comparison, and shows a vertical cross section in the diagonal direction of the vibrating electrode plate. 図12(a)は、振動電極板の中央部で局所スティックを起こした状態を示す概略断面図、図12(b)は、振動電極板の端で局所スティックを起こした状態を示す概略断面図である。12A is a schematic cross-sectional view showing a state where a local stick is raised at the center of the vibrating electrode plate, and FIG. 12B is a schematic cross-sectional view showing a state where the local stick is raised at the end of the vibrating electrode plate. It is. 図13は、音響センサにおける振動電極板の中央での突起の間隔の決め方と、振動電極板の中央部以外の領域での突起の間隔の決め方とを説明する図である。FIG. 13 is a diagram for explaining how to determine the interval between the protrusions at the center of the vibration electrode plate in the acoustic sensor and how to determine the interval between the protrusions in a region other than the central portion of the vibration electrode plate. 図14は、本発明の第2の実施形態による音響センサに用いられる振動電極板の形状と、当該振動電極板に垂直な方向から見たときの、振動電極板と音響孔及び突起との位置関係を表した図である。FIG. 14 shows the shape of the vibration electrode plate used in the acoustic sensor according to the second embodiment of the present invention, and the positions of the vibration electrode plate, the acoustic holes, and the protrusions when viewed from the direction perpendicular to the vibration electrode plate. It is a figure showing the relationship. 図15は、外周部をシリコン基板に固定された円板状の振動電極板の柔軟性の分布を表した図である。FIG. 15 is a diagram showing the distribution of flexibility of the disc-shaped vibrating electrode plate whose outer peripheral portion is fixed to the silicon substrate. 図16は、第2の実施形態における、振動電極板と音響孔及び突起との別な位置関係を表した図である。FIG. 16 is a diagram illustrating another positional relationship between the vibrating electrode plate, the acoustic hole, and the protrusion in the second embodiment. 図17は、第2の実施形態における、振動電極板と音響孔及び突起とのさらに別な位置関係を表した図である。FIG. 17 is a diagram illustrating still another positional relationship between the vibrating electrode plate, the acoustic hole, and the protrusion in the second embodiment. 図18は、振動電極板に垂直な方向から見たときの、第3の実施形態による振動電極板と音響孔及び突起との位置関係を表した図である。FIG. 18 is a diagram illustrating the positional relationship between the vibration electrode plate according to the third embodiment, the acoustic holes, and the protrusions when viewed from a direction perpendicular to the vibration electrode plate. 図19は、第3の実施形態における対向電極板の一部を拡大して示す図である。FIG. 19 is an enlarged view showing a part of the counter electrode plate in the third embodiment. 図20は、第3の実施形態の音響センサにおいて、微小ギャップに浸入した水分が一部蒸発した状態を示す部分拡大断面図である。FIG. 20 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which the moisture that has entered the minute gap has partially evaporated in the acoustic sensor of the third embodiment. 図21は、第1、第2の実施形態における対向電極板の一部を拡大して示す図である。FIG. 21 is an enlarged view showing a part of the counter electrode plate in the first and second embodiments. 図22は、第1、第2の実施形態の音響センサにおいて、微小ギャップに浸入した水分が一部蒸発した状態を示す部分拡大断面図である。FIG. 22 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which the moisture that has entered the minute gap has partially evaporated in the acoustic sensors of the first and second embodiments. 図23は、第3の実施形態の変形例における対向電極板の一部を拡大して示す図である。FIG. 23 is an enlarged view showing a part of the counter electrode plate in a modification of the third embodiment. 図24は、第3の実施形態の変形例の音響センサにおいて、微小ギャップに浸入した水分が一部蒸発した状態を示す部分拡大断面図である。FIG. 24 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which the moisture that has entered the minute gap has partially evaporated in the acoustic sensor according to the modification of the third embodiment. 図25は、本発明の音響センサのさらに別な実施形態を示す概略断面図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of the acoustic sensor of the present invention. 図26は、本発明の音響センサのさらに別な実施形態を示す概略断面図である。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of the acoustic sensor of the present invention. 図27は、本発明の音響センサのさらに別な実施形態を示す概略断面図である。FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of the acoustic sensor of the present invention.

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。特に、以下に記載する数値は、各部材の寸法などの大まかな数値を表すものであって、本発明の音響センサはこれらの数値に限定されるものではない。   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. In particular, the numerical values described below represent rough numerical values such as the dimensions of each member, and the acoustic sensor of the present invention is not limited to these numerical values.

(実施形態1)
以下、図5〜図13を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。まず、図5は第1の実施形態による音響センサ21を示す斜視図であり、図6はその分解斜視図である。また、図7は図5のY−Y線に沿った断面図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 is a perspective view showing the acoustic sensor 21 according to the first embodiment, and FIG. 6 is an exploded perspective view thereof. FIG. 7 is a sectional view taken along line YY in FIG.

この音響センサ21は静電容量型のセンサであり、シリコン基板22の上面に絶縁被膜23を介して振動電極板24を設け、その上に微小ギャップ(空隙)を介して対向電極板25を設けたものである。   The acoustic sensor 21 is a capacitance type sensor, and a vibration electrode plate 24 is provided on the upper surface of a silicon substrate 22 via an insulating film 23, and a counter electrode plate 25 is provided thereon via a minute gap (gap). It is a thing.

シリコン基板22には、角柱状の貫通孔26もしくは角錐台状の凹部が設けられている。図では角柱状の貫通孔26を示している。シリコン基板22のサイズは、平面視で1〜1.5mm角(これよりも小さくすることも可能である。)であり、シリコン基板22の厚みが400〜500μm程度である。シリコン基板22の上面には酸化膜等からなる絶縁被膜23が形成されている。   The silicon substrate 22 is provided with a prismatic through hole 26 or a truncated pyramid-shaped recess. In the figure, a prismatic through hole 26 is shown. The size of the silicon substrate 22 is 1 to 1.5 mm square (can be made smaller than this) in plan view, and the thickness of the silicon substrate 22 is about 400 to 500 μm. An insulating film 23 made of an oxide film or the like is formed on the upper surface of the silicon substrate 22.

振動電極板24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24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固定部27が延出している。振動電極板24は、貫通孔26又は凹部の上面開口を覆うようにしてシリコン基板22の上面に配置され、各固定部27を絶縁被膜23の上に固定されている。振動電極板24のうち貫通孔26又は凹部の上方で宙空に支持された部分(この実施形態では、固定部27以外の部分)はダイアフラム28(可動部分)となっており、音圧に感応して振動する。   The vibrating electrode plate 24 is formed of a polysilicon thin film having a thickness of about 1 μm. The vibrating electrode plate 24 is a substantially rectangular thin film, and fixed portions 27 extend outward in the diagonal direction at the four corners. The vibrating electrode plate 24 is disposed on the upper surface of the silicon substrate 22 so as to cover the upper surface opening of the through hole 26 or the recess, and each fixing portion 27 is fixed on the insulating coating 23. A portion of the vibrating electrode plate 24 supported in the air above the through-hole 26 or the recess (in this embodiment, a portion other than the fixed portion 27) is a diaphragm 28 (movable portion), and is sensitive to sound pressure. Then vibrate.

対向電極板25は、窒化膜からなる絶縁性支持層29の上面に金属製薄膜からなる固定電極30を設けたものである。対向電極板25は、振動電極板24の上に配置され、ダイアフラム28と対向する領域の外側においては、酸化膜等からなる絶縁被膜33を介してシリコン基板22の上面に固定されている。対向電極板25は、ダイアフラム28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28を覆っている。固定電極30及び支持層29には、上面から下面に貫通するようにして、音圧(振動)を通過させるための音響孔(アコースティックホール)31が複数穿孔されている。対向電極板25の端部には、固定電極30に導通した電極パッド32を備えている。なお、振動電極板24は、音圧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、対向電極板25は音圧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 counter electrode plate 25 is provided with a fixed electrode 30 made of a metal thin film on the upper surface of an insulating support layer 29 made of a nitride film. The counter electrode plate 25 is disposed on the vibration electrode plate 24 and is fixed to the upper surface of the silicon substrate 22 with an insulating film 33 made of an oxide film or the like outside the region facing the diaphragm 28. The counter electrode plate 25 covers the diaphragm 28 with a minute gap of about 3 μm in a region facing the diaphragm 28. The fixed electrode 30 and the support layer 29 have a plurality of acoustic holes (acoustic holes) 31 through which sound pressure (vibration) passes so as to penetrate from the upper surface to the lower surface. At the end of the counter electrode plate 25, an electrode pad 32 that is electrically connected to the fixed electrode 30 is provided. Since the vibrating electrode plate 24 vibrates in resonance with the sound pressure, it is a thin film of about 1 μm. However, since the counter electrode plate 25 is an electrode that is not excited by the sound pressure, its thickness is, for example, It is as thick as 2 μm or more.

対向電極板25の振動電極板24と対向する領域には、振動電極板24が対向電極板25に密着するのを防ぐために、複数個の突起36が突設されている。この突起36はできるだけ細くて先端面積が小さいことが望ましく、直径10μm以下が好ましい。しかし、突起36を細くするには、製造上の限界もあるので、突出長さ1μm程度、直径4μm程度の突起36を設けることが望ましい。   In a region of the counter electrode plate 25 facing the vibration electrode plate 24, a plurality of protrusions 36 are provided so as to prevent the vibration electrode plate 24 from coming into close contact with the counter electrode plate 25. The protrusion 36 is desirably as thin as possible and has a small tip area, and preferably has a diameter of 10 μm or less. However, in order to make the protrusion 36 thin, there is a manufacturing limit. Therefore, it is desirable to provide the protrusion 36 having a protrusion length of about 1 μm and a diameter of about 4 μm.

また、支持層29にあけられた開口34からは固定部27から延長された延出部27aが露出するようになっており、支持層29の端部上面に設けられた電極パッド35は、開口34を通して延出部27aに導通している。よって、振動電極板24と対向電極板25とは電気的に絶縁されており、振動電極板24と固定電極30によってキャパシタを構成している。   An extended portion 27 a extending from the fixed portion 27 is exposed from the opening 34 formed in the support layer 29, and the electrode pad 35 provided on the upper surface of the end portion of the support layer 29 has an opening. 34 is connected to the extending portion 27a. Therefore, the vibrating electrode plate 24 and the counter electrode plate 25 are electrically insulated, and the vibrating electrode plate 24 and the fixed electrode 30 constitute a capacitor.

しかして、第1の実施形態の音響センサ21にあっては、上面側から音響振動(空気の疎密波)が入射すると、この音響振動は対向電極板25の音響孔31を通過してダイアフラム28に達し、ダイアフラム28を振動させる。ダイアフラム28が振動すると、ダイアフラム28と対向電極板25との間の距離が変化するので、それによってダイアフラム28と固定電極30の間の静電容量が変化する。よって、電極パッド32、35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、音の振動を電気的な信号に変換して検出することができる。   Therefore, in the acoustic sensor 21 of the first embodiment, when acoustic vibration (air density wave) enters from the upper surface side, the acoustic vibration passes through the acoustic hole 31 of the counter electrode plate 25 and the diaphragm 28. The diaphragm 28 is vibrated. When the diaphragm 28 vibrates, the distance between the diaphragm 28 and the counter electrode plate 25 changes, whereby the capacitance between the diaphragm 28 and the fixed electrode 30 changes. Therefore, if a DC voltage is applied between the electrode pads 32 and 35 and the change in capacitance is extracted as an electrical signal, the vibration of the sound is converted into an electrical signal and detected. Can do.

なお、上記音響センサ21は、マイクロマシニング(半導体微細加工)技術を用いて製造されるが、その製造方法は公知の技術であるので説明を省略する。   The acoustic sensor 21 is manufactured using a micromachining (semiconductor microfabrication) technique, but the manufacturing method is a known technique, and thus the description thereof is omitted.

つぎに、対向電極板25に設けた突起36の配置について説明する。図8は振動電極板24に垂直な方向から見たときの、振動電極板24と音響孔31及び突起36との位置関係を表した図であって、音響孔31は白丸で表し、突起36は黒丸で表す。音響孔31は全体にわたって等間隔で格子状に配置されている。   Next, the arrangement of the protrusions 36 provided on the counter electrode plate 25 will be described. FIG. 8 is a view showing the positional relationship between the vibration electrode plate 24, the acoustic hole 31 and the protrusion 36 when viewed from the direction perpendicular to the vibration electrode plate 24. The acoustic hole 31 is represented by a white circle, and the protrusion 36 is shown in FIG. Is represented by a black circle. The acoustic holes 31 are arranged in a lattice pattern at equal intervals throughout.

これに対し、突起36は、順次中央部から外側へと同心状に並んだ類似した形状の多角形(図8では、破線で示す八角形)に沿って配列されており、しかも、各突起36は4つの音響孔31で囲まれた領域の中央に配置されている。   On the other hand, the protrusions 36 are arrayed along polygons having similar shapes that are arranged concentrically from the central portion to the outer side (in FIG. 8, an octagon indicated by a broken line). Is arranged in the center of the region surrounded by the four acoustic holes 31.

また、突起36どうしの間隔は、ダイアフラム28の1点鎖線で囲んだ中央部aと各辺の中央部bに対向する領域で比較的短くなっており、それ以外の領域では比較的長くなっている。例えば、図8に示す例では、ダイアフラム28の一辺の長さLは800μmとなり、突起36どうしの間隔は、ダイアフラム28の中央部a及び各辺の中央部bと対向する領域では50μm、それ以外の領域cでは100μmとなっている。   Further, the interval between the protrusions 36 is relatively short in a region facing the central portion a surrounded by the one-dot chain line of the diaphragm 28 and the central portion b of each side, and is relatively long in other regions. Yes. For example, in the example shown in FIG. 8, the length L of one side of the diaphragm 28 is 800 μm, and the interval between the projections 36 is 50 μm in the region facing the central part a of the diaphragm 28 and the central part b of each side. In the area c, it is 100 μm.

図9は4箇所の固定部27をシリコン基板22に固定された矩形状の振動電極板24において、ダイアフラム28の全体に均一な圧力が加わったときの撓みの大きさを区分的に表した図であって、ハッチングのドット密度が大きいほど撓みが大きく、ドット密度が小さいほど撓みが小さいことを表している。図9から分かるように、振動電極板24は、その中心から外側に向かうに従って柔軟性が低くなって撓みが小さくなっており、その中央部aと各辺の中央部bで周囲よりも撓みが大きくなっている。   FIG. 9 is a diagram showing, in a divided manner, the magnitude of bending when a uniform pressure is applied to the entire diaphragm 28 in the rectangular vibrating electrode plate 24 in which the four fixing portions 27 are fixed to the silicon substrate 22. In this case, the larger the hatched dot density, the larger the deflection, and the smaller the dot density, the smaller the deflection. As can be seen from FIG. 9, the vibrating electrode plate 24 becomes less flexible and less bent as it goes from the center to the outside, and the deflection is smaller than the surroundings at the center a and the center b of each side. It is getting bigger.

従って、この音響センサ21では、図10に模式的に示すように、振動電極板24が柔軟で撓みの大きな中央部aや各辺の中央部bに対向する領域で、突起36どうしの間隔が小さくなっており、振動電極板24が比較的剛性が高くて撓みの小さな領域cに対向する領域では、突起36どうしの間隔が大きくなっている。その結果、従来技術において説明した局所スティックや全体スティックを低減させることができる。この理由を以下に説明する。   Therefore, in this acoustic sensor 21, as schematically shown in FIG. 10, the distance between the protrusions 36 is large in the region where the vibrating electrode plate 24 is flexible and has a large deflection center portion a or the central portion b of each side. In a region where the vibrating electrode plate 24 is opposed to the region c where the vibration electrode plate 24 has relatively high rigidity and small deflection, the interval between the protrusions 36 is large. As a result, it is possible to reduce the local stick and the whole stick described in the prior art. The reason for this will be described below.

従来例において説明したように、振動電極板の柔軟な部分(中央部)では、振動電極板が突起間に落ち込んで対向電極板に接触する局所スティックを起こしやすい。これに対し、この音響センサ21ではダイアフラム28の中央部aやその辺の中央部bに対向する領域で突起36どうしの間隔を小さくしているので、局所スティックを起こしにくくなる。また、突起どうしの間隔が全体で均一である場合には、突起どうしの間隔が小さいと、振動電極板が突起のほぼ全体にくっついて全体スティックを起こしやすい。これに対し、この音響センサ21では、局所スティックを起こしやすい領域以外では突起36どうしの間隔を大きくしているので、突起36の数(すなわち、突起36の端面の合計面積)を少なくでき、全体スティックを低減できる。よって、局所スティックと全体スティックを効果的に低減することができる。   As described in the conventional example, in the flexible portion (center portion) of the vibration electrode plate, the vibration electrode plate is likely to fall between the protrusions and cause a local stick that contacts the counter electrode plate. On the other hand, in this acoustic sensor 21, since the space | interval of protrusion 36 is made small in the area | region which opposes the center part a of the diaphragm 28, and the center part b of the side, it becomes difficult to raise | generate a local stick. In addition, when the distance between the protrusions is uniform as a whole, if the distance between the protrusions is small, the vibrating electrode plate is likely to stick to almost the entire protrusion and easily cause the entire stick. On the other hand, in this acoustic sensor 21, since the interval between the protrusions 36 is increased except in a region where local sticking is likely to occur, the number of protrusions 36 (that is, the total area of the end surfaces of the protrusions 36) can be reduced, The stick can be reduced. Therefore, the local stick and the whole stick can be effectively reduced.

詳しく言うと、振動電極板24の中央部aや各辺の中央部bに対向する領域おける突起36どうしの間隔は、突起36のもっとも軟らかい部分で局所スティックが起きる限界の値D3よりも小さくなっている。しかし、中央部a、bに対向する領域における突起36の間隔が小さすぎると、図11に示すように、中央部a、bの全体で振動電極板24が突起36にスティックする。よって、振動電極板24の中央部aや各辺の中央部bに対向する領域における突起36どうしの間隔は、中央部a又はbで振動電極板24が局所スティックする限界の値D3よりも小さく、かつ、振動電極板24が中央部a又はbに対向する領域で突起36の全体にくっつく限界の値D1よりも大きくなければならない。   More specifically, the distance between the protrusions 36 in the region facing the central part a of the vibrating electrode plate 24 and the central part b of each side is smaller than a limit value D3 at which a local stick occurs in the softest part of the protrusion 36. ing. However, if the distance between the protrusions 36 in the region facing the central portions a and b is too small, the vibrating electrode plate 24 sticks to the protrusions 36 in the entire central portions a and b as shown in FIG. Therefore, the interval between the protrusions 36 in the region facing the central part a of the vibrating electrode plate 24 and the central part b of each side is smaller than the limit value D3 at which the vibrating electrode plate 24 locally sticks at the central part a or b. In addition, it must be larger than a limit value D1 at which the vibrating electrode plate 24 sticks to the entire protrusion 36 in a region facing the central portion a or b.

また、振動電極板24の中央部a、b以外の領域cに対向する領域における突起36どうしの間隔は、振動電極板24が全体スティックを起こす限界の値D2よりも大きくなっている。しかし、中央部a、b以外の領域cに対向する領域における突起36の間隔が大きすぎると、図12(b)に示すように、中央部a、b以外の領域cで振動電極板24が突起36間に落ち込んで局所スティックを起こす。よって、振動電極板24の中央部a、b以外の領域cに対向する領域における突起36どうしの間隔は、振動電極板24が全体スティックを起こす限界の値D2よりも大きく、かつ、振動電極板24が中央部a、b以外の領域cに対向する領域で振動電極板24が局所スティックを起こす限界の値D4よりも小さくなければならない。   Further, the distance between the protrusions 36 in the region facing the region c other than the central portions a and b of the vibration electrode plate 24 is larger than the limit value D2 at which the vibration electrode plate 24 causes the entire stick. However, if the distance between the protrusions 36 in the region facing the region c other than the central portions a and b is too large, the vibrating electrode plate 24 is moved in the region c other than the central portions a and b as shown in FIG. It falls between the protrusions 36 to cause a local stick. Therefore, the interval between the protrusions 36 in the region facing the region c other than the central portions a and b of the vibration electrode plate 24 is larger than the limit value D2 at which the vibration electrode plate 24 causes the entire stick, and the vibration electrode plate 24 must be smaller than a limit value D4 at which the vibrating electrode plate 24 causes a local stick in a region facing the region c other than the central portions a and b.

ここで、図12(a)のように振動電極板24の中央部a、bが局所スティックを起こす限界の値D3と、図12(b)のように中央部a、b以外の領域が局所スティックを起こす限界の値D4とを比較する。図9に表わしたように、中央部a、bは振動電極板24が柔らかくて変形しやすい箇所であるから、図12(a)のような中央部a、bでの局所スティックよりも図12(b)のような領域cでの局所スティックの方が起こりにくい。よって、一般に、中央部a又はbで振動電極板24が局所スティックするときの突起36どうしの間隔の限界値D3よりも、中央部a、b以外の領域cで振動電極板24が局所スティックするときの36どうしの間隔の限界値D4の方が大きな値となる。   Here, the limit value D3 at which the central portions a and b of the vibrating electrode plate 24 cause a local stick as shown in FIG. 12A and the region other than the central portions a and b as shown in FIG. The limit value D4 for causing the stick is compared. As shown in FIG. 9, the central portions a and b are portions where the vibrating electrode plate 24 is soft and easily deformed. Therefore, the central portions a and b are more likely to be deformed than the local sticks at the central portions a and b as shown in FIG. The local stick in the region c as shown in (b) is less likely to occur. Therefore, generally, the vibrating electrode plate 24 locally sticks in the region c other than the central portions a and b than the limit value D3 of the distance between the protrusions 36 when the vibrating electrode plate 24 locally sticks at the central portion a or b. The limit value D4 of the interval between the 36 times becomes larger.

また、振動電極板24が、中央部a、bに対向する領域の突起36全体だけにくっつくときの突起36どうしの間隔の限界値D1は、突起36全体に全体スティックするときの突起36どうしの間隔の限界値D2よりも小さくなる。   The limit value D1 of the interval between the projections 36 when the vibrating electrode plate 24 sticks only to the entire projection 36 in the region facing the central portions a and b is the distance between the projections 36 when the entire projection 36 is stuck. It becomes smaller than the limit value D2 of the interval.

よって、4つの限界値の大小は、D1<D2<D3<D4となり、音響センサ21における突起36どうしの間隔の分布は図13に示すようになる。   Therefore, the magnitudes of the four limit values are D1 <D2 <D3 <D4, and the distribution of the intervals between the protrusions 36 in the acoustic sensor 21 is as shown in FIG.

従来の音響センサのように突起どうしの間隔を均一にする場合には、突起どうしの間隔がD2よりも大きく、かつ、D3よりも小さな適切な間隔となるように調整しなければならなかった。その調整範囲は狭いために音響センサの製造も難しかった。これに対し、第1の実施形態の音響センサ21の場合には、振動電極板24の中央部a、bに対向する領域では、突起36どうしの距離をD1よりも大きく、かつ、D3よりも小さくすればよい。また、中央部a、b以外の領域cに対向する領域では、突起36どうしの距離をD2よりも大きく、かつ、D4よりも小さくすればよい。よって、中央部a、b及び領域cのいずれでも、その許容範囲が広くなる。   When the intervals between the projections are made uniform as in the conventional acoustic sensor, the interval between the projections must be adjusted to be an appropriate interval that is larger than D2 and smaller than D3. Since the adjustment range is narrow, it is difficult to manufacture an acoustic sensor. On the other hand, in the case of the acoustic sensor 21 of the first embodiment, the distance between the protrusions 36 is larger than D1 and larger than D3 in the region facing the central portions a and b of the vibrating electrode plate 24. Just make it smaller. Moreover, what is necessary is just to make the distance of protrusion 36 larger than D2 and smaller than D4 in the area | region which opposes area | region c other than center part a and b. Therefore, the allowable range is wide in any of the central portions a and b and the region c.

従って、第1の実施形態の音響センサ21によれば、振動電極板24のスティックを容易に軽減することができ、音響センサ21の製作も容易になる。また、この音響センサ21では、振動電極板24のバネ性がばらついたり、浸入した水分の毛細管力が異なっていたり、表面間力がばらついたりしていても局所スティックや全体スティックを抑制でき、音響センサ21の信頼性が向上する。   Therefore, according to the acoustic sensor 21 of the first embodiment, the stick of the vibrating electrode plate 24 can be easily reduced, and the acoustic sensor 21 can be easily manufactured. Further, the acoustic sensor 21 can suppress the local stick and the whole stick even if the spring property of the vibrating electrode plate 24 is varied, the capillary force of the infiltrated water is different, or the force between the surfaces is varied. The reliability of the sensor 21 is improved.

また、振動電極板24の撓みの分布は同心円状や同心状の多角形となることが多いため、前記のように突起36を同心状の多角形に沿って配列すれば(図8参照)、振動電極板24のスティックを均等に、かつ効率的に回避することができる。   Further, since the distribution of the deflection of the vibrating electrode plate 24 is often a concentric circle or a concentric polygon, if the protrusions 36 are arranged along the concentric polygon as described above (see FIG. 8), The stick of the vibrating electrode plate 24 can be avoided evenly and efficiently.

さらに、この音響センサ21によれば、突起の間隔を均一にする場合に比べて、突起36の数を少なくすることができる。よって、振動電極板24と対向電極板25との間の微小ギャップにおける空気の流れが突起36によって妨げられにくくなり、振動電極板24のエアダンピングが軽減される。その結果、音響センサ21の周波数特性(特に、高周波側での特性)が平坦となり、周波数帯域が広くなる。   Furthermore, according to the acoustic sensor 21, the number of the protrusions 36 can be reduced as compared with the case where the distance between the protrusions is made uniform. Therefore, the air flow in the minute gap between the vibrating electrode plate 24 and the counter electrode plate 25 is not easily obstructed by the protrusions 36, and air damping of the vibrating electrode plate 24 is reduced. As a result, the frequency characteristics (particularly, characteristics on the high frequency side) of the acoustic sensor 21 are flattened, and the frequency band is widened.

(実施形態2)
つぎに、図14〜図17により実施形態2による音響センサを説明する。第2の実施形態による音響センサの構造は、第1の実施形態による音響センサ21の構造とほぼ同じであるので、全体の構造及び説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, the acoustic sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Since the structure of the acoustic sensor according to the second embodiment is substantially the same as the structure of the acoustic sensor 21 according to the first embodiment, the entire structure and description are omitted.

第2の実施形態の音響センサが第1の音響センサと異なる主な点は、振動電極板24の形状と突起36の配置であるので、これらの相違点について説明する。   The main differences between the acoustic sensor of the second embodiment and the first acoustic sensor are the shape of the vibrating electrode plate 24 and the arrangement of the protrusions 36. Therefore, these differences will be described.

図14は、振動電極板24に垂直な方向から見たときの、第2の実施形態による振動電極板24と音響孔31及び突起36との位置関係を表した図である。振動電極板24は円板状をしており、シリコン基板22には振動電極板24の形状に合わせて、円柱状の貫通孔もしくは円錐台状の凹部が設けられている。振動電極板24はシリコン基板22の貫通孔又は凹部の上面開口を覆うように配置され、固定部27により実質的に外周部全体をシリコン基板22に固定されている。   FIG. 14 is a diagram showing the positional relationship between the vibrating electrode plate 24, the acoustic hole 31, and the protrusion 36 according to the second embodiment when viewed from a direction perpendicular to the vibrating electrode plate 24. The vibration electrode plate 24 has a disc shape, and the silicon substrate 22 is provided with a cylindrical through hole or a truncated cone-shaped recess according to the shape of the vibration electrode plate 24. The vibration electrode plate 24 is disposed so as to cover the through hole of the silicon substrate 22 or the upper surface opening of the recess, and substantially the entire outer peripheral portion is fixed to the silicon substrate 22 by the fixing portion 27.

振動電極板24に対向した対向電極板25には、一定の間隔で音響孔31を三角形状又は六角形状に配置している。また、対向電極板25の振動電極板24と対向する面には、音響孔31で囲まれた領域のほぼ中央に突起36が複数突出している。突起36は、振動電極板24の外周縁と同心状となった円形の中心部aでは突起36どうしの間隔が比較的小さくなっており、中心部aの外側の領域cでは突起36どうしの間隔が比較的大きくなっている。   In the counter electrode plate 25 facing the vibration electrode plate 24, the acoustic holes 31 are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape at regular intervals. In addition, a plurality of protrusions 36 protrude from the surface of the counter electrode plate 25 facing the vibration electrode plate 24 substantially at the center of the region surrounded by the acoustic holes 31. The protrusions 36 have a relatively small interval between the protrusions 36 in the circular central portion a concentric with the outer peripheral edge of the vibrating electrode plate 24, and the interval between the protrusions 36 in the region c outside the central portion a. Is relatively large.

ここで、突起36どうしの間隔が小さくなった円形領域aの半径rは、振動電極板24の半径をRとすれば、
(1/8)R≦r≦(1/2)R
としている。図15は、円形状の振動電極板24において、ダイアフラム28の全体に均一な圧力が加わったときの撓みの大きさを区分的に表した図である。図15から分かるように、振動電極板24は、その中心から外側に向かうに従って柔軟性が低くなって撓みが小さくなっており、その中央部aで撓みが最も大きくなっている。中心から半径rが(1/2)R以上の領域では、ダイアフラム28の弾性的な撓みの対称性が崩れているので、局所スティックは起こりにくく、これよりも外側でも突起36どうしの間隔を小さくすると全体スティックを起こす恐れがある。また、中心から半径rが(1/8)Rよりも外側の領域でもダイアフラム28の弾性的な撓みの対称性が保たれているので、中心から半径rが(1/8)Rよりも内側でしか突起36どうしの間隔を小さくしなければ、そのすぐ外側で局所スティックを生じるおそれがある。よって、突起36どうしの間隔を小さくしておく領域は、
(1/8)R≦r≦(1/2)R
のような半径rの円内の領域aとするのが望ましい。
Here, the radius r of the circular region a in which the interval between the protrusions 36 is reduced is set so that the radius of the vibrating electrode plate 24 is R.
(1/8) R ≦ r ≦ (1/2) R
It is said. FIG. 15 is a diagram showing, in a sectioned manner, the magnitude of bending when a uniform pressure is applied to the entire diaphragm 28 in the circular vibrating electrode plate 24. As can be seen from FIG. 15, the vibration electrode plate 24 is less flexible and less bent as it goes from the center to the outer side, and the deflection is greatest at the central portion a. In the region where the radius r is equal to or greater than (1/2) R from the center, the symmetry of the elastic deformation of the diaphragm 28 is broken, so that a local stick is unlikely to occur. Then there is a risk of causing the whole stick. In addition, since the symmetry of elastic deformation of the diaphragm 28 is maintained even in a region where the radius r is outside (1/8) R from the center, the radius r is inside from (1/8) R from the center. However, if the distance between the protrusions 36 is not reduced, a local stick may be formed just outside the protrusion 36. Therefore, the region where the interval between the protrusions 36 is kept small is
(1/8) R ≦ r ≦ (1/2) R
It is desirable to set the region a within a circle having a radius r as shown in FIG.

第2の実施形態の音響センサでは、例えば、振動電極板24の膜厚が1μm、対向電極板25の厚みが2μm、振動電極板24と対向電極板25の間の微小ギャップが3μmで、突起36の高さが1μmとなっている。突起36は直径が10μm以下でできるだけ細い方が好ましいが、製造工程上の限度などもあるので、直径4μm程度とするのが好ましい。また、振動電極板24の半径Rを500μmとすれば、円形の中心部aの内側では、突起36どうしの間隔を50μmとし、その外の領域cでは、突起36どうしの間隔を100μmとしている。   In the acoustic sensor of the second embodiment, for example, the vibration electrode plate 24 has a film thickness of 1 μm, the counter electrode plate 25 has a thickness of 2 μm, the minute gap between the vibration electrode plate 24 and the counter electrode plate 25 is 3 μm, and the projection The height of 36 is 1 μm. The protrusion 36 has a diameter of 10 μm or less and is preferably as thin as possible. However, since there are limitations in the manufacturing process, the diameter is preferably about 4 μm. Further, if the radius R of the vibrating electrode plate 24 is 500 μm, the interval between the projections 36 is 50 μm inside the circular central portion “a”, and the interval between the projections 36 is 100 μm in the other region “c”.

第2の実施形態では、振動電極板24が円形状をしているので、第1の実施形態の中心部bに相当する領域はないが、中心部aで突起36どうしの間隔を小さくし、その外の領域cでは突起36どうしの間隔を大きくすることで、第1の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。すなわち、第2の実施形態でも、局所スティックと全体スティックとをより低減することができ、音響センサの信頼性を向上させることができる。しかも、振動電極板24の柔軟性の高い領域では突起36どうしの間隔を小さくし、振動電極板24の柔軟性の低い領域では突起36どうしの間隔を大きくすることにより、各領域での突起36どうしの間隔の適切な範囲を広くすることができ(図13参照)、音響センサの設計や製造を容易にできる。さらに、振動電極板24のバネ性にばらつきがあったり、浸入した液体の毛細管力が異なったりしても局所スティックや全体スティックが起きにくく、より一層音響センサの信頼性を向上させることができる。また、突起36の数を少なくできるので、振動電極板24のエアダンピングを軽減でき、音響センサ21の周波数特性(特に、高周波側での特性)を平坦にして、周波数帯域を広くできる。   In the second embodiment, since the vibrating electrode plate 24 has a circular shape, there is no region corresponding to the central portion b of the first embodiment, but the interval between the protrusions 36 is reduced at the central portion a, In the other region c, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by increasing the interval between the protrusions 36. That is, also in the second embodiment, the local stick and the whole stick can be further reduced, and the reliability of the acoustic sensor can be improved. In addition, the distance between the protrusions 36 is reduced in the highly flexible region of the vibration electrode plate 24, and the distance between the protrusions 36 is increased in the low flexibility region of the vibration electrode plate 24. It is possible to widen an appropriate range of the interval between the two (see FIG. 13), and it is possible to easily design and manufacture the acoustic sensor. Furthermore, even if the spring property of the vibrating electrode plate 24 varies or the capillary force of the infiltrated liquid is different, local sticks and whole sticks hardly occur, and the reliability of the acoustic sensor can be further improved. Further, since the number of protrusions 36 can be reduced, air damping of the vibrating electrode plate 24 can be reduced, the frequency characteristics (particularly, characteristics on the high frequency side) of the acoustic sensor 21 can be flattened, and the frequency band can be widened.

なお、突起36の配置の仕方としては、図16に示すように、振動電極板24と同心円状となった円に沿って配置してもよい。あるいは、図17に示すように、隙間なく並べた正三角形の頂点に配置してもよい。振動電極板24の撓みの分布は同心円状や多角形となることが多いため、突起36を同心円状や正三角形状に配列すれば、振動電極板24のスティックを均等に、かつ効率的に回避することができる。   Note that the protrusions 36 may be arranged along a circle concentric with the vibrating electrode plate 24 as shown in FIG. Or as shown in FIG. 17, you may arrange | position to the vertex of the equilateral triangle arranged without a gap. Since the distribution of the deflection of the vibrating electrode plate 24 is often concentric or polygonal, if the protrusions 36 are arranged concentrically or equilaterally, the stick of the vibrating electrode plate 24 can be avoided evenly and efficiently. can do.

(第3の実施形態)
図18は、振動電極板24に垂直な方向から見たときの、第3の実施形態による振動電極板24と音響孔31及び突起36との位置関係を表した図である。また、図19は、第3の実施形態における対向電極板25の一部を拡大して示す図である。この実施形態では、突起36を音響孔31に近接させて、あるいは音響孔31に接するように設けている。
(Third embodiment)
FIG. 18 is a diagram showing the positional relationship between the vibration electrode plate 24 according to the third embodiment, the acoustic holes 31 and the protrusions 36 when viewed from the direction perpendicular to the vibration electrode plate 24. FIG. 19 is an enlarged view showing a part of the counter electrode plate 25 in the third embodiment. In this embodiment, the protrusion 36 is provided close to or in contact with the acoustic hole 31.

第1、第2の実施形態では、図21に示すように、音響孔31に囲まれた領域の中央に突起36を設けている。そのため、突起36はいずれの音響孔31からも遠い位置にある。よって、振動電極板24と対向電極板25の間の微小ギャップに浸入した水分37が音響孔31から蒸発して出ていくとき、図22に示すように、水分37は突起36の位置に最後まで残る。突起36の位置では対向電極板25と振動電極板24とのギャップ間距離が一番短くなっているから、ここに水分37が残っていると、振動電極板24と対向電極板25の間で最後まで大きな毛細管力が働き、振動電極板24が対向電極板25から離れにくくなる。   In the first and second embodiments, as shown in FIG. 21, a protrusion 36 is provided in the center of the region surrounded by the acoustic hole 31. Therefore, the protrusion 36 is at a position far from any acoustic hole 31. Therefore, when the moisture 37 that has entered the minute gap between the vibrating electrode plate 24 and the counter electrode plate 25 evaporates and exits from the acoustic hole 31, the moisture 37 finally reaches the position of the protrusion 36 as shown in FIG. It remains until. Since the distance between the gaps between the counter electrode plate 25 and the vibration electrode plate 24 is the shortest at the position of the protrusion 36, if moisture 37 remains, the distance between the vibration electrode plate 24 and the counter electrode plate 25 is left. A large capillary force works until the end, and the vibrating electrode plate 24 becomes difficult to be separated from the counter electrode plate 25.

これに対し、図18、図19のように突起36が音響孔31に囲まれた領域の中央から外れ、音響孔31の近くに位置していると、微小ギャップに浸入した水分37が音響孔31から蒸発して出ていくとき、図20に示すように、水分37は突起36の位置で最も早く蒸発する。よって、水分37が最後に乾燥する場所には突起36がなく、振動電極板24と対向電極板25の間に働く毛細管力が早期に小さくなり、振動電極板24が対向電極板25から離れ易くなる。   On the other hand, as shown in FIGS. 18 and 19, when the protrusion 36 is removed from the center of the region surrounded by the acoustic hole 31 and is located near the acoustic hole 31, the moisture 37 that has entered the minute gap is absorbed by the acoustic hole. When evaporating from 31, the moisture 37 evaporates earliest at the position of the protrusion 36, as shown in FIG. 20. Therefore, there is no protrusion 36 at the place where the moisture 37 is finally dried, and the capillary force acting between the vibrating electrode plate 24 and the counter electrode plate 25 is reduced early, and the vibrating electrode plate 24 is easily separated from the counter electrode plate 25. Become.

また、図23及び図24は第3の実施形態の変形例であって、突起36が音響孔31の位置と重なり合うようにしている。突起36の位置と音響孔31の位置とが重なり合っていると、突起36を形成した後で音響孔31を対向電極板25に設けるようにすると、音響孔31をエッチングにより開口すると同時に突起36の一部もエッチングされて削られる。よって、突起36の端面の面積を、突起36の加工限度よりもさらに小さくすることができ、局所スティックや全体スティックを軽減する効果がより高くなる。   FIG. 23 and FIG. 24 show a modification of the third embodiment, in which the protrusion 36 overlaps the position of the acoustic hole 31. If the position of the projection 36 and the position of the acoustic hole 31 overlap, if the acoustic hole 31 is provided in the counter electrode plate 25 after the formation of the projection 36, the acoustic hole 31 is opened by etching and at the same time the projection 36 is formed. Some are also etched away. Therefore, the area of the end face of the protrusion 36 can be made smaller than the processing limit of the protrusion 36, and the effect of reducing the local stick and the entire stick becomes higher.

(その他の形態)
図25は本発明の音響センサのさらに別な実施形態を示す概略断面図である。第1〜第3の実施形態では、対向電極板25に突起36を設けたが、この実施形態では、振動電極板24に突起36を設けている。このような実施形態によれば、振動電極板24の中央部が撓んで突起36間の部分が対向電極板25にくっつく局所スティックや、突起36のほぼ全体が対向電極板25にくっつく全体スティックを防止することができる。
(Other forms)
FIG. 25 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the acoustic sensor of the present invention. In the first to third embodiments, the protrusions 36 are provided on the counter electrode plate 25, but in this embodiment, the protrusions 36 are provided on the vibration electrode plate 24. According to such an embodiment, a local stick in which the central portion of the vibrating electrode plate 24 is bent and a portion between the protrusions 36 sticks to the counter electrode plate 25, or an entire stick in which almost the whole of the protrusion 36 sticks to the counter electrode plate 25 Can be prevented.

また、第1〜第3の実施形態では、シリコン基板22の上に振動電極板24を設け、その上方を対向電極板25で覆ったが、図26、図27に示すように、シリコン基板22の上に対向電極板25を設け、その上方に振動電極板24を設けてもよい。なお、図26では、対向電極板25に突起36を設けており、図27では、振動電極板24に突起36を設けている。   In the first to third embodiments, the vibration electrode plate 24 is provided on the silicon substrate 22 and the upper portion thereof is covered with the counter electrode plate 25. However, as shown in FIGS. The counter electrode plate 25 may be provided on the upper side, and the vibration electrode plate 24 may be provided thereon. In FIG. 26, the protrusions 36 are provided on the counter electrode plate 25, and in FIG. 27, the protrusions 36 are provided on the vibration electrode plate 24.

21 音響センサ
22 シリコン基板
23 絶縁被膜
24 振動電極板
25 対向電極板
26 貫通孔
27 固定部
28 ダイアフラム
31 音響孔
36 突起
37 水分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Acoustic sensor 22 Silicon substrate 23 Insulation film 24 Vibrating electrode plate 25 Counter electrode plate 26 Through-hole 27 Fixing part 28 Diaphragm 31 Acoustic hole 36 Protrusion 37 Water | moisture content

Claims (7)

基板に固定され、かつ、音圧に感応する振動電極板と、
基板に固定され、かつ、前記振動電極板と空隙を介して対向した対向電極板と、
を有する音響センサにおいて、
前記振動電極板又は前記対向電極板の前記空隙側の面に複数の突起を設け、
前記振動電極板又は前記対向電極板における突起形成領域に応じて隣接する突起どうしの間隔を変化させ、
前記振動電極板又は前記対向電極板のうち前記突起を設けた側の電極板において、前記振動電極板の柔軟性の高い領域又は前記柔軟性の高い領域に対向する前記対向電極板の対向領域における隣接する突起どうしの間隔が、前記振動電極板の柔軟性の低い領域又は前記柔軟性の低い領域に対向する前記対向電極板の対向領域における隣接する突起どうしの間隔よりも小さいことを特徴とする音響センサ。
A vibrating electrode plate fixed to the substrate and sensitive to sound pressure;
A counter electrode plate fixed to the substrate and opposed to the vibrating electrode plate via a gap;
In an acoustic sensor having
A plurality of protrusions are provided on the surface of the vibration electrode plate or the counter electrode plate on the gap side,
Change the interval between adjacent protrusions according to the protrusion formation region in the vibrating electrode plate or the counter electrode plate,
In the vibration electrode plate or the electrode plate on the side of the counter electrode plate on which the protrusion is provided, in the highly flexible region of the vibration electrode plate or in the counter region of the counter electrode plate facing the highly flexible region An interval between adjacent protrusions is smaller than an interval between adjacent protrusions in a region where the vibration electrode plate is low in flexibility or in a counter region of the counter electrode plate facing the low flexibility region. Acoustic sensor.
前記振動電極板をその可動部分の外周縁に沿って前記基板に固定し、
前記可動部分の中央部、もしくは前記対向電極板の当該中央部に対向する領域における隣接する前記突起どうしの間隔が、前記可動部分の外周部分、もしくは前記対向電極板の当該外周部分に対向する領域における隣接する前記突起どうしの間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
Fixing the vibrating electrode plate to the substrate along the outer periphery of the movable part;
A region in which the interval between adjacent projections in the central part of the movable part or in the region facing the central part of the counter electrode plate faces the outer peripheral part of the movable part or the outer peripheral part of the counter electrode plate The acoustic sensor according to claim 1, wherein the acoustic sensor is smaller than an interval between adjacent protrusions in the case.
前記振動電極板の前記可動部分は円板状に形成されており、
前記可動部分の半径をRとするとき、前記振動電極板の中央、もしくは前記対向電極板の当該中央に対向する位置を中心とする半径R/8以上R/2以下の領域における隣接する前記突起どうしの間隔が、当該領域よりも外側の領域における隣接する前記突起どうしの間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項2に記載の音響センサ。
The movable part of the vibrating electrode plate is formed in a disc shape,
When the radius of the movable part is R, the adjacent protrusions in the region of radius R / 8 or more and R / 2 or less centered on the center of the vibrating electrode plate or the position facing the center of the counter electrode plate The acoustic sensor according to claim 2, wherein an interval between the projections is smaller than an interval between the adjacent protrusions in a region outside the region.
前記振動電極板の前記可動部分の外周部を前記基板に複数箇所で部分的に固定し、
前記振動電極板の固定部位どうし、もしくは前記対向電極板の当該固定部位に対向する部位どうしの中間に位置する領域における隣接する前記突起どうしの間隔が、その他の突起形成領域における隣接する前記突起どうしの間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The outer peripheral part of the movable part of the vibrating electrode plate is partially fixed to the substrate at a plurality of locations,
The interval between the adjacent projections in the region located between the fixed portions of the vibrating electrode plate or in the region between the portions facing the fixed portion of the counter electrode plate is equal to the adjacent projections in the other projection forming regions. The acoustic sensor according to claim 1, wherein the acoustic sensor is smaller than the interval of.
前記突起は、複数の同心円又は複数の多角形に沿って配列されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to claim 1, wherein the protrusions are arranged along a plurality of concentric circles or a plurality of polygons. 前記対向電極板は音圧を通過させるための音響孔を複数有し、
前記突起はそれぞれ、前記音響孔で囲まれた領域の中央部に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The counter electrode plate has a plurality of acoustic holes for passing sound pressure,
The acoustic sensor according to claim 1, wherein each of the protrusions is disposed at a central portion of a region surrounded by the acoustic hole.
前記対向電極板は音圧を通過させるための音響孔を複数有し、
前記突起はそれぞれ、前記音響孔で囲まれた領域の中央から外れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサ。
The counter electrode plate has a plurality of acoustic holes for passing sound pressure,
2. The acoustic sensor according to claim 1, wherein each of the protrusions is disposed at a position deviated from a center of a region surrounded by the acoustic hole.
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