JP6127600B2

JP6127600B2 - 静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォン

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Publication number: JP6127600B2
Application number: JP2013049738A
Authority: JP
Inventors: 匡志井上
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2017-05-17
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Description

本発明は、静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォンに関する。具体的に言うと、本発明は、振動電極板（ダイアフラム）と固定電極板からなるコンデンサ構造によって構成された静電容量型センサに関する。また、本発明は、音響振動を電気信号に変換して出力する音響センサ（音響トランスデューサ）と、該音響センサを用いたマイクロフォンに関する。

音響センサに用いられるダイアフラムでは、音響振動よるダイアフラムの変位を大きくして音響センサの感度を向上させるため、ダイアフラムを脚片で支持したものがある。図１Ａは、従来の音響センサを示す平面図である。ただし、図１Ａでは、バックプレートや固定電極板を除いてダイアフラムを露出させている。

図１Ａに示す音響センサでは、基板１１に開口されたチャンバ（図示せず）を覆うようにして基板１１の上面に矩形状のダイアフラム１２が配置されている。ダイアフラム１２のコーナー部からは、対角方向外向きに脚片１３が延出している。チャンバの縁において基板１１の上面には４個のアンカー１４が設けられており、脚片１３の先端部下面はそれぞれアンカー１４によって支持されている。よって、ダイアフラム１２は、基板１１の上面において剛性の小さな脚片１３によって支持されており、音響振動によって上下に大きく変位する構造となっている。このような構造のダイアフラムを有する音響センサとしては、たとえば特許文献１に開示されたものや、特許文献２に開示されたものがある。

しかし、図１Ａのようにダイアフラム１２から外側へ脚片１３を延出させた構造の場合には、脚片１３と脚片１３の間の領域、すなわち図１Ｂにおいてハッチングを施した領域にはダイアフラム１２が存在せず、この領域が有効活用されていない。そのため、ダイアフラムの面積に比較して基板の面積が大きくなり、音響センサを小型化するうえでの阻害要因となっていた。あるいは、同じ基板サイズであればダイアフラムの面積が小さくなり、音響センサの感度が低下する。

図１Ａのような支持構造のダイアフラム１２においてその面積を大きくしようとすれば、たとえば図２のように脚片１３と脚片１３の間の領域へダイアフラム１２を延出させることが考えられる。しかし、図２のようなダイアフラム１２であると、脚片１３と脚片１３の間へ延出された部分１２ａは脚片１３により支持された部分（図１Ａのもともとダイアフラム１２であった部分）によって片持ち状に支持されている。そのため、延出部分１２ａは、ダイアフラム１２が固有に持つ反りの影響を受けやすく、上方又は下方へ反り返ったりしやすい。このような反り返りの方向や程度は、生産工程におけるウエハ間やロット間でのばらつきで生じるので、図２のような構造のダイアフラムは、音響センサの感度などをばらつかせる原因となる。また、場合によっては、反り返った部分１２ａが基板１１やバックプレートに衝突するおそれがある。

また、ダイアフラム１２の面積を大きくするためには、脚片１３の長さを短くすればよい。しかし、脚片１３の長さを短くすると、脚片１３の剛性が高くなるので、ダイアフラム１２の変位量が小さくなり、音響センサの感度が低下する。

米国特許出願公開第２０１０／０１５８２７９号明細書（US 2010/0158279 A1）米国特許出願公開第２００９／０１９０７８２号明細書（US 2009/0190782 A1）

本発明の目的とするところは、センササイズを小型化しつつ感度を向上させることのできる音響センサなどの静電容量型センサを提供することにある。

本発明に係る静電容量型センサは、少なくとも上面で開口した空洞を有する基板と、前記空洞の上面を覆うようにして前記基板の上方に形成された振動電極板と、前記振動電極板と対向するように配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサであって、全周を前記振動電極板に囲まれ、かつ、一部を前記振動電極板に結合された脚片を有し、前記脚片は、静止部材により支持されうるようになっていることを特徴としている。ここで、振動電極板は脚片を含まない概念である。また、振動電極板は、変位可能な部分であって、基板に固定されていて変位することのできない部分は含まない。

本発明の静電容量センサにあっては、静止部材によって支持されうる脚片の全周が振動電極板に囲まれている。すなわち、脚片が振動電極板の内部に設けられている。したがって、脚片と脚片の間に無駄な領域が生じないので、振動電極板の面積を広くでき、静電容量型センサの感度を向上させることができる。また、脚片が振動電極板の内部に設けられていて、脚片が振動電極板から外側へ延出されないので、静電容量センサを小型化することができる。また、振動電極板の脚片間の部分が片持ち状とならず、静止部材ないし脚片によって張力を加えられるので、脚片間の部分に反りが発生しにくい。

本発明に係る静電容量型センサのある実施態様は、前記脚片が、スリットによって前記振動電極板と分離されていることを特徴としている。かかる実施態様では、脚片と振動電極板がスリットで分離されているので、脚片が撓みやすくなる。よって、振動電極板の変位量を大きくでき、静電容量型センサの感度をより向上させることができる。

本発明に係る静電容量型センサの別な実施態様は、前記脚片が、前記振動電極板の外縁部に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、振動電極板を脚片によって安定に支持させることができる。また、基板の空洞が狭くなりにくい。

また、前記脚片は、前記振動電極板に結合された箇所から前記振動電極板の中心方向へ向けて延出していてもよく、あるいは、前記振動電極板に結合された箇所から前記振動電極板の外周方向へ向けて延出していてもよい。

本発明に係る静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記脚片が、前記振動電極板に結合された箇所と反対側の端部でアンカーを介して前記静止部材により支持されうるようになっていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、脚片の変形部分を長くできるので、振動電極板の変位量が大きくなり、センサの感度が向上する。

本発明に係る静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記基板の上面に垂直な方向から見て、前記空洞は、前記脚片間の領域へ張り出していることを特徴としている。かかる実施形態によれば、基板の空洞の容量を大きくすることができる。

また、本発明に係る静電容量型センサにおいては、前記静止部材が前記基板であり、前記脚片は、アンカーを介して前記基板の上方に固定されていてもよい。このとき、脚片はアンカーを介して前記基板の上に固定されていてもよく、前記基板の上面に設けられた絶縁膜や保護膜の上に固定されていてもよい。あるいは、前記振動電極板を覆うようにして前記基板の上方にバックプレートが形成されている場合には、前記静止部材が前記バックプレートであり、前記脚片は、アンカーを介して前記バックプレートの下面に支持されうるようになっていてもよい。また、前記静止部材が前記固定電極板であり、前記脚片は、アンカーを介して前記固定電極板に固定されうるようになっていてもよい。

このうち、脚片が、アンカーを介して基板の上面に固定されている場合には、前記アンカーの内部を貫通する導電部によって前記脚片と前記基板とが導通していてもよい。かかる実施形態によれば、振動電極板から配線を引き回す必要がなくなるので、センササイズを小型化することができる。

本発明に係る音響センサは、本発明に係る静電容量型センサを利用した音響センサであって、前記バックプレート及び前記固定電極板には、音響振動を通過させるための複数個の孔が形成されていることを特徴としている。本発明の音響センサは、本発明に係る静電容量センサを利用しているので、音響振動の検知感度を向上させるとともにセンササイズを小型化することができる。

また、本発明の音響センサは、音響センサからの信号を増幅して外部に出力する回路部と組みあわせることによってマイクロフォンを構成することができる。

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。

図１Ａは、従来の音響センサの、バックプレート及び固定電極板を除いた状態の平面図である。図１Ｂは、図１Ａの音響センサにおける無駄な領域を示す図である。図２は、図１Ａのダイアフラムを元にして、その面積を広げた比較例を示す平面図である。図３Ａは、本発明の実施形態１による音響センサを示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す音響センサからバックプレート及び固定電極板を除いてダイアフラムを露出させた状態を示す平面図である。図４Ａは、図３Ａに示す音響センサの拡大断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＸ部の断面を拡大して示す図である。図５は、図３Ｂの音響センサにおいて、ダイアフラムが変位している様子を示す断面図である。図６は、本発明の実施形態１による音響センサの変形例を示す平面図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ本発明の実施形態１による音響センサのべつな変形例を示す平面図である。図８Ａは、本発明の実施形態２による音響センサを示す平面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す音響センサからバックプレート及び固定電極板を除いてダイアフラムを露出させた状態を示す平面図である。図９は、図８Ｂの音響センサにおいて、ダイアフラムが変位している様子を示す断面図である。図１０Ａ−図１０Ｄは、実施形態１又は２の音響センサの製造工程を説明する概略断面図である。図１１Ａ−図１１Ｃは、図１０Ｄの後に続く工程を説明する概略断面図である。図１２は、本発明の実施形態３による音響センサを示す断面図である。図１３は、実施形態３の音響センサの動作時の状態を示す断面図である。図１４Ａは、実施形態３の音響センサに用いられるダイアフラムの平面図である。図１４Ｂは、実施形態３の音響センサに用いられる別なダイアフラムの平面図である。図１５は、本発明の実施形態４による音響センサを示す断面図である。図１６は、本発明の実施形態４による音響センサを示す断面図である。図１７は、本発明に係る音響センサを内蔵したマイクロフォンの概略断面図である。

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。

（実施形態１）
以下、図３−５を参照して本発明の実施形態１による静電容量型センサ、すなわち音響センサ２１を説明する。図３Ａは、本発明の実施形態１による音響センサ２１の平面図である。図３Ｂは、図３Ａの音響センサ２１からバックプレート２８と固定電極板２９を除いてダイアフラム２４を露出させた状態の平面図である。図４Ａは、音響センサ２１の断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＸ部の断面を示す拡大図である。図５は、ダイアフラム２４が変位した状態を示す断面図である。

この音響センサ２１は、ＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量型素子である。図４Ａに示すように、この音響センサ２１は、シリコン基板２２（基板）の上面にアンカー２７を介してダイアフラム２４を設け、ダイアフラム２４と対向させてダイアフラム２４の上方に固定電極板２９を設けたものである。

シリコン基板２２には、上面から下面に貫通したチャンバ２３（空洞）が開口されている。ダイアフラム２４は、チャンバ２３の上面開口を覆うようにしてシリコン基板２２の上面に配置されている。ダイアフラム２４は、導電性を有するポリシリコン薄膜によって略矩形状に形成されていてダイアフラム２４自体が振動電極板となっている。

図３Ｂに示すように、ダイアフラム２４の４箇所のコーナー部には、それぞれ脚片２６が設けられている。脚片２６は、ダイアフラム２４に用いたポリシリコン薄膜にＵ字状のスリット２５を設けることにより形成されており、スリット２５によってダイアフラム２４と分離されている。スリット２５に囲まれた脚片２６は、ダイアフラム２４の対角線方向に延びており、ダイアフラム２４の外周側に位置する端部がダイアフラム２４とつながっている。したがって、脚片２６は、ダイアフラム２４の外縁部においてダイアフラム２４内に位置しており、全周をダイアフラム２４により囲まれている。

なお、スリット２５の端は、ダイアフラム２４の振動によって亀裂が生じるおそれがある。よって、スリット２５の端は円弧状に丸くしておくか、あるいは円形の孔で終端させておくことが好ましい。

チャンバ２３の外側において、シリコン基板２２の上面には複数個の４個のアンカー２７が配置されている。各アンカー２７は、チャンバ２３の対角方向に位置している。脚片２６は、ダイアフラム２４の中心側に位置する端部の下面をアンカー２７によって支持されている。こうしてダイアフラム２４は、チャンバ２３の上面開口を覆うように配置されており、チャンバ２３の上面開口及びシリコン基板２２の上面から浮いている。

脚片２６をダイアフラム２４の内側に配置したことでチャンバ２３の容積が小さくなるので、できるだけチャンバ２３の容積を大きくしている。すなわち、図３Ｂに示すように、シリコン基板２２の上面に垂直な方向から見てダイアフラム２４の縁からはみ出さないようにしつつ、チャンバ２３をアンカー２７間の領域へ突出させている。この結果、上面から見たチャンバ２３の形状は、十文字状となっている。また、チャンバ２３をアンカー２７間の領域へ突出させることにより、シリコン基板２２の上面とダイアフラム２４の下面とが対向している隙間（ベントホール）の長さを短くでき、音響センサ２１の音響抵抗を下げることができる。

アンカー２７の少なくとも１つは、図４Ｂに示すように貫通孔２７ａを有しており、脚片２６の一部がスルーホール部３２（導電部）となって貫通孔２７ａ内に埋め込まれ、シリコン基板２２の上面と接触している。シリコン基板２２は導電性を有しているので、かかるスルーホール構造や脚片２６を通じてダイアフラム２４がシリコン基板２２に導通している。また、図３Ａに示すように、シリコン基板２２の上面には電極パッド３４が設けられており、ダイアフラム２４はシリコン基板２２を通して電極パッド３４と導通している。このような構造によれば、ダイアフラム２４から引出配線を引き回す必要がないので、音響センサ２１の小型化に寄与する。

上記のような脚片２６で支持されたダイアフラム２４でも、図５に示すように、細い脚片２６を撓ませることによって上下方向に変位もしくは振動することができる。よって、脚片２６によってダイアフラム２４の変位量を増大させることができ、音響センサ２１の感度を高くできる。

図４Ａに示すように、ＳｉＮからなるバックプレート２８の下面には、ポリシリコンからなる固定電極板２９が設けられている。バックプレート２８は、ドーム状に形成されていてその下に空洞部分を有しており、その空洞部分でダイアフラム２４を覆っている。固定電極板２９の下面とダイアフラム２４の上面との間には微小なエアギャップ３０（空隙）が形成されている。図３Ａ及び図４に示すように、バックプレート２８の一部からはシリコン基板２２の上面外周へ向けて膨出部２８ａが延出している。固定電極板２９からは、膨出部２８ａの下面に沿って引出配線３３が引き出されている。引出配線３３の先端には膨出部２８ａの上面に設けた電極パッド３５が接続されている。よって、固定電極板２９は電極パッド３５に導通している。

バックプレート２８と固定電極板２９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アコースティックホール３１（音響孔）が多数穿孔されている。図３Ａに示すように、アコースティックホール３１は、規則的に配列されている。図示例では、アコースティックホール３１は、互いに１２０°又は６０°の角度を成す３方向に沿って三角形状に配列されているが、矩形状や同心円状などに配置されていてもよい。

この音響センサ２１にあっては、固定電極板２９とダイアフラム２４が、エアギャップ３０を挟んでコンデンサ構造を構成している。そして、音響振動に感応してダイアフラム２４が振動すると、固定電極板２９とダイアフラム２４の間の静電容量が変化し、音響振動が静電容量の変化を通して電気信号に変換される。

さらに、この音響センサ２１では、脚片２６がダイアフラム２４で囲まれていてダイアフラム２４の内部に位置しているので、脚片２６と脚片２６の間の領域もダイアフラム２４として活用されている。この結果、同じ広さの基板上面にダイアフラムを設ける場合、ダイアフラム２４の面積を広くすることができ、音響センサ２１の感度を向上させることができる。あるいは、ダイアフラムの面積が同じである場合、図１Ａのようなダイアフラム１２では外向きに脚片１３が出ているので、基板サイズ（センササイズ）が大きくなるが、本実施形態の音響センサ２１では脚片２６がダイアフラム２４の内側にあるので、基板サイズが大きくならない。

また、この音響センサ２１では、ダイアフラム２４のうち脚片２６と脚片２６の間の領域は、図２のダイアフラム１２の延出部分１２ａのように片持ち状にならず、外側の縁まで脚片２６により支持されている。そのため、ダイアフラム２４のうち脚片２６と脚片２６の間の領域は、アンカー２７及び脚片２６からの張力（図３Ｂに矢印で示す向きの張力）によってピンと張られており、反りや歪みが生じにくい。さらに、音響センサ２１では、ダイアフラム２４が変位しやすいように脚片２６の長さを長くしてもダイアフラム２４の面積の減少はわずかである。

よって、本実施形態のような音響センサ２１によれば、基板上面のダイアフラム設置スペースを有効に活用してダイアフラム面積を広くでき、センササイズの小型化を図りつつ感度を向上させることができる。

（変形例）
図６は、実施形態１の変形例であって、異なる平面形状のチャンバ２３を表している。この変形例では、上方から見たチャンバ２３の形状を略八角形として、チャンバ２３を脚片２６と脚片２６の間の領域へ張り出させている。このような形状のチャンバ２３であっても、チャンバ２３の容積を大きくし、ベントホールの長さを短くすることができる。

また、ダイアフラム２４の形状は、図３Ｂのような略矩形状のものに限らない。たとえば、図７Ａのように八角形のダイアフラム２４を用いてもよく、図７Ｂのように円形のダイアフラム２４を用いてもよい。また、脚片２６の数や配置もダイアフラム２４の形状に応じて適宜変更することができる。

（実施形態２）
図８Ａは、本発明の実施形態２による音響センサ４１を示す平面図である。図８Ｂは、図８Ａの音響センサ４１からバックプレート２８と固定電極板２９を除いてダイアフラム２４を露出させた状態の平面図である。図９は、ダイアフラム２４が変位した状態を示す断面図である。

本発明の実施形態２による音響センサ４１でも脚片２６はダイアフラム２４の対角線方向に延びているが、脚片２６は、ダイアフラム２４の中心側に位置する端部がダイアフラム２４とつながっており、ダイアフラム２４の外周側に位置する端部がアンカー２７によって支持されている。したがって、実施形態２では、脚片２６は、ダイアフラム２４から外側へ向けて延びている。その他の点については、実施形態１の場合と同様であるので、同一構成部分には同一の符号を付すことにより説明を省略する。

実施形態２のように脚片２６がダイアフラム２４から外側へ延びている場合も、図９に示すように、ダイアフラム２４は細い脚片２６を撓ませることによって上下方向に変位もしくは振動することができる。よって、脚片２６によってダイアフラム２４の変位量を増大させることができ、音響センサ４１の感度を高くできる。

実施形態２の音響センサ４１でも、実施形態１で述べた音響センサ２１の各効果と同様な効果を得ることができる。

なお、図８Ｂでは、略八角形状のチャンバ２３を示しているが、図３Ｂに示されているような十文字状のチャンバ２３を設けてもよい。また、図８Ｂでは、上面から見て脚片２６又はアンカー２７と重ならないようにチャンバ２３を形成しているが、チャンバ２３が脚片２６やアンカー２７と重なるようにしてチャンバ２３の縁をアンカー２７の近くまで広げても差し支えない。また、実施形態２の場合も、略八角形のダイアフラム２４（図７Ａ参照）や円形のダイアフラム２４（図７Ｂ参照）を用いてもよい。

（実施形態１、２の音響センサの製造工程）
つぎに、実施形態１及び２の音響センサ２１、４１の製造工程を図１０、図１１により説明する。まず、図１０Ａに示すように、シリコン基板２２の上面に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる第１犠牲層５１を成膜し、その上にポリシリコンからなる第２犠牲層５２を積層し、再び第２犠牲層５２の上に第１犠牲層５１を積層し、第１犠牲層５１で第２犠牲層５２を覆う。ついで、第１犠牲層５１の上面にポリシリコン膜を成膜し、ポリシリコン膜をパターニングしてダイアフラム２４及び脚片２６を形成し、ダイアフラム２４と脚片２６の間のスリット２５を形成する。

この後、図１０Ｂに示すように、さらにダイアフラム２４及び脚片２６の上に第１犠牲層５１を積層し、ダイアフラム２４及び脚片２６を第１犠牲層５１で覆う。ついで、第１犠牲層の外周面を斜めにエッチングして傾斜面とする。第１犠牲層５１の上面にＧＡＰ酸化膜を形成し、ＧＡＰ酸化膜をパターニングして第１犠牲層５１の上面に固定電極板２９を形成する。このとき、固定電極板２９にはアコースティックホール３１も開口しておく。

図１０Ｃに示すように、シリコン基板２２の上面の積層物の全体をＳｉＮで覆ってバックプレート２８を設けた後、図１０Ｄに示すように、バックプレート２８にアコースティックホール３１を開口し、シリコン基板２２の裏面を研磨し、基板厚みを薄くする。

ついで、図１１Ａに示すように、シリコン基板２２を裏面側からドライエッチング（ＤＲＩＥ）し、シリコン基板２２にチャンバ２３を開口する。この後、シリコン基板２２の下面とチャンバ２３の壁面を第１犠牲層５１で覆って保護する。

こうしてシリコン基板２２を第１犠牲層５１で保護した後、図１１Ｂに示すように、チャンバ２３内にエッチング液を導いて第２犠牲層５２をエッチングする。この際、第２犠牲層５２を一部残してエッチングを終了する。

この後、第１犠牲層５１をエッチングにより除去し、バックプレート２８内の空間を形成する。

（実施形態３）
図１２は、本発明の実施形態３による音響センサ６１の構造を示す断面図である。この実施形態においては、ダイアフラム２４及び脚片２６はシリコン基板２２の上面に固定されておらず、シリコン基板２２の上面に乗っているだけである。ダイアフラム２４及び脚片２６は、図１４Ａに示すように、スリット２５によって分離されている点は、実施形態１と同様である。しかし、シリコン基板２２の上面にアンカーはなく、脚片２６はシリコン基板２２の上面に固定されていない。よって、ダイアフラム２４及び脚片２６は、シリコン基板２２の上面から離れて浮くことが可能になっている。また、ダイアフラム２４又は脚片２６の下面には突起６２が突設されており、ダイアフラム２４や脚片２６がシリコン基板２２の上面に密着して離れなくなるのを防止している。バックプレート２８の下面には、図１４Ａに示すように、脚片２６の先端部上面に対応して複数個のアンカー２７が突出している。

音響センサ６１は、非動作時には、図１２に示すように、ダイアフラム２４及び脚片２６はシリコン基板２２の上面に乗っている。しかし、音響センサ６１が動作状態になると、図１３に示すように固定電極板２９とダイアフラム２４の間に働く静電吸引力によってダイアフラム２４及び脚片２６が上方へ引き上げられる。上方へ引き上げられた脚片２６は、図１３に示すようにアンカー２７に当たり、固定電極板２９とダイアフラム２４の間の静電吸引力によってアンカー２７が脚片２６に押し付けられる。よって、脚片２６は、バックプレート２８の下面においてアンカー２７によって支持され、ダイアフラム２４が固定電極板２９と対向する。そして、ダイアフラム２４は、バックプレート２８の下面に吊り下げられた状態で音響振動によって変位又は振動する。

ダイアフラム２４からは引出配線６３が引き出されており、当該引出配線６３はシリコン基板２２又はバックプレート２８側へ導かれているので、ダイアフラム２４が上昇するときに回転しにくく、脚片２６がアンカー２７からずれるおそれは少ない。しかし、より確実に脚片２６をアンカー２７に接触させるためには、ダイアフラム２４に適宜回り止め手段を講じてもよい。

また、図１４Ａの脚片２６は、ダイアフラム２４の外側から内側へ延びているが、実施形態３に用いる脚片２６は、図１４Ｂのようにダイアフラム２４の内側から外側へ延びたものであってもよい。

なお、上記実施形態３では、非動作時にはダイアフラム２４及び脚片２６はシリコン基板２２の上面に乗っていたが、脚片２６をバックプレート２８の下面に設けたアンカー２７に固定し、ダイアフラム２４及び脚片２６が常時バックプレート２８の下面に吊り下げられた構造としてもよい。

（実施形態４）
図１５は、本発明の実施形態４による音響センサ７１を示す断面図である。この音響センサ７１にあっては、固定電極板２９がドーム状に形成されており、必要な剛性を得られる程度の厚みを有している。固定電極板２９は、絶縁層７２を挟んでシリコン基板２２の上面に設けられており、シリコン基板２２の上方に配設されたダイアフラム２４を覆っている。この実施形態のように、圧力センサは、バックプレートを用いないものであってもよい。

（実施形態５）
図１６は、本発明の実施形態４による音響センサ８１を示す断面図である。この音響センサ８１では、シリコン基板２２の上面に絶縁層８２を介して平板状の固定電極板２９を設けている。さらに、固定電極板２９の上方には、固定電極板２９と対向させるようにしてダイアフラム２４が配設されている。ダイアフラム２４につながった脚片２６は、固定電極板２９の上面に設けられたアンカー２７によって支持されている。また、チャンバ２３の上方において、固定電極板２９には複数のアコースティックホール３１が開口されている。この実施形態のように、圧力センサは、ダイアフラムの下方で固定電極板がダイアフラムに対向していてもよい。

（マイクロフォンへの応用）
図１７は、本発明に係る音響センサ、たとえば実施形態１の音響センサ２１を内蔵したボトムポート型のマイクロフォン９１の概略断面図である。このマイクロフォン９１は、回路基板９２とカバー９３からなるパッケージ内に音響センサ２１と回路部である信号処理回路９５（ＡＳＩＣ）とを内蔵したものである。音響センサ２１と信号処理回路９５は、回路基板９２の上面に実装されている。回路基板９２には、音響センサ２１内に音響振動を導き入れるための音導入孔９４が開口されている。音響センサ２１は、チャンバ２３の下面開口を音導入孔９４に合わせ、音導入孔９４を覆うようにして回路基板９２の上面に実装されている。したがって、音響センサ２１のチャンバ２３がフロントチャンバとなり、パッケージ内の空間がバックチャンバとなる。

音響センサ２１と信号処理回路９５は、ボンディングワイヤ９６によって接続されている。さらに、信号処理回路９５は、ボンディングワイヤ９７によって回路基板９２に接続されている。なお、信号処理回路９５は、音響センサ２１へ電源を供給する機能や、音響センサ２１の容量変化信号を外部へ出力する機能を有する。

回路基板９２の上面には、音響センサ２１及び信号処理回路９５を覆うようにしてカバー９３が取り付けられる。パッケージは電磁シールドの機能を有しており、外部からの電気的な外乱や機械的な衝撃から音響センサ２１や信号処理回路９５を保護している。

こうして、音導入孔９４からチャンバ２３内に入った音響振動は、音響センサ２１によって検出され、信号処理回路９５によって増幅及び信号処理された後に出力される。このマイクロフォン９１では、パッケージ内の空間をバックチャンバとしているので、バックチャンバの容積を大きくでき、マイクロフォン９１を高感度化することができる。

なお、このマイクロフォン９１においては、パッケージ内に音響振動を導き入れるための音導入孔９４をカバー９３の上面に開口していてもよい。この場合には、音響センサ２１のチャンバ２３がバックチャンバとなり、パッケージ内の空間がフロントチャンバとなる。

２１、４１、６１、７１、８１音響センサ
２２シリコン基板
２３チャンバ
２４ダイアフラム
２５スリット
２６脚片
２７アンカー
２７ａ貫通孔
２８バックプレート
２９固定電極板
９１マイクロフォン
９２回路基板
９３カバー
９４音導入孔
９５信号処理回路

Claims

少なくとも上面で開口した空洞を有する基板と、
前記空洞の上面を覆うようにして前記基板の上方に形成された振動電極板と、
前記振動電極板と対向するように配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサであって、
全周を前記振動電極板に囲まれ、かつ、一部を前記振動電極板に結合された脚片を有し、
前記脚片は、静止部材により支持されうるようになっていることを特徴とする静電容量センサ。
前記脚片は、スリットによって前記振動電極板と分離されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記脚片は、前記振動電極板の外縁部に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記脚片は、前記振動電極板に結合された箇所から前記振動電極板の中心方向へ向けて延出していることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記脚片は、前記振動電極板に結合された箇所から前記振動電極板の外周方向へ向けて延出していることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記脚片は、前記振動電極板に結合された箇所と反対側の端部でアンカーを介して前記静止部材により支持されうるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記基板の上面に垂直な方向から見て、前記空洞は、前記脚片間の領域へ張り出していることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記静止部材が前記基板であり、
前記脚片は、アンカーを介して前記基板の上方に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記アンカーの内部を貫通する導電部によって前記脚片と前記基板とが導通していることを特徴とする、請求項８に記載の静電容量型センサ。
前記振動電極板を覆うようにして前記基板の上方にバックプレートが形成され、
前記静止部材が前記バックプレートであり、
前記脚片は、アンカーを介して前記バックプレートの下面に支持されうるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
前記静止部材が前記固定電極板であり、
前記脚片は、アンカーを介して前記固定電極板に固定されうるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の静電容量型センサを利用した音響センサであって、
前記バックプレート及び前記固定電極板には、音響振動を通過させるための複数個の孔が形成されていることを特徴とする音響センサ。
請求項１２に記載の音響センサと、前記音響センサからの信号を増幅して外部に出力する回路部とを備えたマイクロフォン。