JP6135387B2 - マイクロフォン、音響センサ及び音響センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はマイクロフォン、音響センサ及び音響センサの製造方法に関する。具体的には、複数のセンシング部（キャパシタ構造）を有する静電容量型の音響センサと、当該音響センサをパッケージ内に納めたマイクロフォンに関する。また、当該音響センサの製造方法に関する。

静電容量型の音響センサは、基板に設けた空洞（貫通孔）の上面にダイアフラム（可動電極板）と固定電極板を備えた構造となっている。また、マイクロフォンは、パッケージ内の底面に音響センサと処理回路を設置し、音響振動を導入するためのパッケージ音孔をパッケージに設けたものである。このようなマイクロフォンの感度や周波数特性などの音響特性を改善するためには、ダイアフラムを基準として音響振動が入ってくる側と反対側の空間（この空間をバックチャンバと呼ぶ。）の容積を大きくすればよいことが知られている。

上記マイクロフォンとしては、パッケージの上面にパッケージ音孔を設けたものが一般的である。このようなタイプのマイクロフォンでは、パッケージ音孔を通ってパッケージ内に入った音響振動は、固定電極板とダイアフラムを通過して空洞へ抜け、そのときダイアフラムを振動させてダイアフラムと固定電極板の間の静電容量を変化させる。したがって、このマイクロフォンでは、基板内の空洞がバックチャンバとなるので、バックチャンバーの容積をあまり大きくすることができない。

そのため、マイクロフォンの感度や周波数特性などの音響特性を改善する実際的方法としては、パッケージ音孔を基板の空洞に直結する位置、すなわち空洞の直下でパッケージに開口する方法が提案されている（図１（Ａ）参照）。

また、マイクロフォンのＳ／Ｎ比（信号雑音比）や音圧帯域などの音響特性を改善する別な方法としては、マイクロフォンに２個の音響センサを内蔵させる方法がある。１つのパッケージ内に２個の音響センサを内蔵していれば、２個の音響センサの出力を加え合わせることでマイクロフォンの感度を向上させたり、ノイズキャンセリングを行ったりすることができ、結果としてＳ／Ｎ比を向上させることができる。あるいは、互いに感度、音圧帯域、周波数帯域などの異なった２個の音響センサを内蔵させておけば、これらの音響センサの出力を後段の回路で切り替えながら併用することにより、１個の音響センサでは実現できない特性を得ることができる。たとえば、高感度だが小さい音圧に対応した音響センサと、低感度だが大きい音圧に対応した音響センサを併用し、音圧帯域によって各音響センサを切り替えることで、擬似的に高感度で大きい音圧まで対応した広帯域のマイクロフォンを実現することができる。

複数個の音響センサを内蔵したマイクロフォンとしては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。しかし、特許文献１（図３Ａ）に示されたマイクロフォンでは、パッケージの底面に複数個の音響センサを配置し、パッケージの上面にパッケージ音孔を開口しているので、パッケージ音孔を音響センサの空洞に直結させることができない。

そこで特許文献１（図３Ａ）に示されたマイクロフォンの改善例としては、図１に示すように、パッケージ１２の底部上面に複数個の互いに独立した音響センサ１３ａ、１３ｂ、…を実装し、パッケージ１２の底面に空洞１７と直結したパッケージ音孔１４を設けることが考えられる。このマイクロフォン１１では、音響センサ１３ａ、１３ｂ、…の上面にダイアフラム１５と固定電極板１６を備えているので、音響センサ内部の空洞１７がフロントチャンバとなり、パッケージ内部のパッケージ空間１８がバックチャンバとなる。よって、バックチャンバの容積を広くすることができ、マイクロフォンの特性を改善することができる。

しかし、このような構造のマイクロフォンでは、個々の音響センサ毎にパッケージ音孔を備えているので、それぞれの音響センサは、異なるパッケージ音孔から入った少しずつ異なる音響振動を検知する可能性がある。少しずつ異なる音響振動を検知している音響振動の出力信号を上記のように重ね合わせると、例えば出力信号どうしが干渉してうなりを発生する恐れがある。また、図１のように独立した複数個の音響センサを用いると、音響センサ間の製造バラツキが問題になることもある。

これに対し、特許文献１（図４）に示された音響センサでは、図２に示すように、基板２２の上面に固定電極板１６を設け、その上方に複数のダイアフラム１５を設け、各ダイアフラム１５と固定電極板１６によって複数のセンシング部２１ａ、２１ｂ、…（キャパシタ構造）を形成している。各センシング部２１ａ、２１ｂ、…においては、固定電極板１６にアコースティックホール２３が開口されている。図２のような音響センサ１３では、単一の基板に複数のセンシング部２１ａ、２１ｂ、…が形成されているので、各センシング部ごとの製造ばらつきが小さくなる。よって、図２のような音響センサ１３を用いて、空洞１７の下面に直結するようにしてパッケージに１個のパッケージ音孔を設けることが考えられる。

また、図２の音響センサ１３では、各センシング部２１ａ、２１ｂ、…が空洞１７を共有していると都合がよいので、空洞１７はセンシング部２１ａ、２１ｂ、…の下方の空間全体に広がっている。その一方、空洞１７の内部において、空洞１７の上部に基板２２によって補強材（stiffening rib）２４を設けている。

しかし、この補強材２４は、エッチングにより基板２２に空洞１７を形成したときのエッチング残りであり、基板２２の厚みに比べて厚みがかなり薄い部材であるから、それ自体では音響センサ１３に十分な強度を付与することはできない。そのため、マイクロフォンを落下させたときの衝撃で基板２２が歪み、ダイアフラム１５が割れやすくなる。

また、図２の音響センサ１３では、基板２２に空洞１７を形成するときのエッチング体積が大きいので、エッチング時間が長くなり、音響センサの生産性が悪くなる。さらに、この音響センサ１３では、各センシング部２１ａ、２１ｂ、…の下の空洞１７がつながっているので、空洞１７に入った音響振動がセンシング部全体から抜け出やすく、音響センサ１３の低周波特性が悪くなる。

また、図２の音響センサ１３では、パッケージ音孔を設ける位置は、空洞１７の下面の開口領域に制限されるので、パッケージ音孔の位置設計の自由度が低く、またパッケージ音孔から空洞１７内に塵埃などの異物が侵入しやすい。

なお、特許文献１（図４）の音響センサでは、上記補強材２４を基板２２の下面まで延ばして仕切壁２５を構成し、各空洞１７を仕切壁２５によって仕切ることも可能としている。そして、仕切壁２５の真ん中あたりの高さに通孔２６を設けて隣接する空洞１７どうしを連通させている（図２において破線で示す）。しかし、このような変形例では、仕切壁２５の真ん中あたりに仕切壁２５を横に貫通するようにして通孔２６を形成しなければならず、通孔２６を開口する工程が極めて困難になる。さらに、仕切壁２５を設けるだけで通孔２６を設けなければ、各空洞１７ごとにパッケージ音孔を設ける必要があり、図１の場合と同様な不具合が生じる。

米国特許出願公開第２００７−４７７４６号明細書

本発明の目的とするところは、基板に設けた空洞にパッケージ音孔を直結させて前記空洞をフロントチャンバとして使用するための音響センサ及びマイクロフォンにおいて、基板の強度を向上させ、空洞を形成するときのエッチング時間を短縮し、かつ、低周波特性を良好にすることにある。また、本発明の別な目的は、当該音響センサの生産性を向上させることにある。

本発明に係るマイクロフォンは、
パッケージの内面に音響センサの下面を固定したマイクロフォンにおいて、
前記音響センサは、上面から下面にかけて貫通した複数の空洞を有する基板と、前記空洞のそれぞれの上方に配設された可動電極板及び固定電極板からなるキャパシタ構造とを備え、
前記パッケージは、前記音響センサの下面に対向する位置にパッケージ音孔を開口され、
前記基板の下面には、前記空洞のそれぞれに連通し、かつ、前記基板の下面側で開口した窪みが形成され、
前記基板の下面から測った前記窪みの高さが、前記空洞の高さの０.５倍以下であることを特徴としている。

本発明のマイクロフォンは、パッケージ音孔から音響センサの空洞内に音響振動を取り込む構造となっているので、パッケージ内の空間がバックチャンバとなり、広いバックチャンバ空間を有する。また、一つの基板に複数のキャパシタ構造（センシング部）を設けられている。よって、このマイクロフォンでは、感度や周波数特性などの音響特性が良好となる。しかも、本発明のマイクロフォンでは、基板の下面に、前記空洞のそれぞれに連通し、かつ、基板の下面側で開口した窪みが形成されていて、基板の下面から測った前記窪みの高さが、前記空洞の高さの０.５倍以下となっているので、基板の剛性が高くなる。その結果、マイクロフォンに落下等による衝撃が加わっても、基板が歪みにくく、衝撃によって可動電極板が破損しにくくなる。また、基板のエッチング体積が小さくて済むので、基板のエッチング時間が短縮され、音響センサのの生産性が向上する。さらに、空洞がほぼ独立しているので、空洞に入った音響振動が抜け出にくく、音響センサの低周波特性が良好になる。

本発明に係るマイクロフォンのある実施態様は、前記空洞が前記基板の仕切壁によって相互に分離され、前記窪みが、前記基板の下面のうち、少なくとも前記仕切壁の下面の一部に形成され、前記窪みが、前記空洞のそれぞれの下端部側面に連通している。窪みは、仕切り壁の下面の少なくとも一部に設けられているが、仕切壁の下面以外の領域にも設けられていてもよい。かかる実施態様によれば、基板の空洞間が仕切壁で保持されていて、仕切壁の下の窪みが空洞の高さの０.５倍以下となっているので、基板の剛性が高くなる。その結果、マイクロフォンに落下等による衝撃が加わっても、基板が歪みにくく、衝撃によって可動電極板が破損しにくくなる。また、窪みの高さが空洞の高さの半分以下であるので、基板のエッチング体積が小さくて済み、基板のエッチング時間が短縮され、音響センサのの生産性が向上する。さらに、空洞が仕切壁で仕切られていて各空洞がほぼ独立しているので、空洞に入った音響振動が抜け出にくく、音響センサの低周波特性が良好になる。また、パッケージ音孔は、基板の下面の窪み又は空洞のある箇所であれば、任意の位置に設けることが可能であるので、マイクロフォンの設計自由度が向上する。

本発明に係るマイクロフォンの別な実施態様は、前記パッケージ音孔が、前記仕切壁の下面に対向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、パッケージ音孔の上方に仕切壁の下面が存在しているので、パッケージ音孔から音響センサ内に異物や外乱などが侵入しにくくなる。

本発明に係るマイクロフォンのさらに別な実施態様は、前記仕切壁の下面の一部に、支持柱を突設したことを特徴としている。かかる実施態様によれば、基板の剛性がより高くなり、音響センサの強度が増す。また、基板のエッチング体積がさらに小さくなるので、基板のエッチング時間がより短縮される。特に、前記支持柱の下面は、前記基板の下面と同一平面上に位置していることが望ましい。

また、前記パッケージ音孔は、複数の前記空洞のうちのいずれか一つの空洞の下面に対向していてもよい。

本発明に係るマイクロフォンのさらに別な実施態様は、前記空洞は前記基板の仕切壁によって相互に分離され、前記窪みが、前記基板の下面のうち、少なくとも前記空洞及び前記仕切壁以外の領域の下面の一部に形成され、前記窪みが、前記空洞のそれぞれの下端部側面に連通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、パッケージ音孔の位置の自由度がより高くなる。このとき、前記パッケージ音孔は、前記空洞及び前記仕切壁以外の領域の下面に対向していてもよい。

本発明に係るマイクロフォンのさらに別な実施態様は、前記窪みが、その周囲全体を前記基板によって囲まれていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、パッケージ音孔から窪みに入った音響振動が漏れるのを防ぐことができ、音響センサの感度が向上する。

本発明に係る音響センサは、
上面から下面にかけて貫通した複数の空洞を有する基板と、
前記空洞のそれぞれの上方に配設された可動電極板及び固定電極板からなるキャパシタ構造と、
を備えた音響センサにおいて、
前記基板の下面には、前記空洞のそれぞれに連通し、かつ、前記基板の下面側で開口した窪みが形成され、
前記基板の下面から測った前記窪みの高さが、前記空洞の高さの０.５倍以下であることを特徴としている。

本発明に係る音響センサは、パッケージ音孔から音響センサの空洞内に音響振動を取り込む構造となっているので、広いバックチャンバ空間を確保することができる。また、一つの基板に複数のキャパシタ構造（センシング部）を設けられている。よって、この音響センサでは、感度や周波数特性などの音響特性が良好となる。しかも、本発明の音響センサでは、基板の下面に、前記空洞のそれぞれに連通し、かつ、基板の下面側で開口した窪みが形成されていて、基板の下面から測った前記窪みの高さが、前記空洞の高さの０.５倍以下となっているので、基板の剛性が高くなる。その結果、音響センサに落下等による衝撃が加わっても、基板が歪みにくく、衝撃によって可動電極板が破損しにくくなる。また、基板のエッチング体積が小さくて済むので、基板のエッチング時間が短縮され、音響センサのの生産性が向上する。さらに、空洞がほぼ独立しているので、空洞に入った音響振動が抜け出にくく、音響センサの低周波特性が良好になる。

本発明に係る音響センサの第１の製造方法は、
本発明に係る音響センサを製造するための音響センサの製造方法であって、
平板状をした基板材料の上面に可動電極板や固定電極板を形成するための構造物を作製する第１の工程と、
前記空洞及び前記窪みの下面となる領域で開口した第１のマスクを、前記基板材料の下面に形成する第２の工程と、
前記窪みの下面となる領域を覆うとともに少なくとも前記空洞の下面となる領域で開口した第２のマスクを、前記基板材料及び前記第１のマスクの下面に形成する第３の工程と、
前記第２のマスクと前記第１のマスクを通して前記基板材料を下面側からドライエッチングすることにより、前記基板材料の前記空洞となる領域に、前記空洞の高さから前記窪みの高さを引いた値に等しい深さの凹所を形成する第４の工程と、
前記第２のマスクの無い状態で前記第１のマスクを通して前記基板材料を下面側からドライエッチングすることにより、前記基板材料の前記空洞及び前記窪みとなる領域を前記窪みの高さと同じ深さだけ前記基板材料を除去し、前記空洞及び前記窪みを有する前記基板を作製する第５の工程と、
前記構造物によって前記基板の上面に前記可動電極板と前記固定電極板を形成する第６の工程と、
を有することを特徴している。本発明に係る音響センサの第１の製造方法によれば、本発明に係る音響センサを製造することができる。

本発明に係る音響センサの第１の製造方法のある実施態様は、前記第３の工程において、前記基板の厚みをＡ、前記窪みの高さをＨ、前記基板材料に対する第２のマスクのエッチングレートの比をＲ２とするとき、前記第２のマスクの厚みＴを、
Ｔ＝（Ａ−Ｈ）×Ｒ２
と定めることを特徴としている。かかる実施態様によれば、第４の工程と第５の工程をドライエッチング装置内で連続的に処理することができるので、音響センサの生産性が向上する。

さらに、前記第３の工程においては、前記第２のマスクを残して前記ドライエッチングを停止し、残った前記第２のマスクをアッシングにより除去してもよい。かかる実施態様によれば、前記窪みの高さが第２のマスクの厚みのばらつきの影響を受けにくくなる。

本発明に係る音響センサの第１の製造方法の別な実施態様は、前記第２の工程において、前記窪みの高さをＨ、前記基板材料に対する第１のマスクのエッチングレートの比をＲ１とするとき、前記第１のマスクの厚みｔを、
ｔ≧Ｈ×Ｒ１
と定めることを特徴としている。かかる実施態様によれば、かかる実施態様によれば、基板に空洞が形成される前に第１のマスクがドライエッチングによって消耗してしまうのを防ぐことができる。特に、第１のマスクの厚みがｔ＝Ｈ×Ｒ１となっていれば、基板に空洞が形成された時に第１のマスクがドライエッチングによって消耗してしまうので、第１のマスクを剥離する工程が不要になる。

本発明に係る音響センサの第２の製造方法は、
請求項１１に記載の音響センサを製造するための音響センサの製造方法であって、
平板状をした基板材料の上面に可動電極板や固定電極板を形成するための構造物を作製する第１の工程と、
前記空洞及び前記窪みの下面となる領域で開口した第３のマスクを、前記基板材料の下面に形成する第２の工程と、
前記第３のマスクを通して前記基板材料を下面側からエッチングすることにより、前記基板材料の前記空洞及び前記窪みとなる領域に、前記窪みの高さと同じ深さの凹所を形成する第３の工程と、
前記凹所の上面のうち前記窪みとなる領域と、前記凹所の側壁面を第４のマスクで覆う第４の工程と、
前記第３のマスクと前記第４のマスクを通して前記基板材料の前記空洞となる領域を下面側からエッチングすることにより、前記空洞及び前記窪みを有する前記基板を作製する第５の工程と、
前記構造物によって前記基板の上面に前記可動電極板と前記固定電極板を形成する第６の工程と、
を有することを特徴としている。本発明に係る音響センサの第２の製造方法によっても、本発明に係る音響センサを製造することができる。

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１は、複数の音響センサを内蔵した参考例のマイクロフォンの構造を示す断面図である。 図２は、特許文献１に記載された音響センサの断面図である。 図３（Ａ）は、本発明に係る実施形態１の音響センサを示す一部省略した平面図である。図３（Ｂ）は、本発明に係る実施形態１の音響センサをパッケージ基板の上に実装した状態を示す断面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図３（Ａ）の音響センサに用いられている基板を示す平面図及び裏面側から見た斜視図である。 図５は、図３（Ｂ）の音響センサを内蔵したマイクロフォンの断面図である。 図６（Ａ）−図６（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第１の製造方法を説明するための断面図である。 図７（Ａ）−図７（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第１の製造方法を説明するための断面図であって、図６（Ｃ）の続図である。 図８（Ａ）−図８（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第１の製造方法を説明するための断面図であって、図７（Ｃ）の続図である。 図９（Ａ）−図９（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第１の製造方法を説明するための断面図であって、図８（Ｃ）の続図である。 図１０（Ａ）−図１０（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第２の製造方法を説明するための断面図である。 図１１（Ａ）−図１１（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第２の製造方法を説明するための断面図であって、図１０（Ｃ）の続図である。 図１２（Ａ）−図１２（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第２の製造方法を説明するための断面図であって、図１１（Ｃ）の続図である。 図１３（Ａ）−図１３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第２の製造方法を説明するための断面図であって、図１２（Ｃ）の続図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、図３（Ｂ）の音響センサを製造するための第２の製造方法を説明するための断面図であって、図１３（Ｃ）の続図である。 図１５（Ａ）は、本発明に係る実施形態１の変形例による音響センサを示す一部省略した平面図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の音響センサに用いられている基板を示す裏面側からの斜視図である。 図１６は、本発明に係る実施形態１の別な変形例による音響センサを示す一部省略した平面図である。 図１７（Ａ）は、本発明に係る実施形態２の音響センサを示す一部省略した平面図である。図１７（Ｂ）は、本発明に係る実施形態２の音響センサをパッケージ基板の上に実装した状態を示す断面図である。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、図１７（Ａ）の音響センサに用いられている基板を示す平面図及び裏面側から見た斜視図である。 図１９は、図１７（Ｂ）の音響センサを内蔵したマイクロフォンの断面図である。 図２０（Ａ）は、本発明に係る実施形態３の音響センサを示す一部省略した平面図である。図２０（Ｂ）は、本発明に係る実施形態３の音響センサをパッケージ基板の上に実装した状態を示す断面図である。 図２１は、図２０（Ａ）の音響センサに用いられている基板を示す裏面側からの斜視図である。 図２２（Ａ）は、本発明に係る実施形態４の音響センサを示す一部省略した平面図である。図２２（Ｂ）は、本発明に係る実施形態４の音響センサをパッケージ基板の上に実装した状態を示す断面図である。 図２３は、図２２（Ａ）の音響センサに用いられている基板を示す裏面側からの斜視図である。 図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、異なる形状の基板を示す裏面側からの斜視図及び平面図である。 図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、いずれも、さらに異なる形状の基板を示す平面図である。 図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）は、いずれも、さらに異なる形状の基板を示す平面図である。 図２７は、本発明に係る実施形態５の音響センサをパッケージ基板の上に実装した状態を示す断面図である。 図２８（Ａ）は、本発明に係る実施形態６の音響センサを示す一部省略した平面図である。図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）の音響センサに用いられている基板を示す裏面側からの斜視図である。

３１、８２ マイクロフォン
３２ パッケージ
３２ａ パッケージ基板
３２ｂ カバー
３３ パッケージ音孔
４１、８１、９１、１０１、１１１、１２１ 音響センサ
４２ 基板
４３ フロントチャンバ
４４ 仕切壁
４５ 音響スペース
４６ ダイアフラム
４９ バックプレート
５０ 固定電極板
５１ アコースティックホール
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ センシング部
６２、６３ ＳｉＯ_２層
６４、６５、６７、７０、７１ フォトレジスト
６９ Ｐ−ＳｉＯ_２膜
９２ 支持柱

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の構造）
以下、図３−図５を参照して本発明の実施形態１による音響センサ４１及びマイクロフォン３１の構造を説明する。図３（Ａ）は、本発明に係る実施形態１の音響センサ４１を示す平面図である。ただし、図３（Ａ）においては、音響センサ４１のバックプレート４９と固定電極板５０を省略している。図３（Ｂ）は、音響センサ４１をパッケージ基板３２ａの上に実装した状態を示す断面図である。図３（Ｂ）において、音響センサ４１は図３（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面を表し、パッケージ基板３２ａはそのパッケージ音孔３３を通過する断面を表している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、音響センサ４１に用いられている基板４２の平面図と裏面側から見た斜視図である。図５は、音響センサ４１を内蔵したマイクロフォン３１の断面図である。

音響センサ４１は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、シリコン基板などの半導体基板４２の上面に複数のセンシング部を設けたものである。図示例では、４つのセンシング部５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄが設けられている。図４（Ａ）に示すように、基板４２には、上面から下面に貫通するようにして４つの角柱状をした空洞、すなわちフロントチャンバ４３が開口している。各フロントチャンバ４３間には上方から見て十字状をした仕切壁４４が存在しており、各フロントチャンバ４３どうしは仕切壁４４によって互いに分離されている。さらに、図４（Ｂ）に示すように、仕切壁４４の下面の一部が上方へ窪んでいて、仕切壁４４の下に窪み、すなわち音響スペース４５が形成されている。音響スペース４５の高さは、フロントチャンバ４３の高さ（すなわち、基板４２の厚み）の１／２倍以下となっている。この実施形態では、仕切壁４４の下面のうち、一対のフロントチャンバ４３間に位置する平壁部分のほぼ中央部よりも中心部（平壁の交差部分）側に音響スペース４５を設けてあり、音響スペース４５は基板４２の下面において十字状に窪んでいる。よって、音響スペース４５は、各フロントチャンバ４３の下端部側面に連通しており、フロントチャンバ４３どうしも音響スペース４５を通して互いに連通している。

音響センサ４１のセンシング部５２ａ−５２ｄは、主として導電性のダイアフラム４６（可動電極板）とバックプレート４９の下面に設けられた固定電極板５０からなるキャパシタ構造である。ダイアフラム４６は、略矩形状をした薄膜構造物であって、フロントチャンバ４３の上面を覆うようにして基板４２の上面に位置している。ダイアフラム４６の四隅からは、その対角方向へ向けて支持片４７が延出しており、各支持片４７は基板４２の上面に設けたアンカー４８によって支持されている。したがって、ダイアフラム４６は基板４２の上面から離間しており、ダイアフラム４６の縁と基板４２の上面との間には音響振動の通路（ベントホール）が生じている。

ダイアフラム４６の上方には絶縁材料からなるバックプレート４９が設けられている。バックプレート４９は、ダイアフラム４６をドーム状に覆っている。また、バックプレート４９の外周部やダイアフラム間に位置する部分は、基板４２の上面に固定されている。バックプレート４９の下面には、空隙（エアギャップ）を隔ててダイアフラム４６と対向するようにして導電性の固定電極板５０を設けている。バックプレート４９及び固定電極板５０には上下に貫通した小さなアコースティックホール５１が多数開口している。

本発明の実施形態１によるマイクロフォン３１（ＭＥＭＳマイクロフォン）は、上記のような構造の音響センサ４１を内蔵している。すなわち、図５に示すように、マイクロフォン３１のパッケージ３２は、パッケージ基板３２ａとカバー３２ｂからなり、パッケージ３２の内部にはパッケージ空間３４が形成されている。パッケージ基板３２ａの上面、下面あるいはその内部には、必要に応じて配線や電気回路が設けられており、パッケージ基板３２ａの上面に音響センサ４１やＡＳＩＣ等の処理回路５３が実装されている。処理回路５３は、増幅回路や電源回路、出力回路などによって構成されている。さらに、音響センサ４１と処理回路５３はボンディングワイヤ５４によって接続されており、処理回路５３はボンディングワイヤ５５によってパッケージ基板３２ａの配線や電気回路に接続されている。

パッケージ３２は、パッケージ基板３２ａの上面にカバー３２ｂの下面を接着させて構成されており、パッケージ空間３４内に音響センサ４１と処理回路５３を収容している。さらに、図３（Ｂ）に示すように、音響スペース４５の中央部に対向する位置において、パッケージ基板３２ａにはパッケージ音孔３３が開口している。パッケージ音孔３３はパッケージ基板３２ａを上下に貫通しており、パッケージ音孔３３の上面開口は音響スペース４５と連通している。パッケージ音孔３３は、どのような形状であっても差し支えなく、たとえば円形、楕円形、矩形状などの開口形状とすることができる。

しかして、このマイクロフォン３１にあっては、パッケージ音孔３３から音響スペース４５内に入った音響振動は、音響スペース４５を通ってそれぞれのフロントチャンバ４３に伝搬し、各センシング部５２ａ−５２ｄのダイアフラム４６を振動させる。この結果、各センシング部５２ａ−５２ｄにおいて、音響振動がダイアフラム４６と固定電極板５０の間のキャパシタンスに変換され、処理回路５３へ電気信号が出力される。

このようにしてパッケージ音孔３３が各フロントチャンバ４３に直結しているので、パッケージ音孔３３から音響センサ４１に侵入した音響振動は、音響スペース４５を通ってフロントチャンバ４３に入り、ダイアフラム４６を振動させる。パッケージ３２内のパッケージ空間３４（音響センサ４１の外部）は、バックチャンバとなる。よって、マイクロフォン３１におけるバックチャンバの容積を大きくすることができ、マイクロフォン３１の感度や周波数特性などの音響特性を向上させることができる。

しかも、複数のセンシング部５２ａ−５２ｄを有しているので、処理回路５３において各センシング部５２ａ−５２ｄの出力を加算して感度を向上させたり、あるいは各センシング部５２ａ−５２ｄの出力を切り替えて感度や周波数帯域、音圧帯域などを広げたりすることができる。

また、各センシング部５２ａ−５２ｄは、ＭＥＭＳ製造技術を用いて同一基板上に作製されているので、センシング部５２ａ−５２ｄどうしの製造バラツキを小さくすることができる。さらに、音響スペース４５によって各フロントチャンバ４３に一つのパッケージ音孔３３を直結させているので、各センシング部５２ａ−５２ｄには同一のパッケージ音孔３３から入った音響振動が伝搬し、各センシング部５２ａ−５２ｄで同じ音響振動を検知させることができる。

さらに、本実施形態のマイクロフォン３１又は音響センサ４１では、フロントチャンバ４３間が仕切壁４４で仕切られており、フロントチャンバ４３の高さの１／２以上の領域に仕切壁４４が設けられているので、仕切壁４４によって基板４２の剛性を高くすることができる。そのため、マイクロフォン３１を組み込んだ機器の落下等によって音響センサ４１に衝撃が加わっても、ダイアフラム４６が過度に撓むのを防ぐことができ、ダイアフラム４６が衝撃によって破損しにくくなる。

また、図２に示した音響センサに比較して、本実施形態の音響センサ４１では、基板４２のエッチング体積が小さくなるので、音響センサ４１の製造工程におけるエッチング時間を短縮することができ、音響センサ４１の生産性が向上する。

また、本実施形態の音響センサ４１では、各フロントチャンバ４３が仕切壁４４によって仕切られているので、パッケージ音孔３３からフロントチャンバ４３に入った音響振動が抜け出にくくなり、音響センサ４１の低周波特性が良好となる。

また、本実施形態のマイクロフォン３１では、パッケージ音孔３３に仕切壁４４の下面が対向しているので、パッケージ音孔３３から入り込む外乱に対して強くなり、外乱によってマイクロフォン３１が機能低下しにくくなる。すなわち、パッケージ音孔３３から音響センサ４１内に塵埃や液体などの異物のほか、圧縮空気や過度の音圧などのダメージを与える要因が侵入しにくくなるので、音響センサ４１の外乱に対する耐性を高くすることができる。特に、この目的のためには、パッケージ音孔３３の直径は仕切壁４４の壁厚よりも小さく、上方から見てパッケージ音孔３３がフロントチャンバ４３と重ならないように設けておくことが好ましい。

さらに、基板４２の下面に音響スペース４５を設けているので、パッケージ音孔３３のサイズを小さくすることができ、パッケージ３２に音響センサ４１を実装する際のアライメントも容易になる。

また、パッケージ音孔３３は、音響スペース４５の中央に限らない。仕切壁４４の下面に対向する位置であれば外乱の侵入を防ぐことができ、また後述のように外乱の侵入を問題としないのであれば、フロントチャンバ４３に対向する位置であってもよい。そのため、パッケージ音孔３３を小さくしてあれば、音響センサ４１をパッケージ３２に実装する際の、パッケージ音孔３３とのアライメントが容易になる。

（製造方法１）
次に、実施形態１の音響センサ４１を製造するための製造工程を図６−図９により説明する。図６（Ａ）は、ＣＶＤなどの成膜技術を用いてシリコン基板４２（Ｓｉウエハ等の基板材料）の上面にＳｉＯ_２層６２（犠牲層）と複数層のポリシリコン層を積層した状態を示す。ポリシリコン層はパターニングされており、アンカー４８を設ける位置にはアンカー層６１が形成され、その上の層はダイアフラム４６となるようにパターニングされ、その上の層は固定電極板５０となるようにパターニングされている。図６（Ｂ）に示す工程では、ＳｉＯ_２層６２がバックプレート４９の内面形状となるようにエッチングされた後、その表面にＳｉＮ膜を成膜してバックプレート４９が作製される。図６（Ｃ）の工程では、バックプレート４９と固定電極板５０を順次エッチングし、バックプレート４９から固定電極板５０に貫通した多数のアコースティックホール５１を開口する。この後、シリコン基板４２の裏面を研磨し、基板厚みを例えば７２５μｍから４００μｍまで薄くする。

この後、図７（Ａ）に示すように、基板４２の裏面全面にＳｉＯ_２層６３（第１のマスク）を成膜する。図７（Ｂ）の工程では、ＳｉＯ_２層６３の下面にフォトレジスト６４を成膜し、ついで、フォトリソグラフィによりフォトレジスト６４をパターニングして、フロントチャンバ４３及び音響スペース４５となる領域の下面でフォトレジスト６４を開口する。図７（Ｃ）の工程では、フォトレジスト６４の開口を通してＳｉＯ_２層６３の露出部分をエッチングにより除去する。この結果、ＳｉＯ_２層６３は、フロントチャンバ４３及び音響スペース４５となる領域の下面で開口したＳｉＯ_２ハードマスクとなる。

図８（Ａ）に示すようにフォトレジスト６４を除去した後、基板４２及びＳｉＯ_２層６３の下面全体に再びフォトレジスト６５を塗布する。ついで、フォトリソグラフィによりフォトレジスト６５をパターニングし、図８（Ｂ）のようにフロントチャンバ４３となる領域の下面でフォトレジスト６５を開口する。なお、ＳｉＯ_２層６３の存在する領域では、フォトレジスト６５は無くても差し支えない。

この後、フォトレジスト６５を第２のマスクとして基板４２を裏面側からドライエッチングする。基板４２の露出部分は大きなエッチングレートでドライエッチングが進行するのに対し、フォトレジスト６５は基板４２よりもエッチングレートが非常に小さいので、フォトレジスト６５のドライエッチングによる消耗はわずかである。この結果、図８（Ｃ）に示すように、基板４２の下面のうちフロントチャンバ４３となる領域には、Ａ−Ｈに等しい深さの凹所６６が形成される。ここで、Ａは基板４２の（研磨後の）厚みであり、Ｈは音響スペース４５の高さである（図３（Ｂ）参照）。

ついで、図９（Ａ）に示すように、ＳｉＯ_２層６３を第１のマスクとして基板４２を裏面側からドライエッチングする。この結果、凹所６６の存在した領域で基板４２にフロントチャンバ４３が貫通するとともに、基板４２の下面に直接フォトレジスト６５が設けられていた領域で基板４２の下面に音響スペース４５が形成され、エッチングされないで残った部分によって仕切壁４４が形成される。

ＳｉＯ_２層６３の膜厚ｔは、フォトレジスト６５が無くなった後の図９（Ａ）の工程で、基板エッチングに耐えるだけの厚さを有している必要がある。すなわち、ＳｉＯ_２層６３がエッチングで消耗するよりも前にフロントチャンバ部分のエッチングが基板４２の上面に達しなければならない。そのためには、ＳｉＯ_２層６３の膜厚ｔが、
ｔ≧Ｈ×（基板に対するＳｉＯ_２層のエッチングレート比）
を満たしている必要がある。ここで、Ｈは音響スペース４５の高さである。例えば、音響スペース４５の高さＨが２０μｍであるとし、ＳｉＯ_２層６３のエッチングレートが基板４２のエッチングレートの１／２５０倍であるとすれば、ＳｉＯ_２層６３の膜厚ｔを、
Ｈ×（１／２５０）＝２０／２５０＝０.０８［μｍ］
と等しいか、それよりも大きくすればよい。特に、０.０８μｍに等しくしてあれば、フロントチャンバ４３のエッチングが基板４２の上面に達してフロントチャンバ４３が開口し終えた時点でＳｉＯ_２層６３が無くなる。よって、フロントチャンバ４３のエッチング後にＳｉＯ_２層６３を除去する必要がなくなる。

ここでは、図８（Ｂ）の工程で作製されるフォトレジスト６５の膜厚Ｔを、
（Ａ−Ｈ）×（基板に対するフォトレジストのエッチングレート比）
にしておくことが好ましい（Ａは基板４２の厚み、Ｈは音響スペース４５の高さ）。例えば、基板４２の厚みＡが４００μｍ、音響スペース４５の高さＨが２０μｍであるとし、フォトレジスト６５のエッチングレートが基板４２のエッチングレートの１／８０倍であるとすれば、フォトレジスト６５の膜厚Ｔを、
Ｔ＝（Ａ−Ｈ）×（１／８０）＝（４００−２０）／８０＝４.７５［μｍ］
とすればよい。このようにフォトレジスト６５の膜厚Ｔを調製してあれば、図８（Ｃ）のようにフォトレジスト６５がすべてエッチングされてＳｉＯ_２層６３及び基板４２が露出した時点で基板４２の凹所６６の深さＤがＡ−Ｈに等しくなる。そして、そのままドライエッチングを継続すれば、ＳｉＯ_２層６３を第１のマスクとして基板４２がエッチングされ、基板４２の直接フォトレジスト６５が設けられていた領域（音響スペース４５となる領域）と凹所６６（フロントチャンバ４３となる領域）の上面とがエッチングされる。フォトレジスト６５が無くなった後の工程は、図９（Ａ）の工程である。よって、フォトレジスト６５の膜厚Ｔを上記のように調製してあれば、ドライエッチング装置から取り出すことなく、図８（Ｃ）の工程と図９（Ａ）の工程を連続的に行うことができ、基板のエッチング工程が時間短縮されて音響センサの生産性が向上する。

なお、図８（Ｃ）に２点鎖線で示すように、フォトレジスト６５を少し残して図８（Ｃ）の工程におけるドライエッチングを一旦終了してもよい。残ったフォトレジスト６５はアッシング（ashing）により除去する。その後、図９（Ａ）の工程において再びドライエッチングを行い、フロントチャンバ４３を基板４２の上面まで貫通させると共に音響スペース４５を設ける。このような方法でも、基板４２をドライエッチング装置から取り出すことなく、図８（Ｃ）の工程から図９（Ａ）の工程までを連続的に行うことができる。

しかも、ドライエッチングによりフォトレジスト６５を完全に除去する方法であると、フォトレジスト６５の膜厚のばらつきやドライエッチング時のばらつきで音響スペース４５の高さがばらつく。これに対し、フォトレジスト６５を少し残してアッシングで除去するようにすると、音響スペース４５の高さがフォトレジスト６５の膜厚ばらつきの影響を受けなくなる。その結果、音響スペース４５の高さは、ドライエッチング時のばらつきの影響しか受けなくなり、音響スペース４５の高さ精度が向上する。

図９（Ｂ）の工程では、シリコン基板４２の上面及び下面にＢＨＦ等のエッチャントを適用する。エッチャントは、アコースティックホール５１及びフロントチャンバ４３からバックプレート４９内に浸入し、ＳｉＯ_２層６２をエッチング除去する。そして、アンカー層６１の上面及び下面にＳｉＯ_２層６２が残っている段階でエッチングを停止し、基板４２を洗浄する。また、基板４２の下面のＳｉＯ_２層６３も、この工程で除去される。

こうして、図９（Ｃ）のようにアンカー層６１とその上下のＳｉＯ_２層６２によってアンカー４８が形成され、各ダイアフラム４６はアンカー４８によって四隅を支持され、ダイアフラム４６と固定電極板５０の間には空隙が形成される。

以上述べたような製造方法１によれば、基板４２のエッチングレートに対するフォトレジスト６５のエッチングレートの比に応じてフォトレジスト６５の膜厚を決定することで、フロントチャンバ４３のエッチングと音響スペース４５のエッチングを１回のドライエッチング工程により行うことができ、音響センサ４１の製造工程を効率化することができる。また、基板４２のエッチングレートに対するＳｉＯ_２層６３のエッチングレートの比に応じてＳｉＯ_２層６３の膜厚を決定することで、フロントチャンバ４３が形成された時点でＳｉＯ_２層６３が無くなるようにでき、フロントチャンバ４３を形成する工程の後に、ＳｉＯ_２層６３を除去する工程が不要になり、音響センサ４１の製造工程を効率化することができる。

（製造方法２）
音響センサ４１は、上記製造方法以外の方法で製造することもできる。音響センサ４１を製造するための別な製造工程を図１０及び図１１により説明する。図１０（Ａ）は、図６（Ａ）−図６（Ｃ）と同様に工程により、シリコン基板４２（Ｓｉウエハ）の上面にアンカー層６１、ＳｉＯ_２層６２、ダイアフラム４６、バックプレート４９、固定電極板５０を形成されたものである。この基板４２の裏面を研磨して基板４２の厚みを例えば７２５μｍから４００μｍに薄くした後、図１０（Ｂ）に示すように、基板４２の下面にフォトレジスト６７を成膜し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト６７をパターニングしてフロントチャンバ４３及び音響スペース４５となる領域でフォトレジスト６７を開口する。ついで、図１０（Ｃ）の工程では、フォトレジスト６７を第３のマスクとして基板４２の下面をドライエッチングする。このとき、エッチング時間管理（例えば、ＤＲＩＥ時間固定）により、基板４２の下面に音響スペース４５の高さＨ（例えば、２０μｍ）と同じ深さの凹所６８を形成する。

この後、スプレーコータにより再びフォトレジストを塗布し、凹所６８の上面と側壁面にもフォトレジスト６７を成膜する。そして、図１１（Ａ）に示すように、フォトレジスト６７をパターニングし、フロントチャンバ４３となる領域においてフォトレジスト６７に開口を設ける。このとき、凹所６８にせり出すフォトレジスト６７の量は、図１１（Ｂ）のエッチングの過程で基板４２の裏面まで後退する程度に止めることが望ましい。

ついで、図１１（Ｂ）に示すように、フォトレジスト６７を第４のマスクとして基板４２を下面側からドライエッチングし、基板４２にフロントチャンバ４３を貫通させる。このとき、音響スペース４５となる部分は、フォトレジスト６７で覆われているので、これ以上深さが深くなることはない。なお、この工程では、凹所６８の側壁面に形成されたフォトレジスト６７のため、図１１（Ｂ）に破線で示すようにフロントチャンバ４３の側壁面に段差が生じる恐れがある。しかし、ドライエッチングの進行によって側壁面のフォトレジスト６７が基板４２の裏面まで後退すると、フロントチャンバ４３の側壁面の段差も目立たなくなる。また、このような段差を問題としないのであれば（音響センサの機能にはほとんど影響がない。）、凹所６８にせり出すフォトレジスト６７の量を最適化しなくてもよい。

なお、上記記載では、第３のマスクとなるフォトレジストと第４のマスクとなるフォトレジストとは、同一の符号（６７）を使用していて同一材料のフォトレジストであることを示唆している。しかし、第３のマスクとなるフォトレジストと第４のマスクとなるフォトレジストとは、異なる材質のフォトレジスト材料であってもよい。また、上記説明では、第３のマスクを残したままでフォトレジスト６７を塗布して第４のマスクを形成したが、一旦第３のマスクを除去した後に、フォトレジスト６７を塗布して新たに第４のマスクを形成してもよい。また、図１１（Ａ）の工程においては、凹所６８の側壁面にはフォトレジスト６７を形成せず、凹所６８の側壁面をフォトレジスト６７から露出させていてもよい。

この後、シリコン基板４２の上面及び下面にＢＨＦ等のエッチャントを適用し、アンカー層６１の上下を残してＳｉＯ_２層６２を除去し、また基板４２の下面のフォトレジスト６７をエッチング除去すれば、図１１（Ｃ）のように音響センサ４１が得られる。

（製造方法３）
音響センサ４１を製造するためのさらに別な製造工程を図１２−図１４により説明する。図１２（Ａ）は、シリコン基板４２（Ｓｉウエハ）の上面にアンカー層６１、ＳｉＯ_２層６２、ダイアフラム４６、バックプレート４９、固定電極板５０を形成されたものである。この基板４２の裏面を研磨して基板４２の厚みを例えば７２５μｍから４００μｍに薄くした後、図１２（Ｂ）に示すように、基板４２の下面に第１のマスクとしてＰ−ＳｉＯ_２膜６９（例えば、膜厚が１０,０００Å）を成膜する。

この後、図１２（Ｃ）の工程では、Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９の下面全体にフォトレジスト７０を塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト７０をパターニングして、フロントチャンバ４３及び音響スペース４５となる領域の下面でフォトレジスト７０を開口する。ついで、図１３（Ａ）に示すように、フォトレジスト７０の開口を通してＰ−ＳｉＯ_２膜６９の露出部分にＢＨＦ等のエッチャントを適用し、Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９の露出部分を選択的にエッチングする。この結果、Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９は、フロントチャンバ４３及び音響スペース４５となる領域の下面で開口を形成される。この後、フォトレジスト７０を剥離する。

図１３（Ｂ）の工程では、基板４２及びＰ−ＳｉＯ_２膜６９の下面全体に再びフォトレジスト７１を塗布する。ついで、フォトリソグラフィによりフォトレジスト７１をパターニングし、フロントチャンバ４３となる領域の下面でフォトレジスト７１を開口させる。ここで、第２のマスクとなるフォトレジスト７１の膜厚Ｓは、基板４２の厚みをＡ、音響スペース４５の高さをＨとすれば、
Ｓ＝（Ａ−Ｈ）×（基板に対するフォトレジストのエッチングレート比）
となっている。例えば、基板４２の厚みＡが４００μｍ、音響スペース４５の高さＨが２０μｍであるとし、フォトレジスト７１のエッチングレートが基板４２のエッチングレートの１／８０倍であるとすれば、フォトレジスト６５の膜厚Ｓを、
Ｓ＝（Ａ−Ｈ）×（１／８０）＝（４００−２０）／８０＝４.７５［μｍ］
とすればよい。このようにフォトレジスト７１の膜厚Ｓを調製してあれば、図１３（Ｃ）のようにフォトレジスト７１がすべてドライエッチングされたとき、基板４２のフロントチャンバ４３となる領域には深さがＡ−Ｈの凹所７２が形成される。さらに、そのままドライエッチングを継続しても、Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９のエッチングレートは基板４２のエッチングレートの１／２５０−１／３００であるので、Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９はほとんどエッチングされない。よって、図１４（Ａ）に示すように、凹所７２が基板４２の上面に達するまでドライエッチングすると、仕切壁４４の下面に高さＨの音響スペース４５が形成される。したがって、この製造方法でも、基板４２をドライエッチング装置から取り出すことなく、図１３（Ｃ）の工程と図１４（Ａ）の工程を連続的に行うことができ、基板のエッチング工程が時間短縮されて音響センサの生産性が向上する。また、第１のマスクとしてエッチングレートの小さなＰ−ＳｉＯ_２膜６９を用いているので、Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９の膜厚を薄くでき、第１のマスク（Ｐ−ＳｉＯ_２膜６９）の成膜時間を短縮することができて音響センサの生産性が向上する。

この後、シリコン基板４２の上面及び下面にＢＨＦ等のエッチャントを適用し、アンカー層６１の上下を残してＳｉＯ_２層６２を除去し、また基板４２の下面のＰ−ＳｉＯ_２膜６９を除去すれば、図１４（Ｂ）のような音響センサ４１が作製される。

この製造方法３でも、製造方法１と同様に、音響センサ４１の製造工程を効率化でき、音響センサ４１の生産性を向上させることができる。

（実施形態１の変形例）
本実施形態においては、仕切壁４４、音響スペース４５、フロントチャンバ４３等の形状や配置を自由に変更することができる。例えば、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す変形例では、仕切壁４４の下面全体に音響スペース４５を形成している。

また、図１６に示す別な変形例では、基板４２に円柱状のフロントチャンバ４３を設け、仕切壁４４の下面に略十字状をした音響スペース４５を凹設している。音響スペース４５は、上方から見て、仕切壁４４の中央を中心とする円形領域からフロントチャンバ４３の部分を除いた略十字状となっている。

（実施形態２）
図１７（Ａ）は、本発明の実施形態２による音響センサ８１を示す平面図であって、バックプレート４９及び固定電極板５０を省略している。図１７（Ｂ）は、音響センサ８１をパッケージ基板３２ａの上に実装した断面図である。また、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、音響センサ８１に用いられている基板４２の平面図及び裏面側からの斜視図である。

実施形態２の音響センサ８１に用いられている基板４２は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すような構造となっている。上方から見たとき、３方向の仕切壁４４（平壁部分）では、仕切壁４４の中心部から各フロントチャンバ４３間に位置する平壁部分のほぼ中央まで音響スペース４５が延びている。また、１方向の仕切壁４４では、仕切壁４４の中心部からフロントチャンバ４３間の平壁部分の端を超えて仕切壁４４の外側（すなわち、基板４２の外周部）まで音響スペース４５が延びている。したがって、音響スペース４５は、実施形態１の場合よりも広い面積を有している。

図１９は、この音響センサ８１と処理回路５３を納めたマイクロフォン８２を示す断面図である。マイクロフォン８２では、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、音響スペース４５のうち仕切壁４４よりも外側へ延びた領域に対向させて、パッケージ基板３２ａにパッケージ音孔３３を開口している。

このような実施形態によれば、音響スペース４５の面積が広くなっているので、仕切壁４４の下面に対向する領域はもちろん、基板下面の外周部にでも、音響スペース４５と連通するようにパッケージ音孔３３を設けることができる。よって、パッケージ音孔３３を設ける位置の自由度が高くなる。特に、図９に示すように、音響センサ４１の端にパッケージ音孔３３を位置させることが可能になる。その場合、図１７（Ｂ）及び図１８（Ａ）のように、音響スペース４５のうち基板４２の外周部下面に位置する領域の面積を広くし、ここにパッケージ音孔３３を対向させるようにすれば、パッケージ音孔３３の位置ずれに対する許容度が大きくなる。

その他の点については、実施形態１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（以下の実施形態についても同様）。

（実施形態３）
図２０（Ａ）は、本発明の実施形態３による音響センサ９１を示す一部省略した平面図である。図２０（Ｂ）は、音響センサ９１をパッケージ基板３２ａの上に実装した断面図である。また、図２１は、音響センサ９１に用いられている基板４２を示す裏面側からの斜視図である。

音響センサ９１に用いられている基板４２は、図２１に示すような構造を有している。この実施形態では、仕切壁４４の下面のうち、その中央部に位置する交差部分を除く領域に音響スペース４５を設けている。したがって、仕切壁４４の下面中央部（交差部分）には、仕切壁４４の下面に支持柱９２が形成されている。支持柱９２の下面は、基板４２の下面と同一平面内に位置しており、また、支持柱９２は音響スペース４５によって四方を囲まれている。

図示例では、支持柱９２はパッケージ音孔３３の上に位置しているが、パッケージ音孔３３の外側に位置していてもよい。また、支持柱９２は複数個設けられていてもよい。支持柱９２をパッケージ音孔３３の上に設ける場合には、パッケージ音孔３３が支持柱９２によって塞がれないよう、支持柱９２の面積はパッケージ音孔３３の開口面積よりも小さくしておく必要がある。

この音響センサ９１では、仕切壁４４の下面に支持柱９２を突出させているので、基板４２の剛性がより高くなり、音響センサ９１の衝撃などに対する強度が増し、特にダイアフラム４６が破損しにくくなる。また、基板４２に音響スペース４５等をエッチングする際の加工体積が減るので、エッチング時間がさらに短縮され、音響センサ９１の生産性が向上する。

なお、このような実施形態の音響センサ９１でも、エッチングにより音響スペース４５を形成する工程で、凸部９２となる領域をマスクで覆っておくようにすれば、実施形態１の製造方法１−３と同様な製造方法により作製することができる。

（実施形態４）
図２２（Ａ）は、本発明の実施形態４による音響センサ１０１を示す一部省略した平面図である。図２２（Ｂ）は、音響センサ１０１をパッケージ基板３２ａの上に実装した断面図である。また、図２３は、音響センサ１０１に用いられている基板４２を示す裏面側からの斜視図である。

音響センサ１０１に用いられている基板４２は、図２３に示すような構造を有している。この実施形態では、仕切壁４４の下面のうち、その中央部に位置する交差部分を除く領域に音響スペース４５を設けてあり、さらに、フロントチャンバ４３及び仕切壁４４を囲む領域（基板４２の下面の外周領域）にも音響スペース４５を設けている。また、仕切壁４４の下面には、支持柱９２が設けられている。

この音響センサ９１では、音響スペース４５が広くなるので、パッケージ音孔３３を設ける位置の自由度が高くなる。特に、図９に示すように、音響センサ４１の端にパッケージ音孔３３を位置させることが可能になる。また、仕切壁４４の下面に支持柱９２を突出させているので、基板４２の剛性がより高くなり、音響センサ９１の衝撃などに対する強度が増し、特にダイアフラム４６が破損しにくくなる。

（その他の基板形状）
上記各基板形状以外にも、いろいろな基板形状（あるいは、音響スペース構造）が可能である。たとえば、図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示す基板４２では、対角方向に延びた音響スペース４５を仕切壁４４の下面に設けている。パッケージ音孔３３は、音響スペース４５の中央部（交差部分）に対向するように配置している。

図２５（Ａ）に示す基板４２では、隣接するフロントチャンバ４３どうしを結ぶようにして、壁厚み方向に延びた音響スペース４５を仕切壁４４の下面に設けている。そして、パッケージ音孔３３は、いずれか一つのフロントチャンバ４３の下面開口に対向するように配置している。このような形態でも、フロントチャンバ４３どうしは、音響スペース４５を通して、あるいは音響スペース４５及び中間のフロントチャンバ４３を通して連通している。パッケージ音孔３３は、パッケージ音孔３３からフロントチャンバ４３内に塵埃等が侵入する恐れを問題にしなければ、フロントチャンバ４３に対向する位置に設けることも可能である。

また、図２５（Ｂ）に示す基板４２では、図２５（Ａ）の基板４２のうちの１つのフロントチャンバ４３を設けないでフロントチャンバ４３の数を減らし、減らしたフロントチャンバ４３の位置で基板４２の下面に音響スペース４５を設けている。

図２６（Ａ）に示す基板では、隣接するフロントチャンバ４３どうしを結ぶようにして、仕切壁４４の下面に音響スペース４５を設け、フロントチャンバ４３間のいずれかの音響スペース４５に対向させてパッケージ音孔３３を配置している。なお、図２６（Ａ）の基板では、パッケージ音孔３３を対向配置される音響スペース４５の幅を他よりも広くしている。

また、基板４２に設けるフロントチャンバ４３の数は４個以上であってもよい。例えば、図２６（Ｂ）のように多数のフロントチャンバ４３を矩形状に配置し、隣接するフロントチャンバ４３間を結ぶようにして仕切壁４４の下面に音響スペース４５を設けてもよい。この場合、パッケージ音孔３３は、いずれかのフロントチャンバ４３の下面開口に対向させて配置してもよく、音響スペース４５に対向させて配置してもよい。

（実施形態５）
図２７は、本発明の実施形態５による音響センサ１１１をパッケージ基板３２ａの上に実装した断面図である。これまで説明した実施形態や変形例では、いずれもダイアフラム４６の上方に固定電極板５０を設けていたが、この配置は上下が逆になっていてもよい。すなわち、図２７に示す音響センサ１１１では、基板４２の上面にバックプレート４９を設置し、フロントチャンバ４３の上方においてバックプレート４９の上面に固定電極板５０を設けている。バックプレート４９及び固定電極板５０には、多数のアコースティックホール５１があけられている。また、固定電極板５０に対向させるようにして、各固定電極板５０の上方にはダイアフラム４６が配置され、ダイアフラム４６の各隅部はアンカー４８によってバックプレート４９の上面に支持されている。

この音響センサ１１１では、パッケージ音孔３３から入り、音響スペース４５を通ってフロントチャンバ４３内に入った音響振動は、さらにアコースティックホール５１を通過してダイアフラム４６を振動させ、ダイアフラム４６と固定電極板５０の間のキャパシタンスを変化させる。

（実施形態６）
図２８（Ａ）は、本発明の実施形態６による音響センサ１２１を示す一部省略した平面図である。図２８（Ｂ）は、音響センサ１２１に用いられている基板４２を示す裏面側からの斜視図である。

音響センサ１２１に用いられている基板４２は、図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）に示すような構造を有している。この実施形態では、フロントチャンバ４３及び仕切壁４４の外側の領域において、基板４２の下面に音響スペース４５を設けている。図示例では、フロントチャンバ４３及び仕切壁４４の下部を囲むようにして額縁状の音響スペース４５を設けている。音響スペース４５は矩形溝の断面形状を有しており、その内周側面でフロントチャンバ４３と連通している。仕切壁４４の下面は、基板４２の下面と同じ平面上に位置している。この実施形態では、仕切壁４４の高さが高くなるので、基板４２の剛性がより高くなる。

なお、音響センサは、上下反転させた状態でパッケージのカバー内面に固定されていてもよい。この場合には、音響センサの音響スペースに対向する位置でカバーにパッケージ音孔を開口する。

Claims (16)

1. パッケージの内面に音響センサの下面を固定したマイクロフォンにおいて、
   前記音響センサは、上面から下面にかけて貫通した複数の空洞を有する基板と、前記空洞のそれぞれの上方に配設された可動電極板及び固定電極板からなるキャパシタ構造とを備え、
   前記パッケージは、前記音響センサの下面に対向する位置にパッケージ音孔を開口され、
   前記基板の下面には、前記空洞のそれぞれに連通し、かつ、前記基板の下面側で開口した窪みが形成され、
   前記基板の下面から測った前記窪みの高さが、前記空洞の高さの０.５倍以下であることを特徴とするマイクロフォン。
2. 前記空洞は前記基板の仕切壁によって相互に分離され、
   前記窪みは、前記基板の下面のうち、少なくとも前記仕切壁の下面の一部に形成され、
   前記窪みは、前記空洞のそれぞれの下端部側面に連通していることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン。
3. 前記窪みは、前記仕切壁の下面の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロフォン。
4. 前記パッケージ音孔は、前記仕切壁の下面に対向していることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロフォン。
5. 前記仕切壁の下面の一部に、支持柱を突設したことを特徴とする、請求項２に記載のマイクロフォン。
6. 前記支持柱の下面は、前記基板の下面と同一平面上に位置することを特徴とする、請求項５に記載のマイクロフォン。
7. 前記パッケージ音孔は、複数の前記空洞のうちのいずれか一つの空洞の下面に対向していることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン。
8. 前記空洞は前記基板の仕切壁によって相互に分離され、
   前記窪みは、前記基板の下面のうち、少なくとも前記空洞及び前記仕切壁以外の領域の下面の一部に形成され、
   前記窪みは、前記空洞のそれぞれの下端部側面に連通していることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン。
9. 前記パッケージ音孔は、前記空洞及び前記仕切壁以外の領域の下面に対向していることを特徴とする、請求項８に記載のマイクロフォン。
10. 前記窪みは、その周囲全体を前記基板によって囲まれていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン。
11. 上面から下面にかけて貫通した複数の空洞を有する基板と、
    前記空洞のそれぞれの上方に配設された可動電極板及び固定電極板からなるキャパシタ構造と、
    を備えた音響センサにおいて、
    前記基板の下面には、前記空洞のそれぞれに連通し、かつ、前記基板の下面側で開口した窪みが形成され、
    前記基板の下面から測った前記窪みの高さが、前記空洞の高さの０.５倍以下であることを特徴とする音響センサ。
12. 請求項１１に記載の音響センサを製造するための音響センサの製造方法であって、
    平板状をした基板材料の上面に可動電極板や固定電極板を形成するための構造物を作製する第１の工程と、
    前記空洞及び前記窪みの下面となる領域で開口した第１のマスクを、前記基板材料の下面に形成する第２の工程と、
    前記窪みの下面となる領域を覆うとともに少なくとも前記空洞の下面となる領域で開口した第２のマスクを、前記基板材料及び前記第１のマスクの下面に形成する第３の工程と、
    前記第２のマスクと前記第１のマスクを通して前記基板材料を下面側からドライエッチングすることにより、前記基板材料の前記空洞となる領域に、前記空洞の高さから前記窪みの高さを引いた値に等しい深さの凹所を形成する第４の工程と、
    前記第２のマスクの無い状態で前記第１のマスクを通して前記基板材料を下面側からドライエッチングすることにより、前記基板材料の前記空洞及び前記窪みとなる領域を前記窪みの高さと同じ深さだけ前記基板材料を除去し、前記空洞及び前記窪みを有する前記基板を作製する第５の工程と、
    前記構造物によって前記基板の上面に前記可動電極板と前記固定電極板を形成する第６の工程と、
    を有することを特徴とする音響センサの製造方法。
13. 前記第３の工程において、
    前記基板の厚みをＡ、前記窪みの高さをＨ、前記基板材料に対する第２のマスクのエッチングレートの比をＲ２とするとき、
    前記第２のマスクの厚みＴを、
    Ｔ＝（Ａ−Ｈ）×Ｒ２
    と定めることを特徴とする、請求項１２に記載の音響センサの製造方法。
14. 前記第３の工程において、
    前記第２のマスクを残して前記ドライエッチングを停止し、残った前記第２のマスクをアッシングにより除去することを特徴とする、請求項１３に記載の音響センサの製造方法。
15. 前記第２の工程において、
    前記窪みの高さをＨ、前記基板材料に対する第１のマスクのエッチングレートの比をＲ１とするとき、
    前記第１のマスクの厚みｔを、
    ｔ≧Ｈ×Ｒ１
    と定めることを特徴とする、請求項１２に記載の音響センサの製造方法。
16. 請求項１１に記載の音響センサを製造するための音響センサの製造方法であって、
    平板状をした基板材料の上面に可動電極板や固定電極板を形成するための構造物を作製する第１の工程と、
    前記空洞及び前記窪みの下面となる領域で開口した第３のマスクを、前記基板材料の下面に形成する第２の工程と、
    前記第３のマスクを通して前記基板材料を下面側からエッチングすることにより、前記基板材料の前記空洞及び前記窪みとなる領域に、前記窪みの高さと同じ深さの凹所を形成する第３の工程と、
    前記凹所の上面のうち前記窪みとなる領域と、前記凹所の側壁面を第４のマスクで覆う第４の工程と、
    前記第３のマスクと前記第４のマスクを通して前記基板材料の前記空洞となる領域を下面側からエッチングすることにより、前記空洞及び前記窪みを有する前記基板を作製する第５の工程と、
    前記構造物によって前記基板の上面に前記可動電極板と前記固定電極板を形成する第６の工程と、
    を有することを特徴とする音響センサの製造方法。

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