JP6179297B2 - 音響トランスデューサ及びマイクロフォン - Google Patents
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Description
以下、図4−7を参照して本発明の実施形態1による音響センサの構造を説明する。図4は、本発明の実施形態1による音響トランスデューサ、すなわち音響センサ31の分解斜視図である。図5は、音響センサ31の断面図である。図6は、音響センサ31の平面図である。図7は、バックプレート38や保護膜50などを除いた音響センサ31の平面図であって、基板32の上方でダイアフラム33(振動電極板)と固定電極板39が重なった様子を表している。
froll-off ∝ 1/(Rventholl×Cchamber) … 数式(1)
図15−図18により、本発明の実施形態1の変形例を説明する。図15(A)は、本発明の実施形態1の変形例による音響センサの、バックプレートを取り除いた状態を示す平面図である。この変形例では、第1ダイアフラム33aのほぼ中央部に円形の開口33cを設けている。第1ダイアフラム33aが変形していないときには、バックプレート38から垂下した支持部48の下端に設けられた円形の調整部37は、開口33c内に位置していて開口33cを塞いでいる。なお、スリット状開口56は、第1ダイアフラム33aと第2ダイアフラム33bを分割するためのものであって、ダイアフラム33の短辺方向と平行に延びている。
図19(A)は、本発明の実施形態2に係る音響センサ61の、バックプレート38を取り除いた状態を示す平面図である。図19(B)は、音響センサ61に高負荷の圧力Pが加わった状態を示す概略断面図である。実施形態2の音響センサ61では、図19(A)に示すように、ダイアフラム33の縁辺(外周部)に、ダイアフラム33の内側へ向けて切欠き状に窪んだ窪み62(圧力を逃がすための空隙部)を形成している。すなわち、第1ダイアフラム33aの、第2ダイアフラム33bと隣接していない縁辺において、脚片46と脚片46の間の領域に窪み62を設けている。あるいは、第2ダイアフラム33bの、第1ダイアフラム33aと隣接していない長辺に窪み62を設けてもよく、第1ダイアフラム33aと第2ダイアフラム33bの双方の縁辺に窪み62を設けてもよい。窪み62は、空洞35の近傍まで届いていることが好ましく、さらには空洞35の上方まで達していてもよい。そして、各窪み62には、調整部37が嵌り込むように位置している。調整部37は、ダイアフラム33と同じ高さに位置しており、ダイアフラム33a、33bとはスリット63によって分離されている。その他の構造や変形例については、実施形態1と同様である。たとえば、スリット63の幅が10μm以下であること、スリット63の真上に重なるようにアコースティックホール44が開口されていること、調整部37の鋭角となる部分にはアールを施すことが好ましいことなどである。
図20(A)は、本発明の実施形態3に係る音響センサ71の概略断面図である。図20(B)は、音響センサ71の、バックプレート38を取り除いた状態における平面図である。実施形態3の音響センサ71においては、バックプレート38の下面において、調整部37と対向する領域にバリア電極72を設けている。バリア電極72は、導電性を有するポリシリコン薄膜によって形成されており、音響センサ71の製造プロセスにおいては、第1固定電極板39a及び第2固定電極板39bと同一材料によって同一プロセスで作製される。バリア電極72は、第1ダイアフラム33aと第2ダイアフラム33bの境界に沿って、すなわち調整部37の長さ方向に沿ってほぼ端から端まで延びている。なお、バリア電極72はグランドに接続されていてもよく、またある電位に保たれていてもよい。
上記各実施形態の音響センサでは、ダイアフラム33を第1ダイアフラム33aと第2ダイアフラム33bの2つの領域に分割していたが、ダイアフラム33は3つ以上の領域に分割されていてもよい。図22は、本発明の実施形態4に係る音響センサの、バックプレートを取り除いた状態における平面図であって、ダイアフラム33が3つの領域に分割されている。固定電極板39もダイアフラム33に応じて3つの領域に分割されており、その結果、音響センサは3つの音響センシング部を有している。
図23は、本発明の実施形態5に係る音響センサ81の断面図であって、固定電極板39a、39bの上方にダイアフラム33a、33bを設けたことを特徴としている。音響センサ81では、基板32の上面に絶縁層82を介して平板状のバックプレート38を設けている。バックプレート38の上面には、固定電極板39a、39bが形成されている。空洞35の上方において、バックプレート38及び固定電極板39a、39bには複数のアコースティックホール44が開口されている。また、バックプレート38の上方には、固定電極板39a、39bと対向させるようにしてダイアフラム33a、33bが配設されている。ダイアフラム33a、33bは、バックプレート38の上面に設けられたアンカー36a、36bによって支持されている。
上記各実施形態では、通常の動作状態においては、ダイアフラム33に設けた開口33cが調整部37でほぼ塞がれるようにしているが、圧力を逃がすための空隙部である開口33cを基板32の上面で覆って開口33cにおける空気圧の漏れを妨げるようにすることも可能である。
図26(A)は、本発明の実施形態7の変形例による音響センサ101の概略断面図である。図26(B)は、音響センサ101の、バックプレートを取り除いた状態における平面図である。この音響センサ101では、開口33c内に位置する調整部37を基板32の上面、すなわち張出部92の上面に設けた支持部48の上面に固定している。また、ダイアフラム33の脚片46や第2ダイアフラム33bの両端部は、バックプレート38の下面から下方へ向けて延出されたアンカー36a、36bの下端に固定されている。
電極部分は矩形状のものに限らず、円形のものであってもよい。図27は、本発明の実施形態8に係る音響センサ111を示す平面図である。図28は、音響センサ111の断面図である。図29(A)は、音響センサ111においてバックプレート38の下面に設けられた固定電極板39a、39bとバリア電極72を示す平面図である。図29(B)は、音響センサ111に用いられるダイアフラム33の平面図である。
図30は、本発明の実施形態9による音響センサ121の構造を示す概略断面図である。実施形態6(図24)の音響センサ91では、基板32の上面を空隙部(開口33c)の下面開口に対向させて空気圧の漏れを妨げていたが、基板とは別部材の漏れ圧調整部37を用いてもよい。すなわち、板状または薄膜状の漏れ圧調整部37を変形していないダイアフラム33の空隙部の上面開口と下面開口のうち一方をほぼ塞ぐようにダイアフラム33の上面側又は下面側に対向させて配置してもよい。図30の図示例では、基板32の上面に設けた支持部48によって漏れ圧調整部37を固定し、漏れ圧調整部37で第1ダイアフラム33aと第2ダイアフラム33bの間の開口33cを下面側から遮っている。
図31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31を内蔵したボトムポート型のマイクロフォン131の概略断面図である。このマイクロフォン131は、回路基板132とカバー133からなるパッケージ内に音響センサ31と回路部である信号処理回路135(ASIC)とを内蔵したものである。音響センサ31と信号処理回路135は、回路基板132の上面に実装されている。回路基板132には、音響センサ31内に音響振動を導き入れるための音導入孔134が開口されている。音響センサ31は、空洞35の下面開口を音導入孔134に合わせ、音導入孔134を覆うようにして回路基板132の上面に実装されている。したがって、音響センサ31の空洞35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。
32 基板
33 ダイアフラム
33a 第1ダイアフラム
33b 第2ダイアフラム
33d 第3ダイアフラム
33c、33e 開口
35 空洞
37 調整部(漏れ圧調整部)
38 バックプレート
39 固定電極板
39a 第1固定電極板
39b 第2固定電極板
43a 第1音響センシング部
43b 第2音響センシング部
44 アコースティックホール
45 ストッパ
47 スリット
48 支持部
54 通孔
62 窪み
63 スリット
72 バリア電極
92 張出部
131 マイクロフォン
Claims (28)
- 空洞を有する基板と、
前記基板の上方に配設された、圧力を逃がすための空隙部を有する振動電極板と、
前記基板の上方において、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、
前記振動電極板と前記固定電極板のうち少なくとも一方が複数領域に分割されていて、分割された各領域毎の前記振動電極板と前記固定電極板によって構成された複数のセンシング部と、
前記振動電極板が変形していないときに前記空隙部を通過する空気圧の漏れを妨げ、前記振動電極板が圧力を受けて変形したときに前記空隙部が離れて前記空隙部を通過して圧力が逃げるように配置された漏れ圧調整部と、
を有することを特徴とする音響トランスデューサ。 - 複数の前記センシング部は、それぞれ感度が異なる信号を出力することを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 前記空隙部は、前記振動電極板を分割された各領域の間の隙間であることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 前記振動電極板が、前記隙間によって複数領域に分割されていることを特徴とする、請求項3に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部は、変形していないときの前記振動電極板の前記隙間に納められた板状の部材であることを特徴とする、請求項3に記載の音響トランスデューサ。
- 前記空隙部は、前記振動電極板に形成された開口であることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部は、変形していないときの前記振動電極板の前記開口に納められた板状の部材であることを特徴とする、請求項6に記載の音響トランスデューサ。
- 前記空隙部は、前記振動電極板の縁に形成された、振動電極板の内側へ向けて窪んだ窪みであることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部は、変形していないときの前記振動電極板の前記窪みに位置している板状の部材であることを特徴とする、請求項8に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部が、変形していない前記振動電極板の前記空隙部に位置しており、
前記漏れ圧調整部の縁と前記空隙部の縁との間にスリットが形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記スリットの幅が10μm以下であることを特徴とする、請求項10に記載の音響トランスデューサ。
- 前記隙間を挟んで一方の側に位置する前記振動電極板の分割された領域と前記漏れ圧調整部の間に形成されたスリットの端と、前記隙間を挟んで他方の側に位置する前記振動電極板の分割された領域と前記漏れ圧調整部の間に形成されたスリットの端とが、90°の角度で交差していることを特徴とする、請求項4に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部は、変形していない前記振動電極板の前記空隙部の下面開口を塞ぐように位置する前記基板の上面の一部であることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部は、変形していない前記振動電極板の前記空隙部の上面開口と下面開口のうち一方を塞ぐように前記振動電極板の上面側又は下面側に対向させて配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 前記基板の上方に、前記振動電極板と対向するようにバックプレートが配置され、
前記バックプレートの、前記振動電極板と対向する側の面に支持部が設けられ、
前記漏れ圧調整部が、前記支持部に固定されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記支持部の水平断面積が、前記漏れ圧調整部の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項15に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部が、複数の前記支持部により支持されていることを特徴とする、請求項15に記載の音響トランスデューサ。
- 前記支持部と前記支持部との中間において前記バックプレートに通孔が設けられていることを特徴とする、請求項17に記載の音響トランスデューサ。
- 前記漏れ圧調整部が、前記基板の上面に設けた支持部に固定されていることを特徴とする、請求項5に記載の音響トランスデューサ。
- 前記基板の上方に、前記振動電極板と対向するようにバックプレートが配置され、
前記固定電極板が、前記振動電極板と対向するようにして前記バックプレートに設けられ、
前記バックプレート及び前記固定電極板に複数のアコースティックホールが開口され、
前記基板の上面に垂直な方向から見たとき、前記アコースティックホールの一部が前記空隙部と重なり合っていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記基板の上方に、前記振動電極板と対向するようにバックプレートが配置され、
前記固定電極板が、前記振動電極板と対向するようにして前記バックプレートに設けられ、
前記バックプレート及び前記固定電極板に複数のアコースティックホールが開口され、
前記基板の上面に垂直な方向から見たとき、前記アコースティックホールの一部が前記スリットと重なり合っていることを特徴とする、請求項10に記載の音響トランスデューサ。 - 前記基板の上方に、前記振動電極板と対向するようにバックプレートが配置され、
前記固定電極板が、前記振動電極板と対向するようにして前記バックプレートに設けられ、
前記バックプレート及び前記固定電極板に複数のアコースティックホールが開口され、
前記基板の上面に垂直な方向から見たとき、前記漏れ圧調整部の幅が前記アコースティックホール間の距離よりも大きいことを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記基板の上方に、前記振動電極板と対向するようにバックプレートが配置され、
前記固定電極板が、前記振動電極板と対向するようにして、かつ、前記漏れ圧調整部と対向しないようにして前記バックプレートに設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記固定電極板が複数の領域に分割されており、
分割された前記固定電極板の領域間に、電気的な信号の漏れを遮断するためのバリア電極が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記基板の上方に、前記振動電極板と対向するようにバックプレートが配置され、
前記振動電極板の、前記空隙部に隣接する領域に対向させて、前記バックプレートに突起を設けていることを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。 - 前記振動電極板の、分割された各領域と前記漏れ圧調整部は、同一平面上にあり、かつ、同一材料によって形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の音響トランスデューサ。
- 製造プロセスにおいて前記基板の上方に形成された薄膜をスリットで分割することにより、前記空隙部を有する振動電極板と前記漏れ圧調整部とを形成したことを特徴とする、請求項1に記載の音響トランスデューサ。
- 請求項1から27のうちいずれか1項に記載の音響トランスデューサと、前記音響トランスデュー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。
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