JP6819634B2

JP6819634B2 - 音響センサ素子及び音響センサパッケージ

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Publication number: JP6819634B2
Application number: JP2018045829A
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Inventors: 恭弘堀本; 佑将中河; 拓馬吉田
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Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2021-01-27
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Description

本発明は、音響センサ素子及び音響センサパッケージに関する。

故障により超音波を発している駆動部品がある場合、音響センサを使用して超音波を検出し、故障を検知したい需要がある。使用する音響センサの例としては、例えば特許文献１−２に開示のセンサが挙げられる。これらの音響センサは、可聴帯域から超音波帯域にわたる様々な帯域の周波数の音波を検出することができる。また、検出した音波の振幅は、アンプによって増幅される。

米国特許第７４３９６１６Ｂ２号明細書特許第５６３６７９６号公報

可聴帯域の音波の振幅は、超音波の振幅よりも大きいことが多いため、アンプによって超音波に適した信号増幅を行っている場合、可聴周波数帯域の音波の振幅が、音響センサの検出レンジの上限を超えてしまう。すなわち、従来の音響センサでは、高調波が発生し、超音波帯域の検出に悪影響を与える虞がある。

そこで、可聴周波数帯域の音波の検出を制限し、可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の検出を行う音響センサが考えられる。図１は、音響センサ素子５０の一例を模式的に例示する。音響センサ素子５０は、内部にＭＥＭＳ音響トランスデューサ６０を備える。そしてＭＥＭＳ音響トランスデューサ６０には、ダイアフラム５１と、ダイアフラム５１と対向するバックプレート５２を備える。また、ダイアフラム５１及びバックプレート５２にはそれぞれダイアフラム孔５３、バックプレート孔５４が設けられている。また、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ６０は、内部に空洞５５を備える。また、ダイアフラム５１の下部には、孔５６を有する基板５７が設けられる。また、音響センサ素子５０は、これらＭＥＭＳ音響トランスデューサ６０を覆うようにカバー５８が備えられ、カバー５８の内部には、空間５９が設けられている。このような音響センサ素子５０の場合、孔５６と、空洞５５によって、第一のローパスフィルタ６１が形成され、ダイアフラム孔５３と、空間５９によって、第二のローパスフィルタ６２が形成され、前記第一のローパスフィルタ６１を通って前記ダイアフラム５１に到達した音波と、前記第二のローパスフィルタ６２を通過し、バックプレート孔５４を通ってダイアフラム５１に到達した音波の差圧によって、周波数特性が決定される。

また、ダイアフラム孔５３を大きくするに従い、前記第二のローパスフィルタ６２によって決まるカットオフ周波数が上昇し、可聴周波数帯域の音波の検出感度はより低下する。

しかしながら、ダイアフラム孔５３の大きさが所定の大きさ以上になると、カットオフ周波数の上昇は頭打ちとなり、音波の検出感度自体も低下するという現象が起こる。この理由として、孔５６と空間５９がローパスフィルタ６３を形成しており、当該ローパスフィルタ６３が及ぼす影響が前記第二のローパスフィルタ６２に比べて大きくなるからである。すなわち、音響センサ素子５０は、可聴周波数帯域の音波の検出の制限を行うことが
難しくなる虞がある。

すなわち、本発明者は、従来の音響センサでは、可聴周波数よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することができないことを見出した。

本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、可聴周波数よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することのできる技術を提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

すなわち本発明の一側面に係る音響センサ素子は、厚み方向に貫通し、開口を有する支持部材と、前記支持部材の上に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラムの背面に空隙を介して設けられるバックプレートと、を有し、前記ダイアフラムの変位を前記ダイアフラムと前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換するＭＥＭＳ音響トランスデューサと、前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサを収容する収容部材と、を備え、前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、前記収容部材の壁面に前記支持部材が接するように固定され、前記収容部材の壁面のうち、前記支持部材の開口に相当する領域には、第一の孔が設けられ、前記収容部材の壁面のうち、前記支持部材と接していない領域には、少なくとも１つ以上の第二の孔が設けられ、前記第二の孔の上部であって前記収容部材の内部には、前記バックプレートに通じる空間が設けられ、前記バックプレートには、孔が設けられ、前記バックプレートに通じる空間は、前記バックプレートの孔を通じて前記ダイアフラムの背面まで通じ、前記第一の孔と、前記支持部材の開口と前記ダイアフラムによって形成される空洞によって、第一のローパスフィルタが形成され、前記第二の孔と、前記収容部材の内部の空間によって、第二のローパスフィルタが形成され、前記第一のローパスフィルタを通って前記ダイアフラムに到達した音波と、前記第二のローパスフィルタを通過し、前記バックプレートの孔を通って前記ダイアフラムに到達した音波の差圧によって、周波数特性が決定される。

当該構成によれば、第一の孔とＭＥＭＳ音響トランスデューサ内の空洞が第一のローパスフィルタを形成する。また、第二の孔と収容部材の内部の空間が第二のローパスフィルタを形成する。よって、第二の孔の大きさを所定の大きさとする場合、第一のローパスフィルタを通り、ダイアフラムに到達した可聴周波数帯域の音波の圧力と、第二のローパスフィルタを通り、ダイアフラムに到達した可聴周波数帯域の音波の圧力は、略同一となる。よって、２つの音波の圧力に差はなく、ダイアフラムは、変位しない。よって、可聴周波数帯域の音波は検出されない。

一方、第二の孔の大きさを所定の大きさとする場合、第一のローパスフィルタを通り、ダイアフラムに到達した可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波の圧力と、第二のローパスフィルタを通り、ダイアフラムに到達した可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波の圧力は、それぞれ異なる。よって、２つの音波の圧力の差に起因して、ダイアフラムは変位する。よって、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波は検出される。

また、当該構成によれば、音響センサの構造によって可聴周波数帯域の音波の検出の制限を実現している。よって、電気的な処理によって可聴周波数帯域の音波の検出の制限を行う場合と比較して、手間を要しない。

すなわち、当該構成によれば、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することができる。

上記一側面に係る音響センサ素子において、前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサからの出力を受信する基板をさらに備え、前記収容部材の一部は、前記基板によって形成され、前記第一の孔と前記第二の孔は、前記基板に設けられてもよい。

当該構成によれば、ＭＥＭＳ音響トランスデューサからの出力を受信する基板を利用してＭＥＭＳ音響トランスデューサを収容することができる。

上記一側面に係る音響センサ素子において、前記第一の孔と前記第二の孔の少なくとも一方は、スルーホールにより形成されてもよい。

当該構成によれば、第一の孔又は第二の孔に電磁波が混入することは抑制される。すなわち、検出の際にノイズが混入されることが抑制され、可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の検出が容易となる。

上記一側面に係る音響センサ素子において、複数の前記第二の孔を備えてよい。

当該構成によれば、複数の第二の孔の孔面積を一定にしつつ、１つあたりの孔面積を小さくすることによって、音響センサ素子の検出感度を保ちつつ、第二の孔への電磁波の混入を抑制することができる。すなわち、検出の際にノイズが混入されることが抑制され、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波の検出が容易となる。

上記一側面に係る音響センサ素子において、前記第二の孔の総面積は、０．０３ｍｍ^２以上であってもよい。

当該構成によれば、可聴周波数帯域の音波の検出感度が低減され、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域において検出感度が急激に高まる。すなわち、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することができる。

また、本発明の一側面に係る音響センサパッケージは、上記一側面に係る音響センサ素子と、前記音響センサ素子からの出力を受信する第二の基板と、前記音響センサ素子及び前記第二の基板を収容する筐体と、を備えてもよい。

当該構成によれば、音響センサ素子は、筐体によって保護される。よって、外部からの衝撃によって壊れることは低減される。また、第二の基板に様々な電子部品を実装し、多様な機能を備える音響センサパッケージとすることができる。

上記一側面に係る音響センサパッケージにおいて、前記第二の基板は、前記第一の孔及び前記第二の孔と、前記筐体の内壁との間に設けられ、前記第一の孔及び前記第二の孔は、前記筐体の所定の壁面に対向して配置され、前記第二の基板及び前記筐体の所定の壁面において、前記第一の孔及び前記第二の孔の軸方向からみて、前記第一の孔及び前記第二の孔を含む開口が設けられてもよい。

当該構成によれば、筐体の外部から開口を通じて音響センサ素子へ音波が通ることとなる。また、第二の基板及び筐体の所定の壁面に設けられる開口は、それぞれ１つずつである。よって、音響センサパッケージ全体の設計自由度を高く保つことができる。

また、上記一側面にかかる音響センサパッケージにおいて、前記第一の孔及び前記第二の孔と前記第二の基板との間に、前記開口を囲むように配置された筒状部材を備えてもよい。

当該構成によれば、系外から開口への音波の混入を抑制することができる。すなわち、音響センサ素子による音波の検出の際にノイズが混入されることが抑制され、可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の検出が容易となる。

本発明によれば、可聴周波数よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することのできる技術を提供することができる。

図１は、従来の音響センサの構造の一例を模式的に例示する。図２は、本実施形態に係る音響センサパッケージの構造の一例を模式的に例示する。図３は、音響センサパッケージの等価回路の一例を模式的に例示する。図４は、音響センサパッケージによって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。図５は、従来の音響センサの等価回路の一例を模式的に例示する。図６は、従来の音響センサによって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。図７は、本実施形態に係る音響センサパッケージによって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。図８は、２つの第二の孔を備える音響センサパッケージの構造の一例を模式的に例示する。図９は、音響センサパッケージによって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。図１０は、音響センサパッケージの構造の一例を模式的に例示する。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

§１構成例
［ハードウエア構成］
次に、本実施形態に係る音響センサパッケージの一例について説明する。図２は、本実施形態に係る音響センサパッケージ１００の構造の一例を模式的に例示する。音響センサパッケージ１００は、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波、例えば超音波を容易に検出することができる。音響センサパッケージ１００は、筐体１と、筐体１の内部にメイン基板２を備える。ここで、メイン基板２は、本発明の「第二の基板」の一例である。メイン基板２は、ゴムブッシュ３を介して筐体１の内面に固定される。

また、メイン基板２の上部には、音響センサ素子１０１が設けられる。音響センサ素子１０１は、サブ基板４を備え、サブ基板４はメイン基板２上に実装される。ここで、サブ基板４は、本発明の「基板」の一例である。サブ基板４は、第一の孔５と第二の孔６を備える。第一の孔５及び第二の孔６は、その表面がめっき処理された、いわゆるスルーホールである。第一の孔５と第二の孔６との距離は、メイン基板２への貫通孔（後述する）の実装性の観点から短いほうが望ましく、例えば２ｍｍ以内であることが望ましい。

また、音響センサ素子１０１は、サブ基板４の表面上にＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ―ＭｅｃｈａｎｉｃaｌＳｙｓｔｅｍｓ）音響トランスデューサ１０２を備え
る。ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２は、支持部材７を備える。支持部材７は、枠状であって、第一の孔５の外周を囲み、サブ基板４上に実装される。ただし、支持部材７の実装は、第二の孔６を囲まず、支持部材７の外側に第二の孔６が位置されるように行われる。支持部材７の外表面と第二の孔６までの距離は、例えば０．５ｍｍ−１ｍｍ程度離れている。また、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２は、支持部材７の上部に、圧力を受けて振動するダイアフラム８を備える。また、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２は、ダイアフラム８のさらに上部に、ダイアフラム８と対向するバックプレート９を備える。また、バックプレート９には孔１０が設けられている。また、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２は、その内部に空洞１１を備える。空洞１１は、第一の孔５とダイアフラム８に通じている。

ここで、音響センサ素子１０１は、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２のダイアフラム８及びバックプレート９と接続するＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）１２を備える。ダイアフラム８及びバックプレート９とＡＳＩＣ１２とは、ワイヤー１８Ａによって有線接続される。ここで、ワイヤー１８Ａは、第二の孔６を避けるように設けられてもよい。ＡＳＩＣ１２は、ダイアフラム８とバックプレート９との間に直流電圧をかけ、静電容量の変化をそれに比例した電圧の変化として取り出す集積回路である。ＡＳＩＣ１２において、検出信号の増幅も行われる。また、音響センサ素子１０１は、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２及びＡＳＩＣ１２を覆うカバー１３を備える。そして、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２及びＡＳＩＣ１２は、カバー１３及びサブ基板４が形成する空間内に収容される。ここで、カバー１３は、本発明の「収容部材」の一例である。また、カバー１３の内部には、空間１４を備える。

また、音響センサパッケージ１００は、筐体１の外部から、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２のダイアフラム８へ音波を通すために、筐体１とメイン基板２を貫き、音響センサ素子１０１のサブ基板４に設けられた第一の孔５と第二の孔６に通じる貫通孔１５を備える。ここで貫通孔は、本発明の「第二の基板及び筐体の所定の壁面において、第一の孔及び第二の孔の軸方向からみて、第一の孔及び第二の孔を含む開口」の一例である。また、音響センサパッケージ１００は、貫通孔１５の周囲であって、メイン基板２とサブ基板４との間の空隙に、金属で形成された接合部材１６を備える。そして、接合部材１６は、貫通孔１５を囲むようにリング状の形状をしている。また、音響センサパッケージ１００のゴムブッシュ３は、同じく貫通孔１５の周囲に配置され、貫通孔１５を囲むようにリング状の形状をしている。ここで、ゴムブッシュ３及び接合部材１６は、本発明の「筒状部材」の一例である。

また、メイン基板２には、ＡＳＩＣ１２からの出力を受信し、電気的な信号処理を行うＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ１７を備える。また、音響センサ素子１０１は、ＡＳＩＣ１２からの出力をメイン基板２内へ送信するためのワイヤー１８Ｂを備える。ＡＳＩＣ１２からワイヤー１８Ｂを通った出力信号は、メイン基板２とサブ基板４との接合部１９を介してメイン基板２内の配線へ入力され、その後、ＩＣチップ１７へ送られる。

［検出原理］
次に、音響センサパッケージ１００の検出原理を説明する。図３は、音響センサパッケージ１００の等価回路の一例を模式的に例示する。図３に示すように、音響センサパッケージ１００では、第一の孔５と空洞１１とが第一のローパスフィルタ（ＬＰＦ１）を形成する。また、第二の孔６と空間１４とが第二のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）を形成する
。ダイアフラム８は、ＬＰＦ１を通過してきた音波の圧力と、ＬＰＦ２を通過してきた音波の圧力との差圧に応じて変位する。そして、ダイアフラム８が変位すると、ダイアフラム８とバックプレート９との間の静電容量が変化する。このような静電容量の変化を利用して、音響センサパッケージ１００は、音波を検出する。

図４は、音響センサパッケージ１００によって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。第二の孔６の大きさを所定の大きさに調節した場合、第一の孔５からＬＰＦ１を通過し、ダイアフラム８に達した可聴周波数帯域の音波の圧力と、第二の孔６からＬＰＦ２を通過し、ダイアフラム８に達した可聴周波数帯域の音波の圧力は、略等しくなる。よって、ダイアフラム８は、可聴周波数帯域の音波の影響によって変位することはなく、音響センサパッケージ１００は、可聴数周波数帯域の音波を検出しない。一方で、第一の孔５からＬＰＦ１を通過し、ダイアフラム８に達した可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の圧力は、第二の孔６からＬＰＦ２を通過し、ダイアフラム８に達した可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の圧力よりも高くなる。空洞１１の大きさよりも空間１４の大きさのほうが大きいためである。すなわち、ダイアフラム８は、可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の影響によって変位する。よって、音響センサパッケージ１００は、可聴数周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波を検出する。

§２動作例
次に、音響センサパッケージ１００の動作例を説明する。本実施形態の音響センサパッケージ１００との比較のために、図１に従来の音響センサ素子５０の構造の一例を模式的に例示する。また、図５は、音響センサ素子５０の等価回路の一例を模式的に例示する。また、図６は、音響センサ素子５０によって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。

図１、図５に示すように、従来の音響センサ素子５０は、孔５６と、空洞５５によって、第一のローパスフィルタ６１が形成され、ダイアフラム孔５３と、空間５９によって、第二のローパスフィルタ６２が形成され、前記第一のローパスフィルタ６１を通って前記ダイアフラム５１に到達した音波と、前記第二のローパスフィルタ６２を通過し、バックプレート孔５４を通ってダイアフラム５１に到達した音波の差圧によって、周波数特性が決定される。よって、音響センサ素子５０は、前記第二のローパスフィルタ６２によって低周波帯域の音波の検出を制限し、可聴周波数帯域以上の周波数帯域の音波を検出している。

しかしながら、ダイアフラム孔５３が所定の大きさ以上になると、図６に示すようにカットオフ周波数の上昇は頭打ちとなり、音波の検出感度自体も低下するという現象が起こる。この理由は、孔５６と空間５９がローパスフィルタ６３を形成しており、当該ローパスフィルタ６３が及ぼす影響が前記第二のローパスフィルタ６２に比べて大きくなるからである。すなわち、音響センサ素子５０では、可聴周波数帯域の音波の検出の制限を行うことが難しくなる虞がある。

一方、本実施形態にかかる音響センサパッケージ１００は、図２に示すように、筐体１の外部において発せられた音が、貫通孔１５を通り、音響センサ素子１０１のサブ基板４に設けられる第一の孔５及び第二の孔６へ達する構造となっている。そして、第一の孔５から空洞１１を通ってダイアフラム８に達する経路（ＬＰＦ１）と、第二の孔６から空間１４を通ってダイアフラムに達する経路（ＬＰＦ２）の２つの経路を音波は通過する構造
となっている。そして、音響センサパッケージ１００は、上述した検出原理に基づいて音波を検出する。

また、図７は、本実施形態に係る音響センサパッケージ１００によって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。図７に示すように、音響センサパッケージ１００は、第二の孔６の大きさを大きくするに従い、可聴周波数帯域の音波の検出感度はより低減される。

また、本実施形態の音響センサパッケージ１００は、従来の音響センサ素子５０と異なり、第二の孔６の大きさを大きくしても、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の検出感度が頭打ちにはならない。また、第二の孔６の大きさを大きくしても、共振周波数は低下しない。よって、より高い周波数からカットオフすることができる。

また、図７に示されるように、第二の孔６の直径が０．２ｍｍ以上、すなわち第二の孔６の孔面積が０．０３ｍｍ^２程度であれば、可聴周波数帯域の音波の検出感度がより低減される。

［作用・効果］

上記のような音響センサパッケージ１００であれば、第一の孔５とＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２内の空洞１１がＬＰＦ１を形成する。また、第二の孔６とカバー１３の内部の空間１４がＬＰＦ２を形成する。よって、第二の孔の大きさを所定の大きさとする場合、ＬＰＦ１を通り、ダイアフラム８に到達した可聴周波数帯域の音波の圧力と、ＬＰＦ２を通り、ダイアフラム８に到達した可聴周波数帯域の音波の圧力は、略同一となる。よって、２つの音波の圧力に差はなく、ダイアフラム８は、変位しない。よって、可聴周波数帯域の音波は検出されない。

一方、第二の孔の大きさを所定の大きさとする場合、ＬＰＦ１を通り、ダイアフラム８に到達した可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波の圧力と、ＬＰＦ２を通り、ダイアフラム８に到達した可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波の圧力は、それぞれ異なる。よって、２つの音波の圧力の差に起因して、ダイアフラム８は変位する。よって、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波は検出される。

また、上記のような音響センサパッケージ１００であれば、その構造によって可聴周波数帯域の音波の検出の制限を実現している。よって、電気的な処理によって可聴周波数帯域の音波の検出の制限を行う場合と比較して、手間を要しない。

また、第一の孔５及び第二の孔６は、めっき処理されたスルーホールである。よって、第一の孔５及び第二の孔６に系外から電磁波が混入することは抑制される。すなわち、検出の際にノイズが混入されることが抑制され、可聴周波数帯域よりも高い帯域の音波の検出が容易となる。

また、図７に示すように、第二の孔６の直径が０．２ｍｍ以上、すなわち第二の孔６の孔面積が０．０３ｍｍ^２程度であれば、可聴周波数帯域の音波の受信感度がより低減される。すなわち、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することができる。

また、上記のような音響センサパッケージ１００であれば、内部の音響センサ素子１０１は、筐体１によって保護される。よって、外部からの衝撃によって壊れることは低減される。また、メイン基板２に様々な電子部品を実装し、多様な機能を備える音響センサパ
ッケージとすることができる。

また、上記のような音響センサパッケージ１００であれば、系外から音響センサ素子１０１へ音波を通すために、第一の孔５及び第二の孔６へ通じ、筐体１及びメイン基板２を貫通する貫通孔を１つ設けている。換言すれば、筐体１及びメイン基板２に設ける孔は、それぞれ１つずつで済んでいる。よって、音響センサパッケージ全体の設計自由度を高く保つことができる。

また、音響センサパッケージ１００は、貫通孔１５の周囲であって、メイン基板２とサブ基板４との間の空隙に、リング状の接合部材１６を備えている。また、音響センサパッケージ１００は、同じく貫通孔１５の周囲であって、筐体１とメイン基板２との間には、リング状のゴムブッシュ３が配置されている。すなわち、音響センサパッケージ１００は、接合部材１６やゴムブッシュ３によって、第一の孔５及び第二の孔６へ通じる貫通孔１５を囲んでいるため、第一の孔及び第二の孔へ系外から音波が混入されることを一遍に抑制することができる。

また、音響センサパッケージ１００は、サブ基板４を利用してＭＥＭＳ音響トランスデューサ６０を収容することができる。

また、音響センサパッケージ１００は、ワイヤー１８Ａが第二の孔６を避けるように設けられる場合、ワイヤー１８Ａの発熱によって周囲の空気が振動したとしても、第二のローパスフィルタを通過する音波にノイズが混入されることは抑制される。

上記のような音響センサパッケージ１００であれば、可聴周波数よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することのできる技術を提供することができる。

§３変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

＜３．１＞
図８は、例えば２つの第二の孔６Ａ、６Ｂを備える音響センサパッケージ１００Ａの構造の一例を模式的に例示する。第二の孔６Ａ及び６Ｂは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２の外側に設けられる。第二の孔６Ａと６Ｂの孔の直径は同一でも異なっていてもよい。また、第二の孔は２つに限られず、３個で４個でも何個でもよい。

図９は、音響センサパッケージ１００Ａによって検出される音波の周波数特性グラフの一例を模式的に例示する。ただし、第二の孔の孔面積の総和を一定にし、第二の孔の個数を変化させた。すなわち、図９は、第二の孔の１つ１つの孔面積が変化した場合の周波数特性グラフを示している。図９の周波数特性グラフから第二の孔の個数、つまり第二の孔の１つ１つの孔面積が変化しても周波数特性グラフの定性的な傾向は変わらないことが分かる。換言すれば、図９は、複数の第二の孔を設け、第二の孔の１つ１つの孔面積を小さくしても、可聴周波数よりも高い周波数帯域の音波を容易に検出することができることを示している。

［作用・効果］
上記のような音響センサパッケージ１００Ａであれば、１つの孔あたりの孔面積が小さ
い複数の第二の孔を備えることにより、可聴周波数よりも高い周波数帯域の音波の検出感度を保ちつつ、第二の孔の電磁シールド性を高めることができる。すなわち、検出の際にノイズが混入されることが抑制され、可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の音波の検出が容易となる。

＜３．２＞
図１０は、音響センサパッケージ１００Ｂの構造の一例を模式的に例示する。音響センサパッケージ１００Ｂは、音響センサパッケージ１００と異なり、サブ基板４に第一の孔５及び第二の孔６が設けられていない。また、メイン基板２は、サブ基板４の下部に設けられていない。第一の孔５及び第二の孔６は、カバー１３の下部に設けられる。そして、サブ基板４は、カバー１３の上部に設けられる。そして、メイン基板２は、サブ基板４の上部であって、サブ基板４と音響センサパッケージ１００Ｂの内側の上面との間に設けられる。

また、本変形例では、メイン基板２とサブ基板４との空隙に設けられる接合部材１６の形状は、リング状であってもなくてもよい。また、音響センサパッケージ１００では、サブ基板４の上に設けられていたＭＥＭＳ音響トランスデューサ１０２及びＡＳＩＣ１２は、カバー１３の下面に設けられる。

また、音響センサパッケージ１００Ｂでは、音響センサパッケージ１００と同様に、系外から音響センサ素子１０１へ音波を通すために、貫通孔１５Ａが筐体１に設けられる。しかしながら、貫通孔１５Ａは、音響センサ素子１０１の第一の孔５及び第二の孔６と通じているが、音響センサパッケージ１００と異なり、メイン基板２を貫通していない。

よって、上記のような音響センサパッケージ１００Ｂは、音響センサ素子１０１と筐体１の間にゴムブッシュ３のみを介するシンプルな構成で実現でき、設計自由度が改善する。更に、メイン基板２の剛性を高めることができ、結果的に音響センサパッケージ１００Ｂの全体の剛性を高めることができる。すなわち、外部からの衝撃によって壊れることは低減される。また、音響センサパッケージ１００Ｂは、上記に示した音響センサパッケージ１００と同様の作用効果を得ることができるのは勿論のことである。

また、音響センサパッケージ１００Ｂは、音響センサパッケージ１００Ａのように第二の孔を複数備えてもよい。

以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせる事ができる。

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
厚み方向に貫通し、開口を有する支持部材（７）と、前記支持部材（７）の上に設けられるダイアフラム（８）と、前記ダイアフラム（８）の背面に空隙を介して設けられるバックプレート（９）と、を有し、前記ダイアフラム（８）の変位を前記ダイアフラム（８）と前記バックプレート（９）の間の静電容量の変化に変換するＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１０２）と、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１０２）を収容する収容部材（１３）と、を備え、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１０２）は、前記収容部材（１３）の壁面に前記支持部材（７）が接するように固定され、
前記収容部材（１３）の壁面のうち、前記支持部材（７）の開口に相当する領域には、第一の孔（５）が設けられ、
前記収容部材（１３）の壁面のうち、前記支持部材（７）と接していない領域には、少なくとも１つ以上の第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）が設けられ、
前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）の上部であって前記収容部材（１３）の内部には、前記バックプレート（９）に通じる空間（１４）が設けられ、
前記バックプレート（９）には、孔が設けられ、前記バックプレート（９）に通じる空間（１４）は、前記バックプレートの孔（１０）を通じて前記ダイアフラム（８）の背面まで通じ、
前記第一の孔（５）と、前記支持部材（７）の開口と前記ダイアフラム（８）によって形成される空洞（１１）によって、第一のローパスフィルタが形成され、
前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）と、前記収容部材（１３）の内部の空間（１４）によって、第二のローパスフィルタが形成され、
前記第一のローパスフィルタを通って前記ダイアフラム（８）に到達した音波と、前記第二のローパスフィルタを通過し、前記バックプレートの孔（１０）を通って前記ダイアフラム（８）に到達した音波の差圧によって、周波数特性が決定される、
音響センサ素子（１０１）。
＜発明２＞
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１０２）からの出力を受信する基板（２）をさらに備え、
前記収容部材（１３）の一部は、前記基板（２）によって形成され、
前記第一の孔（５）と前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）は、前記基板（２）に設けられる、
発明１に記載の音響センサ素子（１０１）。
＜発明３＞
前記第一の孔（５）と前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）の少なくとも一方は、スルーホールにより形成される、
発明２に記載の音響センサ素子（１０１）。
＜発明４＞
複数の前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）を備える、
発明１から３のうち何れか１項に記載の音響センサ素子（１０１）。
＜発明５＞
前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）の総面積は、０．０３ｍｍ^２以上である、
発明１から４のうち何れか１項に記載の音響センサ素子（１０１）。
＜発明６＞
発明１から５のうち何れか１項に記載の音響センサ素子（１０１）と、
前記音響センサ素子（１０１）からの出力を受信する第二の基板（４）と、
前記音響センサ素子（１０１）及び前記第二の基板（４）を収容する筐体（１）と、を備える、
音響センサパッケージ（１００、１００Ａ、１００Ｂ）。
＜発明７＞
前記第二の基板（４）は、前記第一の孔（５）及び前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）と、前記筐体（１）の内壁との間に設けられ、
前記第一の孔（５）及び前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）は、前記筐体（１）の所定の壁面に対向して配置され、
前記第二の基板（４）及び前記筐体（１）の所定の壁面において、前記第一の孔（５）及び前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）の軸方向からみて、前記第一の孔（５）及び前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）を含む開口（１５）が設けられる、
発明６に記載の音響センサパッケージ（１００、１００Ａ）。
＜発明８＞
前記第一の孔（５）及び前記第二の孔（６、６Ａ、６Ｂ）と前記第二の基板（４）との間に、前記開口（１５）を囲むように配置された筒状部材（３、１６）を備える、
発明７に記載の音響センサパッケージ（１００、１００Ａ）。

１・・・筐体
２・・・メイン基板
３・・・ゴムブッシュ
４・・・サブ基板
５・・・第一の孔
６・・・第二の孔
７・・・支持部材
８・・・ダイアフラム
９・・・バックプレート
１０・・・孔
１１・・・空洞
１２・・・ＡＳＩＣ
１３・・・カバー
１４・・・空間
１５、１５Ａ・・・貫通孔
１６・・・接合部材
１７・・・ＩＣチップ
１８Ａ、１８Ｂ・・・ワイヤー
１９・・・接合部
５０・・・音響センサ素子
５１・・・ダイアフラム
５２・・・バックプレート
５３・・・ダイアフラム孔
５４・・・バックプレート孔
５５・・・空洞
５６・・・孔
５７・・・基板
５８・・・カバー
５９・・・空間
６０・・・ＭＥＭＳ音響トランスデューサ
６１・・・第一のローパスフィルタ
６２・・・第二のローパスフィルタ
６３・・・ローパスフィルタ
１００、１００Ａ、１００Ｂ・・・音響センサパッケージ
１０１・・・音響センサ素子
１０２・・・ＭＥＭＳ音響トランスデューサ

Claims

厚み方向に貫通し、開口を有する支持部材と、前記支持部材の上に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラムの背面に空隙を介して設けられるバックプレートと、を有し、前記ダイアフラムの変位を前記ダイアフラムと前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換するＭＥＭＳ音響トランスデューサと、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサを収容する収容部材と、を備え、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、前記収容部材の壁面に前記支持部材が接するように固定され、
前記収容部材の壁面のうち、前記支持部材の開口に相当する領域には、第一の孔が設けられ、
前記収容部材の壁面のうち、前記支持部材と接していない領域には、少なくとも１つ以上の第二の孔が設けられ、
前記第二の孔の上部であって前記収容部材の内部には、前記バックプレートに通じる空間が設けられ、
前記バックプレートには、孔が設けられ、前記バックプレートに通じる空間は、前記バックプレートの孔を通じて前記ダイアフラムの背面まで通じ、
前記第一の孔と、前記支持部材の開口と前記ダイアフラムによって形成される空洞によって、第一のローパスフィルタが形成され、
前記第二の孔と、前記収容部材の内部の空間によって、第二のローパスフィルタが形成され、
前記第一のローパスフィルタを通って前記ダイアフラムに到達した音波と、前記第二のローパスフィルタを通過し、前記バックプレートの孔を通って前記ダイアフラムに到達した音波の差圧によって、周波数特性が決定される、
音響センサ素子。
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサからの出力を受信する基板をさらに備え、
前記収容部材の一部は、前記基板によって形成され、
前記第一の孔と前記第二の孔は、前記基板に設けられる、
請求項１に記載の音響センサ素子。
前記第一の孔と前記第二の孔の少なくとも一方は、スルーホールにより形成される、
請求項２に記載の音響センサ素子。
複数の前記第二の孔を備える、
請求項１から３のうち何れか１項に記載の音響センサ素子。
前記第二の孔の総面積は、０．０３ｍｍ^２以上である、
請求項１から４のうち何れか１項に記載の音響センサ素子。
請求項１から５のうち何れか１項に記載の音響センサ素子と、
前記音響センサ素子からの出力を受信する第二の基板と、
前記音響センサ素子及び前記第二の基板を収容する筐体と、を備える、
音響センサパッケージ。
前記第二の基板は、前記第一の孔及び前記第二の孔と、前記筐体の内壁との間に設けられ、
前記第一の孔及び前記第二の孔は、前記筐体の所定の壁面に対向して配置され、
前記第二の基板及び前記筐体の所定の壁面において、前記第一の孔及び前記第二の孔の軸方向からみて、前記第一の孔及び前記第二の孔を含む開口が設けられる、
請求項６に記載の音響センサパッケージ。
前記第一の孔及び前記第二の孔と前記第二の基板との間に、前記開口を囲むように配置された筒状部材を備える、
請求項７に記載の音響センサパッケージ。