KR102066174B1 - 트랜스듀서 - Google Patents

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다다시 이노우에
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 백 플레이트의 강도를 유지하면서, 신호 잡음비를 향상시킨다.
[해결 수단] 트랜스듀서는, 기판과, 기판에 대향 배치된 백 플레이트와, 백 플레이트에 대향 배치된 다이어프램을 구비하고, 백 플레이트는, 본체부와, 본체부를 지지하고, 기판에 접속된 지지부와, 본체부를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖고, 본체부는, 복수의 관통 구멍의 일부를 갖는 중앙 영역과, 중앙 영역을 연속적 또는 이산적으로 둘러싸고, 복수의 관통 구멍의 다른 일부를 갖는 3 이상의 주변 영역을 갖고, 각 주변 영역이, 중앙 영역을 연속적 또는 이산적으로 둘러싸고, 중앙 영역 및 각 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율이 서로 다르고, 중앙 영역 및 각 주변 영역에 있어서의 개구율이, 중앙 영역 내 및 각 주변 영역 내에서 일정하며, 중앙 영역에 있어서의 개구율이, 각 주변 영역에 있어서의 개구율보다도 높고, 본체부의 외주측의 주변 영역에 있어서의 개구율이, 중앙 영역측의 주변 영역에 있어서의 개구율보다도 낮다.

Description

트랜스듀서{TRANSDUCER}
본 발명은 트랜스듀서에 관한 것이다.
근년, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 사용하여 제조되는 정전 용량형 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰(이하, MEMS 마이크로폰이라고도 한다)이 채용되고 있다. 정전 용량형 트랜스듀서에 있어서는, 압력을 받아 진동하는 진동 전극막을, 전극막이 고정된 백 플레이트에 공극을 사이에 두고 대향 배치하고, 백 플레이트에 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 복수의 천공이 있는 평탄한 표면을 갖는 커버 부재와, 커버 부재에 설치된 기판과, 커버 부재와 기판 사이에 놓인 진동판을 구비하는 음향 변환기가 제안되어 있다(특허문헌1 참조).
일본 특허 제4338395호 공보
백 플레이트에 형성된 관통 구멍의 개구율이 높을수록, 신호 잡음비(SNR: Signal to Noise Rate)가 높아진다. 그러나, 백 플레이트에 형성된 관통 구멍이 증대되면, 백 플레이트의 강도가 낮아진다. 이러한 상황을 감안하여, 본 발명은 백 플레이트의 강도를 유지하면서, 신호 잡음비를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여, 이하의 수단을 채용하였다. 즉, 본 발명은 구멍을 갖는 기판과, 기판의 구멍의 개구에 대향 배치된 백 플레이트와, 백 플레이트와의 사이에 공극을 두고 백 플레이트에 대향 배치된 다이어프램을 구비하고, 백 플레이트는, 본체부와, 본체부를 지지하고, 기판에 접속된 지지부와, 본체부를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖고, 본체부는, 복수의 관통 구멍의 일부를 갖는 중앙 영역과, 중앙 영역을 연속적 또는 이산적으로 둘러싸고, 복수의 관통 구멍의 다른 일부를 갖는 3 이상의 주변 영역을 갖고, 3 이상의 주변 영역의 각각이, 중앙 영역을 연속적 또는 이산적으로 둘러싸고, 중앙 영역 및 3 이상의 주변 영역의 각각에 있어서의 관통 구멍의 개구율이 서로 다르고, 중앙 영역 및 3 이상의 주변 영역의 각각에 있어서의 개구율이, 중앙 영역 내 및 각 주변 영역 내에서 일정하며, 중앙 영역에 있어서의 상기 개구율이, 3 이상의 주변 영역의 각각에 있어서의 개구율보다도 높고, 본체부의 외주측의 주변 영역에 있어서의 개구율이, 중앙 영역측의 주변 영역에 있어서의 상기 개구율보다도 낮은, 트랜스듀서이다.
중앙 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율은, 중앙 영역의 면적에 대한 중앙 영역에 포함되는 복수의 관통 구멍의 개구 면적의 합계의 비율이다. 각 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율은, 각 주변 영역의 면적에 대한 각 주변 영역에 포함되는 복수의 관통 구멍의 개구 면적의 합계의 비율이다. 상기 트랜스듀서에서는 백 플레이트의 중앙 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율이 높고, 백 플레이트의 본체부의 외주측의 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율이, 본체부의 중앙 영역측의 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율보다도 낮다. 즉, 백 플레이트의 본체부의 중앙 영역측으로부터 본체부의 외주측을 향하여, 백 플레이트의 본체부의 중앙 영역 및 각 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율이 점차 감소하고 있다. 이에 의해, 백 플레이트의 강도를 유지하면서, 중앙 영역 및 각 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율을 높임으로써, 신호 잡음비를 향상시킬 수 있다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 백 플레이트의 다이어프램과의 대향면의 법선 방향으로부터 보아, 본체부는 대향하는 2변을 갖는 다각 형상이며, 본체부의 외주부터 중앙 영역의 외주까지의 거리가, 대향하는 2변 사이의 거리의 25％ 이하여도 된다. 상기 트랜스듀서에 있어서, 백 플레이트의 다이어프램과의 대향면의 법선 방향으로부터 보아, 본체부는 원 형상이며, 본체부의 외주부터 중앙 영역의 외주까지의 거리가, 원 형상의 직경의 25％ 이하여도 된다. 이들에 의해, 백 플레이트의 개구율을 높게 유지하면서, 백 플레이트의 강도를 유지할 수 있다. 백 플레이트의 개구율은, 백 플레이트의 다이어프램과의 대향면 또는 대향면의 반대면의 총 면적에 대한 관통 구멍의 개구 면적의 합계의 비율이다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 중앙 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율이 50％ 이상이어도 된다. 중앙 영역은, 트랜스듀서의 노이즈에 대한 영향이 크기 때문에, 중앙 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율을 50％ 이상으로 함으로써 트랜스듀서의 신호 잡음비를 향상시킬 수 있다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 관통 구멍은, 백 플레이트의 다이어프램과의 대향면으로부터 반대면을 향하여 넓어지는 테이퍼 형상의 내면을 갖고, 백 플레이트의 다이어프램과의 대향면에 대한 관통 구멍의 내면의 각도가 70도 이상 90도 이하여도 된다. 이에 의해, 백 플레이트의 빔의 단면 계수가 커져, 백 플레이트의 빔의 굽힘 모멘트에 대한 강도를 향상시킬 수 있다. 백 플레이트의 빔이란, 백 플레이트에 있어서의 인접하는 2개의 관통 구멍 사이의 부분이다. 또한, 백 플레이트에 대하여 관통 구멍을 밀집하여 배치할 수 있기 때문에, 백 플레이트의 개구율의 향상이 용이하다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 지지부의 일부가 다이어프램의 백 플레이트와의 대향면에 접촉하고 있어도 된다. 이에 의해, 백 플레이트가, 기판에 의해 지지됨과 함께, 다이어프램에 의해서도 지지됨으로써, 백 플레이트의 강도가 향상된다. 상기 트랜스듀서에 있어서, 본체부와 지지부가 일체여도 된다. 본체부와 지지부가 일체임으로써, 백 플레이트의 강도가 향상된다. 상기 트랜스듀서에 있어서, 본체부와 지지부가, 별도의 부재로 형성되어도 된다. 이에 의해, 백 플레이트의 제조가 용이해진다. 상기 트랜스듀서에 있어서, 관통 구멍의 개구의 형상이 원형, 타원형, 다각형 및 모서리가 둥근 다각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상이어도 된다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 3 이상의 주변 영역 중 적어도 하나에 있어서의 관통 구멍의 개구의 형상이 원형 및 타원형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상이어도 된다. 이에 의해, 적어도 하나의 주변 영역에 포함되는 관통 구멍의 주위에 있어서의 백 플레이트의 강도가 향상된다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 중앙 영역과, 3 이상의 주변 영역 중 본체부의 외주에 가장 가까운 주변 영역 이외의 주변 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구의 형상이 대략 육각형이어도 된다. 중앙 영역에 포함되는 관통 구멍의 개구의 형상을 대략 육각형으로 함으로써, 중앙 영역에 있어서의 관통 구멍의 개구율을 높일 수 있다. 상기 트랜스듀서에 있어서, 중앙 영역에 포함되는 복수의 관통 구멍이 규칙적으로 배치되어도 된다.
상기 트랜스듀서에 있어서, 3 이상의 주변 영역 중 적어도 하나에 있어서의 관통 구멍의 개구의 형상이 타원형이며, 타원형의 긴 변 방향이 중앙 영역을 향하고 있어도 된다. 이에 의해, 관통 구멍의 타원형의 짧은 변 방향에 있어서, 관통 구멍의 피치가 커진다. 그 결과, 3 이상의 주변 영역 중 적어도 하나에 있어서의 관통 구멍의 주위에 있어서의 백 플레이트의 빔의 단면 계수가 커져, 백 플레이트의 빔의 굽힘 응력에 대한 강도가 향상된다. 상기 트랜스듀서에 있어서, 기판의 구멍은, 기판을 비관통하는 것이어도 된다.
본 발명에 따르면, 백 플레이트의 강도를 유지하면서, 신호 잡음비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 정전 용량형 트랜스듀서의 모식도이다.
도 2는 백 플레이트의 평면도이다.
도 3은 정전 용량형 트랜스듀서의 모식도이다.
도 4는 정전 용량형 트랜스듀서의 모식도이다.
도 5a는 백 플레이트의 평면도이다.
도 5b는 백 플레이트의 모식도이다.
도 5c는 백 플레이트의 모식도이다.
도 5d는 백 플레이트의 평면도이다.
도 5e는 백 플레이트의 평면도이다.
도 6a는 참고예에 관한 백 플레이트의 평면도이다.
도 6b는 참고예에 관한 백 플레이트의 평면도이다.
도 7a는 참고예에 관한 백 플레이트의 모식도이다.
도 7b는 참고예에 관한 백 플레이트의 모식도이다.
도 8a는 참고예에 관한 백 플레이트의 응력 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다.
도 8b는 참고예에 관한 백 플레이트의 응력 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태에 관한 백 플레이트 및 참고예에 관한 백 플레이트의 응력 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 10a는 백 플레이트의 평면도이다.
도 10b는 백 플레이트의 평면도이다.
도 10c는 백 플레이트의 평면도이다.
도 11a는 백 플레이트의 평면도이다.
도 11b는 백 플레이트의 단면도이다.
도 11c는 백 플레이트의 단면도이다.
도 12는 정전 용량형 트랜스듀서의 모식도이다.
이하, 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 기재하는 실시 형태는, 본원의 일 형태이며, 본원의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
<적용예>
본 발명은 정전 용량형의 MEMS 디바이스에 적용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 정전 용량형의 MEMS 디바이스로서, 압력 센서, 음향 센서, 스피커, 가속도 센서, 마이크로미러 등을 들 수 있다. 이하에서는, 정전 용량형 트랜스듀서의 일례인 음향 센서에 대하여 설명한다.
도 1은 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 모식도이다. 정전 용량형 트랜스듀서(1)는, 구멍(21)을 갖는 실리콘 기판(2)과, 실리콘 기판(2)의 구멍(21)의 개구에 대향 배치된 백 플레이트(3)와, 백 플레이트(3)와의 사이에 공극을 두고 백 플레이트(3)에 대향 배치된 다이어프램(4)을 구비한다. 도 2는 백 플레이트(3)의 평면도이다. 백 플레이트(3)는, 본체부(31)와, 본체부(31)를 지지하고, 실리콘 기판(2)에 지지된 지지부(32)와, 본체부(31)를 관통하는 복수의 관통 구멍(33)을 갖는다. 다이어프램(4)에는, 대기압의 변화에 대하여 영향을 받지 않게 하기 위한 벤틸레이션용의 구멍 혹은 슬릿이 있어도 된다.
본체부(31)는, 평면으로 보아 본체부(31)의 네 모서리가 돌출되어 있는 돌출부(310)를 갖는다. 지지부(32)는, 본체부(30) 및 돌출부(310)를 지지한다. 도 2에 도시하는 백 플레이트(3)의 예에서는, 평면으로 보아 본체부(31)의 네 모서리가 돌출되어 있지만, 평면으로 보아 본체부(31)의 네 모서리가 돌출되어 있지 않아도 된다. 본체부(31)는, 복수의 관통 구멍(33)의 일부를 갖는 중앙 영역(34)과, 중앙 영역(34)을 둘러싸고, 복수의 관통 구멍(33)의 다른 일부를 갖는 3 이상의 주변 영역(35)을 갖는다. 3 이상의 주변 영역(35)의 각각이, 중앙 영역(34)을 둘러싸고 있다. 중앙 영역(34) 및 3 이상의 주변 영역(35)의 각각에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이 서로 상이하다. 중앙 영역(34)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율은, 중앙 영역(34)의 면적에 대한 중앙 영역(34)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다. 각 주변 영역(35)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율은, 각 주변 영역(35)의 면적에 대한 각 주변 영역에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다.
중앙 영역(34)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이, 중앙 영역(34) 내에서 일정하다. 3 이상의 주변 영역(35)의 각각에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이, 각 주변 영역(35) 내에서 일정하다. 중앙 영역(34)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이, 3 이상의 주변 영역(35)의 각각에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율보다도 높다. 본체부(31)의 외주측의 주변 영역(35)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이, 중앙 영역(34)측의 주변 영역(35)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율보다도 낮다. 따라서, 3 이상의 주변 영역(35)의 각각에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이, 중앙 영역(34)측으로부터 본체부(31)의 외주측을 향하여 점차 감소하고 있다.
<실시예>
도 3은 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 모식도이다. 정전 용량형 트랜스듀서(1)는, MEMS 기술을 사용하여 제조된 정전 용량형 소자이다. 정전 용량형 트랜스듀서(1)는, 실리콘(Si) 기판(2)과, 백 플레이트(3)와, 다이어프램(4)을 구비한다. 실리콘 기판(2)은, 기판의 일례이다. 실리콘 기판(2)은, 구멍(21)을 갖는다. 도 3에서는, 구멍(21)이, 실리콘 기판(2)을 관통하고 있지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 구멍(21)은, 실리콘 기판(2)을 비관통하는 것이어도 된다. 즉, 구멍(21)은, 실리콘 기판(2)의 표면에 형성된 오목부여도 된다. 실리콘 기판(2)에 구멍(21)을 형성함으로써, 실리콘 기판(2)과 다이어프램(4) 사이가 일정 거리 이상이 되기 때문에, 실리콘 기판(2)과 다이어프램(4) 사이의 저항을 저감시킬 수 있다.
백 플레이트(3)는, 고정판(36)과, 고정판(36)에 접한 고정 전극막(37)을 갖는다. 백 플레이트(3)는, 실리콘 기판(2)의 구멍(21)의 개구를 덮도록 하여, 실리콘 기판(2) 위에 설치되어 있다. 즉, 백 플레이트(3)는, 실리콘 기판(2)의 구멍(21)의 개구에 대향 배치되어 있다. 백 플레이트(3)의 외주 부분이 실리콘 기판(2)에 접속되고, 백 플레이트(3)가, 실리콘 기판(2)으로부터 돔 형상으로 융기되어 있어, 백 플레이트(3)의 중앙 부분이 실리콘 기판(2)보다 높은 위치에 배치되어 있다.
백 플레이트(3)는, 백 플레이트(3)를 관통하는 복수의 관통 구멍(33)을 갖는다. 다이어프램(4)은, 백 플레이트(3)와의 사이에 있어서의 에어 갭(공극)을 두고, 백 플레이트(3)에 대향 배치되어 있다. 백 플레이트(3)의 하면(38)과 다이어프램(4)의 상면(41)이 대향하고 있으며, 백 플레이트의 상면(39) 및 다이어프램(4)의 상면(41)이 동일한 방향을 향하고 있다. 다이어프램(4)은, 실리콘 기판(2)의 구멍(21)의 개구를 덮도록 하여 실리콘 기판(2) 위에 배치되어 있다. 다이어프램(4)은, 다이어프램(4)의 하면(42)에 설치된 고정부(43)에 의해 실리콘 기판(2)에 고정되어 있다. 다이어프램(4)은, 음압에 따라 상하로 진동한다. 다이어프램(4)에는, 대기압의 변화에 대하여 영향을 받지 않게 하기 위한 벤틸레이션용의 구멍 혹은 슬릿이 있어도 된다.
정전 용량형 트랜스듀서(1)는, 소리를 받아 다이어프램(4)이 진동하여, 다이어프램(4)과 고정 전극막(37) 사이의 거리가 변화한다. 다이어프램(4)과 고정 전극막(37) 사이의 거리가 변화하면, 다이어프램(4)과 고정 전극막(37) 사이의 정전 용량이 변화한다. 다이어프램(4)과 전기적으로 접속된 전극 패드와, 고정 전극막(37)과 전기적으로 접속된 전극 패드 사이에 직류 전압을 인가하여, 정전 용량의 변화를 전기적인 신호로서 취출함으로써, 음압을 전기 신호로서 검출한다.
도 5a는 백 플레이트(3)의 평면도이다. 도 5b 및 도 5c는 백 플레이트(3)의 모식도이다. 백 플레이트(3)는, 본체부(31)와, 본체부(31)의 외주를 둘러싸도록 하여 본체부(31)에 설치된 지지부(32)를 갖는다. 도 5b에 도시하는 바와 같이, 본체부(31)와 지지부(32)가 일체여도 된다. 즉, 본체부(31)와 지지부(32)가 동일 부재로 형성되어도 된다. 도 5c에 도시하는 바와 같이, 본체부(31)와 지지부(32)가 별체여도 된다. 즉, 본체부(31)와 지지부(32)가 별도의 부재로 형성되어도 된다. 본체부(31)와 지지부(32)가 별체인 경우, 본체부(31)와 지지부(32)가 접속되어 있다. 본체부(31)와 지지부(32)를 접착재로 접속해도 된다. 본체부(31)에 돌기부를 형성하고, 지지부(32)에 홈을 형성하고, 본체부(31)의 돌기부를, 지지부(32)의 홈에 삽입함으로써, 본체부(31)와 지지부(32)를 접속해도 된다. 본체부(31)에 홈을 형성하고, 지지부(32)에 돌기부를 형성하고, 지지부(32)의 돌기부를, 본체부(31)의 홈에 삽입함으로써, 본체부(31)와 지지부(32)를 접속해도 된다. 본체부(31)가, 지지부(32)에 의해 지지되고, 지지부(32)가 실리콘 기판(2)에 접속되어 있다. 본체부(31)와 지지부(32)를 별도의 부재로 형성함으로써, 백 플레이트(3)의 제조가 용이해진다.
관통 구멍(33)은, 본체부(31)를 관통하고 있다. 본체부(31)는, 중앙 영역(34)과, 중앙 영역(34)을 둘러싸는 3 이상의 주변 영역(35)을 갖는다. 도 5a의 백 플레이트(3)의 예에서는, 본체부(31)는, 중앙 영역(34)과, 중앙 영역(34)을 둘러싸는 3개의 주변 영역(35)(35A 내지 35C)을 갖는다. 주변 영역(35A 내지 35C)의 각각이, 중앙 영역(34)을 연속적으로 둘러싸도 된다. 주변 영역(35A 내지 35C)은, 프레임형(주상)이어도 된다. 주변 영역(35A)은, 3개의 주변 영역(35) 중 중앙 영역(34)에 가장 가까운 주변 영역(35)이며, 중앙 영역(34)을 연속적으로 둘러싸고 있다. 주변 영역(35B)은, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A)을 연속적으로 둘러싸고 있다. 주변 영역(35C)은, 3개의 주변 영역(35) 중 본체부(31)의 외주에 가장 가까운 주변 영역(35)이며, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A, 35B)을 연속적으로 둘러싸고 있다. 따라서, 주변 영역(35A 내지 35C)이, 중앙 영역(34)측으로부터 본체부(31)의 외주측을 향하여 차례로 배열되어 있다. 도 5a의 백 플레이트(3)의 예에 한정되지 않고, 본체부(31)는, 중앙 영역(34)과, 중앙 영역(34)을 둘러싸는 4 이상의 주변 영역(35)을 가져도 된다.
주변 영역(35A 내지 35C)의 폭의 크기는, 서로 동일해도 되고, 서로 달라도 된다. 예를 들어, 주변 영역(35A)의 폭의 크기와 주변 영역(35B)의 폭의 크기가 동일하고, 주변 영역(35C)의 폭이, 주변 영역(35B)의 폭보다도 커도 된다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 각 영역은, 복수의 관통 구멍(33)을 갖는다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)은, 규칙적으로 배치되어 있어도 되고, 불규칙적(랜덤하게)으로 배치되어 있어도 된다. 예를 들어, 중앙 영역(34)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)이 규칙적으로 배치되고, 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)이 불규칙적으로 배치되어도 된다. 단, 백 플레이트(3)를 균일한 마무리이면서도 단시간에 제조하기 위해서는, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)이, 규칙적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 각각에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이 서로 상이하다. 중앙 영역(34)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율(이하, 중앙 영역(34)의 개구율이라고도 표기한다)은, 중앙 영역(34)의 면적에 대한 중앙 영역(34)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다. 주변 영역(35A)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율(이하, 주변 영역(35A)의 개구율이라고도 표기한다)은, 주변 영역(35A)의 면적에 대한 주변 영역(35A)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다. 주변 영역(35B)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율(이하, 주변 영역(35B)의 개구율이라고도 표기한다)은, 주변 영역(35B)의 면적에 대한 주변 영역(35B)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다. 주변 영역(35C)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율(이하, 주변 영역(35C)의 개구율이라고 표기한다)은, 주변 영역(35C)의 면적에 대한 주변 영역(35C)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다. 관통 구멍(33)의 개구 면적은, 백 플레이트(3)의 하면(38)을 기준으로 한다. 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 노이즈를 계산하기 위해서는, 백 플레이트(3)의 하면(38)을 기준으로 하는 것이 바람직하다. 단, 관통 구멍(33)의 개구 면적은, 백 플레이트(3)의 상면(39)을 기준으로 해도 된다.
중앙 영역(34)의 개구율은, 중앙 영역(34) 내에서 일정하다. 주변 영역(35A)의 개구율은, 주변 영역(35A) 내에서 일정하다. 주변 영역(35B)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율은, 주변 영역(35B) 내에서 일정하다. 주변 영역(35C)의 개구율은, 주변 영역(35C) 내에서 일정하다. 중앙 영역(34)의 개구율은, 주변 영역(35A 내지 35C)의 각 개구율보다도 높다. 주변 영역(35B)의 개구율은, 주변 영역(35A)의 개구율보다도 낮다. 주변 영역(35C)의 개구율은, 주변 영역(35B)의 개구율보다도 낮다. 이와 같이, 본체부(31)의 외주측의 주변 영역(35)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율이, 중앙 영역(34)측의 주변 영역(35)에 있어서의 관통 구멍(33)의 개구율보다도 낮다. 따라서, 본체부(31)의 중앙 영역(34)측으로부터 본체부(31)의 외주측을 향하여, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 개구율이 점차 감소하고 있다.
중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 개구의 크기(면적)가 서로 다르고, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 피치가 동일해도 된다. 관통 구멍(33)의 피치는, 인접하는 2개의 관통 구멍(33)의 중심 사이의 거리이다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 개구의 크기가 동일하고, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 피치가 서로 달라도 된다. 도 5d는 백 플레이트(3)의 평면도이다. 도 5d의 백 플레이트(3)의 예에서는, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 개구의 크기가 서로 다르고, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 피치가 동일하다. 도 5d의 백 플레이트(3)의 예에서는, 본체부(31)의 중앙 영역(34)측으로부터 본체부(31)의 외주측을 향하여, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 개구의 크기가 점차 작게 되어 있다.
관통 구멍(33)의 개구의 형상은, 원형, 타원형 및 사각형(대략 사각형을 포함한다), 육각형(대략 육각형을 포함한다) 등의 다각형이어도 된다. 또한, 관통 구멍(33)의 개구의 형상은, 모서리가 둥근 다각형이어도 된다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 동일해도 된다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 각 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 서로 달라도 된다. 중앙 영역(34)에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상과, 주변 영역(35A 내지 35C) 중 적어도 하나의 영역에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 동일해도 된다.
도 5a의 백 플레이트(3)의 예에서는, 주변 영역(35A 내지 35C)에 대하여 복수의 관통 구멍(33)이 2열로 배치되어 있다. 도 5a의 백 플레이트(3)의 예에 한정되지 않고, 주변 영역(35A 내지 35C)에 대하여 복수의 관통 구멍(33)이 3열 이상으로 배치되어도 된다. 또한, 도 5e에 도시하는 바와 같이, 주변 영역(35A 내지 35C)에 대하여 복수의 관통 구멍(33)이 일렬로 배치되어도 된다.
도 6a 및 도 6b는 참고예에 관한 백 플레이트(100)의 평면도이다. 도 6a는압공 시험 전의 백 플레이트(100)를 나타내고 있으며, 도 6b는 압공 시험 후의 백 플레이트(100)를 도시하고 있다. 압공 시험에서는, 압축 공기를 백 플레이트(100)에 인가함으로써, 백 플레이트(100)의 강도를 측정하였다. 도 6a에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(100)의 중심부터 외주까지, 균일한 크기의 개구를 갖는 복수의 관통 구멍(101)을 균일한 간격으로 배치하면, 최외주의 관통 구멍(101)의 근방에 응력이 집중되기 쉬워져, 백 플레이트(100)의 강도가 저하된다. 도 6b에 도시하는 바와 같이, 외부로부터 백 플레이트(100)에 큰 압력이 가해지면, 백 플레이트(100)의 외주 근방의 관통 구멍(101)이 파손될 우려가 있다. 백 플레이트(100)의 개구율이 커지는 경우, 최외주의 관통 구멍(101)의 근방에서 더욱 응력이 집중되기 쉬워져, 백 플레이트(100)의 강도가 더욱 저하된다. 백 플레이트(100)의 개구율은, 백 플레이트(100)의 상면의 총 면적에 대한 관통 구멍(101)의 개구 면적의 합계의 비율이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 백 플레이트(100)의 파손 개소에 대하여 설명한다. 도 7a 및 도 7b는 참고예에 관한 백 플레이트(100)의 모식도이며, 백 플레이트(100)가 실리콘 기판(110) 위에 설치되어 있다. 도 7a에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(100)의 개구율이 낮은 경우, 외부로부터 백 플레이트(100)에 큰 압력이 가해지면, 백 플레이트(100)의 외주 부분이 파괴된다. 굽힘 응력 σ는, 굽힘 모멘트 M/단면 계수 Z에 의해 구할 수 있다. 백 플레이트(100)의 가압점으로부터 가장 먼 백 플레이트(100)의 외주 부분에 있어서, 굽힘 모멘트 M(=L×P)이 최대가 되기 때문에, 백 플레이트(100)의 외주 부분에 최대 응력이 발생한다. 도 7b에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(100)의 개구율이 높은 경우, 외부로부터 백 플레이트(100)에 큰 압력이 가해지면, 가장 외측에 배치된 관통 구멍(101)의 주위의 부분이 파괴된다. 백 플레이트(100)의 개구율이 높은 경우, 백 플레이트(100)에 있어서의 관통 구멍(101)의 주위의 부분의 폭이 가늘어짐으로써, 단면 계수 Z가 작아져, 가장 외측에 배치된 관통 구멍(101)의 주위의 부분에 최대 응력이 발생한다.
도 8a 및 도 8b는 참고예에 관한 백 플레이트(100)의 응력 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다. 도 8a는 백 플레이트(100)의 개구율이 45％인 경우의 응력 시뮬레이션의 결과를 나타내고 있다. 도 8b는 백 플레이트(100)의 개구율이 60％인 경우의 응력 시뮬레이션의 결과를 나타내고 있다. 응력 시뮬레이션에서는, 백 플레이트(100)의 중앙 부분에 상향의 압력을 인가하여, 백 플레이트(100)에 발생하는 응력을 계산하였다. 도 8a 및 도 8b의 종축은, 백 플레이트(100)에 발생하는 응력을 나타내고, 도 8a 및 도 8b의 횡축은, 백 플레이트(100)의 중심으로부터의 거리를 나타낸다. 도 8a에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(100)의 개구율이 45％인 경우, 외부로부터 백 플레이트(100)에 큰 압력이 가해지면, 백 플레이트(100)의 중심으로부터 외주를 향하여 응력이 증가되어, 백 플레이트(100)의 외주에 최대 응력이 발생한다. 도 8b에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(100)의 개구율이 60％인 경우, 외부로부터 백 플레이트(100)에 큰 압력이 가해지면, 백 플레이트(100)의 중심으로부터 외주를 향하여 응력이 증가되어, 가장 외측에 배치된 관통 구멍(101)의 주위의 부분에 최대 응력이 발생한다.
중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 각 개구율을 높임으로써, 백 플레이트(3)와 다이어프램(4) 사이에 존재하는 기체의 유동 저항(스퀴즈 필름 댐핑 저항)이 억제된다. 그 때문에, 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 신호 잡음비(SNR: signal-noise ratio)가 향상된다. 모든 관통 구멍(33)의 개구를 일정한 크기로 하여, 모든 관통 구멍(33)의 개구를 크게 하는 경우, 외부로부터 백 플레이트(3)에 큰 압력이 가해지면, 본체부(31)의 외주 근방에 있어서의 관통 구멍(33)의 주위의 부분이 파손된다. 그래서, 실시 형태에 관한 정전 용량형 트랜스듀서(1)에서는, 중앙 영역(34)측으로부터 본체부(31)의 외주측을 향하여, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 개구율이 점차 감소되도록, 백 플레이트(3)에 대하여 관통 구멍(33)을 배치한다. 이러한 관통 구멍(33)의 배치에 의해, 백 플레이트(3)의 기계 강도를 유지하면서, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 개구율을 높여, 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 신호 잡음비를 향상시킬 수 있다.
도 9는 실시 형태에 관한 백 플레이트(3) 및 참고예에 관한 백 플레이트(100)의 응력 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 도 9의 실선 A는, 백 플레이트(3)의 응력 시뮬레이션의 결과를 나타내고 있다. 도 9의 점선 B는, 백 플레이트(100)의 개구율이 낮은 경우의 백 플레이트(100)의 응력 시뮬레이션의 결과를 나타내고 있다. 도 9의 점선 C는, 백 플레이트(100)의 개구율이 높은 경우의 백 플레이트(100)의 응력 시뮬레이션의 결과를 나타내고 있다. 도 9의 종축은, 백 플레이트(3)에 발생하는 응력 또는 백 플레이트(100)에 발생하는 응력을 나타낸다. 도 9의 횡축은, 백 플레이트(3)의 중앙 부분으로부터의 거리 또는 백 플레이트(100)의 중앙 부분으로부터의 거리를 나타낸다. 도 9의 실선 A에 있어서의 백 플레이트(3)의 개구율과, 도 9의 점선 C에 있어서의 백 플레이트(100)의 개구율은 동등하다. 백 플레이트(3)의 개구율은, 백 플레이트(3)의 하면(38) 또는 상면(39)의 총 면적에 대한 관통 구멍(33)의 개구 면적의 합계의 비율이다.
도 9의 실선 A로 나타내는 바와 같이, 거리 E에 응력 피크가 존재하고 있다. 백 플레이트(3)에 있어서의 거리 E는, 백 플레이트(3)의 중심부터 외주까지의 거리에 상당한다. 따라서, 백 플레이트(3)의 외주에 응력 피크가 존재하고 있다(도 9의 (a)). 도 9의 점선 B로 나타내는 바와 같이, 거리 E에 응력 피크가 존재하고 있다. 백 플레이트(100)에 있어서의 거리 E는, 백 플레이트(100)의 중심부터 외주까지의 거리에 상당한다. 따라서, 백 플레이트(100)의 개구율이 낮은 경우, 백 플레이트(100)의 외주에 응력 피크가 존재하고 있다(도 9의 (a)). 도 9의 점선 C로 나타내는 바와 같이, 거리 D에 응력 피크가 존재하고 있다. 백 플레이트(100)에 있어서의 거리 D는, 백 플레이트(100)의 중심으로부터 가장 외측에 배치된 관통 구멍(101)까지의 거리에 상당한다. 따라서, 백 플레이트(100)의 개구율이 높은 경우, 백 플레이트(100)에 있어서 가장 외측에 배치된 관통 구멍(101)의 위치에 응력 피크가 존재하고 있다(도 9의 (b)). 백 플레이트(3)에 있어서 가장 외측에 배치된 관통 구멍(33)의 위치 응력이 저감되며(도 9의 (c)), 또한, 백 플레이트(3)의 외주에 응력 피크가 존재하고 있다(도 9의 (a)). 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 백 플레이트(3)의 개구율을 높인 상태에서, 백 플레이트(3)의 응력 피크를 낮출 수 있기 때문에, 백 플레이트(3)의 파괴 강도를 향상시킬 수 있다.
도 10a에 도시하는 바와 같이, 주변 영역(35A 내지 35C)이, 중앙 영역(34)을 이산적으로 둘러싸도 된다. 주변 영역(35A)은, 3개의 주변 영역(35) 중 중앙 영역(34)에 가장 가까운 주변 영역(35)이며, 중앙 영역(34)을 이산적으로 둘러싸고 있다. 주변 영역(35B)은, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A)을 이산적으로 둘러싸고 있다. 주변 영역(35C)은, 3개의 주변 영역(35) 중 본체부(31)의 외주에 가장 가까운 주변 영역(35)이며, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A, 35B)을 이산적으로 둘러싸고 있다. 따라서, 주변 영역(35A 내지 35C)이, 중앙 영역(34)측으로부터 본체부(31)의 외주측을 향하여 차례로 배열되어 있다. 도 10a의 백 플레이트(3)의 예에서는, 중앙 영역(34)의 네 모서리가, 본체부(31)의 네 모서리를 향하여 연신되어 있다. 본체부(31)의 변에 응력이 집중되기 쉽고, 본체부(31)의 네 모서리에는 응력이 집중되기 어렵다. 그 때문에, 중앙 영역(34)의 네 모서리가, 본체부(31)의 네 모서리를 향하여 연신되어 있어도, 백 플레이트(3)의 개구율을 높게 유지하면서, 백 플레이트(3)의 응력 피크를 낮출 수 있어, 백 플레이트(3)의 강도를 유지할 수 있다.
도 5a의 백 플레이트(3)에 있어서의 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 배치예와, 도 10a의 백 플레이트(3)에 있어서의 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 배치예를 조합해도 된다. 예를 들어, 주변 영역(35A)이, 중앙 영역(34)을 이산적으로 둘러싸고, 주변 영역(35B)이, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A)을 이산적으로 둘러싸고, 주변 영역(35C)이, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A, 35B)을 연속적으로 둘러싸도 된다.
도 10b는 백 플레이트(3)의 평면도이다. 도 10b에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(3)의 하면(38)의 법선 방향으로부터 보아(평면으로 보아), 본체부(31)가, 사각 형상이어도 된다. 도 10b의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 평면으로 보아 본체부(31)의 네 모서리가 돌출되어 있지 않다. 백 플레이트(3)의 하면(38)은, 백 플레이트(3)의 다이어프램(4)과의 대향면이다. 도 10b에서는, 지지부(32)의 도시를 생략하였다. 도 10b의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 본체부(31)가 대향하는 2변 사이의 거리 D2의 25％ 이하이다. 도 10b의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 본체부(31)가, 대향하는 2변을 갖는 사각 형상이지만, 본체부(31)가, 대향하는 2변을 갖는 다각 형상이어도 된다. 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 본체부(31)가 대향하는 2변 사이의 거리 D2의 20％ 이하인 것이 바람직하다. 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리가, 본체부(31)가 대향하는 2변 사이의 거리 D2의 15％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 본체부(31)가 대향하는 2변 사이의 거리 D2의 25％ 이하임으로써, 백 플레이트(3)의 개구율을 높게 유지하면서, 백 플레이트(3)의 응력 피크를 낮출 수 있어, 백 플레이트(3)의 강도를 유지할 수 있다. 또한, 본체부(31)가 돌출부(310)를 갖는 경우에 대하여, 도 10b의 백 플레이트(3)의 일례와 마찬가지이다. 예를 들어, 평면으로 보아 돌출부(310)를 제외한 본체부(31)가 사각 형상이며, 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 본체부(31)가 대향하는 2변 사이의 거리 D2의 25％ 이하, 20％ 이하 또는 15％ 이하여도 된다.
도 10c는 백 플레이트(3)의 평면도이다. 도 10c에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 본체부(31)가 원 형상이어도 된다. 도 10c의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 평면으로 보아 본체부(31)의 네 모서리가 돌출되어 있지 않다. 도 10c에서는, 지지부(32)의 도시를 생략하였다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)은, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)의 직경이 서로 상이한 동심원이어도 된다. 도 10c의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 원 형상의 직경 D2의 25％ 이하이다. 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 원 형상의 직경 D2의 20％ 이하인 것이 바람직하다. 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리가, 원 형상의 직경 D2의 15％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 원 형상의 직경 D2의 25％ 이하임으로써, 백 플레이트(3)의 개구율을 높게 유지하면서, 백 플레이트(3)의 응력 피크를 낮출 수 있어, 백 플레이트(3)의 강도를 유지할 수 있다. 또한, 본체부(31)가 돌출부(310)를 갖는 경우에 대하여, 도 10c의 백 플레이트(3)의 일례와 마찬가지이다. 예를 들어, 평면으로 보아 돌출부(310)를 제외한 본체부(31)가 원 형상이며, 본체부(31)의 외주(50)부터 중앙 영역(34)의 외주(51)까지의 거리 D1이, 원 형상의 직경 D2의 25％ 이하, 20％ 이하 또는 15％ 이하여도 된다.
중앙 영역(34)의 개구율이 50％ 이상이어도 된다. 중앙 영역(34)은, 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 노이즈에 대한 영향이 크다. 중앙 영역(34)의 개구율을 50％ 이상으로 함으로써 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 신호 잡음비를 향상시킬 수 있다.
도 11a는 백 플레이트(3)의 평면도이며, 도 11a에는 백 플레이트(3)의 일부분이 도시되어 있다. 도 11b 및 도 11c는 백 플레이트(3)의 단면도이며, 도 11a의 점선 A1-A2를 따른 단면이 도시되어 있다. 관통 구멍(33)은, 백 플레이트(3)의 하면(38)으로부터 백 플레이트(3)의 상면(39)을 향하여 넓어지는 테이퍼 형상의 내면을 갖는다. 백 플레이트(3)의 하면(38)은, 백 플레이트(3)의 다이어프램(4)과의 대향면이며, 백 플레이트(3)의 상면(39)은, 백 플레이트(3)의 하면(38)의 반대면이다. 도 11b의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도가 70도이다. 도 11c의 백 플레이트(3)의 일례에서는, 백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도가 90도이다. 백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도가 70도 이상 90도 이하여도 된다.
백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도를 70도 이상 90도 이하로 함으로써, 백 플레이트(3)의 빔(62)의 단면 계수가 커져, 백 플레이트(3)의 빔(62)의 굽힘 응력에 대한 강도를 향상시킬 수 있다. 백 플레이트(3)의 빔(62)은, 백 플레이트(3)에 있어서의 인접하는 관통 구멍(33)과 관통 구멍(33) 사이의 부분이다. 백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도를 70도 이상 90도 이하로 함으로써, 백 플레이트(3)에 대하여 관통 구멍(33)을 밀집하여 배치할 수 있어, 백 플레이트(3)의 개구율의 향상이 용이하다. 백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도가 70도 미만인 경우, 백 플레이트에 대하여 관통 구멍(33)을 밀집하여 배치하면, 백 플레이트(3)의 빔(62)의 상변이 소실될 리스크가 있다. 백 플레이트(3)의 하면(38)에 대한 관통 구멍(33)의 내면(61)의 각도를 70도 이상 90도 이하로 함으로써, 백 플레이트에 대하여 관통 구멍(33)을 밀집하여 배치해도, 백 플레이트(3)의 빔(62)의 상변이 소실될 리스크가 방지된다. 그 결과, 백 플레이트(3)의 생산 안정성이 향상된다.
도 12는 정전 용량형 트랜스듀서(1)의 모식도이다. 지지부(32)의 일부가, 다이어프램(4)의 상면(41)에 접촉하도록 하여 절곡되어 있으며, 지지부(32)의 절곡된 부분의 내측에 다이어프램(4)이 배치되어 있다. 예를 들어, 지지부(32)가, 다이어프램(4)과 평행하게 절곡된 절곡 부분을 갖고, 지지부(32)의 절곡된 부분이 다이어프램(4)의 상면(41)에 접촉하고 있다. 또한, 지지부(32)가 돌출부를 갖고, 지지부(32)의 돌출부가 다이어프램(4)의 상면(41)에 접촉해도 된다. 다이어프램(4)이, 실리콘 기판(2) 및 지지부(32)로 끼워진 상태에서, 고정부(43)에 의해 실리콘 기판(2)에 고정되어 있다. 지지부(32)의 일부가 다이어프램(4)의 상면(41)에 접촉하고 있기 때문에, 백 플레이트(3)가, 실리콘 기판(2)에 의해 지지됨과 함께, 다이어프램(4)에 의해서도 지지되어 있다. 이에 의해, 백 플레이트(3)의 강도가 향상된다.
관통 구멍(33)의 개구의 형상이 원형 또는 타원형인 경우, 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 다각형인 경우와 비교하여, 관통 구멍(33)의 주위의 부분의 강도가 높다. 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 원형 및 타원형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상인 경우, 중앙 영역(34) 및 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 관통 구멍(33)의 주위에 있어서의 백 플레이트(3)의 강도가 향상된다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 백 플레이트(3)의 외주에 응력 피크가 존재하고 있기 때문에, 백 플레이트(3)의 외주 근방에 있어서의 관통 구멍(33)의 주위의 부분의 강도를 향상시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 주변 영역(35C)에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 원형 및 타원형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상인 경우, 주변 영역(35C)에 포함되는 관통 구멍(33)의 주위의 부분의 강도가 향상된다.
주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상이 타원형인 경우, 관통 구멍(33)의 타원형의 긴 변 방향이, 중앙 영역(34)을 향하고 있어도 된다. 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)에 대하여, 관통 구멍(33)의 타원형의 긴 변 방향이 중앙 영역(34)을 향함으로써, 관통 구멍(33)의 타원형의 짧은 변 방향에 있어서, 인접하는 2개의 관통 구멍(33) 사이의 거리가 커진다. 그 결과, 주변 영역(35A 내지 35C)에 포함되는 복수의 관통 구멍(33)의 주위에 있어서의 백 플레이트(3)의 빔(62)의 단면 계수가 커져, 백 플레이트(3)의 빔(62)의 굽힘 응력에 대한 강도가 향상된다. 타원형의 짧은 변 방향은, 타원형의 긴 변 방향과 직교하는 방향이다.
중앙 영역(34)에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상을 육각형(대략 육각형을 포함한다)으로 함으로써, 중앙 영역(34)의 개구율을 높일 수 있다. 주변 영역(35A 내지 35C)의 형상이, 직선적인 형상 및 곡선적인 형상을 포함하는 경우라도, 주변 영역(35A 내지 35C)의 각 영역에 포함되는 관통 구멍(33)의 개구의 형상을 육각형(대략 육각형을 포함한다)으로 함으로써, 주변 영역(35A 내지 35C)의 각 개구율을 높일 수 있다.
1: 정전 용량형 트랜스듀서
2: 실리콘 기판
3: 백 플레이트
4: 다이어프램
21: 구멍
31: 본체부
32: 지지부
33: 관통 구멍
34: 중앙 영역
35A, 35B, 35C: 주변 영역

Claims (14)

  1. 구멍을 갖는 기판과,
    상기 기판의 상기 구멍의 개구에 대향 배치된 백 플레이트와,
    상기 백 플레이트와의 사이에 공극을 두고 상기 백 플레이트에 대향 배치된 다이어프램
    을 구비하고,
    상기 백 플레이트는, 본체부와, 상기 본체부를 지지하고, 상기 기판에 접속된 지지부와, 상기 본체부를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖고,
    상기 본체부는, 상기 복수의 관통 구멍의 일부를 갖는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 연속적 또는 이산적으로 둘러싸고, 상기 복수의 관통 구멍의 다른 일부를 갖는 3 이상의 주변 영역을 갖고,
    상기 3 이상의 주변 영역의 각각이, 상기 중앙 영역을 연속적 또는 이산적으로 둘러싸고,
    상기 중앙 영역 및 상기 3 이상의 주변 영역의 각각에 있어서의 상기 관통 구멍의 개구율이 서로 다르고,
    상기 중앙 영역 및 상기 3 이상의 주변 영역의 각각에 있어서의 상기 개구율이, 상기 중앙 영역 내 및 상기 각 주변 영역 내에서 일정하며,
    상기 중앙 영역에 있어서의 상기 개구율이, 상기 3 이상의 주변 영역의 각각에 있어서의 상기 개구율보다도 높고,
    상기 중앙 영역 및 상기 3 이상의 주변 영역에 있어서의 상기 개구율이, 상기 중앙 영역측으로부터 상기 백 플레이트의 본체부의 외주측을 향하여 점차 감소하고 있는,
    트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 백 플레이트의 상기 다이어프램과의 대향면의 법선 방향으로부터 보아, 상기 본체부는 대향하는 2변을 갖는 다각 형상이며,
    상기 본체부의 외주부터 상기 중앙 영역의 외주까지의 거리가, 상기 대향하는 2변 사이의 거리의 25％ 이하인,
    트랜스듀서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 백 플레이트의 상기 다이어프램과의 대향면의 법선 방향으로부터 보아, 상기 본체부는 원 형상이며,
    상기 본체부의 외주부터 상기 중앙 영역의 외주까지의 거리가, 상기 원 형상의 직경의 25％ 이하인,
    트랜스듀서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 영역에 있어서의 상기 개구율이 50％ 이상인,
    트랜스듀서.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 백 플레이트의 상기 다이어프램과의 대향면으로부터 반대면을 향하여 넓어지는 테이퍼 형상의 내면을 갖고,
    상기 백 플레이트의 상기 다이어프램과의 대향면에 대한 상기 관통 구멍의 상기 내면의 각도가 70도 이상 90도 이하인,
    트랜스듀서.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부의 일부가 상기 다이어프램의 상기 백 플레이트와의 대향면에 접촉하고 있는,
    트랜스듀서.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부와 상기 지지부가, 일체인,
    트랜스듀서.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부와 상기 지지부가, 별도의 부재로 형성되어 있는,
    트랜스듀서.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 구멍의 개구의 형상이 원형, 타원형, 다각형 및 모서리가 둥근 다각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상인,
    트랜스듀서.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3 이상의 주변 영역 중 적어도 하나에 있어서의 상기 관통 구멍의 개구의 형상이 원형 및 타원형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상인,
    트랜스듀서.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 영역과, 상기 3 이상의 주변 영역 중 상기 본체부의 외주에 가장 가까운 상기 주변 영역 이외의 상기 주변 영역에 있어서의 상기 관통 구멍의 개구의 형상이 육각형인,
    트랜스듀서.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 영역에 있어서의 복수의 상기 관통 구멍이 규칙적으로 배치되어 있는,
    트랜스듀서.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3 이상의 주변 영역 중 적어도 하나에 있어서의 상기 관통 구멍의 개구의 형상이 타원형이며,
    상기 타원형의 길이 방향이 상기 중앙 영역을 향하고 있는,
    트랜스듀서.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판의 상기 구멍은, 상기 기판을 비관통하는 것인,
    트랜스듀서.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111147994A (zh) * 2019-12-31 2020-05-12 歌尔股份有限公司 防尘结构、麦克风封装结构以及电子设备
US11498830B2 (en) * 2020-03-09 2022-11-15 Solid State System Co., Ltd. Structure of micro-electro-mechanical-system microphone and method for fabricating the same
US11490186B2 (en) * 2020-08-31 2022-11-01 Invensense, Inc. Edge patterns of microelectromechanical systems (MEMS) microphone backplate holes
US11665485B2 (en) * 2020-10-08 2023-05-30 UPBEAT TECHNOLOGY Co., Ltd Micro-electro-mechanical system acoustic sensor, micro-electro-mechanical system package structure and method for manufacturing the same
CN216491058U (zh) * 2021-11-26 2022-05-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
CN216960188U (zh) * 2022-01-27 2022-07-12 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
WO2024112406A1 (en) * 2022-11-23 2024-05-30 Invensense, Inc. Electrodes for microelectromechanical system microphones

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101601219B1 (ko) * 2014-10-17 2016-03-08 현대자동차주식회사 마이크로폰 및 그 제조 방법

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK1310136T3 (da) 2000-08-11 2006-07-31 Knowles Electronics Llc Bredbåndsminiaturetransducer
US6535460B2 (en) 2000-08-11 2003-03-18 Knowles Electronics, Llc Miniature broadband acoustic transducer
US6987859B2 (en) 2001-07-20 2006-01-17 Knowles Electronics, Llc. Raised microstructure of silicon based device
JP4592585B2 (ja) 2005-12-27 2010-12-01 三洋電機株式会社 音響センサ
JP4887866B2 (ja) 2006-03-31 2012-02-29 ヤマハ株式会社 スピーカ、スピーカネットおよびスピーカネット設計装置
JP4144640B2 (ja) * 2006-10-13 2008-09-03 オムロン株式会社 振動センサの製造方法
JP2009038732A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Panasonic Corp 電子部品とその製造方法及び該電子部品を備える電子装置
DE102008005686B9 (de) * 2008-01-23 2019-06-27 Tdk Corporation MEMS-Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements
US8327711B2 (en) * 2008-02-20 2012-12-11 Omron Corporation Electrostatic capacitive vibrating sensor
JP5402823B2 (ja) * 2010-05-13 2014-01-29 オムロン株式会社 音響センサ
JP4947220B2 (ja) * 2010-05-13 2012-06-06 オムロン株式会社 音響センサ及びマイクロフォン
CN102164325A (zh) * 2011-05-16 2011-08-24 瑞声声学科技(深圳)有限公司 微型麦克风
JP5252104B1 (ja) * 2012-05-31 2013-07-31 オムロン株式会社 静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォン
JP6237978B2 (ja) * 2013-03-13 2017-11-29 オムロン株式会社 静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォン
WO2014156976A1 (ja) * 2013-03-28 2014-10-02 富士フイルム株式会社 ユニモルフ型超音波探触子
JP6288410B2 (ja) * 2013-09-13 2018-03-07 オムロン株式会社 静電容量型トランスデューサ、音響センサ及びマイクロフォン
DE102013114826A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 USound GmbH Mikro-elektromechanischer Schallwandler mit schallenergiereflektierender Zwischenschicht
US9736590B2 (en) 2014-06-06 2017-08-15 Infineon Technologies Ag System and method for a microphone
US10123131B2 (en) * 2015-06-08 2018-11-06 Invensense, Inc. Microelectromechanical microphone with differential capacitive sensing
US10277979B2 (en) * 2016-05-19 2019-04-30 Knowles Electronics, Llc Reduced-damping acoustic holes
KR101807071B1 (ko) * 2016-10-06 2017-12-08 현대자동차 주식회사 마이크로폰 및 그 제조 방법
CN206923039U (zh) * 2017-07-19 2018-01-23 上海微联传感科技有限公司 背极板及麦克风

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101601219B1 (ko) * 2014-10-17 2016-03-08 현대자동차주식회사 마이크로폰 및 그 제조 방법

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