KR20100006166A

KR20100006166A - 음향 센서

Info

Publication number: KR20100006166A
Application number: KR1020097025360A
Authority: KR
Inventors: 타카시 카사이; 마사키 무네치카; 토시유키 타카하시
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2010-01-18
Also published as: US20100176821A1; JP5034692B2; EP2164281A4; EP2164281B1; CN101690264A; KR101033701B1; WO2008149571A1; JP2008301434A; US8699728B2; CN101690264B; EP2164281A1

Abstract

음압에 감응하는 진동 전극판(24)을 대향 전극판(25)에 대향시키고, 정전용량형의 음향 센서를 구성한다. 대향 전극판(25)에는, 진동을 통과시키기 위한 음향구멍을 개구한다. 대향 전극판(25)에 개구된 음향구멍은, 비교적 개구 면적의 작은 복수개의 음향구멍(31)과, 비교적 개구 면적이 큰 하나의 음향구멍(36)으로 이루어지고, 음향구멍(31, 36)은 등간격으로 격자형상으로 배치되어 있다. 또한, 다이어프램(28)의 폭을 L로 할 때, 개구 면적이 큰 음향구멍(36)은, 대향 전극판(25)에 있어서 다이어프램(28)의 중심과 대향하는 위치를 중심으로 하는 반경(r)=L/4의 원형 영역(a)의 내부에 마련하고 있다.

음향 센서

Description

음향 센서{ACOUSTIC SENSOR}

본 발명은 음향 센서에 관한 것으로, 특히 기체나 액체중을 전반하는 음압 즉 음향 진동을 검출하기 위한 음향 센서에 관한 것이다.

음향 센서로서는, 특표2004-506394호 공보(특허 문헌 1)나 특개2005-171763호 공보(특허 문헌 2)에 개시된 것이 있다.

도 1은 종래의 음향 센서(11)의 구조를 모식적으로 도시한 평면도이다. 이 음향 센서(11)에서는, 진동 전극판(12)(가동 전극)과 대향 전극판(13)(고정 전극)이, 기판상에서 미소 갭(공극)을 사이에 두고 대향하고 있다. 대향 전극판(13)은 기판상에서 외부에 노출하고 있고, 진동 전극판(12)은 대향 전극판(13)에 덮히여 있다. 대향 전극판(13)에는, 복수의 음향구멍(14)(어쿠스틱 홀)이 균일한 개구 면적으로 개구하고, 균등한 간격으로 배치되어 있다.

진동 전극판(12)은 박막에 의해 구성되어 있기 때문에, 대향 전극판(13)의 음향구멍(14)을 통과한 음압(음향 진동)이 진동 전극판(12)에 달하면, 진동 전극판(12)은 그 진동에 감응하여 미소 진동한다. 그리고, 진동 전극판(12)이 진동하면 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13)과의 갭 거리가 변화하고, 그 때의 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13)의 사이의 정전용량의 변화를 검출함에 의해 음향 센 서(11)에서 음향 진동이 검출된다.

상기 음향 센서에서는, 대향 전극판에 음향구멍이 마련되어 있는데, 이 음향구멍은 음압을 통과하여 진동 전극판을 진동시키는 이외에도, 이하와 같은 여러가지의 기능을 담당하고 있다.

(1) 음압을 음향구멍으로부터 풀어주어, 대향 전극판에 음압이 인가되지 않도록 한다.

(2) 미소 갭중의 공기를 음향구멍으로부터 풀어줌에 의해, 공기에 의한 진동 전극판의 덤핑을 방지한다.

(3) 마이크로 머시닝(반도체 미세가공) 기술을 이용하여 진동 전극판과 대향 전극판의 사이의 미소 갭을 제작할 때에, 에칭 홀이 된다.

특허 문헌 1 : 특표2004-506394호 공보

특허 문헌 2 : 특개2005-171763호 공보

특허 문헌 3 : 특개2004-128957호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

(검사 공정에서의 문제)

이와 같은 음향 센서의 제조 후의 검사 공정에서는, 진동 전극판과 대향 전극판 사이의 갭 거리나 진동 전극판의 진동 특성 등을 계측함에 의해, 음향 센서의 검사를 행하는 것이 바람직한다. 그러나, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재되어 있는 음향 센서에서는, 진동 전극판이 대향 전극판으로 덮이여 있기 때문에, 표면측부터 직접 진동 전극판을 검사할 수가 없다. 또한, 진동 전극판과 대향 전극판 사이의 미소 갭은, 이면측에서는 진동 전극판에 의해 덮히여 있기 때문에, 음향 센서의 이면측으로부터 검사를 행할 수도 없다.

대향 전극판에는 음향구멍이 개구하고 있기 때문에, 이 음향구멍을 통과하여 캡 거리나 진동 전극판의 진동 특성 등을 계측하는 것도 생각된다. 그러나, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2의 음향 센서에서는, 음향구멍은 대향 전극판에 균일한 개구경으로 마련되고, 또한 대향 전극판의 거의 전체에 균등하게 배열되어 있기 때문에, 음향구멍의 개구경을 크게 할 수가 없고, 통상은 직경이 수㎛ 정도이다. 따라서, 이와 같이 작은 음향구멍을 통과하여서는, 진동 전극판의 진동 등을 검사하는 것은 곤란하다.

한편, 음향구멍의 개구경을 충분히 크게 하거나, 음향구멍을 높은 밀도로 배치하면, 진동 전극판의 관찰이 가능해진다고 생각된다. 그러나, 대향 전극판의 거의 전체에 개구경이 큰 음향구멍을 마련하거나, 대향 전극판의 거의 전체에 높은 밀도로 음향구멍을 개구하거나 하면, 대향 전극판의 실질적인 전극면적이 작아지고, 또한 대향 전극판의 강성이 저하되고, 음향 센서의 감도가 저하된다.

따라서, 종래에는, 센서 감도를 그다지 저하시키는 일 없고, 갭 거리나 진동 전극판의 특성을 계측할 수 있는 음향 센서는 존재하고 있지 않았다.

또한, 특개2004-128957호 공보(특허 문헌 3)에는, 대향 전극판의 외주부에 있어서, 음향구멍의 개구경을 중심부에 위치하는 음향구멍보다 크게 하거나, 음향구멍의 배치 밀도를 중심부보다 크게 하거나 한 음향 센서가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 3에서 외주부의 음향구멍을 크게 하고 있는 것은, 진동 전극판과 대향 전극판 사이의 기생 용량을 작게 하기 위해서다.

진동 전극판은, 그 가동 부분의 중앙이 가장 크게 진동하기 때문에, 진동 전극판의 진동 특성을 계측하는데는, 진동 전극판의 중앙부를 관찰할 필요가 있다. 이에 대해, 특허 문헌 3의 음향 센서에서는, 개구경이 큰 음향구멍에 의해서는 진동 전극판의 외주연(고정 부분의 부근)밖에 관찰할 수가 없어서, 진동 전극판의 진동 특성을 효율적으로 관찰할 수가 없었다.

(진동 전극판의 스틱)

또한, 정전용량형의 음향 센서의 경우에는, 그 제조 공정이나 사용중에 있어서, 도 2에 도시하는 바와 같이 진동 전극판(12)이 대향 전극판(13)에 고착하는 일이 있다(이하, 진동 전극판의 일부 또는 거의 전체가 대향 전극판에 고착하여 갭이 없어진 상태, 또는 그 현상을 스틱이라고 부른다). 이렇게 하여 진동 전극판(12)이 대향 전극판(13)에 스틱하면, 진동 전극판(12)의 진동이 방해되기 때문에, 음향 센서(11)에 의해 음향 진동을 검출할 수가 없게 된다.

도 3(a) 및 도 3(b)는, 음향 센서(11)에 스틱이 발생하는 원인을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2의 X부에 상당하는 부분을 확대하여 도시하고 있다. 음향 센서(11)는, 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제조되기 때문에, 예를 들면 에칭 후의 세정 공정에서의 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13) 사이에 물(w)이 침입한다. 또한, 음향 센서(11)의 사용중에도, 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13) 사이에 습기가 쌓이거나, 음향 센서(11)가 물에 젖거나 하는 경우가 있다.

한편, 음향 센서(11)는 미소 구조물이기 때문에, 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13) 사이의 갭 거리는 수㎛밖에 없다. 게다가, 음향 센서(11)의 감도(感度)를 높게 하기 위해, 진동 전극판(12)의 막두께는 1㎛ 정도로 얇게 되어 있고, 진동 전극판(12)의 스프링성은 매우 약하다.

그 때문에, 이 음향 센서(11)에서는, 예를 들면 이하에 설명하는 바와 같이 2단계의 과정을 경유하여 스틱이 일어나는 일이 있다. 제 1 단계에서는, 도 3(a)에 도시하는, 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13) 사이에 물(w)이 침입한 때, 그 물(w)에 의한 모세관력(P1) 내지 표면장력에 의해 진동 전극판(12)이 대향 전극판(13)에 끌어당겨진다.

그리고, 제 2 단계에서는, 진동 전극판(12)과 대향 전극판(13)의 사이의 물(w)이 증발한 후, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 진동 전극판(12)이 대향 전극판(13)에 들러붙고, 그 상태가 유지된다. 물(w)이 증발한 후도 진동 전극판(12)을 대향 전극판(13)에 고착시켜서 지지하는 힘(P2)으로서는, 진동 전극판(12) 표면과 대향 전극판(13) 표면 사이에 작용하는 분자간력, 표면간력, 정전기력 등이 있다. 그 결과, 진동 전극판(12)은 대향 전극판(13)에 들러붙은 상태로 유지되고, 음향 센서(11)가 기능하지 않게 된다.

(에어 덤핑의 문제)

또한, 종래의 음향 센서에서는, 음향구멍이 작기 때문에, 진동 전극판이 진동한 때에 진동 전극판과 대향 전극판의 사이의 미소 갭 내의 공기가 스무스하게 음향구멍으로부터 출입할 수가 없다. 그 때문에, 진동 전극판은 미소 갭 내의 공기에 의해 진동이 덤핑(에어 덤핑)되어, 음향 센서의 감도를 저하시키는 원인이 되어 있다.

본 발명은, 이와 같은 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 센서 감도를 그다지 저하시키는 일 없이, 대향 전극판의 측으로부터 진동 전극판의 진동 특성 등을 계측하는 것이 가능한 음향 센서를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 음향 센서는, 기판과, 상기 기판상에 고정되고, 복수의 음향구멍이 개구된 대향 전극판과, 상기 기판과 상기 대향 전극판 사이에서, 상기 대향 전극판과 공극을 떼고 마련된, 음압에 감응하는 진동 전극판을 갖는 음향 센서에 있어서, 상기 음향구멍은, 복수의 제 1의 음향구멍과, 상기 제 1의 음향구멍보다도 개구 면적이 큰 제 2의 음향구멍으로 이루어지고, 상기 제 2의 음향구멍은, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 진동 전극판의 가동 부분의 중앙부에 대향하는 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 음향 센서에서는, 개구 면적이 큰 제 2의 음향구멍을 진동 전극판의 가동 부분의 중앙부에 대향하는 영역에 마련하고 있기 때문에, 대향 전극판의 제 2의 음향구멍을 통과하여 진동 전극판과 대향 전극판 사이의 갭 거리나 진동 전극판의 진동 특성 등을 계측할 수 있다. 게다가, 제 2의 음향구멍을 통과하여 진동 전극판의 중앙부를 계측할 수 있기 때문에, 진동 전극판의 진동 특성을 정밀도 좋게 계측할 수 있다.

또한, 이 음향 센서에서는, 다른 음향구멍(제 1의 음향구멍)보다도 개구 면적이 큰 음향구멍(제 2의 음향구멍)이 대향 전극판에 마련되어 있기 때문에, 제 2의 음향구멍을 화상 인식을 위한 마커로서 이용할 수 있고, 화상 인식 정밀도가 향상한다.

또한, 이 음향 센서에서는, 대향 전극판에 비교적 개구 면적이 큰 제 2의 음향구멍이 마련되어 있기 때문에, 진동 전극판과 대향 전극판 사이에 물이 침입하고 있어도 제 2의 음향구멍으로부터 신속하게 증발시킬 수 있다. 또한, 제 2의 음향구멍을 개구함에 의해 대향 전극판의 전극면적을 작게 할 수 있기 때문에, 전압이 인가되어 있는 진동 전극판과 대향 전극판과의 정전력도 작아진다. 따라서, 진동 전극판과 대향 전극판의 사이의 모세관력을 작게 하여 진동 전극막의 스틱을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 음향 센서의 어느 실시 양태는, 상기 진동 전극판의 상기 가동 부분의 폭을 L로 할 때, 상기 제 2의 음향구멍이, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 가동 부분의 중심에 대향하는 위치를 중심으로 하는 반경이 L/4의 원형(圓形)의 영역의 내부에 마련된 것을 특징으로 하고 있다. 진동 전극판은, 그 중심을 중심으로 하는 반경이 L/4의 원형 영역보다도 외측에서는 휘여짐이나 진동이 작고, 해당 원형 영역보다도 외측에서는 진동 전극막 등의 검사 정밀도가 얻기 어렵다. 따라서, 대향 전극판의, 진동 전극판의 중심에 대향하는 점을 중심으로 하는 반경 L/4의 원형 영역의 내측에 제 2의 음향구멍을 마련함에 의해, 제 2의 음향구멍을 통과하여 진동 전극판이 휘여짐이나 진동이 큰 개소를 계측할 수 있다.

본 발명의 음향 센서의 다른 실시 양태는, 상기 제 2의 음향구멍을 오직 하나 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에서는, 개구 면적이 큰 제 2의 음향구멍을 최소한의 수에 하고 있기 때문에, 대향 전극판의 전극면적 감소를 최소로 할 수 있고, 음향 센서의 감도 저하를 작게 할 수 있다.

또한, 이 실시 양태에 있어서의 상기 제 2의 음향구멍이, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 진동 전극판의 상기 가동 부분의 중심에 대향하는 위치에 마련하면, 제 2의 전극 구멍을 통하여 진동 전극판의 가장 진동이나 휘여짐이 큰 중심을 계측할 수 있어서, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 음향 센서의 또한 다른 실시 양태는, 상기 제 2의 음향구멍을 복수 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에서는, 개구 면적이 큰 제 2의 음향구멍을 대향 전극판에 복수 마련하고 있기 때문에, 제 2의 음향구멍으로부터 진동 전극판과 대향 전극판 사이에 침입한 물을 보다 신속하게 증발시킬 수 있다. 또한, 대향 전극판의 전극 면적도 보다 작아지고, 진동 전극판과 대향 전극판 사이의 정전력을 작게 할 수 있다. 따라서, 이 실시 형태에 의하면, 진동 전극판의 스틱을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

본 발명의 음향 센서의 또다른 실시 양태에 있어서의 상기 제 1의 음향구멍은, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 진동 전극판의 상기 가동 부분의 중앙부에 대향하는 영역으로, 그 외측의 영역보다도 조밀하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에서는, 진동 전극판의 가동 부분의 중앙부에 대향하는 영역에서, 그 외측의 영역보다도 조밀하게 제 1의 음향구멍을 배치하고 있기 때문에, 밀집한 제 1의 음향구멍으로부터 진동 전극판과 대향 전극판의 사이에 침입한 물을 보다 신속하게 증발시킬 수 있다. 또한, 대향 전극판의 전극 면적도 보다 작아지고, 진동 전극판과 대향 전극판 사이의 정전력을 작게 할 수 있다. 따라서, 이 실시 형태에 의하면, 진동 전극판의 스틱을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에서의 상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이상 설명한 구성 요소를 적절히 조합한 특징을 갖는 것이고, 본 발명은 이러한 구성 요소의 조합에 의한 많은 베리에이션을 가능하게 하는 것이다.

도 1은, 종래의 음향 센서의 구조를 모식적으로 도시한 평면도.

도 2는, 종래의 음향 센서에 있어서, 진동 전극판이 대향 전극판에 스틱한 양상을 도시하는 개략 단면도.

도 3(a) 및 도 3(b)는, 종래의 음향 센서에 있어서 스틱이 발생하는 원인을 설명하는 도면.

도 4은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 음향 센서를 도시하는 사시도.

도 5은, 제 1의 실시 형태에 의한 음향 센서의 분해 사시도.

도 6은, 도 4의 Y-Y선에 따른 단면도.

도 7은, 제 1의 실시 형태에 의한 음향 센서를 모식적으로 도시한 평면도.

도 8은, 제 1의 실시 형태의 음향 센서를 검사하고 있는 양상을 설명하는 개략 단면도.

도 9(a) 및 도 9(b)는, 제 1의 실시 형태의 음향 센서에서 진동 전극판의 스 틱을 경감할 수 있는 이유를 설명하는 도면.

도 10은, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 음향 센서를 모식적으로 도시한 평면도.

도 11은, 제 2의 실시 형태의 음향 센서에서 진동 전극판의 에어 덤핑을 경감할 수 있는 이유를 설명하는 도면.

도 12는, 제 2의 실시 형태의 음향 센서에서 Pull-in 전압을 저감할 수 있는 이유를 설명하는 도면.

도 13은, 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 음향 센서(51)를 모식적으로 도시한 평면도.

(부호의 설명)

21 : 음향 센서

22 : 실리콘 기판

24 : 진동 전극판

25 : 대향 전극판

28 : 다이어프램

30 : 고정 전극

31 : 음향구멍

36 : 음향구멍

41 : 음향 센서

51 : 음향 센서

w : 물

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명이 알맞는 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은, 본 발명의 발명 개념을 일탈하지 않는 한, 이하의 실시 형태로 한정되는 것이 아니다.

(실시 형태 1)

이하, 도 4 내지 도 9을 참조하여 본 발명의 제 1의 실시 형태를 설명한다. 도 4는 제 1의 실시 형태에 의한 음향 센서(21)를 도시하는 사시도이고, 도 5는 그 분해 사시도이다. 또한, 도 6은 도 4의 Y-Y선에 따른 단면도이다.

이 음향 센서(21)는 정전용량형의 센서이고, 실리콘 기판(22)의 윗면에 절연 피막(23)을 통하여 진동 전극판(24)을 마련하고, 그 위에 미소 갭(공극)을 통하여 대향 전극판(25)을 마련한 것이다.

실리콘 기판(22)에는, 각주형상(角柱狀)의 관통구멍(26) 또는 각추대형상(角錐臺狀)의 오목부가 마련되어 있다. 도면에서는 각주형상의 관통구멍(26)을 도시하고 있다. 실리콘 기판(22)의 사이즈는, 평면으로 보아 1 내지 1.5㎜각(角)(이것보다도 작게 하는 것도 가능하다)이고, 실리콘 기판(22)의 두께가 400 내지 500㎛ 정도이다. 실리콘 기판(22)의 윗면에는 산화막 등으로 이루어지는 절연 피막(23)이 형성되어 있다.

진동 전극판(24)은, 막두께가 1㎛ 정도의 폴리실리콘 박막에 의해 형성되어 있다. 진동 전극판(24)은 거의 사각형형상의 박막이고, 그 네모퉁이 부분에는 대각 방향 외측을 향하고 고정부(27)가 연장하여 나와 있다. 진동 전극판(24)은, 관통구멍(26) 또는 오목부의 윗면 개구를 덮도록 하여 실리콘 기판(22)의 윗면에 배치되고, 각 고정부(27)를 절연 피막(23)의 위에 고정되어 있다. 진동 전극판(24)중 관통구멍(26) 또는 오목부의 상방에서 중공에 지지된 부분(이 실시 형태에서는, 고정부(27) 이외의 부분)은 다이어프램(28)(가동 부분)이 되어 있고, 음압에 감응하여 진동한다.

대향 전극판(25)은, 질화막으로 이루어지는 절연성 지지층(29)의 윗면에 금속제 박막으로 이루어지는 고정 전극(30)을 마련한 것이다. 대향 전극판(25)은, 진동 전극판(24)의 위에 배치되고, 다이어프램(28)과 대향하는 영역의 외측에서는, 산화막 등으로 이루어지는 절연 피막(33)을 통하여 실리콘 기판(22)의 윗면에 고정되어 있다. 대향 전극판(25)은, 다이어프램(28)과 대향하는 영역에서는 3㎛ 정도의 미소 갭을 떼고서 다이어프램(28)을 덮고 있다. 또한, 고정 전극(30) 및 지지층(29)에는, 윗면부터 하면에 관통하도록 하여, 음압(진동)을 통과시키기 위한 음향구멍(어쿠스틱 홀)이 천공되어 있다. 또한, 진동 전극판(24)은, 음압에 공명하여 진동하는 것이기 때문에, 1㎛ 정도의 박막으로 되어 있지만, 대향 전극판(25)은 음압에 의해 여진(勵振)되지 않는 전극이기 때문에, 그 두께는 예를 들면 2㎛ 이상이라는 바와 같이 두껍게 되어 있다.

도 7은 음향 센서(21)를 모식적으로 도시한 평면도이다. 대향 전극판(25)에 개구된 음향구멍은, 비교적 개구 면적의 작은 복수개의 음향구멍(31)(제 1의 음향구멍)과, 비교적 개구 면적이 큰 1개의 음향구멍(36)(제 2의 음향구멍)으로 이루어 지고, 음향구멍(31, 36)은 등간격으로 격자형상으로 배치되어 있다. 다이어프램(28)의 폭(도시하지 않지만, 원형의 다이어프램(28)인 경우에는 직경)을 L이라고 할 때, 개구 면적이 큰 음향구멍(36)은, 대향 전극판(25)에 있어서 다이어프램(28)의 중심과 대향하는 위치를 중심으로 하는 반경(r)=L/4의 원형 영역(a)의 내부에 들어가 있다. 특히 바람직하게는, 음향구멍(36)은, 대향 전극판(25)에 있어서 다이어프램(28)의 중심과 대향하는 위치에 마련하고 있다. 구체적인 수치를 들면, 다이어프램(28)의 폭(L)이 800㎛, 대향 전극판(25)의 폭(W)이 1000㎛로 되어 있다. 각 음향구멍(31)은 직경(D)이 10㎛의 원형이 되어 있고, 음향구멍(36)은 직경(D)이 20㎛의 원형이 되어 있고, 음향구멍(31, 36)은 p=50㎛의 피치로 배열하고 있다.

대향 전극판(25)의 단부(端部)에는, 고정 전극(30)에 도통한 전극 패드(32)를 구비하고 있다. 또한, 지지층(29)에 뚫려진 개구(34)로부터는 고정부(27)로부터 연장하여 나온 연출부(27a)가 노출하고 있고, 지지층(29)의 단부 윗면에 마련된 전극 패드(35)는, 개구(34)를 통하여 연출부(27a)에 도통하고 있다. 따라서, 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25)은 전기적으로 절연되어 있고, 진동 전극판(24)과 고정 전극(30)에 의해 캐패시터를 구성하고 있다.

그래서, 제 1의 실시 형태의 음향 센서(21)에서는, 표면측부터 음향 진동(공기의 소밀파)가 도달하면, 이 음향 진동은 대향 전극판(25)의 음향구멍(31)을 통과하여 다이어프램(28)에 달하고, 다이어프램(28)을 진동시킨다. 다이어프램(28)이 진동하면, 다이어프램(28)과 대향 전극판(25) 사이의 갭 거리가 변화하기 때문에, 그에 의해 다이어프램(28)과 고정 전극(30) 사이의 정전용량이 변화한다. 따라서, 전극 패드(32, 35) 사이에 직류 전압을 인가하여 두고, 이 정전용량의 변화를 전기적인 신호로서 취출하도록 하면, 소리의 진동을 전기적인 신호에 변환하여 검출할 수 있다.

이 음향 센서(21)에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 음향 센서(21)의 중앙부에 다른 음향구멍(31)보다도 큰 음향구멍(36)이 위치하고 있기 때문에, 화상의 인식성이 양호하게 되고, 얼라인먼트 정밀도가 향상한다. 예를 들면, 이 음향 센서(21)는, 마이크로 머시닝(반도체 미세가공) 기술을 이용하여 제조되고, 수㎜각의 미소 구조물이기 때문에, 회로 기판 등에 실장할 때에는, 촬상 카메라에서 촬상하여 화상 인식하고, 칩 마운터 등을 이용하여 자동 실장한다. 이 때, 중앙부의 음향구멍(36)이 다른 음향구멍(31)과 사이즈가 다르기 때문에, 화상 인식용이 명료한 마커가 되고, 촬상 카메라로 촬영한 화상의 인식성이 양호하게 되고, 음향 센서(21)를 칩 마운터로 정밀도 좋게 픽업할 수 있게 된다.

또한, 음향 센서(21)의 제조 후의 검사 공정에서는, 음향구멍(36)을 이용하여 진동 전극판(24)의 다양한 검사나 계측을 행할 수 있게 된다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 음향구멍(36)을 통과시켰던 레이저광(α)을 진동 전극판(24)에 조사하고, 진동 전극판(24)에서 반사하여 되돌아온 레이저광(α)을 수광함으로써, 레이저 도플러 측정계 등에 의해, 진동 전극판(24)의 진동량이나 고유 주파수 등을 계측할 수 있다. 레이저광을 이용한 검사를 행하는데는, 음향구멍(36)의 직경(D)은 10㎛ 이상인 것이 바람직하다. 음향구멍(36)의 직경(D)이 10㎛보다도 작으면, 레이저광(α)이 음향구멍(36)을 통과하여 진동 전극판(24)에 조사되었다고 하여도, 반사한 레이저광(α)이 음향구멍(36)의 언저리에 닿아서 되돌아오기 어려워지기 때문이다.

또한, 광학식 3차원 계측계나 측장(測長) 레이저계(計)를 이용하면, 음향구멍(36)을 통과하여 대향 전극판(25)과 진동 전극판(24) 사이의 갭 거리를 계측할 수 있다. 음향 센서(21)에서는, 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25)의 사이의 갭 거리는 특성상 중요한데, 이들의 간섭계를 이용하면, 진동 전극판(24)이나 대향 전극판(25)의 초기 휘여짐 등에 의한 갭 거리의 이상(異常)을 검지할 수 있다. 이와 같은 간섭계를 이용한 검사를 행하기 위해서는, 음향구멍(36)의 직경(D)은 20㎛ 이상인 것이 바람직하다.

진동 전극판(24)은, 다이어프램(28)의 중심을 중심으로 하는 반경이 L/4의 원형 영역(a)보다도 외측에서는 휘여짐이나 진동이 작고, 원형 영역(a)보다도 외측에서는 검사 정밀도가 얻기 어렵다. 따라서, 상기한 바와 같은 검사를 행하기 위해서는, 음향구멍(36)은 다이어프램(28)의 중심에 대향하는 점을 중심으로 하는 반경(r)=L/4의 원형 영역(a)의 내측에 마련하는 것이 바람직하다. 특히, 진동 전극판(24)은 다이어프램(28)의 중앙부에서 진동량이 최대가 되는 일이 많기 때문에, 진동 전극판(24)의 측정을 행하는 경우에는, 음향구멍(36)은 다이어프램(28)의 중심에 대향하는 위치에 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 이 음향 센서(21)에 의하면, 진동 전극판(24)의 스틱을 경감할 수 있다. 예를 들면, 음향 센서(21)의 제조 공정에서의 수세(水洗)에서 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25) 사이의 미소 갭에 물(w)이 충만하였다고 하여도, 그 후의 건조 처리에서는, 도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 개구경이 큰 음향구멍(36)에서는 다른 음향구멍(31)보다도 신속하게 건조가 시작된다. 그리고, 건조 처리 시간의 경과에 의해, 도 9(b)에 도시하는 바와 같이, 음향구멍(36)의 부분에서는 물(w)이 없어지고, 다른 음향구멍(31)이라도 물(w)의 증발이 진행한다. 이와 같이 가장 스틱하기 쉬운 다이어프램(28)의 중앙부에서 물이 신속하게 증발하기 때문에, 다이어프램(28)의 중앙부에서의 모세관력이 약해지고, 진동 전극판(24)의 스틱이 경감된다.

(실시 형태 2)

도 10은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 음향 센서(41)를 모식적으로 도시한 평면도이다. 이 음향 센서(41)에서는, 대향 전극판(25)에 복수개의 음향구멍(36)을 마련하고 있다. 음향구멍(36)은 음향구멍(31)과 같은 피치로 마련하고 있고, 음향구멍(36, 31)은 균등하게 배열되어 있다. 이것은 에칭에 의해 음향구멍(31 및 36)을 개구할 때에, 균등하게 에칭을 할 수 있게 하기 위해서다.

이 음향 센서(41)에서도, 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 복수개의 음향구멍(36)이 화상 인식용의 마커가 되어, 음향 센서(41)의 화상 인식을 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 이들의 음향구멍(36)을 통과하여, 레이저 도플러 측정계나 광학식 3차원 계측계, 측장 레이저계 등을 이용하여 진동 전극판(24)의 계측을 할 수가 있다. 특히 복수개의 음향구멍(36)이 개구되어 있기 때문에, 보다 넓은 범위에 걸쳐서 진동 전극판(24)의 진동 상태 등의 계측을 행할 수가 있다. 또한, 이 음향 센서(41)의 경우도, 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지 이유로부터, 각 음향구멍(36)은, 다이어프램(28)의 중심에 대향하는 점을 중심으로 하는 반경(r)=L/4 의 원형 영역(a)의 내측에 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 원형 영역(a)의 반경(r)=L/4는, 다이어프램(28)의 폭(L)을 800㎛과 하면, 200㎛이 된다.

또한, 이 음향 센서(41)에서는, 제 1의 실시 형태의 경우보다도 대향 전극판(25)의 개구 면적이 커지기 때문에, 도 11에 도시하는 바와 같이 대향 전극판(25)을 공기가 통과하기 쉽다 된다. 따라서, 진동 전극판(24)이 진동할 때, 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25)의 사이의 공기가 음향구멍(36, 31)을 통과하여 출입하기 쉽게 된다. 그 때문에, 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25) 사이의 공기에 의해 진동 전극판(24)의 진동이 억제된 에어 덤핑이 일어나기 어려워지고, 음향 센서(41)의 주파수 특성(특히, 고주파측에서의 특성)이 평탄하게 되고, 주파수 특성이 양호하게 된다.

또한, 이 음향 센서(41)에 의하면, 대향 전극판(25)에 복수개의 음향구멍(36)이 개구하고 있어서 대향 전극판(25)의 개구 면적이 커지고 있기 때문에, 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로(도 9 참조), 진동 전극판(24)의 스틱이 경감한다. 즉, 음향 센서(41)의 제조 공정에서의 수세에서 젖어져도, 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25) 사이에 고인 물은 음향구멍(36)으로부터 신속하게 증발하기 때문에, 다이어프램(28)의 중앙부가 신속하게 건조하여 모세관력이 작아지고, 진동 전극판(24)의 스틱이 경감된다. 또한, 이 음향 센서(41)의 경우에는, 복수개의 음향구멍(36)을 다이어프램(28)의 중앙부에 대향시켜서 마련하고 있기 때문에, 도 12에 도시하는 바와 같이, 진동 전극판(24)의 변위(휘여짐)가 큰 중앙부에서 대향 전극판(25)의 전극 면적을 줄일 수 있다. 그 결과, 다이어프램(28)의 중앙부와 대향 전 극판(25) 사이에 작용하는 정전 인력(K)이 작아지고, 보다 한층 스틱을 경감할 수 있음과 함께 Pull-in 전압을 내릴 수 있다.

(실시 형태 3)

도 13은 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 음향 센서(51)를 모식적으로 도시한 평면도이다. 이 음향 센서(51)에서는, 대향 전극판(25)에 있어서, 다이어프램(28)의 중심과 대향하는 위치에 개구경이 큰 음향구멍(36)을 마련하고 있다. 또한, 대향 전극판(25)에 있어서, 다이어프램(28)의 중심과 대향하는 점을 중심으로 하는 원형 영역(a) 내에는, 원형 영역(a) 밖에 있어서의 음향구멍(31)과 같은 개구경이며, 또한, 원형 영역(a) 밖에 있어서의 음향구멍(31)의 피치보다도 작은 피치로, 음향구멍(31)을 조밀하게 마련하고 있다. 이 원형 영역(a)의 반경(r)은, 제 1의 실시 형태의 경우와 같은 이유로부터, r=L/4로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 원형 영역(a)의 외측에서는 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로 음향구멍(31)의 피치를 50㎛으로 하고 있다고 하면, 원형 영역(a)의 내부에서는, 음향구멍(31)의 피치는 25㎛으로 되어 있다.

이 음향 센서(51)에서도, 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 음향구멍(36)이 화상 인식용의 마커가 되어, 음향 센서(51)의 화상 인식을 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 이 음향구멍(36)을 통과하여, 레이저 도플러 측정계나 광학식 3차원 계측계, 측장 레이저계 등을 이용하여 진동 전극판(24)의 계측을 행할 수가 있다.

또한, 이 음향 센서(51)에서는, 제 2의 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 대 향 전극판(25)의 개구 면적이 커지기 때문에, 대향 전극판(25)을 공기가 통과하기 쉽게 된다. 따라서, 진동 전극판(24)의 진동이 공기에 의해 덤핑되기 어려워지고, 음향 센서(51)의 주파수 특성(특히, 고주파측에 있어서의 특성)이 평탄하게 되고, 주파수 특성이 양호하게 된다.

또한, 이 음향 센서(51)에 의하면, 대향 전극판(25)의 다이어프램(28) 중앙부에 대향하는 영역에, 개구경이 큰 음향구멍(36)과 조밀하게 배치된 음향구멍(31)을 마련하여 대향 전극판(25)의 개구 면적을 크게 하고 있기 때문에, 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로(도 9 참조), 진동 전극판(24)의 스틱이 경감한다. 즉, 음향 센서(51)의 제조 공정에서의 수세로 젖어져도, 진동 전극판(24)과 대향 전극판(25)의 사이에 고인 물은 음향구멍(36) 및 중앙부의 음향구멍(31)으로부터 신속하게 증발하기 때문에, 다이어프램(28)의 중앙부가 신속하게 건조하여 모세관력이 작아지고, 진동 전극판(24)의 스틱이 경감된다. 또한, 이 음향 센서(51)의 경우에도, 음향구멍(36)과 조밀하게 배치된 음향구멍(31)을 다이어프램(28)의 중앙부에 대향시켜서 마련하고 있기 때문에, 진동 전극판(24)의 변위(휘여짐)가 큰 중앙부에서 대향 전극판(25)의 전극 면적을 줄일 수 있다. 그 결과, 다이어프램(28)의 중앙부와 대향 전극판(25) 사이에 작용하는 정전 인력이 작아지고, 보다 한층 스틱을 경감할 수 있음과 함께 Pull-in 전압을 내릴 수 있다.

Claims

기판과,

상기 기판상에 고정되고, 복수의 음향구멍이 개구된 대향 전극판과,

상기 기판과 상기 대향 전극판 사이에서, 상기 대향 전극판과 공극을 떼여서 마련된, 음압에 감응하는 진동 전극판을 갖는 음향 센서에 있어서,

상기 음향구멍은, 복수의 제 1의 음향구멍과, 상기 제 1의 음향구멍보다도 개구 면적이 큰 제 2의 음향구멍으로 이루어지고,

상기 제 2의 음향구멍은, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 진동 전극판의 가동 부분의 중앙부에 대향하는 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 센서.
제 1항에 있어서,

상기 진동 전극판의 상기 가동 부분의 폭을 L로 할 때,

상기 제 2의 음향구멍은, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 가동 부분의 중심에 대향하는 위치를 중심으로 하는 반경이 L/4의 원형의 영역의 내부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 센서.
제 1항에 있어서,

상기 제 2의 음향구멍을 오직 하나 갖는 것을 특징으로 하는 음향 센서.
제 3항에 있어서,

상기 제 2의 음향구멍은, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 진동 전극판의 상기 가동 부분의 중심에 대향하는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 센서.
제 1항에 있어서,

상기 제 2의 음향구멍을 복수 갖는 것을 특징으로 하는 음향 센서.
제 1항에 있어서,

상기 제 1의 음향구멍은, 상기 대향 전극판에 있어서, 상기 진동 전극판의 상기 가동 부분의 중앙부에 대향하는 영역에서, 그 외측의 영역보다도 조밀하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 센서.