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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6179297
(24)【登録日】2017年7月28日
(45)【発行日】2017年8月16日
(54)【発明の名称】音響トランスデューサ及びマイクロフォン
(51)【国際特許分類】
H04R 19/04 20060101AFI20170807BHJP
H04R 1/02 20060101ALI20170807BHJP
【ＦＩ】
H04R19/04
H04R1/02 106
【請求項の数】28
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2013-190303(P2013-190303)
(22)【出願日】2013年9月13日
(65)【公開番号】特開2015-56833(P2015-56833A)
(43)【公開日】2015年3月23日
【審査請求日】2016年8月4日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094019
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 雅房
(72)【発明者】
【氏名】内田 雄喜
【審査官】
岩田 淳
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１２−１４７１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１４７７９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００８／００３１４７６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許第６０８８４６３（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２７／２０
２９／８４
Ｈ０４Ｒ １／００−１／０８
１／１２−１／１４
１／４２−１／４６
１１／００−１１／０６
１１／１４−１５／０２
１９／００−１９／０４
２１／００−２１／０２
２３／００−２３／０２
３１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
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。
【請求項10】
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。
【請求項11】
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。
【請求項12】
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。
【請求項13】
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。
【請求項14】
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。
【請求項15】
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。
【請求項16】
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。
【請求項17】
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。
【請求項18】
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。
【請求項19】
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。
【請求項20】
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。
【請求項21】
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。
【請求項22】
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。
【請求項23】
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、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。
【請求項24】
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。
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。
【請求項25】
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、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。
【請求項26】
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。
【請求項27】
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28】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、音響トランスデューサ及びマイクロフォンに関する。具体的に言うと、本発明は、振動電極板（ダイアフラム）と固定電極板からなるコンデンサ構造によって構成された静電容量型の音響トランスデューサに関する。また、本発明は、該音響トランスデューサを用いたマイクロフォンに関する。特に、本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製作される微小サイズの音響トランスデューサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近時、マイクロフォンは、小さな音圧から大きな音圧までの音を高感度で検出することが求められている。一般に、マイクロフォンの最大入力音圧は、高調波歪み率（Total Harmonic Distortion）によって制限される。これは、大きな音圧の音をマイクロフォンで検出しようとすると、出力信号に高調波歪みが発生し、音質や精度を損ねてしまうためである。よって、高調波歪み率を小さくすることができれば、最大入力音圧を大きくしてマイクロフォンの検出音圧域（以下、ダイナミックレンジという。）を広くすることができる。
【0003】
しかしながら、一般的なマイクロフォンでは、音響振動の検出感度向上と高調波歪み率の低減とがトレードオフの関係にあり、小音量（小音圧）から大音量（大音圧）の音まで広いダイナミックレンジを持たせることが困難である。
【0004】
このような技術的背景のもとで、広いダイナミックレンジを有するマイクロフォンを実現する方法として、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）のような構造の音響センサを用いたものが提案されている。図１（Ａ）は、従来例による音響センサ１１の断面図であり、図１（Ｂ）は、そのバックプレート１９を取り除いた状態の平面図である。
【0005】
この音響センサ１１では、空洞１３を有する基板１２の上方にスリット１７で分割された第１ダイアフラム１６ａと第２ダイアフラム１６ｂが配置されている。第１ダイアフラム１６ａは、比較的大きな面積を有していて、アンカー１８ａによって基板１２の上面で支持されている。第２ダイアフラム１６ｂは、比較的小さな面積を有していて、アンカー１８ｂによって基板１２の上面で支持されている。基板１２の上面には、両ダイアフラム１６ａ、１６ｂを覆うようにしてバックプレート１９が設けられ、その下面には、第１ダイアフラム１６ａと第２ダイアフラム１６ｂに対向させて第１固定電極板２０ａと第２固定電極板２０ｂが配置されている。バックプレート１９及び固定電極板２０ａ、２０ｂには、多数のアコースティックホール２１が開口されている。
【0006】
この音響センサ１１においては、互いに対向した第１ダイアフラム１６ａと第１固定電極板２０ａによって小音量（小音圧）の音を検出することのできる高感度の第１音響センシング部１４が構成されている。また、互いに対向した第２ダイアフラム１６ｂと第２固定電極板２０ｂによって大音量（大音圧）の音を検出することのできる低感度の第２音響センシング部１５が構成されている。そして、音響センサ１１からの出力を、音量に応じて第１音響センシング部１４からの出力と、第２音響センシング部１５からの出力とに切り替えるようにし、小さな音圧から大きな音圧までの音を高感度で検出するようにしている。このような音響センサとしては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１２−１４７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、このような静電容量型の音響センサ１１では、ダイアフラム１６ａ、１６ｂに大きな圧力が加わると、ダイアフラム１６ａ、１６ｂやバックプレート１９が破損することがある。ダイアフラム１６ａ、１６ｂに大きな圧力が加わる態様としては、たとえば音響センサ１１の落下試験の場合に空洞１３から入った空気の圧力がダイアフラム１６ａ、１６ｂに加わる場合、音響センサ１１を組み込まれた携帯電話等の機器を落下させた場合、音響センサ１１を組み込まれた携帯電話の送話口に強く息を吹き込んだ場合、送話口を指先などで叩いた場合などがある。これらの場合には、ダイアフラム１６ａ、１６ｂに数百Ｐａ以上の圧力が加わることがある（音響センサの最大測定音圧は２００Ｐａまでである）。
【0009】
たとえば図２は、ケーシング２２に実装した音響センサ１１を表している。ケーシング２２には、音響センサ１１の空洞１３に対応させて音導入孔２３を開口してあり、音響振動が音導入孔２３を通って音響センサ１１内に入り、第１ダイアフラム１６ａ及び第２ダイアフラム１６ｂで感知される構造となっている。この音響センサ１１をケーシング２２ごと床２４に落下させた場合には、音導入孔２３から入り込む空気流によって空洞１３内の空気圧が高くなり、その圧力負荷によってダイアフラム１６ａ、１６ｂが大きく変形する。
【0010】
このようにしてダイアフラム１６ａ、１６ｂに大きな圧力Ｐが加わると、図３（Ａ）−図３（Ｃ）に示すように、圧力Ｐによってダイアフラム１６ａ、１６ｂが大きく撓み、ダイアフラム１６ａ、１６ｂがバックプレート１９に衝突してバックプレート１９も変形する。ここで、図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、それぞれ図１（Ｂ）のＸ１−Ｘ１線に沿った概略断面図、Ｘ２−Ｘ２線に沿った概略断面図、Ｘ３−Ｘ３線に沿った概略断面図である。この結果、大きく変形することにより、あるいは衝突時の衝撃により、ダイアフラム１６ａ、１６ｂやバックプレート１９が破損したり、亀裂が生じたりすることがあり、音響センサ１１の破損耐性に問題があった。特に、図３（Ｃ）に示すように、大音量用の第２ダイアフラム１６ｂでは、大音圧時に最適駆動するように面積を小さくし、剛性を高くしているために、急峻に変形し、大きな歪みが生じて破損しやすい。
【0011】
本発明の目的とするところは、音響振動検出時における周波数特性を維持しつつ、大きな空気圧が加わったときの振動電極板（ダイアフラム）の変形を抑制することによって応力集中や振動電極板及びバックプレートの破損を回避することのできる静電容量型の音響トランスデューサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る音響トランスデューサは、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している。ここで、空隙部とは、開口や窪み（切欠き）、孔、スリット状の隙間など、圧力を逃がすことができるようなものであればよい。
【0013】
本発明の音響トランスデューサにあっては、振動電極板に圧力を逃がすための空隙部を設けてあり、前記振動電極板が過剰な圧力によって変形していないときには漏れ圧調整部によって空隙部を通過する空気圧の漏れを妨げているので、通常の動作状態では空隙部から空気圧が逃げにくい。したがって、振動電極板に空隙部を設けているにも拘わらず、音響トランスデューサの低周波数領域における測定感度が低下しにくい。一方、振動電極板に過剰な圧力が加わって振動電極板が大きく変形すると、空隙部が開放されて空隙部から過剰な圧力（高負荷の圧力）が逃がされるので、過剰な圧力による振動電極板の変形が抑制される。そのため、音響トランスデューサを落下させたりして過剰な圧力が加わっても振動電極板が破損しにくくなる。
【0014】
本発明に係る音響トランスデューサのある実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、各センシング部からの信号を合成したり、切り替えたりすることにより音響トランスデューサのダイナミックレンジを広くすることができる。
【0015】
本発明に係る音響トランスデューサの別な実施態様は、前記空隙部が、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している。かかる実施態様によれば、前記振動電極板を前記隙間によって複数領域に分割することができる。したがって、空気圧を逃がすための空隙部が振動電極板を複数領域に分割させるための開口を兼ねることができ、振動電極板の構造を簡単にすることができる。また、振動電極板における総開口面積（空気圧を逃がすための空隙部の面積と振動電極板を分割するための開口の面積の和）が小さくなるので、音響トランスデューサの小型化に寄与するとともに振動電極板の強度も向上する。
【0016】
また、この実施態様においては、前記漏れ圧調整部が、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している。かかる態様では、通常の動作状態では隙間からの圧力の漏れを漏れ圧調整部で妨げているが、振動電極板が過剰な圧力によって大きく変形すると、振動電極板の隙間が漏れ圧調整部から離れて開かれ、圧力を逃がすことができるようになる。。
【0017】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、前記空隙部が、前記振動電極板に形成された開口であることを特徴としている。かかる実施態様における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ってもよい。かかる実施態様では、通常の動作状態では開口からの圧力の漏れを漏れ圧調整部で妨げることができるが、振動電極板が過剰な圧力によって大きく変形すると、振動電極板の開口が漏れ圧調整部から離れて開かれ、開口から圧力を逃がすことができるようになる。
【0018】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、前記空隙部が、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している。かかる実施態様における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ってもよい。かかる実施態様では、通常の動作状態では窪みからの空気圧の漏れを漏れ圧調整部で妨げることができるが、振動電極板が過剰な圧力によって大きく変形すると、振動電極板の窪みが漏れ圧調整部から離れて開かれ、窪みから圧力を逃がすことができるようになる。
【0019】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。漏れ圧調整部と空隙部の間にスリットが形成されていない場合には、漏れ圧調整部と振動電極板が一部で接触することになるので、振動電極板の振動が漏れ圧調整部によって妨げられ、音響トランスデューサの感度などに影響を与えるからである。また、このスリットの幅を１０μｍ以下にすれば、音響トランスデューサの低収波数領域における感度の低下を十分に小さくできる。
【0020】
また、前記振動電極板を分割された各領域の間の隙間が漏れ圧調整部になっている実施態様においては、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が望ましい。かかる態様によれば、漏れ圧調整部に応力が集中しにくく、しかも隙間の一部に開口面積の大きな部分が生じるのを回避できる。
【0021】
前記漏れ圧調整部の他の形態としては、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ってもよい。また、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てもよい（なお、本願においては、漏れ圧調整部で塞ぐというときは、密閉を意味しない）。
【0022】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、漏れ圧調整部は過剰な圧力が加わっても変形しないので、過剰な圧力が加わったときには振動電極板の空隙部を確実に開放させることができる。
【0023】
この場合、前記支持部の水平断面積は、前記漏れ圧調整部の面積よりも小さいことが望ましい。かかる態様によれば、支持部の外周面と振動電極板との間に圧力を逃がすための空間を確保することができる。
【0024】
また、前記漏れ圧調整部は、複数の前記支持部により支持されていてもよい。漏れ圧調整部を複数の支持部で支持してあれば、漏れ圧調整部の剛性が高くなるので、過剰な圧力が加わっても漏れ圧調整部が変形しにくくなる。
【0025】
また、複数の支持部が設けられている場合には、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を設けておいてもよい。かかる態様によれば、過剰な圧力をより効率的に外部へ逃がすことできる。
【0026】
また、前記漏れ圧調整部は、前記基板の上面に設けた支持部に固定されていてもよい。
【0027】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、過剰な圧力をスムーズに外部へ逃がすことができる。
【0028】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、過剰な圧力を逃がす経路が短くなるので、過剰な圧力をよりスムーズに外部へ逃がすことができる。
【0029】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、漏れ圧調整部の上方に位置するアコースティックホールが振動電極板で塞がれにくくなり、過剰な圧力を確実に排出させることが可能になる。
【0030】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、漏れ圧調整部と固定電極板との間の寄生容量を小さくすることができる。
【0031】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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を設けたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、隣り合うセンシング部間で信号が漏れたり、ノイズが伝わったりすることを防止することができる。
【0032】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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たことを特徴としている。かかる実施態様によれば、振動電極板が大きく変形した場合、突起に妨げられて振動電極板が固定電極板に固着しにくくなる。
【0033】
本発明に係る音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、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している。かかる実施態様によれば、振動電極板と漏れ圧調整部を同一プロセスにより同時に作製することが可能になる。
【0034】
本発明に係る音響トランスデューサは、マイクロフォンに応用することができる。
【0035】
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。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図3】図３（Ａ）は、図１（Ｂ）のＸ１−Ｘ１線に沿った概略断面図である。図３（Ｂ）は、図１（Ｂ）のＸ２−Ｘ２線に沿った概略断面図である。図３（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＸ３−Ｘ３線に沿った概略断面図である。
【図11】図１１（Ａ）は、スリットとアコースティックホールが重なり合っていない音響センサにおいて、圧力を逃がしている様子を示す概略図である。図１１（Ｂ）は、スリットとアコースティックホールが重なり合っている音響センサにおいて、圧力を逃がしている様子を示す概略図である。
【図12】図１２（Ａ）は、漏れ圧調整部の幅がアコースティックホールどうしの間の距離よりも大きい音響センサにおいて、圧力を逃がしている様子を示す概略図である。図１２（Ｂ）は、漏れ圧調整部の幅がアコースティックホールどうしの間の距離よりも小さい音響センサにおいて、圧力を逃がしている様子を示す概略図である。
【図15】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。図１５（Ｂ）は、本発明の実施形態１の別な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。
【図16】図１６（Ａ）は、本発明の実施形態１のさらに別な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。図１６（Ｂ）は、本発明の実施形態１のさらに別な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。
【図17】図１７（Ａ）は、本発明の実施形態１のさらに別な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。図１７（Ｂ）は、本発明の実施形態１のさらに別な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。
【図19】図１９（Ａ）は、本発明の実施形態２に係る音響センサの、バックプレートを取り除いた状態を示す平面図である。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）の音響センサに高負荷の圧力が加わった状態を示す概略断面図である。
【図24】図２４（Ａ）は、本発明の実施形態６に係る音響センサの概略断面図である。図２４（Ｂ）は、図２４（Ａ）の音響センサにおいて、両ダイアフラムに下方から大きな圧力が加わったときの状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
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。
【0038】
（実施形態１）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。
【0039】
この音響センサ３１は、ＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量型素子である。図４及び図５に示すように、この音響センサ３１は、シリコン基板等の基板３２の上面にアンカー３６ａ、３６ｂを介してダイアフラム３３を設け、ダイアフラム３３の上方に微小なエアギャップ４０（空隙）を介して天蓋部３４を配し、天蓋部３４を基板３２の上面に固定したものである。
【0040】
基板３２には、表面から裏面に貫通した空洞３５（フロントチャンバ、バックチャンバ）が開口されている。図示の空洞３５は、基板３２の上面に垂直な面によって囲まれているが、空洞３５の壁面は基板３２の上面に対して傾いた面であってもよい。
【0041】
ダイアフラム３３は、空洞３５の上方を覆うようにして基板３２の上方に配置されている。図４及び図７に示すように、ダイアフラム３３は、略矩形状に形成されている。ダイアフラム３３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いてダイアフラム３３自体が振動電極板となっている。ダイアフラム３３には、圧力を逃がすための空隙部、すなわちダイアフラム３３の短辺と平行な方向に延びた開口３３ｃが設けられており、ダイアフラム３３は開口３３ｃによって第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂに分割されている。第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂは、ダイアフラム３３の一方の長辺で部分的につながっている。第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂはいずれも略矩形状となっているが、第１ダイアフラム３３ａは、第２ダイアフラム３３ｂより大きな面積を有している。
【0042】
第１ダイアフラム３３ａは、基板３２の上面で、各コーナー部に設けられた脚片４６をアンカー３６ａによって支持されており、基板３２の上面から浮かせて支持されている。隣接するアンカー３６ａ間において、第１ダイアフラム３３ａの外周部下面と基板３２の上面との間には、音響振動を通過させるための狭いベントホール４２ａが形成されている。
【0043】
第２ダイアフラム３３ｂは、基板３２の上面で、その両短辺をアンカー３６ｂによって支持されており、基板３２の上面から浮かせて支持されている。第２ダイアフラム３３ｂの長辺下面と基板３２の上面との間には、音響振動を通過させるための狭いベントホール４２ｂが形成されている。ベントホール４２ａとベントホール４２ｂは等しい高さの隙間となっている。
【0044】
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には、ポリシリコン薄膜からなる漏れ圧調整部３７（以下、単に調整部３７という。）が設けられている。調整部３７は、図５に示すように、後述のバックプレート３８から下方へ延出された複数本の支持部４８により、バックプレート３８の下方で水平に支持されている。調整部３７の全周にはスリット状の隙間、すなわちスリット４７（開口３３ｃの一部）が形成されており、調整部３７はスリット４７によって第１ダイアフラム３３ａと完全に分離され、またスリット４７によって第２ダイアフラム３３ｂと完全に分離されている。
【0045】
ダイアフラム３３には、基板３２の上面に設けられた引出配線４９ａが接続される。さらに、基板３２の上面には、ダイアフラム３３を囲むようにして帯状の土台部４１が形成されている。アンカー３６ａ、３６ｂ及び土台部４１は、ＳｉＯ２によって形成されている。
【0046】
図５に示すように、天蓋部３４は、ＳｉＮからなるバックプレート３８の下面に導電性を有するポリシリコン薄膜からなる固定電極板３９を設けたものである。天蓋部３４は、ドーム状に形成されていてその下に空洞部分を有しており、その空洞部分でダイアフラム３３を覆っている。固定電極板３９の下面とダイアフラム３３の上面との間には微小なエアギャップ４０（空隙）が形成されている。
【0047】
固定電極板３９は、第１ダイアフラム３３ａと対向する第１固定電極板３９ａと、第２ダイアフラム３３ｂと対向する第２固定電極板３９ｂとに分割されていて、固定電極板３９ａ、３９ｂどうしは電気的に分離している。第１固定電極板３９ａは、第２固定電極板３９ｂよりも大きな面積を有している。第１固定電極板３９ａからは引出配線４９ｂが引き出されており、第２固定電極板３９ｂからは引出配線４９ｃが引き出されている。
【0048】
エアギャップ４０を挟んで対向する第１ダイアフラム３３ａと第１固定電極板３９ａによってコンデンサ構造の第１音響センシング部４３ａが形成されている。また、エアギャップ４０を挟んで対向する第２ダイアフラム３３ｂと第２固定電極板３９ｂによってコンデンサ構造の第２音響センシング部４３ｂが形成されている。第１音響センシング部４３ａにおけるエアギャップ４０のギャップ距離と、第２音響センシング部４３ｂにおけるエアギャップ４０のギャップ距離は等しい。
【0049】
バックプレート３８と固定電極板３９には、上面から下面に貫通するようにして、音響振動を通過させるためのアコースティックホール４４（音響孔）が多数穿孔されている。なお、図示例においては、第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂで、アコースティックホール４４の孔径とピッチが等しくなっているが、両音響センシング部４３ａ、４３ｂでアコースティックホール４４の孔径やピッチが異なっている場合もある。
【0050】
図６及び図７に示すように、アコースティックホール４４は、両音響センシング部４３ａ、４３ｂにおいて、それぞれ規則的に配列されている。図示例では、アコースティックホール４４は、互いに１２０°の角度を成す３方向に沿って三角形状に配列されているが、矩形状や同心円状などに配置されていてもよい。
【0051】
図５に示すように、第１音響センシング部４３ａでも第２音響センシング部４３ｂでも、天蓋部３４の下面には、円柱状をした微小なストッパ４５（突起）が突出している。ストッパ４５は、バックプレート３８の下面から一体に突出しており、第１及び第２固定電極板３９ａ、３９ｂを貫通して天蓋部３４の下面に突出している。ストッパ４５はバックプレート３８と同じくＳｉＮからなるので、絶縁性を有する。このストッパ４５は、静電気力によって各ダイアフラム３３ａ、３３ｂが各固定電極板３９ａ、３９ｂに固着して離れなくなるのを防ぐためのものである。また、調整部３７と対向する箇所からは、前記のように複数本の支持部４８が下方へ向けて延出されており、支持部４８の下端には調整部３７が水平に支持されている。
【0052】
天蓋状をしたバックプレート３８の外周縁からは、全周にわたって保護膜５０が連続的に延出している。保護膜５０は、土台部４１とその外側のシリコン基板表面を覆っている。
【0053】
保護膜５０の上面には、共通電極パッド５１、第１電極パッド５２ａ、第２電極パッド５２ｂ及び接地電極パッド５３が設けられている。ダイアフラム３３に接続された引出配線４９ａの他端は、共通電極パッド５１に接続されている。第１固定電極板３９ａから引き出された引出配線４９ｂは、第１電極パッド５２ａに接続され、第２固定電極板３９ｂから引き出された引出配線４９ｃは、第２電極パッド５２ｂに接続されている。また、接地電極パッド５３は、基板３２に接続されていて、接地電位に保たれる。
【0054】
つぎに、音響センサ３１が音響振動を感知しているときの動作と、ダイアフラム３３に高負荷の大きな圧力が加わったときの音響センサ３１の動作を説明する。図５は、音響センサ３１の、ダイアフラム３３に高負荷の圧力が加わっていない状態を示す断面図である。図９は、音響センサ３１の、ダイアフラム３３に高負荷の圧力が加わっている状態を示す概略断面図である。
【0055】
音響センサ３１に高負荷の大きな圧力が加わっておらず、音響振動だけを感知している場合には、ダイアフラム３３は図５のような平らな状態を中心として小さな振幅で上下に振動する。空洞３５から音響センサ３１内に入った音響振動に感応して各ダイアフラム３３ａ、３３ｂが振動すると、第１固定電極板３９ａと第１ダイアフラム３３ａによって構成される可変コンデンサの静電容量（第１音響センシング部４３ａの静電容量）が変化し、また第２固定電極板３９ｂと第２ダイアフラム３３ｂによって構成される可変コンデンサの静電容量（第２音響センシング部４３ｂの静電容量）が変化する。この結果、各音響センシング部４３ａ、４３ｂにおいては、各ダイアフラム３３ａ、３３ｂが感知している音響振動（音圧の変化）がそれぞれの静電容量の変化となり、それぞれ感度の異なる電気的な信号として出力される。
【0056】
また、第２ダイアフラム３３ｂの面積は第１ダイアフラム３３ａの面積よりも小さくなっているので、第２音響センシング部４３ｂは中音量〜大音量までの音圧域用の低感度の音響センサとなっており、第１音響センシング部４３ａは小音量〜中音量までの音圧域用の高感度の音響センサとなっている。したがって、両音響センシング部４３ａ、４３ｂをハイブリッド化して処理回路によって信号を出力させることにより音響センサ３１のダイナミックレンジを広げることができる。たとえば、第１音響センシング部４３ａのダイナミックレンジを約３０−１２０ｄＢとし、第２音響センシング部４３ｂのダイナミックレンジを約５０−１４０ｄＢとすれば、両音響センシング部４３ａ、４３ｂを組み合わせることでダイナミックレンジを約３０−１４０ｄＢに広げることができる。また、音響センサ３１を小音量〜中音量までの第１音響センシング部４３ａと中音量〜大音量までの第２音響センシング部４３ｂに分けてあれば、第１音響センシング部４３ａの出力を大音量では使用しないようにでき、第１音響センシング部４３ａは大きな音圧域で高調波歪みが大きくなっても差し支えない。よって、第１音響センシング部４３ａの小音量に対する感度を高くすることができる。
【0057】
さらに、この音響センサ３１では、第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂが同一基板上に形成されている。しかも、第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂが、ダイアフラム３３を分割した第１ダイアフラム３３ａ及び第２ダイアフラム３３ｂと、固定電極板３９を分割した第１固定電極板３９ａ及び第２固定電極板３９ｂとによって構成されている。すなわち、本来１つのセンシング部となるものを２つに分割して第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂをハイブリッド化しているので、１つの基板に独立した２つのセンシング部を設けた従来の音響センサや別々の基板にそれぞれセンシング部を設けた従来の音響センサに比較して、第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂは、検出感度に関するバラツキが類似することになる。その結果、両音響センシング部４３ａ、４３ｂ間の検出感度バラツキを小さくできる。また、両音響センシング部４３ａ、４３ｂは、ダイアフラムと固定電極板を共用しているので、周波数特性、位相などの音響特性に関するミスマッチングを抑制することができる。
【0058】
つぎに、調整部３７と音響センサ３１の周波数特性との関係について説明する。調整部３７が存在しないと仮定すると、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの間に開口３３ｃがあいた状態となるので、音響振動は狭いベントホール４２ａ、４２ｂを通るよりも開口３３ｃを通り抜ける。そのため、ダイアフラム３３の上面側と下面側との間の音響抵抗が小さくなる。ダイアフラム３３に開口３３ｃがあいていない場合の音響センサの周波数特性が図８に実線で示すカーブＱ１であったとすると、開口があいている場合には、音響抵抗が小さくなるために図８に破線で示すカーブＱ２のように低周波数領域で音響センサの感度が低下する。
【0059】
本実施形態の音響センサ３１では、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの間に開口３３ｃがあけられているが、音響振動を感知する通常モードでは開口３３ｃが調整部３７によってほぼ塞がれているので、調整部３７によって空気圧の漏れが妨げられて音響抵抗が低下しにくく、低周波数領域における音響センサの感度が低下しにくい。
【0060】
もっとも、両ダイアフラム３３ａ、３３ｂと調整部３７とが接触していると、ダイアフラム３３ａ、３３ｂの振動が調整部３７によって妨げられ、音響センサ３１の感度が低下したり、Ｓ／Ｎ比が低下したりする恐れがある。そのため、調整部３７の面積は開口３３ｃの開口面積よりも若干小さくなっていて、ダイアフラム３３ａ、３３ｂと調整部３７が分離されている。すなわち、開口３３ｃの内周面と調整部３７の外周面との間にはほぼ一定の幅ｗのスリット４７が設けられている。
【0061】
一方、スリット４７の幅ｗが広過ぎると、ベンチレーションの効果が強くなり、スリット４７を介しての空気圧の抜けが大きくなり過ぎて、ロールオフ周波数の低下が発生し、低周波数特性が悪化する恐れがある。この点について以下に詳述する。
【0062】
前記図８は、ＭＥＭＳマイクロフォンにおける典型的な周波数特性を示しており、同図の横軸は音響振動の周波数（単位：Ｈｚ）であり、縦軸は相対感度（単位：ｄＢ／ｄＢ）である。図８おいて、グラフが水平である範囲は、相対感度が音波の周波数に依存しない範囲であるので、音波を良好に検出できる範囲となる。この範囲の下限の周波数はロールオフ周波数ｆroll-offと呼ばれる。
【0063】
一般に、ロールオフ周波数ｆroll-offは、音響振動の通路における音響抵抗Ｒventhollと、空洞３５内の空気のコンプライアンス（空気バネ定数）Ｃchamberとに依存し、次式で表される。ｆroll-off ∝ １／（Ｒventholl×Ｃchamber） … 数式(1)
【0064】
音響抵抗Ｒventhollは、スリット４７の長さによっても影響されるが、スリット４７の幅ｗが広いと低くなる。従って、上記数式(1)より、ロールオフ周波数ｆroll-offが上昇してしまい、その結果、低周波数特性が悪化することになる。たとえば、スリット４７の幅ｗが１０μｍであれば５００Ｈｚ以上にもなる。このため、スリット４７の幅ｗが１０μｍを超えると、低周波特性が著しく悪化し、音質が損なわれてしまうことになる。従って、スリット４７の幅ｗは１０μｍ以下であることが望ましい。
【0065】
つぎに、この音響センサ３１の第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂに高負荷の圧力が加わったときの状態を図９により説明する。この音響センサ３１が落下試験に掛けられた場合、音響センサ３１を組み込まれた機器を落下させた場合、音響センサ３１に強く息を吹き込んだ場合などには、各ダイアフラム３３ａ、３３ｂに高負荷の大きな圧力Ｐが加わる。音響センサ３１に空洞３５側から大きな圧力が加わった場合、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂは弾力性が小さくて軟らかいので、大きな圧力Ｐを受けると大きく変形する。これに対し、調整部３７は支持部４８によって支持されているので両ダイアフラム３３ａ、３３ｂに追従して移動することはない。また、調整部３７はダイアフラム３３ａ、３３ｂに比べて面積が小さくて硬いので、大きな圧力を受けてもダイアフラム３３ａ、３３ｂに追従して調整部３７が変形することもない。そのため、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂが大きく変形すると、調整部３７が開口３３ｃから抜け出て開口３３ｃが開放され、支持部４８の外周面と開口３３ｃの縁との間に圧力Ｐを通過させるための空間が生じる。その結果、図９に示すように、圧力Ｐは開口３３ｃとアコースティックホール４４を通って外部へ逃げ、ダイアフラム３３ａ、３３ｂに加わる圧力が軽減されるので、ダイアフラム３３ａ、３３ｂの変形が小さくなる。そのため、ダイアフラム３３ａ、３３ｂがバックプレート３８に加える衝撃も小さくなり、ダイアフラム３３ａ、３３ｂやバックプレート３８に大きな応力が発生しにくくなって、ダイアフラム３３ａ、３３ｂやバックプレート３８に破損や亀裂が発生しにくくなる（すなわち、破損耐性が向上する）。
【0066】
これに対し、特許文献１の音響センサ１１でも、第１ダイアフラム１６ａと第２ダイアフラム１６ｂの間にはスリット１７が設けられているが、大きな圧力を逃がすことができるようにスリット１７の幅を広げると、音響抵抗が小さくなって音響センサ１１の低周波数特性が悪化する。
【0067】
本実施形態の音響センサ３１において、開口３３ｃを通り抜けた圧力Ｐをアコースティックホール４４から外部へスムーズに逃がすためには、図１０に示すように、基板３２の上面に垂直な方向から見たとき、アコースティックホール４４の一部がダイアフラム３３ａ、３３ｂと調整部３７との間のスリット４７と重なり合っていることが望ましい。スリット４７とアコースティックホール４４が重なり合っておらず、図１１（Ａ）のように水平方向にずれている場合には、ダイアフラム３３ａ、３３ｂに加わった圧力Ｐの逃げる通路が長くなるので、圧力Ｐが逃げにくくなる。これに対し、図１１（Ｂ）に示すように、スリット４７とアコースティックホール４４が重なり合っている場合には、ダイアフラム３３ａ、３３ｂに加わった圧力Ｐの逃げる通路が短くなるので、圧力Ｐが逃げやすくなり、ダイアフラム３３ａ、３３ｂに加わる圧力を効率よく低減させることができる。
【0068】
また、調整部３７は、図１０に示すように、その長さ方向に沿って配列された複数本の支持部４８によってバックプレート３８から吊り下げられている。さらに、バックプレート３８には、支持部４８と支持部４８の間の各位置にそれぞれ１つ又は複数の通孔５４を設けている。この通孔５４は、アコースティックホール４４の一部であってもよい。調整部３７を複数本の支持部４８によって支持すれば、調整部３７の剛性を高めることができ、高負荷の圧力Ｐによって調整部３７が変形しにくくなる。調整部３７が圧力Ｐによって変形すると、調整部３７とダイアフラム３３ａ、３３ｂの間の通路が狭くなるが、調整部３７の剛性を高めて変形しにくくすれば、圧力Ｐの通路を確保することができる。しかも、支持部４８と支持部４８の間に通孔５４を設けることにより、圧力Ｐをより効率的に逃がすことができるようになる。
【0069】
また、支持部４８の断面積は調整部３７の面積よりも小さくなっており、特に支持部４８の直径は調整部３７の幅よりも短くなっている。このような構成によれば、図９に示すように、変形した第１ダイアフラム３３ａ及び第２ダイアフラム３３ｂの縁と支持部４８の外周面との間に形成される、圧力Ｐを逃がすための通路を広くすることができる。さらに、図１２（Ａ）に示すように、調整部３７の幅Ｄは、アコースティックホール４４どうしの間の距離（縁どうしの距離）ｄよりも大きくなっている。図１２（Ｂ）のように調整部３７の幅Ｄがアコースティックホール４４どうしの間の距離（縁どうしの距離）ｄよりも小さいとアコースティックホール４４がダイアフラム３３ａ。３３ｂの縁で塞がれて圧力Ｐを逃がすための通路が塞がれるからである。
【0070】
また、図１３は、図７のＺ部の拡大図である。第１ダイアフラム３３ａの縁と調整部３７の間に形成されたスリット４７の端部と、第２ダイアフラム３３ｂの縁と調整部３７の間に形成されたスリット４７の端部との交差角度θは、図１３のようにほぼ９０°であることが望ましい。スリット４７どうしの交差箇所が、図１４（Ａ）のように鋭角になっている場合には、音響センサ３１の製造プロセスにおいてダイアフラム３３や調整部３７となるポリシリコン薄膜の残留応力により、製造プロセス中におけるポリシリコン薄膜や犠牲層などとの薄膜積層構造を破壊する可能性がある。また、ポリシリコン薄膜の応力集中を緩和させるために、図１４（Ｂ）に示すように、図１４（Ａ）において鋭角となっている箇所にアールを施した場合には、スリット４７中に開口面積の大きな箇所５５が生じ、ここから音響振動が漏れ易くなり、音響センサ３１の低周波数領域における特性が劣化する。これに対し、図１３のように各スリット４７を徐々に湾曲させながらスリット４７の端部どうしが約９０°の角度で交差するようにしてあれば、音響センサ３１の低周波数領域における特性を劣化させることなく、ポリシリコン薄膜（調整部３７）における応力集中を緩和させることができる。
【0071】
つぎに、図５又は図９に示されているように、基板３２の上面に垂直な方向から見たとき調整部３７と重なり合う領域には、第１固定電極板３９ａも第２固定電極板３９ｂも設けないことが望ましい。調整部３７と固定電極板３９が対向していると、両者の間に発生する寄生容量が大きくなるからである。
【0072】
また、この実施形態では、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの中間に調整部３７を配置しているので、第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂの間の距離を長くすることができる。特に、第１ダイアフラム３３ａと第２固定電極板３９ｂとの距離や、第２ダイアフラム３３ｂと第１固定電極板３９ａの距離を大きくすることができる。その結果、第１音響センシング部４３ａと第２音響センシング部４３ｂの信号の相互干渉を低減させることができ、音響センサ３１の高調波歪み率を小さくできる。さらに、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの中間に調整部３７を配置しているので、調整部３７を配置する開口３３ｃがダイアフラム３３ａ、３３ｂどうしを分離させるための開口を兼ねることができ、高負荷の圧力Ｐを逃がすための開口３３ｃの面積を大きくすることを可能にしつつも、開口３３ｃの合理的な配置によって音響センサ３１の小型化が可能になる。しかも、第１ダイアフラム３３ａや第２ダイアフラム３３ｂの面積（電極面積）を大きく減少させることなく調整部３７又は開口３３ｃを配置することができるので、音響センサ３１のサイズが同一であっても音響センサ３１の感度低下を小さくできる。
【0073】
また、この実施形態では、ダイアフラム３３が変形していない状態では、ダイアフラム３３と調整部３７が同一平面上にあって、スリット４７で分離されているだけであるので、ダイアフラム３３と調整部３７を同一材料により、また同一の成膜プロセスによって作製することができ、製造プロセスを簡略化することができる。さらに、１回のフォトリソグラフィと１回のエッチングでスリット４７を形成することができるので、幅の狭いスリット４７を形成することができ、音響抵抗を小さくできる。
【0074】
さらに、バックプレート３８の下面においては、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの縁部（特に、変位の大きな箇所）と対向する領域に、一部のストッパ４５を配置している。この位置にストッパ４５を設けることで、大きな圧力Ｐで大きく変形したダイアフラム３３ａ、３３ｂが固定電極板３９ａ、３９ｂに固着して離れなくなるのを防ぐことができる。
【0075】
（実施形態１の変形例）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。
【0076】
図１５（Ａ）のような変形例では、ダイアフラム３３に高負荷の圧力が加わると第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂが大きく変形するが、第１ダイアフラム３３ａが変形することで調整部３７が開口３３ｃから抜け出る。そのため開口３３ｃから圧力Ｐが逃げ、第１ダイアフラム３３ａはもちろん第２ダイアフラム３３ｂの変形も抑制される。
【0077】
また、開口３３ｃ及び調整部３７は、図１５（Ｂ）に示す別な変形例のように、第２ダイアフラム３３ｂのほぼ中央部に設けてもよい。あるいは、図示しないが、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの双方にそれぞれ開口３３ｃと調整部３７を設けても差し支えない。
【0078】
また、開口３３ｃ及び調整部３７は、図１６（Ａ）に示すさらに別な変形例のように、矩形状又は多角形状であってもよい。なお、このとき開口３３ｃ及び調整部３７の角部にアールを施しておけば、応力集中を緩和させてダイアフラム３３や調整部３７の破損を防ぐことができる。
【0079】
さらに、図１６（Ｂ）に示すように、スリット状開口５６と平行な方向に延びた、一方向に長い開口３３ｃと調整部３７をスリット状開口５６の近傍に設けてもよい。
【0080】
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）のように第１ダイアフラム３３ａ又は第２ダイアフラム３３ｂの内部に開口３３ｃを設けるようにすれば、ダイアフラム３３の面積をより小さくできるので、音響センサ３１の小型化に寄与できる。
【0081】
図７に示したダイアフラム３３では、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂは、図の下方で部分的につながっていたが、図１７（Ａ）に示すように、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂが図の上方で部分的につながっていてもよい。また、図１７（Ｂ）に示すように、は、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂが図の上方及び下方で部分的につながっていてもよい。
【0082】
また、図１８に示すように、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂは、機械的及び電気的に完全に分離されていてもよい。この場合には、第１固定電極板３９ａと第２固定電極板３９ｂは連続していても差し支えない。
【0083】
（実施形態２）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。
【0084】
音響センサ６１でも、空洞３５側からダイアフラム３３に高負荷の圧力Ｐが加わると、図１９（Ｂ）に示すように、第１ダイアフラム３３ａや第２ダイアフラム３３ｂの縁辺も浮き上がり、窪み６２の位置に圧力を逃がすための空間が生じる。したがって、高負荷の圧力Ｐを逃がすことで第１ダイアフラム３３ａや第２ダイアフラム３３ｂの変形を小さくでき、ダイアフラム３３ａ、３３ｂやバックプレート３８の破損を回避できる。
【0085】
また、この実施形態では、第１ダイアフラム３３ａや第２ダイアフラム３３ｂの電極として主要な働きをする領域（中央部）から外れた箇所に窪み６２を設けているので、音響センサ６１の感度に対する負の影響が小さくなる。ただし、この実施形態では、一つの窪み６２の面積をあまり大きくすることができないので、窪み６２を複数箇所に分けて設けることが望ましい。
【0086】
（実施形態３）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。
【0087】
このようなバリア電極７２を設けてあれば、第１固定電極板３９ａから第２固定電極板３９ｂへ、あるいは第２固定電極板３９ｂから３９ａにノイズや信号が伝わるのを防止することができ、第１音響センシング部４３ａや第２音響センシング部４３ｂのＳ／Ｎ比が低下したり、クロストークが生じるのを防ぐことができる。また、基板３２の上面に垂直な方向から見たとき、バリア電極７２と調整部３７が重なり合うように設けることで、バリア電極７２と調整部３７を合理的に配置することができ、音響センサ７１のサイズを小さくできる。
【0089】
（実施形態４）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。
【0090】
図２２に示すダイアフラム３３では、最も面積の大きな第１ダイアフラム３３ａと、最も面積の小さな第２ダイアフラム３３ｂと、中間の大きさの面積を有する第３ダイアフラム３３ｄに分割されている。第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂは開口３３ｃによって分割されており、第１ダイアフラム３３ａと第３ダイアフラム３３ｄは開口３３ｅ（圧力を逃がすための空隙部）によって分割されている。各開口３３ｃ、３３ｅには調整部３７が納められており、各調整部３７の周囲にはスリット４７が形成されている。図示しないが、調整部３７はいずれも、実施形態１の場合と同様に、バックプレート３８から下方へ垂下された支持部４８の下端で水平に支持されている。
【0091】
最も面積の大きな第１ダイアフラム３３ａは、対応する固定電極板とペアになって、小音量用の高感度のセンシング部を構成する。最も面積の小さな第２ダイアフラム３３ｂは、対応する固定電極板とペアになって、大音量用の低感度のセンシング部を構成する。中間の大きさの面積を有する第３ダイアフラム３３ｄは、対応する固定電極板とペアになって、中音量用の中感度のセンシング部を構成する。よって、この実施形態によれば、音響センサに広いダイナミックレンジを持たせることができる。
【0092】
この音響センサでも、たとえば音響センサを落下させてダイアフラム３３ａ、３３ｂ、３３ｄが変形すると、開口３３ｃ、３３ｅが開いて高負荷の圧力が逃げ、ダイアフラム３３ａ、３３ｂ、３３ｄの変形が抑制され、ダイアフラム３３ａ、３３ｂ、３３ｄやバックプレート３８の破損が防止される。
【0093】
（実施形態５）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。
【0094】
ダイアフラムは、たとえば実施形態１の音響センサ３１に用いられているダイアフラム３３と同じ構造を有している。すなわち、ダイアフラムは第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂに分割されており、第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂの間には開口３３ｃが設けられている。この開口３３ｃ内には調整部３７が納められており、調整部３７は、バックプレート３８の上面に立てられた支持部４８の上端に固定されている。
【0095】
（実施形態６）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。
【0096】
図２４（Ａ）は、本発明の実施形態６に係る音響センサ９１の概略断面図である。図２４（Ｂ）は、音響センサ９１において、両ダイアフラムに下方から高負荷の大きな圧力が加わったときの状態を示す概略断面図である。また、図２５（Ａ）は、音響センサ９１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。図２５（Ｂ）は、音響センサ９１に用いられている基板３２の平面図である。
【0097】
この音響センサ９１においては、図２５（Ａ）に示すように、ダイアフラム３３が第１ダイアフラム３３ａと第２ダイアフラム３３ｂに分割され、両ダイアフラム３３ａ、３３ｂの間に開口３３ｃが形成されている。一方、基板３２の空洞３５内には、図２５（Ｂ）に示すように、開口３３ｃの長さ方向と平行に仕切壁状又は梁状の張出部９２が設けられており、開口３３ｃの下面を基板３２の上面、すなわち張出部９２の上面で塞いでいる。したがって、この基板３２の上面の一部、すなわち張出部９２の上面が調整部３７となっている。
【0098】
この音響センサ９１では、通常の音響振動を感知している場合には、図２４（Ａ）のように開口３３ｃにおける空気圧の漏れが基板３２（張出部９２）の上面で妨げられているので、音響センサ９１の音響抵抗が低下しにくく、音響センサ９１の低周波数領域における特性を維持することができる。これに対し、ダイアフラム３３に下方から高負荷の圧力Ｐが加わった場合には、図２４（Ｂ）のようにダイアフラム３３ａ、３３ｂが上方へ浮き上がるので、開口３３ｃが開放されて開口３３ｃから圧力Ｐが逃げるようになる。
【0099】
（実施形態７）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。
【0100】
（実施形態８）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。
【0101】
この音響センサ１１１にあっては、図２８に示すように、基板３２の上面に円板状のダイアフラム３３を設けている。円形のダイアフラム３３の外周部からは１本の脚片４６が延出されており、ダイアフラム３３はアンカー３６によって支持された脚片４６によって片持ち状に支持されている。ダイアフラム３３の中央部には、図２９（Ｂ）に示すように開口３３ｃが開口されている。また、図２７及び図２９（Ｂ）に示すように、脚片４６からは引出配線４９ａが延出され、引出配線４９ａは共通電極パッド５１に接続されている。ダイアフラム３３の開口３３ｃ内には調整部３７が配置されていて、開口３３ｃが調整部３７によって塞がれている。ただし、ダイアフラム３３と調整部３７が接触して干渉を起こさないよう、両者の間にはスリット４７が形成されている。調整部３７は、たとえばバックプレート３８から下方へ延びた支持部４８によって水平に支持されている。
【0102】
一方、図２８及び図２９（Ａ）に示すように、バックプレート３８の下面中央部には円板状の第１固定電極板３９ａが設けられている。第１固定電極板３９ａの外側には、第１固定電極板３９ａと接触しないようにして円環状のバリア電極７２が設けられている。バリア電極７２の外側には、バリア電極７２と接触しないようにして、円環状の第２固定電極板３９ｂが設けられている。図２７及び図２９（Ａ）に示すように、第１固定電極板３９ａの外周部からは、引出配線４９ｂが延出され、引出配線４９ｂは第１電極パッド５２ａに接続されている。第２固定電極板３９ｂからは、引出配線４９ｃが延出され、引出配線４９ｃは第２電極パッド５２ｂに接続されている。
【0103】
この音響センサ１１１では、ダイアフラム３３の中央部と第１固定電極板３９ａによって円形をした小音量・高感度の音響センシング部が構成されている。また、ダイアフラム３３の外周部と第２固定電極板３９ｂによって円環状をした大音量・低感度の音響センシング部が構成されている。
【0104】
また、音響センサ１１１でも、ダイアフラム３３に高負荷の圧力が加わった場合には、ダイアフラム３３が大きく変形して開口３３ｃが開放され、開口３３ｃから高負荷の圧力が逃がされる。
【0105】
（実施形態９）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。
【0106】
（マイクロフォンへの応用）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。
【0107】
音響センサ３１と信号処理回路１３５は、ボンディングワイヤ１３６によって接続されている。さらに、信号処理回路１３５は、ボンディングワイヤ１３７によって回路基板１３２に接続されている。なお、信号処理回路１３５は、音響センサ３１へ電源を供給する機能や、音響センサ３１の容量変化信号を外部へ出力する機能を有する。
【0108】
回路基板１３２の上面には、音響センサ３１及び信号処理回路１３５を覆うようにしてカバー１３３が取り付けられる。パッケージは電磁シールドの機能を有しており、外部からの電気的な外乱や機械的な衝撃から音響センサ３１や信号処理回路１３５を保護している。
【0109】
こうして、音導入孔１３４から空洞３５内に入った音響振動は、音響センサ３１によって検出され、信号処理回路１３５によって増幅及び信号処理された後に出力される。このマイクロフォン１３１では、パッケージ内の空間をバックチャンバとしているので、バックチャンバの容積を大きくでき、マイクロフォン１３１を高感度化することができる。
【0110】
なお、このマイクロフォン１３１においては、パッケージ内に音響振動を導き入れるための音導入孔１３４をカバー１３３の上面に開口していてもよい。この場合には、音響センサ３１の空洞３５がバックチャンバとなり、パッケージ内の空間がフロントチャンバとなる。
【符号の説明】
【0111】
３１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１ 音響センサ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