特許 6237978 静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォン

(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】6237978

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォン

(51)【国際特許分類】

   H04R 19/04 20060101AFI20171120BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20171120BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H04R19/04

   H04R3/00 320

   B81B3/00

【請求項の数】13

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-50709(P2013-50709)

(22)【出願日】2013年3月13日

(65)【公開番号】特開2014-179685(P2014-179685A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2016年1月8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】 大野 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３４２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １９／０４

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０４Ｒ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも上面で開口した空洞を有する基板と、
前記空洞の上面を覆うようにして前記基板の上方に形成された振動電極板と、
前記振動電極板を覆うようにして前記基板の上方に形成されたバックプレートと、
前記バックプレートに設けた固定電極板とを備えた静電容量型センサにおいて、
前記振動電極板は、前記空洞の上方に位置する領域と前記基板の上面の上方に位置する領域に分割されており、
前記振動電極板の前記空洞の上方に位置する領域と前記固定電極板によって第１センシング部が形成され、
前記基板の上面は導電化処理され、
前記振動電極板の前記基板の上面の上方に位置する領域と前記基板の上面によって第２センシング部が形成されていることを特徴とする静電容量型センサ。

【請求項2】

前記振動電極板は、前記振動電極板に形成したスリットによって、前記第１センシング部を構成する領域と前記第２センシング部を構成する領域に分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項3】

前記固定電極板は、前記基板の上方から見て、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域と重なり合わない位置に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項4】

前記振動電極板は、前記空洞の上面開口の縁よりも前記空洞の内側へずれた位置で、前記第１センシング部を構成する領域と前記第２センシング部を構成する領域に分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項5】

前記基板の上面は、イオン注入によって導電化処理されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項6】

前記基板の上面は、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域と対向させて基板電極を形成することによって導電化処理されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項7】

前記振動電極板の、前記第１センシング部を構成する領域と前記第２センシング部を構成する領域とが、部分的に連続していることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項8】

前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域は、基板の上面に設けられた固定部によって外周縁下面を支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項9】

前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域の面積は、前記振動電極板の前記第１センシング部を構成する領域の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項10】

前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域は、比較的面積の大きな領域と比較的面積の小さな領域にさらに分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項11】

請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の静電容量型センサを利用した音響センサであって、
前記バックプレート及び前記固定電極板には、音響振動を通過させるための複数個の孔が形成され、
前記第１センシング部と前記第２センシングからそれぞれ感度の異なる信号を出力することを特徴とする音響センサ。

【請求項12】

請求項１１に記載の音響センサと、前記音響セン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。

【請求項13】

前記回路部は、前記第１センシング部の出力信号又は前記第２センシング部の出力信号のうちいずれか一方の出力信号の位相を反転させる位相反転用回路を備えていることを特徴とする、請求項１２に記載のマイクロフォン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量型センサ、音響セン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センサに関する。また、本発明は、音響振動を電気信号に変換して出力する音響センサ（音響トランスデューサ）と、該音響セン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静電容量型センサや音響センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

携帯電話機などに搭載される小型のマイクロフォンとしては、これまではエレクトレット・コンデンサマイク（Electret Condenser Microphone）が広く使用されてきた。しかし、エレクトレット・コンデンサマイクは熱に弱く、また、デジタル化への対応、小型化、高機能・多機能化、省電力といった点で、ＭＥＭＳマイクロフォンに劣る。そのため、現在では、ＭＥＭＳマイクロフォンが普及しつつある。

【0003】

ＭＥＭＳマイクロフォンは、音響振動を検出して電気信号（検出信号）に変換する音響センサ（音響トランスデューサ）と、該音響センサに電圧を印加する駆動回路と、音響センサからの検出信号に対し増幅などの信号処理を行って外部に出力する信号処理回路とを備えている。ＭＥＭＳマイクロフォンに用いられる音響センサは、ＭＥＭＳ技術を利用して製造された静電容量型の音響センサである。また、上記駆動回路および上記信号処理回路は、半導体製造技術を利用してＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として一体に製造される。

【0004】

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。

【0005】

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る。このため、小音量（小音圧）の音を検出することのできる高感度のマイクロフォンでは、大音量の音が入ってきたときに出力信号の高調波歪み率が大きくなり、そのために最大検出音圧が制限される。これは、高感度のマイクロフォンは出力信号が大きくなり、高調波歪みが発生し易いからである。反対に、出力信号の高調波歪みを低減することによって最大検出音圧を大きくしようとすると、マイクロフォンの感度が悪くなり、小音量の音を高品質で検出することが困難になる。この結果、一般的なマイクロフォンでは、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った。

【0006】

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、検出感度の異なる複数の音響センサを利用したマイクロフォンが検討されている。このようなマイクロフォンとしては、たとえば特許文献１−４に開示されたものがある。

【0007】

特許文献１、２には、複数の音響センサを設け、複数の音響センサからの複数の信号を、音圧に応じて切り替える、或いは融合させるマイクロフォンが開示されている。このようなマイクロフォンでは、たとえば検出可能な音圧レベル（ＳＰＬ）が約３０ｄＢ−１１５ｄＢである高感度の音響センサと、検出可能な音圧レベルが約６０ｄＢ−１４０ｄＢである低感度の音響センサとを切り替えて利用することにより、検出可能な音圧レベルが約３０ｄＢ−１４０ｄＢであるマイクロフォンを構成できる。また、特許文献３、４には、１つのチップに、独立した複数の音響センサを形成したものが開示されている。

【0008】

図１Ａは、特許文献１の高感度の音響センサにおける高調波歪み率と音圧との関係を示す。図１Ｂは、特許文献１の低感度の音響センサにおける高調波歪み率と音圧との関係を示す。また、図２は、特許文献１の高感度の音響センサと低感度の音響センサにおけるダイアフラムの平均変位量と音圧との関係を示す。いま、許容される高調波歪み率が２０％であるとすれば、高感度の音響センサの最大検出音圧は約１１５ｄＢとなる。また、高感度の音響センサでは、音圧が約３０ｄＢよりも小さくなるとＳ／Ｎ比が劣化するので、その最小検出音圧は約３０ｄＢとなる。よって、高感度の音響センサのダイナミックレンジは、図１Ａに示すように、約３０ｄＢ−１１５ｄＢとなる。同様に、許容される高調波歪み率が２０％であるとすれば、低感度の音響センサの最大検出音圧は約１４０ｄＢとなる。また、低感度の音響センサは高感度の音響センサよりもダイアフラムの面積が小さく、図２に示すようにダイアフラムの平均変位量も高感度の音響センサより小さい。よって、低感度の音響センサの最小検出音圧は、高感度の音響センサよりも大きくなり、約６０ｄＢとなる。その結果、低感度の音響センサのダイナミックレンジは、図１Ｂに示すように、約６０ｄＢ−１４０ｄＢとなる。このような高感度の音響センサと低感度の音響センサを組み合わせると、検出可能な音圧域は、図１Ｃに示すように、約３０ｄＢ−１４０ｄＢというように広くなる。

【0009】

なお、高調波歪み率とは、以下のように定義される。図３Ａに実線で示す波形は、基本となる周波数ｆ１の正弦波形である。この基本正弦波形をフーリエ変換すると、周波数ｆ１の位置のみにスペクトル成分が現れる。図３Ａの基本正弦波形が何らかの原因で図３Ａに破線で示す波形のように歪んだとする。この歪み波形をフーリエ変換したとき、図３Ｂのような周波数スペクトルが得られたとする。すなわち、歪み波形が周波数ｆ１、ｆ２、…、ｆ５にそれぞれＶ１、Ｖ２、…、Ｖ５のＦＦＴ強度（高速フーリエ変換強度）を有しているとする。このとき、当該歪み波形の高調波歪み率ＴＨＤは、次の数式１で定義される。

【数1】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００９／０３１６９１６号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１０／０１８３１６７号明細書

【特許文献3】特開２００８−２４５２６７号公報

【特許文献4】米国特許出願公開第２００７／００４７７４６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、特許文献１−４に記載されたマイクロフォンにおいては、複数の音響センサが別々のチップに形成されている場合であっても、複数の音響センサが１つのチップ（基板）に一体に形成されている場合であっても、各音響センサは互いに独立したコンデンサ構造を有している。そのため、これらのマイクロフォンでは、音響特性にバラツキおよびミスマッチングが発生することになる。ここで、音響特性のバラツキとは、チップ間における音響センサどうしの音響特性のズレをいう。また、音響特性のミスマッチングとは、同一チップ内における複数の音響センサどうしの音響特性のズレをいう。

【0012】

具体的に言えば、各音響センサが別々のチップに形成されている場合では、作製されるダイアフラムの反りや厚みのバラツキなどのため、検出感度に関するチップ間のバラツキが発生する。その結果、音響センサ間の検出感度の差に関するチップ間のバラツキが大きくなる。また、独立した各音響センサが共通のチップに一体に形成されている場合でも、ＭＥＭＳ技術を用いて各音響センサのコンデンサ構造を作製する際に、ダイアフラムと固定電極との間のギャップ距離にバラツキが生じやすい。さらに、バックチャンバおよびベントホールが個別に形成されることになるので、該バックチャンバおよびベントホールによって影響を受ける周波数特性、位相などの音響特性にチップ内のミスマッチングが発生することになる。

【0013】

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、感度の異なる複数のセンシング部を一体に形成することによってダイナミックレンジが広くてセンシング部間でのミスマッチングも小さく、さらに小型化とノイズ低減が可能な静電容量型センサ及び音響センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明に係る静電容量型センサは、少なくとも上面で開口した空洞を有する基板と、前記空洞の上面を覆うようにして前記基板の上方に形成された振動電極板と、前記振動電極板を覆うようにして前記基板の上方に形成されたバックプレートと、前記バックプレートに設けた固定電極板とを備えた静電容量型センサにおいて、前記振動電極板は、前記空洞の上方に位置する領域と前記基板の上面の上方に位置する領域に分割されており、前記振動電極板の前記空洞の上方に位置する領域と前記固定電極板によって第１センシング部が形成され、前記基板の上面は導電化処理され、前記振動電極板の前記基板の上面の上方に位置する領域と前記基板の上面によって第２センシング部が形成されていることを特徴とする。

【0015】

前記振動電極板の、前記第１センシング部を構成する領域（すなわち、前記空洞の上方に位置する領域）と前記第２センシング部を構成する領域（すなわち、前記基板の上面の上方に位置する領域）は、たとえば振動電極板に形成したスリットによって分割される。また、前記基板の上面を第２センシング部の電極とするためには、前記基板の上面をイオン注入などによって導電化処理してもよく、あるいは、前記基板の上面に、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域と対向させて基板電極を形成してもよい。

【0016】

本発明の静電容量型センサによれば、振動電極板が分離されているので、振動電極板および固定電極板の間に複数のセンシング部（可変コンデンサ構造）が形成される。したがって、分離された各センシング部からそれぞれ電気信号が出力され、音響振動などの圧力変化を複数の電気信号に変換して出力することができる。このような静電容量型センサによれば、たとえば振動電極板毎に面積を異ならせたり、振動電極板毎に変位量を異ならせたりすることにより、各センシング部の検知域や感度を異ならせることができ、信号を切り替えたり組み合わせたりすることによって感度を低下させることなく検知域を広げることができる。

【0017】

また、上記複数のセンシング部は、同時に作製された振動電極板又は固定電極板を分離して形成されているので、別々に作製されていて互いに独立した複数のセンシング部を有する従来技術に比べて、各センシング部どうしの特性バラツキが小さくなる。その結果、各センシング部どうしの検出感度の差に起因する特性バラツキを小さくすることができる。また、各センシング部は、振動電極板と固定電極板を共用しているので、周波数特性、位相などの特性に関するミスマッチングを低減することができる。

【0018】

また、本発明の静電容量型センサにおいては、第２センシング部が第１センシング部を囲むように配置されているので、第１センシング部と第２センシング部を左右に並べて配置した場合と比較して、静電容量型センサを小型化することができる。

【0019】

本発明に係る静電容量型センサのある実施態様は、前記固定電極板が、前記基板の上方から見て、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域と重なり合わない位置に形成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、固定電極板と前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域との間の寄生容量を低減できる。

【0020】

本発明に係る静電容量型センサの別な実施態様は、前記振動電極板が、前記空洞の上面開口の縁よりも前記空洞の内側へずれた位置で、前記第１センシング部を構成する領域と前記第２センシング部を構成する領域に分割されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、振動電極板の第１センシング部を構成する領域と基板の上面との間の寄生容量を低減できる。また、前記第１センシング部を構成する領域と基板上面との間の空気分子のブラウン運動の影響を受けにくくなるため、第１センシング部の信号のノイズが低減する。

【0021】

本発明に係る静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記振動電極板の、前記第１センシング部を構成する領域と前記第２センシング部を構成する領域とが、部分的に連続している。かかる実施態様では、第１センシング部と第２センシング部が電気的に接続されているので、静電容量型センサの電気配線が簡略になる。また、第１センシング部と第２センシング部がつながった箇所で振動電極板を固定部で支持すれば、第１センシング部と第２センシング部を一度に支持させることができる。

【0022】

本発明に係る静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域が、基板の上面に設けられた固定部によって外周縁下面を支持されている。かかる実施態様によれば、第２センシング部をしっかりと支持することができるので、振動電極板の第１センシング部を構成する領域と第２センシング部を構成する領域との振動の独立性を保つことができ、第１センシング部と第２センシング部の信号の干渉を防ぐことができる。

【0023】

本発明に係る静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域の面積は、前記振動電極板の前記第１センシング部を構成する領域の面積よりも小さくなっている。かかる実施態様によれば、第１センシング部は高感度のセンシング部となり、第２センシング部は低感度のセンシング部となる。

【0024】

本発明に係る静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記振動電極板の前記第２センシング部を構成する領域が、比較的面積の大きな領域と比較的面積の小さな領域にさらに分割されている。かかる実施態様によれば、静電容量型センサのダイナミックレンジをさらに広げることができる。

【0025】

本発明に係る音響センサは、本発明に係る静電容量型センサを利用した音響センサであって、前記バックプレート及び前記固定電極板には、音響振動を通過させるための複数個の孔が形成され、前記第１センシング部と前記第２センシングからそれぞれ感度の異なる信号を出力することを特徴とする。

【0026】

薄膜を共有化し、電極を分割して複数のセンシング部を有する音響センサでは、大きな音圧の音響振動が加わった場合には、感度の高い第１センシング部で振動電極板がバックプレートに衝突して歪み振動が発生しやすい。しかし、本発明の音響センサの第２センシング部はバックプレートの歪み振動の影響を受けにくい構造となっているので、高感度側で発生した歪み振動によって低感度側の第２センシング部の高調波歪みが大きくなるのを防ぐことができ、音響センサのダイナミックレンジが狭くなるのを防ぐことができる。

【0027】

本発明に係るマイクロフォンは、本発明に係る音響センサと、前記音響セン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ことを特徴とする。本発明のマイクロフォンでは、高感度側で発生した歪み振動によって低感度側のセンシング部の高調波歪みが大きくなるのを防ぐことができ、マイクロフォンのダイナミックレンジが狭くなるのを防ぐことができる。

【0028】

本発明に係るマイクロフォンのある実施態様は、前記回路部が、前記第１センシング部の出力信号又は前記第２センシング部の出力信号のうちいずれか一方の出力信号の位相を反転させる位相反転用回路を備えている。本発明のような構造の音響センサ（静電容量型センサ）では、第１センシング部から出力される信号と第２センシング部から出力される信号とでは、信号の位相が反転している。しかし、かかる実施態様では、位相反転用回路で第１センシング部の出力信号と第２センシング部の出力信号のうち一方の出力信号の位相を反転させることができるので、回路部においては第１センシング部の出力信号と第２センシング部の出力信号との位相を揃えて取り扱うことができる。

【0029】

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】

【0030】

【図1】図１Ａは、特許文献１の高感度の音響センサにおける高調波歪み率と音圧との関係を示す図である。図１Ｂは、特許文献１の低感度の音響センサにおける高調波歪み率と音圧との関係を示す図である。図１Ｃは、特許文献１の高感度の音響センサと低感度の音響センサを組み合わせた場合における、高調波歪み率と音圧との関係を示す図である。

【図2】図２は、特許文献１の高感度の音響センサと低感度の音響センサにおけるダイアフラムの平均変位量と音圧との関係を示す図である。

【図3】図３Ａは、基本波形と歪みを含んだ波形を示す図である。図３Ｂは、図３Ａに示す波形の周波数スペクトル図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態１による音響センサの分解斜視図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態１による音響センサの断面図である。

【図6】図６Ａは、本発明の実施形態１による音響センサからバックプレートを除いた状態を示す平面図である。図６Ｂは、本発明の実施形態１による音響センサからバックプレートと固定電極板を除いた状態を示す平面図である。

【図7】図７は、第２ダイアフラムと対向する位置にも固定電極板を設けた比較例を示す概略断面図である。

【図8】図８Ａは、本発明の実施形態１による音響センサと信号処理回路をケーシング内に納めたマイクロフォンの一部破断した平面図である。図８Ｂは、当該マイクロフォンの縦断面図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態１によるマイクロフォンの回路図である。

【図10】図１０は、参考例の音響センサを示す平面図である。

【図11】図１１は、参考例の音響センサにおいて、高感度側のダイアフラムがバックプレートに衝突した様子を示す概略断面図である。

【図12】図１２Ａは、図１１の音響センサにおいて、高感度側のダイアフラムがバックプレートに衝突したときの高感度側のバックプレートに発生する振動を示す図である。図１２Ｂは、図１１の音響センサにおいて、高感度側のダイアフラムがバックプレートに衝突したときの低感度側のバックプレートに伝搬する振動を示す図である。図１２Ｃは、低感度側のダイアフラムの振動を示す図である。図１２Ｄは、図１１の音響センサにおいて、高感度側のダイアフラムがバックプレートに衝突したときの高感度側のダイアフラムと固定電極板との間のギャップの変化を示す図である。

【図13】図１３は、本発明の実施形態１による音響センサにおいて、高感度（小音量）側のダイアフラムがバックプレートに衝突した様子を示す概略断面図である。

【図14】図１４Ａ及び図１４Ｂは、アンカーの異なる配置例を示す平面図である。

【図15】図１５は、アンカーのさらに異なる配置例を示す平面図である。

【図16】図１６は、基板電極からなる導電層を備えた音響センサの一部を示す断面図である。

【図17】図１７は、本発明の実施形態２による音響センサからバックプレートを除いた状態を示す平面図である。

【図18】図１８は、本発明の実施形態３による音響センサからバックプレートを除いた状態を示す平面図である。

【図19】図１９は、本発明の実施形態４による音響センサからバックプレートを除いた状態を示す平面図である。

【図20】図２０は、本発明の実施形態５による音響センサからバックプレートを除いた状態を示す平面図である。

【図21】図２１Ａ及び図２１Ｂは、実施形態５の音響センサにおける、アンカーの異なる配置例を示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。特に、以下においては音響センサ及びマイクロフォンを例にとって説明するが、本発明は音響センサ以外に、圧力センサなどの静電容量型センサにも適用できるものである。

【0032】

（実施形態１の構成）
以下、図４−６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による音響センサ１１の分解斜視図である。図５は、音響センサ１１の断面図であって、併せてその一部を拡大して表している。図６Ａは、バックプレート１８を除いた音響センサ１１の平面図であって、シリコン基板１２（基板）の上方でダイアフラム１３（振動電極板）と固定電極板１９が重なった様子を表している。図６Ｂは、バックプレート１８と固定電極板１９を除いた音響センサ１１の平面図であって、シリコン基板１２の上面におけるダイアフラム１３の配置を表している。

【0033】

この音響センサ１１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１１は、シリコン基板１２（基板）の上面にアンカー１６（固定部）を介してダイアフラム１３を設け、ダイアフラム１３の上方に微小なエアギャップ２０（空隙）を介して天蓋部１４を配し、シリコン基板１２の上面に固定したものである。

【0034】

単結晶シリコンからなるシリコン基板１２には、表面から裏面に貫通したチャンバ１５（空洞）が開口されている。図示のチャンバ１５は、（１００）面シリコン基板の（１１１）面及び（１１１）面と等価な面によって形成された傾斜面で壁面が構成されているが、チャンバ１５の壁面は垂直面であってもよい。また、シリコン基板１２の上面は、イオン注入により導電性を付与されており、導電層２１となっている。導電層２１は、バックプレート１８の上面に設けられた電極パッド３３に接続される。

【0035】

このようにシリコン基板１２の上面にイオン注入により導電層２１を形成し、後述の第２音響センシング部２３ｂのための基板側電極として使用すれば、シリコン基板１２の上面に金属膜による配線パターンを形成する場合のように配線の取り回しが不要になり、音響センサ１１の作製のためのプロセスを簡便にできる。

【0036】

ダイアフラム１３は、チャンバ１５の上面開口を覆うようにしてシリコン基板１２の上面に配置されている。図４及び図６Ｂに示すように、ダイアフラム１３は、略矩形状に形成されている。ダイアフラム１３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１３自体が振動電極板となっている。ダイアフラム１３は、同時かつ一体に作製された後、その外周の各辺とほぼ平行に延びたスリット１７によって２つの領域に分割されている。ただし、ダイアフラム１３はスリット１７によって完全に２分割されているのではなく、スリット１７の端部付近（ダイアフラム１３のコーナー部）で機械的及び電気的につながっている。以下においては、スリット１７によって分割された２つの領域のうち、中央部に位置する面積の大きな略矩形領域を第１ダイアフラム１３ａ（振動電極板の第１センシング部を構成する領域）と呼び、第１ダイアフラム１３ａを囲むように形成された領域を第２ダイアフラム１３ｂ（振動電極板の第２センシング部を構成する領域）と呼ぶ。

【0037】

第１ダイアフラム１３ａと第２ダイアフラム１３ｂどうし、あるいは各辺の第２ダイアフラム１３ｂどうしを機械的及び電気的に完全に分離しておくことも可能であるが、その場合には各部分をそれぞれアンカーで支持しなければならず、また各部分を配線パターンによって結線しなければならない。そのため、本実施形態では、第１ダイアフラム１３ａと第２ダイアフラム１３ｂをスリット１７で分離しつつ、コーナー部でつながった状態としており、それによって支持構造を簡単にし、配線パターンによる結線を不要にしている。

【0038】

ダイアフラム１３、すなわち第１ダイアフラム１３ａ及び第２ダイアフラム１３ｂは、シリコン基板１２の上面で、各コーナー部に設けられた脚片２６をアンカー１６によって支持されており、チャンバ１５の上面開口及びシリコン基板１２の上面から浮かせて支持されている。また、ダイアフラム１３からは引出配線２７が引き出されており、引出配線２７はバックプレート１８の上面に設けられた電極パッド３１に接続される。

【0039】

図５に示すように、天蓋部１４は、ＳｉＮからなるバックプレート１８の下面にポリシリコンからなる固定電極板１９を設けたものである。天蓋部１４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１３を覆っている。天蓋部１４の下面（すなわち、固定電極板１９の下面）とダイアフラム１３の上面との間には微小なエアギャップ２０（空隙）が形成されている。固定電極板１９からは引出配線２８が引き出されており、引出配線２８はバックプレート１８の上面に設けられた電極パッド３２に接続されている。

【0040】

天蓋部１４（すなわち、バックプレート１８と固定電極板１９）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２４（音響孔）が多数穿孔されている。図４及び図６Ａに示すように、アコースティックホール２４は、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２４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。

【0041】

この音響センサ１１にあっては、固定電極板１９と第１ダイアフラム１３ａはエアギャップ２０を挟んでコンデンサ構造を構成しており、第１音響センシング部２３ａ（第１センシング部）となっている。同様に、第２ダイアフラム１３ｂとシリコン基板１２の表面（導電層２１）はエアギャップ２２を挟んでコンデンサ構造を構成しており、第２音響センシング部２３ｂ（第２センシング部）となっている。

【0042】

ここで、固定電極板１９は、図５及び図６Ａに示すように、第１ダイアフラム１３ａと対向する領域に設けられており、シリコン基板１２の上面に垂直な方向から見たとき、固定電極板１９が第２ダイアフラム１３ｂと重ならないように配置されている。図７に示す比較例のように、第２ダイアフラム１３ｂと対向する位置にも固定電極板１９を設けた場合には、固定電極板１９と第２ダイアフラム１３ｂの間に寄生容量Ｃｓが発生し、第１音響センシング部２３ａの信号と第２音響センシング部２３ｂの信号が干渉する。これに対し、本実施形態のように固定電極板１９を第１ダイアフラム１３ａと対向する位置にのみ設けるようにすれば、固定電極板１９と第２ダイアフラム１３ｂの間の寄生容量を低減し、第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂの信号どうしが干渉するのを防ぐことができる。

【0043】

また、図５及び図６Ｂに示すように、スリット１７は、その両端部を除いては、チャンバ１５の上面開口の縁よりもチャンバ１５の内側へずらせてある。

【0044】

（実施形態１の動作）
音響センサ１１においては、音響振動がチャンバ１５（フロントチャンバ）に入ると、薄膜である各ダイアフラム１３ａ、１３ｂが音響振動によって同じ位相で振動する。各ダイアフラム１３ａ、１３ｂが振動すると、各音響センシング部２３ａ、２３ｂの静電容量が変化する。この結果、第１音響センシング部２３ａにおいては、第１ダイアフラム１３ａが感知している音響振動（音圧の変化）が第１ダイアフラム１３ａと固定電極板１９の間の静電容量の変化となり、電気的な信号として出力される。また、第２音響センシング部２３ｂにおいては、第２ダイアフラム１３ｂが感知している音響振動（音圧の変化）が第２ダイアフラム１３ｂとシリコン基板１２の導電層２１の間の静電容量の変化となり、電気的な信号として出力される。また、異なる使用形態、すなわちチャンバ１５をバックチャンバとする使用形態の場合には、音響振動がアコースティックホール２４を通過して天蓋部１４内のエアギャップ２０に入り、薄膜である各ダイアフラム１３ａ、１３ｂを振動させる。

【0045】

また、第２ダイアフラム１３ｂの面積は第１ダイアフラム１３ａ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２３ｂ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２３ａ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２３ａ、２３ｂをハイブリッド化して後述の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１１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２３ａ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２３ｂ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２３ａ、２３ｂ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１１の出力を小音量〜中音量までの第１音響センシング部２３ａと中音量〜大音量までの第２音響センシング部２３ｂで切り替えるようにしてあれば、第１音響センシング部２３ａの出力を大音量では使用しないようにできる。その結果、第１音響センシング部２３ａは大きな音圧域で高調波歪みが大きくなっても、音響センサ１１から出力されないので音響センサ１１の性能に影響を与えない。結果的に、第１音響センシング部２３ａの小音量に対する感度を高くすることができる。

【0046】

さらに、この音響センサ１１では、第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂ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２３ａと第２音響センシング部２３ｂは、同時かつ一体に作製されたダイアフラム１３をスリット１７で分割した第１ダイアフラム１３ａ及び第２ダイアフラム１３ｂを用いている。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２３ａと第２音響センシング部２３ｂをハイブリッド化している。そのため、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例や別々の基板にそれぞれセンシング部を設けた従来例に比較して、第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂ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２３ａ、２３ｂ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２３ａ、２３ｂは、ダイアフラム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。

【0047】

（マイクロフォンへの応用）
図８Ａは、実施形態１の音響センサ１１を内蔵したマイクロフォン４１の一部破断した平面図であって、カバー４３の上面を除去して内部を表している。図８Ｂは、当該マイクロフォン４１の縦断面図である。

【0048】

このマイクロフォン４１は、回路基板４２とカバー４３からなるパッケージ内に音響センサ１１と回路部である信号処理回路４４（ＡＳＩＣ）とを内蔵したものである。音響センサ１１と信号処理回路４４は、回路基板４２の上面に実装されている。回路基板４２には、音響センサ１１内に音響振動を導き入れるための音導入孔４５が開口されている。音響センサ１１は、チャンバ１５の下面開口を音導入孔４５に合わせ、音導入孔４５を覆うようにして回路基板４２の上面に実装されている。したがって、音響センサ１１のチャンバ１５がフロントチャンバとなっており、パッケージ内の空間がバックチャンバとなっている。

【0049】

音響センサ１１の電極パッド３１、３２及び３３は、それぞれボンディングワイヤ４６によって信号処理回路４４の各パッド４７に接続されている。回路基板４２の下面にはマイクロフォン４１を外部と電気的接続するための端子４８が複数個設けられ、回路基板４２の上面には端子４８と導通した各電極部４９が設けられている。回路基板４２に実装された信号処理回路４４の各パッド５０は、それぞれボンディングワイヤ５１によって電極部４９に接続されている。なお、信号処理回路４４のパッド５０は、音響センサ１１へ電源を供給する機能や、音響センサ１１の容量変化信号を外部へ出力する機能を有するものである。

【0050】

回路基板４２の上面には、音響センサ１１及び信号処理回路４４を覆うようにしてカバー４３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１１や信号処理回路４４を保護している。

【0051】

こうして、音導入孔４５からチャンバ１５内に入った音響振動は、音響センサ１１によって検出され、信号処理回路４４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４１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４１を高感度化することができる。

【0052】

なお、このマイクロフォン４１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４５をカバー４３の上面に開口していてもよい。この場合には、音響センサ１１のチャンバ１５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。

【0053】

図９は、図８に示すＭＥＭＳマイクロフォン４１の回路図である。図９に示すように、音響センサ１１は、音響振動によって容量が変化する高感度側の第１音響センシング部２３ａと低感度側の第２音響センシング部２３ｂを備えている。

【0054】

また、信号処理回路４４は、チャージポンプ５２、低感度用アンプ５３、高感度用アンプ５４、ΣΔ（ΔΣ）型ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）５５、５６、基準電圧発生器５７、バッファ５８、および位相反転用回路５９を備える構成である。

【0055】

チャージポンプ５２は、第１音響センシング部２３ａ及び第２音響センシング部２３ｂに高電圧ＨＶを印加しており、第２音響センシング部２３ｂから出力された電気信号は低感度用アンプ５３によって増幅され、また第１音響センシング部２３ａから出力された電気信号は高感度用アンプ５４によって増幅される。もっとも、第１音響センシング部２３ａは第１ダイアフラム１３ａの上面と固定電極板１９の間の静電容量を出力し、第２音響センシング部２３ｂは第２ダイアフラム１３ｂの下面と導電層２１の間の静電容量を出力している。そのため第１音響センシング部２３ａのエアギャップ２０が狭く（広く）なった場合には、第２音響センシング部２３ｂのエアギャップ２２は広く（狭く）なり、第１音響センシング部２３ａの出力と第２音響センシング部２３ｂの出力は位相が反転している（位相が１８０°ずれている）。そのため、第２音響センシング部２３ｂの出力は、位相反転用回路５９によって位相を反転させ、第１音響センシング部２３ａの出力との位相差をなくした状態で低感度用アンプ５３へ入力している。もちろん、位相反転用回路５９は、第１音響センシング部２３ａと高感度用アンプ５４の間に挿入していてもよい。

【0056】

低感度用アンプ５３で増幅された信号は、ΣΔ型ＡＤＣ５５においてデジタル信号に変換される。同様に、高感度用アンプ５４で増幅された信号は、ΣΔ型ＡＤＣ５６においてデジタル信号に変換される。ΣΔ型ＡＤＣ５５、５６において変換されたデジタル信号は、バッファ５８を介してＰＤＭ（パルス密度変調）信号として１つのデータ線上で外部に出力される。図示しないが、１つのデータ線上に混載したデジタル信号を、信号の強度に応じて選択することにより、音圧に応じて第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂが自動的に切り替えられる。

【0057】

なお、図９の例では、ΣΔ型ＡＤＣ５５、５６にて変換された２つのデジタル信号を混載して、１つのデータ線上に出力しているが、上記２つのデジタル信号を別々のデータ線上に出力してもよい。

【0058】

さらに、音響センサ１１のような構造によれば、音響センサ１１を小型化することができる。２つの音響センシング部をハイブリッド化してダイナミックレンジを広げるとともに、音響センシング部どうしのミスマッチングなどを小さくした音響センサとしては、本発明の出願人は図１０のような構造のものを提案している（たとえば、特願２０１２−１２５５２６）。図１０の音響センサ６１（参考例）では、シリコン基板６２の上面に設けたダイアフラム６４をスリット６３によって左右に分割し、面積の大きな第１ダイアフラム６４ａと面積の小さな第２ダイアフラム６４ｂを形成している。第１ダイアフラム６４ａの上方には、第１ダイアフラム６４ａと対向させて面積の大きな固定電極板６５ａを設け、第１ダイアフラム６４ａと固定電極板６５ａによって高感度用の第１音響センシング部６６ａを構成している。同様に、第２ダイアフラム６４ｂの上方には、第２ダイアフラム６４ｂと対向させて面積の小さな固定電極板６５ｂを設け、第２ダイアフラム６４ｂと固定電極板６５ｂによって低感度用の第２音響センシング部６６ｂを構成している。このような音響センサ６１では、第１音響センシング部６６ａと第２音響センシング部６６ｂが左右に並んでいるので、上方から見たサイズが大きくなり、配線基板などへ実装するさいの占有面積が大きくなる。

【0059】

これに対し、本実施形態の音響センサ１１では、中心部と外周部に第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂを構成しているので、単一の音響センシング部を有する従来からの音響センサとほとんどサイズが変わらない。よって、本実施形態の音響センサ１１によれば、参考例の音響センサ６１に比べてセンササイズを小型化することができる。

【0060】

また、図１０のような音響センサ６１では、高感度側（小音量側）の第１音響センシング部６６ａと低感度側（大音量側）の第２音響センシング部６６ｂとの干渉によって低感度側の音響センサの高調波歪みが大きくなり、その結果、音響センサの最大検出音圧が低下してダイナミックレンジが狭くなるおそれがある。本発明の実施形態１による音響センサ１１によれば、このような高調波歪みの増大を防ぐことができる。この理由は次の通りである。

【0061】

まず、音響センサ６１の場合を説明する。高感度側の第１ダイアフラム６４ａは、低感度側の第２ダイアフラム６４ｂよりも面積が大きくて柔軟である。そのため、音響センサ６１に大音圧の音響振動が加わった場合には、図１１に示すように、第１ダイアフラム６４ａがバックプレート６７ａに衝突することがある。図１１は、音響センサ６１において、大音圧により第１ダイアフラム６４ａがバックプレート６７ａに衝突した様子を示す。

【0062】

図１１のように第１ダイアフラム６４ａがバックプレート６７ａに衝突すると、その衝撃によってバックプレート６７ａの振動が歪み、図１２Ａのような歪み振動を生じる。なお、バックプレートもダイアフラムと同様に音響振動によって振動するが、バックプレートの振幅はダイアフラムの振幅の１／１００程度であるので、図１２には音響振動は表していない。バックプレート６７ａで発生した歪み振動は、バックプレート６７ｂへ伝達するので、第１ダイアフラム６４ａの衝突によってバックプレート６７ｂにも図１２Ｂのような歪み振動が生じる。一方、第２ダイアフラム６４ｂは第１ダイアフラム６４ａに比べて変位が小さいので、バックプレート６７ｂに衝突せず、たとえば図１２Ｃのような正弦波振動をしている。この第２ダイアフラム６４ｂの正弦波振動にバックプレート６７ｂの歪み振動が加わると、第２音響センシング部６６ｂにおけるバックプレート６７ｂと第２ダイアフラム６４ｂの間のギャップ距離は図１２Ｄのように変化することになる。この結果、第２音響センシング部６６ｂからの出力信号が歪み、第２音響センシング部６６ｂの高調波歪み率が悪化する。このため、音響センサ６１では、第１音響センシング部側で発生した歪み振動が第２音響センシング部側へ伝わらないようにするための構成が必要となる。

【0063】

これに対し、実施形態１の音響センサ１１の場合には、図１３に示すように、大音圧によって第１ダイアフラム１３ａがバックプレート１８に衝突して歪み振動が発生しても、その歪み振動は第２音響センシング部２３ｂに影響を及ぼしにくく、第２音響センシング部２３ｂの高調波歪み率が悪化しにくくなる。すなわち、第２音響センシング部２３ｂは、バックプレート１８や固定電極板１９を構成要素としていないので、第２音響センシング部２３ｂの出力はバックプレート１８の歪み振動によって影響を受けない。この結果、第１音響センシング部２３ａにおける歪み振動によって音響センサ１１のダイナミックレンジが狭くなることを防止できる。

【0064】

実施形態１の音響センサ１１では、図５に示すように、スリット１７は、その両端部を除いては、チャンバ１５の上面開口の縁よりもチャンバ１５の内側へずらせてある。この結果、シリコン基板１２の上面に垂直な方向から見たとき、第１ダイアフラム１３ａがシリコン基板１２の上面（導電層２１）と重なり合うことがなく、第１ダイアフラム１３ａと導電層２１の間の寄生容量を低減することができ、第１音響センシング部２３ａの信号干渉を低減することができる。

【0065】

また、ダイアフラム１３とシリコン基板１２の上面との間には空気が捕捉されているので、ここに捕捉された空気分子のブラウン運動が音響ノイズの原因となることがある。しかし、実施形態１の音響センサ１１では、第１ダイアフラム１３ａと第２ダイアフラム１３ｂの間にスリット１７を設け、しかも、スリット１７をチャンバ１５の上面開口の縁よりもチャンバ１５の内側へずらせてある。このため、第１ダイアフラム１３ａとシリコン基板１２の上面との間に捕捉される空気を無くすことができ、ここに捕捉された空気分子による音響ノイズの影響を受けないので、第１音響センシング部２３ａの音響ノイズを低減することができる。

【0066】

（アンカーの異なる配置例）
上記実施形態１では、ダイアフラム１３はコーナー部に設けた脚片２６をアンカー１６で支持しているが、ダイアフラム１３の支持構造は図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５に示すように種々の形態が考えられる。

【0067】

図１４Ａは、第２ダイアフラム１３ｂの各辺において、それぞれの外周縁にアンカー１６を付加したものである。図１４Ｂは、第２ダイアフラム１３ｂの外周縁全体にアンカー１６を設けたものである。図１５は、第２ダイアフラム１３ｂの外周縁に沿って飛び飛びにアンカー１６を設けたものである。これらの変形例によれば、アンカー１６によってダイアフラム１３、特に第２ダイアフラム１３ｂをしっかりと支持することができるので、第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂの振動の独立性を保つことができ、信号の干渉を相互に防ぐことができる。

【0068】

（導電層の異なる構造）
また、シリコン基板１２の表面の導電層２１は、図１６に示すように、シリコン基板１２の上面で金属薄膜をパターニングすることにより形成された基板電極であってもよい。このような変形例では、金属薄膜のパターニング領域によって導電層２１の面積が決まるので、導電層２１の面積のばらつきが小さくなる。

【0069】

（実施形態２）
図１７は、本発明の実施形態２による音響センサ７１の、バックプレートを除いた状態での概略平面図である。この実施形態では、第１ダイアフラム１３ａと、各辺の４つの第２ダイアフラム１３ｂとがスリット１７によって互いに完全に分離されている。そして、第１ダイアフラム１３ａは、第１ダイアフラム１３ａから引き出された引出配線２７ａにより、バックプレート上の電極パッド３１ａに接続されている。また、４つの第２ダイアフラム１３ｂは、それぞれ引出配線２７ｂが引き出されており、各引出配線２７ｂは配線７２によってバックプレート上の電極パッド３１ｂに接続されている。

【0070】

かかる実施形態によれば、第１音響センシング部２３ａの第１ダイアフラム１３ａの電気配線と第２音響センシング部２３ｂの第２ダイアフラム１３ｂの電気配線を別々に独立して行うことができるので、第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂの間の寄生容量を低減し、互いに信号が干渉しにくくできる。

【0071】

（実施形態３）
図１８は、本発明の実施形態３による音響センサ７４の、バックプレートを除いた状態での概略平面図である。この実施形態では、第１ダイアフラム１３ａと第２ダイアフラム１３ｂとがスリット１７によって互いに完全に分離されている。一方、各辺の第２ダイアフラム１３ｂどうしはダイアフラム１３のコーナー部分において機械的にも電気的にもつながっている。そして、第１ダイアフラム１３ａは、第１ダイアフラム１３ａから引き出された引出配線２７ａにより、バックプレート上の電極パッド３１ａに接続されている。また、第２ダイアフラム１３ｂは、第２ダイアフラム１３ｂから引き出された引出配線２７ｂにより、バックプレート上の電極パッド３１ｂに接続されている。

【0072】

かかる実施形態によれば、第１音響センシング部２３ａの第１ダイアフラム１３ａの電気配線と第２音響センシング部２３ｂの第２ダイアフラム１３ｂの電気配線を別々に独立して行うことができるので、第１音響センシング部２３ａと第２音響センシング部２３ｂの間の寄生容量を低減し、互いに信号が干渉しにくくできる。しかも、各辺の第２ダイアフラム１３ｂどうしを接続する必要がないので、配線を簡素化することができる。

【0073】

（実施形態４）
図１９は、本発明の実施形態４による音響センサ７６の、バックプレートを除いた状態での概略平面図である。この実施形態では、第１ダイアフラム１３ａと、各辺の４つの第２ダイアフラム１３ｂとがスリット１７によって互いに完全に分離されている。４つの第２ダイアフラム１３ｂのうちのいずれか２つの第２ダイアフラム１３ｂａ、１３ｂｂは、一方の第２ダイアフラム１３ｂｂの面積が他方の第２ダイアフラム１３ｂａの面積よりも大きくなっている。しかして、第１ダイアフラム１３ａと固定電極板１９の間の静電容量によって小音量（高感度）用の第１音響センシング部２３ａ（第１センシング部）が構成されている。また、第２ダイアフラム１３ｂｂとシリコン基板１２の上面の間の静電容量によって中音量（中感度）用の第２音響センシング部２３ｃ（第２センシング部）が構成され、第２ダイアフラム１３ｂａとシリコン基板１２の上面の間の静電容量によって大音量（低感度）用の第２音響センシング部２３ｂ（第２センシング部）が構成されている。そして、第１ダイアフラム１３ａは、第１ダイアフラム１３ａから引き出された引出配線２７ａにより、バックプレート上の電極パッド３１ａに接続されている。第２ダイアフラム１３ｂｂは、引出配線２７ｂｂによってバックプレート上の電極パッド３１ｂｂに接続されている。第２ダイアフラム１３ｂａは、引出配線２７ｂａによってバックプレート上の電極パッド３１ｂａに接続されている。また、固定電極板１９は、引出配線２８によってバックプレート上の電極パッド３２に接続され、シリコン基板１２の上面（導電層２１）は電極パッド３３に接続されている。

【0074】

かかる実施形態によれば、小音量用の第１音響センシング部２３ａと、中音量用の第２音響センシング部２３ｃと、大音量用の第２音響センシング部２３ｂが構成されているので、音響センサ７６の音圧レンジ（ダイナミックレンジ）をさらに広げることが可能になる。

【0075】

（実施形態５）
図２０は、本発明の実施形態５による音響センサ８１の、バックプレートを除いた状態での概略平面図である。この実施形態では、円形のダイアフラム１３をスリット１７によって外周側に位置する円弧状の第２ダイアフラム１３ｂと、その内側に位置する円形状の第１ダイアフラム１３ａに分割している。また、バックチャンバの下面には、第１ダイアフラム１３ａと対向させるようにして固定電極板１９が形成されている。

【0076】

第１ダイアフラム１３ａは、引出配線２７ａをシリコン基板１２などで固定されることにより、チャンバ１５の上方で片持ち状に支持されている。そして、第１ダイアフラム１３ａと固定電極板１９によって小音量用の第１音響センシング部２３ａが構成されている。

【0077】

第２ダイアフラム１３ｂは、第２ダイアフラム１３ｂの下面外周部を略円弧状のアンカー１６によって支持されている。そして、第２ダイアフラム１３ｂとシリコン基板１２の導電層２１によって大音量用の第２音響センシング部２３ｂが構成されている。

【0078】

なお、アンカー１６は、図２１Ａに示すように、第２ダイアフラム１３ｂの下面外周部に沿って飛び飛びに設けられていてもよい。

【0079】

また、図２１Ｂに示すように、シリコン基板１２の上面の一部を円形のチャンバ１５内へ向けて張り出させておき、この上に半月状のアンカー８２を設け、第１ダイアフラム１３ａの端をアンカー８２で片持ち状に支持してもよい。このようなアンカー８２を用いれば、第１ダイアフラム１３ａの強度を向上させることができる。

【0080】

以上においては、音響センサ及び該音響センサを用いたマイクロフォンについて説明したが、本発明は圧力センサなどの音響センサ以外の静電容量センサについても適用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１１、７１、７４、７６、８１ 音響センサ
１２ シリコン基板
１３ ダイアフラム
１３ａ 第１ダイアフラム
１３ｂ 第２ダイアフラム
１５ チャンバ
１６、８２ アンカー
１７ スリット
１８ バックプレート
１９ 固定電極板
２１ 導電層
２３ａ 第１音響センシング部
２３ｂ 第２音響センシング部
２４ アコースティックホール
４１ マイクロフォン
４４ 信号処理回路
４５ 音導入孔
５９ 位相反転用回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】