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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025149027
(43)【公開日】2025-10-08
(54)【発明の名称】メンブレン、電気音響変換装置
(51)【国際特許分類】
H04R 7/22 20060101AFI20251001BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20251001BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20251001BHJP
H04R 7/14 20060101ALI20251001BHJP
【ＦＩ】
H04R7/22
H04R17/00
B81B3/00
H04R7/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024049454
(22)【出願日】2024-03-26
(71)【出願人】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】高橋 宗明
【テーマコード（参考）】
3C081
5D004
5D016
【Ｆターム（参考）】
3C081AA07
3C081BA09
3C081BA22
3C081BA31
3C081BA45
3C081BA46
3C081BA48
3C081BA55
3C081CA32
3C081CA38
3C081CA45
3C081DA03
3C081DA04
3C081DA06
3C081DA07
3C081DA29
3C081DA31
3C081EA03
3C081EA21
5D004AA07
5D004FF09
5D016FA03
5D016HA04
(57)【要約】
【課題】他の部材との接着強度を向上可能なメンブレンの提供。
【解決手段】本メンブレンは、枠部と、前記枠部の内縁よりも内側に位置する中央部と、前記枠部の内縁と中央部の外縁とを接続する接続部と、を有し、前記枠部の上面及び下面に凹凸構造が設けられている。
【選択図】図４０
【解決手段】本メンブレンは、枠部と、前記枠部の内縁よりも内側に位置する中央部と、前記枠部の内縁と中央部の外縁とを接続する接続部と、を有し、前記枠部の上面及び下面に凹凸構造が設けられている。
【選択図】図４０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
枠部と、
前記枠部の内縁よりも内側に位置する中央部と、
前記枠部の内縁と中央部の外縁とを接続する接続部と、を有し、
前記枠部の上面及び下面に凹凸構造が設けられている、メンブレン。
前記枠部の内縁よりも内側に位置する中央部と、
前記枠部の内縁と中央部の外縁とを接続する接続部と、を有し、
前記枠部の上面及び下面に凹凸構造が設けられている、メンブレン。
【請求項2】
前記凹凸構造は、前記枠部の上面及び下面のいずれか一方から突起する複数の第１凸部と、前記枠部の上面及び下面のいずれか他方から反対面側に窪む複数の第１凹部と、を含み、
平面視で、前記第１凸部と前記第１凹部とは重なる位置にある、請求項１に記載のメンブレン。
平面視で、前記第１凸部と前記第１凹部とは重なる位置にある、請求項１に記載のメンブレン。
【請求項3】
前記凹凸構造は、前記枠部の上面から突起する複数の第１凸部と、前記枠部の下面から突起する複数の第２凸部と、前記枠部の下面から上面側に窪む複数の第１凹部と、前記枠部の上面から下面側に窪む複数の第２凹部と、を含み、
平面視で、前記第１凸部と前記第１凹部とは重なる位置にあり、前記第２凸部と前記第２凹部とは重なる位置にある、請求項１に記載のメンブレン。
平面視で、前記第１凸部と前記第１凹部とは重なる位置にあり、前記第２凸部と前記第２凹部とは重なる位置にある、請求項１に記載のメンブレン。
【請求項4】
前記接続部は、前記中央部の上面よりも突起し、
前記中央部の上面と垂直な方向に切った断面視で、前記接続部の上面及び下面は、同一方向に湾曲する、請求項１に記載のメンブレン。
前記中央部の上面と垂直な方向に切った断面視で、前記接続部の上面及び下面は、同一方向に湾曲する、請求項１に記載のメンブレン。
【請求項5】
前記接続部は、所定間隔で配置された複数のスリットを有する、請求項１に記載のメンブレン。
【請求項6】
前記枠部と、前記接続部と、前記中央部とは、一体構造である、請求項１に記載のメンブレン。
【請求項7】
前記中央部に振動板が固定されている、請求項１に記載のメンブレン。
【請求項8】
基板と、
前記基板上に配置されるＭＥＭＳデバイスと、
前記ＭＥＭＳデバイス上に配置される請求項１乃至７のいずれか一項に記載のメンブレンと、を有し、
前記ＭＥＭＳデバイスは、枠状の固定部、平面視で前記固定部の内側に配置される可動部、前記固定部と前記可動部とを各々の上面よりも下面に近い位置で接続する捻じれ梁及び駆動梁、並びに前記駆動梁の下面に配置される駆動源、を有し、
前記中央部の下面は、前記可動部の上面に接合され、
前記枠部の下面は、前記固定部の上面に接合されている、電気音響変換装置。
前記基板上に配置されるＭＥＭＳデバイスと、
前記ＭＥＭＳデバイス上に配置される請求項１乃至７のいずれか一項に記載のメンブレンと、を有し、
前記ＭＥＭＳデバイスは、枠状の固定部、平面視で前記固定部の内側に配置される可動部、前記固定部と前記可動部とを各々の上面よりも下面に近い位置で接続する捻じれ梁及び駆動梁、並びに前記駆動梁の下面に配置される駆動源、を有し、
前記中央部の下面は、前記可動部の上面に接合され、
前記枠部の下面は、前記固定部の上面に接合されている、電気音響変換装置。
【請求項9】
前記メンブレン上に配置される蓋部材をさらに有し、
前記蓋部材は枠状の厚板部、及び前記厚板部の内側に配置される、開口部を備えた薄板部、を含み、
前記枠部の上面は、前記厚板部の下面に接合されている、請求項８に記載の電気音響変換装置。
前記蓋部材は枠状の厚板部、及び前記厚板部の内側に配置される、開口部を備えた薄板部、を含み、
前記枠部の上面は、前記厚板部の下面に接合されている、請求項８に記載の電気音響変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、メンブレン、電気音響変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）における微細加工技術によって作製されたＭＥＭＳデバイスが開発されている。ＭＥＭＳデバイスは、半導体プロセスにより製造されることから、ばらつきが少なく、小型、薄型、軽量、低消費電力、良好な周波数特性等の多くの特長がある。ＭＥＭＳデバイスは、固定部と可動部を有し、可動部を駆動することにより、例えば、イヤホンやマイク等の電気音響変換装置に用いることができる（例えば、特許文献１参照）。電気音響変換装置では、例えば、ＭＥＭＳデバイス上にメンブレンが配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許明細書第９９８００５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、他の部材との接着強度を向上可能なメンブレンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一実施形態に係るメンブレンは、枠部と、前記枠部の内縁よりも内側に位置する中央部と、前記枠部の内縁と中央部の外縁とを接続する接続部と、を有し、前記枠部の上面及び下面に凹凸構造が設けられている。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、他の部材との接着強度を向上可能なメンブレンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面側斜視図である。
【図2】第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する下面側斜視図である。
【図3】第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面図である。
【図4】第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する下面図である。
【図5】第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する断面図である。
【図6】ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減について説明する図（その１）である。
【図8】ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減について説明する図（その２）である。
【図9】ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減について説明する図（その３）である。
【図10】ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減について説明する図（その４）である。
【図11】ＭＥＭＳデバイス２０における共振周波数のシミュレーション結果である。
【図12】第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側斜視図である。
【図13】第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する下面側斜視図である。
【図14】第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する断面図である。
【図15】第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。
【図16】第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する下面側分解斜視図である。
【図17】第１実施形態に係る電気音響変換装置の製造方法について説明する図（その１）である。
【図18】第１実施形態に係る電気音響変換装置の製造方法について説明する図（その２）である。
【図19】第２実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面図である。
【図20】ＭＥＭＳデバイス２０ＡとＭＥＭＳデバイス２０との比較結果を示す図である。
【図21】第３実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。
【図22】ＭＥＭＳデバイス及びメンブレンにおける共振周波数のシミュレーション結果である。
【図23】捻じれ梁及び駆動梁の厚さを変えたときの共振周波数のシミュレーション結果である。
【図24】第４実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。
【図25】第４実施形態に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。
【図26】基板上にＭＥＭＳデバイスを配置する工程を示す上面図である。
【図27】基板上にＭＥＭＳデバイスを配置する工程を示す断面図である。
【図28】第４実施形態の変形例１に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。
【図29】第４実施形態の変形例２に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。
【図30】第４実施形態の変形例３に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。
【図31】基板上にＭＥＭＳデバイスを位置合わせした様子を示す上面図である。
【図32】第５実施形態に係るＭＥＭＳデバイスにおける配線を例示する下面図である。
【図33】ＭＥＭＳデバイスの可動部を可動させたときの応力分布のシミュレーション結果である。
【図34】第５実施形態の変形例１に係るＭＥＭＳデバイスにおける配線を例示する下面図である。
【図35】第６実施形態に係るＭＥＭＳデバイスにおける金属膜を例示する下面図である。
【図36】ＭＥＭＳデバイス２０Ｃを用いた電気音響変換装置１Ｃの下面図である。
【図37】可動部の変位の測定フローである。
【図38】第６実施形態の変形例１に係るＭＥＭＳデバイスにおける金属膜を例示する下面図である。
【図39】第６実施形態の変形例２に係るＭＥＭＳデバイスにおける金属膜を例示する下面図である。
【図40】第７実施形態に係る電気音響変換装置を例示する断面図である。
【図41】メンブレン３０Ｄを例示する上面図である。
【図42】第７実施形態の変形例１に係る電気音響変換装置を例示する部分断面図である。
【図43】第７実施形態の変形例２に係る電気音響変換装置を例示する部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0009】
〈第１実施形態〉
（ＭＥＭＳデバイス）
図１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面側斜視図である。図２は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する下面側斜視図である。図３は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面図である。図４は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する下面図である。図５は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する断面図であり、図１のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。
（ＭＥＭＳデバイス）
図１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面側斜視図である。図２は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する下面側斜視図である。図３は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面図である。図４は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する下面図である。図５は、第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する断面図であり、図１のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。
【0010】
なお、各図面において、参考のためＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する直交座標を示す場合がある。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のそれぞれにおいて、矢印の向く側を「＋側」、その反対側を「－側」と称する場合がある。また、各部材のＺ＋側の面を上面、Ｚ－側の面を下面と称する場合がある。ただし、これらは、実施形態に係るＭＥＭＳデバイス等の使用時における向きを制限するものではなく、実施形態に係るＭＥＭＳデバイス等の向きは任意である。また、対象物をＺ＋側からＺ－側に視る、又は対象物をＺ－側からＺ＋側に視ることを平面視と称する場合がある。
【0011】
図１～図５を参照すると、ＭＥＭＳデバイス２０は、固定部２１と、可動部２２と、複数の捻じれ梁２３と、複数の駆動梁２４と、複数の駆動源２５とを有する。捻じれ梁２３と、駆動梁２４と、駆動源２５は、同数である。なお、図２及び図４では、便宜上、駆動源２５をドットパターンで示している。以降の図においても、同様の表示を用いる場合がある。
【0012】
固定部２１は、平面視で枠状に形成されている。固定部２１は、平面視で外縁と内縁とを有する。内縁と外縁とは相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。例えば、内縁が多角形、外縁が円形又は楕円形であってもよい。図１～図５の例では、固定部２１の内縁は正方形であり、外縁は正方形又は長方形である。外縁が正方形又は長方形である場合、ブレードダイシングで容易に加工できるため、加工費を低減できる点で好ましい。
【0013】
固定部２１の外縁の１辺の長さは、例えば、３ｍｍ～１０ｍｍ程度とすることができる。固定部２１の幅（内縁から外縁までの距離）は、例えば、０．３ｍｍ～１．０ｍｍ程度とすることができる。固定部２１の厚さは、例えば、１００μｍ～５００μｍ程度とすることができる。
【0014】
なお、本願において、四角形等の多角形に関しては、多角形の隅に角丸めや面取り等の加工が施されている場合や、部分的に突起や溝が設けられている場合も、多角形に含まれるものとする。
【0015】
可動部２２は、平面視で固定部２１の内側に配置され、固定部２１に対して可動自在に支持される。平面視で、可動部２２の中心Ｏは、固定部２１の内縁の中心と一致することが好ましい。可動部２２は、平面視で、可動部２２の中心Ｏに関して点対称であることが好ましい。可動部２２の厚さは、固定部２１の厚さと同一である。可動部２２の上面は、固定部２１の上面と同一平面上にある。可動部２２の下面は、固定部２１の下面と同一平面上にある。
【0016】
可動部２２の上面及び下面が固定部２１の上面及び下面と同一平面上にない構造としてもよい。例えば、意図的に駆動源２５の成膜条件や分極条件を変更すること等により駆動梁２４を反らせ、固定部２１に対して可動部２２の高さを上面側にずらす構造とすることができる。固定部２１の上面と可動部２２の上面との距離は、例えば、２０～１００μｍ程度とすることができる。また、固定部２１の下面と可動部２２の下面との距離は、例えば、２０～１００μｍ程度とすることができる。
【0017】
なお、本願において、同一平面とは、両者の高さの差が２０μｍ以下である場合を指すものとする。
【0018】
可動部２２は、平面視で、中心から放射状に延びる、捻じれ梁２３と同数の延伸部を備えている。そして、各々の延伸部は、上面、下面、１つの端面、及び端面と繋がる２つの側面を含む。図１～図５の例では、可動部２２は、平面視で、中心から放射状に延びる４個の延伸部を備えた十字形状である。
【0019】
なお、可動部２２が十字形状の場合、上面及び下面以外の面については、長手方向において対向する２組の面を端面と称し、それ以外の面を側面と称する。すなわち、可動部２２が十字形状の場合、可動部２２は、同一面積の４個の端面と、同一面積の８個の側面を有する。８個の側面は、隣接する２個の側面を４組含む。なお、端面と側面との間、及び側面と側面との間に位置する角丸めや面取り等は、端面や側面には含まない。
【0020】
捻じれ梁２３及び駆動梁２４は、固定部２１と可動部２２とを各々の上面よりも下面に近い位置で接続する。複数の捻じれ梁２３は、可動部２２を外側から支持する。捻じれ梁２３は、弾性変形が可能である。捻じれ梁２３は、可動部２２よりも薄い。捻じれ梁２３の厚さは、例えば、５μｍ～６０μｍ程度とすることができる。捻じれ梁２３は、可動部２２の側面の下面側の端部に接続されている。図１～図５の例では、捻じれ梁２３は４個設けられている。各々の捻じれ梁２３は、平面視で、可動部２２の中心Ｏに関して点対称に配置されることが好ましい。
【0021】
捻じれ梁２３の上面は、固定部２１及び可動部２２の上面よりも低い位置にある。捻じれ梁２３の下面は、固定部２１及び可動部２２の下面と同一平面上にある。平面視で、各々の捻じれ梁２３は、例えば、Ｌ字型の領域を含む。捻じれ梁２３がＬ字型の領域を含むと、捻じれ梁２３の長さを長くすることができる。これにより、捻じれ梁２３が捻じれやすくなるため、可動部２２の変位量を大きくすることができる。その結果、ＭＥＭＳデバイス２０を電気音響変換装置に用いたときに、高音圧を得ることができる。
【0022】
可動部２２が平面視で十字形状である場合、可動部２２が十字の長手方向の長さと同一の長さの辺を有する正方形の場合と比べて、捻じれ梁２３の長さを長くすることができる。これにより、可動部２２の変位量を大きくすることができる。その結果、ＭＥＭＳデバイス２０を電気音響変換装置に用いたときに、高音圧を得ることができる。また、可動部２２が平面視で十字形状である場合、可動部２２が十字の長手方向の長さと同一の長さの辺を有する正方形の場合と比べて軽量化できるため、共振周波数を高くすることができる。
【0023】
複数の駆動梁２４は、各々の捻じれ梁２３に対して１つずつ設けられている。図１～図５の例では、捻じれ梁２３は４個設けられているため、駆動梁２４も４個設けられている。駆動梁２４は、一端が捻じれ梁２３と接続され、他端が固定部２１の内縁と接続される。詳細には、駆動梁２４は、固定部２１の内側面の下面側の端部に接続されている。各々の駆動梁２４は、平面視で固定部２１の内縁を構成する４辺のうちの１辺のみと接続されている。なお、捻じれ梁２３及び駆動梁２４の個数は、４個以外であってもよい。
【0024】
駆動梁２４は、弾性変形が可能である。駆動梁２４の厚さは、捻じれ梁２３の厚さと同一である。駆動梁２４の上面は、固定部２１及び可動部２２の上面よりも低い位置にある。駆動梁２４の下面は、固定部２１及び可動部２２の下面と同一平面上にある。また、駆動梁２４の上面は、捻じれ梁２３の上面と同一平面上にある。駆動梁２４の下面は、捻じれ梁２３の下面と同一平面上にある。各々の駆動梁２４は、平面視で、可動部２２の中心Ｏに関して点対称に配置されることが好ましい。
【0025】
駆動源２５は、各々の駆動梁２４の下面に配置される。駆動源２５は、駆動力を高める観点から、各々の駆動梁２４の下面の略全面に配置されることが好ましい。駆動源２５は、例えば、印加された電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電材料を含んで構成される圧電膜を有する。駆動源２５は、交流信号の入力に応じて振動する。
【0026】
駆動源２５は、例えば、駆動梁２４の下面に配置される下部電極、下部電極に積層される圧電膜、圧電膜に積層される上部電極を含む構成とすることができる。上部電極及び下部電極は、例えば、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等から構成することができる。上部電極及び下部電極は、複数の膜が積層された構造としてもよい。
【0027】
圧電膜は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から構成することができる。圧電膜は、ＰＮＺＴ（チタン酸ジルコン酸ニオブ酸鉛）、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＰＬＴ（チタン酸ランタン鉛）、ＰＭＮ（マグネシウム酸ニオブ酸鉛）、ＰＭＮＮ（マンガン酸ニオブ酸鉛）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等から構成されてもよい。
【0028】
駆動源２５は、下部電極、圧電膜、及び上部電極の３層構造には限定されない。駆動源２５は、例えば、２層以上の圧電膜と中間電極とを有してもよい。この場合、下部電極上に圧電膜及び中間電極が必要な数だけ交互に積層され、最後に最上層の中間電極上に圧電膜及び上部電極が順次積層される。中間電極は、上部電極及び下部電極と同様の材料から構成することができる。
【0029】
駆動源２５が圧電膜と中間電極とを有する場合、中間電極がグランドに接続され、下部電極及び上部電極に駆動信号が供給される。下部電極及び上部電極に駆動信号が供給されると、駆動源２５は駆動信号の電圧にしたがって変位する。なお、駆動信号が中間電極に供給され、下部電極及び上部電極がグランドに接続されるようにしても同様に駆動することができる。圧電膜をｎ層とすることにより、駆動源２５の駆動電圧を、圧電膜が１層の場合の１／ｎにできる。
【0030】
ＭＥＭＳデバイス２０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて、半導体プロセスにより作製することができる。ただし、ＭＥＭＳデバイス２０は、これに限定されず、Ｓｉ（シリコン）基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、又はセラミック基板等から構成されるものであってもよい。この中で、微細加工を容易に行える等の観点から、ＳＯＩ基板やＳｉ基板が好ましい。
【0031】
ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる支持層の上に酸化シリコンからなる埋め込み（ＢＯＸ：Buried Oxide）層が設けられ、埋め込み層の上にさらに単結晶シリコンからなる活性層が設けられた基板である。ＭＥＭＳデバイス２０をＳＯＩ基板から作製する場合、固定部２１及び可動部２２は、例えば、支持層、埋め込み層、及び活性層から形成することができる。また、捻じれ梁２３及び駆動梁２４は、例えば、活性層から形成することができる。活性層は薄いため、活性層から形成された捻じれ梁２３及び駆動梁２４は弾性を有する。
【0032】
図３に示すように、平面視で、各々の駆動梁２４は、固定部２１の内縁と接続される第１辺２４ａに対して平行な方向の幅が、第１辺２４ａに向かって徐々に広くなる領域を有する。図３の例では、平面視で、各々の駆動梁２４は、第１辺２４ａの位置において、第１辺２４ａに対して平行な方向の幅が最も広くなる。
【0033】
また、図３の例では、平面視で、各々の駆動梁２４は、捻じれ梁２３と接続される第２辺２４ｂの位置において、第１辺２４ａに対して平行な方向の幅が最も狭くなる。なお、図３の例では、第１辺２４ａと第２辺２４ｂとは平行である。
【0034】
また、図３に示すように、平面視で、各々の駆動梁２４は、台形状の第１領域２４１と、第１領域２４１よりも小面積の台形状の第２領域２４２とを含んでもよい。第１領域２４１は、第１辺２４ａに近い側に位置し、第２領域２４２は、第１領域２４１よりも第１辺２４ａから遠い側に位置する。また、第１領域２４１及び第２領域２４２を構成する台形の各々において、第１辺２４ａに近い側を下底、第１辺２４ａから遠い側を上底としたときに、第２領域２４２を構成する台形の下底の長さは、第１領域２４１を構成する台形の上底の長さと同等以下である。平面視で、第１辺２４ａと、第１領域２４１を構成する台形の上底と、第２領域２４２を構成する台形の上底は、平行であってもよい。
【0035】
図３の例では、平面視で、第１領域２４１を構成する台形の一方の脚と、第２領域２４２を構成する台形の一方の脚は、第１辺２４ａに垂直である。また、平面視で、第１領域２４１を構成する台形の他方の脚と、第２領域２４２を構成する台形の他方の脚は、第１辺２４ａに対する傾斜方向が異なる。
【0036】
すなわち、第１領域２４１を構成する台形の他方の脚は、第１辺２４ａが固定部２１の角部から離れるにつれて第１辺２４ａに近づくように傾斜する。また、第２領域２４２を構成する台形の他方の脚は、第１辺２４ａが固定部２１の角部から離れるにつれて第１辺２４ａから遠ざかるように傾斜する。
【0037】
図３の例では、平面視で、第２領域２４２を構成する台形の上底が捻じれ梁２３と接続されるが、第２領域２４２を構成する台形の一方の脚又は他方の脚が捻じれ梁２３と接続されてもよい。詳しくは、図１９を参照しながら後述する。
【0038】
また、平面視で、第１辺２４ａと第１領域２４１との間に矩形状等の第３領域２４３を有し、第１領域２４１と第２領域２４２との間に台形状等の第４領域２４４を有してもよい。なお、第３領域２４３を有さずに、第１領域２４１を構成する台形の下底が第１辺２４ａと一致してもよい。また、第４領域２４４を有さずに、第１領域２４１を構成する台形の上底が第２領域２４２を構成する台形の下底と一致してもよい。
【0039】
このように、ＭＥＭＳデバイス２０において、平面視で、各々の駆動梁２４は、固定部２１の内縁と接続される第１辺２４ａに対して平行な方向の幅が、第１辺２４ａに向かって徐々に広くなる領域を有する。このような構造により、駆動梁２４において固定部２１の内縁と接続される部分を幅が広い形状にできるため、可動部２２を高トルクかつ大きな変位で可動させることができる。その結果、ＭＥＭＳデバイス２０を電気音響変換装置に用いたときに、高音圧を得ることができる。具体的には、例えば、上記のように、各々の駆動梁２４を台形状の第１領域２４１及び第２領域２４２を含む形状とすることにより、可動部２２を高トルクかつ大きな変位で可動させることができる。
【0040】
また、ＭＥＭＳデバイス２０では、各々の駆動梁２４はすべて同形状であり、平面視で可動部２２の中心に関して点対称に配置されている。これにより、可動部２２を可動させたときに、可動部２２が傾きにくくなるため、不要な共振が発生するおそれを低減できる。
【0041】
（ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減）
図６は、ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減について説明する図（その１）である。なお、図６の上部は、ＭＥＭＳデバイス２０の上面側斜視図であり、下部は上部の破線Ｅ１の内側の拡大図である。
図６は、ＭＥＭＳデバイス２０における応力の低減について説明する図（その１）である。なお、図６の上部は、ＭＥＭＳデバイス２０の上面側斜視図であり、下部は上部の破線Ｅ１の内側の拡大図である。
【0042】
図６の例では、可動部２２は、平面視で、中心から放射状に延びる延伸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄを備え、可動部２２の中心に関して点対称な十字形状である。図６に示すように、各々の捻じれ梁２３は、可動部２２を構成する異なる延伸部に含まれる隣接する側面の両方と接続されることが好ましい。図６の例では、平面視で、各々の捻じれ梁２３は、隣接する側面の一方の全体と、他方の一部に接続されている。また、平面視で、各々の捻じれ梁２３において、隣接する側面の他方に接続される部分Ｅ２の角はＲ状である。
【0043】
このように、各々の捻じれ梁２３が隣接する側面の両方と接続されることにより、各々の捻じれ梁２３のＬ字の先端部分が可動部２２の隣接する側面の一方に対してＬ１だけオフセットした構造となる。可動部２２の側面の長さが４００μｍである場合、例えば、Ｌ１は５０～３００μｍ程度とすることができる。
【0044】
図７は、図６に示す構造の効果を示す図である。図７において、オフセットなしは、各々の捻じれ梁２３が可動部２２の隣接する側面の一方のみと接続されており図６に示すＬ１がゼロの場合である。オフセットありは、図６に示す構造の場合である。また、図７において、結果の欄は、可動部２２を可動させたときに生じる応力のシミュレーション結果を示すコンター図である。また、結果の欄の矢印は、最大応力部の位置と最大応力の値を示している。ただし、結果に示す図は、構造に示す図に対して上下が反転している。すなわち、結果に示す図は、捻じれ梁２３と可動部２２との境界付近の応力を示している。
【0045】
図７に示すように、可動部２２を可動させると捻じれ梁２３と可動部２２との境界付近に大きな応力が生じる。しかし、各々の捻じれ梁２３と可動部２２が接続する部分にオフセットを設けることにより、捻じれ梁２３が曲がるときの起点が、捻じれ梁２３と可動部２２との境界である可動部２２の側面からずれるため、最大応力を低減することができる。その結果、捻じれ梁２３が破損するおそれを低減できる。
【0046】
【0047】
図８に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０では、平面視で、固定部２１の内側面２１ａの各辺から可動部２２の側に向かって突起する凸部２６を有する。凸部２６は、固定部２１と同一厚さである。凸部２６は、平面視で、例えば略直角三角形である。
【0048】
また、各々の駆動梁２４は、固定部２１の内側面２１ａと、内側面２１ａと連続する凸部２６の側面２６ａに接続されている。平面視で、各々の駆動梁２４において、凸部２６の側面２６ａに接続される部分Ｅ４の角はＲ状である。
【0049】
このように、各々の駆動梁２４が固定部２１の内側面２１ａと、内側面２１ａと連続する凸部２６の側面２６ａに接続されることにより、各々の駆動梁２４の固定部２１との接続部分の一端側が固定部２１の内側面２１ａに対してＬ２だけオフセットした構造となる。凸部２６の側面２６ａの長さが２００μｍである場合、例えば、Ｌ２は５０～１５０μｍ程度とすることができる。このようなオフセットを設けることにより、駆動梁２４が曲がるときの起点が、駆動梁２４と固定部２１との境界である固定部２１の内側面２１ａからずれるため、駆動梁２４と固定部２１との接続部分の一端側に生じる最大応力を低減することができる。その結果、駆動梁２４が破損するおそれを低減できる。
【0050】
【0051】
図９に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０では、平面視で、固定部２１の内側面２１ａの各辺から外側面の側に向かって窪む凹部２７を有する。また、各々の駆動梁２４は、固定部２１の内側面２１ａと、内側面２１ａと連続する凹部２７の内側面２７ａに接続されている。平面視で、各々の駆動梁２４において、凹部２７の内側面２７ａに接続される部分Ｅ６の角はＲ状である。
【0052】
このように、各々の駆動梁２４が固定部２１の内側面２１ａと、内側面２１ａと連続する凹部２７の内側面２７ａに接続されることにより、各々の駆動梁２４の固定部２１との接続部分の他端側が固定部２１の内側面２１ａに対してＬ３だけオフセットした構造となる。凹部２７の内側面２７ａの長さが４００μｍである場合、例えば、Ｌ３は５０～３００μｍ程度とすることができる。このようなオフセットを設けることにより、駆動梁２４が曲がるときの起点が、駆動梁２４と固定部２１との境界である固定部２１の内側面２１ａからずれるため、駆動梁２４と固定部２１との接続部分の他端側に生じる最大応力を低減することができる。その結果、駆動梁２４が破損するおそれを低減できる。
【0053】
【0054】
図１０に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０では、平面視で、駆動源２５の角Ｅ８はＲ状である。このようにすることで、電界集中により駆動源２５が破損するおそれを低減できる。
【0055】
（ＭＥＭＳデバイス２０における可動部２２の大きさ）
図１１は、ＭＥＭＳデバイス２０における共振周波数のシミュレーション結果である。図１１において、可動部大は、可動部２２の形状が比較的大きい場合であり、可動部小は、可動部２２の形状が比較的小さい場合である。図１１に示すように、可動部２２の大きさを変更することにより共振周波数を調整することができる。具体的には、可動部２２を小型化することにより、共振周波数を高くすることができる。ハーマン曲線を考慮すると、可動部２２の共振周波数は、１ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下であることが好ましく、２ｋＨｚ付近であるとより好ましい。なお、ハーマン曲線とは、音圧レベルの周波数特性であり、ヘッドフォン等の特性を調整する際の指標として用いられるものである。
図１１は、ＭＥＭＳデバイス２０における共振周波数のシミュレーション結果である。図１１において、可動部大は、可動部２２の形状が比較的大きい場合であり、可動部小は、可動部２２の形状が比較的小さい場合である。図１１に示すように、可動部２２の大きさを変更することにより共振周波数を調整することができる。具体的には、可動部２２を小型化することにより、共振周波数を高くすることができる。ハーマン曲線を考慮すると、可動部２２の共振周波数は、１ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下であることが好ましく、２ｋＨｚ付近であるとより好ましい。なお、ハーマン曲線とは、音圧レベルの周波数特性であり、ヘッドフォン等の特性を調整する際の指標として用いられるものである。
【0056】
（電気音響変換装置）
図１２は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側斜視図である。図１３は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する下面側斜視図である。図１４は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する断面図であり、図１２のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。図１５は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。図１６は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する下面側分解斜視図である。
図１２は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側斜視図である。図１３は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する下面側斜視図である。図１４は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する断面図であり、図１２のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。図１５は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。図１６は、第１実施形態に係る電気音響変換装置を例示する下面側分解斜視図である。
【0057】
図１２～図１６を参照すると、電気音響変換装置１は、基板１０と、ＭＥＭＳデバイス２０と、メンブレン３０と、振動板４０と、蓋部材５０と、メッシュ７０とを有する。電気音響変換装置１は、イヤホン又は設置型のスピーカーである。
【0058】
基板１０は、電気音響変換装置１の土台となる部材である。基板１０としては、例えば、ガラスエポキシ基板を用いることができる。基板１０として、シリコン基板やセラミック基板を用いてもよい。基板１０の厚さは、例えば、０．２ｍｍ～０．６ｍｍ程度とすることができる。基板１０は、例えば金や銅等から形成される配線層を有する。配線層は、基板１０の上面１０ａ及び／又は下面１０ｂに設けられてもよいし、基板１０の内部に設けられてもよい。すなわち、基板１０は、多層配線基板であってもよい。なお、配線層は、パッド、貫通配線、ダミー配線等を含むことができる。
【0059】
基板１０の上面１０ａには、すべての駆動源２５に供給する信号の経路となる１対の内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂが配置されている。また、基板１０の下面１０ｂには、電気音響変換装置１の外部から電気音響変換装置１に信号を供給するための１対の外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂが配置されている。
【0060】
内部接続用パッド１１ａと外部接続用パッド１２ａとは、基板１０を上面１０ａから下面１０ｂに貫通する貫通配線１３ａを介して電気的に接続されている。同様に、内部接続用パッド１１ｂと外部接続用パッド１２ｂとは、基板１０を上面１０ａから下面１０ｂに貫通する貫通配線１３ｂを介して電気的に接続されている。
【0061】
また、基板１０の下面１０ｂには、外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂの極性を示す正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂが配置されている。正極マーク１７ａは外部接続用パッド１２ａが『＋』端子であることを示し、負極マーク１７ｂは外部接続用パッド１２ｂが『－』端子であることを示している。
【0062】
また、基板１０の下面１０ｂには、貫通孔１０ｙを囲むように、メッシュ７０の位置合わせ用マーク１８が配置されている。例えば、メッシュ７０が円形であれば、位置合わせ用マーク１８は円環状とすることができる。この場合、円環の内径をメッシュ７０の直径と同程度とすることで、メッシュ７０の位置合わせが可能となる。
【0063】
正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂ並びに位置合わせ用マーク１８は、例えば、外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂと同様の金属材料から形成することができる。正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂ並びに位置合わせ用マーク１８の厚さは、例えば、外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂと同一とすることができる。なお、正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂ並びに位置合わせ用マーク１８は、電気的に未接続（フローティング）であってよい。
【0064】
外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂ、正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂ、並びに位置合わせ用マーク１８は、基板１０の下面１０ｂに対して凸となっている。基板１０の下面１０ｂにおいて、外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂ、正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂ、並びに位置合わせ用マーク１８が設けられていない領域に、印刷等により樹脂膜を配置してもよい。樹脂膜としては、例えば、ポリイミド膜が挙げられる。
【0065】
樹脂膜の厚さを、外部接続用パッド１２ａ及び１２ｂ、正極マーク１７ａ及び負極マーク１７ｂ、並びに位置合わせ用マーク１８の厚さと同一とすることにより、基板１０の下面１０ｂ側を平坦化することができる。これにより、基板１０の下面１０ｂ側を下側として電気音響変換装置１を所定の平面に配置したときに、所定の平面に対して電気音響変換装置１が傾くことを防止できる。
【0066】
基板１０の１対の内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂは、導電性接合材を介して、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の下面に配置される１対の導通用パッド２８ａ及び２８ｂと電気的に接続される。
【0067】
基板１０は、枠状の上面１０ａと、下面１０ｂと、上面１０ａ側から下面１０ｂ側に窪むキャビティ部１０ｘとを有する。ＭＥＭＳデバイス２０は、駆動電圧を加えると、可動部２２が基板１０側に変位する。このとき、基板１０にキャビティ部１０ｘが設けられていなく基板１０の上面が平坦であると、可動部２２が基板１０と接触するおそれがある。基板１０にキャビティ部１０ｘが設けられることで、このような懸念が解消される。基板１０の上面１０ａからキャビティ部１０ｘの底面までの深さは、可動部２２の最大変位を考慮して決定されるが、例えば、０．１ｍｍ～０．４ｍｍ程度とすることができる。
【0068】
キャビティ部１０ｘは、板状の基板の外周部に枠状の基板を接合して形成してもよいし、板状の１枚の基板の中央側に機械加工により掘り込みを設けることで形成してもよい。すなわち、基板１０は、複数の基板を接合して形成してもよいし、１枚の基板を機械加工して形成してもよい。
【0069】
なお、基板１０にキャビティ部１０ｘの代わりに貫通孔を設ける構造も考えられるが、電気音響変換装置１全体の剛性が確保できないため、基板１０にキャビティ部１０ｘを設ける構造の方が有利である。
【0070】
また、基板１０にキャビティ部１０ｘを設けることにより、電気音響変換装置１のバックボリュームを形成することができる。これにより、共振周波数での尖鋭度低減の効果を奏する。
【0071】
また、基板１０には、貫通孔１０ｙが設けられていることが好ましい。貫通孔１０ｙは、例えば、平面視でキャビティ部１０ｘの中央部に設けることができる。貫通孔１０ｙは、基板１０の内側への空気の入出経路となる。すなわち、貫通孔１０ｙを設けることにより、貫通孔１０ｙを介して空気が出入りできるため、ＭＥＭＳデバイス２０の可動部２２が可動する際の空気抵抗を低減することができる。その結果、可動部２２が可動しやすくなり、可動部２２の変位量を大きくすることができる。
【0072】
ＭＥＭＳデバイス２０は、駆動源２５を基板１０側に向けて、基板１０上に配置される。ＭＥＭＳデバイス２０において、例えば、固定部２１の下面は、接着層を介して、基板１０の上面１０ａと接合することができる。接着層は、例えば、熱硬化性の接着剤から形成することができる。熱硬化性の接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤等が挙げられる。接着層は、両面テープや紫外線硬化性の接着剤から形成してもよい。
【0073】
固定部２１の外側面は、電気音響変換装置１の外部に露出している。すなわち、電気音響変換装置１において、固定部２１の外側面の外側には、他の部材は配置されない。平面視で、可動部２２、捻じれ梁２３、駆動梁２４、及び駆動源２５は、キャビティ部１０ｘと重なる位置にある。
【0074】
このように、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の下面と基板１０の上面１０ａとを直接接合することにより、接合用のフレーム等の他の部材が不要となり、また固定部２１の外側面の外側には部材が配置されない。そのため、電気音響変換装置１を小型化することができる。
【0075】
メンブレン３０は、可撓性を有する膜状部材であり、ＭＥＭＳデバイス２０上に配置される。メンブレン３０は、例えば、平面視で矩形である。しかし、これに限定されない。メンブレン３０は、平面視で、円形、楕円形、三角形、五角形以上の多角形等の他の形状であってもよい。
【0076】
メンブレン３０は、枠部３１と、枠部３１の内縁よりも内側に位置する中央部３２と、枠部３１の内縁と中央部３２の外縁とを接続する接続部３３とを有する。メンブレン３０において、枠部３１の上面と中央部３２の上面は、例えば、同一平面上に位置し、枠部３１の下面と中央部３２の下面は、例えば、同一平面上に位置している。接続部３３は、枠部３１及び中央部３２の上面よりも蓋部材５０の方向に突起し、中央部３２の上面と垂直な方向に切った断面視で、接続部３３の上面及び下面は、同一方向に湾曲する形状である。
【0077】
枠部３１の上面及び下面が中央部３２の上面及び下面と同一平面上にない構造としてもよい。例えば、意図的にメンブレン３０の成形条件を変更すること等により枠部３１に対して中央部３２の高さをずらす構造とすることができる。枠部３１の上面と中央部３２の上面との距離は、例えば、２０～１００μｍ程度とすることができる。また、枠部３１の下面と中央部３２の下面との距離は、例えば、２０～１００μｍ程度とすることができる。
【0078】
接続部３３は、環状に延びる方向に対して略垂直な方向に所定間隔で配置された複数のスリット３４を有する。このような構造により、メンブレン３０が振動する際、可動部２２の変位に伴う中央部３２の変位が、固定部２１に固定された枠部３１からの張力で抑制されにくくなる。
【0079】
メンブレン３０の厚さは、例えば、５～５０μｍ程度とすることができる。メンブレン３０は、例えば、エラストマーや樹脂から構成することができる。エラストマーとしては、例えは、ＴＰＥＥ（ポリエステル系エラストマー）やＴＰＵ（ポリウレタン系エラストマー）等が挙げられる。樹脂としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＩ（ポリイミド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が挙げられる。メンブレン３０は、薄い金属から形成してもよい。
【0080】
枠部３１と、中央部３２と、接続部３３とは、構成の簡素化や加工の容易性等の観点から、一体構造であることが好ましいが、異なる部材を接合した構造であってもよい。枠部３１、中央部３２、及び接続部３３が一体構造である場合、例えば、金型を用いて樹脂フィルムを加熱及び加圧することにより、メンブレン３０を成形することができる。
【0081】
メンブレン３０において、枠部３１の下面は、例えば、接着層を介して、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の上面と接合することができる。また、中央部３２の下面は、例えば、接着層を介して、ＭＥＭＳデバイス２０の可動部２２の上面と接合することができる。接着層は、例えば、熱硬化性の接着剤から形成することができる。熱硬化性の接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤等が挙げられる。接着層は、両面テープや紫外線硬化性の接着剤から形成してもよい。平面視で、メンブレン３０の中央部３２及び接続部３３は、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の内側、かつ基板１０のキャビティ部１０ｘと重なる位置にある。
【0082】
このように、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の上面にメンブレン３０を固定する構造により、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の外側にメンブレン３０を固定するためのフレームを設けることが不要となる。これにより、ＭＥＭＳデバイス２０の形状を、電気音響変換装置１の外形制約と同程度まで最大化できるため、駆動源２５の面積も大きくなり、可動部２２を高トルクかつ大きな変位で可動させることができる。その結果、電気音響変換装置１において高音圧を得ることができる。また、フレームが不要となることで、部品点数が減らせるため、工数低減によるタクトタイムの短縮が可能となる。また、製造用設備の費用も抑えることができる。
【0083】
メンブレン３０の中央部３２は、ＭＥＭＳデバイス２０の可動部２２の振動に応じて振動する。これにより、ＭＥＭＳデバイス２０の可動部２２の振動に応じた、可聴域の振動数を有する音波が生成される。
【0084】
図１２～図１６の例では、メンブレン３０の中央部３２の上面に振動板４０が固定されている。メンブレン３０単体には柔らかい物性が要求されるが、音圧を高めるには硬い領域を設けることが好ましい。メンブレン３０の中央部３２上に振動板４０が配置されることにより、中央部３２は硬い領域となるため、音圧を高めることができる。
【0085】
振動板４０の材料としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の樹脂を用いることができる。振動板４０の材料として、アルミニウム等の金属やカーボン等を用いてもよい。振動板４０は、例えば、粘着剤や両面テープ等を介して、メンブレン３０の中央部３２の上面に固定することができる。振動板４０の厚さは、例えば、２５～１００μｍ程度とすることができる。なお、振動板４０は、メンブレン３０の中央部３２の下面に配置されてもよい。
【0086】
蓋部材５０は、必要に応じ、メンブレン３０上に配置される。蓋部材５０を設けることにより、メンブレン３０を保護すると共に、電気音響変換装置１全体の剛性を高めることができる。また、電気音響変換装置１を他の部材に取り付ける際に、蓋部材５０を取り付け基準として用いることができる。
【0087】
蓋部材５０は、下面側にキャビティ部５０ｘを有する。蓋部材５０のキャビティ部５０ｘの外側に位置する外周領域は枠状の厚板部であり、キャビティ部５０ｘは厚板部の内側に配置される薄板部である。蓋部材５０の厚板部の下面は、例えば、接着層を介して、メンブレン３０の枠部３１の上面に接合することができる。接着層は、例えば、熱硬化性の接着剤から形成することができる。熱硬化性の接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤等が挙げられる。接着層は、両面テープや紫外線硬化性の接着剤から形成してもよい。キャビティ部５０ｘは、１又は複数の開口部５０ｙを備えおり、開口部５０ｙを介して音波が出力される。
【0088】
電気音響変換装置１は、蓋部材５０を有することにより、薄型ながら剛性を確保することができる。蓋部材５０の厚さは、例えば、キャビティ部５０ｘの外側に位置する外周領域で０．３ｍｍ程度、キャビティ部５０ｘの部分で０．１ｍｍ程度とすることができる。
【0089】
蓋部材５０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）やアルミニウム等の金属を用いることができる。蓋部材５０の材料として、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂を用いてもよい。薄型化しつつ剛性を確保する観点からは、蓋部材５０の材料として金属を用いると好ましい。
【0090】
メッシュ７０は、必要に応じ、基板１０の下面１０ｂ側に配置される。メッシュ７０は、多数の小さな開口を有する。メッシュ７０の材料としては、ポリエステル等の樹脂を用いることができる。メッシュ７０は、中央に開口を有する接着層６０を介して、基板１０の貫通孔１０ｙを塞ぐように基板１０の下面１０ｂと接合することができる。接着層６０は、例えば、両面テープである。
【0091】
メッシュ７０を設け、メッシュ７０の開口率を調整することで、電気音響変換装置１の共振周波数のＱ値を下げることができるため、フラットに近い周波数特性を実現できる。また、メッシュ７０を設けることにより、貫通孔１０ｙを介しての空気が出入りを維持しつつ、電気音響変換装置１の内部に塵埃や水などの異物が入り込むおそれを低減できる。
【0092】
図１７及び図１８は、第１実施形態に係る電気音響変換装置の製造方法について説明する図である。なお、図１７及び図１８において、太い矢印は工程の流れを示し、細い矢印は部品の供給を示す。また、説明の便宜上、図１７では各部材を下側から視た状態を示し、図１８では各部材を上側から視た状態を示している。また、便宜上、接着層２００及び２１０をドットパターンで示している。
【0093】
まず、図１７の左端に示すように、キャビティ部５０ｘ及び開口部５０ｙを有する蓋部材５０を準備する。次に、図１７の中央に示すように、蓋部材５０のキャビティ部５０ｘの外周側を囲む下面全体に、接着層２００を環状に配置する。接着層２００は、例えば、エポキシ系接着剤から形成することができる。次に、枠部３１と、中央部３２と、接続部３３とを含むメンブレン３０を準備し、図１７の右端に示すように、接着層２００を介してメンブレン３０の枠部３１の上面を蓋部材５０の厚板部の下面に接合する。なお、蓋部材５０と接合する前に、メンブレン３０の中央部３２に接着等により予め振動板４０を配置しておく。
【0094】
次に、図１８の左端に示すように、基板１０及びＭＥＭＳデバイス２０を準備し、基板１０上にＭＥＭＳデバイス２０を接合する。次に、図１８の中央に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の上面に、接着層２１０を環状に配置する。接着層２１０は、例えば、エポキシ系接着剤から形成することができる。そして、図１８の右端に示すように、図１７で作製したメンブレン３０と蓋部材５０とのアッセンブリーを、接着層２１０を介してＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の上面に接合する。その後、基板１０の貫通孔１０ｙを塞ぐように、接着層６０を介してメッシュ７０を固定することにより、電気音響変換装置１が完成する。なお、メッシュ７０は、予め基板１０に固定しておいてもよい。
【0095】
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、ＭＥＭＳデバイスにおいて、捻じれ梁と可動部及び駆動梁との接続位置が異なる例を示す。
第２実施形態では、ＭＥＭＳデバイスにおいて、捻じれ梁と可動部及び駆動梁との接続位置が異なる例を示す。
【0096】
図１９は、第２実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例示する上面図である。図１９に示すＭＥＭＳデバイス２０Ａは、捻じれ梁２３と可動部２２及び駆動梁２４との接続位置がＭＥＭＳデバイス２０（図３等参照）と相違する。ＭＥＭＳデバイス２０Ａでは、ＭＥＭＳデバイス２０と同様に、平面視で、各々の駆動梁２４は、固定部２１の内縁と接続される第１辺２４ａに対して平行な方向の幅が、第１辺２４ａに向かって徐々に広くなる領域を有する。
【0097】
図３に示すＭＥＭＳデバイス２０では、平面視で、第２領域２４２を構成する台形の上底が捻じれ梁２３と接続されるが、図１９に示すＭＥＭＳデバイス２０Ａでは、第２領域２４２を構成する台形の可動部２２に近い側の脚が捻じれ梁２３と接続されている。また、第１領域２４１を構成する台形の下底が第１辺２４ａと一致している。ＭＥＭＳデバイス２０Ａにおいて、第１領域２４１を構成する台形の上底が第２領域２４２を構成する台形の下底と一致してもよい。
【0098】
図２０は、ＭＥＭＳデバイス２０ＡとＭＥＭＳデバイス２０との比較結果を示す図であり、両者の可動部２２の変位量と２０Ｈｚでの音圧レベルＳＰＬをシミュレーションにより求めたものである。図２０に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０ＡとＭＥＭＳデバイス２０の特性に大きな差はなく、いずれもＭＥＭＳスピーカーとして十分に機能し得るが、変位量も音圧レベルもＭＥＭＳデバイス２０の方が僅かに勝っている。
【0099】
〈第３実施形態〉
第３実施形態では、電気音響変換装置に、形状の異なるメンブレンを採用する例を示す。
第３実施形態では、電気音響変換装置に、形状の異なるメンブレンを採用する例を示す。
【0100】
図２１は、第３実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。図２１を参照すると、電気音響変換装置１Ａは、メンブレン３０がメンブレン３０Ａに置換された点が、電気音響変換装置１（図１５等参照）と相違する。
【0101】
メンブレン３０Ａは、内縁が円形の枠部３１と、枠部３１の内縁よりも内側に位置する円形の中央部３２Ａと、枠部３１の内縁と中央部３２Ａの外縁とを接続する接続部３３とを有する。中央部３２Ａの下面は、可動部２２の上面と接続される。中央部３２Ａの上面には、振動板４０が配置されている。振動板４０の形状も、中央部３２Ａの形状に対応して円形である。
【0102】
メンブレン３０Ａにおいて、枠部３１の上面と中央部３２Ａの上面は、例えば、同一平面上に位置し、枠部３１の下面と中央部３２Ａの下面は、例えば、同一平面上に位置している。接続部３３は、中央部３２Ａの上面よりも突起し、中央部３２Ａの上面と垂直な方向に切った断面視で、接続部３３の上面及び下面は、同一方向に湾曲する形状である。接続部３３は、環状に延びる方向に対して略垂直な方向に所定間隔で配置された複数のスリット３４を有し、平面視で、各々のスリット３４の長手方向は、中央部３２Ａの中心方向を向く。平面視で、各々のスリット３４の長手方向は、枠部３１の円形の内縁に対して接線方向を向いてもよい。枠部３１と、中央部３２Ａと、接続部３３とは、例えば、一体構造である。なお、メンブレン３０の場合と同様に、枠部３１の上面及び下面が中央部３２Ａの上面及び下面と同一平面上にない構造としてもよい。
【0103】
図２２は、ＭＥＭＳデバイス及びメンブレンにおける共振周波数のシミュレーション結果である。図２２の構造の欄において、ＭＥＭＳデバイス２０の図示は省略されているが、ＭＥＭＳデバイス及び振動板を備えたメンブレンの共振周波数のシミュレーションである。メンブレン３０とメンブレン３０Ａの材料や厚さは同一である。また、各々の振動板４０の材料や厚さは等しく、また矢印部の長さは等しい。
【0104】
図２２に示すように、メンブレン３０Ａは、メンブレン３０よりも共振周波数が高い。すなわち、中央部と振動板が矩形の場合に比べて、円形の方が軽量になるため、駆動しやすく、共振周波数が高くなる。また、中央部と振動板が円形の場合は、歪みが少なく、ねじり方向の不要共振が出にくい点でも好ましい。
【0105】
このように、メンブレン３０の中央部３２Ａ及び振動板４０を円形にすると共振周波数が高くなる。また、前述のように、可動部２２を軽量化すると共振周波数が高くなる。さらに、図２３に示すように、捻じれ梁２３及び駆動梁２４の厚さによっても共振周波数が変化する。図２３は、捻じれ梁及び駆動梁の厚さを変えたときの共振周波数のシミュレーション結果である。なお、駆動源２５を構成する圧電膜の厚さ及び圧電膜の層数は同一とした。
【0106】
図２３に示すように、メンブレンの中央部及び振動板を円形とし、さらに捻じれ梁２３及び駆動梁２４の厚さを厚くすることにより、共振周波数を高くできることがわかる。例えば、捻じれ梁２３及び駆動梁２４の厚さを２５μｍ以上３５μｍ以下とすることにより、共振周波数を１．５ｋＨｚ～２．５ｋＨｚ程度に調整できる。これは、前述のとおり、ハーマン曲線を考慮した場合の好適な共振周波数に相当する。また、捻じれ梁２３及び駆動梁２４の厚さを厚くするほど、高いトルクを得ることができる。
【0107】
〈第４実施形態〉
第４実施形態では、ＭＥＭＳデバイスに、高さ合わせや位置合わせのためのパッドを配置する例を示す。
第４実施形態では、ＭＥＭＳデバイスに、高さ合わせや位置合わせのためのパッドを配置する例を示す。
【0108】
図２４は、第４実施形態に係る電気音響変換装置を例示する上面側分解斜視図である。図２５は、第４実施形態に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。図２４及び図２５を参照すると、電気音響変換装置１Ｂは、基板１０に高さ合わせ用パッド１４が追加された点が、電気音響変換装置１（図１５等参照）と相違する。
【0109】
電気音響変換装置１Ｂでは、基板１０の上面１０ａの、平面視でＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１と重なる領域に、ＭＥＭＳデバイス２０の駆動源２５に供給する信号の経路となる１対の内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂと、高さ合わせ用パッド１４とが配置されている。高さ合わせ用パッド１４は、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂとは離隔して配置されている。高さ合わせ用パッド１４はダミーパッドであるため、電気的に未接続（フローティング）であってよい。
【0110】
電気音響変換装置１Ｂでは、基板１０の上面１０ａに、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ並びに高さ合わせ用パッド１４を挟んで、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の下面が接合されている。
【0111】
高さ合わせ用パッド１４は、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂと、基板１０の上面１０ａからの高さが等しい。内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ、並びに高さ合わせ用パッド１４の基板１０の上面１０ａからの高さ（すなわち、厚さ）は、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下程度とすることができる。高さ合わせ用パッド１４は、基板１０上に配置するＭＥＭＳデバイス２０の、基板１０の上面１０ａに対する傾きを低減するために設けられる。
【0112】
本実施形態では、平面視で、基板１０は、対向する第１辺１０１及び第２辺１０２と、対向する第３辺１０３及び第４辺１０４とを有する矩形である。そして、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂは、第１辺１０１に沿って配置されている。
【0113】
この場合、高さ合わせ用パッド１４は、少なくとも第２辺１０２に沿って配置する必要がある。ＭＥＭＳデバイス２０の傾きをより確実に低減するためには、図２５に示すように、高さ合わせ用パッド１４は、第２辺１０２、第３辺１０３、及び第４辺１０４に沿って１つずつ配置されていることが好ましい。３つの高さ合わせ用パッド１４は、例えば、第２辺１０２、第３辺１０３、及び第４辺１０４のそれぞれの中央付近に配置することができる。
【0114】
【0115】
図２６及び図２７に示すように、基板１０上にＭＥＭＳデバイス２０を配置するには、まず、図２６及び図２７の矢印の根元側に示すように、基板１０を準備する。そして、矢印に沿って次に、基板１０の上面１０ａに、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂを露出し、かつ各々の高さ合わせ用パッド１４を被覆するように、環状に接着層２１０を配置する。また、接着層２１０から露出する内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ上に、導電性接合材３１０を配置する。導電性接合材３１０は、例えば、導電性ペースト剤（例えば、銀ペースト剤）やはんだ等である。
【0116】
そして、矢印に沿って次に、吸着治具４００にＭＥＭＳデバイス２０を吸着し、基板１０上に移動させて位置合わせをする。そして、矢印に沿って次に、吸着治具４００を下降させて基板１０上にＭＥＭＳデバイス２０を配置して押圧し、その後、吸着を解除して吸着治具４００をＭＥＭＳデバイス２０上から移動させる。このとき、ＭＥＭＳデバイス２０は、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ並びに各々の高さ合わせ用パッド１４に支持されるため、基板１０の上面１０ａに対して、ほとんど傾くことなくＭＥＭＳデバイス２０を固定することができる。
【0117】
すなわち、基板１０とＭＥＭＳデバイス２０との平行性を保ち、かつ基板１０とＭＥＭＳデバイス２０との電気的導通及び接着層２１０による封止を確実に行うことができる。また、基板１０とＭＥＭＳデバイス２０と接着層２１０により、設計通りの空間領域を確保することができる。
【0118】
このように、高さ合わせ用パッド１４を配置することにより、ＭＥＭＳデバイス２０と周辺部品との組み付け精度を向上することができる。
【0119】
なお、高さ合わせ用パッド１４を設ける代わりに、内部接続用パッドの個数を増やし、内部接続用パッドを、例えば、第１辺１０１に加え、他の辺にも配置する設計も考えられる。しかし、この場合は、内部接続用パッドに接続する貫通配線等も各辺に沿って配置する必要があるため、基板１０が大型化するため好ましくない。また、内部接続用パッドの個数が増えると、導電性接合材を用いて接合する箇所が増えるため、接続信頼性の低下が懸念される。本実施形態のように、内部接続用パッドは１対のみとし、内部接続用パッドとは別に高さ合わせ用パッドを設けることで、これらの懸念が解消する。
【0120】
図２８は、第４実施形態の変形例１に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。図２８では、基板１０の上面１０ａに２つの高さ合わせ用パッド１４ａが配置されている。具体的には、高さ合わせ用パッド１４ａは、第２辺１０２と第３辺１０３とを接続する角部、及び第２辺１０２と第４辺１０４とを接続する角部に沿って１つずつ配置されている。
【0121】
図２８の場合も、基板１０上にＭＥＭＳデバイス２０を配置する際に、ＭＥＭＳデバイス２０が内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ並びに各々の高さ合わせ用パッド１４ａに支持される。そのため、基板１０の上面１０ａに対して、ほとんど傾くことなくＭＥＭＳデバイス２０を固定することができる。
【0122】
図２９は、第４実施形態の変形例２に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。図２９では、基板１０の上面１０ａに１つの高さ合わせ用パッド１４ｂが配置されている。具体的には、高さ合わせ用パッド１４ｂは、第２辺１０２に沿って配置され、さらに第２辺１０２と第３辺１０３とを接続する角部、及び第２辺１０２と第４辺１０４とを接続する角部に延伸するように１つ配置されている。
【0123】
図２９の場合も、基板１０上にＭＥＭＳデバイス２０を配置する際に、ＭＥＭＳデバイス２０が内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ並びに高さ合わせ用パッド１４ｂに支持される。そのため、基板１０の上面１０ａに対して、ほとんど傾くことなくＭＥＭＳデバイス２０を固定することができる。
【0124】
図３０は、第４実施形態の変形例３に係る電気音響変換装置を構成する基板を例示する上面図である。図３０では、基板１０の上面１０ａに３つの高さ合わせ用パッド１４とは別に、さらに第１位置合わせ用パッド１５及び第２位置合わせ用パッド１６が配置されている。
【0125】
具体的には、第１位置合わせ用パッド１５は、基板１０の上面１０ａの、平面視でＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の外側に位置する領域に複数個配置されている。図３０の例では、第１位置合わせ用パッド１５は、基板１０の各々の辺の両端部に沿って１個ずつ配置されており、合計で８個配置されている。
【0126】
第２位置合わせ用パッド１６は、基板１０の上面１０ａの、平面視でＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の外側に位置する領域に複数個配置されている。図３０の例では、第２位置合わせ用パッド１６は、基板１０の対向する１組の辺に沿って１つずつ配置されており、合計で２個配置されている。第２位置合わせ用パッド１６は、例えば、平面視で、基板１０の同じ辺に互いに対向するように配置された２つの第１位置合わせ用パッド１５に挟まれる位置に配置することができる。
【0127】
第１位置合わせ用パッド１５及び／又は第２位置合わせ用パッド１６は、図２６及び図２７において、基板１０上に接着層２１０やＭＥＭＳデバイス２０を配置する際の位置合わせに利用することができる。具体的には、第１位置合わせ用パッド１５は、例えば、吸着治具４００等の装置を用いて基板１０上にＭＥＭＳデバイス２０を配置する際の位置合わせに利用することができる。また、第２位置合わせ用パッド１６は、例えば、ロボット等の装置で基板１０上に接着層２１０を配置する際の認識マークとして利用することができる。
【0128】
【0129】
図３１に示すように、第１位置合わせ用パッド１５を位置合わせに利用する場合は、平面視で、各々の第１位置合わせ用パッド１５の基板１０の中心側を向く辺と、ＭＥＭＳデバイス２０の外縁とが一致するように配置する。これにより、ＭＥＭＳデバイス２０と基板１０とを位置合わせすることができる。
【0130】
第２位置合わせ用パッド１６を位置合わせに利用する場合は、２つの第２位置合わせ用パッド１６を認識マークとして認識することで、ＭＥＭＳデバイス２０と基板１０とを位置合わせすることができる。また、２つの第２位置合わせ用パッド１６を認識マークとして認識することで、接着層２１０と基板１０とを位置合わせすることができる。
【0131】
なお、第１位置合わせ用パッド１５及び第２位置合わせ用パッド１６は、基板１０上に両方設けてもよいが、用いる装置の仕様に適したいずれか一方のみを設けてもよい。例えば、装置を選択することにより、第２位置合わせ用パッド１６のみを用いて、基板１０上への接着層２１０の位置合わせと、ＭＥＭＳデバイス２０の位置合わせの両方を行うことが可能となる。
【0132】
このように、第１位置合わせ用パッド１５及び／又は第２位置合わせ用パッド１６を配置することにより、ＭＥＭＳデバイス２０と周辺部品との組み付け精度を向上することができる。
【0133】
〈第５実施形態〉
第５実施形態では、ＭＥＭＳデバイスに配置する配線の引き回しの例を示す。
第５実施形態では、ＭＥＭＳデバイスに配置する配線の引き回しの例を示す。
【0134】
図３２は、第５実施形態に係るＭＥＭＳデバイスにおける配線を例示する下面図である。図３２を参照すると、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂは、１対の導通用パッド２８ａ及び２８ｂと、第１配線４１と、第２配線４２とを有している。
【0135】
導通用パッド２８ａ及び２８ｂ、第１配線４１、並びに第２配線４２は、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの駆動源２５に供給する信号の経路となる。導通用パッド２８ａ及び２８ｂ、第１配線４１、並びに第２配線４２は、例えば、固定部２１の下面に配置することができる。第１配線４１及び第２配線４２は、固定部２１の下面から、駆動梁２４、捻じれ梁２３、及び可動部２２の下面に延伸してもよい。
【0136】
導通用パッド２８ａ及び２８ｂ、第１配線４１、第２配線４２は、例えば、金から形成することができる。導通用パッド２８ａ及び２８ｂ、第１配線４１、第２配線４２の厚さは、例えば、０．０５μｍ以上１．００μｍ以下程度とすることができる。
【0137】
第１配線４１は、１対の導通用パッドの一方である導通用パッド２８ａと各々の駆動源２５の電極の一方とを電気的に接続する。第２配線４２は、１対の導通用パッドの他方である導通用パッド２８ｂと各々の駆動源２５の電極の他方とを電気的に接続する。
【0138】
具体的には、各々の駆動源２５が上部電極及び下部電極を有し、中間電極を有しない場合は、例えば、第１配線４１が下部電極と接続され、第２配線４２が上部電極と接続される。あるいは、第１配線４１が上部電極と接続され、第２配線４２が下部電極と接続されてもよい。
【0139】
各々の駆動源２５が上部電極、下部電極、及び中間電極を有する場合は、第１配線４１が上部電極及び下部電極と接続され、第２配線４２が中間電極と接続される。あるいは、第１配線４１が中間電極と接続され、第２配線４２が上部電極及び下部電極と接続されてもよい。
【0140】
第１配線４１は、導通用パッド２８ａから出て、平面視で複数の駆動源２５を囲むように環状に配置され、導通用パッド２８ａに戻る環状配線４１ａと、環状配線４１ａから分岐して各々の駆動源２５に接続される分岐配線４１ｂとを含む。第２配線４２は、平面視で、環状配線４１ａよりも内側に配置される。
【0141】
図３２の例では、第２配線４２は、導通用パッド２８ｂから出て、各々の駆動源２５を経由し、導通用パッド２８ｂに戻る。例えば、第２配線４２は、隣接する駆動源２５同士を直接接続する部分４２ａを４か所含む。各々の部分４２ａは、隣接する分岐配線４１ｂを接続する環状配線４１ａの一部に沿って配置される。このような配置により、第２配線４２を導通用パッド２８ｂから出て、各々の駆動源２５を経由し、導通用パッド２８ｂに戻すことが容易となる。
【0142】
このように、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂでは、第１配線４１が環状配線４１ａと、分岐配線４１ｂとを含む。また、第２配線４２が導通用パッド２８ｂから出て、各々の駆動源２５を経由し、導通用パッド２８ｂに戻る。このような配線により、導通用パッド２８ａ及び２８ｂと各々の駆動源２５とを接続する第１配線４１及び第２配線４２の経路を短くできる。
【0143】
そのため、導通用パッド２８ａ及び２８ｂに近い駆動源２５に入力される信号に対する、導通用パッド２８ａ及び２８ｂから遠い駆動源２５に入力される信号の遅延を抑制することができる。すなわち、導通用パッド２８ａ及び２８ｂに近い駆動源２５と、導通用パッド２８ａ及び２８ｂから遠い駆動源２５に、位相差の小さい信号を入力することができる。その結果、可動部２２の変位量を大きくすることができる。
【0144】
また、各々の駆動源２５に入力される信号の位相がずれると、各々の駆動源２５が可動部２２の変位を打ち消す方向に駆動することもあり得る。しかし、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂでは各々の駆動源２５に位相差の小さい信号が入力され、可動部２２の変位を打ち消しにくいため、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの周波数特性を向上することができる。この効果は、特に、信号の周波数が高い場合に顕著である。
【0145】
なお、第１配線４１は外部回路のグランド配線と接続される配線であり、第２配線４２は外部回路の信号配線と接続される配線であることが好ましい。この場合、信号配線と接続される第２配線４２が、グランド配線と接続される第１配線４１に囲まれるため、第２配線４２にノイズが重畳されるおそれを低減できる。
【0146】
また、図３２の例では、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの小型化や、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂと基板１０との接続信頼性の向上が可能となる。これに関し、以下に具体的に説明する。
【0147】
基板１０への接着範囲の確保、第１配線４１及び第２配線４２を配置する範囲の確保、基板１０の内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂと接続するために使用する導電性接合材を配置する範囲の確保等の理由により、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの固定部２１には一定の幅が必要となる。仮に、固定部２１の幅を左右対称にすると、固定部２１の左右方向の寸法が大きくなってしまう。また、固定部２１の幅を上下左右対称にすると、固定部２１の上下左右方向の外形形状が大きくなってしまう。
【0148】
そこで、図３２に示すように、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂでは、第１辺２０１に沿う部分の幅を他の３辺に沿う部分の幅よりも広くし、固定部２１の外縁の中心と可動部２２の中心とが一致しない形状としている。例えば、第１辺２０１に沿う部分の幅は０．９ｍｍ、他の３辺に沿う部分の幅は０．５ｍｍとすることができる。そして、広くした第１辺２０１に沿う部分に、複数の駆動源２５に対して１対の導通用パッド２８ａ及び２８ｂのみを配置している。このような構造により、第１辺２０１以外の他の３辺に沿う部分の幅を狭くできるため、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの小型化が可能となる。
【0149】
すなわち、駆動源２５毎に１対の導通用パッドを配置する形態も考えられるが、駆動源２５が４個あれば８個の導通用パッドが必要となるため、導通用パッドを配置するスペースを確保するために、ＭＥＭＳデバイスが大型化してしまう。ＭＥＭＳデバイス２０Ｂでは、１対の導通用パッド２８ａ及び２８ｂのみを有することにより、小型化することができる。
【0150】
また、導通用パッド２８ａ及び２８ｂは、導電性接合材を介して、基板１０の内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂと接続されるが、接続するパッドの数が少ないことで、高い接続信頼性を得ることができる。また、導通用パッド２８ａ及び２８ｂと基板１０のパッドとの接続が容易となるため、コスト削減にもつながる。
【0151】
なお、図２５等に示す様に、基板１０もＭＥＭＳデバイス２０Ｂと同様に、１辺に沿う部分の幅を他の３辺に沿う部分の幅よりも広くし、基板１０の外縁の中心と貫通孔１０ｙの中心とが一致しない形状とすることができる。そして、広くした部分に、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ並びに貫通配線１３ａ及び１３ｂを配置することができる。このような構造により、内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂ並びに貫通配線１３ａ及び１３ｂを配置した部分以外の他の３辺に沿う部分の幅を狭くできるため、基板１０の小型化が可能となる。また、基板１０及びＭＥＭＳデバイス２０Ｂを小型化することにより、電気音響変換装置全体の小型化が可能となる。
【0152】
図３３は、ＭＥＭＳデバイスの可動部を可動させたときの応力分布のシミュレーション結果である。なお、図３３の下部は、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの下面全体を示し、上部は下部の破線の内側の拡大図である。また、拡大図では、導通用パッド２８ａと第１配線４１及び第２配線４２の一部とを図示している。
【0153】
図３３に示すように、固定部２１の内縁近傍には大きな応力がかかる領域が存在する。そのため、第１配線４１及び第２配線４２は、大きな応力がかかる領域を回避するように配置することが好ましい。これにより、ＭＥＭＳデバイス２０Ｂの可動部２２を可動させたときに、第１配線４１及び／又は第２配線４２が断線するおそれを低減できる。
【0154】
図３４は、第５実施形態の変形例１に係るＭＥＭＳデバイスにおける配線を例示する下面図である。図３４を参照すると、ＭＥＭＳデバイス２０Ｃは、第２配線４２の配置が図３２に示すＭＥＭＳデバイス２０Ｂと異なる。
【0155】
具体的には、図３４の例では、第２配線４２の一部は、可動部２２及び複数の捻じれ梁２３の下面に配置される。このような配置により、導通用パッド２８ｂと各々の駆動源２５とを接続する第２配線４２の経路を短くできる。また、導通用パッド２８ａと各々の駆動源２５とを接続する第１配線４１の経路は図３２と同様に短い。そのため、導通用パッド２８ａ及び２８ｂに近い駆動源２５に入力される信号に対する、導通用パッド２８ａ及び２８ｂから遠い駆動源２５に入力される信号の遅延を抑制することができる。その結果、図３２の場合と同様に、可動部２２の変位量を大きくすることができると共に、ＭＥＭＳデバイス２０Ｃの周波数特性を向上することができる。
【0156】
〈第６実施形態〉
第６実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの可動部の変位の検査を容易化する例を示す。
第６実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの可動部の変位の検査を容易化する例を示す。
【0157】
【0158】
金属膜４３の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。金属膜４３の厚さは、例えば、０．０２μｍ以上１．００μｍ以下程度とすることができる。金属膜４３は、例えば、スパッタ法により成膜することができる。金属膜４３の可視光線反射率は、８０％以上である。
【0159】
なお、製造工程を簡素化する観点から、金属膜４３は、第１配線４１及び第２配線４２に含まれる材料と同じ材料により形成されていることが好ましい。例えば、第１配線４１や第２配線４２が金を含む場合は、金属膜４３も金を用いて形成することが好ましい。あるいは、金属膜４３は、駆動源２５を構成する電極に含まれる材料と同じ材料により形成されてもよい。例えば、駆動源２５を構成する電極が白金を含む場合は、金属膜４３も白金を用いて形成することが好ましい。
【0160】
図３６は、ＭＥＭＳデバイス２０Ｄを用いた電気音響変換装置１Ｃの下面図である。前述のように、基板１０は、基板１０の内側への空気の入出経路となる貫通孔１０ｙを備えている。そして、平面視で、金属膜４３は、貫通孔１０ｙと重なる位置にある。そのため、電気音響変換装置１Ｃの外部から金属膜４３に光を照射し、金属膜４３からの反射光を電気音響変換装置１Ｃの外部で受光することができる。
【0161】
この構成により、ＭＥＭＳデバイス２０Ｄを基板１０等に組み込んだ後でも、光学式変位計を用いて、可動部２２の変位の測定が可能となる。もちろん、ＭＥＭＳデバイス２０Ｄ単体でも、光学式変位計を用いて、可動部２２の変位の測定が可能である。なお、光学式変位計は、測定対象に光を照射し、測定対象からの反射光の角度や位置、速度を計測して測定対象の変位を算出するものである。光学式変位計としては、例えば、レーザ変位計が挙げられる。レーザ変位計には、例えば、波長６３０ｎｍ～６９０ｎｍ程度の赤色レーザが用いられる。
【0162】
ＭＥＭＳデバイス２０Ｄの可動部２２の材料がシリコンである場合、赤色レーザの波長帯における反射率は３５％程度である。そのため、可動部２２の下面に金属膜４３が設けられていない場合、レーザ変位計を用いて可動部２２の変位を測定しようとしても、反射光の光量が不十分であるため、精度の良い測定は期待できない。
【0163】
これに対し、可動部２２の下面に金属膜４３が設けられている場合、赤色レーザの波長帯における反射率は８０％以上確保できる。そのため、レーザ変位計から金属膜４３に光を照射することにより、反射光の光量が十分に得られてＳ／Ｎが向上し、可動部２２の変位を高精度で測定することができる。すなわち、可動部２２の変位を高精度で測定可能なＭＥＭＳデバイス２０Ｄを実現できる。
【0164】
図３７は、可動部の変位の測定フローである。まず、ステップＳ１０１では、可動部２２を変位させる。例えば、可動部２２を一定の周波数と一定の振幅で繰り返し変位させることができる。次に、ステップＳ１０２では、レーザ変位計等から金属膜４３に光を照射し、金属膜４３からの反射光をレーザ変位計等で受光する。次に、ステップＳ１０３では、受光した反射光に基づいて、可動部２２の変位を算出する。
【0165】
このように、可動部２２の下面に金属膜４３を配置することにより、可動部２２の変位を高精度で測定することが可能となる。なお、可動部２２の変位測定の代わりに、音圧測定やインピーダンス測定を行うことも考えられる。しかし、音圧測定には専用の装置が必要になるため、検査コストが高くなる。また、インピーダンス測定は、比較的安価な装置で実施可能であるが、実際の音響性能との相関性が低いという欠点がある。これに対して、可動部２２の変位は、比較的安価な光学式変位計を用いて測定可能であり、かつ、実際の音響性能との相関性も十分に高い。
【0166】
なお、基板１０の貫通孔１０ｙを塞ぐメッシュ７０が設けられる構造の場合は、メッシュ７０を配置する前に可動部２２の変位測定を行うか、又はメッシュ７０を取り外して可動部２２の変位測定を行うことができる。
【0167】
可動部２２の下面に形成する金属膜の形状は、照射される光のビーム径以上であれば、可動部２２の形状と一致していなくてもよい。レーザ変位計を用いる場合、レーザ光のビーム径は、１０μｍ～１０００μｍ程度である。以下に、可動部２２に設ける金属膜の形状の他の例を示す。
【0168】
図３８は、第６実施形態の変形例１に係るＭＥＭＳデバイスにおける金属膜を例示する下面図である。図３８を参照すると、ＭＥＭＳデバイス２０Ｅでは、可動部２２の下面に、三角状の金属膜４３ａが配置されている。図３９は、第６実施形態の変形例２に係るＭＥＭＳデバイスにおける金属膜を例示する下面図である。図３９を参照すると、ＭＥＭＳデバイス２０Ｆでは、可動部２２の下面に、略山型の金属膜４３ｂが配置されている。
【0169】
可動部２２の下面に金属膜４３ａ又は４３ｂを配置することにより、金属膜４３を配置する場合と同様に、可動部２２の変位を高精度で測定することが可能となる。さらに、金属膜４３ａ及び４３ｂは、金属膜４３と異なり、点対称でない形状である。具体的には、金属膜４３ａ及び４３ｂは、導通用パッド２８ａ及び２８ｂ側に向かって細くなる形状である。そのため、ＭＥＭＳデバイス２０Ｅ及び２０Ｆの向きの判別に利用することができる。
【0170】
ＭＥＭＳデバイス２０Ｅ及び２０Ｆを基板１０に組み付ける際には、導通用パッド２８ａ及び２８ｂと基板１０の内部接続用パッド１１ａ及び１１ｂとの接合が必要であるため、ＭＥＭＳデバイス２０Ｅ及び２０Ｆと基板１０との向きを合わせる必要がある。金属膜４３ａ及び４３ｂを視認することにより、ＭＥＭＳデバイス２０Ｅ及び２０Ｆの向きが把握しやすくなるため、基板１０に組み付ける際の向きの間違いを防ぐことができる。
【0171】
以上の説明では、可動部２２の下面に金属膜を設けることで、可動部２２の変位を測定する例を示した。他の方法として、図１２等に示す電気音響変換装置のメンブレン側から光を照射して可動部の変位を計測する方法も考えられる。
【0172】
例えば、図１２に示す電気音響変換装置１では、蓋部材５０の開口部５０ｙから振動板４０が露出している。そこで、レーザ変位計等から振動板４０に光を照射し、振動板４０からの反射光をレーザ変位計等で受光することにより、可動部２２の変位を算出することができる。なお、メンブレン３０の中央部３２及び振動板４０は可動部２２と同様に変位するため、振動板４０の変位を計測すれば、それが可動部２２の変位となる。
【0173】
振動板４０が樹脂等の反射率の低い材料から形成されている場合は、測定精度を向上するために、振動板４０の上面の少なくとも光を照射する領域に、蒸着等により金属膜４３と同様の金属膜を配置する必要がある。ただし、振動板４０が金属材料により形成されている場合には、金属膜の配置は不要である。
【0174】
また、メンブレン３０の中央部３２に振動板４０が設けられていない場合や、メンブレン３０の中央部３２の下面側に振動板４０が設けられている場合は、レーザ変位計等からメンブレン３０の中央部３２に光を照射する。そして、メンブレン３０の中央部３２からの反射光をレーザ変位計等で受光することにより、可動部２２の変位を算出することができる。なお、メンブレン３０の中央部３２は可動部２２と同様に変位するため、メンブレン３０の中央部３２の変位を計測すれば、それが可動部２２の変位となる。
【0175】
メンブレン３０が樹脂等の反射率の低い材料から形成されている場合は、測定精度を向上するために、メンブレン３０の中央部３２の上面の少なくとも光を照射する領域に、蒸着等により金属膜４３と同様の金属膜を配置する必要がある。ただし、メンブレン３０が金属材料により形成されている場合には、金属膜の配置は不要である。
【0176】
電気音響変換装置のメンブレン側から光を照射して可動部の変位を計測する場合は、基板１０の貫通孔１０ｙの位置は変位測定とは無関係となるため、貫通孔１０ｙを任意の位置に配置することができる。すなわち、貫通孔１０ｙの配置の設計自由度を向上することができる。
【0177】
このように、本実施形態に係る可動部の変位測定方法は、可動部を変位させるステップと、電気音響変換装置の外部から、可動部又は可動部の動作に連動して変位する部分に光を照射するステップと、照射した光の反射光に基づいて変位を算出するステップとを有する。そして、光を照射する位置には金属膜が配置されているか、又は光を照射する部分が金属材料により形成されている。これにより、可動部の変位を高精度で測定することが可能となる。
【0178】
〈第７実施形態〉
第７実施形態では、メンブレンに凹凸構造を設ける例を示す。
第７実施形態では、メンブレンに凹凸構造を設ける例を示す。
【0179】
【0180】
【0181】
メンブレン３０Ｄは、枠部３１と、中央部３２と、接続部３３とを有し、枠部３１の上面及び下面に凹凸構造３５が設けられている。メンブレン３０Ｄにおいて、凹凸構造３５以外の部分の構造、材料、厚さは、例えば、メンブレン３０と同様とすることができる。
【0182】
メンブレン３０Ｄは、例えば、金型を用いて樹脂材料を加熱及び加圧することで成形できるが、その際に用いる金型の表面に予め凹凸構造を設けておくことで、枠部３１等と同時に凹凸構造３５を成形することができる。
【0183】
凹凸構造３５は、例えば、枠部３１の上面から突起する複数の第１凸部３５ａと、枠部３１の下面から反対面である上面側に窪む複数の第１凹部３５ｂとを含む。平面視で、第１凸部３５ａと第１凹部３５ｂとは重なる位置にある。第１凸部３５ａの枠部３１の上面からの高さは、例えば、２０～４０μｍ程度である。また、第１凹部３５ｂの枠部３１の下面からの深さは、例えば、２０～４０μｍ程度である。
【0184】
また、凹凸構造３５の少なくとも一部は、平面視で、ＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１の上面と、蓋部材５０の厚板部５１の下面と重なる位置にある。凹凸構造３５の上側は、接着層２００を介して蓋部材５０の厚板部５１と接合されている。また、凹凸構造３５の下側は、接着層２１０を介してＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１と接合されている。
【0185】
このように、凹凸構造３５を設けることにより、アンカー効果が生じるため、他の部材との接着強度を向上可能なメンブレン３０Ｄを実現できる。具体的には、メンブレン３０Ｄの枠部３１と蓋部材５０の厚板部５１との接着強度を向上可能であると共に、メンブレン３０の枠部３１とＭＥＭＳデバイス２０の固定部２１との接着強度を向上可能である。
【0186】
なお、凹凸構造３５は、例えば、枠部３１の下面から突起する複数の第１凸部と、枠部３１の上面から反対面である下面側に窪む複数の第１凹部とを含む構造であってもよい。すなわち、図４０に示す凹凸構造３５を上下反転させた構造としてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。
【0187】
図４１は、メンブレン３０Ｄを例示する上面図である。図４１に示すように、凹凸構造３５は、メンブレン３０Ｄの枠部３１の全体に設けることが好ましい。第１凸部３５ａ及び第１凹部３５ｂの平面視における形状は、矩形であってもよく、円形であってもよく、その他の形状であってもよい。
【0188】
また、第１凸部３５ａ及び第１凹部３５ｂの平面視における形状は、点対称な形状であってもよいし、点対称な形状でなくてもよい。また、第１凸部３５ａ及び第１凹部３５ｂの平面視における形状は、図４１に示すようなドット状には限らず、例えば、幅が狭く長さが長い直線状や曲線状であってもよく、それらが混在してもよい。また、直線や曲線が格子状等に交差する形状であってもよい。
【0189】
図４２は、第７実施形態の変形例１に係る電気音響変換装置を例示する部分断面図である。図４２に示す凹凸構造３５Ｍのように、第１凸部３５ａ及び第１凹部３５ｂの断面視における形状は、円形や楕円形の一部のような湾曲形状であってもよい。この場合も、凹凸構造３５Ｍによりアンカー効果が生じるため、図４０の場合と同様の効果を奏する。
【0190】
図４３は、第７実施形態の変形例２に係る電気音響変換装置を例示する部分断面図である。図４３に示す凹凸構造３５Ｎは、枠部３１の上面から突起する複数の第１凸部３５ａと、枠部３１の下面から突起する複数の第２凸部３６ａと、枠部３１の下面から上面側に窪む複数の第１凹部３５ｂと、枠部３１の上面から下面側に窪む複数の第２凹部３６ｂとを含む。平面視で、第１凸部３５ａと第１凹部３５ｂとは重なる位置にあり、第２凸部３６ａと第２凹部３６ｂとは重なる位置にある。
【0191】
この場合も、凹凸構造３５Ｎによりアンカー効果が生じるため、図４０の場合と同様の効果を奏する。なお、第１凸部３５ａ及び第１凹部３５ｂ、並びに第２凸部３６ａ及び第２凹部３６ｂの断面視における形状は、図４３に示す形状に限らず、図４０に示す矩形の一部のような角を有する形状であってもよい。この場合も、凹凸構造３５Ｎによりアンカー効果が生じるため、図４０の場合と同様の効果を奏する。
【0192】
以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。また、一の実施形態において説明した内容は、他の実施形態にも適用可能である。
【符号の説明】
【0193】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 電気音響変換装置、１０ 基板、１０１ 第１辺、１０２ 第２辺、１０３ 第３辺、１０４ 第４辺、１０ａ 上面、１０ｂ 下面、１０ｘ キャビティ部、１０ｙ 貫通孔、１１ａ，１１ｂ 内部接続用パッド、１２ａ，１２ｂ 外部接続用パッド、１３ａ，１３ｂ 貫通配線、１４，１４ａ，１４ｂ 高さ合わせ用パッド、１５ 第１位置合わせ用パッド、１６ 第２位置合わせ用パッド、１７ａ 正極マーク、１７ｂ 負極マーク、１８ 位置合わせ用マーク、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ ＭＥＭＳデバイス、２１ 固定部、２１ａ 内側面、２２ 可動部、２３ 捻じれ梁、２４ 駆動梁、２４ａ 第１辺、２４ｂ 第２辺、２４１ 第１領域、２４２ 第２領域、２４３ 第３領域、２４４ 第４領域、２５ 駆動源、２６ 凸部、２６ａ 側面、２７ 凹部、２７ａ 内側面、２８ａ，２８ｂ 導通用パッド、３０，３０Ａ，３０Ｄ メンブレン、３１ 枠部、３２，３２Ａ 中央部、３３ 接続部、３４ スリット、３５，３５Ｍ，３５Ｎ 凹凸構造、３５ａ 第１凸部、３５ｂ 第１凹部、３６ａ 第２凸部、３６ｂ 第２凹部、４０ 振動板、４１ 第１配線、４１ａ 環状配線、４１ｂ 分岐配線、４２ 第２配線、４２ａ 部分、４３，４３ａ，４３ｂ 金属膜、５０ 蓋部材、５１ 厚板部、５０ｘ キャビティ部、５０ｙ 開口部、６０ 接着層、７０メッシュ、２００，２１０ 接着層、３１０ 導電性接合材、４００ 吸着治具
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
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【図12】
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【図14】
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【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
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【図28】
【図29】
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【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
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【図40】
【図41】
【図42】
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