CN108235202B - 声学传感器及电容式变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种技术，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，能够抑制框体内压力的上升，抑制上升后的压力导致的振动电极膜的过度变形。本发明的声学传感器，其具备：基板(23)；背板(27)，其具有可使空气流通的声孔(27a)；振动电极膜(25)，其以与背板(27)相对的方式配置；封装件，其收纳所述基板(23)、背板(27)及振动电极膜(25)，并且具有可流入空气的压力孔，其中，还具备突出部(27c)，在振动电极膜(25)变形并接近背板(27)时，突出部(27c)阻断在振动电极膜(25)与背板(27)之间的间隙及声孔(27a)通过的空气的流路(阻碍空气的流动)。

Description

声学传感器及电容式变换器
技术领域
本发明涉及在框体内收纳有电容式变换器的声学传感器及该声学传感器中的电容式变换器。更具体而言，涉及在框体内收纳有由使用MEMS技术形成的振动电极膜和背板构成的电容器构造而构成的电容式变换器的声学传感器及该电容式变换器。
背景技术
目前，作为小型的麦克风，有时使用利用被称为ECM(Electret CondenserMicrophone)的声学传感器的装置。但是，ECM的耐热性差，另外，在数字化的应对及小型化方面，利用使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技术制造的电容式变换器的麦克风(以下，有时称为MEMS麦克风。)更具优势，故而近年来，MEMS麦克风不断普及(例如，参照专利文献1)。
在如上的声学传感器中，有收纳有使用MEMS技术实现了将受到压力而振动的振动电极膜经由空隙与固定有电极膜的背板相对配置的方式的电容式变换器的装置。这样的电容式变换器的方式例如可通过如下工序来实现，在硅基板上形成振动电极膜及覆盖振动电极膜的牺牲层，然后在牺牲层上形成背板，接着除去牺牲。MEMS技术如上所述那样应用半导体制造技术，因此，可得到极小的电容式变换器。
另一方面，使用MEMS技术制造的电容式变换器由薄膜化的振动电极膜及背板构成，因此，在作用了过大的压力的情况等下，存在振动电极膜大幅变形，甚至破损的可能性。例如，在将电容式变换器收纳在具有压力孔的框体(封装件)的状态下，除了向框体内施加大的声压的情况之外，在安装工序中向框体的压力孔吹气的情况、或收纳于该框体内的电容式变换器坠落的情况下，也可能产生这样的故障。对于包含收纳于上述框体内的电容式变换器的麦克风等移动电子设备而言，在施加大声压、或吹气的情况、或者该设备坠落的情况下，也同样产生这样的故障。
更详细而言，当因坠落碰撞或使用***等而导致压缩空气从用于导入空气的压力孔进入电容式变换器时，振动电极膜向背板侧(压力孔的相反侧)或基板侧大幅度变形(在该时刻，振动电极膜也可能因与背板或基板接触而损伤)。而且，从压力孔侵入电容式变换器内的空气使振动电极膜变形，并且通过振动电极膜与半导体基板或背板之间的隙及/或半导体基板的开口或背板的声孔进一步深度侵入框体内，使框体内的压力上升。而且，在因上升后的框体内压力，压缩空气流入结束后，有时因框体内的压力而使振动电极膜向压力孔侧过度变形而损伤。
与此相对，公知有通过机械性抑制膜片的位移来防止膜片的过剩变形导致的损伤的技术(例如，参照专利文献2)。但是，在该技术中，虽然可抑制膜片的变形，但不能抑制压力上升自身，因此，由于膜片和变形抑制部件的接触而使应力集中在膜片的一部分，由此，膜片可能损伤。
另外，还公知有如下技术，即，通过在膜片的基板侧配置支撑结构，防止膜片因过大的压力而与基板碰撞、损伤(例如，参照专利文献3)。但是，该技术因配置支撑结构会使结构复杂，生产性降低，产品成本增加。另外，有时在膜片下的支撑结构与膜片之间存在的空气的布朗运动成为噪音的原因。
专利文献1：(日本)特开2011－250170号公报
专利文献2：(美国)专利申请公开第2008/0031476号说明书
专利文献3：(美国)专利申请公开第2015/0256924号说明书
发明内容
本发明是鉴于上述状况而设立的，特别是防止因从声学传感器的压力孔流入的压缩空气导致收纳有电容式变换器的框体的内压上升，由于该压力导致振动电极膜向压力孔侧过度变形而损伤。即，本发明的目的在于提供一种技术，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，能够抑制框体内的压力上升，抑制上升后的压力造成的电容式变换器的振动电极膜的过度变形。
为了解决上述课题，本发明的声学传感器具备：半导体基板，其具有开口；背板，其以与所述半导体基板的开口相对的方式配置，作为固定电极起作用，并且具有可使空气通过的声孔；振动电极膜，在其与所述背板之间夹着空隙且与该背板相对而配置；框体，其收纳所述基板、背板及振动电极膜，并且具有可使空气流入的压力孔，将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜与所述背板之间的电容的变化，检测声压，其中，形成流路，该流路包含所述背板的声孔、所述背板与所述振动电极膜之间的间隙、所述振动电极膜与所述半导体基板之间的间隙及所述半导体基板的开口中的至少任一个，从所述压力孔流入所述框体内的流体向所述框体内夹着所述振动电极膜与所述压力孔相反的一侧的空间移动，还具备流路阻断部，在所述振动电极膜因流体从所述压力孔流入所述框体内而变形并接近所述半导体基板或所述背板时，阻断所述流路的至少一部分。
在此，在对声学传感器作用了过大的压力的情况下，从压力孔侵入声学传感器的框体内的空气使收纳在框体内的电容式变换器的振动电极膜变形，并且在振动电极膜与半导体基板或背板之间的间隙及/或半导体基板的开口或背板的声孔通过而更深度侵入框体内，特别是相对于框体内的振动电极膜，使压力孔的相反侧区域的压力上升。而且，振动电极膜会因上升后的框体内压力而向压力孔侧过度变形。与此相对，本发明中形成流路，该流路包含所述背板的声孔、所述背板与所述振动电极膜之间的间隙、所述振动电极膜与所述半导体基板之间的间隙及所述半导体基板的开口中的至少任一个，从所述压力孔流入所述框体内的流体向所述框体内夹着所述振动电极膜与所述压力孔相反的一侧的空间移动，还具备流路阻断部，在所述振动电极膜因流体从所述压力孔流入所述框体内而变形并接近所述半导体基板或所述背板时，阻断所述流路的至少一部分。即，根据本发明，能够抑制如下问题，即，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，空气在被收纳于框体内的电容式变换器的振动电极膜与半导体基板或背板之间的间隙及/或半导体基板的开口或背板的声孔通过而使压力孔的相反侧区域的压力相对于框体内的特别是振动电极膜增加，进而能够抑制振动电极膜因该压力而过度变形。其结果，能够抑制过大的压力作用于声学传感器时振动电极膜的破损。此外，此处所说的阻断除了完全阻断流体通过的情况之外，还包含保留流体的一部分通过的情况。
另外，在本发明中，所述流路阻断部也可以为设于所述振动电极膜或所述背板的一方的突出部，在所述振动电极膜变形并接近所述背板时，与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，从而将所述背板上的至少一部分所述声孔闭塞。
在框体上的压力孔的位置相对于振动电极膜配置在背板的相反侧的构成中，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，电容式变换器中的振动电极膜向背板侧大幅度变形，而不是向半导体基板侧变形。在这样的情况下，空气在振动电极膜与背板之间的间隙及/或背板的声孔通过而进一步深度侵入框体内，使框体内的压力上升。与此相对，在本发明中，在振动电极膜变形并接近背板时，在背板上设置的突出部与振动电极膜抵接，由此，将背板上的至少一部分声孔闭塞。
据此，能够抑制如下问题，即，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，从框体的压力孔侵入的空气在电容式变换器中的背板的声孔通过而进一步深度侵入框体内，使框体内的压力上升。其结果，能够抑制振动电极膜因上升后的压力而向压力孔侧过度变形，避免振动电极膜的破损。
另外，在本发明中，所述突出部也可以将所述背板上的全部的所述声孔闭塞。据此，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，能够更可靠地抑制空气在电容式变换器的背板的声孔通过而进一步深度侵入框体内使框体内的压力上升的情况。
另外，在本发明中，所述振动电极膜也可以包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板上，所述突出部将所述背板上的配置在与所述振动电极膜的振动部的外周相对的部分的所述声孔闭塞。在此，在过大的压力作用于声学传感器，电容式变换器的振动电极膜向背板侧大幅变形的情况下，从压力孔侵入的空气首先从振动电极膜的振动部的外周侵入振动电极膜与背板之间的间隙，然后，在背板的声孔通过而进一步深度侵入框体内使框体内的压力上升。因此，若突出部将背板上的配置于与振动电极膜的振动部的外周相对的部分的声孔闭塞，则能够抑制空气在配置于振动电极膜的振动部的外周附近的声孔通过，并且能够抑制空气向振动电极膜与背板的间隙的中央部的流动。其结果，能够更有效地抑制空气在背板整体的声孔通过，能够更有效地抑制框体内的压力上升，而振动电极膜因该压力破损。
另外，在本发明中，所述突出部也可以具有俯视时包围所述背板上的所述声孔的周围的筒状的形状。据此，在振动电极膜变形并接近背板时，由各筒状的突出部和振动电极膜包围背板上的每个声孔，由此能够更可靠地闭塞该声孔。其结果，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，能够更可靠地抑制空气在背板的声孔通过而进一步深度侵入框体内，导致框体内的压力上升。
另外，在本发明中，所述振动电极膜也可以包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，所述流路阻断部为设于所述振动电极膜或所述半导体基板的一方的壁部，以至少包围所述开口的方式形成在所述半导体基板上，或者以至少包围与所述振动电极膜的振动部相对的部分的方式形成在所述背板上，在所述振动电极膜变形并接近所述背板时，与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，从而阻断在所述振动电极膜与所述背板之间的间隙及/或所述背板的声孔通过的空气的流路的至少一部分。
该情况下，在振动电极膜接近背板时，突出部不闭塞背板上的各声孔，而是通过以至少包围与振动电极膜的振动部的一部分相对的部分的方式形成于背板上的壁部来闭塞背板上的全部或至少一部分的声孔。由此，能够更有效地阻断在背板的声孔通过的空气的流路(抑制空气流动)。另外，同时还能够更有效地阻断在振动电极膜与背板之间的间隙通过的空气的流路。
另外，在本发明中，也可以在所述背板上设有固定电极膜及所述流路阻断部，所述固定电极膜仅设于所述背板上的所述流路阻断部的前端以外的部分。即，在流路阻断部(例如，上述突出部或壁部)的前端不形成固定电极膜，由此，能够防止流路阻断部与背板、半导体基板、振动电极膜等抵接时发生短路。
另外，在本发明中，也可以在所述固定电极膜或所述背板的一方还设有止动件，在所述固定电极膜及所述背板彼此接近时，该止动件与所述固定电极膜或所述背板的另一方抵接，所述流路阻断部的高度为所述止动件的高度以上。
据此，能够使振动电极膜或背板上所设置的流路阻断部的高度大于用于防止振动电极膜和背板接近时两者的粘连的止动件的高度。其结果，可通过止动件防止流路阻断部与振动电极膜或背板抵接。因此，可更有效地抑制过大的压力作用于声学传感器的情况下框体内的压力增加，振动电极膜因该压力而过度变形，可抑制此时的振动电极膜破损。
另外，在本发明中，所述振动电极膜也可以包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，所述流路阻断部为设于所述振动电极膜或所述半导体基板的一方的壁部，以至少包围所述开口的方式形成在所述半导体基板上，或者以至少包围与所述半导体基板的开口部相对的部分的方式形成在所述振动电极膜上，在所述振动电极膜变形并接近所述半导体基板时，与所述振动电极膜或所述半导体基板的另一方抵接，从而阻断在所述振动电极膜与所述半导体基板之间的间隙及/或所述半导体基板的开口通过的空气的流路的至少一部分。
在此，以在压力作用于声学传感器的情况下，振动电极膜向背板的相反侧的半导体基板侧变形的构成为前提。该情况下，在振动电极膜或半导体基板的一方设置作为流路阻断部的壁部，以至少包围开口的方式形成在半导体基板上，或者以至少包围与半导体基板的开口相对的部分的方式形成在振动电极膜上。由此，在振动电极膜变形并接近半导体基板时，壁部与振动电极膜或半导体基板的另一方抵接，由此能够阻断在振动电极膜与半导体基板之间的间隙及/或半导体基板的开口通过的空气的流路(抑制空气的流动)。其结果，在过大的压力作用于电容式变换器的情况下，能够更可靠地抑制空气在半导体基板的开口通过而使框体内压力上升，能够防止振动电极膜因该压力而过度变形、破损。此外，该情况下，在所述振动电极膜或所述半导体基板的一方还设有止动件，在所述振动电极膜及所述半导体基板彼此接近时，该止动件与所述振动电极膜或所述半导体基板的另一方抵接，通过使所述壁部的高度为所述止动件的高度以上，能够避免止动件妨碍流路阻断部与振动电极膜或背板抵接。
另外，本发明的声学传感器也可以具备：半导体基板，其具有开口；背板，其以与所述半导体基板的开口相对的方式配置，并且具有可使空气通过的声孔；振动电极膜，在其与所述背板之间夹着空隙且与该背板相对而配置；框体，其收纳所述基板、背板及振动电极膜，并且具有可使空气流入的压力孔，将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜与所述背板之间的电容的变化，检测声压，其中，还具备流路抑制部，在所述振动电极膜变形并接近所述半导体基板或所述背板时，所述流路抑制部抑制在所述半导体基板的开口或所述背板的声孔通过的流体的流动。
由此，能够抑制在过大的压力作用于声学传感器的情况下，空气在半导体基板的开口或背板的声孔通过而使框体内的压力增加，振动电极膜因该压力而过度变形的情况。其结果，能够抑制在过大的压力作用于声学传感器的情况下振动电极膜破损。
另外，本发明的电容式变换器也可以被收纳在具有可使空气流入的压力孔的框体内而使用，其中，具有：半导体基板，其具有开口；背板，其以与所述半导体基板的开口相对的方式配置，作为固定电极起作用，并且具有可使空气通过的声孔；振动电极膜，在其与所述背板之间夹着空隙且与该背板相对而配置，将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜与所述背板之间的电容的变化，还具备流路阻断部，在所述振动电极膜变形并接近所述半导体基板或所述背板时，流路阻断部阻断在所述振动电极膜与所述半导体基板或所述背板之间的间隙通过的流体的流路及/或在所述半导体基板的开口或所述背板的声孔通过的流体的流路的至少一部分。
根据本发明中的电容式变换器，在收纳于框体内作为声学传感器使用的情况下，能够抑制如下问题，在过大的压力作用于声学传感器时，空气在收纳于框体内的电容式变换器的振动电极膜与半导体基板或背板之间的间隙及/或半导体基板的开口或背板的声孔通过，造成压力孔的相反侧区域的压力相对于框体内特别是振动电极膜增加，且能够抑制振动电极膜因该压力而过度变形的情况。其结果，能够抑制在过大的压力作用于声学传感器的情况下电容式变换器的动电极膜破损。
另外，该情况下，所述流路阻断部也可以为设于所述振动电极膜或所述背板的一方的突出部，在所述振动电极膜变形并接近所述背板时，与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，从而将所述背板上的至少一部分所述声孔闭塞。
另外，在本发明的电容式变换器中，所述突出部也可以将所述背板上的全部的所述声孔闭塞。
另外，在本发明的电容式变换器中，所述振动电极膜也可以包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，所述突出部将所述背板上的配置于与所述振动电极膜的振动部的外周相对的部分的所述声孔闭塞。
另外，在本发明的电容式变换器中，所述突出部也可以具有俯视时包围所述背板上的所述声孔的周围的筒状的形状。
另外，在本发明的电容式变换器中，所述振动电极膜也可以包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，所述流路阻断部为设于所述振动电极膜或所述背板的一方的壁部，以至少包围所述振动部的一部分的方式形成在所述振动电极膜上，或者以至少包围与所述振动电极膜的振动部的一部分相对的部分的方式形成在所述背板上，在所述振动电极膜变形并接近所述背板时，与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，从而阻断在所述振动电极膜与所述背板之间的间隙及/或所述背板的声孔通过的空气的流路的至少一部分。
另外，在本发明的电容式变换器中，也可以在所述背板上设有固定电极膜及所述流路阻断部，所述固定电极膜仅设于所述背板上的所述流路阻断部的前端以外的部分。
另外，在本发明的电容式变换器中，也可以在所述振动电极膜或所述背板的一方还设有止动件，在所述振动电极膜及所述背板彼此接近时，该止动件与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，所述流路阻断部的高度为所述止动件的高度以上。
另外，在本发明的电容式变换器中，所述振动电极膜也可以包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，所述流路阻断部为设于所述振动电极膜或所述半导体基板的一方的壁部，以至少包围所述开口的方式形成在所述半导体基板上，或者以至少包围与所述半导体基板的开口部相对的部分的方式形成在所述振动电极膜上，在所述振动电极膜变形并接近所述半导体基板时，与所述振动电极膜或所述半导体基板的另一方抵接，从而阻断在所述振动电极膜与所述半导体基板之间的间隙及/或所述半导体基板的开口通过的空气的流路的至少一部分。
另外，在本发明的电容式变换器中，也可以在所述振动电极膜或所述半导体基板的一方还设有止动件，在所述振动电极膜及所述半导体基板彼此接近时，该止动件与所述振动电极膜或所述半导体基板的另一方抵接，所述壁部的高度为所述止动件的高度以上。
另外，本发明的电容式变换器也可以收纳在具有可使空气流入的压力孔的框体内而使用，其中，具备：半导体基板，其在表面具有开口；背板，其以与所述半导体基板的开口相对的方式配置，并且具有可使空气通过的声孔；振动电极膜，在其与所述背板之间夹着空隙且与该背板相对而配置，将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜与所述背板之间的电容的变化，还具备流路抑制部，在所述振动电极膜变形并接近所述半导体基板或所述背板时，流路抑制部抑制在所述半导体基板的开口或所述背板的声孔通过的流体的流动。
此外，可将上述用于解决课题的手段适当组合使用。
根据本发明，在过大的压力作用于声学传感器的情况下，能够抑制框体内的压力上升，抑制电容式变换器的振动电极膜因上升的压力而过度变形。其结果，能够提高作用了过大的压力的情况下的声学传感器的耐性。
附图说明
图1是表示利用MEMS技术制造的现有声学传感器的一例的立体图；
图2是表示现有的声学传感器的内部构造的一例的分解立体图；
图3(a)～(c)是用于说明过大的压力急剧作用于声学传感器时的不良情况的图；
图4(a)、(b)是用于说明应对过大的压力急剧作用于声学传感器时的现有对策的图；
图5(a)～(c)是表示本发明的实施例1中的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图6(a)～(c)是表示本发明的实施例1中的突出部的构成的图；
图7(a)～(c)是表示本发明的实施例2中的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图8(a)～(c)是表示本发明的实施例2中的振动电极膜及背板附近的另一构成的图；
图9(a)～(c)是表示本发明的实施例3中的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图10(a)～(c)是表示本发明的实施例4中的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图11(a)～(d)是用于说明本发明的实施例中的突出部及壁部的前端状态及止动件和突出部及壁部的高度的关系的图；
图12(a)～(c)是用于说明过大的压力急剧作用于声学传感器时的不良情况的第二图；
图13(a)～(c)是表示本发明的实施例5中的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图14(a)、(b)是表示将压力孔设于封装件的顶面时的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图15(a)、(b)是表示本发明的变形例中的振动电极膜及背板附近的构成的图；
图16(a)、(b)是表示本发明的振动电极膜的另一例的图。
标记说明
1、101：声学传感器
2、22：后腔
3、23、43、103：基板
5、25、35、45、105：振动电极膜
7、27、37、107：背板
7a、27a、37a、107a：声孔
27b：止动件
25a、25c、25e、27c、27e、27f：突出部
25d、27d、27f：壁部
11、31、51：振动部
12、32、52：固定部
106：封装件
106a、106b：压力孔
具体实施方式
<实施例1>
以下，参考附图对本申请发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式为本申请发明的一方式，并不限定本申请发明的技术范围。此外，以下对将电容式变换器用作声学传感器的情况进行说明。但是，只要本发明的电容式变换器检测振动电极膜的位移，则也可用作声学传感器以外的传感器。例如，除了压力传感器以外，也可用作加速度传感器或惯性传感器等。另外，也可以用作传感器以外的元件，例如将电信号转换为位移的扬声器等。另外，以下的说明中的背板、振动电极膜、后腔、半导体基板等的配置仅为一例，只要具有相同功能，则不限定于此。例如，背板和振动电极膜的配置也可以颠倒。
图1是表示通过MEMS技术制造的现有的声学传感器1的一例的立体图。另外，图2是表示声学传感器1的内部构造的一例的分解立体图。声学传感器1是在设有后腔2的硅基板(以下，也简称为基板)3的上表面层叠绝缘膜4、振动电极膜(膜片)5及背板7而成的层叠体。背板7具有在固定板6上成膜有膜8的构造，在固定板6的硅基板3侧配置有固定电极膜8。在背板7的固定板6上全面地设有多个作为穿孔的声孔(图2所示的固定板6的各阴影点相当于各声孔)。另外，在固定电极膜8的四角中的一角设有用于获取输出信号的固定电极焊盘10。
在此，硅基板3例如可由单晶硅形成。另外，振动电极膜5例如可由导电性多晶硅形成。振动电极膜5为大致矩形的薄膜，在振动的大致四边形的振动部11的四角设有固定部12。而且，振动电极膜5以覆盖后腔2的方式配置在硅基板3的上表面，在作为锚定部的四个固定部12，固定于硅基板3上。振动电极膜5的振动部11感应声压而上下振动。
另外，在四个固定部12以外的部位，振动电极膜5与硅基板3及背板7均不接触。因此，可感应声压而更顺利地上下振动。另外，在位于振动部11的四角的固定部12中的一个上设有振动膜电极焊盘9。背板7上设置的固定电极膜8以与振动电极膜5中除四角的固定部12以外的振动部分对应的方式设置。这是因为，振动电极膜5中，四角的固定部12不感应声压而振动，振动电极膜5与固定电极膜8之间的电容没有变化。
声音到达声学传感器1之后，声音通过声孔，向振动电极膜5施加声压。即，声压通过该声孔施加于振动电极膜5。另外，通过设置声孔，背板7与振动电极膜5之间的气隙中的空气容易逃逸至外部，可降低热噪声，减少噪音。
在声学传感器1中，通过上述的构造，振动电极膜5接收到声音而振动，振动电极膜5与固定电极膜8之间的距离发生变化。当振动电极膜5与固定电极膜8之间的距离变化时，振动电极膜5与固定电极膜8之间的电容发生变化。因此，预先向与振动电极膜5电连接的振动膜电极焊盘9和与固定电极膜8电连接的固定电极焊盘10之间施加直流电压，通过将上述电容的变化作为电信号取出，能够作为电信号来检测声压。
接着，对上述现有声学传感器1中可能产生的不良情况进行说明。图3是对过大的压力作用于声学传感器1的情况进行记载的示意图。如图3所示，在过大的压力作用于声学传感器1的情况下，该压力从设于作为框体的封装件106的底面的压力孔106a作用于振动电极膜105。于是，振动电极膜105向背板107侧(压力孔106a的相反侧)大幅变形，振动电极膜105与背板107接触。此时，振动电极膜105也有时会破损。
进而，在上述过程中从压力孔106a流入的空气在振动电极膜105与背板107的间隙通过，进而在背板107的声孔107a通过而进一步深度侵入框体内并被压缩。由此，封装件106内的压力上升，故空气流入结束时，振动电极膜105因封装件106内的压力上升而向背板107的相反侧(压力孔106a侧)大幅变形，此时，振动电极膜105有时会破损。例如，除了过大的空气压作用于声学传感器1的情况以外，在声学传感器1坠落的情况等也可能产生这样的不良情况。
特别是，相对于上述封装件106内的压力上升引起的不良情况，考虑图4所示的对策。即，如图4(a)所示，在背板107上的与振动电极膜105的端部附近相对的部分没有声孔107a，由此，在从压力孔106a作用过大的压力时，空气难以经由声孔107a通过背板107。
但是，该情况下，在振动电极膜105的端部附近，空气滞留在振动电极膜105与背板107之间，因此，存在容易因该空气的布朗运动而产生噪音的不良情况。另外，如图4(b)所示，由于没有背板107的止动件107b，在振动电极膜105向背板107侧变形时，使振动电极膜105与背板107全面地紧密贴合，空气难以经由声孔107a通过背板107。但是，在该情况下，存在振动电极膜105和背板107紧密贴合着而无法分离，可能产生粘着。
因此，针对上述不良情况，在本实施例中，在背板上设置突出部，该突出部以包围声孔周围的方式向振动电极膜侧筒状地突出。即，在振动电极膜向背板侧变形时，振动电极膜与上述突出部的前端抵接而将声孔闭塞，抑制空气在声孔通过并在背板通过，由此抑制封装件内的压力的上升。
图5是本实施例中的背板27及振动电极膜25附近的构造的说明图。图5(a)是表示过大的压力作用前的状态的剖视图，图5(b)是表示过大的压力作用后的状态的剖视图，图5(c)表示俯视图。此外，图5(a)、图5(b)是图5(c)所示的X－X截面的剖视图。在图5中，23为基板，29为振动膜电极焊盘，30为固定电极焊盘，31为振动电极膜25的振动部，32为振动电极膜25的固定部。如图5(a)所示，在背板27上，以包围背板27的声孔27a中靠近振动电极膜25端部的声孔的周围的方式设置圆筒状的突出部27c。
据此，在过大的压力作用，振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，振动电极膜25与突出部27c抵接而将声孔27a闭塞，关于接近振动电极膜25的端部的区域，能够抑制空气在声孔27a通过而使封装件内压的上升。另外，由于突出部27c的存在，空气难以侵入背板27与振动电极膜25的间隙，空气难以到达配置在接近振动电极膜25的中央部的区域的声孔27a，能够抑制空气通过该区域内的声孔27a而使封装件的内压上升。
此外，突出部27c既可以相对于图5(c)中虚线所示的包围振动电极膜25的振动部31的周围的区域A内的声孔27a而设置，也可以相对于扩大至振动部31的中央部的区域内的声孔17a而设置。另外，还可以相对于振动部31的整个区域内的声孔27a而设置。而且，突出部27c可以相对于上述的区域内的声孔27a中的全部声孔27a而设置，也可以相对于选出的一部分的声孔27a而设置。关于设置突出部27c的区域的大小及该区域内设置突出部27c的声孔27a的数量，只要基于过大的压力作用于声学传感器1时的封装件内的压力的上升程度及粘着的发生程度等适当决定即可。
图6表示声孔27a及突出部27c的放大图。图6(a)是俯视图，图6(b)是Y－Y剖视图。如图6(a)所示，突出部27c以俯视时包围声孔27a周围的方式设置，在声孔27a为圆形的情况下，具有圆筒状的形状。此外，在本实施例中，如图6(c)中俯视图所示，也可以利用壁状壁部27e将筒状的突出部27c连接。由此，能够更可靠地抑制空气在背板27与振动电极膜25的间隙及声孔27a通过而使封装件内的压力上升。此外，突出部27c及壁部27e相当于本发明中的流路阻断部及流路抑制部。
<实施例2>
接着，作为实施例2，对在过大的压力作用于声学传感器1而使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，为了使空气难以通过声孔27a，以包围背板27上的与振动电极膜25的振动部31相对的部分的方式设置壁部的例子进行说明。
图7是用于说明本实施例的背板27及振动电极膜25附近的构造的图。图7(a)是表示过大的压力作用前的状态的剖视图，图7(b)是表示过大的压力作用后的状态的剖视图，图7(c)表示俯视图。此外，图7(a)、图7(b)是图7(c)所示的X－X截面的剖视图。在本实施例中，如图7(a)所示，以包围背板27上的与振动电极膜25的振动部31相对的部分即声孔27a分布的区域的方式设置壁部27d。
于是，在过大的压力作用且导致振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，振动电极膜25的振动部31与壁部27d的前端抵接，阻断空气向背板27上的声孔27a分布的区域的流路(抑制空气的流动)。其结果，能够抑制空气在声孔27a通过而使封装件内的压力上升。此外，在图7(c)中，壁部27d既可以以包围包含全部声孔27a的区域B的方式设置，也可以使一部分声孔27a分布在被壁部27d包围的区域的外侧。另外，如图8(c)所示，壁部27d也可以以包围包含固定部32的振动电极膜25整体的方式设置。
<实施例3>
接着，对在振动电极膜设有突出部的例子进行说明。图9是本实施例中的背板27及振动电极膜25附近的构造的说明图。图9(a)是表示过大的压力作用前的状态的剖视图，图9(b)是表示过大的压力作用后的状态的剖视图，图9(c)表示俯视图。此外，图9(a)、图9(b)是图9(c)所示的X－X截面的剖视图。在本实施例中，如图9(a)所示，在振动电极膜25的振动部31的端部附近，在可将配置于相对的背板27上的各声孔27a闭塞的位置设置突出部25a。即，设置俯视时具有包含各声孔27a的截面的柱状的突出部25a。
于是，如图9(b)所示，在过大的压力作用且使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，能够利用在振动电极膜25设置的突出部25a将背板27的声孔27a中的特别容易成为空气流路的、配置在与振动电极膜25的振动部31的端部附近相对的部分的声孔27a闭塞。其结果，能够将配置于与振动电极膜25的振动部31的端部附近相对的部分处的声孔27a闭塞，并且能够将空气在振动电极膜25与背板27的间隙流入振动电极膜25的中央部侧的流路阻断(抑制空气流动)。因此，能够更有效地抑制空气在声孔27a通过而使封装件内的压力上升。
此外，在振动电极膜25上，突出部25a既可以相对于图9(c)中虚线所示的与包围振动电极膜25的振动部31的周围的区域A相对的声孔27a而设置，也可以相对于与扩大至振动部31的中央部的区域相对的声孔27a而设置。另外，还可以相对于与振动部31的整个区域相对的(即，配置于背板27的全部的)声孔27a而设置。而且，突出部25a既可以相对于与上述区域相对的声孔27a中的全部声孔27a而设置，也可以相对于选出的一部分声孔27a而设置。关于设置突出部25a的区域的大小及在该区域中设置突出部25a的声孔27a的数量，只要基于过大的压力作用于声学传感器1时封装件内的压力上升程度及粘着产生程度等适当确定即可。
此外，在本实施例中，在振动电极膜25设置可将相对的背板27上的各声孔27a闭塞的柱状的突出部25a，但突出部25a也可以具有可将多个声孔27a闭塞的柱状的形状。或者，例如以包围振动电极膜25的振动部31的至少一部分区域的方式设置壁部，在过大的压力作用且振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，也可以将与该壁部围成区域相对的声孔27a闭塞。
<实施例4>
接下来，对将本发明适用于在振动电极膜25设有孔25b的构造的情况进行说明。有时为了降低声学传感器1的低频区域的灵敏度而采用这样的构造。在此，图10表示在振动电极膜25设有孔25b的构造中的突出部25c的构造。这种情况下，如图10(a)所示，也可以以包围孔25b的周围的方式在振动电极膜25设置筒状的突出部25c。据此，在过大的压力作用且使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，振动电极膜25的突出部25c与背板27抵接，能够阻断振动电极膜25上的孔25b形成的空气流路(抑制空气流动)，能够抑制空气在孔25b通过而使封装件内的压力上升。
另外，如图10(b)所示，也可以在背板27上设置俯视时具有包含孔25b的截面的突出部27e。据此，在过大的压力作用且使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，背板27的突出部27e与振动电极膜25抵接，能够阻断振动电极膜25上的孔25b形成的空气流路(抑制空气的流动)，能够抑制空气在孔25b通过而使封装件内的压力上升。
或者，如图10(c)所示，也可以在背板27上设置俯视时具有比孔25b稍小的截面的突出部27f。据此，在过大的压力作用且使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，背板27的突出部27f侵入振动电极膜25上的孔25b内，阻断空气的流路(抑制空气的流动)，能够抑制空气在孔25b通过而使封装件内的压力上升。另外，在该情况下，通过使突出部与振动电极膜25抵接，可降低产生粘着的风险。此外，在图10所示的例子中，直接阻断在振动电极膜25上的孔25b通过的空气的流路(抑制空气的流动)，由此，间接地阻断在振动电极膜25与背板27之间的间隙通过的流体的流路及/或在背板27的声孔通过的流体的流路的至少一部分。
此外，在上述各实施例中，在设置于背板侧的突出部或壁部的前端等、与振动电极膜接触的部分未设置固定电极膜(参照图11(a))。由此，当过大的压力作用于声学传感器1时，例如在图11(a)所示的壁部27d与振动电极膜25接触的情况下，也可防止在振动电极膜25与背板27之间发生电短路。
另外，图11(b)～图11(d)中示出在背板27上设置的壁部27d和止动件27b的高度的关系。在图11(b)中，壁部27d的高度大于止动件27b。另外，在图11(c)中，壁部27d的高度与止动件27b相同。在这些情况下，当过大的压力作用且使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，壁部27d先于止动件27b或与止动件27b同时到达振动电极膜25。因此，能够更可靠地使壁部27d与振动电极膜25抵接。其结果，在过大的压力作用于声学传感器1的情况下，能够更可靠地抑制空气在声孔27a通过而使封装件内的压力上升。
另一方面，如图11(d)所示，在壁部27d的高度低于止动件27b的情况下，当过大的压力作用且使振动电极膜25向背板27侧变形时，止动件27b先于壁部27d到达振动电极膜25，难以使壁部27d与振动电极膜25可靠地抵接。其结果，在过大的压力作用于声学传感器1的情况下，难以可靠地抑制空气在声孔27a通过所导致的封装件内的压力上升。
如上述，在本实施例中，优选如图11(b)所示，使壁部27d的高度高于止动件27b，或者如图11(c)所示，使壁部27d的高度与止动件27b相等。关于这一点，在背板27上设置突出部的情况也是一样的。
<实施例5>
接着，对将本发明适用于在封装件108上压力孔108b位于顶面侧(相对于振动电极膜为基板的相反侧)而不是底面侧(相对于振动电极膜为基板侧)的构成的情况进行说明。在此，使用图12对该构成中过大的压力作用于声学传感器101时的通常的不良情况进行说明。在该构成中，在过大的压力作用于声学传感器1时，压力从设于封装件108的顶面的压力孔108b经由背板107的声孔107a而作用于振动电极膜105。于是，在振动电极膜105上产生向背板107的相反侧(基板103侧)的较大变形，振动电极膜105与基板103接触。在该时刻，振动电极膜105有时破损。
而且，在上述过程中从压力孔108b流入的空气在振动电极膜105与基板103的间隙通过，进而在基板103的开口通过而进一步深度侵入框体内并被压缩。由此，封装件108内的压力上升，故空气流入结束时，振动电极膜105向背板107侧大幅变形，与背板107接触。此时，振动电极膜105也有时破损。
针对上述的不良情况，在本实施例中，在封装件上，相对于振动电极膜，压力孔位于基板的相反侧而不是基板侧的情况下，在振动电极膜的基板侧设置壁部，空气在基板的后腔的开口通过，使封装件内的压力不易上升。
图13是用于说明本实施例中的背板27及振动电极膜25附近的构造的图。图13(a)是表示过大的压力作用前的状态的剖视图，图13(b)是表示过大的压力作用后的状态的剖视图，图13(c)表示俯视图。此外，图13(a)、图13(b)是图13(c)所示的X－X截面的剖视图。在本实施例中，如图13(a)所示，以包围后腔22的方式在振动电极膜25上的与基板23相对的部分设置壁部25d。
据此，在过大的压力作用且使振动电极膜25向基板23侧变形的情况下，如图13(b)所示，振动电极膜25的壁部25d与基板23的上表面抵接，能够阻断空气向后腔22的流路(抑制空气流动)，抑制封装件内的压力上升。此外，如图13(c)中双点划线所示，以俯视时包围大致正方形的后腔22的开口方式设置壁部25d。此外，在该情况下，壁部25d俯视时为闭合曲线，但也可以在其一部分设有间隙。另外，在本实施例中，为了在振动电极膜25与基板23之间不产生粘着，有时在振动电极膜25的基板23侧的面上设置止动件(未图示)，该情况下，优选壁部25d的高度为与止动件的高度同等以上。由此，在过大的压力作用且使振动电极膜25向基板23侧变形的情况下，能够更可靠地使振动电极膜25的壁部25d与基板23的上表面抵接，抑制封装件内的压力上升。
此外，在压力孔设于封装件的顶面的情况下，除了如图13及图14(a)所示那样将背板27配置在振动电极膜25的顶面侧(即，压力孔侧)的构成之外，考虑如图14(b)所示地将振动电极膜35配置在背板37的顶面侧(即，压力孔侧)的构成。关于图14(b)所示的情况，也可以以包围背板37上的配置声孔37a的区域的方式设置壁部37d。另外，省略图示，还可以以包围声孔37a的方式在背板37上设置筒状的突出部。进而，也可以在振动电极膜35设置将声孔37a闭塞的突出部。
<变形例>
在上述实施例中，以通过向背板及振动电极膜的表面赋予凸形状而形成突出部及壁部为前提进行了说明。但是，也可以通过向背板及振动电极膜赋予弯曲形状而形成突出部及壁部。
图15表示如上的变形例中的背板及振动电极膜附近的剖视图。图15(a)是向背板27的倾斜形成的侧面赋予弯曲形状而形成壁部27f的例子。在该例子中，在过大的压力作用于声学传感器1，使振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，振动部31的端面接近壁部27f，由此阻断空气向背板27与振动电极膜25的间隙流入时的流路(抑制流动)，抑制空气在声孔27a通过。结果，能够抑制封装件内的压力上升。
此外，在该变形例中，在振动电极膜25向背板27侧赋予弯曲形状的情况下，振动部31的端面接近壁部27f，由此阻断空气向背板27与振动电极膜25的间隙流入时的流路(抑制流动)。与此相对，在壁部27f上，在将弯曲形状扩展至振动电极膜25的更中央侧，振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，振动电极膜25的背板27侧的表面与壁部27f抵接，由此也可以阻断空气流入背板27与振动电极膜25的间隙时的流路(抑制流动)。
接着，图15(b)是通过向振动电极膜25的振动部31的部分端部赋予弯曲形状而形成振动电极膜25的突出部25e的例子。在该例子中，在过大的压力作用于声学传感器1，振动电极膜25向背板27侧变形的情况下，突出部25e将背板27的声孔27a闭塞，由此能够阻断空气流入背板27与振动电极膜25的间隙时的流路(抑制流动)，抑制空气在声孔27a通过。结果，能够抑制封装件内的压力上升。
此外，在上述实施例中，对过大的压力作用于声学传感器1，空气从压力孔流入的例子进行了说明，但本发明也可适用于声学传感器1在空气中以外的环境中使用的情况。即，本发明中的流路阻断部及流路抑制部也可以阻断空气以外的流体流路或抑制流动。
另外，在上述实施例中，对振动电极膜的振动部的形状为大致正方形且在其周围形成有固定部的例子进行了说明，但振动电极膜的振动部的形状也可以为如图16所示那样的圆形或其它形状。例如，如图16(a)所示，固定部52既可以为以在振动电极膜45的圆形的振动部51的周围放射状地延伸的方式设置一个以上的构造，也可以如图16(b)所示，将振动电极膜45的圆形的振动部51的外周部分直接作为固定于基板43(或未图示的背板)上的固定部52起作用。此外，在振动电极膜45的圆形的振动部51的外周部分的整周作为固定部52使用的情况下，空气不会从振动部51与基板43之间流入，因此，在振动部51上形成有孔为本发明的前提。

Claims (10)

1.一种声学传感器，其具备：
半导体基板，其具有开口；
背板，其以与所述半导体基板的开口相对的方式配置，作为固定电极起作用，并且具有可使空气通过的声孔；
振动电极膜，在其与所述背板之间夹着空隙且与该背板相对而配置；
框体，其收纳所述基板、背板及振动电极膜，并且具有可使空气流入的压力孔，
将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜与所述背板之间的电容的变化，检测声压，其特征在于，
形成流路，该流路包含所述背板的声孔、所述背板与所述振动电极膜之间的间隙、所述振动电极膜与所述半导体基板之间的间隙及所述半导体基板的开口中的至少任一个，从所述压力孔流入所述框体内的流体向所述框体内夹着所述振动电极膜与所述压力孔相反的一侧的空间移动，
还具备流路阻断部，在所述振动电极膜因流体从所述压力孔流入所述框体内而变形并接近所述半导体基板或所述背板时，阻断所述流路的至少一部分，
所述流路阻断部为设于所述振动电极膜或所述背板的一方的突出部，在所述振动电极膜变形并接近所述背板时，与所述振动电极膜或所述背板中的另一方抵接，从而闭塞所述背板上的至少几个所述声孔，
所述突出部具有俯视时包围所述背板上的所述声孔的周围的筒状的形状。
2.如权利要求1所述的声学传感器，其特征在于，
所述突出部将所述背板上的全部的所述声孔闭塞。
3.如权利要求1所述的声学传感器，其特征在于，
所述振动电极膜包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，
所述突出部将所述背板上的配置于与所述振动电极膜的振动部的外周相对的部分的所述声孔闭塞。
4.如权利要求1所述的声学传感器，其特征在于，
在所述背板上设有固定电极膜及所述流路阻断部，
所述固定电极膜仅设于所述背板上的所述流路阻断部的前端以外的部分。
5.如权利要求1所述的声学传感器，其特征在于，
在所述振动电极膜或所述背板的一方还设有止动件，在所述振动电极膜及所述背板彼此接近时，该止动件与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，
所述流路阻断部的高度为所述止动件的高度以上。
6.一种电容式变换器，其被收纳在具有可使空气流入的压力孔的框体内而使用，其特征在于，具有：
半导体基板，其具有开口；
背板，其以与所述半导体基板的开口相对的方式配置，作为固定电极起作用，并且具有可使空气通过的声孔；
振动电极膜，在其与所述背板之间夹着空隙且与该背板相对而配置，
将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜与所述背板之间的电容的变化，
还具备流路阻断部，在所述振动电极膜变形并接近所述半导体基板或所述背板时，所述流路阻断部阻断在所述振动电极膜与所述半导体基板或所述背板之间的间隙通过的流体的流路及/或在所述半导体基板的开口或所述背板的声孔通过的流体的流路的至少一部分，
所述流路阻断部为设于所述振动电极膜或所述背板的一方的突出部，在所述振动电极膜变形并接近所述背板时，与所述振动电极膜或所述背板中的另一方抵接，从而闭塞所述背板上的至少几个所述声孔，
所述突出部具有俯视时包围所述背板上的所述声孔的周围的筒状的形状。
7.如权利要求6所述的电容式变换器，其特征在于，
所述突出部将所述背板上的全部的所述声孔闭塞。
8.如权利要求6所述的电容式变换器，其特征在于，
所述振动电极膜包括压力作用的板状振动部和固定部而形成，所述固定部将该振动部固定在所述半导体基板或所述背板上，
所述突出部将所述背板上的配置于与所述振动电极膜的振动部的外周相对的部分的所述声孔闭塞。
9.如权利要求6所述的电容式变换器，其特征在于，
在所述背板上设有固定电极膜及所述流路阻断部，
所述固定电极膜仅设于所述背板上的所述流路阻断部的前端以外的部分。
10.如权利要求6所述的电容式变换器，其特征在于，
在所述振动电极膜或所述背板的一方还设有止动件，在所述振动电极膜及所述背板彼此接近时，该止动件与所述振动电极膜或所述背板的另一方抵接，
所述流路阻断部的高度为所述止动件的高度以上。
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