JP2009071813A

JP2009071813A - 振動トランスデューサ

Info

Publication number: JP2009071813A
Application number: JP2008211567A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Suzuki; 幸俊鈴木; Toshinao Suzuki; 利尚鈴木; Kunimasa Muroi; 國昌室井; Tatsuya Nagata; 達也永田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US20090175477A1; CN101374373A

Abstract

【課題】コンデンサマイクロホンなどの微小な振動トランスデューサの感度を維持しながら環境耐性を向上させる。
【解決手段】本発明の振動トランスデューサは、気密材料からなり通孔が形成されているハウジングと、前記通孔を内包する位置において前記ハウジングの内面に気密に接合される振動変換ダイと、前記通孔を内包する位置において前記ハウジングの外面に外周が気密に接合され前記通孔の断面積より振動面積が広い気密材料からなるバリアダイアフラムと、前記バリアダイアフラムと前記ハウジングの外面との間に前記バリアダイアフラムが膜振動する空間が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動トランスデューサに関し、特にＭＥＭＳセンサとしてのコンデンサマイクロホンなどの微小な振動トランスデューサに関する。

従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造されるコンデンサマイクロホンなどの微小な振動トランスデューサが知られている（例えば特許文献１、２参照）。従来の微小なコンデンサマイクロホンのハウジングには、ハウジング内に音波を伝搬させる通孔が形成されている。特許文献１、２に記載されたコンデンサマイクロホンでは、この通孔が布や、ポリテトラフルオロエチレン、燒結金属などのフィルムで塞がれている。このような布やフィルムは、光、湿気、粉塵などを遮断するため、コンデンサマイクロホンの環境耐性を向上させる。

特開２００１−７８２９７号公報特開２００４−５３７１８２号広報

しかし、特許文献１に記載されているような布では湿気を遮断することができない。また、特許文献２に記載されているようなポリテトラフルオロエチレン、燒結金属などのフィルムでパッケージの通孔を閉塞すると、フィルムを透過するときに音波のエネルギーが大きく減衰するため、コンデンサマイクロホンの感度が低くなる。

本発明は、コンデンサマイクロホンなどの微小な振動トランスデューサの感度の低下を抑制しながら環境耐性を向上させることを目的とする。

（１）上記目的を達成するための振動トランスデューサは、気密材料からなり通孔が形成されているハウジングと、前記通孔を内包する位置において前記ハウジングの内面に気密に接合される振動変換ダイと、前記通孔を内包する位置において前記ハウジングの外面に外周が気密に接合され前記通孔の断面積より振動面積が広い気密材料からなるバリアダイアフラムと、を備え、前記バリアダイアフラムと前記ハウジングの外面との間に前記バリアダイアフラムが膜振動する空間が形成されている。

本発明によると、気密材料からなるハウジングと、ハウジングに外周が気密に接合される気密材料からなるバリアダイアフラムとで振動変換ダイが密封されているため、湿気を振動変換ダイから遮断できる。ハウジングに接合されているバリアダイアフラムとハウジングの外面との間にはバリアダイアフラムが膜振動する空間が形成されているため、バリアダイアフラムは振動可能である。すなわち、本発明にかかるバリアダイアフラムは微弱な波動や振動を膜振動によってパッケージの内部の振動変換ダイに中継するものである。このようなバリアダイアフラムの膜振動によって波動や振動を振動変換ダイに中継する場合、バリアダイアフラムと振動変換ダイとの間のキャビティのスティフネスが高いほど振動トランスデューサの感度は高くなる。尚、キャビティのスティフネスとは、キャビティを満たす空気などの媒質を特定の形状を有する弾性体とみなしたときに、その弾性体の弾性係数のことである。したがって、バリアダイアフラムとハウジングの外面との間のキャビティの容量はバリアダイアフラムが膜振動できる範囲で小さいほどよい。すると、振動変換ダイはハウジングの通孔を塞ぐようにしてハウジングに接合することが好ましい。このため、本発明にかかる振動変換ダイは、ハウジングの通孔を内包する位置においてハウジングの内面に気密に接合される。しかしこの場合、ハウジングの内面におけるその通孔の開口面積は振動変換ダイの底面よりも小さくなければならない。そして、特許文献２に記載されているように、断面積一定の通孔内にフィルムを張り渡すと、そのフィルムの振動面積は振動変換ダイの底面よりも小さくなるため、そのようなフィルムの剛性は高くなる。剛性の高いフィルムの膜振動によって波動や振動を振動変換ダイに中継するとエネルギーの低減幅が大きくなり、感度が大きく低下する。本発明によると、バリアダイアフラムの外周が通孔を内包する位置においてハウジングの外面に接合されているため、バリアダイアフラムの振動面積はハウジングの通孔の断面積よりも広い。このため、特許文献２に記載されているように通孔の断面積とそれを塞いでいるフィルムの振動面積とが等しい場合に比べるとバリアダイアフラムは膜振動しやすくなっている。すなわち、本発明によると、感度の低下を抑制しながらコンデンサマイクロホンなどの微小な振動トランスデューサの環境耐性を向上させることができる。

（２）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記バリアダイアフラムと前記ハウジングの外面との距離は、前記バリアダイアフラムの振動軸から前記バリアダイアフラムの外周に向かって短くなることが好ましい。
軸対称振動する範囲においては、バリアダイアフラムの変位は振動軸から振動端である外周に向かって小さくなる。したがって、バリアダイアフラムとハウジングの外面との距離をバリアダイアフラムの振動軸からバリアダイアフラムの外周に向かって短くすることにより、バリアダイアフラムの振幅を低減せずにバリアダイアフラムと振動変換ダイとの間のキャビティの容量を小さくすることができる。

（３）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記ハウジングの外面の前記バリアダイアフラムと向き合う領域に突起が形成されていることが好ましい。
ハウジングの外面のバリアダイアフラムと向き合う領域に突起を形成すると、バリアダイアフラムに定格を超えた圧力が加わってバリアダイアフラムがハウジングの外面に接触したときに、バリアダイアフラムがハウジングの外面に固着しにくくなる。

（４）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて前記ハウジングと前記振動変換ダイとはフリップチップ接続されるとともに前記ハウジングと前記振動変換ダイとを接続する複数のバンプ間の間隙は樹脂によって封止されていることが好ましい。
ハウジングと振動変換ダイとのフリップチップ接続により、振動変換ダイとバリアダイアフラムとの距離を短くし、振動トランスデューサの実装面積を小さくすることができる。そしてフリップチップ接続のバンプ間の間隙を樹脂で封止することによりハウジングと振動変換ダイとの気密性を確保できる。

（５）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記バリアダイアフラムは電磁シールド機能を有することが好ましい。
バリアダイアフラムが電磁シールド機能を持つと振動変換ダイが電磁ノイズの影響を受けにくくなりＳ／Ｎが高くなる。

（６）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記バリアダイアフラムは光シールド機能を有することが好ましい。
バリアダイアフラムが光シールド機能を持つと振動変換ダイが光ノイズの影響を受けにくくなりＳ／Ｎが高くなる。

（７）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて前記バリアダイアフラムは撥水性を有することが好ましい。
バリアダイアフラムが撥水性を持つとバリアダイアフラムに水滴が付着しにくくなる。

（８）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記バリアダイアフラムは樹脂膜と金属膜の積層構造体であることが好ましい。
バリアダイアフラムを樹脂膜と金属膜の積層構造体にすると、電磁波と光に対するシールド機能としなやかさを併せ持つバリアダイアフラムを実現することができる。

（９）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記バリアダイアフラムの面積は前記振動変換ダイの底面積よりも大きいことが好ましい。

（１０）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、前記バリアダイアフラムの面積は前記ハウジングの内側底面積とほぼ等しくてもよい。

以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において実質的に同一の構成要素には図に同一の符号を付して説明を省略する。

（第一実施例）
１．構成
図１Ａは、本発明の振動トランスデューサの第一実施例であるコンデンサマイクロホン１について電極ダイアフラム２１に対して垂直な断面を示す模式図である。図１Ｂはコンデンサマイクロホン１について電極ダイアフラム２１に対して平行な断面を示す模式図である。図１Ｃはバリアダイアフラム３０が取り除かれたコンデンサマイクロホン１を電極ダイアフラム２１に対して垂直な方向から見た底面を示す模式図である。

本実施例のコンデンサマイクロホン１は、携帯型電話機などの携帯型電子機器に実装される微小なマイクロホンであって、所謂ＭＥＭＳセンサの一種である。コンデンサマイクロホン１は振動変換ダイとしてのマイクロホンダイ２０と、アンプダイ４０と、これらを収納しているハウジング１０と、ハウジング１０の通孔１０ａを塞ぐバリアダイアフラム３０とを備えている。

ハウジング１０は、マイクロホンダイ２０とアンプダイ４０とが収容される空間を形成する箱形状である。ハウジング１０は気密材料からなる。ハウジング１０の材料には、セラミック、金属、耐熱性樹脂などの気密材料から選択することができる。例えば、セラミックシートと、平面配線、接続用パッド、貫通配線などの配線要素１１を構成する金属とを組み合わせて無蓋箱形状の本体を形成し、耐熱性樹脂からなる蓋を本体に接合することによりハウジング１０を構成することができる。ハウジング１０には通孔１０ａが形成されているため、ハウジング１０の外部空間の圧力は通孔１０ａを通じてハウジング１０の内部空間に加わる。通孔１０ａの音響抵抗は可聴域音波に対して十分小さく設定される。ハウジング１０自体は実質的に音波を透過しない。

ハウジング１０の外面には通孔１０ａを内包する位置においてバリアダイアフラム３０の外周が気密に接合されている。バリアダイアフラム３０の材料や寸法や形状や張力は、バリアダイアフラム３０の共振周波数が可聴域音波より高くなるように設定される。またバリアダイアフラム３０は気密な不透明材料からなる。このためハウジング１０の内部空間は、水滴、湿気、粉塵および光についてハウジング１０の外部空間から隔離されている。バリアダイアフラム３０とハウジング１０とを気密に接合する方法としては、熱圧着、かしめなどを採用することができる。バリアダイアフラム３０は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などの撥水性を有するフッ素樹脂、ポリイミドなどの耐熱性樹脂や、アルミ、ニッケルなどの電磁シールド機能を有する金属や、これらの積層体からなる。バリアダイアフラム３０に電磁シールド機能を付与する場合、ハウジング１０の配線要素１１を介して金属膜を接地する。バリアダイアフラム３０を樹脂で構成することにより、優れた振動特性としなやかさをバリアダイアフラム３０に付与することができる。バリアダイアフラム３０の表面に撥水性を付与することにより、水滴の付着や水滴中に存在する腐食物質の付着を防止できる。バリアダイアフラム３０に電磁シールド機能を付与することにより、出力がハイインピーダンスなマイクロホンダイ２０のＳ／Ｎを高めることができる。そしてこれらすべての性質をバリアダイアフラム３０に付与するため、バリアダイアフラム３０を積層構造にすることが望ましい。

バリアダイアフラム３０は通孔１０ａの周囲においてハウジング１０の外面に形成されている環状の凸部に外周が接合されている。このためバリアダイアフラム３０とハウジング１０の外面との間にはバリアダイアフラム３０が膜振動する空間が形成されている。バリアダイアフラム３０とハウジング１０との内側の接合境界がバリアダイアフラム３０の振動端となり、振動端より内側のバリアダイアフラム３０の面積がバリアダイアフラム３０の振動面積である。

ハウジング１０の通孔１０ａを内包する位置においてマイクロホンダイ２０がハウジング１０の内面に接合されている。マイクロホンダイ２０は、単結晶シリコンなどからなる基板と堆積膜とからなるＭＥＭＳ構造を有する。マイクロホンダイ２０とハウジング１０とをフリップチップ接続するバンプの間隙は樹脂５０によって封止されているため、マイクロホンダイ２０はハウジング１０の内面に気密に接合されている。マイクロホンダイ２０は、不純物が添加されたポリシリコンや金属などの導電性堆積膜からなる電極ダイアフラム２１と電極プレート２２とを備えている。電極ダイアフラム２１と電極プレート２２とは、ハウジング１０に環状に接合される支持部２３によってわずかな（例えば４μｍ）間隙を間において平行に支持されている。電極プレート２２には複数の通孔２２ａが形成され、電極プレート２２の剛性は電極ダイアフラム２１にくらべて十分高い。通孔２２ａの音響抵抗は可聴域音波に対して十分低く設定されている。電極ダイアフラム２１の共振周波数は可聴域音波の周波数領域よりも高く設定されている。

コンデンサマイクロホン１の内部空間は、電極ダイアフラム２１および支持部２３によって音響的に区画されている。すなわち図２Ａに示すように、バリアダイアフラム３０とハウジング１０の外面１０ｂとで囲まれた空間と、通孔１０ａと、マイクロホンダイ２０の内側空間とは音響的には１つの空間（フロントキャビティＦＣ）であり、マイクロホンダイ２０の外側のハウジング１０の内部空間は音響的には別の１つの空間（バックキャビティＢＣ）であり、これら２つの空間は電極ダイアフラム２１および支持部２３によって区画されている。尚、フロントキャビティＦＣとバックキャビティＢＣとは静圧に関しては平衡するように連通している。すなわち、これら２つの空間は可聴域音波に対して十分高い音響抵抗を持つ狭小な通路によって接続されている。このような通路は支持部２３と電極ダイアフラム２１との間の間隙か、あるいは支持部２３に形成される通孔によって構成される。

アンプダイ４０は、電極ダイアフラム２１と電極プレート２２との容量変化を示す電圧変動を増幅するプリアンプや、電極ダイアフラム２１と電極プレート２２とにバイアス電圧を印加するチャージポンプなどのＣＭＯＳ回路を備える。アンプダイ４０はハウジング１０の内面にバンプ５２を介してフリップチップ接続されている。

２．作用
次に図２Ａおよび図２Ｂに基づいてコンデンサマイクロホン１の作用を説明する。
電極ダイアフラム２１と電極プレート２２とはバイアス電圧が印加されることによって平行平板コンデンサを構成する。バリアダイアフラム３０に定格範囲の音波が到達すると、バリアダイアフラム３０は振動する。バリアダイアフラム３０が振動すると、その振動によってフロントキャビティＦＣ内に圧力変動が生ずる。フロントキャビティＦＣは可聴域では音響的に密閉された非常に小さな空間であるため、フロントキャビティＦＣ内の圧力は同位相で電極ダイアフラムに加わる。このようにしてコンデンサマイクロホン１の外部の圧力振動である音波が電極ダイアフラム２１に達すると、電極ダイアフラム２１が振動し、その結果、平行平板コンデンサの容量が変化する。この容量変化はアンプダイ４０によって電気信号に変換され、アンプダイ４０によって増幅された電気信号がハウジング１０の配線要素１１を通じて図示しない実装基板に出力される。

電極ダイアフラム２１はスティフネス制御によって駆動されると考えられる。すなわち、コンデンサマイクロホン１の内部空間は非常に小さいため、その振動系の応答は共振周波数より低い範囲においては膜や媒質や閉空間の隔壁といった機械的構成要素のスティフネスによって決まると考えられる。したがって、例えばバックキャビティＢＣのスティフネスに対するフロントキャビティＦＣのスティフネスの比の値が大きくなるほど、音圧が効率よく電極ダイアフラム２１に伝達される。

コンデンサマイクロホン１のこのような機械的構造は、コンデンサマイクロホン１の機械的構成要素を次のように置き換えることによって、図２Ｂに示す等価回路で表すことができる。
バリアダイアフラム３０のスティフネス：１／Ｃ_ｆ
フロントキャビティＦＣのスティフネス：１／Ｃ_１
電極ダイアフラム２１のスティフネス：１／Ｃ_ｍ
バックキャビティＢＣのスティフネス：１／Ｃ_２
コンデンサマイクロホン１の外部の音圧：Ｖ_ｏ
電極ダイアフラム２１に加わる音圧：Ｖ_ｍ

この等価回路から理解できるように、Ｃ_ｆを大きく、Ｃ_１を小さく、Ｃ_２を大きくすることにより電極ダイアフラム２１に加わる音圧Ｖ_ｍを大きくすることができる。すなわち、バリアダイアフラム３０のスティフネスを小さく、フロントキャビティＦＣ内の媒質のスティフネス（以下、フロントキャビティのスティフネスと省略する。）を大きく、電極ダイアフラム２１のスティフネスを小さく、バックキャビティＢＣ内の媒質のスティフネス（以下、バックキャビティのスティフネスと省略する。）を小さくすることにより、電極ダイアフラム２１に加わる音圧Ｖ_ｍを大きくすることができ、ひいてはコンデンサマイクロホン１の感度を高めることができる。

バックキャビティＢＣのスティフネスは、電極ダイアフラム２１に加わる力を電極ダイアフラム２１の変位で除した値である。またフロントキャビティＦＣのスティフネスは、バリアダイアフラム３０に加わる力をバリアダイアフラム３０の変位で除した値である。円筒形のキャビティの底面に相当するダイアフラムに力が加わる場合、ダイアフラムの半径をｒとし、キャビティの容積をＶ、スティフネスをｋ、ダイアフラムの面積をＳ、ダイアフラムの変位をΔｘ、ダイアフラムに加わる圧力をＰ、キャビティの容積変化量をΔＶとすると、
ｋ＝ＰＳ／Δｘ・・・（１）
ΔＶ＝ＳΔｘ・・・（２）
である。式（１）（２）より、
ｋ＝ｐＳ^２／ΔＶ・・・（３）
である。
Ｓ＝πｒ^２・・・（４）
であるから、式（３）、（４）より、
ｋ＝ｐπ^２ｒ^４／ΔＶ
となる。したがって、キャビティのスティフネスはｒ^４／ΔＶに比例する。そして、媒質である空気の体積弾性率は一定であるため、キャビティの容積変化量ΔＶはキャビティの容積Ｖに比例する。

このため、フロントキャビティＦＣの容積は小さく、バリアダイアフラム３０の半径は大きく、バックキャビティＢＣの容積は大きい方がよい。フロントキャビティＦＣの容積を小さくするためには、ハウジング１０の通孔１０ａを塞ぐようにしてマイクロホンダイ２０をハウジング１０の内面に気密に接合し、バリアダイアフラム３０と電極ダイアフラム２１との距離Ｈを短くすればよい。バリアダイアフラム３０と電極ダイアフラム２１との距離Ｈを短くするには、マイクロホンダイ２０をハウジング１０にフリップチップ接続することが好ましい。バックキャビティＢＣの容積を大きくするには、マイクロホンダイ２０の外側においてハウジング１０の内部空間をなるべく広くバックキャビティＢＣとして利用できるように、樹脂５０を充填する領域やマイクロホンダイ２０とアンプダイ４０の配置を設定することが好ましい。

バリアダイアフラム３０の振動面積ＳＢ、電極ダイアフラム２１の振動面積ＳＤをそれぞれ小さくしてもフロントキャビティＦＣの容積は小さくなるが、この場合、バリアダイアフラム３０、電極ダイアフラム２１のスティフネスが大きくなる。弾性膜のスティフネスは曲げ剛性が支配的な場合には弾性膜の面積に反比例し、張力が支配的な場合には弾性膜の引っ張り応力に比例する。バリアダイアフラム３０のスティフネスを小さくするためには、バリアダイアフラム３０の面積を大きく、引っ張り応力を小さくすることが好ましい。したがって、本実施例ではバリアダイアフラム３０をハウジング１０の通孔１０ａ内やその開口部に接合するのではなく、通孔１０ａを内包する位置においてハウジング１０の外面に環状の凸部を設け、その凸部にバリアダイアフラム３０の外周を固定している。その結果、本実施例では、バリアダイアフラム３０の振動面積がハウジング１０の通孔１０ａの断面積よりもマイクロホンダイ２０の底面積よりも大きく、ハウジング１０の内側底面積とほぼ等しくなっている。

次の表１は本実施例の感度を検証したシミュレーション結果を示す表である。このシミュレーションで用いた比較例の構造を図８に示す。比較例の感度低下量は比較例からバリアダイアフラム３２を取り外した構造のコンデンサマイクロホンの感度を基準にしている。本実施例の感度低下量は本実施例からバリアダイアフラム３０を取り外した構造のコンデンサマイクロホンの感度を基準にしている。
バリアダイアフラムの材質：ＰＦＡ
バリアダイアフラムのヤング率：６８０ＭＰａ
バリアダイアフラムの密度：２１７０ｋｇ／ｍ^３
バリアダイアフラムの引っ張り応力：０．１ＭＰａ
ｒ：バリアダイアフラムの半径
ｖ：フロントキャビティの容積
ｈ：ハウジングの外面とバリアダイアフラムの距離
ｓｆ：バリアダイアフラムのスティフネス
ｓ１：フロントキャビティのスティフネス
ｓｍ：電極ダイアフラムのスティフネス
ｓ２：バックキャビティのスティフネス

ところで、本実施例のコンデンサマイクロホン１を実装基板にはんだリフロー工程で接続するときには、バリアダイアフラム３０で密閉されたコンデンサマイクロホン１の内部空間の圧力が増大する。しかし、バリアダイアフラム３０がしなやかで電極ダイアフラム２１に比べて振動面積が十分に広いため、はんだリフロー工程で生ずる引っ張り応力によってバリアダイアフラム３０が破断することはない。また、バリアダイアフラム３０よりもかなり小さい電極ダイアフラム２１によって音響的には密閉されているバックキャビティＢＣは、静圧に関してはフロントキャビティＦＣと連通している。このため、はんだリフロー工程でコンデンサマイクロホン１の内部空間の圧力が高まったとしても、電極ダイアフラム２１の引っ張り応力が増大することはない。

（第二実施例）
図３は本発明の振動トランスデューサの第二実施例であるコンデンサマイクロホン２を示す模式的な断面図である。図３に示すように、電極ダイアフラム２１は、電極プレート２２よりもバリアダイアフラム３０に近い方に位置していても良い。

（第三実施例）
図４Ａは、本発明の振動トランスデューサの第三実施例であるコンデンサマイクロホン３について電極ダイアフラム２１に対して垂直な断面を示す模式図である。図４Ｂはバリアダイアフラム３０が取り除かれたコンデンサマイクロホン３を電極ダイアフラム２１に対して垂直な方向から見た平面を示す模式図である。

バリアダイアフラムとハウジングの外面との間の間隙の形態はバリアダイアフラムの振動形態に合わせて最小化することが望ましい。本実施例では、ハウジング１２のバリアダイアフラム３１に向き合う領域が錐状（例えばテーパ形状）である例を示す。共振周波数より低い範囲ではバリアダイアフラム３１の振動モードは軸対称振動である。したがってバリアダイアフラム３１の振幅は振動軸ＢＡから振動端である外周に向かって小さくなる。このため、バリアダイアフラム３１の外周近傍ではバリアダイアフラム３１とハウジング１２との距離が小さくてもバリアダイアフラム３１はハウジング１２に接触しにくい。そこで本実施例では、バリアダイアフラム３１の振動軸ＢＡから振動端である外周に向かってバリアダイアフラム３１とハウジング１２の外面１２ａとの距離が短くなるように、ハウジング１２の外面１２ａに錐状の凹部を形成している。その結果、バリアダイアフラム３１とハウジング１２の外面１２ａとが向き合う領域においてそれらの距離が一定である場合に比べ、フロントキャビティＦＣの容積を小さくでき、ひいてはコンデンサマイクロホン３の感度を高めることができる。

(第四実施例)
図５は、本発明の振動トランスデューサの第四実施例であるコンデンサマイクロホン４を示す模式的な断面図である。ハウジング１３の外面１３ｂとバリアダイアフラム３０とが接触してそのまま固着することを防止するため、ハウジング１３の外面１３ｂのバリアダイアフラム３０に向き合う領域に突起１３ｄを形成することが望ましい。突起１３ｄはバリアダイアフラム３０に最も接触しやすい領域に１つ以上形成すればよい。したがって、突起１３ｄの配置や数はバリアダイアフラム３０の形態に応じて最適化される。

(第五実施例)
図６は、本発明の振動トランスデューサの第五実施例であるコンデンサマイクロホン５を示す模式的な断面図である。マイクロホンダイ２５にはＭＥＭＳ構造とその駆動回路や出力回路を設けても良い。すなわち、マイクロホンダイ２５に図示しないチャージポンプやプリアンプなどのＣＭＯＳ回路を設けても良い。この場合、図６に示すようにハウジング１４に収容するダイの数を１つにすることができるため、コンデンサマイクロホン５の底面積を小さくすることができる。また、図６には、バリアダイアフラム３１とハウジング１４との距離がバリアダイアフラム３１の振動軸から外周に向かって短くなる構成を示している。さらに図６では、ハウジング１４のバリアダイアフラム３１に向き合う領域に突起１４ｄが形成される構成を示している。

(第六実施例)
図７は、本発明の振動トランスデューサの第六実施例である振動センサ６を示す模式的な断面図である。振動センサ６のバリアダイアフラム３２は、スティフネスが曲げ剛性に支配されるほど厚い弾性膜である。したがって振動センサ６は、機械振動を電気信号に変換してモニタリングするための用途などに接触型センサとして用いる形態に好適である。

（第七実施例）
図９Ａ、図９Ｂに本発明の振動トランスデューサの第七実施例であるコンデンサマイクロホン７を示す。図９Ａは、コンデンサマイクロホン７について電極ダイアフラム２１に対して垂直な断面を示す模式図である。図９Ｂはバリアダイアフラム３１が取り除かれたコンデンサマイクロホン７を電極ダイアフラム２１に対して垂直な方向から見た底面を示す模式図である。

本実施例のコンデンサマイクロホン７は、配線要素１１として複数の外部端子１１ｂとシールリング３５とをハウジング１２の底面１２ｂに備える。外部端子１１ｂは円形に形成され、ハウジング１２の底面１２ｂの四隅に配置されている。外部端子１１ｂは、ハウジング１２の内側に備わる配線要素１１としての内部端子１１ａと図示しない配線要素としての内部配線を介して電気的に接続されている。シールリング３５は、円環状に形成されており、バリアダイヤフラム３１の周囲においてハウジング１２に全体が気密に接合されている。シールリング３５と外部端子１１ｂとはハウジング１２の底面１２ｂからの高さが等しく設定されている。外部端子１１ｂおよびシールリング３５は半田のように溶融接合が可能な導電性材料からなる。

図９Ｃは、コンデンサマイクロホン７の実装形態を示す模式的な断面図である。コンデンサマイクロホン７は、複数の電子部品を搭載し互いに接続するためのデバイス基板６０に実装される。コンデンサマイクロホン７は、デバイス基板６０の表面に形成されている印刷回路パターン６１、６２に接合されることによってデバイス基板６０に固定される。具体的には、コンデンサマイクロホン７の外部端子１１ｂはデバイス基板６０の外部端子用印刷回路パターン６１に溶融接合されて外部端子用印刷回路パターン６１と導通する。コンデンサマイクロホン７のシールリング３５はデバイス基板６０の表面に円環状に形成されているシールリング用印刷パターン６２と溶融接合されてシールリング用印刷パターン６２と気密に接合される。

デバイス基板６０のシールリング用印刷パターン６２の内側において、デバイス基板６０を貫通する貫通孔６０ａが形成されている。複数の電子部品を搭載したデバイス基板６０は、携帯型電話機などの携帯型電子機器の外殻を構成する筐体７０に収容される。筐体７０には、デバイス基板６０の貫通孔６０ａに接続する開口部７０ａが形成されている。開口部７０ａと貫通孔６０ａとはゴムなどからなる弾性を有するパッキン６５によって気密に接続されている。したがって、バリアダイヤフラム３１が露出している筐体７０の内部空間は、筐体７０の開口部７０ａにおいてのみ筐体７０の外部空間に開放されている。

筐体７０の外部の音響による圧力変動は、開口部７０ａから筐体７０の内部に進入し、パッキン６５、貫通孔６０ａ、シールリング用印刷パターン６２およびシールリング３５によって区画された空間を伝わってバリアダイアフラム３１を振動させる。バリアダイアフラム３１の振動にともなって、上記実施例にて説明したようにマイクロホンダイ２０の電極ダイアフラム２１が振動する。

（第八実施例）
図１０Ａから図１０Ｃに本発明の振動トランスデューサの第八実施例であるコンデンサマイクロホン８を示す。図１０Ａは、コンデンサマイクロホン８について電極ダイアフラム２１に対して垂直な断面を示す模式図である。図１０Ｂは、コンデンサマイクロホン８について電極ダイヤフラム３０に対して平行な断面を示す模式図である。図１０Ｃはバリアダイアフラム３０が取り除かれたコンデンサマイクロホン８を電極ダイアフラム２１に対して垂直な方向から見た底面を示す模式図である。

本実施例のコンデンサマイクロホン８は、配線要素１１として複数の外部端子１１ｂとシールリング３５とをハウジング１０の底面１０ｂに備える。外部端子１１ｂは、ハウジング１０の内側に備わる配線要素１１としての内部端子１１ａと図示しない配線要素としての内部配線を介して電気的に接続されている。シールリング３５は、矩形環状に形成されており、バリアダイヤフラム３０および外部端子１１ｂを内包するハウジング１０の底面１０ｂの外縁領域においてハウジング１０に全体が気密に接合されている。外部端子１１ｂは円形に形成され、ハウジング１０の底面１０ｂの一辺に沿って配置されている。シールリング３５と外部端子１１ｂとはハウジング１０の底面１０ｂからの高さが等しく設定されている。外部端子１１ｂおよびシールリング３５は半田のように溶融接合が可能な導電性材料からなる。

第七実施例と同様にコンデンサマイクロホン８を実装したデバイス基板６０（図９Ｃ参照）を、携帯型電子機器の外殻を構成する筐体７０に収容するとき、ハウジング１０の底面１０ｂの面積に対して占める割合が大きいシールリング３０とほぼ同じ大きさの貫通孔６０ａをデバイス基板６０に形成し、シールリング３０とほぼ同じ大きさの開口部７０ａを筐体７０に形成すると、筐体７０の内部に取り込まれる音響による圧力変動のエネルギーが増大するとともに、バリアダイアフラム３０が受ける音響による圧力変動のエネルギーも増大する。

（他の実施例）
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施例で示した材質や寸法や形状はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である構成要素の追加や省略については説明が省略されている。

（１Ａ）は本発明の第一実施例にかかる断面図。（１Ｂ）は本発明の第一実施例にかかる平面図。（１Ｃ）は本発明の第一実施例にかかる平面図。（２Ａ）は本発明の第一実施例にかかる断面図。（２Ｂ）は本発明の第一実施例にかかる等価回路図。本発明の第二実施例にかかる断面図。（４Ａ）は本発明の第三実施例にかかる断面図。（４Ｂ）は本発明の第三実施例にかかる平面図。本発明の第四実施例にかかる断面図。本発明の第五実施例にかかる断面図。本発明の第六実施例にかかる断面図。本発明の比較例にかかる断面図。（９Ａ）は本発明の第七実施例にかかる断面図。（９Ｂ）は本発明の第七実施例にかかる平面図。（９Ｃ）は本発明の第七実施例にかかる断面図。（１０Ａ）は本発明の第八実施例にかかる断面図。（１０Ｂ）は本発明の第八実施例にかかる断面図。（１０Ｃ）は本発明の第八実施例にかかる平面図。

符号の説明

１：コンデンサマイクロホン、２：コンデンサマイクロホン、３：コンデンサマイクロホン、４：コンデンサマイクロホン、５：コンデンサマイクロホン、６：振動センサ、１０：ハウジング、１０ａ：通孔、１１：配線要素、１２：ハウジング、１３：ハウジング、１３ｄ：突起、１４：ハウジング、１４ｄ：突起、１５：ハウジング、１５ａ：通孔、２０：マイクロホンダイ、２１：電極ダイアフラム、２２：電極プレート、２２ａ：通孔、２３：支持部、２４：マイクロホンダイ、２５：マイクロホンダイ、３０：バリアダイアフラム、３１：バリアダイアフラム、３２：バリアダイアフラム、４０：アンプダイ、５０：樹脂、５１：バンプ、５２：バンプ、ＢＣ：バックキャビティ、ＦＣ：フロントキャビティ

Claims

気密材料からなり通孔が形成されているハウジングと、
前記通孔を内包する位置において前記ハウジングの内面に気密に接合される振動変換ダイと、
前記通孔を内包する位置において前記ハウジングの外面に外周が気密に接合され前記通孔の断面積より振動面積が広い気密材料からなるバリアダイアフラムと、を備え、
前記バリアダイアフラムと前記ハウジングの外面との間に前記バリアダイアフラムが膜振動する空間が形成されている、
振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムと前記ハウジングの外面との距離は、前記バリアダイアフラムの振動軸から前記バリアダイアフラムの外周に向かって短くなる、
請求項１に記載の振動トランスデューサ。
前記ハウジングの外面の前記バリアダイアフラムと向き合う領域に突起が形成されている、
請求項１又は２に記載の振動トランスデューサ。
前記ハウジングと前記振動変換ダイとはフリップチップ接続されるとともに前記ハウジングと前記振動変換ダイとを接続する複数のバンプ間の間隙は樹脂によって封止されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムは電磁シールド機能を有する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムは光シールド機能を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムは撥水性を有する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムは樹脂膜と金属膜の積層構造体である、
請求項１から７のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムの面積は前記振動変換ダイの底面積よりも大きい、
請求項１から８のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記バリアダイアフラムの面積は前記ハウジングの内側底面積とほぼ等しい、
請求項１から９のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。