JP6701825B2 - 静電容量型トランスデューサ及び音響センサ - Google Patents

Description

本願は、静電容量型トランスデューサ及び、該静電容量型トランスデューサを有する音響センサに関する。より具体的には、本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された振動電極膜とバックプレート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トランスデューサ及び音響センサに関する。

従来から、小型のマイクロフォンとしてＥＣＭ（Electret Condenser Microphone）と
呼ばれる音響センサを利用したものが使用される場合があった。しかし、ＥＣＭは熱に弱く、また、デジタル化への対応や小型化といった点で、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造される静電容量型トランスデューサを利用したマイクロフォン（以下、ＭＥＭＳマイクロフォンともいう。）の方が優れていることから、近年では、ＭＥＭＳマイクロフォンが採用されつつある（例えば、特許文献１を参照）。

上記のような静電容量型トランスデューサにおいては、圧力を受けて振動する振動電極膜を、電極膜が固定されたバックプレートに空隙を介して対向配置させた形態をＭＥＭＳ技術を用いて実現したものがある。このような静電容量型トランスデューサの形態は、例えば、シリコン基板の上に振動電極膜、および振動電極膜を覆うような犠牲層を形成した後、犠牲層の上にバックプレートを形成し、その後に犠牲層を除去するといった工程により実現できる。ＭＥＭＳ技術はこのように半導体製造技術を応用しているので、極めて小さい静電容量型トランスデューサを得ることが可能である。

一方で、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した静電容量型トランスデューサは、薄膜化した振動電極膜やバックプレートで構成されるため、過大な圧力が作用した場合等に振動電極膜が大きく変形し、破損してしまう虞があった。このような不都合は、例えば静電容量型トランスデューサ内に、大音圧が加わった場合の他、実装工程でエアブローされた場合や、当該静電容量型トランスデューサが落下した場合にも生じ得る。

これに対し、振動電極膜に圧力を解放する孔を設け、過大な圧力が作用した際に当該孔から圧力を解放する対策が考えられるが、この対策では、特に低音域での感度の低下など、静電容量型トランスデューサとしての周波数特性の悪化を招く場合があった。

また、振動電極膜と、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部とを有しており、プラグ部はバックプレートまたは基板に対して支持構造によって振動電極膜の他の部分と同じ高さに支持されたＭＥＭＳトランスデューサの発明が公知である。この発明では、振動電極膜が膜の両側の圧力差に応答して変位することで、プラグ部との間の流動経路が拡大することによって、過大な圧力を解放する（例えば、特許文献２を参照）。

また、音響振動を振動電極膜とバックプレートにおける固定電極膜の間の静電容量の変化に変換して検出する音響センサにおいて、振動電極膜の変形前においては、バックプレートに一体に設けられた凸部が、振動電極膜に設けられた圧力解放孔に侵入した状態となっており、振動電極膜が過大な圧力を受けてバックプレートと反対側に変形した際に、凸部の圧力解放孔への侵入が解除されることによって、空気流路の流路面積を増大させることで、振動電極膜に印加された圧力を解放する技術もある。

しかしながら、上記の、振動電極膜が過大な圧力を受けてバックプレートと反対側に変
形した際に、凸部の圧力解放孔への侵入が解除されることによって、空気流路の流路面積を増大させる技術では、バックプレートに一体に設けられた凸部の形状は、円柱状若しくは、バックプレートから離れるに従って径が小さくなるテーパ状になっていることが多かった。

そうすると、音響センサにおいて振動電極膜側から圧力が作用した場合に、振動電極膜がバックプレート側に移動するので、空気流路の流路面積が一定となるか逆に小さくなり、圧力を解放することが困難となる場合があった。

特開２０１１−２５０１７０号公報 米国特許第８７３７１７１号明細書

本発明は、上記のような状況を鑑みて発明されたものであり、その目的は、過大な圧力が音響センサに作用した場合に、振動電極膜がいずれの方向に変形したとしても、振動電極膜の過剰な変形を抑制し振動電極膜の破損を回避することのできる技術を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明は、表面に開口を有する基板と、
前記基板の開口に対向するように配設されたバックプレートと、
前記バックプレートとの間に空隙を介して該バックプレートに対向するように配設された振動電極膜と、
を備え、
前記振動電極膜の変形を該振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換する静電容量型トランスデューサにおいて、
前記振動電極膜に設けられた貫通孔である圧力解放孔と、
前記バックプレートと同一部材によりに該バックプレートと一体に設けられ前記振動電極膜の変形前の状態では前記圧力解放孔に侵入する凸状の部分と、
前記圧力解放孔と前記凸状の部分との隙間により形成される空気の流路である圧力解放流路と、をさらに備え、
前記凸状の部分は、該凸状の部分の先端側と、前記バックプレートにおける該凸状の部分の反対側とを連通する貫通孔を有することを特徴とする。

これによれば、静電容量型トランスデューサの内部において、振動電極膜側あるいはバックプレート側のいずれの側から圧力が作用した場合にも、当該圧力に係る空気の一部に、凸状の部分に設けられた貫通孔を通過させることで、振動電極膜の変形に寄与することなく、バックプレート及び振動電極膜の反対側にまで逃がすことができる。これにより、静電容量型トランスデューサの圧力に対する耐性を向上させることが可能となる。

また、静電容量型トランスデューサとしての周波数特性における特に低周波領域の感度を低下させることができるので、風切り音などのノイズに強い静電容量型トランスデューサをより容易に実現することができる。また、静電容量型トランスデューサに取り込まれた空気に異物が混入していた場合にも、当該異物が振動電極膜や凸部、圧力解放孔の付近に接触する確率を低減することができ、異物に対する耐性を向上させることが可能である。

また、本発明においては、前記貫通孔は、前記凸状の部分が前記圧力解放孔に侵入した状態で、前記振動電極膜に垂直方向から見て、前記圧力解放孔に含まれるようにしてもよい。

これによれば、貫通孔を通過する空気の出入りを、振動電極膜に垂直方向から見て、圧力解放孔の内部に限定できるので、凸状の部分に設けられた貫通孔を通過する空気が、振動電極膜に接触する空気の挙動に対して影響を及ぼすことを抑制できる。その結果、凸状の部分に設けられた貫通孔を通過する空気の、静電容量型トランスデューサとしての感度や周波数特性への影響を可及的に低減することが可能である。

また、本発明においては、前記貫通孔の断面形状は円形としてもよい。これによれば、凸状の部分における貫通孔の周辺での応力集中を緩和することができ、相対的に凸状の部分の強度を高めることが可能となる。

また、本発明においては、前記貫通孔の断面における幅は１μｍ以上５０μｍ以下であるようにしてもよい。貫通孔の断面における幅（貫通孔の断面が円形の場合には直径）がこの範囲にあれば、一般的なサイズのＭＥＭＳ静電容量型トランスデューサにおいて、実用上充分な感度と周波数特性を得ることが可能となり、また、半導体プロセスによって貫通孔を良好に形成することが可能となる。

また、本発明は、上記の静電容量型トランスデューサを有し、音圧を前記振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換して検出する音響センサであってもよい。これによれば、音響センサの圧力に対する耐性を向上させることが可能となる。また、音響センサの周波数特性における低周波領域の感度を低下させることができ、風切り音などのノイズに強い音響センサを実現することができる。また、音響センサの異物に対する耐性を向上させることができる。

なお、上述した、課題を解決するための手段は適宜組み合わせて使用することが可能である。

本発明によれば、静電容量型トランスデューサについて、圧力の検出時における周波数特性を良好に維持しつつ、過大な圧力が音響センサに作用した場合に、振動電極膜がいずれの方向に変形したとしても、振動電極膜の過剰な変形を抑制し振動電極膜の破損を回避することができる。その結果、静電容量型トランスデューサの性能をより良好に維持しつつ、信頼性を向上させることが可能である。

ＭＥＭＳ技術により製造された従来の音響センサの一例を示した斜視図である。 従来の音響センサの内部構造の一例を示した分解斜視図である。 音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合について説明するための図である。 音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合に対する従来の対策について説明するための図である。 音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合に対する従来の対策の他の例について説明するための図である。 音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合に対する従来の対策における圧力解放孔及び凸部の作用について説明するための図である。 音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合に対する従来の対策における圧力解放孔及び凸部の作用について説明するための図である。 本発明の実施例１における凸部について示す断面図である。 本発明の実施例１におけるバックプレート及び振動電極膜の作用について説明するための図である。 従来の凸部を有するバックプレートを用いた場合と、本発明の実施例１における凸部を有するバックプレートを用いた場合に関する、圧空試験の結果を示す図である。 実施例２におけるバックプレートに形成された凸部と、振動電極膜に設けられた圧力解放孔の断面図である。 実施例３におけるバックプレートに形成された凸部と、振動電極膜に設けられた圧力解放孔の断面図である。

＜実施例１＞
以下、本願発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下に示す実施形態は、本願発明の一態様であり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、本発明は、静電トランスデューサ全体に適用することが可能であるが、以下においては、静電トランスデューサを音響センサとして用いる場合について説明する。しかしながら、本発明に係る音声トランスデューサは、振動電極膜の変位を検出するものであれば、音響センサ以外のセンサとしても利用できる。例えば、圧力センサの他、加速度センサや慣性センサ等として使用しても構わない。また、センサ以外の素子、例えば、電気信号を変位に変換するスピーカ等として使用しても構わない。また、以下の説明におけるバックプレート、振動電極膜、バックチャンバー、基板等の配置は一例であり、同等の機能を有せばこれらに限られない。例えば、バックプレートと振動電極膜の配置が逆転していても構わない。

図１は、ＭＥＭＳ技術により製造された従来の音響センサ１の一例を示した斜視図である。また、図２は、音響センサ１の内部構造の一例を示した分解斜視図である。音響センサ１は、バックチャンバー２が設けられたシリコン基板（基板）３の上面に、絶縁膜４、振動電極膜（ダイヤフラム）５、およびバックプレート７を積層した積層体である。バックプレート７は、固定板６に固定電極膜８を成膜した構造を有しており、固定板６のシリコン基板３側に固定電極膜８が配置されたものである。バックプレート７の固定板６には多数の穿孔としての音孔が全面的に設けられている（図１や図２に示す固定板６の網掛けの各点が個々の音孔に相当する）。また、固定電極膜８の四隅のうち１つには、出力信号を取得するための固定電極パッド１０が設けられている。なお、本明細書において以下、上側とは、図２において基板３側から固定電極膜８側へ向かう方向、下側とはその逆方向を示す。

ここで、シリコン基板３は、例えば単結晶シリコンで形成することができる。また、振動電極膜５は、例えば導電性の多結晶シリコンで形成することができる。振動電極膜５は、略矩形状の薄膜であり、振動する略四辺形の振動部１１の四隅に固定部１２が設けられている。そして、振動電極膜５は、バックチャンバー２を覆うようにシリコン基板３の上面に配置され、アンカー部としての４つの固定部１２においてシリコン基板３に固定されている。振動電極膜５の振動部１１は、音圧に感応して上下に振動する。

また、振動電極膜５は、４つの固定部１２以外の箇所においては、シリコン基板３にも、バックプレート７にも接触していない。よって、音圧に感応してより円滑に上下に振動可能になっている。また、振動部１１の四隅にある固定部１２のうちの１つに振動膜電極パッド９が設けられている。バックプレート７に設けられている固定電極膜８は、振動電極膜５のうち四隅の固定部１２を除いた振動する部分に対応するように設けられている。
振動電極膜５のうち四隅の固定部１２は音圧に感応して振動せず、振動電極膜５と固定電極膜８との間の静電容量が変化しないためである。

音響センサ１に音が届くと、音が音孔を通過し、振動電極膜５に音圧を加える。すなわち、この音孔により、音圧が振動電極膜５に印加されるようになる。また、音孔が設けられることにより、バックプレート７と振動電極膜５との間のエアーギャップ中の空気が外部に逃げ易くなり、熱雑音が軽減され、ノイズを減少することができる。

音響センサ１は、上述した構造により、音を受けて振動電極膜５が振動し、振動電極膜５と固定電極膜８との間の距離が変化する。振動電極膜５と固定電極膜８との間の距離が変化すると、振動電極膜５と固定電極膜８との間の静電容量が変化する。よって、振動電極膜５と電気的に接続された振動膜電極パッド９と、固定電極膜８と電気的に接続された固定電極パッド１０との間に直流電圧を印加しておき、上記静電容量の変化を電気的な信号として取り出すことにより、音圧を電気信号として検出することができる。

次に、上記の従来の音響センサ１において生じ得る不都合について説明する。図３は、音響センサ１に過大な圧力が作用した場合について記載した模式図である。図３に示すように、過大な圧力が音響センサ１に作用した場合には、大圧力がバックプレート７に設けられた音孔７ａから振動電極膜５の振動部１１に作用し、振動部１１に大きな歪が生じ、振動電極膜５が破損してしまう場合があった。このような不都合は、例えば音響センサ１に過大な空気圧が作用した場合の他、音響センサ１が落下した場合等にも生じ得る。

これに対し、図４に示すような対策が考えられる。すなわち、図４（ａ）に示すように、振動電極膜５に対して、作用した圧力を解放するための孔５ａを設けておくことで、図４（ｂ）に示すように、音響センサ１のバックプレート７の音孔７ａから過大な圧力が作用した場合には、孔５ａから圧力を解放させることで、振動電極膜５の破損を防止することが可能である。しかしながら、振動電極膜５に上記のような常時開放している孔５ａを設けると、圧力に対する耐性は向上するものの、特に低音域での感度低下、すなわちロールオフが発生し易くなり、音響センサ１の周波数特性が悪化するという不都合があった。

また、振動電極膜と、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部とを有しており、プラグ部を、バックプレートに対して支持構造によって振動電極膜の他の部分と同じ高さに支持されるようにする対策が考えられる。この対策においては、振動電極膜が膜の両側の圧力差に応答して変位することで、プラグ部との間の流路が拡大することによって、過大な圧力を解放する（例えば、特許文献２を参照）。

しかし、この対策には以下のような不都合があった。まず、プラグ部は、非常に薄い振動電極膜の一画を用いて構成されているので、破損し易い。また、蓋状のプラグ部がバックプレートに対して、棒状の別部材からなる支持構造を用いて支持されているので、製造工程が複雑化するばかりでなく、支持構造からプラグ部が破損脱落する虞がある。

また、この対策では、振動電極膜が膜の両側の圧力差に応答して変位することで、該振動電極膜と、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部との間の流動経路を拡大させ、過大な圧力を解放している。すなわち、振動電極膜及び、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部という、薄膜どうしの間の隙間を流路として利用しているので、比較的大きな圧力を受けて振動電極膜の振幅が大きくなると、使用圧力範囲内であっても、プラグ部と振動電極膜の位置が膜厚以上にずれ、流路がやや拡大した状態となり、音響センサ１の周波数特性が不安定になる虞がある。

上記のような不具合に対し、印加された圧力を解放する孔を振動電極膜に備えることと
し、そして、振動電極膜の変形前の状態においては、バックプレートの一部であり凸状に形成された柱構造が孔を貫通して少なくともその一部を閉鎖するとともに、振動電極膜が圧力を受けて変形した状態においては、振動電極膜とバックプレートとの相対移動によって、バックプレートの柱構造による孔の貫通が解除されて孔の全体が露出することにより、振動電極膜に印加された圧力が解放されるようにする対策が考えられた。

図５には、上記のような対策を講じた場合の、音響センサの振動電極膜１５及びバックプレート１７付近の概略図を示す。図５（ａ）は、振動電極膜１５の平面図、図５（ｂ）は、振動電極膜１５及びバックプレート１７、基板１３の断面Ｂ−Ｂ´についての断面図である。図５（ａ）に示すように、この対策においては、振動電極膜１５の振動部２１の四隅には、圧力解放孔１５ｂが設けられている。そして、図５（ｂ）に示すように、振動電極膜１５に過大な圧力が作用する前の状態では、バックプレート１７に一体的に凸状に設けられた柱構造である凸部１７ｂが圧力解放孔１５ｂを貫通することで、圧力解放孔１５ｂを閉鎖するように構成されている。なお、この凸部１７ｂは、バックプレート１７が半導体製造工程で形成される際に、同時にバックプレート１７の一部として形成されたものである。

次に、図６を用いて、上記の圧力解放孔１５ｂ及び凸部１７ｂの作用について説明する。図６（ａ）は、振動電極膜１５に過大な圧力が作用する前の状態を示す。図６（ｂ）は、振動電極膜１５に過大な圧力が作用することにより、振動電極膜１５が大きく変形した状態を示す。図６（ａ）に示すように、振動電極膜１５の変形前の状態においては、バックプレート１７の凸部１７ｂが振動電極膜１５に設けられた圧力解放孔１５ｂを貫通して閉鎖した状態となっており、この状態においては、振動電極膜１５にバックプレート１７側から圧力が作用した場合に、圧力解放孔１５ｂを通過する空気の量は少なく、圧力は充分に解放されない。

しかしながら、振動電極膜１５に過大な圧力が作用した場合には、当該圧力によって振動電極膜１５が大きく変形し図６（ｂ）に示すようにバックプレート１７から離れる方向に変形する。そうすると、凸部１７ｂが圧力解放孔１５ｂから抜け（貫通が解除され）、圧力解放孔１５ｂの閉鎖が解消される。そのことにより、振動電極膜１５に圧力を作用させている空気が圧力解放孔１５ｂから図中下側に抜けることで、振動電極膜１５に作用する圧力が瞬時に解放される。これにより、凸部１７ｂが圧力解放孔１５ｂから抜けた後の振動電極膜１５の更なる変形が抑制され、振動電極膜１５の破損を回避することが可能となる。

次に、図７には、上述した対策において、凸部２７ｂの径が、無段階で直線的に先端へいくほど細くなる例について図示する。このような場合には、過大な圧力が振動電極膜２５に作用し、振動電極膜２５が大きく変形した状態においては、凸部２７ｂの先端側の小径の部分が圧力解放孔２５ｂを貫通している状態となり、圧力を解放する空気の流路面積が増大するので、振動電極膜２５の過剰な変形を防止できる。

ところで、上記のような従来の対策においては、圧力が下側から作用することにより、振動電極膜が上側に変形した場合には、圧力を解放する空気の流路面積を増大させることができず、振動電極膜の上側への過剰な変形を防止することができなかった。例えば、凸部２７ｂの径が、無段階で直線的に先端へいくほど細くなる例においては、振動電極膜２５が下側から上側に変形した場合には、圧力を解放する空気の流路面積が逆に減少してしまい、振動電極膜２５の上側への過剰な変形を防止することができなかった。

上記のような場合に、例えば、凸部と圧力解放孔との間の隙間を大きくすることで、全体的に下側から上側に作用する圧力に対する耐性を向上させることも考えられる。しかし
ながら、このような場合には、元々、当該空間に存在していた空気の質量やばね成分によって、凸部と圧力解放孔との間の隙間から、バックプレートと振動電極膜の間の空間への空気の流入が妨げられる場合があり、効率よく、圧力に対する耐性を向上させることが困難な場合があった。

これに対し、本実施例においては、図８に示すように、凸部３７ｂを上下方向に貫通する孔である凸部孔３７ｃを設けることとした。これにより、圧力が下側から作用することで振動電極膜が上側に変形した場合にも、振動電極膜の下側の空気の一部を、凸部孔３７ｃを通じてバックプレートの上側に逃がし、振動電極膜の上側への過剰な変形を防止することを可能にした。図９には、本実施例におけるバックプレート３７の凸部３７ｂ及び、振動電極膜３５の圧力解放孔３５ｂによる作用について示す。図９（ａ）には、従来のバックプレート１７の凸部及び、振動電極膜１５の圧力解放孔の場合、図９（ｂ）には、本実施例におけるバックプレート３７の凸部３７ｂ及び、振動電極膜３５の圧力解放孔３５ｂの場合について示す。

従来の場合には、図９（ａ）に示すように、静電容量型トランスデューサ内に取り込まれた空気は、バックプレート１７の凸部と、振動電極膜１５の圧力解放孔との隙間から、バックプレート１７と振動電極膜１５の間の空間に流れようとするが、その時点で当該空間に存在する空気の質量やばね成分によって、凸部と圧力解放孔との間の隙間から当該空間へ流入することが妨げられる場合があり、効率よく、圧力に対する耐性を向上させることが困難な場合があった。

それに対して本実施例の場合は、図９（ｂ）に示すように、静電容量型トランスデューサ内に導入された空気の一部を、凸部３７ｂに設けられた凸部孔３７ｃを通過して、直接バックプレート３７上側にまで逃がすことができる。これにより、その時点でバックプレート３７と振動電極膜３５の間の空間に存在する空気の影響を受けずに、より効率的に圧力の一部を逃がし、圧力に対する耐性を向上させることが可能となる。

なお、本実施例によれば、静電容量型トランスデューサに取り込まれた空気の一部は、そのまま、振動電極膜３５に影響を及ぼさずにバックプレート３７の逆側まで通過することができるので、静電容量型トランスデューサとしての周波数特性の低周波領域の感度が低下する。その結果、風切り音等のノイズを除去することができるといった効果もある。また、本実施例においては、静電容量型トランスデューサ内に空気とともに異物が取り込まれた場合に、当該異物を、凸部孔３７ｃを通過させてそのままバックプレートの上側まで移動させることができる。その結果、異物が振動電極膜３５に触れることを抑制でき、異物が、振動電極膜３５及びバックプレート３７の周囲に堆積したり挟み込まれたりすることを抑制できる。

また、図１０には、従来の凸部が用いられた場合と、本実施例における凸部３７ｂが用いられた場合に関する、圧空試験の結果を示す。この圧空試験では、静電容量型トランスューサが組み込まれたパッケージの音孔から圧縮空気を印加し、強度を測定している。図１０（ａ）は、上記の圧空試験における作用概念図である。図１０（ｂ）は、上記の圧空試験で得られた試験結果である。

図１０に示すように、従来の凸部１７ｂを有する構成と比較して、凸部孔３７ｃが設けられた本実施例の凸部３７ｂを有する構成では、圧空耐性が４０％程度改善している。圧空試験の場合、圧縮空気の流入時には振動膜は下側から、試験終了時の圧縮空気の流出時には振動膜は上側から圧力がかかる。このため、本実施例においては、バックプレート３７の上側から圧力が作用した場合についても、凸部３７ｂと圧力解放孔３５ｂの間の隙間に加えて、凸部孔３７ｃからも空気が振動電極膜３５の下側に逃げるため、圧空耐性が向
上していると考えられる。

＜実施例２＞
次に、本発明における実施例２について説明する。実施例１においては、バックプレートにおける円柱状の凸部に対して、凸部孔を形成した場合について説明したが、本実施例においては、先端側に行くに従って径が小さくなるようなテーパ形状を有する凸部に対して、凸部孔を形成した場合について説明する。

図１１には、本実施例におけるバックプレートの凸部及び、振動電極膜の圧力解放孔の付近の断面図を示す。図１１（ａ）は、先端側に行くに従って径が小さくなるようなテーパ形状を有する凸部４７ｂの内壁底面の平坦部４７ｄに、凸部孔４７ｃが開口する例について示す。図１１（ｂ）は、先端側に行くに従って径が小さくなるようなテーパ形状を有する凸部５７ｂにおける内壁のテーパ状の側面５７ｄも含めて、凸部孔５７ｃが開口する例について示す。

図１１に示した場合には、凸部４７ｂ、５７ｂが、先端側に行くに従って径が小さくなるようなテーパ形状を有する。従って、過大な圧力が振動電極膜４５、５５に上側から作用し、振動電極膜４５、５５が下側に変形した状態では、凸部４７ｂ、５７ｂが、圧力解放孔４５ｂ、５５ｂから抜ける前であっても、凸部４７ｂ、５７ｂの先端側の小径の部分が圧力解放孔４５ｂ、５５ｂを貫通している状態となる。このことにより、圧力を解放する空気の流路面積が増大し、振動電極膜４５，５５の過剰な変形を抑制するという効果がある。

また、このことに加えて、本実施例では、静電容量型トランスデューサ内に導入された空気の一部が、凸部４７ｂ、５７ｂに設けられた凸部孔４７ｃ、５７ｃを通過して、振動電極膜４５、５５の下側に逃げることができる。これにより、過大な圧力が振動電極膜４５、５５に上側から作用し、振動電極膜４５、５５が下側に変形した状態でも、圧力の一部を逃がすことができ、さらに確実に、圧力に対する耐性を向上させることができる。

一方、過大な圧力が振動電極膜４５、５５に下側から作用した場合については、振動電極膜４５、５５が上側に大きく変形した状態においても、凸部４７ｂ、５７ｂのテーパ形状の効果だけでは、圧力を解放する空気の流路面積を増大させることができず、振動電極膜の上側への過剰な変形を防止することができない。これに対し本実施例では、そのような状態においても、凸部孔４７ｃ、５７ｃを通じて、振動電極膜４５、５５の下側の空気をバックプレート４７、５７の上側に逃がすことができる。よって、さらに確実に圧力に対する耐性を向上させることができる。

＜実施例３＞
次に、本発明における実施例３について説明する。本実施例においては、略円柱状の凸部に凸部孔を形成する際のバリエーションについて説明する。

図１２には、本実施例における凸部孔の態様のバリエーションについて示す。図１２（ａ）は、バックプレート６７に設けられた円柱状の凸部６７ｂの先端に、２つの凸部孔６７ｃを形成した例である。この例によれば、凸部６７ｂとしての強度を維持しながら、トータルとしてより流量面積の多い凸部孔を形成することが可能となる。

また、図１２（ｂ）には、中実の凸部７７ｂに対して貫通孔を形成することにより凸部孔７７ｃが設けられた例を示す。この例によっても、例えば、より薄い窒化シリコン（ＳｉＮ）の成膜プロセスによって形成された薄膜で構成された凸部に凸部孔が設けられた場合と同様の効果を得ることが可能である。

なお、上記の実施例において、凸部孔の径及び個数は、静電容量型トランスデューサに求められる感度や周波数特性に応じて適宜変更することが可能である。また、凸部孔の断面形状は特に制限されないが円形とすることが望ましい。これにより、凸部における応力集中を緩和することが可能となり、凸部の強度を相対的に高めることが可能である。また、一般的な数ｍｍ角のＭＥＭＳマイクロホンへの応用を前提とした場合、凸部孔の大きさが大き過ぎると周波数特性の劣化が過剰となり、凸部孔の大きさが小さすぎると半導体製造プロセスによる形成が困難になる。これらのことを踏まえると、凸部孔の断面における幅（凸部孔の断面が円形の場合は直径）は１μｍ以上５０μｍ以下が望ましい。

１・・・音響センサ
２・・・バックチャンバー
３、１３・・・（シリコン）基板
５、１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５・・・振動電極膜
７、１７、２７、３７，４７，５７、６７、７７・・・バックプレート
１５ｂ、２５ｂ、３５ｂ、４５ｂ、５５ｂ、６５ｂ、７５ｂ・・・圧力解放孔
１７ｂ、２７ｂ、３７ｂ、４７ｂ、５７ｂ、６７ｂ、７７ｂ・・・凸部
３７ｃ、４７ｃ、５７ｃ、６７ｃ、７７ｃ・・・凸部孔

Claims (5)

1. 表面に開口を有する基板と、
   前記基板の開口に対向するように配設されたバックプレートと、
   前記バックプレートとの間に空隙を介して該バックプレートに対向するように配設された振動電極膜と、
   を備え、
   前記振動電極膜の変形を該振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換する静電容量型トランスデューサにおいて、
   前記振動電極膜に設けられた貫通孔である圧力解放孔と、
   前記バックプレートと同一部材により該バックプレートと一体に設けられ前記振動電極膜の変形前の状態では前記圧力解放孔に侵入する凸状の部分と、
   前記圧力解放孔と前記凸状の部分との隙間により形成される空気の流路である圧力解放流路と、をさらに備え、
   前記凸状の部分は、該凸状の部分の先端側と、前記バックプレートにおける該凸状の部分の反対側とを連通する貫通孔を有することを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
2. 前記貫通孔は、前記凸状の部分が前記圧力解放孔に侵入した状態で、前記振動電極膜に垂直方向から見て、前記圧力解放孔に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
3. 前記貫通孔の断面形状は円形であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサ。
4. 前記貫通孔の断面における幅は１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサを有し、音圧を前記振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換して検出する音響センサ。

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