(57)【要約】  【課題】小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能な音響センサを提供する。  【解決手段】音響センサチップ１は、枠状の支持部１１の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部１２の後面側にスペーサ部１３を介して背板部１４が設けられている。音響センサチップ１の後面側に対向配置されるプリント基板からなるベース基板２と音響センサチップ１との間に介在する立体回路基板４は、開口部４２が形成されており、ベース基板２と立体回路基板４とで、音響センサチップ１の後面側に配置され音響センサチップ１との間に背室６を形成するハウジングを構成している。背室６と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔９が音響センサチップ１の支持部１１において厚み方向に貫設されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の音響センサチップと、音響センサチップの後面側に配置され音響センサチップとの間に背室を形成するハウジングとを備え、背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が音響センサチップの支持部において厚み方向に貫設されてなることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の音響センサチップと、音響センサチップの後面側に配置され音響センサチップとの間に背室を形成するハウジングとを備え、ハウジングは、音響センサチップの後面側に対向配置されるベース基板と、音響センサチップの支持部とベース基板の周部との間に介在する枠状のフレームとで構成されるとともに、フレームの少なくとも一部がベース基板に立設された半導体基板からなり、背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が前記半導体基板において厚み方向に貫設されてなることを特徴とする音響センサ。
【請求項３】
枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の音響センサチップと、音響センサチップの後面側に配置され音響センサチップとの間に背室を形成するハウジングとを備え、ハウジングは、音響センサチップの後面側に対向配置されるベース基板と、音響センサチップの支持部とベース基板の周部との間に介在する枠状のフレームとで構成されるとともに、ベース基板が半導体基板からなり、背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が前記半導体基板において厚み方向に貫設されてなることを特徴とする音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯電話、補聴器などの音声入力用途や、超音波センサの受波装置などに利用される小型の音響センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動板およびバックプレートを有する静電容量型の受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子との間に背室を形成するハウジングと、受波素子およびハウジングを囲むようにハウジングに取り付けられたシールドケースとを備えた音響センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記特許文献１に開示された音響センサは、シールドケースにおいて受波素子の振動板に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、ハウジングにおける受波素子の周部との対向面およびシールドケースにおける前壁の後面それぞれに背室と外部とを連通させるための切欠部が形成されている。
【０００４】
また、従来から、受波素子として、例えば、シリコン基板などをマイクロマシンニング技術などにより加工して形成され、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部からなる可動電極の後面側に絶縁材料からなるスペーサ部を介して背板部からなる固定電極が設けられた静電容量型の音響センサチップが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−３３９１９２号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に開示された音響センサの小型化を図るために、受波素子として上記特許文献２に記載されているようにマイクロマシンニング技術を利用して形成された静電容量型の音響センサチップを用いることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された音響センサでは、２つの部材の互いの対向面の一方に形成した切欠部により音響抵抗を設定しているので、互いの対向面の平面度の違いに起因して切欠部以外の部位に通気路が形成されてしまい、音響抵抗が切欠部の形状に応じて決まる音響抵抗よりも低くなって低周波数領域のカットオフ周波数が設計値よりも高くなるとともに、音響センサ毎にカットオフ周波数がばらついて、所望の周波数特性を得ることができないとう知見を得た。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能な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】
【０００８】
請求項１の発明は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の音響センサチップと、音響センサチップの後面側に配置され音響センサチップとの間に背室を形成するハウジングとを備え、背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が音響センサチップの支持部において厚み方向に貫設されてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、音響センサチップとハウジングとで囲まれた空間からなる背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が、音響センサチップの支持部において厚み方向に貫設されているので、音響抵抗を設定する通気孔を半導体プロセスによって高精度に形成することができ、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響抵抗を設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能であり、しかも、従来に比べて音響抵抗を大きくすることができ、カットオフ周波数を低くすることが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の音響センサチップと、音響センサチップの後面側に配置され音響センサチップとの間に背室を形成するハウジングとを備え、ハウジングは、音響センサチップの後面側に対向配置されるベース基板と、音響センサチップの支持部とベース基板の周部との間に介在する枠状のフレームとで構成されるとともに、フレームの少なくとも一部がベース基板に立設された半導体基板からなり、背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が前記半導体基板において厚み方向に貫設されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、音響センサチップとハウジングとで囲まれた空間からなる背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が、ハウジングの一部を構成する半導体基板において厚み方向に貫設されているので、音響抵抗を設定する通気孔を半導体プロセスによって高精度に形成することができ、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響抵抗を設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能であり、しかも、従来に比べて音響抵抗を大きくすることができ、カットオフ周波数を低くすることが可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の音響センサチップと、音響センサチップの後面側に配置され音響センサチップとの間に背室を形成するハウジングとを備え、ハウジングは、音響センサチップの後面側に対向配置されるベース基板と、音響センサチップの支持部とベース基板の周部との間に介在する枠状のフレームとで構成されるとともに、ベース基板が半導体基板からなり、背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が前記半導体基板において厚み方向に貫設されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、音響センサチップとハウジングとで囲まれた空間からなる背室と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔が、ハウジングの一部を構成する半導体基板において厚み方向に貫設されているので、音響抵抗を設定する通気孔を半導体プロセスによって高精度に形成することができ、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響抵抗を設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能であり、しかも、従来に比べて音響抵抗を大きくすることができ、カットオフ周波数を低くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜請求項３の発明では、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態の音響センサは、図１に示すように、音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子である音響センサチップ１と、音響センサチップ１の後面側（図１における下面側）に配置され音響センサチップ１から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する複数の電子部品（図示せず）が音響センサチップ１との対向面側（図１における上面側）に実装されたプリント基板からなるベース基板２と、ベース基板２との間で受波素子１および各電子部品を囲むようにベース基板２に封着された金属製のシールドケース５とを備えている。なお、電子部品としては、例えば、ノイズ除去回路を構成する表面実装型の抵抗および表面実装型のコンデンサや、増幅回路用のＦＥＴなどがある。
【００１６】
音響センサチップ１およびベース基板２の外周形状は矩形状であり、シールドケース５は、後面が開口した矩形箱状の形状に形成されており、前壁５ａに、音波を導入するための複数の音孔５１が形成され、周壁５ｂの後端縁が、ベース基板２における電子部品の実装面と略面一となるように配置されている。なお、シールドケース５の後端縁とベース基板２の外周縁との間は、封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）からなる封止部７により全周に亘って封着されている。また、各音孔５１は円形状に開口されている。
【００１７】
また、シールドケース５内には、音響センサチップ１とベース基板２とを電気的に接続するための配線パターン（電気配線）がメッキ技術およびレーザー加工技術を利用して形成された合成樹脂成形品からなる立体回路基板（ＭＩＤ基板）４が、音響センサチップ１とベース基板２との間に配置されている。ここにおいて、立体回路基板４の中央部には、各電子部品の収納スペースを確保するとともに、音響センサチップ１の後面側で音響センサチップ１とベース基板２との間に背室６を形成するための開口部４２が形成されており、立体回路基板４は、平面形状が矩形枠状となっている。
【００１８】
立体回路基板４はベース基板２における音響センサチップ１との対向面側に配置されており、立体回路基板４の配線パターンがベース基板２の導体パターン（図示せず）と電気的に接続されるとともに、立体回路基板４の周部とベース基板２の周部との互いの対向面間が封止樹脂により封着されている。
【００１９】
音響センサチップ１は、半導体製造技術を応用したマイクロマシンニング技術を利用して形成された静電容量型の音響センサチップであり、図１および図２に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）の支持部１１の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部１２の後面（背面）側に絶縁層（例えば、二酸化シリコン層）からなる複数のスペーサ部１３を介して背板部１４が設けられ、振動板部１２と背板部１４との間に空気層（エアギャップ）１５が形成されている。また、背板部１４には複数の排気孔１４ａが厚み方向に貫設されており、振動板部１２の振動時に排気孔１４ａを空気が通過するようにしてある。したがって、振動板部１２が音波の圧力を受けて振動する際に振動板部１２と背板部１４との間の空気層１５により過度に制動を受けないようにすることができ、広い周波数帯域にわたる平坦な周波数特性と広いダイナミックレンジとを得ることが可能となる。なお、本実施形態の音響センサチップ１は、厚み方向の中間部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を有する所謂ＳＯＩウェハとシリコンウェハとを二酸化シリコン層が介在する形で貼り合わせた後でシリコンウェハを所定厚さ（ここでは、背板部１４の設計厚さ）まで研磨した多層構造ウェハを用いて形成されており、ＳＯＩウェハの主表面側のシリコン層の一部により形成される振動板部１２に予め不純物をドーピングすることで振動板部１２に導電性を付与してあって、振動板部１２が可動電極を構成し、また、シリコンウェハの一部により形成される背板部１４に予め不純物をドーピングすることで背板部１４に導電性を付与してあって、背板部１４が固定電極を構成している。ここにおいて、音響センサチップ１の基礎となる多層構造ウェハの構造は特に限定するものではなく、例えば、二酸化シリコン層を形成したシリコンウェハと振動板部１２の基礎になる高濃度不純物層を形成したシリコンウェハとを貼り合わせたものを用いてもよい。
【００２０】
上述の音響センサチップ１では、振動板部１２と背板部１４とを電極とするコンデンサが形成されるから、振動板部１２が音波の圧力を受けることにより振動板部１２と背板部１４との間の距離が変化し、振動板部１２と背板部１４とを電極とするコンデンサの静電容量が変化する。したがって、振動板部１２および背板部１４に設けたパッド（図示せず）間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッドの間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。ここで、音響センサチップ１の各パッドと立体回路基板４の配線パターンとは金属材料（例えば、金など）からなるバンプ（図示せず）を介して電気的に接続されているが、バンプに限らず、異方導電接着剤を用いて接続するようにしてもよい。ここに、立体回路基板４における開口部４２の周部には図１における上面および内側面が開放された凹所４３が形成されており、凹所４３の内底面に対応する部位で背板部１４のパッドと配線パターンとが接続され、凹所４３の周部で振動板部１２のパッドと配線パターンとが接続されている。
【００２１】
また、立体回路基板４の周部と音響センサチップ１の周部との互いの対向面間は封止樹脂により封着されており、立体回路基板４の周部と音響センサチップ１の周部との互いの対向面間には封止樹脂からなる封止部８が全周に亘って介在している。なお、音響センサチップ１は、振動板部１２に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる可動電極を積層するとともに、背板部１４に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる固定電極を積層するようにしてもよい。また、本実施形態では、ベース基板２と立体回路基板４とで、音響センサチップ１の後面側に配置され音響センサチップ１との間に背室６を形成するハウジングを構成している。ここで、本実施形態では、上記ハウジングが音響センサチップ１の後面側で音響センサチップ１の支持部１１の全周を上記ハウジングと封着してあるが、必ずしも上記ハウジングを音響センサチップ１の後面側で音響センサチップ１の全周に亘って封着する必要はなく、例えば、音響センサチップ１の支持部１１の外周面とシールドケース５の周壁５ｂの内周面との間を全周に亘って封着するとともに、立体回路基板４の外周面とシールドケース５の周壁５ｂの内周面との間を全周に亘って封着するようにしてもよい。
【００２２】
ところで、本実施形態の音響センサでは、音響センサチップ１の支持部１１に、背室６と外部との間の音響抵抗を設定する円形状の通気孔９が貫設されている。シールドケース５は、前壁５ａには、通気孔９と連通する円形状の窓孔５２が貫設されているが、音響抵抗は、シールドケース５の窓孔５２に比べて開口面積（流路断面積）を小さくすることが容易な音響センサチップ１の通気孔９により設定している。ここにおいて、音響センサチップ１における通気孔９は、内径を２０μｍ、長さを５００μｍに設定してあるが、これらの数値は限定するものではない。また、音響センサチップ１の通気孔９は、半導体プロセスを利用したマイクロマシンニング技術により音響センサチップ１を製造する際に、例えば、フォトリソグラフィ技術および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いたドライエッチング技術を利用して形成することができる。つまり、製造時にウェハの状態から個々の音響センサチップ１へ分割するダイシング工程を行う前に、微細な通気孔９を高い位置精度で寸法精度良く形成することができる。
【００２３】
しかして、本実施形態の音響センサでは、音響センサチップ１と上記ハウジングとで囲まれた空間からなる背室６と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔９が、音響センサチップ１の支持部１１において厚み方向に貫設されているので、音響抵抗を設定する通気孔９を半導体プロセスによって高精度に形成することができ、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響抵抗を設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能であり、しかも、従来に比べて音響抵抗を大きくすることができ、カットオフ周波数を低くすることが可能となる。
【００２４】
（実施形態２）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１では背室６と外部との間の音響抵抗を設定する円形状の通気孔９が音響センサチップ１に設けられていたのに対して、図３に示すように、円形状の通気孔９が音響センサチップ１ではなくて後述のシリコン基板からなる半導体基板４５に設けられている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
ところで、実施形態１の音響センサでは、立体回路基板４が、音響センサチップ１の支持部１１とベース基板２の周部との間に介在する枠状のフレームを構成し、フレームとベース基板２とでハウジングを構成している。これに対して、本実施形態では、実施形態１にて説明した立体回路基板４に開口部４２に連続する切欠部を形成することで立体回路基板４の平面形状をコ字状として、当該切欠部に対応する部位にベース基板２に立設される半導体基板４５を配置することにより、立体回路基板４と半導体基板４５とを合わせた平面形状が矩形枠状の形状となるようにしてある。すなわち、本実施形態では、上記フレームの一部をベース基板２に立設される半導体基板４５により構成し、背室６と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔９を、半導体基板４５において厚み方向（図３の左右方向）に貫設してある。また、実施形態１では、シールドケース５の周壁５ｂの後端縁がベース基板２における電子部品の実装面と略面一となるように配置されていたが、本実施形態では、シールドケース５の周壁５ｂの後端縁が、通気孔９よりも前方に位置するように配置され、立体回路基板４と半導体基板４５とで構成されるフレームとシールドケース５の後端部との間が、封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）からなる封止部７により全周に亘って封着されている。
【００２６】
半導体基板４５における通気孔９は、内径を２０μｍ、長さを５００μｍに設定してあるが、これらの数値は限定するものではない。また、半導体基板４５の通気孔９は、半導体プロセスにより形成することができ、例えば、フォトリソグラフィ技術および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いたドライエッチング技術を利用して形成することができる。
【００２７】
しかして、本実施形態の音響センサでは、音響センサチップ１と上記ハウジングとで囲まれた空間からなる背室６と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔９が、上記ハウジングの一部を構成する半導体基板４５において厚み方向に貫設されているので、音響抵抗を設定する通気孔９を半導体プロセスによって高精度に形成することができ、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響抵抗を設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能であり、しかも、従来に比べて音響抵抗を大きくすることができ、カットオフ周波数を低くすることが可能となる。
【００２８】
（実施形態３）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１では背室６と外部との間の音響抵抗を設定する円形状の通気孔９が音響センサチップ１に設けられていたのに対して、図４に示すように、円形状の通気孔９が音響センサチップ１ではなくてベース基板２に設けられている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
ところで、実施形態１では、ベース基板２をプリント基板により構成してあるが、本実施形態では、ベース基板２をシリコン基板からなる半導体基板により構成してあるので、通気孔９は、半導体プロセスにより形成することができ、例えば、フォトリソグラフィ技術および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いたドライエッチング技術を利用して形成することができる。ここにおいて、ベース基板２における通気孔９は、内径を２０μｍ、長さを５００μｍに設定してあるが、これらの数値は限定するものではない。
【００３０】
なお、本実施形態では、ベース基板２を半導体基板により構成しているので、当該半導体基板に上述の電子部品や適宜の金属配線や貫通配線などを形成しておけばよい。また、本実施形態では、立体回路基板４が、音響センサチップ１の支持部１１とベース基板２の周部との間に介在する枠状のフレームを構成し、フレームとベース基板２とでハウジングを構成している。
【００３１】
しかして、本実施形態の音響センサでは、音響センサチップ１と上記ハウジングとで囲まれた空間からなる背室６と外部との間の音響抵抗を設定する通気孔９が、上記ハウジングの一部を構成する半導体基板において厚み方向に貫設されているので、音響抵抗を設定する通気孔を半導体プロセスによって高精度に形成することができ、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響抵抗を設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響抵抗およびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることが可能であり、しかも、従来に比べて音響抵抗を大きくすることができ、カットオフ周波数を低くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上における音響センサチップを示し、（ａ）は前方から見た概略斜視図、（ｂ）は後方から見た概略斜視図、（ｃ）は概略断面図である。
【図３】実施形態２を示す概略断面図である。
【図４】実施形態３を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  音響センサチップ
２  ベース基板
４  立体回路基板
５  シールドケース
５ａ  前壁
５ｂ  周壁
６  背室
８  封止部
９  通気孔
１１  支持部
１２  振動板部
１３  スペーサ部
１４  背板部
１４ａ  排気孔
１５  空気層
５１  音孔
５２  窓孔
【図１】
2006325034.tif 000003
【図２】
2006325034.tif 000004
【図３】
2006325034.tif 000005
【図４】
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