(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部を有する基板と、
前記空洞部を覆うようにして前記基板の上方に配設された薄膜状のダイアフラムと、
前記ダイアフラムに形成された可動電極板と、
前記ダイアフラムに対向させるようにして前記基板の上面に固定されたバックプレートと、
前記可動電極板と対向する位置において前記バックプレートに設けた固定電極板とを備えた音響センサであって、
前記ダイアフラムは、間隔をあけて配置された複数個の支持部によって外周部のみを前記基板又は前記バックプレートに支持されており、
前記ダイアフラムは、振動時の変位量が極大となる点を複数箇所に有し、
前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分の両端で前記線分に直交する２本の直線間において、前記線分を挟んで前記線分と交差する方向の両側にそれぞれ前記支持部が存在していることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
前記ダイアフラムは外向きに延出された複数個の梁部を有し、前記梁部が前記支持部によって支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項３】
前記ダイアフラムは、矩形状をしていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項４】
前記ダイアフラムは、格子状に配置された複数個の前記支持部によって支持されていることを特徴とする、請求項３に記載の音響センサ。
【請求項５】
前記矩形状をしたダイアフラムは、４箇所の隅部を前記支持部によって支持され、さらに２つの方向の辺のうち一方の方向の対向する２辺においてのみ隅部と隅部の中間部分を前記支持部によって支持されていることを特徴とする、請求項４に記載の音響センサ。
【請求項６】
前記ダイアフラムが、スリットによって分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項７】
前記支持部のうちいずれか２つの支持部を結ぶ線上において、前記ダイアフラムにスリットが形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の音響センサ。
【請求項８】
前記スリットの幅が１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の音響センサ。
【請求項９】
前記スリットの長さは、当該スリットの延長方向における前記ダイアフラムの差し渡し長さの１／２以上であることを特徴とする、請求項６に記載の音響センサ。
【請求項１０】
空洞部を有する基板と、
前記空洞部を覆うようにして前記基板の上方に配設された薄膜状のダイアフラムと、
前記ダイアフラムに形成された可動電極板と、
前記ダイアフラムに対向させるようにして前記基板の上面に固定されたバックプレートと、
前記可動電極板と対向する位置において前記バックプレートに設けた固定電極板とを備えた音響センサであって、
前記ダイアフラムは、外周部を支持部によって前記基板又は前記バックプレートに支持されており、
前記ダイアフラムは、振動時の変位量が極大となる点を複数箇所に有し、
前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線上にも支持部が存在していて、前記ダイアフラムは、当該直線に沿って少なくとも３個の前記支持部によって支持されていることを特徴とする音響センサ。
【請求項１１】
前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線上に位置する前記支持部間の距離が、同じ方向における隅部の支持部どうしの距離よりも短いことを特徴とする、請求項１０に記載の音響センサ。
【請求項１２】
前記ダイアフラムが前記可動電極板であることを特徴とする、請求項１又は１０に記載の音響センサ。
【請求項１３】
隣接する前記支持部の間の少なくとも一箇所において、前記ダイアフラムと前記基板との間に空隙が形成されていることを特徴とする、請求項１又は１０に記載の音響センサ。
【請求項１４】
音響振動が前記空洞部を通って前記ダイアフラムに到達することを特徴とする、請求項１又は１０に記載の音響センサ。
【請求項１５】
請求項１又は１０に記載した音響センサと、前記音響センサから出力された信号を処理するための回路とを備えたマイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響センサ及びマイクロフォンに関する。具体的には、本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術もしくはマイクロマシニング技術を用いて製作される静電容量型の音響センサに関する。また、当該音響センサを用いたマイクロフォン関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＩＣレコーダーなど種々の機器においてマイクロフォンが用いられている。このようなマイクロフォンに内蔵されている音響センサにおいては、そのＳ／Ｎ比の向上と小型化が求められている。
【０００３】
音響センサのＳ／Ｎ比を高くする方法としては、まず第１に、音響センサの感度を高くする方法がある。静電容量型音響センサの感度を高くするためには、ダイアフラムの面積を広くする方法と、ダイアフラムのバネ性を小さくしてダイアフラムの変位量を大きくする方法とが採用可能である。しかし、前者のダイアフラムの面積を広くする方法では、音響センサの小型化が妨げられる。また、後者のようにダイアフラムのバネ性を小さくする方法では、ダイアフラムの変位量が大きくなるために音響センサの耐久性が低下する。
【０００４】
音響センサのＳ／Ｎ比を高くする第２の方法は、音響センサのノイズを小さくするものである。静電容量型音響センサのノイズとしては、ダイアフラム（可動電極板）とバックプレート（固定電極板）との間に形成されるエアギャップに発生する熱雑音が問題となる。
【０００５】
エアギャップにおける熱雑音とは、図１（Ａ）に示すような機構により発生するノイズである。図１（Ａ）に示すように、ダイアフラム１１とバックプレート１２との間のエアギャップ１３、すなわち準密閉空間内にある空気分子αは、揺らぎ（熱運動）によってダイアフラム１１に衝突している。ダイアフラム１１には空気分子αとの衝突による微小力が加わるとともに、ダイアフラム１１に加わる微小力がランダムに変動している。そのため、ダイアフラム１１は空気分子αの衝突によって振動し、振動センサに電気的なノイズが発生している。特に、感度の高い音響センサ又はマイクロフォンでは、このような熱雑音に起因するノイズが大きく、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。
【０００６】
このような熱雑音に起因するノイズは、図１（Ｂ）に示すようにバックプレート１２に開口されている音響孔１４の開口比率を大きくし、エアギャップ１３内の空気が音響孔１４を通過しやすくすることにより軽減できる。また、ダイアフラム１１とバックプレート１２の間のエアギャップ１３を広げることによっても軽減できる。しかし、音響孔１４の開口比率を大きくしたり、エアギャップ１３を広げたりすると、ダイアフラム１１とバックプレート１２によって構成されるキャパシタの静電容量が小さくなる。そのため、単にノイズを小さくするという方法では、ノイズが小さくなると同時に音響センサの感度も低下し、音響センサのＳ／Ｎ比を改善することができなかった。
【０００７】
（従来公知の振動センサ）
特許文献１には、Ｓ／Ｎ比を向上させることを目的とした差分検知方式のマイクロフォンが開示されている。図２に示すように、このマイクロフォン２１では、一枚の基板２２に２つの音響センサ２３ａ、２３ｂが設けられていて、両センサ２３ａ、２３ｂは上下の構成が反転している。すなわち、一方の音響センサ２３ａでは、ダイアフラム２４ａの上に音響孔２６ａを有する固定プレート２５ａが形成されていて音響検知用のキャパシタが構成されている。他方の音響センサ２３ｂでは、音響孔２６ｂを有する固定プレート２５ｂの上にダイアフラム２４ｂが形成されていて音響検知用のキャパシタが構成されている。
【０００８】
音響センサ２３ａ、２３ｂは、いずれもダイアフラム２４ａ、２４ｂから検知信号が出力されているので、両センサ２３ａ、２３ｂが同じ音響振動を検出すると、両センサ２３ａ、２３ｂからは位相が１８０°ずれた検知信号が出力される。音響センサ２３ａの出力と音響センサ２３ｂの出力は信号処理回路（ＡＳＩＣ）に入力され、信号処理回路内で減算処理される。この結果、両センサ２３ａ、２３ｂによる音響の検出信号は足し合わされることになるので、マイクロフォン２１の検出感度が向上し、Ｓ／Ｎ比の向上が期待される。
【０００９】
このような差分検知方式のマイクロフォンでは、２つの音響センサが検出する音響検出信号の位相、周波数及び感度が全く同じでなければ、その検出感度が低下する。ところが、同一の基板上に別々に形成された音響センサの特性を同一にすることは困難である。さらに、このマイクロフォンのように両センサ２３ａ、２３ｂでキャパシタの極性が逆になっている場合には、寄生容量のために等価な２つの音響センサ２３ａ、２３ｂを作製することは難しい。そのため実際には、特許文献２のようなマイクロフォンでは、Ｓ／Ｎ比を向上させることは困難であった。
【００１０】
また、このようなマイクロフォンでは、ミスマッチングに由来するノイズが発生しやすく、Ｓ／Ｎ比の向上に限界がある。
【００１１】
さらに、信号処理回路に余分な演算機能を付与しなければならないので、信号処理回路の高コスト化を招く。基板上に複数個の音響センサを設けなければならないので、マイクロフォンの小型化が困難になるという不具合も問題となっている。
【００１２】
（従来公知の別な振動センサ）
特許文献２には、従来の別なマイクロフォンが開示されている。このマイクロフォン３１は、基本的には、特許文献１のマイクロフォン２１と同様な構造を有している。図３（Ａ）に示すように、特許文献２のマイクロフォン３１では、共通の基板３２の上に同じ構造を有する独立した複数個の音響センサ３３ａ、３３ｂ、…が設けられている。すなわち、いずれの音響センサ３３ａ、３３ｂ、…も、音響孔３６を開口された固定プレート３５の上面に対向させてダイアフラム３４が形成されている。さらに、図３（Ｂ）に示すように、基板３２の上面には信号処理回路３７が設けられており、各音響センサ３３ａ、３３ｂ、…の出力は基板３２上に配線された電極引出線３８を通じて信号処理回路３７に接続されている。このマイクロフォン３１の場合には、各音響センサ３３ａ、３３ｂ、…が同じ構造を有しているので、各センサ３３ａ、３３ｂ、…の出力を信号処理回路３７において加算処理することによってＳ／Ｎ比を向上させることが期待される。
【００１３】
しかし、特許文献２に記載されたマイクロフォンでも、つぎのような問題がある。マイクロフォンの作製プロセスにおいてダイアフラムに発生する反りがばらつくため、各音響センサどうしの感度ばらつきが大きくなりやすい。その一方、このばらつきを小さくしようとすればマイクロフォンの生産性が低下する。また、基板上において各音響センサと信号処理回路とを結ぶ電極引出線の長さが長くなると、マイクロフォンの寄生容量や寄生抵抗が大きくなり、感度などの特性が悪くなる問題がある。
【００１４】
また、独立した複数個の音響センサを設けているので、各センサどうしの間に感度以外の音響特性のずれが発生しやすくなる。たとえば、周波数特性、位相などは各センサのバックチャンバやベントホールによって影響を受けるので、各センサ間で異なった特性になりやすい。
【００１５】
特許文献２のマイクロフォンでは、このように各音響センサにおける感度その他の音響特性にばらつきが生じやすいので、実際には、Ｓ／Ｎ比の改善効果を得ることが難しかった。
【００１６】
また、基板上に複数個の独立した音響センサを並べて配置しなければならないので、マイクロフォンを小型化することができないという不具合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−５４３９号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／００４７７４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、センサの小型化を妨げることなくセンサのＳ／Ｎ比を向上させることのできる音響センサと、当該音響センサを用いたマイクロフォンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る第１の音響センサは、空洞部を有する基板と、前記空洞部を覆うようにして前記基板の上方に配設された薄膜状のダイアフラムと、前記ダイアフラムに形成された可動電極板と、前記ダイアフラムに対向させるようにして前記基板の上面に固定されたバックプレートと、前記可動電極板と対向する位置において前記バックプレートに設けた固定電極板とを備えた音響センサであって、前記ダイアフラムは、間隔をあけて配置された複数個の支持部によって外周部のみを前記基板又は前記バックプレートに支持されており、前記ダイアフラムは、振動時の変位量が極大となる点を複数箇所に有し、前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分の両端で前記線分に直交する２本の直線間において、前記線分を挟んで前記線分と交差する方向の両側にそれぞれ前記支持部が存在していることを特徴としている。なお、可動電極板は、ダイアフラムに設けてあってもよく、ダイアフラム自体が可動電極板となっていてもよい。
【００２０】
本発明に係る第１の音響センサにあっては、間隔をあけて配置された複数個の支持部によってダイアフラムの外周部のみが前記基板又は前記バックプレートに支持され、ダイアフラムが振動時の変位量が極大となる点を複数箇所に有していて、変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分の両端で前記線分に直交する２本の直線間において、前記線分を挟んで前記線分と交差する方向の両側にそれぞれ支持部が存在しているので、隣接する極大点どうしを結ぶ線分を挟んでその両側に位置する支持部どうしを結ぶ方向でダイアフラムの剛性が高くなる。よって、隣接する極大点どうしのうち一方の極大点の振動が変位量が当該極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線を通過して他方の極大点へ伝播しにくくなる。その結果、隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線によって仕切られた両側の領域において可動電極板と固定電極板で構成されるキャパシタ（実施形態では、音響センシング部）が互いに独立するようになる。
【００２１】
このような第１の音響センサによれば、前記各キャパシタを並列に接続してあれば、実質的に感度を低下させることなくノイズを低減することが可能になるので、音響センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、ダイアフラムを独立して振動可能な複数の領域に分割しているだけであるので、音響センサの小型化が妨げられることがない。
【００２２】
また、このような第１の音響センサによれば、前記ダイアフラムが、間隔をあけて配置された複数個の支持部によって部分的に支持されているので、支持部によってダイアフラムの全周を支持している場合と比べてダイアフラムの剛性を低くすることができ、音響センサの感度を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る第１の音響センサのある実施態様においては、前記ダイアフラムが、外向きに延出された複数個の梁部を有し、前記梁部が前記支持部によって支持されている。かかる実施態様によれば、支持部によるダイアフラムの支持箇所の数が増えてもダイアフラムの剛性が高くなりにくく、音響センサの感度を高くすることができる。
【００２４】
本発明に係る第１の音響センサの別な実施態様においては、前記ダイアフラムが、矩形状をしている。ダイアフラムの形状は、矩形状、円板状その他の形状であってもよいが、ダイアフラムの形状を矩形状とすれば、音響センサの出力の線形性が良好となる。
【００２５】
本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様においては、前記ダイアフラムが、格子状に配置された複数個の前記支持部によって支持されている。たとえば、前記矩形状をしたダイアフラムが、４箇所の隅部を前記支持部によって支持され、さらに２つの方向の辺のうち一方の方向の対向する２辺においてのみ隅部と隅部の中間部分を前記支持部によって支持されていればよい。かかる実施態様によれば、ダイアフラムにおいて４個の支持点で囲まれた領域がそれぞれ変位の極大点を有し、それぞれ実質的に独立して振動可能な領域となる。
【００２６】
本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様は、前記ダイアフラムが、スリットによって分割されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、スリットを挟んでその両側でダイアフラムが独立して振動できるようになり、ダイアフラムの独立して振動する領域を増やすことができる。特に、前記支持部のうちいずれか２つの支持部を結ぶ線上において、前記ダイアフラムにスリットを形成すれば、支持部によって分離されたダイアフラムの各領域どうしの独立性をより高めることができる。
【００２７】
本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様においては、前記スリットの幅が１０μｍ以下となっている。一般的なサイズのＭＥＭＳ音響センサでは、スリットの幅が１０μｍを超えるとロールオフ周波数が５００Ｈｚにもなって低周波特性が悪化することがあるので、スリットの幅は当該実施態様のように１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様においては、前記スリットの長さが、当該スリットの延長方向における前記ダイアフラムの差し渡し長さの１／２以上となっている。スリットの長さがダイアフラムの幅の１／２よりも短いと、スリットによって分割されたダイアフラムの各領域間における変位の不連続性が損なわれ、全体としてノイズを低減する効果が悪くなるので、スリットの延長方向におけるダイアフラムの差し渡し長さの１／２以上であることが望ましい。
【００２９】
本発明に係る第２の音響センサは、空洞部を有する基板と、前記空洞部を覆うようにして前記基板の上方に配設された薄膜状のダイアフラムと、前記ダイアフラムに形成された可動電極板と、前記ダイアフラムに対向させるようにして前記基板の上面に固定されたバックプレートと、前記可動電極板と対向する位置において前記バックプレートに設けた固定電極板とを備えた音響センサであって、前記ダイアフラムは、外周部を支持部によって前記基板又は前記バックプレートに支持されており、前記ダイアフラムは、振動時の変位量が極大となる点を複数箇所に有し、前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線上にも支持部が存在していて、前記ダイアフラムは、当該直線に沿って少なくとも３個の前記支持部によって支持されていることを特徴としている。なお、可動電極板は、ダイアフラムに設けてあってもよく、ダイアフラム自体が可動電極板となっていてもよい。
本発明に係る第２の音響センサにあっては、ダイアフラムが振動時の変位量が極大となる点を複数箇所に有していて、変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線上に前記支持部が存在しているので、隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線上におけるダイアフラムの剛性が高くなる。よって、隣接する極大点どうしのうち一方の極大点の振動が変位量が当該極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線を通過して他方の極大点へ伝播しにくくなる。その結果、隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線によって仕切られた両側の領域において可動電極板と固定電極板で構成されるキャパシタ（実施形態では、音響センシング部）が互いに独立するようになる。
このような音響センサによれば、前記各キャパシタを並列に接続してあれば、実質的に感度を低下させることなくノイズを低減することが可能になるので、音響センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、ダイアフラムを独立して振動可能な複数の領域に分割しているだけであるので、音響センサの小型化が妨げられることがない。また、ダイアフラムが、外周部を前記支持部によって支持され、さらに、前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線に沿って少なくとも３個の前記支持部によって支持されているので、隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線に沿ったダイアフラムの剛性をより高めることができ、ダイアフラムの各領域の独立性がより高くなる。
【００３０】
本発明に係る第２の音響センサのある実施態様においては、前記変位量が極大となる点のうち隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線上に位置する前記支持部間の距離が、同じ方向における隅部の支持部どうしの距離よりも短いことを特徴としている。かかる実施態様によれば、隣接する極大点どうしを結ぶ線分と交差する直線に沿ったダイアフラムの剛性をより高めることができ、ダイアフラムの各領域の独立性がより高くなる。
【００３１】
本発明に係る第１及び第２の音響センサのさらに別な実施態様は、隣接する前記支持部の間の少なくとも一箇所において、前記ダイアフラムと前記基板との間に空隙が形成されている。かかる実施態様によれば、支持部間の空隙をベンチホールとして利用することができる。
【００３２】
本発明に係る第１及び第２の音響センサのさらに別な実施態様は、音響振動が前記空洞部を通って前記ダイアフラムに到達することを特徴としている。かかる実施態様によれば、半導体基板内の空洞部がフロントチャンバとなり、音響センサの外部の空間がバックチャンバとなるので、バックチャンバの容積を大きくでき、音響センサの感度を向上させることができる。
【００３３】
本発明に係るマイクロフォンは、本発明に係る第１及び第２の音響センサと、前記音響センサから出力された信号を処理するための回路とを備えたものである。本発明のマイクロフォンは、本発明の音響センサを用いているので、マイクロフォンのＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００３４】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、音響センサの熱雑音を説明するための概略図である。
【図２】図２は、特許文献１に開示されたマイクロフォンの概略説明図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、特許文献２に開示されたマイクロフォンの断面図及び平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１に係る音響センサの断面図である。
【図５】図５は、実施形態１の音響センサの平面図である。
【図６】図６は、実施例１の音響センサにおけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、実施形態１のダイアフラムの働きを説明するための図である。
【図８】図８は、音響センサを単純化した等価回路を表した図である。
【図９】図９は、一方の音響センシング部のみに音響振動やノイズが加わった状況を表した等価回路図である。
【図１０】図１０（Ａ）は一方の音響センシング部のみに音響振動が加わったときに音響センサから出力される感度信号を示す波形図である。図１０（Ｂ）は他方の音響センシング部のみに音響振動が加わったときに音響センサから出力される感度信号を示す波形図である。図１０（Ｃ）は両方の音響センシング部に同時に音響信号が加わったときに音響センサから出力される感度信号を示す波形図である。
【図１１】図１１（Ａ）は一方の音響センシング部のみにノイズが発生したときに音響センサから出力されるノイズ信号を示す波形図である。図１１（Ｂ）は他方の音響センシング部のみにノイズが発生したときに音響センサから出力されるノイズ信号を示す波形図である。図１１（Ｃ）は両方の音響センシング部に同時にノイズが発生したときに音響センサから出力されるノイズ信号を示す波形図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態２におけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図１３】図１３は、実施形態２のダイアフラムの作用を模式的に説明する図である。
【図１４】図１４は、実施形態２の変形例におけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態３に係る音響センサを示す断面図である。
【図１６】図１６は、実施形態３におけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態４におけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態５におけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態６におけるダイアフラムの形状を示す平面図である。
【図２０】図２０は、実施形態６における異なる形状のダイアフラムを示す平面図である。
【図２１】図２１は、実施形態６におけるさらに異なる形状のダイアフラムを示す平面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施形態７に係るマイクロフォンの断面図である。
【図２３】図２３は、実施形態７のマイクロフォンの、カバーを外した状態の平面図である。
【図２４】図２４は、実施形態７における異なる構造のマイクロフォンを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３７】
（第１の実施形態）
図４−図６を参照して本発明の実施形態１による音響センサの構造を説明する。図４は実施形態１の音響センサ４１を示す断面である。図５は、音響センサ４１の平面図である。また、図６は、音響センサ４１から天蓋部４４を取り除いた状態の平面図である。
【００３８】
この音響センサ４１はＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量型素子である。図４に示すように、音響センサ４１は、シリコン基板４２（半導体基板）の上面にアンカー４６（支持部）を介してダイアフラム４３（振動電極板）が設けられ、その上に微小なエアギャップ５０（空隙）を介して天蓋部４４が設けられている。
【００３９】
単結晶シリコンからなるシリコン基板４２には、表面から裏面に貫通したバックチャンバ４５（空洞部）が開口されている。バックチャンバ４５は内周面が垂直面となっていてもよく、テーパー状に傾斜していてもよい。
【００４０】
ダイアフラム４３の外周縁下面を支持するための複数個のアンカー４６は、シリコン基板４２の上面に設けられている。さらに、シリコン基板４２の上面には、ダイアフラム４３を囲むようにして土台部５１が形成されている。アンカー４６及び土台部５１は、ＳｉＯ２によって形成されている。
【００４１】
図６に示すように、ダイアフラム４３は、略矩形状に形成されている。ダイアフラム４３は、導電性を有するポリシリコン薄膜によって形成されていてダイアフラム４３自体が可動電極板となっている。ダイアフラム４３の四隅と短辺の縁の中央からは、それぞれ梁部４７が突出している。ダイアフラム４３は、バックチャンバ４５の上方を覆うようにしてシリコン基板４２の上に配置され、アンカー４６によって６箇所の梁部４７を支持されている。よって、ダイアフラム４３は宙空に支持されるととともに、隣接するアンカー４６間においては、音響振動を通過させるための狭いベントホール５２が、ダイアフラム４３の外周部下面とシリコン基板４２の上面との間に形成されている。また、ダイアフラム４３からは外側に向けて引出配線５３が延びている。
【００４２】
ダイアフラム４３の全周をシリコン基板４２に固定した場合には、ダイアフラム４３の拘束力が強くなり、ダイアフラム４３のバネ性が高くなって音響センサ４１の感度が低下する。そのため、この実施形態では、ダイアフラム４３をアンカー４６によって飛び飛びに支持して、アンカー４６間にベントホール５２（空隙）を形成している。
【００４３】
天蓋部４４は、ＳｉＮからなるバックプレート４８（固定膜）の下面にポリシリコンからなる固定電極板４９を設けたものである。天蓋部４４は、ドーム状に形成されていてその下に空洞部分を有しており、その空洞部分でダイアフラム４３を覆っている。天蓋部４４の下面（すなわち、固定電極板４９の下面）とダイアフラム４３の上面との間には微小なエアギャップ５０（空隙）が形成されている。固定電極板４９とダイアフラム４３は互いに対向していてキャパシタを構成している。
【００４４】
図５に示すように、天蓋部４４のほぼ全体には、上面から下面に貫通するようにして、音響振動を通過させるためのアコースティックホール５４（音響孔）が多数穿孔されている。図４及び図５に示すように、アコースティックホール５４は規則的に配列されている。図示例では、アコースティックホール５４は、互いに１２０°の角度を成す３方向に沿って三角形状に配列されているが、矩形状や同心円状などに配置されていてもよい。
【００４５】
図４に示すように、天蓋部４４の下面には、円柱状をした微小なストッパ５５（突起）が突出している。ストッパ５５は、バックプレート４８の下面から一体に突出しており、固定電極板４９を貫通して天蓋部４４の下面に突出している。ストッパ５５はバックプレート４８と同じくＳｉＮからなるので、絶縁性を有する。このストッパ５５は、静電気力によってダイアフラム４３が固定電極板４９に固着して離れなくなるのを防ぐためのものである。
【００４６】
天蓋状をしたバックプレート４８の外周縁からは、全周にわたって保護膜５６が連続的に延出している。保護膜５６は、土台部５１とその外側の領域を覆っている。
【００４７】
引出配線５３は土台部５１に固定されており、固定電極板４９から延出された引出配線５７も土台部５１の上面に固定されている。一方、保護膜５６には開口があけられており、当該開口を通して引出配線５３の上面に可動側電極パッド５８が形成され、可動側電極パッド５８は引出配線５３を通じてダイアフラム４３に導通している。また、バックプレート４８の上面に設けられた固定側電極パッド５９は、スルーホールなどを介して引出配線５７に導通し、さらに固定電極板４９に導通している。
【００４８】
この音響センサ４１では、ダイアフラム４３がその四隅をアンカー４６で支持されているだけでなく、短辺の縁の中央もアンカー４６で支持されている。すなわち、ダイアフラム４３は６個のアンカー４６によって格子状に支持されている。そのため、ダイアフラム４３の各短辺中央に位置するアンカー４６、４６どうしを結ぶラインＤ（図７（Ａ）において一点鎖線で示す線分）に沿ってダイアフラム４３の剛性が高くなり、当該ラインＤ上でダイアフラム４３の変位が最小となる箇所がある。よって、ダイアフラム４３は、このラインＤを挟んで一方の領域（図７（Ｂ）に示すように４個のアンカー４６で囲まれた領域。以下、ダイアフラム領域４３ａという。）と、他方の領域（図７（Ｃ）に示すように４個のアンカー４６で囲まれた領域。以下、ダイアフラム領域４３ｂという。）とが独立して振動することが可能になり、両ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂの内側にそれぞれ大きく変位する変位極大点Ｇが表れる。そして、ダイアフラム領域４３ａと固定電極板４９の当該領域４３ａに対向する領域からなるキャパシタによって一方の音響センシング部６０ａが構成される。また、ダイアフラム領域４３ｂと固定電極板４９の当該領域４３ｂに対向する領域からなるキャパシタによって他方の音響センシング部６０ｂが構成される。しかも、両センシング部６０ａ、６０ｂは、天蓋部４４内の同じ箇所において一体的に形成され、同じ構造、同じ形状、同じ寸法を有していて、実質的に同一の特性を有している。
【００４９】
この音響センサ４１にあっては、音響振動がアコースティックホール５４を通過して天蓋部４４内のエアギャップ５０に入ると、薄膜であるダイアフラム領域４３ａ、４３ｂが音響振動によって同じ位相で振動する。ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂが振動して各ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂと固定電極板４９との間の各ギャップ距離が変化すると、音響センシング部６０ａ、６０ｂの静電容量が変化する。この結果、各音響センシング部６０ａ、６０ｂにおいては、ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂが感知している音響振動（音圧の変化）がダイアフラム領域４３ａ、４３ｂと固定電極板４９の間の静電容量の変化となり、電気的な信号として出力される。また、ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂはいずれも可動側電極パッド５８につながっており、固定電極板４９は共通しているので、音響センシング部６０ａ（キャパシタ）と音響センシング部６０ｂ（キャパシタ）とは、電気的に並列接続されている。
【００５０】
この音響センサ４１では、ダイアフラム領域４３ａとダイアフラム領域４３ｂが電気的に導通していて、固定電極板４９が共通となっている。しかも、基板４２上の同じ位置に音響センシング部６０ａ、６０ｂが設けられていて、両センシング部６０ａ、６０ｂは同位相で音響振動を検知する。そのため、ダイアフラム領域４３ａと４３ｂがほぼ独立しているとしても、ダイアフラム４３の全体としてみれば一つの音響センサ４１として作用し、短辺中央にアンカー４６を設けていない場合と実質的に変化がない。
【００５１】
これに対し、ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂは、剛性が高くて変位が最小となるラインＤで仕切られていて、ほぼ独立して動くことができる。よって、ラインＤの両側においてダイアフラム領域４３ａ、４３ｂは独立して変位することができる。そのため、音響センシング部６０ａに発生する熱雑音と音響センシング部６０ｂに発生する熱雑音とは、異なる位相の信号として検知される。よって、両センシング部６０ａ、６０ｂのノイズを加え合わせると、ノイズが打ち消し合って小さくなる。その結果、音響センサ４１のＳ／Ｎ比が向上する。
【００５２】
以上においては、音響センサ４１のＳ／Ｎ比が向上する理由を簡単に説明したが、以下においては、等価回路を用いてさらに説明する。図８は、音響センサ４１を単純化した等価回路を表している。短辺中央にアンカー４６を設けることで分離された２つの音響センシング部６０ａ、６０ｂは、並列に接続された２つの可変キャパシタＣＰ１、ＣＰ２で表すことができる。ここで、２つの可変キャパシタＣＰ１、ＣＰ２は同じ性能を有している。さらに、音響振動やノイズなどの信号発生源は、可変キャパシタＣＰ１、ＣＰ２に直列に接続したそれぞれの交流電源ＳＧ１、ＳＧ２で表す。この結果、図８に示すように、音響センシング部６０ａは可変キャパシタＣＰ１と交流電源ＳＧ１を直列に接続した回路で表され、音響センシング部６０ｂは可変キャパシタＣＰ２と交流電源ＳＧ２を直列に接続した回路で表される。さらに、音響センサ４１は、両直列接続回路を並列に接続した等価回路で表される。
【００５３】
図８の等価回路における特性又は回路定数を、つぎのような記号で表す。
Ｃａ／２［Ｆ］  ：可変キャパシタＣＰ１の静電容量
Ｃｂ／２［Ｆ］  ：可変キャパシタＣＰ２の静電容量
ΔＣａ／２［Ｆ］  ：可変キャパシタＣＰ１の受圧時の静電容量変化
ΔＣｂ／２［Ｆ］  ：可変キャパシタＣＰ２の受圧時の静電容量変化
Ｖ［Ｖ］  ：音響センサ４１への印加電圧
Ｓａ［Ｖ］  ：音響センシング部６０ａの感度出力
Ｓｂ［Ｖ］  ：音響センシング部６０ｂの感度出力
Ｎａ［Ｖ］  ：音響センシング部６０ａのノイズ出力
Ｎｂ［Ｖ］  ：音響センシング部６０ｂのノイズ出力
Ｓａ／Ｎａ  ：音響センシング部６０ａのＳ／Ｎ比
Ｓｂ／Ｎｂ  ：音響センシング部６０ｂのＳ／Ｎ比
ここで、感度出力とは、交流電源で発生した音響振動によって音響センシング部（あるいは、可変キャパシタ）から出る信号出力であって、電圧×固定キャパシタの静電容量変化／固定キャパシタの静電容量で表される。したがって、音響センシング部６０ａの感度出力は、
Ｓａ＝Ｖ×（ΔＣａ／２）／（Ｃａ／２）＝Ｖ×ΔＣａ／Ｃａ
となる。同様に、音響センシング部６０ｂの感度出力は、
Ｓｂ＝Ｖ×（ΔＣｂ／２）／（Ｃｂ／２）＝Ｖ×ΔＣｂ／Ｃｂ
となる。
【００５４】
いま、図９に示すように、音響センシング部６０ａのみに音響振動やノイズが加わった状況を考える。音響センシング部６０ｂでは音響振動やノイズによる信号は発生していないので、音響センシング部６０ｂの交流電源ＳＧ２は省略し、可変キャパシタＣＰ１の静電容量は変化しないと考える。
【００５５】
まず、交流電源ＳＧ１から音響振動だけが出力されているとすると、音響センシング部６０ａから出力される感度出力は、上記のように、
Ｓａ＝Ｖ×ΔＣａ／Ｃａ
となる。しかし、この音響センシング部６０ａには、音響センシング部６０ｂのキャパシタＣＰ２が並列に接続されているので、キャパシタＣＰ２は音響センシング部６０ａに対しては寄生容量として働き、音響センシング部６０ａの感度を減衰させる。キャパシタＣＰ１とＣＰ２は同じ静電容量を有しているので、音響センサ４１から出力される感度出力（すなわち、信号処理回路へ入力される感度出力）Ｓtotは、次式で表されるように半減する。
Ｓtot＝〔（Ｃａ／２）／｛（Ｃａ／２）＋（Ｃｂ／２）｝〕×Ｓａ
＝Ｓａ／２
【００５６】
つぎに、電源ＳＧ１からノイズだけが出力されている場合を考える。この場合も、音響センシング部６０ａから出ているノイズ出力をＮａとすると、音響センシング部６０ａに並列に接続されたキャパシタＣＰ２の影響により、音響センサ４１から出力されるノイズ出力（すなわち、信号処理回路へ入力されるノイズ出力）Ｎtotは、次式で表されるように半減する。
Ｎtot＝〔（Ｃａ／２）／｛（Ｃａ／２）＋（Ｃｂ／２）｝〕×Ｎａ
＝Ｎａ／２
【００５７】
図９とは反対に音響センシング部６０ｂのみに音響振動が加わった状況では、図９の場合と同様に考えて、音響センサ４１から出力される感度出力Ｓtotは、音響センシング部６０ｂの感度出力Ｓｂが半減して次式のようになる。
Ｓtot＝〔（Ｃｂ／２）／｛（Ｃｂ／２）＋（Ｃａ／２）｝〕×Ｓｂ
＝Ｓｂ／２
【００５８】
また、音響センシング部６０ｂのみにノイズが発生している状況を考えると、音響センシング部６０ａのキャパシタＣＰ１の影響により、音響センサ４１から出力されるノイズ出力Ｎtotは、音響センシング部６０ｂのノイズ出力Ｎｂが半減して次式で表される。
Ｎtot＝〔（Ｃｂ／２）／｛（Ｃｂ／２）＋（Ｃａ／２）｝〕×Ｎｂ
＝Ｎｂ／２
【００５９】
つぎに、図８のように、音響センシング部６０ａと６０ｂで同時に感度出力Ｓａ、Ｓｂとノイズ出力Ｎａ、Ｎｂが発生している場合を考える。感度出力とノイズ出力を分けて考える。感度出力は、音響振動を感知する各ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂが同一の天蓋部４４内において極く近接した位置に配置されているので、両ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂは同じ時刻においては同じ位相と振幅で振動している。しかも、音響センシング部６０ａの可変キャパシタＣＰ１と音響センシング部６０ｂの可変キャパシタＣＰ２は並列に接続されている。その結果、音響センサ４１の感度出力Ｓtotは、上で求めた各音響センシング部６０ａ、６０ｂの感度出力Ｓａ／２、Ｓｂ／２の和となる。
Ｓtot＝Ｓａ／２＋Ｓｂ／２
ここで、Ｓａ＝Ｓｂであるから、上式は、
Ｓtot＝Ｓａ
となる。これは、図１０（Ａ）−図１０（Ｃ）に示すように、音響センサ４１では、位相と振幅が同じ２つの信号（図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）の感度出力Ｓａ／２、Ｓｂ／２）が重ね合わされたものが全体の感度出力Ｓtot＝Ｓａ（図１０（Ｃ））として出力されることを表し、音響センサ４１が音響センシング部６０ａと６０ｂに分離されていても、音響センサ４１の感度出力Ｓtotは、ダイアフラム４３の短辺中央にアンカー４６を設けていない場合と変わりがないことを示している。
【００６０】
一方、ノイズは熱雑音に由来するので、互いに分離している音響センシング部６０ａと６０ｂではそれぞれ独立してランダムにノイズが発生している。このため音響センシング部６０ａのノイズと音響センシング部６０ｂのノイズは、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、位相や振幅の揃っていない独立な信号となっている。よって、音響センサ４１から出力されるノイズ出力Ｎtotは、図１１（Ｃ）に示すように、音響センシング部６０ａから出力されるノイズ出力Ｎａ／２と音響センシング部６０ｂから出力されるノイズ出力Ｎｂ／２との分散を加法する際の演算で求められる。すなわち、次式のようになる。
Ｓtot＝√｛（Ｎａ／２）２＋（Ｎｂ／２）２｝
ここで、Ｎａ＝Ｎｂであるから、上式は、
Ｓtot＝Ｎａ／√（２）
となる。
【００６１】
上記のように、音響センサ４１の感度出力Ｓtotは加算され、ノイズ出力Ｎtotは分散を加法する際の演算で求められる。その結果、音響センサ４１のＳ／Ｎ比は、√（２）Ｓａ／Ｎａとなり、音響センサ４１を音響センシング部６０ａと６０ｂに分離していない場合と比較すると、Ｓ／Ｎ比は√（２）倍となる（もしくは、３ｄＢ向上する）。試作品によれば、ダイアフラム４３の短辺中央にアンカー４６を設ける前後で感度出力には変化が見られなかったが、ノイズ出力はダイアフラム４３の短辺中央にアンカー４６を設けることによって約３ｄＢ低下した。よって、Ｓ／Ｎ比は、音響センシング部６０ａと６０ｂに分離することによって＋３ｄＢ程度高くなった。
【００６２】
よって、アンカー４６を増やしてダイアフラム４３を余分な箇所で支持させることによって音響センシング部６０ａと６０ｂに分離することにより、音響センサ４１のＳ／Ｎ比を向上させられることが定量的に示された。
【００６３】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の実施形態２による音響センサを説明する。図１２は、音響センサに用いられる実施形態２のダイアフラム４３の構造を示す平面図である。天蓋部４４その他の構造は実施形態１と同様であるので、説明は省略する。
【００６４】
この実施形態では、ダイアフラム４３は略矩形状となっている。ダイアフラム４３は、合計６個のアンカー４６によって四隅と長辺の縁の中央をシリコン基板４２上で支持されている。すなわち、ダイアフラム４３の短辺は２箇所のアンカー４６によって両端を支持されており、長辺は３箇所のアンカー４６によって両端と中央を支持されている。
【００６５】
このような形態でも、図１３に示すように、長辺の縁の中央に位置するアンカー４６どうしを結んだラインＤの上でダイアフラム４３の剛性が高くなり、したがってラインＤ上で変位が最小となる。また、ラインＤの両側のダイアフラム領域４３ａ及び４３ｂの中心が変位の大きな変位極大点Ｇとなる。よって、ラインＤの両側に位置するダイアフラム領域４３ａ、４３ｂがそれぞれ独立した振動膜となる。さらに、これらのダイアフラム領域４３ａ、４３ｂと固定電極板４９とによって互いに独立した２個の音響センシング部が構成される。この結果、２個の音響センシング部を並列に接続してあれば、実施形態２の音響センサでも、実施形態１の場合と同様に、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００６６】
本発明の音響センサでは、一体として構成された１つのキャパシタ構造が独立した振動モードを有する複数の部分（音響センシング部６０ａ及び６０ｂ）に分かれている。すなわち、ダイアフラムが複数の領域に分かれていて、分離されている各領域の内部に独立した変位極大点Ｇが生じるように構成されている。
【００６７】
このために、本発明のある実施形態（たとえば、実施形態１、２）では、図１３に示すように、分離された各ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂの変位極大点Ｇを結ぶ線と直交する方向に定めたラインＤ上にアンカー４６を設けてダイアフラム４３を支持させている。このような構造であれば、中央のアンカー４６どうしを結ぶラインＤの位置ではダイアフラム４３の剛性が高くなって変位が最小となる。そして、一方の変位極大点Ｇと他方の変位極大点Ｇの間をラインＤが通っているので、図１３に矢印で示すように、一方の変位極大点Ｇから他方の変位極大点Ｇへ変位が伝播しにくく、音響センシング部の独立性を高めることができる。このような構造であれば、複数の音響センシング部が同時に音圧を受けた際には互いに同位相の動きをし、また、自己発生雑音に対しては互いに独立して動作することができる。
【００６８】
ただし、本発明の実施形態においては、必ずしも複数の音響センシング部どうしが同じ構造と同じ寸法を有していなければならないという訳ではなく、異なる構造又は異なる寸法を有していて、音響センシング部どうしが異なる特性を有していても差し支えない。
【００６９】
図１４は、実施形態２の変形例である。図１４の変形例では、略矩形状をしたダイアフラム４３を格子状に配置したアンカー４６で支持している。すなわち、ダイアフラム４３の短辺は両端を２箇所のアンカー４６で支持されており、ダイアフラム４３の長辺は両端とその間を複数個（４個以上）のアンカー４６で支持されている。この場合も、対向しているアンカー４６どうしを結ぶラインＤ上でダイアフラム４３の変位が小さくなる。よって、ダイアフラム４３は、複数本のラインＤにより、中央部が変位極大点Ｇとなり、かつ、四隅をアンカー４６で支持された３つの矩形状をしたダイアフラム領域４３ａ、４３ｂ、４３ｃに分離されている。そして、これらのダイアフラム領域４３ａ、４３ｂ、４３ｃと固定電極板４９によって複数個の独立した音響センシング部が構成される。
【００７０】
このように音響センシング部の数を増やすと（各ダイアフラム領域の形状や面積は異なっていてもよい。）、音響センサのノイズをより低減させることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させる効果が高くなる。
【００７１】
（第３の実施形態）
図１５は本発明の実施形態３による音響センサ６２の断面図である。図１６は、実施形態３の音響センサ６２に用いられているダイアフラム４３の平面図である。
【００７２】
実施形態３の音響センサ６２にあっては、ダイアフラム４３は実施形態１のようにアンカー４６によって支持されておらず、単にシリコン基板４２の上面に置かれているだけである。一方、バックプレート４８の下面のうち、ダイアフラム４３に対向する位置からは、ダイアフラム４３の上面に当接させるためのアンカー６３（支持部）が下方へ向けて突出している。したがって、ダイアフラム４３と固定電極板４９との間に電圧が印加されると、ダイアフラム４３は静電引力によって固定電極板４９へ向けて引き上げられる。上方へ引き上げられたダイアフラム４３はアンカー６３の下端面に当接して固定され、ダイアフラム４３と固定電極板４９との間には一定間隔のエアギャップ５０が形成される。そして、このダイアフラム４３に音響振動が加わると、ダイアフラム４３と固定電極板４９で構成されるキャパシタの静電容量が変化するので、音響振動が検出される。
【００７３】
ダイアフラム４３は、図１６に示すように円板状をしている。バックプレート４８から突出したアンカー６３は、ダイアフラム４３の外周縁に沿って等間隔で配置されている。さらに、ダイアフラム４３の中心を挟んで向き合っているある一対のアンカー６３間には、複数個のアンカー６３が一定間隔ごとに配列されている。
【００７４】
このような音響センサ６２では、ダイアフラム４３の直径に沿って直線状に配列された複数個のアンカー６３に沿ったラインＤでダイアフラム４３の変位が最小となり、ラインＤの両側にそれぞれ変位極大点Ｇが生じる。また、直径上に一列に並んだアンカー６３の方向（ラインＤの方向）は、変位極大点Ｇどうしを結ぶ方向と直交している。従って、ラインＤの両側には、独立したダイアフラム領域４３ａ、４３ｂが形成される。よって、これらのダイアフラム領域４３ａ、４３ｂと固定電極板４９によって複数個の独立した音響センシング部が構成される。この結果、このような音響センサ６２においても、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７５】
なお、図１６に示した図示例では、円板状のダイアフラム４３に対して変位極大点Ｇどうしを結ぶ方向と直交する方向に５個のアンカー６３が並んでいるが、このアンカー６３は４個以上であればよい。また、回転対称でない形状のダイアフラム、たとえば矩形状のダイアフラムの場合には、変位極大点Ｇどうしを結ぶ方向と直交する方向には３個以上のアンカーが並んでいればよい。
【００７６】
（第４の実施形態）
図１７は、本発明の実施形態４による音響センサに用いられるダイアフラム４３の構造を示す平面図である。このダイアフラム４３は、長手方向の中央部が内側へくびれた形状となっており、連続したアンカー４６によって外周全体がシリコン基板４２に固定されている。くびれて幅が狭くなった箇所ではダイアフラム４３の剛性が高くなるので、くびれた方向に沿ったラインＤの両側が独立して振動可能なダイアフラム領域４３ａ、４３ｂとなる。ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂは、いずれも一部欠けた円板状をしており、それぞれに変位極大点Ｇが生じていて、変位極大点Ｇどうしを結ぶ方向はラインＤと直交している。よって、このような形態でも、ダイアフラム領域４３ａ、４３ｂと固定電極板４９によって複数個の独立した音響センシング部が構成される。この結果、このような音響センサ６２においても、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７７】
なお、実施形態３及び４は、矩形状のダイアフラムにも適用することができる。また、たとえば実施形態２において、長辺の中央に位置しているアンカー４６をダイアフラム４３の内部側へ寄せてもよい。これにより長辺の中央に位置しているアンカー４６どうしの距離が、図１２に示すものよりも短くなるので、ラインＤに沿った方向におけるダイアフラム４３の剛性がより高くなる。
【００７８】
（第５の実施形態）
図１８は、本発明の実施形態５による音響センサに用いられるダイアフラム４３の構造を示す平面図である。このダイアフラム４３は菱形をしていて、４箇所の隅部をアンカー４６によって支持されている。このようなダイアフラム４３の場合には、菱形をしたダイアフラム４３の短い側の対角線上に位置するラインＤでダイアフラム４３の変位が最小になる。また、このダイアフラム４３は、ラインＤの両側にそれぞれ変位が最大となる変位極大点Ｇを有しているので、ラインＤの両側が独立に振動可能なダイアフラム領域４３ａ、ダイアフラム領域４３ｂとなっている。
【００７９】
（第６の実施形態）
図１９は、本発明の実施形態６による音響センサに用いられるダイアフラム４３の構造を示す平面図である。この実施形態では、実施形態２のダイアフラム４３（図１２参照）において、そのラインＤの位置に沿ってダイアフラム４３にスリット６４を設けている。このようにラインＤに沿ってスリット６４を設けると、ダイアフラム領域４３ａとダイアフラム領域４３ｂの独立性がより高くなり、Ｓ／Ｎの改善効果が高くなる。
【００８０】
このスリット６４の長さは、ダイアフラム４３の幅を５０％以上横断していることが望ましい。すなわち、スリット６４の長さは、スリット６４を延長した線上におけるダイアフラム４３の幅に対して１／２以上の長さを有していることが望ましい。スリット６４は、ダイアフラム領域４３ａ側における変位とダイアフラム領域４３ｂ側における変位を隔絶させて不連続にするために設けているが、スリット６４の長さがダイアフラム４３の幅の１／２よりも短いと、ダイアフラム領域４３ａ側とダイアフラム領域４３ｂ側における変位の不連続性が損なわれるからである。
【００８１】
また、スリット６４の幅は、１０μｍ以下であることが望ましい。スリット６４の幅が広すぎるとスリット６４を通ってエアギャップ５０からバックチャンバ４５へ漏れる空気量が増大し、ロールオフ周波数が高くなって音響センサの低周波特性が悪化する。特に、スリット６４の幅が１０μｍを超えると著しくロールオフ周波数が高くなって低周波特性が悪化し、音響センサ４１の感度が大きく損なわれるからである。
【００８２】
ただし、スリット６４の位置は必ずしもラインＤの位置に限らない。たとえば、図２０に示すようにラインＤと直交するようにスリット６４を設けてその両側にダイアフラム領域４３ａ、４３ｂを形成してもよい。また、図２１に示すように、ダイアフラム４３に複数本のスリット６４を設けて３個以上のダイアフラム領域４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを形成してもよい。
【００８３】
（第７の実施形態）
図２２は上記各実施形態の音響センサを用いたＭＥＭＳマイクロフォンの断面図である。また、図２３は、カバーを外した状態のマイクロフォンの平面図である。
【００８４】
このマイクロフォン８１は、回路基板８２とカバー８３からなるパッケージ内に音響センサ６５と信号処理回路８４（ＡＳＩＣ）を内蔵させたものである。音響センサ６５と信号処理回路８４は、回路基板８２の上面に実装されている。音響センサ６５の電極パッド５８、５９は、それぞれボンディングワイヤ９１によって信号処理回路８４のパッド８５ａ、８５ｂに接続されている。回路基板８２の下面にはマイクロフォン８１を外部と電気的接続するための端子８８が複数個設けられ、回路基板８２の上面には端子８８と導通した電極部８９ａ−８９ｃ；９０ａ、９０ｂが設けられている。回路基板８２に実装された８４の各パッド８６ａ−８６ｃ；８７ａ、８７ｂは、それぞれボンディングワイヤ９２によって電極部８９ａ−８９ｃ；９０ａ、９０ｂに接続されている。なお、信号処理回路８４のパッドは、音響センサ６５へ電源を供給する機能や、音響センサ６５の容量変化信号を外部へ出力する機能を有するものである。
【００８５】
回路基板８２の上面には、音響センサ６５及び信号処理回路８４を覆うようにしてカバー８３が取り付けられている。カバー８３の上面には、パッケージ内に音響振動を導き入れるための音導入孔９３が開口されている。また、パッケージは電磁シールドの機能を有しており、外部からの電気的な外乱や機械的な衝撃からマイクロフォン８１を保護している。
【００８６】
したがって、音導入孔９３からパッケージ内に入った音響振動は、音響センサ６５によって検出され、信号処理回路８４によって所定の信号処理を施された後に出力される。ここで、音響センサ６５として本発明に係る音響センサを用いているので、Ｓ／Ｎ比の高いマイクロフォン８１となっている。
【００８７】
なお、図２４は別な構造のマイクロフォン９４を示す。このマイクロフォン９４では、音導入孔９３はカバー８３でなく、シリコン基板４２の空洞部の下面に対向する位置において回路基板８２に開口されている。このマイクロフォン９４においては、回路基板８２の音導入孔９３から音響振動が導入されるので、シリコン基板４２の空洞部はフロントチャンバ９５となり、パッケージ内部の空間がバックチャンバ４５となる。よって、このような形態によれば、バックチャンバ４５の体積を大きくすることができ、マイクロフォン８１の感度をさらに向上させることができる。
【００８８】
最後に述べれば、ダイアフラムにおける変位極大点の表れ方は、アンカー（支持部）の配置だけで決まるものではなく、ダイアフラムの材質や厚み、およびアンカー（支持部）の大きさなどのパラメータによっても決まるものである。
【符号の説明】
【００８９】
４１、６１、６２、６５：  音響センサ、      ４２：  シリコン基板
４３：  ダイアフラム、          ４３ａ、４３ｂ：  ダイアフラム領域
４５：  バックチャンバ、        ４６、６３：  アンカー
４８：  バックプレート、        ４９：  固定電極板
６０ａ、６０ｂ：  音響センシング部
６４：  スリット
【図１】
0005338825.tif 000002
【図２】
0005338825.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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