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CN104918195A - 静电容量型转换器 - Google Patents

静电容量型转换器 Download PDF

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CN104918195A
CN104918195A CN201510111785.4A CN201510111785A CN104918195A CN 104918195 A CN104918195 A CN 104918195A CN 201510111785 A CN201510111785 A CN 201510111785A CN 104918195 A CN104918195 A CN 104918195A
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Abstract

一种静电容量型转换器，可提高隔膜的耐粘附性和耐破损性。本发明的静电容量型转换器在具有空洞(35)的基板(32)上配设有隔膜(33)。从隔膜(33)的外周延伸的脚片(36)通过锚固件(38)固定在基板(32)上。隔膜(33)的上方通过保持固定电极板(40)的背板(34)覆盖。在背板(34)的下面，向隔膜(33)突出有多个止动件(43a、43b)。止动件由突出长度不同的两种止动件构成，在与隔膜(33)的固定部附近或隔膜(33)的外周部相对的区域设置的止动件(43b)的突出长度比设于其以外的区域的止动件(43a)长。

Description

静电容量型转换器
技术领域
本发明涉及静电容量型转换器。更具体地，涉及静电量型声响传感器。
背景技术
作为静电容量型转换器的一种，例如具有用于麦克风的声响传感器。声响传感器为隔膜(振动电极板)和固定电极板隔开微小间隙(空隙)而相对的构造。由于该隔膜由膜厚1μm左右的薄膜形成，因此一受到声压，就会感应到其振动而进行微小振动。而且，当振动电极板进行振动时，振动电极板与相对电极板的间隙距离发生变化，故而通过检测此时的振动电极板与相对电极板之间的静电容量的变化来检测声响振动。
在这种构造的声响传感器中，如图1(A)所示，在隔膜11大幅挠曲而与固定电极板12接触时，隔膜11会固着在固定电极板12上而不能返回(将这种现象称为粘附)。作为隔膜大幅挠曲而发生粘附的情况，例如具有对隔膜施加有大声响的情况、对在落下耐久试验中落下的声响传感器的隔膜施加较大的压缩空气压(风压)的情况、向声响传感器强烈地吹气的情况。另外，在声响传感器的制造工序中，有时也产生粘附。
这样，当隔膜粘附于固定电极板时，阻碍隔膜的振动，故而不能通过声响传感器来检测声响振动。因此，需要防止这种粘附，作为其对策，在专利文献1公开的声响传感器中，在固定电极板的与隔膜相对的面上设有多个呈突起状的止动件。止动件通常在固定电极板整体等间隔地配置，如果使止动件尽可能地细，则隔膜与固定电极板(或止动件)的接触面积变小，不易发生隔膜的粘附。
但是，在声响传感器中，为了通过设置止动件而不发生隔膜的粘附，必须调节止动件彼此的间隔。图1(B)～图1(D)分别是示意性地表示止动件13彼此的间隔过大时、适当时、过小时的隔膜11的情形的图。图1(C)表示的是止动件13彼此的间隔d适当的情况。在这种情况下，即使隔膜11紧贴于固定电极板12，如图1(C)中双点划线所示，也因止动件13和隔膜11的接触面积小而难以发生粘附，如图1(C)中实线所示，隔膜11通过自身的弹性恢复力而恢复到原来的状态。
与此相对，如图1(B)所示，在止动件13彼此的间隔d比适当的间隔窄的情况下，即使止动件13细而使前端的面积小，由于在止动件13的前端面的微小化上有限度，故而作为止动件整体，前端面的面积的合计值也成为较大值。因此，在这种情况下，隔膜11横跨大致整体或广阔的区域而紧贴于止动件13的前端面，隔膜11粘附于止动件13。
如图1(D)所示，在止动件13彼此的间隔d比适当的间隔宽的情况下，即使隔膜11与止动件13抵接，隔膜的一部分也会落入邻接的止动件13间而与固定电极板12接触。这样，在隔膜11紧贴于固定电极板12的状态下，即使接触部位为一个部位，由于接触面积与止动件13的前端面积相比，相当大，因此隔膜11也粘附于固定电极板12。
结果是，在现有的声响传感器中，无论止动件彼此的间隔过大还是过小，都易发生粘附，需要以成为适当的间隔的方式设置止动件13。
另外，止动件的长度(突出长度)会影响到隔膜的破损难易度(耐破损性)和粘附的发生难易度(耐粘附性)。利用图2对这一点进行说明。在图2的声响传感器中，止动件13从保持固定电极板12的背板14突出。
在止动件短的情况下，如图2(A)所示，由于非变形时的隔膜11与止动件13的间隔变宽，故而隔膜11的变形变大。因此，隔膜11碰到止动件13时的弹性恢复力大，隔膜11难以粘附。另一方面，在止动件13的长度短的情况下，由于隔膜11与止动件13的间隔变宽，故而在对隔膜11施加有过大的压力时，隔膜11大幅变形，隔膜11容易破损。特别是，在隔膜11已大幅变形时，在隔膜11的固定部分的附近容易发生破损。
另外，在止动件长的情况下，如图2(B)所示，由于非变形时的隔膜11与止动件13的间隔变窄，故而隔膜11的最大位移量变小，隔膜11不易破损。另一方面，在止动件13长的情况下，由于隔膜11与止动件13的间隔变窄，故而隔膜11碰到止动件13时的弹性恢复力小，隔膜11容易粘附。
因此，在现有那样的止动件构造中，即使止动件彼此的间隔适当，希望提高耐粘附性这种要求和希望提高隔膜的耐破损性这种要求也具有折衷的关系。
专利文献1：(日本)特开2006－157863号公报
专利文献2：(日本)特开2010－74523号公报
发明内容
本发明是鉴于上述现有例具有的课题而设立的，其主要目的在于提供一种能够兼得希望提高耐粘附性这种要求和希望提高隔膜的耐破损性这种要求的静电容量型转换器。
本发明的静电容量型转换器至少具备：背板，其具有固定电极；作为可动电极的隔膜，其经由空隙与所述背板相对；第一止动件，其从所述背板的所述空隙侧的面和所述隔膜的所述空隙侧的面中的至少一面突出，具有第一突出长度；第二止动件，其从所述背板的所述空隙侧的面和所述隔膜的所述空隙侧的面中的至少一面突出，具有第二突出长度，所述第一止动件设置在与所述隔膜上的第一位置对应的位置，所述第二止动件设置在与所述隔膜上的第二位置对应的位置，所述第一位置的隔膜的位移量比所述第二位置的隔膜的位移量大，所述第一止动件的突出长度比所述第二止动件的突出长度短。
根据本发明的静电容量型转换器，在与隔膜的位移量比较大的第一位置对应的位置设有突出长度较小的第一止动件，在与隔膜的位移量较小的第二位置对应的位置设有突出长度较大的第二止动件。因此，由于在与隔膜的位移较大的第一位置对应的位置设有突出长度较短的第一止动件，故而碰到第一止动件的状态的隔膜的位移大，其弹性恢复力也大，隔膜不易粘附于止动件。另外，由于在与隔膜的位移较小的第二位置对应的位置设有突出长度较大的第二止动件，故而在对隔膜的位移小的部位(即，如隔膜的固定位置附近那样应力容易集中的部位)施加高负荷的压力的情况下，第二止动件能够碰到该部位，其结果是，能够防止隔膜的破损。
本发明的静电容量型转换器的一方面，所述固定电极的与所述隔膜相对的区域构成一个平面。
本发明的静电容量型转换器的另一方面，所述第一位置位于所述隔膜的外周部，所述第二位置位于所述隔膜的中央部。
本发明的静电容量型转换器的再一方面，所述第一位置位于在所述隔膜上规定的圆的内侧，所述第二位置位于所述圆的外侧。
本发明的静电容量型转换器的又一方面，具备包括所述第一止动件及所述第二止动件在内的多个止动件，在设从所述隔膜的中心到所述隔膜的固定部位的距离为R时，在与以所述隔膜的中心为中心的半径R/2的区域对应的第一区域的内部设有包括所述第一止动件在内的多个止动件，在与所述区域的外部对应的第二区域设有包括所述第二止动件在内的多个止动件，第一区域的最短止动件的突出长度比第二区域的最长止动件的突出长度小。
本发明的静电容量型转换器的再另一方面，所述隔膜将其外周整体或外周的一部分固定，所述第一止动件设于所述隔膜的中央附近，所述第二止动件设于所述隔膜的固定部分附近。
本发明的静电容量型转换器的再另一方面，所述第一位置位于所述隔膜的位移大的区域，所述第一止动件在与所述第一位置相对的位置从所述背板突出，所述第二位置位于所述隔膜的位移小的区域，所述第二止动件在与所述第二位置相对的位置从所述背板突出。
本发明的静电容量型转换器的再另一方面，所述第一位置位于所述隔膜的位移大的区域，所述第一止动件在所述第一位置从所述隔膜突出，所述第二位置位于所述隔膜的位移小的区域，所述第二止动件在所述第二位置从所述隔膜突出。
本发明的静电容量型转换器的再另一方面，包括所述第一止动件及所述第二止动件在内的多个止动件从所述背板突出，以所述多个止动件的前端沿着所述隔膜的某变形状态的所述隔膜的形状而排列的方式选择所述止动件的突出长度。
本发明的静电容量型转换器的再另一方面，所述第二止动件比所述第一止动件粗。在突出长度长的第二止动件中，应力集中于隔膜的与第二止动件接触的部分，但通过将第二止动件加粗，能够加大与隔膜的接触面积，能够使接触面的应力分散。
本发明的静电容量型转换器的再另一方面，具备包括所述第一止动件及所述第二止动件在内的多个止动件，所述第二止动件附近的止动件的数量密度比所述第一止动件附近的止动件的数量密度大。在突出长度长的第二止动件中，应力集中在隔膜的与第二止动件接触的部分，但通过加大第二止动件的数量密度，能够加大接触面积，能够使接触面的应力分散。
本发明的静电容量型转换器通过在所述背板上开设有用于使声响振动通过的声孔，能够作为声响传感器而使用。另外，本发明的声响传感器能够与电路部一同作为麦克风而使用。
此外，用于解决本发明的上述课题的手段具有将以上说明的构成要素适当组合的特征，本发明能够实现这种构成要素的组合带来的多种变更。
根据本发明，即使在对隔膜施加有高负荷的情况下，隔膜也不易粘附于止动件，耐粘附性提高。另外，在对隔膜施加有高负荷的情况下，能够防止较大的应力集中于隔膜，能够提高静电容量型转换器的耐破坏性。
附图说明
图1(A)是表示在现有声响传感器中隔膜粘附于固定电极板的情形的概略剖面图，图1(B)是表示止动件彼此的间隔窄的声响传感器的概略剖面图，图1(C)是表示止动件彼此的间隔适当的声响传感器的概略剖面图，图1(D)是表示止动件彼此的间隔宽的声响传感器的概略剖面图；
图2(A)是表示止动件短的声响传感器的概略剖面图，图2(B)是表示止动件长的声响传感器的概略剖面图；
图3是本发明实施方式1的声响传感器的俯视图；
图4是图3所示的声响传感器的概略剖面图；
图5是表示在图3所示的声响传感器中设于基板的上面的隔膜的俯视图；
图6是表示隔膜挠曲时的位移量的分布的图；
图7是表示突出长度短的止动件和突出长度长的止动件的边界的图；
图8是用于对本发明实施方式1的声响传感器的作用效果进行说明的图；
图9是另一现有例的声响传感器的剖面图；
图10是表示隔膜的1/4部分和隔膜上的A～D点的图；
图11是表示距隔膜的中心的距离和挠曲的隔膜的弹性恢复力之间的关系的图；
图12是表示隔膜与止动件之间的间隔和隔膜的弹性恢复力的关系的图；
图13是表示不同形状的隔膜和止动件的位置的图；
图14(A)是表示圆形隔膜上的A～D点的图，图14(B)是表示图14(A)的隔膜的距其中心的距离和挠曲的隔膜的弹性恢复力的关系的图；
图15(A)～图15(D)是表示实施方式1的声响传感器的制造工序的剖面图；
图16(A)～图16(C)是图15(D)的后续图；
图17是表示本发明实施方式2的声响传感器的概略剖面图；
图18是表示本发明实施方式3的声响传感器的概略剖面图；
图19(A)～图19(C)是表示实施方式3的声响传感器的制造工序的一部分的剖面图；
图20是表示本发明实施方式3的变形例的图；
图21是表示本发明实施方式4的声响传感器的剖面图；
图22是表示本发明实施方式5的隔膜和止动件的配置的图；
图23是表示本发明实施方式6的声响传感器的概略剖面图；
图24是表示本发明实施方式7的声响传感器的概略剖面图；
图25(A)是表示本发明实施方式8的声响传感器的概略剖面图，图25(B)是放大表示图25(A)的一部分的图，图25(C)是放大表示比较例的一部分的图；
图26是表示内设有本发明的声响传感器的底部端口型麦克风的概略剖面图。
标记说明
31、71、81、91、101、111、121：声响传感器
32：基板
33：隔膜
34：背板
35：空洞
36：脚片
38：锚固件
39：边缘部分
40：固定电极板
41：声孔
43、43a、43b、43c、43d：止动件
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。但是，本发明不限于以下的实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种设计变更。
(实施方式1)
参照图3～图5对本发明的实施方式1的声响传感器31的构造进行说明。图3是表示本发明实施方式1的声响传感器31的俯视图。图4是声响传感器31的概略剖面图。图5是表示在基板32的上面形成的隔膜33(可动电极)的形状的俯视图。
该声响传感器31是利用MEMS技术制作的静电容量型转换器。在声响传感器31中，如图4所示，在硅基板等基板32的上面形成有可动电极、即隔膜33，经由微小气隙(空隙)而在隔膜33的上方设有背板34。
在基板32上开设有从表面贯通到背面的空洞35。该空洞35根据声响传感器31的使用形态，成为后室，或者成为前室。空洞35的壁面既可以锥状倾斜，也可以成为垂直于基板32的上面的面。
隔膜33由具有导电性的多晶硅薄膜形成。如图5所示，隔膜33形成为大致矩形状，从其角分别向对角方向水平地延伸有脚片36。隔膜33以覆盖空洞35的上面的方式配置在基板32的上面，脚片36的下面由锚固件38支承。因而，隔膜33以从基板32的上面浮起的状态配置在基板32的上面。
如图4所示，在空洞35的周围，在隔膜33的下面与基板32的上面之间，在用于使声响振动或空气通过的高度方向上形成有狭窄的间隙、即通气孔37。通气孔37在脚片36与脚片36之间沿着隔膜33与基板32的上面面对面的部分而形成。
在基板32的上面设有由SiN构成的背板34。背板34形成为大致矩形穹顶状，在其空洞部分覆盖隔膜33。在背板34的下面，以与隔膜33相对的方式设有由多晶硅构成的固定电极板40(固定电极)。由该背板34和固定电极板40构成固定电极构造物。
在固定电极板40的下面与隔膜33的上面之间形成有微小的气隙(空隙)。固定电极板40和隔膜33彼此相对，构成用于检测声响振动而转换成电气信号的可变电容器。
在背板34及固定电极板40的大致整体上，以从上面贯通到下面的方式钻设有多个孔、即用于使声响振动通过的声孔41。如图3所示，声孔41规则地排列。在图示例中，声孔41沿着彼此成60°或120°的角度的三个方向排列成三角形状，各声孔41的中心以一定的间距规则地排列。
如图4所示，在背板34的下面设有多个呈圆柱状的微小突起、即止动件43a、43b，各止动件43a、43b贯通固定电极板40而向下方(即，向隔膜33与固定电极板40之间的气隙)突出。止动件43a、43b与背板34相同，由SiN形成，具有绝缘性。
另外，如图3及图5所示，从隔膜33的脚片36起延伸有引线44，引线44与电极垫45电导通。同样地，从固定电极板40起延伸有引线46，引线46与电极垫47电导通。
该声响传感器31具有上述的构造，且当隔膜33通过声响振动而振动时，隔膜33与固定电极板40之间的静电容量发生变化，从而将声响振动转换成电气信号并输出。
另外，该声响传感器31在止动件上具有特征。止动件43a、43b为了防止隔膜33固着于固定电极板40的现象(参照图1(B)及(D))而设置，因此，止动件43a、43b以适度的间隔大致规则地配置。止动件43a设置在与隔膜33的位移较大的区域相对的区域，突出长度比止动件43b短。止动件43b设置在与隔膜33的位移较小的区域相对的区域，突出长度比止动件43长。
图6将隔膜33受到压力而变形时的位移量的分布区分表示。这是通过模拟而求出的。在图6中，点密度越大的区域，位移越大。由图6可知，在由锚固件38固定的脚片36及其附近，位移最小。另外，在位于相邻的锚固件38彼此之间的四个部位的边缘部分39，位移也相当小。对此，越向隔膜33的中央部，隔膜33的位移越大，在隔膜33的中心部，位移最大。因此，如图4所示，在声响传感器31中，在与脚片36及其附近(隔膜33的柔性小的区域)相对的区域设有突出长度长的止动件43b，在与其以外的区域(隔膜33的柔性大的区域)相对的区域设有突出长度短的止动件43a。另外，根据隔膜33的强度或变形度，也可以在与脚片36之间的边缘部分39相对的区域设有突出长度长的止动件43b。特别是，如图7所示，也可以在隔膜33的整个外周部设置突出长度长的止动件43b。具体而言，在图7的例子中，在以隔膜33的中央为中心的圆C1的内侧设有短止动件43a，在圆C1的外侧设有长止动件43b。此外，该圆C1是为了设置突出长度不同的止动件而假定的圆。
根据该声响传感器31，由于在隔膜33的位移量大的部位设有短止动件43a，且在隔膜33的位移量小的部位设有长止动件43b，故而能够提高防止隔膜33的粘附的性能，同时能够提高隔膜33的耐破损性。利用图8对该理由进行具体说明。
图8表示的是对声响传感器31的隔膜33施加高负荷的情况(例如通过落下冲击试验等而使声响传感器31落下的情况、向声响传感器31强烈地吹气的情况、向声响传感器31强烈地吹风的情况、对声响传感器31施加大声响的情况)。隔膜33的粘附在隔膜33的位移量大的中央部发生，但由于止动件43a的长度在背板34的中央部变短，故而在隔膜33的中央部，与止动件43a的距离较大。因此，在对隔膜33施加高负荷而使隔膜33与止动件43a的前端接触时，隔膜33大幅变形，故而隔膜33的弹性恢复力P1大，隔膜33容易离开止动件43a而难以粘附。
另外，在止动件43b与止动件43a同样短的情况下，在对隔膜33施加高负荷而使隔膜33大幅变形的情况下，由锚固件38固定的部分的附近大幅变形而应力集中，隔膜33有可能破损或产生裂纹(参照图2(A))。但是，在该实施方式的声响传感器31中，由于加长了止动件43b的长度，故而在对隔膜33施加高负荷而使隔膜33要大幅变形时，如图8所示，隔膜33会碰到止动件43b而抑制隔膜33的固定部分附近的变形。其结果，防止在隔膜33的固定部分附近或锚固件38上产生裂纹或发生破损。其结果是，根据本实施方式的声响传感器31，能够兼得在现有例中成为问题的隔膜33的耐粘附性和耐破损性二者。
另外，由于止动件43a短，隔膜33与止动件43a的距离在隔膜33的中央部变大，故而能够加大隔膜33的位移量，能够扩大声响传感器31的动态范围。
由上述作用效果可知，止动件43b需要的是在隔膜33大幅变形而在其固定部分附近产生裂纹或疲劳之前仅隔膜33碰到止动件43b的长度。另一方面，由于不通过止动件43b来固定隔膜33的固定部分附近，故而在未变形的隔膜33与止动件43b的前端之间需要适度的间隙。
另外，止动件43b的突出长度设定为在隔膜33与止动件43a和止动件43b都抵接的状态下，隔膜33的固定部附近的弹性恢复力P2与隔膜33的中央部的弹性恢复力P1大致同等为好。
此外，在专利文献2公开的声响传感器中，如图9所示，从固定电极板12的上面起测得的止动件13的前端的高度在隔膜11的外周部变低，在隔膜11的中央部变高。但是，在专利文献2的声响传感器中，不论是隔膜11的外周部还是中央部，止动件13的突出长度都成为相同的长度。因此，为了使止动件13的前端的高度在隔膜11的外周部变低，且在隔膜11的中央部变高，必须在背板14的外周部形成比中央部低的台阶部15。其结果是，在台阶部15，背板14与隔膜11的间隔变窄，故而由于热噪声的影响，声响传感器的S/N比容易变差。另外，由于在台阶部15，背板14与隔膜11的间隔窄，故而背板14与隔膜11的接触面积扩大，在声响传感器的制造工艺中或高温和高湿试验中，容易发生隔膜11的粘附。另外，由于在背板14上产生阶梯状的弯曲部分，故而在施加有高负荷的压力时，应力集中在阶梯状的弯曲部分，有可能成为背板14破损的原因。进而，由于产生阶梯状的弯曲部分，故而配置声孔的面积变小。在专利文献2的声响传感器中，有可能产生这些问题，但在本实施方式的声响传感器31中，由于使止动件43a、43b的突出长度不同，故而无需在背板34上设置台阶部，能够避免如引用文献2的声响传感器那样的问题。
接着，对设置止动件43a的区域和设置止动件43b的区域的边界进行说明。现在，考虑从隔膜33的中心O到脚片36的固定点Q(锚固件38的一端)的距离为R(例如，400μm)，且止动件的突出长度在整体上一定的声响传感器。图10是表示该声响传感器的隔膜33的1/4部分的图，A点、B点、C点、D点表示的是在连结隔膜33的中心O和固定点Q的对角线上，距中心O的距离X分别为R/4、R/2、3R/4、7R/8的点。图11是表示在连结隔膜33的中心O和固定点Q的对角线上从中心O起测得的距离X和弹性恢复力的关系的图(通过模拟而得的)。弹性恢复力是通过模拟而求出使隔膜挠曲并使从中心O起半径R/40的区域与止动件抵接时的各部的弹性恢复力而得到的。图11的圆标记表示的是在使所有止动件的突出长度都相同的声响传感器中设有短止动件S1(例如，突出长度为1μm的止动件)的试样的情况。图11的方形标记表示的是在使所有止动件的突出长度都相同的声响传感器中设有具有止动件S1的1.5倍的突出长度的止动件S2的试样的情况。图11的三角标记表示的是在使所有止动件的突出长度都相同的声响传感器中设有具有止动件S1的2.5倍的突出长度的止动件S3的试样的情况。另外，图11的纵轴以比率来表示弹性恢复力。该弹性恢复力的比率是指以具有各止动件S1、S2、S3的声响传感器的各弹性恢复力F相对于具有止动件S1的声响传感器的中心O的弹性恢复力Fo的比F/Fo来表示的比率。
由图11可知，在止动件S1～S3中的任一种试样的情况下，当距中心O的距离X超过R/2的点(B点)时，弹性恢复力都急剧变大。因此，为了进一步提高隔膜33的耐粘附性，并且进一步提高隔膜33的破坏强度，优选在以点O为中心而半径超过R/2的区域加长止动件的突出长度。
图12是求出使隔膜与止动件的间隔从0.5μm变化到2.5μm时的、图10的C点和D点各自的弹性恢复力(设具有止动件S1的声响传感器的中心O的弹性恢复力为1的比率)的图。另外，图12所示的虚线表示弹性恢复力的优选范围。该范围是在保持与具有止动件S1的试样的弹性恢复力同等的弹性恢复力的基础上，加长止动件的突出长度而能够使隔膜的强度提高的范围。因此，根据图12，隔膜与突出长度长的止动件43b的间隔优选为0.75μm以上且1.95μm以下。不过，由于只要从点O起大于R/2的距离的区域的弹性恢复力大于1即可，因此在某些情况下，隔膜与突出长度长的止动件43b的间隔也可以为1.95μm以上。
此外，隔膜不限于上述那样的大致矩形，例如也可以为圆板状的隔膜。图13是表示圆板状隔膜33和与隔膜33相对的止动件43a、43b的配置的图。从圆板状隔膜33起延伸有脚片36，脚片36的一端通过锚固件38固定。因此，隔膜33通过脚片36而支承为悬臂状。在这种悬臂状隔膜33位移时，应力集中在脚片36及其附近区域，故而优选在脚片36及其附近区域设置止动件43b，且加长止动件的突出长度。或者，也可以在图13所示的圆C2的内侧设置短止动件43a，且在圆C2的外侧设置长止动件43b。
图14(A)表示将外周固定的圆板状隔膜33。图14(B)所示的圆标记表示的是在使止动件S1与隔膜33的整体相对的情况下，连结隔膜33的中心O和边缘(固定点)Q的半径上的各点的弹性恢复力的大小。图14(B)所示的方形标记是使止动件S2与隔膜33的整体相对的情况。图14(B)所示的三角标记是使止动件S3与隔膜33的整体相对的情况。其中，在任一种情况下都考虑设隔膜33的半径为R，半径R/40的区域与止动件紧密贴合的位移状态。
根据图14(B)可知，圆板状隔膜33的情况也与大致矩形的隔膜33的情况同样，设圆板状隔膜33的半径为R，只要在半径R/2的圆的内侧设置短止动件43a，且在其外侧设置长止动件43b即可(参照图11)。
(实施方式1的制造方法)
接着，利用图15及图16对实施方式1的声响传感器31的制造方法进行说明。在图15及图16中，都放大表示制造工序过程中的声响传感器的一部分。
首先，如图15(A)所示，在基板32(Si基板)的整个上面使氧化膜52(SiO2)堆积。接下来，如图15(B)所示，通过在氧化膜52上堆积多晶硅膜53，且蚀刻多晶硅膜53，从而在氧化膜52的上面形成隔膜33(用于蚀刻的掩模的形成及剥离的工序省略说明。以下，同样)。
如图15(C)所示，在氧化膜52及隔膜33的整个上面堆积由Si氧化膜构成的第一牺牲层54。接着，在要设置短止动件43a的位置蚀刻第一牺牲层54，直到隔膜33露出为止，在第一牺牲层54上设置凹槽55。在设置凹槽55时，由于隔膜33作为蚀刻停止层而发挥作用，故而凹槽55的深度由第一牺牲层54的膜厚决定。与此同时，沿着包围隔膜33的区域(背板34与基板32接触的区域)蚀刻第一牺牲层54，直到氧化膜52露出为止，在第一牺牲层54上开设较大的环状开口56。
如图15(D)所示，在第一牺牲层54上堆积由Si氧化膜构成的第二牺牲层57。此时，在设有凹槽55的位置，且在第二牺牲层57上产生凹部58。在隔膜33的上方且在要设置长止动件43b的部位蚀刻第二牺牲层57及第一牺牲层54，直到隔膜33露出为止，在第二牺牲层57及第一牺牲层54上开设贯通孔59。在开设贯通孔59时，由于隔膜33作为蚀刻停止层发挥作用，故而贯通孔59的深度由第一牺牲层54和第二牺牲层57的膜厚之和来决定。另外，在设有开口56的区域蚀刻第二牺牲层57及氧化膜52，直到基板32露出为止，在第二牺牲层57及氧化膜52上设置宽度比开口56窄的槽60。
进而，如图16(A)所示，在第二牺牲层57上堆积由Si氧化膜构成的第三牺牲层61，通过蚀刻第三牺牲层61而去除在槽60的内部堆积的第三牺牲层61。此时，在设有凹部58的部位，且在第三牺牲层61上产生凹部62，在设有贯通孔59的部位，且在第三牺牲层61产生凹部63。另外，在第三牺牲层61的上面堆积多晶硅膜64，然后通过蚀刻将多晶硅膜64图案化而形成固定电极板40。
如图16(B)所示，在第三牺牲层61及固定电极板40上堆积氮化硅膜65而形成背板34。此时，通过在凹部62内堆积的氮化硅膜65，在背板34的下面形成短止动件43a，通过在凹部63内堆积的氮化硅膜65，在背板34的下面形成长止动件43b。另外，通过将氮化硅膜65堆积在槽60内而形成背板34的支承部分。进而，通过蚀刻背板34，在背板34上开设多个声孔41。
此后，如图16(C)所示，从声孔41向背板34的下面侧导入蚀刻剂，去除第三牺牲层61、第二牺牲层57及第一牺牲层54，在背板34与基板32之间形成空隙部分。其中，在隔膜33的脚片36的下面残留有一部分第一牺牲层54的状态下停止蚀刻，由残留的第一牺牲层54形成锚固件38。未作图示，进而通过从下面侧蚀刻基板32而在基板32上设置空洞35，完成声响传感器31。
根据上述那样的制造方法，不增加声响传感器31的制造工序，能够制作具备突出长度不同的多种止动件的声响传感器31。并且，由于短止动件43a的突出长度由第一牺牲层54的膜厚决定，且长止动件43b的突出长度由第一牺牲层54和第二牺牲层57的膜厚之和决定，故而设计也变得容易。
(实施方式2)
图17是表示本发明实施方式2的声响传感器71的剖面图。在该实施方式中，使止动件43b的粗细度(直径)比止动件43a的粗细度大。在设有突出长度长的止动件43b的情况下，应力集中在隔膜33的与止动件43b接触的部分，因此最好通过加大止动件43b的直径来加大接触面积，使接触面的应力分散。
(实施方式3)
图18是表示本发明实施方式3的声响传感器81的剖面图。在该实施方式中，在与隔膜33的中央部相对的区域设有短止动件43a，在与隔膜33的外周区域相对的部位设有长止动件43b，在夹在中央部与外周区域之间的环状区域设有比止动件43a长且比止动件43b短的止动件43c。通过将止动件的突出长度增加到三种，能够增大隔膜33的大变形时的接触部位，由此，能够使集中于止动件43a、43b、43c或锚固件38的应力分散，能够防止止动件43a、43b、43c或隔膜33、锚固件38等的破损。
图19(A)～图19(C)表示具有三种突出长度的止动件43a、43b、43c的声响传感器81的制造工序的一部分。图19(A)表示在隔膜33上形成有第一牺牲层54、第二牺牲层57及第三牺牲层61的阶段。该阶段的直到制作声响传感器的工序都与图15(A)～图15(D)的工序相同。其中，第一牺牲层54的凹槽55和第二牺牲层57的凹部58不仅形成在要设置止动件43a的部位，而且也形成在要设置止动件43c的部位。
在图19(A)的工序中，去除槽60内的第三牺牲层61，同时在要设置止动件43c的部位蚀刻去除凹部58内的第三牺牲层61，在第三牺牲层61开设孔82。其结果是，在要设置止动件43c的部位产生比要设置止动件43a的部位的凹部62还深的孔82。
图19(B)及图19(C)作为工序而与图16(B)及图16(C)相同。即，如图19(B)所示，在第三牺牲层61及固定电极板40上堆积氮化硅膜65而形成背板34。此时，通过在凹部62内堆积的氮化硅膜65形成短止动件43a，通过在孔82内堆积的氮化硅膜65形成止动件43c，通过在凹部63内堆积的氮化硅膜65形成止动件43b。另外，在背板34上开设多个声孔41。
此后，如图19(C)所示，去除第三牺牲层61、第二牺牲层57及第一牺牲层54，在背板34与基板32之间形成空隙部分。其中，在隔膜33的脚片36的下面残留有第一牺牲层54的一部分的状态下，停止蚀刻，通过残留的第一牺牲层54形成锚固件38。未作图示，进而通过从下面侧蚀刻基板32，在基板32上设置空洞35，完成声响传感器31。
此外，也能够将止动件的突出长度进一步设为四个阶段。例如，如图20所示，也可以在圆C3的内侧设置最短的止动件43a，在圆C3与圆C2之间的区域设置比止动件43a长的止动件43d，在圆C2与圆C1之间的区域设置比止动件43d长的止动件43c，在圆C1的外侧设置比最长的止动件43a还长的止动件43b。
(实施方式4)
在图21所示的声响传感器91中，使止动件43的突出长度依次变化。在图21中，以双点划线表示隔膜33向上方位移到不产生过度的应力集中的程度时的、隔膜33的上面的形状。各止动件43以其前端位于双点划线的隔膜形状上的方式使突出长度依次变化。根据这种实施方式，在对隔膜33施加有高负荷的情况下，能够通过止动件43支承隔膜33使其维持自然形状的原样，故而不易在隔膜33或锚固件38上产生应力集中，能够进一步提高耐破坏性。
(实施方式5)
图22是用于对本发明实施方式5的声响传感器进行说明的图。图22是表示隔膜33和设于背板34的止动件43a、43b的配置的图。在该实施方式中，使设于外周部(圆C1的外侧)的止动件43b的数量密度比设于内侧(圆C1的内侧)的止动件43a的数量密度大。在设有突出长度长的止动件43b的情况下，应力集中在隔膜33的与止动件43b接触的部分，故而通过加大止动件43b的数量密度来加大接触面积，使接触面的应力分散。
(实施方式6)
图23是表示本发明实施方式6的声响传感器101的概略剖面图。在该实施方式中，在固定电极板40的上方设有隔膜33。在基板32的上面设有平板状背板34。在背板34的上面形成有固定电极板40。在空洞35的上方，且在背板34及固定电极板40上开设有多个声孔41。另外，在背板34的上方，以与固定电极板40相对的方式配设有隔膜33。隔膜33通过设于背板34的边缘的锚固件部38a来支承。止动件43a、43b从背板34的上面向上方突出，外周部的止动件43b的突出长度比中央部的止动件43a大。
(实施方式7)
图24是表示本发明实施方式6的声响传感器111的概略剖面图。在该实施方式中，在基板32的上面设有板112。在板112的上面形成有上背板34a，在板112的下面形成有下背板34b，在上背板34a与下背板34b之间形成有空洞。在背板34与下背板34b之间经由气隙而设有隔膜33。在上背板34a的下面设有固定电极板40。另外，在上背板34a上开设有多个声孔41，短止动件43a从上背板34a的中央部向隔膜33突出，长止动件43b从上背板34a的外周部向隔膜33突出。在下背板34b上也开设有多个声孔41，短止动件43a从下背板34b的中央部向隔膜33突出，长止动件43b从下背板34b的外周部向隔膜33突出。
根据该声响传感器111，由于不仅能够限制隔膜33向上方的过大位移，而且也能够限制隔膜33向下方的过大位移，因此声响传感器111的耐破坏性进一步提高。
(实施方式8)
图25(A)是表示本发明实施方式8的声响传感器121的概略剖面图。在该实施方式中，在基板32的上面设有平板状背板34。在背板34的上面形成有固定电极板40。在空洞35的上方，在背板34及固定电极板40上开设有多个声孔41。另外，在背板34的上方，以与固定电极板40相对的方式配设有隔膜33。隔膜33通过设于背板34的边缘的锚固件部38a支承。止动件43a、43b从隔膜33的下面向下方突出，在隔膜33的位移量大的区域(例如，隔膜33的外周部)设有短止动件43a，在隔膜33的位移量小的区域(例如，隔膜33的中央部)设有长止动件43b。另外，在与止动件43a、43b的端面相对的部位，在固定电极板40上设有开口，即使止动件43a、43b与背板34抵接，止动件43a、43b也不与固定电极板40接触。
如图25(C)所示，在将止动件43a、43b设于背板34的情况下，由于止动件43a、43b由绝缘性材料形成，故而止动件43a、43b易带电，有可能给声响传感器的灵敏度带来影响。与此相对，如图25(B)所示，如果将止动件43a、43b设于导电体材料即隔膜33，则止动件43a、43b不易带电，能够防止声响传感器121的灵敏度的变化。
(向麦克风的应用)
图26是内设有本发明的声响传感器例如实施方式1的声响传感器31的底部端口型麦克风131的概略剖面图。该麦克风131在由电路基板132和罩133构成的封装内内设有声响传感器31和电路部即信号处理电路135(ASIC)。声响传感器31和信号处理电路135安装在电路基板132的上面。在电路基板132上开设有用于向声响传感器31内导入声响振动的声音导入孔134。声响传感器31使空洞35的下面开口对准声音导入孔134，以覆盖声音导入孔134的方式安装在电路基板132的上面。因此，声响传感器31的空洞35成为前室，封装内的空间成为后室。
声响传感器31和信号处理电路135通过接合线136而连接。进而，信号处理电路135通过接合线137而与电路基板132连接。此外，信号处理电路135具有向声响传感器31供给电源的功能或将声响传感器31的容量变化信号向外部输出的功能。
在电路基板132的上面，以覆盖声响传感器31及信号处理电路135的方式安装有罩133。封装具有电磁屏蔽的功能，保护声响传感器31或信号处理电路135不受到来自外部的电性干扰或机械冲击的影响。
这样，从声音导入孔134进入空洞35内的声响振动通过声响传感器31而检测，在通过信号处理电路135进行了放大及信号处理之后输出。在该麦克风131中，由于以封装内的空间为后室，故而能够加大后室的容积，能够使麦克风131高灵敏度化。
此外，在该麦克风131中，也可以在罩133的上面开设用于向封装内导入声响振动的声音导入孔134。在这种情况下，声响传感器31的空洞35成为后室，封装内的空间成为前室。

Claims (13)

1.一种静电容量型转换器，其特征在于，至少具备：
背板，其具有固定电极；
作为可动电极的隔膜，其经由空隙与所述背板相对；
第一止动件，其从所述背板的所述空隙侧的面和所述隔膜的所述空隙侧的面中的至少一面突出，具有第一突出长度；
第二止动件，其从所述背板的所述空隙侧的面和所述隔膜的所述空隙侧的面中的至少一面突出，具有第二突出长度，
所述第一止动件设置在与所述隔膜上的第一位置对应的位置，所述第二止动件设置在与所述隔膜上的第二位置对应的位置，所述第一位置的隔膜的位移量比所述第二位置的隔膜的位移量大，所述第一止动件的突出长度比所述第二止动件的突出长度短。
2.如权利要求1所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述固定电极的与所述隔膜相对的区域构成一个平面。
3.如权利要求1所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述第一位置位于所述隔膜的外周部，
所述第二位置位于所述隔膜的中央部。
4.如权利要求1所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述第一位置位于在所述隔膜上规定的圆的内侧，所述第二位置位于所述圆的外侧。
5.如权利要求1或2所述的静电容量型转换器，其特征在于，
具备包括所述第一止动件及所述第二止动件在内的多个止动件，
在设从所述隔膜的中心到所述隔膜的固定部位的距离为R时，在与以所述隔膜的中心为中心的半径R/2的区域对应的第一区域的内部设有包括所述第一止动件在内的多个止动件，在与所述区域的外部对应的第二区域设有包括所述第二止动件在内的多个止动件，第一区域的最短止动件的突出长度比第二区域的最长止动件的突出长度小。
6.如权利要求1或2所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述隔膜将其外周整体或外周的一部分固定，
所述第一止动件设置在所述隔膜的中央附近，所述第二止动件设置在所述隔膜的固定部分附近。
7.如权利要求1所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述第一位置位于所述隔膜的位移大的区域，
所述第一止动件在与所述第一位置相对的位置从所述背板突出，
所述第二位置位于所述隔膜的位移小的区域，
所述第二止动件在与所述第二位置相对的位置从所述背板突出。
8.如权利要求1所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述第一位置位于所述隔膜的位移大的区域，
所述第一止动件在所述第一位置从所述隔膜突出，
所述第二位置位于所述隔膜的位移小的区域，
所述第二止动件在所述第二位置从所述隔膜突出。
9.如权利要求1或2所述的静电容量型转换器，其特征在于，
包括所述第一止动件及所述第二止动件在内的多个止动件从所述背板突出，
以所述多个止动件的前端沿着所述隔膜的某一变形状态的所述隔膜的形状排列的方式选择所述止动件的突出长度。
10.如权利要求1或2所述的静电容量型转换器，其特征在于，
所述第二止动件比所述第一止动件粗。
11.如权利要求1或2所述的静电容量型转换器，其特征在于，
具备包括所述第一止动件及所述第二止动件在内的多个止动件，
所述第二止动件附近的止动件的数量密度比所述第一止动件附近的止动件的数量密度大。
12.一种声响传感器，其特征在于，
在权利要求1～11中任一项所述的静电容量型转换器中，在所述背板上开设有用于使声响振动通过的声孔。
13.一种麦克风，其具备权利要求12所述的声响传感器和将来自所述声响传感器的信号放大并向外部输出的电路部。
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