静电容量型传感器、声音传感器及传声器的制造方法
【专利摘要】在硅基板(12)的上方配置有用狭缝(17)分割开的隔膜(13a、13b)。在基板(12)的上面设置有背板(18)，将隔膜(13a、13b)覆盖，在其下面，与隔膜(13a、13b)相对配置有固定电极板(19)。固定电极板(19)被分离成两个区域成为第一固定电极板(19a)和第二固定电极板(19b)。在第一固定电极板(19a)和第二固定电极板(19b)之间，设置有势垒电极(34)，将两固定电极板(19a、19b)分隔开。在背板(18)及固定电极板(19a、19b)上，开设有多个声孔(24)。
【专利说明】静电容量型传感器、声音传感器及传声器
【技术领域】
[0001] 本发明设及静电容量型传感器、声音传感器及传声器。具体而言，本发明设及通过 由振动电极板（隔膜）和固定电极板组成的电容器构造构成的静电容量型传感器。另外，本 发明设及将声音振动转换为电信号而输出的声音传感器、使用该声音传感器的传声器。本 发明尤其设及使用MEMS(Micro Electro Mechanical System)技术制作的微小尺寸的静电 容量型传感器及声音传感器。
【背景技术】
[0002] 作为便携式电话等所搭载的小型的传声器，迄今为止广泛使用驻极体电容式传声 器巧lectret Condenser Microphone)。但是，驻极体电容式传声器耐热性弱，另外，在数字 化的对应、小型化、高功能、多功能化、省电方面，不及MEMS传声器。因此，目前，MEMS传声 器正在普及。
[0003] MEMS传声器具备检测声音振动并转换为电信号（检测信号）的声音传感器（声音 换能器）、对该声音传感器施加电压的驱动电路、对来自声音传感器的检测信号进行放大等 信号处理并向外部输出的信号处理电路。MEMS传声器所使用的声音传感器是利用MEMS技 术制造的静电容量型的声音传感器。另外，上述驱动电路及上述信号处理电路利用半导体 制造技术一体制造成 ASIC (Application Specific Integrated Circuit)。
[0004] 最近，传声器要求w高灵敏度检测从小声压至大声压的声音。一般地，传声器的最 大输入声压受总谐波失真率（Total Harmonic Distcxrtion)限制。该是因为若要用传声器 检测大声压的声音，则输出信号产生总谐波失真，会损害音质及精度。因此，如果能够减小 总谐波失真率，就能够增大最大输入声压，扩大传声器的检测声压范围（W下，称为动态范 围）。
[0005] 但是，在一般的传声器中，声音振动的检测灵敏度的提高和总谐波失真率的降低 存在折衷的关系。因此，在能检测小音量（小声压）的声音的高灵敏度的传声器中，进入大 音量的声音时，输出信号的总谐波失真率变大，因此，最大检测声压被限制。该是因为高灵 敏度的传声器的输出信号变大，易产生总谐波失真。相反地，当通过降低输出信号的总谐波 失真而使最大检测声压增大时，传声器的灵敏度就会变差，W高品质检测小音量的声音就 很困难。其结果是，在一般的传声器中难W维持从小音量（小声压）至大音量（大声压） 的声音的宽的动态范围。
[0006] 在该种技术的背景之下，作为实现具有宽的动态范围的传声器的方法，正在研究 利用检测灵敏度不同的多个声音传感器的传声器。作为该种传声器，例如有专利文献1 -4中公开的传声器。
[0007] 在专利文献1、2中，公开了如下的传声器，即，设有多个声音传感器，根据声压切 换或融合来自多个声音传感器的多个信号。在该种传声器中，例如通过切换可检测的声压 等级（SPL)约为30地一115地的高灵敏度的声音传感器和可检测的声压等级约为60地一 140地的低灵敏度的声音传感器进行使用，能构成可检测的声压等级约为30地一140地的 传声器。另外，在专利文献3、4中公开了在一个巧片上形成有独立的多个声音传感器的传 声器。
[000引图1A表示专利文献1的高灵敏度的声音传感器的总谐波失真率和声压的关系。 图1B表示专利文献1的低灵敏度的声音传感器的总谐波失真率和声压的关系。另外，图 2表示专利文献1的高灵敏度的声音传感器和低灵敏度的声音传感器的隔膜的平均位移量 和声压的关系。现在，如果设定容许的总谐波失真率为20%，则高灵敏度的声音传感器的 最大检测声压约为115地。另外，在高灵敏度的声音传感器中，若声压比约30地小，则S/N 比变差，故而其最小检测声压约为30地。因此，高灵敏度的声音传感器的动态范围如图1A 所示，成为约30地一115地。同样地，如果设定容许的总谐波失真率为20%，则低灵敏度的 声音传感器的最大检测声压约为140地。另外，低灵敏度的声音传感器与高灵敏度的声音 传感器相比，其隔膜的面积小，如图2所示，隔膜的平均位移量也比高灵敏度的声音传感器 小。因此，低灵敏度的声音传感器的最小检测声压比高灵敏度的声音传感器大，约为60地。 其结果是，低灵敏度的声音传感器的动态范围如图1B所示，约为60地一140地。若将高灵 敏度的声音传感器和低灵敏度的声音传感器组合，则如图1C所示，可检测的声压范围扩大 为约30地一140地。
[0009] 另外，总谐波失真率如W下来定义。图3A中用实线表示的波形是成为基本的频率 n的正弦波形。若对该基本正弦波系进行傅里叶转换，仅在频率n的位置显现频谱成分。 图3A的基本正弦波形因某种原因而失真（变形）成为如图3A中虚线所示的波形。对该失 真波形进行傅里叶转换时，得到如图3B那样的频谱。目P，失真波形在频率n、f2、……、巧 分别具有V1、V2、……、V5的FFT强度（高速傅里叶转换强度）。该时，该失真波形的总谐 波失真率T皿用下面的数学式1来定义。
[0010] (数学式1)
[0011]
【权利要求】
1. 一种静电容量型传感器，其特征在于，具备： 基板； 振动电极板，其形成于所述基板的上方； 背板，其以覆盖所述振动电极板的方式形成于所述基板的上方； 固定电极板，其以与所述振动电极板相对的方式设置于所述背板； 传感部，其由所述振动电极板和所述固定电极板构成，所述振动电极板和所述固定电 极板中的至少一方被分离成多个区域，该传感部分别形成在每个被分离的各区域； 势皇电极，其设置于多个所述传感部中邻接的至少一对所述传感部彼此之间，用于防 止所述传感部间的信号的干扰。
2. 如权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述固定电极板被分离成多个区域，在被分离的所述固定电极板彼此之间设有所述势 皇电极。
3. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于 所述势皇电极与所述固定电极板位于同一平面上。
4. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极与所述固定电极板由相同的材料构成。
5. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极包围被分离的多个区域的所述固定电极板中至少一个所述固定电极板。
6. 如权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述振动电极板被分离成多个区域，在被分离的所述振动电极板彼此之间设有所述势 皇电极。
7. 如权利要求6所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极与所述振动电极板位于同一平面上。
8. 如权利要求6所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极与所述振动电极板由相同的材料构成。
9. 如权利要求6所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极包围被分离的多个区域的所述振动电极板中至少一个所述振动电极板。
10. 如权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极具有导电性。
11. 如权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极与基准电位、所述振动电极板或所述固定电极板中的任一个保持在相同 电位。
12. 如权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极比所述振动电极板或所述固定电极板的、被分离成多个的各区域的一边 的长度长。
13. 如权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于， 所述势皇电极的终端形成为圆弧状。
14. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于， 绝缘性的挡块从所述势皇电极朝向所述振动电极板突出。
15. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于， 绝缘性的挡块从所述固定电极板的沿着所述势皇电极的区域朝向所述振动电极板突 出。
16. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于， 将贯通所述势皇电极及所述背板的狭缝状开口沿着所述势皇电极的长度方向设置在 所述势皇电极及所述背板。
17. 如权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于， 将贯通所述背板的狭缝状开口与所述势皇电极的长度方向平行地设置在所述背板。
18. -种声音传感器，利用权利要求1?17中任一项所述的静电容量型传感器，其特征 在于， 在所述背板及所述固定电极板，形成有用于使声音振动通过的多个孔， 根据与声音振动感应的所述隔膜和所述固定电极板之间的静电容量的变化，从所述传 感部输出信号。
19. 一种传声器，具备权利要求18所述的声音传感器和将来自所述声音传感器的信号 放大并向外部输出的电路部。
【文档编号】H01L29/84GK104488290SQ201380038997
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】内田雄喜, 笠井隆 申请人:欧姆龙株式会社