静电转换器以及静电转换器的制造方法技术

本发明专利技术提供一种静电转换器及静电转换器的制造方法，静电转换器能够适用于各种传感器，能够获得较高的SN比，能够提高检测静电容量的变化的部分的配置以及结构的自由度。位移板(12)具有：固定于支撑体(11)的固定部(12a)、以及以能够相对于固定部(12a)变动的方式设置的变动部(12b)。检测单元(13)以至少一部分能够与变动部(12b)一起变动的方式安装，并以能够将变动部(12b)的变动作为静电容量的变化进行检测的方式设置。检测单元(13)配置于真空或者低压的空间(19)。者低压的空间(19)。者低压的空间(19)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】静电转换器以及静电转换器的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种静电转换器以及静电转换器的制造方法。

技术介绍

[0002]静电转换器是构成MEMS的基本元件之一。其基本的工作原理是，空出间隙设置对置的电极，并向它们之间施加偏压，将各电极的相对距离的变化作为静电容量的变化检测。该静电转换器也用作向两个电极之间施加电压并通过静电引力驱动这些电极的一方或者双方的致动器。如果使用该静电转换器，则能够检测或者控制MEMS的微小的动作。
[0003]另一方面，由于MEMS很微小，因此静电转换器的检测界限受噪声主导。在各种噪声中，有以存在于前述两个电极的间隙、即静电间隙中的气体(空气)造成的阻尼为产生源的噪音。这例如为在静电MEMS麦克风中为支配性的噪声。
[0004]为了消除静电间隙中的气体阻尼造成的噪声，只要对传感器进行真空密封即可。该方法例如在惯性传感器中是可能的，并且通常是这样做的。但是，也存在麦克风、超声波传感器、质量传感器、扫描探针等难以进行真空密封的设备。
[0005]这其中，关于麦克风，有在两个隔膜之间配置静电容量的检测部，并用柱子连接这些隔膜，使各隔膜间的封闭空间成为真空的麦克风(例如，参照专利文献1或者2)。在该麦克风中，柱子使两个隔膜的动作同步，并且防止隔膜间的封闭空间由于大气与真空的压力差而破坏。由此，来减少气体阻尼造成的噪声，提高SN比，并作为麦克风实现较高的声音识别率。
[0006]另外，在其它麦克风中，也有在设备平面内使隔膜与静电容量的检测部分离，将后者配置于真空空间，并用连杆机构连接二者的麦克风(例如参照非专利文献1或者2)。在该麦克风中，在连杆的一端连接有隔膜，在另一端连接有检测部，在连杆的中央部配置有作为支撑部的铰链。另外，静电容量的检测部是平行平板型，利用连杆机构像跷跷板那样活动，即向面外方向活动。
[0007]此外，作为MEMS麦克风(音响转换器)也有利用压电效应的麦克风。例如，作为压电型MEMS麦克风，有具有如下的结构的麦克风：被施加压力的板呈在一对电极层之间夹持有压电层的四个三角形的悬臂梁状，并以使它们成为四边形的方式配置(例如，参照专利文献3至5或者非专利文献3)。在压电型MEMS麦克风中，如果使被施加压力的板成为周边固定的隔膜状，则性能会由于压电膜的应力而劣化，因此采用这样的结构。在压电转换器中没有电极间隙，不产生以电极间隙中的气体阻尼为原因的噪声，但由于产生由压电膜的介质损耗引起的噪声，因此无法获得专利文献1或者2所述的MEMS麦克风那样的高SN比。现有技术文献专利文献
[0008]专利文献1：美国专利第9181080号说明书专利文献2：美国专利申请公开第2016/0066099号说明书专利文献3：日本专利第5936154号公报
专利文献4：美国专利第9055372号说明书专利文献5：日本特开2011
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4129号公报非专利文献
[0009]非专利文献1：Samer Dagher,Carine Ladner,Stephane Durand and Loic Joet,“NOVEL HINGE MECHANISM FOR VACUUM TRANSDUCTION HIGH PERFORMANCE CAPACITIVE MEMS MICROPHONES(用于真空转换高性能电容MEMS麦克风的新型铰链机构),”Transducers 2019
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EUROSENSORS XXXIII,Berlin,GERMANY,23
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27June 2019,p.663
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666非专利文献2：Samer Dagher,Frederic Souchon,Audrey Berthelot,Stephane Durand and Loic Joet,“FIRST MEMS MICROPHONE BASED ON CAPACITIVE TRANSDUCTION IN VACUUM(基于真空中电容转换的第一MEMS麦克风),”IEEE MEMS 2020,Vancouver,CANADA,18
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22January,2020,p.838
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841非专利文献3：Robert Littrell and Ronald Gagnon,“PIEZOELECTRIC MEMS MICROPHONE NOISE SOURCES(压电MEMS麦克风噪声源),”Solid
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State Sensors,Actuators and Microsystems Workshop,2016,p.258
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技术实现思路

(一)要解决的技术问题
[0010]专利文献1及2所记载的MEMS麦克风具有非常高的SN比，但由于检测静电容量的变化的检测部的配置限定于各隔膜之间的空间，因此存在其结构的自由度较小的技术问题。因此，该结构虽然在麦克风和超声波传感器中有效，但存在无法适用于例如质量传感器、扫描探针等其它传感器的技术问题。另外，即使在将其用作麦克风时，检测部的大小也限制在隔膜大小以下，由此也存在灵敏度或者SN比的提高受到限制的技术问题。
[0011]非专利文献1及2所记载的MEMS麦克风的隔膜的大小和静电容量的检测部的大小是独立的，能够按照期望的规格自由设计它们的大小。但是，将隔膜的动作向检测部传递的连杆通过位于该铰链部的隔膜从大气中连接到真空中，因此存在连杆的动作被隔膜妨碍，SN比降低的技术问题。此外，如果减薄或者增大隔膜，则隔膜的刚性下降，原理上连杆容易进行动作，但隔膜会由于大气与真空的压力差而发生形变，这成为传感器的误差，并且由于形变的隔膜的应力，最终连杆难以进行动作，SN比降低。
[0012]本专利技术着眼于这样的技术问题而完成，其目的在于提供一种静电转换器及静电转换器的制造方法，该静电转换器能够适用于各种传感器，能够获得较高的SN比，能够提高检测静电容量的变化的部分的配置以及结构的自由度。(二)技术方案
[0013]为了实现上述目的，本专利技术的静电转换器的特征在于，具有：支撑体；位移板，其具有固定于所述支撑体的固定部、以及以能够相对于所述固定部变动的方式设置的变动部；以及检测单元，其以至少一部分能够与所述变动部一起变动的方式安装，并以能够将所述变动部的变动作为静电容量的变化进行检测的方式设置，所述检测单元配置于真空或者低压的空间。
[0014]优选本专利技术的静电转换器是MEMS设备。由于本专利技术的静电转换器的以能够将位移板的变动部的变动作为静电容量的变化检测的方式设置的检测单元配置于真空或者低压
的空间，因此不易受到空气等气体、液体等周围的流体造成的阻尼等的影响。因此，能够降低噪声，能够获得较高的SN比。
[0015]另外，为了检测变动部的变动，只要以检测单元的至少一部分能够与变动部一起变动的方式安装即可，检测单元的另一部分(以下称为“变动检测部”)既可以配置于变动部，也可以配置于变动部以外的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种静电转换器，其特征在于，具有：支撑体；位移板，其具有固定于所述支撑体的固定部、以及以能够相对于所述固定部变动的方式设置的变动部；以及检测单元，其以至少一部分能够与所述变动部一起变动的方式安装，并以能够将所述变动部的变动作为静电容量的变化进行检测的方式设置，所述检测单元配置于真空或者低压的空间。2.根据权利要求1所述的静电转换器，其特征在于，所述检测单元具有：一端固定于所述变动部，另一端朝向固定部侧延伸的细长的连结部；以及连接于所述连结部的所述另一端，以能够将其另一端的变动作为所述变动部的变动进行检测的方式设置的变动检测部。3.根据权利要求2所述的静电转换器，其特征在于，所述变动检测部设置于所述固定部或者所述支撑体。4.根据权利要求1所述的静电转换器，其特征在于，所述检测单元安装于所述变动部。5.根据权利要求1至4的任一项所述的静电转换器，其特征在于，所述变动部具有以向所述位移板的厚度方向单轴弯曲位移的方式设置的加强部。6.根据权利要求1至5的任一项所述的静电转换器，其特征在于，所述位移板设置成悬臂梁状，在一端侧具有所述固定部，在另一端侧具有所述变动部。7.根据权利要求1至5的任一项所述的静电转换器，其特征在于，所述位移板设置成双悬臂梁状，以夹持所述变动部的方式设置有所述固定部。8.根据权利要求1至5的任一项所述的静电转换器，其特征在于，所述位移板设置成隔膜状，在周缘具有所述固定部，在所述周缘的内侧具有所述变动部。9.根据权利要求6所述的静电转换器，其特征在于，所述支撑体在中央具有开口，所述位移板以所述变动部向所述开口侧突出...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中秀治，铃木裕辉夫，
申请(专利权)人：国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：