DK147670B

DK147670B - PROCEDURE FOR MANUFACTURING AN ELECTRIC MICROPHONE WITH AN EXACTLY DETERMINED AIR SPACE

Info

Publication number: DK147670B
Application number: DK368875AA
Authority: DK
Inventors: Nils Aake Martin Andersson; Rolf Bertil Goeran Joensson
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1974-08-15
Filing date: 1975-08-14
Publication date: 1984-11-05
Also published as: DE2532980C3; SE382297B; FI752120A; DK368875A; NL7509703A; FI57680B; ES440246A1; DE2532980A1; IT1042081B; NO136387B; NO752839L; DK147670C; NO136387C; GB1510833A; FR2282195B1; CH589994A5; FR2282195A1; DE2532980B2; FI57680C; SE7410408L

Description

147670 \147670 \

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af en elektretmikrofon med en nøjagtigt bestemt luftspalte, indbefattende et første fremgangsmådetrin, ved hvilket en første plastfilm polariseres, og en anden plastfilm metalli-seres, og et andet fremgangsmådetrin, ved hvilket disse plastfilm monteres som bevægelig elektrode på en fast elektrode.The present invention relates to a method for producing an electret microphone with a precisely determined air gap, including a first process step, in which a first plastic film is polarized and a second plastic film is metallized, and a second process step in which these plastic films are mounted as a moving electrode. on a fixed electrode.

I beskrivelsen til svensk patent nr. 362.571 er der omtalt en elektretmikrofon af den ovenfor angivne art. Mellem dens bevægelige og faste elektrode dannes en luftspalte som følge af mikroskopiske ujævnheder i plastfilmenes og den faste elektrodes overflader. Disse mikroskopiske luftspalter giver elektretmikrofonen en stor kapacitet og dermed en stor følsomhed. En ulempe består imid- 147670 2 lertid i, at variationer af følsomheden kan opstræde, fordi luftspalterne ikke er tilstrækkelig nøjagtigt bestemt. X beskrivelsen til canadisk patent nr. 832.651 er der omtalt en elektret-mikrofon, hvori en som fast elektrode indrettet og med et antal akustiske vinduer forsynet elektretfilm er fremstillet med visse områder med forøget tykkelse, hvilke områder tilsammen danner en gitterstruktur og tjener som afstandsribber mod en membran, der udgør en bevægelig elektrode. Denne elektretmikrofon kan fremstilles med en mere nøjagtigt bestemt luftspalte på bekostning af øgede omkostninger ved fremstillingen af elektretfilmen. Indspændingen af elektretfilmen er imidlertid i dette tilfælde kritisk, hvormed i denne sammenhæng menes, at elektretfilmens (plastfilmens) indspænding får afgørende indvirkning på luftspaltens størrelse, hvilket medfører, at indspændingsvariationer giver anledning til tilsvarende luftspaltevariationer, hvilket er u-ønskeligt. Følgelig er den fra canadisk patentskrift nr.In the specification to Swedish Patent No. 362,571, an electret microphone of the kind mentioned above is disclosed. Between its movable and fixed electrode, an air gap is formed due to microscopic irregularities in the surfaces of the plastic films and the solid electrode. These microscopic air slots give the electret microphone a large capacity and thus a high sensitivity. A disadvantage, however, is that variations in sensitivity may occur because the air gaps are not sufficiently precisely determined. In the specification of Canadian Patent No. 832,651, there is disclosed an electret microphone in which a fixed film electrode fitted with a number of acoustic windows is made with certain areas of increased thickness, which together form a grating structure and serve as spacer ribs against a membrane constituting a movable electrode. This electret microphone can be manufactured with a more precisely defined air gap at the expense of increased cost of producing the electret film. However, the clamping of the electret film is critical in this case, which in this context means that the clamping of the electret film (plastic film) has a decisive effect on the size of the air gap, which results in clamping variations giving rise to corresponding air gap variations, which is undesirable. Accordingly, from Canadian Pat.

832.651 kendte membranindspænding kritisk, fordi dersom indspændingskraften varierer, eventuelt som følge af temperaturvaria-tioner, varierer også luftspaltens bredde mellem den bevægelige og faste elektrode. Dette gælder også ved elektretmikrofonen ifølge det ovenfor nævnte svenske patent. Der optræder risiko for, at membranen strækker sig ved temperaturforandringer og ved ældning, så at luftspalten ændres.832,651 is known to be a critical membrane input, because if the clamping force varies, possibly due to temperature variations, the width of the air gap also varies between the movable and fixed electrode. This also applies to the electret microphone according to the Swedish patent mentioned above. There is a risk that the diaphragm extends with temperature changes and with aging, causing the air gap to change.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en fremgangsmåde til fremstilling af en elektretmikrofon, der kan udformes med en nøjagtigt bestemt luftspalte, uden at membranens indspænding bliver kritisk.The object of the invention is to provide a method for producing an electret microphone which can be designed with a precisely determined air gap, without becoming critical of the membrane.

Det angivne formål opnås ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, som er ejendommelig ved de i krav l's kendetegnede del angivne foranstaltninger.According to the invention, the stated object is achieved by a method of the kind mentioned in the preamble which is characterized by the measures specified in the characterizing part of claim 1.

Ved indspænding af den prægede og polariserede plastfilm og den metalliserede plastfilm oven på en fast elektrode opnås en elektretmikrofon med en membran, der er opdelt i et stort antal individuelt virkende dele, som hver enkelt har en luftspalte, der i hovedsagen er bestemt af prægningsmønstret og i kun i ringe grad af variationer i indspændingen, til forskel fra det, der er tilfældet ved begge de kendte elktretmikrofoner. Indspændingen bliver således ukritisk, hvilket muliggør, at elek-tretmikrofonens fremstillingsomkostninger formindskes og dens ældningsstabilitet forøges.By clamping the embossed and polarized plastic film and the metallized plastic film on top of a solid electrode, an electret microphone is provided with a membrane divided into a plurality of individually acting parts, each having an air gap substantially determined by the embossing pattern and in only a small degree of variation in the input, as is the case with both known electric microphones. Thus, the clamping becomes uncritical, enabling the cost of the microphone to be reduced and its aging stability increased.

147670 3147670 3

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser en elektretmikrofon, der har en nøjagtigt bestemt luftspalte i overensstemmelse med opfindelsen, set fra siden, fig. 2 et arrangement til fremstilling af en elektret til den i fig. 1 viste elektretmikrofon, set fra siden, fig. 3 og 4 en detalje ved det i fig. 2 viste arrangement, henholdsvis set fra oven og set fra siden, og fig. 5 et alternativt arrangement til fremstilling af elektreten.The method according to the invention will now be described in more detail with reference to the drawing, in which Fig. 1 is a side view of an electret microphone having a precisely determined air gap in accordance with the invention; 2 shows an arrangement for producing an electret for the embodiment of FIG. 1 is a side view of the electret microphone, FIG. 3 and 4 show a detail of the embodiment of FIG. 2 is a top view and a side view, respectively, and FIG. 5 shows an alternative arrangement for producing the electret.

Fig. 1 viser, set fra siden, en elektretmikrofon, der indbefatter en fast elektrode i form af en metallisk grundplade 1 og en bevægelig elektrode bestående af en første og en anden membran henholdsvis 2 og 3, som er monteret oven på grundpladen 1. Membranerne 2 og 3 er indrettet til at svinge i kaskade ved påvirkning med akustiske bølger, og de består af henholdsvis en polyesterfilm og en teflonfilm. Polyesterfilmen er forsynet med et metallisk lag 4, og teflonfilmen udgør en elektret, hvori der på kendt måde er oplagret elektriske ladninger. Den sidstnævnte film har desuden en reliefstruktur, som det beskrives nærmere i det følgende. .Polyesterfilmens lave temperaturudvidelseskoefficient, ca. 27xlO-*V°C, gør det muligt at opnå, at elektretmikrofonens følsomhed bliver forholdsvis uafhængig af temperaturen, mens teflonfilmens store specifikke modstand, 2xl016 ohm-meter, sikrer et meget langsomt afladningsforløb for de nævnte ladninger.FIG. 1 is a side view of an electret microphone including a fixed electrode in the form of a metallic base plate 1 and a movable electrode consisting of a first and a second membrane 2 and 3, respectively, mounted on top of the base plate 1. The membranes 2 and 3 is adapted to oscillate in cascade by acoustic waves and consists of a polyester film and a teflon film respectively. The polyester film is provided with a metallic layer 4, and the teflon film is an electret in which electrical charges are stored in a known manner. The latter film also has a relief structure, as will be described in more detail below. The low temperature expansion coefficient of the polyester film, approx. 27x10- * V ° C, allows the sensitivity of the electret microphone to be relatively independent of temperature, while the high specific resistance of the teflon film, 2x1016 ohms, ensures a very slow discharge process for said charges.

Elektretmikrofonen har et isolerende hus 5, der er forsynet med akustiske vinduer 6. Den metalliske grundplade 1 er på kendt måde udformet således, at den har luftkanaler 7. Akustiske bølger, der kommer ind gennem vinduerne 6, påvirker de i kaskade svingende membraner 2 og 3, hvorved der kan aftages en signalspænding mellem en elektrisk tilslutning 8 til den metalliske grundplade 1 og en anden elektrisk tilslutning 9 ti'l det metalliske overfladelag 4 på membranen 2. Tilslutningen 8 er således udformet, at den fjedrer mod grundpladen 1.The electret microphone has an insulating housing 5 provided with acoustic windows 6. The metallic base plate 1 is designed in a known manner to have air ducts 7. Acoustic waves coming in through the windows 6 affect the cascading oscillating membranes 2 and 3, whereby a signal voltage can be decreased between an electrical connection 8 to the metallic base plate 1 and another electrical connection 9 to the metallic surface layer 4 of the membrane 2. The connection 8 is designed to spring against the base plate 1.

Fig. 2 viser, set fra siden, en polarisationsovn til fremstilling af elektreter til den i fig. 1 viste elektretmikrofon. Ved det foreliggende eksempel er fem teflonfilm 10 med målene 70x70x0,012 mm og seks glasvævskiver 11, der beskrives nærmere i 147670 4 det følgende, stablet lodret mellem en nedre og en øvre metalelektrode henholdsvis 12 og 13, som er indrettet til at fødes med en jævnspænding på ca. 10 kV. Den øvre elektrode 13 er omgivet af et isolerende dæksel 14, mod hvilket en skrue 15 i en klembakke 16 ligger, an for at sammenpresse stablen, og den nedre elektrode 12 er indbygget i en fod 17 for klembakken 16. Denne sidstnævnte, der helt igennem består af isolerende materiale, udgør desuden et fast-gøringsorgan for en varmespiral 18, der er indrettet til at fødes med en vekselspænding på 220 V.FIG. 2 is a side view of a polarization furnace for producing electret for the embodiment of FIG. 1 electret microphone. In the present example, five Teflon films 10 with the dimensions 70x70x0.012 mm and six glass tissue disks 11, described in greater detail below, are stacked vertically between a lower and an upper metal electrode 12 and 13, respectively, adapted to feed with a DC voltage of approx. 10 kV. The upper electrode 13 is surrounded by an insulating cover 14 against which a screw 15 in a clamping tray 16 lies to compress the stack, and the lower electrode 12 is built into a foot 17 of the clamping tray 16. This latter, which extends throughout consisting of insulating material, furthermore, constitutes a fastener for a heat coil 18 arranged to be fed with an alternating voltage of 220 V.

Et hus 19 omslutter stablen af teflonfilm 10 og glasvæv-skiver 11 under opvarmning ved hjælp af varmespiralen 18. Noget inden smeltepunktet for teflonfilmene 10 nås, stabiliseres temperaturen ved styring af vekselspændingen til varmespiralen 18 ved hjælp af en ikke vist termostatkobling, hvorpå jævnspændingen føres til elektroderne 12 og 13. Gennem stablen forløber da en strøm, som i løbet af nogle gange 10 minutter synker mod en konstant værdi. Når denne i hovedsagen er nået, afbrydes vekselspændingen til varmespiralen 18 helt, og polarisationsovnen afkøles ved hjælp af trykluft, som passerer gennem en tilgang 20 og en afgang 21.A housing 19 encloses the stack of Teflon film 10 and glass tissue discs 11 during heating by means of the heating coil 18. Somewhat before the melting point of the Teflon films 10 is reached, the temperature is controlled by controlling the alternating voltage to the heating coil 18 by means of a thermostat coupling not shown, to which the DC voltage is applied. The electrodes 12 and 13. Through the stack, a current then flows, which in some 10 minutes sinks to a constant value. When this is substantially reached, the AC coil 18 is completely cut off and the polarization furnace is cooled by compressed air passing through an inlet 20 and outlet 21.

Til slut udkobles også jævnspændingen til elektroderne 12 og 13, huset 19 løftes, og teflonfilmene 10, der nu udgør færdige elektreter, udtages.Finally, the DC voltage is also disconnected to the electrodes 12 and 13, the housing 19 is lifted, and the teflon films 10, now constituting finished electrons, are removed.

Fig. 3 og 4 viser, henholdsvis set fra oven og set fra siden, glasvævskiverne 11 i fig. 2. Disse indbefatter hver to glasvæv, der har fibre 22 bestående af flere tråde 23, og som ved limning er fastgjort på de respektive sider af en isolerende skive 24, der ved det foreliggende eksempel består af Kapton.FIG. 3 and 4 are top view and side view, respectively, of the glass tissue disks 11 of FIG. 2. These each include two glass fabrics having fibers 22 consisting of several strands 23, which are secured by gluing to the respective sides of an insulating disk 24, which in the present example consists of Kapton.

Når stablen af teflonfilm 10 og glasvævskiver 11 i fig, 2 er sammenpresset ved hjælp af klembakken 16 og opvarmet ved hjælp af varmesløjfen 18, varmpræges glasvævenes mønster på begge sider af teflonfilmene 10. Disse får herved en mikroskopisk reliefstruktur og tilvejebringer efter tilskæring og montering i form af membranen 3 i den i fig. 1 viste elektret-mikrofon en nøjagtigt bestemt luftspalte i denne mikrofon, uden at indspændingen af den ene eller den anden af membranerne 2 og 3 bliver kritisk, hverken ved monteringen eller efter ældning.When the stack of Teflon film 10 and glass tissue washers 11 in Fig. 2 is compressed by the clamp tray 16 and heated by the heat loop 18, the pattern of the glass tissues on both sides of the Teflon films 10 is hot-stamped, thereby providing a microscopic relief structure and providing after cutting and mounting. shape of the membrane 3 in the embodiment of FIG. 1, the electret microphone shows an precisely determined air gap in this microphone without becoming critical of one or the other of the membranes 2 and 3, neither during assembly nor after aging.

Fig. 5 viser et alternativt arrangement til fremstilling af elektreter til den i fig. 1 viste elektretmikrofon.FIG. 5 shows an alternative arrangement for producing electret for the embodiment of FIG. 1 electret microphone.

147670 5147670 5

En teflonfilm 25, der er opviklet på en rulle 26, er indrettet til at aftrækkes mellem to valser 27 og 28, som er opvarmet til en temperatur noget under teflonfilmen 25's smeltepunkt, og hvis kappeflader har en reliefstruktur, der ved det foreliggende eksempel er afstøbt fra et glasvæv af den i fig. 3 viste art.A Teflon film 25 wound on a roller 26 is arranged to be pulled between two rollers 27 and 28 which are heated to a temperature somewhat below the melting point of Teflon film 25, and whose casing surfaces have a relief structure molded by the present example. from a glass tissue of the embodiment shown in FIG. 3.

Denne reliefstruktur varmpræges på begge sider af teflonfilmen 25, som derefter bringes til at passere et polariseringsorgan 29 og til slut i form af en færdig elektret opvikles på en anden rulle 30. Polariseringsorganet 29 kan simpelt hen udgøres af en metalkam, som er påtrykt en høj elektrisk spænding for at give anledning til en koronaudladning, som indfører ladninger i teflonfilmen 25.This relief structure is hot-stamped on both sides of Teflon film 25, which is then passed through a polarizing means 29 and finally wound in the form of a finished electret on another roller 30. The polarizing means 29 can simply be formed by a metal comb which is applied to a high electrical voltage to give rise to a corona discharge which introduces charges into the teflon film 25.