JP2003078997A - エレクトレットコンデンサマイクロフォン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のエレクトレットコンデンサマイクロフ
ォンでは背極電極と振動膜との間隔を精度良く管理する
ことと、浮遊容量の発生を防止して検出感度を高めるこ
とを両立させることが困難であった。 【解決手段】 背極電極上にエレクトレット層を形成し
た背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニッ
トとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコ
ンデンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板の構成
を絶縁基板上に背極電極とエレクトレット層とを形成す
ると共に、前記背極電極の面積を前記振動膜ユニットに
おける振動膜の動作可能面積と略等しい大きさにし、か
つ前記絶縁基板に前記振動膜ユニットを直接位置決めす
ることで、背極電極と振動膜との間隔の管理と、浮遊容
量の発生防止とを両立させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明はセラミックや樹脂等の絶
縁材を基板材として構成したエレクトレットコンデンサ
マイクロフォンに関し、特にマイクロフォン部の浮遊容
量を減少させることで、検出感度を高めることが可能な
エレクトレットコンデンサマイクロフォンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエレクトレットコンデンサマイク
ロフォンは特開２０００−５０３９３号に開示されてお
り、以下図３〜図５により説明する。図３は第１の従来
例を示すエレクトレットコンデンサマイクロフォンの断
面図であり、３１０は金属性の背極電極、３２０は前記
背極電極３１０の上面に膜形成されたエレクトレット層
であり、上記前記背極電極３１０とエレクトレット層３
２０とにより背極基板３３０が構成されている。そして
前記背極基板３３０の製造方法は背極電極となる大型の
金属板の全面にエレクトレット層を形成し、これを必要
なサイズに切断して背極基板３３０としている。

【０００３】３４０は導電性の振動膜、３５０は前記振
動膜３４０に固着された金属製の支持枠であり、前記振
動膜３４０と支持枠３５０とにより振動膜ユニット３６
０が構成されている。そして前記背極基板３３０と振動
膜ユニット３６０とをスペーサ３７０を介して積層配置
することによりマイクロフォンが構成される。４００は
ホルダー、４１０は回路基板でありこの回路基板４１０
には前記マイクロフォンの検出信号を処理するための電
子エレメント４２０が実装されている。５００は全体を
包み込んで電気的及び機械的に保護する金属製のケース
である。

【０００４】上記構成を有するエレクトレットコンデン
サマイクロフォンの動作は、表面に導電膜を有する振動
膜３４０と、表面にエレクトレット層３２０が形成され
た背極電極３１０とがスペーサ３７０を挟んでコンデン
サを形成する。そして前記ケース５００の開口より加え
られる空気の振動により前記振動膜３４０が変位する
と、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、こ
の電気信号が回路基板４１０に導かれ、電子エレメント
４２０で処理された後に回路基板４１０の裏面に導出さ
れた出力電極４３０，４４０より出力される。

【０００５】図４は第２の従来例を示すセラミックを主
材料として構成したエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンの断面図、図５は図４に示すエレクトレットコン
デンサマイクロフォンを構成するケース部の分解斜視図
である。図４に示すエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンは音響変換を行うマイクロフォン部１００と、こ
のマイクロフォン部１００を収納するケース部２００と
を備えており、前記ケース部２００は絶縁性部材から成
る回路基板２１０と、この回路基板２１０の縁部に積層
して取り付けられた４つの枠体、即ち第１の枠体２２
０，第２の枠体２３０，第３の枠体２４０、第４の枠体
２５０と上面側を覆う蓋体２６０を有している。

【０００６】前記ケース部２００を構成する各部材は回
路基板２１０、第１の枠体２２０，第２の枠体２３０，
第３の枠体２４０はいずれもセラミックにより構成さ
れ、図５に斜線で示すごとく導電膜による電極が形成さ
れており、これらの電極によってエレメントの実装や相
互間の接続がおこなわれる。又第４の枠体２５０は後述
するごとく、振動板との接続のために金属材により構成
されている。

【０００７】図４に示すごとく、第１の枠体２２０，第
２の枠体２３０、第３の枠体２４０、第４の枠体２５０
は何れも同じ外形形状を有するが、内径は第１の枠体２
２０，第２の枠体２３０に対して、第３の枠体２４０の
方が大きく、さらに第３の枠体２４０よりも第４の枠体
２５０の方が大きくなっている。この結果、各枠体の内
径形状の差によって第２の枠体２３０の上部には後述す
る背極基板を搭載するための第１段部２３０ａが形成さ
れ、さらに第３の枠体２４０の上部には後述する振動膜
ユニットを搭載するための第２段部２４０ａが形成され
る。

【０００８】次にマイクロフォン部１００は背極電極１
１０と、この背極電極１１０の表面に形成されたエレク
トレット層１２０、リング状の導電性の振動膜枠１３０
に貼着された振動膜１４０と、この振動膜１４０と背極
電極１１０との間に介在される下側スペーサ１５０と、
前記振動膜１４０と前記蓋体２６０との間に介在される
上側スペーサ１６０とを有している。そして図４に示す
ごとく絶縁材であるセラミックによって構成された回路
基板２１０と、前記３つの枠体、即ち第１の枠体２２
０，第２の枠体２３０，第３の枠体２４０には各々接続
電極が形成されている。

【０００９】次に図４によりエレクトレットコンデンサ
マイクロフォンの組み立て手順を説明する。まず半導体
素子等の電気エレメント１７０を実装した前記回路基板
２１０の縁部に前記第１の枠体２２０，第２の枠体２３
０，第３の枠体２４０、第４の枠体２５０を積層して取
り付ける。次に前記第２の枠体２３０の上部に形成され
た第１段部２３０ａに背極電極１１０をエレクトレット
層１２０が上方を向くように搭載する。さらに第３の枠
体２４０の上部に形成された第２段部２４０ａに前記振
動膜１４０を前記下側スペーサ１５０と上側スペーサ１
６０とを介在させて搭載する。さらに上方より前記蓋体
２６０を嵌め込むことにより、前記振動膜１４０と背極
１１０とがケース２００に位置決め固定せれてエレクト
レットコンデンサマイクロフォンが完成する。

【００１０】上記構成を有するエレクトレットコンデン
サマイクロフォンの動作は、表面に導電膜を有する振動
膜１４０と、表面にエレクトレット層１２０が形成され
た背極１１０とが下側スペーサ１５０を挟んでコンデン
サを形成する。そして前記蓋体２６０の開口より加えら
れる空気の振動により前記振動膜１４０が変位すると、
前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電
気信号が各枠体に形成された接続電極（図４に開示）を
通して回路基板２１０に導かれ、電子エレメント１７０
で処理された後に回路基板２１０の裏面の設けられた出
力電極より出力される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記図３に示す第１実
施例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンは、背
極基板３３０に直接スペーサ３７０を載置して振動板３
４０を位置決めしているため、背極電極３１０と振動板
３４０との間隔を精度良く保つことが容易である。しか
し、前記背極電極３１０と振動板３４０との面積が略同
じサイズであるため、背極電極３１０と振動板３４０と
によって形成される容量（コンデンサ）が前記振動膜３
４０の動作可能領域３４０ａによって形成される有効容
量と、振動膜３４０が支持枠３５０によって拘束された
非動作領域３４０ｂによって形成される浮遊容量との合
成容量となる。

【００１２】すなわち、前記マイクロフォン３００の感
度が背極電極３１０と振動板３４０とによって形成され
る全容量と、前記振動膜３４０の動作可能領域３４０ａ
によって形成される有効容量との比によって決まること
を考慮すると、前記振動膜３４０の非動作領域３４０ｂ
によって形成される浮遊容量が多いほどマイクロフォン
３００としての感度が低下するという問題がある。

【００１３】次に図４に示す第２実施例のエレクトレッ
トコンデンサマイクロフォンは、ケース部２００を構成
するセラミック製の第２の枠体２３０，第３の枠体２４
０、第４の枠体２５０を積層して取り付け、前記第２の
枠体２３０の上部に形成された第１段部２３０ａに背極
電極１１０を載置し、さらに第３の枠体２４０の上部に
形成された第２段部２４０ａに前記振動膜１４０を前記
下側スペーサ１５０と上側スペーサ１６０とを介在させ
て載置する構成となっている。

【００１４】上記第２実施例のエレクトレットコンデン
サマイクロフォンの構成においては、第１段部２３０ａ
と第２段部２４０ａとの位置をずらすとともに前記背極
電極１１０のサイズを小さくすることにより、前記振動
膜１４０の動作可能領域にのみ前記背極電極１１０が対
抗しているため、前記振動膜１４０と前記背極電極１１
０によって形成されるコンデンサはすべて有効容量とな
り、前記マイクロフォン部１００としての感度を高く保
つことができる。

【００１５】すなわち、上記第２実施例のエレクトレッ
トコンデンサマイクロフォンは感度的には良好な結果を
得ることが可能だが、しかし前記マイクロフォン部１０
０を構成する背極基板１１０は第２の枠体２３０に位置
決めされ、前記振動膜１４０は第３の枠体２４０に位置
決めされ構成となる。このことは前記マイクロフォン部
１００を構成する背極基板１１０と振動膜１４０が別々
のケース部材に位置決めされる結果となるため、前記第
２の枠体２３０や第３の枠体２４０の加工精度及び組み
立て制度のバラツキにより、前記背極基板１１０と振動
膜１４０との間隔を精度良く保つことができないという
問題がある。

【００１６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
感度を低下させることなく、また背極電極と振動膜との
間隔を精度良く保つことが可能なエレクトレットコンデ
ンサマイクロフォンを提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、背極電極上にエレクトレット層を形成した背
極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニットと
をスペーサを介して積層して成るエレクトレットコンデ
ンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板は絶縁基板
上に背極電極とエレクトレット層とを形成した構成であ
り、かつ前記背極電極の面積が前記振動膜ユニットにお
ける振動膜の動作可能面積と略等しい大きさであること
を特徴とする。

【００１８】また、前記背極電極の面積が前記振動膜ユ
ニットにおける支持枠の内側の面積より小さいことを特
徴とする。

【００１９】さらに、前記絶縁基板がセラミック基板や
樹脂基板であることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明におけるエレクトレ
ットコンデンサマイクロフォンの実施の形態の断面図、
図２はは図１に示すエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンを構成する各エレメントの分解斜視図である。

【００２１】図２において、２は回路基板であり、前記
回路基板２は絶縁基板により構成され、エレメントを実
装する為の電極２ａと接続電極２ｂと出願電極２ｃとが
膜形成されている。３は背極基板であり、前記背極基板
３は絶縁基板３ａの上面側に電極膜による背極電極４が
形成され、また前記背極電極４の上面にエレクトレット
層５が膜形成されるとともに、前記絶縁基板３ａ、背極
電極４、エレクトレット層５を貫通する音響孔１５が形
成されており、さらに前記絶縁基板３ａのコーナ部には
接続電極３ｂが設けられている。また６はスペーサであ
る。

【００２２】７は振動膜ユニットであり、前記振動膜ユ
ニット７は絶縁基板より成る振動膜支持枠８の下面側に
膜形成された振動膜取り付け電極９に導電性の振動膜１
０が固着されることにより一体化されている。

【００２３】次に図１によりエレクトレットコンデンサ
マイクロフォン１の構成を説明する。前記電極２ａに集
積回路１１等のエレメントを実装した回路基板２に、背
極基板３、スペーサ６、振動膜ユニット７を積層し、接
着材等により固着一体化されている。

【００２４】上記構成を有するエレクトレットコンデン
サマイクロフォン１の動作は、表面に導電膜を有する振
動膜１０と、表面にエレクトレット層５が形成された背
極電極４とがスペーサ６を挟んでコンデンサを形成す
る。そして空気の振動により前記振動膜１０が変位する
と、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、こ
の電気信号が振動膜取り付け電極９、背極基板３に設け
られた各接続電極３ｂ、回路基板２に設けられた接続電
極２ｂ（図２に開示）を通して回路基板２に導かれ、集
積回路１１で処理された後に回路基板２の裏面の設けら
れた出力電極２ｃより出力される。

【００２５】上記構成において、背極基板３は断面コ字
状に成形された絶縁基板３ａの表面に背極電極４と接続
電極３ｂを膜形成し、さらに背極電極４上にエレクトレ
ット層５を膜形成して一体化されており、さらに振動膜
ユニット７も絶縁基板より成る振動膜支持枠８に導電性
の振動膜１０が固着されることにより一体化されている
ので、基本的構成が回路基板２、背極基板３、振動膜ユ
ニット７の３体に簡素化された構成となっている。

【００２６】さらに上記構成において、背極電極３を構
成する絶縁基板３ａの上面中央部には前記振動膜ユニッ
ト７を構成する振動膜１０の動作可能範囲（振動膜１０
の振動膜支持枠８によって拘束されていない範囲）の面
積より少し狭い面積の背極電極４が形成されており、さ
らに前記絶縁基板３ａの外周部にはスペーサ６が位置決
めされている。この結果、背極電極４と振動膜１０とが
１つの絶縁基板３ａに対して位置決めされることで背極
電極４と振動膜１０との間隔を精度良く保つことが可能
となり、また背極電極４を振動膜１０の動作可能範囲の
面積と略等しい大きさに膜形成することでマイクロフォ
ンとしての高い感度を得ることが可能となった。

【００２７】さらに、前記回路基板２の底面や背極基板
３の側面がケースを兼ねる構成となっているため、小
型、薄型化が可能となる。また、前記回路基板２、背極
基板３、振動膜支持枠８の３部材に用いる絶縁基板の材
質は各々任意に選択することが可能だが、前記３部材に
同一材質の絶縁基板を用いることによって全体の熱膨張
係数を合せることが可能となり、温度変化に伴う音響特
性の劣化を防止することが出来る。

【００２８】本発明における絶縁基板としては形状加工
が容易で、かつスルーホールを含め電極膜によるパター
ン形成が可能な材料であることが必要であり、例えばセ
ラミックや樹脂材料が適している。また、小型、薄型化
のためには材質的に剛性の高いことが望ましく、この点
においてセラミックは良好な材料であり、セラミック基
板を用いることで良好な結果を得る事ができた。また樹
脂材料では剛性を高めるためにガラス繊維を含有させる
ことが望ましく、ガラス入りエポキシ樹脂を使用した結
果良好な結果を得る事が出来た。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば背
極基板を構成する絶縁基板に、振動膜の動作可能範囲の
面積と略等しい大きさ又は支持枠の内側の面積より小さ
い大きさの背極電極を膜形成するとともに、振動膜を支
持するスペーサを位置決めしたことで、浮遊容量を形成
することなく背極電極と振動膜との間隙を精度良く保つ
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエレクトレットコンデンサマイクロフ
ォンの実施の形態の断面図である。

【図２】図１のエレクトレットコンデンサマイクロフォ
ンを構成する各エレメントの分解斜視図である。

【図３】従来のエレクトレットコンデンサマイクロフォ
ンの断面図である。

【図４】従来のエレクトレットコンデンサマイクロフォ
ンの断面図である。

【図５】図４に示すエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンを構成するケース部の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ エレクトレットコンデンサマイクロフォン ２、２１０，４１０ 回路基板 ３、３３０ 背極基板 ４、１１０，３１０ 背極電極 ５、１２０、３２０ エレクトレット層 ６、３７０ スペーサ ７、３６０ 振動膜ユニット ８ 振動膜支持枠 １０、１４０，３４０ 振動膜 １５ 音響孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 背極電極上にエレクトレット層を形成し
   た背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニッ
   トとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコ
   ンデンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板は絶縁
   基板上に背極電極とエレクトレット層とを形成した構成
   であり、かつ前記背極電極の面積が前記振動膜ユニット
   における振動膜の動作可能面積と略等しい大きさである
   ことを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフ
   ォン。
2. 【請求項２】 前記背極電極の面積が前記振動膜ユニッ
   トにおける支持枠の内側の面積より小さいことを特徴と
   する請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロ
   フォン。
3. 【請求項３】 前記背極基板を構成する絶縁基板がセラ
   ミック基板である請求項１又は２記載のエレクトレット
   コンデンサマイクロフォン。
4. 【請求項４】 前記背極基板を構成する絶縁基板が樹脂
   基板である請求項１又は２記載のエレクトレットコンデ
   ンサマイクロフォン。
5. 【請求項５】 背極電極上にエレクトレット層を形成し
   た背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニッ
   トとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコ
   ンデンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板は絶縁
   基板上に背極電極とエレクトレット層とを形成した構成
   であり、かつ前記背極電極の面積が前記振動膜ユニット
   における支持枠の内側の面積より小さいことを特徴とす
   るエレクトレットコンデンサマイクロフォン。