JP2004056351A - Piezoelectric microphone - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、圧電マイクロフォンに係り、詳細には、極薄い強誘電体薄膜を分極処理したものを振動板として用いる圧電マイクロフォンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特許出願人は『コンデンサマイクロホン』(特開2001−8293)(以下、従来例という。)を発明した。この従来例は、
『<特許請求の範囲>
<請求項1>頂部板に音孔を有するケーシング内に、前記頂面側から順に、振動板、背電極、マイクロホン用FETからなるIC素子を固定した端子基板を、所定間隔を維持させて収容してなるコンデンサマイクロホンにおいて、前記背電極の背面と端子基板表面間に導電材からなるスペーサ兼用の接触リングを介在させるとともに、該接触リングの外周面とケーシング内周面との間を、絶縁皮膜を介在させて絶縁したことを特徴としてなるコンデンサマイクロホン。
<請求項2>絶縁皮膜は、ケーシングの内周面に沿う絶縁筒部と該絶縁筒部の頂部内側に一体に突出させたスペーサリング部とを一体に有する絶縁材をもって構成し、前記スペーサリングを振動板と背電極との間に介在させるとともに、絶縁筒部により背電極及び接触リングとケーシングとの間を絶縁させてなる請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。
<請求項3>絶縁皮膜は、ケーシングの内週面に貼着した絶縁性のフィルムをもって構成してなる請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。』
からなり、図5に表すように、筐体を形成するケーシング120の上面が頂部板121に複数の音孔122を穿設してなる。更に、ケーシング120内には、頂部板121の下面に配置されるドーナツ形状を呈した板状の振動板リング125と同形状からなるスペーサリング129との間に振動板124を挟持して設け、更に、スペーサリング129の下部に振動板124と僅かな間隙を設けて配置される背電極126を設けてなる。
【0003】
そして、従来例では、このように設けた振動板124が、頂部板121に設けた音孔122から伝播する空気振動により振動されると、この空気振動によって振動されない背電極と振動板124とで形成される電気的なコンデンサの両端の電圧が変化することとなる。そして、この電気的な変化をケーシング120内で端子板131に固定したIC素子133によって電気的に出力するものである。一方、誘電体に応力を加えたときに電圧が生じ、その変形の量によって電圧変化を起こすものとして、分極処理を施した強誘電体薄膜が知られている。従来の強誘電体薄膜、例えば強誘電体PZT薄膜では、1.5mm乃至0.04mm程度の焼結基板となる金属基板上に形成していた。即ち、従来は、金属基板となるホイル上にゾルゲル法を用いて薄膜を形成する方法が用いられ、0.05mm厚のチタンホイル(Ti)上に650nmのPZT薄膜を形成した例があった。
以下に、チタンホイル上にPZT薄膜を焼成する従来例を説明する。
【0004】
先ず、チタンホイルからなる金属基板をPZT原料塗布のために回転台に設置し、吸引吸着固定する。このように載置された金属基板上にスピンコートによりPZT原料を塗布してPZT原料の膜を形成する。次いで、PZT原料の膜が形成された金属基板をPZTの焼結温度である摂氏500度乃至600度以上の高温まで加熱し、PZT原料を焼結させPZT薄膜を形成していた。PZT薄膜の膜厚を厚くしたい場合には、焼結したPZT薄膜上に更にスピンコートによりPZT原料を塗布して再び摂氏500度乃至600度以上の高温で焼結させる工程を繰返すことで、所望のPZT薄膜の膜厚を得ていた。
このようにPZT原料を焼結させるための金属基板は、チタンホイル以外にも、0.04mmのステンレス(SUS304)ホイル、1.2mmの黄銅シート、1.5mmのニッケル合金等夫々の金属基板が用いられ、夫々PZT薄膜を形成していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例に表すコンデンサマイクロフォンにおいては、音の変化を検出するコンデンサには、振動板124と背電極126が必須である。又、音の変化を精度良く検出するには、振動板124は、音である空気の振動により振動板124は振動するが、背電極126はこれにより振動してはならないことが要求される。
即ち、振動板124は、音即ち振動の僅かな変化によっても振動することが求められ、これを実現するためには、基板が薄いことが要求される。
これに対し、背電極126は、空気の振動に対して振動してはならないので、堅牢であることが要求される。そして、背電極126を堅牢に形成するためには、背電極を厚くする必要があった。
このように、従来のコンデンサマイクロフォンでは、背電極126が厚くなることで、マイクロフォン全体を小型化するのに限度が有った。
【0006】
一方、従来の強誘電体薄膜では、最小厚の焼結基板である金属基板でも0.04mm(40μm)程度であり、10μm以下の薄膜状の金属基板上にPZT薄膜を形成できなかった。即ち、金属基板の膜厚を10μm程度に薄くしてしまうと、PZT原料を塗布する際のスピンコート時には、回転台上に吸引吸着した際に金属基板に凹凸が発生してしまい、PZT原料を焼結した際に皺が発生してしまうという問題点を有した。更に、PZT薄膜の厚さを得るために摂氏500度乃至600度でのPZT原料の焼結を複数回繰返すと、初回に発生した皺が更に増加すると共に歪みも蓄積し、更には、皺・歪みに留まらずクラックまでもが発生してしまい、生成した高誘電体薄膜であるPZT薄膜の完全性が低下するので高純度のPZT薄膜を形成できないという問題を有した。このように、薄膜状の強誘電体を得ることができなかったので、小型であり、追従性の良い圧電マイクロフォンを形成することが困難であるという問題点を有した。
【0007】
そこでこの発明は、10μm程度の薄い焼結基板上に高純度のPZT薄膜等を焼結させた強誘電体薄膜を分極処理して用いた圧電マイクロフォンを提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、
基板上に強誘電体原料を塗布した後に強誘電体原料の焼結温度より低温で焼成される仮焼成層が積層形成され、仮焼成層上に強誘電体原料を塗布した後に或は強誘電体原料を塗布せずに強誘電体原料が焼結する温度で焼結される強誘電体薄膜を分極処理して振動板とすることを特徴とする圧電マイクロフォン、
【0009】
及び、
【0010】
頂部板に音孔を有するケーシングと、上部振動板リング及び下部振動板リングに挟持され、上部振動板リングが頂部板側となるよう頂部板のケーシング内側に設けられる振動板と、頂部板と対向するケーシング内部に設けられマイクロフォン用FETからなるIC素子を固定した端子基板と、導電材からなり下部振動板リング及び端子基板表面間に介在させるスペーサ兼用の接触リングと、接触リングの外周面とケーシング内周面との間を絶縁するよう介在させる絶縁皮膜とからなり、振動板は、基板上に強誘電体原料を塗布した後に強誘電体原料の焼結温度より低温で焼成される仮焼成層が積層形成され、仮焼成層上に強誘電体原料を塗布した後に或は強誘電体原料を塗布せずに強誘電体原料が焼結する温度で焼結される強誘電体薄膜を分極処理したものからなることを特徴とする圧電マイクロフォン、
を提供する。
【0011】
そして、この発明では、上記問題点を解決するために、頂部板に音孔を有するケーシング内に、前記頂面側から順に、振動板、接触リング、マイクロフォン用FETからなるIC素子を固定した端子基板を所定間隔を維持させて収容し、振動板を上部振動板リング及び下部振動板リングによって挟持して構成し、上部振動板リングと端子基板表面との間に導電材からなるスペーサ兼用の接触リングを介在させるとともに、接触リングの外周面とケーシング内周面との間を、絶縁皮膜を介在させて絶縁して構成する。
そして、振動板を形成する強誘電体薄膜は、基板上に強誘電体原料を塗布し、更に強誘電体原料が塗布された基板を焼結温度より低温で仮焼成させることを繰返し、強誘電体の仮焼成層を形成する。これら一連の工程により、基板上には仮焼成された焼成層が徐々に厚く形成される。そして、基板上の焼成層が所望の厚さとなったところで、強誘電体原料の焼結温度で仮焼成層を焼結させ、強誘電体薄膜を得る。
このように得た強誘電体薄膜を分極処理して圧電性を持たせ振動板として用い、圧電体薄膜に空気の振動による外部応力が加わると、圧電体の特徴である電圧を生ずる。空気の振動によって起こる電圧の変化を検出して音波の波形情報を電気的信号の形で得る。
尚、絶縁皮膜は、ケーシングの内周面に貼着した絶縁性のフィルムをもって構成してもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図1はこの発明の実施の形態である圧電マイクロフォンの縦断面図であり、図2は同横断面図であり、図3はこの発明の実施の形態である振動板を形成する手順を表す説明図であり、図4は図3の塗布工程を表す説明図である。
圧電マイクロフォン1は、絞り加工によって有底円筒形に成形されたアルミニウム製又は洋白からなるケーシング2を筐体とし、ケーシング2は、上面を形成する頂部板3が底壁を形成する。頂部板3には音孔4を複数穿設してなるり、ケーシング2外部からの音が内部に伝播するように形成される。そして、ケーシング2内部の頂部板3下部には、音孔4から伝播した音の振動を検知する振動板6を設ける。
【0013】
この振動板6は、強誘電体の薄膜を分極処理した圧電体薄膜からなり、ドーナツリング状に中央を開口した頂部板3の内面に接する振動板リング7、26により、張った状態で上下から挟持され固着される。このように振動板リング7、26により挟持されることで、振動板6は振動板リング7、26により頂部板3から間隔を隔てて収容され、音孔4から伝播した音によって振動可能である。
又、ケーシング2は、円筒面の裾部5を内側に折り曲げて加締め、内部に収容した振動板6等の各部材を抜け止めしている。
【0014】
振動板6の上下に位置する振動板リング7、26は、ケーシング2の内面に接して挿入された筒状の絶縁材9内に収容され、ケーシング2間が絶縁されてている。この絶縁材9は、筒状に形成されて絶縁皮膜を形成し、下部振動板リング8とケーシング2とを絶縁状態に維持している。
下部振動板リング8の周縁部下側には、円筒形の接触リング10の上端が接触され、接触リング10の下端に端子基板11が接して重ねられ、端子基板11の下面にケーシング2の裾部5が加締められている。この時、接触リング10とケーシング2との間は絶縁されているが、筒状の絶縁材9を裾部5まで延長して形成し、絶縁材9によって絶縁状態を維持するよう形成しても良い。
接触リング10の内側は、背部空間12を形成し、背部空間12内には、FET(フィールド エフェクト トランジスタ)からなるIC素子13等の電子部品が端子基板11の上面に固定されて収容され、接触リング10が下部振動板リング8と端子基板11との間のスペーサを兼用している。
以下に、振動板6の詳細を説明する。
【0015】
振動板6は、分極処理された圧電体薄膜からなる。振動板6を形成する圧電体薄膜は、空気の振動により外部応力が加わると、圧電体の特徴である電圧を生ずる。そして、空気の振動によって起こる圧電体薄膜の電圧の変化を検出して電気的に変換することで、振動板6に加わった音を再現可能である。
振動板6は、PZT薄膜からなる圧電体薄膜であり、図1のA部に表すように、金属基板である基板の基礎を形成するチタン箔6aと、チタン箔6aの上部に形成される白金電極層6bと、白金電極層6b上部に焼結形成するチタン酸ジルコン酸鉛(以下、PZTという。)薄膜6cと、PZT薄膜6c上部に上部電極として形成される金電極層6dとからなる。
チタン箔6aは、振動板6の基板として形成され、表面を熱酸化処理した厚さ10μm以下の金属箔形状をなす。この実施の形態では、チタン箔6aは、10μm以下としたが、振動板6の利用用途によっては18μm等10μm以上の膜厚でも良く、所望の膜厚に形成すればよく、振動板6としての強度と、空気により振動されるときのレスポンス等から、適宜厚さを選択して用いればよい。
白金電極層6bは、チタン箔6aの上面にスパッタリングにより層状に形成され、振動板6の一方の電極である下部電極として機能する。この白金電極層6bとチタン箔6aとが基板6eを形成する。
PZT薄膜6cは、基板6eの上面にチタン酸鉛(PbTiO3)とジルコン酸鉛(PbZrO3)を固溶した強誘電体材料であるPZTの原料を塗布後に焼結して形成する。従って、PZT原料は、スピンコートする場合には、溶液中にPZT原料を混合したPZT溶液として滴下され、スピンコート後に高温で焼結されてPZT薄膜6cを形成する。
PZT薄膜6cの形成は、図3に表すように、振動板6を形成する振動板6の形成工程Sによって行う。
【0016】
形成工程Sは、塗布工程S1、仮焼成工程S2、繰返し判断工程S3、及び、最終焼結工程S4とからなる。
塗布工程S1は、白金電極層6bを施したチタン箔6aに、PZT原料をスピンコートによって塗布する工程である。塗布工程S1では、白金電極層6bを施したチタン箔6aを白金電極層6bが上面となるよう、図4に表すスピンコート装置14のコーティング台16上に載置固定する。その際、基板6eは、コーティング台16とチタン箔6aとの間に溶液18を浸透させて白金電極層6bが上面となるよう液面吸着させ固定させる。一般にスピンコート装置14で行われる真空吸引等の吸着方法では、吸着力によってこの実施の形態のような10μm程度の薄いチタン箔6aに凹凸変形が生じ、そのまま次工程以降のPZT薄膜6cの焼成を行うと皺が発生してしまう。しかしながら、本発明のようにスピンコート装置14への載置固定を溶液18によって液面吸着させることで、チタン箔6aに凹凸ができず、良好なPZT薄膜6cを焼成可能となる。尚、溶液18は、アルコール等の液からなるがこれとは別の液でも良く、コーティング台16は勿論のこと振動板6の組成に影響を与えないものであればよい。
【0017】
コーティング台16に液面吸着により載置したスピンコート装置14のコーティング台駆動部15を駆動してコーティング台16を回転させる。次いで、PZT原液滴下装置17からPZT溶液を滴下することで、PZT溶液がチタン箔6a上の白金電極層6b上面にコーティングされる。
次いで、繰返し判断工程S3で塗布工程S1が所定回繰返されたか否かを判断する。繰返し判断工程S3は、単に作業者により判断されるものとするが、予め設定された回数に到達したか否かを自動的に判断するように構成して自動製造させても良い。
PZT溶液がコーティングされた基板6eは、未だ所定回数スピンコートが行われていないので、続けて仮焼成工程S2によって仮焼成される。即ち、仮焼成工程S2では、振動板6を形成するPZT原料の相転移温度より低温で又は同じ程度の温度である摂氏300度乃至350度で焼成する。
この仮焼成工程S2は繰返し判断工程S3によって所定回数に到達するまで繰返し、所望厚の仮焼成層を形成したPZT薄膜6cを得る。
PZT薄膜6cが所望厚となったところで、次いで最終焼結工程S4を行う。
【0018】
最終焼結工程S4では、仮焼成工程S2により仮焼成された仮焼成層と共に最終回に塗布工程S1によってスピンコートされたPZT薄膜6cを、PZTの焼結温度以上である摂氏500度乃至600度で焼結する。するとPZT薄膜6cは、焼結温度に達して焼成されるので、良好なセラミック上のPZT薄膜6cとなる。
上述のように、PZT薄膜6cを複数回スピンコートによって形成しても、歪みが蓄積することなく、クラックが発生しにくく、純度の高い一様な焼結されたPZT薄膜6cが得られる。
尚、この実施の形態では、PZT薄膜6cが仮焼成され仮焼成層を形成した後に再び塗布工程S1によってPZT溶液を塗布してから最終焼結工程S4を施したが、仮焼成工程S2によってPZT薄膜6cが仮焼成層を形成した状態で最終焼結工程S4を施すよう形成しても良い。
【0019】
金電極層6dは、上述のように形成されたPZT薄膜6c上に形成され、上部電極を形成する。尚、上部電極は、金に限定されるものではなく、銀、白金、イリジウム、パラジウム等他の材質によって形成しても良い。PZTとの化学反応もしくは成分の相互拡散が懸念される場合には、PZT層と電極との間に化学反応や相互拡散を抑止し得るバッファ層を設けることによってIn2O3−SnO2(ITO)、ZnOなどの酸化物やCuやNiなどの卑金属を材料として電極形成しても良い。金電極層6dは、従来の振動板6と同様に一般的な手法により形成される。尚、金電極層6dは、最終焼結工程S4の後に行っても良く、最終焼結工程S4の前にスピンコートしたPZT溶液上に載置し最終焼結工程S4によってPZT薄膜6cと一体化するよう形成しても良い。
【0020】
振動板6は、上述のように、白金電極層6bにより下部電極が形成され、金電極層6dにより上部電極が形成され、中間部に焼結されたPZT薄膜6cが形成される。その後分極処理し振動板6がえられる。そして、上部電極である白金電極層6bは、上部振動板リング7と接触し更にケーシング2と接触し、ケーシング2の下部において裾部5を経由して端子基板11と接続され、下部電極である金電極層6dは下部振動板リング8と接触し、更に接触リング10と接触し、接触リング10の下部が端子基板11と接続され、電気回路を形成する。
そして、振動板6は、上述のように形成したPZT薄膜6cを分極処理してえる。
【0021】
このように構成される圧電マイクロフォン1は、音孔4から空気を伝わって侵入する音の振動により振動板6が振動し、その動きは振動板6自身が薄膜であるため適度なコンプライアンスと、適度な大きさの背部空間12の持つコンプライアンスとで制御され、振動板6の振動による振動板6自身の変化が、発生する電圧差となり、この変化を端子基板11上に固定されたIC素子13でもって低インピーダンスに変換し、電気的に出力する。
【0022】
この実施の形態では、強誘電体薄膜としてPZTを用いたが、上記方法により、PLZT、ZnO等他の原料によっても強誘電体薄膜を形成することが可能である。
【0023】
【発明の効果】この発明によれば、10μm以下の2μm乃至4μm程度の基板上に強誘電体薄膜を形成し分極処理して振動板を構成するので、従来の従来のコンデンサマイクロフォンに比べ全体を格段に小型化できる上、より高感度でf特性の良好な圧電マイクロフォンを製造可能となる。
そして、振動板を形成する強誘電体薄膜は、相転移温度以下であれば強誘電特性を得られるので、従来のコンデンサマイクロフォンより、半田リフロー等の摂氏260度程度の温度に対しての劣化がないマイクロフォンを得られる。同様に、従来では高温のため使用できなかった高温部位への利用が可能となる。又、コンデンサマイクロフォンに於ける背電極が不要なので、更に小型化、薄型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態である圧電マイクロフォンの縦断面図
【図2】同横断面図
【図3】この発明の実施の形態である振動板を形成する手順を表す説明図
【図4】図3の塗布工程を表す説明図
【図5】従来例図
【符号の説明】
1 圧電マイクロフォン
2 ケーシング
3 頂部板
4 音孔
5 裾部
6 振動板
6a チタン箔
6b 白金電極層
6c PZT薄膜
6d 金電極層
6e 基板
7 上部振動板リング
8 下部振動板リング
9 絶縁材
10 接触リング
11 端子基板
12 背部空間
13 IC素子
14 スピンコート装置
15 コーティング台駆動部
16 コーティング台
17 PZT原液滴下装置
18 溶液
S 形成工程
S1 塗布工程
S2 仮焼成工程
S3 繰返し判断工程
S4 最終焼結工程[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art Conventionally, the applicant of the present invention has invented a "condenser microphone" (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-8293) (hereinafter referred to as a conventional example). This conventional example,
"<Claims>
<
<
<
As shown in FIG. 5, the upper surface of a
[0003]
In the conventional example, when the
Hereinafter, a conventional example of firing a PZT thin film on a titanium foil will be described.
[0004]
First, a metal substrate made of titanium foil is placed on a turntable for applying a PZT raw material, and is fixed by suction and adsorption. The PZT raw material is applied by spin coating on the metal substrate thus placed to form a film of the PZT raw material. Next, the metal substrate on which the PZT raw material film is formed is heated to a high temperature of 500 to 600 degrees Celsius, which is the sintering temperature of PZT, and the PZT raw material is sintered to form a PZT thin film. When it is desired to increase the thickness of the PZT thin film, the process of applying the PZT raw material by spin coating on the sintered PZT thin film and sintering again at a high temperature of 500 to 600 ° C. or more is repeated to obtain a desired thickness. Of the PZT thin film was obtained.
As described above, the metal substrate for sintering the PZT raw material is not only a titanium foil but also a metal substrate such as a 0.04 mm stainless steel (SUS304) foil, a 1.2 mm brass sheet, and a 1.5 mm nickel alloy. Used to form PZT thin films, respectively.
[0005]
However, in the condenser microphone shown in the conventional example, the
That is, the
On the other hand, since the
As described above, in the conventional condenser microphone, the thickness of the
[0006]
On the other hand, in a conventional ferroelectric thin film, even a metal substrate which is a sintered substrate having a minimum thickness is about 0.04 mm (40 μm), and a PZT thin film cannot be formed on a thin metal substrate having a thickness of 10 μm or less. That is, if the thickness of the metal substrate is reduced to about 10 μm, irregularities are generated on the metal substrate when the PZT raw material is sucked and adsorbed on a turntable during spin coating when applying the PZT raw material. There is a problem that wrinkles are generated during sintering. Further, when the sintering of the PZT raw material at a temperature of 500 to 600 degrees Celsius is repeated a plurality of times in order to obtain the thickness of the PZT thin film, wrinkles generated at the first time further increase and strain is accumulated. Not only the strain but also cracks are generated, and the integrity of the generated high dielectric thin film, PZT thin film, is reduced, so that there is a problem that a high purity PZT thin film cannot be formed. As described above, since a thin film ferroelectric substance could not be obtained, there was a problem that it was difficult to form a piezoelectric microphone that was small and had good followability.
[0007]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric microphone using a ferroelectric thin film obtained by sintering a high-purity PZT thin film or the like on a thin sintered substrate of about 10 μm and using a polarization treatment.
[0008]
Means for Solving the Problems The present invention provides:
After the ferroelectric material is applied on the substrate, a calcined layer that is baked at a temperature lower than the sintering temperature of the ferroelectric material is laminated, and the ferroelectric material is applied on the calcined layer or after the ferroelectric material is applied. A piezoelectric microphone characterized in that a ferroelectric thin film that is sintered at a temperature at which the ferroelectric material is sintered without applying the body material is subjected to polarization processing to form a diaphragm,
[0009]
as well as,
[0010]
A casing having a sound hole in the top plate, a diaphragm sandwiched between the upper diaphragm ring and the lower diaphragm ring, and a diaphragm provided inside the casing of the top plate such that the upper diaphragm ring is on the top plate side; A terminal board provided inside the casing to fix the IC element composed of a microphone FET, a contact ring made of conductive material and interposed between the lower diaphragm ring and the surface of the terminal board, and an outer peripheral surface of the contact ring and the casing. The diaphragm consists of an insulating film interposed so as to insulate it from the inner peripheral surface. The vibrating plate is a calcined layer that is fired at a temperature lower than the sintering temperature of the ferroelectric material after applying the ferroelectric material on the substrate. The ferroelectric thin film is sintered at a temperature at which the ferroelectric material is sintered after the ferroelectric material is applied on the calcined layer or without applying the ferroelectric material. Piezoelectric microphone, characterized in that it consists of those treated,
I will provide a.
[0011]
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a terminal in which an IC element including a diaphragm, a contact ring, and a microphone FET is fixed in a casing having a sound hole in a top plate in order from the top surface side. The board is accommodated with a predetermined interval maintained, the diaphragm is sandwiched between the upper diaphragm ring and the lower diaphragm ring, and a contact made of a conductive material is also provided between the upper diaphragm ring and the terminal board surface. A ring is interposed, and the outer peripheral surface of the contact ring and the inner peripheral surface of the casing are insulated with an insulating film interposed therebetween.
The ferroelectric thin film forming the diaphragm is formed by applying a ferroelectric material on a substrate, and sintering the substrate on which the ferroelectric material is applied at a temperature lower than a sintering temperature. Form a calcined layer of the body. By a series of these steps, a calcined calcined layer is gradually formed on the substrate. Then, when the calcined layer on the substrate has a desired thickness, the calcined layer is sintered at the sintering temperature of the ferroelectric material to obtain a ferroelectric thin film.
The ferroelectric thin film thus obtained is subjected to polarization processing to impart piezoelectricity to use as a diaphragm, and when an external stress is applied to the piezoelectric thin film by the vibration of air, a voltage characteristic of the piezoelectric material is generated. By detecting a change in voltage caused by the vibration of air, waveform information of a sound wave is obtained in the form of an electric signal.
Incidentally, the insulating film may be constituted by an insulating film adhered to the inner peripheral surface of the casing.
[0012]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric microphone according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a transverse sectional view of the same, and FIG. 3 is a diagram showing a procedure for forming a diaphragm according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view showing the coating step in FIG.
The
[0013]
The vibrating
Further, the
[0014]
The diaphragm rings 7 and 26 located above and below the
The lower end of the
The inside of the
Hereinafter, details of the
[0015]
The
The
The titanium foil 6a is formed as a substrate of the
The
The PZT
The formation of the PZT
[0016]
The forming step S includes a coating step S1, a calcination step S2, a repetition determination step S3, and a final sintering step S4.
The application step S1 is a step of applying a PZT raw material to the titanium foil 6a on which the
[0017]
The coating
Next, in the repetition determination step S3, it is determined whether the application step S1 has been repeated a predetermined number of times. The repetition determination step S3 is simply performed by the operator, but may be configured to automatically determine whether a predetermined number of times has been reached or not, and to perform automatic manufacturing.
Since the
This calcination step S2 is repeated until the number of times reaches a predetermined number in the repetition determination step S3 to obtain a PZT
When the PZT
[0018]
In the final sintering step S4, the PZT
As described above, even if the PZT
In this embodiment, after the PZT
[0019]
The
[0020]
As described above, the
The
[0021]
In the
[0022]
In this embodiment, PZT is used as the ferroelectric thin film, but it is possible to form a ferroelectric thin film by using the above-mentioned method by using other materials such as PLZT and ZnO.
[0023]
According to the present invention, a diaphragm is formed by forming a ferroelectric thin film on a substrate of about 2 μm to about 4 μm of 10 μm or less and performing polarization processing. The size of the piezoelectric microphone can be remarkably reduced, and a piezoelectric microphone having higher sensitivity and favorable f characteristics can be manufactured.
Since the ferroelectric thin film forming the diaphragm can obtain ferroelectric properties as long as the temperature is equal to or lower than the phase transition temperature, deterioration with respect to a temperature of about 260 degrees Celsius such as solder reflow is lower than that of a conventional condenser microphone. You get no microphone. Similarly, it can be used for high-temperature parts that could not be used conventionally because of high temperatures. In addition, since the back electrode in the condenser microphone is not required, the size and thickness can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric microphone according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a transverse sectional view of the same. FIG. 3 is an explanatory view showing a procedure for forming a diaphragm according to an embodiment of the present invention. 4 is an explanatory view showing the coating step in FIG. 3 [FIG. 5] A conventional example view [Description of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上部振動板リング及び下部振動板リングに挟持され、上部振動板リングが頂部板側となるよう頂部板のケーシング内側に設けられる振動板と、
頂部板と対向するケーシング内部に設けられ、マイクロフォン用FETからなるIC素子を固定した端子基板と、
導電材からなり、下部振動板リング及び端子基板表面間に介在させるスペーサ兼用の接触リングと、
接触リングの外周面とケーシング内周面との間を絶縁するよう介在させる絶縁皮膜とからなり、
振動板は、基板上に強誘電体原料を塗布した後に強誘電体原料の焼結温度より低温で焼成される仮焼成層が積層形成され、仮焼成層上に強誘電体原料を塗布した後に或は強誘電体原料を塗布せずに強誘電体原料が焼結する温度で焼結される強誘電体薄膜を分極処理したものからなることを特徴とする圧電マイクロフォン。A casing having a sound hole in the top plate;
A diaphragm sandwiched between the upper diaphragm ring and the lower diaphragm ring, the diaphragm provided inside the casing of the top plate such that the upper diaphragm ring is on the top plate side;
A terminal substrate provided inside the casing facing the top plate and fixing an IC element composed of a microphone FET;
A contact ring made of a conductive material and also serving as a spacer interposed between the lower diaphragm ring and the terminal board surface;
It consists of an insulating film interposed so as to insulate between the outer peripheral surface of the contact ring and the inner peripheral surface of the casing,
After applying the ferroelectric material on the substrate, a calcination layer that is fired at a temperature lower than the sintering temperature of the ferroelectric material is formed in a laminated structure, and after the ferroelectric material is applied on the calcination layer, Alternatively, a piezoelectric microphone comprising a ferroelectric thin film which is sintered at a temperature at which the ferroelectric material is sintered without applying the ferroelectric material, and polarization-processed.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002209456A JP2004056351A (en) | 2002-07-18 | 2002-07-18 | Piezoelectric microphone |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011097311A (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric microphone, and manufacturing method thereof |
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- 2002-07-18 JP JP2002209456A patent/JP2004056351A/en active Pending
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