JP2005045410A

JP2005045410A - Electret capacitor microphone

Info

Publication number: JP2005045410A
Application number: JP2003201287A
Authority: JP
Inventors: Motoaki Ito; 元陽伊藤; Kentaro Yonehara; 賢太郎米原
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain sufficient sensitivity of a back electret capacitor microphone even when it is made small. <P>SOLUTION: The electret capacitor microphone 10 is constituted by arranging a diaphragm 26 of ≤6 mm in effective diameter and a back electrode plate 18 having an electret layer 18B on the surface on the side of the diaphragm 26 with a specified interval. At this time, the back electrode plate 18 has a through hole 18a formed at a center-part opposite position facing the center part 26a of the diaphragm 26a, and the center-part opposite part is formed as an electret absence area where the electret layer 18B is absent to prevent the diaphragm 26 from attracting the back electrode plate 18. Consequently, the stiffness of the diaphragm 26 can be set to a small value and electric charges on the electret layer 18B are prevented from gradually being discharged through the diaphragm 26. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに関するものであり、特に、いわゆるバックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンは、振動膜と、この振動膜側の表面にエレクトレット層を有する背面電極板とが、所定間隔をおいて配置された構成となっている。
【０００３】
その際、小型のエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいては、例えば「特許文献１」にも記載されているように、その背面電極板に複数の背圧調整用孔が環状配置で形成された構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１８７４９４号公報
【発明が解決しようとする課題】
エレクトレットコンデンサマイクロホンを小型化した場合において、その感度を高めるためには、振動膜と背面電極板との間隔をある程度狭くすることが要請される。
【０００５】
しかしながら、この間隔を狭くすると、振動膜と背面電極板との間の静電吸引力が大幅に増大するので、振動膜が大きく撓んでしまい、その中央部がエレクトレット層に吸着されやすくなる。そして、このような吸着現象が発生すると、振動膜の周縁部だけが振動することとなり、音響信号に応じた適正な振動が行われなくなってしまうので、感度が著しく低下してしまう、という問題がある。
【０００６】
また、感度を高めるためには振動膜のスティフネスをある程度小さくすることが効果的であるが、このようにした場合には上記吸着現象が一層発生しやすくなってしまう、という問題がある。
さらに、上記吸着現象が発生すると、エレクトレット層の電荷が振動膜を介して徐々に抜け出して、感度低下の原因となってしまう、という問題がある。
【０００７】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、バックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンにおいて、これを小型化した場合であっても十分な感度を得ることができるエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、背面電極板の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、
有効径６ｍｍ以下の振動膜と、この振動膜側の表面にエレクトレット層を有する背面電極板とが、所定間隔をおいて配置されてなるエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
上記背面電極板において上記振動膜の中央部と対向する中央部対向部位が、上記エレクトレット層が存在しないエレクトレット不存在領域として構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１０】
本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、「振動膜」および「背面電極板」以外の構成要素については、その具体的な構成は特に限定されるものではない。
上記「有効径」とは、振動膜の可動部分の直径を意味するものである。
【００１１】
上記「中央部対向部位」は、背面電極板において振動膜の中央部と対向する部位であれば、その大きさ、形状等の具体的構成は特に限定されるものではなく、また、該「中央部対向部位」が背面電極板の中央に位置していることは必ずしも必要ではない。
【００１２】
上記「エレクトレット不存在領域」とは、エレクトレット層が中央部対向部位の周辺部分における振動膜側の表面と同一平面上には存在しないように構成された領域を意味するものであって、その具体的構成については特に限定されるものではない。
【００１３】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、有効径６ｍｍ以下の振動膜と、この振動膜側の表面にエレクトレット層を有する背面電極板とが所定間隔をおいて配置されているが、背面電極板において振動膜の中央部と対向する中央部対向部位はエレクトレット層が存在しないエレクトレット不存在領域として構成されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１４】
すなわち、振動膜と背面電極板との間隔が狭くなると振動膜の中央部がエレクトレット層に吸着されやすくなるが、本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、背面電極板において振動膜の中央部と対向する中央部対向部位がエレクトレット不存在領域として構成されており、振動膜の中央部が吸着されるべきエレクトレット層が存在しないので、振動膜と背面電極板との間隔をある程度狭くした場合においても、吸着現象が発生するのを未然に防止することができ、これにより感度向上を図ることができる。
【００１５】
しかも、このように吸着現象が生じないようにすることができるので、その分だけ振動膜のスティフネスを小さい値に設定することができ、また、エレクトレット層の電荷が振動膜を介して徐々に抜け出してしまうのを未然に防止することができる。そして、これらの点においても感度向上を図ることができる。
【００１６】
このように本願発明によれば、バックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンにおいて、これを小型化した場合であっても十分な感度を得ることができる。
【００１７】
さらに本願発明によれば、外部基板への表面実装等のために、エレクトレットコンデンサマイクロホンに対してリフロー処理が行われるような場合においても、十分な感度が維持されるようにすることができる。すなわち、リフロー処理の際に加えられる熱により、振動膜が大きく撓んでエレクトレット層に一時的に吸着されるようなことがあっても、その後常温になれば、振動膜に再び作用するテンションによって吸着現象が容易に解除されて振動膜は元の位置に復帰するので、これにより十分な感度維持を図ることができる。
【００１８】
なお、本願発明のように背面電極板の中央部対向部位をエレクトレット不存在領域として構成した場合には、このように構成されていない場合に比してエレクトレット層の電荷が中央部対向部位に存在しない分だけ感度が低下することとなるが、これによる感度低下量は吸着現象による感度低下量に比して大幅に小さいので、全体としては感度向上を図ることができる。
【００１９】
上記「エレクトレット不存在領域」の具体的構成が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これを背面電極板の中央部対向部位に形成された貫通孔で構成すれば、エレクトレット不存在領域を穿孔作業等により容易に形成することができる。しかも、このようにした場合には、貫通孔を背圧調整孔としても機能させることができる。
【００２０】
また、上記「エレクトレット不存在領域」を、背面電極板の中央部対向部位に形成された凹部で構成することも可能である。その際、凹部の表面にエレクトレット層が形成されていない構成としてよいことはもちろんであるが、凹部の深さ等によっては該表面にエレクトレット層が形成された構成とすることも可能である。
【００２１】
さらに、上記「エレクトレット不存在領域」を、背面電極板の中央部対向部位における振動膜側の表面にエレクトレット層を設けないことにより構成することも可能である。その際、エレクトレット層を設けないようにするための具体的方法としては、中央部対向部位の表面以外の領域にのみエレクトレット層を設ける方法、あるいは背面電極板の表面に一旦設けられたエレクトレット層のうち中央部対向部位の部分を除去する方法等が採用可能である。
【００２２】
上記構成において、エレクトレット不存在領域を、振動膜の有効径に対して１０〜５０％の直径を有する円形領域として設定すれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００２３】
すなわち、エレクトレット不存在領域を円形領域として設定することにより、エレクトレット不存在領域を設けたことによるエレクトレット層の総電荷量減少を最小限に抑えた上で吸着現象の発生防止を図ることができる。その際、エレクトレット不存在領域の直径を、振動膜の有効径に対して１０％以上の値に設定すれば、吸着防止効果を得ることが可能となり、一方、振動膜の有効径に対して５０％以下の値に設定すれば、エレクトレット不存在領域を設けたためにエレクトレット層の総電荷量が大幅に減少して感度低下を来たしてしまうのを防止することが可能となる。なお、このような観点から、エレクトレット不存在領域を、振動膜の有効径に対して２０〜５０％の直径を有する円形領域として設定することがより好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
図１は、本願発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンを上向きに配置した状態で示す側断面図であり、図２は、このエレクトレットコンデンサマイクロホンの要部を示す分解斜視図である。
【００２６】
これらの図に示すように、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン１０は、外径が４ｍｍ程度、高さが１．２〜１．５ｍｍ程度の超小型マイクロホンであって、円筒状のケース１２内に、振動膜サブアッセンブリ１４、スペーサ１６、背面電極板１８、コイルスプリング２０、絶縁性ブッシュ２２およびＪＦＥＴボード２４が収容されてなっている。
【００２７】
ケース１２は、金属製（例えばアルミニウム製あるいは洋白製）であって、その上端壁には音孔１２ａが形成されており、また、その下端部１２ｂにおいてＪＦＥＴボード３４にカシメ固定されている。
振動膜サブアッセンブリ１４は、円形の振動膜２６が支持リング２８に張設固定されてなっている。
【００２８】
支持リング２８は、金属製のプレス加工品で構成されており、その外径はケース１２の内径と略同じ値に設定されており、その内径は２．６ｍｍ程度の値に設定されている。
【００２９】
一方、振動膜２６は、厚みが１．５μｍ程度の高分子フィルム（例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムあるいはＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）フィルム）の上面に金属（例えば金あるいはニッケル合金）の蒸着膜が形成されてなっている。この振動膜２６の外径は、支持リング２８の外径と略同じ値に設定されており、その有効径は、支持リング２８の内径と同じ値（すなわち２．６ｍｍ程度の値）に設定されている。
【００３０】
そして、この振動膜２６の支持リング２８への張設固定は、高分子フィルムをシワが生じない程度の比較的小さいテンションで張った状態で支持リング２８に接着することにより行われている。そしてこれにより振動膜２６のスティフネスをある程度小さい値に設定し、振動膜２６の最低共振周波数Ｆ０を十分低くして、感度向上を図るようになっている。
【００３１】
スペーサ１６は、板厚２５μｍ程度の金属製（例えばステンレス鋼製）の薄板リングで構成されており、その外径はケース１２の内径と略同じ値に設定されている。
【００３２】
背面電極板１８は、電極板本体１８Ａと、この電極板本体１８Ａの上面に熱融着されたエレクトレット層１８Ｂとからなり、その外径はケース１２の内径よりもやや小さい値に設定されている。そして、この背面電極板１８の中央部には、直径０．８ｍｍ程度の円柱状の貫通孔１８ａが形成されている。
【００３３】
電極板本体１８Ａは、板厚０．１５ｍｍ程度の金属板（例えばステンレス鋼板）で構成されている。一方、エレクトレット層１８Ｂは、厚みが２５μｍ程度のＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）フィルムで構成されている。このエレクトレット層１８Ｂには、コロナ放電等による分極処理が施されており、これにより所定の表面電位が付与されている。
【００３４】
この背面電極板１８において振動膜２６の中央部２６ａと対向する中央部対向部位は、該中央部対向部位に形成された貫通孔１８ａにより、エレクトレット層１８Ｂが存在しないエレクトレット不存在領域として構成されている、また、この貫通孔１８ａは、背面電極板１８の両側の空間を連通させる背圧調整孔としての機能も果たしている。
【００３５】
絶縁性ブッシュ２２は、絶縁性を有する合成樹脂製の円筒状部材であって、その外径はケース１２の内径と略同じ値に設定されており、その内径は、背面電極板１８の外径と略同じ値に設定されている。そして、この絶縁性ブッシュ２２の内周側に、背面電極板１８およびコイルスプリング２０が配置されるようになっている。その際、背面電極板１８は、コイルスプリング２０によりスペーサ１６へ向けて弾性的に押圧されるようになっている。
【００３６】
ＪＦＥＴボード２４は、円板状のボード本体３２と、このボード本体３２の上面に実装されたチップ状の接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）３４およびコンデンサ３６とからなっている。
【００３７】
ボード本体３２は、その外径がケース１２の内径と略同じ値に設定されている。このボード本体３２の上面には導電パターン３２ａが形成されている。また、ボード本体３２の下面には、その中心部に出力端子となる導電パターン３２ｂが形成されるとともに、その外周縁部にアース端子となる導電パターン３２ｃが形成されている。その際、導電パターン３２ａと導電パターン３２ｂとは、図示しないスルーホールを介して導通している。
【００３８】
接合型電界効果トランジスタ３４は、そのゲート電極が導電パターン３２ａおよびコイルスプリング２０を介して背極板１８に電気的に接続されており、そのドレイン電極が導電パターン３２ａを介して導電パターン３２ｂに電気的に接続されており、そのソース電極が導電パターン３２ａ、３２ｃ、ケース１２および支持リング２８を介して振動膜１６の金属蒸着膜に電気的に接続されている。
【００３９】
図３（ａ）は、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン１０の要部を示す側断面図であり、図３（ｂ）は、その比較例を示す側断面図である。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、本実施形態においては、スペーサ１６を介して対向配置された振動膜２６と背面電極板１８のエレクトレット層１８Ｂとでコンデンサ部を構成しているが、その際、振動膜２６は、該振動膜２６と背面電極板１８との間の静電吸引力により下方へ撓んでおり、その中央部２６ａが周縁部に対して５〜１５μｍ程度下方へ変位した状態となっている。そして、振動膜２６は、この撓んだ位置を基準にして、音響信号に応じた振動を行うようになっている。
【００４１】
一方、図３（ｂ）に示す比較例においては、背面電極板１８の中央部に貫通孔１８ａが形成されておらず、その周囲に複数の背圧調整孔１８ｂが環状配置で形成された構成となっている。なお、それ以外の構成については本実施形態の場合と同様である。この比較例においては、振動膜２６と背面電極板１８との間の静電吸引力により、振動膜２６が下方へ大きく撓んでおり、その中央部２６ａがエレクトレット層１８Ｂに吸着された状態となっている。このため振動膜２６は、その周縁部だけが振動することととなり、音響信号に応じた適正な振動が行われなくなってしまう。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン１０は、有効径２．６ｍｍ程度の振動膜２６と、この振動膜２６側の表面にエレクトレット層１８Ｂを有する背面電極板１８とが所定間隔をおいて配置されているが、背面電極板１８の中央部には貫通孔１８ａが形成されており、これにより背面電極板１８において振動膜２６の中央部２６ａと対向する中央部対向部位は、エレクトレット層１８Ｂが存在しないエレクトレット不存在領域として構成されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００４３】
すなわち、振動膜２６と背面電極板１８との間隔が狭くなると、その分だけ振動膜２６の中央部２６ａがエレクトレット層１８Ｂに吸着されやすくなるが、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン１０は、背面電極板１８において振動膜２６の中央部２６ａと対向する中央部対向部位がエレクトレット不存在領域として構成されており、振動膜２６の中央部２６ａが吸着されるべきエレクトレット層１８Ｂが存在しないので、振動膜２６と背面電極板１８との間隔をある程度狭くした場合においても、吸着現象が発生するのを未然に防止することができ、これにより感度向上を図ることができる。
【００４４】
しかも、このように吸着現象が生じないようにすることができるので、振動膜２６のスティフネスを小さい値に設定することが可能となり、また、エレクトレット層１８Ｂの電荷が振動膜２６を介して徐々に抜け出してしまうのを未然に防止することができる。そして、これらの点においても感度向上を図ることができる。
【００４５】
このように本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン１０は、外径が４ｍｍ程度と超小型であるにもかかわらず、十分な感度を得ることができる。
【００４６】
さらに本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン１０は、外部基板への表面実装等のために該エレクトレットコンデンサマイクロホン１０に対してリフロー処理が行われるような場合においても、十分な感度が維持されるようにすることができる。
【００４７】
すなわち、リフロー処理の際に加えられる熱により、振動膜２６が図４（ａ）に示す位置から大きく撓んで、同図（ｂ）に示すようにエレクトレット層１８Ｂに一時的に吸着されるようなことがあっても、その後常温に戻れば、振動膜２６に再び作用するテンションによって吸着現象は容易に解除され、同図（ｃ）に示すように振動膜２６は元の位置に復帰するので、これにより十分な感度維持を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態のように背面電極板１８の中央部対向部位をエレクトレット不存在領域として構成した場合には、このように構成されていない場合に比して、エレクトレット層１８Ｂの電荷が中央部対向部位に存在しない分だけ感度が低下することとなるが、これによる感度低下量は吸着現象による感度低下量に比して大幅に小さいので、全体としては感度向上を図ることができる。
【００４９】
また本実施形態においては、上記エレクトレット不存在領域が貫通孔１８ａで構成されているので、エレクトレット不存在領域を穿孔作業等により容易に形成することができ、しかもこの貫通孔１８ａを背圧調整孔としても機能させることができる。
【００５０】
その際、貫通孔１８ａは円柱状に形成されているので、エレクトレット不存在領域を設けたことによるエレクトレット層１８Ｂの総電荷量減少を最小限に抑えた上で吸着現象の発生防止を図ることができる。しかも、この貫通孔１８ａは、振動膜２６の有効径（具体的には２．６ｍｍ程度）に対して１０〜５０％の直径（具体的には０．８ｍｍ程度）を有する円柱状貫通孔として設定されているので、吸着防止を十分に図ることができるとともに、エレクトレット不存在領域を設けたためにエレクトレット層１８Ｂの総電荷量が大幅に減少して感度低下を来たしてしまうのを防止することができる。
【００５１】
このように貫通孔１８ａの直径を、振動膜２６の有効径に対して１０〜５０％の直径を有する円形領域として設定するのが好ましいことは、表１に示す実験結果からも明らかである。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１は、外径４ｍｍ、振動膜径２．６ｍｍ、振動膜ステイフネス２０００Ｎ／ｍ、スペーサ板厚２５μｍ、ＦＥＰフイルム膜厚１２．５μｍのエレクトレットコンデンサマイクロホンを試作し、その振動膜径（すなわち振動膜２６の有効径）に対する孔径（すなわち貫通孔１８ａの直径）の割合を変化させた場合おけるＪＦＥＴゲイン、吸着現象の起こる限界チャージ電圧およびこの限界チャージ電圧における感度の測定結果ならびにその感度評価結果を示すものである。
【００５４】
この実験結果から明らかなように、孔割合（すなわち振動膜径に対する孔径の割合）が増加するにつれて吸着現象が発生するチャージ電圧の限界電圧が高くなっていく。しかしながら、孔割合が増加するにつれてＪＦＥＴ自体の感度であるＪＦＥＴゲインは低くなっていく。なお、このＪＦＥＴゲインは高い（マイナス値（絶対値）が小さい）方が、感度は良くなる。
【００５５】
そして、孔割合５％では、低いチャージ電圧で吸着現象が起こってしまい、吸着限界の感度が低くなってしまう。なお、この吸着限界の感度については、マイナス値（絶対値）が小さい方が感度が良くなる。一方、孔割合が６０％では、チャージ電圧の限界電圧は高いがＪＦＥＴゲインが低いため、吸着限界の感度が低くなってしまう。なお、孔割合が６０％を超えると、ＪＦＥＴゲインの低下ばかりでなく、背面電極板の面積の減少により吸着限界電圧までチャージ電圧を向上させることができなくなり、感度は著しく低下する。
【００５６】
以上の実験結果から明らかなように、孔割合と限界チャージ電圧の複合的な結果である吸着限界の感度については、孔割合が１０％から５０％の範囲では−３６ｄＢ以下の高感度を実現することができ、特に、孔割合が２０％から５０％の範囲では−３５ｄＢ以下の超高感度を実現することができる。
【００５７】
ところで、上記実施形態においては、エレクトレット不存在領域が背面電極板１８の中央部対向部位に形成された貫通孔１８ａで構成されているものとして説明したが、これ以外の構成を採用することも可能である。
【００５８】
例えば、図５（ａ）に示すように、背面電極板１８の中央部対向部位に形成された凹部１８ｃでエレクトレット不存在領域を構成することも可能である。その際、凹部１８ｃの表面にはエレクトレット層１８Ｂが形成されていないが、この凹部１８ｃの表面にエレクトレット層１８Ｂが形成された構成とすることも可能であり、このようにした場合には、吸着現象の発生を防止した上で、エレクトレット層１８Ｂの総電荷量を増大させることができる。
【００５９】
また、図５（ｂ）に示すように、背面電極板１８の中央部対向部位における振動膜２６側の表面に、エレクトレット層１８Ｂを設けないことにより、エレクトレット不存在領域を構成することも可能である。このようにした場合、背面電極板１８の中央部対向部位の表面には、電極板本体１８Ａが円形状に露出した円形状露出部分１８ｄが形成されることとなる。この円形状露出部分１８ｄは、該円形状露出部分１８ｄ以外の領域にのみエレクトレット層１８Ｂを設けることにより、あるいは、背面電極板の表面に一旦設けられたエレクトレット層１８Ｂのうち該円形状露出部分１８ｄの部分を除去すること等により形成可能である。
【００６０】
なお、これら図５（ａ）および（ｂ）に示す各変形例においては、背面電極板１８の両側の空間を連通させるための背圧調整孔１８ｂが、環状配置で複数個形成されている。
【００６１】
上記実施形態および各変形例においては、振動膜２６の有効径が２．６ｍｍ程度であるものとして説明したが、この有効径が６ｍｍ以下の小さい値であれば、上記実施形態等の場合と同様、振動膜２６と背面電極板１８との間隔をかなり狭くする必要があるので、上記実施形態等と同様の構成を採用することにより、これらと同様の作用効果を得ることができる。その際、有効径が５ｍｍ以下の場合には、上記実施形態等と同様の構成を採用することが特に効果的であり、有効径が４ｍｍ以下の場合には一層効果的である。
【００６２】
また、上記実施形態および各変形例においては、振動膜２６の可動部分が円形形状に設定されており、その直径が有効径として６ｍｍ以下の値に設定されているが、このようにする代わりに、可動部分が矩形形状に設定された振動膜を採用することも可能であり、その一辺の長さを有効径として６ｍｍ以下の値に設定すれば、上記実施形態等と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンを上向きに配置した状態で示す側断面図
【図２】上記エレクトレットコンデンサマイクロホンの要部を示す分解斜視図
【図３】上記エレクトレットコンデンサマイクロホンの要部（同図（ａ））を、その比較例（同図（ｂ））と対比して示す側断面図
【図４】上記エレクトレットコンデンサマイクロホンのリフロー処理への適応性を説明するための側断面図
【図５】上記実施形態の２つの変形例を示す要部側断面図
【符号の説明】
１０エレクトレットコンデンサマイクロホン
１２ケース
１２ａ音孔
１２ｂ開放下端部
１４振動膜サブアッセンブリ
１６スペーサ
１８背面電極板
１８Ａ電極板本体
１８Ｂエレクトレット層
１８ａ貫通孔（エレクトレット不存在領域）
１８ｂ背圧調整孔
１８ｃ凹部（エレクトレット不存在領域）
１８ｄ円形状露出部分（エレクトレット不存在領域）
２０コイルスプリング
２２絶縁性ブッシュ
２４ＪＦＥＴボード
２６振動膜
２６ａ中央部
２８支持リング
３２ボード本体
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ導電パターン
３４接合型電界効果トランジスタ
３６コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electret condenser microphone, and more particularly to a so-called back electret condenser microphone.
[0002]
[Prior art]
The back electret condenser microphone has a configuration in which a diaphragm and a back electrode plate having an electret layer on the surface of the diaphragm are arranged at a predetermined interval.
[0003]
At this time, the small electret condenser microphone has a configuration in which a plurality of back pressure adjusting holes are formed in an annular arrangement on the back electrode plate as described in, for example, “Patent Document 1”. .
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-187494 [Problems to be Solved by the Invention]
When the electret condenser microphone is miniaturized, in order to increase the sensitivity, it is required that the distance between the vibrating membrane and the back electrode plate be narrowed to some extent.
[0005]
However, if this interval is narrowed, the electrostatic attractive force between the vibrating membrane and the back electrode plate is greatly increased, so that the vibrating membrane is greatly bent and the central portion thereof is easily adsorbed by the electret layer. And when such an adsorption phenomenon occurs, only the peripheral portion of the vibration film vibrates, and proper vibration corresponding to the acoustic signal is not performed, so that the sensitivity is remarkably lowered. is there.
[0006]
In order to increase the sensitivity, it is effective to reduce the stiffness of the vibration film to some extent, but in this case, there is a problem that the above-described adsorption phenomenon is more likely to occur.
Furthermore, when the above-mentioned adsorption phenomenon occurs, there is a problem that the charge of the electret layer gradually escapes through the vibrating membrane, causing a decrease in sensitivity.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an electret condenser microphone capable of obtaining sufficient sensitivity even when the back electret condenser microphone is miniaturized. It is for the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is intended to achieve the above object by devising the configuration of the back electrode plate.
[0009]
That is, the electret condenser microphone according to the present invention is
In an electret condenser microphone in which a diaphragm having an effective diameter of 6 mm or less and a back electrode plate having an electret layer on the diaphragm side surface are arranged at a predetermined interval.
In the back electrode plate, a center-facing portion facing the center of the vibrating membrane is configured as an electret-free region where the electret layer is not present.
[0010]
In the electret condenser microphone according to the present invention, the specific configuration of the constituent elements other than the “vibration membrane” and the “back electrode plate” is not particularly limited.
The “effective diameter” means the diameter of the movable part of the vibrating membrane.
[0011]
The above-mentioned “center-facing portion” is not particularly limited as long as it is a portion facing the center portion of the vibrating membrane on the back electrode plate. It is not always necessary that the “part facing part” is located at the center of the back electrode plate.
[0012]
The “electret non-existing region” means a region configured such that the electret layer does not exist on the same plane as the surface on the vibration film side in the peripheral portion of the central portion facing portion. The specific configuration is not particularly limited.
[0013]
[Effects of the invention]
As shown in the above configuration, in the electret condenser microphone according to the present invention, a diaphragm having an effective diameter of 6 mm or less and a back electrode plate having an electret layer on the surface of the diaphragm are arranged at a predetermined interval. However, since the center-facing portion of the back electrode plate that faces the center of the diaphragm is configured as an electret-free region where no electret layer is present, the following operational effects can be obtained.
[0014]
That is, when the distance between the diaphragm and the back electrode plate is narrowed, the center part of the diaphragm is easily adsorbed by the electret layer. However, the electret condenser microphone according to the present invention faces the center part of the diaphragm in the back electrode plate. The center facing part is configured as an electret-free region, and there is no electret layer that should be adsorbed at the center of the diaphragm, so even when the distance between the diaphragm and the back electrode plate is narrowed to some extent Occurrence of a phenomenon can be prevented in advance, thereby improving sensitivity.
[0015]
In addition, since the adsorption phenomenon can be prevented in this way, the stiffness of the vibration film can be set to a small value, and the charge of the electret layer gradually escapes through the vibration film. Can be prevented in advance. And also in these points, sensitivity can be improved.
[0016]
As described above, according to the present invention, in the back electret condenser microphone, sufficient sensitivity can be obtained even when it is miniaturized.
[0017]
Furthermore, according to the present invention, sufficient sensitivity can be maintained even when a reflow process is performed on an electret condenser microphone for surface mounting on an external substrate or the like. That is, even if the vibration film is greatly bent and temporarily adsorbed to the electret layer due to the heat applied during the reflow process, it will be adsorbed by the tension that acts on the vibration film again at normal temperature after that. Since the phenomenon is easily canceled and the vibration film returns to the original position, sufficient sensitivity can be maintained.
[0018]
In addition, when the central portion facing portion of the back electrode plate is configured as an electret-free region as in the present invention, the charge of the electret layer is present in the central portion facing portion as compared to the case where it is not configured in this way. Although the sensitivity is reduced by the amount not, the sensitivity reduction amount due to this is much smaller than the sensitivity reduction amount due to the adsorption phenomenon, so that the sensitivity can be improved as a whole.
[0019]
As described above, the specific configuration of the “electret-free region” is not particularly limited. However, if this is configured with a through-hole formed in the central portion of the back electrode plate, the electret-free region is It can be easily formed by a drilling operation or the like. Moreover, in this case, the through hole can function as a back pressure adjusting hole.
[0020]
In addition, the “electret-free region” may be constituted by a concave portion formed at a portion facing the central portion of the back electrode plate. At that time, it is of course possible to adopt a configuration in which the electret layer is not formed on the surface of the recess, but it is also possible to adopt a configuration in which the electret layer is formed on the surface depending on the depth of the recess.
[0021]
Further, the “electret-free region” may be configured by not providing an electret layer on the vibration film side surface of the back electrode plate at the central portion facing portion. At that time, as a specific method for preventing the electret layer from being provided, a method of providing the electret layer only in a region other than the surface of the central portion facing portion, or an electret layer once provided on the surface of the back electrode plate Of these, a method of removing a portion of the central portion facing portion can be employed.
[0022]
In the above configuration, if the electret-free region is set as a circular region having a diameter of 10 to 50% with respect to the effective diameter of the diaphragm, the following operational effects can be obtained.
[0023]
That is, by setting the electret-free region as a circular region, it is possible to prevent the adsorption phenomenon from occurring while minimizing the decrease in the total charge amount of the electret layer due to the provision of the electret-free region. At that time, if the diameter of the electret-free region is set to a value of 10% or more with respect to the effective diameter of the vibrating membrane, it becomes possible to obtain an adsorption preventing effect, while the effective diameter of the vibrating membrane is 50 If the value is set to be equal to or less than%, it is possible to prevent the total charge amount of the electret layer from being greatly reduced and the sensitivity from being lowered due to the provision of the electret-free region. From such a viewpoint, it is more preferable to set the electret-free region as a circular region having a diameter of 20 to 50% with respect to the effective diameter of the diaphragm.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a side sectional view showing an electret condenser microphone according to an embodiment of the present invention in an upwardly arranged state, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of the electret condenser microphone.
[0026]
As shown in these drawings, the electret condenser microphone 10 according to the present embodiment is an ultra-small microphone having an outer diameter of about 4 mm and a height of about 1.2 to 1.5 mm. Further, the diaphragm subassembly 14, the spacer 16, the back electrode plate 18, the coil spring 20, the insulating bush 22 and the JFET board 24 are accommodated.
[0027]
The case 12 is made of metal (for example, made of aluminum or white and white), and has a sound hole 12a formed in the upper end wall thereof, and is caulked and fixed to the JFET board 34 at the lower end portion 12b.
The vibrating membrane subassembly 14 has a circular vibrating membrane 26 stretched and fixed to a support ring 28.
[0028]
The support ring 28 is made of a metal press-work product, and its outer diameter is set to a value substantially the same as the inner diameter of the case 12, and the inner diameter is set to a value of about 2.6 mm.
[0029]
On the other hand, the diaphragm 26 is formed by depositing a metal (for example, gold or nickel alloy) film on the upper surface of a polymer film (for example, a PET (polyethylene terephthalate) film or a PPS (polyphenylene sulfide) film) having a thickness of about 1.5 μm. It has become. The outer diameter of the vibrating membrane 26 is set to be substantially the same value as the outer diameter of the support ring 28, and the effective diameter is set to the same value as the inner diameter of the support ring 28 (that is, a value of about 2.6 mm). ing.
[0030]
The tensioning and fixing of the vibrating membrane 26 to the support ring 28 is performed by adhering the polymer film to the support ring 28 in a state where the polymer film is stretched with a relatively small tension that does not cause wrinkles. As a result, the stiffness of the vibration film 26 is set to a certain small value, and the minimum resonance frequency F0 of the vibration film 26 is sufficiently lowered to improve the sensitivity.
[0031]
The spacer 16 is constituted by a thin plate ring made of metal (for example, stainless steel) having a plate thickness of about 25 μm, and its outer diameter is set to be substantially the same as the inner diameter of the case 12.
[0032]
The back electrode plate 18 includes an electrode plate main body 18A and an electret layer 18B heat-sealed to the upper surface of the electrode plate main body 18A, and the outer diameter thereof is set to a value slightly smaller than the inner diameter of the case 12. . A cylindrical through hole 18 a having a diameter of about 0.8 mm is formed at the center of the back electrode plate 18.
[0033]
The electrode plate body 18A is made of a metal plate (for example, a stainless steel plate) having a thickness of about 0.15 mm. On the other hand, the electret layer 18B is made of an FEP (fluorinated ethylene propylene) film having a thickness of about 25 μm. The electret layer 18B is subjected to a polarization treatment by corona discharge or the like, thereby applying a predetermined surface potential.
[0034]
In the back electrode plate 18, the central portion facing portion that opposes the central portion 26 a of the vibrating membrane 26 is configured as an electret-free region where the electret layer 18 B is not present by a through hole 18 a formed in the central portion facing portion. In addition, the through hole 18a also functions as a back pressure adjusting hole for communicating the spaces on both sides of the back electrode plate 18.
[0035]
The insulating bush 22 is a cylindrical member made of synthetic resin having insulating properties, and its outer diameter is set to be substantially the same as the inner diameter of the case 12, and the inner diameter is the outer diameter of the back electrode plate 18. Is set to approximately the same value. The back electrode plate 18 and the coil spring 20 are arranged on the inner peripheral side of the insulating bush 22. At that time, the back electrode plate 18 is elastically pressed toward the spacer 16 by the coil spring 20.
[0036]
The JFET board 24 includes a disk-shaped board body 32, and a chip-like junction field effect transistor (JFET) 34 and a capacitor 36 mounted on the upper surface of the board body 32.
[0037]
The board main body 32 has an outer diameter set to be approximately the same as the inner diameter of the case 12. A conductive pattern 32 a is formed on the upper surface of the board body 32. On the lower surface of the board body 32, a conductive pattern 32b serving as an output terminal is formed at the center thereof, and a conductive pattern 32c serving as a ground terminal is formed at the outer peripheral edge thereof. At that time, the conductive pattern 32a and the conductive pattern 32b are electrically connected through a through hole (not shown).
[0038]
The junction field effect transistor 34 has a gate electrode electrically connected to the back plate 18 via the conductive pattern 32a and the coil spring 20, and a drain electrode electrically connected to the conductive pattern 32b via the conductive pattern 32a. The source electrode is electrically connected to the metal vapor deposition film of the vibration film 16 via the

conductive patterns

32 a and 32 c, the case 12 and the support ring 28.
[0039]
FIG. 3A is a side sectional view showing a main part of the electret condenser microphone 10 according to the present embodiment, and FIG. 3B is a side sectional view showing a comparative example thereof.
[0040]
As shown in FIG. 3A, in this embodiment, the vibrating membrane 26 and the electret layer 18B of the back electrode plate 18 that are arranged to face each other via the spacer 16 constitute a capacitor portion. The vibration film 26 is bent downward by an electrostatic attraction force between the vibration film 26 and the back electrode plate 18, and the center part 26 a is displaced downward by about 5 to 15 μm with respect to the peripheral part. It has become. The vibration film 26 is configured to vibrate according to the acoustic signal with reference to the bent position.
[0041]
On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 3B, the through hole 18a is not formed in the central portion of the back electrode plate 18, and a plurality of back pressure adjusting holes 18b are formed in an annular arrangement around the through hole 18a. It has become. In addition, about another structure, it is the same as that of the case of this embodiment. In this comparative example, the vibrating membrane 26 is greatly bent downward by the electrostatic attractive force between the vibrating membrane 26 and the back electrode plate 18, and the central portion 26a is adsorbed to the electret layer 18B. ing. For this reason, only the periphery of the vibrating membrane 26 vibrates, and proper vibration corresponding to the acoustic signal is not performed.
[0042]
As described in detail above, the electret condenser microphone 10 according to the present embodiment includes the vibration film 26 having an effective diameter of about 2.6 mm and the back electrode plate 18 having the electret layer 18B on the surface on the vibration film 26 side. Although arranged at intervals, a through-hole 18a is formed in the central portion of the back electrode plate 18, so that the central portion facing portion of the back electrode plate 18 facing the central portion 26a of the diaphragm 26 is Since the electret layer 18B is configured as an electret-free region, the following operational effects can be obtained.
[0043]
That is, when the distance between the vibration film 26 and the back electrode plate 18 is narrowed, the central portion 26a of the vibration film 26 is more easily adsorbed to the electret layer 18B, but the electret condenser microphone 10 according to the present embodiment is In the electrode plate 18, the central portion facing the central portion 26 a of the vibrating membrane 26 is configured as an electret-free region, and there is no electret layer 18 B to which the central portion 26 a of the vibrating membrane 26 is to be adsorbed. Even when the distance between the film 26 and the back electrode plate 18 is narrowed to some extent, it is possible to prevent the adsorption phenomenon from occurring, thereby improving the sensitivity.
[0044]
In addition, since the adsorption phenomenon can be prevented in this way, the stiffness of the vibration film 26 can be set to a small value, and the charge of the electret layer 18B is gradually increased through the vibration film 26. It is possible to prevent the escape. And also in these points, sensitivity can be improved.
[0045]
As described above, the electret condenser microphone 10 according to the present embodiment can obtain sufficient sensitivity even though the outer diameter is as small as about 4 mm.
[0046]
Furthermore, the electret condenser microphone 10 according to the present embodiment can maintain sufficient sensitivity even when a reflow process is performed on the electret condenser microphone 10 for surface mounting on an external substrate or the like. can do.
[0047]
That is, the vibration film 26 is greatly bent from the position shown in FIG. 4A due to heat applied during the reflow process, and is temporarily adsorbed to the electret layer 18B as shown in FIG. 4B. Even if this happens, if it returns to normal temperature after that, the adsorption phenomenon is easily released by the tension acting again on the vibration film 26, and the vibration film 26 returns to the original position as shown in FIG. Thereby, sufficient sensitivity can be maintained.
[0048]
In the case where the central portion facing portion of the back electrode plate 18 is configured as an electret-free region as in the present embodiment, the charge of the electret layer 18B is in the central portion as compared with the case where the configuration is not configured as described above. Although the sensitivity is reduced by the amount not present at the opposing portion, the sensitivity reduction amount due to this is significantly smaller than the sensitivity reduction amount due to the adsorption phenomenon, so that the sensitivity can be improved as a whole.
[0049]
In the present embodiment, since the electret-free region is constituted by the through-hole 18a, the electret-free region can be easily formed by a drilling operation or the like, and the through-hole 18a is formed as a back pressure adjusting hole. Can also function.
[0050]
At this time, since the through-hole 18a is formed in a cylindrical shape, it is possible to prevent the adsorption phenomenon from occurring while minimizing the decrease in the total charge amount of the electret layer 18B due to the provision of the electret-free region. it can. Moreover, the through hole 18a is a cylindrical through hole having a diameter (specifically, about 0.8 mm) of 10 to 50% with respect to the effective diameter (specifically, about 2.6 mm) of the vibrating membrane 26. Since it is set, it is possible to sufficiently prevent adsorption, and to prevent the total charge amount of the electret layer 18B from being greatly reduced due to the provision of the electret-free region, thereby reducing the sensitivity. it can.
[0051]
It is also apparent from the experimental results shown in Table 1 that the diameter of the through hole 18a is preferably set as a circular region having a diameter of 10 to 50% with respect to the effective diameter of the vibrating membrane 26.
[0052]
[Table 1]

[0053]
Table 1 shows a prototype electret condenser microphone having an outer diameter of 4 mm, a diaphragm diameter of 2.6 mm, a diaphragm thickness of 2000 N / m, a spacer plate thickness of 25 μm, and an FEP film thickness of 12.5 μm. 26 shows the JFET gain, the limit charge voltage at which the adsorption phenomenon occurs, the sensitivity measurement result at this limit charge voltage, and the sensitivity evaluation result when the ratio of the hole diameter (that is, the diameter of the through hole 18a) to the effective diameter of 26 is changed. Is.
[0054]
As is clear from the experimental results, the limit voltage of the charge voltage at which the adsorption phenomenon occurs increases as the hole ratio (that is, the ratio of the hole diameter to the diaphragm diameter) increases. However, as the hole ratio increases, the JFET gain, which is the sensitivity of the JFET itself, decreases. The sensitivity is better when the JFET gain is higher (minus value (absolute value) is smaller).
[0055]
When the hole ratio is 5%, the adsorption phenomenon occurs at a low charge voltage, and the sensitivity of the adsorption limit is lowered. As for the sensitivity of the adsorption limit, the smaller the negative value (absolute value), the better the sensitivity. On the other hand, when the hole ratio is 60%, the limit voltage of the charge voltage is high, but the JFET gain is low, so the sensitivity of the adsorption limit is low. When the hole ratio exceeds 60%, not only the JFET gain is reduced, but also the charge voltage cannot be improved to the adsorption limit voltage due to the reduction of the area of the back electrode plate, and the sensitivity is significantly lowered.
[0056]
As is clear from the above experimental results, the sensitivity of the adsorption limit, which is a composite result of the pore ratio and the limit charge voltage, realizes a high sensitivity of −36 dB or less when the pore ratio is in the range of 10% to 50%. In particular, when the pore ratio is in the range of 20% to 50%, ultrahigh sensitivity of −35 dB or less can be realized.
[0057]
By the way, in the said embodiment, although the electret absence area | region demonstrated as what was comprised by the through-hole 18a formed in the center part opposing site | part of the back electrode plate 18, it is also possible to employ | adopt a structure other than this. It is.
[0058]
For example, as shown in FIG. 5A, it is also possible to form an electret-free region by a recess 18c formed at a central portion facing portion of the back electrode plate 18. At this time, the electret layer 18B is not formed on the surface of the recess 18c, but the electret layer 18B may be formed on the surface of the recess 18c. It is possible to increase the total charge amount of the electret layer 18B while preventing the occurrence of the phenomenon.
[0059]
In addition, as shown in FIG. 5B, the electret-free region can be formed by not providing the electret layer 18B on the surface of the back electrode plate 18 on the vibration film 26 side at the central portion facing portion. is there. In this case, a circular exposed portion 18d in which the electrode plate body 18A is exposed in a circular shape is formed on the surface of the central portion facing portion of the back electrode plate 18. The circular exposed portion 18d is formed by providing the electret layer 18B only in a region other than the circular exposed portion 18d, or in the electret layer 18B once provided on the surface of the back electrode plate. This portion can be formed by removing the portion.
[0060]
In each modification shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of back pressure adjusting holes 18b for communicating spaces on both sides of the back electrode plate 18 are formed in an annular arrangement.
[0061]
In the above-described embodiment and each modification, it has been described that the effective diameter of the vibrating membrane 26 is about 2.6 mm. Since the distance between the vibration film 26 and the back electrode plate 18 needs to be considerably narrowed, the same effects as those described above can be obtained by adopting the same configuration as in the above-described embodiment. At that time, when the effective diameter is 5 mm or less, it is particularly effective to adopt the same configuration as the above-described embodiment, and when the effective diameter is 4 mm or less, it is more effective.
[0062]
In the above embodiment and each modified example, the movable part of the diaphragm 26 is set in a circular shape, and the diameter is set to a value of 6 mm or less as an effective diameter. It is also possible to adopt a vibrating membrane in which the movable part is set to a rectangular shape. If the length of one side is set to an effective diameter of 6 mm or less, the same effects as those of the above-described embodiment and the like can be obtained. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an electret condenser microphone according to an embodiment of the present invention in an upwardly arranged state. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of the electret condenser microphone. FIG. 4 is a side sectional view showing the main part (FIG. 4A) in comparison with the comparative example (FIG. 4B). FIG. 4 is a diagram for explaining the adaptability of the electret condenser microphone to reflow processing. Side cross-sectional view [FIG. 5] Main-part side cross-sectional view showing two modifications of the above embodiment [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electret condenser microphone 12 Case 12a Sound hole 12b Opening lower end part 14 Diaphragm subassembly 16 Spacer 18 Back electrode plate 18A Electrode plate main body 18B Electret layer 18a Through-hole (Electret absence area)
18b Back pressure adjusting hole 18c Recess (Electret non-existing region)
18d Circular exposed part (Electret non-existing area)
20 Coil Spring 22 Insulating Bush 24 JFET Board 26 Vibration Film 26a Center 28 Support Ring 32

Board Main Body

32a, 32b, 32c Conductive Pattern 34 Junction Field Effect Transistor 36 Capacitor

Claims

In an electret condenser microphone in which a diaphragm having an effective diameter of 6 mm or less and a back electrode plate having an electret layer on the diaphragm side surface are arranged at a predetermined interval.
An electret condenser microphone, wherein a center-facing portion of the back electrode plate that faces the center of the vibrating membrane is configured as an electret-free region where the electret layer does not exist.

2. The electret condenser microphone according to claim 1, wherein the electret-free region is constituted by a through hole formed in a central portion facing portion of the back electrode plate.

The electret condenser microphone according to claim 1, wherein the electret-free region is constituted by a recess formed in a central portion facing portion of the back electrode plate.

2. The electret condenser microphone according to claim 1, wherein the electret-free region is formed by not providing the electret layer on the surface on the vibration film side in a central portion facing portion of the back electrode plate. .

The electret condenser microphone according to any one of claims 1 to 4, wherein the electret-free region is set as a circular region having a diameter of 10 to 50% with respect to an effective diameter of the vibrating membrane.