JP2007037025A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの部材で振動膜の保護と、該振動膜の張架を行うことができ、その結果、部品点数が少なくなるため、コスト低減を図ることができるマイクロホンを提供する。
【解決手段】 コンデンサマイクロホン１０は、ダイヤフラム１７と、電気絶縁体からなる筐体１２と、インピーダンス変換素子を実装した電子回路基板１３を貼り合わせ、筐体１２内にダイヤフラム１７と対向して配置されたバックプレート１５を有する。コンデンサマイクロホン１０は、ダイヤフラム１７を挟んで筐体１２とは反対側においてダイヤフラム１７を張架する張架部１９ｃと、ダイヤフラム１７を覆うように配置されて保護する保護部とが一体に形成されてなるカバー１９を有する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ等に用いられるコンデンサマイクロホンに関するものである。

従来、この種のマイクロホンとしては、小型化が容易な例えば特許文献１に記載されたコンデンサマイクロホンがある。このコンデンサマイクロホンは、電気回路基板、背面電極基板、スペーサ、振動膜、振動膜支持枠を順に積層することにより形成されている。又、特許文献１では図示はされていないが、コンデンサマイクロホンには、前記振動膜の保護のために、カバーが被せられている。このようにして、前記振動膜は、背面電極基板側のスペーサと振動膜支持枠との間で張架されている。

又、上記のように組み立てられたコンデンサマイクロホンは、他の基板に実装する場合、一般的には、バキューム装置に吸着されて、ピックアップされ、前記他の基板の所定部位に対して配置される。この場合、特許文献１のコンデンサマイクロホンは、前記バキューム装置による吸着の際、前記カバー（図示しない）により振動膜の保護ができる。
特開２００２−３４５０９２号公報

ところが、従来は、振動膜を保護するためのカバーと、該振動膜を張架するための振動膜支持枠が必要であるため、部品点数が多くなり、コストが高くなる問題があった。
この発明の目的は、１つの部材で振動膜の保護と、該振動膜の張架を行うことができ、その結果、部品点数が少なくなるため、コスト低減を図ることができるコンデンサマイクロホンを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、振動膜と、電気絶縁体からなる筐体と、インピーダンス変換素子を実装した電気回路基板を貼り合わせ、前記筐体内に前記振動膜と対向して配置された背面電極板を有するコンデンサマイクロホンにおいて、前記振動膜を挟んで前記筐体とは反対側において該振動膜を張架する張架部と、該振動膜を覆うように配置されて保護する保護部とが一体に形成されてなるカバー部材を有することを特徴とするコンデンサマイクロホンを要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記カバー部材は、金属板で形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記カバー部材の保護部の振動膜側の面は、凹部が形成されて、該凹部に対応する前記振動膜の部分が振動可能にされていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１において、前記カバー部材は、回路基板にて形成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４において、前記回路基板の張架部は、表面に電極パターン層を有する領域とし、前記保護部は、表面に電極パターン層を有していない領域とすることにより、凹部が形成され、該凹部に対応する前記振動膜の部分が振動可能にされていることを特徴とする。

（作用）
請求項１の発明では、振動膜を張架する張架部と、振動膜を覆うように配置されて保護する保護部とが一体に形成されてなるカバー部材を有することにより、１つの部材で振動膜の保護と、該振動膜の張架を行う。

請求項２の発明では、カバー部材を、金属板で形成することにより、請求項１の作用を容易に実現する。
請求項３の発明では、カバー部材の保護部の振動膜側の面は、凹部が形成されていることにより、該凹部に対応する振動膜の部分が振動できる。

請求項４の発明では、カバー部材を、回路基板にて形成することにより、簡単な構成で、請求項１の作用を容易に実現する。
請求項５の発明では、回路基板の張架部を表面に電極パターン層を有する領域とし、保護部を表面に電極パターン層を有していない領域とすることにより、凹部が形成される。この結果、該凹部に対応する振動膜が振動ができる。

請求項１の発明によれば、１つの部材で振動膜の保護と、該振動膜の張架を行うことができる。その結果、部品点数が少なくなるため、コスト低減を図ることができ、その結果、部品点数が少なくなるため、コスト低減を図ることができる。

請求項２の発明では、カバー部材を、金属板で形成することにより、請求項１の作用を容易に実現できる。
請求項３の発明では、凹部に対応する振動膜の部分で振動させることができる。

請求項４の発明では、簡単な構成で、請求項１の作用を容易に実現できる。
請求項５の発明では、回路基板の張架部を表面に電極パターン層を有する領域とし、保護部を表面に電極パターン層を有していない領域とすることにより、凹部を形成しているため、該凹部に対応する振動膜を振動させることができる。

次に、この発明をバックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンに具体化した第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１〜図３に示すように、コンデンサマイクロホン１０は、枠状の筐体１２、電子回路基板１３、コンタクトスプリング１４、バックプレート１５、スペーサ１６、ダイヤフラム１７、及びカバー１９を備えている。

前記筐体１２は、コンデンサマイクロホン１０の骨格を形成するとともに、気室２３を形成するための略円柱状の孔部２２を有している。筐体１２は、エポキシ樹脂、液晶ポリマー及びセラミック等の電気絶縁体からなる。前記電子回路基板１３上には、電界効果トランジスタ２０、コンデンサ２１等からなるインピーダンス変換回路が構成されている。電界効果トランジスタ２０やコンデンサ２１は、インピーダンス変換素子に相当する。又、図示はしないが電子回路基板１３には、電極パターンやスルーホール等の電気構成が設けられている。そして、電子回路基板１３は、略枠体状の前記筐体１２の図２における下面に対して導電性接着剤により、接着固定され、前記インピーダンス変換回路は、前記孔部２２内に配置されている。図５において、導電層１２ｃは、該導電性接着剤にて電子回路基板１３と筐体１２に形成された層である。

又、孔部２２内において電子回路基板１３上には、前記コンタクトスプリング１４が配置されている。コンタクトスプリング１４はステンレス鋼板により一体形成され、略円環板状の支持部１４ａと、この支持部１４ａから下方に向かって延びる３つの脚部１４ｂとからなる。各脚部１４ｂは、電子回路基板１３上の図示しないランド上に当接され、このランドを介して前記インピーダンス変換回路に電気的に接続されている。支持部１４ａの上面には、前記バックプレート１５が支持されている。バックプレート１５は、背面電極板に相当する。

前記バックプレート１５は、筐体１２の孔部２２の内径よりもやや小さな外径の円板状をなし、同孔部２２内において上下動可能に保持されている。バックプレート１５は、ステンレス鋼板からなるプレート本体１５ａを備え、このプレート本体１５ａの上面には、ＦＥＰ（Fluorinated Ethylene Propylene；フッ化エチレンプロピレン）等のフィルムからなるエレクトレット層１５ｂが設けられている。エレクトレット層１５ｂには、コロナ放電等による分極処理が施されている。又、バックプレート１５は、貫通孔１５ｃを複数備えている。そして、バックプレート１５のプレート本体１５ａは、コンタクトスプリング１４を介してインピーダンス変換回路に対し電気的に接続されている。

筐体１２の上面には、前記スペーサ１６が導電性接着剤により接着固定されている。図５において、導電層１２ｄは、該導電性接着剤によりスペーサ１６と筐体１２に形成された層である。スペーサ１６は、筐体１２の孔部２２の内径よりも小さな内径の孔１６ａを有し、孔１６ａの縁部の下面には、バックプレート１５の外周縁部の上面が当接されている。そして、コンタクトスプリング１４は、電子回路基板１３とバックプレート１５との間にそれぞれ弾性変形状態で挟持されている。一方、バックプレート１５は、コンタクトスプリング１４の弾性付勢力により、スペーサ１６の内周縁部の下面に圧接されている。又、スペーサ１６の側縁より位置には、スルーホール１６ｂが形成されている。なお、スペーサ１６は、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate：ポリエチレン テレフタレート）等の樹脂フィルム、又は、金属板からなる。

スペーサ１６の上面には、前記ダイヤフラム１７が接着固定されている。前記ダイヤフラム１７は、振動膜に相当する。又、ダイヤフラム１７において、スルーホール１６ｂと対応した位置には、スルーホール１６ｂと同径のスルーホール１７ａが形成されている。そして、筐体１２、電子回路基板１３、スペーサ１６及びダイヤフラム１７により、外部から区画された前記気室２３が形成されている（図２参照）。

図２に示すようにダイヤフラム１７の上面には、金属板からなるカバー１９が接着固定されている。カバー１９は、カバー部材に相当する。そして、カバー１９は、上面及び下面がそれぞれ片面エッチングされることにより、上面中央には低円錐台状の突部１９ａが形成され、突部１９ａに対応した下面にはスペーサ１６の孔１６ａとほぼ同じ内径の断面円形をなす凹部１９ｂが形成されている。凹部１９ｂの深さは、本実施形態では０．１５ｍｍ程度としているが、この数値に限定するものではなく、ダイヤフラム１７が振動できる程度の深さであればよい。

又、カバー１９において、ダイヤフラム１７に接着固定された部分は、張架部１９ｃとされている。この張架部１９ｃにより、ダイヤフラム１７には、所定の張力が掛かるように張られている。又、カバー１９は、ダイヤフラム１７全体を覆う保護部とされている。このように、カバー１９は張架部１９ｃと保護部とが一体に形成された構成とされている。又、張架部１９ｃにおいて、スルーホール１７ａに対応した位置には、スルーホール１７ａと同径のスルーホール１９ｅが形成されている。

このようにダイヤフラム１７は、凹部１９ｂを除く部分においてスペーサ１６とカバー１９とによって挟持されるとともに、スペーサ１６により前記ダイヤフラム１７との間隔が所定値に設定されている。すなわち、バックプレート１５とダイヤフラム１７とにより、所定のインピーダンスを有するコンデンサが構成されている。そして、ダイヤフラム１７は、カバー１９の凹部１９ｂ内における部分が振動可能とされている。図１及び図２に示すようにカバー１９の上面には、外部とダイヤフラム１７との間を連通させる音孔１９ｄを備えている。なお、音孔１９ｄは、本実施形態では、１つ設けられているが、複数個設けてもよい。

図５に示すように、カバー１９、ダイヤフラム１７、スペーサ１６の各スルーホール１９ｅ，１７ａ，１６ｂ内には、導電性接着剤、又は導電性ペースト等の導電性材４４が充填されており、該導電性材４４により、導電層１２ｄがカバー１９に対して電気的に接続されている。

又、筐体１２の外側面に形成された凹面１２ａには、導電層１２ｂが設けられている。前記導電層１２ｂは、導電性接着剤や、導電性ペースト等の導電性塗布材を塗布等を行うことにより、形成されている。この導電層１２ｂを介して、導電層１２ｃ，１２ｄ間が電気的に接続されている。この結果、カバー１９は、導電層１２ｄ，１２ｂ，１２ｃを介して、電子回路基板１３上の接地側となる電極パターン３１ｂに対して電気的に接続されている。又、筐体１２の側面の大部分を覆う導電層１２ｂ及び筐体１２の上方を覆うカバー１９により、筐体１２内の電気回路が電磁シールドされている。

以上のように構成されたコンデンサマイクロホン１０において、音源からの音波により、カバー１９の音孔１９ｄを介してダイヤフラム１７が振動する。このとき、ダイヤフラム１７の振動に伴い、貫通孔１５ｃを通じてバックプレート１５の上側と下側との間で空気が自由に移動するため、ダイヤフラム１７の振動が許容される。すると、ダイヤフラム１７とバックプレート１５との間隔が設定値から変化し、コンデンサのインピーダンスが音の周波数、振幅及び波形に応じて変化する。このインピーダンスの変化は、インピーダンス変換回路により電圧信号に変換されて出力される。

前記コンデンサマイクロホン１０の製造について簡単に説明する。
コンデンサマイクロホン１０は、複数の集合部材を積層等を行って組み付けた後、分割されて形成されるものである。

この製造方法においては、図４に示すように、筐体形成部材３０、回路基板形成部材３１、スペーサ形成部材３２、ダイヤフラムシート３３、カバー形成部材３５、バックプレート１５及びコンタクトスプリング１４等を用いて複数のコンデンサマイクロホン１０を製造する。

前記筐体形成部材３０は、前記筐体１２を複数形成するための集合部材としての板材であって、前記孔部２２が縦横に所定ピッチで複数形成されている。又、筐体形成部材３０には、各孔部２２の周囲に位置するように所定ピッチで複数の孔３０ａ、長孔３０ｂ及び長孔３０ｃが縦横に形成されている。この長孔３０ｂ及び長孔３０ｃには、導電性接着剤又は導電性ペーストが、充填、或いは、その孔内の面に塗布されている。この長孔３０ｂ及び長孔３０ｃの一部は、後述するダイシングされた後は、筐体１２の凹面１２ａとなるものであり、長孔３０ｂ及び長孔３０ｃ内に充填された、又は塗布された導電性接着剤又は導電性ペーストにより導電層１２ｂが形成される。前記回路基板形成部材３１は、前記電子回路基板１３を複数形成するための集合部材としての絶縁基板であって、前記インピーダンス変換回路が縦横に所定ピッチで複数形成されている。又、回路基板形成部材３１には、前記筐体形成部材３０の孔３０ａに対応する位置毎に同径の孔３１ａが設けられている。

前記スペーサ形成部材３２は、前記スペーサ１６を複数形成するための集合部材としてのシート材であって、前記孔１６ａ、及びスルーホール１６ｂが縦横に所定ピッチで複数形成されている。又、各孔１６ａの４方を囲むように、スペーサ形成部材３２には、孔３２ａ及び長孔３２ｂが所定ピッチで複数個形成されている。そして、孔３２ａ及び長孔３２ｂで囲まれた部分には、島部材３２ｃが形成されている（図６参照）。互いに隣り合う島部材３２ｃ間は、互いに隣り合う孔３２ａと長孔３２ｂを区切る連結部３２ｄにて連結されている。

前記ダイヤフラムシート３３は、前記ダイヤフラム１７を複数形成するための集合部材としてのシート材である。又、ダイヤフラムシート３３には、前記スペーサ形成部材３２の各孔３２ａに対応する位置毎に孔３３ａが設けられている。又、ダイヤフラムシート３３には、前記スペーサ形成部材３２の各スルーホール１６ｂに対応する位置にスルーホール１７ａが形成されている。

カバー形成部材３５は、カバー１９を複数形成するための集合部材としての金属板であって、上下両面にそれぞれ複数の突部１９ａ及び複数の凹部１９ｂが縦横に所定ピッチで形成されている。又、カバー形成部材３５には、前記ダイヤフラムシート３３の各孔３３ａに対応する位置毎に同径の孔３５ａが設けられている。又、各突部１９ａには、音孔１９ｄがそれぞれ形成されている。又、カバー形成部材３５には、ダイヤフラムシート３３の各スルーホール１７ａに対応する位置にスルーホール１９ｅが形成されている。

コンデンサマイクロホン１０を製造するには、スペーサ形成部材３２とカバー形成部材３５とをダイヤフラムシート３３を挟んで積層するとともに、積層した３つの部材を接着によって一体化させ、これをダイヤフラムアッシーとする。一方、筐体形成部材３０に回路基板形成部材３１を導電性接着剤により接着して両者を一体化し、これを筐体アッシーとする。この場合、図５に示すように、回路基板形成部材３１において、後に分割されて電子回路基板１３となる部分では、該電子回路基板１３の電子回路のうち、接地側となる電極パターン３１ｂ上に、筐体形成部材３０において、後に分割されて筐体１２となる部分の側壁下面が前記導電性接着剤にて接着される。図５において、導電層４０ａは、該導電性接着剤にて回路基板形成部材３１と筐体形成部材３０間に形成された層である。

次に、この筐体アッシーにおける筐体形成部材３０の各孔部２２内に、コンタクトスプリング１４及びバックプレート１５をこの順にそれぞれ組み付ける。次に、筐体アッシーの上面に前記ダイヤフラムアッシーを導電性接着剤にて接着して両者を一体化し、これをマイクロホンアッシーとする。この場合、図５に示すように、スペーサ形成部材３２において、後に分割されてスペーサ１６となる部分では、その四方周縁の下面が、筐体形成部材３０において、後に分割されて筐体１２となる部分の側壁上面に対して前記導電性接着剤にて接着される。図５において、導電層４０ｂは、該導電性接着剤にてスペーサ形成部材３２、筐体形成部材３０間に形成された層である。

図７にはこのようにして形成された積層体４０が示されている。
そして、積層体４０が形成された後、スルーホール１９ｅ，１７ａ，１６ｂ内に、図５に示すように、導電性接着剤、又は、導電性ペースト等の導電性材４４を充填する。続いて、図８に示すように、積層体４０をダイヤモンドブレードを用いてダイシング（切断）し、複数のコンデンサマイクロホン１０とする。

このとき、エポキシ樹脂、液晶ポリマー及びセラミック等からなるとともに最も厚い筐体形成部材３０においては、孔部２２の周囲に並設された孔３０ａ、長孔３０ｂ，３０ｃが分割されるので、ダイシングにおける切削抵抗が低減される。なお、図４，図７，８では、説明の便宜上、３×４＝１２個のコンデンサマイクロホン１０を形成する状態を示しているが、実際は、一度に数百個のコンデンサマイクロホン１０を形成する。

以上のように構成されたコンデンサマイクロホン１０の特徴を以下に述べる。
（１） 本実施形態では、ダイヤフラム１７を張架する張架部１９ｃと、ダイヤフラム１７を覆うように配置されて保護する保護部とが一体に形成されてなるカバー１９を有するようにした。このことにより、カバー１９という１つの部材により、ダイヤフラム１７の保護と、ダイヤフラム１７の張架を行うことができる。この結果、従来と異なり、ダイヤフラム１７の保護と、ダイヤフラム１７の張架を行う部材をそれぞれ用意する必要がなくなるため、部品点数を少なくでき、コスト低減を図ることができる。

（２） 本実施形態では、カバー１９は、金属板で形成するようにした。特に、金属板の上下両面を片面エッチングにより、ダイヤフラム１７の振動を許容する凹部１９ｂを容易に形成することができる。

（３） 本実施形態では、カバー１９の中央上面に、突部１９ａを形成しているため、カバー１９の剛性を高めることができ、保護機能を高めることができる。なお、カバー１９の中央下面のみをエッチングして凹部１９ｂを作成し、張架部１９ｃを形成しても良い。又、カバー１９をプレスにより成形し、凹部１９ｂを作成しても良い。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図９、図１０を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は相当する構成については同一符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

第１実施形態では、カバー１９を金属板にて形成したが、第２実施形態のコンデンサマイクロホン１０では、金属板の代わりに、回路基板にて構成されている。該回路基板は絶縁層であるガラエポ層１９ｇと、ガラエポ層１９ｇの全体に亘って形成された導体層としての金属層１９ｆを備えている。又、ガラエポ層１９ｇの下面において、筐体１２に対応した部分、すなわち、張架部１９ｃとなる部分には、所定パターンに形成された電極パターン層としての金属層１９ｈを有している（図１０参照）。金属層１９ｆ，１９ｈは、例えば、銅層や、アルミ層で形成することができる。金属層１９ｈの層厚は、例えば、数十μｍ程度を有する。この金属層１９ｈの層厚により、金属層１９ｈが形成されていないカバー１９（回路基板）の中央部分では、ダイヤフラム１７の振動が許容される凹部４８が形成されている。なお、金属層１９ｈの層厚は、前記数十μｍに限定するものではなく、凹部４８内において、ダイヤフラム１７が振動できる層厚であればよい。

又、図示はしないが、金属層１９ｈは、カバー１９のスルーホール１９ｅ内には導電性接着剤や、導電性ペースト等の導電性材４４が充填されている。そして、第１実施形態と同様の構成により、カバー１９は、筐体１２の所定の面に形成した導電層１２ｄ，１２ｂ，１２ｃ（第１実施形態の図５を参照）を介して、電子回路基板１３の電極パターン３１ｂに電気的に接続されている。このような構成により、第２実施形態においても、筐体１２の側面の大部分を覆う導電層１２ｂ及び筐体１２の上方を覆うカバー１９により、筐体１２内の電気回路が電磁シールドされている。

以上のように構成されたコンデンサマイクロホン１０では、第１実施形態の（１）の作用効果を奏するとともに、以下の特徴がある。
（１） 本実施形態では、カバー１９は、回路基板で形成するようにした。特に、金属層１９ｆを電磁シールドの手段として適用できるため、電磁シールドのために特別な部材を用意する必要がない。

（２） 本実施形態ではカバー１９は、張架部１９ｃ下面において、金属層１９ｈを有する。さらに、この金属層１９ｈを基板製作工程にてエッチング等により削除することにより、ダイヤフラム１７を振動させるために必要な凹部４８をカバー１９に容易に得ることができる。

なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することもできる。
・ 第１実施形態では、片側エッチングにより、突部１９ａ，凹部１９ｂを形成したが、プレス等による絞り加工により形成してもよい。

・ 第１実施形態及び第２実施形態の構成中、バックプレート１５に代えてダイヤフラム１７にエレクトレットの機能が付与されたホイルエレクトレット型のエレクトレット型コンデンサマイクロホンに具体化する。

・ 第１実施形態及び第２実施形態の構成中、バックプレート１５及びダイヤフラム１７に共にエレクトレットの機能が付与しないように構成し、バックプレート１５及びダイヤフラム１７にチャージポンプ回路によって電圧が印可されるチャージポンプ型のコンデンサマイクロホンに具体化する。

・ 第１実施形態の構成中、突部１９ａを低円錐台状に形成したが、ドーム状に形成してもよい。

第１実施形態のコンデンサマイクロホンの斜視図、 同じくコンデンサマイクロホンの縦断面図。 同じくコンデンサマイクロホン分解斜視図。 コンデンサマイクロホンの製造に用いる各部材を示す斜視図。 コンデンサマイクロホンの要部の断面図。 スペーサ形成部材の要部説明図。 積層体の斜視図。 積層体をダイシングしたときの斜視図。 第２実施形態のコンデンサマイクロホンの斜視図。 同じくコンデンサマイクロホンの縦断面図。

符号の説明

１０…コンデンサマイクロホン、１２…筐体、１３…電子回路基板、１４…コンタクトスプリング、１５…バックプレート（背面電極板）、１６…スペーサ、１７…ダイヤフラム（振動膜）、１９…カバー（保護部）、１９ｂ…凹部、１９ｃ…張架部、４８…凹部。

Claims (5)

1. 振動膜と、電気絶縁体からなる筐体と、インピーダンス変換素子を実装した電子回路基板を貼り合わせ、前記筐体内に前記振動膜と対向して配置された背面電極板を有するコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記振動膜を挟んで前記筐体とは反対側において該振動膜を張架する張架部と、該振動膜を覆うように配置されて保護する保護部とが一体に形成されてなるカバー部材を有することを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 前記カバー部材は、金属板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
3. 前記カバー部材の保護部の振動膜側の面は、凹部が形成されて、該凹部に対応する前記振動膜の部分が振動可能にされていることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記カバー部材は、回路基板にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
5. 前記回路基板の張架部は、表面に電極パターン層を有する領域とし、前記保護部は、表面に電極パターン層を有していない領域とすることにより、凹部が形成され、該凹部に対応する前記振動膜の部分が振動可能にされていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサマイクロホン。

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