JP2007202022A - コンデンサマイクロホン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】背電極と振動膜とのギャップ寸法に高精度を保ったままストレイ容量の発生を抑制する。
【解決手段】振動膜（３）、背電極（５）、絶縁性フレーム（６）、及び半田（１５）によって前記絶縁性フレームの第１端子に一端面が固定された支持枠（４）を有する。背電極は、支持枠の枠内で一端面が半田（１６）により絶縁性フレームの第２端子に固定される。支持枠及び背電極は電鋳によって形成されている。背電極と振動膜との間に絶縁性のスペーサ等が介在されないから、そのようなスペーサに寄生するストレイ容量を生じない。電鋳成形の性質上、母型上で予め背電極端面と支持枠端面との間に一定のギャップを設定して支持枠と背電極を一緒に成形することができる。母型上で一定のギャップを保ったままの支持枠と背電極を絶縁性フレームに半田付けすれば、成形誤差の大きなフレーム上でも容易にそのギャップを高い精度で維持させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンにおいて浮遊容量を減らすための構造的な改良、更にはその構造を高精度に得るための製造方法に関する。

携帯電話をはじめとした小型電子機器に組み込まれたマイクロホンは、その殆どがアルミニウム等の金属ケースに部品を組み込んだエレクトレットコンデンサマイクロホンである。金属ケースには、振動膜を貼り付けた振動膜支持リング、スペーサ、背電極、チャンバー、接触リング、及びインピーダンス変換器を実装した回路基板が組み込まれている。背電極と振動膜は僅かな間隔で保持されて、コンデンサを形成する。従来のコンデンサマイクロホンはその間隔を、高分子フィルム等から成るスペーサを挿入することで実現していた。この種のコンデンサマイクロホンについて記載された文献として特許文献１がある。

特開２００３−１５３３９２号公報

しかしながら、高分子フィルム等から成るスペーサは空気と比較して誘電率が高く、マイクロホンとして有効に機能しないコンデンサ部分（浮遊容量若としてのストレイキャパシタ）を形成している。コンデンサマイクロホンは、音波による振動膜の動きを背電極と振動膜との間の静電容量の変化として取り出すものであるから、そのようなストレイキャパシタは前記静電容量の変化分を相対的に小さくする成分として働き、感度を劣化させる要因になる。スペーサを用いた従来の構造においてコンデンサマイクロホンの小型化を図ろうとすると、有効なコンデンサ部分に対して上前記ストレイ容量が相対的に大きくなり、性能低下を免れないことが明らかにされた。

また、金属ケースは振動板リングを介して振動板を回路基板のグランド電位に導通させる導通路として機能されると共にＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）対策としてのグランドシールドを兼ねる。このため、背電極に導通する接触リングを絶縁体のチャンバーを介在させて金属ケースの内側に同心配置して回路基板に導通させると、金属ケースと接触リングが面で対向することになり、無視し得ないストレイキャパシタを構成することになり、この点においてもコンデンサマイクロホンの感度が低下する。

本発明の目的は、スペーサーを使用せずに背電極と振動膜とのギャップに高精度を得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。

本発明の別の目的は、構造上ストレイキャパシタを減らすことができ、良好な感度と小型化の双方を実現するのに好適なコンデンサマイクロホンを提供することにある。

本発明の更に別の目的はそのようなコンデンサマイクロホンの製造に好適な製造方法を提供することある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

〔１〕本発明に係るコンデンサマイクロホン（１）は、コンデンサを形成するための振動膜（３）と背電極（５）とを有する。更に、絶縁性フレーム（６）と、半田（１５）等によって前記絶縁性フレームの第１端子（１３）に一端面が固定された支持枠とを有する。前記振動膜は、前記支持枠の他端面に張力に抗して支持される。前記背電極は、前記支持枠の枠内で一端面が半田（１６）等により前記絶縁性フレームの第２端子（１４）に固定される。背電極の他端面は前記支持枠の他端面に対して凹陥される。前記支持枠の他端面と背電極の他端面との間の距離の誤差は、前記絶縁性フレームと支持枠の一端面との間の距離の誤差及び前記絶縁性フレームと背電極の一端面との間の距離の誤差よりも小さくされる。前記支持枠及び背電極は電鋳によって形成されている。

上記手段によれば、背電極と振動膜との間に絶縁性のスペーサ等が介在されないから、そのようなすスペーサに寄生するストレイ容量を生じない。背電極と振動膜を支持する支持枠とは別々に絶縁性フレームに半田等で固定されているから、予め背電極と支持枠との間に一定のギャップを設定した状態で絶縁性フレームに固定すれば、そのギャップを維持することができる。特に、電鋳成形の性質上、所定の母型上で予め背電極端面と支持枠端面との間に一定のギャップを設定して支持枠と背電極を一緒に成形することは容易である。電鋳成形時の一定のギャップを保った状態で支持枠と背電極を絶縁性フレームに固定すれば、成形誤差の比較的大きなセラミック製の絶縁性フレームでも、両者を単に半田等で固定するだけで、背電極と支持枠との相対位置を高い精度で維持させることが容易である。このように、本発明構造によれば、背電極と振動膜とのギャップ寸法に高精度を保ったままストレイ容量の発生を抑制することができる。

本発明の一つの具体的な形態として、前記振動膜と前記支持枠とは一体的に電鋳形成され、前記振動膜は１次電着層（２１）によって形成される。これによれば、振動膜を支持枠と一体的に金属で成形することができる。金属振動膜は高分子フィルムの振動膜より温度湿度に対する特性変化が小さく、感度並びに周波数特性の温湿度変化に安定なマイクロホンを実現することができる。

本発明の別の具体的な形態として、前記絶縁性フレームは、前記第１端子に導通する複数の第１スルーホール（１１）と、前記第２端子に導通する複数の第２スルーホール（１２）とを有する。前記第１スルーホールは絶縁性フレームの外周に沿って並設され、前記第２スルーホールはその内側に配置される。絶縁性フレームは金属フレームのようにストレイ容量を構成することはないが、それ自体グランドシールドを行なうことはできない。この点において、絶縁性フレームの外周に沿って並設された前記第１スルーホールがＥＭＩ対策のグランドシールド機能を果たすことができる。

〔２〕コンデンサを形成するための振動膜（３）と背電極（５）とを有するコンデンサマイクロホンを製造する方法は、母材の平面に第１の膜厚で第１電着層（３２）による凸状のギャップ（３３）を形成する工程と、前記母材の上に第２の膜厚の第２電着層（３４）により枠状の支持枠（４）を形成すると共に、前記凸状のギャップの上に前記支持枠から離隔して前記第２の膜厚の第２電着層（３４）により背電極（５）を形成する工程と、絶縁性フレームの第１端子（１３）に前記支持枠（４）を半田等で固定すると共に、前記絶縁性フレームの第２端子（１４）に前記背電極（５）を半田等で固定する工程と、前記半田等で固定する工程を完了した後に、前記母材から前記支持枠を剥ぎ取ると共に、前記凸状のギャップから背電極を剥ぎ取る工程と、前記支持枠（４）に振動膜（３）をその張力に抗して支持する工程と、を含む。

この製造方法によれば、前記母材の上に支持枠を形成し、且つ、前記凸状のギャップの上に背電極を形成した状態を保ったまま、絶縁性フレームに支持枠と背電極を半田等で固定すれば、成形誤差の比較的大きなセラミック製の絶縁性フレームでも、両者を単に半田等で固定するだけで、背電極と支持枠との相対位置を高い精度で維持させることが容易である。さらに、その方法によれば、背電極と振動膜との間に絶縁性のスペーサ等を介在させずに背電極と支持枠との相対位置を規定することができる。これにより、背電極と振動膜とのギャップ寸法に高精度を保ったままストレイ容量の発生を抑制することができるコンデンサマイクロホンを容易に製造することができる。

〔３〕コンデンサを形成するための振動膜（３）と背電極（５）とを有するコンデンサマイクロホンを製造する別の方法は、母材の平面に第１の膜厚で１次電着層（２１）による振動膜（３）を形成する工程と、前記１次電着層の表面に第２の膜厚で２次電着層（２２）による凸状のギャップ（２３）を形成する工程と、前記振動膜の上に第３の膜厚の３次電着層（２４）により枠状の支持枠（４）を形成すると共に、前記凸状のギャップの上に前記支持枠から離隔して前記第３の膜厚の３次電着層（２４）により背電極（５）を形成する工程と、絶縁性フレーム（６）の第１端子（１３）に前記支持枠を半田等で固定すると共に、前記絶縁性フレームの第２端子（１４）に前記背電極を半田等で固定する工程と、前記半田等で固定する工程を完了した後に、前記母材から前記振動膜を剥ぎ取り、前記凸状のギャップ（２２）を除去する工程と、を含む。

この製造方法によれば、前記母材上の振動膜の上に支持枠を形成し、且つ、前記振動膜上の凸状のギャップの上に背電極を形成した状態を保ったまま、絶縁性フレームに支持枠と背電極を半田付けすれば、成形誤差の比較的大きなセラミック製の絶縁性フレームでも、両者を単に半田等で固定するだけで、背電極と振動膜との相対位置を高い精度で維持させることが容易である。さらに、その方法によれば、背電極と振動膜との間に絶縁性のスペーサ等を介在させずに背電極と振動膜との相対位置を規定することができる。これにより、背電極と振動膜とのギャップ寸法に高精度を保ったままストレイ容量の発生を抑制することができるコンデンサマイクロホンを容易に製造することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、構造上ストレイキャパシタを減らすことができ、良好な感度と小型化の双方を満足するコンデンサマイクロホンを実現することができる。また、そのようなコンデンサマイクロホンを容易に製造することができる。

図１は本発明に係るコンデンサマイクロホンの一例を示す断面図、図２はコンデンサマイクロホンの分解斜視図、図３はその組み立て斜視図である。同図に示されるコンデンサマイクロホン１は、特に制限されないが、キャップ２、振動膜３、支持枠４、背電極５、セラミックフレーム６、回路基板７から成る。

セラミックフレーム６は絶縁性であり環状に形成され、その外周部には表裏に貫通する多数の第１スルーホール１１が形成さ、その内側には表裏に貫通する第２スルーホール１２が形成される。第１スルーホール１１及び第２スルーホール１２の貫通孔内周には導電メッキが施されている。セラミックフレーム（６）の表裏面においてその外周縁部には前記第１スルーホール１１に電気的に導通する導電メッキが施されて第１端子１３を構成する。同じくセラミックフレームの表裏面においてその内周部には前記第２スルーホール１２に電気的に導通する導電メッキが施されて第２端子１４を構成する。第１端子１３と第２端子１４は電気的に分離されている。支持枠４は熱可塑性導電ペーストである半田１５にて第１端子１３に固定される。背電極５は熱可塑性導電ペーストである半田１６にて第２端子１４に固定される。半田付けはリフローで行なう。半田１５，１６は融点３００度Ｃ程度の高温半田を用いるのが望ましい。支持枠４は振動膜３をその張力に抗して支持する。振動膜３と背電極５はコンデンサを形成する。回路基板７は、特に制限されないが、前記背電極にコンデンサの成極用直流高電圧を印加するためのチャージポンプ及びインピーダンス変換用のトランジスタ等の回路素子１７が実装され、音波による振動膜３のに動きを振動膜３と背電極５から成るコンデンサの静電容量の変化として電気的に外部に出力するようになっている。これに限らず、背電極５にエレクトレット帯電可能な高分子膜を形成して電気音響変換を行なうようにしても良い。

図４にはコンデンサマイクロホン１の主な製造工程が断面図にて例示される。先ず、フラットな母材２０を用意する（Ａ）。母材２０は例えばステンレス製とされる。次に、母材２０の表面にレジスト層を形成し、レジストが除去された部分に、１次電着層２１により振動膜３を電鋳形成する（Ｂ）。１次電着層２１は例えばニッケル又はニッケルコバルトとされる。振動膜３は例えば２μｍの膜厚で２ｍｍ×２ｍｍの大きさを有する。この後、１次電着層２１の上にレジスト層（図示せず）を形成し、レジストが除去された部分に、２次電着層２２による凸状のギャップ形成膜２３を形成する（Ｃ）。２次電着層２２は例えば銅から成る。２次電着層２２はその厚さ寸法によって振動膜３と背電極５との間隙寸法Ｇを規定する。例えば膜厚は１０μｍである。大きさは背電極５より僅かに大きくされる。この後、１次電着層２１及び２次電着層２２の表面に所定パターンのレジスト層（図示せず）を形成し、そのパターンからレジストが除去されている部分に、３次電着層２４により、支持枠４及び背電極５を電着形成する（Ｄ）。その膜厚さは１００μｍ程度である。電着形成された支持枠４及び背電極５を母材２０上でそのままにした状態で、セラミックフレーム６の第１端子１３を支持枠４に、第２端子１４を背電極５に半田１５，１６で半田付けする（Ｅ）。セラミックフレーム６の寸法精度は低いが、母材２０の上で電鋳形成された振動膜３と背電極５との間隙寸法Ｇは製造段階の寸法精度を維持している。半田１５，１６が凝固すれば、振動膜３を母材２０から剥ぎ取っても（Ｆ）、更に、エッチングにて、振動膜３と支持枠４の間のギャップ形成膜２３を除去しても（Ｇ）、振動膜３と背電極５との間隙寸法は製造段階の寸法精度を維持している。

これにより、セラミックフレーム６上に、間隙寸法を一定に保った振動膜３と背電極５を搭載することができる。そのために、従来のように、背電極と振動膜との間に絶縁性のスペーサ等が介在されない。したがって、そのようなスペーサに寄生するストレイ容量を生じない。背電極５と振動膜３を支持する支持枠４とは別々にセラミックフレーム６に半田１５，１６で固定されているから、予め背電極５と支持枠４との間にギャップ形成膜２３で一定のギャップを設定した状態でセラミックフレーム６に半田付けすれば、そのギャップを維持することができる。特に、電鋳成形の性質上、ギャップ形成膜２３を予め形成しておくことにより、支持枠４と背電極５を一緒に成形すれば、背電極５と振動膜３との間のギャップGを一定に設定することは容易である。電鋳成形時の上記一定のギャップGを保った状態で支持枠４と背電極５をセラミックフレーム６に固定すれば、成形誤差の比較的大きなセラミックフレーム６でも、支持枠４と背電極５を単に半田等でセラミックフレーム６に固定するだけで、背電極５と支持枠４との相対位置を高い精度で維持させることが容易である。従って、上記コンデンサマイクロホン１によれば、背電極５と振動膜３とのギャップ寸法Ｇに高精度を保ったままストレイ容量の発生を抑制することができる。そして図４に例示された製造方法を用いることによってそのようなコンデンサマイクロホンを容易に得ることができる。

前記振動膜３を１次電着層２１によって形成し、前記支持枠４を前記振動膜上３の周縁に３次電着層によって形成することにより、振動膜３と支持枠４とを一体的に金属で成形することができる。金属振動膜３は高分子フィルムの振動膜より温度湿度に対する特性変化が小さく、感度並びに周波数特性の温湿度変化に安定なマイクロホンを実現することができる。

セラミックフレーム６は金属フレームのようにストレイ容量を構成することはないが、それ自体グランドシールドを行なうことはできない。この点において、セラミックフレーム６の外周に沿って並設された前記第１スルーホール１１がＥＭＩ対策のグランドシールド機能を果たすことができる。

図５には支持枠に高分子振動膜を接着固定した構造を持つコンデンサマイクロホンの製造工程が例示される。図５では、１次電着層２１により振動膜３を電鋳形成する工程の代わりに、母材２０の上に所定パターンのレジスト層（図示せず）を形成し、そのパターンからレジストが除去されている部分に、１次電着層３２による凸状のギャップ形成膜３３を形成する（Ｂ）。１次電着層３２は例えば支持枠や背電極と同様のニッケル又はニッケルコバルトから成る。１次電着層３２はその厚さ寸法によって振動膜３と背電極５との間隙寸法Ｇを規定する。例えば膜厚は１０μｍである。大きさは背電極５より僅かに大きくされる。この後、母材２０及び１次電着層３２の表面に所定パターンのレジスト層（図示せず）を形成し、そのパターンからレジストが除去されている部分に、２次電着層３４により、支持枠４及び背電極５を電着形成する（Ｃ）。その膜厚さは１００μｍ程度である。電着形成された支持枠４及び背電極５を母材２０上でそのままにした状態で、セラミックフレーム６の第１端子１３を支持枠４に、第２端子１４を背電極５に半田１５，１６で半田付けする（Ｄ）。セラミックフレーム６の寸法精度は低いが、母材２０の上で電鋳形成された振動膜３と背電極５との間隙寸法Ｇは製造段階の寸法精度を維持している。半田１５，１６が凝固すれば、支持枠４を母材２０から離脱させ、背電極５をギャップ形成膜３３から離脱させても（Ｅ）、支持枠４の下端面と背電極５の下端面との高低差は製造段階の寸法精度を維持している。この後、高分子から成る振動膜３をその張力に抗して支持枠４に接着固定する。

この場合も図４と同様に、セラミックフレーム６上に、間隙寸法を一定に保った振動膜３と背電極５を搭載することができる。そのために、従来のように、背電極と振動膜との間に絶縁性のスペーサ等が介在されず、また、背電極５と支持枠４との相対位置を高い精度で維持させることが容易であるから、背電極５と振動膜３とのギャップ寸法Ｇに高精度を保ったままストレイ容量の発生を抑制することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、電着層はニッケル又はニッケルコバルトに限定されず、ニッケルクロム等であっても良く、また、振動膜と支持枠を一体的に電鋳形成する場合であっても双方の金属は同一であることに限定されない。絶縁性フレームはセラミックに限定されず樹脂成形品等であってもよい。コンデンサはエレクトレット帯電を利用するものであってもよい。その場合には回路基板にチャージポンプ回路を実装する必要はない。また、絶縁性フレームの対応端子に支持枠と背電極を固定するのに半田を用いることに限定されず、溶接、ロー付け、導電性接着剤等、その他の手段を講ずることが可能である。

本発明に係るコンデンサマイクロホンの一例を示す断面図である。 コンデンサマイクロホンの分解斜視図である。 図３のコンデンサマイクロホンの組み立て斜視図である。 振動膜と支持枠を一体的に電鋳形成するようにしたコンデンサマイクロホンの主な製造工程を例示す断面図である。 振動膜を支持枠に接着固定するようにしたコンデンサマイクロホンの主な製造工程を例示す断面図である。

符号の説明

１ コンデンサマイクロホン
２ キャップ
３ 振動膜
４ 支持枠
５ 背電極
６ セラミックフレーム
７ 回路基板
１１ 第１スルーホール
１２ 第２スルーホール
１３ 第１端子
１４ 第２端子
１５，１６ 半田
１７ 回路素子
２０ 母材
２１ １次電着層
２２ ２次電着層
２３ 凸状のギャップ形成膜
２４ ３次電着層
３２ １次電着層
３３ 凸状のギャップ形成膜
３４ ２次電着層

Claims (6)

1. コンデンサを形成するための振動膜と背電極とを有するコンデンサマイクロホンであって、
   絶縁性フレームと、半田によって前記絶縁性フレームの第１端子に一端面が固定された支持枠とを有し、
   前記振動膜は、前記支持枠の他端面に張力に抗して支持され、
   前記背電極は、前記支持枠の枠内で一端面が前記絶縁性フレームの第２端子に固定され、
   前記背電極の他端面は前記支持枠の他端面に対して凹陥され、
   前記支持枠の他端面と背電極の他端面との間の距離の誤差は、前記絶縁性フレームと支持枠の一端面との間の距離の誤差及び前記絶縁性フレームと背電極の一端面との間の距離の誤差よりも小さくされ、
   前記支持枠及び背電極は電鋳によって形成されたコンデンサマイクロホン。
2. 前記振動膜と前記支持枠とは一体的に電鋳形成された請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
3. 前記絶縁性フレームは、前記第１端子に導通する複数の第１スルーホールと、前記第２端子に導通する複数の第２スルーホールとを有し、
   前記第１スルーホールは絶縁性フレームの外周に沿って並設され、前記第２スルーホールはその内側に配置される請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
4. コンデンサを形成するための振動膜と背電極とを有するコンデンサマイクロホンを製造する方法であって、
   母材の平面に第１の膜厚で第１電着層による凸状のギャップを形成する工程と、
   前記母材の上に第２の膜厚の第２電着層により枠状の支持枠を形成すると共に、前記凸状のギャップの上に前記支持枠から離隔して前記第２の膜厚の第２電着層により背電極を形成する工程と、
   絶縁性フレームの第１端子に前記支持枠を固定すると共に、前記絶縁性フレームの第２端子に前記背電極を固定する工程と、
   前記固定する工程を完了した後に、前記母材から前記支持枠を剥ぎ取ると共に、前記凸状のギャップから背電極を剥ぎ取る工程と、
   前記支持枠に振動膜をその張力に抗して支持する工程と、を含むコンデンサマイクロホンの製造方法。
5. コンデンサを形成するための振動膜と背電極とを有するコンデンサマイクロホンを製造する方法であって、
   母材の平面に第１の膜厚で１次電着層による振動膜を形成する工程と、
   前記１次電着層の表面に第２の膜厚で２次電着層による凸状のギャップを形成する工程と、
   前記振動膜の上に第３の膜厚の３次電着層により枠状の支持枠を形成すると共に、前記凸状のギャップの上に前記支持枠から離隔して前記第３の膜厚の３次電着層により背電極を形成する工程と、
   絶縁性フレームの第１端子に前記支持枠を固定すると共に、前記絶縁性フレームの第２端子に前記背電極を固定する工程と、
   前記固定する工程を完了した後に、前記母材から前記振動膜を剥ぎ取り、前記凸状のギャップを除去する工程と、を含むコンデンサマイクロホンの製造方法。
6. 前記１次電着層及び３次電着層はニッケルコバルト又はニッケルから成り、前記２次電着層は銅から成る請求項５記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。

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