JP2007228252A - コンデンサマイクロホンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロ処理後もダイヤフラムに形成したベントホールの径が変化しにくいことによるマイクロホン特性の安定化を図る。
【解決手段】ダイヤフラム３０にベントホール３１を形成した後に、このダイヤフラム３０に熱エージング処理（２６０℃で１〜２分）を施し、リフロ処理した後でもベントホール３１の径が変わらないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンの製造方法に係り、特にダイヤフラム（振動板）にエアリーク用として形成するベントホールの孔開け加工方法に関する。

コンデンサマイクロホンは、振動板（以下、ダイヤフラムと称する）に背極板を対向配置させてコンデンサ部を構成し、ダイヤフラムが振動することによって生じるコンデンサ部の静電容量の変化を電気信号に変換して出力するといった構成が一般的である。このようなマイクロホンは、音声すなわち空気の振動を受けるダイヤフラムを仕切りとして、このダイヤフラムの内側であるマイクロホンの内部が密閉された構造になると、次のような不具合が生じる。すなわち、外部の気圧である大気圧が変動した場合に、外部と内部との圧力差によってダイヤフラムに変位が生じて感度が変化し、設計通りの特性が発揮されなかったり、極端な場合にはダイヤフラムが破損する。

そこで、ダイヤフラムにエアリーク用の小さな孔（ベントホール）を空け、ダイヤフラムの内外の圧力差を緩和して上記不具合の発生を抑えることが行われている。このベントホールは、例えば所定の径の針をダイヤフラムに刺すなどの方法で形成される（特許文献１参照）。

特許第３４２５０１６号公報

コンデンサマイクロホンにおいては、組み立てた後に、導通させる部分を必要に応じて半田付けする場合があり、そのためには、組み立てたコンデンサマイクロホンをリフロ炉に入れて所定温度に加熱し、半田を溶融させてから、リフロ炉から取り出して半田付けするといった処理方法がある。このリフロ処理を施すと、ダイヤフラムも当然加熱されるため、エアリーク用として予め形成したベントホールの径が変化する場合があった。ベントホールの径は、周波数特性などのマイクロホン特性に影響することから、リフロ処理することによって初期設定通りのマイクロホン特性が得られなくなる可能性があり、さらに、リフロ処理後のベントホールの径も不安定であり、出荷後にマイクロホン特性が変化してしまうおそれもあった。

よって本発明は、リフロ処理後もダイヤフラムに形成したベントホールの径が変化しにくいことにより、安定したマイクロホン特性を得ることができるコンデンサマイクロホンの製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、ベントホールが形成されたダイヤフラムと、このダイヤフラムに対向配置された背極板とを含み、ダイヤフラムの振動を静電容量変化に変換するコンデンサ部と、このコンデンサ部で変換した静電容量変化を電気信号に変換するインピーダンス変換素子を含む回路基板と、コンデンサ部と回路基板とを電気的に接続する導通部とを備えたコンデンサマイクロホンを製造するにあたり、ダイヤフラムにベントホールを形成した後に、このダイヤフラムに熱エージング処理を施すことを特徴としている。

本発明によれば、ベントホールを形成したダイヤフラムを所定の温度および時間で加熱する熱エージング処理しているため、本発明のコンデンサマイクロホンを組み立てた後に上記リフロ処理を施した場合、それは少なくとも２回目の加熱になるので、ベントホールの径はほとんど変化することがない。このためリフロ処理後のベントホールの径は、リフロ処理前と変化なく、安定した値が保持される。その結果、安定したマイクロホン特性を得ることができる。

熱エージング処理は、ダイヤフラムの材質や、後のリフロ処理の温度などによって調整されるが、例えば、加熱温度：２００〜３００℃、加熱時間：１〜２分の条件が好適に採用される。また、ベントホールはダイヤフラムに針を刺すなどの方法で形成される。

本発明によれば、ベントホールを形成したダイヤフラムに熱エージング処理を施すことにより、組み立てたコンデンサマイクロホンをリフロ処理した後もベントホールの径が変化しにくく、その結果、安定したマイクロホン特性を得ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明を具体化した一実施形態を説明する。
図１は一実施形態に係るコンデンサマイクロホンの断面図であり、図２は分解斜視図である。これら図に示すように、このコンデンサマイクロホンは、薄型円筒状のケース１０を有しており、このケース１０内には、ダイヤフラムリング２０、ダイヤフラム３０、スペーサ４０、背極板５０、絶縁性ブッシュ６０および回路基板７０が、この順で上から重ねられ、さらに、導通リング８０が絶縁性ブッシュ６０の内側に配された状態に組み込まれている。

ケース１０は、天板部１１と周壁部１２とを有し、かつ、下方が開口する円筒状であり、天板部１１の中心には透孔１３が形成されている。ケース１０は、例えばアルミニウム等からなる金属板のプレス成形等によって成形されている。

ダイヤフラムリング２０、ダイヤフラム３０、スペーサ４０および背極板５０により、コンデンサ部Ｃが構成される。ダイヤフラムリング２０は、外径がケース１０の内径よりもやや小さい環状の板材であり、例えばリン青銅等からなる金属板のプレス成形等によって成形されている。ダイヤフラムリング２０は、ケース１０内に収容された状態では、その上面がケース１０の天板部１１の裏面に接触する。ダイヤフラム３０はダイヤフラムリング２０に固着され、両者は一体の部品：ダイヤフラムアセンブリ３０Ａとされる。

ダイヤフラム３０は、外径がダイヤフラムリング２０と同じであって、厚さ２〜４μｍ程度の薄い円盤である。ダイヤフラム３０はダイヤフラムリング２０の下面に外径を合わせて重ねられ、接着等の手段で固着されてダイヤフラムアセンブリ３０Ａを構成する。ダイヤフラムアセンブリ３０Ａは、ダイヤフラムリング２０が重ねられた外周部が拘束され、ダイヤフラム３０のダイヤフラムリング２０の内側部分が上下方向に撓んで弾性変形するようになされている。

ダイヤフラム３０は、厚さ２〜４μｍ程度の樹脂（例えばＰＰＳ：ポリフェルニンサルファイド製：耐熱温度２６０℃、融点２８５℃）フィルムの上面側（ダイヤフラムリング２０側）に、厚さ２００〜４００Å程度の金等からなる金属蒸着膜が形成されたものなどが用いられる。このダイヤフラム３０の中心には、当該コンデンサマイクロホンの内外の気圧を調整するためのベントホール３１が貫通形成されている。このベントホール３１は、例えば直径２５〜５０μｍ程度の針をダイヤフラムに刺すことにより形成され、したがってベントホール３１の径は２５〜５０μｍ程度とされる。

スペーサ４０は、外径および内径がダイヤフラムリング２０とほぼ同じ環状の薄板部材である。スペーサ４０は、ダイヤフラム３０と背極板５０との間に挟み込まれ、両者の間隔がこのスペーサ４０によって確保されるようになっている。

コンデンサ部Ｃを構成する上記ダイヤフラムアセンブリ（ダイヤフラムリング２０とダイヤフラム３０）３０Ａおよびスペーサ４０の外径は、概ね同じであってケース１０の内径とほぼ同じサイズに設定されている。そして、同じくコンデンサ部Ｃを構成する背極板５０の外径は、ダイヤフラムリング２０、ダイヤフラム３０およびスペーサ４０の外径よりも小さく設定されている。

その背極板５０は、図１に示すように、ダイヤフラム３０よりも厚い円盤状の金属板（例えばステンレス鋼板製）５１の上面に、エレクトレット層５２が形成されてなるものである。エレクトレット層５２は、厚さ２５μｍ程度のＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）フィルムを金属板５１の上面に熱溶着することにより形成されている。エレクトレット層５２にはコロナ放電等によって分極処理が施され、これによって所定の表面電位（例えば−３６０Ｖ程度）が付与されている。

金属板５１の中心の周囲であって、ダイヤフラム３０に対向する領域には、エレクトレット層５２で覆われない複数（この場合４つ）の貫通孔５３が、周方向に等間隔をおいて形成されている。これら貫通孔５３は、基板７０（厳密には後述する基板本体７１）と導電リング８０と背極板５０とにより囲まれた空間である背気室に連通されている。これにより、ダイヤフラム３０の背面の音響空間を確保することができ、音響抵抗を低減することができる。

絶縁性ブッシュ６０は、ケース１０の内径とほぼ同じ外径を有する円筒状部材であって、図１に示すように、両端の開口の内周側には、同じサイズの環状の段部６１が形成されている。これら段部６１の内径は背極板５０の外径とほぼ同じで、段部６１の軸方向長さは背極板５０の厚さと同じか、やや小さいサイズに設定されている。この絶縁性ブッシュ６０は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：耐熱温度２６０℃、融点３２０℃）等の絶縁性合成樹脂や、エラストマ等によって形成されている。

上記絶縁性ブッシュ６０の内側に、導通リング（導通部）８０が配される。この導通リング８０は、金属製（例えばステンレス鋼製）の薄型円筒状部材であって、その外径は絶縁性ブッシュ６０の内径とほぼ同じであり、高さは絶縁性ブッシュ６０と同程度とされている。導通リング８０は、絶縁性ブッシュ６０の内側に、外周面が絶縁性ブッシュ６０の内周面に接触する状態に嵌め込まれる。

回路基板７０は、ケース１０の内径とほぼ同じサイズの外径を有する円盤状の基板本体７１の上面にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）チップ７２が実装されてなるもので、基板本体７１の両面には、図示せぬ各種導電パターンが形成されている。ＦＥＴチップ７２は、ダイヤフラム３０と背極板５０との間の静電容量すなわちコンデンサ部Ｃの静電容量の変化を電気信号に変換するインピーダンス変換素子であり、回路基板７０の上面の導電パターン上に実装されている。基板本体７１には、導電パターンに接続される複数の図示せぬ端子ピンが実装される。端子ピンは検出信号出力用やアース用であって、所定の導電パターンに導通されている。

ＦＥＴチップ７２や端子ピンを基板本体７１に実装させる手段としては、当該コンデンサマイクロホンを組み立てた後に、リフロ処理によって半田付けする方法が挙げられる。リフロ処理は、半田付け部分にリフロ処理に適した半田材料を付着させてから、コンデンサマイクロホンを組み立て、この後、コンデンサマイクロホンをリフロ炉に入れて所定温度に加熱し、半田を溶融させてからリフロ炉から取り出すといった手順でなされる。

以上が本実施形態のコンデンサマイクロホンを構成する各部品であり、当該コンデンサマイクロホンは、ケース１０を引っ繰り返して天板部１１を下にし、上に向いた開口から、ケース１０内に、ダイヤフラム３０が固着されたダイヤフラムリング２０、スペーサ４０、背極板５０、絶縁性ブッシュ６０を、この順で挿入し、さらに、絶縁性ブッシュ６０内に導通リング８０を嵌め込み、最後に回路基板７０をケース１０内に挿入し、この後、ケース１０の開口端部全周を内側に折り曲げて回路基板７０の底面にカシメることにより、組み立てられる。組み立て後に、上記リフロ処理を施す場合には、予め半田付け部分に所定の半田材料を付着しておく。

この組立状態で、ケース１０の天板部１１とカシメ部１４との間に、上記のようにしてケース１０内に積層して収容された各部品がある程度の圧縮力を受けて挟み込まれ、積層された状態が保持されている。ダイヤフラムリング２０の上面はケース１０の内面に接触しており、アース端子ピンは、回路基板７０の下面の導電パターンからケース１０、ダイヤフラムリング２０を介してダイヤフラム３０に導通されている。

また、背極板５０は、周縁部が絶縁性ブッシュ６０の上側の段部６１に嵌め込まれ、この段部６１および導通リング８０と、スペーサ４０との間にその周縁部が挟まれて保持されている。背極板５０の上側には、スペーサ４０によってダイヤフラム３０との間に空間が確保されており、また、背極板５０の下側は回路基板７０までの間にやはり空間が確保されている。背極板５０の上下の空間は貫通孔５３によって連通しており、これによって背極板５０の背圧調整がなされるようになっている。

本実施形態のコンデンサマイクロホンによれば、ダイヤフラム３０が振動すると背極板５０のエレクトレット層５２との間の間隔が変化し、この変化によって、予めエレクトレット層５２に付与されていた表面電位による静電容量が変化する。そして、静電容量の変化は導通リング８０、回路基板７０を介してＦＥＴチップ７２に伝わり、このＦＥＴチップ７２で電気信号に変換され、その電気信号が振動すなわち音声の検出信号として出力端子ピンから外部に出力される。

さて、本実施形態のコンデンサマイクロホンにおいては、ダイヤフラムアセンブリ３０Ａを所定温度で所定時間かけて加熱することにより、ダイヤフラム３０に熱エージング処理を施している。熱エージング処理は、ダイヤフラム３０にベントホール３１を形成した後に行われる。ちなみにベントホール３１は、ダイヤフラムリング２０にダイヤフラム３０を接着してダイヤフラムアセンブリ３０Ａを構成する前か、あるいはダイヤフラムアセンブリ３０Ａを構成した後のいずれのタイミングで形成してもよいが、後者の方が一般的である。熱エージング処理の条件は、ダイヤフラム３０の材質やリフロ処理の温度などを鑑みて決定されるが、例えば加熱温度は２６０℃、加熱時間は１〜２分程度とされる。また、熱エージング処理の回数は任意である。特にダイヤフラム３０に耐熱温度２６０℃のＰＰＳを使用した場合、その耐熱温度付近（±１０℃）であって、かつ融点以下で加熱する熱エージング処理が効果的である。

ダイヤフラム３０に１回の熱エージング処理を施すことより、コンデンサマイクロホンを組み立てた後に上記リフロ処理を施した場合、それは２回目の加熱になるので、ベントホール３１の径はほとんど変化することがない。すなわち、はじめに熱エージング処理を施すことにより、ベントホール３１の径の変化は熱エージング処理を行った時点で起こりにくくなっており、したがってリフロ処理時に加熱されてもベントホール３１の径は変化しにくい。このため、ベントホール３１の径はリフロ処理後も変化せずに安定した状態が保持される。ベントホール３１の径が変化することは、感度や周波数の変化につながってマイクロホン特性が不安定になるが、本実施形態ではダイヤフラム３０を熱エージング処理することによってベントホール３１の径の変化が発生することを抑えているので、その結果マイクロホン特性が安定したものとなる。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
図１および図２に示したものと同一構成のコンデンサマイクロホンを製造するにあたり、ダイヤフラムをダイヤフラムリングに固着してから、ダイヤフラムの中心に直径２５μｍの針を刺してベントホールを形成し、ダイヤフラムアセンブリを得た。次いで、このダイヤフラムアセンブリを２６０℃で１〜２分加熱して熱エージング処理を１回施した。次に、このダイヤフラムアセンブリを用いてコンデンサマイクロホンを組み立てた。
（比較例）
ダイヤフラムへの熱エージング処理を省略した以外は、実施例と同様にしてコンデンサマイクロホンを製造した。

製造した実施例および比較例のコンデンサマイクロホンの周波数特性変化を、製造後の初期のままのものと、リフロ処理を想定した加熱処理後（リフロ炉通過後）のものについて、それぞれ調べた。リフロ炉での加熱は、加熱温度：２６０℃、加熱時間：１〜２分とした。周波数特性変化は、試料となるマイクロホンに１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの９４ｄｂ音圧入力を印加してマイクロホンの出力を測定することにより求めた。その測定はリフロ炉での加熱処理前、加熱処理後の２回行い、リフロ炉での加熱前後のマイクロホン特性の変化を確認した。

表１および表２は、実施例および比較例の周波数測定結果であり、図３および図４は、それらを線図化したものである。これらの測定結果の相対感度の変化量をみると、予め熱エージング処理を施したダイヤフラムアセンブリを組み込んだマイクロホン（実施例）は、熱エージング処理を施していないダイヤフラムアセンブリを組み込んだマイクロホン（比較例）よりもΔ１００Ｈｚ相対感度の変化量が少なかった。ベントホールの径が大きく変化するとΔ１００Ｈｚ程度は感度が下がることが知られており、したがって比較例のものはベントホールの径が変化していることが推測される。これに対し、実施例のものは予め施した熱エージング処理によりベントホールの径が安定し、マイクロホンに組み立てた後にリフロ炉で加熱処理しても、ベントホールの径に変化がないことが判る。

本発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホンの断面図である。 一実施形態のコンデンサマイクロホンの分解斜視図である。 本発明のコンデンサマイクロホンの実施例の周波数特性を示す線図である。 コンデンサマイクロホンの比較例の周波数特性を示す線図である。

符号の説明

３０…ダイヤフラム
３１…ベントホール
５０…背極板
７２…ＦＥＴチップ（インピーダンス変換素子）
７０…回路基板
８０…導通リング（導通部）
Ｃ…コンデンサ部

Claims (3)

1. ベントホールが形成されたダイヤフラムと、このダイヤフラムに対向配置された背極板とを含み、ダイヤフラムの振動を静電容量変化に変換するコンデンサ部と、
   このコンデンサ部で変換した静電容量変化を電気信号に変換するインピーダンス変換素子を含む回路基板と、
   前記コンデンサ部と前記回路基板とを電気的に接続する導通部とを備えたコンデンサマイクロホンを製造するにあたり、
   前記ダイヤフラムに前記ベントホールを形成した後に、このダイヤフラムに熱エージング処理を施すことを特徴とするコンデンサマイクロホンの製造方法。
2. 前記熱エージング処理が、加熱温度：２００〜３００℃、加熱時間：１〜２分であ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の製造方法。
3. 前記ダイヤフラムに針を刺して前記ベントホールを形成することを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。

Images