JP2007295308A - エレクトレットコンデンサマイクロホンの製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のＥＣＭに用いられるフッ素含有樹脂体を用いた検出電極基板は耐熱性に問題があり、装置に実装する場合に高温実装を行なうと着電した電荷の減衰が激しく、エレメントとしての性能が維持できなくなるため、リフロー実装が出来ないという問題がある。
【解決手段】検出電極上にエレクトレット層を形成した振動検出手段を有するＥＣＭの製造方法において、フッ素含有樹脂体の表面を湿式または乾式の化学エッチングで処理する表面処理工程と、前記表面処理されたフッ素含有樹脂体と接合剤とを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを作成する一体化工程と、前記接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と、形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程とを有する製造方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は耐熱性に優れたエレクトレットコンデンサマイクロホンの製造方法に関する。

従来より帯電樹脂体を利用した電気製品としてエレクトレットコンデンサマイクロホンが知られている。
従来のエレクトレットコンデンサマイクロホン（以下ＥＣＭと略記する）は、例えば特開２００２−３４５０８７号公報に開示されている如く、帯電樹脂体であるエレクトレット層の形成には検出電極である金属製の背面基板上に樹脂層を形成し、この樹脂層に帯電処理を行なうことによりエレクトレット層を形成する方式（図３参照）や、樹脂製またはセラミック製の背面基板上に背面電極を膜形成し（図１参照）、この背面電極上に前記エレクトレット層を形成する方式が行われている。そして、前記背面基板を振動膜ユニット、スペーサ、外部接続電極を有する回路基板等と積層して一体化することによりＥＣＭを完成させている。

そして、上記構成を有するＥＣＭは、前記民生用機器等に実装される場合、他の電気エレメントが実装されている回路基板に半田付け等の手段によって組みつけられる事になるが、従来のＥＣＭはエレクトレット層を構成する帯電樹脂体の耐熱性が良くないため、リフロー装置による実装が出来ないという欠点がある。
すなわち、市場ニーズとしては実装コストの面からリフロー装置による半田実装が求められているが、このリフロー装置による半田実装は１６０℃〜１8０℃で約１００秒間、その後２５０℃で約１０秒間リフローされるため、この高温条件によって前記ＥＣＭのエレクトレット層に着電されている電荷が減衰することで、マイクロホンとしての性能が維持できなくなるという問題がある。

上記帯電樹脂体の欠点である耐熱性の問題を解決する方式として従来よりいくつかの提案が成されている。例えば特表２００１−５１８２４６号公報に開示されているＥＣＭは着電手段として耐熱性に問題のある有機質の帯電樹脂体に代えて無機質のシリコンを用いた半導体マイクロホンを構成している。しかしこの半導体マイクロホンは耐熱性の問題が無くリフロー装置による実装を可能としているが、反面コストアップになるという問題がある。

また、特開２０００−３２５９６号公報には従来の有機質の帯電樹脂体を改良して、リフロー装置による半田実装を可能としたＥＣＭが開示されている。すなわち特開２０００−３２５９６号公報には、エレクトレット層を構成するための樹脂体を金属板に融着した背面基板を、着電前に約２００℃で１〜６時間程度の高温アニールを施し、その後着電して耐熱性の高いＥＣＭを構成するものである。

また特開２００５−１９１４６７号公報には鉛フリー半田による高温半田実装に耐える、エレクトレット電極の製造方法として、耐熱性を有するエレクトレット用樹脂材料であるポリテトラフルオロエチレン（以後ＰＴＦＥと略記する）のフィルムを金属板の上に、順次熱融着して２層以上のエレクトレット層を積層形成する方法が記載されている。この製造方法は金属板とＰＴＦＥフィルムとの密着力の悪さを改善するため、第１層目のＰＴＦＥフィルムを３７０〜３９０℃の高温で熱融着し、その熱融着された第１層目のＰＴＦＥフィルムの上に第２層目のＰＴＦＥフィルムを、前記第１層目の融着温度より低温の３３０〜3５０℃で熱融着するものである。

また上記特開２００５−１９１４６７号公報にはＰＴＦＥが他の樹脂に比較して耐熱性及び優れた電荷特性を有することや、その表面状態が不活性で金属電極への密着性が悪いことや、その密着性を高めるための色々な提案がなされていることが記載されている。そしてその密着性を高める方法の１つとして金属板とＰＴＦＥフィルムの間に熱可塑性樹脂の接着層を設けることが記載されているが、段落[０００９]に「この接着層を設けることは固定電極としての所望の特性が得られず、また帯電特性が劣化する」との記載がある。このことは特開２００５−１９１４６７号公報の実施技術が金属電極の切断加工を前提としているため、金属板に熱可塑性樹脂の接着層を介してＰＴＦＥフィルムを接着した後に電極形状に合わせてプレス抜き加工を行なうと、前記接着層がプレス抜き加工の衝撃力によって変形歪を生じ、エレクトレット層であるＰＴＦＥフィルムの特性に悪影響が生じるものと思われる。

また近年、上記ＰＴＦＥフィルム等のフッ素含有樹脂体がその耐熱性及び耐湿性に優れていることに着目されて防湿シ−ル材としての需要が高まっており、その密着性の悪さを改善するために表面を液体アンモニア中でアルカリ性金属アミドで表面処理をおこなって活性化させたものに、接合剤としての粘着材を一体化した粘着材付きフッ素含有樹脂体フィルムが市販されている。この粘着材付きフッ素含有樹脂体フィルムは高温や高湿等の条件の悪い環境下でのテープ材として利用されている。

特開２００２−３４５０８７号公報 特表２００１−５１８２４６号公報 特開２０００−３２５９６号公報 特開２００５−１９１４６７号公報

前記エレクトレット層として帯電樹脂体を用いて、市場ニーズであるリフロー実装が可能なＥＣＭの開発を目的として前記背景技術を検討した。前記特開２００２−３４５０８７号公報の図３の構成や特開２０００−３２５９６号公報の構成、及び特開２００５−１９１４６７号公報の構成は、何れも金属板の表面にエレクトレット材シートを熱融着によって固着し、このエレクトレット材シートを固着した金属板をプレス加工により打ち抜いて電極形状の背面電極を構成している。しかしこのプレス加工により打ち抜いて構成した背面電極には次のような欠点がある。

すなわち電極となる金属板にエレクトレット材シートを熱融着によって直接貼り付けているため、着電処理後に大きな温度変化があると前記金属板の熱膨張の影響がエレクトレット材シートに影響し、エレクトレット材シートが分子運動する事によって着電された電荷が失われることになる。
また形状加工を行なうためのプレス加工等の金属切断加工において、固着されているエレクトレット材シートに内部歪は発生し、帯電状態が不安定になって電荷が減衰することの原因となる。

また、特開２００２−３４５０８７号公報の図１には樹脂製またはセラミック製の背面基板上に背面電極を膜形成し、この背面電極上に前記エレクトレット層を形成する構成が開示されているが、これに関しては段落[００１９]に「さらに背極４の上面にエレクトレット層５が膜形成されている」との記載があるのみで、なんらエレクトレット層を膜形成する方法等の具体的説明がなく、単に構成を述べたものにすぎない。

さらに、耐熱性を高めて電荷の減衰を改善する方法にしても、特開２０００−３２５９６号公報に開示されている技術は基本的に樹脂に対するアニーリング技術であるため、高温下に長時間放置する必要があり、製造時間が長くなる欠点に加えて、時間管理や温度管理の変化にともなう製品の安定性にも問題がある。
また、特開２００５−１９１４６７号公報に開示されている技術は、金属板の上面に少なくとも２層以上のエレクトレット材シートを熱融着する必要があり、融着温度を異ならせての複数回の熱融着工程は生産性が悪く、最終的には機械加工による金属板の切断加工を必要とするものである。

そこで本発明者はリフロー実装が可能な耐熱性に優れたＥＣＭを、生産性を低下させることなく製造する方法を検討した結果、前述の市販されている液体アンモニア中でアルカリ性金属アミドで表面処理をおこなった粘着材付きフッ素含有樹脂体フィルムに着目した。すなわちこの粘着材付きフッ素含有樹脂体フィルムを用いるとともに、ＥＣＭの製造工程を改善することによって、前記表面処理をおこなった粘着材付きフッ素含有樹脂体フィルムの有する優れた帯電特性を最大限に生かしたＥＣＭの製造を可能にした。

本発明の目的は、製造が容易でかつ耐熱性に優れ、従来困難とされていたリフロー実装等の高温に対応可能なＥＣＭの製造方法を提供することであり、特に大型基板を用いて大量生産が可能なＥＣＭの製造方法を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の趣旨は、検出電極上にエレクトレット層を形成した振動検出手段を有するエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法において、フッ素含有樹脂体の表面を湿式または乾式の化学エッチングで処理する表面処理工程と、前記表面処理されたフッ素含有樹脂体と接合剤とを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを作成する一体化工程と、前記接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と、形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程とを有することを特徴とする。

検出電極上にエレクトレット層を形成した振動検出手段を有するエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法において、湿式または乾式の化学エッチングで表面処理されたフッ素含有樹脂体と接合剤とを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と、形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程とを有することを特徴とする。

大型基板に複数の電気回路を配設した集合回路基板と、大型基板に複数のエレクトレット層を配設した集合検出電極基板と、大型基板に複数の振動膜ユニットを配設した集合振動ユニットとを重ねて接着した集合積層体を、切断分離して単個の製品とするエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法であって、前記集合検出電極基板の製造方法は前記大型基板面に複数の検出電極を形成する検出電極形成工程と、湿式または乾式の化学エッチングで表面処理を行なった大判のフッ素含有樹脂体シートと大判の接合剤シートとを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と、形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記複数の検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程を有することを特徴とする。

前記フッ素含有樹脂体がポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体のいずれか１つであることを特徴とする。

前記フッ素含有樹脂体の化学エッチング処理がアルカリ性金属イオンを含む溶液による湿式の化学エッチング処理であり、前記アルカリ性金属がリチウム、ナトリウム、カリウムの何れか１つであり、前記アルカリ性金属イオンを含む溶液がアンモニア、或いはナフタレン、フェナンスレンを含有する溶液の何れか１つを含む溶液であることを特徴とする。

前記接合剤が高分子量を含む有機系粘着材、好ましくはアクリル系又はシリコーン系粘着剤であり、その加熱処理工程の加熱処理条件が、１８０℃〜２5０℃、好ましくは２１０℃〜２３５℃であることを特徴とする。

すなわち本発明によれば、簡単な製造工程の変更によって高温処理に耐えるフッ素樹脂体を提供できるため、有機質のエレクトレット材を用いて市場ニーズであるリフロー実装が可能なＥＣＭを実現することが出来る。また、大型基板による生産性に優れた製造が可能になる効果を有する。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1は本発明のフッ素樹脂体を用いたＥＣＭの製造方法を示す工程図であり、接合剤として粘着剤シートを使用した背面電極構造のＥＣＭについて説明する。図１において工程Ｊ１はシート状のフッ素含有樹脂体の表面処理工程であり、フッ素含有樹脂体材料としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体（ＰＦＡ）等がある。

また、このフッ素含有樹脂体の表面を活性化するための処理方法としては湿式の化学エッチング方式を採用しており、その方法としては以下のようなものがある。
（１）ナトリウムーナフタレン錯化合物を用いる方法。
ナトリウム（Ｎａ）とナフタレン（Ｃ_１０Ｈ_８）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の中で反応させることで合成する。
この溶液にフッ素含有樹脂体を約15分間、室温で浸漬後した後、十分に水洗いして乾燥させる。
（２）ナトリウムと液体アンモニアを用いる方法。
ナトリウム（Ｎａ）を液化させたアンモニア（アンモニア液）の中で溶解させることで合成させる。
この溶液にフッ素含有樹脂体を１〜５秒間、室温で浸漬後した後、十分に水洗いして乾燥させる。

上記（１）（２）の方法は何れも有効であり、この表面処理を行なったＰＴＦＥをエポキシ樹脂の接着剤で金属等に接着した場合の接着強度は（１）の方が大きいが、（２）の方は少し接着強度は劣るものの処理時間が極めて短くなるというメリットがあり、使用目的によって使い分けることが出来る。
なお、本実施形態においては液体アンモニア中で合成したアルカリ金属アミドを用いて表面処理を行なうことにより接着性及び帯電保持性に優れたフッ素含有樹脂体を得ることができた。

工程Ｊ２は一体化工程であり、前記工程Ｊ１で表面処理されたフッ素含有樹脂体シートに接合剤である粘着剤シートを接着して一体化された粘着剤付きフッ素含有樹脂体シートを作成する。

工程Ｊ３は形状加工工程であり、前記工程Ｊ２で作成された粘着剤付きフッ素含有樹脂体シートをＥＣＭの検出電極である背面電極の形状に合わせて、薄刃のパンチ等により抜き加工を行なって背面電極形状の粘着剤付きフッ素含有樹脂体を作成する。

工程Ｊ４はエレクトレット層形成工程であり、前記工程Ｊ３で作成された背面電極形状の粘着剤付きフッ素含有樹脂体をＥＣＭの背面電極に接着してエレクトレット層を形成した背面電極を完成させる。なおこの粘着剤としては高分子量を含む有機系粘着剤が良く、好ましくはアクリル系又はシリコーン系粘着剤が良い。

工程Ｊ５は加熱処理工程であり、前記工程Ｊ４で作成されたエレクトレット層を形成した背面電極を熱処理炉の中にいれて加熱することにより、粘着剤を硬化させてフッ素含有樹脂体と背面電極とを確りと固着させる。その加熱処理条件としては高分子量を含む有機系粘着剤を用いた場合は１８０℃〜２5０℃、好ましくは２１０℃〜２３５℃で行なうことが望ましい。

工程Ｊ６は着電処理工程であり、前記工程Ｊ５で作成されたエレクトレット層を固着した背面電極を着電装置にセットして着電することにより背面電極基板が完成する。

次に図２〜図４により本発明の第１実施形態である背面電極基板の製造工程を説明する。
図２は図１における工程Ｊ１、Ｊ２によって作成された粘着剤付きフッ素含有樹脂体の断面図であり、図２において１は粘着剤付きフッ素含有樹脂体、２はフッ素含有樹脂体であり本実施形態においては厚さ３０〜８０μｍのＰＴＦＥシートを用いている（以後ＰＴＦＥと略記する）。３は粘着剤シートであり厚さ５〜１０μｍのアクリル系粘着剤を使用し、片側の面に保護シート３ａが被着されている。

次に上記粘着剤付きフッ素含有樹脂体１の製造工程を説明する。すなわち前記ＰＴＦＥシート２は図１の工程Ｊ１により液体アンモニア中で合成したアルカリ金属アミドによって表面処理することによって表面が活性化されている。次に工程Ｊ２により、この活性化された面に保護シート付きの粘着剤シート３を接着して一体化した粘着剤付きフッ素含有樹脂体１を形成する。

図３は粘着剤付きフッ素含有樹脂体１の抜き加工状態を示す断面図であり、工程Ｊ３の形状加工工程を説明するためのものである。すなわち後述の背面電極の形状に合わせた丸形状を有する細刃の抜き型２００によって、粘着剤付きフッ素含有樹脂体１のシートから抜き加工を行なって形状加工された単個の粘着剤付きフッ素含有樹脂体１ａを作成する。

図４は背面電極基板の断面図であり、工程Ｊ４〜Ｊ６を説明するためのものである。
図４において１０は完成された背面電極基板であり、工程Ｊ４によって絶縁基板１０ａの上に形成された背面電極４の上面に、前記単個の粘着剤付きフッ素含有樹脂体１ａを保護シート３ａを剥がした状態で貼り付ける。この結果背面電極４の上面に粘着剤シート３を介してＰＴＦＥ２が接着される。次に工程Ｊ５によって背面電極基板１０を高温炉に投入し、温度条件を２１０℃〜２３５℃に順次変化させて加熱処理することにより、アクリル系の粘着剤シート３が硬化して背面電極４とＰＴＦＥ２を確りと固着する。

次に工程Ｊ６によって背面電極基板１０を着電装置にセットして、−２００Ｖの電圧条件で着電することにより背面電極基板１０が完成する。この結果ＰＴＦＥ２は−２００Ｖに着電されたエレクトレット層２ａとなる。そして、この背面電極基板１０は液体アンモニア中で合成したアルカリ金属アミドを用いて表面活性化処理されたＰＴＦＥ２を有機材の粘着剤３を介して背面電極４に固着する事によって、後述する如く極めて帯電保持性に優れた特性を有するものとなっている。

すなわち本願発明のごとく粘着剤と表面活性化処理されたＰＴＦＥとを接着した状態で加熱処理を行なうと、前記加熱処理によって粘着剤が固形化することによりＰＴＦＥと基板との密着力が強くなる。この結果ＰＴＦＥの分子運動が起こり難くなって表面電荷の帯電保持特性が良くなるものと思われる。すなわちＰＴＦＥの分子運動が抑制されると、静的状態が維持されて表面電荷を放出させるエネルギーが小さくなるため帯電保持特性が向上するものと考えられる。

また、前記ＰＴＦＥは表面活性化処理によって共役二重結合が形成されると考えられ、この共役二重結合はフッ素樹脂と結合しているので、表面電荷であるマイナス電荷を安定化させる機能を有しており、この結果として帯電保持特性が向上するものと考えられる。
すなわち、本発明では粘着剤の固形化による分子運動の起り難さとＰＴＦＥの共役二重結合によるマイナス電荷の安定化の相乗効果により表面電荷であるマイナス電荷が非常に安定なエネルギー状態、即ち深い量子井戸に存在するものと考えられ、結果的に電荷保持性能が向上するものと考えられる。

次に本願発明の粘着剤付きＰＴＦＥにおける粘着剤の固形化による電荷残存率の効果を説明する。
図５は本願発明の粘着剤付きＰＴＦＥを背面電極に固着したものと、ＰＴＦＥ単体を融着によって背面電極に固着したものとを図１の各工程で背面電極基板に構成したサンプルを２５０℃のホットプレートに乗せ、経過時間毎に表面電位を測定し、その電位の減少値から電荷残存率を算出した耐熱特性を示すグラフであり、この電荷残存率によって粘着剤接着の効果を判定したものである。尚経過時間としてはリフロー時に高温に晒される２〜３分を顧慮して、１〜５分までは１分間隔とし、さらに厳しい条件として１０分経過時の電荷残存率を測定した。

図５に示す資料記号Ｎ１は粘着剤付きＰＴＦＥ、資料記号Ｎ２は粘着剤を接着していない単体のＰＴＦＥのデータを示すもので、資料記号Ｎ２の電荷残存率が１分後に８０％、２分後に７０％、５分後に４５％、１０分後には２０％まで低下しているのに対し、本願発明の資料記号Ｎ１は５分後で８０％、１０分経過後でも６５％の電荷残存率を有しており、粘着剤接着による電荷残存効果は明らかである。

次に前記粘着剤付きＰＴＦＥにおける、粘着剤の違いによる形状保持効果に付いて説明する。図６、図７は前記図４に示す背面電極基板１０の平面と断面を示すもので、（ａ）は前記図１のＪ４工程における粘着剤付きＰＴＦＥの状態、（ｂ）は前記図１のＪ５工程における加熱処理を行なった後の状態を示す。また図６は粘着剤３としてアクリル系粘着剤を使用したもの、図７は粘着剤３としてゴム系粘着剤を使用したものである。

図6に示す粘着剤３としてアクリル系粘着剤を使用したものでは、（ａ）の加熱処理前の状態に対して（ｂ）の加熱処理後の状態がほとんど形状変化が無く、ＰＴＦＥ２の円形が保たれているのに対し、図７に示す粘着剤３としてゴム系粘着剤を使用したものでは、（ａ）の加熱処理前の状態に対して（ｂ）の加熱処理後の状態では粘着剤３が極端に収縮していまい、この結果ＰＴＦＥ２の円形が楕円形に変形し、形状維持ができなかた。

前記図６示す粘着剤３としてアクリル系粘着剤を使用したものでは、加熱処理後の形状変化がほとんど無くて形状維持効果が高いため、前述の粘着剤３におけるＰＴＦＥ２の分子運動を抑制する効果が大きく、電荷残存率の高い背面電極基板１０が得られるのに対し、図７に示す粘着剤３としてゴム系粘着剤を使用したものでは、加熱処理後の形状維持効果が低いため、前述の粘着剤３におけるＰＴＦＥ２の分子運動を抑制する効果が少なく、電荷残存率の高い背面電極基板１０が得られないことがわかる。
また、粘着剤３としてシリコーン系粘着剤を使用した場合にもアクリル系粘着剤を使用した場合と同様な形状維持効果が得られることがわかった。

次に本願発明の粘着剤付きＰＴＦＥを用いた背極電極基板１０と、市場に出回っている背極電極基板とのリフローに対する電荷保持特性の比較をおこなった。
図８は各背極電極基板のリフローに対する電荷量の減衰を示す電荷保持特性のグラフであり、横軸はリフローの繰り返し回数、縦軸はその時の電荷量を示す。すなわち各背面電極基板を初期条件としてー３００Ｖの電荷量に帯電したものを、１６０℃〜１8０℃で約１００秒間、その後２５０℃で約１０秒間リフロー炉に投入し後に電荷量を測定したものであり、これを５回繰り返したデータである。

サンプルとしては、Ｍ１は本願発明の粘着剤付きＰＴＦＥを用いた背面電極基板１０、Ｍ２，Ｍ３は市場に出回っているエレクトレットコンデンサマイクロフホンの背面電極基板であり、Ｍ１と同様のＰＴＦＥを用いたラミネート板構成のものであるが、特にＭ２は耐熱型の背面電極基板とされているものである。またＭ４は比較のために示したＦＥＰラミネート板を用いた非耐熱型の背面電極基板である。

比較の結果をみると、ＰＴＦＥをエレクトレット層とするサンプルＭ１、Ｍ２、Ｍ３は初期値の−３００Ｖからリフローによって少しずつ減衰し、−２００Ｖ付近で安定しているのに対し、ＦＥＰをエレクトレット層とするサンプルＭ４は1回目のリフローで帯電していた電荷量がほとんど失われてしまう事がわかる。
すなわち、ＰＴＦＥをエレクトレット層とする各サンプルは基本的にＰＴＦＥが耐熱性を有するためにリフローに耐え得る性能を有するが、本願発明の粘着剤付きＰＴＦＥを用いた背面電極基板１０は一般のＰＴＦＥラミネート板構成の背面電極基板Ｍ３よりは高い電荷保持特性を有し、また耐熱型の背面電極基板とされているＭ２と比較しても近い特性を有する事がわかる。

このことは、本願発明の背面電極基板１０は、表面活性化処理されたＰＴＦＥシートを粘着剤と一体化したものを、予め抜き加工によって背面電極形状の粘着剤付きフッ素含有樹脂体とし、これを背面電極に接着して熱処理するという簡単な製造方法にも関わらず、特別に耐熱処理を行なった耐熱型の背面電極基板Ｍ２と同等の耐熱特性を達成するものである。

次に本発明の第２の実施形態として、前記背面電極基板１０を使用した製品であるエレクトレットコンデンサマイクロフホン（以下ＥＣＭと略記する）について記載する。図９は本発明の背面電極基板１０を振動検出手段とするＥＣＭの断面図、図１０は図９に示すＥＣＭを構成する各エレメントの分解斜視図である。

図９において２０は回路基板であり、該回路基板２０は絶縁基板２０ａにより構成され、接続や出力のための電極２０ｂが膜形成されるとともに電子部品である集積回路１１が実装されている。３０は背面電極基板であり、図４に示す背面電極基板１０に相当するものである。該背面電極基板３０は絶縁基板３０ａの上面側に導電膜による背面電極４が形成され、該背面電極４の上面に図１の工程Ｊ３で形状加工されたＰＴＦＥ２が固着されてエレクトレット層２ａを構成しており、さらに絶縁基板３０ａを貫通する貫通孔１５が設けられている。６はスペーサであり開孔６ａを有する。７は振動膜ユニットであり、該振動膜ユニット７は振動膜支持枠８の下面側に導電性の振動膜９が固着されることにより一体化されている。

上記各エレメントは図１０に示す如く、前記回路基板２０、背面電極基板３０、スペーサ６、振動膜ユニット７を、各々接着材を介して積層し、その外周に電気的接続とシールドを兼ねた金属ケース１７を被覆することにより、ＥＣＭ１００が完成する。そして、この完成されたＥＣＭ１００は携帯電話等の装置に実装されることになるが、前記装置内のマザーボードに形成された配線電極に対して、前記ＥＣＭ１００の出力電極２０ｂを半田接続する場合、リフロー装置による１６０℃〜１8０℃で約１００秒間、その後２５０℃で約１０秒間の高温処理を行っても、粘着剤付きＰＴＦＥであるエレクトレット層２ａの着電状態の劣化が小さく問題とはならない。

上記構成を有するＥＣＭ１００の動作は、表面に導電膜を有する振動膜９と、表面にエレクトレット層２ａが形成された背面電極４とがスペーサ６を挟んでコンデンサを形成することによって振動検出手段を構成している。そして前記金属ケース１７の開口１７ａより流入する空気の振動により前記振動膜９が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が各接続電極（図示は省略）を介して回路基板２０に導かれ、集積回路１１で処理された後に回路基板２０の裏面に設けられた出力電極２０ｂより出力される。そして前記貫通孔１５の存在によって振動膜９の動作がスムーズになり、音響特性が確保される。

次に、本発明の第３の実施の形態として、図１１〜図１３により前記ＥＣＭ１００の最も生産性の良い、集合体方式の製造方法を説明する。
図１１（Ａ）〜（Ｄ）は製造工程で用いる各集合部品の斜視図である。図（Ａ）の集合振動膜ユニット７Ｌは、図１０の振動膜ユニット７に相当する領域を格子状に多数含む大型の集合体で、下面に振動膜９を接合してある。同様に図（Ｂ）の集合スペーサ６Ｌは、図１０のスペーサ６の領域を格子状に多数含む集合体である。

図（Ｃ）の集合背面電極基板３０Ｌは、図１０の背面電極基板３０の領域を格子状に多数含む大型の基板であり、多数の背面電極４とＰＴＦＥ２によるエレクトレット層２ａを配置してある。なお、エレクトレット層２ａの製造は集合背面基板３０Ｌの状態において、図１の工程Ｊ１〜Ｊ６で行うものである。図（Ｄ）の集合回路基板２０Ｌは、図１０の回路基板２０の領域を格子状に多数含む大型の基板で、集積回路１１を多数搭載したものである。なお、図１１は概略図であるから描いてないが、各部品の集合体には電極パターンや、部品間の導通のためのスルーホールや放音用の貫通孔等が設けてある。

ＥＣＭの製造に当たっては、このような部品の集合体、すなわち集合回路基板２０Ｌ、集合背面電極基板３０Ｌ、集合スペーサ６Ｌそして集合振動膜ユニット７Ｌをそれぞれ製作して準備する。そしてこれらを図１１の順序に重ねて接合する。接合は各集合体の表面に接着剤を塗布して行ってもよいし、あるいは接着剤をシート状にしたものを層間に配置して重ね、加熱して接合することもできる。この接着剤シートの形状は図示を省くが図１１（Ｂ）の集合スペーサ６Ｌに似た形状のものを用いればよい。

前記の工程によって、図１２に示すように各集合体を積層したものである集合ＥＣＭ１００Ｌが得られ、これは多数のＥＣＭ１００が縦横につながって一体化しているものである。この集合ＥＣＭ１００Ｌを粘着シートに貼って、各ＥＣＭ領域間の境界線に沿ってカッターでダイシングすれば、分割された各片がそれぞれ図１３に示す単個ＥＣＭ１００ａとなり、この単個ＥＣＭ１００ａに前記金属ケース１７を被覆する事によりＥＣＭ１００が完成する。図１１、図１２は説明のための模式図であるから、部品の素材である各集合体上には３行４列の１２個の製品領域しか描いてないが、実際には１枚の集合体に数百個の製品領域を配置して量産することができる。

次に図１４により本発明におけるＥＣＭ１００の、集合体方式の製造方法の工程を説明する。
図１４において工程Ｅ１は集合振動膜ユニット７Ｌの製造工程であり、絶縁材料の集合振動膜支持枠に導電性の振動膜を接着して一体化する。工程Ｅ２は集合スペーサ６Ｌの製造工程であり、スペーサ素材に複数の開孔を形成する。

工程Ｅ３は集合背面電極基板３０Ｌの製造工程であり、図１１に示すごとく集合絶縁基板に複数の背面電極４を形成し、各背面電極４に各々形状加工されたＰＴＦＥ２を積層して集合背面電極基板３０Ｌを形成する。この各ＰＴＦＥ２は図３で形状加工された単個の粘着剤付きフッ素含有樹脂体１ａである。
さらに、この集合背面電極基板３０Ｌを着電装置に投入することにより、各ＰＴＦＥ２に着電を施してエレクトレット層を構成することで耐熱性の集合背面電極基板３０Ｌを完成させる。

なお、この工程Ｅ３における集合絶縁基板上の複数の背面電極４に対するＰＴＦＥ２の積層方法としては、上記の如く形状加工された単個のＰＴＦＥ２を目視または位置合わせ治具を用いて個々に接着する方法のほかにも、集合絶縁基板の全面に前記図２に示す粘着剤付きフッ素含有樹脂体１のシートを積層し、この状態において各背面電極４に対応する位置に前記図３に示す抜き型２００を用いて形状加工を行なっても良い。

工程Ｅ４は集合回路基板２０Ｌの製造工程であり、配線や接続電極等を有する集合配線基板に集積回路等の電気エレメントを実装して前記集合回路基板２０Ｌを構成する。工程５は集合ＥＣＭ製造工程であり、前記工程Ｅ１〜Ｅ４で製造された各集合エレメントを積層し、接着剤により接合一体化して図１２に示す集合ＥＣＭ１００Ｌを構成する。工程６は完成ＥＣＭ製造工程であり、工程５で製造された集合ＥＣＭ１００Ｌを切断・分離して図１３に示すＥＣＭ１００を完成させる。
上記の如く、本発明における表面活性化処理を行なったフッ素含有樹脂体と粘着剤とを接着して一体化し、この粘着剤付きフッ素含有樹脂体シートを形状加工して各背面電極に接着する製造工程は、特に大型の基板を用いる集合基板方式のＥＣＭ製造に適するものである。

次に図１５により、本発明の第４実施形態である背面電極基板の製造方法を説明する。
図1５は本発明のＰＴＦＥを用いた背面電極基板の製造方法を示す工程図であり、図１と同一の工程には同一の記号を付し、重複する説明を省略する。
図１５において図１の工程と異なるとところは、図１の表面処理工程Ｊ１と一体化工程Ｊ２とを、図１５に示す市販されている粘着剤付きフッ素含有樹脂体シートの購入Ｊ０に変更した事である。

以上、本発明の実施形態においては、フッ素含有樹脂体と金属電極とを接合する接合剤として粘着剤を示したが、これに限定されるものではなくシート状接着剤や液状の接着剤層等も使用可能であり、さらにＥＣＭ構造として背面側に検出電極を設けた背面電極構造を示したが、前面側に検出電極を設けた前面電極構造も可能である。また化学エッチング処理として湿式の化学エッチング処理に付いて示したが、乾式の化学エッチング処理であるコロナ処理や酸素プラズマ処理を行なっても良い。

本発明のフッ素含有樹脂体を用いたＥＣＭの製造方法を示す工程図である。 本発明の粘着剤付きフッ素含有樹脂体の断面図である。 本発明の粘着剤付きフッ素含有樹脂体の抜き加工状態を示す断面図である。 本発明の背面電極基板の断面図である。 本願発明の粘着剤付きＰＴＦＥと粘着剤を接着していないＰＴＦＥ単体との耐熱特性を示すグラフである。 アクリル系粘着剤を用いた背面電極基板の平面と断面を示すもので、（ａ）は粘着剤付きＦＥＰの状態、（ｂ）は加熱処理を行なった後の状態を示す。 ゴム系粘着剤を用いた背面電極基板の平面と断面を示すもので、（ａ）は粘着剤付きＦＥＰの状態、（ｂ）は加熱処理を行なった後の状態を示す。 背面電極基板のリフローに対する電荷量の減衰を示す電荷保持特性のグラフである。 本発明の第２実施形態を示す背面電極基板を振動検出手段とするＥＣＭの断面図である。 図９に示すＥＣＭを構成する各エレメントの分解斜視図である。 本発明の第３実施形態を示す集合ＥＣＭの製造工程で用いる各集合部品の斜視図である。 本発明の集合ＥＣＭの完成体斜視図である。 本発明の単体ＥＣＭ１００の完成体斜視図である。 本発明の第３実施形態である集合ＥＣＭの製造工程図である。 本発明の第４実施形態を示す背面電極基板の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 粘着剤付きフッ素含有樹脂体
２ フッ素含有樹脂体（ＰＴＦＥ）
２ａ エレクトレット層
３ 粘着剤（接合剤）
４ 背面電極（検出電極）
６ スペーサ
７ 振動膜ユニット
１０、３０ 背面電極基板
１７ 金属ケース
２０ 回路基板
２０Ｌ 集合回路基板
３０Ｌ 集合背面電極基板（集合検出電極基板）
６０Ｌ 集合スペーサ
７０Ｌ 集合振動膜ユニット
１００ ＥＣＭ
１００Ｌ 集合ＥＣＭ

Claims (13)

1. 検出電極上にエレクトレット層を形成した振動検出手段を有するエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法において、フッ素含有樹脂体の表面を湿式または乾式の化学エッチングで処理する表面処理工程と前記表面処理されたフッ素含有樹脂体と接合剤とを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを作成する一体化工程と、前記接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と、形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素含有樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程とを有することを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
2. 検出電極上にエレクトレット層を形成した振動検出手段を有するエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法において、湿式または乾式の化学エッチングで表面処理されたフッ素含有樹脂体と接合剤とを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素含有樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程とを有することを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
3. 前記フッ素含有樹脂体がポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体のいずれか１つである請求項１または２項記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
4. 前記フッ素含有樹脂体の化学エッチング処理がアルカリ性金属イオンを含む溶液による湿式の化学エッチング処理である請求項１または２項記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
5. 前記アルカリ性金属がリチウム、ナトリウム、カリウムの何れか１つである請求項４記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
6. 前記アルカリ性金属イオンを含む溶液がアンモニア、或いはナフタレン、フェナンスレンを含有する溶液の何れか１つを含む溶液である請求項５記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
7. 前記接合剤が高分子量を含む有機系粘着材であり、好ましくはアクリル系又はシリコーン系粘着剤である請求項１乃至６項のいずれか１項記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
8. 前記加熱処理工程の加熱処理条件が、１８０℃〜２5０℃、好ましくは２１０℃〜２３５℃である請求項１乃至７項のいずれか１項記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
9. 大型基板に複数の電気回路を配設した集合回路基板と、大型基板に複数のエレクトレット層を配設した集合検出電極基板と、大型基板に複数の振動膜ユニットを配設した集合振動膜ユニットとを重ねて接着した集合積層体を、切断分離して単個の製品とするエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法であって、前記集合検出電極基板の製造方法は前記大型基板面に複数の検出電極を形成する検出電極形成工程と、湿式または乾式の化学エッチングで表面処理を行なった大判のフッ素含有樹脂体シートと大判の接合剤シートとを接着して一体化した接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記検出電極の形状に合わせて加工する形状加工工程と、形状加工された接合剤付きフッ素含有樹脂体シートを前記複数の検出電極に接着してエレクトレット層を形成するエレクトレット層形成工程と、前記フッ素含有樹脂体の加熱処理を行なう加熱処理工程と、前記フッ素含有樹脂体に着電処理を行なう着電処理工程を有することを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
10. 前記フッ素含有樹脂体がポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体のいずれか１つである請求項９記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
11. 前記フッ素含有樹脂体の化学エッチング処理がアルカリ性金属イオンを含む溶液による湿式の化学エッチング処理である請求項９または１０項記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
12. 前記アルカリ性金属がリチウム、ナトリウム、カリウムの何れか１つである請求項１１記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
13. 前記アルカリ性金属イオンを含む溶液がアンモニア、或いはナフタレン、フェナンスレンを含有する溶液の何れか１つを含む溶液である請求項１２記載のエレクトレットコンデンサマイクロフホンの製造方法。
    

Images