JP2008061028A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】リフローハンダ付け時の熱によってガスが発生するのを抑制することができて、そのガスに起因する特性の低下を防止すること。
【解決手段】電装部品２６，２７を搭載した回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５を積層し、前記電装部品２６，２７を筐体基枠２４内に収容する。そして、電装部品２６，２７をレーザ溶接により回路基板２３に固定する。
【選択図】図１

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の機器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、この種のコンデンサマイクロホンとしては、例えば、特許文献１に開示されるような構成のものが提案されている。すなわち、この従来構成のコンデンサマイクロホンは、電装部品を搭載した回路基板と、背面電極を有する背面基板と、スペーサと、下面に振動膜を張架した振動膜支持枠とを積層し、接着剤にて一体に接着固定して構成されている。
特開２００３−７８９９７号公報

この特許文献１のコンデンサマイクロホンにおいては、前記の回路基板，背面基板，スペーサ，振動膜支持枠の間を接着するための接着剤がマイクロホンの内部に露出してしまうことは避けられないため、例えば接着剤の硬化の過程において接着剤から発生するガスがマイクロホンの内部に充満するおそれが多分にある。そして、このような場合は、このガスによって、電荷をチャージするエレクトレット層の電荷抜けが発生して、感度低下等のマイクロホンの特性の変化が生じるおそれがあった。

また、従来のコンデンサマイクロホンにおいては、前記電装部品がハンダにより回路基板上に実装固定されている。このため、リフローハンダ付け時等の熱により、電装部品のハンダ付け部のフラックスからガスが発生して、マイクロホン内に充満する。そして、このガスが前記と同様にエレクトレット層の電荷抜けを引き起こすという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、マイクロホンの内部でのガス発生を抑制し、さらに、マイクロホン内部にガスが侵入するのを抑制することができて、感度特性等の特性の低下を招くおそれを防止す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の発明は、収容空間を透設した基枠にその収容空間の両端開口が閉塞されるように一対の基板を積層するとともに、前記収容空間内にコンデンサ部を収容したコンデンサマイクロホンにおいて、前記基枠及び基板の対接面には導電層と、その導電層の外周に位置する基枠本体及び基板本体の露出面とを形成し、基枠及び基板の導電層を電気接続させるとともに、基枠本体及び基板本体の露出面を接着剤により接着させ、その接着剤の接着力を利用して前記導電層間の電気接続を維持するように構成したことを特徴とする。

従って、このコンデンサマイクロホンにおいては、基枠本体及び基板本体の露出面間の接着部から接着剤の硬化にともなうガスが発生したとしても、そのガスは電気接続のために互いに接合された導電層間においてブロックされて基枠の収容空間内に侵入することが抑制される。よって、ガスにより、エレクトレット層の電荷抜けを引き起こすことを防止でき、感度特性の低下等を招くおそれを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基枠本体及び基板本体を合成樹脂により構成するとともに、前記接着剤を基枠本体及び基板本体と同系のものを用いたことを特徴とする。

従って、基枠本体と基板本体とを強固に接着固定することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、基枠本体と基板本体とを硬化収縮性接着剤により接着したことを特徴とする。

従って、硬化収縮性接着剤が硬化収縮することにより、基枠本体と基板本体との固定強度を高めることができるとともに、導電層間の接触圧を高めて、良好な導通を確保でき、しかも、接着剤から発生するガスの侵入を導電層間において有効に防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の発明において、少なくとも一方の基板に電装部品を接着部材不使用固定法により搭載したことを特徴とする。

従って、リフロー時等の熱によって電装部品の固定部からガスが発生することを抑制でき、エレクトレット層の電荷抜けをさらに有効に防止できる。
請求項５の発明は、請求項４に記載の発明において、前記電装部品をレーザ溶接により基板に固定したことを特徴とする。

従って、電装部品を基板に対する所定の位置に正確に、かつ短時間で固定することができるとともに、ハンダを用いる必要がないため、フラックスからのガス発生を抑えることができる。

請求項６の発明は、請求項４に記載の発明において、前記電装部品の実装においてハンダを用いるとともに、そのハンダのフラックスを除去したことを特徴とする。
従って、ハンダを用いたとしても、フラックスからのガス発生を防止することができる。

以上のように、この発明によれば、マイクロホン内部へのガス侵入を有効に防止することができて、コンデンサマイクロホンの感度低下等、特性の低下を未然に防止することができて、高性能を得ることができる。

以下に、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、この実施形態のコンデンサマイクロホン２１においては、筐体２２が、平板状の回路基板２３と、収容空間が透設された四角枠状の筐体基枠２４と、平板状のトップ基板２５とを備えている。そして、筐体基枠２４の収容空間の上下の両端開口が閉塞されるように、その筐体基枠２４に前記回路基板２３及びトップ基板２５を積層するとともに、接着剤により接着固定して前記筐体２２が構成されている。従って、回路基板２３の上面，筐体基枠２４の上下両面及びトップ基板２５の下面が対接面を構成する。前記回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５の各基板本体２３ａ，２５ａ及び基枠本体２４ａは、エポキシ樹脂、液晶ポリマー等の合成樹脂、あるいは、セラミック等の電気絶縁体により構成されるが、この実施形態においては、ガラス繊維を混入させたエポキシ樹脂によって構成されている。

前記回路基板２３の基板本体２３ａの上下両面には銅等よりなる導電層２３ｂ，２３ｃが印刷されている。また、基板本体２３ａは、厚さ方向のほぼ中央部に銅よりなる導電層２３ｄを埋設した多層構造をなし、これらの構成によって、回路基板２３全体の剛性及びシールド性の向上が図られている。基板本体２３ａの上下両面の電気接続が不要な面には絶縁層２３ｅが印刷されている。

前記回路基板２３上には、インピーダンス変換回路を構成する電界効果トランジスタやキャパシタンス等の電装部品２６，２７が実装されている。これらの電装部品２６，２７は、ハンダや導電性バインダを使用する方法ではなく、レーザ溶接法により、回路基板２３に対して固定されている。これにより、リフローハンダ付け時の熱が加えられても、電装部品２６，２７の固定部からガスが発生するのが抑制される。前記レーザ溶接法においては、レーザ光が電装部品２６，２７と回路基板２３との間の境界に対して照射される。

前記筐体基枠２４の基枠本体２４ａの上下両面及び外周面には銅よりなる導電層２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが印刷されている。そして、回路基板２３上に実装された前記電装部品２６，２７が、この筐体基枠２４の収容空間内に収容配置されている。図２に示すように、上下の導電層２４ｂ，２４ｃは複数箇所に橋絡部２４ｋを介して外周の導電層２４ｄと接続されている。図３に示すように、前記基枠本体２４ａには複数のスルーホール２４ｈが形成され、それらのスルーホール２４ｈの内周面には上下両面の前記導電層２４ｂ，２４ｃと電気接続された導電層２４ｉが形成されるとともに、スルーホール２４ｈ内には導電材２４ｊが充填されて導電部が形成されている。

前記トップ基板２５の基板本体２５ａの上下両面には銅よりなる導電層２５ｂ，２５ｃが印刷されている。基板本体２５ａは、厚さ方向のほぼ中央部に銅よりなる導電層２５ｄを埋設した多層構造をなし、これによって、トップ基板２５全体の剛性及びシールド性の向上が図られている。トップ基板２５には、外部から音を取り込むための音孔２８が形成されている。

前記回路基板２３及びトップ基板２５には複数のスルーホール３４，３５が形成され、それらのスルーホール３４，３５の内周面には前記導電層２３ｂ，２３ｃ、２５ｂ，２５ｃとそれぞれ電気接続された導電層３４ａ，３５ａが形成されるとともに、スルーホール３４，３５内には導電材が充填されて導電部３６，３７が形成されている。また、回路基板２３の上面側の導電層２３ｂと筐体基枠２４の下面側の導電層２４ｃ、筐体基枠２４の上面側の導電層２４ｂとトップ基板２５の下面側の導電層２５ｃとがそれぞれ接触されて電気導通されている。そして、トップ基板２５の導電層２５ｂ，２５ｃ及びスルーホール３５を含む導電部３７から筐体基枠２４の導電層２４ｂ，スルーホール２４ｈを含む導電層２４ｉ及び導電層２４ｃ、同じく筐体基枠２４の導電層２４ｂ，橋絡部２４ｋ及び導電層２４ｃ、回路基板２３上の導電層２３ｂ，２３ｃ及びスルーホール３４を含む導電部３６をそれぞれ介して図示しないアース端子に至る導電路が形成されている。

図１〜図３に示すように、前記筐体基枠２４内において、トップ基板２５の下側導電層２５ｃの下面にはＰＰＳ（ポリフェニレンサルフィド）等の合成樹脂薄膜シート材よりなる振動膜２９が接着張架され、その振動膜２９の下面には図示しない金蒸着よりなる導電層が形成されている。なお、図示しないが、この金蒸着よりなる導電層は前記トップ基板２５の導電層２５ｃと電気導通されている。振動膜２９の下面周側の４箇所には、振動膜２９の材料と同系のＰＰＳ等の合成樹脂からなる小片状のスペーサ３０が接着固定されている。筐体基枠２４内において、スペーサ３０の下面には電極板としてのバックプレート３１が上下動可能に対向配置されている。このバックプレート３１は、ステンレス鋼板からなるプレート本体３１ａの上面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の合成樹脂フィルムからなる背面電極としてのエレクトレット層３１ｂを設けた構造となっている。このエレクトレット層３１ｂは、前記ＰＴＦＥに対してコロナ放電等による分極処理が施されることによって構成されている。

さらに、前記バックプレート３１は、筐体基枠２４の内径よりも小形の平面形ほぼ長円状をなすように形成され、その中央には貫通孔３２が形成されている。前記バックプレート３１，振動膜２９等によりコンデンサ部が構成されている。

図１〜図３に示すように、前記筐体基枠２４内において、バックプレート３１と回路基板２３との間には板バネよりなる保持部材３３が圧縮状態で介装され、この保持部材３３によりバックプレート３１が振動膜２９の反対側からスペーサ３０の下面と当接する方向に加圧されている。これにより、振動膜２９とバックプレート３１との間に所定の間隔が保持されて、その振動膜２９とバックプレート３１とによりコンデンサ部が構成されている。前記保持部材３３は、ステンレス鋼板の表裏両面に金メッキを施してなる板材を打ち抜き成形することにより一体に形成され、ほぼ四角枠状の支持枠部３３ａと、その支持枠部３３ａの四隅から下部両側方に向かって斜めに突出する４つの脚部３３ｂとを備えている。この保持部材３３を介して、前記バックプレート３１が回路基板２３に電気的に接続されている。

次に、回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５の積層固定構造について詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、前記回路基板２３の基板本体２３ａの上面外周，トップ基板２５の基板本体２５ａの下面外周及び筐体基枠２４の基枠本体２４ａの上下両面外周には、それぞれエポキシ樹脂の面を露出させた露出面２３ｆ，２５ｆ，２４ｆが形成されている。これらの露出面２３ｆ，２５ｆ，２４ｆ間に接着剤４２，４３が接着のために介在されている。そして、この接着剤４２，４３の接着力により、前記回路基板２３の上面の導電層２３ｂと筐体基枠２４の下面の導電層２４ｃ及びトップ基板２５の下面の導電層２５ｃと筐体基枠２４の上面の導電層２４ｂとがそれぞれ直接接合されて、電気接続状態に維持されている。

前記接着剤４２，４３としては、導電バインダを用いることなく、回路基板本体２３ａ，トップ基板本体２５ａ及び筐体基枠本体２４ａの材料と同系のエポキシ樹脂の接着剤が用いられている。このエポキシ樹脂接着剤は硬化収縮性を有し、その収縮率は比較的大きい。

以上のように構成されたこの実施形態のコンデンサマイクロホン２１において、音源からの音波がトップ基板２５の音孔２８を介して振動膜２９に至ると、その振動膜２９は音の周波数、振幅及び波形に応じて振動される。そして、振動膜２９の振動に伴って、振動膜２９とバックプレート３１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変化する。このインピーダンスの変化が、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。

以上のように構成されたこの実施形態のコンデンサマイクロホン２１においては、以下の効果を有する。
（１） この実施形態のコンデンサマイクロホン２１において、筐体基枠２４の基枠本体２４ａ及び回路基板２３，トップ基板２５の基板本体２３ａ，２５ａの露出面２４ｆ，２３ｆ，２５ｆ間の接着部の接着剤４３，４２から同接着剤４３，４２の硬化や加熱にともなうガスが発生したとしても、そのガスは電気接続のために互いに接合された導電層２５ｃ，２４ｂ及び２４ｃ，２３ｂにおいてブロックされる。このため、このガスが筐体基枠２４の収容空間内に侵入することが防止される。よって、ガスにより、エレクトレット層３１ｂの電荷抜けを引き起こすことを防止でき、感度特性の低下等を招くおそれを防止することができる。

なお、前記においては、導電層２５ｃ，２４ｂ及び２４ｃ，２３ｂにより筐体基枠２４内部へのガスの侵入を抑制していたが、導電層２５ｃ，２４ｂ及び２４ｃ，２３ｂの代わりに、筐体基枠２４と同様の樹脂材料により接着剤流入防止部を形成してその一部に導電層を形成してもよい。このように、接合部の接着剤が筐体基枠２４内部に達しないようにブロックすればよいものである。

（２） 前記接着剤４２，４３として、硬化収縮性接着剤が使用されている。よって、この接着剤４２，４３が硬化収縮することにより、回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５間に引き寄せ力が作用する。このため、それらを強固に相互固定することができるとともに、それらの基板２３，２５及び基枠２４の導電層２３ｂ，２４ｃ、２４ｂ，２５ｃ間の接触圧を高めることができて、良好な導通を得ることができる。

（３） 前記のように、回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５間に引き寄せ力が作用して、導電層２３ｂ，２４ｃ、２４ｂ，２５ｃ間の接触圧を高めることができるため、筐体基枠２４の収容空間内へのガスの侵入をさらに有効に防止できる。

（４） 接着剤４２，４３として、回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５と同系のエポキシ樹脂系の接着剤が使用されているため、接着剤４２，４３と両基板２３，２５及び基枠２４との馴染みが良くて、回路基板２３，筐体基枠２４及びトップ基板２５を強固に接着固定することができる。

（５） 回路基板２３上には電装部品２６，２７が、ハンダやフラックスを使用するハンダ付け方法でなく、レーザ溶接固定法により固定されている。よって、このコンデンサマイクロホン２１のリフローハンダ付けに際して、そのリフローハンダ付け時の熱によって回路基板２３に対する電装部品２６，２７の固定部からガスが発生することはない。従って、エレクトレット層３１ｂの電荷抜けを防止でき、感度低下等の特性の低下を招くおそれを防止することができる。

（６） 前記のように、電装部品２６，２７をレーザ溶接により回路基板２３に固定したことにより、電装部品２６，２７を回路基板２３に対する所定の位置に正確に、かつ短時間で固定することができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態では、電装部品２６，２７が、レーザ溶接固定法により固定されるようにしたが、ハンダやフラックスを使用するハンダ付け方法により、電装部品２６，２７を回路基板２３に固定すること。ただし、この場合は、ハンダ付け後に、前記フラックスを洗浄等により除去する処理を行うようにする。このようにすれば、フラックスからのガス発生という問題は生じない。

・ 前記実施形態のコンデンサマイクロホン２１において、電装部品２６，２７を回路基板２３に対して、レーザ溶接とは異なった超音波溶接、スポット溶接、イオン化溶接等の他の接着部材不使用固定法により固定すること。

・ この発明を、バックプレート３１に代えて振動膜２９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こと。

・ この発明を、バックプレート３１及び振動膜２９に共にエレクトレットの機能が付与されず、バックプレート３１及び振動膜２９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こと。

・ この発明を、振動電極板と、この振動電極板に対向配置された固定電極板とを備えたコンデンサ部が、半導体プロセス技術によりシリコン基板上に形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型のコンデンサマイクロホンの筐体に具体化すること。

一実施形態のコンデンサマイクロホンを示す断面図。 図１のコンデンサマイクロホンの分解斜視図。 図１の一部を拡大して示す部分断面図。

符号の説明

２１…コンデンサマイクロホン、２２…筐体、２３…基板としての回路基板、２３ａ…基板本体、２３ｂ，２３ｃ…導電層、２３ｆ…露出面、２４…基枠としての筐体基枠、２４ａ…基枠本体、２４ｂ，２４ｃ…導電層、２４ｆ…露出面、２５…基板としてのトップ基板、２５ａ…基板本体、２５ｂ，２５ｃ…導電層、２５ｆ…露出面、２６…電装部品、２７…電装部品、２８…音孔、２９…振動膜、３０…スペーサ、３１…電極板としてのバックプレート、３３…保持部材、４２，４３…接着剤。

Claims (6)

1. 収容空間を透設した基枠にその収容空間の両端開口が閉塞されるように一対の基板を積層するとともに、前記収容空間内にコンデンサ部を収容したコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記基枠及び基板の対接面には導電層と、その導電層の外周に位置する基枠本体及び基板本体の露出面とを形成し、基枠及び基板の導電層を電気接続させるとともに、基枠本体及び基板本体の露出面を接着剤により接着させ、その接着剤の接着力を利用して前記導電層間の電気接続を維持するように構成したことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 前記基枠本体及び基板本体を合成樹脂により構成するとともに、前記接着剤を基枠本体及び基板本体と同系のものを用いた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. 基枠本体と基板本体とを硬化収縮性接着剤により接着した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。
4. 少なくとも一方の基板に電装部品を接着部材不使用固定法により搭載したことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
5. 前記電装部品をレーザ溶接により基板に固定した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。
6. 前記電装部品の実装においてハンダを用いるとともに、そのハンダのフラックスを除去した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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