JP2008124698A - マイクロホン及びその実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】実装基板に表面実装され、その実装基板に形成されている貫通孔を介して音波を取り込む構造のマイクロホンにおいて、異物が侵入しにくく、ポップノイズの発生を回避できるようにする。
【解決手段】マイクロホン３０は振動膜３３を一方の電極とするコンデンサをカプセル３１内に内蔵しており、カプセル３１の開口部を閉塞する回路基板３２の外面側に設けられた外部端子４２，４３が実装基板５０の端子と対向接続されて実装基板５０に実装される構造とされる。回路基板３２に形成されている音孔３９は実装基板５０に形成されている受音用の貫通孔５３と実装時において重ならない位置に位置され、外部端子４２，４３は実装基板５０の端子との接続により貫通孔５３と音孔３９とを連通する密閉空間５２を形成するように設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は例えば携帯電話機等に内蔵されるマイクロホン及びその実装構造に関する。

携帯電話機等の小型な機器に搭載されるマイクロホンは小型化が要求され、また実装のし易さ、実装のために必要とする空間が少なくて済むことが要求される。
この種のマイクロホンとしては、良好な特性を有し、構造が簡易で取り扱い易く、小型化が容易なエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）が一般に使用されており、さらに相手方の実装基板（機器側の基板）に表面実装技術を用いて実装することが行われている。

図１１はこのようなマイクロホンの実装基板への実装構造の一例として、特許文献１に記載されている構成を示したものであり、図中、１０はマイクロホンを示し、２０は実装基板（機器側の基板）を示す。なお、図１１Ｂにおいては、マイクロホン１０は内部構造を省略して示している。
この例ではマイクロホン１０の外形を構成するカプセル１１には図１１Ｂに示したように受音用の音孔は形成されておらず、カプセル１１の開口部を閉塞している回路基板１２に音孔１３が形成されている。回路基板１２の外面側には外部端子１４，１５が形成されており、これら外部端子１４，１５が実装基板２０に形成されている端子パターン（図示せず）と半田付けされてマイクロホン１０が実装基板２０に実装されている。図１１Ｂ中、１６は半田層を示す。

実装基板２０には受音用の貫通孔（音孔）２１が形成されており、マイクロホン１０はその回路基板１２に形成されている音孔１３が実装基板２０の貫通孔２１の位置と一致されて実装されている。
このような実装構造により、この例では音源からの音波は実装基板２０の貫通孔２１及び回路基板１２の音孔１３を通ってマイクロホン１０の内部空間に取り込まれるものとなっている。従って、この例では部品実装面２０ａを機器内において内側に向くように実装基板２０を機器内に配置することができるものとなっている。

つまり、音孔が回路基板１２ではなく、カプセル１１の回路基板１２の位置する側と反対側の前面板１１ａに形成されている場合には音源からの音波を良好に取り込むべく、音孔を音源側に向ける必要があることから、部品実装面２０ａが音源に向くように（外側に向くように）実装基板２０を機器内に配置する必要がある。この場合、マイクロホンの高さ程度の空間を実装基板２０と機器の筐体との間に確保する必要があるのに対し、この図１１に示した構成ではそのような空間は不要となり、その点でマイクロホン実装のために必要となる空間が少なくて済むものとなっている。
特開２００５−１９２１８０号公報

しかるに、図１１に示した従来の実装構造ではマイクロホン１０の回路基板１２に設けられた音孔１３の位置と実装基板２０の貫通孔２１の位置とが互いに重なっており、つまりマイクロホン１０の高さ方向において貫通孔２１を投影した位置に音孔１３が位置しているため、マイクロホン１０の内部空間に塵埃や水滴等の異物が侵入し易い構造となっている。
また、このように音孔１３と貫通孔２１の位置が一致しているため、例えば組み立て工程等において誤って貫通孔２１に細長い物が入ってしまった場合にマイクロホン内部の振動膜を傷つけてしまう恐れがある。
さらに、音波が貫通孔２１及び音孔１３を介して直接振動膜に入力するため、ポップノイズが生じ易いものとなっている。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、実装基板に表面実装され、その実装基板に形成されている受音用の貫通孔を介して音波を取り込む構造のマイクロホンにおいて、異物が侵入しにくく、また誤って振動膜を傷つけてしまうといった事故が生じないようにし、さらにポップノイズの発生を回避できるようにしたマイクロホン及びその実装構造を提供することにある。

請求項１の発明によれば、振動膜を一方の電極とするコンデンサがカプセル内に内蔵され、そのカプセルの開口部を閉塞する回路基板の外面側に設けられた外部端子が実装基板の端子と対向接続されて実装基板に実装されるマイクロホンは、回路基板に受音用の音孔が形成され、その音孔は実装基板に形成されている受音用の貫通孔と実装時において重ならない位置に位置されており、外部端子は前記端子との接続により、前記貫通孔と音孔とを連通する密閉空間を形成するように設けられる。
請求項２の発明では請求項１の発明において、外部端子が前記外面上に突出するバンプ形状を有するものとされる。

請求項３の発明では請求項２の発明において、バンプ形状が厚膜導体パターンによって形成される。
請求項４の発明では請求項２の発明において、バンプ形状が導体パターン上に導電部材を配置することによって形成される。
請求項５の発明では請求項１の発明において、回路基板が前記外面に、外側に突出する段差部を有し、その段差部上に外部端子が形成される。
請求項６の発明では請求項１の発明において、外部端子が前記外面に対接配置された段差形成用の基板上に形成され、その基板は前記密閉空間を形成するための凹部と、その凹部に開口し、かつ回路基板の音孔に連通する音孔とを有する。
請求項７の発明では請求項１の発明において、音孔が円周上に配列されて複数形成される。

請求項８の発明では請求項１の発明において、前記外面の、実装時において前記貫通孔と対向する部分に接地パターンが形成される。
請求項９の発明によれば、カプセル内に振動膜を一方の電極とするコンデンサを内蔵し、そのカプセルの開口部を閉塞する回路基板の外面側に実装基板の端子と対向接続される外部端子を備えたマイクロホンの実装基板への実装構造において、回路基板は受音用の音孔を有し、実装基板は受音用の貫通孔を有するものとされて、外部端子と端子との対向接続により、それら音孔と貫通孔とを連通する密閉空間が形成される構造とされ、音孔と貫通孔とは互いに重ならない位置に位置される。
請求項１０の発明では請求項９の発明において、外部端子及び端子のいずれか一方が他方側に突出するバンプ形状を有するものとされる。

請求項１１の発明では請求項１０の発明において、バンプ形状が厚膜導体パターンによって形成される。
請求項１２の発明では請求項１０の発明において、バンプ形状が導体パターン上に導電部材を配置することによって形成される。
請求項１３の発明では請求項９の発明において、音孔及び貫通孔がそれぞれ円周上に配列されて複数形成される。
請求項１４の発明では請求項９の発明において、実装基板の音孔と対向する部分及び回路基板の前記貫通孔と対向する部分にそれぞれ接地パターンが形成される。

この発明によれば、実装基板に表面実装され、その実装基板に形成されている受音用の貫通孔を介して音波を取り込む構造のマイクロホンにおいて、異物が内部空間に侵入しにくく、また誤って振動膜を傷つけてしまうといった事故が生じないようにすることができ、さらにポップノイズの発生を抑制することができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明によるマイクロホンの一実施例の構成及びそのマイクロホンが相手方の実装基板に実装された状態を示したものである。
マイクロホン３０はこの例ではエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）とされ、円筒状のカプセル３１内にエレクトレットコンデンサが内蔵され、カプセル３１の開口部に回路基板３２が収容されて開口部が回路基板３２によって閉塞されたものとなっている。

エレクトレットコンデンサは振動膜３３と背極３４と背極３４の振動膜３３と対向する面に配設されたエレクトレット（図示せず）とによって構成されており、背極３４がカプセル３１の前面板３１ａと対向するように配置されている。背極３４と前面板３１ａとの間にはワッシャリング３５が介在されている。
振動膜３３はその周縁が振動膜リング３６に固定されており、振動膜３３と背極３４との間にはリング状のスペーサ３７が介在されて所定の間隙が形成されている。振動膜リング３６は回路基板３２上に搭載されたゲートリング３８を介して回路基板３２上に保持されている。

回路基板３２の固定はカプセル３１の開口端をかしめて内側に折り曲げることによって行われ、その折り曲げられたかしめ部３１ｂによって回路基板３２は押圧固定されている。
回路基板３２には受音用の音孔３９が複数形成されており、内面にはインピーダンス変換用のＩＣ素子４１が搭載され、外面には外部接続用の外部端子４２，４３が形成されている。外部端子４２，４３はこの例では回路基板３２の外面上に突出するバンプ形状を有するものとされ、その高さはカプセル３１のかしめ部３１ｂより突出する高さとされている。

マイクロホン３０の実装基板５０への実装は外部端子４２，４３を実装基板５０上に形成されている端子と対向接続することによって行われる。この接続は例えばリフロー装置を用いた半田付けによって行われる。図１中、５１は半田層を示す。
マイクロホン３０の外部端子４２，４３をこのように実装基板５０の端子に半田付けして接続することにより、この例では回路基板３２と実装基板５０との間に密閉空間５２が形成されるものとなっており、回路基板３２に形成されている音孔３９は実装基板５０に形成されている受音用の貫通孔５３と、この密閉空間５２を介して連通されるものとなっている。なお、実装基板５０の貫通孔５３と回路基板３２の音孔３９とは重ならないように位置されており、つまりマイクロホン３０の高さ方向において貫通孔５３を投影した位置に音孔３９が位置しないように配置されている。

図２は図１における実装基板５０の平面図及びマイクロホン３０の底面図を、簡略化したマイクロホン３０の実装構造と共に示したものであり、図２Ｃに示したようにマイクロホン３０の回路基板３２に形成されている一方の外部端子４２は円形とされ、他方の外部端子４３は外部端子４２を囲むリング形状をなすものとされている。これら外部端子４２，４３はこの例では導体パターンを厚膜形成することによって形成されている。なお、このような厚膜導体パターンはめっきによって形成することができ、また導電ペーストを印刷塗布することによって形成することもできる。

外部端子４２は出力端子とされ、外部端子４３は接地（ＧＮＤ）端子とされる。音孔３９はこれら外部端子４２と４３の間において、この例では外部端子４３寄りに形成されており、外部端子４２，４３と同心の円周上に等角間隔で８個配列されて形成されている。
一方、実装基板５０にはマイクロホン３０の外部端子４２，４３と対応する位置に図２Ｂに示したように端子５４，５５がパターン形成されており、これら端子５４と５５の間に貫通孔５３が形成されている。貫通孔５３は端子５４，５５と同心の円周上に等角間隔で８個配列されて形成されており、この例では音孔３９と重ならないように中央の端子５４寄りに形成されている。

外部端子４２，４３及び端子５４，５５をこのようなパターン形状とし、それらを対向させて半田接続することにより、音孔３９及び貫通孔５３の周囲が半田で密閉され、これにより回路基板３２と実装基板５０との間に密閉空間５２が形成されることになる。
この例では上述したようにマイクロホン３０を構成し、実装基板５０に実装することにより、音源からの音波は実装基板５０の貫通孔５３、密閉空間５２及びマイクロホン３０の回路基板３２に設けられた音孔３９を通ってマイクロホン３０の内部空間に取り込まれる。

そして、図１１に示した従来の実装構造と異なり、この例では回路基板３２の音孔３９と実装基板５０の貫通孔５３とが互いに重ならず、位置がずれているため、その分、塵埃や水滴等の異物が侵入しにくいものとなっており、また誤って振動膜３３を傷つけてしまうといったような事故が生じないものとなっている。加えて、貫通孔５３から入った音波は密閉空間５２で回折して音孔３９に至り、マイクロホン３０の内部空間に入る構造となっており、つまりこのような回折構造により、この例では音波が振動膜３３に直接入力しない構造となっているため、ポップノイズの発生を回避することができる。
なお、上述した例ではリフロー半田付けによりマイクロホン３０を実装基板５０に実装するものとしているが、マイクロホン３０の外部端子４２，４３と実装基板５０の端子５４，５５との接続は半田ではなく、例えば導電性の接着剤を用いて行っても良い。

図３は図２に示した構成に対し、マイクロホン３０の回路基板３２に形成される外部端子４２，４３のうち、接地端子をなす外部端子４３のパターン形状を図３Ｃに示したような形状に変えたものであり、このようなパターン形状としてもよい。
図２及び図３に示した例ではいずれも音孔３９及び貫通孔５３はそれぞれ円周上に配列されて８個形成されているが、音孔３９及び貫通孔５３の数は適宜、選定することができ、例えばそれぞれ１個とすることもできる。

図４はこのように貫通孔５３が実装基板５０に１個形成され、音孔３９が回路基板３２に１個形成された例を示したものである。音孔３９と貫通孔５３とは互いに重ならないよう、この例では互いに対向接続される円形の外部端子４２、端子５４の中心に対して互いに１８０°をなす位置に位置されている。
なお、この図４に示した構成の場合、マイクロホン３０を実装基板５０に実装する際に、音孔３９と貫通孔５３とが重ならないように位置決めする必要がある。この位置決めは例えばマイクロホン３０のカプセル３１及び実装基板５０にそれぞれマークを付しておき、それらマークの位置を合わせるといった方法により行うことができ、また例えばカメラで画像認識しながら実装するといった方法により行うこともできる。

図５はマイクロホン３０の外部端子４２，４３のバンプ形状の他の形成例を示したものであり、この例では厚膜導体パターンによってバンプ形状を形成するのではなく、導体パターン（薄膜導体パターン）上に導電部材を配置固定することによって形成している。図５Ａ中、４２ａ，４３ａは導体パターンを示し、４２ｂ，４３ｂは導電部材を示す。
導電部材４２ｂ，４３ｂの構成材料には例えば銅や黄銅を用いることができ、導電部材４２ｂ，４３ｂをそれぞれ導体パターン４２ａ，４３ａ上に半田付けすることによってバンプ形状を有する外部端子４２，４３が構成される。

以上説明した例ではいずれもマイクロホン３０の外部端子４２，４３がバンプ形状を有するものとしているが、これに替え、実装基板５０の端子５４，５５が厚膜導体パターンもしくは導体パターン上に導電部材が配置されてなるバンプ形状を有するようにしてもよく、外部端子４２，４３及び端子５４，５５のいずれか一方がバンプ形状を有することによって、所要の密閉空間５２を実装基板５０とマイクロホン３０の回路基板３２との間に形成することができる。なお、マイクロホン３０をリフロー半田付けによって実装基板５０に実装する場合にはマイクロホン３０側の外部端子４２，４３をバンプ形状とすることにより、半田のマイクロホン３０への侵入（回り込み）を防止することができる。

次に、図６に示した実施例について説明する。
この例ではマイクロホン３０の回路基板３２にバンプ形状を有する外部端子４２，４３を形成するのではなく、回路基板３２の外面に段差形成用の基板（補助基板）４４を対接配置し、その基板４４上に外部端子４２’，４３’をパターン形成したものである。基板４４には外部端子４２’，４３’が形成されている部分を除いて凹部４５がリング状に形成されており、このような凹部４５を備えた基板４４を回路基板３２の外面に配置することによって実装基板５０との間に密閉空間５２が構成されるものとなっている。

基板４４には回路基板３２の各音孔３９と連通して凹部４５に開口する音孔４６が形成されている。なお、基板４４と回路基板３２とはそれらの対向面に形成されている導体パターンを半田や導電性接着剤を用いて接合することによって一体化されており、基板４４の回路基板３２との対向面に形成されている導体パターンと外部端子４２’，４３’とはスルーホール等によって接続されている。

この図６に示したような段差形成用の基板４４を用いるようにすれば、外部端子４２’，４３’を所望の高さ位置に、つまりカプセル３１のかしめ部３１ｂより突出する所望の高さ位置に簡易に設定することができ、また密閉空間５２も形成することができる。
なお、図６ではマイクロホン３０の回路基板３２に段差形成用の基板４４を接合一体化しているが、例えば回路基板３２自体に外側に突出する段差部を形成してその段差部上に外部端子４２’，４３’をパターン形成するようにしてもよい。

次に、図７に示した実施例について説明する。
この例では図４に示した構成と同様、音孔３９及び貫通孔５３をそれぞれ回路基板３２及び実装基板５０に１個設けた構成において、回路基板３２の貫通孔５３と対向する部分及び実装基板５０の音孔３９と対向する部分にそれぞれ接地パターン４７，５６を形成したものである。

このように音孔３９及び貫通孔５３と対向する位置に接地パターン４７，５６を配置するようにすれば、直接入力される電磁波をシールドすることが可能となり、誘導ノイズを抑えることができる。なお、このような接地パターン４７，５６の配置は音孔３９と貫通孔５３の位置がずれていることにより可能となるもので、図１１に示したように回路基板１２の音孔１３と実装基板２０の貫通孔２１の位置が互いに一致している（重なっている）従来の実装構造では、このような接地パターンを設けることはできず、つまり電磁波がマイクロホンの内部空間に侵入してしまうことになる。

図８はマイクロホンの外形が上述した例のように円筒型ではなく、角型をなす例を示したものであり、この例ではカプセル３１’の開口部を閉塞している回路基板３２’には矩形状の外部端子４８と方形枠状をなす外部端子４９とが隣接して形成されており、これら外部端子４８，４９はいずれもバンプ形状をなすものとされている。
この例では外部端子４８は出力端子とされ、外部端子４９は接地端子とされており、回路基板３２’には音孔３９が外部端子４９の枠内に位置して２個形成されている。

図９は図８に示したマイクロホン３０’が実装基板５０に実装された状態をマイクロホン３０’を簡略化して示したものであり、図１０は実装基板５０の平面図及びマイクロホン３０’の底面図を示したものである。
実装基板５０にはマイクロホン３０’の外部端子４８，４９と対応して端子５７，５８がパターン形成されており、端子５８の枠内中央に貫通孔５３が１個形成されている。
マイクロホン３０’が実装基板５０に実装された状態では実装基板５０の貫通孔５３と回路基板３２’の音孔３９とは図９に示したように互いに重ならない位置関係となり、また実装基板５０と回路基板３２’との間には密閉空間５２が形成され、この密閉空間５２を介して貫通孔５３と音孔３９が連通されるものとなっている。

この発明の第１の実施例を説明するための断面図。 Ａは図１を簡略化し、上下を逆にした断面図、Ｂは図１における実装基板の平面図、Ｃは図１におけるマイクロホンの底面図。 この発明の第２の実施例を説明するための図、Ａはマイクロホンの実装状態の断面図、Ｂは実装基板の平面図、Ｃはマイクロホンの底面図。 この発明の第３の実施例を説明するための図、Ａはマイクロホンの実装状態の断面図、Ｂは実装基板の平面図、Ｃはマイクロホンの底面図。 この発明の第４の実施例を説明するための図、Ａはマイクロホンの実装状態の断面図、Ｂは実装基板の平面図、Ｃはマイクロホンの底面図。 この発明の第５の実施例を説明するための図、Ａはマイクロホンの実装状態の断面図、Ｂは実装基板の平面図、Ｃはマイクロホンの底面図。 この発明の第６の実施例を説明するための断面図。 この発明の第７の実施例を説明するための斜視図。 図８に示したマイクロホンの実装状態を示す断面図。 Ａは図９における実装基板の平面図、Ｂは図９におけるマイクロホンの底面図。 マイクロホンの実装基板への実装構造の従来例を示す図、Ａは斜視図、Ｂは断面図。

Claims (14)

1. 振動膜を一方の電極とするコンデンサがカプセル内に内蔵され、そのカプセルの開口部を閉塞する回路基板の外面側に設けられた外部端子が実装基板の端子と対向接続されて実装基板に実装されるマイクロホンであって、
   前記回路基板に受音用の音孔が形成され、その音孔は前記実装基板に形成されている受音用の貫通孔と実装時において重ならない位置に位置されており、
   前記外部端子は前記端子との接続により、前記貫通孔と前記音孔とを連通する密閉空間を形成するように設けられていることを特徴とするマイクロホン。
2. 請求項１記載のマイクロホンにおいて、
   前記外部端子は前記外面上に突出するバンプ形状を有するものとされていることを特徴とするマイクロホン。
3. 請求項２記載のマイクロホンにおいて、
   前記バンプ形状が厚膜導体パターンによって形成されていることを特徴とするマイクロホン。
4. 請求項２記載のマイクロホンにおいて、
   前記バンプ形状が導体パターン上に導電部材を配置することによって形成されていることを特徴とするマイクロホン。
5. 請求項１記載のマイクロホンにおいて、
   前記回路基板は前記外面に、外側に突出する段差部を有し、その段差部上に前記外部端子が形成されていることを特徴とするマイクロホン。
6. 請求項１記載のマイクロホンにおいて、
   前記外部端子は前記外面に対接配置された段差形成用の基板上に形成され、
   前記基板は前記密閉空間を形成するための凹部と、その凹部に開口し、かつ前記回路基板の音孔に連通する音孔とを有することを特徴とするマイクロホン。
7. 請求項１記載のマイクロホンにおいて、
   前記音孔は円周上に配列されて複数形成されていることを特徴とするマイクロホン。
8. 請求項１記載のマイクロホンにおいて、
   前記外面の、前記実装時において前記貫通孔と対向する部分に接地パターンが形成されていることを特徴とするマイクロホン。
9. カプセル内に振動膜を一方の電極とするコンデンサを内蔵し、そのカプセルの開口部を閉塞する回路基板の外面側に実装基板の端子と対向接続される外部端子を備えたマイクロホンの実装基板への実装構造であって、
   前記回路基板は受音用の音孔を有し、前記実装基板は受音用の貫通孔を有するものとされて、前記外部端子と端子との対向接続により、それら音孔と貫通孔とを連通する密閉空間が形成される構造とされ、
   前記音孔と貫通孔とは互いに重ならない位置に位置されていることを特徴とするマイクロホンの実装構造。
10. 請求項９記載のマイクロホンの実装構造において、
    前記外部端子及び前記端子のいずれか一方が他方側に突出するバンプ形状を有するものとされていることを特徴とするマイクロホンの実装構造。
11. 請求項１０記載のマイクロホンの実装構造において、
    前記バンプ形状が厚膜導体パターンによって形成されていることを特徴とするマイクロホンの実装構造。
12. 請求項１０記載のマイクロホンの実装構造において、
    前記バンプ形状が導体パターン上に導電部材を配置することによって形成されていることを特徴とするマイクロホンの実装構造。
13. 請求項９記載のマイクロホンの実装構造において、
    前記音孔及び貫通孔はそれぞれ円周上に配列されて複数形成されていることを特徴とするマイクロホンの実装構造。
14. 請求項９記載のマイクロホンの実装構造において、
    前記実装基板の前記音孔と対向する部分及び前記回路基板の前記貫通孔と対向する部分にそれぞれ接地パターンが形成されていることを特徴とするマイクロホンの実装構造。

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