JP2008539681A - エレクトレットマイクロホン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

マイクロホンは、ハウジング、ハウジング内に形成されている音響ポート、音響ポートに接してハウジング内に配置されているダイアフラム、ダイアフラムに対して離間した関係にハウジング内に作動的に配置されているバックプレート組立体、及びハウジング内に配置されている回路組立体を含む。接続部材が回路組立体とバックプレート組立体との間を延び、バックプレート組立体をハウジング内に機械的に保持し、且つバックプレート組立体を回路組立体に電気的に結合している。

Description

本発明は、一般的にはマイクロホンに関し、特定的には通信デバイス、オーディオデバイス等に使用することができるエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）、及びその製造方法に関する。

近年、モバイル通信技術が急速に進歩した。消費者はますます、セルラーホン、ウェブ可能化セルラーホン、個人向け携帯情報端末（ＰＤＡ）、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップ、タブレット、及び公衆もしくは私設通信ネットワークを介して通信することができる他のデバイスのようなモバイル通信デバイスを使用するようになってきた。セルラーネットワークの拡大及びモバイル通信技術の技術的進歩によって、より多くの消費者がモバイル通信デバイスを使用するようになった。この通信デバイスに対する要望の増加が、モバイル通信デバイス内に組み込まれるオーディオ要素の製造プロセス、電力消費、感受性、製造、及び小型化に改良をもたらした。モバイル通信デバイスの供給業者間の競争圧力が、ミニチュアコンデンサマイクロホンのさらなる小型化、安価化、及び高性能化に対する要望を増加させている。

一般的に言えば、いろいろな普通のエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）が通信デバイスに使用されている。従来技術のＥＣＭは、ダストガード、音響ポートを有するハウジング、振動ダイアフラム、スペーサ、絶縁ボディ、バックプレート組立体、及び印刷回路基板（ＰＣＢ）からなっている。ＰＣＢは、導電性のリング、接地接続、出力接続、及びＰＣＢの上面に作動的に取付けられている入力接続を含む。ＥＣＭのサイズが小さくなるにつれて、端子接続、絶縁ボディ、及び導電性リングを受入れるのに利用できるスペースが限定され、ＰＣＢにおける干渉が増加するようになってきた。小型化の追求は別として、これらのマイクロホンは、セルラーホンのような通信デバイス内に配置した時の無線周波数妨害（ＲＦＩ）抑圧が貧弱であり、従ってこれらの応用にこれらのマイクロホンを使用する魅力が失われていた。

本発明をより完全に理解して頂くために、以下に添付図面を参照して詳細に説明する。図面は例示ためのものであり、縮尺が一定であることを意図していない。

本明細書は種々の変更及び代替形状を許容するが、以下添付図面に基づいて実施の形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に記述する特定の形状に限定されるものではなく、全ての変更、代替、及び同等品は特許請求の範囲に記載されている本発明の思想及び範囲内にあることを理解されたい。

また、ある用語が「本文中に使用する「○○」なる用語は、・・・を意味するものと定義する」または類似の文によって明らかに定義されていない限り、その用語は、明示的にも、暗示的にも、その平明な、または通常の意味以外の意味を限定するものではないことも理解されたい。本明細書においては、混乱を回避するために、特許請求の範囲に使用されている用語が明確化の目的だけのために単一の意味と矛盾しない手法で使用されているが、これらの用語は該特許請求の範囲の用語を暗示的にも、またはそれ以外にその単一の意味に限定することを意図するものではない。特許請求の範囲が用語「手段」及び如何なる構造の記述もない機能によって定義されていない限り、該特許請求の範囲は35 U.S.C.§112,パラグラフ６の出願に基づいているものと解釈することを意図するものではない。

図１は、マイクロホン１００の分解図である。このマイクロホン１００は、エレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）、無指向性マイクロホン、指向性マイクロホン、雑音打消し用マイクロホン、または実質的に如何なる型の通信デバイスにも使用可能な他のこのようなデバイス（セルラーホン、ウェブ可能化セルラーホン、個人向け携帯情報端末（ＰＤＡ）、ハンドヘルドコンピュータ、ブルートゥース無線ヘッドセット、デジタルカメラ、１つまたはそれ以上の公衆または私設通信ネットワークを介して通信可能な他の型のポータブル計算及びインターネットアクセス機器及びデバイス等が含まれる）の何れかとして使用するようになっている。マイクロホン１００は、ダイアフラム組立体１２０、スペーサ１３４、バックプレート組立体１４０、ボディ組立体１５０、接続部材１６０、及びハウジング１０８内に配置されている回路組立体１７０を含んでいる。ハウジング１０８はカップ型のハウジングであることができ、上面部分１１０及び側壁部分１１２からなる。代替実施の形態においては、ハウジング１０８は種々の他の型の形状（例えば、矩形、Ｄ字形、または台形）であることができ、複数の異なるサイズを有することができる。１つの好ましい実施の形態においては、マイクロホン１００の幅は約2．5ｍｍであり、約1．5ｍｍの高さを有している。ハウジングの側壁部分１１２は接続表面１１４において終端し、開口１１６を限定している。接続表面１１６は、動作要素をハウジング１０８内に配置することができるように外向きに広がったフレアを有するように初めに形成しておくことができる。

全ての動作要素を最終的な位置に、即ちハウジング１０８内の閉じた位置に配置した後に、接続表面１１４を開口１１６の中心に向かって半径方向に曲げる、もしくは再形成する。この形成動作は、接続表面１１４によって回路組立体１７０を機械的に捕捉し、他の動作要素を定位置にロックして回路組立体１７０に電気的に接続する。ハウジング１０８は、少なくとも１つの層を有するように図示されている。しかしながら、ハウジング１０８は、導電性材料と非導電性材料とが交互の層をなしていることも、または非導電性基体の内側に導電性コーティングを施し、ダイアフラム組立体１２０を回路組立体１７０に電気的に接続できるようにすることもできる。一実施の形態においては、ハウジング１０８は銅合金で作られている。

少なくとも１つの開口、即ち音響ポート１１８がハウジング１０８の上面１１０に設けられ、音響波をダイアフラム組立体１２０へ伝播させることができるようになっている。音響ポート１１８は、錐もみ、パンチング、またはモールディングのような如何なる適切な手法でも形成することができる。音響ポート１１８によって、音圧レベル変化に対応する音響エネルギをハウジング１０８内へ進入させることができる。ダストガード１０２はハウジング１０８の形状に対応する形状であるが、必ずしもハウジングの形状に対応している必要はない種々の形状であることができ、また多くの異なるサイズを有することができる。図示の実施の形態においては、ダストガード１０２はハウジング１０８の円形の形状に対応する円形形状を有している。ダストガードは、第１の表面１０４及び第２の表面１０６を有する布またはフェルトで作ることができる。ダストガード１０２の第２の表面１０６は接着剤によってハウジング１０８に取付けられ、音響ポート１１８をカバーする。これは、ごみがマイクロホン１００へ進入してハウジング１０８内に配置されている動作要素を破壊することを防ぐのを援助する。ダストガード１０２は、周波数レスポンスをも改善し、遅延を創り出し、そして指向性レスポンスを発生させる。

ダイアフラム組立体１２０は、支持リング１２２、及びこの支持リング１２２に取付けられたダイアフラム１２４を含む。ダイアフラム組立体１２０はハウジング１０８の形状にほぼ対応する形状を有しているが、異なる実施の形態においては、種々の形状を取ることも、多くの異なるサイズを有することもできる。支持リング１２２は、銅メッキされたニッケルで作ることができるが、黄銅または錫を含む導電性の材料、または導電性コーティングを含む材料を使用することができる。支持リング１２２は、第１の表面１２６及び第２の表面１２８を有している。支持リング１２２の第１の表面１２６はハウジング１０８の内面と接触するように保持され、第２の表面はスペーサ１３４と接触するように保持される。ダイアフラム１２４は、音響波に応答して振動することができる導電性材料で作られる。このような材料の１つは、商品名マイラとして入手可能なポリエチレンテレフタラートフィルムである。ダイアフラム１２４は、第１の表面１３０及び第２の表面１３２を有している。ダイアフラム１２４の第１の表面１３０は、例えば接着剤による結合によって支持リング１２２の第２の表面に取付けられる。しかしながら、当業者ならば、圧縮、または縁における機械的取付け等を含む如何なる結合の形状でも十分であることが理解されよう。ダイアフラム１２４の第２の表面１３２は、一般的に可動電極と呼ばれる電気的に活性の部分を形成するクロムのような導電性材料の層でコーティングされ、スペーサ１３４と接触するように保持されている。

スペーサ１３４は、開口１３５及びダイアフラム組立体１２０を、ハウジング１０８内の他の動作要素から電気的に絶縁するために、第１の表面１３６及び第２の表面１３８を含むように形成されている。スペーサ１３４は、マイラのような電気絶縁性材料で作られ、ダイアフラム組立体１２０とバックプレート１４０との間に所望の間隔または分離が得られるように選択された厚みを有している。スペーサ１３４は、ダイアフラム１２４がバックプレート１４０に向かってたわむことができるようにする。スペーサ１３４は、必ずしもハウジングの形状に対応する必要がない種々の形状を有することができ、また多くの異なるサイズを有することができる。図示の実施の形態においては、スペーサ１３４の形状はハウジング１０８に対応する円形の形状である。スペーサ１３４の厚み及び材料は、応用の要求に依存して変化させることができる。スペーサ１３４は、ダイアフラム組立体１２０とバックプレート組立体１４０との間に配置され、接続表面１１４が回路組立体１７０上で閉じた後の接続表面１１４による機械的圧力によって定位置に保持される。スペーサ１３４の第１の表面１３６は、ダイアフラム１２４と接触するように保持される。スペーサ１３４の第２の表面１３８はバックプレート組立体１４０と接触するように保持され、ダイアフラム組立体１２０をバックプレート組立体１４０から分離する。

バックプレート組立体１４０は、例えば金属ブランクからパンチングによって、少なくとも１つの突起１４２及び少なくとも１つの逃げ１４４を有するディスク状に形成されている。図示の実施の形態においては、バックプレート組立体１４０は、米国特許出願10 / 801,371に開示されているように、複数の突起１４２ａ―ｄ、及び複数の逃げ部分１４４ａ―ｄを含んでいる。バックプレート組立体１４０はステンレス鋼のような導電性材料で作られるが、如何なる導電性材料、または導電性コーティングを含む材料も使用することができる。バックプレート組立体１４０は、第１の表面１４６及び第２の表面１４８を有している。バックプレート組立体１４０の第１の表面１４６は、分極した誘電体フィルムまたはテフロン（登録商標）のようなエレクトレット材料でコーティングまたはカバーすることができる。動作の際にバックプレートは固定電極になり、例えば−360Ｖのような所定の表面電荷まで静電的に充電することができる。バックプレート組立体１４０をこのように作ることによりダイアフラム１２４の中心、即ち最も可動性の領域の下の表面積が増加し、それによってマイクロホン１００の電気・音響性能が向上するという長所が得られる。バックプレート組立体１４０は、スペーサ１３４と接続部材１６０との間に保持されるが、このような実施の形態を詳細に説明する。

ボディ組立体１５０は円筒形状であり、中心通路１５２、及び上面１５４及び下面１５６を含むように形成されている。ボディ組立体１５０は、ハウジング１０８内に配置される。ボディ組立体１５０は、応用の要望に適合するような種々の形状及びサイズにモールドすることができる。一実施の形態においては、ボディ組立体１５０は円筒形状であり、モールドされたポリエチレンプラスチックのような電気絶縁材料で作られている。組立てられた時に、ボディ組立体１５０の第１の表面１５４は、上述したように接続表面１１４の機械的圧力によってスペーサ１３４と接触するように保持される。ボディ組立体１５０の第２の表面１５６は、接続表面１１４が回路組立体１７０上に閉じられた時に回路組立体１７０と接触するように保持される。

接続部材１６０は、バックプレート組立体１４０をハウジング１０２内に機械的に確保し、バックプレート組立体１４０を回路組立体１７０に電気的に結合する。接続部材１６０は、バックプレート組立体１４０と回路組立体１７０との間に延びてバックプレート組立体１４０をスペーサ１３４に対して保持するばね状の部材である。接続部材１６０は更に、接続部材１６０がバックプレート１４０を回路組立体１７０に電気的にも結合するように導電性材料を使用して作られる。

図１及び２の実施の形態に示すように、接続部材１６０は、実質的に平坦な中心の係合部分１６２、及び複数の係合脚１６４ａ−ｄを含む。係合脚１６４ａ−ｄは、係合部分１６２から外向きに延びている。係合脚１６４ａ−ｄは、他の係合脚１６４ａ−ｄに対して90°の角度に配置され、また係合部分１６２の面に対してある角度をなしている。係合脚１６４ａ−ｄはある程度の柔軟性を有し、バックプレート組立体１４０と回路組立体１７０との間に位置決めされると僅かに圧縮され得る。接続部材１６０が軸方向に圧縮されることによって、マイクロホン組立体１００の振動をある程度受け入れることができる。

接続部材１６０は、バックプレート組立体１４０と回路組立体１７０とを電気的に相互接続するようにもなっている。因みに、接続部材１６０の各係合脚１６４ａ−ｄは、バックプレート組立体１４０の対応する突起１４２ａ−ｄと係合し、電気的に結合する。接続部材１６０の係合部分１６２は、回路組立体１７０上に形成されている導電性表面に突き当たり、結合される。

接続部材１６０は、バックプレート組立体１４０をハウジング１０２内に機械的に確保し、且つバックプレート組立体１４０を回路組立体１７０に電気的に結合するために、例えば金属のような高導電率、高い弾力性コンテントを有する材料で作ることができる。例えば、接続部材１６０は、ベリリウム銅（BeCu）合金、または類似の材料であることができる。接続部材１６０は、特に回路組立体１７０に接する底面の領域内に、金コーティングのような導電性コーティングを有することができる。これによって接続部材１６０は、接続部材１６０を介して回路組立体１７０に音響信号を伝送し、供給するために回路組立体１７０に電気的に結合され、且つ、バックプレート１４０をダイアフラム組立体１２０に対して機械的に確保する。更に、接続部材１６０の可圧縮性は、バックプレート組立体１４０のエレクトレット層１４６を、過大な熱及び／または反復する衝撃によってもたらされる崩壊から保護する。

回路組立体１７０は、回路基板１７２、回路基板１７２上に配置されている複数の電子要素１７４を含む。回路基板１７２は、前面１７６及び後面１７８を有している。回路基板１７２は、ハウジングに対応する、またはそれ以外に特定の応用に従う種々の形状及びサイズに形成することができる。回路基板１７２の前面１７６は、印刷配線、複数の空洞（図示せず）、出力接続１８４、入力接続１８６、及び複数の電子要素１７４を有することができる。電子要素１７４は、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）１８０、及び例えばセルラーホンのような通信デバイスが発生する低及び高無線周波数妨害に対する感度を低下させるために設けられている少なくとも２つのキャパシタ（図示せず）を含むことができる。ゲート接続（図示せず）は、ＪＦＥＴ １８０の上面に取付けられている。このゲート接続は、例えばはんだ付けによって接点パッド１８２に電気的に結合することができる。接続部材の係合部分１６２は、それが接点パッド１８２と係合し且つ接点パッド１８２に押しつけられて両者の間に電気的接続が得られるように位置決めされる。係合部分１６２を接点パッド１８２に対して確保するために、オプションとして、はんだ付けまたは導電性接着剤も使用することができる。代替として、係合部分１６２は接点パッド１８２と機械的に結合、またはそれ以外に係合させることができる。良好な電気的結合を確保するために、接点パッド１８２は、低インダクタンス及び高無線周波数（ＲＦ）抵抗を呈する金めっきしたニッケルのような導電性材料で作ることができる。接点パッド１８２は接続部材１６０をＪＦＥＴ １８０のトップ部分に電気的に接続し、それによって、接続部材１６０を介してゲート接続をバックプレート組立体１４０に接続する。

本発明によるマイクロホン１００は、従来のマイクロホンより部品数が少なく、組立てが容易である。接続部材１６０を用いてエレクトレット部分をボディ組立体１５０内の定位置に保持した後に、ボディ組立体１５０をスペーサ１３４と接触させるようにハウジング１０８内に圧入（プレスフィット）する。ボディ組立体１５０のこの圧入により下側に位置する要素が拘束され、製造中に発生し得る移動及び破壊を減少させる。更に、ボディ組立体１５０によって、接続部材１６０の受入れ難い変形を伴うことなく、バックプレート組立体１４０及びダイアフラム組立体１２０を回路組立体１７０に電気的に接続することができる。以上に説明した本発明の概念によって作られたデバイスは、感度、雑音、安定度、コンパクトさ、頑丈さ、及び電磁妨害（ＥＭＩ）その他の外部及び環境状態（衝撃及び塵埃を含む）に対する不感応性のような良好な電気音響・性能を維持しながら、総合サイズが小さくなるという長所を有している。

図２は、マイクロホンの組立て方法の実施の形態を示す断面図である。先ず、ダイアフラム組立体１２０を音響ポート１１８に対向させてハウジング１０８内に挿入する。次いで、スペーサ１３４の第１の面１３６がダイアフラム組立体１２０の第２の面１３２と対面するように、スペーサ１３４をハウジング内に挿入する。回路組立体１７０は、複数の電子要素１７４を回路基板１７２上に配置して事前に組立てられている。次に、接続部材１６０を、接点パッド１８２を介して回路組立体１７０に取付ける。バックプレート組立体１４０をボディ組立体１５０内に挿入する。バックプレート組立体１４０の第１の面１４６は、ハウジング１０８内に挿入された時にスペーサ１３４の第２の面１３８と対面するように配向する。複数の突起１４２ａ−ｄの各々を、接続部材１６０の複数の係合脚１６４ａ−ｄと整列させ、係合させる。突起１４２ａ−ｄとこのように整列し、係合した係合脚１６４ａ−ｄは、オプションとして例えばはんだ付け、導電性接着剤、または機械的な結合によって保持することができる。バックプレート組立体１４０、スペーサ１３４、及びダイアフラム組立体１２０は、ボディ組立体１５０の摩擦嵌めによって拘束される。ダイアフラム組立体１２０、スペーサ１３４、バックプレート組立体１４０、ボディ組立体１５０、及び接続部材１６０をハウジング１０８内に挿入した後に、回路基板１７２の後面１７８をハウジング１０８の接続表面１１４によって捕捉する（例えば、機械的締付け、クリンピング、溶接、または接着剤によって）。この位置において、ダイアフラム組立体１２０及びバックプレート組立体１４０が回路組立体１７０に電気的に接続される。代替構造においては、接続部材１６０を、特に係合脚１６４ａ−ｄを、バックプレート組立体１４０に機械的に及び電気的に結合されているバックプレート組立体１４０の突起１４２ａ−ｄに先ず保持することができる。このような配列も、マイクロホン１００の組立てを容易にする。

以上に記述した出版物、特許出願、及び特許を含む引用の全てを、本明細書に参照として組入れている。

本発明を説明する上で（特に、特許請求の範囲において）使用する（した）用語「ある」、「１つの」、及び「その」、「前記」等の用語は、特に指定しない限り、または文脈的に明白に否定されない限り、単数及び複数の両者をカバーするものと理解されたい。記載した数値の範囲は単なる説明のためのものに過ぎない。以上に説明した全ての方法は、特記しない限り、または文脈的に否定されない限り、如何なる適切な順番でも遂行することができる。何れかの、及び全ての例、または例示言語（例えば、「のような」）の使用は、単に本発明をより良く理解するためであって、本発明の範囲を限定する意図はない。

以上に、本発明を遂行するために発明者らが知る最良モードを含む本発明の好ましい実施の形態を説明した。図示した実施の形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。

エレクトレットコンデンサマイクロホンの分解図である。 エレクトレットコンデンサマイクロホンの断面図である。

Claims (14)

1. マイクロホンであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に形成されている音響ポートと、
   前記音響ポートに近接して前記ハウジング内に配置されているダイアフラムと、
   前記ダイアフラムに対して離間した関係に前記ハウジング内に作動的に配置されているバックプレート組立体と、
   導電性取付け表面を含むように形成されているトランジスタを含む回路組立体と、
   前記回路組立体と前記バックプレート組立体との間を延び、前記バックプレート組立体を前記ハウジング内に機械的に保持し、且つ前記バックプレート組立体を前記取付け表面に電気的に結合する接続部材と、
   を含むことを特徴とするマイクロホン。
2. 前記接続部材は、前記取付け表面に機械的に、且つ電気的に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。
3. 前記接続部材は複数の脚部材を含み、前記各脚部材は前記バックプレート組立体の周縁に形成されている対応する突起と係合することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。
4. 前記各脚部材は、その対応する突起と電気的に結合されることを特徴とする請求項３に記載のマイクロホン。
5. 前記各脚部材は、その対応する突起と機械的に結合されることを特徴とする請求項４に記載のマイクロホン。
6. 前記取付け表面は、前記トランジスタの表面上に形成されている接点パッドと、前記接点パッドと係合する接続部材とを含む請求項１に記載のマイクロホン。
7. マイクロホンの製造方法であって、
   音響ポートを含むように形成されたハウジングを準備するステップと、
   ダイアフラムを準備し、前記ダイアフラムを前記音響ポートに近接させて前記ハウジング内に配置するステップと、
   バックプレート組立体を準備し、前記バックプレート組立体を前記ハウジング内に前記ダイアフラムに対して作動的に配置するステップと、
   導電性取付け表面を含むように形成されているトランジスタを含む回路組立体を準備し、前記回路組立体を前記ハウジング内に配置するステップと、
   接続部材を準備し、前記接続部材を前記回路組立体と前記バックプレート組立体との間に延ばし、前記バックプレート組立体を前記ハウジング内に機械的に保持すると共に、前記バックプレート組立体を前記取付け表面に電気的に結合するステップと、
   を含むことを特徴とするマイクロホン製造方法。
8. 前記回路組立体を前記ハウジング内に配置する前に、前記接続部材を前記取付け表面に結合するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロホン製造方法。
9. 前記回路組立体を前記ハウジング内に配置する前に、前記接続部材を前記バックプレート組立体に結合するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロホン製造方法。
10. 前記トランジスタの表面上に導電性取付け表面を準備し、前記接続部材を前記取付け表面に結合するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロホン製造方法。
11. 前記接続部材を前記取付け表面に結合するステップは、前記接続部材を前記取付け表面に機械的に、且つ電気的に結合するステップからなることを特徴とする請求項７に記載のマイクロホン製造方法。
12. 複数の脚部材を有する接続部材を準備し、前記バックプレート組立体上に対応する数の突起を準備し、前記各脚部材をその対応する突起と係合させるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロホン製造方法。
13. 前記各脚部材を、その対応する突起と電気的に結合させるステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロホン製造方法。
14. 前記各脚部材を、その対応する突起と機械的に結合させるステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロホン製造方法。

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