JP2012517182A - フローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はバックプレートにエレクトレットを形成しなくて振動板が電気的にフローティングされると共に停電容量が向上されるコンデンサマイクロホン組立体に関する。
【解決手段】 本発明のマイクロホンは、微細空間を間に置く電気的に隔離されて互いに対向している振動板とバックプレートとの間にフローティングされたバイアス電圧が印加されて、外部音源の音圧に応じて振動板が振動すると停電容量が変化される音響体と、外側面に出力端子と接地端子が形成されて出力端子と接地端子を介して外部回路と接続されて、内側面にバッファＩＣが実装されバッファＩＣに内蔵された電圧ポンプ回路で入力電圧を昇圧して音響体に電機的にフローティングされたバイアス電圧を提供すると共にバッファＩＣが音響体の停電容量の変化を電気的信号に増幅して出力端子と接地端子を介して出力する印刷回路基板アセンブリと、一面が開口の金属材質の筒形状であって開口面の端部周辺を除いて内側に絶縁物質がコーティングされて音響体と電気的に絶縁されると共に筒の内部に前記音響体を含めて印刷回路基板アセンブリとカーリング結合されつつ接地端子と接続されて音響体を電気的に遮蔽させるケースと、で構成される。
【選択図】図２

Description

本発明はコンデンサマイクロホンに関し、より詳しくはバックプレートにエレクトレットを形成しなくて振動板が電気的にフローティングされると共に停電容量が向上されたコンデンサマイクロホン組立体に関する。

モバイル端末機などに広く採用される小型コンデンサマイクロホンとしては、バイアス電源が不要のエレクトレットコンデンサマイクロホンが広く使用されているが、表面実装技術（ＳＭＴ）の適用が要求されつつ高温に弱いエレクトレットの問題点を解消するために多様な構造の表面実装（ＳＭＤ）用のコンデンサマイクロホンが開発された。特に、半導体チップの製造技術が発展することによって低いＤＣ電圧を昇圧させて高圧のバイアス電圧を生成する電圧ポンプ回路（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｕｍｐ）が内蔵されたバッファＩＣが開発されることに従って表面実装（ＳＭＤ）用のコンデンサマイクロホンにバイアス構造を適用することができるようにになった。

一方、モバイル端末機に使用されるシリコンコンデンサマイクロホンはＭＥＭＳマイクロホンチップにエレクトレットを形成しにくくて電圧ポンプ回路（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｕｍｐ）が内蔵されるバッファＩＣを利用してバイアスタイプに動作する。このためにＭＥＭＳマイクロホンチップは電気的にフローティングされており、通常的に停電容量が略１ｐＦ内外になる。

しかしコンデンサマイクロホンの停電容量が略１ｐＦ内外に小さい場合には、バッファＩＣで高感度と低雑音特性を具現することが困難であるという問題点がある。

本発明は前記のような問題を解消するために提案されたことで、本発明の目的は、停電容量が大きくて電気的にフローティングされた構造を有するコンデンサマイクロホンを提供することにある。

本発明の他の目的は、電圧ポンプ回路（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｕｍｐ）が内蔵されたバッファＩＣを利用してバイアスタイプに動作するＳＭＤ用のコンデンサマイクロホンを提供することにある。

前記の目的を達成するために本発明は、微細空間を間に置いて電気的に隔離されて互いに対向している振動板とバックプレートとの間にフローティングされたバイアス電圧が印加されて、外部音源に従って前記振動板が振動すると停電容量が変化する音響体と、外側面に出力端子と接地端子が形成されて前記出力端子と前記接地端子を介して外部回路と接続されて、内側面にバッファＩＣが実装されて前記バッファＩＣに内蔵された電圧ポンプ回路に入力電圧を昇圧して前記音響体に電気的にフローティングされたバイアス電圧を提供すると共に前記バッファＩＣが前記音響体の停電容量の変化を電気的信号に増幅して前記出力端子と前記接地端子を介して出力する印刷回路基板アセンブリと、一面が開口の金属材質の筒形状で開口面の端部周辺を除い内側に絶縁物質がコーティングされて前記音響体と電気的に絶縁されると共に筒の内部に前記音響体を含めて前記印刷回路基板アセンブリとカーリング結合されつつ前記接地端子と接続されて前記音響体を電気的に遮蔽させるケースと、を含むことを特徴とする。

前記音響体は、絶縁物質がコーティングされた前記ケースの内側の底面に実装されて外部音源により振動される振動板と、絶縁本体の一部に導電パターンが形成されて前記振動板にバイアス電圧の一極性を印加すると共にバイアス電圧の多極性と電気的に絶縁させて、カーリング過程にて内部の部品らを指示する絶縁ベースと、前記絶縁ベースの内側に実装されて微細空間を形成する絶縁材質のスペーサと、前記スペーサを間に置いて前記振動板と対向しているバックプレートと、前記バックプレートにバイアス電圧の多極性を印加するための導電ベースと、を含む。

本発明によるコンデンサマイクロホンは、エレクトレットを使用しないことから表面実装技術による高温のリフロー工程を経った後にも性能が低下されず高品質を維持することができて、ＭＥＭＳマイクロホンチップより停電容量が大きくて低雑音、高性能の特性を提供することができる。

本発明によるコンデンサマイクロホンの全体概念を示す概略図である。 本発明によるコンデンサマイクロホン組立体の断面図である。 本発明によるコンデンサマイクロホン組立体の斜視図である。 本発明によるコンデンサマイクロホンの振動板を示す図である。 本発明によるコンデンサマイクロホンの絶縁ベースを示す図である。 本発明によるコンデンサマイクロホンのバックプレートを示す図である。

本発明と本発明の実施形態によって達成される技術的課題は、以下で説明する本発明の好ましい実施形態らによってより明確になる。次の実施形態らは、単なる本発明を説明するために例示されることに過ぎ、本発明の範囲を制限するためのものではない。

図１は、本発明によるコンデンサマイクロホンの全体概念を示す概略図である。

本発明によるコンデンサマイクロホン１００は、図１に示すように、フローティングされたバイアス電圧に印加され外部音源の音圧に応じて振動すると停電容量が変化する音響体１０と、出力（Ｖｏｕｔ）端子と接地（ＧＮＤ）端子を介して外部回路と接続されて内蔵された電圧ポンプ回路で入力電圧を昇圧させて音響体１０に電気的にフローティングされたバイアス電圧を印加した後、音響体１０の停電容量の変化を電気的信号に増幅して出力（Ｖｏｕｔ）端子と接地（ＧＮＤ）端子を介して出力するバッファＩＣ２０と、接地（ＧＮＤ）端子と接続されて内部の音響体１０を電気的に遮蔽させるケース１０２で構成される。

図１を参照すると、バッファＩＣ２０は、出力（Ｖｏｕｔ）端子と接地（ＧＮＤ）端子を介して入力される直流電圧を高圧に昇圧させてフローティングされたバイアス電圧を生成する電圧ポンプ回路と、音響体の停電容量の変化を電気的信号に増幅して出力（Ｖｏｕｔ）端子と接地（ＧＮＤ）端子を介して外部回路へ出力する増幅器とを含めている。

図２は本発明によるコンデンサマイクロホンの組立体の断面図であり、図３は本発明によるコンデンサマイクロホンの組立体の斜視図である。

本発明によるコンデンサマイクロホンの組立体１００は図２に示すように矩形筒の内部に絶縁物質１０２ｂがコーティングされた金属材質のケース１０２と、ケース１０２の底面に実装されて外部音源に応じて振動される振動板１０４と、絶縁本体に導電パターン１０７が形成されて振動板１０４にバイアス電圧の一極性を印加するとともにバイアス電圧の他極性と電気的に絶縁させてカーリング過程にて内部の部品らを支持する絶縁ベース１０６と、絶縁ベース１０６の内側空間に実装される絶縁材質のスペーサ１０８と、スペーサ１０８を間に置いて振動板１０４と対向しているバックプレート１１０と、バックプレート１１０にバイアス電圧の他極性を印加するための導電ベース１１２と、出力（Ｖｏｕｔ）端子１１６ａと接地（ＧＮＤ）端子１１６ｂを介して外部回路と接続されて内蔵された電圧ポンプ回路で入力電圧を昇圧して音響体１０に電気的にフローティングされたバイアス電圧を印加した後に音響体１０の停電容量の変化を電気的信号に増幅して出力（Ｖｏｕｔ）端子１１６ａと接地（ＧＮＤ）端子１１６ｂを介して出力するバッファＩｃ２０と、外側面に端子１１６ａ、１１６ｂが形成されていて内側面にバッファＩＣ２０が実装されて絶縁ベースの導電パターン１０７を介してフローティングされたバイアス電圧の一極性を振動板１０４に印加して導電ベース１１２を介してバックプレート１１０にフローティングされたバイアス電圧の他極性を印加してカーリング過程にてケース１０２の端部と密着されて組立体を形成する印刷回路基板１１４で構成される。

図２を参照すると、ケース１０２は一面が開口の矩形筒形状であって筒の内部には開放面の端部周辺を除いて絶縁物質１０２ｂがコーティングされている。絶縁物質がコーティングされてない開放面の端部１０２ｃはカーリング過程にてＰＣＢ基板１１４に形成された接地パターンと電気的に接続されてケース１０２が内部素子らを電気的に遮蔽させてノイズを減らすためのものである。そしてケースの底面には音響孔１０２ａが形成されることができる。

バックプレート１１０はエレクトレットが形成されていない金属板であって、振動板の振動が容易に行うように音孔１１０ａが形成されている。

ＰＣＢ基板１１４の内側面にはバッファＩＣ２０が実装されていて、外側面には接触端子ら１１６ａ、１１６ｂが形成されており、図示しなかったが、ケースの端部１０２ｃと接続されている面には接地パターンが形成されていて、絶縁ベースの導電パターン１０７と接続される面と導電ベース１１２と接続される面にはバッファＩＣ２０と接続のためのパターンが形成されている。

このような本発明のコンデンサマイクロホンの組立体１００は図３に示すように外部からの音を流入するための音響孔が要するが、（Ａ）はケース１０２に音響孔１０２ａが形成される場合で、（Ｂ）は基板１１４に音響孔１１４ａが形成される場合である。

図３を参照すると、コンデンサマイクロホンの組立体は矩形であってケース１０２の内部空間に図２に示すように、振動板１０４、絶縁ベース１０６、スペーサ１０８、バックプレート１１０、導電ベース１１２、ＰＣＢ１１４が実装された後にケースの端部１０２ｃをカーリングさせて仕上げる。そしてこのようなコンデンサマイクロホンの組立体１００はＳＭＴ方式で電子製品に実装された後接続端子１１６ａ、１１６ｂを介してメインボードから直流電源を入力受けバイアス電圧を生成した後バイアス電圧により動作して外部音源に応じてオーディオ信号を接続端子１１６ａ、１１６ｂを介して出力する。

図４は本発明によるコンデンサマイクロホンの振動板を示す図であって、（Ａ）は概略斜視図で（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

本発明によるコンデンサマイクロホンの振動板１０４は図４に示すように、外部音源に応じて振動するダイアフラム１０４ａと、ダイアフラム１０４ａを支持して振動が円滑に行うようにする極リング１０４ｂで構成される。そして、図面には詳しくは図示してないがダイアフラム１０４ａは薄膜フィルム（ＰＰＳフィルム）に金 （Ａｕ）をメッキして製造することもできる。

図５は本発明によるコンデンサマイクロホンの絶縁ベースを示す図である。

本発明によるコンデンサマイクロホンの絶縁ベース１０６は図５に示すように、絶縁材質の本体に導電パターン１０７が形成されて導電パターン１０７により振動板１０４にバイアス電圧を印加すると共に内部に実装される導電ベース１１２と絶縁を維持することができるようになっている。このとき導電パターン１０７は絶縁ベース１０６の内側に挿入される導電ベース１１２と接触されないようにパターン１０７の端部が切断されている。

図６は本発明によるコンデンサマイクロホンにてスペーサ一体型の例を示す図である。

本発明によるコンデンサマイクロホンのバックプレート１１０は図６に示すように、絶縁材質のスペーサ１０８が金属材質のバックプレート１１０の一面に付着されて組立てが容易に行うようになっている。金属材質のバックプレート１１０には振動板の振動が容易に行われるように音孔１１０ａが形成されており、バックプレート１１０にスペーサ１０８を形成する方式は絶縁物質をラミネーティングするかコーティング或いは鍛造した後コーティングやラミネーティングを行うことである。

このように構成される本発明によるコンデンサマイクロホンの動作を見ると以下のようである。

本発明によるコンデンサマイクロホンの組立体１００は図２に示すように振動板１０４が絶縁ベースの導電パターン１０７を介してＰＣＢに実装されたバッファＩＣ２０と接続されてバックプレート１１０が導電ベース１１２を介してＰＣＢに実装されたバッファＩＣ２０と接続されて振動板１０４とバックプレート１１０との間にバイアス電圧がかかることになる。これによって、振動板１０４とバックプレート１１０との間にはＭＥＭＳマイクロホンチップより値が大きい停電容量が形成されることになる。

このような状態で音響孔１０２ａを介して外部音源の音圧が流入されると振動板１０４が振動することになって、これに応じて振動板１０４とバックプレート１１０との間に形成された停電容量に変動が生じることになって、このような停電容量の変動はバッファＩＣ２０の増幅器により電気的信号に増幅されて接続端子１１６ａ、１１６ｂを介して外部回路へ出力される。

よって本発明によるコンデンサマイクロホンはエレクトレットを使用しないことから表面実装技術による高温のリフロー工程を経った後にも性能が低下されず高品質を維持することができ、ＭＥＭＳマイクロホンチップより停電容量が大きくて低雑音、高性能の特性を提供することができる。

以上で本発明は図面に示す一実施形態を参考として説明したが、本技術分野の通常の知識を持つものであればこれから多様な変更及び均等な他の実施形態が可能であることを理解すると言える。

本発明は表面実装技術による高温のリフロー工程を経った後にも性能が低下されず高品質を維持することができ、ＭＥＭＳマイクロホンチップより停電容量が大きくて低雑音、高性能の特性を提供することができるので、産業上で著しい利用可能性がある。

Claims (5)

1. 微細空間を間に置いて電気的に隔離されて互いに対向している振動板とバックプレートとの間にフローティングされたバイアス電圧が印加されて、外部音源の音圧に応じて前記振動板が振動すると停電容量が変化される音響体と、
   外側面に出力端子と接地端子が形成されて前記出力端子と前記接地端子を介して外部回路と接続されて、内側面にバッファＩＣが実装されて前記バッファＩＣに内蔵された電圧ポンプ回路で入力電圧を昇圧して前記音響体に電気的にフローティングされたバイアス電圧を提供すると共に前記バッファＩＣが前記音響体の停電容量の変化を電気的信号に増幅して前記出力端子と前記接地端子を介して出力する印刷回路基板アセンブリと、
   一面が開口の金属材質の筒形状であって開口面の端部周辺を除いて内側に絶縁物質がコーティングされて前記音響体と電気的に絶縁されると共に筒の内部に前記音響体を含めて前記印刷回路基板アセンブリとカーリング結合されつつ前記接地端子と接続されて前記音響体を電気的に遮蔽させるケースと、を含むフローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体。
2. 前記音響体は、
   絶縁物質がコーティングされた前記ケースの内側底面に実装されて外部音源に応じて振動される振動板と、
   絶縁本体の一部に導電パターンが形成されて前記振動板にバイアス電圧の一極性を印加すると共にバイアス電圧の他極性と電気的に絶縁させて、カーリング過程にて内部の部品らを支持する絶縁ベースと、
   前記絶縁ベースの内側に実装されて微細空間を形成する絶縁材質のスペーサと、
   前記スペーサを間に置いて前記振動板と対向しているバックプレートと、
   前記バックプレートにバイアス電圧の他極性を印加するための導電ベースと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のフローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体。
3. 前記スペーサと前記バックプレートは、一体型で組立てが容易に行うように形成されることを特徴とする請求項２に記載のフローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体。
4. 前記コンデンサマイクロホンの組立体は、
   矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１または１に記載のフローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体。
5. 前記ケースや前記印刷回路基板アセンブリのうち何れか一つには、音響孔が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のフローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体。

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