JP2020509709A - 目立たない表面実装マイクロホン - Google Patents

Abstract

背面プレート（１５）の表面に配置された導電性コンデンサ層（１４）からスペーサによって離間されたダイアフラム（７）を備える表面実装型コンデンサマイクロホン（１）であって、導電性コンデンサ層（１４）を担持し且つ背面プレート（１５）の同じ側の他の表面領域において絶縁されて、導電性コンデンサ層（１４）を覆って突出してスペーサを形成するスペーサ層（２３）を担持するセラミックプレートによって背面プレート（１５）が実現される。

Description

本発明は、背面プレートの表面に配置された導電性コンデンサ層からスペーサによって離間されたダイアフラムを備える表面実装型コンデンサマイクロホンに関する。

欧州特許第１６４９７１８号明細書は、例えば携帯電話のプリント回路基板に取り付けるための表面実装型コンデンサマイクロホンを開示している。開示されたコンデンサマイクロホンは、スペーサと背面プレートの下方に配置された処理回路とによって離間されたダイアフラムと背面プレートとを保持する円筒形状のハウジングを備えるエレクトレットコンデンサマイクロホンである。この表面実装型コンデンサマイクロホンの機械的要素は、マイクロホンのハウジングが、それが取り付けられている表面上に実質的に突出するように構築されて配置される。これは、携帯電話の使用ケースでは許容できるが、他の使用ケースでは高すぎてかさばるものとなる。そのような他の使用ケースは、例えば、飛行試験のために航空機の表面にそれらを接着するためにまたは風力タービンのブレード上にそれらを接着するために使用される表面実装型マイクロホンである。米国特許出願公開第２０１１／１９２２１２号明細書は、風力タービンのブレード上のマイクロホンがブレードへの動物の衝撃を分析するためのセンサとして使用されるような使用ケースを開示している。そのような使用ケースのための表面実装型マイクロホンは、できるだけ薄くて堅牢でなければならない。

米国特許出願公開第２０１３／００９４６７６号明細書および国際公開第２００４／０８０１２２号パンフレットは、これらのマイクロホンの厚さおよび複雑さを増大させる、組み立てられるべきかなりの数の部品を有する表面実装型コンデンサマイクロホンを開示している。

欧州特許第１６４９７１８号明細書 米国特許出願公開第２０１１／１９２２１２号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００９４６７６号明細書 国際公開第２００４／０８０１２２号パンフレット

本発明の目的は、それが取り付けられている表面上にできるだけ少なく突出するのみである、薄いハウジングを有する表面実装型マイクロホンを提供することである。

この目的は、絶縁キャリアによって実現され、且つ背面プレートが導電性コンデンサ層を担持し、且つさらに背面プレートが背面プレートの同じ側の他の表面領域において導電性コンデンサ層から絶縁されて、導電性コンデンサ層を覆って突出してスペーサを形成するスペーサ層を担持する背面プレートを有するマイクロホンによって達成される。

この機械的構成は、例えば、背面プレートの一方側に２層を担持するセラミックプレートから構成された背面プレートを有する表面実装型コンデンサマイクロホンをもたらし、一方の層であるスペーサ層は、導電層または非導電層であり、他方の層である導電性コンデンサ層よりも厚い。１つの好ましい実施形態では、スペーサ層は、背面プレートの導電性コンデンサ層の上に例えば０．０２ｍｍ突出する金属の導電層によって実現され、０．０２ｍｍのダイアフラムの空隙をもたらす。他の実施形態では、０．０１ｍｍのようなより小さい空隙またはさらに小さい空隙が実現されることができ、さらに他の実施形態では、０．１ｍｍまたはそれ以上のようなより大きい空隙が実現されることができる。セラミック背面プレート上の異なる厚さの導電層によるこのスペーサの実現は、表面実装型コンデンサマイクロホンの平坦で堅牢な実現を可能にする。絶縁背面プレートは、一様な厚さの一体型最終片を形成するための繊維材料の布または紙と熱硬化性樹脂とのラミネートのような回路基板技術で使用される任意の種類の絶縁材料によって実現されることができる。

ダイアフラムを背面プレートに固定するために、スペーサ層を覆う１つまたは２つの固定リングのような固定要素でダイアフラムにまたがることがさらに有利である。基本セラミックプレートから規定の距離に背面プレートを配置して、コンデンサマイクロホンのバックボリュームを形成するために、固定リングと背面プレートとの間に配置された保持リングのような保持要素が使用されることができる。これらの機械的配置は、平坦で堅牢なコンデンサマイクロホンを達成するのを支援する。

ダイアフラムの両側の平均静圧が等しくなるのを確実にするために、バックボリュームからコンデンサマイクロホンのハウジングの外側の領域まで通気チャネルを配置することが特に有利である。この通気チャネルは、音波が通過してマイクロホンによって捕捉された音に影響を与えるのを回避するために狭くする必要がある。好ましい実施形態では、そのような通気チャネルは、固定要素と保持要素との間に形成された螺旋溝を備え、この通気チャネルは、マイクロホンが組み立てられたときに完成する。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。当業者は、様々な実施形態を組み合わせることができることを理解するであろう。

図１は、本発明の実施形態にかかる表面実装型コンデンサマイクロホンの平面図を示している。 図２は、図１にかかるコンデンサマイクロホンの側断面図Ａ−Ａを示している。 図３は、図２にかかる側断面図Ａ−Ａの詳細Ｂを示している。 図４は、図１にかかるコンデンサマイクロホンの背面プレートの平面図を示している。 図５は、図１にかかるコンデンサマイクロホンの斜視図を示している。

図１は、航空機の翼の表面２に接着されている表面実装型コンデンサマイクロホン１を示している。マイクロホン１は、航空機の翼の形態を改善し、翼の表面に沿った実際の空気流についてさらに学ぶために、翼に沿った空気の乱流によって引き起こされる雑音を測定するために使用される。マイクロホン１は、風力タービンの表面または他の表面にも同様に接着されて、関連する物理的パラメータを測定することができる。マイクロホン１自体が物理的パラメータの測定に影響を与える空気の乱流を引き起こすことを回避するために、マイクロホン１のハウジングは、平坦で吹きさらしでなければならない。これは、以下に説明するように、機械的および電気的設定によって達成される。

マイクロホン１は、ハウジング３を備え、主風方向４がハウジング３の傾斜領域５および６に対して略垂直になるように表面２上に接着され、空気の乱流を減少させる。マイクロホン１は、さらに、ハウジング３の表面積の約半分を覆う円形のダイアフラム７を備える。ハウジング３の表面積の他の半分の下方には、図２からわかるように、マイクロホン１のコンデンサ素子によって提供される電気信号を処理するための処理回路８が配置されている。コンデンサマイクロホン１の機械的部品と処理回路８とのこの並置配置は、有利にはマイクロホン１の平坦構成を支持する。

マイクロホン１のハウジング３は、基本セラミックプレート１０とともに基本セラミックプレート１０の導電性表面層１３上に配置されたマイクロホン１の出力接点１２についての１つのみの開口１１を有するマイクロホン１の全ての要素を囲むキャップ９から構成される。これは、特に堅牢で信頼性の高いマイクロホン１を実現することを可能にする。導電性表面層１３は、処理回路８の電気素子と、出力接点１２と、コンデンサマイクロホン１の導電性コンデンサ層１４との間の電気的接触を提供する。

図３は、マイクロホン１の音響性能に最も関連のある機械的要素の断面図を示し、図５は、斜視図を示している。図４の平面図に示す円形の背面プレート１５は、セラミックプレートとしてセラミック材料によって実現される。背面プレート１５は、ダイアフラム７と背面プレート１５との間の空隙１７から背面プレート１５と基本セラミックプレート１０との間に形成されたバックボリューム１８への空気流を可能にするために直径上に配置された複数の孔１６を備える。保持リング１９として実現されるハウジング要素は、円形の背面プレート１５を距離２０で保持してバックボリューム１８の側壁を形成する。

背面プレート１５は、さらに、導電性コンデンサ層１４と導電性表面層１３上の処理回路８との間に電気的接触をもたらす導電性接着剤２２で充填されたコンタクトホール２１を中央に備える。使用時には、音響波がダイアフラム７を移動させ、コンデンサプレートの１つとして導電性コンデンサ層１４を有するコンデンサ用の誘電体を構築する空隙１７を減少および増加させる。結果として、特定の音響波によって影響される電気信号が処理回路８によって検出されて処理される。

マイクロホン１は、ダイアフラム７を導電性コンデンサ層１４から離間させて空隙１７の距離を画定および固定するスペーサを備える。このスペーサは、背面プレート１５の同じ表面上にあるが背面プレート１５の異なる表面領域である、導電性スペーサ層２３と呼ばれる第２の導電層によって実現される。導電性コンデンサ層１４は、孔１６の領域において導電性スペーサ領域２３から絶縁されている。空隙１７は、導電性スペーサ領域２３が導電性コンデンサ層１４よりも厚いように実現される。したがって、導電性コンデンサ層１４および導電性スペーサ層２３の層厚には明確な差があり、これらの層の厚さの差は、規定の空隙１７を提供する。そのため、セラミックプレート上の導電層は、安価で正確な方法でのエッチングのような公知の製造技術によって製造されることができ、規定された空隙１７を有するマイクロホン１を製造することは容易且つ堅牢である。

マイクロホン１は、さらに、第１の固定リング２４および第２の固定リング２５によって形成された固定要素を備える。第１の固定リング２４は、保持リング１９と第２の固定リング２５との間に配置され、第１の固定リング２４と第２の固定リング２５との間にダイアフラム７を滑らかに保持して導電性スペーサ層２３にまたがる円形領域２６を備える。したがって、組み立てられたマイクロホン１では、円形領域２６は、導電性スペーサ層２３の高さよりわずかに下方に配置されている。

マイクロホン１のハウジング要素の一部としての保持リング１９は、その一部が螺旋溝２８として形成されて、バックボリューム１８からマイクロホン１のハウジングの外側の領域２９への通気を可能にする通気チャネル２７を備える。通気チャネル２７は、音波がそれを通って移動し、マイクロホン１によって捕捉された音に影響を与えるのを回避するために狭くて長くなければならない。これは、通気チャネル２７の長さを延ばし、ネジが製造される方法で容易な製造を可能にするため、通気チャネル２７の一部または全部を螺旋溝２８として形成することが特に有利である。本発明の他の実施形態では、螺旋溝２８の一部または全部は、保持リング１９の平坦面を有する第１の固定リング２４内に実現されることができる。狭い通気チャネル２７の長さを延ばすために同じ技術的効果を有する螺旋溝と同様の他の形態も同様に使用することができる。

これら全ての有利な機械的および電気的構成により、マイクロホン１は、わずか１ｍｍの厚さ、または０．９ｍｍもしくは０．８ｍｍのようにさらに小さい厚さで実現されることができる。表面実装型コンデンサマイクロホン１のこの小さな実現は、マイクロホン１によってわずかな乱流が引き起こされるのを可能にするかまたは全く乱流が引き起こされるのを可能にせず、それによって、マイクロホン１によって測定される音または圧力のような物理的パラメータのより高い精度を達成するのを可能にする。

本発明の他の実施形態では、スペーサは、互いの上にある２つの導電層によって実現されることができる。スペーサの領域内の第１の導電性表面層の上において、この第１の表面層の上に第２の導電性表面が追加されて、突出部およびダイアフラムの空隙を達成することができる。

本発明の他の実施形態では、固定リングと保持リングとの間にダイアフラムを固定するための１つのみの固定リングが実現されることができる。２つの固定リングを有する他の実施形態では、第１の固定リングが使用されて背面プレートを保持し且つバックボリュームの側壁を構築することができる。

他の実施形態では、背面プレートおよび基本プレートは、表面上に導電層を生成することを可能にするフレックスプリントのようなプリントカード材料のようなセラミックと同様の他の材料によって実現されることができる。原則として、背面プレートは、十分な剛性を有する任意の絶縁材料によって実現されることができる。

他の実施形態では、スペーサ層は、スペーサ層を構築するためにガラスまたははんだ付けマスクのような非導電性材料によって実現される。導電性コンデンサ層を膜から離間させるために非常に薄い材料層を生成することを可能にする任意の種類の材料または製造プロセスがよい。さらなる実施形態では、スペーサ層は、背面プレートの一部としての背面プレートの高さによって実現される。これは、スペーサ層を実現するために背面プレートに別個の層を追加する必要がないという利点を有する。

マイクロホン１のハウジング要素の一部としての保持リング１９は、その一部が螺旋溝２８として形成されて、バックボリューム１８からマイクロホン１のハウジングの外側の領域２９への通気を可能にする通気チャネル２７を備える。通気チャネル２７は、音波がそれを通って移動し、マイクロホン１によって捕捉された音に影響を与えるのを回避するために狭くて長くなければならない。これは、通気チャネル２７の長さを延ばし、ネジが製造される方法で容易な製造を可能にするため、通気チャネル２７の一部または全部を螺旋溝２８として形成することが特に有利である。本発明の他の実施例では、螺旋溝２８の一部または全部は、保持リング１９の平坦面を有する第１の固定リング２４内に実現されることができる。狭い通気チャネル２７の長さを延ばすために同じ技術的効果を有する螺旋溝と同様の他の形態も同様に使用することができる。

本発明の他の実施例では、スペーサは、互いの上にある２つの導電層によって実現されることができる。スペーサの領域内の第１の導電性表面層の上において、この第１の表面層の上に第２の導電性表面が追加されて、突出部およびダイアフラムの空隙を達成することができる。

本発明の他の実施例では、固定リングと保持リングとの間にダイアフラムを固定するための１つのみの固定リングが実現されることができる。２つの固定リングを有する他の実施例では、第１の固定リングが使用されて背面プレートを保持し且つバックボリュームの側壁を構築することができる。

他の実施例では、背面プレートおよび基本プレートは、表面上に導電層を生成することを可能にするフレックスプリントのようなプリントカード材料のようなセラミックと同様の他の材料によって実現されることができる。原則として、背面プレートは、十分な剛性を有する任意の絶縁材料によって実現されることができる。

他の実施例では、スペーサ層は、スペーサ層を構築するためにガラスまたははんだ付けマスクのような非導電性材料によって実現される。導電性コンデンサ層を膜から離間させるために非常に薄い材料層を生成することを可能にする任意の種類の材料または製造プロセスがよい。さらなる実施例では、スペーサ層は、背面プレートの一部としての背面プレートの高さによって実現される。これは、スペーサ層を実現するために背面プレートに別個の層を追加する必要がないという利点を有する。

Claims (9)

1. 背面プレート（１５）の表面に配置された導電性コンデンサ層（１４）からスペーサによって離間されたダイアフラム（７）を備える表面実装型コンデンサマイクロホン（１）であって、前記背面プレート（１５）が絶縁キャリアによって実現され、且つ前記背面プレート（１５）が前記導電性コンデンサ層（１４）を担持し、且つさらに前記背面プレート（１５）が、前記背面プレート（１５）の同じ側の他の表面領域において前記導電性コンデンサ層（１４）から絶縁されて、前記導電性コンデンサ層（１４）を覆って突出して前記スペーサを形成するスペーサ層（２３）を担持する、ことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 前記導電性コンデンサ層（１４）が、その間の前記背面プレート（１５）の絶縁領域によって絶縁された層厚の明確な差を伴ってリング状スペーサ層（２３）によって囲まれた前記背面プレート（１５）の中央領域上に配置される、請求項１に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
3. 前記ダイアフラム（７）が、前記スペーサ層（２３）を覆って固定要素（２４、２５）によってまたがられ、前記ダイアフラム（７）と前記導電性コンデンサ層（１４）との間に空隙（１７）を形成する、請求項２に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
4. 前記背面プレート（１５）が、前記絶縁領域内に通気孔（１６）を備え、前記背面プレート（１５）を基本セラミックプレート（１０）から所定距離（２０）に保持してコンデンサマイクロホン（１）の実質的に閉じたバックボリューム（１８）を形成するためにハウジング要素（１９）が構築されている、請求項３に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
5. 前記ハウジング要素（１９）が、前記バックボリューム（１８）から前記コンデンサマイクロホン（１）のハウジングの外側の領域（２９）への通気を可能にするための通気チャネル（２７）を備える、請求項４に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
6. 前記通気チャネル（２７）が、前記ハウジング要素（１９）と前記固定要素（２４）との間に形成された螺旋溝（２８）を含む、請求項５に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
7. 前記導電性コンデンサ層（１４）が、前記背面プレート（１５）の孔（２１）および前記バックボリューム（１８）内の導電性要素（２２）を介して、前記固定要素（２４、２５）の外側の導電性表面層（１３）上に配置された処理回路（８）と前記導電性コンデンサ層（１４）を接触させる前記基本セラミックプレート（１０）の前記導電性表面層（１３）と接触する、請求項４から６のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
8. 前記コンデンサマイクロホン（１）の前記ハウジングが、前記基本セラミックプレート（１０）とともに前記導電性表面層（１０）上に配置された前記コンデンサマイクロホン（１）の出力接点（１２）についての１つのみの開口（１１）を有する前記コンデンサマイクロホン（１）の全ての要素を囲むキャップ（９）を備える、請求項５から７のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン（１）。
9. 前記背面プレートの前記絶縁キャリアが、セラミックプレートによって実現される、請求項１から８のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン（１）。