JP3801985B2 - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明はハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）方式のエレクトレットコンデンサマイクロホンに関するものであり，特に，携帯電話または情報通信機器に使用することができる，ＩＣ素子などの電子回路を合せた主要な構成部品をチップ化して小型化されたエレクトレットコンデンサマイクロホン（Ｅｌｅｃｔｒｅｔ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
マイク，電話機，携帯電話機，ビデオテープレコーダ，おもちゃ等に付着して音圧を電気的な信号に変化させるのに使用されるコンデンサマイクロホンとしては本出願人が１９９０年１２月２２日に特許出願して１９９３年４月１７日付で登録を受けた韓国特許公報の公告番号特１９９３−３０６３号がある。
【０００３】
上記公報に開示されているコンデンサマイクロホンは図１に詳細に図示されているようにケース３の下側中央に通孔１が形成されており，その外部表面上にカバー２が付着されたケース３の内部にポーラーリング４と振動板５が載置される。増幅素子９は，回路基板１２にハンダ付け１３で固定される。増幅素子９の出力線１１は，回路基板１２にハンダ付け１３で接続されている。そして，振動板５の上部に増幅素子９の入力端子１０と接続されて絶縁リング１７で絶縁された固定電極１６が配置されている。前記固定電極１６の内側に静電気の物質が塗布された誘電体板２０が設置されており，さらに前記固定電極１６の外周縁に多数個の通孔２１が形成されている。
【０００４】
ところが，このように構成された従来のコンデンサマイクロホンは絶縁リング１７によってケース３と絶縁された固定電極１６が振動板５と正しく接続された状態で固定電極１６の上部に誘電体板２０が，別途，固定電極１６に接着されているため，コンデンサマイクロホンの性能を顕著に向上させることはできるが，小型化することができない問題点があるだけでなく，その他に，増幅素子９の入力端子１０と固定電極１６との接触面積が限られており，増幅素子９の入力端子１０と固定電極１６との間で電気的な接触不良が発生して，生産効率を向上させることができないなどの問題点があった。
【０００５】
（発明の開示）
したがって，本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり，本発明の目的は小型化させ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を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は生産効率を向上させ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を提供することにある。
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明によるエレクトレットコンデンサマイクロホンは上部に開口部が形成され，
下部中央に音響を収集して通過させる多数の音孔が形成されて電気的に接地されているケースと，前記ケースの内側の底面に対して平行に，底面から一定間隔（△ｔ）をおいて設置されて，前記ケースの音孔を通じて入る音圧により振動されて音響信号を振動に変換する振動板であって，振動板７０は，電荷が充電されるエレクトレット膜７２と，前記エレクトレット膜７２の一側面に金属をスパッタリングまたは化学気相蒸着（ＣＶＤ）により形成された導電膜７４と，前記エレクトレット膜７２に形成された前記導電膜７４が前記ケース５０の前記内面５０ａから一定間隔（△ｔ）離れて位置されるように，前記導電膜７４の下部の周辺枠に配設されるポーラーリング７６とを備えており，上記振動板の上部に設置される振動板支持部材であって，前記振動板と振動板支持部材の間隔を一定に維持するように振動板支持部材の外部面に凹溝が形成されて，振動板支持部材の上部面に凹部が形成されて前記振動板が容易に振動するように上記振動板支持部材の一部である凹部の底面に多数の小さな音響ホールが形成されている振動板支持部材と，振動板支持部材上に付着され電気的な信号を増幅する集積回路と，前記ケースの上部に形成された開口部を覆うと同時に，前記振動板支持部材の上部面と側壁部とに接するように上部面と側壁部とを覆うことで前記ケース５０に対して電気的に絶縁する絶縁キャップと，振動板支持部材上に付着された集積回路で増幅された信号を前記集積回路にリ―ド線を介在して接続された接触素子を通じて受信して，そして受信された信号をエレクトレットコンデンサマイクロホンの外部に伝達するように前記絶縁キャップ上に設置されて，接触素子から伝達される第１接触ピンと，振動板支持部材上に付着された集積回路で増幅された信号を，前記集積回路にリ―ド線を介して接続された接触素子を通じて受信して，受信された信号が，エレクトレットコンデンサマイクロホン外部へと伝達されるように，前記絶縁キャップ上に設置されて，上記接触素子から伝達される第２接触ピンとを具備することを特徴とする。
【０００８】
（発明を実施するための最良の形態）
以下，本発明の一実施形態にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンに関して添付図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図２は，本発明の一実施形態にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンを概略的に図示した外観斜視図であり，図３は，本発明の一実施形態にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンを切断した一部縦断面図であり，図４は，本発明の一実施形態にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンに適用される振動板を概略的に図示した斜視図であり，図５は，本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンに適用されるＩＣ回路がチップ化されたシリコン固定板の斜視図である。
【００１０】
図２，図３，図４，または図５に図示されるように本発明の一実施形態にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンは，ケース５０と，前記ケース５０の音孔５２を通じて入る音圧により振動されて音響信号を電気的な信号に変換する振動板７０とを有する。
【００１１】
振動板７０上には，凹部８２を有した，半導体ウェハで作成された振動板支持部材８０が配置される。
【００１２】
振動板７０が容易に振動できるように凹部８２の底面に多数の小さな音響ホール８２ａが形成される。
【００１３】
さらにエレクトレットコンデンサマイクロホンは，振動板７０で変換された電気的な信号を受信して増幅する集積回路１００とを有する。
【００１４】
またエレクトレットコンデンサマイクロホンは，ケース５０の上部に形成された開口部を覆うと同時に，振動板支持部材８０をケース５０から電気的に絶縁する絶縁キャップ１１０とを具備している。
【００１５】
さらに，エレクトレットコンデンサマイクロホンは，絶縁キャップ１１０上に設置された一対の接触ピン１２０，１３０とを有する。
【００１６】
ここで，第１接触ピン１２０は，振動板支持部材８０上に付着した集積回路１００で増幅された信号がエレクトレットコンデンサマイクロホンの外部へ送信されるように，集積回路１００のリ―ド線１０２ａに連結された接触素子１０２に接続されて，さらに第２接触ピン１３０は，集積回路１００のリ―ド線１０３ａに連結された接触素子１０３に接続される。
【００１７】
言い換えると，本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンのケース５０は，上部に形成された開口部と，下部中央に形成された音響を収集して通過させる多数の音孔５２とを有する，電気的に接地されている。ケース５０の音孔５２を通じて入る音圧により振動されて音響信号を電気的な信号に変換する振動板７０は，ケース５０の内側に一定間隙（△ｔ）をおいて上記ケース５０の底の内面５０ａに対して平行になるよう設置されている。
【００１８】
さらに，振動板支持部材８０は，半導体ウェハで作成されて，凹部８２を有する。振動板７０が容易に振動するように凹部８２の底面には，多数の小さな音響ホール８２ａが形成されており，また振動板７０と間隔をあけるように下部面に一定に，深さが通常５〜２５μｍである凹溝８４が形成されている。
【００１９】
特に，本発明であるエレクトレットコンデンサマイクロホンでは，振動板支持部材８０が半導体ウェハで具現されるため，振動板７０で変換された電気的な信号を増幅するための集積回路１００は，単一チップ上に具現される。
【００２０】
ケース５０の上部に形成された開口部は，振動板支持部材８０をケース５０から電気的に絶縁する絶縁キャップ１１０で覆われている。
【００２１】
絶縁キャップ１１０上には，振動板支持部材８０上に付着された集積回路１００で増幅された信号を，集積回路１００にリ―ド線１０２ａを介在して接続された接触素子１０２で受信して，エレクトレットコンデンサマイクロホンの外部へ伝送されるように第１接触ピン１２０が設置されている。
【００２２】
さらに，絶縁キャップ１１０上には，振動板支持部材８０上に付着された集積回路１００で増幅された信号を集積回路１００にリ―ド線１０３ａを介在して接続された接触素子１０３と電気的に接続されてエレクトレットコンデンサマイクロホン外部へと電気的な接続が可能なように第２接触ピン１３０が設置されている。
【００２３】
図４に詳細に図示すると，振動板７０は，電荷が充電されるエレクトレット膜７２と，エレクトレット膜７２の一側面に金属をスパッタリングまたは化学気相蒸着（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成された導電膜７４と，エレクトレット膜７２に形成された導電膜７４が，ケース５０の内面５０ａから一定間隔（△ｔ）離れて位置されるように導電膜７４の下部周辺の枠に配設されたポーラーリング７６とから構成されている。
【００２４】
振動板７０は，厚さが１２．５〜２５μｍのフルオルエチレンプロピレン（ＦＥＰ；ｆｌｕｏｒｏ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）またはテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）のうちで選択された，いずれか一つが使用されることが望ましい。
【００２５】
図６に図示されるように，集積回路１００は，振動板が音圧により振動されて生成された電位信号を電流信号に変換して増幅するための増幅器１０４から構成されて，この増幅器１０４は，ゲート端子が振動板支持部材８０に接続されて，ドレーン端子は，接触素子１０２に連結されて，ソース端子が接触素子１０３に連結されるマイクロホン用の電界効果トランジスター（ＦＥＴ）１４０と，ノイズフィルタ用のキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）１７０で具現される。
【００２６】
この場合，振動板支持部材８０はシリコン材質，あるいはゲルマニウム材質のウェハを使用して不純物を適当に挿入して導電性を有するようにすることが望ましい。
【００２７】
振動板支持部材８０の凹部８２の底面に，各々形成される直径が２０〜１００μｍである多数の音響ホール８２ａは異方性のエッチングを利用して１次エッチング後，底面に２次エッチングして形成される。
【００２８】
以下，このように構成された本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンの作用及び効果について説明する。
【００２９】
まず，本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンの組立過程を説明する。
【００３０】
組立過程では，ケース５０の内部には，エレクトレット膜７２と，エレクトレット膜７２の一側面に金属で形成された導電膜７４と，エレクトレット膜７２に形成された導電膜７４がケース５０の内面５０ａから一定間隔（△ｔ）離れて位置されて一定張力が維持されるように導電膜７４の下部の枠に配設されたポーラーリング７６とから構成された振動板７０は，ポーラーリング７６が下部に位置するようにケース５０の底の内面５０ａ上に配置される。
【００３１】
次に，振動板７０上に集積回路１００が付着された振動板支持部材８０を載置させると，振動板支持部材８０の下部に形成された凹溝８４により振動板支持部材８０に形成された凹部８２の底面の下部と一定間隔で離れた状態となる。
【００３２】
その後，ケース５０の上部開口部を絶縁キャップ１１０で覆うと，絶縁キャップ１１０の側壁部が，振動板支持部材８０とケース５０の側壁部の内側面に当接されて振動板支持部材８０はケース５０から電気的に絶縁の状態となる。
【００３３】
この時，絶縁キャップ１１０に設置された接触ピン１２０は，振動板支持部材８０に付着されている接触素子１０２と電気的に接続され，絶縁キャップ１１０に設置された接触ピン１３０は振動板支持部材８０に付着されている接触素子１０３と電気的に接続される状態となる。
【００３４】
この組立時では，ケース５０の底の内面５０ａ上にはポーラーリング７６を介在して振動板７０が一定間隔（△ｔ）をおいて設置されている。
【００３５】
また，振動板７０の上には集積回路１００が付着された振動板支持部材８０が設置されている。
【００３６】
このとき，振動板支持部材８０の下部には凹溝８４が形成されており，振動板支持部材８０の凹部８２底面には音響ホール８２ａが形成されているためにケース５０の音孔５２を通じて入った音圧により振動板７０が容易に振動される。
【００３７】
そして，振動板７０が音圧により振動されながら音響信号が電位信号に変換され，この電位信号は振動板支持部材８０を通じて集積回路１００内にある電界効果トランジスター１４０に印加される。この時，振動板支持部材８０は振動板７０からの電位信号を電流信号に変換して増幅する電界効果トランジスターのゲート端子に接続される。
【００３８】
増幅器１０４の電界効果トランジスター（ＦＥＴ）１４０では，振動板支持部材８０を通じて伝えられた電位信号が，電流信号に変換，増幅される。
【００３９】
それから，上記増幅された信号はキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）１７０で雑音が除去された後，リ―ド線１０２ａ，１０３ａと接触素子１０２，１０３を経てエレクトレットコンデンサマイクロホン外部に伝えられる。
【００４０】
このとき，接触素子１０２は電界効果トランジスターのドレーン端子に接続され，接触素子１０３は電界効果トランジスターのソース端子に接続される。
【００４１】
さらに，音響から変換されて集積回路１００で増幅された電気的な信号は，接触素子１０２，１０３に各々接触された接触ピン１２０，１３０を通じて電話機，ビデオテープレコーダまたはおもちゃに出力される。
【００４２】
上記説明において，エレクトレットコンデンサマイクロホンのケース５０の形状を四角形の形状で設計された場合を実施の形態として説明したが，本発明はこれに限定されるものではなく，たとえば，円形または多角形に形成しても本発明の概念に含まれることはもちろんである。
【００４３】
上記説明において，具体的な実施形態を挙げて図示して説明したが，本発明はこれに限定されるものではなく，たとえば，本発明の概念を離脱しない範囲内で，この技術分野の通常の知識を有した者により色々と設計の変更ができることはもちろんである。
【００４４】
（産業上の利用の可能性）
上記説明したように，本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンによると，構成部品がケース，振動板，集積回路が付着された振動板支持部材及び一対の接触ピン，接触ピンが設置された絶縁キャップとから簡単に構成されており，小型化させることができる。
【００４５】
さらに，組立工程が少なくすることにより，製造効率を向上させることができ，したがって製造コストを低減させることができる。
【００４６】
また，振動板を支持して振動を容易にするための機能と振動板からの信号を伝達する機能を有する振動板支持部材が半導体ウェハにより具現されることによって，振動板と集積回路間に電気的な接続が良好になり，半導体ウェハ上に回路を直接に具現することができるためチップ化が容易な利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は，従来のコンデンサマイクロホンを概略的に図示した縦断面図であり，
【図２】 図２は，本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンを概略的に図示した斜視図であり，
【図３】 図３は，本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンの一部を示す縦断面図であり，
【図４】 図４は，本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンに適用される振動板を概略的に図示した斜視図であり，
【図５】 図５は，本発明の一実施形態によるエレクトレットコンデンサマイクロホンに適用されるＩＣ回路がチップに集積化されたシリコン固定板の斜視図であり，
【図６】 図６は，図５に図示された集積回路を概略的に図示した回路図である。

Claims (2)

1. 上部に開口部が形成されて下部中央に音響を収集して通過させる多数の音孔が形成されるケース５０と；
   一定間隔をおいて前記ケース５０の底の内面５０ａ上に設置されて，前記ケース５０の音孔５２を通じて入る音圧により振動されて音響信号を電位信号に変換する振動板７０であって，該振動板７０は，電荷が充電されるエレクトレット膜７２と，前記エレクトレット膜７２の一側面に金属をスパッタリングまたは化学気相蒸着（ＣＶＤ）により形成された導電膜７４と，前記エレクトレット膜７２に形成された前記導電膜７４が前記ケース５０の前記内面５０ａから一定間隔（△ｔ）離れて位置されるように，前記導電膜７４の下部の周辺枠に配設されるポーラーリング７６とを備えており；
   前記振動板７０の上部に設置される振動板支持部材であって，前記振動板７０と所定間隔離れて該振動板支持部材の下部面に凹溝８４が形成されて，該振動板支持部材の上部面に凹部８２が形成されて，前記振動板７０が容易に振動するように前記振動板支持部材の一部である凹部８２の底面に多数の音響ホール８２ａが形成されて，前記振動板７０からの前記電位信号を伝達する半導体ウェハで形成された振動板支持部材８０と；
   前記振動板支持部材８０上に付着されて前記電位信号を電気的な信号に変換して増幅し該振動板支持部材８０上に付着された接触素子に伝達する集積回路１００と；
   前記ケース５０の上部に形成された開口部を覆うと同時に，前記振動板支持部材８０の上部面と側壁部とに接するように上部面と側壁部とを覆うことで前記ケース５０に対して電気的に絶縁する絶縁キャップ１１０と；
   前記絶縁キャップ１１０上に設置されて，前記接触素子から伝達される前記集積回路１００で増幅された信号を外部に伝達する一対の接触ピン１２０および接触ピン１３０と；
   を具備することを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 前記振動板支持部材８０の下部面に形成された前記凹溝８４の深さは，５〜２５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。

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