JP3940679B2 - Electret condenser microphone - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する分野】
本発明はセラミックや樹脂等の絶縁材を基板材として構成したエレクトレットコンデンサマイクロホンに関し、特に部品の一体化構成を行なうことにより、組立て作業の容易化及び組込み精度の向上を可能としたエレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンは特開2000−50393号に開示されており、以下図4〜図6により説明する。図4は第1の従来例を示すエレクトレットコンデンサマイクロホンの断面図であり、310は金属性の背極電極、320は前記背極電極310の上面に膜形成されたエレクトレット層、311は前記背極電極310とエレクトレット層320とを貫通して形成された音響孔であり、前記背極電極310とエレクトレット層320とにより背極基板330が構成されている。そして前記背極基板330の製造方法は背極電極となる大型の金属板の全面にエレクトレット層を形成し、これを必要なサイズに切断するとともに、前記音響孔311を抜き加工して背極基板330としている。
【0003】
340は導電性の振動膜、350は前記振動膜340に固着された金属製の支持枠であり、前記振動膜340と支持枠350とにより振動膜ユニット360が構成されている。そして前記背極基板330と振動膜ユニット360とをスペーサ370を介して積層配置することによりマイクロフォンが構成される。400はホルダー、410は回路基板でありこの回路基板410には前記マイクロホンの検出信号を処理するための電子エレメント420が実装されている。500は全体を包み込んで電気的及び機械的に保護する金属製のケースである。
【0004】
上記構成を有するエレクトレットコンデンサマイクロホンの動作は、表面に導電膜を有する振動膜340と、表面にエレクトレット層320が形成された背極電極310とがスペーサ370を挟んでコンデンサを形成する。そして前記ケース500の開口より加えられる空気の振動により前記振動膜340が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が回路基板410に導かれ、電子エレメント420で処理された後に回路基板410の裏面に導出された出力電極430,440より出力される。そして前記音響孔311の存在によって振動膜340の動作がスムーズに成り、音響特性が確保される。
【0005】
図5は第2の従来例を示すセラミックを主材料として構成したエレクトレットコンデンサマイクロホンの断面図、図6は図5に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成するケース部の分解斜視図である。図5に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンは音響変換を行うマイクロホン部100と、このマイクロホン部100を収納するケース部200とを備えており、前記ケース部200は絶縁性部材から成る回路基板210と、この回路基板210の縁部に積層して取り付けられた4つの枠体、即ち第1の枠体220,第2の枠体230,第3の枠体240、第4の枠体250と上面側を覆う蓋体260を有している。
【0006】
前記ケース部200を構成する各部材は回路基板210、第1の枠体220,第2の枠体230,第3の枠体240はいずれもセラミックにより構成され、図6に斜線で示すごとく導電膜による電極が形成されており、これらの電極によってエレメントの実装や相互間の接続がおこなわれる。又第4の枠体250は後述するごとく、振動板との接続のために金属材により構成されている。
【0007】
図6に示すごとく、第1の枠体220,第2の枠体230、第3の枠体240、第4の枠体250は何れも同じ外形形状を有するが、内径は第1の枠体220,第2の枠体230に対して、第3の枠体240の方が大きく、さらに第3の枠体240よりも第4の枠体250の方が大きくなっている。この結果、各枠体の内径形状の差によって第2の枠体230の上部には後述する背極基板を搭載するための第1段部230aが形成され、さらに第3の枠体240の上部には後述する振動膜ユニットを搭載するための第2段部240aが形成される。さらに前記第1の枠体220にはエレクトレットコンデンサマイクロホンの内部と外部とを連通させるための通気孔220aが設けられている。
【0008】
次にマイクロホン部100は背極電極110と、この背極電極110の表面に形成されたエレクトレット層120と、前記背極電極110とエレクトレット層120とを貫通して形成された音響孔111と、リング状の導電性の振動膜枠130に貼着された振動膜140と、この振動膜140と背極電極110との間に介在される下側スペーサ150と、前記振動膜140と前記蓋体260との間に介在される上側スペーサ160とを有している。そして図6に示すごとく絶縁材であるセラミックによって構成された回路基板210と、前記3つの枠体、即ち第1の枠体220,第2の枠体230,第3の枠体240には各々接続電極が形成されている。
【0009】
次に図5によりエレクトレットコンデンサマイクロホンの組み立て手順を説明する。まず半導体素子等の電気エレメント170を実装した前記回路基板210の縁部に前記第1の枠体220,第2の枠体230,第3の枠体240、第4の枠体250を積層して取り付ける。次に前記第2の枠体230の上部に形成された第1段部230aに背極電極110をエレクトレット層120が上方を向くように搭載する。さらに第3の枠体240の上部に形成された第2段部240aに前記振動膜140を前記下側スペーサ150と上側スペーサ160とを介在させて搭載する。さらに上方より前記蓋体260を嵌め込むことにより、前記振動膜140と背極110とがケース200に位置決め固定せれてエレクトレットコンデンサマイクロホンが完成する。
【0010】
上記構成を有するエレクトレットコンデンサマイクロホンの動作は、表面に導電膜を有する振動膜140と、表面にエレクトレット層120が形成された背極110とが下側スペーサ150を挟んでコンデンサを形成する。そして前記蓋体260の開口より加えられる空気の振動により前記振動膜140が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が各枠体に形成された接続電極(図6に開示)を通して回路基板210に導かれ、電子エレメント170で処理された後に回路基板210の裏面の設けられた出力電極より出力される。
また前記第1の枠体220に設けられた通気孔220aにより、エレクトレットコンデンサマイクロホンの内部空間と外部とが連通されて内部空間の気圧調整が行われる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前記図4及び図5に示す従来例のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、背極基板として金属板材の背極電極にエレクトレットフイルムをラミネートしたものをパンチ抜きする製法で作られているため、必ず枠体等の背極基板支持部材を必要とし、さらにエレクトレットフイルム上にスペーサを配設して振動膜支持枠を組み込む構造となる。従って部品点数が多いため組込み工数が増加してコストアップとなり、さらに部品点数が多いため各部品のバラツキにともなう組込み精度の低下を来たすという問題がある。
【0012】
上記問題を解決するため、すでに本出願人は特願2001−147099号及び特願2001−269594号において背極基板と背極基板支持部材とを絶縁材料にて一体に形成し、この背極基板上に背極電極層とエレクトレット層を形成して部品点数の削減と組込み精度の向上を図ったエレクトレットコンデンサマイクロホン提案している。
【0013】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、従来技術を改良した本出願人による提案を、さらに改良して部品点数の削減と組込み精度の向上を可能としたエレクトレットコンデンサマイクロホンの提供を目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、背極電極上にエレクトレット層を形成した背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニットとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記背極基板は絶縁基板上に前記背極電極と前記エレクトレット層と前記スペーサとが一体的に形成され、かつ前記背極電極の形成領域の外側に複数の音響孔が設けられていることを特徴としている。
【0015】
また前記スペーサにはエレクトレットコンデンサマイクロホンの内部と外部とを連通させるための通気孔が設けられていると良く、さらに前記スペーサは前記絶縁基板に形成された下地金属層の上に形成することが望ましい。
【0016】
また前記背極基板を構成する絶縁基板は、セラミック基板や樹脂基板であることが望ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明におけるエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施の形態の断面図、図2は図1に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【0018】
図2において、2は回路基板であり、前記回路基板2は絶縁基板により構成され、エレメントを実装する為の電極2aと接続電極2bと出力電極2cとが膜形成されている。3は背極基板であり、前記背極基板3は絶縁基板3aの上面側に電極膜による背極電極4が形成され、また前記背極電極4の上面にエレクトレット層5が膜形成されるとともに、前記背極電極4とエレクトレット層5の外側に前記絶縁基板3aを貫通する音響孔15が形成されておる。
【0019】
さらに、前記絶縁基板3aの上面側には前記背極電極4及び音響孔15の周囲にスペーサ6が一体に構成されており、このスペーサ6にはエレクトレットコンデンサマイクロホンの内部と外部とを連通させるための通気孔6aが設けられている。このスペーサ6の形成方法に付いては後述するが、前記絶縁基板3aとの密着性と形状精度を良くするために、前記絶縁基板3aの上面側におけるスペーサ6の形成エリアには前記背極電極4の形成時に下地金属層4aを同時形成し、この下地金属層4aの上面に前記スペーサ6を形成している。
【0020】
すなわち、前記背極基板3は背極基板支持部材の機能を兼ねる絶縁基板3aと背極電極4とエレクトレット層5とスペーサ6とを一体的に構成した1つの部品となっている。なお、この実施の形態においては前記背極基板3の上面が矩形形状を有するとともに、前記背極電極4とエレクトレット層5とが前記背極基板3の上面に円形形状に形成されており、前記音響孔15は前記背極電極4の形成領域の外側で前記背極基板3のコーナー部に対応した位置に形成することにより、前記背極基板3の上面の面積を効率よく使用している。
【0021】
7は振動膜ユニットであり、前記振動膜ユニット7は絶縁基板より成る振動膜支持枠8の下面側に膜形成された振動膜取り付け電極に導電性の振動膜10が固着されることにより一体化されている。又16は金属製のシールドケースである。
【0022】
次に図1によりエレクトレットコンデンサマイクロホン1の構成を説明する。前記電極2aに集積回路11等のエレメントを実装した回路基板2に、背極基板3、振動膜ユニット7を積層し、接着材等により固着一体化した後にシールドケース16でケーシングされている。すなわち、シールドケース16を除くと僅か3部品の位置決めと組込みによってエレクトレットコンデンサマイクロホン1を完成させる事が出来る。
【0023】
上記構成を有するエレクトレットコンデンサマイクロホン1の動作は、表面に導電膜を有する振動膜10と、表面にエレクトレット層5が形成された背極電極4とがスペーサ6を挟んでコンデンサを形成する。そして空気の振動により前記振動膜10が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が各接続電極(図示は省略)を介して回路基板2に導かれ、集積回路11で処理された後に回路基板2の裏面の設けられた出力電極2cより出力される。そして前記音響孔15の存在によって振動膜10の動作がスムーズに成り、音響特性が確保されると共に、前記スペーサ6に設けられた通気孔6aによってエレクトレットコンデンサマイクロホン1内の静気圧が調整される。
【0024】
上記構成において、背極電極3を構成する絶縁基板3aの上面中央部には前記振動膜ユニット7を構成する振動膜10の動作可能範囲(振動膜10の振動膜支持枠8によって拘束されていない範囲)の面積より少し狭い面積の背極電極4及びエレクトレット層5が形成されており、さらに前記絶縁基板3aの背極電極4及びエレクトレット層5が形成されている領域の外側(背極電極4とスペーサ6との間)に音響孔15が設けられている。
【0025】
この結果、上記エレクトレットコンデンサマイクロホン1における容量の形成は、背極電極4と振動膜10とが対向する部分に形成される有効容量のみとなり、図4,図5に示す従来例のように振動膜10の非動作領域によって形成される浮遊容量や前記音響孔15によって失われる損失容量が存在しなく成るため、極めて高い感度特性を得ることができる。
【0026】
図3は前記背極基板3の製造方法を説明する為の分解斜視図であり、本実施の形態は背極基板3を構成する絶縁基板3aとしてガラス入りのエポキシ樹脂(以下ガラエポと略記)を用いた方法を説明する。まず工程(イ)においてガラエポの樹脂成形により絶縁基板3aが造られる。次に工程(ロ)により前記絶縁基板3aの上面に背極電極4と下地金属層4aとを膜形成する。これらの金属層は前記絶縁基板3aの上面全体にメッキ技術によって金属層を形成した後にパターンニング技術によって背極電極4と下地金属層4aとに分割しても良く、またマスクメッキによって同時形成しても良い。さらに金属層としては例えば銅の下地層の上にNi・Au層を形成すると良い。
【0027】
つぎに工程(ハ)において前記音響孔15を加工する。つぎに工程(ニ)において前記下地金属層4aの上にスペーサ6を形成する。このスペーサ6の形成は、前記絶縁基板3aの上面全体にフィルムレジスト(フォトリソにてパターンニングが可能なフィルム)を貼り付け、パターンニング技術によって、前記背極電極4、音響孔15、通気孔6aの部分を除去する。なお前記スペーサ6の材料としては、前記フィルムレジストに限定されず、液状レジストを用いてパターンニングしても良いし、さらにマスク印刷によって形成しても良い。つぎに工程(ホ)において前記背極電極4の上にエレクトレット層5を形成することにより前記背極基板3が完成する。
【0028】
なお、前記各工程はこの順序に限定されるものではなく、例えばスペーサ6を形成する前にエレクトレット層5を形成しておいても良いし、金属層を形成する前に音響孔15を加工しておいても良い。さらにスペーサ6は本実施の形態のごとく下地金属層4a上に形成することによって密着性や形状精度がよくなるが、これに限定されるものではなく、絶縁基板3a上に直接形成しても良い。
【0029】
また、背極基板3を構成する絶縁基板3aとしてセラミックを使用する場合にも上記工程(イ)〜(ホ)にて行なうことが出来るが、セラミックの場合は高温にて焼成する事ができるため、前記背極電極4の形成に銀パラジュウム等の焼成可能な導電ペーストを用いる方法や、前記スペーサ6の形成をガラスペーストを印刷して焼成する方法も可能である。
【0030】
上記のごとく本発明においては、背極基板3は断面コ字状に成形された絶縁基板3aの上面に背極電極4とエレクトレット層5とを積層して膜形成し、さらにスペーサ6を一体化されており、さらに振動膜ユニット7も絶縁基板より成る振動膜支持枠8に導電性の振動膜10が固着されることにより一体化されているので、基本的構成が回路基板2、背極基板3、振動膜ユニット7の3体に簡素化された構成となっている。
【0031】
さらに、上記構成においては、スペーサ6を位置精度及び形状精度の高い形成方法により前記絶縁基板3aに一体化しているため、前記背極電極4と振動膜10との間隔を精度良く保つことができ、マイクロホンとしての音響特性を高めることが出来る。
【0032】
さらに、前記振動膜10の近傍に設けられたスペーサ6に通気孔6aを形成することによって、静気圧による前記振動膜10の変形を防止する効果を高めることが可能となった。このことは従来の組込み式のスペーサは薄いリング形状をしているため、このようなスペーサに溝を形成するとリング形状が崩れて組込み性が悪くなったり、スペーサとしての形状精度が悪くなる等の問題があったのに対し、本発明では絶縁基板3a上にスペーサ6を一体化しているため、組込み性や形状精度を損なうことなく通気孔6aを設けることが可能となった。
【0033】
本発明における絶縁基板としては形状加工が容易で、かつスルーホールを含め電極膜によるパターン形成が可能な材料であることが必要であり、例えばセラミックや樹脂材料が適している。また、小型、薄型化のためには材質的に剛性の高いことが望ましく、この点においてセラミックは良好な材料であり、セラミック基板を用いることで良好な結果を得る事ができた。また樹脂材料では剛性を高めるためにガラス繊維を含有させることが望ましく、ガラス入りエポキシ樹脂を使用した結果良好な結果を得る事が出来た。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば背極基板上に背極電極とスペーサとを一体化することによって、部品点数の削減と組込み精度の向上に加えて背極電極と振動膜との間隔を精度良く保つことを可能とし、さらに一体化したスペーサに通気孔を設けることによって静気圧の調整を良好に行うことが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施の形態を示す断面図である。
【図2】図1のエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【図3】本発明の背極基板の製造工程を示す斜視図である。
【図4】従来の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。
【図5】従来の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。
【図6】図5に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成するケース部の分解斜視図である。
【符号の説明】
1 エレクトレットコンデンサマイクロホン
2、210,410 回路基板
3、330 背極基板
4、110,310 背極電極
4a 下地金属層
5、120、320 エレクトレット層
6、370 スペーサ
6a 通気孔
7、360 振動膜ユニット
10、140,340 振動膜
15、111、311 音響孔[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to an electret condenser microphone configured by using an insulating material such as ceramic or resin as a substrate material, and more particularly, to an electret condenser microphone capable of facilitating assembling work and improving mounting accuracy by performing an integrated configuration of components. .
[0002]
[Prior art]
A conventional electret condenser microphone is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50393, and will be described below with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of an electret condenser microphone showing a first conventional example. 310 is a metallic back electrode, 320 is an electret layer formed on the back electrode 310, and 311 is the back electrode. An acoustic hole is formed through the electrode 310 and the
[0003]
340 is a conductive vibration film, 350 is a metal support frame fixed to the
[0004]
In the operation of the electret condenser microphone having the above configuration, the
[0005]
FIG. 5 is a cross-sectional view of an electret condenser microphone composed of ceramic as a main material according to a second conventional example, and FIG. 6 is an exploded perspective view of a case portion constituting the electret condenser microphone shown in FIG. The electret condenser microphone shown in FIG. 5 includes a microphone unit 100 that performs acoustic conversion, and a
[0006]
Each member constituting the
[0007]
As shown in FIG. 6, the
[0008]
Next, the microphone unit 100 includes a
[0009]
Next, the assembly procedure of the electret condenser microphone will be described with reference to FIG. First, the
[0010]
In the operation of the electret condenser microphone having the above configuration, the
The internal space of the electret condenser microphone communicates with the outside through the vent hole 220a provided in the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The electret condenser microphone of the conventional example shown in FIG. 4 and FIG. 5 is made by a punching method using a back electrode substrate laminated with an electret film on a back electrode of a metal plate, so A back electrode substrate support member is required, and a spacer is provided on the electret film to incorporate the diaphragm support frame. Therefore, there are problems that the number of parts increases and the number of assembling steps increases, resulting in an increase in cost. Further, since the number of parts increases, there is a problem that the assembling accuracy is lowered due to variations in each part.
[0012]
In order to solve the above problem, the present applicant has already formed a back electrode substrate and a back electrode substrate supporting member integrally with an insulating material in Japanese Patent Application Nos. 2001-147099 and 2001-269594, and this back electrode substrate. We have proposed an electret condenser microphone that has a back electrode layer and electret layer on top to reduce the number of parts and improve the accuracy of assembly.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electret condenser microphone capable of reducing the number of parts and improving the accuracy of assembly by further improving the proposal made by the applicant who improved the prior art. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an electret condenser microphone in which a back electrode substrate in which an electret layer is formed on a back electrode and a vibration film unit in which a vibration film is fixed to a support frame are stacked via a spacer. In the back electrode substrate, the back electrode, the electret layer, and the spacer are integrally formed on an insulating substrate, and a plurality of acoustic holes are provided outside a region where the back electrode is formed. It is characterized by.
[0015]
Further, the spacer is preferably provided with a vent hole for communicating the inside and outside of the electret condenser microphone, and the spacer is preferably formed on a base metal layer formed on the insulating substrate. .
[0016]
The insulating substrate constituting the back electrode substrate is preferably a ceramic substrate or a resin substrate .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an electret condenser microphone according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of each element constituting the electret condenser microphone shown in FIG.
[0018]
In FIG. 2,
[0019]
Further, a
[0020]
That is, the
[0021]
Reference numeral 7 denotes a diaphragm unit. The diaphragm unit 7 is integrated by attaching a
[0022]
Next, the configuration of the
[0023]
In the operation of the
[0024]
In the above-described configuration, the operable range of the
[0025]
As a result, the formation of the capacitance in the
[0026]
FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining a method of manufacturing the
[0027]
Next, the acoustic hole 15 is processed in step (c). Next, in step (d), a
[0028]
The steps are not limited to this order. For example, the
[0029]
Further, when ceramic is used as the insulating substrate 3a constituting the
[0030]
As described above, in the present invention, the
[0031]
Furthermore, in the above configuration, since the
[0032]
Furthermore, by forming the air holes 6a in the
[0033]
The insulating substrate in the present invention needs to be a material that can be easily shaped and can be patterned with an electrode film including a through hole. For example, a ceramic or a resin material is suitable. In addition, it is desirable that the material is highly rigid for miniaturization and thinning. In this respect, ceramic is a good material, and good results can be obtained by using a ceramic substrate. In addition, it is desirable that the resin material contains glass fiber in order to increase rigidity, and as a result of using a glass-filled epoxy resin, good results have been obtained.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by integrating the back electrode and the spacer on the back substrate, in addition to reducing the number of parts and improving the mounting accuracy, the distance between the back electrode and the diaphragm is reduced. It was possible to maintain high accuracy, and the static pressure could be adjusted well by providing a vent hole in the integrated spacer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an electret condenser microphone of the present invention.
2 is an exploded perspective view of each element constituting the electret condenser microphone of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing process of the back electrode substrate of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional electret condenser microphone.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional electret condenser microphone.
6 is an exploded perspective view of a case portion constituting the electret condenser microphone shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
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