JP3987228B2 - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル型携帯電話機等に使用するエレクトレットコンデンサマイクロホン（以下、ＥＣＭと記す）に関し、特に、この中に含まれる高周波ノイズ対策用コンデンサの配置を工夫して、ＥＣＭの小型化やノイズ除去効果の向上を実現したものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＥＣＭは、小型、軽量に構成できるため、携帯電話機等の電話装置に音声入力用として広く利用されている。しかし、通信のデジタル化に対応して、このＥＣＭでは、高周波ノイズ対策が必要になり、その分、構成が複雑さを増している。
【０００３】
これは、デジタル通信において、使用電波をバースト波として用いた場合に、図５に示すように、バースト波の１周期時間をｔとすると、
ｆ＝（１／ｔ）×ｎ （ｎ＝１、２、‥）
となる周波数をＥＣＭが検波してしまい、自己の装置でこの検波音がレシーバから聞こえる不具合を生じるからである。
【０００４】
このバースト音を除去するために、ＥＣＭのシールド効果を上げたり、積層型セラミックコンデンサを接続するなどの対策が一般的に採られている。
【０００５】
図４（ａ）は、高周波ノイズ対策が施されたＥＣＭの等価電気回路図を示しており、金属ケース２の内部に、振動膜（可動電極）３及び固定電極６によりコンデンサを形成するＥＣＭと、ＥＣＭのインピーダンスを変換して出力するＦＥＴ７と、高周波ノイズ対策に挿入された積層型セラミックコンデンサ10とが配置されている。積層型セラミックコンデンサ10は、ＦＥＴ７のドレイン７ｂ、ソース７ｃから導出された出力端子間に接続され、また、ＥＣＭの固定電極６はＦＥＴ７のゲート７ａに、ＥＣＭの振動膜３はＦＥＴ７のソース７ｃにそれぞれ接続されている。
【０００６】
この積層型セラミックコンデンサ10の容量値は、使用電波の周波数によって異なり、例えば、８００または９００ＭＨｚ程度の周波数帯では３３ＰＦ程度、１．８または１．９ＧＨｚ程度の周波数帯では１０ＰＦ程度のコンデンサを使用すると高周波ノイズ除去の効果が大きいことが実験的に確かめられている。
【０００７】
このように、使用電波の周波数帯によって最適容量値が異なるのは、図６に示すように、各容量によってインピーダンス特性が違ってくるからであり、インピーダンスが最低となる共振点付近を使用周波数付近に選定した方が効果があるためと考えられる。しかし、実際に確認した結果では、この共振点は、ＥＣＭの部品を実装する回路基板等に浮遊する容量・インダクタンス分等で多少違いが発生するため、ピッタリ最低点を選定する必要は無いようである。
【０００８】
また、二つの周波数帯を使用する二設定対応（デュアルバンドタイプ）の場合には、図４（ｂ）に示すように、それぞれの周波数帯において高周波ノイズ除去の効果が大きい容量値を持つ積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂを並列に接続することにより、各周波数帯における高周波ノイズを除くことができる。
【０００９】
図３は、従来のＥＣＭの実際の構造を断面図で示している。天面に音孔２ａを有する筒状金属ケース２の前面は、防塵等のための面布１で覆われている（この面布は無くても良い）。筒状金属ケース２の内部には、ＰＥＴ材等の薄膜に金属蒸着３ａ等を施した振動膜（可動電極）３が、一定の架張を与えた状態で金属リング４に接着剤等で固定され、また、エレクトレット材６ａを金属板に融着等で固定した固定電極６が、ギャップスペーサ５を挟んで、振動膜３に一定間隔で対向し、コンデンサ５ａを形成している。
【００１０】
また、固定電極６にはＦＥＴ７の入力端子７ａが接触し、ＦＥＴ７の出力端子７ｂ、７ｃは回路基板（プリント基板）９に半田付けされ、回路基板９を通じてＦＥＴ７の出力が取り出される。高周波ノイズ対策のための積層型セラミックコンデンサ10は、回路基板９に実装され、ＦＥＴ７の出力端子７ｂ、７ｃに電気的に接続されている。なお、可動電極３は、金属リング４及び金属ケース２を通じて所要の電気接続が行われる。８及び８ａは、固定電極６、ＦＥＴ７、積層型セラミックコンデンサ10を絶縁保持・収納する絶縁体である。
【００１１】
面布１を除く各部品は金属ケース２に挿入され、金属ケースの端部がカシメ２ｂ等により固定される。
【００１２】
図７は、従来のデュアルタイプ対応のＥＣＭの回路基板９を示し、また、図８は、この回路基板９に積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂ及びＦＥＴ７を実装した状態を示している。積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂとして、一般的には１００５タイプ（１×０．５×０．５）の小さい物を使用している。
【００１３】
図９は、図７の回路基板９と共に使用する絶縁体８の平面図及び断面図を示している。積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂの位置ズレや落下を防止するため、各積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂの配置位置に押さえ部分８ａを設けている。
【００１４】
また、図１０には、構造を簡略化したＥＣＭの他の従来例を示している。図３と同一部分には同一番号を付している。このＥＣＭでは、固定電極６を回路基板９上でＦＥＴ７の入力端子７ａと電気接続するために金属製のゲートリング11を配している。このＥＣＭでは、積層型セラミックコンデンサ10の落下防止等を図るための構成は有していない。
【００１５】
また、図１１は、金属ケース１の天面を固定電極６として使用した従来のＥＣＭを示している。この装置では、さらに振動膜３固定用の金属リング４をゲートリングに共用して部品点数を削減している。このＥＣＭは、固定電極６を金属ケース１と兼ねているので、その分ＥＣＭ全体の厚さを薄くすることが可能であり、また、厚さを他の装置と同一に保つ場合には、内部の背気室を大きく構成することができるので感度を高くできる等のメリットがある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＥＣＭでは、複数個の積層型セラミックコンデンサを内蔵する場合に、それらを実装する回路基板に、個々のコンデンサごとに導電パターンを形成しているため、回路基板上の多くのスペースがこのコンデンサの実装のために使用されることになる。その結果、回路基板上にシールドのためのアース面積を広く取ることができなくなり、高周波ノイズ除去の効果が低減するという問題点がある。
【００１７】
また、この複数のコンデンサを回路基板上の複数の箇所に実装するため、その数が増える程、作業量が増加し、作業効率が低下する。
【００１８】
また、図９に示すように、各コンデンサの位置ズレや落下防止を図る絶縁体８の形状が、コンデンサの数が増える程複雑になり、そのため、絶縁体８を製造する金型費等のコストアップを免れない。
【００１９】
また、図１０や図１１に示すように、ＥＣＭの筺体内にゲートリンク10や金属筒４を配置する構成の場合、回路基板上の広いスペースをコンデンサ接続用の回路が占めるため、それらとゲートリング10や金属筒４とのショートが発生する恐れがある。
【００２０】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、複数の高周波ノイズ対策用コンデンサの配置を工夫して装置全体を小型化し、高周波ノイズ除去の効果を向上させたＥＣＭを提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、複数の周波数帯域で使用する通信装置用のＥＣＭを構成するに当たり、このＥＣＭに含める複数の高周波ノイズ対策用の積層型セラミックコンデンサを、一体化して回路基板に実装している。
【００２２】
このように複数のコンデンサを一体化しているため、多くのスペースを取らずに回路基板に実装することができる。その結果、回路基板に大きいアース領域を確保することができ、シールド効果を高めることができる。また、単品のコンデンサと同様の実装処理が可能であり、作業効率が向上する。また、装置全体の軽薄短小化が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、複数の周波数帯域で使用する通信装置のためのエレクトレットコンデンサマイクロホンであって、コンデンサマイクロホンのインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子と、対応する複数の使用周波数での高周波ノイズの除去に適した異なるインピーダンス特性を持つ容量値を有している複数の高周波ノイズ対策用の積層型セラミックコンデンサを一体化した積層型セラミックコンデンサとを回路基板に実装し、前記回路基板をコンデンサマイクロホンとともに筐体内に収容したことを特徴とするものであり、複数の積層型セラミックコンデンサを一体化しているため、多くのスペースを取らずに実装することができ、回路基板に大きいアース領域を確保することが可能になる。また、全体の構成を小型軽量化することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２７】
本発明の実施形態のＥＣＭでは、図１に示すように、デュアルバンドの高周波ノイズ対策に用いる３３ＰＦの積層型セラミックコンデンサ10ａと、１０ＰＦの積層型セラミックコンデンサ10ｂとを、あらかじめ、接着剤で接着したり、または、端子電極部10ｃを溶融半田等により固定して一体化している。
【００２８】
単品の積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂは、１００５タイプの薄型品（１×０．５×０．２５程度の物）を使用している。一体化の仕方は、図１（ａ）のように、両方の積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂの一番広い面同士を接着しても良いし、図１（ｂ）のように、側面同士を接着してもよい。図１（ａ）の場合は装着面積的に有利であり、図１（ｂ）の場合は装着面積は大きくなるが厚さ的には有利である。
【００２９】
接着剤を使用して両者を接着する場合は、端子電極部10ｃに接着剤が付着して両者の電気的接続に不具合が発生しないよう考慮すると共に、合わせズレが発生しないように注意する必要がある。また、リフロー等の耐熱性も考慮して適正な接着剤を選定する必要がある。一般的には取り扱い上などから、エポキシ系の接着剤が好ましい。
【００３０】
こうして一体化した積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、回路基板９に実装する。この実装に際して、一体化した積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂやＦＥＴ７を、クリーム半田等を用いて、回路基板９の導電路にリフロー半田付けする。
【００３１】
積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂの一体化を接着剤で行った場合でも、このリフロー半田付けによって、両者の積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂは確実に電気的接続され、また、十分な固定強度を得ることができる。
【００３２】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、一体化した積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂに対する導電路は、回路基板９上の狭い面積を使って形成することができ、二個のコンデンサ10ａ、10ｂをＦＥＴ７の出力端子７ａ、７ｂの極く近傍に実装することができる。そのため、回路基板９の残りの広い面積をシールドのためのアース面積に当てることが可能になる。
【００３３】
この積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂやＦＥＴ７を実装した回路基板９を用いて、従来の構造である図３のＥＣＭを構成する。
【００３４】
即ち、片面に金属蒸着３ａ等を施した絶縁薄膜３を金属リング４に接着して振動膜（可動電極）を形成し、これを天面に音孔２ａを有する筒状金属ケース２に挿入する。続いて、筒状金属ケース２に、スペーサ５、エレクトレット材６ａを融着した固定電極６を順に入れる。次に、積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂとＦＥＴ７とを実装した回路基板９に絶縁体８を組み合わせた後、このブロックを筒状金属ケース２に挿入する。
【００３５】
このブロックの挿入により、固定電極６と金属ケース２との間に絶縁体８の一部が入り込み、固定電極６の金属ケース２に対する絶縁保持が保証される。また、ＦＥＴ９のゲート端子７ａは、絶縁体８により固定電極６に圧接され、電気的接続が維持される。
【００３６】
これらの各部品を金属ケース２に挿入した後、金属ケース２の端部２ｂをカシメ等により固定する。
【００３７】
このＥＣＭは、金属ケース２で覆われていない面が、広いアース面積を持つ回路基板９で塞がれるため、シールド効果が高い。そのため、積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂの機能と合わせて、高周波ノイズ除去の効果が大幅に向上する。
【００３８】
また、図２の回路基板９を用いて、従来の構造である図１０のＥＣＭを構成する場合には、片面に金属蒸着３ａ等を施した絶縁薄膜３を金属リング４に接着して、これを天面に音孔２ａを有する筒状金属ケース２に挿入し、続いて、スペーサ５、エレクトレット材６ａを融着した固定電極６を順に入れる。次に、円筒状の絶縁体８を挿入し、絶縁体８の内側にはゲートリング11を挿入し、さらに、積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂとＦＥＴ７とを実装した回路基板９を筒状金属ケース２に挿入して、金属ケース２の端部２ｂをカシメ等により固定する。このＥＣＭでは、固定電極６にゲートリング11が接続し、ゲートリング11が回路基板９に接続して、固定電極６とＦＥＴ９のゲート端子７ａとの電気接続が行われる。
【００３９】
また、図２の回路基板９を用いて、従来の構造である図１１のＥＣＭを構成する場合には、筒状金属ケース２の音孔２ａを有する天面の内側にエレクトレット材６ａを融着して固定電極６を形成し、また、これとは別に、片面に金属蒸着３ａ等を施した絶縁薄膜３を金属リング４に一定の架張状態で接着固定して可動電極を形成する。
【００４０】
次に、固定電極６を形成した筒状金属ケース２の内面に、絶縁コート等により絶縁層を形成した後、この金属ケース２の中に、スペーサ５と、可動電極を形成した金属リング４と、積層型セラミックコンデンサ10ａ、10ｂ及びＦＥＴ７を実装した回路基板９とを順次挿入し、金属ケース２の端部２ｂをカシメ等により固定する。
【００４１】
このように、二つの積層型セラミックコンデンサを一体化することによって部品点数を減らすことができ、実装上有利である。特に、図１（ａ）のように、積層型セラミックコンデンサの広い面同士を接合して一体化したものでは、従来の単品の積層型セラミックコンデンサを実装する場合と全く同じように扱うことができる。また、一体化した積層型セラミックコンデンサは、各種のＥＣＭに使用することが可能であり、製品・部品の共用化が可能になる。従って、一体化のためにコストアップした分は充分吸収可能であり、トータル的には安価なＥＣＭを提供することができる。
【００４２】
なお、この実施形態では、２個のコンデンサを一体化した場合を示しているが、コンデンサの個数は必要に応じて増やすことが可能であり、例えば、３個のコンデンサを一体化したものを用いてＥＣＭを構成することにより、３つの周波数帯域を使用する３タイプの携帯電話機等のためのマイクロホンを形成することができる。
【００４３】
また、この実施形態では、エレクトレット材を固定電極６側に形成した場合について示しているが、振動膜３をエレクトレット材と兼ねて構成することも可能である。
【００４４】
また、この実施形態では、ＥＣＭのインピーダンス変換にＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジスタ等、その他のインピーダンス変換素子を用いることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のＥＣＭは、高周波ノイズ対策用に具備する複数の積層型セラミックコンデンサをコンパクトに一体化しているため、ＥＣＭの全体構造を軽薄短小化することができ、また、製造工程の簡略化を図ることができる。また、このコンデンサが占めるスペースの極少化により、ＥＣＭの内部スペースに余裕が生じ、その結果、内部部品のショート不良等の恐れを解消することができ、品質が安定する。また、ＥＣＭのシールド効果が向上し、高周波ノイズを効果的に除去することができる。また、全体構造の小型化や製造工程の簡略化、あるいは一体化したコンデンサの共用化によって製造コストの引き下げが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における一体化した積層型セラミックコンデンサの斜視図、
【図２】本発明の実施形態における一体化した積層型セラミックコンデンサを実装した回路基板の斜視図、
【図３】従来のＥＣＭの構造を示す断面図、
【図４】従来のＥＣＭの等価回路を示す図、
【図５】ＥＣＭにおける高周波バーストノイズを説明するための図、
【図６】積層型セラミックコンデンサのインピーダンス特性を示す図、
【図７】従来のデュアルタイプ対応のＥＣＭの回路基板を示す上面図、
【図８】従来のデュアルタイプ対応のＥＣＭの回路基板における実装状態を示す斜視図、
【図９】ＥＣＭ内部に組み込まれる絶縁体を示す図、
【図１０】従来の他のＥＣＭの構造を示す断面図、
【図１１】従来のその他のＥＣＭの構造図を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 面布
２ 金属ケース
２ａ 音孔
２ｂ カシメ部
３ 振動膜
３ａ 金属蒸着
４ 金属リング
５ ギャップスペーサ
５ａ ＥＣＭのコンデンサ部
６ 固定電極
６ａ エレクトレット材
７ ＦＥＴ
７ａ 入力端子
７ｂ、７ｃ 出力端子
８ 絶縁体
８ａ 積層型セラミックコンデンサ押さえ部
９ 回路基板
10 積層型セラミックコンデンサ
10ａ、10ｂ 並列接続の積層型セラミックコンデンサ
10ｃ 積層型セラミックコンデンサの端子電極部
11 ゲートリング

Claims (1)

1. 複数の周波数帯域で使用する通信装置のためのエレクトレットコンデンサマイクロホンであって、
   コンデンサマイクロホンのインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子と、
   対応する複数の使用周波数での高周波ノイズの除去に適した異なるインピーダンス特性を持つ容量値を有している複数の高周波ノイズ対策用の積層型セラミックコンデンサを一体化した積層型セラミックコンデンサと
   を回路基板に実装し、前記回路基板をコンデンサマイクロホンとともに筐体内に収容した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。

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