JP4476059B2 - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明はエレクトレットコンデンサマイクロホンの構造に関し、特に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を連通させる通気孔の改良により、低価格で優れた性能を実現するエレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。

従来、エレクトレット誘電体膜を用いたエレクトレットコンデンサマイクロホンは、構造が簡単で小型化し易く、且つ、低価格であることから多くのマイクロホン分野で活用されている。また、近年、急速に需要が伸びている携帯機器用のマイクロホンとして、更なる小型化、高性能化、低価格化の要求が高まっている。これらの要求に応えて、マイクロホン部と、このマイクロホン部を収納するケース部とを備え、該ケース部はセラミックスシートからなるベース部と、このベース部に積層して取り付けられる複数のセラミックスシートからなる枠体部を有し、製造工程の簡略化や性能向上を目指したエレクトレットコンデンサマイクロホンの提案がなされている（例えば特許文献１参照）。以下、図４に基づいて従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンを説明する。

図４（ａ）は特許文献１の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４（ａ）に於いて、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とを備えている。マイクロホン部１００は背面電極１１０と、この背面電極１１０の表面に形成されたエレクトレット層１２０と、前記背面電極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、振動膜１４０と、該振動膜１４０と前記背面電極１１０との間に介在される下側スペーサ１５０と、前記振動膜１４０と後述する蓋体２６０との間に介在される上側スペーサ１６０とによって構成される。

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によって構成される。また、回路基板２１０は半導体素子等によって成る電子エレメント１７０を実装している。ここで、ケース部２００を構成する上記各部材、すなわち、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スによって成り、図示しないが各枠体２２０〜２４０は導電膜による接続電極が形成されており、これらの接続電極によって相互間の電気的接続が行われる。また、第４の枠体２５０は後述するごとく、振動膜との接続のために金属材により構成されている。

次に同じく図４（ａ）により従来の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。まず電子エレメント１７０を実装した回路基板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に背面電極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と背面電極１１０とがケース部２００に位置決め固定さ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。

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が形成される背面電極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２６０ａより加えられる空気の振動により振動膜１４０が変位すると、前記コンデンサがこの変位により静電容量が変化する。ここで該コンデンサの一方の電極である振動膜１４０は、金属材によって成る枠体２５０を介して回路基板２１０に接続され、他方の電極である背面電極１１０は、枠体２３０の接続電極（図示せず）を介して回路基板２１０に接続される。

この結果、回路基板２１０に実装されている電子エレメント１７０にコンデンサの静電容量の変化が伝達され、電子エレメント１７０で電気信号に変換されて回路基板２１０の裏面に設けられた出力電極（図示せず）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。

このエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、ケース部２００にセラミックスを使用しているので高温に対して耐久性がありリフロー半田による実装が可能である。また、ケース部２００をセラミックスで構成すると、背室の気圧を調整するための通気孔２２０ａを形成する際の寸法や製造工程の管理が簡略化されるので、製造上からも有利である。また、前記通気孔２２０ａによって、音響特性が改善される。

次に、図４（ｂ）に基づいて第２の従来例のエレクトレットコンデンサマイクロホンを説明する。図４（ｂ）は第２の従来例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り、図４（ａ）の従来例と同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。図４（ｂ）に於いて、１４０ａは振動膜１４０の中心付近に開けられた通気孔であり、該通気孔１４０ａ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。尚、図４（ａ）の従来例に於ける枠体２２０に設けた通気孔２２０ａは存在しない。この第２の従来例のエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、振動膜１４０に通気孔１４０ａを設けているので通気孔の加工が簡単であり、且つ、枠体２２０の通気孔が不要であるので製造工数を削減できコストダウンが可能である。

特開２０００−５０３９３号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、第１の従来例のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、枠体の一部に通気孔を設けるために部品点数が増え、枠体の製造工数やケース部の組立工数が増加するという問題がある。また、部品点数が多いために、各部品の形状ばらつきで通気孔の形状が微妙に変化し、マイクロホンとしての音響特性にばらつきが生じる問題がある。更には、通気孔がエレクトレットコンデンサマイクロホンの側面にあるので、携帯機器等にエレクトレットコンデンサマイクロホンを取り付ける場合、側面を塞がないように取付部等を工夫する必要があり、機器への取り付けに自由度が乏しいという問題も有している。

また、図４（ｂ）で示した第２の従来例のエレクトレットコンデンサマイクロホンに於いては、振動膜に通気孔を開けるために、振動膜の振動モードが微妙に変化し、マイクロホンとしての周波数特性に影響を与え、最適な音響特性を得ることが困難である。

本発明の目的は、上記課題を解決して、通気孔の加工をひとつの部品に集約し、コストダウンや優れた音響性能を実現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である。

上記課題を解決するために、本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、下記記載の構成を採用する。

本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、空気の振動によって振動する振動膜と、該振動膜を固着する振動膜支持枠と、背面電極上にエレクトレット層が形成された背面基板と、電子エレメントが実装された回路基板とを有し、前記背面基板又は回路基板に凹部を設け形成した内部空間に前記電子エレメントを収容し、前記振動膜支持枠には溝が形成され、該溝の先端部に前記振動膜支持枠を貫通する通気孔が設けられると共に、前記振動膜支持枠の溝は、該振動膜支持枠の略中心部に形成される略円形の振動膜孔の側面壁の一部から前記通気孔まで形成され、該振動膜支持枠の溝によって、マイクロホンの前記内部空間と外部とを連通させることを特徴とする。

本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンにより、振動膜支持枠に溝を形成し、該溝の先端に通気孔を設けるので、通気孔の加工を一つの部品に集約でき、コストダウンや音響特性の安定化を実現することが出来る。また、振動膜孔の側面壁から通気孔までが溝によって繋がるので、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が連通され、音響特性を改善することが出来る。

また、前記振動膜支持枠はガラスエポキシ、ＢＴレジン等の基板材であることを特徴とする

これにより、振動膜支持枠はガラスエポキシ、ＢＴレジン等の基板材であるので、従来例のセラミックに比較して溝加工、回路形成、積層の加工等が容易であり、コストが安く品質に優れたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供出来る。

また更にケース体を有し、前記振動膜と前記振動膜支持枠は一体化されて振動膜ユニットを形成し、該振動膜ユニットはスペーサを介して前記背面基板と積層され、該背面基板の下部には前記回路基板が積層されて一体化され、前記ケース体に組み込まれることを特徴とする。

これにより、各部品は積層されて一体化しケース体に組み込まれるので、組立性に優れたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供出来る。

また更に、前記ケース体は上面部に前記振動膜に空気の振動を伝える音孔を有し、前記背面基板は該背面基板を貫通する音響孔を有し、前記マイクロホンの内部空間と外部は、前記ケース体の音孔、前記振動膜支持枠の溝、前記振動膜支持枠の通気孔、前記背面基板の音響孔のルートで連通されることを特徴とする。

これにより、ケース体の上面部に配置される音孔から、前記振動膜支持枠の溝、前記振動膜支持枠の通気孔、前記背面基板の音響孔のルートでマイクロホンの内部空間と外部が連通されるので、音響特性が改善され、コストが安く品質に優れたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供出来る。

以上のように本発明によれば、ひとつの部品である振動膜支持枠によって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を連通するための溝と通気孔を形成できるので、部品点数の削減と組立工程の簡素化を可能とし、また、音響特性の改善と安定化にも役立つ。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態である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２（ａ）は本発明の実施形態である振動膜ユニットの上面図である。図２（ｂ）は本発明の実施形態である振動膜ユニットの他の形態を示す上面図である。図３は本発明の実施形態であるエレクトレットコンデンサマイクロホンの組立工程を示す分解斜視図である。

図１に於いて、１は本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンである。２は振動膜ユニットであり、該振動膜ユニット２はガラスエポキシ、ＢＴレジン等の基板材によって成る振動膜支持枠３と、該振動膜支持枠３の中心部に設けられた円形の振動膜孔３ａに膜形成された導電性の振動膜４によって構成され、該振動膜支持枠３が振動膜４を固着し支持することによって一体化されている。尚、詳細は後述するが、３ｂは振動膜支持枠３に形成される溝であり、３ｃは通気孔である。

５は背面基板であり、該背面基板５の背面基板上面部５ａに導電膜による背面電極６が形成され、該記背面電極６の上面にエレクトレット誘電体膜によって成るエレクトレット層７が膜形成される。また、背面基板５の下部には凹部５ｂが設けられており、該凹部５ｂによって空気層である内部空間１４が形成される。８は背面基板５に設けられた複数の音響孔であり、前記背面電極６とエレクトレット層７の外側に一つ以上配置されて背面基板５を貫通し、該背面基板５の上面部の空気層と背面基板５の下面部の空気層である前記内部空間１４とを連通させる。９は絶縁材によって成る回路基板であり、該回路基板９の上面一部に接続電極９ａ、９ｂが膜形成される。１０は半導体素子等によって構成される電子エレメントであり、該電子エレメント１０は前記背面基板５の凹部５ｂによって形成される内部空間１４に収容され、半田１１によって前記回路基板９の接続電極９ａ、９ｂに実装される。

１２はスペーサであり、振動膜ユニット２と背面基板５の間に配置され、振動膜４とエレクトレット層７を形成された背面電極６とが対向してコンデンサを形成する。尚、該スペーサ１２は、図示しないが振動膜４と接する面に電極が膜形成され、背面基板５を介して回路基板９の接続電極９ａに電気的に接続される。また同様に、図示しないが背面電極６の一部も背面基板５を介して回路基板９の接続電極９ｂに電気的に接続される。

１３は略立方体形状のケース体であり、振動膜ユニット２、スペーサ１２、背面基板５、回路基板９を覆いケーシングする。１３ａはケース体１３の上面部に開けられた音孔であり、該音孔１３ａによって振動膜４は、外部の空気の振動を拾うことが出来る。尚、前記内部空間１４はケース体１３の音孔１３ａ、振動膜支持枠３の溝３ｂ、振動膜支持枠３の通気孔３ｃ、背面基板５の音響孔８のルートでエレクトレットコンデンサマイクロホン１の外部と連通される。また、本実施例に於いて、内部空間１４は背面基板５に設けられた凹部５ｂによって形成されるが、この構造に限定されるものではなく、例えば、背面基板５は平坦な板状であり回路基板９の上部に凹部を設けて内部空間１４を形成しても良い。または、背面基板５の下部と回路基板９の上部にそれぞれ凹部を設けて内部空間１４を形成しても良い。

次に図２に基づいて、振動膜支持枠３に形成される溝と通気孔の構造について説明する。図２（ａ）は振動膜ユニット２の上面図であり、図２（ａ）に於いて、振動膜支持枠３は前述した如く振動膜孔３ａを有し、振動膜４は振動膜孔３ａ全体に膜形成されている。溝３ｂは振動膜孔３ａの側面壁の一部から振動膜孔３ａの外周に沿って円弧状に形成され、更に、該溝３ｂの先端部分には振動膜支持枠３を貫通する通気孔３ｃが形成される。この結果、溝３ｂによって振動膜孔３ａの側面壁と通気孔３ｃが繋がり、エレクトレットコンデンサマイクロホン１の内部空間１４と外部とが連通される。尚、図２（ａ）の矢印Ａで示す中心線に沿って前述の図１は断面されている。

次に図２（ｂ）は振動膜ユニット２の他の形態を示しており、すなわち、振動膜孔３ａの側面壁と通気孔３ｃを連通させる溝３ｂが円弧状ではなく、略直角に曲がった形状で形成される。このように、振動膜支持枠３に形成される溝３ｂの形態は限定されず、任意の形状で良く、また、溝３ｂの幅や長さを調整することによって、マイクロホンとしての音響特性を修正し、改善することが出来る。

次に図３に基づいて、エレクトレットコンデンサマイクロホン１の概略組立工程を説明する。図３は組立工程を説明する本発明の実施形態であるエレクトレットコンデンサマイクロホンの分解斜視図である。まず工程（ａ）に於いて、ケース体１３の上面部に音孔１３ａが前工程として加工される。

次に工程（ｂ）に於いて、振動膜４と振動膜支持枠３を一体化した振動膜ユニット２がケース体１３に組み込まれる。このとき、振動膜支持枠３には、前述した如く溝３ｂと通気孔３ｃが加工され形成されている。

次に工程（ｃ）に於いて、背面基板５の上面にスペーサ１２が固着され、既にケース体１３に組み込まれている振動膜ユニット２の下面側に積層される形でケース体１３に組み込まれる。尚、背面基板５には、背面電極６とエレクトレット層７が膜形成されており、また、一つ以上の音響孔８が前加工によって形成されている。

次に工程（ｄ）に於いて、電子エレメント１０を実装した回路基板９が、既にケース体１３に組み込まれている背面基板５の下面側に積層される形でケース体１３に組み込まれる。この結果、ケース体１３には、振動膜ユニット２、背面基板５、回路基板９の順序で積層されて組み込まれ、図１で示したエレクトレットコンデンサマイクロホン１が完成する。尚、回路基板９は前述した接続電極９ａ、９ｂの他に、一対の出力電極９ｃ、９ｄを有し、該出力電極９ｃ、９ｄは電子エレメント１０と半田（図示せず）によって接続され、更に出力電極９ｃ、９ｄは、図示しないが回路基板９の裏面にまで形成されて外部への出力端子となる。

次にエレクトレットコンデンサマイクロホン１の動作を図１と図２（ａ）に基づいて説明する。まず、前記ケース体１３の音孔１３ａより加えられる空気の振動により振動膜４が振動して変位すると、該振動膜４と背面電極６とによって形成されるコンデンサは、この変位により静電容量が変化する。該コンデンサの一方の電極である振動膜４は、前述した如く回路基板９の接続電極９ａに接続され、また、他方の電極である背面電極６は接続電極９ｂに接続されているので、コンデンサの静電容量の変化は電子エレメント１０に入力される。

電子エレメント１０は、静電容量の変化を内部で電気信号に変換し、出力電極９ｃ、９ｄによって回路基板９の裏面より外部に出力する。尚、振動膜支持枠３に形成された溝３ｂと通気孔３ｃとにより、前述した如く、エレクトレットコンデンサマイクロホン１の内部空間１４と外部とが連通されるので、内部空間１４の気圧調整が行われ、マイクロホンとしての音響特性を改善することが出来る。

尚、本発明の実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、ケース体の外形を略立方体としたがこれに限定されず、円柱形やその他任意の形状であっても良い。また、図３で示した組立工程は、ケース体１３に順次各エレメントを組み込みながら組み立てたが、この工程順に限定されるものではなく、例えば、各エレメントを積層して一体化した後に、ケース体１３に組み込んでも良い。

以上のように本発明の実施形態によれば、振動板支持枠３に溝３ｂと通気孔３ｃを加工し形成できるので、通気孔を設けるために部品点数を増やす必要が無く、部品点数の削減と組立工程の簡素化を実現でき、コストダウンが可能である。また、ひとつの部品である振動膜支持枠３のみによって通気孔を形成できるので、複数の部品によって通気孔を形成する場合と比較して通気孔の形状ばらつきが小さく、この結果、マイクロホンとしての音響特性が安定し、信頼性の高いエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供出来る。

また、振動膜支持枠３に形成される溝の幅や長さを調整することによって、マイクロホンとしての音響特性をある程度任意に修正し改善できるので、用途に応じた音響特性を有するエレクトレットコンデンサマイクロホンが提供出来る。また、振動膜支持枠３はガラスエポキシ、ＢＴレジン等の基板材であるので、従来例のセラミックに比較して溝加工等が容易であり、コストが安く品質に優れたエレクトレットコンデンサマイクロホンが提供出来る。

本発明の実施形態である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。 本発明の実施形態である振動膜ユニットの上面図である。 本発明の実施形態である振動膜ユニットの他の形態を示す上面図である。 本発明の実施形態であるエレクトレットコンデンサマイクロホンの組立工程を示す分解斜視図である。 第１の従来例である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。 第２の従来例である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。

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 振動膜ユニット
３ 振動膜支持枠
３ａ 振動膜孔
３ｂ 溝
３ｃ、１４０ａ、２２０ａ 通気孔
４、１４０ 振動膜
５ 背面基板
５ａ 背面基板上面部
５ｂ 凹部
６、１１０ 背面電極
７、１２０ エレクトレット層
８、１１１ 音響孔
９、２１０ 回路基板
９ａ、９ｂ 接続電極
９ｃ、９ｄ 出力電極
１０、１７０ 電子エレメント
１１ 半田
１２ スペーサ
１３ ケース体
１３ａ、２６０ａ 音孔
１４ 内部空間
１００ マイクロホン部
１５０ 下面スペーサ
１６０ 上面スペーサ
２００ ケース部
２２０ 第１の枠体
２３０ 第２の枠体
２３０ａ 第１段部
２４０ 第３の枠体
２４０ａ 第２段部
２５０ 第４の枠体
２６０ 蓋体

Claims (4)

1. 空気の振動によって振動する振動膜と、該振動膜を固着する振動膜支持枠と、背面電極上にエレクトレット層が形成された背面基板と、電子エレメントが実装された回路基板とを有し、前記背面基板又は回路基板に凹部を設け形成した内部空間に前記電子エレメントを収容し、前記振動膜支持枠には溝が形成され、該溝の先端部に前記振動膜支持枠を貫通する通気孔が設けられると共に、前記振動膜支持枠の溝は、該振動膜支持枠の略中心部に形成される略円形の振動膜孔の側面壁の一部から前記通気孔まで形成され、該振動膜支持枠の溝によって、マイクロホンの前記内部空間と外部とを連通させ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. 前記振動膜支持枠はガラスエポキシ、ＢＴレジン等の基板材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。
3. 更にケース体を有し、前記振動膜と前記振動膜支持枠は一体化されて振動膜ユニットを形成し、該振動膜ユニットはスペーサを介して前記背面基板と積層され、該背面基板の下部には前記回路基板が積層されて一体化され、前記ケース体に組み込まれることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 更に、前記ケース体は上面部に前記振動膜に空気の振動を伝える音孔を有し、前記背面基板は該背面基板を貫通する音響孔を有し、前記マイクロホンの内部空間と外部は、前記ケース体の音孔、前記振動膜支持枠の溝、前記振動膜支持枠の通気孔、前記背面基板の音響孔のルートで連通されることを特徴とする請求項１乃至３何れか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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