JP4812378B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に搭載されるコンデンサマイクロホンに関する。

従来、コンデンサマイクロホンは、電界ノイズなどが、インピーダンス変換素子の高インピーダンス部およびマイクロホン内部における前記高インピーダンス部と同電位の部位に印加・伝播すると雑音が発生するため、シールド部材で囲み電界ノイズの伝播を防ぐ必要がある。

そこで、図５（ａ）に示すように、一面に高分子フィルムを融着した金属平板を絞り加工により有底円筒状に形成したカプセル１１の前面板１１ａに、スリット３３を形成し、次に高分子フィルムを分極してエレクトレット化し、その後、導電性リング３７、導電性筒状体３８、インピーダンス変換用ＩＣ素子２１を実装した配線基板３９を挿入したあと、カプセル１１後端をかしめ、全体が固定されるマイクロホン１００が提案されている。

図５（ｂ）に、図５（ａ）中のＡ方向から見たスリット部分を示す。図５（ｂ）に示すように、円筒状カプセル１１の前面板１１ａの外面中央部に円形凹部３１が形成され、前面板１１ａの内面に、リング状凹部３２を形成され、そのリング状凹部３２の内径は円形凹部３１の径と一致され、かつ同一軸心とされ、円形凹部３１の底面３１ａよりもリング状凹部３２の底面３２ａの方が前面に位置し、円形凹部３１の周面と、リング状凹部３２の内周面とが一致する部分にスリット３３が構成されている。

このマイクロホン１００の振動板（振動膜）は、導電性リング３７および導電性筒状体３８を介して、インピーダンス変換用ＩＣ素子２１に電気的に接続されており、スリット３３を介して音信号が入力されると振動板および前面板１１ａで形成されたコンデンサの容量が変化し、電圧信号としてインピーダンス変換用ＩＣ素子２１に入力され、インピーダンス変換された電気信号が出力端子を介して出力されるものである。
実開平５−６００７９号公報

このように、特許文献１に記載されたマイクロホンは、音信号がスリット３３を回折して振動板に伝播する一方で、直進性が強い電界ノイズはスリット３３でシールドされるため、雑音が小さくなるものである。

しかしながら、図６（ａ）に示すようなマイクロホンは、絞り加工等により有底円筒状に形成したカプセル１１の前面板上１１ａの内面に円形凹部４５を形成し、外面にリング状凹部４６をパンチ加工等により形成してスリット３３が作成されるが、凹部加工においては、深さと位置ずれに対して高い加工精度が求められ、また、加工の際に多くの工程数を要するため、コストがかかり大量生産に向かなかった。

また、図６（ｂ）に示すマイクロホンは、前面板１１ａの内面中央部を前方に、外側に押し出し、その一部をテーパ状に連結し、他の部分にせん断加工を行うことによりスリット４７を形成している。この方法では、外側に押し出した分だけ全体の形状が分厚くなってしまうため、薄型化・小型化が求められている電子機器に搭載するには適さなかった。

また、図６（ｃ）に示すように、前面板１１ａの中央部を内側に押し出してスリット４８を形成したマイクロホンでは、その内側に押し出した突出部と振動板とが接触するのを避けるため、振動板リング厚みが突出量以上の大きさにする必要があり、結果的に、マイクロホンを大きくしてしまうことになる。このため、薄型化・小型化が求められている電子機器に搭載するには適さなかった。

また、マイクロホンを実装する際、エアピックアップにより前面板を把持して容易に取り扱うことができるが、エアピックの際にスリット部も含んで吸引してしまうと、前面板と対面した位置に形成されている振動膜をエアピックの風圧で破損してしまう恐れがあり、マイクロホンをエアピックアップで取り扱うことは難しかった。

本発明は、薄型化・小型化が求められる電子機器に搭載するのに適したコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。また、本発明は、高い加工精度を必要としない簡易な加工で製造することができるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。また、本発明は、エアピックアップにより容易に取り扱うことができるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明のコンデンサマイクロホンは、音信号を電気信号に変換する音響トランスデューサ部と、前記電気信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換部と、前記音響トランスデューサ部と前記インピーダンス変換部とを包囲する金属ケースとを備え、前記金属ケースは、形状が方形であって、側面板にスリットを有する。

この構成により、金属ケースの上面板に音孔用のスリットを形成しなくて良いので、金属ケースを薄型化・小型化することができる。また、音信号は回折して伝播するため、スリットを通過して音響トランデューサにまで伝播する一方で、電界ノイズは直進性が強いため、大部分はスリットを通過せずに金属ケースで減衰される。よって、電界ノイズが金属ケースの内部に設置されている音響トランデューサやインピーダンス変換ＩＣに与える影響（ノイズ）は軽減される。

また、金属ケースの前面板に音孔がないことから、振動膜をエアピックの風圧で破損してしまう恐れがなくなり、エアピックアップによる取り扱いが容易となる。

また、本発明のコンデンサマイクロホンは、前記スリットが、前記音響トランスデューサ部と対向する方向を避けて開口している。

また、本発明のコンデンサマイクロホンは、前記金属ケースの側面の四隅に前記スリットを有する。

この構成により、電界ノイズは直進性が強いため、スリットの開口面と対向していない位置に配置されている音響トランスデューサまで伝播しずらく、金属ケースのシールド効果が向上する。

また、本発明のコンデンサマイクロホンは、前記音響トランデューサ部は、半導体製造プロセスにより作成されている。

また、本発明のコンデンサマイクロホンは、前記音響トランデューサ部と前記インピーダンス変換部とが同一の基板上に形成されている。

この構成により、コンデンサマイクロホン全体が小型化・薄型化されるので、前記コンデンサマイクロホンの実装面積を縮小化することができる。従って、小型化・薄型化の要請がある携帯電話端末等の電子機器に搭載することができる。

また、本発明のコンデンサマイクロホンの製造方法は、金属平板の四隅を切断する工程と、曲げ加工により、四隅を切断した前記金属平板を、側面板の四隅にスリットを有する方形の金属ケースに加工する工程と、前記スリットの開口部が音響トランデューサ部と対向する方向を避けて前記金属ケースを設置する工程とを備える。

この構成により、スリットを形成する加工が、金属ケースの上面板にスリットを形成する加工に比べて高い加工精度が要求されない曲げ加工で済むため、安価にコンデンサマイクロホンを製造することができる。

また、本発明の携帯電話端末は、前記コンデンサマイクロホンを搭載している。

この構成により、前記コンデンサマイクロホンを実装するのに要する実装面積が小さくなるので、携帯電話端末を小型化・薄型化することができる。

本発明により、薄型化・小型化が求められる電子機器に搭載するのに適したコンデンサマイクロホンを提供することできる。また、高い加工精度を必要としない簡易な加工で製造することができるコンデンサマイクロホンを提供することができる。また、エアピックアップにより容易に取り扱うことができるコンデンサマイクロホンを提供することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のコンデンサマイクロホン１の外観斜視図である。図２は、図１中におけるＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、本実施の形態１のコンデンサマイクロホン１は、音響トランスデューサ２０１（図示せず）とインピーダンス変換部２０４（図示せず）とを包囲する金属ケース２０２を備えている。

金属ケース２０２は、形状が方形であって、上面板２０２ａと、側面板２０２ｂ、２０２ｃとにより構成されており、四隅にスリット２０６が形成されている。

次に、図２に図１中におけるＡ−Ａ断面図を示す。図２に示すように、音響トランスデューサ２０１は、シリコン基板で構成され、空孔２０１aが形成された第１電極２０１ｂと、前記空孔と接続するエアギャップ２０１ｄと、振動板となる第２電極２０１ｃを有した構造をしており、ＭＥＭＳ技術（シリコン製造プロセス）を用いて形成される。

第２電極２０１ｃはワイヤーボンディング等により配線基板２０３に設置された配線パターン２０３ｂと電気的に接合され、さらに配線パターン２０３ｂは半田接合等でインピーダンス変換ＩＣ２０４の入力端子２０４ａと電気的に接合されている。

インピーダンス変換ＩＣの出力端子２０４ｂは、配線基板と電気接合しており、スルーホール２０３ａを記して裏面の配線パターン２０３ｃに接続されている。

また、第１電極２０１ｂは、配線パターン２０３ｂのグランド電位部とワイヤーボンディング等で電気的に接合され、さらに配線パターン２０３ｂのグランド電位部と金属ケース２０２とが溶接等で電気的に接合されている。

なお、上記インピーダンス変換ＩＣ２０４の入力端子２０４ａは、第１電極２０１ｂと電気的接合をすることも可能であり、その場合は、配線基板のグランドと第２電極２０１ｃを電気的接合し、さらに金属ケース２０２とも電気的に接合する必要がある。

図３に、図１中のＢ方向から本実施の形態１のコンデンサマイクロホンを見た図を示す。図３に示すように、音響トランデューサ２０１とインピーダンス変換ＩＣ２０４は、スリット２０６の開口面と対向する方向を避けて配置されている。

このようにして形成されたコンデンサマイクロホン１に音信号が印加されると、音信号は回折して伝播するため、音源の位置に関わらずスリット２０６を通過して音響トランデューサ２０１の振動板にまで伝播する。そして、音信号は、音響トランスデューサ２０１およびインピーダンス変換ＩＣ２０４により電気信号へと変換される。

一方、コンデンサマイクロホンの周囲で発生する電界ノイズは金属ケース２０６により減衰される。電界ノイズは直進性が強いため、スリット２０６の開口面と対向していない位置に配置されている音響トランデューサ２０１やインピーダンス変換ＩＣ２０４に対して与えるノイズ影響は少ない。

次に、本実施の形態１のコンデンサマイクロホンの製造方法について述べる。

まず、金属ケース２０２の材料となる金属平板の四隅を切断する（切断工程）。次に、曲げ加工により、四隅を切断した金属平板を方形の金属ケース２０２に加工する。このとき、四隅にスリット２０６を形成するよう折り曲げる（曲げ工程）。そして、スリット２０６の開口部が、音響トランデューサ２０１と対向しない位置に前記金属ケースを設置する（設置工程）。これらの工程により、本実施の形態１のコンデンサマイクロホンが製造される。

なお、音響トランデューサ２０１は、従来、振動板、スペーサおよび背極で形成されていた音響―電気変換機構を、半導体プロセスにより作成したものである。

また、従来のコンデンサマイクにおける振動板は、PETやPPTやFEP等の高分子フィルムに、金属膜を蒸着して形成した第２電極２０１ｃにより形成されており、リフローソルダリング処理において、振動板の張力が低下し、マイクの感度を変化させることがあるが、本発明における音響トランスデューサの材質はSiおよびSiO₂であり、高温においても張力が変化することがなく、つまり感度が変化することがないことから、リフローソルダリング処理が可能なマイクを実現できる。

このようにして製造されたコンデンサマイクロホン１は、スリットが側面側に形成されるため、全体の形状が大きくならない。また、前面板に音孔がないことから、エアピックアップが可能となり、取り扱いが容易となる。

また、従来、金属ケースの上面板にスリットを形成するには、高い加工精度が要求されるが、上述した製造方法によれば、スリットを形成する工程が曲げ加工で済むため、高い加工精度が要求されず、安価にコンデンサマイクロホンを製造することができる。

なお、スリットを設ける位置に関しては、図４（ａ）で示す本実施の形態１のコンデンサマイクロホンのように、必ずしも四隅である必要はない。図４（ｂ）に示すように、四隅よりずれた位置にスリット２０６を形成しても良い。

図４（ｂ）に示す構成により、金属ケース２０２の内部には側面板２０２ｃに沿った方向に電界ノイズは伝播していくため、金属ケース２０２の音響トランスデューサ等が配置される中央付近に電界ノイズは伝播しにくく、金属ケースのシールド効果は向上する。

なお、本実施の形態１のコンデンサマイクロホン１では、音響トランスデューサおよびインピーダンス変換ＩＣは、両者ともに半導体プロセスにより作成されることを特徴としていることから、同一のウエハー上に形成することが可能である。

したがって、その際、ウエハー上にＡＩ配線等を形成すれば、音響トランスデューサとインピーダンス変換素子を、ワイヤーボンディング等で電気的に接合する工程が不要となり、工程数を削減することができることから、安価にコンデンサマイクロホンを製造することができる。

また、スリットの数と形状に関しては、本実施の形態において示したものに限られず、ケース内空間に生じる共鳴がマイクロホン出力の周波数特性に与える影響等を考慮して、決定することができる。

本発明のコンデンサマイクロホンは、簡易な加工で製造することができ、また、薄型化・小型化が求められる電子機器に搭載することができる。

本実施の形態１のコンデンサマイクロホン１の外観斜視図 本実施の形態１のコンデンサマイクロホン１の図１中におけるＡ−Ａ断面図 本実施の形態１のコンデンサマイクロホン１を図１中のＢ方向から見た図 （ａ）本実施の形態１の金属ケースの端部の拡大図、（ｂ）スリットの変形例１ （ａ）従来のマイクロホンの断面図、（ｂ）図５（ａ）中のＡ方向から見たスリット部分を示す図 （ａ）従来のマイクロホンのスリットの形状例１、（ｂ）従来のマイクロホンのスリットの形状例２、（ｃ）従来のマイクロホンのスリットの形状例３

符号の説明

２０１ 音響トランスデューサ
２０１ａ 空孔
２０１ｂ 第１電極
２０１ｃ 第２電極
２０１ｄ エアギャップ
２０２ 金属ケース
２０２ａ 前面板
２０２ｂ、２０２ｃ 側面板
２０３ 配線基板
２０３ａ スルーホール
２０３ｂ、２０３ｃ 配線パターン
２０４ インピーダンス変換ＩＣ
２０４ａ 入力端子
２０４ｂ 出力端子
２０６ スリット

Claims (6)

1. 音信号を電気信号に変換する音響トランスデューサ部と、
   前記電気信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換部と、
   前記音響トランスデューサ部と前記インピーダンス変換部とを包囲する金属ケースとを備えるコンデンサマイクロホンであって、
   前記金属ケースは、上面板と側面板により構成されており、かつ、前記側面板に音孔としてのスリットを有し、
   前記スリットは、前記音響トランスデューサ部が前記スリットの開口面と対向する方向を避けるようにして、前記金属ケースの側面板の四隅に配置されている、
   コンデンサマイクロホン。
2. 前記音響トランデューサ部は、半導体製造プロセスにより作成されている請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
3. 前記音響トランデューサ部と前記インピーダンス変換部とが同一の基板上に形成されている請求項２に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記スリットは、前記側面板の高さ分だけ形成されている請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
5. 前記金属ケースは、一枚の金属平板から形成されている請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
6. 前記音響トランスデューサ部と前記インピーダンス変換部とを搭載する配線基板をさらに備え、
   前記金属ケースと前記配線基板とは溶接等で接合されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。

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