JP4889393B2 - Measuring method of electric potential between both electrodes of electret capacitor - Google Patents

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Description

本発明は、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法に関し、特に、エレクトレットコンデンサが組み立てられた状態で、両極間の電位を非破壊で測定する方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor, and more particularly to a method for nondestructively measuring an electric potential between both electrodes in an assembled state of an electret capacitor.

図1は、エレクトレットコンデンサマイクロホン(振動板、スペーサおよび背極にて形成される機械式のマイクロホン)の構造の一例を説明するための断面図であり、(a)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの構造を示す断面図、(b)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに接続される電子部品の断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an example of the structure of an electret condenser microphone (mechanical microphone formed by a diaphragm, a spacer, and a back electrode). FIG. 1 (a) shows the structure of the electret condenser microphone. Sectional drawing shown, (b) is a sectional view of an electronic component connected to the electret condenser microphone.

図1(a)に示されるように、エレクトレットコンデンサマイクロホンは、金属のケース101の前面に前面板101aが一体に形成され、前面板101aに音孔107が形成され、前面板101aの内面の周縁部に金属製の振動板リング102が対接されるとともに電気的に接続され、その振動板リング102の前面板と反対の面に振動膜103が貼り付けられている。そのフィルムの一面に金属が蒸着され、その蒸着膜が振動板リング102に接して取り付けられている。   As shown in FIG. 1A, in the electret condenser microphone, a front plate 101a is integrally formed on the front surface of a metal case 101, a sound hole 107 is formed on the front plate 101a, and the periphery of the inner surface of the front plate 101a. The diaphragm plate 102 made of metal is in contact with and electrically connected to the part, and the diaphragm 103 is attached to the surface of the diaphragm ring 102 opposite to the front plate. Metal is deposited on one surface of the film, and the deposited film is attached in contact with the diaphragm ring 102.

その振動膜103にスペーサ104を介して、背極105に近接対向され、背極105は筒状の背極保持体106の前面に保持されている。背極保持体106の内部で構成される背室110内にインピーダンス変換用IC素子109が配され、そのIC素子の入力端子109aは背極と接続され、出力端子109bはケースの背面から突出され、ケースの背面を塞ぐ配線基板108の配線に接続される。配線基板108の背面にケースの後方端子部が折り曲げられて、内部の各部が前面板101aに押し付けられて全体が固定される。   The vibrating membrane 103 is closely opposed to the back electrode 105 via the spacer 104, and the back electrode 105 is held on the front surface of the cylindrical back electrode holder 106. An impedance conversion IC element 109 is disposed in a back chamber 110 configured inside the back electrode holder 106, an input terminal 109a of the IC element is connected to the back electrode, and an output terminal 109b protrudes from the back of the case. The wiring is connected to the wiring of the wiring board 108 that closes the back of the case. The rear terminal portion of the case is bent on the back surface of the wiring board 108, and the internal portions are pressed against the front plate 101a to be fixed as a whole.

背極110には、FEP等のエレクトレット材が融着されており、そのエレクトレット材をエレクトレット化することにより、背極-振動膜間に電位Vgが発生する。なお、参照符号120は接続用部品であり、参照符号120aはバネ接点であり、参照符号120bは接続用部品筐体であり、参照符号121は、ゴムブッシュである。   An electret material such as FEP is fused to the back electrode 110, and the electret material is converted into an electret, whereby a potential Vg is generated between the back electrode and the vibrating membrane. Reference numeral 120 is a connection part, reference numeral 120a is a spring contact, reference numeral 120b is a connection part housing, and reference numeral 121 is a rubber bush.

図1(a)のマイクロホンに音信号が入力されると、振動板およびスペーサおよび背極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109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109bを介して出力される。インピーダンス変換用IC109から出力された信号は、スルーホール111を介して配線パターンに出力される。
ここで、マイクロホン感度は、背極(109)−振動膜(103)間の電位Vgに比例するため、両極間電位Vgの測定技術は、安定したVgを供給するために必要な技術となり、したがって、精密でばらつきの少ない感度のエレクトレットマイクロホンの製造のための、重要技術となっている。
従来のVgの測定方法としては、特許文献1に示すように、Vgを測定する代わりに、背極105の表面電位を測定するのが一般的であり、マイクロホン作成時には、背極の表面電位を制御することによって、所望の感度のマイクロホンを作成していた。
When a sound signal is input to the microphone of FIG. 1 (a), the capacitance of the capacitor formed by the diaphragm, the spacer, and the back pole changes, and is input to the impedance conversion IC element 109 as a voltage signal for impedance conversion. The electrical signal is output via the output terminal 109b. The signal output from the impedance conversion IC 109 is output to the wiring pattern through the through hole 111.
Here, since the microphone sensitivity is proportional to the potential Vg between the back electrode (109) and the vibrating membrane (103), the measurement technique of the interpolar electric potential Vg becomes a technique necessary for supplying stable Vg, and therefore It has become an important technology for the manufacture of electret microphones with precision and sensitivity with little variation.
As a conventional method of measuring Vg, as shown in Patent Document 1, instead of measuring Vg, it is common to measure the surface potential of the back electrode 105. When creating a microphone, the surface potential of the back electrode is measured. By controlling, a microphone having a desired sensitivity was created.

また、近年、MEMS(微小電気機械システム)技術を用いてシリコン基板を加工することによって形成されるエレクトレットコンデンサマイクロホンも登場している(例えば、特許文献2参照)。   In recent years, an electret condenser microphone formed by processing a silicon substrate using MEMS (micro electro mechanical system) technology has also appeared (for example, see Patent Document 2).

図2は、シリコン基板を加工することによって形成された音響トランスデューサを搭載したマイクロホンの断面構造を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a microphone on which an acoustic transducer formed by processing a silicon substrate is mounted.

図2において、配線基板404上に音響トランスデューサ300と、インピーダンス変換IC200が実装されている。参照符号400はケース、参照符号402はケース側面板である。   In FIG. 2, an acoustic transducer 300 and an impedance conversion IC 200 are mounted on a wiring board 404. Reference numeral 400 is a case, and reference numeral 402 is a case side plate.

インピーダンス変換IC200は、信号出力端子204aと信号入力端子204bを備え、各端子204a,204bは、例えば、半田202により配線基板404上の配線パターンに接続されている。   The impedance conversion IC 200 includes a signal output terminal 204a and a signal input terminal 204b, and the terminals 204a and 204b are connected to a wiring pattern on the wiring board 404 by, for example, solder 202.

また、音響変換トランスデューサ300は、シリコン基板300と、空孔(音孔)304が設けられた第1電極(例えば、シリコンからなる)302と、第2電極(例えば、シリコン酸化膜からなる)307と、を備え、第1電極302と第2電極307は、所定のエアギャップ306を隔てて対向して設けられている。参照符号308は、エアギャップを形成するスペーサ(例えば、金属からなる)であり、参照符号309はボンディングワイヤである。   The acoustic transducer 300 includes a silicon substrate 300, a first electrode (for example, made of silicon) 302 provided with holes (sound holes) 304, and a second electrode (for example, made of a silicon oxide film) 307. The first electrode 302 and the second electrode 307 are provided to face each other with a predetermined air gap 306 therebetween. Reference numeral 308 is a spacer (for example, made of metal) that forms an air gap, and reference numeral 309 is a bonding wire.

また、配線基板404には、スルーホール312a,312bが設けられている。配線基板404の裏面には、グランド配線パターン314aと信号配線パターン314bが形成されている。   The wiring board 404 is provided with through holes 312a and 312b. A ground wiring pattern 314 a and a signal wiring pattern 314 b are formed on the back surface of the wiring substrate 404.

図2に示されるような、MEMS技術を用いて製造されるエレクトレットコンデンサマイクロホンは、例えば、特許文献2に記載されている。
特開平6-313782号公報(第5頁、第1図) 特開平2005−183437号公報
An electret condenser microphone manufactured by using the MEMS technology as shown in FIG. 2 is described in Patent Document 2, for example.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-313782 (page 5, FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 2005-183437

しかしながら、特許文献1に記載される従来の表面電位測定方法においては、マイクロホンが組みあがった状態での測定は不可能である。
さらに、図2に示されるような、半導体製造プロセスにより作成された音響トランスデューサ(音響−電気変換素子)を搭載したエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、例えば、第2電極にエレクトレット材を用いた場合は、第2電極(例えば、シリコン酸化膜)に印加された表面電位を測定する際、シリコンからなる第1電極が障害物となってしまい、非破壊でかつ正確に表面電位測定することは難しくなり、同様に、第1電極をエレクトレット材とした場合でも、こんどは第2電極が障害物となり、したがって、非破壊でかつ正確に表面電位測定することは難しい。
However, in the conventional surface potential measurement method described in Patent Document 1, measurement with a microphone assembled is impossible.
Furthermore, in an electret condenser microphone mounted with an acoustic transducer (acoustic-electric conversion element) created by a semiconductor manufacturing process as shown in FIG. 2, for example, when an electret material is used for the second electrode, the second When measuring the surface potential applied to an electrode (for example, a silicon oxide film), the first electrode made of silicon becomes an obstacle, making it difficult to measure the surface potential non-destructively and accurately. Even when the first electrode is an electret material, the second electrode becomes an obstacle at this time, and it is therefore difficult to measure the surface potential accurately in a non-destructive manner.

本発明は、前記実情に基づいてなされたものであり、その目的は、エレクトレットコンデンサの2極間の電位を、エレクトレットコンデンサが組みあがった状態で、かつ、非破壊で測定することを可能とすることにある。   The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and the object thereof is to measure the potential between the two electrodes of the electret capacitor in a state where the electret capacitor is assembled and non-destructively. There is.

本発明のエレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法は、振動板と、この振動板に対向して配置される固定極とを備え、かつ、前記振動板および固定極のいずれかがエレクトレット化されたエレクトレット材であるエレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法であって、前記振動板と前記固定極との間にバイアス電圧を掃引印加しながら、前記振動板と前記固定極との間のインピーダンス値を測定する第1のステップと、その測定されたインピーダンス値と前記バイアス電圧値との関係に基づいて、前記振動板と前記固定極との間の電位を同定する第2のステップと、を含む。   A method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor according to the present invention includes a diaphragm and a fixed pole disposed opposite to the diaphragm, and one of the diaphragm and the fixed pole is electretized. A method for measuring a potential between both electrodes of an electret capacitor, which is an electret material, wherein a bias voltage is swept between the diaphragm and the fixed electrode while an impedance value between the diaphragm and the fixed electrode is measured. A first step of measuring, and a second step of identifying a potential between the diaphragm and the fixed pole based on a relationship between the measured impedance value and the bias voltage value.

組み立てられた状態のエレクトレットコンデンサの両極にバイアス電圧を印加し、その電圧値を線形的に変化させると、それに伴って両極間のインピーダンスが変化する。ここで、エレクトレットコンデンサの一極は、エレクトレット材(永久的電気分極をもつ素材)からなっているため、両極間に電位Vgが生じているため、そのインピーダンスの変化の挙動は、一極がエレクトレット化されていないときと比べて異なるものとなる。そのインピーダンスの変動の挙動は、エレクトレット化により生じた電位Vgと密接に関連するため、測定されたインピーダンス値と、そのとき印加されているバイアス電圧値との関係に基づいて、両極間(すなわち、振動板と固定極との間)の電位を同定することが可能となる。   When a bias voltage is applied to both poles of the electret capacitor in the assembled state and the voltage value is linearly changed, the impedance between both poles changes accordingly. Here, since one pole of the electret capacitor is made of an electret material (a material having permanent electric polarization), a potential Vg is generated between the two poles. It will be different from when it is not. Since the behavior of the impedance variation is closely related to the potential Vg generated by electretization, based on the relationship between the measured impedance value and the bias voltage value applied at that time, It is possible to identify the potential between the diaphragm and the fixed pole.

また、本発明のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法の一態様では、前記第2のステップにおいて、前記インピーダンス値が最小となるときのバイアス電圧値をもって両極間の電位とする。   In one aspect of the method for measuring the potential between the two electrodes of the electret capacitor of the present invention, in the second step, the bias voltage value when the impedance value is minimized is used as the potential between the two electrodes.

2極間の電圧が大きくなると、その静電引力により、振動板が固定極へと近づくため、測定されるインピーダンスが大きくなり、固定極がエレクトレット化されていない場合においては、バイアス電圧が0Vの場合に、インピーダンス値が最小値となるが、固定極がエレクトレット化されて場合においては、バイアス電圧が0Vの場合、すでにエレクトレット化により得られている電位Vgにより静電引力が発生しているため、インピーダンス値が最低値とならない。一方で、バイアス電圧がVgと正負逆の-Vgであるときに、バイアス電圧とVgが打ち消しあい、2極間電圧が0Vとなるため、インピーダンス値が最低値となる。このような原理を利用し、固定極がエレクトレット化済みの2極間のインピーダンスを掃引電圧を印加しながら測定し、インピーダンスが最小値となるときのバイアス電圧(最低電圧値)を求めることによって、組み上がった状態のエレクトレットコンデンサの2極間電位を、非破壊で測定することができる。したがって、マイクロホンが組み上がった状態におけるエレクトレット材の帯電量を精度良く求めることができる。   When the voltage between the two poles increases, the diaphragm approaches the fixed pole due to the electrostatic attraction, so that the measured impedance increases. When the fixed pole is not electretized, the bias voltage is 0V. In this case, the impedance value becomes the minimum value, but in the case where the fixed pole is electretized, when the bias voltage is 0 V, electrostatic attraction is generated by the potential Vg already obtained by electretization. The impedance value is not the lowest value. On the other hand, when the bias voltage is −Vg, which is opposite to the positive / negative, Vg, the bias voltage and Vg cancel each other, and the voltage between the two electrodes becomes 0V, so that the impedance value becomes the lowest value. Using this principle, the impedance between the two poles with the fixed pole electretized is measured while applying a sweep voltage, and the bias voltage (minimum voltage value) when the impedance becomes the minimum value is obtained. The potential between the two electrodes of the electret capacitor in the assembled state can be measured nondestructively. Therefore, it is possible to accurately obtain the electrification amount of the electret material when the microphone is assembled.

また、本発明のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法の他の態様では、前記第2のステップにおいて、前記インピーダンス値が急激に変化する2つの電圧値を求め、この2つの電圧値の平均電圧値を算出し、その平均電圧値をもって両極間の電位とする。   In another aspect of the method for measuring a potential between both electrodes of an electret capacitor according to the present invention, in the second step, two voltage values at which the impedance value changes rapidly are obtained, and an average voltage of the two voltage values is obtained. Calculate the value and use the average voltage value as the potential between the two electrodes.

振動板−固定極間に、掃引バイアス電圧により特性が変化する材料が存在する場合(あるいは、帯電量を測定しようとする極の対向極がそのような材料で構成されている場合)、その材料の特性が重なったインピーダンス−バイアス特性となってしまい、インピーダンス値が最低の場合に静電引力が0になるとは限らない。本態様の測定方法は、このような場合にも適用可能な方法である。すなわち、2極間電圧が大きくなると、その静電引力により、振動膜が固定極へと近づき、ついには接触する。振動膜と固定極が接触する場合のバイアス電圧をVt+およびVt-とした場合、Vt+およびVt-の前後では、振動膜と固定極の接触により、インピーダンスの値が急激に変化する。Vt+時は、振動膜と固定極がプラス電圧により接触しており、反対にVt-部は、振動膜と固定極がマイナス電圧により接触している状態であり、Vt+およびVt-における静電引力は同値である。したがって、Vt+とVt-の平均値Vcにおける静電引力は0であり、したがってその時に2極間の電圧は0Vとなると推定することができる。2極間の電位が0になるということは、バイアス電圧が両極間電位Vgと正負逆の-Vgとなっているということであるから、この原理を適用すれば、両極間の電位が0Vになると推定されるVc(=Vt+とVt-の平均値)は、すなわち、両極間に介在する材料のインピーダンス変化の影響がある状況下における、両極間の電位そのものを表していることになる。このようにして、エレクトレットコンデンサの両極間電位を、非破壊で測定することができる。したがって、マイクロホンが組み上がった状態におけるエレクトレット材の帯電量を精度良く求めることができる。   When there is a material whose characteristics change due to the sweep bias voltage between the diaphragm and the fixed pole (or when the counter pole of the pole whose charge is to be measured is made of such a material), the material When the impedance value is the lowest, the electrostatic attractive force is not always zero. The measuring method of this aspect is a method applicable also in such a case. That is, when the voltage between the two electrodes increases, the vibrating membrane approaches the fixed electrode due to the electrostatic attractive force, and finally comes into contact. When the bias voltage when the vibrating membrane and the fixed pole are in contact is assumed to be Vt + and Vt−, the impedance value changes rapidly due to the contact between the vibrating membrane and the fixed pole before and after Vt + and Vt−. At Vt +, the vibrating membrane and the fixed pole are in contact with each other with a positive voltage. On the other hand, the Vt− part is in a state in which the vibrating membrane and the fixed electrode are in contact with each other with a negative voltage, and electrostatic attraction at Vt + and Vt−. Are equivalent. Therefore, the electrostatic attractive force at the average value Vc of Vt + and Vt− is 0, and therefore it can be estimated that the voltage between the two electrodes at that time is 0V. When the potential between the two electrodes is 0, the bias voltage is -Vg, which is opposite to the potential Vg between the two electrodes. Therefore, if this principle is applied, the potential between the two electrodes becomes 0V. Vc estimated to be (= average value of Vt + and Vt−) represents the potential between the two poles under the influence of the impedance change of the material interposed between the two poles. In this way, the potential between both electrodes of the electret capacitor can be measured nondestructively. Therefore, it is possible to accurately obtain the electrification amount of the electret material when the microphone is assembled.

本発明の電位測定によれば、マイクロホンに組みあがった状態でのエレクトレットコンデンサの2極間電位を、非破壊で測定することができる。   According to the potential measurement of the present invention, the potential between the two electrodes of the electret capacitor in a state assembled with the microphone can be measured nondestructively.

したがって、マイクロホンが組み上がった状態におけるエレクトレット材の帯電量を精度良く求めることができ、これによって、エレクトレット化時の最適な条件出しや製造プロセス条件を最適化することが可能となる。   Therefore, it is possible to accurately obtain the electrification amount of the electret material in a state where the microphone is assembled, and thereby it is possible to optimize the conditions for producing the electret and to optimize the manufacturing process conditions.

したがって、精密でばらつきの少ない高感度のエレクトレットコンデンサマイクロホンの製造が可能となる。   Therefore, it is possible to manufacture a highly sensitive electret condenser microphone that is precise and has little variation.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(実施の形態1)
図3は、本発明の実施の形態におけるインピーダンス測定方法を実施するための基本構成を示す図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration for carrying out the impedance measuring method according to the embodiment of the present invention.

図示されるように、エレクトレット化済みの第1電極(固定極)302と第2電極(振動膜)306とにより構成されたエレクトレットコンデンサ300の両極に対し、掃引バイアス電圧発生器500を接続してバイアス電圧Vbを掃引印加し、同時に、インピーダンス測定器600によって2極間のインピーダンスを測定する。
図4は、本発明の実施の形態におけるインピーダンス測定により得られるインピーダンス−バイアス電圧特性の一例を示す図である。
As shown in the figure, a sweep bias voltage generator 500 is connected to both poles of an electret capacitor 300 constituted by an electret first electrode (fixed pole) 302 and a second electrode (vibrating membrane) 306. The bias voltage Vb is swept and applied, and at the same time, the impedance measuring instrument 600 measures the impedance between the two electrodes.
FIG. 4 is a diagram showing an example of impedance-bias voltage characteristics obtained by impedance measurement in the embodiment of the present invention.

ここで、特性線L1は、固定極がエレクトレットされていない場合のインピーダンスーバイアス電圧特性であり、特性線L2は、固定極がエレクトレット化されている場合のインピーダンス−バイアス電圧特性である。
ここで、2極間の電圧が大きくなると、その静電引力により、振動膜306が固定極302へと近づくため、測定されるインピーダンスが大きくなる。そのため、固定極がエレクトレット化されていない場合においては、バイアス電圧が0Vの場合に、インピーダンス値が最小値となる。
Here, the characteristic line L1 is the impedance bias voltage characteristic when the fixed pole is not electreted, and the characteristic line L2 is the impedance-bias voltage characteristic when the fixed pole is electretized.
Here, when the voltage between the two poles increases, the vibrating membrane 306 approaches the fixed pole 302 due to the electrostatic attractive force, and thus the measured impedance increases. Therefore, when the fixed pole is not electretized, the impedance value becomes the minimum value when the bias voltage is 0V.

これに対し、固定極306がエレクトレット化されて場合においては、バイアス電圧が0Vの場合、すでにエレクトレット化により得られている電位Vgにより、静電引力が発生しているため、インピーダンス値が最低値とならない。一方で、バイアス電圧がVgと正負逆の-Vgであるときに、バイアス電圧とVgが打ち消しあい、2極間電圧が0Vとなるため、インピーダンス値が最低値となる。
上記のような原理を利用し、固定極302がエレクトレット化済みの2極間のインピーダンスを、掃引電圧を印加しながら測定し、インピーダンスが最小値となるときのバイアス電圧、最低電圧値を求めることでエレクトレットによる2極間電位を測定することができる。
本発明によって、マイクロホンに組みあがった状態での2極間電位を、非破壊で測定することができる。
なお、従来の表面電位計での測定においては、固定極302に穴が存在する場合や、サンプルが極端に小さい場合、測定位置のズレにより測定誤差が発生し、正確に表面電位を測定することが難しかったが、本発明の電位測定方法によれば、そのような誤差がなく測定することが可能となる。
(実施の形態2)
On the other hand, when the fixed pole 306 is electretized, when the bias voltage is 0 V, the electrostatic attractive force is generated by the potential Vg already obtained by electretization, so that the impedance value is the lowest value. Not. On the other hand, when the bias voltage is −Vg, which is opposite to the positive / negative, Vg, the bias voltage and Vg cancel each other, and the voltage between the two electrodes becomes 0V, so that the impedance value becomes the lowest value.
Using the principle as described above, the impedance between two electretized fixed poles 302 is measured while applying a sweep voltage, and the bias voltage and the minimum voltage value when the impedance becomes the minimum value are obtained. Can measure the potential between two electrodes by the electret.
According to the present invention, the potential between two electrodes in a state assembled with a microphone can be measured nondestructively.
When measuring with a conventional surface potential meter, if there is a hole in the fixed pole 302 or if the sample is extremely small, a measurement error will occur due to misalignment of the measurement position, and the surface potential must be measured accurately. However, according to the potential measuring method of the present invention, it is possible to measure without such an error.
(Embodiment 2)

半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサ(図2)を使用したエレクトレットコンデンサマイクロホンの場合、2極間に半導体材料が存在する(あるいは、帯電量を測定しようとする極の対向極が半導体材料で構成されている)構造であるため、掃引電圧により、2極間インピーダンスだけでなく、半導体材料のインピーダンスも変化してしまうため、その両者の特性が重なったインピーダンス−バイアス電圧特性となる。このような特性を示す場合には、バイアス電圧の最小値近辺に半導体の特性が重なってしまい、インピーダンス値が最低の場合に、静電引力が0となるとは限らない。   In the case of an electret condenser microphone that uses an acoustic transducer (Fig. 2) made by a semiconductor process, a semiconductor material exists between the two electrodes (or the opposite electrode of the electrode whose charge amount is to be measured is made of a semiconductor material. Therefore, not only the impedance between the two electrodes but also the impedance of the semiconductor material is changed by the sweep voltage, so that the impedance-bias voltage characteristics in which both characteristics overlap each other are obtained. When such characteristics are exhibited, the semiconductor characteristics overlap in the vicinity of the minimum value of the bias voltage, and the electrostatic attractive force does not always become zero when the impedance value is the lowest.

このような半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサのエレクトレットによる2極間電位を測定するには、実施の形態1の測定方法は利用できない。本実施形態では、このような場合にも適用可能な2極間電位の測定方法について説明する。   In order to measure the potential between two electrodes by the electret of an acoustic transducer produced by such a semiconductor process, the measurement method of the first embodiment cannot be used. In the present embodiment, a method for measuring a potential between two electrodes applicable to such a case will be described.

図5は、本発明の実施の形態におけるインピーダンス測定により得られるインピーダンス−バイアス電圧特性の一例を示す図である。ここで、特性線L3は、半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサを使用したマイクロホンの場合の、2極間のインピーダンス−バイアス電圧特性を示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of impedance-bias voltage characteristics obtained by impedance measurement in the embodiment of the present invention. Here, the characteristic line L3 indicates the impedance-bias voltage characteristic between the two poles in the case of a microphone using an acoustic transducer created by a semiconductor process.

ここで、2極間電圧が大きくなると、その静電引力により、振動膜が背極へと近づき、ついには接触する。振動膜と背極が接触する場合のバイアス電圧をVt+およびVt-とした場合、Vt+およびVt-の前後では、振動膜と背極の接触により、インピーダンスの値が急激に変化する。   Here, when the voltage between the two electrodes is increased, the vibrating membrane approaches the back electrode due to the electrostatic attractive force, and finally comes into contact. Assuming that the bias voltage when the diaphragm and the back electrode are in contact is Vt + and Vt−, the impedance value changes abruptly before and after Vt + and Vt− due to the contact between the diaphragm and the back electrode.

Vt+時は、振動膜と背極が+電圧により接触しており、反対にVt-部は、振動膜と背極がー電圧により接触している状態であり、Vt+およびVt-における静電引力は同値である。したがって、Vt+とVt-の平均値Vcにおける静電引力は0であり、したがってその時に2極間の電圧は0Vとなると推定することができる。   At Vt +, the vibrating membrane and the back electrode are in contact with each other with a positive voltage. On the other hand, the Vt− part is in a state in which the vibrating membrane and the back electrode are in contact with each other with a negative voltage. Are equivalent. Therefore, the electrostatic attractive force at the average value Vc of Vt + and Vt− is 0, and therefore it can be estimated that the voltage between the two electrodes at that time is 0V.

実施の形態1で説明したとおり、2極間の電位が0になるということは、バイアス電圧が両極間電位Vgと正負逆の-Vgとなっているということであるから、この原理を適用すれば、両極間の電位が0Vになると推定されるVc(=Vt+とVt-の平均値)は、すなわち、半導体材料の影響がある状況下における両極間の電位そのものを表していることになる。このようにして、エレクトレットコンデンサを構成する2極間の電位を高精度に同定することができる。   As described in the first embodiment, the fact that the potential between the two electrodes is 0 means that the bias voltage is -Vg which is opposite to the potential Vg between the two electrodes. For example, Vc (= average value of Vt + and Vt−) estimated that the potential between the two electrodes becomes 0 V represents the potential between the two electrodes under the influence of the semiconductor material. In this way, the potential between the two electrodes constituting the electret capacitor can be identified with high accuracy.

先に説明したように、半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサを使用したマイクロホンであって、特にその半導体プロセスがサーフィスマイクロマシニングである場合、特にスペーサを半導体で形成する構造をとらざるを得ない場合が多いため、掃引電圧により、2極間インピーダンスだけでなく、半導体のインピーダンスも変化してしまうことになり、その両者の特性が重なったインピーダンスーバイアス電圧特性となり、図5の特性線L3に示すように、最小値近辺に半導体の特性が重なってしまい、インピーダンス値が最低の場合に、静電引力が0となるとは限らない。   As described above, a microphone using an acoustic transducer created by a semiconductor process, especially when the semiconductor process is surface micromachining, and especially when the structure of forming the spacer with a semiconductor is unavoidable. Therefore, due to the sweep voltage, not only the impedance between the two electrodes but also the impedance of the semiconductor changes, resulting in an impedance bias voltage characteristic in which the characteristics of both are overlapped, as shown by a characteristic line L3 in FIG. As described above, when the characteristics of the semiconductor overlap in the vicinity of the minimum value and the impedance value is the lowest, the electrostatic attractive force does not always become zero.

したがって、このような半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサのエレクトレットによる2極間電位を測定するには、実施の形態1の測定方法は利用できず、実施の形態2の測定方法が有効となる。本実施の形態によれば、半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサの2極間電位を非破壊で測定することができる。   Therefore, the measurement method of the first embodiment cannot be used to measure the potential between the two electrodes by the electret of the acoustic transducer produced by such a semiconductor process, and the measurement method of the second embodiment is effective. According to the present embodiment, the potential between two electrodes of an acoustic transducer created by a semiconductor process can be measured nondestructively.

なお、本実施の形態は、半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサのみならず、振動板−固定極間に、掃引電圧により特性の変化する材料が存在する場合、すべてに有効な測定方法となる。   Note that this embodiment is an effective measurement method not only for acoustic transducers produced by a semiconductor process, but also for materials whose characteristics change due to the sweep voltage between the diaphragm and the fixed pole.

以上説明したように本発明によれば、マイクロホンに組みあがった状態でのエレクトレットコンデンサの2極間電位を、非破壊で測定することができる。   As described above, according to the present invention, the potential between the two electrodes of the electret capacitor in the state assembled with the microphone can be measured nondestructively.

したがって、マイクロホンが組み上がった状態におけるエレクトレット材の帯電量を精度良く求めることができ、これによって、エレクトレット化時の最適な条件出しや製造プロセス条件を最適化することが可能となる。   Therefore, it is possible to accurately obtain the electrification amount of the electret material in a state where the microphone is assembled, and thereby it is possible to optimize the conditions for producing the electret and to optimize the manufacturing process conditions.

したがって、精密でばらつきの少ない高感度のエレクトレットコンデンサマイクロホンの製造が可能となる。   Therefore, it is possible to manufacture a highly sensitive electret condenser microphone that is precise and has little variation.

本発明は、マイクロホンに組み上がった状態でのエレクトレットコンデンサの2極間電位を非破壊で測定することを可能とするという効果を奏し、したがって、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of enabling non-destructive measurement of the potential between the two electrodes of the electret capacitor in a state assembled in a microphone, and is therefore useful as a method for measuring the potential between both electrodes of the electret capacitor. .

エレクトレットコンデンサマイクロホン(振動板、スペーサおよび背極にて形成される機械式のマイクロホン)の構造の一例を説明するための断面図であり、(a)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの構造を示す断面図、(b)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに接続される電子部品の断面図It is sectional drawing for demonstrating an example of the structure of an electret condenser microphone (mechanical microphone formed with a diaphragm, a spacer, and a back pole), (a) is sectional drawing which shows the structure of an electret condenser microphone, (B) is sectional drawing of the electronic component connected to an electret condenser microphone シリコン基板を加工することによって形成された音響トランスデューサを搭載したマイクロホンの断面構造を示す図The figure which shows the cross-section of the microphone carrying the acoustic transducer formed by processing a silicon substrate 本発明の実施の形態におけるインピーダンス測定方法を実施するための基本構成を示す図The figure which shows the basic composition for enforcing the impedance measuring method in embodiment of this invention 本発明の実施の形態におけるインピーダンス測定により得られるインピーダンス−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the impedance-bias voltage characteristic obtained by the impedance measurement in embodiment of this invention 本発明の実施の形態におけるインピーダンス測定により得られるインピーダンス−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the impedance-bias voltage characteristic obtained by the impedance measurement in embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

101 ケース
101a 前面板
102 振動板リング
103 振動膜
104 スペーサ
105 背極
106 背極保持体
107 音孔
108 配線基板
109 インピーダンス変換用IC
109a インピーダンス変換用ICの入力端子
109b インピーダンス変換用ICの出力端子
110 背室
111 スルーホール
120 接続用部品
120a バネ接点
120b 接続用部品筐体
121 ゴムブッシュ
130 実装対象部品
130a 接続用部品の入力端子
200 インピーダンス変換用IC
202 半田
204a インピーダンス変換用ICの入力端子
204b インピーダンス変換用ICの出力端子
300 エレクトレットコンデンサ(組み上がった状態)
302 第一電極
304 空孔(音孔)
306 エアギャップ
307 第二電極
308 スペーサを兼ねる接合材
309 ボデンィングワイヤ
310 シリコン基板
312a,312b スルーホール
314a グランド配線パターン
314b 信号配線パターン
400 ケース
402 ケース側面板
404 配線基板
500 掃引電圧印加装置
600 インピーダンス測定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Case 101a Front plate 102 Diaphragm ring 103 Vibration membrane 104 Spacer 105 Back pole 106 Back pole holding body 107 Sound hole 108 Wiring board 109 Impedance conversion IC
109a Impedance conversion IC input terminal 109b Impedance conversion IC output terminal 110 Back chamber 111 Through hole 120 Connection component 120a Spring contact 120b Connection component casing 121 Rubber bush 130 Mounting target component 130a Connection component input terminal 200 IC for impedance conversion
202 Solder 204a Impedance conversion IC input terminal 204b Impedance conversion IC output terminal 300 Electret capacitor (assembled state)
302 First electrode 304 Hole (sound hole)
306 Air gap 307 Second electrode 308 Joining material also serving as spacer 309 Boding wire 310 Silicon substrate 312a, 312b Through hole 314a Ground wiring pattern 314b Signal wiring pattern 400 Case 402 Case side plate 404 Wiring board 500 Sweep voltage applying device 600 Impedance measuring device

Claims (3)

振動板と、この振動板に対向して配置される固定極とを備え、かつ、前記振動板および固定極のいずれかがエレクトレット化されたエレクトレット材であるエレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法であって、
前記振動板と前記固定極との間にバイアス電圧を掃引印加しながら、前記振動板と前記固定極との間のインピーダンス値を測定する第1のステップと、
その測定されたインピーダンス値と前記バイアス電圧値との関係に基づいて、前記振動板と前記固定極との間の電位を同定する第2のステップと、
を含むことを特徴とする、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor, which is an electret material that includes an oscillating plate and a fixed pole disposed opposite to the oscillating plate, and one of the oscillating plate and the fixed pole is electretized. There,
A first step of measuring an impedance value between the diaphragm and the fixed pole while sweeping and applying a bias voltage between the diaphragm and the fixed pole;
A second step of identifying a potential between the diaphragm and the fixed pole based on a relationship between the measured impedance value and the bias voltage value;
A method for measuring the electric potential between both electrodes of an electret capacitor.
請求項1記載のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法であって、
前記第2のステップにおいて、前記インピーダンス値が最小となるときのバイアス電圧値をもって両極間の電位とすることを特徴とする、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring a potential between both electrodes of an electret capacitor according to claim 1,
In the second step, the potential between the two electrodes of the electret capacitor is measured using the bias voltage value when the impedance value is minimized as the potential between the two electrodes.
請求項1記載のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法であって、
前記第2のステップにおいて、前記インピーダンス値が急激に変化する2つの電圧値を求め、この2つの電圧値の平均電圧値を算出し、その平均電圧値をもって両極間の電位とすることを特徴とする、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring a potential between both electrodes of an electret capacitor according to claim 1,
In the second step, two voltage values in which the impedance value changes rapidly are obtained, an average voltage value of the two voltage values is calculated, and the average voltage value is used as a potential between both electrodes. To measure the potential between both electrodes of an electret capacitor.
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