JPH0722440B2 - １つの可変コンデンサマイクロホンを作る方法及び複数の可変コンデンサマイクロホンを形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロホン又はその他の変換器に使うのに
適したエレクトレツトと共に、このようなエレクトレツ
トを作る方法及び装置に関する。

〔発明の背景〕

恒久的に分極した誘電体又はエレクトレツトを使い外部
の高電圧の給電源を必要としないようにするコンデンサ
マイクロホンは当業界にはよく知られている。これ等の
マイクロホンは、寸法が小さく温度や湿度の変化に比較
的鈍感で高周波応答が長期にわたるので、民間の周波数
帯域のトランシーバ、軍用通信システム及び類似物に使
うのにとくに適している。このような電気マイクロホン
の１例はコート（Cote）を発明者とする米国特許第4,44
3,666号明細書に示してある。

前記した特許明細書に示してあるマイクロホンでは、絶
縁基体に、エレクトレツトを支える金属電極を取付けて
ある。エレクトレツトは、イー・アイ・デュ・ポン・ド
・ヌムーアズエンドカムパニ（E.I.du Pond de Nemours
and Company）から商品名TEFLONとして市販されている
重合体のようなフルオロカーボン重合体から成つてい
る。エレクトレットから或る間隔を隔てて配置され商品
名MYLARとして市販されているような金属被覆ポリエス
テルから成るダイヤグラムは、第２の電極として作用す
る。音響信号に応答するこの第２電極の振動により、こ
れ等の２つの電極の間の瞬間的変位の際に対応する変動
が起り、これ等の２つの電極間の電位差に瞬時の変動が
生ずる。この電位変動は、基体の他方の側に取付けた電
界効果トランジスタ（FET）のゲートに加わる。このト
ランジスタは外部増幅システムに結合してある。

従来使われている製法では、所望の形状を持つ各別のエ
レクトレットを、TEFLON又はその他のフルオロカーボン
重合体から成る前もつて分極したシートから切断し、基
板に支えた電極に接着する。これに次いでエレクトレツ
トマイクロホンの部品を組立てる。この普通の方法によ
り作られたエレクトレツトは、とくに湿気のある環境で
は比較的短い時限後に放電しやすいことが分つている。
この早過ぎ放電についての正確な説明は分つていない
が、初めて形成した後のエレクトレツトの反復した取扱
いがこのような放電を生ずる要因であると考えられてい
る。

この従来の製法に伴う他の問題は、エレクトレツトがこ
れを当てがう電極に固着しにくいことである。

従来の製法に伴うなお別の問題には誘電体層の分極があ
る。誘電体を分極させる普通の１方法では、一般にコロ
ナを使つて誘電体に隣接するガス領域をイオン化し荷電
粒子を生ずる。コロナは、所望の荷電粒子を生ずるが、
又望ましくないオゾンも発生する。

〔発明の要約〕

本発明の目的の１つは、湿気を含む環境にあつても長い
時限後にも分極状態を保持するエレクトレツトを提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、当てがわれる基板に満足の得られ
る状態で接着するエレクトレツトを提供することにあ
る。

本発明のなお別の目的は、オゾンの発生を伴わないエレ
クトレツトを作る方法を提供することにある。

本発明のその他の目的は以下の説明から明らかである。

本発明によれば、誘電体を空気のようなイオン化性ガス
に隣接して配置することによりこの誘電体を恒久的に分
極させる方法が得られる。このガスはα放射線に露出し
てこれから与えられた極性の荷電粒子なるべくは負の荷
電を発生する。これ等の荷電粒子は、なるべくは誘電体
にその加熱される間に静電付着する。誘電体はフルオロ
カーボンなおとくに商品名TEFLONとして市販されている
ようなふつ素化エチレン−プロピレン共重合体から構成
するのがよい。α放射線源はポロニウム210を使うのが
よい。

又本発明によれば前記した方法により誘電体を恒久的に
分極させる装置が得られる。とくに一方は誘電体を支え
加熱するのを好適とする１対の電極は、これ等の電極間
に空気のようなイオン化できるガスを収容することので
きる領域を形成してある。この領域はα放射線に露出さ
れガスから与えられた極性を持つ荷電粒子を発生する。
そしてこれ等の電極に電位を印加し、この領域内に配置
した誘電体に粒子を静電作用により付着させる。前記し
たようにポロニウム210から成るα放射線源は、給電電
極に比較的隣接して配置し加減源から遮蔽するのがよ
い。

本発明者は研究の結果、イオン発生器としてポロニウム
210のようなα放射線源を使うことにより、エレクトレ
ツトを形成するように誘電体を有効に分極できることを
知つた。これと同時にコロナ発生器の使用と共にこれに
伴う高強度の電界を避けることによりオゾン発生の望ま
しくない結果が避けられる。

なお本発明によれば、誘電体層を形成する方法と共にこ
の方法により形成される製品が得られる。本発明方法に
よれば液体溶媒内の誘電体のコーテイングは、導電性支
持体なるべくは絶縁体に支えた支持体の表面に施す。次
いでこの液体溶媒を前記の施されたコーテイングから除
き誘電体層を形成する。この誘電体層は分極させて、マ
イクロホン又はその他の変換器を作るように他の部品に
組付けるエレクトレツトを形成する。誘電体は前記した
ようなフルオロカーボンにより構成するのがよいが溶媒
は水を使う。コーテイングは、単一の基体に支えた複数
の導電性支持体に、なるべくはマスクを経て施すことに
より施すのがよい。支持体の表面には複数のコーテイン
グを施すのがよい。各コーテイングはこれから溶媒を除
くように形成後に加熱する。

本発明者は実験の結果、誘電体層を導電性支持体の表面
にこのようにしてその場で形成することにより、誘電体
及び支持体の間を満足の得られる状態で確実に接着でき
ることが分つた。さらに誘電体層はこの層を導電性支持
体に形成して始めて分極させるから、電荷の散逸を招く
誘電体層の引続く取扱いが最も少なくなる。

〔実施例〕

実施例について図面を参照して説明すると、第１図、第
２図、第３図及び第４図に示すように本発明により構成
したエレクトレツトを備えたマイクロホン20は、導電性
の基体22すなわち下部ハウジング部分と第１図に示すよ
うに導電性ハウジングを形成するように基体22に滑動状
態で密接に接触してはまる導電性のキヤツプ24すなわち
上部ハウジング部分とを備えている。キヤツプ24には、
口26と、金網30を受けるように口26の外側に設ける一層
大きい直径のくぼみ28とを形成してある。同様に基体22
にも、口32と、金網36を受けるように口32の外側に設け
る一層大きい直径のくぼみ34とを形成してある。所望に
より口32の内側に音響に対して透明な遮蔽38を取付け後
述の各部品を湿気から保護するようにしてある。回路板
40は、ハウジングの内側に基体22の上部リムに支えた円
形部分と、キヤツプ24の側壁に形成したみぞ穴44を貫い
てハウジングから延びる長方形の露出部分すなわちタブ
42とを備えている。非導電性の外部エポキシシール46
は、キヤツプ24の下縁部に沿い又タブ42及び基体22の間
の境界面に沿い延びている。基体22にはその下部周辺の
まわりにくぼみ48を形成されエポキシシール46を受入れ
るようにしてある。

マイクロホン20の変換器及び各電子素子を支える回路板
40は、第３図に示すように板40の封入部分の上面に形成
した円形のパラジウム−銀電極52を持つ絶縁セラミツク
材支持体50から形成してある。恒久的に分極した円板状
エレクトレツト54（第３図には示してない）は、後述の
ように本発明による電極52の上面に形成してある。板40
の上面の電極52を囲む同心のパラジウム−銀支持リング
56は、エレクトレツト54の周辺を支える。エレクトレツ
ト54は、商品名MYLARとして市販されているようなポリ
エステル材により構成するのを好適とする環状スペーサ
58を支える。スペーサ58には、第１図に示した上面に金
めつき（別個には示してない）した同様にMYLARのよう
なポリエステルから成るダイヤフラム60を接着してあ
る。電極52、エレクトレツト54、スペーサ58及びダイヤ
フラム60は、マイクロホン20の変換器部分を構成する。
キヤツプ24の内面に形成した環状肩部62は、ダイヤフラ
ム60及びスペーサ58をエレクトレツト54及び支持リング
56に押付け回路板40を基体22の上部リム及びスペーサ58
の間に挾む。

回路板40には第１の比較的大きい直径の穴64を形成し
て、板40の両側の間に音響結合を生成する。さらに板40
には、電極52と金めつきした区域70に隣接する板40の下
側のパラジウム−銀めつき区域68との間に電気的結合を
生ずるようにパラジウム−銀の貫通めつきした小さい方
の直径の穴66を形成してある。めつき区域70は、板40の
下面に取付けた電界効果トランジスタ（FET）72のゲー
ト電極に接続してある。FET72は、そのソース電極をプ
ラジウム−銀のめつき区域76に隣接する金めつき区域74
に結合し、又ドレイン電極を同様に板40の下面に形成し
たパラジウム−銀のめつき区域80に隣接す金めつき区域
78に結合してある。ゲート抵抗器82は、めつき区域68と
板40の下面に形成した周辺のパラジウム−銀のめつき区
域84との間の導電性径路を形成するが、ソース抵抗器86
はめつき区域76を同じ周辺区域84に結合する。

タブ42の下面に形成した第１の電極端子88すなわち接触
子はみぞ穴44を貫いて内方に延びめつき区域84に接合し
てある。タブ42の下面に形成した第２の電気端子90はみ
ぞ穴44を貫いて延びめつき区域76に接合してあるが、タ
ブ42の下面に形成した第３の端子92はみぞ穴44を貫いて
内方に延びめつき区域80に接合してある。各端子88,90,
92は、これ等が接合するめつき区域と同じ材料から形成
するのがよい。環状のめつき区域84と大体同じ長さの導
電性エポキシ層94は、区域84を基体22従つてキヤツプ24
に電気的に結合し区域84がアース又は共用線として作用
できるようにする。第４図に示すように端子92は共通の
めつき区域84への外部結線になるが、端子90,92はそれ
ぞれFET72のソース及びドレインに対する外部結線を形
成する。非導電性エポキシ層96は端子90,92の内方に延
びる部分を基体22の上部リムから隔離して短絡のおそれ
を阻止する。

機械的寸法、電気的パラメータ等に対する適当な値は当
業者には明らかである。満足できる成績は次の選択によ
り得られた。

基板50の厚さ 0.020in 基板50の直径 0.285in タブ42の幅 0.148in タブ42の長さ 0.125in 電極52の直径 0.200in リング56ID 0.225in リング56OD 0.275in 音響穴64の直径 0.041in 電気穴66の直径 0.010in めつき厚 0.0005in ダイヤグラム60の厚さ 0.00025in スペーサ58の厚さ 0.002〜0.003in ソース抵抗器86 47〜10KΩ ゲート抵抗器82 1000MΩ FET72 2N4338 金網30,36メッシュ寸法 ５μｍ 第５図及び第６図に示すように複数の回路板40は、これ
等の板の円形部分とタブ42の側部とをレーザカット102
により形成した単一のウエハ100から形成してある。各
別の板40はウエハ100に、タブ42の端部がウエハ100の下
面に形成したスクライブにより形成された線104に沿つ
て位置するように配置してある。展型的にはウエハ100
は、約2.5in²であり33個の各別の板40を含む。

エレクトレツト54を含む回路板40を形成するには、セラ
ミック材ウエハ100は、先ず、各別の板の穴64,66を形成
するようにせん孔されレーザカツト102及びスクライブ
線104を形成して各別の板40をスクライブ線に沿いウエ
ハの残りの部分から折り取ることができる。ウエハ100
の各別の板40の上面及び下面に次いで、前記したように
パラジウム−銀及び金のめつき区域を生成する。このめ
つき工程後にゲート抵抗器82及びソース抵抗器86は第２
図に示すように各板の下面に対し遮蔽される。

次にTEFLONフルオロカーボン誘電体を、散布機110を使
いマスク106を経てウエハ100の上面に吹付けることによ
り各別の回路板40の前面に施す。第７図及び第８図に示
すように吹付け中にウエハ100の表面に当てがうマスク1
06は、各リング56と同心で各リング56の外径に直径が対
応する複数の穴108を形成した扁平な金属（たとえば黄
銅）ステンシルから成つている。各穴108は化学的エツ
チングのような任意適当な方法により形成する。25ない
し300センチポアズ（CP）の粘度を持つFEP（ふつ素化エ
チレン−プロピレン共重合体）の水溶液であるDu Pont8
56−200TEFLON FEP透明コーテイングを使うのがよい。
プライマー（下塗剤）を使わないで溶液を希釈しないの
がよい。施す前にこの材料は、その容器を15ないし30mi
nにわたり転がすことにより室温で静かにかきまぜ、次
いで100メツシユのステンレス鋼スクリーンでろ過する
のがよい。散布機110は塗装に使われる種類の標準の圧
縮空気吹付けガンを備えている。適当な吹付けガンの１
例としてＦチップを持つ＃30空気キヤツプを備え40psi
の圧力で作動するDe Vilbiss MBC型がある。施される誘
電体層54の厚さは、コーテイングの回数により制御す
る。施しごとにわずが１ミルのコーテイングを形成する
のがよい。

誘電体の各コーテイングをこのようにしてウエハ100の
前面に施した後、このコーテイングは溶媒を蒸発させる
ために製造業者の仕様に従つて熱により硬化させる。1.
5ミルの全コーテイング厚さにより満足できる結果が得
られた。各コーテイングは1hrにわたり700゜Fでか焼し
た。所望数の誘電体層をこのようにして施した後、FET7
2を各別の板40の下面に施し、そのリード線を金めつき
区域70,74,78に接着し、エポキシ（図示してない）でFE
Tのポツテイングを行う。次いで各別の板を、これ等を
スクライブ線104に沿いタブ42の端部で折取ることによ
り、後述の給電工程の準備にウエーハから分離する。

第９図及び第10図に示すように給電装置112は導電性支
持体114を備えている。支持体114の上面には各別の回路
板40をその下面を下向きにして受入れるように凹入部11
6を形成してある。第10図に示すように凹入部116にはさ
らにくぼみ118を形成して板40の下面に電子部品を受入
れるようにしてある。支持体114は、導電性基体122を持
つ黄銅製作業場所120に乗せてある。作業場所120内に配
置した抵抗素子124は電位源V₁に結合して、給電中に回
路板40を適当な温度に加熱するようにしてある。支持体
114及び作業場所120の間に配置した熱遮蔽126は、後述
の電極を作業場所120からの熱から遮蔽する。

導電性支持体114は回路板40を支えるだけでなく第１の
電極としても作用する。この第１電極には、エレクトレ
ツト54を支える電極54を板下面の電子部品を経て結合し
てある。支持体114から所定の距離ｄに配置した給電電
極128は、高い負電位源V₂結合され電極128及び支持体11
4間の領域に電位の傾きを生成するようにしてある。電
極128は、幅ｄのすきま又はギヤツプをおいて作業場所1
20及び支持体114に整合する作動位置（第９図及び第10
図）と支持体114に対し整合のはずれた非作動位置との
間で枢動運動するように適当な手段（図示してない）に
より支えた金属製（たとえば黄銅製）の円板を備えてい
る。電極128の下面に固着したイオン発生器130は、電極
128に隣接する領域の空気をイオン化し、正イオン132、
負イオン134及び電子136を含む荷電粒子を生ずる。イオ
ン発生器130は、近距離短寿命の材料であるポロニウム2
10のようなα線放出体から成つている。

前記したように電極128は支持体114に対して高い負電位
に保つてあるから、ギヤツプに生成した正イオン132は
電極128に引付けられるが、負イオン134及び電子136は
支持体114従つて誘電体54の層に向かい引付けられる。
正イオンと再結合しないで誘電体54の層に達するこれ等
の電子及び負イオンは誘電体54の層の表面に当たる。誘
電体54の層の熱的活性によつてこれ等の電子及び負イオ
ンはこの材料上に又はその中に吸収され、誘電体54の層
の上面に又はこの上面に隣接して負の電荷を持つ層（別
個には示してない）を生ずる。この電荷は、給電電極12
8を除き誘電体層54が冷却したときにも残つている。

作動時には誘電体層54を形成した各別の回路板40を支持
体114の凹入部116内に入れ適当な温度に達するようにす
る。次いで電極128及びイオン発生器130を支持体114に
対向する位置にこれから間隔ｄを離して揺動させる。次
いで回路板40の誘電体54の層に所定の時間にわたり給電
する。次いで電極128及びイオン発生器130を除き板40を
迅速に冷却する。給電レベルを確認するように、板40を
静電電圧計（図示してない）の下方に置く。計測電圧が
承認できれば、板40を使い第１図ないし第４図に示すよ
うにマイクロホンを組立てる。

ギヤツプ幅ｄにより、与えられた時間、温度及び給電電
圧V₂に対する誘電体54の層の表面の電荷の割合すなわち
量を制御する。給電電圧V₂、温度、時間及びギヤツプ幅
ｄに対する適当な選択は当業者には明らかである。満足
できる成績は、−3000Vの電圧V₂、20secの時間、175℃
の温度及び0.5inのギヤツプ幅ｄを使うと得られる。

前記した処理の若干の変更は当業者には明らかである。
すなわち給電工程中の誘電体の加熱が望ましいが、この
加熱は必ずしも必要なわけではない。回路板のタブ42へ
の誘電体の付着を防ぐのにマスクの使用が望ましいが、
このような工程も必ずしも必要なわけではない。

本発明の目的が達成できたことは明らかである。本発明
のエレクトレツトは、湿気のある環境でも長時限の分極
状態を保ち、本発明によりエレクトレツトを施した基板
に満足できる状態で接着する。さらに前記したエレクト
レツトの製法ではオゾンの発生は起らない。

以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本発
明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行う
ことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成したエレクトレツトを備えた
マイクロホンを示す後述２図の１−１線に沿う断面図で
ある。 第２図は第１図のエレクトレツトマイクロホンの２−２
線に沿う断面図である。 第３図は第１図に示したマイクロホンの回路板をそのエ
レクトレツトの形成に先だつて示す平面図である。 第４図は第１図のエレクトレツトマイクロホンとこれに
協働する前置増幅器回路との電気配線図である。 第５図は各別の回路板を形成した基板の平面図である。 第６図は第５図に示した基板の上部左部分の拡大平面図
である。 第７図は第５図に示した基板に誘電体を吹付ける間に使
うマスクの平面図である。 第８図は基板の表面への誘電体の吹付けを示す横断面図
である。 第９図は第８図に示した吹付け処理により形成した誘電
体を恒久的に分極させるのに使う装置の線図的側面図で
ある。 第10図は第９図に示した装置の要部の拡大側面図であ
る。 40……回路板、52……電極、54……誘電体（エレクトレ
ツト）、114……支持体、128……電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属化表面を持つ剛性の絶縁基板から成る
   固定コンデンサ・エレメントを備えた１つの可変コンデ
   ンサマイクロホンを作る方法において、 （イ）前記絶縁基板の前記金属化表面に分極可能な誘電
   体材料で次次にコーティングを施すことにより前記固定
   コンデンサ・エレメントを形成する段階と、 （ロ）イオン可能なガス中に配置した互いに間隔を置い
   た１対の電極の一方の上に前記絶縁基板を配置する段階
   と、 （ハ）前記ガスにα線の作用を受けさせて、前記両電極
   間の空間内にイオンを生じさせる段階と、 （ニ）前記両電極を横切って電位を印加してイオンを前
   記誘電体材料の方に移動させ、前記誘電体材料を分極さ
   せて、そのエレクトレットを形成する段階と、 （ホ）前記エレクトレットを支えた前記絶縁基板を、た
   わみ性のダイヤフラムに対して間隔を置いた関係に取り
   付けて、前記可変コンデンサマイクロホンを形成する段
   階と、 を包含する、１つの可変コンデンサマイクロホンを作る
   方法。
2. 【請求項２】前記コーティングを施す段階が、前記金属
   化表面に、溶媒中のふつ化エチレン−プロピレン共重合
   体を施すことから成る、請求項１に記載の１つの可変コ
   ンデンサマイクロホンを作る方法。
3. 【請求項３】前記溶媒が水である、請求項２に記載の１
   つの可変コンデンサマイクロホンを作る方法。
4. 【請求項４】前記コーティングを施すのに次いで前記絶
   縁基板に能動回路素子を付加する請求項３に記載の１つ
   の可変コンデンサマイクロホンを作る方法。
5. 【請求項５】複数の可変コンデンサマイクロホンを形成
   する方法において、 （イ）比較的剛性の絶縁材料から成るウエハを、複数の
   分離可能な回路板に分割する段階と、 （ロ）前記複数の回路板上に、同時に導電性材料の膜を
   形成する段階と、 （ハ）前記各導電性材料の膜の領域に同時に分極可能な
   誘電体でコーティングを施す段階と、 （ニ）前記各回路板を分離する段階と、 （ホ）前記各回路板を、イオン化可能なガス中に配置さ
   れた互いに間隔を置いた１対の電極のうちの一方の上
   に、それぞれ配置する段階と、 （ヘ）前記ガスにα線の作用を受けさせて、前記両電極
   間の空間内にイオンを生じさせる段階と、 （ト）前記両電極を横切って電位を印加してイオンを前
   記誘電体材料の方に移動させ、前記誘電体材料を分極さ
   せて、その固定エレクトレット・コンデンサ・エレメン
   トを形成する段階と、 （チ）前記固定エレクトレット・コンデンサ・エレメン
   トを、たわみ性のダイヤフラムに対して間隔を置いた関
   係に取り付けて、前記可変コンデンサマイクロホンを形
   成する段階と、 を包含する、複数の可変コンデンサマイクロホンを形成
   する方法。
6. 【請求項６】前記コーティングを施す段階が、前記誘電
   体材料をマスクを介して前記膜の領域に施して、前記回
   路板上に前記膜のコーティングを施されてない領域を残
   すようにする段階を包含する、請求項５に記載の複数の
   可変コンデンサマイクロホンを形成する方法。