SE534314C2 - Elektroakustisk omvandlare - Google Patents

Description

30 534 314 SAMMANFATTNING AV UPPFIN N INGEN Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett kondensatormikrofon- element som är tillförlitligt och vilket tillhandahåller ett kostnadseffektivt alternativ för tidigare kända kondensatormikrofoner. Detta syfte uppnås me- delst kondensatormikrofonelementet enligt patentkrav 1 och kondensator- mikrofonen enligt patentkrav 5.

Enligt en första aspekt avser uppfinningen ett kondensatormikrofonelement med en elektriskt ledande omvandlarmembran med en aktiv yta anordnad parallellt med och på ett avstånd från en fast platta. Den fasta plattan är bildad från en icke ledande bas, vilken är försedd med ett ledande skikt, var- vid skiktet har en aktiv yta som är anordnad mitt emot membranet.

Enligt en andra aspekt avser uppfinningen en kondensatormíkrofon innefat- tande konclensatormikrofonelementet såsom beskrivet ovan.

Enligt en tredje aspekt avser uppfinningen ett förfarande för att tillverka ett kondensatormikrofonelement innefattande ett elektriskt ledande omvand- larmembran med en aktiv yta som är anordnad parallellt med och på ett av- stånd från en fast platta, varvid den fasta plattan är utformad från en icke ledande bas, vilken är försedd med ett ledande skikt, och varvid det ledande skiktet har en aktiv yta som är anordnad mitt emot membranet. Den fasta plattan tillverkas på samma sätt som ett mönsterkort genom bildandet av en tunn kopparfolie på den ledande basen och att den aktiva ytan på den fasta plattan avgränsas av ett område där inget ledande skikt är utformat.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen beskrivs i de beroende patent- kraven och i den detaljerade beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. la visar en perspektivvy av en utföringsform av ett mikrofonelement en- ligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen, med membranet borttaget.

Fig. lb visar en sidvy av ett mikrofonelement enligt Fíg. la.

Fig. lc visar en vy från ovan av ett mikrofonelement enligt Fig. la.

F ig. 2 visar an sprängskiss av halva mikrofonelement enligt Fig. 1. l0 20 25 30 35 534 314 3 Fig. 3a, 3b, och 30 visar schematiskt en fast platta enligt den föreliggande uppfinningen ovanifrån, underifrån, respektive från sidan.

Fig. 4 visar en mikrofon enligt den föreliggande uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN F igurerna la till lc visar olika vyer av en utföringsform av en dubbel mikro- fonkapsel eller element 11 enligt den föreliggande uppfinningen. Det dubbla elementet innefattar två lock 50, ett på varje sida av elementet 11. Det övre locket har en öppning 55 genom vilken ett aktivt ytskikt eller yta 66 av en fast platta är synlig. I normala fall hindrar ett membran sikten av den fasta plattan, men i figurerna la och 1c har membranet utelåmnats av förtyd- ligande skäl. Vidare innefattar elementet 11 genomgående hål 12, genom vil- ka skruvar är införda för att hålla ihop delarna.

Fig. 2 visar en sprängskiss av ett enkelt kondensatormikrofonelernent 10, motsvarande den övre hälften av fig. 1. Såsom indikeras ovan, innefattar kondensatormikrofonelementet 10 ett lock 50 med en membranöppning 55 som bestämmer formen av den aktiva ytan 20 av omvandlarmembranet 15, varvid membranet år placerat omedelbart under locket 50. Under omvand- larmembranet 15 finns en elektriskt isolerande ram 30 med en motsvarande membranöppning 35 placerad, på ett sådant sätt att membranet 15 kläms mellan locket 50 och nämnda ram 30. Den isolerande ramen 30, också känd som kondensatormellanrum, säkerställer att membranet 15 hålls på ett spe- cifikt avstånd från en motsatt elektrodyta 66 anordnad på en icke ledande fast platta 60. Den fasta plattan 60 omfattar en triangulär elektrodyta 66, med en form som motsvarar formen av den aktiva mernbranytan 20.

Precisionen av den isolerande ramen 30 år mycket viktig. Företrådesvis, har den en tjocklek av mellan 200 och 400 um, vilken tjocklek ger upphov till en tillfredsställande nivå av kapacitans mellan membranet 15 och elektrodytan 66. Kapacitansen år omvänt proportíonell mot avståndet mellan membranet 15 och elektrodytan 66. För att membranet 15 skall kunna vibrera som re- spons till att ljudvågor träffar det från utsidan, måste luften på insidan av membranet tillåtas att komma ut från utrymmet mellan membranet och den fasta plattan 60. Därför omfattar den fasta plattan 60 dämpningsurtag 67 och ventilationshål 68. Det kan förekomma färre eller fler hål, till exempel kan det finnas genomgående hål genom mitten av den fasta plattan 60.

Elementct 11 i Fig. 1 omfattar två kondensatormikrofonelement 10 som år utformade enligt ovan, var och en omfattande en fast platta 60 anordnad 20 25 30 35 40 534 314 4 med sin bottenyta mot en monteringsplatta 70. För att tillhandahålla tryck- utjämning, omfattar monteringsplattan 70 tryckutjämningsspår 75 som står i fluidkontakt med hålrummet mellan vart och ett av membranen 15 och dess motsvarande fasta platta 60, via en eller flera ventilationshàl 68 som sträcker sig genom den fasta plattan 60. I det hopsatta tillståndet är ventila- tionshålet 68 i linje med tryckutjämningsspåret 75 i monteringsplattan 70.

Tryckutjämningsspåret 75 i monteringsplattan 70 är förbunden med radiella spår 77 som står i förbindelse med det omgivande atmosfärstrycket via öpp- ningar 78, vilka är synliga i flg. l. I den utföringsform som visas i fig. 2 är dämpningsurtagen som är placerade vid hörnen av den triangulära elektrod- ytan 66 genomgående hål som fungerar som ventilatíonshål 68.

Såsom visas i Fig. 2 har den aktiva ytan 20 av omvandlarmembranet 15 en väsentligen triangulär form, vilken har befunnits ge en remarkabelt förbätt- rad ljudreproduktion. Uttrycket ”väsentligen triangulär form” omfattar alla typer av trianglar, även om den beskrivna föredragna utföringsformen är en líksidig triangel. 'Dessutom omfattar uttrycket triangulära former med kon- kavt krökta sidor eller konvext krökta sidor. Andra möjliga utföringsformer omfattar trianglar med rundade alternativt avskurna hörn, urtag från en el- ler flera av sidorna och möjliga kombinationer av någon av dessa.

I figurer 3a-3c visas en utföringsform av den fasta plattan 60 enligt uppfin- ningen schematiskt. I motsats till tidigare kända plattor är den fasta plattan 60 enligt uppfinningen utformad från en icke ledande bas 61, vilken har för- setts med ett ledande skikt 65, vilket skikt har an aktiv yta 66 som är av- sedd att anordnas mitt emot membranet 15 i det hopsatta tillståndet. Den icke ledande basen 61 kan vara utformad från i stort sett vilket icke ledande material som helst, såsom t.ex. plaster, keramer eller kompositer, så länge det är tillräckligt styvt för att stå emot uppbringade krafter och kan göras tillräckligt plan. I en första utföringsform är den icke ledande basen 61 ut- formad av fiberglas, på vilken ett metalliskt skikt 65 är pålagt. Det metallis- ka skiktet kan i sig bestå av flera skikt, till exempel ett första skikt av pläte- rad koppar, på vilket ett skikt av nickel och, som det yttersta skiktet, guld pläteras.

Generellt kan den fasta plattan produceras på samma sätt som ett mönster- kort eller PCB (printed circuit board) tillverkas. Således bildas ledande skikt typiskt av en tunn kopparfolie, medan isolerande dielektriska skikt typiskt lamineras tillsammans med förimpregnerade epoxiharts. Kortet beläggs van- ligtvis med en grön lödmaskering. Andra vanligt förekommande färger är blått och rött. Det finns en hel del olika dielektriska material som kan väljas för att tillhandahålla olika isolerande värden beroende på kraven på kortet.

Några av dessa dielektriska material är polytetrafluoroethylene (Teflon), FR- 10 20 25 30 35 534 314 4, FR-l, CEM-l eller CEM-3. Välkända förimpregnerade material som an- vänds i mönsterkortindustrin är FR-2 (Fenoliskt bomullspapper), FR-S (bomullspapper och epoxi), FR-4 (glasväv och epoxi), FR-S (glasväv och epoxi), FR-6 (skärstensglas och polyester), G-10 (glasväv och epoxi), CEM-l (bomullspapper och epoxi), CEM-2 (bomullspapper och epoxi), CEM-B (glas- väv och epoxi), CEM-4 (glasväv och epoxi), CEM-S (glasväv och polyester).

Precis som för den stora majoriteten av mönsterkort är den fasta plattan 60 tillverkad genom att ett skikt av koppar binds fast över hela substratet och därefter ta bort oönskad koppar efter applicering av en temporär mask (t.ex. genom etsning), vilken endast lämnar kvar de önskade kopparspåren. Den fasta plattan kan också tillverkas genom att tillfoga spår till själva substratet (eller ett substrat med ett mycket tunt skikt av koppar) vanligtvis genom en komplex process av multipla galvaniserande steg.

Det finns tre gemensamma "subtraktiva" metoder (dvs. metoder att ta bort koppar) som används för tillverkning av mönsterkort, och vilka också kan användas för tillverkning av den uppfinningsenliga fasta plattan 60: Vid serígrafi (Silk screen printing) används ett etsresistent bläck för att skydda kopparfolien. En efterföljande etsning tar bort den oönskade kop- parn. Alternativt, kan bläcket göras ledande och tryckas på ett tomt (icke- ledande) kort. Den senare tekniken används också vid tillverkningen av hy- brídkretsar.

Vid fotogravering används en fotomask och kemisk etsning för ta bort kop- parfolien från substratet. Fotomasken prepareras vanligtvis med en fotoplot- ter från data som producerats medelst CAM-användning, eller datorstödd tillverkningsmjukvara. Lasertryckta transparanger används typiskt för foto- verktyg; direktlaserbildtekniker används emellertid för att ersätta fotoverktyg för högupplösta tillämpningar.

Vid mönsterkortsfräsning används ett två- eller tredimensionellt mekaniskt frässystem för att fräsa bort kopparfolien från substratet. En mönsterkorts- fräsningsmaskin (på engelska: PCB Prototyper) arbetar på ett liknande sätt som en skrivare som mottar kommandon från värdmjukvaran som kontrolle- rar positionen av fräshuvudet ix, y, och (i vissa fal) z-led.

"Additiva" processer kan också användas. De vanligast förekommande är den "semi-additiva" processen. I denna version, har det omönstrade substra- tet redan ett tunt skikt av koppar på sig. Därefter appliceras en omvänd mask. (I motsats till en subtraktiv processmask, utsätter denna mask de de- lar av substratet som slutligen kommer att bilda spåren.) Ytterligare koppar pläteras därefter på kortet på de omaskerade ytorna; koppar kan således 15 20 25 30 35 534 314 6 pläteras till vilken som helst önskad vikt. Tennblylegeringar eller andra yt- pläteringar anbringas därefter. Masken dras därefter bort varpå ett kort ets- ningssteg tar bort det nu exponerade originalkopparlaminatet från kortet och isolerar därvid de individuella spåren.

Således är bildandet av ledande metalliska skikt på icke metalliska skikt i sig inte nytt för en fackman och diskuteras därför inte i detalj i denna be- skrivning. I tillämpningen av de fasta bakplattorna i kondensatormikrofoner är det ytterst viktig att plattans yta är absolut plan. Därför är det viktigt att basens yta, och i synnerhet den yta som ska pläteras, är absolut plan. Detta kan åstadkommas medelst de metoder som beskrivs ovan.

I den utföringsform som visas i fig. 3a år i stort sett hela den övre ytan av den fasta plattan täckt av metalliska skikt. Det ñnns emellertid ett smalt mellanrum 63 i form av en triangel där inget ledande skikt är utformat. Det- ta mellanrum 63 avgränsar den aktiva ytan 66 av skiktet 65. Detta isoleran- de triangulära mellanrum 63 kan utformas genom etsning i enlighet med de motsvarande processerna som beskrivs ovan. Det finns emellertid andra sätt att bilda isolerande partier enligt andra beskrivna processer.

Vidare är företrädesvis en tunn isolerande kant på cza 3 mm utformad, där inget ledande skikt påläggs runt skruv hålet 12 på ett sådant sätt att den icke-aktiva delen av det ledande skiktet inte är i kontakt med skruvarna (vi- sas ej). Skruvarna år nämligen i kontakt med locket och membranet 15, vil- ket är jordat, dvs. den har en potential av 0 V. Om den icke-aktiva delen av det ledande skiktet 65 skulle komma i kontakt med skruvarna skulle det så- ledes uppstå en skillnad i potential mellan den aktiva delen 66 av det ledan- de skiktet 65 och den icke-aktiva delen av det ledande skiktet 65, vilken po- tentialskillnad skulle påverka kapacitansen och således känsligheten för mikrofonen negativt.

I lig. 3b visas baksidan av den fasta plattan 60. Det framgår därur att baksi- dan innefattar en kontakt 62 för anslutning till en kraftkälla. Kontakten 62 är förbunden med hörnet av den aktiva ytan 66 av det ledande skiktet 65 via en anslutning 69, i närheten av ett av ventilationshålen. Kontakten 62 är företrädesvis utformad på samma sätt som det ledande skiktet på den övre sidan av den fasta plattan 60.

Vidare är elektrodytan 66 av den fasta plattan 60 försedd med ett flertal dämpningsurtag 67 anordnade i ett mönster nedanför den aktiva ytan 20 av omvandlarmembranet 15. Dämpningsurtaget 67 är anordnat för att reducera effekten av ett tvärgående luftflöde i kondensatormellanrummet, och för att tillhandahålla kontrollerarled dämpning av membranet 15. Enligt en utfö- ringsform, utgörs dämpningsurtagen 67 av borrhål med ett förutbestämt 534 TM 7 djup i den fasta plattan 60, varvid urtaget 67 kan ha samma djup, eller så kan djupen vara individuellt anpassade för att erhålla önskade egenskaper hos det registrerade ljudet. Såsom indikeras ovan är det ledande skiktet inte pålagt på ventilatíonshål 68 eller urtag 67, på ett sådant sätt att den aktiva ytan 66 av det ledande skiktet inte har variationer i höjd som annars skulle fördärva mikrofonelementet.

Kondensatormikrofonelement 10 enligt den föreliggande uppfinningen kan användas i en kondensatormikrofon eller i andra tillämpningar där högkvali- tativ upptagning av ljudvågor krävs. Ett exempel på en möjlig kondensator- mikrofon 100 innefattande kondensatormikrofonelementet enligt den förelig- gande uppfinningen visas i fig. 4.

Claims (1)

1. l0 15 20 25 30 534 314 8 PATENTKRAV Kondensatormikrofonelement (10) med ett elektriskt ledande omvand- larmembran (15) med en aktiv yta (20) som är anordnad parallellt med och på ettavstånd från en fast platta (60), varvid den fasta plattan (60) är utformad från en icke ledande bas (61), vilken är försedd med ett ledande skikt (65), och varvid det ledande skiktet har en aktiv yta (66) som år anordnad mitt emot membranet (15), kännetecknat av att den aktiva ytan (66) avgränsas av ett område (63) där inget ledande skikt är utformat. Kondensatormíkrofonelement (10) enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den aktiva ytan (66) av det ledande skiktet (65) på omvandlar- membranet har en väsentligen triangulär form. Kondensatormikrofonelement (10) enligt patentkrav 1 eller 2, känne- tecknat av att den icke ledande basen (61) är utformad från ett styvt material från en grupp av material som omfattar keramer, plaster och kompositer. Kondensatormikrofonelement (10) enligt något av de föregående pa- tentkraven kännetecknat av att det ledande skiktet (65) är ett metall- skikt innefattande koppar. Kondensatormikrofon (100) kännetecknad av att den innefattar ett kondensatormikrofonelement (10) enligt något av de föregående pa- tentkraven. Förfarande för att tillverka ett kondensatormikrofonelement (10) inne- fattande ett elektriskt ledande omvandlarmembran (15) med en aktiv yta (20) som är anordnad parallellt med och på ett avstånd från en fast platta (60), varvid den fasta plattan (60) är utformad från en icke le- dande bas (61), vilken är försedd med ett ledande skikt (65), och varvid det ledande skiktet har en aktiv yta (66) som är anordnad mitt emot membranet (15), kännetecknat av att den fasta plattan (60) tillverkas på samma sätt som ett mönsterkort genom bildandet av en tunn kop- parfolie på den ledande basen (61) och att den aktiva ytan (66) avgrän- sas av ett område (63) där inget ledande skikt är utformat.