(57)【要約】【課題】従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンでは回路基板、背極基板支持部材、背極基板、スペーサ、振動膜ユニット等、部材点数が多く、組立て工数によるコストアップや組込み精度が低下するという問題があった。【解決手段】背極電極上にエレクトレット層を形成した背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニットとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記背極基板は絶縁基板上に背極電極とスぺーサとを一体的に構成することで、組込み性と組込み精度を改良し、特に背極電極と振動膜との間隔精度を改善した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背極電極上にエレクトレット層を形成した背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニットとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記背極基板は絶縁基板上に前記背極電極と前記スペーサとが一体的に形成されてい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。
【請求項２】
前記背極電極上に前記エレクトレット層が一体的に形成されている請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記絶縁基板には複数の音響孔が設けられている請求項１又は２記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
前記音響孔は背極電極の形成領域の外側に設けられている請求項３記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
前記スペーサにはエレクトレットコンデンサマイクロホンの内部と外部とを連通させるための通気孔が設けられている請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項６】
前記スペーサは前記絶縁基板に形成された下地金属層の上に形成されている請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項７】
前記背極基板を構成する絶縁基板がセラミック基板である請求項１〜６のいずれか１項記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【請求項８】
前記背極基板を構成する絶縁基板が樹脂基板である請求項１〜６のいずれか１項記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明はセラミックや樹脂等の絶縁材を基板材として構成したエレクトレットコンデンサマイクロホンに関し、特に部品の一体化構成を行なうことにより、組立て作業の容易化及び組込み精度の向上を可能としたエレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンは特開２０００−５０３９３号に開示されており、以下図４〜図６により説明する。図４は第１の従来例を示す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、３１０は金属性の背極電極、３２０は前記背極電極３１０の上面に膜形成されたエレクトレット層、３１１は前記背極電極３１０とエレクトレット層３２０とを貫通して形成された音響孔であり、前記背極電極３１０とエレクトレット層３２０とにより背極基板３３０が構成されている。そして前記背極基板３３０の製造方法は背極電極となる大型の金属板の全面にエレクトレット層を形成し、これを必要なサイズに切断するとともに、前記音響孔３１１を抜き加工して背極基板３３０としている。
【０００３】
３４０は導電性の振動膜、３５０は前記振動膜３４０に固着された金属製の支持枠であり、前記振動膜３４０と支持枠３５０とにより振動膜ユニット３６０が構成されている。そして前記背極基板３３０と振動膜ユニット３６０とをスペーサ３７０を介して積層配置することによりマイクロフォンが構成される。４００はホルダー、４１０は回路基板でありこの回路基板４１０には前記マイクロホンの検出信号を処理するための電子エレメント４２０が実装されている。５００は全体を包み込んで電気的及び機械的に保護する金属製のケースである。
【０００４】
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３４０と、表面にエレクトレット層３２０が形成された背極電極３１０とがスペーサ３７０を挟んでコンデンサを形成する。そして前記ケース５００の開口より加えられる空気の振動により前記振動膜３４０が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が回路基板４１０に導かれ、電子エレメント４２０で処理された後に回路基板４１０の裏面に導出された出力電極４３０，４４０より出力される。そして前記音響孔３１１の存在によって振動膜３４０の動作がスムーズに成り、音響特性が確保される。
【０００５】
図５は第２の従来例を示すセラミックを主材料として構成したエレクトレットコンデンサマイクロホンの断面図、図６は図５に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成するケース部の分解斜視図である。図５に示す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とを備えており、前記ケース部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２０、第４の枠体２５０と上面側を覆う蓋体２６０を有している。
【０００６】
前記ケース部２００を構成する各部材は回路基板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により構成され、図６に斜線で示すごとく導電膜による電極が形成されており、これらの電極によってエレメントの実装や相互間の接続がおこなわれる。又第４の枠体２５０は後述するごとく、振動板との接続のために金属材により構成されている。
【０００７】
図６に示すごとく、第１の枠体２２０，第２の枠体２３０、第３の枠体２４０、第４の枠体２５０は何れも同じ外形形状を有するが、内径は第１の枠体２２０，第２の枠体２３０に対して、第３の枠体２４０の方が大きく、さらに第３の枠体２４０よりも第４の枠体２５０の方が大きくなっている。この結果、各枠体の内径形状の差によって第２の枠体２３０の上部には後述する背極基板を搭載するための第１段部２３０ａが形成され、さらに第３の枠体２４０の上部には後述する振動膜ユニットを搭載するための第２段部２４０ａが形成される。さらに前記第１の枠体２２０にはエレクトレットコンデンサマイクロホンの内部と外部とを連通させるための通気孔２２０ａが設けられている。
【０００８】
次にマイクロホン部１００は背極電極１１０と、この背極電極１１０の表面に形成されたエレクトレット層１２０と、前記背極電極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、リング状の導電性の振動膜枠１３０に貼着された振動膜１４０と、この振動膜１４０と背極電極１１０との間に介在される下側スペーサ１５０と、前記振動膜１４０と前記蓋体２６０との間に介在される上側スペーサ１６０とを有している。そして図６に示すごとく絶縁材であるセラミックによって構成された回路基板２１０と、前記３つの枠体、即ち第１の枠体２２０，第２の枠体２３０，第３の枠体２４０には各々接続電極が形成されている。
【０００９】
次に図５により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。まず半導体素子等の電気エレメント１７０を実装した前記回路基板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に背極電極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を前記下側スペーサ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と背極１１０とがケース２００に位置決め固定せ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。
【００１０】
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が形成された背極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の開口より加えられる空気の振動により前記振動膜１４０が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が各枠体に形成された接続電極（図６に開示）を通して回路基板２１０に導かれ、電子エレメント１７０で処理された後に回路基板２１０の裏面の設けられた出力電極より出力される。
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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記図４及び図５に示す従来例のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、背極基板として金属板材の背極電極にエレクトレットフイルムをラミネートしたものをパンチ抜きする製法で作られているため、必ず枠体等の背極基板支持部材を必要とし、さらにエレクトレットフイルム上にスペーサを配設して振動膜支持枠を組み込む構造となる。従って部品点数が多いため組込み工数が増加してコストアップとなり、さらに部品点数が多いため各部品のバラツキにともなう組込み精度の低下を来たすという問題がある。
【００１２】
上記問題を解決するため、すでに本出願人は特願２００１−１４７０９９号及び特願２００１−２６９５９４号において背極基板と背極基板支持部材とを絶縁材料にて一体に形成し、この背極基板上に背極電極層とエレクトレット層を形成して部品点数の削減と組込み精度の向上を図ったエレクトレットコンデンサマイクロホン提案している。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、従来技術を改良した本出願人による提案を、さらに改良して部品点数の削減と組込み精度の向上を可能としたエレクトレットコンデンサマイクロホンの提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、背極電極上にエレクトレット層を形成した背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニットとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記背極基板は絶縁基板上に前記背極電極と前記スペーサとが一体的に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
また前記背極電極上に前記エレクトレット層が一体的に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
また前記スペーサには少なくとも１個の外気と連通する溝が設けられていると良く、さらに前記スペーサは前記絶縁基板に形成された下地金属層の上に形成することが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明におけるエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施の形態の断面図、図２はは図１に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【００１８】
図２において、２は回路基板であり、前記回路基板２は絶縁基板により構成され、エレメントを実装する為の電極２ａと接続電極２ｂと出力電極２ｃとが膜形成されている。３は背極基板であり、前記背極基板３は絶縁基板３ａの上面側に電極膜による背極電極４が形成され、また前記背極電極４の上面にエレクトレット層５が膜形成されるとともに、前記背極電極４とエレクトレット層５の外側に前記絶縁基板３ａを貫通する音響孔１５が形成されておる。
【００１９】
さらに、前記絶縁基板３ａの上面側には前記背極電極４及び音響孔１５の周囲にスペーサ６が一体に構成されており、このスペーサ６にはエレクトレットコンデンサマイクロホンの内部と外部とを連通させるための通気孔６ａが設けられている。このスペーサ６の形成方法に付いては後述するが、前記絶縁基板３ａとの密着性と形状精度を良くするために、前記絶縁基板３ａの上面側におけるスペーサ６の形成エリアには前記背極電極４の形成時に下地金属層４ａを同時形成し、この下地金属層４ａの上面に前記スペーサ６を形成している。
【００２０】
すなわち、前記背極基板３は背極基板支持部材の機能を兼ねる絶縁基板３ａと背極電極４とエレクトレット層５とスペーサ６とを一体的に構成した１つの部品となっている。なお、この実施の形態においては前記背極基板３の上面が矩形形状を有するとともに、前記背極電極４とエレクトレット層５とが前記背極基板３の上面に円形形状に形成されており、前記音響孔１５は前記背極電極４の形成領域の外側で前記背極基板３のコーナー部に対応した位置に形成することにより、前記背極基板３の上面の面積を効率よく使用している。
【００２１】
７は振動膜ユニットであり、前記振動膜ユニット７は絶縁基板より成る振動膜支持枠８の下面側に膜形成された振動膜取り付け電極に導電性の振動膜１０が固着されることにより一体化されている。又１６は金属製のシールドケースである。
【００２２】
次に図１によりエレクトレットコンデンサマイクロホン１の構成を説明する。前記電極２ａに集積回路１１等のエレメントを実装した回路基板２に、背極基板３、振動膜ユニット７を積層し、接着材等により固着一体化した後にシールドケース１６でケーシングされている。すなわち、シールドケース１６を除くと僅か３部品の位置決めと組込みによってエレクトレットコンデンサマイクロホン１を完成させる事が出来る。
【００２３】
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１の動作は、表面に導電膜を有する振動膜１０と、表面にエレクトレット層５が形成された背極電極４とがスペーサ６を挟んでコンデンサを形成する。そして空気の振動により前記振動膜１０が変位すると、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が各接続電極（図示は省略）を介して回路基板２に導かれ、集積回路１１で処理された後に回路基板２の裏面の設けられた出力電極２ｃより出力される。そして前記音響孔１５の存在によって振動膜１０の動作がスムーズに成り、音響特性が確保されると共に、前記スペーサ６に設けられた通気孔６ａによってエレクトレットコンデンサマイクロホン１内の静気圧が調整される。
【００２４】
上記構成において、背極電極３を構成する絶縁基板３ａの上面中央部には前記振動膜ユニット７を構成する振動膜１０の動作可能範囲（振動膜１０の振動膜支持枠８によって拘束されていない範囲）の面積より少し狭い面積の背極電極４及びエレクトレット層５が形成されており、さらに前記絶縁基板３ａの背極電極４及びエレクトレット層５が形成されている領域の外側（背極電極４とスペーサ７との間）に音響孔１５が設けられている。
【００２５】
この結果、上記エレクトレットコンデンサマイクロホン１における容量の形成は、背極電極４と振動膜１０とが対向する部分に形成される有効容量のみとなり、図４，図５に示す従来例のように振動膜１０の非動作領域によって形成される浮遊容量や前記音響孔１５によって失われる損失容量が存在しなく成るため、極めて高い感度特性を得ることができる。
【００２６】
図３は前記背極基板３の製造方法を説明する為の分解斜視図であり、本実施の形態は背極基板３を構成する絶縁基板３ａとしてガラス入りのエポキシ樹脂（以下ガラエポと略記）を用いた方法を説明する。まず工程（イ）においてガラエポの樹脂成形により絶縁基板３ａが造られる。次に工程（ロ）により前記絶縁基板３ａの上面に背極電極４と下地金属層４ａとを膜形成する。これらの金属層は前記絶縁基板３ａの上面全体にメッキ技術によって金属層を形成した後にパターンニング技術によって背極電極４と下地金属層４ａとに分割しても良く、またマスクメッキによって同時形成しても良い。さらに金属層としては例えば銅の下地層の上にＮｉ・Ａｕ層を形成すると良い。
【００２７】
つぎに工程（ハ）において前記音響孔１５を加工する。つぎに工程（ニ）において前記下地金属層４ａの上にスペーサ６を形成する。このスペーサ６の形成は、前記絶縁基板３ａの上面全体にフィルムレジスト（フォトリソにてパターンニングが可能なフィルム）を貼り付け、パターンニング技術によって、前記背極電極４、音響孔１５、通気孔６ａの部分を除去する。なお前記スペーサ６の材料としては、前記フィルムレジストに限定されず、液状レジストを用いてパターンニングしても良いし、さらにマスク印刷によって形成しても良い。つぎに工程（ホ）において前記背極電極４の上にエレクトレット層５を形成することにより前記背極基板３が完成する。
【００２８】
なお、前記各工程はこの順序に限定されるものではなく、例えばスペーサ６を形成する前にエレクトレット層５を形成しておいても良いし、金属層を形成する前に音響孔１５を加工しておいても良い。さらにスペーサ６は本実施の形態のごとく下地金属層４ａ上に形成することによって密着性や形状精度がよくなるが、これに限定されるものではなく、絶縁基板３ａ上に直接形成しても良い。
【００２９】
また、背極基板３を構成する絶縁基板３ａとしてセラミックを使用する場合にも上記工程（イ）〜（ホ）にて行なうことが出来るが、セラミックの場合は高温にて焼成する事ができるため、前記背極電極４の形成に銀パラジュウム等の焼成可能な導電ペーストを用いる方法や、前記スペーサ６の形成をガラスペーストを印刷して焼成する方法も可能である。
【００３０】
上記のごとく本発明においては、背極基板３は断面コ字状に成形された絶縁基板３ａの上面に背極電極４とエレクトレット層５とを積層して膜形成し、さらにスペーサ６を一体化されており、さらに振動膜ユニット７も絶縁基板より成る振動膜支持枠８に導電性の振動膜１０が固着されることにより一体化されているので、基本的構成が回路基板２、背極基板３、振動膜ユニット７の３体に簡素化された構成となっている。
【００３１】
さらに、上記構成においては、スペーサ６を位置精度及び形状精度の高い形成方法により前記絶縁基板３ａに一体化しているため、前記背極電極４と振動膜１０との間隔を精度良く保つことができ、マイクロホンとしての音響特性を高めることが出来る。
【００３２】
さらに、前記振動膜１０の近傍に設けられたスペーサ６に通気孔６ａを形成することによって、静気圧による前記振動膜１０に変形を防止する効果を高めることが可能となった。このことは従来の組込み式のスペーサは薄いリング形状をしているため、このようなスペーサに溝を形成するとリング形状が崩れて組込み性が悪くなったり、スペーサとしての形状精度が悪くなる等の問題があったのに対し、本発明では絶縁基板３ａ上にスペーサ６を一体化しているため、組込み性や形状精度を損なうことなく通気孔６ａを設けることが可能となった。
【００３３】
本発明における絶縁基板としては形状加工が容易で、かつスルーホールを含め電極膜によるパターン形成が可能な材料であることが必要であり、例えばセラミックや樹脂材料が適している。また、小型、薄型化のためには材質的に剛性の高いことが望ましく、この点においてセラミックは良好な材料であり、セラミック基板を用いることで良好な結果を得る事ができた。また樹脂材料では剛性を高めるためにガラス繊維を含有させることが望ましく、ガラス入りエポキシ樹脂を使用した結果良好な結果を得る事が出来た。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば背極基板上に背極電極とスペーサとを一体化することによって、部品点数の削減と組込み精度の向上に加えて背極電極と振動膜との間隔を精度良く保つことを可能とし、さらに一体化したスペーサに通気孔を設けることによって静気圧の調整を良好に行うことが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１のエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【図３】本発明の背極基板の製造工程を示す斜視図である。
【図４】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５】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６】図５に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンを構成するケース部の分解斜視図である。
【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、２１０，４１０    回路基板
３、３３０            背極基板
４、１１０，３１０    背極電極
４ａ                  下地金属層
５、１２０、３２０    エレクトレット層
６、３７０            スペーサ
６ａ                  通気孔
７、３６０            振動膜ユニット
１０、１４０，３４０  振動膜
１５、１１１、３１１  音響孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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