(57)【要約】【課題】  従来のコンデンサマイクロホンとインピーダンス変換回路を直列容量で接続するエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、直列容量を設けるための部品点数の増加や、実装工数の増加でコストアップになると共に、直列容量を設けたことにより、薄型化の妨げになるという問題がある。【解決手段】  回路基板上のインピーダンス変換回路とコンデンサマイクロホンを形成する背面電極または振動膜との間に直列容量を接続したエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記直列容量は前記エレクトレットコンデンサマイクロホンを形成する樹脂層とその樹脂層の両面に設けられた金属電極によって形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス変換回路を実装した回路基板と、エレクトレット層を形成した背面電極と振動膜とを対向配置させてコンデンサマイクロホンを形成し、前記回路基板上のインピーダンス変換回路と前記コンデンサマイクロホンを形成する背面電極または振動膜との間に直列容量を接続したエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記直列容量は前記エレクトレットコンデンサマイクロホンを形成する樹脂層とその樹脂層の両面に設けられた金属電極によって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】
前記樹脂層が前記背面電極を保持する背面電極基板であり、前記直列容量は背面電極基板と該背面電極基板の両面に設けられた背面電極と対向電極によって形成され、前記インピーダンス変換回路と前記背面電極との間に接続されていることを特徴とする請求項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】
前記直列容量は前記背面電極の略全面に形成されていることを特徴とする請求項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】
前記樹脂層が前記背面電極を保持する背面電極基板と、前記回路基板との間に積層されたスペーサであり、前記直列容量は前記スペーサの両面に設けられた金属電極によって形成され、前記インピーダンス変換回路と前記背面電極との間に接続されていることを特徴とする請求項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５】
前記樹脂層が前記背面電極を保持する背面電極基板と、前記振動膜を保持する振動膜支持部材との間に積層されたスペーサであり、前記直列容量は前記スペーサの両面に設けられた金属電極によって形成され、前記インピーダンス変換回路と前記振動膜との間に接続されていることを特徴とする請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス変換回路を実装した回路基板と、エレクトレット層を形成した背面電極と振動膜とを対向配置させてコンデンサマイクロホンを形成し、前記回路基板上のインピーダンス変換回路と前記コンデンサマイクロホンを形成する背面電極または振動膜との間に直列容量を接続したエレクトレットコンデンサマイクロホンに関し、特に直列容量を前記エレクトレットコンデンサマイクロホンを形成する樹脂層とその樹脂層の両面に設けられた金属電極によって形成するエレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ等に広く用いられる小型で高性能なマイクロホンとして、エレクトレットコンデンサマイクロホンが広く用いられ、しかも色々な理由によってコンデンサマイクロホンとインピーダンス変換回路との間に直列容量を接続した構成が採用されており、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
以下、特許文献１に開示された従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの回路構成を説明する。図６は従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの回路構成図であり、図６においてコンデンサマイクロホン１００は振動膜１０７と表面にエレクトレット層１０５を形成した背面電極１０４とが図示しないスペーサを介して対向配置されて構成されている。
【０００４】
インピーダンス変換回路であるＦＥＴ１１０はソースフォロワー動作によってソースＳに出力端子ＯＵＴが設けられている。またＦＥＴ１１０のソースＳ側には分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられ、その分圧点から抵抗Ｒｇを介してゲートＧにバイアス電圧を供給しており、さらにドレインＤは電源電圧Ｖｃｃに接続されている。またコンデンサマイクロホン１００の背面電極１０４とＦＥＴ１１０のゲートＧとの間は直列容量Ｃを介して接続されており、コンデンサマイクロホン１００の振動膜１０７は直接、また背面電極１０４は高抵抗Ｒａを介して接地されている。
【０００５】
この特許文献１に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンにおける直列容量Ｃは、マイクロホンとしての感度調整を行うために、コンデンサマイクロホン１００の背面電極１０４とＦＥＴ１１０のゲートＧとの間を直流的にカットする機能を有するものであるが、その他インピーダンス変換回路のバイアス変動を防止するためにも、直列容量Ｃの機能が必要である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９５３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記する従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、インピーダンス変換回路とコンデンサマイクロホンを形成する背面電極または振動膜との間に直列容量を接続する構成は、コンデンサマイクロホンの高性能化に伴ってますます必要な技術となってくる。しかし、この直列容量として従来のチップ容量を実装することを考えると、部品点数の増加や実装コストの増加によってコンデンサマイクロホンの価格が増加するだけでなく、実装面積の増加によってコンデンサマイクロホンの小型化の妨げになるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は上記事情に鑑みなされたもので、直列容量をコンデンサマイクロホンを構成するエレメントを利用して構成することにより、価格アップや形状の増大を伴わない、エレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための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構成は、インピーダンス変換回路を実装した回路基板と、エレクトレット層を形成した背面電極と振動膜とを対向配置させてコンデンサマイクロホンを形成し、前記回路基板上のインピーダンス変換回路と前記コンデンサマイクロホンを形成する背面電極または振動膜との間に直列容量を接続したエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記直列容量は前記エレクトレットコンデンサマイクロホンを形成する樹脂層とその樹脂層の両面に設けられた金属電極によって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、エレクトレットコンデンサマイクロホンを形成する樹脂層の両面に必要に応じて金属電極を形成するだけで直列容量を構成することができるため、従来のコンデンサマイクロホンの形状を変更することなく、また電極形成のわずかな製造価格の増加だけで直列容量の構成が可能となる。
【００１１】
前記樹脂層が前記背面電極を保持する背面電極基板であり、前記直列容量は背面電極基板と概背面電極基板の両面に設けられた背面電極と対向電極によって形成され、前記インピーダンス変換回路と前記背面電極との間に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
前記直列容量は前記背面電極の略全面に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
前記樹脂層が前記背面電極を保持する背面電極基板と、前記回路基板との間に積層されたスペーサであり、前記直列容量は前記スペーサの両面に設けられた金属電極によって形成され、前記インピーダンス変換回路と前記背面電極との間に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
前記樹脂層が前記背面電極を保持する背面電極基板と、前記振動膜を保持する振動膜支持部材との間に積層されたスペーサであり、前記直列容量は前記スペーサの両面に設けられた金属電極によって形成され、前記インピーダンス変換回路と前記振動膜との間に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記の如く本発明によれば、エレクトレットコンデンサマイクロホンを形成する樹脂層の両面に必要に応じて金属電極を形成するだけで直列容量を構成することができるため、従来のコンデンサマイクロホンの形状を変更することなく、また電極形成のわずかな製造価格の増加だけで直列容量の構成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図１、図２により本発明の第１実施形態におけるエレクトレットコンデンサマイクロホン（以後ＥＣＭと略記する）の構成を説明する。図１はＥＣＭの断面図、図２は図１に示すＥＣＭの回路構成図である。
【００１７】
以下、図１により本発明の第１実施形態におけるＥＣＭの構成を説明する。図１は本発明の第１実施形態におけるＥＣＭの断面図であり、図１において、１０はＥＣＭである。また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、上面側に接続配線２ａ、下面側に出力電極２ｂが形成されると共にインピーダンス変換回路である集積回路１１が実装されている。３は背面電極ユニットであり、前記背面電極ユニット３は絶縁基板である背面電極基板３ａの上面側に電極膜による背面電極４が形成され、また前記背面電極４の上面にエレクトレット層５が膜形成されると共に、前記背面電極基板３ａの背面電極４とエレクトレット層５の外側に前記背面電極基板３ａを貫通する貫通孔３ｂが形成されている。
【００１８】
６は振動膜ユニットであり、前記振動膜ユニット６は金属材料または絶縁部材の表面に金属膜を形成した振動膜支持枠６ａの下面側に導電性の振動膜７が固着されることにより一体化されている。又８５は金属製のシールドケースであり上面側に音響孔８５ａがもうけられている。さらに８は第１スペーサ，９は第２スペーサである。
【００１９】
前記ＥＣＭ１０の構成は、前記回路基板２と背面電極ユニット３の間に第１スペーサ８、また背面電極ユニット３と振動膜ユニット６の間に第２スペーサ９を挟んだ状態で積層した後に、接着材等により固着一体化してＥＣＭカプセルを構成し、該ＥＣＭカプセルに前記シールドケース８５を被覆することによりＥＣＭ１０が完成する。なお前記貫通孔３ｂは前記背面電極ユニット３における背面電極４の外側に形成することにより、前記背面電極４の面積を減少させることなく背面電極ユニット３の上下面の通気を確保して良好な音響効果を得るようになっている。
【００２０】
次に本発明の特徴である直列容量の構成について説明する。ＥＣＭ１０における直列容量Ｃｓ１の構成は以下の通りである。すなわちＥＣＭ１０においては直列容量Ｃｓ１を構成する樹脂層としては背面電極ユニット３の背面電極基板３ａを利用しており、背面電極基板３ａの上面に形成された背面電極４に対向して背面電極基板３ａの下面に対向電極３ｃを形成することにより、点線で示す範囲に直列容量Ｃｓ１が形成されている。
【００２１】
そしてこの直列容量Ｃｓ１は対向電極３ｃの一端から第１スペーサ８に設けられたスルーホール電極８ａを介して回路基板２の接続電極２ａに接続され、この接続電極２ａが集積回路１１に設けられたインピーダンス変換回路（後述する）の入力端子に接続されることにより、直列容量Ｃｓがインピーダンス変換回路とコンデンサマイクロホンを形成する背面電極４との間に直列接続される。また図示は省略したが振動膜７は導電性の振動膜支持枠６ａと金属製のシールドケース８５を介して集積回路１１の接地端子に接続されている。
そして、この直列容量Ｃｓ１は背面電極４の全面を使用することによって容量値が比較的大きい直列容量を構成することができる。
【００２２】
次に前記ＥＣＭ１０の動作を説明する。
上記構成を有するＥＣＭ１０の動作は、表面に導電膜を有する振動膜７と、表面にエレクトレット層５が形成された背面電極４とが第２スペーサ９を挟んでコンデンサマイクロホンを形成する。そして音響孔８５ａより入力される音響入力信号Ｐｓの空気振動により前記振動膜７が変位すると、前記コンデンサマイクロホンのコンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電気信号が背面電極４から直列容量Ｃｓ１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の下面に設けられた出力電極２ｂより出力される。そして前記貫通孔３ｂの存在によって振動膜７の振動動作がスムーズに成り、音響特性が確保される。
【００２３】
次に図２により本発明のインピーダンス変換回路を説明する。図２は図１に示すＥＣＭ１０の回路構成図であり、図２においてＥＣＭ１０を構成するコンデンサマイクロホン１０ａは振動膜７と表面にエレクトレット層５を形成した背面電極４とが図１示すごとくスペーサ９を介して対向配置されて構成されている。（回路図では振動膜７、エレクトレット層５、背面電極４のみを表示している）
【００２４】
本実施形態のインピーダンス変換回路において、図６に示すインピーダンス変換回路と異なるところは、図６では変換素子を増幅機能を有さないＦＥＴ１１０で構成していたのに対し、図２においてはインピーダンス変換機能と増幅機能とを備えた増幅器を用いて高感度化を行っていることである。
【００２５】
すなわち変換素子である増幅器１０ｂの出力端子ＯＵＴには分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられ、その分圧点から増幅器１０ｂの負入力端子に帰還をおこなっており、さらに増幅器１０ｂの正入力端子は高抵抗Ｒ３を介して接地されるとともにコンデンサマイクロホン１０ａの背面電極４との間は直列容量Ｃｓ１を介して接続されている。さらにコンデンサマイクロホン１０ａの振動膜７は図１に示す導電性の振動膜支持枠６ａと金属製のシールドケース８５を介して集積回路１１の接地端子に接続されている。
【００２６】
次にインピーダンス変換回路の動作と、直列容量Ｃｓ１の効果について説明する。インピーダンス変換回路の通常の動作としては、直列容量Ｃｓ１が無くてもインピーダンス変換素子である増幅器１０ｂは安定した一定のバイアス状態にあるため、コンデンサマイクロホン１０ａが検出した音響入力信号Ｐｓを正しく処理して出力することができる。
【００２７】
しかし、ＥＣＭ１０のおかれた周囲温度が変動することによって、コンデンサマイクロホン１０ａを構成する振動膜７、背面電極４、エレクトレット層５等の構成部品が膨張または収縮することによって低周波の容量変動が発生する場合がある。そうするとこの容量変動によって変換素子である増幅器１０ｂの入力端子のバイアスレベルが大きく変動し、コンデンサマイクロホン１０ａが検出した音響入力信号Ｐｓを正しく処理することができなくなるという問題が発生する。この低周波の容量変動は温度変化だけに止まらず、コンデンサマイクロホン１０ａに低周波の空気圧振動が加わった場合にも発生する。
【００２８】
前述のごとくインピーダンス変換素子である増幅器１０ｂの入力インピーダンスは極めて高いレベルに保たれているため、この低周波の容量変動によって生ずる増幅器１０ｂのバイアスレベルの変動は、直列容量が無い場合には長時間にわたって保持されるため、ＥＣＭ１０の検出動作が不能となる問題がある。
また、上記の低周波の容量変動によるＥＣＭ１０の検出動作が不能となる問題は、インピーダンス素子として増幅率を有さないＦＥＴを使用した場合に比べて、増幅率を有する増幅器１０ｂをインピーダンス素子として用いた高感度型のＥＣＭ１０の方が敏感である。
【００２９】
これに対して直列容量Ｃｓ１を接続した場合には、直列容量Ｃｓ１が直流カット容量として機能するため、低周波の容量変動が発生した場合には、その容量変動の変化分、すなわち交流成分は通過するが直流成分は通過できないので、容量変動が発生した瞬間は増幅器１０ｂの入力端子のバイアスレベルが変動してＥＣＭ１０の検出動作が不能となるが、一定時間後には安定した一定のバイアス状態に復帰して検出動作が可能となる。なお、直列容量Ｃｓ１の容量値が小さすぎると音響入力信号Ｐｓを減衰させて感度の低下をまねくので、この、直列容量Ｃｓ１の容量値はコンデンサマイクロホン１０ａの主容量部の容量値と同等かそれ以上とすることが望ましい。
【００３０】
次に図３により、本発明の第２実施形態におけるＥＣＭの構成を説明する。
図３は第２実施形態におけるＥＣＭ２０の断面図であり、基本的構成は図１に示すＥＣＭ１０と同じであり、図１示すＥＣＭ１０と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図３におけるＥＣＭ２０が図１に示すＥＣＭ１０と異なるところは、直列容量Ｃｓ２の構成である。
【００３１】
すなわちＥＣＭ２０における直列容量Ｃｓ２の構成は以下の通りである。ＥＣＭ２０においては直列容量Ｃｓ２を構成する樹脂層として背面電極４を保持する背面電極基板３ａと、前記回路基板２との間に積層された第１スペーサ８を用いている。すなわち第１スペーサ８を少し短くして補助スペーサ１８を設け、この補助スペーサ１８の両面に金属電極１８ａ，１８ｂを設けることにより点線で示す範囲に直列容量Ｃｓ２が形成される。
【００３２】
そしてこの直列容量Ｃｓ２は金属電極１８ａから背面電極基板３ａに設けられたスルーホール電極を介して背面電極４に接続されると共に、金属電極１８ｂの一端から第１スペーサ８に設けられたスルーホール電極８ａを介して回路基板２の接続電極２ａに接続され、この接続電極２ａが集積回路１１に設けられたインピーダンス変換回路を構成する増幅器１０ｂの入力端子に接続されることにより、直列容量Ｃｓ２がインピーダンス変換回路とコンデンサマイクロホンを形成する背面電極４との間に直列接続される。また図示は省略したが振動膜７は導電性の振動膜支持枠６ａと金属製のシールドケース８５を介して集積回路１１の接地端子に接続されている。
【００３３】
そして、この直列容量Ｃｓ２はリング形状の補助スペーサ１８の全面を使用することによって容量値が比較的大きい直列容量を構成することができる。また補助スペーサ１８の樹脂材料としては、直列容量Ｃｓ２の容量値を高くするためには、誘電率の高い樹脂材料（ガラス入りエポキシ樹脂等のプリント基板または、アルミナ等のセラミック）を使用することが望ましい。
【００３４】
次に図４により、本発明の第３実施形態におけるＥＣＭの構成を説明する。
図４は第３実施形態におけるＥＣＭ３０の断面図であり、基本的構成は図３に示すＥＣＭ２０と同じであり、図３に示すＥＣＭ２０と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図４におけるＥＣＭ３０が図３に示すＥＣＭ２０と異なるところは、回路基板２と背面電極基板３ａとの間に設けるスペーサの構成である。
【００３５】
すなわちＥＣＭ２０においては回路基板２と背面電極基板３ａとの間に設けるスペーサを、樹脂による第１スペーサ８と補助スペーサ１８によって構成し、補助スペーサ１８によって形成した直列容量Ｃｓ２を第１スペーサ８に設けられたスルーホール電極８ａを介して回路基板２の接続電極２ａに接続していのに対し、ＥＣＭ３０においては回路基板２と背面電極基板３ａとの間に設けるスペーサを、金属製の第１スペーサ２８と補助スペーサ１８によって構成し、補助スペーサ１８によって形成した直列容量Ｃｓ２を金属製の第１スペーサ２８介して回路基板２の接続電極２ａに直接接続していることである。この構成によれば第１スペーサ８にスルーホール電極８ａを設ける必要がなくなり、さらに金属製の第１スペーサ２８の全体で導通を取ることができるため、接続抵抗を著しく減少させることができる。
【００３６】
次に図５により、本発明の第４実施形態におけるＥＣＭの構成を説明する。
図５は第４実施形態におけるＥＣＭ４０の断面図であり、基本的構成は図１に示すＥＣＭ１０と同じであり、図１示すＥＣＭ１０と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図５におけるＥＣＭ４０が図１に示すＥＣＭ１０と異なるところは、直列容量Ｃｓ３の構成である。
【００３７】
すなわちＥＣＭ４０における直列容量Ｃｓ３の構成は以下の通りである。ＥＣＭ４０においては直列容量Ｃｓ３を構成する樹脂層として背面電極ユニット３と振動膜ユニット６の間に積層された第２スペーサ９を利用しており、第２スペーサ９の両面に金属電極９ａ、９ｂを形成することにより、点線で示す範囲に直列容量Ｃｓ３が形成されている。
【００３８】
そしてこの直列容量Ｃｓ３は金属電極９ａが導電性の振動膜７に接続されると共に、金属電極９ｂが背面電極基板３ａに設けられたスルーホール電極と第１スペーサ８に設けられたスルーホール電極８ａを介して回路基板２の接続電極２ａに接続され、この接続電極２ａが集積回路１１に設けられたインピーダンス変換回路を構成する増幅器１０ｂの入力端子に接続されることにより、直列容量Ｃｓ３がインピーダンス変換回路とコンデンサマイクロホンを形成する振動膜７との間に直列接続される。
【００３９】
また、ＥＣＭ４０の場合は、振動膜７を金属製のシールドケース８５から絶縁する必要があるため、振動膜支持枠６ａを樹脂等の絶縁材料で構成している。この結果コンデンサマイクロホンと集積回路１１との接地端子の接続は、図５に示すごとくコンデンサマイクロホンを構成する背面電極４から背面電極基板３ａに設けられたスルーホール電極と第１スペーサ８に設けられたスルーホール電極８ｂを介して回路基板２の接続電極２ａに接続され、この接続電極２ａが集積回路１１の接地端子に接続されている。
【００４０】
そして、この直列容量Ｃｓ３もリング形状の第２スペーサ６ａの全面を使用することによって容量値が比較的大きい直列容量を構成することができる。また第２スペーサ６ａの樹脂材料としては、直列容量Ｃｓ３の容量値を高くするためには、誘電率の高い樹脂材料（ガラス入りエポキシ樹脂等のプリント基板または、アルミナ等のセラミック）を使用することが望ましい。
【００４１】
上記各実施形態においては、コンデンサマイクロホンの構成として、背面電極ユニット３側の背面電極４にエレクトレット層５を設けたバックエレクトレット型のＥＣＭについて説明したが、これに限定されるものではなく振動膜ユノット６側の振動膜７にエレクトレット層５を設ける膜エレクトレット型のＥＣＭにも適用できることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＥＣＭ１０の断面図である。
【図２】図１に示すＥＣＭ１０の回路構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるＥＣＭ２０の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態におけるＥＣＭ３０の断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態におけるＥＣＭ４０の断面図である。
【図６】従来のＥＣＭの回路構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
２                                回路基板
２ａ                              接続配線
２ｂ                              出力電極
３                                背面電極ユニット
３ａ                              背面電極基板
３ｃ                              対向電極
４、１０４                        背面電極
５、１０５                        エレクトレット層
６                                振動膜ユニット
６ａ                              振動膜支持枠
７、１０７                        振動膜
８、２８                          第１スペーサ
８ａ                              スルーホール電極
９                                第２スペーサ
９ａ，９ｂ                        金属電極      
１０、２０，３０、４０            ＥＣＭ
１０ａ、１００                    コンデンサマイクロホン
１０ｂ                            増幅器
１１                              集積回路
１８                              補助スペーサ
１８ａ、１８ｂ                    金属電極
８５                              シールドケース
８５ａ                            音響孔
１１０                            ＦＥＴ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒａ，Ｒｇ      抵抗
Ｃ，Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３        直列容量
【図１】
2009212832.tif 000003
【図２】
2009212832.tif 000004
【図３】
2009212832.tif 000005
【図４】
2009212832.tif 000006
【図５】
2009212832.tif 000007
【図６】
2009212832.tif 000008