(57)【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フォンにおいて、前記背極基板は絶縁基板上に背極電極とエレクトレット層と音響孔とを形成した構成であり、かつ前記音響孔の少なくとも一部が前記背極電極の形成領域の外側に設けら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フォン。
【請求項２】
前記音響孔が前記背極電極の境界領域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フォン。
【請求項３】
前記背極電極の面積が前記振動膜ユニットにおける振動膜の動作可能面積と略等しい大きさである請求項１又は２記載のエレクトレットコンデンサマイクロフォン。
【請求項４】
前記背極電極の面積が前記振動膜ユニットにおける支持枠の内側の面積より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載のエレクトレットコンデンサマイクロフォン。
【請求項５】
前記背極基板の上面が矩形形状を有するとともに、前記背極電極とエレクトレット層とが前記背極基板の上面に円形形状に形成されており、前記音響孔は前記背極電極の形成領域の外側で前記背極基板のコーナー部に対応した位置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フォン。
【請求項６】
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１〜５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フォン。
【請求項７】
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１〜５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フォン。
【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フォンに関し、特にマイクロフォン部の浮遊容量を減少させることで、検出感度を高めることが可能なエレクトレットコンデンサマイクロフォンに関する。
【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フォンは特開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フォンの断面図であり、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には前記マイクロフォ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フォンの動作は、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フォンの断面図、図６は図５に示すエレクトレットコンデンサマイクロフォ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フォンは音響変換を行うマイクロフォン部１００と、このマイクロフォン部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２４０、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５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５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。
【０００８】
次にマイクロフォン部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、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フォ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に位置決め固定されてエレクトレットコンデンサマイクロフォンが完成する。
【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フォンの動作は、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の裏面に設けられた出力電極より出力される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記図４に示す第１従来例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンは、背極基板３３０に直接スペーサ３７０を載置して振動板３４０を位置決めしているため、背極電極３１０と振動板３４０との間隔を精度良く保つことが容易である。しかし、前記背極電極３１０と振動板３４０との面積が略同じサイズであるため、背極電極３１０と振動板３４０とによって形成される容量（コンデンサ）は前記振動膜３４０の動作可能領域３４０ａによって形成される有効容量から前記音響孔３１１によって失われる容量を引いた容量と、振動膜３４０が支持枠３５０によって拘束された非動作領域３４０ｂによって形成される浮遊容量との合成容量となる。
【００１２】
すなわち、前記マイクロフォン３００の感度が背極電極３１０と振動板３４０とによって形成される全容量と、前記振動膜３４０の動作可能領域３４０ａによって形成される有効容量との比によって決まることを考慮すると、前記振動膜３４０の非動作領域３４０ｂによって形成される浮遊容量と前記音響孔３１１によって失われる損失容量とが多いほどマイクロフォン３００としての感度が低下するという問題がある。すなわち前記浮遊容量は分母を大きくするものであり、前記損失容量は分子を小さくするためである。
【００１３】
次に図５に示す第２従来例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンは、ケース部２００を構成するセラミック製の第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、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を載置し、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とを介在させて載置する構成となっている。
【００１４】
上記第２従来例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンの構成においては、第１段部２３０ａと第２段部２４０ａとの位置をずらすとともに前記背極電極１１０のサイズを小さくすることにより、前記振動膜１４０の動作可能領域にのみ前記背極電極１１０が対抗しているため、前記振動膜１４０と前記背極電極１１０によって形成されるコンデンサは前記音響孔１１１によって失われる損失容量を除いてすべて有効容量となり、前記マイクロフォン部１００としての感度を高く保つことができる。すなわち、図４に示す第１実施例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンに比べて、損失容量は同じだが、浮遊容量が減少した分だけマイクロフォン部１００としての感度を高くすることが出来る。
【００１５】
すなわち、上記第２従来例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンは感度的には良好な結果を得ることが可能だが、しかし前記マイクロフォン部１００を構成する背極基板１１０は第２の枠体２３０に位置決めされ、前記振動膜１４０は第３の枠体２４０に位置決めされて構成される。このことは前記マイクロフォン部１００を構成する背極基板１１０と振動膜１４０が別々のケース部材に位置決めされる結果となるため、前記第２の枠体２３０や第３の枠体２４０の加工精度及び組み立て制度のバラツキにより、前記背極基板１１０と振動膜１４０との間隔を精度良く保つことができないという問題がある。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、マイクロフォンとしての感度を高くすることが出来、また背極電極と振動膜との間隔を精度良く保つことが可能なエレクトレットコンデンサマイクロフォンを提供することを目的としている。
【００１７】
【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フォンにおいて、前記背極基板は絶縁基板上に背極電極とエレクトレット層と音響孔とを形成した構成であり、かつ前記音響孔の少なくとも一部が前記背極電極の形成領域の外側に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記音響孔が前記背極電極の境界領域に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記背極電極の面積が前記振動膜ユニットにおける支持枠の
内側の面積より小さいことを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記背極基板の上面が矩形形状を有するとともに、前記背極電極とエレクトレット層とが前記背極基板の上面に円形形状に形成されており、前記音響孔は前記背極電極の形成領域の外側で前記背極基板のコーナー部に対応した位置に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
【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フォンの実施の形態の断面図、図２は図１に示すエレクトレットコンデンサマイクロフォンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【００２２】
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が形成されている。
【００２３】
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。また６はスペーサである。
【００２４】
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９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。
【００２５】
次に図１によりエレクトレットコンデンサマイクロフォン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、スペーサ６、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ものがシールドケース１６でケーシングされている。
【００２６】
上記構成を有するエレクトレットコンデンサマイクロフォン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、この電気信号が振動膜取り付け電極９から各接続電極（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の裏面に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。
【００２７】
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。
【００２８】
この結果、上記エレクトレットコンデンサマイクロフォン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。
【００２９】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す背極基板３０の斜視図であり、図２に示す背極基板３と異なるところは、前記絶縁基板３ａに形成された音響孔１５が前記背極電極４の境界領域に形成されていることである。この場合、前記音響孔１５が背極電極４の一部に重なる分だけ損失容量が存在することになるが、この損失容量による感度特性の僅かな減少に変えて、音響孔１５が振動膜１０の中央側に寄ることでの音響特性の向上が期待できる。
【００３０】
又、上記構成においては、背極基板３は断面コ字状に成形された絶縁基板３ａの表面に背極電極４を膜形成し、さらに背極電極４上にエレクトレット層５を膜形成して一体化されており、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、前記背極電極４と振動膜１０とが１つの絶縁基板３ａに対して位置決めされることで背極電極４と振動膜１０との間隔を精度良く保つことが出来る。
【００３２】
さらに、前記回路基板２の底面や背極基板３の側面がケースを兼ねる構成となっているため、小型、薄型化が可能となる。また、前記回路基板２、背極基板３、振動膜支持枠８の３部材に用いる絶縁基板の材質は各々任意に選択することが可能だが、前記３部材に同一材質の絶縁基板を用いることによって全体の熱膨張係数を合せることが可能となり、温度変化に伴う音響特性の劣化を防止することが出来る。
【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の背極電極の形成領域の外側に音響孔の一部を設けることで、マイクロフォンとしての感度を高くすることが出来、また絶縁基板に背極電極を膜形成するとともに、振動膜を支持するスペーサを位置決めしたことで背極電極と振動膜との間隔を精度良く保つことが可能と成った。
【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フォンの実施の形態の断面図である。
【図２】図１のエレクトレットコンデンサマイクロフォンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【図３】本発明の第２実施の形態の背極基板の斜視図である。
【図４】従来のエレクトレットコンデンサマイクロフォンの断面図である。
【図５】従来のエレクトレットコンデンサマイクロフォンの断面図である。
【図６】図５に示すエレクトレットコンデンサマイクロフォ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フォン
２、２１０，４１０    回路基板
３、３３０            背極基板
４、１１０，３１０    背極電極
５、１２０、３２０    エレクトレット層
６、３７０            スペーサ
７、３６０            振動膜ユニット
１０、１４０，３４０  振動膜
１５、１１１、３１１  音響孔
【図１】
0003835739.tif 000002
【図２】
0003835739.tif 000003
【図３】
0003835739.tif 000004
【図４】
0003835739.tif 000005
【図５】
0003835739.tif 000006
【図６】
0003835739.tif 000007