JP2005057645A - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】非常に薄型で、かつ製造工程が簡単で、低コストのエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供する。
【解決手段】第１電極膜が形成された第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極２６と、第２電極膜が形成された第２エレクトレット誘電体フィルム３２とこれを保持する金属板３４とを含み、第２エレクトレット誘電体フィルム３２が第１エレクトレット誘電体フィルムに対向するように配設された固定電極３６と、金属板３４に密接または間隙を有して配設された配線基板４０と、一方の表面に入力端子４６Ａ、他方の表面に出力端子４６Ｂがそれぞれ配設され、それぞれに突起電極が形成されたベアチップ構成の半導体素子４６とを含み、半導体素子４６が固定電極３６と配線基板４０との間に配設され、入力端子４６Ａと固定電極３６および出力端子４６Ｂと配線基板４０上の電極端子とがそれぞれ接続された構成からなる。
【選択図】図１

Description

本発明はエレクトレットを用いたコンデンサマイクロホンで、主として携帯電話機等に使用される小型のものに関する。

携帯電話機等に使用される一般的なエレクトレットコンデンサマイクロホン（以下、ＥＣＭとよぶ）は、エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極と固定電極とで構成するコンデンサユニットと、振動電極と固定電極の間の電圧変化を増幅して電気信号として出力する信号増幅回路から構成されている。また、ＥＣＭからの信号に対するノイズ低減のためにフィルタ回路も設けることが多い。

従来のＥＣＭ構成を、図１１の断面図および図１２の分解斜視図を用いて説明する。なお、わかりやすくするために、各図面は厚さ方向の寸法を拡大して表わしてある。

ケース１の一方の面には、音声がエレクトレット誘電体フィルムに伝わるように音声入力開口部１Ａが設けられており、その音声入力開口部１Ａの内側部には塵埃を防止するための金属製の面布２が貼られている。

ケース１の内部には、一方の表面に第１電極膜が形成され、音響振動により振動する第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極３、振動電極３をケース１に固定するための導電性の電極リング４、第２電極膜が形成された第２エレクトレット誘電体フィルム５Ａと補強用の金属板５Ｂを固着して導通接合させた固定電極５、固定電極５と振動電極３とが所定の間隔をあけて対向するように挿入された絶縁性のスペーサ６、固定電極５を支持するための絶縁体７、電気信号をインピーダンス変換し増幅して取出す半導体素子８、およびフィルタ回路を構成するコンデンサ９と抵抗１０とが配設されている。

半導体素子８は、通常パッケージされた電界効果型トランジスタが用いられる。この半導体素子８は図１２からわかるように、ピン状の電極端子１３Ａ、１３Ｂがパッケージから延在され、その出力側の電極端子１３Ｂは配線基板１１の電極配線１２に接続されている。一方、入力側の電極端子１３Ａは、半導体素子８の上面側まで折り曲げられ、導電性接着剤等によって固定電極５の金属板５Ｂに接続されている。また、コンデンサ９と抵抗１０とは、配線基板１１上に配置されて電極配線１２にそれぞれ接続されている。

図１３はこのＥＣＭの回路構成を説明する回路図である。第１エレクトレット誘電体フィルムおよび第２エレクトレット誘電体フィルムで構成するコンデンサにおいて、音響振動により振動電極３が振動することで生じる電圧変動を信号として取出す。この電圧信号を電界効果型トランジスタからなる半導体素子８でインピーダンス変換および増幅し、コンデンサ９と抵抗１０とで構成するフィルタ回路を通して電極端子１５、１６から外部回路（図示せず）に出力する構成となっている。なお、電極端子１５、１６は、配線基板１１に設けられた上下接続導体１４を介して内部の電極配線１２と接続されている。また、この電極端子１５、１６のうちの一つは、ケース１と導通してアース回路に接続されている。

このようなＥＣＭは主として携帯電話機に使用されるので、携帯電話機の小型化、高密度化の進展に伴い、特に低背化が強く要求されている。しかしながら、上記の従来構成では、パッケージタイプの半導体素子８の厚さが比較的厚いこと、およびピン状の電極端子１３Ａを折り曲げて上面側に設けるため、薄くすることが困難であった。

このための対策として、たとえば、半導体素子としてインピーダンス変換回路を含む集積回路素子（ＩＣ）を用い、このＩＣをベアチップ構成で配線基板に実装する構成が示されている。パッケージしたＩＣは、通常、その高さが０．６ｍｍ以上あるためＥＣＭの薄型化が制限されていたが、ベアチップ構成のＩＣを採用し、これをフリップチップボンディングすることによりＩＣ自体を０．３ｍｍ程度に薄型化することができ、配線基板を含めたベアチップの厚さを０．８ｍｍ程度にすることができる。その結果、ＥＣＭ全体の薄型化を実現している（たとえば、特許文献１）。

また、フロントエレクトレット型コンデンサマイクロホンにおいて、配線基板の板厚が全体の厚みに占める比率が高いことに着目し、半導体素子を電気的に接続し支持する配線導体が形成された第１配線基板と、この第１配線基板に積層され、半導体素子を貫通させる開口部が形成された第２配線基板とによって構成し、薄型化を達成する構成が示されている。これにより、外径が６ｍｍφ、厚みが１ｍｍのコンデンサマイクロホンを製造できるとしている（たとえば、特許文献２）。
特開平１１−２６６４９９号公報 特開２００１−９５０９７号公報

上述の第１の例では、エレクトレット誘電体フィルムを保持すると同時に、このエレクトレット誘電体フィルムと配線基板とを電気的に接続するためのホルダが設けられている。このホルダは、全体として絶縁体で構成されており、上端面の一部から内側面、下端面の一部にわたって導電層を形成する必要があり、このような導電層を形成する工程は比較的複雑となり、結果としてコスト高になるという課題があった。

また、第２の例においては、形状の異なる２枚の配線基板を貼り合せて使用することやケース内部側の配線基板には開口部が必要であること等により、配線基板の加工と組立てが比較的複雑となる。さらに、開口した領域部にコンデンサや半導体素子を実装するために、実装作業が複雑となるという課題もある。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、非常に薄型で、かつ製造工程が簡単で、低コストのＥＣＭを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のＥＣＭは、第１電極膜が一方の表面に形成された第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極と、第２電極膜が一方の表面に形成された第２エレクトレット誘電体フィルムと第２エレクトレット誘電体フィルムを保持する保持板とを含み、第２エレクトレット誘電体フィルムの他方の表面が第１エレクトレット誘電体フィルムの他方の表面に対向するように配設された固定電極と、保持板に密接または間隙を有して配設された配線基板と、一方の表面に入力端子、他方の表面に出力端子がそれぞれ配設され、入力端子と出力端子とのそれぞれに突起電極が形成されたベアチップ構成の電気信号をインピーダンス変換し増幅する半導体素子とを含み、半導体素子が固定電極と配線基板との間に配設され、入力端子と固定電極、および出力端子と配線基板上の電極端子とがそれぞれ突起電極を介して接続されている構成からなる。

この構成により、ベアチップ構成の半導体素子は両面に設けた突起電極により固定電極と配線基板の電極端子に接続されるので、半導体素子を配置する空間を非常に小さくできる。また、固定電極から直接半導体素子に接続し、半導体素子から直接配線基板に接続するので、最短の配線長で接続が可能となる。さらに、従来のように固定電極から配線基板まで接続するための配線形成が不要となる。

また、本発明のＥＣＭは、固定電極の保持板が第２電極膜と導通接合された金属板からなり、配線基板は半導体素子の厚みより少なくとも大きな間隔を設けて配設され、半導体素子の入力端子が金属板に突起電極を介して接続され、出力端子が配線基板上の電極端子に突起電極を介して接続されている構成からなる。

この構成により、固定電極は金属板で保持されるので、半導体素子の入力端子と金属板との接続時に金属板を押し付ける荷重が加わっても特性への影響は少なくなる。この結果、歩留まりが高く、信頼性の高いＥＣＭを容易に得ることができる。

また、本発明のＥＣＭは、固定電極の保持板が第２電極膜に接着され、かつ半導体素子を収納する形状の開口部が設けられた絶縁板からなり、配線基板は絶縁板に密接して配設され、半導体素子が上記開口部に収納され、入力端子が第２電極膜に突起電極を介して接続され、出力端子が配線基板上の電極端子に突起電極を介して接続されている構成からなる。

この構成により、保持板内に半導体素子を収納するための空間が設けられるので、さらに薄型にすることができる。また、半導体素子が露出する空間領域が小さいので、半導体素子を密閉して保護しやすくなり、ベアチップ構成の半導体素子の信頼性を向上できる。

また、本発明のＥＣＭは、固定電極の保持板が第２電極膜に導通接合された金属板を介して接着され、かつ半導体素子を収納する形状の開口部が設けられた絶縁板からなり、配線基板は絶縁板に密接して配設され、半導体素子が開口部に収納され、入力端子が金属板に突起電極を介して接続され、出力端子が配線基板上の電極端子に突起電極を介して接続されている構成からなる。

この構成により、保持板内に半導体素子を収納するための空間が設けられるので、さらに薄型にすることができる。また、半導体素子が露出する空間領域が小さいので、半導体素子を密閉して保護しやすくなり、ベアチップ構成の半導体素子の信頼性を向上できる。さらに、半導体素子の突起電極を金属板に接続するときに、金属板を押し付ける荷重が加わっても特性への影響は少なくなる。この結果、歩留まりが高く、信頼性の高いＥＣＭを容易に得ることができる。

また、本発明のＥＣＭは、半導体素子の入力端子の突起電極と固定電極とが導電性接着剤により接続された構成からなる。この構成により、半導体素子と固定電極との接続を室温程度の低温で行うことで、半導体素子の接続工程を簡略化できる。また、配線基板をケース中に挿入するときに、同時に接続することもできる。

また、本発明のＥＣＭは、半導体素子の入力端子の突起電極と固定電極とが圧接により電気的に接続された構成からなる。この構成により、半導体素子を配線基板上に接続固定した後、配線基板をケースに挿入すると同時に、半導体素子の突起電極と固定電極との接続を行うことができる。このため、組立て工程が容易なＥＣＭを実現できる。

また、本発明のＥＣＭは、第１電極膜が一方の表面に形成された第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極と、第２電極膜が一方の表面に形成され、半導体素子よりも少なくとも大きな開口部または切り欠き部を有する第２エレクトレット誘電体フィルムと、第２電極膜と導通接続され、開口部または切り欠き部まで延在された入力側電極端子と開口部または切り欠き部に設けられた出力側電極端子とが形成された配線基板と、一方の面に入力端子と出力端子とが配設され、入力端子と出力端子とのそれぞれに突起電極が形成されたベアチップ構成の電気信号をインピーダンス変換し増幅する半導体素子とを含み、第２エレクトレット誘電体フィルムが配線基板に接着固定されるとともに、第２電極膜と入力側電極端子とが接続され、半導体素子の入力端子と配線基板の入力側電極端子、および出力端子と出力側電極端子とがそれぞれ接続され、第２エレクトレット誘電体フィルムの表面と第１エレクトレット誘電体フィルムの表面とが所定の間隔を有して対向する位置に配設された構成からなる。

この構成により、固定電極の保持板と配線基板とが一体化した構造となり、さらに薄型のＥＣＭを実現できる。また、半導体素子および第２エレクトレット誘電体フィルムはあらかじめ配線基板に接続しておき、その後ケースに配線基板を挿入して固定すればＥＣＭを作製できるので、組立て工程が大幅に簡略化できる。

また、本発明のＥＣＭは、配線基板にはコンデンサ、抵抗およびインダクタから選択した一つ以上の電子部品で構成されるフィルタ回路が膜作製技術により形成されている構成からなる。この構成により、チップ部品を使用する場合に比べて大幅に薄型化でき、ベアチップ構成の半導体素子を使用する場合に薄型化をより有効に実現できる。

以上のように、本発明は対向する面上にそれぞれ入力端子と出力端子とが配設されたベアチップ構成の半導体素子が固定電極と配線基板との間に配設され、入力端子と固定電極、および出力端子と配線基板上の電極端子とがそれぞれ接続された構成からなる。

この構成により、ベアチップ構成の半導体素子は両面に設けた突起電極により固定電極と配線基板の電極端子に接続されるので、半導体素子を配置する空間を非常に小さくできる。また、固定電極から直接半導体素子に接続し、半導体素子から直接配線基板に接続するので、最短の配線長で接続が可能となる。さらに、従来のように固定電極から配線基板まで接続するための配線形成が不要となる。これらにより、薄型で、かつ組立て構成が容易なＥＣＭを実現できるという大きな効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、わかりやすくするために各図面の厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＥＣＭ２０の断面図、図２は分解斜視図である。ケース２２は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）からなる円筒状であり、一方の面には音声がエレクトレット誘電体フィルムに伝わるように音声入力開口部２２Ａが設けられている。音声入力開口部２２Ａの内側部には、塵埃を防止するための金属製の面布２４が貼られている。

ケース２２の内部には、振動電極２６、振動電極２６をケース２２に固定するための導電性の電極リング２８、固定電極３６、固定電極３６と振動電極２６とが所定の間隔をあけて対向するように挿入された絶縁性のスぺーサ３０、固定電極３６を支持するための絶縁体３８、半導体素子４６、フィルタ回路を構成するコンデンサ４２と抵抗４４、およびこれらが実装される配線基板４０が、ケース２２の下面部をかしめることにより配設されている。

振動電極２６は、第１エレクトレット誘電体フィルムの一方の表面に第１電極膜（図示せず）が形成された構成からなる。また、固定電極３６は、第２電極膜（図示せず）が一方の表面に形成された第２エレクトレット誘電体フィルム３２と、この第２電極膜と導通接合された金属板３４から構成されている。

配線基板４０は、ケース２２の内側面上に電極配線４０Ａが形成されており、この電極配線４０Ａの所定の位置には電極端子が形成され、それぞれコンデンサ４２、抵抗４４および半導体素子４６や、他の図示しない電子部品等と接続されている。さらに、上下接続導体４０Ｃを介して、外側の表面に外部機器に接続するための電極端子４０Ｂが形成されている。この電極端子４０Ｂは、ＥＣＭ２０の外形状に合せて同心円状に形成されているが、必ずしも同心円状である必要はない。

半導体素子４６は、本実施の形態ではベアチップ構成の電界効果型トランジスタを用いている。その入力端子４６Ａは、半導体素子４６の上面側、すなわち固定電極３６の金属板３４に対向する面上に突起電極を有して形成されている。また、その出力端子４６Ｂは、配線基板４０に対向する面上に、同様に突起電極を有して形成されている。突起電極を有する入力端子４６Ａと出力端子４６Ｂとは、それぞれ、たとえば導電性接着剤により金属板３４および配線基板４０の電極端子と接続されている。

本実施の形態のＥＣＭ２０の組立ては、たとえば以下のようにして行う。配線基板４０上にあらかじめコンデンサ４２、抵抗４４および半導体素子４６や、さらに必要な電子部品等をハンダや導電性接着剤により接続する。一方、ケース２２中に、面布２４、振動電極２６、固定電極３６、電極リング２８、スぺーサ３０および絶縁体３８までを配設する。この状態とした後、半導体素子４６の入力端子４６Ａの突起電極に導電性接着剤を塗布し、配線基板４０をケース２２中に挿入し、ケース２２の下面部をかしめることにより、入力端子４６Ａの突起電極と金属板３４とが電気的、機械的に接続される。これにより、ＥＣＭ２０の組立てが完了する。このために、絶縁体３８の厚さは、突起電極を含む半導体素子４６の厚さよりやや厚く形成している。

このＥＣＭの動作について説明する。音声振動が振動電極２６に加わり、振動電極２６と固定電極３６とで構成されるコンデンサにより発生する電圧は、固定電極３６から半導体素子４６に入力され、インピーダンス変換と増幅とが行われる。この信号が配線基板４０に出力される。この配線基板４０に出力された信号は、コンデンサ４２と抵抗４４とで構成されるフィルタ回路を介して、配線基板４０の電極端子４０Ｂから外部機器（図示せず）に出力される。一方、振動電極２６は、導電体リング２８とケース２２とを介して配線基板４０の電極端子４０Ｂのうちのアース用の電極端子に接続されており、同様に外部機器のアース端子に接続される。以上の動作により、音声を電気信号に変換して外部機器に出力することができる。

なお、フィルタ回路を構成するコンデンサ４２と抵抗４４とは、チップ部品を実装してもよいが、薄膜形成技術や印刷形成技術等の膜作製技術によって形成すれば、複数のコンデンサや抵抗を内蔵させることも容易であるので、さらに薄型で高機能のＥＣＭを実現できる。このような膜作製技術により形成するフィルタ回路は、その厚さが数十μｍ程度にできるため、ＥＣＭ２０の厚さを増大させることなく、効率よくノイズを防止できる。

本実施の形態によるＥＣＭ２０は、ベアチップ構成で、その両面に突起電極を有する入力端子４６Ａと出力端子４６Ｂとを備えた半導体素子４６を用いているので、その厚さは０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度とすることができる。また、ピン状の電極端子を用いることもないので、半導体素子４６を実装する厚さを従来に比べて大幅に薄型化できる。したがって、ＥＣＭ全体の厚さを従来に比べて薄くすることができる。

さらに、本実施の形態のＥＣＭ２０によれば、半導体素子４６の入力端子４６Ａと固定電極３６の金属板３４との接続は、突起電極上に導電性接着剤を塗布しておき、配線基板４０をケース２２に挿入し、ケース２２の下面部をかしめるだけでよいので、組立て工程を簡略化できる。また、固定電極３６から配線基板４０に接続するための配線を特に設ける必要がないので、絶縁体３８を低コストに作製することもできる。

なお、本実施の形態では、半導体素子４６をコンデンサ４２や抵抗４４とともにあらかじめ配線基板４０に実装した後に、固定電極３６の金属板３４に導電性接着剤により接続する方法としたが、本発明はこれには限定されない。たとえば、半導体素子４６が金属板３４に圧着された状態となるように、ケース２２をかしめて組立てるようにしてもよい。また、半導体素子４６と配線基板４０との接続を、金属板３４に半導体素子４６を接続するときに同時に導電性接着剤を用いて行ってもよい。

さらに、本実施の形態では、半導体素子４６、コンデンサ４２および抵抗４４が実装された空間部は、特に積極的に密封する構造とはされていないが、本発明はこれに限定されることはない。たとえば、半導体素子４６が実装された領域部を除く配線基板４０の表面上に絶縁性の樹脂を塗布しておいた後、配線基板４０をケース２２に挿入して半導体素子４６の入力端子４６Ａと金属板３４との接続を行うと同時に、半導体素子４６を取り囲むように空間部に樹脂を充填して外気から遮蔽するようにしてもよい。あるいは、配線基板４０の外周部に接着剤を塗布しておき、ケース２２の下面部をかしめるときに、配線基板４０の外周部と絶縁体３８とを接着することで、空間部を外気から遮蔽するようにしてもよい。このようにすることにより、ベアチップ構成の半導体素子４６の信頼性をさらに改善できる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態によるＥＣＭ５０の断面図である。なお、図１および図２と同じ要素については同じ符号を付している。

ケース２２は、第１の実施の形態のＥＣＭ２０と同じように、たとえばアルミニウム（Ａｌ）で形成された円筒状で、音声入力開口部２２Ａが設けられている。この音声入力開口部２２Ａの内面には、内部に塵埃が侵入するのを防ぐ金属製の面布２４が貼られている。

ケース２２の内部には、一方の表面に第１電極膜（図示せず）が形成された第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極２６、この振動電極２６をケース２２に固定するための導電性の電極リング２８、固定電極５８、この固定電極５８と振動電極２６とが所定の間隔を有して対向配置させるための絶縁性のスぺーサ３０、および配線基板４０が所定の位置関係を保持して配設されるとともに、電気的な接続が行われている。

固定電極５８は本実施の形態では、一方の表面に第２電極膜５４が形成された第２エレクトレット誘電体フィルム５２と、第２電極膜５４に接着された樹脂等からなる補強板５６とから構成されている。補強板５６には図４に示すように、半導体素子４６よりやや大きな形状の開口部５６Ａが設けられている。第１の実施の形態と同じ構成からなる配線基板４０上には、薄膜技術により形成されたコンデンサ６０と抵抗６２とが設けられている。半導体素子４６は、補強板５６の開口部５６Ａに相当する位置の配線基板４０上で、電極配線４０Ａに設けられた電極端子と半導体素子４６の出力端子４６Ｂとが接続されている。また、半導体素子４６の入力端子４６Ａと固定電極５８の第２電極膜５４とが導電性接着剤により接続されている。

このＥＣＭ５０の組立て方法については、第１の実施の形態と同様に行うことができるので説明は省略する。

本実施の形態のＥＣＭ５０では、補強板５６中に開口部５６Ａを設け、この開口部５６Ａ中に半導体素子４６を収納しているので、第１の実施の形態のＥＣＭ２０の場合のような空間部が不要となるので、さらに薄型にできる。

なお、固定電極５８の第２エレクトレット誘電体フィルム５２の厚さが２μｍ〜５μｍで、第２電極膜５４は０．１μｍ〜０．５μｍ程度であるので、半導体素子４６の入力端子４６Ａを接続するときに大きな加重が加わると損傷することがある。このため、突起電極上に導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤が開口部５６Ａに露出した第２電極膜５４に対して広い面積で接続されるとともに固着させるようにすることが望ましい。

さらに、本実施の形態のＥＣＭ５０の変形例のＥＣＭ７０断面構成を図５に示す。なお、図３および図４と同じ要素については、同じ符号を付している。

図５に示すＥＣＭ７０は、固定電極６６の構成が図３に示すＥＣＭ５０とは異なる。すなわち、固定電極６６は、この変形例のＥＣＭ７０の場合、第２エレクトレット誘電体フィルム５２、この一方の表面に形成された第２電極膜５４、開口部５６Ａが設けられた補強板５６および第２電極膜５４に導通接合された０．０５ｍｍ程度の厚さの金属板６４から構成されている。また、補強板５６は、金属板６４に接着されている。その他の構成については、図３に示すＥＣＭ５０と同じである。

このように、第２電極膜５４と補強板５６との間に金属板６４を挿入することにより、半導体素子４６の入力端子４６Ａに設けた突起電極と金属板６４とを圧接により接続することも可能となり、ケース２２の下面部でかしめるときの加重によりＥＣＭ７０の製造歩留まりが低下することがなくなる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態によるＥＣＭ８０の断面図を示す。なお、図１から図５に示す要素と同じ要素については同じ符号を付している。

本実施の形態のＥＣＭ８０は、固定電極８８の構成が第１の実施の形態および第２の実施の形態のＥＣＭとは異なるので、固定電極８８の構成を主体として説明する。

図７は、この固定電極８８の外観斜視図である。本実施の形態では、第２電極膜８４が一方の表面に形成された第２エレクトレット誘電体フィルム８２は、図６、図７からわかるように、円形状の外周領域の一部が切り欠かれている。

配線基板８６は、表面に薄膜技術または印刷形成技術等によりコンデンサ（図示せず）や抵抗（図示せず）が形成され、電極配線８６Ａがさらに表面層に形成されている。この電極配線８６Ａと上下接続導体８６Ｄを介して、外側面に外部機器（図示せず）と接続するための電極端子８６Ｃが設けられている。電極配線８６Ａは、第２エレクトレット誘電体フィルム８２よりもやや大きな形状に加工されており、半導体素子９０の入力端子９０Ａと接続する領域部を除く全面で第２電極膜８４と導通接合されている。また、その一部は第２エレクトレット誘電体フィルム８２を貼りつけた後でも露出しており、この領域部で半導体素子９０の入力端子９０Ａと接続されている。さらに、半導体素子９０の出力端子９０Ｂと接続するための電極配線８６Ｂが、電極配線８６Ａと同一面上で、かつ対向する位置に形成されている。

第２エレクトレット誘電体フィルム８２は、第２電極膜８４と電極配線８６Ａとが導通接合されて配線基板８６上に固着されている。

また、ベアチップ構成の半導体素子９０は、本実施の形態では入力端子９０Ａおよび出力端子９０Ｂともに同一面上に形成されており、これらには突起電極（図示せず）が設けられている。半導体素子９０はこの突起電極を介して、入力端子９０Ａが電極配線８６Ａと接続され、出力端子９０Ｂが電極配線８６Ｂと接続されている。この接続は、導電性接着剤による方法であってもよいし、突起電極をハンダや金（Ａｕ）で形成しておき、ハンダ接合や金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ）接合等の方法であってもよい。このようにして、第２エレクトレット誘電体フィルム８２に加えて、配線基板８６上に半導体素子９０およびフィルタ回路を構成するコンデンサ（図示せず）と抵抗（図示せず）等を含んでなる固定電極８８が構成されている。

この固定電極８８を振動電極２６に対して所定の間隔を保持するようにスペーサ９２を介して対向させ、ケース２２の下面部をかしめれば組立てが完了してＥＣＭ８０が得られる。

以上のように本実施の形態によれば、配線基板８６が第２エレクトレット誘電体フィルム８２の補強板の役割も果たし、かつ、半導体素子９０は振動電極２６と第２エレクトレット誘電体フィルム８２とでつくられる空間部に収納されるので、さらに全体を薄型にすることができる。また、本実施の形態では、配線基板８６上に第２エレクトレット誘電体フィルム８２や半導体素子９０を含むほとんどすべての部品を実装した後に、ケース２２中に挿入すれば組立てが行えるので組立て工程の簡略化も可能となる。

なお、本実施の形態では、半導体素子９０を実装するために、第２エレクトレット誘電体フィルム８２の外周部の一部を切り欠いたが、本発明はこれに限定されることはない。たとえば、第２エレクトレット誘電体フィルム８２に開口部を設けて、この開口部に位置する配線基板８６上に電極配線８６Ａ、８６Ｂを形成して半導体素子９０を実装してもよい。

また、第１の実施の形態から第３の実施の形態までにおいては、ケースの下面部をかしめることでＥＣＭを組立てる構成で説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、円筒状のケースを用いて、このケースの下面部に配線基板を嵌め込み、その後固定電極、振動電極、電極リング、スぺーサおよび絶縁体を配設し、最後に面布を貼りつける構成としてもよい。

そして、以上の実施の形態において、面布２４をケース２２の内側に示したが、ケース２２の外側であってもよい。

本実施例では、第１の実施の形態のＥＣＭ２０を基本とし、フィルタ回路構成を一部変更した変形例のＥＣＭ２００について説明する。図８は、本実施例のＥＣＭ２００の断面構成を示す図である。また、図９は、配線基板１４０上において、フィルタ回路構成を示す平面図である。図１０は、本実施例のＥＣＭ２００の回路構成を説明する回路図である。なお、図１および図２と同じ要素については同じ符号を付している。

本実施例においては、配線基板１４０の構造が第１の実施の形態で説明したＥＣＭ２０と異なる点であるので、この配線基板１４０を主体に説明する。配線基板１４０は、樹脂基材１８１の固定電極３６に対向する面上に下層電極配線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄが形成されている。下層電極配線１８２ａは、下部コンデンサ電極層を兼ねており、この電極端子部が露出するように誘電体層１８４を形成する。さらに、この誘電体層１８４上に、上部コンデンサ電極層１８５ａ、１８５ｂが形成されている。下層電極配線１８２ａ、誘電体層１８４および上部コンデンサ電極層１８５ａにより第１のコンデンサ１９０が構成され、同様に下層電極配線１８２ａ、誘電体層１８４および上部コンデンサ電極層１８５ｂにより第２のコンデンサ１９５が形成されている。抵抗層１８６ａ、１８６ｂが下層電極配線１８２ｂ、１８２ｃ間と、下層電極配線１８２ｂ、１８２ｄ間とに形成されて、それぞれの下層電極配線１８２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄとを含めて第１の抵抗１００と第２の抵抗１０５とが構成される。これら二つの抵抗と二つのコンデンサとから本実施例のフィルタ回路が構成される。

また、樹脂基材１８１の外側面には、外部機器（図示せず）に接続するための電極端子１４６、１４８が形成されている。これらの電極端子１４６、１４８は、それぞれ上下接続導体１４２、１４４により下層電極配線１８２ｃ、１８２ａに接続されている。

以下、配線基板１４０の具体的な製造工程について説明する。樹脂基材１８１として、厚さが０．１３ｍｍのガラスエポキシ基材を用いた。このガラスエポキシ基材上に銅（Ｃｕ）薄膜をスパッタリング法により約２００ｎｍの厚さに形成し、所定のパターン加工を行い下層電極配線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄを形成した。つぎに、この下層電極配線１８２ａの電極端子部のみが露出するようにマスキングした後、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）薄膜をスパッタリング法により約１００ｎｍの厚さに形成して誘電体層１８４とした。さらに、この誘電体層１８４上に銅（Ｃｕ）薄膜を同様にスパッタリング法により約２００ｎｍの厚さに形成し、所定の加工を行い上部コンデンサ電極層１８５ａ、１８５ｂを形成した。この工程により、第１のコンデンサ１９０と第２のコンデンサ１９５とが形成される。

つぎに、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金をスパッタリング法により形成し、下層電極配線１８２ｂと、下層電極配線１８２ｃ、１８２ｄとの間にシート抵抗値が１０００Ω／□の長方形状の抵抗層１８６ａ、１８６ｂを形成した。この工程により、第１の抵抗１００と第２の抵抗１０５とが形成される。

なお、本実施例の第１のコンデンサ１９０と第２のコンデンサ１９５の容量値は、それぞれ１００ｐＦと１０ｐＦであり、第１の抵抗１００と第２の抵抗１０５の抵抗値は、どちらも１５０Ωとなるようにした。

その後、半導体素子４６の出力端子４６Ｂと接続する下層電極配線１８２ａ、１８２ｄの電極端子部を除く全面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）薄膜と窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜の二層構成からなる保護層（図示せず）を同様にスパッタリング法により形成した。これにより配線基板１４０が完成する。

ケース２２の形状は、直径が７ｍｍで肉厚が０．４ｍｍである。また、振動電極２６としては、厚さが２μｍのポリフェニレンサルファイドからなる第１エレクトレット誘電体フィルムを用いて、この一方の面上に蒸着により第１電極膜を形成して用いた。この振動電極２６を、スペーサ３０の外周面上に熱プレスにより接着した。このスペーサ３０の厚さは０．１ｍｍとした。電極リング２８の厚さは０．２ｍｍとした。半導体素子４６はベアチップ構成の電界効果型トランジスタであり、その厚さは０．１ｍｍ、入力端子４６Ａと出力端子４６Ｂとに形成した突起電極は金（Ａｕ）メッキにより約３０μｍの厚さに形成した。

以上のようにして組立てられたＥＣＭ２００は、その厚さを約０．８ｍｍとすることができるだけでなく、コンデンサ２個と抵抗２個とからなるフィルタ回路を内蔵させることができた。このＥＣＭ２００のノイズ除去性能を評価した。評価方法は、電界効果型トランジスタである半導体素子４６の入力に１１５ｄＢμＶの雑音を入力して５００ＭＨｚ以上の出力ノイズレベルを測定することにより行った。その結果、従来のＥＣＭの場合の平均的なノイズレベルが４０ｄＢｍＶであったのに対して、本実施例のＥＣＭ２００の場合には８５ｄＢｍＶであった。また、音量の劣化度合いを加速試験により評価した結果、３０℃の温度条件で５年相当使用しても約２０％の変動しか生じないことが認められ、良好な結果を得た。

なお、本実施例では、樹脂基材１８１上に銅（Ｃｕ）薄膜からなる下層電極配線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄを形成したが、この銅（Ｃｕ）薄膜上にさらにニッケル（Ｎｉ）薄膜と金（Ａｕ）薄膜とからなる積層膜を形成すると、耐湿性がさらに改善されるので望ましい。また、銅（Ｃｕ）薄膜のかわりに、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着形成し、１８０℃、１０時間相当の加熱処理を行った後に、誘電体層１８４と抵抗層１８６ａ、１８６ｂとを形成してもよい。

また、樹脂基材１８１として、ガラスエポキシ基材に限定されることはなく、たとえばポリイミド基材を用いてもよい。さらに、エレクトレット誘電体フィルムとして、ポリフェニレンサルファイドのかわりに、同じ厚さのシンジオタクチックポリスチレンフィルムを用いてもよい。

さらに、誘電体層１８４として、ジビニルビフェニルモノマを塗布して電子線照射により硬化させた後、２４０℃で熱硬化させて用いてもよい。

また、本発明のＥＣＭは、第１電極膜と第２電極膜との間には、第１エレクトレット誘電体フィルムまたは第２エレクトレット誘電体フィルムの少なくとも一方が介在する構造とすることもできる。特に、第２エレクトレット誘電体フィルムは直接振動することがないので、エレクトレット化が容易になる。また、第２電極膜として厚みが５０μｍを超えるアルミニウム箔を用いた場合、アルミニウム蒸着膜と異なり、第２エレクトレット誘電体フィルムの熱収縮や速い冷却を気にすることなく、安定した分極処理を行うことができる。また、第１電極膜と第２電極膜間の体積が小さすぎて音声信号が歪む場合は、音圧を開放するために第２エレクトレット誘電体フィルムを小さくしたり、第２電極膜とを含めて貫通孔を設けて音圧を下方の外部に逃がす構造としてもよい。そのときの貫通孔は電子部品や電気配線のない領域部の配線基板を突き抜けてもよい。

本発明にかかるＥＣＭは、半導体素子を配置する空間を非常に小さくでき、かつ最短の配線長で接続が可能で、しかも固定電極から配線基板まで接続するための配線形成が不要となるので、薄型で、かつ組立て構成が容易なＥＣＭを実現できることから、携帯電話機等の用途に適用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるＥＣＭの断面図 同実施の形態におけるＥＣＭの分解斜視図 本発明の第２の実施の形態にかかるＥＣＭの断面図 同実施の形態のＥＣＭに用いられる補強板の斜視図 同実施の形態における変形例のＥＣＭの断面図 本発明の第３の実施の形態にかかるＥＣＭの断面図 同実施の形態のＥＣＭの固定電極の外観斜視図 本発明の実施例にかかるＥＣＭの断面図 同実施例におけるＥＣＭの配線基板上においてフィルタ回路を構成する形状を示す平面図 同実施例におけるＥＣＭの回路構成を説明する回路図 従来のＥＣＭ構成を説明するための断面図 同ＥＣＭの分解斜視図 同ＥＣＭの回路構成を説明する回路図

符号の説明

１，２２ ケース
１Ａ，２２Ａ，５６Ａ 開口部
２，２４ 面布
３，２６ 振動電極
４，２８ 電極リング
５，３６，５８，６６，８８ 固定電極
５Ａ，３２，５２，８２ 第２エレクトレット誘電体フィルム
５Ｂ，３４，６４ 金属板
６，３０，９２ スぺーサ
７，３８ 絶縁体
８，４６，９０ 半導体素子
９，４２，６０ コンデンサ
１０，４４，６２ 抵抗
１１，４０，８６，１４０ 配線基板
１２，４０Ａ，８６Ａ，８６Ｂ 電極配線
１３Ａ，１３Ｂ，１５，１６，４０Ｂ，８６Ｃ，１４６，１４８ 電極端子
２０，５０，７０，８０，２００ エレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）
４０Ｃ，８６Ｄ，１４２，１４４ 上下接続導体
４６Ａ，９０Ａ 入力端子
４６Ｂ，９０Ｂ 出力端子
５４，８４ 第２電極膜
５６ 補強板
１００ 第１の抵抗
１０５ 第２の抵抗
１８１ 樹脂基材
１８２ａ，１８２ｂ，１８２ｃ，１８２ｄ 下層電極配線
１８４ 誘電体層
１８５ａ，１８５ｂ 上部コンデンサ電極層
１９０ 第１のコンデンサ
１９５ 第２のコンデンサ
１８６ａ，１８６ｂ 抵抗層

Claims (8)

1. 第１電極膜が一方の表面に形成された第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極と、
   第２電極膜が一方の表面に形成された第２エレクトレット誘電体フィルムと前記第２エレクトレット誘電体フィルムを保持する保持板とを含み、前記第２エレクトレット誘電体フィルムの他方の表面が前記第１エレクトレット誘電体フィルムの他方の表面に対向するように配設された固定電極と、
   前記保持板に密接または間隙を有して配設された配線基板と、
   一方の表面に入力端子、他方の表面に出力端子がそれぞれ配設され、前記入力端子と前記出力端子とのそれぞれに突起電極が形成されたベアチップ構成の電気信号をインピーダンス変換し増幅する半導体素子とを含み、
   前記半導体素子が前記固定電極と前記配線基板との間に配設され、前記入力端子と前記固定電極、および前記出力端子と前記配線基板上の電極端子とがそれぞれ前記突起電極を介して接続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。
2. 前記固定電極の前記保持板は、前記第２電極膜と導通接合された金属板からなり、
   前記配線基板は、前記半導体素子の厚みより少なくとも大きな間隔を設けて配設され、
   前記半導体素子の前記入力端子が前記金属板に前記突起電極を介して接続され、前記出力端子が前記配線基板上の前記電極端子に前記突起電極を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 前記固定電極の前記保持板は、前記第２電極膜に接着され、かつ前記半導体素子を収納する形状の開口部が設けられた絶縁板からなり、
   前記配線基板は、前記絶縁板に密接して配設され、
   前記半導体素子が前記開口部に収納され、前記入力端子が前記第２電極膜に前記突起電極を介して接続され、前記出力端子が前記配線基板上の前記電極端子に前記突起電極を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 前記固定電極の前記保持板は、前記第２電極膜に導通接合された金属板を介して接着され、かつ前記半導体素子を収納する形状の開口部が設けられた絶縁板からなり、
   前記配線基板は、前記絶縁板に密接して配設され、
   前記半導体素子が前記開口部に収納され、前記入力端子が前記金属板に前記突起電極を介して接続され、前記出力端子が前記配線基板上の前記電極端子に前記突起電極を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
5. 前記半導体素子の前記入力端子の前記突起電極と前記固定電極とが導電性接着剤により接続されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
6. 前記半導体素子の前記入力端子の前記突起電極と前記固定電極とが圧接により電気的に接続されたことを特徴とする請求項２または請求項４に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
7. 第１電極膜が一方の表面に形成された第１エレクトレット誘電体フィルムからなる振動電極と、
   第２電極膜が一方の表面に形成され、半導体素子よりも少なくとも大きな開口部または切り欠き部を有する第２エレクトレット誘電体フィルムと、
   前記第２電極膜と導通接続され、前記開口部または前記切り欠き部まで延在された入力側電極端子と、前記開口部または前記切り欠き部に設けられた出力側電極端子とが形成された配線基板と、
   一方の面に入力端子と出力端子とが配設され、前記入力端子と前記出力端子とのそれぞれに突起電極が形成されたベアチップ構成の電気信号をインピーダンス変換し増幅する半導体素子とを含み、
   前記第２エレクトレット誘電体フィルムが前記配線基板に接着固定されるとともに、前記第２電極膜と前記入力側電極端子とが接続され、前記半導体素子の前記入力端子と前記配線基板の前記入力側電極端子、および前記出力端子と前記出力側電極端子とがそれぞれ接続され、前記第２エレクトレット誘電体フィルムの表面と前記第１エレクトレット誘電体フィルムの表面とが所定の間隔を有して対向する位置に配設された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。
8. 前記配線基板には、コンデンサ、抵抗およびインダクタから選択した一つ以上の電子部品で構成されるフィルタ回路が膜作製技術により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までいずれかに記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。

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