专利名称：有效利用空间并且不具有特性变化的电容麦克风的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种用于将由声压形成的静电容量的变化转换成电信号的电容麦克风。本发明尤其涉及一种有效地利用空间并且不具有特性变化的椭圆形电容麦克风，其中它的水平截面形成椭圆形，从而既防止对声压灵敏度的降低又在各种趋向于小而薄的电子产品中的每个中占用最小的内部空间。而且，本发明涉及一种有效利用空间并且不具有特性变化的椭圆形电容麦克风，其中圆形或椭圆形的突起部分，或圆形、三角形或矩形凹槽形成在该外壳的水平部分上，从而该外壳的平面度及膜片和后板之间的间隙被均匀地保持，因而防止了电容麦克风的特性的变化。
背景技术：
一般地，电容麦克风是一种利用平行板电容器的静电容量的变化的麦克风，其中后板被放置在一侧而导电膜片被放置在与后板相对的另一侧上。高直流(DC)电压通过数十KΩ的电阻施加到两个板之间。因此，由于声压的原因在两个板之间产生的间隙的变化以两个板之间的静电容量的变化的形式呈现，同时静电容量的变化被转换成电信号。
电容麦克风的频率特性几乎是平的直到30KHz的附近。该电容麦克风具有高保真度，但具有低输出。目前，该电容麦克风被广泛应用于移动通信终端，譬如移动电话和个人数字助理(PDAs)，及用于测量和广播的装置。
下面对这样一种电容麦克风的操作理论和原理进行描述。由于该电容麦克风的内部部件非常精密并且对外部电噪声很敏感，所以该内部部件被堆叠并被密封在一其中形成有声波入口的金属外壳内，以有效地防止灰尘，污染物或电噪声。
当声波通过声波入口施加到薄膜金属膜片上时，如果该膜片被振动，则会发生膜片和后板之间的距离的变化，即，由声波引起的距离的变化，同时通过将这种物理变化的现象转换成电形式，静电容量的变化可以被检测到。
一般地，由于该电容麦克风具有小静电容量和高电阻抗，所以该电容麦克风当直接与普通放大器相连时不能被使用，从而该电容麦克风通常在与场效应晶体管(FET)相连接时使用以匹配由放大器要求的输入阻抗，该场效应晶体管是一种阻抗转换元件。
在这种情况下，FET是一个由源极，栅极和漏极的三个终端构成的有源元件，其中在漏极和源极之间流动的电流根据栅极电势的改变而变化，从而FET构成静电电容麦克风系统(ECMs)的基本操作电路，于是，可以获得源于声波的电信号。电容麦克风要求好几百伏外部提供的DC电源，也就是极化电压。然而，该ECMs是一种非极性电容麦克风类型，其中金属被沉积在具有优良电荷积聚特性的高分子聚合物薄膜上并且该沉积有金属的高分子聚合物薄膜被用作膜片，或者高分子聚合物薄膜被附着到后板上，使得电荷被积聚于其上，从而使提供DC电源成为不必要的。
构成电容麦克风的各个部件，譬如外壳、膜片板、膜片、垫片(spacer)、后板、连接环、基片(base)和PCB，被分别制造以达到各自的特性要求。
在上面列出的部件中，围绕在该电容麦克风的外部，即，位于该电容麦克风的最外面的位置处的外壳被放置在一个单独的工作台上。此时，该外壳的敞开的部分朝向上面。该膜片板、膜片、垫片、后板、连接环、基片和PCB被顺序地容纳在放置在工作台上的外壳内，此后，该外壳的最上面的边缘利用一个单独的夹具被向内弯曲，因而完成该电容麦克风的制造过程。
然而，在向内弯曲该外壳的最上面边缘以固定容纳在外壳内的部件的过程中，向内和向下的压力不可避免地施加到外壳的最上面边缘上。施加的压力不仅作为使外壳的最上面边缘向内弯曲的力，而且作为沿着外壳的垂直部分传递到外壳的水平部分并引起外壳水平部分弯曲的力。
换言之，当外壳的上部被从外壳的侧面向内推时，一个向内的力被施加到外壳的上部，同时一个向外的力被施加到外壳的下部，从而发生具有单一平面形状的外壳水平部分的中心容易向下倾斜的现象，与此同时容纳在外壳内的膜片板、膜片、后板、连接环、基片和PCB向下或向上弯曲。
因此，初始设计的膜片和后板之间的间隙被改变，从而该电容麦克风的特性与初始设计的不同。也即，膜片和后板之间的间隙不能保持均匀，因此对从不同方向进入的声音有不同的响应。
此外，按照电子产品譬如移动电话和PDAs的小型化趋向，位于外壳内的部件的排列和配置已被改变和改进。然而，该外壳的水平截面始终保持圆形，因而电子产品的内部空间没有被有效地利用。
也即，在各个电子产品譬如移动电话或PDA内部形成的容许电容麦克风被放置在其中的空间，形成在该电子产品的末端以具有矩形形状，然而该电容麦克风的水平截面保持圆形形状，从而矩形形状的空间不能被有效地利用。特别地，由于该电容麦克风的水平截面的尺寸必须等于或大于某个特定尺寸以获得适当的对声波的响应灵敏度，该电容麦克风的直径的减少是有限的，从而在现有技术中不可能减少电子产品内由电容麦克风占据的空间。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电容麦克风，其中它的水平截面形成椭圆形状，从而它的水平截面，尤其膜片的水平截面在电容麦克风的直径没有增加的情况下被增大，因而极大地提高了对声压的灵敏度并在各种电子产品中占据最小的内部空间。特别地，本发明的目的是在提高电容麦克风特性的同时减少电容麦克风的大小。
此外，本发明的另一个目的是提供一种电容麦克风，其中圆形或椭圆形突起部分形成在外壳的水平部分的中心，与电容麦克风的外盖(outer cover)对应，或者具有三角形、矩形或弓形截面的凹槽形成在外壳的水平部分上，从而在制造电容麦克风的过程中尽管在进行卷曲步骤时施加了外部压力，但仍防止了外壳的水平部分下倾或向上或向下弯曲。
此外，本发明的另一个目的是提供一种电容麦克风，其中防止了外壳的水平部分的变形，从而容纳在外壳内的膜片板、膜片、垫片、后板、连接环、基片和PCB的变形能被防止，并且膜片和后板之间的间隙能被均匀地保持，因而防止了电容麦克风的特性的变化。
此外，本发明的另一个目的是提供一种电容麦克风，其中膜片和后板之间的间隙被均匀地保持，从而不管声音通过外壳的声音入口进入的方向如何都同样地响应从各个方向进入的声音。
此外，本发明的另一个目的是提供一种电容麦克风，其中声波入口和膜片之间的间隙形成得尽可能小，从而膜片能均匀地振动以响应低的环境声压，因而提高电容麦克风的响应灵敏度。
根据本发明的有效利用空间并且不具有特性变化的电容麦克风，特征在于包括金属外壳，具有椭圆形水平截面，具有声波入口在它的最下平面上穿孔的容器形状，并具有向内弯曲以固定部件的最上边缘；膜片板，位于该外壳内，保持外壳内的空间以使膜片受通过声波入口进入的声波振动，夹紧膜片的外部，并具有一个椭圆形的水平截面；膜片，位于膜片板上，受通过声波入口进入的声波振动，并且在膜片的整个表面上具有一个其上积聚有电荷的薄膜金属板；由绝缘材料制成的垫片，位于膜片上，保持膜片和后板之间的空气间隙以使膜片受声波振动；一个位于垫片上由绝缘材料制成的基片，在防止部件移动的同时支撑部件从而在外壳和后板之间及外壳和连接环之间保持绝缘，并防止整个结构的变形；在与膜片相对的后板的侧面上形成的薄膜形状的金属后板，其上积聚有电荷，具有多个通过其中的穿孔，具有一个椭圆形水平截面，并位于基片内侧以利用垫片与膜片保持规定的空气间隙；位于基片内和后板上的连接环，将匹配FET的栅极连接到后板；其上具有由导电材料制成的图案的PCB，被插入到外壳内以电连接到外壳和连接环，并具有一个椭圆形水平截面；及连接到PCB上的FET，将电势的变化转换和放大成电信号，电势的变化归因于膜片的振动引起的膜片和后板之间静电容量的变化。
根据本发明，外壳优选地具有4.2到4.8mm的长度L和2.5到3.1mm的宽度W。
根据本发明，优选地，电容麦克风还包括位于外壳下部的过滤器以防止灰尘，湿气或污染物通过声波入口进入外壳内部。
根据本发明，优选地，位置高于其周围的圆形或椭圆形突起部分形成在外壳的水平部分的中心。
根据本发明，优选地，具有三角形、矩形或弓形截面的凹槽形成在外壳的水平部分上，同时保持与外壳的垂直部分间隔预定的距离。
根据本发明，优选地，外壳的水平部分具有圆形或椭圆形状。
根据本发明，电容麦克风的水平截面被增大并形成椭圆形以相应于电子产品譬如移动电话或PDA的内部空间，从而尽管电容麦克风占用电子产品的最小的内部空间，但是对声压的灵敏度并没有降低，所以本发明是有效的。尤其，电容麦克风的灵敏度被提高并且它的尺寸被最小化，因而本发明能为高质量和小型化的移动通信终端和其内安装有这种电容麦克风的电子产品譬如移动电话和PDAs的实现作出贡献。
此外，根据本发明，位置比周围高的圆形或椭圆形突起部分形成在外壳的中心处以对应于电容麦克风的外部，或形成具有三角形、矩形或弓形形状的凹槽，从而因为在制造电容麦克风的过程中，尽管在完成卷曲步骤的同时施加了外力，但是仍防止了外壳的水平部分下倾或向上或向下弯曲，本发明是有效的。
此外，根据本发明，外壳的水平部分的变形被防止，从而容纳在外壳内的膜片板、膜片、垫片、后板、连接环、基片和PCB的变形被防止，因为膜片和后板之间的间隙被均匀地保持，因而防止了电容麦克风的特性变化，所以本发明是有效的。
此外，根据本发明，膜片和后板之间的间隙被均匀地保持，因而不管声音通过外壳的声音入口进入的方向如何，都同样地响应从各个方向进入的声音。
此外，根据本发明，声波入口和膜片之间的间隙尽可能小地形成，因为膜片能对由于低环境声压均匀地振动，从而提高了电容麦克风的响应灵敏度，所以本发明是有效的。
图1是表示根据本发明有效利用空间并且不具有特性变化的椭圆形电容麦克风的立体图；图2是表示根据本发明有效利用空间并且不具有特性变化的椭圆形电容麦克风的分解立体图；图3是表示要求焊接的PCB的一侧的平面图；图4是表示其上形成有图案的PCB的另一侧的仰视图；
图5是表示根据本发明有效利用空间并且不具有特性变化的椭圆形电容麦克风的剖视图；图6是表示根据本发明的一个实施例的外壳的立体剖视图；图7是表示具有图6中的外壳的电容麦克风的剖视图；及图8是表示根据本发明另一个实施例具有外壳的电容麦克风的剖视图。
具体实施例方式
图1是表示根据本发明的电容麦克风的立体图。在该电容麦克风中，膜片板、膜片、垫片、基片、后板、连接环和PCB 1被顺序地放入外壳8内，该外壳8是由金属譬如软黄铜制成的，其水平截面呈椭圆形或跑道形状的容器形状，并且随后外壳8的最上边缘向内弯曲并固定部件。
用于各种元件包括FET的焊接的图案形成在PCB 1的底部上，用于与电子产品的PCB电气连接的图案1a和1b形成在PCB 1的顶部上。在这种情况下，通孔形成在PCB 1上的原因是为了固定FET。
下面参照图2到5对电容麦克风的结构进行详细描述。
外壳8，其中通过位于图中外壳8的最底下位置处的水平部分形成有多个声音入口，具有椭圆形或跑道形状的水平截面，从而当安装到电子产品内时有效地利用譬如移动电话或PDA等电子产品的位于电子产品的末端部或角落的矩形空间，同时与传统电容麦克风相比保持或提高了灵敏度。
在这种情况下，外壳8的水平截面的尺寸，即，在纵向方向水平截面的长度L和它的宽度W分别被设定到4.2到4.8mm和2.5到3.1mm，从而电容麦克风的尺寸在不影响电容麦克风特性的情况下能被最小化。
至于容器形外壳8的材料，可以使用导电材料，譬如软黄铜，并且优选地，外壳8的表面首先用2到3μm的镍(Ni)电镀并用0.02到0.04μm的金(Au)二次电镀。
当然，容纳在外壳8内的膜片板7，膜片6，垫片5，基片4，后板3，连接环2和PCB 1具有像外壳8的椭圆形或跑道形水平截面，同时它们的水平截面的长度和宽度不大于外壳8的长度和宽度，从而使部件能被容纳在外壳8内。
位于如图所示的外壳8的水平表面上的环形(donut-shaped)膜片板7由金属材料譬如磷青铜制成，并在其表面上镀有2到3μm的镍。
特别地，由通过声波入口8a进入的声音振动的膜片6，即，其上积聚有电荷的薄膜金属板，被附着到膜片板7上，从而可以在将膜片6插入外壳8的过程中不受到损害的情况下使薄板形的膜片6保持平面状态。
换言之，膜片板7在与膜片6结合的时候插入到外壳8中，发挥着保持外壳8内的空间的作用，从而使膜片6被通过声音入口8a进入的声压(声波)振动，并起到夹紧膜片6的外部的作用从而保持膜片6平直。此外，膜片板7起到将膜片6电连接到外壳8的作用。
关于膜片6的材料，可以使用薄膜形金属板，即，金-聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)薄膜。
在图中位于膜片6上的垫片5由绝缘材料譬如聚酯薄膜制成，并保持膜片6与后板3之间的空气间隙，使得膜片6被振动。垫片5具有中心部分为空的圆环形状是很合理的，以保证该空间被用于膜片6的振动。
位于垫片5上的后板3是通过将黄铜材料制成的原料板形成具有多个穿孔3a的椭圆形或跑道形状而制成的。2到3μm的镍被镀到后板3的表面上，并且一个其中集聚电荷的薄膜被附着到与膜片6相对的后板3的底部3b上。
因此，由于膜片6和后板3的薄膜被排列成彼此相对，同时彼此相隔一定的空气间隙，该膜片6和后板3与普通电容器具有相同的结构。
当然，膜片6和后板3的构造和排列不局限于上述的情况，而是可以以各种类型实现，譬如后型(back type)、前型(front type)和箔型。
顺序地堆叠在后板3上的连接环2和PCB 1与膜片板7、膜片6、垫片5、基片4和后板3一起通过外壳8的向内弯曲的最上边缘8a被保持在插入到外壳8内的状态。
在这种情况下，由金属材料譬如黄铜制成的连接环2被首先镀上2到3μm的镍，然后用0.02到0.04μm的金(Au)进行二次电镀，并且连接环2起到将图中未示出的匹配FET的栅极电连接到后板3的作用。
由导电材料制成的用于与电子产品的PCB电连接的图案1a和1b形成在如图3所述的PCB 1的顶端，而用于各种元件包括FET的焊接的图案1g、1s和1d形成在如图4所示的PCB 1的底部。
在这种情况下，FET用于将对由膜片6的振动引起的膜片6和后板3之间的静电容量变化所致的电位变化转化并放大成电信号。此外，由绝缘材料譬如乙酰纤维或光纤制成的基片4位于垫片5之上，即，位于外壳8和后板3之间和外壳8于连接环2之间，在防止部件的移动并支撑部件的同时起到防止整个结构变形的作用，从而在外壳8和后板3之间及外壳8和连接环2之间(参照图5)保持绝缘。
此外，过滤器譬如无纺布被附着到声波入口8a通过其形成的外壳8的底部，从而防止湿气和污染物通过声音入口8a进入，并因此防止电容麦克风的特性受灰尘、湿气和污染物的影响。
图6是表示外壳8的一个例子。相同附图标记用于与图1到图5中相同的结构，且相同元件的详细说明被省略。
首先，相应于电容麦克风的外部的外壳8由导电材料譬如铝或铜制成，并电连接到终端譬如膜片板7或PCB 1的图案上以作为地线。多个用于声音进入的声波入口8a形成在外壳8的水平部分内。此外，位置比其周围高的突起部分10形成在声波入口8a外，即，在与外壳8的垂直部分间隔一预定距离处，且突起部分10适合于防止水平部分受外部压力变形。根据增强接地功能的需要，外壳8被镀上金(Au)或镍(Ni)。在完成后面将要描述的卷曲步骤之后，除了声波入口8a之外的部分用于防止声音从其外部进入电容麦克风的内部。
尤其，如图7所示，由于外壳8的水平部分的中心形成比周围高，膜片和外壳的声波入口8a之间的间隙小，使得膜片能灵敏地响应外部施加的声压。
如图7所示，膜片6被结合于其上的膜片板7、垫片5、后板3，连接环2、基片4和PCB 1被顺序地容纳在具有上述结构的外壳8内，同时完成将最上边缘8b向内弯曲的卷曲步骤。
图8是表示外壳8的另一个例子的剖视图，其中凹槽11代替图6和7中示出的突起部分10形成在在外壳8的水平部分上。
尽管如图6和7所示在制造电容麦克风时施加了外部压力，凹槽11防止外壳8，及其上结合有膜片6的膜片板7、垫片5、后板3、连接环2、基片4和PCB 1的变形或特性变化，凹槽11在保持与外壳8的垂直部分间隔预定的距离的同时以圆形形状形成在外壳8的水平部分上。
在这种情况下，形成在外壳8的水平部分上的凹槽11的垂直截面可以具有矩形、三角形或弓形形状。
此外，即使构成电容麦克风的部件譬如外壳、膜片板、膜片、垫片、后板、连接环、基片和PCB的水平截面具有各种形状譬如圆形或椭圆形，本发明也能取得相同的效果。当然，即使构成电容麦克风的部件的类型、尺寸和排列被改变，本发明也能取得相同的效果。
在图1到8的电容麦克风中，膜片6受通过声音入口8a进入的声波(声压)振动，因此膜片6和后板3之间的间隙被改变，从而膜片6和后板3之间的静电容量被改变。
因此，后板3的电势被改变以与声波相应然后输入到FET的栅极，从而从FET的源极流到FET的漏极的电流被放大以与声波相应。
以这样一种方式，电容麦克风能将通过声波入口8a进入的声波转换并放大成电信号。
工业实用性本发明涉及安装在家庭中使用的音响设备、各种广播和记录设备和数码相机上的麦克风，并收集声音或声波的技术。本发明能有助于高质量的小型且薄的装置的实现。
权利要求
1.一种有效利用空间并且不具有特性变化的电容麦克风，包括金属外壳，具有椭圆形水平截面，具有声波入口形成在其最下平面上的容器形状，及具有一个向内弯曲的最上边缘以固定部件；位于该外壳内的膜片板，保持外壳内的空间以使膜片受通过该声波入口进入的声波的振动，夹紧膜片的外部，并具有椭圆形水平截面；位于该膜片板上的膜片，受通过该声波入口进入的声波振动，并具有一个其上集聚有电荷的薄膜型金属板；由绝缘材料制成的垫片，位于该膜片上并保持膜片和后板之间的空气间隙以使膜片受声波振动；由绝缘材料制成的基片，位于垫片上，在防止部件移动的同时支撑部件，以使得在外壳和后板之间及外壳和连接环之间保持绝缘，并防止部件的结构变形；在后板与该膜片相对的一侧上形成薄膜形状的金属后板，其上集聚有电荷，具有多个穿过其中的穿孔，具有椭圆形水平截面，并位于该基片内以通过垫片与膜片保持一规定的空气间隙；连接环，位于该基片内和该后板上，并将匹配场效应晶体管(FET)的栅极连接到该后板上；其上具有由导电材料制成的图案的印刷电路板(PCB)，被插入到该外壳内以电连接到该外壳和连接环上，并具有一个椭圆形水平截面；及连接到该PCB上的FET，将由膜片的振动引起的膜片和后板之间的静电容量的变化导致的电势变化转换并放大成电信号。
2.如权利要求1所述的电容麦克风，其中该外壳具有4.2到4.8mm的长度L和2.5到3.1mm的宽度W。
3.如权利要求1所述的电容麦克风，还包括一个位于外壳下面的过滤器，以防止灰尘、湿气或污染物通过该声波入口进入该外壳的内部。
4.如权利要求1所述的电容麦克风，其中位置高于其周围的圆形或椭圆形突起部分形成在该外壳的水平部分的中心处。
5.如权利要求1所述的电容麦克风，其中具有三角形、矩形或弓形形状的凹槽在形成在该外壳的水平部分上，同时与该外壳的垂直部分保持一预定距离。
全文摘要
根据本发明，电容麦克风的部件的水平截面形成椭圆形或跑道形状，同时响应声压的膜片的面积被保持等于或大于一定的尺寸，从而防止对声压的灵敏度的减少并在各种倾向于小且薄的电子产品中占用最小的内部空间。此外，圆形突起部分形成在该外壳的水平部分的中心处，或具有弓形、三角形或矩形截面的凹槽形成在该外壳的水平部分上，从而该外壳的平面度和膜片与后板之间的间隙被均匀地保持，从而防止电容麦克风的特性的变化。
文档编号H04R7/04GK1596033SQ200410074608
公开日2005年3月16日 申请日期2004年9月7日 优先权日2003年9月8日
发明者金周筵 申请人:株式会社三富康姆尼克斯, 金周筵