专利名称：电容式麦克风及制造这种电容式麦克风的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有改进的防水能力和改进的电屏蔽效果的电容式麦克风和用于制造这种电容式麦克风的方法。
背景技术：
由于驻极体电容式麦克风的结构简单、紧凑和合理的制造成本，驻极体电容式麦克风被广泛的应用。最近，驻极体电容式麦克风被使用在蜂窝电话和其它便携式音频设备中。因此，存在进一步减少驻极体电容式麦克风的尺寸和提高驻极体电容式麦克风的性能和可靠性的不断增长的需要。为了迎合这个需要，日本专利申请公开号11-088992提出了一种电容式麦克风，其中依序堆积半导体芯片、导电层或背电极、驻极体、间隔物和可移动膈膜。
具体参考图5，部分显示一种电容式麦克风，一般以30标示。电容式麦克风30包含半导体芯片31，其具有作为阻抗转换器和放大器的FET。半导体层32被真空沉积在半导体芯片31上。介电层或驻极体33层形成在导电层32上。间隔物34被印刷在驻极体33的外周边缘。可移动膈膜35被固定至间隔物34且与驻极体33结合形成工作间隙或空气腔36。
半导体芯片31、导电层32、驻极体33、间隔物34和可移动膈膜35集中形成麦克风单元37。壳体38由陶瓷制造并且罩住麦克风单元37。壳体38具有一个前端壁、后端壁和在前端壁和后端壁之间伸展的外周壁。多个声音进入口38a形成在壳体38的前端壁。纤维或布39被固定在壳体的前端壁。半导体芯片31包括两个端子或导线31a、31b。两个导线31a、31b延伸穿过壳体38的后端壁且被固封在其中。
如上所述，半导体芯片31和所有其他主要元件被集成在一小单元中。这种布置能够使电容式麦克风30可被价钱低廉地以批量生产标准制造。
公开号为2003-230195的日本专利申请公开了一种电容式麦克风，其中壳体用作抑制电噪声进入该壳体的电屏蔽，麦克风单元被包含在壳体内部。具体参考图6，部分显示一种包含金属壳体41的电容式麦克风40。壳体41具有前端壁43和从前端壁43延伸的圆柱体侧壁44。多个声音入口42延伸通过壳体41的前端壁43。壳体41的前端壁43作为一个固定电极。壳体41在其内表面形成驻极体45。设置在壳体41内部的是一个环形电绝缘间隔物46、被支撑在支撑环47上且作为一个可移动电极的电导体可移动隔膜48和圆柱体导电环49。
壳体41具有开口的后端，在其中布置印刷电路板51。多个电子元件50譬如FET被表面封装在印刷电路板51的内表面。印刷电路板51在其外周具有导电层或接地部分51a。侧壁44的下端被径向向内弯曲形成一个弯曲端44a。弯曲端44a与接地部分51a接触以提供壳体41和接地部分51a之间的电连接。这种布置使壳体41的内部和壳体41的外部电绝缘。滤波器52被固定至壳体41的前端壁43的外表面，并且由无纺纤维、布和其他材料制造。壳体41的前端壁43和可移动隔膜48集中构造一个电容器。使用这种结构，当隔膜48响应穿过声音进入口42的入射声音压力波而被振动或偏转时，在壳体41的前端壁43和可移动隔膜48之间发生电容量改变。使用电子元件50，这种电容量改变被转换成阻抗，然后从端子51b被输出作为电信号。端子51b形成在印刷电路板51的外表面。
再者，金属壳体41的接地部分51a和弯曲端44a被连接，以使麦克风单元的内部电绝缘。因此，电容式麦克风40能够阻止电噪声进入麦克风的内部，从而提供相对低的信噪比。
公开号为11-088992的日本专利申请中所示的电容式麦克风30具有的问题是，如果在壳体的侧壁和后端壁之间及壳体的后端壁中的通孔和如图5中虚箭头所示的相应导线31a、31b之间有间隙，水就可以进入壳体38的内部。在进入后，水可氧化可移动隔膜35的表面。显而易见，这种氧化对可移动隔膜35的敏感性和频率特性有不利影响。在可移动隔膜被构造具有多个穿孔(未显示)的情况下，这个问题变得尤其严重。在这种情况下，水甚至可流过可移动隔膜35的后侧。这进一步恶化了可移动隔膜的敏感性和频率特性。间隙还产生其他问题。声音压力波正常地通过声音入口38a进入壳体38，并且引起可移动隔膜35的振动或偏转。如果间隙形成在如图5所示的壳体38中，声音压力波可通过间隙进入壳体38的内部。这改变了麦克风的方向性且对麦克风的频率特性有不利影响。
公开号为2003-230195的日本专利申请中所示的电容式麦克风40也存在缺陷。若灰尘或水滴被附着在壳体41的弯曲端44a和印刷电路板51的接地部分51a之间，则其间的电连接可被损坏。如果这种情况出现，壳体41和印刷电路板51的接地部分51a将得到一个高阻抗，并且壳体41将不再起到电屏蔽的作用。因此，电噪声(或突发噪声)将自由进入壳体及明显降低麦克风的性能。
因此，本发明的目的是克服前述缺陷及提供一种可靠的电容式麦克风，该电容式麦克风能够防止水进入麦克风的内部、也防止声音压力波通过不同于预定声音进入口的麦克风部分进入麦克风的壳体且能够保持麦克风的敏感性、频率特性和方向性。本发明的另一目的是提供一种高性能的电容式麦克风，其可展示高级别的电屏蔽效果。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供一种电容式麦克风，其包括一麦克风单元；和一为包围麦克风单元以机械保护麦克风单元的形状的壳体，其中壳体具有一前端壁和从前端壁延伸的周边壁，其中麦克风单元包括一具有被定位面向壳体的前端壁前面和后面的环形挡板，一具有前面、后面和附着至环形挡板的后面的外周边沿的可移动隔膜，可移动隔膜被设置为面对壳体的前端壁且响应穿过壳体的前端壁的入射声音压力波而偏转，一具有在可移动隔膜的外周边附着至可移动隔膜的后面的前面和后面的环形间隔物，一连接至环形间隔物的后面的基片，基片包括在其上具有驻极体且面对可移动隔膜定位的背电极，以及背电极可操作地与可移动隔膜相关联，以提供一个具有可变电容量的电容器和一连接至基片且包括用于响应可变电容量产生电信号的电子元件的印刷电路板，以及其中麦克风单元被安装在壳体内以使环形挡板被密封保持在壳体的前端壁。
相对于常规电容式麦克风，本发明的电容式麦克风可阻止灰尘和水通过麦克风的后端进入麦克风单元，否则，这将恶化可移动隔膜的性能，还大致上阻止通过麦克风的后端的入射声音压力波的进入。
在一个实施例中，印刷电路板包括接地端，以及麦克风单元进一步包含通过其环形挡板被密封保持在壳体的前端壁的导电连接部件和用于内部连接环形挡板、可移动隔膜和环形间隔物的导电粘接剂层。环形挡板和环形间隔物是导电的，以及壳体由金属材料制造且通过导电连接部件、环形挡板、可移动隔膜和环形间隔物电连接印刷电路板的接地端。
这种布置有效地阻止了灰尘进入麦克风单元。
优选地，导电连接部件由导电粘接剂制造。还优选的是壳体的前端壁包括至少一个声音入口，以及电容式麦克风进一步包括附着至壳体的前端壁的一侧的防水防尘过滤器，相对于所述麦克风单元且被固定以覆盖至少一个声音入口。
依据本发明的另一方面，提供一种用于制造电容式麦克风的方法，其包括准备一个具有前端壁和具有连接至前端壁的前端的外周壁及开口后端的壳体，通过一个在另一个上堆积环形挡板、可移动隔膜、环形间隔物、基片和印刷电路板准备一个麦克风单元，基片包括面对可移动隔膜定位、在其上具有驻极体且与可移动隔膜相关联工作的背电极，以构造一个具有可变电容量的电容器，印刷电路板包含用于响应可变电容量产生电信号的电子元件，以及通过壳体的外周壁的开口后端将电子单元插入壳体，同时保持所述环形挡板在麦克风单元的前面且使用连接部件密封连接环形挡板至壳体的前端壁。
在一个实施例中，在麦克风单元被插入壳体之前，连接部件被布置在环形挡板上。优选地，连接部件由热固定材料制造，且在连接部件被压向壳体的前端壁之后加热该连接部件。
本发明的优点如上所述，本发明能够阻止通过不同于声音进入口的麦克风部分的水进入麦克风和声音压力波的进入。本发明因此提供一种可靠的电容式麦克风，其阻止麦克风的敏感性和频率特性的恶化。同样，导电部件提供一种在壳体和麦克风单元的地之间的安全电连接。本发明因此提供一种高性能的电容式麦克风，其有效地阻止电噪声进入麦克风。
结合附图，根据本发明中优选实施例的下面说明，本发明的上面和其它目的、特征和优点将是显而易见的。
图1是依据本发明优选实施例的一种电容式麦克风的截面图；图2是图1中所示的麦克风单元的透视分解图；图3是示出将麦克风单元组装进壳体内的方法的透视图；图4是示出一个使用在电容式麦克风中的电路例子的示意图；图5是一个常规电容式麦克风的截面图；和图6是另一个常规电容式麦克风的截面图。
具体实施例方式
现在参考附图，说明本发明。图1是依据本发明优选实施例的一种电容式麦克风的截面图。图2是电容式麦克风的透视分解图。图3是示出将麦克风单元组装进壳体内的方法的透视图。图4是示出一个使用在电容式麦克风中的电路例子的示意图。
图1显示依据本发明构造的一种电容式麦克风，通常使用1标示。电容式麦克风1包括通常为矩形的平行管状的金属壳体2。壳体2具有前端壁2a和开口后端2b。多个声音进入口3被定义在壳体2的前端壁2a，以允许声音压力波进入壳体2。麦克风单元通过壳体的开口后端2b被插入壳体2，这在后面说明。响应入射声音压力波，可移动隔膜4振动或偏转。可移动隔膜4是以由聚苯硫醚、聚苯萘甲醛、聚酰亚胺和类似的树脂材料形成的薄膜。在可移动隔膜4上真空沉积导电层。挡板5搁置在可移动隔膜4的上表面。
基片6由玻璃环氧对脂和类似材料制造且包括背电极6a。背电极6a是设置在基片6的前表面上的铜膜形式。介电层或驻极体6b被布置在背电极6a上。间隔物7被布置在可移动隔膜4的下面且沿可移动隔膜4的外周延伸。间隔物7与挡板5结合以使可移动隔膜4保持在适当位置。间隔物7使可移动隔膜4和背电极6a分开一预定距离。背电极6a和可移动隔膜4集中形成一电容器。挡板5和间隔物7优选由导电材料制造。在说明的实施例中，间隔物7和基片6均是分离部件。本发明不限于这个实施例。例如，间隔物7可与基片6一起整体形成。
印刷电路板8由玻璃环氧树脂和类似材料制造。作为阻抗转换器和其它电子元件9的FET被表面封装至印刷电路板8。形成在印刷电路板8的后侧的是接地端8a和电子元件9的输出端8b。接地端8a和输出端8b是由铜制造的导电层形式。电子元件9具有电路，这在后面说明。基片6具有腔6c，在其中定位电子元件9。本发明不限于这种布置。作为替换例，基片6可是后板形式，以及印刷电路板8可具有凹面部分以容纳电子元件9。因此为了说明，挡板5、可移动隔膜4、间隔物7、基片6和印刷电路板8被一个在一个之上堆积，以形成麦克风单元10。
通过壳体2的开口后端2b将麦克风单元10插入壳体2内部。导电层或部件11设置在挡板5上。导电部件11被夹在挡板5和壳体2前端壁的内表面2c之间，以使麦克风单元10保持在壳体2内的适当位置。壳体2包围麦克风单元10且用于机械保护麦克风单元10。导电部件11优选由合适的材料譬如导电膏剂、各向异性导电膜和导电垫圈制造。防水防尘板12被固定至壳体2的前端壁2a，以覆盖声音进入口3。
如较早指出的，水或灰尘，如果通过声音进入口3或壳体2的后端2b和印刷电路板8之间的间隙13可能进入壳体2，然后附着在隔膜4的表面，则可能恶化电容式麦克风1的敏感性和频率特性。依据本发明，防尘板12阻止了水或灰尘通过声音进入口3进入麦克风单元10。同样，导电部件11阻止了水或灰尘通过间隙13进入壳体。更具体地，水和灰尘，在通过间隙13进入电容式麦克风1之后，在壳体2侧壁的内表面2d和基片6的侧表面6d之间移动。然后水和灰尘到达壳体2前端壁的内表面2c和挡板5之间。
然而，当导电部件11牢固地使挡板5保持与壳体2前端的内表面2c紧密接触时，不管用何种方法，水长灰尘不能进入麦克风单元10。本发明可因此提供一种高可靠的电容式麦克风。当电容式麦克风1被安装在电子设备内的具体位置时，声音压力波能够通过间隙13进入壳体2。在这种情况下，导电部件11有效地阻止这样的入射声音压力波到达可移动隔膜4。从而，电容式麦克风1能够阻止其方向性和频率特性的恶化，不论麦克风在电子设备内的何种位置。有利地，当挡板5和间隔物7均由导电材料制造时，壳体2可通过导电部件11被电连接至印刷电路板8的接地端8a。这样，壳体2可使麦克风单元10与壳体2的外面电绝缘。电屏蔽效果和电容式麦克风的电路将在后面参考图4说明。
图2说明了麦克风单元10的详细结构和该麦克风被细装的方法。如图所示，以挡板5、可移动隔膜4、间隔物7、基片6和印刷电路板8的一个堆积在另一个上的方式构造麦克风单元10。挡板5具有一个开口5a，通过该开口5a，下面的可移动隔膜4露出至麦克风单元10的外面。当导电部件11搁置在挡板5的上表面时，导电部件11围绕挡板5的开口5a。同样，当麦克风单元1被安装在壳体2内部时，导电部件11提供壳体2的前端壁的内表面2c和挡板5之间的紧密密封。在说明的实施例中，导电部件11是环形形状。可选择地，导电部件11可在挡板5的整个表面上延伸，除了定义开口5a的地方。这样，电容式麦克风具有改进的防灰尘和防水的能力。
间隔物7位于可移动隔膜4的下面，并且与挡板5相结合，以可靠地使可移动隔膜4保持在适当的位置。间隔物7具有中心开口7a，以使可移动隔膜4面对基片6的背电极6a。可移动隔膜和固定的背电极集中构成一个电容器。背电极6a和驻极体6b在形状上优选圆形，尽管它们可以采用其他形状。印刷电路板8位于麦克风单元10的最下面部分。在所有电子元件9被表面封装在其中之后，印刷电路板8被组装至基片6。在说明的实施例中，电容式麦克风单元10具有通常的矩形平行管状形状。本发明不限于此。例如，电容式麦克风单元10可具有圆柱体形状。可以理解，麦克风单元10的组装需要机械连接和电连接。因此，优选的是，导电粘接剂或类似的试剂被用于堆积和固定麦克风元件。
图3示意性示出将麦克风单元10安装在壳体2内的方法。如上说明，挡板5、可移动隔膜4、间隔物7、基片6和印刷电路板8集中形成麦克风单元10。在完成麦克风单元10的组装之前或之后，可在挡板5上布置导电部件11。
完成组装后，麦克风单元10通过其后端2b被插入壳体2。理想的是，为了将导电部件11安装在紧密接触壳体2的前端壁的内表面2c，使用一个工具(未显示)在使麦克风单元10移向壳体2的前端壁的方向上施加力。同样，理想的是，在导电部件11由热固定材料制造的地方，导电部件11被加热至一合适的温度。在使麦克风单元10与壳体2紧紧接触时，完成了电容式麦克风1的组装。
为了更牢固地将麦克风单元10固定至壳体2，壳体2的后端2b可向内弯曲。作为一个选择例，间隙13(见图1)可被填充适当的模制材料。应当注意的是，在麦克风单元10被安装在壳体2内之前或之后，防尘板12可被安全地保持在壳体2的前端壁2a上。
图4说明电容式麦克风1的电路的一个例子。一个FET(场效应晶体管)9a形成电子元件9的部分。该FET 9a包括连接至地(图4中显示为“GND”)的源端S和连接至印刷电路板8的输出端8b的漏端D。印刷电路板8的接地端8b被接地。接地端8b和输出端8b提供了麦克风输出。电阻器9b形成电子元件9的部分。FET 9还包含栅端G。电阻器9b提供栅端G和地之间的电连接。电容器被以14标示，且由可移动隔膜4和背电极6a组成。背电极6a具有导电层(未显示)且通过导电层被连接至FET 9的栅端G。其它电极或可移动隔膜4通过导电间隔物7和背电极6的导电层被连接至印刷电路板9以及地。
挡板5(见图1)被紧紧地保持在可移动隔膜4，如以前说明的，并因此接地。因这个连接，壳体2通过导电部件11还被接地。应当注意的是，导电部件11不仅通过提供麦克风单元10和壳体2之间的机械连接阻止了水和灰尘进入麦克风单元10，还通过将壳体2电接地将麦克风单元10电屏蔽。
现在，再次参考图4详细说明麦克风电路的工作。当通过声音入口3传递声音压力波时，可移动隔膜4偏转。这引起可移动隔膜4和背电极6a之间的电容量的变化。这种电容量变化被传递给栅端G，作为电势的变化。FET9a放大不同电势且提供穿过漏端D的电信号。然后，从输出端8b输出电信号。金属壳体2，通过导电部件11重新被接地，以使用壳体2电屏蔽麦克风单元10。因此，本发明能够提供一种具有改进的电屏蔽效果和低信噪比的高性能电容式麦克风。
综上所述，导电部件11使麦克风单元10紧密接触壳体2的内表面2c。这种布置阻止了水和灰尘进入麦克风单元10，并防止声音压力波通过不同于声音入口的壳体部分进入隔膜。因此，本发明提供了一种可靠的电容式麦克风，其防止了该麦克风的敏感性和频率特性的恶化，并阻止了该麦克风方向性的改变。导电部件11还提供了壳体2和麦克风的地之间的可靠电连接，以使用壳体2电屏蔽电容式麦克风1。因此，本发明提供了一种高性能电容式麦克风，其阻止电噪声进入麦克风单元。应当注意的是，电容式麦克风不限于图4中所示的一种，而是可采用任意其他形式。
权利要求
1.一种电容式麦克风包括一麦克风单元；和一壳体，其形状包围所述麦克风单元以机械保护所述麦克风单元，所述壳体具有一前端壁，所述麦克风单元包括一环形挡板，具有一个被定位面向所述壳体的所述前端壁的前面，以及一个后面；一可移动隔膜，其具有前面、后面和附着至所述环形挡板的所述后面的外周边沿，所述可移动隔膜被设置为面对所述壳体的所述前端壁且响应穿过所述壳体的所述前端壁的入射声音压力波而振动；一环形间隔物，其具有在所述可移动隔膜的外周边沿附着至所述可移动隔膜的所述后面的一个前面，以及一个后面。一基片，其连接至所述环形间隔物的所述后面，所述基片包括在其上具有驻极体且面对所述可移动隔膜定位的背电极，所述背电极可操作地与所述可移动隔膜相关联以构造一个电容器，所述电容器具有可变电容量；和一印刷电路板，其连接至所述基片且包括用于响应所述可变电容量而产生电信号的电子元件，所述麦克风单元被安装在所述壳体内，以使所述环形挡板被密封保持在所述壳体的所述前端壁上。
2.依据权利要求1的电容式麦克风，其中所述印刷电路板包括接地端，以及所述麦克风单元进一步包含一个导电连接部件，通过该导电连接部件所述环形挡板被密封保持在所述壳体的所述前端壁的导电连接部件上，以及用于内部连接所述环形挡板、所述可移动隔膜和所述环形间隔物的导电粘接剂层，所述环形挡板和所述环形间隔物是导电的，所述壳体由金属材料制造且通过所述导电连接部件、所述环形挡板、所述可移动隔膜和所述环形间隔物电连接所述印刷电路板的所述接地端。
3.依据权利要求2的电容式麦克风，其中所述导电连接部件由导电粘接剂制造。
4.依据权利要求3的电容式麦克风，其中所述壳体的所述前端壁包括至少一个声音入口，所述电容式麦克风进一步包括附着至所述壳体的所述前端壁的一侧的防水防尘过滤器，相对于所述麦克风单元且被固定覆盖所述至少一个声音入口。
5.一种用于制造电容式麦克风的方法，包括准备壳体，所述壳体具有前端壁和具有连接至所述前端壁的前端的外周壁及开口的后端；通过一个在另一个上堆积环形挡板、可移动隔膜、环形间隔物、基片和印刷电路板准备麦克风单元，所述基片包括面对所述可移动隔膜定位且在其上具有驻极体的背电极，所述背电极可与所述可移动隔膜相关联工作以构造一个具有可变电容量的电容器，所述印刷电路板包含用于响应所述可变电容量而产生电信号的电子元件；和通过所述壳体的所述外周壁的所述开口后端将所述电子单元插入所述壳体，同时保持所述环形挡板在麦克风单元的前面且使用连接部件密封连接所述环形挡板至所述壳体的所述前端壁。
6.依据权利要求5的方法，其中在所述麦克风单元被插入所述壳体之前，将所述连接部件布置在所述环形挡板上。
7.依据权利要求6的方法，其中所述连接部件由热固定材料制造，在所述连接部件被压向所述壳体的所述前端壁之后加热所述连接部件。
全文摘要
一种电容式麦克风包含一壳体和布置在该壳体内部的一麦克风单元。麦克风单元包含一面向壳体的前端壁定位的环形挡板、一连接至环形挡板的可移动隔膜、一连接至环形挡板对面的可移动隔膜的一侧的环形间隔物、一包含面对所述可移动隔膜定位且在其上具有驻极体的背电极的基片和一具有电子元件的印刷电路板。背电极可操作地与所述可移动隔膜相关联以构造一个电容器。电容器具有可变电容量。印刷电路板的电子元件响应可移动隔膜和背电极之间电容量的改变而产生电信号。使用导电粘接剂使环形挡板密封保持在壳体的前端壁。
文档编号H04R31/00GK1802038SQ20051010739
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者田边阳久, 金丸厚史 申请人:株式会社西铁城电子