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JP4961362B2 - Measuring method of electric potential between both electrodes of electret capacitor - Google Patents

Measuring method of electric potential between both electrodes of electret capacitor Download PDF

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JP4961362B2 JP2008012786A JP2008012786A JP4961362B2 JP 4961362 B2 JP4961362 B2 JP 4961362B2 JP 2008012786 A JP2008012786 A JP 2008012786A JP 2008012786 A JP2008012786 A JP 2008012786A JP 4961362 B2 JP4961362 B2 JP 4961362B2
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Description

本発明は、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法に関し、特に、エレクトレットコンデンサが組み立てられた状態で、両極間の電位を非破壊で測定する方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor, and more particularly to a method for nondestructively measuring an electric potential between both electrodes in an assembled state of an electret capacitor.

図1は、エレクトレットコンデンサマイクロホン(振動板、スペーサおよび背極にて形成される機械式のマイクロホン)の構造の一例を説明するための断面図であり、(a)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの構造を示す断面図、(b)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに接続される電子部品の断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an example of the structure of an electret condenser microphone (mechanical microphone formed by a diaphragm, a spacer, and a back electrode). FIG. 1 (a) shows the structure of the electret condenser microphone. Sectional drawing shown, (b) is a sectional view of an electronic component connected to the electret condenser microphone.

図1(a)に示されるように、エレクトレットコンデンサマイクロホンは、金属のケース101の前面に前面板101aが一体に形成され、前面板101aに音孔107が形成され、前面板101aの内面の周縁部に金属製の振動板リング102が対接されるとともに電気的に接続され、その振動板リング102の前面板と反対の面に振動膜103が貼り付けられている。そのフィルムの一面に金属が蒸着され、その蒸着膜が振動板リング102に接して取り付けられている。   As shown in FIG. 1A, in the electret condenser microphone, a front plate 101a is integrally formed on the front surface of a metal case 101, a sound hole 107 is formed on the front plate 101a, and the periphery of the inner surface of the front plate 101a. The diaphragm plate 102 made of metal is in contact with and electrically connected to the part, and the diaphragm 103 is attached to the surface of the diaphragm ring 102 opposite to the front plate. Metal is deposited on one surface of the film, and the deposited film is attached in contact with the diaphragm ring 102.

その振動膜103にスペーサ104を介して、背極105に近接対向され、背極105は筒状の背極保持体106の前面に保持されている。背極保持体106の内部で構成される背室110内にインピーダンス変換用IC素子109が配され、そのIC素子の入力端子109aは背極と接続され、出力端子109bはケースの背面から突出され、ケースの背面を塞ぐ配線基板108の配線に接続される。配線基板108の背面にケースの後方端子部が折り曲げられて、内部の各部が前面板101aに押し付けられて全体が固定される。   The vibrating membrane 103 is closely opposed to the back electrode 105 via the spacer 104, and the back electrode 105 is held on the front surface of the cylindrical back electrode holder 106. An impedance conversion IC element 109 is arranged in a back chamber 110 configured inside the back electrode holder 106, an input terminal 109a of the IC element is connected to the back electrode, and an output terminal 109b protrudes from the back of the case. The wiring is connected to the wiring of the wiring board 108 that closes the back of the case. The rear terminal portion of the case is bent on the back surface of the wiring board 108, and the internal portions are pressed against the front plate 101a to be fixed as a whole.

背極105には、FEP等のエレクトレット材が融着されており、そのエレクトレット材をエレクトレット化することにより、背極−振動膜間に電位Vgが発生する。なお、参照符号120は接続用部品であり、参照符号120aはバネ接点であり、参照符号120bは接続用部品筐体であり、参照符号121は、ゴムブッシュである。   An electret material such as FEP is fused to the back electrode 105, and the electret material is converted into an electret, whereby a potential Vg is generated between the back electrode and the vibrating membrane. Reference numeral 120 is a connection part, reference numeral 120a is a spring contact, reference numeral 120b is a connection part housing, and reference numeral 121 is a rubber bush.

図1(a)のマイクロホンに音信号が入力されると、振動板およびスペーサおよび背極で形成されたコンデンサの静電容量や損失が変化し、電圧信号としてインピーダンス変換用IC素子109に入力され、インピーダンス変換された電気信号が、出力端子109bを介して出力される。インピーダンス変換用IC109から出力された信号は、スルーホール111を介して配線パターンに出力される。ここで、マイクロホン感度は、背極105−振動膜103間の電位Vgに比例するため、両極間電位Vgの測定技術は、安定したVgを供給するために必要な技術となり、したがって、精密でばらつきの少ない感度のエレクトレットマイクロホンの製造のための、重要技術となっている。   When a sound signal is input to the microphone of FIG. 1A, the capacitance and loss of the capacitor formed by the diaphragm, the spacer, and the back pole change, and are input to the impedance conversion IC element 109 as a voltage signal. The electric signal subjected to impedance conversion is output via the output terminal 109b. The signal output from the impedance conversion IC 109 is output to the wiring pattern through the through hole 111. Here, since the microphone sensitivity is proportional to the potential Vg between the back electrode 105 and the vibrating membrane 103, the measurement technique of the potential Vg between both electrodes becomes a technique necessary for supplying stable Vg, and therefore is precise and varies. It is an important technology for manufacturing electret microphones with low sensitivity.

従来のVgの測定方法としては、特許文献1に示すように、Vgを測定する代わりに、背極105の表面電位を測定するのが一般的であり、マイクロホン作成時には、背極の表面電位を制御することによって、所望の感度のマイクロホンを作成していた。   As a conventional method of measuring Vg, as shown in Patent Document 1, instead of measuring Vg, it is common to measure the surface potential of the back electrode 105. When creating a microphone, the surface potential of the back electrode is measured. By controlling, a microphone having a desired sensitivity was created.

また、近年、MEMS(微小電気機械システム)技術を用いてシリコン基板を加工することによって形成されるエレクトレットコンデンサマイクロホンも登場している(例えば、特許文献2参照)。   In recent years, an electret condenser microphone formed by processing a silicon substrate using MEMS (micro electro mechanical system) technology has also appeared (for example, see Patent Document 2).

図2は、シリコン基板を加工することによって形成された音響トランスデューサを搭載したマイクロホンの断面構造を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a microphone on which an acoustic transducer formed by processing a silicon substrate is mounted.

図2において、配線基板404上に音響トランスデューサ300と、インピーダンス変換IC200が実装されている。参照符号400はケース、参照符号402はケース側面板である。   In FIG. 2, an acoustic transducer 300 and an impedance conversion IC 200 are mounted on a wiring board 404. Reference numeral 400 is a case, and reference numeral 402 is a case side plate.

インピーダンス変換IC200は、信号出力端子204aと信号入力端子204bを備え、各端子204a,204bは、例えば、半田202により配線基板404上の配線パターンに接続されている。   The impedance conversion IC 200 includes a signal output terminal 204a and a signal input terminal 204b, and the terminals 204a and 204b are connected to a wiring pattern on the wiring board 404 by, for example, solder 202.

また、音響変換トランスデューサ300は、シリコン基板300と、空孔(音孔)304が設けられた第1電極(例えば、シリコンからなる)302と、第2電極(例えば、シリコン酸化膜からなる)307と、を備え、第1電極302と第2電極307は、所定のエアギャップ306を隔てて対向して設けられている。参照符号308は、エアギャップを形成するスペーサ(例えば、金属からなる)であり、参照符号309はボンディングワイヤである。   The acoustic transducer 300 includes a silicon substrate 300, a first electrode (for example, made of silicon) 302 provided with holes (sound holes) 304, and a second electrode (for example, made of a silicon oxide film) 307. The first electrode 302 and the second electrode 307 are provided to face each other with a predetermined air gap 306 therebetween. Reference numeral 308 is a spacer (for example, made of metal) that forms an air gap, and reference numeral 309 is a bonding wire.

また、配線基板404には、スルーホール312a,312bが設けられている。配線基板404の裏面には、グランド配線パターン314aと信号配線パターン314bが形成されている。   The wiring board 404 is provided with through holes 312a and 312b. A ground wiring pattern 314 a and a signal wiring pattern 314 b are formed on the back surface of the wiring substrate 404.

図2に示されるような、MEMS技術を用いて製造されるエレクトレットコンデンサマイクロホンは、例えば、特許文献2に記載されている。   An electret condenser microphone manufactured by using the MEMS technology as shown in FIG. 2 is described in Patent Document 2, for example.

特開平6-313782号公報(第5頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 6-313782 (page 5, FIG. 1) 特開平2005−183437号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-183437

しかしながら、特許文献1に記載される従来の表面電位測定方法においては、マイクロホンが組みあがった状態での測定は不可能である。   However, in the conventional surface potential measurement method described in Patent Document 1, measurement with a microphone assembled is impossible.

さらに、図2に示されるような、半導体製造プロセスにより作成された音響トランスデューサ(音響−電気変換素子)を搭載したエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、例えば、第2電極にエレクトレット材を用いた場合は、第2電極(例えば、シリコン酸化膜)に印加された表面電位を測定する際、シリコンからなる第1電極が障害物となってしまい、非破壊でかつ正確に表面電位測定することは難しくなり、同様に、第1電極をエレクトレット材とした場合でも、今度は第2電極が障害物となり、したがって、非破壊でかつ正確に表面電位測定することは難しい。   Furthermore, in an electret condenser microphone mounted with an acoustic transducer (acoustic-electric conversion element) created by a semiconductor manufacturing process as shown in FIG. 2, for example, when an electret material is used for the second electrode, the second When measuring the surface potential applied to an electrode (for example, a silicon oxide film), the first electrode made of silicon becomes an obstacle, making it difficult to measure the surface potential non-destructively and accurately. Even when the first electrode is an electret material, this time, the second electrode becomes an obstacle, and therefore it is difficult to measure the surface potential accurately in a non-destructive manner.

本発明は、前記実情に基づいてなされたものであり、その目的は、エレクトレットコンデンサの2極間の電位を、エレクトレットコンデンサが組みあがった状態で、かつ、非破壊で測定することを可能とすることにある。   The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and the object thereof is to measure the potential between the two electrodes of the electret capacitor in a state where the electret capacitor is assembled and non-destructively. There is.

本発明のエレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法は、振動板と、この振動板に対向して配置される固定極とを備え、かつ、前記振動板および前記固定極のいずれかがエレクトレット化されたエレクトレット材であるエレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法であって、前記振動板と前記固定極との間にバイアス電圧を掃引印加しながら、前記振動板と前記固定極との間の静電容量および損失を測定する第1のステップと、その測定された静電容量および損失と前記バイアス電圧値との関係に基づいて、前記振動板と前記固定極との間の電位を同定する第2のステップと、を含む。   A method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor according to the present invention includes a diaphragm and a fixed pole disposed opposite to the diaphragm, and one of the diaphragm and the fixed pole is electretized. A method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor that is an electret material, wherein a bias voltage is swept and applied between the diaphragm and the fixed electrode, while an electrostatic potential between the diaphragm and the fixed electrode is measured. A first step of measuring capacitance and loss, and a second step of identifying a potential between the diaphragm and the fixed pole based on a relationship between the measured capacitance and loss and the bias voltage value Steps.

組み立てられた状態のエレクトレットコンデンサの両極にバイアス電圧を印加し、その電圧値を線形的に変化させると、それに伴って両極間の静電容量および損失が変化する。ここで、エレクトレットコンデンサの一極は、エレクトレット材(永久的電気分極をもつ素材)からなっているため、両極間に電位Vgが生じているため、その静電容量および損失の変化の挙動は、一極がエレクトレット化されていないときと比べて異なるものとなる。その静電容量および損失の変動の挙動は、エレクトレット化により生じた電位Vgと密接に関連するため、測定された静電容量および損失と、そのとき印加されているバイアス電圧値との関係に基づいて、両極間(すなわち、振動板と固定極との間)の電位を同定することが可能となる。さらに静電容量および損失に基づくことで、いずれか一方による電位の同定よりも正確な測定が可能である。   When a bias voltage is applied to both poles of the electret capacitor in an assembled state and the voltage value is linearly changed, the capacitance and loss between both poles change accordingly. Here, since one pole of the electret capacitor is made of an electret material (a material having permanent electric polarization), a potential Vg is generated between the two poles. This is different from when one pole is not electretized. Since the behavior of the variation in capacitance and loss is closely related to the potential Vg generated by electretization, it is based on the relationship between the measured capacitance and loss and the bias voltage value applied at that time. Thus, it is possible to identify the potential between both poles (that is, between the diaphragm and the fixed pole). Further, based on capacitance and loss, more accurate measurement than potential identification by either one is possible.

また、本発明のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法の一態様では、前記第1のステップにおいて、前記静電容量を測定する際の周波数を共振周波数の1/8以上1/4以下とする。   Moreover, in one aspect of the method for measuring the potential between both electrodes of the electret capacitor of the present invention, in the first step, the frequency when measuring the capacitance is set to 1/8 or more and 1/4 or less of the resonance frequency. .

静電容量および損失の測定周波数を共振周波数の1/8以上1/4以下、つまり低周波とすることで、測定周波数における各ピーク値が顕著に出現しやすいため、正確な電位測定が可能である。したがって、エレクトレットコンデンサの両極間電位を、非破壊で正確に測定することができる。   By setting the measurement frequency of capacitance and loss to 1/8 or more and 1/4 or less of the resonance frequency, that is, a low frequency, each peak value at the measurement frequency tends to appear remarkably, so accurate potential measurement is possible. is there. Therefore, the potential between both electrodes of the electret capacitor can be accurately measured in a non-destructive manner.

また、本発明のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法の他の態様では、前記第1のステップにおいて、前記静電容量を測定する際、オシレータ電圧のレベルを0.05V以上となるように設定する。   In another aspect of the method for measuring a potential between both electrodes of the electret capacitor according to the present invention, in the first step, the oscillator voltage level is set to 0.05 V or more when measuring the capacitance. To do.

オシレータ電圧が小さすぎる場合にはノイズの影響を大きく受ける。上記構成によれば、静電容量および損失を測定する際のオシレータ電圧レベルを0.05V以上となるように設定することで、ノイズの影響を受けずに電位測定することが可能となる。したがって、エレクトレットコンデンサの両極間電位を、非破壊で正確に測定することができる。   When the oscillator voltage is too small, it is greatly affected by noise. According to the above configuration, the potential can be measured without being affected by noise by setting the oscillator voltage level when measuring the capacitance and loss to be 0.05 V or more. Therefore, the potential between both electrodes of the electret capacitor can be accurately measured in a non-destructive manner.

また、本発明のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法の他の態様では、前記第1のステップにおいて、前記静電容量を測定する際に、当該エレクトレットコンデンサを真空状態または13.332Pa以下の減圧状態で測定する。   Further, in another aspect of the method for measuring a potential between both electrodes of the electret capacitor of the present invention, when measuring the capacitance in the first step, the electret capacitor is in a vacuum state or a reduced pressure of 13.332 Pa or less. Measure in state.

真空状態または減圧状態で電位測定と大気圧で電位測定とを比較すると、例えば測定周波数20kHzや50kHzの場合に、真空状態または減圧状態での電位測定の方が静電容量および損失のピーク値が顕著に出やすい。したがって、エレクトレットコンデンサを真空状態または13.332Pa以下の減圧状態で測定することで、エレクトレットコンデンサの両極間電位を、非破壊で正確に測定することができる。   Comparing the potential measurement in the vacuum state or the reduced pressure state with the potential measurement in the atmospheric pressure, for example, when the measurement frequency is 20 kHz or 50 kHz, the potential measurement in the vacuum state or the reduced pressure state has a peak value of capacitance and loss. Remarkably easy to come out. Therefore, by measuring the electret capacitor in a vacuum state or a reduced pressure state of 13.332 Pa or less, the potential between both electrodes of the electret capacitor can be accurately measured in a non-destructive manner.

本発明の電位測定によれば、マイクロホンに組みあがった状態でのエレクトレットコンデンサの2極間電位を、非破壊で測定することができる。   According to the potential measurement of the present invention, the potential between the two electrodes of the electret capacitor in a state assembled with the microphone can be measured nondestructively.

したがって、マイクロホンが組み上がった状態におけるエレクトレット材の帯電量を精度良く求めることができ、これによって、エレクトレット化時の最適な条件出しや製造プロセス条件を最適化することが可能となる。   Therefore, it is possible to accurately obtain the electrification amount of the electret material in a state where the microphone is assembled, and thereby it is possible to optimize the conditions for producing the electret and to optimize the manufacturing process conditions.

したがって、精密でばらつきの少ない高感度のエレクトレットコンデンサマイクロホンの製造が可能となる。   Therefore, it is possible to manufacture a highly sensitive electret condenser microphone that is precise and has little variation.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態における測定方法を実施するための基本構成を示す図である。本実施形態では、大気圧下での測定を想定している。
(First embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration for carrying out the measurement method according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the measurement under atmospheric pressure is assumed.

図示されるように、第1電極(固定極)302とエレクトレット化済みの第2電極(振動膜)306とにより構成されたエレクトレットコンデンサ300の両極に対し、掃引バイアス電圧発生器500を接続してバイアス電圧Vbを掃引印加し、同時に、静電容量損失測定器600によって2極間の静電容量および損失を測定する。   As shown in the figure, a sweep bias voltage generator 500 is connected to both poles of an electret capacitor 300 composed of a first electrode (fixed pole) 302 and a second electrode (vibration membrane) 306 that has been electretized. The bias voltage Vb is swept applied, and at the same time, the capacitance and loss between the two electrodes are measured by the capacitance loss measuring device 600.

エレクトレットコンデンサ300は、振動板と、この振動板に対向して配置される固定極とを備え、かつ、振動板および固定極のいずれかがエレクトレット化されたエレクトレット材である。   The electret capacitor 300 is an electret material that includes a diaphragm and a fixed pole that is disposed to face the diaphragm, and either the diaphragm or the fixed pole is electretized.

図4は、本発明の第1の実施形態における静電容量測定により得られる静電容量(C)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の静電容量−バイアス電圧特性である。図4では、測定周波数を10kHz、20kHz、50kHz、80kHz、100kHz、150kHz、および200kHzとして測定している。また、図4では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は例えば80kHzである。図4より、測定周波数10kHzもしくは20kHz等の低周波の場合に静電容量の最大値(ピーク)が顕著に出やすいことが理解できる。これは、高周波の場合にはエレクトレットコンデンサ300の共振周波数に近づき、本特性の波形が乱れてしまうためである。このように、静電容量を測定する際の周波数はエレクトレットコンデンサ300の共振周波数のおよそ1/8以上1/4以下とすることが好ましい。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of capacitance (C) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by capacitance measurement according to the first embodiment of the present invention. This characteristic is a capacitance-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. In FIG. 4, the measurement frequencies are 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 80 kHz, 100 kHz, 150 kHz, and 200 kHz. Moreover, in FIG. 4, the resonant frequency of the electret capacitor 300 is, for example, 80 kHz. From FIG. 4, it can be understood that the maximum value (peak) of the electrostatic capacitance is likely to be noticeable when the measurement frequency is low, such as 10 kHz or 20 kHz. This is because in the case of a high frequency, the resonance frequency of the electret capacitor 300 approaches and the waveform of this characteristic is disturbed. Thus, it is preferable that the frequency when measuring the electrostatic capacitance be approximately 1/8 or more and 1/4 or less of the resonance frequency of the electret capacitor 300.

次に、図5は、本発明の第1の実施形態における損失測定により得られる損失(D)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の損失−バイアス電圧特性である。図5では、測定周波数を10kHz、20kHz、50kHz、80kHz、100kHz、150kHz、および200kHzとして測定している。また、図5では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図5より、測定周波数10kHzもしくは20kHz等の低周波の場合に損失の最大値(ピーク)が顕著に出やすいことが理解できる。これは、高周波の場合にはエレクトレットコンデンサ300の共振周波数に近づき、本特性の波形が乱れてしまうためである。このように、損失を測定する際の周波数はエレクトレットコンデンサ300の共振周波数のおよそ1/8以上1/4以下とすることが好ましい。   Next, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of loss (D) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by loss measurement in the first embodiment of the present invention. This characteristic is a loss-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. In FIG. 5, the measurement frequencies are 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 80 kHz, 100 kHz, 150 kHz, and 200 kHz. Moreover, in FIG. 5, the resonance frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 5, it can be understood that the maximum value (peak) of the loss tends to be noticeable when the measurement frequency is low, such as 10 kHz or 20 kHz. This is because in the case of a high frequency, the resonance frequency of the electret capacitor 300 approaches and the waveform of this characteristic is disturbed. Thus, it is preferable that the frequency for measuring the loss is about 1/8 to 1/4 of the resonance frequency of the electret capacitor 300.

なお、エレクトレットコンデンサ300の静電容量Cおよび損失Dには、図6(a)のように、コンデンサ300が電界コンデンサである場合の静電容量Csおよび損失Dsや、図6(b)のように、コンデンサ300が電界コンデンサである場合の静電容量Cpおよび損失Dpがある。どちらにも本発明を適用可能である。   The electrostatic capacity C and loss D of the electret capacitor 300 include the electrostatic capacity Cs and loss Ds when the capacitor 300 is an electric field capacitor, as shown in FIG. 6A, and as shown in FIG. 6B. In addition, there are a capacitance Cp and a loss Dp when the capacitor 300 is an electric field capacitor. The present invention can be applied to both.

上記では、静電容量Cや損失Dに基づいて2極間電位を同定する方法について説明したが、|Z|(インピーダンス)、|Y|(アドミタンス)、θ(位相)、R(レジスタンス)、X(リアクタンス)、G(コンダクタンス)、B(サセプタンス)、L(インダクタンス)などに基づいて、2極間電位を同定するようにしてもよい。   In the above description, the method of identifying the potential between two electrodes based on the capacitance C and the loss D has been described. However, | Z | (impedance), | Y | (admittance), θ (phase), R (resistance), The potential between the two electrodes may be identified based on X (reactance), G (conductance), B (susceptance), L (inductance), and the like.

例えば、L、|Z|、Yのθなどは、静電容量の逆数と比例関係にあるので、ピークがした向きピークとなる。また、R、X、G、B、|Y|、Zのθなどは、静電容量と同様の特性がある。   For example, L, | Z |, Y of Y, and the like are proportional to the reciprocal of the electrostatic capacitance, and thus become peak peaks. Further, R, X, G, B, | Y |, Z of Z, and the like have the same characteristics as the capacitance.

(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態における測定方法を実施するための基本構成を示す図である。本実施形態では、真空下(または減圧下)での測定および大気圧下での測定を想定している。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a basic configuration for carrying out the measurement method according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, measurement under vacuum (or reduced pressure) and measurement under atmospheric pressure are assumed.

図7による測定では、図1による測定と同様に、第1電極(固定極)302とエレクトレット化済みの第2電極(振動膜)306とにより構成されたエレクトレットコンデンサ300の両極に対し、掃引バイアス電圧発生器500を接続してバイアス電圧Vbを掃引印加し、同時に、静電容量損失測定器600によって2極間の静電容量および損失を測定する。ただし、図7では、エレクトレットコンデンサ300は真空チャンバ内に配置されており、真空内測定を行うことが可能となっている。   In the measurement according to FIG. 7, as in the measurement according to FIG. 1, the sweep bias is applied to both poles of the electret capacitor 300 configured by the first electrode (fixed pole) 302 and the second electrode (vibration membrane) 306 that has been electretized. The bias voltage Vb is swept and applied by connecting the voltage generator 500, and at the same time, the capacitance and loss between the two electrodes are measured by the capacitance loss measuring device 600. However, in FIG. 7, the electret capacitor 300 is disposed in the vacuum chamber and can perform in-vacuum measurement.

図8は、本発明の第2の実施形態における静電容量測定により得られる静電容量(C)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の静電容量−バイアス電圧特性である。図8では、大気圧下で測定周波数20kHzとした場合の特性と真空下で測定周波数20kHzとした場合の特性を示している。また、図8では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図8より、この場合には大気圧下よりも真空下において静電容量の最大値(ピーク)が顕著に出やすいことが理解できる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a capacitance (C) -bias voltage (DC bias) characteristic obtained by capacitance measurement according to the second embodiment of the present invention. This characteristic is a capacitance-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. FIG. 8 shows characteristics when the measurement frequency is 20 kHz under atmospheric pressure and characteristics when the measurement frequency is 20 kHz under vacuum. Moreover, in FIG. 8, the resonant frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 8, it can be understood that in this case, the maximum value (peak) of the electrostatic capacitance is more likely to appear significantly under vacuum than under atmospheric pressure.

図9は、本発明の第2の実施形態における静電容量測定により得られる静電容量(C)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の静電容量−バイアス電圧特性である。図9では、大気圧下で測定周波数50kHzとした場合の特性と真空下で測定周波数50kHzとした場合の特性を示している。また、図9では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図9より、この場合には大気圧下よりも真空下において静電容量の最大値(ピーク)が顕著に出やすいことが理解できる。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of capacitance (C) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by capacitance measurement according to the second embodiment of the present invention. This characteristic is a capacitance-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. FIG. 9 shows characteristics when the measurement frequency is 50 kHz under atmospheric pressure and characteristics when the measurement frequency is 50 kHz under vacuum. In FIG. 9, the resonance frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 9, it can be understood that in this case, the maximum value (peak) of the electrostatic capacitance is more likely to be generated under vacuum than under atmospheric pressure.

図10は、本発明の第2の実施形態における静電容量測定により得られる静電容量(C)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の静電容量−バイアス電圧特性である。図10では、大気圧下で測定周波数80kHzとした場合の特性と真空下で測定周波数80kHzとした場合の特性を示している。また、図10では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図10より、大気圧下よりも真空下において静電容量の最大値(ピーク)が顕著に出やすいが、例えばバイアス電圧−20V付近において波形が大きく変動していることが理解できる。これは、測定周波数80kHzの場合に振動膜306が共振してしまうためである。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of capacitance (C) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by capacitance measurement according to the second embodiment of the present invention. This characteristic is a capacitance-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. FIG. 10 shows characteristics when the measurement frequency is 80 kHz under atmospheric pressure and characteristics when the measurement frequency is 80 kHz under vacuum. In FIG. 10, the resonance frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 10, it can be understood that the maximum value (peak) of the electrostatic capacitance is more prominent in the vacuum than in the atmospheric pressure, but the waveform largely fluctuates in the vicinity of the bias voltage of −20V, for example. This is because the vibration film 306 resonates when the measurement frequency is 80 kHz.

図8〜図10に示したように、測定周波数が共振周波数の例えば±10%外である場合には、真空下において所望の静電容量−バイアス電圧特性が得られ、上記関係性が例えば±10%内である場合には、真空下において所望の静電容量−バイアス電圧特性が得られないことが有りえる。ただし、図10に示した振動膜306の共振の場合だけでなく、固定膜で形成される固定極302の共振周波数(140〜150kHz)や、振動膜306および固定膜で形成される固定極302それぞれの2次モード以降の共振周波数付近においても、真空下において所望の静電容量−バイアス電圧特性が得られないことがある。   As shown in FIGS. 8 to 10, when the measurement frequency is outside ± 10% of the resonance frequency, for example, a desired capacitance-bias voltage characteristic is obtained under vacuum, and the above relationship is, for example, ± If it is within 10%, the desired capacitance-bias voltage characteristics may not be obtained under vacuum. However, not only in the case of the resonance of the vibration film 306 shown in FIG. 10, the resonance frequency (140 to 150 kHz) of the fixed pole 302 formed of the fixed film, or the fixed pole 302 formed of the vibration film 306 and the fixed film. Even in the vicinity of the resonance frequency after each secondary mode, a desired capacitance-bias voltage characteristic may not be obtained under vacuum.

また、図11は、本発明の第2の実施形態における損失測定により得られる損失(D)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の損失−バイアス電圧特性である。図11では、大気圧下で測定周波数20kHzとした場合の特性と真空下で測定周波数20kHzとした場合の特性を示している。また、図11では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図11より、この場合には大気圧下よりも真空下において損失の最大値(ピーク)が顕著に出やすいことが理解できる。   FIG. 11 is a diagram showing an example of loss (D) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by loss measurement in the second embodiment of the present invention. This characteristic is a loss-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. FIG. 11 shows characteristics when the measurement frequency is 20 kHz under atmospheric pressure and characteristics when the measurement frequency is 20 kHz under vacuum. Moreover, in FIG. 11, the resonant frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 11, it can be understood that in this case, the maximum value (peak) of the loss is more likely to occur under vacuum than under atmospheric pressure.

図12は、本発明の第2の実施形態における損失測定により得られる損失(D)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の損失−バイアス電圧特性である。図12では、大気圧下で測定周波数50kHzとした場合の特性と真空下で測定周波数50kHzとした場合の特性を示している。また、図12では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図12より、この場合には大気圧下よりも真空下において損失の最大値(ピーク)が顕著に出やすいことが理解できる。   FIG. 12 is a diagram showing an example of loss (D) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by loss measurement in the second embodiment of the present invention. This characteristic is a loss-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. FIG. 12 shows characteristics when the measurement frequency is 50 kHz under atmospheric pressure and characteristics when the measurement frequency is 50 kHz under vacuum. In FIG. 12, the resonance frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 12, it can be understood that in this case, the maximum value (peak) of the loss is more likely to occur under vacuum than under atmospheric pressure.

図13は、本発明の第2の実施形態における損失測定により得られる損失(D)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。本特性は、振動膜306がエレクトレット化されている場合の損失−バイアス電圧特性である。図13では、大気圧下で測定周波数80kHzとした場合の特性と真空下で測定周波数80kHzとした場合の特性を示している。また、図13では、エレクトレットコンデンサ300の共振周波数は80kHzである。図13より、大気圧下よりも真空下において損失の最大値(ピーク)が顕著に出やすいが、例えばバイアス電圧−20V付近において波形が大きく変動していることが理解できる。これは、測定周波数80kHzの場合に振動膜306が共振してしまうためである。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of loss (D) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by loss measurement in the second embodiment of the present invention. This characteristic is a loss-bias voltage characteristic when the vibrating membrane 306 is electretized. FIG. 13 shows characteristics when the measurement frequency is 80 kHz under atmospheric pressure and characteristics when the measurement frequency is 80 kHz under vacuum. In FIG. 13, the resonance frequency of the electret capacitor 300 is 80 kHz. From FIG. 13, it can be understood that although the maximum value (peak) of the loss is more prominent under vacuum than under atmospheric pressure, for example, the waveform fluctuates greatly in the vicinity of the bias voltage of −20V. This is because the vibration film 306 resonates when the measurement frequency is 80 kHz.

図11〜図13に示したように、測定周波数が共振周波数の例えば±10%外である場合には、真空下において所望の損失−バイアス電圧特性が得られ、上記関係性が例えば±10%内である場合には、真空下において所望の損失−バイアス電圧特性が得られないことが有りえる。ただし、図13に示した振動膜306の共振の場合だけでなく、固定膜で形成される固定極302の共振周波数(140〜150kHz)や、振動膜306および固定膜で形成される固定極302それぞれの2次モード以降の共振周波数付近においても、真空下において所望の損失−バイアス電圧特性が得られないことがある。   As shown in FIGS. 11 to 13, when the measurement frequency is outside the resonance frequency, for example, ± 10%, a desired loss-bias voltage characteristic is obtained under vacuum, and the above relationship is, for example, ± 10%. If it is within the range, a desired loss-bias voltage characteristic may not be obtained under vacuum. However, not only in the case of the resonance of the vibration film 306 shown in FIG. 13, the resonance frequency (140 to 150 kHz) of the fixed pole 302 formed of the fixed film, and the fixed pole 302 formed of the vibration film 306 and the fixed film. Even in the vicinity of the resonance frequency after each secondary mode, a desired loss-bias voltage characteristic may not be obtained under vacuum.

ところで、静電容量の測定において、オシレータ電圧についても変化させて測定が行なわれている。図14は、本発明の第2の実施形態における静電容量の測定により得られる静電容量(C)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。ここでは、オシレータ電圧とは、測定時に両電極間つまり固定極302と振動膜306に印加される電圧の交流成分を指す。   By the way, in the measurement of capacitance, the oscillator voltage is also changed and measured. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of capacitance (C) -bias voltage (DC bias) characteristics obtained by measuring capacitance according to the second embodiment of the present invention. Here, the oscillator voltage refers to an AC component of a voltage applied to both electrodes, that is, the fixed electrode 302 and the vibrating membrane 306 at the time of measurement.

図14の測定は大気圧下で行なわれたものであり、オシレータ電圧を10mV、50mVとして測定が行なわれている。図14より、10mVでの測定時にはノイズの影響を強く受け、50mVでの測定時にはノイズの影響をあまり受けないことが理解できる。   The measurement in FIG. 14 was performed under atmospheric pressure, and the measurement was performed with the oscillator voltage set at 10 mV and 50 mV. From FIG. 14, it can be understood that noise is strongly influenced when measured at 10 mV, and that noise is hardly affected when measured at 50 mV.

さらに、損失測定においても、同様に、図15で示すようにオシレータ電圧を変化させて測定が行なわれている。図15は、本発明の第2の実施形態における損失の測定により得られる損失(D)−バイアス電圧(DC bias)特性の一例を示す図である。   Further, also in the loss measurement, the measurement is performed by changing the oscillator voltage as shown in FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a loss (D) -bias voltage (DC bias) characteristic obtained by measuring the loss in the second embodiment of the present invention.

図15の測定は大気圧下で行なわれたものであり、オシレータ電圧を10mV、50mVとして測定が行なわれている。図15より、10mVでの測定時にはノイズの影響を強く受け、50mVでの測定時にはノイズの影響をあまり受けないことが理解できる。   The measurement in FIG. 15 was performed under atmospheric pressure, and the measurement was performed with the oscillator voltage set at 10 mV and 50 mV. From FIG. 15, it can be understood that noise is strongly influenced when measured at 10 mV, and that noise is hardly affected when measured at 50 mV.

このように、より正確に静電容量および損失の測定を行なうためには、オシレータ電圧を0.05V以上とすることが望ましい。   Thus, in order to more accurately measure capacitance and loss, it is desirable that the oscillator voltage be 0.05 V or higher.

なお、図14の静電容量の測定および図15の損失測定では、大気圧下において、オシレータ電圧が低すぎるとノイズの影響を受けやすくなることを説明したが、これは真空中においても同様のことが言える。   In the capacitance measurement in FIG. 14 and the loss measurement in FIG. 15, it has been explained that if the oscillator voltage is too low at atmospheric pressure, it is easily affected by noise. I can say that.

なお、本実施形態においては、真空状態の代わりに減圧状態(例えば13.332Pa(=0.1Torr)以下の状態)で測定を行うようにしてもよい。   In the present embodiment, measurement may be performed in a reduced pressure state (for example, a state of 13.332 Pa (= 0.1 Torr) or less) instead of a vacuum state.

上記第1および第2の実施形態では、半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサ(例えば図2)を使用したエレクトレットコンデンサマイクロホンの場合を想定して説明した。機械式のエレクトレットコンデンサマイクロホン(例えば図1)へ本実施形態を適用することも考えられるが、半導体プロセスにより作成された音響トランスデューサを使用したエレクトレットコンデンサマイクロホンへの適用が望ましい。   The first and second embodiments have been described assuming the case of an electret condenser microphone using an acoustic transducer (for example, FIG. 2) created by a semiconductor process. Although the present embodiment can be applied to a mechanical electret condenser microphone (for example, FIG. 1), it is desirable to apply the present embodiment to an electret condenser microphone using an acoustic transducer produced by a semiconductor process.

以上説明したように本発明によれば、マイクロホンに組みあがった状態でのエレクトレットコンデンサの2極間電位を、非破壊で測定することができる。   As described above, according to the present invention, the potential between the two electrodes of the electret capacitor in the state assembled with the microphone can be measured nondestructively.

したがって、マイクロホンが組み上がった状態におけるエレクトレット材の帯電量を精度良く求めることができ、これによって、エレクトレット化時の最適な条件出しや製造プロセス条件を最適化することが可能となる。   Therefore, it is possible to accurately obtain the electrification amount of the electret material in a state where the microphone is assembled, and thereby it is possible to optimize the conditions for producing the electret and to optimize the manufacturing process conditions.

したがって、精密でばらつきの少ない高感度のエレクトレットコンデンサマイクロホンの製造が可能となる。   Therefore, it is possible to manufacture a highly sensitive electret condenser microphone that is precise and has little variation.

本発明は、マイクロホンに組み上がった状態でのエレクトレットコンデンサの2極間電位を非破壊で測定することを可能とするという効果を奏し、したがって、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of enabling non-destructive measurement of the potential between the two electrodes of the electret capacitor in a state assembled in a microphone, and is therefore useful as a method for measuring the potential between both electrodes of the electret capacitor. .

エレクトレットコンデンサマイクロホン(振動板、スペーサおよび背極にて形成される機械式のマイクロホン)の構造の一例を説明するための断面図であり、(a)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの構造を示す断面図、(b)は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに接続される電子部品の断面図It is sectional drawing for demonstrating an example of the structure of an electret condenser microphone (mechanical microphone formed with a diaphragm, a spacer, and a back pole), (a) is sectional drawing which shows the structure of an electret condenser microphone, (B) is sectional drawing of the electronic component connected to an electret condenser microphone シリコン基板を加工することによって形成された音響トランスデューサを搭載したマイクロホンの断面構造を示す図The figure which shows the cross-section of the microphone carrying the acoustic transducer formed by processing a silicon substrate 本発明の第1の実施形態における測定方法を実施するための基本構成を示す図The figure which shows the basic composition for enforcing the measuring method in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における測定により得られる静電容量−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the electrostatic capacitance-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における測定により得られる損失−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the loss-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態におけるエレクトレットコンデンサの静電容量および損失の一例を説明するための図The figure for demonstrating an example of the electrostatic capacitance and loss of the electret capacitor | condenser in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定方法を実施するための基本構成を示す図The figure which shows the basic composition for enforcing the measuring method in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における測定により得られる静電容量−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the electrostatic capacitance-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる静電容量−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the electrostatic capacitance-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる静電容量−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the electrostatic capacitance-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる損失−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the loss-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる損失−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the loss-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる損失−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the loss-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる静電容量−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the electrostatic capacitance-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における測定により得られる損失−バイアス電圧特性の一例を示す図The figure which shows an example of the loss-bias voltage characteristic obtained by the measurement in the 2nd Embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

101 ケース
101a 前面板
102 振動板リング
103 振動膜
104 スペーサ
105 背極
106 背極保持体
107 音孔
108 配線基板
109 インピーダンス変換用IC
109a インピーダンス変換用ICの入力端子
109b インピーダンス変換用ICの出力端子
110 背室
111 スルーホール
120 接続用部品
120a バネ接点
120b 接続用部品筐体
121 ゴムブッシュ
130 実装対象部品
130a 接続用部品の入力端子
200 インピーダンス変換用IC
202 半田
204a インピーダンス変換用ICの入力端子
204b インピーダンス変換用ICの出力端子
300 エレクトレットコンデンサ(組み上がった状態)
302 第一電極
304 空孔(音孔)
306 エアギャップ
307 第二電極
308 スペーサを兼ねる接合材
309 ボデンィングワイヤ
310 シリコン基板
312a,312b スルーホール
314a グランド配線パターン
314b 信号配線パターン
400 ケース
402 ケース側面板
404 配線基板
500 掃引電圧印加装置
600 静電容量損失測定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Case 101a Front plate 102 Diaphragm ring 103 Vibration membrane 104 Spacer 105 Back pole 106 Back pole holding body 107 Sound hole 108 Wiring board 109 Impedance conversion IC
109a Impedance conversion IC input terminal 109b Impedance conversion IC output terminal 110 Back chamber 111 Through hole 120 Connection component 120a Spring contact 120b Connection component casing 121 Rubber bush 130 Mounting target component 130a Connection component input terminal 200 IC for impedance conversion
202 Solder 204a Impedance conversion IC input terminal 204b Impedance conversion IC output terminal 300 Electret capacitor (assembled state)
302 First electrode 304 Hole (sound hole)
306 Air gap 307 Second electrode 308 Joining material also serving as spacer 309 Boding wire 310 Silicon substrate 312a, 312b Through hole 314a Ground wiring pattern 314b Signal wiring pattern 400 Case 402 Case side plate 404 Wiring board 500 Sweep voltage application device 600 Static Capacitance loss measuring instrument

Claims (4)

振動板と、この振動板に対向して配置される固定極とを備え、かつ、前記振動板および前記固定極のいずれかがエレクトレット化されたエレクトレット材であるエレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法であって、
前記振動板と前記固定極との間にバイアス電圧を掃引印加しながら、前記振動板と前記固定極との間の静電容量および損失を測定する第1のステップと、
その測定された静電容量および損失と前記バイアス電圧値との関係に基づいて、前記振動板と前記固定極との間の電位を同定する第2のステップと、
を含むことを特徴とする、エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring an electric potential between both electrodes of an electret capacitor, which is an electret material having an oscillating plate and a fixed pole disposed opposite to the oscillating plate, and one of the oscillating plate and the fixed pole being electretized Because
A first step of measuring a capacitance and a loss between the diaphragm and the fixed pole while sweeping and applying a bias voltage between the diaphragm and the fixed pole;
A second step of identifying a potential between the diaphragm and the fixed pole based on a relationship between the measured capacitance and loss and the bias voltage value;
A method for measuring the electric potential between both electrodes of an electret capacitor.
請求項1に記載のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法であって、
前記第1のステップにおいて、前記静電容量および損失を測定する際の周波数を共振周波数の1/8以上1/4以下とする
エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring a potential between both electrodes of the electret capacitor according to claim 1,
In the first step, the frequency at which the capacitance and loss are measured is set to 1/8 or more and 1/4 or less of the resonance frequency.
請求項1に記載のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法であって、
前記第1のステップにおいて、前記静電容量および損失を測定する際、オシレータ電圧のレベルを0.05V以上となるように設定する
エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring a potential between both electrodes of the electret capacitor according to claim 1,
In the first step, when measuring the capacitance and loss, the level of the oscillator voltage is set to be 0.05 V or more.
請求項1に記載のエレクトレットコンデンサの両極間の電位測定方法であって、
前記第1のステップにおいて、前記静電容量および損失を測定する際に、当該エレクトレットコンデンサを真空状態または13.332Pa以下の減圧状態で測定する
エレクトレットコンデンサの両極間電位の測定方法。
A method for measuring a potential between both electrodes of the electret capacitor according to claim 1,
In the first step, when the capacitance and loss are measured, the electret capacitor is measured in a vacuum state or a reduced pressure state of 13.332 Pa or less.
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