JP4689542B2 - Membrane stiffness measuring apparatus and measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、コンデンサマイクロフォン等の静電型電気音響変換器における振動板の硬さ(スチフネス:stiffness)を測定する測定方法と、その測定装置に関し、特に、再現性の高い膜スチフネス測定方法を提供するものである。 The present invention relates to a measurement method for measuring the stiffness (stiffness) of a diaphragm in an electrostatic electroacoustic transducer such as a condenser microphone, and a measurement apparatus therefor, and in particular, provides a highly reproducible film stiffness measurement method. To do.
静電型電気音響変換器は、静電エネルギを仲介として、音を電気信号に変換したり、逆に、電気信号を音に変換したりする電気音響変換器である。エレクトレットコンデンサマイクロフォン(ECM)やエレクトレットコンデンサスピーカは、この静電型電気音響変換器に分類される。 An electrostatic electroacoustic transducer is an electroacoustic transducer that converts sound into an electric signal by using electrostatic energy as an intermediary, and conversely converts an electric signal into sound. An electret condenser microphone (ECM) and an electret condenser speaker are classified into this electrostatic electroacoustic transducer.
ECMは、小型化が可能であり、携帯電話に広く用いられている。従来のECMは、図6(b)に示すように、音孔15を有するケース17内に、金属導体等の振動板11と、エレクトレット膜13が形成された固定電極12と、回路素子が搭載されたプリント基板18とが配置されており、振動板11と固定電極12との間隔がスペーサ14で保持され、また、固定電極12とプリント基板18との間に背気室16が形成されている。
The ECM can be miniaturized and is widely used in mobile phones. As shown in FIG. 6B, the conventional ECM includes a
エレクトレット膜は、通常、FEP(フッ化エチレンプロピレン樹脂)を用いて形成され、与えられた電荷を保持し続ける。このECMでは、振動板11が音圧によって振動すると、振動板11と固定電極12とで構成される平板コンデンサの静電容量が変化し、電圧変化に変換されてECMから出力される。
The electret film is usually formed using FEP (fluorinated ethylene propylene resin), and keeps a given charge. In this ECM, when the
高分子フィルムであるFEPは、半永久的に電荷を保持する特性を持つが、高温に晒されると電荷保持特性が失われる。そのため、ECMは、半田のリフローでの実装を行うことが困難である。 FEP, which is a polymer film, has the property of retaining charge semipermanently, but loses its charge retention property when exposed to high temperatures. Therefore, it is difficult for the ECM to be mounted by solder reflow.
近年、リフロー可能な耐熱ECMを実現するため、シリコン基板に半導体プロセスで用いられている超精密加工技術を適用して、超小型のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイクロホンを製造する技術が開発されている。 In recent years, in order to realize a heat-resistant ECM that can be reflowed, a technology for manufacturing an ultra-small MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) microphone by applying an ultra-precision processing technique used in a semiconductor process to a silicon substrate has been developed. Yes.
図6(a)は、MEMSマイクロホン20の一例を示している。シリコン基板上には、半導体製造技術を用いて多数のマイクロホンチップが同時に作られ、最終的に個々に分割される。図6(a)は、分割された1つのマイクロホンチップの側面図を示している。このMEMSマイクロホン20は、シリコン基板21上に、第1の絶縁層22を介して、振動膜電極23とエレクトレット膜24とを有しており、また、その上に、第2の絶縁層25を介して、音孔27が形成された固定電極26を有している。また、振動膜電極23の背面には、シリコン基板21をエッチングして、背気室28が形成されている。
FIG. 6A shows an example of the MEMS
振動膜電極23は、導電性のポリシリコンで形成され、エレクトレット膜24は、窒化シリコン膜やシリコン酸化膜で形成され、また、固定電極26は、導電性のポリシリコンとシリコン酸化膜やシリコン窒化膜とを積層して形成されている。
The vibrating
このMEMSマイクロホン20では、振動膜電極23が音圧によって振動すると、振動膜電極23と固定電極26とで構成される平板コンデンサの静電容量が変化し、電圧変化として取り出される。
In the
ところで、マイクロホンやスピーカの製造現場では、製品の良、不良を識別するために振動膜の膜強さ(スチフネス)の測定が行われている。従来は、振動膜を振動させて、その変位の共振周波数を光干渉計で測定し、その値を次式(数1)に代入して膜スチフネスを算出している。
f0:振動膜の共振周波数 [Hz]
s0:膜強さ(スチフネス) [N/m]
m0:振動膜の質量 [kg]
である。
By the way, in manufacturing sites of microphones and speakers, measurement of film strength (stiffness) of a vibrating membrane is performed in order to identify good and defective products. Conventionally, the vibration membrane is vibrated, the resonance frequency of the displacement is measured with an optical interferometer, and the value is substituted into the following equation (Equation 1) to calculate the membrane stiffness.
f0: Resonance frequency of vibrating membrane [Hz]
s0: Film strength (stiffness) [N / m]
m0: Mass of vibrating membrane [kg]
It is.
質量m0は、振動膜の構造が決定されていれば一意的に導出することができる。そのため、膜スチフネスは、光干渉計で共振周波数f0を測定することにより、(数1)から算出することができる(非特許文献1、2参照)。
しかし、従来の膜スチフネス測定方法で使用する光干渉計は、きわめて高価であり、この方法の測定装置を一式揃えるために多くの費用が掛かる。
また、MEMSマイクロホンは、振動板がシリコンで構成されており、従来のマイクロフォンに比べて振動板の膜スチフネスが高く、振動し難い。そのため、従来の方式(振動板を振動させて、その動きから振動板の共振点を求める方式)を適用してMEMSマイクロホンの膜スチフネスを測定する場合は、測定装置を調整して測定結果を得るまでに多くの時間が取られ、また、再現性のある測定結果を得ることが難しい。
However, the optical interferometer used in the conventional film stiffness measurement method is extremely expensive, and it takes a lot of cost to prepare a set of measurement devices of this method.
Further, in the MEMS microphone, the diaphragm is made of silicon, and the diaphragm has a higher film stiffness than the conventional microphone and is difficult to vibrate. Therefore, when measuring the membrane stiffness of the MEMS microphone by applying a conventional method (a method of vibrating the diaphragm and obtaining the resonance point of the diaphragm from its movement), the measurement device is adjusted to obtain the measurement result. It takes a lot of time and it is difficult to obtain reproducible measurement results.
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、静電型電気音響変換器の振動板のスチフネスを、安価に、且つ、簡単に測定することができる膜スチフネス測定方法を提供し、また、その方法を実施する測定装置を提供することを目的としている。 The present invention was devised in view of such circumstances, and provides a membrane stiffness measurement method capable of easily and inexpensively measuring the stiffness of a diaphragm of an electrostatic electroacoustic transducer, Moreover, it aims at providing the measuring apparatus which enforces the method.
本発明では、膜スチフネス測定装置に、真空中に静電型電気音響変換器を保持する真空容器と、真空中に保持された静電型電気音響変換器のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、インピーダンス測定部が測定したインピーダンスから共振周波数を求め、その共振周波数から静電型電気音響変換器の振動板の膜スチフネスを算出するスチフネス算出部とを設けている。 In the present invention, the membrane stiffness measuring device includes a vacuum container that holds the electrostatic electroacoustic transducer in vacuum, an impedance measuring unit that measures the impedance of the electrostatic electroacoustic transducer held in vacuum, There is provided a stiffness calculation unit that obtains a resonance frequency from the impedance measured by the impedance measurement unit and calculates the film stiffness of the diaphragm of the electrostatic electroacoustic transducer from the resonance frequency.
この膜スチフネス測定装置では、直接的な振動変位を検出するかわりに、インピーダンスから膜スチフネスを求めている。また、真空中でインピーダンスを測定しているため、振動板の周囲の空気によるインピーダンスへの影響を受けない。 In this film stiffness measuring apparatus, instead of detecting a direct vibration displacement, the film stiffness is obtained from the impedance. Moreover, since the impedance is measured in a vacuum, it is not affected by the impedance of the air around the diaphragm.
また、本発明の膜スチフネス測定装置では、インピーダンス測定部が、インピーダンスの絶対値|Z|と位相角度∠θとを測定する。 In the film stiffness measuring apparatus according to the present invention, the impedance measuring unit measures the absolute value | Z | of the impedance and the phase angle ∠θ.
そのため、正確な測定結果を得ることができる。 Therefore, an accurate measurement result can be obtained.
また、本発明の膜スチフネス測定装置では、インピーダンス測定部が、静電型電気音響変換器に対して、交流電圧とともに直流電圧を印加する。 In the membrane stiffness measuring apparatus of the present invention, the impedance measuring unit applies a DC voltage together with an AC voltage to the electrostatic electroacoustic transducer.
直流バイアスの印加により、インピーダンスの値を適切な大きさに設定することができる。 By applying a DC bias, the impedance value can be set to an appropriate magnitude.
また、本発明の膜スチフネス測定装置では、インピーダンス測定部が、所定の周波数帯域の各周波数におけるインピーダンスを測定し、スチフネス算出部が、インピーダンス測定部の測定結果に基づく周波数−インピーダンス曲線から共振周波数を求めるようにしている。 In the membrane stiffness measuring apparatus of the present invention, the impedance measuring unit measures the impedance at each frequency in a predetermined frequency band, and the stiffness calculating unit calculates the resonance frequency from the frequency-impedance curve based on the measurement result of the impedance measuring unit. I want to ask.
共振周波数は、周波数−インピーダンス曲線上でインピーダンスの絶対値及び位相角度の変曲点として現れる。 The resonance frequency appears as an inflection point of the absolute value of the impedance and the phase angle on the frequency-impedance curve.
また、本発明の膜スチフネス測定装置では、さらに、表示部を備えており、この表示部に周波数−インピーダンス曲線が表示される。 Moreover, the membrane stiffness measuring apparatus of the present invention further includes a display unit, and a frequency-impedance curve is displayed on the display unit.
また、本発明の膜スチフネス測定装置では、真空容器の内部が、10−1〜10−2Torrの真空度に保持される。 Moreover, in the film | membrane stiffness measuring apparatus of this invention, the inside of a vacuum vessel is hold | maintained at the vacuum degree of 10 < -1 > -10 <-2 > Torr.
この真空度はあまり高くないため、短時間で目標の真空状態に設定することができる。 Since the degree of vacuum is not so high, the target vacuum state can be set in a short time.
また、本発明の膜スチフネス測定方法は、静電型電気音響変換器を真空中に保持する第1のステップと、この静電型電気音響変換器に交流電圧を印加して、所定の周波数帯域の各周波数におけるインピーダンスを測定する第2のステップと、第2のステップの測定結果からインピーダンスの絶対値と位相角度とが変曲する周波数を抽出する第3のステップと、第3のステップで抽出した周波数から静電型電気音響変換器の振動板の膜スチフネスを算出する第4のステップとを備えている。 Further, the film stiffness measurement method of the present invention includes a first step of holding the electrostatic electroacoustic transducer in a vacuum, and applying an AC voltage to the electrostatic electroacoustic transducer to obtain a predetermined frequency band. A second step of measuring impedance at each frequency, a third step of extracting a frequency at which the absolute value of the impedance and the phase angle are inflected from the measurement result of the second step, and extraction at the third step And a fourth step of calculating the membrane stiffness of the diaphragm of the electrostatic electroacoustic transducer from the measured frequency.
この測定方法では、直接的な振動変位を検出するかわりに、インピーダンスから膜スチフネスを求めている。また、真空中でインピーダンスを測定しているため、振動板の周囲の空気によるインピーダンスへの影響を受けない。 In this measurement method, instead of detecting a direct vibration displacement, the membrane stiffness is obtained from the impedance. Moreover, since the impedance is measured in a vacuum, it is not affected by the impedance of the air around the diaphragm.
本発明の測定方法及び測定装置は、静電型電気音響変換器の振動板のスチフネスを、高価な計測器を使わずに、安価に測定することが可能である。また、直接的な振動変位検出なしに、膜スチフネスを測定しているため、MEMSマイクロホンのように振動板が硬いものでも、再現性のある測定結果を短時間で得ることができる。 The measuring method and measuring apparatus of the present invention can measure the stiffness of the diaphragm of the electrostatic electroacoustic transducer at a low cost without using an expensive measuring instrument. Further, since the film stiffness is measured without directly detecting vibration displacement, a reproducible measurement result can be obtained in a short time even if the diaphragm is hard, such as a MEMS microphone.
図1は、本発明の実施形態における膜スチフネス測定装置の構成を概略的に表した図であり、図2は、この膜スチフネス測定装置のインピーダンス測定回路を具体的に示した図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a membrane stiffness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram specifically showing an impedance measuring circuit of the membrane stiffness measuring apparatus.
この膜スチフネス測定装置は、測定対象が例えばMEMSマイクロホンの振動板である場合、図1に示すように、MEMSマイクロホン20を収容する真空容器30と、測定周波数を変えながら真空中に置かれたMEMSマイクロホン20のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部40と、周波数−インピーダンス曲線から振動板の共振周波数を求めてMEMSマイクロホン20の膜スチフネスを算出するスチフネス算出部51と、周波数−インピーダンス曲線などを表示する表示部52とを備えている。
In the membrane stiffness measuring apparatus, when the measurement target is, for example, a diaphragm of a MEMS microphone, as shown in FIG. 1, a
真空容器30は、内部にMEMSマイクロホン20をセットする載置台を備え、また、真空容器外部からMEMSマイクロホン20への通電を可能にする端子機構を備えている。MEMSマイクロホン20は、振動膜電極及び固定電極のそれぞれから導出された導電部が露出した状態で載置台にセットされ、前記端子機構は、各導電部に通電できるように接続される。
The
また、真空容器30は、インピーダンス測定時に、真空ポンプにより10−1Torr以下の真空状態(10−2Torr程度、即ち、音が伝達しない程度の真空状態)に維持される。この真空度は、あまり高くないため、真空ポンプを起動してから約30秒で、その状態に到達することができる。
Further, the
インピーダンス測定部40は、測定周波数を掃引しながら真空中のMEMSマイクロホン20のインピーダンスを測定する。
The
スチフネス算出部51は、インピーダンス測定部40が測定した周波数−インピーダンス曲線から振動板の共振周波数を求め、この共振周波数を(数1)に代入してMEMSマイクロホン20の振動板のスチフネスを算出する。
The
このように、この測定装置では、(数1)に代入するための共振周波数を、MEMSマイクロホン20のインピーダンスの測定結果から求めている。
As described above, in this measuring apparatus, the resonance frequency for substituting into (Expression 1) is obtained from the measurement result of the impedance of the
インピーダンスの測定を実行するインピーダンス測定部40は、図2に示すように、MEMSマイクロホン20の励振源である交流電圧源61及び直流電圧源62と、反転増幅器を構成するオペアンプ63及び帰還抵抗(Rs)64と、励振交流電圧を0度成分及び90度成分に分解する位相検波器65と、オペアンプ63の出力電圧と励振交流電圧との比を出力する複素レイショーデテクター66と、複素レイショーデテクター66の出力を量子化してスチフネス算出部51に出力する量子化器67とを備えている。なお、直流電圧源62は、必要に応じて設置する。
As shown in FIG. 2, the
真空容器30の中に配置されたMEMSマイクロホン20は、図6(a)に示したように、固定電極26と振動板(振動膜電極23+エレクトレット膜24)とから成るコンデンサ部を有している。このMEMSマイクロホン20には、交流電圧源61の交流電圧V1と直流電圧源6の直流電圧Ebとが印加され、交流電圧V1に基づく電流Isがコンデンサ部に流れる。
As shown in FIG. 6A, the
オペアンプ63を使った反転増幅器は、負帰還の作用により、常に−側の入力電圧がゼロ(仮想零点)になるように動作する。そのため、コンデンサ部に流れた電流Isは、この反転増幅器の仮想零点に流れ込み、その全てが帰還抵抗Rs64に流れる。その結果、コンデンサ部に加わる電圧は、励振源の電圧(V1+Eb)と同じになり、反転増幅器の出力電圧V0は、次の(数2)に示すように、コンデンサ部を流れる電流Isと帰還抵抗Rsとの積になる。
(数2)から、
From (Equation 2)
複素レイショーデテクター66は、位相検波器65から出力される励振源の位相情報を利用して、V0とV1とを複素数として求め、V0/V1(=Vy)を出力する。
このVyは、0度成分(Vy∠0度)と90度成分(Vy∠90度)との和として表される複素数である。このVyは、(数4)に示すように、MEMSマイクロホン20のインピーダンスの逆数(1/Zm)、即ち、アドミタンス(Ym)に比例している。
This Vy is a complex number expressed as the sum of a 0 degree component (Vy∠0 degree) and a 90 degree component (Vy∠90 degree). This Vy is proportional to the reciprocal (1 / Zm) of the impedance of the
次に、このインピーダンス及びアドミタンスがMEMSマイクロホン20の振動板自身のインピーダンス及びアドミタンスによるものであることを説明する。
MEMSマイクロホン20の音響系の機械インピーダンスは、図3に示す電気的な等価回路で表すことができる。
Next, it will be described that the impedance and admittance are due to the impedance and admittance of the diaphragm of the
The mechanical impedance of the acoustic system of the
ここで、Aは、図6(a)に示すMEMSマイクロホン20の固定電極26と振動膜電極23との間の気室の機械インピーダンスであり、r1は前記気室に存在する空気の機械抵抗、m1は前記空気の質量、c1(=1/s1)は前記空気のコンプライアンス(即ち、スチフネスの逆数)である。また、Bは、振動板(振動膜電極23+エレクトレット膜24)の機械インピーダンスであり、m0は振動板の質量、c0(=1/s0)は振動板のコンプライアンス、r0は振動板の機械抵抗である。また、Cは、振動膜電極23の背面の背気室28の機械インピーダンスであり、r2は背気室28に存在する空気の機械抵抗、m2は前記空気の質量、c2(=1/s2)は前記空気のコンプライアンスである。
Here, A is the mechanical impedance of the air chamber between the fixed
このように、空気中にあるMEMSマイクロホン20は、振動板の機械インピーダンスの他に、空気による機械インピーダンスを有しているため、MEMSマイクロホン20を空気中で測定する場合は、振動板そのものの機械インピーダンスを測定することが極めて困難である。
Thus, since the
この振動板の前部気室や背気室28の空気に起因するコンプライアンスc1、c2は、次の(数5)で表される。
γ:空気の体積比熱 [J/m3K]
V:気室の容積 [m3]
P0:気圧 [N/m2]
である。
Compliances c1 and c2 caused by the air in the front air chamber and the
γ: Volume specific heat of air [J / m 3 K]
V: Volume of air chamber [m 3 ]
P0: Barometric pressure [N / m 2 ]
It is.
この測定装置では、MEMSマイクロホン20が真空中に配置されているから、C(=c1、c2)の値は極めて大きい値となり、短絡状態となる。従って、真空容器内のコンデンサ部の等価回路は、振動板自身の機械インピーダンスのみで代表されることになる。
このコンデンサ部の可逆式は、次式(数6)(数7)のように表される(川村雅恭著「電気音響工学概論」株式会社昭晃堂発行、参照)。
EB : 励振源の直流電圧 [V]
A : 力係数
ε0 : 真空の誘電率 8.85E-12[F/m]
S : コンデンサ部の面積 [m2]
Cm : コンデンサ部の電気容量 [F]
d0 : エアギャップ間隔 [m]
V : 振動板の速度 [m/sec]
sn : 負スチフネス [N/m]
In this measuring apparatus, since the
The reversible expression of this capacitor part is expressed by the following expressions (Expression 6) (Expression 7).
A: Force coefficient ε0: Dielectric constant of vacuum 8.85E-12 [F / m]
S: Capacitor area [m 2 ]
Cm: Capacitor capacitance [F]
d0: air gap interval [m]
V: Speed of diaphragm [m / sec]
sn: Negative stiffness [N / m]
ここで、被測定振動板の機械インピーダンスは、
また、力係数は、
また、コンデンサ部の容量は、
また、負スチフネスは、
この(数6)は、振動板の機械的な力の関係に着目した式であり、(数7)は、振動板の電気的な関係に着目した式である。
この測定装置では、MEMSマイクロホン20の振動板を励振源で駆動しているため、外力Fは0であり、(数6)は(数12)のように表される。
In this measuring apparatus, since the diaphragm of the
そのため、(数7)は、(数12)を用いて次式(数13)のように変形できる。
従って、インピーダンス及びアドミタンスは、次式(数14)のようになる。
このインピーダンス及びアドミタンスは、図4に示すように、電気容量Cmと振動板機械インピーダンスとが並列に配置された等価回路のインピーダンス及びアドミタンスに相当している。 As shown in FIG. 4, the impedance and admittance correspond to the impedance and admittance of an equivalent circuit in which the electric capacitance Cm and the diaphragm mechanical impedance are arranged in parallel.
図2の測定回路では、複素レイショーデテクター66で検出されたVyをスチフネス算出部51でスケーリングすることにより、この図4の等価回路のインピーダンス及びアドミタンスと同じものが得られることになる。
In the measurement circuit of FIG. 2, the same impedance and admittance of the equivalent circuit of FIG. 4 can be obtained by scaling Vy detected by the
また、図2の測定回路において、交流電圧V1の周波数を所定の周波数帯域の各周波数に順次切り替えながら測定することにより、図5Aに示す周波数−インピーダンス曲線や、図5Bに示す周波数−位相曲線が得られる。これは、図4の等価回路の交流電圧V1の周波数を掃引したときに得られる周波数−インピーダンス曲線と同じものである。 Further, in the measurement circuit of FIG. 2, the frequency-impedance curve shown in FIG. 5A and the frequency-phase curve shown in FIG. can get. This is the same as the frequency-impedance curve obtained when the frequency of the AC voltage V1 in the equivalent circuit of FIG. 4 is swept.
例えば、図5Aに示した周波数−インピーダンス曲線は、表示部52に表示される。
スチフネス算出部51は、この曲線から、反共振点の周波数と共振点の周波数とをサーチし、2周波数の平均を取ることにより共振周波数f0を求め、この値を(数1)に代入してMEMSマイクロホン20の振動板のスチフネスを算出する。
For example, the frequency-impedance curve shown in FIG. 5A is displayed on the
The
あるいは、スチフネス算出部51は、周波数−インピーダンス曲線の共振−反共振部の曲線部分と、周波数−電気インピーダンス(1/wCm)の曲線との交点を求め、その値を(数1)に代入して振動板のスチフネスを算出する。
Alternatively, the
また、例えば、図5Bに示した周波数−位相曲線が表示部52に示される。スチフネス算出部51は、この曲線のピークを共振周波数f0として求め、この値を(数1)に代入してMEMSマイクロホン20の振動板のスチフネスを算出する。
For example, the frequency-phase curve shown in FIG. The
このように、この膜スチフネス測定方法では、コンデンサ構造を有する振動板のインピーダンスから共振周波数を求めているため、安価に測定することができる。また、MEMSマイクロホンのようにスチフネスの高い振動板が対象である場合でも、再現性の有る測定結果を短時間で得ることができる。 As described above, in this film stiffness measurement method, the resonance frequency is obtained from the impedance of the diaphragm having the capacitor structure, so that it can be measured at low cost. Further, even when a diaphragm having high stiffness such as a MEMS microphone is a target, a reproducible measurement result can be obtained in a short time.
また、測定対象物を真空中に配置してインピーダンスの測定を行っているため、振動板の周囲の空気による影響を排除することができ、振動板のみのインピーダンスを正確に測定することができる。 In addition, since the impedance is measured by placing the measurement object in a vacuum, the influence of the air around the diaphragm can be eliminated, and the impedance of only the diaphragm can be measured accurately.
このときの真空レベルは、10−1〜10−2Torr程度で良く、真空ポンプにより短時間で設定することができる。
また、この測定装置では、インピーダンス測定部が、インピーダンスの絶対値|Z|と位相角度とを測定しているため、図4の等価回路での測定と同等の、正確な測定結果を得ることができる。
The vacuum level at this time may be about 10 −1 to 10 −2 Torr, and can be set in a short time by a vacuum pump.
Further, in this measuring apparatus, since the impedance measuring unit measures the absolute value | Z | of the impedance and the phase angle, an accurate measurement result equivalent to the measurement in the equivalent circuit of FIG. 4 can be obtained. it can.
また、この測定装置では、直流電圧源62から供給される直流電圧Ebを調整することにより、(数14)の力係数Aを変えて、インピーダンス及びアドミタンスの値を適切な大きさに設定することができる。 Further, in this measuring apparatus, by adjusting the DC voltage Eb supplied from the DC voltage source 62, the force coefficient A in (Expression 14) is changed and the values of impedance and admittance are set to appropriate magnitudes. Can do.
また、インピーダンスの測定は、市販のインピーダンスアナライザを用いても行っても良い。 The impedance measurement may be performed using a commercially available impedance analyzer.
また、表示部52及びスチフネス算出部51は、パーソナルコンピュータ(PC)の機能を用いて実現することができる。この場合、PCからインピーダンス測定部40に測定周波数の帯域を指定し、インピーダンス測定部40が指定された周波数帯域を走査してインピーダンス測定結果をPCに出力すると、PCの画面にインピーダンスの絶対値|Z|と位相角度とが表示されるようにすることができる。
Moreover, the
ここでは、MEMSマイクロホンの振動板のスチフネスを測定する場合について説明したが、本発明は、その他の静電型電気音響変換器を測定対象とすることも可能である。 Here, the case where the stiffness of the diaphragm of the MEMS microphone is measured has been described. However, the present invention can also use other electrostatic electroacoustic transducers as measurement targets.
本発明の膜スチフネス測定方法及び測定装置は、製造した静電型電気音響変換器が良品か不良品かを区別したり、新たに開発した製品の特性を調べたりするときに利用することができ、MEMSマイクロホンやエレクトレットコンデンサマイクロフォン、エレクトレットコンデンサスピーカ等、各種の静電型電気音響変換器の検査に広く用いることができる。 The film stiffness measuring method and measuring apparatus of the present invention can be used to distinguish whether a manufactured electrostatic electroacoustic transducer is a good product or a defective product, or to investigate the characteristics of a newly developed product. It can be widely used for inspection of various electrostatic electroacoustic transducers such as a MEMS microphone, an electret condenser microphone, and an electret condenser speaker.
11 振動板
12 固定電極
13 エレクトレット膜
14 スペーサ
15 音孔
16 背気室
17 ケース
18 プリント基板
20 MEMSマイクロホン
21 シリコン基板
22 絶縁層
23 振動膜電極
24 エレクトレット膜
25 第2の絶縁層
26 固定電極
27 音孔
28 背気室
30 真空容器
40 インピーダンス測定部
51 スチフネス算出部
52 表示部
61 交流電圧源
62 直流電圧源
63 オペアンプ
64 帰還抵抗
65 位相検波器
66 複素レイショーデテクター
67 量子化器
11
Claims (7)
真空中に保持された前記静電型電気音響変換器のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部が測定したインピーダンスから共振周波数を求め、前記共振周波数から前記静電型電気音響変換器の振動板の膜スチフネスを算出するスチフネス算出部と
を備えることを特徴とする膜スチフネス測定装置。 A vacuum vessel holding the electrostatic electroacoustic transducer in a vacuum;
An impedance measuring unit for measuring the impedance of the electrostatic electroacoustic transducer held in a vacuum;
A membrane stiffness measuring device comprising: a stiffness calculating unit that obtains a resonance frequency from the impedance measured by the impedance measuring unit and calculates a membrane stiffness of a diaphragm of the electrostatic electroacoustic transducer from the resonance frequency. .
前記静電型電気音響変換器に交流電圧を印加して、所定の周波数帯域の各周波数におけるインピーダンスを測定する第2のステップと、
第2のステップの測定結果からインピーダンスの絶対値と位相角度とが変曲する周波数を抽出する第3のステップと、
第3のステップで抽出した前記周波数から前記静電型電気音響変換器の振動板の膜スチフネスを算出する第4のステップと
を備えることを特徴とする膜スチフネス測定方法。 A first step of holding the electrostatic electroacoustic transducer in a vacuum;
A second step of applying an alternating voltage to the electrostatic electroacoustic transducer to measure impedance at each frequency in a predetermined frequency band;
A third step of extracting a frequency at which the absolute value of the impedance and the phase angle change from the measurement result of the second step;
A film stiffness measurement method comprising: a fourth step of calculating a film stiffness of a diaphragm of the electrostatic electroacoustic transducer from the frequency extracted in a third step.
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