KR100368502B1

KR100368502B1 - 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰

Info

Publication number: KR100368502B1
Application number: KR10-2001-0021073A
Authority: KR
Inventors: 송청담; 윤두영; 박성호; 정익주; 김현호
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR20020081739A

Abstract

본 발명은 음파가 도입되는 다수개의 통공이 형성되어 있고, 상기 통공의 반대쪽이 개구되어 있는 케이스와, 정전기장을 형성해서 기계적신호를 전기적 신호로 변환하도록 전하가 충전되며, 상기 케이스에 형성된 통공의 내측에 설치되어 상기 통공을 통해 도입되는 음파에 의해 진동되는 진동판과, 상기 케이스에 형성된 통공을 통해서 도입되는 음파에 의해 진동되는 상기 진동판의 진동막의 진동에 의하여 발생한 상기 스페이서가 위치한 공간에서의 음압의 변화가 유발시키는 에어 댐핑(air damping)을 최소화하도록 다수의 관통공이 형성된 금속제의 백플레이트와, 상기 진동판의 스페이서 및 백 플레이트의 위치를 규제함과 동시에, 절연시키도록 상기 케이스의 내주면에 설치되는 전기차폐부재와, 상기 전기차폐부재 내주면에 동심을 이루면서 설치되는 도전성의 링전극과, 상기 케이스의 통공을 통해 도입되는 음압이 변환된 전기적 신호를 상기 링전극을 통해 게이트단자에서 받아서 스위칭 온되는 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 스위칭 온시에 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단자와 소오스단자 사이에 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는 캐패시터와, 상기 전계효과 트랜지스터 및 캐패시터가 실장되며, 상기 전기차폐부재 및 링전극상에 설치되는 인쇄회로기판으로 구성되어 있어 진동특성이 양호하여 감도를 향상시킬 수 있다.

Description

일렉트렛 콘덴서 마이크로폰 {A ELECTRET CONDENSER MICROPHONE}

본 발명은 내열특성이 뛰어나고, 0.1㎛ 내지 2㎛이하의 박막형 실리콘 화합물로 이루어진 진동판을 구비해서 진동특성을 향상시킬 수 있는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

이러한 종류의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰으로는 본 출원인이 2000년 11월 1일 실용신안등록출원하여 2001년 1월 17일자로 실용신안등록받은 실용신안등록 제218653호가 있다.

동 실용신안등록 제218653호의 공보에 개시되어 있는 콘덴서 마이크로 폰은 도 1 내지 도 4에 상세히 도시되어 있는 바와 같이 케이스(50)내부에 일렉트렛 막(72)과, 상기 일렉트렛 막(72)의 일측면에 형성된 도전막(74)과, 상기 일렉트렛 막(72)에 형성된 도전막(74)이 상기 케이스(50)의 내면(50a)으로 부터 일정 간격(△t) 떨어져서 위치되고 일정 장력이 유지되도록 상기 도전막(74) 하부의 테두리에 배설된 폴라링(76)으로 구성된 진동판(70)을 상기 폴라링(76)이 하부에 위치(케이스(50)의 바닥 내면(50a))하도록 배치시킨다.

다음에, 상기 진동판(70)상에 집적회로(100)가 피착된 반도체 웨이퍼(80)를재치시키면 상기 반도체 웨이퍼(80)의 하부에 형성된 오목홈(84)에 의해 상기 반도체 웨이퍼(80)에 형성된 오목부(82)의 바닥면 하부와 일정 간격(△t)이 떨어진 상태가 된다.

그 후, 상기 케이스(50)의 상부 개구부를 절연캡(110)으로 덮으면, 상기 절연캡(110)의 측벽부가 반도체 웨이퍼(80)와 케이스(50)의 측벽부 내측면에 당접되어 상기 반도체 웨이퍼(80)는 상기 케이스(50)로 부터 전기적으로 절연상태가 된다.

이 때, 상기 절연캡(110)에 설치된 접촉핀(120)은 상기 반도체 웨이퍼(80)에 피착되어 있는 접촉소자(102)와 전기적으로 접촉되고, 상기 절연캡(110)에 설치된 접촉핀(130)은 상기 반도체 웨이퍼(80)에 피착되어 있는 접촉소자(103)와 전기적으로 접촉되는 상태가 된다. 상기 접촉소자(102) 및 접촉소자(103)는 리드선(102a) 및 리드선(103a)을 통해서 집적회로(100)에 전기적으로 접속되어 있다.

이와 같은 상태에서 상기 케이스(50)의 바닥 내면(50a)상에는 폴라링(76)을 개재해서 진동판(70)이 일정 간격(△t)을 두고 설치되어 있고, 상기 진동판(70)상에는 집적회로(100)가 피착된 반도체 웨이퍼(80)가 설치되어 있으므로, 상기 반도체 웨이퍼(80)의 하부에 형성된 오목홈(84)에 의해 진동판(70)과 상기 반도체 웨이퍼(80)의 오목부(82) 바닥면에 형성된 음향홀(82a)에 의해 상기 케이스(50)의 음공(52)을 통해 들어 온 음압에 의해 진동판(70)이 용이하게 진동된다.

상기 진동판(70)이 음압에 의해 진동되면서 음향신호가 전기적 신호로 변환되며, 이 전기적 신호는 반도체(80)를 통해 집적회로(100)에 집적된 도시하지 않은전계효과 트랜지스터의 게이트에 인가되어 상기 전계효과 트랜지스터를 스위칭 온한다.

이에 따라 상기 전계효과 트랜지스터의 접촉소자(103;전계효과 트랜지스터의 콜렉터단자에 해당)와 접촉소자(102;전계효과 트랜지스터의 에미터단자에 해당))가 도통되어 음압이 변환된 전기적 신호가 증폭되어 상기 접촉소자(102)를 통해서 신호가 출력되도록 구성되어 있다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 일렉트렛 진동판이 유기물인 FEP(Fluoro Ethylene Propylene, 이하 FEP 라 한다)로 구성되어 있어 260℃ 이상의 온도로 딥 솔더링 시에 고열로 인하여 일렉트렛에 충전되어 있는 전자가 다량 방출되므로, 감도가 저하되어 서피스 마운팅 디바이스 솔더링에 의해 인쇄회로기판에 마이크로폰을 실장할 수 없다는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 내열성이 뛰어나고, 정전기장이 높은 박막형 실리콘 화합물로 구성된 일렉트렛 진통판을 구비하고 있어 진동특성이 양호하여 감도를 향상시킬 수 있는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 음파가 도입되는 다수개의 통공이 형성되어 있고, 상기 통공의 반대쪽이 개구되어 있는 케이스와, 정전기장을 형성해서 기계적신호를 전기적 신호로 변환하도록 전하가 충전되며, 상기 케이스에 형성된 통공의 내측에 설치되어 상기 통공을 통해 도입되는 음파에 의해 진동되는 진동판과, 상기 진동판의 상부에 소정 두께의 스페이서를 설치하고, 상기 스페이서의 상부에 상기 케이스에 형성된 통공을 통해서 도입되는 음파에 의해 진동되는 상기 진동판을 구성하는 진동막의 진동에 의하여 상기 스페이서가 위치한 공간에서 발생한 음압의 변화가 유발시키는 에어 댐핑(air damping)을 최소화하기 위한 다수의 관통공을 형성시킨 금속제의 백 플레이트와, 상기 진동판의 스페이서 및 백 플레이트의 위치를 규제함과 동시에, 절연시키도록 상기 케이스의 내주면에 설치되는 전기차폐부재와, 상기 전기차폐부재 내주면에 동심을 이루면서 설치되는 도전성의 링전극과, 상기 케이스의 통공을 통해 도입되는 음압이 변환된 전기적 신호를 상기 링전극을 통해 게이트단자에서 받아서 스위칭 온되는 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 스위칭 온시에 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단자와 소오스단자 사이에 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는 캐패시터와, 상기 전계효과 트랜지스터 및 캐패시터가 실장되며, 상기 전기차폐부재 및 링전극상에 설치되는 인쇄회로기판으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰을 개략적으로 도시한 외관 사시도,

도 2는 도 1에서 일부를 절결한 일부 절결종단면도,

도 3은 도 1에 적용되는 진동판을 개략적으로 도시한 사시도,

도 4는 도 1에 적용되는 IC회로가 칩화되어진 실리콘 고정판의 사시도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰을 개략적으로 도시한 종단면도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰에 적용되는 일렉트렛 진동판의 구조를 개략적으로 도시한 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200:케이스 200a:통공

202:에어갭 208:백 플레이트

208a:관통공 210:진동판

212:진동막 213:지지링

214:스페이서 215:배면전극

220:전기차폐부재 222:링전극

224:인쇄회로기판

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰에 관하여 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰을 개략적으로 도시한 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰에 적용되는 일렉트렛 진동판의 구조를 개략적으로 도시한 종단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 음파가 도입되는 다수개의 통공(200a)이 형성되어 있고, 상기 통공(200a)의 반대쪽이 개구되어 있는 케이스(200)와, 정전기장을 형성해서 기계적신호를 전기적 신호로 변환하도록 전하가 충전되며, 상기 케이스(200)에 형성된 통공(200a)의 내측에 설치되어 상기 통공(200a)을 통해 도입되는 음파에 의해 진동되는 진동판(210)과, 상기 진동판(210)의 스페이서(214) 상부에 설치되며, 상기 케이스(200)에 형성된 통공을 통해서 도입되는 음파에 의해 진동되는 상기 진동판(210)의 진동막(212)의 진동에 의하여 발생한 상기 스페이서(214)가 위치한 공간에서의 음압의 변화가 유발시키는 에어 댐핑을 최소화하도록 다수의 관통공(208a)이 형성된 금속제의 백플레이트(208)와, 상기 진동판(210)의 스페이서(214) 및 백 플레이트(208)의 위치를 규제함과 동시에, 절연시키도록 상기 케이스(200)의 내주면에 설치되는 전기차폐부재(220)와, 상기 전기차폐부재(220)내주면에 동심을 이루면서 설치되는 도전성의 링전극(222)과, 상기 케이스(200)의 통공(200a)을 통해 도입되는 음압이 변환된 전기적 신호를 상기 링전극(222)을 통해 게이트단자에서 받아서 스위칭 온되는 전계효과 트랜지스터(FET)와, 상기 전계효과 트랜지스터(FET)의 스위칭 온시에 상기 전계효과 트랜지스터(FET)의 드레인단자와 소오스단자 사이에 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는 캐패시터(C)와, 상기 전계효과 트랜지스터(FET) 및 캐패시터(C)가 실장되며, 상기 전기차폐부재(220) 및 링전극(222)상에 설치되는 인쇄회로기판(224)으로 구성되어 있다.

상기 진동판(210)은 도 6에 도시한 바와 같이 전하가 충전되며 음압에 의해 진동되어 음압을 전기적 신호로 변환하는 진동막(212)과, 진동막(212)의 한쪽면에 적층된 원통형상의 실리콘 웨이퍼로 이루어진 지지링(213)와, 상기 진동막(212)상에 링형상으로 형성된 산화규소(SiO₂)로 이루어진 스페이서(214)와, 상기 지지링(213)상에 금, 알루미늄으로 증착된 배면전극(215)으로 구성되어 있고, 진동막(212)의 두께는 0.1㎛ 내지 2㎛ 이하로 형성하는 것이 가장바람직하다.

상기 진동판(210)의 진동막(212)은 질화실리콘(Si₃N₄) 막을 단독으로 사용하여 적층 형성해도 되며, 질화실리콘 막과 산화실리콘 막을 순서로 적층시켜서 형성해도 된다.

상기 스페이서(214)는 부도체로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 스페이서(214)는 산화규소(SiO₂), 질화규소(Si3N4)로 이루어진 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 진동막(212)에 일렉트렛 기능을 부여하지 않고, 상기 백 플레이트(208)상에 FEG, SOG, Flare, Teflon 중에서 선택된 1종을 점착하여 전하를 충전시켜 일렉트렛 기능을 부여해도 된다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰용 일렉트렛의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰의 조립과정을설명하면, 상기 케이스(200)의 개구부를 상부로 향하게 한 다음, 상기 케이스(200)의 내부, 구체적으로는 통공(200a)의 상부에, 진동판(210)에 일체적으로 설치된 지지링(213)을 하부로 향하게 해서 진동판(210)을 설치하고, 소정 두께의 스페이서(214)를 도 5에서 진동막(212)의 상부에 위치시킨다.

여기서, 상기 진동판(210)과 스페이서(214)는 일체적으로 설치시킬 수도 있으며, 반대로, 상기 진동판(210)과 스페이서(214)를 독립적으로 분리해서 제조할 수도 있다.

다음에, 상기 스페이서(214) 상부에 백 플레이트(208)를 재치시키고, 상기 백 플레이트(208)의 상부 및 가장자리와 케이스(200)의 내벽사이에 전기차폐부재(220)를 끼우고, 상기 전기차폐부재(220)의 내주면과 상기 백 플레이트(208)의 상부면 사이에 링전극(222)을 배치한다.

그 후, 전계효과 트랜지스터(FET) 와 캐패시터(C)가 실장된 인쇄회로기판(224)을 상기 전기차폐부재(220)및 링전극(222)의 상부면에 재치시킨 다음, 상기 케이스(200)의 개구부(200b) 가장자리를 안쪽으로 커링(Curling)하여 상기 인쇄회로기판(224)을 고정하여 조립한다.

상기와 같이 조립된 본 발명의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 백 플레이트(208)와 진동막(212) 사이에 스페이서(214)가 위치하고 있으므로, 상기 백 플레이트(208)와 진동막(212) 사이의 공간(△t)은 에어갭(202)을 형성한다.

이와 같은 상태에서 상기 케이스(200)에 형성된 통공(200a)내에 지지링(213)을 개재해서 진동판(210)의 진동막(212)이 전하가 충전되어 설치되어 있고, 상기진동판(210)의 진동막(212)과 백 플레이트(208)사이에는 스페이서(214)에 의해 형성되는 간격이 △t인 에어갭(202)이 형성되어 있으므로, 상기 케이스(200)의 통공(200a)을 통해 들어 온 음파에 의해 진동막(212)이 용이하게 진동된다.

상기 진동막(212)이 음파에 의해 진동되면서 기계적신호, 즉 음파신호가 전기적 신호로 변환되며, 이와 같이 변환된 전기적 신호는 링전극(222)을 통해서 전계효과 트랜지스터(FET)의 베이스에 인가되어 상기 전계효과 트랜지스터(FET)를 스위칭 온한다.

이에 따라 상기 전계효과 트랜지스터(FET)에서 전기적신호가 일정 레벨로 증폭되며, 상기 전계효과 트랜지스터(FET)에서 일정레벨로 증폭된 신호는 캐패시터(C)에서 노이즈를 필터링해서 출력하여 도시하지 않은 스피커에서 음향을 출력한다.

상기 설명에 있어서, 상기 스페이서(214)를 진동판(210)과 일체적으로 형성한 것을 예로 들어서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 스페이서(214)를 진동판(210)과 분리하여 형성해도 본 발명의 개념에 포함되는 것은 물론이다.

상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러가지로 설계변경할 수 있음은 물론이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰에 의하면, 음파가 도입되는 다수개의 통공이 형성되어 있고, 상기 통공의 반대쪽이 개구되어 있는 케이스와, 정전기장을 형성해서 기계적신호를 전기적 신호로 변환하도록 전하가 충전되며, 상기 케이스에 형성된 통공의 내측에 설치되어 상기 통공을 통해 도입되는 음파에 의해 진동되는 진동판과, 상기 진동판의 스페이서 상부에 설치되며, 상기 케이스에 형성된 통공을 통해서 도입되는 음파에 의해 진동되는 상기 진동판의 진동막의 진동에 의하여 발생한 상기 스페이서가 위치한 공간에서의 음압의 변화가 유발시키는 에어 댐핑을 최소화하도록 다수의 관통공이 형성된 금속제의 백 플레이트와, 상기 진동판 상의 스페이서 및 백 플레이트의 위치를 규제함과 동시에, 절연시키도록 상기 케이스의 내주면에 설치되는 전기차폐부재와, 상기 전기차폐부재 내주면에 동심을 이루면서 설치되는 도전성의 링전극과, 상기 케이스의 통공을 통해 도입되는 음압이 변환된 전기적 신호를 상기 링전극을 통해 게이트단자에서 받아서 스위칭 온되는 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 스위칭 온시에 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인단자와 소오스단자 사이에 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는 캐패시터와, 상기 전계효과 트랜지스터 및 캐패시터가 실장되며, 상기 전기차폐부재 및 링전극상에 설치되는 인쇄회로기판으로 구성되어 있으므로, 내열성이 뛰어나고, 정전기장이 높은 박막형 실리콘 화합물로 구성된 진통판을 구비하고 있어 진동특성이 양호하여 감도를 향상시킬 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims

다수개의 통공(200a)이 형성되어 있고, 상기 통공(200a)의 반대쪽이 개구되어 있는 케이스(200)와, 정전기장을 형성해서 기계적신호를 전기적 신호로 변환하도록 전하가 충전되며, 상기 케이스(200)에 형성된 통공(200a)의 내측에 설치되어 상기 통공(200a)을 통해 도입되는 음파에 의해 진동되는 진동판(210)과, 상기 진동판(210)의 스페이서(214) 상부에 설치되며, 상기 케이스(200)에 형성된 통공(200a)을 통해서 도입되는 음파에 의해 진동되는 상기 진동판(210)을 구성하는 진동막(212)의 진동에 의하여 상기 스페이서(214)가 위치한 공간에서 발생한 음압의 변화가 유발시키는 에어 댐핑을 최소화하도록 다수의 관통공(208a)이 형성된 금속제의 백플레이트(208)와, 상기 진동판(210)의 스페이서(214) 및 백 플레이트(208)의 위치를 규제함과 동시에, 절연시키도록 상기 케이스(200)의 내주면에 설치되는 전기차폐부재(220)와, 상기 전기차폐부재(220)내주면에 동심을 이루면서 설치되는 도전성의 링전극(222)과, 상기 케이스(200)의 통공(200a)을 통해 도입되는 음압이 변환된 전기적 신호를 상기 링전극(222)을 통해 게이트단자에서 받아서 스위칭 온되는 전계효과 트랜지스터(FET)와, 상기 전계효과 트랜지스터(FET)의 스위칭 온시에 상기 전계효과 트랜지스터(FET)의 드레인단자와 소오스단자 사이에 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하는 캐패시터(C)와, 상기 전계효과 트랜지스터(FET) 및 캐패시터(C)가 실장되며, 상기 전기차폐부재(220) 및 링전극(222)상에 설치되는 인쇄회로기판(224)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제 1 항에 있어서, 상기 진동판(210)은 상기 케이스(200)의 통공(200a)을 통해 도입되는 음파에 의해 진동되며 전기장을 형성해서 전기적 신호로 변화시키는 진동막(212)과, 진동(212)의 한쪽면에 적층된 원통형상의 실리콘 웨이퍼로 이루어진 지지링(213)과, 상기 진동막(212)상에 링형상으로 형성된 스페이서(214)와, 상기 지지링(213)상에 금, 알루미늄으로 증착된 배면전극(215)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 스페이서(214)는 부도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 스페이서(214)는 산화규소(SiO₂), 질화규소(Si3N4)로 이루어진 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 진동막(212)은 질화실리콘 막((Si₃N₄))으로 이루어진 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 진동막(212)은 질화실리콘막과 산화실리콘막을 순서로 적층 증착하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 백 플레이트에는 FEP, SOG, Flare, Teflon 중에서 선택된 1종을 점착하여 전하를 충전시킨 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제5항 또는 제6항에 있어서, 진동막(212)의 두께는 0.1㎛ 내지 2㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 스페이서(214)는 진동판(210)과 분리하여 형성한 것을 특징으로 하는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰