KR100409272B1

KR100409272B1 - 칩 마이크로폰

Info

Publication number: KR100409272B1
Application number: KR10-2001-0040692A
Authority: KR
Inventors: 송청담; 정익주
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2001-07-07
Filing date: 2001-07-07
Publication date: 2003-12-11
Also published as: KR20030004934A

Abstract

본 발명은 전계효과 트랜지스터 및 전계효과 트랜지스터의 드레인 단자와 소오스단자 사이에 병렬로 연결된 한쌍의 캐패시터가 집적된 실리콘 웨이퍼 위에 일정간격을 두고 유전체 박막을 일체적으로 형성시킬 수 있어 초소형(경박단소)의 칩 마이크로폰을 생산할 수 있고, 한쌍의 캐패시터가 서로 병렬로 전계효과 트랜지스터의 출력단에 접속되어 있으므로, 주파수 대역특성이 넓어서 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼 상에 전계효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적되어 있으므로 제조 코스트를 저감시킬 수 있고, 또한 표면실장장치에 의해 인쇄회로기판에 솔더링할 수 있다.

Description

칩 마이크로폰{A CHIP MICROPHONE}

본 발명은 칩 마이크로폰에 관한 것으로서, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 소정 두께의 유전체 박막을 일정간격으로 유지하게 하여 진동판을 형성시켜서 진동판의 진동에 따라 정전용량의 변화에 따른 전압의 변화를 입력신호로 하여 전계효과 트랜지스터에서 증폭할 수 있는 칩 마이크로폰에 관한 것이다.

종래로 부터 널리 사용되고 있는 이러한 종류의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 2000년 11월 1일 실용신안등록출원하여 2001년 4월 2일자로 공고된 한국 실용신안등록공보 공고번호 20-2001-218653호에 개시되어 있다.

동 공보에 개시되어 있는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 도 1 내지 도 4에 상세히 도시되어 있는 바와 같이 케이스(50)와, 상기 케이스(50)의 음공(52)을 통해 들어 온 음압에 의해 진동되어 음향신호를 전기적 신호로 변환하는 진동판(70)과, 상기 진동판(70)의 상부에 설치되어 상기 진동판(70)이 용이하게 진동하도록 오목부(82)의 바닥면에 다수의 작은 음향홀(82a)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(80)와, 상기 진동판(70)에서 변환된 전기적 신호를 받아 증폭하는 집적회로(100)와, 상기 케이스(50)의 상부에 형성된 개구부를 덮음과 동시에, 상기 반도체 웨이퍼(80)와 케이스(50)를 전기적으로 절연하는 절연캡(110)과, 상기 집적회로(100)에 리이드선(102a)을 개재해서 접속된 접촉소자(102)와 전기적으로 접속되도록 상기 절연캡(110)상에 설치된 접촉핀(120)과, 상기 절연캡(110)상에 설치되어 반도체 웨이퍼(80)상에 피착된 집적회로(100)에서 증폭된 신호를 상기 집적회로(100)에 리드선(103a)을 개재해서 접속된 접촉소자(103)와 전기적으로 접속되며 외부와 전기적 접속이 가능하도록 상기 절연캡(110)상에 설치된 접촉핀(130)을 구비하고 있다.

다시 말하면, 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰의 케이스(50)는 상부에 개구부가 형성되며 중앙에 음향을 수집해서 통과시키도록 다수의 음공(52)이 형성되어 있고 전기적으로 접지되어 있다. 상기 케이스(50)의 음공(52)을 통해 들어 온 음압에 의해 진동되어 음향신호를 전기적 신호로 변환하도록 진동판(70)은 상기 케이스(50)의 내측에 일정간극(△t)을 두고 상기 케이스(50)의 바닥 내면(50a)에 대해 평행하게 설치되어 있다.

상기 진동판(70)은 전하가 충전되는 일렉트렛막(72)과, 상기 일렉트렛막(72)의 일측면에 금속을 스퍼터링 또는 화학기상성장에 의해 형성된 도전막(74)과, 상기 일렉트렛막(72)에 형성된 도전막(74)이 상기 케이스(50)의 바닥 내면(50a)으로 부터 일정 간격(△t) 떨어져서 위치되도록 상기 도전막(74) 하부의 테두리에 배설된 폴라링(76)으로 구성되어 있다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 하나의 캐패시터를 구비하고 있어 주파수 대역특성이 좁아서 CDMA방식 또는 GSM방식의 휴대폰에 호환성을 가질 수 없다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼(80)와 진동판(70)이 별개의 부품으로 구성되어 있어 초소형의 슬림화를 달성할 수 없다는 등의 문제점이 있었다.

또한, 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 반도체 웨이퍼(80)와 진동판(70)이 별개의 부품으로 구성되어 있어 가공성이 나쁘고, CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환성을 갖게 하기 위해서는 별도의 증폭회로를 추가하여야 하므로, 제조 코스트를 증가시킨다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 260℃ 이상의 고열에서 일렉트렛으로 부터 전자가 방출되어 감도가 저하되므로 표면실장장치(Surface Mounting Device)에 의해 인쇄회로기판에 솔더링이 불가능하다는 등의 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 전계효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적된 실리콘 웨이퍼 위에 일정간격을 두고 유전체 박막을 일체적으로 형성시킨 초소형(경박단소)의 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주파수 대역특성이 넓은 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있는 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조 코스트를 저감시킬 수 있는 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 표면실장장치에 의해 인쇄회로기판에 솔더링할 수 있는 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 게이트전극(gate)으로 작용하는 실리콘 웨이퍼와, 상기 실리콘 웨이퍼상에 집적되며, 음압을 일정 레벨로 증폭하는 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터에서 출력되는 증폭신호를 받아서 노이즈를 필터링하도록 서로 병렬로 접속된 한쌍의 캐패시터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인전극과 소오스전극을 전기적으로 접속함과 동시에, 한쌍의 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 상기 실리콘 웨이퍼상에 스퍼터링에 의해 증착된 금속배선과, 상기 실리콘 웨이퍼의 상ㆍ하부면을 전기적으로 절연시키도록 증착된 질화실리콘층과, 상기 질화실리콘층상에 금속전극을 스퍼터링에 의해 증착된 금속전극과, 상기 금속 전극상에 전자가 충전되어 일렉트렛이 형성되도록 스핀 코팅에 의해 형성된 유전체로 이루어진 진동판과 상기 금속전극의 하부에 증착된 질화실리콘층의 일부를 식각에 의해 제거하여 형성되는 에어 갭을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 도 1에서 일부 절결한 일부종단면도,

도 3은 도 1에 적용된 진동판을 개략적으로 도시한 사시도,도 4는 도 2의 IC회로가 집적된 반도체 웨이퍼를 구체적으로 도시한 사시도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 칩마이크로폰에서 외부하우징을 제거한 상태의 개략적인 사시도,

도 6는 도 4에 있어서 화살표 A-A 단면도,

도 7은 도 4에 있어서 화살표 B-B 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:실리콘 웨이퍼 2:금속배선

5,7:질화실리콘층 9:금속전극

11:진동판 13:에어 갭

Q1:전계효과 트랜지스터 C1,C2:캐패시터

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 칩 마이크로폰에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 칩마이크로폰에서 외부하우징을 제거한 상태의 개략적인 사시도이고, 도 6는 도 5에 있어서 화살표 A-A단면도이고, 도 7은 도 5에 있어서 화살표 B-B 단면도이다.

도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 칩 마이크로폰은 게이트전극(gate)으로 작용하는 실리콘 웨이퍼(1)상에 음압을 일정 레벨로 증폭하는 전계효과 트랜지스터(Q1)가 집적되어 있음과 동시에, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)에서 출력되는 증폭신호를 받아서 노이즈를 필터링하고, 또한 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있도록 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 출력단에는 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 서로 병렬로 접속되어 있다.

그리고, 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에는 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)과 소오스전극(S)을 전기적으로 접속함과 동시에, 한쌍의 캐패시터(C1,C2)를 전기적으로 접속하도록 금속배선(2)이 스퍼터링에 의해 증착되어 있다.

또한 본 발명의 칩 마이크로폰에 있어서는 상기 실리콘 웨이퍼(1)의 하부면을 전기적으로 절연시키도록 질화실리콘(Si₃N₄)층(5,7)이 증착되어 있고, 상기 질화실리콘층(5)상에는 금속전극(9)이 스퍼터링에 의해 증착되어 있고, 상기 금속전극(9)상에는 전자가 충전되어 일렉트렛이 형성되도록 스핀코팅에 의해 유전체를 코팅해서 진동판(11)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 금속전극(9)의 하부에 증착된 질화실리콘층(5)의 일부를 식각에 의해 제거하여 에어 갭(13)이 형성된다.

상기 진동판(11)은 전자가 코로나 충전되어 일렉트렛이 형성되는 부분으로서, 무기물과 유기물 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 무기물로는 SOG(Spin On Glass), 산화규소(SiO₂), 질화실리콘(Si₃N₄) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것과 상기 무기물의 선택된 적층형태의 것이 바람직하고, 유기물로는 테프론(TEFLON), FEP(Fluoro Ethylene Propylene), PET(Polyethylene Terephtalate) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 진동판(11)의 두께는 0.01 내지 10㎛로 형성하는 것이 바람직하고, 상기 금속전극(9)은 일렉트렛(electret)이 형성된 진동판으로 부터의 전기적 신호를 전달할수 있도록 Aℓ, Au, Cr, Ni 중에서 선택된 금속박막으로 이루어진 것이다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 칩 마이크로폰에 대한 작용 및 효과를 설명한다.

게이트전극(gate)으로 작용하는 실리콘 웨이퍼(1)상에는 전계효과 트랜지스터(Q1) 및 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 집적되어 있고, 실리콘 웨이퍼(1)의 에어 갭(13)상에 금속전극(9)을 개재하여 0.01 내지 10㎛ 두께의 진동판(11)이 에어 갭(13)상에 설치되어 있으므로, 도시하지 않은 하우징에 형성된 음공을 통해서 마이크로폰 내로 들어온 음압에 의해 진동판(11)의 진동 특성이 감도 좋게 진동한다.

그리고, 진동판(11)을 구성하는 유전체 막과 질화실리콘층(5)과의 사이에는 질화실리콘층(5)의 일부를 식각에 의해 제거하여 에어갭(13)이 형성되어 있고, 상기 에어 갭(13)과 진동판(11) 사이에 금속전극(9)이 배치되어 있어 질화실리콘층(5)의 유전체 막이 일렉트렛 기능을 수행하므로, 유전체로 이루어진 진동판(11)에 전자를 충전시킬 필요가 없다.

본 발명에 따른 칩 마이크로폰은 전계효과 트랜지스터(Q1) 및 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 집적된 실리콘 웨이퍼 상에 일정간격을 두고 유전체 박막을 일체적으로 형성시킴으로써, 칩 마이크로폰을 초소형화(경박단소)시킬 수 있으며, 전계효과 트랜지스터(Q1)의 출력단에 노이즈를 필터링하도록 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 병렬로 접속되어 있어 주파수 대역특성이 넓으므로, CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 칩 마이크로폰은 실리콘 웨이퍼(1)상에 전계효과 트랜지스터(Q1) 및 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 일체적으로 집적되어 있고, 실리콘 웨이퍼(1) 상에 질화실리콘층(5)의 일부를 식각에 의해 제거하여 에어갭(13)을 형성한 구조이므로, 제조 코스트를 저감시킬 수 있고, 또한 솔더링시에 열에 의해 전자가 방출되지 않으므로, 표면실장장치(Soldering Mounting Device)에 의해 인쇄회로기판에 솔더링해도 칩 마이크로폰의 특성이 그대로 유지된다.

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 칩 마이크로폰에 의하면, 전계효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적된 실리콘 웨이퍼 위에 일정간격을 두고 유전체 박막을 일체적으로 형성시킬 수 있어 초소형(경박단소)의 칩 마이크로폰을 생산할 수 있고, 한쌍의 캐패시터가 서로 병렬로 전계효과 트랜지스터의 출력단에 접속되어 있으므로, 주파수 대역특성이 넓어서 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼 상에 전계효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적되어 있으므로 제조 코스트를 저감시킬 수 있고, 또한 표면실장장치(Soldering Mounting Device)에 의해 휴대폰 등의 인쇄회로기판에 솔더링할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims

게이트전극(gate)으로 작용하는 실리콘 웨이퍼(1)와, 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에 집적되며, 음압을 일정 레벨로 증폭하는 전계효과 트랜지스터(Q1)와, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)에서 출력되는 증폭신호를 받아서 노이즈를 필터링하도록 서로 병렬로 접속된 한쌍의 캐패시터(C1,C2)와, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)과 소오스전극(S)을 전기적으로 접속함과 동시에, 한쌍의 캐패시터(C1,C2)를 전기적으로 접속하도록 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에 스퍼터링에 의해 증착된 금속배선(2)과, 상기 실리콘 웨이퍼(1)의 상ㆍ하부면을 전기적으로 절연시키도록 증착된 질화실리콘(Si₃N₄)층(5,7)과, 상기 질화실리콘층(5)상에 금속전극을 스퍼터링에 의해 증착된 금속전극(9)과,

상기 금속전극상에 전자가 충전되어 일렉트렛이 형성되도록 스핀코팅에 의해 형성된 유전체로 이루어진 진동판(11)과,

상기 금속전극(9)의 하부에 증착된 질화실리콘층(5)의 일부를 식각에 의해 제거하여 형성되는 에어 갭(13)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 진동판(11)은 전자가 코로나 충전되어 일렉트렛이 형성되는 부분으로 무기물과 유기물 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 무기물은 SOG(Spin On Glass), 산화규소(SiO₂), 질화실리콘(Si₃N₄) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 유기물은 테프론(TEFLON), FEP, PET(Polyethylene Terephtalate) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 진동판(11)은 그 두께가 0.01 내지 10㎛로 형성한 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 금속전극(9)은 진동판으로 부터의 전기적 신호를 전달하도록 Aℓ금속박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.