KR100644730B1

KR100644730B1 - 실리콘 콘덴서 마이크로폰

Info

Publication number: KR100644730B1
Application number: KR1020050076522A
Authority: KR
Inventors: 송청담
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2005-08-20
Filing date: 2005-08-20
Publication date: 2006-11-10
Also published as: WO2007024049A1

Abstract

본 발명은 접속단자가 기판의 부품면에 형성됨과 아울러 외부음을 유입하기 위한 음향홀이 기판에 형성되어 마이크로폰 패키지를 사용하는 제품의 메인 PCB에 실장하기 적합하도록 된 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 마이크로폰은 마이크로폰을 삽입할 수 있는 삽입홀과 접속패드가 형성된 메인 PCB에 실장하기 위한 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 메인 PCB의 삽입홀에 삽입될 수 있고 바닥면이 막힌 금속 케이스; 금속 케이스보다 넓고 중앙부분에 음향홀이 형성되어 있으며, 멤스(MEMS) 마이크로폰칩과 전압펌프와 버퍼아이시(IC)가 내장된 특수목적형 반도체(ASIC)칩이 실장되어 있고, 금속 케이스와 접합하기 위한 접속패턴이 형성되어 금속 케이스와 접속패턴이 접합된 기판; 및 메인 PCB의 접속패드와 접속하기 위해, 금속 케이스가 실장된 기판의 부품면에 형성된 접속단자를 포함한다. 따라서 본 발명에 따라 메인 PCB에 실장된 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 마이크로폰에서 기판 위로 돌출된 케이스부분이 메인 PCB에 형성된 삽입홀에 삽입되므로 실장 후의 전체 높이가 종래에 비해 낮아져 제품의 부품 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

MEMS, 콘덴서 마이크로폰, 케이스, 메인 PCB, 실장, 부품면, 접속단자

Description

실리콘 콘덴서 마이크로폰{ SILICON BASED CONDENSER MICROPHONE }

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 제1 실시예의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장시 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 MEMS칩 구조를 도시한 예,

도 5는 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 회로도,

도 6은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 제2 실시예의 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 제3 실시예의 측단면도,

도 8은 본 발명에 따른 지향성 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장시 측단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 멤스(MEMS)칩 20: 특수목적형 반도체(ASIC)칩

100/100': 마이크로폰 110/110': 케이스

120: 마이크로폰 기판 120a: 마이크로폰 기판의 부품면

120b,110a/110'a: 음향홀

122,122-1~122-4: 접속단자 130: 용접부

140: 음향 저항체 210: 메인 PCB

210a/210b: 마이크로폰 삽입홀

220,220-1~220-4: 메인 접속패드

230: 솔더링부

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접속단자가 기판의 부품면에 형성됨과 아울러 외부음을 유입하기 위한 음향홀이 기판에 형성되어 마이크로폰 패키지를 사용하는 제품의 메인 PCB에 실장하기 적합하도록 된 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신 단말기나 오디오 등에 널리 사용되는 콘덴서 마이크로폰은 전압 바이어스 요소와, 음압(sound pressure)에 대응하여 변화하는 커패시터(C)를 형성하는 다이어프램/백플레이트 쌍, 그리고 출력신호를 버퍼링하기 위한 전계 효과 트랜지스터(JFET)로 이루어진다. 이러한 전통적인 방식의 콘덴서 마이크로폰은 하나의 케이스 안에 진동판과, 스페이서링, 절연링, 백플레이트, 통전링, PCB가 일체로 조립된 조립체로 이루어진다.

한편, 최근들어 미세장치의 집적화를 위해 사용되는 기술로서 마이크로머시닝을 이용한 반도체 가공기술이 있다. 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical System)라고 불리는 이러한 기술은 반도체공정 특히 집적회로 기술을 응용한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 ㎛단위의 초소형센서나 액츄에이터 및 전기기계적 구조물을 제작할 수 있다. 이러한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작된 MEMS 칩 마이크로폰은 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화가 가능하며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이와 같이 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작된 MEMS 칩 마이크로폰은 전기적 구동과 신호처리를 하여야 하므로 다른 특수목적형 반도체(ASIC: Application Specific Integrated Circuit) 칩 디바이스와 함께 패키지화할 필요가 있다.

그런데 종래의 실리콘 콘덴서 마이크로폰 패키지는 통상적으로 기판의 부품면의 반대면에 접속단자가 형성되어 있으므로 마이크로폰을 사용하는 제품(예컨대, 휴대폰 등)의 메인 PCB에 실장할 경우, 실리콘 콘덴서 마이크로폰이 돌출되어 부품실장 공간이 비효율적으로 낭비되고 불편한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 접속단자가 기판의 부품면에 형성되고 외부음을 유입하기 위한 음향홀이 기판에 형성되어 마이크로폰 패키지를 사용하는 제품의 메인 PCB에 실장하기 적합하도록 된 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로폰은, 마이크로폰을 삽입할 수 있는 삽입홀과 접속패드가 형성된 메인 PCB에 실장하기 위한 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 메인 PCB의 삽입홀에 삽입될 수 있고 바닥면이 막힌 금속 케이스; 상기 금속 케이스보다 넓고 중앙부분에 음향홀이 형성되어 있으며, 멤스(MEMS) 마이크로폰칩과 전압펌프와 버퍼아이시(IC)가 내장된 특수목적형 반도체(ASIC)칩이 실장되어 있고, 상기 금속 케이스와 접합하기 위한 접속패턴이 형성되어 상기 금속 케이스와 상기 접속패턴이 접합된 기판; 및 상기 메인 PCB의 접속패드와 접속하기 위해, 상기 금속 케이스가 실장된 기판의 부품면에 형성된 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장 개념도이며, 도 3은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장시 측단면도이다.

본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100)은 도 1의 (가)에 도시된 바 와 같이 바닥면이 막힌 원통형의 금속 케이스(110)가 금속 케이스보다 넓은 기판(120)에 부착되어 있고, 기판의 부품면(120a)에는 마이크로폰이 사용될 제품의 메인 PCB(210)의 접속패드(220-1~220-4)와 접속하기 위한 접속단자(122-1~122-4)가 형성되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 접속단자가 4개인 것을 예로 들었으나 이 것은 하나의 예에 불과한 것이고 적어도 2개 이상 8개까지 형성될 수 있다. 그리고 접속단자(122-1~122-4)를 기판의 측벽부까지 확장하거나 측벽부에 이어 부품면의 반대면까지 확장할 경우 전기인두 등의 열전달이 개선되어 리워크 작업이 보다 편리해질 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100)이 실장될 제품의 메인 PCB(210)는 도 1의 (나)에 도시된 바와 같이, 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 케이스(110)가 실장될 수 있도록 원형의 삽입홀(210a)이 형성되어 있고, 마이크로폰의 기판(120)에 형성된 접속단자(122-1~122-4)에 대응하여 접속패드(220-1~220-4)가 형성되어 있다.

이와 같은 메인 PCB(210)에 본 발명에 따라 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100)을 실장하는 예는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부음을 유입하기 위한 음향홀(120b)이 형성되고 접속단자(122-1~122-4)가 형성되어 있으며 바닥면이 막힌 금속 케이스(110)가 부착된 마이크로폰 기판의 부품면(120a)이 메인 PCB(210)를 향하게 한 후, 메인 PCB(210)에 형성된 삽입홀(210a)에 마이크로폰의 케이스(110)를 삽입하고 메인 PCB의 접속패드(220-1~220-4)와 마이크로폰의 접속단자(122-1~122-4)를 솔더링하여 접속한다.

이와 같이 메인 PCB(210)에 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100)이 실장된 전체 구조는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 부품면(120a)의 중앙부분에서 돌출된 금속 케이스(110)가 메인 PCB(210)의 삽입홀(210a)에 삽입됨과 아울러 메인 PCB의 접속패드(220)와 마이크로폰의 접속단자(122)가 솔더링(230)에 의해 접속되어 있는 형상이다.

따라서, 본 발명의 실장방식에 따르면 마이크로폰의 기판 위로 돌출된 케이스(110) 부분이 메인 PCB(210)에 형성된 삽입홀(210a)에 삽입되므로 실장 후의 전체 높이(t)가 종래 마이크로폰에서 부품면의 반대면에 접속단자가 형성되어 메인 PCB 위에 실장될 때의 전체 높이보다 낮아져 제품의 부품 실장 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

이러한 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100)의 금속 케이스 내부에는 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, MEMS칩(10)과 ASIC칩(20)이 기판(120)상에 실장되어 있고 기판(120)의 중앙부분에 외부 음을 유입하기 위한 음향홀(120b)이 형성되어 있으며, 바닥면이 막힌 금속 케이스(110)와 접촉되는 부분에 원형의 접속패턴(121)이 형성되어 있다.

그리고 도면에는 도시하지 않았으나 필요에 따라 전자파 차폐 또는 ESD 차폐를 위한 커패시터나 저항 등이 함께 실장될 수 있다. 이때, 기판(120)으로는 PCB기판, 세라믹 기판, FPCB기판, 메탈 PCB기판 등 다양한 기판을 사용할 수 있고, 금속 케이스(110)는 황동이나 동, 스텐리스 스틸, 알루미늄, 니켈합금 등으로 되어 있으며 금이나 은도금하여 사용할 수 있다.

그리고 도 3의 측단면도에 도시된 바와 같이, 접속단자(122)를 기판의 측벽부를 거쳐 부품면의 반대면까지 확장할 경우 전기인두 등의 열전달이 개선되어 리워크 작업이 보다 용이해질 수 있으며, 도면에는 도시되지 않았으나 접속단자(122)를 기판의 측벽부까지만 확장할 수도 있다.

또한 멤스(MEMS)칩(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(14) 위에 MEMS 기술을 이용하여 백플레이트(13)를 형성한 후 스페이서(12)를 사이에 두고 진동막(11)이 형성된 구조로 되어 있다.

특수목적형 반도체(ASIC)칩(20)은 MEMS칩(10)과 연결되어 전기적 신호를 처리하는 부분으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, MEMS칩(10)이 콘덴서 마이크로폰으로 동작하도록 전압을 제공하는 전압펌프(22)와 MEMS칩(10)을 통해 감지된 전기적인 음향신호를 증폭 또는 임피던스 정합시켜 접속단자를 통해 외부로 제공하기 위한 버퍼IC(24)로 구성된다. 여기서, 전압펌프(22)는 DC-DC 컨버터이고, 버퍼 IC(24)는 아날로그 증폭기나 아날로그 디지털 변환기(ADC) 등을 사용할 수 있다. 도 5의 회로도에서 콘덴서 기호 "C0"은 MEMS칩(10)에 대한 전기적인 등가회로를 나타내고, MEMS 마이크로폰 패키지(100)는 3개의 접속단자(Vdd, GND, Output)를 통해 외부 디바이스와 연결되는 것을 알 수 있다.

[제2 실시예]

도 6은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 제2 실시예의 사시도로서, (가)는 바닥면이 막힌 사각통형의 금속 케이스를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로 폰(100')의 사시도이고, (나)는 사각통형의 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100')을 실장하기 위한 제품의 메인 PCB(210)이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100')은 도 6의 (가)에 도시된 바와 같이, 바닥면이 막힌 사각통형의 금속 케이스(110')가 기판(120)에 부착되어 있고, 기판의 부품면(120a)에는 마이크로폰이 사용될 제품의 메인 PCB의 접속패드(220)와 접속하기 위한 접속단자(122)가 형성되어 있다. 그리고 도면에는 나타나지 않았으나 기판(120)의 중앙부분에는 외부 음을 유입하기 위한 음향홀(120b)이 형성되어 있다.

또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100')이 실장될 제품의 메인 PCB(210)는 도 6의 (나)에 도시된 바와 같이, 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 케이스(110')가 실장될 수 있도록 사각형의 삽입홀(210b)이 형성되어 있고, 마이크로폰의 기판(120)에 형성된 접속단자(122)에 대응하여 접속패드(220)가 형성되어 있다.

이와 같은 메인 PCB(210)에 본 발명에 따라 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100')을 실장하는 절차는 마이크로폰을 삽입하기 위한 삽입홀(210b)과 마이크로폰과 전기적으로 접속하기 위한 접속패드(220)가 형성된 메인 PCB(210)를 준비하는 단계와, 기판의 부품면(120a) 중앙에 사각통형의 케이스(110')가 돌출되어 있고, 기판의 부품면(120a)에 접속패드(220)와 접속하기 위한 접속단자(122)와 음향홀(120b)이 형성된 콘덴서 마이크로폰(100')을 준비하는 단계와, 메인 PCB의 삽입홀(210b)에 콘덴서 마이크로폰의 케이스(110')를 삽입하고, 메인 PCB의 접속패드(220)와 마이크로폰의 접속단자(122)를 솔더링하는 단계로 구성되며, 이러한 절차들은 케이스의 형상이 사각통형인 것을 제외하고는 제1 실시예의 실장 절차와 실질적으로 동일하다.

[제3 실시예]

도 7은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장시 측단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 기판 위로 돌출된 케이스(110/110') 부분이 메인 PCB(210)에 형성된 삽입홀(210a/210b)에 삽입되어 있고, 마이크로폰 기판의 부품면(120a)에 위치한 접속단자(122)가 솔더링(230)에 의해 메인 PCB의 접속패드(220)와 접속되어 있다. 마이크로폰 기판(120)의 멤스칩(10)이 실장된 위치에는 외부음을 유입하기 위한 음향홀(120b)이 형성되어 있다.

여기서, 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰은, 제1 실시예 혹은 제2 실시예의 구조에서 금속 케이스(110/110')에 음향홀이 형성되지 않아 바닥면이 막혀 있고, 멤스(MEMS)칩(10)이 실장된 위치의 기판(120)에 외부음을 유입하기 위한 음향홀(120b)이 형성되어 있다.

이러한 도 7의 구조에서는 PCB상에 형성된 음향홀(120b)을 통해 유입된 외부 음향이 멤스칩(10)의 백플레이트에 형성된 음공을 지나 진동판을 진동시켜 전기적인 신호를 생성하게 된다.

[지향성 마이크로폰의 예]

도 8은 본 발명에 따른 지향성 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 실장시 측단면도이다. 본 발명의 실시예에서는 PCB측으로부터 유입되는 음향을 전방음으로, 케이스측으로부터 유입되는 음향을 후방음으로 정의한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 지향성 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 기판 위로 돌출된 케이스(110/110') 부분이 메인 PCB(210)에 형성된 삽입홀(210a/210b)에 삽입되어 있고, 마이크로폰 기판의 부품면(120a)에 위치한 접속단자(122)가 솔더링(230)에 의해 메인 PCB의 접속패드(220)와 접속되어 있다. 마이크로폰 기판(120)의 멤스칩(10)이 실장된 위치의 기판에는 전방음을 유입하기 위한 전방음 유입홀(120b)이 형성되어 있고, 케이스(110/110')에는 후방음을 유입하기 위한 후방음 유입홀(110a/110'a)이 형성되어 있다.

여기서, 본 발명에 따른 지향성 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 전방음 유입홀(120b)의 내외측이나 후방음 유입홀(110a/110'a)의 내외측에 음향 저항체(140)를 부가하여 지향특성을 갖도록 한 구조이다.

이러한 도 8의 구조에서는 전방음 유입홀(120b)이나 후방음 유입홀(110a/110'a)을 통해 유입된 외부 음향이 해당 음향 저항체(140)를 통과하면서 위상이 변화되어 지향특성을 갖게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 외 부음을 유입하기 위한 음향홀이 케이스가 아닌 기판에 형성되어 있고 접속단자가 기판의 부품면에 형성되어 있으며 메인 PCB에는 마이크로폰을 실장하기 위한 삽입홀이 형성되어 있다. 따라서 본 발명에 따라 메인 PCB에 실장된 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 마이크로폰에서 기판 위로 돌출된 케이스부분이 메인 PCB에 형성된 삽입홀에 삽입되므로 실장 후의 전체 높이가 종래에 비해 낮아져 제품의 부품 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

마이크로폰을 삽입할 수 있는 삽입홀과 접속패드가 형성된 메인 PCB에 실장하기 위한 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

상기 메인 PCB의 삽입홀에 삽입될 수 있고 바닥면이 막힌 금속 케이스;

상기 금속 케이스보다 넓고 중앙부분에 음향홀이 형성되어 있으며, 멤스(MEMS) 마이크로폰칩과 전압펌프와 버퍼아이시(IC)가 내장된 특수목적형 반도체(ASIC)칩이 실장되어 있고, 상기 금속 케이스와 접합하기 위한 접속패턴이 형성되어 상기 금속 케이스와 상기 접속패턴이 접합된 기판; 및

상기 메인 PCB의 접속패드와 접속하기 위해, 상기 금속 케이스가 실장된 기판의 부품면에 형성된 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 금속 케이스는

원통형이나 사각통형인 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 금속 케이스의 끝단은

직선형이거나 외측으로 구부러져 날개가 형성된 형태인 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 마이크로폰의 기판은

PCB기판, 세라믹 기판, FPCB 기판, 메탈 PCB기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 금속 케이스의 재질은

황동이나 알루미늄, 니켈합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 접속단자는

적어도 2개 이상 8개 까지 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 기판의 음향홀이

상기 기판의 중앙부분이 아닌 상기 멤스칩이 실장된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
제7항에 있어서, 상기 케이스에는 외부음을 유입하기 위한 음향홀이 형성되고, 상기 음향홀의 내외측에 음향 저항체가 부가되어 지향특성을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.