KR100737728B1 - Packaging structure of mems microphone and construction method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 패키징 구조의 분해 사시도.1 is an exploded perspective view of a packaging structure according to the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 케이스의 배면 사시도.FIG. 2 is a rear perspective view of the first case shown in FIG. 1. FIG.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 패키징 구조의 조립상태를 도시한 조립 사시도.3a and 3b are assembled perspective views showing the assembled state of the packaging structure according to the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 패키징 구조의 조립상태의 단면도.4a and 4b are cross-sectional views of the assembled state of the packaging structure according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 제 1 케이스 12 : 백챔버홀10: first case 12: back chamber hole
20 : 제 2 케이스 22 : 음공20: second case 22: sound hole
24 : 체결홈 30 : 연성기판(FPCB)24: Tightening groove 30: Flexible PCB (FPCB)
32 : 멤스 마이크로폰 구조체 34 : 절곡부32: MEMS microphone structure 34: bent portion
본 발명은 마이크로폰의 패키징 구조 및 그 조립방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 멤스 마이크로폰에 백챔버 공간을 확보하고 케이스의 인장력을 강화 할 수 있는 패키징 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a packaging structure of the microphone and a method for assembling the same, and more particularly, to a packaging structure and a manufacturing method capable of securing a back chamber space in a MEMS microphone and reinforcing the tensile force of the case.
마이크로폰(일명 마이크)은 음성을 전기적인 신호로 변환하는 장치로서, 이러한 마이크로폰의 종류에는 다이나믹형, 콘덴서형, 리본형 및 세라믹형 등이 있다. 마이크로폰은 전기, 전자 기술의 급속한 발전과 더불어 그 기술이 크게 향상되었으며, 특히, 소형 유무선 장비들의 개발이 가속화됨에 따라 마이크로폰의 크기가 점점 소형화되어 가고 있는 추세이다. 이에 따라 최근에는 멤스(Micro Electro Mechanical Systems/MEMS)기술을 이용한 마이크로폰까지 등장하게 되었다. Microphones (also known as microphones) are devices that convert voice into electrical signals. The microphones include dynamic, condenser, ribbon, and ceramic types. The microphone has been greatly improved along with the rapid development of electric and electronic technologies, and in particular, as the development of small wired and wireless devices is accelerated, the size of the microphone is becoming smaller and smaller. In recent years, microphones using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems / MEMS) technology have emerged.
멤스 기술은 기존의 반도체 공정 중 특히 집적회로 기술을 응용한 미세 가공 기술을 의미하는 것으로서, 마이크로 단위의 초소형 센서나 구동기 및 전기 기계적 구조물을 제작하는데 일반적으로 응용된다. 멤스 기술이 마이크로폰에 적용됨에 따라 마이크로폰을 포함하는 각종 음향기기의 두께를 혁신적으로 축소하는 것이 가능해졌을 뿐만 아니라, 전력 사용량도 줄어들어 다양한 범위로의 적용이 가능하게 되었다. MEMS technology refers to a microfabrication technology using an integrated circuit technology, especially in the existing semiconductor process, and is generally applied to fabricate micro sensors, actuators, and electromechanical structures. As MEMS technology has been applied to microphones, it has not only been able to innovatively reduce the thickness of various acoustic devices including the microphones, but also to reduce the power consumption and to apply them to various ranges.
그러나, 이러한 멤스 마이크로폰의 경우에는 초소형으로 제작되기 때문에 백챔버 공간이 실질적으로 충분히 확보되지 못한다는 문제가 있었다. 즉, 음공을 통해 유입된 공기가 충분히 진동할 수 있도록 하는 필수적인 공간인 백챔버가 충분히 확보되지 못함에 따라, 마이크로폰의 감도가 떨어지고 노이즈가 섞여 성능이 충분히 발현되지 않은 경우가 빈번히 발생하게 된 것이다. However, the MEMS microphone has a problem that the back chamber space is not sufficiently secured because it is manufactured in a very small size. That is, as the back chamber, which is an essential space for allowing the air introduced through the sound hole to sufficiently vibrate, is not sufficiently secured, the sensitivity of the microphone decreases and the noise is mixed so that the performance is not sufficiently expressed.
또한, 멤스 마이크로폰 제작시 케이스와 기판을 결합하는데 있어서 기판에 형성된 금속 박막과 케이스를 직접 레이저 용접(laser welding)하는 방식을 이용하 였는데, 용접 온도가 높은 경우에는 기판에 형성된 배선이 손상되고 용접 온도가 낮은 경우에는 정확하게 결합이 이루어지지 않아 세심하게 용접 온도를 조절해야 한다는 불편함이 있었다. 게다가, 용접 후 작은 충격에 의해 접합 부분이 쉽게 분리될 수 있어, 케이스의 인장력이 소비자가 원하는 기준에 미치지 못한다는 문제가 있었다. In addition, when fabricating MEMS microphones, the metal thin film formed on the substrate and the case were directly laser welded to join the case and the substrate. When the welding temperature is high, the wiring formed on the substrate is damaged and the welding temperature is increased. In the low case, it was inconvenient to adjust the welding temperature carefully because the coupling was not made accurately. In addition, there is a problem that the joint part can be easily separated by a small impact after welding, so that the tensile force of the case does not meet the standards desired by the consumer.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 멤스 마이크로폰 구조체가 놓여지는 제 1 케이스에 공기가 유입될 수 있는 백챔버홀 및 백챔버를 형성함으로써 충분히 백챔버 공간을 제공하여 감도 및 성능을 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰의 패키징 구조 및 그 조립방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, by forming a back chamber hole and a back chamber through which air can be introduced into the first case in which the MEMS microphone structure is placed to provide a sufficient back chamber space to improve sensitivity and performance. An object of the present invention is to provide a packaging structure of MEMS microphone and an assembly method thereof.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 멤스 마이크로폰 구조체가 놓여지는 제 1 케이스와 상기 멤스 마이크로폰 구조체를 보호하기 위해 덮여지는 제 2 케이스를 레이저 용접함으로써, 기판과 케이스의 직접적인 레이저 용접에 따라 발생할 수 있었던 배선 또는 내부 부품의 손상을 방지하고 케이스 인장력을 강화시킬 수 있는 멤스 마이크로폰의 패키징 구조 및 그 조립방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. According to another embodiment of the present invention, by welding the first case on which the MEMS microphone structure is placed and the second case which is covered to protect the MEMS microphone structure, the wiring which can be generated by the direct laser welding of the substrate and the case. Another object of the present invention is to provide a packaging structure of MEMS microphone and an assembly method thereof, which can prevent damage to internal components and enhance case tension.
본 발명의 다른 실시에에 따르면, 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스의 레이저 용접 후 에폭시 실링을 추가하여 케이스 간의 결합을 공고히 하고, 케이스 인장력을 더욱 강화시킬 수 있는 멤스 마이크로폰의 패키징 구조 및 그 조립방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. According to another embodiment of the present invention, after the laser welding of the first case and the second case by adding epoxy sealing to secure the coupling between the case, the packaging structure of the MEMS microphone that can further strengthen the case tension force and its assembly method The purpose is to provide.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내부에 공기가 유입될 수 있는 백챔버 공간이 형성된 통형으로서, 제 1 면은 개구되어 있고, 제 2 면은 멤스 마이크로폰 구조체를 지지할 수 있도록 막혀있되 상기 백챔버 공간으로 공기가 유입될 수 있는 백챔버홀이 형성되어 있으며, 외주면에는 상기 개구된 제 1 면이 상기 제 2 면보다 돌출되도록 상기 개구된 제 1 면 끝단에서 연장된 단차부가 형성되어 있는 제 1 케이스; 상기 멤스 마이크로폰 구조체를 보호하도록 공간이 형성된 통형으로서, 제 3 면은 멤스 마이크로폰 구조체에 음향을 전달하도록 음공이 형성되어 있고, 제 4 면은 개구되어 있으며, 상기 멤스 마이크로폰 구조체를 지지하는 제 1 케이스의 제 2 면의 외측벽을 감싸며 상기 제 1 케이스의 단차부가 형성된 부분까지 결합되는 제 2 케이스; 및 절곡부를 중심으로 나뉘어진 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하되, 제 1 부분에는 상기 멤스 마이크로폰 구조체가 형성되고, 상기 제 2 부분에는 외부회로와 접속을 위한 전극이 형성되며, 상기 제 1 부분은 상기 제 1 케이스의 백챔버홀이 형성된 제 2 면 상에 놓여지고, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 케이스의 개구된 제 1 면을 감싸며 접착되는 연성기판;을 포함한다. In order to achieve the above object, it is a cylindrical shape having a back chamber space through which air can be introduced in accordance with the present invention, the first surface is open, the second surface is blocked to support the MEMS microphone structure, A back chamber hole through which air can flow into the back chamber space is formed, and an outer circumferential surface has a step portion extending from an end of the opened first surface such that the opened first surface protrudes from the second surface; 1 case; A cylindrical shape having a space formed to protect the MEMS microphone structure, the third surface of which is formed with a sound hole for transmitting sound to the MEMS microphone structure, the fourth surface of which is open, and which supports the MEMS microphone structure; A second case surrounding the outer wall of the second surface and coupled to a portion where the stepped portion of the first case is formed; And a first portion and a second portion divided by a bent portion, wherein the first portion of the MEMS microphone structure is formed, the second portion is formed of an electrode for connection with an external circuit, and the first portion. And a flexible substrate disposed on a second surface of which the back chamber hole of the first case is formed, and wherein the second portion surrounds and adheres to the opened first surface of the first case.
본 발명에 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 패키징 조립방법은 내부에 공기가 유입될 수 있는 백챔버 공간이 형성된 통형으로서, 제 1 면은 개구되어 있고, 제 2 면은 멤스 마이크로폰 구조체를 지지할 수 있도록 막혀있되 상기 백챔버 공간으로 공기가 유입될 수 있는 백챔버홀이 형성되어 있으며, 외주면에는 상기 개구된 제 1 면이 상기 제 2 면보다 돌출되도록 상기 개구된 제 1 면 끝단에서 연장된 단차부가 형성되어 있는 제 1 케이스를 준비하는 제 1 단계; 절곡부를 중심으로 나뉘어진 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하되, 제 1 부분에는 멤스 마이크로폰 구조체가 형성되고, 상기 제 2 부분에는 외부회로와 접속을 위한 전극이 형성된 연성기판을 제조하여, 상기 제 1 부분은 상기 제 1 케이스의 백챔버홀이 형성된 제 2 면 상에 놓고, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 케이스의 개구된 제 1 면을 감싸며 접착하는 제 2 단계; 상기 멤스 마이크로폰 구조체를 보호하도록 공간이 형성된 통형으로서, 제 3 면은 상기 멤스 마이크로폰 구조체에 음향을 전달하도록 음공이 형성되어 있고, 제 4 면은 개구되어 있는 제 2 케이스를 준비하여, 상기 멤스 마이크로폰 구조체를 지지하는 제 1 케이스의 제 2 면의 외측벽을 감싸며 상기 제 1 케이스의 단차부가 형성된 부분까지 상기 제 2 케이스를 결합시키는 제 3 단계; 및 상기 제 1 케이스와 상기 제 2 케이스의 결합부분을 레이저 용접하는 제 4 단계;를 포함한다. The packaging method of the MEMS microphone according to the embodiment of the present invention has a cylindrical shape in which a back chamber space into which air can be introduced is formed, and the first surface is opened, and the second surface is capable of supporting the MEMS microphone structure. A back chamber hole is formed that is blocked but allows air to flow into the back chamber space, and an outer circumferential surface has a step portion extending from an end of the opened first surface such that the opened first surface protrudes from the second surface. A first step of preparing a first case; A flexible substrate including a first portion and a second portion divided by a bent portion, wherein the first portion is formed of a MEMS microphone structure, and the second portion is formed of an electrode for connection with an external circuit. A second step of placing a first part on a second surface on which the back chamber hole of the first case is formed, and the second part surrounding and bonding the opened first surface of the first case; A cylindrical shape having a space formed to protect the MEMS microphone structure, the third surface of which has a sound hole formed to transmit sound to the MEMS microphone structure, and the fourth surface of the MEMS microphone structure having a second case opened A third step of enclosing the outer wall of the second surface of the first case supporting the second case and coupling the second case to a portion where the stepped portion of the first case is formed; And a fourth step of laser welding the joint portion of the first case and the second case.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면에 기재된 동일한 참조번호는 동일한 구성을 도시한 것이다. The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명에 따른 패키징 구조의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제 1 케이스의 배면 사시도이다. 1 is an exploded perspective view of a packaging structure according to the present invention, Figure 2 is a rear perspective view of the first case shown in FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰의 패키징 구조는 크게 제 1 케이스(10), 제 2 케이스(20) 및 연성기판(30)으로 구성된다. Referring to FIG. 1, the packaging structure of a MEMS microphone according to the present invention is largely composed of a
제 1 케이스(10)는 도시된 바와 같이 일면은 개구되고, 타면은 막혀진 통형으로 형성된다. 그리고, 통형의 내부 공간은 공기가 유입될 수 있는 백챔버 공 간(back chamber, 도 2의 14)으로 활용된다. 백챔버 공간(14)으로 공기가 유입될 수 있도록 제 1 케이스(10)의 막혀진 타면에는 백챔버홀(12)이 형성되어 있다. As shown in the
제 1 케이스(10)의 외주면에는 상기 개구된 일면이 상기 막혀진 타면보다 돌출되도록 개구된 일면 끝단에서 연장된 단차부(14)가 형성되어 있다. 즉, 제 1 케이스(10)의 외주면은 개구된 일면 둘레가 막혀진 타면 둘레보다 길도록 개구된 일면이 돌출되는 형태로 구성된다. 이렇게 단차부(14)를 구성하는 이유는 이후 제 2 케이스(20)와의 결합을 용이하게 하기 위해서이다. On the outer circumferential surface of the
도시된 바와 같이 제 2 케이스(20)의 일면은 멤스 마이크로폰 구조체(32)에 음향을 전달할 수 있도록 음공(22)이 형성된 판으로 막혀있고 타면은 멤스 마이크로폰 구조체(32)를 보호하도록 개구된 통형으로 형성된다. 이때 개구된 타면 끝부분(20a)의 두께는 제 1 케이스(10)의 단차부(14)에 얹어져 결합될 수 있도록 단차부(14)의 폭(W)과 동일하거나 좁게 형성되는 것이 바람직하다. As shown, one surface of the
또한, 제 2 케이스(20)의 일측면에는 연성기판(30)의 절곡부(34)를 고정하기 위하여 개구된 타면에서 연장된 체결홈(24)이 형성될 수 있다. 이때, 절곡부(34)를 효과적으로 고정하기 위해서 상기 체결홈(24)의 폭과 절곡부(34)의 폭은 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.In addition, a
연성기판(30)은 절곡부(34)를 중심으로 나뉘어진 제 1 부분(30a)과 제 2 부분(30b)으로 구성된다. 제 1 부분(30a)에는 음공(22)으로 유입된 음향과 백챔버 공간(14)으로 유입되는 공기로 인하여 진동하는 멤스 다이 및 멤스 다이의 진동을 전기적 신호로 변화시키는 신호변환회로 즉, 멤스 마이크로폰 구조체(32)가 표면실장 기술(Surface Mount Technology) 또는 와이어 본딩(wire bonding) 등의 방식으로 실장된다. 이때, 멤스 다이가 실장될 부분에는 상기 제 1 케이스(10)에 형성된 백챔버홀(12)과 대응되는 크기의 관통홀(38)이 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 부분(30b)에는 외부회로와 연결을 위한 전극(36)이 형성된다. 그리고, 연성기판(30)은 절곡부(34)를 중심으로 각각 형성된 멤스 마이크로폰 구조체(32) 및 전극(36)이 바깥쪽을 향하는 형태로 구부러져 패키징된다. The
좀 더 구체적으로 설명하면, 멤스 마이크로폰 구조체(32)가 형성된 제 1 부분(30a)은 제 1 케이스(10)의 막혀진 타면에 놓여진다. 이때, 제 1 케이스(10) 상에서 연성기판(30)의 제 1 부분(30a)이 움직이지 않도록 제 1 케이스(10)와 연성기판(30)의 제 1 부분(30a)은 열을 가하거나 각종 본딩 방식을 이용하여 고정되도록 한다. 그리고 연성기판(30)의 제 2 부분(30b)은 제 1 케이스(10)의 개구된 일면을 감싸며 접착된다. 이때에도 제 1 케이스(10)의 개구된 끝단에 열을 가하거나 또는 각종 본딩 방식을 이용하여 고정되도록 할 수 있다. 상술한 바와 같이 연성기판(30)의 절곡부(34)는 제 1 케이스(10) 및 제 2 케이스(20)와 결합 시 제 2 케이스(20)의 일측면에 형성된 체결홈(24)에 의해 제 1 케이스(10)의 측면에 고정되게 된다. More specifically, the
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 패키징 구조의 조립상태를 도시한 조립 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 패키징 구조의 조립상태의 단면도이다.3A and 3B are assembled perspective views showing the assembled state of the packaging structure according to the present invention, and FIGS. 4A and 4B are sectional views of the assembled state of the packaging structure according to the present invention.
도시된 바와 같이, 제 1 케이스(10)의 백챔버홀(12)이 형성된 타면상에는 연 성기판(30)의 제 1 부분(30a)이 놓여진다. 이때, 백챔버홀(12) 상에는 상기 연성기판(30)의 제 1 부분(30a)에 형성된 멤스 마이크로폰 구조체 중 멤스 다이가 위치하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 연성기판(30) 중 멤스 다이가 형성된 부분에는 공기가 통할 수 있는 관통홀(38)이 형성되어 있다. 그리고, 연성기판(30)에 형성된 절곡부(34)는 제 1 케이스(10)의 일측면을 따라 구부러지면서, 제 2 부분(30a)이 제 1 케이스(10)의 개구된 일면을 감싸는 형태로 접착된다. As shown, the
이후, 제 2 케이스(20)의 체결홈(24)이 상기 제 1 케이스(10)의 일측면을 따라 구부러져 있는 절곡부(34)를 고정시킬 수 있도록 위치를 정하여, 제 1 케이스(10)의 단차부(14)까지 결합시킨다. 이때, 제 2 케이스(20)는 제 1 케이스(10)의 막혀진 타단측 외측벽을 감싸면서 상기 단차부(14)까지 결합되는 형태가 된다. Thereafter, the
이어서, 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 케이스(10)와 제 2 케이스(20)의 접촉부분을 레이저 용접을 통해 고정시킨다. 이를 위하여 상기 제 1 케이스(10) 및 제 2 케이스(20)는 열에 강한 금속재질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인하여 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키징 구조는 수요자가 원하는 범위의 케이스 인장력을 갖을 수 있게 된다. Subsequently, although not shown, the contact portion of the
이때, 케이스의 인장력을 더욱 강화하고 결합을 공고히 하기 위하여 도시된 바와 같이 에폭시 수지를 이용한 실링(40)을 추가로 형성할 수도 있다. At this time, in order to further strengthen the tensile force of the case and to solidify the bond may be further formed a
이와 같이 멤스 마이크로폰 패키지를 조립하면, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 제 1 케이스(10)에 백챔버 공간(14)이 충분히 확보될 수 있어, 멤스 마이크로폰의 감도 및 성능을 크게 개선시킬 수 있다. When the MEMS microphone package is assembled in this way, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰의 패키징 구조 및 그 제조 방법은 멤스 마이크로폰 구조체가 놓여지는 제 2 케이스에 공기가 유입될 수 있는 백챔버홀 및 백챔버를 형성함으로써 충분히 백챔버 공간을 제공하여 감도 및 성능을 개선할 수 있다. As described above, the packaging structure of the MEMS microphone and the manufacturing method thereof according to the present invention provide a sufficient back chamber space by forming a back chamber hole and a back chamber through which air can be introduced into the second case in which the MEMS microphone structure is placed. To improve sensitivity and performance.
그리고, 멤스 마이크로폰 구조체가 놓여지는 제 2 케이스와 상기 멤스 마이크로폰 구조체를 보호하기 위해 덮여지는 제 1 케이스를 레이저 용접함으로써, 기판과 케이스의 직접적인 레이저 용접에 따라 발생할 수 있었던 배선 또는 내부 부품의 손상을 방지하고 케이스 인장력을 강화시킬 수 있다. 또한, 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스의 레이저 용접 후 에폭시 실링을 추가하여 케이스 간의 결합을 공고히 하고, 케이스 인장력을 더욱 강화시킬 수 있다.Then, by laser welding the second case on which the MEMS microphone structure is placed and the first case covered to protect the MEMS microphone structure, damage to the wiring or internal components that may have occurred due to direct laser welding of the substrate and the case is prevented. And the case tension can be strengthened. In addition, an epoxy seal may be added after laser welding of the first case and the second case to strengthen the coupling between the cases, and may further strengthen the case tensile force.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications should be regarded as belonging to the following claims. something to do.
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