KR101066557B1

KR101066557B1 - 플로팅 구조의 콘덴서 마이크로폰 조립체

Info

Publication number: KR101066557B1
Application number: KR1020090097676A
Authority: KR
Inventors: 송청담
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2011-09-21
Also published as: CN102045629A; TW201127087A; EP2490462A4; US20110268296A1; JP2012517182A; CN201830447U; WO2011046269A1; EP2490462A1; KR20110040420A

Abstract

본 발명은 배극판에 일렉트릿을 형성하지 않고 진동판이 전기적으로 플로팅됨과 아울러 정전용량이 향상된 콘덴서 마이크로폰 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 마이크로폰은, 미세공간을 사이에 두고 전기적으로 격리되어 서로 대향하고 있는 진동판과 배극판 사이에 플로팅된 바이어스 전압이 인가되고, 외부 음원의 음압에 따라 진동판이 진동하면 정전용량이 변화되는 음향체; 외측면에 출력단자와 접지단자가 형성되어 출력단자와 접지단자를 통해 외부 회로와 연결되고, 내측면에 버퍼 IC가 실장되며 버퍼 IC에 내장된 전압 펌프 회로로 입력전압을 승압하여 음향체에 전기적으로 플로팅된 바이어스전압을 제공함과 아울러 버퍼 IC가 음향체의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로 증폭하여 출력단자와 접지단자를 통해 출력하는 인쇄회로기판 앗세이; 및 일면이 개구된 금속재질의 통 형상으로서 개구면의 단부 주변을 제외하고 내측에 절연물질이 코팅되어 음향체와 전기적으로 절연됨과 아울러 통의 내부에 상기 음향체를 포함하고 인쇄회로기판 앗세이와 컬링 결합되면서 접지단자와 연결되어 음향체를 전기적으로 차폐시키는 케이스로 구성된다.

플로팅, 콘덴서 마이크로폰, 정전용량, 음향체

Description

플로팅 구조의 콘덴서 마이크로폰 조립체{FLOATING TYPE CONDENSER MICROPHONE ASSEMBLY}

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배극판에 일렉트릿을 형성하지 않고 진동판이 전기적으로 플로팅됨과 아울러 정전용량이 향상된 콘덴서 마이크로폰 조립체에 관한 것이다.

모바일 단말기 등에 널리 사용되는 소형 콘덴서 마이크로폰으로는 바이어스 전원이 필요없는 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰이 널리 사용되고 있으나 표면실장기술(SMT)의 적용이 요구되면서 고온에 약한 일렉트릿의 문제점을 해소하기 위해 다양한 구조의 표면실장(SMD)용 콘덴서 마이크로폰이 개발되었다. 특히, 반도체 칩의 제조기술이 발전하여 낮은 DC전압을 승압시켜 고압의 바이어스 전압을 생성해주는 전압 펌프 회로(Voltage Pump)가 내장된 버퍼 IC가 개발됨에 따라 표면실장(SMD)용 콘덴서 마이크로폰에 바이어스 구조를 적용할 수 있게 되었다.

한편, 모바일 단말기에 사용되는 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 MEMS 마이크로 폰칩에 일렉트릿을 형성하기 어려워 전압 펌프 회로(Voltage Pump)가 내장된 버퍼 IC를 이용하여 바이어스 타입으로 동작한다. 이를 위하여 MEMS 마이크로폰 칩은 전기적으로 플로팅되어 있으며, 통상 정전용량이 대략 1pF 내외가 된다.

그런데 콘덴서 마이크로폰의 정전용량이 1pF 내외 정도로 작을 경우에는 버퍼 IC에서 고 감도와 저 잡음 특성을 구현하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 정전용량이 크고 전기적으로 플로팅된 구조를 갖는 콘덴서 마이크로폰을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전압 펌프 회로(Voltage Pump)가 내장된 버퍼 IC를 이용하여 바이어스 타입으로 동작하는 SMD용 콘덴서 마이크로폰을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 미세공간을 사이에 두고 전기적으로 격리되어 서로 대향하고 있는 진동판과 배극판 사이에 플로팅된 바이어스 전압이 인가되고, 외부 음원의 음압에 따라 상기 진동판이 진동하면 정전용량이 변화되는 음향체; 외측면에 출력단자와 접지단자가 형성되어 상기 출력단자와 상기 접지단자를 통해 외부 회로와 연결되고, 내측면에 버퍼 IC가 실장되며 상기 버퍼 IC에 내장된 전압 펌프 회로로 입력전압을 승압하여 상기 음향체에 전기적으로 플로팅된 바이어스전압을 제공함과 아울러 상기 버퍼 IC가 상기 음향체의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로 증폭하여 상기 출력단자와 상기 접지단자를 통해 출력하는 인쇄회로기판 앗세이; 및 일면이 개구된 금속재질의 통 형상으로서 개구면의 단부 주변을 제외하고 내측에 절연물질이 코팅되어 상기 음향체와 전기적으로 절연됨과 아울러 통의 내부에 상기 음향체를 포함하고 상기 인쇄회로기판 앗세이와 컬링 결합되면서 상기 접지단자와 연결되어 상기 음향체를 전기적으로 차폐시키는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 음향체는 절연물질이 코팅된 상기 케이스의 내측 바닥면에 실장되어 외부 음원에 의해 진동되는 진동판과, 절연몸체의 일부에 도전패턴이 형성되어 상기 진동판에 바이어스전압의 일극성을 인가함과 아울러 바이어스 전압의 타극성과 전기적으로 절연시키고, 컬링과정에서 내부의 부품들을 지지하는 절연베이스와, 상기 절연베이스 내측에 실장되어 미세공간을 형성하는 절연재질의 스페이서와, 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 진동판과 대향하고 있는 배극판과, 상기 배극판에 바이어스전압의 타극성을 인가하기 위한 도전베이스를 포함한다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰은 일렉트릿을 사용하지 않으므로 표면실장기술에 따른 고온의 리플로우 공정을 거친 후에도 성능이 저하되지 아니하여 고품질을 유지할 수 있고, MEMS 마이크로폰 칩보다 정전용량이 커서 저잡음, 고성능의 특성을 제공할 수 있다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예 들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 전체 개념을 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 플로팅된 바이어스 전압이 인가되고 외부 음원의 음압에 따라 진동판이 진동하면 정전용량이 변화되는 음향체(10)와, 출력(Vout)단자와 접지(GND)단자를 통해 외부 회로와 연결되고 내장된 전압 펌프 회로로 입력전압을 승압하여 음향체(10)에 전기적으로 플로팅된 바이어스전압을 인가한 후 음향체(10)의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로 증폭하여 출력(Vout)단자와 접지(GND)단자를 통해 출력하는 버퍼 IC(20)와, 접지(GND)단자와 연결되어 내부 음향체(10)를 전기적으로 차폐시키는 케이스(102)로 구성된다.

도 1을 참조하면, 버퍼 IC(20)는 출력(Vout)단자와 접지(GND)단자를 통해 입력된 직류전압을 고압으로 승압시켜 플로팅된 바이어스 전압을 생성하는 전압펌프 회로와, 음향체의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로 증폭하여 출력(Vout)단자와 접지(GND)단자를 통해 외부 회로로 출력하는 증폭기를 포함하고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰 조립체의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰 조립체의 사시도이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰 조립체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 직사각통의 내부에 절연물질(102b)이 코팅된 금속재질의 케이스(102)와, 케이 스(102)의 바닥면에 실장되어 외부 음원에 의해 진동되는 진동판(104)과, 절연몸체에 도전패턴(107)이 형성되어 진동판(104)에 바이어스전압의 일극성을 인가함과 아울러 바이어스 전압의 타극성과 전기적으로 절연시키고 컬링과정에서 내부의 부품들을 지지하는 절연베이스(106)와, 절연베이스(106) 내측 공간에 실장되는 절연재질의 스페이서(108)와, 스페이서(108)를 사이에 두고 진동판(104)과 대향하고 있는 배극판(110)과, 배극판(110)에 바이어스전압의 타극성을 인가하기 위한 도전베이스(112)와, 출력(Vout)단자(116a)와 접지(GND)단자(116b)를 통해 외부 회로와 연결되고 내장된 전압 펌프 회로로 입력전압을 승압하여 음향체(10)에 전기적으로 플로팅된 바이어스전압을 인가한 후 음향체(10)의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로 증폭하여 출력(Vout)단자(116a)와 접지(GND)단자(116b)를 통해 출력하는 버퍼 IC(20)와, 외측면에 단자(116a,116b)가 형성되어 있고 내측면에 버퍼IC(20)가 실장되어 절연베이스의 도전패턴(107)을 통해 플로팅된 바이어스전압의 일극성을 진동판(104)에 인가하고 도전베이스(112)를 통해 배극판(110)에 플로팅된 바이어스전압의 타극성을 인가하며 컬링과정에서 케이스(102)의 단부와 밀착되어 조립체를 형성하는 인쇄회로기판(114)으로 구성된다.

도 2를 참조하면, 케이스(102)는 일면이 개구된 직사각 통형상으로서 통의 내부에는 개방면의 단부 주변을 제외하고 절연물질(102b)이 코팅되어 있다. 절연물질이 코팅되지 않은 개방면의 단부(102c)는 컬링과정에서 PCB기판(114)에 형성된 접지패턴과 전기적으로 접속되어 케이스(102)가 내부 소자들을 전기적으로 차폐시켜 노이즈를 줄이기 위한 것이다. 그리고 케이스의 바닥면에는 음향홀(102a)이 형 성될 수 있다.

배극판(110)은 일렉트릿이 형성되어 있지 않는 금속판으로서, 진동판의 진동이 용이하게 이루어지도록 음공(110a)이 형성되어 있다.

PCB기판(114)의 내측면에는 버퍼 IC(20)가 실장되어 있고, 외측면에는 접속단자들(116a,116b)이 형성되어 있으며, 도면에는 도시되지 않았으나 케이스의 단부(102c)와 접속되는 면에는 접지패턴이 형성되어 있고, 절연베이스의 도전패턴(107)과 접속되는 면과 도전베이스(112)와 접속되는 면에는 버퍼IC(20)와 연결을 위한 패턴이 형성되어 있다.

이러한 본 발명의 콘덴서 마이크로폰 조립체(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 외부 음을 유입하기 위한 음향홀이 필요한데, (A)는 케이스(102)에 음향홀(102a)이 형성된 경우이고, (B)는 기판(114)에 음향홀(114a)이 형성된 경우이다. 도 3을 참조하면, 콘덴서 마이크로폰 조립체는 직육면체형으로서 케이스(102)의 내부 공간에 도 2에 도시된 바와 같이, 진동판(104), 절연베이스(106), 스페이서(108), 배극판(110), 도전베이스(112), PCB(114)가 실장된 후 케이스의 끝단(102c)을 컬링시켜 완성된다. 그리고 이와 같은 콘덴서 마이크로폰 조립체(100)는 SMT방식으로 전자제품에 실장된 후 접속단자(116a,116b)를 통해 메인보드로부터 직류전원을 입력받아 바이어스 전압을 생성한 후 바이어스 전압에 의해 동작하여 외부 음원에 따른 오디오신호를 접속단자(116a,116b)를 통해 출력한다.

도 4는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 진동판을 도시한 도면으로서, (A)는 개략 사시도이고 (B)는 A-A 단면도이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 진동판(104)은 도 4에 도시된 바와 같이, 외부 음원에 의해 진동하는 다이어프램(104a)과, 다이어프램(104a)을 지지하여 진동이 원활하게 이루어지도록 하는 극링(104b)으로 구성된다. 그리고 도면에는 자세히 도시하지 않았으나 다이어프램(104a)은 박막 필름(PPS 필름)에 금(Au)을 도금하여 제조할 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 절연 베이스를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 절연 베이스(106)는 도 5에 도시된 바와 같이, 절연재질의 몸체에 도전패턴(107)이 형성되어 도전패턴(107)에 의해 진동판(104)에 바이어스 전압을 인가함과 아울러 내부에 실장되는 도전베이스(112)와 절연을 유지시킬 수 있도록 되어 있다. 이때 도전패턴(107)은 절연베이스(106)의 내측에 삽입되는 도전베이스(112)와 접촉되지 않도록 패턴(107)의 단부가 절단되어 있다.

도 6은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰에서 스페이스 일체형 배극판의 예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 배극판(110)은 도 6에 도시된 바와 같이, 절연재질의 스페이서(108)가 금속재질의 배극판(110)의 일면에 부착되어 조립이 용이하도록 되어 있다. 금속재질의 배극판(110)에는 진동판의 진동이 용이하게 이루어지도록 음공(110a)이 형성되어 있으며, 배극판(110)에 스페이서(108)를 형성하는 방식은 절연물질을 라미네이팅하거나 코팅 혹은 단조 후 코팅이나 라미네이팅 하는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크폰 조립체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 진동판(104)이 절연베이스의 도전패턴(107)을 통해 PCB에 실장된 버퍼IC(20)와 연결되고 배극판(110)이 도전베이스(112)를 통해 PCB에 실장된 버퍼IC(20)와 연결되어 진동판(104)과 배극판(110) 사이에 바이어스 전압이 걸리게 된다. 이에 따라 진동판(104)과 배극판(110) 사이에는 MEMS 마이크로폰 칩보다 값이 큰 정전용량이 형성되게 된다.

이와 같은 상태에서 음향홀(102a)을 통해 통해 외부 음원의 음압이 유입되면 진동판(104)이 진동하게 되고, 이에 따라 진동판(104)과 배극판(110) 사이에 형성된 정전용량에 변동이 일어나게 되고, 이와 같은 정전용량의 변동은 버퍼 IC(20)의 증폭기에 의해 전기적인 신호로 증폭되어 접속단자(116a,116b)를 통해 외부 회로로 출력된다.

따라서 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰은 일렉트릿을 사용하지 않으므로 표면실장기술에 따른 고온의 리플로우 공정을 거친 후에도 성능이 저하되지 아니하여 고품질을 유지할 수 있고, MEMS 마이크로폰 칩보다 정전용량이 커서 저잡음, 고성능의 특성을 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 전체 개념을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰 조립체의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰 조립체의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 진동판을 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 질연 베이스를 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 배극판를 도시한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 음향체 20: 버퍼IC

102: 케이스 102a: 음향홀

102b: 절연물질 104: 진동판

106: 절연베이스 107: 도전패턴

108: 스페이서 110: 배극판

112: 도전베이스

Claims

미세공간을 사이에 두고 전기적으로 격리되어 서로 대향하고 있는 진동판과 배극판 사이에 플로팅된 바이어스 전압이 인가되고, 외부 음원의 음압에 따라 상기 진동판이 진동하면 정전용량이 변화되는 음향체;

외측면에 출력단자와 접지단자가 형성되어 상기 출력단자와 상기 접지단자를 통해 외부 회로와 연결되고, 내측면에 버퍼 IC가 실장되며 상기 버퍼 IC에 내장된 전압 펌프 회로로 입력전압을 승압하여 상기 음향체에 전기적으로 플로팅된 바이어스전압을 제공함과 아울러 상기 버퍼 IC가 상기 음향체의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로 증폭하여 상기 출력단자와 상기 접지단자를 통해 출력하는 인쇄회로기판 앗세이; 및

일면이 개구된 금속재질의 통 형상으로서 통의 내측에 절연물질이 코팅되어 상기 음향체와 전기적으로 절연됨과 아울러 통의 내부에 상기 음향체를 포함하고, 개구면의 단부에는 절연물질이 코팅되지 않아 상기 인쇄회로기판 앗세이와 컬링 결합되면서 상기 개구면의 단부가 상기 접지단자와 전기적으로 연결되어 상기 음향체를 차폐시키는 케이스를 포함하고,

상기 음향체는

절연물질이 코팅된 상기 케이스의 내측 바닥면에 실장되어 외부 음원에 의해 진동되는 진동판과,

절연몸체의 일부에 도전패턴이 형성되어 상기 진동판에 바이어스전압의 일극성을 인가함과 아울러 바이어스 전압의 타극성과 전기적으로 절연시키고, 컬링과정에서 내부의 부품들을 지지하는 절연베이스와,

상기 절연베이스 내측에 실장되어 미세공간을 형성하는 절연재질의 스페이서와,

상기 스페이서를 사이에 두고 상기 진동판과 대향하고 있는 배극판과,

상기 배극판에 바이어스전압의 타극성을 인가하기 위한 도전베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로팅 구조의 콘덴서 마이크로폰 조립체.
삭제
제1항에 있어서, 상기 스페이서와 상기 배극판은 일체형으로 되어

조립이 용이하도록 된 것을 특징으로 하는 플로팅 구조의 콘덴서 마이크로폰 조립체.
제1항에 있어서, 상기 콘덴서 마이크로폰 조립체는

직육면체 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플로팅 구조의 콘덴서 마이크로폰 조립체.
제1항에 있어서, 상기 케이스나 상기 인쇄회로기판 앗세이 중 어느 하나에는 음향홀이 형성된 것을 특징으로 하는 플로팅 구조의 콘덴서 마이크로폰 조립체.