KR101088400B1

KR101088400B1 - 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101088400B1
Application number: KR1020090099222A
Authority: KR
Inventors: 송청담
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-12-01
Also published as: KR20110042521A; TW201138486A; JP2012517183A; US8519492B2; CN102045632A; EP2493214A4; EP2493214A1; US20110266641A1; WO2011049276A1; CN201910913U

Abstract

본 발명은 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 기판에 접착제를 도포한 후 챔버통을 마운터로 마운트하는 단계; 상기 챔버통을 접착하고 있는 접착제를 경화(cure)시키는 단계; 상기 챔버통 위에 접착제를 도포한 후 마운터로 MEMS칩을 마운트하는 단계; 상기 MEMS칩을 접착하고 있는 접착제를 경화(cure)시키는 단계; 및 부품이 실장된 상기 기판과 케이스를 접합하는 단계를 포함하여 상기 MEMS칩에 의한 백 챔버에 상기 챔버통에 의해 형성된 백 챔버가 증가되어 부가적인 백 챔버를 갖는 것이다.

따라서 본 발명에 따라 제조된 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 MEMS칩 자체의 부족한 백 챔버 공간을 늘려 감도를 향상시키고, THD(Total Harmonic Distortion) 등의 노이즈를 개선할 수 있는 효과가 있다.

백 챔버, 실리콘 콘덴서 마이크로폰, 부가, MEMS, 감도 향상

Description

부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰 및 그의 제조방법{ SILICON CONDENSER MICROPHONE HAVING ADDITIONAL BACK CHAMBER AND METHOD OF MAKING THE SAME }

본 발명은 실리콘 콘덴서 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰 및 그의 제조방법에 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, 통전링을 순차적으로 삽입한 후 마지막으로 회로부품이 실장된 PCB를 넣고 케이스의 끝부분을 PCB측으로 구부려 하나의 조립체로 완성하였다.

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 종래의 진동판과, 스페이서링, 절연링, 백플레이트, 통전링 등과 같은 전통적인 마이크로폰 부품들을 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화하여 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 9는 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 사용되는 일반적인 MEMS칩 구조를 도시한 예이다. 도 9를 참조하면, 멤스(MEMS)칩(10)은 실리콘 웨이퍼(14) 위에 MEMS 기술을 이용하여 백플레이트(13)를 형성한 후 스페이서(12)를 사이에 두고 진동막(11)이 형성된 구조로 되어 있다. 백플레이트(13)에는 음공(13a)이 형성되어 있고, 백플레이트의 후면 공간은 백 챔버를 형성하고 있다. MEMS칩(10)은 통상의 마이크로머시닝기술과 반도체칩 제조기술로 제조된다.

도 10은 MEMS 칩을 이용하여 구현된 종래의 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 도시한 측단면도이다. 도 10을 참조하면, 종래의 실리콘 콘덴서 마이크로폰(1)은 PCB(40)에 MEMS칩(10)과 특수목적형 반도체(ASIC)칩(20)을 실장한 후 음공(30a)이 형성된 케이스(30)에 내장하여 조립 완성하였다.

그런데 이러한 종래의 실리콘 콘덴서 마이크로폰(1)의 백 챔버(15)는 도 10에 도시된 바와 같이, MEMS칩(10)에 의해 형성되는데, MEMS칩(10)은 반도체 칩으로 서 사이즈가 매우 작으므로 백 챔버(15)의 공간이 극히 협소하게 되고, 이에 따라 심한 백 스트림(back stream)에 의해 공기 저항력이 발생되어 진동판의 진동력이 저하됨으로써 마이크로폰의 음질(감도)이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 기판에 접착제를 도포한 후 챔버통을 마운터로 마운트하는 단계; 상기 챔버통을 접착하고 있는 접착제를 경화(cure)시키는 단계; 상기 챔버통 위에 접착제를 도포한 후 마운터로 MEMS칩을 마운트하는 단계; 상기 MEMS칩을 접착하고 있는 접착제를 경화(cure)시키는 단계; 및 부품이 실장된 상기 기판과 케이스를 접합하는 단계를 포함하여 상기 MEMS칩에 의한 백 챔버에 상기 챔버통에 의해 형성된 백 챔버가 증가되어 부가적인 백 챔버를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 기판은 PCB, 유리판, 금속판, 세라믹 판, 플라스틱 계열 판, 수지판 중 어느 하나이고, 상기 접착제는 비전도성이나 전도성 중 어느 하나를 선택하여 사용하되 실리콘 계열이나 에폭시 계열, 금속성 솔더(solder) 중 어느 하나이다.

상기 챔버통은 일면이 개구되고 개구면의 반대면에 관통공이 형성된 사각통형상 혹은 원통형상이고, 개구면에 날개가 형성될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로폰은 기판; 일면이 개구된 통형상으로 되어 있고 개구면이 상기 기판에 접착제로 접착되어 통 내부에 부가적인 백챔버 공간을 형성하고 개구면의 반대면에는 음공이 형성되어 있는 챔버통; 상기 챔버통의 음공을 포함하는, 개구면의 반대면에 접착되어 외부로부터 유입되는 음압을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS칩; 상기 기판에 실장되어 상기 MEMS칩에 전원을 공급하고, 상기 MEMS칩의 전기적인 신호를 증폭하여 상기 기판의 접속단자를 통해 출력하는 ASIC칩; 및 일면이 개구된 통형상으로 상기 기판과 개구면이 접속되어 내부에 상기 챔버통과 MEMS칩과 ASIC칩을 수용하기 위한 수용공간을 형성하며, 외부 잡음을 차폐하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판이나 상기 케이스의 어느 하나 또는 양측에 음공이 형성되어 있고, 상기 챔버통은 사각통이나 원통으로 되어 있고, 개구면에 외측으로 날개가 형성되어 있다.

본 발명은 MEMS칩의 하부에 부가적인 백 챔버를 형성하기 위한 챔버통을 두어 MEMS칩 자체의 부족한 백 챔버 공간을 늘려 감도를 향상시키고, THD(Total Harmonic Distortion) 등의 노이즈를 개선할 수 있는 효과가 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 따라 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제조하는 절차를 도시한 순서도이다.

본 발명에 따라 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제조하는 절차는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판을 준비하는 단계(S1)와, 챔버통을 준비하는 단계(S2), 기판에 접착제를 도포한 후 마운터로 챔버통을 마운트하는 단계(S3), 챔버통을 접착하고 있는 접착제를 소정 온도로 경화시키는 단계(S4), MEMS칩을 준비하는 단계(S5), 챔버통 위에 접착제를 도포한 후 마운터로 MEMS칩을 마운트하는 단계(S6), MEMS칩을 접착하고 있는 접착제를 소정 온도로 경화시키는 단계(S7), ASIC을 실장하는 단계(S8), 부품이 실장된 기판과 케이스를 접합하는 단계(S9)로 구성된다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 결합 단면도이다.

본 발명에 따라 제조된 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 접속단자(112)와 도전패턴이 형성된 PCB 기판(102) 위에 부가적인 백 챔버(104c)를 형성하기 위한 챔버통(104)을 접착제(108)로 접착한 후 챔버통(104) 위에 접착제(10)로 MEMS칩(10)을 부착하고, 케이스(106)를 PCB 기판(102)에 접착제(110)로 부착한 구조로 되어 있다. 이때, MEMS 칩(10)의 전기적인 신호를 구동하기 위한 특수목적형 반도체(ASIC)칩(20)도 PCB 기판(102)상에 실장되어 있다.

챔버통(104)은 MEMS칩(10) 자체의 부족한 백 챔버(15) 공간을 늘려 감도를 향상시키고 THD(Total Harmonic Distortion) 등의 노이즈를 개선하기 위한 것으로서, 일면이 개구된 사각통이나 원통형상으로서 개방면의 반대면에는 MEMS칩(10)에 의해 형성된 백 챔버(15)와 부가적인 백 챔버(104c)를 연결하기 위한 관통공(104a))이 형성되어 있다. 또한 도면에는 도시되지 않았으나 챔버통(104)에는 MEMS칩(10)의 전기적인 신호를 특수목적형 반도체칩(20)으로 전달하기 위한 전기적인 배선이 형성되어 있다. 따라서 음향소자인 MEMS칩(10)은 자체의 백 챔버(15)와 부가적인 백 챔버(104c)에 의해 챔버 공간이 늘어나 MEMS칩의 백 챔버(back chamber)가 부족하여 심한 백 스트림(back stream)에 의해 발생되는 공기 저항력으로 인해 진동판의 진동력이 저하되어 나타나는 낮은 감도를 해소할 수 있다.

챔버통(104) 위에는 MEMS칩(10)이 접착제(108)에 의해 접착되고, 기판(102)에 ASIC칩(20)이 실장된 후 케이스(106)가 기판(102)과 접착제(110)에 의해 결합되어 실리콘 콘덴서 마이크로폰이 조립완성된다.

케이스(106)는 내부에 부품들을 수용하기 위한 공간이 형성된 일면이 개구된 통형으로서, 개구면의 반대면에는 외부 음향을 유입하기 위한 음향홀(106a)이 형성되어 있고, 케이스(106)를 PCB 기판(102)에 부착하는 방식은 PCB 기판(102)에 형성된 도전패턴 위에 금속으로 된 케이스(106)를 정렬시킨 후, 용접하거나 에폭시 등과 같은 접착제(110)로 케이스(106)와 PCB 기판(102)을 접합하는 방식으로 이루어 진다.

도 4는 본 발명에 따른 사각통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 실시예이고, 도 5는 본 발명에 따른 원통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 실시예이다.

본 발명에 따라 부가적인 백 챔버(104c)를 형성하기 위한 챔버통(104)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 사각통이나 원통형이 가능하고, 사각통이나 원통의 상측에는 MEMS칩(10)이 부착되어 형성되는 백 챔버(15)와 통로를 형성하기 위한 관통공(104a)이 형성되어 있다.

이와 같은 챔버통(104)에 의해 부가적인 백 챔버(104c)를 갖는 MEMS칩(10)과 특수목적형 반도체칩(20)이 실장된 PCB 기판(102) 위에 다양한 형상의 케이스(106)를 부착하여 다양한 모양의 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제조할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따라 날개가 형성된 사각통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 실시예이고, 도 7은 본 발명에 따라 날개가 형성된 원통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 실시예이며, 도 8은 날개가 형성된 백 챔버 구조의 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 결합 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 부가적인 백 챔버(104c)를 형성하기 위한 챔버통(104)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 날개(104b)가 형성된 사각통이나 원통형이 가능하고, 날개가 형성된 사각통이나 원통의 상측에는 MEMS칩(10)이 부착되어 형성되는 백 챔버(15)와 통로를 형성하기 위한 관통공(104a)이 형성되어 있다.

이와 같은 날개가 형성된 챔버통(104)에 의해 부가적인 백 챔버(104c)를 갖는 MEMS칩(10)과 특수목적형 반도체칩(20)이 실장된 PCB 기판(102) 위에 다양한 형상의 케이스(106)를 부착하여 다양한 모양의 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제조할 수 있다.

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

도 1은 본 발명에 따라 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제조하는 절차를 도시한 순서도,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 분리 사시도,

도 3은 본 발명에 따라 제조된 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 결합 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 사각통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 예,

도 5는 본 발명에 따른 원통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 예,

도 6은 본 발명에 따라 날개가 형성된 사각통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 예,

도 7은 본 발명에 따라 날개가 형성된 원통형의 부가적인 백 챔버 구조를 도시한 예,

도 8은 날개가 형성된 백 챔버 구조의 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 결합 단면도,

도 9는 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 사용되는 일반적인 MEMS칩 구조를 도시한 예,

도 10은 MEMS 칩을 이용하여 구현된 종래의 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 도시한 측단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: MEMS칩 20: ASIC

102: 기판 104: 챔버통

104a: 관통공 104b: 날개

104c: 부가 백 챔버 106: 케이스

106a: 음향홀 108,110: 접착제

112: 접속단자

Claims

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기판에 접착제를 도포한 후 챔버통을 마운터로 마운트하는 단계;

상기 챔버통을 접착하고 있는 접착제를 경화(cure)시키는 단계;

상기 챔버통 위에 접착제를 도포한 후 마운터로 MEMS칩을 마운트하는 단계;

상기 MEMS칩을 접착하고 있는 접착제를 경화(cure)시키는 단계; 및

부품이 실장된 상기 기판과 케이스를 접합하는 단계를 포함하고,

상기 챔버통은

일면이 개구되고 개구면의 반대면에 관통공이 형성된 사각통형상 혹은 원통형상이고, 개구면에 날개가 형성되는 것을 특징으로 하는 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 제조방법.
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기판;

일면이 개구된 통형상으로 되어 있고 개구면이 상기 기판에 접착제로 접착되어 통 내부에 부가적인 백챔버 공간을 형성하고 개구면의 반대면에는 관통공이 형성되어 있는 챔버통;

상기 챔버통의 관통공을 포함하는, 개구면의 반대면에 접착되어 외부로부터 유입되는 음압을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS칩;

상기 기판에 실장되어 상기 MEMS칩에 전원을 공급하고, 상기 MEMS칩의 전기적인 신호를 증폭하여 상기 기판의 접속단자를 통해 출력하는 ASIC칩; 및

일면이 개구된 통형상으로 상기 기판과 개구면이 접속되어 내부에 상기 챔버통과 MEMS칩과 ASIC칩을 수용하기 위한 수용공간을 형성하며, 외부 잡음을 차폐하는 케이스를 포함하고,

상기 챔버통은 사각통이나 원통으로 되어 있고, 개구면에 외측으로 날개가 형성된 것을 특징으로 하는 부가적인 백 챔버를 갖는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.