KR101109102B1 - 멤스 마이크로폰 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커링 방식에 의한 멤스 마이크로폰 패키지에서 음이 세는 것을 방지한 멤스 마이크로폰 패키지에 관한 것으로, 본 발명의 패키지는 내부에 부품들을 삽입할 수 있도록 일면이 개방된 사각통 형상에서 커링이 용이하도록 개방측 단부의 모서리를 모따기(chamfering)한 금속 케이스; 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩과 특수목적형반도체(ASIC)칩이 실장되고 상기 금속 케이스에 삽입되는 PCB 기판; 및 커링과정에서 상기 PCB기판을 지지하고 수지가 코팅되어 상기 금속 케이스와 상기 PCB 기판 사이에 형성된 공간을 밀폐하는 지지 부재를 구비한 것이다. 여기서, 상기 수지는 실리콘 혹은 고무로 된 것이다.

Description

멤스 마이크로폰 패키지{MEMS MICROPHONE PACKAGE}

본 발명은 멤스 마이크로폰 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커링 방식에 의한 멤스 마이크로폰 패키지에서 음이 새는 것을 방지한 멤스 마이크로폰 패키지에 관한 것이다.

최근 들어, 마이크로폰의 초소형화를 위해 실리콘 웨이퍼상에 반도체 제조 기술과 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 적용하여 전기 용량 구조를 다이(die)형태로 구현한 실리콘 콘덴서 마이크로폰 칩(sylicon condenser microphone chip) 혹은 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical System) 마이크로폰 칩(microphone chip)을 사용하고 있다.

이러한 멤스 마이크로폰 칩(MEMS microphone chip)은 외부 간섭으로부터 보호를 위해 패키징되어야 하는데, 종래의 멤스 마이크로폰 패키지는 도 1에 도시된 바와 같이, 도전층을 갖거나 도체로 된 케이스(12)를 PCB 기판(30)상에 도전성 접착제로 부착하여 하우징을 형성하는 방식이다. 도 1을 참조하면, PCB 기판(30)에는 멤스 마이크로폰 칩(10)과, 멤스 마이크로폰 칩(10)을 전기적으로 구동하고 신호처리를 하기 위한 특수목적형반도체(ASIC: Application Specific Integrated Circuit) 칩(20)이 실장되어 있고, 음향홀(12a)이 형성된 케이스(12)가 접착제로 PCB 기판(30)에 접착되어 내부의 멤스 마이크로폰 칩(10)을 보호하도록 되어 있다.

한편, 종래에 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩을 패키징하여 멤스(MEMS) 마이크로폰 패키지를 제조함에 있어서 PCB 기판에 케이스를 접착제로 부착하거나 용접하는 방식은 마이크로폰 패키지를 메인기판에 실장할 경우 케이스와 메인기판 사이에 유전체인 PCB로 외부 노이즈가 유입되어 외부 노이즈를 차단하는 차폐효과가 미흡한 문제점이 있다.

또한 PCB 기판에 케이스를 접착제로 부착하거나 용접하는 멤스 마이크로폰 패키징 방식은 금속 케이스를 절곡하여 부품을 금속 케이스 내에 고정시켜 마이크로폰을 조립하는 저가의 커링공정과 다르므로 접착이나 용접을 위한 새로운 기계설비가 필요하여 새로운 제조 라인 구축에 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 콘덴서 마이크로폰 조립공정에서 금속 케이스의 단부를 절곡하여 클램핑하는 커링공정을 사용하여 메인기판에 실장시 멤스 마이크로폰 패키지의 케이스를 메인기판에 직접 부착하여 노이즈 차폐 특성을 향상시키고, 제조설비의 추가가 필요 없어 저비용으로 제조할 수 있는 멤스 마이크로폰 패키지가 제안된 바 있다.

커링방식을 적용하는 종래의 멤스 마이크로폰 패키지는 내부 챔버의 음이 후방으로 세어 멤스 마이크로폰 칩의 음질(감도)이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 챔버의 실링을 강화하여 음이 세는 것을 방지한 멤스 마이크로폰 패키지를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 패키지는 내부에 부품들을 삽입할 수 있도록 일면이 개방된 사각통 형상에서 커링이 용이하도록 개방측 단부의 모서리를 모따기(chamfering)한 금속 케이스; 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩과 특수목적형반도체(ASIC)칩이 실장되고 상기 금속 케이스에 삽입되는 PCB 기판; 및 커링과정에서 상기 PCB기판을 지지하고 수지가 코팅되어 상기 금속 케이스와 상기 PCB 기판 사이에 형성된 공간을 밀폐하는 지지 부재를 구비한 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 수지는 실리콘 혹은 고무로 된 것이다.

본 발명에 따르면, 경성재질의 지지부재를 연성재질의 수지로 코팅한 후 케이스와 PCB기판 사이에 밀착 조립함으로써 연성재질에 의해 밀봉특성이 향상되어 챔버의 음이 세는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 마이크로폰의 음질(감도)을 개선할 수 있다.

도 1은 접착방식의 멤스 마이크로폰 패키지를 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지를 도시한 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지의 절개 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지의 실장 단면도이다.

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

도 2는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지를 도시한 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지의 절개 사시도이다.

본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 부품들을 삽입할 수 있도록 일면이 개방된 사각통 형상의 금속 케이스(102)와, MEMS 마이크로폰 칩(10)과 ASIC 칩(20)이 실장되고 케이스(102)에 삽입되는 PCB 기판(106)과, PCB 기판(106)을 지지하여 케이스(102)와 PCB 기판(106) 사이에 공간을 형성하며 음이 세는 것을 방지하기 위해 수지(104a)가 코팅된 지지부재(104)로 구성된다. 지지부재(104)는 금속 또는 플라스틱과 같은 경성 재질로 이루어지고, 지지부재(104)에 코팅되는 수지(104a)는 실리콘, 고무와 같은 연성 재질로 이루어진다.

본 발명의 멤스 마이크로폰 패키지에 사용되는 금속 케이스(102)는 일면이 개방된 사각통 형상으로서, 개방면의 4 모서리를 모따기하여 커링시 각 면의 단부가 인접면의 케이스 단부와 서로 겹치는 것을 방지할 수 있도록 되어 있고, 케이스의 바닥면에는 음향홀(102a)이 형성되어 있다. 이때 음향홀(102a)은 콘덴서 마이크로폰의 음 유입구조에 따라 케이스(102)가 아닌 PCB기판(106)에 형성될 수도 있다.

또한 본 발명의 마이크로폰 패키지에 사용되는 지지 부재(104)는 사각 링 형상으로서 케이스(102)의 바닥면과 PCB기판(106) 사이에 위치하여 케이스의 단부(102b)를 커링할 때 PCB기판(106)을 받쳐주고, 내부 공간을 형성한다. 즉, 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지는 커링시 케이스의 단부(102b)가 인접한 면의 단부(102b)와 겹치지 않아 커링작업이 용이함과 아울러 지지부재(104)에 의해 커링 작업 중에 케이스(102)의 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 지지부재(104)는 실리콘이나 고무와 같은 연성재질의 수지(104a)로 코팅되어 있으므로, 패키징 후에 챔버의 후방으로 음이 세는 것을 방지하여 음질을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 MEMS 마이크로폰 패키지에 사용되는 PCB기판(106)은 일면에 MEMS 마이크로폰 칩(10)과 ASIC칩(20) 등이 실장되어 있고, 타면의 테두리 부분에는 케이스(102)와 접속을 위한 도전패턴이 형성됨과 아울러 타면의 중앙 부근에는 전원(Vdd)단자, 출력(OUTPUT)단자, 접지(GND)단자 등의 접속단자들(108)이 형성되어 있다.

멤스(MEMS) 마이크로폰 칩(10)은 실리콘 웨이퍼 위에 MEMS 기술을 이용하여 백플레이트를 형성한 후 스페이서를 사이에 두고 다이어프램이 형성된 구조이고, 특수목적형 반도체(ASIC)칩(20)은 MEMS 마이크로폰 칩(10)과 연결되어 전기적 신호를 처리하는 부분으로서 MEMS 마이크로폰 칩(10)이 콘덴서 마이크로폰으로 동작하도록 바이어스 전압을 제공하는 전압펌프와, MEMS 마이크로폰 칩(10)을 통해 감지된 전기적인 음향신호를 증폭 또는 임피던스 정합시켜 접속단자(108)를 통해 외부로 제공하기 위한 버퍼 증폭기로 구성된다. 그리고 접속단자(108)는 돌출되어 후술하는 바와 같이 제품의 메인기판에 표면실장이 용이한 구조로 되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 MEMS 마이크로폰 패키지는 일면이 개구된 사각통 형상의 금속 케이스(102)에 수지(104a)가 코팅된 사각 링 형상의 지지 부재(104)를 삽입하고, MEMS 마이크로폰 칩(10)과 ASIC칩(20)이 실장된 PCB기판(106)을 지지 부재(104) 위에 삽입한 후 케이스의 단부(102b)를 PCB기판(106)측으로 절곡시켜 도전패턴과 밀착시키는 커링공정에 의해 조립 완료된다.

이와 같은 방식에 따라 조립 완성된 본 발명에 따른 MEMS 마이크로폰 패키지(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(102) 안에 수지(104a)가 코팅된 지지 부재(104)가 삽입되어 있고, 지지 부재(104)가 회로부품이 실장된 PCB기판(106)을 지지하여 내부 공간을 형성하며, 케이스의 단부(102b)가 커링에 의해 PCB기판(106)에 밀착되어 있다. 따라서 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지는 지지부재(104)의 코팅면이 PCB기판(106)에 밀착되어 음향홀을 제외한 내부가 밀봉되어 음향홀을 통해 음이 내부로 유입될 경우에 후방을 통해 음이 세는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 패키지의 실장 단면도이다.

본 발명에 따른 MEMS 마이크로폰 패키지는 도 4에 도시된 바와 같이, 메인기판(200)에 표면실장기술(SMT) 혹은 솔더링 방식 등으로 실장되어 PCB기판(106)의 접속단자(108)가 대응하는 메인기판(200)의 접속패드들(204)과 접속되고 케이스의 절곡된 단부(102b)가 메인기판(200)의 접지패드(202)와 접속되어 마이크로폰 전체를 전기적으로 차폐시켜 외부의 노이즈가 마이크로폰 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

도 4를 참조하면, 메인기판(200)에 실장된 MEMS 마이크로폰 패키지는 메인기판(200)으로부터 전원단자와 접지단자를 통해 전력이 공급되면 ASIC칩(20)의 전압펌프에 의해 생성된 적정한 바이어스 전압이 멤스 마이크로폰 칩(10)에 인가되어 멤스 마이크로폰 칩(10)의 다이어프램과 백플레이트 사이에 전하를 형성하게 된다.

케이스의 음향홀(102a)을 통해 외부 음압이 마이크로폰 내부로 유입되면 본 발명에 따라 후방으로 세는 음이 없어 유입된 음압이 모두 멤스 마이크로폰 칩(10)으로 전달되고, 이에 따라 멤스 마이크로폰 칩(10)의 다이어프램이 진동하면서 다이어프램과 백플레이트 사이의 커패시턴스가 변동되고, 이러한 커패시턴스의 변동은 ASIC칩(20)의 버퍼 증폭기에서 전기적인 신호로 증폭되어 출력단자를 통해 메인기판(200)으로 출력된다.

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.

10: 멤스마이크로폰칩 20: ASIC
102: 케이스 102a: 음향홀
104: 지지부재 104a: 수지
106: PCB 108: 접속단자
200: 메인기판 202: 접지패드
204: 접속패드 206: 솔더

Claims (2)

1. 내부에 부품들을 삽입할 수 있도록 일면이 개방된 사각통 형상에서 커링이 용이하도록 개방측 단부의 모서리를 모따기(chamfering)한 금속 케이스;
   멤스(MEMS) 마이크로폰 칩과 특수목적형반도체(ASIC)칩이 실장되고 상기 금속 케이스에 삽입되는 PCB 기판; 및
   커링과정에서 상기 PCB기판을 지지하고 수지가 코팅되어 상기 금속 케이스와 상기 PCB 기판 사이에 형성된 공간을 밀폐하는 지지 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지는 실리콘 혹은 고무인 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.

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