KR101320574B1 - 멤스 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 멤스 마이크로폰(MEMS Microphone)에 관한 것으로서, 측벽과 상부벽으로 이루어지고, 하측면은 개방된 케이스; 상기 케이스의 하측면에 결합되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 구비된 멤스칩(MEMS chip); 및 상기 케이스 또는 상기 인쇄회로기판 중 적어도 하나의 일측에 구비되어, 외부음이 유입될 수 있도록 관통형성된 음공;을 포함하여 구성되되, 상기 케이스의 측벽의 하단부의 적어도 일부분은 상기 케이스의 내부공간을 향해 구부러져 접힘부를 형성하며, 상기 접힘부의 하측면은 상기 인쇄회로피기판의 상측면에 결합된 것을 특징으로 한다.

Description

멤스 마이크로폰{Microphone}

본 발명은 멤스 마이크로폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멤스칩의 백챔버 공간을 추가 확보하는 것이 가능하여, 음향 특성 향상이 가능한 마이크로폰에 관한 것이다.

마이크로폰은, 이동통신 단말기에 필수적으로 사용된다. 전통적인 콘덴서 마이크로폰은, 음압(sound pressure)에 대응하여 변화하는 커패시터(C)를 형성하는 다이어프램/백플레이트 쌍, 그리고 출력신호를 버퍼링하기 위한 전계 효과 트랜지스터(JFET)로 이루어진다.

한편, 최근 이러한 전통적인 방식의 콘덴서 마이크로폰보다 진보하여, 마이크로폰에 미세장치의 집적화를 위해 사용되는 기술로서 마이크로머시닝을 이용한 반도체 가공기술이 적용되고 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 멤스 마이크로폰은 종래의 진동판과, 스페이서링, 절연링, 백플레이트, 통전링 등과 같은 전통적인 마이크로폰 부품들을 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화하여 제작하는 것으로서, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1에는 멤스(MEMS) 칩(120)을 구비한 종래의 멤스 마이크로폰(100)의 하나의 예가 개략적인 단면도로서 도시되어 있다. 멤스 마이크로폰(100)은, 인쇄회로기판(110)과, 인쇄회로기판(110)에 실장된 멤스칩(120)과 증폭기라고도 하는 특수목적형 반도체(ASIC)칩(130) 및 음공(140)이 형성된 케이스(150)로 구성되어 있다.

케이스(150)의 측벽(152)의 하단부는 기판(110)에 결합되어 있다. 기판 측벽(152)의 하단부에는, 기판과의 결합을 위해 솔더링 등의 방법에 의해 형성된 용접부(155)가 필수적으로 구비되어 있다.

인쇄회로기판에 음공이 형성된 이러한 타입의 멤스 마이크로폰의 경우, 케이스 내부 공간(151)이 백챔버(back chamber)이다. 백챔버란 멤스칩에 구비된 진동판의 진동시 발생된 공기의 순환을 위한 공간으로써, Acoustic resistance를 방지하기 위한 공간이다.

백챔버로 지칭되는 공간은 진동막을 기준으로 외부음향이 유입되는 측의 반대측 공간을 의미한다. 백챔버의 크기가 커지는 것에 따라 감도(sensitivity)가 올라가고, SNR(single to noise ratio) 값이 올라간다.

본 마이크로폰(100)이 장착되어 사용되는 스마트폰과 같은 전가기기에는, 마이크로폰(100)이 차지할 수 있는 공간이 할당되어 있다. 도 1을 참조하면, L1×H1 로 표시되는 면적이 마이크로폰(100)을 위해 할당된 면적이다. 할당된 공간은 면적에 폭(미도시)을 곱하면 된다.

그런데 도 1의, 양측벽의 하단부에 구비된 용접부(155)의 존재로 인해, L2×H1의 값에 해당하는 면적(157)에 폭의 값을 곱한 값의 공간은 손실되는 공간이다. 사각기둥형태의 마이크로폰(100)인 경우, 4개의 측벽에 모두 이러한 손실되는 공간이 발생한다.

결국, 케이스 내부공간(151)이 백챔버를 위한 공간이 되기 때문에, 양측의 손실면적(157)의 값에 폭의 값을 곱한 값의 공간은, 백챔버에 기여하지도 못하고, 손실되는 공간이어서 문제이다. 이러한 공간은 4개의 측면에서 모두 발생한다.

한편, 도 2에는 또 다른 종래의 멤스 마이크로폰(101)이 예시되어 있다.

케이스와 기판의 결합을 위해, 케이스(150)의 측벽(152)의 하단부가 외측으로 벤딩된 부분(153)이 있다. 벤딩된부분(153)의 하측면은 기판(110)에 솔더링이나 접착제 등에 의해 결합되어 있다. 이 경우 역시 양측의 손실면적(157)이 발생하게 되어, 백챔버 공간으로 사용되는 내부공간(151)이 손실된다는 문제점이 있다.

백챔버의 크기에 손실이 있는 경우, 손실되지 않은 경우에 비해, SNR값이 작고 감도가 안좋아 음질이 저하되는 문제점이 있다.

특허공개번호 2008-0005801

본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 제안된 것으로서, 백챔버의 공간을 손실없이 충분히 확보하여 음향 특성 향상이 가능한 멤스 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 멤스 마이크로폰에 관한 것으로서, 측벽과 상부벽으로 이루어지고, 하측면은 개방된 케이스; 상기 케이스의 하측면에 결합되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 구비된 멤스칩(MEMS chip); 및 상기 케이스 또는 상기 인쇄회로기판 중 적어도 하나의 일측에 구비되어, 외부음이 유입될 수 있도록 관통형성된 음공;을 포함하여 구성된 멤스 마이크로폰(MEMS Microphone)으로서, 상기 케이스의 측벽의 하단부의 적어도 일부분은 상기 케이스의 내부공간을 향해 구부러져 접힘부를 형성하며, 상기 접힘부의 하측면은 상기 인쇄회로피기판의 상측면에 결합된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 접힘부의 하측면은, 상기 인쇄회로기판에 솔더링(soldering), 납땜 및 접착제 중 어느 하나에 의해 결합된 것이 바람직하다.

한편, 상기 케이스는 4개의 측벽을 구비하고, 상기 접힘부는, 각 측벽의 하단부의 일부분이 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 케이스는 4개의 측벽을 구비하고, 상기 접힘부는, 4개의 모서리를 제외한 나머지 부분의 하단부가 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된 것도 바람직하다.

한편, 상기 케이스는, 그 외측형상이 원통형이고, 상기 접힘부는, 상기 측벽의 하단부 중, 상호 이격된 적어도 2부분의 하단부가 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 음공은 상기 케이스의 일측에 구비되고, 상기 멤스칩(MEMS chip)은 그 하부내측에 멤스내부공간을 구비하고, 상기 케이스의 내부에는, 상기 음공과 멤스내부공간을 연통시키는 음향통로를 형성하는 내부연통부가 구비되어, 상기 음공을 통해 유입된 외부음이 상기 내부연통부의 음향통로를 거쳐 상기 멤스칩의 멤스내부공간으로 들어가도록 구성된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 내부연통부는,상기 음공에 그 일단부가 결합되는 제1연통부재와, 상기 멤스칩의 하부에 위치하는 제2연통부재로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명의 멤스 마이크로폰에 의하면, 케이스의 측벽을 내측으로 벤딩한 후 그 벤딩된 부분을 기판에 고정하기 때문에, 종래의 경우 손실되던 공간을 백챔버로 추가 확보할 수 있게 되어, 음향특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 멤스 마이크로폰의 개략적 단면도,
도 2는 또 다른 종래의 멤스 마이크로폰의 개략적 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 일실시예의 멤스 마이크로폰의 개략적 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 멤스 마이크로폰의 개략적 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 멤스 마이크로폰의 개략적 단면도.

이하 본 발명에 따른 일실시예의 멤스 마이크로폰에 관하여, 도 3을 참고하며 상세히 설명한다.

본 실시예의 멤스 마이크로폰(1)은, 음성, 음향, 소리 등과 같은 음파를 전기신호로 바꾸어 주는 장치로서 장치로서, 케이스(10), 인쇄회로기판(20), 멤스칩(30), 증폭기(40) 및 음공(50)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 멤스 마이크로폰은, 주로 휴대폰, 스마트폰과 같은 이동통신 단말기에 사용된다. 하지만, 용도가 이에 한정되는 것은 아니고, 소형 멤스 마이크로폰을 사용하는 모두 소형 전자기기에 적용되는 것이 가능하다.

상기 케이스(10)는, 측벽(12)과 상측벽(14)으로 이루어져 있다. 하측면은 개방되어 있다. 본 실시예의 경우, 케이스(10)는 아래가 개방되고 상측벽(14)과 4개의 측벽(12)이 각각 사각형으로 이루어져 있다.

본 실시예의 경우, 케이스의 형상은 전체적으로 하면이 개방된 사각통 형상이지만, 다양하게 변형이 가능하다. 즉, 케이스는 전체적으로 원통 형상이 될 수도 있고, 수평방향의 단면이 타원형이거나 4각 이외의 다각통 형상일 수도 있다.

상기 인쇄회로기판(20)은, 케이스(10)의 개방된 하측면에 결합된다. 인쇄회로기판(20)이 결합됨으로써 케이스 내부공간은 음공(50)을 제외하고 밀폐된다. 인쇄회로기판(20)에는 직접 또는 간접으로 멤스칩(30) 및 증폭기(40)와 같은 전기 부품들이 실장된다. 인쇄회로기판(20)은 각종 전기 부품이 실장되므로 다이(DIE) 인쇄회로기판이라고도 불린다.

상기 멤스칩(30)은, 멤스 트랜스듀서(transducer)라고도 하며, 인쇄회로기판(20)에 구비된다. 여기서 '구비된다'는 의미는, 멤스칩(30)이 인쇄회로기판에 직접실장되거나, 혹은 제2연통부재(64; 도 4 참조)와 같이 다른 부재를 거쳐 간접적으로 인쇄회로기판에 실장된 것을 포함하는 의미이다. 멤스칩(30)의 하부 내측에는 빈 공간이 구비되는데, 이 공간은 멤스내부공간(36)이라 칭한다.

한편, 참조번호 40으로 지시되는 부품은 증폭기이다. 증폭기(40)는 멤스칩(30)에서 생선된 전기신호를 전송받아 증폭하는 역할을 수행한다. 증폭기(40)는 특수목적형 반도체(ASIC)칩이라고도 불린다. 상세히 도시되지는 않았지만, 멤스칩(30)과 증폭기(40)는, 골드 본딩 와이어(gold bonding wire) 등과 같은 도선에 의해 상호 연결되어 있다.

상기 음공(50)은, 인쇄회로기판(20)에 관통형성된다. 음공(50)을 통해, 외부음이 멤스내부공간(36)으로 유입된다. 케이스의 내부공간(11)은 백챔버로 역할한다.

본 발명에 따른 멤스 마이크로폰(1)은, 케이스(10)의 측벽(12)의 하단부가 케이스의 내부공간(11)을 향해 구부러져 형성된 접힘부(16)가 구비되어 있다. 측벽(12)의 하단부를 내측방향으로 벤딩하여, 접힘부(16)를 형성한다.

접힘부(16)는, 본 실시예와 같이, 4개의 측벽(12)으로 이루어진 경우, 각각 측벽의 하단부의 일부분이 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된다. 각 측벽의 하단부의 대부분 혹은 일부분이 연장된 후 내부공간을 향해 벤딩되어 접힘부가 형성될 수 있다.

한편, 4개의 측벽으로 이루어진 다른 실시예의 경우, 접힘부는 각각의 측벽이 만나는 4개의 모서리의 하단부분을 제외한 나머지 하단부가 전제가 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성될 수도 있다. 즉, 4개의 모서리 부분이 모따기가 된 후, 나머지 각 측벽의 하단부가 내측으로 벤딩되어 접힘부가 형성된다.

접힘부(16)의 하측면(17)은 인쇄회로기판(20)의 상측면에 결합되어 있다. 접힘부의 하측면은, 인쇄회로기판(20)의 접하는 테두리부에 솔더링(soldering), 납땜이나 접착제 등에 의해 결합된다. 이때, 접착제를 사용하는 경우, 접착제는 도전성 접착제를 사용할 수도 있다.

본 실시예의 멤스 마이크로폰(1)은, 상술한 구성을 구비함으로써, 다음과 같은 작용과 효과를 구비한다.

본 실시예는, 케이스(10)의 측벽(12)의 하단부가 내측으로 구부러져 형성된 굽힘부(16)를 구비하고 있다. 이로 인해, 백챔버로 역할을 하는 내부공간이, 13으로 지시된 추가공간(13) 만큼 늘어난다는 장점이 있다.

즉, 백챔버의 크기가, 도 1에 도시된 종래와 비교하여, 추가공간(13) 만큼 확대되었기 때문에, 백챔버의 크기에 관계하는 감도가 좋아지고, SNR(signal to noise ratio)의 값이 증가한다는 장점이 있게 된다.

백챔버의 크기가 음향특성에 직접적으로 영향을 주는 요소의 하나이기 때문에, 본 실시예의 경우, 유사한 종래의 멤스 마이크로폰의 타입보다, 백챔버가 추가로 확대되어 음향특성이 개선되는 것이다.

한편, 도 4에는 본 발명에 따른 다른 실시예의 멤스 마이크로폰(1a)이 예시되어 있다. 본 실시예의 멤스 마이크로폰(1a)의 경우에도, 측벽(12)의 하단부에 접힘부(16)를 형성하고 있고, 그 하측면(17)이 인쇄회로기판(20)의 상측면에 결합되어 있다는 구성은 동일하다.

다만, 본 실시예의 멤스 마이크로폰(1a)의 경우, 앞선 실시예와 비교하여, 음공(50)이 인쇄회로기판(20)이 아닌 케이스의 상측벽(14)에 형성되어 있다는 점이 다르다. 한편, 다른 실시예의 경우, 음공은 케이스의 측벽에도 구비될 수 있다.

또한, 본 실시예의 경우, 멤스 마이크로폰(1a)은, 내부연통부(60)를 구비하고 있다는 점이 다르다.

상기 내부연통부(60)는, 케이스(10)의 내부에 구비되고, 음향통로(63, 65)를 형성한다. 음향통로(63, 65)는 음공(50)과 멤스내부공간(36)을 연통시킨다. 이로 인해, 음공(50)을 통해 유입된 외부음은, 내부연통부(60)에 의해 형성된 음향통로(63, 65)를 거쳐 멤스칩(30)의 멤스내부공간(36)으로 들어간다. 이러한 음향 경로를 형성함으로써, 백챔버 공간을, 멤스내부공간(36)이 아닌 케이스(10) 내부의 공간(11)으로 할 수 있어서 음향성능 향상이 가능하다는 장점이 있다.

한편 본 실시예의 경우, 내부연통부(60)는, 제1연통부재(62)와 제2연통부재(64)로 구성된다.

제1연통부재(62)의 상단인 일단부는 음공(50)에 결합되어 있다. 하부의 타단부는 제2연통부재(64)에 결합되어 있다. 제2연통부재(64)의 상면에는 멤스칩(30)이 올려져 실장된다. 멤스칩(30)은 인쇄회로기판(20)에 전기적으로 결합될 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 제2연통부재(64)는 회로기판소재로 되는 것이 바람직하다.

또한, 다른 실시예의 경우 제2연통부재는 금속소재로 만들어질 수도 있다. 제2연통부재의 상면에 고정된 멤스칩와 인쇄회로기판은 별도의 도선을 통해 상호 전기적으로 연결될 수도 있다. 제2연통부재(64)는, 멤스칩(30)의 하부에 위치한다. 또한, 제1연통부재는 탄성을 지닌 고무소재로 되어 있다.

한편, 내부연통부재의 구체적인 형상은, 음공을 통해 유입된 음향을 멤스칩의 멤스내부공간으로 안내할 수만 있다면, 다양하게 변경되는 것이 가능하다.

음공(50)이 케이스에 구비되고 내부에 내부연통부를 구비한 본 실시예는, 앞선 실시예와 비교하여, 접힘부(16)를 구비하여 얻을 수 있는 장점은 모두 구비할 수 있으며, 여기에 내부연통부를 구비함으로써 기판에 음공이 형성된 타입의 마이크로폰 뿐 아니라, 케이스에 음공이 형성된 타입의 마이크로폰의 경우에도 백챔버 공간이, 케이스 내부공간은 물론 추가로 확보된 공간으로 까지 확대된다는 장점이 있다.

한편, 도 5에는, 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 멤스 마이크로폰(1b)이 개시되어 있다. 도 3에 예시된 실시예와 비교하여, 'b'가 추가된 참조번호의 경우, 다른 설명이 없는 한, 동일한 참조번호를 사용하는 구성과 동일유사한 기능을 수행하는 것이다.

본 실시예의 멤스 마이크로폰(1b)은, 앞서 도 4에 예시된 실시예와 비교하여, 케이스(10b)의 형상이 전체적으로 원통형태이고, 인쇄회로기판(20b)도 원판인 것이 다르다.

접힘부(16b)는, 측벽(12b)의 하단부 중 상호 이격된 4부분의 하단부가 연장된 후 내부공간(11b)을 향해 구부러져 형성된다.

본 실시예의 경우에도, 접힘부(16b)의 내부공간을 향해 벤딩되어 형성되어 있기 때문에, 같은 조건의 경우 종래에 비해 내부공간의 추가확보가 가능하다는 장점이 있다.

1, 1a, 1b ... 멤스 마이크로폰
10 ... 케이스 12 ... 측벽
13 ... 추가공간 14 ... 상측벽
16 ... 접힘부 20 ... 인쇄회로기판
30 ... 멤스칩 40 ... 증폭기
50 ... 음공 60 ... 내부연통부재

Claims (7)

1. 측벽과 상부벽으로 이루어지고, 하측면은 개방된 케이스;
   상기 케이스의 하측면에 결합되는 인쇄회로기판;
   상기 인쇄회로기판에 구비된 멤스칩(MEMS chip); 및
   외부음이 유입될 수 있도록 상기 케이스 또는 상기 인쇄회로기판 중 적어도 하나에 관통형성된 음공을 포함하여 구성된 멤스 마이크로폰(MEMS Microphone)으로서,
   상기 케이스의 측벽의 하단부의 적어도 일부분은 상기 케이스의 내부공간을 향해 구부러져 접힘부를 형성하며,
   상기 접힘부의 하측면은 상기 인쇄회로기판의 상측면에 결합된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접힘부의 하측면은, 상기 인쇄회로기판에 솔더링(soldering), 납땜 및 접착제 중 어느 하나에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
3. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는 4개의 측벽을 구비하고,
   상기 접힘부는, 각 측벽의 하단부의 일부분이 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
4. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는 4개의 측벽을 구비하고,
   상기 접힘부는, 4개의 모서리를 제외한 나머지 부분의 하단부가 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
5. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는, 그 외측형상이 원통형이고,
   상기 접힘부는, 상기 측벽의 하단부 중, 상호 이격된 적어도 2부분의 하단부가 연장된 후 내부공간을 향해 구부러져 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
6. 측벽과 상부벽으로 이루어지고, 하측면은 개방된 케이스;
   상기 케이스의 하측면에 결합되는 인쇄회로기판;
   상기 인쇄회로기판에 구비된 멤스칩(MEMS chip); 및
   외부음이 유입될 수 있도록, 상기 케이스에 관통형성된 음공;을 포함하여 구성된 멤스 마이크로폰(MEMS Microphone)으로서,
   상기 케이스의 측벽의 하단부의 적어도 일부분은 상기 케이스의 내부공간을 향해 구부러져 접힘부를 형성하며, 상기 접힘부의 하측면은 상기 인쇄회로기판의 상측면에 결합되고,
   상기 멤스칩(MEMS chip)은 그 하부내측에 멤스내부공간을 구비하고,
   상기 케이스의 내부에는, 상기 음공과 멤스내부공간을 연통시키는 음향통로를 형성하는 내부연통부가 구비되어, 상기 음공을 통해 유입된 외부음이 상기 내부연통부의 음향통로를 거쳐 상기 멤스칩의 멤스내부공간으로 들어가도록 구성된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
7. 제6항에 있어서,
   상기 내부연통부는,상기 음공에 그 일단부가 결합되는 제1연통부재와, 상기 멤스칩의 하부에 위치하는 제2연통부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.

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