KR101339909B1 - 마이크로폰 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 마이크로폰 패키지는 멤스(MEMS) 마이크로칩과 특수목적형반도체(ASIC) 칩이 실장되어 있는 PCB기판과, 상기 PCB기판과 연결됨과 더불어 PCB기판에 실장된 부품을 보호하기 위한 수용공간이 형성된 금속 케이스로 이루어지는 마이크로폰 패키지에 있어서, 상기 금속 케이스의 일면에 형성된 음향홀, 상기 음향홀이 형성된 상기 금속 케이스 상면에 상기 음향홀을 통해 이물질이 삽입되는 것을 차단하기 위한 초소수성 마이크로 메쉬를 포함한다.
이를 통해 본 발명은 초소수성 마이크로 메쉬를 음향이 통과되는 홀에 부착함으로써 물이나 먼지 등을 차단할 수 있는 마이크로폰을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬를 외부와 전기적 신호를 주고받는 접속단자 부분을 패키징하여 접속단자에 수분이 침투하지 못하도록 하는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬 표면에 물방울이 맺히면 메쉬 표면에 있는 먼지와 함께 씻겨지는 효과가 있어, 우천시 오히려 메쉬 표면이 세척되는 마이크로폰 패키지를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬가 음향이 통과되는 홀에 부착되는 마이크로폰 패키지를 고정식 소음 측정기에 적용함으로써, 고속도로, 주요 국도, 도심의 도로 등에서 고정적으로 소음 측정이 가능한 저가의 마이크로폰을 이용한 소음 측정기를 제작할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해 본 발명은 초소수성 마이크로 메쉬를 음향이 통과되는 홀에 부착함으로써 물이나 먼지 등을 차단할 수 있는 마이크로폰을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬를 외부와 전기적 신호를 주고받는 접속단자 부분을 패키징하여 접속단자에 수분이 침투하지 못하도록 하는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬 표면에 물방울이 맺히면 메쉬 표면에 있는 먼지와 함께 씻겨지는 효과가 있어, 우천시 오히려 메쉬 표면이 세척되는 마이크로폰 패키지를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬가 음향이 통과되는 홀에 부착되는 마이크로폰 패키지를 고정식 소음 측정기에 적용함으로써, 고속도로, 주요 국도, 도심의 도로 등에서 고정적으로 소음 측정이 가능한 저가의 마이크로폰을 이용한 소음 측정기를 제작할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 마이크로폰 패키지에 관한 것으로, 특히 외부 소음이 유입되는 홀을 초소수성 마이크로 메쉬로 패키지하는 마이크로폰 패키지에 관한 것이다.
마이크로폰은 외부의 음성신호를 전기신호로 변환하는 장치로써 핸드폰, MP3(Moving Picture Experts Group Layer 3), 전화기 등의 통신기기와 보청기등의 의료기기 또는 소형화된 다기능 스마트 센서에 내장되거나 소형 정밀 기기등에 주로 사용되고 있다.
이러한 마이크로폰은 기계적인 가공을 거쳐 제작되기 때문에 크게는 mm, 작게는 ㎛단위까지 초소형화 하기 어려운 물리적 한계가 있었다. 하지만 마이크로폰이 실장되는 음향기기 또는 정보통신기기 등의 소형화가 가속화됨에 따라 더욱더 마이크로폰의 초소형화가 요구되고 있는 실정이다.
마이크로폰의 초소형화 및 대량생산의 한계를 극복하기 위해, 최근에는 실리콘 웨이퍼(Sylicon Wafer)상에 반도체 제조기술을 이용하여 직접 전기용량구조를 형성하는 멤스 마이크로폰(MEMS Microphone)의 개발이 활성화되고 있다. 실리콘 마이크로폰(Sylicon Microphone)이라고도 불리는 멤스 마이크로폰은 초소형화가 가능하고 부품 간의 분리된 생산공정을 일괄화 시킬 수 있으므로 성능과 생산효율에 있어서 크게 각광받고 있다.
멤스 마이크로폰은 표면실장기술(SMT:Surface Mount Technology)과 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS:Micro Electro Mechanical System)기술을 이용한 반도체 가공기술 등을 적용하여 제작된다.
표면실장기술은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 위에 납 등의 솔더 페이스트(Solder Paste)를 인쇄하여, 그 위에 각종 표면실장부품(Surface Mount Device)을 마운터 장비(Mounter Equipment)등을 이용하여 부착한 후, 리플로우 머신을 통과시켜 PCB와 전자부품의 리드 간을 접합하는 기술을 말한다.
마이크로폰은 이러한 표면실장기술을 이용하여 멤스다이, 증폭기, 필터 등의 전자회로부품을 PCB에 실장함으로써 마이크로폰 제조를 간소화 또는 소형화할 수 있다.
또한 MEMS기술은 반도체 공정, 특히 집적회로 기술을 응용한 마이크로머시닝(Micromachining)기술을 이용하여 실리콘웨이퍼를 벌크(Bulk)가공, 구조층가공, 표면미세가공, 박막가공, 동종 혹은 이종 기판 접합, 3차원 구조체 몰딩 등을 함으로써 ㎛단위의 초소형 센서나 액츄에이터 및 전기 기계적 구조물을 제작할 수 있다.
마이크로머시닝 기술에 의하여 제작된 미세 기계는 mm이하의 크기 및 ㎛이하의 정밀도를 구현할 수 있다.
SMT와 MEMS기술은 초소형 및 고성능의 멤스 마이크로폰 핵심부품인 트랜스듀서(Transducer) 즉 다이어프램(Diaphragm)이 형성된 멤스다이(Micro Electro Mechanical System Die)의 생산을 가능하게 하였다. 이러한 멤스 다이와 SMT기술에 의한 PCB의 제조는 마이크로폰의 초소형화뿐만 아니라 멤스 마이크로폰 패키징 시, 여러 공정을 간소화함으로써 생산성을 크게 높일 수 있다.
그러나 이러한 마이크로폰은 외부에서 소음을 측정하기 위한 소음 측정기에 부착될 경우 우천에 의한 빗물과 먼지 등에 취약한 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 초소수성 마이크로 메쉬를 음향이 통과되는 홀에 부착함으로써 물이나 먼지 등을 차단할 수 있는 마이크로폰 패키지를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 초소수성 마이크로 메쉬를 외부와 전기적 신호를 주고받는 접속단자 부분을 패키징하여 접속단자에 수분이 침투하지 못하도록 하는 마이크로폰 패키지를 제공함을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로폰 패키지는 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩과 특수목적형반도체(ASIC) 칩이 실장되어 있는 PCB기판과, 상기 PCB기판과 연결됨과 더불어 상기 PCB기판에 실장된 부품을 보호하기 위한 수용공간이 형성된 금속 케이스로 이루어지는 마이크로폰 패키지에 있어서, 상기 금속 케이스의 일면에 형성된 음향홀, 상기 음향홀이 형성된 상기 금속 케이스 상면에 상기 음향홀을 통해 이물질이 삽입되는 것을 차단하기 위해 형성된 초소수성 마이크로 메쉬를 포함한다.
또한 상기 초소수성 마이크로 메쉬는 금속 메쉬 표면에 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라데실-트리메톡시실란(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetradecyl trimetho xysilane, HFTES)을 도포 후 열처리하여 실리카(Silica)계열의 초소수성막이 형성된 것이다.
또한 상기 초소수성 마이크로 메쉬는 금속 메쉬 표면에 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane, TEOS)과 메틸트리에톡시실란(Methyltriethoxysilane, MTES)이 혼합된 혼합물을 도포 후 열처리하여 실리카(Silica)계열의 초소수성막이 형성된 것이다.
또한 상기 초소수성 마이크로 메쉬는 상기 마이크로폰 패키지의 복수면을 패키징한다.
또한 상기 PCB기판은 일면에 상기 멤스 마이크로폰 칩과 상기 특수목적형반도체 칩이 실장되어 있고, 타면의 테두리 부분에는 상기 금속 케이스와 접속을 위한 도전패턴이 형성됨과 아울러 타면의 중앙 부근에는 전원(Vdd)단자, 출력(OUTPUT)단자, 접지(GND)단자인 접속단자가 형성된다.
또한 상기 멤스 마이크로폰칩은 실리콘 웨이퍼 위에 멤스(MEMS)기술을 이용하여 백플레이트를 형성한 후 스페이서를 사이에 두고 다이어프램이 형성된 구조이고, 상기 특수목적형반도체칩은 상기 멤스 마이크로폰 칩이 콘덴서 마이크로폰으로 동작하도록 바이어스 전압을 제공하는 전압펌프와, 상기 멤스 마이크로폰칩을 통해 감지된 전기적인 음향신호를 증폭 또는 임피던스 정합시켜 접속단자를 통해 외부로 제공하기 위한 버퍼 증폭기로 구성된다.
본 발명은 초소수성 마이크로 메쉬를 음향이 통과되는 홀에 부착함으로써 물이나 먼지 등을 차단할 수 있는 마이크로폰을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬를 외부와 전기적 신호를 주고받는 접속단자 부분을 패키징하여 접속단자에 수분이 침투하지 못하도록 하는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬 표면에 물방울이 맺히면 메쉬 표면에 있는 먼지와 함께 씻겨지는 효과가 있어, 우천시 오히려 메쉬 표면이 세척되는 마이크로폰 패키지를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 초소수성 마이크로 메쉬가 음향이 통과되는 홀에 부착되는 마이크로폰 패키지를 고정식 소음 측정기에 적용함으로써, 고속도로, 주요 국도, 도심의 도로 등에서 고정적으로 소음 측정이 가능한 저가의 마이크로폰을 이용한 소음 측정기를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 일면을 절개한 사시도,
도 2 및 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 초소수성 마이크로 메쉬를 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 측면 사시도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 저면 사시도.
도 2 및 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 초소수성 마이크로 메쉬를 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 측면 사시도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 저면 사시도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 일면을 절개한 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초소수성 마이크로 메쉬를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이 사각통 형상의 마이크로폰 패키지는 내부에 부품들을 수용할 수 있도록 일면이 개구된 사각통 형상의 케이스(102)와 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩(10)과 ASIC 칩(20)이 실장되고 케이스(102)에 삽입되는 PCB기판(106)과, PCB기판(106)을 지지하여 케이스(102)와 PCB기판(106) 사이에 공간을 형성하기 위한 지지부재(104)로 구성된다. 이때 PCB 기판(106)의 크기는 금속 케이스(102)의 개방부에 삽입될 수 있는 크기로 되어 있다.
또한 마이크로폰 패키지는 케이스(102)의 바닥면에 음향홀(102a)이 형성되어 있으며, 이때 음향홀(102a)은 마이크로폰의 음 유입구조에 따라 케이스(102)가 아닌 PCB기판(106)에 형성될 수도 있다.
또한 음향홀(102a)이 형성된 케이스(102) 바닥면 상면에는 초소수성 마이크로 메쉬(300)가 형성된다.
초소수성 마이크로 메쉬(300)는 마이크로 메쉬(301) 상에 초소수성막(302)을 도포 후 열처리하여 형성될 수 있다.
이때 마이크로 메쉬(301)는 도 2에 도시된 바와 같이 수~ 수십㎛ 직경의 원형 홀을 갖고 있는 금속 메쉬일 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 수~수십㎛의 공간을 갖는 그물망 형태로 연결된 사각형 금속 메쉬일 수 있다.
또한 초소수성막(302)은 마이크로 메쉬(301) 표면에 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라데실-트리메톡시실란(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetradecyl trimetho xysilane, HFTES)을 도포 후 열처리하여 형성된 실리카(Silica)계열의 초소수성막 또는 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane, TEOS)과 메틸트리에톡시실란(Methyltriethoxysilane, MTES)이 일정비로 혼합된 혼합물을 도포 후 열처리하여 형성된 실리카(Silica)계열의 초소수성 막이 될 수 있다.
이렇게 형성된 초소수성 마이크로 메쉬는 낮은 표면 에너지로 인하여 물을 포함한 다른 물질의 표면 응집을 효과적으로 예방할 수 있으며, 사람의 지문과 같은 유기물질과 먼지와 같은 이물질이 표면에 부착되는 것을 막는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 측면 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 패키지의 저면 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 마이크로폰 패키지에 사용되는 PCB기판(106)은 일면에 멤스 마이크로폰 칩(10)과 ASIC 칩(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.
본 발명의 실시 예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 접속단자(108)가 형성된 예를 들었으나 접속단자의 수는 응용에 따라 2개 이상 다수 개로 형성될 수 있다. 멤스 마이크로폰 칩(10)은 실리콘 웨이퍼 위에 멤스(MEMS) 기술을 이용하여 백 플레이트를 형성한 후 스페이서를 사이에 두고 다이어프램이 형성된 구조이고, 특수 목적형 반도체(ASIC)칩(20)은 멤스 마이크로폰 칩(10)과 연결되어 전기적 신호를 처리하는 부분으로서 멤스 마이크로폰 칩(10)이 콘덴서 마이크로폰으로 동작하도록 바이어스 전압을 제공하는 전압 펌프와, 멤스 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 메인기판에 표면실장이 용이한 구조로 되어 있다.
본 발명에 따른 마이크로폰 패키지는 일면이 개구된 사각통 형상의 금속 케이스(102)에 사각 링 형상의 지지부재(104)를 삽입하고, 멤스 마이크로폰 칩(10)과 ASIC칩(20)이 실장된 PCB기판(106)을 지지부재(104) 위에 삽입한 후 케이스의 단부(102c)를 PCB기판(106)측으로 절곡시켜 도전패턴과 밀착시키는 컬링공정에 의해 조립이 완료된다.
이와 같은 본 발명의 마이크로폰 패키지는 케이스(102)안에 지지부재(104)가 삽입되어 있고, 지지부재(104)가 회로부품이 실장된 PCB기판(106)을 지지하여 내부 공간을 형성하며, 케이스의 단부(102c)의 컬링에 의해 PCB기판(106)에 밀착되어 있다.
그리고 본 발명에 따른 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 패드들(204)과 접속되고 케이스의 절곱된 단부(102c)가 메인기판(200)의 접지패턴(202)과 접속되어 마이크로폰 전체를 전기적으로 차폐시켜 일정의 페러데이 컵을 형성하고, 이에 따라 외부의 노이즈가 마이크로폰 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한 메인기판(200)에 실장된 마이크로폰 패키지는 메인기판(200)으로부터 전원단자와 접지단자를 통해 전력이 공급되면 ASIC 칩(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.
케이스(102)의 음향홀(102a)을 통해 외부 음압이 마이크로폰 내부로 유입되면 멤스 마이크로폰 칩(10)의 다이어프램이 진동하면서 다이어프램과 백플레이트 사이의 커패시턴스가 변동되고, 이러한 커패시턴스의 변동은 ASIC 칩(20)의 버퍼 증폭기에서 전기적인 신호로 증폭되어 출력단자를 통해 메인기판(200)으로 출력된다.
또한 음향홀(102a)이 형성된 케이스(102) 면 상에 마이크로 메쉬(301)에 초소수성막(302)이 전체적으로 형성된 초소수성 마이크로 메쉬(300)를 형성함으로 써, 먼지 및 물 등이 음향홀(102a)로 들어가지 못하도록 한다.
또한 초소수성막(302)의 특성에 따라 우천시 초소수성 마이크로 메쉬(300) 상에 붙은 먼지 등이 빗물에 씻겨지는 효과가 있어, 우천시에는 오히려 초소수성 마이크로 메쉬(300) 표면이 세척되는 효과가 있다.
이상 본 발명의 상세한 설명에서는 음향홀(102a)이 형성된 케이스(102) 면에만 초소수성 마이크로 메쉬(300)가 형성된 것으로 설명하였으나, 사용자의 설정에 따라 초소수성 마이크로 메쉬(300)로 케이스(102)의 2면 이상을 모두 패키징할 수도 있다.
그 중 마이크로폰 패키지의 접속단자(108)가 형성된 면도 패키징할 경우 접속단자(108)가 수분에 노출되지 않도록 하는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 멤스 마이크로폰 패키지에 초소수성 마이크로 메쉬(300)가 형성되는 것으로 설명하였으나, 정전용량형 마이크로폰 패키지, 압전형 마이크로폰 패키지 및 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰 패키지에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
10: 멤스 마이크로폰 칩 20: ASIC 칩
102: 케이스 102a: 음향홀
104: 지지 부재 106: PCB 기판
108: 접속 단자 200: 메인 기판
202: 접지패턴 204: 패드
301: 마이크로 메쉬 302: 초소수성막
102: 케이스 102a: 음향홀
104: 지지 부재 106: PCB 기판
108: 접속 단자 200: 메인 기판
202: 접지패턴 204: 패드
301: 마이크로 메쉬 302: 초소수성막
Claims (6)
- 삭제
- 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩과 특수목적형반도체(ASIC) 칩이 실장되어 있는 PCB기판과, 상기 PCB기판과 연결됨과 더불어 상기 PCB기판에 실장된 부품을 보호하기 위한 수용공간이 형성된 금속 케이스로 이루어지는 마이크로폰 패키지에 있어서,
상기 금속 케이스의 일면에 형성된 음향홀;
상기 음향홀이 형성된 상기 금속 케이스 상면에 상기 음향홀을 통해 이물질이 삽입되는 것을 차단하기 위해 형성된 마이크로 메쉬를 포함하되 그 마이크로 메쉬는,
금속 메쉬 표면에 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라데실-트리메톡시실란(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetradecyl trimetho xysilane, HFTES)을 도포 후 열처리하여 실리카(Silica)계열의 초소수성막이 형성된 것임을 특징으로 하는 마이크로폰 패키지.
- 멤스(MEMS) 마이크로폰 칩과 특수목적형반도체(ASIC) 칩이 실장되어 있는 PCB기판과, 상기 PCB기판과 연결됨과 더불어 상기 PCB기판에 실장된 부품을 보호하기 위한 수용공간이 형성된 금속 케이스로 이루어지는 마이크로폰 패키지에 있어서,
상기 금속 케이스의 일면에 형성된 음향홀;
상기 음향홀이 형성된 상기 금속 케이스 상면에 상기 음향홀을 통해 이물질이 삽입되는 것을 차단하기 위해 형성된 마이크로 메쉬를 포함하되 그 마이크로 메쉬는,
금속 메쉬 표면에 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane, TEOS)과 메틸트리에톡시실란(Methyltriethoxysilane, MTES)이 혼합된 혼합물을 도포 후 열처리하여 실리카(Silica)계열의 초소수성막이 형성된 것임을 특징으로 하는 마이크로폰 패키지.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 마이크로 메쉬는 상기 마이크로폰 패키지의 복수면을 패키징하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 패키지.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 PCB기판은,
일면에 상기 멤스 마이크로폰 칩과 상기 특수목적형반도체 칩이 실장되어 있고, 타면의 테두리 부분에는 상기 금속 케이스와 접속을 위한 도전패턴이 형성됨과 아울러 타면의 중앙 부근에는 전원(Vdd)단자, 출력(OUTPUT)단자, 접지(GND)단자인 접속단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 패키지.
- 제5항에 있어서, 상기 멤스 마이크로폰 칩은 실리콘 웨이퍼 위에 멤스(MEMS)기술을 이용하여 백플레이트를 형성한 후 스페이서를 사이에 두고 다이어프램이 형성된 구조이고, 상기 특수목적형반도체칩은 상기 멤스 마이크로폰 칩이 콘덴서 마이크로폰으로 동작하도록 바이어스 전압을 제공하는 전압펌프와, 상기 멤스 마이크로폰 칩을 통해 감지된 전기적인 음향신호를 증폭 또는 임피던스 정합시켜 접속단자를 통해 외부로 제공하기 위한 버퍼 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 패키지.
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|---|---|---|---|
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