KR101346583B1 - Ｍｅｍｓ 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 유연 기판에 MEMS 마이크로폰이 형성되도록 함으로써 형상의 유연한 변화가 가능하여 복잡한 형상의 구조물에도 용이하고 안정적으로 부착이 가능하도록 하는, MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

Description

ＭＥＭＳ 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법 {Sound measuring apparatus having flexible substrate using MEMS microphone and method for making the apparatus}
본 발명은 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 자동차 등과 같은 이동 수단은 사람들의 일상 생활에 깊이 자리잡고 있으며, 이에 따라 자동차 등에서의 사용자 편의성을 높이고자 하는 요구 또한 높아지고 있다. 자동차 등과 같은 이동 수단의 실내에 있는 탑승자에게 있어서, 주행 시 구동 장치 등의 기계 부품에서 발생되는 소음에 항상 노출되는 것은 상당한 스트레스를 유발한다는 점이 잘 알려져 있다. 이러한 소음 공해 피해를 저감하기 위하여 다양한 연구가 이루어지고 있으며, 음향 측정 기술 또한 다양하게 발전되어 가고 있다.
소음원의 위치를 측정하기 위해 음향을 측정하는 기술로서, 2차원 평면상 또는 3차원 공간상에 배치된 다수 개의 마이크로폰을 이용하여 각각의 마이크로폰에서 측정되는 음향 신호를 비교 분석하는 기술이 개발 및 사용되어 왔다. 측정된 음향 신호들을 어떻게 분석하는가 하는 것도 중요한 연구 분야이며, 예를 들어 다수 개의 각 마이크로폰에서 측정된 음압 신호들 사이의 상대적인 시간 지연을 적절히 보상한 후 보강 및 상쇄 간섭을 이용하여 더하는 지연-합 빔-형성 방법(Don H. Johnson and Dan E. (1993) Dungeon, Array Signal processing, pp. 113-118.) 등이 사용된다. 다른 한편으로, 일본특허공개 제2011-122854호("소리의 도래 방향 판정 시스템 및 프로그램") 등에 개시되는 바와 같이, 소음원 위치를 찾기 위해 어떻게 하면 효과적으로 마이크로폰 어레이를 배치하는가에 대한 연구 등도 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 종래에 사용되는 음향 측정용 마이크로폰의 경우 상당히 고가의 제품이며, 소음원 위치 측정의 정밀도 및 정확도를 높이기 위해서는 이러한 마이크로폰의 개수가 늘어나야 하기 때문에 음향 측정 장치의 가격 또한 매우 높아지는 문제가 있었다. 상술한 일본특허공개 제2011-122854호 등에서도 고가의 측정용 마이크로폰이 사용되는데, 실제적인 예로 30여개의 측정용 마이크로폰을 포함하는 장비의 경우 1억여원에 가격이 형성되어 있다. 이와 같이 종래의 마이크로폰은 경제적인 문제로 널리 사용이 어렵다는 문제점에 대한 해결책으로, 최근 MEMS 마이크로폰을 활용하고자 하는 연구 및 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 MEMS(microelectromechanical system) 기반의 정전용량형 마이크로폰(capacitive microphone based on MEMS, 이하에서는 간단히 "MEMS 마이크로폰"이라고 한다)은 종래의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(electret condenser micophone, 이하 ECM)이 가지는 근본적인 한계를 뛰어넘는 장점을 가진다. MEMS 마이크로폰에서 기계적 또는 전기적 반응을 하는 진동판은 폴리 실리콘 또는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 등의 유전체로 이루어지는데 이는 -40℃에서 +120℃의 온도에서도 신뢰성을 가지며 습도 및 복잡한 온도 변동에도 신뢰성을 갖는다. 또한 실리콘 기판을 사용하는 MEMS 마이크로폰의 경우 260℃가 넘는 무연 표면 실장 온도에서도 견딘다. 이와 같이 높은 신뢰성을 갖고 표면 실장이 가능하다는 점은 기존의 ECM을 능가하는 점이 된다. ECM은 캔(can) 형태의 패키지만 가능하지만 MEMS 마이크로폰은 사용자의 요구에 따라 패키지가 가능한데 이는 현재 소형화, 집적화 되고 있는 마이크로폰의 응용분야에 적합하다. MEMS 마이크로폰은 진동판과 기준판 사이에 일정한 DC(Direct Current) 바이어스 전압을 인가한 상태에서 들어오는 음압에 따른 정전용량의 변화를 감지하게 된다. MEMS 마이크로폰이 대부분의 소형 ECM 보다 더 작게 제조될 수 있으며 기계적 진동이나 온도변화, 전자기장 간섭에 덜 민감하다. 이러한 유리한 특성으로 보청기나 전자 청진기뿐만 아니라 휴대폰, 그리고 노트북 컴퓨터, 캠코더, 디지털 카메라 등 음성 입력이 있는 기기에서 사용이 증가되고 있다. 이러한 MEMS 마이크로폰에 대해서는 한국특허등록 제1213539호("멤스 마이크로폰 어레이를 이용한 음향감지 장치 및 음향카메라")에도 상세히 소개되어 있다.
한편, 상술한 바와 같이 소음원 위치 측정을 위해서 어떻게 마이크로폰을 배치하는가도 상당히 중요한 문제이다. 일반적인 건물 내 공간 등과 같은 실내 공간에서의 소음원 위치 측정의 경우, 가장 이상적으로는 마이크로폰 어레이가 구형으로 배치되는 것이 바람직하다. 그런데 앞서 설명한 바와 같은 자동차 등과 같은 대상에서의 소음을 측정하기 위해서는 일반적인 건물 내 공간 등과는 달리 차량 구조의 임의의 형상에 부착하는 등의 배치가 더 효과적이다. 그런데, 형상 자체가 복잡하게 형성되고 곡면이 많은 등과 같은 차량 구조의 형상적 특성상, MEMS 마이크로폰 어레이가 소형임에도 불구하고 원하는 위치에 안정적으로 이를 부착하는 것이 쉽지 않은 실정이다.
1. 일본특허공개 제2011-122854호("소리의 도래 방향 판정 시스템 및 프로그램") 2. 한국특허등록 제1213539호("멤스 마이크로폰 어레이를 이용한 음향감지 장치 및 음향카메라")
1. Don H. Johnson and Dan E. (1993) Dungeon, Array Signal processing, pp. 113-118.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유연 기판에 MEMS 마이크로폰이 형성되도록 함으로써 형상의 유연한 변화가 가능하여 복잡한 형상의 구조물에도 용이하고 안정적으로 부착이 가능하도록 하는, MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치(100)는, MEMS 마이크로폰(110); 상기 MEMS 마이크로폰(110)과 전기적으로 연결되는 회로부(121) 및 상기 회로부(121)와 전기적으로 연결되어 외부와 신호를 송수신하는 커넥터부(122)가 구비되며, 상기 회로부(121) 영역에는 주변부보다 표면 거칠기가 상대적으로 거칠게 형성되는 미세요철표면부(125)가 형성되고, 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어지는 유연 기판(120); 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121) 사이에 개재되어 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121)를 서로 결합하며, 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어지는 본딩재(130); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때 상기 미세요철표면부(125)는, 플라즈마 건식에칭(plasma dry etching), 레이저 건식 에칭(laser dry etching), -OH-기를 포함하는 화학제를 사용한 습식 에칭 중 선택되는 적어도 하나의 공정에 의하여 형성될 수 있다.
또한 상기 본딩재(130)는, 에폭시계열, 폴리에스터 계열, 아크릴 계열, 친수성을 갖는 폴리머를 사용한 화합 결합제 중 선택되는 적어도 하나의 재질일 수 있다. 또한 상기 유연 기판(120)은, PI(Polyimide), polyethylene계열, Polyester계열, Aramid계열 중 선택되는 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
또한 상기 음향 측정 장치(100)는, 상기 커넥터부(122)와 연결되어 상기 MEMS 마이크로폰(110)에서 측정된 음향 신호를 전달받아 외부로 전달하는 인터페이스 보드(150); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치의 제조 방법은, 상술한 바와 같은 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치(100)를 제조하는 방법으로서, 상기 유연 기판(120) 상에 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122)가 형성되는 단계; 상기 유연 기판(120) 상의 상기 회로부(121)를 포함하는 미리 결정된 일부 영역을 제외한 나머지 영역이 마스킹되는 단계; 상기 유연 기판(120) 상의 상기 회로부(121)를 포함하는 미리 결정된 일부 영역 영역에 에칭 공정이 수행되어 미세요철표면부(125)가 형성되는 단계; 상기 유연 기판(120) 상의 마스킹재가 제거되는 단계; 상기 유연 기판(120) 상의 상기 미세요철표면부(125)에 상기 본딩재(130)가 도포되는 단계; 상기 본딩재(130)가 도포된 위치에 상기 MEMS 마이크로폰(110)이 부착되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 먼저 MEMS 마이크로폰 어레이를 이용하여 음향 측정 장치를 구성함으로써, 종래의 ECM과 같은 고가 및 대형의 측정용 마이크로폰에 비하여 훨씬 장비 가격을 저렴하게 구성함과 동시에 소형화를 이룰 수 있는 큰 효과가 있다. 특히 본 발명에 의하면, MEMS 마이크로폰이 유연 기판 상에 형성되도록 하되, MEMS 마이크로폰이 유연 기판 상에 안정적으로 고정이 이루어질 수 있게 됨으로써 MEMS 마이크로폰의 성능에 영향을 주지 않으면서도 장치 자체의 형상이 유연하게 변화 가능하다는 큰 효과가 있다. 이러한 효과에 의하여, 본 발명의 장치는 차량 등과 같이 곡면이 많은 등 복잡한 형상의 구조물에도 용이하고 안정적으로 부착이 가능하여 사용자 편의성을 극대화하고 원하는 측정을 훨씬 용이하게 실현할 수 있게 해 주는 효과 또한 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 음향 측정 장치의 상면도.
도 2는 본 발명의 음향 측정 장치의 측면 단면도.
도 3은 본 발명의 음향 측정 장치의 실시 사진.
도 4는 본 발명의 음향 측정 장치의 제조 단계.
도 5는 본 발명의 음향 측정 장치의 제조 방법 흐름도.
도 6은 본 발명의 음향 측정 장치의 내구 시험 결과.
도 7은 본 발명의 음향 측정 장치의 현장 시험 결과.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치 및 그 제조 방법를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 음향 측정 장치의 상면도이며, 도 2는 본 발명의 음향 측정 장치의 측면 단면도이다. 본 발명의 음향 측정 장치(100)는, 도시된 바와 같이 MEMS 마이크로폰(110), 유연 기판(120), 본딩재(130)를 포함하여 이루어지며, 도 3의 본 발명의 음향 측정 장치의 실시 사진에 나타난 예시와 같이 인터페이스 보드(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각부에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 MEMS 마이크로폰(110)은 앞서 설명한 바와 같이 ECM 등과 같은 종래의 측정용 마이크로폰에 비하여 그 자체의 크기 및 중량이 매우 작기 때문에 음향 측정 장치 자체의 소형화 및 경량화에 훨씬 유리하다. 또한 현재 널리 상용화되어 있는 반도체 공정에 의하여 제조될 수 있어 그 자체의 가격 또한 종래의 측정용 마이크로폰에 비해 훨씬 가격대가 저렴할 뿐만 아니라, MEMS 기술의 발전으로 인하여 측정 성능 또한 계속 개선되어 가고 있어, 현재로서도 이미 일반적으로 원하는 정도의 충분한 음향 측정 성능을 얻을 수 있다.
상기 유연 기판(120)은 그 명칭으로 알 수 있는 바와 같이 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어진다. 일반적으로 반도체 기술에서 유연 기판은 필름 형태인 경우도 많으나, 본 발명의 경우에는 필름 수준까지의 박판을 사용할 필요는 없어 상기 유연 기판(120)은 도 3의 실시 사진에 보이는 바와 같이 일반적인 평판 기판 형태로 형성되어도 무방하다. 그러나 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 상기 유연 기판(120)이 필름 수준의 박판이 되도록 하여도 무방함은 당연하다. 이러한 상기 유연 기판(120)의 재질로는 PI(Polyimide), polyethylene계열, Polyester계열, Aramid계열 등이 사용될 수 있다.
상기 유연 기판(120)에는 도 1 등에 도시된 바와 같이 상기 MEMS 마이크로폰(110)과 전기적으로 연결되는 회로부(121) 및 상기 회로부(121)와 전기적으로 연결되어 외부와 신호를 송수신하는 커넥터부(122)가 구비된다. 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122)는 일반적으로 기판 상에 집적 회로를 형성하는 반도체 공정에 의해 형성할 수 있으며, 이에 따라 상기 회로부(121)에 상기 MEMS 마이크로폰(110)으로부터 전달되는 신호를 잘 받아들일 수 있는 능동 회로 등을 구성하거나 상기 커넥터부(122)의 신호선 개수를 원하는 대로 결정하거나 하는 등의 설계가 매우 자유롭다. 상기 유연 기판(120) 자체가 형상 변형 가능한 유연 재질로 이루어지는바, 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122) 역시 이러한 유연 재질의 기판에 형성되기 적합한 재질로 이루어지기만 하면(앞서 설명한 바와 같이 유연 재질 기판 자체는 이미 널리 사용되는 것이므로, 유연 기판 상에 형성되는 집적 회로의 재질 등에 대한 기술 역시 이에 맞게 다양하게 공지되어 있다), 상기 유연 기판(120)이 휘어지거나 하더라도 회로가 손상된다거나 신호선이 끊어지는 등의 문제가 발생할 이유가 전혀 없으므로, 역시 설계 자유도에 아무 영향이 없다.
또한 상기 유연 기판(120)에는, 상기 회로부(121) 영역에는 주변부보다 표면 거칠기가 상대적으로 거칠게 형성되는 미세요철표면부(125)가 형성된다. 이 부분은 본 발명의 매우 특징적인 구조로서, 이하 상기 본딩재(130)의 설명에서 보다 상세히 설명하겠지만 상기 본딩재(130)와의 접착력을 높여 주는 중요한 역할을 한다. 상기 미세요철표면부(125)는 플라즈마 에칭(plasma etching), 플라즈마 건식에칭(plasma dry etching), 레이저 건식 에칭(laser dry etching), -OH-기를 포함하는 화학제를 사용한 습식 에칭 중 선택되는 적어도 하나의 공정에 의하여 형성될 수 있다.
상기 본딩재(130)는 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121) 사이에 개재되어 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121)를 서로 결합하는 역할을 한다. 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121)를 접착하기만 하는 목적이라면 상기 본딩재(130)로 일반적인 접착제나 테이프 등이 사용되어도 무방하겠으나, 이러한 재료를 사용할 경우 상기 유연 기판(120)이 형상 변형을 일으켰을 때 상기 MEMS 마이크로폰(110)이 상기 유연 기판(120)으로부터 떨어져 버리게 되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 상기 본딩재(130) 역시 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어지도록 하였다. 이러한 상기 본딩재(130)의 재질로는 에폭시계열, 폴리에스터 계열, 아크릴 계열, 친수성을 갖는 폴리머를 사용한 화합 결합제 등이 사용될 수 있다. 이처럼 상기 본딩재(130)가 에폭시 등과 같은 유연 재질로 이루어짐으로써, 상기 유연 기판(120)이 형상 변형이 일어나더라도 상기 본딩재(130) 또한 상기 유연 기판(120)의 형상 변형에 따라 일부 형상 변형이 일어나게 되어 상기 MEMS 마이크로폰(110)이 상기 유연 기판(120)으로부터 떨어져 나가지 않고 안정적으로 잘 부착되어 있게 해 주는 효과를 얻을 수 있다.
특히 상기 본딩재(130)는, 상기 유연 기판(120) 상에 형성된 상기 미세요철표면부(125)에 의하여 그 접착력이 더욱 향상된다. 상기 미세요철표면부(125)가 없을 경우 즉 매끈한 표면에 상기 본딩재(130)가 부착되는 경우에는, 물론 기존의 경질 접착제나 테이프보다는 낫겠으나, 상기 유연 기판(120)의 형상 변형이 심화됨에 따라 상기 본딩재(130)가 상기 유연 기판(120)으로부터 떨어져 나가게 될 수도 있다. 그러나 상기 미세요철표면부(125)가 형성됨으로써 상기 본딩재(130)가 상기 미세요철표면부(125)의 요철 틈새마다 스며든 상태로 접착이 이루어지게 되면, 상기 본딩재(130)와 상기 유연 기판(120) 간의 접착력이 훨씬 높아지기 때문에, 상기 유연 기판(120)의 형상이 상당히 심하게 변형된다 해도 상기 본딩재(130)가 상기 유연 기판(120)으로부터 떨어져 나가지 않게 되어, 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 유연 기판(120)의 결합력이 훨씬 상승하게 된다.
상기 본딩재(130)가 에폭시 등과 같은 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어짐으로써, 본 발명의 음향 측정 장치(100)는 차량 구조 등과 같은 복잡한 형상을 가지는 구조물에 부착 구비하여 음향을 측정하는 것이 훨씬 용이해진다. 앞서 설명한 바와 같이 음향을 측정하는 주요 장비인 마이크로폰 자체가 MEMS 마이크로폰 형태로 소형화 및 경향화 효과가 극대화될 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 상기 유연 기판(120)의 형상이 상당히 크게 변형되어도 상기 MEMS 마이크로폰(110)이 상기 유연 기판(120)으로부터 떨어져 나가지 않게 안정적으로 접착해 줄 수 있기 때문에, 곡면이 많은 등과 같이 복잡한 형상의 구조물에 상기 유연 기판(120)이 일부 형상이 변형되어 부착되어야만 하는 경우에도 아무 문제없이 측정이 이루어지는 것이 가능하도록 해 주는 것이다.
더불어 상기 음향 측정 장치(100)는, 상기 커넥터부(122)와 연결되어 상기 MEMS 마이크로폰(110)에서 측정된 음향 신호를 전달받아 외부로 전달하는 인터페이스 보드(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 커넥터부(122)가 직접 신호 분석을 위한 외부 기기와 연결되도록 할 수도 있겠으나, 상기 인터페이스 보드(150)가 상기 커넥터부(122) 및 외부 기기 사이에 구비됨으로써, 상기 MEMS 마이크로폰(110)에서 측정된 음향 신호를 손실 없이 전달하거나 또는 노이즈를 제거하고 측정 신호를 증폭하여 전달하는 등의 다양한 전처리를 더 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 음향 측정 장치의 제조 단계를 간략히 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명의 음향 측정 장치의 제조 방법 흐름도를 도시하고 있다.
먼저 도 4(A) 및 도 5 S1에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 음향 측정 장치의 제조 방법은 먼저 상기 유연 기판(120) 상에 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122)가 형성되는 것으로 시작된다. 상기 유연 기판(120) 상에 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122)를 형성하는 것은 앞서 설명한 바와 같이 일반적인 반도체 공정을 이용하면 되며, 또한 상기 회로부(121)의 회로 설계나 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122)의 재질 등에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로, 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 도 4(B) 및 도 5 S2에 나타나 있는 바와 같이, 상기 유연 기판(120) 상의 상기 회로부(121)를 포함하는 미리 결정된 일부 영역을 제외한 나머지 영역이 마스킹된다. 상기 마스킹재는 이후 이루어질 에칭 공정에 맞게 적절히 결정되면 되므로 어떤 것이 되어도 무방하다.
다음으로 도 4(C) 및 도 5 S3에 나타나 있는 바와 같이, 상기 유연 기판(120) 상의 상기 회로부(121)를 포함하는 미리 결정된 일부 영역 영역에 에칭 공정이 수행되어 미세요철표면부(125)가 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 에칭 공정은 플라즈마 에칭, 건식 에칭, 습식 에칭 등 어떤 것이어도 무방하며, 상기 유연 기판(120)의 재질 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.
다음으로 도 4(D) 및 도 5 S4에 나타나 있는 바와 같이, 상기 유연 기판(120) 상의 마스킹재가 제거된다. 이와 같이 됨으로써 상기 미세요철표면부(125)의 형성이 완료되며, 궁극적으로는 상기 유연 기판(120)의 제조가 완료된다.
다음으로 도 4(E) 및 도 5 S5에 나타나 있는 바와 같이, 상기 미세요철표면부(125)에 상기 본딩재(130)가 도포된다. 상기 본딩재(130)는 상술한 바와 같이 에폭시 등과 같은 재질로서, 이 단계에서는 용융 상태이므로 상기 미세요철표면부(125)의 요철 틈새로 스며들게 된다.
다음으로 도 4(F) 및 도 5 S6에 나타나 있는 바와 같이, 상기 본딩재(130)가 도포된 위치에 상기 MEMS 마이크로폰(110)이 부착된다. 이 상태에서 상기 본딩재(130)가 굳어지면, 상기 본딩재(130)의 일측은 상기 MEMS 마이크로폰(110)에 부착되고 타측은 (상기 미세요철표면부(125)에 스며듦으로써) 상기 유연 기판(120)에 견고히 부착된다. 따라서 상기 유연 기판(120)이 일부 변형되더라도 상기 본딩재(130)와 상기 유연 기판(120)의 견고한 결합력에 의하여 상기 유연 기판(120)과 상기 본딩재(130)는 떨어지지 않고, 또한 상기 본딩재(130) 역시 형상 변형이 가능한 유연 재질이기 때문에 도 4(G)에 도시된 바와 같이 상기 유연 기판(120)의 형상 변형을 어느 정도 흡수하게 되어 상기 MEMS 마이크로폰(110)과의 결합 역시 손상되지 않는다. 따라서 궁극적으로는, 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 유연 기판(120) 간의 결합력을 크게 상승시켜 주게 되는 효과를 얻을 수 있다.
[실시예]
상술한 바와 같은 본 발명의 음향 측정 장치를 실제로 구현한 실시 사진이 도 3에도 도시되어 있다. 본 실시예에서 사용된 상기 MEMS 마이크로폰(100)은 울프슨 사의 WM7210 MEMS 마이크로폰으로서 그 사양은 다음과 같다.
Figure 112013045725034-pat00001
또한 본 실시예에서 사용된 상기 유연 기판(120) 및 상기 인터페이스 보드(150)의 실시 사양은 다음과 같다.
Figure 112013045725034-pat00002

도 6은 본 발명의 음향 측정 장치의 내구 시험 결과를 도시하고 있다. 도 6(A)에 도시된 바와 같이 상기 음향 측정 장치(100)의 상기 유연 기판(120) 부분을 벤딩시험기에 배치시키고, 벤딩시험기를 이용하여 상기 유연 기판(120)을 굽혀 가면서 음향 신호의 측정을 수행하였다. 실제 시험 조건 및 그 결과는 다음과 같다.
- 실시간으로 마이크로폰 신호 데이터를 저장함(초당 50번 데이터 저장)
- 측정 후 약 20분 후 이상신호 확인(약 2500회 행정운동 후 신호처리선의 결선)
- 유연기판 길이: 100 mm
- 유연기판 굽힘 정도: 유연기판 전체길이에 약 90%
- 불량신호 원인: 유연기판 내부 케이블 단선
상술한 시험 조건 및 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서의 굽힘 시험은 상기 유연 기판(120)이 90%이상 굽혀지는 한계 상황에서 반복적으로 이루어진 극한 시험임에도 불구하고, 현장에서 사용시(현장 적용시 스트레스 30%이내, 진동평균 3Hz ~ 10Hz) 충분한 내구성을 갖는 것으로 확인된다.
도 7은 본 발명의 음향 측정 장치의 현장 시험 결과를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 복잡한 형상의 구조물로서 대표적인 구조물인 차량 구조물에 직접 본 발명의 음향 측정 장치(100)의 실시물을 부착하여 수행한 시험으로서, 시험 조건은 다음과 같다. 본 발명의 음향 측정 장치(100)를 자동차 하부의 이음 측정 대상부인 로암, 스프링, 너클, 하단판넬, 인슐레이터, TM MT'G 등에 부착하고 BSR 시험로에서 주행하면서 측정을 수행하였다. 부착 지점의 예시는 도 7(A)의 사진 상에 나타난 바와 같다. 시험 결과 매우 성공적으로 이음 측정 결과를 얻을 수 있음을 도 7(B)에 나타난 바로서 잘 알 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: (본 발명의) 음향 측정 장치
110: MEMS 마이크로폰
120: 유연 기판
121: 회로부
122: 커넥터부
125: 미세요철표면부
130: 본딩재
150: 인터페이스 보드

Claims (6)

  1. MEMS 마이크로폰(110);
    상기 MEMS 마이크로폰(110)과 전기적으로 연결되는 회로부(121) 및 상기 회로부(121)와 전기적으로 연결되어 외부와 신호를 송수신하는 커넥터부(122)가 구비되며, 상기 회로부(121) 영역에는 주변부보다 표면 거칠기가 상대적으로 거칠게 형성되는 미세요철표면부(125)가 형성되고, 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어지는 유연 기판(120);
    상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121) 사이에 개재되어 상기 MEMS 마이크로폰(110) 및 상기 회로부(121)를 서로 결합하며, 형상 변형이 가능한 유연 재질로 이루어지는 본딩재(130);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미세요철표면부(125)는
    플라즈마 에칭(plasma etching), 플라즈마 건식에칭(plasma dry etching), 레이저 건식 에칭(laser dry etching), -OH-기를 포함하는 화학제를 사용한 습식 에칭 중 선택되는 적어도 하나의 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 본딩재(130)는
    에폭시계열, 폴리에스터 계열, 아크릴 계열, 친수성을 갖는 폴리머를 사용한 화합 결합제 중 선택되는 적어도 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유연 기판(120)은
    PI(Polyimide), polyethylene계열, Polyester계열, Aramid계열 중 선택되는 적어도 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 음향 측정 장치(100)는
    상기 커넥터부(122)와 연결되어 상기 MEMS 마이크로폰(110)에서 측정된 음향 신호를 전달받아 외부로 전달하는 인터페이스 보드(150);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치.
  6. 제 1항 내지 5항 중 선택되는 어느 한 항에 따른 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치(100)를 제조하는 방법으로서,
    상기 유연 기판(120) 상에 상기 회로부(121) 및 상기 커넥터부(122)가 형성되는 단계;
    상기 유연 기판(120) 상의 상기 회로부(121)를 포함하는 미리 결정된 일부 영역을 제외한 나머지 영역이 마스킹되는 단계;
    상기 유연 기판(120) 상의 상기 회로부(121)를 포함하는 미리 결정된 일부 영역 영역에 에칭 공정이 수행되어 미세요철표면부(125)가 형성되는 단계;
    상기 유연 기판(120) 상의 마스킹재가 제거되는 단계;
    상기 유연 기판(120) 상의 상기 미세요철표면부(125)에 상기 본딩재(130)가 도포되는 단계;
    상기 본딩재(130)가 도포된 위치에 상기 MEMS 마이크로폰(110)이 부착되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰을 이용한 유연 기판 부착형 음향 측정 장치의 제조 방법.
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