KR101351906B1 - 실리콘 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로서, 백플레이트에 일렉트릿(electrets)이 삭제되어 콘덴서 마이크로폰의 SMT(표면실장)를 통하여 콘덴서 마이크로폰을 제조할 수 있도록 함을 목적으로 하는 것이다.
즉, 본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 마이크센서의 진동판이 고압 기전되게 마이크제어부에 고전압발생부를 구비한 것이다.
따라서, 본 발명에 마이크제어부의 고전압발생부에서 마이크센서의 진동판에 고전압이 기전동작되므로서 백플레이트의 일렉트릿이 삭제되어 SMT 하기 위한 리풀로우(reflow) 시 고온의 영향을 받지 않아 감도의 열화 현상이 없어 SMT 공정이 가능한 것이다.
또한, 마이크센서인 진동판(210)이 케이스와 전기적 접촉되지 않아 마이크 케이스에 인가되는 전자파와 같은 외부 노이즈에 인한 잡음 유입 등이 방지되는 것이다.

Description

실리콘 콘덴서 마이크로폰{Silicon Condenser Microphone}

본 발명은 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 마이크센서의 진동판이 고압 기전되게 마이크제어부에 고전압발생부를 구비하여서, 백플레이트에 일렉트릿(electrets)이 삭제되어 열에 강한 구조를 갖게 함으로써 콘덴서 마이크로폰을 SMT(표면실장)를 통하여 마이크로폰을 제조할 수 있도록 함을 목적으로 하는 것이다.

일반적으로, 콘덴서 마이크로폰은 콘덴서의 용량 변화에 따라 음을 전기 신호로 변환시키는 마이크로폰인 것이다.

상기한 바와 같은 콘덴서 마이크로폰은 도 1 에 도시된 바와 같이 음공이 형성되며 금속으로 이루어진 마이크 케이스(100)와 상기 금속으로 이루어진 마이크 케이스(100)의 내부에 구비되는 마이크센서 및 상기 마이크센서와 전기적 접속되는 마이크제어부(300)가 실장된 메인기판(PCB)(400)로 구성되는 것이다.

상기 마이크센서는 마이크 케이스(100)의 내부 상측에 구비된 진동판링(211), 상기 진동판링(211)에 결속되며 금속이 증착된 진동판(210)으로 구성되며, 상기 진동판링(211)이 마이크 케이스(100)와 접촉하고 있어 진동판(210)의 전위는 마이크 케이스(100)의 전극과 같게 되어 있으며 마이크 케이스(100)가 메인기판(400)의 아래쪽으로 연결되어 접지되게 구성된다.

한편 진동판(210) 아래에는 일정한 간극을 유지해 주는 스페이서(230)와 백플레이트(220)가 놓여 있다.

상기 백플레이트(220)의 상면에는 일렉트릿(electret)이 붙어 있으며 여기에는 전자가 충전되어 있다.

또한 백플레이트(220)의 아래에는 도전링이 있어 메인기판(400)과 전기적으로 연결하여 준다.

한편 백플레이트(220) 및 도전링의 외곽에는 절연링이 있어 마이크 케이스(100)와 백플레이트(220)가 전기적으로 연결됨을 차단한다.

상기 백플레이트(220)와 메인기판(400)에 실장되는 마이크제어부(300)는 진동판의 전기 신호를 증폭할 수 있게 실장되는 FET 칩으로 구성되는 것으로서, 증폭용반도체 그리고 저항으로 구성되는 것이다.

상기 메인기판(400) 아래에는 단자가 나와 있어 접지 및 신호출력단자와 연결되어 있다.

상기 마이크로폰은 도 2 에 도시된 바와 같이 진동판(210)과 백플레이트(220)로 구성된 마이크센서, 증폭용반도체 그리고 저항으로 구성되며, 마이크센서 중 한 단자는 접지되어 있고, 다른 단자는 증폭 반도체의 게이트 입력에 연결된다.

이상과 같이 구성된 종래 마이크제어부(300)는 외부에서 소리가 마이크센서에 전달되면 진동판(210)이 울리고, 이에 따라 센서 양단에 신호전압이 발생하며 이 전압이 증폭 반도체에 전달되어 증폭함으로써 출력단자에 전달되게 구성된 것이다.

한편, 상기한 바와 같이 구성된 종래의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰 구조에서 진동판(210)과 백플레이트(220) 및 메인기판(PCB)(400)과의 전기적 연결은 도 1과 같이 메인기판(PCB)(400)과 연결된 마이크 케이스(100)의 아랫 부분을 컬링(curling, 동그랗게 마는 것)함으로써 가해지는 압력에 의해 단순접촉 방법으로 인해 전기적으로 연결된다.

이상과 같은 구조는 아주 간단함으로써 제조원가가 낮아지는 장점을 가지며 오랫동안 전자기기의 주요 음성센서로서 사용되어 왔다.

그러나, 최근 이동통신기기의 성향이 휴대폰에서 스마트폰으로 넘어가면서 양산화에 유리한 표면실장기술(SMT)을 사용하고 있는데 이때 200도 이상의 열이 마이크로폰에 가해지고 이 열로 인해 일렉트릿에 저장된 전자가 소실되어 성능이 떨어지는 문제를 가져 오고 있었다.

대한민국 특허 제등록번호 0845670호

이에, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은 리풀로우 시 제품이 고온에 노출되어도 감도에 영향을 받지 않는 장점을 갖는 마이크 개발을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 마이크센서의 진동판이 고압 기전되게 마이크제어부에 고전압발생부를 구비한 것이다.

또한, 상기 진동판 도전링과 백플레이트 도전링을 텐션을 갖는 스프링구조로 형성하고, 진동판 절연링과 백플레이트 절연링을 구비한 것이다.

따라서, 본 발명에 마이크제어부의 고전압발생부에서 마이크센서의 진동판에 고전압이 기전동작되므로서 백플레이트의 일렉트릿이 삭제되어 SMT 하기 위한 리풀로우(reflow) 시 고온의 영향을 받지 않아 감도의 열화 현상이 없어 SMT 공정이 가능한 것이다.

또한, 마이크센서인 진동판(210)이 케이스와 전기적 접촉되지 않아 마이크 케이스에 인가되는 전자파와 같은 외부 노이즈에 인한 잡음 유입 등이 방지되는 것이다.

도 1 은 종래 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰 구조 예시도.
도 2 는 도 1 에 따른 콘덴서 마이크로폰 회로도
도 3 은 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 실리콘 콘데서 마이크로폰의 분해 예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 다른 예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 도전링의 예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 마이크로폰 회로 예시도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

즉, 본 발명은 금속으로 이루어진 마이크 케이스(100)와 상기 마이크 케이스(100)의 내부에 구비되는 마이크센서, 상기 마이크센서와 전기적 접속되는 마이크제어부(300)가 실장된 메인기판(PCB)(400) 및 마이크센서로 외부의 소리가 전달될 수 있게 마이크 케이스(100)와 메인기판(400) 중 어느 일 측에 형성된 음공(500)으로 구성되는 콘덴서 마이크로폰에 있어서; 상기 마이크센서의 진동판(210)이 마이크제어부(300)에 직접 접속되어 고압 기전되게 마이크제어부(300)에 고전압발생부(320)가 구비된 것이다.

여기서, 상기 마이크센서는 마이크 케이스(100)의 내부에 스페이서(230)에 의하여 간격이 유지되어 캐패시터를 갖게 적층되는 진동판(210)과 백플레이트(220)로 구성되는 것이다.

상기 진동판(210)의 일면에는 도전을 위하여 금속증착면(212)이 형성되고 상기 백플레이트(220)는 도전체로 구성되는 것이다.

상기 마이크센서와 메인기판(400) 사이에는 진동판(210)을 메인기판(400)에 전기적 접속시키는 진동판 도전링(242)과 백플레이트(220)를 메인기판(400)에 전기적 접속시키는 백플레이트 도전링(241)이 구비되며, 상기 진동판 도전링(242)과 백플레이트 도전링(241)이 절연되게 하는 도전링 전열링(243b)으로 구성되는 것이다.

이하, 도 3 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 일 실시 예에 따른 구조를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰은 마이크 케이스(100)가 감싸는 형태를 지닌다. 마이크 케이스(100)는 위에 소리가 통과하는 음공(500)이 뚫려 있고, 맨 아래쪽은 메인기판(400)에 연결된다.

상기 마이크 케이스(100) 상부측 내면에는 진동판링(211)이 붙어 있다.

한편, 마이크 케이스(100) 옆의 안쪽에는 마이크 케이스(100)와 진동판(210)의 측벽이 절연 되도록 케이스내벽 절연링(243c)이 놓여지며, 진동판링(211)은 아래쪽에 진동판(210)과 붙어 있는데 진동판(210)의 아래쪽에만 도전성 금속물질이 증착되어 있어 진동판(210)은 마이크 케이스(100)와 전기적 접촉되지 아니하고 진동판 도전링(242)을 통하여 만 메인기판(400)에 연결된다.

상기 진동판 도전링(242)의 안쪽에는 도전링 절연링(243b)이 놓여있어 백플레이트(220)가 진동판(210)과 전기적 접촉되는 것을 방지한다.

상기 진동판(210)과 백플레이트(220) 사이에는 수마이크로미터의 두께를 가지는 스페이서(230)가 장착되어 진동판(210)과 백플레이트(220) 사이에 일정한 간격을 갖게 하며, 커패시터(capacitor)가 형성되도록 하여준다.

한편, 상기 백플레이트(220)는 메인기판(400)의 마이로폰제어부(300)와 백플레이트 도전링(241)에 의하여 전기적 접촉되는 것이다.

상기한 바와 같이 음공(500)이 마이크 케이스(100)에 형성되어 있어 상부로 음이 유입되는 경우에 용이하게 적용 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 백플레이트(220)에 일렉트릿이 형성되지 않고 진동판(210)에 수10V의 고압전원만이 인가되어서 백플레이트(220)와의 사이에 캐패시터를 형성함으로써 자동실장과정에 있어 리풀로우(reflow) 시 고온의 영향을 받지 않아 감도의 열화 현상이 없어 SMT 공정이 가능한 것이다.

또한, 마이크센서인 진동판(210)이 케이스와 전기적 접촉되지 않아 마이크 케이스에 인가되는 전자파와 같은 외부 노이즈에 의한 잡음 유입 등이 방지되는 것이다.

이하, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 다른 실시 예에 따른 구조를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다른 실시 예는 메인기판(400)에 음공(500)이 형성되어 메인기판(400) 아래에서 오는 소리에 작용하도록 되어 있는 것이다.

따라서, 진동판(210)이 음공(500)에 가까운 쪽으로 위치하도록 백플레이트(220)가 상측에 위치되고 진동판(210)이 상기 백플레이트(220)의 하측에 위치되게 구성된 것이다.

상기 백플레이트(220)와 마이크 케이스(100)가 접촉하지 않도록 마이크 케이스(100)와 백플레이트(220) 사이에 케이스상부 절연링(243a)이 놓여있고 진동판(210)의 금속증착면(212)이 진동판링(211)과 연결되게 구성된 것이다.

상기 진동판(210)은 진동판링(211)과 전기적 접촉되는 진동판 도전링(242)을 통하여 만 메인기판(400)의 마이크제어부(300)와 전기적 접촉되는 것이다.

그리고, 상기 백플레이트(220)는 백플레이트 도전링(241)을 통하여 메인기판(400)의 마이크제어부(300)와 전기 접촉되는 것이다.

상기한 바와 같이 음공(500)이 메인기판(400)에 형성되어 있고 진동판(210)이 메인기판(400) 측으로 치우쳐 형성되어 있어 전자기기의 보드의 반대 측으로 음이 유입되는 경우에 용이하게 적용 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 백플레이트(220)에 일렉트릿이 형성되지 않고 진동판(210)에 수10V의 고압전원만이 인가되어서 백플레이트(220)와의 사이에 캐패시터를 형성함으로써 자동실장과정에 있어 리풀로우(reflow) 시 고온의 영향을 받지 않아 감도의 열화 현상이 없어 SMT 공정이 가능한 것이다.

또한, 마이크센서인 진동판(210)이 케이스와 전기적 접촉되지 않아 마이크 케이스에 인가되는 전자파와 같은 외부 노이즈에 인한 잡음 유입 등이 방지되는 것이다.

한편, 상기 백플레이트 도전링(241)과 진동판 도전링(242)은 관상의 링으로 형성하거나 도 7 에 도시된 바와 같이 접촉 텐션을 갖는 스프링으로 형성한 것이다.

또한, 마이크제어부는 도 8 에 도시된 바와 같이 전압안정기(Voltage regulator)(310) 고전압발생부(DCDC converter)(320), 전류제한소자(340) 및 앰프(pre Amp)(330)로 구성되는 것이다.

상기 고전압발생부(320)는 마이크센서의 진동판(210)에 전기를 인가할 수 있게 수10 볼트의 전압을 만들어 내는 것이며, 전류제한소자(340)는 상기 고전압발생부(320)에서 만들어진 전압과 전류 중 전류 공급은 제한하고 전압 인가만 이루어지게 하는 것이다.

상기 앰프(330)는 진동판(210)의 진동에 따라 백플레이트(220)에서의 입력되는 신호전압을 증폭 출력하는 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 마이크제어부는 외부에서 소리가 마이크센서에 전달되면 진동판이 울리고, 이에 따라 센서 양단에 신호전압이 발생하며 이 전압이 앰프에 전달되어 증폭함으로써 출력단자에 전달되어 동작되는 것이다.

100 : 마이크 케이스
210 : 진동판 211 : 진동판링 212 : 금속증착면
220 : 백플레이트 230 : 스페이서
241 : 백플레이트 도전링 242 : 진동판 도전링
243a : 케이스상부 전열링 243b: 도전링절열링
243c: 케이스내벽 전열링
300 : 마이크제어부
310 : 전압안정기 320 : 고전압발생부
330 : 앰프
340 : 전류제한소자
400 : 메인기판(PCB)
500 : 음공

Claims (5)

1. 콘덴서 마이크로폰에 있어서;
   마이크센서의 진동판이 마이크제어부에 직접 접속되어 고압 기전되게 마이크제어부에 고전압발생부가 구비되고,
   마이크센서는 마이크 케이스의 내부에 스페이서에 의하여 간격이 유지되어 캐패시터를 갖게 적층되는 진동판과 백플레이트로 구성되며,
   상기 진동판의 일면에는 도전을 위하여 금속증착면이 형성되고 상기 백플레이트는 도전체로 구성되며,
   상기 마이크센서와 메인기판 사이에는 진동판을 메인기판에 전기적 접속시키는 진동판 도전링과 백플레이트를 메인기판에 전기적 접속시키는 백플레이트 도전링이 구비되며,
   상기 진동판 도전링과 백플레이트 도전링이 절연되게 하는 도전링 전열링으로 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
   
   
2. 제 1 항에 있어서;
   마이크 케이스는 위에 소리가 통과하는 음공이 형성되며,
   상기 마이크 케이스 상부 측 상부측 내면에는 진동판링이 붙어 있고,
   마이크 케이스 옆의 안쪽에는 마이크 케이스와 진동판이 측벽이 절연 되도록 케이스내벽 절연링이 놓여지며,
   진동판링은 아래쪽에 진동판과 붙어 있는데 진동판의 아래쪽에만 도전성 금속물질이 증착되어 있어 진동판은 마이크 케이스와 전기적 접촉되지 아니하고 진동판 도전링을 통하여 만 메인기판에 연결되고,
   상기 진동판 도전링의 안쪽에는 도전링 절연링이 놓여있어 백플레이트가 진동판과 전기적 접촉이 방지되며,
   상기 진동판과 백플레이트 사이에는 수마이크로미터의 두께를 가지는 스페이서가 장착되어 진동판과 백플레이트 사이에 일정한 간격을 갖게 하여 커패시터(capacitor)가 형성되며,
   상기 백플레이트는 메인기판의 마이로폰제어부와 백플레이트 도전링에 의하여 전기적 접촉된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
   
   
3. 제 1 항에 있어서;
   메인기판에 음공이 형성되어 메인기판 아래에서 오는 소리에 작용하도록 되어 있고,
   진동판이 음공에 가까운 쪽으로 위치하도록 백플레이트가 상측에 위치되고 진동판이 상기 백플레이트의 하측에 위치되게 구성되며,
   상기 백플레이트와 마이크 케이스가 접촉하지 않도록 마이크 케이스와 백플레이트 사이에 케이스상부 절연링이 놓여있고 진동판의 금속증착면이 진동판링과 연결되게 구성되고,
   상기 진동판은 진동판링과 전기적 접촉되는 진동판 도전링을 통하여 만 메인기판의 마이크제어부와 전기적 접촉되며,
   상기 백플레이트는 백플레이트 도전링을 통하여 메인기판의 마이크제어부와 전기 접촉된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
   
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서;
   상기 백플레이트 도전링과 진동판 도전링은 접촉 텐션을 갖는 스프링으로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.
   
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서;
   마이크제어부는 전압안정기와 고전압발생부, 전류제한소자 및 앰프로 구성되며,
   상기 전류제한소자는 상기 고전압발생부에서 만들어진 전압과 전류 중 전류 공급은 제한하고 전압 인가만 이루어지게 하며,
   상기 앰프는 진동판의 진동에 따라 백플레이트에서의 입력되는 신호전압을 증폭 출력되게 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 콘덴서 마이크로폰.

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