KR101454325B1 - 멤스 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 멤스 마이크로폰에 관한 것으로서, 기판 음공을 구비한 내부회로기판, 멤스칩(MEMS chip), 내부커버, 외부기판, 외부커버 및 외부커버와 내부커버의 사이에 형성된 커버음향통로 및 내부회로기판과 외부기판의 사이에 결합고정되어, 상호 이격시키는 이격부재;를 포함하여 구성되어, 상기 외부음공을 통해 유입된 외부음향이 상기 커버음향통로를 거치고, 상기 내부회로기판과 상기 외부기판 사이에 형성된 공간을 거쳐, 상기 기판음공을 통해 상기 멤스내부공간으로 들어가도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

멤스 마이크로폰{MEMS microphone}

본 발명은 멤스 마이크로폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멤스칩의 백챔버 공간을 충분히 확보하여 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.

이러한 전통적인 방식의 콘덴서 마이크로폰은 하나의 케이스 안에 진동판과, 스페이서링, 절연링, 백플레이트, 통전링을 순차적으로 삽입한 후 마지막으로 회로부품이 실장된 인쇄회로기판을 넣고 케이스의 끝 부분을 인쇄회로기판측으로 구부려 하나의 조립체로 완성하였다.

한편, 최근 들어 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.

이러한 구성에서, 참조번호 '126'으로 지시된 공간은 멤스칩의 내부에 형성된 멤스내부공간(126)이다. 케이스에 음공이 형성된 이러한 타입의 멤스 마이크로폰의 경우, 멤스내부공간(126)이 백챔버(back chamber)이다. 백챔버란 멤스칩에 구비된 진동판의 진동시 발생된 공기의 순환을 위한 공간으로써, 음향저항(acoustic resistance)를 방지하기 위한 공간이다. 즉, 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 올라가며, 고역 주파수 그래프가 개선되는 등 마이크로폰의 성능에 바람직하다.

한편, 도 2에는 음공(140)이 케이스(150) 대신 인쇄회로기판(110)에 형성된 타입의 멤스 마이크로폰(102)이 제시되어 있다. 케이스(150)에는 아무런 관통공이 형성되어 있지 않다. 외부음은 인쇄회로기판(110)에 형성된 음공(140)을 통해 유입된다. 이 경우 백챔버는 멤스칩 내부공간이 아닌, 케이스의 내부공간(151)이 백챔버로서 역할을 수행한다.

도 2의 멤스 마이크로폰(102)의 경우에는 백챔버가 케이스의 내부공간(151)이기 때문에, 충분한 공간이 확보되어 있으나, 도 1의 멤스 마이크로폰(100)의 경우, 백챔버가 멤스내부공간(126)이기 때문에, 충분하지 못하고 너무 작다는 단점이 있다.

백챔버가 도 1의 경우와 같이 너무 작은 경우, SNR값이 작고 감도가 안좋아 음질이 저하되는 문제점이 있다.

특허공개번호 2008-0005801

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

본 발명의 멤스 마이크로폰은, 기판 음공을 구비한 내부회로기판; 상기 기판 음공이 있는 위치에 결합되고, 멤스내부공간을 구비한 멤스칩(MEMS chip); 상기 내부회로기판에 결합되어, 상기 멤스칩을 포함하는 내부공간을 형성시키는 내부커버; 상기 내부회로기판이 고정되는 외부기판; 상기 내부커버를 둘러싸도록 상기 외부기판에 결합되고, 외부로부터 음향이 유입될 수 있는 외부 음공을 구비한 외부커버; 상기 외부커버와 상기 내부커버의 사이에 형성되어, 상기 외부음공을 통해 유입된 음향을 통과시키는 커버음향통로; 및 상기 내부회로기판과 상기 외부기판의 사이에 결합고정되어, 이들 내부회로기판과 외부기판을 상호 이격시키는 이격부재;를 포함하여 구성되어, 상기 외부음공을 통해 유입된 외부음향이 상기 커버음향통로를 거치고, 상기 내부회로기판과 상기 외부기판 사이에 형성된 공간을 거쳐, 상기 기판음공을 통해 상기 맴스내부공간으로 들어가도록 구성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 내부커버와 외부커버 중 적어도 하나는 금속으로 만들어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 내부커버와 외부커버는 금속이고, 상기 내부커버의 하단부는 도전성 접착제에 의해 상기 내부회로기판에 결합되고, 상기 외부커버의 하단부는 도전성 접착제에 의해 상기 외부기판에 결합된 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 이격부재는 도전성인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 이격부재는, 도전성 에폭시(epoxy)인 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 이격부재는, 상기 기판음공의 위치를 중심으로 하는 원의 원주를 따라 상호 이격되어 다수개가 구비된 것이 바람직하다.

본 발명의 멤스 마이크로폰에 의하면, 외부커버에 형성된 음공으로부터 멤스 칩의 멤스내부공간을 연통시키기 위한 커버음향통로와 내부회로기판 아래의 공간을 구비하고 있기 때문에, 백챔버가 증가하여 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 사시도,
도 4 내지 7은 도 3의 멤스 마이크로폰의 구조를 설명하기 위한 도면들,

이하 본 발명에 따른 일실시예의 멤스 마이크로폰에 관하여, 도 3 내지 도 7을 참고하며 상세히 설명한다.

본 실시예의 멤스 마이크로폰(1)은, 음성, 음향, 소리 등과 같은 음파를 전기신호로 바꾸어 주는 장치로서 주로 핸드폰, 스마트폰, 소형음향기기 등에 사용되는 장치이다.

특히 본 발명의 멤스 마이크로폰(1)은, 외부로부터 음이 유입되는 외부 음공이, 회로기판이 아닌 외부커버에 형성되어 있는 타입에 관한 것으로서, 주로 휴대폰, 스마트폰과 같은 이동통신 단말기에 사용된다. 하지만, 용도가 이에 한정되는 것은 아니고, 소형 멤스 마이크로폰을 사용하는 모두 소형 전자기기에 적용되는 것이 가능하다.

멤스 마이크로폰(1)은, 내부회로기판(10), 멤스칩(MEMS chip; 20), 내부커버(30), 외부기판(50), 외부커버(60), 커버음향통로(65) 및 이격부재(70)를 포함하여 구성된다.

상기 내부회로기판(10)은, 내부커버(30)의 개방된 하측면에 결합된다. 내부회로기판(10)은 내부커버(30)와 결합됨으로써 그 내부에 밀폐된 공간인 내부공간(35; 도 6 참조)을 형성한다. 내부회로기판(10)은 다수의 층이 적층되어 구성되고, 전기적 연결을 위한 배선이 표면과 내부에 구비된 통상의 인쇄회로기판이다.

내부회로기판(10)에는, 관통형성된 기판음공(12; 도6 참조)이 형성되어 있다. 기판음공(12)은 원형으로 형성되지만, 실시예에 따라서는 원형이외에도 다양한 형상이 가능하다.

내부회로기판(10)에는 직접 또는 중간에 매개체를 거쳐 멤스칩(20), 증폭기(24)와 같은 전기 부품들이 실장된다. 내부회로기판(10)은, 그 위에 각종 전기 부품이 실장되므로 다이(DIE) 인쇄회로기판이라고도 불린다.

상기 멤스칩(20; MEMS chip)은, 기판 음공(12)이 있는 위치에 결합된다. 맴스칩(20)은 그 내측에 멤스내부공간(22)을 구비한다. 멤스칩(20)은, 멤스 트랜스듀서(transducer)라고도 하며, 내부회로기판(10)에 실장된다. 멤스칩(20)의 내측에는 아래로 개방된 공간이 구비되는데, 이 공간을 멤스내부공간(22)이라 칭한다.

멤스칩(20)은, 그 멤스내부공간(22)의 아래로 개방된 부분이 상기 기판음공(12)을 덮을 수 있도록, 내부회로기판(10)에 결합된다. 따라서, 기판음공(12)을 통해 들어온 음향은 멤스내부공간(22)으로 들어오게 된다.

한편, 참조번호 '24'으로 지시되는 부품은 증폭기이다. 증폭기(24)는 멤스칩(20)에서 생선된 전기신호를 전송받아 증폭하는 역할을 수행한다. 증폭기(24)는 특수목적형 반도체(ASIC)칩이라고도 불린다. 이들은 상호 전기적으로 연결되어 있다.

상기 내부커버(30)는, 그 하단부가 내부회로기판(10)에 결합되어, 멤스칩(20)을 포함하는 내부공간(35)을 형성시킨다. 내부공간(35)은, 내부커버(30)와 내부회로기판(10)의 결합에 의해 형성되는 공간으로서, 기판음공(12)으로 외부음이 유입되는 것을 제외하면, 외부와는 밀폐된 공간이다.

상기 외부기판(50)은, 내부회로기판(10)이 고정되는 부재이다. 내부회로기판(10)은, 이격부재(70)를 사이에 두고 외부기판(50)에 고정된다. 즉, 내부회로기판(10)이 외부기판(50)에 직접 접촉되어 결합된 것이 아니고, 외부기판(50)에 이격부재(70)가 고정되고, 내부회로기판(10)은 다시 이격부재(70)에 고정되어, 결과적으로 내부회로기판(10)이 외부기판(50)에 고정된다.

상기 외부커버(60)는 외부기판(50)에 그 하단부가 결합된다. 외부커버(60)는 내부커버(30)를 전체적으로 둘러싸도록, 외부기판(50)에 결합된다. 외부커버(60)의 일측에는, 외부로부터 음향이 유입될 수 있는 외부 음공(62)이 구비되어 있다. 외부커버(60)와 외부기판(50)의 상호 결합에 의해 형성된 내부의 공간은, 외부음공(62)을 제외하면, 외부로부터 밀폐되며, 밀폐된 내부의 공간에 내부회로기판(10) 및 내부커버(30)가 위치하는 것이다.

한편, 본 실시예의 경우, 내부커버(30)와 외부커버(60)는 도전성의 금속이다. 다만, 실시예에 따라서는, 내부커버와 외부커버 중 어느 하나만 금속일 수도 있다.

본 실시예와 같이 내,외부커버가 모두 도전성의 금속으로 되어 있기 때문에 합성수지의 소재에 비해 아주 얇은 두께로 만드는 것이 가능하여 전체 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 내부커버(30)의 하단부는 도전성 접착제(84)에 의해 내부회로기판(10)에 결합되어 있고. 외부커버(60)의 하단부도 도전성 접착제(82)에 의해 외부기판(10)에 결합되어 있다.

또한, 커버가 금속재질의 이중이고, 도전성 접착제에 의해 기판에 결합되어 있기 때문에, 외부에 존재하는 전자파, 자기파 등으로부터의 차폐,차단효과가 종래 하나의 층으로 되어 있는 케이스에 비해, 현저히 높다는 장점이 있다.

한편, 내,외부커버(30, 60)는, 각각 내부회포기판(30)과 외부기판(60)에 각각 내측케이스(30)와 외측케이스(40)에 결합되는데, 도전성 접착제 이외에도 통상의 방법, 예컨대 솔더링이나 용접 등과 같은 통상의 다양한 방법에 의해서도 결합고정될 수 있다.

상기 커버음향통로(65)는, 외부커버(60)와 내부커버(30)의 사이에 형성되는 공간으로서, 외부음공(62)을 통해 유입된 음향을 통과시키는 공간이다. 본 실시에의 경우, 외부커버(60)는 내부커버(30) 보다 크게 되어 있어서 상호 접촉되는 부분이 없으므로, 커버음향통로(65)는 내부커버(30)의 모든 외측면에 형성된다. 다만 실시예에 따라서는, 외부커버와 내부커버의 사이에 커버음향통로가 형성되기만 하면, 외부커버와 내부커버가 상호 일부분 접촉하도록 결합될 수도 있다.

상기 이격부재(70)는, 내부회로기판(10)과 외부기판(50)의 사이에 결합고정되어, 내부회로기판(10)과 외부기판(50)을 상호 이격시키는 역할을 수행한다. 상호 이격되어 형성된 공간(75)은 커버음향통로(65)를 거친 외부 음향이 통과되는 공간이다.

본 실시예의 경우, 이격부재(70)는 다수 개(72, 74)로 구비된다. 다만, 다른 실시예의 경우, 하나의 부재로 일체로 형성될 수도 있으며, 그 소재나 형상은 다양하게 변형가능하다.

또한 이격부재(70)는 도전성이다. 특히, 본 실시예의 경우, 이격부재(70)는, 은(ag) 에폭시와 같은 도전성 에폭시(epoxy)나 솔더(solder)로 되어 있어서, 내부회로기판(10)과 외부기판(50) 간의 전기적 연결이 가능하다.

실시예에 따라, 이격부재의 일부는 도전성으로 되어, 전기적 연결을 하도록 하고, 일부는 비 전도성 소재로서, 이격시켜 지지하는 역할 만을 수행토록 할 수도 있다.

또한, 도 7을 참조하면, 이격부재들 중 '72'로 지시된 이격부재들은 가상선으로 표시한 기판음공(12)의 위치를 중심으로 하는 원의 원주를 따라 상호 이격되어 구비된다. 이러한 구성으로 인해, 음향이 사방에서 기판음공(12)으로 유입될 수 있다.

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

본 실시예의 멤스 마이크로폰(1)은, 상술한 구성을 구비함으로써, 외부음공(62)을 통해 유입된 외부음향이 커버음향통로(65)를 거치고, 내부회로기판(10)과 외부기판(50) 사이에 형성된 공간(75)을 거쳐, 기판음공(12)을 통해 맴스내부공간(22)으로 들어가도록 동작한다.

종래 외부 커버에 음공이 형성된 마이크로폰의 경우, 충분하지 않은 작은 크기의 멤스내부공간이 백챔버가 됨으로 인해 음향이 만족스럽지 못했으나, 본 실시예의 멤스 마이크로폰(1)은, 충분한 크기의 부피를 가지는 내부공간(35)이 백챔버로서 역할을 하기 때문에, 음향특성이 크게 개선된다는 장점이 있다.

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

또한, 종래 멤스칩은 음공이 인쇄회로기판에 형성된 타입의 멤스 마이크로폰에 사용되는 종류와, 음공이 커버에 형성된 타입의 멤스 마이크로폰에 사용되는 종류가 서로 달랐으나, 본 발명의 경우에는, 음공이 인쇄회로기판에 형성된 타입의 멤스 마이크로폰에 사용되는 종류를 동일하게 그대로 사용하는 것이 가능하다는 장점이 있다, 즉, 멤스 마이크로폰의 타입에 따라 2종류의 멤스칩을 구별하여 구비할 필요없이 한가지 종류의 멤스칩만을 구비하면 되는 것이다.

또한, 내부커버와 외부커버를 금속으로 그리고 이중으로 구비하기 때문에, 외부로부터의 전자파 등의 영향을 차단, 차폐하는 효과가 뛰어나다는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1 ... 멤스 마이크로폰
10 ... 내부회로기판 12 ... 기판음공
20 ... 멤스칩 22 ... 멤스 내부공간
30 ... 내부커버 35 ... 내부공간
50 ... 외부기판 60 ... 외부커버
62 ... 외부음공 70 ... 이격부재

Claims (6)

1. 기판 음공을 구비한 내부회로기판;
   상기 기판 음공이 있는 위치에 결합되고, 멤스내부공간을 구비한 멤스칩(MEMS chip);
   상기 내부회로기판에 결합되어, 상기 멤스칩을 포함하는 내부공간을 형성시키는 내부커버;
   상기 내부회로기판이 고정되는 외부기판;
   상기 내부커버를 둘러싸도록 상기 외부기판에 결합되고, 외부로부터 음향이 유입될 수 있는 외부 음공을 구비한 외부커버;
   상기 외부커버와 상기 내부커버의 사이에 형성되어, 상기 외부음공을 통해 유입된 음향을 통과시키는 커버음향통로; 및
   상기 내부회로기판과 상기 외부기판의 사이에 결합고정되어, 이들 내부회로기판과 외부기판을 상호 이격시키는 이격부재;를 포함하여 구성되어,
   상기 외부음공을 통해 유입된 외부음향이 상기 커버음향통로를 거치고, 상기 내부회로기판과 상기 외부기판 사이에 형성된 공간을 거쳐, 상기 기판음공을 통해 상기 멤스내부공간으로 들어가도록 구성된 것을 특징으로 하는 멤스마이크로폰(MEMS Microphone).
2. 제1항에 있어서,
   상기 내부커버와 외부커버 중 적어도 하나는 금속으로 만들어진 것을 특징으로 하는 멤스마이크로폰.
3. 제2항에 있어서,
   상기 내부커버와 외부커버는 금속이고,
   상기 내부커버의 하단부는 도전성 접착제에 의해 상기 내부회로기판에 결합되고,
   상기 외부커버의 하단부는 도전성 접착제에 의해 상기 외부기판에 결합된 것을 특징으로 하는 멤스마이크로폰.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이격부재는 도전성인 것을 특징으로 하는 멤스마이크로폰.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이격부재는, 도전성 에폭시(epoxy)인 것을 특징으로 하는 멤스마이크로폰.
6. 제1항에 있어서,
   상기 이격부재는, 상기 기판음공의 위치를 중심으로 하는 원의 원주를 따라 상호 이격되어 다수개가 구비된 것을 특징으로 하는 멤스마이크로폰.

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