KR101460205B1 - 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰에 관한 것으로, 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부를 형성하는 케이스를 포함한다. 또한, 기판의 상부에 결합되고 내부 공간에 배치되며, 음향통과부를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서를 포함한다. 또한, 기판의 상부에 결합되고 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 ASIC을 포함한다.

Description

음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰{MEMS MICROPHONE HAVING SOUND-PASS MEMBER}
본 발명은 멤스(MEMS: Micro-Electro Mechanical System) 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로폰의 효율 향상을 위해 멤스 마이크로폰으로 원활한 음향 유입이 가능한 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로폰은 음성을 전기적인 신호로 변환하는 장치이다. 마이크로폰은 이동용 단말기와 같은 이동통신기기, 이어폰 또는 보청기 등 다양한 통신기기에 적용될 수 있다. 이러한 마이크로폰은 양호한 전자/음향 성능, 신뢰성 및 작동성을 가져야 한다.
MEMS(MicroElectroMechanical System) 기반의 정전용량형 마이크로폰(Capacitive Microphone Based on MEMS, 이하에서는 간단히 ‘MEMS 마이크로폰’이라 함)은 종래의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(Electret Condenser Micophone, 이하에서는 ‘ECM 마이크로폰’이라 함)에 비해 전자/음향 성능, 신뢰성 및 작동성이 우수하다.
MEMS 마이크로폰은 MEMS 기반의 공정을 이용하여 제작되므로 6인치, 8인치 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반의 온 칩(On Chip) 형태의 마이크로폰 제작에 따라 12인치까지 공정이 가능하다. 따라서, MEMS 마이크로폰은 ECM 마이크로폰보다 수배 내지 수십 배 작은 크기로 구현할 수 있다. MEMS 마이크로폰은 소형화가 가능함으로, 휴대폰, 보청기 등과 같은 장치에 구비될 수 있다.
해당 종래 기술로는 한국공개특허 제10-2011-0025697호의 “압전 MEMS 마이크로폰”이 있다.
본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 특정방향의 음향전달 시 시간적 차이를 적절히 반영할 수 있도록, 음향이 트랜스듀서(Transducer)에 도달되기 전, 별도의 음향통과부를 구비하여 마이크로폰의 지향성을 향상시키고, 멤스 마이크로폰 내부로 원활한 음향의 유입을 가능하게 하고자 한다.
둘째, 음향이 트랜스듀서에 도달되기 전, 별도의 음향통과영역을 가지는 구조체인 음향통과부를 구비하여, 멤스 마이크로폰 내부로 오염물의 유입을 방지하여 마이크로폰의 수명을 연장시키고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
전술한 과제의 해결을 위한 본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰은 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부를 형성하는 케이스를 포함한다.
또한, 기판의 상부에 결합되고 내부 공간에 배치되며, 음향통과부를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서를 포함한다.
또한, 기판의 상부에 결합되고 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 주문형 반도체(ASIC)를 포함하되, 음향통과부는 입구와 출구가 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치된다.
본 발명에서 음향통과부의 입구는 직경이 출구의 직경과 동일하거나 더 길다. 한편, 음향통과부의 입구는 직경이 상방으로 갈수록 길어지는 상광하협의 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 음향통과부의 출구는 직경이 하방으로 갈수록 길어지는 상협하광의 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 음향통과부의 통로는 입구에서 출구로 갈수록 좁아질 수 있다. 또한, 음향통과부의 입구가 복수로 이루어진 경우, 각각의 입구는 통로와 서로 연통되고, 통로는 출구와 연통될 수 있다.
또한, 음향통과부의 입구가 복수로 이루어진 경우, 출구는 복수로 이루어져 각각의 입구와 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치될 수 있다.
본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 트랜스듀서 및 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit: ASIC)가 내부에 설치되도록 내부 공간을 형성하는 케이스의 상부에 음향통과부를 구비함으로써, 특정방향의 음향전달 시 시간적 차이를 적절히 반영되고, 마이크로폰의 지향성을 향상시킬 수 있으며, 멤스 마이크로폰 내부로 원활한 음향의 유입이 가능하다.
둘째, 케이스의 상부에 복수 또는 단수로 구비되며, 입구와 출구가 대향되지 않도록 통로를 통해 연통된 음향통과부를 구비함으로써, 멤스 마이크로폰 내부로 오염물의 유입을 방지하여 마이크로폰의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰의 여러 실시 예를 설명하는 단면도이다.
이하 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 설명한다. 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰을 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰(100)은 기판(110)과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부(121)를 형성하는 케이스(120)를 포함한다.
또한, 기판(110)의 상부에 결합되고 내부 공간에 배치되며, 음향통과부(121)를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서(130)를 포함한다. 또한, 기판(110)의 상부에 결합되고 트랜스듀서(130)와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 주문형 반도체(이하, ‘ASIC’이라 함)(140)를 포함한다.
본 발명에서 기판(110)은 기판(110)은 실리콘 반도체 기판으로 이루어질 수도 있으며, 유리 기판 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 CB 기판에 이용되는 다양한 소재로 기판(110)을 구현할 수 있다. 또한, 기판(110)의 형상 및 크기 등은 어느 하나에 국한되지 않을 것이다.
케이스(120)는 내부에 공간을 형성할 수 있는 구조로 이루어지고, 기판(110) 상에 결합된 트랜스듀서(130)와 ASIC(140)을 보호한다. 케이스(120)는 알루미늄과 같은 소재로 형성될 수 있다. 케이스(120)의 소재 및 형상은 어느 하나에 국한되지 않을 것이다.
케이스(120)의 하측 단부는 기판(110)의 상부와 솔더(Solder)에 의해 결합하게 되고, 실링(Sealing)된다. 따라서, 케이스(120)에 형성된 음향통과부(121)를 통해 유입된 음향이 외부로 다시 새어나가는 것을 방지할 수 있다. 케이스(120)와 기판(110)의 결합을 위해, 케이스(120)의 하측 단부는 외부로 절곡되어 연장형성되어 있다. 또한, 상부의 일 구간에 적어도 하나의 음향통과부(121)가 구비된다.
기판(110)은 트랜스듀서(130)와 본드 등을 이용하여 본딩처리되어 결합된다. 또한, 기판(110)은 ASIC(140)과 본드 등을 이용하여 본딩처리되어 결합된다. 결합을 위한 본딩처리 시 다양한 종류의 본드를 이용할 수 있다. 본 발명에서 트랜스듀서(130)는 음성으로 인한 진동을 감지하여 전기 신호로 바꿔주는 역할을 하는 장치이다.
또한, 기판(110)은 기판 음향홀(160)을 형성하고 있다. 기판 음향홀(160)은 트랜스듀서(130)의 위치와 대응되도록 형성된다. 즉, 트랜스듀서(130)는 기판(110) 상에 본딩처리되어 결합되고, 트랜스듀서(130)는 기판(110)에 형성된 기판 음향홀(160)의 상부에 위치하게 된다. 기판 음향홀(160)의 직경은 특정하게 한정되지 않을 것이며, 형상도 특정하게 한정되지 않을 것이다. 본 발명에서 기판(110)에 형성된 기판 음향홀(160)의 개수는 특정하게 한정되지 않을 것이다.
트랜스듀서(130)는 내부에 진동막(미도시)을 구비하고 있으며 외부의 음향에 의해 진동막이 진동할 경우, 이 진동을 감지하게 된다. 트랜스듀서(130)는 멤스 마이크로폰에 구비되는 기본적인 구성이다. 트랜스듀서(130)는 ASIC(140)과 전선과 같은 신호선과 전기적으로 연결되어 진동에 따른 전기 신호를 ASIC(140)에 전달한다.
ASIC(140)은 트랜스듀서(130)에서 발생된 전기 신호를 전달받고, 이 전기 신호를 증폭하고 필터링하여 사용가능한 전기 신호로 바꿔주는 직접회로(Integrated Circuit: IC)이다. 트랜스듀서(130)와 ASIC(140)은 골드 와이어(Gold Wire)(150)로 연결되어 전기적으로 연결된다.
케이스(120)의 음향통과부(121)를 통해 외부의 음향이 유입되면 트랜스듀서(130)의 진동막이 진동을 하게 되고, 진동에 따라 정전용량(Capacitance)가 변하게 된다. 이 정전용량의 작은 변화를 ASIC(140)에서 증폭하여 사용 가능한 전기 신호로 변환한다. 여기서, 진동막은 전극을 포함하게 된다. 골드 와이어(Gold Wire)(150)는 진동에 의한 전기 신호를 ASIC(140)에 전달하기 위해 진동막의 하부에 현성된 전극 및 상부에 형성된 전극과 연결된다. 트랜스듀서(130)와 ASIC(140)에 의한 전기신호의 생성 및 변환은 해당 기술분야에서 널리 사용되는 기술임으로 생략가능할 것이다.
본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰(100)의 케이스(120)는 도 1 내지 도 6과 같이 외부와 내부 공간을 연통하는 음향통과부(121)를 형성한다. 음향통과부(121)는 도시된 바와 같이, 입구(1211)와 출구(1212)가 대향되지 않도록 통로(1213)를 통해 연통배치된다.
음향통과부(121)의 입구(1211)는 직경이 출구(1212)의 직경과 동일하거나 더 길다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 입구(1211)의 직경은 출구(1212)의 직경과 동일하거나 좁을 수 있다. 음향통과부(121)는 박막 증착방법 및 식각방법에 의해 형성할 수 있을 것이며, 그 방법은 어느 하나에 국한되지 않을 것이다.
음향통과부(121)는 입구(1211)와 출구(1212)를 연통시키는 통로(1213)를 형성한다. 통로(1213)의 직경은 입구(1211) 또는 출구(1212)의 직경과 동일 또는 상이할 수 있다. 뿐만 아니라, 통로(1213)의 직경은 점차 좁아지거나 넓어질 수도 있다.
음향통과부(121)의 입구(1211)는 직경이 상방으로 갈수록 길어지는 상광하협의 형상으로 이루어진다. 도 2에 도시된 바와 같이 음향통과부(121)의 입구 형상으로 인해, 케이스(120) 외부의 음향을 효과적으로 취합(聚合)할 수 있다. 도 2에서 음향통과부(121)에서 입구(1211)의 하부는 상부에 비해 점차 좁아지는 형상으로 이루어져, 통로(1213)과 연결된다.
통로(1213)와 연결되는 입구(1211)의 하부 직경은 출구(1212)의 직경과 동일하거나 넓을 수 있다. 한편, 입구(1211)의 하부 직경은 출구(1212)의 직경 보다 좁을 수도 있을 것이다. 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 음향통과부(121)의 출구(1212)는 트랜스듀서(130)와 대응되는 위치에 형성된다. 이는 음향통과부(121)를 통과한 외부 음향이 트랜스듀서(130)의 진동막에 효과적으로 전달되도록 하기 위함이다.
음향통과부(121)의 출구(1212)는 도3에 도시된 바와 같이, 직경이 하방으로 갈수록 길어지는 상협하광의 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 음향통과부(121)의 출구(1212)에서 상부 즉, 통로(1213)과 연결되는 상부는 입구(1211)와 직경이 서로 동일하거나 상이하게 형성될 수 있다.
본 발명은 이에 한정되지 않으며, 음향통과부(121)는 상광하협의 입구(1211)와 상협하광의 출구(1212)를 동시에 형성할 수도 있을 것이다.
음향통과부(121)과 도 3에 도시된 바와 같이 형성됨으로써, 음향통과부(121)를 통해 유입되는 케이스(120) 외부 음향을 트랜스듀서(130)에 효과적으로 전달할 수 있다. 음향통과부(121)를 도 3과 같이 형성함으로, 외부 음향이 트랜스듀서(130)의 보다 넓은 면적에 전달되게 되고 이로 인해 마이크로폰 감도를 향상시킬 수 있다.
음향통과부(121)는 도 3 및 도 4에 도시된 형상에 국한되지 않고, 입구(1211)에서 출구(1212)로 점차 좁아지는 형상으로 연장형성될 수 있을 것이다. 이는 음향통과부(121)의 자체 형상이 상광하협의 형상으로 이루어지는 것을 의미하며, 이는 도 6에 도시된 바와 같다.
즉, 음향통과부(121)의 통로(1213)는 입구(1211)에서 출구(1212)로 갈수록 좁아질 수 있다. 음향통과부(121)는 도 6에 도시된 바와 같은 구조로 이루어짐으로써, 케이스(120) 외부의 외부 음향을 효과적으로 취합하고 음향통과부(121)를 통과한 외부 음향을 트랜스듀서(130)에 효과적으로 전달할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 음향통과부(121)의 입구(1211)가 복수로 이루어진 경우, 각각의 입구(1211)는 통로(1213)와 서로 연통되고, 통로(1213)는 출구(1212)와 연통될 수 있다. 복수로 이루어진 입구(1211)의 개수는 어느 하나에 국한되지 않을 것이며, 각 입구(1211)의 직경은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 음향통과부(121)의 입구(1211)가 복수로 형성됨으로써, 외부 음향의 취합 및 유입 시 효율을 높일 수 있을 것이다. 또한, 음향통과부(121)는 하나의 출구(1212)를 형성하고, 이 출구(1212)는 트랜스듀서(130)를 향하므로, 효율적으로 취합 및 유입된 외부 음향을 직접적으로 트랜스듀서(130)에 전달할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 음향통과부(121)의 입구(1211)가 복수로 이루어진 경우, 출구(1212)는 복수로 이루어져 각각의 입구(1211)와 대향되지 않도록 통로(1213)를 통해 연통배치될 수 있다. 이때, 음향통과부(121)의 입구(1211)와 출구(1212)의 개수는 서로 동일하게 형성될 수 있으며, 서로 상이하게 형성될 수도 있다.
도 1 내지 도 6에서 설명한 본 발명에 따른 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰(100)은 트랜스듀서(130) 및 ASIC(140)가 내부에 설치되도록 내부 공간을 형성하는 케이스(120)에 음향통과부(121)를 구비함으로써, 특정방향의 음향전달 시 시간적 차이를 적절히 반영되고, 마이크로폰의 지향성을 향상시킬 수 있으며, 멤스 마이크로폰(100) 내부로 원활한 음향의 유입이 가능하다.
또한, 본 발명은 케이스의 상부에 복수 또는 단수로 구비되며, 입구(1211)와 출구(1212)가 대향되지 않도록 통로(1213)를 통해 연통된 음향통과부(121)를 구비함으로써, 멤스 마이크로폰(100) 내부로 오염물의 유입을 방지하여 마이크로폰의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰
110: 기판
120: 케이스
121: 음향통과부
1211: 입구
1212: 출구
1213: 통로
130: 트랜스듀서
140: 주문형 반도체(ASIC)
150: 골드 와이어(Gold Wire)
160: 기판 음향홀

Claims (7)

  1. 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부를 형성하는 케이스; 기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 음향통과부를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서; 및 기판의 상부에 결합되고 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 주문형 반도체(ASIC)를 포함하되,
    상기 음향통과부는 입구와 출구가 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치되며, 음향통과부의 입구는 직경이 상방으로 갈수록 길어지는 상광하협의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰.
  2. 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부를 형성하는 케이스; 기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 음향통과부를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서; 및 기판의 상부에 결합되고 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 주문형 반도체(ASIC)를 포함하되,
    상기 음향통과부는 입구와 출구가 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치되며, 음향통과부의 출구는 직경이 하방으로 갈수록 길어지는 상협하광의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰.
  3. 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부를 형성하는 케이스; 기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 음향통과부를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서; 및 기판의 상부에 결합되고 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 주문형 반도체(ASIC)를 포함하되,
    상기 음향통과부는 입구와 출구가 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치되며, 음향통과부의 입구가 복수로 이루어진 경우, 각각의 입구는 통로와 서로 연통되고, 상기 통로는 출구와 연통되는 것을 특징으로 하는 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰.
  4. 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하고 상부의 일 구간에 음향통과부를 형성하는 케이스; 기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 음향통과부를 통해 유입된 외부 음향을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서; 및 기판의 상부에 결합되고 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 변환된 전기신호를 아날로그 또는 디지털 전기신호로 변환할 수 있도록 전기신호를 증폭하는 주문형 반도체(ASIC)를 포함하되,
    상기 음향통과부는 입구와 출구가 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치되며, 음향통과부의 입구가 복수로 이루어진 경우, 출구는 복수로 이루어져 각각의 입구와 대향되지 않도록 통로를 통해 연통배치되는 것을 특징으로 하는 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰.
  5. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    음향통과부의 입구는 직경이 출구의 직경과 동일하거나 더 긴 것을 특징으로 하는 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰.
  6. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    음향통과부의 통로는 입구에서 출구로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 음향통과부가 구비된 멤스 마이크로폰.
  7. 삭제
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