KR101496192B1 - 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하는 덮개; 기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 음향통과공을 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 반도체칩을 포함하며, 상기 트랜스듀서 내부에 배치되는 진동판은 피에조(압전소자)로 이루어지며, 피에조 진동판에는 벤트홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰{MEMS MICROPHONE HAVING PIEZO MEMBRANE}
본 발명은 멤스(MEMS: Micro-Electro Mechanical System) 마이크로폰에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 멤스 마이크로폰의 진동판이 피에조(piezo, 압전소자)로 구성된 멤스 마이크로폰에 관한 것이다.
마이크로폰은 음향 신호를 전기신호로 변환하는 장치로써, 음향기기, 통신기기 또는 의료기기 등에 내장되어 사용되고 있다. 마이크로폰이 내장되는 다양한 기기들이 소형화되어 감에 따라 마이크로폰의 초소형화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 멤스 마이크로폰의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 멤스 마이크로폰은 초소형화가 가능하고 부품 간의 분리된 생산공정을 일괄화할 수 있어 성능과 생산효율에 있어서 크게 각광을 받고 있다.
멤스 마이크로폰은 표면실장기술(SMT: Surface Mount Technology)과 전자 기계 시스템(MEMS) 기술을 이용한 반도체 가공기술 등을 적용하여 제작된다. 표면실장기술(이하, ‘SMT’라 함)은 기판과 멤스 마이크로폰에 포함되는 전자부품의 리드 간을 접하는 기술을 말한다. 이러한 SMT 공정을 거쳐 트랜스듀서, 반도체칩 등의 전자부품을 기판상에 실장함으로써, 멤스 마이크로폰의 제조 간소화 및 소형화를 이룰 수 있다.
해당 종래기술로는 한국등록특허 제10-1209475호의 “인터포져를 이용한 반반도체 패키지”가 있다. 종래기술은 멤스 마이크로폰의 간소화 및 소형화를 가능하게 한다. 그러나, 종래기술은 멤스 마이크로폰의 제조공정 중 SMT 공정에서 외부 충격 또는 외부 압력은 멤스 마이크로폰의 내구성 및 트랜스듀서의 파손을 발생시킬 수 있다. 외부의 이물질 유입으로 인해 멤스 마이크로폰의 내구성이 떨어질 수 있다는 단점이 있다.
본 발명에 따른 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰은 멤스 마이크로폰의 감도를 향상시키고, 전 주파수 대역에서 고른 감도를 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명은 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하는 덮개; 기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 음향통과공을 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 반도체칩을 포함하며, 상기 트랜스듀서 내부에 배치되는 진동판은 피에조(압전소자)로 이루어지며, 피에조 진동판에는 벤트홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰은 멤스 마이크로폰의 감도를 향상시키고, 전 주파수 대역에서 고른 감도를 유지하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 벤트홀이 있는 피에조 진동판 구조이다.
도 2는 벤트홀이 없는 피에조 진동판 구조이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 벤트홀의 다양한 실시예를 나타낸다.
현재 출원된 콘덴서 방식의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 경우, 진동판이 벤트홀(vent hole)을 가지고 있다.
벤트홀(vent hole)이 없을 경우, 프론트타입(front type)의 경우 진동판의 진동을 방해하여 감도의 저하를 가지고 온다.
조립 시 벤트홀(vent hole)이 없을 경우 진동판의 파손을 가지고 오며, 조립 후에도 충격에 매우 약하여 신뢰성이 떨어진다.

일반 콘덴서 방식의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 경우 제작시 반드시 벤트홀(vent hole)이 필요하다.
콘덴서 방식의 멤스 트랜스듀서(MEMS TR)는 백플레이트(Back plate)와 진동판 사이에 희생층을 가지고 있고, 마지막 공정에 그 희생층을 제거하여 멤스 트랜스듀서(MEMS TR)가 제작된다.
희생층이 제거될 때, 진동판에 벤트홀(vent hole)이 있어야 제거가 균일하게 된다. 진동판에 vent hole이 없을 경우, 애칭 용액 (혹은 기체)이 흐를 수 없어 콘덴서 방식의 멤스 트랜스듀서(MEMS TR)는 반드시 벤트홀(vent hole)이 필요하다.
하지만 피에조 방식의 멤스 트랜스듀서(MEMS TR)는 희생층이 존재하지 않기 때문에 공정상 벤트홀(vent hole)이 없어도 제작이 가능하기 때문에 벤트홀(vent hole)이 필요하지 않기 때문이다.
그런데 본 발명은 공지 기술과 다르게 벤트홀(vent hole)을 형성하는 차별성이 있다. Vent hole이 없는 경우, 백볼륨(back volume)이 형성이 되지 않기 때문에 감도가 낮아지게 되므로 감도의 향상을 위해서 벤트홀(vent hole)이 구비되는 것이 바람직하다.
또한 벤트홀(vent hole)이 없는 경우 소리의 흐름이 생기지 않기 때문에 저역(20~500Hz)에서 감도의 저하를 가져오게 된다. 저역의 특성 개선을 위해서 벤트홀(vent hole)이 형성되는 것이 바람직하다.

피에조 진동판에는 벤트홀(vent hole)이 1개가 형성되려면 직경 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 나아가 복수개의 벤트홀(vent hole)이 구비되는 것도 바람직하다.
도 1은 벤트홀이 있는 피에조 진동판 구조이고, 도 2는 벤트홀이 없는 피에조 진동판 구조이다. 벤트홀(vent hole)의 숫자는 1개 이상의 복수 홀로 구성 되며, 도 1의 실시예의 경우 4개의 벤트홀이 형성되어 있다.
벤트홀(vent hole)의 모양은 원형, 사각, 원주 방향의 긴 홀등 여러 가지 종류로 제작될 수 있다. 홀의 위치는 중앙을 제외한 외각 부분에 대칭적으로 구성되어 진다.
벤트홀은 진동판이 뒤틀리는 부분에 배치되지 않는 것이 바람직하다.

벤트홀의 구조적 특징도 감도를 증가시키는 기능을 한다.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 복수의 벤트홀의 다양한 실시예를 나타낸다.
벤트홀은 출구의 직경이 하방으로 갈수록 입구의 직경보다 길게 형성되는 상협하광(上狹下廣)의 형상으로 이루어질 수 있다.
벤트홀은 입구의 직경과 출구의 직경이 서로 상이하게 이루어져 통로를 통해 연통된다.
벤트홀은 입구에서 출구로 갈수록 점차 그 직경이 길어진다. 이는 통로의 직경도 출구로 갈수록 점차 길어진다는 것을 의미한다.
벤트홀이 도 5과 같이 형성됨으로써, 벤트홀을 통해 유입되는 덮개는 외부 음향을 트랜스듀서에 효과적으로 전달할 수 있다. 또한, 외부 음향이 트랜스듀서의 보다 넓은 면적에 전달될 수 있도록 하여 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 벤트홀의 다른 실시예이다. 도 6에 도시된 벤트홀은 출구의 직경과 통로의 직경이 서로 동일하다. 또한, 출구의 직경이 입구의 직경보다 길게 형성된다. 도 6에 도시된 벤트홀은 입구는 하방으로 소정의 두께를 가지며 형성된다.
또한, 이때, 입구와 연결되는 통로는 양 측으로 절곡되어 하방으로 연장형성되고, 이때 통로는 출구와 연결된다. 도 5 및 도 6에 도시된 벤트홀은 출구의 직경이 입구의 직경보다 길게 형성되어, 입구를 통해 유입된 외부 음향이 출구에 의해 확산되어 트랜스듀서에 전달된다.
또한, 특정 주파수 대역을 초과하는 고역대의 주파수가 벤트홀에 의해 감도가 감소하게 되어 전 주파수 대역에서 일정한 수준의 감도를 유지할 수 있도록 한다. 이는 벤트홀이 가지는 기능 및 효과일 것이다.
도 7은 벤트홀의 다른 실시예이다. 도 7에 도시된, 벤트홀은 입구의 직경과 통로의 직경이 서로 동일하다. 또한, 입구의 직경이 출구의 직경보다 길게 형성된다. 도 7에 도시된 벤트홀의 입구는 하방으로 연장형성된다. 이때, 입구와 통로는 서로 동일한 직경으로 이루어져 하방으로 연장형성된다.
출구는 소정의 두께를 가지며 직경이 통로 및 입구의 직경보다 짧게 형성된다. 출구에서 두께를 가지며 통로와 연결되는 부분은 내측으로 절곡되어 턱을 형성한다.
도 8은 본 발명에 따른 복수의 벤트홀을 구비한 멤스 마이크로폰의 제6 실시 예를 설명하는 도면이다. 도 8에 도시된 벤트홀은 입구의 직경과 출구의 직경이 서로 동일하고, 통로의 직경이 입구의 직경 및 출구의 직경 보다 길게 형성된다.
도 8에 도시된 벤트홀은 입구와 출구가 소정의 두께를 가지고 있으며 내측으로 각각 절곡되어 턱을 형성한다. 이로 인해, 통로의 직경은 입구와 출구의 직경보다 길게 형성된다.
도 9은 본 발명에 따른 복수의 벤트홀을 구비한 멤스 마이크로폰의 제7 실시 예를 설명하는 도면이다. 도 9에 도시된 벤트홀은 입구의 직경과 출구의 직경이 서로 동일하고, 통로의 직경이 입구의 직경 및 출구의 직경 보다 짧게 형성된다.
도 9에 도시된 벤트홀은 입구가 소정의 두께를 가지며 내측으로 절곡되어 통로와 연결된다. 통로는 하방으로 연장형성되다가 외측으로 절곡되며 소정의 두께를 가지는 출구와 연결된다.
본 발명에 따른 벤트홀은 입구의 직경과 통로의 직경을 서로 상이하게 형성하거나, 입구의 직경과 출구의 직경을 서로 상이하게 형성하며, 내측에 턱을 형성하고 복수로 구성됨으로써, 외부 음향의 압력 또는 SMT공정 시 트랜스듀서, ASIC, 골드 와이어 및 기판 상부를 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 음향 통과공을 구비한 멤스 마이크로폰은 벤트홀을 복수로 구비함으로써, 외부 먼지의 유입이나 액체의 유입을 방지하여 트랜스듀서, ASIC, 골드 와이어 및 기판 상부를 보호할 수 있다.
또한, 벤트홀이 입구와 출구가 서로 대향되도록 배치되고, 벤트홀의 직경과 덮개의 두께가 일정 비율로 형성됨으로써, 멤스 마이크로폰의 감도를 향상시키고, 전 주파수 대역에서 고른 감도를 유지 가능하다.
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.

Claims (9)

  1. 기판과 결합되어 내부 공간을 형성하는 덮개;
    기판의 상부에 결합되고 상기 내부 공간에 배치되며, 음향통과공을 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 반도체칩을 포함하며,
    상기 트랜스듀서 내부에 배치되는 진동판은 피에조(압전소자)로 이루어지며, 피에조 진동판에는 벤트홀이 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서,
    벤트홀의 군집된 형태는 평면상에 다각형의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  3. 제1항에 있어서,
    벤트홀의 입구는 직경이 출구의 직경과 동일하거나 더 긴 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  4. 제1항에 있어서,
    벤트홀은 입구의 직경이 상방으로 갈수록 출구의 직경보다 길게 형성되는 상광하협의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  5. 제1항에 있어서,
    벤트홀은 출구의 직경이 하방으로 갈수록 입구의 직경보다 길게 형성되는 상협하광의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  6. 제1항에 있어서,
    벤트홀은 출구의 직경과 통로의 직경이 서로 동일하고, 상기 출구의 직경이 입구의 직경보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  7. 제1항에 있어서,
    벤트홀은 입구의 직경과 통로의 직경이 서로 동일하고, 상기 입구의 직경이 출구의 직경보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  8. 제1항에 있어서,
    벤트홀은 입구의 직경과 출구의 직경이 서로 동일하고, 통로의 직경이 입구의 직경 및 출구의 직경 보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
  9. 제1항에 있어서,
    벤트홀은 입구의 직경과 출구의 직경이 서로 동일하고, 통로의 직경이 입구의 직경 및 출구의 직경 보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 피에조 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰.
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