KR101657650B1 - 맴스 마이크로폰 패키지 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 챔버 케이스를 이용하여 맴스 트랜스듀서의 백볼륨 공간을 확장시켜 음향 특성이 향상된 확장 백챔버 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지 및 패키징 방법에 관한 것이다. 본 발명의 맴스 마이크로폰 패키지는, 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트가 형성된 케이스; 상기 음향포트를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS 트랜스듀서; 상기 MEMS 트랜스듀서의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(ROIC); 상측면의 일측에는 상기 판독집적회로(ROIC) 칩이 마운트되고, 타측에는 맴스 트랜스듀서가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공이 형성되어 백챔버를 확장하기 위한 챔버 케이스; 및 상기 챔버 케이스가 관통될 수 있는 개구홀을 갖고 케이스와 접합되는 기판을 포함하여 맴스 마이크로폰 패키지가 사용자보드측에 실장될 때 상기 챔버 케이스와 사용자보드 사이의 공간에 의해 백챔버가 확장되는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 맴스 마이크로폰 패키지(100)는 챔버 케이스(140)와 사용자보드(300) 사이에 백챔버(143)가 크게 확장되어 다이어프램의 진동시 백 스트림이 생성되지 않아 진동이 원할하게 이루어지게 되고, 이에 따라 음질이 크게 개선될 수 있다.

Description

맴스 마이크로폰 패키지 및 그 방법{MEMS MICROPHONE PACKAGE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 맴스(MEMS) 마이크로폰 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 챔버 케이스를 이용하여 맴스 트랜스듀서의 백볼륨 공간을 확장시켜 음향 특성이 향상된 확장 백챔버 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지 및 패키징 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 단말기나 오디오 등에 널리 사용되는 콘덴서 마이크로폰은 전압 바이어스 요소와, 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 PCB를 넣고 케이스의 끝부분을 PCB측으로 구부려 하나의 조립체로 완성하였다.
한편, 최근 들어 미세장치의 집적화를 위해 사용되는 기술로서 마이크로머시닝을 이용한 반도체 가공기술이 있다. 즉, 맴스(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 MEMS 칩 마이크로폰은 종래의 진동판과, 스페이서링, 절연링, 백플레이트, 통전링 등과 같은 전통적인 마이크로폰 부품들을 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화하여 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
그런데 이러한 종래의 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 백 챔버는, MEMS칩에 의해 형성되는데, 이때 MEMS칩은 반도체 칩으로서 사이즈가 매우 작으므로, 백 챔버 공간이 극히 협소하게 되고, 이에 따라 심한 백 스트림(back stream)에 의해 공기 저항력이 발생되어, 진동판의 진동력이 저하됨으로써 마이크로폰의 음질(감도)이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 종래의 맴스 마이크로폰 패키지는 도 1 에 도시된 바와 같이, 기판에 챔버통을 부가하여 맴스 마이크로폰 칩의 백챔버를 확장하였다.
도 1을 참조하면, 종래의 맴스 마이크로폰 패키지는 챔버통(7)을 기판(4) 위에 부착한 후 챔버통(7) 위에 맴스 트랜스듀서(2)를 실장하여 백챔버(7a)를 확장한 것이다. 도 1은 국내 등록특허공보 제10-1088400호로 등록된 실리콘 콘덴서 마이크로폰으로서, 챔버통(7)은 일면이 개구되고 개구면의 반대면에 관통공이 형성된 사각통 형상 혹은 원통 형상이고, 개구면에 날개가 형성될 수 있는 것이며, 기판(4)에 판독집적회로(ReadOut Integrated Circuit;3)를 탑재한 후 음향홀(1a)이 형성된 금속 케이스(1)를 기판(4)과 접합하였다.
그러나 상기와 같이 구성되는 부가적인 백챔버를 갖는 종래의 맴스 마이크로폰 패키지는 여전히 백챔버 공간이 협소하여 심한 백스트림에 의해 공기 저항력이 발생됨에 따라 진동판의 진동력이 저하되어 마이크로폰의 음질이 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-1088400 B1 KR 10-2015-0063825 A KR 10-2015-0060469 A KR 10-2015-0058780 A
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 맴스 마이크로폰 패키지에 있어서 협소한 백챔버 공간에 기인하는 문제점을 해소하되, 백챔버의 공간을 충분하게 확보할 수 있도록 하여, 맴스 마이크로폰의 감도와 잡음특성이 현저하게 개선될 수 있도록 하는 맴스 마이크로폰 패키지 및 패키징 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 따른 맴스 마이크로폰 패키지는, 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트가 형성된 케이스; 상기 음향포트를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS 트랜스듀서; 상기 MEMS 트랜스듀서의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(ROIC); 상측면의 일측에는 상기 판독집적회로(ROIC) 칩이 마운트되고, 타측에는 맴스 트랜스듀서가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공이 형성되어 백챔버를 확장하기 위한 챔버 케이스; 및 상기 챔버 케이스가 관통될 수 있는 개구홀을 갖고 케이스와 접합되는 기판을 포함하여 맴스 마이크로폰 패키지가 사용자보드측에 실장될 때 상기 챔버 케이스와 사용자보드 사이의 공간에 의해 백챔버가 확장되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 맴스 마이크로폰 패키지는, 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트가 없는 케이스; 사용자보드측의 음향포트를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS 트랜스듀서; 상기 MEMS 트랜스듀서의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(ROIC); 상측면의 일측에는 상기 판독집적회로(ROIC)칩이 마운트되고, 타측에는 상기 맴스 트랜스듀서가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공이 형성되어 백챔버를 확장하기 위한 챔버 케이스; 상기 챔버 케이스의 관통공에 부착되어 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 메쉬; 및 상기 챔버 케이스가 관통될 수 있는 개구홀을 갖고 케이스와 접합되는 기판을 포함하여 맴스 마이크로폰 패키지가 사용자보드측에 실장될 때 상기 챔버 케이스와 사용자보드 사이의 공간에 의해 백챔버가 확장되는 것을 특징으로 한다.
상기 메쉬는 실리콘 메쉬이고, 상기 기판과 상기 케이스는 레이저 점용접 후 전도성 접착제로 접합된 것이다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 패키징 방법은, 기판의 개구홀에 챔버 케이스를 끼우고, 기판과 챔버 케이스를 결합하는 단계; 상기 챔버 케이스 위에 판독집적회로칩과 맴스 트랜스듀서를 실장하고 와이어링하는 단계; 및 상기 기판에 케이스를 점용접 후, 기판과 케이스의 경계면을 접착제로 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 맴스 마이크로폰 패키지 및 그 제조방법에 따르면, ROIC 칩 및 맴스 트랜스듀서가 상측면에 결합되는 챔버 케이스의 하방에서 형성되는 백챔버 확장공간을 활용할 수 있음으로써 백챔버의 공간이 충분하게 확보될 수 있어, 진동판의 진동력 저하가 근원적으로 해소되어 맴스 마이크로폰의 감도가 현저하게 개선되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 진동판의 진동력이 개선됨에 따라 맴스 마이크로폰의 THD 등의 노이즈가 현저하게 개선되는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 부가적인 백볼륨을 갖는 맴스 마이크로폰을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지를 나타낸 분리 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지를 나타낸 결합 단면도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지를 나타낸 결합 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지를 나타낸 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지를 나타낸 결합 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트(110a)가 형성된 케이스(110)와, 음향포트를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS 트랜스듀서(120)와, MEMS 트랜스듀서(120)의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(ROIC;130)와, 상측면의 일측에는 ROIC 칩(130)이 마운트되고, 타측에는 맴스 트랜스듀서(120)가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공(141)이 형성되어 백챔버를 확장하기 위한 챔버 케이스(140)와, 챔버 케이스(140)가 관통될 수 있는 개구홀(151)을 갖고 케이스(110)와 접합되는 기판(150)으로 구성된다. 이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 맴스 마이크로폰 패키지(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(150)의 접속단자(154)에 사용자보드측 접속단자(310)가 접촉되어 사용자 보드(300)에 실장도록 되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 케이스(110)는 금속재질의 사각통 형상으로서 외부 음이 유입되는 음향포트(110a)가 형성되어 있고, 개방면 단부에는 기판(150)과 접합을 위한 테두리(112)가 형성되어 있다.
맴스 트랜스듀서(120)는 실리콘 웨이퍼상에 MEMS 기술에 의해 다이어프램과 백플레이트 쌍이 형성되어 있고, 챔버 케이스(140)의 상면에 형성된 관통홀(141)의 연직 상방에 마운트되어 음향포트(110a)를 통해 외부에서 유입되는 음압에 따른 진동을 전기적인 신호로 변환하며, 판독집적회로(ROIC; 130)는 챔버 케이스(140)의 상면 일측에 마운트되고 맴스 트랜스듀서(120)와 와이어로 연결되어 맴스 트랜스듀서(120)의 전기적인 신호를 증폭한 후 기판(150)을 통해 접속단자(152)로 그 신호를 출력한다.
챔버 케이스(140)는 MEMS 트랜스듀서(120)의 백챔버와 연통되는 관통홀(141)이 형성되어 있는 사각통 형상으로서, 개방면 단부에 사용자보드(300)와 접합되는 실링단자(142)가 형성되어 있다. 이와 같은 챔버 케이스(140)는 사용자보드(300)와 접합되어 백챔버 공간(143)을 확장시킨다.
기판(150)은 챔버 케이스(110)가 끼움되는 개구홀(151)이 형성되어 있고, 전극패드(152)와 도전층 등 각종 패턴이 향성되어 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 맴스 마이크로폰 패키지(100)는 기판(150)의 개구홀(151)에 챔버 케이스(140)를 끼우고, 기판(150)과 챔버 케이스(140)를 결합하는 단계와, 챔버 케이스(140) 위에 판독집적회로칩(130)과 맴스 트랜스듀서(120)를 실장하고 와이어링하는 단계와, 기판(150)에 케이스(110)를 점용접(260) 후, 기판(150)과 케이스(110)의 경계면을 접착제(270)로 밀봉하는 단계로 패키징된다.
그리고 본 발명에 따른 마이크로폰 패키지(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 사용자 보드(300)에 실장되어 케이스(110)의 음향포트(110a)를 통해 외부 음이 유입되면 MEMS 트랜스듀서(120)가 다어어프램과 백플레이트의 정전용량을 변화시켜 전기적인 신호로 변환된다. 이때 본 발명에 따른 맴스 마이크로폰 패키지(100)는 챔버 케이스(140)와 사용자보드(300) 사이에 백챔버(143)가 크게 확장되어 다이어프램의 진동시 백 스트림이 생성되지 않아 진동이 원할하게 이루어지게 되고, 이에 따라 음질이 크게 개선될 수 있다.
그리고 MEMS 트랜스듀서(120)의 오디오신호는 ROIC(130)에서 증폭되어 기판의 전극패드와 접속단자(154)를 통해 사용자보드측으로 연결된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지를 나타낸 결합 단면도로서, 외부 음이 케이스가 아니라 사용자 보드측을 통해 유입되는 예를 도시한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 백챔버 확장 공간을 갖는 맴스 마이크로폰 패키지(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트가 없는 케이스(210)와, 사용자보드측 음향포트(320)를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 MEMS 트랜스듀서(220)와, MEMS 트랜스듀서(220)의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(ROIC;230)와, 상측면의 일측에는 ROIC 칩(230)이 마운트되고, 타측에는 맴스 트랜스듀서(220)가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공(241)이 형성되어 백챔버(243)를 확장하기 위한 챔버 케이스(240)와, 챔버 케이스(240)가 관통될 수 있는 개구홀(251)을 갖고 케이스(210)와 접합되는 기판(250)으로 구성된다. 이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 맴스 마이크로폰 패키지(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(250)의 접속단자(254)에 사용자보드측 접속단자(310)가 접촉되어 사용자 보드(300)에 실장도록 되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 외부로부터 유입되는 음향이 케이스(210)의 음향포트가 아닌 사용자보드측의 음향포트(320)를 통해 유입되는 구조이므로 케이스(210)에는 외부 음이 유입되는 음향포트가 형성되어 있지 않고, 사용자보드측에 음향포트(320)가 형성되어 있으며, 챔버 케이스(240)의 관통홀(241)에는 이물질의 유입을 방지하기 위한 실리콘 메쉬(280)가 부착되어 있다.
여기서, SI-Mesh(280)에는 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 미세한 홀이 구비되어 있고, 기판(250)의 상측면에 케이스(210)의 하단 테두리부가 마운트된 다음 점 용접(260)되고, 용접 부위를 감싸도록 케이스(210)의 하단 테두리부가 기판(250)의 상측면에 접착제(270)로 밀봉되어 있다.
본 발명의 다른 실시예는 외부음이 유입되는 음향포트(320)의 위치와 그에 따른 실리콘 메쉬(280)의 추가외에 나머지는 앞서 설명한 실시예와 동일하므로 더이상의 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예로 확장할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
100,200: 맴스 마이크로폰 패키지 110,210: 케이스
120,220: 맴스 트랜스듀서 130,230: 판독집적회로(ROIC)
140,240: 챔버 케이스 141,241: 관통공
142,242: 실링단자 143,243: 확장 백챔버
150,250: 기판 260: 용접점
270: 접착제 280: 메쉬
300: 사용자보드 310: 접속단자
110a, 320: 음향포트

Claims (5)

  1. 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트(110a)가 형성된 케이스(110);
    상기 음향포트를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 맴스 트랜스듀서(120);
    상기 맴스 트랜스듀서(120)의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(130);
    일면이 개구된 통형상으로 개구 면 단부에 실링단자(142)가 형성되어 있으며, 개구 반대 면의 일측에는 상기 판독집적회로(130)가 마운트되고, 개구 반대 면의 타측에는 상기 맴스 트랜스듀서(120)가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공이 형성되어 백챔버를 확장하기 위한 챔버 케이스(140); 및
    상기 챔버 케이스(140)가 관통될 수 있는 개구홀(151)을 갖고 케이스(110)와 접합되는 기판(150)을 포함하여
    맴스 마이크로폰 패키지가 사용자보드측에 실장될 때 상기 챔버 케이스와 사용자보드 사이의 공간에 의해 백챔버가 확장되는 맴스 마이크로폰 패키지.
  2. 일면이 개구된 통형상으로 외부에서 음이 유입되는 음향포트가 없는 케이스(210);
    사용자보드측의 음향포트를 통해 유입된 음향을 전기적인 신호로 변환하는 맴스 트랜스듀서(220);
    상기 맴스 트랜스듀서(220)의 전기적인 신호를 증폭하는 판독집적회로(230);
    일면이 개구된 통형상으로 개구 면 단부에 실링단자(242)가 형성되어 있으며, 개구 반대 면의 일측에는 상기 판독집적회로(230)가 마운트되고, 개구 반대 면의 타측에는 상기 맴스 트랜스듀서(220)가 마운트되며 백챔버와 연통을 위한 관통공이 형성되어 백챔버를 확장하기 위한 챔버 케이스(240);
    상기 챔버 케이스의 관통공에 부착되어 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 메쉬(280); 및
    상기 챔버 케이스(240)가 관통될 수 있는 개구홀을 갖고 케이스와 접합되는 기판(250)을 포함하여
    맴스 마이크로폰 패키지가 사용자보드측에 실장될 때 상기 챔버 케이스와 사용자보드 사이의 공간에 의해 백챔버가 확장되는 맴스 마이크로폰 패키지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 메쉬는 실리콘 메쉬인 것을 특징으로 하는 맴스 마이크로폰 패키지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판과 상기 케이스는 레이저 점용접 후 전도성 접착제로 접합된 것을 특징으로 하는 맴스 마이크로폰 패키지.
  5. 기판의 개구홀에 챔버 케이스를 끼우고, 기판과 챔버 케이스를 결합하는 단계;
    상기 챔버 케이스 위에 판독집적회로와 맴스 트랜스듀서를 실장하고 와이어링하는 단계; 및
    상기 기판에 케이스를 점용접 후, 기판과 케이스의 경계면을 접착제로 밀봉하는 단계를 포함하는 맴스 마이크로폰 패키징 방법.
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