KR101947094B1 - 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰으로서, 중앙에 백 챔버가 형성된 기판(100), 상기 기판 상부에 형성된 하부 지지부(200a), 하부 지지부(200a)상에 안착되는 진동판(300), 진동판(300) 상에 배치되는 상부 지지부(200b) 및 상부 지지부(200b)상에 배치되는 백 플레이트(400)를 포함하며, 상기 진동판(300)은 가장자리에 요철구조체로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰{MEMS MICROPHONE HAVING CONVEX0CONCAVE SHAPED DIAPHRAGM}

본 발명은 마이크로폰에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동판의 구조개선을 통해 음향 특성을 향상시키는 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.

멤스(MEMS: Micro Electro Machining Systems) 공정은 반도체 공정기술을 바탕으로 안정적이며 조절 가능한 물성을 갖는 박막을 제조할 수 있고 일괄공정이 가능하여 소형이면서도 저렴한 고성능 마이크로폰 칩을 구현할 수 있다. 또한 기존의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰에 비하여 높은 온도에서 조립 및 동작이 가능하므로 기존에 사용하고 있는 표면실장(SMD)장비 및 기술을 이용하여 MEMS 마이크로폰 패키지를 조립할 수 있는 장점이 있다.

마이크로폰의 경우, 진동판(diaphragm)에 다수의 배기홀(vent hole)이 형성되어, 백 챔버(Back Chamber) 내부와 외부의 공기를 왕래시켜 공기압 평형을 이루게 한다.

그런데, 진동판에 형성된 다수의 배기홀은 진동판의 진동을 방해하여, 노이즈 발생 등으로 신호대잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio)가 악화되는 문제점이 있었다.

(문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제20-2009-0000180호 (2009.01.08) (문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제10-0901777호 (2009.06.02)

본 발명에 따른 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰은 다음과 같은 해결과제를 가진다.

첫째, 진동판의 진동이 원활하게 수행되도록 하여 노이즈를 최소화하고자 한다.

둘째, 진동판의 가장자리 구조개선 및/또는 배기홀의 형성위치를 변경시키고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

본 발명은 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰으로서, 중앙에 백 챔버가 형성된 기판, 기판 상부에 형성된 하부 지지부, 하부 지지부상에 안착되는 진동판, 진동판 상에 배치되는 상부 지지부 및 상부 지지부 상에 배치되는 백 플레이트를 포함하며, 진동판은 가장자리에 요철구조체로 형성된 것이 특징이다.

본 발명에 있어서, 진동판의 요철구조체는 기판의 내면(A)보다 더 외측에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 진동판의 요철구조체는 상부가 요부이고, 하부가 철부로 형성된 구조체, 상부가 철부이고, 하부가 요부로 형성된 구조체 및 상부와 하부가 모두 요부로 형성된 구조체 중 어느 하나의 구조체인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 요부는 지지부 쪽으로 요부가 연장형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 진동판의 배기홀은 요철구조체에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 진동판의 배기홀은 요철구조체보다 더 외측에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 요부 또는 철부의 높이는 진동판의 두께의 1/4를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 진동판의 가장자리 형성된 요철구조체를 경계로 삼아, 진동판의 진동이 원활히 수행되도록 한다.

둘째, 다양한 요철구조체를 구현하여, SNR 특성이 향상되도록 한다.

셋째, 요철구조체에 배기홀을 형성시켜, SNR 특성이 향상되도록 한다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 종래 진동판 및 배기홀이 구비된 멤스 마이크로폰의 구조를 나타내는 정단면도이다.
도 2는 본 발명에 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰의 구조를 나타내는 정단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 진동판의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 3의 요철구조체를 설명하기 위한 부분확대도이다.
도 10은 본 발명의 요철구조체의 두께 상관관계를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 종래의 진동판에 구비되지 않은 '요철구조체'의 형상과 배치위치 등을 기술적 특징으로 하므로 이를 중심으로 설명하고자 한다. 따라서 그 외의 종래 마이크로폰의 기본 구조와 형상 등은 차용하며, 종래 기술에 대한 설명은 생략하고자 한다.

본 명세서에서 '내측(inside)'과 '외측(outside)'의 용어가 사용되는데, 백챔버(Back Chamber)가 위치한 방향을 '내측'이라고 지칭하며, 그로부터 바깥 외부로 가는 방향을 '외측'이라고 지칭한다(도 2 참조).

이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다.

도 1은 종래 진동판 및 배기홀이 구비된 멤스 마이크로폰의 구조를 나타내는 정단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 백챔버 상측에 놓인 진동판의 대응 부분에 배기홀(vent hole)이 형성되어 있다. 이러한 구조는 진동판의 진동시 배기홀도 함께 진동하게 되면서, 음향의 노이즈를 발생시키는 등 신호대잡음비(이하 'SNR'이라 함)가 악화되는 문제점이 있다.

본 발명은 멤스 마이크로폰에 관한 것으로서, 중앙에 백 챔버가 형성된 기판(100), 상기 기판 상부에 형성된 하부 지지부(200a), 하부 지지부(200a)상에 안착되는 진동판(300), 진동판(300) 상에 배치되는 상부 지지부(200b) 및 상부 지지부(200b)상에 배치되는 백 플레이트(400)를 포함하는 것이 바람직하다. 즉 본 발명의 기본 배치구조는 종래기술과 유사하다.

다만, 본 발명에 따른 진동판(300)은 가장자리에 요철구조체로 형성된 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 진동판이 구비된 멤스 마이크로폰의 구조를 나타내는 정단면도이다. 도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 진동판의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 A선은 백챔버(Back Chamber)의 외면이자, 기판(100)의 내면에 해당되는 경계 위치를 나타낸다.

본 발명에 따른 진동판의 요철구조체의 형성위치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 내면(A선)보다 더 외측에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 진동판의 요철구조체의 형성위치가 백챔버(Back Chamber)의 바로 상측에 배치되지 않는 것을 의미한다.

진동판(300)의 가장자리에 요철구조체가 형성되면, 요철구조체는 진동의 양 경계점으로 작동하게 된다. 이는 요철구조체의 내측은 진동이 원활하게 수행되고, 요철구조체의 외측은 진동으로부터 상대적으로 자유롭다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 진동판의 요철구조체는 다음과 같은 실시예들이 적용가능하다.

제1 실시예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부가 요부(320)이고, 하부가 철부(330)로 형성된 구조체이다. 한편 제1 실시예는 도 8에 도시된 바와 같이, 상부에 형성된 요부(320)가 지지부(200a,200b)쪽으로 연장형성되는 실시예로 응용되는 것도 가능하다.

제2 실시예는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부가 철부(330)이고, 하부가 요부(320)로 형성된 구조체이다.

제3 실시예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부와 하부가 모두 요부(320)로 형성된 구조체이다.

제4 실시예는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 또는 하부 어느 한 곳이 요부(320)로 형성된 구조체이다.

한편, 본 발명에 따른 요부(320)는 지지부(200a,200b)쪽으로 요부가 연장형성되는 것이 가능하다. 도 8은 상부에 형성된 요부(320)가 지지부(200a,200b)쪽으로 연장형성되는 일 실시예를 제시한 것이다.

본 발명에 있어서, 진동판(300)의 배기홀(310)은 기판(100)의 내면(A선)보다 더 외측에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 백챔버의 상측에 위치한 진동판(300)에는 어떠한 배기홀(310)도 형성되지 않는다는 것을 의미한다. 배기홀(310)이 백챔버의 바로 위에 형성되지 않으므로, 배기홀(310)의 존재로 인한 진동판(300)의 진동방해로 발생되는 노이즈가 해소되는 효과가 있다. 이는 음향의 SNR 향상에 크게 기여될 수 있다.

도 9는 도 3의 요철구조체를 설명하기 위한 부분확대도로서, 본 발명에 따른 요철구조체의 명확한 설명을 위해 일부 과도한 도시를 하였음을 밝힌다. 도 9에 도시된 바와 같이, 요철구조체의 요부(320)의 하면에 배기홀(310)이 관통형성되어 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 진동판(300)의 배기홀(310)은 요철구조체보다 더 외측에 형성되는 실시예도 가능하다. 도 7에는 배기홀(310)은 요철구조체가 아니라, 그 보다 더 외측에 형성되는 것이 예시되어 있다.

도 10은 본 발명의 요철구조체의 두께 상관관계를 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 요부(320) 또는 철부(330)의 높이는 진동판(300)의 두께의 1/4를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 만약 상기 1/4을 초과하면, 진동되는 경계에 가해지는 하중으로 내구성이 문제되기 때문이다.

정리하면, 본 발명에 따른 요철구조체는 기판의 내면(A선)보다 더 외측에 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 배기홀(310)은 요철구조체에 형성되거나, 요철구조체보다 더 외측에 형성되는 것이 바람직하다.

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 : 기판 200a,200b : 지지부
300 : 진동판 310 : 배기홀
320 : 요부 330 : 철부
400 : 백플레이트

Claims (7)

1. 중앙에 백 챔버가 형성된 기판(100), 상기 기판 상부에 형성된 하부 지지부(200a), 하부 지지부(200a)상에 안착되는 진동판(300), 진동판(300) 상에 배치되는 상부 지지부(200b) 및 상부 지지부(200b)상에 배치되는 백 플레이트(400)를 포함하며,
   상기 진동판(300)은 가장자리에 요철구조체로 구비되어, 상기 진동판의 요철구조체는 기판의 내면(A)보다 더 외측에 형성되며,
   상기 진동판의 배기홀(310)은 요철구조체 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰.
2. 중앙에 백 챔버가 형성된 기판(100), 상기 기판 상부에 형성된 하부 지지부(200a), 하부 지지부(200a)상에 안착되는 진동판(300), 진동판(300) 상에 배치되는 상부 지지부(200b) 및 상부 지지부(200b)상에 배치되는 백 플레이트(400)를 포함하며,
   상기 진동판(300)은 가장자리에 요철구조체로 구비되어, 상기 진동판의 요철구조체는 기판의 내면(A)보다 더 외측에 형성되며,
   상기 진동판의 요철구조체는 상부와 하부가 모두 요부(320)로 형성된 구조체인 것을 특징으로 하는 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 진동판의 요철구조체는
   상부가 요부(320)이고, 하부가 철부(330)로 형성된 구조체, 상부가 철부(330)이고, 하부가 요부(320)로 형성된 구조체 및 상부와 하부가 모두 요부(320)로 형성된 구조체 중 어느 하나의 구조체인 것을 특징으로 하는 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 요부(320)는 지지부(200a,200b)쪽으로 요부가 연장형성되는 것을 특징으로 하는 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰.
5. 삭제
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 진동판의 배기홀(310)은 요철구조체보다 더 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰.
7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   요부 또는 철부의 높이는 진동판의 두께의 1/4를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 요철구조체 진동판을 갖는 멤스 마이크로폰.

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