KR102297885B1 - 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디바이스(1)의 음향유입구(2)로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰으로서, 내부에 음향유입구조체(101)가 구비된 기판(100); 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서(200); 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서(200)와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부(300); 및 상기 트랜스듀서(200) 및 상기 반도체부(300)를 덮는 케이스(400)를 포함하며, 상기 음향유입구조체(101)는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부(110)와 제1 음향유입부(110)의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부(120)로 구비되며, 상기 제1 음향유입부(110)는 상기 기판의 측면(100s)에 음향홀(111)을 가지며, 상기 제1 음향유입부(110)는 디바이스(1)의 음향유입구(2)에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰{MEMS microphone having sound inflow structure}

본 발명은 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰에 관한 것이다.

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.

도 1은 휴대폰과 같은 디바이스(1)의 음향유입구(2)를 통해 사용자의 음향이 디바이스 내부에 배치된 멤스 마이크로폰(10)으로 이동되는 것을 나타낸다. 도 2 및 도 3은 한국공개특허공보 제10-2020-0040958호와 같은 종래의 멤스 마이크로폰의 구조로서, 음향홀(20)이 기판(100)의 하면에 형성되는 것을 나타낸다.

기판의 하면에 음향홀이 형성되는 경우, 유입되는 음향이 멤스 다이(MEMS die)의 다이아프램(diaphragm)에 직접 전달되어 멤스 다이가 파손되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기판 내부의 음향홀을 절곡시키는 방안도 제시될 수 있다. 다만, 음향의 유입방향과 다르게 배치된 음향홀의 간접유입 구조 때문에, 음향홀의 절곡 형상과 음향홀의 최소 사이즈 등에 제한이 따르면 문제가 있었다.

한편, 외부에서 유입되는 음향이 멤스 마이크로폰의 음향홀(via hole)에 직접 유입되도록 멤스 마이크로폰을 회전시켜 배치할 수도 있을 것이다. 하지만, 최근 휴대폰 등의 디바이스의 두께를 최대한 얇게 하는 추세에 비추어 적절한 해결방안이 되지 못하였다.

(문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2020-0040958호(2020.04.21)

본 발명에 따른 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰은 다음과 같은 해결과제를 가진다.

첫째, 외부에서 유입되는 음향이 멤스 마이크로폰으로 직접 유입되도록 한다.

둘째, 멤스 마이크로폰의 양호한 음향 특성이 유지되도록 한다.

셋째, 음향과 함께 수분이 유입될 수 있으므로, 멤스 마이크로폰의 방수기능이 확보되도록 한다.

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

본 발명은 디바이스의 음향유입구로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰에 관한 것이다.

본 발명에 따른 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰은 내부에 음향유입구조체가 구비된 기판; 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서; 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부; 및 상기 트랜스듀서 및 상기 반도체부를 덮는 케이스를 포함하며, 상기 음향유입구조체는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부와 제1 음향유입부의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부로 구비되며, 상기 제1 음향유입부는 상기 기판의 측면에 음향홀을 가지며, 상기 제1 음향유입부는 디바이스의 음향유입구에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부와, 제1 음향유입부의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부로 구비된 각 음향유입구조체가 이격 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 음향유입부는 복수개가 횡방향으로 이격 배치되고, 제2 음향유입부는 1개로 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 작게 구비될 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 음향유입부는 복수개가 종방향으로 이격 배치되고, 제2 음향유입부는 1개로 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 작게 구비될 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 음향유입부는 1개로 구비되고, 제2 음향유입부는 복수개가 제1 음향유입부의 길이방향으로 이격 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 크게 구비될 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 음향유입부는 1개로 구비되고, 제2 음향유입부는 복수개가 제1 음향유입부의 직경방향으로 이격 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 크게 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 디바이스의 음향유입구에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되어, 음향특성이 향상되는 효과가 있다.

둘째, 음향유입구조체가 횡방향 및 종방향의 결합구조로 구비되어, 유입되는 음향이 멤스 마이크로폰을 파손시키는 것을 방지하는 효과가 있다.

셋째, 기판 하측에 다른 부품이 배치될 수 있어, 공간활용성이 향상되는 효과가 있다.

넷째, 음향과 함께 침, 물 등의 수분이 유입되어도, 다양한 음향유입구조체를 적용시켜, 멤스 마이크로폰을 방수시키는 효과가 있다.

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

도 1은 휴대폰과 같은 디바이스(1)의 음향유입구(2)를 통해 사용자의 음향이 디바이스 내부에 배치된 멤스 마이크로폰(10)으로 이동되는 것을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 종래의 멤스 마이크로폰의 구조로서, 음향홀(20)이 기판(100)의 하면에 형성되는 것을 나타낸다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰의 모식도로서, 음향홀(111)이 기판의 측면(100s)에 구비되는 것을 나타낸다.
도 7 내지 도 12은 본 발명에 따른 음향유입구조체의 다양한 실시예를 나타낸다.

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.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. 참고로, 도면은 본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 일부 과장되게 표현될 수도 있다. 이 경우, 본 명세서의 전 취지에 비추어 해석되는 것이 바람직하다.

본 발명은 디바이스(1)의 음향유입구(2)로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰에 관한 것이다.

본 발명에 따른 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰은 내부에 음향유입구조체(101)가 구비된 기판(100); 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서(200); 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서(200)와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부(300); 및 상기 트랜스듀서(200) 및 상기 반도체부(300)를 덮는 케이스(400)를 포함한다.

본 발명에 따른 디바이스(decice)는 휴대폰(cell phole), 녹음기(recorder) 등 음향 기능을 가진 디바이스를 의미한다.

본 발명에 따른 기판은 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)을 포함하며, 다양한 소재로 기판이 구현될 수 있다. 또한, 기판의 형상 및 크기 등은 제한되지 않는다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참고하여, 멤스 마이크로폰의 일반적인 구조를 설명한다.

본 발명에 따른 트랜스듀서(200)는 음향으로 인한 진동을 감지하여 전기 신호로 변환한다. 트랜스듀서(200)는 본드 등의 접착제를 이용하여 본딩 처리되어 기판(100)의 상면(100t)에 결합될 수 있다. 트랜스듀서(200)는 내부에 다이아프램(diaphragm)을 구비하고 있으며 외부의 음향에 의해 다이아프램(diaphragm)이 진동할 경우, 이 진동을 감지하게 된다. 트랜스듀서(200)는 멤스 마이크로폰에 구비되는 기본적인 구성이다. 트랜스듀서(200)는 전선 기능을 수행하는 본딩와이어(bonding wire)에 의해 반도체부(300)와 전기적으로 연결되어 진동에 따른 전기 신호를 반도체부(300)에 전달한다.

반도체부(300)는 트랜스듀서(200)에서 발생된 전기 신호를 전달받고, 이 전기 신호를 증폭하고 필터링하여 사용가능한 전기 신호로 바꿔주는 집적회로(Integrated Circuit: IC)이다. 반도체부(150)는, 예를 들어, 특정한 용도에 맞도록 주문에 따라 제작된 주문형 반도체(ASIC, application specific integrated circuit)일 수 있다.

트랜스듀서(200)와 반도체부(300)는 와이어(Wire)로 전기적으로 연결된다.

음향홀(111)을 포함하는 음향유입구조체(101)를 통해 외부의 음향이 유입되면 트랜스듀서(200)의 다이아프램(diaphragm)이 진동을 하게 되고, 진동에 따라 정전용량(Capacitance)가 변하게 된다. 이 정전용량의 작은 변화를 반도체부(300)에서 증폭하여 사용 가능한 전기 신호로 변환한다. 여기서, 다이아프램(diaphragm)은 전극을 포함하게 된다. 와이어는 진동에 의한 전기 신호를 반도체부(300)에 전달하기 위해 다이아프램(diaphragm)의 하부에 현성된 전극 및 상부에 형성된 전극과 연결된다. 트랜스듀서(200)와 반도체부(300)에 의한 전기신호의 생성 및 변환은 해당 기술분야에서 널리 사용되는 기술이므로, 생략 가능할 것이다.

본 발명에 따른 기판(100)은 내부에 음향유입구조체(101)가 구비된다.

본 명세서에서 '횡방향(lateral direction)'은 외부의 음향이 유입되는 방향이며, 또한, 제1 음향유입부(110)의 길이방향을 의미한다. '종방향(longitudinal direction)'은 제1 음향유입부의 직경방향을 의미한다(도 1 참조)

본 발명에 따른 음향유입구조체(101)는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부(110)와 제1 음향유입부(110)의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부(120)로 구비될 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 음향유입부(110)는 기판의 측면(100s)에 음향홀(111)을 가지며, 제1 음향유입부(110)는 디바이스(1)의 음향유입구(2)에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치될 수 있다(도 4 참조).

본 발명에 따른 음향유입구조체(101)는 여러 실시예로 구현될 수 있다.

도 7a에 도시된 실시예와 같이, 횡방향으로 형성된 1개의 제1 음향유입부(110)와, 종방향으로 형성된 1개의 제2 음향유입부(120)가 연통되는 형태로 구비될 수 있다.

도 7b에 도시된 실시예와 같이, 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부(110)와, 제1 음향유입부(110)의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부(120)로 구비된 각 음향유입구조체(101)가 이격 배치될 수 있다. 도 7b의 실시예는 도 7a의 실시예와 비교하여, 음향유입구조체의 직경이 작게 구비될 수수 있다.

도 8a 및 도 9, 도 10의 실시예와 같이, 제1 음향유입부(110)는 복수개가 횡방향으로 이격 배치되고, 제2 음향유입부(120)는 1개로 배치되며, 제1 음향유입부(110)의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 작게 구비될 수 있다.

도 8b에 도시된 실시예와 같이, 제1 음향유입부(110)는 복수개가 종방향으로 이격 배치되고, 제2 음향유입부(120)는 1개로 배치되며, 제1 음향유입부(110)의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 작게 구비될 수 있다.

도 8c 및 도 11, 도 12의 실시예와 같이, 제1 음향유입부(110)는 1개로 구비되고, 제2 음향유입부(120)는 복수개가 제1 음향유입부의 길이방향으로 이격 배치되며, 제1 음향유입부(110)의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 크게 구비될 수 있다.

도 8d에 도시된 실시예와 같이, 제1 음향유입부(110)는 1개로 구비되고, 제2 음향유입부(120)는 복수개가 제1 음향유입부의 직경방향으로 이격 배치되며, 제1 음향유입부(110)의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 크게 구비될 수 있다.

도 7b와 같이, 복수개의 각 음향유입구조체(101)가 작은 직경으로 구비되거나, 도 8a 내지 도 8d와 같이 제1 음향유입부(110) 또는 제2 음향유입부(120) 중 하나가 상대적으로 작은 직경으로 구비되면, 유입되는 음향의 양은 동일하여 음향특성은 유지되면서도, 비, 침 등의 외부 수분이 멤스 마이크로폰에 유입되는 것을 방지하는 방수기능이 구현될 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.

1 : 디바이스 2 : 음향유입구
10 : 멤스 마이크로폰 20 : 음향
100 : 기판 101 : 음향유입구조체
110 : 제1 음향유입부 111 : 음향홀
120 : 제2 음향유입부
200 : 트랜스듀서 300 : 반도체부
400 : 케이스

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 디바이스의 음향유입구로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰으로서,
   내부에 음향유입구조체가 구비된 기판; 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서; 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부; 및 상기 트랜스듀서 및 상기 반도체부를 덮는 케이스를 포함하며,
   상기 음향유입구조체는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부와 제1 음향유입부의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부로 구비되며, 상기 제1 음향유입부는 상기 기판의 측면에 음향홀을 가지며, 상기 제1 음향유입부는 디바이스의 음향유입구에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치되며,
   제1 음향유입부는 복수개가 횡방향으로 이격 배치되고, 제2 음향유입부는 1개로 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 작게 구비되는 것을 특징으로 하는 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰.
4. 디바이스의 음향유입구로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰으로서,
   내부에 음향유입구조체가 구비된 기판; 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서; 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부; 및 상기 트랜스듀서 및 상기 반도체부를 덮는 케이스를 포함하며,
   상기 음향유입구조체는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부와 제1 음향유입부의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부로 구비되며, 상기 제1 음향유입부는 상기 기판의 측면에 음향홀을 가지며, 상기 제1 음향유입부는 디바이스의 음향유입구에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치되며,
   제1 음향유입부는 복수개가 종방향으로 이격 배치되고, 제2 음향유입부는 1개로 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 작게 구비되는 것을 특징으로 하는 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰.
5. 디바이스의 음향유입구로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰으로서,
   내부에 음향유입구조체가 구비된 기판; 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서; 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부; 및 상기 트랜스듀서 및 상기 반도체부를 덮는 케이스를 포함하며,
   상기 음향유입구조체는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부와 제1 음향유입부의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부로 구비되며, 상기 제1 음향유입부는 상기 기판의 측면에 음향홀을 가지며, 상기 제1 음향유입부는 디바이스의 음향유입구에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치되며,
   제1 음향유입부는 1개로 구비되고, 제2 음향유입부는 복수개가 제1 음향유입부의 길이방향으로 이격 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰.
6. 디바이스의 음향유입구로부터 유입되는 음파를 전기신호로 변경시키는 마이크로폰으로서,
   내부에 음향유입구조체가 구비된 기판; 상기 기판의 상측에 구비되며, 유입된 음향을 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서; 상기 기판의 상측에 구비되며, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어, 상기 트랜스듀서에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 반도체부; 및 상기 트랜스듀서 및 상기 반도체부를 덮는 케이스를 포함하며,
   상기 음향유입구조체는 횡방향으로 형성된 제1 음향유입부와 제1 음향유입부의 일 측에서 종방향으로 연통형성된 제2 음향유입부로 구비되며, 상기 제1 음향유입부는 상기 기판의 측면에 음향홀을 가지며, 상기 제1 음향유입부는 디바이스의 음향유입구에서 유입되는 음향과 동일한 진행방향으로 직접 유입되도록 배치되며,
   제1 음향유입부는 1개로 구비되고, 제2 음향유입부는 복수개가 제1 음향유입부의 직경방향으로 이격 배치되며, 제1 음향유입부의 직경은 제2 음향 유입부의 직경보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 음향유입구조체가 구비된 멤스 마이크로폰.

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