KR20020081740A

KR20020081740A - 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰

Info

Publication number: KR20020081740A
Application number: KR1020010021075A
Authority: KR
Inventors: 박성호; 송청담; 김현호; 윤두영; 정익주
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2002-10-30

Abstract

본 발명은 케이스의 통공을 통해서 도입된 음향(음압)에 의해 일렉트렛 진동판이 진동되어 정전용량이 변화되고, 일렉트렛 진동판의 스페이서 상부와 케이스의 내주면에 절연부재가 설치되어 있고, 음향홀이 형성된 제2 반도체 웨이퍼가 절연부재의 내측면에 감입됨과 동시에, 일렉트렛 진동판의 스페이서 상부에 설치되어 에어댐핑을 방지하여 상기 일렉트렛 진동판의 진동막을 원할하게 진동시키고, 진동막을 용이하게 진동시키도록 일렉트렛 진동판의 진동막과 제2 반도체 웨이퍼의 바닥면과의 사이에 일정한 거리를 두고 에어갭이 형성되어 있고, 제2 반도체 웨이퍼에 설치된 반도체 칩에서 일렉트렛 진동판의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환해서 +단자와 -단자 사이에서 출력하고, 반도체 칩의 +단자와 -단자 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 한쌍의 캐패시터에 의해 필터링하고, 절연부재 및 제2 반도체 웨이퍼상에 설치되어 반도체 칩의 +단자와 -단자와 전기적으로 접속되어 반도체 칩에서 증폭된 신호를 인쇄회로기판을 통해서 외부로 출력하도록 구성되어 있다.

따라서, 본 발명은 실리콘 무기물 진동판에 전하를 주입하여 일렉트렛을 형성하고, 소형화가 가능하며, 조립공정을 단축해서 제조수율을 향상시킬 수 있다.

Description

일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰{A SILICON MICROPHONE WITH ELECTRET DIAPHRAGM }

본 발명은 실리콘 무기물 진동판에 전하를 주입하여 일렉트렛을 형성하여 제조수율을 향상시킬 수 있는 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 관한 것한 것이다.

보청기, 음성인식장치, 마이크, 전화기, 휴대 전화기, 비디오 테이프 레코오더, 장난감 등에 부착하여 음압을 전기적 신호로 변화시키는데 사용되는 콘덴서 마이크로폰으로는 본 출원인이 1990년 12월 22일 특허출원하여 1993년 4월 17일자로 등록받은 한국 특허공보 공고번호 특1993-3063호가 있다.

동 공보에 개시되어 있는 콘덴서 마이크로 폰은 도 1에 상세히 도시되어 있는 바와 같이 하측 중앙에 통공(1)이 형성되어 있고, 그 외부에 커버(2)가 부착된 케이스(3)의 내부에 극링(4)과 진동막(5)이 재치되어 있고, 증폭소자(9)가 회로기판(12)에 납땜(13)으로 고정되고, 상기 증폭소자(9)의 출력선(11)이 회로기판(12)에 납땜으로 접속된 콘덴서 마이크로폰 카트리지에 있어서, 상기 진동막(5)의 상부에 증폭소자(9)의 입력단자(10)와 접속되어 절연링(17)으로 절연된 고정전극(16)을배치하고, 상기 고정전극(16)의 안쪽에 정전기 물질이 도포된 유전체판(20)을 설치하며, 상기 고정전극(16)의 외주연에 다수개의 통공(21)을 형성되어 있다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 콘덴서 마이크로폰은 무지향성 콘덴서 마이크로폰이어서 여러 방향에서 들어오는 음향을 모두 재생하기 때문에 잡음이 재생되어 콘덴서 마이크로 폰의 특성을 열화시킨다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 유기물 진동판으로 구성되어 있어 딥핑에 의해 솔더링할 경우에는 솔더링시에 열에 의해 전하가 다량 방출되어 특성이 열화된다는 문제점이 있으며, 또한 고정전극(16)의 상부에 유전체판(20)이 별도로 접착되어 있어 소형화시킬 수 없고, 또 증폭소자(9)의 입력단자와 고정전극과의 접촉면적이 좁아서 전기적 접촉불량이 발생되어 생산수율을 향상시킬 수 없다는 등의 여러가지 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 여러가지 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘 무기물 진동판에 전하를 주입하여 일렉트렛을 형성한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소형화가 가능하며, 조립공정을 단축해서 제조수율을 향상시킬 수 있는 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 음향(음압)이 도입되는 다수개의 통공이 형성되어 있고, 상기 통공의 반대쪽이 개구되어 있으며, 접지로 작용하는케이스와, 상기 케이스에 형성된 통공의 내측에 설치되어 상기 통공을 통해 도입되는 음향(음압)에 의해 진동되어 정전용량이 변화되어서 일렉트렛이 형성되는 일렉트렛 진동판과, 상기 일렉트렛 진동판의 스페이서 상부에 설치됨과 동시에, 상기 케이스의 내주면에 설치되는 절연부재와, 상기 절연부재의 내측면에 감입됨과 동시에, 상기 일렉트렛 진동판의 스페이서 상부에 설치되어 에어댐핑을 방지하여 상기 일렉트렛 진동판의 진동막을 원할하게 진동시키도록 음향홀이 형성되어 있는 제2 반도체 웨이퍼와, 상기 일렉트렛 진동판의 진동막과 상기 제2 반도체 웨이퍼의 바닥면과의 사이에 일정한 거리를 두고 형성되어 상기 진동막을 진동시키는 에어갭과, 상기 제2 반도체 웨이퍼에 설치되어 상기 일렉트렛 진동판을 구성하는 진동막의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환해서 +단자(드레인단자)와 -단자(소오스단자) 사이에서 출력하는 반도체 칩과, 상기 반도체 칩의 +단자와 -단자 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하도록 +단자와 -단자 사이에 각각 접속되어 있는 한쌍의 캐패시터와, 상기 절연부재 및 제2 반도체 웨이퍼상에 설치되어 상기 반도체 칩의 +단자와 -단자와 전기적으로 접속되어 상기 반도체 칩에서 증폭된 신호를 외부로 출력하는 인쇄회로기판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 무지향성 콘덴서 마이크로폰을 개략적으로 도시한 종단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰의 개력적인 종단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 적용되는 IC회로가 칩화되어진 실리콘 고정판의 사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 적용되는 일렉트렛동판을 개략적으로 도시한 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:케이스 100a:통공

110:일렉트렛 진동판 112:진동막

113:제1 반도체 웨이퍼 114:스페이서

120:절연부재 130:제2 반도체 웨이퍼

130a:바닥면 131:함몰부

132:음향홀 140:에어갭

150:반도체 칩 151:+단자(드레인단자)

152:-단자(소오스단자) 160:인쇄회로기판

131:함몰부 132:음향홀

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 관하여 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰의 개략적인 종단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 적용되는 반도체칩이 칩화되어진 제2반도체 웨이퍼의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 적용되는 일렉트렛 진동판을 개략적으로 도시한 종단면도이다.

도 2 내지 도 4에 상세히 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰은 음향(음압)이 도입되는 다수개의 통공(100a)이 형성되어 있고, 상기 통공(100a)의 반대쪽이 개구되어 있으며, 접지로 작용하는 케이스(100)와, 상기 케이스(100)에 형성된 통공(100a)의 내측에 설치되어 상기 통공(100a)을 통해 도입되는 음향(음압)에 의해 진동되어 정전용량이 변화되어서 일렉트렛이 형성는 일렉트렛 진동판(110)과, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 스페이서(114) 상부에 설치됨과 동시에, 상기 케이스(100)의 내주면에 설치되는 절연부재(120)와, 상기 절연부재(120)의 내측면에 감입됨과 동시에, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 스페이서(114) 상부에 설치되어 에어댐핑을 방지하여 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)을 원할하게 진동시키도록 음향홀(132)이 형성되어 있는 제2 반도체 웨이퍼(130)와, 상기 진동막(112)을 용이하게 진동시키도록 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)과 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)의 바닥면(130a)과의 사이에 일정한 거리를 두고 형성된 에어갭(140)과, 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)에 설치되어 상기 일렉트렛 진동판(110)을 구성하는 진동막(112)의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환해서 +단자(151;드레인단자)와 -단자(152;소오스단자) 사이에서 출력하는 반도체 칩(150)과, 상기 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152) 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하도록 +단자(151)와 -단자(152) 사이에 각각 접속되어 있는 한쌍의 캐패시터(C1,C2)와, 상기 절연부재(120) 및 제2 반도체 웨이퍼(130)상에 설치되어 상기 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152)와 전기적으로 접속되어 상기 반도체 칩(150)에서 증폭된 신호를 외부로 출력하는 인쇄회로기판(160)으로 구성되어 있다.

상기 반도체 칩(150)은 전계효과 트랜지스터를 구성하고 있다.

상기 일렉트렛 진동판(110)은 도 4에 도시한 바와 같이 전하가 충전되며 음압에 의해 진동되어 음압을 전기적신호로 변환하는 진동막(112)과, 상기 진동막(112)의 한쪽면에 적층되며 내주면이 습식식각에 의해 이등방성으로 형성되는 제1 반도체 웨이퍼(113)와, 상기 진동막(112)의 다른쪽 면에 적층되어 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)의 바닥면과 일렉트렛 진동판(110)을 구성하는 진동막(112)의 바닥면 사이에 일정간격을 두고 에어갭(140)을 형성하는 스페이서(114)로 구성되어 있다.

상기 제1 및 제2 반도체 웨이퍼(113,130)는 실리콘 웨이퍼를 각각 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제2 반도체 웨이퍼(130)는 상부에서 습식식각에 의해서 이등방성으로 중앙부가 하부를 향해서 오목하게 함몰된 함몰부(131)와, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)을 원활하게 진동시키도록 상기 함몰부(131)의 바닥면에형성된 다수개의 음향홀(132)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)에는 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환하고 증폭해서 +단자(151)와 -단자(152) 사이에서 출력하는 반도체 칩(150)과, 상기 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152) 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하도록 +단자(151)와 -단자(152) 사이에 각각 접속되어 있는 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 설치되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰의 조립과정을 설명하면, 상기 케이스(100)의 개구부(100b)를 상부로 향하게 한 다음, 상기 케이스(100)의 내부, 구체적으로는 음공(100a)의 상부에, 일렉트렛 진동판(110)에 일체적으로 설치된 제1 반도체 웨이퍼(113)를 하부로 향하게 해서 일렉트렛 진동판(110)을 설치하면, 일렉트렛 진동판(110)에 일체적으로 설치된 스페이서(114)가 도 2에서 진동막(212)의 상부에 위치하게 된다.

다음에, 상기 스페이서(114) 상부와 케이스(100)의 내벽사이에 절연부재(120)를 재치시키고, 상기 스페이서(114) 상부와 상기 절연부재(120)내주면에 제2 반도체 웨이퍼(130)를 재치시키고, 상기 절연부재(120)와 제2 반도체 웨이퍼(130) 상부면에 인쇄회로기판(160)을 재치시킨 다음, 상기 케이스(100)의 개구부(100b) 가장자리를 안쪽으로 구루빙하여 상기 인쇄회로기판(160)을 고정하여 조립한다.

상기와 같이 조립된 본 발명의 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰은 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)와 진동막(112) 사이에 일렉트렛 진동판(110)의 스페이서(114)가 위치하고 있으므로, 제2 반도체 웨이퍼(130)의 바닥면(130a)와 진동막(112) 사이의 공간(△t)은 에어갭(140)을 형성한다.

이와 같은 상태에서 상기 케이스(100)에 형성된 음공(100a)내에 제1 반도체 웨이퍼(113)를 개재해서 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)에 전하가 충전되어 설치되어 있고, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)과 제2 반도체 웨이퍼(113)의 바닥면(130a) 사이에는 스페이서(114)에 의해 형성되는 간격이 △t인 에어갭(140)이 형성되어 있으므로, 상기 케이스(100)의 통공(100a)을 통해 들어 온 음압에 의해 진동막(112)이 용이하게 진동된다.

상기 진동막(112)이 음압에 의해 진동된 진동신호(기계적신호)는 반도체 칩(150)의 게이트단자에 입력되어 반도체 칩(150)에서 진동신호가 전기적 신호로 변환됨과 동시에, 증폭되며, 이와 같이 변환되고 증폭된 전기적 신호는 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152)사이에 출력되어 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)에 설치되어 있는 캐패시터(C1,C2)에서 노이즈가 필터링된 다음, 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152)를 통해서 인쇄회로기판(160)을 통해서 외부로 출력하여 도시하지 않은 스피커에서 음향을 출력한다.

상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러가지로 설계변경할 수 있음은 물론이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰에 의하면, 케이스의 통공을 통해서 도입된 음향(음압)에 의해 일렉트렛 진동판이 진동되어 정전용량이 변화되고, 일렉트렛 진동판의 스페이서 상부와 케이스의 내주면에 절연부재가 설치되어 있고, 음향홀이 형성된 제2 반도체 웨이퍼가 절연부재의 내측면에 감입됨과 동시에, 일렉트렛 진동판의 스페이서 상부에 설치되어 에어댐핑을 방지하여 상기 일렉트렛 진동판의 진동막을 원할하게 진동시키고, 진동막을 용이하게 진동시키도록 일렉트렛 진동판의 진동막과 제2 반도체 웨이퍼의 바닥면과의 사이에 일정한 거리를 두고 에어갭이 형성되어 있고, 제2 반도체 웨이퍼에 설치된 반도체 칩에서 일렉트렛 진동판의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환해서 +단자와 -단자 사이에서 출력하고, 반도체 칩의 +단자와 -단자 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 한쌍의 캐패시터에 의해 필터링하고, 절연부재 및 제2 반도체 웨이퍼상에 설치되어 반도체 칩의 +단자와 -단자와 전기적으로 접속되어 반도체 칩에서 증폭된 신호를 인쇄회로기판을 통해서 외부로 출력하도록 구성되어 있으므로, 실리콘 무기물 진동판에 전하를 주입하여 일렉트렛을 형성하고, 소형화가 가능하며, 조립공정을 단축해서 제조수율을 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims

음향(음압)이 도입되는 다수개의 통공(100a)이 형성되어 있고, 상기 통공(100a)의 반대쪽이 개구되어 있으며, 접지로 작용하는 케이스(100)와, 상기 케이스(100)에 형성된 통공(100a)의 내측에 설치되어 상기 통공(100a)을 통해 도입되는 음향(음압)에 의해 진동되어 정전용량이 변화되어서 일렉트렛이 형성는 일렉트렛 진동판(110)과, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 스페이서(114) 상부에 설치됨과 동시에, 상기 케이스(100)의 내주면에 설치되는 절연부재(120)와, 상기 절연부재(120)의 내측면에 감입됨과 동시에, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 스페이서(114) 상부에 설치되어 에어댐핑을 방지하여 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)을 원할하게 진동시키도록 음향홀(132)이 형성되어 있는 제2 반도체 웨이퍼(130)와, 상기 진동막(112)을 진동시키도록 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)과 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)의 바닥면(130a)과의 사이에 일정한 거리를 두고 형성된 에어갭(140)과, 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)에 설치되어 상기 일렉트렛 진동판(110)을 구성하는 진동막(112)의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환해서 +단자(151;드레인단자)와 -단자(152;소오스단자) 사이에서 출력하는 반도체 칩(150)과, 상기 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152) 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하도록 +단자(151)와 -단자(152) 사이에 각각 접속되어 있는 한쌍의 캐패시터(C1,C2)와, 상기 절연부재(120) 및 제2 반도체 웨이퍼(130)상에 설치되어 상기 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152)와 전기적으로 접속되어 상기 반도체 칩(150)에서 증폭된 신호를 외부로 출력하는 인쇄회로기판(160)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 일렉트렛 진동판(110)은 전하가 충전되며 음압에 의해 진동되어 음압을 전기적신호로 변환하는 진동막(112)과, 상기 진동막(112)의 한쪽면에 적층되며 내주면이 습식식각에 의해 이등방성으로 형성되는 제1 반도체 웨이퍼(113)와, 상기 진동막(112)의 다른쪽 면에 적층되어 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)의 바닥면과 일렉트렛 진동판(110)을 구성하는 진동막(112)의 바닥면 사이에 일정간격을 두고 에어갭(140)을 형성하는 스페이서(114)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)는 상부에서 습식식각에 의해서 이등방성으로 중앙부가 하부를 향해서 오목하게 함몰된 함몰부(131)와, 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)을 원활하게 진동시키도록 상기 함몰부(131)의 바닥면에 형성된 다수개의 음향홀(132)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 제2 반도체 웨이퍼(130)에는 상기 일렉트렛 진동판(110)의 진동막(112)의 진동신호를 게이트단자에서 받아 전기적신호로 변환하고 증폭해서 +단자(151)와 -단자(152) 사이에서 출력하는 반도체 칩(150)과, 상기 반도체 칩(150)의 +단자(151)와 -단자(152) 사이에서 출력되는 출력신호에 포함되어 있는 노이즈를 필터링하도록 +단자(151)와 -단자(152) 사이에 각각 접속되어 있는 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트렛 진동판을 구비한 실리콘 마이크로폰.