KR20040067028A - 커넥션 링과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이스와 전기적으로 연결되도록 장착되고 중앙에 음파의 유입을 위한 음파 유입구가 형성되며 케이스와 접속되지 않은 다른 면에는 전하가 충전되어 있는 FEP 필름이 부착되어 있는 배극판과, 배극판의 밑면과 진동판 사이의 외곽에 배치되어 배극판과 진동판을 일정간격 이격시키고 이들의 사이를 전기적으로 절연시켜 주는 스페이서와, 스페이서의 밑면에 배극판과 중앙부분이 일정거리 이격되게 부착되고 두 개의 음파 유입구를 통한 음파에 의한 진동으로 인한 배극판과의 거리 변화에 따른 정전용량을 형성하기 위한 전하가 충전되어 있는 FEP 필름으로 이루어진 진동판과, 진동판의 밑면에 부착되고 진동판을 인쇄회로기판에 부착된 반도체 칩의 FET의 게이트에 전기적으로 연결시켜 주는 원통 형상의 커넥션 링과, 커넥션 링과 케이스 사이에 배치되어 커넥션 링과 케이스 사이를 절연시켜 주는 절연링 및 윗면에 형성된 패턴이 커넥션 링과 전기적으로 접속되게 케이스 내에 내설된 후 케이스 단부의 절곡으로 케이스 내에 고정되며 커넥션 링과 케이스를 각각 FET를 포함하는 반도체 칩과 외부에 전기적으로 연결하기 위한 패턴이 양면에 형성되어 있는 인쇄회로기판으로 구성되어 있다.

Description

커넥션 링과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰{condenser microphone}

본 발명은 마이크(mic)나 오디오 기기 등에 장착되어 음을 수집하는 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커넥션 링과 진동판 링의 구조를 일체형으로 개선하여 조립이 용이하고 조립하는 중에 발생되는 부품의 손상을 줄일 수 있도록한 커넥션 링(connection ring)과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 콘덴서 마이크로폰(Condenser Microphone)은 평행판 콘덴서의 정전 용량 변화를 이용한 마이크로폰으로서, 한 쪽을 고정전극, 다른 쪽을 도전성의 진동판 전극으로 하고, 이 양 전극간에 수 10 KΩ의 저항을 통해서 높은 직류전압을 가하게 되는데, 음압에 의해서 전극 간격이 달라지는 동시에 정전용량이 변화할 때 생기는 전압이 음성신호로서 꺼내어진다.

주파수의 특성은 30,000 Hz부근까지 거의 평탄하며, 고충실도의 마이크로폰이지만 출력은 작고, 측정용 및 방송용을 포함하여 최근에는 휴대전화 등의 이동통신 단말기 등에 광범위하게 적용되고 있다.

이와 같은 콘덴서 마이크로폰의 동작이론 및 원리를 살펴보면, 이른바 콘덴서 마이크로폰의 내부 구성부품은 매우 정밀하고 또 외부의 전기잡음(Electric Noise)에 민감하므로 먼지 및 이물질의 침투와 전기잡음으로부터 충분하게 보호되기 위해 음파 유입구가 형성된 금속의 케이스 속에 적층 밀봉되어 있다.

음파 유입구를 통해 금속 진동판(Diaphragm)에 음파가 가해졌을 때 진동판이 진동하면 배극판(Polar Plate or Back Plate)과의 거리변화, 즉 음파에 따른 거리변화가 일어나는데, 이러한 물리적 변화현상을 전기적으로 해석하여 정전용량의 변화를 이해할 수 있다.

통상, 콘덴서 마이크로폰은 정전용량이 작고 전기적 임피던스가 높아 일반 증폭기(Amplifier)와 직결하여 사용할 수 없으므로 상기 증폭기가 요구하는 입력임피던스와 정합시키기 위하여 임피던스 변환소자인 FET와 결합하여 사용된다.

여기서, FET는 전계효과 트랜지스터로서 소스, 게이트, 드레인 등의 3단자를 구비한 능동소자인데, 게이트의 전위가 변화함에 따라 드레인과 소스 간에 흐르는 전류 값이 변화함으로 ECMs(Electrostatic Condenser Microphone system)의 기본 작동회로를 구성하여 음파에 따른 전기적 신호를 얻을 수 있게 된다.

콘덴서 마이크로폰은 성극전압으로 수백 V의 직류 외부공급 전원이 요구되지만 ECMs는 무극성 콘덴서 마이크로폰의 일종으로 전하축적 특성이 우수한 고분자필름에 금속을 증착하여 진동판으로 사용하거나 고분자 필름을 배극판에 접착하여 전하를 축적시킴으로써 외부 공급전원을 생략시킨 것이다.

이와 같은 콘덴서 마이크로폰은 마이크나 전화기, 테이프 레코드 등에 장착하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

도1은 상기한 콘덴서 마이크로폰의 일 예를 나타낸 것으로서, 음파 유입구(109)가 천공된 케이스(108)와, 케이스(108) 상부에 위치하여 음파 유입구(109)를 통해 먼저, 습기 및 이물질 등이 케이스(108) 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터(111)와, 케이스(108) 내부에 위치하며 음파 유입구(109)를 통해 유입된 음에 의한 진동을 유도하기 위해 케이스(108) 내부에 공간을 제공하기 위한 진동판 링(107)과, 진동판 링(107)의 하단에 위치하여 음파 유입구(109)를 통해 유입된 음에 의해 진동하는 진동판(106)과, 진동판(106)의 하단에 위치하여 음의 진동을 전달하도록 진공상태를 유지시키는 스페이서(105)와, 스페이서(105) 하단에 위치하며 각 부의 유동을 방지함과 동시에 스페이스(105)를 지지하고, 전체 형상의 변형을 방지하는 베이스(103)와, 베이스(103) 내부에 위치하고 스페이서(105)에 의해 진동판(106)과 일정간격을 유지하며 진동판(106)의 진동에 따라 변하는 정전용량을 검출하는 배극판(104)과, 베이스(103) 내부 및 배극판(104) 하단에 위치하며 반도체 칩(102)의 주요구성요소라 할 수 있는 정합용 FET의 게이트와 배극판(104)을 전기적으로 접속시키는 커넥션 링(110)과, 도전성 물질로 회로가 배선되어 있는 인쇄회로기판(101)과, 인쇄회로기판(101) 위에 접합되어 정전용량의 변화에 따른 전위변화를 전기신호로 증폭 변환하는 FET를 포함하는 반도체 칩(102)으로 구성된다.

그러나 상기한 구조의 콘덴서 마이크로폰에서는 진동판 링에 이어 진동판과 스페이서를 케이스 내에 순차적으로 장착하고 나서, 베이스와 배극판 그리고 커넥션 링을 추가로 장착함으로써 조립과정에서 얇은 두께의 스페이서나 진동판을 정확하게 조립하기 어려울 뿐더러 조립하는 과정에서 구겨지는 경우가 발생되어 콘덴서 마이크로폰의 특성에 악영향을 끼치는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 콘덴서 마이크로폰의 조립이 용이하고 스페이서나 진동판의 손상으로 인한 콘덴서 마이크로폰의 특성 변화를 줄일 수 있도록 하는 커넥션 링과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 단면도이다.

도2는 본 발명에 의한 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 분해 사시도이다.

도3은 도2의 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 케이스 2,2a : 음파 유입구

3 : 필터 4 : 스페이서

5 : 진동판 6 : 배극판

7 : 커넥션 링 8 : 절연링

9 : 반도체 칩 10 : 인쇄회로기판

11 : 단부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 커넥션 링(connectionring)과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰은, 전도성 재질의 케이스에 형성된 음파 유입구를 통해 유입되는 음파에 의한 진동판의 진동으로 인한 상기 진동판과 배극판 사이의 정전용량 변화를 전기신호로 변환하도록 된 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 케이스와 전기적으로 연결되도록 장착되고 중앙에 음파의 유입을 위한 음파 유입구가 형성되며 상기 케이스와 접속되지 않은 다른 면에는 전하가 충전되어 있는 FEP 필름이 부착되어 있는 배극판과, 상기 배극판의 밑면과 진동판 사이의 외곽에 배치되어 상기 배극판과 진동판을 일정간격 이격시키고 이들의 사이를 전기적으로 절연시켜 주는 스페이서와, 상기 스페이서의 밑면에 상기 배극판과 중앙부분이 일정거리 이격되게 부착되고 상기 케이스와 배극판의 음파 유입구를 통한 음파에 의한 진동으로 인한 상기 배극판과의 거리 변화에 따른 정전용량을 형성하기 위한 전하가 충전되어 있는 FEP 필름으로 이루어진 진동판과, 상기 진동판의 밑면에 부착되고 상기 진동판을 인쇄회로기판에 부착된 반도체 칩의 FET의 게이트에 전기적으로 연결시켜 주는 원통 형상의 커넥션 링과, 상기 커넥션 링과 케이스 사이에 배치되어 상기 커넥션 링과 케이스 사이를 절연시켜 주는 절연링 및 윗면에 형성된 패턴이 상기 커넥션 링과 전기적으로 접속되게 상기 케이스 내에 내설된 후 상기 케이스 단부의 절곡으로 케이스 내에 고정되며, 상기 커넥션 링과 케이스를 각각 FET를 포함하는 반도체 칩과 외부에 전기적으로 연결하기 위한 패턴이 양면에 형성되어 있는 인쇄회로기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 커넥션 링과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 절연링의 높이는 상기 커넥션 링의 높이보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

도2 및 도3을 참조하면, 본 발명에 의한 콘덴서 마이크로폰은 중앙에 음파 유입구(2)가 천공된 용기 형상을 가지며 금(Au)으로 도금된 동(銅) 재질의 케이스(1) 내에 전하가 충전되어 있는 FEP 필름이 한쪽 면(진동판(5)과 마주보는 면을 말한다)에 부착된 원판형상의 배극판(6)과 절연재질로 이루어지고 도넛 형상의 스페이서(4), 전하가 충전되어 있는 FEP 필름으로 이루어진 원판형상의 진동판(5), 전도성 재질로 이루어진 원통형상의 커넥션 링(7), 절연재질로 이루어진 원통형상의 절연링(8) 그리고 FET를 포함하는 반도체 칩(9)과 커패시터 등이 접합되고 양면에 소정의 패턴이 형성되어 있는 인쇄회로기판(10) 등이 순차적으로 내입된 후 케이스(1) 단부(11)가 안쪽으로 절곡되어 이들을 고정하도록 되어 있다.

여기서, 절연링(8)의 높이를 커넥션 링(7)의 높이보다 작게 형성함으로써 절연기능을 수행하면서도 커넥션 링(7)의 상하가 단선되는 것을 방지할 수 있다.

상기 케이스(1)의 가장 안쪽, 즉 음파 유입구(2)에 가장 근접된 부분에는 중앙에 음파 유입구(2a)가 천공되어 있는 SUS 재질의 배극판(6)이 내입되는데, 이때 배극판(6)은 케이스(1) 내면에 전기적으로 접속되어 있어, 케이스(1)가 인쇄회로기판(10)에 형성된 반도체 칩(9) 내의 FET 등에 배극판(6)을 전기적으로 연결해 주는 역할을 한다. 이때 배극판(6)의 양면 중 케이스(1)와 접속되지 않은 다른 면에는 전하가 충전되어 있는 FEP 필름이 부착되어 있다.

이와 같이 배극판(6)의 일면과 진동판(5)에 서로 대향되게 전하를 충전하는 것은별도의 외부전원 없이 진동판(5)의 진동을 전기신호로 변환하기 위한 것이다.

상기 배극판(6)의 한쪽, 즉 FEP 필름이 부착되어 있는 면에는 절연재질인 폴리에스테르(polyester)로 이루어진 스페이서(4)가 부착되는데, 이는 배극판(6)과 진동판(5)을 전기적으로 절연시켜 줌과 동시에 외부로부터 유입되는 음파에 의해 진동판(5)이 진동 가능토록 소정의 공간을 제공하기 위함이다.

상기 배극판(6)과 일정거리 이격되게 스페이서(4)의 한쪽 면에 배치되는 진동판(5)은 전하가 충전되어 있는 FEP 필름으로 이루어지고 음파 유입구(2)(2a)를 통해 유입되는 음파에 의한 진동으로 배극판(6)과의 거리 변화에 대응하는 정전용량을 형성하는 것으로서, 이는 얇은 원판 형상을 갖는다. 이때 진동판(5)의 외경이 스페이서(4)의 외경보다 작은 것이 바람직하다.

상기 진동판(5)과 스페이서(4)의 아래(도면에서)에는 커넥션 링(7)과 이를 감싸는 절연링(8)이 이중으로 안착되는데, 위에서 말한 원통 형상의 커넥션 링(7)은 인청동재질로 이루어진 것으로서, 이는 진동판(5)을 인쇄회로기판(10)에 부착된 반도체 칩(9)을 이루는 FET를 포함하는 여러 소자에 전기적으로 연결시켜 주는 역할을 한다. 또한 절연링(8)은 커넥션 링(7)과 케이스(1) 사이를 절연시켜 주는 것으로서, 이는 아세탈(acetal) 수지 등과 같은 절연재질로 이루어지며 커넥션 링(7)보다 얇은 두께를 갖는다.

마지막으로, 케이스(1) 내에는 커넥션 링(7)과 밀착되게 인쇄회로기판(10)이 내설되어 케이스(1) 단부(11)의 절곡으로 케이스(1) 내에 고정되어 있는데, 이 인쇄회로기판(10)에는 임피이던스 정합 및 잡음 제거를 위한 FET를 포함하는 반도체칩(9)과 커패시터 등이 구비되어 있으며, 이 반도체 칩(9)을 이루는 FET 등에는 커넥션 링(7)과 케이스(1) 등이 전기적으로 접속되어 있어, 커넥션 링(7)과 케이스(1)에 전기적으로 연결된 진동판(5)과 배극판(6) 사이에 형성되는 정전용량을 전기신호로 변환할 수 있는 것이다.

도면에서 설명되지 않은 '3'은 필터(filter)로서 방수 부직포를 예로 들 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 콘덴서 마이크로폰에서 커넥션 링과 진동판 링을 하나로 성형하고, 이에 맞게 각 구성요소의 결합(조립)관계를 재조정함으로써 조립이 용이할뿐더러 조립과정에서 스페이서나 진동판이 손상되어 콘덴서 마이크로폰의 특성이 변하는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 전도성 재질의 케이스에 형성된 음파 유입구를 통해 유입되는 음파에 의한 진동판의 진동으로 인한 상기 진동판과 배극판 사이의 정전용량 변화를 전기신호로 변환하도록 된 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

   상기 케이스와 전기적으로 연결되도록 장착되고 중앙에 음파의 유입을 위한 음파 유입구가 형성되며 상기 케이스와 접속되지 않은 다른 면에는 전하가 충전되어 있는 FEP 필름이 부착되어 있는 배극판;

   상기 배극판의 밑면과 진동판 사이의 외곽에 배치되어 상기 배극판과 진동판을 일정간격 이격시키고 이들의 사이를 전기적으로 절연시켜 주는 스페이서;

   상기 스페이서의 밑면에 상기 배극판과 중앙부분이 일정거리 이격되게 부착되고 상기 케이스와 배극판의 음파 유입구를 통한 음파에 의한 진동으로 인한 상기 배극판과의 거리 변화에 따른 정전용량을 형성하기 위한 전하가 충전되어 있는 FEP 필름으로 이루어진 진동판;

   상기 진동판의 밑면에 부착되고 상기 진동판을 인쇄회로기판에 부착된 반도체 칩의 FET의 게이트에 전기적으로 연결시켜 주는 원통 형상의 커넥션 링;

   상기 커넥션 링과 케이스 사이에 배치되어 상기 커넥션 링과 케이스 사이를 절연시켜 주는 절연링; 및

   윗면에 형성된 패턴이 상기 커넥션 링과 전기적으로 접속되게 상기 케이스 내에 내설된 후 상기 케이스 단부의 절곡으로 케이스 내에 고정되며, 상기 커넥션 링과 케이스를 각각 FET를 포함하는 반도체 칩과 외부에 전기적으로 연결하기 위한 패턴이 양면에 형성되어 있는 인쇄회로기판;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥션 링과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절연링의 높이는, 상기 커넥션 링의 높이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 커넥션 링과 진동판 링이 하나로 성형된 콘덴서 마이크로폰.