KR20050025840A - 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타원 형상의 케이스 내에 진동판이 부착된 진동판 플레이트와 스페이서, 고정전극, 지지물, 연결링 및 인쇄회로기판을 내입해서 진동판과 고정전극 사이에 수십 마이크로 미터의 공극이 형성되도록 함으로써 음압에 의한 공극, 즉 고정전극과 진동판(필름 금속전극) 사이의 정전용량 변화를 전기신호로 변환할 수 있고, 콘덴서 마이크로폰의 수평단면이 증대되고 휴대전화나 PDA 등과 같은 전자제품의 내부공간에 대응되게 콘덴서 마이크로폰의 수평단면을 타원형으로 변형함으로써 각종 전자제품의 내부공간을 최소한으로 차지하면서도 음파, 즉 음압에 반응하는 감도가 저하되지 않는다.

Description

공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰{Condenser microphone}

본 발명은 음압으로 인한 정전용량의 변화를 전기신호로 변환하도록 된 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone, electret type)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘덴서 마이크로폰의 수평단면을 타원형으로 변형시켜 각종 전자제품의 내부공간을 최소한으로 차지하면서도 음파, 즉 음압에 반응하는 감도가 저하되지 않도록 하는 공간 활용이 용이한 타원형 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 전극 간에 수 10 KΩ의 저항을 통해서 높은 직류전압을 가하게 되는데, 음압에 의해서 전극 간격이 달라지는 동시에 정전 용량이 변화할 때 생기는 전압이 음성신호로서 꺼내어진다.

주파수의 특성은 30,000 Hz부근까지 거의 평탄하며, 고충실도의 마이크로폰이지만 출력은 작고, 측정용 및 방송용을 포함하여 최근에는 휴대폰 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 필름 금속 진동판(Diaphragm)에 음파가 가해졌을 때 진동판이 진동하면 고정전극(Polar Plate or Back Plate)과의 거리변화, 즉 음파에 의한 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 입력 임피던스와 정합시키기 위하여 임피던스 변환소자인 FET와 결합하여 사용된다.

여기서, FET는 전계효과 트랜지스터로서 소스, 게이트, 드레인의 3단자로 구성된 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 고정전극에 접착하여 전하를 축적시킴으로써 외부 공급전원을 생략시킨 것이다.

마이크나 전화기, 테이프 레코드 등에 장착하여 사용할 수 있도록 된 콘덴서 마이크로폰은 음파 유입구가 천공된 케이스와, 케이스 상부에 위치하여 음파 유입구를 통해 먼저나 습기 및 이물질 등이 케이스 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터와, 케이스 내부에 위치하며 음파 유입구를 통해 유입된 음의 진동을 유도하도록 케이스 내부에 공간을 유지시키는 진동판 플레이트와, 진동판 플레이트의 하단에 위치하여 음파 유입구를 통해 유입된 음에 의해 진동하는 진동판과, 진동판의 하단에 위치하여 음의 진동을 전달하도록 진공상태를 유지시키는 스페이서와, 스페이서 하단에 위치하며 각 부의 유동을 방지 및 지지하고, 전체 형상의 변형을 방지하는 지지물과, 지지물 내부에 위치하고 스페이서에 의해 진동판과 일정간격으로 진공상태를 유지하며 진동판의 진동에 따라 변하는 정전용량을 검출하는 고정전극과, 지지물 내부 및 고정전극 하단에 위치하며 정합용 FET의 게이트와 상기 고정전극을 접속시키는 연결링과, 도전성 물질로 회로가 배선되어 있는 인쇄회로기판과, 인쇄회로기판 위에 접합되어 정전용량의 변화에 따른 전위변화를 전기신호로 증폭 변환하는 FET 등으로 구성되어 있다.

휴대전화나 PDA 등과 같은 전자제품이 소형화되는 추세에도 불구하고 케이스 내의 구성요소들의 배열이나 형상이 변형되거나 인쇄회로기판 위에 형성된 패턴이나 변형될 뿐 케이스의 수평단면이 여전히 원형을 유지하고 있어, 휴대전화나 PDA 등과 같은 전자제품의 내부공간을 효율적으로 활용하지 못하는 경우가 많다.

다시 말해 콘덴서 마이크로폰이 위치하게 될 휴대전화나 PDA 등과 같은 전자제품의 끝부분에는 대부분 장방형의 공간이 형성되는데 반해 콘덴서 마이크로폰의 수평단면이 원형을 유지하고 있어 장방형 공간을 효율적으로 활용하지 못한다. 또한 음파에 대한 적정한 반응감도를 얻기 위해서는 콘덴서 마이크로폰의 수평단면의 면적이 일정범위 이상이어야 하므로 콘덴서 마이크로폰의 직경이 커져 콘덴서 마이크로폰이 차지하는 공간 역시 커지는 결점이 있다.

상기한 바와 같은 종래의 결점을 해결하기 위한 본 발명은 콘덴서 마이크로폰의 수평단면이 증대되도록 수평단면을 타원형으로 변형함으로써 각종 전자제품의 내부공간을 최소한으로 차지하면서도 음파, 즉 음압에 반응하는 감도가 저하되지 않도록 하는 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰은 수평단면이 타원형이고 수평면에 음파 유입구가 천공된 용기형상을 가지며 단부가 절곡되어 내부의 구성요소를 고정시켜 주는 금속재질의 케이스(case)와, 상기 케이스 내부에 위치하며 상기 음파 유입구를 통해 유입된 음의 진동을 유도하도록 케이스 내부에 공간을 유지시켜 주며 진동판의 외곽을 잡아주는 수평단면이 타원형인 진동판 플레이트(diaphragm plate)와, 상기 진동판 플레이트의 상단에 위치하며 음파 유입구를 통해 유입된 음에 의해 진동하는 전면에 전하가 축적된 필름 금속극판으로 구성된 진동판(diaphragm)와, 상기 진동판의 상단에 위치하며 음에 의한 진동판의 진동을 위해 진동판과 고정전극 사이의 공극(air gap)을 유지시켜 주는 절연 재질의 스페이서(spacer)와, 상기 스페이서 상단에 위치하며 케이스와 고정전극 그리고 케이스와 연결링이 절연상태를 유지하도록 각 부의 유동을 방지하면서 각 부를 지지하고, 전체 형상의 변형을 방지하는 수평단면이 타원 형상인 절연재질의 지지물(base)와, 상기 진동판과 마주보는 면에 전하가 축적된 필름이 부착된 금속재질로 이루어지고 다수개의 통공이 천공된 수평단면이 타원형인 형상을 가지며 상기 지지물 내부에 위치해서 스페이서를 매개로 진동판과 일정간격의 공극을 유지시켜 주는 고정전극(back plate)과, 상기 지지물 내부 및 고정전극 상단에 위치하며 정합용 FET의 게이트와 상기 고정전극을 접속시키는 연결링(connecting ring)과, 도전성 물질로 패턴이 형성되고 상기 케이스 내에 내입되어 케이스 및 연결링과 전기적으로 연결된 수평단면이 타원 형상인 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판 위에 접합되어 상기 진동판의 진동으로 인한 진동판과 고정전극 사이의 정전용량의 변화에 따른 전위변화를 전기신호로 증폭 변환하는 FET를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 케이스의 길이(L)가 4.2∼4.8 mm이고, 폭(W)이 2.5∼3.1 mm인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 의한 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 케이스 밑면에 위치하여 음파 유입구를 통해 먼저나 습기 및 이물질 등이 케이스 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터가 더 구비되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 콘덴서 마이크로폰의 사시도로서, 황동연질과 같은 금속재질에 의해 수평단면이 타원형상 혹은 경기장 트랙형상의 용기형상으로 제작된 케이스(8) 내에 진동판 플레이트, 진동판, 스페이서, 베이스, 고정전극, 연결링 및 인쇄회로기판(1) 등이 순차적으로 내입된 후 케이스(8)의 단부(8b)가 안쪽으로 절곡되어 상기한 구성요소들이 고정되어 있다.

상기 인쇄회로기판(1)의 저면에는 FET를 비롯하여 각종 소자들을 솔더링(soldering)하기 위한 패턴이 형성되어 있고, 상기 인쇄회로기판(1)의 상면에는 전자제품의 PCB 등과 전기적인 접속을 위한 패턴이 형성되어 있다. 이때 인쇄회로기판(1)에 관통홀(through hole)을 형성하는 것은 FET를 고정하기 위함이다.

상기한 콘덴서 마이크로폰에 대해 도2 내지 도4에 의해 보다 구체적으로 설명한다.

수평면에 다수개의 음파 유입구(8a)가 천공된 케이스(8)는 휴대전화나 PDA 등과 같은 전자제품 내에 장착할 때 기존 콘덴서 마이크로폰의 감도를 유지(상승)하면서도 전자제품의 내부공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 타원 또는 육상경기장 트랙 형상의 수평단면을 갖는다. 여기서 케이스(8)의 수평단면의 크기, 즉 수평단면 중 긴 방향인 길이(L)가 4.2∼4.8 mm이고, 폭(W)이 2.5∼3.1 mm로 되는 것이 바람직하다.

상기 용기형상을 갖는 케이스(8)의 재질로서는 황동연질 등과 같은 도전재질이 사용될 수 있으며, 케이스(8)의 표면에 1차로 Ni이 2∼3㎛, 2차로 Au가 0.02∼0.04 ㎛ 도금되는 것이 바람직하다.

물론, 케이스(8) 내에 내입되는 진동판 플레이트(7)와 진동판(6), 스페이서(5), 지지물(4), 고정전극(3), 연결링(2) 및 인쇄회로기판(1) 등의 수평단면 역시 타원 혹은 육상경기장 트랙형상을 가지며 그들의 길이와 폭은 케이스(8) 내에 내입이 가능하도록 케이스(8)의 길이와 폭보다 크지 않다.

도면에서와 같이 케이스(8)의 수평면 바로 위에 위치하는 도넛 형상의 진동판 플레이트(7)는 인청동과 같은 금속재질로 이루어지며 표면에 2∼3㎛의 Ni이 판재 도금되어 있다.

특히, 진동판 플레이트(7)의 상부에 음파 유입구(8a)를 통해 유입된 음에 의해 진동하는 진동판(6), 즉 전하가 축적된 필름 금속극판이 부착되어 있어, 진동판(6)을 케이스(8) 내에 내입하는 과정에서 얇은 판재인 진동판(6)이 손상되지 않고 평탄상태를 유지할 수 있다.

다시 말해 진동판(6)과 일체형으로 부착된 상태로 케이스(8) 내에 내입되는 진동판 플레이트(7)는 음파 유입구(8a)를 통해 유입된 음의 진동을 유도하도록 케이스(8) 내부에 공간을 유지시켜 주며 진동판(6)의 평탄상태를 유지할 수 있도록 진동판(6)의 외곽을 잡아주는 역할을 한다. 또한 진동판 플레이트(7)는 진동판(6)을 케이스(8)와 전기적으로 연결하여 주는 역할도 한다.

상기 진동판(6)의 재질로서는 필름 금속극판, 즉 Au-PET 필름 등이 사용될 수 있다.

상기 진동판(6)의 위에 위치하는 스페이서(5)는 폴리에스테르 필름(polyester film) 등과 같은 절연재질로 이루어지며 음에 의한 진동판(6)의 진동을 위해 진동판(6)과 고정전극(4) 사이의 공극(air gap)을 유지시켜 준다. 물론 진동판(6)의 진동을 위한 공간을 확보하기 위해 중앙이 빈 도넛 형상을 가짐은 당연하다.

상기 스페이서(5) 위에 위치하는 고정전극(3)은 황동(brass) 재질의 원판을 다수개의 통공(3a)을 갖는 타원 또는 육상경기장 트랙 형상으로 가공 처리한 것으로서 표면에 2∼3㎛의 Ni이 판재 도금되고 진동판(6)과 마주보는 면, 즉 저면(3b)에 전하가 축적된 필름이 부착되어 있다.

따라서 진동판(6)과 고정전극(3), 즉 고정전극(3)의 필름 면이 일정간격의 공극을 두고 서로 대향되게 배치되므로 진동판(6)과 고정전극(3)은 통상의 커패시터와 같은 구조를 갖는다.

물론, 진동판(6)과 고정전극(3)의 형태나 배열구조는 여기에 그치지 않고 백 타입(back type), 프론트 타입(front type) 및 포일 타입(foil type) 등으로 구현할 수 있다.

상기 고정전극(3) 위에 순차적으로 적층된 연결링(2)과 인쇄회로기판(1)은 내측으로 절곡된 케이스(1) 단부(8b)에 의해 진동판 플레이트(7)와 진동판(6), 스페이서(5), 지지물(4) 및 고정전극(3)과 함께 케이스(1) 내에 내입된 상태를 유지한다.

여기서 황동과 같은 금속재질로 이루어진 연결링(2)은 표면에 1차로 2∼3㎛의 Ni이 그리고 2차로 0.02∼0.04 ㎛의 Au이 도금되어 있으며, 이는 도시되지 않은 정합용 FET의 게이트와 고정전극(3)을 전기적으로 접속해 주는 역할을 한다.

상기 인쇄회로기판(1)의 상부에는 도3a와 같이 도전성 물질에 의해 전자제품 내의 PCB 등과의 전기적인 접속을 위한 패턴(1a)(1b)이 형성되어 있고, 밑면에는 도3b와 같이 FET 비롯한 각종 소자들을 솔더링하기 위한 패턴(1g)(1s)(1d)들이 형성되어 있다.

여기서 FET는 진동판(6)의 진동으로 인한 진동판(6)과 고정전극(3) 사이의 정전용량의 변화에 따른 전위변화를 전기신호로 증폭 변환하는 역할을 한다.

뿐만 아니라 스페이서(5)의 상부, 즉 케이스(8)와 고정전극(3) 그리고 케이스(8)와 연결링(2) 사이에는 아세틸 혹은 광섬유(acetal/fiber glass) 등과 같은 절연재질로 성형된 지지물(4)이 위치하고 있는데, 이는 케이스(8)와 고정전극(3) 그리고 케이스(8)와 연결링(2)이 절연상태를 유지하도록 각 부의 유동을 방지 및 지지함과 동시에 전체 형상의 변형을 방지하는 역할을 한다.

또한 음파 유입구(8a)가 천공된 케이스(8) 밑면에 부직포 등과 같은 필터(9)가 부착되어 있어 음파 유입구(8a)를 통해 먼저나 습기 및 이물질 등이 케이스(8) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 구성된 콘덴서 마이크로폰의 동작을 설명한다.

음파 유입구(8a)를 통해 유입되는 음파로 인해 진동판(6)이 진동하면서 진동판(6)과 고정전극(3) 사이의 간격이 변환되어 진동판(6)과 고정전극(3) 사이의 정전용량이 변화한다.

이로 인하여 고정전극(3)의 전위(전위)가 음파에 대응되게 가변되어 FET의 게이트에 입력되기 때문에 FET의 소스로부터 드레인으로 흐르는 전류가 음파에 대응되게 증폭된다.

이렇게 콘덴서 마이크로폰은 음파 유입구(8a)를 통해 유입되는 음파를 전기신호로 변환하여 증폭할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면 콘덴서 마이크로폰의 수평단면이 증대되고 휴대전화나 PDA 등과 같은 전자제품의 내부공간에 대응되게 콘덴서 마이크로폰의 수평단면을 타원형으로 변형함으로써 각종 전자제품의 내부공간을 최소한으로 차지하면서도 음파, 즉 음압에 반응하는 감도가 저하되지 않는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 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.

도1은 본 발명에 의한 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 사시도이다.

도2는 본 발명에 의한 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 분해 사시도이다.

도3a,3b는 인쇄회로기판에서 납땜을 위한 면과 패턴이 형성된 면을 나타낸 평면도 및 저면도이다.

도4는 본 발명에 의한 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 단면도이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 인쇄회로기판 1a,1b : 납땜 부분

1d,1s,1g : 패턴 2 : 연결링

3 : 고정전극 3a : 통공

3b : 저면 4 : 지지물

5 : 스페이서 6 : 진동판

7 : 진동판 플레이트 8 : 케이스

8a : 음파 유입구 8b : 단부

9 : 필터(부직포)

Claims (3)

1. 수평단면이 타원형이고 수평면에 음파 유입구가 천공된 용기형상을 가지며 단부가 절곡되어 내부의 구성요소를 고정시켜 주는 금속재질의 케이스(case);

   상기 케이스 내부에 위치하며 상기 음파 유입구를 통해 유입된 음의 진동을 유도하도록 케이스 내부에 공간을 유지시켜 주며 진동판의 외곽을 잡아주는 수평단면이 타원형인 진동판 플레이트(diaphragm plate);

   상기 진동판 플레이트의 상단에 위치하며 음파 유입구를 통해 유입된 음에 의해 진동하는 전면에 전하가 축적된 필름 금속극판으로 구성된 진동판(diaphragm);

   상기 진동판의 상단에 위치하며 음에 의한 진동판의 진동을 위해 진동판과 고정전극 사이의 공극(air gap)을 유지시켜 주는 절연 재질의 스페이서(spacer);

   상기 스페이서 상단에 위치하며 케이스와 고정전극 그리고 케이스와 연결링이 절연상태를 유지하도록 각 부의 유동을 방지하면서 각 부를 지지하고, 전체 형상의 변형을 방지하는 수평단면이 타원 형상인 절연재질의 지지물(base);

   상기 진동판과 마주보는 면에 전하가 축적된 필름이 부착된 금속재질로 이루어지고 다수개의 통공이 천공된 수평단면이 타원형인 형상을 가지며 상기 지지물 내부에 위치해서 스페이서를 매개로 진동판과 일정간격의 공극을 유지시켜 주는 고정전극(back plate);

   상기 지지물 내부 및 고정전극 상단에 위치하며 정합용 FET의 게이트와 상기 고정전극을 접속시키는 연결링(connecting ring);

   도전성 물질로 패턴이 형성되고 상기 케이스 내에 내입되어 케이스 및 연결링과 전기적으로 연결된 수평단면이 타원 형상인 인쇄회로기판; 및

   상기 인쇄회로기판 위에 접합되어 상기 진동판의 진동으로 인한 진동판과 고정전극 사이의 정전용량의 변화에 따른 전위변화를 전기신호로 증폭 변환하는 FET;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서,

   상기 케이스의 길이(L)가 4.2∼4.8 mm이고, 폭(W)이 2.5∼3.1 mm인 것을 특징으로 하는 상기 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰.
3. 제1항에 있어서,

   상기 케이스 밑면에 위치하여 음파 유입구를 통해 먼저나 습기 및 이물질 등이 케이스 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 공간 활용이 용이한 타원형 콘덴서 마이크로폰.