KR20050049181A

KR20050049181A - Ｓｍｄ가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰

Info

Publication number: KR20050049181A
Application number: KR1020030083077A
Authority: KR
Inventors: 송청담; 정익주; 김현호
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-05-25
Also published as: CN1748441A; WO2005051038A1; CN100579294C

Abstract

본 발명은 SMD 후에도 지향특성이 양호한 SMD 가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 지향성 마이크로폰은 바닥면에 전방음향을 유입하기 위한 음공이 형성되고 타면이 개구된 통형으로 되어 개구면이 커링된 케이스; 케이스에 삽입되어 내부 소자를 외부 열로부터 보호함과 아울러 절연기능을 제공하기 위한 절연링; 절연링 안에서 케이스의 바닥면에 접촉되는 폴라링; 절연링 안에서 폴라링에 접촉되는 진동막; 절연링 안에서 진동막에 접촉되는 스페이서; 절연링 안에 스페이서를 사이에 두고 진동막과 대향하도록 삽입된 백플레이트; 절연링 안에서 백플레이트를 지지함과 아울러 백플레이트에 대한 전기적인 접속통로를 제공하기 위한 도전링; 및 도전 금속링을 통해 백플레이트와 전기적으로 연결되고, 케이스를 통해 상기 진동막과 전기적으로 연결되며, 후방음향을 유입하기 위한 음공이 형성되어 있는 PCB를 포함하여 양방향성 지향특성을 제공한다.

Description

ＳＭＤ가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰{ SMD possible directional condenser microphone }

본 발명은 SMD 가능한 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SMD 후에도 지향특성이 양호한 지향성 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로폰은 지향특성에 따라 무지향성(전방향) 마이크로폰과 지향성 마이크로폰으로 구분되는데, 지향성 마이크로폰은 양방향성(Bi-directional) 마이크로폰, 및 단방향성(Uni-directional) 마이크로폰으로 구분된다. 양방향성 마이크로폰은 전방 및 후방 입사음에 대해 충실히 재생하고 측방각에서 입사되는 음에 대해서는 감쇄특성을 나타내어 음원에 대한 폴라 패턴(polar pattern)이 8자형으로 나타내며, 근접효과(Near field)특성이 양호하여 잡음이 심한 경기장 아나운서용 등에 널리 사용된다. 단일지향성 마이크로폰은 넓은 전방 입사음에 반응하여 출력값을 유지하며 후방 입사음원은 출력값을 상쇄시켜 전방음원에 대한 S/N비를 개선시킨 마이크로폰으로서, 명료도가 좋아 음성인식용 장비에 널리 사용된다.

그런데 종래의 지향성 콘덴서 마이크로폰은 일렉트렛을 형성한 백플레이트 등의 대부분 부품들의 재질이 고온의 재질이 아니고, 설사 고온의 재질을 사용하였다하더라도 일렉트렛의 차지(charge)값이 높은 온도에서 변화되어 감도가 저하되므로 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰에 SMD(Surface Mount Device)를 적용하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 전자제품의 제조기술이 발전하면서 제품을 소형화하는 추세인데, 이러한 소형제품의 제조를 위해 표면실장기술(SMT:Surface Mount Technology)이 널리 사용되고 있다. 표면실장기술을 적용하려면, SMD 리플로우(reflow)시에 부품에 고온이 가해지기 때문에 온도에 약한 부품은 SMD기술을 적용할 수 없다. 그런데 일렉트렛 마이크로폰은 금속판 위에 융착되는 유기 필름(예컨대, FEP, PET, PTFE 등)에 전자를 강제로 주입하여 생성되므로 습도가 높거나 온도가 올라가면 충전된 전자가 쉽게 이탈되어 일렉트렛의 성능이 열화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 절연 특성을 갖는 베이스로 일렉트렛을 감싸는 구조로 형성되어 고온에서도 일렉트렛의 특성이 열화되지 않고, 고온에 강한 재료들을 사용하고, SMD 리플로우 공정으로 일렉트렛의 전위값이 떨어짐으로 인한 마이크로폰의 감도저하를 방지하기 위한 SMD가 가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 지향성 마이크로폰은 바닥면에 전방음향을 유입하기 위한 음공이 형성되고 타면이 개구된 통형으로 되어 개구면이 커링된 케이스; 상기 케이스에 삽입되어 내부 소자를 외부 열로부터 보호함과 아울러 절연기능을 제공하기 위한 절연링; 상기 절연링 안에서 상기 케이스의 바닥면에 접촉되는 폴라링; 상기 절연링 안에서 상기 폴라링에 접촉되는 진동막; 상기 절연링 안에서 상기 진동막에 접촉되는 스페이서; 상기 절연링 안에 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 진동막과 대향하도록 삽입된 백플레이트; 상기 절연링 안에서 상기 백플레이트를 지지함과 아울러 백플레이트에 대한 전기적인 접속통로를 제공하기 위한 도전링; 및 상기 도전 금속링을 통해 상기 백플레이트와 전기적으로 연결되고, 상기 케이스를 통해 상기 진동막과 전기적으로 연결되며, 후방음향을 유입하기 위한 음공이 형성되어 있는 PCB를 포함하여 양방향성 지향특성을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

[양방향성 콘덴서 마이크로폰]

도 1은 본 발명에 따른 양방향성 콘덴서 마이크로폰의 전체 구조를 도시한 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 콘덴서 마이크로폰(100)은 바닥면에 전방음을 유입하기 위한 음공(102a)이 형성되고 일면이 개방된 원통형 케이스(102)에 케이스(102)와 동일한 원통형으로 되어 케이스(102)에 삽입되고 고온에 강한 절연재료로 된 절연링(112)에 의해 내부 소자들이 보호되도록 되어 있다.

절연링(112)의 내측에는 진동막(106)을 지지하고 케이스(102)에 전기적으로 접속시키기 위한 폴라링(104)과, 음압에 따라 진동되는 진동막(Diaphragm: 106), 스페이서(spacer: 108), 금속판에 유기필름이 융착되어 있고 유기필름에 일렉트릿이 형성된 백플레이트(110), 백플레이트(110)와 회로기판(116)을 전기적으로 접속시키기 위한 도전링(114)이 위치하고 있고, 절연링(112)과 도전링(114)은 부품(IC, MLCC)이 실장되고 음공(116a)이 형성된 PCB(116)가 케이스(102)의 커링에 의해 지지하고 있는 구조로 되어 있다.

진동막(106)은 폴라링(104)에 의해 케이스(102) 상에 지지되어 있으며, 백플레이트(110)는 도체로 된 원통형의 도전링(114)을 통해 PCB(116)에 접촉 지지되고, PCB(116)에는 후방 음원으로부터의 음파(후면음)를 유입시키기 위한 음공(116a)이 형성되어 있다.

그리고 본 발명에 따른 백플레이트(110)에 부착되는 일렉트릿(Electret) 재료나 스페이서(108), 진동막(106), 및 절연링(112)은 내열성과 내약품성을 가진 불소수지 계열, 폴리머 계열, 또는 플라스틱 계열의 재료로 제조된다. 즉, 본 발명에서는 마이크로폰의 부품을 고온 재질을 사용함으로써 SMD가 가능한 지향성 마이크로폰의 제조가 가능한데, 고온 재질로는 폴리머(Polymer) 계열 또는 플라스틱 계열, 불소 수지 계열 등 여러 종류가 있고, 고온 재질의 형상은 필름이나 시트, 혹은 롤(film/sheet/roll) 형태뿐만 아니라 벌크(bulk) 형태도 사용할 수 있다. 이러한 고온 재질을 좀더 자세히 살펴보면, Polymer 계열(플라스틱 계열)로는 ASA, Nylon 6, Nylon 66, Nylon 46, LCP, PBT, PC, PC/ABS, PC/PBT, PEEK, PEN, PES, PET, PMMA, POM, PTFE, SAN, PPS, SBR, TPU 등이 있고, 불소 수지 계열로는 PTFE(TFE), FEP, PFA, ETFE, CTFE, PVDF. PVE, PCTFE, ECTFE, EPE, Nylon 6, PP, 경질 PVC 등이 있다.

또한 SMD 리플로우 공정에서 PCB(116)기판상에 부착된 부품들(IC, MLCC)이 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 고온용 크림 솔더를 사용하여 부품을 부착한다. 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 고온 크림 솔더(cream solder)의 종류로는 Sn/Ag, Sn/Cu, Sn/Ag/Cu, Sn/Ag/Cu/Sb(The CASTIN^TM Alloy), Sn/Ag/Cu/Bi(The OATEY^TM Alloy) 등이 있다.

한편, PCB(116)의 노출면은 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(102)의 커링면보다 돌출되게 접속단자(118,120)가 형성되어 마이크로폰(100)이 메인 PCB 예컨대, 휴대폰의 PCB에 SMD방식으로 부착될 수 있도록 되어 있다. 이를 위한 접속단자는 도 2에 도시된 바와 같이, 내측에 Vdd 접속을 위한 원형 단자(120)가 형성되어 있고, 일정 간격을 두고 외측에 원형의 접지단자(118)가 형성되어 있으며, 이 접지단자(118)는 SMD방식에 의한 접착시 발생되는 가스를 배출할 수 있도록 3개의 가스 배출 홈(130)에 의해 3개로 분리되어 있다.

이와 같은 본 발명의 양방향성 콘덴서 마이크로폰의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 양방향성 콘덴서 마이크로폰의 접속단자(118,120)는 홀더를 통해서 혹은 메인 PCB에 직접 접속되어 Vdd와 GND 전원이 인가되면, 본 발명에 따른 양방향성 콘덴서 마이크로폰(100)이 동작을 하게 된다. 이때 진동막(106)은 폴라링(104)과 케이스(102)를 통해 PCB(116)에 전기적으로 연결되고, 백플레이트(110)는 도전링(114)을 통해 PCB(116)와 전기적으로 연결된다.

이와 같은 상태에서 전방 음원으로부터의 음향은 케이스의 음공(102a)을 통해 마이크로폰의 내부로 유입되어 진동막(106)으로 전달되고, 후방 음원으로부터의 음향은 PCB(116)의 음공(116a)을 거쳐 백플레이트의 음공(110a)을 지나 진동막(106)으로 전달된다.

따라서 진동막(106)은 전방음과 후방음에 의해 진동하게 되고, 이에 따라 진동막(106)과 백플레이트(110)와의 간격이 변하게 된다. 그리고 음압에 의해 간격이 변하게 되면, 진동막(106)과 백 플레이트(110)에 의해 형성된 정전용량이 변화되어 음파에 따른 전기적인 신호(전압)의 변화를 얻을 수 있고, 이 신호가 앞서의 전기적인 연결선로를 따라 PCB(116)에 실장된 IC로 전달되어 증폭된 후 접속단자(118,120)를 통해 출력된다.

이와 같이 본 발명에 따른 양방향성 콘덴서 마이크로폰은 케이스에 형성된 음공(102a)을 통해 전방의 음원으로부터 음향이 유입되고, PCB에 형성된 음공(116a)을 통해 후방 음원으로부터의 음향이 유입되어 동작하도록 됨으로써 전방음과 후방음에 대한 감도특성은 양호하나 측방음은 감쇄되어 전방과 후방에 대한 양방향의 지향성을 갖게 된다.

도 5a는 본 발명에 따른 양방향 콘덴서 마이크로폰의 특성을 도시한 폴라 패턴도로서, 원주의 각도는 마이크로폰을 중심으로 360°전방향을 나타내고, 동심원들은 마이크로폰으로부터의 거리를 나타낸다. 도 5a에서 0°방향은 전방을 나타내고 180° 방향은 후방을 나타내며, 90°방향과 270°방향은 측방을 나타낸다. 도시된 폴라패턴 51에 따르면, 전방과 후방에서의 음에 대해서는 양호하나 측방음에 대해서는 감쇄가 심해 8자형을 나타내는 것을 알 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 양방향성 마이크로폰은 근접효과에 의해 잡음환경에 강한 효과를 제공한다.

[단방향성 콘덴서 마이크로폰]

본 발명에 따른 SMD 가능한 단방향성 콘덴서 마이크로폰은 도 1에 도시된 양방향성 마이크로폰에 음향 저항체를 삽입하여 후방음에 대한 감쇄를 증가시킴으로써 구현할 수 있다. 이때 음향 저항체가 도전특성을 갖는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 백플레이트 후면에서 도전링(114)에 의해 지지되도록 설치되나 도전특성을 갖지 않는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 도전링(114)의 내측에 설치된다.

도 3은 본 발명에 따른 단방향성 마이크로폰의 제1 실시예를 도시한 조립 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 단방향성 마이크로폰의 제2 실시예를 도시한 조립 단면도이다.

반복을 피하기 위하여 도 3 및 도 4에서 도 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 단일지향성을 갖도록 하기 위해 백플레이트(110) 후면에 음향 저항체(210)를 더 구비한 점을 제외하고는 도 1에 도시된 구성과 유사한 것을 알 수 있다. 이때 제1 실시예의 음향 저항체(210)는 미세통공이 있는 원통형의 금속 소결체로 된 것으로서 도전특성이 있으므로 백플레이트(110)와 동일한 사이즈로 되어 도전링(114)과 백플레이트(110) 사이를 전기적으로 접속하고 있다.

도 4를 참조하면, 제2 실시예의 경우에도 단일지향성을 갖도록 하기 위해 백플레이트 후면에 음향 저항체(220)를 더 구비한 점을 제외하고는 도 1에 도시된 구성과 유사한 것을 알 수 있다. 이때 제2 실시예의 경우에는 음향 저항체(220)가 미세통공이 있는 수지재나 플라스틱재로 만들어져 절연특성을 가지므로, 도전링(114)의 내측에 설치된다. 따라서 백플레이트(110)는 도전링(114)을 통해 PCB(116)와 전기적으로 접속된다.

이와 같은 본 발명의 단방향성 콘덴서 마이크로폰의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 단방향성 콘덴서 마이크로폰의 접속단자(118,120)는 홀더를 통해서 혹은 메인 PCB에 직접 접속되어 Vdd와 GND 전원이 인가되면, 본 발명에 따른 단방향성 콘덴서 마이크로폰(200,300)이 동작을 하게 된다. 이때 진동막(106)은 폴라링(104)과 케이스(102)를 통해 PCB(116)에 전기적으로 연결되고, 백플레이트(110)는 음향저항체(210)와 도전링(114)을 통해 통해 PCB(116)와 전기적으로 연결된다.

이와 같은 상태에서 전방 음원으로부터의 음향은 케이스의 음공(102a)을 통해 마이크로폰의 내부로 유입되어 진동막(106)으로 전달되고, 후방 음원으로부터의 음향은 PCB(116)의 음공(116a)을 거쳐 유입된다. 그리고 후방에서 유입된 음향은 음향 저항체(210)에서 감쇄 혹은 위상이 변경된 후 백플레이트의 음공(110a)을 지나 진동막(106)으로 전달된다. 이때 후방음은 음향 저항체(210)에 의해 감쇄되어 진동막(106)은 전방음에 대해서만 반응하게 된다. 따라서 진동막(106)은 전방음에 의해 진동하게 되고, 이에 따라 진동막(106)과 백플레이트(110)와의 간격이 변하게 된다. 그리고 음압에 의해 간격이 변하게 되면, 진동막(106)과 백 플레이트(110)에 의해 형성된 정전용량이 변화되어 음파에 따른 전기적인 신호(전압)의 변화를 얻을 수 있고, 이 신호가 앞서의 전기적인 연결선로를 따라 PCB(116)에 실장된 IC로 전달되어 증폭된 후 접속단자(118,120)를 통해 출력된다.

이와 같이 본 발명에 따른 단방향성 콘덴서 마이크로폰(200,300)은 케이스(102)에 형성된 음공(102a)을 통해 전방의 음원으로부터 전방음향이 유입되고, PCB(116)에 형성된 음공(116a)을 통해 후방 음원으로부터의 후방음향이 유입되나 후방음은 음향 저항체(210,220)에 의해 감쇄되고 측방음도 감쇄되어 전방에 대한 단방향의 지향성을 갖게 된다.

도 5b는 본 발명에 따른 단방향 콘덴서 마이크로폰의 특성을 도시한 폴라 패턴도로서, 원주에서의 각도는 마이크로폰을 중심으로 360°전방향을 나타내고, 동심원들은 마이크로폰으로부터의 거리를 나타낸다. 도 5b에서 0°방향은 전방을 나타내고 180° 방향은 후방을 나타내며, 90°방향과 270°방향은 측방을 나타낸다. 도시된 폴라패턴 52에 따르면, 전방에서의 음에 대해서는 양호하나 후방음과 측방음에 대해서는 감쇄가 심한 것을 것을 알 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 단방향성 마이크로폰은 명료도가 양호한 효과를 제공한다.

한편, 본 발명에 따른 일렉트렛 마이크로폰(100,200,300)은 고온의 절연재료로 형성된 절연링(112)이 마이크로폰의 음향 부품들(다이어프램, 스페이서, 백플레이트 등)을 감싸고 있는 구조이므로 SMD 리플로우 공정에서 고온에 의해 일렉트렛의 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 절연링(112)에 의해 고온에서도 일렉트렛의 충전된 전하들이 방전되는 것을 차단하여 일렉트렛을 보호할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 주요 부품들을 폴리머 또는 플라스틱 계열이나 불소수지 계열의 고온용 절연재료로 사용하고, 절연 베이스가 음향계통의 부품들을 감싸는 구조로 되어 있어 표면실장(SMD)이 가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰을 제공할 수 있다. 따라서 기존의 지향성 콘덴서 마이크로폰으로는 230 ℃ 이상의 온도에서는 리플로우가 불가능하였지만 본 발명의 지향성 콘덴서 마이크로폰은 260℃ 이상의 고온에서 SMD 리플로우가 가능하고, 이에 따라 본 발명의 마이크로폰을 이용한 제품의 공정을 개선할 수 있어 가격을 절감할 수 있으며, 불량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향성 마이크로폰을 도시한 조립 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 양방향성 마이크로폰의 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 단방향성 마이크로폰의 제1 실시예를 도시한 조립 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 단방향성 마이크로폰의 제2 실시예를 도시한 조립 단면도,

도 5a, 5b는 본 발명에 따른 마이크로폰의 동작 특성을 도시한 폴라 패턴도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

102: 케이스 102a,110a,116a: 음공

104: 폴라링 106: 진동막

108: 스페이서 110: 백플레이트

112: 절연링 114: 도전링

116: PCB 118,120: 접속단자

210,220: 음향 저항체

Claims

바닥면에 전방음향을 유입하기 위한 음공이 형성되고 타면이 개구된 통형으로 되어 개구면이 커링된 케이스;

상기 케이스에 삽입되어 내부 소자를 외부 열로부터 보호함과 아울러 절연기능을 제공하기 위한 절연링;

상기 절연링 안에서 상기 케이스의 바닥면에 접촉되는 폴라링;

상기 절연링 안에서 상기 폴라링에 접촉되는 진동막;

상기 절연링 안에서 상기 진동막에 접촉되는 스페이서;

상기 절연링 안에 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 진동막과 대향하도록 삽입된 백플레이트;

상기 절연링 안에서 상기 백플레이트를 지지함과 아울러 백플레이트에 대한 전기적인 접속통로를 제공하기 위한 도전링; 및

상기 도전 금속링을 통해 상기 백플레이트와 전기적으로 연결되고, 상기 케이스를 통해 상기 진동막과 전기적으로 연결되며, 후방음향을 유입하기 위한 음공이 형성되어 있는 PCB를 포함하여

양방향성 지향특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 SMD 가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 지향성 마이크로폰은

상기 백플레이트와 도전링 사이에 상기 백플레이트 크기의 금속 소결체로 된 음향 저항체를 더 구비하여

단방향 지향특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 SMD 가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 지향성 마이크로폰은

상기 백플레이트 후면, 도전링 내측에 수지재나 플라스틱재의 음향 저항체를 더 구비하여

단방향 지향특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 SMD 가능한 지향성 콘덴서 마이크로폰.