KR20090023871A - 내벽을 금속성 혹은 전도성 물질로 감싼 세라믹 패키지를이용한 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부가 상부에 장착된 기판; 상기 기판의 상부에 장착되고, 상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 둘러싸는 링(Ring) 형태의 패키지; 상기 패키지 내벽에 부착되고 전도성 물질로 제작된 링 형태의 삽입부; 및 상기 패키지를 완전히 덮고 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 상판을 포함하는 콘덴서 마이크로폰를 개시한다.
추가적으로, 본 발명은 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부가 상부에 장착된 기판; 상기 기판의 상부에 장착되고, 상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 덮으며, 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 패키지; 및 상기 패키지 내벽에 부착되고, 전도성 물질로 제작된 삽입부를 포함하는 콘덴서 마이크로폰를 개시한다.
콘덴서, 마이크로폰, 전도성, 내벽, 금속, 음향홀, 패키지, 회로부, 세라믹

Description

내벽을 금속성 혹은 전도성 물질로 감싼 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰 {CONDENSER MICROPHONE USING THE CERAMIC PACKAGE WHOSE INSIDE IS ENCOMPASSED BY METAL OR CONDUCTIVE MATERIALS}
본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘덴서 마이크로폰의 세라믹 패키지 내부 측면에 금속성 또는 다른 전도성 물질을 삽입하여 전자파를 그라운드(Ground) 시킴으로써 ESD(Electro Static Discharge) 효과 및 EMI(Electro Magnetic Interference) 효과를 감소시키는 것과 관련된다.
일반적으로 마이크로폰이란 음향 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 변환기를 의미한다. 마이크로폰은 크게 다이나믹 마이크로폰(Electrodynamic Microphone)과 콘덴서 마이크로폰(Condenser Microphone)으로 나눌 수 있다.
여기서, 다이나믹 마이크로폰의 경우 유도 기전력을 이용하는 것으로, 마이크로폰의 내부에 일정한 자기장을 형성할 수 있는 자석 및 진동판과 연결되고 자기장 내부에서 유동하는 코일을 구비한다. 이 다이나믹 마이크로폰은 진동에 의해 코일이 자기장 내부에서 흔들릴 때 발생하는 유도기전력을 측정하여 이를 전기신호로 바꾸는 원리에 의해 제작된다. 그런데, 다이나믹 마이크로폰의 경우 기계적으로 견 고한 특성을 가지므로 열악한 환경에서 사용하기에는 유리하지만, 마이크로폰의 내부에 자석이 수납되어야 하기 때문에 소형화에 어렵고, 감도 특성이 나쁘며 반응속도가 느린 단점이 있다.
한편, 콘덴서 마이크로폰의 경우 콘덴서의 원리를 이용하는 것으로, 마주보는 평판 전극을 구비한다. 그리고 평판 전극 중 한쪽을 진동판으로 하고, 소리에 의하여 진동판이 진동하면 콘덴서의 용량이 변화하여 축적 전하가 변하며, 그 결과 소리의 변화에 따른 전류가 흐르는 원리에 의해 제작된다. 이러한 콘덴서 마이크로폰은 소형화가 비교적 용이하고, 감도 특성 및 반응 속도가 뛰어난 장점이 있다.
콘덴서 마이크로폰의 제작을 위해서는 진동판과 배극판 중 어느 하나에 전원이 공급되어 전계를 형성시켜야만 한다. 종래에는 배극판에 전원을 공급하는 방법이 사용되다가 최근에는 전하가 축적되는 일렉트릿(Electret)에 의해 별도의 전원이 필요없는 콘덴서 마이크로폰이 개발되었다.
이러한 콘덴서 마이크로폰은 바이어스 전원 대신에 전하가 거의 영구적으로 축적되는 일렉트릿(Electret)을 사용하여 정전기장을 형성하는 것을 특징으로 한다. 일렉트릿을 사용한 콘덴서 마이크로폰을 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(ECM, Electret Condenser Microphone)이라 한다.
한편, 최근 들어 미세장치의 집적화를 위해 사용되는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술이 있다. MEMS 기술은 반도체 공정 특히 집적 회로 기술을 응용한 마이크로 머시닝(Micro Machining) 기술을 이용하여 ㎛ 단위의 초소형 센서나 액츄에이터(Actuator) 및 전기 기계적 구조를 제작할 수 있는 기술이다. 이러한 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제작된 MEMS 칩 마이크로폰은 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화가 가능하며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이상의 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작된 MEMS 칩 마이크로폰은 전기적 구동과 신호처리를 하여야 하므로 다른 집적회로(IC) 반도체칩 디바이스가 포함된 회로부와 함께 패키지될 필요가 있다. 그런데 이 패키지를 세라믹으로 제작할 경우에, 세라믹은 비전도성을 가지기 때문에 전기적 또는 음향적인 측면에서 문제점이 발생하게 된다. 전자 기기로부터 부수적으로 발생된 전자파가 그 자체의 기기 또는 타 기기의 동작에 영향을 미치는 것을 EMI(Electro Magnetic Interference) 효과라고 하고, 정전기를 띤 물체에서 정전기가 방출되는 것을 ESD(Electrostatic Discharge) 효과라고 하는데, 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰에서는 이러한 EMI 효과 및 ESD 효과가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 콘덴서 마이크로폰의 세라믹 패키지 내부 측면에 금속성 또는 다른 전도성 물질을 삽입하여 콘덴서 마이크로폰에서 발생하는 전자파를 그라운드 시킴으로써 ESD 효과 및 EMI 효과를 감소시키는 것과 관련이 있다.
본 발명은 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부가 상부에 장착된 기판; 상기 기판의 상부에 장착되고, 상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 둘러싸는 링(Ring) 형태의 패키지; 상기 패키지 내벽에 부착되고 전도성 물질로 제작된 링 형태의 삽입부; 및 상기 패키지를 완전히 덮고 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 상판을 포함하는 콘덴서 마이크로폰를 개시한다.
추가적으로, 본 발명은 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부가 상부에 장착된 기판; 상기 기판의 상부에 장착되고, 상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 덮으며, 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 패키지; 및 상기 패키지 내벽에 부착되고, 전도성 물질로 제작된 삽입부를 포함하는 콘덴서 마이크로폰를 개시한다.
추가적으로, 본 발명은 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 기판에 장착하는 단계; 내벽에 전도성 물질인 삽입부가 부착된 패키지를 상기 기판에 덮는 단계; 및 상기 패키지를 완전히 덮고 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 상판을 상기 패키지에 덮는 단계를 포함하는 콘덴서 마이크로폰 제작 방법을 개시한다.
마지막으로, MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 기판에 장착하는 단계; 및 내벽에 전도성 물질인 삽입부가 부착되고, 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 패키지를 상기 기판에 덮는 단계를 포함하는 콘덴서 마이크로폰 제작 방법을 개시한다.
본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 마이크로폰 칩 및 회로부를 둘러싸는 패키지 내벽 또는 패키지의 상판을 금속성 또는 전도성 물질로 제작하여 콘덴서 마이크로폰의 전기적 및 음향적 특성을 향상시키는 효과가 있다. 특히, 세라믹으로 된 패키지 내벽 및 패키지 상판을 사용하는 경우에 비하여, EMI 효과 및 ESD 효과가 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 내열성이 강하고 SMD(Surface Mounted Device) 제작에 적합한 세라믹을 사용하여 기판을 제작함으로써, 공정 중에 변형 또는 접합 특성이 약화되는 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도면의 주요 부분에 대한 부호는 다음과 같다.
100 : 콘덴서 마이크로폰 110 : 상판
111 : 음향홀 120 : 패키지
130 : MEMS 마이크로폰 칩 140 : 삽입부
150 : 회로부 160 : 방지턱
170 : 전선 180 : 기판
300 : 콘덴서 마이크로폰 310 : 음향홀
320 : 패키지 330 : MEMS 마이크로폰 칩
340 : 삽입부 350 : 회로부
360 : 방지턱 370 : 전선
380 : 기판
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 단면도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 분해사시도를 도시한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, MEMS 마이크로폰 칩(130)이 회로부(150)와 함께 패키징된다. 여기에서, MEMS 마이크로폰 칩(130)은 외부에서 들어오는 음원을 전기 신호로 바꾸어주는 역할을 한다. 전기 신호는 전선(170)을 따라 회로부(150)로 전달된다. 회로부(150)는 내부의 IC 칩에 의하여 수신된 전기 신호를 증폭하고 외부로 출력하는 역할을 한다.
본 발명에서 MEMS 마이크로폰 칩(130) 및 회로부(150)는 기판(180) 상에 위치된다. 이 때 상기 기판(180)은 세라믹으로 제작된다. 세라믹은 내열성이 있고, MEMS 마이크로폰 칩(130) 및 회로부(150)를 구성하는 실리콘 및 금속 소재와 열팽창 계수가 비슷하여, 공정에서 변형 또는 접합 특성이 약화되는 문제가 발생하지 않는다.
MEMS 마이크로폰 칩(130) 및 회로부(150)는 기판(180) 상에 다이 본딩(Die-bonding)으로 접착된다. 다이 본딩을 위한 접착제로는 일반적으로 고정 에폭시 수 지를 사용한다. 또한, 회로부(150)를 기판(180) 상에 장착한 후에, 회로부(150)의 보호를 위하여 회로부(150)를 에폭시 수지로 인캡슐레이션(Encapsulation)한다. 그런데 에폭시 수지와 같은 접착제는 점성이 작은 물질이므로 불필요한 부분까지 흘러나갈 수 있다는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 기판(180) 상에 방지턱(160)을 형성하여 에폭시 수지가 불필요한 부분까지 흘러나가지 않도록 한다.
패키지(120)의 형태는 상부 및 하부가 없는 링(Ring)과 같은 형태이다. 또한, 패키지(120)의 소재는 세라믹으로 제작된다. 세라믹은 내열성이 있고, MEMS 마이크로폰 칩(130) 및 회로부(150)를 구성하는 실리콘 및 금속 소재와 열팽창 계수가 비슷하여, 공정에서 변형 또는 접합 특성이 약화되는 문제가 발생하지 않는다.
패키지(120)의 내벽에는 패키지(120)처럼 상부 및 하부가 없는 링과 같은 형태로 제작된 삽입부(140)가 부착된다. 삽입부(140)의 소재는 금속 또는 전도성을 가지는 물질이다. 금속 또는 전도성 물질은 비전도성 물질인 세라믹과 달리, 전기가 통하기 때문에 MEMS 마이크로폰 칩(130)에서 발생하는 전자파를 그라운드시킨다. 따라서, 비전도성인 세라믹으로만 패키지를 제작하는 경우보다 EMI 효과 및 ESD 효과가 훨씬 줄어든다.
삽입부(140)가 부착된 패키지(120)를 기판(180) 상부에 장착하고 나면, 패키지(120) 윗부분을 상판(110)으로 덮는다. 상판(110)은 삽입부(140)의 둘레를 따라 삽입부(140)와 접촉할 수 있도록 제작된다. 그리고 상판(110)은 패키지(120) 내부의 소리가 새어나오지 않도록 패키지(120)를 완전히 덮을 수 있도록 제작된다. 다만, 상판(110)에는 MEMS 마이크로폰 칩(130) 위 쪽에 음향홀(111)이 뚫린다. 음향 홀(111)은 콘덴서 마이크로폰(100) 외부로부터 소리를 패키지 구조(100) 내부로 받아들이는 역할을 한다.
상판(110)의 소재는 삽입부(140)와 마찬가지로 금속 또는 전도성 물질이다. 상판(110)을 금속 또는 전도성 물질로 제작할 경우, MEMS 마이크로폰 칩(130)에서 발생하는 전자파를 그라운드 시킴으로써, 세라믹 콘덴서 마이크로폰에서 비전도성인 세라믹으로만 패키지를 제작하는 경우보다 EMI 효과 및 ESD 효과가 훨씬 줄어든다. 따라서, 패키지(120)를 금속 또는 전도성 물질로 제작한 경우와 마찬가지로 콘덴서 마이크로폰 패키지의 전기적인 특성 및 음향적인 특성을 향상시킬 수 있다.
이상의 콘덴서 마이크로폰(100)에서, 패키지(120)와 패키지 내벽에 삽입되는 삽입부(140)가 서로 밀착되어 제작되는 경우뿐만이 아니라, 패키지(120)와 삽입부(140) 사이에 소정의 간격을 두고 제작되는 경우에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 또한 패키지(120)와 기판(180)은 같은 소재인 세라믹으로 제작되기 때문에 일체형으로 제작되는 것도 가능하다.
추가적으로, 제 1 실시예에서, 패키지(120)와 삽입부(140)가 모두 전도성 물질히고 일체형으로 제작되는 경우에도 콘덴서 마이크로폰에서 발생하는 전자파를 그라운드 시킴으로써 ESD 효과 및 EMI 효과를 감소시키는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 단면도를 도시하고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 분해사시도를 도시한다. 제 2 실시예는 상기 제 1 실시예와 대체로 동일한 구조 및 효과를 가지므로 이하에서는 차이점을 중심으로 살펴본다.
제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 마찬가지로 기판(380) 상에 MEMS 마이크로폰 칩(330) 및 회로부(350)가 접착되고, 기판(380) 상에는 에폭시 수지가 불필요한 부분까지 흘러나가지 않도록하는 방지턱(360)이 부착된다.
패키지(320)는 측면과 상부가 막혀있고, 하부만 개방되어 있는 형태이다. 또한, 패키지(320)의 소재는 세라믹이다. 세라믹은 내열성이 있고, MEMS 마이크로폰 칩(330) 및 회로부(350)를 구성하는 실리콘 및 금속 소재와 열팽창 계수가 비슷하여, 공정에서 변형 또는 접합 특성이 약화되는 문제가 발생하지 않는다.
패키지(320) 내벽에는 패키지(320)와 마찬가지로 측면과 상부가 막혀있고, 하부만 개방되어 있는 형태로 제작된 삽입부(340)가 부착된다. 삽입부(340)와 패키지(320)가 결합된 후에는, MEMS 마이크로폰 칩(330) 위 쪽에 음향홀(310)이 뚫린다. 음향홀(310)은 콘덴서 마이크로폰(300) 외부로부터 소리를 받아들이는 역할을 한다. 삽입부(340)의 소재는 금속 또는 전도성을 가지는 물질이다. 따라서, MEMS 마이크로폰 칩(330)에서 발생하는 전자파를 그라운드 시킴으로써, 비전도성인 세라믹으로만 패키지를 제작하는 경우보다 EMI 효과 및 ESD 효과가 훨씬 줄어든다.
패키지(320) 내벽에 삽입부(340)가 부착되고 나면, 기판(380) 위에 패키지(320)가 덮어진다.
이상의 콘덴서 마이크로폰(300)에서, 패키지(320)와 패키지 내벽에 삽입되는 삽입부(340)가 서로 밀착되어 제작되는 경우뿐만이 아니라, 패키지와 삽입부 사이에 소정의 간격을 두고 제작되는 경우에도 발명의 목적을 달성할 수 있다. 또한 패 키지(320)와 기판(380)은 같은 소재인 세라믹으로 제작되기 때문에 일체형으로 제작되는 것도 가능하다.
추가적으로, 제 2 실시예에서, 패키지(320)와 삽입부(340)가 모두 전도성 물질히고 일체형으로 제작되는 경우에도 콘덴서 마이크로폰에서 발생하는 전자파를 그라운드 시킴으로써 ESD 효과 및 EMI 효과를 감소시키는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 분해사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예인 세라믹 패키지를 이용한 콘덴서 마이크로폰의 분해사시도를 도시한다.

Claims (21)

  1. MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부가 상부에 장착된 기판;
    상기 기판의 상부에 장착되고, 상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 둘러싸는 링(Ring) 형태의 패키지;
    상기 패키지 내벽에 부착되고 전도성 물질로 제작된 링 형태의 삽입부; 및
    상기 패키지를 완전히 덮고 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 상판을 포함하는 콘덴서 마이크로폰.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 세라믹 소재로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 패키지는 세라믹 소재로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는 금속성 소재로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상판은 전도성 물질로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 상부에 부착되어 에폭시 수지가 소정 영역 이상으로 흐르는 것을 방지하는 방지턱을 더 포함하는 콘덴서 마이크로폰.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판과 상기 패키지는 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키지와 상기 삽입부 사이가 소정 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 패키지는 전도성 물질이고 상기 삽입부와 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
  10. MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부가 상부에 장착된 기판;
    상기 기판의 상부에 장착되고, 상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 덮으며, 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 패키지; 및
    상기 패키지 내벽에 부착되고, 전도성 물질로 제작되며, 소리가 통과할 수 있는 상기 음향홀이 뚫린 삽입부를 포함하는 콘덴서 마이크로폰.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판은 세라믹 소재로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 패키지는 세라믹 소재로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 삽입부는 금속성 소재로 제작된 콘덴서 마이크로폰.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판 상부에 부착되어 에폭시 수지가 소정 영역 이상으로 흐르는 것을 방지하는 방지턱을 더 포함하는 콘덴서 마이크로폰.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판과 상기 패키지는 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
  16. 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키지와 상기 삽입부 사이가 소정 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 패키지는 전도성 물질이고 상기 삽입부와 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
  18. MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 기판에 장착하는 단계;
    내벽에 전도성 물질인 삽입부가 부착된 패키지를 상기 기판 상부에 장착하는 단계; 및
    상기 패키지를 완전히 덮고 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 상판을 상기 패키지에 덮는 단계를 포함하는 콘덴서 마이크로폰 제작 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 기판의 상부에 부착되어 에폭시 수지가 소정 영역 이상으로 흐르는 것을 방지하는 방지턱을 형성하는 단계를 더 포함하는 콘덴서 마이크로폰 제작 방법.
  20. MEMS 마이크로폰 칩 및 회로부를 기판에 장착하는 단계; 및
    내벽에 전도성 물질인 삽입부가 부착되고, 소리가 통과할 수 있는 음향홀이 뚫린 패키지를 상기 기판 상부에 장착하는 단계를 포함하는 콘덴서 마이크로폰 제작 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 기판의 상부에 부착되어 에폭시 수지가 소정 영역 이상으로 흐르는 것을 방지하는 방지턱을 형성하는 단계를 더 포함하는 콘덴서 마이크로폰 제작 방법.
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