KR20160096207A - Ｍｅｍｓ­온­리드 마이크로폰용 인터포저 - Google Patents

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KR20160096207A
KR20160096207A KR1020167020391A KR20167020391A KR20160096207A KR 20160096207 A KR20160096207 A KR 20160096207A KR 1020167020391 A KR1020167020391 A KR 1020167020391A KR 20167020391 A KR20167020391 A KR 20167020391A KR 20160096207 A KR20160096207 A KR 20160096207A
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KR
South Korea
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interposer
wall
base
microphone
cavity
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Application number
KR1020167020391A
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English (en)
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존 슈체흐
조슈아 왓슨
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Original Assignee
노우레스 일렉트로닉스, 엘엘시
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Publication date
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Abstract

마이크로폰은 인터포저, 리드, 및 베이스를 포함한다. 상기 인터포저는 공동부(cavity)를 형성하는 적어도 하나의 벽부를 포함한다. 상기 벽부는 서로 마주 대하고 있는 제1 측부 및 제2 측부를 포함한다. 상기 리드는 상기 인터포저의 제1 측에 결합해 있고 상기 베이스는 상기 인터포저의 제2 측에 결합해 있고 그럼으로써 상기 리드 및 베이스는 상기 공동부를 에워싸게 된다. 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 기기는 상기 공동부 내에 배치되어 있다. 상기 인터포저는 상기 리드 및 상기 베이스 중 하나 또는 양자 모두를 구조적으로 지지한다. 상기 인터포저는 상기 리드 및 상기 베이스를 전기적으로 접속하도록 구성된 복수 개의 도금된 영역들을 포함한다. 상기 도금된 영역들은 적어도 부분적으로 노출되어 상기 공동부에 개방되도록 구성되어 있다.

Description

ＭＥＭＳ­온­리드 마이크로폰용 인터포저{Interposer for MEMS-on-lid microphone}
관련 출원의 상호 참조
본원은 발명의 명칭이 "MEMS-온-리드 마이크로폰용 인터포저(Interposer for MEMS-on-lid Microphone)"로 2014년 1월 9일자 출원된 미국 임시출원 제61/925359호를 우선권으로 주장하며, 상기 미국 임시출원의 내용 모두는 전부 참조로써 본원 명세서에 포함된다.
기술분야
본원은 MEMS 마이크로폰에 관한 것이며, 더 구체적으로 기술하면 MEMS 마이크로폰의 구조에 관한 것이다.
다양한 타입의 음향 기기들이 수년간 사용되어 왔다. 음향 기기의 일 예로는 마이크로폰이 있다. 일반적으로 말하면, 마이크로폰은 음파들을 전기 신호로 변환한다. 마이크로폰은 때때로 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 구성요소들 및 집적회로(예컨대, 응용 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC))들을 포함하는 다수의 구성요소를 포함한다.
마이크로폰 어셈블리의 음향 성능은 상기 마이크로폰 어셈블리의 전면 용적(다시 말하면, 다이어프램(diaphragm) 및 음향 포트 사이에 있는 공기의 용적) 대 후면 용적(다시 말하면, 패키지 공동부(package cavity) 및 다이어프램에 의해 수용되는 공기의 용적)의 비율과 부분적으로 비례한다. 전형적인 상부 포트 기기들에서는, 상기 구성요소들이 기판 또는 베이스에 직접 부착되어 있고 상기 음향 포트는 상부 또는 리드 상에 있음으로써, 상기 전면 용적이 후면 용적에 비해 크게 된다. 이는 마이크로폰 어셈블리의 최적 성능(다시 말하면 높은 감도, 평탄한 광대역 응답)에 필요한 바람직한 비율이 아니다.
다른 구성들에서는, 상기 MEMS 구성요소들이 상기 베이스 대신에 상기 마이크로폰 어셈블리의 리드 상에 배치된다. 이 경우에, 상기 MEMS 구성요소에 의해 생성되는 전기 신호들이 (상기 베이스 상의 도전성 패드들을 통해) 외부에 이를 수 있게 하는 도전성 경로가 형성될 필요가 있다. 일단 상기 전기 신호들이 외부 도전성 패드들에 이르게 되면, 이러한 신호들은 상기 마이크로폰이 상주해 있는 셀룰러폰들, 컴퓨터들, 또는 다른 기기들에서 볼 수 있는 회로와 같은 고객용 회로에 의해 이용될 수 있다.
MEMS 마이크로폰들은 셀룰러폰들 및 개인용 컴퓨터들과 같은 기기들 내에 배치되어 있는 것이 전형적이다. 이러한 기기들을 가능한 한 작게 제조하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 MEMS 마이크로폰들을 가능한 한 작게 제조하는 것이 바람직하다.
MEMS-온-리드 구성들을 사용하는 MEMS 마이크로폰들의 부가적인 소형화 및 비용 삭감은 곤란한 데, 그 이유는 상기 마이크로폰의 리드 및 베이스 간의 전기 접속을 확립하기 위해 도금된 스루 비어(plated through via)들이 벽에 내장되어 있기 때문이다. 상기 비어들은 기판(PCB) 상에 상당한 공간을 필요로 하고 상기 MEMS 다이 및 상기 집적회로들을 격납(格納) 하는데 사용되는 공동부(cavity) 영역에 대한 추가 공간을 거의 확보하지 못하게 한다.
MEMS 마이크로폰들에서 이용되는 인터포저를 제공하는 수법들이 설명될 것이다. 상기 인터포저는 한 실시 형태에서 도금부가 상기 마이크로폰 내부와 대면해 있는 도금된 벽으로 이루어져 있다. 여기서 "도금된(plated)"이 의미하는 것은 무전해 도금(electroless plating) 프로세스를 사용하여 금속배선(metallization)이 표면들에 추가됨을 의미한다. 상기 인터포저는 상기 마이크로폰에 대한 구조용 지지부로서의 역할을 하며 전류 경로로서 또한 사용된다. 상기 인터포저는 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 구성요소 및/또는 응용 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC)와 동일한 표면상에 있을 수 있다. 와이어 본드는 상기 MEMS 구성요소 및 상기 ASIC 사이에 사용될 수 있다.
본원 명세서에 기재되어 있는 수법들은 MEMS-온-리드 마이크로폰 구성들에 특히 적용 가능하다. MEMS-온-리드(MEMS-on-lid)가 의미하는 것은 MEMS 구성요소가 상기 베이스(또는 기판) 상에보다는 오히려 상기 기기의 리드(또는 커버) 상에 배치되어 있음을 의미한다. 상기 베이스(또는 기판)는 전송될 전기 신호들을 위한 트레이스들 또는 다른 도전성 경로들을 포함하는 것이 전형적이다.
이러한 실시 예들 중 다수의 실시 예에 있어서는, 마이크로폰이 인터포저(interposer), 리드(lid), 및 베이스(base)를 포함한다. 상기 인터포저는 공동부(cavity)를 형성하는 적어도 하나의 벽부(wall portion)를 포함한다. 상기 벽부는 제1 측부 및 제2 측부를 포함하며 상기 제1 측부 및 상기 제2 측부는 서로 마주 대하고 있다. 상기 리드는 상기 인터포저의 제1 측부에 결합해 있으며 상기 베이스는 상기 인터포저의 제2 측부에 결합해 있음으로써 상기 리드 및 상기 베이스는 상기 공동부를 에워싸게 된다. 상기 공동부 내에는 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 기기가 배치된다. 상기 인터포저는 상기 리드 및 상기 베이스 중 하나 또는 양자 모두를 구조적으로 지지한다. 상기 인터포저는 복수 개의 도금된 영역들을 포함하며 상기 복수 개의 도금된 영역들은 상기 리드 및 상기 베이스를 전기적으로 접속하도록 구성되어 있다. 상기 복수 개의 도금된 영역들은 적어도 부분적으로 노출되어 상기 공동부에 개방되도록 구성되어 있다.
몇몇 예들에서는, 상기 적어도 하나의 벽부가 제1 벽 및 제2 벽을 포함하며, 상기 복수 개의 도금된 영역들은 상기 제1 벽에 배치된 제1 도금된 영역 및 상기 제2 벽에 배치된 제2 도금된 영역을 포함한다. 다른 예들에서는, 상기 마이크로폰이 상기 공동부 내에 배치된 응용 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC)를 더 포함한다.
다른 실시 형태들에서는, 상기 MEMS 기기가 상기 리드에 결합해 있다. 몇몇 예들에서는, 상기 리드가 다층 FR-4 인쇄 회로 보드를 포함한다. 다른 예들에서는, 상기 베이스가 적어도 부분적으로는 절연 재료로 구성된 인쇄 회로 보드를 포함한다.
또 다른 실시 형태들에서는, 상기 적어도 하나의 벽이 RF 쉴드를 포함한다. 상기 RF 쉴드에는 2가지 예를 들면 패러데이 쉴드 또는 패러데이 패드들이 있다. 또 다른 실시 형태들에서는, 상기 적어도 하나의 벽부는 제1 벽 및 제2 벽을 포함하며, 상기 복수 개의 도금된 영역들은 상기 제1 벽에 배치된 제1 도금된 영역을 포함하고 상기 제2 벽에는 RF 쉴드가 배치되어 있다. 또 다른 예들에서는, 상기 리드를 통해 포트(port)가 배치되어 있다.
본 개시내용을 더 완전하게 이해하기 위해서는, 이하의 상세한 설명 및 첨부도면들에 대한 참조가 이루어져야 한다.
도 1은 본 발명의 여러 실시 예에 따른 제1 예의 인터포저의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 여러 실시 예에 따른 도 1의 인터포저의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 여러 실시 예에 따른 도 1의 선 A-A를 따라 절취된 도 1 및 도 2의 장치의 전류 경로를 보여주는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 여러 실시 예에 따른 인터포저의 제2 예의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 여러 실시 예에 따른 인터포저의 제3 예의 사시도이다.
당업자라면 첨부도면들에 도시된 요소들이 간결성 및 명료성을 위해 예시되어 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 당업자라면 몇몇 동작들 및/또는 단계들이 특정한 발생 순서로 기재될 수도 있고 도시될 수도 있음을 이해하겠지만 당업자라면 시퀀스에 대한 그러한 특정이 실제로는 필요하지 않음을 이해할 것이다. 또한, 당업자라면 이해하겠지만, 본원 명세서에서 사용되는 용어들 및 표현들은 달리 특정한 의미가 본원 명세서에 사용되는 부분을 제외하고 그들에 대응되는 개별적인 조회 및 학문 영역들에 대한 그러한 용어들 및 표현들에 부합되는 일반적인 의미를 갖는다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 지금부터 참조하여, 마이크로폰 어셈블리(100)의 일 예가 설명될 것이다. 상기 마이크로폰 어셈블리(100)는 인터포저(interposer)(102)를 포함한다. 상기 인터포저는 벽(wall)(104) 및 도전성 도금부(127)를 포함한다. 상기 마이크로폰 어셈블리(100)는 리드(lid)(108), 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 구성요소(110), 및 응용 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC)(112)를 포함한다. 포트(114)는 상기 리드(108)를 통해 연장되어 있다. 와이어(116)를 통해 상기 MEMS 구성요소(110)에서부터 상기 ASIC(112)에 이르기까지, 와이어(118)를 통해 도전성 패드(120)에 이르기까지, 상기 인터포저(102) 상의 도전성 도금부(127)를 통해, 도전성 비어(122)를 통해, 그리고 베이스(125) 상에 있는 외부 도전성 패드들(124)에 이르기까지 전기 경로(126)가 연장되어 있다. 상기 외부 도전성 패드들(124)은 고객용 전자 구성요소들, 2가지 예를 들면 셀룰러폰들 또는 개인용 컴퓨터들 내에서 볼 수 있는 구성요소들에 결합하게 된다. 상기 도전성 도금부(127)는 상기 마이크로폰 어셈블리(100)의 내부 공동부에 노출되어 있다.
상기 MEMS 구성요소(110)는 다이어프램 및 백플레이트를 포함한다. 상기 MEMS 구성요소(110)는 (상기 포트(114)를 통해 수신되는) 음향 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 상기 ASIC(112)은 상기 전기 신호를 처리하여, 예를 들면 증폭 또는 잡음 제거 기능들을 수행한다.
당업자라면 이해하겠지만, 본원 명세서에 기재되어 있는 마이크로폰 어셈블리(100)는 상기 MEMS 구성요소(및 아마도 ASIC)가 상기 베이스보다는 오히려 상기 마이크로폰 어셈블리의 리드에 접속되어 있는 MEMS-온-리드 마이크로폰이다. 상기 리드(108)는 다층 FR-4 인쇄 회로 보드(printed circuit board; PCB)로 구성되어 있다. 상기 베이스(125)는 한 실시 형태에서 인쇄 회로 보드일 수도 있고 전기 절연 재료로 구성될 수도 있다. 레이저 직접 성형법(Laser Direct Structuring)이 상기 도전성 도금부(127)를 생성 및 구성하는데 사용될 수 있다.
특히 도 3을 지금부터 참조하여, 상기 MEMS 구성요소에서부터 상기 ASIC에 이르기까지의 전류 경로가 설명될 것이다. 위에서 설명한 바와 같이, 상기 MEMS 구성요소(110) 및 상기 ASIC(112)은 상기 마이크로폰 어셈블리(100)의 리드(108) 상에 배치된다. 상기 전기 경로(126)는 상기 MEMS 구성요소(110)로부터 생성되고 상기 ASIC(112)에 의해 처리된 전기 신호들을 상기 마이크로폰 어셈블리(100) 외부로 전송하도록 구성되어 있으며 상기 마이크로폰 어셈블리(100)에서는 상기 전기 신호들이 고객용 장비에 의해 부가적으로 사용 및 처리될 수 있다. 예를 들면, 당업자라면 이해하겠지만, 상기 마이크로폰 어셈블리(100)는 셀룰러폰 또는 개인용 컴퓨터와 같은 기기 내에 배치될 수 있다. 다른 예들이 가능하다.
상기 인터포저(102)는 제1 금속 층(132)(예컨대, 구리), 및 제2 금속 층(134)(예컨대, 구리)을 가지고 도금된다. 상기 인터포저(102)는 또한, 전기 절연 재료(136)로 구성된다. 상기 인터포저(102)는 공동부(cavity)(131)를 형성한다. 상기 MEMS 구성요소(110) 및 상기 ASIC(112)은 상기 마이크로폰 어셈블리(100)가 조립될 때 상기 공동부 내에 배치된다.
상기 와이어(116)를 통해 상기 MEMS 구성요소(110)에서부터 상기 ASCI(112)에 이르기까지, 상기 와이어(118)를 통해 상기 도전성 패드(120)에 이르기까지, 상기 인터포저(102)를 통해, 상기 도전성 비어(122)를 통해, 그리고 외부 도전성 패드들(124)에 이르기까지 전기 경로(126)가 연장되어 있다. 당업자라면 이해하겠지만 본원의 도면들에 도시되어 있는 여러 부품들이 전기 땜납(128)과 함께 접속 또는 결합해 있다.
여기서 볼 수 있겠지만 상기 인터포저(102)는 상기 마이크로폰 어셈블리(100)에 대한 구조용 지지부이고 상기 인터포저(102)는 전류 경로(126)를 제공하는 데 사용된다. 당업자라면 부가적으로 이해하겠지만 상기 인터포저(102)는 상기 MEMS 구성요소(110) 및 상기 ASIC(112)과 동일한 표면(다시 말하면 상기 리드(108)의 표면) 상에 있다. 어떠한 추가적인 에폭시 프로세스도 상기 인터포저(102) 및 상기 리드(108) 간 음향 시일(acoustic seal) 또는 상기 인터포저(102) 및 상기 베이스(125) 간 음향 시일을 제공하는데 필요하지 않은데, 그 이유는 리플로우(reflow) 후에 땜납을 가지고 시일되는 납땜용 금속배선 링(solderable ring of metallization)이 상부 및 하부 표면들에 내장되어 있기 때문이다.
도 4를 지금부터 참조하여, 인터포저(400)의 다른 일 예가 설명될 것이다. 상기 인터포저(400)는 벽부들(402)을 포함한다. 상기 인터포저(400)는 마이크로폰의 내부 구성요소들이 배치되게 하는 공동부(405)를 형성한다. 당업자라면 이해하겠지만 상기 인터포저(400)는 리드 및 베이스(또는 기판) 사이에 위치하게 되며 도 1의 인터포저(102)가 상기 리드(108) 및 상기 베이스(125) 사이에 위치하게 되는 방식과 동일한 방식으로 이러한 구성요소들과 관련해서 배치될 수 있다. 패러데이(Faraday) 패드들(408)은 상기 벽부들(402) 상에 배치되어 있다. 상기 패러데이 패드들(408)의 목적은 개선된 RF 내성을 제공하는 것이다.
도전성 도금부(404)는 (상기 리드 상의) MEMS 구성요소 및 (상기 베이스 상의 패드에 결합하게 되는) 외부 기기들 간에 신호들을 반송(搬送)한다. 도 1 - 도 3에 도시된 예와는 대조적으로, 여기에서의 상기 도금부는 상기 벽부들(402)을 형성하는 전기 절연 재료(406)에 부착되어 있다.
도 4의 이러한 인터포저 구성은 상기 공동부(405)의 용적을 상당히 증가시키는데, 그 이유는 모든 전기 접속들이 상기 인터포저의 내부 표면을 따라 제공되기 때문이다. 몇몇 예들에서는, 상기 공동부 용적이 이전의 마이크로폰들에 비해 47% 만큼 증가하게 된다. 몇몇 실시 형태들에서는, 상기 인터포저 및 상기 리드 및 베이스 PCB 간의 음향 시일을 생성하도록 하는 추가적인 에폭시 프로세스들이 필요한데, 그 이유는 상기 리드, 인터포저 및 베이스 PCB 표면들을 접속시켜 주는 납땜 이음부들 간에 갭(gap)들이 존재하기 때문이다.
도 5를 지금부터 참조하여, 인터포저(500)의 또 다른 일 예가 설명될 것이다. 상기 인터포저(500)는 벽부(502), 공동부(cavity)(504), 도전성 도금부(506), 및 편자(horseshoe)형 패러데이 쉴드(Faraday shield)(508)를 포함한다. 상기 패러데이 쉴드(508)의 목적은 RF 내성을 개선하는 것이다.
당업자라면 이해하겠지만 상기 인터포저(500)는 리드 및 베이스(또는 기판) 사이에 위치하게 되며 도 1의 인터포저(102)가 상기 리드(108) 및 상기 베이스(125) 사이에 위치하게 되는 방식과 동일한 방식으로 이러한 구성요소들과 관련해 배치될 수 있다.
도전성 도금부(506)는 (상기 리드 상의) MEMS 구성요소 및 (상기 베이스 상의 패드에 결합하게 되는) 외부 기기들 간에 신호들을 반송(搬送)한다. 도 1 - 도 3에 도시된 예와는 대조적으로, 여기에서의 상기 도금부는 상기 벽부들(502)을 형성하는 전기 절연 재료(510)에 부착되어 있다.
본원 명세서에는 본 발명을 구현하기 위한 본 발명자들에게 알려진 최선의 형태를 포함하는, 본 발명의 바람직한 실시 예들이 기재되어 있다. 여기서 이해하여야 할 점은 예시된 실시 예들이 단지 전형적인 것들뿐이므로, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주하여서는 아니 된다는 점이다.

Claims (10)

  1. 마이크로폰에 있어서,
    상기 마이크로폰은,
    공동부를 형성하는 적어도 하나의 벽부를 포함하는 인터포저로서, 상기 벽부는 제1 측부 및 제2 측부를 포함하며, 상기 제1 측부 및 상기 제2 측부는 서로 마주 대하고 있는, 인터포저;
    상기 인터포저의 제1 측부에 결합해 있는 리드;
    베이스로서, 상기 리드 및 베이스가 상기 공동부를 에워싸도록 상기 인터포저의 제2 측부에 결합해 있는, 베이스;
    상기 공동부 내에 배치된 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 기기;
    를 포함하고 있으며,
    상기 인터포저는 상기 리드 및 상기 베이스 중 하나 또는 양자 모두를 구조적으로 지지하고, 상기 인터포저가 상기 리드 및 상기 베이스를 전기적으로 접속하도록 구성된 복수 개의 도금된 영역들을 포함하며, 상기 복수 개의 도금된 영역들은 적어도 부분적으로 노출되어 상기 공동부에 개방되도록 구성되어 있는, 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 벽부는 제1 벽 및 제2 벽을 포함하며, 상기 복수 개의 도금된 영역들은 상기 제1 벽에 배치된 제1 도금된 영역 및 상기 제2 벽에 배치된 제2 도금된 영역을 포함하는, 마이크로폰.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로폰은,
    상기 공동부 내에 배치된 응용 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC)를 더 포함하는, 마이크로폰.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 MEMS 기기는 상기 리드에 결합해 있는, 마이크로폰.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리드는 다층 FR-4 인쇄 회로 보드를 포함하는, 마이크로폰.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스가 적어도 부분적으로는 절연 재료로 구성되어 있는 인쇄 회로 보드를 포함하는, 마이크로폰.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 벽은 RF 쉴드를 포함하는, 마이크로폰.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RF 쉴드는 패러데이(Faraday) 쉴드 또는 패러데이 패드들을 포함하는, 마이크로폰.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 벽부는 제1 벽 및 제2 벽을 포함하며, 상기 복수 개의 도금된 영역들은 상기 제1 벽에 배치된 제1 도금된 영역을 포함하고, 상기 제2 벽에는 RF 쉴드가 배치되어 있는, 마이크로폰.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리드를 통해 포트가 배치되어 있는, 마이크로폰.
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