KR20170138170A - 멤스 마이크로폰 소자 및 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 모듈 - Google Patents

멤스 마이크로폰 소자 및 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 모듈 Download PDF

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Abstract

외부 오염 물질의 유입 및 주변 소음의 유입이 억제된 고체 전도 방식의 MEMS 마이크로폰 소자 및 MEMS 마이크로폰 모듈이 제공된다. 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 모듈은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 일면에 실장된 멤스 마이크로폰 소자; 및, 상기 인쇄회로기판과 함께 상기 멤스 마이크로폰 소자를 둘러싸서 외부 공간과 구분되는 내부 공간을 형성하는 하우징을 포함하고, 상기 멤스 마이크로폰 소자는, 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징에 대해 고정된 백플레이트; 상기 백플레이트에 대해 상대적으로 진동하는 진동막; 및, 상기 진동막을 사이에 두고 상기 백플레이트의 반대편에 형성된 것으로, 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징에 의해 막혀서 공기를 통한 외부와의 음압 전달 경로가 차단된 캐비티를 포함한다.

Description

멤스 마이크로폰 소자 및 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 모듈 {MEMS Microphone Device And MEMS Microphone Module Comprising The Same}
본 발명은 멤스(MEMS, Micro-Electro Mechanical System) 마이크로폰 (Microphone)에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 진동에 따른 음향신호를 제공하는 멤스 마이크로폰 소자 및 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로폰은 음성이나 음향을 전기적인 신호로 변환하는 장치이다. 마이크로폰은 음성이나 음향을 통신기기를 통해 송신하기 위해서나, 특정 범위의 음성이나 음향을 증폭하여 필요한 형태로 가공하는 데에도 필수적인 요소이다. 여기서 음성은 사람이 의미를 담아 성대로 내는 소리를 말하고, 음향은 음성을 포함하여 청각적으로 인식되는 소리를 포괄적으로 의미한다.
우수한 마이크로폰으로 인정되기 위해서는 전기적 신호로 변환하고자 하는 음성/음향 신호에 대한 우수한 감도와 작동성 그리고 사용 환경에 대한 우수한 신뢰성 등이 요구된다. 최근에는 이동통신기기나 그 액세서리로서의 헤드셋, 보청기 등 초소형 마이크로폰에 대한 수요가 증가하고 있다. 소형화에 적합한 마이크로폰으로서 멤스(MEMS) 마이크로폰을 들 수 있다. MEMS 마이크로폰은 진동막(membrane)과 백플레이트(back plate) 등 실질적으로 음향을 감지하는 요소들이 실리콘 기판상에 수행되는 박막 공정을 통해 형성되므로, 마이크로폰의 소형화는 물론, 자동화를 통한 생산성 향상에도 유리하다.
최근까지 MEMS 마이크로폰에 관한 연구는 저항형(resistance type), 압전형(Piezo type), 콘덴서형(condensor type)으로 진행되어 왔다. 특히, 음성 주파수 대역에 대해서는 변환 음역의 안정성과 주파수 특성이 우수한 콘덴서형의 MEMS 마이크로폰 중심으로 연구와 개발이 진행되어 왔다. 콘덴서형 MEMS 마이크로폰은 서로 대향 배치된 한 쌍의 도전성 막을 갖는다. 이들 중 하나는 고정 전극인 백플레이트(back plate)를, 나머지 하나는 음성 등의 신호에 반응하여 진동하는 진동막(membrane)을 구성한다. 콘덴서형 MEMS 마이크로폰은 음성/음향에 의한 상기 진동막의 진동에 따라 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 간격의 에어 갭(air gap)을 사이에 두고 설치된 상기 진동막과 상기 백플레이트 사이의 정전용량이 변하는 현상을 이용하여, 전기적 신호를 생성한다.
종래의 콘덴서형 MEMS 마이크로폰 모듈은 일반적으로 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판에 실장되는 것으로 MEMS 마이크로폰 소자와 이를 구동하는 IC 컴포넌트(일반적으로 ASIC, Application Specific Integrated Circuit)를 구비한다. 또한, 상기 인쇄회로기판과 함께 그 내부의 MEMS 마이크로폰 소자와 IC 컴포넌트를 덮어 보호하는 금속 또는 합성수지 소재의 하우징을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 인쇄회로기판과 상기 하우징 중 적어도 어느 한쪽에는 상기 인쇄회로기판과 하우징의 외부로부터 그 내부의 상기 진동막까지 공기를 통해 음향이 전달되도록 하는 개구부가 마련된다.
이러한 개구부는 음향 입력을 받기 위한 불가결한 요소로 인식되어 왔다. 그러나 한편으로는 전술한 진동막의 기계적 안정성을 저해하는 요인이 되기도 한다. MEMS 마이크로폰의 진동막은 매우 얇은 두께로 이루어져 상기 개구부를 통해 유입되는 오염 물질 등에 악영향을 받기 쉽기 때문이다. 또한 상기 개구부는 공기의 진동을 통해 불필요한 주변 소음이 유입되는 경로가 되기도 한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 소자 및 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 모듈은 외부 오염 물질의 유입 및 주변 소음의 유입이 억제된 고체 전도 방식의 MEMS 마이크로폰 소자 및 MEMS 마이크로폰 모듈을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 모듈은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 일면에 실장된 멤스 마이크로폰 소자; 및, 상기 인쇄회로기판과 함께 상기 멤스 마이크로폰 소자를 둘러싸서 외부 공간과 구분되는 내부 공간을 형성하는 하우징을 포함하고, 상기 멤스 마이크로폰 소자는, 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징에 대해 고정된 백플레이트; 상기 백플레이트에 대해 상대적으로 진동하는 진동막; 및, 상기 진동막을 사이에 두고 상기 백플레이트의 반대편에 형성된 것으로, 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징에 의해 막혀서 공기를 통한 외부와의 음압 전달 경로가 차단된 캐비티를 포함한다.
상기 진동막과 상기 백플레이트는 에어 갭을 사이에 두고 서로 대향하는 진동막 전극과 카운터 전극을 각각 구비하고, 상기 백플레이트가 고정된 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징과 상기 카운터 전극의 사이는 고체 물질로 채워질 수 있다.
상기 멤스 마이크로폰 소자는, 상기 진동막을 가지고, 상기 캐비티의 주변부를 형성함으로써 상기 진동막 전극의 평면적인 형상에 대응되는 형태의 빈 공간인 상기 캐비티를 정의하는 제 1 기판부; 상기 백플레이트를 갖는 제 2 기판부; 및, 상기 진동막과 상기 백플레이트가 서로 마주 보도록 상기 제 1 기판부와 상기 제 2 기판부를 서로 접합하며, 상기 진동막과 상기 백플레이트 사이에 에어 갭을 형성하는 갭 형성 접합부를 포함할 수 있다.
전술한 멤스 마이크로폰 소자에 있어서, 상기 갭 형성 접합부는, 상기 제 1 기판부의 제 1 주변 금속 패턴과 상기 제 2 기판부의 제 2 주변 금속 패턴 사이에 개입되어 상기 에어 갭에 해당하는 두께로 이들을 서로 접합하는 것으로, 상기 제 1 주변 금속 패턴은 상기 진동막 상에 형성된 진동막 전극의 주변부에 상기 진동막 전극과 동일한 금속층으로 형성되고, 상기 제 2 주변 금속 패턴은 상기 백플레이트 상에 형성된 카운터 전극의 주변부에 상기 카운터 전극과 동일한 금속층으로 형성된 것일 수 있다.
상기 제 1 기판부 및 상기 제 2 기판부는 각각 실리콘 베이스 기판상에 적어도 하나 이상의 박막이 적층된 다층 구조물이고, 상기 제 2 기판부는 상기 카운터 전극 및 상기 제 2 주변 금속 패턴을 형성하는 금속층과 그와 접한 표면을 제외한 모든 층이 평면적으로 균일하게 형성된 것일 수 있다.
상기 제 1 주변 금속 패턴은 평면적으로 상기 캐비티의 주변부와 중첩되도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 멤스 마이크로폰 소자는, 일면이 상기 인쇄회로기판의 표면에, 다른 일면이 상기 하우징의 내측 표면에 접착될 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 멤스 마이크로폰 소자는, 그 일면에 진동막 전극이 형성된 진동막; 상기 진동막을 사이에 두고 상기 진동막 전극 반대편에 상기 진동막 전극의 평면적 형상에 대응되는 형상으로 형성된 캐비티; 및, 그 일면에 소정의 에어 갭을 사이에 두고 상기 진동막 전극과 마주보는 카운터 전극이 형성된 것으로, 상기 카운터 전극 반대편이 고체 물질로 채워진 백플레이트를 포함한다.
여기서 상기 멤스 마이크로폰 소자는, 상기 진동막을 가지고, 상기 캐비티의 주변부를 형성함으로써 상기 진동막 전극의 평면적인 형상에 대응되는 형태의 빈 공간인 상기 캐비티를 정의하는 제 1 기판부; 상기 백플레이트를 갖는 제 2 기판부; 및, 상기 진동막과 상기 백플레이트가 서로 마주 보도록 상기 제 1 기판부와 상기 제 2 기판부를 서로 접합하며, 상기 진동막과 상기 백플레이트 사이에 에어 갭을 형성하는 갭 형성 접합부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 갭 형성 접합부는, 상기 제 1 기판부의 제 1 주변 금속 패턴과 상기 제 2 기판부의 제 2 주변 금속 패턴 사이에 개입되어 상기 에어 갭에 해당하는 두께로 이들을 서로 접합하는 것으로, 상기 제 1 주변 금속 패턴은 상기 진동막 상에 형성된 진동막 전극의 주변부에 상기 진동막 전극과 동일한 금속층으로 형성되고, 상기 제 2 주변 금속 패턴은 상기 백플레이트 상에 형성된 카운터 전극의 주변부에 상기 카운터 전극과 동일한 금속층으로 형성된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 소자 및 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 모듈은, 외부 오염 물질의 유입을 원천적으로 차단하여 가혹한 사용 환경에 대해서도 제품의 신뢰성을 향상시키고, 공기 진동에 의한 소음의 유입을 최소화하여 고체 전도에 의해 전달되는 유효 신호 이외의 잡음을 배제하여 소음이 심한 환경에서도 높은 품질의 신호를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 모듈에서 하우징이 개방된 상태를 보인다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 모듈의 내부 구조를 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 소자의 제 1 기판부 제조 공정을 보인다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 소자의 제 2 기판부 제조 공정을 보인다.
도 5는 상기 도 3의 공정에 따른 제 1 기판부와 상기 도 4의 공정에 따른 제 2 기판부를 결합하여 구성된 MEMS 마이크로폰 소자를 보인다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 기술적 사상을 명확히 전달하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 모듈에서 하우징이 개방된 상태를 보인다.
본 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 모듈은, 인쇄회로기판(20)과, 상기 인쇄회로기판의 일면에 실장된 멤스 마이크로폰 소자(10), 그리고 상기 인쇄회로기판(20)과 함께 상기 멤스 마이크로폰 소자(10)를 둘러싸서 외부 공간과 구분되는 내부 공간을 형성하는 하우징(40)을 포함하여 구성된다. 상기 인쇄회로기판(20)의 일면에는 상기 멤스 마이크로폰 소자(10)를 구동하는 IC 컴포넌트(30)가 상기 하우징(40) 내부에 상기 멤스 마이크로폰 소자(10)와 함께 실장 될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 인쇄회로기판(20)의 일면에는 다수의 전극 패드(21)가 마련되고, 상기 IC 컴포넌트(30)는 상기 다수의 전극 패드(21)와 다수의 리드 와이어(22)를 통해 와이어 본딩(wire bonding) 될 수 있다. 상기 멤스 마이크로폰 소자(10) 역시 상기 IC 컴포넌트(30)와 리드 와이어(22m)를 통해 와이어 본딩 될 수 있다.
상기 멤스 마이크로폰 소자(10)는 상기 인쇄회로기판(20)과 상기 하우징(40) 중 적어도 어느 한 쪽에 접합 될 수 있다. 본 실시예에 따르면 상기 멤스 마이크로폰 소자(10)는 상기 인쇄회로기판(20)에 에폭시 등으로 그 일면이 접착되는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 멤스 마이크로폰 소자의 출력 단자 전극의 위치에 따라서 인쇄회로기판에 표면 실장 되는 경우라면, 솔더링 접합이 이루어지므로 별도의 접착이 불필요할 수 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(20)에 접합되지 않은 다른 면들 중 일부가 상기 하우징(40)에 접합 될 수도 있다.
여기서, 상기 인쇄회로기판(20)과 상기 하우징(40)은 종래의 멤스 마이크로폰 모듈과 달리 공기를 통해 전파되는 음성을 비롯한 음향이 내부 공간으로 전달되도록 하기 위한 개구부를 가지지 않는다. 본 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 모듈은 오히려 음성을 비롯한 음향을 발생시키는 진동이 고체전도를 통해 상기 멤스 마이크로폰 소자에 잘 전달되도록 구성된다. 이러한 구성상의 특징에 관해서 이하에서 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 모듈의 내부 구조를 보인다.
그 중심부의 단면을 통해 살펴본 상기 멤스 마이크로폰 소자(10)는, 상기 인쇄회로기판(20)에 대해 고정된 백플레이트(12)와, 상기 백플레이트(12)에 대해 상대적으로 진동하는 진동막(14), 그리고 상기 진동막(14)을 사이에 두고 상기 백플레이트(12)의 반대편에 형성된 것으로, 상기 하우징(40)의 일부분에 의해, 좀 더 구체적으로는 개구부가 없는 부분에 의해 막혀서 공기를 통한 외부와의 음압 전달 경로가 차단된 캐비티(cavity)(16)를 포함한다. 상기 캐비티(16)는 종래의 멤스 마이크로폰 모듈의 대응되는 구조에서 공명을 일으키는 음향 챔버로서의 기능도 수행하는 것과 달리 상기 진동막(14)이 그 평면에 수직 방향으로 진동할 수 있게 하는 구조로서의 제한적 기능을 가진다.
소정 형태의 빈 공간인 상기 캐비티(16)를 정의하는 캐비티 주변부는 상기 하우징(40)에 접합될 수 있다. 구체적인 예로서 에폭시 등의 접착제로 접착될 수 있다. 이런 구조는 외부로부터 상기 하우징(40)에 전달된 음원으로서의 진동이 고체전도를 통해 상기 진동막(14)까지 전달되는 것을 돕는다.
상기 진동막(14)에서 상기 캐비티(16)의 반대편에는 가변 콘덴서를 구성하는 한 전극인 진동막 전극(114m)이 배치되고, 그와 마주보는 상기 백플레이트(12)의 일면에는 소정의 에어 갭(air gap)(15)을 사이에 두고, 역시 가변 콘덴서를 구성하는 나머지 한 전극인 카운터 전극(124c)이 배치된다. 상기 두 전극은 금속 박막의 패터닝에 의해 형성된 금속 패턴으로 이루어질 수 있다. 상기 진동막 전극(114m)의 주변부와 상기 카운터 전극(124c)의 주변부에는 각각 제 1 주변 금속 패턴(114g)과 제 2 주변 금속 패턴(124g)이 형성되고, 이들 사이에 상기 소정의 에어 갭(15)을 형성하는 갭 형성 접합부(115)가 마련될 수 있다. 상기 갭 형성 접합부(115)는 상기 백플레이트(12)와 상기 진동막(14) 사이에서도 진동의 고체전도가 이루어지도록 진동 감쇄율이 낮은 접합재, 예컨대 금속성의 접합재로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 모듈에서 멤스 마이크로폰 소자(10)를 구조적 측면에서 보면 크게 상기 진동막(14)과 전술한 캐비티(16)의 주변부를 구성하는 제 1 기판부(11)와 상기 백플레이트(12)를 구성하는 제 2 기판부로 나뉜다. (본 실시예에서 전술한 백플레이트(12)와 제 2 기판부는 기능적 측면과 구조적 측면에서 달리 지칭한 것일 뿐 실질적으로 동일한 구성요소이므로 이하에서는 제 2 기판부에 대해서도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.) 상기 제 1 기판부(11)와 상기 제 2 기판부(12)는 각각 실리콘 베이스 기판(111, 121)상에 적어도 하나 이상의 박막이 적층된 다층 구조물인데, 그 구체적인 적층 구조에 대해서는 후술하기로 한다.
이하에서는 전술한 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 소자를 제조하는 공정에 관하여 설명한다. 설명될 공정은 하나의 예에 불과하며 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 소자가 이하의 공정에 의해 제조된 것으로 한정 해석될 이유는 없다. 다만, 공정을 통해 전술한 멤스 마이크로폰 소자의 구성이 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 소자의 제 1 기판부 제조 공정을 보인다.
먼저 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 실리콘 베이스 기판(111)의 양면에 건식 식각(Dry-Etch) 마스킹 물질로서 실리콘 산화물(SiO2)층(112a,112b)을 형성한다. 다음으로 도3의 (b)에 도시된 것처럼 그 양면에 진동막 중 비금속재료 박막 부분을 형성하는 실리콘 질화물(SiNx)층(113a,113b)을 형성한다. 상기 실리콘 질화물층(113a,113b)은 반복적인 진동에 대한 상기 진동막의 내구성 향상 등을 위해 낮은 잔류 응력(residual stress)을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 질화물층(113a) 위에 도전성의 금속층(114)을 적층하고, 상기 금속층(114)을 패터닝하여 소정의 평면적 형상을 갖는 금속 패턴인 진동막 전극(114m)과 그 주변부에 소폭의 띠 형태로 연장된 제 1 주변 금속 패턴(114g)을 형성한다. 이때, 상기 금속층(114)은 Ti, Au, Cu, Al, Pt, 또는 Sn 등 전기전도도가 높은 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 주변 금속 패턴(114g) 위에 소정의 두께를 갖는 제 1 금속 접합재 패턴(115a)을 형성한다. 상기 제 1 금속 접합재 패턴(115a)은 예컨대, 공융 접합(Eutectic Bonding)에 적합한 금속성 접합재의 박막 패턴일 수 있고, 그 두께는 전술한 에어 갭의 약 1/2 정도일 수 있다.
다음으로 반응성 이온 식각법(DRIE, Deep Reactive Ion Etching)을 이용하여 제 1 기판부(11)의 후면을 식각함으로써, 도 3의 (e)에 도시된 것과 같이, 그 후면으로부터 상기 진동막(14)의 배면 즉, 진동막(14)에서 진동막 전극(114m)의 반대쪽 면까지 이르는 캐비티(16)를 형성한다. 상기 캐비티(16)의 평면적인 형상은 상기 진동막 전극(114m)의 평면적 형상과 유사하게 형성될 수 있고, 상기 진동막 전극(114m)의 면적보다는 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
도 3의 (f)는 위와 같은 공정을 통해 형성된 제 1 기판부(11)를 상기 진동막 전극(114m) 위에서 바라본 모습을 보인다. 이를 통해 전술한 제 1 주변 금속 패턴(114g)과 제 1 금속 접합재 패턴(115a)의 평면적 형태로 볼 수 있다. 본 실시예에서 상기 진동막 전극(114m)과 상기 제 1 주변 금속 패턴(114g)은 도전성 금속 패턴으로 서로 연결되는데, 이는 상기 진동막 전극(114m)과 그 출력 단자부(도 4의 (d) 도면부호 114e 참조)의 전기적 연결을 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 소자의 제 2 기판부 제조 공정을 보인다.
제 2 기판부 역시 상기 제 1 기판부와 마찬가지로 실리콘 웨이퍼를 베이스 기판으로 활용한다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 베이스 기판(121)의 양면에 실리콘 질화물(Si3N4)층(123a,123b)을 형성한다. 상기 실리콘 질화물층(123a,123b)은 습식 식각(Wet-Etch) 마스킹 층으로 활용된다.
이어서, 도 4의 (b)에 도시된 것처럼 일측의 상기 실리콘 질화물층(123a)에 도전성의 금속층(124)을 적층하고 패터닝하여 카운터 전극(124c) 패턴과 제 2 주변 전극 패턴(124g)을 형성한다. 상기 금속층(124)에 관한 사항은 제 1 기판부의 금속층(114)과 같다. 다음으로, 상기 제 2 주변 금속 패턴(124g) 상에 제 2 금속 접합재 패턴(115b)를 형성한다. 상기 제 2 금속 접합재 패턴(115b) 역시 공융 접합(Eutectic Bonding)에 적합한 금속성 접합재의 박막 패턴일 수 있고, 그 두께는 전술한 에어 갭의 약 1/2 정도일 수 있다.
도 4의 (d)는 제 2 기판부(12)를 카운터 전극(124c) 쪽에서 바라본 모습으로, 위와 같은 공정을 통해 형성된 상기 카운터 전극(124c) 패턴 및 상기 제 2 주변 금속 패턴(124g)의 평면적 형상을 보인다. 상기 카운터 전극(124c)은 그 면적 중 대부분이 전술한 진동막 전극(114m)과 평면적으로 중첩되도록 형성된다. 다만, 상기 카운터 전극(124c)은 상기 제 2 주변 금속 패턴(124g)이 형성되지 않은 부분으로 연장되어, 그 출력 단자(124e)를 구성할 수 있다. 그 결과 상기 카운터 전극(124c)과 그 출력 단자(124e)는 동일한 금속층 내에서 서로 전기적으로 연결되고, 전술한 진동막 전극(도 3 (f)의 114m 참조)과 그 출력 단자(114e)는 전술한 제 1 주변 금속 패턴(114g), 제 1 금속 접합재 패턴(115a), 제 2 금속 접합재 패턴(115b), 및 제 2 주변 금속 패턴(124g)을 통해 서로 전기적으로 연결된다.
도 5는 상기 도 3의 공정에 따른 제 1 기판부와 상기 도 4의 공정에 따른 제 2 기판부를 결합하여 구성된 MEMS 마이크로폰 소자를 보인다.
도시된 바와 같이, 진동막(14)을 갖는 제 1 기판부(11)와 백플레이트로서의 제 2 기판부(12)를 정합 정렬기를 이용하여 서로 정렬하고 접합한다. 접합 공정은 전술한 바와 같이 공융 접합(Eutectic Bonding)법에 따를 수 있다. 공융 접합 온도는 접합재의 종류에 따라 달라지는데, 예를 들어, 제 1 및 제 2 금속 접합재(115a,115b)의 용융 온도보다 낮은 약 300℃ 정도의 온도에서 접합이 이루어질 수 있다. 위와 같은 공정은 에어 갭(15)을 정확하게 제어하는 데에 유리하다.
콘덴서 방식의 멤스 마이크로폰 소자는 에어 갭(15)을 사이에 둔 진동막 전극과 카운터 전극 사이의 커패시턴스의 변화를 검출함으로써 상기 진동막(14)의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 것인데, 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 소자는 진동막(14)을 진동시키는 직접적인 요인이 전술한 캐비티(16) 내의 공기를 통해 전달된 음압이 아니라 제 2 기판부(12) 또는 제 1 기판부(11)를 통해 고체 전도 방식으로 전달된 기계적 진동이다. 즉, 관성에 의한 상기 진동막(14)의 상기 백플레이트(12)에 대한 상대적 진동을 통해 전기적 신호를 생성한다. 이를 위해 상기 백플레이트(12)는 카운터 전극의 하부가 공백 없이 고체물질로 채워진 것이 바람직하다.
10: MEMS 마이크로폰 소자
11: 제 1 기판부 12: 제 2 기판부
14: 진동막 15: 에어 갭
16: 캐비티(cavity) 20: 인쇄회로기판
30: IC 컴포넌트 40: 하우징
114m: 진동막 전극 114g: 제 1 주변 금속 패턴
115: 갭 형성 접합부 124c: 카운터 전극
124g: 제 2 주변 금속 패턴

Claims (10)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 일면에 실장된 멤스 마이크로폰 소자; 및,
    상기 인쇄회로기판과 함께 상기 멤스 마이크로폰 소자를 둘러싸서 외부 공간과 구분되는 내부 공간을 형성하는 하우징을 포함하고,
    상기 멤스 마이크로폰 소자는,
    상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징에 대해 고정된 백플레이트;
    상기 백플레이트에 대해 상대적으로 진동하는 진동막; 및,
    상기 진동막을 사이에 두고 상기 백플레이트의 반대편에 형성된 것으로, 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징에 의해 막혀서 공기를 통한 외부와의 음압 전달 경로가 차단된 캐비티를 포함하는,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동막과 상기 백플레이트는 에어 갭을 사이에 두고 서로 대향하는 진동막 전극과 카운터 전극을 각각 구비하고,
    상기 백플레이트가 고정된 상기 인쇄회로기판 또는 상기 하우징과 상기 카운터 전극의 사이는 고체 물질로 채워진,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 멤스 마이크로폰 소자는,
    상기 진동막을 가지고, 상기 캐비티의 주변부를 형성함으로써 상기 진동막 전극의 평면적인 형상에 대응되는 형태의 빈 공간인 상기 캐비티를 정의하는 제 1 기판부;
    상기 백플레이트를 갖는 제 2 기판부; 및,
    상기 진동막과 상기 백플레이트가 서로 마주 보도록 상기 제 1 기판부와 상기 제 2 기판부를 서로 접합하며, 상기 진동막과 상기 백플레이트 사이에 에어 갭을 형성하는 갭 형성 접합부를 포함하는,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 갭 형성 접합부는, 상기 제 1 기판부의 제 1 주변 금속 패턴과 상기 제 2 기판부의 제 2 주변 금속 패턴 사이에 개입되어 상기 에어 갭에 해당하는 두께로 이들을 서로 접합하는 것으로,
    상기 제 1 주변 금속 패턴은 상기 진동막 상에 형성된 진동막 전극의 주변부에 상기 진동막 전극과 동일한 금속층으로 형성되고,
    상기 제 2 주변 금속 패턴은 상기 백플레이트 상에 형성된 카운터 전극의 주변부에 상기 카운터 전극과 동일한 금속층으로 형성된,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 기판부 및 상기 제 2 기판부는 각각 실리콘 베이스 기판상에 적어도 하나 이상의 박막이 적층된 다층 구조물이고,
    상기 제 2 기판부는 상기 카운터 전극 및 상기 제 2 주변 금속 패턴을 형성하는 금속층과 그와 접한 표면을 제외한 모든 층이 평면적으로 균일하게 형성된,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 주변 금속 패턴은 평면적으로 상기 캐비티의 주변부와 중첩되도록 배치된,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤스 마이크로폰 소자는, 일면이 상기 인쇄회로기판의 표면에, 다른 일면이 상기 하우징의 내측 표면에 접착된,
    멤스 마이크로폰 모듈.
  8. 그 일면에 진동막 전극이 형성된 진동막;
    상기 진동막을 사이에 두고 상기 진동막 전극 반대편에 상기 진동막 전극의 평면적 형상에 대응되는 형상으로 형성된 캐비티; 및,
    그 일면에 소정의 에어 갭을 사이에 두고 상기 진동막 전극과 마주보는 카운터 전극이 형성된 것으로, 상기 카운터 전극 반대편이 고체 물질로 채워진 백플레이트를 포함하는,
    멤스 마이크로폰 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 진동막을 가지고, 상기 캐비티의 주변부를 형성함으로써 상기 진동막 전극의 평면적인 형상에 대응되는 형태의 빈 공간인 상기 캐비티를 정의하는 제 1 기판부;
    상기 백플레이트를 갖는 제 2 기판부; 및,
    상기 진동막과 상기 백플레이트가 서로 마주 보도록 상기 제 1 기판부와 상기 제 2 기판부를 서로 접합하며, 상기 진동막과 상기 백플레이트 사이에 에어 갭을 형성하는 갭 형성 접합부를 포함하는,
    멤스 마이크로폰 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 갭 형성 접합부는, 상기 제 1 기판부의 제 1 주변 금속 패턴과 상기 제 2 기판부의 제 2 주변 금속 패턴 사이에 개입되어 상기 에어 갭에 해당하는 두께로 이들을 서로 접합하는 것으로,
    상기 제 1 주변 금속 패턴은 상기 진동막 상에 형성된 진동막 전극의 주변부에 상기 진동막 전극과 동일한 금속층으로 형성되고,
    상기 제 2 주변 금속 패턴은 상기 백플레이트 상에 형성된 카운터 전극의 주변부에 상기 카운터 전극과 동일한 금속층으로 형성된,
    멤스 마이크로폰 소자.

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