KR20210128734A

KR20210128734A - 마이크로폰 장치

Info

Publication number: KR20210128734A
Application number: KR1020200046762A
Authority: KR
Inventors: 김태원; 윤상영; 민철규
Original assignee: (주)파트론
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-10-27

Abstract

제1 금속층, 상기 제1 금속층의 하부에 위치하는 제2 금속층 및 상기 제2 금속층의 하부에 위치하는 제3 금속층을 포함하는 기판, 상기 기판의 상부에 위치하고, 상기 기판과 비도전성 수지재에 의해 결합되는 트랜듀서, 상기 기판의 상부에 위치하고, 상기 트랜듀서와 전기적으로 연결되는 ASIC칩 및 상기 기판과 결합되어 상기 트랜듀서 및 상기 ASIC칩을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 외부와 연통되는 음향흘을 구비하는 커버부를 포함하고, 상기 기판은, 상기 트랜듀서의 하부에 위치하고, 하방으로 함몰된 형태이며, 상기 제1 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층의 상면과 상기 제3 금속층의 하면 사이에 위치하는 캐비티를 더 포함하는 마이크로폰 장치.

Description

마이크로폰 장치{Microphone device}

본 발명은 마이크로폰 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 신호대잡음비(SNR) 특성을 갖는 마이크로폰 장치에 관한 것이다.

마이크로폰 장치는 음향신호를 전기신호로 변환하는 장치로써, 다양한 전자기기에 사용된다. 특히, 음향기기, 통신기기 또는 의료기기 등에 내장되어 사용되고 있다. 마이크로폰 장치가 내장되는 이러한 기기들이 점차 소형화되어 감에 따라 마이크로폰 장치의 초소형화도 함께 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 멤스(MEMS) 마이크로폰의 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.

멤스 마이크로폰은 초소형화가 가능하고 부품 간의 분리된 생산공정을 일괄적으로 수행할 수 있어 성능과 생산효율에 있어서 크게 각광을 받고 있다.

최근 들어 미세 장치의 집적화를 위해 사용되는 기술로서 마이크로 머시닝을 이용한 반도체 가공기술이 있다. 멤스(MEMS)라고 불리는 이러한 기술은 반도체 공정 특히 집적회로 기술을 응용한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 마이크로미터(㎛) 단위의 초소형 센서나 액츄에이터 및 전기 기계적 구조물을 제조할 수 있다. 이러한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제조하는 멤스 마이크로폰은 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화 및 집적화가 가능하다. 또한, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이러한 멤스 마이크로폰에 대한 기술은 다양하게 공지되어 있다. 예를 들어, 대한민국공개특허 제10-2007-0053763호(공개일 2007년 5월 25일)의 '실리콘 콘덴서 마이크로폰과 그 제작 방법', 대한민국공개특허 제10-2007-0078391호(공개일 2007년 7월 31일)의 '소형 마이크로폰용 탄성 중합체 실드', 대한민국공개특허 제10-0971293호(공고일 2010년 7월 13일)의 '마이크로폰' 등이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2007-0053763호(공개일 2007년 5월 25일) 대한민국 공개특허 제10-2007-0078391호(공개일 2007년 7월 31일) 대한민국 공개특허 제10-0971293호(공고일 2010년 7월 13일)

본 발명이 해결하려는 과제는, 신호대잡음비(SNR)가 높은 특성을 가지는 마이크로폰을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로폰 장치는, 제1 금속층, 상기 제1 금속층의 하부에 위치하는 제2 금속층 및 상기 제2 금속층의 하부에 위치하는 제3 금속층을 포함하는 기판, 상기 기판의 상부에 위치하고, 상기 기판과 비도전성 수지재에 의해 결합되는 트랜듀서, 상기 기판의 상부에 위치하고, 상기 트랜듀서와 전기적으로 연결되는 ASIC칩, 및 상기 기판과 결합되어 상기 트랜듀서 및 상기 ASIC칩을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 외부와 연통되는 음향흘을 구비하는 커버부를 포함하고, 상기 기판은, 상기 트랜듀서의 하부에 위치하고, 하방으로 함몰된 형태이며, 상기 제1 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층의 상면과 상기 제3 금속층의 하면 사이에 위치하는 캐비티를 더 포함하는 마이크로폰 장치이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 캐비티의 깊이는 110㎛~260㎛인 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 캐비티의 깊이는 상기 기판의 두께의 39.29%~92.86%인 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 캐비티는 상기 제1 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층 내부에 위치하는 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 캐비티는 상기 제1 금속층 및 제2 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층과 상기 제3 금속층 사이에 위치하는 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 캐비티는 상기 제1 금속층 및 제2 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제3 금속층 내부에 위치하는 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 음향홀은 상기 ASIC칩의 상부에 위치하는 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 트랜듀서는 상기 ASIC칩과 와이어 본딩(wire-bonding)되고, 상기 기판과 전기적으로 분리되는 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는, 상기 ASIC 칩은 상부에 글롭탑(glob top)이 형성되는 마이크로폰 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치는 신호대잡음비(SNR) 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 단면을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 단면을 확대하여 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 단면을 확대하여 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치(1)에 대해서 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치(1)는 기판(100), 트랜듀서(200), ASIC칩(300) 및 커버부(400)를 포함한다.

기판(100)은 본 발명의 마이크로폰 장치(1)의 하부를 이루는 구성으로, 판(Plate) 형태로 형성된다. 기판(100)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)로 형성될 수 있다. 기판(100)은 구체적으로, 경성의 인쇄회로기판, 반도체 기판, 세라믹 기판 등으로 형성될 수 있다. 또한, 기판(100)은 다층 인쇄회로기판 즉, 에폭시 등의 내열 절연판 상의 동박을 사진 에칭으로 배선한 인쇄 회로 기판을 복수 접착시켜 3층 이상의 배선면을 마련한 기판으로 형성될 수 있다. 기판(100)의 상면에는 후술할 트랜듀서(200) 및 ASIC칩(300) 등이 실장된다. 또한, 기판(100)의 상부에는 후술할 커버부(400)가 결합되어 일정한 내부 공간을 형성할 수 있다.

기판(100)은 제1 금속층(110), 제2 금속층(120), 제3 금속층(130) 및 캐비티(140)를 포함할 수 있다. 제1 금속층(110), 제2 금속층(120) 및 제3 금속층(130) 중에서 제1 금속층(110)이 가장 상부에 위치하고, 제3 금속층(130)이 가장 하부에 위치하며, 제2 금속층(120)이 가운데 위치하게 된다. 제1 금속층(110) 및 제3 금속층(130)은 기판(100)과 동일하게 판(Plate) 형태로 형성될 수 있으며, 동박(copper foil)으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 금속층(110) 및 제3 금속층(130)의 두께는 25㎛로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제2 금속층(120)은 기판(100)과 동일하게 판(Plate) 형태로 형성될 수 있으며, CCL(copper clad laminate)로 형성될 수 있다. 이때, 제2 금속층(120)의 두께는 60㎛로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

제1 금속층(110)의 상면에는 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist) 즉, 불변성 잉크를 사용하여 비활용영역이 코팅되어 있다. 이때, 비활용영역이란 제1 금속층(110)의 상면에서 소자와 전기적으로 연결되는 영역이 아닌 영역을 의미한다. 포토 솔더 레지스트로 코팅되는 층은 20㎛의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제1 금속층(110)과 마찬가지로 제3 금속층(130)의 하면에도 포토 솔더 레지시트로 코팅되어 있다.

제1 금속층(110)과 제2 금속층(120) 사이 및 제2 금속층(120)과 제3 금속층(130) 사이에는 PREPREG(pre-impregnated materials) 즉, 절연접착층이 형성되어 있다. 절연접착층의 두께는 65㎛로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이와 같이 기판(100)은 총 7층으로 구성되며, 두께가 280㎛로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

캐비티(140)는 기판(100)의 상면의 일부가 하방으로 함몰된 형태로 형성된다. 캐비티(140)는 하방으로 일정하게 함몰되므로 캐비티(140)의 하단(142)은 기판(100)과 수평하게 형성될 수 있다. 이러한 형상으로 인하여 캐비티(140)는 기판(100)의 내부에 일정한 공간을 형성하게 된다. 이 공간을 통해 후술할 트랜듀서(200)의 백챔버를 확대시킬 수 있는 효과가 있다.

백챔버란 트랜듀서(200)에 구비된 진동판이 진동할 때 발생되는 공기의 순환을 위한 공간으로써, 음향저항(acoustic resistance)을 방지하기 위한 공간이다. 백챔버로 지칭되는 공간은 진동막을 기준으로 외부음향이 유입되는 측의 반대측 공간을 의미한다. 도 1에 도시되지는 않았으나 기판(100)의 상부에 위치하는 트랜듀서(200)의 내부에는 진동막이 위치하며, 이 진동막의 상부에서 외부음향이 유입되고 그 반대측에 일정한 공간이 형성된다. 이 공간이 바로 백챔버라고 할 수 있는데, 기판(100)이 함몰되어 형성되는 캐비티(140)도 진동막의 하부에 위치하므로 백챔버에 포함되는 공간이 될 수 있다. 한편 백챔버의 크기가 커짐에 따라 감도(sensitivity)가 올라가고, 신호대잡음비(SNR, single to noise ratio) 값이 올라간다. 결국, 캐비티(140)가 형성하는 공간을 크게 하면 백챔버가 커지게 되고 이에 따라 SNR 값이 향상될 수 있다.

캐비티(140)의 하단(142)은 제2 금속층(120)의 상면과 제3 금속층(130)의 하면 사이에 위치할 수 있다. 기판(100)이 하방으로 함몰되어 형성되는 캐비티(140)의 깊이는 제2 금속층(120)의 상면을 가장 얕은 깊이로 하고, 제3 금속층(130)의 하면을 가장 깊은 깊이로 한다. 기판(100)의 두께가 280㎛인 경우에는 캐비티(140)의 깊이가 110㎛ 내지 260㎛로 형성될 수 있다. 또한, 캐비티(140)의 깊이는 기판(100) 두께의 39.29% 내지 92.86%로 형성될 수 있다.

도 2는 캐비티(140)가 제1 금속층(110)을 관통하고, 캐비티(140)의 하단(142)이 제2 금속층(120)의 내부에 위치하는 것을 도시한다. 이때 캐비티(140)의 깊이는 110㎛ 내지 170㎛로 형성될 수 있다.

도 3은 캐비티(140)가 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(120)을 관통하고, 캐비티(140)의 하단(142)이 제2 금속층(120)과 제3 금속층(130) 사이에 위치하는 것을 도시한다. 즉, 캐비티(140)의 하단(142)이 제2 금속층(120)의 하부에 형성되는 절연접착층에 위치할 수 있다. 이때 캐비티(140)의 깊이는 170㎛ 내지 235㎛로 형성될 수 있다.

도 4는 캐비티(140)가 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(120)을 관통하고, 캐비티(140)의 하단(142)이 제3 금속층(130) 내부에 위치하는 것을 도시한다. 이때 캐비티(140)의 깊이는 235㎛ 내지 260㎛로 형성될 수 있다.

이와 같이 캐비티(140)는 다양한 깊이로 함몰되도록 형성될 수 있으며, 함몰되는 캐비티(140)의 깊이에 따라서 SNR 특성이 달라질 수 있다. 일반적으로 캐비티(140)의 깊이가 깊어질수록 백챔버의 부피가 증가하게 된다. 백챔버의 부피가 증가할수록 높은 SNR 특성을 보이게 되므로, 캐비티(140)의 깊이가 깊어질수록 높은 SNR 특성을 갖게 된다. 그러나 백챔버의 부피를 증가시키기 위해서 캐비티(140)의 깊이를 무한정 깊게 할 수 없으므로, 그 깊이는 기판(100)의 두께에 한정된다. 또한, 캐비티(140)의 깊이가 너무 깊어진 경우, 예를 들어 기판(100)의 두께가 총 280㎛인 경우에 있어서 캐비티(140)의 깊이가 260㎛을 초과하게 되면 캐비티(140)의 하단(142) 부분은 포토 솔더 레지스트로 코팅된 층에 위치하게 되므로 해당 부분의 두께가 얇아져 내구성 등이 약화될 수 있다. 따라서 본 발명의 마이크로폰 장치(1)는 캐비티(140)의 깊이가 높은 SNR 특성을 유지하면서도 내구성 등 다른 특성이 약화되지 않도록 그 깊이를 한정한 것이다.

트랜듀서(200)는 음향신호를 전기신호로 변환하는 소자이다. 트랜듀서(200)의 외부에서 발생되는 음압이 트랜듀서(200)의 내부에 위치하는 진동막을 진동시키면 그 진동에 의해 전기신호가 발생된다. 이러한 과정을 통해서 트랜듀서(200)가 음향신호를 전기신호로 변환할 수 있다. 트랜듀서(200)는 기판(100)의 상부에 실장되어, 기판(100)과 커버부(400)가 형성하는 내부 공간에 수용된다.

트랜듀서(200)는 기판(100)과 비도전성 수지재(210)에 의해 결합될 수 있다. 따라서 트랜듀서(200)는 기판(100)과 전기적으로 분리되며, 기판(100)과 직접적으로 전기신호를 주고받지 않고 동작할 수 있다.

트랜듀서(200)는 후술하는 ASIC칩(300)과 와이어 본딩(wire bonding)되어 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 트랜듀서(200)가 발생시킨 전기신호는 기판(100)으로 직접 전달되지 않고 ASIC칩(300)으로 전달된다.

ASIC칩(300)은 트랜듀서(200)로부터 전달된 전기신호를 증폭하는 역할을 수행하며, 주문형 반도체 직접 회로(ASIC, Application-Specific Integrated Circuit)로 구성될 수 있다. ASIC칩(300)은 기판(100)의 상부에 실장 되며, 기판(100)과 커버부(400)가 형성하는 내부 공간에 수용된다.

ASIC칩(300)은 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 트랜듀서(200)로부터 전달된 전기신호는 ASIC칩(300)에 의해 일정한 처리를 거쳐 증폭되어 기판(100)으로 전달된다. ASIC칩(300)은 기판(100)의 상면과 다이 본딩(die bonding)되거나 와이어 본딩(wire bonding) 등에 의해 고정될 수 있다.

ASIC칩(300)의 상부에는 에폭시 재질 등으로 구성되는 글롭탑(310)(glob top)이 형성될 수 있다. 글롭탑(310)은 파손되기 쉬운 ASIC칩(300)과 본딩 와이어(220)를 캡슐화(encapsulation)를 통해 보호하는 역할을 수행한다.

커버부(400)는 기판(100)을 덮도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 커버부(400)는 상부로 볼록하게 솟아오른 형태로 형성되고, 하부가 기판(100)을 덮을 수 있도록 가장자리가 기판(100)의 상면에 결합된다. 이와 같은 형태로 커버부(400)가 기판(100)에 결합됨에 따라서 커버부(400)와 기판(100) 사이에 일정한 내부 공간이 형성될 수 있다. 이러한 내부 공간에 트랜듀서(200)와 ASIC칩(300) 등을 수용할 수 있다.

커버부(400)는 금속 재질 등으로 형성된 캔(can) 타입으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 플라스틱 사출물 또는 기판(100)과 동일한 소재 등으로 형성될 수 있다.

커버부(400)는 음향홀(410)을 포함할 수 있다. 음향홀(410)은 커버부(400)의 내부공간이 외부와 연통되도록 형성될 수 있다. 즉, 커버부(400)의 일부를 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 음향홀(410)은 ASIC칩(300)의 상부에 위치할 수 있다. 이러한 형상을 통해 외부에서 발생된 음압이 음향홀(410)을 통과하여 내부 공간으로 전달 수 있다.

본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.

이상, 본 발명의 마이크로폰 장치(1)의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다."

1: 마이크로폰 장치
100: 기판
110: 제1 금속층
111: 제1 금속층의 상면
120: 제2 금속층
130: 제3 금속층
131: 제3 금속층의 하면
140: 캐비티
141: 캐비티의 깊이
142: 하단
200: 트랜듀서
210: 비도전성 수지재
220: 본딩 와이어
300: ASIC칩
310: 글롭탑
400: 커버부
410: 음향홀

Claims

제1 금속층, 상기 제1 금속층의 하부에 위치하는 제2 금속층 및 상기 제2 금속층의 하부에 위치하는 제3 금속층을 포함하는 기판;
상기 기판의 상부에 위치하고, 상기 기판과 비도전성 수지재에 의해 결합되는 트랜듀서;
상기 기판의 상부에 위치하고, 상기 트랜듀서와 전기적으로 연결되는 ASIC칩; 및
상기 기판과 결합되어 상기 트랜듀서 및 상기 ASIC칩을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 외부와 연통되는 음향흘을 구비하는 커버부를 포함하고,
상기 기판은,
상기 트랜듀서의 하부에 위치하고, 하방으로 함몰된 형태이며, 상기 제1 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층의 상면과 상기 제3 금속층의 하면 사이에 위치하는 캐비티를 더 포함하는 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 캐비티의 깊이는 110㎛~260㎛인 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 캐비티의 깊이는 상기 기판의 두께의 39.29%~92.86%인 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 캐비티는 상기 제1 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층 내부에 위치하는 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 캐비티는 상기 제1 금속층 및 제2 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제2 금속층과 상기 제3 금속층 사이에 위치하는 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 캐비티는 상기 제1 금속층 및 제2 금속층을 관통하고, 하단이 상기 제3 금속층 내부에 위치하는 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 음향홀은 상기 ASIC칩의 상부에 위치하는 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 트랜듀서는 상기 ASIC칩과 와이어 본딩(wire-bonding)되고, 상기 기판과 전기적으로 분리되는 마이크로폰 장치.
제1 항에 있어서,
상기 ASIC 칩은 상부에 글롭탑(glob top)이 형성되는 마이크로폰 장치.