KR20220001373A - 마이크로폰 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로폰 장치에 관한 것으로서, 상기 마이크로폰 장치는 음향홀을 구비하는 기판, 상기 기판의 가장자리 부분에 위치하고 있는 돌출부, 상기 돌출부에 에워싸여져 있는 상기 기판의 노출 영역에 상기 음향홀과 마주보게 위치하는 트랜듀서, 상기 트랜듀서와 연결되어 있고 상기 기판에 노출 영역에 위치하는 신호 처리부 및 상기 돌출부에 위치하고, 내부에 상기 트랜듀서와 상기 신호 처리부를 수용하는 커버부를 포함할 수 있다.

Description

마이크로폰 장치{MICROPHONE DEVICE}

본 발명은 마이크로폰 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MEMS 트랜듀서를 포함하는 MEMS 마이크로폰 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대폰, 스마트폰 등의 이동 통신용 단말기나, 태블릿PC, MP3 플레이어 등과 같은 전자 장치는 보다 소형화되고 있다. 이에 따라, 전자 장치의 부품 또한 더욱 소형화되고 있다. 따라서, 부품의 물리적 한계를 해결할 수 있는 멤스(Micro Electro Mechanical System: MEMS) 기술 개발이 진행되고 있다.

멤스 기술은, 집적 회로 기술을 응용한 마이크로 머시닝(micro machining) 기술을 이용하여 마이크로 단위의 초소형 센서, 액츄에이터(actuator) 또는 전기 기계적 구조체를 제작하는데 응용될 수 있다. 이와 같은 멤스 기술이 적용된 멤스 마이크로폰은 초소형의 소자를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 웨이퍼 상에 복수 개의 멤스 마이크로폰을 제조할 수 있어 대량 생산이 가능하다.

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 마이크로폰 장치의 성능을 향상시키기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 마이크로폰 장치는 음향홀을 구비하는 기판, 상기 기판의 가장자리 부분에 위치하고 있는 돌출부, 상기 돌출부에 에워싸여져 있는 상기 기판의 노출 영역에 상기 음향홀과 마주보게 위치하는 트랜듀서, 상기 트랜듀서와 연결되어 있고 상기 기판에 노출 영역에 위치하는 신호 처리부 및 상기 돌출부에 위치하고, 내부에 상기 트랜듀서와 상기 신호 처리부를 수용하는 커버부를 포함한다.

상기 음향홀은 상기 노출 영역에 위치할 수 있다.

상기 돌출부의 두께는 상기 기판의 총 두께의 30% 내지 100%일 수 있다.

상기 기판의 총 두께는 100㎛ 내지 150㎛일 수 있다.

상기 기판은 다층의 인쇄회로기판일 수 있다.

상기 기판은 제1 금속층, 상기 제1 금속층 하부에 위치하는 상부 절연접착층, 상기 상부 절연접착층 하부에 위치하는 제2 금속층 및 제3 금속층,

상기 제3 금속층 하부에 위치하는 하부 절연접착층 및 상기 하부 절연접착층 하부에 위치하는 제4 금속층을 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 마이크로폰 장치는 상기 신호 처리부의 상부에 위치하는 글롭탑을 더 포함할 수 있다.

이러한 특징에 따르면, 기판에 음향홀이 위치하는 리어 타입(rear type)의 마이크로폰 장치에서, 기판 위에 띠 형태의 돌출부를 위치시키고, 돌출부로 에워싸인 기판의 영역에 트랜듀서 등을 위치시킨다.

따라서, 돌출부의 돌출 높이만큼 백챔버의 공간이 증가하므로, 마이크로폰 장치의 신호 대 잡음비 특성이 크게 향상되어 마이크로폰 장치의 성능이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 마이크로폰 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로폰 장치의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 장치에서 함몰부의 함몰 깊이의 예를 도시한 단면도이다.

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.

아울러, 이하에서 어떤 구성 요소의 두께나 폭 또는 길이가 동일하다는 의미는 공정 상의 오차를 고려하여, 어떤 제1 구성 요소의 두께나 폭 또는 길이가 다른 제2 구성 요소의 두께나 폭 또는 길이와 비교하여, 10%의 오차 범위에 있는 경우를 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로폰 장치에 대해서 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 마이크로폰 장치(1)는 음향홀(H101)을 갖는 기판(101), 돌출부(102), 트랜듀서(200), 신호 처리부(300) 및 커버부(400)를 구비할 수 있다.

기판(101)은 본 예의 마이크로폰 장치(1)의 하부를 이루는 구성요소로서, 판(plate) 형태로 형성될 수 있다.

본 예에서, 기판(101)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)로 형성될 수 있다. 구체적으로, 기판(101)은 구체적으로, 경성의 인쇄회로기판, 반도체 기판, 세라믹 기판 등으로 형성될 수 있다.

또한, 기판(101)은 단층 인쇄회로기판일 수 있지만, 다층 인쇄회로기판 즉, 에폭시 등의 내열 절연판 상의 동박을 사진 에칭으로 배선한 인쇄 회로 기판을 복수 접착시켜 3층 이상의 배선면을 마련한 기판일 수 있다.

이러한 기판(101)의 총 두께는 100㎛ 내지 150㎛일 수 있다.

돌출부(102)는 기판(101)의 가장자리 부분에 위치하는 사각링과 같이 가운데에 빈 공간을 같은 링 형태로 이루어져 있다.

따라서, 기판(101)의 가운데 부분은 돌출부(102)로 에워싸여져 있다.

이러한 돌출부(102)의 돌출 높이, 즉 두께는 대략 기판(101)의 30% 내지 100%에 해당하는 크기의 두께를 가질 수 있다.

경우에 따라, 돌출부(102)의 두께는 기판(101)의 두께와 동일하거나 같은 수도 있다.

기판(101)의 가장자리 부분에 돌출부(102)가 위치함에 따라, 기판(101)는 돌출부(102)가 위치하는 비노출 영역과 돌출부(102)로 에워싸여진 노출 영역을 구비할 수 있다.

음향홀(H101)은 기판(101)의 노출 영역에 위치하고, 기판(101)의 해당 부분을 완전히 관통하고 있는 관통홀이다.

이러한 음향홀(H101)은 기판(101)의 외부로부터 음향의 유입이 이루어지는 구멍이므로, 이 음향홀(H101)을 통해 유입된 음향은 트랜듀서(200)로 전달될 수 있다.

트랜듀서(200)는 음향홀(H101)과 마주하게 위치하여 음향홀(H100)을 덮고 있다.

따라서, 트랜듀서(200)는 음향홀(H101)을 통해 입력되는 음향을 대응하는 전기 신호로 변환하여 출력하는 소자로서, MEMS 트랜듀서일 수 있다.

이러한 트랜듀서(200) 역시 돌출부(102)로 에워싸여져 있는 기판(101)의 노출 영역 내에 장착될 수 있다.

이처럼, 트랜듀서(200)는 자신에게 음향을 전달하는 음향홀(H101)의 형성 위치에 따라 장착 위치가 정해질 수 있고, 본 예의 경우, 이미 기술한 것처럼, 음향홀(H101)이 돌출부(102)로 에워싸여진 노출 영역 내에 위치하므로 트랜듀서(200) 역시 기판(101)의 노출 영역내에 위치할 수 있다.

이러한 트랜듀서(200)는 내부에 진동막을 구비할 수 있고, 외부에서 발생되는 음압이 트랜듀서(200)의 진동막을 진동시키면 그 진동에 의해 전기신호가 발생된다. 이러한 과정을 통해서 트랜듀서(200)는 입력되는 음향을 해당 전기신호로 변환할 수 있다.

트랜듀서(200)는 비전도성 접착제(210)를 통해 기판(101)의 노출 영역의 상면에 부착될 수 있고, 비전도성 접착제(210)는 에폭시일 수 있다.

이때, 트랜듀서(200)는 신호 처리부(300)와 전기적으로 연결되어, 트랜듀서(200)에서 생성된 전기 신호는 신호 처리부(300)로 전달될 수 있다.

이때, 트랜듀서(200)와 신호 처리부(300) 사이의 전기적인 연결은 와이어 본딩(wire bonding)을 통해 행해질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

신호 처리부(300)는 트랜듀서(200)로부터 인가되는 전기 신호를 처리하는 것으로서, 주문형 반도체(ASIC, application specific integrated circuit) 등으로 이루어질 수 있다.

신호 처리부(300)의 단자는 기판(101)에 위치하고 있는 배선(미도시)과 전기적으로 연결되어, 기판(101)을 통해 외부로부터 신호 처리부(300)로 신호가 입력되거나 신호 처리부(300)에 의해 신호 처리된 전기 신호가 외부로 출력될 수 있다.

이를 위해, 신호 처리부(300)는 기판(101)과 다이 본딩(die bonding)이나 와이어 본딩(wire bonding) 등을 통해 해당 배선과 연결될 수 있다.

신호 처리부(300)의 상부에는 에폭시 재질 등을 함유하는 글롭탑(310)(glob top)이 형성될 수 있다. 글롭탑(310)은 파손되기 쉬운 A신호 처리부(310)와 본딩 와이어(220)를 캡슐화(encapsulation)하여 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

이러한 신호 처리부(300)는, 도 1에 도시한 것처럼, 본체(11)에 위치할 수 있고, 비도전성 수지재와 같은 접착제(320)를 이용하여 기판(101)의 본체(11)와 결합될 수 있다.

커버부(400)는 기판(101)의 가장자리 부분에 위치하고 있는 돌출부(102) 위에 위치하여, 기판(101)의 노출 영역을 덮고 있다. 이로 인해, 기판(101)의 노출 영역과 커버부(400) 사이에는 빈 공간(S400)이 형성될 수 있다.

이러한 커버부(400)는 상부로 볼록하게 솟아오른 형태를 가질 수 있고, 하부가 기판(101)을 덮을 수 있도록 커버부(400)의 가장자리 하면이 기판(101), 즉 본체(11)의 상면에 결합된다. 이와 같은 형태로 커버부(400)가 기판(101)에 결합됨에 따라서 커버부(400)와 기판(101) 사이에 내부 공간인 빈 공간(S400) 형성될 수 있다.

이미 기술한 것처럼, 내부 공간(S400)에 트랜듀서(200)와 신호 처리부(300) 등과 같은 구성요소가 위치하여 외부의 이물질이나 충격으로부터 구성요소가 보호될 수 있다.

커버부(400)의 상부가 볼록하게 위쪽 방향으로 솟아오른 형태를 가져 커버부(400)가 곡면으로 이루어진 경우, 내부 공간(S400)의 형성은 커버부(400)가 평탄면으로 이루어지는 경우보다 더욱 더 증가하게 된다.

커버부(400)는 금속 재질 등으로 형성된 캔(can) 타입으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 예로서, 플라스틱 사출물 또는 기판(101)과 동일한 소재 등으로 형성될 수 있다.

이처럼, 기판(101)의 노출 영역과 커버부(400)로 에워싸여져 있는 빈 공간(S400)은 마이크로폰 장치에서 소리의 울림 현상 등을 위한 백 챔버(back chamber)로서 기능할 수 있다.

백챔버란 트랜듀서(200)에 구비된 진동막이 진동할 때 발생되는 공기의 순환을 위한 공간으로서, 음향 저항(acoustic resistance)을 방지하기 위한 공간이다.

백챔버로 지칭되는 공간은 진동막을 기준으로 외부음향이 유입되는 측의 반대측 공간을 의미한다.

이미 기술한 것처럼, 기판(101)에 위치하는 트랜듀서(200)의 내부에는 진동막이 위치하고 이 트랜듀서(200)로 덮여져 있는 기판(101)에 음향홀(H101)이 위치하므로, 좀더 구체적으로 설명하면, 도 1 및 도 2에서 기판(101)의 노출 영역의 상면, 트랜듀서(200)의 상면 및 커버부(400)의 하부면에 의해 에워싸여진 공간(S400)이 바로 백챔버가 된다.

이러한 백챔버의 크기가 커질수록 감도(sensitivity)가 올라가고, 신호 대 잡음비(SNR, single to noise ratio)의 값이 올라간다.

따라서, 기판(101)의 가장자리 부분에 돌출부(102)가 위치하고 있다. 따라서, 기판(101)의 상면 위에 바로 커버부(400)가 위치하는 경우에 비해, 돌출부(102)의 두께에 비례하게 백챔버, 즉 빈 공간(S400의 크기는 증가하게 되므로, 마이크로폰 장치(1)의 특성과 성능이 향상된다.

또한, 본 예와 같이, 일반적인 두께(예, 200㎛ 내지 300㎛)의 기판보다도 얇은(예, 100㎛ 내지 150㎛) 두께를 갖는 기판(101)을 이용하면, 기판(101) 위에 돌출부(102)를 위치시켜 백챔버로 기능하는 빈 공간(S400)의 크기를 증가시키면서도 마이크로폰 장치(1)의 총 두께를 크게 증가시키지 않아도 된다.

또한, 커버부(400)가 위쪽 방향으로 솟아오른 곡면을 갖는 경우, 이러한 백챔버의 크기는 더욱 증가하므로, 본 예에 따른 마이크로폰 장치(1)의 특성과 성능은 더욱 향상된다.

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 장치의 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 101: 기판
102: 돌출부 200: 트랜듀서
300: 신호 처리부 310: 글롭탑
400: 커버부 H101: 음향홀

Claims (7)

1. 음향홀을 구비하는 기판;
   상기 기판의 가장자리 부분에 위치하고 있는 돌출부;
   상기 돌출부에 에워싸여져 있는 상기 기판의 노출 영역에 상기 음향홀과 마주보게 위치하는 트랜듀서;
   상기 트랜듀서와 연결되어 있고 상기 기판에 노출 영역에 위치하는 신호 처리부; 및
   상기 돌출부에 위치하고, 내부에 상기 트랜듀서와 상기 신호 처리부를 수용하는 커버부
   를 포함하는 마이크로폰 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 음향홀은 상기 노출 영역에 위치하는 마이크로폰 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 돌출부의 두께는 상기 기판의 총 두께의 30% 내지 100%인 마이크로폰 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 기판의 총 두께는 100㎛ 내지 150㎛인 마이크로폰 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 기판은 다층의 인쇄회로기판인 마이크로폰 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 기판은,
   제1 금속층;
   상기 제1 금속층 하부에 위치하는 상부 절연접착층;
   상기 상부 절연접착층 하부에 위치하는 제2 금속층 및 제3 금속층;
   상기 제3 금속층 하부에 위치하는 하부 절연접착층; 및
   상기 하부 절연접착층 하부에 위치하는 제4 금속층
   을 포함하는 마이크로폰 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 신호 처리부의 상부에 위치하는 글롭탑을 더 포함하는 마이크로폰 장치.

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