WO2019083079A1 - Electrostatic microphone - Google Patents

Electrostatic microphone

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WO2019083079A1
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diaphragm
microphone
substrate
back plate
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PCT/KR2017/013127
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양기동
박영진
김선권
조경환
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한국전기연구원
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Abstract

A microphone according to the present invention comprises: a substrate; a barrier; a plurality of diaphragms positioned in the same space; an upper backplate arranged on the substrate so as to be spaced apart from the plurality of diaphragms at a predetermined interval; a connection structure for connecting the substrate and the plurality of diaphragms; an acoustic structure for converting, into a plane wave, a sound inputted from an external space; and a shared space encompassed by the plurality of diaphragms, the substrate, and the barrier. By using an electrostatic microphone structure, according to the present invention, a microphone exhibiting an improved directivity effect in a smaller size, in comparison with a conventional directional microphone, can be implemented. The structure can be easily applied to hearing aids, portable devices, IT/IoT devices, and the like and, particularly, to miniaturized devices.

Description

정전형 마이크Static microphone
본 발명은 정전형 마이크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작은 크기의 공간에서 향상된 지향성이 나타나는 정전형 마이크에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an electrostatic microphone, and more particularly, to an electrostatic microphone that exhibits improved directivity in a small size space.
마이크로폰(microphone)은 음파 또는 초음파를 받아서 그 진동에 따른 전기신호를 발생하는 장치이다. 최근 소형 유무선 장비들이 지속적으로 개발됨에 따라 마이크로폰의 크기가 점점 소형화되어 가고 있는 추세이다.A microphone is a device that receives a sound wave or an ultrasonic wave and generates an electric signal according to the vibration. Recently, as miniature wired and wireless equipments are continuously developed, the size of microphones is becoming smaller and smaller.
한편 지향성 마이크(directional microphone)란 특정 방향에서 들려오는 좁은 각도의 소리만 선택적으로 녹취할 수 있도록 만든 마이크로폰으로, 단일 지향성 마이크와 양 지향성 마이크가 있다. 여기서, 지향성(directivity)은 마이크로폰의 감도 등이 방향성에 따라서 달라지는 성질을 의미한다. 지향성 특성을 이용하는 것은 잡음이 있는 환경에서 원하는 소리만을 선택적으로 받아들이기 위한 가장 효과적인 방법이라고 할 수 있다.On the other hand, a directional microphone is a microphone capable of selectively recording only a narrow angle sound heard in a specific direction, and has a unidirectional microphone and a bidirectional microphone. Here, the directivity refers to a property that the sensitivity of the microphone varies depending on the directionality. Using the directional characteristic is the most effective way to selectively receive only the desired sound in a noisy environment.
도 1은 지향성 마이크를 구현하는 종래의 구조를 도시한 것이다. 종래의 지향성 마이크를 구현하는 방법은, 복수의 마이크를 배열하고 마이크에서 출력된 신호를 지연시켜 차를 구하는 방법으로 지향성을 구현하였다. 이 경우, 복수의 마이크가 배열되어야 하므로 많은 공간이 필요하고, 두 마이크간 거리인 Δr 이 음파의 파장에 비해 짧은 경우, 지향성 출력의 크기가 감소하는 문제점이 있었다.Figure 1 illustrates a conventional structure for implementing a directional microphone. A method of implementing a conventional directional microphone implements directivity by arranging a plurality of microphones and delaying a signal output from the microphone to obtain a difference. In this case, a lot of space is required because a plurality of microphones should be arranged. When? R, which is a distance between the two microphones, is shorter than the wavelength of a sound wave, the size of the directivity output is reduced.
본 발명은 작은 크기의 공간에서 지향성 특성이 현저히 향상된 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a microphone in which the directivity characteristic is remarkably improved in a small-sized space.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따르는 마이크로폰은 기판, 격벽, 동일한 공간에 위치하는 복수의 다이어프램, 상기 기판상에 배치되고, 상기 복수의 다이어프램과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상부 백플레이트, 상기 기판 및 상기 복수의 다이어프램을 연결하는 연결 구조, 외부 공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 음향 구조 및 상기 복수의 다이어프램, 기판 및 격벽으로 둘러싸이는 공통공간을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a microphone including a substrate, a partition, a plurality of diaphragms disposed in the same space, an upper back plate disposed on the substrate and spaced apart from the plurality of diaphragms by a predetermined distance, A connection structure for connecting the substrate and the plurality of diaphragms, an acoustic structure for converting sound inputted from the external space into plane waves, and a common space surrounded by the plurality of diaphragms, the substrate, and the partition.
또한 상기 상부 백 플레이트를 지지하며, 상기 복수의 다이어프램과 연결되는 하부 백 플레이트를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.And further includes a lower back plate that supports the upper back plate and is connected to the plurality of diaphragms.
또한 상기 복수의 다이어프램은 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램으로 구성되고, 상기 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램은 상기 공통공간을 매개로 연동되어 동작하는 것을 특징으로 한다.The plurality of diaphragms may include a first diaphragm and a second diaphragm, and the first diaphragm and the second diaphragm operate in cooperation with each other through the common space.
또한 상기 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램은, 입사된 음파가 상기 제1 다이어프램의 변위를 일으켜 상기 공통 공간의 압력을 변화시키고, 상기 변화된 공통공간의 압력이 상기 제2 다이어프램의 변위를 제한하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first diaphragm and the second diaphragm are arranged such that the incident sound waves cause displacement of the first diaphragm to change the pressure of the common space, and the pressure of the changed common space limits the displacement of the second diaphragm .
또한 상기 연결 구조는 주름구조, 스프링 구조 또는 패턴된 복합소재 박막 구조인 것을 특징으로 한다.The connection structure may be a wrinkle structure, a spring structure, or a patterned composite material thin film structure.
또한 상기 음향구조는 관통홀이 구비된 격벽구조 또는 파이프 형태의 격벽구조인 것을 특징으로 한다.The acoustical structure may be a partition structure having a through hole or a partition structure having a pipe shape.
또한 상기 마이크로폰은 지향성 및 무지향성 출력을 동시에 또는 선택적으로 추출하는 신호처리 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The microphone may further include a signal processing circuit for simultaneously or selectively extracting a directional and omnidirectional output.
또한 상기 상부 백 플레이트는 상기 다이어프램의 주파수 응답을 조절하는 관통 홀(damping hole)을 가지는 것을 특징으로 한다.Further, the upper back plate has a damping hole for adjusting a frequency response of the diaphragm.
또한 상기 복수의 다이어프램은 상기 공통공간과 상기 외부 공간의 압력 차를 감쇄하는 관통 홀(vent)을 가지는 것을 특징으로 한다.The plurality of diaphragms may have a through hole for attenuating a pressure difference between the common space and the external space.
또한 상기 마이크로폰을 포함하는 전자기기인 것을 특징으로 한다.And is an electronic device including the microphone.
본 발명의 정전형 마이크 구조를 통해, 동일한 SNR을 유지하면서 크기가감소한 지향성 마이크를 구현할 수 있다. 이러한 구조는 보청기나 휴대기기, IT/Iot 기기 등, 특히 소형화 기기에 용이하게 적용될 수 있다.Through the electrostatic microphone structure of the present invention, a directional microphone whose size is reduced while maintaining the same SNR can be realized. Such a structure can be easily applied to a hearing aid, a portable device, an IT / Iot device, and particularly, a miniaturized device.
또한 기존의 공진 구조 단일 소자 지향성 마이크가 갖는 주파수 선택적인 특성 대신, 넓은 대역에서 지향성을 가질 수 있다.Also, instead of the frequency selective characteristic of the conventional resonance structure single element directional microphone, it is possible to have a directivity in a wide band.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 정전형 마이크가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the electrostatic microphone according to the embodiments of the present invention are not limited to those described above, and other effects not mentioned can be obtained from the following description, It will be clear to those who have.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
도 1은 지향성 마이크로폰을 구현하는 종래의 구조를 도시한 것이다.Figure 1 illustrates a conventional structure for implementing a directional microphone.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 평면도이다.2 is a plan view showing a microphone according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 도 2를 A-A'방향에서 바라본 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 4A is a reference diagram for explaining a process of implementing directivity through a microphone according to the first embodiment of the present invention.
도 4b는 외부음향을 평면파로 변환하는 음향구조가 지향성에 미치는 이점을 설명하기 위한 3차원 극좌표계이다.4B is a three-dimensional polar coordinate system for explaining the advantage of the acoustic structure for converting the external sound to the plane wave on the directivity.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로폰의 단면도를 도시한 것이다.5 is a cross-sectional view of a microphone according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 6 is a reference diagram for explaining a process of implementing directivity through a microphone according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로폰의 단면도를 도시한 것이다.7 is a cross-sectional view of a microphone according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 8 is a reference diagram for explaining a process of implementing directivity through a microphone according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결구조의 일 예로써 주름구조를 도시한 것이다.FIG. 9 illustrates a wrinkle structure as an example of a connection structure according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결구조의 일 예로써 박막패턴 구조를 도시한 것이다. 10 illustrates a thin film pattern structure as an example of a connection structure according to an embodiment of the present invention.
도 11의 (a)는 연결구조가 없는 경우의 주파수 반응 곡선을, (b)는 연결구조가 있는 경우의 주파수 반응 곡선을 나타낸 것이다.Fig. 11 (a) shows a frequency response curve in the case where there is no connection structure, and Fig. 11 (b) shows a frequency response curve in the case where there is a connection structure.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2를 A-A'방향으로 자른 단면도이다.FIG. 2 is a plan view showing a microphone according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
도 2는 격벽이 제거된 상태의 마이크로폰의 평면도이다. 기판(Substract)(100), 상부 백플레이트(200A), 하부 백플레이트(200B), 다이어프램(Diaphragm)(300), 연결구조(400)가 도시되어 있다. 상부 백플레이트(200A) 아래쪽으로 하부 백플레이트(200B), 다이어프램(300), 연결구조(400)가 같은 평면상에 위치한다. 기판(100)은 상기 구성들을 지지하는 역할을 한다.2 is a plan view of the microphone with the partition wall removed. A substructure 100, an upper back plate 200A, a lower back plate 200B, a diaphragm 300, and a connection structure 400 are shown. Below the upper back plate 200A, the lower back plate 200B, the diaphragm 300, and the connection structure 400 are located on the same plane. The substrate 100 serves to support the above configurations.
도 3을 참조하여 구조를 세부적으로 설명한다. 본원 발명에 따르는 마이크로폰은 지지 역할을 하는 기판(100), 음향 변화에 따라 변위를 가지는 복수의 다이어프램(300), 상기 기판(100)상에 배치되고 상기 복수의 다이어프램(300)과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상부 백 플레이트(200A), 상기 상부 백 플레이트(200A)를 지지하며, 상기 복수의 다이어프램과 연결되는 하부 백 플레이트(200B), 상기 기판(100) 및 상기 복수의 다이어프램(300)을 연결하는 연결 구조(400), 외부공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 복수의 관통홀(vent)(510)을 구비하는 격벽(500), 상기 복수의 다이어프램(300) 하측에 형성되는 공간으로, 상기 복수의 다이어프램(300), 기판(100) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는, 상기 복수의 다이어프램들을 음향적으로 연결하는(acoustically connecting), 공통공간(600)을 포함한다.The structure will be described in detail with reference to Fig. The microphone according to the present invention includes a substrate 100 serving as a support, a plurality of diaphragms 300 having a displacement in response to a sound change, a plurality of diaphragms 300 disposed on the substrate 100 and spaced apart from the plurality of diaphragms 300 by a predetermined distance The lower back plate 200B supporting the upper back plate 200A and the upper back plate 200A and being connected to the plurality of diaphragms, the substrate 100 and the plurality of diaphragms 300, A partition wall 500 having a plurality of through holes 510 for converting the sound inputted from the external space into a plane wave and a space formed below the plurality of diaphragms 300, And includes a common space 600 acoustically connecting the plurality of diaphragms 300 surrounded by the plurality of diaphragms 300, the substrate 100, and the partitions 500.
기판(100)은 마이크로 폰의 전체 구조를 지지하는 역할을 한다. 여기서 기판(100)내에는 복수의 다이어프램(300) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는 공통공간(back volume)(600)이 형성되고, 기판(100) 상에는 상부 백플레이트(200A)가 현수(suspend)된다. The substrate 100 serves to support the entire structure of the microphone. A back volume 600 surrounded by a plurality of diaphragms 300 and partition walls 500 is formed in the substrate 100. An upper back plate 200A is suspended on the substrate 100, do.
한편, 제1 실시예에서는 상부 백플레이트(200A)를 지지하며, 복수의 다이어프램(300)을 연결하는 하부 백플레이트(200B)가 구비되어 있으나, 복수의 다이어프램(300)은 반드시 상부 백플레이트(200A) 또는 하부 백플레이트(200B)를 통해 연결되어야 하는 것은 아니며, 하부 백플레이트(200B)는 경우에 따라서는 구비되지 않을 수 있다.In the first embodiment, the lower back plate 200B for supporting the upper back plate 200A and connecting the plurality of diaphragms 300 is provided. However, the plurality of diaphragms 300 are not necessarily provided on the upper back plate 200A ) Or the lower back plate 200B, and the lower back plate 200B may not be provided in some cases.
일 실시예로서, 기판(100)은 실리콘(silicon) 또는 화합물 반도체를 가질 수 있다. 평면적 관점에서, 기판 등으로 형성되는 공통공간(600)은 원 형태 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the substrate 100 may have silicon or a compound semiconductor. From a plan viewpoint, the common space 600 formed by a substrate or the like may be circular, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 기판(100)은 게르마늄(germanium), 실리콘 게르마늄(silicon germanium), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride), 인듐(indium), 인듐 갈륨 나이트라이드(indium gallium nitride), 인듐 갈륨 비소(indium gallium arsenic), 인듐 갈륨 징크 옥사이드(indium gallium zinc oxide)와 같은 다른 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들을 포함할 수 있다. In one embodiment, the substrate 100 is formed of one or more materials selected from the group consisting of germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium nitride, indium, indium gallium nitride ), Indium gallium arsenic, indium gallium zinc oxide, or other semiconductor materials and / or compound semiconductors.
복수의 다이어프램(300)은 한쪽은 기판(100)에, 다픈 한쪽은 하부 백플레이트(200B)와 연결구조(400)를 통해 연결될 수 있으며, 상부 백플레이트(200A)는 복수의 다이어프램(300)과 소정 간격으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 상부 백플레이트(200A)는 상기 복수의 다이어프램(300)의 주파수 응답을 조절하는 백플레이트 관통 홀(damping hole)(210)을 가질 수 있다.One of the diaphragms 300 may be connected to the substrate 100 and the other of the diaphragms 300 may be connected to the lower back plate 200B through the connection structure 400. The upper back plate 200A may include a plurality of diaphragms 300, And can be spaced apart at a predetermined interval. The upper back plate 200A may have a back plate damping hole 210 for adjusting a frequency response of the plurality of diaphragms 300. [
한편, 감도를 높이기 위해서는 다이어프램의 면적을 증가시키는 것이 요구되나, 하나의 다이어프램을 사용하면서 면적을 증가시키는 것은 제조상의 어려움이 매우 커, 본 발명은 하나의 다이어프램이 아닌 같이 복수개의 다이어프램을 사용하는 구조를 채택하였다.On the other hand, to increase the sensitivity, it is required to increase the area of the diaphragm. However, increasing the area while using one diaphragm is very difficult to manufacture. The present invention is not limited to a single diaphragm, Respectively.
상기 다이어프램(300) 및 상부 백플레이트(200A) 구조에 의해 음향에 따라 크기가 변화하는 커패시턴스(capacitance)가 형성될 수 있다. 또한 상기 커패시턴스에 연결되어 신호 증폭 및 처리를 하는 신호취득회로를 더 포함할 수 있다.The diaphragm 300 and the upper back plate 200A may have a capacitance varying in size depending on the acoustic structure. And a signal acquisition circuit connected to the capacitance for amplifying and processing the signal.
격벽(500)은 기본적으로 외부공간과 공통공간(600)을 구분하는 역할을 한다. 격벽(500)은 기판(100)에 부착될 수 있다. 격벽(500)은 마이크로폰 구조를 캡슐화(encapsulate) 또는 에워싸는 구조로 형성될 수 있다. The partition wall 500 basically serves to distinguish the external space from the common space 600. The barrier ribs 500 may be attached to the substrate 100. The barrier 500 may be formed in a structure that encapsulates or surrounds the microphone structure.
격벽(500)은 복합 열경화성 수지와 같은 다양한 폴리머 재료들을 포함할 수 있다. 또한 일 실시예로서, 격벽(500)은 금속으로 구성될 수 있거나 정전 차폐(electrostatic shielding)를 제공하기 위한 금속 층을 포함할 수 있다. 격벽(500)의 두께는 약 50㎛에서 약 500㎛의 범위 내, 바람직하게는 100㎛에서 200㎛의 범위 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The barrier 500 may comprise various polymeric materials such as a composite thermosetting resin. Also, as one embodiment, the barrier 500 may be comprised of metal or may include a metal layer to provide electrostatic shielding. The thickness of barrier rib 500 may range from about 50 占 퐉 to about 500 占 퐉, preferably from 100 占 퐉 to 200 占 퐉, but is not limited thereto.
한편, 본 발명에 따르는 마이크로폰은 외부 공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 음향 구조를 포함하는데, 제1 실시예에서는 관통 홀(vent)(510)이 구비된 격벽(500)구조를 통해 음향 구조를 구현하였다.In the meantime, the microphone according to the present invention includes an acoustic structure for converting sound input from an external space into a plane wave. In the first embodiment, the acoustic structure is formed through the structure of the partition 500 having the through- Respectively.
관통 홀(510)은 격벽(500)의 양측에 형성될 수 있으며, 일측에 형성되는 관통 홀(510)의 개수는 필요에 따라 적절히 조정될 수 있다.The through holes 510 may be formed on both sides of the barrier 500, and the number of the through holes 510 formed on one side may be appropriately adjusted as necessary.
본 발명에 따른 마이크로폰은 복수의 다이어프램(300) 하측에 복수의 다이어프램(300), 기판(100) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는 공통공간(600)을 포함한다. 공통공간(600)은 제1 다이어프램(300A) 및 제 2 다이어프램(300B)의 움직임 모두에 의해 영향을 받게 되는 공간으로 상기 다이어프램들을 음향적으로 연결(acoustically connecting)한다. 상기 복수의 다이어프램(300)은 상기 공통공간(600)과 외부 공간의 압력 차를 감쇄하는 다이어프램 관통 홀(vent)(310)을 가질 수 있다. 한편, 공통공간은 복수의 다이어프램의 상측에도 형성될 수 있다.The microphone according to the present invention includes a plurality of diaphragms 300, a substrate 100, and a common space 600 surrounded by the partitions 500 below the plurality of diaphragms 300. The common space 600 acoustically connects the diaphragms to a space that is affected by both the movement of the first diaphragm 300A and the movement of the second diaphragm 300B. The plurality of diaphragms 300 may have a diaphragm through hole 310 for attenuating a pressure difference between the common space 600 and the external space. On the other hand, the common space may be formed on the upper side of the plurality of diaphragms.
한편, 기판(100)에는 신호처리회로(700)가 와이어 본딩(wire bonding)으로 연결될 수 있다. 상기 신호처리회로(700)는 지향성 및 무지향성 출력을 동시에 또는 선택적으로 추출할 수 있다.Meanwhile, the signal processing circuit 700 may be connected to the substrate 100 by wire bonding. The signal processing circuit 700 may simultaneously or selectively extract a directional and an omnidirectional output.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전형 마이크를 상세하게 설명하기로 한다. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor shall appropriately define the concept of the term in order to describe its invention in the best way It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications may be present. Hereinafter, an electrostatic microphone according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2를 A-A'방향으로 자른 단면도이다.FIG. 2 is a plan view showing a microphone according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
도 2는 격벽이 제거된 상태의 마이크로폰의 평면도이다. 기판(Substract)(100), 상부 백플레이트(200A), 하부 백플레이트(200B), 다이어프램(Diaphragm)(300), 연결구조(400)가 도시되어 있다. 상부 백플레이트(200A) 아래쪽으로 하부 백플레이트(200B), 다이어프램(300), 연결구조(400)가 같은 평면상에 위치한다. 기판(100)은 상기 구성들을 지지하는 역할을 한다.2 is a plan view of the microphone with the partition wall removed. A substructure 100, an upper back plate 200A, a lower back plate 200B, a diaphragm 300, and a connection structure 400 are shown. Below the upper back plate 200A, the lower back plate 200B, the diaphragm 300, and the connection structure 400 are located on the same plane. The substrate 100 serves to support the above configurations.
도 3을 참조하여 구조를 세부적으로 설명한다. 본원 발명에 따르는 마이크로폰은 지지 역할을 하는 기판(100), 음향 변화에 따라 변위를 가지는 복수의 다이어프램(300), 상기 기판(100)상에 배치되고 상기 복수의 다이어프램(300)과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상부 백 플레이트(200A), 상기 상부 백 플레이트(200A)를 지지하며, 상기 복수의 다이어프램과 연결되는 하부 백 플레이트(200B), 상기 기판(100) 및 상기 복수의 다이어프램(300)을 연결하는 연결 구조(400), 외부공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 복수의 관통홀(vent)(510)을 구비하는 격벽(500), 상기 복수의 다이어프램(300) 하측에 형성되는 공간으로, 상기 복수의 다이어프램(300), 기판(100) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는, 상기 복수의 다이어프램들을 음향적으로 연결하는(acoustically connecting), 공통공간(600)을 포함한다.The structure will be described in detail with reference to Fig. The microphone according to the present invention includes a substrate 100 serving as a support, a plurality of diaphragms 300 having a displacement in response to a sound change, a plurality of diaphragms 300 disposed on the substrate 100 and spaced apart from the plurality of diaphragms 300 by a predetermined distance The lower back plate 200B supporting the upper back plate 200A and the upper back plate 200A and being connected to the plurality of diaphragms, the substrate 100 and the plurality of diaphragms 300, A partition wall 500 having a plurality of through holes 510 for converting the sound inputted from the external space into a plane wave and a space formed below the plurality of diaphragms 300, And includes a common space 600 acoustically connecting the plurality of diaphragms 300 surrounded by the plurality of diaphragms 300, the substrate 100, and the partitions 500.
기판(100)은 마이크로 폰의 전체 구조를 지지하는 역할을 한다. 여기서 기판(100)내에는 복수의 다이어프램(300) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는 공통공간(back volume)(600)이 형성되고, 기판(100) 상에는 상부 백플레이트(200A)가 현수(suspend)된다. The substrate 100 serves to support the entire structure of the microphone. A back volume 600 surrounded by a plurality of diaphragms 300 and partition walls 500 is formed in the substrate 100. An upper back plate 200A is suspended on the substrate 100, do.
한편, 제1 실시예에서는 상부 백플레이트(200A)를 지지하며, 복수의 다이어프램(300)을 연결하는 하부 백플레이트(200B)가 구비되어 있으나, 복수의 다이어프램(300)은 반드시 상부 백플레이트(200A) 또는 하부 백플레이트(200B)를 통해 연결되어야 하는 것은 아니며, 하부 백플레이트(200B)는 경우에 따라서는 구비되지 않을 수 있다.In the first embodiment, the lower back plate 200B for supporting the upper back plate 200A and connecting the plurality of diaphragms 300 is provided. However, the plurality of diaphragms 300 are not necessarily provided on the upper back plate 200A ) Or the lower back plate 200B, and the lower back plate 200B may not be provided in some cases.
일 실시예로서, 기판(100)은 실리콘(silicon) 또는 화합물 반도체를 가질 수 있다. 평면적 관점에서, 기판 등으로 형성되는 공통공간(600)은 원 형태 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the substrate 100 may have silicon or a compound semiconductor. From a plan viewpoint, the common space 600 formed by a substrate or the like may be circular, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 기판(100)은 게르마늄(germanium), 실리콘 게르마늄(silicon germanium), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride), 인듐(indium), 인듐 갈륨 나이트라이드(indium gallium nitride), 인듐 갈륨 비소(indium gallium arsenic), 인듐 갈륨 징크 옥사이드(indium gallium zinc oxide)와 같은 다른 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들을 포함할 수 있다. In one embodiment, the substrate 100 is formed of one or more materials selected from the group consisting of germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium nitride, indium, indium gallium nitride ), Indium gallium arsenic, indium gallium zinc oxide, or other semiconductor materials and / or compound semiconductors.
복수의 다이어프램(300)은 한쪽은 기판(100)에, 다픈 한쪽은 하부 백플레이트(200B)와 연결구조(400)를 통해 연결될 수 있으며, 상부 백플레이트(200A)는 복수의 다이어프램(300)과 소정 간격으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 상부 백플레이트(200A)는 상기 복수의 다이어프램(300)의 주파수 응답을 조절하는 백플레이트 관통 홀(damping hole)(210)을 가질 수 있다.One of the diaphragms 300 may be connected to the substrate 100 and the other of the diaphragms 300 may be connected to the lower back plate 200B through the connection structure 400. The upper back plate 200A may include a plurality of diaphragms 300, And can be spaced apart at a predetermined interval. The upper back plate 200A may have a back plate damping hole 210 for adjusting a frequency response of the plurality of diaphragms 300. [
한편, 감도를 높이기 위해서는 다이어프램의 면적을 증가시키는 것이 요구되나, 하나의 다이어프램을 사용하면서 면적을 증가시키는 것은 제조상의 어려움이 매우 커, 본 발명은 하나의 다이어프램이 아닌 같이 복수개의 다이어프램을 사용하는 구조를 채택하였다.On the other hand, to increase the sensitivity, it is required to increase the area of the diaphragm. However, increasing the area while using one diaphragm is very difficult to manufacture. The present invention is not limited to a single diaphragm, Respectively.
상기 다이어프램(300) 및 상부 백플레이트(200A) 구조에 의해 음향에 따라 크기가 변화하는 커패시턴스(capacitance)가 형성될 수 있다. 또한 상기 커패시턴스에 연결되어 신호 증폭 및 처리를 하는 신호취득회로를 더 포함할 수 있다.The diaphragm 300 and the upper back plate 200A may have a capacitance varying in size depending on the acoustic structure. And a signal acquisition circuit connected to the capacitance for amplifying and processing the signal.
격벽(500)은 기본적으로 외부공간과 공통공간(600)을 구분하는 역할을 한다. 격벽(500)은 기판(100)에 부착될 수 있다. 격벽(500)은 마이크로폰 구조를 캡슐화(encapsulate) 또는 에워싸는 구조로 형성될 수 있다. The partition wall 500 basically serves to distinguish the external space from the common space 600. The barrier ribs 500 may be attached to the substrate 100. The barrier 500 may be formed in a structure that encapsulates or surrounds the microphone structure.
격벽(500)은 복합 열경화성 수지와 같은 다양한 폴리머 재료들을 포함할 수 있다. 또한 일 실시예로서, 격벽(500)은 금속으로 구성될 수 있거나 정전 차폐(electrostatic shielding)를 제공하기 위한 금속 층을 포함할 수 있다. 격벽(500)의 두께는 약 50㎛에서 약 500㎛의 범위 내, 바람직하게는 100㎛에서 200㎛의 범위 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The barrier 500 may comprise various polymeric materials such as a composite thermosetting resin. Also, as one embodiment, the barrier 500 may be comprised of metal or may include a metal layer to provide electrostatic shielding. The thickness of barrier rib 500 may range from about 50 占 퐉 to about 500 占 퐉, preferably from 100 占 퐉 to 200 占 퐉, but is not limited thereto.
한편, 본 발명에 따르는 마이크로폰은 외부 공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 음향 구조를 포함하는데, 제1 실시예에서는 관통 홀(vent)(510)이 구비된 격벽(500)구조를 통해 음향 구조를 구현하였다.In the meantime, the microphone according to the present invention includes an acoustic structure for converting sound input from an external space into a plane wave. In the first embodiment, the acoustic structure is formed through the structure of the partition 500 having the through- Respectively.
관통 홀(510)은 격벽(500)의 양측에 형성될 수 있으며, 일측에 형성되는 관통 홀(510)의 개수는 필요에 따라 적절히 조정될 수 있다.The through holes 510 may be formed on both sides of the barrier 500, and the number of the through holes 510 formed on one side may be appropriately adjusted as necessary.
본 발명에 따른 마이크로폰은 복수의 다이어프램(300) 하측에 복수의 다이어프램(300), 기판(100) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는 공통공간(600)을 포함한다. 공통공간(600)은 제1 다이어프램(300A) 및 제 2 다이어프램(300B)의 움직임 모두에 의해 영향을 받게 되는 공간으로 상기 다이어프램들을 음향적으로 연결(acoustically connecting)한다. 상기 복수의 다이어프램(300)은 상기 공통공간(600)과 외부 공간의 압력 차를 감쇄하는 다이어프램 관통 홀(vent)(310)을 가질 수 있다. 한편, 공통공간은 복수의 다이어프램의 상측에도 형성될 수 있다.The microphone according to the present invention includes a plurality of diaphragms 300, a substrate 100, and a common space 600 surrounded by the partitions 500 below the plurality of diaphragms 300. The common space 600 acoustically connects the diaphragms to a space that is affected by both the movement of the first diaphragm 300A and the movement of the second diaphragm 300B. The plurality of diaphragms 300 may have a diaphragm through hole 310 for attenuating a pressure difference between the common space 600 and the external space. On the other hand, the common space may be formed on the upper side of the plurality of diaphragms.
한편, 기판(100)에는 신호처리회로(700)가 와이어 본딩(wire bonding)으로 연결될 수 있다. 상기 신호처리회로(700)는 지향성 및 무지향성 출력을 동시에 또는 선택적으로 추출할 수 있다.Meanwhile, the signal processing circuit 700 may be connected to the substrate 100 by wire bonding. The signal processing circuit 700 may simultaneously or selectively extract a directional and an omnidirectional output.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 4A is a reference diagram for explaining a process of implementing directivity through a microphone according to the first embodiment of the present invention.
본 발명에 따르는 지향성 마이크에서 지향성 신호로 검출하고자 하는 것은 제1 다이어프램(300A)과 제2 다이어프램(300B)의 변위 차이이다. 음원의 위치가 제1 다이어프램(300A)과 제2 다이어프램(300B)을 이은 선의 연장선 상에 위치한 경우, 음향이 도달하는 시간 차에 의해, 두 다이어프램의 움직임에는 위상 차가 나타나게 되고, 이를 검출함으로써 음원의 위치에 따라 응답 크기가 달라지는 지향성 마이크를 구현할 수 있다.What is to be detected as a directional signal in the directional microphone according to the present invention is the displacement difference between the first diaphragm 300A and the second diaphragm 300B. When the position of the sound source is located on the extension line of the line connecting the first diaphragm 300A and the second diaphragm 300B, a phase difference appears in the movement of the two diaphragms due to the time difference in arrival of the sound, A directional microphone with different response sizes can be implemented depending on the position.
본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로폰은 외부 음향을 평면파로 변환하는 음향구조로서 격벽(500)에 관통홀(510)을 구비하고 있다. 격벽(500)에 구비된 관통홀(510)을 통해 외부공간으로부터 음향(800)이 입력되는 경우, 평면파(100)로 변형된다. 외부로부터 입력되는 다양한 성질의 음향(800)을 관통홀(510)을 통해 일괄적으로 평면파로 변형함으로써 높은 지향성 응답을 얻을 수 있다.The microphone according to the first embodiment of the present invention is an acoustic structure for converting an external sound into a plane wave, and has a through hole 510 in the partition 500. When the sound 800 is input from the external space through the through hole 510 provided in the partition wall 500, it is transformed into the plane wave 100. A high directivity response can be obtained by transforming the sound 800 of various properties inputted from the outside into the plane waves collectively through the through hole 510. [
도 4b는 외부음향을 평면파로 변환하는 음향구조가 지향성에 미치는 이점을 설명하기 위한 3차원 극좌표계로, 이를 참조하여 상세히 설명한다.4B is a three-dimensional polar coordinate system for explaining an advantage of the acoustic structure for converting the external sound to the plane wave on the directivity, and will be described in detail with reference thereto.
음원의 방향을 검출함에 있어, 2개의 마이크로폰을 사용하는 본 발명은 xy-평면상의 음원의 방향을 검출하는 역할만을 수행한다. 그 이유는 해당 마이크는 두 다이어프램이 위치한 평면상에서 각도(도 4b에서 φ로 표시되는 각도)만을 검출할 수 있기 때문이다. 임의의 3차원 좌표에서 오는 음원으로부터의 경로차는 cos(φ)*sin(θ)에 비례하는 값을 가지며, 이 경우 변수가 두 가지이므로, 높이 차에 의해 음원이 위치한 각도(φ)를 검출하는 데 있어 오류를 범할 수 있다. 이를 해결하고자 구조물(평면파로 변환하는 음향구조)을 사용해 두 다이어프램이 위치한 공간의 음파를 평면파로 변환하게 되면, 각도 θ에 의한 효과가 사라져, 더욱 정확하게 음원의 위치를 파악하는 것이 가능하게 되고, 이는 관련 신호처리를 하는데 도움이 될 수 있다.In detecting the direction of a sound source, the present invention using two microphones only detects the direction of a sound source on the xy-plane. This is because the microphone can detect only the angle (the angle indicated by phi in Fig. 4B) on the plane where the two diaphragms are located. The path difference from a sound source in arbitrary three-dimensional coordinates has a value proportional to cos (φ) * sin (θ). In this case, since there are two variables, the angle I can make mistakes in doing so. In order to solve this problem, when the sound wave of the space in which the two diaphragms are located is converted into a plane wave by using a structure (an acoustic structure for converting to a plane wave), the effect of the angle? Disappears and the position of the sound source can be grasped more accurately, It can be helpful in processing related signals.
한편, 본 발명에 따르는 복수의 다이어 프램(300)은 일 실시예로서 제1 다이어프램(300A) 및 제2 다이어프램(300B)로 구성될 수 있다. 상기 제1 다이어프램(300A) 및 제2 다이어프램(300B)은, 입사된 음파가 상기 제1 다이어프램(300A)의 변위를 일으켜 상기 공통 공간의 압력을 변화시키고, 상기 변화된 공통공간의 압력이 상기 제2 다이어프램(300B)의 변위를 제한하도록 배치될 수 있는데, 일 실시예로 동일평면상에서 격벽(500)의 왼쪽을 기준으로 하여 순서대로 배열될 수 있다.Meanwhile, the plurality of diaphragms 300 according to the present invention may be composed of a first diaphragm 300A and a second diaphragm 300B as an embodiment. The first diaphragm 300A and the second diaphragm 300B are arranged in such a manner that the incident sound waves cause displacement of the first diaphragm 300A to change the pressure of the common space, May be arranged to limit the displacement of the diaphragm 300B, and may be arranged in order on the basis of the left side of the partition 500 on the same plane as an embodiment.
외부로부터 입력된 음향(800)이 평면파로 변형되어 입사되는 경우, 제1 다이어 프램(300A)에 먼저 도달한 음파는 제 1 다이어프램(300A)을 움직이며, 이는 공통공간(600)의 압력을 변화시키고, 공통공간(600)의 변화된 압력은 제 2 다이어프램(300B)에 힘을 인가하여 제 2 다이어프램(300B)에 뒤늦게 도달하는 음파가 제2 다이어프램(300B)이 움직이는 것을 방해하도록 한다.In the case where the sound 800 input from the outside is deformed into a plane wave and is incident, the sound wave first reaching the first diaphragm 300A moves the first diaphragm 300A, which changes the pressure of the common space 600 And the changed pressure of the common space 600 causes a force to be applied to the second diaphragm 300B so that a sound wave arriving late to the second diaphragm 300B hinders the movement of the second diaphragm 300B.
만약, 제1 다이어프램과 제2 다이어프램이 별개의 공간에서 각기 동작하게 된다면, 두 다이어프램이 서로 영향을 주지 않고 독립적으로 동작하게 된다. 종래에는 제1 다이어프램과 제2 다이어프램이 연동되지 않고 각기 동작할 떄, 두 다이어프램 사이의 거리 차이에 의해 발생하는 위상차에 대한 신호가 산출되나, 본 발명과 같이 두 다이어프램이 연동되어 동작하는 경우에는 위상차에 대한 신호에, 제2 다이어프램(300B)의 움직임을 방해하는 요소가 더해진 신호를 얻게 되어, 결과적으로 더 큰 신호를 얻을 수 있는 것이다.If the first diaphragm and the second diaphragm are operated in separate spaces, the two diaphragms operate independently without affecting each other. Conventionally, when the first diaphragm and the second diaphragm operate without being interlocked with each other, a signal about a phase difference caused by a difference in distance between two diaphragms is calculated. However, when two diaphragms operate in conjunction with each other as in the present invention, A signal obtained by adding an element that interferes with the movement of the second diaphragm 300B is obtained to the signal for the second diaphragm 300B. As a result, a larger signal can be obtained.
공통공간(600)이 있는 경우, 공통공간이 없는 기존의 구조 보다 더 큰 지향성 응답을 얻을 수 있다. 공통 공간이 없는 기존의 마이크 배열과 비교하여 최대 10 배 정도 지향성 응답이 증가하는 것을 확인하였다.When there is a common space 600, a larger directivity response can be obtained than the existing structure without a common space. It is confirmed that the directional response increases up to 10 times compared with the conventional microphone array having no common space.
본 발명에 따르는 마이크로폰 구조, 즉 두 다이어프램이 연동되어 동작할 때 더 큰 신호를 얻을 수 있으려면, 제1 다이어프램(300A)의 움직임에 의해 공통 공간(600)에 존재하는 공기의 압력이 충분히 변화되어야 할 뿐 아니라, 또한 변화된 공기의 압력이 제2 다이어프램(300B)의 움직임에 영향을 줄 수 있어야 한다. In order to obtain a larger signal when the two diaphragms operate in conjunction with each other, the pressure of the air present in the common space 600 must be sufficiently changed by the movement of the first diaphragm 300A But also the pressure of the changed air must be able to influence the movement of the second diaphragm 300B.
다이어프램의 움직임을 간단한 진동자로 모사하면 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있는데, 이 중에서 공통 공간의 공기는 진동자의 스프링 계수로 설명할 수 있으며, 공통 공간의 공기가 다이어프램의 움직임에 영향을 주려면 다이어프램 자체가 갖는 구조적인 스프링 계수 kstr 에 비해 공통 공간의 공기가 갖는 스프링 계수 kair 가 더 큰 값을 가져야 한다.The air in the common space can be expressed by the spring coefficient of the vibrator. In order to influence the movement of the diaphragm, air in the common space is used as the diaphragm itself The spring coefficient k air of the air in the common space must have a larger value than the structural spring coefficient k str of the air space.
(수학식 1)(1)
Figure PCTKR2017013127-appb-I000001
Figure PCTKR2017013127-appb-I000001
통상의 MEMS 마이크의 경우, 단단한 폴리실리콘 혹은 실리콘 질화물 등의 박막으로 다이어프램을 구성하며, 또한 박막을 형성하는 과정에서 상당한 잔류 응력이 존재하여 다이어프램의 구조에 의한 스프링 계수가 공기의 스프링 계수에 비해 크므로, 공통공간을 제공하더라도 지향성 응답의 크기가 커지지 않을 수 있다.In the case of a conventional MEMS microphone, a diaphragm is formed of a thin film of a hard polysilicon or silicon nitride, and a considerable residual stress is present in the process of forming a thin film, so that the spring coefficient of the diaphragm structure is larger than the air spring coefficient , The size of the directivity response may not increase even if a common space is provided.
이에, 본 발명에서는 다이어프램의 구조에 의한 스프링 계수를 줄이기 위해 연결구조(400)를 구현하였다. 일 실시예로서 상기 연결구조(400)는 주름구조, 스프링 구조 또는 패턴된 복합소재 박막 구조로 구현될 수 있다.Accordingly, in the present invention, the connection structure 400 is implemented to reduce the spring coefficient due to the structure of the diaphragm. In one embodiment, the connection structure 400 may be a wrinkle structure, a spring structure, or a patterned composite material thin film structure.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로폰의 단면도를 도시한 것이고, 도 6은 제2 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of a microphone according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a reference view for explaining a process of implementing directivity through a microphone according to the second embodiment.
도 5를 참조하면, 제2 실시예는 지지 역할을 하는 기판(100), 음향 변화에 따라 변위를 가지는 복수의 다이어프램(300), 상기 기판(100)상에 배치되고 상기 복수의 다이어프램(300)과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상부 백 플레이트(200A), 기판(100) 및 상기 복수의 다이어프램(300)을 연결하는 연결 구조(400), 외부공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 복수의 관통홀(vent)(510)을 구비하는 격벽(500), 상기 복수의 다이어프램(300) 상측에 형성되는 공간으로, 상기 복수의 다이어프램(300), 기판(100) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는, 상기 복수의 다이어프램들을 음향적으로 연결하는(acoustically connecting), 공통공간(600)을 포함한다. Referring to FIG. 5, a second embodiment of the present invention includes a substrate 100 serving as a support, a plurality of diaphragms 300 having a displacement in accordance with acoustical changes, a plurality of diaphragms 300 disposed on the substrate 100, A connecting structure 400 connecting the upper back plate 200A, the substrate 100, and the plurality of diaphragms 300 spaced apart from each other by a predetermined distance, a plurality of through- A partition 500 having a plurality of diaphragms 300 and a plurality of diaphragms 300 and a plurality of diaphragms 300 disposed on the diaphragms 300. The plurality of diaphragms 300 includes a plurality of diaphragms 300, And includes a common space 600 acoustically connecting the plurality of diaphragms.
제2실시예 또한 제1 실시예와 마찬가지로 상부 백플레이트(200A)는 백플레이트 관통홀(210)을, 다이어프램(300)은 다이어프램 관통홀(310)을, 격벽(500)은 격벽 관통홀(510)을 그리고 신호처리회로(700)를 구비할 수 있다.Second Embodiment Similarly to the first embodiment, the upper back plate 200A has the backplate through hole 210, the diaphragm 300 has the diaphragm through hole 310, the partition 500 has the partition through hole 510 And a signal processing circuit 700 may be provided.
다만, 제2 실시예는 제1 실시예와는 다르게 공통공간(600이 다이어 프램(300) 상측으로 형성되며, 하부 백플레이트를 구비하지 않는다. However, the second embodiment differs from the first embodiment in that the common space 600 is formed on the upper side of the diaphragm 300 and does not have the lower back plate.
한편, 도 6은 제2 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도로 향상된 지향성을 구현하는 기본적인 원리는 제1 실시예에서 설명한 원리와 동일하다.Meanwhile, FIG. 6 is a view for explaining a process of realizing directivity through a microphone according to the second embodiment, and the basic principle for implementing improved directivity is the same as the principle explained in the first embodiment.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로폰의 단면도를 도시한 것이고, 도 8은 제3 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of a microphone according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a reference view for explaining a process of implementing directivity through a microphone according to the third embodiment.
도 7을 참조하면, 제3 실시예는 지지 역할을 하는 기판(100), 음향 변화에 따라 변위를 가지는 복수의 다이어프램(300), 상기 기판(100)상에 배치되고 상기 복수의 다이어프램(300)과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상부 백 플레이트(200A), 상기 복수의 다이어프램과 연결되는 하부 백 플레이트(200B), 기판(100) 및 상기 복수의 다이어프램(300)을 연결하는 연결 구조(400), 격벽(500), 상기 복수의 다이어프램(300) 하측에 형성되는 공간으로, 상기 복수의 다이어프램(300), 기판(100) 및 격벽(500)으로 둘러싸이는, 상기 복수의 다이어프램들을 음향적으로 연결하는(acoustically connecting), 공통공간(600)을 포함한다. Referring to FIG. 7, the third embodiment includes a substrate 100 serving as a support, a plurality of diaphragms 300 having a displacement in accordance with acoustical changes, a plurality of diaphragms 300 disposed on the substrate 100, A lower back plate 200B connected to the plurality of diaphragms, a substrate 100, and a connection structure 400 connecting the plurality of diaphragms 300. The upper back plate 200A, A plurality of diaphragms 300 and a plurality of diaphragms 300 may be disposed on the diaphragms 300. The diaphragms 300 may be divided into a plurality of diaphragms 300 and a plurality of diaphragms 300, acoustically connecting, and a common space 600.
제3 실시예 또한 제1 실시예와 마찬가지로 상부 백플레이트(200A)는 백플레이트 관통홀(210)을, 다이어프램(300)은 다이어프램 관통홀(310)을, 그리고 신호처리회로(700)를 구비할 수 있다.Third Embodiment Similarly to the first embodiment, the upper back plate 200A includes the backplate through hole 210, the diaphragm 300 includes the diaphragm through hole 310, and the signal processing circuit 700 .
다만, 제3 실시예의 일 구성요소인 격벽(500)은 파이프 형태의 격벽구조로 대체될 수 있다. 파이프 형태의 격벽구조를 통해, 외부 공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환할 수 있다.However, the partition wall 500, which is one component of the third embodiment, may be replaced with a partition wall structure in the form of a pipe. Through the structure of the pipe-shaped partition, sound input from the external space can be converted into plane waves.
한편, 도 8은 제3 실시예에 따른 마이크로폰을 통해 지향성이 구현되는 과정을 설명하기 위한 참고도로 향상된 지향성을 구현하는 기본적인 원리는 제1 실시예에서 설명한 원리와 동일하다.Meanwhile, FIG. 8 is a view for explaining a process of implementing directivity through the microphone according to the third embodiment, and the basic principle for implementing improved directivity is the same as the principle explained in the first embodiment.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결구조의 일 예로써 주름구조를 도시한 것이다.FIG. 9 illustrates a wrinkle structure as an example of a connection structure according to an embodiment of the present invention.
연결구조(400)는 일예로서 주름구조(410)일 수 있는데, 주름구조(410)는 오목부(410A) 및 볼록부(410B)를 포함할 수 있다. 스트레스는 오목부(410A), 즉 주름영역에 집중된다. 이로 인해, 다이어프램(300)영역 및 볼록부(410B)영역에서는 스트레스가 감소하게 된다. 상기 주름구조(400)가 다이어프램(300)에 연결됨으로 향상된 지향성 응답을 얻을 수 있다.The connection structure 400 may be a wrinkle structure 410 as an example, and the wrinkle structure 410 may include a concave portion 410A and a convex portion 410B. The stress is concentrated in the concave portion 410A, that is, the corrugated region. As a result, stress is reduced in the area of the diaphragm 300 and the area of the convex part 410B. The corrugated structure 400 is connected to the diaphragm 300 to obtain an improved directivity response.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결구조의 일 예로써 박막패턴 구조를 도시한 것이다.10 illustrates a thin film pattern structure as an example of a connection structure according to an embodiment of the present invention.
도 10은 박막패턴 구조(420)의 일 실시예로서, 압축-인장(Compressive-Tensile) 박막 패턴을 가지는 연결구조를 도시한 것이다. 연결구조의 일 실시예로서, 박막패턴 구조(420)를 성하는 과정은 다음과 같다.10 illustrates a connection structure having a compressive-tensile thin film pattern as an embodiment of the thin film pattern structure 420. Referring to FIG. As one embodiment of the connection structure, the process of forming the thin film pattern structure 420 is as follows.
약 150 MPa의 인장강도로 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 공정을 수행하여 질화실리콘(SiNx)층을 형성한다. 그 아래로 약 1100 MPa의 인장강도로 저압 화학기상증착(LPCVD) 공정을 수행하여 질화실리콘(SiNx)층을 형성한다. 아래로 약 3000 MPa 강도로 압축하여 열화실리콘 산화(Thermal SiOx)층을 형성한다. 그리고 다이어프램(300)사이의 중간영역(420D)에 형성된 질화실리콘(SiNx) 층을 제거한다.A plasma chemical vapor deposition (PECVD) process is performed at a tensile strength of about 150 MPa to form a silicon nitride (SiN x ) layer. A low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process is then performed at a tensile strength of about 1100 MPa to form a silicon nitride (SiN x ) layer. And then compressed down to a strength of about 3000 MPa to form a thermal SiO x layer. And the silicon nitride (SiN x ) layer formed in the intermediate region 420D between the diaphragm 300 is removed.
상기 박막 패턴 형태의 구조를 연결구조로 하여, 다이어프램(300) 및 중간 영역(420D)에서의 스트레스를 감소시켜 향상된 지향성 응답을 얻을 수 있다.The structure in the form of the thin film pattern serves as a connection structure to reduce the stress in the diaphragm 300 and the intermediate region 420D to obtain an improved directivity response.
도 11의 (a)는 연결구조가 없는 경우의 주파수 반응 곡선을, (b)는 연결구조가 있는 경우의 주파수 반응 곡선을 나타낸 것이다.Fig. 11 (a) shows a frequency response curve in the case where there is no connection structure, and Fig. 11 (b) shows a frequency response curve in the case where there is a connection structure.
도 11의 (a)를 참조하면, 연결구조가 없는 경우에는, 별개의 공간(Separated Back Volume)을 갖는 구조와 공통공간(Common Back Volume)갖는 구조간 응답(Response) 크기에 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11A, when there is no connection structure, there is no significant difference in the size of a response between a structure having a separate back volume and a structure having a common back volume Can be confirmed.
도 11의 (b)를 참조하면, 연결구조가 있는 경우에는, 별개의 공간(Separated Back Volume)을 갖는 구조와 공통공간(Common Back Volume)을 갖는 구조간 응답(Response) 크기에 현저한 차이가 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11 (b), when there is a connection structure, there is a significant difference in the size of the response between the structure having the separated back volume and the structure having the common back volume can confirm.
기본적으로 연결 구조가 있는 경우에는, 연결 구조가 없는 경우와 비교하여 응답크기가 더 크다는 것을 도 11의 (a)와 (b)를 비교하면 알 수 있다. 이는 연결 구조가 다이어프램(diaphragm)의 강성을 낮춤에 따라, 같은 압력 차에도 다이어프램이 보다 많이 움직이도록(진동하도록) 하기 때문이다.11 (a) and (b) show that the response size is larger in comparison with the case where there is no link structure in the case where there is a link structure basically. This is because the connection structure lowers the rigidity of the diaphragm, so that the diaphragm moves more (vibrates) even at the same pressure difference.
지향성 응답 크기를 연결 구조의 도입만으로도 크게 할 수 있지만, 연결 구조와 함께 공통 공간이 결합된다면 추가적으로 응답 크기가 더 커질 수 있다는 것을 확인하였다. 이는 공통 공간이 두 다이어프램의 움직임 간의 상호 작용을 유도하여 응답 크기를 더 크게 하기 때문이다. 상기 효과를 극대화하기 위해서는 다이어프램 간의 상호작용이 원활하게 일어나도록 상기 다이어프램의 강성을 충분히 낮게 하는 것이 바람직하다.Although the directivity response size can be increased by introducing the connection structure, it is confirmed that the response size can be further increased if the common space is combined with the connection structure. This is because the common space induces the interaction between the movements of the two diaphragms, resulting in a larger response size. In order to maximize the effect, it is preferable that the rigidity of the diaphragm is sufficiently lowered so that the interaction between the diaphragms occurs smoothly.
결론적으로 연결구조가 있는 경우 잔류 응력이 작아져 응답 크기 자체가 커지게되고, 여기에 공통공간이 있으면 추가적으로 더 큰 지향성 응답을 얻을 수 있는 것이다.In conclusion, if there is a connection structure, the residual stress becomes smaller and the response size itself becomes larger, and if there is a common space, an additional larger directivity response can be obtained.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.

Claims (10)

  1. 기판;Board;
    격벽;septum;
    동일한 공간에 위치하는 복수의 다이어프램;A plurality of diaphragms located in the same space;
    상기 기판상에 배치되고, 상기 복수의 다이어프램과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상부 백플레이트;An upper back plate disposed on the substrate and spaced apart from the plurality of diaphragms by a predetermined distance;
    상기 기판 및 상기 복수의 다이어프램을 연결하는 연결 구조;A connection structure connecting the substrate and the plurality of diaphragms;
    외부 공간으로부터 입력되는 음향을 평면파로 변환하는 음향 구조; 및An acoustic structure for converting sound inputted from an external space into a plane wave; And
    상기 복수의 다이어프램, 기판 및 격벽으로 둘러싸이는 공통공간;A common space surrounded by the plurality of diaphragms, the substrate, and the partition;
    을 포함하는 마이크로폰..
  2. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 상부 백 플레이트를 지지하며, 상기 복수의 다이어프램과 연결되는 하부 백 플레이트를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Further comprising a lower backplate supporting the upper backplate and connected to the plurality of diaphragms.
  3. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 복수의 다이어프램은 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램으로 구성되고, 상기 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램은 상기 공통공간을 매개로 연동되어 동작하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the plurality of diaphragms are composed of a first diaphragm and a second diaphragm, and the first diaphragm and the second diaphragm operate in cooperation with each other via the common space.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램은, 입사된 음파가 상기 제1 다이어프램의 변위를 일으켜 상기 공통 공간의 압력을 변화시키고, 상기 변화된 공통공간의 압력이 상기 제2 다이어프램의 변위를 제한하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the first diaphragm and the second diaphragm are arranged so that the incident sound waves cause displacement of the first diaphragm to change the pressure of the common space and that the pressure of the changed common space limits the displacement of the second diaphragm Features a microphone.
  5. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 연결 구조는 주름구조, 스프링 구조 또는 패턴된 복합소재 박막 구조인 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the connection structure is a wrinkle structure, a spring structure, or a patterned composite material thin film structure.
  6. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 음향구조는 관통홀이 구비된 격벽구조 또는 파이프 형태의 격벽구조인 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the acoustic structure is a diaphragm structure having a through hole or a diaphragm structure having a pipe shape.
  7. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 마이크로폰은 지향성 및 무지향성 출력을 동시에 또는 선택적으로 추출하는 신호처리 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the microphone further comprises a signal processing circuit for simultaneously or selectively extracting directional and omnidirectional outputs.
  8. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 상부 백 플레이트는 상기 다이어프램의 주파수 응답을 조절하는 관통 홀(damping hole)을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the upper back plate has a damping hole for adjusting the frequency response of the diaphragm.
  9. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 복수의 다이어프램은 상기 공통공간과 상기 외부 공간의 압력 차를 감쇄하는 관통 홀(vent)을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.Wherein the plurality of diaphragms have a through hole for attenuating a pressure difference between the common space and the external space.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따르는 마이크로폰을 포함하는 전자기기.An electronic device comprising a microphone according to any one of claims 1 to 9.
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