WO2026005201A1 - 멤스 마이크로폰 - Google Patents

멤스 마이크로폰

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WO2026005201A1
WO2026005201A1 PCT/KR2025/003971 KR2025003971W WO2026005201A1 WO 2026005201 A1 WO2026005201 A1 WO 2026005201A1 KR 2025003971 W KR2025003971 W KR 2025003971W WO 2026005201 A1 WO2026005201 A1 WO 2026005201A1
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WO
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signal processing
passive component
substrate
processing element
mems microphone
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PCT/KR2025/003971
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강병길
김용권
김학해
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LG Innotek Co Ltd
Original Assignee
LG Innotek Co Ltd
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Publication date
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems ; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • the present invention relates to a MEMS microphone, and more specifically, to a MEMS microphone having an RF noise stabilization structure.
  • audio devices use electrodes to vibrate a diaphragm to generate sound.
  • Recent technological advancements have led to significant advancements in the audio device field.
  • These devices are increasingly used in diverse applications, including portable terminals and hearing aids. As the devices they are used in become slimmer, the devices themselves are also becoming smaller.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a semiconductor technology have recently been developed and used.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • These MEMS microphones can be categorized into electrostatic and piezoelectric types, including the common condenser type.
  • MEMS microphones are used in environments such as wireless earphones (TWS, True Wireless Stereo) and smartphones, and are susceptible to RF noise both internal and external to the device. RF noise enters the ASIC's power line and degrades the performance of the MEMS microphone. A structure is needed to mitigate the effects of this RF noise.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a MEMS microphone having an RF noise stabilization structure.
  • a MEMS microphone includes: a substrate; a MEMS structure disposed on the substrate; a signal processing element disposed on the substrate and processing a signal of the MEMS structure; and a passive element portion disposed inside the signal processing element and electrically connected to a power supply unit of the signal processing element.
  • the passive component may include a variable capacitor.
  • the passive component may include a plurality of capacitors connected in parallel; and a plurality of switches each connected in series with the plurality of capacitors.
  • the signal processing element can turn each of the plurality of switches on and off in response to the frequency of RF noise applied to the signal processing element.
  • the passive component portion may include at least one of a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor, a MOM (Metal-Oxide-Metal) capacitor, and a deep trench capacitor.
  • MIM Metal-Insulator-Metal
  • MOM Metal-Oxide-Metal
  • the power supply unit of the signal processing element can be electrically connected to an external power input unit into which external power is input through the substrate.
  • the second passive component part is disposed on the substrate and electrically connected to the external power input part, and the passive component part disposed inside the signal processing element and the second passive component part may have different capacities.
  • the passive component portion disposed within the signal processing component may have a capacitance value of 10 to 1000 pF, and the second passive component portion may have a capacitance value of 100 nF to 10 uF.
  • a third passive component part is disposed inside the substrate and electrically connected to the external power input part, and the passive component part disposed inside the signal processing element and the third passive component part may have different capacities.
  • the power supply unit of the signal processing element may include a plurality of power supply units
  • the passive component unit may include a plurality of passive component units electrically connected to each of the plurality of power supply units.
  • the passive component part can be connected to the front end of the bandgap reference voltage generation part of the signal processing component.
  • the passive component unit can be connected between the power supply unit of the signal processing element and the bandgap reference voltage generation unit of the signal processing element.
  • an RF noise stabilization structure can be implemented within an ASIC.
  • process freedom can be increased.
  • multiple capacitors can be mounted, enabling multiple noise removal functions.
  • FIG. 1 is a block diagram of a MEMS microphone according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates an implementation example of a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 to 13 are drawings for explaining a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, it may include not only cases where the component is 'connected', 'coupled', or 'connected' directly to the other component, but also cases where the component is 'connected', 'coupled', or 'connected' by another component between the component and the other component.
  • “above” or “below” when described as being formed or arranged “above” or “below” each component, “above” or “below” includes not only cases where the two components are in direct contact with each other, but also cases where one or more other components are formed or arranged between the two components. Furthermore, when expressed as “above” or “below,” the meaning may include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
  • a variation according to the present embodiment may include some components of each embodiment and some components of other embodiments. That is, a variation may include one embodiment among various embodiments, but may omit some components and include some components of the corresponding other embodiment. Or, the opposite may be true.
  • the features, structures, effects, etc. to be described in the embodiments are included in at least one embodiment, and are not necessarily limited to just one embodiment.
  • the features, structures, effects, etc. exemplified in each embodiment can be combined or modified in other embodiments by a person having ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Therefore, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included within the scope of the embodiments.
  • Fig. 1 is a block diagram of a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 illustrates an implementation example of a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention, and
  • Figs. 3 to 13 are drawings for explaining a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.
  • a MEMS microphone (100) is composed of a substrate (110), a signal processing element (120), a passive element section (121), and a MEMS structure (130), and may include a second passive element section (111) and a third passive element section (112).
  • the substrate (110) is placed at the bottom of the MEMS microphone (100) and has a plate shape.
  • the substrate (110) may be a printed circuit board (PCB), and may include a flexible printed circuit board (FPCB) or a chip on film (COF) substrate.
  • a COF (Chip on Film) substrate is a substrate formed by forming a circuit or mounting a chip or other element on a base film, and has a film shape, so it is a substrate that is considerably thinner than other substrates. By using a COF substrate as the substrate of the MEMS microphone, the thickness can be considerably reduced.
  • the substrate (110) is a COF substrate and may be a two-metal COF substrate.
  • a two-metal COF is a substrate formed by forming a circuit or mounting an element on both sides of a base film.
  • a via hole in the base film, circuits or elements formed on both sides can be connected.
  • the via hole may be a micro via hole and may be configured with a size of 25 um or less.
  • COF substrates enable fine pitch, reducing the size of the MEMS microphone package by more than 50%.
  • a rigid substrate laminated on the COF substrate may be further included.
  • the rigid substrate may be a metal plate, SUS, or a reinforcing plate.
  • SUS is a high-strength steel grade that mixes chromium with iron to enhance corrosion resistance.
  • various reinforcing plates made of metal materials may be used.
  • another type of rigid substrate that can be combined with the housing to maintain the shield may be included.
  • a flexible printed circuit board is a flexible circuit board. It is also flexible and thinner than standard printed circuit boards. Therefore, using a flexible printed circuit board as the substrate for a MEMS microphone can significantly reduce its thickness. Other types of flexible substrates may also be included.
  • a housing (140) forming an internal space may be placed on the upper portion of the substrate (110). As shown in FIG. 2, the housing (140) may be placed on the upper portion of the MEMS microphone and may have a cover shape covering the substrate (110).
  • the housing (140) may be a can type made of a metal material, and may be formed of various materials such as plastic.
  • the housing (140) may be combined with the substrate (110). At this time, the housing (140) and the substrate (110) may be joined by welding.
  • the area where the housing (140) and the substrate (110) are joined may be joined by micro-welding.
  • a signal processing element (120) and a MEMS structure (130) may be arranged on a substrate (110).
  • the MEMS structure (130) may be arranged in an internal space formed by the substrate (110) and the housing (140), as shown in FIG. 2.
  • the MEMS structure (130) includes a body, a back plate, and a vibration plate.
  • a hole may be formed in the substrate (110) at a position facing the lower portion of the MEMS structure (130).
  • the cross-sectional area of the hole formed in the substrate (110) may be circular, but is not limited thereto.
  • the hole may be an acoustic hole.
  • the hole may also be formed in an area of the housing (140) facing the upper portion of the MEMS structure (130).
  • the capacitance at the back plate can be measured to sense the sound signal.
  • the back plate is depicted as being positioned above the diaphragm, but it is understood that the diaphragm may also be positioned above the back plate.
  • a signal sensed by the MEMS structure (130) is transmitted to the signal processing element (120).
  • the MEMS structure (130) and the signal processing element (120) can be electrically connected.
  • the MEMS structure (130) and the signal processing element (120) are connected by a wire through wire bonding, and the signal sensed by the MEMS structure (130) can be transmitted to the signal processing element (120) through the wire.
  • the signal processing element (120) can process an electrical signal sensed and transmitted by the MEMS structure (130).
  • the signal processing element (120) can amplify a signal sensed by the MEMS structure (130).
  • the signal processing element (120) may include an application-specific integrated circuit (ASIC), but is not limited thereto.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the signal processing element (120) may be formed as a single module and may be formed in a chip form.
  • the signal processing element (120) may include an ASIC and an En-cap that coats the ASIC.
  • the signal processing element (120) may be placed on the substrate (110). At this time, the signal processing element (120) may be placed on the substrate (110) spaced apart from the MEMS structure (130). The signal processing element (120) may be placed together with the MEMS structure (130) in the internal space formed by the substrate (110) and the housing (140), and may receive signals from the MEMS structure (130). Since signals are transmitted between the MEMS structure (130) and the signal processing element (120) in the internal space covered by the housing (140), noise can be reduced.
  • the signal processing element (120) can be connected to the substrate (110) and supplied with power.
  • the power supply unit (122) of the signal processing element (120) can receive power through the substrate (110).
  • the signal processing element (120) is driven by the input power and can supply bias power to the MEMS structure (130).
  • the signal processing element (120) can be connected to the substrate (110) by wire bonding, or can be bonded to the substrate (110) by forming a flip-chip BGA using a flip-chip method, or can be electrically connected to the wire pad of the substrate (110) using a BGA method.
  • the passive component unit (121) is arranged inside the signal processing component (120) and is electrically connected to the power supply unit (122) of the signal processing component (120).
  • the passive component unit (121) When the signal processing component (120) receives power, RF noise may be input along the power line, which may deteriorate the signal processing performance.
  • the passive component unit (121) is arranged inside the signal processing component (120) and is connected to the power supply unit (122), so as to reduce RF noise applied to the power supply unit (122).
  • the passive component unit (121) may include a capacitor. The capacitor may store current including RF noise applied through the power supply unit (122), thereby reducing RF noise, and may allow a signal with reduced RF noise to be applied to the signal processing component (120).
  • the passive component section (121) includes a capacitor, so that the signal-to-noise ratio (SNR) is improved, and the power supply rejection ratio (PSRR) and power supply rejection ratio (PSR) noise can also be improved.
  • PSRR represents the signal ratio at the output terminal of noise (sine wave) applied to the power supply, and can identify the influence of power supply noise by frequency.
  • PSR means the degree of suppression at the output terminal of pulse noise induced in the power supply when using a communication circuit of a TDMA (Time Division Multiple Access) digital modulation method such as GSM (Global System for Mobile Communications). That is, noise-related performance such as SNR, PSRR, and PSR can be improved through the capacitor (150). In addition, noise that may occur when processing a signal in the signal processing component (120) can be removed.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • Capacitors for power stabilization and RF (Radio Frequency) noise reduction can be mounted on the external PCB substrate of the MEMS microphone.
  • the capacitors can be implemented inside the MEMS microphone due to external PCB mounting space constraints caused by miniaturization.
  • a bypass capacitor can be implemented by layering an embedded capacitance material (ECM) on the inside of the MEMS microphone substrate.
  • ECM embedded capacitance material
  • the special process may increase the difficulty of the substrate and the unit price.
  • the passive component (121) according to an embodiment of the present invention is placed inside the signal processing component (120) rather than the substrate (110), so that capacitance for reducing RF noise can be implemented.
  • the passive component (121) may include a variable capacitor.
  • the passive component (121) includes a capacitor, and the capacity of the capacitor varies depending on the frequency of the RF signal to be reduced, so that a wide range of RF noise can be reduced by including a variable capacitor.
  • the passive component unit (121) may include a plurality of capacitors and a plurality of switches.
  • the plurality of capacitors may be connected in parallel, and each of the plurality of switches may be connected in series with each of the plurality of capacitors.
  • the number of capacitors connected varies depending on whether each switch is turned on or off, and thus the capacity of the capacitors may be varied.
  • the number of capacitors connected may be set based on the frequency of RF noise applied to the MEMS microphone (100) to which the signal processing component (120) is applied or the signal processing component (120).
  • Each of the plurality of switches may be turned on or off in response to the frequency of RF noise applied to the signal processing component (120). Alternatively, the number of capacitors turned on and off by the processor may be changed.
  • the multiple capacitors may have the same capacitance. Alternatively, at least one of the multiple capacitors may have a different capacitance from the others. This allows for implementing capacitor capacitances of various sizes depending on the RF noise frequency band to be removed.
  • the capacitor of the passive component part (121) may include at least one of a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor, a MOM (Metal-Oxide-Metal) capacitor, and a deep trench capacitor.
  • the MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor has a metal-insulator-metal structure, and is a structure in which two metal upper and lower electrodes are formed with an insulator positioned between them. At this time, the electrodes are composed of multiple layers, and a metal-insulator-metal structure can be formed for each of the multiple layers.
  • the MOM (Metal-Oxide-Metal) capacitor has a rapid-oxide layer-metal structure, and is a structure in which two metal upper and lower electrodes are formed with an oxide (e.g., SiO2) positioned between them to act as an insulator.
  • a deep trench capacitor is a capacitor made by digging a deep groove in a substrate, and the capacitor can be implemented through the electrodes created by the deep groove.
  • the passive component part (121) may include capacitors having various types and shapes in addition to the above. In addition, it may include components that can reduce RF noise.
  • the configuration for RF reduction is implemented as a passive component (121) placed inside the signal processing element (120) rather than on the substrate (110), the area of the signal processing element (120) may increase, but the degree of design freedom may be increased compared to the case where it is placed on the substrate (110) or built into the substrate (110).
  • the capacitor for reducing RF noise is placed on the substrate (110), it may be difficult to secure sufficient internal space in the housing (140).
  • the internal space of the housing (140) affects the acoustic performance of the MEMS structure, and thus the performance may deteriorate due to insufficient internal space.
  • the capacitor for reducing RF noise is built into the substrate (110), the cost of manufacturing the substrate (110) increases, and there is a restriction that an ECM substrate must be used, which may reduce the degree of process freedom.
  • the RF reduction effect can be implemented with only a slight increase in the area of the signal processing element (120), so that sufficient space inside the housing (140) can be secured, and a general substrate can be used, thereby improving the degree of process freedom.
  • the size of the signal processing element (120) when the passive component (121) is not placed inside can increase from 1.0 mm (A) x 1.3 mm (B) to 1.0 mm (A) x 1.4 mm (B') when the passive component (121) is placed inside.
  • the passive component (121) can be connected to the rear end of the power supply unit (122) of the signal processing component (120). As shown in Fig. 3, it is directly connected to the rear end of the power supply unit (122) to reduce RF noise applied through the power supply unit (122).
  • the passive component unit (121) may be connected to the front end of the bandgap reference voltage generation unit (123) of the signal processing component (120).
  • the passive component unit (121) may be connected between the power supply unit (122) of the signal processing component (120) and the bandgap reference voltage generation unit (123) of the signal processing component (120).
  • the signal processing component (120) may include a bandgap reference voltage generation unit (123) that generates a reference voltage that serves as a reference for signal processing.
  • the reference voltage may be provided as a bias voltage to the MEMS structure (130).
  • the bandgap reference voltage generation unit (123) generates a reference voltage using the power supplied to the power supply unit (122).
  • the passive component unit (121) is connected to the terminal immediately preceding the bandgap reference voltage generation unit (123), as shown in FIG. 5, to prevent RF noise from being supplied to the bandgap reference voltage generation unit (123).
  • the passive component unit (121) is connected between the power supply unit (122) of the signal processing component (120) and the bandgap reference voltage generation unit (123) of the signal processing component (120), and may be connected to the rear end of the filter (124) connected to the rear end of the power supply unit (122).
  • the filter (124) may include various filters such as a stabilization filter.
  • the passive component unit (121) may be connected between the filter (124) connected to the rear end of the power supply unit (122) and the bandgap reference voltage generation unit (123), as shown in FIG. 6.
  • the passive component unit (121) may be placed in various positions so that RF noise does not affect signal processing.
  • the passive component unit (121) can be implemented as a variable capacitor, as shown in FIG. 7.
  • the passive component unit (121) can include a plurality of capacitors connected in parallel and a plurality of switches connected in series with each capacitor, as shown in FIG. 8.
  • the passive component unit (121) can be implemented as a plurality of capacitors and a plurality of switches between the power supply unit (122), VDD, and the bandgap reference voltage generation unit (123), BGR.
  • a signal from which RF noise has been removed can be applied to the bandgap reference voltage generation unit (123), and can be provided as a bias voltage to the MEMS structure (130) through a charge pump, and a stable power can be generated through an LDO (low-dropout) voltage regulator.
  • LDO low-dropout
  • the power supply unit (122) of the signal processing element (120) may include a plurality of power supply units (122-1, 122-2). It may receive a plurality of power supplies rather than a single power supply, such as power supplied from a battery other than an external power supply.
  • the passive element unit (121) may include a plurality of passive element units (121-1, 121-2) electrically connected to each of the plurality of power supply units (122-1, 122-2).
  • the capacitance value of the passive element units (121-1, 121-2) connected to each may be set differently depending on the RF noise of the corresponding power supply unit.
  • the power supply unit (122) of the signal processing element (120) can be electrically connected to an external power input unit into which external power is input and the substrate (110).
  • the MEMS microphone (100) according to the embodiment of the present invention can be connected to an external power source, and the power supply unit (122) of the signal processing element (120) can be electrically connected to an external power input unit into which external power is input and the substrate (110) to receive power.
  • a second passive component unit (111) disposed on the substrate (110) and electrically connected to the external power input unit may be included.
  • the second passive component unit (111) may be included on the substrate (110).
  • the passive component unit (121) disposed inside the signal processing element (120) and the second passive component unit (111) may have different capacities.
  • the first passive component unit and the second passive component unit (111), which are the passive component units (121) disposed inside the signal processing element (120) may have different frequency bands of RF noise to be reduced. For example, when receiving signals having two different bandwidths, the first passive component unit and the second passive component unit (111) may reduce RF noise of each signal having a different bandwidth.
  • the second passive component (111) placed on the substrate (110) may include a capacitor having a larger capacity and size than the passive component (121) placed inside the signal processing component (120).
  • a third passive component unit (112) disposed inside the substrate (110) and electrically connected to an external power input unit may be included.
  • a second passive component unit (111) embedded inside the substrate (110) may be included.
  • the passive component unit (121) disposed inside the signal processing element (120) and the third passive component unit (112) may have different capacities.
  • the first passive component unit and the third passive component unit (112), which are the passive component units (121) disposed inside the signal processing element (120), may have different frequency bands of RF noise to be reduced.
  • the first passive component unit and the third passive component unit (112) may reduce RF noise of each signal having a different bandwidth.
  • the third passive component (112) placed on the substrate (110) may include a capacitor having a larger capacity and size than the passive component (121) placed inside the signal processing component (120).
  • each passive component unit may have a different capacity, and the frequency of the noise to be reduced may be different. Alternatively, the same noise may be removed, but the capacity may be distributed.
  • the passive component unit (121) disposed inside the signal processing element (120) may include a capacitor for reducing RF noise, and the second passive component unit (111) or the third passive component unit (112), the second passive component unit (111) and the third passive component unit (112) may include a capacitor for power stabilization. That is, the passive component unit (121) disposed inside the signal processing element (120) may have a capacitance of several tens to several hundreds of pF, and the second passive component unit (111) or the third passive component unit (112), the second passive component unit (111) and the third passive component unit (112) disposed on the substrate (110) may have a capacitance of several hundreds of nF to several uF.
  • the passive component (121) placed inside the signal processing component (120) may have a capacitance value of 10 to 1000 pF
  • the second passive component (111) or the third passive component (112) may have a capacitance value of 100 nF to 10 uF.
  • the MEMS microphone (100) can have a passive component (121) for reducing RF noise implemented inside the signal processing component (120).
  • the degree of design freedom of the MEMS microphone package process can be increased by using a general substrate without the constraint of having difficulty arranging the capacitor on the substrate (110) or the use of a special PCB such as an ECM for embedding the capacitor inside the substrate (110).
  • the frequency of various RF noises can be reduced by using multiple capacitors, and application to multiple power sources is also possible.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰은 기판, 기판 상에 배치되는 멤스 구조체, 기판 상에 배치되고, 멤스 구조체의 신호를 처리하는 신호처리소자, 및 신호처리소자의 내부에 배치되어, 신호처리소자의 전원부와 전기적으로 연결되는 수동소자부를 포함한다.

Description

멤스 마이크로폰
본 발명은 멤스 마이크로폰에 관한 것으로, 보다 구체적으로 RF 노이즈 안정화 구조를 가지는 멤스 마이크로폰에 관한 발명이다.
일반적으로 음향기기는 전극을 이용하여 진동판을 진동시켜 소리를 발생시키는 것으로서, 최근의 기술개발과 더불어 음향기기 분야에서도 큰 발전이 이루어지고 있다. 이러한 음향 기기들은, 휴대용 단말기, 보청기 등과 같이 사용되는 분야도 다양해지고 있으며, 음향기기가 적용되는 장치들이 슬림화됨에 따라 음향기기 자체의 크기도 수형화가 이루어지고 있다.
또한, 최근에는 반도체 기술인 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems)를 이용한 마이크로 폰(Micro Phone)이 개발되어 사용되고 있다. 멤스는 실리콘 웨이퍼의 표면에서 작은 기계적 컴포넌트의 제조를 가능하게 하는 기술이다. 이러한 멤스 마이크로폰은 정전 방식과 압전 방식으로 구분될 수 있으며, 여기에 일반적인 콘덴서 타입을 포함한다.
멤스 마이크로폰은 무선 이어폰(TWS, True Wireless Stereo), 스마트폰 등의 환경에서 사용되며, 장치 내부 또는 외부의 RF 노이즈에 의한 영향을 받는다. RF 노이즈는 ASIC의 전원 라인을 타고 들어와 멤스 마이크로폰의 성능 열화 시킨다. 이러한 RF 노이즈의 영향을 개선을 위한 구조가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, RF 노이즈 안정화 구조를 가지는 멤스 마이크로폰을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰은 기판; 기판 상에 배치되는 멤스 구조체; 상기 기판 상에 배치되고, 상기 멤스 구조체의 신호를 처리하는 신호처리소자; 및 상기 신호처리소자의 내부에 배치되어, 상기 신호처리소자의 전원부와 전기적으로 연결되는 수동소자부를 포함한다.
또한, 상기 수동소자부는 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수동소자부는, 병렬로 연결되는 복수의 커패시터; 및 상기 복수의 커패시터와 각각 직렬로 연결되는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호처리소자는, 상기 신호처리소자에 인가되는 RF 노이즈의 주파수에 대응하여 상기 복수의 스위치 각각을 온오프하는 할 수 있다.
또한, 상기 수동소자부는, MIM (Metal-Insulator-Metal) 커패시터, MOM (Metal-Oxide-Metal) 커패시터, 및 딥 트렌치 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호처리소자의 전원부는, 외부전원이 입력되는 외부전원 입력부와 상기 기판을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 배치되고, 상기 외부전원 입력부와 전기적으로 연결되는 제2 수동소자부를 포함하고, 상기 신호처리소자 내부에 배치되는 수동소자부와 상기 제2 수동소자부는 용량이 상이할 수 있다.
또한, 상기 신호처리소자 내부에 배치되는 수동소자부는 10 내지 1000 pF 커패시턴스 값을 가지고, 상기 제2 수동소자부는 100 nF 내지 10 uF 커패시턴스 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 기판 내부에 배치되고, 상기 외부전원 입력부와 전기적으로 연결되는 제3 수동소자부를 포함하고, 상기 신호처리소자 내부에 배치되는 수동소자부와 상기 제3 수동소자부는 용량이 상이할 수 있다.
또한, 상기 신호처리소자의 전원부는 복수의 전원부를 포함하고, 상기 수동소자부는, 상기 복수의 전원부 각각에 전기적으로 연결되는 복수의 수동소자부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수동소자부는, 상기 신호처리소자의 밴드갭 기준전압 생성부의 전단에 연결될 수 있다.
또한, 상기 수동소자부는, 상기 신호처리소자의 전원부와 상기 신호처리소자의 밴드갭 기준전압 생성부 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, RF 노이즈 안정화 구조를 ASIC 내부에 구현할 수 있다. 일반 기판을 이용함으로써 공정 자유도를 높일 수 있다. 또한, 복수의 커패시터 실장이 가능하여 복수의 노이즈 제거 기능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 구현예를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
본 실시예에 따른 변형례는 각 실시예 중 일부 구성과 다른 실시예 중 일부 구성을 함께 포함할 수 있다. 즉, 변형례는 다양한 실시예 중 하나 실시예를 포함하되 일부 구성이 생략되고 대응하는 다른 실시예의 일부 구성을 포함할 수 있다. 또는, 반대일 수 있다. 실시예들에 설명할 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 구현예를 도시한 것이고, 도 3 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(100)은 기판(110), 신호처리소자(120), 수동소자부(121), 멤스 구조체(130)로 구성되고, 제2 수동소자부(111), 제3 수동소자부(112)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 멤스 마이크로폰(100)의 하부에 배치되고, 판(plate) 형상을 가진다. 기판(110)은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있고, 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB) 또는 COF(Chip on Film) 기판을 포함할 수 있다. COF(Chip on Film) 기판은 베이스 필름 상에 회로를 형성하거나 칩 등 소자를 실장하여 형성되는 기판으로, 필름 형상을 가지고 있어, 두께가 다른 기판에 비해 상당히 얇은 기판이다. 멤스 마이크로폰의 기판으로 COF 기판을 이용함으로써 두께를 상당히 줄일 수 있다. 기판(110)은 COF 기판으로, 2metal COF 기판일 수 있다. 2metal COF는 베이스 필름의 양면에 회로 형성하거나 소자를 실장하여 형성되는 기판이다. 베이스 필름에 비아 홀을 포함하여, 양면에 형성되는 회로 또는 소자를 연결할 수 있다. 여기서, 비아 홀은 마이크로 비아 홀일 수 있고, 25 um 이하의 사이즈로 구성될 수 있다. 단면 COF에 비해 집적도를 높일 수 있고, 패키징시 자유도가 향상되고, 양면에 회로 또는 소자를 배치함으로써 fine pitch 가 가능하다. 리지드 기판만을 이용하는 경우, fine pitch 적용이 쉽지 않으나, COF 기판을 이용시, Fine Pitch 적용이 가능한바, 멤스 마이크로폰 패키지의 사이즈를 50% 이상 축소가 가능하다.
COF 기판을 포함하는 경우, COF 기판 상에 적층되는 리지드(rigid) 기판을 더 포함할 수 있다. 리지드 기판은 메탈 플레이트(Metal plate), 서스(sus) 또는 보강판일 수 있다. 서스(sus)는 내식성을 강화하기 위해 철에 크롬을 섞은 강종으로, 고강도 기판이다. 이외에 금속 재질의 다양한 보강판을 이용할 수 있다. 이외에 하우징과 결합되어 쉴드를 유지할 수 있는 다른 종류의 강성 기판을 포함할 수 있다.
플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)는 연성회로기판으로, 이 역시 유연하며, 일반 인쇄회로기판에 비해 두께가 얇아 멤스 마이크로폰의 기판으로 플렉서블 인쇄회로기판을 이용함으로써 두께를 상당히 줄일 수 있다. 이외에 다른 종류의 유연한 기판을 포함할 수 있다.
기판(110) 상부에는 내부공간을 형성하는 하우징(140)이 배치될 수 있다. 도 2와 같이, 하우징(140)은 멤스 마이크로폰의 상부에 배치되고, 기판(110)을 덮는 덮개 형상을 가질 수 있다. 하우징(140)은 금속재질을 가지는 캔(can) 타입일 수 있고, 플라스틱 등 다양한 소재로 형성될 수 있다. 하우징(140)은 기판(110)과 결합될 수 있다. 이때, 하우징(140)과 기판(110)은 용접으로 접합될 수 있다. 하우징(140)과 기판(110)이 접합하는 영역은 마이크로 용접으로 접합될 수 있다. 마이크로 용접으로 하우징(140)과 기판(110)을 접합시킴으로써 캔 솔더(Can solder) 또는 에폭시를 도포하여 경화시키는 과정이 불필요하고, 캔 솔더 라인 또는 에폭시 도포 영역 또한 불필요한바, 해당 면적만큼 사이즈를 줄일 수 있다.
기판(110) 상에는 신호처리소자(120) 및 멤스 구조체(130) 배치될 수 있다. 멤스 구조체(130)는 도 2와 같이, 기판(110)과 하우징(140)이 형성하는 내부 공간 내에 배치될 수 있다. 멤스 구조체(130)는 바디, 백플레이트, 및 진동판을 포함한다. 기판(110) 에는 멤스 구조체(130)의 하부에 대향하는 위치에 홀이 형성될 수 있다. 기판(110)에 형성되는 홀의 단면적은 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 홀은 음향 홀일 수 있다. 홀은 상기 멤스 구조체(130) 상부에 대향하는 하우징(140) 영역에 형성될 수도 있다.
기판(110) 또는 하우징(140)에 홀이 형성되고, 홀을 통해 외부로부터 유입되는 음향에 따른 음압에 의해 진동판이 진동하면, 백 플레이트에서의 커패시턴스를 측정하여 음향신호를 센싱할 수 있다. 도 2에서, 백 플레이트가 진동판 상부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 진동판이 백 플레이트 상부에 위치할 수도 있음은 당연하다.
멤스 구조체(130)에서 센싱된 신호는 신호처리소자(120)로 전달된다. 멤스 구조체(130)와 신호처리소자(120)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 멤스 구조체(130)와 신호처리소자(120)는 와이어 본딩을 통해 와이어로 연결되고, 와이어를 통해 멤스 구조체(130)에서 센싱된 신호는 신호처리소자(120)로 전달될 수 있다.
신호처리소자(120)는 멤스 구조체(130)에서 센싱되어 전달된 전기 신호를 처리할 수 있다. 신호처리소자(120)는 멤스 구조체(130)에서 센싱되는 신호를 증폭할 수 있다. 여기서, 신호처리소자(120)는 주문형 반도체 집적 회로(Application-Specific Integrated Circuit, ASIC)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 신호처리소자(120)는 하나의 모듈로 형성될 수 있고, 칩 형태로 형성될 수 있다. 신호처리소자(120)는 ASIC 및 ASIC을 도포하는 En-cap을 포함할 수 있다.
신호처리소자(120)는 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 이때, 신호처리소자(120)는 멤스 구조체(130)와 이격되어 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 기판(110)과 하우징(140)이 형성하는 내부 공간에 멤스 구조체(130)와 함께 배치되어, 멤스 구조체(130)로부터 신호를 전달받을 수 있다. 하우징(140)으로 덮혀 있는 내부 공간에서 멤스 구조체(130)와 신호처리소자(120) 간 신호 전달이 이루어지는바, 노이즈를 줄일 수 있다.
신호처리소자(120)는 기판(110)과 연결되어 전원을 공급받을 수 있다. 신호처리소자(120)의 전원부(122)는 기판(110)을 통해 전원을 입력받을 수 있다. 신호처리소자(120)는 입력받은 전원을 통해 구동되고, 멤스 구조체(130)에 바이어스 전원을 공급할 수 있다. 신호처리소자(120)는 기판(110)과 와이어 본딩으로 연결되거나, 플립칩(flip chip) 방식으로 플립칩 BGA을 형성하여 기판(110)과 접합되거나, BGA 방식으로 기판(110)의 와이어 패드와 전기적으로 연결될 수 있다.
수동소자부(121)는 신호처리소자(120)의 내부에 배치되어, 신호처리소자(120)의 전원부(122)와 전기적으로 연결된다. 신호처리소자(120)는 전원을 공급받을 때, 전원라인을 따라 RF 노이즈가 함께 입력되어 신호처리 성능을 열화시킬 수 있다. 도 3과 같이, 수동소자부(121)는 신호처리소자(120)의 내부에 배치되어 전원부(122)와 연결되어, 전원부(122)로 인가되는 RF 노이즈를 저감할 수 있다. 여기서, 수동소자부(121)는 커패시터를 포함할 수 있다. 커패시터는 전원부(122)를 통해 인가되는 RF 노이즈를 포함하는 전류를 저장하여 RF 노이즈를 저감하고, RF 노이즈가 저감된 신호를 신호처리소자(120) 내부로 인가되도록 할 수 있다.
수동소자부(121)는 커패시터를 포함하여, 신호대잡음비(SNR, Signal-to-Noise Ratio)가 개선되고, PSRR(Power Supply Rejection Ratio) 및 PSR(Power Supply Rejection) 노이즈도 개선될 수 있다. 여기서, PSRR은 전원에 인가된 노이즈(사인파)의 출력단자에서의 신호비를 나타내는 것으로, 주파수별 전원잡음 영향을 파악할 수 있다. PSR은 GSM(Global System for Mobile Communications)과 같은 TDMA(Time Division Multiple Access) 디지털변조방식의 통신회로를 사용할 경우 전원에 유기되는 펄스잡음에 대한 출력단자에서의 억제정도를 의미한다. 즉, 커패시터(150)를 통해, SNR, PSRR, PSR 등 Noise 관련 성능을 개선할 수 있다. 또한, 신호처리소자(120)에서 신호를 처리함에 있어서, 발생할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다.
전원 안정화 및 RF(Radio Frequency) 노이즈 저감을 위한 커패시터는 멤스 마이크로폰 외부 PCB 기판에 실장되거나, 무선이어폰(TWS)의 경우 소형화로 인한 외부 PCB 실장 공간 제약으로 인해 멤스 마이크로폰 내부에 커패시터를 구현할 수 있다. 이때, 멤스 마이크로폰의 기판 내부에 ECM(Embedded Capacitance Material)을 적층하여 바이패스 커패시터(Bypass Capacitor)를 구현할 수 있다. ECM 기판의 경우 특수 공정으로 인한 기판 난이도 증가와 단가 상승이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수동소자부(121)는 기판(110)이 아닌 신호처리소자(120) 내부에 배치되어, RF 노이즈 저감을 위한 커패시턴스(Capacitance)를 구현할 수 있다.
수동소자부(121)는 가변 커패시터를 포함할 수 있다. 수동소자부(121)는 커패시터를 포함하되, 저감하고자 하는 RF 신호의 주파수에 따라 커패시터의 용량이 달라지는바, 가변 커패시터를 포함하여 넓은 범위의 RF 노이즈를 저감할 수 있다.
수동소자부(121)는 복수의 커패시터 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 복수의 커패시터는 병렬로 연결되고, 복수의 스위치 각각은 복수의 커패시터와 각각 직렬로 연결될 수 있다. 각 스위치의 온오프에 따라 연결되는 커패시터의 수가 달라지는바, 커패시터의 용량을 가변할 수 있다. 신호처리소자(120)가 적용되는 멤스 마이크로폰(100) 또는 신호처리소자(120)에 인가되는 RF 노이즈의 주파수에 연결되는 커패시터의 수를 설정할 수 있다. 신호처리소자(120)에 인가되는 RF 노이즈의 주파수에 대응하여 복수의 스위치 각각을 온오프할 수 있다. 또는, 프로세서에 의해 온오프되는 커패시터의 수가 변경될 수 있다.
복수의 커패시터는 동일한 용량을 가지는 커패시터일 수 있다. 또는, 복수의 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터는 다른 커패시터와 용량이 상이할 수 있다. 이를 통해, 제거하고자 하는 RF 노이즈 주파수 대역에 따라 다양한 크기의 커패시터 용량을 구현할 수 있다.
수동소자부(121)의 커패시터는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터, MOM(Metal-Oxide-Metal) 커패시터, 및 딥 트렌치 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터는 금속-절연체-금속의 구조를 가지고, 금속 두개의 상하부 전극과 그 사이에 절연체가 위치하는 구조이다. 이때, 전극은 복수의 층으로 구성되어, 복수의 층마다 금속-절연체-금속 구조를 형성할 수 있다. MOM(Metal-Oxide-Metal) 커패시터는 급속-산화물층-금속의 구조를 가지고, 금속 두개의 상하부 전극과 그 사이에 산화물(예를 들어 SiO2)가 위치하여 절연체 역할을 하는 구조이다. 딥 트렌치 커패시터는 기판에 깊은 홈을 파서 만드는 커패시터로, 깊은 홈에 의해 생성되는 전극을 통해 커패시터를 구현할 수 있다. 수동소자부(121)는 이외 다양한 종류와 형태를 가지는 커패시터를 포함할 수 있다. 이외, RF 노이즈를 저감할 수 있는 소자들을 포함할 수 있다.
RF 저감을 위한 구성을 기판(110)이 아닌 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)로 구현하는 경우, 신호처리소자(120)의 면적이 커질 수 있으나, 기판(110) 상에 배치하거나 기판(110) 내부에 내장하는 경우에 비해 설계 자유도를 높일 수 있다. RF 노이즈를 저감하기 위한 커패시터를 기판(110) 상에 배치하는 경우, 하우징(140) 내부공간을 충분히 확보하기 어려울 수 있다. 하우징(140) 내부공간은 멤스 구조체의 음향성능에 영향을 미치는바, 내부공간을 충분이 확보하지 못함으로 인해 성능이 열화될 수 있다. RF 노이즈를 저감하기 위한 커패시터를 기판(110) 내부에 내장하는 경우, 기판(110)을 제작하는 비용이 증가하고, ECM기판을 이용해야 하는 제약이 있어, 공정 자유도가 떨어질 수 있다.
RF 저감을 위한 구성을 기판(110)이 아닌 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)로 구현하는 경우, 도 4와 같이, 신호처리소자(120)의 약간의 면적의 증가만으로 RF 저감효과를 구현할 수 있어, 하우징(140) 내부공간을 충분히 확보할 수 있고, 일반 기판을 이용할 수 있어, 공정 자유도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 100 pF 커패시턴스를 적용하고, 단위 면적당 커패시턴스 1fF/um^2를 기준으로 수동소자부(121)가 내부에 배치되지 않는 경우의 신호처리소자(120)의 사이즈는 1.0 mm(A) x 1.3 mm(B)에서 수동소자부(121)가 내부에 배치되는 경우의 신호처리소자(120)의 사이즈는 1.0 mm(A) x 1.4 mm(B') 증가할 수 있다.
수동소자부(121)는 신호처리소자(120)의 전원부(122)의 후단에 연결될 수 있다. 도 3과 같이, 전원부(122)의 후단에 바로 연결되어 전원부(122)를 통해 인가되는 RF 노이즈를 저감할 수 있다.
또한, 수동소자부(121)는 신호처리소자(120)의 밴드갭 기준전압 생성부(123)의 전단에 연결될 수 있다. 수동소자부(121)는 신호처리소자(120)의 전원부(122)와 신호처리소자(120)의 밴드갭 기준전압 생성부(123) 사이에 연결될 수 있다. 신호처리소자(120)는 신호처리를 위한 기준이 되는 기준전압을 생성하는 밴드갭 기준전압 생성부(123)를 포함할 수 있다. 해당 기준전압은 멤스 구조체(130)에 바이어스 전압으로 제공될 수 있다. 밴드갭 기준전압 생성부(123)는 전원부(122)로 인가되는 전원을 이용하여 기준전압을 생성하는데, 이때, 안정적이고 정확한 기준전압을 생성하기 위하여, 수동소자부(121)는 도 5와 같이, 밴드갭 기준전압 생성부(123)의 바로 전단에 연결되어 밴드갭 기준전압 생성부(123)로 RF 노이즈가 인가되는 것을 방지할 수 있다.
수동소자부(121)는 신호처리소자(120)의 전원부(122)와 신호처리소자(120)의 밴드갭 기준전압 생성부(123) 사이에 연결되되, 전원부(122) 후단에 연결되는 필터(124) 후단에 연결될 수 있다. 필터(124)는 안정화 필터 등 다양한 필터를 포함할 수 있다. 수동소자부(121)는 도 6과 같이, 전원부(122) 후단에 연결되는 필터(124)와 밴드갭 기준전압 생성부(123) 사이에 연결될 수 있다. 이외, 수동소자부(121)는 RF 노이즈가 신호처리에 영향을 미치지 않도록 다양한 위치에 배치될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 수동소자부(121)는 도 7과 같이, 가변 커패시터로 구현될 수 있다. 이때, 가변 커패시터를 구현함에 있어서, 수동소자부(121)는 도 8과 같이, 병렬로 연결되는 복수의 커패시터와 각 커패시터와 직렬로 연결되는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 전원부(122)인 VDD와 밴드갭 기준전압 생성부(123)인 BGR 사이에 복수의 커패시터 및 복수의 스위치로 구현될 수 있다. RF 노이즈가 제거된 신호는 밴드갭 기준전압 생성부(123)로 인가되고, 차치펌프(charge pump)를 통해 멤스 구조체(130)에 바이어스 전압으로 제공될 수 있고, LDO(low-dropout) 전압레귤레이터를 통해 안정적인 전원을 생성할 수 있다.
신호처리소자(120)의 전원부(122)는 복수의 전원부(122-1,122-2)를 포함할 수 있다. 외부전원 이외 배터리로부터 공급되는 전원 등 단일 전원이 아닌 복수의 전원을 입력받을 수 있다. 이때, 입력되는 각 전원마다 RF 노이즈를 포함할 수 있는 바, 수동소자부(121)는 복수의 전원부(122-1,122-2) 각각에 전기적으로 연결되는 복수의 수동소자부(121-1,121-2)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 전원부(122-1,122-2) 각각 RF 노이즈 주파수가 다를 수 있는 바, 각각 연결되는 수동소자부(121-1,121-2)는 해당 전원부의 RF 노이즈에 따라 커패시턴스 값이 다르게 설정될 수 있다.
신호처리소자(120)의 전원부(122)는 외부전원이 입력되는 외부전원 입력부와 기판(110)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(100)는 외부전원과 연결될 수 있고, 신호처리소자(120)의 전원부(122)는 외부전원이 입력되는 외부전원 입력부와 기판(110)을 통해 전기적으로 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121) 이외에 기판(110) 상에 배치되고, 외부전원 입력부와 전기적으로 연결되는 제2 수동소자부(111)를 포함할 수 있다. 도 10 및 도 11과 같이, 기판(110) 상에 제2 수동소자부(111)를 포함할 수 있다. 여기서, 신호처리소자(120)의 내부에 배치되는 수동소자부(121)와 제2 수동소자부(111)는 용량이 상이할 수 있다. 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)인 제1 수동소자부와 제2 수동소자부(111)는 저감하는 RF 노이즈의 주파수 대역이 다를 수 있다. 예를 들어, 두 가지 다른 대역폭을 가지는 신호를 수신하는 경우, 제1 수동소자부와 제2 수동소자부(111)는 서로 다른 대역폭을 가지는 신호 각각의 RF 노이즈를 저감할 수 있다. 이때, 기판(110)에 배치되는 제2 수동소자부(111)는 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)보다 용량과 사이즈가 큰 커패시터를 포함할 수 있다.
신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121) 이외에 기판(110) 내부에 배치되고, 외부전원 입력부와 전기적으로 연결되는 제3 수동소자부(112)를 포함할 수 있다. 도 12 및 도 13과 같이, 기판(110) 내부에 임베디드되는 제2 수동소자부(111)를 포함할 수 있다. 여기서, 신호처리소자(120)의 내부에 배치되는 수동소자부(121)와 제3 수동소자부(112)는 용량이 상이할 수 있다. 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)인 제1 수동소자부와 제3 수동소자부(112)는 저감하는 RF 노이즈의 주파수 대역이 다를 수 있다. 예를 들어, 두 가지 다른 대역폭을 가지는 신호를 수신하는 경우, 제1 수동소자부와 제3 수동소자부(112)는 서로 다른 대역폭을 가지는 신호 각각의 RF 노이즈를 저감할 수 있다. 이때, 기판(110)에 배치되는 제3 수동소자부(112)는 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)보다 용량과 사이즈가 큰 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 신호처리소자(120)의 내부에 배치되는 수동소자부(121), 기판(110) 상에 배치되는 제2 수동소자부(111), 기판(110) 내부에 임베디드되는 제3 수동소자부(112) 모두 포함할 수 있다. 각각의 수동소자부는 용량이 상이할 수 있고, 각각 저감하는 노이즈의 주파수가 다를 수 있다. 또는 동일한 노이즈를 제거하되, 용량이 분배될 수 있다.
외부전원과 함께 RF 노이즈가 인가될 수 있고, 이와 동시에 전원 자체가 흔들리는 노이즈가 함께 인가될 수 있다. RF 노이즈 저감을 위한 커패시터로 상대적으로 낮은 커패시턴스 값이 필요하며, 수십 ~ 수백 pF의 커패시턴스가 필요하다. 이와 달리, 전원 안정화를 위한 커패시터는 수백 nF ~ 수 uF의 높은 커패시턴스를 필요로 할 수 있다.
신호처리소자(120)의 내부에 배치되는 수동소자부(121)는 RF 노이즈 저감을 위한 커패시터를 포함하고, 제2 수동소자부(111) 또는 제3 수동소자부(112), 제2 수동소자부(111) 및 제3 수동소자부(112)는 전원 안정화를 위한 커패시터를 포함할 수 있다. 즉, 신호처리소자(120)의 내부에 배치되는 수동소자부(121)는 수십 ~ 수백 pF의 커패시턴스를 가질 수 있고, 기판(110) 상에 배치되는 제2 수동소자부(111) 또는 제3 수동소자부(112), 제2 수동소자부(111) 및 제3 수동소자부(112)는 수백 nF ~ 수 uF의 커패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 신호처리소자(120) 내부에 배치되는 수동소자부(121)는 10 내지 1000 pF 커패시턴스 값을 가지고, 제2 수동소자부(111) 또는 제3 수동소자부(112)는 100 nF 내지 10 uF 커패시턴스 값을 가질수 있다.
상기와 같이, 구현되는 본 발명의 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(100)은 신호처리소자(120) 내부에 RF 노이즈 저감을 위한 수동소자부(121)가 구현될 수 있다. 이를 통해, 커패시터를 기판(110) 상에 배치하기 어려운 제약이나, 커패시터를 기판(110) 내부에 임베디드하기 위한 ECM 등의 특수 PCB의 사용없이 일반 기판을 이용함으로써 멤스 마이크로폰 패키지 공정의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한, 복수의 커패시터를 이용하여 다양한 RF 노이즈의 주파수를 저감할 수 있고, 복수의 전원에 대해서도 적용이 가능하다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판;
    기판 상에 배치되는 멤스 구조체;
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 멤스 구조체의 신호를 처리하는 신호처리소자; 및
    상기 신호처리소자의 내부에 배치되어, 상기 신호처리소자의 전원부와 전기적으로 연결되는 수동소자부를 포함하는 멤스 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수동소자부는 가변 커패시터를 포함하는 멤스 마이크로폰.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수동소자부는,
    병렬로 연결되는 복수의 커패시터; 및
    상기 복수의 커패시터와 각각 직렬로 연결되는 복수의 스위치를 포함하는 멤스 마이크로폰.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호처리소자는,
    상기 신호처리소자에 인가되는 RF 노이즈의 주파수에 대응하여 상기 복수의 스위치 각각을 온오프하는 멤스 마이크로폰.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수동소자부는,
    MIM (Metal-Insulator-Metal) 커패시터, MOM (Metal-Oxide-Metal) 커패시터, 및 딥 트렌치 커패시터 중 적어도 하나를 포함하는 멤스 마이크로폰.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리소자의 전원부는,
    외부전원이 입력되는 외부전원 입력부와 상기 기판을 통해 전기적으로 연결되는 멤스 마이크로폰.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 외부전원 입력부와 전기적으로 연결되는 제2 수동소자부를 포함하고,
    상기 신호처리소자 내부에 배치되는 수동소자부와 상기 제2 수동소자부는 용량이 상이한 멤스 마이크로폰.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신호처리소자 내부에 배치되는 수동소자부는 10 내지 1000 pF 커패시턴스 값을 가지고,
    상기 제2 수동소자부는 100 nF 내지 10 uF 커패시턴스 값을 가지는 멤스 마이크로폰.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기판 내부에 배치되고, 상기 외부전원 입력부와 전기적으로 연결되는 제3 수동소자부를 포함하고,
    상기 신호처리소자 내부에 배치되는 수동소자부와 상기 제3 수동소자부는 용량이 상이한 멤스 마이크로폰.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리소자의 전원부는 복수의 전원부를 포함하고,
    상기 수동소자부는,
    상기 복수의 전원부 각각에 전기적으로 연결되는 복수의 수동소자부를 포함하는 멤스 마이크로폰.
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