KR100540712B1

KR100540712B1 - 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰

Info

Publication number: KR100540712B1
Application number: KR1020020045011A
Authority: KR
Inventors: 송청담; 김현호
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2006-01-16
Also published as: KR20040011851A

Abstract

본 발명은 반도체 기술을 이용하여 제조된 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 관한 것이다.

본 발명의 마이크로폰은, 음향부와 회로부로 이루어진 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 있어서, 음향부가 반도체 박막기술을 통해 생성된 무기물 다이어프램; PCB상에 금속판이 일체형으로 형성되어 이루어진 백 플레이트; 무기물 다이어프램과 백 플레이트 사이에 삽입되어 공간을 형성하는 스페이서를 포함하고, PCB 기판 위에 음향부와 회로부가 구현되고, 회로부가 음향부의 측면에 설치되고, 음향부와 회로부가 도전성 또는 비도전성 수지 캡에 의해 일체로 패키징되어 있다.

따라서 본 발명에 따른 초소형 콘덴서 마이크로폰은 백 플레이트를 PCB 기판상에 일체로 형성하여 조립에 소요되는 부품 수를 줄이고, 박막기술로 제조된 무기물 다이어프램을 사용함으로써 온도특성이 양호하고 진동특성이 우수한 잇점이 있다.

실리콘, 마이크로폰, 박막기술, 반도체, 소형화, 일렉트렛

Description

초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰{ A subminiature Si microphone }

도 1은 종래의 콘덴서 마이크로폰을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰의 요부 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰의 구조를 도시한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

210: 백플레이트 212: PCB

214: 금속판 220: 다이어프램

222: 무기물 박막 224: 실리콘 지지대

226: 금속막 230: 스페이서

302: 캡 304: 골드패턴

306: 패드 310: 회로부

본 발명은 반도체 기술을 이용하여 제조된 실리콘 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로폰은 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하는 방식에 따라 탄소입자의 전기적 저항 특성을 이용한 카본형과, 로셀염(rochelle salt)의 압전기 효과를 이용하는 결정형, 코일이 장착된 진동판을 자기장 속에 진동시켜 유도전류를 발생시키는 가동 코일형, 자기장 내에 장치된 금속막이 음파를 받아 진동하면 유도전류가 발생하는 것을 이용하는 속도형(velocity microphone), 음파에 의한 막의 진동으로 정전용량이 변하는 것을 이용한 콘덴서형 등으로 구분된다.

콘덴서형 마이크로폰중에서 가장 널리 사용되는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 다이어프램이나 백플레이트중 어느 하나에 일렉트렛이 형성되어 있는데, 다이어프램에 일렉트렛이 형성된 것을 프론트 일렉트렛이라 하고, 백 플레이트상에 형성된 것을 백 일렉트렛이라 한다. 통상적으로 일렉트렛은 유기 필름에 전하를 강제적으로 주입시켜 형성된다.

도 1은 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰을 도시한 개략도로서, 콘덴서 마이크로폰은 음향부(acoustic part)와 PCB 회로부(circuit part)로 구분되어 하나의 케이스(housing:102)에 의해 일체로 조립되어 있는데, 음향부는 스페이서(spacer:108)를 사이에 두고 다이어프램(Diaphragm: 106)과 백플레이트(Backplate: 110)가 마주하고 있고, 다이어프램(106)은 폴라링(102)을 통해 음공이 형성된 케이스(102)측에 지지되며, 백 플레이트(110)는 기구물(112)에 의해 PCB 기판(118) 상에 지지되어 있다. 그리고 PCB 기판(118) 상에는 JFET(116)가 실장되어 있다. 여기서, 다이어프램(106)으로는 통상 금속이 증착된 유기 필름을 이용하고, 백 플레이트(110)에는 일렉트렛이 형성되어 있다.

이와 같은 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰의 동작을 살펴보면, 음공(109)을 통해 유입된 음압이 다이어프램(106)에 가해지면 다이어프램(106)이 진동하면서 백 플레이트(110)와의 간격이 변하게 된다. 그리고 음압에 의해 간격이 변하게 되면 다이어프램(106)과 백 플레이트(110)에 의해 형성된 정전용량(C)이 변화되어 음파에 따른 전기적인 신호(전압)의 변화를 얻을 수 있고, 이 신호가 JFET(116)를 거쳐 외부로 전달된다.

그런데 마이크로폰에 유기 필름을 이용할 경우에는 제조기술상 소형화의 한계에 도달하여 더 이상의 소형화가 곤란하고, 다수의 분리된 공정을 거쳐 조립에 의해 완성되기 때문 일괄공정을 적용하기 어려운 문제점이 있다. 또한 유기 필름을 이용한 일렉트렛은 온도와 습도의 영향을 쉽게 받아 장기적으로 일렉트렛 특성이 열화되어 마이크로폰의 성능이 저하되는 문제점이 있고, 유기 필름을 이용한 다이어프램은 두께가 두꺼워 진동특성이 미흡한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 반도체 기술을 적용한 콘 덴서 실리콘 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 통상적으로 음향부 아래에 위치한 회로부를 음향부 옆에 설치하여 보다 얇게 제조할 수 있는 콘덴서 실리콘 마이크로폰을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 2㎛ 이하의 박막기술로 형성된 다이어프램으로 우수한 진동 특성을 갖고, 무기물 막으로 고내열성을 가지며 양산성이 뛰어난 초소형의 콘덴서 실리콘 마이크로폰을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로폰은, 음향부와 회로부로 이루어진 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 있어서, 상기 음향부가 반도체 박막기술을 통해 생성된 무기물 다이어프램; PCB상에 금속판이 일체형으로 형성되어 이루어진 백 플레이트; 상기 무기물 다이어프램과 상기 백 플레이트 사이에 삽입되어 공간을 형성하는 스페이서를 포함하고, 상기 PCB 기판 위에 상기 음향부와 회로부가 구현되고, 상기 회로부가 상기 음향부의 측면에 설치되며, 상기 음향부와 회로부가 도전성 플라스틱 캡에 의해 일체로 패키징되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰의 요부 단면도이 다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 마이크로폰은 PCB기판(212)과 일체화되어 있고 일렉트렛막이 존재하지 않은 금속판(214)으로 된 백플레이트(210)와, 소정의 반도체 제조공정을 통해 생성된 실리콘 다이어프램(220)이 스페이서(230)를 사이에 두고 마주하고 있다.

실리콘 다이어프램(220)은 반도체 웨이퍼 위에 SiO₂나 Si₃N₄와 같은 무기물 박막을 증착한 후 습식식각공정을 통해 배면의 중앙부 실리콘을 에칭하고 충전하여 생성된 것으로, 무기물 박막(Membrane: 222) 위에 금속막(226)이 형성되어 있으며, 폴라링 역할을 하는 실리콘(220)에 의해 캡(케이스)에 지지된다. 본 발명의 실시예에서 실리콘 다이어프램은 충전공정을 거쳐 일렉트렛이 형성되어 있고, 금속막(226)은 금으로 스퍼터링되어 있다. 특히, 본 발명에 따른 실리콘 다이어프램(220)은 2㎛ 이하의 박막기술로 제조되어 진동특성이 우수하고, 무기물 박막의 일렉트렛으로서 고온에서도 강한 특성이 있다.

그리고 종래의 마이크로폰의 경우에는 백플레이트가 PCB와 분리되어 있기 때문에 제조공정에서 베이스(BASE I, BASE II)를 이용하여 조립하는 과정이 필요하므로 공정이 복잡하고 신뢰성이 떨어지나 본 발명에 따른 백플레이트(210)는 PCB(212) 위에 일체형으로 제조함으로써 조립을 위한 부품의 수를 줄일 수가 있어 비용을 절감할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰(300)은 크게 음향부(320)와 회로부(310)로 구분되어 음향부(320) 옆에 회로부(310)가 위치하여 두께를 보다 얇게 할 수 있도록 되어 있다.

그리고 본 발명에 따른 마이크로폰의 음향부(320)와 회로부(310)는 PCB 기판(212) 위에 구현되고, 캡(302)에 의해 보호되도록 되어 있으며, 내부 배선이 금(304)으로 이루어져 있다.

음향부(320)는 PCB(212)와 일체화된 일렉트렛막이 존재하지 않은 메탈 레이어(214)로 된 백플레이트(310)와, 반도체 공정기술을 사용하여 패턴을 형성하고 식각 공정을 통해 제조된 우수한 진동특성을 가지는 무기물 일렉트렛막의 다이어프램(220)으로 되어 있다.

회로부(310)는 증폭기나 FET등과 같은 회로부품이 실장되어 있다.

그리고 음향부와 회로부는 도전성 플라스틱 캡슐로 패키지되어 있으며, 패드(306)를 통해 외부로 접속하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면 박막기술을 적용하여 다이어프램의 크기를 작게하고, PCB와 일체로 된 백플레이트를 채용하며, 음향부와 회로부를 분리하여 수평적으로 설치함에 따라 크기가 4mm ×4 mm 이하 이고 높이가 1.3mm 이하 인 초소형의 마이크로폰을 생산할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰은 백플레이트를 PCB 기판상에 일체로 형성하여 조립에 소요되는 부품 수를 줄이고, 박막기술로 제조된 무기물 다이어프램을 사용함으로써 온도특성이 양호하고 진동특성이 우수한 잇점이 있다. 특히, 반도체 제조기술을 이용함으로써 일괄처리가 가능하여 대량 생산에 적합하고, 음향부와 회로부를 분리한 후 회로부를 음향부 옆에 형성하여 생산된 마이크로폰의 두께를 보다 얇게 할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

음향부와 회로부로 이루어진 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

상기 음향부가

실리콘 웨이퍼에 SiO₂나 Si₃N₄를 각각의 단층 또는 다층으로 증착하여 박막을 형성한 후 습식식각를 통해 배면의 실리콘을 제거하여 형성된 무기물 다이어프램;

PCB상에 금속판이 일체형으로 형성되어 이루어진 백 플레이트;

상기 무기물 다이어프램과 상기 백 플레이트 사이에 삽입되어 공간을 형성하는 스페이서를 포함하고,

상기 PCB 기판위에 상기 음향부와 회로부가 구현되고, 상기 회로부가 상기 음향부의 측면에 설치되고, 상기 음향부와 회로부가 도전성 플라스틱 캡에 의해 일체로 패키징되는 것을 특징으로 하는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰.
삭제
제1항에 있어서, 상기 무기물 다이어 프램은,

충전공정을 통해 전하를 강제 주입하여 일렉트렛이 생성된 것을 특징으로 하는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 캡은 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 마이크로폰은 그 크기가 4mm × 4mm 이하이고, 높이가 1.3mm 이하인 초소형인 것을 특징으로 하는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 마이크로폰은 높은 이득을 가지는 증폭기(built in gain)를 마이크로폰의 내부 회로부에 들어가도록 제작함으로써 음향부의 낮은 커패시터 변화에 높은 감도를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 초소형 콘덴서 실리콘 마이크로폰.