KR100904285B1 - 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로서, PCB의 음공 상부에 지지부재를 형성하고 그 상단에 칩을 실장함으로써 제품의 사이즈를 감소시킬 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 음향을 전기적인 신호로 변환하는 멤스 칩과, 음향이 유입되는 음공이 형성되며 멤스 칩이 실장되는 기판과, 음공의 상측에 형성된 지지부재, 및 멤스 칩에서 변환된 전기적인 신호를 처리하는 반도체 칩을 포함한다.

Description

콘덴서 마이크로폰{Condenser microphone}

도 1은 종래의 콘덴서 마이크로폰의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 측단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : PCB 200 : 지지부재

200a : 개구부 300 : ASIC 칩

400 : 멤스 칩 500 : 음공

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로서, PCB의 음공 상부에 지지부재를 형성하고 그 상단에 칩을 실장함으로써 제품의 사이즈를 감소시킬 수 있도록 하는 기술이다.

최근, 주변에서 흔하게 접할 수 있는 멀티미디어 기기들, 예를 들어 캠코더(Camcoder), MP3(Moving Picture Experts Croup Layer 3), 모바일(Mobile)과 같은 기기들에서는 주변에서 발생하는 소리를 녹음하는 기능이 보편적으로 제공되고 있다.

특히, 높은 성능을 유지하면서 소형화, 집적화되는 멀티미디어 기기들에서 이와 같은 녹음 기능이 정상적으로 수행될 수 있는 이유 중의 하나가 소형화되어 멀티미디어 기기의 내부에 실장 되는 마이크로폰(Microphone) 때문이다.

마이크로폰은 크게 자석을 이용하는 다이나믹 마이크로폰(Electrodynamic Microphone), 콘덴서(또는 커패시터, Condenser or Capacitor)의 원리를 이용하는 콘덴서 마이크로폰(Condenser Microphone)이 대표적이다.

여기서, 다이나믹 마이크로폰의 경우 유도 기전력을 이용하는 것으로, 마이크로폰의 내부에 일정한 자계(또는 자기장)을 형성할 수 있는 자석을 수납한다. 그리고, 진동판과 연결되고 자기장 내부에서 유동하는 코일을 구비한다. 이 다이나믹 마이크로폰은 진동에 의해 코일이 자기장 내부에서 흔들릴 때 발생하는 유도 기전력을 측정하여 이를 전기신호로 바꾸는 원리이다.

그런데, 다이나믹 마이크로폰의 경우 기계적으로 견고한 특성을 가지므로 열악한 환경에서 사용하기에는 유리하지만, 마이크로폰의 내부에 자석이 수납되어야 하기 때문에 소형화에 어렵고, 감도 특성이 나쁘며 반응속도가 느린 단점이 있다.

반면에, 마이크로폰 중 이동통신 단말기나 오디오 등에 널리 사용되는 콘덴서 마이크로폰은 소형화가 비교적 용이하고, 감도 특성 및 반응 속도가 뛰어난 장점이 있다. 콘덴서 마이크로폰은 진동판과 배극판에 의해 전계가 형성되고, 진동판의 떨림에 의해 변화하는 전계를 측정하여 이를 전기적 신호로 변환하는 원리를 이용한다.

이를 위해, 콘덴서 마이크로폰은 진동판과 배극판 중 어느 하나에 전원이 공급되어 전계를 형성시켜야만 한다. 이 때문에, 배극판에 전원을 공급하는 방법이 사용되다가 최근에는 전하가 축적되는 일렉트릿(Electret)에 의해 별도의 전원이 필요없는 콘덴서 마이크로폰이 개발되었다.

이러한 콘덴서 마이크로폰은 전하가 거의 영구적으로 축적되는 일렉트릿(Electret)을 사용함으로써 더욱 소형화하는 것이 가능해졌다. 일렉트릿을 사용한 콘덴서 마이크로폰을 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(Electret Condenser Microphone: 이하 'ECM'이라 함)이라 하며, 일렉트릿과 진동판의 위치에 따라 프론트 타입(Front Type), 백 타입(Back Type), 진동판이 일렉트릿을 겸하는 경우 포일 타입(Foil Type)으로 구분된다.

이와 같은 ECM은 진동판, 유전체판, 스페이서링, 절연 및 도전 베이스링, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하 'PCB'라 함)이 일면이 막혀있는 원통형, 다각형의 용기(또는 케이스) 안에 순차적으로 적층되는 형태로 제조된다. 그리고, 원통형 또는 용기의 막혀있는 면에는 음공이 형성되고, 이 음공을 통해 음성에 의해 발생되는 진동이 전해진다.

아울러, 케이스 내부에 진동판, 유전체판, 스페이서링, 절연 및 도전 베이스링과 같은 구성물이 수납되면, 케이스의 잔여부분을 구부려서 밀봉하거나, PCB와 케이스의 종단을 결합하여 ECM을 제조하게 된다.

이때, PCB의 외부로 노출되는 부분에는 SMD(Surface Mount Devices) 공법을 적용하기 위한 솔더볼(Solder Ball)이 부착되거나, 모기판(메인보드 또는 마더보 드, Main Board or Mother Board)과의 연결을 위한 단자가 형성된다. 솔더볼 또는 단자가 형성된 ECM은 SMD 공정 또는 솔더링 공정과 같은 부착공정에 의해 모기판에 부착된다.

한편, 최근 들어 미세장치의 집적화를 위해 사용되는 기술로서 마이크로 머시닝을 이용한 반도체 가공기술이 흔히 사용되고 있다. 멤스(Micro Electro Mechanical System;MEMS)라고 불리는 이러한 기술은 반도체 공정 특히 집적회로 기술을 응용한 것으로서 ㎛ 단위의 초소형센서나 액추에이터 및 전기기계적 구조물을 제작할 수 있다.

이러한 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제작된 멤스 칩 마이크로폰은 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화가 가능하며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

그런데, 이러한 종래의 마이크로폰은 PCB의 상부에 상술된 구성물들이 적층 또는 수납되는 구조를 가지며 메인보드에 실장된다. 이에 따라, 메인보드를 포함하는 이동통신 단말기의 경우에는 콘덴서 마이크로폰이 실장되는 영역의 두께가 높게 된다. 결과적으로 높은 두께를 갖는 콘덴서 마이크로폰이 실장되는 멀티미디어 기기들은 슬림화에 한계가 있는 실정이다.

도 1은 종래의 콘덴서 마이크로폰의 사시도이다.

종래기술의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하 'PCB'라 함)(10)은 회로 구성물들에 의해 전기장의 변화로 발생된 전기신호들을 증폭 및 필터링 등의 처리를 하여 외부에 전달하기 위한 회로와 단자들이 형성된다.

그리고, PCB(10)의 상부에 특수 목적형 반도체(Applications Spec Integrated Circuit: 이하 'ASIC'이라 함) 칩(20)과, 멤스(Micro Electro Mechanical System: MEMS) 칩(30)이 형성된다.

또한, PCB(10)는 일부 영역이 관통되어 음성신호가 유입될 수 있도록 하는 음공(40)이 형성된다. 이 음공(40)을 통해 음성에 의해 발생되는 진동이 내부 회로에 전해진다.

그런데, 이러한 종래의 배면 실장 타입(Rear Mount Type) 콘덴서 마이크로폰은 구조적인 특성상 PCB(10)에 음공(40)이 형성된다. 이에 따라, PCB(10) 상에서 음공(40)이 형성된 위치를 피해 ASIC 칩(20), 멤스 칩(30) 등의 칩을 실장 해야만 한다. 따라서, 칩의 실장에 따른 공간 활용이 불리하게 되는 문제점이 있다.

특히, 반도체 칩을 인캡슐레이션(Encapsulation) 하게 될 경우 PCB 상에서 반도체 칩이 차지하는 영역이 더욱 커지게 되어 결과적으로 전체적인 마이크로폰의 사이즈가 커지게 되는 결과를 초래하게 된다. 또한, 음공을 통해 이물질이 직접적으로 침투할 경우 양호한 음질을 유지하지 못하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, PCB의 음공 상부에 지지부재를 형성하고 그 상단에 칩을 실장하여 칩 실장 공간을 여유있게 확보하고 제품의 사이즈를 감소시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴서 마이크로폰은, 음향을 전기 적인 신호로 변환하는 멤스 칩; 음향이 유입되는 음공이 형성되며 멤스 칩이 실장되는 기판; 음공의 상측에 형성된 지지부재; 및 멤스 칩에서 변환된 전기적인 신호를 처리하는 반도체 칩을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 사시도이다.

본 발명의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하 'PCB'라 함)(100)은 회로 구성물들에 의해 전기장의 변화로 발생된 전기신호들을 증폭 및 필터링 등의 처리를 하여 외부에 전달하기 위한 회로와 단자들이 형성된다.

그리고, PCB(100)의 상부에 지지부재(200)와 멤스(Micro Electro Mechanical System: MEMS) 칩(400)이 형성된다. 또한, 지지부재(200)의 상부에 특수 목적형 반도체(Applications Spec Integrated Circuit: 이하 'ASIC'이라 함) 칩(300)이 형성된다.

여기서, ASIC 칩(300)의 면적은 지지부재(200)의 면적보다 작은 것으로 설명하였지만, 지지부재(200)의 면적은 ASIC 칩(300)과 동일하게 형성할 수도 있으며 이러한 지지부재(200)의 면적은 특정 크기로 한정되는 것이 아니다.

그리고, 본 발명에서는 반도체 칩의 실시예로 ASIC 칩(300)을 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니라 회로 구성물은 반도체 공정에 의해 형성되는 전자회로부에 해당하는 것으로 예컨대 통상의 FET, IC 등으로 이루어질 수도 있다.

여기서, 본 발명의 지지부재(200)는 PCB(100)에 형성된 음공 전체를 덮는 사 각 형태를 이루며 측면 일측이 개구된다.

본 발명의 실시예에서는 지지부재(200)의 형태를 일측면이 개구된 사각통형으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 지지부재(200)가 원통형으로 형성될 수도 있고, 칩 부품들의 형태 등을 고려하여 칩 부품들의 외부 형태와 유사하게 형성할 수도 있다.

즉, 지지부재(200)의 형태는 회로 구성물들의 형태에 따라 달리 형성될 수 있다. 예를 들어, 회로 구성물들의 형태가 원통형으로 제작되는 경우, 지지부재(200)의 형태도 원통형으로, 회로 구성물들의 형태가 정육면체로 제작되는 경우, 지지부재(200)의 형태로 육면체로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 지지부재(200)의 재질은 노이즈 차폐, 전기 전도도의 향상, 및 부식 방지를 위해 황동, 동, 스텐리스 스틸, 니켈합금 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 지지부재(200)의 재질은 이에 한정되는 것이 아니며 도통 가능한 금속 물질은 모두 적용 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 측단면도이다.

본 발명의 PCB(100)는 일부 영역이 관통되어 음성신호가 유입될 수 있도록 하는 음공(500)이 형성된다. 이 음공(500)을 통해 음성에 의해 발생되는 진동이 내부 회로에 전해진다. 음공(500)과 접속되는 지지부재(200)는 그 내부가 빈 공동을 형성하며 일정 길이만큼 신장되는 형태를 갖는다.

그리고, ASIC 칩(300)과 접속되는 지지부재(200)의 상면은 막혀 있어 이물질이 칩에 직접적으로 침투되는 것을 차단할 수 있도록 한다. 이에 따라, 지지부 재(200)의 형성을 통해 외부로부터 유입되는 전자파 노이즈를 차폐하여 음향의 전기적 신호 변환이 원활히 진행될 수 있도록 한다. 여기서, 지지부재(200)와 ASIC 칩(300)은 도통이 가능한 에폭시(Expoxy) 물질에 의해 접착되는 것이 바람직하다.

또한, 지지부재(200)는 멤스 칩(400)와 근접한 일측면이 개구된 개구부(200a)를 갖는다. 지지부재(200)의 일측에 형성된 개구부(200a)는 음공(500)과 연통된다. 그리고, 음공(500)으로부터 유입된 음성 신호가 개구부(200a)를 통해 내부 회로에 전달된다. 이러한 지지부재(200)는 개구부(200a)를 제외한 측면이 막혀있는 구조를 갖는다.

또한, 지지부재(200)의 하부 접속면은 표면실장기술(Surface Mount Technology; SMT) 공법에 의해 음공(500) 주변의 PCB(100)와 접속된다. 즉, 메탈 마스크(Metal Mask)를 이용하여 PCB(100)의 원하는 위치에 솔더(Solder)를 바르고, 릴 패킹(Reel Packing)한 지지부재(200)를 장비를 이용하여 PCB(100)에 실장하게 된다.

여기서, 지지부재(200)의 하부 접속면은 PCB(100)의 그라운드(Ground)와 연결된다. 그리고, 지지부재(200)는 PCB(100)의 양측 또는 중앙부 등에 형성될 수 있으며, 음공(500)이 형성된 위치에 따라 그 어디에도 형성될 수 있다.

본 발명에서는 지지부재(200)가 PCB(100)에 표면실장기술에 의해 실장되는 것을 그 실시예로 설명하였으나, 지지부재(200)의 실장 방법은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 지지부재(200)는 에폭시(Epoxy) 물질의 의해 PCB(100)와 접속될 수도 있다.

또한, 멤스 칩(400)은 PCB(100)에 형성된 음공(500)을 통하여 공급되는 음성신호를 정전용량의 변화에 적용하여 전기신호로 변환한다. 즉, 멤스 칩(400)은 유입되는 음파에 의해 발생되는 진동막의 진동에 따라 변하는 정전용량을 검출하여 전기신호로 변환하게 된다. 이러한 멤스 칩(400)은 실리콘 웨이퍼 위에 멤스 기술을 이용하여 백플레이트를 형성한 후 스페이서를 사이에 두고 진동막이 형성된 구조를 갖는다.

그리고, ASIC 칩(300)은 멤스 칩(400)과 연결되어 전기적 신호를 처리하는 부분이다. ASIC 칩(300)은 멤스 칩(400)이 콘덴서 마이크로폰으로 동작하도록 멤스 칩(400)에 인가할 전압을 제공하는 전압펌프와, 멤스 칩(400)의 전기적인 신호를 증폭하는 버퍼 아이시(IC)가 내장된다.

버퍼 아이시(IC)는 멤스 칩(400)을 통해 감지된 전기적인 음향신호를 증폭 또는 정합시켜 접속단자를 통해 외부로 제공하기 위한 구성이다. 여기서, 전압펌프는 DC-DC 컨버터이고, 버퍼 아이시(IC)는 아날로그 증폭기나 아날로그 디지털 변환기(ADC) 등을 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 PCB의 음공 상부에 지지부재를 형성하고 그 상단에 칩을 실장하여 칩 실장 공간을 여유있게 확보하고 제품의 사이즈를 감소시킬 수 있도록 한다.

둘째, 상술된 콘덴서 마이크로폰을 포함하는 이동통신 단말기의 슬림화를 최 대한 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (17)

1. 음향을 전기적인 신호로 변환하는 멤스 칩;

   상기 음향이 유입되는 음공이 형성되며 상기 멤스 칩이 실장되는 기판;

   상기 음공의 상측에 형성된 지지부재; 및

   상기 멤스 칩에서 변환된 전기적인 신호를 처리하는 반도체 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 칩은 상기 지지부재의 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
3. 제 2항에 있어서, 상기 지지부재는 에폭시 물질에 의해 상기 반도체 칩에 부착되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
4. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 음공의 전체를 덮는 통형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 지지부재는 그 내부가 빈 공동을 형성하며 일정 길이만큼 신장되는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 지지부재의 상면은 막혀 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 지지부재는 일 측면이 개구되어 개구부가 형성됨을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
8. 제 7항에 있어서, 상기 지지부재의 개구부는 상기 멤스 칩과 근접한 일면에 형성됨을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
9. 제 7항에 있어서, 상기 개구부는 상기 음공과 연통되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
10. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 기판의 상부에 표면실장기술(Surface Mount Technology; SMT) 공법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
11. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 에폭시 물질에 의해 상기 기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
12. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 반도체 칩과 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
13. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 음공의 측면 가장자리와 접촉되어 고정되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
14. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 칩은 특수 목적형 반도체(ASIC) 칩인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
15. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 PCB 기판인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
16. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 칩의 면적은 상기 지지부재의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
17. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 도통 가능한 금속 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.

Images