KR101612851B1 - 초소형 보청기 - Google Patents
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Abstract
개시된 초소형 보청기는 MEMS 마이크로폰, 보청기용 프로세서 칩 및 MEMS 리시버가 일체화되어 있다. MEMS 마이크로폰은 외부의 음성 신호를 입력받고, 상기 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하며, 보청기용 프로세서 칩은 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 상기 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환한다. 그리고, MEMS 리시버는 상기 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력한다.
Description
초소형 보청기에 관한 것이다.
보청기는 음파를 마이크로폰으로 받아 전기 진동으로 바꾸고 이것을 증폭기로 확대하여 이어폰으로 다시 음파로 만들어 귀에 들리게 한다. 보청기의 증폭기는 IC회로 및 보청기 적합 기술의 발전으로 청력 손실의 종류, 형태 및 정도에 알맞은 이득 및 출력을 제공하여 원음의 재생이 가능하여졌으며, 그 크기 또한 작아졌다. 보청기는 트랜지스터에서 IC회로로 일렉트로닉스의 발전과 함께 개량되어 감도도 좋아졌을 뿐만 아니라 아주 작아졌으며, 여러 가지 형태로 제작되어 판매되고 있다. 예를 들면, 안경테에 장착되어 있는 안경형, 여자의 머리핀 형이나 넥타이핀 형, 포켓형, 귀에 걸게 되어 있는 귀걸이형(behind-the-ear, BTE) 등이 있으나 요즈음에는 귓속에 장착하여 타인의 눈에 잘 띄지 않는 완전 삽입형(completely in the canal, CIC)이 주로 사용되고 있다.
초소형 보청기를 제공한다.
개시된 보청기는
외부의 음성 신호를 입력받고, 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰;
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버;를 포함하며, MEMS 마이크로폰은 보청기용 프로세서 칩의 제1면에 결합되고, MEMS 리시버는 보청기용 프로세서 칩의 제2면에 결합되어 MEMS 마이크로폰, 보청기용 프로세서 칩 및 MEMS 리시버가 일체화될 수 있다.
보청기용 프로세서 칩은 MEMS 마이크로폰에서 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 전증폭기;
전증폭기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행하는 신호 처리기;
신호 처리기에서 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및
D/A 변환기에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함할 수 있다.
MEMS 마이크로폰 및 MEMS 리시버는 각각
기판;
기판 위에 마련된 제1전극;
제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
지지부에 의해 지지되는 박막; 및
박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 가질 수 있다.
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열될 수 있다.
트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000Hz일 수 있다.
개시된 보청기는 홈이 형성된 인쇄 회로 기판을 더 포함하며,
보청기용 프로세서 칩은 인쇄 회로 기판의 홈의 바닥에 결합되며,
MEMS 마이크로폰은 인쇄 회로 기판의 제1면에 결합되고,
MEMS 리시버는 인쇄 회로 기판의 제2면에 결합될 수 있다.
보청기를 둘러싸는 하우징 및 하우징의 표면에 부착된 복수 개의 고정부를 더 포함할 수 있다.
개시된 다른 보청기는
홈이 형성된 인쇄 회로 기판;
외부의 음성 신호를 입력받고, 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰;
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버;를 포함하며, 보청기용 프로세서 칩은 인쇄 회로 기판의 홈의 바닥면에 결합되고, MEMS 마이크로폰은 인쇄 회로 기판의 제1면에 결합되고, MEMS 리시버는 인쇄 회로 기판의 제2면에 결합되어 MEMS 마이크로폰, 보청기용 프로세서 칩, 인쇄 회로 기판 및 MEMS 리시버가 일체화될 수 있다.
MEMS 마이크로폰 및 MEMS 리시버는 각각
기판;
기판 위에 마련된 제1전극;
제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
지지부에 의해 지지되는 박막; 및
박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 갖을 수 있다.
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열될 수 있다.
트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000 Hz일 수 있다.
개시된 또 다른 보청기는
인쇄 회로 기판;
인쇄 회로 기판의 제1면에 실장되며, 외부의 음성 신호를 입력받고, 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰 칩;
제1면에 실장되고, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
인쇄 회로 기판의 제2면에 실장되고 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버 칩;을 포함하며, MEMS 마이크로폰 칩, 청각 프로세서 칩 및 MEMS 리시버 칩은 하나의 인쇄 회로 기판에 실장될 수 있다.
보청기용 프로세서 칩은 MEMS 마이크로폰 칩에서 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 전증폭기;
전증폭기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행하는 신호 처리기;
신호 처리기에서 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및
D/A 변환기에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함할 수 있다.
MEMS 마이크로폰 칩 및 MEMS 리시버 칩은 각각
기판;
기판 위에 마련된 제1전극;
제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
지지부에 의해 지지되는 박막; 및
박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 가질 수 있다.
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열될 수 있다.
트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000Hz일 수 있다.
보청기를 둘러싸는 하우징 및 하우징의 표면에 부착된 복수 개의 고정부를 더 포함할 수 있다.
개시된 또 다른 보청기는
기판;
기판의 제1면에 형성되며, 외부의 음성 신호를 입력받고, 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰;
제1면에 형성되고, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
기판의 제2면에 형성되고 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버;를 포함하며, 마이크로폰, 청각 프로세서 칩 및 리시버는 하나의 기판에 마련될 수 있다.
보청기용 프로세서 칩은 MEMS 마이크로폰에서 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 전증폭기;
전증폭기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행하는 신호 처리기;
신호 처리기에서 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및
D/A 변환기에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함할 수 있다.
MEMS 마이크로폰 및 MEMS 리시버는 각각
기판;
기판 위에 마련된 제1전극;
제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
지지부에 의해 지지되는 박막; 및
박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 가질 수 있다.
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열될 수 있다.
트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000Hz일 수 있다.
보청기를 둘러싸는 하우징 및 하우징의 표면에 부착된 복수 개의 고정부를 더 포함할 수 있다.
개시된 초소형 보청기는 보청기의 크기를 최소화하여, MEMS 리시버를 고막에 최대한 가까이 위치시킴으로써, MEMS 리시버의 출력을 최소화하여 보청기용 프로세서 칩의 전력 소모를 최대한 줄일 수 있다. 또한, MEMS 마이크로폰이 귀 속 깊숙한 곳에 위치할 수 있으므로, 다양한 환경 잡음에 노출되지 않으며 귓바퀴와 같은 자연적인 음압 증폭기를 활용할 수 있다.
도 1은 초소형 보청기의 예시적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 개시된 초소형 보청기의 평면도이다.
도 3은 초소형 보청기의 예시적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 각각 MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)의 멀티 트랜스듀서 셀의 단면도이다.
도 5는 초소형 보청기의 각 구성 요소의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6a는 다른 예에 따른 초소형 보청기의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 6b는 이 초소형 보청기의 평면도이다.
도 7a는 또 다른 예에 따른 초소형 보청기의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 7b는 이 초소형 보청기의 평면도이다.
도 2는 개시된 초소형 보청기의 평면도이다.
도 3은 초소형 보청기의 예시적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 각각 MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)의 멀티 트랜스듀서 셀의 단면도이다.
도 5는 초소형 보청기의 각 구성 요소의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6a는 다른 예에 따른 초소형 보청기의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 6b는 이 초소형 보청기의 평면도이다.
도 7a는 또 다른 예에 따른 초소형 보청기의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 7b는 이 초소형 보청기의 평면도이다.
이하, 초소형 보청기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 및 도 3은 초소형 보청기의 예시적인 구조를 나타낸 단면도이다. 여기 초소형 보청기에서는 MEMS(MicroElectroMechanical Systems) 마이크로폰(100), 보청기용 프로세서 칩(200) 및 MEMS 리시버(300)가 일체화되어 있다. 도 2는 개시된 초소형 보청기의 평면도이다.
도 1을 참조하면, MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)는 보청기용 프로세서 칩(200)에 볼 범프(ball bump)(170)에 의해 결합되어 있으며, 하우징(10)이 이 일체화된 초소형 보청기를 감싸고 있다. 개시된 초소형 보청기는 하우징(10) 내에 고정될 수 있다. 도 1에는 MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)가 하우징(10) 내에 포함되도록 도시되어 있으나, MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)는 하우징(10) 외부로 노출될 수 있다. 하우징(10)의 외부에는 복수 개의 고정부(20)가 결합될 수 있다. 고정부(20)는 초소형 보청기를 귀속에 고정시킬 수 있으며, 외부 충격 등에 의한 흔들림을 방지할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정부(20)는 보청기가 귀를 완전히 막지 못하도록 하여, 귀가 완전히 막혀서 생기는 폐색 효과(Occlusion effect)를 방지할 수 있다. 하우징(10)에 결합된 고정부(20)의 개수나 모양은 본 발명의 범위를 제한하지는 않을 것이다. 마이크로폰(100)은 외부의 음성 신호를 입력받고, 상기 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 보청기용 프로세서 칩(200)은 MEMS 마이크로폰(100)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환한다. MEMS 리시버(300)는 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력한다.
도 4는 MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)의 멀티 트랜스듀서 셀(180, 380)의 단면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)는 MEMS 공정을 사용하여 만들어진다. MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)는 기판(110, 310), 유전체층(120, 320), 제1전극(130, 330), 지지부(140, 340), 박막(150, 350) 및 제2전극(160, 360)을 포함하는 트랜스듀서 셀(180, 380)일 수 있다. 트랜스듀서 셀(180, 380)은 기판(110, 310) 위에 유전체층(120, 320)이 형성되어 있으며, 유전체층(120, 320) 위에는 제1전극(130, 330)이 형성되어 있다. 제1전극(130, 330) 위에는 복수의 지지부(140, 340)가 형성되어 있고, 지지부(140, 340)는 그 위에 오는 박막(150, 350)을 지지한다. 박막(150, 350) 위에는 제2전극(160, 360)이 형성된다. MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)의 트랜스듀서 셀(180, 380)은 서로 동일한 구조일 수 있으며, 다만 기능상의 차이가 있을 수 있다. MEMS 마이크로폰(100)의 트랜스듀서 셀(180)은 외부로부터 음성 신호를 입력받고, MEMS 리시버(300)의 트랜스듀서 셀(380)은 외부로 음성 신호를 출력한다. MEMS 마이크로폰(100)의 박막(150)과 MEMS 리시버(300)의 박막(350)은 서로 반대 방향을 향할 수 있다. MEMS 마이크로폰(100)의 박막(150)은 귓구멍 바깥쪽을 향하고, MEMS 리시버(300)의 박막(350)은 고막쪽을 향할 수 있다.
기판(110, 310)은 MEMS 공정을 위해서 실리콘이나 석영 등이 사용될 수 있다. 기판(110, 310) 상에는 유전체층(120, 320)이 마련되며, 유전체층(120, 320)은 기판(110, 310)과 제1전극(130, 330)을 절연하기 위한 층으로서, 실리콘막, 산화막이나 질화막 등이 사용될 수 있다. 제1전극(130, 330) 및 제2전극(160, 360)은 기판(110, 310) 및 박막(150, 350) 사이에 전위를 걸어주기 위한 도전체로서, 알루미늄, 금 등의 금속이나 고농도로 도핑된 폴리실리콘 등이 사용될 수 있다. 박막(150, 350)의 진동에 의한 주파수 특성은 제1전극(130, 330) 및 박막(150, 350) 사이의 거리(d), 박박(150, 350)의 너비(L) 및 박막의 재료와 두께를 변화시켜 조정할 수 있다. 박막의 재료에 따라 탄성계수가 달라진다.
트랜스듀서 셀(180, 380)은 MUT(Micromachined Utrasonic transducer)를 응용하여 가청 주파수 대역 즉, 20 ~ 20,000 Hz의 음성 신호를 입력받거나 출력할 수 있다. 트랜스듀서 셀(180, 380)이 음성 신호를 입력받거나 출력하는 원리는 다음과 같다. 먼저, 트랜스듀서 셀(180)이 외부 음성 신호를 입력받는 경우에는 제1 및 제2전극(130, 160)에 직류 전압이 인가된다. 제1 및 제2전극(130, 160)에 직류 전압이 인가되면 박막(150)의 변위가 유발된다. 이렇게 박막(150)의 변위가 유발된 상태에서 외부 음성 신호가 입력되면, 음성 신호의 음압에 따라 박막(150)의 변위가 바뀐다. 박막(150)의 변위에 따라 트랜스듀서 셀(180)의 정전 용량이 변하게 되는데, 이러한 정전 용량 변화를 검출함으로써 음성 신호를 입력받을 수 있다. 다음으로, 트랜스듀서 셀(380)이 음성 신호 출력하는 경우 제1 및 제2전극(330, 360)에 직류 전압이 인가된다. 제1 및 제2전극(330, 360)에 직류 전압이 인가되면, 기판(310)과 박막(350)은 커패시터를 형성한다. 제1 및 제2전극(330, 360)에 직류 전압이 인가되면, 정전기력에 의해 박막(350)의 변위가 유발되어 박막(350)이 제1전극(330) 쪽으로 당겨지게 되는데 이 정전기력과 박막(350) 내부 응력에 의한 항력이 같아지는 위치에서 변위가 정지하게 된다. 이 상태에서 교류 전압을 인가하면 박막(350)이 진동하게 되어 음성 신호를 출력하게 된다.
MEMS 마이크로폰(100)의 민감도 또는 MEMS 리시버(300)의 출력에 따라서 트랜스듀서 셀(180, 380)은 도 1에 도시된 바와 같은 단일 트랜스듀서 셀이거나, 도 4에 도시된 것처럼 m × n 어레이 형태(m, n은 자연수)의 멀티 트랜스듀서 셀일 수 있다. 또한, 멀티 트랜스듀서 셀은 다양한 어레이 형태로 배열될 수 있다. 트랜스듀서 셀(180, 380)이 도 4에 도시된 바와 같이 멀티 트랜스듀서 셀인 경우, MEMS 마이크로폰(100)의 민감도가 좋아지고, MEMS 리시버(300)의 출력이 커질 수 있다.
보청기용 프로세서 칩(200)은 SoC(System on chip)인 경우 단일 칩일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개의 칩이 SiP(System in package)로 다층으로 만들어 질도 수 있다. 도 3을 참조하면, 보청기용 프로세서 칩(200)은 인쇄 회로 기판(260)에 마련된 홈의 바닥에 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판(260)의 제1면에는 MEMS 마이크로폰(100)이 예들 들어, 볼 범프(170)에 의해서 결합될 수 있다. 그리고 인쇄 회로 기판(260)의 제2면에는 MEMS 리시버(300)가 예를 들어, 볼 범프(170)에 의해서 결합될 수 있다. MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)의 인쇄 회로 기판(260)에의 결합 방법은 볼 범프(170)에 의한 결합 방법에 한정되는 것은 아니다. MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)의 제1전극(130, 330) 및 제2전극(160, 360)은 웨이퍼 관통 연결구(Through wafer hole via)(185, 190, 385, 390)를 통해서 인쇄 회로 기판(260)에 전기적으로 연결될 수 있다. 보청기용 프로세서 칩(200)은 인쇄 회로 기판(260) 내부의 배선층을 통해서 MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만 인쇄 회로 기판(260)의 상기 홈은 다른 기판으로 덮여 있을 수 있다.
도 5는 초소형 보청기의 각 구성 요소의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 보청기용 프로세서 칩(200)은 전증폭기(210), A/D 변환기(220), 신호 처리기(230), D/A 변환기(240) 및 증폭기(250)를 포함할 수 있다. 전증폭기(210)는 MEMS 마이크로폰(100)에서 출력된 아날로그 신호를 증폭한다. A/D 변환기(220)는 전증폭기(210)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 신호 처리기(230)는 미리 설정된 신호 처리 알고리즘을 이용하여 A/D 변환기(220)에 의해서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한다. 신호 처리기(230)는 상기 변환된 디지털 신호를 상기 신호 처리 알고리즘에 의해서 밴드별로 나누어서 처리할 수 있다. D/A 변환기(240)는 신호 처리기(230)에서 처리된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 증폭기(250)는 D/A 변환기(240)에서 변환된 아날로그 신호를 증폭한다. 보청기용 프로세서 칩(200)에는 인체 통신, FM 통신 또는 블루투스 등의 통신 모듈이 더 포함될 수 있다. 상기 통신 모듈은 보청기용 프로세서 칩(200)을 통해 외부에서 연결되어 있을 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 개시된 초소형 보청기는 MEMS 마이크로폰(100), 보청기용 프로세서 칩(200) 및 MEMS 리시버(300)에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리는 보청기용 프로세서 칩(200)과 외부로 유선 연결될 수 있으며, MEMS 마이크로폰(100) 및 보청기용 프로세서 칩(200) 사이에 위치할 수도 있다.
일반적인 보청기는 마이크로폰, 보청기용 칩 및 리시버가 별도의 부품으로 되어 있어서 조립 공정이 복잡하고, 보청기의 부피가 커지게 된다. 보청기가 커질수록 고막 가까이에 리시버를 위치시킬 수 없으며, 리시버가 고막에서 멀어질수록 고막의 진동판을 진동시키기 위해 더 큰 음압을 발생시켜야 한다. 따라서, 리시버의 출력이 더 커져야 하며, 고출력의 리시버를 구동시키기 위해서 더 많은 전력이 소비되게 된다. 또한, 마이크로폰이 귀 바깥에 위치하는 경우 바람소리에 의한 잡음, 방향성, 외부 충격에 의한 인위적 결과 등 다양한 환경 잡음에 노출되고, 이를 제거하기 위해 별도의 알고리즘이 필요하며, 이 알고리즘을 구동하기 위해서 또 전력이 소비된다.
개시된 초소형 보청기의 경우, MEMS 공정에 의해 MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)를 보청기용 프로세서 칩(200)의 양면에 접합하여 보청기의 크기를 수 ㎜ 크기로 최소화할 수 있다. 또한, MEMS 리시버(300)를 고막에 최대한 가까이 위치시킴으로써, MEMS 리시버(300)의 출력을 최소화하여 보청기용 프로세서 칩(200)의 전력 소모를 최대한 줄일 수 있다. 또한, MEMS 마이크로폰(100)이 귀 속 깊숙한 곳에 위치할 수 있으므로, 다양한 환경 잡음에 노출되지 않으며 귓바퀴와 같은 자연적인 음압 증폭기를 활용할 수 있다.
도 6a는 다른 예에 따른 초소형 보청기의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 6b는 이 초소형 보청기의 평면도이다.
도 6a를 참조하면, 인쇄 회로 기판(500)의 제1면에는 MEMS 마이크로폰 칩(400) 및 보청기용 프로세서 칩(200)이 실장(mounting)되어 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(500)의 제2면에는 MEMS 리시버 칩(600)이 실장되어 있다. MEMS 마이크로폰 칩(400)은 도 1에 도시되어 있는 MEMS 마이크로폰(100)을 하나의 칩 위에 구현한 것이다. 또한, MEMS 리시버 칩(600)은 도 1에 도시되어 있는 MEMS 리시버(300)를 하나의 칩 위에 구현한 것이다. 인쇄 회로 기판(500)은 다층 인쇄 회로 기판일 수 있다. 다층 인쇄 회로 기판은 각각 식각한 얇은 기판을 같이 결합하여 형성하며, 인쇄 회로 기판 내부에 배선층이 있다. 다층 인쇄 회로 기판은 설계에 따라 그 구조가 달라질 수 있다.
도 6b를 참조하면, MEMS 마이크로폰 칩(400)은 인쇄 회로 기판(500)의 제1면에 3 × 3 어레이 형태로 실장되어 있으며, 보청기용 프로세서 칩(200)이 상기 3 × 3 어레이의 중심에 있는 셀에 실장되어 있다. 도 6b에는 MEMS 마이크로폰 칩(400)의 3 × 3 어레이 형태가 예시되어 있지만, MEMS 마이크로폰 칩(400)은 인쇄 회로 기판(500)의 제1면에 m × n 어레이 형태(m, n은 자연수)로 실장될 수 있다. 보청기용 프로세서 칩(200)은 상기 m × n 어레이의 셀 중에서 어느 곳에든 위치할 수 있으며, 복수 개의 셀에 해당하는 공간을 차지할 수도 있다. MEMS 리시버 칩(600) 역시 인쇄 회로 기판(500)의 제2면에 m × n 어레이 형태(m, n은 자연수)로 실장될 수 있다. 또한, MEMS 마이크로 칩(400) 및 MEMS 리시버 칩(600)은 다양한 어레이 형태로 배열될 수 있다. 개시된 초소형 보청기는 칩 형태로 구현된 개별 MEMS 마이크로폰 칩(400), 보청기용 프로세서 칩(200) 및 MEMS 리시버 칩(600)을 인쇄 회로 기판(500)에 자동화 설비를 통해 자동으로 실장하여 만들어질 수 있다. 따라서, 보청기 제조의 자동화와 소형화를 동시에 달성할 수 있다.
도 7a는 또 다른 예에 따른 초소형 보청기의 구조를 나타내는 단면도이며, 도 7b는 이 초소형 보청기의 평면도이다.
도 7a를 참조하면, 기판(550)의 제1면에 MEMS 마이크로폰(100) 및 보청기용 프로세서 칩(200)이 형성되어 있다. 기판(550)의 제2면에는 MEMS 리시버(300)가 형성되어 있다. 도 7b에는 MEMS 마이크로폰(100)이 3 × 3 어레이 형태로 형성되어 있고, 상기 어레이의 중심에 있는 셀에는 보청기용 프로세서 칩(200)이 형성되어 있다. 보청기용 프로세서 칩(200)은 다층 인쇄 회로 기판일 수 있다. 도 7b에는 MEMS 마이크로폰(100)의 3 × 3 어레이 형태가 예시되어 있지만, MEMS 마이크로폰(100)은 m × n 어레이 형태(m, n은 자연수)로 형성될 수 있으며, 보청기용 프로세서 칩(200)은 상기 m × n 어레이의 셀 중에서 어느 곳에든 형성될 수 있으며, 복수 개의 셀에 해당하는 공간을 차지할 수 있다. 도 7b에는 MEMS 리시버(300)가 3 × 3 어레이 형태로 형성되어 있으며, MEMS 리시버(300)는 m × n 어레이 형태(m, n은 자연수)로 형성될 수 있다. 또한, MEMS 마이크로폰(100) 및 MEMS 리시버(300)는 다양한 어레이 형태로 형성될 수 있다.
보청기용 프로세서 칩(200)은 하나의 기판(550)의 제1면에 CMOS 공정으로 형성되고, 같은 면에 MEMS 마이크로폰(100)은 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 기판(550)의 제2면에는 MEMS 리시버(300)가 역시 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 기판(550)은 실리콘 등이 사용될 수 있다. 하나의 기판(550)의 양면에 MEMS 마이크로폰(100), 보청기용 프로세서 칩(200) 및 MEMS 리시버(300)가 동시에 형성됨으로써, MEMS 마이크로폰(100)과 MEMS 리시버(300)를 보청기용 프로세서 칩(200)에 전기적으로 상호연결(interconnection) 시키는 후공정은 생략될 수 있다. 도 6a에 개시된 초소형 보청기의 경우, MEMS 마이크로폰 칩(400), 보청기용 프로세서 칩(200) 및 MEMS 리시버 칩(600)이 먼저 개별적으로 만들어진 다음에 이들 칩들이 인쇄 회로 기판(500)에 실장되는 반면에, 도 7a에 개시된 초소형 보청기의 경우 하나의 기판(550)의 양면에 MEMS 마이크로폰(100), 보청기용 프로세서 칩(200) 및 MEMS 리시버(300)가 CMOS 공정 또는 반도체 공정을 사용하여 동시에 형성된다.
이러한 초소형 보청기는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 하우징 20: 고정부
100: MEMS 마이크로폰 200: 보청기용 프로세서 칩
300: MEMS 리시버 110, 310, 550: 기판
120, 320: 유전체층 130, 330: 제1전극
140, 340: 지지부 150, 350: 박막
160, 360: 제2전극 170: 볼 범프
180, 380: 트랜스듀서 셀 210: 전증폭기
185, 190, 385, 390: 웨이퍼 관통 연결구
220: A/D 변환기 230: 신호 처리기
240: D/A 변환기 250: 증폭기
260, 500: 인쇄 회로 기판 400: MEMS 마이크로폰 칩
600: MEMS 리시버 칩
100: MEMS 마이크로폰 200: 보청기용 프로세서 칩
300: MEMS 리시버 110, 310, 550: 기판
120, 320: 유전체층 130, 330: 제1전극
140, 340: 지지부 150, 350: 박막
160, 360: 제2전극 170: 볼 범프
180, 380: 트랜스듀서 셀 210: 전증폭기
185, 190, 385, 390: 웨이퍼 관통 연결구
220: A/D 변환기 230: 신호 처리기
240: D/A 변환기 250: 증폭기
260, 500: 인쇄 회로 기판 400: MEMS 마이크로폰 칩
600: MEMS 리시버 칩
Claims (22)
- 외부의 음성 신호를 입력받고, 상기 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰;
상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 상기 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
상기 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버;를 포함하며, 상기 MEMS 마이크로폰은 상기 보청기용 프로세서 칩의 제1면에 결합되고, 상기 MEMS 리시버는 상기 보청기용 프로세서 칩의 제2면에 결합되어 상기 MEMS 마이크로폰, 상기 보청기용 프로세서 칩 및 상기 MEMS 리시버가 일체화된 보청기. - 제 1 항에 있어서,
상기 보청기용 프로세서 칩은 상기 MEMS 마이크로폰에서 출력된 상기 아날로그 신호를 증폭하는 전증폭기;
상기 전증폭기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
상기 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행하는 신호 처리기;
상기 신호 처리기에서 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및
상기 D/A 변환기에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함하는 보청기. - 제 1 항에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰 및 상기 MEMS 리시버는 각각
기판;
상기 기판 위에 마련된 제1전극;
상기 제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
상기 지지부에 의해 지지되는 박막; 및
상기 박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 갖는 보청기. - 제 3 항에 있어서,
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열된 보청기. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000 Hz인 보청기. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보청기를 둘러싸는 하우징 및 상기 하우징의 표면에 부착된 복수 개의 고정부를 더 포함하는 보청기. - 홈이 형성된 인쇄 회로 기판;
외부의 음성 신호를 입력받고, 상기 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰;
상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 상기 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
상기 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버;를 포함하며, 상기 보청기용 프로세서 칩은 상기 인쇄 회로 기판의 홈의 바닥면에 결합되고, 상기 MEMS 마이크로폰은 상기 인쇄 회로 기판의 제1면에 결합되고, 상기 MEMS 리시버는 상기 인쇄 회로 기판의 제2면에 결합되어 상기 MEMS 마이크로폰, 상기 보청기용 프로세서 칩, 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 MEMS 리시버가 일체화된 보청기. - 제 7 항에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰 및 상기 MEMS 리시버는 각각
기판;
상기 기판 위에 마련된 제1전극;
상기 제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
상기 지지부에 의해 지지되는 박막; 및
상기 박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 갖는 보청기. - 제 8 항에 있어서,
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열된 보청기. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000 Hz인 보청기. - 인쇄 회로 기판;
상기 인쇄 회로 기판의 제1면에 실장(mounting)되며, 외부의 음성 신호를 입력받고, 상기 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰 칩;
상기 제1면에 실장되고, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 상기 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
상기 인쇄 회로 기판의 제2면에 실장되고 상기 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버 칩;을 포함하며, 상기 MEMS 마이크로폰 칩, 상기 보청기용 프로세서 칩 및 상기 MEMS 리시버 칩은 하나의 인쇄 회로 기판에 실장된 보청기. - 제 11 항에 있어서,
상기 보청기용 프로세서 칩은 상기 MEMS 마이크로폰 칩에서 출력된 상기 아날로그 신호를 증폭하는 전증폭기;
상기 전증폭기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
상기 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행하는 신호 처리기;
상기 신호 처리기에서 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및
상기 D/A 변환기에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함하는 보청기. - 제 11 항에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰 칩 및 상기 MEMS 리시버 칩은 각각
기판;
상기 기판 위에 마련된 제1전극;
상기 제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
상기 지지부에 의해 지지되는 박막; 및
상기 박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 갖는 보청기. - 제 13 항에 있어서,
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열된 보청기. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000 Hz인 보청기. - 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보청기를 둘러싸는 하우징 및 상기 하우징의 표면에 부착된 복수 개의 고정부를 더 포함하는 보청기. - 메인 기판;
상기 메인 기판의 제1면에 형성되며, 외부의 음성 신호를 입력받고, 상기 음성 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 MEMS 마이크로폰;
상기 제1면에 형성되고, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행한 뒤, 상기 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 보청기용 프로세서 칩; 및
상기 메인 기판의 제2면에 형성되고 상기 다시 변환된 아날로그 신호를 음성 신호로 출력하는 MEMS 리시버;를 포함하며, 상기 MEMS 마이크로폰, 상기 보청기용 프로세서 칩 및 상기 MEMS 리시버는 하나의 메인 기판에 마련된 보청기. - 제 17 항에 있어서,
상기 보청기용 프로세서 칩은 상기 MEMS 마이크로폰에서 출력된 상기 아날로그 신호를 증폭하는 전증폭기;
상기 전증폭기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
상기 A/D 변환기에서 변환된 디지털 신호에 대해 이득 보정 및 디지털 신호 처리를 수행하는 신호 처리기;
상기 신호 처리기에서 처리된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및
상기 D/A 변환기에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함하는 보청기. - 제 17 항에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰 및 상기 MEMS 리시버는 각각
기판;
상기 기판 위에 마련된 제1전극;
상기 제1전극 위에 마련된 복수 개의 지지부;
상기 지지부에 의해 지지되는 박막; 및
상기 박막 위에 마련된 제2전극;을 포함하는 트랜스듀서 셀을 갖는 보청기. - 제 19 항에 있어서,
다수의 트랜스듀서 셀이 어레이 형태로 배열된 보청기. - 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 셀의 주파수 대역은 가청 주파수 대역인 20 내지 20,000 Hz인 보청기. - 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보청기를 둘러싸는 하우징 및 상기 하우징의 표면에 부착된 복수 개의 고정부를 더 포함하는 보청기.
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