KR101152071B1

KR101152071B1 - Ｍｅｍｓ 센서를 포함하는 전자 음향 변환기

Info

Publication number: KR101152071B1
Application number: KR1020107004633A
Authority: KR
Inventors: 요세프 루츠; 스테판 레이트너
Original assignee: 놀레스 일렉트로닉스 아시아 피티이 리미티드
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2012-06-11
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: US8526665B2; WO2009016587A1; EP2177049A1; US20100195864A1; KR20100037166A

Abstract

도전성 경로(3)를 포함하는 기판(2)과, 기판(2)에 부착되어서, 내측 챔버(A) 및 내측 챔버(A) 외측의 공간(B)을 형성하는 커버(4)를 포함하는 전자-음향 변환기(1)가 개시되었으며, 이 커버(4)는 하나 이상의 포트(5)를 포함한다. 변환기(1)의 MEMS 센서(6)는 제 1 면(C)으로부터 제 2 면(D)으로 연장하는 적어도 하나의 홀(7)을 갖는다. 이 홀(7) 내에는 홀 축(E)을 가로지르도록 멤브레인(8)이 배치되어서 제 1 홀 공간(a)과 제 2 홀 공간(b)을 형성한다. 이 센서(6)는, 멤브레인(8)에 작용하는 소리를 나타내는 전기 신호를 전달하도록 설계된 전기 커넥터(9)를 갖고 있으며, 이 커넥터(9)는 도전성 경로(3)에 연결되어 있다. 본 발명에 따라서, MEMS 센서(6)는, 제 2 홀 공간(b)이 하나 이상의 포트(5)를 통해서 외부 공간(B)에 연결되고, 제 1 홀 공간(a)이 내측 챔버(A)에 연결되는 형태로 챔버(A) 내에 배치된다.

Description

ＭＥＭＳ 센서를 포함하는 전자 음향 변환기{ELECTRO-ACOUSTIC TRANSDUCER COMPRISING A MEMS SENSOR}

본 발명은, 도전성 경로를 가진 기판과, 이 기판에 부착되어서 내측 챔버 및 이 내측 챔버 외측의 공간을 형성하는 커버 - 이 커버는 하나 이상의 포트를 포함함 - 와, 초소형 전자 기계 시스템 센서, 줄여서 MEMS 센서를 포함하는 전자-음향 변환기에 관한 것으로, 이 MEMS 센서는 제 1 면 및 제 2 면, 그리고 제 1 면으로부터 제 2 면으로 연장하는 적어도 하나의 홀을 포함하되, 이 홀 내에 홀 축을 가로지르도록 멤브레인이 배치되어서 제 1 홀 공간 및 제 2 홀 공간을 형성하고 있으며, 또한 이 MEMS 센서는 이 멤브레인에 작용하는 소리를 나타내는 전기 신호를 전달하도록 설계된 전기 커넥터를 구비하되, 이 커넥터는 상기 도전성 경로에 연결되어 있다.

이러한 전자-음향 변환기의 예가 미국 특허 출원 제 2006/0157841 호에 개시되어 있으며, 이는 변환기 유닛, 기판 및 커버를 포함하는 실리콘 콘덴서 마이크 패키지를 개시하고 있다. 이 변환기 유닛은 기판의 상부 표면에 부착되어서 오목부의 적어도 일부와 중첩되고 있으며, 여기서 변환기 유닛의 백 볼륨은 변환기 유닛과 기판 사이에 형성된다. 변환기 유닛 위에는 커버가 배치되며, 커버 또는 기판 중 하나가 개구부를 포함한다.

일반적으로 전자-음향 변환기(또는 압력 센서)의 멤브레인은 멤브레인 앞의 압력과 멤브레인 뒤의 압력의 차이만을 검지한다. 이는, 마이크의 경우에, 음파가 멤브레인 앞의 압력은 변화시키지만, 멤브레인 뒤의 압력은 실질적으로 일정하게 유지되고 있다는 것을 의미한다. 이는 백 볼륨에 의해서 이루어지지만, 이 백 볼륨은 변환기의 감도가 높은 경우에는 매우 작아야 한다. 간단히 설명하면, 백 볼륨은 주어진 감도에 대한 멤브레인의 컴플라이언스에 따라 달라진다. 멤브레인이 임의로 컴플라이언스를 가질 수 없기 때문에, 백 볼륨이 일정한 크기를 가져야 한다. 그러나, 백 볼륨이 크면, 전자 장치의 크기를 줄이는 데 방해가 된다.

종래의 기술에 따라서, 백 볼륨은 MEMS 센서의 다이에 및/또는 MEMS 센서가 부착되는 기판에 및/또는 변환기가 부착되는 장치의 PCB(인쇄 회로 기판)(예컨대, 휴대 전화의 PCB)에 형성된다. 이 때문에, 충분히 큰 크기를 가진 백 볼륨을 구현하는 수단은 비교적 고가이다. 따라서, 본 발명의 목적은 이러한 단점을 극복한 전자-음향 변환기를 제안하는 것이다.

본 발명의 목적은 위의 기술 분야란에 개시된 종류의 전자-음향 변환기에 의해 달성되며, 여기서 상기 MEMS 센서는, 제 2 홀 공간이 포트 또는 포트들을 통해서 외부 공간에 연결되고, 제 1 홀 공간이 내측 챔버에 연결되는 형태로, 챔버 내에 배치된다. 이와 같이 배치함으로써 다음과 같은 상당한 이점을 얻을 수 있다.

- 종래의 기술과 같이 배치한 경우보다 백 볼륨이 크고 따라서 변환기의 감도도 크다.

- 변환기의 높이를 최소한으로 줄일 수 있다.

- 오목부가 필요없기 때문에 장치의 기판과 PCB의 제조가 더 용이하다.

- 기판과 MEMS 센서 사이에 밀봉부가 필요없기 때문에 변환기의 조립이 더 용이하다.

바람직한 실시예에서, 전기 커넥터는 제 1 면에 배치되고, 플립칩 기술을 이용해서 도전성 경로에 연결된다. 이 때의 이점은, - 와이어 본딩이 사용되는 경우에 - 매우 얇아서 깨지기 쉬운 와이어가 더 부착될 접촉부가, MEMS 센서의 상면에는 없다는 점이다. 따라서, 특히 커버가 기판 및 MEMS 센서에 부착될 때 발생할 수 있는 손상에 대해서 플립칩 기술은 매우 견고해진다. 커버와 센서 사이의 밀봉부가 선택적으로 제 1 면 상에 배치되면(즉, 접촉부가 대향함), 이 밀봉부(일반적으로는 접착제)와의 접촉부가 오염될 위험은 거의 제로이다.

다른 바람직한 실시예에서, 전기 커넥터와 도전성 경로 사이의 연결부는, 기판과 MEMS 센서 사이에, 제 1 홀 공간을 내측 챔버로 연결시키는 채널이 형성되는 형태로 설계된다. 이는, MEMS 센서와 기판 사이에 자연스럽게 일정한 간극이 존재하기 때문에, 제 1 홀 공간과 내부 챔버 사이에 필요한 연결부를 제조하는 매우 효율적인 방법이다(여기서 이 간극의 높이는, 사용되는 땜납 또는 도전성 글루(glue)의 양을 변경함으로써 매우 간단하게 변경될 수 있다). 한편, 간극이 더 크면 MEMS 센서의 온도 감도에 긍정적인 영향을 미친다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 면에는, 제 1 홀 공간을 내측 챔버에 연결시키는 홈이 형성되어 있다. 이로써, MEMS 센서와 기판 사이의 간극을 증가시키지 않고도, 제 1 홀 공간과 내부 챔버 사이의 연결부를 매우 유용하게 확대시킬 수 있다.

다른 실시예에서, 전기 커넥터는 제 2 면 상에 배치되고, 와이어 본드를 통해서 도전성 경로에 연결된다. 이는 현존하는 기기를 이용해서 신규한 변환기를 제조해야 하는 경우에 매우 유익하다. 또한, 제 1 면에, 제 1 홀 공간을 내측 챔버로 연결시키는 홈이 형성되어 있으면 유익하다. 이로써, MEMS 센서가 기판에 글루로 접착되는 경우에 제 1 홀 공간과 내측 챔버 사이에 필요한 연결을 얻을 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 신규한 변환기는 챔버와 외부 공간 사이의 공기압을 동일하게 하는 수단을 더 포함한다. 알려진 바와 같이, 전자-음향 변환기 주위의 공기압은 소리가 될 뿐만 아니라, 날씨 또는 해수면을 기준으로 한 이동으로 인해서, 장기적으로 변화되기도 한다. 멤브레인에 대한 바람직하지 않은 영향을 방지하기 위해서, 전자-음향 변환기는 챔버와 외부 공간 사이의 공기압을 동일하게 하는 수단을 포함한다.

이러한 동일화 수단을 제조하는 가장 간단한, 가능한 방법은, 기판 내의 하나 이상의 홀, 커버 내의 홀, MEMS 센서 내의 홀, 멤브레인 내의 홀 또는 커버와 기판 또는 MEMS 센서에 의해 형성된, 상세하게는 커버와 기판 또는 MEMS 센서 사이의 밀봉부의 단절부에 의해 형성된 포트를 마련하는 것이다. 알려진 바와 같이, 이들 홀의 음향 저항은, 동작 주파수 범위 아래에서만 전자-음향 변환기의 성능에 영향을 미치도록 매우 높아야 한다. 다른 방안으로 동일화 수단은 일종의 통풍구로서 설계될 수도 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 신규한 변환기는 MEMS 센서와 함께 동작하는 하나 이상의 집적 회로(IC)를 챔버 내에 더 포함한다. 통상적으로, MEMS 센서로부터 들어오는 전기 신호는, 기본적으로 증폭 및 선형화와 같은 후처리를 필요로 한다. 이론적으로, 이는 MEMS 센서 내에서 이루어질 수 있다. 그러나, MEMS 센서와, 센서 신호를 후처리하는 집적 회로를 제조하는 기술 및 처리 공정은 서로 상당히 차이가 있기 때문에, 통상적으로 별개의 장치가 이용된다. 후처리를 위해서 이른바 ASIC(Aplication Specific Integrated Circuit)이 종종 사용된다. 그러나, 이 목적으로 표준 회로가 제공될 수도 있다. IC가 내측 챔버 내에 배치되었을 때의 다른 이점은, IC를 광으로부터 보호한다는 점이다. 이는 ASIC이 광에 민감하기 때문에 중요하다. 마지막으로, (커버가 금속으로 이루어지거나 또는 적어도 금속층을 포함하는 경우에), 전자기 차폐가 IC 영역에 있는 홀에 의해서 지장을 받지 않기 때문에, IC에 대한 전자기 방사의 영향이 감소된다. 따라서, EMC(electromagnetic compatibility)가 개선된다.

종래의 변환기는 또한 밀봉부가 센서와 기판 사이에 도포되어야 하기 때문에 MEMS 센서와 ASIC 사이의 거리가 상당히 넓다는 단점이 있다. 반대로, 본 발명의 변환기는 커버와 센서 사이에 (적어도) 밀봉부를 갖고 있기 때문에, 제조가 더 용이하다. 따라서, 센서와 ASIC 사이의 거리를 줄일 수 있으며, 이로써 전자-음향 변환기 전체의 치수는 더 작아진다.

또한, 이 커버는 기판 및 MEMS 센서의 제 2 면에 기밀하게(air-tightly) 부착되는 것이 바람직하다. 커버와 기판 사이 및 커버와 센서 사이의 간극이 상당히 작다면, 이 부분들 사이의 밀봉이 꼭 필요한 것은 아니다. 그러나, 이 부분들의 허용 오차가 전자-음향 변환기의 기능에 미치는 영향을 제거하기 위해서, 밀봉부(예컨대, 글루)가 마련될 수 있다. 여기서, "기밀"이라는 것은 간극과 관련해서는 "동작 주파수 영역 내에서는 변환기의 음향 성능에 큰 영향을 미치지 않는다"는 것을 의미하고, 밀봉부와 관련해서는 그 의미 그대로이다.

또한, 제 1 홀 공간 및/또는 제 2 홀 공간의 체적은 제로인 것이 바람직하다. 멤브레인이 MEMS 센서의 홀의 중앙에 배치될 때의 이점은, 멤브레인이 센서의 중앙 영역에 배치되면 MEMS 센서에 작용하는 기계적인 응력은 멤브레인에 큰 영향을 미치지 않는다는 점이다. 그러나, 통상의 MEMS 센서는 제조 처리가 간단하다는 이유로 홀의 한쪽 끝에 멤브레인을 갖고 있다(미국 특허 출원 제 2006/0157841 호 참조). 여기서, 홈이 다이의 한쪽으로부터만 에칭되어서 멤브레인이 형성된다. 센서가 멤브레인인 만큼 평평한 것도 상정할 수 있다. 따라서, 제 1 홀 공간 및/또는 제 2 홀 공간의 체적은 제로로 감소된다. 홀 공간의 체적은 멤브레인의 주요 기능에 큰 영향을 미치지 않는다는 점에 주목해야 한다. 변환기의 유효한 백 볼륨에만 기여한다(또는 기여하지 않는다).

또 다른 바람직한 실시예에서, 변환기는 커버 위에 더스트 커버를 더 포함하고, 이들 사이에 간극이 형성되어 있으며, 여기서 더스트 커버는, 커버의 포트 또는 포트들에 대해서 오프셋된 적어도 하나의 포트를 포함한다. 이런 식으로, 더스트 입자 및 더 큰 입자는 MEMS 센서에 접근하지 않는다. 커버 내의 포트, 간극 또는 더스트 커버 내의 포트보다 더 큰 입자는 센서에 접근하지 않는다. 더 작은 입자는 커버 내의 포트에 도달하기 전에 커버 또는 더스트 커버로 이끌릴 것이다.

바람직하게는, 커버 중 간극쪽의 표면에 및/또는 더스트 커버 중 간극쪽의 표면에 접착제가 부착되고, 이로써 더스트 입자는 커버 내의 포트에 도달하기 전에 더 "달라붙게" 될 것이다. 접착제는 전체 표면에 도포될 수도 있고 또는 스트립, 특히 단절부가 있는 스트립 형상이 될 수도 있으며, 이로써 더스트 입자가 더스트 커버 내의 포트와 커버 내의 포트 사이의 소리 경로를 막는 일은 없게 된다.

또 다른 실시예에서, 신규한 변환기의 커버는, 변환기가 설치되는 장치의 하우징과 함께 간극을 형성하도록 설계된 덴트(dent)를 포함한다. 또한, 더스트 입자나 더 큰 입자는 MEMS 센서에 접근할 수 없게 되지만, 특별한 전용 더스트 커버는 필요없다.

바람직하게는, 덴트의 표면에 접착제가 부착되며, 역시 더스트 입자는 커버의 포트에 도달하기 전에 "달라붙게" 될 것이다. 접착제는 전체 표면에 도포될 수도 있고 또는 스트립, 특히 단절부가 있는 스트립 형상이 될 수도 있으며, 이로써 더스트 입자가 더스트 커버 내의 포트와 커버 내의 포트 사이의 소리 경로를 막는 일은 없게 된다. 본 발명의 이러한 측면은 후술하는 실시예로부터 자명할 것이며, 이를 참조로 설명될 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 비한정의 실시예를 참조로 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 MEMS 센서가 기판에 플립칩되는 전자-음향 변환기를 도시하는 도면,
도 2는 MEMS 센서가 기판에 와이어 본딩된 전자-음향 변환기를 도시하는 도면,
도 3은 장치의 바닥부에 멤브레인을 갖고 있는 MEMS 센서를 구비한 전자-음향 변환기를 도시하는 도면,
도 4는 다른 장치의 PCB에 부착된 전자-음향 변환기를 도시하는 도면,
도 5(a) 및 5(b)는 백 볼륨이 확장된 PCB에 부착된 전자-음향 변환기를 도시하는 도면,
도 6(a) 및 6(b)는 추가 더스트 커버를 포함하는 전자-음향 변환기를 도시하는 도면,
도 7(a) 및 7(b)는 변환기가 설치되는 장치의 하우징과 전용 더스트 커버 대신 사용되는 전자-음향 변환기를 도시하고 있다.

도 1은 전자-음향 변환기(1)를 도시하고 있으며, 이 예에서는 마이크로서 설계되어 있다. 마이크(1)는 기판(2), 커버(4), MEMS 센서(6) 및 추가 집적 회로(14)를 포함한다.

MEMS 센서(6)는 제 1 면(C) 및 제 2 면(D)을 포함하며, 이 예에서는 기본적으로 MEMS 센서(6)의 바닥면과 상부면이다. 또한, MEMS 센서(6)는 제 1 면(C)으로부터 제 2 면(D)으로 연장하는 홀(7)을 포함한다. 이 홀(7)에서, 홀 축(E)을 가로지르도록 멤브레인(8)이 배치된다. 이로써, 제 1 홀 공간(a) 및 제 2 홀 공간(b)이 형성된다. 마지막으로 MEMS 센서(6)는 멤브레인(8)에서 작용하는 소리를 나타내는 전기 신호를 전달하도록 설계된 커넥터(9)를 포함한다. 통상, 멤브레인은 뒤판에 대향해서 배치되며, 이 뒤판은 도 1에 도시되지 않았다. 멤브레인과 뒤판이 함께 캐패시터를 형성한다. 공기압(여기서는 소리의 형태)이 멤브레인에 작용하면, 멤브레인과 뒤판 사이의 거리가 변화되고, 따라서 캐패시터의 캐패시턴스가 변화된다. 이러한 변화를 이용해서 공지된 방식으로 소리를 전기 신호로 변환한다. MEMS 센서(6) 내에서 이 신호를 처리하는 것을 배제하는 것은 아니지만, 이 예에서는 제공하지 않는다. 따라서, 이 예에서 MEMS 센서(6)는 순수한 전자-음향 변환기이다.

기판(2)은 도전성 경로(3)(이 특정 예에서는 서로 다른 층이지만, 반드시 그런 것은 아니다)를 포함하며, 이는 MEMS 센서(6) 및 집적 회로(14)가 연결되는 접촉 패드 및 MEMS 센서(6)와 집적 회로(14) 사이의 연결부를 형성한다. 이 특정 예에서, 집적 회로(14)는 MEMS 센서(6)로부터의 신호의 후처리, 예컨대, 신호의 증폭 및 선형화를 위한 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)으로서 설계된다.

이 기판(2)에 커버(4)가 부착되어서 내측 챔버(A) 및 이 챔버(A) 외측의 공간(B)을 형성하고 있다. 또한, 커버(4)는 포트(5)를 포함한다. MEMS 센서(6) 및 집적 회로(14)는 이 내측 챔버(A) 내에 배치되지만, MEMS 센서(6)는 특별한 방식으로 배치된다. 즉, 제 1 홀 공간(a)은 매체(media)가 각각 흘러서 매체 교환이 가능하도록 내측 챔버(A)에 연결되어 있고, 유사하게 제 2 홀 공간(b)은 외측 표면(B)에 연결되어 있다.

첫번째 연결은 기본적으로는 기판(2)과 MEMS 센서(6)의 제 1 면(C) 사이의 간극인 채널(10)에 의해서 이루어지고, 이는 MEMS 센서(6)가 기판(2)에 납땜될 때(또는 도전성 글루에 의해서 접착될 때) 형성된다. MEMS 센서(6)가 한정된 높이의 커넥터(9)를 포함하고 있는 반면, 도전성 경로(3)(특히 접촉 패드)는 기판(2)의 표면에서 연장된다. 환언하면, 간극의 높이는 커넥터(9)의 높이와 도전성 경로(3)의 높이의 합이다. 그러나, 실제로는, 땜납 또는 접착제의 두께가 한정되어 있기 때문에 이 간극은 땜납 또는 접착제보다 넓다. 커넥터(9)나 도전성 경로(3) 어느 것도 제 1 면(C) 또는 기판(2)으로부터 돌출하지 않는다는 점에 주목한다. 이 경우에, 간극은 땜납 또는 접착제의 두께에 의해서만 결정된다.

제 2 홀 공간(b)과 외측 표면(B) 사이의 연결부는 커버(4)의 포트(5)에 의해서 쉽게 이루어진다.

전자-음향 변환기(1)는 후술하는 바와 같이 기능한다. 외측 표면(B)에 음원이 있는 것으로 가정한다. 소리가 전자-음향 변환기(1)에 접근하면 포트(5) 및 제 2 홀 공간(b)을 통과해서 마지막으로 멤브레인(8)에서 작용한다. 상술한 바와 같이, 멤브레인(8)과 뒤판에 의해 형성된 캐패시터의 캐패시턴스의 변화를 이용해서 소리를 전기 신호로 변환한다.

전자-음향 변환에 더해서, 멤브레인(8)에서 작용하는 소리는, 전자-음향 변환기(1)의 이른바 "백 볼륨"을 형성하는 제 1 홀 공간과 내측 챔버(A)의 압력의 변동도 야기한다. 이러한 상태에서, 채널(10)은 제 1 홀 공간(a)과 내측 챔버(A) 사이의 음향 저항을 형성하고, 알려진 바와 같이 이 음향 저항은 전자-음향 변환기(1)의 성능에 영향을 미친다. 채널(10)의 높이를 설정하는 가능한 방법은 일정량의 땜납 또는 글루를 이용하는 것이다. 땜납 또는 글루가 더 많이 사용될 수록, 더 높아지고, 이에 따라서 저항은 더 낮아진다. 알려진 바와 같이 제 1 홀 공간(a)의 체적, 내측 챔버(A)의 체적 및 멤브레인(8)의 컴플라이언스가 전자-음향 변환기(1)의 성능에 영향을 미친다는 점에 주목한다. 음향 저항을 더 낮추는 다른 가능한 방법은 MEMS 센서(6)의 제 1 면(C)에 하나 이상의 홈(11)을 마련하는 것이다.

공지된 바와 같이, 전자-음향 변환기(1) 주위의 공기압은, 예컨대 날씨 또는 해수면을 기준으로 한 이동으로 인해서, 장기적으로 변화되는 경향이 있다. 멤브레인(8)에 대한 바람직하지 않은 영향을 방지하기 위해서, 전자-음향 변환기(1)는 챔버(A)와 외부 공간(B) 사이의 공기압을 동일하게 하는 수단을 포함할 수 있다. 이러한 동일화 수단의 해법은, 기판(2) 내의 홀(13a) 및/또는 커버(4) 내의 홀(13b) 및/또는 MEMS 센서(6) 내의 홀(13c) 및/또는 멤브레인(8) 내의 홀(13d)이다. 이와 달리, 또는 이에 더해서, 동일화 수단은 커버(4)와 기판(2)에 의해 이루어지는, 상세하게는 커버(4)와 기판(2) 사이에 마련될 수 있는 밀봉부의 단절부에 의해서 이루어지는, 포트(13e)로서 설계될 수도 있다. 다른 해법은 커버(4) 내의 홈으로, 이는 커버(4)가 기판(2)에 부착될 때 홀이 된다. 유사하게, 동일화 수단은 커버(4)와 MEMS 센서(6)에 의해 이루어지는, 상세하게는 커버(4)와 MEMS 센서(6) 사이에 마련될 수 있는 밀봉부의 단절부에 의해서 이루어지는, 포트(13f)로서 설계될 수도 있다. 다른 해법은 커버(4) 내의 홈으로, 이는 커버(4)가 MEMS 센서(6)에 부착될 때 홀이 된다. 알려진 바와 같이, 이들 홀의 음향 저항은 동작 주파수 범위 내에서만 전자-음향 변환기(1)의 성능에 영향을 미치도록 매우 높아야 한다.

도 2는 다른 전자-음향 변환기(1)의 단면을 도시하고 있으며, 후술하는 차이점을 제외하면, 도 1에 도시된 실시예와 같다. 도 1에서, MEMS 센서(6)는 플립칩 기술에 의해서 기판(2)에 부착되어 있다. 본 실시예에서는 이와 달리 MEMS 센서(6)는 기판(2)에 와이어 본딩되어 있다. 따라서, MEMS 센서(6)의 전기 커넥터(9)는 제 1 면(C)(기판(2)에 글루로 접착된)이 아니라, 기본적으로 MEMS 센서(6)의 상부인 제 2 면(D)에 있다. 기판(2) 상에서 커넥터(9)와 도전성 경로(3) 사이의 연결부는 와이어 본드(12)에 의해서 이루어진다.

도 3은 다른 전자-음향 변환기(1)의 단면을 도시하고 있으며, 후술하는 차이점을 제외하면 도 1에 도시된 실시예와 같다. 도 1에서는, 멤브레인(8)은 홀(7)의 한 가운데에 배치된다. 이는, 멤브레인이 센서의 중앙 영역에 배치되면 MEMS 센서에 작용하는 기계적인 응력은 멤브레인에 큰 영향을 미치지 않는다는 이점이 있다. 그러나, 종래의 MEMS 변환기는 홀(7)의 한쪽 단부에 멤브레인(8)을 갖고 있다. 이러한 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 여기서 멤브레인(8)은 제 1 면(C)과 일직선으로 배치되어서 제 1 홀 공간(a)은 제로로 줄어든다. 그러나, 멤브레인(8)은 제 2 면(D)과 일직선으로 배치될 수도 있으며, 이 때는 제 2 홀 공간(b)이 제로로 줄어든다. 마지막으로, 멤브레인(8)의 두께는 MEMS 센서(6)의 높이와 동일하다. 이 경우, 제 1 홀 공간(a)과 제 2 홀 공간(b) 모두의 체적은 제로로 줄어든다. 홀 공간(a, b)의 체적은 멤브레인(8)의 주요 기능에 큰 영향을 미치지 않는다는 점에 주의한다. 제 1 홀 공간(a)은 변환기(1)의 유효한 백 볼륨에 기여할 가능성만 있다. 도 1 및 2에서 멤브레인(8)은 MEMS 센서(6)와 분리된 부분으로서 도시되어 있지만, 도 3에서 멤브레인(8)과 MEMS 센서(6)는 같은 물질로 이루어진다. 그러나, 도 1 및 2의 멤브레인(8)이 MEMS 센서(6)와 같은 물질로 이루어질 수도 있으며, 도 3의 멤브레인(8)은 MEMS 센서(6)와 다른 물질로 이루어질 수도 있다.

도 4는 전자-음향 변환기(1)의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 후술하는 차이점을 제외하면, 도 3에 도시된 실시예와 동일하다(도 4의 단면도는 도 3의 단면도와 교차하는 것으로, 따라서 집적 회로(14)는 도시되어 있지 않다). 한가지 차이점은 포트(5)가 깔때기 형상이 아니라 커버(4) 내의 단순한 홀이라는 점이다. 따라서, 전자-음향 변환기(1)는 도 3의 전자-음향 변환기(1)보다 납작하다. 또한, 밀봉재(15)(단순히 글루가 될 수 있음)를 이용해서 커버(4)와 기판(2) 사이 및 커버(4)와 MEMS 센서(6) 사이의 연결부를 밀봉한다. 아울러, 전자-음향 변환기(1)는 다른 장치, 예컨대 휴대 전화의 인쇄 회로 기판(16)(줄여서 PCB)에 부착된다. 이 때문에, 도전성 경로(3)는 기판(2)의 상부면부터 바닥면까지의 비아를 갖고 있으며, 여기서 도전성 경로(3)는 PCB(16)에 배치된 장치 접촉부(18)에 전기적으로 연결된다. 마지막으로, PCB(16)는 기판(2) 내의 홀(13a)과 일직선인 홀(17)을 포함하며, 이는 내측 챔버(A)와 외부 공간(B) 사이의 공기압을 동일하게 하는 역할을 한다. 그러나, 기판(2)과 PCB(16) 사이의 간극이 충분이 크다면, 이 홀(17)은 생략될 수 있다.

도 5(a) 및 5(b)는 전자-음향 변환기(1)의 다른 실시예를 도시하고 있으며 후술하는 차이점을 제외하면 도 4에 도시된 실시예와 동일하다(도 5(a)는 정면도, 도 5(b)는 면 Z-Z에 따른 단면도). 이 실시예에서, 커버(4)는 복수의 작은 포트(5)를 포함한다. 이로써 더스트 입자가 MEMS 센서(6)에 접근하는 것을 방지한다. 또한, 기판(2)은 내측 챔버(A)를 PCB 챔버(F)로 연결하는 홀(19)을 포함한다. 이 PCB 챔버(F)는 PCB(16) 내의 오목부(20), 및 장치 밀봉부(21) 내에서 기판(2)과 PCB(16) 사이의 간극에 의해 이루어진 체적을 포함한다. 알려진 바와 같이, 백 볼륨은 전자-음향 변환기(1)의 성능에 영향을 미친다. 이 실시예는 내측 챔버(A)를 증가시키지 않고도 백 볼륨을 증가시키는 방법을 개시하고 있으며, 이는 소형의 변환기(1)가 요구되는 경우에 유용하다.

도 6(a) 및 6(b)는 전자-음향 변환기(1)의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 후술하는 차이점을 제외하면 도 3에 도시된 실시예와 동일하다(도 6(a)는 면 Y-Y에 따른 단면도, 도 6(b)는 정면도). 이 실시예에서, 커버(4)는 평면형의 상부 표면 및 포트(5)를 갖고 있다. 더스트 입자 및 더 큰 입자가 MEMS 센서(6)에 접근하는 것을 방지하기 위해서, 더스트 커버(22)가 커버(4) 위에 배치된다. 커버(4)와 더스트 커버(22) 사이에는 작은 간극(23)이 있다. 또한, 더스트 커버(22)는 포트(5)에 대해서 오프셋된 포트(24)를 갖고 있다. 따라서, 포트(5), 간극(23) 또는 포트(24)보다 큰 입자는 센서(6)에 접근할 수 없다. 더 작은 입자는 포트(5)에 도달하기 전에 커버(4) 또는 더스트 커버(22)에 의해 끌어당겨질 것이다. 이러한 효과는, 접착제가 커버(4) 중 간극(23)쪽의 표면 및/또는 더스트 커버(22) 중 간극(23)쪽의 표면에 부착되는 경우에 더욱 커질 수 있다. 이 접착제는 전체 표면에 도포될 수도 있고, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 스트라이프 형상의 접착제(25)가 될 수도 있다. 도 4 및 5b에 도시된 바와 같은 밀봉부가, 이 실시예에서도 제공될 수 있다는 점에 주목한다. 마지막으로 커버(4)의 측부 표면과 더스트 커버(22) 사이에 간극이 있을 수도 있으며, 또는 더스트 커버(22)가 기판(2)에는 없지만 커버(4) 바로 위에 있는 경우에 평행한 측벽이 없을 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

도 7(a) 및 7(b)는 전자-음향 변환기(1)의 또 다른 실시예를 도시하고 있으며, 후술하는 차이점을 제외하면 도 6(a) 및 6(b)에 도시된 실시예와 동일하다(도 7(a)는 면 X-X에 따른 단면도, 도 7(b)는 정면도). 커버(4)는 상부 표면의 중앙 영역에 덴트(26)를 갖고 있다. 전용 더스트 커버(22) 대신, 변환기(1)가 설치되는 장치(예컨대, 휴대 전화)의 하우징(27)이 제공된다. 하우징(27)은 소리 개구부로서 포트(28)를 포함한다. 덴트(26)와 하우징(27)을 함께 이용해서 간극(23)을 형성한다. 따라서, 밀봉부(예컨대, 글루)가 커버(4)와 하우징(27) 사이에 마련될 수 있다. 또한, 더스트를 끌어당기도록 접착제가 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 스트라이프의 접착제(29)가 제공되고, 이는 간극(여기서는 가운데 형성되어 있지만, 반드시 그런 것은 아니다)을 갖고 있다. 이런 식으로, 더스트 입자가 시간이 흐름에 따라서 포트(5)와 포트(28) 사이의 소리 경로를 막는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예가 용량성 MEMS 센서에 관해 설명되었지만, 본 발명이 피에조 센서, 일렉트릿 센서 및 유도성 센서(inductive sensor)에도 물론 적용될 수 있다는 점에 주목한다.

마지막으로, 위에 설명한 실시예는 예시적인 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 당업자라면 첨부된 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범주를 벗어남없이 대안의 실시예를 설계할 수 있을 것이라는 점에 주목한다. 청구의 범위에서, 괄호안의 참조 번호는 청구항을 한정하는 것은 아니다. 용어 '포함한다' 및 그 파생어는 청구항 또는 상세한 설명 전체에 개시된 구성 요소 또는 단계 이외의 구성 요소 또는 단계가 존재하는 것을 배제하는 것은 아니다. 구성 요소의 참조 번호가 하나 개시되어 있다고 해서 이러한 구성 요소의 참조 번호가 복수 있다는 것을 배제하는 것은 아니며, 그 반대도 마찬가지다. 다수의 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 다수의 수단은 하나의 소프트웨어 또는 하드웨어 및 같은 아이템에 의해 실시될 수 있다. 서로 다른 종속 청구항에 특정 수단이 인용되어 있다고 해서, 이들 수단의 조합이 유익하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다.

Claims

전자-음향 변환기(electro-acoustic transducer)(1)로서,
도전성 경로(3)를 포함하는 기판(2)과,
상기 기판(2)에 부착되어 내측(inner) 챔버(A) 및 상기 내측 챔버(A) 외부 공간(B)을 형성하고, 하나 이상의 포트(5)를 포함하는 커버(4)와,
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems sensor) 센서(6)를 포함하되,
상기 MEMS 센서(6)는 제 1 면(C), 제 2 면(D), 상기 제 1 면(C)으로부터 상기 제 2 면(D)으로 연장하는 적어도 하나의 홀(7), 상기 홀(7) 내에서 홀 축(E)을 가로지르도록 배치되어 제 1 홀 공간(a)과 제 2 홀 공간(b)을 형성하는 멤브레인(8) 및 상기 멤브레인(8) 상에서 작용하는 소리를 나타내는 전기 신호를 전달하도록 구성되고 상기 도전성 경로(3)에 연결되는 전기 커넥터(9)를 포함하며,
상기 MEMS 센서(6)는, 상기 제 2 홀 공간(b)이 상기 하나 이상의 포트(5)를 통해서 상기 외부 공간(B)에 연결되고 상기 제 1 홀 공간(a)이 상기 내측 챔버(A)에 연결되도록 상기 챔버(A) 내에 배치되고,
상기 제 1 면(C)에는 상기 제 1 홀 공간(a)을 상기 내측 챔버(A)로 연결시키는 적어도 하나의 홈(groove)(11)이 형성되는
전자-음향 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 전기 커넥터(9)는 상기 제 1 면(C) 상에 배치되고, 플립칩 기술에 의해서 상기 도전성 경로(3)에 연결되는
전자-음향 변환기.
제 2 항에 있어서,
상기 전기 커넥터(9)와 상기 도전성 경로(3) 사이의 상기 연결은, 상기 기판(2)과 상기 MEMS 센서(6) 사이에 상기 제 1 홀 공간(a)을 상기 내측 챔버(A)로 연결시키는 채널(10)이 형성되도록 설계되는
전자-음향 변환기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 전기 커넥터(9)는 상기 제 2 면(D)에 배치되고 와이어 본드(12)에 의해서 상기 도전성 경로(3)에 연결되는
전자-음향 변환기.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 챔버(A)와 상기 외부 공간(B) 사이의 공기압을 동일하게 하는 동일화 수단(equalizing means)을 더 포함하는
전자-음향 변환기.
제 7 항에 있어서,
상기 동일화 수단은, 상기 기판(2) 내의 홀(13a), 상기 커버(4) 내의 홀(13b), 상기 MEMS 센서(6) 내의 홀(13c), 상기 멤브레인(8) 내의 홀(13d), 상기 커버(4)와 상기 기판(2) 또는 상기 커버(4)와 상기 MEMS 센서(6)에 의해 형성된 포트(13e, 13f) 중 하나 이상으로서 설계되는
전자-음향 변환기.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 MEMS 센서(6)와 함께 동작하는 하나 이상의 집적 회로(14)를 상기 챔버(A) 내에 더 포함하는
전자-음향 변환기.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버(4)는 상기 기판(2) 및 상기 MEMS 센서(6)의 상기 제 2 면(D)에 기밀하게(air-tightly) 부착되는
전자-음향 변환기.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 홀 공간(a) 및/또는 상기 제 2 홀 공간(b)의 부피는 0인
전자-음향 변환기.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버(4) 위에 더스트 커버(22)를 더 포함하되,
상기 커버(4)와 상기 더스트 커버(22) 사이에 간극(gap)(23)이 형성되며,
상기 더스트 커버(22)는 상기 커버(4)의 상기 포트 또는 포트들(5)에 대해 오프셋된 적어도 하나의 포트(24)를 포함하는
전자-음향 변환기.
제 12 항에 있어서,
상기 간극(23)과 대향하는 상기 커버(4)의 표면 및/또는 상기 간극(23)과 대향하는 상기 더스트 커버(22)의 표면에 접착제(25)가 부착되는
전자-음향 변환기.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버(4)는, 상기 전자-음향 변환기(1)가 설치된 장치의 하우징(housing)(27)과 함께 간극(23)을 형성하도록 설계된 덴트(dent)(26)를 포함하는
전자-음향 변환기.
제 14 항에 있어서,
상기 덴트(26)의 표면에 접착제(29)가 부착되는
전자-음향 변환기.
제 8 항에 있어서,
상기 포트(13e, 13f)는, 상기 커버(4)와 상기 기판(2) 사이 또는 상기 커버(4)와 상기 MEMS 센서(6) 사이의 밀봉부(sealing)의 단절(break)에 의해 형성되는
전자-음향 변환기.