KR101303954B1

KR101303954B1 - 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체

Info

Publication number: KR101303954B1
Application number: KR1020120146123A
Authority: KR
Inventors: 이상호; 이명진; 이원택
Original assignee: 주식회사 비에스이; 롱쳉 바오싱 일렉트로닉 컴퍼니 리미티드; 동관 바오싱 일렉트로닉스 컴퍼니 리미티드; 톈진 비에스이 일렉트로닉스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-09-05

Abstract

본 발명은 마이크로폰의 고사양 음향 특성을 실현하기 위해 실리콘 타입의 메쉬를 이용하여 광대역 및 방수 특성을 갖도록 한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 마이크로폰 조립체는 반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬홀과 음이 누설되는 것을 방지하기 위한 밀폐용 솔더링 패드가 형성된 메쉬 구조물; 솔더링면에 상기 메쉬 구조물이 삽입될 홈과 접속패드가 형성되어 있는 PCB기판; 상기 PCB 기판에 접착되어 내부 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스; 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 보텀 포트형 MEMS 마이크로폰 조립체는 PCB기판의 음향홀 위치에 반도체 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물을 부착하되 기판에 홈을 형성하여 두께가 두꺼워지는 것을 방지하고, 반도체 가공기술을 적용하여 메쉬의 개구 크기를 정밀하게 조절할 수 있으므로 주파수 응답 특성의 커브를 향상시키며, 마이크로폰의 THD(Total Harmonic Distortion)를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체{ BOTTOM PORT TYPE MICROPHONE ASSEMBLY FOR WIDE BAND AND WATER PROOF}

본 발명은 멤스(MEMS) 마이크로폰 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로폰의 고사양 음향 특성을 실현하기 위해 실리콘 타입의 메쉬를 이용하여 광대역 및 방수 특성을 갖도록 한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 멤스(MEMS) 마이크로폰 조립체는 마이크로폰의 초소형화를 위해 실리콘 웨이퍼상에 반도체 제조 기술과 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 적용하여 전기 용량 구조를 다이(die) 형태로 구현한 실리콘 콘덴서 마이크로폰 칩(sylicon condenser microphone chip) 혹은 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical System) 마이크로폰 칩(microphone chip)을 케이스로 패키징하여 사용하고 있다. 이러한 멤스 마이크로폰 조립체는 음향홀이 케이스에 형성된 톱 포트(Top Port)형과 음향홀이 PCB측에 형성된 보텀 포트(Bottom Port)형으로 구분되는데, SMT 리플로우(reflow) 공정을 통하여 상대물과 조립되는 멤스 마이크로폰 조립체는 솔더링 패드(Solder pad)를 포함한 PCB에 음향홀(Hole)이 있는 Type을 보텀 포트(Bottom port)형이라 하고, 반대면 케이스에 음향홀(Hole)이 있는 Type을 톱 포트(Top port)형이라 한다.

이러한 멤스 마이크로폰 조립체는 음이 유입되는 음향홀(Hole)이 있어야만 동작이 가능한데, 이 음향홀(Hole)을 통하여 이물질이 유입될 경우에는 진동판(Membrane)의 움직임을 방해하여 비정상적인 동작을 발생하게 된다.

따라서 음향홀을 통해 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 메쉬 구조물이 필요한데, 톱 포트(Top port)형의 경우에는 솔더링(Soldering)되는 영역이 없기 때문에 이물질 방지를 위한 구조물의 추가가 용이할 수 있으나 보텀 포트(Bottom port)의 경우에는 솔더링(Soldering) 영역과 홀(Hole)이 동일 영역에는 존재하기 때문에 이물질 방지를 위한 구조물의 부착이 매우 제한적이다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 종래의 보텀 포트형 멤스 마이크로폰 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 음향홀(14a)이 형성되는 PCB 기판 내층에 메쉬층(16)을 구현하였다.

도 1을 참조하면, 종래의 보텀 포트형 멤스 마이크로폰 조립체(10)는 PCB 기판(14)의 중앙에 음향홀(14a)이 형성되어 있고, PCB 기판(14)의 내층에 메쉬층(16)이 삽입되어 있으며 케이스(12)와 접합되어 내부 공간에 MEMS 트랜스듀서(20)와 ASIC칩(30)을 수용한 구조로 되어 있다. 이와 같은 구조의 멤스 마이크로폰 조립체(10)는 음향홀(14a)을 통해 음파가 유입될 때 메쉬층(16)에 의해 이물질이 차단되도록 되어 있다.

그런데 이와 같이 PCB 중간층에 메쉬층을 포함하는 종래의 보텀 포트 타입 마이크로폰 조립체는 PCB를 제작함에 있어서 공정의 추가로 인하여 비용이 상승되고, 메쉬층을 추가함에 따른 PCB의 두께가 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 이물질 방지를 위하여 메쉬 형태의 미세 Hole을 형성하고 음의 손실을 차단하기 위한 솔더링 패드(Soldering pad) 영역을 포함한 일체형 실리콘 구조물을 PCB에 부착하여 조립공정 중에 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로폰 조립체는, 반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬홀과 음이 누설되는 것을 방지하기 위한 밀폐용 솔더링 패드가 형성된 메쉬 구조물; 솔더링면에 상기 메쉬 구조물이 삽입될 홈과 접속패드가 형성되어 있는 PCB기판; 상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스; 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로폰 조립체는, 반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬홀이 형성된 메쉬 구조물; 부품면에 상기 메쉬 구조물이 삽입될 홈이 형성되어 있는 PCB 기판; 상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스; 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된 것이다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 변형예에 따른 마이크로폰 조립체는, 부품면에 음향홀이 형성되어 있는 PCB 기판; 상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스; 저면에 메쉬홀이 일체로 형성되어 있고 상기 PCB 기판의 부품면의 음향홀 위치에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및 상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따라 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 MEMS 마이크로폰 조립체는 PCB기판의 음향홀 위치에 반도체 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물을 부착하되 기판에 홈을 형성하여 두께가 두꺼워지는 것을 방지하고, 반도체 가공기술을 적용하여 메쉬의 개구 크기를 정밀하게 조절할 수 있으므로 주파수 응답 특성의 커브를 향상시키며, 마이크로폰의 THD(Total Harmonic Distortion)를 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 멤스 마이크로폰 조립체의 일실시예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 분리 사시도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 결합 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 사시 단면도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 반도체 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물의 사시도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 반도체 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물의 단면 사시도,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 반도체 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물의 평면도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 분리 사시도,
도 9는 본 발명의 변형예로서 멤스 마이크로폰 자체에 실리콘 메쉬를 구현한 예의 저면 사시도,
도 10은 본 발명의 변형예로서 멤스 마이크로폰 자체에 실리콘 메쉬를 구현한 예의 단면 사시도,
도 11은 종래의 마이크로폰 조립체의 주파수 응답특성을 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 마이크로폰 조립체의 주파수 응답특성을 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 결합 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 사시 단면도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 보텀 포트형 마이크로폰 조립체(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬 홀과 음이 누설되는 것을 방지하기 위한 밀폐용 솔더링 패드가 형성된 메쉬 구조물(110)과, 메쉬 구조물(110)이 삽입될 홈(120a)과 접속패드(122)가 형성되어 있는 PCB기판(120)과, PCB 기판(120)에 접착되어 내부 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스(130)와, PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서(140)와, ASIC칩(150)으로 구성되어 메쉬홀을 통해 유입된 음압을 오디오 신호로 변환하여 접속패드를 통해 메인보드측으로 출력하도록 되어 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, PCB 기판(120)에는 본 발명에 따른 메쉬 구조물(110)을 수용하기 위한 사각 형상의 홈(120a)이 형성되어 사각 판 형상의 메쉬 구조물(110)이 장착되더라도 두께가 두꺼워지는 것을 방지하도록 되어 있다. 또한 PCB 기판(120)의 부품면에는 MEMS 트랜스듀서(140)와 ASIC(150)이 본딩 와이어로 접속되고 있다.

케이스(130)는 일면이 개구된 사각 형상의 금속재질의 통으로서, 음향홀이 형성되어 있지 않고, PCB 기판(120)에 실링재에 의해 접합되어 내부 공간을 밀봉하도록 되어 있다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물의 단면 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 웨이퍼를 이용한 메쉬 구조물의 평면도이다.

먼저, 보텀 포트형 마이크로폰 조립체에 사용되는 메쉬 구조물은 솔더링(Soldering)을 위해서는 금속성분이 있어야 하고, 메쉬홀로는 솔더(Solder)가 유입되지 않아야 하기 때문에 메쉬홀은 비금속 성분으로 구성되어야 한다. 이러한 조건을 충족시키기 위해 본 발명의 메쉬 구조물(110)은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 음의 손실을 차단하기 위한 솔더링 패드(Soldering pad;114) 영역을 포함한 일체형 구조물로서, 반도체 웨이퍼(Wafer; 112)를 이용하여 미세한 메쉬 Hole(116)을 형성하고, 솔더링 패드(Soldering Pad; 114)를 위한 금속층을 추가로 형성함으로써 솔더링 패드(Soldering Pad;114)와 메쉬 Hole(116)을 동일 영역에 존재하게 할 수 있게 한 것이다. 그리고 이 메쉬 구조물(110)을 Bottom port의 PCB에 부착할 경우에 이물질 방지가 가능한 Bottom port의 멤스마이크 구조를 실현할 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 구조는 메쉬 Hole(116)를 포함한 구조물(110)을 PCB 내부로 삽입하여 부착하기 때문에 두께가 증가되지 않으며, 별도의 메쉬 Hole층이 PCB 내부에 형성되지 않기 때문에 PCB 제작 공정상 추가 공정도 발생하지 않는다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 메쉬 구조물(110)은 반도체 웨이퍼(112)에 솔더링을 위한 금속층 영역(114)이 형성되어 있고, 그 내부 중앙은 비금속재인 반도체 웨이퍼를 가공하여 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 미세한 메쉬 Hole(116)이 형성되어 있다. 즉, 메쉬 Hole(116)의 외각으로 SMT Soldering 시에 Solder와 결합을 위한 금속층(114)이 밀폐 형상으로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 메쉬홀(116)은 개구의 형상(원형 혹은 다각형), 개구의 크기, 개구들의 배치구조(사각, 삼각, 다이아몬드, 원형 등), 메쉬의 두께 등으로 특성을 조정할 수 있다.

이와 같은 제 1 실시예의 보텀 포트형 마이크로폰 조립체(100)는 제품의 메인보드에 솔더링 패드(114) 영역이 솔더링되어 메인보드에 형성된 음향홀을 통해 유입된 음이 누설되지 않고 메쉬홀(116)을 통해 마이크로폰 조립체의 내부로 유입되고, 마이크로폰 조립체의 내부로 유입된 음압은 MEMS 트랜스듀서(140)의 진동판을 진동시켜 음압에 따른 정전용량의 변동을 일으키고, 이 정전용량의 변동은 ASIC(150)을 통해 전기적인 신호로 증폭되어 접속패드(122)를 통해 메인보드로 전달된다. 이때 메쉬홀(116)에 의해 물방울이나 이물질이 마이크로폰 조립체의 내부로 유입되는 것을 방지함으로써 오동작을 방지하고, 광대역 특성을 갖게 한다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체의 분리 사시도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 및 방수 특성을 위한 보텀 포트형 마이크로폰 조립체는 도 8에 도시된 바와 같이, 음향홀이 형성되어 있고 부품면에 메쉬 구조물(210)을 장착하기 위한 홈(120b)이 형성되어 있는 PCB기판(120)과, 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼(212)를 가공하여 메쉬 홀(214)이 형성된 메쉬 구조물(210)과, MEMS 트랜스듀서(140), ASIC칩(150), PCB 기판과 접착제(실링재)에 의해 접착되어 내부 공간이 부품들을 수용할 수 있도록 된 케이스(130)로 구성된다.

도 8을 참조하면, PCB 기판(120)의 부품면에는 본 발명에 따른 메쉬 구조물(210)을 수용하기 위한 사각 형상의 홈(120b)이 형성되어 사각 판 형상의 메쉬 구조물(210)이 장착되더라도 두께가 두꺼워지는 것을 방지하도록 되어 있고, MEMS 트랜스듀서(140)와 ASIC(150)도 함께 실장되어 본딩 와이어로 접속되어 있다. 케이스(130)는 일면이 개구된 사각 형상의 금속재질의 통으로서, 음향홀이 형성되어 있지 않고, PCB 기판(120)에 실링재에 의해 접합되어 내부 공간을 밀봉하도록 되어 있다.

한편, 본 발명의 제 2 실시예에 사용되는 메쉬 구조물(210)은 제 1 실시예의 메쉬 구조물(110)과 유사하나 인쇄회로기판의 부품면에 실장되므로 도 8에 도시된 바와 같이 솔더링 패드(114)가 필요없고 메쉬홀(214)만 필요하다.

도 9는 본 발명의 변형예로서, 멤스 마이크로폰 자체에 실리콘 메쉬를 구현한예의 저면 사시도이고, 도 10은 본 발명의 변형예로서, 멤스 마이크로폰 자체에 실리콘 메쉬를 구현한 예의 단면 사시도이다.

본 발명의 변형예에 따른 멤스 마이크로폰 조립체는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 MEMS 트랜스듀서(240) 자체에 메쉬홀(242)을 형성한 것이다. 이와 같은 변형예에 따르면 PCB 기판에 별도의 메쉬 구조물을 부착할 필요가 없어 공정이 보다 단순해질 수 있다.

도 11은 종래의 마이크로폰 조립체의 주파수 응답특성을 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 마이크로폰 조립체의 주파수 응답특성을 도시한 도면이다.

도 11 및 12를 참조하면, 메쉬가 없는 종래의 MEMS 마이크로폰 조립체의 주파수 응답 특성 커브는 고주파 영역에서 감쇄가 커지나 본 발명에 따른 MEMS 마이크로폰 조립체의 주파수 응답 특성 커브는 전주파수대역에서 평탄한 것을 알 수 있다.

그리고 종래의 마이크로폰 조립체의 THD(Total Harmonic Distortion)와 본 발명에 따른 마이크로폰 조립체의 THD를 비교하면 다음 표1과 같다.

샘플수	종래의 THD(%)				본발명의 THD(%)
샘플수	94dB	100dB	120dB	123dB	94dB	100dB	120dB	123dB
1	0.1	0.1	0.65	0.94	0.1	0.1	0.30	0.60
2	0.1	0.1	0.65	0.91	0.1	0.1	0.30	0.68
3	0.1	0.1	0.68	1.01	0.1	0.1	0.31	0.62

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: MEMS 마이크로폰 조립체 110: 메쉬 구조물
112: 반도체 웨이퍼 114: 솔더링 패드
116: 메쉬홀 120: PCB 기판
130: 케이스 140: MEMS 트랜스듀서
150: ASIC

Claims

반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬홀과 음이 누설되는 것을 방지하기 위한 밀폐용 솔더링 패드가 형성된 메쉬 구조물;
음향홀이 형성되어 있고, 상기 음향홀 위치의 솔더링면에 상기 메쉬 구조물이 삽입될 홈과 접속패드가 형성되어 있는 PCB기판;
상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스;
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된 보텀 포트형 마이크로폰 조립체.
반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬홀이 형성된 메쉬 구조물;
음향홀이 형성되어 있고, 상기 음향홀 위치의 부품면에 상기 메쉬 구조물이 삽입될 홈이 형성되어 있는 PCB 기판;
상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스;
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된 보텀 포트형 마이크로폰 조립체.
부품면에 음향홀이 형성되어 있는 PCB 기판;
상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스;
저면에 메쉬홀이 일체로 형성되어 있고 상기 PCB 기판의 부품면의 음향홀 위치에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된 보텀 포트형 마이크로폰 조립체.
반도체 웨이퍼를 가공하여 메쉬홀이 형성된 메쉬 구조물;
음향홀이 형성되어 있고, 상기 음향홀 위치의 부품면에 상기 메쉬 구조물이 부착되는 PCB 기판;
상기 PCB 기판의 부품면에 접착되어 내부에 부품을 수용하기 위한 공간을 형성하는 케이스;
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 MEMS 트랜스듀서; 및
상기 PCB 기판의 부품면에 실장된 ASIC칩을 포함하여 구성된 보텀 포트형 마이크로폰 조립체.