초록 ▼

1. 최종목표
○ 본 과제의 최종 목표는 스마트 디바이스용 MEMS Microphone 국산화 개발로서, 아래 그림과 같이 전량 수입에 의존하고 있는 SoC chip 개발, 소형화 MEMS Package 공정/양산 기술, Tester board 및 Metal can 설계/양산 기술 개발 등 MEMS Microphone의 전 부품 설계/제작, 양산의 모든 공정 개발을 통하여 스마트 모바일용 MEMS Microphone의 국산화를 선도하고자 한다.

2. 개발내용 및 결과
◎ MEMS Micro phone Meta

1. 최종목표
○ 본 과제의 최종 목표는 스마트 디바이스용 MEMS Microphone 국산화 개발로서, 아래 그림과 같이 전량 수입에 의존하고 있는 SoC chip 개발, 소형화 MEMS Package 공정/양산 기술, Tester board 및 Metal can 설계/양산 기술 개발 등 MEMS Microphone의 전 부품 설계/제작, 양산의 모든 공정 개발을 통하여 스마트 모바일용 MEMS Microphone의 국산화를 선도하고자 한다.

2. 개발내용 및 결과
◎ MEMS Micro phone Metal Can 제작(대경 테크노)
○ MEMS Micro phone Metal Can 설계 및 제작
- PCB PKG 크기를 고려한 설계 진행
- SUS304와 SUS316 2B의 2가지 원재료로 제작하여 Sn도금을 진행
- 제품 타입은 Non-Hole Type, 1-Hole Type, 3-Hole Type등 3가지 종류로 진행
○ MEMS Micro phone Metal Can 금형 설계 및 제작
- SPL 제작을 위한 금형 설계 및 제작 완료
○ 개발 목표치 달성
- Size : 3.46mm × 2.64mm x 0.82T
◎ SoC Chip 구조 설계(루셈)
○ 구조 설계
- Soc Chip이 주요 회로 구성은 Input Buffer, Voltage Down Converter, Pre Amplifier, Reference Generator, Charge Pump 그리고 Low Pass Filter 등으로 구성됨.
○ VDC(Voltage Down Converter) 회로 설계
- 외부 전원 전압이 1.5 ~ 3.6V 범위에서 변화할 때 전치증폭기 내부에 일정한 전압을 공급하기 위해 아래와 같이 VDC를 설계함.
- VDC에는 Bandgap Reference 회로가 사용되는데, 상기 회로는 온도 변화에 무관하게 출력 전압을 발생시키며, 또한 반도체 공정 변화에 따른 영향을 최소화하여 안정적인 전압을 공급할 수 있도록 설계됨.
○ Gain Amplifier 설계
- 증폭단은 여러 가지 진동판 구조에 대해 적용을 위해 이득이 0, 4, 10, 18dB로 회로를 구분하여 설계하였다. 전압 이득은 다음과 같은 수식으로 표시할 수 있음.
- 저항, 즉 R₁ 과 R₂를 조정함으로써 Gain을 구현할 수 있음.
◎ 저잡음 전치증폭기 설계 (루셈)
○ 저잡음 noise filter 회로 설계
- MEMS 진동판의 임피던스는 수 Giga 옴 이상인데 멤스 진동판으로부터 음성 신호를 왜곡 없이 전달받기 위해서는 멤스 진동판에 연결된 회로의 입력 임피던스 또한 수 Giga 옴 이상을 가져서 멤스 진동판과 임피던스 매칭이 되어야 함.
- 이를 해결하기 위해 Input Buffer 회로 및 Microphone 등가회로를 통하여 저잡음 전치증폭기를 설계하여 적용함.
◎ 고전압 Charge Pump 설계 (루셈)
○ Charge Pump 회로 설계
- MEMS Microphone의 진동판 또는 후면기판에는 DC 바이어스 전압이 인가되는데, 이를 위해 CP 회로를 설계하였음. CP 회로는 다양한 Air Gap 두께를 갖는 MEMS 진동판의 구동을 위해 출력 전압을 10, 12, 14, 18V로 구분하여 설계함.
◎ MEMS Package 공정 설계 및 SPL 제작 (루셈)
○ MEMS Package 공정 설계
- 최적의 공정 조건을 검토하여 Tset 진행, 공정 Process 최적화 중
- D/B, W/B, Dispensing, Dicing 등 각 공정별 최적 조건을 테스트를 통해 지속적인 검토 중
◎ Prober Interface Board 및 DUT Board 제작 (에스앤앰데이타시스템)
○ Prober Interface 보드는 Wafer Prober 와 Test 장비의 Head 를 연결하여 Wafer를 측정하기 위해 사용되는 Interface 장치임.
○ Probe Interface Board 및 DUT(Device Under Test) Board 제작 및 test 완료
◎ Package modeling 연구 (금오공과대학교)
○ 시물레이션을 통한 Package modeling
- 출력에 Capacitor 를 부착 할 경우 음향 밴드와 비음향 밴드에 대한 Modeling
→ 잡음 차폐 효과의 Modeling 확인 가능
- 출력에 붙는 Capacitance 의 값이 크면 Modeling 상에서 잡음 차폐 효과가 큰 것을 알 수 있음.
- Modeling data를 바탕으로 한 Tuning 값을 적용하여 Microphone 성능 구현 완료
◎ 정량적 목표 달성
○ 성능 평가 항목 및 목표치 달성률
◎ 기타 연구성과
○ 지석재산권 - 특허 출원 1 건

3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
○ 기술적 효과
- 높은 기술적 장벽을 넘어 국산화 개발 시 국내 기업의 경쟁력 강화와 지속적인 성장 및 수입 대체효과와 기술 자립도 제고에 따른 수출 증대 또한 크게 기대할 수 있어 반드시 개발되어야 할 기술이다.
- 또한 MEMS microphone은 향후 음성 인식 기술 적용의 증가에 따라 스마트 가전, 스마트 카, 네비게이션, 리모컨, 홈네트워크 등 다양한 분야에도 사용 될 수 있어 본 과제를 통한 Microphone 국산화 기술을 미리 확보함으로서 선도시장을 선점하게 되는 효과를 가져 올 수 있다.
○ 경제적 효과
- Microphone 시장이 ECM type에서 MEMS Type으로 급속한 기술적인 변화와 함께 폭발적으로 수요가 증가되는 상황에서 본 과제를 통해 Microphone의 핵심 기술인 SoC 의 국산화 및 MEMS Packaging 기술을 개발이 성공되면 높은 기술적 장벽을 넘어 국내 기업의 경쟁력 강화와 지속적인 성장 및 수입 대체효과와 기술자립도 제고에 따른 수출 증대 또한 크게 기대할 수 있으며 센서 산업의 특성 상전후방 산업의 동반 발전도 기대할 수 있을 것이다.

4. 적용분야
- 현재 MEMS Microphone의 시장을 살펴보게 되면 80%이상의 시장이 현재 모바일 기기, 특히 모바일 폰에 집중되어 있음을 알 수 있다.
- 그와 반대로 의료, 산업 분야에서는 현재 거의 수요가 없음을 알 수 있다.
- IoT 점차적인 발달로 인하여 Wearable 기기의 확대 및 Application의 확대로 인하여 모바일 컨슈머 분야는 더욱 더 큰 시장이 형성될 것으로 예상된다.
- 또한, 현재 MEMS Microphone의 성능이 날로 개선되고 있기 때문에 다른 산업 분야로의 적용 확대도 늘어날 전망이다.
(출처 : 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1생산기술사업화 지원사업 최종보고서 ... 2제출문 ... 3최종보고서 초록 ... 4목차 ... 12제 1 장 서론 ... 13 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 13 제 2 절 국내·외 관련 기술 현황 ... 17 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 20제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 23 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 23 제 2 절 개발 내용 및 개발 범위 ... 25제 3 장 연구개발 결과 ... 33 제 1 절 연구개발 결과 ... 33 제 2 절 연구개발 추진체계 ... 71 제 3 절 사업화 추진 계획 ... 72끝페이지 ... 73