15ZB1500, Development of Environment & UserAdaptable MEMS Microphone Solution,
Yang Woo Seok
Abstract
Ⅰ. 당해년도(1차년도) 연구개발 추진일정 II. 당해년도(1차년도) 연구개발 추진실적 □ 연구목표 o 이중 멤브레인 MEMS 음향센서 칩 설계/공정 개발 - 목표 성능 · 칩 크기: 1.4×1.0×0.4mm3 · 노광공정 횟수: 8회 □ 연구실적 o 이중 멤브레인 MEMS 음향센서 칩(Ver.1) 설계/공정 개발 - 고감도 광대역 이중 멤브레인 구조 칩 설계 · 칩 크기: 1.4×1.0×0.4mm3 · 멤브레인 직경: 770um(고감도용) / 450um(광대역용) · 민감도: -36.5dBV/Pa (예상치) · 음향 과부하점(AOP): 140dB SPL (예상치) - Polyimide 희생층 기반 ETRI Si Fab(6인치) 이용 제작 · 노광공정 횟수: 7회 - 설계/공정 기술 관련 국제/국내 특허 1/2건 출원 진행중
□ 연구목표 o 디지털 High-SNR ROIC 칩설계/제작 - 목표 성능 · SNR: 63dB □ 연구실적 o 디지털 High-SNR ROIC 칩 설계/제작 및 성능평가 - 칩 설계 주요 특징 · 센서 바이어스전압 생성부: 정착시간/잡음특성 향상, 소형화 및 다앙한 바이어스 전압 제공 · 신호처리부: 저잡음 및 저소모전력 구현 - 국내 M사 0.35um CMOS 상용 파운드리 이용 ROIC 칩 제작 · 면적: 1.25mm2 (1.67mm x 0.75mm) - 주요성능 측정 · 검증된 세계최고 고감도 MEMS 음향센서 칩 (Infineon) 모델링 회로와 모듈화 통한 성능측정
□ 연구목표 o 디지털 High-SNR ROIC 칩 설계/제작 - 목표 성능 · SNR: 63dB □ 연구실적 o 디지털 High-SNR ROIC 칩 설계/제작 및 성능평가 - 주요성능 측정결과 · 세계최고 Knowles 상용품 대비 대등한 성능/가격 경쟁력 · 동등수준의 SNR 특성 · 우수한 소모전류/전원잡음억제율/칩크기
□ 연구목표 o 초소형 음향 패키지 설계/공정 개발 □ 연구실적 o 초소형 음향 패키지 설계/공정 개발 - 신구조 기반 초소형 음향 패키지 설계 · 사용자 보드에 멤스 마이크로폰 패키지를 표면 실장하여 확장된 백챔버 확보 및 패키지 크기를 낮춤 · 내부케이스 삽입을 통한 민감도 개선용 확장 백챔버 구조 - 음향 패키지 자동화 공정 흐름도 - 패키지 구조 관련 국내특허 출원 2건 완료
□ 연구목표 o 지능형 음향제어 기초 알고리즘 개발 - 목표 수준 · ETRI 기준 S급(국내 및 해외 2개국 포함 총 3개국 출원가능) 특허 1건 출원 □ 연구실적 o 지능형 음향제어 기초 알고리즘 연구 - 음원 방향 추적 알고리즘 채택 · 소형(최대간격 15cm) 및 소수(3개) 마이크로폰 어레이 제약 조건 · D&S, Capon(MVDR) 및 MUSIC 후보 알고리즘 검토 · 분해능, 연산량 및 신호강인성 종합 고려 통해 Capon 채택 - 오디오 주밍 알고리즘 연구 · D&S 오디오 주밍 기법 기반 · API Index 정의 = 관심음원 파워 / 관심음원 외 음원 파워 · 오디오 주밍도, ΔAPI Index (오디오 주밍 전후 API Index 비율): 2.7배/1.8배(이론/실험) @60도 관심-간섭 음원 간격 (간이무향공간) - B급(국내특허 출원 가능) 1건 출원 진행중
□ 연구목표 o 기개발 단일 멤브레인 MEMS 음향센서 칩 양산화 기술 개발 - 단일 멤브레인 MEMS 음향센서 낙하신뢰성 향상 · 낙하신뢰성: ≥99% (1.5m,민감도 –38±2dBV/Pa) □ 연구실적 o 기개발 단일 멤브레인 MEMS 음향센서 칩 낙하신뢰성 향상 - 단일 멤브레인 MEMS 음향센서 낙하신뢰성 80% 확보 (비에스이센서스 시험평가서 기준, R&D 패키지 이용, 경쟁 I사 95% 수준) - MEMS 음향센서의 낙하신뢰성 향상 위한 이중 포스트 단일 멤브레인 구조 개발 및 시뮬레이션 통한 낙하신뢰성 개선효과 검증
□ 연구목표 o 기개발 단일 멤브레인 MEMS 음향센서 칩 양산화기술 개발 - MEMS 음향센서 파운드리 확보 및 이를 통한 양산화기술 개발 · 양산시제품 제작 □ 연구실적 o 기개발 단일 멤브레인 MEMS 음향센서 칩 양산화 기술 개발 - 상용파운드리 확보: 국내D사 확보, 국내S사/국외X사 협의중 - 양산화 기술 개발 · 국내D사 팹(8인치)에서 시제품 양산성 평가용 Run 진행중 · 현재 해당 팹 운영 규정상 기개발 Polyimide 희생층 공정 불허로 SiO2 희생층 사용하는 MEMS 음향센서 집적공정 개조 진행 · SiO2 희생층 기반 MEMS 음향센서 집적공정(마스크 7장) 개발
□ 연구목표 o 기개발 아날로그 High-SNR 아날로그 칩 상용시제품 개발 · 상용시제품 설계/제작 및 수요기업 인증 □ 연구실적 o 기개발 아날로그 High-SNR 아날로그 칩 상용시제품 개발 - 기개발 연구시제품(ETRI 기술이전)의 가격경쟁력 및 수요기업 요구대응 위한 설계개선 · 칩 제작공정 및 면적 축소 · 센서바이어스전압, 신호이득 다양화를 통한 수요기업 대응 - 수요기업(비에스이센서스) 시제품(Ver.1) 성능평가 · 양산용 테스트환경 구축 · MEMS 음향센서와 모듈 패키징 후 경쟁사 제품과 상대비교 - 추가설계개선 사항 반영 시제품(Ver.2) 제작 진행중 · EMC 및 TDMA 노이즈 특성 향상 위한 RF 필터 구조 개선 · 칩 면적 추가축소
( 출처 : 본론 II. 당해년도(1차년도) 연구개발 추진실적 4p )
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J. Kim et. al, "Trends in Lightweight Kernel for Many core Based High-Performance Computing", Electronics and Telecommunications Trends. Vol. 32, No. 4, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
J. Sim et.al, “the Fourth Industrial Revolution and ICT – IDX Strategy for leading the Fourth Industrial Revolution”, ETRI Insight, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
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