블로그

MEMS 마이크 내부: 음파에서 디지털 신호까지

2026년 3월 6일

1. 서론
2. 작동 방식
3. 하드웨어 구조
4. 베스타의 음향 엔지니어링 역량
5. 결론

소개
수십 년 동안 일렉트릿 콘덴서 마이크(ECM)는 소비자 오디오 분야에서 소리를 재현하는 데 가장 널리 사용되는 마이크였습니다. ECM은 저렴하고 구조가 간단하며 기능적입니다. 하지만 근본적인 한계가 있는데, 아날로그 부품처럼 수작업으로 제작되기 때문에 제품마다 품질이 일정하지 않고, 열에 민감하며, 휴대폰에 소형화하기 어렵다는 점입니다.
MEMS 마이크 완전히 달라졌습니다. MEMS(마이크로 전기 기계 시스템)는 프로세서와 메모리를 만드는 데 사용되는 동일한 반도체 공정을 통해 동일한 실리콘 칩에 전자 회로뿐만 아니라 기계 장치도 포함하는 장치입니다. 음향 감지에 적용하면 기존의 전기 기계식 마이크보다 정밀한 반도체 장치처럼 작동하는 마이크를 만들 수 있다는 것을 의미합니다.
실질적인 이점은 매우 큽니다. 첫째, MEMS 마이크로폰은 일관성이 뛰어납니다. MEMS 마이크로폰 제조 공정은 포토리소그래피를 통해 실리콘 웨이퍼를 사용하기 때문에 수백만 개의 공진 마이크로폰 유닛에서 감도와 주파수 응답이 엄격하게 제어됩니다. 둘째, 열 안정성이 우수합니다. MEMS 마이크로폰은 기존 ECM이 손상되는 온도인 SMT 조립 라인의 리플로우 솔더링 온도에서도 안정적인 성능을 유지합니다. 셋째, MEMS 패키지는 일반적으로 2.5 x 1.8mm 이하의 크기를 가지므로 초박형 스마트폰, TWS 이어폰, 스마트 자동차, IoT 기기 등 현대 소비자 가전의 대표적인 제품들을 구현할 수 있습니다.
이러한 특성 덕분에 MEMS 마이크는 음질, 제조 신뢰성 또는 장치 소형화가 중요한 모든 응용 분야에서 표준으로 자리 잡았습니다.

작동 원리: 소리를 전기 신호로 변환
에이 MEMS 마이크로폰 정전 용량 변화 원리에 따라 작동합니다. 이 메커니즘을 이해하려면 가장 기본적인 물리학 지식만 있으면 됩니다.
축전기는 서로 간격을 두고 떨어져 있는 두 개의 전도성 판 사이에 전하를 저장하는 전기 저장소입니다. 축전 용량(저장되는 전하량)은 두 판 사이의 거리에 반비례합니다. 따라서 두 판 사이의 거리가 변하면 축전 용량도 변합니다. 대전된 시스템에서 축전 용량이 변하면 전압도 변합니다. 이 전압 변화가 전기 신호를 나타냅니다.
MEMS 마이크의 경우, 두 개의 "판"은 다이어프램과 백플레이트입니다. 다이어프램은 얇고 유연한 실리콘 막이며, 백플레이트 뒷면에는 수 마이크론 뒤에 단단하고 구멍이 뚫린 전극이 있습니다. 음파(공기 중의 압력파)가 다이어프램을 밀어 휘어지게 합니다. 이 휘어짐으로 인해 다이어프램과 백플레이트 사이의 간격이 변하고, 이로 인해 정전 용량이 변합니다. 이 정전 용량의 변화가 전달되는 음압에 해당하는 전압 신호를 발생시킵니다.
생성된 신호는 마이크로볼트 수준으로 매우 작습니다. 따라서 증폭 및 조정을 거치지 않고는 장거리 전송이 불가능합니다. 이것이 바로 ASIC의 작동 원리입니다.
ASIC(Application Specific Integrated Circuit)는 모든 MEMS 마이크로폰 패키지 내부에 있는 두 번째 실리콘 칩입니다. ASIC는 세 가지 기능을 수행합니다. 첫째, 정전 용량 소자(충전 펌프라고도 하며, 커패시터 양단에 일정한 전기장을 형성하기 위해 직류 분극 전압을 생성하는 내부 회로)에 안정적인 바이어스 전압을 공급합니다. 둘째, 임피던스 변환을 통해 정전 용량 소자의 높은 임피던스 출력을 낮은 임피던스 신호의 신호 체인 구동 임피던스로 변환합니다. 셋째, 신호를 증폭하고, 디지털 버전에서는 표준 신호 형식으로 변환합니다.

하드웨어 구조: 반도체 등급의 미세 역학
MEMS 칩(센싱 칩)
피스톤은 움직임을 담당하는 요소입니다. 일반적으로 두께가 수 마이크로미터에 불과한 원형 또는 직사각형 실리콘 막으로, 가장자리는 고정되어 있고 중앙은 자유롭게 휘어질 수 있도록 되어 있습니다. 피스톤의 강성과 질량은 마이크의 감도와 주파수 응답 특성을 결정합니다. 더 얇고 큰 다이어프램은 감도가 높지만 강성은 떨어집니다.
후면판의 뒷면은 고정 전극입니다. 이 전극에는 구조적 강성을 확보할 만큼 작으면서도 공기 흐름을 원활하게 하여 점성 저항 없이 다이어프램이 움직일 수 있도록 충분히 큰 음향 구멍들이 배열되어 있습니다. 다이어프램과 후면판 사이의 간격은 일반적으로 1~4 마이크로미터입니다. MEMS 음향 장치 제조에서 가장 중요한 과제 중 하나는 생산 공정 전반에 걸쳐 이 간격을 일정하게 유지하는 것입니다.
신호 처리 칩(ASIC 칩)
ASIC은 임피던스 변환, 프리앰프 증폭 및 아날로그-디지털 변환을 수행합니다. 아날로그 출력 장치의 경우, 고정 이득을 가진 단일 또는 차동 전압 신호를 출력합니다. 디지털 출력 장치의 경우, 아날로그 신호를 PDM(펄스 밀도 변조) 또는 I²S 비트 스트림으로 변환하는 SD 변조기가 포함되어 있습니다.
포장 및 음향 캐비티
두 개의 칩(MEMS 및 ASIC)은 표면 실장 패키지, 일반적으로 금속 덮개가 있는 LCC 하우징 또는 플라스틱 LGA형 하우징 내부에 장착됩니다. 음향 포트는 패키지 하단(하단 포트) 또는 상단 포트에 있습니다.
하단 포트 마이크는 음향 개구부를 PCB 아래쪽의 구멍과 정렬하여 PCB 아래쪽에서 소리를 포착합니다. 상단 포트 마이크는 부품 측면으로 개구부를 향하고 위쪽에서 소리를 수신합니다. 어떤 방식을 선택할지는 사용되는 인클로저의 구조, 방음 요구 사항 및 목표 음원의 방향에 따라 달라집니다.
다이어프램 양쪽의 공간인 전면 캐비티 용적과 후면 캐비티 용적의 비율은 감도와 저주파 응답에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 전면 캐비티가 클수록 저주파 확장성이 향상됩니다.

멤신사이드.png

베스타의 음향 엔지니어링 역량
최고 음향 연구 및 반도체 수준의 공정 제어에 대한 지속적인 투자를 통해 MEMS 마이크 포트폴리오를 개발해 왔습니다. 부품 공급을 넘어, 최고 또한 해결책을 제시할 수 있습니다.

결론
MEMS 마이크는 매우 놀라운 장치입니다. 쌀알보다 작은 크기에 공기압 변화(소리)를 전기 정보로 변환하여 컴퓨터로 전송하는데, 그 정확도가 매우 뛰어납니다.
음향 물리학과 반도체 제조 기술이 융합되었기 때문에 이러한 기술이 가능해졌습니다. 가변 커패시터 원리는 100년 이상 알려져 왔습니다. 달라진 점은 다이어프램, 백플레이트, 갭 등을 포함한 커패시터를 미세 전류 정밀도를 고려하지 않고도 저렴한 비용으로 제작할 수 있게 되었다는 것입니다.
더 나아가, 마이크로와트 수준의 전력만 소비하고 항상 켜져 있다가 특정 키워드가 수신될 때만 기기를 깨우는 마이크가 등장할 것입니다. 인공지능 기반 음성 처리 마이크로서비스는 매우 흥미로운 기술입니다. 이를 위해서는 ASIC의 저전력 설계와 센서 융합 분야에서 더욱 발전된 기술이 필요합니다. MEMS 마이크는 이러한 변화에 매우 적합하며, 뛰어난 효율성과 높은 집적도 덕분에 차세대 음성 우선 기기의 핵심 기반으로 자리매김할 것입니다.
기성품 부품을 주문하시거나 음향 시스템 설치에 대한 조언을 받고 싶으시다면 언제든지 문의해 주세요. 연락하다 최고, 최고 당사는 초기 사양 정의부터 생산 준비 단계에 이르기까지 프로젝트의 모든 과정을 지원해 드립니다.