KR101652784B1 - 압전형 음향 변환기 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

압전형 음향 변환기 및 이의 제조방법이 개시된다. 개시된 압전형 음향 변환기는 다이어프램의 일부에 압전부를 형성하고, 나머지 영역에 변형막을 형성하여, 압전부의 압전변형력이 압전부를 직접적으로 휘게 하지 않고 변형막에 비트는 힘으로 작용하여 다이어프램의 진동 특성을 향상시킨다.

Description

압전형 음향 변환기 및 이의 제조방법{Piezoelectric acoustic transducer and method for fabricating the same}
본 발명은 압전형 음향 변환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
압전형 음향 변환기는 압전 현상을 이용하여 음향 에너지와 전기적 에너지를 상호 변환시켜주는 장치이다. 압전형 음향 변환기로는 전기적 에너지를 음향 에너지로 바꿔주는 마이크로 스피커와 음향 에너지를 전기적으로 바꿔주는 마이크로 폰이 있다.
예를 들어, 종래의 압전형 음향 변환기는 다이어프램에 1차 전극, 압전막, 2차 전극을 적층한 진동판을 가지며, 제1 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 압전막을 팽창 또는 수축시켜 진동판을 진동시킨다. 이러한 압전형 음향 변환기는 별도의 자석이나 구동코일 없이 진동판을 진동시킬 수 있으므로, 일렉트로 다이나믹형 스피커(electro-dynamic speaker)과 같은 음성 코일 방식에 비해 그 구조가 간단하다.
휴대폰이나 피디에이(PDA: Personal Digital Assistant)와 같은 소형화된 전자기기의 발달에 따라, 이에 사용되는 음향 변환기를 소형화하는 기술들이 개발되고 있다. 이러한 점에서 그 구조가 간단한 압전형 음향 변환기는 소형화하기에 유리하다. 특히 미세가공기술(Micro-Electro-Mechanical Systems; MEMS)을 이용하여, 실리콘 웨이퍼 상에서 압전형 음향 변환기를 소형화하는 기술은 반도체 일괄 공정에 의해 제조가 가능하다는 점에서 제조비용을 절감할 수 있으며, 단일 칩 내에 다수의 회로소자들을 포함시킬 수가 있어 음향기기 자체를 소형화시킬 수 있다.
현재 제안되고 있는 압전형 음향 변환기는 제조공정이 비교적 간단하고 소형화시키기에 유리하기는 하나, 음성 코일 방식의 음향 변환기에 비하여 음향 출력이나 감도가 낮다는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 실시예들은 크기도 작으면서 음향 출력도 높은 압전형 음향 변환기 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기는 관통영역이 형성된 기판; 상기 관통영역의 중앙쪽 일부 영역에 위치하며, 압전막과 상기 압전막의 양면에 마련된 제1 및 제2 전극을 구비한 압전부; 및 상기 압전부의 외곽과 상기 기판을 연결하며 탄성 변형되는 것으로, 상기 압전부의 평면 방향의 변형이 자신에게 전달되거나 자신의 변형이 상기 압전부에 전달되어 상기 압전부와 함께 진동하는 변형막;을 포함한다. 여기서, 제1 전극은 상기 압전막의 하부면에 상기 압전막의 영역보다 작은 영역에 걸쳐 형성되며, 제2 전극은 상기 압전막의 상부면에 상기 압전막의 영역보다 작은 영역에 걸쳐 형성되고, 상기 변형막은 상기 제2 전극의 외측 경계 영역에서 상기 관통영역 외곽의 기판 상부면에 걸쳐 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 음향 변환기는 관통영역이 형성된 기판; 상기 관통영역의 중앙쪽 일부 영역에 위치하며 탄성 변형되는 변형막; 및 상기 변형막의 외곽과 상기 기판을 연결하며, 자신의 평면 방향의 변형이 상기 변형막에 전달되거나 상기 변형막의 변형이 자신에게 전달되어, 상기 변형막과 함께 진동하는 것으로, 압전막과 상기 압전막의 양면에 마련된 제1 및 제2 전극을 구비한 압전부;를 포함한다. 여기서, 제1 전극은 상기 관통영역 외곽의 기판 상부면에서 상기 압전막의 하부면에 형성되며, 제2 전극은 상기 압전막의 상부면에 상기 압전막의 영역보다 작은 영역에 걸쳐 형성되고, 상기 압전부는 상기 변형막의 외측 경계 영역에서 상기 관통영역 외곽의 기판 상부면에 걸쳐 형성될 수 있다.
상기 압전부의 중심평면이 상기 변형막의 기하학적 중심평면과 다른 면상에 놓일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 압전형 음향 변환기는 압전막과 제1 전극의 사이 및 압전막과 제2 전극의 사이 중 적어도 어느 한 쪽에 개재되는 압전부 절연막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 압전형 음향 변환기는, 제1 및 제2 전극에 각각 구동 전압을 인가하기 위한 것으로 기판 상부면에 마련되는 제1 및 제2 전극단자; 및 상기 제1 및 제2 전극과 제1 및 제2 전극단자를 각각 연결하기 위한 제1 및 제2 리드선;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 압전형 음향 변환기는 상기 관통영역 외곽의 기판 상부면과 상기 제1 및 제2 전극단자 사이에 개재된 외곽 절연막을 더 포함할 수 있다.
상기 변형막은 파릴렌막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.
상기 압전막은 ZnO, AlN, PZT, PbTiO3, 또는 PLT로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 Cr, Au, Cu, Al, Mo, Ti, Pt으로 이루어진 군에서 적어도 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 압전형 음향 변환기는 마이크로 스피커 또는 마이크로 폰일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 제조방법은, 기판 위에 제1 전극, 제1 리드선 및 제1 전극단자를 포함하는 제1 전극부를 형성하는 단계; 상기 제1 전극 위에 압전막을 형성하는 단계; 상기 압전막 위에 제2 전극 형성하고, 상기 기판 위에 제2 리드선 및 제2 전극단자를 포함하는 제2 전극부를 형성하는 단계; 상기 기판의 압전막이 형성되지 않은 영역에 변형막을 형성하는 단계; 및 상기 압전막과 상기 변형막이 놓인 상기 기판의 하부를 식각하여, 다이어프램을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 압전막은 상기 기판의 일 영역에 형성하며, 상기 변형막은 상기 기판의 상기 압전막이 형성된 영역의 외곽 영역에 형성할 수 있다.
상기 변형막은 상기 기판의 일 영역에 형성하며, 상기 압전막은 상기 기판의 상기 변형막이 형성된 영역의 외곽 영역에 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 제조방법은 상기 제1 전극부를 형성하기 전에 상기 기판 위에 절연막을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 압전부의 중심편면이 상기 변형막의 기하학적 중심평면과 다른 면상에 놓이도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면,　낮은 잔류 응력을 갖는 파릴렌 또는 저응력 비화학양론적 실리콘 질화막을 다이어프램의 외곽부에만 사용함으로써 구조 강성이 작아 저전압 구동에서도 큰 변형량을 기대할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 크기도 작으면서 음향 출력이 높은 압전형 음향 변환기를 제공할 수 있다. 또한, 저전압 구동형 압전형 음향 변환기의 구현이 가능해지며, 저주파 음성 대역에서 충분한 음압을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 개략적인 상면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 A-B선, C-D선, C-O-A선을 따라 본 압전형 음향 변환기의 측단면도이다.
도 3a 내지 도 4b는 도 1의 압전형 음향 변환기의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 압전형 음향 변환기의 변형례를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 개략적인 측면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 개략적인 상면도이며, 도 2a 내지 도 2c는 도 1의 A-B선, C-D선, C-O-A선을 따라 본 압전형 음향 변환기의 측단면도이다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 실시예의 압전형 음향 변환기(100)는, 관통영역(110a)이 형성된 기판(110)과, 상기 관통영역(110a)의 중앙쪽 일부 영역에 위치하는 압전부와, 상기 압전부의 외곽과 상기 기판(110)을 연결하는 변형막(130)을 포함한다.
기판(110)은 통상 사용되는 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 실리콘, 유리 등으로 형성될 수 있다. 기판(110)은 관통영역(110a)을 구비한다. 상기 관통영역(110a)은 후술하는 바와 같이 압전부와 변형막(130)을 릴리즈(release)시켜 다이어프램 영역(D)을 정의한다. 관통영역(110a)은 예를 들어 원형으로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 참조번호 100-1은 이러한 다이어프램 영역(D)의 경계를 나타낸다.
압전부는 관통영역(110a)의 중앙쪽 일부 영역에 위치한다. 도 1에 도시된 참조번호 100-3은 이러한 압전부의 외곽 경계를 나타낸다.
압전부는 압전막(150)과, 압전막(150)의 양면에 마련된 제1 및 제2 전극(171, 181)을 포함하는 압전 커패시턴스 구조를 가진다.
상기 제1 전극(171)은 제1 리드선(172) 및 제1 전극단자(173)와 함께 제1 전극부(170)를 이룬다. 상기 제1 전극단자(173)는 압전부의 외곽에 배치되며, 제1 리드선(172)는 제1 전극(171)과 제1 전극단자(173)를 전기적으로 연결한다. 상기 제1 전극(170)은 Cr, Au, Cu, Al, Mo, Ti, Pt으로 이루어진 군에서 적어도 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(170)은 Cr/Au, Au/Cu, Al, Mo, Ti/Pt와 같은 단층 내지 다층의 금속막으로 형성될 수 있다.
상기 압전막(150)은 상기 제1 전극(171)을 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 압전막(150)은 상기 제1 전극(171)의 영역보다 약간 넓게 상기 제1 전극(171) 위에 형성하여, 제1 전극(171)과 제2 전극(181)이 절연될 수 있도록 할 수 있다. 상기 압전막(150)은 통상의 압전형 음향 변환기에 사용되는 ZnO, AlN, PZT, PbTiO3, 또는 PLT와 같은 압전 물질로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(181)은 제2 리드선(182) 및 제2 전극단자(183)와 함께 제2 전극부(180)를 이룬다. 상기 제2 전극단자(183)는 압전부의 외곽에 배치되며, 제2 리드선(182)는 제2 전극(181)과 제2 전극단자(183)를 전기적으로 연결한다. 상기 제2 전극부(180)는 예를 들어, Cr/Au, Au/Cu, Al, Mo, Ti/Pt와 같은 단층 내지 다층의 금속막으로 형성될 수 있다. 제2 전극(181)은 압전막(150)의 영역보다 약간 작게 형성할 수 있다. 제1 및 제2 전극(171, 181)은 압전막(150)을 사이에 두고 대칭되게 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 압전부의 외곽 경계(100-3)는 압전막(150)의 외곽경계가 되며, 참조번호 100-4는 제1 및 제2 전극(171, 181)의 외곽 경계가 된다.
변형막(130)은 압전부의 외곽과 기판(110)을 연결하며 탄성 변형되는 막이다. 변형막(130)은, 예를 들어 파릴렌(parylene)이나 저응력 비화학양론적(non-stoichiometric) 실리콘 질화막(SixNy)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 변형막(130)의 재료로 탄성 계수가 작고 잔류 응력이 작은 물질을 사용함으로써 저주파 음성 대역에서의 특성을 향상시킬 수 있다.
변형막(130)은 기판 접합부(131), 변형부(132), 및 압전부 접합부(133)를 포함한다. 상기 기판 접합부(131)는 기판(110)의 상면에 마련된다. 도 1에서 다이어프램의 경계(100-1)는 기판 접합부(131)의 내측 경계가 된다. 기판 접합부(131)의 제1 및 제2 전극단자(173, 183)가 위치한 영역은 외부와의 전기적 접촉을 위해 오픈된다. 상기 변형부(132), 및 압전부 접합부(133)는 기판(110)의 관통영역(110a)에 마련된다. 압전부 접합부(133)는 압전막(150) 및 제2 전극(181)의 외곽에 맞닿으며, 릴리즈된 압전부를 지지한다. 도 1에 도시된 참조번호 100-5는 압전부 접합부(133)의 내측 경계가 된다. 전술한 바와 같이 제2 전극(181)을 압전막(150)의 영역보다 약간 작게 형성하여, 압전막(150) 및 제2 전극(181)의 외곽이 단차지게 함으로써, 압전부 접합부(133)와 압전막(150)/제2 전극(181)의 결합력을 높일 수 있다. 변형부(132)는 기판 접합부(131)와 압전부 접합부(133)를 연결하며, 자유롭게 탄성 변형될 수 있다. 압전부 접합부(133)의 내측 경계(100-5) 안쪽에 변형부(132)가 연장되지 않도록 되어 있으므로, 제2 전극(181)은 외부로 노출될 수 있다.
변형막(130)은 압전막(150)과 소정의 높이차(H)를 갖도록 형성된다. 이때, 높이차(H)는 변형막(130)의 기하학적 중심평면(P1)과 압전막(150)의 중심평면(P2)과의 거리에 해당된다. 즉, 상기 압전막(150)의 평면 방향 변형력의 중심선(도 3a의 F1 또는 도 4a의 F2 참조)이 상기 변형막의 기하학적 중심평면(P1)과 다른 면상에 놓이도록 한다. 변형막(130)에 있어서 동적 측면에서 볼 때 기판 접합부(131)와 압전부 접합부(133)는 무시될 수 있으므로, 변형부(132)의 기하학적 중심평면을 변형막(130)의 기하학적 중심평면(P1)으로 정의할 수 있다. 한편, 압전막(150)에는 제1 및 제2 전극단자(173, 183) 이외에 다른 막이 적층되어 있지 않다. 제1 및 제2 전극(171, 181)이 압전막(150)을 사이에 두고 대칭되게 형성된다면, 압전막(150)은 팽창 내지 수축할 뿐이고 자체적으로 휨이 발생되지는 않는다. 또한, 압전막(150)의 두께 방향의 크기에 비해 넓이 방향의 크기가 매우 크므로, 압전막(150)의 압전 변형은 평면 방향의 팽창/수축이 주되게 된다. 즉, 제1 및 제2 전극(171, 181)에 전압이 인가되면, 압전막(150)에는 패창/수축하는 평면 방향 변형력이 발생된다. 이와 같은 압전막(150)의 평면 방향 변형력의 중심선이 놓이는 평면을 압전막(150)의 중심평면(P2)으로 정의한다. 상기와 같이 변형막(130)은 압전막(150)과 소정의 높이차(H)를 갖도록 형성하기 위하여, 예를 들어 제1 전극(171)을 변형막(130)의 두께에 대해 무시할 수 없을 정도의 두께로 형성할 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 전극단자(173, 183)와 기판(110) 사이에는 기판 절연막(120)이 개재될 수 있다. 가령, 기판(100)이 실리콘과 같은 전도성이 있는 물질로 형성된 경우, 기판 절연막(120)은 기판(110)과 제1 및 제2 전극단자(173, 183) 사이를 전기적으로 절연시킨다. 도 1에 도시된 참조번호 100-2는 기판 절연막(120)의 내측 경계를 나타낸다. 만일 기판(110)이 절연성이 있다면, 기판 절연막(120)은 생략될 수 있다.
다음으로, 도 3a 내지 도 4b를 참조하여, 본 실시예의 압전형 음향 변환기의 동작을 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는, 압전막(150)에 소정의 전압이 인가되어 압전막(150)이 팽창한다고 할 때, 압전막(150)의 평면 방향의 팽창에 따른 다이어프램의 움직임을 보여준다.
전술한 바와 같이 변형막(130)의 기하학적 중심평면(P1)과 압전막(150)의 중심평면(P2)은 일치하지 않으므로, 압전막(150)에서 발생되는 팽창 변형력(F1)은 변형막(130)의 반력(reaction force)(F2)이 동일 선상에 놓이지 않게 된다. 이와 같이 팽창 변형력(F1)은 변형막(130)의 반력(F2)이 동일 선상에 놓이지 않으므로, 팽창 변형력(F1)은 중심점(C)를 중심으로 변형부(132)를 반시계 방향(R1)으로 비트는 토크로 작용하게 된다. 결과적으로, 압전부는 도 3b에 도시되듯이 하방을 움직이게 된다.
도 4a 및 도 4b는, 압전막(150)에 소정의 전압이 인가되어 압전막(150)이 수축한다고 할 때, 압전막(150)의 평면 방향의 수축에 따른 다이어프램의 움직임을 보여준다.
전술한 바와 같이 변형막(130)의 기하학적 중심평면(P1)과 압전막(150)의 중심평면(P2)은 일치하지 않으므로, 압전막(150)에서 발생되는 수축 변형력(F3)은 변형막(130)의 반력(F4)이 동일 면상에 놓이지 않게 된다. 이에 따라, 수축 변형력(F3)은 중심점(C)를 중심으로 변형부(132)를 시계 방향(R2)으로 비트는 토크로 작용하게 되며, 압전부는 도 4b에 도시되듯이 상방을 움직이게 된다.
상기와 같이, 압전막(150)의 팽창/수축에 따라 변형부(132)가 휘게 됨으로써 압전부를 포함한 다이어프램은 상하로 진동하게 된다. 이와 같은 진동 메커니즘은, 변형막(130)을 다이어프램의 외곽에만 사용함으로써 구조 강성을 작게 하며, 따라서 저전압 구동에서도 큰 상하 진동을 기대할 수 있다. 즉, 본 실시예의 압전형 음향 변환기에서, 압전부의 압전변형력은 압전부를 직접적으로 휘게 하지 않고 변형막에 비트는 힘으로 작용하여 다이어프램의 진동 특성을 향상시킨다.
전술한 실시예에서는 변형막(130)의 기하학적 중심평면(P1)과 압전막(150)의 중심평면(P2)은 일치하지 않은 경우를 예로 들었으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 변형막(130)의 기하학적 중심평면(P1)과 압전막(150)의 중심평면(P2)은 일치하더라도, 압전막(150)의 잔류응력과 변형막(130)의 잔류응력이 동일 면상에 놓이지 않게 되면, 휨축(bending axis)가 일치하지 않아 편심된 압축력 또는 인장력이 작용하게 되어 변형막(150), 특히 변형부(132)의 휨이 발생될 수 있다.
전술한 실시예의 압전형 음향 변환기의 동작은 제1 및 제2 전극(171,181)에 전압을 인가하는 경우, 즉 마이크로 스피커인 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 압전막(150)에서의 전기적 에너지와 압전 변형 에너지의 변환은 서로 뒤바뀔 수 있으므로, 본 실시예의 압전형 음향 변환기는 외부의 진동을 전기적 에너지로 바꾸는 마이크로 폰에도 적용할 수 있음은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.
도 5는 도 1의 압전형 음향 변환기의 변형례를 도시한다. 본 변형례의 압전형 음향 변환기는, 압전막(150)과 제2 전극(181) 사이에 압전부 절연막(190)을 더 포함한다. 이와 같이 압전부 절연막(190)을 더 구비함으로써, 파워가 큰 압전형 음향 변환기에 있어서 발생될 수 있는 압전막(150)에서의 절연파괴를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 음향 변환기를 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 압전형 음향 변환기(200)는, 관통영역(210a)이 형성된 기판(210)과, 상기 관통영역(210a)의 중앙쪽 일부 영역에 위치하는 변형막(230)과, 상기 변형막(230)의 외곽과 상기 기판(210)을 연결하는 압전부를 포함한다.
기판(210)의 관통영역(210a)은 다이어프램을 정의하는 영역으로, 예를 들어 원형으로 형성될 수 있다.
변형막(230)은 관통영역(210a)의 중앙쪽 일부 영역에 위치한다. 변형막(230)은 변형부(231)와 압전부 접합부(233)을 포함한다. 변형부(231)는 압전부의 팽창/수축에 따라 휨이 발생되는 영역이다. 압전부 접합부(233)는 변형부(231)와 압전부를 결합시킨다.
압전부는 변형막(230)의 외곽으로 관통영역(210a) 내측 둘레를 따라 형성된다. 압전부는 압전막(250)과 압전막(250)의 양면에 마련된 제1 및 제2 전극(271, 281)을 포함하는 압전 커패시턴스 구조를 가진다. 변형막(230)의 기하학적 중심평면(P1′)과 압전막(250)의 중심평면(P2′)은 높이차 H′을 가진다. 제1 전극(271)은 제1 리드선(미도시) 및 제1 전극단자(273)와 함께 제1 전극부(270)를 이루며, 제2 전극(281)은 제2 리드선(282) 및 제2 전극단자(283)와 함께 제2 전극부(280)를 이룬다. 기판(210)과 제1 및 제2 전극단자(273,283) 사이에는 기판 절연막(220)이 마련될 수 있다.
본 실시예의 압전형 음향 변환기(200)의 진동 메커니즘은 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 즉, 압전막(250)에는 전술한 실시예에서와 마찬가지로 전압이 인가됨에 따라 평면방향으로 팽창/수축하는 변형력이 발생될 수 있다. 변형막(230)의 기하학적 중심평면(P1′)과 압전막(250)의 중심평면(P2′) 사이의 높이차 H′에 의해 압전막(250)에서 발생되는 팽창/수축하는 변형력은 변형부(231)을 비트는 토크로 작용하게 되며, 이에 따라 다이어프램을 이루는 변형막(230) 및 압전부는 상하로 진동하게 된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 제조 방법을 설명하기로 한다. 도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 음향 변환기의 제조 공정을 간략하게 보여주는 순서도이다.
도 7a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비한다. 기판(110)의 <100>면의 소정의 영역에 기판 절연막(120)을 형성한다. 기판(110)으로 실리콘 기판을 사용하는 경우, 기판(110)의 일면 전체에 실리콘 산화막(silicon oxide; SiO2)을 형성한 뒤 이를 패터닝하여 소정 영역에 절연막(120)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7b를 참조하면, 스퍼터링(sputtering)이나 진공증착(evaporation)등의 증착공정을 이용하여 Cr/Au, Au/Cu, Al, Mo, Ti/Pt와 같은 단층 내지 다층으로 금속박막을 형성하고 제1 전극(171), 제1 리드선(172), 및 제1 전극단자(173)로 패터닝하여 제1 전극부(170)를 형성한다. 다음으로, 압전막(150)을 제1 전극(171) 위에 적층한다. 압전막(150)은 제1 전극(171)보다 넓게 형성하여 제1 전극(171)을 덮도록 한다. 압전막(150)은 ZnO, AlN, PZT, PbTiO3, 또는 PLT 등으로 스퍼터링 또는 스핀-코팅(spin-coating) 등의 방법으로 증착한 후 부분 식각하여 형성할 수 있다. 다음으로, Cr/Au, Au/Cu, Al, Mo, Ti/Pt와 같은 단층 내지 다층으로 금속박막으로 제2 전극(181), 제2 리드선(도 2b의 182 참조) 및 제2 전극단자(도 2b의 183 참조)를 포함하는 제2 전극부(180)를 형성한다. 제2 전극부(180)는 증착 및 식각 공정이나 리프트-오프(lift-off) 방법 등을 통해 형성할 수 있다. 제2 전극(181)은 압전막(150)보다 작게 형성한다.
다음으로, 도 7c를 참조하면, 압전막(150) 및 제1 및 제2 전극부(170, 180) 위에 파릴렌이나 실리콘 질화물 등을 적층하고 일부 영역(130a,130b)을 선택적으로 식각하여 변형막(130)을 형성한다. 예를 들어, 파릴렌 박막의 선택적인 식각은 포토 레지스트를 식각 마스크로 사용한 O2 플라즈마 식각법을 이용할 수 있다. 변형막(130)은 압전막(150)과 소정의 높이차(H)를 갖도록 형성하기 위하여, 예를 들어 제1 전극(171)을 변형막(130)의 두께에 대해 무시할 수 없을 정도의 두께로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7d를 참조하면, 기판(110)의 후면의 다이어프램 영역을 변형막의 일부 및 압전부의 저면이 노출될 때까지 식각하여 기판(110)에 관통영역(110a)을 형성한다. 기판(110)의 후면의 식각은 예를 들어, 실리콘 기판에 대해 실리콘 딥 식각법(Si Deep ICP RIE)을 이용할 수 있다. 이와 같이 변형막의 및 압전부를 릴리즈시킴으로써 다이어프램을 완성한다.
이러한 본 발명인 압전형 음향 변환기 및 이의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 101, 200...압전형 음향 변환기
110, 210...기판 120, 185, 220...절연막
130, 230...변형막 150, 250...압전막
170, 270...제1전극부 180, 280...제2전극부

Claims (15)

  1. 변형막; 및
    상기 변형막에 연결되는 압전부; 및
    상기 변형막 및 상기 압전부 중 적어도 어느 한 쪽의 외곽에 연결되어, 상기 변형막 및 상기 압전부를 자유로게 진동할 수 있도록 지지하는 기판;을 포함하며,
    상기 변형막과 상기 압전부는 측면으로 연결되며, 상호 연결되는 연결부를 제외한 나머지 부분이 서로 겹치지 않는 압전형 음향 변환기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 압전부는 압전막과 상기 압전막의 양면에 마련된 제1 및 제2 전극을 구비한 압전형 음향 변환기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 외부로 노출되는 압전형 음향 변환기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 압전막과 제1 전극의 사이 및 상기 압전막과 제2 전극의 사이 중 적어도 어느 한 쪽에 개재되는 압전부 절연막을 더 포함하는 압전형 음향 변환기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 변형막은 상기 압전부의 외곽 둘레에 연결되며,
    상기 기판은 상기 변형막의 외곽 둘레에 연결되는 압전형 음향 변환기.
  6. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전부는 상기 변형막의 외곽 둘레에 연결되며,
    상기 기판은 상기 압전부의 외곽 둘레에 연결되는 압전형 음향 변환기.
  7. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형막은 파릴렌막 또는 실리콘 질화막인 압전형 음향 변환기.
  8. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전막은 ZnO, AlN, PZT, PbTiO3, 또는 PLT로 형성된 압전형 음향 변환기.
  9. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 Cr, Au, Cu, Al, Mo, Ti, Pt으로 이루어진 군에서 적어도 어느 하나의 금속으로 형성된 압전형 음향 변환기.
  10. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로 스피커 또는 마이크로 폰인 압전형 음향 변환기.
  11. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전부의 중심평면이 상기 변형막의 기하학적 중심평면과 다른 면상에 놓이는 압전형 음향 변환기.
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