JP5478406B2

JP5478406B2 - リング状の振動膜を有する圧電型マイクロスピーカ及びその製造方法

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Publication number: JP5478406B2
Application number: JP2010168576A
Authority: JP
Inventors: 秉吉鄭; 東均金; 錫煥鄭; 俊式黄
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: KR101561660B1; US20110064250A1; US8509462B2; JP2011066876A; KR20110029812A

Description

本発明は、圧電型マイクロスピーカに係り、さらに詳細には、リング状の振動膜を有する圧電型マイクロスピーカ及びその製造方法に関する。

個人音声通信及びデータ通信のための端末機の急速な発展によって、送受信しうるデータの量が持続的に増加しているのにもかかわらず、端末機は、小型化及び多機能化が基本的に要求されている。

このような端末機の趨勢に呼応し、最近になって、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）技術を利用した音響機器（ａｃｏｕｓｔｉｃｄｅｖｉｃｅ）関連の研究が進められてきた。特に、ＭＥＭＳ技術及び半導体技術を利用したマイクロスピーカの製作は、一括工程によって、小型化、低価格化などを可能にし、周辺回路との集積が容易であるという長所を有している。

ＭＥＭＳ技術を利用したマイクロスピーカは、静電型（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｔｙｐｅ）と、電磁気型（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｙｐｅ）と、圧電型（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｙｐｅ）とが主流をなしている。特に、圧電型マイクロスピーカは、静電型に比べて、低い電圧で駆動が可能であり、電磁気型に比べて、構造が単純であってスリム化に有利であるという長所を有している。圧電型マイクロスピーカの発明としては、下記特許文献１に示すようなものがある。

特開２００９−１５３０３２号公報

本発明は、リング状の振動膜を有した圧電型マイクロスピーカと、その製造方法とを提供するものである。

本発明の一側面によるマイクロスピーカは、キャビティを有した基板と、キャビティを覆うように、基板上に配され、キャビティの中心部に位置する第１領域に形成され、同心状に配された多数のリング状の第１振動膜を含むダイアフラムと、多数の第１振動膜の上面と間とに配された圧電駆動部とを含む。

圧電駆動部は、多数の第１振動膜の上面と第１振動膜の間とに配された第１電極層と、第１電極層上に配された圧電層と、圧電層上に配された第２電極層とを含むことができ、多数の第１振動膜間の間隔は、圧電駆動部の厚さの２倍以上でありうる。この場合、圧電駆動部は、凹凸形状の断面を有し、第１電極層と第２電極層は、多数の第１振動膜間で、垂直方向に対面する部分と、水平方向に対面する部分とを有することができる。

ダイアフラム上には、第１電極層に連結される第１リード線と第２電極層に連結される第２リード線とが配され、第１リード線及び第２リード線それぞれの端部には、電極パッドが配されうる。このとき、第１リード線及び第２リード線は、圧電駆動部の中心を基準に、互いに反対側に配されうる。

ダイアフラムは、キャビティのエッジ部に位置する第２領域に配され、多数の第１振動膜とは異なる物質からなる第２振動膜をさらに含むことができる。

第２振動膜は、多数の第１振動膜に比べて弾性係数が低い物質、例えば、ポリマー薄膜からなりうる。

第２振動膜は、第２領域と、第２領域内側の圧電駆動部の上面と、第２領域外側のダイアフラムの上面とに配されうる。

そして、本発明の他の側面によるマイクロスピーカの製造方法は、基板の一側表面上にダイアフラムを形成する段階と、ダイアフラムをパターニングし、同心状に配された多数のリング状の第１振動膜を形成する段階と、多数の第１振動膜の上面と第１振動膜の間とに圧電駆動部を形成する段階と、基板の他側表面を多数の第１振動膜が露出されるまでエッチングし、基板を厚み方向に貫通するキャビティを形成するが、多数の第１振動膜をキャビティの中心部に位置する第１領域に配させる段階とを含む。

圧電駆動部は、多数の第１振動膜の上面と第１振動膜の間とに、第１電極層、圧電層及び第２電極層を順次積層することによって形成されうる。

多数の第１振動膜間の間隔は、圧電駆動部の厚さの２倍以上でありうる。この場合、圧電駆動部は、凹凸形状の断面を有し、第１電極層と第２電極層は、多数の第１振動膜間で、垂直方向に対面する部分と、水平方向に対面する部分とを有する。

圧電駆動部の形成段階で、ダイアフラム上に第１電極層に連結される第１リード線と、第２電極層に連結される第２リード線とを形成し、第１リード線及び第２リード線それぞれの端部に電極パッドを形成できる。このとき、第１リード線及び第２リード線は、圧電駆動部の中心を基準に、互いに反対側に配されうる。

多数の第１振動膜を形成する段階で、ダイアフラムをエッチングし、キャビティのエッジ部に位置する第２領域に、多数の第１振動膜を取り囲むトレンチを形成し、圧電駆動部を形成する段階後に、トレンチ内に、多数の第１振動膜とは異なる物質からなる第２振動膜を形成できる。

第２振動膜を形成する段階で、第２振動膜は、第２領域と、第２領域内側の圧電駆動部の上面と、第２領域外側のダイアフラムの上面とに形成されうる。

本発明によれば、多数のリング状の第１振動膜の変位が大きくなるので、第１振動膜の振動によって発生する音響出力が高まる。そして、第１振動膜がリング状に形成されるので、従来の平板状の振動膜に比べて、変形に対して抵抗する剛性が弱くなり、これによる第１振動膜の変位増大も音響出力の向上に寄与する。

本発明の一実施形態による圧電型マイクロスピーカで、第１振動膜と圧電駆動部とを分離して示した斜視図である。図１に示されたＳ１−Ｓ１´線に沿って切り取った圧電型マイクロスピーカの断面図である。図２に示されたＢ部分を拡大して示した第１振動膜と圧電駆動部との詳細断面図である。図３に示された第１振動膜と圧電駆動部との構造で、ポーリング方向と電場の方向とを示した図である。図４Ａに示されたポーリング方向と電場の方向とによって、圧電駆動部の圧電層に誘導される変形モードを示した図である。本発明の他の実施形態による圧電型マイクロスピーカで、第２振動膜を除去した状態を示した平面図である。図５に示されたＳ２−Ｓ２´線に沿って切り取った圧電型マイクロスピーカの断面図である。図５に示されたＳ３−Ｓ３´線に沿って切り取った圧電型マイクロスピーカの断面図である。図５に示された圧電型マイクロスピーカに対して、二次元有限要素解析を介した周波数応答特性をシミュレーションした結果を、従来の構造に対する周波数応答特性と比較して示したグラフである。図１に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図１に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図１に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図１に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図５に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図５に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図５に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図５に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。図５に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の技術的思想による実施形態について詳細に説明する。しかし、以下で例示された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当該技術分野で当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図で同一の参照符号は、同一の構成要素を指し、図に描かれている各構成要素の大きさは、説明の明瞭性と便宜性とのために、誇張されていることがある。

図１は、本発明の一実施形態による圧電型マイクロスピーカで、第１振動膜と圧電駆動部とを分離して示した斜視図である。図２は、図１に示されたＳ１−Ｓ１´線に沿って切り取った圧電型マイクロスピーカの断面図である。図３は、図２に示されたＢ部分を拡大して示した第１振動膜と圧電駆動部との詳細断面図である。

図１と図２とを共に参照すれば、一実施形態による圧電型マイクロスピーカは、キャビティ１１２を有した基板１１０と、キャビティ１１２を覆うように、基板１１０上に形成され、多数のリング状（ａｎｎｕｌａｒｒｉｎｇ−ｓｈａｐｅ）の第１振動膜１２１を有したダイアフラム１２０と、第１振動膜１２１上に形成された圧電駆動部（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｃｔｕａｔｏｒ）１３０とを含む。

具体的には、基板１１０としては、微細加工性が良好なシリコンウェーハが使われうる。キャビティ１１２は、基板１１０の所定領域を厚み方向に貫通するように形成され、さまざまな形状、例えば、円筒状に形成されうる。

ダイアフラム１２０は、基板１１０の一方側の表面に所定の厚さで形成されうる。多数の第１振動膜１２１は、キャビティ１１２の中心部に位置するダイアフラム１２０の第１領域Ａ１に形成され、同心状に配された多数のリング状となりうる。多数の第１振動膜１２１は、シリコン窒化物のような絶縁物質、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４からなりうる。

圧電駆動部１３０は、多数の第１振動膜１２１を振動させる役割を担うものであり、多数の第１振動膜１２１の上面と第１振動膜１２１の間とに順次積層された第１電極層１３２、圧電層１３４及び第２電極層１３６を含むことができる。第１電極層１３２と第２電極層１３６は、導電性金属物質からなり、圧電層１３４は、圧電物質、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯまたはＰＺＴ（ｌｅａｄｚｉｒｃｏｎａｔｅｔｉｔａｎａｔｅ）からなりうる。

ダイアフラム１２０上には、圧電駆動部１３０の第１電極層１３２に連結される第１リード線１３２ａと、第２電極層１３６に連結される第２リード線１３６ａとが形成されうる。第１リード線１３２ａと第２リード線１３６ａは、圧電駆動部１３０の中心を基準に、互いに反対側に配されうる。そして、第１リード線１３２ａの端部には、第１電極パッド１３２ｂが設けられ、第２リード線１３６ａの端部には、第２電極パッド１３６ｂが設けられうる。

図３を参照すれば、多数の第１振動膜１２１は、互いに所定間隔Ｄほど離隔されて配され、多数の第１振動膜１２１間の間隔Ｄは、圧電駆動部１３０の厚さＴの２倍以上でありうる。圧電駆動部１３０は、前記の通り、多数の第１振動膜１２１の上面と第１振動膜１２１の間とに形成されるので、凹凸形状の断面を有する。従って、多数の第１振動膜１２１間で、圧電駆動部１３０の第１電極層１３２と第２電極層１３６は、垂直方向に対面する部分と、水平方向に対面する部分とを有することができる。

図４Ａは、図３に示された第１振動膜と圧電駆動部との構造で、ポーリング方向と電場の方向とを示した図である。図４Ｂは、図４Ａに示されたポーリング方向と電場の方向とによって、圧電駆動部の圧電層に誘導される変形モードを示した図である。

図４Ａを参照すれば、第１リード線１３２ａと第２リード線１３６ａとを介して、第１電極層１３２と第２電極層１３６との間に所定の電圧を印加すれば、圧電層１３４の内部に電場が形成される。このとき、圧電層１３４のポーリング方向は、いずれの位置でも垂直方向であるが、電場の方向は、位置によって変わる。具体的には、前記の通り、圧電駆動部１３０の第１電極層１３２と第２電極層１３６とが垂直方向に対向する位置では、垂直方向の電場が形成されるが、多数の第１振動膜１２１間で、第１電極層１３２と第２電極層１３６とが水平方向に対向する位置では、水平方向の電場が形成されうる。

図４Ｂに示されている通り、ポーリング方向と電場の方向とがいずれも垂直に平行した位置では、圧電層１３４に水平方向のｄ３１モードの変形が誘導されるが、ポーリング方向と電場の方向とが直交する位置では、圧電層１３４に垂直方向のｄ１５モードの変形が誘導されうる。

一方、平板状の振動膜を有した従来のマイクロスピーカの構造では、圧電層に水平方向のｄ３１モード変形だけ誘導される。しかし、前記の通り、多数のリング状の第１振動膜１２１を有したマイクロスピーカでは、圧電層１３４に水平方向のｄ３１モード変形と共に、垂直方向のｄ１５モード変形もさらに誘導されるので、圧電層１３４の変形量が大きくなる。これによって、圧電層１３４の変形によって振動する多数の第１振動膜１２１の変位も大きくなるので、多数の第１振動膜１２１の振動によって発生する音響出力も高まりうる。

そして、第１振動膜１２１が互いに離隔された多数のリング状に形成されるので、従来の平板状の振動膜に比べて、変形に対して抵抗する剛性が弱くなり、これによる第１振動膜１２１の変位増大も音響出力の向上に寄与しうる。

図５は、本発明の他の実施形態による圧電型マイクロスピーカで、第２振動膜を除去した状態を示した平面図である。図６Ａは、図５に示されたＳ２−Ｓ２´線に沿って切り取った圧電型マイクロスピーカの断面図である。図６Ｂは、図５に示されたＳ３−Ｓ３´線に沿って切り取った圧電型マイクロスピーカの断面図である。

図５ないし図６Ｂを共に参照すれば、他の実施形態による圧電型マイクロスピーカにおいて、キャビティ２１２を覆うように、基板２１０上に形成されたダイアフラム２２０は、多数のリング状の第１振動膜２２１と共に、多数の第１振動膜２２１とは異なる物質からなる第２振動膜２２２を含む。そして、多数の第１振動膜２２１上には、圧電駆動部２３０が形成される。

具体的には、ダイアフラム２２０は、基板２１０の一方側の表面に、所定の厚さに形成されうる。多数の第１振動膜２２１は、キャビティ２１２の中心部に位置するダイアフラム２２０の第１領域Ａ１に形成され、同心状に配された多数のリング状となりうる。そして、第２振動膜２２２は、キャビティ２１２のエッジ部に位置するダイアフラム２２０の第２領域Ａ２に形成される。すなわち、第２振動膜２２２は、第１振動膜２２１の外側で、第１振動膜２２１を取り囲む形状に形成される。そして、第２振動膜２２２は、多数の第１振動膜２２１のうち、最外郭に配された第１振動膜２２１の外周に接触する。また、第２振動膜２２２は、基板２１０上に位置したダイアフラム２２０と、第１振動膜２２１との間に配され、それらを互いに連結することによって、第１振動膜２２１と、その上に形成される圧電駆動部２３０とを、基板２１０に対して支持する役割を行う。一方、第２振動膜２２２は、第２領域Ａ２だけではなく、第２領域Ａ２内側の圧電駆動部２３０の上面と、第２領域Ａ２外側のダイアフラム２２０の上面とにまで延長形成されうる。この場合、後述する第１電極パッド２３２ｂと第２電極パッド２３６ｂとを外部に露出させるために、第２振動膜２２２には、開口２２８が形成されうる。

多数の第１振動膜２２１と第２振動膜２２２は、互いに異なる物質からなりうる。第２振動膜２２２は、多数の第１振動膜２２１に比べて容易に変形されうるように、弾性係数が低い柔軟な物質からなりうる。多数の第１振動膜２２１は、ほぼ５０ＧＰａ〜５００ＧＰａほどの弾性係数を有した物質、例えば、前述のようにシリコン窒化物からなり、第２振動膜２２２は、１００ＭＰａ〜５ＧＰａ程度の弾性係数を有した物質、例えば、ポリマー薄膜からなりうる。

圧電駆動部２３０は、多数の第１振動膜２２１の上面と第１振動膜２２１の間とに順次積層された第１電極層２３２、圧電層２３４及び第２電極層２３６を含むことができる。第１電極層２３２と第２電極層２３６は、導電性金属物質からなり、圧電層２３４は、圧電物質、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯまたはＰＺＴからなりうる。

ダイアフラム２２０上には、圧電駆動部２３０の第１電極層２３２に連結される第１リード線２３２ａと、第２電極層２３６に連結される第２リード線２３６ａとが形成できる。第１リード線２３２ａと第２リード線２３６ａは、圧電駆動部２３０の中心を基準に、互いに反対側に配されうる。そして、第１リード線２３２ａの端部には、第１電極パッド２３２ｂが設けられ、第２リード線２３６ａの端部には、第２電極パッド２３６ｂが設けられうる。そして、第２領域Ａ２には、第１リード線２３２ａと第２リード線２３６ａとを支持する支持部２２６が形成されうる。支持部２２６は、第１振動膜２２１と同じ物質からなり、第２領域Ａ２を横切って最外郭の第１振動膜２２１と、基板２１０上に位置したダイアフラム２２０とを連結するように形成されうる。前述のように、第２振動膜２２２が基板２１０上に位置したダイアフラム２２０と、第１振動膜２２１とを連結することになるが、第１リード線２３２ａと第２リード線２３６ａとが形成された部分に限っては、支持部２２６が、基板２１０上に位置したダイアフラム２２０と第１振動膜２２１とを連結する。

前記の通り、図５ないし図６Ｂに示された実施形態でも、第１振動膜２２１が互いに離隔された多数のリング状に形成される。これによって、図３ないし図４Ｂに示されたような構造を有することになるので、図１に示された実施形態と同じ効果を得ることができる。そして、キャビティ２１２のエッジ部に位置するダイアフラム２２０の第２領域Ａ２に、相対的に低い弾性係数を有した柔軟な物質からなる第２振動膜２２２が配されることによって、全体ダイアフラム２００の構造的剛性が低くなり、その変形量もさらに増加しうる。

図７は、図５に示された圧電型マイクロスピーカに対して、二次元有限要素解析を介した周波数応答特性をシミュレーションした結果を、従来の構造に係わる周波数応答特性と比較して示したグラフである。

図７を参照すれば、従来の構造、すなわち平板状の振動膜を有したマイクロスピーカでの一次共振周波数は、ほぼ１．７５ＫＨｚであるが、図５に示された実施形態での一次共振周波数は、ほぼ１．３２ＫＨｚであることが分かる。すなわち、図５に示された実施形態では、従来の構造に比べて、一次共振周波数が４３０Ｈｚ程度低くなることによって、帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）が拡大され、低周波帯域（０．１〜１ＫＨｚ）での平均音圧もほぼ６ｄＢほど上昇する。

以下、前記した構成を有した圧電型マイクロスピーカの製造方法について、段階別に説明する。

図８Ａないし図８Ｄは、図１に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。

まず、図８Ａを参照すれば、基板１１０を準備する。基板１１０としては、微細加工性が良好なシリコンウェーハを使用できる。

次に、図８Ｂに示されている通り、基板１１０の一側表面上に、ダイアフラム１２０を所定の厚さに形成する。具体的には、ダイアフラム１２０は、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程を利用し、シリコン窒化物のような絶縁物質、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４を、基板１１０の一側表面上に、０．５〜３μｍの厚さに蒸着することによって形成されうる。

次に、ダイアフラム１２０をパターニングし、同心状に配された多数のリング状の第１振動膜１２１を形成する。このとき、多数の第１振動膜１２１は、図８Ｄに示された段階で形成されるキャビティ１１２の中心部に位置するダイアフラム１２０の第１領域Ａ１に形成される。そして、多数の第１振動膜１２１間の間隔は、図８Ｃに示された段階で形成される圧電駆動部１３０の厚さの２倍以上にすることができる。

次に、図８Ｃに示されている通り、多数の第１振動膜１２１の上面と第１振動膜１２１の間とに圧電駆動部１３０を形成する。圧電駆動部１３０は、多数の第１振動膜１２１の上面と第１振動膜１２１間とに、第１電極層１３２、圧電層１３４及び第２電極層１３６を順次積層することによって形成されうる。具体的には、第１電極層１３２は、導電性金属物質、例えば、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、ＰｔまたはＴｉなどをスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）やエバポレーション（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を利用し、多数の第１振動膜１２１上に０．１μｍ〜３μｍ程度の厚さに蒸着した後、エッチングによって、所定の形状にパターニングすることによって形成されうる。このとき、第１電極層１３２の形成と同時に、ダイアフラム１２０上に、第１電極層１３２に連結される第１リード線１３２ａと、第１リード線１３２ａの端部に連結される第１電極パッド１３２ｂとを形成できる。そして、圧電層１３４は、圧電物質、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯ、またはＰＺＴなどに対して、スパッタリング法またはスピニング（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）法を使用し、第１電極層１３２上に０．１μｍ〜３μｍ程度の厚さに形成されうる。また、第２電極層１３６は、前記した第１電極層１３２の形成方法と同じ方法で、圧電層１３４上に形成されうる。このとき、第２電極層１３６の形成と同時に、ダイアフラム１２０上に、第２電極層１３６に連結される第２リード線１３６ａと、第２リード線１３６ａの端部に連結される第２電極パッド１３６ｂとを形成できる。そして、第２リード線１３６ａは、圧電駆動部１３０の中心を基準に、第１リード線１３２ａの反対側に配されうる。

前記段階が完了すれば、圧電駆動部１３０は、凹凸形状の断面を有することになり、第１電極層１３２と第２電極層１３６は、多数の第１振動膜１２１間で垂直方向に対面する部分と、水平方向に対面する部分とを有する。

次に、図８Ｄに示されている通り、基板１１０の他方側の表面を、多数の第１振動膜１２１が露出されるまでエッチングし、基板１１０を厚み方向に貫通するキャビティ１１２を形成する。このとき、前述のように、多数の第１振動膜１２１を、キャビティ１１２の中心部に位置する第１領域Ａ１に配させる。

これによって、キャビティ１１２の中心部に位置する第１領域Ａ１に、多数のリング状の第１振動膜１２１が配された構造を有した圧電型マイクロスピーカが完成される。

図９Ａないし図９Ｅは、図５に示されたマイクロスピーカを製造する方法について、段階別に説明するための図である。

まず、図９Ａを参照すれば、基板２１０として、例えば、微細加工性が良好なシリコンウェーハを準備する。

次に、図９Ｂに示されている通り、基板２１０の一方側の表面上に、ダイアフラム２２０を所定の厚さに形成した後に、ダイアフラム２２０をパターニングし、同心状に配された多数のリング状の第１振動膜２２１を形成する。ダイアフラム２２０と、多数の第１振動膜２２１との具体的形成方法は、図８Ｂに示されたダイアフラム１２０と、多数の第１振動膜１２１との形成方法と同一であるので、これに係わる詳細な説明は、重複記載を避けるために省略する。

そして、多数の第１振動膜２２１を形成しつつ、ダイアフラム２２０をエッチングし、キャビティ２１２のエッジ部に位置するダイアフラム２２０の第２領域Ａ２に、多数の第１振動膜２２１を取り囲むトレンチ２２４を形成する。このとき、第２領域Ａ２のうち、後述する図９Ｃの段階で、第１リード線２３２ａと第２リード線２３６ａとが形成される部位には、トレンチ２２４が形成されずに、第１リード線２３２ａと第２リード線２３６ａとを支持する支持部２２６が残存しうる。

次に、図９Ｃに示されている通り、多数の第２振動膜２２１の上面と第２振動膜２２１の間とに、圧電駆動部２３０を形成する。圧電駆動部２３０は、多数の第１振動膜２２１の上面と第１振動膜２２１間とに、第１電極層２３２、圧電層２３４及び第２電極層２３６を順次積層することによって形成されうる。圧電駆動部２３０の具体的形成方法は、図８Ｃに示された圧電駆動部１３０の形成方法と同一であるので、これに係わる詳細な説明は、重複記載を避けるために省略する。

そして、第１電極層２３２の形成と同時に、ダイアフラム２２０上に、第１電極層２３２に連結される第１リード線２３２ａと、第１リード線２３２ａの端部に連結される第１電極パッド２３２ｂとを形成できる。第２電極層２３６の形成と同時に、ダイアフラム２２０上に、第２電極層２３６に連結される第２リード線２３６ａと、第２リード線２３６ａの端部に連結される第２電極パッド２３６ｂとを形成できる。このとき、第１リード線２３２ａと第２リード線２３６ａは、前記の通り、支持部２２６の表面上に形成されうる。

次に、図９Ｄを参照すれば、圧電駆動部２３０を形成した後、トレンチ２２４内に、多数の第１振動膜２２１とは異なる物質からなる第２振動膜２２２を形成する。第２振動膜２２２は、多数の第１振動膜２２１に比べて容易に変形されうるように、弾性係数が低い柔軟な物質からなりうる。具体的には、多数の第１振動膜２２１は、例えば、前述のようにシリコン窒化物からなり、第２振動膜２２２は、例えば０．５〜１０μｍの厚さに蒸着されたポリマー薄膜からなりうる。

このとき、第２振動膜２２２は、第２領域Ａ２だけではなく、第２領域Ａ２内側の圧電駆動部２３０の上面と、第２領域Ａ２外側のダイアフラム２２０の上面とにまで延長形成されうる。この場合、第１電極パッド２３２ｂと第２電極パッド２３６ｂとを外部に露出させるために、第２振動膜２２２には、開口２２８が形成されうる。

次に、図９Ｅに示されている通り、基板２１０の他側表面を、多数の第１振動膜２２１と第２振動膜２２２とが露出されるまでエッチングし、基板２１０を厚み方向に貫通するキャビティ２１２を形成する。このとき、前述のように、多数の第１振動膜２２１がキャビティ２１２の中心部に位置する第１領域Ａ１に配されるようにし、第２振動膜２２２がキャビティ２１２のエッジ部に位置する第２領域Ａ２に配されるようにする。

これによって、キャビティ２１２の中心部に位置する第１領域Ａ１に、多数のリング状の第１振動膜２２１が配され、キャビティ２１２のエッジ部に位置する第２領域Ａ２に、柔軟な物質からなる第２振動膜２２２が配された構造を有した圧電型マイクロスピーカが完成される。

以上、本発明の理解を助けるために、図面に示された実施形態を基準に本発明について説明した。しかし、かような実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、当分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解することが可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まるものである。

１１０，２１０基板、
１１２，２１２キャビティ、
１２０，２２０ダイアフラム、
１２１，２２１第１振動膜、
１３０，２３０圧電駆動部、
１３２，２３２第１電極層、
１３２ａ，２３２ａ第１リード線、
１３２ｂ，２３２ｂ第１電極パッド、
１３４，２３４圧電層、
１３６，２３６第２電極層、
１３６ａ，２３６ａ第２リード線、
１３６ｂ，２３６ｂ第２電極パッド、
２２２第２振動膜、
２２８開口。

Claims

キャビティを有した基板と、
前記キャビティを覆うように、前記基板上に配され、前記キャビティの中心部に位置する第１領域に形成され、同心状に配された多数のリング状の第１振動膜を含むダイアフラムと、
前記多数の第１振動膜の上面と前記第１振動膜の間とに配された圧電駆動部と、
を具備するマイクロスピーカ。
前記圧電駆動部は、前記多数の第１振動膜の上面と前記第１振動膜の間とに配された第１電極層と、前記第１電極層上に配された圧電層と、前記圧電層上に配された第２電極層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロスピーカ。
前記多数の第１振動膜間の間隔は、前記圧電駆動部の厚さの２倍以上であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロスピーカ。
前記圧電駆動部は、凹凸形状の断面を有し、前記第１電極層と第２電極層は、前記多数の第１振動膜間で、垂直方向に対面する部分と、水平方向に対面する部分とを有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロスピーカ。
前記ダイアフラム上には、前記第１電極層に連結される第１リード線と、前記第２電極層に連結される第２リード線とが配され、前記第１リード線及び第２リード線それぞれの端部には、電極パッドが配されたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のマイクロスピーカ。
前記第１リード線及び第２リード線は、前記圧電駆動部の中心を基準に、互いに反対側に配されたことを特徴とする請求項５に記載のマイクロスピーカ。
前記ダイアフラムは、前記キャビティのエッジ部に位置する第２領域に配され、前記多数の第１振動膜とは異なる物質からなる第２振動膜をさらに含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のマイクロスピーカ。
前記第２振動膜は、前記多数の第１振動膜に比べて弾性係数が低い物質からなることを特徴とする請求項７に記載のマイクロスピーカ。
前記第２振動膜は、ポリマー薄膜からなることを特徴とする請求項７または８に記載のマイクロスピーカ。
前記第２振動膜は、前記第２領域と、前記第２領域内側の前記圧電駆動部の上面と、前記第２領域外側の前記ダイアフラムの上面とに配されたことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のマイクロスピーカ。
基板の一方側の表面上にダイアフラムを形成する段階と、
前記ダイアフラムをパターニングし、同心状に配された多数のリング状の第１振動膜を形成する段階と、
前記多数の第１振動膜の上面と前記第１振動膜の間とに圧電駆動部を形成する段階と、
前記基板の他側表面を前記多数の第１振動膜が露出されるまでエッチングし、前記基板を厚み方向に貫通するキャビティを形成し、前記多数の第１振動膜を、前記キャビティの中心部に位置する第１領域に配する段階と、
を具備するマイクロスピーカの製造方法。
前記圧電駆動部は、前記多数の第１振動膜の上面と前記第１振動膜の間とに、第１電極層、圧電層及び第２電極層を順次積層することによって形成されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記多数の第１振動膜間の間隔は、前記圧電駆動部の厚さの２倍以上であることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記圧電駆動部は、凹凸形状の断面を有し、前記第１電極層と第２電極層は、前記多数の第１振動膜間で、垂直方向に対面する部分と、水平方向に対面する部分とを有することを特徴とする請求項１３に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記圧電駆動部を形成する段階で、
前記ダイアフラム上に、前記第１電極層に連結される第１リード線と、前記第２電極層に連結される第２リード線とを形成し、前記第１リード線及び第２リード線それぞれの端部に、電極パッドを形成することを特徴とする請求項１２に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記第１リード線及び第２リード線は、前記圧電駆動部の中心を基準に、互いに反対側に配されることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記多数のリング状の第１振動膜を形成する段階で、前記ダイアフラムをエッチングし、前記キャビティのエッジ部に位置する第２領域に、前記多数の第１振動膜を取り囲むトレンチを形成し、
前記圧電駆動部を形成する段階の後に、前記トレンチ内に、前記多数の第１振動膜とは異なる物質からなる第２振動膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記第２振動膜は、前記多数の第１振動膜に比べて、弾性係数が低い物質によって形成されることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記第２振動膜は、ポリマー薄膜からなることを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロスピーカの製造方法。
前記第２振動膜を形成する段階で、
前記第２振動膜は、前記第２領域と、前記第２領域内側の前記圧電駆動部の上面と、前記第２領域外側の前記ダイアフラムの上面とに形成されることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載のマイクロスピーカの製造方法。