KR100793226B1 - 용량 검지형 센서 소자 - Google Patents

Abstract

서로 대향하여 설치된, 직사각형 형상의 진동판(11)과 평면형의 배면 전극(12)을 포함하는 용량 검지형 센서 소자(10)는, 진동판(11)의 각 변에 인접하여 설치되고, 진동판(11)에 인접하는 쪽에게 소정 길이의 변을 갖는 고정부(14)를 포함한다. 배면 전극(12)은, 고정부(14)에 의해서 진동판(11)과의 사이에 공간(13)을 지닌 상태로 지지된다. 배면 전극(12)의, 고정부(14)에 의해서 지지되지 않는, 인접하는 고정부 사이는 직선이며, 전체적으로 8각형 형상이다.

Description

용량 검지형 센서 소자{CAPACITY DETECTION TYPE SENSOR ELEMENT}

본 발명은 용량 검지형 센서 소자에 관한 것으로, 특히, 배면 전극을 구성하는 막의 막 응력의 영향을 작게 할 수 있는 용량 검지형 센서 소자에 관한 것이다.

종래의 용량 검지형 센서 소자의 일례로서, 압력 센서가 일본 특허 공개 2002-27595호 공보에 개시되어 있다.

도 5는 일본 특허 공개 2002-27595호 공보에 개시된 압력 센서의 평면도(a)및 단면도(b)이다.

도 5를 참조하면, 종래의 압력 센서는 지지 기판(120), 지지 기판(120)의 중앙부에 설치되며 두께가 얇은 진동판(111), 진동판(111)에 공극층(113)을 통해 대향하여 설치된 배면판(이하, 배면 전극이라 하는 경우가 있음)(112), 지지 기판(120) 상에서 배면판(112)을 지지하는 지지부(114), 배면판(112) 상에 설치된 배면 전극용 전극 단자(116), 및 지지 기판(120) 상에 설치된 진동판용 전극 단자(117)를 포함한다.

종래의 압력 센서는 상기한 바와 같이 구성되어 있었다. 도 5에 도시한 바와 같이, 압력 센서를 구성하는 배면판(112)은 진동판(111)과 같은 직사각형 형상이며 그 4변의 중앙부에서 폭이 좁은 지지부(114)로 지지되어 있다. 배면판의 구형 의 정점부가 지지부(114)로부터 멀리 떨어져 있는 동시에 지지부(114)의 폭이 좁기 때문에 배면판(112)의 강도가 약하다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 배면 전극의 기계 강도를 확보할 수 있는 용량 검지형 센서 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 용량 검지형 센서 소자는 서로 대향하여 설치된 진동판과 평면형의 배면 전극을 포함한다. 용량 검지형 센서 소자는 진동판에 인접하여 설치되고, 진동판에 인접하는 쪽에 소정 길이의 변을 갖는 복수의 고정부를 포함하고, 배면 전극은 고정부에 의해서 진동판과의 사이에 공간을 지닌 상태로 지지되며, 배면 전극의 고정부에 의해서 지지되지 않는 인접하는 고정부 사이의 외연의 형상은 외연이 인접하는 고정부의 최단 거리를 잇는 직선상 또는 직선의 외측에 위치하는 소정의 형상이다.

바람직하게는, 소정의 형상은 인접하는 고정부의 최단 거리를 연결하는 원호이다.

또한, 고정부의 변의 소정의 길이와 대향하는 고정부 사이의 길이와의 비율은 2/15보다 크다. 한편, 고정부의 변의 소정의 길이와 대향하는 고정부 사이의 길이와의 비율은 4/15 이상이면 더욱 좋다.

바람직하게는, 배면 전극에는 복수의 구멍이 형성되고 복수의 구멍의 직경은 20 μm보다 작다. 한편, 배면 전극의 복수의 구멍의 직경은 14μm이하이면 더욱 바람직하다.

또한, 고정부는 직사각형 형상이라도 좋고 삼각형 형상이라도 좋다.

배면 전극은 복수의 고정부에서 지지되며, 고정부에 의해서 지지되지 않는, 인접하는 고정부 사이의 외연의 형상은, 외연이 인접하는 고정부의 최단 거리를 연결하는 직선 상 또는 직선의 외측에 위치하는 소정의 형상이기 때문에, 배면 전극의 기계 강도를 확보할 수 있다.

바람직하게는, 고정부에 의해서 지지되지 않는, 인접하는 고정부 사이의 외연의 형상은, 인접하는 고정부의 최단 거리를 연결하는 직선 또는 원호이다. 최단 거리 또는 그것에 가까운 치수로 배면 전극이 지지되기 때문에, 배면 전극의 강도를 보다 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 용량 검지형 센서 소자의 구체예인 마이크로 폰의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 마이크로 폰의 주요부를 도시하는 평면도이다.

도 3은 고정부의 변형예를 도시하는 도면이다.

도 4는 고정부의 배면 전극을 지지하는 부분의 치수와, 진동판의 1변의 치수와의 비율과, 그 치수 비율에 대한 수율, 및 배면 전극에 설치한 음향 홀의 치수와 그 수율과의 관계를 도시한 도면이다.

도 5는 종래의 용량 검지형 센서 소자의 일례로서, 종래의 압력 센서의 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용량 검지형 센서 소자의 일례로서의, 마이크로 폰의 주요부를 도시하는 단면도(a)와, 도 1(a)에 있어서 IB-IB로 나타내는 부분의 평면도(b)이다.

우선, 도 1(a)을 참조하면, 마이크로 폰(10)은 기판(20), 기판(20) 상에 형성된 산화막(21), 산화막(21)의 위에 형성된 진동판(11)(진동판으로부터 외부로 뻗는 연장부(16)를 포함함), 진동판(11)의 위에 설치되며 절연재로 형성된 고정부(14), 및 고정부(14)의 위에 설치된 배면 전극(12)을 포함한다. 고정부(14)에 의해서 진동판(11)과 배면 전극(12) 사이에 공간(13)이 형성된다. 배면 전극(12)에는 복수의 관통 구멍이 음향 홀(15)로서 형성된다. 또한, 배면 전극(12)의 표면에는 배면 전극용의 추출 전극(17)이 설치되고, 진동판(11)의 연장부(16)의 표면에는 진동판용의 추출 전극(18)이 설치된다.

이어서 도 1(b)를 참조하면, 진동판(11)은 기판(20)의 거의 중앙부에 설치되며 직사각형을 하고 있다. 여기서는 설명을 간단하게 하기 위해서, 정방형으로 하여 설명한다. 진동판(11)을 구성하는 4개의 변의 거의 중앙에는 이들 변에 인접하여 직사각형의 4개의 고정부(14a～14d)가 형성되고, 고정부(14)의 위에는 배면 전극(12)이 설치된다. 배면 전극(12)은 고정부(14)의 진동판 측의 4개의 변과 인접하는 고정부(14)(예를 들면, 14a와 14b)의 최단 거리인 인접하는 정점을 연결하는 4개의 변(직선)을 포함하는 8각형 형상을 갖고 있다.

배면 전극(12)이 직사각형의 진동판(11)의 4변의 외주부에 설치한 고정 부(14)로 지지되는 동시에 고정부(14)의 인접하는 정점 사이의 최단 거리를 연결하는 형상을 갖고 있기 때문에 배면 전극(12)의 기계 강도를 확보할 수 있다.

한편, 도 1(b)에 있어서는, 이해의 쉽게 하기 위해 진동판(11)과 고정부(14의 사이에 간격을 두고 있지만 실제는 이 간격은 거의 없다.

또한, 도 1(b)에 있어서, 각 고정부(14)의 위에 배면 전극용 추출 전극(17)을 설치하고 진동판(11)의 연장부(16)의 표면의 4 코너에 4개의 진동판용 추출 전극(18)을 설치하고 있지만, 이것은 수율을 고려한 것으로 각각 1개씩 존재하면 된다.

진동판(11)은 외부로부터의 압력 변화(음성 등을 포함함)를 받아 진동한다. 즉, 이 마이크로 폰(10)은 진동판(11)과 배면 전극(12)과의 사이의 용량을 콘덴서로서 기능시키는 것으로, 음압 신호에 의해서 진동판(11)이 진동할 때의 콘덴서의 정전 용량의 변화를 전기적으로 추출하는 형태로 사용된다.

이 마이크로 폰(10)에 있어서의 개략 치수로서는, 예를 들면, 기판(20)의 크기는 1변이 5.5 mm인 정방형이고 두께가 600 μm 정도로 형성되어 있다. 진동판(11)의 크기는 1변이 1.5 mm인 정방형이며 두께가 2 μm로 설정되고 있다. 배면 전극(12)에는 1변이 10 μm 정도인 직사각형, 원형 또는 다각형의 복수의 음향 홀(15)이 형성되어 있다. 한편, 이들 치수는 단순한 일례이며 이것에 한하는 것은 아니다. 또한, 도 1에 있어서는 각 구성 요소의 두께나 구멍의 치수를 과장하여 나타내고 있다.

이어서, 본 발명의 다른 실시형태에 관해서 설명한다. 앞의 실시형태에 있어 서는 배면 전극(12)의 지지되지 않는 부분의 치수가 최단이 되는 예에 관해서 설명했다. 그러나, 본 발명에 있어서는 배면 전극의 강도만 확보할 수 있으면 된다. 그와 같은 예를 도 2에 도시한다. 도 2는 다른 실시형태를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 이 실시형태에 있어서는 배면 전극(12)은 거의 원형이다. 이 실시형태에 있어서도 배면 전극(12)은 고정부(14)로 소정의 폭 치수로 지지되는 동시에 지지되지 않는 부분의 길이는 원호형으로 짧아지고 있다. 따라서, 앞의 실시형태와 마찬가지로 소정의 기계 강도를 갖는다.

한편, 이 실시형태에 있어서는 평면도만을 나타내고 있지만 단면도는 도 1(a)와 마찬가지이다.

또한, 이 실시형태에 있어서는 배면 전극(12)을 거의 원형의 형태로 했지만, 이것에 한하지 않고 예를 들면 타원형의 형태로 하여도 좋다.

이어서, 고정부(14)의 형상에 관해서 설명한다. 앞의 실시형태에 있어서는, 고정부(14)의 형상으로서 직사각형인 경우에 관해서 설명했다. 그러나, 고정부의 형상은 이것에 한하지 않는다. 도 3은 고정부(14)의 다른 실시형태를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 고정부(14)는 배면 전극(12)을 지지하는 부분이 소정의 길이 A를 갖고 있으면, 삼각형이라도(A), 사다리꼴이라도(B), 반원형이라도(C), 원호형(D)라도 좋다.

고정부(14)를 이러한 형상으로 함으로써 고정부를 컴팩트하게 할 수 있고 나아가서는, 마이크로 폰(10) 전체를 컴팩트하게 할 수 있다.

이어서, 고정부(14)의 배면 전극(12)을 지지하는 부분의 치수와, 배면 전극(12)의 대향하는 고정부(예를 들면, 14a와 14c) 사이의 치수와의 관계에 관해서 설명한다. 도 4는 고정부(14)의 배면 전극(12)을 지지하는 부분의 치수 A, 배면 전극(12)의 대향하는 고정부 사이의 치수 B를 도시한 도면(a), 그 치수 비율에 대한 수율과의 관계를 도시한 도면(b), 및 배면 전극(12)에 형성한 음향 홀(15)의 치수와 그 경우의 수율과의 관계를 도시한 도면(c)이다.

도 4(a) 및 (b)를 참조하면, A/B가 2/15이면 수율이 30%이지만 이것을 넘어 4/15 등이 되면 100%가 된다.

따라서, 배면 전극(12)의 수율을 생각하면, 고정부(14)의 변 길이에 대한 배면 전극(12)의 대향하는 고정부(14) 사이의 길이의 비율 A/B가, 2/15를 넘는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 4/15 이상이다. 한편, 이 데이터는 배면 전극(12)에는 8 μm의 음향 홀(15)이 설치되는 경우의 것이다.

또한, 도 4(c)를 참조하면, 음향 홀(15)의 직경은 20 μm라면 수율은 60%이지만, 그것보다 작은 예를 들면 14 μm가 되면 100%인 것을 알 수 있다.

따라서, 배면 전극(12)의 수율을 생각하면, 음향 홀(15)의 직경은 20 μm보다도 작은 치수가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 음향 홀(15)의 직경은 14 μm 이하이다.

한편, 이 수율의 데이터는, 상기 A/B의 비율이 6/15인 경우의 것이다.

또, 여기서 비율로서 고정부(14)의 배면 전극(12)을 지지하는 부분의 치수 A와, 배면 전극(12)의 대향하는 고정부(14)사이의 치수 B를 이용했지만, 이것에 한 하지 않고, 배면 전극(12)의 대향하는 고정부 사이의 치수 B 대신에 진동판(11)의 1변의 치수를 이용하더라도 좋다. 이것은 상기한 것과 같이, 배면 전극(12)의 대향하는 고정부 사이의 치수는, 진동판(11)의 1변의 치수와 거의 같기 때문이다.

한편, 상기 실시형태에 있어서는 배면 전극에 음향 홀을 형성한 예에 관해서 설명했지만 이것에 한하지 않고 배면 전극에는 음향 홀이 없더라도 좋다. 그렇게 하면 배면 전극의 강도는 보다 높아진다.

상기 실시형태에 있어서는 음향 홀의 형상이 원형인 경우에 관해서 설명했지만, 이것에 한하지 않고 직사각형이나 다각형형의 음향 홀을 배열하더라도 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 마이크로 폰를 예로 들어 설명했지만 이것에 한하지 않고 압력 센서와 같은 임의의 용량 검지형 센서 소자에 적응할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는 진동판을 직사각형, 특히 정방형인 경우 에 관해서 설명했지만, 이것에 한하지 않고, 다각형이나 원형이나 타원형이라도 좋다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 도시한 실시형태의 것에 한정되지 않는다. 도시된 실시형태에 대하여 본 발명과 동일한 범위 내에서 혹은 균등한 범위 내에서 여러 가지 수정이나 변형을 가하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 용량 검지형 센서 소자는, 배면 전극의 고정부에서 지지되지 않는 외연의 형상을 외연이 인접하는 고정부의 최단 거리를 연결하는 직선 등의 형 상으로 했기 때문에 배면 전극의 기계 강도를 확보할 수 있다. 따라서, 용량형 센서나 마이크로 폰 등의 용량 검지형 센서 소자에 있어서 유리하게 이용된다.

Claims (8)

1. 기판 상에 설치된 진동판;

   상기 진동판에 대향하여 설치된 평면형의 배면 전극; 및

   상기 진동판에 접촉하지 않고 상기 진동판에 인접하여 설치되며, 상기 진동판에 인접하는 쪽에 미리 결정된 길이의 변을 갖는 복수의 고정부들

   을 포함하고,

   상기 배면 전극은 상기 고정부들에 의해서 상기 진동판과의 사이에 공간을 지닌 상태로 지지되고,

   상기 고정부들에 의해서 지지되지 않는, 상기 배면 전극의 인접하는 상기 고정부 간의 외연의 형상은, 상기 외연이 상기 인접하는 고정부들의 최단 거리를 연결하는 직선상에 위치하거나, 상기 직선의 외측에 위치하는 형상인 것인 용량 검지형 센서 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정부 간의 외연의 형상은 상기 인접하는 고정부들의 최단 거리를 연결하는 원호인 것인 용량 검지형 센서 소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고정부의 변의 미리 결정된 길이와, 상기 대향하는 고정부들 사이의 길이의 비율은 2/15보다 큰 것인 용량 검지형 센서 소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 고정부의 변의 미리 결정된 길이와, 상기 대향하는 고정부들 사이의 상기 길이의 비율은 4/15이상인 것인 용량 검지형 센서 소자.
5. 제1항에 있어서,

   상기 배면 전극에는 복수의 구멍이 형성되고, 상기 복수의 구멍의 직경은 20μm보다 작은 것인 용량 검지형 센서 소자.
6. 제1항에 있어서,

   상기 배면 전극에는 복수의 구멍이 형성되고, 상기 복수의 구멍의 직경은 14μm보다 작은 것인 용량 검지형 센서 소자.
7. 제1항에 있어서,

   상기 고정부의 형상은 직사각형인 것인 용량 검지형 센서 소자.
8. 제1항에 있어서,

   상기 고정부의 형상은 삼각형인 것인 용량 검지형 센서 소자.

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