KR100889032B1 - PZT Actuated Microspeaker And Fabrication Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초소형 스피커 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 전압 인가시 압전 구동되는 압전소자, 및 상기 압전소자를 내포하며 압전소자의 구동에 따라 진동되어 소리를 생성하는 진동부재를 포함하는 압전 구동형 초소형 스피커와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a miniature speaker and a method for manufacturing the same, a piezoelectric element including a piezoelectric element that is piezoelectrically driven when a voltage is applied, and a vibration member containing the piezoelectric element and vibrating according to the driving of the piezoelectric element to generate sound. It relates to a speaker and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따르면, 최소형의 사이즈의 구현이 가능하고, 압전물질인 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물(PZT, PbZrTiO) 등을 이용한 압전구동을 이용하므로 전력소모를 줄일 수 있어 초소형의 휴대용 전자기기에 이용될 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to realize the smallest size and to use the piezoelectric drive using a plumbium zirconium titanium oxide (PZT, PbZrTiO), a piezoelectric material, so that the power consumption can be reduced and can be used for a small portable electronic device. There is an advantage.
스피커, 압전구동, 압전소자, 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물 Speakers, Piezo Drives, Piezo Elements, Plumbium Zirconium Titanium Oxide
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 스피커의 구성부분을 개략적으로 나타낸 사시도.1 is a perspective view schematically showing a component of a micro speaker according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 스피커의 구성부분을 개략적으로 나타낸 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing the components of a miniature speaker according to an embodiment of the present invention.
도3a 내지 도3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 스피커의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 초소형 스피커의 구성 단면도.3A to 3F are cross-sectional views of a compact speaker showing a method of manufacturing a compact speaker according to an embodiment of the present invention according to a process step.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}{Description of symbols for main parts of the drawing}
100,200,300 : 기판 101,201,301 : 압전소자100,200,300: substrate 101,201,301: piezoelectric element
2011,3011 : 하부 전극 2012,3012 : 압전물질2011,3011:
2013,3013 : 상부 전극 102,202,302 : 진동부재2013,3013: Upper electrode 102,202,302: Vibration member
103 : 외부 전극103: external electrode
본 발명은 휴대용 멀티미디어 기기와 같은 전자제품에 장착가능한 압전 구동형 초소형 스피커 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 압전물질인 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물(PZT, PbZrTiO) 등을 사용하여 전압 인가시 압전 구동되는 압전소자, 및 상기 압전소자를 내포하며 압전소자의 구동에 따라 진동되어 소리를 생성하는 진동부재를 포함하는 압전 구동형 초소형 스피커와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric driven micro speaker and a method for manufacturing the same, which can be mounted on an electronic product such as a portable multimedia device. The present invention relates to a piezoelectric-driven micro-speaker including a piezoelectric element to be driven, and a vibration member including the piezoelectric element and vibrating according to the driving of the piezoelectric element to generate sound.
최근 휴대용 멀티미디어 기기의 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 다양한 종류의 휴대용 멀티미디어 기기가 출시되고 있다. 기존에 대표적인 휴대용 멀티미디어 기기인 핸드폰뿐만 아니라, MP3 플레이어, 동영상 플레이어인 PMP(Portable Multimedia Player), PDA 등 다양한 기능을 구현할 수 있는 여러 신개념의 복합 기기들이 출시되고 있다. Recently, as the demand for portable multimedia devices has exploded, various types of portable multimedia devices have been released. In addition to mobile phones, which are typical portable multimedia devices, various new devices are being released that can implement various functions such as MP3 players, portable multimedia players (PMPs), and PDAs.
이러한 기기들에는 필수적으로 소리를 재생하는 기능이 첨가되어 있고, 대부분의 기기들이 고음질을 구현하기 위해서 성능향상이 이루어지고 있다. 이러한 휴대용 기기들은 이어폰을 이용해서 듣거나, 자체 내장 스피커를 이용해서 소리를 재생하게 되는데, 기존에 고성능 이어폰이 많이 개발된 것에 비해서 고성능 내장 스피커는 아직 구현이 되지 않고 있는 실정이다.These devices are inherently added with a function of reproducing sound, and most devices are improving performance to realize high sound quality. These portable devices are used to listen using earphones or play sound using their own built-in speakers. However, high performance built-in speakers have not been implemented yet, compared to the existing high performance earphones.
최근 휴대용 기기들의 소형화가 많이 진행되고 있는데, 큰 걸림돌 중의 하나가 스피커이다. 최첨단의 휴대용 전자기기의 내장 스피커의 조건은 첫째 크기가 작 아야 하고, 둘째는 높은 음압을 발생할 수 있어야 한다.Recently, miniaturization of portable devices is progressing, and one of the biggest obstacles is a speaker. The condition of the built-in speaker of state-of-the-art portable electronics must be small first, and secondly, capable of generating high sound pressure.
기존의 대부분의 스피커는 무빙 코일(moving coil) 방식과 자석을 사용하여 구동하는 방식을 채용하고 있는데, 이러한 방식은 자석과 코일의 사이즈로 인해서 현재까지 3mm 이하의 두께를 갖는 스피커를 제작하기 어려운 문제가 있다.Most of the existing speakers adopt a moving coil method and a driving method using a magnet, which is difficult to manufacture a speaker having a thickness of 3 mm or less due to the size of the magnet and the coil. There is.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 초소형 정밀기계기술(MEMS) 공정을 이용하여 초소형 스피커를 제작하려는 연구가 시도되고 있다. In order to solve this problem, a research has been attempted to manufacture a micro speaker using a micro precision mechanical technology (MEMS) process.
종래 연구로는 USC에서 개발한 산화아연(ZnO)을 이용하여 구동하는 소형 스피커 등이 있으나, 산화아연을 사용할 경우에 변위가 적어 높은 음압을 발생시키기 힘들다는 단점이 있다.Conventional research includes a small speaker driven by using zinc oxide (ZnO) developed by the USC. However, when zinc oxide is used, it is difficult to generate high sound pressure due to low displacement.
따라서, 초소형 정밀기계기술 공정을 사용하여 초소형의 제작이 가능하고 적은 전력으로도 높은 음압을 발생할 수 있는 구동방식의 스피커의 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need for the development of a speaker of a driving method capable of producing a very small size using a small precision mechanical technology process and generating high sound pressure even with low power.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 초소형 스피커들의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 새로운 구동방식으로 구동되므로 다른 기존의 구동방법에 비하여 전력소모가 적고, MEMS 공정을 이용하여 제작되므로 최소 사이즈를 가질 수 있는 초소형 스피커를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the conventional miniature speakers as described above, because it is driven by a new driving method is less power consumption than other conventional driving methods, and is manufactured using a MEMS process, so the minimum size It is intended to provide a micro speaker that can have.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 작은 사이즈와 적은 전력소모의 초소형 스피커를 장착하여 전체 사이즈와 전력소모가 줄어든 소형 휴대용 전자기기를 제공하는 데 있다.Accordingly, another object of the present invention is to provide a small portable electronic device having a small size and low power consumption of a small speaker, which is reduced in overall size and power consumption.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 압전 구동형 초소형 스피커는 전압 인가시 압전 구동되는 압전소자, 및 상기 압전소자를 내포하며 압전소자의 구동에 따라 진동되어 소리를 생성하는 진동부재를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the piezoelectric driving micro speaker of the present invention may include a piezoelectric element that is piezoelectrically driven when voltage is applied, and a vibration member containing the piezoelectric element and vibrating according to the driving of the piezoelectric element to generate sound. .
본 발명에서, 상기 압전 소자는 박막으로 형성된 압전 물질, 상기 압전 물질의 상부에 형성된 상부전극 및 하부에 형성된 하부전극으로 이루어질 수 있다.In the present invention, the piezoelectric element may be formed of a piezoelectric material formed of a thin film, an upper electrode formed on an upper portion of the piezoelectric material, and a lower electrode formed on a lower portion thereof.
상기 압전 물질은 강유전체 물질, 폴리불화 비닐리덴(polyvinylidene fluroride, PVDF) 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있는데, 바람직하게는 상기 강유전체 물질은 PZT(PbZr1-xTixO3), SBT(SrBi2Ta2O9), BLT(Bi4-xLaxTi3O12), PbTiO3, BaTiO3 등에서 선택될 수 있으며 상기 물질의 혼합도 가능하다.The piezoelectric material may be selected from ferroelectric materials, polyvinylidene fluroride (PVDF), and mixtures thereof. Preferably, the ferroelectric material is PZT (PbZr 1-x Ti x O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BLT (Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ), PbTiO 3 , BaTiO 3, and the like, and may be mixed.
본 발명에서, 상기 진동부재는 폴리머 박막 또는 금속 박막일 수 있으며 그 모양은 특정의 것으로 한정되지 않는다. 다만 진동부재는 압전소자의 압전 물질의 구동에 따라 진동되어 소리를 생성할 수 있기 위하여 내부에 상기 압전 소자를 내포하는 구조를 가져야 할 것이다.In the present invention, the vibrating member may be a polymer thin film or a metal thin film and its shape is not limited to a specific one. However, the vibrating member may have a structure to contain the piezoelectric element therein in order to be vibrated according to the driving of the piezoelectric material of the piezoelectric element to generate sound.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전 구동형 초소형 스피커는 박막형 압전 물질 및 상기 압전 물질의 상하에 형성된 전극으로 구성되어 전압 인가시 압전 구동되는 압전소자, 상기 압전소자를 내포하며 압전소자의 구동에 따라 진동되어 소리를 생성하는 진동부재, 및 상기 진동부재의 가장자리를 고정하고, 진동 부재의 하부에 진동부재의 진동을 위한 공간을 구비한 기판을 포함할 수 있다. In addition, the piezoelectric-driven micro speaker of the present invention for achieving the above object is composed of a thin-film piezoelectric material and electrodes formed above and below the piezoelectric material, the piezoelectric element is driven piezoelectric when the voltage is applied, the piezoelectric element containing the piezoelectric element to drive the piezoelectric element The vibration member may be vibrated to generate a sound, and the substrate may be fixed to an edge of the vibration member, and a space having a space for vibration of the vibration member under the vibration member.
이는 초소형 디바이스의 베이스인 기판 위에 바로 장착되어 설치되는 초소형 스피커를 상정한 것이다.This assumes a micro speaker that is mounted and mounted directly on the substrate which is the base of the micro device.
상기 기판의 재질은 특정의 것에 한정하지 않으며 초소형의 휴대용 전자기기에 사용되는 기판의 재질이면 족할 것이다. 특히 실리콘 기판이 바람직하다.The material of the substrate is not limited to a specific one, and may be a material of a substrate used for a micro portable electronic device. In particular, a silicon substrate is preferable.
상기의 본 발명에서, 기판은 압전소자를 구동시키는 구동회로를 포함할 수 있다.In the present invention described above, the substrate may include a driving circuit for driving the piezoelectric element.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전 구동형 초소형 스피커의 제조방법으로서, 하부전극이 증착된 기판 위에 압전 물질을 형성하고, 상기 하부전극과 전기적으로 절연된 상부전극을 형성하는 압전소자의 형성 단계와, 상기 압전소자를 내포하도록 진동부재가 코팅되는 단계, 및 상기 진동부재의 하부 기판에 진동부재의 진동을 수행하기 위한 공간을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 제시한다.As a method of manufacturing a piezoelectric-driven micro speaker of the present invention for achieving the above object, the formation of a piezoelectric material for forming a piezoelectric material on a substrate on which a lower electrode is deposited, and forming an upper electrode electrically insulated from the lower electrode. And forming a space for vibrating the vibrating member on the lower substrate of the vibrating member.
또한 본 발명의 압전 구동형 초소형 스피커의 제조방법은 압전 물질의 상부 및 하부에 전기적으로 상호 절연된 상부 전극 및 하부 전극이 형성되는 단계와, 상기 압전 소자를 내포하도록 진동부재가 코팅되는 단계, 및 상기 진동부재의 하부에 공간을 두고 상기 진동부재가 기판에 고정되는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a piezoelectric driven micro speaker of the present invention comprises the steps of forming an upper electrode and a lower electrode electrically insulated from each other on top and bottom of the piezoelectric material, coating the vibration member to contain the piezoelectric element, and The vibration member may be fixed to a substrate with a space below the vibration member.
상기의 초소형 스피커의 제조방법은 그 제조 공정상 일정 단계가 다른 내용이지만, 최종적으로 진공부재 및 압전소자의 하부에 상하 진동을 위한 공기가 존재할 수 있는 빈 공간이 구비될 수 있는 제조공정이 된다. 즉, 먼저 기판 위에 진공부재 및 압전 소자를 형성한 후 기판 중에서 진공부재와 압전소자에 해당하는 하부 기판을 제거하는 공정도 가능하며, 진공부재와 압전소자를 먼저 형성한 후 내부에 공간을 가지는 기판 위에 이를 장착하는 공정도 가능하다. The manufacturing method of the ultra-small speaker is a different step in the manufacturing process, but finally the vacuum process and the lower part of the piezoelectric element is a manufacturing process that can be provided with an empty space in which air for vertical vibration may be present. That is, a process of first forming a vacuum member and a piezoelectric element on the substrate and then removing a lower substrate corresponding to the vacuum member and the piezoelectric element from the substrate is possible, and forming a vacuum member and the piezoelectric element first and then having a space therein. It is also possible to mount it on top.
본 발명의 초소형 스피커의 제조방법에 사용되는 압전 물질은 상술한 바와 같으며, 본 발명에서 상기 진동부재는 폴리머 또는 금속을 스핀코팅법을 사용하여 코팅하는 것이 바람직할 것이지만, 반드시 제시한 압전 물질과 진동부재의 형성방법에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 분야에서의 당업자가 공지된 내용에 의해 알 수 있는 것이면 족하다.The piezoelectric material used in the method of manufacturing a micro speaker of the present invention is as described above, the vibration member in the present invention, it is preferable to coat the polymer or metal using a spin coating method, but the present piezoelectric material and It is not limited to the method of forming the vibrating member, but should be known to those skilled in the art by the known contents.
본 발명의 초소형 스피커의 제조방법에서 상기 기판은 스피커의 제조 전 또는 제조되는 과정 중에 상기 압전 소자를 구동시키는 회로를 실장하는 단계를 추가로 가질 수 있다. In the method of manufacturing a miniature speaker of the present invention, the substrate may further have a step of mounting a circuit for driving the piezoelectric element before or during the manufacture of the speaker.
본 발명의 초소형 스피커는 외부 전극을 통하여 압전 소자의 상부 및 하부 전극을 통하여 단순하게 전원을 인가할 수 있으나, 상기와 같이 기판 상에 압전 소자를 구동시키는 회로를 패터닝하여 실장한다면 미리 설계된 회로에 따라 스피커가 구동될 수 있을 것이다. The micro speaker of the present invention can be simply supplied with power through the upper and lower electrodes of the piezoelectric element through the external electrode, but if the circuit for driving the piezoelectric element on the substrate is patterned and mounted according to the pre-designed circuit The speaker may be driven.
본 발명은, 전자기력으로 구동되는 종래 기술에 따른 초소형 스피커들의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물(PZT, PbZrTiO) 등과 같은 강유전체 물질을 압전 물질로 사용하여 압전 방식으로 구동하는 초소형 스피커를 제안한 것이다.The present invention, in order to solve the problems of the micro-speakers according to the prior art driven by the electromagnetic force in the present invention, the micro-speaker is driven in a piezoelectric method using a ferroelectric material such as plumbium zirconium titanium oxide (PZT, PbZrTiO) as a piezoelectric material It is proposed.
본 발명에서 초소형 스피커는 초소형 정밀기계기술(MEMS) 공정을 이용하여 제작하기 때문에 1mm 이하의 사이즈로 스피커의 제작이 가능하다. 또한 PZT등을 이 용하여 구동하기 때문에 기존의 전자기력 구동 방법에 비해서 전력소모가 매우 적을 수 있다. In the present invention, since the micro speaker is manufactured using the micro precision mechanical technology (MEMS) process, the speaker can be manufactured with a size of 1 mm or less. In addition, since it is driven using PZT, power consumption may be very low compared to the existing electromagnetic force driving method.
따라서, 본 발명의 초소형 스피커는 작은 사이즈와 적은 전력소모로 인해서 휴대용 기기에 장착할 경우, 기기의 사이즈와 전력소모를 줄이는데 크게 기여할 수 있다.Therefore, the compact speaker of the present invention can greatly contribute to reducing the size and power consumption of the device when mounted in a portable device due to the small size and low power consumption.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
하기의 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In adding reference numerals to the components of the following drawings, the same components, even if displayed on the other drawings to have the same reference numerals as much as possible and known functions that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the invention Detailed description of the configuration will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 스피커의 구성부분을 개략적으로 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing the components of a miniature speaker according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 개략적으로 겉으로 보기에는 실리콘 기판(100)과, 압전소자(101), 상기 압전소자(101)를 내부에 포함하고 있는 막구조의 진동부재(102), 외부 연결 전극(103)으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the surface of the
기판(100) 위에 외부 연결 전극(103)이 설치되고, 도면에는 자세히 도시되어 있지 않으나 압전소자의 내부에서 상기 외부 연결 전극과 연결되기 위하여 기판 상 에 나오는 압전 소자의 상부 전극 및 하부 전극이 구성되어 있다.An
상기 압전 소자(101)의 내부 구성도는 도 2에서 설시할 것이나, 압전 물질의 박막구조의 상하에 전극이 구비된 것으로 기판의 중앙에 위치하고 있다.An internal configuration diagram of the
이러한 압전 소자(101)를 내포하면서 폴리머 또는 금속 재질의 박막(membrane)이 기판 위에 위치하고 있다.Including the
상기 폴리머 또는 금속 재질의 박막은 압전 소자의 구동시 압전 물질이 변형함에 따라 생성되는 진동을 인식하고 확장하면서 소리를 발생시키는 진동부재(102)로 정의할 수 있다.The polymer or metal thin film may be defined as a
상기 진동부재(102)와 진동부재가 감싸고 있는 압전소자(101)는 기판에 위치하지만 그 하부면의 기판에는 빈 공간을 형성하고 있어 소리의 진동이 상하로 발생할 수 있도록 구성된다.The vibrating
진동부재는 그 재질의 특성에 따라 투명하기도 하고 불투명할 수 있다.The vibrating member may be transparent or opaque, depending on the properties of the material.
도 1을 참조하면 상기 진동부재의 하부 기판은 소리의 상하 울림을 위하여 빈 공간이 형성되고 있지만, 진동부재의 가장자리는 기판에 장착되어 고정됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, the lower substrate of the vibrating member has an empty space for up and down sound, but the edge of the vibrating member is mounted and fixed to the substrate.
도 1의 일 실시예에 따른 본 발명의 초소형 스피커의 진동부재와 압전소자의 모양은 원형이지만 반드시 이러한 특정 형태에 한정되는 것은 아니다.The shape of the vibrating member and the piezoelectric element of the ultra-small speaker of the present invention according to the embodiment of Figure 1 is circular, but is not necessarily limited to this specific form.
한편, 상기 본 발명에서 기판 위에 외부 전원과 연결되는 전극을 구비하여 압전 소자에 전원을 공급할 수 있는 형태이지만, 기판 위에 압전소자를 구동할 수 있는 회로가 집적되어 회로도에 따라 압전소자가 구동되어 음을 발생할 수도 있다.On the other hand, in the present invention, the electrode having an electrode connected to an external power source on the substrate to supply power to the piezoelectric element, but a circuit capable of driving the piezoelectric element on the substrate is integrated, the piezoelectric element is driven according to the circuit diagram May occur.
도 1에 따르면 압전소자에 전압을 인가하는 경우, 외부 연결 전극(103)으로부터의 전압이 압전 소자의 상하부 전극을 통하여 인가되고, 상하부 전극으로부터 입력된 전압이 내부에 형성된 압전물질을 수축 또는 팽창하는 방식으로 변형시킨다.According to FIG. 1, when a voltage is applied to the piezoelectric element, a voltage from the
압전 물질은 보통 강유전체 물질로 구성되며, 특히 본 발명에서 바람직하게는 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물(PZT)을 사용한다.Piezoelectric materials are usually composed of ferroelectric materials, in particular in the present invention preferably use plumbium zirconium titanium oxide (PZT).
PZT와 같은 압전 물질이 전압이 인가되어 변형되면 그 진동은 압전소자를 감싸고 형성된 진동부재에 전달되어 진동부재(102)를 구동시키게 된다.When a piezoelectric material such as PZT is deformed by applying a voltage, the vibration is transmitted to the formed vibration member surrounding the piezoelectric element to drive the
진동부재의 진동에 따른 상하 구동은 진동부재의 상부 및 하부에 존재하고 있는 공기를 밀어내어 소리를 생성하게 된다.The vertical driving according to the vibration of the vibrating member pushes the air present in the upper and lower parts of the vibrating member to generate sound.
따라서 ,큰 음압을 만들어내기 위해서는 진동부재의 소재, 형태, 두께 등에 좌우된다. Therefore, in order to produce a large sound pressure depends on the material, shape, thickness and the like of the vibration member.
일반적으로 진동부재의 소재는 변형이 자유롭고 용이한 폴리머 물질을 사용하며, 금속박막이 사용될 수도 있다.In general, the material of the vibration member uses a polymer material that is free of deformation and easy, and a metal thin film may be used.
진동부재의 두께는 특별히 한정되지는 않으나 진동부재에 내포되는 압전소자의 두께를 다 포함하는 두께이어야 한다. 즉, 적어도 압전소자의 두께보다는 커서 압전소자를 내포할 수 있는 것이 바람직하다.The thickness of the vibration member is not particularly limited, but should be a thickness including the thickness of the piezoelectric element included in the vibration member. That is, it is desirable to be able to contain the piezoelectric element at least larger than the thickness of the piezoelectric element.
또한 진동부재의 두께는 공진 주파수를 결정하게 되는데 이 공진 주파수는 음을 생성하는 데에 있어서 중요하다. 즉, 진동부재의 기계적인 공진 주파수가 너무 높으면 저음 재생이 어려우며, 반대로 너무 낮으면 고음 재생이 어렵게 된다.In addition, the thickness of the vibration member determines the resonant frequency, which is important in generating sound. That is, if the mechanical resonance frequency of the vibrating member is too high, it is difficult to reproduce the bass sound, and if it is too low, the treble reproduction becomes difficult.
대부분 종래의 마이크로 스피커 구조에서 진동부재의 공진 주파수는 상대적으로 높기 때문에 저음 재생의 어려움이 문제되고 있는 바, 본 발명에 의하면 진동부재가 폴리머 소재의 얇은 박막 구조이므로 스피커의 공진 주파수가 종래 기술에 비하여 낮아지므로 저음 재생에 매우 유리하게 된다.In most conventional micro speaker structures, the resonant frequency of the vibrating member is relatively high, which makes it difficult to reproduce the bass. According to the present invention, since the vibrating member is a thin film structure made of polymer material, the resonant frequency of the speaker is higher than that of the prior art. It is lowered, which is very advantageous for bass reproduction.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 스피커의 구성부분을 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the components of a miniature speaker according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면 특히 압전소자의 내부 구성을 알 수 있다.Referring to Figure 2 it can be seen in particular the internal configuration of the piezoelectric element.
도 2에서, 실리콘 기판(200) 위에 압전소자(201)가 형성되고 그 위에 압전 소자를 감싸면서 진동부재(202)가 형성되어 있음을 알 수 있다.In FIG. 2, it can be seen that the
압전소자(201)는 하부 전극(2011)과 그 위의 박막구조의 압전물질(2012) 및 압전물질 위에서 옆으로 연결된 상부 전극(2013)으로 구성되어 있다.The
상기 하부 전극 및 상부 전극은 전기적으로 절연된 구조이다.The lower electrode and the upper electrode are electrically insulated.
상부 전극(2013)은 압전 물질의 상부에 형성되었기에 상부 전극으로 정의한 것이며, 하부 전극이 위치하는 다른 방향으로 외부로 연결되는 구조로서 상기 압전 물질의 측면을 통과하여 외부로 연결되는 구조이다.Since the
상기 하부 전극 및 상부 전극은 외부 연결전극과 연결된다.The lower electrode and the upper electrode are connected to an external connection electrode.
진동부재(202)가 PZT와 같은 압전물질(2012)을 포함하는 압전소자(201)를 덮고 있는 구조이기 때문에 작은 힘으로도 큰 변위를 낼 수 있도록 유연하고 변형이 용이한 폴리머 박막으로 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 진동부재의 특성 으로 인해 본 발명의 초소형 스피커는 저음을 생성하는데 유리하게 된다.Since the vibrating
또한 상기 진동부재의 두께를 조절함으로써 스피커의 음의 대역을 조절할 수 있다.In addition, by adjusting the thickness of the vibration member it is possible to adjust the sound band of the speaker.
도 3(도3a 내지 도3f)은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 스피커의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 초소형 스피커의 구성 단면도이다.3 (FIG. 3A to FIG. 3F) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a miniature speaker according to an exemplary embodiment of the present invention, according to a process step.
도 3을 참조하면, 먼저 초소형 스피커를 장착할 수 있는 기판(300)을 준비한다(도 3a). 상술한 바와 같이 기판의 재질은 한정되지 않지만, 실리콘 기판이 바람직할 것이다. Referring to FIG. 3, first, a
다음으로 상기 기판(300)위에 하부전극(3011)을 증착한다(도 3b).Next, a
상기 하부전극의 형태는 제한되지 않으나 외부 전극과 연결되면서도 압전 물질에 전원을 공급할 수 있도록 길이가 긴 막대 형태가 바람직할 것이다.The shape of the lower electrode is not limited, but a rod having a long length may be preferably connected to an external electrode to supply power to the piezoelectric material.
상기 하부전극(3011)의 일부와 접촉하면서 기판 위에 압전 물질(3012)을 형성한다(도 3c). A
상기 압전 물질은 강유전체 물질, 폴리불화 비닐리덴(polyvinylidene fluroride, PVDF) 및 이들의 혼합물 등일 수 있으며, 특히 바람직하게는 PZT(PbZr1 -xTixO3), SBT(SrBi2Ta2O9), BLT(Bi4 - xLaxTi3O12), PbTiO3, BaTiO3등과 같은 강유전체 물질들을 사용한다.The piezoelectric material may be a ferroelectric material, polyvinylidene fluroride (PVDF), mixtures thereof, and the like, particularly preferably PZT (PbZr 1 -x Ti x O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) uses ferroelectric materials, such as - (x La x Ti 3 O 12 Bi 4), PbTiO 3, BaTiO 3, BLT.
다음으로 상기 압전물질(3012) 박막구조 위에 상부 전극(3013)을 증착하여 압전 소자를 완성한다(도 3d). 상부 전극은 압전 물질의 상부에 증착된 것으로서 하부 전극과 절연되도록 형성하되, 압전 물질의 측면에 접촉되는 전극판과 상기 전극판에 연결된 수평 전극판을 연결하여 형성할 수 있다.Next, an
또는 계단형 구조의 형상으로 한번에 압전 물질의 상부에 증착하는 방법을 사용할 수도 있다. Alternatively, a method of depositing on the piezoelectric material at once in the shape of a stepped structure may be used.
상기 하부 전극 및 상부 전극은 외부 전극과 연결되도록 기판 상에 구비된다.The lower electrode and the upper electrode are provided on a substrate to be connected to an external electrode.
압전 소자를 형성한 단계 이후에 폴리머 또는 금속 박막으로 이루어지는 얇은 박막형의 진동부재(302)가 상기 압전 소자를 내포하면서 증착된다(도 3e).After forming the piezoelectric element, a thin thin
다음으로 스피커의 진동부재가 진동에 의해 상하로 구동될 수 있도록 진동부재의 하부에 해당하는 기판에 빈 공간을 형성한다(도 3f). 그러한 구조는 진동부재의 상하에 진동을 매개하는 공기가 형성되게 하므로 진동부재의 소리 재생에 있어 효율적으로 음대역을 확장시킬 수 있게 된다.Next, an empty space is formed in the substrate corresponding to the lower portion of the vibrating member so that the vibrating member of the speaker can be driven up and down by vibration (FIG. 3F). Such a structure allows air to mediate vibration to be formed above and below the vibrating member, so that the sound band can be efficiently expanded in reproducing the sound of the vibrating member.
진동부재의 하부 기판에 공간을 형성하기 위하여서는 진동부재 뒷면의 실리콘 기판을 제거하는 방법을 사용한다.In order to form a space in the lower substrate of the vibrating member is used a method of removing the silicon substrate on the back of the vibrating member.
그러나 이미 기판에 진동부재의 장착 영역에 해당하는 정도의 크기를 가지는 홈을 형성하고 그 위에 진동부재와 압전 소자를 장착하는 방식을 채택할 수도 있을 것이다.However, a method of forming a groove having a size corresponding to a mounting area of the vibration member in the substrate and mounting the vibration member and the piezoelectric element thereon may be adopted.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해 당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art can vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that modifications and changes can be made.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, PZT 등의 압전물질을 이용하여 압전 구동 방식으로 스피커를 구동할 수 있어 휴대용 전자기기에 있어서 전력소모를 현저하게 낮출 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the speaker can be driven by a piezoelectric driving method using a piezoelectric material such as PZT, thereby reducing the power consumption in a portable electronic device.
또한, 본 발명에 의하면 압전 소자와 진동을 매개하는 진동부재를 박막공정으로 얇고 유연하게 제작할 수 있어 소리의 재생시 큰 변위를 얻을 수 있고 높은 음압을 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, the piezoelectric element and the vibration-mediated vibration member can be manufactured thinly and flexibly in a thin film process, so that a large displacement can be obtained during sound reproduction and a high sound pressure can be obtained.
뿐만 아니라 낮은 공진 주파수를 갖는 구조는 저음을 재생하는 데에 유리하게 작용하여 다양한 소리의 재생이 가능하다.In addition, the structure having a low resonant frequency is advantageous in reproducing bass sounds, and various sounds can be reproduced.
또한 기존의 스피커와 달리 박막 제조 공정을 이용하여 batch process가 가능하기 때문에 편차가 적은 디바이스를 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있어 휴대용 전자기기와 같은 최종 생산품에 있어 제품의 신뢰성과 고품질의 제품을 제공할 수 있고 경제적 고부가가치를 기대할 수 있다.In addition, unlike conventional speakers, the batch process is possible by using a thin film manufacturing process, which allows the production of devices with low deviations in a large quantity, thus providing high reliability and high quality products in final products such as portable electronic devices. Can expect high economic value.
이러한 압전 구동을 이용한 저전력 초소형 스피커는 얇은 두께 및 작은 크기와 낮은 전력 소모 및 높은 음 재생 능력을 바탕으로 휴대용 기기에 널리 사용될 수 있으며, 휴대용 기기의 크기를 줄이는데 크게 기여할 것으로 기대된다.The low-power micro speaker using the piezoelectric drive can be widely used in portable devices based on its thin thickness, small size, low power consumption, and high sound reproduction ability, and is expected to greatly contribute to reducing the size of the portable device.
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