KR100941893B1 - 커패시터형 실리콘 멤스 마이크로폰 - Google Patents

커패시터형 실리콘 멤스 마이크로폰 Download PDF

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Abstract

본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰은 외부 음압(소리)을 감지하여 진동하는 제2 진동판과; 상기 제2 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제1 진동판과; 상기 제1 진동판과 마주하여 일정 간격으로 이격되어 외부 소리를 감지하여 전기 신호로 변환하는 커패시터를 형성하는 전극판인 실리콘기판과; 상기 제1 진동판과 실리콘기판 사이에 삽입되어 전기적으로 절연시키는 고유전율의 절연박막과; 상기 제1 진동판과 제2 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1 및 제2 진동판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음압에 효과적으로 반응하도록 하는 음압분산공간; 및 상기 절연박막 위에 위치하여 상기 제1 진동판을 지지하고 커패시터의 간격을 조절하는 간격지지절연막;을 포함하여 구성하되, 상기 제1 진동판은 상기 커패시터 간격의 공간과 상기 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 음압분산홀을 구비한 단위 마이크로폰을 복수 개로 배열 구성함으로써, 외부 충격에 강하고 감도 특성이 우수하며, 제조공정이 간단하여 여러 불량 요인을 제거할 수 있어서 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
진동판, 음압분산공간, 커패시터, MEMS, 마이크로폰.

Description

커패시터형 실리콘 멤스 마이크로폰{Silicon MEMS microphone of capacitor type}
본 발명은 커패시터형 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동판의 크기를 미소한 크기로 작게 하여도 커패시터 간격을 줄임으로써 커패시터가 소리에 잘 반응하도록 구현하는 한편, 커패시터 주변에 큰 음압분산공간을 갖도록 형성함으로써 감도가 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰에 관한 것이다.
일반적으로 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 이용한 초소형 마이크로폰은 크게 저항형, 압전형 및 커패시터형으로 나눌 수 있다.
상기 저항형은 진동을 받으면 저항이 변하는 원리를 이용한 것으로, 주변 온도 변화에 따라 저항치가 변화하는 단점을 갖고 있다. 또한, 상기 압전형은 압전 물질에 물리적 압력이 가해지는 경우에 압전 물질 양단에 전위차가 발생되는 피에조 효과를 이용한 것으로, 내구성이 떨어지는 단점을 갖고 있다.
한편, 상기 커패시터형은 주파수 특성이 우수한 마이크로폰 중의 하나로써 커패시터의 한 극은 고정되어 있고 다른 한 극은 다이아프레임 역할을 한다. 따라서, 음압에 의해 다이아프레임이 진동하게 되면 고정된 극과의 간격이 변하는 동시 에 정전 용량이 변화하는 현상을 전압으로 변환하여 마이크로폰으로 이용할 수 있다.
커패시터 마이크로폰의 감도를 커패시터 제원에 따라 계산하여 보면, 커패시터 간격을 T, 면적을 A, 인가된 전압을 V라 할 때 커패시터 용량 C=e*A/T 이다. 이때, e는 유전율이다.
충전된 전하량 Q=CV이므로 Q=V*e*A/T이다. 이때, 진동판이 진동할 때 커패시터 용량(C)이 변화하게 되나, 충전된 전하(Q)는 일정하므로 전압(V)이 변화하게 된다. 즉 간격 T로 미분하면, dQ/dT = e*A/T*(dV/dT) - V*e*A/T2이고, 여기서, dQ/dT=0이므로, dV/dT=V/T이다.
따라서 음압에 대한 감도 즉 음압에 따른 간격 변화에 대한 전압 변화(dV/dT)는 충전 전압(V)이 높거나 간격(T)가 작을수록 감도는 크게 된다.
또한 대기압을 P라 할 때 커패시터의 체적변화는 A*dT이므로 커패시터에서의 압력변화는 P*dT/T 가 되며, 주변에 음압분산공간 부피가 커패시터 영역 부피의 N배 일 때 압력 변화는 P*dT/T/N가 된다. 따라서 주변의 음압분산공간을 크게 하기 위하여 N값을 충분히 크게 하여 마이크로폰 내부 압력 변화를 최소가 되게 함으로써 충분한 감도를 얻을 수 있다.
마이크로폰의 소형화 및 자동화 경향에 따라 SMD(surface-mounted devices)가 가능한 MEMS 마이크로폰에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. 이에 따라 많은 부품업체에서 MEMS 마이크로폰을 오래전부터 개발하여 왔다.
도 1은 종래 기술에 따른 MEMS 마이크로폰의 단면도로서, 종래 MEMS 마이크로폰(1)은 하부 전극의 실리콘기판(10)과, 그 위에 상부 전극인 음압(소리)에 진동하는 진동판(Diaphragm, 20), 및 상기 두 전극 사이에 일정한 커피시터 간격(60)으로 분리시키는 간격절연막(30)으로 구성되어 커패시터를 형성하고, 상기 반도체 기판(10)의 상면에는 소정 두께의 절연박막(40)을 형성하고, 상기 실리콘기판(10) 뒷면은 식각하여 넓은 공간(70)을 형성한다.
이러한 상기 커패시터의 역할은 진동판(20)의 진동에 따라 커패시터 용량이 변화하게 되고, 커패시터 용량 변화는 커패시터에 충전된 전압의 변화로 나타나게 하여 음성신호가 전기신호로 변환하게 한다. 이때, 진동에 의한 커패시터 간격 변화는 커패시터 내부 공간에서 압력 변화를 일으키게 되어 커패시터 간격 변화를 상쇄시키는데, 이를 방지하기 위하여 실리콘기판(10) 뒷면을 식각하여 넓은 공간(70)을 확보하도록 하고 커패시터 영역과 도통하는 도통홀(50)을 형성한다.
그런데, 이러한 종래의 MEMS 마이크로폰(1)은 음압을 분산시키기 위하여 커패시터 영역의 체적보다 100배 이상의 음압분산공간(70)을 만들어 주어야 진동판(20)이 음압에 따라 진동하므로 실리콘기판(10) 뒷면을 식각하여 넓은 음압분산공간(70)을 형성한 구조로 제작하는데, 실리콘기판(10) 뒷면을 수백 μm 이상 식각(etching)하여야 하는 공정상의 단점과 충격에 의하여 마이크로폰이 깨지기 쉬운 문제점이 있다.
또한, 종래의 MEMS 마이크로폰(1)은 신호 증폭기와 대등한 임피던스로 감지할 수 있는 커패시터 용량이 2 내지 3 pF 정도가 되도록 하나로 구성된 진동판(20) 의 면적을 1㎟ 정도가 되게 형성하고 두 전극 사이의 커패시터 간격을 안전하게 떨어지게 하기 위해 수 μm 이상 되게 하여야 하는데, 이러한 구조는 커패시터 전극의 진동판(20)이 매우 큰 것이어서 깨지기 쉽다는 단점이 있다.
더욱이 커패시터 마이크로폰 감도는 커패시터 전극간의 커패시터 간격(60)의 크기에 반비례하는데, 종래의 MEMS 마이크로폰(1)의 구조에서는 커패시터 전극간 간격이 수 μm 이상으로 크기 때문에 감도를 증가시키기 위해서 수십 볼트(Volt) 이상의 전압을 인가하여야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 기판의 식각을 통한 음압분산공간 확보의 공정을 필요 없게 하여 외부 충격에 강하고 제조공정이 간단한 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 충분한 음압분산공간을 갖도록 함과 아울러 커패시터 간격을 줄이도록 음압에 대한 감도 특성이 우수한 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 커패시터 간격을 충분히 작게 하여 진동판의 크기를 작게 구성할 수 있도록 함으로써 외부 충격에 강하고 감도 특성이 우수한 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단위 커패시터형 실리콘 멤스 마이크로폰은, 마이크로폰에 있어서, 외부 음압(소리)을 감지하여 진동하는 제2 진동판과; 상기 제2 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제1 진동판과; 상기 제1 진동판과 마주하여 일정 간격으로 이격되어 외부 소리를 감지하여 전기 신호로 변환하는 커패시터를 형성하는 전극판인 실리콘기판과; 상기 제1 진동판과 실리콘기판 사이에 삽입되어 전기적으로 절연시키는 고유전율의 절연박막과; 상기 제1 진동판과 제2 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1 및 제2 진동 판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음압에 효과적으로 반응하도록 하는 음압분산공간; 및 상기 절연박막 위에 위치하여 상기 제1 진동판을 지지하고 커패시터의 간격을 조절하는 간격지지절연막;을 포함하여 구성하되, 상기 제1 진동판은 상기 커패시터 간격의 공간과 상기 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 음압분산홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 진동판을 지지하고 상기 제1 진동판과 제2 진동판을 연결하며 음압분산공간을 확보하기 위한 음압분산공간지지대를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 진동판은 전도성 박막 또는 전도성 박막과 절연막이 결합된 다층박막인 것을 특징으로 한다.
상기 음압분산공간지지대는 제1 및 제2 진동판과 동일한 재질로 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 단위 커패시터형 실리콘 멤스 마이크로폰은, 마이크로폰에 있어서, 외부 음압(소리)을 감지하여 진동하는 제3 진동판과; 상기 제3 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제2 진동판과; 상기 제2 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제1 진동판과; 상기 제1 진동판과 마주하여 일정 간격으로 이격되어 외부 소리를 감지하여 전기 신호로 변환하는 커패시터를 형성하는 전극판인 실리콘기판과; 상기 제1 진동판과 실리콘기판 사이에 삽입되어 전기적으로 절연시키는 고유전율의 절연박막과; 상기 제1 진동판과 제2 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1 및 제2 진동판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음 압에 효과적으로 반응하도록 하는 제1 음압분산공간과; 상기 제2 진동판과 제3 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1, 제2 및 제3 진동판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음압에 효과적으로 반응하도록 확장한 제2 음압분산공간; 및 상기 절연박막 위에 위치하여 상기 제1 진동판을 지지하고 커패시터의 간격을 조절하는 간격지지절연막;을 포함하여 구성하되, 상기 제1 진동판은 상기 커패시터 간격의 공간과 상기 제1 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 제1 음압분산홀을 구비하고, 상기 제2 진동판은 상기 제1 음압분산공간과 제2 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 제2 음압분산홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 진동판을 지지하고 상기 제1 진동판과 제2 진동판을 연결하며 제1 음압분산공간을 확보하기 위한 제1 음압분산공간지지대를 포함하고, 상기 제3 진동판을 지지하고 상기 제2 진동판과 제3 진동판을 연결하며 제2 음압분산공간을 확보하기 위한 제2 음압분산공간지지대를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 제2 및 제3 진동판은 전도성 박막 또는 전도성 박막과 절연막이 결합된 다층박막인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 음압분산공간지지대는 제1, 제2 및 제3 진동판과 동일한 재질로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 제3 진동판은 상부에 2 내지 5 개 진동판을 적층하여 다층 구조를 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 커패시터를 구성하는 제1 진동판과 실리콘기판 사이 의 간격은 20 내지 5,000 Å인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 진동판의 크기는 10 내지 500,000 μ㎡인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰은 상기 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰을 복수 개로 배열하되 전기적으로 병렬 연결되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰은 2 내지 20,000 개의 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰을 배열하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰은 진동판의 크기를 마이크로 미터(μm) 단위로 구성하여 종래의 얇고 커서 깨지기 쉬운 문제를 해결할 뿐만 아니라, 커패시터 전극 간 간격을 나노 미터(nm) 정도로 구성함으로써 커패시터 마이크로폰 감도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 커패시터 영역의 공간이 종래 구조에 비교하여 1/100 이하 이어서 음압분산공간도 종래에 비교하여 1/100 이하로 구성할 수 있으므로 실리콘기판의 식각없이 효율적으로 간단히 확보할 수 있는 제조공정상의 장점과 외부 충격에 강하면서 우수한 감도 특성을 갖는 효과가 있다.
본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰은 초소형의 단위 마이크로폰을 다수 개를 구비하여 구성할 수 있어서 확장성과 여러 불량 요인을 제거할 수 있어서 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단위 마이크로폰의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단위 마이크로폰(100)은, 제1 진동판(120), 실리콘기판(110), 절연박막(140), 음압분산공간(160), 간격지지절연막(130), 및 제2 진동판(170)으로 구성된다.
상기 제1 및 제2 진동판(120, 170)은 외부 음압 즉, 소리에 따라 진동하는 것으로, 다결정실리콘 또는 금속박막 등의 전도성 박막, 또는 전도성 박막과 절연막이 결합된 다층 구조 박막으로 형성함이 바람직하다. 여기서, 상기 제1 진동판(120)은 커패시터(150)의 상부 전극으로 사용된다.
상기 제1 진동판(120)은 평판형이고 그 상면에 제2 진동판(170)이 일정 공간 즉, 음압분산공간(160)을 형성하도록 이격되어 위치한다. 이때, 양 진동판 사이는 음압분산공간지지대(171)가 구비되어 제2 진동판(170)을 지지하고 양 진동판을 연결함과 아울러 상기 음압분산공간(160)의 부피에 대한 크기를 결정한다.
여기서, 상기 음압분산공간(160)은 산화막, 폴리마이드계 박막, 또는 질화막인 희생층을 식각함으로써 형성한 공간으로, 상기 제1 진동판(120)과 제2 진동판(170)의 사이에서 음압분산공간지지대(171)를 제외한 주위에 위치하도록 형성한다.
또한, 상기 음압분산공간(160)과 상기 커패시터(150)의 간격이 같은 공간으로 연결되게 상기 제1 진동판(120)에는 음압분산홀(121)을 구비하도록 한다. 이러한 음압분산홀(121)은 제1 및 제2 진동판(120, 170)을 진동시키는 음압을 상기 음압분산공간(160)으로 분산시켜 커패시터(150)가 음압에 효과적으로 반응하도록 기능한다.
상기 실리콘기판(110)은 상기 진동판(120)과 마주하여 일정 간격으로 이격되어 외부 소리를 감지하여 전기 신호로 변환하는 커패시터(150)를 형성하는 하부 전극이며, 상기 절연박막(140)은 상기 진동판(120)과 실리콘기판(110) 사이에 삽입되어 전기적으로 절연시키는 고유전율의 박막이다.
이때, 상기 제1 진동판(120)의 크기는 500,000 μ㎡ 이하가 되도록 작게 구성하여 감도에 대한 신뢰성을 향상시키도록 구성함이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 제1 진동판(120)의 크기를 10 내지 500,000μ㎡ 정도의 범위가 되도록 구성한다.
또한, 상기 커패시터(150)를 구성하는 제1 진동판(120)과 실리콘기판(110) 사이의 간격은 수백 나노미터(nm) 이하로 구성하여 감도 특성을 극대화시킬 수 있도록 구성함이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 커패시터(150)의 간격을 20 내지 5000Å 정도의 범위가 되도록 구성한다.
상기 간격지지절연막(130)은 절연박막(140) 위에 위치하여 상기 제1 진동판(120)을 지지하되, 두께를 조절하여 상기 커패시터(150)의 간격을 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰 의 평면도와 단위 마이크로폰을 확대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(1000)의 단위 마이크로폰(100)은 도 2와 같이 구성되는데, 이와 같은 단위 마이크로폰(100)은 커패시터(150) 한 개로 구성되며, 본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(1000)은 이러한 단위 마이크로폰(100)을 두 개 이상 배열하여 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(1000)은 상기 단위 마이크로폰(100) 즉, 커패시터(150)를 2개 내지 20,000개 정도의 범위에서 배열하여 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 커패시터(150)는 전기적으로 병렬 연결하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 커패시터 용량을 원하는 임의의 크기로 조절할 수 있게 하여 음압에 대한 감도를 증가시키도록 하기 위함이다.
도 4는 도 3에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰의 A - A' 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예는 도 2에서 설명한 단위 마이크로폰(100)을 복수 개 배열한 것을 보여주는 것으로 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 간격지지절연막(130)은 제1 진동판(120)을 지지할 수 있도록 기둥 형태로 형성하여 각 커패시터(150)들로 구성된 단위 마이크로폰(100)들이 배 열되어 있는 내부 영역에서는 각 단위 마이크로폰(100)의 커패시터 공간이 서로 연결되게 하고, 본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(1000)의 가장자리에서는 상기 내부 영역의 공간과 외부 공간을 분리하도록 분리막(131) 형태로 구성된다. 또 다른 방법으로는 분리막(131)을 제거하고 제1 진동판과 제2 진동판을 바로 연결하여 내부 공간과 외부 공간을 분리하도록 구성한다.
또한, 도시한 바와 같이 상기 음압분산공간(160)의 내부 영역은 제2 진동판(170)을 지지하되 각 음압분산공간(160)이 서로 연결되게 기둥 형태로 형성된 음압분산공간지지대(171)가 구비되고, 도시한 바와 같이 본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(1000)의 가장자리에서는 상기 제1 진동판(120)과 제2 진동판(170) 사이에 위치하되 내부의 음압분산공간(160)과 외부 공간을 분리하는 음압분산공간막(132)을 형성한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단위 마이크로폰의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단위 마이크로폰(200)은 제1 진동판(220), 실리콘기판(210), 절연박막(240), 제1 음압분산공간(260), 제2 음압분산공간(290), 간격지지절연막(230), 제2 진동판(270) 및 제3 진동판(280)으로 구성된다.
본 발명의 제2 실시 예는 상기 도 2의 제1 실시 예에 제3 진동판(280)을 더 부가하여 구성한 것이다. 따라서, 중복된 구성요소에 대한 설명은 이하에서 생략하기로 한다.
본 제2 실시 예는 상기 제2 진동판(270) 상부에 음압을 분산시키는 공간을 확장하기 위한 제2 음압분산공간(290)을 형성하기 위하여 제3 진동판(280)을 더 구비함이 바람직하다. 이때, 상기 제3 진동판(280)과 동일 재질인 음압분산공간지지대(281)는 상기 제3 진동판(280)을 지지하고, 제2 음압분산공간(290)의 부피에 대한 크기를 결정한다.
또한, 상기 제1 진동판(220)에는 제1 음압분산공간과 커패시터 공간을 연결하는 제1 음압분산홀(221)을 구비하고, 상기 제2 진동판(270)은 상기 제1 음압분산공간(260)과 제2 음압분산공간(290)을 연결하도록 하는 제2 음압분산홀(272)을 구비함이 바람직하다.
이러한 상기 제3 진동판(280)은 음압 분산을 위한 공간을 더 확장하도록 함으로써 음압에 대한 마이크로폰의 감도를 증가시키도록 한다. 즉, 앞서 배경기술에서 설명한 바와 같이, 음압을 분산하는 공간을 커패시터(250) 영역의 부피보다 100배 이상으로 크게 할수록 마이크로폰(200)의 내부 압력 변화를 최소로 하여 음압을 전달함에 있어 보다 능률적인 전달과 충분한 감도를 얻을 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 상기 제3 진동판(280)을 더 구비하여 제2 음압분산공간(290)을 형성함으로써, 상기 제1 음압분산공간(260)을 포함한 음압을 분산하기 위한 전체 공간의 부피가 상기 커패시터(250) 영역 부피에 비하여 더욱 크게 되도록 함으로써 상기 마이크로폰(200) 내부의 압력 변화를 최소로 하여 충분한 감도를 얻을 수 있게 한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰 의 평면도와 단위 마이크로폰을 확대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)은 도 3의 제1 실시 예에서 제3 진동판(280)을 더 부가하여 구성한 것으로, 단위 마이크로폰(200) 2개 이상을 배열하여 구성한다.
이때, 본 발명에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)은 상기 단위 마이크로폰(200) 즉, 커패시터(250)를 2개 내지 20,000개 정도의 범위에서 배열하여 구성함이 바람직하며, 상기 커패시터(250)는 전기적으로 병렬 연결하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 커패시터 용량을 원하는 임의의 크기로 조절할 수 있게 하여 음압에 대한 감도를 증가시키도록 하기 위함이다.
도 7은 도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰의 B - B' 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)은 상기 도 4에 도시한 제1 실시 예에 제3 진동판(280)을 더 부가하여 구성한 것으로, 중복된 구성요소에 대한 설명은 이하에서 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)은 진동판(220) 위에 제3 진동판(280)을 더 부가하여 구성함으로써 제2 음압분산공간(290)을 갖게 되고, 상기 제2 진동판(270)에는 제1 음압분산공간(260)과 제2 음압분산공간(290)이 연결되도록 제2 음압분산홀(272)를 형성한다.
여기서, 상기 간격지지절연막(230)은 제1 진동판(220)을 지지할 수 있도록 기둥 형태로 형성하여 각 커패시터(250)들로 구성된 단위 마이크로폰(200)들이 배열되어 있는 내부 영역에서는 각 단위 마이크로폰(200)의 커패시터 공간이 서로 연 결되게 하고, 본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)의 가장자리에서는 상기 내부 영역의 공간과 외부 공간을 분리하도록 분리막(231) 형태로 구성된다.
또한, 도시한 바와 같이 상기 제1 음압분산공간(260)의 내부 영역은 제2 진동판(270)을 지지하되 각 단위 마이크로폰(200)의 제1 음압분산공간(260)이 서로 연결되게 기둥 형태로 형성된 제1 음압분산공간지지대(271)가 구비되고, 본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)의 가장자리에서는 상기 제1 진동판(220)과 제2 진동판(270) 사이에 위치하되 내부의 제1 음압분산공간(260)과 외부 공간을 분리하는 음압분산공간막(232)을 형성한다.
또한, 상기 제3 진동판(280)은 제2 음압분산공간(290)의 내부 영역에 제3 진동판(270)을 지지하되 각각 단위 마이크로폰(200)의 제2 음압분산공간(290)이 서로 연결되게 기둥 형태로 형성된 제2 음압분산공간지지대(281)를 구비하고, 본 발명의 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰(2000)의 가장자리에는 내부의 제2 음압분산공간(290)과 외부 공간을 분리하는 막으로 형성한다.
또한, 상기 제3 진동판(280)은 상부에 다수 개의 진동판을 적층하여 다층 구조가 되도록 형성하여 음압 분산을 위한 공간을 더 크게 확장하도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 더 적층할 진동판은 2개 내지 5개 층 정도로 적층하여 구성함이 바람직하다.
여기서, 상기 제3 진동판(280) 및 다수개의 적층 진동판은 다결정실리콘 또는 금속박막 등의 전도성 박막, 또는 전도성 박막과 절연막이 결합된 다층 구조 박 막으로 구성함이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술에 따른 MEMS 마이크로폰의 단면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단위 마이크로폰의 단면도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰 의 평면도와 단위 마이크로폰을 확대한 평면도,
도 4는 도 3에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰의 A - A' 단면도,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단위 마이크로폰의 단면도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰 의 평면도와 단위 마이크로폰을 확대한 평면도,
도 7은 도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰의 B - B' 단면도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1 : 마이크로폰 10 : 실리콘기판
20 : 진동판 30 : 간격절연막
40 : 절연박막 50 : 도통홀
60 : 커패시터 70 : 음압분산공간
100, 200 : 단위 마이크로폰 110, 210 : 실리콘기판
120, 220 : 제1 진동판 121 : 음압분산홀
130, 230 : 간격지지절연막 131, 231 : 분리막
132, 232 : 음압분산공간막
140, 240 ; 절연박막 150, 250 : 커패시터 간격
160 : 음압분산공간 170, 270 : 제2 진동판
221 : 제1 음압분산홀 260 : 제1 음압분산공간
272 : 제2 음압분산홀 171 : 음압분산공간지지대
271 : 제1 음압분산공간지지대 281 : 제2 음압분산공간지지대
280 : 제3 진동판 290 : 제2 음압분산공간
1000, 2000 : 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰

Claims (13)

  1. 마이크로폰에 있어서,
    외부 음압(소리)을 감지하여 진동하는 제2 진동판과;
    상기 제2 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제1 진동판과;
    상기 제1 진동판과 마주하여 일정 간격으로 이격되어 외부 소리를 감지하여 전기 신호로 변환하는 커패시터를 형성하는 전극판인 실리콘기판과;
    상기 제1 진동판과 실리콘기판 사이에 삽입되어 전기적으로 절연시키는 고유전율의 절연박막과;
    상기 제1 진동판과 제2 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1 및 제2 진동판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음압에 효과적으로 반응하도록 하는 음압분산공간; 및
    상기 절연박막 위에 위치하여 상기 제1 진동판을 지지하고 커패시터의 간격을 조절하는 간격지지절연막;을 포함하여 구성하되,
    상기 제1 진동판은 상기 커패시터 간격의 공간과 상기 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 음압분산홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  2. 마이크로폰에 있어서,
    외부 음압(소리)을 감지하여 진동하는 제3 진동판과;
    상기 제3 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제2 진동판과;
    상기 제2 진동판과 연결되어 음압에 따라 진동하는 제1 진동판과;
    상기 제1 진동판과 마주하여 일정 간격으로 이격되어 외부 소리를 감지하여 전기 신호로 변환하는 커패시터를 형성하는 전극판인 실리콘기판과;
    상기 제1 진동판과 실리콘기판 사이에 삽입되어 전기적으로 절연시키는 고유전율의 절연박막과;
    상기 제1 진동판과 제2 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1 및 제2 진동판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음압에 효과적으로 반응하도록 하는 제1 음압분산공간과;
    상기 제2 진동판과 제3 진동판 사이에 형성된 공간으로 상기 제1, 제2 및 제3 진동판을 진동시키는 음압을 분산시켜 커패시터가 음압에 효과적으로 반응하도록 확장한 제2 음압분산공간; 및
    상기 절연박막 위에 위치하여 상기 제1 진동판을 지지하고 커패시터의 간격을 조절하는 간격지지절연막;을 포함하여 구성하되,
    상기 제1 진동판은 상기 커패시터 간격의 공간과 상기 제1 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 제1 음압분산홀을 구비하고, 상기 제2 진동판은 상기 제1 음압분산공간과 제2 음압분산공간이 도통하여 연결되도록 제2 음압분산홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동판 사이에는 상기 제2 진동판을 지지하고 상기 제1 진동판과 제2 진동판이 연결되게 하며 음압분산공간을 확보하기 위한 음압분산공간지지대를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동판 사이에는 상기 제2 진동판을 지지하고 상기 제1 진동판과 제2 진동판이 연결되게 하며 제1 음압분산공간을 확보하기 위한 제1 음압분산공간지지대를 포함하고,
    상기 제2 및 제3 진동판 사이에는 상기 제3 진동판을 지지하고 상기 제2 진동판과 제3 진동판이 연결되게 하며 제2 음압분산공간을 확보하기 위한 제2 음압분산공간지지대를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동판은 전도성 박막 또는 전도성 박막과 절연막이 결합된 다층박막인 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 진동판은 전도성 박막 또는 전도성 박막과 절연막이 결합된 다층박막인 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 음압분산공간지지대는 제1 및 제2 진동판과 동일한 재질로 구성한 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 음압분산공간지지대는 제1, 제2 및 제3 진동판과 동일한 재질로 구성한 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제3 진동판은 상부에 2 내지 5 개 진동판을 적층하여 다층 구조를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커패시터를 구성하는 제1 진동판과 실리콘기판 사이의 간격은 20 내지 5,000 Å인 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 진동판의 크기는 10 내지 500,000 μ㎡인 것을 특징으로 하는 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항의 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰이 복수 개로 배열되되 전기적으로 병렬 연결되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단위 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰은 2 내지 20,000 개가 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 커패시터형 실리콘 MEMS 마이크로폰.
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