KR101159734B1 - 압전형 스피커 및 이의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전형 스피커 및 이의 제작 방법에 관한 것으로, 특히 압전박막을 이용하여 높은 음압을 얻기 위한 압전형 스피커 및 이의 제작방법을 제공한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 압전형 스피커는, 압전 박막과, 상기 압전 박막의 상부에 형성되거나 상하부에 형성되는 전극과, 상기 압전 박막 하부에 형성되는 댐핑물질층과, 상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 형태로 접착물질에 의해 부착되는 프레임을 포함한다.

압전박막, 댐핑물질층, 진동판, 프레임

Description

압전형 스피커 및 이의 제작방법{PIEZOELECTRIC SPEAKER AND METHOD FOR FORMING THE SAME}

본 발명은 압전형 스피커 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 특히 압전박막이 진동판 역할을 하여 저주파영역에서도 높은 음압을 얻기위한 압전형 스피커 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2006-S-006-03, 과제명:유비쿼터스용 단말용 부품/모듈].

일반적으로 음향 엑츄에이터(acoustic actuator)라 함은 스피커나 리시버 등을 말하는데 압전 스피커는 기존의 VCM(Voice Coil Motor)스피커에 비해 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점이 있어 휴대단말기, PDA와 같은 휴대전자기기등의 응용이 늘고 있는 추세이다.

종래의 압전형 스피커는 압전진동자를 포함하거나 황동, 스테인레스스틸, 니 켈합금등의 금속진동판 상부에 압전 디스크를 덧붙여 제작하는 것이 대부분이며, PVDF와 같은 필름형 압전 스피커의 경우에는 압전필름의 상하부 전체에 도전체를 코팅하는 방식을 취하고 있다.

이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 압전형 스피커에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 종래의 압전 진동자를 포함하는 압전형 스피커의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 압전 진동자를 포함하는 압전형 스피커는 진동패널(100)의 가장자리 소정의 부위에 압전 진동자가 장착되는 것으로, 압전 진동자는 전극이 부착된 압전체(111)의 하부에 탄성체(112)가 부착된 압전 액츄에이터(110)와, 압전 액츄에이터(110) 하부에 작고 큰 진동 전달용 탄성체(120)가 순차적으로 부착되는 단순한 구조이다. 이와 같이 형성된 압전형 스피커는 압전 액츄에이터(110)에서 발생된 진동이 압전 액츄에이터(110)보다 작은 단면적을 갖는 진동 전달용 탄성체(120)를 거쳐 외부로 전달된다. 이와 같이 압전 진동자(130)를 이용하여 진동을 전달하는 경우 진동패널(100)에 진동을 전달해야 하므로 매우 높은 압전 진동을 발생시킬 수 있어야 하고 압전 진동자 자체가 스피커로 구동되는 방식이 아니라 크기가 상대적으로 다른 진동판을 구비해야 하며 진동을 전달하는 과정에 불필요한 공진이 발생할 수 있는 단점이 있다.

도 2는 종래의 압전형 스피커 단면도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 압전형 스피커는 금속판 또는 합금으로 형성되는 진동박막(200) 상부의 소정영역에 에폭시(epoxy)와 같은 접착물질을 이용하여 압전 체(220)를 붙임으로서 제작되는 압전형 스피커 구조로서, 통상적으로 수심~백 마이크론의 두께를 갖는 진동박막(200)의 상부에 압전체(220)를 부착하고, 진동박막(200)의 하부에는 폴리머(230)를 코팅하여 두꺼운 멤브레인을 형성한다.

따라서 진동박막(200)은 얇을 수록 유연해서 더욱 높은 출력음압을 얻을 수 있고 저음의 재생도 가능해지므로, 두꺼운 진동박막(200) 및 폴리머(230), 그리고 최상부에 부착된 압전체(220)는 출력음압 및 저음재생에 있어 장해요소가 된다. 뿐만 아니라, 압전체(220)를 접착물질(210)을 이용하여 진동박막에 부착하는 제작공정은 복잡하고 어려운 단점이 있다. 또한 금속판을 이용한 진동박막(200)의 경우 금속재질의 차가운 음색 및 날카로운 픽-딕(peak-dip)으로 거친 음질이 발생하는 단점이 있다.

도 3은 종래의 압전소자 필름을 포함하는 필름형 스피커의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 필름형 스피커는 PVDF와 같은 압전 필름을 이용한 압전 평판형 스피커로서, 압전소자 필름(300)의 앙측면에 고분자 전도체막(301)을 형성하고, 고분자 전도체막(301)의 테두리를 따라 연장된 형태로 전극(302)을 형성한다. 또한 전극(302)이 고분자 전도체막(301)의 외측으로 연장된 형태로 단자(303)를 형성하며, 단자(303)의 일측면에 단자(303)를 지지하는 보강테이프(304)를 더 형성하여 필름형 스피커를 제작한다. 하지만 이와 같이 형성된 압전 필름을 이용한 스피커는 압전 재료의 압전계수가 높지 않아 스피커 진동박막의 면적이 매우 넓어야만 하므로 일반/대형 스피커에 사용되며, 휴대단말기와 같은 소형의 휴대기기에는 사용하기가 부적합한 단점이 있다.

이러한 기존의 압전 스피커는 충분한 음압을 내기 위하여 두께를 얇게 하거나 진동막을 크게 하여야 하므로 소형화가 쉽지 않고 두께가 얇아짐에 따라 발생할 수 있는 진동판의 뒤틀림에 의한 음의 왜곡현상이 일어나기 쉬운 단점이 있다. 뿐만 아니라 종래의 압전 스피커는 VCM 스피커에 비해 저음영역의 음을 재생하기가 매우 어려운 단점이 있다.

본 발명은 별도의 진동판 없이 음의 왜곡현상을 줄이고 저음영역의 출력 음압을 보강할 수 있는 압전박막을 포함하는 압전형 스피커 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 특징에 따른 압전형 스피커는, 압전 박막과, 상기 압전 박막의 상부에 형성되거나 상하부에 형성되는 전극과,상기 압전 박막 하부에 형성되는 댐핑물질층과, 상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 형태로 접착물질에 의해 부착되는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 압전형 스피커 제작방법은, 압전 박막의 상부 또는 상하부에 전극을 형성하는 단계와, 상기 압전 박막 하부에 댐핑물질층을 형성 하는 단계와, 상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면에 접착물질을 이용하여 프레임을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 압전형 스피커 제작방법은, 실리콘 기판상에 댐핑물질층을 형성하는 단계와, 상부에 제1 전극이 형성된 압전 박막을 상기 댐핑물질층상에 부착하는 단계와, 상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면에 접착물질을 이용하여 프레임을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압전형 스피커는 별도의 진동판이 없이 압전박막 자체가 진동판 역할을 하며, 이 진동판에 댐핑물질층을 코팅함으로써 얇은 진동판에서 발생할 수 있는 음의 왜곡현상을 줄이고 저음영역까지 높은 출력 음압을 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 댐핑물질층이 코팅된 압전박막에 저점도 고탄성 접착물질을 이용하여 얇고 작은 프레임을 부착함으로써 음의 왜곡현상을 줄일 수 있으며, 압전박막의 상하부에 전극을 비대칭으로 형성하거나 상부에 맞물림 전극을 형성하고, 전극이 형성된 압전박막을 매우 얇고 단순하게 구현함으로써 보다 높은 출력 음압을 얻고 저음의 재생이 크게 향상되도록 할 뿐 아니라 공정이 단순하고 양산이 우수하여 비용을 절감할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도이다.

도 4를 참고하면, 본 발명에 제1 실시 예에 따른 압전형 스피커는 평판형의 압전박막(400), 압전박막(400) 상부의 소정영역에 형성된 제1 전극(401), 압전박막(400) 하부의 소정영역 역에 형성된 제2 전극(미도시), 압전박막(400)의 측면을 둘러싸는 형태로 접착물질(408)을 통해 압전박막(400)에 부착된 프레임(409) 및 프레임(409)의 소정영역에 형성되어 제1 전극(401)에 전압을 인가하는 신호선(407)을 포함한다. 이때 제1 전극(401) 및 신호선(407)과 연결되어 신호선(407)으로부터 전압을 인가받아 제1 전극(401)으로 전달하기 위한 연결부(404)를 더 포함할 수 있다.

도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타내는 도면이다.

먼저 도 5(a)와 같이, 세라믹 형태의 압전박막(400) 상의 소정영역에 제1 전극(401)을 형성하고, 압전박막(400)의 하면에 제2 전극(402)을 형성하여 전기신호를 음향에 의한 물리적인 진동 신호로 변환시키는 압전진동판(403)을 형성한다.

이때 압전박막(400)의 두께는 얇을 수록 높은 출력 음압을 얻을 수 있으나, 얇은 압전진동판에서 발생할 수 있는 음의 왜곡 현상을 줄이기 위해 약 10~60 mm 정도가 바람직하다. 또한 압전박막(400)은 PZT, PMN-PT, PVDF, PZN-PT, PYN-PT 또는 PIN-PT 중 어느 한 물질이 단층으로 형성되는 것이 바람직하다.

압전박막(400)의 상하면에 형성된 제1 및 제2 전극(401, 402)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등이 이용될 수 있으며, 제1 전극 및 제2 전극(401, 402)의 두께는 0.2~0.3 mm 정도가 바람직하다. 제2 전극(402)은 압전박막(400)의 하면에 형성되고, 제1 전극(401)은 압전박막(400) 상면에 최대 변위를 얻을 수 있는 최적 설계에 따라 형성된다. 제1 전극(401)의 장축 및 단축 지름의 비율은 각각 0.5~0.6mm 및 0.48~0.5mm로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 압전진동판(403)의 경우는 종래기술에서와 같은 별도의 금속 진동판이 필요하지 않으므로 공정이 간단하고 얇은 진동판으로 인해 높은 출력음압을 얻을 수 있는 장점이 있다.

다음으로 도 5(b)와 같이 제2 전극(402) 아래에 댐핑물질층(405)을 코팅한다. 이때 댐핑물질층(405)은 두께에 따라 스핀 코팅 또는 마이크로피펫을 이용하여 코팅되며, 압전박막(400)의 기계적 특성을 보완할 뿐 아니라 얇은 압전진동판(403)에서 발생할 수 있는 음의 왜곡을 잡아주기 위한 고탄성 저점도 댐핑물질층인 것이 바람직하다. 또한 상기 언급한 저점도 댐핑물질층(405)을 이용하면 코팅막의 균일도가 매우 우수하여 불필요한 진동이 생기지 않고 음의 왜곡을 예방할 수 있고 공정이 쉬워 양산에 유리한 장점이 있다.

또한, 댐핑물질층(405)은 점도가 낮고 물질의 영률(Young's modulus)이 낮아 불필요한 진동을 잘 흡수하고 탄성이 높은 합성수지 또는 고무 등의 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명의 제1 실시 예에서는 상온 공정이 가능하고 막의 균일도가 매우 우수하며 높은 탄성을 갖는 저점도 댐핑물질층(405)을 사용하는 것으로 정의한다. 또한 압전계수가 높은 압전박막(400)의 경우 영률이 높으므로 상대적으로 영률이 낮은 댐핑물질층(405)은 두꺼울수록 압전진동판의 질량이 커져 저주파를 재생하기에 적합하게 된다. 또한 댐핑물질층(405)의 두께가 두꺼워짐에 따라 압전진동판(403) 자체의 질량이 커짐으로써 초기공진주파수가 낮아지게 되며, 이로 인해 저주파의 특성을 보강하는 결과를 얻을 수 있다. 여기서 공진주파수는 아래 식(1)과 같이 계산될 수 있으며, k는 스프링 상수, ms는 박막의 질량을 의미한다.

이와 같이, 본 발명은 압전박막(400)을 압전진동판(403)으로 이용함과 동시에 고탄성 댐핑물질층(405)을 코팅함으로써 얇은 압전진동판(403)에서 발생할 수 있는 음의 왜곡을 크게 개선하였으며, 또한 종래의 압전형 스피커가 가진 저음재생의 문제점을 해결하고 저주파 영역까지 음역을 확대하여 풍성한 음의 재생이 가능하도록 하였다.

다음으로, 도 5(c)와 같이 댐핑물질층(405)이 코팅된 압전진동판(403) 측면에는 접착물질(408)을 도포하여 프레임(409)을 부착한다. 이때 사용되는 접착물질(408)은 고탄성 에폭시 계열의 접착물질을 사용할 수 있으며, 점도가 낮고 탄성 이 높은 접착물질을 선택하여 압전진동판(403)의 진동을 흡수하는 충전재 역할을 할 수 있도록 하는 것이 좋다.

또한 프레임(409)은 1mm 이하의 두께를 갖도록 제작되며, 압전진동판(403)의 진동을 잘 흡수할 수 있고 압전진동판(403)에 불필요한 진동을 주지 않는 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 재질의 예로는 폴리 브탈렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리 아세탈 수지(POM), 폴리 카보네이트 수지(PC) 등이 될 수 있으며, 기계적 강도가 높고 내열성, 전기 절연성이 뛰어나며 충격에 강하고 치수변화가 대단히 적어 안정적인 재질이어야 한다.

마지막으로, 압전진동판(403) 상하부의 제1, 제2 전극(401, 402)과 프레임(409)에 형성된 단자간에 용접 공정을 수행하고, 압전 재료의 분극 공정을 거침으로써 압전형 스피커의 제작은 완료된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 제작된 압전형 스피커의 단면도이다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전형 스피커는 도 5에 도시된 일부 제작방법에 따라 공정이 수행되나 압전진동판(403)의 좌우측면에 부착되는 프레임(406)은 압전진동판(403)에 댐핑(damping)을 줄 수 있는 후방음향챔버(410)가 형성되도록 설치된다.

도 6을 참조하여 설명하면, 도 5의 (a) 및 (b)의 과정을 거쳐 압전진동판(403) 하부에 댐핑물질층(405)이 코팅되면, 도 6에 도시된 바와 같이 중앙에 음향홀(411)이 형성된 '┗ ┛'자 형태의 프레임(409)을 압전진동판(403)의 좌우측면에 접합물질(408)을 이용하여 부착한다.

이때 프레임(409)의 전체 두께는 1.5~2 mm인 것이 바람직하며, 중앙에 약 1~2 mm 의 홀(411)을 구성하여 댐핑을 조절하는 것이 바람직하다. 또한 단면도를 통한 도 6의 설명으로인해 '┗ ┛'자 형태의 프레임이 압전진동판(403)의 좌우측면에 부착되는 것으로 설명하였으나, '┗ ┛'자 형태의 프레임(409)이 압전 진동판(403)의 측면을 둘러싸는 형태로 부착되어, 압전진동판(403)하부에 중앙에 음향홀(411)을 포함하는 평판형의 프레임(409)이 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 형성된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전형 스피커는 압전진동판(403)의 후방 음향 챔버(410)를 둠으로써 압전형 스피커에서 흔히 발생하는 픽-딥(peak-dip)현상을 부드럽게 만들어주고 음압을 주파수에 따라 평탄하게 유지할 수 있도록 보정하는 역할을 한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전형 스피커는 평판형의 압전박막(500), 압전박막(500) 상부에 형성된 일정한 패턴의 맞물림 전극(501), 압전박막(500) 둘레에 접착물질(504)을 이용하여 부착되는 프레임(505) 및 맞물림 전극(501)에 전압을 각각 인가하기 위해 프레임(505)의 소정영역에 형성된 신호선(506)을 포함한다.

도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 8(a)와 같이 압전박막(500)의 상부에 맞물림 전극(501)을 일정한 패턴에 따라 형성하여 압전진동판(502)을 형성한다.

이렇게 압전박막(500)의 상부에 맞물림 전극(501)이 형성되면 맞물림 전극(501)에 따라 압전박막(500)이 진동하게 되며, 압전박막(500)의 측면 분극 모드(lateral polarization mode)를 사용할 수 있어 높은 음압을 기대할 수 있고 또한 초소형, 초박형 스피커에 적합한 멤스(MEMS) 공정에서도 같은 제작 방법으로 제작할 수 있다는 장점을 갖는다.

다음으로 도 8(b)와 같이 압전박막(500) 상부에 맞물림 전극(501)을 포함하는 압전진동판(502) 하부에 댐핑물질층(503)을 코팅한다. 그리고 도 8(c)와 같이 댐핑물질층(503)이 코팅된 압전진동판(502)의 좌우측면에 에폭시 계열의 접착물질(504)을 도포하여 압전진동판(502)을 둘러싸는 형태로 프레임(505)을 부착한다.

이는 압전박막(500)을 진동판으로 사용함으로써, 대면적 공정이 가능하고 비용을 절감할 수 있어 양산에 매우 유리한 장점이 있음을 의미한다. 뿐만 아니라, 소형화가 가능하고 1mm 이하의 두께로 초박형이 가능하므로 핸드폰, PDA, PMP, 노트북 등의 휴대 단말 기기의 응용이 매우 용이하다.

또한, 댐핑물질층(503)의 코팅 및 저점도의 접착물질(504) 사용, 프레임(505)의 설계로 종래의 압전 스피커가 갖는 음의 왜곡 문제 및 저음 재생의 어려움을 크게 개선하여 얇은 진동판에 의해 발생할 수 있는 재생음의 왜곡을 줄이고 저음영역의 재생을 크게 향상시키며 출력 음압을 평탄화시키도록 하였다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제작공정에 의해 제작된 압전형 스피커의 특성 평가 결과를 보인 그래프로서, 상용되고 있는 종래의 압전형 스피커와 본 발명을 통해 개발된 압전형 스피커의 성능을 비교하여 측정한 결과이다.

도 9(a)는 종래의 압전형 스피커와 본 발명에 따른 압전형 스피커의 주파수별 출력 음압 특성을 나타낸다. 도 9(a)를 통해 알 수 있듯이 본 발명의 압전형 스피커는 종래의 압전형 스피커와 비교하여, 출력 음압이 평탄한 것을 확인할 수 있다.

도 9(b) 주파수별 THD(Total Harmonic Distortion)결과로 음의 왜곡의 정도를 나타내는 것이다. THD는 아래 수식(2)을 이용하여 정의된다. 여기서, AN은 N차 고조파 일그러짐 성분(harmonic distortion)을 의미한다. 도 9(b)의 그래프를 통해 알 수 있듯이 본 발명의 압전형 스피커는 종래의 압전형 스피커와 비교하여, 음의 왜곡 정도가 매우 낮은 것을 확인 할 수 있다.

또한 본 발명의 압전형 스피커는 종래의 VCM 스피커에 비하여 매우 얇으며 소형화가 가능하고 전력 소모가 작기 때문에 다채널 스피커 배열(array)에 적합하다. 특히, 지향성 스피커 기술 중 하나인 스피커 어레이 기술에 본 발명의 압전형 스피커를 적용하면, 스피커 어레이로 인해 발생할 수 있는 전력 소모 문제를 해결할 수 있고 두께가 얇고 매우 가볍기 때문에 휴대 단말 기기의 지향성 서비스를 구현하는 데 매우 바람직하다. 본 발명에 따른 압전형 스피커의 적용은 휴대 단말 기기에만 국한하지 않고, TV, LCD 모니터 등의 전자부품, 미술관 및 박물관 등의 전시장, 공원 등의 전시물, 비행기 및 버스 등의 장거리 이동좌석, 상점 및 시장 등 의 홍보용 전광판 등의 다양한 응용 분야를 포함한다. 또한 외장형 휴대용 스피커의 응용에 있어서도 스피커 어레이를 통한 지향성 서비스가 가능하므로 가볍고 휴대하기 편하도록 압전형 스피커를 적용하는 것이 매우 적절하다.

도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전형 스피커는 일정패턴으로 식각되어 홈(607)이 형성된 평판형의 고탄성 댐핑물질층(600), 홈(607)이 형성되지 않은 댐핑물질층(600) 중앙에 타원형 형태로 부착되는 압전진동판(604), 댐핑물질층(600)의 둘레에 접착물질(605)을 도포하여 부착된 프레임(606), 댐핑물질층(600) 상부에 형성된 압전진동판(604)에 전압을 인가하기 위한 신호선(608)을 포함한다. 이때 압전진동판(604)은 상부 및 하부 전면에 전극이 형성된 압전박막을 나타낸다.

도 11(a) 내지 도 11(c)는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타내는 도면이다.

먼저 도 11(a)와 같이, 얇은 진동판에서 발생할 수 있는 음의 왜곡을 개선하기 위한 평판형의 댐핑물질층(600) 상부의 소정영역을 댐핑물질층(600)의 가장자리를 따라 균일한 형태로 식각하여 홈(607)을 형성한다. 이때 형성되는 홈(607)의 패턴이 스프링 역할을 하게 된다.

다음으로 도 11(b)와 같이 압전박막(601)의 상하부 전면에 제1, 제2 전극(602, 603)이 형성된 압전진동판(604)을 홈(607)이 형성되지 않은 댐핑물질층(600) 중앙의 평면부분에 에폭시 계열에 접착물질을 사용하여 부착한다.

그리고 도 11(c)와 같이 압전진동판(604)이 부착된 댐핑물질층(600)의 양측면에 접착물질(605)을 도포하여, 압전진동판(604)을 둘러싸는 형태로 프레임(606)을 부착하여 압전형 스피커를 완성한다.

이때 댐핑물질층(600)에 형성된 홈(607)은 패터닝된 댐핑물질층(600) 상부에 압전박막(601)으로 형성된 압전진동판(604)을 부착함으로써 고탄성 박막을 진동판으로 이용하는 것으로, 진동판을 매우 유연하게 만들어 출력 음압을 보강할 수 있는 장점을 갖는다.

도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전형 스피커는 가장자리에 걸쳐 주름모양(701)을 갖는 댐핑물질층(700), 댐핑물질층(700)의 중앙 상부에 타원형으로 형성된 압전진동판(705), 댐핑물질층(700)의 외부둘레에 프레임(707)을 부착하기 위해 도포된 접착물질(706) 및 프레임(707), 압전진동판(705)에 포함된 전극과 연결되며, 프레임(707)의 소정영역에 형성되어 전압을 인가하기 위한 신호선(708)을 포함한다.

도 13(a) 내지 도 13(c)는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 13(a)와 같이 가장자리에 걸쳐 주름모양을 갖는 틀에 댐핑물질층을 도포하여, 가장자리에 걸쳐 주름모양(701)이 형성된 댐핑물질층(700)을 형성한다.

이후, 도 13(b)와 같이 가장자리에 걸쳐 주름 모양(701)이 형성된 댐핑물질층 (700) 중앙의 평판 상에 압전박막(702)의 상하부면에 제1, 제2 전극(703, 704) 이 형성된 압전 진동판(705)을 에폭시 계열의 접착물질을 이용하여 부착한다. 다음으로 도 14(c)와 같이 댐핑물질층(700)의 좌우측면에 접착물질(706)을 도포하고, 접착물질(706) 상에 압전 진동판(705)을 둘러싸는 형태로 프레임(707)을 부착하여 압전형 스피커를 완성한다.

이와 같이 본 발명의 제 5 실시 예에 따라 댐핑물질층(700)의 가장자리 둘레에 주름모양(701)을 형성할 경우 더 유연한 진동판을 제작할 수 있으며 이를 통해 매우 높은 출력 음압을 얻을 수 있고 유연성이 매우 뛰어나 저음영역의 재생 또한 향상될 수 있는 장점을 지닌다.

도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 압전형 스피커의 단면도이다

도 14를 참조하면, 초소형 마이크로 스피커를 제작하기 위한 본 발명의 제6 실시 예에 따른 압전형 스피커는 실리콘 기판(800) 위에 고무나 합성수지와 같은 고탄성물질인 댐핑물질층(801)을 코팅하고, 댐핑물질층(801) 상부의 소정영역에 제2 전극(802)을 형성한다. 이 후 제2 전극(802)의 상부에 에폭시 계열의 접합물질(803)을 이용하여 상부에 제1 전극(805)이 형성된 압전박막(804)을 부착한다. 이후 기판(800)의 후면을 댐핑물질층(801)까지 식각하여 후방음향챔버가 형성된 압전진동판을 형성한다. 이때 기판(800)에 형성된 후방음향챔버는 세로 방향 단면이 사각형 또는 사다리 꼴 구조를 가진다.

상기와 같은 과정을 통해 완성된 마이크로스피커는 준비된 프레임(806) 상에 부착하고, 압전진동판의 좌우측에 부착된 프레임(806)의 가장자리위에 제3 전극(807)를 형성한다. 이후 프레임(806) 상에 형성된 제3 전극(807)와 댐핑물질 층(801) 상부에 형성된 제2 전극(802)에 금을 이용하여 와이어본딩(wire bonding)(808)과정을 수행한다.

이와같은 과정을 통해 도 14에 따른 마이크로스피커는 두께가 0.5mm 이하로 제작될 수 있으며, 프레임(806)을 포함하여 약 2mm 이내로 제작할 수 있어 초소형의 마이크로스피커를 구성하는 장점을 가지고 있다.

도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 압전형 스피커의 단면도이다.

도 15를 참조하면, 초소형 마이크로 스피커를 제작하기 위한 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 압전형 스피커는 도 14와 같은 제작방법을 따르되, 압전박막(804) 상부에 맞물림 전극(809)을 이용한다는 차이를 갖는다.

본 발명의 제7 실시 예에 따른 압전형 스피커를 형성하는 과정에 대해 간단히 설명하면, 실리콘 기판(800) 위에 댐핑물질층(801)을 코팅하고, 에폭시 계열의 접합물질(803)을 이용하여 댐핑물질층(801) 상부 소정 영역에 압전박막(804)을 부착한다. 그리고 압전박막(804) 상부에 맞물림 전극(808)을 형성한다.

이후 실리콘 기판(800) 후면을 식각하여 후방음향챔버를 형성하고, 미리 준비된 프레임(806) 상에 기판(800)후면이 식각된 압전 진동판을 부착한다. 그리고 프레임(806) 상부의 가장자리에 형성된 제3 전극(807)와 맞물림 전극(809)에 금을 이용하여 와이어본딩과정을 수행한다.

결과적으로 본 발명은 압전박막을 진동판으로 사용함으로써 대면적 공정이 가능하고 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 댐핑물질층 및 프레임 설계로 인해 재생음의 왜곡을 줄이고, 저음영역의 재생을 크게 향상시키며 출력 음압을 평탄화시 키도록 하였다.

상술한 본 발명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형을 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 압전 진동자를 포함하는 압전형 스피커의 단면도,

도 2는 종래의 압전형 스피커 단면도,

도 3은 종래의 압전소자 필름을 포함하는 필름형 스피커의 단면도,

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도,

도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전형 스피커의 단면도,

도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도,

도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타내는 도면,

도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제작 공정에 의해 제작된 압전형 스피커의 특성 평가 결과를 보인 그래프,

도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도,

도 11(a) 내지 도 11(c)는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타내는 도면,

도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전형 스피커의 평면도,

도 13(a) 내지 도 13(c)는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전형 스피커의 제작 공정을 나타낸 도면,

도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 압전형 스피커의 단면도,

도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 압전형 스피커의 단면도.

Claims (19)

1. 압전 박막과, 상기 압전 박막의 상부 및 하부에 비대칭적으로 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하는 압전진동판과,

   상기 압전진동판 하부에 형성되며, 상기 압전진동판의 불필요한 진동을 흡수하여 상기 압전진동판에서 발생되는 음의 왜곡을 상쇄시키기 위한 저점도 고탄성 물질로 이루어진 댐핑물질층과,

   상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 형태로 접착물질에 의해 부착되는 프레임

   을 포함하고,

   상기 댐핑 물질은 합성 수지 또는 고무로 이루어지는 압전형 스피커.
2. 제1 항에 있어서, 상기 압전 박막의 상부에 형성된 제1 전극은 맞물림 전극을 포함하는 압전형 스피커.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서, 상기 접착 물질은 고탄성 에폭시인 압전형 스피커.
6. 제1 항에 있어서, 상기 프레임은 상기 압전 박막의 하부에 후방음향챔버가 형성되도록 상기 압전 박막 하부면으로부터 일정 간격을 두고 부착되며, 상기 프레임의 하부에는 적어도 하나의 음향홀이 형성되는 압전형 스피커.
7. 제1 항에 있어서, 상기 댐핑물질층은 일정 패턴으로 식각되어 홈을 형성하는 압전형 스피커.
8. 제1 항에 있어서, 상기 댐핑물질층은 성형틀을 이용하여 주름모양으로 형성되는 압전형 스피커.
9. 제1 항에 있어서, 상기 프레임은, 폴리브탈렌, 테레프탈레이트(PBT), 폴리 아세탈 수지(POM), 폴리 카보네이트 수지(PC) 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 압전형 스피커.
10. 압전 박막의 상부 및 하부에 비대칭적으로 제1 및 제2 전극을 형성하여 압전진동판을 형성하는 단계와,

    상기 압전진동판 하부에, 상기 압전진동판의 불필요한 진동을 흡수하여 상기 압전진동판에서 발생되는 음의 왜곡을 상쇄시키기 위한 저점도 고탄성 물질로 이루어진 댐핑물질층을 형성하는 단계와,

    상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면에 접착물질을 이용하여 프레임을 부착하는 단계와,

    상기 프레임의 하면에 적어도 1개의 홀을 형성하는 단계

    를 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 압전 진동판을 형성하는 단계는, 상기 압전 박막의 상부에 맞물림 전극을 포함하는 제1 전극을 형성하는 압전형 스피커 제작 방법.
12. 삭제
13. 실리콘 기판상에 댐핑물질층을 형성하는 단계와,

    상부에 제1 전극이 형성된 압전 박막을 상기 댐핑물질층상에 부착하는 단계와,

    상기 압전 박막 및 상기 댐핑물질층중 적어도 하나의 측면에 접착물질을 이용하여 프레임을 부착하는 단계

    를 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 댐핑물질층상에 상기 압전 박막을 부착하기 이전에 상기 댐핑물질층 상부에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 일부를 식각하여 후방 음향 챔버를 형성하는 단계를 더 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.
16. 제14항에 있어서,

    상기 프레임상에 제3 전극을 형성하는 단계와,

    상기 제1 전극 또는 상기 제1 및 제2 전극을 상기 제3 전극에 와이어 본딩하는 단계

    를 더 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.
17. 제10항 또는 제13항에 있어서, 상기 댐핑물질층에 홈을 형성하기 위해 일정 패턴으로 식각하는 단계를 더 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.
18. 제10항 또는 제13항에 있어서, 상기 댐핑물질층은 성형틀을 이용하여 주름 모양으로 형성되는 압전형 스피커 제작 방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 프레임의 하면에 적어도 1개의 홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 압전형 스피커 제작 방법.

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