KR101198339B1 - 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩 - Google Patents

싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩 Download PDF

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KR101198339B1
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Abstract

본 발명은 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에 관한 것으로 마이크로폰 기술에 관련되며, 일종의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰으로서 싱글 필름과 기판을 이용하여 콘덴서 구조를 형성한다.
진동막은 가로대의 가로대 프레임을 통해 가로대 지지부재 상부 표면과 연결되어 가로대와 진동막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체 진동 구조를 구성한다. 가로대는 유연하고 진동막은 견고하며, 진동 시, 발생하는 변형이 주로 가로대에 집중되며 진동막은 기본적으로 수평이동을 유지한다. 진동막 테두리에는 수없이 많은 작은 구멍이 설치되어 주파수 응답특성을 개선하고, 동시에 에칭 피트(etch pit)로 사용된다. 그리고, 칩에는 진동방지 소재를 설치한다.
따라서, 본 발명은 민감도가 높고, 소음이 적으며, 주파수 대역이 넓은 특성을 가지며, 칩의 부피가 작고, 공정이 간단하며 대량생산이 용이하다.
반도체, 마이크로폰 칩, 기판, 캐비티, 하부 전극, 진동막

Description

싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩{Single Membrane Condenser Microphone}
도 1은 본 발명의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩의 사시도이며,
도 2 는 본 발명의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩을 도 1의 점선에 따라 절단한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 싱글 필름 콘덴서 실리콘 마이크로폰 칩의 저면도이며,
도 4는 본 발명에 의한 다른 실시예의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩의 사시도이며,
도 5는 본 발명에 의한 다른 실시예의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩을 도4의 점선에 따라 절단한 단면도이며,
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩 진동막 층의 저면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 기판 22 : 가로대 지지부재
23 : 제동 소재 지지부재 24 : 진동막
25 : 가로대 26 : 가로대 프레임
27 : 제동 소재 28 : 제동 소재 프레임
29 : 하부 전극 30 : 상부 전극
31 : 후면 캐비티 32 : 구멍
33 : 관통 홀
본 발명은 마이크로폰 기술, 특히 일종의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에 관한 것이다.
반도체형 마이크로폰 칩에 대한 연구는 이미 20여 년간 지속되었으며, 실리콘 칩을 이용한 다양한 종류의 마이크로폰이 고안되었다. 그 중에서 가장 인기가 있는 것이 바로 콘덴서 실리콘 마이크로폰이다. 콘덴서 실리콘 마이크로폰은 부피가 작고 민감도가 높으며 주파수 응답특성이 우수하고 소음이 적은 특징을 가지며, 특히 넓은 범위의 작동온도를 가지기에 SMT 등 자동화 생산라인과 나쁜 작업환경에서 적용할 수 있다.
기존의 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 대한 보도와 특허를 살펴보면 대부분 이중막 콘덴서 구조이고, 마이크로 컴퓨터 가공 기술을 이용하여 규소 칩에 진동 막과 후면 전극 이중 막을 제작해 콘덴서 구조를 형성하였으며, 진동막은 유연하고 후면 전극은 견고하다. 음압의 작용하에, 진동막의 형태에 변형이 일어나고, 진동막과 후면 전극사이의 정전 용량 값에 변화가 발생하며, 정전 용량 값의 변화는 음압의 크기를 구현한다. 싱글 필름 콘덴서 실리콘 마이크로폰에 대한 연구 및 보도는 매우 적다. 문헌《Fabrication of silicon condenser microphone using single wafer technology, Journal of microelectromechanical systems, VOL.1.No.3, 1992,p147-154, 》에서는 싱글 필름 콘덴서 실리콘 마이크로폰을 싱글 필름과 실리콘 기판을 이용하여 콘덴서 구조를 구성하였으며, 싱글 필름 - 진동막이 음압의 작용하에 형태상의 변화가 일어나고 음압의 크기를 감지한다고 보도하였다. 이중 막 콘덴서 반도체형 마이크로폰을 제조하려면 기판에 이중으로 되는 프리 스탠딩 필름 (free standing film)을 제작해야 하며, 제작공정이 복잡하고 "유연한 후면 전극"과 교착하는 등의 공정 문제를 해결해야 한다. 이중 막 콘덴서 반도체형 마이크로폰과 비교할 경우, 싱글 필름 콘덴서 반도체형 마이크로폰은 구조가 간단하고 실현하기 쉽지만 기존에 이미 보도한 싱글 필름 반도체 콘덴서 마이크로폰은 부족한 점이 존재하며 주로 다음과 같은 측면에서 구현된다. 즉, (1) 민감도가 낮다. 실리콘 기판이 후면 전극의 기능을 담당하며, 음향학의 요구를 고려하여 기판에 사운드 홀을 설치해야 하기에 공정상에서 제한을 받으며, 또한 사운드 홀의 위치가 반드시 진동막의 중간 구역과 바로 마주해야 하지만 진동막의 중간 구역은 기계적 민감도가 높고, 테두리가 낮으며 진동막 중간 위치의 낭비는 마이크로폰의 민감도를 저하시킨다. (2) 주파수 응답 특성이 좋지 못하며, 사운드 홀이 진동막의 가운데만 마주하기 때문에 진동막이 진동 시, 마이크로폰의 주파수 응답 특성이 나쁘다.
본 발명은 기존의 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩 기술에 존재하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 싱글 필름 콘덴서 반도체형 마이크로폰의 구조 설계에 존재하는 부족점에 대비해 새로운 구조를 제시하였다.
즉, 주로 가로대, 진동막, 지지부재, 기판을 포함하며, 기판의 상부 부분은 지지부재이고, 지지부재의 상부 부분은 진동막과 가로대로 구성된 진동 구조이며, 기판의 진동막과 바로 마주한 위치에 후면 캐비티가 형성되어 있고, 진동막 테두리에는 복수개의 작은 구멍이 있다.
상기와 같은 새로운 구조는 진동막이 유연한 가로대에 의해 연결되며 진동막 각 위치의 진동폭이 일치하기 때문에 민감도를 향상시킬 수 있다. 그리고 진동막 테두리에는 다수의 많은 작은 구멍이 있기에 주파수 응답 특성을 개선하였다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술 솔루션은 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩을 제공하는 것으로, 일종의 반도체형 마이크로폰 칩이며, 주로 기판, 가로대 지지부재, 제동 소재 지지부재, 진동막, 가로대, 제동 소재 프레임, 가로대 프레임 및 상, 하부 전극을 포함한다.
그중, 기판의 중심에는 하나의 관통 홀, 즉 후면 캐비티가 있고, 기판의 상부 표면에는 프레임 형태의 제동 소재 지지부재가 고정 연결되어 있으며, 제동 소재 지지부재의 상부 표면에는 프레임 형태의 제동 소재 프레임이 있고, 제동 소재 지지부재의 중심과 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀은 유사하며, 홀의 지름은 후면 캐비티의 구경보다 크다.
제동 소재 지지부재의 중심과 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀의 주변에는 관통 홈이 있고, 제동 소재와 제동 소재 프레임의 일측에는 관통 홀이 있으며, 관통 홀 내부의 기판 상부 표면에는 하부 전극이 설치되어 있다.
진동막은 후면 캐비티를 감싸며 제동 소재 지지부재의 중심 관통 홀 내부에 위치해 있고, 진동막 테두리 부분에는 복수개의 작은 구멍이 있으며, 중심부와 가로대의 일측은 전기 전도가 가능하게 응결된다. 가로대의 다른 일측에는 가로대 프레임이 있으며, 가로대 프레임은 제동 소재 지지부재의 중심 관통 홀 주변의 관통 홈내에 있고, 상부 표면에는 상부 전극이 있고, 하부 표면은 가로대 지지부재와 절연식으로 연결되며, 가로대 지지부재는 절연식으로 기판에 고착되어 있다.
진동막은 가로대와 가로대의 가로대 프레임을 통해 가로대 지지부재의 상부 표면과 연결되어 가로대와 진동막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체 진동 구조를 형성한다.
진동막, 가로대 및 가로대 프레임은 전기 전도층 또는 전기 전도층을 포함한 복합층이다.
가로대는 유연하고 진동막은 견고하며, 진동 시, 변형은 주로 가로대에 집중되고 진동막은 기본적으로 수직 방향에서의 움직임을 유지한다.
진동막의 중심은 후면 캐비티 구경의 중심과 상하로 대응되며, 진동막은 후면 캐비티 구경의 면적보다 크고, 진동막 테두리 부분에는 복수개의 작은 구멍이 있으며, 작은 구멍은 후면 캐비티 구경 이외의 구역에 있으며, 작은 구멍은 주파수 응답 특성을 개선하는 동시에 부식 자국으로 사용된다.
제동 소재 프레임에는 제동 소재가 설치되어 있어 칩 진동 시 진동막의 이탈을 방지한다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 기판은 저항률이 10-2Ω.cm 이하인 규소 반도체 재료이다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 가로대 지지부재와 제동 소재 지지부재는 절연 재료이다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 상기 절연 재료는 산화규소, 즉LTO, PSG, TEOS이다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩은 가로대와 진동 막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체 진동 구조로서 진동 막이 가로대의 하부에 위치한다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩은 가로대와 진동 막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체진동구조로서 진동 막이 가로대의 상부에 위치한다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 진동막, 가로대, 가로대 프레임은 인 혹은 붕소를 첨가한 다결정 실리콘이다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 가로대는 띠 형태의 직선형 가로대이다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 제동 소재는 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀 주변에 균일하게 복수개의 홀 내부로 수평 연장된 톱니 모양의 진동방지 제동 소재로서 진동막 테두리 부분에 형성된 복수개의 작은 구멍 상부에 위치하며, 진동막 테두리 부분 내에 투사되어 진동 막과 일정한 틈새를 가진다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 제동 소재는 제동 소재 프레임 중 심의 관통 홀 주변에 균일하게 복수개의 홀 내부로 수평 연장된 톱니 모양의 진동방지 제동 소재로서 제동 소재의 양측이 제동 소재 프레임과 연결되었고 가로대 위에 위치하며, 가로대와 일정한 틈새를 가진다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 진동막과 가로대 연결점 내의 구역에 대해 두께를 추가한다.
상기 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩에서 진동막과 가로대 사이의 간격은 1-2미크론이다.
본 발명은 마이크로폰 칩의 민감도를 향상시키고 주파수 응답특성을 개선하기 위해 특수한 현 가구조를 가진 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩을 제시하였는 바, 본 발명의 칩은 가로대와 진동막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체구조로서 가로대는 진동 막의 상부 혹은 하부에 위치하고, 가로대는 진동 막과 주변의 프레임에 연결되어 진동 막이 가로대에 의해 지지 되는 구조를 나타내며, 이러한 구조는 진동 시 발생하는 변형이 유연한 가로대에 집중되게 하여 진동 막이 진동 방향에서 기본적으로 수평 움직임을 유지하게 하고 진동 막의 각 위치에서의 기계적 민감도가 기본적으로 일치하다.
기존 기술에서 진동막 테두리와 기판 사이에는 매우 작은 간격이 있는 바 이런 구조는 마이크로폰의 주파수 응답 특성을 저하시킨다. 그러나 본 발명의 진동막 테두리에는 복수개의 작은 구멍이 설계되어 주파수 응답 특성을 개선하는 동시에 공정 과정에서 이러한 작은 구멍들이 부식 자국으로 이용되어 작은 구멍의 부식을 통해 진동막 아래에 있는 희생층(sacrificial layer)을 부식시킨다.
본 발명에서 가로대는 진동막과 칩 기판을 연결하는 바, 원하는 민감도에 도달하기 위해 가로대는 유연한 구조를 택하며 칩이 떨어질 때 진동막이 탈락하는 문제점을 고려하여 본 발명에서는 진동 방지 제동 소재를 설계하였다.
본 발명의 실리콘 마이크로폰 칩 구조는 제작 공정이 간단하고 민감도가 높으며 소음이 적고 주파수 대역이 넓은 특성을 가진다.
본 발명은 다양한 실시예를 가질수 있으며, 도 1-6은 본 발명에 의한 이상적인 실시예이다. 이하 상기 두 가지 실시예에 대해 상세히 설명한다.
실시예 1
도 1-3은 본 발명의 일실시예로서 본 발명에 의한 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩의 구조를 나타낸다. 도 1과 도 2에서 표시한 바와 같이, 가로대가 상부에 위치하고 진동 막이 하부에 위치하는 싱글 필름 구조를 나타내며, 아래로부터 위로의 순서로 기판(21), 가로대 지지부재(22), 제동 소재 지지부재(23), 진동 막(24), 가로대(25) 및 가로대 프레임(26), 제동 소재(27) 및 제동 소재 프레임(28)의 순서로 정렬되며, 이외에 하부 전극(29), 상부 전극(30), 진동막(24) 테두리와 기판(21)과 함께 콘덴서 구조를 구성한다.
그중, 기판(21)의 중심에는 관통 홀이 있는 바, 이는 후면 캐비티(31)이며, 기판(21)의 상부 표면에는 프레임 형태의 제동 소재 지지부재(23)가 연결되고 제동 소재 지지부재(23) 상부 표면에는 프레임 형태의 제동 소재 프레임(28)이 연결되며, 제동 소재 지지부재(23) 중심과 제동 소재 프레임(28) 중심의 사각형의 관통 홀은 유사하고, 지름이 후면 캐비티(31)의 구경보다 크다. 그리고 제동 소재 지지부재(23)의 중심과 제동 소재 프레임(28) 중심의 관통 홀 주변의 4각에 관통 홈이 설치되어 있으며, 제동 소재 지지부재(23)와 제동 소재 프레임(28)의 일측에 관통 홀(33)이 설치되어 있다. 관통 홀(33) 내부의 기판(21) 상부 표면에는 하부 전극(29)이 설치되어 있다.
진동막(24)은 후면 캐비티(31)를 감싸며 제동 소재 지지부재(23)의 중심의 사각형 관통 홀 내부에 위치해 있고, 진동막(24)과 기판(21)은 2-4um간격의 틈새를 가진다. 진동막(24) 테두리 부분에는 복수개의 작은 구멍(32)이 있으며, 중심부 네각의 상부 표면은 각각 가로대(25)의 일측과 전기전도가 가능하게 응결되어 입체 진동 구조를 형성하며, 진동 막(24)과 가로대(25)는 1-2um의 틈새를 가진다. 가로대(25) 일측에는 가로대 프레임(26)이 있으며, 가로대 프레임(26)은 제동 소재 지지부재의 중심 관통 홀 4각의 관통 홈 내에 있고, 상부 표면에는 상부 전극(30)이 있고, 하부 표면은 가로대 지지부재(22)와 절연식으로 연결되며, 가로대 지지부재(22)는 절연식으로 기판(21)에 고착되어 있다.
제동 소재 프레임(28) 중심의 관통 홀 주변에 균일하게 복수개의 홀 내부로 수평 연장된 톱니 모양의 진동 방지 제동 소재(27)가 설치되어 있으며, 제동 소재(27)는 진동막(24) 테두리 부분에 형성된 복수개의 작은 구멍(32) 상부에 위치한다.
후면 캐비티(31)의 중심과 진동막(24)의 중심이 대응되며 후면 캐비티(31)의 구경은 진동막(24)의 면적보다 작다. 진동막(24), 가로대(25)와 기판(21)은 전기 전도 재료이거나 전기 전도층을 포함하며, 진동막(24)과 기판(21)은 후면 캐비티(31)이외의 구역에서 콘덴서를 형성하고, 진동막(24)은 가로대(25)를 통해 상부 전극(30)과 전기 전도가 가능하게 응결되며, 하부 전극(29)과 기판(21)이 전기 전도가 가능하게 응결된다.
기판(21)은 반도체 재료로서 규소일 수도 있으며, 상기 콘덴서 구조를 형성하기 위해 콘덴서 구조의 전극판인 기판(21)에 대해 양호한 전기 전도성이 요구되며, 제작 시, 저항률이 10-2Ω.cm이하인 규소칩을 선택하거나 표면에 인이나 붕소를 혼합하여 n형 또는 p형 전기 전도층을 형성한다. 도 3과 같이, 규소 재료 기판(21) 중심부의 후면 캐비티(31)는 규소 부식 공정을 통해 형성한다.
가로대 지지부재(22)와 제동 소재 지지부재(23)는 절연체로서 반도체 재료인 산화규소일 수도 있으며, 산화규소로 LTO, PSG, TEOS등을 사용할 수 있다.
가로대(25)는 여러 가지 형태로 설계할 수 있지만, 여기에서 직선형 가로대를 예로 들 경우, 가로대(25)는 4개의 직선형 가로대로 구성되었으며, 직선형 가로대의 일측은 진동막(24) 중심부 상부 표면과 연결되었다. 다른 일측은 가로대 프레임(26)과 연결되었고, 가로대 프레임(26)과 가로대 지지부재(22)의 상부 표면이 연결되었으며 기생(寄生) 정전 용량을 감소하기 위해 가로대 프레임(26)의 면적을 감소한다. 가로대(25)와 가로대 프레임(26)은 전기 전도 재료를 사용하며, 다결정 실리콘을 사용할 수도 있고, 인이나 붕소를 혼합하여 n형 혹은 p형 전기 전도층을 형성할 수도 있다.
진동 막(24)과 가로대(25)는 전기 전도가 가능하게 응결하며, 진동 막(24)의 가로대(25) 연결점 내의 구역에 대해 별도의 공정을 통해 두께를 추가하여 가로대(25)가 진동할 때 진동막(24)이 양호한 강성을 유지하도록 보증하고, 진동막(24) 테두리에는 복수개의 작은 구멍(32)이 있고, 작은 구멍(32)은 후면 캐비티(31) 구경이외의 구역에 형성된다. 작은 구멍(32)은 진동막(24)이 진동 시 주파수 응답 특성을 개선하는 동시에 진동막(24) 테두리와 기판(21) 사이에 기존에 존재하는 희생층을 부식하는 에칭 피트의 역할도 한다. 진동막(24)은 다결정 실리콘을 사용할수도 있고, 인이나 붕소를 혼합하여 n형 혹은 p형 전기 전도층을 형성할 수도 있으며 콘덴서의 전극판으로 사용할 수 있다.
칩으로 하여금 진동 시 충격에 견딜수 있게 하기 위해, 진동 방지 제동 소재(27)를 제작하며, 제동 소재(27)와 진동 막(24)은 틈새를 가지며, 제동 소재(27)는 진동막(24) 테두리 내부에 수직으로 투사된다. 칩이 음압의 작용을 받을 경우, 진동막(24)이 받은 힘을 가로대(25)에 전달하기에 가로대(25)는 변형이 일어나며, 변형이 주로 가로대(25)에 집중되므로 진동 막(24)은 수직 방향에서 기본적으로 수평 이동을 유지한다. 진동 막(24)의 변형량은 전기 용량 값의 변화로 이어지며 따라서 센서기능을 실현한다.
실시예 2
도 4-6은 본 발명의 제 2 실시예로서, 본 발명의 다른 한가지 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰의 구조를 나타낸다. 도 4 및 도 5에서 표시한 바와 같이, 기본 구 조와 사용부재는 실시예1과 같다. 즉, 아래로부터 위로의 순서로 기판(21), 가로대 지지부재(22), 제동 소재 지지부재(23), 진동막(24), 가로대(25) 및 가로대 프레임(26), 제동 소재(27) 및 제동 소재 프레임(28)의 순서로 정렬되며, 이외에 하부 전극(29), 상부 전극(30), 진동막(24) 테두리와 기판(21)과 함께 콘덴서 구조를 구성한다. 실시예2의 특징은 진동막(24)이 상부에 놓이고 가로대(25)가 하부에 놓이는 싱글 필름 구조를 형성하는 바, 실시예1의 진동막(24)과 가로대(25)의 구조를 변경하여 상하 표면의 순서를 역으로 바꿔 가로대(25)가 진동막(24)의 하부에 놓이게 하였다. 이와 동시에, 제동 소재 프레임(28) 중심의 관통 홀 주변에 균일하게 설치된 복수개의 홀 내부로 수평 연장된 톱니 모양의 진동 방지 제동 소재(27)를 제거하였고, 제동 소재 지지부재(23)의 중심과 제동 소재 프레임(28) 중심의 관통 홀 주변 네 각의 관통 홈 통로(36)에 복수개의 띠 형태의 진동방지 제동 소재(27)를 설치하였으며, 제동 소재(27)의 양측은 제동 소재 프레임(28)과 연결되었고 가로대(25)의 상부에 위치한다. 그리고 진동 방지 제동 소재(27)와 가로대(25)사이는 틈새를 가진다.
기판(21)은 반도체 재료로서 규소일 수도 있으며, 콘덴서 구조를 형성하기 위해 콘덴서 구조의 전극판인 기판(21)에 대해 양호한 전기 전도성이 요구되며, 제작 시, 저항률이 10-2Ω.cm 이하인 규소 칩을 선택하거나 표면에 인이나 붕소를 혼합하여 n형 또는 p형 전기 전도층을 형성한다. 도 6과 같이, 규소 재료 기판(21) 중심부의 후면 캐비티(31)는 규소 부식 공정을 통해 형성한다. 후면 캐비티(30), (31)의 중심과 진동막(24)의 중심이 대응되며 후면 캐비티(31)의 구경은 진동막(24)의 면적보다 작다.
진동막은 가로대(25)를 통해 가로대 프레임(26) 및 가로대 지지부재(22)와 연결된다. 가로대(25)는 여러 가지 형태로 설계할 수 있지만, 여기에서 직선형 가로대를 예로 들 경우, 가로대(25)는 4개의 직선형 가로대로 구성되었으며, 직선형 가로대의 일측은 진동막(24) 하부 표면과 연결되었다. 다른 일측은 가로대 프레임(26)과 연결되었고, 가로대 프레임(26)과 가로대 지지부재(22)의 상부 표면이 연결되었으며 기생 정전 용량을 감소하기 위해 가로대 프레임(26)의 면적을 감소한다. 가로대(25)와 가로대 프레임(26)은 전기 전도재료를 사용하며, 다결정 실리콘을 사용할 수도 있고, 인이나 붕소를 혼합하여 n형 혹은 p형 전기 전도층을 형성할 수도 있다. 가로대(25)와 기판(21) 사이의 간격은 1-2미크론이다.
진동막(24)과 가로대(25)는 전기 전도가 가능하게 응결하며, 진동막(24)의 가로대(25) 연결점 내의 구역에 대해 별도의 공정을 통해 두께를 추가하여 가로대(25)가 진동할 때 진동막(24)이 양호한 강성을 유지하도록 보증한다. 진동막(24) 테두리에는 복수개의 작은 구멍(32)이 있고, 작은 구멍(32)은 후면 캐비티(31) 구경 이외의 구역에 위치한다. 작은 구멍(32)은 진동막(24)이 진동 시 주파수 응답 특성을 개선하는 동시에 진동막(24) 테두리와 기판(21)사이에 기존에 존재하는 희생층을 부식하는 부식 자국의 역할도 한다. 진동막(24)은 다결정 실리콘을 사용할 수도 있고, 인이나 붕소를 혼합하여 n형 혹은 p형 전기 전도층을 형성할 수도 있으며 콘덴서의 전극판으로 사용할 수 있다. 진동막(24)과 가로대(25)의 간격은 1-2미 크론이다.
칩이 음압의 작용을 받을 경우, 진동막(24)이 받은 힘을 가로대(25)에 전달하기에 가로대(25)는 변형이 일어나며, 변형이 주로 가로대(25)에 집중되므로 진동막(24)은 수직 방향에서 기본적으로 수평 이동을 유지한다. 진동막(24)의 변형량은 전기 용량 값의 변화로 이어지며 따라서 센서 기능을 실현한다.
본 발명의 실리콘 마이크로폰 칩 구조는 제작 공정이 간단하고 민감도가 높으며 소음이 적고 주파수 대역이 넓은 특성을 가진다.

Claims (12)

  1. 일종의 반도체형 마이크로폰 칩이며, 기판, 가로대 지지부재, 제동 소재 지지부재, 진동막, 가로대, 제동 소재 프레임, 가로대 프레임 및 상, 하부 전극을 포함하며;
    그중, 기판의 중심에는 하나의 관통 홀, 즉 후면 캐비티가 있고, 기판의 상부 표면에는 프레임 형태의 제동 소재 지지부재가 고정 연결되어 있으며, 제동 소재 지지부재의 상부 표면에는 프레임 형태의 제동 소재 프레임이 있고, 제동 소재 지지부재의 중심과 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀은 유사하며, 홀의 지름은 후면 캐비티의 구경보다 크며;
    제동 소재 지지부재의 중심과 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀의 주변에는 관통 홈이 있고, 제동 소재와 제동 소재 프레임의 일측에는 관통 홀이 있고, 관통 홀 내부의 기판 상부 표면에는 하부 전극이 설치되어 있으며;
    진동막은 후면 캐비티를 감싸며 제동 소재 지지부재의 중심 관통 홀 내부에 위치해 있고, 진동막 테두리 부분에는 복수개의 작은 구멍이 있으며, 중심부와 가로대의 일측은 전기 전도가 가능하게 응결되며, 가로대의 다른 일측에는 가로대 프레임이 있으며, 가로대 프레임은 제동 소재 지지부재의 중심 관통 홀 주변의 관통 홈내에 있고, 상부 표면에는 상부 전극이 있고, 하부 표면은 가로대 지지부재와 절연식으로 연결되며, 가로대 지지부재는 절연식으로 기판에 고착되어 있으며;
    진동막은 가로대와 가로대의 가로대 프레임을 통해 가로대 지지부재의 상부 표면과 연결되어 가로대와 진동막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체 진동 구조를 형성하며;
    진동막, 가로대 및 가로대 프레임은 전기 전도층 또는 전기 전도층을 포함한 복합층이며;
    가로대는 유연하고 진동막은 견고하며, 진동 시, 변형은 가로대에 집중되고 진동막은 기본적으로 수직 방향에서의 움직임을 유지하며;
    진동막의 중심은 후면 캐비티 구경의 중심과 상하로 대응되며, 진동막은 후면 캐비티 구경의 면적보다 크고, 진동막 테두리 부분에는 복수개의 작은 구멍이 있으며, 작은 구멍은 후면 캐비티 구경 이외의 구역에 있으며, 작은 구멍은 주파수 응답 특성을 개선하는 동시에 부식 자국으로 사용되며;
    제동 소재 프레임에는 제동 소재가 설치되어 있어 칩 진동 시 진동막의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 저항률이 10-2Ω.cm 이하인 규소 반도체 재료인 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가로대 지지부재와 제동 소재 지지부재는 절연재료인 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연재료는 산화규소, 즉 LTO, PSG, TEOS인 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가로대와 진동막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체 진동 구조로서 진동막이 가로대의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가로대와 진동막이 동일한 평면에 놓이지 않는 입체 진동 구조로서 진동막이 가로대의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동막, 가로대, 가로대 프레임은 인 혹은 붕소를 첨가한 다결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가로대는 띠 형태의 직선형 가로대인 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제동 소재는 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀 주변에 균일하게 복수개의 홀 내부로 수평 연장된 톱니 모양의 진동 방지 제동 소재로서, 진동막 테두리 부분에 형성된 복수개의 작은 구멍 상부에 위치하며, 진동막 테두리 부분 내에 투사되어 진동막과 일정한 틈새를 가지는 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  10. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제동 소재는 제동 소재 프레임 중심의 관통 홀 주변에 균일하게 복수개의 홀 내부로 수평 연장된 톱니 모양의 진동 방지 제동 소재로서, 제동 소재의 양측이 제동 소재 프레임과 연결되었고 가로대위에 위치하며, 가로대와 일정한 틈새를 가지는 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 진동막과 가로대 연결점 내의 구역에 대해 두께를 추가하는 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
  12. 제 1 항 또는 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 진동막과 가로대 사이의 간격이 1-2 미크론인 것을 특징으로 하는 싱글 필름 콘덴서 마이크로폰 칩.
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