KR101393186B1

KR101393186B1 - 일체형 인공와우 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101393186B1
Application number: KR1020120128403A
Authority: KR
Inventors: 최홍수; 장종문; 김상원
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-08
Also published as: AU2013345707B2; AU2013345707A1; WO2014077512A1

Abstract

본 발명의 일실시예는 일체형 인공와우 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 일실시예는 MEMS 기술을 이용하여 음향 감지부, 신호 처리부 및 전극 어레이부를 기판에 일체로 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우는 싱글 칩 타입으로 하나의 모듈을 형성하여 제품의 소형화를 구현할 수 있고, MEMS 기술에 의해 일괄 공정으로 제조하여 대량 생산을 구현할 수 있다.

Description

일체형 인공와우 및 그 제조 방법{INTEGRATED COCHLEAR IMPLANT AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 일체형 인공와우 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 제품의 소형화 및 대량 생산을 구현할 수 있고, 귀를 통해 들어오는 음향에 대한 신호를 청신경에 전달할 수 있는 일체형 인공와우 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 사람의 귀는 외부의 음향을 전기신호로 변환하여 뇌의 청각영역에 전달한다. 구체적으로 설명하면, 귓바퀴를 통해 모인 음향신호는 외이도(external auditory meatus, 外耳道)를 통해 들어와서 고막(tympanic membrane, 鼓膜)을 진동시킨다. 그리고, 이 진동은 추골, 침골 및 등골로 이루어진 이소골(auditory ossicles, 耳小骨)을 통하여 달팽이관(cochlea)으로 전달되고, 달팽이관 속의 유모세포(hair cell of cochlea)는 기계적인 음향 신호를 전기신호로 변환한 후 뇌의 청각영역으로 전기신호를 전달한다. 상기와 같은 과정을 통해서 사람은 소리를 들을 수 있다.

하지만, 달팽이관 속의 유모세포가 손상되면, 음향에 대응하는 전기신호가 유모세포에서 뇌로 전달되지 않기 때문에 심각한 청각 장애가 발생한다. 이러한 청각 장애는 음압을 증폭시키기 위한 보청기의 사용으로는 개선이 불가능하다.

따라서, 최근에는 유모세포의 손상에 따른 청각 장애를 치료하는 방법으로서 인공와우(cochlear implant, 人工蝸牛)를 인체에 이식하는 방법이 널리 시술되고 있다. 즉, 이 방법은 달팽이관의 내부에 남아있는 청신경을 음향 신호에 따라 전기적으로 직접 자극하여 청력을 회복시키는 방법이다.

인공와우를 통한 소리의 인지 방식을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 인체의 외부에 장착된 송화기(microphone)를 통해서 소리 에너지가 전기 신호로 변환되고, 그 다음으로 어음처리기(speech processor)를 거쳐 전기 신호가 부호화된다. 그 부호화된 전기신호는 전파코일(RF transmission coil)을 통해 인체의 피부 속에 삽입된 수용-자극기(receiver/stimulator)에 무선으로 전달되고, 이 전달된 신호는 달팽이관의 내부로 삽입된 전극 어레이(electrode array)를 통해 청신경으로 전달되며, 그 청신경의 자극에 의해서 뇌에 소리가 인지된다.

상기와 같은 기존의 인공와우는 송화기와 어음처리기가 인체의 외부에 배치되는 구조이므로, 인공와우의 이식 수술 후 생활에 많은 제약을 갖는다. 예를 들면, 목욕이나 수영 등의 활동이 어렵고, 그 크기로 인하여 생활의 불편함 및 미관 저하를 초래할 수 있다. 특히, 인공와우 시술은 주로 3세 미만의 아동들을 대상으로 시술되기 때문에, 피수술인이 성장하여 장애를 인식할 때 정신적인 충격을 받을 가능성이 높다. 또한, 인공와우의 시술시 귀의 뒷부분에 삽입되는 수용-자극기는 배터리를 주기적으로 교체해 주어야 하는 불편함이 있으며, 수용-자극기는 달팽기관으로 들어가는 전극과 전선으로 연결되므로 전선의 부식 및 손상에 의해 인체에 부작용을 일으킬 수 있다. 또한, 기존의 인공와우는 내이에 해당하는 달팽이관에만 장애가 발생하더라도, 그 구조와 작동 원리로 인하여 정상 상태의 외이와 중이를 활용할 수 없다.

본 발명의 실시예는 MEMS(Microelectromechanical Systems) 기술을 이용하여 싱글 칩(single chip) 타입의 일체형 구조로 형성할 수 있는 일체형 인공와우 및 그 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 소형화를 구현하여 수술이 용이할 수 있고, 대량 생산을 구현하여 제조 단가를 절감할 수 있는 일체형 인공와우 및 그 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 인체에 완전 삽입되는 구조로 형성하여 생활의 불편함 및 미관 저하를 방지할 수 있는 일체형 인공와우 및 그것의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 MEMS 기술을 적용하여 별도의 전원을 외부로부터 공급받을 필요가 없는 일체형 인공와우 및 그것의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 달팽이관의 내부에 적어도 일부가 삽입되는 기판, 상기 기판의 제1 부위에 일체로 형성되고 상기 달팽이관에 전달되는 음향을 감지하여 전기 신호로 변경하는 음향 감지부, 상기 음향 감지부와 연결되도록 상기 기판의 제2 부위에 일체로 형성되고 상기 음향 감지부의 전기 신호를 전달받아 처리하는 신호 처리부, 및 상기 신호 처리부 및 상기 달팽이관 내의 청신경과 연결되도록 상기 기판의 제3 부위에 일체로 형성되고 상기 신호 처리부의 처리 신호를 상기 청신경에 전달하는 전극 어레이부를 포함하는 일체형 인공와우를 제공한다.

상기와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우는, MEMS 기술을 이용하여 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부를 상기 기판에 일체로 형성한 구조이다.

일측에 따르면, 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부는 MEMS 기술을 이용하여 상기 기판의 일면에 층형상으로 형성될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 기판의 제1 부위는 상기 달팽이관의 내부로 음향이 전달되는 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 기판의 제3 부위는 상기 청신경과 상기 전극 어레이부가 직접 연결되도록 상기 달팽이관의 내부에 삽입될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼를 복수개로 분할하여 형성될 수 있다.

상기 실리콘 웨이퍼에는 상기 기판으로 분할되기 위한 복수개의 분할 영역이 형성될 수 있으며, 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부는 상기 분할영역들에 각각 형성될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 음향 감지부는 상기 달팽이관으로 전달되는 음향에 의해 공진되는 복수개의 압전층을 구비할 수 있다. 상기 압전층들은 상기 음향에 의해 공진되는 주파수의 대역이 서로 다르도록 형성될 수 있다.

상기 압전층은 질화알루미늄 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 빔어레이 구조로 형성될 수 있다.

상기 기판의 제1 부위는 상기 음향에 의해 상기 압전층들이 용이하게 공진될 수 있도록 상기 압전층들이 형성된 부분의 두께가 다른 부분보다 얇게 형성될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 신호 처리부는 CMOS 회로가 형성된 CMOS층을 구비할 수 있다. 상기 CMOS 회로는 상기 음향 감지부의 전기 신호를 상기 청신경에 인식 가능한 신호로 처리하도록 형성될 수 있다.

상기 CMOS층은 질화알루미늄 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 형성될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 전극 어레이부는 상기 달팽이관의 내부에 삽입이 용이하도록 상기 신호 처리부에서 돌기 구조로 길게 돌출될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 기판의 제3 부위는 상기 기판의 제1 부위와 제2 부위보다 얇은 두께와 좁은 폭으로 길게 형성될 수 있다. 상기 기판의 제3 부위에는 유연성을 갖는 폴리머 코팅층이 형성될 수 있다.

상기 폴리머 코팅층은 파릴린 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 실리콘 웨이퍼에 형성된 분할 영역의 제1 부위에 MEMS 기술을 이용하여 압전층이 구비된 음향 감지부를 형성하는 단계, 상기 분할 영역의 제2 부위에 MEMS 기술을 이용하여 CMOS층이 구비된 신호 처리부를 형성하는 단계, 상기 분할 영역의 제3 부위에 MEMS 기술을 이용하여 전극 어레이부를 형성하는 단계, 및 상기 실리콘 웨이퍼에서 상기 분할 영역을 분리하여 상기 음향 감지부, 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부가 일체로 구비된 기판을 형성하는 단계를 포함하는 일체형 인공와우의 제조 방법을 제공한다.

일측에 따르면, 상기 분할 영역은 상기 실리콘 웨이퍼에 복수개가 형성될 수 있다. 상기 음향 감지부를 형성하는 단계, 상기 신호 처리부를 형성하는 단계, 및 상기 전극 어레이부를 형성하는 단계는 상기 분할 영역들에 각각 진행될 수 있다. 상기 기판을 형성하는 단계는 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부가 일체로 형성된 상기 분할 영역들을 상기 실리콘 웨이퍼에서 분리할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 음향 감지부를 형성하는 단계, 상기 신호 처리부를 형성하는 단계, 및 상기 전극 어레이부를 형성하는 단계는 MEMS 기술을 이용하여 일괄 공정으로 진행될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 음향 감지부를 형성하는 단계는, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 분할 영역의 제1 부위의 상면부에 제1 전도층을 형성하는 단계, 상기 제1 전도층의 상면부에 음향에 의해 공진되는 압전층을 형성하는 단계, 상기 압전층의 공진시 발생되는 전기 신호를 상기 제1 전도층과 함께 외부로 출력하기 위한 제2 전도층을 상기 압전층의 상면부에 형성하는 단계, 및 상기 분할 영역의 제1 부위의 하면부 중 상기 압전층과 대응되는 부분을 제거하여 상기 압전층이 형성된 위치의 상기 실리콘 웨이퍼의 두께를 감소시키는 단계를 구비할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 압전층과 상기 CMOS층은 질화알루미늄 재료로 형성될 수 있다. 상기 음향 감지부를 형성하는 단계 및 상기 신호 처리부를 형성하는 단계에서는 상기 압전층과 상기 CMOS층을 질화알루미늄으로 일괄 형성할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 전극 어레이부를 형성하는 단계는, 이전 단계에서 형성된 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부를 보호 재료로 코팅하는 단계, 상기 분할 영역의 제3 부위의 상면부에 설정 패턴의 전극층을 형성하는 단계, 상기 분할 영역의 제3 부위의 상면부 중 상기 전극층이 형성되지 않은 부위에 유연성을 갖는 폴리머 코팅층을 도포하는 단계, 상기 분할 영역의 제3 부위의 하면부를 제거하여 상기 실리콘 웨이퍼의 두께를 감소시키는 단계, 및 상기 보호 재료를 제거하는 단계를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우 및 그 제조 방법은, MEMS 기술을 이용하여 싱글 칩 타입의 일체형 구조로 인공와우를 형성할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 인공와우는 하나의 모듈로 구성되므로, 취급이 용이하고, 음향 감지부와 신호 처리부 및 전극 어레이부를 연결하기 위한 와이어 본딩(wire-bonding) 작업을 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우 및 그 제조 방법은, 인공와우의 소형화를 용이하게 구현할 수 있으며, 인공와우의 이식 수술도 간편하게 실시할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우 및 그 제조 방법은, MEMS 기술을 이용하여 음향 감지부와 신호 처리부 및 전극 어레이부를 일괄 공정으로 제조할 수 있다. 따라서, 인공와우의 대량 생산을 구현할 수 있으며, 인공와우의 제조 단가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우 및 그것의 제조 방법은, 인체에 완전 삽입되는 구조로 형성하므로, 생활의 불편함을 방지할 수 있고, 외부로 들어나지 않아 미관 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우 및 그것의 제조 방법은, 외이와 중이를 통해 달팽이관으로 전달되는 음향의 이동 경로 상에 음향 감지부를 배치하므로, 인공 와우의 이식 수술 이후에도 정상인과 같이 외이와 중이를 계속적으로 활용할 수 있으며, 음향 감지부로 음향을 효과적으로 전달하기 위한 부품의 사용도 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우 및 그것의 제조 방법은, 인공와우의 제조에 MEMS 기술을 적용하여 외부 전원을 별도로 공급받지 않더라도, 인공와우를 반영구적으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 일체형 인공와우가 이식된 상태를 나타낸 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우의 제조 방법이 도시된 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 음향 감지부를 형성하는 단계의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 신호 처리부를 형성하는 단계의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 전극 어레이부를 형성하는 단계의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우(100)가 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 일체형 인공와우(100)가 이식된 상태를 나타낸 상태도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우(100)의 제조 방법이 도시된 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 음향 감지부(120)를 형성하는 단계의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 도 3에 도시된 신호 처리부(130)를 형성하는 단계의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 3에 도시된 전극 어레이부(140)를 형성하는 단계의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우(100)는 기판(110), 음향 감지부(120), 신호 처리부(130), 및 전극 어레이부(140)를 포함한다.

기판(110)은 설정 형상으로 형성된 패널 타입의 부재이다. 기판(110)은 MEMS 기술을 적용하기 위해서 실리콘 소재로 형성될 수 있다.

예를 들면, 기판(110)은 반도체 산업에서 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼(미도시)로부터 제조될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 실리콘 웨이퍼에는 기판(110)과 동일한 형상을 갖는 복수개의 분할 영역이 형성될 수 있으며, 그 분할 영역들을 분할함으로써 복수개의 기판(110)이 간편하게 제조될 수 있다. 여기서, 실리콘 웨이퍼의 분할 영역들에는 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)가 각각 형성될 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 음향 감지부(120)은 달팽이관(150)으로 전달되는 음향을 감지한 후 음향을 적절한 전기 신호로 변경할 수 있다. 이를 위하여, 음향 감지부(120)은 음향의 주파수에 따라 서로 다른 전기신호를 발생하도록 형성될 수 있다.

예를 들면, 음향 감지부(120)는 달팽이관(150)으로 전달되는 음향의 주파수에 의해 공진되는 복수개의 압전층(122)을 구비할 수 있다. 이 압전층(122)들은 음향에 의해 공진되는 주파수의 대역이 서로 다르도록 형성될 수 있다. 따라서, 압전층(122)들은 음향의 주파수에 따라 선택적으로 공진될 수 있으며, 이 공진되는 압전층(122)의 전기 신호에 의해서 음향의 주파수가 구별될 수 있다.

음향 감지부(120)는 기판(110)의 제1 부위(L1)의 상면부에 일체로 형성될 수 있다. 여기서, 압전층(122)들은 MEMS 기술의 미세공정기술을 이용하여 기판(110)의 제1 부위(L1)의 상면부에 층 형상으로 형성될 수 있다.

압전층(122)은 압전 효과를 일으키는 압전 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 압전층(122)은 압전 재료인 질화알루미늄(AlN) 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 빔어레이 구조로 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예의 일체형 인공와우(100)는 압전 재료를 사용하여 음파 에너지를 전기 에너지로 변경할 수 있으며, MEMS 기술을 이용하여 저전력 구조로 형성할 수 있다. 따라서, 일체형 인공와우(100)는 별도의 전원을 외부로부터 공급할 필요성이 없다.

한편, 기판(110)의 제1 부위(L1)는 달팽이관(150)으로 전달되는 음향에 의해 압전층(122)들이 용이하게 공진될 수 있도록 압전층(122)들이 형성된 부분의 두께가 다른 부분보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판(110)의 제1 부위(L1)의 하면부에는 소정의 깊이로 공진 홈부(112)가 형성될 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 5를 참조하면, 신호 처리부(130)은 음향 감지부(120)의 전기 신호를 전달받아 달팽이관(150)의 청신경이 인식 가능한 신호로 처리할 수 있다. 신호 처리부(130)은 음향 감지부(120)와 근접되게 배치될 수 있으며, 음향 감지부(120)와 신호 전달 가능하도록 연결될 수 있다. 상기와 같은 신호 처리부(130)는 제2 부위(L2)에 일체로 형성될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 신호 처리부(130)은 기판(110)의 제2 부위(L2)의 상면부에 MEMS 기술로 CMOS 회로가 형성된 CMOS층(132)을 구비할 수 있다. CMOS층(132)은 음향 감지부(120)의 전기 신호를 전달받아 달팽이관(150)의 청신경이 인식 가능한 신호로 처리하는 부분이다.

예를 들면, CMOS층(132)은 압전층(122)의 압전 재료로 사용된 질화알루미늄 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 형성될 수 있다. 그런데, 신호 처리부(130)의 CMOS층(132)은 음향 감지부(120)의 압전층(122)과 동일한 재료로 형성되므로, 압전층(122)과 CMOS층(132)은 질화알루미늄(AlN)을 이용하여 MEMS 기술에 의해 일괄 공정으로 형성할 수 있다. 따라서, 음향 감지부(120) 및 신호 처리부(130)의 제조 시간을 단축시킬 수 있으며, 재료의 변경에 필요한 공정을 생략할 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 6을 참조하면, 전극 어레이부(140)는 신호 처리부(130)의 처리 신호를 달팽이관(150)의 청신경에 직접 전달할 수 있다. 전극 어레이부(140)는 달팽이관(150)의 내부로 삽입이 용이하도록 신호 처리부(130)에서 돌기 구조로 길게 돌출될 수 있다. 전극 어레이부(140)의 일단은 신호 처리부(130)에 신호 전달이 가능하게 연결될 수 있으며, 전극 어레이부(140)의 타단은 수술을 통해 달팽이관(150)의 청신경에 연결될 수 있다.

상기와 같은 전극 어레이부(140)는 기판(110)의 제3 부위(L3)의 상면부에 MEMS 기술을 이용하여 전극층(142) 및 폴리머 코팅층(144)이 일체로 형성될 수 있다.

여기서, 전극층(142)은 전도성이 우수한 금소 재질로 형성될 수 있다. 즉, 전극층(142)은 신호 처리부(130)의 전기 신호를 달팽이관(150)의 청신경으로 안내하는 부재이다.

그리고, 폴리머 코팅층(144)은 유연성을 갖는 폴리머 재료로 형성될 수 있으며, 기판(110)의 제3 부위(L3) 중 전극층(142)이 형성되지 않은 부위에 구비될 수 있다. 상기와 같은 기판(110)의 제3 부위(L3)는 기판(110)의 제1 부위(L1)와 제2 부위(L2)보다 얇은 두께와 좁은 폭으로 길게 형성될 수 있다. 따라서, 인공와우(100)의 시술시 기판(110)의 제3 부위(L3)가 쉽게 파손되는 문제를 해소하기 위하여, 기판(110)의 제3 부위(L3)에 유연성을 부여하는 폴리머 코팅층(144)이 도포될 수 있다. 예를 들면, 폴리머 코팅층(144)은 파릴린(parylene) 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 인공와우(100)는 음향 감지부(120), 신호 처리부(130), 전극 어레이부(140), 및 기판(110)을 반도체 칩과 같이 싱글 칩 타입의 일체형 구조로 형성할 수 있다. 이를 위하여, 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)는 MEMS 기술의 미세공정기술을 이용하여 기판(110)의 상면부에 층형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 본 실시예의 인공와우(100)는 MEMS 기술에 의해 매우 작은 크기의 모듈로 제조할 수 있고, 인공와우(100)를 귀의 내부에 완전히 삽입할 수 있으며, 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)를 연결하는 와이어 본딩 공정을 생략할 수 있다. 또한, 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)는 MEMS 기술을 이용하여 기판(110)의 상면부에 일괄 공정으로 제조하므로, 인공와우(100)의 제조 시간을 단축할 수 있으며, 대량 생산이 가능하여 인공와우(100)의 단가를 낮출 수 있다.

한편 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 제1 부위(L1)는 달팽이관(150)의 내부로 음향이 전달되는 경로 상에 배치될 수 있으며, 기판(110)의 제3 부위(L3)는 달팽이관(150)의 내부에 삽입되게 배치될 수 있다. 기판(110)의 제1 부위(L1)에는 음향 감지부(120)가 형성되며, 기판(110)의 제3 부위(L3)에는 전극 어레이부(140)가 형성된다.

그러므로, 음향 감지부(120)는 외이(154)와 중이(152)를 통해서 달팽이관(150)으로 전달되는 음향을 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 기존의 인공와우와 달리 외이(154)와 중이(152)를 활용하는 구조로 형성되며, 그로 인해서 음향을 수신하기 위한 별도의 수신기가 생략될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 일체형 인공와우(100)의 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 인공와우(100)의 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼에 형성된 분할 영역의 제1 부위(L1)에 MEMS 기술을 이용하여 압전층(122)이 구비된 음향 감지부(120)를 형성하는 단계(10), 분할 영역의 제2 부위(L2)에 MEMS 기술을 이용하여 CMOS층(132)이 구비된 신호 처리부(130)를 형성하는 단계(20), 분할 영역의 제3 부위(L3)에 MEMS 기술을 이용하여 전극 어레이부(140)를 형성하는 단계(30), 및 실리콘 웨이퍼에서 분할 영역을 분리하여 음향 감지부(120), 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)가 일체로 구비된 기판(110)을 형성하는 단계(40)를 포함할 수 있다.

여기서, 음향 감지부(120)를 형성하는 단계(10), 신호 처리부(130)를 형성하는 단계(20), 및 전극 어레이부(140)를 형성하는 단계(30)는 MEMS 기술을 이용하여 일괄 공정으로 진행될 수 있다. 상기와 같이 일체형 인공와우(100)의 제조 방법에서는 증착과 식각 등의 과정을 반복하는 반도체 미세공정기술을 적용하여 저렴한 비용으로 초소형 제품을 대량으로 생산할 수 있다.

그리고, 실리콘 웨이퍼에 형성된 분할 영역은 복수개가 형성될 수 있다. 이러한 분할 영역들에는 음향 감지부(120)를 형성하는 단계(10), 신호 처리부(130)를 형성하는 단계(20), 및 전극 어레이부(140)를 형성하는 단계(30)가 각각 진행될 수 있다. 따라서, 기판(110)을 형성하는 단계(40)에서는 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)가 일체로 형성된 분할 영역들이 실리콘 웨이퍼으로부터 분리되어 복수개의 기판(110)이 형성될 수 있으며, 특히 기판(110)들의 분리 공정이 완료됨과 동시에 복수개의 일체형 인공와우(100)가 완성될 수 있다.

도 1과 도 3 및 도 4를 참조하면, 음향 감지부(120)를 형성하는 단계(10)는, 실리콘 웨이퍼(S)의 분할 영역의 제1 부위(L1)의 상면부에 제1 전도층(124)을 형성하는 단계(10A, 10B), 제1 전도층(124)의 상면부에 음향에 의해 공진되는 압전층(122)을 형성하는 단계(10C), 압전층(122)의 공진시 발생되는 전기 신호를 제1 전도층(124)과 함께 외부로 출력하기 위한 제2 전도층(126)을 압전층(122)의 상면부에 형성하는 단계(10D), 및 분할 영역의 제1 부위(L1)의 하면부 중 압전층(122)과 대응되는 부분을 제거하여 압전층(122)이 형성된 위치의 실리콘 웨이퍼(S)의 두께를 감소시키는 단계(10E)를 구비할 수 있다.

상기와 같이 형성된 음향 감지부(120)는, 외이(154)와 중이(152)를 통해 전달된 음향의 주파수에 따라 압전층(122)이 공진될 수 있고, 이 압전층(122)의 공진 크기에 따라 압전층(122)으로부터 발생되는 다양한 전기 신호는 제1 전도층(124)과 제2 전도층(126)을 통해 신호 처리부(130)로 전달될 수 있다.

실리콘 웨이퍼(2)는 습식 산화에 의해 이산화규소층을 표면에 형성할 수 있다. 제1 전도층(124)은 몰리브덴(Mo) 재료로 형성될 수 있고, 제2 전도층(126)은 금(Au) 재료로 형성될 수 있으며, 압전층(122)은 질화알루미늄 재료로 형성될 수 있다.

실리콘 웨이퍼(S)의 두께를 감소시키는 단계(10E)에서는, 실리콘 웨이퍼(S)의 분할 영역의 제1 부위(L1)의 하면부에 알루미늄(Al) 패턴층을 형성하고, 알루미늄(Al) 패턴층에 형성된 설정 패턴의 홀부를 통해 실리콘 웨이퍼(S)를 제거하여 압전층(122)과 대응되는 위치에 공진 홈부(112)를 형성할 수 있다.

한편, 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 압전층(122)이 단수개인 음향 감지부(120)의 제조 공정이 개략적으로 도시되어 있지만, 실제로는 도 4의 제조 공정을 통하여 복수개의 압전층(122)이 구비된 음향 감지부(120)를 제조할 수 있다. 즉, 음향 감지부(120)의 압전층(122)들은 음향의 주파수 대역에 따라 선택적으로 공진하여 음향의 주파수 대역을 판별할 수 있다.

도 1과 도 3 및 도 5를 참조하면, 압전층(122)과 CMOS층(132)은 서로 다른 재질 또는 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 압전층(122)과 CMOS층(132)은 질화알루미늄 재료를 공통으로 사용하여 MEMS 기술에 의해 일괄 형성될 수 있다.

따라서, 압전 재료인 질화알루미늄을 이용하여 압전층(122)과 CMOS층(132)을 모두 제조하므로, 음향 감지부(120)를 형성하는 단계(10) 및 신호 처리부(130)를 형성하는 단계(20)에서 질화알루미늄만을 사용하여 압전층(122)과 CMOS층(132)을 일괄 제조할 수 있으며, 그로 인하여 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130)의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.

도 1과 도 3 및 도 6을 참조하면, 전극 어레이부(140)를 형성하는 단계(30)는, 이전 단계에서 형성된 음향 감지부(120)와 신호 처리부(130)를 보호 재료(146)로 코팅하는 단계(30A), 분할 영역의 제3 부위(L3)의 상면부에 설정 패턴의 전극층(142)을 형성하는 단계(30B), 분할 영역의 제3 부위(L3)의 상면부 중 전극층(142)이 형성되지 않은 부위에 유연성을 갖는 폴리머 코팅층(144)을 도포하는 단계(30C), 분할 영역의 제3 부위(L3)의 하면부를 제거하여 실리콘 웨이퍼(S)의 두께를 감소시키는 단계(30D), 및 보호 재료(146)를 제거하는 단계(30E)를 구비할 수 있다.

보호 재료(146)은 자외선에 의해 자화되는 포토레지스트를 사용할 수 있다. 전극층(142)은 일체형 인공와우(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 폴리머 코팅층(144)은 실리콘 웨이퍼(S)의 두께 감소로 인한 전극 어레이부(140)의 파손을 방지하기 위하여 유연성 및 강도를 보강하는 부재이다. 따라서, 일체형 인공와우(100)의 시술시 전극 어레이부(140)와 청신경을 연결하는 과정에서 전극 어레이부(140)가 부러지는 문제를 방지할 수 있다.

실리콘 웨이퍼(S)의 두께를 감소시키는 단계(30D)에서는, 실리콘 웨이퍼(S)의 분할 영역의 제3 부위(L3)의 하면부에 알루미늄(Al) 패턴층을 형성하되, 알루미늄(Al) 패턴층에 형성된 홀부를 통해 실리콘 웨이퍼(S)를 제거하여 전극 어레이부(140)과 대응되는 위치의 실리콘 웨이퍼(S)를 얇게 형성할 수 있다. 따라서, 전극 어레이부(140)이 얇게 형성되므로, 달팽이관(150)에 용이하게 삽입할 수 있으며, 달팽이관(150)의 청신경과도 간편하게 연결할 수 있다.

마지막으로, 음향 감지부(120)를 형성하는 단계(10), 신호 처리부(130)를 형성하는 단계(20), 및 전극 어레이부(140)를 형성하는 단계(30)가 실리콘 웨이퍼(S)에 형성된 분할영역들에 모두 실시되면, 기판(110)을 형성하는 단계(40)를 진행할 수 있다. 이때, 음향 감지부(120)과 신호 처리부(130) 및 전극 어레이부(140)가 형성된 분할영역들이 분리되므로, 하나의 실리콘 웨이퍼(S)로부터 복수개의 기판(110)들이 획득될 수 있으며, 그와 동시에 복수개의 일체형 인공와우(100)도 완성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 일체형 인공와우
110: 기판
112: 공진 홈부
120: 음향 감지부
122: 압전층
130: 신호 처리부
132: CMOS층
140: 전극 어레이부
150: 달팽이관

Claims

달팽이관의 내부에 적어도 일부가 삽입되는 기판;
상기 기판의 제1 부위에 일체로 형성되고, 상기 달팽이관에 전달되는 음향을 감지하여 전기 신호로 변경하는 음향 감지부;
상기 음향 감지부와 연결되도록 상기 기판의 제2 부위에 일체로 형성되고, 상기 음향 감지부의 전기 신호를 전달받아 처리하는 신호 처리부; 및
상기 신호 처리부 및 상기 달팽이관 내의 청신경과 연결되도록 상기 기판의 제3 부위에 일체로 형성되고, 상기 신호 처리부의 처리 신호를 상기 청신경에 전달하는 전극 어레이부;를 포함하며,
상기 음향 감지부는 상기 달팽이관으로 전달되는 음향에 의해 공진되는 복수개의 압전층을 구비하고, 상기 압전층들은 상기 음향에 의해 공진되는 주파수의 대역이 서로 다르도록 형성하며,
상기 압전층은 질화알루미늄 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 빔어레이 구조로 형성된 일체형 인공와우.
제1항에 있어서,
상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부는 MEMS 기술을 이용하여 상기 기판의 일면에 층형상으로 형성된 일체형 인공와우.
제1항에 있어서,
상기 기판의 제1 부위는 상기 달팽이관의 내부로 음향이 전달되는 경로 상에 배치되고,
상기 기판의 제3 부위는 상기 청신경과 상기 전극 어레이부가 직접 연결되도록 상기 달팽이관의 내부에 삽입되는 일체형 인공와우.
제1항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 웨이퍼를 복수개로 분할하여 형성된 일체형 인공와우.
제4항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에는 상기 기판으로 분할되기 위한 복수개의 분할 영역이 형성되며,
상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부는 상기 분할영역들에 각각 형성된 일체형 인공와우.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 기판의 제1 부위는 상기 음향에 의해 상기 압전층들이 용이하게 공진될 수 있도록 상기 압전층들이 형성된 부분의 두께가 다른 부분보다 얇게 형성된 일체형 인공와우.
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는 CMOS 회로가 형성된 CMOS층을 구비하고,
상기 CMOS 회로는 상기 음향 감지부의 전기 신호를 상기 청신경에 인식 가능한 신호로 처리하도록 형성된 일체형 인공와우.
제9항에 있어서,
상기 CMOS층은 질화알루미늄 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 형성된 일체형 인공와우.
제1항에 있어서,
상기 전극 어레이부는 상기 달팽이관의 내부에 삽입이 용이하도록 상기 신호 처리부에서 돌기 구조로 길게 돌출된 일체형 인공와우.
제1항에 있어서,
상기 기판의 제3 부위는 상기 기판의 제1 부위와 제2 부위보다 얇은 두께와 좁은 폭으로 길게 형성되며,
상기 기판의 제3 부위에는 유연성을 갖는 폴리머 코팅층이 형성된 일체형 인공와우.
제12항에 있어서,
상기 폴리머 코팅층은 파릴린 재료를 이용하여 MEMS 기술에 의해 형성된 일체형 인공와우.
실리콘 웨이퍼에 형성된 분할 영역의 제1 부위에 MEMS 기술을 이용하여 압전층이 구비된 음향 감지부를 형성하는 단계;
상기 분할 영역의 제2 부위에 MEMS 기술을 이용하여 CMOS층이 구비된 신호 처리부를 형성하는 단계;
상기 분할 영역의 제3 부위에 MEMS 기술을 이용하여 전극 어레이부를 형성하는 단계; 및
상기 실리콘 웨이퍼에서 상기 분할 영역을 분리하여 상기 음향 감지부, 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부가 일체로 구비된 기판을 형성하는 단계;
를 포함하는 일체형 인공와우의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 분할 영역은 상기 실리콘 웨이퍼에 복수개가 형성되고,
상기 음향 감지부를 형성하는 단계, 상기 신호 처리부를 형성하는 단계, 및 상기 전극 어레이부를 형성하는 단계는 상기 분할 영역들에 각각 진행되며,
상기 기판을 형성하는 단계는 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부 및 상기 전극 어레이부가 일체로 형성된 상기 분할 영역들을 상기 실리콘 웨이퍼에서 분리하는 일체형 인공와우의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 음향 감지부를 형성하는 단계, 상기 신호 처리부를 형성하는 단계, 및 상기 전극 어레이부를 형성하는 단계는 MEMS 기술을 이용하여 일괄 공정으로 진행되는 일체형 인공와우의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 음향 감지부를 형성하는 단계는,
상기 실리콘 웨이퍼의 상기 분할 영역의 제1 부위의 상면부에 제1 전도층을 형성하는 단계;
상기 제1 전도층의 상면부에 음향에 의해 공진되는 압전층을 형성하는 단계;
상기 압전층의 공진시 발생되는 전기 신호를 상기 제1 전도층과 함께 외부로 출력하기 위한 제2 전도층을 상기 압전층의 상면부에 형성하는 단계; 및
상기 분할 영역의 제1 부위의 하면부 중 상기 압전층과 대응되는 부분을 제거하여 상기 압전층이 형성된 위치의 상기 실리콘 웨이퍼의 두께를 감소시키는 단계;
를 구비한 일체형 인공와우의 제조 방법.
제14에 있어서,
상기 압전층과 상기 CMOS층은 질화알루미늄 재료로 형성되며,
상기 음향 감지부를 형성하는 단계 및 상기 신호 처리부를 형성하는 단계에서는 상기 압전층과 상기 CMOS층을 질화알루미늄으로 일괄 형성하는 일체형 인공와우의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 전극 어레이부를 형성하는 단계는,
이전 단계에서 형성된 상기 음향 감지부와 상기 신호 처리부를 보호 재료로 코팅하는 단계;
상기 분할 영역의 제3 부위의 상면부에 설정 패턴의 전극층을 형성하는 단계;
상기 분할 영역의 제3 부위의 상면부 중 상기 전극층이 형성되지 않은 부위에 유연성을 갖는 폴리머 코팅층을 도포하는 단계;
상기 분할 영역의 제3 부위의 하면부를 제거하여 상기 실리콘 웨이퍼의 두께를 감소시키는 단계; 및
상기 보호 재료를 제거하는 단계;
를 구비한 일체형 인공와우의 제조 방법.