KR101431370B1

KR101431370B1 - 음향 트랜스듀서, 및 그 음향 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰

Info

Publication number: KR101431370B1
Application number: KR1020127030981A
Authority: KR
Inventors: 타카시 카사이; 유키 우치다; 야스히로 호리모토; 세바스티아노 콘티
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤; 에스티마이크로일렉트로닉스 에스.알.엘.
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2014-08-19
Also published as: US8861753B2; WO2011148778A1; EP2579617A4; US20130070942A1; KR20130012587A; EP2579617A1; JP2011250169A; JP5588745B2; EP2579617B1; CN102918874A; WO2011148778A8; CN102918874B

Abstract

음향 센서(11)는, 반도체 기판의 윗면에 진동막(22) 및 고정막(23)이 형성되고, 진동막(22)에서의 진동 전극(22a)과 고정막(23)에서의 고정 전극(23a) 사이의 정전용량의 변화에 의해 음파를 검출한다. 고정막(23)에는, 음파를 외부로부터 진동막(22)에 도달시키기 위해 복수의 음공부(32)가 형성되어 있고, 고정 전극(23a)은, 연부(40)의 경계가 음공부(32)와 교차하지 않도록 형성되어 있다.

Description

음향 트랜스듀서, 및 그 음향 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰{ACOUSTIC TRANSDUCER, AND MICROPHONE USING THE ACOUSTIC TRANSDUCER}

본 발명은, 음파를 전기신호로 변환하는 음향 트랜스듀서(acoustic transducer), 그 음향 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 제작된 미소 사이즈의 음향 트랜스듀서 등에 관한 것이다.

종래, 휴대 전화기 등에 탑재되는 소형의 마이크로폰으로서 ECM(Electret Condenser Microphone)이 널리 사용되고 있다. 그러나, ECM은 열에 약하고, 또한, 디지털화에의 대응, 소형화, 고기능·다기능화, 전력 절약이라는 점에서, MEMS 마이크로폰의 쪽이 우수하기 때문에, 현재는, MEMS 마이크로폰이 보급되고 있다.

MEMS 마이크로폰은, 음파를 검출하는 음향 센서(음향 트랜스듀서)와, 그 음향 센서로부터의 검출 신호를 증폭하여 외부에 출력하는 출력 IC(Integrated Circuit)를 구비하고 있다. 상기 음향 센서가, MEMS 기술을 이용하여 제조된다(예를 들면, 특허문헌1 등).

도 8은, 종래의 음향 센서의 개략 구성을 도시하고 있고, 동 도면의 (a)는, 평면도이고, 동 도면의 (b)는, 동 도면의 (a)의 X-X선으로 단면하여, 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 음향 센서(111)에서는, 반도체 기판(21)의 윗면에, 진동막(22)이 마련되고, 다시, 진동막(22)을 덮도록 고정막(123)이 마련되어 있다. 진동막(22)은, 도전체이고, 진동 전극(22a)으로서 기능한다. 한편, 고정막(123)은, 도전체인 고정 전극(123a)과, 고정 전극(123a)을 보호하기 위한 절연체인 보호막(123b)으로 이루어진다. 진동 전극(22a) 및 고정 전극(123a)은, 공극을 통하여 대향하고, 콘덴서로서 기능한다.

진동막(22)의 연부(緣部)는, 절연층(30)을 통하여 반도체 기판(21)에 부착되어 있다. 또한, 반도체 기판(21)은, 진동막(22)의 중앙부에 대향하는 영역이 개구한 개구부(31)을 갖고 있다. 또한, 고정막(123)은, 음공(音孔)이 형성된 음공부(音孔部)(32)를 다수 갖고 있다. 통상, 음공부(32)는, 등간격으로 규칙적으로 배열되어 있고, 각 음공부(32)의 음공의 사이즈는 거의 동등하다.

상기 구성의 음향 센서(111)에서, 외부로부터의 음파는, 고정막(123)의 음공부(32)를 통하여 진동막(22)에 도달한다. 이 때, 진동막(22)은, 도달한 음파의 음압이 인가되어 진동하기 때문에, 진동 전극(22a) 및 고정 전극(123a)의 간격이 변화하여, 진동 전극(22a) 및 고정 전극(123a) 사이의 정전용량이 변화한다. 이 정전용량의 변화를 전압 또는 전류의 변화로 변환함에 의해, 음향 센서(111)는, 외부로부터의 음파를 검출하여 전기신호(검출 신호)로 변환할 수 있다.

상기 구성의 음향 센서(111)에서는, 고정막(123)에 다수의 음공부(32)를 갖고 있는데, 이 음공부(32)는, 상술한 바와 같이, 외부로부터의 음파를 통과시켜서 진동막(22)에 도달시키는 이외에도, 하기와 같이 기능한다.

(1) 고정막(123)에 도달한 음파가 음공부(32)를 통과하여 가기 때문에, 고정막(123)에 인가되는 음압이 경감된다.

(2) 진동막(22) 및 고정막(123) 사이의 공기가, 음공부(32)를 통하여 출입하기 때문에, 열(熱) 잡음(공기의 흔들림)이 경감된다. 또한, 상기 공기에 의한 진동막(22)의 댐핑이 경감되기 때문에, 그 댐핑에 의한 고주파 특성의 열화가 경감된다.

(3) 표면 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 진동 전극(22a) 및 고정 전극(123a) 사이에 공극을 형성하는 경우에, 에칭 홀로서 이용할 수 있다.

특허문헌1 : 일본 공개특허공보 「특개2006-067547호(2006년 03월 09일 공개)」

금후, MEMS 마이크로폰을 더욱 보급시키려면, 충격에 대한 내성을 향상시켜서, 고장률을 저하시키거나, 수율을 향상시키거나 하는 것이 요망되고 있다. 본원 발명자들은, 예의 검토한 결과, 음공부에서 응력 집중이 발생하는 것에 주목하여, 이하의 발명을 고안하였다.

본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은, 충격에 대한 내성을 향상시킨 음향 트랜스듀서 등을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 기판의 윗면에 진동막 및 고정막이 형성되고, 그 진동막에서의 진동 전극과 상기 고정막에서의 고정 전극 사이의 정전용량의 변화에 의해, 음파를 전기신호로 변환하는 음향 트랜스듀서에 있어서, 상기 고정막에는, 상기 음파를 외부로부터 상기 진동막에 도달시키기 위해 복수의 음공부가 형성되어 있고, 상기 고정 전극은, 연부의 경계가 상기 음공부와 교차하지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 구성에 의하면, 고정 전극의 연부에, 그 고정 전극의 경계와 교차하는 음공부가 존재하지 않는다. 이에 의해, 그 고정 전극의 연부에서 응력 집중에 의한 파손을 회피할 수 있기 때문에, 충격에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 고정 전극의 연부의 경계가 음공부와 교차하지 않도록 형성되어 있기 때문에, 그 고정 전극의 연부에서 응력 집중에 의한 파손을 회피할 수 있고, 그 결과, 충격에 대한 내성을 향상시킬 수 있다는 효과를 이룬다.

도 1은 본 발명의 한 실시 형태인 MEMS 마이크로폰에서의 음향 센서의 개략 구성을 도시하는 평면도 및 단면도.
도 2는 상기 MEMS 마이크로폰을 도시하는 단면도.
도 3은 응력 집중의 발생 부분을 설명하기 위해 블록을 도시하는 평면도 및 정면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태인 MEMS 마이크로폰에서의 음향 센서의 개략 구성을 도시하는 평면도.
도 5는 본 발명의 또다른 실시 형태인 MEMS 마이크로폰에서의 음향 센서의 개략 구성과, 그 음향 센서의 비교예인 종래의 음향 센서의 개략 구성을 도시하는 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태인 MEMS 마이크로폰에서의 음향 센서의 개략 구성을 도시하는 평면도.
도 7은 상기 음향 센서의 진동 전극의 진동량을 도시하는 평면도.
도 8은 종래의 음향 센서의 개략 구성을 도시하는 평면도.

[실시의 형태 1]

본 발명의 한 실시 형태에 관해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태의 MEMS 마이크로폰의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, MEMS 마이크로폰(10)은, 음파를 검출하는 음향 센서(음향 트랜스듀서)(11)와, 음향 센서(11)로부터의 검출 신호(전기신호)를 증폭하여 외부에 출력하는 출력 IC(12)가, 프린트 기판(13)에 배치되어 있고, 음향 센서(11) 및 출력 IC(12)를 덮도록 커버(14)가 마련된 구성이다. 커버(14)에는, 외부로부터의 음파를 음향 센서(11)에 도달시키기 위해, 관통구멍(15)이 형성되어 있다. 음향 센서(11)는, MEMS 기술을 이용하여 제조된다. 또한, 출력 IC(12)는, 반도체 제조 기술을 이용하여 제조된다.

도 1은, 본 실시 형태에서의 음향 센서(11)의 개략 구성을 도시하고 있고, 동 도면의 (a)는, 평면도이고, 동 도면의 (b)는, 동 도면의 (a)의 A-A선으로 단면하여, 화살표 방향에서 본 도면이다.

본 실시 형태의 음향 센서(11)는, 도 8에 도시하는 음향 센서(111)에 비하여, 고정막의 고정 전극의 형상이 다를 뿐이고, 그 밖의 구성은 마찬가지이다. 그리고, 도 8에 관해 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

고정막(23)은, 도전체인 고정 전극(23a)과, 고정 전극(23a)을 보호하기 위한 절연체인 보호막(23b)을 구비하고 있다.

또한, 실시예에서는, 반도체 기판(21)은, 두께가 약 500㎛이고, 단결정 실리콘 등으로 생성되는 반도체이다. 진동막(22)은, 두께가 약 0.7㎛이고, 다결정 실리콘 등으로 생성되는 도전체이고, 진동 전극(22a)으로서 기능한다. 고정막(23)은, 고정 전극(23a)과 보호막(23b)으로 이루어진다. 고정 전극(23a)은, 두께가 약 0.5㎛이고, 다결정 실리콘 등으로 생성되는 도전체이다. 한편, 보호막(23b)은, 두께가 약 2㎛이고, 질화 실리콘 등으로 생성되는 절연체이다. 또한, 진동 전극(22a)과 고정 전극(23a)과의 공극은 약 4㎛이다.

본 실시 형태의 고정 전극(23a)은, 도 8에 도시하는 종래의 고정 전극(123a)에 비하여, 연부(40)의 경계가, 음공부(32)와 교차하지 않도록 형성되어 있다. 이에 의해, 고정 전극(23a)의 연부(40)에서 응력 집중에 의한 파손을 회피할 수 있기 때문에, 충격에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

이에 관해, 도 1,3,8을 참조하여 상세히 설명한다. 일반적으로, 고정 전극(23a·123a)은, 부유 용량을 저감하기 위해, 진동 전극(22a)이 진동하는 영역, 즉, 진동 전극(22a)의 중앙부에 대향하는 것이 바람직하다. 한편, 음공부(32)는, 외부로부터의 음파를 진동막(22)에 효율적으로 전달시키기 위해서도, 고정막(23·123)에 다수 마련하는 것이 바람직하다.

이 때문에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 종래의 고정막(123)에서는, 음공부(32)가 마련된 영역의 쪽이, 고정 전극(123a)의 영역보다도 넓게 되어 있고, 고정 전극(123a)의 경계선과 교차하는 음공부(32)가 존재할 수 있게 된다. 이 음공부(32)에는, 큰 응력 집중이 작용한다.

이 원인에 관해, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은, 응력 집중의 발생 부분을 설명하기 위해 블록을 도시하는 평면도 및 정면도이다. 동 도면의 (a)에 도시하는 블록(200)은, 윗면에 단부(段部)(201)를 갖고 있다. 또한, 동 도면의 (b)에 도시하는 블록(210)은, 윗면부터 하면으로 관통하는 관통부(211)를 갖고 있다. 그리고, 동 도면의 (c)에 도시하는 블록(220)은, 윗면에 단부(221)를 가지며, 윗면부터 하면으로 관통하는 관통부(222)를 갖고 있다.

도 3의 (a)에 도시하는 블록(200)에 대해, 도시한 좌우 방향으로 응력이 인가되면, 단부(201)에 응력 집중이 발생하게 된다. 또한, 동 도면의 (b)에 도시하는 블록(210)에 대해, 도시한 좌우 방향으로 응력이 인가되면, 관통부(211)의 앞부분(211a) 및 뒷부분(211b)에 응력 집중이 발생하게 된다. 따라서, 동 도면의 (c)에 도시하는 블록(220)에 대해, 도시한 좌우 방향으로 응력이 인가되면, 단부(221) 및 관통부(222)의 교차하는 영역에, 강한 응력 집중이 발생하게 된다.

음향 센서(111)의 제조시에 있어서, 고정막(23·123)은, 고정 전극(23a·123a)의 층을 생성하고, 생성한 고정 전극(23a·123a)을 덮도록 보호막(23b)의 층을 생성하고 있다. 이 때문에, 도 8의 (b)·도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 전극(23a·123a)의 연부(140)에서는, 보호막(23b)이 단형상(段狀)으로 되어 있다.

따라서 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 전극(123a)의 연부(140)에 음공부(132)가 존재하면, 당해 음공부(132)는, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같은 형상으로 되기 때문에, 강한 응력 집중이 발생하게 된다. 이 때문에, 종래의 음향 센서(111)는, 강한 응력 집중에 의한 고정막(123)의 파손이 발생하여, 충격에 대한 내성이 저하하게 되어 있다.

이에 대해, 본 실시 형태의 고정막(23)은, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 전극(23a)의 연부(40)에 음공부(32)가 존재하지 않기 때문에, 강한 응력 집중이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태의 음향 센서(11)는, 상술한 바와 같이, 강한 응력 집중에 의한 고정막(23)의 파손을 회피할 수 있기 때문에, 충격에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 시뮬레이션에서는, 연부(140)의 경계가 음공부(132)와 교차하는 종래의 고정 전극(123a)에서의 응력 집중의 정도(응력 집중 계수)를 1이라고 하면, 연부(40)의 경계가 음공부(32)와 교차하지 않는 본 실시 형태의 고정 전극(23a)에서의 응력 집중의 정도가 약 0.6이였다.

또한, 본 실시 형태의 고정 전극(23a)은, 연부(40)의 경계가 음공부(32)와 교차하지 않도록 하기 위해, 도 1에 도시하는 바와 같이, 원형의 진동 전극(22a)에 거의 내접하는 다각형으로 되어 있고, 그 1변은, 음공부(32)의 배열 방향에 평행하게 되어 있다. 구체적으로는, 음공부(32)의 배열 방향은, 도 1의 A-A선의 방향과, 그 방향으로부터 좌우로 각각 60도 회전한 2방향이기 때문에, 이들 3방향에 평행한 정6각형으로 고정 전극(23a)이 형성되어 있다. 이 경우, 기하학적으로 배치되어 있기 때문에, 고정 전극(23a)의 마스크 형상의 설계가 용이해진다.

또한, 본 실시 형태의 음향 센서(11)는, 종래의 음향 센서(111)와 마찬가지로, 음공부(32)의 직경이 약 16㎛이고, 이웃하는 음공부(32)의 중심끼리의 간격이, 음공부(32)의 직경의 2배보다도 짧게 되어 있다. 이에 의해, 구멍의 직경이 큰 음공부(32)가 다수 배치되게 되기 때문에, 외부로부터의 음파가 음공부(32)를 통하여 진동막(22)에 도달하는 효율이 좋아지고, SNR을 향상시킬 수 있다. 그리고, 음공부(32)의 직경이 약 6㎛ 이상이면, 같은 효과를 이룰 수 있다. 또한, 음공부(32)의 직경의 상한은, 고정막(23)의 강도나, 필요로 하는 정전용량에 의존한다.

또한, 음공부(32)에 관해, 직경을 크게 하거나, 배치수를 늘리거나 하면, 고정막(23)의 강도가 저하되거나, 진동 전극(22a) 및 고정 전극(23a) 사이의 정전용량이 저하되거나 하게 된다. 따라서, 이들을 고려하여, 음공부(32)의 직경 및 배치수를 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태의 음향 센서(11)의 제조 방법은, 종래의 음향 센서(111)의 제조 방법에 비하여, 고정 전극(23a)을 형성하기 위한 마스크의 형상이 변경될 뿐이고, 그 외는 마찬가지이다.

즉, 우선, 반도체 기판(21)이 되는 단결정 실리콘 기판의 윗면에, 희생층(SiO₂)을 형성한다. 다음에, 그 희생층의 위에, 다결정 실리콘층을 형성하여 에칭을 행함에 의해, 진동막(22)이 형성된다. 다음에, 진동막(22)을 덮도록, 희생층을 재차 형성한다. 다음에, 그 희생층을 덮도록, 다결정 실리콘층 및 질화 실리콘층을 형성하고 에칭을 행함에 의해, 고정 전극(23a)과 보호막(23b)으로 이루어지는 고정막(23)이 형성된다.

다음에, 상기 단결정 실리콘 기판의 에칭을 행함에 의해, 개구부(31)이 형성된다. 그리고, 음공부(32)를 통하여 상기 희생층의 에칭을 행함에 의해, 진동막(22) 및 고정막(23) 사이의 에어 갭이 형성되고, 절연층(30)이 형성되어, 음향 센서(11)가 완성된다.

[실시의 형태 2]

다음에, 본 발명의 다른 실시 형태에 관해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 음향 센서(11)의 개략 구성을 도시하는 평면도이다. 도 4에 도시하는 음향 센서(11)는, 도 1에 도시하는 음향 센서(11)에 비하여, 고정 전극의 형상이 다를 뿐이고, 그 밖의 구성은 마찬가지이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고정 전극(23c)은, 도 1에 도시하는 고정 전극(23a)보다도 단형상으로 넓힌 형상으로 되어 있다. 이 경우, 도 1에 도시하는 고정 전극(23a)보다도, 원형의 진동 전극(22a)에 가까운 형상으로 되기 때문에, 정전용량의 저하를 경감할 수 있다.

[실시의 형태 3]

다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5의 (a)·(b)는, 각각, 본 실시 형태에 관한 음향 센서(11)의 개략 구성과, 그 음향 센서(11)의 비교예인 종래의 음향 센서(111)의 개략 구성을 도시하는 평면도이다. 도 5에 도시하는 음향 센서(11·111)는, 도 1·도 8에 도시하는 음향 센서(11·111)에 비하여, 음공부(32·132)의 배열 방향이 다르고, 이 때문에, 본 실시 형태의 고정 전극의 형상이 다르다. 그리고, 그 밖의 구성은 마찬가지이다.

도 5의 (a)에 도시하는 고정 전극(23d)은, 동 도면의 (b)에 도시하는 종래의 고정 전극(123a)에 비하여, 연부(40)의 경계가, 음공부(32)와 교차하지 않도록 형성되어 있다. 이에 의해, 고정 전극(23d)의 연부(40)에서 응력 집중에 의한 파손을 회피할 수 있기 때문에, 충격에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

또한, 동 도면의 (a)·(b)에 도시하는 바와 같이, 음공부(32·132)의 배열 방향은, 도시한 상하 방향과, 그 상하 방향으로부터 90도 회전한 좌우 방향의 2방향이다. 그래서, 본 실시 형태의 고정 전극(23d)은, 이들 2방향과, 그 2방향을 2등분하는 방향(도시한 상하 방향부터 좌우로 각각 45도 회전한 경사 방향)에 평행하게 되어 있다. 이에 의해, 고정 전극(23d)의 마스크 형상의 설계가 용이해진다. 또한, 본 실시 형태의 고정 전극(23d)은, 단형상으로 형성되어 있기 때문에, 원형의 진동 전극(22a)에 가까운 형상이 되어, 정전용량의 저하를 경감할 수 있다.

[실시의 형태 4]

다음에, 본 발명의 다른 실시 형태에 관해 도 6·도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에 관한 음향 센서(11)의 개략 구성을 도시하는 평면도이다. 그리고, 동 도면에서는, 고정막(23)의 보호막(23b)을 생략하고 있다.

도 6에 도시하는 음향 센서(11)는, 도 1에 도시하는 음향 센서(11)에 비하여, 진동 전극의 형상이 다르고, 이 때문에, 고정 전극의 형상이 다르다. 그리고, 그 밖의 구성은 마찬가지이다. 본 실시 형태의 진동 전극(22b)은, 정방형의 구석부(50)가, 각각 중심으로부터 밖을 향하여 연재된 형상이고, 그 연재부(51)에서 반도체 기판(21)에 고정되어 있다.

도 7은, 상기 구성의 진동 전극(22b)에 소정의 음파가 도달한 경우의 진동 전극(22b)의 진동량을 도시하고 있다. 동 도면에서는, 진동량이 적으면 어둡게 나타나고, 진동량이 많으면 밝게 나타나 있다. 도시하는 바와 같이, 진동 전극(22b)은, 구석부(50) 및 연재부(51)에서 거의 진동하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 고정 전극(23e)은, 진동 전극(22b)으로부터 구석부(50) 및 연재부(51)를 생략한 형상으로 되어 있다.

본 실시 형태의 고정 전극(23e)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 연부(40)의 경계가, 음공부(32)와 교차하지 않도록 형성되어 있다. 이에 의해, 고정 전극(23e)의 연부(40)에서 응력 집중에 의한 파손을 회피할 수 있기 때문에, 충격에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 음공부(32)의 배열 방향은, 도시한 좌우 방향과, 그 좌우 방향으로부터 각각 60도 회전한 방향이다. 그래서, 본 실시 형태의 고정 전극(23e)은, 이들 3방향과, 그 3방향 중, 이웃하는 2방향을 2등분하는 방향(도시한 좌우 방향부터 각각 30도 회전한 방향과, 도시한 상하 방향)에 평행하게 되어 있다. 이에 의해, 고정 전극(23e)의 마스크 형상의 설계가 용이해진다. 또한, 본 실시 형태의 고정 전극(23e)은, 진동 전극(22b)의 구석부(50)와의 경계에서 단형상으로 형성되어 있기 때문에, 진동 전극(22b)의 진동 부분에 가까운 형상이 되어, 정전용량의 저하를 경감할 수 있다.

본 발명은 상술한 각 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러가지의 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합시켜서 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 음공부(32)는, 단면이 원형이지만, 삼각형, 사각형 등, 임의의 형상으로 하여도 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 기판의 윗면에 진동막 및 고정막이 형성되고, 그 진동막에서의 진동 전극과 상기 고정막에서의 고정 전극 사이의 정전용량의 변화에 의해, 음파를 전기신호로 변환하는 음향 트랜스듀서에 있어서, 상기 고정막에는, 상기 음파를 외부로부터 상기 진동막에 도달시키기 위해 복수의 음공부가 형성되어 있고, 상기 고정 전극은, 연부의 경계가 상기 음공부와 교차하지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 음향 트랜스듀서에서는, 상기 음공부가 규칙적으로 배열되어 있는 경우, 상기 고정 전극은, 상기 음공부의 배열 방향과, 이웃하는 2개의 그 배열 방향을 2등분하는 방향에 따른 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 고정 전극의 형상의 설계가 용이해진다. 또한, 상기 고정 전극은, 상기 진동 전극의 진동 부분에 가까운 형상으로 하기 위해, 단형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 배열 방향의 예로서는, 이웃하는 상기 배열 방향이 이루는 각도가 60도인 경우나, 90도인 경우를 들 수 있다.

본 발명에 관한 음향 트랜스듀서에서는, 상기 음공부는, 이웃하는 음공부의 중심끼리의 간격이, 상기 이웃하는 음공부의 치수의 합보다도 짧게 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서에서는, 상기 음공부의 치수는 6㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 음공부의 영역이 넓게 되기 때문에, 외부로부터의 음파가 상기 음공부를 통하여 상기 진동막에 도달하는 효율이 좋아지고, SNR(신호 대(對) 노이즈 비(比))을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 음공부의 치수의 상한은, 고정막의 강도나, 필요한 정전용량에 의존한다.

또한, 음향 트랜스듀서에는, 상기 고정막은, 상기 고정 전극과, 그 고정 전극보다도 넓은 보호막을 구비하고 있고, 그 보호막은, 상기 고정 전극의 연부의 경계에서 단형상으로 되어 있는 것이 존재한다. 이 경우, 상기 단형상이라는 형상에 의해, 상기 고정 전극의 연부의 경계에서 응력 집중이 발생하게 된다. 따라서, 당해 음향 트랜스듀서에 대해, 본 발명을 적용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 구성의 음향 트랜스듀서와, 그 음향 트랜스듀서로부터의 전기신호를 증폭하여 외부에 출력하는 출력 IC를 구비한 마이크로폰이라면, 상술한 바와 같은 효과를 이룰 수 있다.

산업상의 이용 가능성

이상과 같이, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 고정 전극의 연부의 경계가 음공부와 교차하지 않도록 형성됨에 의해, 고정 전극의 연부에서 응력 집중에 의한 파손을 회피할 수 있기 때문에, 고정막에 음공부를 갖는 임의의 구조의 음향 센서에 적용할 수 있다.

10 : MEMS 마이크로폰 11 : 음향 센서(음향 트랜스듀서)
12 : 출력 IC 13 : 프린트 기판
14 : 커버 15 : 관통구멍
21 : 반도체 기판 22 : 진동막
22a·b : 진동 전극 23 : 고정막
23a·c 내지 e : 고정 전극 23b : 보호막
30 : 절연층 31 : 개구부
32 : 음공부 40 : 연부
50 : 구석부 51 : 연재부

Claims

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기판의 윗면에 진동막 및 고정막이 형성되고, 그 진동막에서의 진동 전극과 상기 고정막에서의 고정 전극 사이의 정전용량의 변화에 의해, 음파를 전기신호로 변환하는 음향 트랜스듀서에 있어서,
상기 고정막에는, 상기 음파를 외부로부터 상기 진동막에 도달시키기 위해 복수의 음공부가 형성되어 있고,
상기 고정 전극은, 연부의 경계가 상기 음공부와 교차하지 않도록 형성되어 있고,
상기 음공부는, 규칙적으로 배열되어 있고,
상기 고정 전극은, 상기 음공부의 배열 방향과, 이웃하는 2개의 그 배열 방향을 2등분하는 방향에 따른 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항에 있어서,
상기 고정 전극은, 상기 진동 전극의 진동 부분에 가까운 형상으로 하기 위해, 단형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
이웃하는 상기 배열 방향이 이루는 각도가 60도인 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
이웃하는 상기 배열 방향이 이루는 각도가 90도인 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 음공부는, 이웃하는 음공부의 중심끼리의 간격이, 상기 이웃하는 음공부의 직경의 합보다도 짧게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 음공부의 치수는 6㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 고정막은, 상기 고정 전극과, 그 고정 전극보다도 넓은 보호막을 구비하고 있고,
그 보호막은, 상기 고정 전극의 연부의 경계에서 단형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
제 2항 또는 제 3항에 기재된 음향 트랜스듀서와, 그 음향 트랜스듀서로부터의 전기신호를 증폭하여 외부에 출력하는 출력 IC를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.