KR101561663B1 - 피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법 - Google Patents

피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법이 개시된다. 개시된 압전형 마이크로 스피커는, 캐비티를 가진 기판과, 기판 상에 형성되어 캐비티의 적어도 중심부를 덮는 진동막과, 진동막 상에 형성된 압전 구동부와, 캐비티 내에 배치된 피스톤 다이어프램을 구비한다. 압전 구동부에 의해 진동막이 진동하게 되면, 피스톤 바를 통해 진동막에 연결된 피스톤 다이어프램이 캐비티 내에서 피스톤 운동을 하면서 음향을 발생시킨다.

Description

피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법{Piezoelectric micro speaker having piston diaphragm and method of manufacturing the same}
압전형 마이크로 스피커에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤 운동을 하는 피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
개인 음성 통신 및 데이터 통신을 위한 단말기의 급속한 발전에 따라 주고 받을 수 있는 데이터의 양은 지속적으로 증가하고 있는데도 불구하고 단말기는 소형화 및 다기능화가 기본적인 추세가 되고 있다.
이러한 추세에 부응하여, 최근 들어 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 음향 기기(acoustic device) 관련 연구가 진행되어 왔다. 특히, MEMS 기술 및 반도체 기술을 이용한 마이크로 스피커의 제작은 일괄 공정에 따라 소형화, 저가화 등을 가능하게 하고 주변 회로와의 집적이 용이하다는 장점을 가지고 있다.
이와 같은 MEMS 기술을 이용한 마이크로 스피커는 정전형(electrostatic type)과, 전자기형(electromagnetic type)과, 압전형(piezoelectric type)이 주류를 이루고 있다. 특히, 압전형 마이크로 스피커는 정전형에 비해 낮은 전압으로 구동이 가능하며 전자기형에 비해 구조가 단순하고 슬림화에 유리한 장점을 지니고 있다.
피스톤 운동에 의해 음향 출력을 높일 수 있는 피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커와 그 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 스피커는,
두께 방향으로 관통된 캐비티를 가진 기판; 상기 기판상에 형성되며 상기 캐비티의 적어도 중심부를 덮는 진동막; 상기 진동막 상에 형성되어 상기 진동막을 진동시키는 압전 구동부; 및 상기 캐비티 내에 배치되는 것으로, 상기 진동막의 진동에 의해 피스톤 운동을 하는 피스톤 다이어프램;을 구비한다.
상기 마이크로 스피커는, 상기 캐비티의 중심부에 배치되어 상기 피스톤 다이어프램과 상기 진동막을 연결하는 피스톤 바를 더 구비할 수 있으며, 상기 압전 구동부에 의한 진동막의 진동이 상기 피스톤 바를 통해 상기 피스톤 다이어프램에 전달될 수 있다.
상기 캐비티의 내주면과 상기 피스톤 다이어프램의 외주면 사이에는 갭이 형성될 수 있다.
상기 캐비티는 원통 형상을 가질 수 있으며, 상기 피스톤 다이어프램은 원판 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 피스톤 다이어프램의 외경은 상기 캐비티의 내경보다 작을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동막은 상기 캐비티 전체를 덮도록 형성될 수 있으며, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티보다 작은 면적으로 상기 진동막 상에 형성될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티의 중심부를 가로 지르는 브릿지 형상을 가질 수 있으며, 상기 진동막도 상기 캐비티의 내측에서 상기 압전 구동부와 상응하는 브릿지 형상을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 압전 구동부는 상기 기판의 상면으로부터 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 캔틸레버 형상을 가질 수 있으며, 상기 진동막은 상기 압전 구동부와 상응하도록 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 막대 형상을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티 양측의 기판 상면으로부터 각각 상기 캐비티의 내부를 향해 연장된 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부를 포함할 수 있으며, 상기 진동막은 상기 캐비티 내측으로 연장되어 상기 두 개의 압전 구동부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 연결부는 상기 두 개의 압전 구동부 사이에 배치되며, 꾸불꾸불한 형상을 가질 수 있다. 상기 진동막은 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 압전 구동부는 상기 진동막 상에 순차 적층된 제1전극층, 압전층 및 제2전극층을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 스피커의 제조 방법은,
기판의 일측 표면을 식각하여 소정 깊이의 캐비티를 형성하는 단계; 상기 기판의 일측 표면상에 상기 캐비티를 덮는 진동막을 형성하는 단계; 상기 진동막 상에 상기 진동막을 진동시키는 압전 구동부를 형성하는 단계; 및 상기 기판의 타측 표면을 식각하여 상기 캐비티의 가장자리부와 연통되는 트랜치를 형성함으로써 상기 기판으로부터 분리되며 상기 진동막의 진동에 의해 상기 캐비티 내에서 피스톤 운동을 하는 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 캐비티를 형성하는 단계에서, 상기 캐비티의 중심부에 상기 진동막과 피스톤 다이어프램을 연결하는 피스톤 바를 형성할 수 있다.
상기 캐비티는 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 피스톤 다이어프램은 상기 캐비티의 내경보다 작은 외경을 가진 원판 형상으로 형성될 수 있다.
상기 진동막을 형성하는 단계는; 상기 기판에 제1실리콘층, 산화막층 및 제2실리콘층이 적층된 구조를 가진 SOI 기판을 본딩하여 상기 캐비티를 덮는 단계와, 상기 SOI 기판의 제2실리콘층과 산화막층을 제거하여 상기 제1실리콘층만 잔존시키는 단계와, 상기 제1실리콘층 상에 상기 진동막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동막은 상기 캐비티 전체를 덮도록 형성될 수 있으며, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티보다 작은 면적으로 상기 진동막 상에 형성될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 압전 구동부를 형성하는 단계에서, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티의 중심부를 가로지르는 브릿지 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계 이후에, 상기 진동막은 상기 압전 구동부와 대응되는 브릿지 형상으로 패터닝될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 압전 구동부를 형성하는 단계에서, 상기 압 전 구동부는 상기 기판의 상면으로부터 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 캔틸레버 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계 이후에, 상기 진동막은 상기 압전 구동부와 대응되도록 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 막대 형상으로 패터닝될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 압전 구동부를 형성하는 단계에서, 상기 캐비티 양측의 기판 상면으로부터 각각 상기 캐비티의 내부를 향해 연장된 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부가 형성될 수 있으며, 상기 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계 이후에, 상기 진동막을 패터닝하여 상기 두 개의 압전 구동부를 연결하는 연결부를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 연결부는 상기 두 개의 압전 구동부 사이에서 꾸불꾸불한 형상으로 형성될 수 있다.
상기한 구성을 가진 압전형 마이크로 스피커에 의하면, 캐비티 내에 배치된 피스톤 다이어프램이 압전 구동부에 의한 진동막의 최대 변위를 전달 받아 그 전체가 최대 변위만큼 피스톤 운동을 하게 되므로 그 변형량이 진동막에 비해 커지게 되어 높은 음향 출력을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 아래에 예시된 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일 한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 압전형 마이크로 스피커를 압전 구동부쪽에서 본 사시도이다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 압전형 마이크로 스피커는, 캐비티(112)를 가진 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성되어 상기 캐비티(112)를 덮는 진동막(122)과, 상기 진동막(122) 상에 형성된 압전 구동부(piezoelectric actuator, 120)와, 상기 캐비티(112) 내에 배치된 피스톤 다이어프램(130)을 구비한다.
구체적으로, 상기 기판(110)으로는 미세 가공성이 양호한 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 상기 캐비티(112)는 상기 기판(110)의 소정 영역을 두께 방향으로 관통하도록 형성될 수 있으며, 여러가지 형상, 예컨대 원통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 진동막(122)은 상기 기판(110)의 일측 표면에 소정 두께로 형성될 수 있으며, 실리콘 질화물과 같은 절연 물질, 예컨대 Si3N4로 이루어질 수 있다. 상기 진동막(122)은 상기 캐비티(112)의 적어도 중심부를 덮도록 형성될 수 있으며, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 캐비티(112)의 중심부를 포함하여 그 전체를 덮도록 형성될 수 있다.
상기 압전 구동부(120)는 상기 진동막(122)을 진동시키는 역할을 하는 것으 로, 상기 진동막(122) 상에 순차 적층된 제1전극층(124), 압전층(126) 및 제2전극층(128)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(124)과 제2전극층(128)은 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 압전층(126)은 압전물질, 예컨대 AlN, ZnO, 또는 PZT로 이루어질 수 있다. 상기 압전 구동부(120)는 상기 캐비티(112)에 대응되는 위치에 형성되며, 상기 캐비티(112)의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 그리고, 상기 압전 구동부(120)는 상기 캐비티(112)의 형상과 상응하는 형상, 예컨대 원판 형상을 가질 수 있다. 상기 압전 구동부(120)의 제1전극층(124)과 제2전극층(128)은 각각 외측으로 연장된 막대 형상의 연장부(124a, 128a)를 포함할 수 있다.
상기 피스톤 다이어프램(130)은 상기 캐비티(112) 내에 배치되어 상기 진동막(122)의 진동에 의해 피스톤 운동을 하게 된다. 상기 피스톤 다이어프램(130)은 상기 캐비티(112)의 형상과 상응하는 형상, 예컨대 원판 형상을 가질 수 있으며, 상기 캐비티(112) 내에서 자유롭게 피스톤 운동을 할 수 있도록 상기 캐비티(112)의 내경보다 작은 외경을 가진다. 따라서, 상기 캐비티(112)의 내주면과 상기 피스톤 다이어프램(130)의 외주면 사이에는 소정의 갭(G)이 형성된다. 상기 피스톤 다이어프램(130)은 상기 캐비티(112)의 중심부에 위치한 피스톤 바(132)를 통해 진동막(122)과 연결될 수 있으며, 상기 압전 구동부(120)에 의한 진동막(122)의 진동이 상기 피스톤 바(132)를 통해 피스톤 다이어프램(130)에 전달될 수 있다.
상기한 구성을 가진 압전형 마이크로 스피커에 있어서, 상기 제1전극층(124)과 제2전극층(128)을 통해 압전층(126)에 소정의 전압을 인가하면, 압전층(126)이 변형되면서 진동막(122)이 진동하게 된다. 이와 같은 압전 구동부(120)에 의한 징동막(122)의 진동은 피스톤 바(132)를 통해 피스톤 다이어프램(130)에 전달되고, 피스톤 다이어프램(130)은 도 1에 표시된 화살표 A 방향으로 왕복 운동, 즉 피스톤 운동하게 된다. 이러한 피스톤 다이어프램(130)의 피스톤 운동에 의해 음향이 발생되며, 발생된 음향은 상기 캐비티(112)의 전방으로 방사된다.
상기 압전 구동부(120)에 의해 진동막(122)은 도 1에 도시된 이점쇄선 B와 같이 볼록하게 변형된다. 상기 진동막(122)은 캐비티(112)의 가장자리 부위에서 기판(110)에 고정되어 있기 때문에, 진동막(122)의 변위는 캐비티(112)의 중심부에서 가장 크고 가장자리 부위로 갈수록 작아진다. 따라서, 진동막(122)의 진동만에 의해 음향을 발생시킬 경우에는, 진동막(122)의 변형량이 작아서 충분한 크기의 음향 출력을 얻기 힘들다.
그러나, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 진동막(122)은 캐비티(112)의 중심부에서 최대 변위를 발생시키는데, 진동막(122)의 최대 변위가 발생되는 부위에 피스톤 바(132)를 통해 피스톤 다이어프램(130)을 연결하면, 피스톤 다이어프램(130)은 진동막(122)의 최대 변위만큼 피스톤 운동을 하게 된다. 즉, 피스톤 다이어프램(130)은 그 중심부만 볼록하게 변형되는 것이 아니라, 도 1에 도시된 이점쇄선 C와 같이 그 전체가 피스톤 운동을 하게 되는 것이므로, 그 변형량은 진동막(122)에 비해 훨씬 커지게 된다. 시뮬레이션 결과, 진동막(122)의 실선으로 도시된 초기 위치에서 이점쇄선 B로 도시된 최대 변형 위치 사이의 체적에 비해 피스톤 다이어프램(130)의 실선으로 도시된 초기 위치에서 이점쇄선 C로 도시된 최대 변위 위치 사 이의 체적이 대략 81배 정도로 크게 나타났다.
상기한 바와 같이, 도 1과 2에 도시된 압전형 마이크로 스피커에 있어서는, 캐비티(112) 내에 위치한 피스톤 다이어프램(130)의 피스톤 운동에 의해 높은 음향 출력을 얻을 수 있다. 또한, 피스톤 다이어프램(130)의 질량을 조절하여 공진주파수를 제어할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 마이크로 스피커의 단면도이다.
도 3과 4를 함께 참조하면, 압전 구동부(220)는 캐비티(112)의 중심부를 가로 지르는 브릿지 형상, 구체적으로 소정의 폭을 가진 긴 막대 형상을 가질 수 있다. 상기 압전 구동부(220)는 진동막(222) 상에 순차 적층된 제1전극층(224), 압전층(226) 및 제2전극층(228)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(224)과 제2전극층(228)은 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 압전층(226)은 압전물질, 예컨대 AlN, ZnO, 또는 PZT로 이루어질 수 있다. 그리고, 기판(110) 상에 형성된 상기 진동막(222)은 캐비티(112)의 내측에서 상기 압전 구동부(220)와 상응하는 브릿지 형상을 가질 수 있다. 따라서, 상기 진동막(222)은 캐비티(112)의 적어도 중심부를 덮도록 형성되되, 도 3에 도시된 바와 같이, 캐비티(112)의 전체를 덮지 않을 수 있다.
상기한 바와 같이, 브릿지 형상을 가진 압전 구동부(220)는 도 1에 도시된 압전 구동부(120)에 비해 구조적 강성이 적어서 캐비티(112)의 중심부에 대응하는 위치에서의 최대 변위가 더 커질 수 있다. 따라서, 피스톤 바(132)를 통해 진동 막(122)의 중심부에 연결된 피스톤 다이어프램(130)의 변위도 더 커지게 되므로, 음향 출력도 더 증가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 마이크로 스피커의 단면도이다.
도 5와 6을 함께 참조하면, 압전 구동부(320)는 기판(110)의 상면으로부터 캐비티(112)의 중심부까지 연장된 캔틸레버 형상을 가질 수 있다. 상기 압전 구동부(320)도 진동막(222) 상에 순차 적층된 제1전극층(324), 압전층(326) 및 제2전극층(328)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(324)과 제2전극층(328)은 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 압전층(326)은 압전물질, 예컨대 AlN, ZnO, 또는 PZT로 이루어질 수 있다. 그리고, 기판(110) 상에 형성된 진동막(322)도 상기 압전 구동부(320)와 상응하도록 캐비티(112)의 중심부까지 연장된 막대 형상을 가질 수 있다. 따라서, 상기 진동막(322)은 캐비티(112)의 적어도 중심부를 덮도록 형성되되, 도 5에 도시된 바와 같이, 캐비티(112)의 전체를 덮지 않을 수 있다.
상기한 바와 같이, 캔틸레버 형상을 가진 압전 구동부(320)는 도 3에 도시된 압전 구동부(220)에 비해 캐비티(112)의 중심부에 대응하는 위치에서의 최대 변위가 더 커질 수 있다. 따라서, 피스톤 바(132)를 통해 진동막(322)의 중심부에 연결된 피스톤 다이어프램(130)의 변위도 더 커지게 되므로, 음향 출력도 더 증가할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 압전형 마이크로 스피커는 캐비티(112) 양측의 기판(110) 상면으로부터 각각 캐비티(112)의 내부를 향해 연장된 캔틸레버 형상의 두 개의 압전 구동부(420)를 가질 수 있다. 그리고, 기판(110) 상에 형성되는 진동막(422)은 캐비티(112) 내측으로 연장되어 상기 두 개의 압전 구동부(420)를 연결하는 연결부(422a)를 포함할 수 있다. 상기 연결부(422a)는 두 개의 압전 구동부(420)의 사이에 배치되며 캐비티(112)의 중심부를 덮도록 형성된다. 상기 진동막(422)의 연결부(422a)에 피스톤 바(132)가 연결된다. 그리고, 상기 연결부(422a)는 도 7에 도시된 바와 같이 꾸불꾸불한 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 그 진동에 대한 저항이 적어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 압전형 마이크로 스피커에 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부(420)와 이들을 연결하는 진동막(422)의 연결부(422a)가 마련된 경우, 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부(420)에 의해 진동막(422), 구체적으로 연결부(422a)는 큰 변위로 진동할 수 있으며, 이에 따라 피스톤 다이어프램(130)도 큰 변위로 피스톤 운동을 할 수 있다. 또한, 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부(420)가 변형에 의해 기울어지게 되는 경우에도, 상기 연결부(422a)는 수평 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 연결부(422a)에 연결된 피스톤 다이어프램(130)도 피스톤 운동시에 기울어지지 않고 수평을 유지할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 1과 2에 도시된 압전형 마이크로 스피커의 제조 방법을 단계별로 설명하기로 한다.
도 8a 내지 도 8g는 도 1과 2에 도시된 마이크로 스피커를 제조하는 방법을 단계별로 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 8a를 참조하면, 기판(110)을 준비하는데, 상기 기판(110)으로는 미세 가공성이 양호한 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다.
이어서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 일측 표면을 식각하여 소정 깊이의 캐비티(112)와 상기 캐비티(112)의 중심부에 돌출된 피스톤 바(132)를 형성한다. 이 때, 상기 캐비티(112)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 식각 공정에서 기판(110) 상에 생성된 불순물을 제거하고 캐비티(112)가 형성된 표면상에 산화막(114)을 형성한다.
다음으로, 도 8c 내지 8e에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 일측 표면상에 상기 캐비티(112)를 덮는 진동막(122)을 형성한다.
상세하게 설명하면, 도 8c에 도시된 바와 같이, SOI 기판(116)을 상기 캐비티(112)를 덮도록 기판(110)에 본딩한다. 이때, 본딩 방업으로는 퓨전 본딩(fusion bonding)이 사용될 수 있으며, 이 외에도 애노딕 본딩(anodic bonding), 디퓨전 본딩(diffusion bonding) 또는 열압착(thermal-compress) 본딩 등의 다른 본딩 방법이 사용될 수도 있다. 상기 SOI 기판(116)은 제1실리콘층(117), 산화막층(118) 및 제2실리콘층(119)이 순차 적층된 구조를 가진다. 이어서, 도 8d에 도시된 바와 같이, SOI 기판(116)의 제2실리콘층(119)과 산화막층(118)을 식각 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의해 제거하여, 제1실리콘층(117)만 잔존시킨다. 그 다음에, 잔존된 제1실리콘층(117) 상에 실리콘 질화물과 같은 절연물질, 예컨대 Si3N4를 증착함으로써 진동막(122)을 형성한다.
다음으로, 도 8f에 도시된 바와 같이, 상기 진동막(122)의 표면에 제1전극층(124), 압전층(126) 및 제2전극층(128)을 순차 적층하여 압전 구동부(120)를 형성한다. 이 때, 상기 압전 구동부(120)는 상기 캐비티(112)에 대응되는 위치에 형성되며, 상기 캐비티(112)의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 그리고, 상기 압전 구동부(120)는 상기 캐비티(112)의 형상과 상응하는 형상, 예컨대 원판 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1전극층(124)은 도전성 금속 물질, 예컨대 Au, Mo, Cu, Al, Pt, 또는 Ti 등을 스퍼터링(sputtering)이나 이배포레이션(evaporation)을 이용하여 진동막(122) 상에 0.1㎛ ~ 3㎛ 정도의 두께로 증착한 후, 식각에 의해 소정의 형상으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 압전층(126)은 압전물질, 예컨대 AlN, ZnO, 또는 PZT 등을 스퍼터링 또는 스피닝(spinning) 방법을 사용하여 제1전극층(124) 위에 0.1㎛ ~ 3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2전극층(128)은 상기한 제1전극층(124)의 형성 방법과 동일한 방법으로 상기 압전층(126) 위에 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 타측 표면을 식각하여 상기 캐비티(112)의 가장자리부와 연통되는 트랜치(134)를 형성한다. 그러면, 상기 트랜치(134)에 의해 기판(110)으로부터 분리된 피스톤 다이어프램(130)이 형성된다.
이에 따라, 기판(110) 상에 진동막(122)과 압전 구동부(120)가 형성되고, 기 판(110)의 캐비티(112) 내에 피스톤 다이어프램(130)이 배치된 구조를 가진 압전형 마이크로 스피커가 완성된다.
한편, 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 마이크로 스피커들도 도 8a 내지 도 8g에 도시된 방법에 의해 제조될 수 있다. 다만, 도 3에 도시된 마이크로 스피커의 제조에 있어서는, 도 8f에 도시된 단계에서, 압전 구동부(220)는 캐비티(112)의 중심부를 가로지르는 브릿지 형상으로 형성되며, 도 8g에 도시된 단계 이후에, 진동막(222)은 상기 압전 구동부(220)와 대응되는 브릿지 형상으로 패터닝된다. 그리고, 도 5에 도시된 마이크로 스피커의 제조에 있어서는, 도 8f에 도시된 단계에서, 압전 구동부(320)는 기판(110)의 상면으로부터 캐비티(112)의 중심부까지 연장된 캔틸레버 형상으로 형성되며, 도 8g에 도시된 단계 이후에, 진동막(322)은 상기 압전 구동부(320)와 대응되도록 캐비티(112)의 중심부까지 연장된 막대 형상으로 패터닝된다. 또한, 도 7에 도시된 마이크로 스피커의 제조에 있어서는, 도 8f에 도시된 단계에서, 압전 구동부(420)는 캐비티(112) 양측의 기판(110) 상면으로부터 각각 캐비티(112)의 내부를 향해 연장된 두 개의 캔틸레버 형상으로 형성되며, 도 8g에 도시된 단계 이후에, 진동막(422)을 식각하여 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부(420)를 연결하는 연결부(422a)를 형성하는 단계가 추가된다. 이 때, 상기 연결부(422a)는 꾸불꾸불한 형상으로 형성될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예들을 기준으로 본 발명이 설명되었다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전형 마이크로 스피커를 압전 구동부쪽에서 본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 마이크로 스피커의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 마이크로 스피커의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커를 도시한 사시도이다.
도 8a 내지 도 8g는 도 1과 2에 도시된 마이크로 스피커를 제조하는 방법을 단계별로 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...기판 112...캐비티
120,220,320,420...압전 구동부 122,222,322,422...진동막
124,224,324...제1전극층 124a...제1전극 연장부
126,226,326...압전층 128,228,328...제2전극층
128a...제2전극 연장부 130...피스톤 다이어프램
132...피스톤 바

Claims (20)

  1. 두께 방향으로 관통된 캐비티를 가진 기판;
    상기 기판상에 형성되며 상기 캐비티의 적어도 중심부를 덮는 진동막;
    상기 진동막 상에 형성되어 상기 진동막을 진동시키는 압전 구동부;
    상기 캐비티 내에서 상기 진동막에 연결되며, 상기 진동막의 진동에 의해 피스톤 운동을 하는 피스톤 다이어프램; 및
    상기 캐비티의 중심부에 배치되어 상기 피스톤 다이어프램과 상기 진동막을 연결하는 피스톤 바를 구비하며,
    상기 압전 구동부에 의한 진동막의 진동이 상기 피스톤 바를 통해 상기 피스톤 다이어프램에 전달되며,
    상기 피스톤 바는 상기 피스톤 다이어프램과 일체형으로 형성되는 마이크로 스피커.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티의 내주면과 상기 피스톤 다이어프램의 외주면 사이에는 갭이 형성된 마이크로 스피커.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티는 원통 형상을 가지며, 상기 피스톤 다이어프램은 원판 형상을 가진 마이크로 스피커.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 피스톤 다이어프램의 외경은 상기 캐비티의 내경보다 작은 마이크로 스피커.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 진동막은 상기 캐비티 전체를 덮도록 형성되며, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티보다 작은 면적으로 상기 진동막 상에 형성된 마이크로 스피커.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 구동부는 상기 캐비티의 중심부를 가로 지르는 브릿지 형상을 가지며, 상기 진동막은 상기 캐비티의 내측에서 상기 압전 구동부와 상응하는 브릿지 형상을 가지는 마이크로 스피커.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 구동부는 상기 기판의 상면으로부터 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 캔틸레버 형상을 가지며, 상기 진동막은 상기 압전 구동부와 상응하도록 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 막대 형상을 가지는 마이크로 스피커.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 구동부는 상기 캐비티 양측의 기판 상면으로부터 각각 상기 캐비티의 내부를 향해 연장된 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부를 포함하며, 상기 진동막은 상기 캐비티 내측으로 연장되어 상기 두 개의 압전 구동부를 연결하는 연결부를 포함하는 마이크로 스피커.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 두 개의 압전 구동부 사이에 배치되며, 꾸불꾸불한 형상을 가진 마이크로 스피커.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 진동막은 절연 물질로 이루어지며, 상기 압전 구동부는 상기 진동막 상에 순차 적층된 제1전극층, 압전층 및 제2전극층을 포함하는 마이크로 스피커.
  12. 기판의 일측 표면을 식각하여 소정 깊이의 캐비티를 형성하는 단계;
    상기 기판의 일측 표면상에 상기 캐비티를 덮는 진동막을 형성하는 단계;
    상기 진동막 상에 상기 진동막을 진동시키는 압전 구동부를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 타측 표면을 식각하여 상기 캐비티의 가장자리부와 연통되는 트랜치를 형성함으로써 상기 기판으로부터 분리되며 상기 진동막의 진동에 의해 상기 캐비티 내에서 피스톤 운동을 하는 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계;를 포함하 는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 캐비티를 형성하는 단계에서, 상기 캐비티의 중심부에 상기 진동막과 피스톤 다이어프램을 연결하는 피스톤 바를 형성하는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 캐비티는 원통 형상으로 형성되고, 상기 피스톤 다이어프램은 상기 캐비티의 내경보다 작은 외경을 가진 원판 형상으로 형성되는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 진동막을 형성하는 단계는;
    상기 기판에 제1실리콘층, 산화막층 및 제2실리콘층이 적층된 구조를 가진 SOI 기판을 본딩하여 상기 캐비티를 덮는 단계와, 상기 SOI 기판의 제2실리콘층과 산화막층을 제거하여 상기 제1실리콘층만 잔존시키는 단계와, 상기 제1실리콘층 상에 상기 진동막을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 진동막은 상기 캐비티 전체를 덮도록 형성되며, 상기 압전 구동부는 상 기 캐비티보다 작은 면적으로 상기 진동막 상에 형성되는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 압전 구동부를 형성하는 단계에서, 상기 압전 구동부는 상기 캐비티의 중심부를 가로지르는 브릿지 형상으로 형성되며,
    상기 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계 이후에, 상기 진동막은 상기 압전 구동부와 대응되는 브릿지 형상으로 패터닝되는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 압전 구동부를 형성하는 단계에서, 상기 압전 구동부는 상기 기판의 상면으로부터 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 캔틸레버 형상으로 형성되며,
    상기 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계 이후에, 상기 진동막은 상기 압전 구동부와 대응되도록 상기 캐비티의 중심부까지 연장된 막대 형상으로 패터닝되는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 압전 구동부를 형성하는 단계에서, 상기 캐비티 양측의 기판 상면으로부터 각각 상기 캐비티의 내부를 향해 연장된 두 개의 캔틸레버 형상의 압전 구동부가 형성되며,
    상기 피스톤 다이어프램을 형성하는 단계 이후에, 상기 진동막을 패터닝하여 상기 두 개의 압전 구동부를 연결하는 연결부를 형성하는 마이크로 스피커의 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 두 개의 압전 구동부 사이에서 꾸불꾸불한 형상으로 형성되는 마이크로 스피커의 제조 방법.
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