KR101607806B1 - Mems structure with adjustable ventilation openings - Google Patents

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Abstract

MEMS 구조물은 백플레이트와, 멤브레인과, 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 멤브레인의 대향하는 측면과 접촉하는 제 2 공간 사이에서의 압력차를 감소시키도록 구성된 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부는 제 1 공간과 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동형으로 작동된다.The MEMS structure includes an adjustable vent opening configured to reduce the pressure differential between the back plate, the membrane, and a second space in contact with a first space in contact with the membrane and an opposing side of the membrane. The adjustable vent opening is passively operated as a function of the pressure difference between the first space and the second space.

Description

조절 가능한 통기 개구부를 갖는 ＭＥＭＳ 구조물{MEMS STRUCTURE WITH ADJUSTABLE VENTILATION OPENINGS}MEMS STRUCTURE WITH ADJUSTABLE VENTILATION OPENINGS < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 2012년 2월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/408,971 호의 일부 계속 출원이며, 상기 출원은 전체적으로 본원에 인용된다.The present invention is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 408,971, filed February 29, 2012, the entirety of which is incorporated herein by reference.

본 발명은 일반적으로 MEMS 구조물 내의 조절 가능한 통기 개구부 및 MEMS 구조물을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. The present invention generally relates to adjustable vent openings in MEMS structures and methods for operating MEMS structures.

일반적으로, 많은 개수의 마이크가 적은 비용으로 제조된다. 이러한 요건으로 인해, 마이크는 종종 실리콘 기술로 생산된다. 마이크는 상이한 응용 분야를 위해 상이한 구성으로 생산된다. 하나의 예에서, 마이크는 상대 전극에 대한 멤브레인의 변형 또는 편향을 측정함으로써 용량(capacitance)의 변화를 측정한다. 마이크는 전형적으로 바이어스 전압을 적절한 값으로 설정함으로써 동작된다.Generally, a large number of microphones are manufactured at low cost. Because of these requirements, microphones are often produced with silicon technology. The microphones are produced in different configurations for different applications. In one example, the microphone measures the change in capacitance by measuring the strain or deflection of the membrane relative to the counter electrode. The microphone is typically operated by setting the bias voltage to an appropriate value.

마이크는 제조 공정에 의해 종종 설정되는 신호 대 잡음 비(SNR), 멤브레인 또는 상대 전극의 강성률(rigidity), 또는 멤브레인의 직경과 같은 동작 및 다른 매개 변수를 가질 수 있다. 추가로, 마이크는 제조 공정에서 사용된 상이한 재료에 기초하여 상이한 특성을 가질 수 있다.The microphone may have other parameters such as the signal to noise ratio (SNR) often set by the manufacturing process, the rigidity of the membrane or counter electrode, or the diameter of the membrane. Additionally, the microphone may have different characteristics based on the different materials used in the manufacturing process.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art.

본 발명의 일 실시예에 따르면, MEMS 구조물은 백플레이트(backplate), 멤브레인, 및 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 멤브레인의 대향하는 측면에 접촉하는 제 2 측면 사이의 압력차를 감소시키도록 구성된 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부는 제 1 공간과 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동적으로 작동된다.According to one embodiment of the present invention, the MEMS structure comprises a backplate, a membrane, and an adjustment configured to reduce a pressure difference between a first space in contact with the membrane and a second side in contact with an opposite side of the membrane, And includes possible ventilation openings. The adjustable vent opening is passively actuated as a function of the pressure differential between the first space and the second space.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 장치는 백플레이트 및 멤브레인을 포함하는 MEMS 구조물을 포함한다. 하우징은 MEMS 구조물을 둘러싼다. 사운드 포트는 멤브레인에 음향적으로 커플링된다. 하우징 내의 조절 가능한 통기 개구부는 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 제 2 공간 사이의 압력차를 감소시키도록 구성된다.In accordance with another embodiment of the present invention, an apparatus includes a MEMS structure including a backplate and a membrane. The housing surrounds the MEMS structure. The sound port is acoustically coupled to the membrane. The adjustable vent opening in the housing is configured to reduce the pressure differential between the first space and the second space in contact with the membrane.

본 발명 및 본 발명의 장점을 더욱 완전하게 이해하기 위해, 이제 첨부 도면을 참조하여 해석되는 이하의 상세한 설명을 참조한다.
도 1a는 MEMS 구조물의 평면도를 도시한다.
도 1b는 MEMS 구조물의 접속 영역의 상세 사시도를 도시한다.
도 1c는 MEMS 구조물의 접속 영역의 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2d는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 2e는 코너 또는 문턱 주파수에 대한 다이어그램을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 조절 가능한 통기 개구부의 실시예 및 구성을 도시한다.
도 4a는 멤브레인이 백플레이트 쪽으로 당겨져 있는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4b는 멤브레인이 기판 쪽으로 당겨져 있는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5a는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 MEMS 구조물의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 6a는 작동되지 않은 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6b는 작동된 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 7a는 작동되지 않은 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 7b는 작동된 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 7c는 도 7a의 MEMS 구조물의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 8a는 조절 가능한 통기 개구부가 원래 폐쇄되어 있는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 8b는 조절 가능한 통기 개구부가 원래 개방되어 있는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 8c는 조절 가능한 통기 개구부가 제 1 응용 설정으로부터 제 2 응용 설정으로 스위칭하도록 개방되는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 8d는 조절 가능한 통기 개구부가 제 1 응용 설정으로부터 제 2 응용 설정으로 스위칭하도록 폐쇄되는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 9a는 수동형 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 9b는 수동형 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 10a는 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 팁 편향을 갖는 코너 주파수의 변화(shifting)의 그래프를 도시한다.
도 10b는 멤브레인 상에 위치된 캔틸레버를 포함하는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11f는 각각 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 12는 장치 하우징을 포함하는 본 발명의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 멤브레인 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 정면도이다.
도 13a는 장치 하우징을 포함하는 본 발명의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 지지 구조물 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 정면도이다.
도 13b는 장치 하우징을 포함하는 본 발명의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 뚜껑 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 정면도이다.
도 13c는 MEMS 구조물의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 백플레이트 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the present invention and the advantages thereof, reference is now made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings,
Figure la shows a top view of a MEMS structure.
Figure 1B shows a detailed perspective view of a connection region of a MEMS structure.
Figure 1C shows a cross-sectional view of a connection region of a MEMS structure.
2A-2C show cross-sectional views of one embodiment of an adjustable vent opening.
Figure 2D shows a top view of one embodiment of the adjustable vent opening.
Figure 2E shows a diagram for a corner or threshold frequency.
Figures 3A-3D illustrate an embodiment and configuration of an adjustable vent opening.
4A shows a cross-sectional view of one embodiment of a MEMS structure in which the membrane is pulled toward the back plate.
Figure 4b shows a cross-sectional view of one embodiment of a MEMS structure in which the membrane is pulled toward the substrate.
5A shows a cross-sectional view of one embodiment of a MEMS structure.
Figure 5b shows a top view of one embodiment of the MEMS structure of Figure 5a.
6A shows a cross-sectional view of one embodiment of an inoperative MEMS structure.
Figure 6b shows a cross-sectional view of one embodiment of an actuated MEMS structure.
Figure 7a shows a cross-sectional view of one embodiment of an inoperative MEMS structure.
Figure 7B shows a cross-sectional view of one embodiment of an actuated MEMS structure.
Figure 7c shows a top view of one embodiment of the MEMS structure of Figure 7a.
8A shows a flow diagram of the operation of a MEMS structure in which the adjustable vent opening is originally closed.
Figure 8B shows a flow diagram of the operation of a MEMS structure in which the adjustable vent opening is originally open.
Figure 8C shows a flow diagram of the operation of the MEMS structure in which the adjustable vent opening is open to switch from the first application setting to the second application setting.
Figure 8d shows a flow diagram of the operation of the MEMS structure in which the adjustable vent opening is closed to switch from the first application setting to the second application setting.
Figure 9a shows a cross-sectional view of one embodiment of a MEMS structure having a passively adjustable vent opening.
Figure 9b shows a top view of one embodiment of a MEMS structure having a passively adjustable vent opening.
10A shows a graph of the shifting of the corner frequency with tip deflection of the passively adjustable vent opening.
Figure 10B shows a cross-sectional view of one embodiment of an adjustable vent opening comprising a cantilever positioned on the membrane.
11A-11F show plan views of an embodiment of the adjustable vent opening, respectively.
Figure 12 is a front view showing an adjustable vent opening is positioned on the membrane, in accordance with one embodiment of the present invention including a device housing.
Figure 13A is a front view showing an adjustable vent opening is positioned on a support structure, in accordance with one embodiment of the present invention including a device housing.
FIG. 13B is a front view showing an adjustable vent opening positioned on the lid, according to one embodiment of the present invention including a device housing. FIG.
13C is a cross-sectional view showing that the adjustable vent opening is positioned on the back plate as an embodiment of the MEMS structure.
14A and 14B are views showing another embodiment of the present invention.

본 발명의 현재의 바람직한 실시예의 제작 및 사용이 이하에서 상세하게 논의된다. 그러나, 본 발명은 매우 다양한 특정 상황에서 구현될 수 있는 많은 응용 가능한 발명 개념을 제공한다는 점이 이해되어야 한다. 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 제작하며 사용하기 위한 특정 방식을 예시하며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.The making and use of presently preferred embodiments of the invention are discussed in detail below. It should be understood, however, that the present invention provides many applicable inventive concepts that can be implemented in a wide variety of specific contexts. The specific embodiments discussed are merely illustrative of specific ways of making and using the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명은 특정 상황에서의 실시예, 즉, 센서 또는 마이크에 대해 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 압력 센서, RF MEMS, 가속도계, 및 액추에이터와 같은 다른 MEMS 구조물에 응용될 수 있다. 추가로, 특정 실시예는 주로 압력파가 전파되는 매체로서 공기를 상정할 것이다. 그러나, 본 발명은 공기로 제한되지 않으며, 많은 매체를 적용할 수 있다.The present invention will be described with respect to an embodiment in a specific situation, i.e., a sensor or a microphone. However, the present invention can also be applied to other MEMS structures such as pressure sensors, RF MEMS, accelerometers, and actuators. In addition, certain embodiments will assume air primarily as a medium through which pressure waves propagate. However, the present invention is not limited to air, and many media can be applied.

마이크는 칩 상에 평행 평판 커패시터(parallel plate capacitor)로서 실현된다. 칩은 주어진 백볼륨(back-volume)을 둘러싸면서 패키징(packaging)된다. 이동 가능한 멤브레인은 음향 신호에 의해 야기된 차이와 같은 압력 차이로 인해 진동한다. 멤브레인 변위(membrane displacement)는 커패시턴스 감지(capacitive sensing)를 사용하여 전기 신호로 변환된다.The microphone is realized as a parallel plate capacitor on the chip. The chip is packaged around a given back-volume. The movable membrane vibrates due to a pressure difference such as the difference caused by the acoustic signal. Membrane displacement is converted to electrical signals using capacitive sensing.

도 1a는 MEMS 소자(100)의 평면도를 도시한다. 백플레이트 또는 상대 전극(120) 및 이동 가능한 전극 또는 멤브레인(130)이 접속 영역(115)을 통해 기판(110)에 접속된다. 도 1b 및 도 1c는 MEMS 소자(100)의 하나의 접속 영역(115)의 상세 사시도를 도시한다. 도 1b는 도 1a로부터의 절취부(155)의 평면도를 도시하며, 도 1c는 동일 영역에서의 단면도를 도시한다. 백플레이트 또는 상대 전극(120)은 멤브레인 또는 이동 가능한 전극(130) 상에 배열된다. 백플레이트(120)는 감쇠(damping)를 방지하거나 완화시키기 위해 천공된다. 멤브레인(130)은 저 주파수 압력 균등화를 위한 통기 구멍(140)을 포함한다. 여기에서 설명된 조절 가능한 통기 구멍과 관련하여, 통기 구멍(140)은 여기에서 설명된 다양한 실시예에서 대안이며, 다양한 실시예에 포함되거나 포함되지 않을 수 있다.Figure 1A shows a top view of a MEMS device 100. A backplate or counter electrode 120 and a movable electrode or membrane 130 are connected to the substrate 110 through a connection region 115. 1B and 1C show a detailed perspective view of one connection region 115 of the MEMS device 100. FIG. Fig. 1B shows a top view of the cut-out 155 from Fig. 1A, and Fig. 1C shows a cross-sectional view in the same area. The back plate or counter electrode 120 is arranged on the membrane or the movable electrode 130. The backplate 120 is perforated to prevent or mitigate damping. The membrane 130 includes a vent hole 140 for low frequency pressure equalization. With respect to the adjustable vent holes described herein, the vent apertures 140 are alternatives in the various embodiments described herein and may or may not be included in the various embodiments.

도 1a 내지 도 1c의 실시예에서, 멤브레인(130)은 접속 영역(115) 내에서 기판(110)에 기계적으로 접속된다. 이들 영역(115)에서, 멤브레인(130)은 이동할 수 없다. 백플레이트(120)도 또한 접속 영역(115) 내에서 기판(110)에 기계적으로 접속된다. 기판(110)은 백볼륨(back-volume)을 위한 공간을 제공하는 림(122)을 형성한다. 멤브레인(130) 및 백플레이트(120)는 림(122)에서 또는 림(122)에 인접하여 기판에 접속된다. 이러한 실시예에서, 림(122) 및 백플레이트(120)는 원을 형성한다. 대안적으로, 림(122) 및 백플레이트(120)는 정사각형을 포함할 수 있거나, 모든 다른 적절한 기하학적 형상을 포함할 수 있다.1A-1C, the membrane 130 is mechanically connected to the substrate 110 within the connection region 115. In the embodiment of Figs. In these regions 115, the membrane 130 can not move. The backplate 120 is also mechanically connected to the substrate 110 within the connection region 115. The substrate 110 forms a rim 122 that provides space for back-volume. Membrane 130 and backplate 120 are connected to the substrate at rim 122 or adjacent rim 122. In this embodiment, rim 122 and backplate 120 form a circle. Alternatively, rim 122 and backplate 120 may comprise a square, or may include any other suitable geometric shape.

일반적으로, 센서를 설계하며 제작하는 것은 높은 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio, SNR)를 요구한다. 무엇보다도, 측정되는 커패시턴스에서의 변화가 가능한 한 클 때 그리고 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)가 가능한 한 작을 때 이것이 달성될 수 있다. 전체 커패시턴스에 비해 커패시턴스의 기생 부분이 커질수록, SNR이 작아진다.In general, designing and fabricating sensors requires a high signal-to-noise ratio (SNR). Above all, this can be achieved when the change in the measured capacitance is as large as possible and when the parasitic capacitance is as small as possible. As the parasitic part of the capacitance becomes larger as compared with the total capacitance, the SNR becomes smaller.

통기 구멍을 통한 통기 경로의 저항 및 백볼륨의 컴플라이언스(compliance)는 센서의 기계적 RC 상수(RC constant)를 정의한다. 통기 구멍이 크거나 다중 구멍이 사용된다면, 코너 주파수(corner frequency)가 비교적 높은 주파수이며, 통기 구멍이 작으면 코너 주파수가 비교적 더 낮은 주파수이다. 통기 구멍의 백볼륨, 직경 및 개수는 구성에 의해 주어지며, 따라서 코너 주파수는 구성에 의해 주어진다. 따라서, 코너 주파수는 단지 고정형 통기 구멍이 마련된다면 동작 중에 변화될 수 없다.The resistance of the vent path through the vent holes and the compliance of the back volume define the mechanical RC constant of the sensor. If the vent hole is large or multiple holes are used, the corner frequency is a relatively high frequency, and if the vent hole is small, the corner frequency is a relatively lower frequency. The back volume, diameter and number of vent holes are given by the configuration, and thus the corner frequency is given by the configuration. Thus, the corner frequency can not be changed during operation if only a fixed ventilation hole is provided.

고정된 크기의 통기 구멍을 이용하는 경우의 문제는 심지어 전기 필터를 적용하더라도 통기 구멍의 코너 주파수 이상의 주파수를 갖는 고 에너지 신호가 센서를 왜곡하거나 오버드라이브(overdrive)한다는 것이다. 또한, 하나 이상의 응용을 위해 하나의 센서가 사용되면, 두 개의 센서가 하나의 센서 시스템 내로 통합되어야 하며, 이는 시스템 비용을 두 배로 한다.The problem with using fixed-size vent holes is that high energy signals with frequencies above the corner frequency of the vent holes will distort or overdrive the sensor, even if an electric filter is applied. Also, if one sensor is used for more than one application, the two sensors must be integrated into one sensor system, which doubles the system cost.

본 발명의 일 실시예는 MEMS 구조물 내의 조정 가능한 통기 개구부를 제공한다. 조정 가능한 통기 개구부는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에 스위칭될 수 있다. 조정 가능한 통기 구멍은 또한 중간 위치에 설정될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는 가변적인 통기 개구부 단면을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 기판의 림에 인접하여 감지 영역 내에 조정 가능한 통기 개구부를 제공한다. 추가 실시예는 멤브레인의 감지 영역 외부의 조정 영역 내에 조정 가능한 통기 개구부를 제공한다. 본 발명의 다른 실시예는 멤브레인, 백플레이트, 기판, 지지 구조물, 장치 하우징 또는 뚜껑에 위치된 수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 제공한다. 이들 다양한 실시예들은 개별적으로 실시되거나, 모든 조합으로 실시될 수 있다.One embodiment of the present invention provides an adjustable vent opening in a MEMS structure. The adjustable vent opening can be switched between the open position and the closed position. The adjustable vent hole can also be set in the intermediate position. Yet another embodiment of the present invention provides a variable vent opening cross-section. One embodiment of the present invention provides an adjustable vent opening in the sensing area adjacent the rim of the substrate. Additional embodiments provide an adjustable vent opening in the conditioning area outside the sensing area of the membrane. Another embodiment of the present invention provides a manually operable adjustable vent opening positioned in a membrane, back plate, substrate, support structure, device housing or lid. These various embodiments may be practiced individually or in any combination.

도 2a 내지 도 2c는 그들 사이에 공기 갭(240)을 갖는 백플레이트 또는 상대 전극(250) 및 멤브레인 또는 이동 가능한 전극(230)의 단면도를 도시한다. 백플레이트(250)는 천공(252)되어 있으며, 멤브레인(230)은 조절 가능한 통기 개구부(238)를 포함한다. 도 2d는 원은 천공된 백플레이트(250, 252)를 나타내며 짙은 면은 아래에 있는 멤브레인(230)인 배열의 평면도이다. 이러한 실시예에서, 조절 가능한 통기 개구부(238)의 이동 가능부(237)는 U형 슬롯(239)으로서 형성된다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 직사각형, 정사각형 또는 반원 형태로 구성될 수 있다. 대안적으로, 조절 가능한 통기 개구부(238)는 그 형태가 통기 경로를 제공할 수 있는 한 모든 기하 형태를 포함할 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(238)의 이동 가능부(237)는 캔틸레버(cantilever), 브리지(bridge) 또는 스프링 지지형 구조물일 수 있다.2A-2C show cross-sectional views of a backplate or counter electrode 250 and a membrane or movable electrode 230 having an air gap 240 therebetween. The back plate 250 is perforated 252 and the membrane 230 includes an adjustable vent opening 238. 2d is a top view of the arrangement in which the circles represent the perforated back plates 250 and 252 and the dark side is the underlying membrane 230. FIG. In this embodiment, the movable portion 237 of the adjustable vent opening 238 is formed as a U-shaped slot 239. The adjustable vent opening 238 may be configured in a rectangular, square, or semi-circular shape. Alternatively, the adjustable vent opening 238 may include any geometry as long as its shape can provide a vent path. The movable portion 237 of the adjustable vent opening 238 may be a cantilever, bridge or spring-supported structure.

도 2a는 작동 전압(바이어스 전압) V바이어스 = 0인 구성을 도시한다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 멤브레인(230) 내에 작은 슬롯(239)을 형성하면서 폐쇄된다. 작동 전압이 0이면 최소 통기 경로 및 그에 따른 낮은 문턱 주파수가 제공된다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 폐쇄 또는 OFF(비기동) 위치에 있다. 이러한 낮은 문턱 주파수의 일 예는 도 2e에서 주파수 "A"로서 도시될 수 있다.FIG. 2A shows a configuration in which the operating voltage (bias voltage) V bias = 0. The adjustable vent opening 238 is closed while forming a small slot 239 in the membrane 230. When the operating voltage is zero, a minimum ventilation path and hence a low threshold frequency is provided. The adjustable vent opening 238 is in the closed or OFF (non-activated) position. One example of this low threshold frequency can be shown as frequency "A" in Fig. 2e.

도 2b는 작동 전압(V바이어스)이 증가된 구성, 즉 작동 전압(V바이어스)이 0은 아니지만 인입 전압(pull-in voltage, V인입)보다 작은 구성을 도시한다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 개방되어 도 2a의 구성인 경우보다 큰 통기 경로를 제공한다. 문턱 주파수는 도 2e에서 주파수 "B"로서 도시될 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 이동 가능부(237)의 변위가 멤브레인(230)의 두께보다 클 때 상당히 큰 통기 경로를 제공할 수 있다.Figure 2b is an operating voltage (V bias) configuration is increased, that is the operating voltage (V bias) is 0, but showing a smaller configuration than the incoming voltage (pull-in voltage, the incoming V). The adjustable vent opening 238 is open to provide a larger vent path than the configuration of FIG. 2A. The threshold frequency can be shown as frequency "B" in Fig. 2e. The adjustable vent opening 238 can provide a significantly larger vent path when the displacement of the movable portion 237 is greater than the thickness of the membrane 230.

도 2c는 작동 전압(V바이어스)이 인입 전압(V인입)보다 큰 구성을 도시한다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 완전히 개방되며, 큰 통기 경로가 생성된다. 문턱 주파수는 도 2e에서 주파수 "C"로서 도시될 수 있다. 작동 전압을 조절함으로써, RC 상수가 감소되거나 증가될 수 있고, 문턱 주파수가 요구된 값에 따라 설정될 수 있다. 인입 전압 미만의 작동 전압에 대해 조절 가능한 통기 개구부가 이미 완전히 개방될 수 있다는 것이 주목된다.2C shows a configuration in which the operating voltage (V bias ) is larger than the pull-in voltage (V pull-in ). The adjustable vent opening 238 is fully open and a large vent path is created. The threshold frequency can be shown as frequency "C" in Fig. 2e. By adjusting the operating voltage, the RC constant can be reduced or increased and the threshold frequency can be set according to the required value. It is noted that the adjustable vent opening for a working voltage below the lead voltage can already be fully opened.

이제 도 2e를 참조하면, 일 실시예에서, 문턱 주파수 "A"는 대략 10-15 ㎐일 수 있고 문턱 주파수 "C"로서 대략 200-500 ㎐로 이동될 수 있다. 대안적으로, "A"에서의 문턱 주파수는 대략 10-20 ㎐이고, "C"에서의 대략 200-300 ㎐로 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 문턱 주파수 "A"는 10-100 ㎐이고, "C"에서 500-2000 ㎐로 변화된다Referring now to FIG. 2E, in one embodiment, the threshold frequency "A" can be approximately 10-15 Hz and can be shifted to approximately 200-500 Hz as the threshold frequency "C ". Alternatively, the threshold frequency at "A " is approximately 10-20 Hz and can be shifted to approximately 200-300 Hz at" C ". In another embodiment, threshold frequency "A" is 10-100 Hz, and "C"

위치 "A"에서의 문턱 주파수는 또한 조절 가능한 통기 개구부의 개수 및 멤브레인 내에서 슬롯이 형성하는 갭 간격(gap distance)에 따라 달라질 수 있다. 더 조절 가능한 통기 개구부(예를 들어, 32개의 조절 가능한 통기 개구부)를 갖는 MEMS 구조물에 대한 위치 "A"에서의 문턱 주파수는 덜 조절 가능한 통기 개구부(예를 들어, 2, 4 또는 8 개의 조절 가능한 통기 개구부)를 갖는 MEMS 구조물에 대한 위치 "A"에서의 문턱 주파수보다 높다. 또한, 조절 가능한 통기 개구부를 한정하는 더 큰 슬롯 갭(더 큰 슬롯 폭 및/또는 더 큰 슬롯 길이)을 갖는 MEMS 구조물에 대한 문턱 주파수는 더 작은 슬롯 갭을 갖는 MEMS 구조물에 대한 문턱 주파수보다 높다.The threshold frequency at position "A " may also vary depending on the number of adjustable vent openings and the gap distance formed by the slots in the membrane. The threshold frequency at position "A " for a MEMS structure with a more adjustable vent opening (e.g., 32 adjustable vent openings) is less than the adjustable vent opening (e.g., 2, 4 or 8 adjustable Quot; A "for a MEMS structure having a " vent opening "). Also, the threshold frequency for MEMS structures with larger slot gaps (larger slot widths and / or larger slot lengths) that define the adjustable vent openings is higher than the threshold frequency for MEMS structures with smaller slot gaps.

도 3a의 실시예는 작동 전압이 감지 바이어스와 같은 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)의 구성을 도시한다. MEMS 구조물은 백플레이트(350) 상의 단일 전극, 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함한다. 백플레이트(350)의 전극은 작동 전위로 설정되고, 멤브레인(330)은 접지로 설정된다. 조절 가능한 통기 개구부(338)는 낮은 작동 전압(OFF 위치)에서 폐쇄되고 높은 작동 전압(ON 위치)에서 개방된다. 낮은 작동 전압은 MEMS 구조물의 낮은 코너 또는 문턱 주파수 및 낮은 감도를 야기하고, 높은 작동 전압은 높은 코너 또는 문턱 주파수 및 높은 감도를 야기한다.The embodiment of FIG. 3A shows the configuration of an operating voltage (regulation or switching voltage) whose operating voltage is equal to the sensing bias. The MEMS structure includes a single electrode on the backplate 350, an air gap 340, and a membrane 330. The electrode of the back plate 350 is set to the operating potential, and the membrane 330 is set to the ground. The adjustable vent opening 338 is closed at a low operating voltage (OFF position) and open at a high operating voltage (ON position). Low operating voltages result in low corner or threshold frequencies and low sensitivity of MEMS structures, and high operating voltages result in high corner or threshold frequencies and high sensitivity.

도 3b의 실시예는 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)이 감지 바이어스와 무관한 구성을 도시한다. MEMS 구조물은 구조화된 백플레이트(350), 예를 들어 적어도 두 개의 전극을 갖는 백플레이트, 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함한다. 백플레이트(350)의 제 2 전극(352)은 작동 전위로 설정되며, 제 1 전극(351)은 감지 전위로 설정된다. 멤브레인(330)은 접지로 설정된다. 두 개의 전극은 서로 격리된다. 예를 들어, 백플레이트(350)는 구조화된 전극 및 격리 지지체(355)를 포함할 수 있다. 격리 지지체(355)는 멤브레인(330) 쪽으로 대면할 수 있거나 멤브레인(330)으로부터 떨어져 대면할 수 있다. 조정 또는 스위칭 전압은 MEMS 구조물의 감도에 영향을 미치지 않는다.The embodiment of FIG. 3B shows a configuration in which the operating voltage (regulation or switching voltage) is independent of the sensing bias. The MEMS structure includes a structured backplate 350, e.g., a backplate having at least two electrodes, an air gap 340, and a membrane 330. The second electrode 352 of the back plate 350 is set to the operating potential, and the first electrode 351 is set to the sensing potential. Membrane 330 is set to ground. The two electrodes are isolated from each other. For example, the backplate 350 may include a structured electrode and an isolated support 355. The isolated support 355 may be facing towards the membrane 330 or away from the membrane 330. The adjustment or switching voltage does not affect the sensitivity of the MEMS structure.

조절 가능한 통기 개구부(338)는 낮은 작동 전압(OFF 위치)에서 폐쇄되고 높은 작동 전압(ON 위치)에서 개방된다. 낮은 작동 전압은 낮은 코너 또는 문턱 주파수를 야기하고, 높은 작동 전압은 낮은 코너 또는 문턱 주파수를 야기한다. 감지 바이어스는 작동 전압과 무관하며 일정하게 유지될 수 있거나 독립적으로 감소되거나 증가될 수 있다.The adjustable vent opening 338 is closed at a low operating voltage (OFF position) and open at a high operating voltage (ON position). Lower operating voltages result in lower corners or threshold frequencies, and higher operating voltages result in lower corners or threshold frequencies. The sense bias is independent of the operating voltage and can be kept constant or can be reduced or increased independently.

도 3c의 실시예는 작동 전압이 감지 바이어스와 같은 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)의 구성을 도시한다. MEMS 구조물은 백플레이트(350) 내의 단일 전극, 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부(338)는 높은 작동 전압(ON 위치)에서 폐쇄되고 낮은 작동 전압(OFF 위치)에서 개방된다. 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337)는 기동될 때 백플레이트(350)에 접촉하며 기동되지 않을 때 멤브레인의 나머지와 같은 평면이다. 낮은 작동 전압은 MEMS 구조물의 높은 코너 또는 문턱 주파수 및 낮은 감도를 야기하며, 높은 작동 전압은 MEMS 구조물의 낮은 코너 또는 문턱 주파수 및 높은 감도를 야기한다. 백플레이트(350)는 통기 개구부(357)를 포함하며, 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337)는 통기 개구부(336)를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337) 내의 통기 개구부(336)는 ON(또는 기동) 위치에서 폐쇄된다. 조절 가능한 통기 개구부가 ON(또는 기동) 위치에 있을 때 조절 가능한 통기 개구부(338)를 통한 통기 개구부가 존재하지 않는다.The embodiment of FIG. 3c shows the configuration of the operating voltage (regulation or switching voltage) whose operating voltage is equal to the sensing bias. The MEMS structure includes a single electrode, air gap 340, and membrane 330 in the backplate 350. The adjustable vent opening 338 is closed at a high operating voltage (ON position) and open at a low operating voltage (OFF position). The movable portion 337 of the adjustable vent opening 338 contacts the back plate 350 when actuated and is flush with the rest of the membrane when not actuated. Low operating voltages result in high corner or threshold frequencies and low sensitivity of MEMS structures, and high operating voltages result in low corner or threshold frequencies and high sensitivity of MEMS structures. The backplate 350 includes a vent opening 357 and the moveable portion 337 of the adjustable vent opening 338 includes a vent opening 336. The ventilation opening 336 in the movable portion 337 of the adjustable ventilation opening 338 is closed at the ON (or starting) position. There is no vent opening through the adjustable vent opening 338 when the adjustable vent opening is in the ON (or start) position.

도 3d의 실시예는 작동 전압이 감지 바이어스와 무관한 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)을 도시한다. 이러한 MEMS 구조물은 구조화된 백플레이트(350), 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함하며, 구조화된 백플레이트(350)는 예를 들어 제 1 전극(351) 및 제 2 전극(352)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 구조화된 백플레이트(350)는 두 개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 백플레이트(350)의 제 2 전극(352)은 작동 전위로 설정되며, 제 1 전극(351)은 감지 전위도 설정된다. 멤브레인(330)은 접지로 설정된다. 제 1 전극(351) 및 제 2 전극(352)은 서로 격리된다. 예를 들어, 백플레이트(350)는 구조화된 전극 및 격리 지지체(355)를 포함할 수 있다. 격리 지지체(355)는 멤브레인(330) 쪽으로 대면할 수 있거나 멤브레인(330)으로부터 떨어져 대면할 수 있다. 조정 또는 스위칭 전압은 MEMS 구조물의 감도에 영향을 미치지 않는다.The embodiment of figure 3d shows the operating voltage (regulation or switching voltage) whose operating voltage is independent of the sensing bias. The MEMS structure includes a structured backplate 350, an air gap 340, and a membrane 330, and the structured backplate 350 includes, for example, a first electrode 351 and a second electrode 352, . ≪ / RTI > Alternatively, the structured backplate 350 may include two or more electrodes. The second electrode 352 of the back plate 350 is set to the operating potential, and the sensing potential of the first electrode 351 is also set. Membrane 330 is set to ground. The first electrode 351 and the second electrode 352 are isolated from each other. For example, the backplate 350 may include a structured electrode and an isolated support 355. The isolated support 355 may be facing towards the membrane 330 or away from the membrane 330. The adjustment or switching voltage does not affect the sensitivity of the MEMS structure.

조절 가능한 통기 개구부는 높은 작동 전압(ON 위치)으로 폐쇄되며 낮은 작동 전압(OFF 위치)으로 개방된다. 낮은 작동 전압(OFF 위치)은 높은 코너 또는 문턱 주파수를 야기하며, 높은 작동 전압(ON 위치)은 낮은 코너 또는 문턱 주파수를 야기한다. 감지 바이어스는 작동 전압과 무관하며 일정하게 유지될 수 있거나 독립적으로 감소되거나 증가될 수 있다.The adjustable vent opening is closed to a high operating voltage (ON position) and open to a low operating voltage (OFF position). A low operating voltage (OFF position) causes a high corner or threshold frequency, and a high operating voltage (ON position) causes a low corner or threshold frequency. The sense bias is independent of the operating voltage and can be kept constant or can be reduced or increased independently.

백플레이트(350)는 통기 개구부(357)를 포함하며, 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337)는 또한 통기 개구부(336)를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부(338) 내의 통기 개구부(336)는 ON 위치에서 폐쇄된다. 조절 가능한 통기 개구부(338)가 개방될 때 백플레이트(350)의 통기 개구부(357) 및 조절 가능한 통기 개구부(338)의 통기 개구부(336)를 통한 통기 경로는 존재하지 않는다. 조절 가능한 통기 개구부(338)가 폐쇄되거나 OFF 위치에 있을 때 백플레이트(350)의 통기 개구부(357) 및 조절 가능한 통기 개구부(338)의 통기 개구부(336)를 통한 통기 경로는 존재하지 않는다.The backplate 350 includes a vent opening 357 and the moveable portion 337 of the adjustable vent opening 338 also includes a vent opening 336. [ The ventilation opening 336 in the adjustable ventilation opening 338 is closed at the ON position. There is no ventilation path through the ventilation opening 357 of the back plate 350 and the ventilation opening 336 of the adjustable ventilation opening 338 when the adjustable ventilation opening 338 is opened. There is no vent path through the vent opening 357 of the back plate 350 and the vent opening 336 of the adjustable vent opening 338 when the adjustable vent opening 338 is closed or in the OFF position.

도 4a의 실시예는 MEMS 구조물(400)의 단면도를 도시한다. MEMS 구조물은 기판(410)을 포함한다. 기판(410)은 실리콘 또는 다른 반도체 재료를 포함한다. 대안적으로, 기판(410)은 예를 들어 GaAs, InP, Si/Ge, 또는 SiC와 같은 화합물 반도체를 포함한다. 기판(410)은 단결정 실리콘, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘(폴리실리콘)을 포함할 수 있다. 기판(410)은 트랜지스터, 다이오드, 커패시터, 증폭기, 필터 또는 다른 전기 소자, 또는 집적 회로와 같은 활성 컴포넌트(active component)를 포함할 수 있다. MEMS 구조물(400)은 독립형 소자일 수 있거나 단일 칩 내로 집적된 집적 회로(IC)일 수 있다.The embodiment of FIG. 4A illustrates a cross-sectional view of a MEMS structure 400. The MEMS structure includes a substrate 410. Substrate 410 includes silicon or other semiconductor material. Alternatively, the substrate 410 comprises a compound semiconductor such as, for example, GaAs, InP, Si / Ge, or SiC. The substrate 410 may comprise monocrystalline silicon, amorphous silicon, or polycrystalline silicon (polysilicon). Substrate 410 may comprise an active component such as a transistor, a diode, a capacitor, an amplifier, a filter or other electrical component, or an integrated circuit. MEMS structure 400 may be a stand-alone device or may be an integrated circuit (IC) integrated into a single chip.

MEMS 구조물(400)은 기판(410) 상에 배치된 제 1 절연층 또는 스페이서(420)를 더 포함한다. 절연층(420)은 이산화실리콘, 질화실리콘, 또는 이들의 조합과 같은 절연 재료를 포함할 수 있다.The MEMS structure 400 further includes a first insulation layer or spacers 420 disposed on the substrate 410. The insulating layer 420 may comprise an insulating material such as silicon dioxide, silicon nitride, or combinations thereof.

MEMS 구조물(400)은 멤브레인(430)을 더 포함한다. 멤브레인(430)은 원형 멤브레인 또는 정사각형 멤브레인일 수 있다. 대안적으로, 멤브레인(430)은 다른 기하 형태를 포함할 수 있다. 멤브레인(430)은 폴리실리콘, 도핑된 폴리실리콘 또는 금속과 같은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 멤브레인(430)은 절연층(420) 상에 배치된다. 멤브레인(430)은 기판(410)의 림에 인접한 영역 내에서 기판(410)에 물리적으로 접속된다.The MEMS structure 400 further includes a membrane 430. Membrane 430 may be a circular membrane or a square membrane. Alternatively, the membrane 430 may include other geometric shapes. Membrane 430 may comprise a conductive material such as polysilicon, doped polysilicon, or metal. The membrane 430 is disposed on the insulating layer 420. Membrane 430 is physically connected to substrate 410 within an area adjacent to the rim of substrate 410.

또한, MEMS 구조물(400)은 멤브레인(430)의 일부분 상에 배치된 제 2 절연층 또는 스페이서(440)를 포함한다. 제 2 절연층(440)은 이산화실리콘, 질화실리콘, 또는 이들의 조합과 같은 절연 재료를 포함할 수 있다.The MEMS structure 400 also includes a second insulating layer or spacer 440 disposed on a portion of the membrane 430. The second insulating layer 440 may comprise an insulating material such as silicon dioxide, silicon nitride, or combinations thereof.

제 2 절연층 또는 스페이서(440) 상에 백플레이트(450)가 배열된다. 백플레이트(450)는 폴리실리콘, 도핑된 폴리실리콘 또는 금속, 예를 들어 알루미늄과 같은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 백플레이트(450)는 절연 지지체 또는 절연층 영역을 포함할 수 있다. 절연 지지체는 멤브레인(430) 쪽으로 또는 멤브레인(430)으로부터 떨어져 배열될 수 있다. 절연층 재료는 산화실리콘, 질화실리콘, 또는 이들의 조합일 수 있다. 백플레이트(450)는 천공될 수 있다.A back plate 450 is arranged on the second insulating layer or spacer 440. Backplate 450 may comprise a conductive material such as polysilicon, doped polysilicon or metal, e.g., aluminum. In addition, the back plate 450 may include an insulating support or an insulating layer region. The insulative support may be arranged towards or away from the membrane 430. The insulating layer material may be silicon oxide, silicon nitride, or a combination thereof. The back plate 450 may be perforated.

멤브레인(430)은 전술된 바와 같이 적어도 하나의 조절 가능한 통기 개구부(460)를 포함할 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(460)는 이동 가능부(465)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 기판(410)의 림에 인접한 영역 내에 위치된다. 예를 들어, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 멤브레인(430)의 반경의 외곽 20% 내에 또는 정사각형 또는 직사각형의 중앙 지점으로부터 멤브레인(430) 가장자리까지의 거리의 외곽 20% 내에 위치될 수 있다. 특히, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 멤브레인(430)의 중앙 영역 내에 위치되지 않을 수 있다. 예를 들어, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 반경 또는 거리의 내곽 80% 내에 위치되지 않을 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(460)는 멤브레인(430)의 주변을 따라 서로로부터 등거리에 위치될 수 있다.The membrane 430 may include at least one adjustable vent opening 460 as described above. The adjustable vent opening 460 may include a movable portion 465. In one embodiment, the adjustable vent opening 460 is positioned within an area adjacent the rim of the substrate 410. For example, the adjustable vent opening 460 may be located within 20% of the outer perimeter of the radius of the membrane 430, or within 20% of the perimeter of the perimeter of the membrane 430 from the central point of the square or rectangle. In particular, the adjustable vent opening 460 may not be located within the central region of the membrane 430. For example, the adjustable vent opening 460 may not be located within 80% of the inner radius of the radius or distance. The adjustable vent openings 460 may be equidistant from one another along the periphery of the membrane 430.

도 4a의 실시예는 조절 가능한 통기 개구부(460)가 백플레이트(450) 쪽으로 개방되도록 구성된다. 멤브레인(430) 및 백플레이트(450)는 도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같은 구성 중 임의의 구성을 가질 수 있다. 백플레이트(450)는 감지 전압(V감지) 및 작동 전압(Vp)(감지 전압 및 작동 전압은 전술된 바와 같이 동일하거나 또는 상이할 수 있음)으로 설정되며 멤브레인(430)은 접지로 설정되거나, 또는 그 반대이다.The embodiment of FIG. 4A is configured such that the adjustable vent opening 460 opens to the back plate 450 side. Membrane 430 and backplate 450 may have any of the configurations shown in Figures 2A-2D and 3A-3D. The backplate 450 is set to sense voltage (V sense ) and operating voltage (V p ) (sense voltage and operating voltage may be the same or different as described above) and the membrane 430 is set to ground , Or vice versa.

도 4b의 실시예의 MEMS 구조물(400)은 도 4a의 실시예의 MEMS 구조물과 유사한 구조물을 도시한다. 그러나, 그 구성은 상이하되, 예를 들어 조절 가능한 통기 개구부(460)의 이동 가능부(465)는 기판(410) 쪽으로 당겨진다. 백플레이트는 감지 전압(V감지)으로 설정되고, 기판은 작동 전압(Vp)으로 설정되며, 멤브레인은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(400)의 이러한 구성에서, 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)은 감지 전압과 무관하다.The MEMS structure 400 of the embodiment of FIG. 4B illustrates a structure similar to the MEMS structure of the embodiment of FIG. 4A. However, the configuration is different, for example, the movable portion 465 of the adjustable vent opening 460 is pulled toward the substrate 410. The back plate is set to sense voltage (V sense ), the substrate is set to operating voltage (V p ), and the membrane is set to ground. In this configuration of the MEMS structure 400, the operating voltage (regulation or switching voltage) is independent of the sensing voltage.

도 5a의 실시예는 기판(510)의 일부분 상으로 그리고 감지 영역(533) 외부로 연장된 멤브레인(530)을 갖는 MEMS 구조물(500)의 단면도를 도시하며, 도 5b는 그 평면도를 도시한다. MEMS 구조물(500)은 도 4a의 실시예에 관하여 설명된 바와 유사한 재료를 포함하는 기판(510), 접속 영역(520), 멤브레인(530) 및 백플레이트(540)를 포함한다. 멤브레인(530)은 감지 영역(533) 및 조정 영역(536)을 포함한다. 감지 영역(533)은 기판(510)의 대향하는 림들 사이에 또는 대향하는 접속 영역(520)들 사이에 위치된다. 조정 영역(536)은 기판(510)의 일부분 상으로 연장되고 감지 영역(533) 외부에 위치된다. 감지 영역(533)은 접속 영역(520)의 제 1 측면 상에 위치될 수 있고, 조정 영역(536)은 접속 영역(520)의 제 2 측면 상에 위치될 수 있다. 리세스(515)(언더 에칭(under etch))는 조정 영역(536) 내에서 기판(510)과 멤브레인(530) 사이에 형성된다. 백플레이트(540)는 단지 감지 영역(533) 위에만 놓이지만 멤브레인(530)의 조정 영역(536) 위에는 놓이지 않는다. 백플레이트(540)는 천공될 수 있다. 백플레이트(540)는 바이어스 전압(V감지)으로 설정되고, 기판(510)은 조정 전압(Vp)으로 설정되며, 멤브레인은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(500)의 이러한 구성에서, 조정 전압은 감지 전압과 무관하다.5A illustrates a cross-sectional view of a MEMS structure 500 having a membrane 530 extending onto a portion of a substrate 510 and out of a sensing region 533, and FIG. 5B shows a top view thereof. The MEMS structure 500 includes a substrate 510, a connection region 520, a membrane 530, and a backplate 540 that include a material similar to that described with respect to the embodiment of FIG. 4A. The membrane 530 includes a sensing region 533 and an adjustment region 536. The sensing region 533 is located between the opposing rims of the substrate 510 or between the opposing connection regions 520. The adjustment region 536 extends onto a portion of the substrate 510 and is located outside the sensing region 533. [ The sensing area 533 may be located on the first side of the connection area 520 and the adjustment area 536 may be located on the second side of the connection area 520. [ A recess 515 (under etch) is formed between the substrate 510 and the membrane 530 in the conditioning region 536. [ The backplate 540 is only located on the sensing area 533 but not on the conditioning area 536 of the membrane 530. [ The back plate 540 may be perforated. Back plate 540 is set to bias voltage (V sense ), substrate 510 is set to regulation voltage V p , and the membrane is set to ground. In this configuration of the MEMS structure 500, the adjustment voltage is independent of the sense voltage.

멤브레인(530)의 조정 영역(536)은 비작동 위치(OFF 위치)에서 통기 경로를 제공하고 작동 위치(ON 위치)에서 통기 경로를 제공하지 않는 적어도 하나의 조절 가능한 통기 개구부(538)를 포함한다. 비작동 또는 개방 위치(OFF 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(538)가 그 휴지 위치(resting position)에서 감지 영역(533) 내의 멤브레인(530)과 동일한 평면에 있는 위치이다. 작동 또는 폐쇄 위치(ON 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(538)가 기판(510) 쪽으로 눌려지고 통기 경로가 차단되는 위치이다. 조절 가능한 통기 개구부(538)를 기판(510) 쪽으로 당김으로써 중간 위치가 설정될 수 있지만, 중간 위치에서는 조절 가능한 통기 개구부(538)가 기판(510) 쪽으로 눌려지지 않는다. 감지 영역(533)이 조절 가능한 통기 개구부(538)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 주목된다.The adjustment region 536 of the membrane 530 includes at least one adjustable vent opening 538 that provides a vent path in an inactive position (OFF position) and does not provide a vent path in an actuated position (ON position) . The non-actuated or open position (OFF position) is where the adjustable vent opening 538 is in the same plane as the membrane 530 in the sensing area 533 in its resting position. The actuated or closed position (ON position) is the position where the adjustable vent opening 538 is pressed toward the substrate 510 and the vent path is blocked. The intermediate position can be set by pulling the adjustable vent opening 538 toward the substrate 510 but the adjustable vent opening 538 is not pressed toward the substrate 510 at the intermediate position. It is noted that the sensing area 533 may or may not include an adjustable vent opening 538.

도 6a 및 도 6b의 실시예는 기판(610)의 일부분 상으로 감지 영역(633) 외부로 연장된 멤브레인(630)을 갖는 MEMS 구조물(600)의 단면도를 도시한다. MEMS 구조물(600)은 도 4a의 실시예에 관하여 설명된 바와 유사한 재료를 포함하는 기판(610), 접속 영역(620), 멤브레인(630) 및 백플레이트(640)를 포함한다. 멤브레인(630)은 감지 영역(633) 및 조정 영역(636)을 포함한다. 감지 영역(633)은 기판(610)의 대향하는 림들 사이에 또는 대향하는 접속 영역(620)들 사이에 위치된다. 조정 영역(636)은 기판(610)의 일부분 상으로 연장되고 감지 영역(633) 외부에 위치된다. 감지 영역(633)은 접속 영역(620)의 제 1 측면 상에 위치될 수 있고, 조정 영역(636)은 접속 영역(620)의 제 2 측면 상에 위치될 수 있다. 리세스(615)는 조정 영역(636) 내에서 기판(610)과 멤브레인(630) 사이에 형성된다.6A and 6B illustrate cross-sectional views of a MEMS structure 600 having a membrane 630 extending out of the sensing region 633 onto a portion of the substrate 610. The MEMS structure 600 includes a substrate 610, a connection region 620, a membrane 630, and a backplate 640 that include a material similar to that described with respect to the embodiment of FIG. 4A. The membrane 630 includes a sensing region 633 and an adjustment region 636. [ The sensing region 633 is located between the opposing rims of the substrate 610 or between the opposing connection regions 620. The adjustment region 636 extends over a portion of the substrate 610 and is located outside the sensing region 633. The sensing region 633 may be located on the first side of the connection region 620 and the adjustment region 636 may be located on the second side of the connection region 620. [ A recess 615 is formed between the substrate 610 and the membrane 630 in the conditioning region 636. [

백플레이트(640)는 멤브레인(630)의 감지 영역(633) 및 조정 영역(636) 위에 놓인다. 백플레이트(640)는 감지 영역(633) 및 조정 영역 내에서 천공될 수 있다. 대안적으로, 백플레이트(640)는 감지 영역(633) 내에서 천공될 수 있지만 조정 영역(636) 내에서는 천공되지 않을 수 있다. 백플레이트(640)는 제 1 전극(641) 및 제 2 전극(642)을 포함한다. 대안적으로, 백플레이트(640)는 두 개 이상의 전극을 포함한다. 제 1 전극(641)은 제 2 전극(642)으로부터 격리된다. 제 1 전극(641)은 감지 영역(633) 내에 배치되고, 제 2 전극(642)은 조정 영역(636) 내에 배치된다. 제 1 전극(641)은 바이어스 전압(V감지)으로 설정되고, 제 2 전극(642)은 조정 전압(Vp)으로 설정된다. 멤브레인(630)은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(600)의 이러한 구성에서, 조정 전압은 감지 전압과 무관하다.The back plate 640 rests on the sensing area 633 and the adjustment area 636 of the membrane 630. The back plate 640 may be perforated in the sensing area 633 and the adjustment area. Alternatively, the backplate 640 may be perforated in the sensing area 633, but not in the conditioning area 636. [ The back plate 640 includes a first electrode 641 and a second electrode 642. Alternatively, the backplate 640 includes two or more electrodes. The first electrode 641 is isolated from the second electrode 642. The first electrode 641 is disposed in the sensing region 633 and the second electrode 642 is disposed in the adjustment region 636. [ The first electrode 641 is set to the bias voltage (V sense ) and the second electrode 642 is set to the adjustment voltage (V p ). The membrane 630 is set to ground. In this configuration of the MEMS structure 600, the adjustment voltage is independent of the sense voltage.

멤브레인(630)의 조정 영역(636)은 도 6a에서의 비작동 위치(OFF 위치)에서 통기 경로를 제공하고 도 6b에서의 작동 위치(ON 위치)에서 통기 경로를 제공하지 않는 적어도 하나의 조절 가능한 통기 개구부(638)를 포함한다. 개방 또는 비작동 위치(OFF 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(638)가 그 휴지 위치에서 감지 영역(633) 내의 멤브레인(630)과 동일한 평면에 있는 위치이다. 폐쇄 또는 작동 위치(ON 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(638)가 백플레이트(640) 쪽으로 눌려지고 통기 경로가 차단되는 위치이다. MEMS 구조물(600)은 그것이 비작동 위치(OFF 위치)에 있을 때 통기 경로 및 높은 코너 주파수를 제공한다. MEMS 구조물(600)은 그것이 작동 위치(ON 위치)에 있을 때 폐쇄된 통기 경로 및 낮은 코너 주파수를 제공한다. 조절 가능한 통기 개구부(638)를 백플레이트(640) 쪽으로 당김으로써 중간 위치가 설정될 수 있지만, 중간 위치에서는 조절 가능한 통기 개구부(638)가 백플레이트(640) 쪽으로 눌려지지 않는다. 감지 영역(633)이 조절 가능한 통기 개구부(638)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 주목된다.The adjustment region 636 of the membrane 630 is configured to provide a vent path at the non-actuated position (OFF position) in Fig. 6A and at least one adjustable And includes a ventilation opening 638. The open or non-actuated position (OFF position) is the position where the adjustable vent opening 638 is flush with the membrane 630 in the sensing area 633 at its rest position. The closed or actuated position (the ON position) is the position where the adjustable vent opening 638 is pushed towards the back plate 640 and the vent path is blocked. The MEMS structure 600 provides a vent path and a high corner frequency when it is in the non-operating position (OFF position). The MEMS structure 600 provides a closed vent path and a low corner frequency when it is in the operating position (ON position). The intermediate position can be set by pulling the adjustable vent opening 638 toward the back plate 640 but the adjustable vent opening 638 is not pressed toward the back plate 640 in the middle position. It is noted that the sensing region 633 may or may not include an adjustable vent opening 638.

백플레이트(640)는 통기 개구부(639)를 포함하고, 멤브레인(630)은 조정 영역(636) 내에 조절 가능한 통기 개구부(638)를 포함한다. 일 실시예에서, 통기 개구부(639) 및 조절 가능한 통기 개구부(638)는 서로 반대로 정렬된다.The backplate 640 includes a vent opening 639 and the membrane 630 includes an adjustable vent opening 638 in the regulating region 636. In one embodiment, the vent opening 639 and the adjustable vent opening 638 are aligned opposite to each other.

도 7a 및 도 7b의 실시예는 기판(710)의 일부분 상으로 그리고 감지 영역(733) 외부로 연장된 멤브레인(730)을 갖는 MEMS 구조물(700)의 단면도를 도시하고, 도 7c는 그 평면도를 도시한다. MEMS 구조물(700)은 도 4a의 실시예에 관하여 설명된 바와 유사한 재료를 포함하는 기판(710), 접속 영역(720), 멤브레인(730) 및 백플레이트(740)를 포함한다. 백플레이트(740)는 (예를 들어, 원형 또는 직사각형) 감지 백플레이트(741) 및 백플레이트 브릿지(backplate bridge, 742)를 포함할 수 있다.7A and 7B illustrate cross-sectional views of a MEMS structure 700 having a membrane 730 extending onto a portion of a substrate 710 and outside the sensing region 733 and FIG. Respectively. The MEMS structure 700 includes a substrate 710, a connection region 720, a membrane 730, and a backplate 740 that include a material similar to that described with respect to the embodiment of FIG. 4A. The backplate 740 may include a sensing backplate 741 and a backplate bridge 742 (e.g., circular or rectangular).

멤브레인(730)은 감지 영역(733) 및 조정 영역(736)을 포함한다. 감지 영역(733)은 기판(710)의 대향하는 림들 사이에 또는 대향하는 접속 영역(720)들 사이에 위치된다. 조정 영역(736)은 기판(710)의 일부분 상으로 연장되고 감지 영역(733) 외부에 위치된다. 감지 영역(733)은 접속 영역(720)의 제 1 측면 상에 위치될 수 있으며, 조정 영역(736)은 접속 영역(720)의 제 2 측면 상에 위치될 수 있다. 리세스(715)(언더 에칭)는 조정 영역(736) 내에서 기판(710)과 멤브레인(730) 사이에 형성된다. 멤브레인(730)은 슬롯(735)에 의해 형성된 조절 가능한 통기 개구부(738)를 포함한다. 슬롯(735)은 조절 가능한 통기 개구부(738)에 대한 도 2a 내지 도 2c에서 설명된 바와 같은 이동 가능부를 형성한다.The membrane 730 includes a sensing region 733 and an adjustment region 736. The sensing region 733 is located between the opposing rims of the substrate 710 or between the opposing connection regions 720. The adjustment region 736 extends over a portion of the substrate 710 and is located outside the sensing region 733. [ The sensing region 733 may be located on the first side of the connection region 720 and the adjustment region 736 may be located on the second side of the connection region 720. [ A recess 715 (underetching) is formed between the substrate 710 and the membrane 730 in the conditioning region 736. Membrane 730 includes an adjustable vent opening 738 formed by slot 735. [ The slot 735 forms a movable portion as described in Figures 2A through 2C for the adjustable vent opening 738. [

백플레이트(740)는 멤브레인(730)의 감지 영역(733) 및 조정 영역(736) 위에 놓인다. 예를 들어, 감지 백플레이트(741)(제 1 전극)는 감지 영역(733) 위에 놓이며, 백플레이트 브릿지(742)(제 2 전극)는 조정 영역(736) 위에 놓인다. 대안적으로, 백플레이트(740)는 두 개 이상의 전극을 포함한다. 제 1 전극(741)은 제 2 전극(742)으로부터 격리된다. 제 1 전극(741)은 바이어스 전압(V감지)으로 설정되고, 제 2 전극(742)은 조정 전압(Vp)으로 설정된다. 멤브레인(730)은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(700)의 이러한 구성에서, 조정 전압은 감지 전압과 무관하다. 백플레이트(740)는 감지 영역(733) 및 조정 영역(736) 내에서 천공될 수 있다. 대안적으로, 백플레이트(740)는 감지 영역(733) 내에서 천공될 수 있지만 조정 영역(736) 내에서는 천공되지 않을 수 있다. 백플레이트 브릿지(742)는 통기 개구부(749)를 포함한다.The back plate 740 rests on the sensing area 733 and the conditioning area 736 of the membrane 730. For example, the sensing backplate 741 (the first electrode) is over the sensing area 733 and the backplate bridge 742 (the second electrode) is over the conditioning area 736. [ Alternatively, the back plate 740 includes two or more electrodes. The first electrode 741 is isolated from the second electrode 742. The first electrode 741 is set to the bias voltage (V sense ), and the second electrode 742 is set to the adjustment voltage (V p ). Membrane 730 is set to ground. In this configuration of the MEMS structure 700, the adjustment voltage is independent of the sense voltage. The back plate 740 may be perforated in the sensing area 733 and the adjusting area 736. [ Alternatively, the back plate 740 may be perforated in the sensing area 733, but not in the conditioning area 736. [ The backplate bridge 742 includes a vent opening 749.

멤브레인(730)의 조정 영역(736)은 도 7b에서의 작동 위치(ON 위치)에서 통기 경로를 제공하고 도 7a에서의 비작동 위치(OFF 위치)에서 통기 경로를 제공하지 않는 하나 이상의 조절 가능한 통기 개구부(738)를 포함한다. 폐쇄 또는 비작동 위치(OFF 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(738)가 그 휴지 위치에서 감지 영역(733) 내의 멤브레인(730)과 동일한 평면에 있는 위치이다. 개방 또는 작동 위치(ON 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(738)가 백플레이트(740) 쪽으로 눌려지고 통기 경로가 개방되는 위치이다. MEMS 구조물(700)은 그것이 작동 위치(ON 위치)에 있을 때 통기 경로 및 높은 코너 주파수를 제공한다. MEMS 구조물(700)은 그것이 비작동 위치(OFF 위치)에 있을 때 폐쇄된 통기 경로 및 낮은 코너 주파수를 제공한다. 조절 가능한 통기 개구부(738)를 백플레이트(740) 쪽으로 당김으로써 중간 위치가 설정될 수 있지만, 중간 위치에서는 조절 가능한 통기 개구부(738)가 백플레이트(740) 쪽으로 눌려지지 않는다. 감지 영역(733)이 조절 가능한 통기 개구부(738)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 주목된다.The adjustment region 736 of the membrane 730 may include one or more adjustable vents (not shown) that provide a vent path at the operating position (ON position) in Figure 7B and no vent path at the inoperative position And an opening 738. The closed or non-actuated position (OFF position) is where the adjustable vent opening 738 is in the same plane as the membrane 730 in the sensing area 733 at its rest position. The open or actuated position (ON position) is the position where the adjustable vent opening 738 is pushed towards the back plate 740 and the vent path is open. The MEMS structure 700 provides a vent path and a high corner frequency when it is in the operating position (ON position). The MEMS structure 700 provides a closed vent path and a low corner frequency when it is in the non-operating position (OFF position). The intermediate position can be set by pulling the adjustable vent opening 738 toward the back plate 740 but the adjustable vent opening 738 is not pressed toward the back plate 740 in the middle position. It is noted that the sensing region 733 may or may not include an adjustable vent opening 738.

도 8a는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 810에서, 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호가 감지된다. 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치에 있다. 다음 단계 812에서, 고 에너지 신호가 검출된다. 단계 814에서, 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동된다. 개방 위치는 완전히 개방된 위치이거나 부분적으로 개방된 위치일 수 있다.Figure 8A illustrates an embodiment for operating a MEMS structure. In a first step 810, acoustic signals are sensed by moving the membrane against the backplate. The adjustable vent opening is in the closed position. In the next step 812, a high energy signal is detected. In step 814, the adjustable vent opening is moved from the closed position to the open position. The open position may be a fully open position or a partially open position.

도 8b는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 820에서, 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호가 감지된다. 조절 가능한 통기 개구부는 작동된 (ON) 폐쇄 위치에 있다. 다음 단계 822에서, 고 에너지 신호가 검출된다. 단계 824에서, 조절 가능한 통기 개구부는 작동된 (ON) 폐쇄 위치로부터 비작동 (OFF) 개방 위치로 이동된다. 개방 위치는 완전히 개방 위치이거나 부분적으로 개방 위치일 수 있다.Figure 8b illustrates an embodiment for operating a MEMS structure. In a first step 820, an acoustic signal is sensed by moving the membrane against the backplate. The adjustable vent opening is in the actuated (ON) closed position. In the next step 822, a high energy signal is detected. In step 824, the adjustable vent opening is moved from the actuated (ON) closed position to the non-actuated (OFF) open position. The open position may be a fully open position or a partially open position.

도 8c는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 830에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 1 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치에 있다. 제 2 단계 832에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 2 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동된다. 개방 위치는 완전히 개방된 위치이거나 부분적으로 개방된 위치일 수 있다.Figure 8C illustrates an embodiment for operating a MEMS structure. In a first step 830, the MEMS structure is in a first application setting sensing the acoustic signal by moving the membrane against the backplate. The adjustable vent opening is in the closed position. In a second step 832, the MEMS structure is in a second application setting to sense the acoustic signal by moving the membrane against the backplate. The adjustable vent opening is moved from the closed position to the open position. The open position may be a fully open position or a partially open position.

도 8d는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 840에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 1 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 개방 위치에 있다. 제 2 단계 842에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 2 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동된다. 폐쇄 위치는 완전히 폐쇄된 위치이거나 부분적으로 폐쇄된 위치일 수 있다.Figure 8d illustrates an embodiment for operating a MEMS structure. In a first step 840, the MEMS structure is in a first application setting sensing the acoustic signal by moving the membrane against the backplate. The adjustable vent opening is in the open position. In a second step 842, the MEMS structure is in a second application setting to sense the acoustic signal by moving the membrane against the backplate. The adjustable vent opening is moved from the open position to the closed position. The closed position may be a fully closed position or a partially closed position.

다른 실시예는 수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부는 모든 제어 입력을 수용할 수 없기 때문에 수동형이다. 조절 가능한 통기 개구부는 이 개구부 상에서 작용하는 압력차에 의해 기계적으로 작동될 수 있다.Another embodiment includes an adjustable vent opening that is actuated manually. The adjustable vent opening is passive because it can not accommodate all control inputs. The adjustable vent opening can be mechanically actuated by a pressure differential acting on this opening.

도 9a 및 도 9b는 멤브레인 상의 수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물(900)의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 9a는 멤브레인(901), 백플레이트(902), 및 통기 개구부(903)를 포함하는 MEMS 구조물(900)의 단면도이다. 백플레이트(902)는 백플레이트 천공 구멍(912)으로 천공되어 있다. 백플레이트(902) 및 멤브레인(901)은 갭 거리(904)에 의해 분리되어 있다. 갭 거리는 0.5㎛ 내지 5㎛의 범위일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 갭 거리는 대략 2㎛이다.Figures 9A and 9B illustrate one embodiment of a MEMS structure 900 having a passively actuated adjustable vent opening on the membrane. 9A is a cross-sectional view of a MEMS structure 900 including a membrane 901, a backplate 902, and a vent opening 903. FIG. The back plate 902 is perforated into the back plate perforation hole 912. The back plate 902 and the membrane 901 are separated by a gap distance 904. The gap distance may be in the range of 0.5 탆 to 5 탆. In one embodiment, the gap distance is approximately 2 [mu] m.

이러한 실시예에 있어서, 통기 개구부(903)는 멤브레인(901)에 위치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 다른 위치도 가능하다. 개구부(903)는 힘 또는 압력차가 그 위에 작용될 때 편향되도록 구성된 가요성 구조물(913)로 형성되어 있다. 전형적인 MEMS 마이크로서, 멤브레인(901)은 압력(A)으로 특징지어지는 제 1 공간(905)을 압력(B)으로 특징지어지는 제 2 공간(906)으로부터 분리한다.In this embodiment, the ventilation opening 903 is located in the membrane 901. Other positions are possible, as described below. The opening 903 is formed with a flexible structure 913 configured to deflect when a force or pressure difference is applied thereto. A typical MEMS microstructure, the membrane 901 separates a first space 905, characterized by a pressure A, from a second space 906, which is characterized by a pressure B.

MEMS 마이크의 전형적인 작동에 있어서, 압력(A)과 압력(B) 사이의 차이는 멤브레인이 편향되게 한다. 이러한 편향은 캐패시터 플레이트로서 작용하는 멤브레인(901) 및 백플레이트(902)에 걸쳐서 변화하는 전압으로부터 감지된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 공간(905, 906)에 있어서 압력(A)과 압력(B) 사이의 차이는 가요성 구조물(913)이 기계적으로 작동되게 한다. 제어 메카니즘으로부터의 입력은 요구되지 않는다. 가요성 구조물(913)은, 압력차가 작동의 변화 레벨을 왜 야기시키는 가를 결정하는 기계적 강도에 의해 특징지어질 수 있다.In a typical operation of a MEMS microphone, the difference between pressure (A) and pressure (B) causes the membrane to deflect. This deflection is sensed from a voltage varying across the membrane 901 and the backplate 902 acting as a capacitor plate. In an embodiment of the present invention, the difference between pressure A and pressure B in spaces 905 and 906 causes the flexible structure 913 to be mechanically actuated. No input from the control mechanism is required. The flexible structure 913 may be characterized by a mechanical strength that determines whether the pressure difference causes a change level of operation.

가요성 구조물(913)의 실시예들은 기계적 강도의 값을 선택하도록 맞춰진 상이한 기계적 기하학적 형상, 길이, 폭, 두께 또는 재료를 가질 수 있다. 또한, 가요성 구조물(913)의 길이 및 폭을 포함한, 통기 개구부(903)의 기하학적 형상은 개구부를 통해 유동하는 유체의 양에 강력하게 영향을 미친다. 개구부를 통해 유동하는 유체의 양은 공간(905, 906) 사이의 압력차가 어떻게 신속하게 감소될 수 있는 가에 영향을 미친다.Embodiments of the flexible structure 913 may have different mechanical geometry, length, width, thickness, or material adapted to select a value of mechanical strength. In addition, the geometric shape of the vent opening 903, including the length and width of the flexible structure 913, strongly influences the amount of fluid flowing through the opening. The amount of fluid flowing through the opening affects how the pressure difference between the spaces 905 and 906 can be rapidly reduced.

도 9b는, 조절 가능한 통기 개구부(903)가 백플레이트 윈도우(922) 아래(또는 위)에 위치되어 있는, MEMS 구조물(900)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 백플레이트 윈도우(922)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예와 유사한 백플레이트(902)의 외부 에지 근처에 위치된다.9B shows a top view of one embodiment of a MEMS structure 900 with an adjustable vent opening 903 located below (or above) the backplate window 922. As shown in FIG. The backplate window 922 is located near the outer edge of the backplate 902, similar to the embodiment shown in Figs. 1A and 1B.

수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물의 실시예와 관련하여, 문제점 중 적어도 2개의 특정 카테고리가 해결될 수 있다. 이것은 낮은 주파수 잡음과 관련된 문제와, 손상을 주는 높은 압력 고장과 관련된 문제이다. 고정형 통기 개구부는 멤브레인에 대한 손상을 방지할 수 있지만, 대역폭을 제한함으로써 마이크의 감도를 악화시킨다. 수동형 조절 가능한 개구부는 보다 높은 대역폭을 제공하고, 손상을 주는 높은 압력 고장으로부터 보호한다. 이들 2가지 종류의 문제점과 관련하여 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 성질은 3개의 케이스로 설명될 수 있다.With respect to the embodiment of a MEMS structure having a manually operable adjustable vent opening, at least two specific categories of problems can be resolved. This is a problem associated with low frequency noise and high pressure failure that can damage it. The fixed vent openings can prevent damage to the membrane, but deteriorate the sensitivity of the microphone by limiting the bandwidth. The passive adjustable opening provides higher bandwidth and protects against damaging high pressure failures. In connection with these two kinds of problems, the nature of the passively adjustable vent opening can be described in three cases.

케이스 1은 중간 또는 낮은 압력(예를 들면 120dB SPL까지)의 저 주파수에 존재한다. 상술한 바와 같이, 등가의 시상수를 갖는 통기 슬롯은 코너 주파수를 갖는 하이 패스 필터로서 작용한다. 케이스 1에 있어서, 비조절 가능한 통기 슬롯은 저 주파수 신호 이상의 코너 주파수를 제공한다. 수동형 조절 가능한 통기 개구부를 구비하면, 케이스 1에서의 신호의 상대적으로 낮은 압력은 통기 개구부를 개방되지 않게 할 수 있다. 도 9a에서의 실시예를 다시 참조하면, 공간(905)과 공간(906) 사이에서 약간의 압력 감소가 있을 수 있다. 저 주파수 신호는 풀 대역폭으로 감지될 수 있다.Case 1 is present at a low frequency of moderate or low pressure (e.g., up to 120 dB SPL). As described above, the venting slots with equivalent time constants act as high pass filters with corner frequencies. In Case 1, the non-adjustable vent slot provides a corner frequency above the low frequency signal. With a manually adjustable vent opening, the relatively low pressure of the signal in the case 1 can make the vent opening unopened. Referring back to the embodiment in FIG. 9A, there may be some pressure reduction between space 905 and space 906. The low frequency signal can be detected with full bandwidth.

케이스 2는 저 주파수 잡음에 존재한다. 통상적인 상황에서 저 주파수에서의 상대적으로 높은 압력 신호(예를 들면 약 100 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 약 120 dB SPL과 140 dB SPL 사이의 잡음)가 종종 야기될 수 있다. 이러한 형태의 잡음의 예들은 걸으면서 스테레오 시스템을 통과할 경우 전환 가능한 또는 저 주파수 음악으로 구동할 때의 풍잡음(wind noise)일 수 있다. 그러나, 이들의 경우에 있어서, MEMS 마이크에 의한 보다 높은 주파수 신호(예를 들면 규칙적인 연설)의 동시 검출이 바람직하다. 이 경우에, 수동형 조절 가능한 통기 개구부는 저 주파수의 높은 압력 잡음에 의해 자체 조절될 수 있다. 공간(905)과 공간(906) 사이의 높은 압력차는 통기 개구부가 개방되게 하며, 압력차를 감소시킬 수 있다. 보다 높은 주파수의 보다 낮은 압력 신호는 멤브레인을 또한 활성화시키며, 감소된 신호 대 잡음 비를 갖는 MEMS 마이크에 의해 신호가 감지될 수 있게 한다.Case 2 is present in low frequency noise. Under normal circumstances, relatively high pressure signals at low frequencies (e.g., between about 120 dB SPL and 140 dB SPL with a frequency below about 100 Hz) can often be caused. Examples of this type of noise may be wind noise when switching to a stereo system while walking or driving with low frequency music. However, in these cases, simultaneous detection of higher frequency signals (e.g., regular speech) by the MEMS microphones is desirable. In this case, the passively adjustable vent opening can be self-regulated by the high pressure noise of the low frequency. The high pressure difference between the space 905 and the space 906 allows the vent opening to open and reduces the pressure differential. A lower pressure signal at a higher frequency also activates the membrane, allowing the signal to be sensed by a MEMS microphone having a reduced signal-to-noise ratio.

케이스 3은 극단적인 과도한 압력 손상 신호에 존재한다. 이것은 마이크가 떨어지거나, 멤브레인으로의 경로가 기계적으로 가격되어 큰 압력 플럭스가 멤브레인에 접근 및 충돌되게 하는 경우이다(예를 들면, 사람이 마이크 입력에 손가락을 톡톡 두드리는 경우). 이들 극단적인 신호는 멤브레인을 파열 또는 균열시킴으로써 마이크를 고장나게 할 수 있다. 고정형 통기 구멍은 극단적인 과도한 압력으로부터 마이크를 보호하는데 사용될 수 있다. 그러나, 구멍을 보다 크게 하면 할수록(그리고 그에 따라 보다 큰 충격에 대해서 보다 잘 보호함), 통기 구멍에 의해 야기된 하이 패스 필터의 코너 주파수가 높아진다. 이러한 경우에, 보다 양호한 보호는 감소된 대역폭의 대가이다.Case 3 is present in extreme excessive pressure damage signals. This is when the microphone falls or the path to the membrane is mechanically priced, causing a large pressure flux to hit and collide with the membrane (for example, when a person strikes a finger at the microphone input). These extreme signals can cause the microphone to fail by rupturing or cracking the membrane. The fixed vent holes can be used to protect the microphone from extreme excessive pressure. However, the larger the hole (and hence better protection against greater impact), the higher the corner frequency of the high-pass filter caused by the vent hole. In this case, better protection is the cost of reduced bandwidth.

수동형 조절 가능한 통기 개구부의 경우에, 케이스 3의 극단적인 과도한 압력 사고는 통기 개구부가 압력차 자체로부터 자체 작동되게 하고 그리고 공간(905)과 공간(906) 사이에서 압력을 감소시키도록 개방되게 한다. 케이스 1에서 알 수 있는 바와 같이, 개구부는 규칙적인 압력 신호에 대해서 작동되지 않는다. 따라서, 마이크는 극단적인 과도한 압력 사고에 의한 손상으로부터 보호되지만, 저 주파수 신호를 감지하기 위해 요구되는 큰 대역폭을 유지한다. 수동형 조절 가능한 통기 개구부는 어떠한 제어 메카니즘을 구비함이 없이 케이스 1 내지 케이스 3에서 나타나는 문제점에 대한 해결책을 제공할 수 있다.In the case of a manually adjustable vent opening, extreme overpressure of the case 3 causes the vent opening to self-operate from the pressure differential itself and to open to reduce pressure between the space 905 and the space 906. As can be seen in Case 1, the opening is not actuated for a regular pressure signal. Thus, the microphone is protected from damage due to extreme overpressure accidents, but maintains the large bandwidth required to sense low frequency signals. The passively adjustable ventilation opening can provide a solution to the problems presented in cases 1 to 3 without any control mechanism.

수동형 통기 개구부(또는 개구부들)는 단지 멤브레인에 마련된 개구부일 수 있다. 대안적으로, 고정형 개구부들(예를 들면 작은 구멍)도 포함할 수 있다. 다른 변형예에서 있어서, 작동형 개구부는 수동형 개구부와 조합되어 포함될 수 있다. 예를 들면, 작동형 개구부는 주파수 코너를 조정하는데 사용될 수 있는 반면에, 수동형 개구부는 손상(예를 들면, 케이스 3)을 방지하도록 설계된다. 또한, 모든 3가지 타입은 동일한 장치에 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다.The passive ventilation openings (or openings) may simply be openings provided in the membrane. Alternatively, fixed openings (e. G., Small holes) may also be included. In another variant, the actuating opening can be included in combination with the passive opening. For example, the operative opening may be used to adjust the frequency corner, while the passive opening is designed to prevent damage (e.g., Case 3). It should also be understood that all three types can be used in the same apparatus.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예의 기계적인 응답을 도시하는 도면이다. 도 10a는 통기 개구부를 가로지르는 압력차가 증가할 때 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 팁 편향(1002)을 갖는 코너 주파수(1001)의 변화(shifting)를 도시하는 도면이다. 코너 주파수 시프트는 도 2e와 관련하여 상술하였다.10A and 10B are diagrams showing the mechanical response of an embodiment of the present invention. 10A is a diagram illustrating the shifting of the corner frequency 1001 with the tip deflection 1002 of the passively adjustable vent opening as the pressure differential across the vent opening increases. The corner frequency shift has been described above with respect to Figure 2E.

도 10b는 캔틸레버(1011)로 구성된 수동형 조절 가능한 통기 개구부(1010)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 캔틸레버(1011)는 압력(A)을 갖는 공간(1012)과 압력(B)을 갖는 공간(1013) 사이의 압력차에 의해 야기되는 편향으로 도시되어 있다. 도 10b의 특정 실시예에 있어서, 캔틸레버(1011)의 길이는 70㎛이며, 캔틸레버(1011)의 폭은 20㎛이다. 다른 실시예에 있어서, 캔틸레버(1011)의 길이는 10 내지 500㎛의 범위이며, 캔틸레버(1011)의 폭은 5 내지 100㎛의 범위이다. 다른 실시예에 있어서, 통기 개구부당 캔틸레버의 개수는 또한 1 내지 다수의 범위일 수 있다.10B is a view showing one embodiment of a passively adjustable ventilation opening 1010 composed of a cantilever 1011. Fig. The cantilever 1011 is shown deflected by the pressure difference between the space 1012 having the pressure A and the space 1013 having the pressure B. In the specific example of Fig. 10B, the length of the cantilever 1011 is 70 占 퐉, and the width of the cantilever 1011 is 20 占 퐉. In another embodiment, the length of the cantilever 1011 is in the range of 10 to 500 mu m, and the width of the cantilever 1011 is in the range of 5 to 100 mu m. In other embodiments, the number of cantilevers per vent opening may also range from one to many.

도 11a 내지 도 11f는 조절 가능한 통기 개구부의 다양한 실시예를 도시하는 도면이다. 도 11a는 정사각형의 가요성 구조물(1101)을 포함하는 조절 가능한 통기 개구부(1110)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 가요성 구조물(1101)은 길이(1102), 폭(1103) 및 개구부 갭(1104)을 포함한다. 다양한 실시예에 있어서, 길이 대 폭의 비율은 약 1:1 내지 약 10:1일 수 있다. 개구부 갭(1104)은 전형적으로 약 0.5㎛와 5㎛ 사이이다.11A-11F are views showing various embodiments of an adjustable vent opening. 11A is a diagram illustrating one embodiment of an adjustable vent opening 1110 that includes a square, flexible structure 1101. FIG. The flexible structure 1101 includes a length 1102, a width 1103, and an opening gap 1104. In various embodiments, the length to width ratio may be from about 1: 1 to about 10: 1. The opening gap 1104 is typically between about 0.5 μm and 5 μm.

도 11b는 개구부 갭(1104)의 단부들에 작은 개구부(1125)를 갖는 조절 가능한 통기 개구부(1120)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 가요성 구조물(1101)의 코너에서의 이들 작은 개구부(1125)는 고정형 통기 구멍으로서 작용하거나, 가요성 구조물(1101)의 기계적 강도에 영향을 주도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 작은 개구부(1125)는 또한 노칭(notching) 응력을 감소시키기 위한 것이다.11B is a view showing one embodiment of an adjustable vent opening 1120 having a small opening 1125 at the ends of the opening gap 1104. These small openings 1125 at the corners of the flexible structure 1101 may be configured to act as fixed vent holes or to affect the mechanical strength of the flexible structure 1101. In one embodiment, the small opening 1125 is also intended to reduce notching stress.

도 11c는 라운드형 가요성 구조물(1101), 및 멤브레인의 나머지로부터 플랩(1101)을 분리하는 개구부 갭(1104)을 갖는 조절 가능한 통기 개구부(1130)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 가요성 구조물(1101)의 형상은 개구부를 통한 공기 유동 역학에 영향을 미친다. 이러한 형상은 가요성 구조물(작은 변위)(1101)의 개시 개구부에서 그리고 가요성 구조물(큰 변위)(1101)의 대형 개구부에서 유동비를 변경시킨다. 따라서, 형상은 압력차 감소가 어떻게 신속하게 생성될 수 있는 가에 직접적으로 영향을 미친다. 둥근 또는 정사각형 형상에 추가해서, 모든 다른 적당한 구조물(예를 들면, 삼각형, 톱니형 또는 다각형)이 사용될 수 있다.Figure 11C illustrates one embodiment of an adjustable vent opening 1130 having a rounded flexible structure 1101 and an opening gap 1104 for separating the flap 1101 from the rest of the membrane. The shape of the flexible structure 1101 affects the air flow dynamics through the openings. This shape alters the flow ratio at the beginning opening of the flexible structure (small displacement) 1101 and at the large opening of the flexible structure (large displacement) 1101. Thus, the shape directly affects how the pressure difference reduction can be generated quickly. In addition to rounded or square shapes, all other suitable structures (e.g., triangular, serrated, or polygonal) may be used.

도 11d는 개구부 갭(1104)의 단부에 곡선형 개구부(1145)를 갖는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 곡선형 개구부는 캔틸레버 베이스로부터의 노칭 응력을 해제하기 위한 목적으로서 작용한다.11D is a diagram illustrating one embodiment of an adjustable vent opening having a curved opening 1145 at the end of the opening gap 1104. In FIG. The curved opening acts as an object for releasing the notching stress from the cantilever base.

도 11e는 사행(serpentine) 개구부 갭(1104)을 포함하는 서로 얽힌(interwining) 가요성 구조물(1101)을 갖는 조절 가능한 통기 개구부(1150)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 이러한 구조물은 가요성 구조물(1101)의 보다 높은 기계적 강도를 유지하면서 증가된 공기 유동을 제공한다.11E is a diagram illustrating one embodiment of an adjustable vent opening 1150 having an interwining flexible structure 1101 that includes a serpentine opening gap 1104. As shown in FIG. Such a structure provides increased air flow while maintaining a higher mechanical strength of the flexible structure 1101.

도 11f는 별개의 개구부 갭(1104)을 갖는 2개의 가요성 구조물(1101)이 서로에 인접하여 위치되어 있는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 추가의 슬롯(1105)은 통기를 증가시키도록 그리고 구조물에 가요성을 추가시키도록 포함된다. 슬롯(1105)은 조절 가능한 통기 개구부(1160)의 보강을 감소시키며, 전체적인 구조물을 더욱 변위시킨다. 구조물(1101)은 상이한 사이즈 또는 동일한 사이즈의 개구부 갭(1104)을 가질 수 있다. 구조물(1101)은 동일한 또는 상이한 폭(1103) 또는 길이(1102)를 가진다. 조절 가능한 통기 개구부(1160)는 전체 멤브레인을 포함하거나, 개구부는 대형 멤브레인의 작은 부분을 포함한다. 매개변수는 조절 가능한 통기 개구부 및 마이크의 기능을 개선하도록 선택될 것이다.FIG. 11f is an illustration of one embodiment of an adjustable vent opening in which two flexible structures 1101 with separate opening gaps 1104 are located adjacent to each other. Additional slots 1105 are included to increase venting and to add flexibility to the structure. The slot 1105 reduces reinforcement of the adjustable vent opening 1160 and further displaces the overall structure. The structure 1101 may have an opening gap 1104 of a different size or the same size. The structure 1101 has the same or a different width 1103 or length 1102. The adjustable vent opening 1160 includes the entire membrane, or the opening includes a small portion of the large membrane. The parameters will be selected to improve the function of the adjustable vent opening and the microphone.

도 11a 내지 도 11f는 조절 가능한 통기 개구부가 다양한 기하학적 형상 및 치수를 포함하는 많은 실시예들로 제조될 수 있다는 것을 보여주는 것이다. 이들 다양한 실시예 중 하나 이상은 함께 사용될 수 있다. 또한, 이들 구조물의 모든 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다양한 실시예에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부는 범프 및/또는 코팅과 같은 주름형 표면 및/또는 항부착 메카니즘을 포함한다.11A-11F show that the adjustable vent opening can be fabricated in many embodiments including various geometric shapes and dimensions. One or more of these various embodiments may be used together. It is also to be understood that all materials of these structures may be used. In various embodiments, the adjustable vent opening includes a pleated surface, such as a bump and / or a coating, and / or an anchoring mechanism.

다른 실시예들에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부는 이 조절 가능한 통기 개구부가 그 일부분인 구조물보다 얇거나 또는 두꺼운 재료를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부의 기계적 강도를 증가(두꺼운 기계적 구조물에 의해) 또는 감소(얇은 기계적 구조물에 의해)시키기 위해서, 가요성 구조물의 구조적 두께는 다양할 수 있다. 멤브레인 상에 조절 가능한 통기 개구부를 포함하는 일 실시예에 있어서, 구조물은 MEMS 또는 마이크의 제조시에 통상적으로 사용되는 기술을 이용하여 미세가공될 수 있다. 제조 공정 동안에, 가요성 구조물은 얇은 기계적 구조물을 제조하기 위해서 대안으로 에칭될 수 있다(예를 들면 다른 영역을 보호하기 위해서 포토레지스트의 이용을 통해서). 대안적으로, 가요성 구조물은 그 위에 배치된 추가적인 재료를 가질 수 있거나, 멤브레인의 주위 구조적인 재료는 가요성 구조물 자체보다 더 에칭될 수 있다. 이들 모든 실시예들에 있어서, 가요성 구조물의 구조적 층 두께는 상이한 기계적 강도 값을 생성하고 그리고 조절 가능한 통기 개구부 성능을 개선하도록 효율적으로 변경된다.In other embodiments, the adjustable vent opening comprises a material that is thinner or thicker than the structure in which the adjustable vent opening is a part. The structural thickness of the flexible structure may vary in order to increase (by a thick mechanical structure) or decrease (by a thin mechanical structure) the mechanical strength of the adjustable vent opening. In one embodiment, which includes an adjustable vent opening on the membrane, the structure may be microfabricated using techniques commonly used in the manufacture of MEMS or microphones. During the fabrication process, the flexible structure may alternatively be etched (e.g., through the use of a photoresist to protect other areas) to produce a thin mechanical structure. Alternatively, the flexible structure may have additional material disposed thereon, or the surrounding structural material of the membrane may be etched more than the flexible structure itself. In all these embodiments, the structural layer thickness of the flexible structure is effectively varied to produce different mechanical strength values and to improve the adjustable vent opening performance.

일 실시예는 다중 조절 가능한 통기 개구부를 포함할 수 있다. 하이 패스 필터의 코너 주파수가 조절 가능한 통기 개구부의 개수로 선형으로 변경될 때, 하나 이상의 조절 가능한 통기 개구부를 포함하는 것이 중요하다. 추가로, 다중 벤트를 포함하면 오기능(예를 들면 단일 벤트를 방해하는 먼지에 의해 야기되는 것)의 위험을 감소시킨다.One embodiment may include multiple adjustable vent openings. When the corner frequency of the high pass filter is changed linearly to the number of adjustable vent openings, it is important to include at least one adjustable vent opening. In addition, the inclusion of multiple vents reduces the risk of malfunctions (eg caused by dust interfering with a single vent).

도 12 및 도 13a 내지 도 13d는 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 상이한 구성을 갖는 본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 것이다. 또 다시, 이들 다양한 실시예들의 특징부는 조합될 수 있다.12 and 13A-13D illustrate various embodiments of the present invention having different configurations of passively adjustable vent openings. Again, the features of these various embodiments may be combined.

도 12는 장치 하우징 내의 패키지형 MEMS 마이크(1200)를 갖는 일 실시예를 도시하는 도면이다. 장치 하우징은 지지 구조물(1202) 및 뚜껑 구조물(1203)을 포함한다. 지지 구조물(1202)은 예를 들면 인쇄 회로 기판과 같은 라미네이트로 형성될 수 있다. 지지 구조물(1202)은 하우징 내의, 예를 들면 MEMS(1201) 및 ASIC(주문형반도체 : Application Specific Integrated Circuit)와 같은 부품에 접속하기 위한 내부 표면상의 전기 접점을 포함할 수 있다. 이들 접점은 외부에서 접근할 수 있도록 지지 구조물(1202)을 통해 루트화될 수 있다.12 is a diagram illustrating an embodiment having a packaged MEMS microphone 1200 in a device housing. The apparatus housing includes a support structure 1202 and a lid structure 1203. The support structure 1202 may be formed of, for example, a laminate such as a printed circuit board. The support structure 1202 may include electrical contacts on the inner surface for connection to components within the housing, such as, for example, MEMS 1201 and ASIC (Application Specific Integrated Circuit). These contacts may be routed through the support structure 1202 for external access.

뚜껑(1203)은 장치(1200)의 부품을 둘러싸는데 사용될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 뚜껑(1203)은 백플레이트(1221) 상에 공기 공간을 잔류시킨다. 백플레이트(1221) 내의 구멍으로 인해서 멤브레인(1211) 바로 위의 공간과 동일한 압력인 이러한 공기 갭은 압력차가 결정되는 압력들 중 하나를 제공한다. 뚜껑(1203)은 금속, 플라스틱, 또는 라미네이트 재료 뿐만 아니라 뚜껑 구조물용으로 적당한 모든 다른 재료로 제조될 수 있다.The lid 1203 can be used to enclose parts of the device 1200. In the illustrated embodiment, the lid 1203 leaves an air space on the back plate 1221. [ This air gap, which is the same pressure as the space just above the membrane 1211 due to the holes in the backplate 1221, provides one of the pressures at which the pressure differential is determined. The lid 1203 may be made of metal, plastic, or laminate material, as well as any other material suitable for the lid structure.

MEMS 구조물(1201)은 지지 구조물(1202)에 부착된다. 상술한 바와 같이, MEMS 구조물은 멤브레인(1211) 및 백플레이트(1221)를 포함한다. 사운드 포트(1207)는 지지 구조물(1202)을 통한 압력 파(예를 들면 사운드 신호)를 위한 경로를 멤브레인(1211)에 제공한다.The MEMS structure 1201 is attached to the support structure 1202. As described above, the MEMS structure includes a membrane 1211 and a back plate 1221. [ Sound port 1207 provides a path for pressure wave (e.g., a sound signal) through support structure 1202 to membrane 1211.

또한, 감지 전자장치 블럭(1204)은 지지 구조물(1202)에 부착된다. 감지 전자장치 블럭(1204)은 MEMS 구조물(1201)에 연결된다. 감지 전자장치 블럭(1204)은 멤브레인(1211) 및 백플레이트(1221)에 걸쳐서 변화하는 전압을 감지하도록 구성된다. 멤브레인에 입사하는 사운드 신호는 멤브레인을 편향시킨다. 멤브레인(1211)과 백플레이트(1221)를 분리하는 갭 거리의 결과적인 변화는 2개의 소자에 걸쳐서 변화하는 전압에 의해 초래된다. 감지 전자부품 블럭(1204)은 입사 사운드 파의 오디오 정보를 포함하는 출력 신호를 제공하기 위해서 이러한 변화하는 전압 신호를 처리한다.The sensing electronics block 1204 is also attached to the support structure 1202. The sensing electronics block 1204 is connected to the MEMS structure 1201. The sensing electronics block 1204 is configured to sense a varying voltage across the membrane 1211 and backplate 1221. Sound signals incident on the membrane deflect the membrane. The resulting change in gap distance separating the membrane 1211 and the backplate 1221 is caused by a varying voltage across the two elements. The sensing electronics block 1204 processes this varying voltage signal to provide an output signal comprising audio information of the incident sound wave.

도 12의 특정 실시예에 있어서, 멤브레인(1211)은 조절 가능한 통기 개구부(1208)를 포함한다. 멤브레인(1211)은 압력(A)을 갖는 공간(1205)을 압력(B)을 갖는 공간(1206)으로부터 분리한다. 일 실시예에 있어서 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 캔틸레버로 구성된다. 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 기계적으로 작동되어, 큰 압력차로 인해서 공간(1205)과 공간(1206) 사이에서 A에서 B 또는 B에서 A로 편향된다. MEMS 구조물(1201)의 감지 영역에서의 압력 신호를 위해서, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 매우 적게 편향되거나 편향되지 않는다.In the particular embodiment of FIG. 12, the membrane 1211 includes an adjustable vent opening 1208. The membrane 1211 separates the space 1205 having the pressure A from the space 1206 having the pressure B. In one embodiment, the adjustable vent opening 1208 is comprised of a cantilever. The adjustable vent opening 1208 is mechanically actuated to deflect A to B or B to A between the space 1205 and the space 1206 due to the large pressure difference. For pressure signals in the sensing region of the MEMS structure 1201, the adjustable vent opening 1208 is very less biased or deflected.

다양한 실시예에 있어서, MEMS 구조물(1201)은 기판을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 기판은 지지 구조물(1202) 또는 별개의 기판일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 구조물은 인쇄 회로 기판(PCB), 또는 장치 하우징의 일부로서 플라스틱 또는 라미네이트 구조물일 수 있다.In various embodiments, the MEMS structure 1201 may comprise a substrate. In various embodiments, the substrate may be a support structure 1202 or a separate substrate. In another embodiment, the support structure may be a printed circuit board (PCB), or a plastic or laminate structure as part of the device housing.

또 다른 실시예에 있어서, 사운드 포트(1207)는 백플레이트(1221)를 갖는 측면과 대향하는 공간(1205)에서 멤브레인(1211)에의 접근을 제공할 수 있으며, 또는 사운드 포트(1207)는 백플레이트(1221)와 동일 측면의 공간(1206)에서 멤브레인(1211)에의 접근을 제공할 수 있다(예를 들면 뚜껑 구조물(1203)을 통해서). 이러한 특정 실시예에 있어서, 공간(1205)은 밀봉되며, 지지 구조물(1202) 내의 사운드 포트(1207)는 존재하지 않는다.In another embodiment, the sound port 1207 may provide access to the membrane 1211 in a space 1205 opposite the side with the backplate 1221, (E.g., through the lid structure 1203) in a space 1206 that is on the same side of the membrane 1221 as the membrane 1212. In this particular embodiment, the space 1205 is sealed, and the sound port 1207 in the support structure 1202 is not present.

따라서, 상술한 실시예들은 멤브레인 내의 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 이것은 단지 하나의 가능한 위치이다. 도 13a 내지 도 13d에 대해서 설명한 바와 같이, 통기 개구부는 장치의 다른 부분에 위치될 수 있다.Thus, the embodiments described above include an adjustable vent opening in the membrane. This is just one possible location. 13A to 13D, the ventilation openings can be located in different parts of the apparatus.

도 13a는 조절 가능한 통기 개구부(1208)가 지지 구조물(1202) 내에 합체되어 있는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 이러한 경우에, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 공간(1205)과 공간(1206) 사이의 압력차에 의해 작동될 것이다. MEMS 구조물(1201) 내의 멤브레인(1211)이 모든 통기 개구부를 제공할 수 없을지라도, 지지 구조물(1202) 내의 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 상술한 3개의 케이스의 문제점을 해결하기 위해서 필요한 압력의 감소를 제공할 것이다. 필요하다면, 지지 구조물(1202)의 일부분으로서, 멤브레인(1211)의 일부분인 경우보다 큰 조절 가능한 통기 개구부(1208)를 제조하는 것도 가능하다. 구멍의 사이즈는 0.1 ㎜ 내지 1 ㎜의 범위일 수 있으며, 단면 형상이 다양할 수 있다(예를 들면, 원형, 직사각형, 정사각형).FIG. 13A is a diagram illustrating one embodiment of the present invention in which adjustable vent opening 1208 is incorporated within support structure 1202. FIG. In this case, the adjustable vent opening 1208 will be operated by a pressure differential between the space 1205 and the space 1206. Although the membrane 1211 in the MEMS structure 1201 is not capable of providing all the ventilation openings, the adjustable ventilation openings 1208 in the support structure 1202 provide a reduction in pressure required to overcome the problems of the three cases described above. . ≪ / RTI > If desired, it is also possible, as part of the support structure 1202, to produce an adjustable vent opening 1208 that is larger than that of a portion of the membrane 1211. The size of the hole may range from 0.1 mm to 1 mm, and the cross-sectional shape may vary (e.g., round, rectangular, square).

도 13b는 조절 가능한 통기 개구부(1208)가 뚜껑 구조물(1203) 내에 합체되어 있는 장치 하우징(1200)을 갖는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 13a와 유사하게, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 공간(1205)과 공간(1206) 사이에서의 압력의 감소를 제공한다. 뚜껑 구조물(1203)에 위치된 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 많은 치수 및 구성으로 될 수 있다. 뚜껑 구조물(1203)에 개구부(1208)를 위치시키면 장치 하우징(1200)의 상부에의 접근을 용이하게 하는 장점을 제공한다.13B is a diagram illustrating an embodiment of the present invention having an apparatus housing 1200 with an adjustable vent opening 1208 incorporated within a lid structure 1203. [ Similar to FIG. 13A, the adjustable vent opening 1208 provides a reduction in pressure between the space 1205 and the space 1206. The adjustable vent opening 1208 located in the lid structure 1203 can be of many dimensions and configurations. Placing the opening 1208 in the lid structure 1203 provides the advantage of facilitating access to the top of the device housing 1200.

도 13c는 MEMS 구조물(1201)의 단면을 도시하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. MEMS 구조물(1201)은 백플레이트(1221), 멤브레인(1211), 공간 층(1209) 및 지지 구조물(1202)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 백플레이트(1221)상에 합체된다. 또한, 백플레이트(1221)는 백플레이트 천공 구멍(1210)을 포함한다. 멤브레인(1211)은 압력(A)을 갖는 공간(1205)을 압력(B)을 갖는 공간(1206)으로부터 분리한다. 조절 가능한 통기 개구부(1208)는, 압력차가 크다면 공간(1205) 내의 압력(A)으로부터 공간(1206) 내의 압력(B)까지의 압력차를 감소시키는 루트를 제공할 수 있다. 수동형 조절 가능한 통기 개구부(1208)의 성질은 상술한 3개의 케이스에 의해 설명되었다. 전형적인 감지에 있어서, 수동형 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 폐쇄되어 유지될 것이다. 공간 층(1209)은 모든 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 공간 층(1209)은 실리콘, 산화물, 폴리머 또는 몇몇 복합체일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 지지 구조물(1202)은 기판을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 구조물(1202)은 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 지지 구조물(1202)은 플라스틱 또는 라미네이트 재료를 포함한다.13C is a diagram illustrating an embodiment of the present invention illustrating a cross-section of a MEMS structure 1201. FIG. The MEMS structure 1201 includes a backplate 1221, a membrane 1211, a spacer layer 1209 and a support structure 1202. In one embodiment, the adjustable vent opening 1208 is incorporated onto the back plate 1221. Further, the back plate 1221 includes a back plate perforation hole 1210. [ The membrane 1211 separates the space 1205 having the pressure A from the space 1206 having the pressure B. The adjustable vent opening 1208 may provide a route to reduce the pressure differential from pressure A in space 1205 to pressure B in space 1206 if the pressure difference is large. The nature of the manually adjustable vent opening 1208 has been described by the three cases described above. In a typical sensing, the passively adjustable vent opening 1208 will remain closed. The space layer 1209 may comprise any material. In some embodiments, the spacer layer 1209 can be silicon, oxide, polymer or some composite. In one embodiment, the support structure 1202 may comprise a substrate. In another embodiment, the support structure 1202 includes a printed circuit board (PCB). In yet another embodiment, the support structure 1202 comprises a plastic or laminate material.

도 13d는 하우징(1230)을 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 하우징(1230)은 장치 하우징(1200), 사운드 포트(1207), 압력 바이패스 포트(1237) 및 조절 가능한 통기 개구부(1238)를 포함한다. 장치 하우징은 MEMS 구조물(1201), 지지 구조물(1202), 뚜껑 구조물(1203) 및 감지 전자장치 블럭(1204)을 포함한다. MEMS 구조물(1201)은 백플레이트(1221) 및 멤브레인(122)을 포함한다. 멤브레인은 압력(A)을 갖는 공간(1205)을 압력(B)을 갖는 공간(1206)으로부터 분리한다. 조절 가능한 통기 개구부(1238)는 공간(1205)을 압력(C)을 갖는 공간(1236)으로부터 분리한다. 압력 바이패스 포트(1237) 및 조절 가능한 통기 개구부(1238)의 조합은 공간(1205)에서의 압력(A)과 공간(1206)에서의 압력(B) 또는 공간(1236)에서의 압력(C) 사이에서 큰 압력차를 갖는 공간(1205) 내의 사운드 포트(1207)에 들어가는 신호를 공간(1236)으로 감소시키는 루트를 제공한다. 이러한 실시예는, 조절 가능한 통기 개구부를 장치 또는 MEMS 구조물 내에 합체시킬 필요가 없지만, 다양한 분야에서 하우징의 일부분으로서 효율적으로 기능할 수 있다는 것을 증명한다.FIG. 13D is a diagram illustrating an embodiment of the present invention including a housing 1230. FIG. The housing 1230 includes a device housing 1200, a sound port 1207, a pressure bypass port 1237, and an adjustable vent opening 1238. The device housing includes a MEMS structure 1201, a support structure 1202, a lid structure 1203, and a sensing electronics block 1204. The MEMS structure 1201 includes a back plate 1221 and a membrane 122. The membrane separates the space 1205 having the pressure A from the space 1206 having the pressure B. The adjustable vent opening 1238 separates the space 1205 from the space 1236 having the pressure C. The combination of the pressure bypass port 1237 and the adjustable vent opening 1238 is determined by the pressure A in the space 1205 and the pressure B in the space 1206 or the pressure C in the space 1236. [ Providing a route to reduce the signal into the space 1236 into the sound port 1207 in the space 1205 having a large pressure difference between the two. This embodiment demonstrates that the adjustable vent opening need not be incorporated into the device or MEMS structure, but can function efficiently as part of the housing in a variety of applications.

도 14a 및 도 14b는 MEMS 구조물(1400)을 포함하는 변형 실시예를 도시하는 도면이다. 도 14a는 원주를 중심으로 스프링에 의해 지지된 멤브레인(1401)을 포함하는 구조물(1400)의 평면도를 도시하는 도면이다. 스프링은 슬롯(1402)이 선택 부분으로부터 제거되어 있는 멤브레인(1401)으로 구성된다. 도시된 바와 같이, 캔틸레버는 스프링-형상 갭에 의해 둘러싸이며, 그 결과 갭 중 적어도 2개 부분은 캔틸레버의 영역(이 경우에 각 측면)에 인접한다. 슬롯은 사각형 코너에 의해 연결된 것으로 도시되어 있는 반면에, 이들 코너는 대안으로 둥근형일 수 있다.Figs. 14A and 14B are views showing an alternative embodiment including a MEMS structure 1400. Fig. 14A is a top view of a structure 1400 including a membrane 1401 supported by a spring about a circumference. The spring comprises a membrane 1401 in which the slot 1402 is removed from the selection. As shown, the cantilevers are surrounded by a spring-shaped gap such that at least two of the gaps are adjacent to the region of the cantilever (in this case, each side). The slots are shown as being connected by a square corner, while these corners may alternatively be round.

도 14b는 벤트가 개방된 위치에 있는 경우의 도 14a의 절취선 14b-14b를 따라 취한 단면도이다. 멤브레인(1401)은 압력(A)을 갖는 공간(1406)을 압력(B)을 갖는 공간(1407)으로부터 분리한다. 슬롯(1402)의 폭은 개구부 갭(1404)에 의해 주어진다. 멤브레인(1401)은 기판(1405)에 부착된다. 도 14b에서, 멤브레인은 큰 변위로 도시되어 있으며, 여기에서 공간(1406)에서의 압력(A)은 공간(1407)에서의 압력(B0보다 상당히 크다. 이러한 높은 압력차의 경우에, 멤브레인(1401)은 멤브레인 두께 보다 더 편향되어, 크게 증가된 통기를 제공한다.14B is a cross-sectional view taken along the perforated line 14b-14b of FIG. 14A when the vent is in the open position. The membrane 1401 separates the space 1406 having the pressure A from the space 1407 having the pressure B. The width of the slot 1402 is given by the opening gap 1404. The membrane 1401 is attached to the substrate 1405. 14B, the membrane is shown as a large displacement, wherein the pressure A in the space 1406 is considerably greater than the pressure B0 in the space 1407. In the case of this high pressure difference, the membrane 1401 Is more deflected than the membrane thickness, providing a greatly increased vent.

도 12, 도 13a 내지 도 13d, 도 14a 및 도 14b는, 조절 가능한 통기 개구부가 MEMS 구조물, 장치 하우징, 패키지, 기판의 임의의 부분, 또는 전체 시스템의 임의의 부분에 합체될 수 있다는 것을 강조하는 표현 의도를 갖는 다수의 실시예로 본 발명을 실시할 수 있다는 것을 증명한다. 이들 예에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부는 제 2 공간으로부터 멤브레인과 접촉하는, 통상적으로 멤브레인의 대향하는 측면과 접촉하는 제 1 공간을 분리한다. 그러나, 제 2 공간이 멤브레인의 대향하는 측면과 접촉될 필요는 없다.12, 13A-13D, 14A, and 14B illustrate that the adjustable vent opening may be incorporated into any part of the MEMS structure, device housing, package, any portion of the substrate, or the entire system And that the present invention may be practiced in a number of embodiments having an express intent. In these examples, the adjustable vent opening separates a first space in contact with the membrane from the second space, typically in contact with the opposite side of the membrane. However, the second space need not be in contact with the opposite side of the membrane.

본 기술 분야에 숙련된 자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 조절 가능한 통기 개구부는 상술한 3개의 케이스에서 보다 좋은 성능을 위해서 복수의 조절 가능한 통기 개구부를 종종 포함한다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예는, 상술된 구조물 중 어느 하나에 또는 상술된 구조물(예를 들면, 멤브레인, 백플레이트, 기판, 지지 구조물, 뚜껑 구조물, 하우징, 패키징 등등)의 임의의 조합에 포함된 복수의 조절 가능한 통기 개구부를 포함할 것이다.As can be appreciated by those skilled in the art, adjustable vent openings often include a plurality of adjustable vent openings for better performance in the three cases described above. Accordingly, certain embodiments of the present invention may be incorporated into any one of the above structures or any combination of the structures described above (e.g., membrane, back plate, substrate, support structure, lid structure, housing, A plurality of adjustable vent openings.

비록 본 발명 및 본 발명의 장점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 치환 및 변경이 본 명세서에서 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다.Although the present invention and its advantages have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and alterations can be made herein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims do.

115 : 접속 영역 120 : 백플레이트
130 : 멤브레인 238 : 통기 개구부
240 : 공기 갭 355 : 격리 지지체
400 : MEMS 구조물 410 : 기판
440 : 스페이서 633 : 감지 영역
636 : 조정 영역 900 : MEMS 구조물
901 : 멤브레인 902 : 백플레이트
903 : 통기 개구부 904 : 갭 거리
905 : 제 1 공간 906 : 제 2 공간115: connection area 120: back plate
130: membrane 238: vent opening
240: air gap 355:
400: MEMS structure 410: substrate
440: Spacer 633: Sensing area
636: Regulating area 900: MEMS structure
901: Membrane 902: Back plate
903: ventilation opening 904: gap distance
905: first space 906: second space

Claims (6)

MEMS 장치에 있어서,
백플레이트와, 상기 백플레이트로부터 갭 거리로 이격된 멤브레인을 포함하는 MEMS 구조물과,
상기 MEMS 구조물을 둘러싸는 하우징과,
상기 멤브레인에 음향적으로 커플링된 사운드 포트와,
상기 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 제 2 공간 사이에서의 압력차를 감소시키도록 구성된, 상기 하우징 내의 조절 가능한 통기 개구부를 포함하고,
상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동적으로 작동되어, 상기 조절 가능한 통기 개구부가 상기 조절 가능한 통기 개구부에 작용하는 상기 압력차에 의해 기계적으로 작동되는
MEMS 장치.In a MEMS device,
A MEMS structure including a back plate and a membrane spaced from the back plate by a gap distance;
A housing surrounding the MEMS structure,
A sound port acoustically coupled to the membrane,
An adjustable vent opening in the housing configured to reduce a pressure differential between a first space and a second space in contact with the membrane,
Wherein the adjustable vent opening is passively operated as a function of the pressure difference between the first space and the second space such that the adjustable vent opening is mechanically actuated by the pressure difference acting on the adjustable vent opening
MEMS device. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 조절 가능한 통기 개구부는 캔틸레버를 포함하는
MEMS 장치.The method according to claim 1,
Wherein the adjustable vent opening comprises a cantilever
MEMS device. 제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 뚜껑을 포함하며,
상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 뚜껑 내에 있는
MEMS 장치.The method according to claim 1,
The housing includes a lid,
Wherein the adjustable vent opening is located within the lid
MEMS device. 제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 기판을 포함하며,
상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 기판 내에 있는
MEMS 장치.The method according to claim 1,
The housing comprising a substrate,
Wherein the adjustable vent opening is located within the substrate
MEMS device. 제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 인쇄 회로 기판을 포함하며,
상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 인쇄 회로 기판 내에 있는
MEMS 장치.The method according to claim 1,
The housing includes a printed circuit board,
Wherein the adjustable vent opening is located within the printed circuit board
MEMS device.
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