KR101959603B1 - Mems 장치 및 공정 - Google Patents

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쳐크 호엑스트라
유안 보이드
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Abstract

본 출원은 MEMS 장치, 특히 MEMS 용량성 트랜스듀서, 및 음향적 쇼크에 증가된 강건성 및 탄성을 제공하는 그러한 MEMS 트랜스듀서를 형성하는 공정에 관한 것이다. 본 출원은 제1 볼륨(109)과 제2 볼륨(110) 사이에 지지되는 가요성 멤브레인(101)을 갖는 트랜스듀서 구조를 설명한다. 트랜스듀서 구조는 상기 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나와 소통하는 적어도 하나의 가변 벤트 구조(401)를 포함하고, 상기 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 그것을 가로지르는 압력차에 응답하여 상기 벤트 구조를 통하는 유로의 크기를 변화시키도록 이동할 수 있다. 가변 벤트는 멤브레인을 통하여 형성될 수 있고, 이동가능한 부분은 멤브레인의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있는 하나 이상의 채널에 의해 정해진 멤브레인의 부분일 수 있다. 가변 벤트는 바람직하게는 정상 범위의 압력차에서 폐쇄되지만 높은 압력차에서 멤브레인 위와 아래의 공기의 보다 빠른 등화를 제공하기 위해 개방된다.

Description

MEMS 장치 및 공정{MEMS DEVICE AND PROCESS}
본 발명은 마이크로 일렉트로 메커니컬 시스템 (MEMS) 장치 및 공정, 특히 트랜스듀서, 예를 들어 용량성 마이크로폰에 관련한 MEMS 장치 및 공정에 관한 것이다.
다양한 MEMS 장치는 점점 더 대중화되고 있다. MEMS 트랜스듀서, 및 특히 MEMS 용량성 마이크로폰은 이동 전화 및 휴대용 컴퓨팅 장치와 같은 휴대용 장치에 갈수록 더 사용되고 있다.
MEMS 제조 공정을 사용하여 형성된 마이크로폰 장치는 전형적으로 멤브레인 상에 피착된 판독/구동용 전극이 있는 하나 이상의 멤브레인 및/또는 기판을 포함한다. MEMS 압력 센서 및 마이크로폰의 경우에, 판독은 보통 전극들 간의 용량을 측정함으로써 달성된다. 출력 트랜스듀서의 경우에, 멤브레인은 전극 양단에 인가된 전위차를 변화시킴으로써 발생된 정전기력에 의해 이동된다.
도 1a 및 도 1b는 각각 공지된 용량성 MEMS 마이크로폰 장치(100)의 개략도 및 사시도를 도시한다. 용량성 마이크로폰 장치(100)는 음향 파에 의해 발생된 압력차에 응답하여 자유로이 이동하는 가요성 멤브레인을 형성하는 멤브레인층(101)을 포함한다. 제1 전극(102)은 가요성 멤브레인에 기계적으로 결합되고, 그들은 함께 용량성 마이크로폰 장치의 제1 용량성 플레이트를 형성한다. 제2 전극(103)은 일반적으로 단단한 구조 층 또는 백플레이트(104)에 기계적으로 결합되고, 이들은 함께 용량성 마이크로폰 장치의 제2 용량성 플레이트를 형성한다. 도 1a에 도시한 예에서, 제2 전극(103)은 백플레이트 구조(104) 내에 매립된다.
용량성 마이크로폰은 기판(105), 예를 들어 그 위에 상부 및 하부 산화물층(106, 107)이 형성된 실리콘 웨이퍼 상에 형성된다. 기판 내에 있고 어떤 위에 놓인 층에 있는 캐비티(108)(이후에 기판 캐비티라고 함)는 멤브레인 아래에 제공되고, 기판(105)을 통한 "백-에치"를 사용하여 형성될 수 있다. 기판 캐비티(108)는 멤브레인 바로 아래에 위치한 제1 캐비티(109)와 연결된다. 이들 캐비티(108 및 109)는 총괄하여 음향적 볼륨을 제공하므로 음향적 자극에 응답하여 멤브레인의 이동을 가능하게 한다. 제1 및 제2 전극(102 및 103) 사이에 제2 캐비티(110)가 삽입된다.
제1 캐비티(109)는 제조 공정 중에 제1 희생층을 사용하여, 즉 후속하여 제거될 수 있는 제1 캐비티를 정하는 재료를 사용하여, 제1 희생 재료 위에 멤브레인층(101)을 피착하여 형성될 수 있다. 희생층을 사용하여 제1 캐비티(109)를 형성한다는 것은 기판 캐비티(108)의 에칭은 멤브레인의 직경을 정하는데 어떤 역할을 하지 않는다는 것을 의미한다. 대신에, 멤브레인의 직경은 제2 캐비티(110)의 직경(결국 제2 희생층의 직경에 의해 정해질 수 있음)과 조합하여 제1 캐비티(109)의 직경(결국 제1 희생층의 직경에 의해 정해짐)에 의해 정해진다. 제1 희생층을 사용하여 형성된 제1 캐비티의 직경(109)은 습식 에칭 또는 건식 에칭을 사용하여 수행되는 백-에치 공정의 직경보다 더 정확하게 제어될 수 있다. 그러므로, 기판 캐비티(108)를 에칭하면 멤브레인(101) 아래에 있는 기판의 표면에 개구가 정해질 것이다.
이후에 블리드 홀(111)이라고 하는 복수의 홀은 제1 캐비티(109)와 제2 캐비티(110)를 연결한다.
언급된 바와 같이 멤브레인은 제1 희생 재료 위에 적어도 하나의 멤브레인층(101)을 피착함으로써 형성될 수 있다. 이런 식으로 멤브레인층(들)의 재료는 지지 구조, 즉 멤브레인을 지지하는 측벽 내로 연장할 수 있다. 멤브레인 및 백플레이트층은 실질적으로 서로 동일한 재료로 형성될 수 있고, 예를 들어 멤브레인과 백플레이트 둘 다는 질화 실리콘층을 피착함으로써 형성될 수 있다. 멤브레인층은 요구된 가요성을 갖도록 치수화될 수 있는 반면 백플레이트는 더 두껍게 피착될 수 있으므로, 보다 단단한 구조가 된다. 부가적으로 다양한 다른 재료 층이 그 특성을 제어하기 위해 백플레이트(104)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 질화 실리콘 재료계의 사용은 여러가지 면에서 유리하지만, 다른 재료가 사용될 수 있고, 예를 들어 폴리실리콘 멤브레인을 사용하는 MEMS 트랜스듀서가 공지되어 있다.
어떤 응용에서, 마이크로폰은 사용시에 입사 음향이 백플레이트를 통해 수신되도록 배열될 수 있다. 이러한 예에서 이후에 음향 홀(112)이라고 하는, 또 다른 복수의 홀이 공기 분자의 자유 이동을 가능하게 하도록 백플레이트(104) 내에 배열되어, 음향 파가 제2 캐비티(110)에 들어오게 할 수 있다. 기판 캐비티(108)와 공동으로 제1 및 제2 캐비티(109 및 110)는 백플레이트(104)에 음향 홀(112)을 통해 들어오는 음향 파에 응답하여 멤브레인(101)이 이동하게 한다. 이러한 예에서 기판 캐비티(108)는 통상적으로 "백 볼륨"이라고 하고, 그것은 실질적으로 밀봉될 수 있다.
다른 응용에서, 마이크로폰은 음향이 사용시에 기판 캐비티(108)를 통해 수신될 수 있도록 배열될 수 있다. 이러한 응용에서, 백플레이트(104)는 제2 캐비티와 백플레이트 상의 또 다른 볼륨 사이에 공기가 자유롭게 이동하게 하기 위해 복수의 홀을 전형적으로 여전히 구비한다.
도 1은 기판(105)에 대해 멤브레인의 반대 측 상에 지지된 백플레이트(104)를 도시하지만, 백플레이트(104)가 그 위에 지지된 멤브레인층(101)이 있는 기판에 가장 가깝게 형성되는 배열이 공지되어 있다는 점에 또한 주목하여야 한다.
사용시에, 마이크로폰에 입사하는 압력 파에 대응하는 음향 파에 응답하여, 멤브레인은 그것의 평형 위치로부터 약간 변형된다. 하부 전극(102)과 상부 전극(103) 간의 거리는 대응하여 변경되어, 후속하여 전자 회로(도시 안됨)에 의해 검출된 2개의 전극 사이의 용량의 변화를 일으킨다. 블리드 홀은 제1 및 제2 캐비티 내의 압력이 예를 들어, 온도 변화 등으로부터 일어나는, 저주파수 압력 변화의 영향을, 원하는 음향 주파수에서의 감도에 영향을 주지 않고, 감소시키는 비교적 긴 기간(음향 주파수 기간)에 걸쳐 동일하게 한다.
도 1에 도시한 트랜스듀서는 멤브레인층(101)을 지지하는 실질적으로 수직인 측벽이 백플레이트(104)로부터 이격된 관계로 도시된다. 피착 공정의 성질이 주어지면 멤브레인을 형성하는 재료 층 내에 형성된 코너에 높은 응력 집중을 일으킬 수 있다. 경사지거나 기울어진 측벽은 응력 집중을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 응력 집중을 감소시키는 방식으로 멤브레인을 지지하는데 도움을 주는 컬럼과 같은 복수의 지지 구조를 포함하는 것이 공지되어 있다. 도 2a 및 도 2b는 각각 유사한 소자들이 도 1에 사용된 것과 동일한 번호로 표시되는, MEMS 마이크로폰 구조의 주변부를 사시도 및 단면도로 도시한다.
이 예에서, MEMS 장치(200)는 이 예에서 멤브레인의 주변 주위에 배열된, 지지 컬럼으로서 형성된 복수의 지지 구조(201)로 형성된다. 컬럼은 기판(105)이 멤브레인층(101)을 형성하는 재료를 피착하기 전에 복수의 영역에서 노출되도록 제1 캐비티(109)를 정하는 데 사용되는 제1 희생 재료를 패터닝함으로써 형성된다(도 2b는 기판 바로 위에 피착된 하나의 멤브레인층을 도시하지만 기판 상에 다양한 중간 층이 있을 수 있고 멤브레인은 복수의 멤브레인층을 피착함으로써 형성될 수 있다는 것을 알 것이다). 마찬가지로 제2 캐비티(110)를 정하는 데 사용된 제2 희생 재료는 멤브레인층(101)이 백플레이트층의 재료을 피착하기 전에 동일한 층에서 노출되도록 패터닝된다. 이것은 복수의 컬럼이 멤브레인의 주변 주위에 형성되게 하여 멤브레인에 지지부를 제공하지만 도 1에 도시한 배열과 비교하여 감소된 응력 집중을 갖게 한다. 컬럼은 바람직하게는 응력를 최소화하기 위해 계단 형태의 프로필 및/또는 경사진 측벽으로 형성된다. 이 공정은 컬럼의 영역 내의 백플레이트층의 상부 표면에 딤플을 생성하게 할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 것들과 같은 MEMS 트랜스듀서는 보통 휴대용 장치를 포함하는 범위의 장치에서 사용될 수 있다. 특히 휴대용 장치로 사용될 때 MEMS 트랜스듀서는 장치의 예상된 취급 및 사용에 견디도록 충분히 강한 것이 바람직하다. 그러므로 MEMS 장치의 탄성을 개선시키는 것이 일반적인 요구이다.
그러므로 본 발명은 MEMS 장치의 강건성 및/또는 탄성을 개선시키는 것에 관련된다.
따라서 본 발명의 한 양태에 따르면, 가요성 멤브레인 및 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하고 상기 가변 벤트 구조는 상기 멤브레인을 가로지르는 압력차에 따라 변화하는 크기를 갖는 유로를 제공하는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다.
상기 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 그것을 가로지르는 압력차에 응답하여 상기 벤트 구조를 통하여 유로의 크기를 변화시키도록 이동할 수 있다.
상기 적어도 하나의 이동가능한 부분의 평형 위치는 유로의 최소 크기에 대응할 수 있다. 상기 평형 위치는 실질적으로 폐쇄된 상기 유로에 대응할 수 있다.
상기 가요성 멤브레인은 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지될 수 있고 상기 유로는 상기 제1 볼륨과 상기 제2 볼륨 사이에 있을 수 있다. 적어도 하나의 가변 벤트 구조는 상기 가요성 멤브레인 내에 형성될 수 있고 상기 유로는 상기 멤브레인을 통하는 경로이다. 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 상기 멤브레인 내의 홀을 노출시키도록 이동할 수 있고 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있는 상기 멤브레인의 부분을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인의 상기 이동가능한 부분은 상기 멤브레인을 통해 이어지는 하나 이상의 채널에 의해 정해질 수 있다. 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 형태가 일반적으로 삼각형, 원형 또는 직사각형일 수 있다. 어떤 예에서 상기 이동가능한 부분은 빔 구조를 통해 상기 멤브레인의 나머지에 연결될 수 있다. 상기 빔 구조는 상기 이동가능한 부분이 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향되게 하도록 트위스트될 수 있다.
상기 빔 구조는 비직선 경로, 즉 구불구불한 경로를 가질 수 있고, 예를 들어, 상기 빔 구조의 적어도 일부는 구불구불한 경로를 가질 수 있고 또는 상기 빔 구조는 상기 빔의 평면 내에서, 직각 만곡부와 같은 하나 이상의 만곡부를 포함할 수 있다. 상기 빔 구조는 상기 이동가능한 부분과 상기 멤브레인의 나머지 사이에 위치한 적어도 하나의 비틀림 스프링을 포함할 수 있다. 그러므로, 상기 이동가능한 부분은 스프링, 즉 댐핑 구조를 통해 상기 멤브레인의 나머지에 연결될 수 있고, 상기 스프링 구조는 상기 이동가능한 부분이 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향되게 하도록 트위스트할 수 있다.
상기 빔 구조는 부가적으로 또는 대안적으로 상기 이동가능한 부분이 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리, 예를 들어 상기 멤브레인에 실질적으로 수직인 방향으로 편향되게 하도록 만곡할 수 있다. 상기 빔 구조는 리프 스프링을 포함할 수 있고/있거나 구불구불한 경로를 가질 수 있다.
적어도 하나의 가변 벤트 구조는 적어도 2개의 이동가능한 부분을 포함할 수 있고, 상기 적어도 2개의 이동가능한 부분은 상기 멤브레인 내의 홀을 노출시키도록 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있다.
어떤 실시 형태에서 상기 이동가능한 부분은 상기 멤브레인 내의 상기 홀을 갖는 상기 멤브레인의 일부를 포함할 수 있고, 상기 멤브레인은 고정된 플러그 부분에 대해 이동할 수 있다. 상기 고정된 플러그 부분은 그것의 평형 위치에서 상기 멤브레인의 평면에 놓일 수 있고 상기 트랜스듀서 구조에 대해 지지될 수 있다. 상기 플러그 부분은 상기 기판으로부터 지지될 수 있고 상기 기판은 상기 플러그 부분을 위한 지지부 부근에 상기 기판을 통하는 채널을 가질 수 있고 또는 상기 플러그 부분은 상기 백플레이트로부터 지지될 수 있다. 상기 플러그 부분은 상기 멤브레인과 동일한 재료로 형성될 수 있고/있거나 상기 멤브레인보다 두꺼울 수 있다.
적어도 하나의 가변 벤트 구조는 상기 멤브레인을 우회하는 유로를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 유로는 상기 트랜스듀서 구조의 측벽의 적어도 일부를 통해 이어질 수 있다.
적어도 하나의 가변 벤트는 상기 제1 및/또는 제2 볼륨 중 하나로부터 상기 제1 및/또는 제2 볼륨 밖까지의 유로를 가질 수 있다.
상기 가변 벤트는 제1 임계값 아래의 압력차에서, 상기 이동가능한 부분이 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 완전히 편향되지 않도록 구성될 수 있다. 제1 임계값 아래의 압력차에서 평형 위치로부터의 상기 이동가능한 부분의 이동은 실질적으로 없을 수 있다. 상기 제1 임계값은 150Pa보다 클 수 있고 1kPa보다 클 수 있다. 상기 가변 벤트는 실질적으로 0Pa - 200Pa 범위의 압력차에 대해 유로 크기의 상당한 변화를 제공하지 않을 수 있다.
상기 가변 벤트는 상기 이동가능한 부분을 가로지르는 상기 압력차와 비선형 관계를 갖는 상기 벤트를 통한 유로의 크기를 제공할 수 있다.
상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 제2 임계값 위의 압력차에서 평형 위치로부터의 이동가능한 부분의 실질적인 이동이 있도록 구성될 수 있다. 상기 제2 임계값은 100kPa 보다 낮을 수 있다. 상기 가변 벤트는 평형 상태에서의 유로 크기와 비교하여, 100kPa - 200kPa의 범위에서의 압력차에 대한 유로에서의 상당한 증가를 실질적으로 제공할 수 있다. 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 적어도 100kPa의 상기 이동가능한 부분을 가로지르는 압력차에 응답하여 이동할 수 있다.
상기 트랜스듀서는 백플레이트 구조를 포함할 수 있고, 상기 가요성 멤브레인층은 상기 백플레이트 구조에 대해 지지된다. 상기 백플레이트 구조는 상기 백플레이트 구조를 통하는 복수의 홀을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가변 벤트 구조가 상기 가요성 멤브레인층 내에 형성될 때 상기 백플레이트 구조를 통하는 홀들 중 적어도 하나가 상기 가요성 멤브레인층 내의 가변 벤트 구조의 위치에 대응하는 위치에서 벤트 홀을 포함할 수 있다. 상기 백플레이트 내의 벤트 홀의 영역은 상기 가요성 멤브레인 내의 상기 가변 벤트가 먼저 개방하는 위치에서 상기 가요성 멤브레인 내의 상기 벤트의 개구의 영역으로부터 멀리 측방향으로 연장할 수 있다. 적어도 하나의 가변 벤트 구조가 상기 가요성 멤브레인층 내에 형성되고 빔 구조를 통해 상기 멤브레인의 나머지에 연결된 이동가능한 부분을 포함하고 빔 구조가 상기 가요성 멤브레인을 통해 이어지는 채널에 의해 정해질 때; 사용시 상기 멤브레인을 통하는 상기 가변 유로의 부분을 형성하지 않는 상기 멤브레인 내의 채널의 위치는 상기 백플레이트 구조 내의 상기 복수의 홀들 중 어느 것의 위치와도 실질적으로 중첩하지 않도록 배열될 수 있다.
상기 트랜스듀서는 마이크로폰과 같은 용량성 센서일 수 있다. 상기 마이크로폰은 판독, 즉 증폭, 회로를 포함할 수 있다. 상기 트랜스듀서는 사운드 포트, 즉 음향 포트를 갖는 패키지 내에 위치할 수 있다. 상기 트랜스듀서는 휴대용 장치; 배터리로 구동되는 장치; 오디오 장치; 컴퓨팅 장치; 통신 장치, 퍼스널 미디어 플레이어; 이동 전화; 태블릿 장치; 게임 장치; 및 음성 제어 장치 중 적어도 하나일 수 있는 전자 장치에서 구현될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 가요성 멤브레인을 갖는 MEMS 트랜스듀서를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인을 갖는 구조를 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나와 소통하는 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 그것을 가로지르는 압력차에 응답하여 상기 벤트 구조를 통하는 유로의 크기를 변화시키도록 이동할 수 있는 방법을 제공한다.
상기 방법은 위에 논의된 실시 형태의 어느 것에 따라 트랜스듀서를 형성하는 데 사용될 수 있다. 특히 상기 방법은 상기 가요성 멤브레인의 적어도 일부를 형성하기 위해 멤브레인층을 형성하는 단계 및 상기 멤브레인층 내에 적어도 가변 벤트 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가변 벤트 구조를 형성하는 단계는 상기 멤브레인의 부분이 압력차에 응답하여 상기 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있도록 상기 멤브레인을 통하는 적어도 하나의 채널을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, MEMS 트랜스듀서로서,
제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인을 포함하는 트랜스듀서 구조를 포함하고,
상기 트랜스듀서 구조는 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하고,
상기 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 그것을 가로지르는 높은 압력차에 응답하여 상기 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나로부터 기체를 통기하기 위한 유로를 제공하도록 이동할 수 있는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다.
다른 양태에서, MEMS 트랜스듀서로서,
가요성 멤브레인, 및
제1 범위의 압력차에서 실질적으로 폐쇄되고 제2 범위의 보다 높은 압력차에서 상기 멤브레인을 가로지르는 상기 압력차를 감소시키도록 개방하는 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다.
본 발명은 다른 양태에서,
제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인;
상기 제1 및 제2 볼륨을 연결하는 벤트 구조를 포함하고
상기 벤트는 상기 멤브레인을 가로지르는 압력차에 따라 변화하는 크기를 갖는 유로를 제공하는 MEMS 트랜스듀서를 제공한다.
또 다른 양태에서,
제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인;
상기 제1 및 제2 볼륨을 연결하고 상기 벤트를 통한 흐름 속도가 압력차에 대해 비선형이도록 구성된 벤트를 포함하는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다.
다른 양태에서, 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 멤브레인을 갖고 상기 제1 볼륨과 상기 제2 볼륨 사이의 음향 임피던스가 상기 볼륨들 간의 압력차에 따라 가변하는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다.
본 발명의 실시 형태는
제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인을 포함하는 트랜스듀서 구조를 포함하고,
상기 트랜스듀서 구조는 상기 제1 볼륨과 상기 제2 볼륨 사이의 유로의 크기를 변화시키기 위한 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하고,
상기 가변 벤트 구조는 표면에 대해 이동할 수 있는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 적어도 하나의 비틀림 스프링에 의해 상기 표면의 나머지에 연결되는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다. 상기 가변 벤트는 상기 가요성 멤브레인 내에 형성될 수 있다.
다른 양태는
제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인을 포함하는 트랜스듀서 구조를 포함하고,
상기 트랜스듀서 구조는 상기 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나와 소통하는 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하고,
상기 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 그것을 가로지르는 압력차에 응답하여 상기 벤트 구조를 통하는 유로의 크기를 변화시키도록 이동할 수 있는 MEMS 트랜스듀서를 제공한다.
상기 가변 벤트는 가변 어퍼쳐이므로 본 발명의 실시 형태는 또한 가요성 멤브레인; 및 상기 가요성 멤브레인을 가로지르는 압력차를 등화하기 위한 적어도 하나의 가변 어퍼쳐를 포함하는 MEMS 트랜스듀서를 제공한다.
일반적으로 적어도 하나의 가변 벤트를 포함하는 MEMS 트랜스듀서가 제공된다. 상기 MEMS 트랜스듀서는 용량성 마이크로폰일 수 있다. 상기 트랜스듀서는 가요성 멤브레인을 가질 수 있고 상기 가변 벤트는 상기 가요성 멤브레인 내에 형성될 수 있다.
본 발명이 첨부 도면을 참조하여 이제부터 단지 예로서 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 공지된 용량성 MEMS 트랜스듀서를 단면 및 절취 사시도로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 다른 공지된 용량성 MEMS 트랜스듀서의 평면, 단면 및 사시도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 고압 이벤트가 멤브레인에 어떻게 영향을 주는 지를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시 형태에 따른 가변 벤트 구조를 도시한다.
도 5는 벤트 구조의 차압 및 개방 정도에 대한 음향 컨덕턴스의 플롯을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 가변 벤트를 갖는 트랜스듀서의 멤브레인을 도시한다.
도 7은 적합한 가변 벤트 구조의 다른 실시 형태를 도시한다.
도 8a 내지 도 8f는 다른 적합한 벤트 구조를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 적합한 벤트 구조의 다른 예를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 복수의 가변 벤트 구조를 갖는 멤브레인의 평면도를 도시한다.
도 11은 멤브레인을 우회하는 유로 내의 가변 벤트를 갖는 트랜스듀서를 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 실시 형태에 따른 다른 가변 벤트 구조를 도시한다.
도 13은 가변 벤트 구조의 다른 실시 형태를 도시한다.
도 14a 내지 도 14h는 MEMS 트랜스듀서를 포함하는 패키지를 위한 다양한 배열을 도시한다.
상술한 바와 같이 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 MEMS 트랜스듀서는 다양한 여러 장치에서 유용하게 이용될 수 있고 이동 전화, 이동 컴퓨팅 장치 및/또는 퍼스널 미디어 플레이어 등과 같은 휴대용 전자 장치에서 사용하기 위해 갈수록 대중화되어 가고 있다.
휴대용 전자 장치에 유용하게 사용하기 위해서는 이러한 트랜스듀서는 장치를 갑자기 떨어뜨리는 것을 포함할 수 있는, 휴대용 장치의 예상된 취급 및 사용에 견딜 수 있어야 한다.
이동 전화와 같은 장치가 떨어지게 되면, 이것은 충격으로 인한 기계적 쇼크를 줄 뿐만 아니라 MEMS 트랜스듀서에 고압 임펄스가 들어오게 한다. 예를 들어, 이동 전화는 장치의 한 면에 MEMS 마이크로폰용의 사운드/음향 포트를 가질 수 있다. 장치가 그 면으로 떨어지면, 상당한 공기가 떨어진 장치에 의해 압축되어 사운드 포트에 가해질 수 있다. 이것은 트랜스듀서에 고압 임펄스가 들어오게 하는 결과를 가져다 줄 수 있다. 상술한 형태의 종래의 MEMS 트랜스듀서에서 고압 임펄스는 잠재적으로 트랜스듀서에 손상을 줄 수 있다는 것이 발견되었다.
도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 앞서 설명된 바와 같이, MEMS 트랜스듀서(200)는 멤브레인이 제1 캐비티(109)를 정하기 위해 기판(105)의 표면 위에 매달리고 백플레이트(104)가 제2 캐비티(110)를 형성하기 위해 멤브레인 위에 매달리도록 형성된 멤브레인층(101) 및 백플레이트층(104)을 가질 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이 기판이란 용어는 멤브레인이 그 위에 매달리는 하나 이상의 재료 층을 말하는 데 사용될 것이다. 이것은 전형적으로 실리콘 웨이퍼를 포함하고 또한 멤브레인층을 형성하는 데 사용된 동일 재료의 층을 가능하게 포함하는, 하나 이상의 피착된 층을 포함할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이 희생 재료는 제1 캐비티의 치수 및 나아가 멤브레인의 치수를 정하는 데 사용될 수 있다. 논의된 바와 같이 희생 재료는 멤브레인 치수를 양호하게 통제하기 위해서 비교적 정확하게 피착되고 패터닝될 수 있다. 기판 캐비티는 또한, 전형적으로 백 에치에 의해, 기판(105) 내에 제공된다. 멤브레인 치수를 결정하는 제1 캐비티(109)의 치수인 것을 보장하기 위해, 기판 캐비티는 기판 캐비티와 제1 캐비티가 만나는 지점(202)에서 제1 캐비티보다 작은 직경을 갖도록 배열되는데, 바꾸어 말하면 기판의 표면에 있는 기판 캐비티의 개구는 제1 캐비티보다 작은 직경을 갖는다. 이것은 이러한 구조에서 멤브레인이 기판 캐비티의 개구에 도달하기 전에, 화살표(203)으로 표시된, 기판의 부분 위에 매달리는데, 즉, 기판의 표면에서의 기판 캐비티(108)의 개구는 가요성 멤브레인의 영역 내에 있다는 것을 의미한다.
제1 및 제2 캐비티를 정하는 데 사용된 희생 재료는 사용시에 양호한 감도 및 동적 범위를 제공하기 위해서 멤브레인층(101)과 기판(105) 사이에 및 또한 멤브레인층(101)과 백플레이트(104) 사이에 원하는 평형 분리를 제공하도록 치수화된다. 정상 동작시에 멤브레인은 백플레이트 및/또는 기판(105)과 접촉하지 않고 제1 및 제2 캐비티에 의해 정해진 볼륨 내에서 변형할 수 있다.
그러나, 고압 임펄스에 응답하여서는 멤브레인층(101)은 보통보다 더 많은 양의 변형을 나타낼 수 있다. 도 3a는 고압 이벤트 이후에 멤브레인이 아래로 변형된 상황을 도시하고 도 3b는 멤브레인이 위로 변위된 상황을 도시한다.
마이크로폰이 백플레이트(104) 위에 배열된 사운드 포트로부터 입사 사운드를 수신하도록 배열되고 사운드 포트 압력이 갑자기 증가하여, 예를 들어 결국 장치가 떨어질 때 가두어진 공기가 사운드 포트로 가해지는 상황을 고려해 보자. 이것은 제2 캐비티(110) 내의 압력을 제1 캐비티(109) 내의 압력보다 상당히 크게 하여, 멤브레인을 보통보다 더 큰 정도로 아래로 변형시킬 수 있다. 이것은 멤브레인층(101)이 지지 구조(201)의 측벽의 부분을 형성하는 지점(301)에서 비교적 큰 응력를 발생시키고, 어떤 예에서는, 측벽 구조의 나머지로부터 멤브레인층을 얇은 층으로 갈라지게 할 수 있다. 또한, 압력차가 충분히 크면 멤브레인은 기판 캐비티(108)의 개구의 측벽(202)에 의해 정해진 기판의 에지에서 기판(105)과 접촉할 수 있다. 전형적으로, 기판 캐비티의 개구의 위치에 있는 기판의 에지는 비교적 예리한 각을 가지므로 멤브레인은 이 에지 주위에서 변형되어, 이 지점(302)에서 응력 집중을 크게 한다.
앞서 언급된 바와 같이 멤브레인층(101)은 전형적으로 질화 실리콘과 같은, 반도체 재료의 하나 이상의 얇은 층으로 형성될 것이다. 이러한 재료는 고른 응력를 받을 때 가요성일 수 있지만, 기판 캐비티(108)의 개구의 에지와의 접촉에 의해 지점(302)에서 멤브레인 내로 전해질 수 있는 것과 같은, 상당한 국소화된 평면 외 응력가 있다면, 멤브레인 재료는 비교적 부서지기 쉽다. 따라서, 멤브레인과 기판 캐비티의 개구의 에지 사이의 접촉은 이런 식으로 멤브레인의 균열과 같은 손상에 이르게 할 수 있다.
도 1과 관련하여 위에 논의된 블리드 홀(도 2 또는 도 3에 도시하지 않음)은 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이의 유로를 제공하므로 블리드 홀을 통하는 공기의 흐름은 시간에 따라 멤브레인에 작용하는 압력차를 감소시킬 것이다. 그러나, 블리드 홀은 전형적으로 원하는 주파수 응답을 제공하도록 제한된 양의 흐름을 제공하도록 의도적으로 배열된다. 따라서, 높은 압력차가 블리드 홀을 통하는 흐름이 제1 및 제2 캐비티 내의 압력을 동일하게 하도록 작용하기 전에 비교적 오랜 기간 동안 멤브레인을 가로질러 유지될 수 있다. 블리드 홀을 통해 동일하게 하는 데 걸리는 시간은 블리드 홀의 크기 및/또는 수를 변경함으로써 변화될 수 있지만 이것은 트랜스듀서 성능에 부정적으로 영향을 줄 수 있다.
가두어진 공기에 의해 발생된 높은 압력이 비교적 오랜 시간 동안 지속할 수 있기 때문에, 제1 및 제2 캐비티 내의 압력은 논의된 바와 같이 블리드 홀에 의해 동일하게 될 수 있다. 그러므로, 제1 캐비티, 및 기판 캐비티 내의 입력은 압력이 동일하게 될 때까지 증가할 수 있다. 그러나, 공기가 더 이상 사운드 포트 내로 가해지지 않으면 사운트 포트 내의 압력은 아주 빠르게 감소할 것이고, 전형적으로 백플레이트가 낮은 음향 임피던스를 가짐에 따라, 제2 캐비티 내의 압력은 빠르게 감소할 것이다. 이 시점에 제1 캐비티 내의 압력은 제2 캐비티 내의 압력보다 상당히 높을 수 있으므로 멤브레인은 그 경우에 보통 있을 때보다 보다 큰 정도로 다시 위로 변형될 수 있다. 다시 이것은 멤브레인층(101)이 지지 구조의 측벽과 만나는 영역(301)에 상당한 응력를 발생시킬 수 있다. 압력차가 충분히 크면 멤브레인은 백플레이트(104)와 접촉하기에 충분한 정도로 멀리 변위될 것이다. 이것은 도 3a에 도시한 상황과 비교하여 멤브레인의 이동량을 제한할 수 있지만 다시 이것은 멤브레인이 백플레이트(104)와 접촉하는 지점(303)에서 멤브레인 내로 응력를 전하게 할 수 있다. 다시 블리드 홀을 통하는 흐름에 의해 압력차를 감소시키는 데 잠시 시간이 걸릴 수 있다.
이들 상황 둘 다는 또한 사운드가 기판 캐비티(108)를 통해 수신될 때 일어날 수 있지만 반대 순서로도 가능하다는 것을 알아야 한다. 둘 다의 상황은 멤브레인의 손상에 이르게 할 수 있지만 도 3a에 도시한 상황은 보다 더 손상에 이르게 하기 쉽다고 생각된다.
본 발명의 실시 형태는 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인을 포함하는 트랜스듀서를 포함하는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다. 제1 볼륨은 예를 들어 멤브레인과 기판 사이의 제1 캐비티(109) 및/또는 기판(108) 내에 형성된 볼륨을 포함한다. 제2 볼륨은 멤브레인과 백플레이트 사이의 제2 캐비티(110) 및/또는 제2 캐비티와 유체 소통하는 어떤 볼륨(예를 들어, 탑 포트 실시 형태에서 사운드 포트)을 포함할 수 있다. 고압 상황에서의 손상의 가능성을 감소시키기 위해서 트랜스듀서 구조는 상기 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나와 소통하는 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함한다. 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은 그것을 가로지르는 압력차에 응답하여 벤트 구조를 통하는 유로의 크기를 변화시키도록 이동할 수 있다.
가변 벤트 구조는 제1 볼륨으로부터 제2 볼륨까지 연장하는 홀을 개방시키도록 이동할 수 있는 이동가능한 부분을 포함할 수 있다. 이동가능한 부분은 홀의 영역의 적어도 일부를 정적으로, 그리고 가능하게는 그 대부분을 차지할 수 있지만, 유로를 제공하도록 개방된 홀의 크기를 변화시키도록 홀을 가로지르는 국소적 압력차에 응답하여 이동할 수 있다. 바꾸어 말하면, 이동가능한 부분은 평형상태에서, 홀의 적어도 일부를 효과적으로 폐쇄할 수 있지만, 홀이 폐쇄되는 정도를 변화시키도록 이동할 수 있다. 이동가능한 부분은 바람직하게는 정상 동작하는 입력 차에서는 홀, 즉, 어퍼쳐를 폐쇄시킨 채로 남기지만 멤브레인에 잠재적으로 손상을 줄 수 있는 보다 높은 압력차에서는 유로의 크기를 더 증가시키도록, 예를 들어, 홀을 덜 폐쇄시키도록 배열된다. 그러므로 벤트는 가변 어퍼쳐라고 볼 수 있다.
따라서, 가변 벤트 구조는 비교적 높은 압력차에서 멤브레인에 작용하는 압력차를 감소시키기 위한 압력 경감 밸브의 타입으로서 작용한다. 그러나, 고정된 면적을 가지어 고정된 크기의 유로를 갖는 멤브레인(있는 경우) 내의 블리드 홀과 다르게, 가변 벤트는 압력차에 응답하여 변화하는 유로 크기, 즉 어퍼쳐를 갖는다. 그러므로, 가변 벤트가 통기를 가능하게 하는 정도는 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나의 압력에 분명히 의존하는 - 벤트에 작용하는 압력차에 달려 있다. 그러므로, 가변 벤트는 가변 음향 임피던스를 제공한다.
편리하게도 가변 벤트는 보다 높은 압력에서 보다 큰 정도의 통기를 제공하도록 배열된다. 따라서, 이동가능한 부분의 평형 위치, 즉 실질적인 압력차가 없을 때 이동가능한 부분이 채택하는 위치는 유로의 최소 크기에 대응한다. 이동가능한 부분의 평형 위치는 실질적으로 폐쇄되는 유로에 대응할 수 있다. 그러므로, 트랜스듀서의 예상된 정상 동작 범위에서 겪을 수 있는 것과 같은, 비교적 낮은 압력차에서, 가변 벤트는 효과적으로 폐쇄될 수 있고/있거나 제한된 양의 통기만 가능하게 한다. 그러나, 고압 상황에서 가변 벤트의 이동가능한 부분은 보다 많은 개방 위치로 이동하여, 더 큰 크기의 유로를 제공하므로 더 많은 통기를 제공할 수 있다. 이것은 멤브레인에 작용하는 압력차를 감소시키므로 멤브레인에의 손상의 우려를 감소시킬 수 있다.
어떤 실시 형태에서 적어도 하나의 가변 벤트 구조의 유로는 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 있다. 가변 벤트는 구조 내에 (개방할 때 적어도) 하나의 홀을 포함할 수 있고, 홀은 제1과 제2 볼륨을 연결한다. 따라서, 가변 벤트는 2개의 볼륨 내의 압력이 2개의 볼륨 사이의 높은 압력차의 이벤트에서 동일하게 할 수 있다. 가변 벤트는 가변 벤트가 없는 경우보다 빠른 등화를 가능하게 하도록 보다 높은 압력차에서 점진적으로 개방할 수 있다. 보다 낮은 입력 차에서 가변 벤트는 장치 성능에 영향을 주지 않도록 최소 유로를 제공할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 한 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태에서 적어도 하나의 가변 벤트 구조가 가요성 멤브레인(101) 내에 형성되고 유로는 멤브레인을 통하는 경로이다. 바꾸어 말하면, 가변 벤트 구조는 기판을 통하는 홀을 포함할 수 있고 가변 벤트 구조의 이동가능한 부분은 국소적 압력차를 받는, 홀을 차단하는 정도를 가변으로 할 수 있다.
도 4a는 가변 벤트 구조(401)의 평면도를 도시한다. 가변 벤트 구조는 이동가능한 부분(402)으로서 형성된 멤브레인(101)의 부분을 포함한다. 이 실시 형태에서 이동가능한 부분(402)은 이동가능한 플랩부로서 형성된다. 이동가능한 플랩부(402)는 멤브레인을 통해 이어지는 채널(403)에 의해 정해진다. 멤브레인을 통하여 에칭함으로써 형성될 수 있는 채널(403)은 얇은 채널이고 멤브레인의 나머지와 이동가능한 플랩부(402)를 부분적으로 분리시킨다. 이동가능한 플랩부는 연결부(404)를 통하여 멤브레인의 나머지에 부착된 채로 남는다.
이런 식으로 멤브레인의 나머지와 이동가능한 부분(402)을 부분적으로 분리시키는 에칭은 멤브레인의 이동가능한 부분이 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있다는 것을 의미한다.
이동가능한 부분은 바람직하게는 그것의 평형 위치, 즉 이동가능한 부분에 작용하는 압력차가 실질적으로 없을 때 채택하는 위치가 멤브레인의 평면 내에 있도록 배치된다. 바꾸어 말하면, 이동가능한 부분은 평형 상태에서 실질적으로 멤브레인의 나머지로부터 멀리 편향되지 않는다. 이 위치에서 이동가능한 부분(402)은 멤브레인을 통하는 유로을 실질적으로 덮고, 즉 유로는 최소 크기에 있고 이 실시 형태에서 실질적으로 폐쇄된다.
물론 채널(403)은 공기가 멤브레인을 통하여 흐르는 경로를 나타내지만, 채널(403)은 매우 좁은 폭으로 형성될 수 있으므로 이동가능한 플랩부가 폐쇄된 위치에 있을 때 채널을 통한 공기 흐름이 없거나 제한될 수 있다는 것을 알 것이다.
채널(403)의 폭은 최소 에칭가능한 갭에 대한 포토리쏘그래픽 공정 제약, 또는 이동가능한 요소(들)가 구조의 나머지를 만곡시키고 이로부터 더 구부리기 위한 어떤 기계적 간격의 필요성에 의해 제한될 수 있다. 또한 좁은 갭은 더 큰 마찰 제조 허용 오차를 갖는 경향이 있으므로, 폐쇄될 때 음향 임피던스의 폭넓은 변화 및 나아가 예를 들어, 마이크로폰의 저주파수 롤오프의 폭넓은 변화에 이르게 할 것이다.
전형적인 폭은 20㎛ 내지 50㎛ 정도의 전형적인 벤트 구조에 대해 1㎛일 수 있다. 그러나, 폭은 음향 사양 또는 제조 공정 능력에 따라 10배 크거나 작을 수 있다. 언급된 바와 같이 이동가능한 벤트 부분을 정하는 채널의 라인 폭은 저주파수 롤오프와 같은 인자에 영향을 줄 수 있다. 적절한 라인 폭을 선택하는데 있어서 폭을 달리한 효과가 시뮬레이트될 수 있고/있거나 다른 설계가 제조되고 테스트될 수 있었다.
높은 압력차에서, 이동가능한 부분은 멤브레인 표면으로부터 편향될 수 있으므로 멤브레인을 통한 유로를 효과적으로 개방한다. 도 4b는 멤브레인의 일부 및 가변 벤트를 사시도로 도시한다. 이 예에서 멤브레인 아래의 볼륨 내의 압력은 멤브레인 위의 볼륨 내의 압력보다 충분히 크게 되어 이동가능한 플랩부(402)가 멤브레인 표면의 나머지로부터 멀리 위로 편향되었다. 이것은 멤브레인을 통하는 흐름 채널을 개방하고, 즉 기판 내의 홀을 효과적으로 개방한다. 압력차가 충분히 증가하면 이동가능한 부분(402)은 더 편향될 수 있으므로 보다 많은 양의 개방, 즉 보다 큰 유로를 제공할 수 있다.
따라서, 이동가능한 부분은 위치의 범위를 채택할 수 있다. 이들 위치는 이동가능한 부분(또는 가변 벤트)에 작용하는 압력차에 따라 다르다. 이동가능한 부분이 편향되는 정도는 또한 도 5에 도시한 바와 같이, 이동가능한 부분이 멤브레인을 통하는 홀을 얼마만큼 차단/노출하는지 및 나아가 유로의 크기를 결정한다. 도 5는 차압에 대한 음향 컨덕턴스의 그래프를 도시한다. 음향 컨덕턴스는 공기가 2개의 볼륨 사이에 얼마나 용이하게 흐를 수 있는지를 나타내는 것이므로 유로의 개방의 정도, 즉, 멤브레인을 통하는 홀이 압력차에 대해 노출되는 정도와 관련된다.
도 5는 또한 a, b, c 및 d로 표시된 4개의 특정 압력차에서의 이동가능한 부분의 상대적 위치를 도시한다. 낮은 압력차/평형 상태에서, 이동가능한 부분은 멤브레인의 표면 내에 놓이므로 유로는 위치 a로 표시된 바와 같이 실질적으로 폐쇄되고 - 이동가능한 부분을 정하는 채널의 크기만이 유로를 제공한다. 따라서, 이동가능한 부분을 정하는 채널이 충분히 얇으면, 음향 컨덕턴스는 낮거나, 실질적으로 제로이다.
약간 높은 압력차에서, 이동가능한 부분은 약간 편향될 수 있지만 여전히 멤브레인의 상부 및 하부 표면에 의해 정해진 표면 내에 적어도 부분적으로 놓인다. 그러므로, 유로는 실질적으로 폐쇄된 채로 남는다. 위치 b는 이동가능한 부분이 위로 편향되고 이동가능한 부분의 하부 부분이 멤브레인의 표면 위를 지나 거의 아주 조금 연장한 위치를 표시한다. 따라서, 음향 컨덕턴스는 여전히 매우 낮다.
보다 높은 압력차에서, 이동가능한 부분은 편향되어 이동가능한 부분의 적어도 일부가 멤브레인 표면을 완전히 지나 연장한다. 이것은 소정 크기의 유로를 제공하지만, 홀은 여전히 이동가능한 부분에 의해 여전히 부분적으로 차단된다. 이것은 위치 c로 표시된다.
편향량이 증가함에 따라 차단되지 않은 유로의 영역은 위치 d에서, 이동가능한 부분이 유로의 영역의 외부로 안전히 이동하고 벤트가 정해진 최대 영역으로 완전히 개방될 때까지 증가한다. 압력차가 더 증가하더라도 유로의 크기는 더 이상 증가하지 않을 것이다. 그러나 어떤 실시 형태에서 실제로, 이동가능한 부분은 위치 d에 표시한 위치까지 완전히 변형가능하지 않다.
음향 컨덕턴스(또는 음향 임피던스), 즉 유로의 크기는 차압과 선형 관계를 나타내지 않는다는 것을 알 것이다. 따라서, 흐름의 속도는 가변 벤트가 얼마나 개방하는지에 따라 변화할 것이다. 이동가능한 부분이 완전한 정도로 변형될 때까지, 흐름의 속도는 가해진 차압에 따라 선형적인 것보다 더 많이 증가할 것이다. 멤브레인의 다른 측면 상의 가해진 압력의 들어오는 정도의 차이로 인한 어떤 수신 볼륨 내의 압력은 또한 수신 볼륨의 음향 캐패시턴스 및 벤트의 음향 컨덕턴스에 관련된 시간 제약에 의존하는 상승 시간을 나타낼 것이고, 이 상승 시간은 또한 압력 격차가 증가함에 따라 감소하여, 멤브레인을 가로지르는 피크 압력차 및 나아가 그것의 변형 또는 응력를 감소시키는 경향이 있다.
실제로, 심지어 매우 소리가 큰 사운드에 관련한 음향 압력은 마이크로폰이 설명된 돌발적인 오류 또는 오버로드 조건에서 견디는 데 필요한 압력 레벨 아래 크기의 적어도 몇 차수일 것이다. 따라서, 정상 음향 압력 레벨에서, 벤트 구조는 압력 b 훨씬 아래에서 동작할 것이고, 예를 들어 저주파수 롤오프에 대해 무시할만한 영향을 받을 것이다.
편리하게도 가변 벤트는 벤트가 트랜스듀서의 정상 동작에서 예상되는 압력차 동안 실질적으로 폐쇄된 채로 남고(예를 들어 이동가능한 플랩으로 도시한 예에 위치 a와 b 사이의 어디) 압력차가 비정상으로 높은 레벨에 도달할 때 상당히(예를 들어 위치 b를 지나 연장) 개방하기를 단지 시작하고 또는 트랜스듀서에 잠재적 손상을 줄 수 있는 레벨에 도달하기 시작하도록 배열된다. 멤브레인을 통한 유로가 있다는 것은 트랜스듀서의 동작 특성을 변경시킬 수 있다는 것을 알 것이다. 도 1과 관련하여 위에 논의된 바와 같이 MEMS 마이크로폰에서 저주파수 효과의 영향을 감소시키기 위해서 멤브레인을 통한 하나 이상의 블리드 홀이 있을 수 있다. 이들 홀의 수 및 치수는 원하는 동작 특성을 제공하도록 세심하게 선택된다. 따라서, 이들 블리드 홀은 멤브레인의 어느 한 측 상의 2개의 볼륨 내의 압력을 동일하게 하기 위한 경로를 이미 제공하지만, 이들 홀은 이러한 등화에 음향의 관점에서 오랜 시간 걸리게끔 의도적으로 설계된다. 그러므로, 블리드 홀 단독으로는 큰 압력차가 트랜스듀서에 손상을 주는 것을 방지하지 못한다. 가변 벤트가 보다 신속한 등화를 가능하게 하도록 제공된다. 그러나, 예상된 정상 동작 압력차에서 상당한 유로를 제공하도록 가변 벤트가 개방된다면 이러한 부가적인 유로는 트랜스듀서의 주파수 특성을 변경할 것이고 왜곡을 초래할 수 있다.
그러므로, 가변 벤트의 이동가능한 부분은 제1 임계값 아래의 압력차에서 평형 위치로부터 이동가능한 부분의 이동이 실질적으로 없도록 구성될 수 있다. 특히 이동가능한 부분은 이동가능한 부분의 후단면(즉, 편향 방향에 반대되는 측 상의 표면)이 멤브레인 표면을 지나 실질적으로 연장하지 않도록 멤브레인의 폭 미만만큼 편향될 수 있다. 따라서, 유로, 즉 멤브레인을 통하는 홀은 이동가능한 부분에 의해 많이 차단된 채로 남는다. 음향 트랜스듀서 등을 위해 제1 임계값은 150Pa 보다 클 수 있고 200Pa 이상일 수 있고, 어떤 응용에서 1kPa보다 클 수 있다. 바꾸어 말하면, 가변 벤트는 약 150Pa - 200Pa 이상까지의 압력차에서 실질적으로 폐쇄된 채로 남을 수 있다. 그러므로 가변 벤트는 0Pa - 200Pa 범위의 압력차에 대해 유로 크기의 상당한 변화를 실질적으로 제공하지 않을 수 있다. 이것은 가변 벤트가 트랜스듀서의 동작에 최소 성능 영향을 준다는 것을 의미한다.
가변 벤트는 트랜스듀서에 손상을 줄 수 있는 압력차에 접근하는 압력차에서 유로를 제공하기 위해 개방하도록 배열된다. 예를 들어 가변 벤트는 100kPa 근방의 압력차에서 통기를 위한 상당한 유로를 제공하기에 충분한 정도로 개방되도록 배열될 수 있다. 그러므로, 이동가능한 부분은 제2 임계값 위의 압력차에서 평형 위치로부터의 이동가능한 부분의 실질적인 이동이 있도록 구성될 수 있고 제2 임계값은 100kPa 보다 낮을 수 있다. 따라서, 가변 벤트는 평형 상태에서의 유로 크기와 비교하여, 100kPa - 200kPa의 범위에서의 압력차에 대한 유로 크기의 상당한 증가를 실질적으로 제공한다.
가변 벤트가 개방하는 압력차는 이동가능한 부분, 예를 들어 멤브레인을 형성하는 재료의 두께 및 조성과 같은 다양한 인자 및 또한 (플랩 배열에 대한) 플랩부(402)의 영역과 비교한 연결부(404)의 폭에 따라 다를 것이다. 질화 실리콘으로 형성된 멤브레인을 갖는 MEMS 마이크로폰 트랜스듀서를 위해, 멤브레인은 0.4㎛ 두께 정도이고, 적합한 가변 벤트는 상술한 바와 같은 적합한 크기 및 형태의 이동가능한 플랩부를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시한 설계는 12㎛의 플랩부 반경과 6㎛의 연결부 폭을 갖는 것으로 시뮬레이트되었다. 결과는 가변 벤트가 1kPa 내지 5kPa 까지의 압력차에서 실질적으로 폐쇄된 채로 남을 것을 표시한다. 20kPa - 50kPa에서, 벤트는 부분적으로 개방되고 100kPa에서 벤트는 상당한 유로를 제공하도록 충분히 개방된다(즉, 도 4b에 도시한 것과 같음).
이러한 벤트는 개방할 때, 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 상당한 유로를 제공하므로 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이의 압력 등화가 일어나는 속도를 상당히 증가시킨다. 이것은 멤브레인이 높은 응력에 노출될 수 있는 시간을 감소시킨다. 또한 그러나 가변 벤트는 멤브레인에 의해 겪어지는 최대 또는 피크 압력차를 감소시킬 수 있다.
설명하기 위해서, 호스트 장치가 표면 쪽으로 떨어뜨림으로 인해 사운드 포트로 힘이 가해져서 가두어진 공기에 의해 발생된 고 압력 펄스를 상상해 보자. 사운드 포트 내의 압력은 소정의 상승 시간에 걸쳐서 증가할 것이고, 즉 사운드 포트 내의 압력 프로필은 소정의 상승 시간을 가질 것이다. 이제 2가지 예를 고려해보자. 첫번째 예에서 이러한 임펄스는 종래의 MEMS 마이크로폰에 의해 겪어지고 두번째 예에서 압력 임펄스는 본 발명에 따른 실시 형태에 들어오게 된다.
종래의 마이크로폰을 갖는 첫번째 예에서, 사운드 포트 및 나아가 볼륨들 중 하나(제1 볼륨이라고 함) 내의 증가된 공기 압력이 멤브레인 내의 블리드 홀을 통하는 흐름 속도를 증가시키지만 블리드 홀의 크기는 고정되어 있다. 따라서, 잠재적으로 800kPa 이상 정도일 수 있는 소정의 피크 압력차에 이르게 될 것이다. 본 발명에 따른 MEMS 트랜스듀서의 실시 형태를 갖는 두번째 예에서, 압력차가 높은 레벨, 예를 들어 50kPa 등까지 증가함에 따라, 가변 벤트는 개방하기 시작하여 제1 볼륨으로부터 (블리드 홀에 부가하여) 어떤 추가적인 통기를 제공하므로, 동일한 레벨을 향해 제2 볼륨의 압력을 상승시킨다(그리고 가능하게는 앞서 이루어졌던 것과 비교하여 제1 볼륨 내의 압력을 감소시킨다). 사운드 포트 내의 압력이 더욱 즉 100kPa까지 증가함에 따라, 가변 벤트는 상당한 유로를 제공하도록 개방되므로 훨씬 빠른 등화를 제공한다. 압력 임펄스의 성질에 따라 통기는 첫번째 예와 비교하여 제1 볼륨에서 겪어지는 피크 압력을 감소시킬 수 있지만 어떤 경우에는 제2 볼륨 내의 압력이 빠른 상승 시간을 가지므로, 겪어지는 피크 압력차를 감소시킨다.
도 6은 가변 벤트의 동작을 도시한다. 도 6a는 트랜스듀서의 가요성 멤브레인(101)을 도시한다(트랜스듀서 구조의 나머지는 명확성을 위해 생략). 멤브레인은 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지된다. 이 예에서, 제1 볼륨은 멤브레인과 기판 사이의 캐비티(109)를 포함한다. 제1 볼륨은 부가적으로 또는 대안적으로 기판 내의 캐비티를 포함할 수 있다. 제2 볼륨은 멤브레인과 백플레이트 사이의 제2 캐비티(110)를 포함할 수 있다. 제2 볼륨은 또한 제2 캐비티와 동일한 압력 변화를 효과적으로 겪는 백플레이트 외부에 있는 영역을 포함할 수 있다.
멤브레인은 트랜스듀서에 대한 조정된 영향을 발생하고 저주파수 압력 변화의 영향을 감소시키도록 치수화되고 배열된 복수의 블리드 홀(111)을 갖는다. 멤브레인은 또한 상술한 것과 같은 복수의 가변 벤트 구조(401)를 구비한다. 어떤 응용에서는 단일 가변 벤트 구조를 사용하는 것이 가능할 수 있지만 어떤 응용에서는 복수의 가변 벤트 구조를 갖는 멤브레인을 제공하는 것이 이익일 수 있다. 복수의 가변 벤트 구조가 있는 경우에 이들은 멤브레인 주위에 비교적 고르게 분포될 수 있다.
도 6a는 멤브레인 전극(103)의 영역 외부의 멤브레인 상에 위치한 가변 벤트 구조를 도시한다. 이것은 벤트가 멤브레인(101)을 형성하는 하나 이상의 층의 재료만으로 형성된다는 것을 의미한다. 그러나 어떤 응용에서 전극의 영역 내에, 예를 들어 금속 전극이 피착되지 않는 전극의 전체 영역 내의 제외 영역 내에 가변 벤트 구조를 형성하는 것이 가능할 것이다. 다르게는, 가변 벤트 구조는 가변 벤트 구조를 함께 형성하는 멤브레인과 전극 층으로 전극의 영역 내에 형성될 수 있었다. 어떤 응용에서 벤트의 이동가능한 부분을 멤브레인층 및 금속 층으로 형성하는 것은 보다 강한 이동가능한 부분을 제공할 수 있다. 가변 벤트 구조가 어디에 형성되는지에 따라 가변 벤트의 특성, 예를 들어 가요성 또는 응력 취급 능력에 맞도록 그 위치에서 멤브레인과 결합되는 하나 이상의 부가적인 재료가 있을 수 있다는 점에 주목하여야 한다.
도 6a는 제2 볼륨(110) 내의 압력이 제1 볼륨 내의 입력보다 큰 정상 동작의 상황을 도시한다. 그러므로 멤브레인은 멤브레인 평형 위치로부터 아래로 편향된다. 그러나, 압력차는 장치의 정상 기대되는 동작 범위 내에, 즉 동작 임계값 아래에 있으므로, 가변 벤트(401)는 실질적으로 폐쇄된 채로 남는다.
도 6b는 압력차가 임계값 레벨을 넘어 가변 벤트를 개방시키기에 충분한 레벨로 증가하는 상황을 도시한다. 따라서, 이 예에서 이동가능한 플랩부인 멤브레인의 이동가능한 부분은 아래로 편향되므로 유로, 멤브레인을 통하는 홀까지 개방하여, 위에 논의된 이점을 갖도록 보다 빠른 등화를 가능하게 한다.
멤브레인(101)의 재료는 비교적 탄성 재료이다. 그러므로, 제2 캐비티 내의 압력이 증가하는 것을 멈추면, 단시간 후에, 가변 벤트(401)를 통하는 통기는 압력차를 가변 벤트가 도 6a에 도시한 폐쇄 위치로 복귀하는 레벨로 감소시킬 것이다. 제2 캐비티 내의 압력이 다음에 비교적 빠르게 감소하면, 반대 방향으로 멤브레인을 가로지르는 압력차가 증가할 수 있으므로, 멤브레인은 아래로 편향된다. 압력차는 제1 볼륨으로부터 제2 볼륨으로 공기를 통기하기 위해 벤트가 비로서 상향 방향으로 개방하는 그러한 정도까지 증가할 수 있다. 그러므로 가변 벤트는 양방향일 수 있고 제1 볼륨으로부터 제2 볼륨으로 통기하게 하고 그 반대로 하게 할 수 있다는 것을 알 것이다.
가변 벤트가 개방될 때 이동가능한 플랩부는 멤브레인이 편향되는 방향과 동일한 방향으로 멤브레인의 표면으로부터 멀리 편향될 것이라는 것을 6b로부터 알 것이다. 그러므로 이동가능한 플랩부는 멤브레인 자체가 연장하는 것보다 잠재적으로 더 연장할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 멤브레인은 백플레이트 또는 기판의 어떤 구조와 같은, 트랜스듀서 구조의 나머지에 대해 배열될 수 있게 되어, 멤브레인은 (도 6b의 참조 번호(601)로 표시된 바와 같이) 트랜스듀서 구조와 접촉할 수 있다. 어떤 예에서, 이것은 멤브레인의 너무 많은 이동을 방지하는데 있어서 유리할 수 있다. 분명히 가변 벤트는 상술한 장점을 제공하기 위해 개방될 수 있는 데 필요하므로 가변 벤트는 트랜스듀서 구조가 벤트를 개방하는 것을 막지 못하도록 트랜스듀서에 대해 바람직하게 배열된다. 또한 개방할 때 벤트의 배출구 경로 바로 안에 구조가 없는 것이 바람직할 수 있다. 어떤 예에서 벤트는 벤트가 트랜스듀서 구조와 접촉하지 않도록 멤브레인의 부분 상에 배열될 수 있다. 예를 들어 백플레이트와 관련하여 벤트는 이동가능한 부분이 백플레이트 음향 홀들 중 하나 이상의 영역 내로 개방하도록 배열될 수 있다. 그러나 다른 실시 형태에서 벤트는 그들이 상당한 유로를 제공하기 위해 충분히 개방할 수 있지만 트랜스듀서 구조에 의해 더 이상 개방하지 못하도록 배열될 수 있다. 따라서, 트랜스듀서 구조는 벤트의 이동가능한 부분에 대한 하드 스탑으로서 작용할 수 있게 되어 이동가능한 부분의 응력을 감소 또는 제한할 수 있고 이동가능한 부분에의 손상을 방지할 수 있다.
가변 벤트의 이동가능한 부분은 많은 형태를 취할 수 있다. 도 7은 적합한 가변 벤트 구조의 다양한 여러 구성을 도시한다. 좌상부에서는 다수의 상호 연결 채널(702)이 복수의 이동가능한 플랩부(701)을 남기도록 에칭된다. 이 예에서 채널은 4개의 삼각형의 이동가능한 플랩부를 정하기 위해 십자가 형태로서 에칭된다. 이 구성은 플랩부의 표면 영역과 비교하여, 점선(703)으로 표시된 바와 같이, 비교적 넓은 연결부를 제공한다. 이러한 구성이 비교적 강할 수 있다.
이동가능한 플랩부를 변형시키기에 충분한 압력차를 받을 때, 연결부에 상당한 응력이 있을 것이라는 것을 알 것이다. 가변 벤트가 손상 없이 높은 압력차에 견딜 수 있는 것이 바람직하므로, 폭이 넓은 연결부가 어떤 응용에서는 바람직할 수 있다. 그러나 벤트 개방의 작용은 보다 높은 압력 영역에 노출된 이동가능한 플랩부의 유효 영역이 감소되게 할 것이라는 점에 주목한다. 그러므로, 고정된 압력차를 위해, 이동가능한 플랩부에 가해지는 힘은 벤트가 개방함에 따라 감소할 것이고 이동가능한 플랩부를 너무 많이 변형하는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
그러나 어떤 예에서, 가변 벤트 구조는 벤트 구조의 바람직한 특성을 보장하기 위해 특별히 제공된 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어 도 7은 또한 연결 영역 부근에 제공된 보강 재료(706)의 층이 있는 채널(705)에 의해 형성된 일반적으로 만곡된, 예를 들어 반원형의 이동가능한 플랩부(704)를 도시한다. 보강 재료는 예를 들어 금속을 포함할 수 있고 예를 들어 멤브레인 전극을 형성하는 데 사용된 것과 동일한 재료로 형성될 수 있지만 물론 다른 재료가 사용될 수 있다.
도 7은 또한 3개의 변 주위에만 채널(708)에 의해 형성된 직사각형의 이동가능한 플랩부(707) 및 채널(710)에 의해 형성되고 비교적 좁은 연결부를 갖는 일반적인 정사각형 플랩부(709)를 도시한다. 일반적으로, 멤브레인의 이동가능한 플랩부는 멤브레인을 통해 이어지는 하나 이상의 채널에 의해 정해지고 플랩부는 예를 들어, 형태가 삼각형, 원형, 타원형 또는 직사각형 중 하나일 수 있거나 또는 임의의 적합한 규칙적 또는 불규칙적인 다각형의 형태를 가질 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 적합한 이동가능한 부분의 어떤 다른 예를 도시한다. 도 8a는 채널(803)에 의해 정해진 불규칙적인 다각형 형태를 포함하는 이동가능한 부분(802)를 포함하는 가변 벤트 구조(801)를 도시한다. 그러나, 이 실시 형태에서 부가적인 채널(804)과 함께, 채널(803)은 이동가능한 부분(802)이 빔 구조(805)에 의해 멤브레인의 나머지에 연결된다는 것을 의미한다. 빔(805)은 양 단부에서 멤브레인의 나머지와 연결하고 이동가능한 부분(802)을 지지한다. 앞서 설명된 실시 형태에서 멤브레인, 및 나아가 이동가능한 부분(802)에 작용하는 압력차는, 이동가능한 부분(802)을 멤브레인의 평면 밖으로 편향시키는 경향이 있다. 그러나, 이 실시 형태에서 편향은 연결부의 평면 밖으로의 만곡보다는 오히려, 빔(805)의 트위스팅으로 인해 발생한다. 그러므로, 빔(805)은 비틀림 빔으로서 작용한다. 달성가능한 이동가능한 부분의 응력 및 편향은 비틀림 빔(805)의 치수를 통해 제어가능하다. 이것은 앞서 논의된 실시 형태와 동일한 정도의 편향이지만 더 낮은 응력이 가능하므로 손상의 우려가 적고, 또는 다르게는 소정의 압력차에 대해 보다 큰 정도의 개방을 가능하게 할 수 있다.
도 8a는 또한 채널(808a 및 808b)에 의해 정해진 2개의 반원형의 이동가능한 부분(807a 및 807b) 및 또한 비틀림 빔(810a 및 810b)에 의해 멤브레인과 연결된 채널(809)을 포함하는 다른 가변 벤트 구조(806)를 도시한다. 다시 이동가능한 부분(807a 및 807b)의 이동은 빔(810a 및 810b)의 트위스팅과 관련된다.
도 8b는 다른 가변 벤트 구조(811)를 평면도로 그리고 또한 적어도 부분적으로 개방할 때 단면도로 도시한다. 가변 벤트 구조(811)는 이 예에서 채널(813a 및 813b)(공통의 중앙 채널(813c)을 포함)에 의해 정해진 일반적인 사다리꼴 형태를 갖는 2개의 이동가능한 부분(812a 및 812b)을 포함하고, 채널(814a 및 814b)은 이동가능한 부분을 지지하는 비틀림 빔(815a 및 815b)을 정한다.
다시 벤트가 개방하는 압력차 및 벤트 구조에 대한 응력의 관점에서의 벤트의 특성은 벤트의 개방 대 폐쇄비일 수 있는 것과 같은, 치수의 적절한 선택에 의해 제어될 수 있다. 한 예에서, 벤트가 0.4㎛ 두께 정도의 질화 실리콘 멤브레인 으로 형성되는 경우에, 벤트 구조를 정하는 채널의 폭, 즉 도 8b에서의 치수 'a'는 1㎛ 정도일 수 있다. 빔 구조의 폭, 치수 'b'는 3㎛ 정도일 수 있다. 이동가능한 부분(812a 및 812b)은 각각 약 15㎛ 폭일 수 있는데, 즉 중앙 채널(813c)로부터 빔 구조까지의 이동가능한 부분의 폭의 치수 'c'이다. 빔의 길이, 치수 'd'는 30㎛ 정도일 수 있다.
도 8b에 도시한 벤트 구조의 유로의 전체적인 형태는 2개의 이동가능한 부분(812a 및 812b)에 의해 정해지고 일반적으로 6각형이라는 점에 주목할 것이다. 이것은 벤트용으로 특히 유리한 형태일 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 벤트 구조는 백플레이트(104)와 같은, 트랜스듀서의 다른 구조에 대해 배열될 수 있게 되어, 벤트는 벤트가 원하는 정도까지 개방하게 하기 위해서 백플레이트 내의 갭과 정렬된다. 그러므로, 설명된 바와 같이 벤트는 백플레이트(104) 내의 음향 홀과 정렬될 수 있다. 그러나 어떤 실시 형태에서, 백플레이트 내에 전형적으로 제공된 음향 홀의 크기는 벤트의 크기보다 작을 수 있다. 그러므로 어떤 실시 형태에서, 백플레이트(104)의 구조는 벤트 구조 부근에 더 큰 홀(816) 또는 갭을 구비한다.
백플레이트(104)는 전형적으로 비교적 음향적으로 투명하도록 설계되므로 벤트 부근에 부가적인 홀을 제공하는 것이 가능할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 백플레이트를 통하는 홀의 크기 및/또는 분포를 변화시키는 것은 장치의 음향 특성, 예를 들어 마이크로폰의 저주파수 롤오프에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 벤트를 개방시키기 위해 백플레이트 내에 홀을 제공하는 것은 원하는 특성을 유지하기 위해 음향 홀(112)의 크기 및/또는 간격의 감소에 의해 보상될 수 있고/있거나 백플레이트 내의 홀은 벤트의 형태에 가깝게 부합될 수 있다.
도 8c 및 도 8d는 도 8b에 도시한 형태의 가변 벤트를 위한 2개의 실시 형태에서의 백플레이트를 통하는 홀의 배열을 도시한다. 도 8c 및 도 8d는 백플레이트의 부분의 평면도를 도시하고 이 예에서 규칙적인 6각형 패턴으로 배열된, 음향 홀(112)의 규칙적 어레이를 도시한다. 또한 멤브레인 내의 하부의 가변 벤트 및 이동가능한 부분(812a 및 812b)의 구조가 도시되어 있다. 이동가능한 부분은 음향 홀(112)의 크기보다 크다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 음향 홀은 직경이 10㎛ 정도일 수 있고, 각각의 음향 홀은 그것의 가장 가까운 이웃과 약 5㎛ 만큼 분리되어 있다. 상술한 예에서, 2개의 이동가능한 부분의 각각의 두께는 15㎛ 정도이었다.
그러므로, 이 실시 형태에서, 벤트 부근에는 이동가능한 부분(812a 및 812b)의 공간을 개방하게 하기 위해 백플레이트(104) 내에 보다 큰 벤트 홀(816)이 있다. 백플레이트 내에 제공된 벤트 홀(816)은 벤트 형태에 부합하기 위한 크기와 형태로 될 수 있다. 도 8c는 벤트 홀(816)이 벤트에 대응하는 패턴으로 벤트 부근에 음향 홀 패턴을 위에 놓은 것에 대응하는 배열을 도시한다. 도 8d는 벤트 부근에 있는 음향 홀 패턴이 생략되고 대신에 벤트 구조의 형태에 대응하는 벤트 홀(816)이 제공되는 다른 실시 형태를 도시한다.
도시한 바와 같이 백플레이트 내의 벤트 홀은 적어도 가변 벤트의 크기일 수 있고 일반적으로 동일 형태일 수 있지만, 어떤 실시 형태에서는 다른 형태가 사용될 수 있고 벤트의 이동가능한 부분은 이동가능한 부분의 이동의 필요한 범위를 수용하기 위해 단지 백플레이트 내에서 보다 적은 개구를 요구할 수 있다는 것을 알 것이다.
이 실시 형태에서 벤트 구조의 일반적인 형태는 음향 홀의 배열에 부합하고 그 결과로 보다 큰 벤트 홀(816)이 음향 홀의 정상 패턴 내에 용이하게 수용될 수 있다는 것을 또한 알 것이다.
도 8c에 도시한 실시 형태에서, 백플레이트 내의 벤트 홀(816)은 가변 벤트가 먼저 개방하지만 벤트의 영역으로부터 측방향으로 벗어난, 즉, 벤트가 개방할 때 멤브레인 내의 개방된 영역과 중첩하지 않은 곳에 가까이 배치된 영역(817)을 포함한다. 이러한 배열은 이동가능한 부분(812a 또는 812b)이 완전히 편향되지 않은 위치에서 가변 벤트를 통해 통기하는 양을 최대화하는 데 유리할 수 있다. 바꾸어 말하면, 벤트가 개방하는 위치에 가깝지만, 벤트의 위치로부터 약간 벗어난 백플레이트 홀의 이러한 영역을 제공하는 것은 벤트가 개방함에 따라 통기하는 양을 최대화하는 데 도움이 될 수 있으므로 벤트를 개방시키기에 충분한 압력차가 존재할 때 상당한 통기가 가능한 한 곧 일어나는 것을 보장한다.
도 8b를 다시 참조하면, 이동가능한 플랩부(812a 및 812b)가 멤브레인을 통하는 유로를 제공하도록 편향함에 따라, 멤브레인에 수직인 방향으로의 유로의 크기는 이동가능한 부분(812a 및 812b) 사이에 개방된 갭에 의해 효과적으로 정해진다. 그러므로, 벤트를 통해 통과하는 공기는 이동가능한 플랩부(812a 및 812b)에 의해 갭을 통해 효과적으로 좁은 공간을 통해 이동할 수 있다. 그러나, 이러한 갭의 크기는 이동가능한 부분(812a 및 812b)이 합당하게 상당한 정도로 편향될 때까지 비교적 작게 남을 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 2개의 이동가능한 부분이 멤브레인에 수직으로 편향되면(이것이 가능하다고 가정) 갭이 최대 값 G를 갖도록 이동가능한 부분이 각각 동일한 폭(즉, 도 8b에서 치수 "c")을 갖는 것을 고려해 보자. 이동가능한 부분이 각각 멤브레인에 약 45°의 각으로 놓이게 편향되면 갭은 약 0.3G 정도 일 것이다(이동가능한 부분의 형태의 어떤 변형은 무시).
이동가능한 부분이 멤브레인으로부터 멀리 편향함에 따라 공기는 멤브레인을 통해 노출된 경로를 통해 통과한 다음에 측방향으로 편향하는 것이 또한 가능하고, 즉, 도 8b의 단면도에 도시한 예에서 이동가능한 부분(812a)과 멤브레인의 평면 사이의(즉 이동가능한 부분(812a)과 그것의 도시된 정적 위치 사이의) 공기는 도시된 지면 안으로 또는 나오는 방향으로 통기할 수 있다.
이 측면 통기가 실제로 일어나지만, 이동가능한 부분이 멤브레인과 백플레이트 사이의 캐비티 내로 편향되는 상황에서 (가변 벤트에 대응하는) 백플레이트 내의 벤트 홀을 이러한 측면 통기가 일어날 수 있는 영역까지 연장하게 하는 것은 이러한 통기의 양을 증가시키는 데 유리할 수 있다는 것이 발견되었다.
도 8e는 도 8b에 일반적으로 도시한 구조를 갖는 벤트가 멤브레인(101)이 백플레이트(104)를 향해 편향되었을 때 부분적으로 개방되는 상황을 도시한다. 백플레이트(104)는 수 마이크론 이상 정도의 두께를 가질 수 있다는 것을 알 것이다. 도 8e는 도 8b에 도시한 뷰와 비교하여 옆에서 본 뷰를 도시하고 멤브레인(101)으로부터 멀리 백플레이트(104)를 향해 부분적으로 편향된 위치에 있는 이동가능한 플랩부(812a)를 도시한다. 언급된 바와 같이 백플레이트 내의 벤트 홀(816)은 벤트가 벤트 홀(816)의 영역에서 개방하게 하기 위해 가변 벤트의 크기에 적어도 대응하도록 치수화될 수 있다. 도 8e에 도시한 실시 형태에서, 백플레이트 내의 벤트 홀(816)은 벤트가 먼저 개방하는 위치에서 벤트의 영역으로부터 멀리 측방향으로 연장하는 영역(817)을 갖는다. 이것은 멤브레인의 평면을 통해 지나가지만 다음에 부분적으로 개방된 벤트의 측변 밖으로 통기하는 실선 화살표로 표시된 벤트를 통한 유로를 가능하게 한다. 점선 영역(818)은 백플레이트 홀의 이러한 측방향 영역(817)의 부재시에 일어날 수 있는 것을 도시한다. 멤브레인(101)이 파선 화살표로 표시된 바와 같이 백플레이트(104)와 접촉하지 않으면, 약간의 공기가 부분적으로 개방된 벤트의 측면으로부터 멤브레인과 백플레이트 사이의 캐비티 내로 여전히 가능하게 통기할 수 있다. 그러나 측변 통기가 일어날 수 있는 정도는 측방향 영역(817)이 없다면 많이 감소될 수 있다.
그러므로, 다양한 실시 형태에서, 예를 들어, 가변 벤트의 공간이 백플레이트 내의 벤트 홀의 영역 내로 통기하게 하기 위해, 가변 벤트의 위치에 제공된 백플레이트 내의 적어도 몇 개의 벤트 홀을 위해, 이러한 백플레이트 벤트 홀의 영역은 측면 통기를 가능 또는 개선하기 위해, 벤트가 먼저 개방하는 위치 또는 그에 가까운 위치에서, 벤트의 개구의 영역으로부터 측방향으로 멀리 연장할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이 상기 도 8a 및 도 8b의 실시 형태에서 도시한 것과 같은 비틀림 빔의 사용은 가변 벤트의 이동가능한 플랩부가 구조 내의 응력를 제한하면서 벤트를 개방시키기 위해 이동하게 하는데 있어서 유리할 수 있다. 가변 벤트의 이동가능한 부분의 이동의 정도 및 그것의 관련된 응력에 영향을 주는 한가지 인자는 비틀림 빔의 길이, 즉 도 8b에서 치수 d이다. 보다 긴 빔 길이는 주어진 응력 레벨에 대한 더 큰 정도의 이동을 가능하게 하거나 또는 주어진 정도의 이동에 대한 전체적인 응력를 감소시킨다. 그러므로 어떤 실시 형태에서 비교적 긴 길이의 빔을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
그러나, 비틀림 빔을 포함하는 멤브레인에 가변 벤트 구조를 사용하는 것은 비틀림 빔을 정하기 위해 멤브레인 내에 형성된 채널과 관련된다는 점에 주목할 것이다. 예를 들어 도 8b에서 채널(814a 및 814b)은 비틀림 빔(815a 및 815b)을 부분적으로 정하기 위해 요구된다. 이들 채널은 벤트의 가변 유로 부분의 일부를 형성하지 않고, 즉, 이러한 채널은 벤트의 이동가능한 부분(들)의 이동에 의해 개방된 가변 유로의 일부를 형성하지 않는다. 벤트가 폐쇄될 때 벤트 구조의 영향을 최소화하기 위해서, 이러한 채널이 백플레이트 내의 음향 홀과 동일한 위치에 배치되는 정도를 제한하는 것이 유리할 수 있다. 멤브레인을 통하는 채널이 백플레이트 내의 홀과 동일한 위치에 배치되면 이것은 벤트가 폐쇄될 때에도 작은 유로를 제공할 수 있다. 채널(813c)과 같이, 벤트 구조의 이동가능한 부분을 정하는 데 사용되는 멤브레인 내의 채널을 위해, 이러한 채널이 백플레이트 내의 홀에 대응하는 것은 불가피하다. 이러한 채널은 개방될 때 벤트 유로의 부분을 효과적으로 형성하므로 더 큰 백플레이트 홀(816)에 대응하는 위치에 제공될 수 있다. 그러나, 채널이 어떤 백플레이트 홀과 중첩하는, 즉 백플레이트 홀 내의 어떤 음향 홀 아래에 놓인(또는 트랜스듀서 구조에 따라 위에 놓인) 정도를 최소화하도록 벤트 구조의 가변 유로에 대응하지 않는 어떤 채널을 구성하는 것이 유리할 수 있다.
그러므로, 어떤 실시 형태에서 백플레이트 홀, 즉 음향 홀(112)의 패턴은 가변 벤트 구조의 부분을 정하는 멤브레인 내의 채널의 위치에 대응하는 백플레이트의 하나 이상의 영역이 실질적으로 어떤 백플레이트 홀이 없도록 배열될 수 있다.
바꾸어 말하면, 가변 벤트, 즉 큰 홀(816)의 유로에 대응하고, 벤트가 이러한 홀에서 적어도 부분적으로 개방하게 하는 크기로 될 수 있는 백플레이트 내의 적어도 하나의 벤트 홀이 있을 수 있다. 백플레이트 내의 이러한 벤트 홀은 개방할 때 가변 벤트에 의해 가능한 유로에 일반적으로 대응하는 크기 및 형태로 될 수 있고 - 벤트가 초기에 측면 통기를 가능하게 하도록 먼저 개방하는 위치에 가능한 측방향 영역이 있다. 그러나, 벤트 홀은 사용시 가변 유로의 부분을 형성하지 않는 멤브레인 내의 가변 벤트 구조의 부분을 정하는 데 사용되는 멤브레인 내의 어떤 채널을 통해 실질적으로 연장하지 않도록 배열될 수 있다. 도 8d를 참조하면 홀(816)은 그것이 비틀림 빔의 외부 에지를 정하는 데 사용된 상부 및 하부 채널에서 멀리 연장하지 않도록 배열된다. 백플레이트 내의 다른 홀, 즉 음향 홀(112)의 패턴은 다음에 벤트 구조의 어떤 채널과도 실질적으로 중첩하지 않도록, 즉 멤브레인 내의 채널이 제공될 수 있는 영역을 정하도록 배열될 수 있다.
그러나 어떤 실시 형태에서, 백플레이트 내에 음향 홀이 차지할 수 없는 어떤 상당한 영역 없이 음향 홀의 규칙적 패턴을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 음향 홀의 이러한 패턴은 음향 홀과의 상당한 중첩 없이 비틀림 빔 구조를 정하기 위해 생성될 수 있는 채널의 최대 길이를 제한할 수 있다. 예를 들어, 백플레이트 내의 음향 홀(112)이 6각형을 둘러싼 어레이로서 배열되고 가변 벤트가 일반적으로 6각형 형태를 갖는 도 8d에 도시한 배열을 고려해 보자. 음향 홀(112)은 직경이 10㎛ 정도이고 서로 5㎛ 만큼 분리되어 있으면 음향 홀의 인접한 "행들" 간의 갭은 3㎛ 미만이다. 위에 논의된 바와 같이, 한 예에서 빔은 3㎛ 정도의 폭일 수 있고 빔을 정하는 채널은 1㎛ 폭이다. 그러므로 이러한 배열에서 소정의 길이, 이 예에서 약 30㎛ 정도의 길이를 지나, 비틀림 빔을 정하는 채널 중 적어도 하나라도 백플레이트 내의 음향 홀과 중첩하지 않고 또는 성능에 결과적으로 영향을 주는 어레이부터 음향 홀(112) 중 몇 개를 생략하지 않고 비틀림 빔의 길이를 연장하는 것이 가능하지 않다는 것을 알 수 있다.
그러므로, 이동가능한 부분을 멤브레인의 나머지에 연결하는 빔 구조는 비직선으로 된 경로를 가질 수 있다. 바꾸어 말하면, 이동가능한 부분을 멤브레인의 나머지에 연결하는 빔에 의해 생성된 경로는 빔의 평면 내에서 그 안에 하나 이상의 만곡부를 가질 수 있다. 이것은 주어진 거리 내에 제공될 수 있는 빔의 유효 경로 길이를 증가시킬 수 있다. 예를 들어 빔은 도 8f에 도시한 것과 같은 구불구불한 구조를 가질 수 있다. 도 8f에 도시한 예에서 채널은 도 8b와 관련하여 상술한 바와 같이 2개의 이동가능한 부분(812a 및 812b)을 형성하기 위해 멤브레인 내에 형성된다. 이들 이동가능한 부분은 빔 구조(819a 및 819b)를 통해 멤브레인의 나머지에 연결된다. 그러나 이 실시 형태에서, 빔 구조(819a 및 819b)를 정하는 채널은 빔 구조의 구불구불한 섹션(822)을 정하기 위해 전체적인 빔 길이에 대해 횡단하여 연장하는 섹션(820 및 821)을 갖는다. 이들 구불구불한 섹션(822)은 스프링 섹션으로서 작용하고 빔 구조의 유효 길이를 증가시킨다. 빔 구조의 유효 길이는 빔 구조의 전체 길이 L 더하기 각각의 만곡부에 대한 스프링 구조의 폭 W이다. 따라서, 도 8f에 도시한 빔(819a 및 819b)은 L + 6W의 유효 길이를 갖는다. 빔 구조의 유효 길이를 증가시키기 위해 이러한 스프링 구조를 사용하면 주어진 응력 레벨에 대한 보다 큰 정도의 이동을 가능하게 하고/주어진 정도의 이동에 대한 전체적인 응력를 감소시키면서도 빔 구조의 전체적인 길이를 증가시킬 필요가 없다는 상술한 장점이 있다.
도 8f의 실시 형태에서 동일한 스프링 구조가 이동가능한 부분을 기판에 연결하는 빔 구조의 2개의 암의 각각에 형성된다. 이러한 배열은 이동가능한 부분의 편향에 의해 유발된 응력이 고르게 분포되는 것을 보장하기 위해 어떤 재료계에서는 유리할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없고 다른 실시 형태에서 다른 암보다 한 암에 빔 구조 내의 보다 많은 만곡부가 나타날 수 있다.
도 8f는 빔 경로 내의 직각 만곡부 및 일반적인 정사각형 모서리를 도시한다. 그러나 다른 형태의 범위가 가능하다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 빔 경로 내의 만곡은 90°보다 낮을 수 있고/있거나(또는 어떤 응용에서는 더 크고), 예를 들어 응력를 감소하기 위해 보다 둥글게 될 수 있다.
언급된 바와 같이 구불구불한 형태, 즉 구불구불한 경로는 비틀림 스프링 구조를 제공하므로 일반적으로 이동가능한 부분은 하나 이상의 비틀림 스프링을 통해 멤브레인의 나머지에 연결된다. 이런 식으로 비틀림 스프링을 사용하면 벤트 구조의 낮은 풋프린트(스프링 구조를 형성하는 채널이 어떤 백플레이트 홀과 실질적으로 중첩할 필요가 없게 됨) 및 낮은 응력 특성을 유지하면서 가변 벤트가 개방하는 압력차를 감소시킬 수 있다.
도 8b에 도시한 것과 같은 직선으로 된 비틀림 빔을 갖는 벤트 설계가 제조되었고 도 8f에 도시한 것과 같은 구불구불한 스프링 구조를 포함하는 벤트 설계와 비교되었다. 빔 구조의 전체적인 길이 L은 양자의 경우에 동일하였고 이동가능한 부분의 형태도 동일하였다. 비틀림 스프링을 포함하는 벤트의 이동가능한 부분의 편향은 직선 비틀림 빔을 갖는 벤트에 비해 주어진 압력차에 대해 상당히 증가되었다. 한 테스트에서 50kPa의 압력차는 직선 비틀림 빔을 갖는 벤트에서의 4.5㎛의 편향과 비교하여 비틀림 스프링을 갖는 가변 벤트에서 12.3㎛ 편향에 이르게 하였다. 이것은 그 압력에서의 벤트의 공기 저항에 있어서 18배 감소의 인자를 초래한다.
그러므로 일반적으로 어떤 실시 형태에서, 가변 벤트는 이동가능한 부분이 적어도 하나의 비틀림 스프링에 의해 표면에 연결된 표면을 통하는 유로를 노출시키도록 이동할 수 있는 이동가능한 부분을 포함할 수 있다. 비틀림 스프링은 비직선 경로를 정하는 빔을 포함할 수 있다. 표면은 멤브레인일 수 있고 이동가능한 부분은 멤브레인의 나머지에 대해 이동할 수 있는 멤브레인 재료의 부분일 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 적합한 가변 벤트 구조의 또 다른 예를 도시한다. 이들 예에서, 가변 벤트 구조는 유로를 제공하기 위해 멤브레인의 평면 밖으로 이동할 수 있는 이동가능한 부분을 포함한다. 도 9a는 채널(903)에 의해 정해진 이동가능한 부분(902)을 갖는 제1 가변 벤트 구조(901)를 도시한다. 채널(903)은 이동가능한 부분이 도 9a의 단면도에 도시한 바와 같이, 멤브레인의 표면 밖으로 편향될 수 있도록 이동가능한 부분(902)에 대한 압력차에 응답하여 만곡할 수 있는 빔 부분(905a 및 905b)을 정하도록 배열된다.
도 9b는 빔에 의해 표면의 나머지에 연결된 이동가능한 부분(907)을 갖는 유사 라인을 따르지만, 더 큰 정도의 만곡을 제공하기 위해 구불구불한 빔 구조(908)를 정하는 부가적인 채널이 있는 다른 벤트 구조(906)를 도시한다.
도 9c는 이동가능한 부분(910)을 지지하는 리프 스프링으로서 효과적으로 작용하는 복수의 빔(911)에 의해 연결된 이동가능한 부분(910)을 갖는 가변 벤트 구조(909)의 다른 예를 도시한다.
이동가능한 부분의 형태는 변화할 수 있고 예를 들어 원형 또는 타원형 또는 일반적으로 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형의 형태일 수 있고, 구불구불한 구조를 묘사하기 위해 그 안에 만곡부가 있거나 있지 않을 수 있는 가변 수의 지지 암 또는 리프 스프링이 있다는 것을 물론 알 것이다. 일반적으로 이동가능한 부분은 멤브레인의 평면에 일반적으로 수직이고 직선 또는 곡선 또는 스프링 구조로서 형성될 수 있는 빔 구조에 의해 지지되는 방향으로 이동할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이 멤브레인에 제공된 하나 보다 많은 가변 벤트 구조가 있을 수 있고 가변 벤트 구조는 트랜스듀서의 멤브레인(1001)의 평면도를 도시하고 가변 벤트 구조(1002)과 블리드 홀(1003)의 간격을 도시하는 도 10a에 도시한 것과 같이 멤브레인 주위에 고르게 간격지게 있을 수 있다.
다르게는, 벤트는 도 10b에 도시한 것과 같은 다른 패턴으로 배열될 수 있다. 도 10b는 또한 예를 들어 앞서 설명된 바와 같이 음향 홀 및 더 큰 백플레이트 홀의 패턴에 맞도록, 벤트 구조(1002)의 배향이 다른 위치에서 동일할 수 있는 것을 도시한다.
상술한 바와 같이 적어도 하나의 가변 벤트는 멤브레인 내에 형성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로 적어도 하나의 가변 벤트는 멤브레인을 우회하는 유로를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어 유로는 멤브레인을 우회할 수 있고 어떤 트랜스듀서 구조의 측벽의 적어도 일부를 통해 이어질 수 있다.
도 11은 실제 멤브레인을 우회하는 가변 벤트(1101)가 있는 유로를 갖는 실시 형태를 도시한다. 도 11은 적어도 하나의 백플레이트 구조(104) 및 하나 이상의 멤브레인층(101)을 포함하는 트랜스듀서의 지지 구조의 일부를 도시한다. 이 예에서 백플레이트 구조(104) 및 멤브레인층(들)(101)의 측벽들은 유로의 제1 포트(1102)를 제공하도록 패터닝된다. 이 예에서 포트(1102)는 제1 캐비티(110) 외부의 볼륨에 유로를 제공한다. 그러나, 백플레이트 구조는 음향 홀(112)로 인해 비교적 음향적으로 투명함에 따라 제1 캐비티 내의 압력은 이 영역의 압력에 가깝게 링크된다. 따라서, 포트(1102)는 제2 캐비티(110)를 포함하는 볼륨에/으로부터 유로를 제공한다.
기판(105)은 또한 제1 캐비티(109) 및 기판 캐비티(108)를 포함하는 볼륨에/으로부터 유로의 포트(1104)를 제공하도록 에칭된다.
포트(1102 및 1104) 사이의 유로 내에는 기판 상에 피착되고 가변 벤트(1101)를 포함하도록 형성된 재료(1103)의 층이 배치된다. 가변 벤트는 상술한 벤트들 중 어느 것의 형태를 가질 수 있다(벤트는 상술한 것과 같은 멤브레인보다는 층(1103) 내에 형성됨). 이 예에서 벤트의 재료는 멤브레인의 특성의 변화를 일으키지 않고 원하는 특성을 위해 선택할 수 있다. 층의 두께는 또한 원하는 벤트 특성을 제공하도록 제어될 수 있다. 그러나, 재료 층(1103)은 트랜스듀서 구조의 일부로서 제공된 어떤 재료 층일 수 있고 자체로 멤브레인과 동일한 층일 수 있다. 가변 벤트의 동작은 앞서 설명된 것과 같다. 멤브레인을 가로지르는 압력차는 또한 가변 벤트를 가로지르는 압력차와 유사하게 된다. 정상 동작에서 만나는 압력차에서 가변 벤트는 폐쇄된 채로 남을 수 있으므로 트랜스듀서의 음향 특성은 멤브레인에 따라 다르다. 높은 압력차가 만나진다면 벤트는 2개의 볼륨을 등화하는 데 도움을 주도록 개방할 수 있으므로 멤브레인에 대한 압력차를 감소시킨다.
위에 논의된 실시 형태는 제1 볼륨을 제2 볼륨에 연결하는 유로에 중점을 두었다. 이러한 배열은 높은 압력 볼륨에서의 압력을 잠재적으로 감소시킬 뿐만 아니라 낮은 볼륨 압력에서 입력을 증가시키므로 장점이 있다. 그러나, 어떤 응용에서 제1 및/또는 제2 볼륨 중 하나로부터 제1 및/또는 제2 볼륨 외부까지의 유로를 갖는 가변 벤트를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 볼륨을 제2 볼륨에 직접 연결하기 보다, 유로는 어떤 다른 볼륨에 연결될 수 있다. 다른 볼륨은 국소적으로 봉입된 볼륨일 수 있고, 트랜스듀서 또는 그것의 패키지 또는 트랜스듀서를 포함하는 장치 내에 포함될 수 있거나, 또는 심지어 외부 대기를 포함하는 국소적으로 봉입되지 않는 볼륨일 수 있다. 정상 동작에서 이러한 가변 벤트는 폐쇄된 채로 남을 것이지만 관련 볼륨 내의 높은 압력에 응답하여 벤트는 높은 압력으로부터 통기하는 것을 제공하도록 개방할 수 있으므로 절대 압력을 감소시키는데 도움을 준다. 다르게는, 직접 연결되지 않은 볼륨 또는 사운드 포트의 일부, 예를 들어 백 볼륨을 위해, 벤트는 백 볼륨 내의 압력이 사운드 포트 내의 압력이 외부 볼륨 내의 압력을 증가하는 것과 동시에 증가하도록 외부 대기의 높은 압력에 응답하여 개방할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 가변 벤트의 다른 예를 도시한다. 도 12a는 앞서 설명된 바와 같이 기판(105)으로부터 매달린 멤브레인(101) 및 백플레이트(104)를 도시한다. 그러나 본 실시 형태에서, 평형 위치에서, 플러그 섹션(1201)에 의해 실질적으로 폐쇄되는, 멤브레인(101) 내의 홀이 있다. 플러그 섹션(1201)은 실질적으로 제 위치에 고정되도록 지지된다. 바꾸어 말하면, 멤브레인(101)은 플러그 섹션(1201)에 대해 이동할 수 있고 플러그 섹션은 멤브레인 지지 구조, 즉 기판(105), 백플레이트(104) 및/또는 측벽 구조에 대해 실질적으로 고정된다. 도 12a에 도시한 예에서 플러그 섹션은 예를 들어 지지 컬럼일 수 있는 하나 이상의 지지 구조(1202)에 의해 멤브레인이 기판(105) 위에 놓이는 영역에서 기판(105)으로부터 지지된다. 지지 구조는 플러그 섹션을 제 위치에 유지한다.
사용시 평형 상태에서 플러그 섹션(1201)은 실질적으로 멤브레인(101) 내의 홀을 차단하므로 앞서 설명된 바와 같이 공기의 실질적인 흐름을 막는다. 멤브레인이 플러그가 제 위치에 유지되는 평형 위치로부터 멀리 편향하므로 멤브레인을 통하는 홀이 점점 더 노출되어 앞서 설명된 바와 같이 증가된 유로를 제공한다.
도 12b는 아래로 편향된 멤브레인을 갖는 상황을 도시한다(명확성을 위해 백플레이트는 생략). 멤브레인은 플러그의 평면 밖으로 이동하였으므로 화살표로 표시된 바와 같이 공기의 흐름을 위해 멤브레인 내의 홀을 통하는 유로를 개방한다. 도 12c는 멤브레인이 위로 편향되는 상황을 도시한다. 유로의 크기, 또는 음향 컨덕턴스(또는 음향 임피던스)는 결국 멤브레인을 가로지르는 압력차에 의존하는 멤브레인(101)의 편향 각도에 의존할 것이다. 그러므로 비교적 낮은 멤브레인 편향이 있는 낮은 압력에서, 유로의 제한된 개방이 있으므로, 벤트의 존재는 트랜스듀서의 동작에 상당히 영향을 주지 않을 것이다. 상당한 멤브레인 편향이 있는 높은 압력 이벤트로부터 생기는 것과 같은 높은 압력차에서 벤트의 상당한 개방이 있으므로 압력차는 멤브레인의 어느 한 측면 상의 볼륨이 압력에 있어서 등화함에 따라 앞서 설명된 바와 같이 빠르게 감소할 것이다.
벤트가 개방하기 위해 요구되는 편향의 정도는 플러그 섹션(1201)의 두께를 제어함으로써 부분적으로 제어될 수 있다. 도 12에 도시한 바와 같이 플러그 섹션은 멤브레인층과 동일한 두께를 가질 수 있고 - 이것은 아래에 설명되는 바와 같이 제조를 용이하게 한다. 그러나 다른 실시 형태에서 플러그 섹션은 멤브레인층보다 더 두꺼울 수 있으므로 멤브레인은 플러그 섹션과 떨어져서 벤트의 상당한 개방을 제공하기 위해 많은 양만큼 편향하여야 한다.
공기가 흐르기 위해 멤브레인이 아래로 편향될 때 지지 구조(1202)는 멤브레인(101) 내의 홀을 차단하지 않아야 한다는 것을 알 것이다. 이것은 지지 구조(1202)가 플러그 섹션의 것보다 적은 단면적(멤브레인(101)과 평행한 평면)을 갖는 하나의 이상의 컬럼 또는 필러를 포함하여, 지지 컬럼 주위의 공기 흐름을 가능하게 하는 것을 보장함으로써 달성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로 그러나, 하나 이상의 홀이 지지 구조(1202)를 통해 제공될 수 있다. 예를 들어 지지 구조는 공기가 지지 구조를 통해 흐르게 하도록 하나 이상의 개방 윈도우를 갖는 프레임을 포함할 수 있다.
플러그 섹션이 기판(105)으로부터 지지되는 도 12에 도시한 실시 형태에서 멤브레인(101)과 기판(105) 사이의 비교적 작은 갭은 멤브레인 아래에서 볼륨으로부터의 공기 흐름의 양을 제한할 수 있다. 이것은 크게 개방할 때에도 벤트의 최대 음향 컨덕턴스를 제한할 수 있다. 그러므로 어떤 실시 형태에서 벤트 부근에 기판(105)에 의해 정해진 볼륨으로부터 연장하는 하나 이상의 채널 또는 어퍼쳐(1204)가 있을 수 있다.
도 12a에 도시한 구조는 몇 개의 추가 공정 단계들에 부가하여 표준 처리 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 언급된 바와 같이 전형적으로 멤브레인층(101)은 기판 상에 피착된 적절한 형태의 희생 재료 층 위에 피착된다. 한 구성에서 지지 구조는 멤브레인층 아래에 캐비티를 정하는 데 사용된 희생 재료를 피착하기 전에 하나 이상의 피착 단계들에서 제조될 수 있다. 지지 구조의 상부는 희생 재료의 상부에서 노출될 수 있다. 다르게는 희생 재료는 지지 구조의 공간을 드러내기 위해 피착되어 패터닝될 수 있다. 지지 구조를 형성하는 재료는 다음에 적절히 피착되고 에칭되어 지지 구조는 요구된 희생 재료를 통해 연장한다. 프레임 구조가 지지 구조 및 희생 재료를 여러 단계에서 피착함으로써 제공될 수 있다.
멤브레인에 적합한 질화 실리콘과 같은 재료 층은 다음에 희생 재료 및 지지 구조의 상부 위에 피착될 수 있다. 채널은 다음에 플러그 섹션으로부터 멤브레인층을 분리하기 위해 에칭될 수 있다. 후속하여 희생 재료가 멤브레인으로부터 제거될 때 멤브레인은 가요성있는 측벽에서 자유롭게 지지되고 플러그 섹션은 제 위치에 주로 고정되도록 지지될 것이다. 기판을 통하는 어떤 채널은 백-에치 공정의 일부로서 에칭될 수 있다.
멤브레인층의 기판 측 상의 지지 구조(1202)의 존재는 멤브레인이 아래로 편향될 때의 유로가 멤브레인이 유사한 양만큼 위로 편향될 때의 유로만큼 크지 않다는 것을 의미한다는 것을 알 것이다. 그러므로 측면이 높은 압력인지에 따라 주어진 압력차에 대해 벤트의 응답 시간이 약간 차이가 날 수 있다.
도 13은 플러그 섹션(1301)이 지지 구조(1302)에 의해 백플레이트(1302)로부터 지지되는 도 12에 도시한 것과 유사한 다른 실시 형태를 도시한다. 이 구조는 도 12를 참조하여 설명된 것과 유사한 방식으로 동작하지만, 벤트가 기판(105)으로부터 멀리 위치하게 되어 기판 아래에서 볼륨으로부터의 흐름에 지장을 주지 않고 또한 벤트가 보다 큰 멤브레인 편향의 영역에 위치할 수 있으므로 높은 멤브레인 편향에서 더 큰 유로을 제공한다는 장점을 갖는다.
이 구조는 상술한 것과 유사한 방식이지만 지지 구조(1302)를 형성하기 전에 멤브레인층의 나머지로부터 플러그 섹션(1301)을 분리하기 위해 멤브레인층을 피착하고 채널을 에칭하여 제조될 수 있다. 지지 구조(1302)는 다음에 백플레이트층의 재료를 피착하기 전에 상부 캐비티를 정하는 데 사용된 희생 재료를 통해 연장하는 지지 구조를 제공하기 위해 상술한 것과 유사한 방식으로 형성될 수 있다.
상술한 실시 형태 중 어느 것에 따른 하나 이상의 트랜스듀서는 패키지 내에 일체화될 수 있다. 도 14a 내지 도 14g는 다양한 다른 패키징 배열을 도시한다. 도 14a 내지 도 14g는 각각 패키지 내에 배치된 하나의 트랜스듀서 소자를 도시하지만 어떤 실시 형태에서 하나 보다 많은 트랜스듀서, 예를 들어 트랜스듀서 어레이일 수 있고, 다양한 트랜스듀서가 동일한 트랜스듀서 기판, 즉 모놀리식 트랜스듀서 기판 상에 형성될 수 있고, 또는 분리된 트랜스듀서 기판으로 별도의 트랜스듀서로서 형성될 수 있고 각각의 분리된 트랜스듀서 기판은 패키지 기판에 본딩된다.
도 14a는 트랜스듀서(1400)가 패키지 기판(1402) 상의, 하우징의 적어도 일부를 형성하는, 커버(1401) 내에 배치된 제1 배열을 도시한다. 이 예에서 커버는 기판에 본딩된 금속 하우징일 수 있다. 패키지 기판은 적어도 하나의 절연층을 포함할 수 있다. 패키지 기판은 또한 적어도 하나의 도전층을 포함할 수 있다. 패키지 기판은 반도체 재료일 수 있거나 또는 PCB, 세라믹 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 커버(1401)가 금속이거나 자체로 도전층을 포함하는 경우에 커버는 기판의 도전층에 전기적으로 결합될 수 있으므로, 예를 들어 하우징은 전자기 간섭(EMI)의 차폐를 제공한다. 본드 와이어(1403)는 트랜스듀서를 패키지 기판 상의 본드 패드에 접속시킬 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 판독 회로, 예를 들어 증폭 회로는 패키지 기판 내에 형성되거나 접속된 하우징 내에 배치될 수 있다. 패키지 기판(도시 안됨)을 통하는 관통 비아가 접점, 즉 외부 회로(도시 안됨)를 패키지에 전기적으로 접속하는 솔더 패드(1404)와 접속하여 트랜스듀서(1400)로/로부터 전기적 신호의 전송을 가능하게 한다. 도 14a에 도시한 예에서, 사운드를 패키지에 들어가게 하는 커버(1401) 내의 사운드 포트 또는 음향 포트가 있고 트랜스듀서가 상부 포트 배열에 배치된다.
도 14b는 사운드 포트가 패키기 기판(1402) 내에 제공되고 사용시 밀봉될 수 있는 다른 배열을 도시한다. 밀봉 링 또는 솔더 패드 링(솔더 링을 형성하는 데 사용하기 위한 것임)일 수 있는 링(1405)은 사용시 패키지가 예를 들어 다른 PCB에 접속될 때 사운드 포트에 이르게 하는 사운드 경로의 밀봉을 가능하게 하기 위해 패키지의 외부 면 상의 사운드 포트의 주변 주위에 제공될 수 있다. 이 실시 형태에서 트랜스듀서는 트랜스듀서의 백 볼륨의 부분을 형성하는 하우징(1401)에 의해 정해진 볼륨이 있는 하부 부분 배열에 배치된다.
도 14c는 트랜스듀서를 패키지 기판에 접속하는 본드 와이어 대신에 트랜스듀서 구조가 접속부(1406)를 통해 기판 패키지에 본딩된 반전된 플립 칩인 예를 도시한다. 이 예에서 사운드 포트는 패키지가 하부 부분 배열에 배치되도록 패키기 기판 내에 있다.
도 14d는 하우징(1407)이, 예를 들어 PCB 등의 재료의 다양한 패널로 형성된 도 14b의 것에 대한 대안적인 예를 도시한다. 이 예에서 하우징(1407)은 하나 이상의 도전층 및/또는 하나 이상의 절연층을 포함할 수 있다. 도 14d는 패키지 기판 내의 사운드 포트를 도시한다. 도 14e는 하우징(1407)이 도 14d와 관련하여 설명된 것과 같이, 예를 들어 PCB 등의 재료의 다양한 재료로 형성되는 도 14b의 것에 대한 대안적인 배열을 도시한다. 도 14f는 트랜스듀서 구조가 예를 들어 PCB 또는 적층된 도전/절연 재료일 수 있는, 하우징 상부층에 접속부(1406)를 통해 본딩되는 다른 실시 형태를 도시한다. 그러나 이 예에서, 패키지에의 전기적 접속 역시, 예를 들어 트랜스듀서에 대한 하우징의 내부 상의 도전성 트레이스가 있는 패키지 기판 내의 관통 홀(도시 안됨)인, 패키지 기판 상의 비아 접촉, 솔더 패드(1404)이다. 도 14g는 트랜스듀서가 예를 들어 도 14d와 관련하여 설명된 것과 같은 PCB 등의 재료의 패널로 형성된 하우징(1407) 내의 패키지 기판에 본딩된 플립 칩인 도 14c의 것에 대한 대안적인 예를 도시한다.
일반적으로, 도 14h에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 트랜스듀서가 패키지 내에 위치할 수 있고, 패키지는 다음에 본 기술에 공지된 바와 같이, 마더보드와 같은 다른 기판과 동작가능하게 상호 접속될 수 있다.
모든 실시 형태에서 가변 벤트는 그 유로 크기가 고정되지 않고 벤트가 개방하는 정도, 및 또한 벤트를 통하는 흐름 속도는 상술한 바와 같이 비선형으로 압력차에 따라 변화하는 벤트인 비선형 벤트로서 작용할 수 있다.
일반적으로, 그러므로, 본 발명의 실시 형태는 적어도 하나의 가변 벤트를 포함하는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 그러므로, 본 발명의 실시 형태는 제1 볼륨과 제2 볼륨과 사이에 지지되는 가요성 멤브레인 및 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하는 트랜스듀서 구조를 포함하는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다. 가변 벤트 구조는 상기 제1 및 제2 볼륨 중 적어도 하나로부터 유체, 예를 들어 기체를 통기하기 위한 유로를 제공하도록 이동가능한 부분을 가로지르는 높은 압력차에 응답하여 이동할 수 있는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 가질 수 있다. 따라서, 가변 벤트는 어퍼쳐의 개방 크기가 압력차에 따라 변화하는 어퍼쳐를 포함할 수 있다.
실시 형태는 볼륨으로부터 공기를 통기한다는 점에서 설명되었다. 동일한 원리가 다른 기체 및 실제로 액체를 가능하게 포함하는 다른 유체에 적용된다. 트랜스듀서가 공기 이외의 유체로 채워진 밀봉된 환경에 배열될 수 있는 어떤 실시 형태에서, 밀봉된 환경은 압력 파의 전송을 밀봉된 환경에/으로부터 가능하게 하도록 배열된다. 밀봉된 환경 내에 발생될 수 있는 큰 압력차가 여전히 있을 수 있고 이러한 실시 형태에서의 가변 벤트의 사용이 유리할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는 또한 가요성 멤브레인, 및 제1 범위의 압력차에서 실질적으로 폐쇄되고 보다 높은 제2 범위의 압력차에서 멤브레인을 가로지르는 압력차를 감소하도록 개방하는 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태는 또한 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인 및 상기 제1 및 제2 볼륨을 연결하는 벤트 구조를 포함하는 가요성 멤브레인을 포함하는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다. 벤트는 멤브레인을 가로지르는 압력차에 따라 변화하는 크기를 갖는 유로를 제공한다.
본 발명의 실시 형태는 또한 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되는 가요성 멤브레인 및 상기 제1 및 제2 볼륨을 연결하는 벤트를 포함하고 벤트가 벤트를 통하는 흐름 속도가 압력차에 대해 비선형이도록 구성된 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태는 또한 제1과 제2 볼륨 사이에 지지되는 멤브레인을 갖고 제1과 제2 볼륨 사이의 음향 임피던스가 볼륨 간의 압력차에 따라 기변인 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다.
다양한 실시 형태가 MEMS 용량성 마이크로폰을 설명하지만, 본 발명은 또한 마이크로폰 이외의 MEMS 트랜스듀서의 임의의 형태, 예를 들어 압력 센서 또는 초음파 송신기/수신기에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는 예를 들어 폴리실리콘과 같은 다른 반도체형 재료의 범위를 사용하여 유용하게 구현될 수 있다. 그러나 여기에 설명된 실시 형태는 질화 실리콘을 포함하는 멤브레인층을 갖는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다.
상술한 실시 형태는 아날로그 마이크로폰, 디지털 마이크로폰, 압력 센서 또는 초음파 트랜스듀서를 포함하나 이들에 제한되지 않은 장치의 범위에서 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 소비자 기기, 의료 기기, 산업용 기기 및 자동차 기기를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 많은 응용에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 소비자 기기는 휴대용 오디오 플레이어, 랩탑, 이동 전화, 태블릿, PDA 및 퍼스널 컴퓨터를 포함한다. 실시 형태는 또한 음성 작동 또는 음성 제어 장치에 사용될 수 있다. 전형적인 의료 기기는 보청기를 포함한다. 전형적인 산업 기기는 능동 소음 감쇠를 포함한다. 전형적인 자동차 기기는 핸즈 프리 셋트, 음향 충격 센서 및 능동 잡음 감쇠를 포함한다.
상기 언급된 실시 형태는 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것이고 본 기술 분야의 통상 기술자는 첨부된 청구 범위에서 벗어나지 않고서 많은 대안적인 실시 형태를 설계할 수 있다. "포함하는"이란 표현은 청구 범위에 나열된 것들 이외의 요소 또는 단계들의 존재를 배제하지 않고, 단수 표현은 복수를 배제하지 않고, 단일 피쳐 또는 다른 유닛이 청구 범위에 나열된 여러 유닛의 기능을 수행할 수 있다. 청구 범위에서의 어떤 참조 부호는 이들의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않을 것이다.

Claims (71)

  1. MEMS 트랜스듀서로서,
    가요성 멤브레인; 및
    상기 가요성 멤브레인에 제공되는 적어도 하나의 가변 벤트 구조
    를 포함하고,
    상기 가변 벤트 구조는 상기 가요성 멤브레인을 통하는 유로를 제공하고,
    상기 가변 벤트 구조는 적어도 하나의 이동가능한 부분을 포함하고 - 상기 이동가능한 부분은 상기 가요성 멤브레인의 일부임 - ,
    상기 이동가능한 부분은 단일 빔 구조를 통해 상기 가요성 멤브레인의 나머지에 연결되고, 상기 단일 빔 구조가 상기 이동가능한 부분을 가로지르는 압력차에 응답하여 구부러짐으로써 상기 이동가능한 부분이 홀을 노출시키도록 상기 가요성 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향되고, 상기 홀은 상기 멤브레인을 가로지르는 압력차에 따라 변화하는 크기를 갖는 MEMS 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분의 평형 위치는 상기 유로의 최소 크기에 대응하는 MEMS 트랜스듀서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분의 상기 평형 위치는 실질적으로 폐쇄된 상기 유로에 대응하는 MEMS 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인은 제1 볼륨과 제2 볼륨 사이에 지지되고, 적어도 하나의 가변 벤트 구조의 상기 유로는 상기 제1 볼륨과 상기 제2 볼륨 사이에 있는 MEMS 트랜스듀서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인의 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 상기 가요성 멤브레인을 통해 이어지는 하나 이상의 채널에 의해 정해지는 MEMS 트랜스듀서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 구조는 비직선 경로를 갖는 MEMS 트랜스듀서.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 구조는 상기 이동가능한 부분과 상기 가요성 멤브레인의 나머지 사이에 위치한 적어도 하나의 비틀림 스프링을 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 항 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 벤트 구조는 상기 가요성 멤브레인의 적어도 2개의 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 적어도 2개의 이동가능한 부분은 상기 가요성 멤브레인 내의 홀을 노출시키도록 상기 가요성 멤브레인의 나머지의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있는 MEMS 트랜스듀서.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 볼륨 중 하나로부터 상기 제1 및/또는 제2 볼륨 외부로의 유로를 갖는 상기 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 제1 임계값 아래의 압력차에서 평형 위치로부터의 상기 이동가능한 부분의 이동이 실질적으로 없도록 구성된 MEMS 트랜스듀서.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 벤트 구조는 0Pa - 200Pa 범위의 압력차에 대해 유로 크기의 변화를 실질적으로 제공하지 않는 MEMS 트랜스듀서.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 벤트 구조는 상기 가요성 멤브레인을 가로지르는 상기 압력차와 비선형 관계를 갖는 상기 벤트를 통한 유로의 크기를 제공하는 MEMS 트랜스듀서.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이동가능한 부분은 제2 임계값 위의 압력차에서 평형 위치로부터의 상기 이동가능한 부분의 실질적인 이동이 있도록 구성된 MEMS 트랜스듀서.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 백플레이트 구조를 포함하고, 상기 가요성 멤브레인은 상기 백플레이트 구조에 대해 지지되는 MEMS 트랜스듀서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 백플레이트 구조는 상기 백플레이트 구조를 통하는 복수의 홀을 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 백플레이트 구조를 통하는 상기 복수의 홀들 중 적어도 하나가 상기 가요성 멤브레인 내의 가변 벤트 구조의 위치에 대응하는 위치에서 벤트 홀을 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  17. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벤트 홀에 대해, 상기 백플레이트 내의 상기 벤트 홀은, 상기 가요성 멤브레인 내의 상기 가변 벤트 구조가 개방할 때 상기 가요성 멤브레인 내의 개방된 영역과 인접하지만 중첩하지 않은 영역을 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 이동가능한 부분 및 빔 구조는 상기 가요성 멤브레인을 통해 이어지는 채널들에 의해 정해지고;
    사용시 상기 가요성 멤브레인을 통하는 상기 유로의 부분을 형성하지 않는 상기 가요성 멤브레인 내의 상기 채널들의 위치는 상기 백플레이트 구조 내의 상기 복수의 홀들 중 어느 것의 위치와도 실질적으로 중첩하지 않는 MEMS 트랜스듀서.
  19. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 용량성 센서 및/또는 마이크로폰을 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  20. 제19항에 있어서, 판독 회로를 더 포함하는 MEMS 트랜스듀서.
  21. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 사운드 포트를 갖는 패키지 내에 위치하는 MEMS 트랜스듀서.
  22. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 트랜스듀서를 포함하는 전자 장치로서,
    상기 장치는 휴대용 장치; 배터리로 구동되는 장치; 오디오 장치; 컴퓨팅 장치; 통신 장치; 퍼스널 미디어 플레이어; 이동 전화; 게임 장치; 및 음성 제어 장치 중 적어도 하나인 전자 장치.
  23. 가요성 멤브레인을 갖는 MEMS 트랜스듀서를 제조하는 방법으로서,
    가요성 멤브레인을 갖는 구조를 형성하는 단계; 및
    이동가능한 부분을 정하도록 상기 가요성 멤브레인을 통해 하나 이상의 채널을 형성함으로써 상기 가요성 멤브레인 내에 적어도 하나의 가변 벤트 구조를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 이동가능한 부분은 단일 빔 구조를 통해 상기 가요성 멤브레인의 나머지에 연결되고, 상기 단일 빔 구조가 상기 멤브레인을 가로지르는 압력차에 응답하여 트위스트될 수 있어서 상기 이동가능한 부분이 홀을 노출시키도록 상기 가요성 멤브레인의 표면으로부터 멀리 편향될 수 있고, 상기 홀은 상기 멤브레인을 가로지르는 압력차에 따라 변화하는 크기를 갖는 방법.
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