KR102091854B1 - Condensor microphone and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음압에 의해 진동하는 멤브레인의 진동효율이 좋고, 출력전압의 감도가 우수한 콘덴서 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a condenser microphone and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a condenser microphone having a good vibration efficiency of a membrane vibrating by sound pressure and having excellent output voltage sensitivity, and a method for manufacturing the same.
일반적으로 음향 센서(acoustic sensor)는 음향신호를 전기적 신호로 변환하는 장치로서 마이크로폰을 포함한다. In general, an acoustic sensor is a device that converts an acoustic signal into an electrical signal and includes a microphone.
마이크로폰은 재질이나 작동원리에 따라 매우 다양한 종류가 있다.There are many different types of microphones depending on the material and operating principle.
예를 들어, 재질에 따라서는 카본 마이크로폰(carbon microphone), 크리스탈 마이크로폰(crystal microphone) 및 마그네틱 마이크로폰(magnetic microphone)등으로 구분된다.For example, depending on the material, it is classified into a carbon microphone, a crystal microphone, and a magnetic microphone.
또한, 작동원리에 따라서는 자기장에 의한 유도기전력을 이용하는 다이내믹 마이크로폰(dynamic microphone)과 멤브레인(membrane)이나 다이어프램(diaphragm)과 같은 진동판의 진동에 따른 캐패시턴스(capacitance) 변화를 이용하는 콘덴서 마이크로폰으로 구분될 수 있다.In addition, depending on the operating principle, it can be divided into a dynamic microphone using an induced electromotive force by a magnetic field and a condenser microphone using a change in capacitance due to vibration of a diaphragm such as a membrane or diaphragm. have.
컴퓨터, 이동통신단말기, MP3녹음기, 카세트 녹음기, 캠코더, 헤드셋 등과 같은 휴대용 전자기기 또는 소형 전자기기에는 ECM(Electret Condensor Microphone) 마이크로폰이나 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 마이크로폰 등과 같은 초소형 콘덴서 마이크로폰이 주로 사용되고 있다. For portable electronic devices such as computers, mobile communication terminals, MP3 recorders, cassette recorders, camcorders, and headsets, or small electronic devices, microminiature condenser microphones such as an electret condensor microphone (ECM) microphone or a microelectromechanical system (MEMS) microphone are mainly used. .
ECM 마이크로폰은 일렉트릿(electret)이라는 분극 유전체 물질을 이용한다. ECM 마이크로폰은 바이어스 전압이 인가되지 않는 동안 전하를 축적하는 기능을 갖고 있다. 일렉트릿 물질의 전하는 온도에 민감하고 장기 드리프트(Long-Term Drift)로 인해 특성이 악화되어 마이크로폰의 감도를 떨어뜨린다. 그래서, 일렉트릿 물질로 테프론(Teflon)을 마이크로폰에 적용했지만, 표준 양산공정에 테프론을 적용하는 것은 많은 어려운 문제점들을 만들어냈다.ECM microphones use a polarized dielectric material called electret. The ECM microphone has a function of accumulating electric charge while no bias voltage is applied. The charge of the electret material is sensitive to temperature and deteriorates characteristics due to long-term drift, which degrades the sensitivity of the microphone. So, although Teflon was applied to the microphone as an electret material, the application of Teflon to a standard mass production process created many difficult problems.
반면, 콘덴서 마이크로폰은 일렉트릿 물질이 필요하지 않고, 전하를 축적하기 위해 바이어스 전압을 인가해 주면 된다. On the other hand, the condenser microphone does not require an electret material, and a bias voltage may be applied to accumulate electric charges.
콘덴서 마이크로폰은 온도에 따라 적절한 센싱(Sensing) 감도와 낮은 센싱 감도를 갖기도 한다. 이러한 콘덴서 마이크로폰은 작은 크기(size)와 저비용 양산화를 위해 대개 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)공정으로 제조되므로, 콘덴서 마이크로폰은 멤즈 마이크로폰(MEMS microphone)으로 통칭되기도 한다.Condenser microphones have adequate sensing sensitivity and low sensing sensitivity depending on the temperature. Since such a condenser microphone is usually manufactured by a micro-electro-mechanical system (MEMS) process for small size and low cost mass production, the condenser microphone is also commonly referred to as a MEMS microphone.
콘덴서 마이크로폰은 두 개의 평판 캐패시턴스, 즉 진동판과 백플레이트(back plate)를 포함하며, 두 개의 평판 캐패시턴스는 절연 물질로 작용하는 공기층(air gap)을 통해 분리된다.The condenser microphone includes two flat-panel capacitances, a diaphragm and a back plate, and the two flat-panel capacitances are separated through an air gap acting as an insulating material.
진동판과 백플레이트를 지지하는 베이스 기판에는 백 챔버(Back Chamber)가 형성된다. 백플레이트에는 복수의 음향홀이 형성되어 에어 댐핑(Air Damping)을 완화시키는 역할을 하게 된다.A back chamber is formed on the base plate supporting the diaphragm and the back plate. A plurality of acoustic holes are formed in the back plate to serve to alleviate air damping.
백플레이트의 음향홀을 통해 인입된 음파는 진동판을 휘게 하는 원인이 되고, 진동판과 백플레이트 간의 캐패시턴스는 공기층의 두께의 변화에 따라 변한다. The sound wave introduced through the acoustic hole of the back plate causes the diaphragm to bend, and the capacitance between the diaphragm and the back plate changes according to the change in the thickness of the air layer.
이러한 공기층의 두께 변화에 따라 변하게 되는 캐패시턴스는 콘덴서 마이크로폰에 구성된 판독 회로(Readout Circuit)에 의해 적절한 전기적 신호로 변환된다. The capacitance that changes according to the change in the thickness of the air layer is converted into an appropriate electrical signal by a readout circuit configured in the condenser microphone.
마이크로폰 상용화 제조 업체들은 마이크로폰의 감도 개선 및 노이즈 레벨(Noise Level)을 낮추기 위해 진동판과 백플레이트의 구조와 물질을 계속 개선해 왔다.Manufacturers of commercialization of microphones have been continuously improving the structure and materials of diaphragms and backplates in order to improve the sensitivity of the microphones and lower the noise level.
콘덴서 마이크로폰은 기생 캐패시턴스를 최소화하고 진동판의 진동효율을 높이기 위해 진동판의 효율적인 진동이 유지되어야 한다.Condenser microphones must maintain efficient vibration of the diaphragm in order to minimize parasitic capacitance and increase the vibration efficiency of the diaphragm.
도 1은 종래의 콘덴서 마이크로폰의 일부 구조를 도시한다.1 shows a partial structure of a conventional condenser microphone.
도 1에 도시한 것처럼, 종래의 콘덴서 마이크로폰은 베이스 기판(10), 진동판(11), 백플레이트(12), 베이스 기판(10)과 백플레이트(12) 사이에 위치하고 진동판(11)을 지지하는 절연 연결부(13a, 13a) 및 진동판(11)과 백플레이트(14) 사이에 위치하는 공기층(14)을 구비한다.1, the conventional condenser microphone is located between the
이때, 절연 연결부(13a, 13b)는, 도 1에 도시한 것처럼, 진동판(11)을 중심으로 하여 하부에 위치하는 부분(13a)과 상부에 위치한 부분(13b)으로 나눠진다.At this time, the insulating connecting
베이스 기판(10)에 형성된 진동판(11)은 공기층(14)에서 쉽게 진동할 수 있도록 탄성을 가지고 있으며 수직 방향으로 진동하여 백 플레이트(12)와의 사이에 해당 크기의 캐패시턴스(Ce, Cc)를 형성한다. The diaphragm 11 formed on the
이때 움직일 수 있는 진동판(11)의 진동 범위는 백플레이트(12)에 닿기 전(즉, 붙기 전)까지이며, 일단 진동판(11)이 백플레이트(12)에 붙게 되면 더 이상 전하가 이동하지 않는 풀인 전압(Pull-In Voltage) 상태에 도달하여 콘덴서 마이크로폰을 구비한 음향 센서는 정상적인 센서의 기능을 못하고 손상된다.At this time, the vibration range of the movable diaphragm 11 is before reaching the back plate 12 (that is, before attaching it), and once the diaphragm 11 is attached to the
콘덴서 마이크로폰의 동작 효율을 높이기 위해, 콘덴서 마이크로폰은 음성신호에 대한 백플레이트(12)와 진동판(11) 간의 정전용량을 극대화하고, 누설 정전용량을 최소화해야 한다. In order to increase the operation efficiency of the condenser microphone, the condenser microphone should maximize the capacitance between the
동작 중에 대표적으로 발생되는 누설 정전용량은 백플레이트(12)와 진동판(11) 간의 절연 연결부(13b)에서 발생하는 기생 캐패시턴스(Parasitic capacitance, Cp1)와 진동판(11)과 베이스 기판(10) 간의 절연 연결부(13a)에서 발생하는 기생 캐패시턴스(Cp2) 등이 있다. 이러한 기생 캐패시시턴스 외에도 마이크로폰 본체(도시하지 않음)와 신호의 입출력을 위해 형성된 패드(pad)를 연결하는 와이어(wire)에서 발생하는 캐패시턴스도 존재한다.The leakage capacitance typically generated during operation is parasitic capacitance (Cp1) generated in the
본 발명이 해결하려는 과제는 동작 전압에서 멤브레인의 진동 효율을 높여 콘덴서 마이크로폰의 성능을 향상시키기 위한 콘덴서 마이크로폰 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a condenser microphone and a manufacturing method for improving the performance of the condenser microphone by increasing the vibration efficiency of the membrane at an operating voltage.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 출력전압의 감도가 우수한 콘덴서 마이크로폰 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a condenser microphone having excellent output voltage sensitivity and a manufacturing method thereof.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 콘덴서 마이크로폰은 베이스 기판, 상기 베이스 기판 위에 위치하는 멤브레인, 상기 멤브레인 위에 위치하는 백플레이트부, 상기 멤브레인과 상기 백플레이트부 사이에 위치하는 공기층 그리고 상기 백플레이트부에서 상기 멤브레인 쪽으로 공기층에 돌출되어 있는 복수 개의 등고선형 돌기를 포함한다. The condenser microphone of the present invention for solving the above problems is provided by a base substrate, a membrane positioned on the base substrate, a back plate portion positioned on the membrane, an air layer positioned between the membrane and the back plate portion, and the back plate portion. It includes a plurality of contour projections protruding from the air layer toward the membrane.
상기 복수 개의 등고선형 돌기의 돌출 길이는 위치에 무관하게 동일할 수 있다. The protrusion lengths of the plurality of contour protrusions may be the same regardless of the position.
상기 복수 개의 등고선형 돌기의 돌출 길이는 위치에 따라 상이할 수 있다.The protrusion lengths of the plurality of contour projections may be different depending on the position.
상기 멤브레인의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 이에 대향하는 등고선형 돌기의 돌출 길이는 증가할 수 있다.The protruding length of the contour protrusions facing the membrane may increase as it goes from the center of the membrane to the edge.
상기 등고선형 돌기의 돌출 길이는 정해진 비율로 증가할 수 있다. The protruding length of the contour projection can be increased at a predetermined rate.
상기 복수 개의 등고선형 돌기의 밀도는 위치에 따라 상이할 수 있다.The density of the plurality of contour projections may be different depending on the location.
상기 멤브레인의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 이에 대향하는 등고선형 돌기의 밀도는 감소할 수 있다.The density of the contour protrusions facing the membrane may decrease as it goes from the center of the membrane to the edge.
상기 백플레이트부는 상기 공기층과 접해 있는 제1 백플레이트 및 상기 제1 백플레이트 위에 위치하는 제2 백플레이트를 포함할 수 있다. The back plate portion may include a first back plate in contact with the air layer and a second back plate positioned on the first back plate.
상기 제2 백플레이트는 상기 등고선형 돌기와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. The second back plate may be made of the same material as the contour projections.
상기 제1 백플레이트는 상기 제2 백플레이트와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.The first back plate may be made of the same material as the second back plate.
상기 제1 백플레이트는 상기 제2 백플레이트와 다른 재료로 이루어질 수 있다.The first back plate may be made of a different material than the second back plate.
본 발명의 다른 특징에 따른 콘덴서 마이크로폰의 제조 방법은 베이스 기판 위에 멤브레인을 형성하는 단계, 상기 멤브레인 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 제1 백플레이트층을 형성하는 단계, 상기 제1 백플레이트층 위에 레지스트막을 적층한 후 마스크를 이용하여 상기 레지스트막을 선택적으로 식각하여 식각된 부분에 위치하는 제1 백플레이트층의 부분을 노출시키는 단계, 남아있는 상기 레지스트막을 마스크로 하여 노출된 상기 제1 백플레이트층의 부분을 제거하여, 등고선 형태의 빈 부분을 구비하는 제1 백플레이트를 형성하는 단계, 남아있는 상기 레지스트막을 제거하는 단계, 상기 빈 부분을 통해 노출된 희생층을 정해진 깊이만큼 식각하여 상기 제1 백플레이트와 상기 희생층에 등고선형 돌기용 홀을 형성하는 단계, 그리고 상기 등고선형 돌기용 홀 내에 정해진 물질을 증착하여 등고선형 돌기를 형성하는 단계를 포함한다. The method of manufacturing a condenser microphone according to another aspect of the present invention includes forming a membrane on a base substrate, forming a sacrificial layer on the membrane, forming a first backplate layer on the sacrificial layer, and the first bag. After depositing a resist film on the plate layer, using a mask to selectively etch the resist film to expose a portion of the first back plate layer located in the etched portion, the exposed first using the remaining resist film as a mask By removing a portion of the back plate layer, forming a first back plate having an empty portion in the form of a contour, removing the remaining resist film, etching the sacrificial layer exposed through the blank portion by a predetermined depth Forming a hole for contouring projections on the first back plate and the sacrificial layer, and Depositing a predetermined material in the above-mentioned contour-shaped projection hole and a step of forming a contour-like protrusions.
상기 특징에 따른 콘덴서 마이크로폰의 제조 방법은 상기 제1 백플레이트 위와 상기 등고선형 돌기 위에 제2 플레이트를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing a condenser microphone according to the above feature may further include forming a second plate on the first back plate and on the contour projection.
상기 제2 플레이트 형성 단계는 상기 등고선형 돌기와 동일한 재료를 이용하여 상기 제2 백플레이트를 형성할 수 있다.In the forming of the second plate, the second back plate may be formed using the same material as the contour projections.
이러한 본 발명의 특징에 따르면, 가운데에 빈 공간을 구비함에 따라 상대적으로 큰 외경을 갖고 좁은 선폭을 갖는 복수 개의 등고선형 돌기로 인해, 진동하는 멤브레인이 백플레이트부와 접촉하여 접착되는 현상이 방지된다. 또한, 상대적으로 큰 외경으로 인해, 등고선형 돌기부와 접촉 시 멤브레인의 손상이 방지되거나 최소화된다. 따라서, 멤브레인의 수명이 증가한다.According to the features of the present invention, as a plurality of contour projections having a relatively large outer diameter and a narrow line width are provided as the center has an empty space, a phenomenon in which the vibrating membrane contacts and adheres to the back plate portion is prevented. . In addition, due to the relatively large outer diameter, damage to the membrane is prevented or minimized in contact with the contoured projections. Therefore, the life of the membrane is increased.
또한, 높은 음압이 콘덴서 마이크로폰에 인가되었을 때, 등고선형 돌기부가 멤브레인의 넓은 부분과 접촉하므로 등고선형 돌기의 완충 효과에 의해 콘덴서 마이크로폰의 내구성을 향상시킨다.In addition, when a high sound pressure is applied to the condenser microphone, the contoured projection contacts the wide part of the membrane, thereby improving the durability of the condenser microphone by the buffering effect of the contoured projection.
복수 개의 등고선형 돌기의 밀도가 중심부에서 가장자리부로 갈수록 감소하므로, 멤브레인의 진동 패턴에 따른 등고선형 돌기부의 완충 효과 및 접착 방지 효과가 향상된다. Since the density of the plurality of contour projections decreases from the center to the edge, the buffering effect and the adhesion prevention effect of the contour projections according to the vibration pattern of the membrane are improved.
추가로, 백플레이트부를 2층으로 형성하여 등고선형 돌기의 지지력이 향상되고, 휨 현상이 크게 줄어든다.In addition, by forming the back plate portion in two layers, the support of the contour projections is improved, and the warpage phenomenon is greatly reduced.
도 1는 종래의 콘덴서 마이크로폰의 구조를 일부 도시한 단면도이다. 일부 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 구조를 설명하기 위한 콘덴서 마이크로폰의 예시적인 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 콘덴서 마이크로폰을 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰에서 제2 백플레이트에 결합되어 있는 동고선형 돌기에 대한 개략적인 사사도이다.
도 5a 내지 도 5j는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 제조 순서에 따라 순차적으로 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view partially showing the structure of a conventional condenser microphone. Some structures are shown.
2 is an exemplary plan view of a condenser microphone for explaining the structure of a condenser microphone according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the condenser microphone shown in FIG. 2 taken along the line III-III.
4 is a schematic perspective view of a solid-line projection coupled to a second back plate in a condenser microphone according to an embodiment of the present invention.
5A to 5J are cross-sectional views taken along the line III-III of FIG. 2, sequentially showing the condenser microphone according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the present invention, for the technology or configuration already known in the art
구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.When it is determined that adding the detailed description may obscure the gist of the present invention, some of them will be omitted from the detailed description. In addition, the terms used in the present specification are terms used to properly express the embodiments of the present invention, which may vary according to persons or practices related to the field. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only to refer to a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular forms used herein include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of 'comprising' embodies certain properties, regions, integers, steps, actions, elements and / or components, and other specific properties, regions, integers, steps, actions, elements, components and / or groups. It does not exclude the existence or addition of.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰 및 그 제조방법에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, a condenser microphone according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 구조에 대하여 설명한다. 도시의 편의를 의해 도 2에서 음향홀의 도시는 생략된다.First, the structure of a condenser microphone according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. For convenience of illustration, the illustration of the sound hole in FIG. 2 is omitted.
도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 본 실시예의 콘덴서 마이크로폰은 베이스 기판(100), 베이스 기판(100) 위에 위치하는 멤브레인(110), 멤브레인(110) 위에 위치하는 백플레이트부(120), 베이스 기판(100)과 백플레이트부(120) 사이에 위치하는 공기층(130), 그리고 백플레이트부(120)에서 공기층(130)으로 돌출되어 있는 등고선형 돌기부, 좀 더 구체적으로는 동심원형 돌기부(140)를 구비한다.2 and 3, the condenser microphone of the present embodiment includes a
베이스 기판(100)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 등으로 이루어져 있다. The
이러한 베이스 기판(100)에는 실리콘 웨이퍼가 존재하지 않는 백 챔버(즉, 공동)(101)를 구비한다. 따라서, 백 챔버(101) 내에 일렉트릿 소자가 위치한다. The
멤브레인(110)은 콘덴서 마이크로폰 내부로 유입되는 음파의 크기에 따라 진동하는 진동판으로, 이러한 음파에 따른 멤브레인(110)의 진동에 따라 해당하는 전기 신호가 생성된다. The
한 예로서, 멤브레인(110)은 0.5~2.0㎛의 두께를 갖고, 폴리 실리콘(Poly Si)으로 이루어질 수 있다.As one example, the
멤브레인(110)의 두께가 0.5㎛ 미만인 경우, 멤브레인(110)의 두께가 너무 얇아 파손의 위험이 크고, 2.0㎛를 초과하는 두께를 가질 경우 음파에 따른 진동 동작에 방해를 받게 된다. If the thickness of the
백플레이트부(120)는 공기층(130)을 사이에 두고 멤브레인(110)과 대향하고 있다. 따라서, 멤브레인(110)의 진동에 따른 멤브레인(110)과 백플레이트부(120) 간의 거리 변화에 따라 멤브레인(110)과 백플레이트부(120) 사이에 해당 크기의 캐패시턴스가 발생된다. The
이러한 백플레이트부(120)는 공기층(130) 바로 위에 위치하여 공기층(130)과 접해 있고 등고선형 돌기부(140)가 위치하는 제1 백플레이트(120a)와 제1 백플레이트(120a) 위에 위치하고 등고선형 돌기부(140)와 연결되어 있는 제2 백플레이트(120b)를 구비한다.The
제1 백플레이트(120a)는 대향하고 있는 멤브레인(110)과 커패시턴스 발생에 기여하며, 제2 백플레이트(120b)는 등고선형 돌기부(140)를 지지하는 역할을 한다.The
제1 백플레이트(120a)와 제2 백플레이트(120b)는 동일한 재료로 이루어져 있거나 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 백플레이트(120b)는 등고선형 돌기부(140)와 동일한 재료로 이루어져 있다.The
제1 백플레이트(120a)와 제2 백플레이트(120b)가 동일한 재료로 이루어질 경우, 제1 백플레이트(120a)와 제2 백플레이트(120b)는 등고선형 돌기부(140)와 같은 재료(예, 질화물)로 이루어질 수 있다.When the
하지만, 제1 백플레이트(120a)와 제2 백플레이트(120b)가 다른 재료로 이루어질 경우, 제2 백플레이트(120a)만이 등고선형 돌기부(140)와 동일한 재료로 이루어진다.However, when the
이처럼 백플레이트부(120)가 2층으로 이루어져 있으므로, 공기층(130)과 대면하고 있는 백플레이트부(120)의 지지력이 향상되어 휨 현상이 방지된다.As such, since the
또한, 등고선형 돌기부(140)와 동일한 재료로 이루어진 제2 백플레이트(120b)로 인해, 등고선형 돌기부(140)의 지지력이 증가하여 백플레이트부(120)에서 등고선형 돌기부(140)가 떨어지는 현상이 방지된다. In addition, due to the
절연층인 공기층(130)을 사이에 두고 있는 멤브레인(110)과 백플레이트부(120)는 각각 반대 방향에서 마주보고 있는 대향 전극으로서 기능할 수 있다. 이 경우, 멤브레인(110)과 백플레이트부(120)에는 각각 멤브레인 전극과 백플레이트 전극이 추가로 구비될 수 있다. 멤브레인 전극에는 바이어스 전압(bias voltage)이 인가될 수 있고, 백플레이트 전극은 생성된 출력 전압이 인가되어 외부로의 출력이 이루어질 수 있도록 한다. The
공기층(130)은 이미 기술한 것처럼 멤브레인(110)과 백플레이트부(120) 사이에 위치하여, 공기층(130)의 두께만큼 멤브레인(110)과 백플레이트부(120) 사이를 이격시킨다.The
이러한 공기층(130)은 유전체로서 기능하여, 이미 기술한 것처럼, 음파에 따른 멤브레인(110)의 진동에 따라 멤브레인(110)과 백플레이트부(120) 사이에 해당 크기의 캐패시턴스가 발생한다.The
등고선형 돌기부(140)는 멤브레인(110)의 진동 시 멤브레인(110)이 백플레이트부(120)와 맞붙게 되어 발생되는 풀인 전압 상태를 방지하며, 계면 완충 역할을 위한 것이다. The contoured
이러한 등고선형 돌기부(140)는 복수 개의 등고선 형태의 돌기, 좀 더 구체적으로는 중심점이 동일한 복수 개의 등심원 형태의 돌기인 등고선형 돌기(141)를 구비한다. The
본 예의 각 등고선형 돌기(141)는 질화물로 이루어질 수 있고, 인접한 등고선형 돌기(141) 사이에는 공기가 채워지는 빈 공간(H14)을 구비한다. Each
이러한 각 등고선형 돌기(141)는, 도 3에 도시한 것처럼, 백플레이트부(120)에서 멤브레인(110) 쪽으로 정해진 길이만큼 돌출되어 있고, 이러한 복수 개의 등고선형 돌기(141)에 의해, 진동하는 멤브레인(110)은 백플레이트부(120)가 아닌 마주하고 있는 등고선형 돌기(141)와 접하게 될 수 있다.Each of the
따라서, 진동 시에도 맴브레인(110)은 백플레이트부(120)와 접하지 않게 되어 풀인 전압 상태가 발생하지 않아, 멤브레인(110)의 수명이 연장되고 이로 인해, 콘덴서 마이크로폰의 수명 역시 연장된다.Therefore, even during vibration, the
도 3의 경우, 백플레이트(120), 좀 더 구체적으로 제1 백플레이트(120a)의 하면에서부터 멤브레인(110) 쪽으로 공기층(130)에 돌출되는 각 등고선형 돌기(141)의 돌출 길이는 위치에 무관하게 동일하다.In the case of FIG. 3, the protruding length of each
하지만, 이에 한정되지 않고 대안적인 예에서, 적어도 두 개의 등고선형 돌기(141)의 돌출 길이는 위치에 따라 상이하고, 이에 따라, 콘덴서 마이크로폰의 중심부에 위치한 등고선형 돌기(141)가 가장자리부에 위치한 등고선형 돌기(141)보다 돌출 길이가 짧을 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and in an alternative example, the protruding lengths of the at least two
위치에 따라 돌출 길이가 상이할 경우, 콘덴서 마이크로폰의 중심부에서 가장자리부 쪽으로 갈수록 등고선형 돌기(141)의 돌출 길이는 증가할 수 있다. 이때, 돌출 길이의 증가 비율은 정해진 비율에 따라 비례적으로 증가할 수 있다.When the protruding length differs depending on the position, the protruding length of the
일반적으로 동일한 크기의 음파가 유입될 때, 멤브레인(110)의 진동폭은 중심부에서 가장자리부로 갈수록 줄어든다.In general, when sound waves of the same size are introduced, the vibration width of the
따라서, 콘덴서 마이크로폰의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 등고선형 돌기(141)의 돌출 길이가 증가할 경우, 멤브레인(110)은 대향되는 등고선형 돌기(141)에 방해받지 않고 해당 폭의 진동 동작이 정상적으로 이루어져, 멤브레인(110)의 진동은 중심부에 대해 대칭적으로 유지된다. Therefore, when the protruding length of the
이로 인해, 유입되는 음파에 대응하는 정확한 캐패시턴스의 발생이 이루어져 콘덴서 마이크로폰의 동작의 신뢰도가 향상되며, 등고선형 돌기(141)와의 접촉 빈도나 접촉 시 충격이 완화되어, 멤브레인(110)의 손상이나 파손이 줄어든다. Due to this, the correct capacitance corresponding to the incoming sound wave is generated to improve the reliability of the operation of the condenser microphone, the frequency of contact with the
특히, 인접한 두 등고선형 돌기(141) 사이에 위치하는 빈 공간(H14)이 공기로 채워져 있으므로, 멤브레인(110)이 대응하는 등고선형 돌기(141)에 부딪힐 때 완충 효과가 발생하여 멤브레인(110)의 손상이나 파손은 더욱 감소한다. In particular, since the empty space H14 positioned between the two
복수 개의 등고선형 돌기(141)가 동심원 형태로 위치하므로, 각 등고선형 돌기(141)의 외부 직경은 중심부에서 가장자리부로 갈수록 증가한다.Since the plurality of
이때, 각 등고선형 돌기(141)의 선폭(W11), 즉, 두께는 최소 0.2㎛를 유지하여 얇으며, 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 중심부에서 가장자리부로 갈수록 증가할 수 있다. 하지만 이에 달리, 모든 등고선형 돌기(141)의 선폭(W11)은 동일할 수 있다. At this time, the line width W11 of each of the
이처럼, 각 등고선형 돌기(141)는 공기로 채워진 빈 공간(H14)을 구비한 동심원 형태로 이루어져 있으므로, 큰 내구성을 갖게 된다. 이로 인해, 멤브레인(110)과의 잦은 충돌로 인한 등고선형 돌기(141)의 파손이나 파손이 줄어든다. As such, each
또한, 등고선형 돌기(141) 사이의 공간(H14)으로 인해, 멤브레인(110)이 등고선형 돌기(141)에 접촉되더라도 등고선형 돌기(141)에 접착되는 현상이 방지된다. In addition, due to the space H14 between the
각 등고선형 돌기(141)의 선폭(W11)이 0.2㎛ 이상이면, 등고선형 돌기(141)의 형성이 용이하며 멤브레인(110)와 충돌 시 파손의 위험이 줄어든다.When the line width W11 of each
이러한 복수 개의 등고선형 돌기(141)는 음향홀(도시하지 않음)이 위치하지 않는 백플레이트부(120)의 부분에 위치한다. 음향홀은 음파가 유입되는 구멍으로서 백플레이트부(120)를 완전히 관통하는 관통홀이다. The plurality of
멤브레인(110)의 진동은 중심부에서 강하고 가장자리부로 갈수록 약해지므로, 등고선형 돌기(141)의 밀도는 대향하고 있는 멤브레인(110)의 위치에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 등고선형 돌기(141)의 밀도는 멤브레인(110)의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 감소할 수 있다.Since the vibration of the
따라서, 멤브레인(110)의 중심부에 대향되게 위치하는 인접한 두 등고선형 돌기(141)의 간격은 멤브레인(110)의 가장자리부에 대향되게 위치하는 인접한 두 등고선형 돌기(141)의 간격보다 좁을 수 있다. 이때, 인접한 두 등고선형 돌기(141)의 간격은 멤브레인(110)의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 비례적으로 변할 수 있다. 하지만, 이와 달리, 인접한 두 등고선형 돌기(141)의 간격은 동일할 수 있다. Accordingly, the distance between two
이러한 구조를 갖는 본 예의 콘덴서 마이크로폰은 도 2 및 도 3에 도시한 구성요소 이외에도, 베이스 기판(100) 위에 위치하여 백플레이트부(120)를 지지하는 절연 연결부, 백플레이트 전극과 전기적으로 연결되어 전기 신호를 출력하는 출력 패드, 멤브레인 전극과 전기적으로 연결되어 바이어 전압의 입력을 위한 바이어스 패드, 백플레이트 전극과 출력 패드와의 연결 및 멤브레인 전극과 바이어스 패드와의 연결을 위한 각각의 커넥터 등과 적어도 하나의 구성요소를 추가로 구비할 수 있다.The condenser microphone of this example having such a structure, in addition to the components shown in FIGS. 2 and 3, is located on the
다음, 도 5a 내지 도 5j를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 제조 방법을 개략적으로 설명한다.Next, a method of manufacturing a condenser microphone according to an embodiment of the present invention will be schematically described with reference to FIGS. 5A to 5J.
먼저, 도 5a에 도시한 것처럼, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 베이스 기판(100) 위에 폴리 실리콘막을 CVD 증착 성장법으로 증착하여 멤브레인(110)을 형성한다. 이때, 형성되는 멤브레인(110)은 0.5㎛~2.0㎛의 두께를 가질 수 있다.First, as shown in FIG. 5A, a polysilicon film is deposited on a
다음, 도 5b에 도시한 것처럼 멤브레인(110) 위에 열산화법으로 1.5~4.0㎛ 두께의 막을 성장시켜 희생층(131)을 형성한다. 이때, 희생층(131)의 두께는 맴브레인(110)의 진동 범위와 각 등고선형 돌기(141)의 돌출 길이 등에 따라 정해질 수 있다. Next, as shown in FIG. 5B, a
그런 다음, 도 5c에 도시한 것처럼, 희생층(131) 위에 증착법을 이용하여 질화물로 이루어진 제1 백플레이트층(121a)을 형성한다. 제1 백플레이트층(121a)의 두께는 2.0㎛~3.5㎛일 수 있다.Then, as illustrated in FIG. 5C, a first back plate layer 121a made of nitride is formed on the
다음, 도 5d에 도시한 것처럼, 레지스트막(151)을 적층한 후 마스크(mask)를 이용하여 레지스트막(151)을 선택적으로 마스킹하여 노출된 레지스트막(151)의 부분을 식각해 하부에 위치한 제1 백플레이트층(121a)을 노출시킨다. Next, as illustrated in FIG. 5D, after the resist
이때, 식각된 레지스트막(151)의 부분은 각 등고선형 돌기(141)의 형성 위치가 된다.At this time, a portion of the etched resist
이처럼, 레지스트막(151)을 이용하여 제1 백플레이트층(121a)의 원하는 부분을 노출시킨 후, 남아있는 레지스트막(151)을 마스크로 하여 노출된 제1 백플레이트층(121a)의 부분을 식각하여 제1 백플레이트(120a)를 형성한다(도 5e).As described above, after exposing a desired portion of the first back plate layer 121a using the resist
이때, 제1 백플레이트(120a)는 식각 동작에 의해 등고선 형태(구체적으로 원심형 형태)의 빈 부분을 구비하고 이 빈 부분을 통해 희생층(131)의 해당 부분이 노출된다.At this time, the
식각액은 노출된 제1 백플레이트층(121a)의 부분만을 선택적으로 제거하는 것으로서, 노출된 희생층(131)의 부분은 식각되지 않는다.The etchant selectively removes only a portion of the exposed first backplate layer 121a, and the exposed portion of the
그런 다음, 제1 백플레이트(120a) 위에 존재하는 레지스트막(121)은 제거된다(도 5f). Then, the resist
도 5g에 도시한 것처럼, 노출된 희생층(131)의 표면에서부터 정해진 깊이만큼 희생층(131)을 식각하여 제1 백플레이트(120a)의 해당 위치와 희생층(131)의 해당 위치에 각각 등고선형 돌기용 홀(H140)을 형성한다.As shown in Figure 5g, by etching the
이때, 노출된 희생층(131)의 표면에서부터 식각되는 깊이는 희생층(131)의 총 두께의 1/2 이하인 것이 좋고, 한 예로, 0.5㎛~1.5㎛일 수 있다.At this time, the depth etched from the surface of the exposed
희생층(131)의 식각 깊이가 총 두께의 1/2를 초과할 경우, 멤브레인(110)의 진동폭에 비해 등고선형 돌기(141)와 멤브레인(110) 간의 거리가 짧아 멤브레인(110)의 진동 동작에 악영향을 끼친다. When the etching depth of the
이와 같이, 제1 백플레이트(120a)와 희생층(131)에 복수 개의 등고선형 돌기용 홀(H140)이 형성되면, 질화물의 증착 방식을 통해 복수 개의 등고선형 돌기용 홀(H140) 속에 질화물을 채워 넣어 복수 개의 등고선형 돌기(141)를 구비한 등고선형 돌기부(140)가 완성한다(도 5h).As described above, when a plurality of contour line protrusion holes H140 are formed in the
복수 개의 등고선형 돌기용 홀(H140) 속에만 질화물의 증착 동작을 위해, 등고선형 돌기용 홀(H140)이 위치하지 않는 제1 백플레이트(120a) 부분에는 마스크로 마스킹될 수 있다.For the deposition operation of the nitride only in the plurality of contoured projection holes H140, the
다음, 제1 백플레이트(120a) 위와 등고선형 돌기(141) 위에 질화물을 증착하여 제2 백플레이트(120b)를 형성한다. 이때, 제2 백플레이트(120b)가 생략될 경우, 이 단계는 생략된다. Next, the
그런 다음, 희생층(131)을 선택적으로 식각하여, 멤브레인(110)과 제1 백플레이트(120a) 사이에 공기층(130)을 형성한다(도 5j). 제2 백플레이트(120b)의 형성 단계가 생략될 경우, 등고선형 돌기부(140)를 형성한 후 바로 공기층(130)을 형성하는 단계로 넘어간다. Then, the
마지막으로, 베이스 기판(110)을 선택적으로 제거하여 빈 공간인 백 챔버(101)을 형성한다(도 3 참조).Finally, the
이상, 본 발명의 콘덴서 마이크로폰 및 그 제조방법의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the above, embodiments of the condenser microphone of the present invention and its manufacturing method have been described. The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various modifications and variations will be possible from the viewpoint of those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the scope of the present invention should be defined not only by the claims of the present specification, but also by the claims and equivalents thereof.
100: 베이스기판 101: 백 챔버
110: 진동판, 멤브레인 120: 백플레이트부
120a: 제1 백플레이트 120b: 제2 백플레이트
121a: 제1 플레이트층 130: 공기층
131: 희생층 140: 등고선형 돌기부
141: 등고선형 돌기100: base substrate 101: back chamber
110: diaphragm, membrane 120: back plate portion
120a:
121a: first plate layer 130: air layer
131: sacrificial layer 140: contour projection
141: contour projection
Claims (14)
상기 베이스 기판 위에 위치하는 멤브레인;
상기 멤브레인 위에 위치하는 백플레이트부;
상기 멤브레인과 상기 백플레이트부 사이에 위치하는 공기층; 그리고
상기 백플레이트부에서 상기 멤브레인 쪽으로 공기층에 돌출되어 있는 복수 개의 등고선형 돌기
를 포함하고,
상기 백플레이트부는,
상기 공기층과 접해 있는 제1 백플레이트; 및
상기 제1 백플레이트 위에 위치하는 제2 백플레이트
를 포함하는 콘덴서 마이크로폰.Base substrate;
A membrane positioned on the base substrate;
A back plate portion positioned on the membrane;
An air layer located between the membrane and the back plate portion; And
A plurality of contour projections protruding from the back plate portion to the air layer toward the membrane
Including,
The back plate portion,
A first back plate in contact with the air layer; And
A second back plate located on the first back plate
Condenser microphone comprising a.
상기 복수 개의 등고선형 돌기의 돌출 길이는 위치에 무관하게 동일한 콘덴서 마이크로폰.According to claim 1,
The condenser microphones having the same protruding lengths of the plurality of contour projections regardless of the position.
상기 복수 개의 등고선형 돌기의 돌출 길이는 위치에 따라 상이한 콘덴서 마이크로폰.According to claim 1,
The condenser microphone having a protruding length of the plurality of contour projections differs depending on the position.
상기 멤브레인의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 이에 대향하는 등고선형 돌기의 돌출 길이는 증가하는 콘덴서 마이크로폰.According to claim 3,
The condenser microphone whose protruding length of the contour projections facing the membrane increases from the center to the edge of the membrane.
상기 등고선형 돌기의 돌출 길이는 정해진 비율로 증가하는 콘덴서 마이크로폰.According to claim 4,
The condenser microphone whose protruding length of the contour projection increases at a predetermined rate.
상기 복수 개의 등고선형 돌기의 밀도는 위치에 따라 상이한 콘덴서 마이크로폰.According to claim 1,
The density of the plurality of contour projections differs depending on the location of the condenser microphone.
상기 멤브레인의 중심부에서 가장자리부로 갈수록 이에 대향하는 등고선형 돌기의 밀도는 감소하는 콘덴서 마이크로폰.The method of claim 6,
A condenser microphone whose density decreases as it goes from the center of the membrane to the edge, and the density of the contour projections facing it decreases.
상기 제2 백플레이트는 상기 등고선형 돌기와 동일한 재료로 이루어져 있는 콘덴서 마이크로폰.According to claim 1,
The second back plate is a condenser microphone made of the same material as the contour projections.
상기 제1 백플레이트는 상기 제2 백플레이트와 동일한 재료로 이루어져 있는 콘덴서 마이크로폰.The method of claim 9,
The first back plate is a condenser microphone made of the same material as the second back plate.
상기 제1 백플레이트는 상기 제2 백플레이트와 다른 재료로 이루어져 있는 콘덴서 마이크로폰.The method of claim 9,
The first back plate is a condenser microphone made of a material different from the second back plate.
상기 멤브레인 위에 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 위에 제1 백플레이트층을 형성하는 단계;
상기 제1 백플레이트층 위에 레지스트막을 적층한 후 마스크를 이용하여 상기 레지스트막을 선택적으로 식각하여 식각된 부분에 위치하는 제1 백플레이트층의 부분을 노출시키는 단계;
남아있는 상기 레지스트막을 마스크로 하여 노출된 상기 제1 백플레이트층의 부분을 제거하여, 등고선 형태의 빈 부분을 구비하는 제1 백플레이트를 형성하는 단계;
남아있는 상기 레지스트막을 제거하는 단계;
상기 빈 부분을 통해 노출된 희생층을 정해진 깊이만큼 식각하여 상기 제1 백플레이트와 상기 희생층에 등고선형 돌기용 홀을 형성하는 단계; 및
상기 등고선형 돌기용 홀 내에 정해진 물질을 증착하여 등고선형 돌기를 형성하는 단계
를 포함하는 콘덴서 마이크로폰의 제조 방법.Forming a membrane on the base substrate;
Forming a sacrificial layer on the membrane;
Forming a first backplate layer over the sacrificial layer;
Depositing a resist film on the first backplate layer and selectively etching the resist film using a mask to expose a portion of the first backplate layer positioned in the etched portion;
Removing a portion of the exposed first backplate layer using the remaining resist film as a mask, thereby forming a first backplate having an empty portion in a contour shape;
Removing the remaining resist film;
Etching the sacrificial layer exposed through the empty portion by a predetermined depth to form a contour hole for the first back plate and the sacrificial layer; And
Forming a contour projection by depositing a predetermined material in the contour projection hole
Method of manufacturing a condenser microphone comprising a.
상기 제1 백플레이트 위와 상기 등고선형 돌기 위에 제2 플레이트를 형성하는 단계를 더 포함하는 콘덴서 마이크로폰의 제조 방법.The method of claim 12,
And forming a second plate on the first back plate and on the contour projections.
상기 제2 플레이트 형성 단계는 상기 등고선형 돌기와 동일한 재료를 이용하여 상기 제2 백플레이트를 형성하는 콘덴서 마이크로폰의 제조 방법.
The method of claim 13,
The second plate forming step is a method of manufacturing a condenser microphone using the same material as the contour projections to form the second back plate.
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