KR102224307B1 - 음향 공진기 모듈 - Google Patents
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Abstract
모듈 기판과, 상기 모듈 기판에 접속 단자를 통해 연결되어 상기 모듈 기판과 이격 배치되는 음향 공진기 및 상기 음향 공진기를 봉합하는 밀봉부를 포함하며, 상기 음향 공진기는 상기 모듈 기판의 상면에 대향 배치되며 상기 모듈 기판과의 사이에 공간이 형성되는 공진부를 구비하는 음향 공진기 모듈이 개시된다.
Description
본 발명은 음향 공진기 모듈에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요가 증가하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)가 알려져 있다.
FBAR은 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수 (Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로, FBAR은 기판상에 제1 전극, 압전체 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다.
FBAR의 동작원리를 살펴보면, 먼저 제1 및 2전극에 전기에너지를 인가하여 압전층 내에 전계를 유기시키면, 이 전계는 압전층의 압전 현상을 유발시켜 공진부가 소정 방향으로 진동하도록 한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다
즉, FBAR은 체적 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW)를 이용하는 소자로, 압전체의 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)가 커짐으로써 탄성파 소자의 주파수 특성이 개선되고, 또 광대역화도 가능하게 된다.
본 발명의 일 측면은 음향 공진기가 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되는 경우에 음향 공진기의 보호층에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 흡착되어 주파수 변동이 커지거나, 공진기 성능을 열화시키는 문제점을 해결하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기 모듈은 모듈 기판과, 상기 모듈 기판에 접속 단자를 통해 연결되어 상기 모듈 기판과 이격 배치되는 음향 공진기 및 상기 음향 공진기를 봉합하는 밀봉부를 포함하며, 상기 음향 공진기는 상기 모듈 기판의 상면에 대향 배치되며 상기 모듈 기판과의 사이에 공간이 형성되는 공진부를 구비할 수 있다.
본 발명은 보호층을 재질이 다른 제1 보호층과 제2 보호층으로 적층 구성하고, 제2 보호층 상에 소수성층(hydrophobic layer)을 배치한다. 이에 음향 공진기가 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되는 경우에도 주파수 변동을 최소화 할 수 있으며 공진기 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 음향 공진기가 실장된 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프이다.
도 7은은 소수성층이 형성되지 않은 보호층 상에 히드록실기가 흡착된 것을 도시한 것이다.
도 8은 보호층 상에 소수성층이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 9는 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)와 보호층 상에 소수성층이 형성되지 않은 음향 공진기(비교예)에 대한 습도 및 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 소수성층의 접착층(adhesion layer)로 사용되는 프리커서 (precursor)의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 소수성층의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 16은 보호층 상에 소수성층이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 19는 도 1에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 예이다.
도 20는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 예이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 23는 도 22의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.
도 24 내지 도 29는 각각 도 22에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 30 및 도 31은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능을 도시한 그래프이다.
도 7은은 소수성층이 형성되지 않은 보호층 상에 히드록실기가 흡착된 것을 도시한 것이다.
도 8은 보호층 상에 소수성층이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 9는 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)와 보호층 상에 소수성층이 형성되지 않은 음향 공진기(비교예)에 대한 습도 및 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 소수성층의 접착층(adhesion layer)로 사용되는 프리커서 (precursor)의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 소수성층의 분자 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 16은 보호층 상에 소수성층이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 19는 도 1에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 예이다.
도 20는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 예이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 23는 도 22의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.
도 24 내지 도 29는 각각 도 22에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 30 및 도 31은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 음향 공진기가 실장된 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 공진기 모듈(500)은 적어도 하나의 음향 공진기(100), 모듈 기판(510), 및 밀봉부(530)를 포함한다.
음향 공진기(100)는 모듈 기판(510) 상에 배치된다. 한편, 도 1에는 하나의 공진부(120)만이 도시되어 있으나, 필요에 따라 하나의 기판(110)에 다수의 공진부들(120)을 배치하는 것도 가능하다.
음향 공진기(100)는 모듈 기판(510)에 실장되기 위한 다수의 접속 단자(522)를 구비한다.
접속 단자(522)는 공진부(120)와 모듈 기판(510)을 전기적으로 연결한다. 따라서, 접속 단자(522)는 적어도 하나가 제1 전극(121, 도 3 참조)에 연결되고, 적어도 하나가 제2 전극(123, 도 3 참조)에 연결된다.
접속 단자(522)는 제1 금속층(180, 도 3 참조), 제2 금속층(190, 도 3 참조)과 유사하게 보호층(127, 도 3 참조)을 관통하는 형태로 배치된다. 예를 들어, 접속 단자(522)는 제1 금속층(180), 제2 금속층(190)에서 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며 제1 금속층(180), 제2 금속층(190)과 별도로 배치될 수 있다.
접속 단자(522)는 도금 방식을 통해 제조될 수 있으며, 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)이나 제2 전극(123) 상에 또는 제1 금속층(180)이나 제2 금속층(190) 상에 주석·은화합물(SnAg, 522a)을 적층하고, 그 위에 구리(Cu, 522b)를 적층하여 형성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 접속 단자(522)는 솔더와 같은 도전성 접착제(550)를 통해 모듈 기판(510)의 일면에 접합될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 공진부(120)가 모듈 기판(510)의 일면(예컨대 실장면)과 마주보는 형태로 모듈 기판(510)에 실장된다. 따라서 공진부(120)와 모듈 기판(510) 사이의 공간은 기체가 채워지거나 진공 상태로 형성된다.
한편, 음향 공진기(100)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
모듈 기판(510)은 당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 종류의 회로 기판(예를 들어, 세라믹 기판, 인쇄 회로 기판, 유리 기판, 연성 기판 등)이 이용될 수 있다.
본 실시예의 경우, 폴리머(예컨대, 에폭시 수지, BT(Bismaleimide-Triazine)수지 등)가 절연체(519)로 이용되는 인쇄회로기판이 모듈 기판(510)으로 이용된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
밀봉부(530)는 모듈 기판(510)에 실장된 음향 공진기(100)를 밀봉하여 외부 환경으로부터 음향 공진기(100)를 보호한다.
밀봉부(530)는 사출 형성 방식에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 몰드 컴파운드(EMC: Epoxy Mold Compound)가 밀봉부(530)의 재질로 사용될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 에폭시 몰드 컴파운드 이외의 다양한 재질로 밀봉부(530)를 형성할 수 있다. 또한 반경화 상태의 수지를 압착하여 밀봉부(530)를 형성하는 등 다양한 방법을 통해 제조될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기 모듈(500)은 모듈 기판(510) 상에 음향 공진기(100)를 실장한 후, 밀봉부(530)를 형성함으로써 제조될 수 있다. 그러나 밀봉부(530)를 형성하는 과정에서 밀봉부(530)의 원료인 성형 수지가 음향 공진기(100)와 모듈 기판(510) 사이로 유입되는 경우, 성형 수지에 의해 공진부(120)가 파손될 수 있다.
음향 공진기(100)의 하부면과 모듈 기판(510) 상부면 사이의 거리(D1)가 30㎛ 이하인 경우, 음향 공진기(100)와 모듈 기판(510) 사이의 틈이 협소하여 성형 수지가 상기 틈으로 쉽게 유입되기 어려운 것으로 확인되었다. 또한 상기 거리(D1)가 10㎛ 미만인 경우, 공진부(120)가 모듈 기판(510)과 매우 인접하게 배치되므로 제조 과정에서 공진부(120)가 모듈 기판(510)과 접촉할 수 있다.
따라서 본 실시예의 음향 공진기 모듈(500)은 음향 공진기(100)와 모듈 기판(510) 사이의 거리(D1)를 10㎛ ~ 30㎛로 구성한다.
또한, 본 실시예의 음향 공진기 모듈(500)은 공진부(120)가 모듈 기판(510)과 직접 대면하도록 배치된다. 종래의 경우, 공진부(120)에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 흡착되는 것을 방지하기 위해 커버(cover)나 캡(cap) 등의 부재를 이용하여 공진부(120)가 배치되는 공간을 외부 공간과 차단시켰다. 이에 따라 종래에는 공진부(120)가 커버나 캡 등의 부재와 대면하도록 구성되었다.
또한, 일반적으로 모듈 기판은 절연체(529)로 폴리머가 이용되는 인쇄회로기판(PCB)이 이용된다. 그러나 일반적으로 폴리머는 흡습 특성을 가지므로, 이러한 인쇄회로기판에 종래의 음향 공진기(100)를 실장하게 되면 히드록실기가 공진부(120)에 쉽게 흡착된다는 문제가 있다. 따라서 종래에는 상기한 바와 같이 커버(cover)나 캡(cap) 등의 부재를 음향 공진기(100)에 결합하여 공진부(120)가 배치된 공간의 기밀(氣密)을 형성한 후, 이를 모듈 기판(510)에 실장하였다.
그러나 본 발명의 음향 공진기(100)는 보호층(127, 도 3 참조)과 소수성층(130, 도 3 참조)을 통해 히드록실기가 공진부(120)에 흡착되는 것을 억제한다. 따라서 공진부(120)가 배치되는 공간에 기밀을 형성할 필요가 없으므로, 상기한 커버(cover)나 캡(cap) 등의 부재가 생략된 음향 공진기(100)를 모듈 기판(510)에 직접 실장할 수 있다.
또한 공진부(120)가 모듈 기판(510)의 절연체(519) 재질에 영향을 받지 않으므로, 다양한 재질로 모듈 기판(510)을 제조할 수 있다.
따라서 제조가 매우 용이하며 제조 비용도 줄일 수 있다.
이하에서는 음향 공진기에 대하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 3은 도 2의 I-I'에 따른 단면도이고, 도 4은 도 2의 II-II'에 따른 단면도이고, 도 5는 도 2의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR) 일 수 있으며, 기판(110), 절연층(115), 멤브레인층(150), 캐비티(C), 공진부(120), 보호층(127) 및 소수성층(130)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(115)이 마련되어 기판(110)과 공진부(120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(110)에 형성될 수 있다.
희생층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 희생층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)가 배치된다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
캐비티(C)가 희생층(140)에 내에 형성됨에 따라, 희생층(140)의 상부에 형성되는 공진부(120)는 전체적으로 편평하게 형성될 수 있다.
식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비된다. 따라서, 캐비티(C)의 수평 면적은 식각 방지부(145)에 의해 규정되고, 수직 면적은 희생층(140)의 두께에 의해 규정된다.
멤브레인층(150)은 희생층(140) 상에 형성되어 기판(110)과 함께 캐비티(C)의 두께(또는 높이)를 규정한다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다.
예를 들어, 희생층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
멤브레인층(150) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 제조되는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 구체적으로 시드층은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 AlN 이외에도 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우 예를 들어, 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층된다. 따라서 공진부(120)에서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 차례로 적층되어 공진부(120)를 형성한다.
공진부(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 대략 편평하게 적층된 중앙부(S), 그리고 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 삽입층(170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다.
중앙부(S)는 공진부(120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역을 의미한다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비한다.
확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170) 상에 배치된다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비한다.
한편, 본 실시예에서는 확장부(E)가 공진부(120)에 포함되는 것으로 정의하고 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)을 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.
제2 전극(125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치된다. 이에, 제2 전극(125)은 후술되는 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 배치되는 부분과, 압전층(123)의 굴곡부(123b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전부(123a) 전체와, 압전층(123)의 경사부(1231) 중 일부분을 덮는 형태로 배치된다. 따라서 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125a)은, 경사부(1231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성되며, 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)은 압전층(123)보다 작은 면적으로 형성된다.
압전층(123)은 제1 전극(121) 상에 형성된다. 후술되는 삽입층(170)이 형성될 경우, 제1 전극(121)과 삽입층(170) 상에 형성된다.
압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다.
압전부(123a)는 제1 전극(121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(123a)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 개재되어 제1 전극(121), 제2 전극(125)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(123b)는 후술되는 삽입층(170) 상에 배치되며, 삽입층(170)의 형상을 따라 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전층(123)은 압전부(123a)와 굴곡부(123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
경사부(1231)는 후술되는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(1232)는 경사부(1231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(1231)는 삽입층(170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1231)의 경사각은 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각(도 4의 θ)과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)의 주변에 배치되어 압전층(123)의 굴곡부(123b)를 지지한다. 따라서 압전층(123)의 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 형상을 따라 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
또한 삽입층(170)은 적어도 일부가 압전층(123)과 제1 전극(121) 사이에 배치된다.
중앙부(S)의 경계를 따라 배치되는 삽입층(170)의 측면은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성된다. 이로 인해 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성된다.
삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(170)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다.
또한 삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)의 경사부(1231) 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 압전층(123)이 과도하게 굴곡되므로, 압전층(123)의 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다.
삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 필요에 따라 삽입층(170)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 공진부(120)를 모두 형성한 후, 삽입층(170)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(170)의 두께는 압전층(123) 보다 얇게 형성될 수 있다. 압전층(123) 보다 삽입층(170)이 두꺼울 경우, 삽입층(170)의 형상을 따라 굴곡이 형성되는 굴곡부(123b)를 형성하기 어렵다. 또한 삽입층(170)의 두께를 100Å 이상으로 구성하는 경우, 굴곡부(123b) 형성이 용이하며 음향 공진기의 수평 방향의 음파를 효과적으로 막을 수 있어 공진기 성능을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다.
캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 2, 도 4의 H)로 공급하여 희생층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
보호층(127)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호한다. 보호층(127)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b), 그리고 삽입층(170)이 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열 또는 실리콘 나이트라이드 계열의 절연물질로 형성되는 제1 보호층(127a)과, 알루미늄 옥사이드 계열, 알루미늄 나이트라이드 계열, 마그네슘 옥사이드 계열, 타이타늄 옥사이드 계열, 지르코늄 옥사이드 계열, 및 진크 옥사이드 계열 중 어느 하나의 절연 물질로 형성되는 제2 보호층(127b)을 포함한다.
제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)의 상부에 적층 배치된다. 본 실시예의 보호층(127)에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명한다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장 형성되며, 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 배치된다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 본 실시예에 따른 음향 공진기의 전극(121, 125)과 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능하거나, 외부 접속 단자로 기능할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 3에는 제 2 금속층(190)의 하부에 삽입층(170)이 배치되는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 구성은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제 2 금속층(190) 하부에는 삽입층(170)이 제거된 구조로도 구현하는 것도 가능하다.
제1 금속층(180)은 삽입층(170)과 보호층(127)을 관통하여 제1 전극(121)에 접합된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성된다.
따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제2 전극(125)은 압전층(123)의 압전부(123a)와 경사부(1231) 상에 적층 배치된다. 그리고, 제2 전극(125) 중 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 배치되는 부분(도 5의 125a), 즉 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)은 경사부(1231)의 경사면의 전체가 아닌, 경사면 일부분에만 배치된다.
도 6은 음향 공진기의 제2 전극 구조에 따른 음향 공진기의 공진 성능(Attenuation)을 도시한 그래프이다.
도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 음향 공진기로, 삽입층(170)의 두께가 3000Å이고, 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각(θ)이 20°이며, 경사면(L)의 길이(ls, 또는 폭)가 0.87㎛인 음향 공진기에서 확장부(E)에 배치되는 제2 전극(125a)의 크기를 변화시키며 음향 공진기의 감쇄(Attenuation)를 측정한 그래프이다. 도 5의 경우, 음향 공진기의 감쇄(Attenuation) 값이 클수록 수평 방향의 음파를 보다 잘 막아주는 구조임을 의미한다. 그리고 다음의 표 1은 도 6에 도시된 그래프의 값을 정리한 표이다.
| 확장부에서 제2 전극의 폭(㎛) | Attenuation(dB) | 확장부에서 제2 전극의 폭(㎛) / 경사면 길이(㎛) |
| 0.2 | 36.201 | 0.23 |
| 0.4 | 37.969 | 0.46 |
| 0.5 | 38.868 | 0.575 |
| 0.6 | 38.497 | 0.69 |
| 0.8 | 36.64 | 0.92 |
| 1 | 35.33 | 1.149 |
※ 경사면 길이: 0.87㎛한편, 본 실시예에서 압전층(123)의 경사면은 삽입층(170)의 경사면을 따라 동일한 형상으로 형성되므로, 압전층(123)의 경사면의 길이는 삽입층의 경사면(L) 길이(ls)와 동일한 것으로 간주될 수 있다.
도 6 및 표 1을 참조하면, 확장부(E)에서 압전층(123)의 경사면의 길이(ls)가 0.87㎛인 음향 공진기에 있어서, 압전층(123)의 경사면에 0.5㎛의 폭으로 제2 전극(125a)이 적층되는 경우 감쇄가 가장 커지는 것으로 측정되었다. 그리고 확장부(E)에서 제2 전극(125a)의 폭이 상기한 폭보다 커지거나 작아지는 경우, 감쇄가 감소하여 공진 성능이 저하되는 것으로 측정되었다.
한편, 확장부(E)에서 제2 전극(125)의 폭(We)과 경사면 길이(ls)의 비(We/ls)를 고려할 때, 표 1에 나타난 바와 같이 Attenuation은 상기 비(We/ls)가 0.46~ 0.69인 경우 37dB 이상으로 유지되고 있음을 알 수 있다.
따라서 공진 성능을 확보하기 위해, 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 확장부(E) 내에서 제2 전극(125a)의 최대 폭(We)과 경사면 길이(ls)의 비(We/ls)를 0.46~ 0.69의 범위로 한정할 수 있다. 그러나 본 발명의 전체 구성이 모두 상기 범위로 한정되는 것은 아니며, 상기 범위는 경사각(θ)의 크기나 삽입층(170)의 두께 변화에 따라 변경될 수 있고, 공진기의 공진 주파수가 달라짐에 따라 변경될 수도 있다.
표 1의 결과를 보면 제2 전극(125a) 끝단이 경사부(1231) 위에 배치되는 경우가 경사부(1231)를 지나 연장부(1232)까지 배치된 경우보다 음향 공진기의 감쇄(Attenuation) 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.
한편, 음향 공진기가 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되는 경우에 음향 공진기의 보호층(127)에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 흡착되어 질량 부하(mass loading)에 의해 주파수 변동이 커지거나, 공진기 성능을 열화시키는 문제가 발생하고 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 본 실시예의 보호층(127)은 서로 다른 적어도 2개의 층(127a, 127b)을 적층하여 형성한다. 또한 보호층(127) 상에 소수성층(130)을 배치한다.
도 7은 소수성층이 형성되지 않은 보호층 상에 히드록실기가 흡착된 것을 도시한 것이며, 도 8은 보호층 상에 소수성층이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 보호층(127)은 제1 보호층(127a)과, 제1 보호층(127a) 상에 적층되는 제2 보호층(127b)을 포함한다. 그리고 제2 보호층(127b) 상에는 소수성층(130)이 배치된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 보호층(127) 상에 소수성층(130)이 형성되지 않은 경우에는 습한 환경에서 사용되거나, 장기간 상온에서 방치되면 보호층(127)에 히드록실기(hydroxy group, OH group)가 보다 쉽게 흡착되어 하이드로옥살레이트(hydroxylate)가 형성될 수 있다. 하이드로옥살레이트(hydroxylate)는 표면 에너지가 높고 불안정하기 때문에 물 등을 흡착하여 표면 에너지를 낮추려고 하기 때문에 질량 부하(mass loading)가 발생하게 된다.
반면에, 도 8에 도시된 바와 같이, 보호층(127) 상에 소수성층(130)이 형성되면, 표면 에너지가 낮고 안정하기 때문에 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group) 등을 흡착하여 표면 에너지를 낮출 필요가 없다. 따라서, 소수성층(130)이 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group) 등이 흡착되는 것을 억제하는 역할을 함으로써 주파수 변동을 최소화 할 수 있으며, 이에 공진기 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
도 9는 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기(실시예)와 보호층 상에 소수성층이 형성되지 않은 음향 공진기(비교예)에 대한 습도 및 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프이다. 실험 방법은 상기 실시예 및 비교예를 흡습 챔버에 넣고 도 9에 도시한 바와 같이 습도를 변화해가며 주파수 변화를 측정하였다.
도 9를 참조하면, 보호층 상에 소수성층이 형성된 음향 공진기의 경우가 습도 및 시간 변화에 따른 주파수 변화량이 훨씬 적은 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예의 경우 실험 종료시 주파수 변화량이 실험 시작시 주파수 변화량보다 적은 것을 확인할 수 있다.
소수성층(130)은 폴리머(polymer)가 아니 모노 레이어(self-assembled monolayer)로 형성될 수 있다. 소수성층(130)이 폴리머로 형성되면 공진부(120)에 폴리머에 의한 질량이 영향을 미치게 된다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기는 소수성층(130)이 모노 레이어로 형성되기 때문에 음향 공진기의 주파수가 변화되는 것을 최소화 할 수 있다.
소수성층(130)을 폴리머로 형성할 경우에는 유입 홀(도 1, 도 3의 H)을 통해서 캐비티(C)에 소수성층이 형성될 때, 캐비티(C) 내의 소수성층 두께가 불균일해질 수 있으며, 캐비티(C) 내의 소수성층 중 유입 홀(H)에서 가까운 쪽의 두께가 두껍고, 유입 홀(H)에 먼 캐비티(C)의 중앙부에 형성된 소수성층의 두께가 얇을 수 있다.
또한 폴리머의 점도가 높을 경우, 폴리머가 캐비티(C) 내부로 원할하게 침투하지 못하여 캐비티(C) 내부에 소수성층(130)이 형성이 되지 않는 문제가 발생될 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 공진기의 소수성층(130)은 모노 레이어로 형성되기 때문에 캐비티(C) 내의 위치에 따른 두께가 균일하다.
소수성층(130)을 구성하는 모노 레이어(self-assembled monolayer)와 보호층(127)과의 접착력을 향상시키기 위하여, 프리커서(precursor)를 이용할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 프리커서는 실리콘 헤드(head)를 가지는 하이드로 카본(hydrocarbon)이나, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 실리옥세인(Siloxane) 일 수 있다.
소수성층(130)은 도 11을 참조하면, 플로오르카본(fluorocarbon)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 증착 후 물에 의한 접촉각(contact angle)이 90˚ 이상이 되는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소수성층(130)은 플루오린(fluorine, F) 성분을 함유할 수 있으며, 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있다.
소수성층(130)은 후술하는 바와 같이, 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 형성된 후 형성되므로, 보호층(127) 상에 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 형성된 부분을 제외하고 형성될 수 있다.
또한, 소수성층(130)은 보호층(127) 상면 뿐만 아니라, 캐비티(C)의 내면에도 배치될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 소수성층(130)은 보호층(127) 상에 소수성층(130)을 형성하는 단계에서 보호층(127) 상에 형성되는 소수성층(130)과 동시에 형성될 수 있다.
캐비티(C) 내에 형성되는 소수성층(130)은 캐비티(C)의 상면에 형성된다. 이에 공진부 측으로 히드록실기(hydroxyl基)가 흡착되는 것을 억제한다. 공진기의 히드록실기 흡착은 보호층(127) 뿐만 아니라 캐비티(C) 상면에서도 일어나기 때문에 히드록실기 흡착에 의한 질량 부하(mass loading)에 따른 주파수 하강을 막기 위해서는 보호층(127) 및 캐비티(C) 상면에서의 히드록실기 흡착을 막는 것이 바람직하다. 또한 캐비티(C)의 상면뿐만 아니라, 캐비티(C)의 하면 및 측면 중 적어도 일부 또는 전체에 소수성층(130)을 형성할 수도 있다.
또한 본 실시예에서 보호층(127)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b), 그리고 삽입층(170)이 형성하는 표면을 따라 배치되는 제1 보호층(127a), 그리고 제1 보호층(127a) 상에 적층되는 제2 보호층(127b)을 포함한다.
제1 보호층(127a)은 주파수 트리밍(trimming)에 사용될 수 있으며, 이에 주파수 트리밍에 적합한 재료로 구성된다. 예를 들어, 제1 보호층(127a)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘 (a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si)의 경우, 후속 공정인 습식 공정(wet pocess) 시 히드록실기(hydroxyl基)의 흡착이 용이하다는 단점이 있다. 이러한 결과가 나타나는 이유는 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘 (a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 등의 박막의 막질이 조밀(dense)하지 못해 히드록실기 흡착이 표면 뿐만 아니라 박막의 내부까지 일어날 수 있는 영역(site)이 훨씬 많다. 따라서 본 실시예에서는 제1 보호층(127a) 상에 히드록실기(hydroxyl基)의 흡착이 어려운 재료를 적층하여 제2 보호층(127b)을 구성한다.
이에 따라, 제2 보호층(127b)은 밀도가 높은 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 보호층(127b)은 산화알루미늄(Al2O3) 질화알루미늄(AlN), 산화 마그네슘(MgO), 산화타이타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 아연(ZnO) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
이러한 제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a) 보다 막질이 조밀(dense)하기 때문에 히드록실기 흡착이 제2 보호층(127b) 표면에서만 일어날 수 있다.
소수성층 없이 제1 보호층(127a)을 두께 2000Å인 이산화규소(SiO2)로 형성하고 고온, 고습, 고압 환경에서 신뢰성 테스트를 수행한 결과, 공진부(120)의 주파수 변동량이 0.9Mhz로 측정되었다. 그리고 상기한 제1 보호층(127a) 상에 소수성층을 형성한 경우, 공진부(120)의 주파수 변동량은 0.7Mhz로 측정되었다.
또한, 소수성층 없이 제1 보호층(127a)을 두께 2000Å인 질화규소(Si3N4)로 형성하고 신뢰성 테스트를 수행한 결과, 공진부(120)의 주파수 변동량이 0.7Mhz로 측정되었으며, 소수성층을 형성한 후 측정한 결과 주파수 변동량이 0.5Mhz로 측정되었다.
반면에 제1 보호층(127a)을 두께 2000Å의 질화규소(Si3N4)로 형성하고, 제2 보호층(127b)을 두께 500Å인 산화알루미늄(Al2O3)으로 형성하며 제2 보호층(127b) 상에 소수성층을 배치한 경우, 공진부(120)의 주파수 변동량은 0.3Mhz로 측정되었다.
따라서 보호층(127)을 복수의 층으로 구성하고 그 위에 소수성층(130)을 적층하는 경우, 주파수 변동량이 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.
이처럼 신뢰성 테스트 환경에서 따른 주파수 변동량이 약 0.3Mhz 인 경우, 공진부(120)에 습기가 침투하는 것을 차단하기 위해 공진부(120)를 밀봉할 필요가 없다. 따라서 공진부(120)의 기밀을 확보하기 위해 별도의 구성 요소들을 부가할 필요가 없다.
이하에서는 음향 공진기의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 15는 음항 공진기의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 제조 방법은 먼저 기판(110) 상에 절연층(115), 및 희생층(140)을 형성하고, 희생층(140)을 관통하는 패턴(P)을 형성한다. 따라서 절연층(115)은 패턴(P)을 통해 외부로 노출된다.
절연층(115)과 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 질화규소(Si3N4) 또는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
희생층(140)에 형성되는 패턴(P)은 상면의 폭은 하면의 폭 보다 넓은 사다리꼴 형태의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.
희생층(140)은 추후의 식각 공정을 통해 일부가 제거되어 캐비티(도 2의 C)을 형성한다. 따라서 희생층(140)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 희생층(140) 상에 멤브레인층(150)을 형성한다. 멤브레인층(150)은 희생층(140)이 표면을 따라 일정한 두께로 형성된다. 멤브레인층(150)의 두께는 희생층(140)의 두께 보다 얇을 수 있다.
멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti) 중 적어도 어느 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 멤브레인층(150) 상에 시드층이 형성될 수 있다.
시드층은 멤브레인층(150)과 후술되는 제1 전극(121) 사이에 배치될 수 있다. 시드층은 질화 알루미늄(AlN)으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성할 수도 있다. 예를 들어 금속으로 시드층을 형성하는 경우 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이 멤브레인층(150) 상에 식각 방지층(145a)을 형성한다. 식각 방지층(145a)은 패턴(P)의 내부에도 충진된다.
식각 방지층(145a)은 패턴(P)을 완전히 채우는 두께로 형성된다. 따라서 식각 방치층(145a)은 희생층(140)보다 두껍게 형성될 수 있다.
식각 방지층(145a)은 절연층(115)과 동일한 재료로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 멤브레인층(150)이 외부로 노출되도록 식각 방지층(145a)을 제거한다.
이때 패턴(P)의 내부에 충진된 부분은 남겨지며, 남겨진 식각 방지층(145a)은 식각 방지부(145)로 기능한다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 멤브레인층(150) 상면에 제1 전극(121)을 형성한다.
본 실시예에 있어서 제1 전극(121)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(121)은 캐비티(도 3의 C)가 형성될 영역의 상부에 형성된다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 전체를 덮는 형태로 도전체층을 형성한 후, 불필요한 부분을 제거함으로써 형성할 수 있다.
이어서, 필요에 따라 삽입층(170)을 형성할 수 있다. 삽입층(170)은 제1 전극(121) 상에 형성되며, 필요에 따라 멤브레인층(150)의 상부로 확장될 수 있다. 삽입층(170)을 형성하면 공진부(120)의 확장부(123b)가 중앙부(123a)보다 두꺼운 두께로 형성되므로, 중앙부(123a)에서 발생한 진동이 외곽으로 빠져 나가는 것을 억제하여 음향 공진기의 Q-factor를 증가시킬 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)가 형성하는 표면 전체를 덮도록 형성된 후, 중앙부(S)에 해당하는 영역에 배치된 부분을 제거함으로써 완성될 수 있다.
이에 따라 중앙부(S)를 구성하는 제1 전극(121)의 중심부는 삽입층(170)의 외부로 노출된다. 또한 삽입층(170)은 제1 전극(121)의 둘레를 따라 제1 전극(121)의 일부를 덮는 형태로 형성된다. 따라서 확장부(E)에 배치되는 제1 전극(121)의 테두리 부분은 삽입층(170)의 하부에 배치된다.
중앙부(S)와 인접하게 배치되는 삽입층(170)의 측면은 경사면(L)으로 형성된다. 삽입층(170)은 중앙부(S) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태로 형성되며, 이에 삽입층(170)의 하부면은 삽입층(170)의 상부면보다 중앙부(S) 측으로 더 확장된 형태로 형성된다. 이때, 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각은 전술한 바와 같이 5°~ 70°의 범위로 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 예를 들어, 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성된다.
이어서, 제1 전극(121)과 삽입층(170) 상에 압전층(123)을 형성한다.
본 실시예에 있어서 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
또한 압전층(123)은 삽입층(170)과 다른 재질로 형성된다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)이 형성하는 표면 전체에 압전 물질을 형성한 후, 불필요한 부분을 부분적으로 제거함에 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 전극(125)을 형성한 후, 압전 물질의 불필요한 부분을 제거하여 압전층(123)을 완성한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(125) 형성 전에 압전층(123)을 완성하는 것도 가능하다.
압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)의 일부를 덮는 형태로 형성되며, 이에 압전층(123)은 제1 전극(121)과 삽입층(170)이 이루는 표면의 형상을 따라 형성된다.
전술한 바와 같이 제1 전극(121)은 중앙부(S)에 해당하는 부분만 삽입층(170)의 외부로 노출된다. 따라서 제1 전극(121)상에 형성되는 압전층(123)은 중앙부(S) 내에 위치하게 된다. 그리고 삽입층(170) 상에 형성되는 굴곡부(123b)는 확장부(E)내에 위치하게 된다.
이어서, 압전층(123) 상부에 제2 전극(125)을 형성한다. 본 실시예에 있어서 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(125)은 기본적으로 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 압전층(123)의 압전부(123a)는 중앙부(S) 내에 위치한다. 따라서 압전층(123) 상에 배치되는 제2 전극(125)도 중앙부(S) 내에 배치된다.
또한 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전층(123)의 경사부(1231) 상에도 형성된다. 이에 전술한 바와 같이, 제2 전극(125)은 중앙부(S) 전체와 확장부(E) 내에 부분적으로 배치된다. 제2 전극(125)을 확장부(123b)에 부분적으로 배치함으로써, 비약적으로 개선된 공진 성능을 제공할 수 있다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이 제1 보호층(127a)을 형성한다.
제1 보호층(127a)은 제2 전극(125)과 압전층(123)이 형성하는 표면을 따라 형성된다. 또한 도시되어 있지 않지만, 제1 보호층(127a)은 외부로 노출된 삽입층(170) 상에도 형성될 수 있다.
제1 보호층(127a)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 제1 보호층(127a)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 비정질 실리콘 (a-Si), 및 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이어서, 제1 보호층(127a)(127)과 압전층(123)을 부분적으로 제거하여 제1 전극(121)과 제2 전극(125)을 부분적으로 노출시키고, 노출된 부분에 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)을 형성한다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있고, 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125) 상에 증착하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 캐비티(C)를 형성한다.
캐비티(C)는 희생층(140)에서 식각 방지부(145)의 내부에 위치한 부분을 제거함에 따라 형성되며, 이 과정에서 제거되는 희생층(140)은 식각(etching) 방식에 의해 제거될 수 있다.
희생층(140)이 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질로 형성되는 경우, 희생층(140)은 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계의 에칭가스(예컨대, XeF2)를 이용하는 건식 식각(dry etching) 방법을 통해 제거될 수 있다.
이어서, 목표하는 주파수 특성을 얻기 위하여 습식 공정(wet pocess)를 통해 제1 보호층(127a)을 부분적으로 제거하는 트리밍 공정이 수행될 수 있다.
트리밍 공정이 완료되면, 제1 보호층(127a) 상에 제2 보호층(127b)을 적층하는 공정이 수행된다. 전술한 바와 같이 제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)에 비해 밀도가 높은 재료가 이용될 수 있으며, 본 실시예에서는 산화알루미늄(Al2O3)이 이용된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 보호층(127b)은 제1 보호층(127a)보다 얇은 두께로 형성되며, 기상 증착 등의 방식을 통해 형성될 수 있다.
이어서, 제2 보호층(127b) 상에 소수성층(130)을 형성하여 도 3 및 도 4에 도시된 음향 공진기(100)를 완성시킨다.
소수성층(130)은 소수성 물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 증착하여 형성시킬 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제2 보호층(127b)의 표면에 하이드로옥살레이트(hydroxylate)를 형성하고, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 프리커서(precursor)를 이용하여, 하이드로옥살레이트(hydroxylate)에 하이드로라이즈 실레인(hydrolyze silane) 반응을 진행시킴으로써 보호층(127)의 표면을 표면처리 한다.
그 후, 상기 표면처리된 보호층(127)의 표면에 플루오르카본 작용기를 형성하면 도 8과 같이 보호층(127) 상에 소수성층(130)이 형성된다.
한편, 보호층의 재질에 따라 표면처리는 생략하고, 보호층(127) 상에 플루오르카본 작용기를 직접 형성하여 소수성층(130)을 형성하는 것도 가능하다.
소수성층(130)은 음향 공진기의 표면 전체에 형성될 수 있으나, 필요에 따라 부분적으로 형성하는 것도 가능하다.
예컨대, 상술한 소수성층 형성 단계에서 유입 홀(도 2, 도 4의 H)을 통하여 캐비티(C)의 상면에도 소수성층(130)이 형성될 수 있다. 또한 캐비티(C)의 상면뿐만 아니라 캐비티(C)의 하면 및 측면 중 적어도 일부에도 소수성층(130)이 형성될 수 있으며, 캐비티(C)의 상면, 하면 및 측면 전체에 소수성층(130)을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 소수성층(130)을 폴리머가 아닌 모노 레이어(self-assembled monolayer)로 형성함으로써, 공진부(120)에 소수성층(130)로 인한 질량 부하가 인가되는 것을 방지할 수 있으며, 소수성층(130)의 두께가 균일할 수 있다.
이하에서는 음향 공진기의 변형 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 17 및 도 18은 음향 공진기의 변형 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 즉, 도 17은 도 2의 I-I′에 대응하는 단면도이고, 도 18은 도 2의 II-II′에 대응하는 단면도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기의 삽입층(170)은 공진부(120)에서 압전층(123)을 지지하는 일부분만 남겨지고 나머지 부분은 모두 제거된다. 이처럼 삽입층(170)은 필요에 따라 부분적으로 배치될 수 있다.
음향 공진기가 이와 같이 구성되는 경우, 삽입층(170)은 제1 금속층(180)이나 식각 방지부(145)와 접촉하지 않도록 배치될 수 있다. 또한 삽입층(170)은 공진부(120)의 외측에 배치되지 않으며, 캐비티(C)의 상부 영역 내에 배치된다. 그러나 삽입층(170)이 배치되는 영역은 도 17 및 도 18에 도시된 영역으로만 한정되지 않으며 필요에 따라 다양한 위치로 확장될 수 있다.
한편, 도 19는 도 1에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 모듈 기판(510) 상에 음향 공진기(100) 외에도 적어도 하나의 전자 소자(560)가 실장되는 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 21은 도 20에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 예이다.
도 20를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기 모듈은 모듈 기판(510)의 일면에 트렌치(524, trench)가 형성되고, 음향 공진기(100)는 상기 트렌치(524) 내에 배치된다.
본 실시예에서 트렌치(524)의 수평 면적은 음향 공진기(100)의 수평 면적보다 작게 형성될 수 있다. 예컨대, 도 20의 단면도에서 트렌치(524)의 수평 길이(L2)는 음향 공진기(100)의 수평 길이(L1)보다 10㎛ 이상 작게 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 따라, 음향 공진기(100)는 하부면의 테두리 부분이 모듈 기판(510)의 상부면과 매우 인접하게 배치된다. 본 실시예에서는 음향 공진기(100)의 하부면이 모듈 기판(510)의 상부면과 이격 배치된다.
음향 공진기(100)의 하부면 테두리 부분과 모듈 기판(510)의 상부면 사이의 최단 거리(D2)는 0㎛ ~ 20㎛의 범위로 구성될 수 있다. 이에 밀봉부(530) 형성 시 음향 공진기(100)와 모듈 기판(510)의 상부면 사이의 틈을 통해 트렌치(524) 내부로 성형 수지가 유입되는 것을 억제할 수 있다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 음향 공진기(100)의 하부면 테두리 부분이 모듈 기판(510)의 상부면과 접촉하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
또한 트렌치(524)의 깊이는 20㎛ ~ 30㎛의 범위로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 음향 공진기 모듈은 필요에 따라 트렌치(524)의 수평 면적을 음향 공진기(100)의 수평 면적보다 크게 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 음향 공진기(100)의 하부면 테두리 부분과 모듈 기판(510)의 사이의 최단 거리는 0㎛ ~ 20㎛의 범위로 구성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 모듈 기판(510)의 적어도 일부가 트렌치(524) 내에 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.
본 실시예에 따른 음향 공진기 모듈도 도 20에 도시된 바와 같이 음향 공진기(100)만을 포함하는 단품 패키지 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 도 21에 도시된 바와 같이 모듈 기판(510) 상에 음향 공진기(100) 외에 적어도 하나의 전자 소자(560)가 실장되는 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 23은 도 22의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 차단 부재(540)를 구비한다.
전술한 실시예들의 경우, 모듈 기판(510)과 음향 공진기(100)의 최단 거리를 최소화하여 성형 수지의 유입을 차단하였으나, 본 실시예에서는 모듈 기판(510)과 음향 공진기(100) 사이의 거리를 한정하지 않고 차단 부재(540)를 이용한다.
차단 부재(540)는 음향 공진기(100)와 모듈 기판(510) 사이에 배치되어 밀봉부(530) 제조 시 성형 수지가 공진부(120)와 모듈 기판(510) 사이로 유입되는 것을 차단한다. 따라서 차단 부재(540)는 공진부(120)를 감싸는 형태로 공진부(120)의 둘레 전체에 배치된다.
차단 부재(540)는 절연성을 갖는 재질로 형성된다. 예컨대 차단 부재(540)는 폴리머 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 있어서 차단 부재(540)는 음향 공진기(100) 제조 과정에서 형성된다. 예컨대, 음향 공진기에 소수성층(도 2의 130)을 형성하는 공정 이후, 공진부(도 3의 120)가 형성된 음향 공진기(100)의 표면에 절연 필름을 적층하고 이를 패터닝하여 차단 부재(540)를 형성할 수 있다.
한편 전술한 바와 같이, 소수성층(130)이 음향 공진기(100)에 형성되는 경우, 소수성층(130)에 의해 폴리머 재질의 차단 부재(540)는 음향 공진기(100) 상에 견고하게 결합되지 않을 수 있다.
따라서 이 경우, 절연 필름을 패터닝하는 과정이나, 음향 공진기를 모듈 기판(510)에 실장하는 과정에서 절연 필름의 부착 위치가 변경될 수 있다.
이에 절연 필름의 움직임을 억제하기 위해, 본 실시예의 차단 부재(540)는 적어도 하나의 접속 단자(522)와 접촉하도록 배치된다.
접속 단자(522)는 측면 중 적어도 일부가 차단 부재(540)에 접합되어 차단 부재(540)의 움직임을 억제한다. 따라서 상기한 패터닝 과정에서 절연 필름은 적어도 하나의 접속 단자(522)와 연결되도록 패터닝된다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 절연 필름을 음향 공진기(100)에 형성하지 않고 모듈 기판(510)에 형성하는 경우, 절연 필름은 모듈 기판(510)에 견고하게 적층될 수 있다. 따라서 이 경우 절연 필름이 안정적으로 고정 배치되므로, 차단 부재(540)는 음향 공진기(100)의 접속 단자와 이격 배치될 수 있다.
도 23을 참조하면, 본 실시예의 소수성층(130)은 전술한 바와 같이 음향 공진기의 표면 전체에 형성되며, 이에 따라 접속 단자(522)의 표면에도 배치된다. 이처럼 접속 단자(522)의 표면에 소수성층(130)이 배치되는 경우, 접속 단자(522)의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 소수성층(130)을 형성하는 과정에서 접속 단자(522)의 끝단에도 소수성층(130)이 배치되나, 이는 접속 단자(522)를 모듈 기판(510)에 실장하는 과정에서 제거된다. 따라서 접속 단자(522)의 끝단과 모듈 기판(510) 사이에는 소수성층(130) 없이 도전성 접착제(550)만 개재된다.
본 실시예에서 차단 부재(540)는 접속 단자(522)와 음향 공진기(100) 사이에 배치된다. 이에 차단 부재(540)는 접속 단자(522)의 내측 측면(공진부와 마주보는 측면)에 접합되며, 접속 단자(522)의 외측에는 밀봉부(530)가 충진되고 접속 단자(522)의 외측 측면에는 밀봉부(530)가 접합된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 24 내지 도 29은 각각 도 22에 도시된 음향 공진기 모듈의 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 24에 도시된 음향 공진기 모듈은 차단 부재(540)가 접속 단자(522)의 외측에 배치되며, 이에 접속 단자(522)의 외측 측면에 접합된다.
도 25에 도시된 음향 공진기 모듈은 차단 부재(540) 내에 접속 단자들(522)이 배치된다. 이에 차단 부재(540)는 접속 단자들(522)을 감싸는 형태로 배치되며, 접속 단자(522)는 측면 전체가 차단 부재(540)에 접합된다.
도 26에 도시된 음향 공진기 모듈은 차단 부재(540)와 모듈 기판(510)이 일정 거리 이격된다. 따라서 차단 부재(540)의 하부면과 모듈 기판(510)의 상부면 사이에는 틈(502)이 형성된다.
본 실시예에서 차단 부재(540)와 모듈 기판(510)이 이격되는 거리는 30㎛ 이하로 한정된다. 이에 성형 수지가 차단 부재(540)와 모듈 기판(510) 사이로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
본 실시예에서 차단 부재(540)의 하부면은 접속 단자(522)의 하부면과 동일한 평면 상에 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 27에 도시된 음향 공진기 모듈은 도 20에 도시된 바와 같이 모듈 기판(510)의 일면에 트렌치(524)가 형성되며, 트렌치(524) 내에서 음향 공진기(100)와 모듈 기판(510) 사이에 차단 부재(540)가 배치된다. 도 26에서 차단 부재(540)는 도 24에 도시된 음향 공진기 모듈과 유사하게 접속 단자(522)를 감싸는 형태로 배치된다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 도 22 및 도 23에 도시된 형태로 차단 부재(540)를 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
도 28에 도시된 음향 공진기 모듈은 차단 부재(540a)가 도전성 재질로 형성된다. 따라서 차단 부재(540a)는 음향 공진기(100)의 하부면과 모듈 기판(510) 사이에 배치되되, 접속 단자(522)와는 이격 배치된다.
본 실시예의 차단 부재(540a)는 접속 단자(522)를 제조하는 과정에서 함께 형성될 수 있다. 따라서 차단 부재(540a)는 접속 단자(522)와 동일한 재질로 구성될 수 있다.
또한 차단 부재(540a)는 음향 공진기(100)의 도전성 재질에 접합되므로, 폴리머를 이용한 차단 부재(도 25의 540)와는 달리 음향 공진기(100)에 견고하게 접합된다. 따라서 차단 부재(540a)가 접속 단자(522)와 접합되지 않더라도 차단 부재(540a)를 원하는 위치에 고정 배치할 수 있다.
도 28에서는 차단 부재(540a)가 접속 단자들(522)의 외측을 둘러싸는 형태로 배치되는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 차단 부재(540a)를 접속 단자들(522)의 내측(예컨대, 공진부와 접속 단자 사이)에 배치하거나, 차단 부재(540a)의 일부는 외측에 배치하고 나머지 일부는 내측에 배치하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
도 29에 도시된 음향 공진기 모듈은 차단 부재(540b)가 음향 공진기의 측면에 배치된다.
본 실시예의 음향 공진기 모듈은, 음향 공진기(100)를 모듈 기판(510)에 먼저 실장한 후, 음향 공진기(100)의 테두리를 따라 차단 부재(540b)를 형성한다.
본 실시예의 차단 부재(540b)는 니들(niddle)을 통해 액상의 절연 물질을 음향 공진기(100)의 테두리와 모듈 기판(510) 사이로 주입한 후, 이를 경화시켜 형성할 수 있다. 여기서 액상의 절연 물질은 폴리머가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 방법을 차단 부재(540b)를 형성함에 따라, 본 실시예의 차단 부재(540b)는 음향 공진기(100)의 하부면과 모듈 기판(510) 사이뿐만 아니라, 음향 공진기(100)의 기판(110) 측면에도 배치된다. 또한 도시되어 있지 않지만 필요에 따라 음향 공진기(100)의 상부면으로 확장 배치될 수 있다.
한편 도 28에서는 차단 부재(540b)가 접속 단자(522)와 접촉하도록 구성되는 경우를 도시하고 있다. 그러나 본 실시예의 차단 부재(540b)는 모듈 기판(510) 상에 도포되므로, 차단 부재(540b)의 움직임이 억제된다. 따라서 차단 부재(540b)가 접속 단자(522)와 이격되도록 구성하는 것도 가능하다.
도 30 및 도 31은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 필터의 개략적인 회로도이다.
도 30 및 도 31의 필터에 채용되는 복수의 체적 음향 공진기 각각은 도 3에 도시된 음향 공진기에 대응한다.
도 30을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터(1000)는 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(1000)는 복수의 음향 공진기(1100, 1200)를 포함한다.
제1 음향 공진기(1100)는 입력 신호(RFin)가 입력되는 신호 입력단과 출력 신호(RFout)가 출력되는 신호 출력단 사이에 직렬 연결될 수 있고, 제2 음향 공진기(1200)는 상기 신호 출력단과 접지 사이에 연결된다.
도 31를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터(2000)는 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필터(2000)는 복수의 음향 공진기(2100, 2200, 2300, 2400)를 포함하여, 밸런스드(balanced) 입력 신호(RFin+, RFin-)를 필터링하여 밸런스드 출력 신호(RFout+, RFout-)를 출력할 수 있다.
또한, 도 30의 래더 타입(ladder type)의 필터 구조와 도 31의 래티스 타입(lattice type) 의 필터 구조를 조합한 필터 구조로 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
130: 소수성층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
500: 음향 공진기 모듈
510: 모듈 기판
530: 밀봉부
540: 차단 부재
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
127: 보호층
130: 소수성층
140: 희생층
150: 멤브레인층
170: 삽입층
500: 음향 공진기 모듈
510: 모듈 기판
530: 밀봉부
540: 차단 부재
1000, 2000: 필터
1100, 1200, 2100, 2200, 2300, 2400: 음향 공진기
Claims (18)
- 모듈 기판;
상기 모듈 기판에 접속 단자를 통해 연결되어 상기 모듈 기판과 이격 배치되는 음향 공진기; 및
상기 음향 공진기를 봉합하는 밀봉부;
를 포함하며,
상기 음향 공진기는 상기 모듈 기판의 상면에 대향 배치되며 상기 모듈 기판과의 사이에 공간이 형성되는 공진부를 구비하며,
상기 음향 공진기는
상면에 절연층이 배치되는 기판;
상기 절연층과 함께 캐비티를 형성하는 멤브레인층;
상기 캐비티의 상부에 배치되며, 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 적층된 상기 공진부;
상기 공진부 상부에 배치되는 보호층; 및
상기 보호층 상에 형성된 소수성층;
을 포함하는 음향 공진기 모듈.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 소수성층은 증착 후 물에 의한 접촉각(contact angle)이 90˚ 이상이 되는 물질로 형성되는 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 소수성층은 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si) 중 적어도 하나를 포함하는 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 소수성층은 캐비티를 형성하는 상기 기판 및 상기 멤브레인층에 캐비티를 감싸도록 형성되는 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 보호층은 실리콘 옥사이드 계열 또는 실리콘 나이트라이드 계열의 절연물질로 형성되는 제1 보호층과, 알루미늄 옥사이드 계열, 알루미늄 나이트라이드 계열, 마그네슘 옥사이드 계열, 타이타늄 옥사이드 계열, 지르코늄 옥사이드 계열, 및 진크 옥사이드 계열 중 어느 하나의 절연 물질로 형성되는 제2 보호층을 포함하는 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 음향 공진기와 상기 모듈 기판 사이의 거리는 10㎛ ~ 30㎛인 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 모듈 기판의 상면에는 트렌치가 형성되며, 상기 음향 공진기와 상기 모듈 기판을 연결하는 상기 접속 단자의 일부분은 상기 트렌치의 내부에 배치되는 음향 공진기 모듈.
- 제8항에 있어서,
상기 모듈 기판의 상면과 상기 음향 공진기의 하부면 테두리 부분 사이의 거리는 0㎛ ~ 20㎛인 음향 공진기 모듈.
- 제8항에 있어서,
상기 트렌치의 수평 길이(L2)는 음향 공진기의 수평 길이(L1)보다 작은 음향 공진기 모듈.
- 제9항에 있어서,
상기 트렌치의 깊이는 20㎛ ~ 30㎛인 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 음향 공진기와 상기 모듈 기판 사이에 배치되는 차단부재를 더 포함하는 음향 공진기 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 차단부재는 상기 접속 단자의 적어도 일면에 접촉하도록 배치되는 음향 공진기 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 차단부재는 상기 모듈 기판의 상면으로부터 이격 배치되는 음향 공진기 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 모듈 기판의 상면에는 트렌치가 형성되며, 상기 차단부재는 상기 트렌치 내에 배치되는 음향 공진기 모듈.
- 제12항에 있어서,
상기 차단부재는 도전성 재질로 이루어지며 상기 접속 단자와 이격 배치되는 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 접속 단자의 외측에 배치되며 상기 기판의 측면을 덮도록 형성되는 차단부재를 더 포함하는 음향 공진기 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 음향 공진기에 이웃하여 배치되도록 상기 기판에 실장되는 전자 소자를 더 포함하는 음향 공진기 모듈.
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| KR20180152385 | 2018-11-30 |
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| KR102642910B1 (ko) * | 2016-05-18 | 2024-03-04 | 삼성전기주식회사 | 음향 공진기 및 그 제조 방법 |
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2019
- 2019-04-10 KR KR1020190042081A patent/KR102224307B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| US20040159960A1 (en) * | 2003-01-07 | 2004-08-19 | Shinichi Fujiwara | Electronic device and method of manufacturing the same |
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