KR102284129B1 - 음향 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 압전층과 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부와, 공진부의 하측에 배치된 기판과, 기판과 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부와, 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 압전층과 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 공진부에 배치되는 매개 금속층을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 음향 공진기에 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.
음향 공진기는 이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로 구성될 수 있으며, 박막 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)로 구현될 수 있다.
FBAR은 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor: QF)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 방열성능 및/또는 진동누출 저감성능을 향상시킬 수 있는 음향 공진기를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 압전층과, 상기 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부; 상기 공진부의 하측에 배치된 기판; 상기 기판과 상기 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부; 및 상기 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 상기 압전층과 상기 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 상기 공진부에 배치되는 매개 금속층; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 방열성능 및/또는 진동누출 저감성능을 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 그에 포함된 삽입층을 나타낸 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1a 내지 도 1d의 음향 공진기에서 구멍에 대응되는 삽입층이 생략된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 기둥의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 삽입층의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기에 추가될 수 있는 프레임의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 나타낸 측면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기를 나타낸 평면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 온도 분포를 예시한 평면도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 매개 금속층을 나타낸 측면도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 첫째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 둘째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 셋째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9e는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 제1 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9f는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 제2 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9g는 도 9a의 음향 공진기에 금속 삽입층이 추가된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 매개 금속층을 나타낸 평면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9a의 음향 공진기의 삽입층의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 12a 내지 도 12d는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 9a의 음향 공진기의 금속 삽입층을 나타낸 측면도이다.
도 14a 내지 도 14e는 도 9d의 음향 공진기의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1a 내지 도 1d의 음향 공진기에서 구멍에 대응되는 삽입층이 생략된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 기둥의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 삽입층의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기에 추가될 수 있는 프레임의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 나타낸 측면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기를 나타낸 평면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 온도 분포를 예시한 평면도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 매개 금속층을 나타낸 측면도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 첫째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 둘째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 셋째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9e는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 제1 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9f는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 제2 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9g는 도 9a의 음향 공진기에 금속 삽입층이 추가된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 매개 금속층을 나타낸 평면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9a의 음향 공진기의 삽입층의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 12a 내지 도 12d는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 9a의 음향 공진기의 금속 삽입층을 나타낸 측면도이다.
도 14a 내지 도 14e는 도 9d의 음향 공진기의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 그에 포함된 삽입층을 나타낸 측면도이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 차례로 적층된 공진부(120)를 포함한다.
제1 및 제2 전극(121, 125)은 전기에너지를 제공받을 경우에 압전층(123) 내에 전계를 유기시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(121, 125)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으며, 또한 희토류 금속 및 전이 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2 전극(121, 125)에 의해 압전층(123) 내에 유기된 전계는 압전층(123)의 압전 현상을 유발함으로써 공진부(120)의 소정의 방향에 대한 진동을 일으킬 수 있다. 이에 따라, 공진부(120)는 진동방향(예: 상하방향)에 대응되는 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)를 발생시키면서 공진을 할 수 있다.
예를 들어, 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)의 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 있고, 희토류 금속의 함량은 1~20at%일 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.
상기 공진에 의해, 공진부(120)는 제1 및/또는 제2 전극(121, 125)으로 인가되는 특정 주파수 대역의 신호에 대해 통과 또는 차단시키고 특정 주파수 대역 이외의 에너지에 대해 차단 또는 통과시킬 수 있다. 음향 공진기는 상기 특정 주파수 대역의 경계에서의 날카로운(sharply) 스커트(skirt) 특성을 가질 수 있으므로, 마이크로주파수(예: 수백MHz 내지 수십GHz) 대역의 고주파 회로(예: 필터, 오실레이터 등)에 사용되어 상기 고주파 회로의 성능을 향상시키거나 사이즈를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 상기 음향파가 기판(110)으로 누설되는 것을 방지하도록 공진부(120)의 하측에 배치된 캐비티(AC)를 포함한다. 즉, 캐비티(AC)는 기판(110)과 공진부(120)를 서로 이격시키므로, 상기 음향파가 기판(110)으로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 음향 공진기는 더욱 향상된 품질 계수(Quality factor, QF)를 가질 수 있다. 예를 들어, 캐비티(AC)는 적어도 하나의 반사층(미도시)을 포함하여 음향파의 기판 누설을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 캐비티(AC)가 지지부(140)의 내측으로 제공됨에 따라, 지지부(140)에 의해 지지되는 공진부(120)는 전반적으로 편평하게 형성될 수 있다. 식각 저지층(145)은 캐비티(AC)의 형성 과정에서 캐비티(AC)의 크기가 결정되도록 캐비티(AC)의 경계를 따라 배치될 수 있다.
공진부(120)는 인가되는 전계와 진동에 의한 열을 발생시킨다. 발생된 열은 캐비티(AC)에 의해 하측보다 수평방향으로 더욱 많은 비중으로 발산할 수 있다. 수평방향으로 발산된 열은 지지부(140) 및/또는 식각 저지층(145)을 통해 기판(110)으로 발산할 수 있다. 즉, 공진부(120)에서 발생된 열은 우회하여 발산될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 기둥(117)을 포함함으로써, 공진부(120)에서 발생된 열의 추가적인 발산경로를 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 캐비티(AC)에 따른 향상된 품질 계수를 가지면서도 발열효율을 향상시켜서 더욱 향상된 강건성을 가질 수 있다.
그러나, 기둥(117)은 공진부(120)의 진동이 기판(110)으로 누출되는 경로로 작용할 수 있다. 공진부(120)의 진동누출은 품질 계수의 열화를 유발할 수 있다.
공진부(120)의 제1 및 제2 전극(121, 125)에서 기둥(117)에 상하방향으로 오버랩되는 부분은 구멍(VRR)을 포함할 수 있으나, 구멍(VRR)은 설계에 따라 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 공진부(120)는 기둥(117)에 상하방향으로 오버랩되는 부분에 배치된 제1 삽입층(171)을 더 포함할 수 있다.
제1 삽입층(171)은 압전층(123) 내에서 기둥(117)을 향하는 진동을 반사할 수 있다. 이에 따라, 공진부(120)의 진동이 기둥(117)을 통해 누출되는 것은 저감될 수 있다.
예를 들어, 제1 삽입층(171)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN), 산화망간(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, 제1 삽입층(171)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등의 전도체로 형성될 수 있으나, 제1 및 제2 전극(121, 125)과는 다른 재질로 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제1 삽입층(171)이 구비되는 영역을 빈 공간(air)으로 형성하는 것도 가능하다. 이는 제조 과정에서 공진부(120)를 모두 형성한 후, 제1 삽입층(171)을 제거함으로써 구현될 수 있다.
또한, 제1 삽입층(171)의 두께는 압전층(123)과 동일하거나 유사하거나, 보다 얇을 수 있다. 제1 삽입층(171)의 두께는 압전층(123)의 두께보다 얇을 경우에 제1 삽입층(171)으로 인한 압전층(123)의 경사부가 형성이 되며 크랙(crack)등이 발생하지 않을 수 있어 공진기 성능 향상에 기여할 수 있다. 제1 삽입층(171) 두께의 하한은 특별히 한정할 필요는 없으나, 증착 두께를 용이하게 조절하고 증착된 웨이퍼 내 두께 균일도를 확보하기 위하여 삽입층(170) 두께는 100Å 이상일 수 있다.
예를 들어, 제1 삽입층(171)의 측면은 경사질 수 있으며, 5°이상, 70°이하의 경사각으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1a를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)의 상면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 압전층(123)은 제1 삽입층(171)에 대응되는 굴곡을 가질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제2 전극(125)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 삽입층(171)은 제2 전극(125)의 구멍(VRR)을 커버할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)이 제거된 공간에 채워지도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)의 구멍(VRR)을 커버할 수 있으며, 공진부(120)에서 기둥(117)을 통한 진동누출은 더욱 저감될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)의 구멍(VRR)에 배치될 수 있으며, 제2 전극(121, 125)도 구멍(VRR)을 가질 수 있다.
한편, 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 공진부(120)는 기둥(117)에서부터 제1 삽입층(171)보다 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향) 기준으로 더 외측에 배치된 제2 삽입층(172, 173)을 더 포함할 수 있다. 제2 삽입층(172, 173)은 제1 및/또는 제2 전극(121, 125)에 배치될 수 있으며, 제1 삽입층(171)과 동일하게 구현될 수 있다.
제2 삽입층(172, 173)은 공진부(120)에서 발생된 진동 중 외측으로 새는 진동을 반사할 수 있으므로, 공진부(120)의 품질 계수를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1a 내지 도 1d의 음향 공진기에서 구멍에 대응되는 삽입층이 생략된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제1 및 제2 전극(121, 125) 중 적어도 하나는 구멍(VRR)을 포함함으로써 기둥(117)의 상측에서 발생되는 진동을 저감할 수 있다.
이에 따라, 공진부(120)의 진동은 기둥(117)에 오버랩되는 부분보다 기둥(117)에 오버랩되지 않는 부분에 더 많이 집중될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 캐비티(AC)와 기둥(117)의 포함에 따라 향상된 품질 계수 및 발열효율을 확보하면서도 기판(110)으로의 진동누출을 저감함으로써, 더욱 개선된 품질 계수를 가질 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 기둥의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 3a를 참조하면, 기둥은 캐비티(AC) 내에 배치되고 공진부(120)와 기판(110)의 사이에 배치된 제2 식각 저지층(117b)과, 제2 식각 저지층(117b)에 의해 둘러싸이는 열전도층(117c)을 포함할 수 있다.
제2 식각 저지층(117b)은 캐비티(AC)의 형성 과정에서 열전도층(117c)을 보호할 수 있다. 제2 식각 저지층(117b)은 제1 식각 저지층(145)와 동일한 재료로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
열전도층(117c)은 지지부(140)와 동일한 재료로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 열전도층(117c)은 제2 식각 저지층(117b)보다 더 높은 열전도도를 가지는 재료로 구현됨으로써 공진부(120)에서 발생된 열을 더욱 효율적으로 기판(110)으로 전달할 수 있다.
예를 들어, 지지부(140)가 Poly-Si로 구현될 경우, 제2 식각 저지층(117b)은 AlN 계열 및 희토류가 도핑된 AlN 와 같이 열전도도가 높은 재료로 구성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 기둥은 제2 식각 저지층 없이 금속 기둥(117a)로만 구현될 수도 있다. 이에 따라, 공진부(120)에서 발생된 열은 더욱 효율적으로 기판(110)으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 금속 기둥(117a)은 Au나 Cu로 이루어질 수 있다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 기둥(117)의 하면의 폭(dbottom)은 기둥(117)의 상면의 폭(dtop)보다 더 클 수 있다.
기둥(117)의 상면의 폭(dtop)의 좁음에 따라, 공진부(120)에서 기둥(117)으로 누출되는 진동은 더욱 저감될 수 있다. 기둥(117)의 하면의 폭(dbottom)의 넓음에 따라, 기둥(117)의 열저항은 낮아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는 기판(110)으로의 진동누출을 저감하면서도 방열성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 기둥(117)의 상면의 폭(dtop)은 제1 삽입층(171)의 폭(din)보다 작고, 기둥(117)의 하면의 폭(dbottom)은 제1 삽입층(171)의 폭(din)보다 클 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 삽입층의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 제1 삽입층은 제1 금속 삽입층(176)을 포함할 수 있다.
제1 금속 삽입층(176)은 공진부(120)에서 기둥(117)을 향하는 진동을 반사시키면서 자신의 높은 열전도도를 활용하여 공진부(120)에서 발생되는 열을 기둥(117)으로 더욱 효율적으로 전달할 수 있다.
또한, 제2 삽입층은 제1 또는 제2 전극(121, 125)에 전기적으로 연결되는 제2 금속 삽입층(177, 178)을 포함할 수 있다. 제2 금속 삽입층(177, 178)은 공진부(120)에서 발생된 진동 중 외측으로 새는 진동을 반사할 뿐만 아니라 제1 또는 제2 전극(121, 125)의 제1 또는 제2 금속층(180, 190)에 대한 접속 저항을 낮출 수 있으므로, 음향 공진기의 삽입손실(insertion loss)을 개선시킬 수 있다.
도 4e를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)과 압전층(123)의 사이에 배치된 절연물질로 이루어지고, 제1 금속 삽입층(176)은 제1 전극(121)과 기둥(117)의 사이에 배치될 수 있다.
절연물질로 이루어진 제1 삽입층(171)은 제1 금속 삽입층(176)에 비해 상대적으로 낮은 음향 임피던스(acoustic impedance)를 가질 수 있으므로, 공진부(120)의 진동을 더욱 효율적으로 반사할 수 있다.
제1 금속 삽입층(176)은 절연물질로 이루어진 제1 삽입층(171)에 비해 더욱 높은 열전도도를 가지므로 기둥(117)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
절연물질로 이루어진 제1 삽입층(171)과 제1 금속 삽입층(176)의 조합 구조는 높은 방열효율을 가지면서도 높은 음향파 반사 특성을 가질 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기에 추가될 수 있는 프레임의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 제2 전극(125)의 상측에 배치되고 구멍(VRR)을 둘러싸도록 배치된 제1 프레임(166)을 더 포함할 수 있다.
제1 프레임(166)은 제2 삽입층(172, 173)에 대해 상보적으로 작용할 수 있다. 공진부(120)가 제2 삽입층(172, 173)의 배치에 따라 제2 삽입층(172, 173)의 상측으로 굴곡진 형태를 가질 수 있는데, 제1 프레임(166)은 공진부(120)의 굴곡진 형태에 적응적으로 공진부(120)의 진동을 반사할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는 기둥(117)을 통해 진동이 누출되는 것을 더욱 억제할 수 있다.
도 5c 및 도 5d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 구멍(VRR)을 둘러싸며 공진부(120)를 둘러싸도록 배치된 제2 프레임(167)을 더 포함할 수 있다.
제2 프레임(167)은 제1 삽입층(171)에 대해 상보적으로 작용할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 제1 전극(121)의 상측에 배치된 제3 프레임(168)을 더 포함할 수 있다. 제3 프레임(168)은 전술한 제1 및 제2 프레임(166, 167)보다 더 하측에 배치되고, 제1 및 제2 프레임(166, 167)과 유사한 원리로 공진부(120)의 진동을 반사할 수 있다. 제3 프레임(168)은 제1 전극(121)과 동일한 재료로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제3 프레임(168)은 제1 프레임(166)같이 구멍(VRR)을 둘러싸도록 배치되거나, 제2 프레임(167) 같이 공진부(120)를 둘러싸도록 배치될 수 있으므로, 제3 프레임(168)이 둘러싸는 영역의 크기는 특별히 한정되지 않는다.
한편, 도 1a 내지 도 5d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 기판(110), 절연층(115), 보호층(127a, 127b), 멤브레인층(150), 제1 및 제2 금속층(180, 190)을 더 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(AC)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O2), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 열 산화(Thermal oxidation), 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.
멤브레인층(150)은 지지부(140) 상에 형성되어 기판(110)과 함께 캐비티(AC)의 두께(또는 높이)를 규정할 수 있다. 그러나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것이 아니며, 멤브레인층(150)이 없는 구조도 가질 수 있다.
멤브레인층(150)은 캐비티(AC)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성된다. 예를 들어, 지지부(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 산화망간(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) 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 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride)의 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있으며, HCP 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 금속일 경우 예를 들어, 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
보호층(127a, 127b)은 음향 공진기의 표면(예: 제2 전극의 상면 또는 압전층의 상면)을 따라 배치되어 음향 공진기를 외부로부터 보호할 수 있다. 나아가, 보호층(127a, 127b)의 일부분은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 제거될 수 있다. 즉, 보호층(127a, 127b)의 두께는 설계에 따라 자유롭게 조절될 수 있다.
보호층(127)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열, 알루미늄 옥사이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 금속층(180, 190)은 각각 제1 및 제2 전극(121, 125)의 상측에 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(121, 125)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 인접 음향 공진기나 입출력 포트에 대한 외부 접속 단자로 작용할 수 있다.
제1 및 제2 금속층(180, 190)은 제1 및 제2 전극(121, 125)보다 낮은 비저항을 가지는 재료로 구현될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(121, 125)보다 두꺼운 두께를 가져서 낮은 저항값을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 삽입손실은 저감될 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 금속층(180, 190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 제조 방법을 나타낸 측면도이다.
도 6a를 참조하면, 절연층(115)은 기판(110) 상에 형성될 수 있으며, 지지부(140a)는 절연층(115) 상에 형성될 수 있다. 이후, 지지부(140a)에 캐비티와 기둥에 대응되는 패턴이 형성될 수 있다.
지지부(140a)는 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6b를 참조하면, 식각 저지층(145a)은 지지부(140a) 상에 증착될 수 있다. 식각 저지층(145a)은 절연층(115)과 동일한 재료로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6c를 참조하면, 식각 저지층(145b)은 평탄화될 수 있다. 이에 따라, 제2 식각 저지층(117b)과 열전도층(117c)은 형성될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 제1 및 제2 삽입층(171, 172, 173), 압전층(123), 제2 전극(125), 보호층(127), 제1 및 제2 금속층(180, 190)은 차례대로 형성될 수 있다.
도 6e를 참조하면, 캐비티(AC)는 지지부(140b)에 접하는 식각 저지층(145b)의 내부에 위치한 부분의 제거(예: 식각 방식)에 따라 형성될 수 있다. 지지부(140b)가 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질로 형성되는 경우, 지지부(140b)는 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 보호층 두께를 추가로 에칭하는 공정이 수행될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기를 나타낸 평면도이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 공진부(120)는 원형, 비정형 타원형, 다각형, 또는 비정형 다각형일 수 있으며, 구멍(VRR)은 원형, 비정형 타원형, 다각형, 또는 비정형 다각형일 수 있으며, 공진부(120)의 중앙에 배치될 수 있다.
도 1a 내지 도 6e에 도시된 음향 공진기는 도 7a 내지 도 7c의 I와 I' 사이의 단면을 나타낸다.
한편, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 유입홀(H)은 에칭 가스 또는 에칭 용액의 유입 경로로 작용할 수 있으며, 전술한 캐비티의 형성에 활용될 수 있다.
도 8a는 기둥이 생략된 음향 공진기의 온도 분포를 예시하는 평면도이고, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 온도 분포를 예시한 평면도이다.
도 8a를 참조하면, 기둥이 생략된 음향 공진기의 공진부에서 가장 온도가 높은 지점의 온도는 T0(예: 421.662K)일 수 있다.
도 8b 및 도 8c를 참조하면, 도 8a의 공진부에서 가장 온도가 높은 지점에 대응되는 부분의 온도는 기둥에 의해 낮아질 수 있다.
도 8b를 참조하면, 기둥의 상면의 반경이 3μm일 경우, 음향 공진기의 공진부에서 가장 온도가 높은 지점의 온도는 T0(예: 421.662K)의 약 0.7배(섭씨 기준)일 수 있다.
도 8c를 참조하면, 기둥의 상면의 반경이 5μm일 경우, 음향 공진기의 공진부에서 가장 온도가 높은 지점의 온도는 T0의 약 0.64배(섭씨 기준)일 수 있다.
예를 들어, 기둥은 기둥이 생략된 음향 공진기에서 가장 온도가 높은 지점에 배치될 수 있으나, 기둥의 세부적인 위치는 기둥의 배치에 따라 이동하는 최대온도지점에 맞춰서 적응적으로 이동(shift)될 수 있으며, 공진부의 형태나 외부 환경에 따라서도 최적화될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 매개 금속층을 나타낸 측면도이다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 공진부(120) 및 매개 금속층(185)를 포함할 수 있다.
매개 금속층(185)은 제2 전극(125)으로부터 분리되고 적어도 일부분이 압전층(123)과 제2 전극(125)에 의해 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향)으로 둘러싸이도록 공진부(120)에 배치된다.
이에 따라, 매개 금속층(185)은 주변의 압전층(123) 및/또는 제2 전극(125)으로부터 열을 수평방향으로 흡수할 수 있으며, 흡수한 열을 열전도층(117c)을 포함하는 기둥이나 상측으로 발산할 수 있다.
또한, 매개 금속층(185)은 공진부(120)의 진동이 열전도층(117c)을 포함하는 기둥으로 향하는 것을 막을 수 있으므로, 진동누출을 저감할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 방열성능을 확보하면서도 진동누출을 저감하여 기본 성능(예: 품질 계수(QF), 전기 기계 결합 상수(Kt2))을 확보할 수 있다.
예를 들어, 매개 금속층(185)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 매개 금속층(185)은 압전층(123)과 제2 전극(125)이 형성된 상태에서 압전층(123)과 제2 전극(125) 각각의 소정의 부분을 식각하고 상기 소정의 부분에 매개 금속층(185)에 대응되는 재료를 도포/증착하는 과정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 매개 금속층(185)은 제1 및 제2 금속층(180, 190)의 형성시에 함께 형성될 수 있다.
예를 들어, 매개 금속층(185)은 제1 및 제2 금속층(180, 190)의 적어도 일부분의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라, 매개 금속층(185)은 제조과정에서 제1 및 제2 금속층(180, 190)의 형성시에 함께 형성될 수 있으므로, 매개 금속층(185)의 신뢰성은 쉽게 확보할 수 있다.
예를 들어, 매개 금속층(185)은 제1 및 제2 전극(121, 125)과 다른 재료(예: Au)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 매개 금속층(185)은 제1 및 제2 전극(121, 125)보다 더 높은 열전도도를 가지는 재료를 보다 자유롭게 가질 수 있으므로, 주변의 압전층(123) 및/또는 제2 전극(125)으로부터 열을 보다 효율적으로 흡수할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 방열성능은 더욱 개선될 수 있다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는 제1 삽입층(171) 및/또는 제2 삽입층(172, 173)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 삽입층(171)은 적어도 일부분이 매개 금속층(185)과 제1 전극(121)의 사이에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 삽입층(171)은 매개 금속층(185)의 적어도 일부분을 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 매개 금속층(185)은 제1 삽입층(171)에 접촉할 수 있다.
이에 따라, 공진부(120)의 진동이 매개 금속층(185)과 제1 전극(121)의 사이의 틈새를 파고들어 열전도층(117c)을 포함하는 기둥으로 향하는 것은 효율적으로 억제될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 기본 성능(예: 품질 계수(QF), 전기 기계 결합 상수(Kt2))은 더욱 향상될 수 있다.
예를 들어, 매개 금속층(185)은 제1 삽입층(171)이 형성된 상태에서 제1 삽입층(171)의 소정의 부분을 식각하고 상기 소정의 부분에 매개 금속층(185)에 대응되는 재료를 도포/증착하는 과정으로 형성될 수 있다.
제2 삽입층(172, 173)은 열전도층(117c)에서부터 제1 삽입층(171)보다 수평방향 기준으로 더 외측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 삽입층(172, 173)은 공진부(120)의 진동이 외측으로 새는 것을 억제할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 제1 식각 저지층(145) 및/또는 제2 식각 저지층(117b)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 지지부(140)는 보다 높은 신뢰도의 캐비티(AC)를 가질 수 있다.
여기서, 열전도층(117c)은 제2 식각 저지층(117b)에 의해 둘러싸이고 제2 식각 저지층(117b)과 다른 재료로 구성될 수 있다. 이에 따라, 열전도층(117c)은 매개 금속층(185)이 흡수한 열을 보다 효율적으로 기판(110)으로 발산할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기에서 기둥은 생략될 수 있다. 즉, 매개 금속층(185)이 흡수한 열을 상측으로도 발산할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는 매개 금속층(185)을 포함할 경우에 열전도층(117c)을 포함하는 기둥과 캐비티(AC) 없이도 매개 금속층(185)에 따라 향상된 발열성능을 가질 수 있으며, 기둥과 같은 진동누설 경로를 가지지 않으므로 진동누설을 저감할 수 있으므로, 기본 성능(예: 품질 계수(QF), 전기 기계 결합 상수(Kt2))도 확보할 수 있다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 첫째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층(185)와 압전층(123) 사이의 경계면은 제1 전극(121)에 대해 수직일 수 있다.
이와 대조적으로, 도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층(185)과 압전층(123) 사이의 경계면은 제1 전극(121)에 대해 사선일 수 있다.
이에 따라, 매개 금속층(185)은 보다 높은 신뢰도로 압전층(123)의 사선 경계면 상에 형성될 수 있으므로, 매개 금속층(185)은 압전층(123) 및/또는 제2 전극(125)으로부터 열을 보다 효율적으로 흡수할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 방열성능은 더욱 개선될 수 있다.
도 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 둘째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층(185)의 두께는 제2 전극(125)의 두께 이하일 수 있다.
이와 대조적으로, 도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층(185)의 두께는 제2 전극(125)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라, 매개 금속층(185)은 보다 큰 열 수용용량을 가질 수 있으므로, 압전층(123) 및/또는 제2 전극(125)으로부터 열을 보다 효율적으로 흡수할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 방열성능은 더욱 개선될 수 있다.
도 9d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층의 셋째 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층(185)은 제1 전극(121)로부터 분리될 수 있다.
이와 대조적으로, 도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 매개 금속층(185)은 제1 전극(121)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 매개 금속층(185)은 압전층(123) 및/또는 제2 전극(125)으로부터 흡수한 열을 제1 전극(121)을 통해 열전도층(117c)을 포함하는 기둥으로 보다 효율적으로 발산할 수 있다.
설계에 따라, 매개 금속층(185)은 제1 전극(121)으로부터 전기적으로 분리된 경우에 제2 전극(125)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 매개 금속층(185)은 열전도층(117c)을 포함하는 기둥에 상하방향으로 오버랩되는 위치에서 제2 전극(125)의 상면 상에 배치될 수 있다.
이에 따라, 매개 금속층(185)과 제2 전극(125)이 결합된 구조체에서 열 수용용량이 매개 금속층(185)에 집중될 수 있으므로, 매개 금속층(185)은 공진부(120)의 전반적인 열을 보다 효율적으로 흡수할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 방열성능은 더욱 개선될 수 있다.
도 9e는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 제1 변형 구조를 나타낸 측면도이고, 도 9f는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 제2 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9e 및 도 9f를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기의 기둥(117)은 하면의 폭(dbottom)이 상면의 폭(dtop)보다 더 크도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 기둥(117)은 매개 금속층(185)이 흡수한 열을 보다 효율적으로 기판(110)으로 발산할 수 있다.
도 9g는 도 9a의 음향 공진기에 금속 삽입층이 추가된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9g를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 공진부(120)는 매개 금속층(185)의 하측에 배치되고 기둥(117)과 제1 전극(121)의 사이에 배치된 제1 금속 삽입층(176)을 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 제1 전극(121)은 매개 금속층(185)의 하측에서 상측으로 돌출되기 쉬운 구조를 가질 수 있으므로, 제1 전극(121)의 돌출된 부분을 통해 매개 금속층(185)의 열을 보다 효율적으로 흡수할 수 있다. 제1 전극(121)이 흡수한 열은 제1 금속 삽입층(176)을 통해 기둥(117)으로 발산될 수 있다.
도 9g를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기는, 기둥(117)에서부터 제1 금속 삽입층(176)보다 수평방향 기준으로 더 외측에 배치된 제2 금속 삽입층(177, 178)을 더 포함할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 공진기와 매개 금속층을 나타낸 평면도이다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 공진부(120)는 원형, 비정형 타원형, 다각형, 또는 비정형 다각형일 수 있으며, 매개 금속층(185)은 원형, 비정형 타원형, 다각형, 또는 비정형 다각형일 수 있으며, 공진부(120)의 중앙에 배치될 수 있다.
도 9a 내지 도 9g에 도시된 음향 공진기는 도 10a 내지 도 10c의 I와 I' 사이의 단면을 나타낸다.
한편, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 유입홀(H)은 에칭 가스 또는 에칭 용액의 유입 경로로 작용할 수 있으며, 전술한 캐비티의 형성에 활용될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9a의 음향 공진기의 삽입층의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 11a 내지 도 11c을 참조하면, 제1 삽입층(171)은 매개 금속층(185)의 주변에 배치될 수 있으며, 압전층(123) 내에서 진동을 수평방향으로 반사할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 압전층(123)의 상측에서 매개 금속층(185)과 제2 전극(125)의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 매개 금속층(185)과 제2 전극(125) 사이의 절연 신뢰성은 더욱 향상될 수 있으므로, 매개 금속층(185)이 제1 전극(121)에 전기적으로 연결된 경우에 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 매개 금속층(185)이 제2 전극(125)에 전기적으로 연결될 경우, 제1 삽입층(171)의 적어도 일부분은 매개 금속층(185)과 제1 전극(121)의 사이에 배치될 수 있으며, 매개 금속층(185)과 제1 전극(121) 사이의 절연 신뢰성은 더욱 향상될 수 있다.
도 11c를 참조하면, 매개 금속층(185)은 제1 및 제2 전극(121, 125) 각각에 대해 전기적으로 절연될 수 있으며, 제1 삽입층(171)은 제1 또는 제2 전극(121, 125)과 매개 금속층(185) 사이의 절연 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 도 9a의 음향 공진기의 기둥의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 기둥(117a)은 캐비티(AC)에서 매개 금속층(185)의 하측에 배치될 수 있으며, 설계에 따라 지지부(140)의 재료와 다른 재료로 구성될 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 도 9a의 음향 공진기의 금속 삽입층을 나타낸 측면도이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 제1 금속 삽입층(176)은 매개 금속층(185)의 주변에 배치될 수 있으며, 압전층(123) 내에서 진동을 수평방향으로 반사할 수 있다.
제1 금속 삽입층(176)은 제1 및 제2 전극(121, 125) 중 하나와 매개 금속층(185) 사이의 전기적으로 연결시키면서 압전층(123)의 진동을 수평방향으로 반사할 수 있다.
도 14a 내지 도 14e는 도 9d의 음향 공진기의 변형 구조를 나타낸 측면도이다.
도 14a를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)과 매개 금속층(185)의 사이에서 매개 금속층(185)으로부터 분리될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 제1 삽입층(171)은 제1 전극(121)과 매개 금속층(185)의 사이에서 매개 금속층(185)에 접촉할 수 있다.
도 14c를 참조하면, 제1 금속 삽입층(176)은 제1 전극(121)과 매개 금속층(185)의 사이에 배치될 수 있다.
도 14d 및 도 14e를 참조하면, 제1 금속 삽입층(176)의 적어도 일부분은 열전도층(117c)을 포함하는 기둥과 매개 금속층(185)의 사이에 배치될 수 있으며, 압전층(123)과 매개 금속층(185)의 사이에 배치될 수 있다.
이에 따라, 제1 금속 삽입층(176)은 매개 금속층(185)의 열 방출 성능을 향상시키면서 압전층(123)의 진동을 수평방향으로 반사할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
110: 기판 115: 절연층
117: 기둥(pillar) 117b: 제2 식각 저지층
117c: 열전도층 120: 공진부
121: 제1 전극 123: 압전층
125: 제2 전극 127: 보호층
140: 지지부 145: 제1 식각 저지층
150: 멤브레인층 166: 제1 프레임(frame)
167: 제2 프레임 168: 제3 프레임
171: 제1 삽입층 172, 173: 제2 삽입층
176: 제1 금속 삽입층 177, 178: 제2 금속 삽입층
180: 제1 금속층 185: 매개 금속층
190: 제2 금속층
AC: 캐비티 VRR: 구멍
117: 기둥(pillar) 117b: 제2 식각 저지층
117c: 열전도층 120: 공진부
121: 제1 전극 123: 압전층
125: 제2 전극 127: 보호층
140: 지지부 145: 제1 식각 저지층
150: 멤브레인층 166: 제1 프레임(frame)
167: 제2 프레임 168: 제3 프레임
171: 제1 삽입층 172, 173: 제2 삽입층
176: 제1 금속 삽입층 177, 178: 제2 금속 삽입층
180: 제1 금속층 185: 매개 금속층
190: 제2 금속층
AC: 캐비티 VRR: 구멍
Claims (19)
- 압전층과, 상기 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부;
상기 공진부의 하측에 배치된 기판;
상기 기판과 상기 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부; 및
상기 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 상기 압전층과 상기 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 상기 공진부에 배치되는 매개 금속층; 을 포함하고,
상기 매개 금속층은 상기 제2 전극의 두께보다 더 두꺼운 두께를 가지는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 캐비티에서 상기 매개 금속층의 하측에 배치되고 상기 공진부와 상기 기판의 사이를 연결시키는 기둥을 더 포함하는 음향 공진기.
- 제2항에 있어서,
상기 매개 금속층은 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되는 음향 공진기.
- 제2항에 있어서,
상기 지지부와 상기 캐비티의 사이에 배치된 제1 식각 저지층을 더 포함하고,
상기 기둥은,
상기 캐비티 내에 배치되고 상기 공진부와 상기 기판의 사이에 배치된 제2 식각 저지층; 및
상기 제2 식각 저지층에 의해 둘러싸이고 상기 제2 식각 저지층과 다른 재료로 구성된 열전도층; 을 포함하는 음향 공진기.
- 제2항에 있어서,
상기 기둥은 하면의 폭이 상면의 폭보다 더 크도록 구성된 음향 공진기.
- 압전층과, 상기 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부;
상기 공진부의 하측에 배치된 기판;
상기 기판과 상기 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부;
상기 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 상기 압전층과 상기 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 상기 공진부에 배치되는 매개 금속층; 및
상기 캐비티에서 상기 매개 금속층의 하측에 배치되고 상기 공진부와 상기 기판의 사이를 연결시키는 기둥; 을 포함하고,
상기 공진부는 상기 매개 금속층의 하측에 배치되고 상기 기둥과 상기 제1 전극의 사이에 배치된 금속 삽입층을 더 포함하는 음향 공진기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 매개 금속층과 상기 압전층 사이의 경계면은 상기 제1 전극에 대해 사선인 음향 공진기.
- 압전층과, 상기 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부;
상기 공진부의 하측에 배치된 기판;
상기 기판과 상기 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부; 및
상기 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 상기 압전층과 상기 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 상기 공진부에 배치되는 매개 금속층; 을 포함하고,
상기 매개 금속층과 상기 압전층 사이의 경계면은 상기 제1 전극에 대해 사선이고,
상기 공진부는 적어도 일부분이 상기 매개 금속층과 상기 제1 전극의 사이에 위치하는 제1 삽입층을 더 포함하는 음향 공진기.
- 압전층과, 상기 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부;
상기 공진부의 하측에 배치된 기판;
상기 기판과 상기 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부; 및
상기 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 상기 압전층과 상기 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 상기 공진부에 배치되는 매개 금속층; 을 포함하고,
상기 공진부는 상기 압전층의 상측에서 상기 매개 금속층의 적어도 일부분을 둘러싸는 제1 삽입층을 더 포함하는 음향 공진기.
- 압전층과, 상기 압전층의 하측 및 상측에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 포함하는 공진부;
상기 공진부의 하측에 배치된 기판;
상기 기판과 상기 공진부의 사이의 캐비티(cavity)를 제공하는 지지부; 및
상기 제2 전극으로부터 분리되고 적어도 일부분이 상기 압전층과 상기 제2 전극에 의해 둘러싸이도록 상기 공진부에 배치되는 매개 금속층; 을 포함하고,
상기 공진부는 상기 매개 금속층에 접촉하는 제1 삽입층을 더 포함하는 음향 공진기.
- 제11항에 있어서,
상기 공진부는 상기 매개 금속층에서부터 상기 제1 삽입층보다 더 외측에 배치된 제2 삽입층을 더 포함하는 음향 공진기.
- 제12항에 있어서,
상기 제1 및 제2 삽입층 중 적어도 하나는 금속 삽입층을 포함하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
적어도 일부분이 상기 제1 전극의 상측에 배치되고 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되는 제1 금속층; 및
적어도 일부분이 상기 제2 전극의 상측에 배치되고 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 제2 금속층; 을 더 포함하는 음향 공진기.
- 제14항에 있어서,
상기 매개 금속층은 상기 제1 및 제2 금속층의 적어도 일부분의 재료와 동일한 재료를 포함하는 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 매개 금속층은 상기 제1 및 제2 전극과 다른 재료를 포함하는 음향 공진기.
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