KR102452948B1 - 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템 - Google Patents

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Abstract

미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템이 개시된다. 개시된 미소 기계식 공진기는 지지 부재에 고정된 고정단과, 진동이 가능한 자유단을 가지는 지지 빔; 및 상기 자유단 상에 배치된 집중 질량(lumped mass);을 포함하며, 상기 자유단의 폭이 상기 고정단의 폭보다 크며, 상기 집중 질량의 폭은 상기 고정단의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템{micromechanical resonator and resonator system including the same}
실시예는 저주파 특성 확보가 가능한 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템에 관한 것이다.
음향 특성 또는 진동 특성을 분석하기 위한 미소 기계식 공진기는 주로 캔틸레버 빔(cantilever beam) 구조를 이용한다. 상기 캔틸레버 빔 구조는 일 측이 고정된 상태에서 타측이 진동하게 된다.
이러한 미소 기계식 공진기는 모바일 전자소자, 자동차 등에서 음향 또는 음성 정보의 분석을 위해 사용될 수 있다.
또한, 인간의 피부 등에 부착되어서 심박수 등의 생체 정보를 측정하거나, 자동차, 가전 기기에 탑재되어 진동 정보를 측정할 수 있다.
이러한 미소 기계식 공진기는 요구되는 주파수 특성에 따라 그 구조가 달라질 수 있다. 예를 들어, 미소 기계식 공진기는 저주파 특성을 확보하기 위해 길이가 증가시킬 수 있다.
그러나, 미소 기계식 공진기의 길이가 증가할 경우, 전체 시스템의 크기가 커지게 될 뿐만 아니라, 미소 기계식 공진기의 강성이 저하될 수 있다.
본 개시의 일 측면에서는, 저주파 특성을 확보하면서도, 그 크기를 감소시킬 수 있는 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템을 제공한다.
또한, 본 개시의 일 측면에서는, 저주파 특성을 확보하면서도, 그 크기를 감소시키고 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템을 제공한다.
일 측면에 따른 미소 기계식 공진기는,
지지 부재에 고정된 고정단과, 진동이 가능한 자유단을 가지는 지지 빔; 및
상기 자유단 상에 배치된 집중 질량(lumped mass);을 포함하며,
상기 자유단의 폭이 상기 고정단의 폭보다 크며,
상기 집중 질량의 폭은 상기 고정단의 폭보다 클 수 있다.
상기 미소 기계식 공진기는, 상기 고정단 상에 배치되며, 하부전극, 압전 물질층 및 상부 전극을 가지는 압전 센서부;를 더 포함할 수 있다.
상기 지지 빔은 T자 형상을 가질 수 있다.
상기 집중 질량의 폭은 상기 자유단의 폭과 동일할 수 있다.
상기 자유단은 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제1 공기 유로를 가지며, 상기 집중 질량은 상기 제1 공기 유로와 중첩되며, 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제2 공기 유로를 가질 수 있다.
상기 제1 공기 유로와 상기 제2 공기 유로는 그 형상이 동일할 수 있다.
상기 제1, 제2 공기 유로 각각의 폭은 10 ㎛ 이상일 수 있다.
상기 지지 빔의 길이는 5 mm 이하일 수 있다.
상기 집중 질량의 두께는 10 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 미소 기계식 공진기의 공진 주파수는 500 Hz 이하일 수 있다.
일 측면에 따른 공진기 시스템은,
지지 부재와, 상기 지지 부재에 일단이 고정되며, 서로 다른 공진 주파수를 가지는 복수의 미소 기계식 공진기를 포함하는 공진기 시스템으로서,
상기 복수의 미소 기계식 공진기는, 제1 미소 기계식 공진기와, 상기 제1 미소 기계식 공진기보다 길이가 긴 제2 미소 기계식 공진기와, 상기 제2 미소 기계식 공진기보다 길이가 긴 제3 미소 기계식 공진기를 포함하며,
상기 제3 미소 기계식 공진기는,
상기 지지 부재에 고정되는 제1 고정단과, 진동이 가능하며 그 폭이 상기 제1 고정단의 폭보다 큰 제1 자유단을 가지는 제1 지지 빔; 및
상기 제1 자유단 상에 배치되며, 그 폭이 상기 제1 고정단의 폭보다 큰 제1 집중 질량;을 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 미소 기계식 공진기 각각은, 상기 지지 부재에 고정되는 제2 고정단과, 진동이 가능하며 그 폭이 상기 제2 고정단의 폭과 동일한 제2 자유단을 가지는 제2 지지 빔; 및 상기 제2 자유단 상에 배치되며, 그 폭이 상기 제2 고정단의 폭과 동일한 제2 집중 질량;을 포함할 수 있다.
상기 제3 미소 기계식 공진기의 상기 제1 지지 빔은, 상기 제1 미소 기계식 공진기와 상기 제2 기계식 공진기 사이에 배치될 수 있다.
상기 제3 미소 기계식 공진기의 공진 주파수는 500 Hz 이하이며, 상기 제1, 제2 미소 기계식 공진기 각각의 공진 주파수는 500 Hz 초과일 수 있다.
상기 제1 지지 빔은 T자 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 집중 질량의 폭은 상기 제1 자유단의 폭과 동일할 수 있다.
상기 제1 자유단은 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제1 공기 유로를 가지며, 상기 제1 집중 질량은, 상기 제1 공기 유로와 중첩되며, 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제2 공기 유로를 가질 수 있다.
상기 제1 공기 유로와 상기 제2 공기 유로의 형상이 동일할 수 있다.
상기 제1, 제2 공기 유로 각각의 폭은 10 ㎛ 이상일 수 있다.
실시예에 따른 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템은, 저주파 특성을 확보하면서도, 그 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템은, 저주파 특성을 확보하면서도, 그 크기를 감소시키고 센싱 감도를 향상킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 미소 기계식 공진기의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 2는 실시예에 따른 미소 기계식 공진기의 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 따른 미소 기계식 공진기의 평면도 및 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 다른 실시예에 따른 미소 기계식 공진기의 평면도 및 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 공진기 시스템을 나타낸 사시도이며,
도 6은 도 5의 공진기 시스템이 적용된 일 예를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 일 실시예에 따른 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 1을 참조하면, 미소 기계식 공진기(100)는 캔틸레버 구조일 수 있다. 미소 기계식 공진기(100)는 지지 부재(110)에 일 단부가 고정된 지지 빔(120)과, 지지 빔(120)의 타 단부에 배치된 집중 질량(150)을 포함할 수 있다.
지지 부재(110)는 모바일 전자소자, 예컨대 모바일 폰 또는 자동차 등에 형성된 부재일 수 있다.
지지 빔(120)은 빔(beam) 형상을 가질 수 있으며, 캔틸레버(cantiler) 등의 명칭으로 지칭될 수 있다. 지지 빔(120)은 지지 부재(110)에 고정된 고정단(121)과, 진동이 가능한 자유단(122)을 포함한다. 지지 빔(120)의 폭은 대략 수 십 ㎛ 내지 수 백 ㎛일 수 있다.
지지 빔(120)은 반도체 공정에서 주로 사용되는 실리콘으로 이루어질 수 있다. 실시예는 이에 한정되지 않는다. 지지 빔(120)은 글래스, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드 등으로도 형성될 수 있다.
집중 질량(150)은 자유단(122) 상에 배치된다. 집중 질량(150)의 무게에 따라, 미소 기계식 공진기(100)의 공진 주파수가 달라질 수 있다. 집중 질량(150)은 스틸 또는 텅스텐을 포함할 수 있다. 집중 질량(150)은 그 물질에는 제한이 없으며, 예를 들어 Au 등의 금속으로 형성될 수 있다.
미소 기계식 공진기(100)는 지지 빔(120)의 고정단(121) 상에 배치된 압전 센서부(130)를 더 포함할 수 있다. 다만, 압전 센서부(130)의 배치는 이에 한정되지 아니하며, 도면상 개시되지 않았지만 지지 빔(120) 전체 상에 배치될 수도 있다.
압전 센서부(130)는 압전 물질층(132)과, 상기 압전 물질층(132)의 상부 및 하부 각각에 배치된 상부 전극(133) 및 하부 전극(131)을 포함할 수 있다.
압전 센서부(130)의 상부 전극(133) 및 하부 전극(131)은 몰리브덴(Mo) 등의 금속 물질로 형성될 수 있다. 압전 물질층(132)은 피에조 센서에 사용되는 압전 물질이면 제한없이 이용될 수 있으며, 예를 들어 AlN, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, Polyvinylidene fluoride(PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)(P(VDF-TrFE)) 또는 PMN-PT를 포함하여 형성될 수 있다. 하부 전극(131)과 지지 빔(120) 사이에는 선택적으로 절연층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
지지 빔(120)은 압전 센서부(130)가 배치된 센싱 영역(A1)과, 압전 센서부(130)가 배치되지 않은 나머지 영역인 비센싱 영역(A2)으로 구분될 수 있다.
본 개시에 따른 미소 기계식 공진기(100)에서는, 외부로부터 진동, 음향 또는 힘이 작용할 때, 집중 질량(150)의 거동에 따라, 관성력이 발생할 수 있다. 미소 기계식 공진기(100)의 공진 주파수와 외부의 진동, 음향 또는 힘의 주파수가 일치하게 되면 공진 현상이 발생할 수 있으며, 이 경우 관성력이 증가할 수 있다. 이러한 관성력은 압전 센서부(130)에 굽힘 모멘트를 발생시키고, 굽힘 모멘트는 압전 센서부(130)의 각 층에 스트레스를 유발하게 된다. 압전 물질층(132)은 압전 물질층(132)에 적용되는 스트레스에 비례하는 크기의 전하(charge)를 발생시킬 수 있으며, 상부 전극(133)과 하부 전극(131) 사이의 정전용량에 반비례하여 전압이 발생하게 된다. 결과적으로 본 개시에 따른 미소 기계식 공진기(100)에서는, 미소 기계식 공진기(100)의 외부로부터 진동, 음향 또는 힘 등의 외력에 의하여 압전 센서부(130)에서 발생된 전압을 검출하고 해석하여 진동, 음향 또는 힘 등의 외력에 관한 정보를 얻을 수 있다.
실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100)는 저주파 대역의 공진 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 미소 기계식 공진기(100)의 공진 주파수는 200 Hz 이하일 수 있다.
집중 질량(150)을 가지는 미소 기계식 공진기(100)에서는, 지지 빔(120)의 강도 및 집중 질량(150)의 무게에 따라, 지지 빔(120)의 공진 주파수가 결정될 수 있다. 미소 기계식 공진기(100)의 공진 주파수(ωn)는 아래 식 (1)에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112017068864756-pat00001
...식 (1)
여기서, M은 집중 질량(150)의 무게이며, k는 지지 빔(120)의 강성(stiffness)로서 지지 빔(120)의 길이의 세제곱에 반비례한다.
예를 들어, 미소 기계식 공진기(100)는, 저주파 대역의 공진 주파수를 가지기 위하여, 고주파 대역의 공진 주파수를 가지는 미소 기계식 공진기(100)에 비해, 지지 빔(120)의 강도를 낮추거나 집중 질량(150)의 무게를 증가시킬 수 있다.
지지 빔(120)의 강도를 낮추기 위해서, 지지 빔(120)의 길이를 증가시키는 것을 고려해볼 수 있다. 그러나, 지지 빔(120)의 길이를 증가시킬 경우, 미소 기계식 공진기(100)의 크기가 증가할 뿐만 아니라 지지 빔(120)의 변형 또는 파손과 같은 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.
집중 질량(150)의 무게를 증가시키기 위한 방식으로, 집중 질량(150)의 증착 두께를 증가시키는 방안을 고려해볼 수 있다. 그러나, 지지 빔(120)의 폭이 수십 ㎛ ~ 수백 ㎛인 마이크로 구조물에서 증착 두께를 증가시키는 데에는 기술적인 측면 및 비용적인 한계가 있다.
실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100)에서는, 저주파 대역의 공진 주파수를 가지면서도, 그 크기가 증가하는 것을 방지하고 비용 증가를 최소화하기 위하여, 개선된 지지 빔(120)의 구조 및 집중 질량(150)의 구조를 제공한다.
도 2는 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100)의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100)는 지지 빔(120)의 길이 및 집중 질량(150)의 두께를 증가시키지 않고, 집중 질량(150)의 무게를 증가시키는 방안을 제공한다.
지지 빔(120)에서는, 자유단(122)의 폭(W12)이 고정단(121)의 폭(W11)보다 클 수 있다. 자유단(122)의 폭(W12)은 고정단(121)의 폭(W11)의 2 배 ~ 5배일 수 있다. 자유단(122)의 폭(W12)이 고정단(121)의 폭(W11)의 5 배 초과일 경우에는, 자유단(122)의 일부가 그 상부에 배치된 집중 질량(150)의 무게로 인해 처질 수 있 다. 또한, 자유단(122)의 폭(W12)이 고정단(121)의 폭(W11)의 2 배 미만일 경우에는, 저주파 대역의 공진 주파수를 위한 집중 질량(150)의 무게를 확보하기 어려울 수 있다.
지지 빔(120)의 형상은 T 자 형상을 가질 수 있다. 경우에 따라, 지지 빔(120)의 형상은 해머 형상으로 불릴 수 있다.
자유단(122) 상에 배치된 집중 질량(150)의 폭(W2)은 고정단(121)의 폭(W11)보다 클 수 있다. 집중 질량(150)의 폭(W2)은 고정단(121)의 폭(W11)의 2 배 ~ 5배일 수 있다. 이와 같이, 집중 질량(150)의 폭(W2)을 증가시킴으로써, 고정단(121)의 폭(W11)에 대응하는 폭을 가지는 집중 질량(150)에 비해, 그 무게를 증가시킬 수 있다.
집중 질량(150)의 형상은 자유단(122)의 형상에 대응할 수 있다. 집중 질량(150)의 폭(W2)은 자유단(122)의 폭(W12)과 동일할 수 있다.
상기와 같이, 자유단(122) 상에 배치된 집중 질량(150)의 크기를, 지지 빔(120)의 길이 방향과 교차하는 방향인 폭 방향으로 증가시킴으로써, 그 두께를 증가시키지 않을 수 있으며, 오히려 지지 빔(120)의 길이를 감소시킬 수 있다. 집중 질량(150)의 두께는 10 ㎛ 이하일 수 있으며, 지지 빔(120)의 길이는 5 mm 이하일 수 있다.
일 예로서, 집중 질량(150)의 폭(W2)을 2배로 증가시킬 경우, 집중 질량(150)의 무게를 2배 증가시킬 수 있으며, 이를 통해, 지지 빔(120)의 길이를 약 15% 감소시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100A)의 평면도 및 사시도이다. 도 4a 및 도 4b는 다른 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100B)의 평면도 및 사시도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100A)는 지지 빔(120A)과 집중 질량(150A)을 포함한다. 미소 기계식 공진기(100)는 압전 센서부(130)를 더 포함한다.
미소 기계식 공진기(100A)는, 앞서 미소 기계식 공진기(100)에서 지지 빔(120A)의 자유단(122A)과 집중 질량(150A)의 구조를 개선한 것으로서, 이하에서는 그 차이점을 위주로 설명한다. 동일한 부분에 대해서는, 동일한 도면 부호를 사용하였으며, 중복 설명은 생략한다.
지지 빔(120A)의 자유단(122A)은 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제1 공기 유로(1220A)를 가진다. 집중 질량(150A)은 제1 공기 유로(1220A)와 중첩되며, 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제2 공기 유로(1500A)를 가진다.
지지 빔(120)의 자유단(122)의 폭이 증가하고, 그 상부에 배치된 집중 질량(150)의 폭이 증가할 경우, 자유단(122)이 진동될 때 나타나는 공기 저항이 커질 수 있다. 그러나, 실시예에 따른 미소 기계식 공진기(100A)에서는, 지지 빔(120A)의 자유단(122A)이 상하 방향으로 진동할 때, 제1 공기 유로(1220A)와 제2 공기 유로(1500A)를 통해 공기가 상하 방향으로 흐를 수 있기 때문에, 지지 빔(120A)의 진동시에 나타날 수 있는 공기 저항을 줄일 수 있게 된다. 더불어, 집중 질량(150A)의 증가로 인해 관성력이 커지게 되며, 그에 따라 압전 센서부(130)에 작용하는 굽힘 모멘트가 증가한다. 그리하여, 미소 기계식 공진기(100A)의 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
제1, 제2 공기 유로(1220A, 1500A)는 제1, 제2 공기 유로(1220A, 1500A)를 통해 공기가 흐를 수 있는 폭을 가질 수 있다. 제1 공기 유로(1220A)의 폭은 10 ㎛ 이상일 수 있다. 제2 공기 유로(1500A)의 폭은 10 ㎛ 이상일 수 있다. 제1, 제2 공기 유로(1220A, 1500A)의 폭 각각은 고정단(121)의 폭보다 작다.
제1, 제2 공기 유로(1220A, 1500A)의 형상은 공기가 흐를 수 있는 형상이라면, 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로서, 도 3a와 같이, 제1, 제2 공기 유로(1500A)의 형상은 직사각형일 수 있다. 다른 예로서, 도 4a 및 도 4b와 같이, 미소 기계식 공진기(100B)의 지지 빔(120B)의 자유단(122B) 및 집중 질량(150B)에 형성된 제1, 제2 공기 유로(1220B, 1500B)의 형상은 십자가 형상일 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 공진기 시스템(1)을 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 5의 공진기 시스템(1)이 적용된 일 예를 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 공진기 시스템(1)은 지지 부재(110)와, 복수의 미소 기계식 공진기(1000, 2000, 3000)를 포함할 수 있다.
복수의 미소 기계식 공진기(1000, 2000, 3000)는 지지 부재(110)에 일단이 고정되며, 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있다.
복수의 미소 기계식 공진기(100)는 제1 미소 기계식 공진기(1000)와, 제1 미소 기계식 공진기(1000)보다 길이가 긴 제2 미소 기계식 공진기(2000)와, 제2 미소 기계식 공진기(2000)보다 길이가 긴 제3 미소 기계식 공진기(3000)를 포함한다.
제3 미소 기계식 공진기(3000)는 저주파 대역의 공진 주파수를 가지며, 제1, 제 2 미소 기계식 공진기(1000, 2000)는 제3 미소 기계식 공진기(3000)보다 큰 주파수 영역의 공진 주파수를 가진다. 예를 들어, 제3 미소 기계식 공진기(3000)는 500 Hz 이하의 공진 주파수를 가지며, 제1, 제 2 미소 기계식 공진기(1000, 2000)는 500 Hz 초과의 공진 주파수를 가진다. 제1 미소 기계식 공진기(1000)의 공진 주파수는 제2 미소 기계식 공진기(2000)의 공진 주파수보다 크다.
제3 미소 기계식 공진기(3000)는 상술한 실시예들에 따른 미소 기계식 공진기(100, 100A, 100B)일 수 있다. 제3 미소 기계식 공진기(3000)는 제1 지지 빔(120)과 제1 지지 빔(120) 상에 배치된 제1 집중 질량(150)을 포함할 수 있다.
제1 지지 빔(120)은, 지지 부재(110)에 고정되는 제1 고정단(121)과, 진동이 가능하며 그 폭이 제1 고정단(121)의 폭보다 큰 제1 자유단(122)을 가질 수 있다. 제1 지지 빔(120)은 T 자 형상을 가질 수 있다. 제1 지지 빔(120)의 공진 주파수는 저주파 대역일 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 빔(120)의 공진 주파수는 500 Hz 이하일 수 있다.
제1 집중 질량(150)은 제1 자유단(122) 상에 배치되며 그 폭이 제1 고정단(121)의 폭보다 클 수 있다. 제1 집중 질량(150)의 폭은 제1 자유단(122)의 폭과 동일할 수 있다.
도면상 도시되지 않았지만, 제1 자유단(122)과 그 상부에 배치된 제1 집중 질량(150) 각각은 공기가 흐를 수 있는 제1, 제2 공기 유로(1220A, 1500A)를 가질 수 있다. 제2 공기 유로(1500A)는 제1 공기 유로(1220A)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 제1 공기 유로(1220A)와 제2 공기 유로(1500A)의 형상은 동일할 수 있다. 제1, 제2 공기 유로(1220A, 1500A) 각각의 폭은 10 um 이상일 수 있다.
제1, 제2 미소 기계식 공진기(1000, 2000) 각각은, 제1 지지 빔(120)보다 짧은 제2 지지 빔(220A, 220B)과, 상기 제2 지지 빔(220A, 220B) 상에 배치된 제2 집중 질량(250A, 250B)을 포함할 수 있다.
제2 지지 빔(220A, 220B)은, 지지 부재(110)에 고정되는 제2 고정단(221A, 221B)과, 진동이 가능하며 그 폭이 상기 제2 고정단(221A, 221B)의 폭과 동일한 제2 자유단(222A, 222B)을 가진다.
제2 집중 질량(250A, 250B)은 제2 자유단(222A, 222B) 상에 배치되며, 그 폭이 상기 제2 고정단(221A, 221B)의 폭과 동일할 수 있다. 제2 집중 질량(250A, 250B)의 무게는 제1 집중 질량(150)의 무게보다 작다.
제3 미소 기계식 공진기(3000)는, 제1 미소 기계식 공진기(1000)와 제2 미소 기계식 공진기(2000) 사이에 배치될 수 있다. 제3 미소 기계식 공진기(3000)의 제1 지지 빔(120)은, 제1 미소 기계식 공진기(1000)와 제2 미소 기계식 공진기(2000) 사이에 배치될 수 있다. 상기와 같이, 제3 미소 기계식 공진기(3000)는 지지 빔(120)의 길이는 증가하지 않지만 제1 자유단(122)의 폭이 증가하는 구조이다. 상대적으로 길이가 짧은 일반적인 구조의 제1, 제2 미소 기계식 공진기(1000, 2000)를 제3 미소 기계식 공진기(3000)의 양 측에 배치함으로써, 이러한 제1 자유단(122)의 폭의 증가에도 불구하고, 공진기 시스템(1)의 전체 폭의 증가를 최소화할 수 있다. 다시 말해서, 상기와 같은 복수의 미소 기계식 공진기(1000, 2000, 3000)의 배열을 이용함으로써, 공진기 시스템(1)의 길이를 줄임과 동시에 폭 증가를 최소화할 수 있다.
상술한 실시예에서는, 복수의 미소 기계식 공진기(1000, 2000, 3000)가 3개인 예를 중심으로 설명하였으나, 이러한 배열은 반복적으로 사용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 공진기 시스템(1A)은 복수의 제3 미소 기계식 공진기(3000, 3000A, 3000B)를 가지며, 복수의 제3 미소 기계식 공진기(3000, 3000A, 3000B) 각각의 양 측에는 제1, 제2 미소 기계식 공진기(1000, 2000)(1000A, 2000A)(1000B, 2000B)가 배치될 수 있다.
상기의 방법으로 array 소자를 구성한다면 저주파에서 고주파 대역에 대응하면서 면적이 감소된 소자 제작이 가능해진다
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 미소 기계식 공진기 및 이를 포함하는 공진기 시스템에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100: 미소 기계식 공진기 110: 지지부재
120, 120A, 120B: 지지빔 121: 고정단
122, 122A, 122B: 자유단 1220A, 1220B : 제1 공기 유로
130: 압전 센서부 131: 하부전극
132: 압전 물징층 133: 상부전극
150, 150A, 150B: 집중 질량 1500A, 1500B : 제2 공기 유로
1000 : 제1 미소 기계식 공진기
2000 : 제2 미소 기계식 공진기
3000 : 제3 미소 기계식 공진기
220 : 제2 지지빔 221 : 제2 고정단
222 : 제2 자유단 250 : 제2 집중 질량
1, 1A : 공진 시스템
A1: 센싱 영역 A2: 비센싱 영역

Claims (19)

  1. 지지 부재에 고정된 고정단과, 진동이 가능한 자유단을 가지는 지지 빔; 및
    상기 자유단 상에 배치된 집중 질량(lumped mass);을 포함하며,
    상기 자유단의 폭이 상기 고정단의 폭보다 크며,
    상기 집중 질량의 폭은 상기 고정단의 폭보다 크며,
    상기 자유단은 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제1 공기 유로를 가지며,
    상기 집중 질량은 상기 제1 공기 유로와 중첩되며, 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제2 공기 유로를 가지며,
    상기 제1, 제2 공기 유로 각각의 폭은 10 ㎛ 이상인, 미소 기계식 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정단 상에 배치되며, 하부전극, 압전 물질층 및 상부 전극을 가지는 압전 센서부;를 더 포함하는, 미소 기계식 공진기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 빔은 T자 형상을 가지는, 미소 기계식 공진기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 집중 질량의 폭은 상기 자유단의 폭과 동일한, 미소 기계식 공진기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공기 유로와 상기 제2 공기 유로는 그 형상이 동일한, 미소 기계식 공진기.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 빔의 길이는 5 mm 이하인, 미소 기계식 공진기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 집중 질량의 두께는 10 ㎛ 이하인, 미소 기계식 공진기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 미소 기계식 공진기의 공진 주파수는 500 Hz 이하인, 미소 기계식 공진기.
  11. 지지 부재와, 상기 지지 부재에 일단이 고정되며, 서로 다른 공진 주파수를 가지는 복수의 미소 기계식 공진기를 포함하는 공진기 시스템으로서,
    상기 복수의 미소 기계식 공진기는, 제1 미소 기계식 공진기와, 상기 제1 미소 기계식 공진기보다 길이가 긴 제2 미소 기계식 공진기와, 상기 제2 미소 기계식 공진기보다 길이가 긴 제3 미소 기계식 공진기를 포함하며,
    상기 제3 미소 기계식 공진기는,
    상기 지지 부재에 고정되는 제1 고정단과, 진동이 가능하며 그 폭이 상기 제1 고정단의 폭보다 큰 제1 자유단을 가지는 제1 지지 빔; 및
    상기 제1 자유단 상에 배치되며, 그 폭이 상기 제1 고정단의 폭보다 큰 제1 집중 질량;을 포함하며,
    상기 제1 자유단은 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제1 공기 유로를 가지며,
    상기 제1 집중 질량은, 상기 제1 공기 유로와 중첩되며 상하 방향으로 공기가 흐를 수 있는 제2 공기 유로를 가지며,
    상기 제1, 제2 공기 유로 각각의 폭은 10 ㎛ 이상인, 공진기 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 미소 기계식 공진기 각각은,
    상기 지지 부재에 고정되는 제2 고정단과, 진동이 가능하며 그 폭이 상기 제2 고정단의 폭과 동일한 제2 자유단을 가지는 제2 지지 빔; 및
    상기 제2 자유단 상에 배치되며, 그 폭이 상기 제2 고정단의 폭과 동일한 제2 집중 질량;을 포함하는 공진기 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3 미소 기계식 공진기의 상기 제1 지지 빔은,
    상기 제1 미소 기계식 공진기와 상기 제2 미소 기계식 공진기 사이에 배치된, 공진기 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제3 미소 기계식 공진기의 공진 주파수는 500 Hz 이하이며,
    상기 제1, 제2 미소 기계식 공진기 각각의 공진 주파수는 500 Hz 초과인, 공진기 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 지지 빔은 T자 형상을 가지는, 공진기 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 집중 질량의 폭은 상기 제1 자유단의 폭과 동일한, 공진기 시스템.
  17. 삭제
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 공기 유로와 상기 제2 공기 유로의 형상이 동일한, 공진기 시스템.
  19. 삭제
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