KR102641161B1 - 패키지 구조체 및 사운드 생성 칩 제조 방법, 패키지 구조체 형성 방법 및 사운드 생성 장치 형성 방법 - Google Patents
패키지 구조체 및 사운드 생성 칩 제조 방법, 패키지 구조체 형성 방법 및 사운드 생성 장치 형성 방법 Download PDFInfo
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Abstract
패키지 구조체는 하우징과 사운드 생성 칩을 포함한다. 사운드 생성 칩은 하우징 내부에 배치된다. 사운드 생성 칩에는 멤브레인과 액추에이터가 포함된다. 멤브레인은 커플링 플레이트 및 커플링 플레이트에 연결된 스프링 구조체를 포함한다. 액추에이터는 멤브레인을 작동시키기 위해 구동 신호를 수신하도록 구성된다. 스프링 구조체는 커플링 플레이트와 액추에이터 사이에 있다. 커플링 플레이트는 스프링 구조체를 통해 액추에이터에 의해 움직 이도록 작동된다.
Description
본 출원은 패키지 구조체 및 사운드 생성 칩 제조 방법, 패키지 구조체 형성 방법 및 사운드 생성 장치 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음질을 향상시킬 수 있는 사운드 생성 칩을 갖는 패키지 구조체 및 사운드 생성 칩 제조, 패키지 구조체 형성 및 사운드 생성 장치 형성의 관련 방법에 관한 것이다.
밸런스 전기자 스피커 드라이버(balance-armature speaker drivers)를 포함한 자석 및 이동 코일(Magnetic and Moving Coil, MMC) 기반 사운드 생성 장치는 수십 년 동안 개발되어 왔으며 많은 최신 장치가 여전히 이에 의존하여 사운드를 생성하고 있다.
MMC는 가청 대역에 속하는 장치의 다양한 공진 주파수로 인해 진정한 광대역 음원으로 적합하지 않다. 예를 들어, 멤브레인 및 지지체와 관련된 공진, 가동 코일의 전기 인덕턴스(L) 및 멤브레인 지지체의 기계적 커패시턴스(C)와 관련된 공진, 기계적 공진은 후면 인클로저(back enclosure) 내의 공기 스프링, 그리고 멤브레인의 질량, 멤브레인 표면의 링잉(ringing)에서 발생하거나, 또는 밸런스 전기자(BA) 스피커의 경우 전면 챔버, 후면 캠버 및 포트 튜브 등의 3 중 공진은 가청 대역 내에 속한다. MMC의 설계에서 이러한 공진 중 일부는 바람직한 기능으로 간주되며 이러한 공진을 활용하여 멤브레인의 변위를 증가시켜 더 높은 음압 레벨(sound pressure level, SPL)을 생성하도록 스마트한 배열이 이루어졌다.
최근 마이크로 전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 마이크로 스피커는 박막 압전 재료를 액추에이터로 사용하고 얇은 단결정 실리콘 층을 멤브레인으로 사용하며 반도체 제조 공정을 사용하는 또 다른 종류의 사운드 생성 장치가 되었다. 재료 및 제조 공정에도 불구하고 MMC와 MEMS 간의 차이를 고려하지 않고 거의 맹목적으로 MEMS 마이크로 스피커에 오래된 MMC 설계 정신과 관행을 적용하였다. 따라서 MEMS 사운드 생성 장치 제품에는 몇 가지 단점이 있다.
따라서, 종래 기술의 개선이 필요하다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 음질을 향상시킬 수 있는 사운드 생성 칩을 갖는 패키지 구조체를 제공하는 것이다. 또한, 사운드 생성 칩의 관련 제조 방법, 관련 패키지 구조체 형성 방법 및 관련 사운드 생성 장치 형성 방법도 제공된다.
본 발명의 실시예는 하우징과 사운드 생성 칩을 포함하는 패키지 구조체를 제공한다. 사운드 생성 칩은 하우징 내부에 배치된다. 사운드 생성 칩에는 멤브레인과 액추에이터가 포함된다. 멤브레인은 커플링 플레이트 및 커플링 플레이트에 연결된 스프링 구조체를 포함한다. 액추에이터는 멤브레인을 작동시키기 위해 구동 신호를 수신하도록 구성된다. 스프링 구조체는 커플링 플레이트와 액추에이터 사이에 있다. 커플링 플레이트는 스프링 구조체를 통해 액추에이터에 의해 이동하도록 작동된다.
본 발명의 다른 실시예는 사운드 생성 칩을 제조하는 방법을 제공한다. 방법은: 제1 층 및 제2 층을 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계; 웨이퍼의 제1 면 상에 액추에이팅 재료를 형성하고 패턴화하는 단계; 트렌치 라인을 형성하기 위해 웨이퍼의 제1 층을 패터닝하는 단계; 및 웨이퍼의 제2 층의 제1 부분을 제거하는 단계를 포함한다. 제2 층의 제2 부분은 적어도 하나의 앵커 구조체를 형성하고, 패턴화된 제1 층은 적어도 하나의 앵커 구조체에 의해 고정된 멤브레인을 형성한다. 트렌치 라인으로 인해 슬릿이 내부에 형성되고 필름 구조를 관통한다. 멤브레인은 커플링 플레이트와 커플링 플레이트에 연결된 스프링 구조체를 포함하며, 슬릿으로 인해 스프링 구조체가 형성된다. 스프링 구조체는 커플링 플레이트와 액추에이터 사이에 있다. 커플링 플레이트는 스프링 구조체를 통해 액추에이터에 의해 이동하도록 작동된다.
본 발명의 다른 실시예는 패키지 구조체를 형성하는 방법을 제공한다. 방법은: 하우징 제공; 전술한 방법으로 사운드 생성 칩을 제조하는 단계; 및 하우징 내에 사운드 생성 칩을 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 사운드 생성 장치를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 전술한 방법으로 패키지 구조체를 형성하는 단계; 및 표면 실장 기술을 통해 사운드 생성 장치에 패키지 구조체를 조립하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 다양한 도면 및 도면에 예시된 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후에 당업자에게 의심의 여지가 없을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 및 입력 오디오 대역의 주파수 응답을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 5는 도 4의 A-A' 단면 선을 따라 취한 단면도의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿이 다른 멤브레인의 주파수 응답을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 평면도의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 10은 도 1의 중앙부를 확대한 도면이다. 9.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 12는 도 11의 중앙부를 확대한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿의 음압 수준 강하와 에어 갭의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 제2 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 18 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 칩 제조 방법의 다른 단계에서의 구조를 도시한 개략도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 칩의 단면도를 나타내는 개략도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체의 베이스 및 집적 회로 칩을 나타내는 평면도의 개략도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 평면도의 개략도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 저면도의 개략도이다.
도 29, 도 27 및 도 28은 도 29의 A-A' 단면 선을 따라 취한 단면도의 개략도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 및 입력 오디오 대역의 주파수 응답을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 5는 도 4의 A-A' 단면 선을 따라 취한 단면도의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿이 다른 멤브레인의 주파수 응답을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 평면도의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 10은 도 1의 중앙부를 확대한 도면이다. 9.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 12는 도 11의 중앙부를 확대한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿의 음압 수준 강하와 에어 갭의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 제2 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 18 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 칩 제조 방법의 다른 단계에서의 구조를 도시한 개략도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 칩의 단면도를 나타내는 개략도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체의 베이스 및 집적 회로 칩을 나타내는 평면도의 개략도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 평면도의 개략도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 저면도의 개략도이다.
도 29, 도 27 및 도 28은 도 29의 A-A' 단면 선을 따라 취한 단면도의 개략도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 단면도의 개략도이다.
당업자에게 본 발명의 더 나은 이해를 제공하기 위해, 바람직한 실시예 및 주요 구성 요소에 대한 전형적인 재료 또는 범위 매개 변수가 다음 설명에서 상세히 설명될 것이다. 본 발명의 이러한 바람직한 실시예는 달성될 내용 및 효과에 대해 상세히 설명하기 위해 번호가 매겨진 요소와 함께 첨부 도면에 예시된다. 도면은 단순화된 개략도이며, 주요 구성 요소의 재료 및 매개 변수 범위는 현재 기술을 기반으로 한 예시이며, 따라서 본 발명의 기본 구조, 구현 또는 작동 방법에 대해 보다 명확한 설명을 제공하기 위해 본 발명과 관련된 구성 요소 및 조합만을 보여준다. 구성 요소는 실제로 더 복잡할 것이며 사용되는 매개 변수 또는 재료의 범위는 미래의 기술이 발전함에 따라 진화할 수 있다. 또한 설명의 편의를 위해 도면에 표시된 구성 요소는 실제 개수, 모양 및 치수를 나타내지 않을 수 있다. 세부 사항은 설계 요구 사항에 따라 조정될 수 있다.
다음 설명과 청구 범위에서 용어는 "포함하다" "구비하다" 및 "가지다"는 개방형 방식으로 사용되므로 "포함하지만 이에 국한되지 않는 ..."을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서 용어 "포함하다" "구비하다" 및 "가지다"가 본 발명의 설명에서 사용되는 경우, 해당 특징, 영역, 단계, 작업 및/또는 구성 요소는 존재를 가리킬 수 있지만 하나 또는 복수의 해당 기능, 영역, 단계, 작업 및/또는 구성 요소에 제한되지는 않는다.
이하의 설명 및 청구 범위에서 "A1 구성 요소가 B1에 의해 형성되는" 경우, B1은 A1 구성 요소의 형성에 존재하거나 B1은 A1 구성 요소의 형성에 사용되며, 하나 또는 복수의 다른 특징, 영역, 단계, 동작 및/또는 구성 요소는 A1 구성 요소의 형성에서 제외되지 않는다.
다양한 구성 요소를 설명하기 위해 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어가 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소는 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 명세서에서 구성 요소와 다른 구성 요소를 구별하기 위해서만 사용되며 명세서에 설명되지 않은 경우 용어는 제조 순서와 관련이 없다. 청구 범위는 동일한 용어를 사용하지 않고 요소가 청구되는 순서와 관련하여 1, 2, 3 등의 용어를 사용할 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서 제1 구성 요소는 청구항의 제2 구성 요소일 수 있다.
이하에서 설명하는 상이한 실시예의 기술적 특징은 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 다른 실시예를 구성하기 위해 서로 대체, 재조합 또는 혼합될 수 있음에 유의해야 한다.
MMC 사운드 생성 장치와 MEMS 사운드 생성 장치(예를 들어, 압전 작동식 MEMS 사운드 생성 장치)에는 두 가지 주요 차이점이 있다: 1) MMC 사운드 생성 장치가 힘 기반이지만 압전 작동 식 MEMS 사운드 생성 장치는 위치 기반인 경우, 사운드 생성 중에 생성되는 멤브레인 모션의 특성이 크게 다르며; 2) MEMS 사운드 생성 장치 공진의 품질 계수(즉, Q 인자)는 일반적으로 뾰족하고 좁은 피킹 주파수 응답을 갖는 100±40이며; MMC 공진의 Q 인자는 일반적으로 0.7 ~ 2 범위에 있으며 MEMS 사운드 생성 장치의 Q 인자보다 훨씬 작기 때문에 매우 부드럽고 넓은 피킹을 갖는다.
MMC 사운드 생성 장치가 공진을 이용하여 원하는 주파수 응답을 생성할 가능성은 이러한 공진의 낮은 Q 인자에 따라 크게 달라지며, 이는 상대적으로 광대역의 부드러운 피킹이 함께 키딩되고(kneaded) 공진 주파수 사이에서 상대적으로 평평한 주파수 응답을 형성할 수 있도록 한다.
그러나 이러한 공진 키딩(resonance-kneading)은 MEMS 사운드 생성 장치에 더 이상 적합하지 않는데, 그 이유는 공진 Q 인자가 너무 높고 공진 주파수 주변의 과도한 링잉으로 인해: a) 멤브레인 편위(membrane excursion)가 심하고 상당히 큰 비선형성을 유발하며, b) 여기 소스가 종료된 후 확장된 링잉을 유발하기 때문이다(높은 Q 인자는 낮은 손실 계수에서 비롯되므로 코인 가장자리에 부딪히는 것과 같이 링잉이 시작되면 그 링잉은 충격 후 오랜 시간 동안 지속된다). 항목 a는 과도한 멤브레인 편위로 인한 비선형성으로 인해 THD(Total Harmonic Distortion) 및 IM(Inter-modulation)이 상승하는 반면, 항목 b는 음질이 착색되고 흐릿해질 수 있다.
본 발명의 근본적인 아이디어는 MEMS 사운드 생성 장치의 공진 주파수를 오디오 대역 위로(예를 들어, 16kHz 이상) 이동시켜 오디오 대역에서 공진이 거의/전혀 발생하지 않도록 하는 것이다. 따라서, 사운드 생성 장치가 음파를 생성할 때 멤브레인 편위, THD 및 IM, 비선형성 및 확장된 링잉을 피할 수 있으며, 여기서 음파의 주파수는 오디오 대역에 있다. 이 경우 사운드 생성 장치는 고성능을 얻을 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시하는 단면도의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 및 입력 오디오 대역의 주파수 응답을 나타내는 개략도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 장치(SD)는 베이스(BS) 및 베이스(BS) 상에 배치된 적어도 하나의 사운드 생성 칩(100)을 포함한다. 베이스(BS)는 단단하거나 가요성일 수 있으며, 베이스(BS)는 실리콘, 게르마늄, 유리, 플라스틱, 석영, 사파이어, 금속, 폴리머(예를 들어, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)), 임의의 다른 적절한 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스(BS)는 라미네이트(예를 들어, 구리 클래드 라미네이트(copper clad laminate, CCL)), 랜드 그리드 어레이(land grid array, LGA) 보드 또는 전도성 재료를 포함하는 임의의 다른 적절한 보드를 포함하는 회로 보드일 수 있으며, 따라서 기판은 연결 트레이스(들), 능동 구성 요소(들), 수동 구성 요소(들) 및/또는 연결 패드(들)와 같은 하나 이상의 전도성 구성 요소(들)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 베이스 기지국 BS는 집적 회로 칩일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 1에서, 사운드 생성 장치(SD)는 하나의 사운드 생성 칩(100)을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 사운드 생성 칩(100)은 음파를 생성하도록 구성된 MEMS 칩이다. 상세히 설명하면, 사운드 생성 칩(100)은 적어도 하나의 멤브레인(110), 적어도 하나의 액추에이터(120) 및 앵커 구조체(130)를 포함할 수 있으며, 멤브레인(110)은 액추에이터(120)에 의해 음파를 생성하도록 작동되고 앵커 구조체(130)는 멤브레인(110)의 복수의 외부 에지(110e)에 연결되고, 여기서 멤브레인(110)의 외부 에지(110e)는 멤브레인(110)의 경계를 정의한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(100)은 하나의 멤브레인(110)과 하나의 액추에이터(120)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이에 상응하여, 도 2에서, 사운드 생성 칩(100)이 베이스(BS)에 배치되기 때문에, 사운드 생성 장치 SD는 멤브레인(110)과 베이스(BS) 사이에 존재하는 챔버(CB)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)을 작동시켜야 하므로, 액추에이터(120)는 멤브레인(110) 상에 배치되거나 멤브레인(110)에 가깝게 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 멤브레인(110) 상에 배치되지만(예를 들어, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)과 접촉할 수 있다), 이에 제한되지 않는다. 액추에이터(120)는 높은 선형 전자기계 변환 기능을 갖는다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 압전 액추에이터, 정전 액추에이터, 나노스코픽 정전 구동(nanoscopic-electrostatic-drive, NED) 액추에이터, 전자기 액추에이터 또는 임의의 다른 적절한 액추에이터를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 액추에이터(120)는 압전 액추에이터를 포함할 수 있고, 압전 액추에이터는 2 개의 전극 및 이 두 전극 사이에 배치된 압전 재료 층을 포함할 수 있으며, 압전 재료 층은 전극에 의해 수신된 구동 전압에 기초하여 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 액추에이터(120)는 전자기 액추에이터(예를 들어, 평면 코일)를 포함할 수 있고, 전자기 액추에이터는 수신된 구동 전류 및 자기장에 기초하여 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있다(즉, 멤브레인(110)은 전자기력에 의해 작동될 수 있다). 예를 들어, 또 다른 실시예에서, 액추에이터(120)는 정전 액추에이터(예를 들어, 전도 판) 또는 NED 액추에이터를 포함할 수 있으며, 여기서 정전 액추에이터 또는 NED 액추에이터는 수신된 구동 전압 및 정전기 장에 기초하여 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있다(즉, 멤브레인(110)은 정전기력에 의해 작동될 수 있다). 액추에이터(120)는 액추에이터(120)의 유형 및/또는 다른 요건(들)에 기초하여 멤브레인(110) 상에 배치되거나 멤브레인(110) 내에 배치될 수 있다.
앵커 구조체(130)는 사운드 생성 장치(SD)의 작동 동안 멤브레인(110)에 대해 고정된 단부(또는 고정된 에지)일 수 있다는 점에 유의한다. 다시 말해, 액추에이터(120)가 멤브레인(110)을 작동시킬 때 앵커 구조체(130)가 액추에이터(120)에 의해 작동될 필요가 없고, 앵커 구조체(130)는 사운드 생성 장치(SD)의 작동 중에 고정된다. 본 발명에 설명된 "사운드 생성 장치(SD)의 동작"은 음파를 생성하는 음파 생성 장치(SD)를 나타낸다.
액추에이터(120)에 의한 작동과 관련하여, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)을 작동시키기 위한 구동 신호(구동 전압 및/또는 구동 전류)를 수신하도록 구성되며, 여기서 구동 신호는 입력 오디오 신호에 대응하고 음파 사운드 생성 칩(100)에 의해 생성된 음파는 입력 오디오 신호에 대응한다. 예를 들어, 음파, 입력 오디오 신호 및 구동 신호는 동일한 주파수를 갖지만 이에 제한되지 않는다. 또한 하나의 주파수에서 입력 오디오 신호가 클수록 구동 신호가 커져 음파의 음압 레벨(sound pressure level, SPL)이 커진다. 또한, 본 발명에서 입력 오디오 신호 및 구동 신호는 입력 오디오 대역(ABN)을 갖고, 입력 오디오 대역(ABN)은 최대 주파수 fmax에서 상한을 갖는다. 즉, 입력 오디오 신호의 주파수가 최대 주파수 fmax보다 높지 않거나 최대 주파수 fmax보다 높은 입력 오디오 신호(및/또는 구동 신호)의 부분 에너지가 특정 임계 값보다 작다. 본 발명에서 최대 주파수 fmax는 다양한 애플리케이션에 따라 인간의 최대 가청 주파수, 예를 들어 22kHz이거나 낮을 수 있다. 예를 들어, 음성 관련 애플리케이션의 최대 주파수 fmax는 5kHz일 수 있으며, 이는 인간의 최대 가청 주파수(22kHz)보다 상당히 낮지만 이에 제한되지 않는다.
도 3에서, 멤브레인(110)의 주파수 응답을 나타내는 곡선(20)과 입력 오디오 신호의 입력 오디오 대역(ABN)을 나타내는 곡선(22)도 개략적으로 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 멤브레인(110)은 최대 주파수 fmax보다 높은 제1 공진 주파수 fR을 가지도록 설계되어 멤브레인(110)의 공진이 입력 오디오 대역(ABN)에서 거의 발생하지 않도록 한다. 일부 실시예에서, 제1 공진 주파수 fR은 최대 인간 가청 주파수보다 높지만, 이에 제한되지는 않는다. 제1 공진 주파수 fR은 멤브레인(110)의 최저 공진 주파수이고, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(fR)는 사운드 생성 칩(100)이 완전히 형성된 후에 측정된다는 점에 유의한다. 즉, 사운드 생성 칩(100)의 설계에 따라 적어도 하나의 구조체(예를 들어, 액추에이터(120) 및/또는 다른 적절한 구조체)가 멤브레인(110) 상에 배치되면, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR은 멤브레인(110)과 멤브레인(110) 상에 배치된 구조체(들)의 조합을 측정하여 측정되며; 멤브레인(110) 상에 다른 구조체가 배치되지 않은 경우, 멤브레인(110)만을 측정하여 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR을 측정한다.
일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 공진이 입력 오디오 대역(ABN) 내에서 떨어지는/발생하는 것을 방지하기 위해, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR은 입력 오디오 대역(ABN)의 최대 주파수 fmax보다 상당히 높아야 한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR은 적어도 최대 주파수 fmax에 제1 공진 주파수 fR에 대응하는 제1 공진 대역폭 Δf의 절반을 더한 것보다 더 높아야 한다(즉, fR > fmax + Δf/2), 여기서 제1 공진 대역폭 Δf는 제1 공진 주파수 fR에 대응하는 펄스 PR의 최대 절반(FWHM)에서 전체 폭을 나타내고, 제1 공진 대역폭 Δf의 절반(즉, Δf/2)은 제1 공진 주파수 fR에 대응하는 펄스 PR의 최대 절반(HWHM)에서 절반 폭을 나타낸다. 바람직하게는, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR은 공진을 완화시키거나 심지어 입력 오디오 대역(ABN) 내에서 공진이 없음을 보장하기 위해 입력 오디오 대역(ABN) 내에서 3 ~ 10dB의 상승을 산출하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR은 최대 주파수 fmax에 제1 공진 대역폭 Δf의 배수를 더한 값보다 높을 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR은 입력 오디오 대역(ABN)의 최대 주파수 fmax(즉, 입력 오디오 대역(ABN)의 상한)보다 적어도 10% 더 높을 수 있다. 예를 들어, CD 음악 또는 MP3와 같은 펄스-코드 변조(Pulse-Code Modulation, PCM) 인코딩 소스 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선 채널 소스를 수신하는 사운드 생성 장치 SD의 경우 데이터 샘플링 속도는 일반적으로 44.1kHz이며 나이키스트(Nyquist) 법에 따라 입력 오디오 신호의 상한 주파수(즉, 최대 주파수 fmax)는 약 22kHz이다. 따라서, 제1 공진 주파수 fR은 바람직하게는 23 kHz 내지 27.5 kHz 5 kHz±10%2 kHz 범위이며, 이는 사운드 생성 장치 SD의 구동 신호가 제1 공진 주파수 fR 근처에 주파수 구성 요소를 포함하지 않음을 보장할 것이다. 따라서 멤브레인 편위 및 확장된 링잉을 피할 수 있으며 음질이 더욱 향상된다.
Q 인자는 Q =(fR/Δf)로 정의될 수 있다. 멤브레인(110)의 Q 인자는 100±0의 범위에 있거나 적어도 50일 수 있다. 이 경우, Q 인자가 충분히 클 때 Δf=(fR/Q)는 제1 공진 주파수 fR에 비해 상대적으로 작을 것이다.
제1 공진 주파수 fR, 제1 공진 대역폭 Δf 및 Q 인자는 제조 공정에서/제조 공전 전에 결정된 파라미터 들임을 주목한다. 사운드 생성 장치 SD가 설계 및 제조되면 해당 매개 변수가 고정된다.
상기 특성을 달성하기 위해 임의의 적절한 유형의 사운드 생성 칩(100)이 제공될 수 있다. 다음으로, 도 1 및 도 2에 도시된 제1 유형의 사운드 생성 칩(100)이 예시적으로 제공되고 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
일반적으로 멤브레인(110)의 공진 주파수는 다양한 방식으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(110)의 재질, 멤브레인(110)의 기하학적 형상, 멤브레인(110) 상에 배치된 구성 요소의 재질, 멤브레인(110) 상에 배치된 구성 요소의 배치 및 멤브레인(110)에 배치된 구성 요소의 기하학적 형상은 멤브레인(110)의 공진 주파수에 영향을 줄 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
원칙적으로 멤브레인(110)의 영률(Young's modulus)이 클수록 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR이 더 높아질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(110)이 충분히 높은 제1 공진 주파수(fR)를 얻도록 하기 위해, 본 실시예의 멤브레인(110)은 단결정 실리콘의 경우 100 GPa보다 큰 것과 같이 높은 영률을 갖는 재료를 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 따라서, 멤브레인은 100 GPa 이상의 영률을 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 멤브레인(110)의 영률은 실제적인 요구 사항에 따라 조정될 수 있다. 또한, 멤브레인(110)의 영률은 사운드 생성 칩(100)이 완전히 형성된 후에 측정된다는 점에 유의한다. 즉, 사운드 생성 칩(100)의 설계에 따라 적어도 하나의 구조체(예를 들어, 액추에이터(120) 및/또는 기타 적합한 구조체)가 멤브레인(110) 상에 배치되면, 멤브레인(110)의 영률은 멤브레인(110)과 멤브레인(110) 상에 배치된 구조(들)의 조합을 측정하여 측정되고; 멤브레인(110) 위에 다른 구조체가 배치되지 않은 경우 멤브레인(110)만 측정하여 멤브레인(110)의 영률을 측정한다.
사운드 생성 칩(100)의 재질과 관련하여, 사운드 생성 칩(100)은 높은 영률을 갖는 재료(들)를 포함하여 높은 제1 공진 주파수 fR을 갖는 멤브레인(110)을 형성할 수 있으며, 이 높은 영률은 예를 들어 100GPa보다 클 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이 실시예에서, 사운드 생성 칩(100)은 실리콘(예를 들어, 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘), 실리콘 카바이드, 게르마늄, 갈륨 질화물, 갈륨 비소, 스테인레스 스틸, 및 다른 적절한 고 강성 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사운드 생성 칩(100)은 실리콘 웨이퍼, 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 웨이퍼, 폴리실리콘 온 인슐레이터(POI) 웨이퍼, 에피택셜 실리콘 온 인슐레이터 웨이퍼, 게르마늄 온 인슐레이터(GOI) 웨이퍼로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 도 2에서, 본 실시예의 사운드 생성 칩(100)은 예를 들어 SOI 웨이퍼로 형성된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)에 포함된 각 재료는 100 GPa보다 큰 영률을 가지므로 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수 fR이 더 높을 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 또한, 멤브레인(110)에 포함된 각 재료가 높은 영률을 갖는 경우 멤브레인(110)의 노화 현상이 감소될 수 있으며, 멤브레인(110)은 고온 내성을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 액추에이터(120)는 멤브레인(110) 상에 배치되어 있기 때문에 멤브레인(110)의 공진 주파수에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예에서 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 영률 등으로 인해 멤브레인(110)의 공진 주파수를 감소시킬 수 있기 때문에 액추에이터(120)의 재질 또는 액추에이터(120)의 중량에 따라 액추에이터(120)의 중량과 멤브레인(110)의 공진 주파수의 영향을 줄이기 위해 패턴화된 층으로 설계될 수 있다. 패터닝된 액추에이터(120)의 조건 하에서 액추에이터(120)에 의한 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(fR)의 감소는 물론 액추에이터(120)의 중량도 감소할 수 있다. 액추에이터(120)의 중량이 가볍기 때문에, 멤브레인(110)의 변위는 동일한 신호 하에서 음파의 SPL을 향상시키기 위해 더 클 수 있다. 또한, 액추에이터(120)의 중량/면적이 감소되기 때문에, 사운드 생성 장치(SD)의 작동 중에 액추에이터(120)가 소비하는 전력이 감소될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 사운드 생성 칩(100)에서, 사운드 생성 칩(100)의 멤브레인(110)은 커플링 플레이트(116) 및 커플링 플레이트(116)에 연결된 적어도 하나의 스프링 구조체(114)를 포함하고, 스프링 구조체(114)는 평면도에서 커플링 플레이트(116)와 액추에이터(120) 사이에 위치한다. 멤브레인(110)은 선택적으로 구동 플레이트(112)를 포함할 수 있고, 스프링 구조체(114)는 구동 플레이트(112)와 커플링 플레이트(116) 사이에 연결될 수 있으며, 구동 플레이트(112)는 앵커 구조체(130)와 스프링 구조체(114) 사이에 연결될 수 있다. 커플링 플레이트(116)의 형상, 면적 및 크기와 구동 플레이트(112)의 형상, 면적 및 크기는 요구 사항(들)에 기초하여 설계될 수 있다. 전술한 바에 따르면, 액추에이터(120)는 패터닝된 층이기 때문에 액추에이터(120)는 멤브레인(110)을 부분적으로 덮는다. 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn으로 커플링 플레이트(116)와 중첩되지 않으며(예를 들어, 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn은 베이스(BS)의 법선 방향과 평행할 수 있다) 그리고 액추에이터(120)의 적어도 일부는 구동 플레이트(112)의 적어도 일부에 배치될 수 있다(즉, 액추에이터(120)의 적어도 일부는 구동 플레이트(112)의 적어도 일부와 중첩될 수 있다). 예를 들어, 일부 실시예에서 액추에이터(120)는 구동 플레이트(112)의 적어도 일부에 완전히 배치될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 일부는 구동 플레이트(112)의 적어도 일부에 배치될 수 있고, 액추에이터(120)의 다른 일부는 앵커 구조체(130)의 적어도 일부에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이 경우, 액추에이터(120)는 구동 플레이트(112)를 작동시켜 전체 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있다. 액추에이터(120)는 커플링 플레이트(116)와 중첩되지 않지만, 액추에이터(120)는 액추에이터가 있는 구동 플레이트(112)를 통해 커플링 플레이트(116)를 작동시킬 수 있다. 120이 배치되고 구동 플레이트(112)와 커플링 플레이트(116) 사이에 연결된 스프링 구조체(114)(즉, 커플링 플레이트(116)는 스프링 구조체(114)를 통해 액추에이터(120)에 의해 이동하도록 작동된다). 선택적으로, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn으로 스프링 구조체(114)와 중첩되지 않을 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
액추에이터(120)는 복수의 부분으로 분할될 수 있으며, 멤브레인(110)은 액추에이터(120)의 이러한 부분에 의해 여러 방향에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 제1 부분(120a), 제2 부분(120b), 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)을 포함할 수 있고, 제1 부분(120a) 및 제2 부분(120b)은 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있으며, 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)은 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있다. 도 1에서, 제1 유형의 사운드 생성 칩(100)에서, 액추에이터(120)는 실질적으로 커플링 플레이트(116)를 둘러싸고, 제3 부분(120c)은 제1 부분(120a)과 제2 부분(120b) 사이에 위치할 수 있고, 제4 부분(120d)은 제1 부분(120a)과 제2 부분(120b) 사이 및 제3 부분(120c)의 반대편에 위치하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 커플링 플레이트(116)(예를 들어, 아래 실시예에서 설명되는 제2 유형의 사운드 생성 칩(100))를 둘러싸지 않을 수 있다. 또한, 도 1에서, 액추에이터(120)의 제1 부분(120a), 제2 부분(120b), 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)은 에지 슬릿(SLe)에 의해 서로 분리될 수 있으나(에지 슬릿(SLe)에 대해서는 아래 실시예에서 설명될 것이다), 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 앵커 구조체(130)에 배치된 외측 부분(도면에 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있으며, 액추에이터(120)의 제1 부분(120a), 제2 부분(120b), 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d) 외측 부분에 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 구동 플레이트(112) 상에 배치되고 커플링 플레이트(116)를 실질적으로 둘러싸기 때문에, 구동 플레이트(112)는 실질적으로 커플링 플레이트(116)를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 구동 플레이트(112)는 액추에이터(120)의 제1 부분(120a)이 배치된 제1 구동부(112a), 액추에이터(120)의 제2 부분(120b)이 배치된 제2 구동부(112b), 액추에이터(120)의 제3 부분(120c)이 배치된 제3 구동부(112c) 및 액추에이터(120)의 제4 부분(120d)이 배치된 제4 구동부(112d)를 포함할 수 있다. 제1 구동부(112a)와 제2 구동부(112b)는 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치되고, 제3 구동부(112c)와 제4 구동부(112d)는 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 도 1에서, 구동 플레이트(112)의 제1 구동부(112a), 제2 구동부(112b), 제3 구동부(112c) 및 제4 구동부(112d)는 에지 슬릿(SLe)에 의해 서로 분리될 수 있으나(에지 슬릿(SLe)에 대해서는 아래 실시예에서 설명될 수 있다), 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 커플링 플레이트(116)는 멤브레인(110)의 중심에 위치할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이에 대응하여, 액추에이터(120)가 복수의 구성 요소로 분할되기 때문에, 사운드 생성 칩(100)은 복수의 스프링 구조체(114)를 포함한다(즉, 적어도 하나의 스프링 구조체(114)는 복수의 스프링 구조체(114)를 포함한다). 상세히 설명하면, 사운드 생성 칩(100)은 제1 스프링 구조체(114a), 제2 스프링 구조체(114b), 제3 스프링 구조체(114c) 및 제4 스프링 구조체(114d)를 포함할 수 있다. 제1 스프링 구조체(114a)와 제2 스프링 구조체(114b)는 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치되고, 제3 스프링 구조체(114c)와 제4 스프링 구조체(114d)는 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있다. 제1 스프링 구조체(114a)는 커플링 플레이트(116)와 제1 구동부(112a) 사이에 연결되고, 제2 스프링 구조체(114b)는 커플링 플레이트(116)와 제2 구동부(112b) 사이에 연결되고, 제3 스프링 구조체(114c)는 커플링 플레이트(116)와 제3 구동부(112c) 사이에 연결되고, 제4 스프링 구조체(114d)는 커플링 플레이트(116)와 제4 구동부(112d) 사이에 연결된다. 다른 관점에서, 커플링 플레이트(116)는 제1 스프링 구조체(114a)와 제2 스프링 구조체(114b) 사이에 연결되고, 커플링 플레이트(116)는 또한 제3 스프링 구조체(114c)와 제4 스프링 구조체(114d) 사이에 연결된다.
또한, 스프링 구조체(114)는 멤브레인(110)의 변위를 증가(즉, 음파의 SPL 향상) 및/또는 멤브레인(110)의 잔류 응력(residual stress)을 해제하도록 구성되며, 여기서 잔류 응력은 사운드 생성 칩(100)의 제조 공정 중에 발생하거나 사운드 생성 칩(100)에 원래 존재한다. 또한, 스프링 구조체(114)의 존재로 인해, 멤브레인(110)은 사운드 생성 장치(SD)의 작동 중에 탄성적으로 변형될 수 있다. 이 실시예에서, 멤브레인(110)은 도 1에서 교대로 상향 변형(또는 상향 이동) 및 하향 변형(또는 하향 이동)될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(110)은 도 2에 도시된 변형 유형(110Df)으로 변형될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 본 발명에서 "상향(upwardly)" 및 "하향(downwardly)"이라는 용어는 실질적으로 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn에 평행한 방향을 따른다는 점에 유의한다. 일부 실시예에서, 커플링 플레이트(116)는 스프링 구조체(114)에만 연결될 수 있으므로 음향 발생 장치(SD)의 작동 중 멤브레인(110)의 변위를 더욱 증가시키지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 스프링 구조체(114)는 전술한 기능을 달성할 수 있는 임의의 적합한 구조일 수 있다. 다음의 실시예에서, 스프링 구조체(114)의 세부 사항이 더 예시적으로 설명될 것이다.
본 발명의 사운드 생성 칩(100)의 제조 방법에 관하여, 사운드 생성 칩(100)은 임의의 적절한 제조 공정에 의해 형성된다. 이 실시예에서, 사운드 생성 칩(100)은 MEMS 칩이 되도록 적어도 하나의 반도체 공정에 의해 형성될 수 있다. 이하에서는, 일례로서, 사운드 생성 칩(100)이 SOI 웨이퍼로 형성된 조건에서 사운드 생성 칩(100)의 제조 공정의 세부 사항을 설명하지만, 제조 방법은 이에 제한되지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(100)은 베이스 실리콘 층(base silicon layer, BL), 상부 실리콘 층(top silicon layer, TL) 및 베이스 실리콘 층(BL)과 상부 실리콘 층(TL) 사이에 배치된 산화층(oxide layer, OL)을 포함한다. 먼저, 상부 실리콘 층(TL)이 패터닝되어 멤브레인(110)의 프로파일(예를 들어, 커플링 플레이트(116), 구동 플레이트(112) 및 스프링 구조체(114)의 프로파일)을 형성하며, 여기서 패터닝된 프로세스는 포토리소그래피 에칭 공정, 임의의 다른 적절한 공정 또는 이들의 조합과 같은 것을 포함할 수 있다. 그런 다음, 패터닝된 액추에이터(120)가 상부 실리콘 층(TL) 상에 형성된다. 이후, 베이스 실리콘 층(BL)과 산화층(OL)을 부분적으로 에칭하여 상부 실리콘 층(TL)으로 형성된 멤브레인(110)을 완성하고, 여기서 나머지 베이스 실리콘 층(BL), 나머지 산화층(OL) 및 상부 실리콘 층(TL)의 일부를 완성한다. 또한, 본 실시예에서, 사운드 생성 칩(100)이 적어도 하나의 반도체 공정에 의해 형성되기 때문에 사운드 생성 칩(100)의 크기(즉, 두께 및/또는 측면 치수)가 감소될 뿐만 아니라, 사운드 생성 칩(100)의 제조 단계의 수 및 제조 비용이 감소될 수 있다. 더욱이, 멤브레인(110)이 영률이 높은 하나의 재료(예를 들어, 실리콘 또는 다른 적합한 재료)만을 포함하는 경우, 제조 단계의 수 및 사운드 생성 칩(100)의 제조 비용이 더욱 감소될 수 있다.
상기 제조 방법에 따르면, 스프링 구조체(114)에 연결된 커플링 플레이트(116)가 존재하므로 스프링 구조체(114)의 형성으로 인해 멤브레인(110)의 구조적 강도가 약화되더라도(예를 들어, 스프링 구조체(114)는 상부 실리콘 층(TL)을 패터닝하여 형성할 수 있다), 제조 과정에서 멤브레인(110)의 파손 가능성을 감소시키고 및/또는 멤브레인(110)의 파손을 방지할 수 있다. 다시 말해, 커플링 플레이트(116)는 멤브레인(110)의 구조적 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있다.
다음에서, 제1 유형의 사운드 생성 칩의 일부 세부 사항이 더 예시적으로 설명될 것이다. 제1 유형의 사운드 생성 칩은 예시적으로 제공되는 다음 실시예에 의해 제한되지 않는다는 점에 유의한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이고, 도 5는 도 4의 A-A' 단면 선을 따라 취한 단면도의 개략도이며, 여기서 사운드 생성 칩(100_1)은 제1 유형이다. 도 1과 비교해서, 도 4 및 도 5에 도시된 사운드 생성 칩(100_1)은 또한 멤브레인(110)의 복수의 슬릿(SL)을 도시하며, 여기서 스프링 구조체(114)는 슬릿(SL)의 적어도 일부로 인해 형성된다. 이 실시예에서, 슬릿(SL)의 존재로 인해, 멤브레인(110)의 잔류 응력이 해제된다. 스프링 구조체(114)는 슬릿(SL)의 적어도 일부 때문에 형성되므로, 멤브레인(110)의 변위 증가는 슬릿(SL)의 배열과 관련된다. 즉, 슬릿(SL)의 배치에 따라 음파의 SPL이 향상될 수 있다. 또한, 슬릿(SL)은 사운드 생성 장치(SD)의 작동 중에 멤브레인(110)이 탄성적으로 변형되도록 설계될 수 있다.
슬릿(SL)의 배열 및 슬릿(SL)의 패턴은 요구 사항(들)에 따라 설계될 수 있으며, 각 슬릿(SL)은 직선 슬릿, 곡선 슬릿, 직선 슬릿의 조합, 곡선 슬릿의 조합 또는 직선형 슬릿과 곡선형 슬릿의 조합일 수 있다. 예를 들어, 이 실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 슬릿(SL)은 복수의 에지 슬릿(SLe) 및 복수의 내부 슬릿(SLi)을 포함할 수 있으며, 각각의 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)의 외부 에지(110e) 중 적어도 하나에 연결되고(예를 들어, 에지 슬릿(SLe)의 일단만이 멤브레인(110)의 적어도 하나의 외부 에지(110e)에 연결된다), 멤브레인(110)의 커플링 플레이트(116)를 향해 연장되고, 내부 슬릿(SLi)은 멤브레인(110)의 외부 에지(110e)에 연결되지 않는다. 에지 슬릿(SLe) 중 적어도 하나는 멤브레인(110)의 외부 에지(110e)의 일 코너에 연결될 수 있지만(예를 들어, 도 4의 각 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)의 외부 에지(110e)의 한 모서리에 연결된다), 이에 제한되지는 않는다. 선택적으로, 일부 실시예에서, 내부 슬릿(SLi)은 액추에이터(120)가 배치되는 구동 플레이트(112)의 영역에 위치하지 않을 수 있지만(예를 들어, 이러한 배치는 도 4에 도시되어 있다), 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예에서, 일부 내부 슬릿(SLi)은 에지 슬릿(SLe)에 연결될 수 있고, 일부 내부 슬릿(SLi)은 다른 슬릿에 연결되지 않을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 4에서, 각각의 에지 슬릿(SLe)은 2 개의 내부 슬릿(SLi)에 연결될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4에서, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 직선 슬릿일 수 있으며, 동일한 에지 슬릿(SLe)에 연결된 두 개의 내부 슬릿(SLi)은 서로 다른 방향을 따라 연장될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 적어도 3 개의 슬릿(SL)의 교차로 인해 교차점(예를 들어, 교차점 X1)이 형성되고, 교차점(X1)은 이들 적어도 3 개의 슬릿(SL)에 대한 종점이다. 즉, 교차점(X1)은 이들 3 개 이상의 교차 슬릿(SL)의 분할 점일 수 있다. 예를 들어, 도 4에서, 교차점(X1)은 하나의 에지 슬릿(SLe)과 두 개의 내부 슬릿(SLi)의 교차에 의해 형성되고, 교차점(X1)은 하나의 에지 슬릿(SLe)과 두 개의 내부 슬릿(SLi)의 종점이지만 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 일부 실시예에서 커플링 플레이트(116)는 슬릿(SL)에 의해 실질적으로 둘러싸일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 실시예의 스프링 구조체(114)는 에지 슬릿(SLe) 및 내부 슬릿(SLi)으로 인해 형성된다. 도 4의 상부를 참조하면, 멤브레인(110)의 1/4을 실질적으로 도시하고, 3 개의 내부 슬릿(SLi)은 서로 실질적으로 평행할 수 있고(예를 들어, 3 개의 내부 슬릿(SLi)은 상부 외부 에지(110e)에 평행할 수 있다), 제1 스프링 구조체(114a)는 이들 3 개의 내부 슬릿(SLi) 및 이들 3 개의 내부 슬릿(SLi) 옆에 위치하는 2 개의 에지 슬릿(SLe)을 형성함으로써 만들어지지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 4의 각각의 스프링 구조체(114)는 구동 플레이트(112)에 연결된 2 개의 제1 연결 단부(CE1) 및 커플링 플레이트(116)에 연결된 하나의 제2 연결 단부(CE2)를 가지며, 각각의 제1 연결 단부(CE1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나에 가깝고, 제2 연결 단부(CE2)는 제1 연결 단부 사이에 위치하지만 이에 제한되지 않는다. 도 14에 도시된 다른 스프링 구조체(114)의 형성은 위와 유사하며 중복 설명은 하지 않는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 슬릿을 갖는 멤브레인의 주파수 응답을 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 도 6에 도시된 D1, D2, D3 및 D4는 슬릿 SL의 너비를 나타내고 D1 > D2 > D3 > D4를 나타낸다. 일반적으로, 슬릿(SL)은 음파의 SPL을 감소시키기 위해 음파 생성 장치(SD)의 작동 중에 공기를 누출시킬 수 있다. 예를 들어, SPL 강하는 음파의 저주파(예를 들어, 20Hz ~ 200Hz 범위)에서 발생할 수 있다. 한 관점에서, 음파의 저주파(예를 들어, 20Hz ~ 200Hz 범위)에서 SPL 강하를 보여주는 도 6에 따르면, 슬릿 SL의 폭이 작을수록 SPL 강하가 줄어든다. 따라서, 슬릿(SL)은 공기 누출을 줄이기 위해서는 좁아야 한다. 일부 실시예에서, 슬릿(SL)의 폭은 사운드 생성 장치(SD)가 작동하지 않는 조건에서 2㎛에 가깝거나 더 작을 수 있고 또는 1㎛에 가깝거나 더 작을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 멤브레인(110)의 디자인과 관련하여, 사운드 생성 장치(SD)의 작동 중에 슬릿(SL) 부근과 슬릿(SL)의 반대 측면에 위치한 부분이 유사한 변위를 가질 수 있어 슬릿(SL)의 확대가 줄어들 수 있으며 이에 의해 슬릿 SL을 통한 공기 누출을 줄인다. 다른 관점에서, 커플링 플레이트(116)는 멤브레인(110)의 이동을 제한하여 생성 장치(SD)의 작동 중에 슬릿(SL)의 확대를 감소시켜 슬릿(SL)을 통한 공기 누출을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 음파의 저주파에서 SPL 강하가 개선될 수 있다.
더욱이, 이 실시예에서, 멤브레인(110)은 불균일한 두께를 가질 수 있다. 도 4 및 도 5에서, 멤브레인(110)의 두께는 멤브레인(110)의 중심에 가까워짐에 따라 감소한다. 예를 들어, 멤브레인(110)은 실질적으로 제1 두께 및 제2 두께를 가질 수 있고, 제1 두께는 제2 두께보다 작을 수 있으며, 제1 두께를 갖는 (멤브레인) 부분은 제2 두께를 갖는 (멤브레인) 부분으로 둘러싸일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 두께는 커플링 플레이트(116)의 일부에 대응하고, 제2 두께는 커플링 플레이트(116), 스프링 구조체(114) 및/또는 구동 플레이트(112)의 다른 부분에 대응할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 두께는 점진적으로 변경될 수 있다. 요컨대, 불균일한 두께를 갖는 멤브레인(110)은, 멤브레인(110)이 제1 두께를 갖는 제1 멤브레인 부분 및 제1 두께와 구별되는 제2 두께를 갖는 제2 멤브레인 부분을 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 도 4에서, 액추에이터(120)는 구동 플레이트(112)를 완전히 덮을 수 있으나(즉, 구동 플레이트(112) 전체가 액추에이터(120)와 중첩될 수 있다), 이에 제한되지 않는다.
또한, 폴리머 재료는 영률이 낮고 열 안정성이 낮으며 폴리머 재료는 시간이 지남에 따라 급격하게 노화된다. 이 실시예에서, 사운드 생성 칩(100_1) 내에 그리고 사운드 생성 칩(100_1) 상에 폴리머 재료가 없기 때문에(예를 들어, 사운드 생성 칩(100_1)은 폴리머 재료를 포함하지 않고 사운드 생성 칩(100_1)은 고분자 재료를 포함하는 필름으로 코팅되지 않는다), 멤브레인(110)의 공진 주파수, 사운드 생성 장치(SD)의 작동 온도 및 사운드 생성 장치(SD)의 수명은 고분자 재료에 의해 불리하게 영향을 받지 않는다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 평면도의 개략도로서, 사운드 생성 칩(100_2)은 제1 유형이고, 사운드 생성 칩(100_2)은 다음과 같은 필름으로 코팅되지 않는다. 영률이 낮은 폴리머 재료를 포함하는 필름과 같은 필름으로 피복되지 않는다(예를 들어, 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있다). 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 이 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 이 실시예에서, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 에지 슬릿(SLe) 중 하나에 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 에지 슬릿(SLe)은 2 개의 내부 슬릿(SLi)에 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 7에서, 내부 슬릿(SLi)은 다른 유형을 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 에지 슬릿(SLe)에 연결된 두 개의 내부 슬릿(SLi)에서, 이 두 개의 내부 슬릿(SLi) 중 하나는 직선 슬릿일 수 있으며, 이 두 내부 슬릿 중 다른 하나는 직선 슬릿과 곡선 슬릿의 조합일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 또한, 실질적으로 멤브레인(110)의 4 분의 1을 도시하는 도 7의 상부를 참조하면, 직선 슬릿인 하나의 내부 슬릿(SLi) 및 직선 슬릿과 곡선 슬릿의 조합인 하나의 내부 슬릿(SLi)이 도시되어 있고, 이 두 내부 슬릿(SLi)의 직선 슬릿은 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn에 수직하면서 서로 평행한 측면 방향으로 배열된다. 또한, 실질적으로 멤브레인(110)의 4 분의 1을 나타내는 도 7의 상부에 도시된 바와 같이, 제1 스프링 구조체(114a)는 이들 2 개의 내부 슬릿(SLi) 및 이들 2 개의 내부 슬릿(SLi) 옆에 위치한 2 개의 에지 슬릿(SLe)을 형성함으로써 형성되지만, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 도 7의 각각의 스프링 구조체(114)는 구동 플레이트(112)에 연결되고 하나의 에지 슬릿(SLe)에 가까운 하나의 제1 연결 단부(CE1) 및 커플링 플레이트(116)에 연결되고 다른 에지 슬릿(SLe)에 가까운 하나의 제2 연결 단부(CE2)를 갖지만 이에 제한되지 않는다. 도 7에 도시된 다른 스프링 구조체(114)의 형성은 위와 유사하며 중복 설명은 하지 않는다. 또한, 본 실시예에서 내부 슬릿(SLi)은 평면도에서 볼텍스 패턴(vortex pattern)을 형성할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 나타내는 평면도의 개략도로서, 사운드 생성 칩(100_3)은 제1 유형이고, 사운드 생성 칩(100_3)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 포함하는 필름(예를 들어, 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있다)과 같은 필름으로 코팅되지 않는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 본 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 이 실시예에서, 슬릿(SL)은 복수의 에지 슬릿(SLe)만을 포함할 수 있고, 스프링 구조체(114)는 에지 슬릿(SLe)으로 인해 형성될 수 있으며, 각각의 스프링 구조체(114)는 2 개의 인접한 에지 슬릿(SLe) 사이에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 8에서, 본 실시예의 각 에지 슬릿(SLe)은 제1 부분(e1), 제1 부분(e1)에 연결된 제2 부분(e2) 및 제2 부분(e2)에 연결된 제3 부분(e3)을 포함하고, 제1 부분(e1), 제2 부분(e2) 및 제3 부분(e3)은 외측 에지(110e)로부터 멤브레인(110)의 내측으로 순차적으로 배열되며, 여기서 에지 슬릿(SLe) 중 하나에서 직선 슬릿인 제1 부분(e1)의 연장 방향은 또 다른 직선 슬릿인 제2 부분(e2)의 연장 방향과 평행하지 않을 수 있고, 제3 부분(e3)은 곡선형 슬릿(즉, 엣지 슬릿(SLe))은 2 개의 직선형 슬릿과 1 개의 곡선형 슬릿의 조합일 수 있다)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제3 부분(e3)은 에지 슬릿(SLe)의 후크형 곡선 단부를 가질 수 있으며, 후크형 곡선 단부는 커플링 플레이트(116)를 둘러싸고 있다. 후크형 곡선 단부는 곡선 단부 또는 제3 부분(e3)에서의 곡률이 평면도 관점에서 제1 부분(e1) 또는 제2 부분(e2)에서의 곡률(들)보다 크다는 것을 의미한다. 제3 부분(e3)의 곡선 단부는 스프링 구조체의 단부 근처에서 응력 집중을 최소화하도록 구성될 수 있다. 또한, 후크형 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)의 중심을 향하거나 멤브레인(110) 내부의 커플링 플레이트(116)를 향하여 연장된다. 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)에 필렛(fillet)을 조각할 수 있다.
에지 슬릿(SLe)의 패턴은 요구 사항에 따라 설계될 수 있다. 이 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 스프링 구조체(114)는 구동 플레이트(112)에 연결된 하나의 제1 연결 단부(CE1) 및 커플링 플레이트(116)에 연결된 하나의 제2 연결 단부(CE2)를 가질 수 있고, 스프링 구조체(114)는 제1 연결 단부(CE1)와 제2 연결 단부(CE2) 사이에 있으며, 제1 연결 단부(CE1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 에지 슬릿의 제1 부분(e1)과 에지 슬릿(SLe) 중 다른 하나의 에지 슬릿의 제2 부분(e2) 사이에 있을 수 있고, 제2 연결 단부(CE2)는 인접한 두 개의 에지 슬릿(SLe)의 두 개의 제3 부분(e3) 사이에 있을 수 있다. 선택적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 연결 단부(CE1)의 연결 방향은 제2 연결 단부(CE2)의 연결 방향과 평행하지 않으며 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 실시예에서 슬릿(SL)은 평면도에서 볼텍스 패턴을 형성할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 구동 플레이트(112)의 일부는 액추에이터(120)와 중첩될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 평면도의 개략도이고, 도 10은 도 10의 중앙부를 확대한 도면이며, 여기서 사운드 생성 칩(100_4)은 제1 유형이고, 사운드 생성 칩(100_4)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 포함하는 필름과 같은 필름으로 코팅되지 않는다(예를 들어, 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있다). 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 실시예(도 8에 도시됨)와 본 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 본 실시예에서 슬릿(SL)은 복수의 내부 슬릿(SLi)을 더 포함할 수 있으며, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 2 개의 에지 슬릿(SLe) 사이에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 도 9에서, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 에지 슬릿(SLe)에 연결되지 않고 멤브레인(110)의 커플링 플레이트(116)를 향해 연장되지만 이에 제한되지 않는다. 에지 슬릿(SLe)의 패턴과 내부 슬릿(SLi)의 패턴은 요구 사항(들)에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 각 내부 슬릿(SLi)은 제1 섹션 i1, 제1 섹션 i1에 연결된 제2 섹션 i2 및 제2 섹션 i2에 연결된 제3 섹션 i3을 포함하고, 제1 섹션 i1, 제2 섹션 i2 및 제3 섹션(i3)은 순차적으로 멤브레인(110)의 내부를 향해 배열되며, 여기서 내부 슬릿(SLi) 중 하나에서 직선 슬릿인 제1 섹션(i1)의 연장 방향은 또 다른 직선 슬릿인 제2 섹션 i2의 연장 방향과 평행하지 않을 수 있고, 제3 구간 i3은 곡선형 슬릿일 수 있으나(즉, 내부 슬릿(SLi)은 2 개의 직선형 슬릿과 1 개의 곡선형 슬릿의 조합일 수 있다), 이에 제한되지 않는다. 더욱이, 내부 슬릿(SLi) 중 하나에서, 제1 섹션(i1)의 단부는 제2 섹션(i2)에 연결될 수 있고, 제1 섹션(i1)의 다른 단부는 구동 플레이트(112)에 위치될 수 있으며 다른 슬릿에 연결되지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 9에서, 임의의 다른 슬릿에 연결되지 않은 제1 구간(i1)의 단부는 액추에이터(120)가 배치되지 않은 구동 플레이트(112)의 영역에 위치할 수 있으나(즉, 내부 슬릿(SLi)이 액추에이터(120)가 배치된 구동 플레이트(112)의 영역에 위치하지 않을 수 있다), 이에 제한되지 않는다. 다른 예로, 임의의 다른 슬릿과 연결되지 않은 제1 구간(i1)의 단부는 액추에이터(120)가 배치된 구동 플레이트(112)의 영역에 위치할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 9 및 도 10에서, 2 개의 인접한 에지 슬릿(SLe) 사이에 배치된 각각의 스프링 구조체(114)는 하나의 내부 슬릿(SLi)에 의해 두 개의 서브디비전(S1 및 S2)으로 분할될 수 있으며, 서브디비전(S1 및 S2) 각각은 구동 플레이트(112)에 연결된 제1 연결 단부(CE1_1, CE1_2) 및 커플링 플레이트(116)에 연결된 제2 연결 단부(CE2_1, CE2_2)를 가질 수 있고, 그리고 각 서브디비전(S1 및 S2)은 그 제1 연결 단부(CE1_1, CE1_2)와 그 제2 연결 단부(CE2_1, CE2_2) 사이에 있다. 예를 들어, 서브디비전(S1)의 제1 연결 단부(CE1_1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 에지 슬릿의 제1 부분(e1)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 내부 슬릿의 제2 섹션(i2) 사이에 있을 수 있고, 서브디비전(S1)의 제2 연결 단부(CE2_1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 에지 슬릿의 제3 부분(e3)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 내부 슬릿의 제3 부분(i3) 사이에 있을 수 있고, 서브디비전(S2)의 제1 연결 단부(CE1_2)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 에지 슬릿의 제2 부분(e2)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 내부 슬릿의 제1 섹션(i1) 사이에 있을 수 있고, 그리고 서브디비전(S2)의 제2 연결 단부(CE2_2)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 에지 슬릿의 제3 부분(e3)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 내부 슬릿의 제3 섹션(i3) 사이에 있을 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 각 서브디비전(S1)에서, 제1 연결 단부(CE1_1)의 연결 방향은 제2 연결 단부(CE2_1)의 연결 방향과 평행하지 않고; 각 서브디비전(S2)에서, 제1 연결 단부(CE1_2)의 연결 방향은 제2 연결 단부(CE2_2)의 연결 방향과 평행하지 않으며 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예에서 슬릿(SL)은 평면도에서 볼텍스 패턴을 형성할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이고, 도 12는 도 11의 중앙부를 확대한 도면이며, 여기서 사운드 생성 칩(100_5)은 제1 유형이고, 사운드 생성 칩(100_5)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 포함하는 필름과 같은 필름으로 코팅되지 않는다(예를 들어, 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있다). 도 11 및 도 12에서, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 본 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 도 11 및 도 12에서, 에지 슬릿(SLe)에 연결된 내부 슬릿(SLi)은 L-형(즉, 2 개의 직선 슬릿의 조합)일 수 있고, 에지 슬릿(SLe)에 연결되지 않은 내부 슬릿(SLi)은 1-형(즉, 직선형 슬릿일 수 있고), 1-형 내부 슬릿(SLi)은 L-형 내부 슬릿(SLi)의 일부와 평행할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이 실시예에서, 이 실시예의 스프링 구조체(114)는 내부 슬릿(SLi)으로 인해 형성될 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 각각의 스프링 구조체(114)는 하나의 1-형 내부 슬릿(SLi) 및 두 개의 L-형 내부 슬릿(SLi)을 형성함으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 스프링 구조체(114)의 제1 연결 단부(CE1)의 연결 방향은 스프링 구조체(114)의 제2 연결 단부(CE2)의 연결 방향과 평행하지 않으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 커플링 플레이트(116)의 면적은 구동 플레이트(112)의 면적보다 훨씬 작을 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 11에서, 구동 플레이트(112)의 일부는 액추에이터(120)와 중첩될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 평면도의 개략도로서, 사운드 생성 칩(100_6)은 제1 유형이고, 사운드 생성 칩(100_6)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 포함하는 필름으로 코팅되지 않는다. (예를 들어, 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있다). 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 본 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 도 13에서, 에지 슬릿(SLe)에 연결된 내부 슬릿(SLi)은 L-형(즉, 2 개의 직선 슬릿 조합)이고, 에지 슬릿(SLe)에 연결되지 않은 내부 슬릿(SLi)은 W-형(즉, 4 개의 직선형 슬릿)이고, W-형 내부 슬릿(SLi)의 일부는 L-형 내부 슬릿(SLi)의 일부와 평행하지만 이에 한정되지 않는다. 이 실시예에서, 이 실시예의 스프링 구조체(114)는 내부 슬릿(SLi)으로 인해 형성된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 스프링 구조체(114)는 2 개의 L-형 내부 슬릿(SLi) 및 2 개의 W-형 내부 슬릿(SLi)을 형성함으로써 형성되고, 따라서 도 13에 도시된 스프링 구조체(114)는 M-형이지만 이에 한정되지 않는다. 제1 스프링 구조체(114a)는 커플링 플레이트(116), 제1 구동부(112a) 및 제3 구동부(112c)에 연결되고, 제2 스프링 구조체(114b)는 커플링 플레이트(116), 제2 구동부(112b) 및 제4 구동부(112d)에 연결되고, 제3 스프링 구조체(114c)는 커플링 플레이트(116), 제2 구동부(112b) 및 제3 구동부(112c)에 연결되고, 제4 스프링 구조체(114d)는 커플링 플레이트(116), 제1 구동부(112a) 및 제4 구동부(112d)에 연결되지만 이에 제한되지는 않는다. 선택적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 스프링 구조체(114)의 제1 연결 단부(CE1)의 연결 방향은 스프링 구조체(114)의 제2 연결 단부(CE2)의 연결 방향과 평행하지 않으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 커플링 플레이트(116)의 면적은 구동 플레이트(112)의 면적보다 훨씬 작을 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 도 13에서, 구동 플레이트(112)의 일부는 액추에이터(120)와 중첩될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 실시예에서 설명된 슬릿(SL)의 배열은 예이다. 멤브레인(110)의 변위를 증가시키고 및/또는 멤브레인(110)의 잔류 응력을 해제할 수 있는 슬릿 SL의 임의의 다른 적절한 배열이 본 발명에서 사용될 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면. 도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 단면도의 개략도이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿의 음압 수준 강하와 에어 갭의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다. 사운드 생성 칩(100')은 제1 유형, 제2 유형(다음 실시예에서 설명됨) 또는 임의의 다른 적절한 유형일 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 사운드 생성 칩(100')이 제1 유형 인 경우, 사운드 생성 칩(100')의 멤브레인(110)은 상기 실시예를 참조할 수 있거나, 사운드 생성 칩(100')의 멤브레인(110)은 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 변형 실시예일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 도 14에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 장치(SD)는 사운드 생성 칩(100')을 덮는 컨포멀 레이어(conformal layer, CFL)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 사운드 생성 칩(100')은 컨포멀 레이어(conformal layer, CFL)로 코팅되지만 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 베이스(BS)는 또한 컨포멀 레이어 CFL로 코팅되거나 커버되지만, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 컨포멀 레이어(CFL)는 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물 및/또는 폴리이미드 또는 파릴렌-C와 같은 폴리머 재료와 같은 임의의 적절한 유전체 재료를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 유전체 재료를 포함하는 컨포멀 레이어 CFL은 원자 층 증착(atomic layer deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있고, 유전체 재료를 포함하는 컨포멀 레이어 CFL은 기상 증착에 의해 형성될 수 있으며, 따라서 컨포멀 레이어가 CFL은 증착된 층일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
컨포멀 레이어(CFL)는 슬릿(들)을 밀봉하거나 슬릿(SL)에 존재하는 에어 갭(AG)을 감소시켜 슬릿(SL)을 통한 공기의 누출을 감소시킴으로써 음파의 저주파(예를 들어, 20Hz ~ 200Hz의 범위)에서 SPL 강하를 극복하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 슬릿(SL)에는 컨포멀 레이어(CFL)의 일부와 에어 갭(AG)이 존재할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 컨포멀 레이어(CFL)의 일부는 슬릿(SL)에 존재할 수 있어, 슬릿(SL)은 컨포멀 레이어(CFL)에 의해 밀봉될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 도 15에 도시된 바와 같이, SPL 강하는 에어 갭(AG)의 폭이 작을수록 실질적으로 감소된다(예를 들어, 회귀선 L 참조). 또한, 도 15에서, 슬릿(SL)에 에어 갭(AG)이 존재하지 않도록 슬릿(SL)이 컨포멀 레이어(CFL)에 의해 밀봉될 때, SPL 강하는 최소이다. 따라서, 음파의 저주파에서 SPL 강하를 줄이기 위해, 일부 실시예에서, 슬릿(SL)에 에어 갭(AG)이 존재하는 경우 에어 갭(AG)의 폭은 2μm 미만일 수 있거나(에어 갭(AG)의 폭은 음향 발생 장치(SD)가 작동하지 않는 조건에서 측정된다), 슬릿(SL)에 컨포멀 레이어(CFL)에 의해 슬릿(SL)이 밀봉되어 슬릿(SL)에 에어 갭(AG)이 존재하지 않게 되지만, 이에 제한되지 않는다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 제2 유형의 사운드 생성 칩을 갖는 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 사운드 생성 칩(100)에 비해 제2 유형의 사운드 생성 칩(200)의 액추에이터(120)는 커플링 플레이트(116)를 둘러싸지 않을 수 있다. 상세히 설명하면, 본 실시예의 액추에이터(120)는 제1 부분(120a) 및 제2 부분(120b)을 포함하고, 제1 부분(120a) 및 제2 부분(120b)은 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있다. 이에 대응하여, 멤브레인(110)의 구동 플레이트(112)는 액추에이터(120)의 제1 부분(120a)이 배치되는 제1 구동부(112a) 및 액추에이터(120)의 제2 부분(120b)이 배치되는 제2 구동부(112b)를 포함할 수 있으며, 제1 구동부(112a)와 제2 구동부(112b)는 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있다. 이에 대응하여, 사운드 생성 칩(200)은 제1 스프링 구조체(114a) 및 제2 스프링 구조체(114b)(복수의 스프링 구조체(114))를 포함할 수 있고, 제1 스프링 구조체(114a) 및 제2 스프링 구조체(114b)는 커플링 플레이트(116)의 양측에 배치될 수 있으며, 여기서 제1 스프링 구조체(114a)는 커플링 플레이트(116)와 제1 구동부(112a) 사이에 연결되고, 제2 스프링 구조체(114b)는 커플링 플레이트(116)와 제2 구동부(112b) 사이에 연결된다. 다시 말해, 멤브레인(110)은 두 방향에서 액추에이터(120)에 의해 작동될 수 있다.
일부 실시예에서, 스프링 구조체(114)는 위에서 설명된 슬릿(SL)의 배열을 참조할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 변위를 증가시키고 및/또는 멤브레인(110)의 잔류 응력을 해제할 수 있는 슬릿 SL의 임의의 다른 적합한 배열이 본 발명에서 사용될 수 있다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시하는 평면도의 개략도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 장치(SD)는 복수의 멤브레인을 포함할 수 있다. 사운드 생성 장치(SD)는 하나의 단일 사운드 생성 칩(300)으로 베이스 실리콘 층(BL) 상에 동시에 제조(또는 배치)될 수 있거나, 또는 복수의 사운드 생성 칩(300)과 함께 베이스(BS) 상에 배치될 수 있다. 각 사운드 생성 칩(300)은 음파를 생성하는 사운드 생성 유닛 역할을 하며, 음파 생성 칩(300)은 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명에서, 각각의 사운드 생성 칩(300)은 제1 유형, 제2 유형 또는 임의의 다른 적합한 유형일 수 있다.
하나의 관점에서, 사운드 생성 장치(SD)는 하나의 단일 사운드 생성 칩(300)을 포함하고, 사운드 생성 칩(300)은 복수의 사운드 생성 유닛을 포함하며, 각 사운드 생성 유닛은 도 1에 도시된 사운드 생성 칩(100)에 의해 구현될 수 있다(즉, 하나의 단일 사운드 생성 칩(300)은 복수의 멤브레인(110) 및 복수의 액추에이터(120)를 포함할 수 있다). 다른 관점에서, 사운드 생성 장치(SD)는 다중 사운드 생성 칩(300)을 포함하고, 각각의 사운드 생성 칩(300)은 도 1에 도시된 사운드 생성 칩(100)에 의해 구현될 수 있다.
도 17은 다중 사운드 생성 유닛(또는 다중 사운드 생성 칩)을 포함하는 사운드 생성 장치(SD)의 개념을 설명하는 예시적인 목적을 위한 것임을 유의한다. 각 멤브레인(셀)의 구성은 제한되지 않는다. 예를 들어, 사운드 생성 유닛(또는 사운드 생성 칩(300))은 사운드 생성 칩(100)에 추가하여(도 1에 도시됨), 사운드 생성 칩 100_1(도 4에 도시됨), 100_2(도 7에 도시됨), 100_3(도 8에 도시됨), 100_4(도 9에 도시됨), 100_5(도 11에 도시됨), 100_6(도 13에 도시됨), 및 200(도 16에 도시됨) 중 하나로 구현될 수도 있다. 더욱이, 사운드 생성 유닛(또는 사운드 생성 칩(300))은 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 변형 실시예일 수 있으며, 이는 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 도 17에서, 각 사운드 생성 칩(300)은 도 1과 유사한 제1 유형의 사운드 생성 칩일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
다른 실시예에서, 사운드 생성 장치(SD)는 음파를 생성하는 복수의 사운드 생성 유닛을 포함하는 하나의 사운드 생성 칩을 포함할 수 있다. 구체적으로, 하나의 사운드 생성 칩은 복수의 멤브레인(110), 복수의 액추에이터(120) 및 앵커 구조체(130)를 포함할 수 있으며, 하나의 멤브레인(110)과 하나의 액추에이터(120)의 조합이 하나의 사운드 생성 유닛 역할을 한다.
이하에서는 사운드 생성 칩(SPC)을 제조하는 방법의 세부 사항을 더 예시적으로 설명한다. 제조 방법은 예시적으로 제공되는 다음의 실시예에 의해 제한되지 않으며, 제조 방법은 제1 유형, 제2 유형 또는 임의의 다른 적절한 유형인 사운드 생성 칩(SPC)을 제조할 수 있음을 유의한다. 이하의 제조 방법에서, 사운드 생성 칩(SPC)의 액추에이터(120)는 예를 들어 압전 액추에이터일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 임의의 적합한 유형의 액추에이터(120)가 사운드 생성 칩(SPC)에 사용될 수 있다.
다음 제조 방법에서, 형성 공정은 원자 층 증착(atomic layer deposition, ALD), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 및 기타 적절한 공정(들) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 패터닝 프로세스는 포토리소그래피, 에칭 프로세스, 임의의 다른 적절한 프로세스(들) 또는 이들의 조합과 같은 것을 포함할 수 있다.
도 18 내지 도 24를 참조하면, 도 18 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 칩 제조 방법의 다른 단계에서의 구조를 도시한 개략도이다. 본 실시예에서 사운드 생성 칩(SPC)은 MEMS 칩이 되도록 적어도 하나의 반도체 공정으로 제조될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 도 18에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(WF)가 제공되며, 웨이퍼(WF)는 제1 층(W1), 절연 층(W3) 및 제2 층(W2)을 포함하고, 절연 층(W3)은 제1 층(W1)과 제2 층(W2) 사이에 형성된다.
제1 층(W1), 절연 층(W3) 및 제2 층(W2)은 웨이퍼(WF)가 임의의 적합한 유형일 수 있도록 임의의 적합한 재료를 개별적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 층(W1) 및 제2 층(W2)은 개별적으로 실리콘(예를 들어, 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘), 실리콘 카바이드, 게르마늄, 질화 갈륨, 갈륨 비화물, 스테인리스 강 및 기타 적합한 고 강성 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 층(W1)은 웨이퍼(WF)가 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼(WF)가 되도록 단결정 실리콘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 제1 층(W1)은 웨이퍼(WF)가 POI(polysilicon on insulator)가 되도록 다결정 실리콘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 절연 층(W3)은 실리콘 산화물(예를 들어, 실리콘 이산화물)과 같은 산화물을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제1 층(W1), 절연 층(W3) 및 제2 층(W2)의 두께는 요구 사항(들)에 따라 개별적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 제1 층(W1)의 두께는 5μm이고, 제2 층(W2)의 두께는 350μm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 81에서, 보상 산화물 층(compensation oxide layer, CPS)은 웨이퍼(WF)의 제1 면에 선택적으로 형성될 수 있으며, 제1 면은 제2 층(W2)의 반대편에 있는 제1 층(W1)의 상면(W1a)보다 상부에 있어서, 제1 층(W1)은 보상 산화물 층(CPS)과 제2 층(W2) 사이에 있다. 보상 산화물 층(CPS)에 포함되는 산화물의 재료 및 보상 산화물 층(CPS)의 두께는 요구 사항(들)에 따라 설계될 수 있다.
도 18에서, 웨이퍼(WF)의 일측(제1 층(W1)상의)에 제1 전도 층(CT1) 및 액추에이팅 재료(actuating material, AM)가 순차적으로 형성되어, 제1 전도 층(CT1)이 액추에이팅 재료(AM)와 제1 재료 층(W1) 사이(예를 들어, 및/또는 액추에이팅 재료(AM)와 보상 산화물 층(CPS) 사이)에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전도 층(CT1)은 액추에이팅 재료(AM)와 접촉한다.
제1 전도 층(CT1)은 임의의 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있고, 액추에이팅 재료(AM)는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전도 층(CT1)은 백금과 같은 금속을 포함할 수 있고, 작동 재료(AM)는 압전 재료를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 압전 재료는 납-지르코네이트-티타네이트(lead-zirconate-titanate, PZT) 재료 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 제1 전도 층(CT1) 및 작동 재료(AM)의 두께는 요구 사항(들)에 따라 개별적으로 조정될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 작동 재료(AM), 제1 전도 층(CT1) 및 보상 산화층(CPS)이 패터닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 재료(AM), 제1 전도 층(CT1) 및 보상 산화물 층(CPS)은 순차적으로 패터닝될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 작동 재료(AM) 상에 분리 절연 층(SIL)을 형성하고 패터닝할 수 있다. 분리 절연 층(SIL)의 두께 및 분리 절연 층(SIL)의 재료는 요건(들)에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 분리 절연 층(SIL)의 재료는 산화물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 21에 도시된 바와 같이, 작동 재료(AM) 및 분리 절연 층(SIL) 상에 제2 전도 층(CT2)을 형성한 후, 제2 전도 층(CT2)을 패터닝할 수 있다. 제2 전도 층(CT2)의 두께 및 제2 전도 층(CT2)의 재료는 요구 사항에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 제2 전도 층(CT2)은 금속(백금 등)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
패턴화된 제1 전도 층(CT1)은 액추에이터(120)를 위한 제1 전극(EL1)으로 기능하고, 패턴화된 제2 전도 층(CT2)은 액추에이터(120)를 위한 제2 전극(EL2)으로 기능하며, 액추에이팅 재료(AM), 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2)은 액추에이터(120)를 압전 액추에이터로 만들기 위해 사운드 생성 칩(SPC)의 액추에이터(120)의 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2)은 작동 재료(AM)와 접촉하지만 이에 제한되지 않는다.
도 21에서, 분리 절연 층(SIL)은 제1 전도 층(CT1)의 적어도 일부를 제2 전도 층(CT2)의 적어도 일부와 분리하도록 구성될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(WF)의 제1 층(W1)을 패터닝하여 트렌치 라인(WL)을 형성할 수 있다. 도 22에서, 트렌치 라인(WL)은 제1 층(W1)이 제거된 부분이다. 즉, 트렌치 라인(WL)은 제1 층(W1)의 두 부분 사이에 있다
도 23에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(WF), 제1 전도 층(CT1), 작동 재료(AM), 분리 절연 층(SIL) 및 제2 전도 층(CT2)을 덮도록 제2 전도 층(CT2) 상에 선택적으로 보호 층(PL)을 형성할 수 있다. 보호 층(PL)은 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있으며 적절한 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 보호 층(PL)은 액추에이터(120)를 주변 노출로부터 보호하고 액추에이터(120)의 신뢰성/안정성을 보장하도록 구성될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 보호 층(PL)은 도 14에 도시된 전술한 컨포멀 레이어(CFL)일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 본 출원에서, 보호 층(PL)과 컨포멀 레이어(CFL)은 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
선택적으로, 도 23에서, 보호 층(PL)은 제2 전도 층(CT2)의 일부 및/또는 제1 전도 층(CT1)의 일부가 노출되도록 패터닝되어 외부 소자와 전기적으로 연결되는 연결 패드(CPD)를 형성할 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(WF)의 제2 층(W2)은 제2 층(W2)이 적어도 하나의 앵커 구조체(130)를 형성하도록 하고, 제1 층(W1)이 앵커 구조체(130)에 의해 고정된 멤브레인(110)을 형성하도록 패턴화될 수 있으며, 여기서 멤브레인은 110은 커플링 플레이트(116)와 커플링 플레이트(116)에 연결된 스프링 구조체(114)를 포함한다. 상세히 설명하면, 웨이퍼(WF)의 제2 층(W2)은 제1 부분과 제2 부분을 가질 수 있으며, 제2 층(W2)의 제1 부분은 제거될 수 있고, 제2 층(W2)의 제2 부분은 앵커 구조체(130)를 형성할 수 있다. 제2 층(W2)의 제1 부분이 제거됨에 따라 제1 층(W1)은 멤브레인(110)을 형성한다.
선택적으로, 도 24에서, 웨이퍼(WF)의 절연 층(W3)이 존재하므로 웨이퍼(WF)의 제2 층(W2)을 패터닝한 후, 제2 층(W2)의 제1 부분에 대응하는 절연 층(W3)의 일부도 제거할 수 있다. 제1 층(W1)이 멤브레인(110)을 형성하도록 만들지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 24에서, 제2 층(W2)의 제1 부분이 제거되어 제1 층(W1)이 멤브레인(110)을 형성하기 때문에, 트렌치 라인(WL)에 의해 멤브레인(110) 내부에 슬릿(SL)이 형성되어 관통한다. 그 결과, 슬릿(SL)에 의해 멤브레인(110)에 포함된 스프링 구조체(114)가 형성된다. 트렌치 라인(WL)에 의해 슬릿(SL)이 형성되므로, 슬릿(SL)의 요구 사항에 따라 트렌치 라인(WL)의 폭을 설계할 수 있다. 예를 들어, 트렌치 라인(WL)의 폭은 슬릿(SL)이 원하는 폭을 갖도록 하기 위해 5μm 이하, 3μm 이하 또는 2μm 이하일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 도 24에 도시된 바와 같이, 보호 층(PL)은 멤브레인(110)의 측벽 사이에 형성된 슬릿(SL), 즉 보호 층(PL의 수직 부분) 내에 형성될 수 있다. 보호 층(PL)(또는 컨포멀 레이어)을 형성하면 슬릿 폭이 줄어들거나 심지어(실질적으로) 슬릿을 밀봉하여 음파의 저주파에서 SPL 강하를 줄이거나 최소화한다.
도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사운드 생성 칩의 단면도를 나타내는 개략도이다. 다른 실시예에서, 도 24에 도시된 구조와 비교하면, 도 25에 도시된 구조는 웨이퍼(WF)의 절연 층(W3)을 갖지 않는다. 즉, 제1 층(W1)은 제2 층(W2) 상에 직접(접촉하여) 형성된다. 그 결과, 웨이퍼(WF)의 제2 층(W2)을 패터닝함으로써 멤브레인(110)이 웨이퍼(WF)의 제1 층(W1)으로 직접 형성된다. 이 경우, 제1 층(W1)(즉, 멤브레인(110))은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이하에서는 사운드 생성 칩(SPC)의 패키지 구조체(PKG)의 세부 사항을 더 예시적으로 설명한다. 패키지 구조체(PKG)는 예시적으로 제공되는 다음의 실시예에 의해 제한되지 않으며, 패키지 구조체(PKG)는 제1 유형, 제2 유형 또는 임의의 다른 적절한 유형인 사운드 생성 칩(SPC)을 가질 수 있다는 점에 유의한다.
도 26 내지 도 29를 참조하면, 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체의 베이스 및 집적 회로 칩을 도시한 평면도의 개략도이고, 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 평면도의 개략도이고, 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 저면도의 개략도이고, 도 29는 도 29의 A-A' 단면 선을 따라 취한 단면도의 개략도이다. 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사운드 생성 칩(SPC)의 패키지 구조체(PKG)는 하우징(HS) 및 하우징(HS) 내에 배치된 전술한 사운드 생성 칩(SPC)을 포함하며, 여기서 사운드 생성 칩(SPC)은 예를 들어 6 개의 멤브레인(110)을 가질 수 있다.
하우징(HS)은 베이스(BS), 상부 구조체(TS) 및 베이스(BS)와 상부 구조체(TS) 사이에 적어도 하나의 측벽(SW)을 포함할 수 있으며, 베이스(BS)와 상부 구조체(TS)는 실질적으로 서로 평행할 수 있다. 용어 "거의 평행"은 두 구성 요소 사이의 각도가 5도, 3도 또는 1도 이하일 수 있음을 의미한다. 이 실시예에서, 베이스(BS)와 상부 구조체(TS)는 멤브레인과 실질적으로 평행할 수 있다. 사운드 생성 칩(SPC)의 110 및 측벽(들)(SW)은 사운드 생성 칩(SPC)을 둘러쌀 수 있다.
베이스(BS), 상부 구조체(TS) 및 측벽(SW)은 단단하거나 유연할 수 있으며, 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스(BS), 상부 구조체(TS) 및 측벽(SW)은 개별적으로 실리콘, 게르마늄, 유리, 플라스틱, 석영, 사파이어, 금속, 폴리머(예를 들어, PI, PET), 임의의 다른 적절한 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 베이스(BS)는 라미네이트(예를 들어, 구리 클래드 라미네이트(copper clad laminate, CCL)), 랜드 그리드 어레이(land grid array, LGA) 보드 또는 전도성 재료를 포함하는 임의의 다른 적절한 보드를 포함하는 회로 보드일 수 있으므로, 기판은 연결 트레이스(들), 능동 구성 요소(들), 수동 구성 요소(들) 및/또는 연결 패드(들)와 같은 하나 이상의 전도성 구성 요소(들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 상부 구조체(TS) 및 측벽(SW)은 금속을 포함하고 일체형 구조체(예를 들어, 캡)를 형성할 수 있으며, 측벽(SW)은 접착제 구성 요소(들) ACP1을 통해 베이스(BS)에 연결될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 29에 도시된 바와 같이, 하우징(HS) 내부의 캐비티(CV)는 사운드 생성 칩(SPC)의 멤브레인(110)에 의해 두 개의 서브 캐비티(즉, 제1 서브 캐비티(CV1) 및 제2 서브 캐비티(CV2))로 분할될 수 있으며, 여기서 멤브레인(110)은 두 개의 하위 공동 사이에 있다. 제1 서브 캐비티(CV1)는 멤브레인(110)과 상부 구조체(TS) 사이에 있을 수 있고, 제2 서브 캐비티(CV2)는 멤브레인(110)과 베이스(BS) 사이에 있을 수 있다.
또한, 도 29에서, 하우징(HS)에는 적어도 하나의 제1 개구(OP1) 및 적어도 하나의 제2 개구(OP2)가 형성될 수 있으며, 여기서 제1 개구(OP1)는 제1 서브 캐비티(CV1)에 연결되고, 제2 개구(OP2)는 하위 캐비티(CV2)에 연결될 수 있다. 제1 개구(OP1) 및 제2 개구(OP2)는 베이스(BS), 상부 구조체(TS) 및/또는 측벽(들)(SW)과 같은 하우징(HS)의 임의의 적절한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 29에 도시된 바와 같이, 제1 개구(OP1)는 측벽(들)(SW)에 형성되고, 제2 개구(OP2)는 베이스(BS) 상에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 개구(들)(OP1)의 수, 제1 개구(들)(OP1)의 배열, 제2 개구(들)(OP2)의 수 및 제2 개구(들)(OP2)의 배열은 요구 사항에 기초하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 하우징(HS)은 6 개의 제2 개구(OP2)(직경은 0.3mm와 같지만 이에 제한되지 않음)를 가질 수 있고, 각 멤브레인(110)은 적어도 하나의 제2 개구(OP2)(예를 들어, 하나의 제2 개구(OP2)에 대응)에 대응할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 개구(OP2)와 겹치는 멤브레인(110)의 대응 위치는 요건(들)에 기초하여 설계될 수 있다.
사운드 생성 칩(SPC)은 베이스(BS)에 배치되는 임의의 적절한 방법을 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 29에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)은 적어도 하나의 접착제 구성 요소(ACP2)를 통해 베이스(BS)에 연결되어 사운드 생성 칩(SPC)이 베이스(BS)에 고정될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이 실시예에서, 적어도 하나의 접착제 구성 요소(ACP2)는 베이스(BS)와 사운드 생성 칩(SPC) 사이에 접촉할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 접착제 구성 요소(ACP1, ACP2)는 요구 사항(들)에 따라 전도성 또는 절연성일 수 있으며, 접착제 구성 요소(ACP1, ACP2)는 임의의 적절한 접착제 재료를 포함할 수 있다.
사운드 생성 칩(SPC)은 외부 장치에 전기적으로 연결되는 임의의 적절한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 27 및 도 29에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)의 상단은 적어도 하나의 연결 패드(CPD1)(예를 들어, 도 24 및 도 25에 도시된 제2 전도 층(CT2)으로 형성됨)를 가질 수 있고, 베이스(BS)는 적어도 하나의 연결 패드(CPD2)를 가질 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1) 및 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2)에 전도성 와이어(WR)가 연결되어, 사운드 생성 칩(SPC)이 전도성 와이어(WR), 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2) 및 베이스(BS)의 트레이스(들)를 통해 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이 경우, 접착제 구성 요소(ACP2)는 절연성일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1)는 접착제 구성 요소(ACP2)를 통해 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 접착제 구성 요소(ACP2)는 전도성일 수 있다(예를 들어, 접착제 구성 요소(ACP2)는 땜납일 수 있다). 예를 들어, 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1)는 사운드 생성 칩(SPC)의 하단에 있을 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1)는 사운드 생성 칩(SPC)의 트레이스를 통해 액추에이터(120)에 전기적으로 연결될 수 있으나(예를 들어, 트레이스는 사운드 생성 칩(SPC)의 관통 실리콘 비아에 있을 수 있음), 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1)는 플립 칩 패키지 에 의해 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2)와 전기적으로 연결될 수 있으나(즉, 사운드 생성 칩(SPC)가 뒤집혀 배치될 수 있음) 이에 국한되지 않는다.
도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 패키지 구조체(PKG)는 사운드 생성 칩(SPC)에 전기적으로 연결된(결합된) 집적 회로 칩 IC를 포함할 수 있고, 집적 회로 칩 IC는 구동 신호를 생성하도록 구성되고, 구동 신호는 액추에이터(120)에 인가되어 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있다.
집적 회로 칩 IC의 위치는 요구 사항(들)에 기초하여 조정될 수 있다. 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 집적 회로 칩 IC와 사운드 생성 칩(SPC)은 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn으로 중첩되어 패키지 구조체(PKG)의 크기를 줄일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 29에서, 앵커 구조체(130)는 집적 회로 칩 IC 상에 배치되고, 앵커 구조체(130)는 접착제 구성 요소(ACP2)를 통해 집적 회로 칩 IC에 연결되지만(즉, 앵커 구조체(130)는 집적 회로 칩 IC와 중첩될 수 있음) 이에 제한되지 않는다. 도 29에서, 집적 회로 칩 IC는 사운드 생성 칩(SPC)과 베이스(BS) 사이에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
특히, 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 베이스(BS) 상에 노치 캐비티(NV)가 형성되고, 집적 회로 칩 IC는 노치 캐비티(NV) 내에 배치된다. 이 실시예에서, 집적 회로 칩 IC의 상부는 회로 칩 표면(ICa)을 가지며, 베이스(BS)의 상부는 노치 캐비티(NV)를 둘러싸는(즉, 집적 회로 칩 IC를 둘러싸는) 베이스(BS)의 일부에 대응하는 베이스 표면(BSa)을 가지며, 회로 칩 표면(ICa)은 실질적으로 베이스 표면(BSa)에 정렬된다. 용어 "거의 정렬됨"은 두 구성 요소 간의 차이가 특정 임계 값보다 작거나 같을 수 있음을 의미한다. 도 29에 도시된 실시예에서, 특정 임계 값은 20μm, 10μm, 5μm, 3μm, 또는 1μm일 수 있다. 이 경우 집적 회로 칩 IC가 배치되는 노치 캐비티(NV)의 설계로 인해 사운드 생성 칩(SPC)을 집적 회로 칩 IC에 쉽게 배치할 수 있다.
집적 회로 칩 IC는 사운드 생성 칩(SPC)에 전기적으로 연결되도록 베이스(BS)의 전도성 컴포넌트에 전기적으로 연결되는 임의의 적절한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도. 26 및 도 29에 도시된 바와 같이, 집적 회로 칩 IC의 상부에는 적어도 하나의 연결 패드(CPD3)가 있을 수 있고, 전도성 와이어(WR)는 집적 회로 칩 IC의 연결 패드(CPD3) 및 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2)에 연결될 수 있으나. 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 집적 회로 칩 IC의 연결 패드(CPD3)는 집적 회로 칩 IC와 베이스(BS) 사이의 접착제 구성 요소(도면에 도시되지 않음)를 통해 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 여기서 접착제 구성 요소는 전도성일 수 있다.
패키지 구조체(PKG)는 선택적으로 적어도 하나의 수동 구성 요소(PSC) 및/또는 적어도 하나의 능동 구성 요소 ATC를 포함할 수 있다. 수동 구성 요소(PSC)는 저항, 커패시터, 인덕터 등을 포함할 수 있다. 능동 구성 요소(ATC)는 트랜지스터, 다이오드 등을 포함할 수 있다. 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)은 멤브레인(110)의 법선 방향 Dn으로 수동 구성 요소(PSC) 및 능동 구성 요소(ATC)와 중첩되어 패키지 구조체(PKG)의 크기를 줄일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 집적 회로 칩 IC 및 수동 구성 요소(PSC)는 베이스(BS)의 양측에 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
패키지 구조체(PKG)는 임의의 다른 적절한 구성 요소를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 패키지 구조체(PKG)는 보드-보드 커넥터(B2B)를 더 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 패키지 구조체(PKG)는 제1 개구(OP1) 및/또는 제2 개구(OP2)를 덮는 적어도 하나의 메쉬를 더 포함하여, 먼지 및/또는 액체가 사운드 생성 칩(SPC) 및/또는 하우징(HS) 내의 다른 구조체에 미치는 악영향을 감소시킬 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
패키지 구조체(PKG)를 형성하는 방법은 임의의 적절한 형성 방법일 수 있다. 일부 실시예의 형성 방법에서, 하우징(HS)이 제공될 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)은 전술한 방법으로 제조될 수 있다. 그런 다음, 사운드 생성 칩(SPC)이 하우징(HS) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 사운드 생성 칩(SPC)은 상부 구조체(TS) 및 측벽(SW)이 베이스(BS)에 배치되기 전에 베이스(BS)에 배치되지만, 이에 제한되지 않는다.
도 30을 참조하면, 도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다. 도 30에 도시된 바와 같이, 다른 패키지 구조체(PKG)에서, 수동 구성 요소(PSC), 집적 회로 칩 IC 및 사운드 생성 칩(SPC)은 베이스(BS)의 동일한 면에 배치될 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)의 앵커 구조체(들)(130)는 수동 구성 요소(PSC) 및 집적 회로 칩 IC와 중첩될 수 있다. 도 30에서, 사운드 생성 칩(SPC)의 앵커 구조체(들)(130)는 접착제 구성 요소(ACP2)를 통해 수동 구성 요소(PSC) 및 집적 회로 칩(IC)과 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 도 30에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1)와 집적 회로 칩(IC)의 연결 패드(CPD3) 사이에는 전도성 와이어(WR)가 전기적으로 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
더욱이, 도 30에서, 메쉬(MS1)는 제1 개구(OP1)를 덮을 수 있으며, 메쉬(MS1)는 하우징(HS) 내부에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 31을 참조하면, 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다. 도 31에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)은 집적 회로 칩 IC와 중첩될 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)은 집적 회로 칩 IC와 베이스(BS) 사이에서 중첩될 수 있다. 또한, 도 31에서, 집적 회로 칩 IC는 접착제 구성 요소(들)(ACP3)를 통해 사운드 생성 칩(SPC)에 전기적으로 연결될 수 있으나(예를 들어, 집적 회로 칩 IC는 플립 칩 패키지에 의해 사운드 생성 칩(SPC) 상에 배치될 수 있음), 이에 제한되지 않는다.
더욱이, 도 31에서, 메쉬(MS1)는 제1 개구(OP1)를 덮을 수 있고, 메쉬(MS2)는 제2 개구(OP2)를 덮을 수 있으며, 메쉬(MS1, MS2)는 하우징(HS) 외부에 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 32를 참조하면, 도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다. 도 32에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)은 집적 회로 칩 IC와 중첩되지 않을 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)과 집적 회로 칩 IC는 베이스(BS)의 동일한 면에 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 도 32에 도시된 바와 같이, 하우징(HS)의 상부 구조체(TS) 상에 제1 개구(OP1)가 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
(도면에 도시되지 않은) 일부 실시예에서, 사운드 생성 칩(SPC)은 집적 회로 칩 IC와 겹치지 않을 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC) 및 집적 회로 칩 IC는 베이스(BS)의 동일한 면에 배치될 수 있으며, 전도성 와이어(WR)는 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1)와 집적 회로 칩(IC)의 연결 패드(CPD3) 사이에 전기적으로 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 33을 참조하면, 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 나타내는 단면도의 개략도이다. 도 33에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC)은 집적 회로 칩 IC와 중첩될 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)과 집적 회로 칩 IC는 베이스(BS)의 서로 다른 측면에 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 즉, 집적 회로 칩 IC는 하우징(HS) 외부에 배치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 34를 참조하면, 도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다. 도 34에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 칩(SPC) 및 집적 회로 칩 IC는 하우징(HS) 내부에 배치될 수 있고, 사운드 생성 칩(SPC)은 접착제 구성 요소(ACP2)를 통해 하우징(HS)의 상부 구조체(TS)에 연결될 수 있으며, 집적 회로 칩 IC는 접착제 구성 요소(도 34에 도시되지 않음)를 통해 베이스(BS)에 연결되고, 사운드 생성 칩(SPC)은 집적 회로 칩 IC와 중첩될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
선택적으로, 도 34에서, 하우징(HS)의 측벽(SW)은 전도성 접착제 구성 요소(ACP1)를 통해 베이스(BS)의 연결 패드(CPD2)에 전기적으로 연결된 전도성 구조체(CSS)를 가질 수 있으며, 전도성 와이어(WR)는 전기적 연결을 위해 전도성 구조(CSS)와 사운드 생성 칩(SPC)의 연결 패드(CPD1) 사이에 연결되지만 이에 제한되지는 않는다.
더욱이, 도 34에서, 제1 개구(OP1)는 하우징(HS)의 상부 구조체(TS)에 형성되고, 제2 개구(OP2)는 하우징(HS)의 측벽(들)(SW)에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 35를 참조하면, 도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체를 도시한 단면도의 개략도이다. 도 35에 도시된 바와 같이, 하우징(HS)의 상부 구조체(TS) 및 측벽(SW)은 일체형 구조를 형성하지 않으며, 측벽(SW)은 접착제 구성 요소에 의해 상부 구조체(TS) 및 베이스(BS)에 연결될 수 있다(접착제 구성 요소는 전도성일 수 있고 또는 절연성일 수도 있다). 예를 들어, 상부 구조체(TS), 측벽(SW) 및 베이스(BS)는 회로 기판일 수 있으며, 상부 구조체(TS)에 연결된 전자 구성 요소(예를 들어, 집적 회로 칩 IC)는 측벽(SW)에서 연결 트레이스(TRS)를 통해 베이스(BS)에 연결되는 전자 구성 요소(예를 들어, 사운드 생성 칩(SPC)에 전기적으로 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 도 35에서, 사운드 생성 칩(SPC)은 플립 칩 패키지에 의해 베이스(BS)에 배치되고, 집적 회로 칩 IC는 플립 칩 패키지에 의해 상부 구조(TS)에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 35에서, 수동 구성 요소(PSC)는 하우징(HS) 내부에 배치될 수 있고, 수동 구성 요소(PSC)는 상부 구조체(TS) 및 베이스(BS)에 각각 연결될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이하에서, 전술한 사운드 생성 칩(SPC)을 갖는 사운드 생성 장치(APT)의 세부 사항이 더 예시적으로 설명될 것이다. 사운드 생성 장치(APT)는 예시적으로 제공되는 다음의 실시예에 의해 제한되지 않으며, 사운드 생성 장치(APT)에 포함된 사운드 생성 칩(SPC)은 제1 유형, 제2 유형 또는 임의의 다른 적절한 유형일 수 있다. 사운드 생성 칩(SPC)의 패키지 구조체(PKG)는 전술한 실시예 중 하나이거나 전술한 실시예의 조합일 수 있다.
도 36을 참조하면, 도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 생성 장치를 도시한 단면도의 개략도이다. 도 36에 도시된 바와 같이, 사운드 생성 장치(APT)는 외부 케이싱(OC), 사운드 생성 칩(SPC)의 패키지 구조체(PKG) 및 장치 베이스(BS_AS)를 포함할 수 있으며, 패키지 구조체(PKG)는 장치 베이스(BS_AS) 및 외부 케이싱(OC) 내부에 배치될 수 있다.
장치 베이스(BS_AS)는 실리콘, 게르마늄, 유리, 플라스틱, 석영, 사파이어, 금속, 폴리머(예를 들어, PI, PET), 임의의 다른 적절한 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 36에서, 장치 베이스(BS_AS)는 라미네이트(예를 들어, 구리 클래드 라미네이트, CCL), 랜드 그리드 어레이(LGA) 보드 또는 전도성 재료를 포함하는 임의의 다른 적절한 보드를 포함하는 회로 보드일 수 있으므로, 기판은 연결 트레이스(들), 능동 구성 요소(들), 수동 구성 요소(들) 및/또는 연결 패드(들)와 같은 구성 요소(들)와 같은 하나 이상의 전도성을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 36에서, 장치 베이스(BS_AS)는 적어도 하나의 장치 베이스 개구(BS_ASp)를 가질 수 있고, 패키지 구조체(PKG)의 제2 서브 캐비티(CV2)는 패키지 구조체(PKG)의 제2 개구(OP2)를 통해 장치 베이스(BS_AS)의 장치 베이스 개구(BS_ASp)에 연결될 수 있다. 즉, 패키지 구조체(PKG)의 제2 서브 캐비티(CV2)는 제2 개구(OP2) 및 장치 베이스 개구(BS_ASp)를 통해 사운드 생성 장치(APT)의 주변 환경 후면에 연결될 수 있다.
도 36에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(OC)은 적어도 하나의 출구 개구(OCp)를 가질 수 있으며, 패키지 구조체(PKG)의 제1 서브 캐비티(CV1)는 패키지 구조체(PKG)의 제1 개구(OP1) 및 외부 케이싱(OC)의 출구 개구(OCp)를 통해 사운드 생성 장치(APT) 앞의 주변 환경과 연결될 수 있다.
선택적으로, 이 실시예의 외부 케이싱(OCR)은 장치 베이스(BS_AS) 및 패키지 구조체(PKG)를 클램핑할 수 있으므로(예를 들어, 외부 케이싱(OCR)은 장치 베이스(BS_AS)의 측벽(들) 및 패키지 구조체(PKG)의 측벽(들)(SW)과 접촉할 수 있다), 장치 베이스(BS_AS)와 패키지 구조체(PKG)를 더 고정하고, 사운드 생성 장치(APT)에서 제1 서브 캐비티(CV1)와 제2 서브 캐비티(CV2)를 서로 분리하지만, 이에 제한되지는 않는다. 선택적으로, 사운드 생성 장치(APT)에는 개스킷이 더 포함될 수 있으며, 개스킷은 패키지 구조체(PKG)와 외부 케이싱(OC) 사이에 배치될 수 있고, 개스킷은 배출구(들)(OCp)를 둘러쌀 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 36에서, 패키지 구조체(PKG)는 표면 실장 기술을 통해 사운드 생성 장치(APT)에 조립될 수 있으며, 여기서 전도성 접착층(CAL)(예를 들어, 솔더 포함)은 표면 실장 기술에 의해 장치 베이스 개구(BS_ASp)와 패키지 구조체(PKG)의 베이스(BS) 사이에 배치되어, 패키지 구조체(PKG)가 장치 베이스(BS)에 배치되도록 한다.
본 발명에서는 표면 실장 기술이 수행되기 때문에 패키지 구조체(PKG)는 표면 실장 기술의 최고 공정 온도를 견딜 수 있도록 설계되어야 할 수도 있다. 결과적으로 패키지 구조체(PKG)는 표면 실장 기술의 최고 공정 온도보다 상한이 높은 내열 온도를 가지므로 패키지 구조체(PKG)의 고장이 발생하지 않고 패키지 구조체(PKG)가 표면 실장 기술을 수행한 후 정상 작동을 유지할 수 있다(즉, 음파가 정상적으로 생성될 수 있다). 일부 실시예에서, 표면 실장 기술의 최고 공정 온도는 240℃ 내지 250℃ 범위일 수 있으며, 따라서 패키지 구조체(PKG)의 내열 온도의 상한은 240℃ 이상 또는 250℃ 이상일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 더욱이, 일부 실시예에서, 패키지 구조체(PKG)에 포함된 각 재료는 표면 실장 기술의 최고 공정 온도보다 높은 상한을 갖는 내열 온도를 가져서 패키지 구조체(PK)가 표면 실장 기술을 실시하는 동안 손상되지 않도록 보장한다. 예를 들어, 패키지 구조체(PKG)에 포함된 각 재료는 상한이 240℃ 이상 또는 250℃ 이상인 내열 온도를 갖지만 이에 제한되지 않는다.
이하, 표면 실장 기술을 설명하고, 이하의 표면 실장 기술은 일례이며, 표면 실장 기술의 설명을 명확하게 하기 위해 일부 단계를 생략한다.
표면 실장 기술의 공정에서, 적어도 하나의 전도성 패드(BS_ASc), 적어도 하나의 전도성 트레이스 및 장치 베이스 개구(BS_ASp)를 갖는 장치 베이스(BS_AS)가 먼저 제공될 수 있고, 여기서 전도성 패드(BS_ASc) 및 장치 베이스 개구(BS_ASp)는 표면 실장 기술을 수행하기 전에 형성될 수 있다. 그런 다음, 전도성 접착층(CAL)은 장치 베이스(BS_AS)의 전도성 패드(BS_ASc) 상에 배치된다. 예를 들어, 전도성 접착층(CAL)은 장치 베이스(BS_AS) 상에 인쇄될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 다음으로, 사운드 생성 칩(SPC)의 패키지 구조체(PKG)와 같은 전자 구성 요소를 전도성 접착층(CAL) 위에 놓고 접촉하고, 여기서 패키지 구조체(PKG)의 연결 패드(CPD2)는 전도성 접착층(CAL)과 접촉한다. 그런 다음, 온도 상승 단계(예를 들어, 리플로우 단계(reflow step))를 수행하여 공정 온도를 상승시켜 전도성 접착층(CAL)이 용융되어 장치 베이스(BS_AS)의 전도성 패드(BS_ASc)와 패키지 구조체(PKG)의 연결 패드(CPD2)에 접착되도록 한다. 그 결과, 표면 실장 기술을 이용하여 패키지 구조체(PKG)가 장치 베이스(BS_AS) 상에 배치되고 전도성 접착층(CAL)을 통해 전도성 패드(BS_ASc)와 전기적으로 연결된다.
기존 스피커 또는 기존 사운드 생성 장치에서 일부 구성 요소(예를 들어, 코일에 부착된 고무 서스펜션 및/또는 접착 재료)는 표면 실장 기술의 최고 공정 온도를 견딜 수 없기 때문에 표면 실장 기술은 기존 스피커(또는 기존 사운드 생성 장치)에 사용될 수 없다. 이에 비해 본 발명에서는 패키지 구조체(PKG)가 표면 실장 기술의 최고 공정 온도를 견딜 수 있도록 설계되었기 때문에 패키지 구조체(PKG)의 고장이 발생하지 않으며, 패키지 구조체(PKG)는 표면 실장 기술 수행 후 정상적으로 작동할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 표면 실장 기술이 적용되기 때문에 와이어 본딩 방법/공정(전자 구성 요소와 장치 베이스(BS_AS) 사이를 전기적으로 연결하기 위해 전도성 와이어를 사용하는 방법/공정)을 수행할 필요가 없으므로, 사운드 생성 장치(APT)의 측면 크기를 크게 줄일 수 있다.
사운드 생성 장치(APT)를 형성하는 방법은 임의의 적절한 형성 방법일 수 있다. 일부 실시예의 사운드 생성 장치(APT)를 형성하는 방법에서, 패키지 구조체(PKG)는 전술한 방법으로 형성될 수 있다. 그런 다음, 패키지 구조체(PKG)는 표면 실장 기술을 통해 사운드 생성 장치(APT)에 조립될 수 있다. 예를 들어, 패키지 구조체(PKG)는 표면 실장 기술을 통해 사운드 생성 장치(APT)의 장치 베이스(BS_AS)에 배치된다.
요약하면, 본 발명은 음질을 향상시킬 수 있도록 멤브레인의 제1 공진 주파수 fR이 입력 오디오 대역의 최대 주파수 fmax보다 높은 사운드 생성 장치를 제공한다. 또한, 본 발명에서는 사운드 생성 칩의 패키지 구조체, 사운드 생성 장치, 사운드 생성 칩의 제조 방법, 패키지 구조체를 형성하는 방법 및 사운드 생성 장치를 형성하는 방법이 더 제공된다.
당업자는 본 발명의 교시를 유지하면서 장치 및 방법의 수많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 개시는 첨부된 청구 범위의 범위와 범위에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (27)
- 패키지 구조체로서,
하우징; 및
상기 하우징 내부에 배치된 사운드 생성 칩
을 포함하며, 상기 사운드 생성 칩은:
커플링 플레이트 및 상기 커플링 플레이트에 연결된 스프링 구조체를 포함하는 멤브레인; 및
상기 멤브레인을 작동시키기 위해 입력 오디오 신호에 대응하는 구동 신호를 수신하도록 구성된 액추에이터 - 상기 입력 오디오 신호 및 상기 구동 신호는 최대 주파수에서 상한을 가지는 입력 오디오 대역을 가짐 -;
를 포함하며,
상기 스프링 구조체는 상기 커플링 플레이트와 상기 액추에이터 사이에 위치하며;
상기 커플링 플레이트는 상기 스프링 구조체를 통해 상기 액추에이터에 의해 이동하도록 작동되고;
상기 멤브레인은 구동 플레이트를 더 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 구동 플레이트 상에 배치되고, 상기 스프링 구조체는 상기 구동 플레이트와 상기 커플링 플레이트 사이에 연결되며,
상기 멤브레인은 상기 최대 주파수보다 높은 제1 공진 주파수(first resonance frequency)를 가지는, 패키지 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 하우징 상에 제1 개구가 형성되고, 상기 하우징은 상부 구조체 및 측벽을 포함하고, 상기 상부 구조체는 상기 멤브레인에 실질적으로 평행하며, 상기 제1 개구는 사기 상부 구조체 상에 형성되는, 패키지 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 하우징 상에 제1 개구가 형성되고, 상기 하우징은 상부 구조체 및 측벽을 포함하고, 상기 제1 개구는 상기 측벽 상에 형성되는, 패키지 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 하우징은 베이스를 포함하고, 상기 베이스 상에 제2 개구가 형성되는, 패키지 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 사운드 생성 칩에 결합된 집적 회로 칩을 더 포함하고, 상기 집적 회로 칩은 상기 구동 신호를 생성하도록 구성된, 패키지 구조체. - 제5항에 있어서,
상기 집적 회로 칩과 상기 사운드 생성 칩은 상기 멤브레인의 법선 방향으로 중첩되는, 패키지 구조체. - 제5항에 있어서,
상기 사운드 생성 칩은 앵커 구조체를 포함하고, 상기 앵커 구조체는 집적 회로 칩에 배치되는, 패키지 구조체. - 제5항에 있어서,
상기 하우징은 베이스를 포함하고, 상기 베이스 상에 노치 캐비티(notch cavity)가 형성되고, 상기 집적 회로 칩은 상기 노치 캐비티 내에 배치되는, 패키지 구조체. - 제8항에 있어서,
상기 집적 회로 칩의 회로 칩 표면은 상기 집적 회로 칩을 둘러싸는 상기 베이스의 일부에 대응하는 베이스 표면에 실질적으로 정렬되는, 패키지 구조체. - 제5항에 있어서,
수동 구성 요소(passive component)를 더 포함하는 패키지 구조체. - 제10항에 있어서,
상기 하우징은 베이스를 포함하고, 상기 집적 회로 칩과 상기 수동 구성 요소는 상기 베이스의 반대 측면에 배치되는, 패키지 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 패키지 구조체는 표면 실장 기술을 통해 사운드 생성 장치로 조립되는, 패키지 구조체. - 사운드 생성 칩 제조 방법으로서,
제1 층(layer) 및 제2 층을 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기 웨이퍼의 제1 면 상에 액추에이팅 재료를 형성하고 패턴화하는 단계;
트렌치 라인을 형성하기 위해 상기 웨이퍼의 제1 층을 패터닝하는 단계; 및
상기 웨이퍼의 제2 층의 제1 부분을 제거하는 단계
를 포함하며,
상기 제2 층의 제2 부분은 적어도 하나의 앵커 구조체를 형성하고, 상기 패턴화된 제1 층은 상기 적어도 하나의 앵커 구조체에 의해 고정된 멤브레인을 형성하고;
상기 트렌치 라인으로 인해 멤브레인 내부에 슬릿이 형성되어 상기 슬릿이 상기 멤브레인을 관통하고;
상기 멤브레인은 커플링 플레이트 및 상기 커플링 플레이트에 연결된 스프링 구조체를 포함하고, 상기 스프링 구조체는 상기 슬릿으로 인해 형성되고;
상기 스프링 구조체는 상기 커플링 플레이트와 액추에이터 사이에 위치하고, 상기 액추에이터는 상기 액추에이팅 재료를 포함하며;
상기 액추에이터는 상기 멤브레인을 작동시키기 위해 입력 오디오 신호에 대응하는 구동 신호를 수신하도록 구성되고,
상기 입력 오디오 신호 및 상기 구동 신호는 최대 주파수에서 상한을 가지는 입력 오디오 대역을 가지며;
상기 커플링 플레이트는 상기 스프링 구조체를 통해 상기 액추에이터에 의해 이동하도록 작동되고;
상기 멤브레인은 구동 플레이트를 더 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 구동 플레이트 상에 배치되며, 상기 스프링 구조체는 상기 구동 플레이트와 상기 커플링 플레이트 사이에 연결되며,
상기 멤브레인은 상기 최대 주파수보다 높은 제1 공진 주파수(first resonance frequency)를 가지는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 웨이퍼 내에서 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 절연 층이 형성되고, 제조 사운드 생성 칩 제조 방법은:
상기 슬릿이 상기 멤브레인을 관통하도록 상기 절연 층의 일부를 제거하는 단계
를 포함하는 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 층은 단결정 실리콘을 포함하고, 상기 웨이퍼는 절연체 웨이퍼 상의 실리콘인, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 층은 다결정 실리콘을 포함하고, 상기 웨이퍼는 절연체 웨이퍼 상의 폴리실리콘인, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 층은 상기 제2 층 상에 직접 형성되는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1 층은 산화물을 포함하는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제1 층은 실리콘 산화물을 포함하는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 액추에이팅 재료와 상기 웨이퍼의 제1 층 사이에 제1 전도 층을 형성하고 패터닝하는 단계
를 포함하며,
상기 패턴화된 제1 전도 층은 상기 액추에이터를 위한 제1 전극으로서 기능하는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 액추에이팅 재료 상에 제2 전도 층을 형성하고 패턴화하는 단계
를 포함하며,
상기 패턴화된 제2 전도 층은 상기 액추에이터를 위한 제2 전극으로서 기능하는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제21항에 있어서,
상기 제2 전도 층을 덮는 보호 층을 형성하는 단계
를 포함하는 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제22항에 있어서,
상기 보호 층은 상기 슬릿 내에 형성되는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 액추에이팅 재료는 압전 재료를 포함하는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 압전 재료는 납-지르코네이트-티타네이트 재료(lead-zirconate-titanate material)를 포함하는, 사운드 생성 칩 제조 방법. - 패키지 구조체 형성 방법으로서,
하우징을 제공하는 단계;
제13항에 따른 방법에 의해 사운드 생성 칩을 제조하는 단계; 및
상기 하우징 내에 사운드 생성 칩을 배치하는 단계
를 포함하는 패키지 구조체 형성 방법. - 사운드 생성 장치의 형성 방법으로서,
제26항에 따른 방법에 의해 패키지 구조체를 형성하는 단계; 및
표면 실장 기술을 통해 상기 패키지 구조체를 상기 사운드 생성 장치에 조립하는 단계
를 포함하는 사운드 생성 장치의 형성 방법.
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