KR20040018041A - 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법 - Google Patents

콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조 방법에 관한 것으로서, 기계적, 물리적, 화학적 특성은 우수하면서도 제조 원가가 저렴한 진동막을 제조하는 것을 그 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 제조방법에 있어서, 직류자계 스퍼터 장치의 진공챔버 내부에 설치된 음극부의 상측면에 타겟부를 장착하고 진공챔버 내부로 고분자 필름을 투입한 후, 음극부에 직류전압을 인가하여 상기 음극부의 상부에 설치된 타겟부로부터 방출된 타겟 입자가 고분자 필름의 일면에 코팅되어 박막층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 종래의 고분자 필름이 가지고 있던 열 안정성, 내습성 및 내화학성에 대한 결함을 제거하여 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 또한 그 제조 단가가 저렴하며, 전기전도도, 내식성 등의 물성이 우수한 진동막을 제조할 수 있다.

Description

콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법{Manufacturing method of condenser microphone diaphragm}
본 발명은 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직류자계 스퍼터 장치(DC Magnetron Sputter Machine)를 이용하여 수 마이크로미터(㎛) 두께의 고분자 필름 일면에 도전성 금속박막을 형성시키는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로폰은 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하는 방식에 따라 탄소입자의 전기적 저항 특성을 이용한 카본형과, 로셀염(rochelle salt)의 압전기 효과를 이용하는 결정형, 코일이 장착된 진동판을 자기장 속에 진동시켜 유도전류를 발생시키는 가동 코일형, 자기장 내에 장치된 금속막이 음파를 받아 진동하면 유도전류를 발생하는 것을 이용한 속도형(velocity microphone), 음파에 의한 막의 진동으로 정전용량이 변하는 것을 이용한 콘덴서형 등으로 구분된다.
특히, 콘덴서 마이크로폰은 전기적으로 측정된 두 판이 그 거리의 변화에 따라 커패시턴스 양이 변화한다는 원리로 구성된 음압측정장치로서 가청주파수대역에서 그 측정범위가 넓고 동적특성이 우수하여 정밀계측용으로 가장 널리 쓰이는 마이크로폰이다.
이러한, 콘덴서 마이크로폰은 도 1 에 도시된 바와 같이, 음향부(acoustic part)와 PCB 회로부(circuit part)로 구분되어 하나의 케이스(10)에 의해 일체로 조립되어 있다.
먼저, 음향부는 스페이서(spacer;12)를 사이에 두고 진동막(14)과 백 플레이트(Back plate;16)가 마주하고 있고, 진동막(14)은 폴라링(18)을 통해 음공(20)이 형성된 케이스(10)측에 지지되며, 백플레이트(16)는 기구물(22)에 의해 PCB 기판(24)상에 지지되어 있다. 그리고, PCB 기판(24)상에는 JFET(26)가 실장되어 있다.
특히, 진동막(14)은 도 2 에 도시된 바와 같이, 고분자 필름(14a)의 일측면에 금속박막(14b)을 증착시키거나 스퍼터링시켜 형성되는 데, 고분자 필름으로 PET 필름이나 FEP 필름이 사용되고 이러한 고분자 필름의 일측면에 고순도의 니켈을 증착(evaporation)시키거나 고순도의 금(Au)을 스퍼터링(sputtering)시켜 고분자 필름 일면에 한 종류의 금속성 박막을 형성시키는 방법으로 제조되었다.
그러나, 이와 같이 종래의 진동막은 열 안정성과 습기에 약해 진동막 자체에 세심한 관리가 필요하고 외부 환경에 노출되었을 경우 민감하게 반응할 수 있으므로 이러한 진동막을 마이크로폰에 적용할 경우 마이크로폰 자체의 감도가 불안하거나 저하될 위험성을 내포하고 있었다.
또한, 박막형성 방법론적으로 니켈 증착방법을 이용하여 금속박막을 형성하면 균일한 금속박막을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 고분자 필름과의 결합 강도가 약한 단점이 있고, 순수한 금(Au, 99.99%) 스퍼터링 방법을 사용하면 박막의 균일성과 우수한 전기 전도 특성 및 우수한 진동특성과 강한 결합강도를 얻을 수 있지만 금을 사용함에 따른 제조 단가가 너무 높은 문제점을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 직류자계 스퍼터 장치를 이용하여 수 마이크로미터 두께의 고분자 필름 일면에 도전성 금속박막을 형성시켜 기계적, 물리적, 화학적 특성이 우수한 콘덴서 마이크로폰용 진동막을 제조하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 내습성, 내후성, 내화학성 및 내열성이 우수하여 외부 환경 변화에 의한 물성 변화가 극히 적은 고분자 필름을 적용함과 더불어 우수한 전기 전도 특성을 나타낼 수 있는 금속박막 소재와 스퍼터링 방법을 적용함으로서 경제적, 물성적 측면에서 우수한 진동막을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 고분자필름 일면에 코팅되는 금속박막을 전기적 특성이 우수하면서도 단가가 저렴한 타켓으로 코팅시킴으로서 제조단가를 감소시키는 데 있다.
도 1 은 종래의 콘덴서 마이크로폰을 나타낸 측면도.
도 2 는 도 1 의 진동막의 종단면도.
도 3a 은 본 발명의 제1실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 종단면도.
도 3b 는 도 3a 의 제조공정을 나타낸 도면.
도 4a 는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 종단면도.
도 4b 는 도 4a 의 제조공정을 나타낸 도면.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
110 : 고분자 필름 120 : 제1박막층
130 : 제2박막층 130 : 제3박막층
전술한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 구성은 다음과 같다. 즉, 본 발명은 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 제조방법에 있어서, 직류자계 스퍼터 장치(DC Magnetic Sputter Machine)의 진공챔버 내부에 설치된 음극부의 상측면에 타겟부를 장착하고 진공챔버 내부로 고분자 필름을 투입한 후, 음극부에 직류전압을 인가하여 음극부의 상부에 설치된 타겟부로부터 방출된 타겟 입자가 고분자 필름의 일면에 코팅되어 박막층을 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 고분자 필름은 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide;PPS) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate;PEN)인 것을 특징으로 한다.
또한, 타겟부는 하나 또는 둘 이상의 금속이 고분자 필름에 코팅되는 순서에 따라 나누어져 장착되어 동일한 금속 2 개가 장착되는 데, 상기한 타겟부는 순수 금(Au 99.99%), 18K의 금 합금(Au 75%, Ag 12.5%, Cu 12.5%), 14K의 금 합금(Au 60%, Ag 20%, Cu 20%), 순수 은(Ag 99.99%), 순수 구리(Cu 99.99%), ITO(산화인듐주석, In2O3-SnO2) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 타겟부는 하나 또는 둘 이상의 금속이 고분자 필름에 코팅되는 순서에 따라 나누어져 장착되어 서로 다른 종류의 금속 2 개가 장착되는 것을 특징으로 하는 데, 1차 타겟부에 ITO(산화인듐주석;In2O3-SnO2)와 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 순수 은(Ag 99.99%)과 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 순수 구리(Cu 99.99%)와 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 18K의 금 합금(Au 75%, Ag 12.5%, Cu 12.5%)과 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 14K의 금 합금(Au 60%, Ag 20%, Cu 20%)과 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3a 은 본 발명의 제1실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 종단면도이고, 도 3b 는 도 3a 의 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 3a 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법에 의해 제조된 콘덴서 마이크로폰용 진동막은 고분자 필름(110)과 고분자 필름(110)의 일면에 코팅된 제1박막층(120)으로 형성된다.
먼저, 고분자 필름(110)은 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide;PPS) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate)로서, 이들은 내습성, 내후성, 내화학성 및 내열성이 우수하여 외부 환경 변화에 의한 물성 변화가 극히 적다.
다음으로, 상기한 고분자 필름(110)의 일면에 코팅되는 제1박막층(120)은 직류자계 스퍼터링 장치(DC Magnetic Sputter Machine)에 의해 순수 금(Au, 99.99%) 또는 금 합금인 18K(Au 75%, Ag 12.5%, Cu 12.5%) 또는 14K(Au 60%, Ag 20%, Cu 20%) 또는 순수 은(Ag 99.99%) 또는 순수 구리(Cu 99.99%) 또는 ITO(산화인듐주석, In2O3-SnO2)가 인가된 전압에 의해 스퍼터링되어 상기한 고분자 필름(110)에 코팅형성된 것이다.
도 3b 는 전술한 제1박막층(120)이 고분자 필름(110)에 증착되는 공정을 도시한 것으로서, 이러한 공정을 수행하는 장치는 롤 투 롤(Roll to Roll) 방식의 직류자계 스퍼터 장치이다.
스퍼터 장치는 도 3b 에 도시된 바와 같이, 진공을 유지하는 챔버(100), 고분자 필름(110)을 투입하는 필름 투입 롤러(102)와 필름 투입 롤러(102)로부터 투입되는 고분자 필름(110)을 가이드하여 고분자 필름(110)이 권취되도록 상기한 챔버(100)내부에서 고분자 필름(110)을 가이드하는 소정 갯수의 가이드 롤러(106)와 보조롤러(106a), 양극부(도시되지 않음)와 함께 인가된 직류전압으로 플라즈마를 발생시키는 음극부(108), 및 음극부(108)의 상면에 장착되어 인가된 직류전압에 의해 타겟 입자가 방출되는 제1타겟부(120a)가 구성된다.
이러한 직류자계 스퍼터 장치를 이용한 본 발명의 제1실시예에 따른 진동막 제조공정은 먼저, 스퍼터링 공정으로서 초기 진공펌핑에 의해 스퍼터링 챔버(100)내의 진공도를 안정화 시키고 진공상태가 유지된 챔버(100) 내에 스퍼터링을 활성화시킬 수 있는 아르곤(Ar) 가스를 일정한 양으로 주입시키는 상태에서 양극부(도시하지 않음)와 음극부(108)에 직류전압을 인가하여 플라즈마를 발생시킴으로써 음극부(108)상에 장착된 순수 금 또는 금 합금(18K 또는 14K) 또는 순수 은 또는 순수 구리 또는 ITO 타겟의 제1타겟부(120a)로부터 타겟 입자들이 튀어 나와 모재인 고분자 필름(100) 즉, 폴리페닐렌 설파이드 필름 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름에 코팅되어 제1박막층(120)이 형성된다.
다음은 본 발명의 제2실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법에 대한 설명이다.
도 4a 는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 종단면도이며, 도 4b 는 도 4a 의 제조공정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2실시예 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법에 의해 제조된 콘덴서 마이크로폰용 진동막은 고분자 필름(110)과 고분자 필름(110)의 일면에 코팅된 제1박막층(130)과 제2박막층(140)으로 형성된다.
제1박막층(130)과 제2박막층(140)은 직류자계 스퍼터링 장치(DC Magnetic Sputter Machine)에 의해 제1박막층(130)에 ITO와 제2박막층(140)에 순수 금, 제1박막층(130)에 순수 은과 제2박막층(140)에 순수 금, 제1박막층(130)에 순수 구리와 제2박막층(140)에 순수 금, 제1박막층(130)에 금 합금(18K 또는 14K)와 제2박막층(140)에 순수 은의 입자들이 각각 제1차 및 제2차로 박막형성된 것이다.
결국, 고분자 필름(110)에는 1차 박막형성과정에 의한 제1박막층(130)이 코팅된 후에 다시 2차 박막형성과정에 의한 제2박막층(140)이 코팅되어 전기적 특성은 물론 내후성과 내화학성이 우수하게 코팅된다. 따라서, 물리적, 화학적 물성은 우수하면서도 제조 단가가 크게 절감된 콘덴서 마이크로폰용 진동막을 제작할 수 있다.
도 4b 는 고분자 필름(110)에 제1박막층(130)과 제2박막층(140)이 형성되는 공정을 나타낸 것으로서, 이러한 공정을 수행하는 장치는 제1실시예와 같이 롤 투 롤(Roll to Roll) 방식의 직류자계 스퍼터 장치이다.
스퍼터 장치는 도 4b 에 도시된 바와 같이, 진공을 유지하는 챔버(100), 고분자 필름(110)을 투입하는 필름 투입 롤러(102)와 필름 투입 롤러(102)로부터 투입되는 고분자 필름(110)을 가이드하여 고분자 필름(110)이 권취되도록 상기한 챔버(100)내부에서 고분자 필름(110)을 가이드하는 소정 갯수의 가이드 롤러(106)와 보조롤러(106a), 양극부(도시되지 않음)와 함께 인가된 직류전압으로 플라즈마를 발생시키는 음극부(108), 음극부(108)의 상면에 형성되어 인가된 직류전압에 의해 타겟 입자가 방출되어 상기한 고분자 필름(110)에 각각 제1박막층(130)과 제2박막층(140)을 형성하는 제1타겟부(130a) 및 제2타겟부(140a)가 구성된다.
이러한 직류자계 스퍼터 장치를 이용한 본 발명의 제2실시예에 따른 진동막 제조공정은 먼저, 스퍼터링 공정으로서 초기 진공펌핑에 의해 스퍼터링 챔버(100)내의 진공도를 안정화 시키고 진공상태가 유지된 챔버(100) 내에 스퍼터링을 활성화시킬 수 있는 아르곤(Ar) 가스를 일정한 양으로 주입시키는 상태에서 양극부(도시하지 않음)와 음극부(108)에 직류전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 데, 음극부(108)상의 제1타겟부(130a)에 ITO와 제2타겟부(130b)에 순수 금, 제1타겟부(130a)에 순수 은과 제2타겟부(140a)에 순수 금, 제1타겟부(130a)에 순수 구리와 제2타겟부(140a)에 순수 금, 제1타겟부(130a)에 금 합금(18K 또는 14K)과 제2타겟부(140a)에 순수 금을 장착시켜 스퍼터링하여 고분자 필름(110)의 차례로 박막형성한다.
게다가, 진동막에 형성되는 제1박막층(130) 및 제2박막층(140)의 종류에 따라 진동막의 진동 특성이 달라지므로 마이크로 폰 특성상 요구되는 조건에 따라서 위의 스퍼터링 방법 중 가장 적절한 방법을 선택하여 진동막을 제조할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 종래에 사용된 PET, FEP 필름이 가지고 있던 열 안정성, 내습성 및 내화학성에 대한 결함을 폴리페닐렌 설파이드 필름또는 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름으로 대처함으로서 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 금속박막의 소재로서 단가가 매우 높은 순수 금 타겟 이외에도 비교적 단가가 저렴한 금 합금(18K 또는 14K), 순수 은, 순수 구리, ITO 타겟을 이용하되 음극부의 타겟 장착부를 1차 타겟과 2차 타겟으로 나누어 각가에 동일한 타겟을 장착하거나 서로 다른 타겟을 선택적으로 장착하여 금속박막을 형성시키므로 전기전도도, 내식성 등의 물성이 우수하면서도 제조 단가가 비교적 저렴하며, 진동막 자체의 진동특성을 타겟의 종류 및 배치 방법에 따라 조절할 수 있다.

Claims (8)

  1. 콘덴서 마이크로폰용 진동막의 제조방법에 있어서,
    직류자계 스퍼터 장치(DC Magnetic Sputter Machine)의 진공챔버 내부에 설치된 음극부의 상측면에 타겟부를 장착하고 상기 진공챔버 내부로 고분자 필름을 투입한 후, 상기 음극부에 직류전압을 인가하여 상기 음극부의 상부에 설치된 타겟부로부터 방출된 타겟 입자가 상기 고분자 필름의 일면에 코팅되어 박막층을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 필름은 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide;PPS)인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 필름은 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate;PEN)인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타겟부는 하나 또는 둘 이상의 금속이 상기 고분자 필름에 코팅되는 순서에 따라 나누어져 장착되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 타겟부는 동일한 금속 2 개가 장착되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 타겟부는 순수 금(Au 99.99%), 18K의 금 합금(Au 75%, Ag 12.5%, Cu 12.5%), 14K의 금 합금(Au 60%, Ag 20%, Cu 20%), 순수 은(Ag 99.99%), 순수 구리(Cu 99.99%), ITO(산화인듐주석, In2O3-SnO2) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 타겟부는 서로 다른 종류의 금속 2 개가 장착되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 타겟부는 1차 타겟부에 ITO(산화인듐주석;In2O3-SnO2)와 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 순수 은(Ag 99.99%)과 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 순수 구리(Cu 99.99%)와 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 18K의 금 합금(Au 75%, Ag 12.5%, Cu 12.5%)과 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%), 1차 타겟부에 14K의 금 합금(Au 60%, Ag 20%, Cu 20%)과 2차 타겟부에 순수 금(Au 99.99%) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동막 제조방법.
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