KR20080072329A - Low voltage driven piezoelectric microspeaker and a method for producing the same - Google Patents
Low voltage driven piezoelectric microspeaker and a method for producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20080072329A KR20080072329A KR1020070010914A KR20070010914A KR20080072329A KR 20080072329 A KR20080072329 A KR 20080072329A KR 1020070010914 A KR1020070010914 A KR 1020070010914A KR 20070010914 A KR20070010914 A KR 20070010914A KR 20080072329 A KR20080072329 A KR 20080072329A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- thin film
- diaphragm
- piezoelectric
- forming
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65F—GATHERING OR REMOVAL OF DOMESTIC OR LIKE REFUSE
- B65F1/00—Refuse receptacles; Accessories therefor
- B65F1/14—Other constructional features; Accessories
- B65F1/141—Supports, racks, stands, posts or the like for holding refuse receptacles
- B65F1/1421—Supports, racks, stands, posts or the like for holding refuse receptacles having means for operating lids or covers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
- B65D25/00—Details of other kinds or types of rigid or semi-rigid containers
- B65D25/20—External fittings
- B65D25/24—External fittings for spacing bases of containers from supporting surfaces, e.g. legs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
- B65D43/00—Lids or covers for rigid or semi-rigid containers
- B65D43/26—Mechanisms for opening or closing, e.g. pedal-operated
- B65D43/262—Mechanisms for opening or closing, e.g. pedal-operated pedal-operated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65F—GATHERING OR REMOVAL OF DOMESTIC OR LIKE REFUSE
- B65F1/00—Refuse receptacles; Accessories therefor
- B65F1/14—Other constructional features; Accessories
- B65F1/16—Lids or covers
- B65F1/1623—Lids or covers with means for assisting the opening or closing thereof, e.g. springs
- B65F1/163—Pedal-operated lids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65F—GATHERING OR REMOVAL OF DOMESTIC OR LIKE REFUSE
- B65F2210/00—Equipment of refuse receptacles
- B65F2210/18—Suspending means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 압전형 마이크로스피커의 구조도이다.1 is a structural diagram of a piezoelectric microspeaker according to the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 구조도이다.2 is a structural diagram of a low voltage driven piezoelectric microspeaker according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 제조 방법의 순서도이다.Figure 3 is a flow chart of a method of manufacturing a low voltage driven piezoelectric microspeaker according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 동작 원리 설명도이다.4 is an explanatory view of the operation principle of the low-voltage driving piezoelectric microspeaker of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 전극을 가지는 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 프로토타입 사진이다.5 is a prototype photograph of a low voltage driven piezoelectric microspeaker having a circular electrode according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 전극을 가지는 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 프로토타입 사진이다.6 is a prototype photograph of a low voltage driven piezoelectric microspeaker having a rectangular electrode according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5와 도 6의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 출력 특성 곡선이다.7 is an output characteristic curve of the low voltage driven piezoelectric microspeakers of FIGS. 5 and 6 according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 압전형 마이크로스피커에 관한 것으로서, 특히 미세가공기술과 반도체 박막 기술을 이용하여 형성된 저전압 구동형 압전 마이크로스피커 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to piezoelectric microspeakers, and more particularly, to a low voltage driven piezoelectric microspeaker formed by using a microfabrication technique and a semiconductor thin film technique, and a manufacturing method thereof.
최근 미세가공기술과 반도체 박막 기술을 조합하여 제작하는 마이크로스피커에 관한 기술은 크게 세 가지 기술 분야로 나누어 진행되고 있다.Recently, the technology related to the microspeaker manufactured by combining the microfabrication technology and the semiconductor thin film technology has been largely divided into three technical fields.
첫 번째는 기존의 전동형(Electrodynamic Type)의 스피커를 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems) 기술과 반도체 공정 기술을 이용하여 평면상으로 제작하는 것이며, 두 번째는 외부에서 인가하는 전압에 의하여 박막에 기계적인 스트레인을 유발시키는, 압전 박막을 이용한 압전형 마이크로스피커(Piezoelectric Microspeaker)이며, 세 번째는 CMOS 기술에 의해 제작된 스피커이다.The first is to manufacture the existing electrodynamic type speaker in planar shape using MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) technology and the semiconductor process technology. The second is thin film by the voltage applied from the outside. Piezoelectric microspeakers using piezoelectric thin films, which induce mechanical strain on them, and third, speakers made by CMOS technology.
본 발명에 관련되는 압전형 마이크로스피커의 종래 기술로는 C.H.Han과 EunSok Kim에 의해 "Parylene-Diaphragm Piezoelectric Acoustic Transducers", Technical Digest of IEEE MEMS, pp. 148-152, 2000에 발표된 것으로서 도 1에 도시된 구성의 압전형 마이크로스피커가 있다.Conventional techniques for piezoelectric microspeakers related to the present invention include "Parylene-Diaphragm Piezoelectric Acoustic Transducers" by C.H. Han and EunSok Kim, Technical Digest of IEEE MEMS, pp. 148-152, 2000, there is a piezoelectric microspeaker of the configuration shown in FIG.
도 1의 압전형 마이크로스피커는 압전 ZnO 박막(10)과 패럴린(Parylene) 다이어프램(20)을 이용하여 제작한 것으로서, 압전 ZnO 박막(10)의 상부와 하부에 각기 하나의 전극(30, 40)이 형성된 전형적인 압전형 마이크로스피커의 구조를 가지고 있다.The piezoelectric microspeaker of FIG. 1 is manufactured by using a piezoelectric ZnO
이러한 종래의 압전형 마이크로스피커는, 전극(30, 40)을 통하여 인가된 전압에 의하여 압전 박막 내부에 스트레인을 유발하고 이에 따라 발생된 다이어프램의 스트레인이 인가전압의 극성에 의해 압축과 신장과정을 통하여 다이어프램의 휨(Deflection)을 유발하여 음압을 발생시키게 된다.In the conventional piezoelectric microspeaker, the strain is induced inside the piezoelectric thin film by the voltage applied through the
도 1의 압전형 마이크로스피커에 패럴린 다이어프램을 사용한 이유는 패럴린이 아주 작은 잔류응력을 지니고 있으며(약 20 ~ 40 MPa), 일종의 폴리머로서 탄성 계수가 기존의 다이어프램 물질인 실리콘 질화막보다도 작기 때문에, 음향소자로 사용할 경우 상대적으로 우수한 감도와 휨 (Deflection)을 기대할 수 있기 때문이다.The reason for using the paraline diaphragm in the piezoelectric microspeaker of FIG. 1 is that the paraline has a very small residual stress (about 20 to 40 MPa), and as a kind of polymer, the elastic modulus is smaller than that of a silicon nitride film, which is a conventional diaphragm material. This is because relatively good sensitivity and deflection can be expected when used as a device.
도 1의 압전형 마이크로스피커는 11 Vrms의 구동전압에서 마이크로스피커로부터 약 2mm 거리에서 측정하였을 때 공진주파수에서 약 600mPa의 출력음압을 나타내는 것으로 보고되었다.The piezoelectric microspeaker of FIG. 1 was reported to exhibit an output sound pressure of about 600 mPa at a resonance frequency when measured at a distance of about 2 mm from the microspeaker at a driving voltage of 11 Vrms.
그런데, 상기 종래 기술의 경우, 핸드폰, 이어폰, 보청기, 헤드셋과 같이 다양한 실제 적용분야에 응용하기에는 너무 높은 구동 전압(즉, 5 Vrms를 초과)을 요구하며, 높은 구동 전압에 비해서 음압이 불충분하다. 실례로 통상의 핸드폰의 경우, 구동 전압이 5V 미만이며 귀 외이도에서 고막까지의 거리인 약 3cm의 거리에서 측정할 때 1KHz의 주파수에서 적어도 60dB 정도의 음압 발생이 필요하지만, 상기 종래 기술들은 이러한 요구를 만족시키지 못하였다.However, the prior art requires too high a driving voltage (i.e., greater than 5 Vrms) to be applied to various practical applications such as mobile phones, earphones, hearing aids, headsets, and the sound pressure is insufficient compared to the high driving voltage. For example, a typical mobile phone requires at least 60 dB of sound pressure generation at a frequency of 1 KHz when measured at a distance of about 3 cm, which is less than 5 V and the ear canal to the eardrum. Did not satisfy.
따라서, 본 발명은 충분한 음압을 제공하면서도 저전압으로 구동가능한, 저전압 구동형 압전 마이크로스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is therefore an object of the present invention to provide a low voltage driven piezoelectric microspeaker capable of driving at low voltage while providing sufficient sound pressure.
또한, 본 발명은 동일한 인가 전압으로 큰 스트레인을 유발시키기 위한 전극 구조를 가진, 저전압 구동형 압전 마이크로스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a low voltage driven piezoelectric microspeaker having an electrode structure for causing a large strain with the same applied voltage.
또한, 본 발명은 전극에 인가되는 전압의 극성을 변화시킴에 의해 큰 스트레인을 유발시키는, 저전압 구동형 압전 마이크로스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a low voltage driven piezoelectric microspeaker which causes a large strain by changing the polarity of the voltage applied to the electrode.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커는, 다이어프램을 형성하기 위해 중앙부가 제거된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상면에 형성된 다이어프램; 상기 다이어프램의 상면 중앙부에 형성된 1차 전극; 상기 1차 전극의 상면과 상기 다이어프램의 노출된 상면 상에 형성된 압전 박막; 및 상기 1차 전극과 대응되는 상기 압전 박막의 중앙부의 상면 영역에 2 이상으로 전기적으로 분리된 형태로 형성된 2차 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a low-voltage driving piezoelectric microspeaker comprising: a semiconductor substrate having a central portion removed to form a diaphragm; A diaphragm formed on an upper surface of the semiconductor substrate; A primary electrode formed at the center of the upper surface of the diaphragm; A piezoelectric thin film formed on an upper surface of the primary electrode and an exposed upper surface of the diaphragm; And a secondary electrode formed in an electrically separated form of two or more in the upper region of the center portion of the piezoelectric thin film corresponding to the primary electrode.
또한, 본 발명의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커 제조 방법은, 반도체 기판 상면에 다이어프램 물질을 형성하는 단계; 상기 다이어프램의 상면 중앙부에 1차 전극을 형성하는 단계; 상기 1차 전극의 상면과 상기 다이어프램의 노출된 상면 상에 압전 박막을 형성하는 단계; 상기 1차 전극과 대응되는 상기 압전 박막의 상면 영역에 2 이상으로 전기적으로 분리된 형태의 2차 전극을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판 하면을 제거하여 상기 다이어프램의 하면 중앙부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a low voltage driven piezoelectric microspeaker of the present invention includes forming a diaphragm material on an upper surface of a semiconductor substrate; Forming a primary electrode on a central portion of an upper surface of the diaphragm; Forming a piezoelectric thin film on an upper surface of the primary electrode and an exposed upper surface of the diaphragm; Forming a secondary electrode having two or more electrically separated shapes in an upper region of the piezoelectric thin film corresponding to the primary electrode; And removing a lower surface of the semiconductor substrate to expose a central portion of the lower surface of the diaphragm.
또한, 상기 2차 전극은 상기 압전 박막의 중앙부의 중심에 형성된 2차 중앙 전극과 상기 2차 중앙 전극을 둘러싸도록 상기 압전 박막의 중앙부의 주변에 형성된 2차 주변 전극으로 형성되는데 상호 간에 동심원 형상과 동심 사각형 형상 중 적어도 하나의 형태로 형성되나, 그 형상은 스피커 특성향상을 위해 제한하지 않으며, 상기 2차 중앙 전극과 상기 2차 주변 전극에는 반대 극성의 전압이 인가되어 상기 압전 박막의 상기 2차 중앙 전극에 대응하는 부분과 상기 2차 주변 전극에 대응하는 부분은 서로 반대 방향의 스트레인을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the secondary electrode is formed of a secondary center electrode formed in the center of the center portion of the piezoelectric thin film and a secondary peripheral electrode formed around the center of the piezoelectric thin film so as to surround the secondary central electrode, and having a concentric shape with each other. It is formed in at least one of the concentric square shape, the shape is not limited to improve the speaker characteristics, the voltage of the opposite polarity is applied to the secondary center electrode and the secondary peripheral electrode is the secondary of the piezoelectric thin film The portion corresponding to the center electrode and the portion corresponding to the secondary peripheral electrode generate strain in opposite directions.
이하, 첨부도면에 도시된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an embodiment of the present invention shown in the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 구조도이다.2 is a structural diagram of a low voltage driven piezoelectric microspeaker according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2의 마이크로스피커는, 반도체 기판(105)과, 반도체 기판(105) 상부에 저응력의 비화학당량적 실리콘 질화막(SixNy)을 이용하여 형성된 다이어프램(110)과, 다이어프램(110)의 상면 중앙부에 Al 또는 Mo/Ti를 이용하여 형성된 1차 전극(120)과, 1차 전극(120)이 형성된 다이어프램(110) 상면 전체에 형성된 ZnO 또는 AlN 압전 박막(130)과, 1차 전극(120)과 대응되는 압전 박막(130)의 상부 영역에 중앙 전 극(140)과 주변 전극(145)으로 나누어지도록 Al 또는 Mo/Ti를 이용하여 형성되는 2차 전극(140, 145)과, 2차 전극 중앙 전극(140)과 2차 주변 전극(145)에 전기적으로 연결되어 구동 전압을 인가하기 위해 Al 또는 Mo/Ti를 이용하여 형성되는 단자들(142, 147)과, 다이어프램(110)에 기계적인 안정성을 부여하기 위해 패럴린과 같은 폴리머를 증착함에 의해 형성되는 지지층(150)을 포함하도록 구성되어 있다.The microspeaker of FIG. 2 includes a
이상에서 각 부의 재료는 압전형 마이크로스피커 제조를 위한 반도체 박막 공정에서 널리 이용되는 것들을 예시한 것이므로, 당업자들은 예시된 것과 다른 종류의 재료를 이용하여 본 발명의 마이크로스피커를 제조할 수도 있을 것이며, 따라서 본 발명의 마이크로스피커의 특성은 2 이상으로 분리되어 서로 다른 극성의 전압을 인가할 수 있도록 형성된 2차 전극의 구조에 있으며 적용되는 재료에는 특별한 제한이 없다.Since the material of each part is to illustrate those widely used in the semiconductor thin film process for the production of piezoelectric microspeakers, those skilled in the art will be able to manufacture the microspeakers of the present invention using a different type of materials than those exemplified The characteristics of the microspeaker of the present invention are in a structure of a secondary electrode formed to be separated into two or more so as to apply voltages of different polarities, and there is no particular limitation on the applied material.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 제조 방법의 순서도이다.Figure 3 is a flow chart of a method of manufacturing a low voltage driven piezoelectric microspeaker according to an embodiment of the present invention.
먼저, 실리콘 웨이퍼로 된 기판(105)을 준비하고, 마이크로스피커의 떨림판 역할을 하는 다이어프램(110)을 형성하기 위해 기판(105)의 상하면에 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, 저압기상화학증착법)에 의하여 저응력의 비화학당량적 실리콘 질화막(예컨대, SixNy)을 증착한다(S110).First, a
이와 달리, 실리콘 웨이퍼 기판(105) 상에 소정의 두께로 산화막(예컨대, SiO2)을 성장하고, LPCVD법에 의하여 화학당량적인 실리콘 질화막(예컨대, Si3N4)을 형성한 다음, LTO(Low Temperature Oxide)(예컨대, SiOx)를 LPCVD 방법으로 증착하여 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조의 다이어프램(110)을 형성할 수도 있다.Alternatively, an oxide film (eg, SiO 2 ) is grown to a predetermined thickness on the
상기 산화막, 질화막 등 각 박막의 잔류 응력은 공지되어 있으므로 당업자라면 이상의 기재로부터 각 박막을 적절한 두께로 형성하여 원하는 잔류응력을 지닌 압축형 또는 인장형 다이어프램을 형성할 수 있을 것이며, LPCVD 이외의 공지된 다양한 박막 형성 방법들을 이용할 수도 있을 것이다.Since the residual stress of each of the thin films such as the oxide film and the nitride film is known, those skilled in the art will be able to form a compressed or tensile diaphragm having a desired residual stress by forming each thin film from the above-described substrate with an appropriate thickness. Various thin film formation methods may be used.
다음, 다이어프램(110)의 상면 중앙부에 1차 전극(120)을 형성한다(S120). 1차 전극(120)의 재료는 상부에 형성될 압전 박막의 종류에 따라 적절하게 선택가능하며, 예컨대 ZnO 압전 박막의 경우 Al 전극을 이용하고 AlN 압전 박막의 경우 Mo/Ti 구조의 전극을 이용할 수 있으나, 압전 박막의 구조적 특성향상을 위해 전극재료에 제한을 두지 않는다.Next, the
이어서, 1차 전극(120)이 형성된 다이어프램(110) 상에 압전 박막(130)을 증착한다(S130). 압전 박막(130)이 형성 방법은 압전재료의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예컨대 ZnO나 AlN을 고주파 마그네트론 스퍼터링(R.F. Magnetron Sputtering)으로 증착하거나, PVDF(Polyvinylidene fluoride)와 같은 폴리머 계열의 압전 필름을 코팅하여 압전 박막(130)을 형성할 수 있다.Subsequently, the piezoelectric
다음, 1차 전극(120)과 대응되는 압전 박막(130)의 상부 영역에 2차 전극(140, 145)을 형성한다(S140). 2차 전극은 동일한 재료를 패터닝하여 중앙 전 극(140)과 주변 전극(145)으로 나누어지도록 형성하는데, 전극의 형상에는 특별한 제한은 없으나 출력 음압의 제고를 위해서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 동심원 형상 또는 정사각형 등의 형상을 가지도록 패터닝되는 것이 바람직하다. Next,
한편, 2차 전극의 형성과 동시에 동일 패턴을 이용하여, 마이크로스피커(100)의 가장자리에 2차 중앙 전극(140)과 2차 주변 전극(145)에 전기적으로 연결되어 구동 전압을 인가하기 위한 단자들(142, 147)이 형성될 수 있다.Meanwhile, at the same time as the formation of the secondary electrode, using the same pattern, the terminal is electrically connected to the
마지막으로, 다이어프램(110)을 노출시키기 위해 실리콘 웨이퍼 기판(105) 하부의 실리콘 질화막과 전극이 형성된 영역 하부의 실리콘 웨이퍼 기판(105)을 식각하여 마이크로스피커를 완성한다(S150).Finally, in order to expose the
한편, 실리콘 웨이퍼 기판(105)과 그 하부의 실리콘 질화막을 제거하기 전에, 다이어프램(110)에 기계적인 안정성을 추가적으로 부여하기 위해 도 4의 S150에 도시된 바와 같이 지지층(150)을 형성할 수 있다. 이러한 지지층은 폴리머를 이용하여 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 예컨대 패럴린과 같은 폴리머를 압전 박막(130)의 상부 전면에 증착한 후, 구동 전압 인가 단자(142, 147)를 열어주기 위한 홀의 형성을 위한 소정의 패턴을 형성하고, 패턴 형성된 폴리머를 RIE(Reactive Ion Etching, 반응성 이온 에칭)과 같은 방법으로 식각하는 방법을 이용할 수 있다.Meanwhile, before removing the
도 4는 본 발명의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 동작 원리 설명도이다.4 is an explanatory view of the operation principle of the low-voltage driving piezoelectric microspeaker of the present invention.
기본적으로, 충분한 음압을 제공하면서도 저전압으로 구동가능한 본 발명의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 특성은, 2 이상으로 분리되어 서로 다른 극성의 바이어스 전압을 인가할 수 있도록 형성된 2차 전극(140, 145)의 구조에 기인하는 것이다.Basically, the characteristics of the low-voltage driven piezoelectric microspeaker of the present invention that is capable of driving at low voltage while providing sufficient sound pressure are separated into two or more
도 4에서, 2차 전극은 2차 중앙 전극(140)과 2차 주변 전극(145)으로 분리된 상태로 1차 전극(120)과 마주보는 압전 박막(130) 상면에 형성되어 있으며, 마이크로스피커의 테두리에 형성된 전원 인가 단자(142, 147)를 통해 2차 중앙 전극(140)과 2차 주변 전극(145)에 서로 다른 극성의 바이어스 전압(즉, 위상차가 180°인 바이어스 전압)을 걸어 주도록 되어 있다.In FIG. 4, the secondary electrode is formed on the upper surface of the piezoelectric
도 4에서는, 2차 중앙 전극(140)에는 음(-)의 바이어스 전압이 인가되고 2차 주변 전극(145)에는 양(+)의 바이어스 전압이 인가되어 있으므로, 이에 따라 2차 중앙 전극(140)에 접한 압전 박막(130) 부분에는 양(+)의 전하가 대전되며, 이에 대응하여 다이어프램(110)에 접한 압전 박막(130) 부분에는 음(-)의 전하가 유도된다.In FIG. 4, since a negative bias voltage is applied to the
이에 따라 압전 박막(130)에서의 전계(미도시)는 2차 중앙 전극(140)에서 다이어프램(110) 방향으로 형성되고, 압전 박막(130)의 압전 현상에 의해 2차 중앙 전극(140)에 접한 압전 박막(130) 부분은 기계적으로 팽창하고 다이어프램(110)에 접한 압전 박막(130) 부분은 기계적으로 수축하게 된다.Accordingly, the electric field (not shown) in the piezoelectric
또한, 2차 주변 전극(145)에 접한 압전 박막(130) 부분에서는 반대의 과정이 진행되어, 2차 주변 전극(145)에 접한 압전 박막(130) 부분은 기계적으로 수축되고 다이어프램(110)에 접한 압전 박막(130) 부분은 기계적으로 팽창하게 된다.In addition, the reverse process is performed in the portion of the piezoelectric
결국, 동일한 압전 박막(130)에서 부분에 따라 서로 다른 방향의 스트레인이 유발됨에 따라 압전 박막(130)에서 발생하는 전체 스트레인의 크기가 증가하게 되며, 이에 따라 압전 박막(130)에 부착된 다이어프램(110)은 압전박막에 수직한 방향으로 더욱 큰 휨(Deflection)을 발생시키게 된다.As a result, the strain of the piezoelectric
이에 따라, 동일한 전압을 인가할 경우 종래 기술의 마이크로스피커에 비해 더욱 큰 스트레인이 유발될 수 있으며, 저전압을 인가할 경우에도 다이어프램(110)의 휨 특성이 향상됨으로 인해, 저전압 구동시 큰 출력 음압을 나타내는 압전 마이크로스피커를 얻을 수 있다.Accordingly, when the same voltage is applied, a larger strain may be induced compared to the microspeaker of the related art, and even when a low voltage is applied, the bending characteristic of the
한편, 1차 전극(120)에는 바이어스 전압이 인가되지 않으며 단지 유도 전하에 의한 전위의 발생을 유기하나, 동일 평면상의 금속판이기에 등전위면을 형성하게 됨으로써 2차 전극(140, 145)에 서로 다른 극성의 전압을 인가시키는 경우, 1차 전극 (120)은 전기적으로 부유(Floating)되어 있는 영전위(즉, 전기적으로 접지 상태) 역할을 하게되나, 전체 회로 내에서 접지하는 것도 한 방법으로 응용될 수 있다.On the other hand, the bias voltage is not applied to the
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 전극을 가지는 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 프로토타입(#17_J3) 사진이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 전극을 가지는 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 프로토타입(#17_G5) 사진이다.5 is a photograph of a prototype (# 17_J3) of a low voltage driven piezoelectric microspeaker having a circular electrode according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a low voltage driven piezoelectric having a square electrode according to an embodiment of the present invention. This is a picture of a microspeaker prototype (# 17_G5).
도 5와 도 6은 6인치(inch) 실리콘 웨이퍼 기판(105)과, 0.6/0.3/0.2㎛의 두께를 가지며 잔류 응력이 -60 MPa인 ONO 막으로 형성된 다이어프램(110)과, 약간의 압축 응력을 가지는 ZnO 압전 박막(130)를 이용하여 다이어프램을 4m*4m의 크기로 제작된 압전 마이크로스피커(100)를 나타내고 있다. 실제 공정에서는, 다이어프램의 ONO막은 최종 제조 단계에서 실리콘 기판을 식각하기 위한 KOH 식각액에 식각되어 ON 막으로 존재할 수 있으며, 이때 최종 다이어프램은 인장 잔류 응력 특성을 지니게 된다.5 and 6 show a 6 inch
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5와 도 6의 저전압 구동형 압전 마이크로스피커의 출력 특성 곡선이다.7 is an output characteristic curve of the low voltage driven piezoelectric microspeakers of FIGS. 5 and 6 according to an embodiment of the present invention.
도 7은 구동 전압이 5 V (peak-to-peak)이고 음원으로부터 3mm의 거리에서 측정한 곡선으로서, 패키징되기 전의 압전 마이크로스피커에서 발생되는 최저 음압이 50~60dB 범위(1KHz의 주파수 기준)임을 알 수 있다. 이는 마이크로스피커의 패키징에 따른 음압 증가폭이 약 20~30dB임을 고려할 때 실용화하기에 충분한 음압 특성을 나타내는 것으로 볼 수 있다. 또한, 구동 전압이 5 V (peak-to-peak)로서 종래 기술의 압전형 마이크로스피커에 비해 훨씬 낮은 전압으로도 보다 양호안 출력 음압을 발생시키고 있음을 알 수 있다.7 is a curve measured at a distance of 3 mm from a sound source with a driving voltage of 5 V (peak-to-peak), and indicates that the lowest sound pressure generated in a piezoelectric microspeaker before packaging is in a range of 50 to 60 dB (based on a frequency of 1 KHz). Able to know. This can be seen that the sound pressure characteristic is sufficient to be practical, considering that the increase in the sound pressure increase according to the packaging of the microspeaker is about 20 ~ 30dB. In addition, it can be seen that the driving voltage is 5 V (peak-to-peak), which generates a better output sound pressure even at a much lower voltage than the piezoelectric microspeakers of the prior art.
본 발명에 따르면, 충분한 음압을 제공하면서도 저전압으로 구동가능한, 저 전압 구동형 압전 마이크로스피가 제공된다.According to the present invention, there is provided a low voltage driven piezoelectric microsphere that is capable of driving at low voltage while providing sufficient sound pressure.
또한, 본 발명에 따르면, 동일한 인가 전압으로 큰 스트레인을 유발시키기 위한 전극 구조를 가진, 저전압 구동형 압전 마이크로스피커가 제공된다.According to the present invention, there is also provided a low voltage driven piezoelectric microspeaker having an electrode structure for causing a large strain with the same applied voltage.
또한, 본 발명에 따르면, 전극에 인가되는 전압의 극성을 변화시킴에 의해 큰 스트레인을 유발시키는, 저전압 구동형 압전 마이크로스피커가 제공된다.According to the present invention, there is also provided a low voltage driven piezoelectric microspeaker which causes a large strain by changing the polarity of the voltage applied to the electrode.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070010914A KR100870148B1 (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Low voltage driven piezoelectric microspeaker and a method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070010914A KR100870148B1 (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Low voltage driven piezoelectric microspeaker and a method for producing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20080072329A true KR20080072329A (en) | 2008-08-06 |
KR100870148B1 KR100870148B1 (en) | 2008-11-24 |
Family
ID=39882684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070010914A KR100870148B1 (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Low voltage driven piezoelectric microspeaker and a method for producing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100870148B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8237332B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-08-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric acoustic transducer and method of fabricating the same |
US8520868B2 (en) | 2009-08-12 | 2013-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric micro speaker and method of manufacturing the same |
US8712079B2 (en) | 2008-12-22 | 2014-04-29 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Piezoelectric speaker and method of manufacturing the same |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120036631A (en) | 2010-10-08 | 2012-04-18 | 삼성전자주식회사 | Piezoelectric micro-speaker and method for fabricating the same |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7003125B2 (en) | 2001-09-12 | 2006-02-21 | Seung-Hwan Yi | Micromachined piezoelectric microspeaker and fabricating method thereof |
KR100416158B1 (en) * | 2002-01-21 | 2004-01-28 | 이승환 | Method for fabricating a compressive thin film diaphragm and piezoelectric microspeaker fabricated therewith |
KR100466808B1 (en) * | 2002-05-21 | 2005-01-24 | 이승환 | Piezoelectric micro-speaker and its fabricating method therefore |
KR100791084B1 (en) * | 2006-06-27 | 2008-01-03 | 충주대학교 산학협력단 | Piezoelectric microspeaker with corrugated diaphragm |
-
2007
- 2007-02-02 KR KR1020070010914A patent/KR100870148B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8237332B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-08-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric acoustic transducer and method of fabricating the same |
US8712079B2 (en) | 2008-12-22 | 2014-04-29 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Piezoelectric speaker and method of manufacturing the same |
US8520868B2 (en) | 2009-08-12 | 2013-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric micro speaker and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100870148B1 (en) | 2008-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101520070B1 (en) | Piezoelectric microspeaker and its fabrication method | |
Stoppel et al. | New integrated full-range MEMS speaker for in-ear applications | |
CN105050022B (en) | Sound reproduction system and the method for operating and manufacturing sonic transducer | |
KR101561660B1 (en) | Piezoelectric micro speaker having annular ring-shape vibrating membrane and method of manufacturing the same | |
CN101754077B (en) | Piezoelectric acoustic transducer and method for fabricating the same | |
KR100931578B1 (en) | Piezoelectric element microphone, speaker, microphone-speaker integrated device and manufacturing method thereof | |
JP2004356707A (en) | Sound detection mechanism | |
KR101903420B1 (en) | Microphone and method of fabricating thereof | |
CN112543408B (en) | Closed diaphragm piezoelectric MEMS loudspeaker and preparation method thereof | |
CN101128070A (en) | Acoustoelectric transducer | |
CN112637748B (en) | Piezoelectric MEMS loudspeaker with double annular surrounding circular vibrating membrane and preparation method | |
KR100870148B1 (en) | Low voltage driven piezoelectric microspeaker and a method for producing the same | |
Liechti et al. | A piezoelectric MEMS loudspeaker lumped and FEM models | |
Wang et al. | A piezoelectric MEMS loud speaker based on ceramic PZT | |
KR100756532B1 (en) | Multi-channel micro sound device having a plurality of cantilevers and fabrication method thereof | |
Garud et al. | MEMS audio speakers | |
KR100565202B1 (en) | Ultrasonic mems speaker using piezoelectric actuation and manufacturing method thereof | |
KR100416158B1 (en) | Method for fabricating a compressive thin film diaphragm and piezoelectric microspeaker fabricated therewith | |
Arevalo et al. | Towards a digital sound reconstruction MEMS device: Characterization of a single PZT based piezoelectric actuator | |
KR100791084B1 (en) | Piezoelectric microspeaker with corrugated diaphragm | |
KR100466808B1 (en) | Piezoelectric micro-speaker and its fabricating method therefore | |
Wang et al. | Piezoelectric mems speaker with rigid-flexible-coupling actuation layer | |
WO2022110349A1 (en) | Piezoelectric microphone and method for manufacturing same | |
KR101893486B1 (en) | Rigid Backplate Structure Microphone and Method of Manufacturing the Same | |
CN114866936A (en) | Differential capacitance type MEMS microphone and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110916 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121105 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |