KR20100073057A - 마이크로 스피커 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전형 마이크로 스피커에 대한 것으로서 이 장치는 기판, 상기 기판 상에 형성되어 있는 압전층, 상기 압전층 상에 형성되어 있는 상부 전극, 그리고 상기 압전층과 상기 상부 전극을 관통하며 하나의 캔틸레버 영역을 정의하는 홀을 매립하며 상기 상부 전극 상에 형성되어 있는 폴리머 다이아프램을 포함한다.따라서, 압전형 캔틸레버 또는 이와 유사한 구조를 이용한 폴리머 다이아프램 마이크로 스피커는 음악 및 소리의 발생을 위해 공진 주파수를 낮추고, 음압 발생을 높이기 위해 영률이 작은 재료 즉, 폴리머 등을 사용하여 저주파 영역까지 음압을 발생할 수 있다.
압전형 마이크로스피커, 캔틸레버, Parylene-C, 전극.

Description

마이크로 스피커 및 그의 제조 방법{Micro speaker and method for forming thereof}
본 발명은 마이크로 스피커 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 압전형의 마이크로 스피커 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-006-03, 과제명: 유비쿼터스 단말용 부품/모듈].
본 발명은 압전 박막을 이용한 마이크로스피커 제작에 있어서 라우드스피커에서 적용된 콘지와 콘지를 구동하는 보이스 코일과 유사한 구조를 채용하여 음압(sound pressure)을 높일 수 있는 다이아프램을 가지는 마이크로 스피커에 대한 것이다.
마이크로 시스템 (Micro Electro Mechanical Systems; MEMS) 기술을 이용하여 실리콘 웨이퍼에 마이크폰과 마이크로스피커를 소형화하는 기술이 종래에 개시되어 있다. 실리콘 웨이퍼에 음향 변환기(acoustic transducer)를 제조하는 이러한 방법은 일괄 프로세싱에 의해 제조가 가능하므로 비용을 절감할 수 있으며, 단일 칩 내에 다수의 변환기와 증폭기들을 집적할 수가 있으므로 소형화가 가능하여 종래의 방법과 비교하여 많은 이점이 있게 된다.
일반적으로는 압전형의 마이크로 시스템(MEMS)을 이용한 변환기보다 콘덴서 타입의 마이크로 시스템(MEMS)을 이용한 변환기가 많이 사용되지만, 압전형의 마이크로 시스템(MEMS)을 이용한 변환기는 콘덴서 타입보다는 제작이 보다 용이하며, 분극 전압이 필요없으며, 보다 넓은 동작 범위를 갖는 장점이 있다.
그러나, 마이크로 시스템(MEMS)에 의해 제작된 압전형 변환기는 변환기 다이어프램에 있어 인장 잔류 응력 때문에 상대적으로 마이크로폰에서 낮은 감도를 가지며, 마이크로 스피커에서는 낮은 출력을 보여주는 문제점이 있다.
다이어프램의 압축성 응력을 이용하여 이러한 문제점을 해결할 수가 있으나, 다이어프램에 주름이 형성되는 문제가 발생하며, 이러한 다이어프램의 주름은 스피커 동작의 반복정도(repeatability)의 제어를 어렵게 만들며, 조화 왜곡(harmonic distortion)을 최소화하기 어려운 문제점이 있게 된다.
일반적으로 이러한 인장 응력을 최소화하는 방법으로 압축성 다이아프램을 이용하는 방법 이외에 가장 널리 사용되는 방법으로 주름 또는 힌지 구조를 이용하는 방법을 들 수 있다. 그러나 반도체 공정을 이용한 마이크로 시스템에서 주름 또는 힌지 구조를 제작하기 위해서는 추가적인 비용이 발생하게 된다.
마이크로 시스템 구조체를 이루는 다이아프램의 경우 캔틸레버, 브릿지, 그리고 멤브레인으로 대별할 수 있는데 변위를 크게 하기 위해 캔틸레버를 사용하거나, 다이아프램의 재료를 변경하는 방법이 주로 사용된다.
캔틸레버 구조의 경우 세가지 다이아프램 중에서 가장 큰 변위를 낼 수 있는 반면에 음향변환기에 사용할 때 저주파 영역의 음압이 생성되지 않는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 제작이 용이하며, 마이크로 스피커의 출력 음압을 높일 수 있는 폴리머 다이아프램과 이 다이아프램을 구동하기 위한 압전 캔틸레버를 가지는 압전형 마이크로 스피커를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 압전형 마이크로 스피커는 기판, 상기 기판 상에 형성되어 있는 압전층, 상기 압전층 상에 형성되어 있는 상부 전극, 그리고 상기 압전층과 상기 상부 전극을 관통하며 하나의 캔틸레버 영역을 정의하는 홀을 매립하며 상기 상부 전극 상에 형성되어 있는 폴리머 다이아프램을 포함한다.
상기 압전층은 ZnO, AlN, PZT, PMN-PT, PVDF, PZN-PT, PYN-PT 또는 PIN-PT를 포함할 수 있다.
상기 기판은 상기 압전층의 홀부터 기판의 하부면까지 개방부를 가질 수 있다.
상기 압전형 마이크로 스피커는, 상기 기판 상하면에 형성되어 있는 절연막, 그리고 기판 상면의 절연막과 상기 압전층 사이에 형성되어 있는 하부 전극을 더 포함하며, 상기 하부 전극, 압전층 및 상부 전극이 IDE 전극을 형성할 수 있다.
상기 기판의 개방부는 상기 압전층의 변위를 최대로 하기 위하여 세로 방향 의 단면이 사각형 또는 사다리꼴 구조를 가질 수 있다.
상기 기판의 개방부는 상기 압전층의 변위를 최대로 하기 위하여 가로 방향의 단면이 원형 또는 사각형을 가지며, 상기 IDE 전극은 상기 폴리머 다이아프램에 대하여 50 ~ 70%의 면적을 차지할 수 있다.
본 발명에 따른 압전형 마이크로 스피커의 제조 방법은 기판의 상하면에 절연막을 형성하는 단계, 상기 기판 상면의 상기 절연막 위에 압전층을 형성하는 단계, 상기 압전층 위에 상부 전극을 형성하는 단계, 상기 기판의 상면이 노출되도록 상기 상부 전극 및 압전층을 식각하여 홀을형성하는 단계, 그리고 상기 홀을 매립하며 상기 상부 전극 위에 폴리머 다이아프램을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 압전층 하부에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 압전층은 ZnO, AlN, PZT, PMN-PT, PVDF, PZN-PT, PYN-PT 또는 PIN-PT을 적층하여 형성할 수 있다.
상기 기판을 식각하여 상면이 노출되는 홀부터 하면까지 개방부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 개방부는 세로 방향의 단면이 사각형 또는 사다리꼴을 갖도록 식각할 수 있다.
상기 개방부는 가로 방향의 단면이 원형 또는 사각형을 갖도록 식각할 수 있다.
본 발명의 압전형 캔틸레버 또는 이와 유사한 구조를 이용한 폴리머 다이아 프램 마이크로 스피커는 음악 및 소리의 발생을 위해 공진 주파수를 낮추고, 음압 발생을 높이기 위해 영률이 작은 재료 즉, 폴리머 등을 사용하여 저주파 영역까지 음압을 발생할 수 있다.
또한 최대 음압의 발생을 가능하기 위해 마이크로 시스템 구조체 중 동일 치수에서 가장 변위가 큰 캔틸레버 구조 또는 이와 유사한 구조를 채택함으로써 압전 재료의 변위를 높이기 위해 d33 압전 상수를 이용하기 위한 IDE 구조를 채택하였다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 스피커의 평면도이고, 도 2는 도 1의 마이크로 스피커의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 마이크로 스피커(100)는 라우드 스피커와 유사하게 콘지와 대응되는 폴리머 다이아프램을 포함하고, 콘지를 구동하는 보이스 코일에 대응하는 복수의 압전 캔틸레버(110) 및 압전 캔틸레버(110)에 전압을 전달하기 위한 전극(130)을 포함한다.
즉, 마이크로 스피커(100)는 4개의 캔틸레버(110)로 구성되며, 전압을 인가하기 위한 캔틸레버(110) 위의 전극 (130), 캔틸레버(110)와 캔틸레버(110) 사이의 공간, 그리고 전극(130) 위를 폴리머 다이아프램이 덮고 있는 구조를 볼 수 있다. 실제 전극의 경우 매우 얇기 때문에 (수 um 이하의 두께를 가짐) 캔틸레버(110)와 마이크로 스피커(100)를 구성하는 중간의 공간 전체를 폴리머 다이아프램이 덮여 있다.
도 2를 참고하면, 캔틸레버(110)와 폴리머 다이아프램으로 구성된 마이크로 스피커는 실리콘 기판(200)과 실리콘 기판(200)의 일부가 두께 방향으로 식각되고, 이 식각된 실리콘 기판(200) 위에 압전층(500)이 형성되어 압전 캔틸레버를 이루며, 압전 캔틸레버 위에 폴리머(700)가 증착되고, 전압을 인가하기 위해 폴리머(700)의 일부분을 식각하여 전극과 연결한다.
구체적으로, 실리콘 등의 기판(200)의 상부면에 복수의 절연막(300), 제1전극(400), 압전층(500) 및 제2 전극(600)이 적층되어 있다. 제2 전극(600)의 일부는 압전층으로부터의 변화량 (압전상수 d33을 이용함, d33 > d31)을 극대화하기 위해 패터닝되어 있으며, 절연막(300), 제1전극(400), 압전층(500) 및 제2 전극(600)에 형성되어 있는 홀(650)을 매우며 폴리머 다이아프램(700)이 제2 전극(600) 상에 형성되어 있다.
또한, 폴리머 다이아프램(700) 상에 패드 절연막(800)이 형성되어 있으며, 제2 전극(600)을 노출하는 컨택홀(850)이 패드 절연막(800)과 폴리머 다이아프램(700)을 관통하여 형성되어 있다.
한편, 기판(200)의 하부면에는 복수의 절연막(220) 및 패드 절연막(820)이 형성되어 있으며, 복수의 절연막(220) 및 패드 절연막(820)은 기판(200) 상부면을 노출하는 홀(650)보다 큰 직경의 홀을 갖는다.
기판(200)은 하부 절연막(220)의 홀부터 상부 절연막(300)까지 경사지며 식각되어 사다리꼴 모양의 단면을 가지는 개방부(250)를 포함한다. 그러나, 기판(200)의 개방부(250)의 단면은 직사각형일 수도 있다.
이러한, 마이크로 스피커에 사용되는 다이아프램(700)은 다우드 스피커의 콘지로 사용되는 재료로서, 재료의 탄성 계수가 음향변환기에 사용하기에 가장 적합하고, 음성 주파수 영역에서 금속 재료에서 나오는 고주파 하모닉 성분이 상대적으로 작아 청음 인식도가 큰 재료를 사용한다. 이러한 다이아프램(700)으로서, Parylene-C와 같은 낮은 영률을 갖는 탄성 재료를 사용한다.
또한, 본 발명의 마이크로 스피커는 다이아프램(700)을 구동하기 위해 구동 변위를 최대로 할 수 있는 캔틸레버 또는 이와 유사한 구조로서 미세 캔틸레버를 가진다.
또한 현재 나와있는 일반적인 마이크로 스피커의 직경은 10mm 이상인데, 이는 출력 음압이 방출되는 면적에 비례하고, 구조체가 낼 수 있는 변위와 주파수에 따라 변하기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 음압의 방출 면적과 변위를 조절하여 마이크로 스피커의 초소형화가 가능하다.
또한, 압전층(500)의 경우 전압-스트레인 관계에 의해 d31 계수와 d33 계수가 존재하는 데 일반적으로 d33 > 2*d31 관계식이 성립된다. 이때, 최대 변위를 내기 위해서는 d33 계수를 이용하는 것이 바람직하므로 이를 위해 본 발명에서는 IDE 전극 구조, 즉 압전층(500)을 유전체로 제1 전극(400) 및 제2 전극(600)이 커패시터를 형성하는 구조를 가진다.
이하에서는 도 3 내지 도 10을 참고하여, 도 2의 마이크로 스피커의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3 내지 도 10은 본 발명에 따른 마이크로 스피커의 제조 단계를 나타내는단면도이다.
먼저, 도 3과 같이, 실리콘 기판(200)을 열 산화하여 기판(200)의 상하부에 실리콘 산화막(300, 220)을 형성하고, 상하부의 실리콘 산화막(300, 220) 위에 실리콘 질화막(300)을 LPCVD(Low pressure chemical vapor deposition)법에 의해 기상증착한다. 이때, 기판(200) 상부의 실리콘 질화막(300) 상에 PECVD를 통하여 산화막(300)을 더 형성할 수 있다.
기판(200) 상부의 실리콘 질화막(300) 위에 금속 층, 예를 들어 플로늄과 티타늄을 적층하거나 또는 ZrO2 (또는 Al2O3) 유전체 층을 증착하여 제1 전극(400)을 형성하고, 제1 전극(400) 상에 ZnO, AlN, PZT(PbZrO3와 PbTiO3 의 완전 고용체), PMN-PT, PVDF, PZN-PT, PYN-PT 또는 PIN-PT 등의 압전층(500)을 형성한다.
다음으로, 도 4와 같이 압전층(500) 상에 제1 전극(400) 및 압전층(500)과 IDE 전극을 형성하기 위하여 제2 전극(600)을 증착한다. 제2 전극(600)은 금과 크롬을 적층하여 형성할 수 있으며, 제1 전극(400), 압전층(500) 및 제2 전극(600)의 커패시터 구조가 IDE 전극을 형성한다.
이때, 제1 전극(400) 및 제2 전극(600)은 약 150nm 정도이며, 압전층(500)은 약 500 nm정도의 두께를 가진다.
다음으로, 도 5와 같이, 양성 포토 레지스트를 도포하고, 식각하여 제2 전극(600)을 패터닝하고, 도 6과 같이 양성 포토 레지스트를 도포하고 미세 캔틸레버 형상을 갖도록 기판(200)이 노출될 때까지 제2 전극(600), 압전층(500), 제1 전극(400) 및 산화막, 질화막(300)을 식각하여 홀(650)을 형성한다.
이때, 식각은 RIE(Reactive ion etching)로 수행할 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 홀(650)을 매립하며 제2 전극(600) 상부를 덮도록 폴리머(700)를 증착하며, 이때 폴리머(700)는 Parylene-C를 사용할 수 있으며, 제2 전극(600) 위로 약 1um정도의 두께를 갖도록 증착된다.
다음으로, 도 8과 같이 기판(200)의 상하부에 포토 레지스트(800,820)를 도포하고, 기판(200) 하부가 노출되도록 식각하여 홀을 형성한다.
또한, 도 9와 같이 기판(200) 상부에서, 압전층(500)에 전압을 인가하기 위한 전극 패드를 제2 전극(600)과 연결하기 위하여 폴리머(700)를 식각하여 제2 전 극(600)을 노출하는 홀(850)을 형성한다.
마지막으로, 도 10과 같이, 실리콘 기판(200)을 이방성 식각하여, 상부 절연막(300)의 홀(650)부터 하부 절연막(220)까지 연결하는 개방부(250)를 형성한다. 이때, 이방성 식각으로는 KOH용액을 사용하여 수행할 수 있다.
이러한 개방부(250)는 압전층(500)의 변위를 최대로 하기 위하여 세로 방향의 단면이 사각형 또는 사다리꼴 구조를 가질 수 있으며, 가로 방향의 단면이 원형 또는 사각형을 가질 수 있다.
이러한 압전 캔틸레버의 IDE 전극(400, 500, 600)은 폴리머 다이아프램(700)에 대하여 50 ~ 70% 정도의 면적을 차지할 수 있다.
일반적인 압전 마이크로 스피커에서, 음압 레벨은 저주파 영역으로 낮아짐에 따라 감소한다. 이는 메탈 등을 사용한 진동판의 경우, 최소 공진주파수에 영향을 미칠 뿐 아니라, 동일 치수를 갖는 다이아프램의 경우 막 형태가 가장 높은 공진 주파수를 갖기 때문이다.
따라서 저주파 영역의 음압을 높이기 위해서는 최소 공진 주파수를 낮추어야 하는데, 캔틸레버를 사용하는 경우 캔틸레버를 제작하기 위해 필수적으로 요구되는 갭에 의해 음이 누설되어 진동판의 각각의 측면에서 발생된 역전된 위상의 음파가 서로 간섭하여 저주파 특성이 현저하게 열화되어 저주파 영역의 음압의 감소가 발생한다.
그러나, 본 발명에서와 같이 폴리머 다이아프램(700)을 형성하여 캔틸레버 또는 이와 유사한 구조의 갭을 메움으로써 진동판 양측을 격리할 수 있어 음파의 간섭을 방지할 수 있다.
또한, 폴리머 다이아프램(700)의 경우 실리콘 또는 실리콘 질화막/산화막의 다이아프램보다 훨씬 더 낮은 영률, 예컨데 약 100배 정도가 낮은 영률을 갖는다.
낮은 영률을 갖는 다이아프램은 잔류 응력(residual stress)을 거의 갖지 않으며, 움직이는 변위를 크게 할 수 있다.
또한, IDE 전극을 이용하며, 압전층(500)을 식각한 후에 폴리머를 증착함으로써 종래의 평행판 타입의 구조에 비하여 추가적인 제작 공정이 필요하지 않는다.
또한, 다이아프램을 금속막으로 형성함으로써 금속막에서 높은 공진 피크 값이 발생하며, 이를 감소하기 위한 부가적인 절연막 등의 추가로 주파수 재생이 평탄하지 않고, 강한 고조파 왜곡이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
즉, 음향 진동을 감쇄시키는 재료, 합성 재료나 폴리머로 이루어진 멤브레인 상에 압전 세라믹 디스크를 접착하여 압전 재생 소자를 형성하여 평탄한 주파수를 가지며, 100Hz와 20kHz 사이에서 평균 3%의 낮은 고조파 왜곡을 가짐으로써 산업적 응용을 위한 음악 및 소리 재생에 충분한 품질을 갖는 압전 재생 소자를 구현할 수 있다.
이러한 마이크로 스피커의 공진 주파수는 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수있다.
[수학식]
위 식에서 t=폴리머막 두께, S=멤브레인의 표면, y=영률, r=Poisson's ratio, K=어셈블리 요소, b=캔틸레버의 길이, D4=폴리머 다이아프램의 직경, S1=자유이동하는 부분의 표면, D1=폴리머 다이아프램의 이동 부분과 벽 사이의 거리를 나타낸다.
S1과 D1은 마이크로 스피커 소자의 패키징에 의해 결정된다.
결과적으로 본 발명에서는 캔틸레버의 길이와 패키징에 의해 마이크로 스피커의 최소 공진주파수가 결정되어짐을 알 수 있다. 압전 구동형 캔틸레버의 경우 박막으로 이루어지기 때문에 잔류 응력이 존재한다. 이러한 잔류 응력에 의해 공진주파가 증가하며 이를 보상하기 위해 캔틸레버의 구조를 사다리꼴의 형태로 제작을 하면 움직이는 변위는 거의 영향을 받지 않으며, 공진 주파수를 더 내릴 수 있는 구조를 적용하는 것이 또한 가능하다.
위의 공진 주파수 식에서 보면 낮은 영률을 갖는 다이아프램 재료를 사용하여 공진 주파수가 더 낮아짐을 알 수 있다.
본 발명에서는 이를 위해 라우드 스피커에서 사용된 콘지의 영률과 유사한 폴리머 재료를 사용한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압전형 마이크로 스피커의 평면도이다.
도 2는 도 1의 압전형 마이크로 스피커의 단면도이다.
도 3 내지 도 10은 도 2의 압전형 마이크로 스피커의 제조 단계를 나타내는 단면도이다.

Claims (12)

  1. 기판,
    상기 기판 상에 형성되어 있는 압전층,
    상기 압전층 상에 형성되어 있는 상부 전극, 그리고
    상기 압전층과 상기 상부 전극을 관통하며 하나의 캔틸레버 영역을 정의하는 홀을 매립하며 상기 상부 전극 상에 형성되어 있는 폴리머 다이아프램
    을 포함하는 압전형 마이크로 스피커.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전층은 ZnO, AlN, PZT, PMN-PT, PVDF, PZN-PT, PYN-PT 또는 PIN-PT를 포함하는
    압전형 마이크로 스피커.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 압전층의 홀부터 기판의 하부면까지 개방부를 가지는
    압전형 마이크로 스피커.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전형 마이크로 스피커는,
    상기 기판 상하면에 형성되어 있는 절연막, 그리고
    기판 상면의 절연막과 상기 압전층 사이에 형성되어 있는 하부 전극
    을 더 포함하며,
    상기 하부 전극, 압전층 및 상부 전극이 IDE 전극을 형성하는
    압전형 마이크로 스피커.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기판의 개방부는 상기 압전층의 변위를 최대로 하기 위하여 세로 방향의 단면이 사각형 또는 사다리꼴 구조를 가지는
    압전형 마이크로 스피커.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 개방부는 상기 압전층의 변위를 최대로 하기 위하여 가로 방향의 단면이 원형 또는 사각형을 가지며, 상기 IDE 전극은 상기 폴리머 다이아프램에 대하여 50 ~ 70%의 면적을 차지하는
    압전형 마이크로 스피커.
  7. 기판의 상하면에 절연막을 형성하는 단계,
    상기 기판 상면의 상기 절연막 위에 압전층을 형성하는 단계,
    상기 압전층 위에 상부 전극을 형성하는 단계,
    상기 기판의 상면이 노출되도록 상기 상부 전극 및 압전층을 식각하여 홀을형성하는 단계, 그리고
    상기 홀을 매립하며 상기 상부 전극 위에 폴리머 다이아프램을 형성하는 단계
    를 포함하는 압전형 마이크로 스피커의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압전층 하부에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는
    압전형 마이크로 스피커의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 압전층은 ZnO, AlN, PZT, PMN-PT, PVDF, PZN-PT, PYN-PT 또는 PIN-PT을 적층하여 형성하는
    압전형 마이크로 스피커의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기판을 식각하여 상면이 노출되는 홀부터 하면까지 개방부를 형성하는 단계를 더 포함하는
    압전형 마이크로 스피커의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 개방부는 세로 방향의 단면이 사각형 또는 사다리꼴을 갖도록 식각하는
    압전형 마이크로 스피커의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 개방부는 가로 방향의 단면이 원형 또는 사각형을 갖도록 식각하는
    압전형 마이크로 스피커의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR100565202B1 (ko) * 2004-01-19 2006-03-30 엘지전자 주식회사 압전 구동형 초음파 미세기전 시스템 스피커 및 그 제조방법
KR100756532B1 (ko) * 2005-02-22 2007-09-10 한국과학기술원 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및그 제조 방법
KR100889032B1 (ko) * 2007-04-11 2009-03-19 엘지전자 주식회사 압전 구동형 초소형 스피커 및 이의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110290449A (zh) * 2019-05-09 2019-09-27 安徽奥飞声学科技有限公司 一种音频装置及电子设备

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