KR20130044487A - 음향 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
패키징 공정에서 쉽게 발생하는 진동판의 손상을 억제하고, 안정적인 구조를 가지는 음향 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 제조 방법은, 기판 상부에 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극에 에칭 홀을 형성하고, 상기 에칭 홀이 형성된 하부 전극 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 상부에 진동판을 결합하여 음향 센서부를 형성하는 단계, 상기 음향 센서부의 기판 하부가 음압 입력 홀을 통해 외부에 노출되도록 상기 음압 입력 홀이 형성된 인쇄회로 기판에 결합하는 단계, 상기 인쇄회로 기판 상에 상기 음향 센서부를 덮는 덮개를 부착하는 단계, 상기 음향 센서부의 기판을 식각하여 음향 챔버를 형성하는 단계 및 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems, 미세전자기계시스템) 기술을 이용한 콘덴서형 음향 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
음향 센서(또는 마이크로폰)는 음성을 전기적인 신호로 변환하는 장치이다. 최근 소형 유무선 장비들의 개발이 가속화됨에 따라 음향 센서의 크기가 점점 소형화되어 가고 있는 추세이다. 이에 따라 최근에는 멤스(MEMS) 기술을 이용한 음향 센서가 개발되고 있다.
음향 센서는 크게 압전형(Piezo-type)과 콘덴서형(Condenser-type)으로 나뉜다. 압전형은 압전 물질에 물리적 압력이 가해질 때 압전 물질의 양단에 전위차가 발생하는 피에조(piezo) 효과를 이용하는 것으로, 음성 신호의 압력을 전기적 신호로 변환시키는 방식이다. 압전형은 낮은 대역 및 음성 대역 주파수의 불균일한 특성으로 인하여 응용에 많은 제한이 있다. 콘덴서형은 두 전극을 마주 보게 한 콘덴서의 원리를 응용한 것으로, 음향 센서의 한 전극은 고정되고 다른 전극은 진동판 역할을 한다. 이는 음성 신호의 압력에 따라 진동판이 진동하게 되면 전극 사이의 정전 용량이 변하여 축전 전하가 변하고, 이에 따라 전류가 흐르는 방식이다. 콘덴서형은 안정성과 주파수 특성이 우수하다는 장점이 있다. 이러한 주파수 특성으로 인하여 음향 센서는 대부분 콘덴서형이 사용되고 있다.
본 발명은 기존의 음향 센서 제조시에 센서 다이싱 및 고온 접착 공정을 포함하는 패키징 공정에서 쉽게 발생하는 진동판의 손상을 억제하고, 고정 전극으로 사용되는 하부 전극 아래에 지지벽을 삽입함으로써 보다 안정적인 구조를 가지는 음향 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 제조 방법은, 기판 상부에 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극에 에칭 홀을 형성하고, 상기 에칭 홀이 형성된 하부 전극 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 상부에 진동판을 결합하여 음향 센서부를 형성하는 단계, 상기 음향 센서부의 기판 하부가 음압 입력 홀을 통해 외부에 노출되도록 상기 음압 입력 홀이 형성된 인쇄회로 기판에 결합하는 단계, 상기 인쇄회로 기판 상에 상기 음향 센서부를 덮는 덮개를 부착하는 단계, 상기 음향 센서부의 기판을 식각하여 음향 챔버를 형성하는 단계 및 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 음향 센서부 형성 단계는, 상기 기판에 제 1, 2 및 3 홈을 형성하는 단계, 상기 제 1 홈에 하부 전극 지지벽 정의막을 형성하고, 상기 제 2 홈에 음향 챔버 정의막을 형성하고, 상기 제 3 홈에 음향 센서부 정의막을 형성하는 단계, 상기 기판 상부에 기판 절연막을 형성하는 단계, 상기 기판 절연막 상부에 상기 하부 전극 및 하부 전극 절연막을 형성하는 단계, 상기 하부 전극에 상기 에칭 홀을 형성하는 단계, 상기 에칭 홀이 형성된 하부 전극 상부에 상기 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 상부에 상기 진동판을 형성하고, 상기 하부 전극 절연막 상부에 진동판 지지대를 형성하는 단계 및 상기 기판의 하부면을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 희생층 제거 단계는 상기 음압 입력 홀, 상기 음향 챔버 및 상기 에칭 홀을 통해 식각 가스를 유입하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서는, 외부 음압을 입력받기 위한 음압 입력 홀이 형성되는 인쇄회로 기판, 상기 음압 입력 홀을 통해 외부에 노출되도록 상기 인쇄회로 기판 상에 결합되며, 상기 외부 음압에 의해 진동하는 진동판, 상기 진동판의 상대 전극으로 사용되는 하부 전극 및 상기 하부 전극을 지지하는 하부 전극 지지벽을 포함하는 음향 센서부 및 상기 음향 센서부를 덮도록 상기 인쇄회로 기판 상에 부착되는 덮개를 포함하고, 상기 덮개와 상기 음향 센서부의 진동판 사이에는 음향 챔버가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 음향 센서부는, 상기 하부 전극 지지벽의 외벽을 둘러싸는 하부 전극 지지벽 정의막, 상기 하부 전극 지지벽 정의막 외부에 형성되는 음향 챔버 정의막 및 상기 음향 챔버 정의막 외부에 형성되는 음향 센서부 정의막을 포함한다.
본 발명에 의하면, 음향 센서의 제조시에 희생층 제거 및 음향 챔버 형성 공정을 패키징 공정 이후에 진행할 수 있는 구조를 가지게 되어 종래의 다이싱 과정에서 발생하여 진동판을 손상시킬 수 있는 다이싱 파편들을 고체 전자 소자와 같이 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 희생층 상부에 진동판이 기판에 고정되는 구조를 가지므로, 고온의 패키징 공정에서 발생할 수 있는 진동판의 열적 변형 가능성을 원천적으로 제거할 수 있다.
또한, 하부 전극이 고정 전극으로 이용될 수 있도록 하부 전극 지지벽 구조를 기판 내부에 삽입함으로써, 안정적인 하부 전극 지지 구조를 가진다.
또한, 기판의 상부에만 패터닝 공정을 진행하므로 종래의 음향 센서의 양면 가공에 필요한 기판의 최소 두께 요구사항을 크게 낮출 수 있어, 매우 얇은 두께로 기판을 가공할 수 있다.
도 1a, 2a, …, 10a는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도.
도 1b, 2b, …, 7b는 각각 도 1a, 2a, …, 7a의 선 I-I' 단면도.
도 1c, 2c, …, 7c는 각각 도 1a, 2a, …, 7a의 선 II-II' 단면도.
도 8b는 도 8a의 선 III-III' 단면도.
도 8c는 도 8a의 선 IV-IV' 단면도.
도 9b, 10b는 각각 도 9a, 10a의 선 V-V' 단면도.
도 9c, 10c는 각각 도 9a, 10a의 선 VI-VI' 단면도.
도 2d, 9d는 각각 도 2a, 9a의 사시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 평면도.
도 12는 도 11의 선 V-V' 단면도.
도 13은 도 11의 선 VI-VI' 단면도.
도 1b, 2b, …, 7b는 각각 도 1a, 2a, …, 7a의 선 I-I' 단면도.
도 1c, 2c, …, 7c는 각각 도 1a, 2a, …, 7a의 선 II-II' 단면도.
도 8b는 도 8a의 선 III-III' 단면도.
도 8c는 도 8a의 선 IV-IV' 단면도.
도 9b, 10b는 각각 도 9a, 10a의 선 V-V' 단면도.
도 9c, 10c는 각각 도 9a, 10a의 선 VI-VI' 단면도.
도 2d, 9d는 각각 도 2a, 9a의 사시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 평면도.
도 12는 도 11의 선 V-V' 단면도.
도 13은 도 11의 선 VI-VI' 단면도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1a, 2a, …, 10a는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 1b, 2b, …, 7b는 각각 도 1a, 2a, …, 7a의 선 I-I' 단면도이고, 도 1c, 2c, …, 7c는 각각 도 1a, 2a, …, 7a의 선 II-II' 단면도이고, 도 8b는 도 8a의 선 III-III' 단면도이고, 도 8c는 도 8a의 선 IV-IV' 단면도이고, 도 9b, 10b는 각각 도 9a, 10a의 선 V-V' 단면도이고, 도 9c, 10c는 각각 도 9a, 10a의 선 VI-VI' 단면도이고, 도 2d, 9d는 각각 도 2a, 9a의 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 기판(110)에 제 1 홈(112)과, 제1 홈(112)과 일정 간격 이격되어 제 1 홈(112)을 둘러싸는 제 2 홈(113) 및 제 2 홈(113)을 둘러싸는 제 3 홈(114)을 형성할 수 있다.
기판(110)은 Si 기판 또는 화합물 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 3족-5족 화합물 반도체 기판은 GaAs 또는 InP으로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 강성 또는 연성(flexible) 기판일 수 있다.
제 1, 2, 3 홈(112, 113, 114)은 건식 식각(dry etching) 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 제 1, 2, 3 홈(112, 113, 114) 각각은 사각테 구조의 폐루프(closed loop) 형상일 수 있고, 1 ~ 수㎛의 폭과 10 ~ 수백㎛의 깊이로 형성할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 제 1 홈(112)에 하부 전극 지지벽 정의막(116)을 형성하고, 제 2 홈(113)에 음향 챔버 정의막(117)을 형성하고, 제 3 홈(114)에 음향 센서부 정의막(118)을 형성할 수 있다.
하부 전극 지지벽 정의막(116), 음향 챔버 정의막(117) 및 음향 센서부 정의막(118)은 산화막으로 형성할 수 있다. 하부 전극 지지벽 정의막(116), 음향 챔버 정의막(117) 및 음향 센서부 정의막(118)은 제 1, 2, 3 홈(112, 113, 114)을 포함하는 기판(110) 상에 절연막(미도시)을 형성한 후 절연막을 평탄화하여 형성할 수 있다.
하부 전극 지지대 정의막(116)은 후속한 공정에서 기판(110)에 음향 챔버(144, 도 9b 참조)를 형성할 때, 하부 전극 지지대 정의막(116)의 내측으로의 식각 가스의 유입을 차단하여 일정 모양을 가진 하부 전극 지지대(146, 도 9b 참조)를 구현하기 위한 것이다.
음향 챔버 정의막(117)은 후속한 공정에서 음향 챔버(144, 도 9b 참조)를 형성할 때, 음향 챔버 정의막(117)의 외측으로의 식각 가스의 유입을 차단하여 일정 모양을 가진 음향 챔버(144, 도 9b 참조)를 제작하기 위한 것이다.
음향 센서부 정의막(118)은 후속한 공정에서 음향 챔버(144, 도 9b 참조)를 형성할 때, 음향 센서부 정의막(118)의 외측으로의 식각 가스의 유입을 차단하여 일정 모양을 가진 음향 센서부(100, 도 9b 참조)를 제작하기 위한 것이다.
평탄화 공정은 전면 식각, 에치백(etchback) 또는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정 등을 사용하여 수행할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 하부 전극 지지벽 정의막(116), 음향 챔버 정의막(117), 음향 센서부 정의막(118) 및 노출된 기판(110) 상에 기판 절연막(120)을 형성한다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 기판 절연막(120)의 상부에 하부 전극(121) 및 하부 전극 절연막(122)을 순차적으로 형성한다.
기판 절연막(120)은 하부 전극(121)을 기판(110)으로부터 절연시키기 위한 것으로, 생략 가능하다. 하부 전극 절연막(122)은 하부 전극(121)과 이후에 형성될 진동판(136, 도 6b 참조)과의 절연을 위한 것으로, 생략 가능하다.
기판 절연막(120) 및 하부 전극 절연막(122)은 산화막 또는 유기막으로 형성할 수 있다. 이때, 기판 절연막(120), 하부 전극(121) 및 하부 전극 절연막(122)은 음향 센서부(100, 도 8a 참조)의 고정 전극(123)으로 제공될 수 있다.
고정 전극(123)의 내부에는 후속한 공정에서 음향 챔버(144, 도 8b 참조)가 형성될 수 있도록 다수의 홀(130)을 형성한다. 다수의 홀(130)은 음향 챔버 에칭 홀로 정의될 수 있다.
음향 챔버 에칭 홀(130)은 하부 전극 지지벽 정의막(116)의 바깥쪽에 형성할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 하부 전극 절연막(122) 상에 희생층(134)을 형성한다. 희생층(134)은 후속한 공정에서 형성되는 진동판(136, 도 6c 참조)을 부양시키기 위한 것이다.
희생층(134)은 기판 절연막(120) 및 하부 전극 절연막(122)과 식각 선택비가 다른 물질로 형성할 수 있다. 희생층(134)은, 예를 들어, 산화막 또는 유기막으로 형성할 수 있으며, 수 ㎛의 두께로 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 희생층(134) 상에 진동판(136)을 형성한다.
진동판(136)은 수 ㎛의 두께를 가질수 있다.
진동판(136)은 전도층의 단층 구조, 또는 절연층과 전도층의 적층 구조로 형성할 수 있다. 여기서, 전도층은 상대 전극으로 사용되는 것으로, 금속일 수 있다. 절연층은 희생층(134)과 식각 선택비가 다른 산화막 또는 유기막일 수 있다.
진동판(136) 형성 시, 진동판(136)의 양측면의 하부 전극 절연막(122) 상에 다수의 진동판 지지대(138)를 형성할 수 있다. 진동판 지지대(138)는 진동판(136)의 적어도 네 가장자리로부터 연장하여 일체형으로 형성할 수 있다. 다수의 진동판 지지대(138)는 대칭으로 배열할 수 있다.
진동판(136) 및 진동판 지지대(138)는 희생층(134) 및 노출된 하부 전극 절연막(122) 상에 전도층막, 또는 절연층과 전도층의 적층막을 형성한 후 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 패터닝하여 형성할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 음향 센서부(100)의 기판(110)의 하부를 하부 전극 지지벽 정의막(116)이 들어나도록 식각하여 준다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 음향 센서부(100)을 신호 처리부과 함께 인쇄회로부(300)의 인쇄회로 기판(310)에 음향 센서부 솔더(410) 및 신호 처리부 솔더(411)를 이용하여 고정하여 준다.
인쇄회로 기판(310)위에 고정된 음향 센서부(100)은 신호 처리부와 와이어(412)를 통해 전기적으로 연결되며 인쇄회로 기판의 신호 패드(313)로 최종 신호가 전달된다.
인쇄회로 기판(310) 위에 고정된 신호 처리부은 와이어(412) 연결 이후 표면을 보호하기 위해 신호 처리부 보호막(413)으로 보호해 준다.
인쇄회로 기판(310) 위에 부착된 음향 센서부(100)과 신호 처리부은 덮개(415)를 이용하여 외부 환경으로부터 보호해 준다.
도 9a 내지 도 9d를 참조하면, 인쇄회로 기판(310) 하부에 부착된 음향 센서부(100)의 하부 영역을 음압 입력 홀(314)을 통하여 음향 챔버(144)를 형성한다.
음향 챔버(144)는 건식 식각 방법을 이용하여 기판(110)을 식각하여 형성할 수 있다.
식각 공정은 기판(110)이 Si 기판이면 건식 식각 공정으로 수행할 수 있다. 건식 식각 공정은, 일례로, 등방성 식각이 가능한 XeF2 가스를 사용하여 수행할 수 있다.
즉, 기판(110)의 형성 물질에 적합한 식각 가스를 주입하여 수행할 수 있다. 그러면, 음압 입력홀(314)을 통해 유입된 식각 가스가 내부로 유입됨에 따라 기판(110)이 식각될 수 있다. 여기서, 화살표는 식각 가스의 진행 방향을 나타낸다.
이때, 식각 과정에서 음향 챔버 정의막(117) 및 하부 전극 지지벽 정의막(116)이 식각 정지막으로서 작용함으로써, 하부 전극 지지벽 정의막(116)과 음향 챔버 정의막(117) 사이의 영역에는 음향 챔버(144)가 형성될 수 있다. 음향 챔버 정의막(117)으로 인해 음향 챔버(144)의 크기가 정의될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 음향 센서(500)의 희생층(134)은 인쇄회로 기판(310) 내부의 음압 입력홀(314)을 통하여 형성된 음향 챔버(144) 아래에 놓여진 음향 챔버 에칭홀(130)을 이용하여 형성한다.
희생층(134)을 식각하여 제거한다. 희생층(134)은 건식 식각 방법을 이용한 식각으로 제거할 수 있다.
식각 공정은 희생층(134)이 유기막이면, 일례로, O2 가스를 사용하여 수행할 수 있다.
즉, 위의 식각 공정은 희생층(134) 상에 희생층(134)의 형성 물질에 적합한 식각 가스를 주입하여 수행할 수 있다. 그러면, 음향 챔버 에칭홀(130)을 통해 희생층(134)의 내부로 식각 가스가 유입됨에 따라 하부 전극 절연막(122)과 진동판(136) 사이의 희생층(134)이 제거된 후, 음향 챔버 에칭홀(130)의 내부의 희생층(134)이 선택적으로 식각되어 제거될 수 있다. 여기서, 화살표는 식각 가스의 식각 진행 방향을 나타낸다.
이로써, 진동판(136) 상에 제공된 하부 전극 절연막(122) 사이에는 빈 공간으로서 진동판(136)의 진동 공간으로 사용되는 진동판 갭(142)이 형성된다. 그 결과, 고정 전극(123)과 진동판(136)은 일정 간격 거리를 두고 서로 대향하게 된다.
이처럼, 희생층(134)은 음향 챔버 에칭홀(140)들을 통하여 미세가공기술로 식각하여 제거할 수 있다.
이로써, 고정 전극(123), 고정 전극(123)과 마주보되, 일정 간격 이격된 진동판(136), 음향 챔버(144) 및 하부 전극 지지벽(146)를 포함하는 음향 센서(500)를 완성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 음향 센서(500)는 음향 센서부 기판(110)의 상부만을 가공하고 패기지를 제조 공정에 포함하여 일괄 제작되기 때문에 패키지 공정에서 발생할 수 있는 열적 변형을 제어할 수 있는 특징을 가진다.
더욱이, 음향 센서부 기판(110)의 상부 공정만을 통해 음향 센서(500)를 제작할 수 있으므로, 기판의 상, 하부 공정을 모두 이용하던 종래에 비하여 제조공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 제조 공정에서 발생되는 불량을 최소화하여 공정 수율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 하부 전극 지지벽(146) 및 하부 전극 지지벽 정의막(116)을 포함하는 음향 센서부(100)을 설명하였으나, 하부 전극 지지벽(146) 및 하부 전극 지지벽 정의막(116)은 고정 전극(123)의 고정 여부에 따라 생략될 수 있음은 물론이다.
도 11은 상술한 제조 공정을 통해 제조된 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서(500)의 평면도이다. 도 12는 도 11의 선 V-V' 단면도이고, 도 13은 도 11의 선 VI-VI' 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 음향 센서(500)는 음향 센서부, 신호 처리부 및 인쇄 회로부를 포함한다.
음향 센서부은, 기판(110), 고정 전극(123), 진동판(136), 다수의 진동판 지지대(138) 및 음향 챔버(144)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 Si 기판 또는 화합물 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 3족-5족 화합물 반도체 기판은 GaAs 또는 InP으로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 강성 또는 연성(flexible) 기판일 수 있다.
고정 전극(123)은 기판(110) 상에 차례로 형성된 기판 절연막(120), 하부 전극(121) 및 하부 전극 절연막(122)을 포함할 수 있다. 기판 절연막(120) 및 하부 전극 절연막(122)은 산화막 또는 유기막으로 이루어질 수 있다. 기판 절연막(120) 및 하부 전극 절연막(126)은 생략 가능하다.
기판(110) 상에는 제 1 홈(112), 제 2 홈(113) 및 제 3 홈(114)을 형성할 수 있다. 제 1 홈(112)는 하부 전극 지지대 정의막(117)을 제조하기 위해 형성되며, 제 2 홈(113)은 음향 챔버 정의막(118)을 위해 형성되며, 제 3 홈(114)은 음향 센서부 정의막(118)을 위해 형성된다.
고정 전극(123)은 음향 챔버 에칭홀(130)을 포함한다.
진동판(136)은 고정 전극(123)과 희생층(134)을 사이에 두고 서로 대향되어 형성될 수 있다. 진동판(136)은 고정 전극(123)의 상대 전극으로 사용되며, 고정 전극(123)과 진동판(136)은 한 쌍의 전극을 이룬다.
진동판(136)은 전도층의 단층 구조, 또는 절연층과 전도층의 적층 구조로 제공될 수 있다. 전도층은, 예를 들어, 금속으로 이루어질 수 있다.
진동판(136)은 수 ㎛의 두께를 가지고, 원형으로 제공될 수 있다. 희생층(134)은 진동판 갭(142)으로 정의될 수 있다.
다수의 진동판 지지대(138)는 음압에 의한 진동 시에 진동판(136)이 반응할 수 있도록 진동판(136)의 측면에서 하부 전극 절연막(126) 상에 형성될 수 있다.
다수의 진동판 지지대(138)는 진동판(136)의 일 가장자리로부터 연장된 일체형으로 제공될 수 있고, 대칭 배열되어 적어도 4개 이상으로 제공될 수 있다. 또한, 진동판(136)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
음향 챔버(144)는 고정 전극(123) 아래에서 기판(110) 상에 제공될 수 있다. 음향 챔버(144)는 음향 챔버 에칭홀(130)과 연결된다.
음향 센서부은 고정 전극(128)의 아래에 기판(110)의 밑면으로부터 연장되어 하부 전극(121)을 지지하는 하부 전극 지지벽(146)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 하부 전극 지지벽(146)은 사각 기둥 형상일 수 있다.
하부 전극 지지벽(146)은 기판 절연막(120), 하부 전극(121), 및 하부 전극 절연막(122)으로 구성된 고정 전극(123)을 단단하게 기판(110)에 고정시켜 외부 음압에 진동판(136)만 선형적으로 반응하여 우수한 주파수 특성을 가질 수 있는 역할을 한다.
음향 센서부은 하부 전극 지지벽(146)의 외벽을 둘러싸는 하부 전극 지지벽 정의막(116)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 하부 전극 지지벽 정의막(116)은 1 ~ 수㎛의 폭과 10 ~ 수백㎛의 깊이를 가질 수 있다. 하부 전극 지지벽 정의막(116)의 내주면에 의해 하부 전극 지지벽(146)의 외형이 결정될 수 있다. 하부 전극 지지벽 정의막(116)은 산화막으로 이루어질 수 있다.
음향 센서부은 기판(110)의 내에 하부 전극 지지대 정의막(116)을 둘러싸는 음향 챔버 정의막(117)을 더 포함할 수 있다. 음향 챔버 정의막(117)은 1 ~ 수㎛의 폭과 10 ~ 수백㎛의 깊이를 가지는 폐루프 형상일 수 있다. 음향 챔버 정의막(117)은 산화막으로 이루어질 수 있다.
음향 센서부은 기판(110)의 내에 음향 챔버 정의막(117)을 둘러싸는 음향 센서부 정의막(118)을 더 포함할 수 있다. 음향 센서부 정의막(118)은 1 ~ 수㎛의 폭과 10 ~ 수백㎛의 깊이를 가지는 폐루프 형상일 수 있다. 음향 센서부 정의막(118)은 산화막으로 이루어질 수 있다.
진동판(136) 아래에 위치한 희생층(134)은 패키지 공정 이후에 제거되므로 시편의 다이싱(dicing) 작업을 용이하게 할 수 있는 특징을 가진다. 종래의 멤스(MEMS)형 음향 센서는 다이싱 전에 희생층(134)이 제거되므로 미세 먼지를 발생시켜 진동판을 손상시킬 수 있는 문제점이 있었으며, 이를 방지하기 위해서는 기존의 다이싱 방법 대신 기판의 중앙 부분을 절단하는 정교하고 고가의 다이싱 방법으로만 절단이 가능하다. 하지만, 본 발명의 희생층(134)의 제거 방법은 다이싱과 패키징 공정 이후에 제거하므로 다이싱 과정에서는 고체 전자 소자로 취급할 수 있는 핸들링의 용이성을 제공하고 와이어 본딩이나 패키징시 발생하는 열적 변형에 둔감하게 하는 특징을 제공한다.
또한, 음향 센서부는 기판의 상부에만 패터닝 공정을 진행하므로 종래의 음향 센서의 양면 가공에 따른 기판의 최소 두께에 대한 제약 사항이 없으므로 기존의 음향 센서에 비해 절반 이하의 매우 얇은 두께로 가공할 수 있는 특징을 가진다.
신호 처리부는 신호 처리 회로 기판(210), 신호 처리 회로(211), 음향 센서 패드(212) 및 출력 신호 패드(213)를 포함할 수 있다.
인쇄회로부는 출력 신호 연결 패드(311), 출력 신호 관통 메탈(312), 신호 패드(313) 및 음압 입력홀(314)을 포함할 수 있다.
음향 센서(500)는 음향 센서부 솔더(410), 신호 처리부 솔더(411), 덮개용 솔더(412), 와이어(413), 신호 처리부 보호막(414) 및 덮개(415)를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
100: 음향 센서부 110: 기판
112: 제 1 홈 113: 제 2 홈
114: 제 3 홈 116: 하부 전극 지지벽 정의막
117: 음향 챔버 정의막 118: 음향 센서부 정의막
120: 기판 절연막 121: 하부 전극
122: 하부 전극 절연막 123: 고정 전극
124: 고정 전극 패드 130: 음향 챔버 에칭홀
134: 희생층 136: 진동판
138: 진동판 지지대 142: 진동판 갭
144: 음향 챔버 146: 하부 전극 지지벽
210: 신호 처리 회로 기판 211: 신호 처리 회로
212: 음향 센서 패드 213: 출력 신호 패드
310: 인쇄회로 기판 311: 출력 신호 연결 패드
312: 출력 신호 관통 메탈 313: 신호 패드
314: 음압 입력홀 410: 음향 센서부 솔더
411: 신호 처리부 솔더 412: 와이어
413: 신호 처리부 보호막 414: 덮개용 솔더
500: 음향 센서
112: 제 1 홈 113: 제 2 홈
114: 제 3 홈 116: 하부 전극 지지벽 정의막
117: 음향 챔버 정의막 118: 음향 센서부 정의막
120: 기판 절연막 121: 하부 전극
122: 하부 전극 절연막 123: 고정 전극
124: 고정 전극 패드 130: 음향 챔버 에칭홀
134: 희생층 136: 진동판
138: 진동판 지지대 142: 진동판 갭
144: 음향 챔버 146: 하부 전극 지지벽
210: 신호 처리 회로 기판 211: 신호 처리 회로
212: 음향 센서 패드 213: 출력 신호 패드
310: 인쇄회로 기판 311: 출력 신호 연결 패드
312: 출력 신호 관통 메탈 313: 신호 패드
314: 음압 입력홀 410: 음향 센서부 솔더
411: 신호 처리부 솔더 412: 와이어
413: 신호 처리부 보호막 414: 덮개용 솔더
500: 음향 센서
Claims (9)
- 기판 상부에 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극에 에칭 홀을 형성하고, 상기 에칭 홀이 형성된 하부 전극 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 상부에 진동판을 결합하여 음향 센서부를 형성하는 단계;
상기 음향 센서부의 기판 하부가 음압 입력 홀을 통해 외부에 노출되도록 상기 음압 입력 홀이 형성된 인쇄회로 기판에 결합하는 단계;
상기 인쇄회로 기판 상에 상기 음향 센서부를 덮는 덮개를 부착하는 단계;
상기 음향 센서부의 기판을 식각하여 음향 챔버를 형성하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계
를 포함하는 음향 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 음향 센서부 형성 단계는
상기 기판에 제 1, 2 및 3 홈을 형성하는 단계;
상기 제 1 홈에 하부 전극 지지벽 정의막을 형성하고, 상기 제 2 홈에 음향 챔버 정의막을 형성하고, 상기 제 3 홈에 음향 센서부 정의막을 형성하는 단계;
상기 기판 상부에 기판 절연막을 형성하는 단계;
상기 기판 절연막 상부에 상기 하부 전극 및 하부 전극 절연막을 형성하는 단계;
상기 하부 전극에 상기 에칭 홀을 형성하는 단계;
상기 에칭 홀이 형성된 하부 전극 상부에 상기 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상부에 상기 진동판을 형성하고, 상기 하부 전극 절연막 상부에 진동판 지지대를 형성하는 단계; 및
상기 기판의 하부면을 식각하는 단계를 포함하는
음향 센서의 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 음향 챔버 형성 단계는
상기 음압 입력 홀을 통해 식각 가스를 유입하여 상기 기판 중 상기 음향 챔버 정의막 안쪽의 노출된 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는
음향 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 희생층 제거 단계 이전에 상기 음향 센서부를 클리닝하여 미세 먼지를 제거하는 단계
를 더 포함하는 음향 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 희생층 제거 단계는
상기 음압 입력 홀, 상기 음향 챔버 및 상기 에칭 홀을 통해 식각 가스를 유입하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는
음향 센서의 제조 방법.
- 외부 음압을 입력받기 위한 음압 입력 홀이 형성되는 인쇄회로 기판;
상기 음압 입력 홀을 통해 외부에 노출되도록 상기 인쇄회로 기판 상에 결합되며, 상기 외부 음압에 의해 진동하는 진동판, 상기 진동판의 상대 전극으로 사용되는 하부 전극 및 상기 하부 전극을 지지하는 하부 전극 지지벽을 포함하는 음향 센서부; 및
상기 음향 센서부를 덮도록 상기 인쇄회로 기판 상에 부착되는 덮개를 포함하고,
상기 덮개와 상기 음향 센서부의 진동판 사이에는 음향 챔버가 형성되는
음향 센서.
- 제 6항에 있어서,
상기 음향 센서부는
상기 하부 전극 지지벽의 외벽을 둘러싸는 하부 전극 지지벽 정의막;
상기 하부 전극 지지벽 정의막 외부에 형성되는 음향 챔버 정의막; 및
상기 음향 챔버 정의막 외부에 형성되는 음향 센서부 정의막을 포함하는
음향 센서.
- 제 7항에 있어서,
상기 음향 센서부는
상기 하부 전극 지지벽, 상기 하부 전극 지지벽 정의막, 상기 음향 챔버 정의막 및 상기 음향 센서부 정의막이 형성되는 기판;
상기 기판 상에 형성되는 기판 절연막; 및
상기 기판 절연막 상에 형성되는 상기 하부 전극 및 하부 전극 절연막을 더 포함하고,
상기 기판 절연막과 상기 하부 전극에는 하나 이상의 에칭 홀이 형성되는
음향 센서.
- 제 6항에 있어서,
상기 인쇄회로 기판 상에 결합되며, 상기 음향 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 외부 음압에 의해 생성된 상기 진동판의 진동 신호를 전기적 신호로 변환하는 신호 처리부
를 더 포함하는 음향 센서.
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