KR20140000173A - 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 ｍｅｍｓ 구조물 - Google Patents

조절 가능한 통기 개구부를 갖는 ｍｅｍｓ 구조물 Download PDF

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Abstract

MEMS 구조물은 백플레이트와, 멤브레인과, 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 멤브레인의 대향하는 측면과 접촉하는 제 2 공간 사이에서의 압력차를 감소시키도록 구성된 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부는 제 1 공간과 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동형으로 작동된다.

Description

조절 가능한 통기 개구부를 갖는 ＭＥＭＳ 구조물{MEMS STRUCTURE WITH ADJUSTABLE VENTILATION OPENINGS}
본 발명은 2012년 2월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/408,971 호의 일부 계속 출원이며, 상기 출원은 전체적으로 본원에 인용된다.
본 발명은 일반적으로 MEMS 구조물 내의 조절 가능한 통기 개구부 및 MEMS 구조물을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 많은 개수의 마이크가 적은 비용으로 제조된다. 이러한 요건으로 인해, 마이크는 종종 실리콘 기술로 생산된다. 마이크는 상이한 응용 분야를 위해 상이한 구성으로 생산된다. 하나의 예에서, 마이크는 상대 전극에 대한 멤브레인의 변형 또는 편향을 측정함으로써 용량(capacitance)의 변화를 측정한다. 마이크는 전형적으로 바이어스 전압을 적절한 값으로 설정함으로써 동작된다.
마이크는 제조 공정에 의해 종종 설정되는 신호 대 잡음 비(SNR), 멤브레인 또는 상대 전극의 강성률(rigidity), 또는 멤브레인의 직경과 같은 동작 및 다른 매개 변수를 가질 수 있다. 추가로, 마이크는 제조 공정에서 사용된 상이한 재료에 기초하여 상이한 특성을 가질 수 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, MEMS 구조물은 백플레이트(backplate), 멤브레인, 및 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 멤브레인의 대향하는 측면에 접촉하는 제 2 측면 사이의 압력차를 감소시키도록 구성된 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부는 제 1 공간과 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동적으로 작동된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 장치는 백플레이트 및 멤브레인을 포함하는 MEMS 구조물을 포함한다. 하우징은 MEMS 구조물을 둘러싼다. 사운드 포트는 멤브레인에 음향적으로 커플링된다. 하우징 내의 조절 가능한 통기 개구부는 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 제 2 공간 사이의 압력차를 감소시키도록 구성된다.
본 발명 및 본 발명의 장점을 더욱 완전하게 이해하기 위해, 이제 첨부 도면을 참조하여 해석되는 이하의 상세한 설명을 참조한다.
도 1a는 MEMS 구조물의 평면도를 도시한다.
도 1b는 MEMS 구조물의 접속 영역의 상세 사시도를 도시한다.
도 1c는 MEMS 구조물의 접속 영역의 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2d는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 2e는 코너 또는 문턱 주파수에 대한 다이어그램을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 조절 가능한 통기 개구부의 실시예 및 구성을 도시한다.
도 4a는 멤브레인이 백플레이트 쪽으로 당겨져 있는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4b는 멤브레인이 기판 쪽으로 당겨져 있는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5a는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 MEMS 구조물의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 6a는 작동되지 않은 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6b는 작동된 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 7a는 작동되지 않은 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 7b는 작동된 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 7c는 도 7a의 MEMS 구조물의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 8a는 조절 가능한 통기 개구부가 원래 폐쇄되어 있는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 8b는 조절 가능한 통기 개구부가 원래 개방되어 있는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 8c는 조절 가능한 통기 개구부가 제 1 응용 설정으로부터 제 2 응용 설정으로 스위칭하도록 개방되는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 8d는 조절 가능한 통기 개구부가 제 1 응용 설정으로부터 제 2 응용 설정으로 스위칭하도록 폐쇄되는 MEMS 구조물의 동작의 흐름도를 도시한다.
도 9a는 수동형 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 9b는 수동형 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 10a는 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 팁 편향을 갖는 코너 주파수의 변화(shifting)의 그래프를 도시한다.
도 10b는 멤브레인 상에 위치된 캔틸레버를 포함하는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11f는 각각 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 12는 장치 하우징을 포함하는 본 발명의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 멤브레인 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 정면도이다.
도 13a는 장치 하우징을 포함하는 본 발명의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 지지 구조물 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 정면도이다.
도 13b는 장치 하우징을 포함하는 본 발명의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 뚜껑 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 정면도이다.
도 13c는 MEMS 구조물의 일 실시예로서, 조절 가능한 통기 개구부가 백플레이트 상에 위치되어 있는 것을 도시하는 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
본 발명의 현재의 바람직한 실시예의 제작 및 사용이 이하에서 상세하게 논의된다. 그러나, 본 발명은 매우 다양한 특정 상황에서 구현될 수 있는 많은 응용 가능한 발명 개념을 제공한다는 점이 이해되어야 한다. 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 제작하며 사용하기 위한 특정 방식을 예시하며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명은 특정 상황에서의 실시예, 즉, 센서 또는 마이크에 대해 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 압력 센서, RF MEMS, 가속도계, 및 액추에이터와 같은 다른 MEMS 구조물에 응용될 수 있다. 추가로, 특정 실시예는 주로 압력파가 전파되는 매체로서 공기를 상정할 것이다. 그러나, 본 발명은 공기로 제한되지 않으며, 많은 매체를 적용할 수 있다.
마이크는 칩 상에 평행 평판 커패시터(parallel plate capacitor)로서 실현된다. 칩은 주어진 백볼륨(back-volume)을 둘러싸면서 패키징(packaging)된다. 이동 가능한 멤브레인은 음향 신호에 의해 야기된 차이와 같은 압력 차이로 인해 진동한다. 멤브레인 변위(membrane displacement)는 커패시턴스 감지(capacitive sensing)를 사용하여 전기 신호로 변환된다.
도 1a는 MEMS 소자(100)의 평면도를 도시한다. 백플레이트 또는 상대 전극(120) 및 이동 가능한 전극 또는 멤브레인(130)이 접속 영역(115)을 통해 기판(110)에 접속된다. 도 1b 및 도 1c는 MEMS 소자(100)의 하나의 접속 영역(115)의 상세 사시도를 도시한다. 도 1b는 도 1a로부터의 절취부(155)의 평면도를 도시하며, 도 1c는 동일 영역에서의 단면도를 도시한다. 백플레이트 또는 상대 전극(120)은 멤브레인 또는 이동 가능한 전극(130) 상에 배열된다. 백플레이트(120)는 감쇠(damping)를 방지하거나 완화시키기 위해 천공된다. 멤브레인(130)은 저 주파수 압력 균등화를 위한 통기 구멍(140)을 포함한다. 여기에서 설명된 조절 가능한 통기 구멍과 관련하여, 통기 구멍(140)은 여기에서 설명된 다양한 실시예에서 대안이며, 다양한 실시예에 포함되거나 포함되지 않을 수 있다.
도 1a 내지 도 1c의 실시예에서, 멤브레인(130)은 접속 영역(115) 내에서 기판(110)에 기계적으로 접속된다. 이들 영역(115)에서, 멤브레인(130)은 이동할 수 없다. 백플레이트(120)도 또한 접속 영역(115) 내에서 기판(110)에 기계적으로 접속된다. 기판(110)은 백볼륨(back-volume)을 위한 공간을 제공하는 림(122)을 형성한다. 멤브레인(130) 및 백플레이트(120)는 림(122)에서 또는 림(122)에 인접하여 기판에 접속된다. 이러한 실시예에서, 림(122) 및 백플레이트(120)는 원을 형성한다. 대안적으로, 림(122) 및 백플레이트(120)는 정사각형을 포함할 수 있거나, 모든 다른 적절한 기하학적 형상을 포함할 수 있다.
일반적으로, 센서를 설계하며 제작하는 것은 높은 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio, SNR)를 요구한다. 무엇보다도, 측정되는 커패시턴스에서의 변화가 가능한 한 클 때 그리고 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)가 가능한 한 작을 때 이것이 달성될 수 있다. 전체 커패시턴스에 비해 커패시턴스의 기생 부분이 커질수록, SNR이 작아진다.
통기 구멍을 통한 통기 경로의 저항 및 백볼륨의 컴플라이언스(compliance)는 센서의 기계적 RC 상수(RC constant)를 정의한다. 통기 구멍이 크거나 다중 구멍이 사용된다면, 코너 주파수(corner frequency)가 비교적 높은 주파수이며, 통기 구멍이 작으면 코너 주파수가 비교적 더 낮은 주파수이다. 통기 구멍의 백볼륨, 직경 및 개수는 구성에 의해 주어지며, 따라서 코너 주파수는 구성에 의해 주어진다. 따라서, 코너 주파수는 단지 고정형 통기 구멍이 마련된다면 동작 중에 변화될 수 없다.
고정된 크기의 통기 구멍을 이용하는 경우의 문제는 심지어 전기 필터를 적용하더라도 통기 구멍의 코너 주파수 이상의 주파수를 갖는 고 에너지 신호가 센서를 왜곡하거나 오버드라이브(overdrive)한다는 것이다. 또한, 하나 이상의 응용을 위해 하나의 센서가 사용되면, 두 개의 센서가 하나의 센서 시스템 내로 통합되어야 하며, 이는 시스템 비용을 두 배로 한다.
본 발명의 일 실시예는 MEMS 구조물 내의 조정 가능한 통기 개구부를 제공한다. 조정 가능한 통기 개구부는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에 스위칭될 수 있다. 조정 가능한 통기 구멍은 또한 중간 위치에 설정될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는 가변적인 통기 개구부 단면을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 기판의 림에 인접하여 감지 영역 내에 조정 가능한 통기 개구부를 제공한다. 추가 실시예는 멤브레인의 감지 영역 외부의 조정 영역 내에 조정 가능한 통기 개구부를 제공한다. 본 발명의 다른 실시예는 멤브레인, 백플레이트, 기판, 지지 구조물, 장치 하우징 또는 뚜껑에 위치된 수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 제공한다. 이들 다양한 실시예들은 개별적으로 실시되거나, 모든 조합으로 실시될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 그들 사이에 공기 갭(240)을 갖는 백플레이트 또는 상대 전극(250) 및 멤브레인 또는 이동 가능한 전극(230)의 단면도를 도시한다. 백플레이트(250)는 천공(252)되어 있으며, 멤브레인(230)은 조절 가능한 통기 개구부(238)를 포함한다. 도 2d는 원은 천공된 백플레이트(250, 252)를 나타내며 짙은 면은 아래에 있는 멤브레인(230)인 배열의 평면도이다. 이러한 실시예에서, 조절 가능한 통기 개구부(238)의 이동 가능부(237)는 U형 슬롯(239)으로서 형성된다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 직사각형, 정사각형 또는 반원 형태로 구성될 수 있다. 대안적으로, 조절 가능한 통기 개구부(238)는 그 형태가 통기 경로를 제공할 수 있는 한 모든 기하 형태를 포함할 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(238)의 이동 가능부(237)는 캔틸레버(cantilever), 브리지(bridge) 또는 스프링 지지형 구조물일 수 있다.
도 2a는 작동 전압(바이어스 전압) V바이어스 = 0인 구성을 도시한다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 멤브레인(230) 내에 작은 슬롯(239)을 형성하면서 폐쇄된다. 작동 전압이 0이면 최소 통기 경로 및 그에 따른 낮은 문턱 주파수가 제공된다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 폐쇄 또는 OFF(비기동) 위치에 있다. 이러한 낮은 문턱 주파수의 일 예는 도 2e에서 주파수 "A"로서 도시될 수 있다.
도 2b는 작동 전압(V바이어스)이 증가된 구성, 즉 작동 전압(V바이어스)이 0은 아니지만 인입 전압(pull-in voltage, V인입)보다 작은 구성을 도시한다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 개방되어 도 2a의 구성인 경우보다 큰 통기 경로를 제공한다. 문턱 주파수는 도 2e에서 주파수 "B"로서 도시될 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 이동 가능부(237)의 변위가 멤브레인(230)의 두께보다 클 때 상당히 큰 통기 경로를 제공할 수 있다.
도 2c는 작동 전압(V바이어스)이 인입 전압(V인입)보다 큰 구성을 도시한다. 조절 가능한 통기 개구부(238)는 완전히 개방되며, 큰 통기 경로가 생성된다. 문턱 주파수는 도 2e에서 주파수 "C"로서 도시될 수 있다. 작동 전압을 조절함으로써, RC 상수가 감소되거나 증가될 수 있고, 문턱 주파수가 요구된 값에 따라 설정될 수 있다. 인입 전압 미만의 작동 전압에 대해 조절 가능한 통기 개구부가 이미 완전히 개방될 수 있다는 것이 주목된다.
이제 도 2e를 참조하면, 일 실시예에서, 문턱 주파수 "A"는 대략 10-15 ㎐일 수 있고 문턱 주파수 "C"로서 대략 200-500 ㎐로 이동될 수 있다. 대안적으로, "A"에서의 문턱 주파수는 대략 10-20 ㎐이고, "C"에서의 대략 200-300 ㎐로 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 문턱 주파수 "A"는 10-100 ㎐이고, "C"에서 500-2000 ㎐로 변화된다
위치 "A"에서의 문턱 주파수는 또한 조절 가능한 통기 개구부의 개수 및 멤브레인 내에서 슬롯이 형성하는 갭 간격(gap distance)에 따라 달라질 수 있다. 더 조절 가능한 통기 개구부(예를 들어, 32개의 조절 가능한 통기 개구부)를 갖는 MEMS 구조물에 대한 위치 "A"에서의 문턱 주파수는 덜 조절 가능한 통기 개구부(예를 들어, 2, 4 또는 8 개의 조절 가능한 통기 개구부)를 갖는 MEMS 구조물에 대한 위치 "A"에서의 문턱 주파수보다 높다. 또한, 조절 가능한 통기 개구부를 한정하는 더 큰 슬롯 갭(더 큰 슬롯 폭 및/또는 더 큰 슬롯 길이)을 갖는 MEMS 구조물에 대한 문턱 주파수는 더 작은 슬롯 갭을 갖는 MEMS 구조물에 대한 문턱 주파수보다 높다.
도 3a의 실시예는 작동 전압이 감지 바이어스와 같은 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)의 구성을 도시한다. MEMS 구조물은 백플레이트(350) 상의 단일 전극, 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함한다. 백플레이트(350)의 전극은 작동 전위로 설정되고, 멤브레인(330)은 접지로 설정된다. 조절 가능한 통기 개구부(338)는 낮은 작동 전압(OFF 위치)에서 폐쇄되고 높은 작동 전압(ON 위치)에서 개방된다. 낮은 작동 전압은 MEMS 구조물의 낮은 코너 또는 문턱 주파수 및 낮은 감도를 야기하고, 높은 작동 전압은 높은 코너 또는 문턱 주파수 및 높은 감도를 야기한다.
도 3b의 실시예는 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)이 감지 바이어스와 무관한 구성을 도시한다. MEMS 구조물은 구조화된 백플레이트(350), 예를 들어 적어도 두 개의 전극을 갖는 백플레이트, 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함한다. 백플레이트(350)의 제 2 전극(352)은 작동 전위로 설정되며, 제 1 전극(351)은 감지 전위로 설정된다. 멤브레인(330)은 접지로 설정된다. 두 개의 전극은 서로 격리된다. 예를 들어, 백플레이트(350)는 구조화된 전극 및 격리 지지체(355)를 포함할 수 있다. 격리 지지체(355)는 멤브레인(330) 쪽으로 대면할 수 있거나 멤브레인(330)으로부터 떨어져 대면할 수 있다. 조정 또는 스위칭 전압은 MEMS 구조물의 감도에 영향을 미치지 않는다.
조절 가능한 통기 개구부(338)는 낮은 작동 전압(OFF 위치)에서 폐쇄되고 높은 작동 전압(ON 위치)에서 개방된다. 낮은 작동 전압은 낮은 코너 또는 문턱 주파수를 야기하고, 높은 작동 전압은 낮은 코너 또는 문턱 주파수를 야기한다. 감지 바이어스는 작동 전압과 무관하며 일정하게 유지될 수 있거나 독립적으로 감소되거나 증가될 수 있다.
도 3c의 실시예는 작동 전압이 감지 바이어스와 같은 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)의 구성을 도시한다. MEMS 구조물은 백플레이트(350) 내의 단일 전극, 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부(338)는 높은 작동 전압(ON 위치)에서 폐쇄되고 낮은 작동 전압(OFF 위치)에서 개방된다. 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337)는 기동될 때 백플레이트(350)에 접촉하며 기동되지 않을 때 멤브레인의 나머지와 같은 평면이다. 낮은 작동 전압은 MEMS 구조물의 높은 코너 또는 문턱 주파수 및 낮은 감도를 야기하며, 높은 작동 전압은 MEMS 구조물의 낮은 코너 또는 문턱 주파수 및 높은 감도를 야기한다. 백플레이트(350)는 통기 개구부(357)를 포함하며, 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337)는 통기 개구부(336)를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337) 내의 통기 개구부(336)는 ON(또는 기동) 위치에서 폐쇄된다. 조절 가능한 통기 개구부가 ON(또는 기동) 위치에 있을 때 조절 가능한 통기 개구부(338)를 통한 통기 개구부가 존재하지 않는다.
도 3d의 실시예는 작동 전압이 감지 바이어스와 무관한 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)을 도시한다. 이러한 MEMS 구조물은 구조화된 백플레이트(350), 공기 갭(340) 및 멤브레인(330)을 포함하며, 구조화된 백플레이트(350)는 예를 들어 제 1 전극(351) 및 제 2 전극(352)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 구조화된 백플레이트(350)는 두 개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 백플레이트(350)의 제 2 전극(352)은 작동 전위로 설정되며, 제 1 전극(351)은 감지 전위도 설정된다. 멤브레인(330)은 접지로 설정된다. 제 1 전극(351) 및 제 2 전극(352)은 서로 격리된다. 예를 들어, 백플레이트(350)는 구조화된 전극 및 격리 지지체(355)를 포함할 수 있다. 격리 지지체(355)는 멤브레인(330) 쪽으로 대면할 수 있거나 멤브레인(330)으로부터 떨어져 대면할 수 있다. 조정 또는 스위칭 전압은 MEMS 구조물의 감도에 영향을 미치지 않는다.
조절 가능한 통기 개구부는 높은 작동 전압(ON 위치)으로 폐쇄되며 낮은 작동 전압(OFF 위치)으로 개방된다. 낮은 작동 전압(OFF 위치)은 높은 코너 또는 문턱 주파수를 야기하며, 높은 작동 전압(ON 위치)은 낮은 코너 또는 문턱 주파수를 야기한다. 감지 바이어스는 작동 전압과 무관하며 일정하게 유지될 수 있거나 독립적으로 감소되거나 증가될 수 있다.
백플레이트(350)는 통기 개구부(357)를 포함하며, 조절 가능한 통기 개구부(338)의 이동 가능부(337)는 또한 통기 개구부(336)를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부(338) 내의 통기 개구부(336)는 ON 위치에서 폐쇄된다. 조절 가능한 통기 개구부(338)가 개방될 때 백플레이트(350)의 통기 개구부(357) 및 조절 가능한 통기 개구부(338)의 통기 개구부(336)를 통한 통기 경로는 존재하지 않는다. 조절 가능한 통기 개구부(338)가 폐쇄되거나 OFF 위치에 있을 때 백플레이트(350)의 통기 개구부(357) 및 조절 가능한 통기 개구부(338)의 통기 개구부(336)를 통한 통기 경로는 존재하지 않는다.
도 4a의 실시예는 MEMS 구조물(400)의 단면도를 도시한다. MEMS 구조물은 기판(410)을 포함한다. 기판(410)은 실리콘 또는 다른 반도체 재료를 포함한다. 대안적으로, 기판(410)은 예를 들어 GaAs, InP, Si/Ge, 또는 SiC와 같은 화합물 반도체를 포함한다. 기판(410)은 단결정 실리콘, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘(폴리실리콘)을 포함할 수 있다. 기판(410)은 트랜지스터, 다이오드, 커패시터, 증폭기, 필터 또는 다른 전기 소자, 또는 집적 회로와 같은 활성 컴포넌트(active component)를 포함할 수 있다. MEMS 구조물(400)은 독립형 소자일 수 있거나 단일 칩 내로 집적된 집적 회로(IC)일 수 있다.
MEMS 구조물(400)은 기판(410) 상에 배치된 제 1 절연층 또는 스페이서(420)를 더 포함한다. 절연층(420)은 이산화실리콘, 질화실리콘, 또는 이들의 조합과 같은 절연 재료를 포함할 수 있다.
MEMS 구조물(400)은 멤브레인(430)을 더 포함한다. 멤브레인(430)은 원형 멤브레인 또는 정사각형 멤브레인일 수 있다. 대안적으로, 멤브레인(430)은 다른 기하 형태를 포함할 수 있다. 멤브레인(430)은 폴리실리콘, 도핑된 폴리실리콘 또는 금속과 같은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 멤브레인(430)은 절연층(420) 상에 배치된다. 멤브레인(430)은 기판(410)의 림에 인접한 영역 내에서 기판(410)에 물리적으로 접속된다.
또한, MEMS 구조물(400)은 멤브레인(430)의 일부분 상에 배치된 제 2 절연층 또는 스페이서(440)를 포함한다. 제 2 절연층(440)은 이산화실리콘, 질화실리콘, 또는 이들의 조합과 같은 절연 재료를 포함할 수 있다.
제 2 절연층 또는 스페이서(440) 상에 백플레이트(450)가 배열된다. 백플레이트(450)는 폴리실리콘, 도핑된 폴리실리콘 또는 금속, 예를 들어 알루미늄과 같은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 백플레이트(450)는 절연 지지체 또는 절연층 영역을 포함할 수 있다. 절연 지지체는 멤브레인(430) 쪽으로 또는 멤브레인(430)으로부터 떨어져 배열될 수 있다. 절연층 재료는 산화실리콘, 질화실리콘, 또는 이들의 조합일 수 있다. 백플레이트(450)는 천공될 수 있다.
멤브레인(430)은 전술된 바와 같이 적어도 하나의 조절 가능한 통기 개구부(460)를 포함할 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(460)는 이동 가능부(465)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 기판(410)의 림에 인접한 영역 내에 위치된다. 예를 들어, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 멤브레인(430)의 반경의 외곽 20% 내에 또는 정사각형 또는 직사각형의 중앙 지점으로부터 멤브레인(430) 가장자리까지의 거리의 외곽 20% 내에 위치될 수 있다. 특히, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 멤브레인(430)의 중앙 영역 내에 위치되지 않을 수 있다. 예를 들어, 조절 가능한 통기 개구부(460)는 반경 또는 거리의 내곽 80% 내에 위치되지 않을 수 있다. 조절 가능한 통기 개구부(460)는 멤브레인(430)의 주변을 따라 서로로부터 등거리에 위치될 수 있다.
도 4a의 실시예는 조절 가능한 통기 개구부(460)가 백플레이트(450) 쪽으로 개방되도록 구성된다. 멤브레인(430) 및 백플레이트(450)는 도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같은 구성 중 임의의 구성을 가질 수 있다. 백플레이트(450)는 감지 전압(V감지) 및 작동 전압(Vp)(감지 전압 및 작동 전압은 전술된 바와 같이 동일하거나 또는 상이할 수 있음)으로 설정되며 멤브레인(430)은 접지로 설정되거나, 또는 그 반대이다.
도 4b의 실시예의 MEMS 구조물(400)은 도 4a의 실시예의 MEMS 구조물과 유사한 구조물을 도시한다. 그러나, 그 구성은 상이하되, 예를 들어 조절 가능한 통기 개구부(460)의 이동 가능부(465)는 기판(410) 쪽으로 당겨진다. 백플레이트는 감지 전압(V감지)으로 설정되고, 기판은 작동 전압(Vp)으로 설정되며, 멤브레인은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(400)의 이러한 구성에서, 작동 전압(조정 또는 스위칭 전압)은 감지 전압과 무관하다.
도 5a의 실시예는 기판(510)의 일부분 상으로 그리고 감지 영역(533) 외부로 연장된 멤브레인(530)을 갖는 MEMS 구조물(500)의 단면도를 도시하며, 도 5b는 그 평면도를 도시한다. MEMS 구조물(500)은 도 4a의 실시예에 관하여 설명된 바와 유사한 재료를 포함하는 기판(510), 접속 영역(520), 멤브레인(530) 및 백플레이트(540)를 포함한다. 멤브레인(530)은 감지 영역(533) 및 조정 영역(536)을 포함한다. 감지 영역(533)은 기판(510)의 대향하는 림들 사이에 또는 대향하는 접속 영역(520)들 사이에 위치된다. 조정 영역(536)은 기판(510)의 일부분 상으로 연장되고 감지 영역(533) 외부에 위치된다. 감지 영역(533)은 접속 영역(520)의 제 1 측면 상에 위치될 수 있고, 조정 영역(536)은 접속 영역(520)의 제 2 측면 상에 위치될 수 있다. 리세스(515)(언더 에칭(under etch))는 조정 영역(536) 내에서 기판(510)과 멤브레인(530) 사이에 형성된다. 백플레이트(540)는 단지 감지 영역(533) 위에만 놓이지만 멤브레인(530)의 조정 영역(536) 위에는 놓이지 않는다. 백플레이트(540)는 천공될 수 있다. 백플레이트(540)는 바이어스 전압(V감지)으로 설정되고, 기판(510)은 조정 전압(Vp)으로 설정되며, 멤브레인은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(500)의 이러한 구성에서, 조정 전압은 감지 전압과 무관하다.
멤브레인(530)의 조정 영역(536)은 비작동 위치(OFF 위치)에서 통기 경로를 제공하고 작동 위치(ON 위치)에서 통기 경로를 제공하지 않는 적어도 하나의 조절 가능한 통기 개구부(538)를 포함한다. 비작동 또는 개방 위치(OFF 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(538)가 그 휴지 위치(resting position)에서 감지 영역(533) 내의 멤브레인(530)과 동일한 평면에 있는 위치이다. 작동 또는 폐쇄 위치(ON 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(538)가 기판(510) 쪽으로 눌려지고 통기 경로가 차단되는 위치이다. 조절 가능한 통기 개구부(538)를 기판(510) 쪽으로 당김으로써 중간 위치가 설정될 수 있지만, 중간 위치에서는 조절 가능한 통기 개구부(538)가 기판(510) 쪽으로 눌려지지 않는다. 감지 영역(533)이 조절 가능한 통기 개구부(538)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 주목된다.
도 6a 및 도 6b의 실시예는 기판(610)의 일부분 상으로 감지 영역(633) 외부로 연장된 멤브레인(630)을 갖는 MEMS 구조물(600)의 단면도를 도시한다. MEMS 구조물(600)은 도 4a의 실시예에 관하여 설명된 바와 유사한 재료를 포함하는 기판(610), 접속 영역(620), 멤브레인(630) 및 백플레이트(640)를 포함한다. 멤브레인(630)은 감지 영역(633) 및 조정 영역(636)을 포함한다. 감지 영역(633)은 기판(610)의 대향하는 림들 사이에 또는 대향하는 접속 영역(620)들 사이에 위치된다. 조정 영역(636)은 기판(610)의 일부분 상으로 연장되고 감지 영역(633) 외부에 위치된다. 감지 영역(633)은 접속 영역(620)의 제 1 측면 상에 위치될 수 있고, 조정 영역(636)은 접속 영역(620)의 제 2 측면 상에 위치될 수 있다. 리세스(615)는 조정 영역(636) 내에서 기판(610)과 멤브레인(630) 사이에 형성된다.
백플레이트(640)는 멤브레인(630)의 감지 영역(633) 및 조정 영역(636) 위에 놓인다. 백플레이트(640)는 감지 영역(633) 및 조정 영역 내에서 천공될 수 있다. 대안적으로, 백플레이트(640)는 감지 영역(633) 내에서 천공될 수 있지만 조정 영역(636) 내에서는 천공되지 않을 수 있다. 백플레이트(640)는 제 1 전극(641) 및 제 2 전극(642)을 포함한다. 대안적으로, 백플레이트(640)는 두 개 이상의 전극을 포함한다. 제 1 전극(641)은 제 2 전극(642)으로부터 격리된다. 제 1 전극(641)은 감지 영역(633) 내에 배치되고, 제 2 전극(642)은 조정 영역(636) 내에 배치된다. 제 1 전극(641)은 바이어스 전압(V감지)으로 설정되고, 제 2 전극(642)은 조정 전압(Vp)으로 설정된다. 멤브레인(630)은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(600)의 이러한 구성에서, 조정 전압은 감지 전압과 무관하다.
멤브레인(630)의 조정 영역(636)은 도 6a에서의 비작동 위치(OFF 위치)에서 통기 경로를 제공하고 도 6b에서의 작동 위치(ON 위치)에서 통기 경로를 제공하지 않는 적어도 하나의 조절 가능한 통기 개구부(638)를 포함한다. 개방 또는 비작동 위치(OFF 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(638)가 그 휴지 위치에서 감지 영역(633) 내의 멤브레인(630)과 동일한 평면에 있는 위치이다. 폐쇄 또는 작동 위치(ON 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(638)가 백플레이트(640) 쪽으로 눌려지고 통기 경로가 차단되는 위치이다. MEMS 구조물(600)은 그것이 비작동 위치(OFF 위치)에 있을 때 통기 경로 및 높은 코너 주파수를 제공한다. MEMS 구조물(600)은 그것이 작동 위치(ON 위치)에 있을 때 폐쇄된 통기 경로 및 낮은 코너 주파수를 제공한다. 조절 가능한 통기 개구부(638)를 백플레이트(640) 쪽으로 당김으로써 중간 위치가 설정될 수 있지만, 중간 위치에서는 조절 가능한 통기 개구부(638)가 백플레이트(640) 쪽으로 눌려지지 않는다. 감지 영역(633)이 조절 가능한 통기 개구부(638)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 주목된다.
백플레이트(640)는 통기 개구부(639)를 포함하고, 멤브레인(630)은 조정 영역(636) 내에 조절 가능한 통기 개구부(638)를 포함한다. 일 실시예에서, 통기 개구부(639) 및 조절 가능한 통기 개구부(638)는 서로 반대로 정렬된다.
도 7a 및 도 7b의 실시예는 기판(710)의 일부분 상으로 그리고 감지 영역(733) 외부로 연장된 멤브레인(730)을 갖는 MEMS 구조물(700)의 단면도를 도시하고, 도 7c는 그 평면도를 도시한다. MEMS 구조물(700)은 도 4a의 실시예에 관하여 설명된 바와 유사한 재료를 포함하는 기판(710), 접속 영역(720), 멤브레인(730) 및 백플레이트(740)를 포함한다. 백플레이트(740)는 (예를 들어, 원형 또는 직사각형) 감지 백플레이트(741) 및 백플레이트 브릿지(backplate bridge, 742)를 포함할 수 있다.
멤브레인(730)은 감지 영역(733) 및 조정 영역(736)을 포함한다. 감지 영역(733)은 기판(710)의 대향하는 림들 사이에 또는 대향하는 접속 영역(720)들 사이에 위치된다. 조정 영역(736)은 기판(710)의 일부분 상으로 연장되고 감지 영역(733) 외부에 위치된다. 감지 영역(733)은 접속 영역(720)의 제 1 측면 상에 위치될 수 있으며, 조정 영역(736)은 접속 영역(720)의 제 2 측면 상에 위치될 수 있다. 리세스(715)(언더 에칭)는 조정 영역(736) 내에서 기판(710)과 멤브레인(730) 사이에 형성된다. 멤브레인(730)은 슬롯(735)에 의해 형성된 조절 가능한 통기 개구부(738)를 포함한다. 슬롯(735)은 조절 가능한 통기 개구부(738)에 대한 도 2a 내지 도 2c에서 설명된 바와 같은 이동 가능부를 형성한다.
백플레이트(740)는 멤브레인(730)의 감지 영역(733) 및 조정 영역(736) 위에 놓인다. 예를 들어, 감지 백플레이트(741)(제 1 전극)는 감지 영역(733) 위에 놓이며, 백플레이트 브릿지(742)(제 2 전극)는 조정 영역(736) 위에 놓인다. 대안적으로, 백플레이트(740)는 두 개 이상의 전극을 포함한다. 제 1 전극(741)은 제 2 전극(742)으로부터 격리된다. 제 1 전극(741)은 바이어스 전압(V감지)으로 설정되고, 제 2 전극(742)은 조정 전압(Vp)으로 설정된다. 멤브레인(730)은 접지로 설정된다. MEMS 구조물(700)의 이러한 구성에서, 조정 전압은 감지 전압과 무관하다. 백플레이트(740)는 감지 영역(733) 및 조정 영역(736) 내에서 천공될 수 있다. 대안적으로, 백플레이트(740)는 감지 영역(733) 내에서 천공될 수 있지만 조정 영역(736) 내에서는 천공되지 않을 수 있다. 백플레이트 브릿지(742)는 통기 개구부(749)를 포함한다.
멤브레인(730)의 조정 영역(736)은 도 7b에서의 작동 위치(ON 위치)에서 통기 경로를 제공하고 도 7a에서의 비작동 위치(OFF 위치)에서 통기 경로를 제공하지 않는 하나 이상의 조절 가능한 통기 개구부(738)를 포함한다. 폐쇄 또는 비작동 위치(OFF 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(738)가 그 휴지 위치에서 감지 영역(733) 내의 멤브레인(730)과 동일한 평면에 있는 위치이다. 개방 또는 작동 위치(ON 위치)는 조절 가능한 통기 개구부(738)가 백플레이트(740) 쪽으로 눌려지고 통기 경로가 개방되는 위치이다. MEMS 구조물(700)은 그것이 작동 위치(ON 위치)에 있을 때 통기 경로 및 높은 코너 주파수를 제공한다. MEMS 구조물(700)은 그것이 비작동 위치(OFF 위치)에 있을 때 폐쇄된 통기 경로 및 낮은 코너 주파수를 제공한다. 조절 가능한 통기 개구부(738)를 백플레이트(740) 쪽으로 당김으로써 중간 위치가 설정될 수 있지만, 중간 위치에서는 조절 가능한 통기 개구부(738)가 백플레이트(740) 쪽으로 눌려지지 않는다. 감지 영역(733)이 조절 가능한 통기 개구부(738)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 주목된다.
도 8a는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 810에서, 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호가 감지된다. 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치에 있다. 다음 단계 812에서, 고 에너지 신호가 검출된다. 단계 814에서, 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동된다. 개방 위치는 완전히 개방된 위치이거나 부분적으로 개방된 위치일 수 있다.
도 8b는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 820에서, 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호가 감지된다. 조절 가능한 통기 개구부는 작동된 (ON) 폐쇄 위치에 있다. 다음 단계 822에서, 고 에너지 신호가 검출된다. 단계 824에서, 조절 가능한 통기 개구부는 작동된 (ON) 폐쇄 위치로부터 비작동 (OFF) 개방 위치로 이동된다. 개방 위치는 완전히 개방 위치이거나 부분적으로 개방 위치일 수 있다.
도 8c는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 830에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 1 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치에 있다. 제 2 단계 832에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 2 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동된다. 개방 위치는 완전히 개방된 위치이거나 부분적으로 개방된 위치일 수 있다.
도 8d는 MEMS 구조물을 동작시키는 실시예를 도시한다. 제 1 단계 840에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 1 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 개방 위치에 있다. 제 2 단계 842에서, MEMS 구조물은 백플레이트에 대해 멤브레인을 이동시킴으로써 음향 신호를 감지하는 제 2 응용 설정에 있다. 조절 가능한 통기 개구부는 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동된다. 폐쇄 위치는 완전히 폐쇄된 위치이거나 부분적으로 폐쇄된 위치일 수 있다.
다른 실시예는 수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부는 모든 제어 입력을 수용할 수 없기 때문에 수동형이다. 조절 가능한 통기 개구부는 이 개구부 상에서 작용하는 압력차에 의해 기계적으로 작동될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 멤브레인 상의 수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물(900)의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 9a는 멤브레인(901), 백플레이트(902), 및 통기 개구부(903)를 포함하는 MEMS 구조물(900)의 단면도이다. 백플레이트(902)는 백플레이트 천공 구멍(912)으로 천공되어 있다. 백플레이트(902) 및 멤브레인(901)은 갭 거리(904)에 의해 분리되어 있다. 갭 거리는 0.5㎛ 내지 5㎛의 범위일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 갭 거리는 대략 2㎛이다.
이러한 실시예에 있어서, 통기 개구부(903)는 멤브레인(901)에 위치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 다른 위치도 가능하다. 개구부(903)는 힘 또는 압력차가 그 위에 작용될 때 편향되도록 구성된 가요성 구조물(913)로 형성되어 있다. 전형적인 MEMS 마이크로서, 멤브레인(901)은 압력(A)으로 특징지어지는 제 1 공간(905)을 압력(B)으로 특징지어지는 제 2 공간(906)으로부터 분리한다.
MEMS 마이크의 전형적인 작동에 있어서, 압력(A)과 압력(B) 사이의 차이는 멤브레인이 편향되게 한다. 이러한 편향은 캐패시터 플레이트로서 작용하는 멤브레인(901) 및 백플레이트(902)에 걸쳐서 변화하는 전압으로부터 감지된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 공간(905, 906)에 있어서 압력(A)과 압력(B) 사이의 차이는 가요성 구조물(913)이 기계적으로 작동되게 한다. 제어 메카니즘으로부터의 입력은 요구되지 않는다. 가요성 구조물(913)은, 압력차가 작동의 변화 레벨을 왜 야기시키는 가를 결정하는 기계적 강도에 의해 특징지어질 수 있다.
가요성 구조물(913)의 실시예들은 기계적 강도의 값을 선택하도록 맞춰진 상이한 기계적 기하학적 형상, 길이, 폭, 두께 또는 재료를 가질 수 있다. 또한, 가요성 구조물(913)의 길이 및 폭을 포함한, 통기 개구부(903)의 기하학적 형상은 개구부를 통해 유동하는 유체의 양에 강력하게 영향을 미친다. 개구부를 통해 유동하는 유체의 양은 공간(905, 906) 사이의 압력차가 어떻게 신속하게 감소될 수 있는 가에 영향을 미친다.
도 9b는, 조절 가능한 통기 개구부(903)가 백플레이트 윈도우(922) 아래(또는 위)에 위치되어 있는, MEMS 구조물(900)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 백플레이트 윈도우(922)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예와 유사한 백플레이트(902)의 외부 에지 근처에 위치된다.
수동형으로 작동되는 조절 가능한 통기 개구부를 갖는 MEMS 구조물의 실시예와 관련하여, 문제점 중 적어도 2개의 특정 카테고리가 해결될 수 있다. 이것은 낮은 주파수 잡음과 관련된 문제와, 손상을 주는 높은 압력 고장과 관련된 문제이다. 고정형 통기 개구부는 멤브레인에 대한 손상을 방지할 수 있지만, 대역폭을 제한함으로써 마이크의 감도를 악화시킨다. 수동형 조절 가능한 개구부는 보다 높은 대역폭을 제공하고, 손상을 주는 높은 압력 고장으로부터 보호한다. 이들 2가지 종류의 문제점과 관련하여 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 성질은 3개의 케이스로 설명될 수 있다.
케이스 1은 중간 또는 낮은 압력(예를 들면 120dB SPL까지)의 저 주파수에 존재한다. 상술한 바와 같이, 등가의 시상수를 갖는 통기 슬롯은 코너 주파수를 갖는 하이 패스 필터로서 작용한다. 케이스 1에 있어서, 비조절 가능한 통기 슬롯은 저 주파수 신호 이상의 코너 주파수를 제공한다. 수동형 조절 가능한 통기 개구부를 구비하면, 케이스 1에서의 신호의 상대적으로 낮은 압력은 통기 개구부를 개방되지 않게 할 수 있다. 도 9a에서의 실시예를 다시 참조하면, 공간(905)과 공간(906) 사이에서 약간의 압력 감소가 있을 수 있다. 저 주파수 신호는 풀 대역폭으로 감지될 수 있다.
케이스 2는 저 주파수 잡음에 존재한다. 통상적인 상황에서 저 주파수에서의 상대적으로 높은 압력 신호(예를 들면 약 100 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 약 120 dB SPL과 140 dB SPL 사이의 잡음)가 종종 야기될 수 있다. 이러한 형태의 잡음의 예들은 걸으면서 스테레오 시스템을 통과할 경우 전환 가능한 또는 저 주파수 음악으로 구동할 때의 풍잡음(wind noise)일 수 있다. 그러나, 이들의 경우에 있어서, MEMS 마이크에 의한 보다 높은 주파수 신호(예를 들면 규칙적인 연설)의 동시 검출이 바람직하다. 이 경우에, 수동형 조절 가능한 통기 개구부는 저 주파수의 높은 압력 잡음에 의해 자체 조절될 수 있다. 공간(905)과 공간(906) 사이의 높은 압력차는 통기 개구부가 개방되게 하며, 압력차를 감소시킬 수 있다. 보다 높은 주파수의 보다 낮은 압력 신호는 멤브레인을 또한 활성화시키며, 감소된 신호 대 잡음 비를 갖는 MEMS 마이크에 의해 신호가 감지될 수 있게 한다.
케이스 3은 극단적인 과도한 압력 손상 신호에 존재한다. 이것은 마이크가 떨어지거나, 멤브레인으로의 경로가 기계적으로 가격되어 큰 압력 플럭스가 멤브레인에 접근 및 충돌되게 하는 경우이다(예를 들면, 사람이 마이크 입력에 손가락을 톡톡 두드리는 경우). 이들 극단적인 신호는 멤브레인을 파열 또는 균열시킴으로써 마이크를 고장나게 할 수 있다. 고정형 통기 구멍은 극단적인 과도한 압력으로부터 마이크를 보호하는데 사용될 수 있다. 그러나, 구멍을 보다 크게 하면 할수록(그리고 그에 따라 보다 큰 충격에 대해서 보다 잘 보호함), 통기 구멍에 의해 야기된 하이 패스 필터의 코너 주파수가 높아진다. 이러한 경우에, 보다 양호한 보호는 감소된 대역폭의 대가이다.
수동형 조절 가능한 통기 개구부의 경우에, 케이스 3의 극단적인 과도한 압력 사고는 통기 개구부가 압력차 자체로부터 자체 작동되게 하고 그리고 공간(905)과 공간(906) 사이에서 압력을 감소시키도록 개방되게 한다. 케이스 1에서 알 수 있는 바와 같이, 개구부는 규칙적인 압력 신호에 대해서 작동되지 않는다. 따라서, 마이크는 극단적인 과도한 압력 사고에 의한 손상으로부터 보호되지만, 저 주파수 신호를 감지하기 위해 요구되는 큰 대역폭을 유지한다. 수동형 조절 가능한 통기 개구부는 어떠한 제어 메카니즘을 구비함이 없이 케이스 1 내지 케이스 3에서 나타나는 문제점에 대한 해결책을 제공할 수 있다.
수동형 통기 개구부(또는 개구부들)는 단지 멤브레인에 마련된 개구부일 수 있다. 대안적으로, 고정형 개구부들(예를 들면 작은 구멍)도 포함할 수 있다. 다른 변형예에서 있어서, 작동형 개구부는 수동형 개구부와 조합되어 포함될 수 있다. 예를 들면, 작동형 개구부는 주파수 코너를 조정하는데 사용될 수 있는 반면에, 수동형 개구부는 손상(예를 들면, 케이스 3)을 방지하도록 설계된다. 또한, 모든 3가지 타입은 동일한 장치에 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예의 기계적인 응답을 도시하는 도면이다. 도 10a는 통기 개구부를 가로지르는 압력차가 증가할 때 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 팁 편향(1002)을 갖는 코너 주파수(1001)의 변화(shifting)를 도시하는 도면이다. 코너 주파수 시프트는 도 2e와 관련하여 상술하였다.
도 10b는 캔틸레버(1011)로 구성된 수동형 조절 가능한 통기 개구부(1010)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 캔틸레버(1011)는 압력(A)을 갖는 공간(1012)과 압력(B)을 갖는 공간(1013) 사이의 압력차에 의해 야기되는 편향으로 도시되어 있다. 도 10b의 특정 실시예에 있어서, 캔틸레버(1011)의 길이는 70㎛이며, 캔틸레버(1011)의 폭은 20㎛이다. 다른 실시예에 있어서, 캔틸레버(1011)의 길이는 10 내지 500㎛의 범위이며, 캔틸레버(1011)의 폭은 5 내지 100㎛의 범위이다. 다른 실시예에 있어서, 통기 개구부당 캔틸레버의 개수는 또한 1 내지 다수의 범위일 수 있다.
도 11a 내지 도 11f는 조절 가능한 통기 개구부의 다양한 실시예를 도시하는 도면이다. 도 11a는 정사각형의 가요성 구조물(1101)을 포함하는 조절 가능한 통기 개구부(1110)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 가요성 구조물(1101)은 길이(1102), 폭(1103) 및 개구부 갭(1104)을 포함한다. 다양한 실시예에 있어서, 길이 대 폭의 비율은 약 1:1 내지 약 10:1일 수 있다. 개구부 갭(1104)은 전형적으로 약 0.5㎛와 5㎛ 사이이다.
도 11b는 개구부 갭(1104)의 단부들에 작은 개구부(1125)를 갖는 조절 가능한 통기 개구부(1120)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 가요성 구조물(1101)의 코너에서의 이들 작은 개구부(1125)는 고정형 통기 구멍으로서 작용하거나, 가요성 구조물(1101)의 기계적 강도에 영향을 주도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 작은 개구부(1125)는 또한 노칭(notching) 응력을 감소시키기 위한 것이다.
도 11c는 라운드형 가요성 구조물(1101), 및 멤브레인의 나머지로부터 플랩(1101)을 분리하는 개구부 갭(1104)을 갖는 조절 가능한 통기 개구부(1130)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 가요성 구조물(1101)의 형상은 개구부를 통한 공기 유동 역학에 영향을 미친다. 이러한 형상은 가요성 구조물(작은 변위)(1101)의 개시 개구부에서 그리고 가요성 구조물(큰 변위)(1101)의 대형 개구부에서 유동비를 변경시킨다. 따라서, 형상은 압력차 감소가 어떻게 신속하게 생성될 수 있는 가에 직접적으로 영향을 미친다. 둥근 또는 정사각형 형상에 추가해서, 모든 다른 적당한 구조물(예를 들면, 삼각형, 톱니형 또는 다각형)이 사용될 수 있다.
도 11d는 개구부 갭(1104)의 단부에 곡선형 개구부(1145)를 갖는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 곡선형 개구부는 캔틸레버 베이스로부터의 노칭 응력을 해제하기 위한 목적으로서 작용한다.
도 11e는 사행(serpentine) 개구부 갭(1104)을 포함하는 서로 얽힌(interwining) 가요성 구조물(1101)을 갖는 조절 가능한 통기 개구부(1150)의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 이러한 구조물은 가요성 구조물(1101)의 보다 높은 기계적 강도를 유지하면서 증가된 공기 유동을 제공한다.
도 11f는 별개의 개구부 갭(1104)을 갖는 2개의 가요성 구조물(1101)이 서로에 인접하여 위치되어 있는 조절 가능한 통기 개구부의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 추가의 슬롯(1105)은 통기를 증가시키도록 그리고 구조물에 가요성을 추가시키도록 포함된다. 슬롯(1105)은 조절 가능한 통기 개구부(1160)의 보강을 감소시키며, 전체적인 구조물을 더욱 변위시킨다. 구조물(1101)은 상이한 사이즈 또는 동일한 사이즈의 개구부 갭(1104)을 가질 수 있다. 구조물(1101)은 동일한 또는 상이한 폭(1103) 또는 길이(1102)를 가진다. 조절 가능한 통기 개구부(1160)는 전체 멤브레인을 포함하거나, 개구부는 대형 멤브레인의 작은 부분을 포함한다. 매개변수는 조절 가능한 통기 개구부 및 마이크의 기능을 개선하도록 선택될 것이다.
도 11a 내지 도 11f는 조절 가능한 통기 개구부가 다양한 기하학적 형상 및 치수를 포함하는 많은 실시예들로 제조될 수 있다는 것을 보여주는 것이다. 이들 다양한 실시예 중 하나 이상은 함께 사용될 수 있다. 또한, 이들 구조물의 모든 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다양한 실시예에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부는 범프 및/또는 코팅과 같은 주름형 표면 및/또는 항부착 메카니즘을 포함한다.
다른 실시예들에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부는 이 조절 가능한 통기 개구부가 그 일부분인 구조물보다 얇거나 또는 두꺼운 재료를 포함한다. 조절 가능한 통기 개구부의 기계적 강도를 증가(두꺼운 기계적 구조물에 의해) 또는 감소(얇은 기계적 구조물에 의해)시키기 위해서, 가요성 구조물의 구조적 두께는 다양할 수 있다. 멤브레인 상에 조절 가능한 통기 개구부를 포함하는 일 실시예에 있어서, 구조물은 MEMS 또는 마이크의 제조시에 통상적으로 사용되는 기술을 이용하여 미세가공될 수 있다. 제조 공정 동안에, 가요성 구조물은 얇은 기계적 구조물을 제조하기 위해서 대안으로 에칭될 수 있다(예를 들면 다른 영역을 보호하기 위해서 포토레지스트의 이용을 통해서). 대안적으로, 가요성 구조물은 그 위에 배치된 추가적인 재료를 가질 수 있거나, 멤브레인의 주위 구조적인 재료는 가요성 구조물 자체보다 더 에칭될 수 있다. 이들 모든 실시예들에 있어서, 가요성 구조물의 구조적 층 두께는 상이한 기계적 강도 값을 생성하고 그리고 조절 가능한 통기 개구부 성능을 개선하도록 효율적으로 변경된다.
일 실시예는 다중 조절 가능한 통기 개구부를 포함할 수 있다. 하이 패스 필터의 코너 주파수가 조절 가능한 통기 개구부의 개수로 선형으로 변경될 때, 하나 이상의 조절 가능한 통기 개구부를 포함하는 것이 중요하다. 추가로, 다중 벤트를 포함하면 오기능(예를 들면 단일 벤트를 방해하는 먼지에 의해 야기되는 것)의 위험을 감소시킨다.
도 12 및 도 13a 내지 도 13d는 수동형 조절 가능한 통기 개구부의 상이한 구성을 갖는 본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 것이다. 또 다시, 이들 다양한 실시예들의 특징부는 조합될 수 있다.
도 12는 장치 하우징 내의 패키지형 MEMS 마이크(1200)를 갖는 일 실시예를 도시하는 도면이다. 장치 하우징은 지지 구조물(1202) 및 뚜껑 구조물(1203)을 포함한다. 지지 구조물(1202)은 예를 들면 인쇄 회로 기판과 같은 라미네이트로 형성될 수 있다. 지지 구조물(1202)은 하우징 내의, 예를 들면 MEMS(1201) 및 ASIC(주문형반도체 : Application Specific Integrated Circuit)와 같은 부품에 접속하기 위한 내부 표면상의 전기 접점을 포함할 수 있다. 이들 접점은 외부에서 접근할 수 있도록 지지 구조물(1202)을 통해 루트화될 수 있다.
뚜껑(1203)은 장치(1200)의 부품을 둘러싸는데 사용될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 뚜껑(1203)은 백플레이트(1221) 상에 공기 공간을 잔류시킨다. 백플레이트(1221) 내의 구멍으로 인해서 멤브레인(1211) 바로 위의 공간과 동일한 압력인 이러한 공기 갭은 압력차가 결정되는 압력들 중 하나를 제공한다. 뚜껑(1203)은 금속, 플라스틱, 또는 라미네이트 재료 뿐만 아니라 뚜껑 구조물용으로 적당한 모든 다른 재료로 제조될 수 있다.
MEMS 구조물(1201)은 지지 구조물(1202)에 부착된다. 상술한 바와 같이, MEMS 구조물은 멤브레인(1211) 및 백플레이트(1221)를 포함한다. 사운드 포트(1207)는 지지 구조물(1202)을 통한 압력 파(예를 들면 사운드 신호)를 위한 경로를 멤브레인(1211)에 제공한다.
또한, 감지 전자장치 블럭(1204)은 지지 구조물(1202)에 부착된다. 감지 전자장치 블럭(1204)은 MEMS 구조물(1201)에 연결된다. 감지 전자장치 블럭(1204)은 멤브레인(1211) 및 백플레이트(1221)에 걸쳐서 변화하는 전압을 감지하도록 구성된다. 멤브레인에 입사하는 사운드 신호는 멤브레인을 편향시킨다. 멤브레인(1211)과 백플레이트(1221)를 분리하는 갭 거리의 결과적인 변화는 2개의 소자에 걸쳐서 변화하는 전압에 의해 초래된다. 감지 전자부품 블럭(1204)은 입사 사운드 파의 오디오 정보를 포함하는 출력 신호를 제공하기 위해서 이러한 변화하는 전압 신호를 처리한다.
도 12의 특정 실시예에 있어서, 멤브레인(1211)은 조절 가능한 통기 개구부(1208)를 포함한다. 멤브레인(1211)은 압력(A)을 갖는 공간(1205)을 압력(B)을 갖는 공간(1206)으로부터 분리한다. 일 실시예에 있어서 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 캔틸레버로 구성된다. 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 기계적으로 작동되어, 큰 압력차로 인해서 공간(1205)과 공간(1206) 사이에서 A에서 B 또는 B에서 A로 편향된다. MEMS 구조물(1201)의 감지 영역에서의 압력 신호를 위해서, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 매우 적게 편향되거나 편향되지 않는다.
다양한 실시예에 있어서, MEMS 구조물(1201)은 기판을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 기판은 지지 구조물(1202) 또는 별개의 기판일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 구조물은 인쇄 회로 기판(PCB), 또는 장치 하우징의 일부로서 플라스틱 또는 라미네이트 구조물일 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 사운드 포트(1207)는 백플레이트(1221)를 갖는 측면과 대향하는 공간(1205)에서 멤브레인(1211)에의 접근을 제공할 수 있으며, 또는 사운드 포트(1207)는 백플레이트(1221)와 동일 측면의 공간(1206)에서 멤브레인(1211)에의 접근을 제공할 수 있다(예를 들면 뚜껑 구조물(1203)을 통해서). 이러한 특정 실시예에 있어서, 공간(1205)은 밀봉되며, 지지 구조물(1202) 내의 사운드 포트(1207)는 존재하지 않는다.
따라서, 상술한 실시예들은 멤브레인 내의 조절 가능한 통기 개구부를 포함한다. 이것은 단지 하나의 가능한 위치이다. 도 13a 내지 도 13d에 대해서 설명한 바와 같이, 통기 개구부는 장치의 다른 부분에 위치될 수 있다.
도 13a는 조절 가능한 통기 개구부(1208)가 지지 구조물(1202) 내에 합체되어 있는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 이러한 경우에, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 공간(1205)과 공간(1206) 사이의 압력차에 의해 작동될 것이다. MEMS 구조물(1201) 내의 멤브레인(1211)이 모든 통기 개구부를 제공할 수 없을지라도, 지지 구조물(1202) 내의 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 상술한 3개의 케이스의 문제점을 해결하기 위해서 필요한 압력의 감소를 제공할 것이다. 필요하다면, 지지 구조물(1202)의 일부분으로서, 멤브레인(1211)의 일부분인 경우보다 큰 조절 가능한 통기 개구부(1208)를 제조하는 것도 가능하다. 구멍의 사이즈는 0.1 ㎜ 내지 1 ㎜의 범위일 수 있으며, 단면 형상이 다양할 수 있다(예를 들면, 원형, 직사각형, 정사각형).
도 13b는 조절 가능한 통기 개구부(1208)가 뚜껑 구조물(1203) 내에 합체되어 있는 장치 하우징(1200)을 갖는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 13a와 유사하게, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 공간(1205)과 공간(1206) 사이에서의 압력의 감소를 제공한다. 뚜껑 구조물(1203)에 위치된 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 많은 치수 및 구성으로 될 수 있다. 뚜껑 구조물(1203)에 개구부(1208)를 위치시키면 장치 하우징(1200)의 상부에의 접근을 용이하게 하는 장점을 제공한다.
도 13c는 MEMS 구조물(1201)의 단면을 도시하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. MEMS 구조물(1201)은 백플레이트(1221), 멤브레인(1211), 공간 층(1209) 및 지지 구조물(1202)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 백플레이트(1221)상에 합체된다. 또한, 백플레이트(1221)는 백플레이트 천공 구멍(1210)을 포함한다. 멤브레인(1211)은 압력(A)을 갖는 공간(1205)을 압력(B)을 갖는 공간(1206)으로부터 분리한다. 조절 가능한 통기 개구부(1208)는, 압력차가 크다면 공간(1205) 내의 압력(A)으로부터 공간(1206) 내의 압력(B)까지의 압력차를 감소시키는 루트를 제공할 수 있다. 수동형 조절 가능한 통기 개구부(1208)의 성질은 상술한 3개의 케이스에 의해 설명되었다. 전형적인 감지에 있어서, 수동형 조절 가능한 통기 개구부(1208)는 폐쇄되어 유지될 것이다. 공간 층(1209)은 모든 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 공간 층(1209)은 실리콘, 산화물, 폴리머 또는 몇몇 복합체일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 지지 구조물(1202)은 기판을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 구조물(1202)은 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 지지 구조물(1202)은 플라스틱 또는 라미네이트 재료를 포함한다.
도 13d는 하우징(1230)을 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 하우징(1230)은 장치 하우징(1200), 사운드 포트(1207), 압력 바이패스 포트(1237) 및 조절 가능한 통기 개구부(1238)를 포함한다. 장치 하우징은 MEMS 구조물(1201), 지지 구조물(1202), 뚜껑 구조물(1203) 및 감지 전자장치 블럭(1204)을 포함한다. MEMS 구조물(1201)은 백플레이트(1221) 및 멤브레인(122)을 포함한다. 멤브레인은 압력(A)을 갖는 공간(1205)을 압력(B)을 갖는 공간(1206)으로부터 분리한다. 조절 가능한 통기 개구부(1238)는 공간(1205)을 압력(C)을 갖는 공간(1236)으로부터 분리한다. 압력 바이패스 포트(1237) 및 조절 가능한 통기 개구부(1238)의 조합은 공간(1205)에서의 압력(A)과 공간(1206)에서의 압력(B) 또는 공간(1236)에서의 압력(C) 사이에서 큰 압력차를 갖는 공간(1205) 내의 사운드 포트(1207)에 들어가는 신호를 공간(1236)으로 감소시키는 루트를 제공한다. 이러한 실시예는, 조절 가능한 통기 개구부를 장치 또는 MEMS 구조물 내에 합체시킬 필요가 없지만, 다양한 분야에서 하우징의 일부분으로서 효율적으로 기능할 수 있다는 것을 증명한다.
도 14a 및 도 14b는 MEMS 구조물(1400)을 포함하는 변형 실시예를 도시하는 도면이다. 도 14a는 원주를 중심으로 스프링에 의해 지지된 멤브레인(1401)을 포함하는 구조물(1400)의 평면도를 도시하는 도면이다. 스프링은 슬롯(1402)이 선택 부분으로부터 제거되어 있는 멤브레인(1401)으로 구성된다. 도시된 바와 같이, 캔틸레버는 스프링-형상 갭에 의해 둘러싸이며, 그 결과 갭 중 적어도 2개 부분은 캔틸레버의 영역(이 경우에 각 측면)에 인접한다. 슬롯은 사각형 코너에 의해 연결된 것으로 도시되어 있는 반면에, 이들 코너는 대안으로 둥근형일 수 있다.
도 14b는 벤트가 개방된 위치에 있는 경우의 도 14a의 절취선 14b-14b를 따라 취한 단면도이다. 멤브레인(1401)은 압력(A)을 갖는 공간(1406)을 압력(B)을 갖는 공간(1407)으로부터 분리한다. 슬롯(1402)의 폭은 개구부 갭(1404)에 의해 주어진다. 멤브레인(1401)은 기판(1405)에 부착된다. 도 14b에서, 멤브레인은 큰 변위로 도시되어 있으며, 여기에서 공간(1406)에서의 압력(A)은 공간(1407)에서의 압력(B0보다 상당히 크다. 이러한 높은 압력차의 경우에, 멤브레인(1401)은 멤브레인 두께 보다 더 편향되어, 크게 증가된 통기를 제공한다.
도 12, 도 13a 내지 도 13d, 도 14a 및 도 14b는, 조절 가능한 통기 개구부가 MEMS 구조물, 장치 하우징, 패키지, 기판의 임의의 부분, 또는 전체 시스템의 임의의 부분에 합체될 수 있다는 것을 강조하는 표현 의도를 갖는 다수의 실시예로 본 발명을 실시할 수 있다는 것을 증명한다. 이들 예에 있어서, 조절 가능한 통기 개구부는 제 2 공간으로부터 멤브레인과 접촉하는, 통상적으로 멤브레인의 대향하는 측면과 접촉하는 제 1 공간을 분리한다. 그러나, 제 2 공간이 멤브레인의 대향하는 측면과 접촉될 필요는 없다.
본 기술 분야에 숙련된 자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 조절 가능한 통기 개구부는 상술한 3개의 케이스에서 보다 좋은 성능을 위해서 복수의 조절 가능한 통기 개구부를 종종 포함한다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예는, 상술된 구조물 중 어느 하나에 또는 상술된 구조물(예를 들면, 멤브레인, 백플레이트, 기판, 지지 구조물, 뚜껑 구조물, 하우징, 패키징 등등)의 임의의 조합에 포함된 복수의 조절 가능한 통기 개구부를 포함할 것이다.
비록 본 발명 및 본 발명의 장점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 치환 및 변경이 본 명세서에서 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
115 : 접속 영역 120 : 백플레이트
130 : 멤브레인 238 : 통기 개구부
240 : 공기 갭 355 : 격리 지지체
400 : MEMS 구조물 410 : 기판
440 : 스페이서 633 : 감지 영역
636 : 조정 영역 900 : MEMS 구조물
901 : 멤브레인 902 : 백플레이트
903 : 통기 개구부 904 : 갭 거리
905 : 제 1 공간 906 : 제 2 공간

Claims (31)

  1. MEMS 구조물에 있어서,
    백플레이트와,
    상기 백플레이트로부터 갭 거리로 이격된 멤브레인과,
    상기 멤브레인의 제 1 측면과 접촉하는 제 1 공간과 상기 멤브레인의 대향하는 제 2 측면과 접촉하는 제 2 공간 사이에서의 압력차를 감소시키도록 구성된 조절 가능한 통기 개구부를 포함하며,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동형으로 작동되는
    MEMS 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 멤브레인 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 에지에 가깝고 그리고 백플레이트 윈도우에 인접한 영역에서 상기 멤브레인 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 멤브레인의 다른 부분보다 얇은
    MEMS 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 백플레이트 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트는 기판에 기계적으로 연결되고, 상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 기판 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트는 기판에 기계적으로 연결되고, 상기 기판은 지지 구조물에 기계적으로 연결되고, 상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 지지 구조물 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공간은 장치 하우징 내에 둘러싸여지며, 상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 장치 하우징 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 캔틸레버를 포함하는
    MEMS 구조물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 복수의 조절 가능한 통기 개구부 중 하나인
    MEMS 구조물.
  11. MEMS 구조물에 있어서,
    백플레이트와,
    상기 백플레이트로부터 갭 거리로 이격된 멤브레인과,
    상기 멤브레인 상에 캔틸레버를 포함하는 조절 가능한 통기 개구부를 포함하며,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 상기 멤브레인의 대향하는 제 2 측면과 접촉하는 제 2 공간 사이에서의 압력차를 감소시키도록 구성되는
    MEMS 구조물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동형으로 작동되는
    MEMS 구조물.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 상기 멤브레인의 평면으로부터 상기 갭 거리의 4배보다 큰 거리까지 멀리 편향되는 팁을 포함하는
    MEMS 구조물.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 갭 거리는 3㎛보다 작은
    MEMS 구조물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 10㎛와 150㎛ 사이의 길이를 갖는
    MEMS 구조물.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔틸레버의 길이 대 상기 갭 거리의 비율은 3보다 큰
    MEMS 구조물.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 에지에 가깝고 그리고 백플레이트 윈도우에 인접한 영역에서 상기 멤브레인 상에 위치되는
    MEMS 구조물.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 상기 멤브레인의 다른 부분보다 얇은
    MEMS 구조물.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 상기 멤브레인의 나머지 부분으로부터 U자 형상 갭에 의해 분리되는
    MEMS 구조물.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 정사각형 형상의 가요성 구조물을 포함하는
    MEMS 구조물.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 U자 형상 갭은 이 갭의 상부 부분으로부터 멀리 연장되는 개구부 부분을 포함하는
    MEMS 구조물.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 갭의 상부 부분에 곡선형 개구부를 포함하는
    MEMS 구조물.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 사행(serpentine) 개구부 갭에 의해 분리된 서로 얽힌(interwining) 가요성 구조물을 포함하는
    MEMS 구조물.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 2개의 가요성 구조물을 포함하며, 각각의 가요성 구조물은 U자 형상 갭에 의해 상기 멤브레인의 나머지 부분으로부터 분리되며, 상기 2개의 가요성 구조물은 반대 방향으로 연장되는
    MEMS 구조물.
  25. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 스프링-형상 갭에 의해 둘러싸이며, 그 결과 갭 중 적어도 2개 부분은 상기 캔틸레버의 영역에 인접하는
    MEMS 구조물.
  26. MEMS 장치에 있어서,
    백플레이트와, 상기 백플레이트로부터 갭 거리로 이격된 멤브레인을 포함하는 MEMS 구조물과,
    상기 MEMS 구조물을 둘러싸는 하우징과,
    상기 멤브레인에 음향적으로 커플링된 사운드 포트와,
    상기 멤브레인과 접촉하는 제 1 공간과 제 2 공간 사이에서의 압력차를 감소시키도록 구성된, 상기 하우징 내의 조절 가능한 통기 개구부를 포함하는
    MEMS 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간 사이의 압력차의 함수로서 수동적으로 작동되는
    MEMS 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 캔틸레버를 포함하는
    MEMS 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 하우징은 뚜껑을 포함하며,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 뚜껑 내에 있는
    MEMS 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 하우징은 기판을 포함하며,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 기판 내에 있는
    MEMS 장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 하우징은 인쇄 회로 기판을 포함하며,
    상기 조절 가능한 통기 개구부는 상기 인쇄 회로 기판 내에 있는
    MEMS 장치.
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