KR20150113185A - 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품 - Google Patents

멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품 Download PDF

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KR20150113185A
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요헨 쵤린
크리스토프 셸링
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 반도체 공정의 표준 방법에 의해 저렴한 비용으로 구현될 수 있는, 테두리가 고정되고 대체로 무응력인 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품을 실현하기 위한 컨셉에 관한 것이다. 이에 따라, 이러한 마이크로 기계 부품(100)의 멤브레인 구조물은 기판(1) 상의 층 구조 내에서 실현되고, 이 경우 상기 멤브레인 구조물은 하나 이상의 스프링 부재(12)를 통해 층 구조 내로 결합되는 멤브레인(11)을 포함하며, 멤브레인(11)이 공동(16) 상부에 걸쳐짐에 따라, 멤브레인 테두리의 하나 이상의 섹션이 공동(16)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장되고, 멤브레인(11)과 공동 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에 하나 이상의 고정 구조물이 형성된다. 본 발명에 따라 상기 고정 구조물은 하나 이상의 고정 부재(21)와 상기 고정 부재(21)용 관통 개구(20)를 포함하며, 이때 고정 부재(21)는 공동 테두리 영역 상부의 층 구조로부터 구조화되고, 고정 부재(21)용 관통 개구(20)가 멤브레인(11)의 테두리 영역 내에 형성됨으로써, 고정 부재(21)와 관통 개구(20) 사이에 멤브레인(11)의 기계적 응력 이완을 가능케 하는 유격이 존재한다.

Description

멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품{MICROMECHANICAL COMPONENT HAVING A MEMBRANE STRUCTURE}
본 발명은 기판 상의 층 구조 내에 실현되는 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품에 관한 것이다. 상기 멤브레인 구조물은 하나 이상의 스프링 부재를 통해 층 구조 내로 결합되는 멤브레인을 포함하고, 상기 멤브레인이 공동 상부에 걸쳐짐에 따라, 멤브레인 테두리의 하나 이상의 섹션이 공동의 테두리 영역을 넘어서까지 연장된다. 멤브레인과 공동 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에는 하나 이상의 고정 구조물이 형성된다.
마이크로 기계 부품의 멤브레인 구조물은 다양한 적용예들을 위해, 예컨대 압력 검출용 멤브레인, 마이크로폰 멤브레인 또는 스피커 멤브레인으로서, 또는 마이크로 기계식 밸브의 폐쇄 부재로서도 설계될 수 있다. 멤브레인의 기계적 응력 상태는 대개 부품의 기능에 영향을 주기 때문에, 상기 유형의 적용예들에서 멤브레인의 기계적 응력 상태가 가능한 한 정확히 규정되어야 한다. 이는 상황에 따라 재료 선택 및/또는 실제로 구현된 응력 상태에서의 절충을 요구한다. 어쨌든, 멤브레인 층들 내에는 이미 제조에 기인하여, 각각의 부품 기능에 최적화되지 않은 기계적 응력 상태가 빈번하게 발생한다. 본원에서 다루어지는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품의 중요한 적용예 중 하나는 마이크로폰 부품으로서의 적용이다. 마이크로폰 멤브레인들은 가능한 한 응력을 받지 않는 동시에, 주변이 최대한 기밀식으로 밀폐됨에 따라, 멤브레인 테두리 주변에는 가능한 한 환류가 덜 발생한다.
US 2006/0280319 A1호에는 도입부에 명시된 유형의 마이크로폰 부품이 기술되어 있다. 상기 마이크로 기계 부품의 마이크로폰 구조물은 반도체 기판 상의 층 구조 내에서 실현되고, 기판 배면에 있는 공동의 상부에 걸쳐진다. 상기 마이크로폰 구조물은 멤브레인과, 관통 개구들을 갖는 음향 투과성 고정 대향 부재를 포함한다. 본원에서 이러한 대향 부재는 멤브레인 아래에, 즉 기판과 멤브레인 사이에 형성된다. 상기 대향 부재는, 편향 가능한 멤브레인 상의 일 전극과 함께 신호 검출을 위한 콘덴서 장치를 형성하는 고정형 전극의 지지체로서 이용된다. 멤브레인은, 하나 이상의 벤딩 바(bending bar)를 통해서만 층 구조 내로 결합되므로, 제조로 인한 멤브레인 내 기계적 응력이 양호하게 감소할 수 있다. 상기 멤브레인은, 층 구조 내에서 멤브레인 테두리의 주연을 둘러싸는 홈이 형성되어 있는 공동 테두리 영역을 넘어서까지 연장된다. 상기 홈은 우선적으로 멤브레인의 음향적 밀폐에 이용될 뿐 아니라, 고정 구조물 및 과부하 보호체로서도 작용한다.
본 발명에 의해, 전반적으로 응력을 받지 않으며 테두리가 고정되는 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품을 구현하기 위한 대안적 개념이, 반도체 공정의 표준 방법을 이용하여 경제적으로 실현될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 부품의 멤브레인을 위한 고정 구조물은 하나 이상의 고정 부재와 상기 고정 부재용 관통 개구를 포함한다. 상기 고정 부재는 공동 테두리 영역 상부의 층 구조로부터 구조화되며, 고정 부재용 관통 개구가 멤브레인의 테두리 영역 내에 형성됨으로써, 고정 부재와 관통 개구 사이에 유격이 존재한다. 이러한 유격이 멤브레인의 기계적 응력 완화를 가능케 한다.
본 발명에 따른 부품의 고정 구조물은, 멤브레인이 적어도 양 측면에서 고정되긴 하나, 그럼에도 예컨대 제조로 인해 또는 온도로 인해 발생하는 멤브레인 내부의 기계적 응력은 감소할 수 있도록 설계된다. 본 발명에 따른 고정 컨셉이 이처럼 매우 유연한 멤브레인의 설계를 가능하게 하며, 더 구체적으로 말하면 이는 레이아웃뿐만 아니라 재료 선택에 관해서도 해당된다.
기본적으로, 특히 고정 구조물뿐 아니라 멤브레인 서스펜션과 멤브레인 구조물의 본 발명에 따른 부품 또는 상기 부품의 구성요소를 구현하기 위한 여러 가능성이 존재한다.
즉, 고정 구조물은 각각 멤브레인의 크기, 형태 및 기능에 따라 상응하는 관통 개구를 갖는 하나의 고정 부재만을 포함할 수도, 혹은 공동 또는 멤브레인의 테두리 영역을 넘어 분포 배치되는 복수의 고정 부재들 및 관통 개구들을 포함할 수도 있다.
고정 부재들은, 간단하게 공동 테두리 영역으로부터 돌출하여 멤브레인의 테두리 영역 내의 상응하는 관통 개구들 내로 삽입되는, 그러나 멤브레인 표면에서 이탈하지는 않은 핀형 돌출부들일 수 있다. 이 경우, 고정 부재들은 멤브레인의 "면외(out-of-plane)" 운동에 영향을 주지 않는다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 고정 부재의 기저부는 멤브레인 아래의 공동 테두리 영역과 고정 연결되는 반면, 고정 부재의 헤드는 멤브레인 위의 하나 이상의 층으로부터 구조화되고, 하나 이상의 섹션 내에서 멤브레인 내 관통 개구의 테두리 영역을 넘어서까지 연장된다. 고정 헤드와 멤브레인 사이의 기계적 유격이 상응하게 작게 설계되면, 이러한 경우에 고정 구조물은 멤브레인을 수직으로 고정하는 데에도 이용될 수 있다.
고정 헤드를 구비한 고정 부재는 멤브레인의 "면외" 운동을 위한 정지부로서도 설계될 수 있다. 이러한 경우, 고정 헤드와 멤브레인 사이의 기계적 유격이 멤브레인의 최대 수직 편향을 결정한다. 이러한 정지부는 예컨대 멤브레인을 위한 과부하 보호 수단으로서 이용될 수 있다.
일부 용례들에서, 고정 헤드를 갖는 고정 부재들이 멤브레인의 특수 용도의 목표 위치를 규정하기 위해, 예컨대 기능 테스트를 수행하거나 부품 성능 개선의 목적으로도, 이용될 수 있다. 그래서, 고정 헤드를 갖는 고정 부재들은 본 발명에 따른 마이크로폰 부품의 경우에 정지부로서 이용될 수 있고, 상기 정지부에 대해 멤브레인은 구동 가능한 적합한 스위칭 수단에 의해 가동된다. 그러한 경우, 멤브레인은 마이크로폰의 작동 중에는 상기 위치에 보유되고, 그럼으로써 마이크로폰 감도의 증대를 위해 규정된 기계적 초기 응력을 받는다.
본 발명에 따른 부품의 멤브레인은 하나 이상의 벤딩 바를 통해 부품의 층 구조 내로 결합되는 반면, 그 밖에 멤브레인 테두리는 층 구조로부터 완전히 분리되어 있다. 이러한 유형의 멤브레인 서스펜션은 멤브레인 내부의 기계적 응력을 거의 완전히 소멸시킬 수 있다. 층 평면들에 대해 수직인 멤브레인 편향에 기초하는 적용예들의 경우, 벤딩 바는 적어도 상기 방향으로, 즉 "면외" 방향으로 적합한 탄성을 갖는다. 그러나, 이러한 벤딩 바는 "면외" 방향 탄성 스프링 부재뿐 아니라 "면내" 방향 탄성 스프링 부재의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 경우, 멤브레인 내부의 기계적 응력뿐 아니라 전체 부품 구조물의 기계적 진성 응력도 멤브레인 서스펜션을 통해 감소할 수 있다.
예컨대, 압력 측정, 마이크로폰 기능 및 스피커 기능과 같은 많은 적용예들이, 본 발명에 따른 부품의 멤브레인 구조물의 다소 광범위한 테두리 밀봉을 필요로 한다. 그러한 테두리 밀봉은, 멤브레인과 공동 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에 형성되는 하나 이상의 밀봉 립(seal lip)의 형태로 간단히 실현될 수 있다. 상기 밀봉 립은 공동 테두리 영역 상에 형성될 수 있을 뿐 아니라, 공동 테두리 영역을 향하는 멤브레인의 밑면에도 형성될 수 있다. 바람직하게 고정 구조물은, 멤브레인의 중심 영역이 밀봉 립에 의해 밀봉되고, 부품 기능이 고정 구조물의 누설로 인해 손상되지 않도록, 멤브레인의 외측 테두리와 밀봉 립 사이에 배치된다.
여러 적용예들의 경우, 플랭크 영역을 통해 멤브레인의 테두리 영역과 연결되는 중심 영역을 갖는 "모자형" 멤브레인이 바람직한 것으로 증명되므로, 상기 중심 영역은 테두리 영역에 대해 실질적으로 평행한 평면에(plane-parallel), 그러나 오프셋되어 형성된다. 이러한 멤브레인 구조물은 간단히 플랭크 영역 내 파형부들에 의해 안정화될 수 있다. 상기 멤브레인 구조물은 바람직하게, 멤브레인의 "면외" 편향이 마이크로폰 신호로서 검출되는 마이크로폰 부품들의 범주에서 이용된다.
본 발명에 따른 마이크로폰 부품의 바람직한 일 변형예의 경우, 신호 검출이 정전 용량성으로 실시된다. 이를 위해 필요한 콘덴서 장치의 전극이 멤브레인 상에 배치되어, 음향 작용 시에 멤브레인과 함께 편향된다. 상기 콘덴서 장치의 고정형 대향 전극은, 층 구조 내에서 멤브레인 상부 및/또는 하부에 형성되는, 관통 개구들을 갖는 음향 투과성 대향 부재 상에 배치된다.
이미 전술한 것처럼, 바람직한 방식으로 본 발명을 구현하고 개선하는 복수의 가능성이 존재한다. 이를 위해, 한편으로는 특허 청구항 제1항에 종속된 특허 청구항들이 참조되고, 다른 한편으로는 도면들에 기초한 본 발명의 여러 실시예들의 하기의 설명이 참조된다.
도 1a는 후판(back plate)을 구비한 본 발명에 따른 제1 마이크로폰 부품(100)의 개략적 단면도이다.
도 1b는 마이크로폰 부품(100)의 층 구조에 대한 개략적 평면도이다.
도 2는 후판을 구비한 본 발명에 따른 제2 마이크로폰 부품(200)의 층 구조에 대한 개략적 평면도이다.
도 3은 전판(front plate)을 갖는 본 발명에 따른 제3 마이크로폰 부품(300)의 개략적 단면도이다.
도 4는 마찬가지로 전판을 갖는 본 발명에 따른 제4 마이크로폰 부품(400)의 개략적 단면도이다.
도 1a, b에 도시된 본 발명에 따른 부품은 콘덴서 마이크폰 부품(100)이고, 상기 콘덴서 마이크폰 부품의 마이크로폰 구조물은 반도체 기판(1) 상의 층 구조 내에서 실현되며, 기판(1)의 배면에 있는 공동부(16) 상부에 걸쳐진다. 마이크로폰 구조물은 멤브레인 전극(13)이 배치되는 음압 감지 멤브레인(11)과, 격자형으로 배치된 관통 개구들(15)을 갖는 음향 투과성 고정 대향 부재(14)를 포함한다. 멤브레인(11)과 함께 편향 가능한 멤브레인 전극(13)과 고정되어 있는 대향 전극은 신호 검출을 위한 콘덴서 장치를 함께 형성한다.
여기 도시된 실시예에서는, 멤브레인(11)을 위한 기판(1)과 기능층(4) 사이의 전기 전도층(2) 내에 대향 전극을 갖는 대향 부재(14)가 형성되고, 이때 상기 전도층(2)은 각각 하나 이상의 유전체 중간층(3)에 의해, 한편으로는 기판(1)에 대해, 그리고 다른 한편으로는 기능층(4)에 대해 비전도성을 갖는다. 멤브레인(11) 하부에 배치됨으로 인해 후판으로도 불리는 대향 부재(14)의 전기적 접촉은, 부품 표면 상에서 멤브레인 영역 옆에 배치되고, 층 구조를 관통하여 쓰루홀의 형태로 전도층(2)까지 구현되는 후판 접점(30, back plate contact)을 통해 이루어진다.
멤브레인(11)은, 벤딩 바 타입의 스프링 부재(12)를 통해서만 부품 구조물 내로 결합되고, 그 외에는 층 구조로부터 완전히 분리되어 있는 벤딩 바 멤브레인이다. 본원에 도시된 실시예에서는, 원형 멤브레인(11)이 서로 동심으로 형성된 3개의 영역, 즉 중심 영역(113), 플랭크 영역(112), 및 테두리 영역(111)을 포함하며, 이들 영역이 "모자형" 멤브레인(11)의 각각의 섹션을 형성한다. 테두리 영역(111)은 대향 부재(14)의 층(2)에 대해 평행하게 배향되고, 상기 층(2)에 대해 비교적 작은 간격으로 공동부(16)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장된다. 공동부(16)에 대해 동심으로 배치되어, 마찬가지로 대향 부재(14)에 대해 평행하게 배향된 중심 영역(113)이 플랭크 영역(112)을 거쳐 테두리 영역(111)과 연결됨에 따라, 중심 영역(113)과 대향 부재(14) 사이의 간격이, 테두리 영역(111)과 대향 부재(14)의 층(2) 사이의 간격보다 훨씬 더 크다.
멤브레인 전극(13)은 실질적으로 멤브레인(11)의 중심 영역(113) 전체에 걸쳐 연장된다. 상기 멤브레인 전극은 벤딩 바(12)에 걸쳐 안내되는 접속선(32)을 통해, 부품 표면 상에서 멤브레인 영역의 측면에 배치된 멤브레인 접접(31)과 전기적으로 연결된다.
멤브레인(11)과 공동(16) 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에는 벤딩 바(12)의 형태로 멤브레인 서스펜션을 보완하는 고정 구조물이 형성된다. 본 발명에 따라, 이러한 고정 구조물은 고정 부재들(21)과 상기 고정 부재들(21)용 관통 개구들(20)을 포함한다. 고정 부재들(21)은 공동(16)의 테두리 영역 상부의 층 구조로부터 구조화되고, 관통 개구들(20)은 멤브레인(11)의 테두리 영역(111) 내에 형성된다. 이때, 고정 구조물의 고정 부재들(21)과 관통 개구들(20)은, 고정 부재들(21)과 상응하는 관통 개구들(20) 사이의 기계적 유격이 멤브레인(11) 내부의 기계적 응력을 감소시키도록 설계된다.
여기에 도시된 실시예에서는, 고정 부재들(21)이, 대향 부재(14)의 층(2)으로부터 유전체 중간층(3)과 멤브레인 층(4)을 거쳐 기능층(4) 위의 금속층(5)에까지 연장되는 핀형 연장부의 형태로 구현된다. 상기 금속층(5) 내에는, 멤브레인(11) 내에서 적어도 섹션별로 각각의 관통 개구(20)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장되는, 각각의 고정 부재(21)를 위한 고정 헤드(22)가 각각 형성되고, 이때 테두리 영역(111)에서는 고정 헤드들(22)과 멤브레인 평면 사이에 간격이 존재한다. 이러한 간격은 멤브레인(11)의 최대 "면외" 편향을 결정한다. 여기서, 고정 헤드들(22)은, 과부하 상태에서의 멤브레인(11)의 편향을 제한하는 정지부를 형성한다.
또한, 멤브레인(11)과 공동(16) 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에는 마이크로폰 구조물을 음향적으로 밀봉하기 위한 밀봉 립(17)이, 더 정확히는 멤브레인(11)의 밑면에 형성된다. 이러한 원형의 폐쇄 밀봉 립(17)이 멤브레인(11)의 테두리 영역(111) 내에 배치됨에 따라, 멤브레인(11)의 외측 테두리와 밀봉 립(17) 사이에 고정 구조물의 관통 개구들(20)이 존재하게 되고, 그럼으로써 마이크로폰 구조물의 음향 특성에 불리하게 작용하지 않는다.
고정 부재들(21)과 대응 관통 개구들(20)을 갖는 본 발명에 따른 마이크로폰 부품(100)의 층 구조와, 멤브레인(11)의 구조 및 "모자 형상"이 도 1a에 의해 매우 잘 표현되어 있는 한편, 도 1b에는 부품 레이아웃과, 특히 고정 부재들(21)과 대응 관통 개구들(20)의 설계 및 구성이 도시되어 있다.
도 2에는 마이크로폰 부품(200)의 평면도가 도시되어 있으며, 상기 마이크로폰 부품의 구성은 실질적으로 전술한 마이크로폰 부품(100)의 구성에 상응한다. 마이크로폰 부품들(100 및 200) 간의 중요한 차이점 중 하나는 멤브레인의 플랭크 영역의 형상에 있다. 마이크로폰 부품(100)의 경우에는 상기 플랭크 영역(112)이 간단히 원뿔대 형태로 형성되어, 테두리 영역(111)을 멤브레인(11)의 중심 영역(113)과 연결하는 반면, 마이크로폰 부품(200)의 경우에 플랭크 영역(112)은, 멤브레인 구조물을 안정화하는 방사상 파형부들(2112)를 추가로 갖는다.
도 3의 단면도에는 용량성 신호 검출 기능을 갖는 본 발명에 따른 마이크로폰 부품(300)을 위한 대안적 실시예가 도시되어 있다. 마이크로폰 부품(100)의 경우에서처럼, 마이크로폰 부품(300)의 마이크로폰 구조물도 반도체 기판(1) 상의 층 구조 내에 구현되고, 기판(1)의 배면에 있는 공동(316) 상부에 걸쳐진다. 상기 마이크로폰 구조물은 음압에 민감한 멤브레인(311)과, 격자형으로 배치된 관통 개구들(315)을 갖는 음향 투과성 고정 대향 부재(314)를 포함한다.
마이크로폰 부품(100)과는 달리, 여기서는 멤브레인(311)이 기판(1)과 대향 부재(314)를 위한 기능층(4) 사이의 전기 전도층(2)으로부터 구조화되고, 상기 전도층(2)은 각각 하나 이상의 유전체 중간층(3)을 통해 한편으로는 기판(1)에 대해 그리고 다른 한편으로는 기능층(4)에 대해 전기 절연된다. 여기서, 멤브레인(311)은 자체적으로 신호 검출을 위한 콘덴서 장치의 편향 가능한 전극으로서 기능한다. 상기 콘덴서 장치의 고정 대향 전극(313)은, 여기서 전판으로도 불리는 대향 부재(314) 상에 배치된다. 멤브레인의 전기적 접촉은, 도 3의 도면에서 부품 표면 상에 멤브레인 영역의 좌측에 배치되고 멤브레인 층(2)에 대해 쓰루홀의 형태로 구현되는 멤브레인 접점(331)을 통해 이루어진다. 마찬가지로 부품 표면 상이기는 하나 멤브레인 영역의 우측에 전판 접점(330, front plate contact)이 배치되고, 이 전판 접점을 통해 대향 전극(313)이 접촉된다.
멤브레인(311)도 한 면만 벤딩 바(312)를 통해 부품(300)의 층 구조 내로 결합된다. 그 밖에는 상기 멤브레인이 층 구조로부터 완전히 분리되며, 더 구체적으로는 멤브레인(311)의 테두리 영역이 공동(316)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장된다. 멤브레인(311)과 공동(316) 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에는, 본 발명에 따라 고정 부재들(321)과 이 고정 부재들(321)을 위한 관통 개구들(320)을 포함하는 고정 구조물이 형성된다. 고정 부재들(321)이 공동(316)의 테두리 영역 위의 층 구조로부터 구조화되고, 관통 개구들(320)이 멤브레인(311)의 테두리 영역 내에 형성됨에 따라, 고정 부재들(321)과 상응하는 관통 개구들(320) 사이의 기계적 유격이 멤브레인(311) 내부의 기계적 응력을 감소시킨다.
고정 부재들(321)은 기판(1)으로부터 멤브레인층(2)과 두 유전체 중간층들(3)을 거쳐 연장되는 핀형 연장부들의 형태로 구현된다. 멤브레인층(2) 위의 층(5) 내에는, 멤브레인(311) 내에서 적어도 섹션별로 각각의 관통 개구(320)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장되는, 각각의 고정 부재(321)를 위한 고정 헤드(322)가 각각 형성된다. 고정 헤드들(322)과 멤브레인 평면 사이에 간격이 존재함에 따라, 멤브레인(311)은 전체적으로 멤브레인 평면으로부터 편향될 수 있다. 여기서 고정 헤드들(322)은 정지부로서 이용되고, 정해진 기계적 초기 응력을 멤브레인(311)에 가해 마이크로폰 감도를 증대시키기 위해 상기 정지부에 대해 멤브레인(311)이 당겨진다. 이를 위해 필요한 스위칭 수단이 도 3에는 세부적으로 도시되어 있지 않다.
또한, 멤브레인(311)과 공동(316) 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에는 마이크로폰 구조물을 음향적으로 밀봉하기 위한 밀봉 립(317)이, 더 구체적으로는 멤브레인(311)의 밑면에 형성된다. 여기서, 상기 원형 폐쇄 밀봉 립(317)은 마이크로폰 부품(100)에서와는 달리 고정 구조물과 멤브레인(311)의 외측 테두리 사이에 배치된다.
전술한 것처럼, 마이크로폰 부품(300)의 경우에는 대향 부재(314)가 마이크로폰 멤브레인(311) 위의 층 구조 내에 배치된다. 상기 대향 부재가 "모자형"으로 형성됨에 따라, 공동(316)에 대해 동심으로 평행 평면 상에 배치된, 그리고 내부에 관통 개구들(315)도 형성되어 있는 대향 부재(314)의 중심 영역은, 멤브레인 평면에 대해 층 구조 내로 고정 결합된 대향 부재(314)의 테두리 영역보다 훨씬 더 큰 간격을 갖는다. 대향 전극(313)은 실질적으로 대향 부재(314)의 중심 영역 전체에 걸쳐 연장되고, 접속선(332)을 통해 전판 접점(330)과 전기적으로 연결된다.
전술한 모두 3개의 콘덴서 마이크폰 부품의 경우, 멤브레인 전극을 가진 멤브레인과 고정 대향 전극을 가진 대향 부재가 서로에 대해 그리고 기판에 대해 전기적으로 절연된다. 이는, 본 발명에 따른 고정 구조물의 구현 시에도, 특히 고정 부재들이 멤브레인을 위한 정지부로서 기능하는 경우에 고려되어야 한다. 마이크로폰 구조물 내의 단락은, 예컨대 고정 부재들과 멤브레인 사이의 접촉 영역들에 있는 유전체 재료를 이용하여, 그리고 기판과 고정 부재들 사이의 하나 이상의 유전체 중간층을 통해 방지될 수 있다.
도 4에 도시된 마이크로폰 부품(400)은 실질적으로 고정 구조물의 구현 및 마이크로폰 구조물의 음향적 밀봉에 있어서만 전술한 마이크로폰 부품(300)과 상이하다. 그러므로, 하기의 설명은 이러한 부품 구조물의 양태에만 국한되지 않는다. 그 외의 사항은 도 3의 설명을 참조한다.
마이크로폰 부품(300)의 경우에서처럼, 마이크로폰 부품(400)의 고정 구조물은 멤브레인(311)과 공동(316) 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에 형성되고, 본 발명에 따라 고정 부재들(421)과 이 고정 부재들(421)을 위한 관통 개구들(420)을 포함한다. 고정 부재들(421)은 공동(316)의 테두리 영역 위의 층 구조로부터 구조화된다. 이러한 고정 부재들은 기판(1)으로부터 유전체 중간층(3)과 멤브레인층(2)을 거쳐 대향 부재의 기능층(4) 내에까지 연장되므로, 고정 부재들(421)은 사실상 대향 부재(314)의 테두리 영역 내로 결합된다. 대응 관통 개구들(420)이 멤브레인(311)의 테두리 영역 내에 형성됨에 따라, 고정 부재들(421)과 상응하는 관통 개구들(420) 사이의 기계적 유격이 멤브레인(311) 내부의 기계적 응력을 감소시킨다. 마이크로폰 부품(400)의 경우에는 멤브레인(311)의 "면외" 운동이 고정 부재들(421)에 의해 제한되거나 한정되지 않는다.
마이크로폰 부품(300)과는 달리, 원형 폐쇄 밀봉 립(417)이 고정 구조물 내부에서 멤브레인(311)의 밑면에, 즉 공동 테두리와 고정 구조물 사이에 배치된다.

Claims (10)

  1. 기판(1) 상의 층 구조 내에 실현되는 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100)이며,
    - 상기 멤브레인 구조물은 하나 이상의 스프링 부재(12)를 통해 층 구조 내로 결합되는 멤브레인(11)을 포함하고,
    - 멤브레인(11)이 공동(16) 상부에 걸쳐짐에 따라, 멤브레인 테두리의 하나 이상의 섹션이 공동(16)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장되며,
    - 멤브레인(11)과 공동 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에 하나 이상의 고정 구조물이 형성되는, 마이크로 기계 부품에 있어서,
    상기 고정 구조물은 하나 이상의 고정 부재(21)와 고정 부재(21)용 관통 개구(20)를 포함하며, 상기 고정 부재(21)는 공동 테두리 영역 상부의 층 구조로부터 구조화되고, 고정 부재(21)용 관통 개구(20)가 멤브레인(11)의 테두리 영역 내에 형성됨으로써, 고정 부재(21)와 관통 개구(20) 사이에 멤브레인(11)의 기계적 응력 이완을 가능케 하는 유격이 존재하는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100).
  2. 제1항에 있어서, 고정 부재(21)의 기저부는 멤브레인(11) 아래의 공동 테두리 영역과 고정 연결되는 반면, 고정 부재(21)의 헤드(22)는 멤브레인(11) 위의 하나 이상의 층으로부터 구조화되고, 하나 이상의 섹션 내에서 관통 개구(20)의 테두리 영역을 넘어서까지 연장되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100).
  3. 제2항에 있어서, 고정 헤드(22)를 갖는 고정 부재(21)는 멤브레인(11)의 "면외(out-of-plane)" 운동을 위한 정지부로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 가능한 스위칭 수단이 제공되고, 이 스위칭 수단에 의해 멤브레인은 규정된 위치로 이동되어 그곳에 보유될 수 있는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인 서스펜션을 위한 하나 이상의 스프링 부재가 "면외" 방향 스프링 부재뿐만 아니라 "면내(in-plane)" 방향의 탄성 스프링 부재의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(11)과 공동 테두리 영역 사이의 중첩 영역 내에는 하나 이상의 밀봉 립(17)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100).
  7. 제6항에 있어서, 멤브레인(11)의 외측 테두리와 밀봉 립(17) 사이에 고정 구조물이 배치되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(11)은, 플랭크 영역(112)을 거쳐 멤브레인(11)의 테두리 영역(111)과 연결되는 중심 영역(113)을 포함하고, 그럼으로써 중심 영역(113)은 테두리 영역(111)에 대해 실질적으로 평행한 평면에, 그러나 오프셋되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(100).
  9. 제8항에 있어서, 멤브레인(11)의 플랭크 영역(112) 내에는 멤브레인 구조물의 안정화를 위한 파형부(2112)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 구조물을 구비한 마이크로 기계 부품(200).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른, 멤브레인(11)의 "면외" 편향이 마이크로폰 신호로서 검출되는 마이크로폰 부품(100)에 있어서,
    상기 멤브레인(11)에 신호 검출을 위한 콘덴서 장치의 하나 이상의 전극(13)이 장착되고, 층 구조 내에서 멤브레인(11) 상부 및/또는 하부에, 관통 개구들(15)을 갖는 음향 투과성 고정 대향 부재(14)가 형성되며, 이 대향 부재는 상기 콘덴서 장치의 하나 이상의 대향 전극을 위한 지지대로서 기능하는 것을 특징으로 하는, 마이크로폰 부품(100).
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