KR20170007413A - 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서 및 사운드 트랜스듀서 장치 - Google Patents

스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서 및 사운드 트랜스듀서 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가청 파장 스펙트럼 내의 음파를 생성 및/또는 검출하는 멤스 사운드 트랜스듀서 및 상기 멤스 사운드 트랜스듀서를 포함하는 사운드 트랜스듀서 장치에 관한 것이다. 상기 사운드 트랜스듀서 장치는 크기가 매우 작아질 수 있으므로 설치 공간을 거의 제공하지 않는 보청기, 이어폰 형 헤드폰, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터 및 기타 전자 장치와 같은 라우드스피커 및/또는 마이크폰으로 설치된다.
본 발명인 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서를 이루는 구성수단은 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서(2)에 있어서, 멤브레인 캐리어(40), 가장자리 영역(37)에서 상기 멤브레인 캐리어에 연결되고, 상기 멤브레인 캐리어에 대해 z축(50)을 따라 진동할 수 있는 멤브레인(30) 및 적어도 하나의 방향(51)으로 상기 멤브레인의 진동을 제한하는 스토퍼 기구(60)를 구비하고, 상기 스토퍼 기구는 상기 멤브레인의 일 측면 상에 배치되는 적어도 하나의 보강 부재(31) 및 상기 멤브레인의 중립 위치에서, 상기 멤브레인으로부터 이격 배치되어 상기 보강 부재에 대향하고 최대 구부러짐 상태에서 상기 보강 부재에 맞닿는 종단 스톱부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서 및 사운드 트랜스듀서 장치{MEMS sound transducer and sound transducer arrangement with a stopper mechanism}
본 발명은 가청 파장 스펙트럼 내의 음파를 생성 및/또는 검출하는 멤스 사운드 트랜스듀서 및 상기 멤스 사운드 트랜스듀서를 포함하는 사운드 트랜스듀서 장치에 관한 것이다. 상기 사운드 트랜스듀서 장치는 크기가 매우 작아질 수 있으므로 설치 공간을 거의 제공하지 않는 보청기, 이어폰 형 헤드폰, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터 및 기타 전자 장치와 같은 라우드스피커 및/또는 마이크폰으로 설치된다.
용어 "멤스(MEMS)"는 마이크로 전기 기계 시스템(micro-electromechanical system)을 의미한다. 사운드 생성을 위한 멤스 사운드 트랜스듀서 또는 멤스 라우드스피커는 예를 들어 DE 10 2012 220 819 A1에 공지되어 있다. 사운드는 멤스 라우드스피커의 스위블(swivel) 장착 멤브레인에 의해 생성된다. 이러한 사운드 트랜스듀서 장치는 각각의 적용 영역의 음향 및 다른 요건에 따라 특별히 구성되며, 다수의 상이한 요소로 구성된다.
음파를 검출하기 위한 멤스(MEMS) 사운드(sound) 트랜스듀서(transducer) 또는 멤스(MEMS) 마이크로폰(microphon)은 WO 2015/017979 A1에 공지되어 있다. 이 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서(transducer)는 예를 들어, 음압 또는 충격으로 인해 멤브레인이 과도하게 움직이면서 발생할 수 있는 손상으로부터 민감한 멤브레인을 보호하는 스토퍼 메커니즘(stopper mechanism)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 구멍 및 T 자형 스토퍼 부재를 갖는 플레이트를 포함하는 이러한 스토퍼 기구의 큰 비용으로만 제조될 수 있는 복잡한 구조는 불리하다. 상기 플레이트는 상기 멤브레인으로부터 일정 거리 이격된 방식으로 배치되고, 다수의 홀을 구비하는 것을 특징으로 하며, 이 홀을 통해 상기 스토퍼 부재가 하부 자유 단부와 함께 연장된다. 다른 단부에서, 상기 스토퍼 부재는 상기 멤브레인에 고정된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 설계 및 제조가 용이한 개선된 스토퍼 기구(stopper mechanism)를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 독립 청구항 1의 특성을 갖는 멤스 사운드 트랜스듀서 및 독립 청구항 14의 특성을 갖는 사운드 트랜스듀서 장치에 의해 해결된다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 스토퍼 기구(stopper mechanism)를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서를 이루는 구성수단은, 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서(2)에 있어서, 멤브레인 캐리어(40), 가장자리 영역(37)에서 상기 멤브레인 캐리어에 연결되고, 상기 멤브레인 캐리어에 대해 z축(50)을 따라 진동할 수 있는 멤브레인(30) 및 적어도 하나의 방향(51)으로 상기 멤브레인의 진동을 제한하는 스토퍼 기구(60)를 구비하고, 상기 스토퍼 기구는 상기 멤브레인의 일 측면 상에 배치되는 적어도 하나의 보강 부재(31) 및 상기 멤브레인의 중립 위치에서, 상기 멤브레인으로부터 이격 배치되어 상기 보강 부재에 대향하고 최대 구부러짐 상태에서 상기 보강 부재에 맞닿는 종단 스톱부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 종단 스톱부는 멤스 액츄에이터(70), 특히 상기 멤스 액추에이터의 캐리어 기판(71), 하우징부(83) 및/또는 회로 기판(83) 상에 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 보강 부재는 상기 멤스 액추에이터를 향하는 방향으로 상기 멤브레인에 고정되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 멤브레인을 향하는 상기 캐리어 기판의 전면(72)은 종단 스톱부로서 형성되고, 상기 멤스 액추에이터는 특히 상기 멤브레인으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 캐리어 기판의 측면 상에 액추에이터 구조체(73)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인의 가장자리 영역은 상기 멤스 액추에이터로부터, 특히 상기 캐리어 기판으로부터, 바람직하게는 x, y 및/또는 z 방향으로 일정한 거리로 이격된 상기 멤브레인 캐리어의 고정 영역(41)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 적어도 하나의 하우징부(81, 83) 및/또는 상기 회로 기판(84)이 상기 멤브레인 캐리어를 형성하고, 상기 멤브레인은 상기 두 개의 구성요소들 사이에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인은 상기 가장자리 영역에 인접하여 배치되는, 특히 벌지(bulge)로서 형성되는 외측의 탄성 영역(38) 및 상기 보강 부재가 배치되는 내측의 보강 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보강 영역 및/또는 상기 보강 부재는 상기 탄성 영역에 인접한(특히, 바로 인접한) 방식으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강 부재는 판형 디자인의 금속으로 형성되고, 특히 실리콘으로 형성되는 상기 멤브레인에 접착되며, 상기 보강 영역 전체에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강 부재는 상기 종단 스톱부에 대응하는 종단 정지 표면을 구비하고, 상기 종단 정지 표면은 폐쇄된 프레임형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보강 부재는 상기 프레임형의 종단 정지 표면의 내측에 배치되는 커플링 표면(35)을 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 보강 부재는 상기 커플링 표면의 영역에서 커플링 부재(74)를 통해 특히 간접적으로 상기 액추에이터 구조체에 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 종단 정지 표면과 상기 커플링 표면은 z 방향으로 서로 이격되어 위치되고 상기 보강 부재의 중간 영역(34)(특히, 깔때기 형상의 중간 영역(34))을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캐리어 기판 및 상기 커플링 부재는 동일한 기판, 특히 실리콘 기판으로부터 제조되며, 특히 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스토퍼 기구는 제1 방향(51)과 반대 방향인 제2 방향(52)으로 z축을 따라 상기 멤브레인의 진동을 제한하는 제2 종단 스톱부(62)를 포함하고, 상기 제2 종단 스톱부는 하우징부에 의해 형성된 음향 안내 채널(92) 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 두 개의 종단 스톱부들은 서로 대향하여 배치되고, 상기 보강 부재는 상기 종단 스톱부들 사이에 배치되고, 상기 종단 스톱부들로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 실시예에 따른 본 발명은 상술한 특징 중, 어느 하나의 특징을 갖는 상기 멤스 사운드 트랜스듀서를 포함하는 스토퍼 기구를 구비한 사운드 트랜스듀서 장치인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 스토퍼 기구를 구비한 사운드 트랜스듀서 장치는 상술한 멤스 사운드 트랜스듀서 이외에, 완전히 내장된 에이직(ASIC)(85) 및/또는 회로 기판(84)을 통해 연장되는 리세스(86)를 구비하는 회로 기판(84)을 포함하여 구성되고, 멤스 액추에이터(70)는 상기 리세스의 제1 개구부(87)에 배치되고, 하우징부(89)는 폐쇄된 캐비티(90)를 형성하기 위해 상기 리세스의 제2 개구부(88)에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서 및 사운드 트랜스듀서 장치에 의하면, 설계 및 제조가 용이한 개선된 스토퍼 기구(stopper mechanism)를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서 및 이를 포함하는 사운드 트랜스듀서를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 투시 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 제1 방향으로 스윙된 멤브레인을 갖는 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 제1 실시예에 따른 개략적인 측단면도이다.
도 4는 제2 방향으로 스윙된 멤브레인을 갖는 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 제1 실시예에 따른 개략적인 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 투시 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 개략적인 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치 및 멤스 사운드 트랜스듀서의 개략적인 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서 및 사운드 트랜스듀서 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
이하에서 설명되는 다양한 구성요소 사이의 관계가 명확해질 수 있도록, 상부, 하부, 위, 아래, 상측, 하측, 왼쪽, 오른쪽, 수직 및 수평과 같은 관련 용어는 각 도면이 참조하는 대상체의 위치를 위하여 사용된다.
도면에서 보여주는 소자 또는 구성요소의 위치가 변경되면 상기 용어들이 변경될 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 그래서 상기 도면들에 대해 보여주는 소자 또는 구성요소의 방향이 반전된다면, 상부로 명시된 특징은 다음에서 설명되는 도면에서 하부로 명시될 수 있다. 결국, 사용되는 관련 용어는 단지 이하에서 설명되는 각각의 소자 또는 구성요소 사이의 상대적인 관계의 설명을 용이하게 하는데 도움을 준다.
본 발명은 멤브레인 캐리어, 멤브레인 및 스토퍼 기구를 구비하는 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 멤스 사운드 트랜스듀서를 제안한다. 상기 멤브레인은 그 가장자리 영역에서 상기 멤브레인 캐리어에 연결되고 상기 멤브레인 캐리어에 대하여 z축을 따라 진동할 수 있다. 상기 스토퍼 기구는 적어도 한 방향으로 상기 멤브레인의 진동을 제한하도록 형성된다. 상기 스토퍼 기구는 상기 멤브레인의 일 측면에 배치되는 적어도 하나의 보강 부재를 포함한다. 또한, 상기 스토퍼 기구는 상기 멤브레인의 중립 위치에서 멤브레인으로부터 일정한 거리로 이격 배치되어 상기 보강 부재에 대향하고 상기 멤브레인의 최대 구부러짐(deflection) 상태에서 상기 보강 부재에 맞닿는 제1 종단 스톱부를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 상기 멤스 사운드 트랜스듀서를 포함하는 사운드 트랜스듀서 장치가 추가적으로 제안된다.
상기 제안된 멤스 사운드 트랜스듀서와 상기 제안된 사운드 트랜스듀서 장치는 모두 종래 기술에 비해 많은 이점을 제공한다. 무엇보다, 간단하게 설계된 스토퍼 기구가 제공되므로 간단하고 경제적으로 제조될 수 있다. 특히, 어떠한 T 자형 스토퍼 부재도 플레이트 내의 홀을 통해 안내되고 멤브레인에 연결될 필요가 없다. 오히려, 상기 멤브레인은 대향하는 스톱부와 함께 작동하는 보강 부재를 구비하여 형성된다. 따라서, 본 발명에 따른 스토퍼기구에 의해, 민감한 멤브레인은 과도한 음압 또는 외부의 진동 또는 충격에 기초한 상기 멤브레인의 과도한 움직임에 의해 야기되는 손상으로부터 보호된다.
본 발명의 유리한 추가 형태에서, 상기 멤스 사운드 트랜스듀서는 멤스 액추에이터를 포함하며, 이 멤스 액추에이터는 특히 캐리어 기판을 가지며, 전기 신호를 음향적으로 인지 가능한 음파로 변환하기 위해 상기 멤브레인과 함께 작동한다. 물론, 음향적으로 인지 가능한 음파를 전기 신호로 변환하는 것도 가능하다. 상기 캐리어 기판은 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다.
종단 스톱부가 상기 멤스 액추에이터, 특히 상기 멤스 액추에이터의 캐리어 기판, 하우징부 및/또는 회로 기판 상에 적어도 부분적으로 형성되는 것이 유리하다. 따라서, 바람직하게는, 상기 종단 스톱부를 형성하기 위해 부가적인 구성 요소가 필요하지 않다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 보강 부재는 상기 멤스 액추에이터를 향하는 방향으로 상기 멤브레인에 접합 고정된다. 결과적으로, 그것의 접합부에서, 상기 멤브레인은 상기 보강 부재에 의해 상기 종단 스톱부에 대해 보호된다.
바람직하게는, 상기 멤브레인을 향하는 상기 멤스 액추에이터의 캐리어 기판의 전면은 종단 스톱부로서 형성된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 멤스 액추에이터, 특히 상기 멤브레인으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 캐리어 기판의 측면 상에는 액추에이터 구조체가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 액추에이터 구조체는 바람직하게는 압전 층으로 형성된다.
본 발명의 유리한 추가 형태에서, 상기 멤브레인의 가장자리 영역은 멤스 액추에이터로부터, 특히 상기 캐리어 기판으로부터, 바람직하게는 x, y 및/또는 z 방향으로 일정한 거리로 이격된 상기 멤브레인 캐리어의 고정 영역에 고정된다. 상기 캐리어 기판으로부터의 상기 멤브레인 서스펜션(suspension)의 이러한 분리를 통해, 상기 멤브레인의 음향학적 유효 표면은 상기 캐리어 기판보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 유리한 형태에서, 적어도 하나의 하우징부 및/또는 상기 회로 기판이 상기 멤브레인 캐리어를 형성하고, 상기 멤브레인은 바람직하게는 상기 두 개의 구성요소들 사이에 고정된다.
상기 멤브레인이 외측의 탄성 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 경우, 특히 벌지(bulge)로 형성되는 것이 유리하다. 상기 벌지로 형성되는 탄성 영역은 상기 가장자리 영역에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 멤브레인은 상기 보강 부재가 배치되는 내측의 보강 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 탄성 영역은 상기 멤브레인 캐리어에 대해 상기 멤브레인이 진동하게 한다. 따라서, 상기 보강 부재를 구비하는 상기 멤브레인의 내측의 보강 영역은 상기 멤브레인의 외측의 가장자리 영역 및/또는 그것의(가장자리 영역) 고정 영역에 대해 진동할 수 있다.
상기 보강 영역 및/또는 상기 보강 부재가 상기 탄성 영역에 인접한(특히, 바로 인접한) 방식으로 배치되는 것이 또한 유리하다.
본 발명의 유리한 추가 형태에서, 상기 보강 부재는 플라스틱, 금속 및/또는 섬유 복합 재료로 형성될 수 있다. 상기 보강 부재가 판형 디자인으로 형성되고, 특히 실리콘으로 제조된 멤브레인에 접착되며, 상기 전체 보강 영역에 걸쳐 연장되는 경우에 유리하다. 즉, 상기 보강 부재는 판형 디자인의 금속으로 형성되고, 특히 실리콘으로 형성되는 상기 멤브레인에 접착되며, 상기 보강 영역 전체에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 한다. 상기 보강 영역 또는 상기 보강 부재를 통해 상기 멤브레인은 증가된 강성을 가지므로, 특히 달성 가능한 소리의 세기, 주파수 범위 및/또는 신호 일관성과 관련하여 보다 우수한 음향 특성을 갖는다.
본 발명의 추가적인 유리한 형태에서, 상기 보강 부재는 상기 종단 스톱부에 대응하는 종단 정지 표면을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 종단 정지 표면은 폐쇄된 프레임형으로 형성되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 보강 부재는 상기 프레임형의 종단 정지 표면의 내측에 배치되는 커플링 표면을 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 보강 부재는 상기 커플링 표면의 영역에서 커플링 부재를 통해 특히 간접적으로 상기 액추에이터 구조체에 연결된다.
또한, 상기 종단 정지 표면과 상기 커플링 표면은 z 방향으로 서로 일정한 거리로 이격되어 위치되고 상기 보강 부재의 중간 영역(특히, 깔때기 형상의 중간 영역)을 통해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 상기 멤브레인의 총 면적은 멤브레인의 큰 직경을 갖지 않고 유리하게 확대되고, 이로써 설치 공간 및 재료가 절감될 수 있으며, 멤브레인의 음향 특성이 동시에 개선된다.
본 발명의 추가적인 바람직한 형태에 따르면, 상기 캐리어 기판 및 상기 커플링 부재는 동일한 기판, 특히 실리콘 기판으로부터 제조되며, 특히 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유리한 추가 형태에서, 상기 스토퍼 기구는 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 z축을 따라 상기 멤브레인의 진동을 제한하는 제2 종단 스톱부를 포함하고, 상기 제2 종단 스톱부는 하우징부에 의해 형성된 음향 안내 채널 내에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 제1 종단 스톱부와 반대되는 방향에서 작용하는 상기 제2 종단 스톱부에 의해, 상기 멤브레인은 손상으로부터 더욱더 잘 보호된다.
상기 제1 종단 스톱부와 상기 제2 종단 스톱부가 서로 대향하여 배치되고, 상기 보강 부재가 상기 제1 종단 스톱부와 상기 제2 종단 스톱부 사이에 배치되며, 상기 상기 제1 종단 스톱부와 상기 제2 종단 스톱부로부터 일정한 거리로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리한 추가 형태에서, 상기 사운드 트랜스듀서 장치는 상기 멤스 사운드 트랜스듀서 외에도, 완전히 내장된 에이직(ASIC) 및/또는 회로 기판을 통해 연장되는 리세스를 구비하는 회로 기판을 포함하여 구성되는 것이 바람직하고, 상기 멤스 액추에이터는 상기 리세스의 제1 개구부에 배치되고, 상기 하우징부는 폐쇄된 캐비티를 형성하기 위해 상기 리세스의 제2 개구부에 배치된다.
본 발명의 다른 이점은 도면을 참조하여 하기 실시예에서 상세하게 설명된다.
도 1 내지 도 4는 다양한 관점에서 제1 실시예에 따른 멤스 사운드 트랜스듀서(2)를 포함하는 사운드 트랜스듀서 장치(1)를 도시하고 있다.
상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)는 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 형성된다. 이를 위하여, 멤브레인(membrane)(30) 및 멤브레인 캐리어(membrane carrier)(40)를 구비한다. 상기 멤브레인(30)은 그 가장자리 영역(37)에서 상기 멤브레인 캐리어(40)에 연결되고 상기 멤브레인 캐리어(40)에 대해 z축(50)을 따라 진동할 수 있다. 이때, 상기 z축(50)은 상기 멤브레인(30)에 실질적으로 수직으로 연장된다.
상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)는 또한 적어도 하나의 방향(51)으로 상기 멤브레인(30)의 진동을 제한하도록 형성된 스토퍼 기구(60)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 목적을 위해, 상기 스토퍼기구(60)는 상기 멤브레인(30)의 일측, 본 발명에서는 상기 멤브레인의 하측에 형성되는 보강 부재(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 스토퍼 기구(60)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인(30)의 중립 위치에서 상기 멤브레인(30)으로부터 일정한 거리로 이격 배치되어 상기 보강 부재(31)에 대향하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 방향(51)으로 상기 멤브레인(30)의 최대 구부러짐(deflection) 상태에서 상기 보강 부재(31)에 맞닿는 제1 종단 스톱부(61)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 예시에서, 상기 스토퍼 기구(60)는 또한 상기 제1 방향(51)과 반대 방향인 제2 방향(52)으로 z축(50)을 따라 상기 멤브레인(30)의 진동을 제한하는 제2 종단 스톱부(62)를 포함한다. 또한, 상기 제2 종단 스톱부(62)는 역시 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인(30)의 중립 위치에서 상기 멤브레인(30)으로부터 일정한 거리로 이격 배치되고, 반면 상기 보강 부재(31)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 방향(52)으로 상기 멤브레인(30)의 최대 구부러짐(deflection) 상태에서 상기 제2 종단 스톱부(62)에 맞닿는다. 이 경우에, 상기 멤브레인(30)은 상기 제2 종단 스톱부(62)와 상기 보강 부재(31) 사이에 위치한다.
결국, 도 3에 따른 상기 멤브레인(30)은 상기 보강 부재(31)가 상기 제1 종단 스톱부(61)에 접하는(맞닿는) 정도까지 하향으로 흔들리거나(스윙(swing)되거나) 하향으로 구부러지는 반면, 도 4에 따른 상기 멤브레인(30)은 상기 보강 부재(31)가 상기 스토퍼 기구(60)의 상기 제2 종단 스톱부(61)에 접하는(맞닿는) 정도까지 상향으로 스윙되거나(흔들리거나) 상향으로 구부러진다.
특히, 도 1 내지 도 4로부터 명백한 바와 같이, 상기 제1 종단 스톱부(61)와 상기 제2 종단 스톱부(62)는 서로 대향하는 방식으로 배치되는 반면, 상기 보강 부재(31)는 상기 제1 종단 스톱부(61)와 상기 제2 종단 스톱부(62) 사이에 배치되고 상기 제1 종단 스톱부(61)와 상기 제2 종단 스톱부(62)로부터 일정한 거리로 이격 배치된다. 이때, 상기 제2 종단 스톱부(62)는 상기 멤브레인(30) 상측에 배치되는 상부 하우징부(81), 특히 상기 상부 하우징부(81)에 의해 형성된 음향 안내 채널 (92) 내에 배치된다.
반면, 상기 제1 종단 스톱부(61)는 멤스 액추에이터(70)의 캐리어 기판(71) 상에 배치되거나 상기 캐리어 기판(71)의 일 측면에 의해 형성된다. 상기 멤스 액추에이터(70)는 상기 멤브레인(30) 하측에 배치되고 실질적으로 상기 멤브레인(30)에 평행하다. 상기 멤스 액추에이터(30)는 전기 신호를 음향적으로 인지 가능한 음파로 변환하기 위하여 또는 그 반대로 변환하기 위하여 상기 멤브레인(30)과 함께 작동한다. 이 목적을 위해, 상기 멤스 액추에이터(70)는 액추에이터 구조체(73)를 포함한다. 상기 액추에이터 구조체(73)는 압전기(piezoelectric)로 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 액추에이터 구조체(73)는 상기 멤브레인(30)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 캐리어 기판(71)의 측면 상에 배치된다. 이 예시에서, 상기 멤브레인(30)을 향하는 상기 멤스 액추에이터(70)의 상기 캐리어 기판(71)의 전면(72)은 상기 제1 종단 스톱부(61)로 형성된다. 그러나 여기에 도시된 것과 달리, 상기 제1 종단 스톱부(61)는 또한 중간 하우징부(83)와 같은 하우징부 및/또는 회로 기판(84)과 같은 회로 기판 상에 형성될 수도 있다. 본 예시의 경우에, 상기 보강 부재(31)는 상기 멤스 액추에이터(70)를 향하는 상기 멤브레인(30)의 측면 상에 고정된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 보강 부재(31) 또는 추가적인 보강 부재는 원칙적으로 상기 멤스 액추에이터(70)로부터 멀어지는 방향으로 향하는 상기 멤브레인(30)의 측면 상에도 또한 고정될 수도 있다. 특히 상기 보강 부재(31)는 상기 제1 종단 스톱부(61)와 상기 제2 종단 스톱부(62)에 대응하는 종단 정지 표면(33)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)의 상기 멤브레인(30), 상기 멤브레인 캐리어(40), 상기 멤스 액추에이터(70) 및 두 개의 하우징부(81, 83)에 더하여, 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)는 또한 회로 기판(84) 및 하부 하우징부(89)를 포함한다. 에이직(ASIC)(85)은 상기 회로 기판(84)에 완전히 내장된다. 상기 에이지(ASIC)에 부가하여, 전기 저항기 및/또는 I/O 접점과 같은 다른 수동 부품이 상기 회로 기판에 임베디드 및/또는 배치 될 수 있다.
상기 회로 기판(84)은 전체적으로 상기 회로 기판을 통하여 확장되고 두 개의 개구부(87, 88)를 갖는 리세스(86)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 멤스 액추에이터(70)는 상기 리세스(86)의 제1 개구부(87)에 배치된다. 상기 하부 하우징부(89)는 폐쇄된 캐비티(90)를 형성하기 위하여 상기 리세스(86)의 제2 개구부(88)에 배치된다. 이와 같이, 상기 회로 기판(84)은 상기 멤스 액추에이터(70)와 상기 하부 하우징부(89) 사이에 배치된다.
상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2), 특히 상기 멤스 액추에이터(70)는 도면에 더 도시되지 않은 전기 접촉부를 갖는 에이직(ASIC)(85)에 연결된다. 따라서, 상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)는 상기 에이직(ASIC)(85)에 의해 제어되거나 작동될 수 있다. 예를 들어, 상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)가 라우드스피커로서 기능한다면, 상기 멤스 사운드 트랜스듀서는 음향 에너지를 발생하기 위한 멤브레인(30)이 상기 멤스 액추에이터(70)를 통해 상기 멤브레인 캐리어(40)에 대해 진동될 수 있도록 상기 에이직(85)에 의해 여기될 수 있다. "캐비티(cavity)"는 상기 멤스 사운드 트랜스듀서의 음압을 강화시킬 수 있는 빈 공간으로서 정의된다. 상기 캐비티(91)가 상기 회로 기판(84)의 상기 리세스(86)에 의해 이미 부분적으로 형성되기 때문에, 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)는 설치 공간을 고도로 절약할 수 있는 방식으로 형성될 수 있지만, 비교적 큰 음향학적 유효 캐비티 볼륨을 갖는 방식으로 형성될 수 있다. 상기 캐비티(91)를 형성하기 위한 상기 하부 하우징부(89)에 의해 제공되는 빈 공간은 이제 더 작아 질 수 있다. 상기 하우징부(81, 83), 특히 하부 하우징부(89)는 바람직하게는 상기 회로 기판(84)과 다른 재료를 형성되는 것을 특징으로 한다. 대안으로, 상기 하우징부들 중 적어도 하나는 상기 회로 기판(84)의 구성이 될 수도 있다.
상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)는 본질적으로 직사각형의 기본 형상을 가지므로, 제조가 간단하고 비용-효율적이며, 수많은 적용에 적합하다. 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)는 또한 샌드위치 형 방식으로 구성된다. 즉, 상기 하부 하우징부(89), 상기 회로 기판(84) 및 상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)는 서로 겹쳐지도록 배치된다. 여기서, 상기 멤스 트랜스듀서(2), 상기 회로 기판(84) 및 하부 하우징부(89)는 모두 동일한 외경을 갖는다. 그러나 대안적으로, 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)는 원칙적으로 기본 형상(특히 원형 기본 형상)을 가지는 것을 특징으로 할 수도 있다.
특히 실리콘으로 이루어진 상기 멤브레인(30)은 가장자리 영역(37)에서 상기 멤브레인 캐리어(40)의 고정 영역(41)에 고정되고, 상기 고정 영역(41)은 x, y 및 z 방향으로 상기 멤스 액추에이터(70) 및 캐리어 기판(71)으로부터 일정한 거리로 이격된 방식으로 배치된다. 이 경우, 상기 멤브레인 캐리어(40)는 상기 상부 하우징부(81) 및 상기 중간 하우징부(83)에 의해 형성되고, 상기 고정 영역은 상기 두 개의 하우징부들(81, 83) 사이에 위치되며, 결과적으로 상기 멤브레인은 상기 두 개의 하우징부(상부 하우징부(81) 및 중간 하우징부(83)) 사이에 고정된다. 상기 멤브레인 캐리어(40)는 프레임 형 디자인으로 형성되고 상기 멤브레인(30)을 둘러싸고 있다. 그러나 여기에 도시된 것과 달리, 상기 멤브레인 캐리어(40)는 상기 회로 기판(84)과 같은 회로 기판에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수도 있다.
상기 멤브레인(30)은 가장자리 영역(37)에 인접하여, 특히 본 예시에서 벌지(bulge, 둥그렇게 툭 튀어나온 형상)(39)로서 형성된 외측의 탄성 영역(38) 및 상기 보강 부재(31)가 배치되는 내측의 보강 영역(32)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 보강 영역(32) 또는 상기 보강 부재(31)는 예시한 바와 같이, 상기 탄성 영역(38)에 바로 인접하게 배치된다. 상기 탄성 영역(38)은 상기 멤브레인(30)이 상기 멤브레인 캐리어(40)에 대해 진동하도록 허용하고, 특히 상기 외측의 가장자리 영역(37)에 대해 상기 내측의 보강 영역(32)이 진동하도록 한다. 이 경우, 상기 보강 부재(31)는 금속으로 만들어지고 및/또는 판형의 디자인으로 형성되며, 이 경우, 상기 보강 부재(31)는 상기 보강 영역(32) 전체에 걸쳐 확장되고 상기 멤브레인(30)에 접착된다. 이 경우, 상기 보강 부재에 의해 제공되고 상기 종단 스톱부들(61, 62)에 대응하는 상기 종단 정지 표면(33)은 프레임형 디자인으로 형성되고 유사하게 프레임형 디자인으로 형성된 상기 탄성 영역 (38)에 바로 인접하여 배치된다.
또한, 상기 제1 종단 스톱부(61) 및 상기 제2 종단 스톱부(62)는 이 예시에서 상기 종단 정지 표면(33)에 대응하는 프레임형 디자인으로 형성된다. 이때, 전면(72) 상에 상기 제1 종단 스톱부(61)를 제공하는 상기 캐리어 기판(71)은 프레임형 방식으로 상기 액추에이터 구조체(73)를 둘러싸는 반면, 상기 상부 하우징부(81)는 프레임형 방식으로 상기 음향 안내 채널(92)의 음향 인렛(inlet)/아웃렛(outlet) 개구부(93)를 둘러싸고 상기 제2 종단 스톱부(62)를 제공하는 돌출부(82)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임형 종단 정지 표면(33)의 내부에서, 상기 멤브레인(30)의 보강 부재(31)는 커플링 표면(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 종단 정지 표면(33)과 상기 커플링 표면(35)은 z-방향으로 서로 일정한 거리로 이격되고 상기 보강 부재(31)의 중간 영역(34)을 통해 서로 연결되며, 이 경우에 상기 보강 부재는 깔때기 형상이다. 상기 보강 부재(31)가 상기 멤브레인(30)에 접착되기 때문에, 상기 멤브레인(30)은 역시 깔때기 형상을 갖는다. 상기 커플링 표면(35)의 영역에서, 상기 보강 부재(31)는 커플링 부재(74)를 통해 상기 멤스 액추에이터(70)의 상기 액추에이터 구조체(73)에 연결된다. 이 경우, 상기 캐리어 기판(71) 및 상기 커플링 부재(74)는 동일한 기판, 특히 실리콘 기판으로부터 제조된다. 상기 캐리어 기판(71) 및 상기 커플링 부재(74)는 또한 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다. 여기에 도시된 것과 달리, 대안적으로 또는 상기 커플링 부재(74)에 추가하여, 상기 액추에이터 구조체(73)에 연결하기 위한 어댑터 부재가 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치(1) 및 멤스 사운드 트랜스듀서(2)를 다른 관점으로 보여준다. 본 발명의 제2 실시예에서, 상기 상부 하우징부(81)가 도 1 내지 도 4에 도시된 제1 실시예와의 주요 차이점으로 언급될 수 있다. 이 경우, 상기 상부 하우징부(81)는 도시된 바와 같이, 상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2) 또는 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)의 외부면 상에 측 방향으로 배치되는 음향 인렛/아웃렛 개구부(93)를 구비하는 음향 안내 채널(92)을 형성한다. 상기 상부 하우징부(81)는 특히 환경에 대한 커버를 제공하기 때문에, 상기 멤브레인(30)에 대한 추가적인 보호를 제공한다.
그러나 이 실시 예에서는 상기 제2 종단 스톱부가 제공되지 않는다. 즉, 상기 멤브레인(30)의 상기 보강 부재(31)에 대한 종단 스톱부가 상기 상부 하우징부(81)에 배치되지 않는다. 또한, 이 경우, 상기 상부 하우징부(81)는 상기 멤브레인 캐리어(40)의 구성이 아니다. 상기 멤브레인 캐리어는 상기 중간 하우징부(83)에 의하여 단독으로 형성되고, 이로 인하여 상기 멤브레인(30)은 상기 중간 하우징부(83)에만 단독으로 고정된다. 상기 상부 하우징부(81)와 상기 하부 하우징부(89)는 상술한 제1 실시예에 비해 더 큰 외경을 가지며, 이로 인하여 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)의 베이스 표면이 확대된다. 또한, 이 예시에서, 상기 상부 하우징부(81)는 상기 중간 하우징부(83) 상에 배치되는 것이 아니라 상기 하부 하우징부(89) 상에 배치되어 연결되고, 결과적으로 상기 상부 하우징부(81)와 상기 하부 하우징부(89)는 함께 상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2) 또는 상기 사운드 트랜스듀서 장치(1)의 나머지 구성요소들을 감싸는(둘러싸는) 하우징을 형성한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사운드 트랜스듀서 장치(1) 및 멤스 사운드 트랜스듀서(2)를 보여준다. 여기에서, 상기 음향 안내 채널(92) 내의 상기 상부 하우징부(81)는 상기 멤브레인(30) 상측에 배치되는 돌출부(82)를 구비하는 것을 특징으로 하고, 상기 돌출부는 상기 제2 종단 스톱부(62)를 형성한다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 사운드 트랜스듀서 장치 2 : 멤스 사운드 트랜스듀서
30 : 멤브레인 31 : 보강 부재
32 : 보강 영역 33 : 종단 정지 표면
34 : 중간 영역 35 : 커플링 표면
37 : 가장자리 영역 38 : 탄성 영역
39 : 벌지(bulge) 40 : 멤브레인 캐리어
41 : 고정 영역 50 : z축
51 : 제1 방향 52 : 제2 방향
60 : 스토퍼 기구 61 : 제1 종단 스톱부
62 : 제2 종단 스톱부 70 : 멤스 액추에이터
71 : 캐리어 기판 72 : 전면
73 : 액추에이터 구조체 74 : 커플링 부재
81 : 상부 하우징부 82 : 돌출부
83 : 중간 하우징부 84 : 회로 기판
85 : 에이직(ASIC) 86 : 리세스
87 : 제1 개구부 88 : 제2 개구부
89 : 하부 하우징부 90 : 캐비티
92 : 음향 안내 채널 93 : 음향 인렛/아웃렛 개구부

Claims (16)

  1. 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서(2)에 있어서,
    멤브레인 캐리어(40), 가장자리 영역(37)에서 상기 멤브레인 캐리어에 연결되고, 상기 멤브레인 캐리어에 대해 z축(50)을 따라 진동할 수 있는 멤브레인(30) 및 적어도 하나의 방향(51)으로 상기 멤브레인의 진동을 제한하는 스토퍼 기구(60)를 구비하고,
    상기 스토퍼 기구는 상기 멤브레인의 일 측면 상에 배치되는 적어도 하나의 보강 부재(31) 및 상기 멤브레인의 중립 위치에서, 상기 멤브레인으로부터 이격 배치되어 상기 보강 부재에 대향하고 최대 구부러짐 상태에서 상기 보강 부재에 맞닿는 종단 스톱부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 종단 스톱부는 멤스 액츄에이터(70), 특히 상기 멤스 액추에이터의 캐리어 기판(71), 하우징부(83) 및/또는 회로 기판(83) 상에 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 보강 부재는 상기 멤스 액추에이터를 향하는 방향으로 상기 멤브레인에 고정되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 멤브레인을 향하는 상기 캐리어 기판의 전면(72)은 종단 스톱부로서 형성되고, 상기 멤스 액추에이터는 특히 상기 멤브레인으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 캐리어 기판의 측면 상에 액추에이터 구조체(73)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 멤브레인의 가장자리 영역은 상기 멤스 액추에이터로부터, 특히 상기 캐리어 기판으로부터, 바람직하게는 x, y 및/또는 z 방향으로 일정한 거리로 이격된 상기 멤브레인 캐리어의 고정 영역(41)에 고정되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    적어도 하나의 하우징부(81, 83) 및/또는 상기 회로 기판(84)이 상기 멤브레인 캐리어를 형성하고, 상기 멤브레인은 상기 두 개의 구성요소들 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 멤브레인은 상기 가장자리 영역에 인접하여 배치되는, 특히 벌지(bulge)로서 형성되는 외측의 탄성 영역(38) 및 상기 보강 부재가 배치되는 내측의 보강 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 보강 영역 및/또는 상기 보강 부재는 상기 탄성 영역에 인접한(특히, 바로 인접한) 방식으로 배치되는 것을 특징으로 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 보강 부재는 판형 디자인의 금속으로 형성되고, 특히 실리콘으로 형성되는 상기 멤브레인에 접착되며, 상기 보강 영역 전체에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 보강 부재는 상기 종단 스톱부에 대응하는 종단 정지 표면을 구비하고, 상기 종단 정지 표면은 폐쇄된 프레임형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 보강 부재는 상기 프레임형의 종단 정지 표면의 내측에 배치되는 커플링 표면(35)을 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 보강 부재는 상기 커플링 표면의 영역에서 커플링 부재(74)를 통해 특히 간접적으로 상기 액추에이터 구조체에 연결되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 종단 정지 표면과 상기 커플링 표면은 z 방향으로 서로 이격되어 위치되고 상기 보강 부재의 중간 영역(34)(특히, 깔때기 형상의 중간 영역(34))을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 캐리어 기판 및 상기 커플링 부재는 동일한 기판, 특히 실리콘 기판으로부터 제조되며, 특히 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 스토퍼 기구는 제1 방향(51)과 반대 방향인 제2 방향(52)으로 z축을 따라 상기 멤브레인의 진동을 제한하는 제2 종단 스톱부(62)를 포함하고, 상기 제2 종단 스톱부는 하우징부에 의해 형성된 음향 안내 채널(92) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 두 개의 종단 스톱부들은 서로 대향하여 배치되고, 상기 보강 부재는 상기 종단 스톱부들 사이에 배치되고, 상기 종단 스톱부들로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 멤스 사운드 트랜스듀서.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중, 어느 한 항에 따른 상기 멤스 사운드 트랜스듀서(2)를 포함하는 스토퍼 기구를 구비한 사운드 트랜스듀서 장치(1).
  16. 청구항 15에 있어서,
    완전히 내장된 에이직(ASIC)(85) 및/또는 회로 기판(84)을 통해 연장되는 리세스(86)를 구비하는 회로 기판(84)을 포함하여 구성되고, 멤스 액추에이터(70)는 상기 리세스의 제1 개구부(87)에 배치되고, 하우징부(89)는 폐쇄된 캐비티(90)를 형성하기 위해 상기 리세스의 제2 개구부(88)에 배치되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 기구를 구비한 사운드 트랜스듀서 장치.
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