KR20180061187A - 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈 및 사운드 트랜스듀서 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인쇄 회로 기판(4) 및 본 목적을 위해 제공되는 멤브레인(6)이 진동될 수 있고(있거나) 멤브레인(6)의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체(5)를 구비하는, 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)용 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 다층 압전 구조체(5)는 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접적으로 연결된다. 또한, 본 발명은 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1) 및 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 제조 방법과 함께 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)을 갖는 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 인쇄 회로 기판 및 본 목적을 위해 제공되는 멤브레인이 진동될 수 있고(있거나) 멤브레인의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체를 구비하는, 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리용 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 멤브레인, 캐비티 및 인쇄 회로 기판과 멤브레인이 진동될 수 있거나(있고) 멤브레인의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체를 포함하는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈을 구비하는 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상응하는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈 및/또는 상응하는 사운드 트랜스듀서 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
용어 "멤스(MEMS)"는 미세 전자 기계 시스템(MicroElectro-Mechanical Systems)을 의미한다. "캐비티(Cavity)"라는 용어는 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서의 음압이 강화될 수 있는 빈 공간으로 이해되어야 한다.
이러한 시스템은 특히 공간이 적지만 높은 부하를 견뎌야 하는 전자 장치에 설치된다. DE 10 2013 114 826은 캐리어 기판, 상기 캐리어 기판에 형성된 중공 공간 및 다층 압전 멤브레인 구조체를 구비하여 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서를 개시한다. 이러한 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서에서, 실리콘 반도체가 캐리어 기판을 위한 재료로 사용된다.
본 발명의 과제는 제조 비용을 절감할 수 있는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈, 사운드 트랜스듀서 어셈블리 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
이 과제는 독립 특허 청구항에 따른 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈, 사운드 트랜스듀서 조립체 및 제조 방법에 의해 해결된다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈을 이루는 구성수단은, 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)용 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)에 있어서, 인쇄 회로 기판(4) 및 멤브레인(6)이 진동될 수 있거나/있고 멤브레인(6)의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체(5)를 구비하고, 상기 다층 압전 구조체(5)는 상기 인쇄 회로 기판(4) 쪽으로 향한 고정 영역(21)에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접적으로 견고하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 상기 구조체(5)의 구조적 지지체, 특히 지지 프레임(15)으로서 설계되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 인쇄 회로 기판을 관통하여 완전히 연장되는 리세스(17)를 갖고, 상기 구조체(5)는 상기 리세스(17)의 개구부(18, 19)의 영역에서 전방 측 또는 상기 리세스(17)의 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구조체(5)의 고정 영역(21)은 상기 인쇄 회로 기판(4)에 내장되고/내장되거나 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구조체(5)는 액추에이터 구조체 및/또는 센서 구조체이며, 메탈, 특히 구리로 형성되고, 1 내지 50㎛의 두께를 갖는 적어도 하나의 지지층(7)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 다층 및/또는 적층된 섬유 복합 구성품이고 상기 구조체(5)의 지지층(7)을 형성하는 금속으로 제조된 적어도 하나의 전기 도전층(8)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구조체(5)는 지지층(7)에 전기적으로 결합되거나, 개재되어 배치되는 절연층(11)에 의해 지지층으로부터 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 압전층(10)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압전층(10)은 두 개의 전극층(12, 13) 사이에 배치되고, 상기 지지층(7)은 상기 두 개의 전극층(12, 13) 중 하나를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구조체(5)는 커플링 부재(23)가 부착되는 중앙 영역(22)을 갖고, 상기 커플링 부재(23)와 상기 인쇄 회로 기판(4)은 동일한 재료, 특히 섬유 복합 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 에이직(ASIC)(27) 및/또는 수동 추가 구성품(28)은 완전히 캡슐화된 방식으로 상기 인쇄 회로 기판(4)에 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 외부 장치에 대한 전기적 연결을 위한 적어도 하나의 외부 접점부(29)를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 사운드 트랜스듀서 어셈블리를 이루는 구성수단은, 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)에 있어서, 멤브레인(6) 및 인쇄 회로 기판(4) 및 상기 멤브레인(6)이 진동될 수 있거나/있고 상기 멤브레인(6)의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체(5)를 포함하는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)을 구비하고, 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)은 전술한 기술적 특징들 중, 어느 하나에 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인(6)이 그 에지 영역에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하거나 또는 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)가 상기 멤브레인(6)과 상기 멤브레인(6)을 가장자리 영역에 유지하고 상기 멤브레인 모듈(3)이 상기 멤스 인쇄 회로 기판 모듈(1)에 연결되도록 하는 멤브레인 프레임을 갖는 멤브레인 모듈(3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)는 상기 인쇄 회로 기판(4)의 리세스(17)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 캐비티(20) 및/또는 상기 멤브레인 모듈(3)로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)의 측면에 연결되는 금속 또는 플라스틱으로 제조된 하우징부(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1) 및/또는 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 제조 방법을 이루는 구성수단은, 전술한 기술적 특징들 중, 어느 하나에 따른 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1) 및/또는 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 제조 방법에 있어서, 다층 인쇄 회로 기판(4)은 적어도 하나의 금속 도전층(8)과 특히 섬유 복합 재료로 제조된 복수의 인쇄 회로 기판 지지층(14)을 적층에 의해 서로 연결함으로써 제조되고, 다층 압전 구조체(5)가 형성되어 적층에 의해 상기 인쇄 회로 기판(4) 쪽으로 향한 고정 영역(21)에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접적으로 견고하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 해결 수단을 가지는 본 발명인 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈 및 사운드 트랜스듀서 어셈블리에 의하면, 제조 비용을 절감할 수 있는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈, 사운드 트랜스듀서 어셈블리 및 제조 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 측면도이다.
도 2는 압전 구조체와 인쇄 회로 기판 사이의 연결 영역에서의 도 1에 따른 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 상세 단면도이다.
도 3은 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 부가적인 실시예에 따른 상세 단면도이다.
도 4는 압전 구조체의 개략적인 상세도이다.
도 5는 압전 구조체의 제2 실시예에 따른 개략적인 상세도이다.
도 6은 사운드 트랜서듀서 어셈블리의 단면도이다.
도 7은 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 제2 실시예에 따른 단면도이다.
도 8은 액추에이터/센서 영역을 갖는 압전 구조체의 제3 실시예에 따른 평면도이다.
도 2는 압전 구조체와 인쇄 회로 기판 사이의 연결 영역에서의 도 1에 따른 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 상세 단면도이다.
도 3은 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 부가적인 실시예에 따른 상세 단면도이다.
도 4는 압전 구조체의 개략적인 상세도이다.
도 5는 압전 구조체의 제2 실시예에 따른 개략적인 상세도이다.
도 6은 사운드 트랜서듀서 어셈블리의 단면도이다.
도 7은 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 제2 실시예에 따른 단면도이다.
도 8은 액추에이터/센서 영역을 갖는 압전 구조체의 제3 실시예에 따른 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈 및 사운드 트랜스듀서 어셈블리에 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 하는 데 도움을 준다.
본 발명에 따라 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리용 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈이 제안된다.
상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈은 인쇄 회로 기판을 포함한다. 상기 인쇄 회로 기판은 바람직하게는 전기 절연 재료로 제조되고 적어도 하나의 전기 도전층을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 인쇄 회로 기판 외에도, 상기 멤스(MEMS) 회로 기판 모듈은 구조체를 포함한다. 상기 구조체는 다층이고 압전기로 설계된다. 이러한 구조체에 의해, 본 발명의 목적을 위해 제공된 멤브레인이 진동으로 설정될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 멤브레인의 진동은 상기 압전 구조체에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 상기 구조체는 액추에이터 및/또는 센서로서 동작한다. 상기 다층 압전 구조체는 상기 인쇄 회로 기판에 직접 연결된다. 여기서, 적어도 하나의 구조체의 층이 상기 인쇄 회로 기판의 도전층에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 인쇄 회로 기판 내에 상기 구조체의 통합 설계를 통해, 상기 제안된 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈은 용이하고 저렴하게 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 전기적 구성품들을 직접 상기 인쇄회로기판에 내장하고 간단하게 도금된 쓰루홀들(through-holes)에 의해 상기 구조체와 같은 본 발명의 목적을 위해 제공되는 구성품들과 연결하는 것도 가능하다.
마찬가지로, 상기 제안된 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈은 추가 구성품들, 특히 추가 캐리어 기판이 절약될 수 있기 때문에, 상기 인쇄 회로 기판 내로 상기 구조체의 적어도 부분적인 통합 설계를 통해 높은 공간 절약 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캐리어 기판을 위한 고가의 실리콘의 높은 비용 요인이 제거되기 때문에, 대응하는 인쇄 회로 기판 기술의 사용은 상당한 비용 절감을 초래한다. 마찬가지로, 이러한 방식으로, 더 큰 스피커들이, 심지어 크기가 더 큰 스피커들(필요한 경우)도, 저렴하게 제조될 수 있다.
상기 인쇄 회로 기판이 상기 구조체의 구조 지지체, 특히 지지 프레임으로서 설계되는 것이 유리하다. 이와 같이, 바람직하게는 적어도 하나의 캔틸레버를 포함하는 상기 구조체는 리프팅(lifting) 축 또는 z 축을 따라 상기 인쇄 회로 기판에 대해 편향될 수 있다. 따라서, 상기 구조 지지체는 그에 대해 편향될 수 있는 상기 구조체를 위한 베이스 또는 지지 부재로서 작용한다. 또한, 상기 인쇄 회로 기판이 리세스(Recess)를 갖는 것을 특징으로 한다면 이와 같은 연결에서 유리하다. 상기 리세스는 바람직하게는 상기 인쇄 회로 기판을 통해 완전히 연장된다. 상기 구조체는 상기 리세스의 개구부의 영역에서 전방 측에 배치된다. 대안으로, 상기 구조체는 상기 리세스 내부에 배치된다. 바람직하게는, 상기 리세스는, 본 목적을 위해 제공되는 멤브레인이 진동할 수 있는 방향으로, z 축 또는 리프팅 축을 따라 연장된다. 이러한 방식으로, 상기 리세스는 적어도 부분적으로 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 캐비티를 형성한다. 따라서, 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈은, 추가의 구성품들, 특히 추가의 하우징부는 상기 캐비티의 완전한 설계를 위해 더 작게 만들어질 수 있거나 또는 심지어 완전히 절약될 수 있기 때문에, 높은 공간 절약 방식으로 형성될 수 있다. 더 높은 음압이 요구되는 경우, 상기 인쇄 회로 기판 자체의 리세스의 사이즈를 증가시킴으로써 상기 캐비티의 볼륨이 개별 용도에 맞게 조정될 수 있다. 마찬가지로, 상기 리세스는 상기 인쇄 회로 기판 자체 또는 상기 하우징부에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 캐비티는 상기 리세스를 통해 특정 어플리케이션에 빠르고, 쉽고 저렴하게 조정될 수 있다.
또한, 상기 구조체가 상기 인쇄 회로 기판 쪽으로 향한 고정 영역에서, 특히 적층(lamination)에 의해, 상기 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결되는 것이 유리하다. 대안으로 또는 부가적으로, 상기 구조체는 상기 인쇄 회로 기판에 내장되고(내장되거나) 고정 영역에 적층된다. 따라서, 상기 인쇄 회로 기판의 제조 공정 중에 상기 구조체가 상기 인쇄 회로 기판 내에 비용 효율적으로 통합될 수 있다. 따라서, 상기 멤브레인을 실리콘 기판에 연결하기 위한 이전의 제조 단계가 제거될 수 있다. 상기 구조체가 상기 인쇄 회로 기판에 내장되는 경우, 그 고정 영역은 적어도 두 개의 측면(즉, 적어도 상부와 하부로부터)으로부터 상기 인쇄 회로 기판에, 특히 상기 인쇄 회로 기판의 대응하는 각각의 층에, 연결(특히 접착)된다.
상기 구조체가 액추에이터 구조체인 것이 유리하다. 상기 액추에이터 구조체는 바람직하게는 적어도 하나의 압전층으로 형성된다. 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈이 제공된 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리가 예를 들어 라우드스피커(loudspeaker)로서 기능하는 경우, 상기 액추에이터 구조체는 본 목적을 위해 제공되는 멤브레인이 음향 에너지를 발생시키기 위해 진동으로 설정되는 방식으로 여기될 수 있다. 반면, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리가 마이크로폰(microphone)으로서 기능하는 경우, 상기 진동은 상기 액추에이터 구조체에 의해 전기 신호로 변환된다. 따라서, 상기 액추에이터 구조체는, 특히 에이직(ASIC, application specific integrated circuit)에 의해, 상이한 요구에 따라 개별적으로 및 저렴하게 조정될 수 있다.
대안으로 또는 부가적으로, 상기 구조체가 센서 구조체인 것이 유리하다. 이때, 상기 센서 구조체는 바람직하게는 본 목적을 위해 제공되는 멤브레인의 편향이 검출되고 평가될 수 있도록 하는 위치 센서를 형성한다. 상기 평가에 기초하여, 상기 액추에이터 구조체는 상기 멤브레인이 상황에 따라 편향되도록, 제어되는 방식으로 구동될 수 있다. 이러한 방식으로, 외부 영향 및 노화(aging) 효과에 대한 보상이 제공될 수 있다.
대안으로 또는 부가적으로, 상기 구조체가 금속, 특히 구리로 제조된 적어도 하나의 지지층을 포함하는 것이 유리하다. 상기 지지층은 바람직하게는 1 내지 50㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 전기 전도성 지지층으로 인해, 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 전자 구성품들은 서로 연결될 수 있다. 매우 미세한 지지층을 사용함으로써, 매우 콤팩트한 구조체가 형성된다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판이 다층 섬유 복합 구성품인 것이 유리하다. 이때, 상기 인쇄 회로 기판은 전기 절연 재료의 복수 층을 갖는 것을 특징으로 한다. 도금된 쓰루-홀들(through-holes)에 의해 서로 연결될 수 있는 구리로 형성된 전기 도전층이 절연층 사이에 배치된다. 상기 구조체가 상기 인쇄 회로 기판에 직접 연결되기 때문에, 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 기능에 필요한 연결은 그러한 인쇄 회로 기판을 통해 비용면에서 효율적이고 공간 절약적인 방식으로 구현될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 상기 인쇄 회로 기판이 적층된 섬유 복합 구성품인 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 개별적인 층들이 심지어 충격 또는 다른 외부 영향에도 시스템의 기능성이 보장되는 방식으로 서로 안정적으로 연결되는 인쇄 회로 기판이 형성된다.
대안으로 또는 부가적으로, 상기 인쇄 회로 기판이 금속으로 제조된 적어도 하나의 전기 도전층을 포함하는 것이 유리하다. 상기 구조체에 상기 인쇄 회로 기판을 콤팩트하게 그리고 추가의 구성품들 없이 연결하기 위해, 상기 전기 도전층이 상기 구조체의 지지층을 형성하는 것이 유리하다.
상기 구조체가 바람직하게는 상기 지지층에 전기적으로 결합되는 적어도 하나의 압전층을 갖는 것을 특징으로 하는 경우에 유리하다. 따라서, 상기 지지층의 전기적 전압이 상기 압전층의 추가적인 접촉 없이 직접 사용될 수 있기 때문에, 상기 멤브레인의 편향에 필요한 상기 구조체의 기계적 운동이 쉽게 실현될 수 있다. 마찬가지로, 상기 멤브레인의 편향을 통해 전기적 전압이 생성될 수 있고, 따라서 음파가 검출된다. 대안으로 또는 부가적으로, 상기 압전층은 바람직하게는 상기 지지층으로부터 전기적으로 분리된다. 이때, 상기 전기적 분리는 상기 압전층과 상기 지지층 사이에 배치된 절연층을 통해 발생한다.
상기 다층 구조체가 두 개의 압전층을 갖는 것을 특징으로 하는 것이 유리하다. 이들 각각은 두 개의 전극층 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 전극층들, 특히 네 개의 전극층들 중 하나는 상기 지지층에 의해 형성될 수 있다. 상기 지지층은 바람직하게는 금속, 특히 구리로 제조된다. 상기 구조체가 복수의 압전층을 갖는 것을 특징으로 한다면, 상기 구조체는 더 많은 힘을 발생시킬 수 있고 더 큰 편향을 가져올 수 있다. 이와 관련하여, 상기 구조체가 두 개 이상의 압전 층을 갖는 것을 특징으로하는 것이 또한 유리하다.
상기 구조체의 압전층이 센서로 설계되고 또 다른 압전 층이 액추에이터로서 설계되는 것이 유리하다. 대안적으로, 상기 압전층은 서로 분리된 복수의 영역을 포함할 수도 있고, 그 중 하나의 영역은 센서로서 설계되고 다른 영역은 액추에이터로서 설계된다.
상기 압전층의 편향시 전기 신호를 검출할 수 있고 및/또는 전압을 인가하여 상기 압전층을 능동적으로 편향시킬 수 있도록, 상기 압전층은 두 개의 전극층 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 지지층은 이러한 두 개의 전극층 중 하나를 형성한다.
상기 구조체는 커플링 부재가 부착되는 중앙 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이 유리하다. 상기 커플링 부재 및 상기 인쇄 회로 기판은 바람직하게는 동일한 재료, 특히 섬유 복합 재료로 제조된다. 상기 커플링 부재는, 멤브레인이 z 방향으로 또는 리프팅 축을 따라 상기 구조체의 리프팅(lifting) 운동의 결과로서 편향될 수 있도록, 본 목적을 위해 제공되는 상기 멤브레인에 연결될 수 있다.
추가적인 장점은 상기 구조체가 액추에이터/센서 영역을 갖는 것을 특징으로 한다는 것이다. 각각의 경우에, 이러한 영역은 상기 고정 영역과 상기 중앙 영역 사이에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 액추에이터/센서 영역은 적어도 하나의 가요성 연결 부재에 의해 상기 중앙 영역에 연결된다. 압전 효과에 의해 생성된 전압은 센서 시스템에 의해 검출될 수 있고, 상기 멤브레인의 실제 위치가 간단한 방식으로 결정될 수 있도록 평가를 위해 이용될 수 있다. 상기 액추에이터/센서 영역을 통해, 다양한 기하학적 구조가 다양한 영역들과 진동 모드들을 효율적으로 제어하기 위해 형성될 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판 및 액추에이터/센서 영역에 통합된 상기 구조체를 통해, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 성능과 음질은 공간을 추가로 늘리지 않고 증가될 수 있다.
에이직(ASIC)은 완전히 캡슐화된 방식으로 상기 인쇄 회로 기판에 내장되는 것이 유리하다. 선택적으로 또는 부가적으로, 추가 전기 구성품들은 완전히 캡슐화된 방식으로 상기 인쇄 회로 기판에 내장된다. 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 기능은 추가적인 지지 재료 없이 생산될 수 있다. 상기 에이직(ASIC) 또는 추가 전기 구성품들은 상기 인쇄 회로 기판의 제조 공정에 통합될 수 있고 도금된 스루-홀(through-holes)들을 통해 관련 구성품들에 연결될 수 있다.
추가적인 이점은 상기 인쇄 회로 기판이 외부 장치에 대한 전기적 연결을 위한 적어도 하나의 외부 접점부를 갖는 것을 특징으로 한다는 것이다. 이때, 상기 외부 접점부는 상기 인쇄 회로 기판 모듈의 외측에서 자유롭게 접근할 수 있는 방식으로 배열된다.
본 발명에서 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리가 또한 제안된다.
상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리는 멤브레인(membrane), 캐비티(cavity) 및 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 멤스(MEMS) 회로 기판 모듈은 다층 압전 구조체를 포함한다. 상기 압전 구조체에 의해, 상기 멤브레인은 진동으로 설정된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 멤브레인의 진동은 상기 구조체에 의해 검출될 수 있다. 상기 멤스(MEMS) 회로 기판 모듈은 전술 한 설명에 따라 형성되고, 구체적인 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 표현될 수 있다.
상기 인쇄 회로 기판에 통합된 구조를 통해, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리는 저렴하게 제조될 수 있다. 상기 구조체, 특히 그것의 지지층은 적층 생산 동안 상기 인쇄 회로 기판에 쉽게 내장될 수 있고, 필요한 전자 구성품들에 연결될 수 있다. 결과적으로, 다양한 유형의 인쇄 회로 기판들이 간단한 방식으로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 멤브레인은 그 에지 영역에서 상기 인쇄 회로 기판에 직접 연결된다. 대안적으로, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리가 멤브레인 모듈을 포함하는 것이 유리하다. 상기 멤브레인 모듈은 상기 멤브레인과 멤브레인 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 멤브레인 프레임은 상기 멤브레인을 가장자리 영역에 유지한다. 추가적으로 또는 선택적으로 상기 멤브레인 모듈은 상기 멤브레인 프레임에 의해 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈에 연결된다. 상기 사운드 트랜스듀서 조립체의 모듈 구조는 개별적인 모듈, 특히 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈 및 상기 멤브레인 모듈의 조립 전에, 그들의 기능을 위해 서로 독립적으로 테스트할 수 있게 한다. 본 발명에 따른 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리를 통해, 결함 모듈은 조기에 식별될 수 있고, 결과적으로 결함 시스템의 수가 이와 같은 방식으로 감소될 수 있다.
부가적인 이점은 상기 캐비티가 상기 인쇄 회로 기판의 리세스에 의해 적어도 부분적으로 형성된다는 것이다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 캐비티는 하우징부, 특히 금속 또는 플라스틱으로 제조된 하우징부에 의해 형성된다. 상기 하우징부는 상기 멤브레인 모듈로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 측면에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 캐비티는 상기 인쇄 회로 기판을 변경하지 않고도 특정 응용 분야에 신속하고, 쉽고, 저렴하게 조정될 수 있다.
상기 멤브레인은 유리하게는 보강 부재, 특히 다층 보강 부재를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 보강 부재를 통해, 상기 민감한 멤브레인은 과도한 음압 또는 외부 진동이나 충격으로 인한 상기 멤브레인의 과도한 움직임에 의하여 야기되는 손상으로부터 보호된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 멤브레인은 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈의 커플링 부재에 내부 연결 영역에서 연결된다. 상기 구조체를 통해, 리프팅 운동(lifting movement)이 발생될 수 있고, 이를 통해 상기 멤브레인이 편향될 수 있다.
본 발명에서는 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈 및/또는 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리의 제조 방법이 또한 제안된다.
상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈 및 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리는 전술한 설명에 따라 형성되고, 구체적인 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 표현될 수 있다.
상기 제안된 제조 방법으로, 다층 인쇄 회로 기판이 제조된다. 이 목적을 위해, 적어도 하나의 금속 도전층 및 복수의 인쇄 회로 기판 지지층이 적층에 의해 서로 연결된다. 이때, 상기 인쇄 회로 기판 지지층은 특히 섬유 복합(fiber composite) 재료로 제조된다. 다층 압전 구조체가 형성되어 적층에 의해 상기 인쇄 회로 기판 쪽으로 향한 고정 영역에서 상기 인쇄 회로 기판에 직접적으로 견고하게 연결된다. 따라서, 상기 구조체의 압전층은 상기 다층 인쇄 회로 기판 내에, 특히 도전층 바로 위에 적층된다.
따라서, 구리 호일(foil) 및 도체 플레이트 지지층들, 특히 지지 재료로 제조된 인쇄 회로 기판의 적층 구조는 상기 구조체의 제조에 쉽고 저렴하게 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 기능에 필요한 상기 인쇄 회로 기판에 내장된 모든 구성품들은 서로 쉽게 접촉될 수 있다. 이 목적을 위해서, 각 도전층들만이 본 발명에 따른 제조 방법을 통해 도금된 쓰루-홀(through-holes)에 의해 연결되어야 한다. 마찬가지로, 상기 인쇄 회로 기판의 기하학 구조는 각 애플리케이션에 대해 저렴하게 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 이점은 하기 실시예에서 설명된다.
도 1은 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)을 단면도로 보여준다.
상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)은 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)(도 6 및 도 7 참조)에 제공된다.
상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)은 기본적으로 인쇄 회로 기판(4) 및 다층 구조체(5), 특히 압전 구조체(5)를 포함한다. 상기 인쇄 회로 기판(4)은 금속으로 제조된 적어도 하나의 전기 도전층(8)을 갖는 다층 복합 섬유 구성품이다. 상기 인쇄 회로 기판(4)은 에이직(ASIC)(27) 및/또는 상기 인쇄 회로 기판(4)에 완전히 통합된 수동 전자 추가 구성품(28)을 포함한다. 따라서, 상기 에이직(ASIC)(27) 및/또는 상기 수동 전자 추가 구성품(28)은 상기 인쇄 회로 기판(4)에 의해 완전히 캡슐화된다.
상기 인쇄 회로 기판(4)은 제1 개구부(18) 및 상기 제1 개구부(18)에 대향하는 제2 개구부(19)를 갖는 리세스(Recess)(17)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 리세스(17)는 상기 인쇄 회로 기판(4)을 완전히 관통하여 연장된다. 상기 리세스는 상기 인쇄 회로 기판(4)이 원주 방향으로 폐쇄된 프레임, 특히 지지 프레임(15)으로 형성되도록 하는 관통 구멍이다. 상기 에이직(ASIC)(27) 및 상기 추가 구성품(28)에 추가하여, 상기 구조체(5)는 또한, 특히 고정 영역(21)에서, 상기 지지 프레임(15)에 통합된다.
상기 구조체(5)는 상기 리세스(17)의 내부에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접 연결된다. 따라서, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 상기 구조체(5)를 지지하고 상기 구조체(5)가 편향될 수 있도록 하는 구조 지지체를 형성한다. 상기 압전 구조체(5)는 지지층(7) 및 압전 기능 영역(9)을 포함하는 것을 특징으로한다. 상기 구조체(5)는, 그것의 외부 영역에서, 상기 고정 영역(21)을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 인쇄 회로 기판(4) 쪽으로 향한 상기 고정 영역(21)에서, 상기 구조체(5)는 상기 인쇄 회로 기판(4), 특히 상기 도전층(8)에 견고하게 연결된다. 이때, 상기 도전층(8)은 기본적으로 상기 구조체(5)의 지지층(7)을 형성하고, 상기 구조체는 이러한 방식으로 상기 인쇄 회로 기판(4)에 통합된다.
또한, 상기 구조체(5)는 실질적으로 상기 리세스(17)의 내부의 중심에 배치되는 중앙 영역(22)을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 중앙 영역(21)에서, 상기 구조체(5)는 적어도 하나의 가요성 연결 부재(26)를 통해 커플링 부재(23)에 연결된다. 상기 커플링 부재(23) 및 상기 인쇄 회로 기판(4)은 동일한 재료, 특히 섬유 복합 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 구조체(5)는 상기 인쇄 회로 기판(4)에 대해 상기 커플링 부재(23)를 z-방향으로 또는 여기에 도시된 중립 위치로부터 리프팅(lifting) 축을 따라 편향시킬 수 있다.
상기 리세스(17)는 도 6 및 도 7에 전체적으로 도시된 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 캐비티(Cavity)(20)를 적어도 부분적으로 형성한다. 상기 인쇄 회로 기판(4)은 또한, 여기에 도시되지 않은, 외부 장치와의 전기 접속을 위한 외부 접점부(29)를 갖는 것을 특징으로 한다.
도 2는 도 1에 따른 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1), 특히 상기 인쇄 회로 기판(4)과 상기 구조체(5) 사이의 연결 영역에서의 상세 단면을 보여준다. 상기 다층의 인쇄 회로 기판(4)은 적어도 제1 도전층(8) 및 제2 도전층(34)을 갖는 것을 특징으로 하는 적층된 섬유 복합 구성품이다. 상기 두 개의 도전층(8, 34)은 인쇄 회로 기판 지지층(14)을 통해 서로 전기적으로 분리된다. 상기 구조체(5)는 상기 고정 영역(21)에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 연결된다. 이때, 상기 인쇄 회로 기판(4)의 제1 도전층(8)은 상기 구조체(5)의 지지층(7)을 형성한다. 상기 압전 기능 영역(9)(도 4 및 도 5 참조)은 상기 지지층(7)에 의해 지지된다.
상기 지지층(7)은 상기 인쇄 회로 기판(4)에 적층되어 직접 연결된다. 상기 기능 영역(9)은 상기 지지층 (7)에 의해 상기 인쇄 회로 기판(4)에 견고하게 연결된다. 상기 기능 영역(9)은 상기 지지층(7) 상에 적층될 수 있다.
상기 외부 장치는 상기 인쇄 회로 기판(4)의 일측에 배치된 외부 접점부(29)를 통해 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)에 연결될 수 있다. 이러한 목적으로, 상기 제2 도전층(34)의 영역 내의 상기 인쇄 회로 기판(4)은, 경우에 따라, 도 2에 단지 개략적으로 도시된 추가 구성품(28) 또는 에이직(ASIC)(27)(도 3 참조)을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 3은 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)의 추가 실시예를 보여주고, 이하에서는 본질적으로 이미 설명된 실시예에 대한 차이점을 설명한다. 따라서, 이하의 설명에서, 동일한 특성에 대한 부가적인 실시예는 동일한 참조 부호를 사용한다. 이들이 다시 한번 상세히 설명되지 않는 한, 이들의 디자인 및 작용 방식은 상술한 특성에 상응한다. 이하에 설명하는 차이는 각각의 선행 및 후속 실시예의 특징과 조합될 수 있다.
도 3은 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)을 상세 단면으로 도시하고 있고, 상기 구조체(5)는 상기 리세스(17) 내부가 아닌 제1 개구부(18)의 영역에 배치되어 있다. 이때, 상기 제1 도전층(8)은 상기 지지층(7)에 직접 연결된다. 상기 구조체(5)를 제2 개구부(19)의 영역에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 연결하는 것도 또한 고려될 수 있다. 상기 기능 영역(9)은 적어도 부분적으로 상기 인쇄 회로 기판(4)에 내장되고 상기 제1 개구부(18)의 영역에서 상기 지지층(7)에 의해 지지된다. 따라서, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 상기 구조체(5)를 지지하고 상기 구조체(5)가 편향될 수 있도록 하는 구조 지지체를 형성한다.
상기 제2 도전층(34)은 상기 에이직(ASIC)(27)에 연결된다. 상기 에이직(ASIC)(27)은 상기 제2 도전층(34)에 전기적으로 연결되는 캡슐화된 제어 유닛을 구성한다. 도시된 실시예에서, 상기 에이직(ASIC)(27)은 상기 인쇄 회로 기판(4)의 중공 공간 내에 캡슐화된다. 그러나, 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 에이직(ASIC)(27)은 합성수지로 코팅되거나 주조될 수도 있다. 상기 에이직(ASIC)(27)과 같이, 상기 전기적 추가 구성품(28)은 상기 도전층들(8, 34) 중 하나에 연결될 수 있다.
도 4는 상기 압전 구조체(5)의 상세도를 보여준다. 상기 구조체(5)는 상기 지지층(7) 및 상기 기능 영역(9)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 기능 영역(9)은 PZT(lead zirconate titanate) 및/또는 ALN(aluminum nitride)으로 구성된 압전층(10)을 포함한다. 상기 압전층(10)의 편향시 전기 신호를 검출할 수 있고/있거나 전압의 인가를 통해 상기 압전층(10)을 능동적으로 편향시킬 수 있도록, 상기 압전층(10)은 상부 전극층(12)과 하부 전극층(13) 사이에 내장된다. 이때, 상기 인쇄 회로 기판(4)의 지지층(7)은 상기 하부 전극층(13)을 형성하고, 상기 구조체(5)는 이를 통해 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접 내장되거나 통합된다.
도 5는 상기 구조체(5)의 추가 실시예를 보여준다. 도 4에 도시된 상기 구조체(5)에 따라, 이 실시예는 두 개의 전극층(12, 13) 사이에 샌드위치된 압전층(10)을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 층 조합은 이하에 설명되는 실시예의 기초를 구성한다. 이 실시예의 다음의 설명과 함께, 도 4에 도시된 실시예와 비교하여 동일한 특징에 대해 동일한 참조 부호가 사용된다. 그들이 다시 한번 설명되지 않는 한, 그들의 디자인과 행동 양식은 이미 위에 설명된 특징에 해당한다.
도 5에 도시된 실시예에 따르면, 상기 구조체(5)는, 상기 두 개의 전극층(12, 13) 및 상기 압전층(10) 이외에, 특히 실리콘 산화물(silicon oxide)로 형성된 절연층(11)을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 실시예에서, 상기 하부 전극층(13)은 상기 인쇄 회로 기판(4) 자체의 상기 지지층(7)에 의해 형성되는 것이 아니라, 상기 기능 영역(9) 내의 추가 층에 의해 형성된다. 상기 절연층(11)을 통해, 상기 하부 전극층(13)은 상기 지지층(7)으로부터 전기적으로 분리된다.
도 6은 사운드 트랜스듀서(transducer) 어셈블리(2)의 제1 실시예를 단면으로 보여주고 있다.
상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)는 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1), 멤브레인(6) 및 멤브레인 프레임(16)을 포함한다. 상기 멤브레인(6)은 상기 멤브레인 프레임(16)으로부터 진동 방식으로 z 방향 또는 리프팅(lifting) 축을 따라 수용된다. 상기 멤브레인(6)과 상기 멤브레인 프레임(16)은 기본적으로 멤브레인 모듈(3)을 형성한다. 멤브레인 모듈의 외측 프레임 영역에서, 상기 인쇄 회로 기판(4)은 상기 멤브레인 모듈(3)의 외부 연결 영역(33), 특히 상기 멤브레인 프레임(16)에 연결된다. 내부 연결 영역(32)은 상기 멤브레인(6)과 상기 커플링 부재(23) 사이에 형성된다. 따라서, 상기 멤브레인(6)은 상기 멤브레인 프레임(16)에 걸쳐 있고 그 중앙 영역에서 보강된다.
상기 리세스(17)는 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 캐비티(20)를 적어도 부분적으로 형성한다. 상기 캐비티(20)는 상기 멤브레인 프레임(16)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)의 측면 상의 하우징부(30)에 의해 폐쇄된다. 상기 하우징부(30)는 금속 또는 플라스틱으로 형성되고, 상기 리세스(17) 이외에 상기 캐비티(20)를 형성하는 하우징 중공 공간(35)을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 하우징 중공 공간(35)의 사이즈는 생성될 음압에 따라 선택될 수 있다.
상기 구조체(5)는 상기 멤브레인(6) 아래에 배치되고/배치되거나 상기 멤브레인(6)에 실질적으로 평행하게 배치된다. 상기 구조체(5)의 지지층(7)은 상기 인쇄 회로 기판(4)의 도전층들(8, 34) 중 하나에 직접 연결되고, z 방향으로 상기 인쇄 회로 기판에 대해 편향될 수 있다. 상기 압전층(10)은 상기 멤브레인(6)의 편향을 위해 상기 구조체(5)의 단방향 또는 양방향 리프팅 운동을 생성하도록 설계된다. 따라서, 상기 압전층(10)은 전기 신호를 음향적으로 인지 가능한 음파로 변환하기 위해 상기 멤브레인(6)과 함께 작동한다. 대안으로, 음향적으로 인지 가능한 음파는 전기 신호로 변환될 수 있다.
상기 구조체(5)는 도면에 도시되지 않은 접점에 의해 상기 에이직(ASIC)(27)에 연결된다. 따라서, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)는, 예를 들어 상기 압전 구조체(5)를 통해, 상기 멤브레인(6)이 음향 에너지를 생성하기 위해 상기 멤브레인 프레임(16)에 대해 진동할 수 있도록 상기 에이직(ASIC)(27)을 통해 제어되거나 작동될 수 있다.
도 7은 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 추가 실시예를 보여주고, 이하에서는 본 발명에서 이미 설명된 실시예에 대한 차이점을 기본적으로 언급한다. 따라서, 이하의 설명에서, 동일한 특성에 대한 부가적인 실시예는 동일한 참조 부호를 사용한다. 다시 한번 자세히 설명하지 않는 한, 그들의 디자인과 작동 방식은 이미 위에서 설명한 기능에 해당한다. 이하에 설명하는 차이점은 각각의 앞선 및 후속하는 실시 형태의 특징과 조합될 수 있다.
상기 멤브레인 프레임(16)에 연결되지 않은 보강 부재(31)는 상기 멤브레인(6)의 바닥, 특히 상기 멤브레인의 중간 영역에 배치된다. 따라서, 상기 보강 부재(31)는 상기 멤브레인 프레임(16)에 대해 상기 멤브레인(6)과 함께 z 방향으로 진동할 수 있다. 또한, 상기 멤브레인(6)의 내부 연결 영역(32)은 이러한 방식으로 보강된다. 이 실시예에서, 상기 멤브레인 프레임(16)은 상기 인쇄 회로 기판(4) 자체로 형성되고 이로 인해 동일한 재료로 형성된다. 따라서, 상기 멤브레인 프레임(16)과 상기 인쇄 회로 기판(4)은 일체로 형성된다.
도 7에 따르면, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)는 어떠한 별도의 하우징부(30)를 갖는 것을 특징으로 하지 않는다. 여기서, 상기 캐비티(20)는 상기 인쇄 회로 기판(4) 자체에 의해 형성되고 폐쇄된다. 그러나, 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 제1 실시 예에 따른 상기 멤브레인 프레임(16)의 디자인이 마찬가지로 고려될 수 있다.
도 8은 상기 구조체(5)의 제3 실시예를 평면도로 보여준다. 특히 캔틸레버로 설계된 상기 구조체(5)는 적어도 하나의 액추에이터 영역(24) 및 센서 영역(25)을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 액추에이터/센서 영역(24, 25)은 상기 고정 영역(21)과 상기 중앙 영역(22) 사이에 배치된다. 상기 중앙 영역(22)으로의 연결은 적어도 하나의 가요성 연결 부재(26)에 의해 이루어진다. 이때, 상기 센서 영역(25)은 상기 멤브레인 편향에 의존하는 센서 신호를 상기 에이직(ASIC)(27)에 제공하기 위해 위치 센서로서 설계되는 것이 바람직하다. 그렇게 함에 있어, 상기 연결 부재(26)의 탄성 진동 특성이 고려된다. 상기 구조체(5)의 편향에 대략 비례하는 압전 효과를 통해 생성된 전압은 상기 전극층(12, 13)(도 4 및 도 5 비교)을 통해 입력되고 평가된다. 제어 신호에 기초하여, 상기 구조체(5)는 상기 에이직(ASIC)(27)에 의해 제어되는 방식으로 구동될 수 있다.
상기 센서 영역(25)과 상기 액추에이터 영역(24)은 공통의 압전층(10)에 의해 형성된다. 이때, 적어도 하나의 영역은 센서 영역(25)이고, 이 센서 영역에 의해 두 개의 액추에이터 영역(24)은 서로 이격 배치된다. 상기 액추에이터 영역들(24)은 서로 전기적으로 절연되어 있다. 상기 두 개의 영역(24, 25)은 서로 상대적인 재료, 특히 티탄산지르콘산연(PZT, Lead Zirconate Titanate) 또는 질화알루미늄(AIN, aluminum nitride)으로 형성될 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 도시되고 기재된 실시 예들에 제한되지 않는다. 상이한 실시 예들에서 설명되고 설명된다고 할지라도, 특성들의 조합과 마찬가지로, 청구항들의 범위 내의 변형들이 가능하다.
1 : 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈
2 : 사운드 트랜스듀서 어셈블리
3 : 멤브레인 모듈 4 : 회로 기판
5 : 구조체 6 : 멤브레인
7 : 지지층 8 : 제1 도전층
9 : 기능 영역 10 : 압전층
11 : 절연층 12 : 상부 전극층
13 : 하부 전극층 14 : 인쇄 회로 기판 지지층
15 : 지지 프레임 16 : 멤브레인 프레임
17 : 리세스(Recess) 18 : 제1 개구부
19 : 제2 개구부 20 : 캐비티(Cavity)
21 : 고정 영역 22 : 중앙 영역
23 : 커플링 부재 24 : 액추에이터 영역
25 : 센서 영역 26 : 연결 부재
27 : 에이직(ASIC) 28 : 추가 구성품
29 : 외부 접점부 30 : 하우징부
31 : 보강 부재 32 : 내부 연결 영역
33 : 외부 연결 영역 34 : 제2 도전층
35 : 하우징 중공 공간
3 : 멤브레인 모듈 4 : 회로 기판
5 : 구조체 6 : 멤브레인
7 : 지지층 8 : 제1 도전층
9 : 기능 영역 10 : 압전층
11 : 절연층 12 : 상부 전극층
13 : 하부 전극층 14 : 인쇄 회로 기판 지지층
15 : 지지 프레임 16 : 멤브레인 프레임
17 : 리세스(Recess) 18 : 제1 개구부
19 : 제2 개구부 20 : 캐비티(Cavity)
21 : 고정 영역 22 : 중앙 영역
23 : 커플링 부재 24 : 액추에이터 영역
25 : 센서 영역 26 : 연결 부재
27 : 에이직(ASIC) 28 : 추가 구성품
29 : 외부 접점부 30 : 하우징부
31 : 보강 부재 32 : 내부 연결 영역
33 : 외부 연결 영역 34 : 제2 도전층
35 : 하우징 중공 공간
Claims (15)
- 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)용 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)에 있어서,
인쇄 회로 기판(4) 및 멤브레인(6)이 진동될 수 있거나/있고 멤브레인(6)의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체(5)를 구비하고,
상기 다층 압전 구조체(5)는 상기 인쇄 회로 기판(4) 쪽으로 향한 고정 영역(21)에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접적으로 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판(4)은 상기 구조체(5)의 구조적 지지체, 특히 지지 프레임(15)으로서 설계되는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판(4)은 인쇄 회로 기판을 관통하여 완전히 연장되는 리세스(17)를 갖고, 상기 구조체(5)는 상기 리세스(17)의 개구부(18, 19)의 영역에서 전방 측 또는 상기 리세스(17)의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 구조체(5)의 고정 영역(21)은 상기 인쇄 회로 기판(4)에 내장되고/내장되거나 적층되는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 구조체(5)는 액추에이터 구조체 및/또는 센서 구조체이며, 메탈, 특히 구리로 형성되고, 1 내지 50㎛의 두께를 갖는 적어도 하나의 지지층(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판(4)은 다층 및/또는 적층된 섬유 복합 구성품이고 상기 구조체(5)의 지지층(7)을 형성하는 금속으로 제조된 적어도 하나의 전기 도전층(8)을 갖는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 구조체(5)는 지지층(7)에 전기적으로 결합되거나, 개재되어 배치되는 절연층(11)에 의해 지지층으로부터 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 압전층(10)을 갖는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 7에 있어서,
상기 압전층(10)은 두 개의 전극층(12, 13) 사이에 배치되고, 상기 지지층(7)은 상기 두 개의 전극층(12, 13) 중 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 구조체(5)는 커플링 부재(23)가 부착되는 중앙 영역(22)을 갖고, 상기 커플링 부재(23)와 상기 인쇄 회로 기판(4)은 동일한 재료, 특히 섬유 복합 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
에이직(ASIC)(27) 및/또는 수동 추가 구성품(28)은 완전히 캡슐화된 방식으로 상기 인쇄 회로 기판(4)에 내장되는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판(4)은 외부 장치에 대한 전기적 연결을 위한 적어도 하나의 외부 접점부(29)를 갖는 것을 특징으로 하는 통합된 압전 구조체를 갖는 멤스 인쇄 회로 기판 모듈.
- 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)에 있어서,
멤브레인(6) 및
인쇄 회로 기판(4) 및 상기 멤브레인(6)이 진동될 수 있거나/있고 상기 멤브레인(6)의 진동이 검출될 수 있도록 하는 다층 압전 구조체(5)를 포함하는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)을 구비하고,
상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)은 상기 청구항 1 내지 청구항 11 중, 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 사운드 트랜스듀서 어셈블리.
- 청구항 12에 있어서,
상기 멤브레인(6)이 그 에지 영역에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하거나 또는 상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)가 상기 멤브레인(6)과 상기 멤브레인(6)을 가장자리 영역에 유지하고 상기 멤브레인 모듈(3)이 상기 멤스 인쇄 회로 기판 모듈(1)에 연결되도록 하는 멤브레인 프레임을 갖는 멤브레인 모듈(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 트랜스듀서 어셈블리.
- 청구항 12에 있어서,
상기 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)는 상기 인쇄 회로 기판(4)의 리세스(17)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 캐비티(20) 및/또는 상기 멤브레인 모듈(3)로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1)의 측면에 연결되는 금속 또는 플라스틱으로 제조된 하우징부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 트랜스듀서 어셈블리.
- 청구항 1 내지 청구항 14 중, 어느 한 항에 따른 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1) 및/또는 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 제조 방법에 있어서,
다층 인쇄 회로 기판(4)은 적어도 하나의 금속 도전층(8)과 특히 섬유 복합 재료로 제조된 복수의 인쇄 회로 기판 지지층(14)을 적층에 의해 서로 연결함으로써 제조되고,
다층 압전 구조체(5)가 형성되어 적층에 의해 상기 인쇄 회로 기판(4) 쪽으로 향한 고정 영역(21)에서 상기 인쇄 회로 기판(4)에 직접적으로 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 인쇄 회로 기판 모듈(1) 및/또는 사운드 트랜스듀서 어셈블리(2)의 제조 방법.
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