KR20200073206A - 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크를 제공하는 바, 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크에 있어서, 백플레인; 상기 백플레인의 제1 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인과 함께 제1 가변용량을 구성하는 제1 진동막; 및 상기 백플레인의 제2 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인과 함께 제2 가변용량을 구성하는 제2 진동막을 포함하되, 상기 백플레인은 적어도 1개의 연결구멍을 포함하고, 상기 제2 진동막은 백플레인 방향으로 오목하게 들어간 오목부를 포함하며, 상기 오목부는 상기 연결구멍을 통과하여 제1 진동막에 절연 연결되는 것을 특징으로 한다. 상기 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크는 보다 높은 신호대 잡음비를 갖는다.

Description

이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크
본 발명은 실리콘 마이크 기술분야에 관한 것이며, 특히 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크에 관한 것이다.
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System, 미세기계 전자시스템)기술은 최근에 고속으로 발전하고 있는 첨단 기술이며, 선진적인 반도체 제조 프로세스를 이용하여 센서, 드라이버(driver) 등의 디바이스의 대량 생산을 달성한다. 대응하는 종래의 디바이스와 비교하면, MEMS 디바이스는 부피, 소비 전력, 무게 및 가격 측면에서 매우 분명한 이점이 있다. 시장에서 MEMS 디바이스의 주요 응용 사례로는 압력 센서, 가속도계 및 실리콘 마이크 등이 포함된다.
MEMS 기술로 제조된 실리콘 마이크는 소형화, 성능, 신뢰성, 환경내성, 코스트 및 대량 생산 능력에서 ECM 보다도 상당한 이점을 가지고 있으며, 휴대전화, PDA, MP3 및 보청기 등의 전자제품의 소비 시장을 신속히 점유하고 있다. MEMS 기술로 제조된 실리콘 마이크는 일반적으로 고체 백플레인에 평행하게 배치되는 이동가능한 다이어프램을 가지며, 다이어프램과 백플레인이 가변콘덴서를 형성한다. 가변용량이 바뀌도록, 다이어프램은 입사된 소리 에너지에 응답하여 이동하며, 따라서 입사된 소리 에너지를 나타내기 위한 전기신호를 생성한다.
콘덴서 마이크로 실리콘 마이크의 기술의 발전에 따라 실리콘 마이크의 사이즈가 보다 작고 코스트가 보다 낮으며 신뢰성이 보다 높을 것이 요구되지만, 실리콘 마이크의 사이즈가 작아지면 감도가 저하되고 신호대 잡음비가 저하된다. 어떻게 실리콘 마이크의 신호대 잡음비를 더 향상시킬지는 현재 시급히 해결해야 할 문제이다.
본 발명이 해결하고자하는 기술적 과제는 실리콘 마이크의 신호대 잡음비를 향상시키는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크를 제공하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크를 제공하는 바, 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크에 있어서, 백플레인; 상기 백플레인의 제1 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인과 함께 제1 가변용량을 구성하는 제1 진동막; 및 상기 백플레인의 제2 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인과 함께 제2 가변용량을 구성하는 제2 진동막을 포함하되, 상기 백플레인은 적어도 1개의 연결구멍을 포함하고, 상기 제2 진동막은 백플레인 방향으로 오목하게 들어간 오목부를 포함하며, 상기 오목부는 상기 연결구멍을 통과하여 제1 진동막에 절연 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 연결구멍의 수는 1개이며, 백플레인의 중심위치에 위치한다.
바람직하게는, 상기 연결구멍의 수는 2개 이상이며, 백플레인의 중심 주변에 균일하게 대칭으로 분포된다.
바람직하게는, 상기 오목부와 상기 제1 진동막의 연결부위에는 상기 오목부와 상기 제1 진동막을 관통하는 공기추출구조가 개설된다.
바람직하게는, 상기 제1 진동막 및/또는 제2 진동막은 전체막 구조이다.
바람직하게는, 상기 제1 진동막은 에지에 위치하는 제1 고정부와, 상기 제1 고정부에 의해 둘러싸인 제1 진동부를 포함하고, 상기 제1 진동부는 적어도 1개의 제1 탄성 빔을 포함하며, 상기 제1 고정부와 제1 진동부 사이는 상기 제1 탄성 빔에 의해 연결되거나, 또는 상기 제1 고정부와 제1 진동부 사이가 완전히 분리된다.
바람직하게는, 상기 제1 탄성 빔과 상기 백플레인 사이는 절연 연결되어 상기 제1 진동부를 상기 백플레인의 제1 표면 허공에 뜨게 한다.
바람직하게는, 상기 제2 진동막은 에지에 위치하는 제2 고정부와, 상기 제2 고정부에 의해 둘러싸인 제2 진동부를 포함하고, 상기 제2 진동부는 적어도 1개의 제2 탄성 빔을 포함하며, 상기 제2 고정부와 제2 진동부 사이는 상기 제2 탄성 빔에 의해 연결되거나, 또는 상기 제2 고정부와 제2 진동부 사이가 완전히 분리된다.
바람직하게는, 상기 제2 탄성 빔과 상기 백플레인 사이는 절연 연결되어 상기 제2 진동부를 상기 백플레인의 제2 표면 허공에 뜨게 한다.
바람직하게는, 상기 백플레인에는 음공(音孔)이 개설되어 있으며, 상기 백플레인의 표면에는 돌기점이 설치되어 있다.
바람직하게는, 상기 제1 진동막 및 제2 진동막에는 모두 방출구멍 및 공기추출구조가 개설된다.
본 발명에 따른 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크는, 제1 진동막과 백플레인이 제1 용량을 형성하고, 백플레인과 제2 진동막이 제2 용량을 형성하며, 상기 제1 용량과 제2 용량이 차동 콘덴서를 구성하고, 동작과정에 있어서, 차동신호를 출력하여 감도를 향상시키고 마이크의 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 진동막의 오목부가 제1 진동막에 절연 연결되어 상기 제2 진동막이 제1 진동막과 함께 같은 방향으로 진동하게 할 수 있고, 신호의 정확성을 향상시킨다. 또한, 제2 진동막의 오목부가 제2 진동막의 일부로서 지지 역할을 할 뿐만 아니라, 제2 진동막의 내부응력의 해방에 도움이 되는 동시에, 2차 응력의 도입도 회피하여 제2 진동막의 순응성을 일치하게 유지시키며, 상기 오목부가 제2 진동막의 다른 부분과의 사이에서 쉽게 크랙과 같은 문제를 발생하지 않게 하여 디바이스의 신뢰성 향상에 도움이 된다.
상기 제1 진동막과 제2 진동막은 다양한 구조적 형태를 가질수 있으며, 각각 완전고정 지지막, 부분고정 지지굴곡 빔막 또는 완전고정 지지굴곡 빔막 등 구조 중 임의의 1개일 수 있다. 한편, 상기 제2 진동막과 제1 진동막의 연결부위에 공기추출구조를 개설하는 것으로써, 공기추출구조의 공기추출효율을 효과적으로 향상시키고, 마이크의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 단면사시도이고,
도2는 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 단면도이고,
도3은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 제1 진동막의 평면부감도이고,
도4는 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 제2 진동막의 평면부감도이고,
도5는 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 단면사시도이고,
도6은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 단면도이고,
도7은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 제1 진동막의 평면부감도이고,
도8은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 제2 진동막의 평면부감도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 구체적인 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 단면도이다.
상기 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크는, 백 챔버(101)을 포함하는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 표면에 절연 지지되며 상기 기판(100)의 백 챔버(101) 위에 허공 뜨인 제1 진동막(200)과, 상기 제1 진동막(200)의 표면에 절연 지지되며 상기 제1 진동막(200)과 함께 제1 가변용량을 구성하는 상기 제1 진동막(200) 위에 위치하는 백플레인(300)과, 상기 백플레인(300)의 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인(300)과 함께 제2 가변용량을 구성하는 상기 백플레인(300) 위에 위치하는 제2 진동막(400)을 포함한다.
상기 제1 진동막(200)의 에지가 제1 절연층(110)에 의해 기판(100) 표면에 지지되는 것으로써, 상기 제1 진동막(200)을 백 챔버(101) 위에 허공 뜨이도록 하며, 상기 제1 절연층(110)은 상기 콘덴서 마이크를 형성하는 과정에서 희생층이 해제된 후 희생층의 잔존부분일 수 있다. 상기 제1 진동막(200)은 도전재료이며, 제1 가변용량 하부전극으로 기능한다. 본 구체적인 실시예에서, 상기 제1 진동막(200)의 재료가 폴리 실리콘이다. 상기 제1 진동막(200)의 두께는 상대적으로 낮으며 음파의 작용에 따라 상하에 진동할 수 있어 상기 제1 진동막(200)과 백플레인(300)으로 구성된 제1 가변용량의 용량값을 변화시킨다. 제1 진동막(200)의 두께를 조절하는 것으로써 상기 제1 진동막(200)의 강성을 조절하여 감도를 조정할 수 있다.
상기 제1 진동막(200)에는 방출구멍(201) 및 공기추출구조(202)가 더 개설된다. 마이크의 형성과정에 있어서, 희생층을 해제하여 캐비티를 형성할 필요가 있다. 상기 방출구멍(201)은 희생층의 해제과정에서 부식 액을 수송하는 것으로 채용할 수 있다. 해제경로 및 시간분포에 근거하여 상기 방출구멍(201)의 위치분포를 합리적으로 설정할 수 있다. 상기 공기추출구조(302)는 마이크 캐비티 내의 기압 균형을 잡기 위한 것이며, 마이크 패키지 과정에서 환경이 변화될 때 마이크 캐비티 내의 기압이 너무 크거나 너무 작아져 마이크의 동작 성능에 영향을 주는 것을 회피한다. 상기 공기추출구조(302)는 일반적으로 상기 제1 진동막에 균일하고 대칭적으로 배치되어 캐비티 내의 기압을 균일하게 조절할 수 있다. 상기 방출구멍(201)은 기압조절 역할을 할 수도 있다.
도3은 본 발명의 구체적인 실시예의 제1 진동막(200)의 부감도이다.
상기 제1 진동막에는 복수의 방출구멍(301)이 개설되어 있으며, 상기 방출구멍(301)은 원형이고, 원주방식으로 상기 제1 진동막(200)에 균일하고 대칭적으로 배치된다. 상기 방출구멍(301)의 사이즈는 일반적으로 작게 설정되어, 마이크의 동작과정에서 방출구멍(301)의 사이즈가 비교적 크기 때문에 제1 진동막(200)의 음파에 대한 저항이 너무 작게되며 감도가 저하되는 것을 회피한다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 방출구멍(301)의 형상은 사각형, 삼각형, 다각형 또는 길쭉하고 가는 홈형상 등일 수도 있고, 설계된 희생층의 해제경로 및 시간분포에 근거하여 방출구멍(301)의 위치분포를 설정할 수도 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 공기추출구조(202)는 U자형 가는 홈이며, 복수의 공기추출구조(202)는 제1 진동막의 외측에 대칭적으로 배치되어, 마이크 캐비티 내의 각 위치 기압의 균형을 용이하게 잡을 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 복수의 공기추출구조(202)는 방출구멍(301)의 주변에 배치된다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 공기추출구조(202)는 길쭉한 형상, 교차하는 길쭉한 홈, 원형 또는 다각형 구멍 등 다른 형상일 수도 있다. 상기 공기추출구조(202)의 사이즈는 일반적으로 작으며, 제1 진동막(200)의 음파에 대한 저항을 감소시키는 것을 회피한다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제1진동막(200)은 전체막 구조이며, 분리구조가 없고, 에지의 둘레를 기판(100)의 표면에 완전히 고정 지지되게 하는 것으로써, 완전막 고정 지지구조를 형성하며, 신뢰성이 높고, 단열, 파손 등 문제가 쉽게 발생하지 않으며, 제1 진동막(200)의 박막두께 및 내부응력에 의해 상기 제1 진동막(200)의 강성을 조절할 수 있다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 제1 진동막(200)의 에지 부분만을 지지해도 좋다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 상기 백플레인(300)의 에지가 제2 절연층(120)에 의해 제1 진동막(200)의 표면에 지지되는 것으로써, 상기 백플레인(300)을 제1 진동막(200) 위에 허공 뜨게 하며, 상기 백플레인(300)과 제1 진동막(200)이 제1 가변용량을 구성한다. 상기 제2 절연층(120)은 상기 콘덴서 마이크의 형성과정에서 희생층을 해제한 후 희생층의 잔존 부분일 수도 있다. 상기 백플레인(300)은 도전성을 가지며, 상기 제1 가변용량 상부전극으로서 기능한다. 상기 백플레인(300)은 독립적인 도전층일 수도 있고, 절연층과 도전층으로 구성되는 복합구조일 수도 있어, 백플레인(300)의 경도를 향상시켜 변형의 발생을 회피한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(300)은 질화 실리콘층(301) 및 상기 질화 실리콘층(301)의 표면에 위치하는 폴리 실리콘층(302)을 포함한다. 상기 질화 실리콘층(301)은 비교적 높은 경도를 가짐으로써, 상기 백플레인(300)을 고정 전극으로 하는 경우 쉽게 변형되지 않으며, 따라서 마이크의 신뢰성을 향상시킨다.
상기 백플레인(300)에 음공(303)을 더 설치할 수 있어 음파가 제1 진동막(200)을 진동시킨 후, 제1 가변용량 내의 기압변화는 상기 음공(303)을 통해 제2 가변용량에 전달될 수 있으며, 또한, 제1 진동막(200)을 통과한 음파가 있을 경우, 상기 음공(303)을 계속 통과하여 제2 진동막(400)에 작용하여 마이크의 유효신호를 강화할 수도 있다.
상기 백플레인(300)은 연결구멍(304)을 더 포함하며, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 백플레인(300)의 침강부(305)는 백플레인(300)의 다른 영역 보다 낮고 제1 진동막(200)과 연결되기 때문에 해당 침강부(305)의 위에 연결구멍(304)을 형성하며, 상기 연결구멍(304)은 주로 제1 진동막(200) 및 제2 진동막(300)에 연결통로를 제공한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(300)은 1개의 연결구멍(304)을 가지며, 해당 연결구멍(304)은 백플레인의 중심위치에 위치하여 제2 진동막(400)과 제1 진동막(200)을 중심위치에서 연결되게 하여, 제2 진동막(400)과 제1 진동막(200)이 진동할 때, 각 위치의 변형이 대칭적으로 분포되게 한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 연결구멍(304)의 형상은 원형이며, 제2 진동막(400)의 오목부가 통과하는 것에 도움이 된다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 연결구멍(304)은 다른 형상, 예를 들면 다각형, 정방형 등일 수도 있고, 백플레인의 중심 주변에 균일하게 대칭적으로 배치되는 2개 이상의 연결구멍을 가질 수도 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(300)의 표면에는 돌기점(306)이 더 설치되어 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 백플레인(300)의 제1 진동막(200)을 향하는 측의 표면에 상기 돌기점(306)이 설치되어 있으며, 제1 진동막(200)이 백플레인(300)을 향해 변형할 경우, 상기 돌기점(306)은 제1 진동막(200)이 백플레인(300)에 접착되는 것을 회피할 수 있다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 백플레인(300)의 상하 표면에 모두 상기 돌기점(306)을 설치하여, 제1 진동막(200)과 제2 진동막(400)이 백플레인(300)에 접착하는 것을 회피할 수도 있다.
상기 제2 진동막(400)의 에지가 제3 절연층(130)에 의해 상기 백플레인(300)의 표면에 지지되어 상기 제2 진동막(400)을 백플레인(300) 위에 허공 뜨게 한다. 상기 제3 절연층(130)은 상기 콘덴서 마이크의 형성과정에서 희생층을 해제한 후 희생층의 잔존 부분일 수도 있다. 상기 제2진동막(400)은 도전재료이며, 제2 가변용량의 상부전극으로서 상기 백플레인(300) 위에 허공 떠 있으며, 상기 제3 절연층(130)은 상기 콘덴서 마이크의 형성과정에서 희생층을 해제하여 제2 가변용량으로 기능하는 하부전극일 수도 있다. 본 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동막(400)의 재료는 폴리 실리콘이다. 상기 제2 진동막(400)은 두께가 비교적 작으며, 음파의 작용에 의해 상하로 진동할 수 있어 상기 제2 진동막(400)과 백플레인(300)으로 구성된 제2 가변용량의 용량값을 변화시킨다. 제2 진동막(400)의 두께를 조절하는 것으로써 상기 제2 진동막(400)의 강성을 조절하여 감도를 조정할 수 있다.
상기 제2 진동막(400)은 백플레인(300)의 방향으로 오목하게 들어간 오목부(401)를 포함하며, 상기 오목부(401)는 상기 백플레인(300)의 연결구멍(304)을 통과하여 상기 제1 진동막(200)과 절연 연결된다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 오목부(401)와 제1 진동막(200) 사이가 백플레인(300)의 침강부(305)이며, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(300)은 질화 실리콘층(301) 및 질화 실리콘층(301)의 표면에 위치하는 폴리 실리콘층(302)을 포함한다. 따라서 상기 오목부(401)와 제1 진동막(200)을 절연시킨다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(300)에는 상기 침강부(305)가 형성되지 않고, 상기 오목부(401)와 제1 진동막(200) 사이가 추가로 형성된 절연층에 의해 연결된다. 상기 제2 진동막(400)은 제1 진동막(200)과 연결되어 상기 제2 진동막(400)과 제1 진동막(200)이 음파에 대하여 같은 방향의 진동을 피드백할 수 있게 한다. 또한, 상기 제2 진동막(400)과 제1 진동막(200)의 연결부위도 제2 진동막(400)에 대하여 지지 역할을 하여 제2 진동막(400)의 허공에 뜨인 상태를 보다 안정화시켜 신뢰성을 더 향상시킨다. 게다가, 상기 제2 진동막(400)의 오목부(401)는 제2 진동막(400)의 일부로서 재료가 동일하고 구조가 연속적이여서 제2 진동막(400)의 내부응력을 석방하는데 도움이 되고 2차응력의 도입을 회피하여 제2 진동막(400)의 순응성을 일치하게 유지시킨다. 따라서 음파의 작용에 의해 제2 진동막(400)이 생성하는 전기신호의 정확성를 향상시키며, 상기 오목부(401)도 제2 진동막(400)의 다른 부분과의 사이에서 쉽게 크랙과 같은 결함을 생성하지 않게 하여 디바이스의 신뢰성을 향상시킨다. 상기 오목부(401)와 제1 진동막(200)의 연결은 2차응력을 유발하지 않아 제2 진동막(400)의 순응성에 영향을 주지 않기 때문에 상기 오목부(401)의 수 및 위치를 유연하게 설정하고, 마이크의 성능요건에 따라 조정하면, 공정 면에서 보다 높은 유연성을 가진다.
본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동막(400)은 평평한 박막이고, 제1 진동막(200)은 백플레인(300)의 방향으로 오목하게 들어간 오목부를 포함하며, 상기 오목부는 백플레인(300)의 연결구멍(304)을 통과하여 제2 진동막(400)과 절연 연결될 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 오목부(401)와 상기 제1 진동막(200)의 연결부위에는 상기 오목부(401)와 상기 제1 진동막(200)을 관통하는 공기추출구조(402)가 개설되어 있고, 상기 공기추출구조(402)는 가는 홈 또는 구멍 등의 관통구조일 수도 있다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 오목부(401)와 상기 제1 진동막(200)의 연결부위 주변의 제1 진동막(200) 및 제2 진동막(400)에만 공기추출구조를 공기추룰통로로서 개설해도 좋다. 연결부위 주변에 공기추출구조를 개설하는 것과 비교하면, 연결부위에 형성된 공기추출구조(402)가 직접 상기 백 챔버(101) 및 제2 진동막(400) 위에 연통하기 때문에 상기 공기추출구조(402)의 공기추출 노정이 비교적 짧고, 마이크를 패키징하거나 마이크에 비교적 큰 진동이 발생하는 것과 같이 내외기압의 균형를 잡을 필요가 있는 경우, 백 챔버(101) 및 제2 진동막(400) 양측의 기압은 상기 공기추출구조(402)에 의해 신속히 균형를 잡을 수 있으며, 효과가 보다 높다. 또한, 제1 진동막(200)과 제2 진동막(400)이 진동할 때, 상기 공기추출구조(402)는 진동 저항도 저감할 수 있다. 상기 제2 진동막(400)의 다른 위치에는 원주에 배치되는 압력을 균일하게 하고 공기를 추출하기 위한 공기추출구조(403)도 개설되어 있다.
도4를 함께 참조하면, 도4는 상기 제2 진동막(400)의 부감도를 도시하고 있다. 상기 제2 진동막(400)은 에지에 위치하는 제2 고정부(410)와 상기 제2 고정부(410)에 의해 둘러싸인 제2 진동부(420)를 포함한다. 상기 제2 진동부(420)는 적어도 1개의 제2 탄성 빔(421)을 포함하며, 상기 제2 고정부(410)와 상기 제2 진동부(420) 사이에는 상기 제2 진동막(400)을 관통하는 홈(430)이 있고, 상기 홈(430)은 공기추출을 위한 공기추출구조로서 사용될 수 있으며, 동시에 희생층의 해제과정에 있어서, 부식 액체를 수송하는 방출 홈으로서 사용될 수도 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동부(420)는 상기 제2 탄성 빔(421) 이외의 본체부분이 백 챔버(101)의 형상에 대응하여 원형이다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 마이크의 성능요건에 따라 상기 제2 진동부(420)의 본체를 다른 형상으로 설계할 수도 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동부(420)는 제2 진동부(420)의 본체 원주에 따라 균일하게 배치되는 4개의 제2 탄성 빔(421)을 포함하여 상기 제2 진동부(420) 본체의 응력분포를 균일하게 한다. 상기 제2 탄성 빔(421)은 제2 진동막(400)의 내부응력의 방출에 도움이 되어 상기 제2 진동부(420)의 진동과정에서의 진동 일치성을 더욱 향상시킨다. 상기 제2 탄성 빔(421)의 수, 두께 및 제2 진동부(420) 본체의 두께를 조정함으로써, 상기 제2 진동막(400)의 강성을 조정할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 탄성 빔(421)은 접힌 빔구조이며, 다른 구체적인 실시예에서, 캔틸레버 빔, U자형 빔 등의 다른 빔구조를 사용할 수도 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동막(400)은 완전고정 지지굴곡 빔막이며, 상기 홈(430)은 상기 제2 진동부(420)의 본체와 제2 고정부(410)을 분리하고, 상기 제2 진동부(420)의 본체는 상기 제2 탄성 빔(421)을 통해 상기 제2 고정부(410)에 연결되며, 제3 절연층(130)에 의해 상기 제2 고정부(410)를 지지하여 상기 제2 진동부(420)을 허공에 뜨게 한다. 그리고, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 제2 진동부(420)의 중심에 위치하는 오목부(401)는 제1 진동막(200)과 연결되며, 동일하게 상기 제2 진동부(420)에 대한 지지 역할을 수행한다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동막(400)에는 방출구멍(422)이 더 개설되어 있으며, 구체적으로는 상기 제2 진동부(420)에 개설된다. 상기 방출구멍(422)은 원형이며, 상기 제2 진동막(400)의 중심을 원심으로 원주방식으로 상기 제2 진동부(420)에 균일하게 대칭적으로 배치된다. 상기 방출구멍(422)의 사이즈는 일반적으로 작게 설정되어, 마이크의 동작과정에서, 방출구멍(422) 사이즈의 큼에 의해 제2 진동막(400)의 음파에 대한 저항이 너무 작아 감도를 저하시키는 것을 회피한다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 방출구멍(422)의 형상은 사각형, 삼각형, 다각형 또는 길쭉하고 가는 홈형상 등일 수도 있고, 설계된 희생층의 해제경로 및 시간분포에 근거하여 방출구멍(422)의 위치분포를 설정할 수 있다. 상기 공기추출구조(403)는 방출구멍(422)의 주변에 위치한다.
본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동막(400)은 일체로 된 완전고정 지지막일 수도 있으며, 에지 둘레에 의해 백플레인의 표면에 완전히 고정 지지되거나 상기 제2 진동막(400)의 에지 부분만을 지지한다. 이러한 경우, 제2 진동막(400)의 박막두께 및 내부응력에 의해 상기 제2 진동막(400)의 강성을 조절할 수 있다.
도5 및 도6은 본 발명의 다른 구체적인 실시예에 따른 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크의 단면도이다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 마이크의 제1 진동막(500)은 에지에 위치하는 제1 고정부(510)와, 상기 제1 고정부에 의해 둘러싸인 제1 진동부(520)를 포함하며, 상기 제1 진동부(520)는 적어도 1개의 제1 탄성 빔(521)을 포함한다. 상기 제1 고정부(510)와 상기 제1진동부(520) 사이에는 상기 제1 진동막(500)을 관통하는 홈(530)이 있으며, 상기 홈(530)은 공기추출을 위한 공기추출구조로 사용될 수 있고, 동시에 희생층의 해제과정에서, 부식 액체를 수송하는 방출 홈으로서 사용될 수도 있다.
도7을 함께 참조하면, 도7은 상기 제1 진동막(500)의 부감구조를 도시하고 있다. 상기 제1 진동막(500)의 제1 진동부(520)는 상기 제1 탄성 빔(521) 이외의 본체부분이 백 챔버(101)의 형상에 대응하여 원형이다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 마이크의 성능요건에 따라 상기 제1 진동부(520)의 본체를 다른 형상으로 설계할 수도 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제1 진동부(520)는 제1 진동부(520) 본체의 원주에 따라 균일하게 배치되는 4개의 제1 탄성 빔(521)을 포함하며, 상기 제1 탄성 빔(521)은 제1 진동막(500)의 내부응력을 석방하는데 도움이 되어 상기 제1 진동부(520)가 진동과정에서 보다 우수한 진동 일치성을 갖도록 한다. 상기 제1 탄성 빔(521)의 수, 두께 및 제1 진동부(520) 본체의 두께를 조정함으로써, 상기 제1 진동막(500)의 강성을 조정할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제1탄성 빔(521)은 접힌 빔구조이며, 다른 구체적인 실시예에서, 캔틸레버 빔, U자형 빔 등의 다른 빔구조를 사용할 수도 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제1 진동막(500)은 부분고정 지지굴곡 빔막이며, 상기 홈(530)은 상기 제1 진동부(520)와 제1 고정부(510)를 완전히 분리하여 상기 제1 진동부(520)와 제1 고정부(510)를 완전히 갈라지게 한다. 상기 제1 고정부(510)는 제1 절연층(110)에 의해 기판(100)의 표면에 지지된다. 상기 제1 탄성 빔(521)은 캔틸레버 빔(521a)과 앵커(521b)를 포함하며, 상기 앵커(521b) 위는 절연층(121)에 의해 백플레인(600)과 연결되어, 상기 제1 진동부(520)를 상기 백플레인(600)에 매달리게 하며 백 챔버(101)의 위에 허공 뜨게 한다. 제1 탄성 빔(521)의 수를 증가시키는 것으로써, 상기 제1 진동부(520)와 백플레인(600) 사이의 연결 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 앵커(521b)의 아래쪽을 절연층에 의해 기판(100)의 표면에 지지시킬 수도 있다.
본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 제1 진동막(500)은 완전고정 지지굴곡 빔막이고, 상기 홈(530)은 상기 제1 진동부(520)의 본체와 제1 고정부(510)을 분리할 수도 있고, 상기 제1 진동부(520)의 본체는 상기 제1 탄성 빔(521)에 의해 상기 제1 고정부(510)에 연결되고, 제1 절연층(110)에 의해 상기 제1 고정부(510)를 지지하여 상기 제1 진동부(520)를 허공 뜨게 할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제1 진동막(500)에는 방출구멍(522a) 및 방출 홈(522b)이 더 개설되어 있으며, 구체적으로, 방출구멍(522a) 및 방출 홈(522b)은 모두 상기 제1 진동부(520)에 개설된다. 상기 방출구멍(522a)은 원형이며, 원주방식으로 상기 제1 진동부(520)의 중심 주변에 균일하게 대칭적으로 배치되고, 상기 방출 홈(522b)은 원호형 홈이며, 상기 방출구멍(522a)의 주변에 대칭적으로 배치되어 마이크의 형성과정에서 희생층을 해제하는 효율 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 상기 방출구멍(522a) 및 방출 홈(522b)은 마이크를 형성한 후에 공기추출구조로도 기능할 수 있다.
상기 백플레인(600)의 에지는 제2 절연층(120)에 의해 제1 진동막(500)의 표면에 지지되어 상기 백플레인(600)을 제1 진동막(500) 위에 허공 뜨게 하며, 상기 백플레인(600)과 제1 진동막(500)은 제1 가변용량을 구성하고, 상기 백플레인(600)은 상부전극으로 기능하며, 제1 진동막(500)은 하부전극으로 기능한다. 상기 백플레인(600)은 독립적인 도전층일 수도 있고, 절연층과 도전층으로 구성되는 복합구조로 백플레인(600)의 경도를 향상시키고 변형의 발생을 회피할 수도 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(600)은 질화 실리콘층(601)과, 상기 질화 실리콘층(601)의 표면에 위치하는 폴리 실리콘층(602)을 포함한다.
상기 백플레인(600)에는 음공(603)이 개설되어 음파가 제1 진동막(500)을 진동시킨 후, 제1 가변용량 내의 기압변화가 상기 음공(603)을 통해 제2 가변용량 내에 전달되는 것을 도울 수 있다. 또한, 제1 진동막(500)을 통과하는 음파가 있을 경우, 상기 음공(603)을 계속 통과하여 제2 진동막(700)에 작용함으로써 마이크의 유효신호를 강화할 수도 있다.
상기 백플레인(600)에는 복수의 연결구멍(604)이 더 개설되어 있으며, 본 발명의 구체적인 실시예에서는, 4개의 연결구멍(604)이 개설되고 상기 백플레인(600)의 중심을 원심으로서 백플레인(600)에 대칭적으로 균일하게 배치되며, 제1 진동부(520)의 위에 위치한다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 백플레인(600)의 중심 주변에 2개, 3개, 5개 또는 다른 수의 복수 연결구멍을 설치할 수도 있다.
도8을 함께 참조하면, 상기 제2 진동막(700)은 에지에 위치하는 제2 고정부(710)와, 상기 제2 고정부(710)에 의해 둘러싸인 제2 진동부(720)를 포함한다. 상기 제2 진동부(720)는 적어도 1개의 제2 탄성 빔(721)을 포함하며, 상기 제2 고정부(710)와 상기 제2 진동부(720) 사이에는 상기 제2 진동막(700)을 관통하는 홈(730)이 있고, 상기 홈(730)은 공기추출을 위한 공기추출구조로 기능할 수 있고, 동시에 희생층의 해제과정에서 부식 액체를 수송하는 방출 홈으로 기능할 수도 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동부(720)는 제2 진동부(720) 본체의 원주에 따라 균일하게 배치되는 4개의 제2 탄성 빔(721)을 포함한다. 상기 제2 탄성 빔(721)은 접힌 빔구조이며, 다른 구체적인 실시예에서, 캔틸레버 빔, U자형 빔 등의 다른 빔구조를 이용할 수도 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 제2 진동막(700)은 부분고정 지지굴곡 빔막이며, 상기 홈(730)은 상기 제2 진동부(720)와 제2 고정부(710)를 완전히 분리하여 상기 제2 진동부(720)와 제2 고정부(710)가 완전히 갈라지게 한다. 상기 제2 고정부(710)는 제3 절연층(130)에 의해 백플레인(600)의 표면에 지지된다. 상기 제2 탄성 빔(721)은 캔틸레버 빔(721a)과 앵커(721b)를 포함하며, 상기 앵커(721b)는 아래쪽의 절연층(131)에 의해 백플레인(600)과 연결됨으로써, 상기 제2 진동부(720)을 상기 백플레인(600)의 위에 허공 뜨게 지지하며, 상기 제2 진동막(700)과 상기 백플레인(600)은 제2 가변용량을 구성하고, 상기 백플레인(600)은 제2 가변용량의 하부전극으로 기능하며, 상기 제2 진동막(700)은 제2 가변용량의 상부전극으로 기능한다.
상기 제2 진동막(700)은 백플레인(600)의 방향으로 오목하게 들어간 오목부(701)을 포함하며, 상기 오목부(701)의 수 및 위치는 백플레인(600)에 있는 연결구멍(604)의 수 및 위치에 대응하고, 상기 오목부(701)는 상기 백플레인(600)의 연결구멍(604)을 통과하여 상기 제1 진동막(500)에 절연 연결된다. 상기 오목부(701)의 수, 위치는 백플레인(600)의 연결구멍(604)에 대응한다. 상기 오목부(701)와 상기 제1 진동막(200) 사이는 백플레인(600)의 침강부(605)에 의해 연결되며, 상기 백플레인(600)은 질화 실리콘층(601)과, 질화 실리콘층(601)의 표면에 위치하는 폴리 실리콘층(602)을 포함한다. 따라서 상기 오목부(701)와 제1 진동막(500)을 절연 연결시킨다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 백플레인(600)에는 상기 침강부(605)가 형성되지 않으며, 상기 오목부(701)와 제1 진동막(500) 사이는 추가 형성된 절연층에 의해 연결될 수도 있다. 상기 제2 진동막(700)은 제1 진동막(500)과 연결됨으로써, 상기 제2 진동막(700)과 제1 진동막(500)이 음파에 대하여 같은 방향의 진동을 피드백할 수 있게 한다. 또한, 상기 제2 진동막(700)과 제1 진동막(500)의 연결부위도 제2 진동막(700)에 대하여 지지 역할을 하여 제2 진동막(700)의 허공에 뜨인 상태를 보다 안정화시켜 신뢰성을 더 향상시킨다. 또한, 상기 제2 진동막(700)의 오목부(701)와 제1 진동막(500)의 연결에 의해 제2 응력의 도입을 회피할 수 있고, 동시에 제2 진동막(700)의 내부응력을 방출함에 도움이 되며, 디바이스의 신뢰성 및 센싱 정확성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 오목부(701)와 상기 제1 진동막(500)의 연결부위에는 상기 오목부(701)와 상기 제1 진동막(500)을 관통하는 공기추출구조(702)가 개설되어 있다. 본 발명의 다른 구체적인 실시예에서, 상기 오목부(701)와 상기 제1 진동막(500)의 연결부위 주변의 제1 진동막(500)과 제2 진동막(700)에만 공기추출구조를 공기추출통로로서 개설할 수도 있다. 연결부위의 주변에 공기추출구조를 개설하는 것과 비교하면, 연결부위에 형성된 공기추출구조(702)의 공기추출 노정이 비교적 짧기 때문에 공기추출이 보다 신속해지고 보다 효과적이다.
상기 구체적인 실시예에서, 상기 마이크의 제1 진동막과 백플레인이 제1 용량을 형성하고, 백플레인과 제2 진동막이 제2 용량을 형성하며, 상기 제1 용량과 제2 용량이 차동 콘덴서를 구성하고, 동작과정에 있어서 차동신호를 출력하는 것으로써, 감도를 향상시키고 마이크의 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 진동막이 제2 진동막과 연결됨으로써 상기 제2 진동막은 제1 진동막과 함께 같은 방향으로 진동할 수 있으며, 신호의 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 진동막 및 제2 진동막은 복수의 구조형태를 갖일 있으며, 각각 완전고정 지지막, 부분고정 지지굴곡 빔막 또는 완전고정 지지굴곡 빔막 등 구조 가운데 임의의 한 가지일 수 있다. 한편, 상기 제2 진동막과 제1 진동막의 연결부위에 공기추출구조를 개설하는 것으로써, 공기추출구조의 공기추출효율을 효과적으로 향상시키고, 마이크의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 단지 본 발명이 바람직한 실시예이며, 지적해야 할 것은, 당업자라면 본 발명의 원리를 일탈하지 않고 여러 가지의 개량이나 수식을 할 수 있고, 이들 개량이나 수식도 본 발명의 보호범위에 속한다고 간주되어야 한다.

Claims (11)

  1. 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크에 있어서,
    백플레인;
    상기 백플레인의 제1 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인과 함께 제1 가변용량을 구성하는 제1 진동막; 및
    상기 백플레인의 제2 표면에 절연 지지되며 상기 백플레인과 함께 제2 가변용량을 구성하는 제2 진동막을 포함하되,
    상기 백플레인은 적어도 1개의 연결구멍을 포함하고,
    상기 제2 진동막은 백플레인 방향으로 오목하게 들어간 오목부를 포함하며, 상기 오목부는 상기 연결구멍을 통과하여 제1 진동막에 절연 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연결구멍의 수는 1개이며, 상기 백플레인의 중심위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 연결구멍의 수는 2개 이상이며, 상기 백플레인의 중심 주변에 균일하게 대칭으로 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 오목부와 상기 제1 진동막의 연결부위에는 상기 오목부와 상기 제1 진동막을 관통하는 공기추출구조가 개설되는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 진동막 및/또는 제2 진동막은, 전체막 구조인 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 진동막은 에지에 위치하는 제1 고정부와, 상기 제1 고정부에 의해 둘러싸인 제1 진동부를 포함하고,
    상기 제1 진동부는, 적어도 1개의 제1 탄성 빔을 포함하며, 상기 제1 고정부와 제1 진동부 사이는 상기 제1 탄성 빔에 의해 연결되거나, 또는 상기 제1 고정부와 제1 진동부 사이가 완전히 분리되는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 빔과 상기 백플레인 사이는 절연 연결되어 상기 제1 진동부를 상기 백플레인의 제1 표면 허공에 뜨게 하는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 진동막은 에지에 위치하는 제2 고정부와, 상기 제2 고정부에 의해 둘러싸인 제2 진동부를 포함하고,
    상기 제2 진동부는, 적어도 1개의 제2 탄성 빔을 포함하며, 상기 제2 고정부와 제2 진동부 사이는 상기 제2 탄성 빔에 의해 연결되거나, 또는 상기 제2 고정부와 제2 진동부 사이가 완전히 분리되는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 탄성 빔과 상기 백플레인 사이는 절연 연결되어 상기 제2 진동부를 상기 백플레인의 제2 표면 허공에 뜨게 하는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 백플레인에는 음공이 개설되어 있으며, 상기 백플레인의 표면에는 돌기점이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 진동막 및 제2 진동막에는 모두 방출구멍 및 공기추출구조가 개설되는 것을 특징으로 하는 이중 진동막을 포함하는 차동 콘덴서 마이크.
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