KR20210086439A

KR20210086439A - 음향 재생 기기

Info

Publication number: KR20210086439A
Application number: KR1020200101057A
Authority: KR
Inventors: 츙 씨. 로; 웬-치엔 첸; 춘-아이 창; 젬 위에 량
Original assignee: 엑스멤스 랩스 인코포레이티드
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-07-08
Also published as: EP3843426B1; EP3843426C0; EP3843426A1; US11057716B1; US20210204067A1; KR102335666B1; CN113132878A; CN113132878B

Abstract

음향 재생 기기는 베이스 및 상기 베이스 상에 배치된 하나 이상의 칩을 포함한다. 상기 칩은 하나 이상의 멤브레인 및 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 상기 멤브레인은 결합 판 및 상기 결합 판에 연결된 하나 이상의 스프링 구조체를 포함한다. 상기 액추에이터는 입력 오디오 신호에 대응하는 구동 신호를 수신하여 상기 하나 이상의 멤브레인을 작동시키도록 구성되며, 상기 입력 오디오 신호 및 상기 구동 신호는 최대 주파수에서 상한을 갖는 입력 오디오 대역을 갖는다. 상기 스프링 구조체는 상기 결합 판과 상기 하나 이상의 액추에이터 사이에 놓인다. 상기 멤브레인은 상기 최대 주파수보다 높은 제1 공진 주파수를 갖는다.

Description

음향 재생 기기 {SOUND PRODUCING DEVICE}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019년 12월 27일에 출원된 미국 가출원 제62/ 954,237호의 혜택을 주장하며, 이는 본원에 참조에 의해 포함된다.

본 출원은 음향 재생 기기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 음질을 향상시킬 수 있는 음향 재생 기기에 관한 것이다.

밸런스 아마추어 스피커 드라이버(balance-armature speaker driver)를 포함한, MMC(Magnetic and Moving coil) 기반 음향 재생 기기는 수십 년 동안 개발되어 왔으며, 많은 현대의 기기는 여전히 음향을 재생하는 데 이들에 의존하고 있다.

MMC는 가청 대역 내에 속하는 기기의 다양한 공진 주파수로 인해 진정한 광대역 음원으로서 적합하지 않다. 예를 들어, 멤브레인(membrane)과 그 지지체(support)와 연관된 공진, 이동 코일의 전기 인덕턴스(L)와 멤브레인 지지체의 기계적 커패시턴스(C)와 연관된 공진, 후면 인클로저 내의 공기의 스프링과 멤브레인의 질량으로부터 발생하는 기계적 공진, 멤브레인 표면의 울림(ringing), 또는 밸런스 아마추어(balance armature, BA) 스피커의 경우, 전방 챔버, 후방 챔버 및 포트 튜브 등의 삼중 공진은 가청 대역 내에 속할 것이다. MMC의 설계에서, 이러한 공진 중 일부는 바람직한 특징으로 여겨지고, 이러한 공진을 이용하여 멤브레인의 변위를 증가시키고 따라서 더 높은 음압 레벨(sound pressure level, SPL)을 발생시키기 위해 스마트한 배치가 이루어졌다.

최근에, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 마이크로스피커는 액추에이터로서 박막 압전 재료를 사용하고, 멤브레인으로서 박막 단결정 실리콘 층(thin single crystal silicon layer)을 사용하고, 반도체 제조 공정을 사용하는 다른 유형의 음향 재생 기기가 되었다. 재료 및 제조 공정에도 불구하고, MMC와 MEMS의 차이를 고려하지 않고, 오래된 MMC 설계 정신과 관행이 거의 맹목적으로 MEMS 마이크로스피커에 적용되었다. 이런 이유로, MEMS 음향 재생 기기 제품에 대한 일부 단점이 생길 것이다.

따라서, 종래 기술을 개선할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 주요 목적은 음질을 향상시킬 수 있는 음향 재생 기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예는 베이스 및 상기 베이스 상에 배치된 하나 이상의 칩을 포함하는 음향 재생 기기를 제공한다. 상기 칩은 하나 이상의 멤브레인(membrane) 및 하나 이상의 액추에이터(actuator)를 포함한다. 상기 멤브레인은 결합 판(coupling plate) 및 상기 결 결합 판에 연결된 하나 이상의 스프링 구조체(spring structure)를 포함한다. 상기 액추에이터는 입력 오디오 신호에 대응하는 구동 신호를 수신하여 상기 멤브레인을 작동시키도록 구성되며, 상기 입력 오디오 신호 및 상기 구동 신호는 최대 주파수에서 상한을 갖는 입력 오디오 대역을 갖는다. 상기 스프링 구조체는 상기 결합 판과 상기 액추에이터 사이에 놓인다. 상기 멤브레인은 최대 주파수보다 높은 제1 공진 주파수를 갖는다.

본 발명의 이들 및 다른 목적은 다양한 도면에 도시된 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후 당업자에게 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유형의 칩을 갖는 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유형의 칩을 갖는 음향 재생 기기를 나타낸 단면도의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 주파수 응답 및 입력 오디오 대역을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 5는 도 4의 단면 선 A-A'을 따른 단면도를 따른 단면도의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 슬릿을 갖는 멤브레인의 주파수 응답을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 10은 도 9의 중앙부를 나타낸 확대도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 12는 도 11의 중앙부를 나타낸 확대도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 단면도의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿의 음압 레벨 저하와 에어 갭(air gap)의 관계를 나타낸 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유형의 칩을 갖는 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.

당업자에게 본 발명의 더 나은 이해를 제공하기 위해, 이하에서는 주요 구성요소에 대한 바람직한 실시예 및 전형적인 재료 또는 범위 파라미터를 상세하게 설명한다. 본 발명의 이들 바람직한 실시예는 달성될 내용 및 효과를 상세하게 하기 위해 번호가 매겨진 요소와 함께 첨부 도면에 나타나 있다. 도면은 간략화된 개략도이고, 주요 구성요소의 재료 및 파라미터 범위는 현재의 기술에 기초하여 설명되므로, 본 발명의 기본 구조, 구현 또는 동작 방법에 대한 더욱 명확한 설명을 제공하기 위해 본 발명과 연관된 구성요소 및 조합만을 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 구성요소는 실제로 더 복잡할 것이며, 기술이 앞으로 발전함에 따라 사용되는 파라미터 또는 재료의 범위는 진화할 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도면에 도시된 구성요소는 실제의 개수, 형상 및 치수를 나타내지 않을 수 있으며; 세부 사항은 설계 요건에 따라 조정될 수 있다.

이하의 설명 및 청구범위에서, "포함한다(include, comprise)", 및 "가지고 있다(have)"라는 용어는 제약을 두지 않은 방식(open-ended fashion)으로 사용되므로, "포함하지만 ...에 한정되는 것은 아니다(include, but not limited to...)"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 용어 "포함한다" 및/또는 "가지고 있다"가 본 발명의 설명에서 사용될 때, 대응하는 특징(feature), 영역(area), 단계(step), 동작(operation), 및/또는 구성요소(component)가 존재하는 것을 가리킬 수 있지만, 하나 또는 복수의 대응하는 특징, 영역, 단계, 동작 및/또는 구성요소의 존재에 한정되지 않는다.

이하의 설명 및 청구범위에서, "A1 구성요소가 B1에 의해/으로 형성"되는 경우, B1은 A1 구성요소의 형성에서 존재하거나 B1이 A1 구성요소의 형성에 사용되고, 하나 또는 복수의 다른 특징, 영역, 단계, 동작 및/또는 구성요소는 A1 구성요소의 형성에서 배제되지 않는다.

제1, 제2, 제3 등과 같은 용어가 다양한 구성 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소는 그 용어에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어는 본 명세서에서 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소를 구별하기 위해서만 사용되며, 본 명세서에 기재되어 있지 않으면, 상기 용어는 제조 순서와 관련이 없다. 청구범위는 동일한 용어를 사용하지 않을 수 있으며, 대신에 요소가 청구되는 순서와 관련하여 제1, 제2, 제3 등의 용어를 사용할 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서, 제1 구성 요소는 청구항의 제2 구성 요소일 수 있다.

이하에서 설명되는 상이한 실시예에서의 기술적 특징은 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 다른 실시예를 구성하기 위해 서로 대체, 재결합 또는 혼합될 수 있음에 유의해야 한다.

MMC 음향 재생 기기와 MEMS 음향 재생 기기, 예를 들어, 압전 작동형(piezoelectric actuated) MEMS 음향 재생 기기 사이에는 두 가지 주요 차이점이 있다: 1) 음향 재생 동안에 생성되는 멤브레인 움직임(membranes motion)의 특성은 크게 다르며, 여기서 MMC 음향 재생 기기는 힘 기반(force-based)이지만 압전 작동형 MEMS 음향 재생 기기는 위치 기반(position-based)이다. 2) MEMS 음향 재생 기기 공진의 품질 계수(quality factor)(즉, Q 계수)는 전형적으로 100±40이며, 이는 피크 주파수 응답이 날카롭고 협소한 한편, MMC 공진의 Q 계수는 전형적으로 0.7∼2의 범위에 있으며, MEMS 음향 재생 기기의 Q 계수보다 훨씬 작으므로, 피크가 매우 매끄럽고 넓다.

MMC 음향 재생 기기가 공진을 이용하여 바람직한 주파수 응답을 생성하는 실현 가능성은, 다수의 비교적 넓은 대역의 평활한 피크(broad-banded smooth peaking)가 함께 혼련되어(kneaded) 그러한 공진 주파수 간의 비교적 평탄한 주파수 응답을 형성할 수 있게 해주는 그러한 공진의 낮은 Q 계수에 크게 의존한다.

그러나 이러한 공진 혼련(resonance-kneading)은 공진 Q 계수가 너무 높고 공진 주파수 주위의 과도한 울림은 다음과 같은 상황을 야기할 것이기 때문에 MEMS 음향 재생 기기에 더 이상 실현 불가능하다: a) 심각한 멤브레인 편위(membrane excursion) 및 다소 큰 규모의 비선형성 유도, 및 b) 여기원(excitation source)이 종료된 후에 연장된 울림(extended ringing)(높은 Q 계수는 낮은 소산 계수(dissipation factor)로부터 발생하므로, 울림이 시작되면, 동전의 에지를 때리는 것처럼, 그 울림은 충돌 후에 오랫동안 지속될 것이다). 항목 a는 과도한 멤브레인 편위로 인한 비선형성으로 인해 THD(Total Harmonic Distortion" 및 IM(Inter-modulation)를 증가시키는 반면, 항목 b는 음질을 "과장되고(colored)" "탁하게(muddied)" 만들 것이다.

본 발명의 기본 개념은 MEMS 음향 재생 기기의 공진 주파수를 오디오 대역보다 위로(예: 16 kHz를 넘어서) 상향 이동시켜서, 오디오 대역에서 거의 공진이 발생하지 않도록 하는 것이다. 따라서, 음향 재생 기기가 음파를 생성할 때 멤브레인 편위, THD 및 IM, 비선형성 및 연장된 울림을 피할 수 있으며, 여기서 음파의 주파수는 오디오 대역 내에 있다. 이 경우, 음향 재생 기기는 고성능을 달성할 수 있다.

도 1∼도 3을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유형의 칩을 갖는 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유형의 칩을 갖는 음향 재생 기기를 나타낸 단면도의 개략도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 및 입력 오디오 대역의 주파수 응답을 나타낸 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 음향 재생 기기(SD)는 베이스(BS) 및 베이스(BS) 상에 배치된 하나 이상의 칩(100)을 포함한다. 베이스(BS)는 단단하거나 가요성을 가지고(flexible)), 베이스(BS)는 실리콘, 게르마늄, 유리, 플라스틱, 석영, 사파이어, 금속, 폴리머(예: 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)), 임의의 다른 적절한 재료 또는 이들의 조합일 수 있다. 일례로, 베이스(BS)는 라미네이트(laminate), 회로 기판판(circuit board) 보드 또는 랜드 그리드 어레이(land grid array, LGA) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 베이스(BS)는 집적회로 칩일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1에서, 음향 재생 기기(SD)는 하나의 칩(100)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 칩(100)은 음파를 생성하도록 구성된 MEMS 칩이다. 상세하게는, 칩(100)은 하나 이상의 멤브레인(110), 하나 이상의 액추에이터(120) 및 앵커 구조체(130)를 포함할 수 있으며, 여기서 멤브레인(110)은 액추에이터(120)에 의해 음파를 생성하도록 작동되며, 앵커 구조체(130)는 멤브레인(110)의 복수의 바깥쪽 에지(outer edge)(110e)에 연결되고, 멤브레인(110)의 쪽 에지(110e)는 멤브레인(110)의 경계를 규정한다. 도 1에서, 칩(100)은 하나의 멤브레인(110) 및 하나의 액추에이터(120)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 상응하여, 도 2에서, 칩(100)은 베이스(BS) 상에 배치되기 때문에, 음향 재생 기기(SD)는 멤브레인(110)과 베이스(BS) 사이에 존재하는 챔버(CB)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)을 작동시킬 필요가 있기 때문에, 액추에이터(120)는 멤브레인(110) 상에 배치되거나 멤브레인(110)에 가까이 있을 수 있다. 도 1 및 도 2에서, 액추에이터(120)는 멤브레인(110) 상에 배치되지만(예: 액추에이터(120)는 멤브레인(110)과 접촉할 수 있음), 이에 한정되는 것은 아니다. 액추에이터(120)는 높은 선형 전자기계 변환 기능(linear electromechanical converting function)을 갖는다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 압전(piezoelectric) 액추에이터, 정전기(electrostatic) 액추에이터, 나노스코픽 정전기 구동(nanoscopic-electrostatic-drive, NED) 액추에이터, 전자기(electromagnetic) 액추에이터 또는 임의의 다른 적합한 액추에이터를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서, 액추에이터(120)는 압전 액추에터를 포함할 수 있고, 압전 액추에이터는 두 개의 전극, 및 전극 사이에 배치된 압전 재료 층과 같은 것을 포함할 수 있고, 압전 재료 층은 전극에 의해 수신되는 구동 전압에 기초하여 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 액추에이터(120)는 (평면 코일과 같은) 전자기 액추에이터를 포함할 수 있으며, 여기서 전자기 액추에이터는 수신된 구동 전류 및 자기장에 기초하여 멤브레인(110)을 작동시킬 수 있다(즉, 멤브레인(110)은 전자기력에 의해 작동될 수 있다). 예를 들어, 또 다른 실시예에서, 액추에이터(120)는 (도체 판과 같은) 정전기 액추에이터 또는 NED 액추에이터를 포함할 수 있으며, 여기서 정전기 액추에이터 또는 NED 액추에이터는 수신된 구동 전압 및 정전기장에 기초하여 멤브레인(110)을 작동시킬수 있다(즉, 멤브레인(110)은 정전기력에 의해 작동될 수 있다). 액추에이터(120)는 액추에이터(120)의 유형 및/또는 다른 요건(들)에 기초하여 멤브레인(110) 상에 배치되거나 멤브레인(110) 내에 배치될 수 있다.

앵커 구조체(130)는 음향 재생 기기(SD)가 작동하는 동안 멤브레인(110)에 대하여 고정된 단부(fixed end)(또는 고정된 에지)일 수 있음에 유의하기 바란다. 다시 말해, 앵커 구조체(130)는 액추에이터(120)가 멤브레인(110)을 작동시킬 때 액추에이터(120)에 의해 작동될 필요가 없고, 앵커 구조체(130)은 음향 재생 기기(SD)의 작동 중에 고정화된다(immobilizing). 본 발명에서 설명된 "음향 재생 기기(SD)의 작동"은 음향 재생 기기(SD)가 음파를 생성한다는 것을 나타낸다.

액추에이터(120)에 의해 야기되는 작동에 관련하여, 액추에이터(120)는 구동 신호(구동 전압 및/또는 구동 전류)를 수신하여 멤브레인(110)을 작동시키도록 구성되며, 여기서 구동 신호는 입력 오디오 신호에 대응하고, 칩(100)에 의해 생성되는 음파는 입력 오디오 신호에 대응한다. 예를 들어, 음파, 입력 오디오 신호 및 구동 신호는 동일한 주파수를 갖지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 주파수에서, 입력 오디오 신호가 클수록 구동 신호가 커지고, 따라서 음파의 음압 레벨(SPL)이 커진다. 또한, 본 발명에서, 입력 오디오 신호 및 구동 신호는 입력 오디오 대역(ABN)을 가지며, 입력 오디오 대역(ABN)은 최대 주파수(f_max)에서 상한을 갖는다. 즉, 입력 오디오 신호의 주파수가 최대 주파수(f_max)보다 높지 않거나, 최대 주파수(f_max)보다 높은 입력 오디오 신호(및/또는 구동 신호)의 부분 에너지가 특정 임계 값보다 작다. 본 발명에서, 최대 주파수(f_max)는 다양한 애플리케이션에 따라 인간의 최대 가청 주파수, 예를 들어 22 kHz 이하일 수 있다. 예를 들어, 음성 관련 애플리케이션의 최대 주파수(f_max)는 5kHz일 수 있으며, 이는 인간의 최대 가청 주파수(22kHz)보다 상당히 낮지만, 이에 한정되지는 않는다.

도 3에서, 멤브레인(110)의 주파수 응답을 나타내는 곡선(20) 및 입력 오디오 신호의 입력 오디오 대역(ABN)을 나타내는 곡선(22)이 개략적으로 도시되어있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 멤브레인(110)은 최대 주파수(f_max)보다 높은 제1 공진 주파수(f_R)를 갖도록 설계되어, 멤브레인(110)의 공진은 입력 오디오 대역(ABN)에서 거의 발생하지 않을 것이다. 일부 실시예에서, 제1 공진 주파수(f_R)는 인간의 최대 가청 주파수보다 높지만, 이에 한정되지는 않는다. 제1 공진 주파수(f_R)는 멤브레인(110)의 최저 공진 주파수이고, 칩(100)이 완전히 형성된 후에 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)가 측정된다. 즉, 칩(100)의 설계에 따라, 하나 이상의 구조체(예: 액추에이터(120) 및/또는 다른 적합한 구조체)가 멤브레인(110) 상에 배치되면, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 멤브레인(110)과 멤브레인(110) 상에 배치된 구조체(들)의 조합을 측정함으로써 측정되며; 멤브레인(110) 상에 다른 구조체가 배치되지 않으면, 멤브레인(110)의 측정만으로 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)가 측정된다.

일부 실시예에서, 입력 오디오 대역(ABN) 내에 속하는/발생하는 멤브레인(110)의 공진을 피하기 위해, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 입력 오디오 대역(ABN)의 최대 주파수(f_max)보다 상당히 높아야 한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 적어도 제1 공진 주파수(f_R)에 대응하는 제1 공진 대역폭(Δf)의 절반에 최대 주파수(f_max)를 더한 것보다 높아야 하며(즉, fR > f_max + Δf/2), 여기서 제1 공진 대역폭(Δf)은 제1 공진 주파수(f_R)에 대응하는 펄스(P_R)의 반치전폭(full width at half maximum, HWHM)을 나타낸다. 바람직하게는, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 입력 오디오 대역(ABN) 내에서 3∼10dB의 상승을 발생시켜 공명을 완화 시키거나 심지어 입력 오디오 대역(ABN) 내에서 공진 없는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 최대 주파수(f_max)에 제1 공진 대역폭(Δf)의 배수를 더한 것보다 높을 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 입력 오디오 대역(ABN)의 최대 주파수(f_max)(즉, 입력 오디오 대역(ABN)의 상한)보다 적어도 10% 더 높을 수 있다. 예를 들어, CD 음악 또는 MP3와 같은 PCM(Pulse-Code Modulation) 인코딩 소스, 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선 채널 소스를 수신하는 음향 재생 기기 SD의 경우, 데이터 샘플 레이트는 일반적으로 44.1kHz이며 나이키스트 법(Nyquist law)에 의해, 입력 오디오 신호의 상한 주파수(즉, 최대 주파수(f_max))는 대략 22kHz 일 것이다. 따라서, 제1 공진 주파수(f_R)는 바람직하게는 23kHz 내지 27.5kHz

범위이며, 이는 음향 재생 기기(SD)의 구동 신호가 제1 공진 주파수(f_R) 근처에 주파수 성분을 포함하지 않도록 보장할 것이다. 따라서, 멤브레인의 편위 및 연장된 울림을 피할 수 있고, 음질이 더욱 향상된다.

Q 팩터는 Q=(fR/Δf)로 정의될 수 있음에 유의해야 한다. 멤브레인(110)의 Q 팩터는 100±40의 범위에 있거나, 또는 적어도 50일 수 있음에 유의하기 바란다. 이 경우에, Q 팩터가 충분히 클 때의 제1 공진 주파수(f_R)에 비해 Δf=(fR/Q)는 비교적 작을 것이다.

제1 공진 주파수(f_R), 제1 공진 대역폭(Δf) 및 Q 계수는 제조 공정에서/제조공정 전에 결정되는 파라미터임에 유의하기 바란다. 음향 재생 기기(SD)가 설계되어 제조되면, 이들 파라미터는 고정된다.

상기 특성을 달성하기 위해, 임의의 적합한 유형의 칩(100)이 제공될 수 있다. 이하에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 칩(100)의 제1 유형이 예시적으로 제공되고 설명되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로, 멤브레인(110)의 공진 주파수는 여러 방식으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(110)의 재료, 멤브레인(110)의 기하학적 형상, 멤브레인(110) 상에 배치된 구성요소의 재료, 멤브레인(110) 상에 배치된 구성요소의 배치 및 멤브레인 상에 배치된 구성요소의 기하학적 형상이 멤브레인(110)의 공진 주파수에 영향을 줄 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

원칙적으로, 멤브레인(110)의 영률(Young's modulus)이 더 클 때, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 더 클 수 있다. 예로서, 멤브레인(110)이 충분히 높은 제1 공진 주파수(fR)를 얻도록 하기 위해, 본 실시예의 멤브레인(110)은 단결정 실리콘에 대해 100 GPa보다 큰 영률을 갖는 재료를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 멤브레인은 100 GPa보다 큰 영률을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 멤브레인(110)의 영률은 실제 요건에 기초하여 조정될 수 있다. 멤브레인(110)의 영률은 칩(100)이 완전히 형성된 후에 측정된다. 즉, 칩(100)의 설계에 따라, 하나 이상의 구조체(예: 액추에이터(120) 및/또는 다른 적합한 구조체)가 멤브레인(110) 상에 배치되면, 멤브레인(110)의 영률은 멤브레인(110)과 멤브레인(110) 상에 배치된 구조체(들)의 조합을 측정함으로써 측정되고; 멤브레인(110) 상에 다른 구조체가 배치되지 않으면, 멤브레인(110)의 영률은 멤브레인(110)만을 측정함으로써 측정된다.

칩(100)의 재료와 관련하여, 칩(100)은 높은 영률을 갖는 재료(들)를 포함하여 높은 제1 공진 주파수(f_R)를 갖는 멤브레인(110)을 형성할 수 있으며, 여기서 이 높은 영률은, 예를 들어 100 GPa보다 클 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 실시예에서, 칩(100)은 실리콘(예: 단결정 실리콘(single crystalline silicon) 또는 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon)), 탄화실리콘(silicon carbide), 게르마늄, 질화갈륨(gallium nitride), 비소화갈륨(gallium arsenide), 스테인리스 강(stainless steel) 및 다른 적합한 고 강성 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 칩(100)은 실리콘 웨이퍼, 절연체 상의 실리콘(silicon on insulator, SOI) 웨이퍼, 절연체 상의 폴리실리콘(polysilicon on insulator, POI) 웨이퍼, 절연체 상의 에피택셜 실리콘(epitaxial silicon on insulator), 또는 절연체 상의 게르마늄(germanium on insulator, GOI) 웨이퍼로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에서, 본 실시예의 칩(100)은 예를 들어 SOI 웨이퍼로 형성된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)에 포함된 각각의 재료는 100 GPa보다 큰 영률을 가지므로, 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)는 더 높을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 멤브레인(110)에 포함된 각각의 재료가 영률이 높으면, 멤브레인(110)의 노화 현상(aging phenomenon)이 감소될 수 있고, 멤브레인(110)은 고온 내성을 가질 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 액추에이터(120)는 멤브레인(110) 상에 배치되기 때문에 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 공진 주파수에 영향을 줄 수 있다. 이 실시예에서, 액추에이터(120)는 액추에이터(120)의 재료의 영률 또는 액추에이터(120)의 무게로 인해 멤브레인(110)의 공진 주파수를 감소시킬 수 있기 때문에, 액추에이터(120)는 액추에이터(120)의 무게 및 멤브레인(110)의 공진 주파수의 영향을 감소시키기 위해 패터닝된 층이 되도록 설계될 수 있다. 다시 말해, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 일부를 덮을 수 있다. 패터닝된 액추에이터(120)의 조건하에서, 액추에이터(120)에 의해 야기된 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)의 감소가 줄어들 뿐만 아니라, 액추에이터(120)의 무게도 감소될 수 있다. 액추에이터(120)의 경량으로 인해, 멤브레인(110)의 변위가 더 커서 동일한 신호 하에서 음파의 SPL을 향상시킬 수 있다. 또한, 액추에이터(120)의 중량/면적이 감소되므로, 음향 재생 기기(SD)의 작동 중에 액추에이터(120)에 의해 소비되는 전력이 감소될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 칩(100)에서, 칩(100)의 멤브레인(110)은 결합 판(116) 및 결합 판(116)에 연결된 하나 이상의 스프링 구조체(114)를 포함하고, 평면도에서 스프링 구조체(114)는 결합 판(116)과 액추에이터(120) 사이에 놓인다. 멤브레인(110)은 선택적으로 구동 판(112)을 포함할 수 있고, 스프링 구조체(114)는 구동 판(112)과 결합 판(116) 사이에 연결될 수 있으며, 구동 판(112)은 앵커 구조체(130)와 스프링 구조체(114) 사이에 연결될 수 있다. 결합 판(116)의 형상, 면적 및 크기와, 구동 판(112)의 형상, 면적 및 크기는 요건(들)에 기초하여 설계될 수 있다. 이상에 따르면, 액추에이터(120)는 패터닝된 층이기 때문에, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)을 부분적으로 덮는다. 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 법선 방향(Dn)으로 결합 판(116)과 겹치지 않으며, 액추에이터(120)의 적어도 일부는 구동 판(112)의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 액추에이터(120)의 일부는 구동 판(112)의 적어도 일부와 겹칠 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 구동 판(112)의 적어도 일부 상에 완전히 배치될 수 있지만, 이에 한정되지는 않으며; 일부 실시예에서, 액추에이터(120)의 일부는 구동 판(112)의 적어도 일부 상에 배치될 수 있고, 액추에이터(120)의 다른 일부는 앵커 구조체(130)의 적어도 일부 상에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 액추에이터(120)는 구동 판(112)를 작동시켜 멤브레인(110) 전체를 작동시킬 수 있다. 액추에이터(120)는 결합 판(116)와 겹치지 않지만, 액추에이터(120)는 액추에이터가 배치되어 있는 구동 판(112)를 통해 결합 판(116)을 작동시킬 수 있다. 선택적으로, 액추에이터(120)는 멤브레인(110)의 법선 방향(Dn)으로 스프링 구조체(114)과 겹치지 않을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

액추에이터(120)는 복수의 부분으로 분할될 수 있고, 멤브레인(110)은 여러 방향으로부터 액추에이터(120)의 이들 부분에 의해 작동될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 제1 부분(120a), 제2 부분(120b), 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)을 포함할 수 있고, 제1 부분(120a)과 제2 부분(120b)은 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있고, 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)은 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 도 1에서, 제1 유형의 칩(100)에서, 액추에이터(120)는 결합 판(116)을 실질적으로 둘러쌀 수 있어, 제3 부분(120c)이 제1 부분(120a)과 제2 부분(120b) 사이에 있을 수 있고 제4 부분(120d)이 제1 부분(120a)과 제2 부분(120b) 사이에서 제3 부분(120c)과 대향할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 결합 판(116)(예: 이하의 실시예에서 설명되는 제2 유형의 칩(100))을 둘러싸 지 않을 수 있다. 또한, 도 1에서, 액추에이터(120)의 제1 부분(120a), 제2 부분(120b), 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)은 에지 슬릿(SLe)(에지 슬릿(SLe)은 이하의 실시예에서 설명될 것임)과 같은 것에 의해 서로 분리될 수 있지만. 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 액추에이터(120)는 앵커 구조체(130) 상에 배치된 외부 부분(도시되지 않음), 및 액추에이터(120)의 제1 부분(120a), 제2 부분(120b), 제3 부분(120c) 및 제4 부분(120d)을 더 포함할 수 있다. 외부에 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 구동 판(112) 상에 배치되고 결합 판(116)을 실질적으로 둘러싸기 때문에, 구동 판(112)은 결합 판(116)을 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 구동 판(112)은 액추에이터(120)의 제1 부분(120a)이 배치되는 제1 구동 부분(112a), 액추에이터(120)의 제2 부분(120b)이 배치되는 제2 구동 부분(112b), 액추에이터(120)의 제3 부분(120c)이 배치되는 제3 구동 부분(112c), 및 액추에이터(120)의 제4 구동 부분(120d)이 배치되는 제4 구동 부분(112d)을 포함할 수 있다. 제1 구동 부분(112a)과 제2 구동 부분(112b)은 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있고, 제3 구동 부분(112c)과 제4 구동 부분(112d)은 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 도 1에서, 구동 판(112)의 제1 구동 부분(112a), 제2 구동 부분(112b), 제3 구동 부분(112c) 및 제4 구동 부분(112d)은 에지 슬릿(SLe)(에지 슬릿(SLe)은 이하의 실시예에서 설명될 것임)과 같은 것에 의해 서로 분리될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 결합 판(116)은 멤브레인(110)의 중심에 놓일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이에 상응하여, 액추에이터(120)는 복수의 부분으로 분할되기 때문에, 칩(100)은 복수의 스프링 구조체(114)를 포함한다(즉, 하나 이상의 스프링 구조체(114)는 복수의 스프링 구조체(114)을 포함함). 상세하게는, 칩(100)은 제1 스프링 구조체(114a), 제2 스프링 구조체(114b), 제3 스프링 구조체(114c) 및 제4 스프링 구조체(114d)를 포함할 수 있다. 제1 스프링 구조체(114a)와 제2 스프링 구조체(114b)는 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있고, 제3 스프링 구조체(114c)와 제4 스프링 구조체(114d)는 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 제1 스프링 구조체(114a)는 결합 판(116)과 제1 구동 부분(112a) 사이에 연결되고, 제2 스프링 구조체(114b)는 결합 판(116)과 제2 구동 부분(112b) 사이에 연결되고, 제3 스프링 구조체(114c)는 결합 판(116)과 제3 구동 부분(112c) 사이에 연결되며, 제4 스프링 구조체(114d)는 결합 판(116)과 제4 구동 부분(112d) 사이에 연결된다. 다른 측면에서, 결합 판(116)은 제1 스프링 구조체(114a)과 제2 스프링 구조체(114b) 사이에 연결되고, 결합 판(116)은 또한 제3 스프링 구조체(114c)와 제4 스프링 구조체(114d) 사이에 연결된다.

또한, 스프링 구조체(114)는 멤브레인(110)의 변위를 증가시키고(즉, 음파의 SPL을 향상시킴) 및/또는 멤브레인(110)의 잔류 응력(residual stress)을 해방하도록 구성되며, 여기서 잔류 응력은 칩(100)의 제조 공정 중에 생성되거나 원래 칩(100) 내에 존재한다. 또한, 스프링 구조체(114)의 존재로 인해, 멤브레인(110)은 음향 재생 기기(SD)의 작동 중에 탄성적으로 변형될 수 있다. 이 실시예에서, 멤브레인(110)은 도 2에서 상향 변형(또는 상향 이동)과 하향 변형(또는 하향 이동)이 번갈아 될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(110)은 도 2에 도시된 변형된 형태(deformed type)(110Df)로 변형될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서, "상향(upwardly)" 및 "하향(downwardly)"이라는 용어는 실질적으로 멤브레인(110)의 법선 방향(Dn)에 평행한 방향을 따른다. 일부 실시예에서, 결합 판(116)은 스프링 구조체(114)에만 연결될 수 있어, 음향 재생 기기(SD)의 작동 중에 멤브레인(110)의 변위를 더욱 증가시키지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서, 스프링 구조체(114)는 상기한 기능을 달성할 수 있는 임의의 적합한 구조체일 수 있다. 이하의 실시예에서, 스프링 구조체(114)의 세부사항이 예시적으로 더 설명될 것이다.

본 발명의 칩(100)의 제조 방법과 관련하여, 칩(100)은 임의의 적절한 제조 공정에 의해 형성된다. 이 실시예에서, 칩(100)은 하나 이상의 반도체 프로세스에 의해 MEMS 칩이 되도록 형성될 수 있다. 이하, 칩(100)이 SOI 웨이퍼로 형성된다는 조건하에서, 칩(100)의 제조 공정의 세부사항에 대하여 일례로서 설명하지만, 제조 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에 도시된 바와 같이, 칩(100)은 베이스 실리콘 층(BL), 상부 실리콘 층(TL), 및 베이스 실리콘 층(BL)과 상부 실리콘 층(TL) 사이에 배치된 산화물 층(OL)을 포함한다. 첫째로, 상부 실리콘 층(TL)이 멤브레인(110)의 프로파일(profile)(예: 결합 판(116), 구동 판(112) 및 스프링 구조체(114)의 프로파일)을 형성하도록 패터닝되며, 패터닝 공정은 포토리소그래피, 에칭 공정, 임의의 다른 적합한 공정 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그 다음에, 상부 실리콘 층(TL) 상에 패터닝된 액추에이터(120)가 형성된다. 이후, 베이스 실리콘 층(BL) 및 산화층(OL)이 부분적으로 에칭되어 상부 실리콘 층(TL)으로 형성된 멤브레인(110)을 완성하며, 여기서 나머지 베이스 실리콘 층(BL), 나머지 산화물 층(OL), 및 상부 실리콘 층(TL)의 일부는 멤브레인(110)에 연결된 앵커 구조체(130)로서 기능하도록 결합될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 칩(100)은 하나 이상의 반도체 공정에 의해 형성되므로, 칩(100)의 크기(즉, 두께 및/또는 측면 치수)뿐만 아니라 칩(100)의 제조 단계의 수 및 제조 비용도 감소시킬 수 있다. 또한, 멤브레인(110)이 높은 영률을 갖는 하나의 재료(예: 실리콘 또는 다른 적합한 재료)만을 포함하면, 칩(100)의 제조 단계의 수 및 제조 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.

상기 제조 방법에 따르면, 스프링 구조체(114)에 연결된 결합 판(116)이 존재하기 때문에, 스프링 구조체(114)의 형성(예: 일부 실시예에서, 스프링 구조체(114)는 상부 실리콘 층(TL)을 패터닝하여 형성될 수 있음)으로 인해 멤브레인(110)의 구조적 강도가 약해지더라도, 멤브레인(110)의 파단 가능성(breaking possibility)을 감소시킬 수 있고 및/또는 제조하는 동안에 멤브레인(110)의 파단을 방지할 수 있다. 즉, 결합 판(116)은 멤브레인(110)의 구조적 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있다.

이하에서는, 제1 유형의 칩의 일부 세부사항을 예시적으로 추가로 설명할 것이다. 제1 유형의 칩은 예시적으로 제공되는 이하의 실시예에 한정되지 않음에 유의해야 한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향 재생 기기를 도시한 평면도의 개략도이다. 도 5는 도 4의 단면선 A-A'를 따라 취한 단면도의 개략도이며, 여기서, 칩(100_1)은 제1 유형이다. 도 1과 비교하여, 도 4 및 도 5에 도시된 칩(100_1)은 멤브레인(110)의 복수의 슬릿(SL)을 추가로 도시하며, 스프링 구조체(114)는 슬릿(SL)의 적어도 일부로 인해 형성된다. 이 실시예에서, 슬릿(SL)의 존재 때문에, 멤브레인(110)의 잔류 응력이 해방된다. 스프링 구조체(114)는 슬릿(SL)의 적어도 일부로 인해 형성되므로, 멤브레인(110)의 변위의 증가는 슬릿(SL)의 배열과 관련이 있다. 즉, 슬릿(SL)의 배열에 기초하여 음파의 SPL이 향상될 수 있다. 또한, 슬릿(SL)은 음향 재생 기기(SD)의 작동 중에 멤브레인(110)을 탄성적으로 변형시키도록 설계될 수 있다.

슬릿(SL)의 배열 및 슬릿(SL)의 패턴은 요건(들)에 기초하여 설계될 수 있으며, 각각의 슬릿(SL)은 직선형 슬릿(straight slit), 곡선형 슬릿(curved slit), 직선형 슬릿들의 조합, 곡선형 슬릿들의 조합 또는 직선형 슬릿(들)과 곡선형 슬릿(들)의 조합일 수 있다. 일례로서, 이 실시예에서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 슬릿(SL)은 복수의 에지 슬릿(SLe) 및 복수의 내부 슬릿(SLi)을 포함할 수 있고, 각각의 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)의 바깥쪽 에지(110e) 중 적어도 하나에 연결되고(예: 에지 슬릿(SLe)의 한 단부 만이 멤브레인(110)의 하나 이상의 바깥쪽 에지(110e)에 연결됨) 멤브레인(110)의 결합 판(116)을 향해 연장되며, 내부 슬릿(SLi)은 멤브레인(110)의 바깥쪽 에지(110e)에 연결되지 않는다. 예를 들어, 에지 슬릿(SLe) 중 적어도 하나는 멤브레인(110)의 바깥쪽 에지(110e) 중 하나의 코너에 연결될 수 있지만(예: 도 4의 각각의 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)의 바깥쪽 에지(110e)의 하나의 코너에 연결됨), 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 일부 실시예에서, 내부 슬릿(SLi)은 액추에이터(120)가 배치되는 구동 판(112)의 영역에 위치하지 않을 수 있지만(예: 이 배치는 도 4에 도시됨), 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서, 일부 내부 슬릿(SLi)은 에지 슬릿(SLe)에 연결될 수 있고, 일부 내부 슬릿(SLi)은 어떠한 다른 슬릿에도 연결되지 않을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에서, 각각의 에지 슬릿(SLe)은 두 개의 내부 슬릿(SLi)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에서, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 직선형 슬릿일 수 있으며, 동일한 에지 슬릿(SLe)에 연결된 두 개의 내부 슬릿(SLi)은 서로 다른 방향을 따라 연장될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 세 개 이상의 슬릿(SL)의 교차점으로 인해 교차점(예: 교차점(X1))이 형성되고, 교차점(X1)은 이들 세 개 이상의 슬릿(SL)에 대한 종점이다. 즉, 교차점(X1)은 이들 세 개 이상의 교차 슬릿(SL)의 분할 점일 수 있다. 예를 들어, 도 4에서, 하나의 에지 슬릿(SLe)과 두 개의 내부 슬릿(SLi)의 교차로 인해 교차점(X1)이 형성되고, 교차점(X1)은 하나의 에지 슬릿(SLe)과 두 개의 내부 슬릿(SLi)의 종점이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 일부 실시예에서 결합 판(116)은 슬릿(SL)에 의해 실질적으로 둘러싸일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시예의 스프링 구조체(114)는 에지 슬릿(SLe)과 내부 슬릿(SLi)으로 인해 형성된다. 멤브레인(110)의 1/4을 실질적으로 도시하는 도 4의 상부를 참조하면, 세 개의 내부 슬릿(SLi)은 실질적으로 서로 평행할 수 있으며(예: 세 개의 내부 슬릿(SLi)은 상부 바깥쪽 에지(110e)에 평행할 수 있음), 제1 스프링 구조체(114a)는 이들 세 개의 내부 슬릿(SLi) 및 이들 세 개의 내부 슬릿(SLi)과 나란히 놓인 두 개의 에지 슬릿(SLe)을 형성함으로써 만들어 지지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 4에서 각각의 스프링 구조체(114)는 구동 판(112)에 연결된 두 개의 제1 연결 단부(connecting end)(CE1)와 결합 판(116)에 연결된 하나의 제2 연결 단부(CE2)를 가지며, 각각의 제1 연결 단부(CE1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나에 가깝고, 제2 연결 단부(CE2)는 제1 연결 단부들 사이에 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4에 도시된 다른 스프링 구조체(114)의 형성은 상기와 유사하므로, 중복 설명하지 않는다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 슬릿을 갖는 멤브레인의 주파수 응답을 나타낸 개략도이고, 도 6에 도시된 D1, D2, D3 및 D4는 슬릿(SL)의 폭을 나타내며, D1 > D2 > D3 > D4이다. 일반적으로, 슬릿(SL)은 음향 재생 기기(SD)의 작동 중에 공기를 누출시킬 수 있어, 음파의 SPL을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, SPL 저하는 음파의 낮은 주파수(예: 20Hz∼200Hz 범위)에서 발생할 수 있다. 어떤 관점에서, 음파의 낮은 주파수(예: 20Hz∼200Hz 범위)에서의 SPL 저하를 보여주는 도 6에 따르면, 슬릿(SL)의 폭이 작을수록 SPL 저하가 감소된다. 따라서, 공기 누출을 줄이려면 슬릿(SL)을 좁힐 필요가 있다. 일부 실시예에서, 슬릿(SL)의 폭은 음향 재생 기기(SD)가 작동하지 않는 조건하에서 2㎛에 가깝거나 그보다 작고, 또는 1㎛에 가깝거나 그보다 작을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 멤브레인(110)의 설계와 관련하여, 음향 재생 기기(SD)가 작동하는 동안, 슬릿(SL) 근처에 있고 각각 슬릿(SL)의 반대쪽에 놓인 부분은 유사한 변위를 가질 수 있어서, 슬릿(SL)의 확대가 감소될 수 있도록 함으로써, 슬릿(SL)을 통한 공기 누출을 감소시킬 수 있다. 다른 관점에서, 결합 판(116)은 멤브레인(110)의 이동을 제한할 수 있어서, 음향 재생 기기(SD)가 작동하는 동안 슬릿(SL)의 확대가 감소될 수 있도록 함으로써, 슬릿(SL)을 통한 공기 누출을 감소시킬 수 있다. 따라서, 음파의 저주파에서의 SPL 저하가 개선될 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 멤브레인(110)은 불균일한 두께를 가질 수 있다. 도 4 및 도 5에서, 멤브레인(110)의 두께는 멤브레인의 중심에 근접함에 따라 감소된다. 예를 들어, 멤브레인(110)은 실질적으로 제1 두께와 제2 두께를 가질 수 있고, 제1 두께는 제2 두께보다 작을 수 있고, 제1 두께를 갖는 (멤브레인) 부분은 제2 두께를 갖는 (멤브레인) 부분으로 둘러싸일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 두께는 결합 판(116)의 일부에 대응할 수 있고, 제2 두께는 결합 판(116), 스프링 구조체(114) 및/또는 구동 판(112)의 다른 일부에 대응할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 두께는 점진적으로 변화될 수 있다. 요컨대, 두께가 불균일한 멤브레인(110)은, 멤브레인(110)이 제1 두께를 갖는 제1 멤브레인 부분과 제1 두께와 구별되는 제2 두께를 갖는 제2 멤브레인 부분을 포함할 수 있음을 의미한다.

또한, 도 4에서, 액추에이터(120)는 구동 판(112)을 완전히 덮을 수 있지만(즉, 구동 판(112) 전체가 액추에이터(120)와 겹칠 수 있음), 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 폴리머 재료는 영률이 낮고 열 안정성이 낮으며, 폴리머 재료는 시간이 지남에 따라 노화된다. 이 실시예에서, 칩(100_1) 내에 그리고 칩(100_1) 상에 폴리머 재료가 없기 때문에(예: 칩(100_1)은 폴리머 재료를 포함하지 않고 칩(100_1)은 폴리머 재료를 함유하는 필름으로 코팅되지 않음), 멤브레인(110)의 공진 주파수, 음향 재생 기기(SD)의 작동 온도 및 음향 재생 기기(SD)의 수명은 폴리머 재료에 의해 불리한 영향을 받지 않는다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향 재생 기기를 도시한 평면도의 개략도이며, 여기서 칩(100_2)은 제1 유형이고, 칩(100_2)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 함유하는 필름(예: 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있음)과 같은, 필름으로 코팅되지 않는다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 이 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 이 실시예에서, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 에지 슬릿(SLe) 중 하나에 연결될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 7에서, 각각의 에지 슬릿(SLe)은 내부 슬릿(SLi) 중 두 개에 연결될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 7에서, 내부 슬릿(SLi)들은 상이한 유형일 수 있다. 예를 들어, 동일한 에지 슬릿(SLe)에 연결된 두 개의 내부 슬릿(SLi)에서, 이 두 개의 내부 슬릿(SLi) 중 하나는 직선형 슬릿일 수 있고, 이 두 개의 내부 슬릿(SLi) 중 다른 하나는 직선형 슬릿과 곡선형 슬릿의 조합일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 멤브레인(110)의 1/4을 실질적으로 도시하는 도 7의 상부를 참조하면, 직선형 슬릿인 하나의 내부 슬릿(SLi)과, 직선형 슬릿과 곡선형 슬릿의 조합인 하나의 내부 슬릿(SLi)이 도시되어 있고, 이 두 개의 내부 슬릿(SLi) 중 직선형 슬릿은 멤브레인(110)의 법선 방향(Dn)과 직교하는 횡방향으로 서로 평행하게 배열된다. 또한, 멤브레인(110)의 1/4을 실질적으로 도시하는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스프링 구조체(114a)은 이들 두 개의 내부 슬릿(SLi) 및 이 두 개의 내부 슬릿(SLi) 옆에 놓인 두 개의 에지 슬릿(SLe)을 형성함으로써 만들어지지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 7에서 각각의 스프링 구조체(114)는 하나의 에지 슬릿(SLe) 가까이에서 구동 판(112)에 연결된 하나의 제1 연결 단부(CE1) 및 다른 에지 슬릿(SLe) 가까이에서 결합 판(116)에 연결된 제2 연결 단부(CE2)를 갖지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에 도시된 다른 스프링 구조체(114)의 형성은 상기와 유사하므로, 이에 대해서는 중복 설명하지 않는다. 또한, 이 실시예에서, 내부 슬릿(SLi)은 평면도로 소용돌이 패턴(vortex pattern)을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이며, 여기서 칩(100_3)은 제1 유형이고, 칩(100_3)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 함유하는 필름(예: 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있음)과 같은, 필름으로 코팅되지 않는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 이 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 이 실시예에서, 슬릿(SL)은 복수의 에지 슬릿(SLe)만을 포함할 수 있고, 스프링 구조체(114)는 에지 슬릿(SLe)으로 인해 형성될 수 있으며, 여기서 각각의 스프링 구조체(114)는 두 개의 인접한 에지 슬릿(SLe) 사이에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 8에서, 이 실시예의 각각의 에지 슬릿(SLe)은 제1 부분(e1), 제1 부분(e1)에 연결된 제2 부분(e2) 및 제2 부분(e2)에 연결된 제3 부분(e3)을 포함할 수 있고, 제1 부분(e1), 제2 부분(e2) 및 제3 부분(e3)은 바깥쪽 에지(110e)로부터 멤브레인(110)의 안쪽으로 순차적으로 배열되며, 여기서 에지 슬릿(SLe) 중 하나에서, 직선형 슬릿인 제1 부분(e1)의 연장 방향은 다른 직선형 슬릿인 제2 부분(e2)의 연장 방향과 평행하지 않을 수 있고, 제3 부분(e3)은 곡선형 슬릿일 수 있지만(즉, 에지 슬릿(SLe)은 두 개의 직선형 슬릿과 하나의 곡선형 슬릿의 조합일 수 있음), 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 부분(e3)은 에지 슬릿(SLe)의 후크 형상의 만곡된 단부(hook-shaped curved end)를 가질 수 있으며, 여기서 후크 형상의 만곡된 단부는 결합 판(116)을 둘러싼다. 후크 형상의 만곡된 단부는, 만곡된 단부 또는 제3 부분(e3)에서의 곡률이 더 크고, 평면도의 관점에서, 제1 부분(e1) 또는 제2 부분(e2)에서의 곡률을 의미한다.

제3 부분(e3)의 만곡된 단부는 스프링 구조체의 단부 근처에서의 응력 집중을 최소화하도록 구성될 수 있다. 또한, 후크 형상을 갖는 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110)의 중심을 향하여, 또는 멤브레인(110) 내의 결합 판(116)를 향해 연장된다. 에지 슬릿(SLe)은 멤브레인(110) 내의 필렛(fillet)을 분할할 수 있다(carving out).

에지 슬릿(SLe)의 패턴은 요건(들)에 기초하여 설계될 수 있다. 이 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 스프링 구조체(114)는 구동 판(112)에 연결된 하나의 제1 연결 단부(CE1) 및 결합 판(116)에 연결된 하나의 제2 연결 단부(CE2)를 가질 수 있고, 구동 판(112)은 제1 연결 단부(CE1)와 제2 연결 단부(CE2) 사이에 있으며, 제1 연결 단부(CE1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 제1 부분(e1)과 에지 슬릿(SLe) 중 다른 하나의 제2 부분(e2) 사이에 있을 수 있고, 제2 연결 단부(CE2)는 두 개의 인접한 에지 슬릿(SLe)의 두 개의 제3 부분(e3) 사이에 있을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 연결 단부(CE1)의 연결 방향은 제2 연결 단부(CE2)의 연결 방향과 평행하지 않지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 실시예에서 슬릿(SL)은 평면도에서 회오리 패턴을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 8에서, 구동 판(112)의 일부는 액추에이터(120)와 겹쳐질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이고, 도 10은 도 9의 중앙부를 나타낸 확대도이며, 여기서 칩(100_4)은 제1 유형이고, 칩(100_4)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 함유하는 필름(예: 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있음)과 같은, 필름으로 코팅되지 않는다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 실시예(도 8에 도시됨)와 이 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 이 실시예에서, 슬릿(SL)은 복수의 내부 슬릿(SLi)을 더 포함할 수 있으며, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 두 개의 에지 슬릿(SLe) 사이에 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 9에서, 각각의 내부 슬릿(SLi)은 에지 슬릿(SLe)에 연결되지 않고 멤브레인(110)의 결합 판(116)을 향해 연장되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 에지 슬릿(SLe)의 패턴 및 내부 슬릿(SLi)의 패턴은 요건(들)에 기초하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 이 실시예의 각각의 내부 슬릿(SLi)은 제1 섹션(i1), 제1 섹션(i1)에 연결된 제2 섹션(i2) 및 제2 섹션(i2)에 연결된 제3 섹션(i3)을 포함할 수 있고, 제1 섹션(i1), 제2 섹션(i2) 및 제3 섹션(i3)은 멤브레인(110)의 내부를 향해 순차적으로 배열되며, 여기서 내부 슬릿(SLi) 중 하나에서, 직선형 슬릿인 제1 섹션(i1)의 연장 방향은 다른 직선형 슬릿인 제2 섹션(i2)의 연장 방향과 평행하지 않을 수 있고 제3 섹션(i3)은 곡선형 슬릿일 수 있지만(즉, 내부 슬릿(SLi)은 두 개의 직선형 슬릿과 하나의 곡선형 슬릿의 조합일 수 있음), 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 내부 슬릿(SLi) 중 하나에서, 제1 섹션(i1)의 한 단부는 제2 섹션(i2)에 연결될 수 있고, 제1 섹션(i1)의 다른 단부는 구동 판(112)에 놓이고 다른 슬릿에 연결되지 않을 수 있다. 일례로서, 도 9에서, 다른 슬릿에 연결되지 않은 제1 섹션(i1)의 단부는 액추에이터(120)가 배치되지 않은 구동 판(112)의 영역에 놓일 수 있지만(즉, 내부 슬릿(SLi)은 액추에이터(120)가 배치된 구동 판(112)의 영역에 놓이지 않을 수 있음), 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 어떤 다른 슬릿에도 연결되지 않은 제1 섹션(i1)의 단부는 액추에이터(120)가 배치되는 구동 판(112)의 영역에 놓일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9 및 도 10에서, 두 개의 인접한 에지 슬릿(SLe) 사이에 배치된 각각의 스프링 구조체(114)는 하나의 내부 슬릿(SLi)에 의해 두 개의 세분된 부분(subdivision)(s1, s2)으로 분할될 수 있고, 각각의 세분된 부분(s1, s2)은 구동부에 연결된 제1 연결 단부(CE1_1, CE1_2) 및 결합 판(116)에 연결된 제2 연결 단부(CE2_1, CE2_2)를 가질 수 있으며, 각각의 세분된 부분(s1, s2)은 그 제1 연결 단부(CE1_1, CE1_2)와 그 제2 연결 단부(CE2_1, CE2_2) 사이에 있다. 예를 들어, 세분된 부분(s1)의 제1 연결 단부(CE1_1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 제1 부분(e1)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 제2 섹션(i2) 사이에 있을 수 있고, 세분된 부분(s1)의 제2 연결 단부(CE2_1)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 제3 부분(e3)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 제3 섹션(i3) 사이에 있을 수 있고, 세분된 부분(s2)의 제1 연결 단부(CE1_2)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 제2 부분(e2)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 제1 섹션(i1) 사이에 있을 수 있고, 세분된 부분(s2)의 제2 연결 단부(CE2_2)는 에지 슬릿(SLe) 중 하나의 제3 부분(e3)과 내부 슬릿(SLi) 중 하나의 제3 섹션(i3) 사이에 있을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 각각의 세분된 부분(s1)에서, 제1 연결 단부(CE1_1)의 연결 방향은 제2 연결 단부(CE2_1)의 연결 방향과 평행하지 않고; 각각의 세분된 부분(s2)에서, 제1 연결 단부(CE1_2)의 연결 방향은 제2 연결 단부(CE2_2)의 연결 방향과 평행하지 않지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 실시예에서 슬릿(SL)은 평면도에서 회오리 패턴을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이고, 도 12는 도 11의 중앙부를 나타낸 확대도이며, 여기서 칩(100_5)은 제1 유형이고, 칩(100_5)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 함유하는 필름(예: 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있음)과 같은, 필름으로 코팅되지 않는다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 이 실시예의 차이점은 슬릿(SL)의 배열이다. 도 11 및 도 12에서, 에지 슬릿(SLe)에 연결된 내부 슬릿(SLi)은 L자형(즉, 두 개의 직선형 슬릿의 조합)일 수 있고, 에지 슬릿(SLe)에 연결되지 않은 내부 슬릿(SLi)은 1자형(즉, 직선형 슬릿)일 수 있으며, 1자형 내부 슬릿(SLi)은 L자형 내부 슬릿(SLi)의 일부와 평행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 실시예에서, 이 실시예의 스프링 구조체(114)는 내부 슬릿(SLi)으로 인해 형성될 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 각각의 스프링 구조체(114)는 하나의 1자형 내부 슬릿(SLi)과 두 개의 L자형 내부 슬릿(SLi)을 형성함으로써 만들어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 스프링 구조체(114)의 제1 연결 단부(CE)의 연결 방향은 스프링 구조체(114)의 제2 연결 단부(CE2)의 연결 방향과 평행하지 않지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 결합 판(116)의 면적은 구동 판(112)의 면적보다 훨씬 작을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 11에서, 구동 판(112)의 일부는 액추에이터(120)와 겹쳐질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이고, 여기서 칩(100_6)은 제1 유형이고, 칩(100_5)은 영률이 낮은 폴리머 재료를 함유하는 필름(예: 이 필름은 슬릿을 밀봉하는 데 사용될 수 있음)과 같은, 필름으로 코팅되지 않는다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 실시예(도 4 및 도 5에 도시됨)와 이 실시예의 차이단는 슬릿(SL)의 배열이다. 도 13에서, 에지 슬릿(SLe)에 연결된 내부 슬릿(SLi)은 L자형(즉, 두 개의 직선형 슬릿의 조합)이고, 에지 슬릿(SLe)에 연결되지 않은 내부 슬릿(SLi)은 W자형(즉, 네 개의 직선형 슬릿의 조합)이며, W자형 내부 슬릿(SLi)의 일부는 L자형 내부 슬릿(SLi)의 일부와 평행하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 실시예에서, 이 실시예의 스프링 구조체(114)는 내부 슬릿(SLi)으로 인해 형성된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 스프링 구조체(114)는 두 개의 L자형 내부 슬릿(SLi)과 두 개의 W자형 내부 슬릿(SLi)을 형성함으로써 만들어져서, 도 13에 도시된 스프링 구조체(114)는 M자형이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 스프링 구조체(114a)는 결합 판(116), 제1 구동 부분(112a) 및 제3 구동 부분(112c)에 연결되고, 제2 스프링 구조체(114b)는 결합 판(116), 제2 구동 부분(112b) 및 제4 구동부에 연결된다 부분(112d)에 연결되고, 제3 스프링 구조체(114c)는 결합 판(116), 제2 구동 부분(112b) 및 제3 구동 부분(112c)에 연결되고, 제4 스프링 구조체(114d)은 결합 판(116), 제1 구동 부분(112a) 및 제4에 연결된다 구동 부분(112d)에 연결되지만, 이에 한정되는 것은 아님에 유의하기 바란다. 선택적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 스프링 구조체(114)의 제1 연결 단부(CE1)의 연결 방향은 스프링 구조체(114)의 제2 연결 단부(CE2)의 연결 방향과 평행하지 않지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 결합 판(116)의 면적은 구동 판(112)의 면적보다 훨씬 작을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 13에서, 구동 판(112)의 일부는 액추에이터(120)와 겹쳐질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기한 실시예에서 설명한 슬릿(SL)의 배열은 일례이다. 멤브레인(110)의 변위를 증가시키고/시키거나 멤브레인(110)의 잔류 응력을 해방시킬 수 있는 슬릿(SL)의 임의의 다른 적합한 배열이 본 발명에 사용될 수 있음에 유의하기 바란다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 단면도의 개략도이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿에서의 음압 레벨의 저하와 에어 갭의 관계를 나타내는 개략도이다. 칩(100')은 제1 유형, 제2 유형(다음 실시예에서 설명됨) 또는 임의의 다른 적합한 유형일 수 있음에 유의하기 바란다. 예를 들어, 칩(100')이 제1 유형이면, 칩(100')의 멤브레인(110)은 상기한 실시예를 가리킬 수 있거나, 칩(100')의 멤브레인(110)은 본 발명의 사상을 벗어나지 않은 변형예일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 14에 도시된 바와 같이, 음향 재생 기기(SD)는 칩(100')을 덮는 컨포멀 층(conformal layer)(CFL)을 더 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 칩(100')은 컨포멀 층(CFL)으로 코팅되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 베이스(BS)는 또한 컨포멀 층(CFL)에 의해 코팅되거나 덮이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 컨포멀 층(CFL)은 이산화실리콘(silicon dioxide), 질화실리콘(silicon nitride)과 같은 임의의 적합한 유전체 재료 및/또는 폴리이미드 또는 파릴렌(Parylene)-C와 같은 폴리머 재료를 함유할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유전체 재로를 함유하는 컨포멀 층(CFL)은 원자 층 증착(atomic layer deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있고, 유전체 재료를 함유하는 컨포멀 층(CFL)은 기상 증착(vapor deposition)에 의해 형성될 수 있어, 컴포멀 층(CFL)은 증착된 층(deposited layer)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

컨포멀 층(CFL)은 슬릿을 밀봉하지 않고, 슬릿(SL) 내에 존재하는 에어 갭(AG)을 감소시키도록 구성되어, 슬릿(SL)을 통한 공기의 누출을 감소시켜서, 음파의 낮은 주파수(예: 20Hz 내지 200Hz의 범위)에서의 SPL 저하를 강하를 극복할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 컨포멀 층(CFL)의 일부와 에어 갭(AG)은 슬릿(SL) 내에 존재할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 컨포멀 층(CFL)의 일부는 슬릿(SL) 내에 존재할 수 있어서, 슬릿(SL)은 컨포멀 층(CFL)에 의해 밀봉될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 15에 도시된 바와 같이, SPL 저하는 에어 갭(AG)의 폭이 작을수록(예: 회귀 선(L)을 참조) 실질적으로 감소된다. 또한, 도 15에서, 슬릿(SL)이 컨포멀 층(CFL)에 의해 밀봉되어 슬릿(SL) 내의 에어 갭(AG)을 없애는 경우, SPL 저하가 가장 작다. 따라서, 낮은 주파수에서 SPL 저하를 감소시키기 위해, 일부 실시예에서, 에어 갭(AG)이 슬릿(SL) 내에 존재하면 에어 갭(AG)의 폭은 2㎛보다 작을 수 있거나(에어 갭(AG)의 폭은 음향 재생 기기(SD)가 작동하지 않는 조건하에서 측정됨), 또는 슬릿(SL)이 컨포멀 층(CFL)에 의해 밀봉되어 슬릿(SL) 내의 에어 갭(AG)을 없애지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유형의 칩을 갖는 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 칩(100)과 비교하여, 제2 유형의 칩(200)에서의 액추에이터(120)는 결합 판(116)를 둘러싸지 않을 수 있다. 상세하게는, 이 실시예의 액추에이터(120)는 제1 부분(120a) 및 제2 부분을 포함할 수 있고, 제1 부분(120a)과 제2 부분(120b)은 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 이에 상응하여, 멤브레인(110)의 구동 판(112)은 액추에이터의 제1 부분(120a)이 배치되는 제1 구동 부분(112a) 및 액추에이터(120)의 제2 부분(120b)이 배치되는 제2 구동 부분(112b)을 포함할 수 있고, 제1 구동 부분(112a)와 제2 구동 부분(112b)은 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 이에 상응하여, 칩(200)은 제1 스프링 구조체(114a) 및 제2 스프링 구조체(114b)(복수의 스프링 구조체(114))를 포함할 수 있고, 제1 스프링 구조체(114a)와 제2 스프링 구조체(114b)는 결합 판(116)의 반대쪽에 배치될 수 있으며, 여기서 제1 스프링 구조체(114a)는 결합 판(116)과 제1 구동 부분(112a) 사이에 연결되고, 제2 스프링 구조체(114b)는 결합 판(116)과 제2 구동 부분(112b) 사이에 연결된다. 다시 말해, 멤브레인(110)은 액추에이터(120)에 의해 두 방향으로부터 작동될 수 있다.

일부 실시예에서, 스프링 구조체(114)는 전술한 슬릿(SL)의 배열을 가리킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 멤브레인(110)의 변위를 증가시키고/시키거나 멤브레인(110)의 잔류 응력을 방출할 수 있는 슬릿(SL)의 임의의 다른 적합한 배열이 본 발명에서 사용될 수 있다.

도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향 재생 기기를 나타낸 평면도의 개략도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 음향 재생 기기(SD)는 복수의 멤브레인을 포함할 수 있다. 음향 재생 기기(SD)는 하나의 단일 칩(300)으로서 베이스 실리콘 층(BL) 상에 동시에 제조(또는 배치)될 수 있거나 대안으로 다수의 칩(300)을 갖는 베이스(BS) 상에 배치될 수 있다. 각각의 칩(300)은 음파를 생성하기 위한 사운드 재생 유닛으로서 기능하며, 여기서 칩(300)은 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명에서, 각각의 칩(300)은 제1 유형, 제2 유형 또는 임의의 다른 적합한 유형일 수 있다.

하나의 관점에서, 도 17에 나타낸 음향 재생 기기(SD)는 하나의 단일 칩(300)을 포함하고, 칩(300)은 복수의 음향 재생 유닛을 포함하고, 각각의 음향 재생 유닛은 도 1에 나타낸 칩(100)에 의해 실현될 수 있다(즉, 하나의 단일 칩(300)은 복수의 멤브레인(110) 및 복수의 액추에이터(120)을 포함할 수 있음). 다른 관점에서, 도 17에 나타낸 음향 재생 기기(SD)는 다수의 칩(300)을 포함하고, 각각의 칩(300)은 도 1에 도시된 칩(100)에 의해 실현될 수 있다.

도 17은 예시를 위한 것으로, 다수의 사운드 생성 유닛(또는 다수의 칩)을 포함하는 음향 재생 기기(SD)의 개념을 설명한다 것에 유의하기 바란다, 각각의 멤브레인(셀)의 구성은 한정되지 않는다. 예를 들어, 음향 재생 유닛(또는 칩(300))은 위에서의 칩(100_1)(도 4에 도시됨), 칩(100_2)(도 7에 도시됨), 칩(100_3)(도 8에 도시됨), 칩(100_4)(도 9에 도시됨), 칩(100_5)(도 11에 도시됨), 칩(100_6)(도 13에 도시됨), 및 칩(200)(도 16에 도시됨)에 의해 구현될 수도 있다. 더욱이, 음향 재생 유닛(또는 칩(300))은 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 변형 실시예일 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 도 17에서, 각각의 칩(300)은 도 1과 유사한 제1 유형의 칩일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

다른 실시예에서, 음향 재생 기기(SD)는 음파를 생성하기 위한 복수의 음향 재생 유닛을 포함하는 하나의 칩을 포함할 수 있다. 구체적으로, 하나의 칩은 복수의 멤브레인(110), 복수의 액추에이터(120) 및 앵커 구조체(130)를 포함할 수 있고, 하나의 멤브레인(110)과 하나의 액추에이터(120)의 조합이 하나의 음향 재생 유닛으로서 기능한다.

요약하면, 본 발명은 멤브레인(110)의 제1 공진 주파수(f_R)가 입력 오디오 대역(ABN)의 최대 주파수(f_max)보다 높은 음향 재생 기기(SD)를 제공하여, 음질을 향상시킬 수 있다.

당업자는 본 발명의 교시를 유지하면서 기기 및 방법에 대해 많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 이상의 개시 내용은 첨부된 청구범위의 범위 및 경계에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

음향 재생 기기로서,
베이스(base); 및
상기 베이스 상에 배치된 하나 이상의 칩을 포함하고,
상기 하나 이상의 칩은,
결합 판(coupling plate) 및 상기 결합 판에 연결된 하나 이상의 스프링 구조체(spring structure)를 포함하는 하나 이상의 멤브레인(membrane); 및
입력 오디오 신호에 대응하는 구동 신호를 수신하여 상기 하나 이상의 멤브레인을 작동시키도록 구성된 하나 이상의 액추에이터(actuator) - 상기 입력 오디오 신호 및 상기 구동 신호는 최대 주파수에서 상한을 갖는 입력 오디오 대역을 가짐 -를 포함하며;
상기 하나 이상의 스프링 구조체는 상기 결합 판과 상기 하나 이상의 액추에이터 사이에 놓이고, 상기 하나 이상의 멤브레인은 상기 최대 주파수보다 높은 제1 공진 주파수를 갖는,
음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 멤브레인은 상기 제1 공진 주파수에 대응하는 제1 공진 대역폭을 가지며, 상기 제1 공진 주파수는 상기 최대 주파수에 상기 제1 공진 대역폭의 절반을 더한 것보다 높은, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 멤브레인은 상기 제1 공진 주파수에 대응하는 제1 공진 대역폭을 가지며, 상기 제1 공진 주파수는 상기 최대 주파수에 상기 제1 공진 대역폭의 배수를 더한 것보다 높은, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 제1 공진 주파수는 상기 최대 주파수보다 적어도 10% 높은, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 제1 공진 주파수는 인간의 최대 가청 주파수보다 높은, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 액추에이터는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상기 결합 판의 반대쪽에 배치되는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 액추에이터는 상기 하나 이상의 멤브레인의 법선 방향으로 상기 결합 판과 겹치지 않는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 액추에이터는 상기 하나 이상의 멤브레인의 법선 방향으로 상기 하나 이상의 스프링 구조체와 겹치지 않는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 액추에이터는 상기 하나 이상의 멤브레인 상에 배치되고 상기 하나 이상의 멤브레인의 일부를 덮는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 액추에이터는 압전 액추에이터, 정전기 액추에이터, 나노스코픽 정전기 구동(nanoscopic-electrostatic-drive, NED) 액추에이터 또는 전자기 액추에이터를 포함하는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 스프링 구조체는 상기 결합 판의 반대쪽에 배치된 제1 스프링 구조체 및 제2 스프링 구조체를 포함하고,
상기 결합 판은 상기 제1 스프링 구조체와 상기 제2 스프링 구조체 사이에 연결되는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 결합 판은 상기 하나 이상의 스프링 구조체에만 연결되는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 멤브레인은 복수의 슬릿(slit)을 포함하고, 상기 하나 이상의 스프링 구조체는 상기 슬릿 중 적어도 일부로 인해 형성되는, 음향 재생 기기.
제13항에 있어서,
상기 슬릿은 복수의 에지 슬릿(edge slit)을 포함하고, 상기 하나 이상의 멤브레인은 복수의 바깥쪽 에지(outer edge)를 가지며, 각각의 상기 에지 슬릿은 상기 바깥쪽 에지 중 적어도 하나에 연결되는, 음향 재생 기기.
제14항에 있어서,
상기 에지 슬릿 중 적어도 하나는 상기 바깥쪽 에지의 코너에 연결되는, 음향 재생 기기.
제14항에 있어서,
상기 에지 슬릿은 상기 결합 판을 향해 연장되는, 음향 재생 기기.
제16항에 있어서,
상기 에지 슬릿은 상기 결합 판을 둘러싸는 후크 형상의 만곡된 단부(hook-shaped curved end)를 포함하는, 음향 재생 기기.
제13항에 있어서,
상기 슬릿은 복수의 내부 슬릿(internal slit)을 포함하고, 상기 하나 이상의 멤브레인은 복수의 바깥쪽 에지를 가지며, 각각의 상기 내부 슬릿은 상기 바깥쪽 에지에 연결되지 않은, 음향 재생 기기.
제13항에 있어서,
상기 결합 판은 상기 슬릿에 의해 실질적으로 둘러싸여 있는, 음향 재생 기기.
제13항에 있어서,
상기 슬릿 중 하나의 폭은 2㎛ 미만인, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 멤브레인은 제1 두께를 갖는 제1 멤브레인 부분과 제2 두께를 갖는 제2 멤브레인 부분을 포함하고, 상기 제2 두께는 상기 제1 두께와 다른, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 멤브레인은 상기 하나 이상의 액추에이터가 배치된 구동 판을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 스프링 구조체는 상기 구동 판과 상기 결합 판 사이에 연결되는, 음향 재생 기기.
제22항에 있어서,
상기 하나 이상의 칩은 앵커 구조체(anchor structure)를 포함하고, 상기 구동 판은 상기 앵커 구조체와 상기 하나 이상의 스프링 구조체 사이에 연결되는, 음향 재생 기기.
제22항에 있어서,
상기 하나 이상의 스프링 구조체 중 하나는 상기 구동 판에 연결된 제1 연결 단부(connecting end) 및 상기 결합 판에 연결된 제2 연결 단부를 가지며, 상기 제1 연결 단부의 연결 방향은 상기 제2 연결 단부의 연결 방향과 평행하지 않은, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 멤브레인은 실리콘, 탄화실리콘, 게르마늄, 질화갈륨, 비소화갈륨, 스테인리스 강 또는 이들의 조합을 포함하는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 칩을 덮는 컨포멀 층(conformal layer)을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 멤브레인은 슬릿을 포함하고, 상기 컨포멀 층의 일부는 상기 슬릿 내에 존재하는, 음향 재생 기기.
제26항에 있어서,
상기 슬릿에는 에어 갭(air gap)이 존재하고, 상기 에어 갭의 폭은 2㎛ 미만인, 음향 재생 기기.
제26항에 있어서,
상기 컨포멀 층은 유전체 재료 또는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 유전체 재료는 이산화실리콘 또는 질화실리콘이고, 상기 폴리머 재료는 폴리이미드 또는 파릴렌(Parylene)-C인, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 칩 중 하나에서, 상기 하나 이상의 멤브레인은 복수의 멤브레인을 포함하고, 상기 하나 이상의 액추에이터는 복수의 액추에이터를 포함하고, 상기 복수의 액추에이터 중 제1 멤브레인은 제1 결합 판 및 상기 제1 결합 판에 연결된 하나 이상의 제1 스프링 구조체를 포함하고, 상기 복수의 액추에이터 중 제1 액추에이터는 상기 제1 멤브레인을 작동시키도록 구성되는, 음향 재생 기기.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 칩은 복수의 칩을 포함하는, 음향 재생 기기.