KR20230072448A - 캔틸레버 암 요소의 만곡된 윤곽을 구비한 ｍｅｍｓ 사운드 트랜스듀서 - Google Patents

캔틸레버 암 요소의 만곡된 윤곽을 구비한 ｍｅｍｓ 사운드 트랜스듀서 Download PDF

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안드레아 루스코니 크레리치 벨트라미
펠루치오 보트토니
크리스티안 노보트니
사무 호바스
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유사운드 게엠바하
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Abstract

본 발명은 MEMS 사운드 트랜스듀서의 캐비티(3)를 적어도 부분적으로 한정하는 캐비티 벽(4)을 갖는 지지체(2)를 포함하고, 상기 지지체(2)에 고정 연결된 베이스 섹션(9)과 상기 캐비티 벽(4)을 너머로 돌출된 가요성 편향 섹션(10)을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 포함하며, 여기서 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 베이스 단부(11) 및 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축(H) 방향으로 상기 지지체(2)에 대해 편향될 수 있는 자유 단부(12)를 갖는 것을 특징으로 하는 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 편향 섹션(10)의 베이스 단부(11)는 만곡된 제1 윤곽(27)을 갖는다.

Description

캔틸레버 암 요소의 만곡된 윤곽을 구비한 ＭＥＭＳ 사운드 트랜스듀서{MEMS sound transducer with a curved contour of a cantilever arm element}
본 발명은 MEMS(멤스, "이하, MEMS"라 함) 사운드 트랜스듀서의 캐비티를 적어도 부분적으로 한정하는 캐비티 벽을 갖는 지지체, 및 상기 지지체에 고정 연결되는 베이스 섹션과 상기 캐비티 벽을 너머로 돌출하되, 상기 캐비티 벽을 향하는 베이스 단부와 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축 방향으로 상기 지지체에 대해 편향될 수 있는 자유 단부를 갖는 유연한 편향 섹션을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소를 포함하는 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서에 관한 것이다.
EP 2 692 153 A1은 기판 및 복수의 적어도 3개의 인접한 테이퍼진 트랜스듀서(transducer) 빔을 포함하는 MEMS 사운드 트랜스듀서를 개시한다. 각 빔은 교대하는(alternating) 압전 층과 전극 층을 가지며, 상기 압전 층은 적용된 압력을 전압으로 변환하도록 구성된다. 각 빔은 빔 베이스, 빔 팁 및 상기 빔 베이스와 상기 빔 팁 사이에 배치된 빔 본체를 포함하며, 각 빔은 빔 베이스에서 빔 팁으로 테이퍼진다. 각 빔은 상기 빔 베이스를 따라 기판에 연결되고 상기 빔 본체를 따라 상기 기판에서 자유롭다. 상기 빔은 각각 빔의 빔 팁이 실질적으로 단일 지점으로 수렴하도록 배치된다. 이러한 MEMS 사운드 트랜스듀서의 단점은 국부적 부하 피크가 트랜스듀서 빔 또는 캔틸레버 암 요소에서 발생하여 캔틸레버 암 요소, 특히 압전 변환기 층의 파괴로 이어질 수 있다는 점이다. 결적으로 상기 부하 피크를 허용 가능한 수준으로 유지하려면 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서를 생산할 때 매우 엄격한 제조 허용 오차를 유지해야 한다. 그 결과 생산 스크랩(scrap)이 증가하고 생산 비용이 증가한다. 게다가 지금까지 알려진 MEMS 사운드 트랜스듀서는 국부적인 부하 피크로 인해 낮은 파워(power) 수준에서만 작동할 수 있다.
본 발명은 종래 기술로부터 알려진 단점을 제거하여 MEMS 사운드 트랜스듀서의 성능을 증가시키고 및/또는 생산 스크랩(scrap) 뿐만 아니라 생산 비용을 감소시킬 수 있는 캔틸레버 암 요소의 만곡된 윤곽을 구비한 MEMS 사운드 트랜스듀서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 독립 특허 청구항의 특징을 갖는 MEMS 사운드 트랜스듀서에 의해 달성된다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 MEMS 사운드 트랜스듀서를 이루는 구성수단은, 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)에 있어서, MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 캐비티(3)를 적어도 부분적으로 한정하는 캐비티 벽(4)을 갖는 지지체(2), 및 상기 지지체(2)에 고정 연결된 베이스 섹션(9)과 상기 캐비티 벽(4)을 너머로 돌출된 가요성 편향 섹션(10)을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 포함하고, 여기서 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 베이스 단부(11) 및 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축(H) 방향으로 상기 지지체(2)에 대해 편향될 수 있는 자유 단부(12)를 구비하며, 상기 편향 섹션(10)의 베이스 단부(11)는 사운드 트랜스듀서 평면도에서 만곡된 제1 윤곽(27)을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 캐비티 벽(4)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서, 상기 편향 섹션(10)의 영역에 및/또는 상기 편향 섹션(10)에 인접하여, 상기 편향 섹션(10)의 제1 윤곽(27)에 대응하는 만곡된 제2 윤곽(28)을 갖고, 여기서 상기 제1 윤곽(27)은 볼록하게 만곡되고 상기 제2 윤곽(28)은 오목하게 만곡되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 다층 설계를 갖고 적어도 하나의 지지층(13) 및 하나의 압전의 변환기 층(14)을 포함하고, 상기 지지층(13)은 상기 베이스 섹션(9)과 상기 편향 섹션(10)을 가로질러, 완전히 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 길이 방향으로 연장하고/하거나, 상기 변환기 층(14)은 상기 베이스 섹션(9) 및/또는 상기 편향 섹션(10)을 가로질러 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 길이 방향으로, 부분적으로만 연장되고/되거나 상기 편향 섹션(10)으로부터 상기 베이스 섹션(9)으로 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편향 섹션(10), 특히 상기 지지층(13) 및/또는 변환기 층(14)은 각각의 경우에 상기 자유 단부(12) 방향으로 서로를 향해 수렴하는 2개의 종방향 측면(18, 19; 20, 21), 및 하나의 횡방향 측면(22, 23)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변환기 층(14)의 종방향 측면(20, 21)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 지지층(13)의 종방향 측면(18, 19)로부터 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 캐비티 벽(4)의 제2 윤곽(28)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 서로 다른 곡률(30, 32)을 갖는 복수의 곡률 섹션(29, 31)을 갖고, 상기 제1 윤곽(27) 및/또는 제2 윤곽(28)은 제1 곡률(30)을 갖는 제1 곡률 섹션(29) 및/또는 제2 곡률(32)을 갖는 적어도 하나의 제2 곡률 섹션(31)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및/또는 제2 곡률(30, 32)은 원형 세그먼트(33, 37)로서 형성되고/되거나 상기 제1 곡률(30)은 상기 제2 곡률(32)에 비해 더 큰 반경을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 제1 곡률(30)의 제1 원 중심(35)은 상기 캔틸레버 암 요소의 종방향 중심축(36)에 놓이고/있거나 상기 자유 단부(12)보다 상기 베이스 단부(11)로부터 더 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 제2 곡률(32)의 제2 원 중심(39)은 상기 캔틸레버 암 요소의 종횡축(40)에 및/또는 상기 베이스 단부(11)와 상기 자유 단부(12) 사이에 놓이는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 곡률 섹션(29)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 및/또는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 횡방향으로 2개의 제2 곡률 섹션 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 복수의, 특히 4개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 갖고, 이들은 그들의 자유 단부(12)가 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 센터(42)에 배치되는 방식으로 서로에 대해 배치는 것을 특징으로 한다.
또한, 2개의 인접한 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 분리 슬롯(43)에 의해 서로 분리되고, 여기서 상기 분리 슬롯(43)은 상기 2개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)로부터 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 캐비티 벽(4) 방향으로 연장되고, 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 분리 슬롯(43)의 슬롯 단부(44)는 상기 캐비티 벽(4)으로부터 이격되어, 이 영역에서 상기 2개의 인접한 캔틸레버 암 요소(5)의 지지층(13)이 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분리 슬롯(43)은 그 슬롯 단부(44)에서 슬롯의 횡방향으로 연장 및/또는 만곡된 릴리프 슬롯(46)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 자유 단부(12)는 직사각형 팁(50)으로 형성되고/형성되거나 복수의 분리 슬롯(43)은 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 센터(42)에서 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)를 분리하는 H자형 분리 슬롯 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 특징들 중 어느 하나를 포함하는 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)에 있어서, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 캐비티(3)를 적어도 부분적으로 한정하는 캐비티 벽(4)을 갖는 지지체(2), 및 상기 지지체(2)에 고정 연결된 베이스 섹션(9)과 상기 캐비티 벽(4)을 너머로 돌출된 가요성 편향 섹션(10)을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 포함하고, 여기서 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 베이스 단부(11) 및 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축(H) 방향으로 상기 지지체(2)에 대해 편향될 수 있는 자유 단부(12)를 구비하며, 상기 편향 섹션(10)의 자유 단부(12)는 사운드 트랜스듀서 평면도에서 2개의 코너(47, 48)를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래 기술로부터 알려진 단점을 제거하여 MEMS 사운드 트랜스듀서의 성능을 증가시키고 및/또는 생산 스크랩(scrap) 뿐만 아니라 생산 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 발생된다.
도 1은 만곡된 제1 윤곽을 갖는 캔틸레버 암 요소들을 구비한 멤스(MEMS) 사운트랜스듀서의 평면도를 도시하고,
도 2는 캔틸레버 암 요소들 중 하나의 영역에서 도 1에 도시된 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서를 통한 종단면도를 도시하고,
도 3은 시각화된 곡률 형상이 있는 도 1 및 도 2에 도신된 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서의 저면도를 도시하고,
도 4는 도 1, 2 및 3에 도시된 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서의 중앙 영역의 상세도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 캔틸레버 암 요소의 만곡된 윤곽을 구비한 MEMS 사운드 트랜스듀서에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서가 제공된다. 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 가청 파장 스펙트럼에서 음파를 생성 및/또는 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 트위터로 설계되거나 오디오 시스템에 제공되는 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 초음파 범위에서 음파를 생성 및/또는 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 초음파 센서 및/또는 초음파 송신기인 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 바람직하게는 오디오 정보로 인코딩된 데이터 특히 이진 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 바람직하게는 데이터 전송 장치의 구성 부분(integral part)이다.
상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 캐비티(cavity)를 적어도 부분적으로 한정하는 적어도 하나의 캐비티 벽을 갖는 지지체를 포함한다. 더욱이, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서는 상기 지지체에 고정적으로 연결된 베이스 섹션 및 상기 캐비티 벽 너머로 돌출하는 가요성 편향 섹션을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소를 포함한다. 상기 "캔틸레버 암 요소"라는 용어는 고정적으로 클램핑된 단부와 자유롭게 진동하는 단부를 갖는 빔 형상 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 편향 섹션은 상기 캐비티 벽을 향하는 베이스 단부와 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축 방향으로 상기 지지체에 대해 편향될 수 있는 자유 단부를 갖는다. 상기 편향 섹션의 베이스 단부가 사운드 트랜스듀서 평면도에서 만곡된 제1 윤곽을 갖는 것이 제공된다.
상기 만곡된 제1 윤곽은 하중이 상기 편향 섹션, 특히 상기 베이스 단부 영역에서 고르게 분포된다는 효과를 가진다. 이는 국부적 부하 피크로 인한 상기 캔틸레버 암 요소의 손상을 방지할 수 있다. 상기 캔틸레버 암 요소의 횡방향으로 하중이 고르게 분포되기 때문에, 상기 캔틸레버 암 요소도 전체적으로 더 높은 힘을 흡수할 수 있다. 결과적으로 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 성능은 만곡된(curved) 제1 윤곽에 의해 증가될 수도 있다. 또한 상기 만곡된 제1 윤곽은 상기 캔틸레버 암 요소의 중심과 모서리 영역 사이의 구조적 차이를 줄이고, 이는 결국 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 보다 안정적인 작동을 보장한다. 상기 만곡된 제1 윤곽의 또 다른 이점은 상기 캔틸레버 아암 요소, 특히 그 자유 단부가 상기 왕복 축을 따라 훨씬 더 깨끗한(clean) 왕복 운동을 수행한다는 점이다. 유리하게는, 이것은 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서에 대한 제조 허용오차를 증가시킬 수 있게 한다. 따라서, 예를 들어, 상기 지지체에 대한 및/또는 다른 캔틸레버 암 요소에 대한 상기 캔틸레버 암 요소의 더 높은 정렬 오류가 허용 가능하다. 제조 정확도에 대한 요구 사항 감소로 인해, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 제조 비용이 감소할 수 있다.
전술한 특징(사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 편향 섹션의 베이스 단부가 곡선형 제1 윤곽을 갖는다는 것)에 추가로 또는 대안적으로 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 편향 섹션의 자유 단부가 두 개의 코너(corners)를 갖는 것이 제공되고, 이들은 바람직하게는 상기 자유 단부의 횡방향으로 서로 이격되어 있다. 더욱이, 상기 자유 단부의 2개의 코너가 상기 캔틸레버 아암 요소, 특히 상기 자유 단부의 횡방향으로 단부 측면을 통해 서로 연결될 때 유리하다. 유리하게는, 결과적으로 상기 자유 단부 영역에서 상기 캔틸레버 아암 요소의 성능이 개선될 수 있다.
상기 캐비티 벽이, 특히 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 편향 섹션의 영역에 및/또는 상기 편향 섹션에 인접하여 상기 편향 섹션의 제1 윤곽에 대응하는 만곡된 제2 윤곽을 가질 때 유리하다. 바람직하게는, 상기 캐비티 벽의 만곡된 제2 윤곽은 상기 편향 섹션의 제1 윤곽의 만곡된 형상을 정의(define)한다.
또한 상기 제1 윤곽이 양의 형상(positive shape)을 형성하고 상기 제2 윤곽(negative shape)이 대응하는 음의 형상을 형성하는 경우에도 유리하다.
상기 제1 윤곽이 볼록하고 상기 제2 윤곽이 오목하게 만곡된 경우에도 유리하다. 이것은 상기 캔틸레버 암 요소의 편향 섹션에서 매우 우수한 하중 분포를 보장한다. 더욱이, 상기 캐비티의 체적은 상기 제2 윤곽의 오목한 곡률에 의해 증가될 수 있다.
본 발명의 유리한 개선된 실시예에서, 상기 만곡된 제1 윤곽이 곡선으로서, 특히 가변 기울기를 갖는 곡선으로서 및/또는 다각형 라인으로서 형성되는 것이 유리하다. 상기 "곡선"이라는 용어는 매끄럽고(smooth), 즉 꼬임이 없고 계단이 없는 곡선형 윤곽으로 이해되어야 한다. 상기 "다각형 라인"이라는 용어는 직선 연결 라인에 의해 서로 연결된 복수의 포인트(point)에 의해 형성된 윤곽으로 이해되어야 한다. 상기 직선 연결 라인은 각각의 인접한 연결 라인에 대한 각도를 가지므로 "성긴 격자(coarser grid)"에서 제1 곡선 윤곽의 이상적인 곡선을 따른다. 상기 다각형 라인은 또한 계단식 및/또는 이산 곡선으로 설계될 수 있다.
또한 적어도 상기 편향 섹션이 전체 길이에 걸쳐 가요성 및/또는 탄성일 때 유리하다. 그 결과, 상기 지지체가 없는 상기 편향 섹션의 전체 길이에 걸쳐 상기 캔틸레버 암 요소의 균일한 굽힘이 발생한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 적어도 상기 편향 섹션이 특히 사다리꼴 또는 삼각형 형상으로, 상기 베이스 단부로부터 상기 자유 단부 방향으로 테이퍼질 때 유리하다.
사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 자유 단부가 직사각형 팁으로 형성되는 경우에도 유리하고, 상기 직사각형 팁의 측면은 바람직하게는 직선 또는 곡선형이다. 상기 "직사각형 팁"이라는 용어는 직사각형 형상을 갖는 상기 자유 단부의 팁을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 자유 단부의 2개의 코너와 단부 측면은 상기 직사각형의 자유 측면을 형성한다. 유리하게는, 2개의 코너를 갖는 자유 단부가 구조적으로 간단한 방식으로 형성될 수 있다.
상기 캔틸레버 암 요소가 특히 왕복 축 방향으로 다층 설계를 갖고 적어도 하나의, 특히 가요성 지지층 및 하나의, 특히 가요성 및/또는 압전의 변환기 층을 포함할 때 유리하다. 또한, 상기 캔틸레버 암 요소가 적어도 하나의 전극층을 가질 때 유리하다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 압전층은 단면도에서 2개의 전극층 사이에 끼워진다. 상기 지지층이 상기 베이스 섹션과 상기 편향 섹션을 가로질러, 특히 완전히 상기 캔틸레버 암 요소의 길이 방향으로 연장될 때 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 변환기 층이 상기 캔틸레버 암 요소의 길이 방향으로, 특히 부분적으로만 상기 베이스 섹션 및/또는 상기 편향 섹션을 가로질러 및/또는 내로 연장되는 경우 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 변환기 층이 상기 캔틸레버 암 요소의 길이 방향으로 상기 편향 섹션으로부터 상기 베이스 섹션으로 연장될 때 유리하다. 그 결과 강한 왕복력(reciprocation forces)이 생성될 수 있다. 그러나 이는 상기 캐비티 벽 영역의 상기 변환기 층에 응력(stresses)이 발생하여 상기 변환기 층의 파괴로 이어질 수 있는 문제가 있다. 그러나 이러한 응력은 결국 상기 만곡된 제1 윤곽에 의해 감소될 수 있다.
상기 변환기 층이 액추에이터 층 및/또는 센서 층으로 설계된 경우에도 유리하다. 액추에이터 층으로서 상기 변환기 층은 적용된 전압으로 인해 상기 캔틸레버 암 요소의 편향 섹션을 능동적으로 편향시키는 데 사용된다. 센서 층으로서, 상기 변환기 층은 상기 캔틸레버 암 요소의 편향 섹션의 편향을 전압으로 변환하는 데 사용된다.
또한 상기 편향 섹션, 특히 상기 지지층 및/또는 상기 변환기 층이 사운드 트랜스듀서 평면도에서 삼각형 형상을 가질 때 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 편향 섹션, 특히 상기 지지층 및/또는 상기 변환기 층이 각각의 경우에 상기 자유 단부 방향으로, 바람직하게는 직선 방향으로 서로를 향해 수렴하는 2개의 종방향 측면을 갖는 것이 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 편향 섹션, 특히 상기 지지층 및/또는 상기 변환기 층이 각각의 경우에 상기 자유 단부로부터 멀어지는 쪽을 향하는 단부에서 횡방향 측면을 갖는 것이 유리하다. 바람직하게는, 상기 횡방향 측면은 상기 캔틸레버 암 요소의 횡방향으로 연장하고 및/또는 2개의 종방향 측면을 서로 연결한다. 상기 횡방향 측면과 상기 각각의 종방향 측면 사이의 결과 모서리는 둥글게 될 수 있다.
사운드 트랜스듀서 평면도에서, 상기 변환기 층이 상기 지지층보다 더 작을 때, 특히 면적 면에서 더 작을 때, 특히 횡방향으로 더 좁고/하거나 종방향으로 더 짧을 때 유리하다.
더욱이, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 변환기 층의 종방향 측면이 상기 지지층의 종방향 측면으로부터 이격되는 경우 유리하고, 여기서 이 간격은 바람직하게 전체 길이에 걸쳐 일정하다. 이러한 방식으로, 상기 변환기 층의 재료가 절약될 수 있고, 이에 의해 상기 캔틸레버 암 요소의 제조 비용이 감소될 수 있다.
상기 변환기 층의 적어도 하나의 종방향 측면이 상기 지지층의 대응하는 종방향 측면과 평행할 때 또한 유리하다.
상기 제1 윤곽 및/또는 제2 윤곽이 적어도 부분적으로 원 세그먼트로 형성되는 경우에도 유리하다.
또한, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 캔틸레버 암 요소의 제1 윤곽 및/또는 캐비티 벽의 제2 윤곽이 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 곡률 섹션을 가질 때 유리하다. 이와 관련하여, 바람직하게는 상기 캔틸레버 암 요소의 제1 윤곽 및/또는 상기 캐비티 벽의 제2 윤곽이 제1 곡률을 갖는 제1 곡률 섹션 및/또는 제2 곡률을 갖는 적어도 하나의 제2 곡률 섹션을 가질 때 더 유리하다.
상기 제1 및/또는 제2 곡률이 원 세그먼트로 형성되는 경우에도 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제1 곡률이 상기 제2 곡률에 비해 더 큰 반경을 가질 때 유리하다.
사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 제1 곡률의 제1 원 중심이 상기 캔틸레버 암 요소의 종방향 중심축에 놓이고/있거나 상기 자유 단부보다 상기 베이스 단부로부터 더 멀리 떨어져 있을 때 유리하다. 또한, 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 제2 곡률의 제2 원 중심이 상기 캔틸레버 암 요소의 종횡축 상에 및/또는 상기 베이스 단부와 상기 자유 단부 사이에 놓일 때 유리하다.
상기 제1 곡률 섹션이 사운드 트랜스듀서 평면도에서 2개의 제2 곡률 섹션 사이에 및/또는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 횡방향으로 배치되는 경우에도 유리하다.
상기 MEMS 사운드 트랜스듀서가 복수의, 특히 4개의 캔틸레버 암 요소를 가질 때 유리하고, 이들은 바람직하게는 그들의 자유 단부가 사운드 트랜스듀서 평면도에서 캐비티 및/또는 MEMS 사운드 트랜스듀서의 센터에 배치되는 방식으로 서로에 대해 배치된다.
2개의 인접한 캔틸레버 암 요소의 2개의 제2 곡률 섹션이 공통의 원 세그먼트를 형성하도록 동일한 제2 곡률을 갖는 경우에도 유리하다.
2개의 인접한 캔틸레버 암 요소가 분리 슬롯에 의해 서로 분리되는 경우에 유리하고, 여기서 상기 분리 슬롯은 바람직하게는 캔틸레버 암 상부 측으로부터 캔틸레버 암 하부 측까지 완전히 관통하여 연장된다.
상기 분리 슬롯이 2개의 캔틸레버 암 요소의 자유 단부로부터 사운드 트랜스듀서 평면도에서 캐비티 벽 방향으로 연장되는 경우에도 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 캐비티 벽을 향하는 분리 슬롯의 슬롯 단부가 상기 캐비티 벽으로부터 이격되어, 이 영역에서 2개의 인접한 캔틸레버 암 요소의 지지층이 연결되고 및/또는 한 조각의 재료로 만들어지는 것이 유리하다.
상기 분리 슬롯의 슬롯 단부에 슬롯의 횡방향으로 연장 및/또는 만곡된 릴리프 슬롯이 있는 경우에도 유리하다. 이렇게 하면 슬롯 끝이 찢어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 센터에서 복수의 분리 슬롯이 상기 캔틸레버 암 요소의 자유 단부를 서로 분리하는 H자형 분리 슬롯 영역을 형성하는 경우에도 유리하다.
본 발명의 추가 이점은 다음의 예시적인 실시예에서 설명된다.
도 1 내지 도 4는 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)를 도시한다. 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 가청 파장 스펙트럼에서 음파를 생성 및/또는 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 트위터(tweeter)로 설계되거나 오디오 시스템에 제공되는 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 초음파 센서 및/또는 초음파 송신기인 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 바람직하게는 오디오 정보로 인코딩된 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 바람직하게는 데이터 전송 장치의 필수 구성요소이다.
도 1, 2 및 3에 따르면, 상기 MEMS 트랜스듀서(1)는 지지체(2)를 포함한다. 상기 지지체(2)는 실리콘 기판일 수 있다. 대안적으로, 상기 지지체(2)는 또한 PCB 회로 기판일 수 있다. 또한, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 캐비티(3)를 포함하는데, 이는 바람직하게는 전방 측에서 음압을 생성 및/또는 검출할 수 있는 음향 요소의 후방 측 상에 형성된 음향 캐비티이다.
상기 지지체(2)는 상기 캐비티(3)를 적어도 부분적으로 한정하는 적어도 하나의 캐비티 벽(4)을 갖는다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 지지체(2)는 복수의, 특히 4개의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)을 포함한다. 이들 중 2개는 서로 반대 방향으로 대향 배치됩니다. 따라서 상기 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)은 특히 원주 방향으로 사각형 및/또는 폐쇄된 프레임을 형성한다. 음압을 생성 및/또는 검출하기 위해, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 적어도 하나의 음향 요소를 포함하며, 이 음향 요소는 본 발명에서 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)로 설계된다.
도 2는 종축 방향으로 베이스 섹션(9) 및 편향(deflection) 섹션(10)을 포함하는 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 통한 종단면을 도시한다. 상기 베이스 섹션(9)에서 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 지지체(2)에 단단히 연결된다. 결과적으로, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 일측, 즉 베이스 섹션(9)에서 상기 지지체(2)에 고정 클램핑되고, 따라서 상기 지지체(2)에 대해 이 섹션에서 이동할 수 없다. 대조적으로, 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4) 너머로 돌출되거나 상기 캐비티 벽(4) 위로 돌출된다. 결과적으로, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 편향 섹션(10)에서 상기 지지체(2)에 의해 지지되지 않으므로 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 이 섹션에서 길이를 따라 구부러질 수 있다. 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종축 방향에서, 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 베이스 단부(11) 및 상기 캐비티 벽(4)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 자유 단부(12)를 포함한다. 상기 베이스 단부(11)는 상기 캐비티 벽(4)에 바로 인접하여 형성되므로 상기 캐비티 벽(4)에 대응하는 형상을 갖는다. 전체 편향 섹션(10) 및 특히 상기 자유 단부(12)는 완전히 독립형이며, 즉 어느 다른 요소에 연결되지 않는다.
상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 편향 섹션(10)은 바람직하게는 전체 길이에 걸쳐 유연하도록 설계되어, 상기 편향 섹션(10) 또는 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7)의 자유 단부(12)가 편향 섹션(10)을 구부림으로써, 특히 상기 편향 섹션의 전체 길이를 가로질러 그것을 구부림으로써 왕복 축(H)의 방향으로 편향될 수 있다. 이것은 들어오는 음파로 인해 반응적으로 수행되거나 음파를 생성하기 위해 능동적으로 수행될 수 있다.
특히 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 다층 설계를 갖는다. 따라서, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 상기 왕복 축(H) 방향으로 층층이 놓인 복수의 층을 포함한다. 이들 층 중 하나는 지지층(13)이며, 이는 바람직하게는 실리콘 또는 폴리머와 같은 가요성(flexible) 재료로 형성된다. 이 경우에, 상기 지지층(13)은 적어도 하나의 추가 층에 대한 하중 지지 기능을 가진다. 따라서, 상기 지지층(13)에 추가하여, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 적어도 하나의 변환기 층(14)을 더 포함한다. 이 변환기 층(14)으로, 음파가 검출 및/또는 생성될 수 있다. 이것은 운동 에너지(kinetic energy)를 전기로 및/또는 전기를 운동 에너지로 변환하여 수행된다. 편향될 수 있도록, 상기 변환기 층(14)은 또한 특히 그 전체 길이에 걸쳐 가요성으로 설계된다. 상기 변환기 층(14)은 바람직하게는 압전 층이다. 따라서, 음파를 생성하기 위해, 상기 변환기 층(14)은 액추에이터 층, 특히 압전 액추에이터 층으로서 설계될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 변환기 층(14)은 음파를 검출하기 위한 센서 층, 특히 압전 센서 층으로서 설계될 수 있다. 추가적인 전자 층들이 상기 변환기 층(14)에 인접하게 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8) 중 하나를 통한 종단면에 따르면, 상기 지지층(13)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 전체 길이를 가로질러 연장된다. 대조적으로, 상기 변환기 층(14)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 길이 방향으로 상기 지지층(13)보다 짧다. 따라서, 상기 캐비티 벽(4)으로부터 멀리 대면하는 변환기 층(14)의 제1 단부(15)는 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6)의 길이 방향으로 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)로부터 이격된다. 상기 변환기 층(14)의 반대쪽 제2 단부(16)는 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8) 또는 상기 지지층(13)의 외측 단부(17)로부터 이격된다. 상기 변환기 층(14)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 베이스 섹션(9)과 편향 섹션(10) 모두에 위치된다. 따라서 상기 베이스 섹션(9)에 위치된 상기 변환기 층(14)의 부분은 구부러지지 않도록 상기 지지체(2)에 견고하게 고정된다. 상기 편향 섹션(10)에 위치한 상기 변환기 층(14)의 일부는 상기 캐비티 벽(4) 너머로 돌출한다. 그 결과, 상기 편향 섹션(10)이 편향될 때, 상기 편향 섹션(10)은 왕복 축(H) 방향으로 그 길이, 특히 전체 길이에 걸쳐 구부러진다.
도 1에 도시된 평면도 및 도 3에 도시된 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 캐비티 측 저면도에서, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)가 상기 자유 단부(12) 방향으로 테이퍼(taper)지는 것이 명백하다. 따라서, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 상기 자유 단부(12)의 영역에서보다 상기 베이스 섹션(9)의 영역에서 더 넓다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 삼각형 형상으로 테이퍼진다. 따라서 상기 자유 단부(12)는 상기 왕복 축(H) 방향으로 자유롭게 진동하는 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 팁(tip)을 형성한다.
상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 2개의 종방향 측면(longitudinal sides)(18, 19)을 갖는다. 도 1에 따르면, 이들은 상기 자유 단부(12) 방향으로 서로를 향해 연장된다. 상기 2개의 종방향 측면(18, 19)은 직선이다. 상기 외측 단부(17)에서, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 바람직하게는 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 가장 넓은 지점을 형성하는 횡방향 측면(22)을 갖는다. 도 1에 도시된 평면도에 따르면, 상기 변환기 층(14)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종방향 측면(18, 19)에 대응하는 종방향 측면(20, 21)을 갖는다. 그러나, 상기 변환기 층(14)은 상기 지지층(13)보다 더 좁기 때문에 상기 변환기 층(14)의 종방향 측면(20, 21)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종방향 측면(18, 19)으로부터 이격된다. 바람직하게는, 상기 변환기 층(14)의 종방향 측면(20, 21)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종방향 측면(18, 19)에 평행하게 형성된다. 또한, 상기 변환기 층(14)은 또한 변환기 층(14)의 제2 단부(16)에 형성되고 및/또는 제2 단부(16)를 형성하는 횡방향 측면(23)을 갖는다. 상기 변환기 층(14)의 횡방향 측면(23)은 도 1에 도시된 평면도에 따라 볼록하게 만곡되어 있다. 또한, 상기 변환기 층(14)은 횡방향 측면(23)과 각각의 종방향 측면(20, 21) 사이의 바람직하게는 둥근(rounded) 모서리(24)를 갖는다.
도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 전술한 바와 같이 형성된 복수의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 포함한다. 또한, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 특히 도 3에서 볼 수 있는 복수의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)을 포함한다. 바람직하게는, 이러한 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d) 각각은 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)와 연관되어 있다. 상기 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)은 상기 캐비티(3)를 측방향으로 한정하고/하거나 원주 방향으로 폐쇄되는 프레임(25)을 형성한다. 상기 프레임(25)은 적어도 일단이 상기 왕복 축(H) 방향으로 개방되어 프레임 개구부(26)가 형성된다. 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 이 프레임 개구부(26)의 영역에서 왕복 축(H) 방향으로 배치되고 및/또는 이를 적어도 부분적으로 폐쇄한다.
본 실시예에서, 상기 MEMS 트랜스듀서(1)는 4개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8) 및/또는 4개의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)을 포함한다. 상기 4개의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)은 사각형, 특히 정사각형 프레임(25)을 형성한다. 2개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 서로 대향하여 배치된다. 그 결과, 그들의 베이스 단부(11)는 상기 프레임(25)의 2개의 대향하는 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)에 위치된다.
특히 도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 편향 섹션(10)의 베이스 단부(11)는 만곡된(curved) 제1 윤곽(27)을 갖는다. 이 제1 윤곽(27)은 바로 인접한 및/또는 대응하는 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)에 의해 정의된다. 따라서, 도 1 및 3에 도시된 사운드 트랜스듀서 평면도에 따른 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)은 특히 적어도 상기 왕복 축(H) 방향으로 상기 편향 섹션(10)에 인접한 영역에서, 상기 편향 섹션(10)의 제1 윤곽(27)에 대응하는 만곡된 제2 윤곽(28)을 갖는다. 그 결과, 상기 베이스 단부(11)의 제1 윤곽(27)은 양의 형상(positive shape)을 형성하고 상기 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)의 제2 윤곽(28)은 대응하는 음의 형상(negative shape)을 형성한다. 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 베이스 단부(11)의 제1 윤곽(27)은 도 1 및 3에 따라 볼록하게 만곡되어 있다. 상기 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)의 제2 윤곽(28)은 오목하게 만곡되어 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 상기 만곡된 제1 윤곽(27) 및 상기 만곡된 제2 윤곽(28)은 특히 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 곡선으로서 설계된다. 곡선이 매끄럽거나 계단이 없도록 가변 기울기가 있다. 대안적으로, 상기 만곡된 제1 윤곽(27) 및 상기 만곡된 제2 윤곽(28)은 또한 다각형 라인으로서 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 윤곽(27)의 곡률 및 제2 윤곽(28)의 곡률은 직선 연결 섹션을 통해 서로 연결된 복수의 점으로부터 형성될 것이다. 상기 다각형 라인은 계단식 및/또는 이산 곡선으로 설계될 수도 있다.
특히 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 제1 윤곽(27) 및 대응하는 제2 윤곽(28)은 적어도 하나의 원(34, 38)의 일부로서 또는 적어도 하나의 원 세그먼트(33, 37)로서 적어도 부분적으로 형성된다. 도 3에 도시된 사운드 트랜스듀서 평면도에서, 상기 제1 윤곽(27) 및 대응하는 제2 윤곽(28)은 서로 다른 곡률(30, 32)을 갖는 복수의 곡률 섹션(29, 31)을 갖는다. 따라서, 상기 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 제2 윤곽(28)은 제1 곡률(30)을 갖는 제1 곡률 섹션(29)을 갖는다. 상기 제1 곡률(30)은 제1 원 중심(35)을 갖는 제1 원(34)의 제1 원 세그먼트(33)로서 형성된다. 상기 제1 원 중심(35)은 대응하는 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종방향 중심축(36)에 놓여 있다. 또한, 상기 제1 원 중심(35)은 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 자유 단부(12)보다 상기 편향 섹션(10)의 베이스 단부(11)으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 상기 제1 곡률 섹션(29)은 상기 변환기 층(14)의 전체 폭에 걸쳐 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 횡방향으로 연장된다.
상기 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)이 평면도에서 직선이면, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)에서 국부적 하중 피크(local load peaks)가 발생하여 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8), 특히 변환기 층(14)의 파괴로 이어질 수 있다. 이러한 국부적 하중 피크는 특히 베이스 단부(11)의 영역, 특히 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종방향 중심축(36)의 영역에서 발생한다. 상기 만곡된 제1 윤곽(27) 및/또는 제2 윤곽(28)은 상기 편향 섹션(10), 즉 특히 베이스 단부(11)의 영역에서 하중이 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 횡방향으로 균일하게 분포되게 한다. 이는 과부하로 인한 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 손상을 방지할 수 있습니다. 횡방향으로 하중이 고르게 분산되기 때문에, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)도 전체적으로 더 높은 힘을 흡수할 수 있다. 결과적으로, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 성능은 상기 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 제2 윤곽(28)에 의해 또한 증가될 수 있다. 또한, 상기 만곡된 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 제2 윤곽(28)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 중심과 그 모서리 영역 사이의 구조적 차이를 감소시키고, 그 결과 상기 변환기 층(14)으로 형성된 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 영역과 상기 지지체(2)와의 결합이 개선되고, 이는 결국 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 보다 안정적인 작동을 보장한다. 상기 만곡된 제1 윤곽(27) 및/또는 제2 윤곽(28)의 추가 이점은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8), 특히 그 자유 단부(12)가 상기 왕복 축(H)을 따라 훨씬 더 깨끗한(clean) 왕복 운동을 수행한다는 점이다. 유리하게는, 이것은 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)에 대한 제조 허용오차를 증가시킬 수 있고, 이는 결국 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 지지체(2) 및/또는 다른 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)에 대한 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 더 높은 정렬 오류는 상기 만곡된 제1 윤곽(27) 및/또는 제2 윤곽(28)으로 인해 허용될 수 있다.
상기 제1 곡률 섹션(29)에 추가하여, 도 3에 따른 상기 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 제2 윤곽(28)은 제2 곡률(32)을 갖는 적어도 제2 곡률 섹션(31)을 포함한다. 상기 제2 곡률(32)은 상기 제1 곡률(30)보다 더 만곡된다. 상기 제2 곡률(32)은 제2 원 중심(39)을 갖는 제2 원(38)의 제2 원 세그먼트(37)로서 형성된다. 상기 제2 원 중심(39)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 종횡축(longitudinal lateral axis)(40)에 놓여 있다. 상기 종횡축(40)은 원주 방향으로 서로 인접한 두 개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8) 사이에 배치된다. 상기 제2 원 중심(39)은 상기 편향 섹션(10)의 베이스 단부(11)와 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 자유 단부(12) 사이에 위치된다. 그 결과, 상기 제2 원 중심(39)은 상기 제1 원 중심(35)에 비해 상기 베이스 단부(11)에 더 가깝게 위치된다. 따라서, 상기 제2 원 세그먼트(37)는 상기 제1 원 세그먼트(33)에 비해 더 작은 반경을 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 제2 윤곽(28)은 2개의 제2 곡률 섹션(31)을 포함하고, 여기서 제1 곡률 섹션(29)은 이들 2개의 제2 곡률 섹션(31) 사이에 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 횡방향으로 배치된다.
상기 대응하는 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)의 제2 윤곽(28)은 제1 윤곽(27)에 대응하는 이전 설명에 따라 형성된다. 결과적으로, 상기 제2 윤곽(28)은 또한 제1 곡률 섹션(29) 및 2개의 측방향으로 인접한 제2 곡률 섹션(31)을 갖는다. 여기서, 상기 제1 곡률 섹션(29)은 실질적으로 상기 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d) 중 하나를 형성한다. 전술한 바와 같이, 상기 지지체(2)는 이러한 복수의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d), 즉 본 예시적인 실시예에 따라 4개를 포함한다. 각각의 캐비티 코너(41)는 2개의 원주방향으로 인접한 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d) 사이에 형성된다. 본 예시적인 실시예에 따르면, 상기 지지체(2)의 이러한 캐비티 코너(41)는 라운딩된다. 그 결과, 2개의 인접한 제1 곡률 섹션(29)은 둥근 캐비티 코너(41)를 통해 서로 매끄럽게(smoothly) 합쳐진다. 각각의 캐비티 코너(41)의 라운딩은 관련된 제2 곡률 섹션(31)에 의해 형성된다. 결과적으로, 평면도에서 상기 캐비티 코너(41)의 라운딩은 상기 제2 곡률(32)에 대응한다. 도 3에 따르면, 상기 지지체(2)의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)은 평면도에서 만곡되고 특히 오목하다. 또한, 인접한 2개의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d) 사이에 형성된 상기 캐비티 코너(41)는 라운딩된다.
도 1 및 3에 따르면, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 센터(42) 방향으로 상기 지지체(2)의 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)으로부터 연장된다. 따라서 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)는 상기 센터(42)의 영역에 위치된다. 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 각각의 인접한 2개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8) 사이에 형성되고, 이는 2개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 적어도 하나의 영역에서 서로 분리시킨다. 여기서 상기 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 모든 층을 통해, 즉 캔틸레버 암 상부 측에서 캔틸레버 암 하부 측으로 완전히 연장된다. 도 1 및 3에 따르면, 각각의 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 지지체(2)의 각각의 대응하는 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)의 방향으로 2개의 인접한 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)로부터 연장된다. 결과적으로, 상기 캔틸레버 아암 요소(5, 6, 7, 8)는 자유 단부(12)의 영역에서 완전히 자유롭게 및/또는 이격된다. 상기 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 각각의 대응하는 종횡축(40)을 따라 연장된다.
상기 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d) 각각은 대응하는 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)을 향하는 슬롯 단부(44)를 갖는다. 상기 슬롯 단부(44)는 대응하는 캐비티 벽(4a, 4b, 4c, 4d)로부터 특히 종횡축(40) 방향으로 이격된다. 그 결과, 두 개의 인접한 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 지지층(13)은 이 슬롯 없는 영역에서 서로 연결되고 한 조각의 재료로 형성된다. 유리하게는, 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 편향 섹션(10)의 영역에 원주방향으로 폐쇄된 지지층 모서리(45)가 형성된다. 이것은 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 안정성과 견고성을 향상시킨다.
상기 슬롯 단부(44) 영역에서 찢어지는 것을 방지하기 위해, 상기 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 그들의 슬롯 단부(44)에 릴리프 슬롯(46)을 갖는다. 이러한 릴리프 슬롯(46)은 슬롯의 횡방향으로 연장되고 바람직하게는 만곡된다.
도 4는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 센터(42)의 상세도를 보여주며, 여기서 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)가 그들 사이에 배치된 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)에 의해 서로 완전히 분리되어 있음을 명확하게 볼 수 있다. 또한, 이들은 위쪽 또는 아래쪽에 있는 추가 구성 요소에도 연결되지 않는다. 결과적으로 이들은 완전히 노출된 자유 단부(12)이다. 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8) 사이, 특히 그들의 자유 단부(12) 사이의 가능한 가장 좁은 공극을 보장할 수 있도록, 상기 자유 단부(12)는 도시된 사운드 트랜스듀서 평면도에서 2개의 코너(47, 48)를 갖는다. 상기 2개의 코너(47, 48)는 단부 측면(49)을 통해 서로 연결된다. 따라서 상기 단부 측면(49)은 상기 자유 단부(12)의 전면을 형성한다. 바람직하게는, 상기 단부 측면(49)은 직선형이다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 2개의 코너(47, 48)와 단부 측면(49)은 직사각형의 일체형 부분이므로, 상기 자유 단부(12)는 직사각형 팁(50a, 50b, 50c, 50d)으로 형성된다. 가능한 한 가장 좁은 공극을 보장할 수 있도록, 2개의 상호 대향하는 캔틸레버 암 요소(5, 7)의 2개의 직사각형 팁(50a, 50c)을 포함하는 제1 쌍 직사각형 팁의 직사각형 팁들(50a, 50c)은 제2 쌍 직사각형 팁의 직사각형 팁들(50b, 50d)보다 좁다. 바람직하게는, 상기 제1 쌍 직사각형 팁은 평면도 또는 저면도에서 상기 제2 쌍 직사각형 팁에 대해 90°만큼 오프셋(offset)된다. 또한, 상기 제1 쌍 직사각형 팁의 더 좁은 직사각형 팁(50a, 50c)은 상기 제2 쌍 직사각형 팁의 직사각형 팁(50b, 50d)의 2개의 단부 측면(49) 사이에 배치된다. 상기 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 상기 자유 단부(12)의 영역에서 서로 연결되어 공통의 접촉 분리 슬롯을 형성한다. 따라서, 상기 직사각형 팁(50a, 50b, 50c, 50d)과 함께, 상기 분리 슬롯(43a, 43b, 43c, 43d)은 센터(42)에서 H-형상 분리 슬롯 영역을 형성한다.
본 발명은 예시되고 설명된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 특허 청구항들의 범위 내에서 수정은 비록 이들이 상이한 예시적인 실시예에서 도시되고 설명되더라도 특징들의 조합으로서 가능하다.
1 : 멤스(MEMS) 사운드 트랜스듀서 2 : 지지체(support)
3 : 캐비티 4 : 캐비티 벽
5 : 제1 캔틸레버 암 요소 6 : 제2 캔틸레버 암 요소
7 : 제3 캔틸레버 암 요소 8 : 제4 캔틸레버 암 요소
9 : 베이스 섹션 10 : 편향(deflection) 섹션
11 : 베이스 단부 12 : 자유 단부
13 : 지지층 14 : 변환기 층
15 : 변환기 층의 제1 단부 16 : 변환기 층의 제2 단부
17 : 외측 단부
18 : 캔틸레버 암 요소의 제1 종방향 측면
19 : 캔틸레버 암 요소의 제2 종방향 측면
20 : 변환기 층의 제1 종방향 측면 21 : 변환기 층의 제2 종방향 측면
22 : 캔틸레버 암 요소의 횡방향 측면 23 : 변환기 층의 횡방향 측면
24 : 변환기 층의 모서리 25 : 프레임
26 : 프레임 개구부 27 : 제1 윤곽(contour)
28 : 제2 윤곽(contour) 29 : 제1 곡률 섹션
30 : 제1 곡률 31 : 제2 곡률 섹션
32 : 제2 곡률 33 : 제1 원 세그먼트
34 : 제1 원 35 : 제1 원 중심
36 : 종방향 중심축 37 : 제2 원 세그먼트
38 : 제2 원 39 : 제2 원 중심
40 : 종횡축 41 : 캐비티 코너
42 : 센터 43 : 분리 슬롯
44 : 슬롯 단부 45 : 지지층 가장자리
46 : 릴리프(relief) 슬롯 47 : 자유 단부의 제1 코너
48 : 자유 단부의 제2 코너 49 : 단부 측면
50 : 직사각형 팁 H : 왕복 축

Claims (15)

  1. 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)에 있어서,
    MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 캐비티(3)를 적어도 부분적으로 한정하는 캐비티 벽(4)을 갖는 지지체(2), 및 상기 지지체(2)에 고정 연결된 베이스 섹션(9)과 상기 캐비티 벽(4)을 너머로 돌출된 가요성 편향 섹션(10)을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 포함하고,
    여기서 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 베이스 단부(11) 및 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축(H) 방향으로 상기 지지체(2)에 대해 편향될 수 있는 자유 단부(12)를 구비하며, 상기 편향 섹션(10)의 베이스 단부(11)는 사운드 트랜스듀서 평면도에서 만곡된 제1 윤곽(27)을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐비티 벽(4)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서, 상기 편향 섹션(10)의 영역에 및/또는 상기 편향 섹션(10)에 인접하여, 상기 편향 섹션(10)의 제1 윤곽(27)에 대응하는 만곡된 제2 윤곽(28)을 갖고, 여기서 상기 제1 윤곽(27)은 볼록하게 만곡되고 상기 제2 윤곽(28)은 오목하게 만곡되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 다층 설계를 갖고 적어도 하나의 지지층(13) 및 하나의 압전의 변환기 층(14)을 포함하고,
    상기 지지층(13)은 상기 베이스 섹션(9)과 상기 편향 섹션(10)을 가로질러, 완전히 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 길이 방향으로 연장하고/하거나,
    상기 변환기 층(14)은 상기 베이스 섹션(9) 및/또는 상기 편향 섹션(10)을 가로질러 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 길이 방향으로, 부분적으로만 연장되고/되거나 상기 편향 섹션(10)으로부터 상기 베이스 섹션(9)으로 연장되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  4. 청구항1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 섹션(10), 특히 상기 지지층(13) 및/또는 변환기 층(14)은 각각의 경우에 상기 자유 단부(12) 방향으로 서로를 향해 수렴하는 2개의 종방향 측면(18, 19; 20, 21), 및 하나의 횡방향 측면(22, 23)을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환기 층(14)의 종방향 측면(20, 21)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 지지층(13)의 종방향 측면(18, 19)로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 제1 윤곽(27) 및/또는 상기 캐비티 벽(4)의 제2 윤곽(28)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 서로 다른 곡률(30, 32)을 갖는 복수의 곡률 섹션(29, 31)을 갖고, 상기 제1 윤곽(27) 및/또는 제2 윤곽(28)은 제1 곡률(30)을 갖는 제1 곡률 섹션(29) 및/또는 제2 곡률(32)을 갖는 적어도 하나의 제2 곡률 섹션(31)을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 곡률(30, 32)은 원형 세그먼트(33, 37)로서 형성되고/되거나 상기 제1 곡률(30)은 상기 제2 곡률(32)에 비해 더 큰 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 제1 곡률(30)의 제1 원 중심(35)은 상기 캔틸레버 암 요소의 종방향 중심축(36)에 놓이고/있거나 상기 자유 단부(12)보다 상기 베이스 단부(11)로부터 더 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 제2 곡률(32)의 제2 원 중심(39)은 상기 캔틸레버 암 요소의 종횡축(40)에 및/또는 상기 베이스 단부(11)와 상기 자유 단부(12) 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 곡률 섹션(29)은 사운드 트랜스듀서 평면도에서 및/또는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 횡방향으로 2개의 제2 곡률 섹션 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)는 복수의, 특히 4개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 갖고, 이들은 그들의 자유 단부(12)가 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 센터(42)에 배치되는 방식으로 서로에 대해 배치는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  12. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 인접한 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)는 분리 슬롯(43)에 의해 서로 분리되고, 여기서 상기 분리 슬롯(43)은 상기 2개의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)로부터 사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 캐비티 벽(4) 방향으로 연장되고, 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 분리 슬롯(43)의 슬롯 단부(44)는 상기 캐비티 벽(4)으로부터 이격되어, 이 영역에서 상기 2개의 인접한 캔틸레버 암 요소(5)의 지지층(13)이 연결되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 슬롯(43)은 그 슬롯 단부(44)에서 슬롯의 횡방향으로 연장 및/또는 만곡된 릴리프 슬롯(46)을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    사운드 트랜스듀서 평면도에서 상기 자유 단부(12)는 직사각형 팁(50)으로 형성되고/형성되거나 복수의 분리 슬롯(43)은 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 센터(42)에서 상기 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)의 자유 단부(12)를 분리하는 H자형 분리 슬롯 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(1)의 캐비티(3)를 적어도 부분적으로 한정하는 캐비티 벽(4)을 갖는 지지체(2), 및 상기 지지체(2)에 고정 연결된 베이스 섹션(9)과 상기 캐비티 벽(4)을 너머로 돌출된 가요성 편향 섹션(10)을 갖는 적어도 하나의 캔틸레버 암 요소(5, 6, 7, 8)를 포함하고,
    여기서 상기 편향 섹션(10)은 상기 캐비티 벽(4)을 향하는 베이스 단부(11) 및 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 왕복 축(H) 방향으로 상기 지지체(2)에 대해 편향될 수 있는 자유 단부(12)를 구비하며,
    상기 편향 섹션(10)의 자유 단부(12)는 사운드 트랜스듀서 평면도에서 2개의 코너(47, 48)를 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 트랜스듀서.
KR1020220154145A 2021-11-17 2022-11-17 캔틸레버 암 요소의 만곡된 윤곽을 구비한 ｍｅｍｓ 사운드 트랜스듀서 KR20230072448A (ko)

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