用于与流体的体积流相互作用的MEMS换能器及其制造方法与流程

文档序号:19904734发布日期:2020-02-11 14:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于与流体的体积流(12)相互作用的mems换能器,包括:

衬底(14),包括具有形成多个衬底平面的多个层(32a-32b,34a-34b,36)的层堆叠,并且在所述层堆叠内包括腔(16);

机电换能器(18;18a-18f),连接到所述腔(16)内的衬底(14),并且包括在所述多个衬底平面的至少一个移动平面内可变形的元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)在所述移动平面内的变形与所述流体的体积流(12)因果相关;

电子电路(17;17a-17b),布置在所述层堆叠的层(32a-32b)内,所述电子电路(17;17a-17b)连接到所述机电换能器(18;18a-18f),并且被配置为提供所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形与电信号之间的转换。

2.根据权利要求1所述的mems换能器,其中,所述电子电路(17;17a-17b)被配置为将电控制信号(in1)转换为所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的偏转,或将所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形转换为电输出信号(out2)。

3.根据权利要求2所述的mems换能器,其中,所述电子电路(17;17a-17b)包括以下中的至少一种:用于将所述控制信号(in1)的数字版本转换为所述控制信号(out1)的模拟版本的数模转换器、用于将所述电输出信号(in1)的模拟版本转换为所述电输出信号(out1)的数字版本的模数转换器、信号解码器、处理器、半导体存储器、用于近场通信的无线通信接口和移动无线电接口。

4.根据权利要求2或3所述的mems换能器,其中,所述电子电路(17;17a-17b)被配置为将所述电控制信号(in)转换为所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的偏转,并且包括开关放大器,所述开关放大器被配置为向所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)提供数字脉宽调制的控制信号。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)是第一可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述mems换能器至少包括第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述电子电路(17;17a-17b)被配置为将所述电控制信号(in)转换为所述第一可变形元件和所述第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的偏转或将所述第一可变形元件和所述第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形转换为所述电输出信号(out2)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)主动地形成且被配置为与所述体积流(12)相互作用;或连接到所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的板元件(62;62a-62c)被配置为刚性的并且与所述体积流(12)相互作用。

7.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,其中布置有所述电子电路(17;17a-17b)的所述层(32a-32b)沿与所述移动平面垂直的方向布置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,其中布置有所述电子电路(17;17a-17b)的所述层(32a-32b)电连接到所述mems换能器的外侧,或者是所述mems换能器的外侧,并且与引线组件接触。

9.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,其中布置有所述电子电路(17;17a-17b)的所述层(32a-32b)是第一盖层,所述电子电路(17;17a-17b)是第一电子电路(17a),并且其中,第二电子电路(17b)布置在所述衬底(14)的第二盖层中。

10.根据权利要求9所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)在变形期间,在至少一些时间布置在所述第一电子电路(17a)和所述第二电子电路(17b)之间。

11.根据权利要求9或10所述的mems换能器,其中,所述第二电子电路(17b)连接到所述机电换能器(18;18a-18f)或连接到所述第一电子电路(17a),并且被配置为提供与所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)有关的功能,以补充所述第一电子电路(17a)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述层堆叠包括调整层(27),所述调整层(27)在第一层主侧面(29a)处包括具有第一距离光栅(33a)的第一电子图案(31a),并且在相对定位的第二层主侧面(29b)处包括具有第二距离光栅(33b)的第二电子图案(31b),第一电子结构和第二电子结构在所述调整层中彼此连接。

13.根据权利要求12所述的mems换能器,其中,所述调整层(27)是所述堆叠的盖层,并且所述电子电路(17;17a-17b)至少部分地布置在所述调整层(27)中,或者所述调整层(27)仅是被电配置为调整层的所述堆叠的盖层。

14.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,其中布置有所述电子电路(17;17a-17b)的所述层(32a-32b)包括连接到所述电子电路(17;17a-17b)的功能元件(21),所述电子电路(17;17a-17b)被配置为控制或评估所述功能元件(21)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,其中布置有所述电子电路(17;17a-17b)的所述层(32a-32b)是第一盖层,所述电子电路(17;17a-17b)是第一电子电路(17a),并且其中,第二电子电路(17b)和功能元件(21)布置在所述衬底(14)的第二盖层中,所述第二电子电路(17b)连接到所述功能元件(21),且被配置为控制或评估所述功能元件(21)。

16.根据权利要求14或15所述的mems换能器,其中,所述功能元件(21)包括以下中的至少一种:传感器、致动器、无线通信接口、光源、存储器组件、处理器和导航接收器。

17.根据权利要求16所述的mems换能器,其中,所述功能元件(21)包括mems传感器和mems致动器中的至少一种。

18.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述电子电路(17;17a-17b)布置在所述衬底(14)的盖层中,并且其中,在所述盖层中另外布置有气体感测功能元件,所述盖层包括被配置为允许所述流体流(12)通过的开口(26a),所述气体感测功能元件被配置为与所述流体流(12)在感测上相互作用。

19.根据权利要求18所述的mems换能器,其中,所述开口被所述盖层中的所述气体感测功能元件(21)包围。

20.根据权利要求18所述的mems换能器,其中,所述气体感测功能元件(21)至少部分地伸入到所述开口(26a)中。

21.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,其中布置有所述电子电路(17;17a-17b)的所述层(32a-32b)是第一衬底层,并且其中,所述电子电路(17;17a-17b)至少部分地布置在相邻的第二衬底层中。

22.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述电子电路(17;17a-17b)沿与所述移动平面垂直的方向布置,并且当所述电子电路(17;17a-17b)的位置伸入到所述移动平面中时,所述电子电路(17;17a-17b)的所述位置对应于在变形期间所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)至少部分所处的位置。

23.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述机电换能器(18;18a-18f)被配置为响应于所述电子电路(17;17a-17b)的电控制(out,out1)引起所述腔(16)内的流体移动,和/或响应于所述腔(16)内的流体移动,作为结果地向所述电子电路(17;17a-17b)提供电信号(out2)。

24.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,包括:多个机电换能器(18;18a-18f);包括梁结构(30)的第一可变形元件和第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述第一可变形元件和第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)被配置为沿所述梁结构(30)的轴方向呈曲线形;在所述第一机电换能器(18b,18d)的梁结构(30)与所述第二机电换能器(18c,18e)的梁结构(30)之间布置有邻接所述衬底(14)的开口(26)的第一局部腔(42a,42b)。

25.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,包括:

多个机电换能器(18;18a-18f),所述机电换能器(18;18a-18f)连接到所述衬底(14),并且每个所述机电换能器(18;18a-18f)包括沿移动的横向方向(24)可变形的元件(22;22a-22f;30;40;150;160);

在第一机电换能器(18b,18d)和第二机电换能器(18c,18e)之间布置的第一局部腔(42a,42b),在所述第二机电换能器(18b,18d)和第三机电换能器(18a,18c)之间布置的第二局部腔(38a,38b)。

26.根据权利要求25所述的mems换能器,其中,所述第一机电换能器和所述第二机电换能器(18b,18d)被配置为以第一频率改变所述第一局部腔的体积,所述第一机电换能器(18b,18d)和所述第三机电换能器(18a,18c)被配置为以第二频率改变所述第二局部腔的体积。

27.根据权利要求25或26中任一项所述的mems换能器,其中,所述衬底(14)包括连接到所述腔(16)的多个局部腔的多个开口,每个局部腔的体积受沿移动的横向方向可变形的至少一个元件的偏转状态的影响,在第一时间间隔和第二时间间隔期间,局部腔的两个相邻的局部体积能够以互补的方式增加或减小。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的mems换能器,其中,所述第一机电换能器(18b,18d)、所述第二机电换能器(18c,18e)和所述第三机电换能器(18a,18c)的所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)各自包括梁致动器(30),每个所述梁致动器(30)均包括第一端和第二端,所述第一机电换能器(18b,18d)的所述梁致动器(30)在所述第一端处和所述第二端处连接到所述衬底(14),所述第二机电换能器(18c,18e)或所述第三机电换能器(18a,18c)的所述梁致动器在所述梁致动器的中心区域中连接到所述衬底(14)。

29.根据权利要求25至28中任一项所述的mems换能器,其中,所述衬底(14)包括连接到所述腔(16)的多个局部腔(42a-42b,38a-38c)的多个开口(26),每个局部腔(42a-42b,38a-38c)的体积受沿移动的横向方向(24)可变形的至少一个元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的偏转状态的影响,其中基于所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形以及基于所述局部腔(42a-42b,38a-38c)获得的声压水平的值展现出与从相应的局部腔(42a-42b,38a-38c)流出或流入到相应的局部腔(42a-42b,38a-38c)中的所述体积流(12)的频率的相关性,所述相关性可以被描述为函数;所述体积流(12)的频率描述了所述流体内的压力的频率相关过程。

30.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述机电换能器(18;18a-18f)包括沿所述机电换能器(18;18a-18f)的轴向(y)至少间接连接的多个可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述元件被配置为分别影响第一局部腔部分和第二局部腔部分(96a,96b)的体积。

31.根据权利要求30所述的mems换能器,其中,所述机电换能器(18;18a-18f)被配置为响应于电控制(129a)而引起所述第一局部腔部分(96a)和所述第二局部腔部分(96b)内的流体移动,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)被配置为以不同的频率改变所述第一局部腔部分(96a)和所述第二局部腔部分(96b)的体积。

32.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)以与所述衬底(14)的层(32a-32b)非接触的方式布置,所述层(32a-32b)限定与所述移动平面平行的所述腔(16),或者其中,在所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)与限定与所述移动平面平行的所述腔(16)的所述层(32a-32b)之间布置低摩擦层。

33.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)被配置为双压电晶片,所述双压电晶片包括通过施加电压而使所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)沿其偏转的致动方向(59,59’)。

34.根据权利要求33所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)包括沿所述轴向方向(y)按照第一梁段(30a)、第二梁段(30b)和第三梁段(30c)顺序布置的第一梁段(30a)、第二梁段(30b)和第三梁段(30c),每个梁段包括相对的致动方向(59a-59c)。

35.根据权利要求34所述的mems换能器,其中,所述机电换能器(18;18a-18f)包括第一可变形元件和第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述第一可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的外部梁段(30a,30c)与所述第二可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的外部梁段(30a,30c)彼此至少间接连接。

36.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述衬底(14)包括锚固定元件(84);

其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)在所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的轴向延伸方向(y)的中心区域(30b)中连接到所述锚固定元件(84);或者

其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)经由所述锚固定元件(84)在外部梁段(30a,30c)处连接到另一可变形元件。

37.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)包括梁结构,所述梁结构在第一端和第二端处被固定地夹持。

38.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述腔(16)在所述衬底(14)中包括开口(26),所述开口(26)与所述移动的横向方向(24)垂直布置,使得所述体积流(12)基于所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形,以与所述移动的横向方向(24)垂直的方式流出所述腔(16)或流入到所述腔(16)中。

39.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述可变形元件与所述开口(26)相邻布置。

40.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述mems换能器被配置为mems泵、mems扬声器、mems麦克风、mems阀和mems剂量系统中的一种。

41.一种设备,包括根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器,其中,所述mems换能器被配置为mems扬声器,所述设备被配置为移动音乐再现设备或耳机。

42.一种系统,包括根据权利要求1至38中任一项所述的mems换能器,其中,所述mems换能器被配置为mems扬声器,并且被设计为基于输出信号来再现声学信号。

43.根据权利要求42所述的系统,其中,所述系统被配置为通用翻译器或导航辅助系统。

44.一种半导体层,所述半导体层在第一层主侧面(29a)处包括具有第一距离光栅(33a)的第一电子图案(31a),在相对定位的第二层主侧面(29b)处包括具有第二距离光栅(33b)的第二电子图案(31b),所述第一电子图案和所述第二电子图案(31a,31b)彼此电连接。

45.一种mems层堆叠,包括根据权利要求44所述的半导体层,并且包括电路层,所述电路层具有电子电路(17),所述电子电路(17)包括第一距离光栅(33a);

其中,所述电子电路(17)连接到所述第一电子结构,使得可以经由所述第二层主侧面(29b)接触所述电子电路(17)。

46.根据权利要求45所述的mems层堆叠,其中,所述mems层堆叠形成用于与流体的体积流(12)相互作用的mems换能器,所述mems层堆叠包括:

衬底(14),包括具有形成多个衬底平面的多个层(32a-32b,34a-34b,36)的层堆叠,并且在所述层堆叠内包括腔(16);

机电换能器(18;18a-18f),连接到所述腔(16)内的衬底(14),并且包括在所述多个衬底平面的至少一个移动平面内可变形的元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)在所述移动平面内的变形与所述流体的体积流(12)因果相关;

其中,所述电子电路(17)经由所述半导体层连接到所述机电换能器(18;18a-18f);

其中,所述电子电路(17;17a-17b)被配置为提供所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形与电信号之间的转换。

47.一种健康辅助系统(220),包括:

传感器装置(35),用于感测身体(37)的生命机能,并基于感测到的所述生命机能输出传感器信号(39);

处理装置(41),用于处理所述传感器信号(39),并且用于基于所述处理提供输出信号(43);以及

头戴式耳机(200),包括根据权利要求1至38中任一项所述的mems换能器,所述mems换能器被配置为扬声器并且包括用于接收所述输出信号(43)的无线通信接口,并且被配置为基于所述输出信号(43)再现声学信号。

48.根据权利要求47所述的健康辅助系统,其中,所述头戴式耳机形成为入耳式头戴耳机。

49.一种提供用于与流体的体积流(12)相互作用的mems换能器的方法,包括:

提供衬底(14),所述衬底(14)包括具有形成多个衬底平面的多个层(32a-32b,34a-34b,36)的层堆叠,并且在所述层堆叠内包括腔(16);

在所述衬底(14)内产生机电换能器(18;18a-18f),使得所述机电换能器(18;18a-18f)连接到所述腔(16)内的所述衬底(14),并且所述机电换能器(18;18a-18f)包括在所述多个衬底平面的至少一个移动平面内可变形的元件(22;22a-22f;30;40;150;160),所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)在所述移动平面内的变形与所述流体的体积流(12)因果相关;

在所述层堆叠的层(32a-32b)内布置电子电路(17;17a-17b),使得所述电子电路(17;17a-17b)连接到所述机电换能器(18;18a-18f),且被配置为提供所述可变形元件(22;22a-22f;30;40;150;160)的变形与电信号之间的转换。

50.一种提供半导体层的方法,包括:

在第一层主侧面(29a)处布置第一电子图案(31a),使得第一电子结构包括第一距离光栅(33a);

在相对定位的第二层主侧面(29b)处布置第二电子图案(31b),使得第一电子结构包括第二距离光栅(33b);以及

将所述第一电子图案和所述第二电子图案(31a,31b)彼此连接。

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