具有位置传感器的MEMS扬声器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器1，其具有：电路板10；隔膜2，其能够相对于电路板10沿着z轴偏移；至少一个压电执行器7，其用于偏移隔膜2；以及完全嵌入在电路板10中的电子控制单元11、尤其是ASIC40，其用于激励执行器7。根据本发明专利技术，MEMS扬声器1具有至少一个位置传感器19,借助于所述位置传感器19，能够向控制单元(11)提供依赖于隔膜偏移的传感器信号.控制单元被构造为以基于控制信号受控的方式激励执行器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器，其具有：电路板；隔膜，其能够相对于电路板沿着z轴偏移；至少一个压电执行器，其用于偏移隔膜；以及完全嵌入在电路板中的电子控制单元、尤其是ASIC，该电子控制单元用于激励执行器。
技术介绍
术语MEMS表示微机电系统。这样的系统特别是安装在仅仅提供少量安装空间的电子设备中。公知MEMS扬声器的性能大多依赖于理想环境条件。在此，小的敲击或其它环境影响就已经可能负面地影响系统的性能。但是如今对这样的MEMS扬声器的要求所期望的是，即使在外部影响的情况下仍至少不变的音质。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是构造一种具有改善的性能的MEMS扬声器。该任务通过具有独立权利要求1的特征的MEMS扬声器来解决。提出了一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器。MEMS扬声器具有电路板、隔膜、至少一个压电执行器和电子控制单元。隔膜可以相对于电路板沿着z轴偏移。压电执行器使隔膜偏移。电子控制单元完全嵌入到电路板中并且激励执行器，尤其是ASIC。MEMS扬声器具有至少一个位置传感器。借助于该位置传感器，向控制单元提供依赖于隔膜偏移的传感器信号。控制单元被构造为以基于控制信号受控的方式激励执行器。为此，使隔膜相对于执行器偏移和/或借助于位置传感器来检测其位置或偏移。由位置传感器检测的电子输入信号被传送给控制单元。控制单元根据该输入信号确定隔膜的实际位置或实际偏移。根据隔膜的所述所检测实际信号，控制单元确定隔膜的所期望的额定位置和/或依赖于其的电子输出信号。输出信号被传送给压电执行器，该压电执行器相应地使隔膜偏移。在偏移运动期间和/或结束时，通过位置传感器重新检测隔膜的事实上的实际位置并且必要时根据在先的描述重新和/或迭代地对其进行重新调节或调节。外部影响和老化效应可以通过这种方式被电子地补偿。尤其是由外部影响引起的偏移高位或谐振频率的变换可以借助于位置传感器及早地被探测出并被抑制。敏感机械和声学组件受损的风向由此被降低并且因此避免了过早磨损。此外，除了寿命以外还提高了可靠性，因为该系统可以个别化地反应于不同影响。在公知系统的情况下，例如需要高通滤波器，以便即使在低频下仍然在不损伤组件的情况下生成最大声强。在根据本专利技术的系统的情况下，信号被放大为使得起干扰作用的环境条件被均衡。通过基于由位置传感器确定的信息受控地激励执行器，该系统可以执行自我诊断。在此，MEMS扬声器、尤其是其机电组件的性能可以在没有附加措施的情况下单单由与所定义的标准值的偏差来确定。控制单元可以根据传感器信号检测出碰撞、上扬时的问题或者功率损失，并且尤其是通过受控地激励执行器个别化对此作出反应。通过按照由位置传感器提供的信号受控地激励执行器，可以有利地减少MEMS传感器的失真。位置传感器确定压电执行器以及由此隔膜的非线性振动，使得可以将执行器的偏移与环境条件相适应，以便最小化谐波失真。此外，MEMS扬声器也可以与诸如极端温度、压力、空气湿度等等之类的不同环境条件相适应。有利的是，控制单元、所述至少一个压电执行器和所述至少一个位置传感器形成控制环。由外部影响引起的状态、比如最大偏移或谐振频率的变换可以通过这种方式来确定和抑制。通过这种方式，可以防止机械组件或声学组件的损伤。此外，系统的电组件和机械组件的性能可以通过构造该闭合控制环来简单地检查。为了尽可能少地妨碍偏移，有利的是，压电执行器被构造成悬臂。可替代地或附加地有利的是，位置传感器是压电传感器、压阻传感器和/或电容传感器。执行器结构可以通过控制单元、尤其是ASIC被激励为使得致使隔膜在振荡中生成声波。然后，压电位置传感器检测由于隔膜的偏移产生的电压改变，该电压改变又由控制单元来分析。而在压阻位置传感器的情况下，记录电阻改变，其中以电阻改变为出发点，控制单元可以推断隔膜的位置。而电容传感器检测固定和可移动的、由于激励隔膜同样被偏移的面。两个面彼此的距离改变也导致电容改变，该电容改变进而由控制单元来检测。然后，根据MEMS扬声器的构造，可以选择对于应用领域而言理想的传感器。在本专利技术的一个有利的改进方案中，位置传感器至少部分地集成在执行器、尤其是悬臂中。传感器元件和连接元件的附加空间需求可以通过这种方式被保持为尽可能小，使得仅仅预期少量的执行器性能损失。同样有利的是，压电位置传感器和压电执行器由共同的压电层来形成。在此，该压电层由锆钛酸铅(PZT)制成。通过压电效应生成电压可以为了分析被传送给控制设备，使得隔膜的实际位置可以以简单方式被确定。有利的是，共同的压电层具有至少一个传感器区域和至少一个执行器区域。在此，执行器区域与传感器区域绝缘。可替代地或附加地，执行器区域按照面积大于传感器区域。通过这种方式，可以构造不同的几何形状，以便尽可能有效地监控各个区域和振动模式。同样有利的是，传感器区域尤其是对称地和/或在悬臂纵向上延伸地布置在两个执行器区域之间。传感机构的几何形状因此以简单方式与不同要求相适应。这尤其是进行得使得两个执行器区域被传感器区域完全彼此隔离。还可以设想的是，构造多个传感器区域，所述传感器区域分别布置在两个执行器区域之间。可替代地或附加地，传感器区域和执行器区域在梁纵向上具有相同长度，使得可以防止不想要的倾翻。在本专利技术的一个有利的改进方案中，压电位置传感器由第一压电层形成。在此，材料氮化铝AlN的使用由于其高热导率以及电绝缘能力已经被证明是有利的。可替代地或附加地，压电执行器由第二压电层形成，其中该层尤其是由PZT形成。通过PZT压电陶瓷，由于高能量密度而可以通过压电执行器的相对小的体积实现所要求的力与路程之积。两个压电层优选地彼此电绝缘。可替代地或附加地，第一和第二压电层相对于z轴相叠布置。因此，位置传感器可以在制造方法的过程中简单地和低成本地、尤其是逐层地集成。此外有利的是，第一压电层被细分成多个传感器区域。在此，这些传感器彼此隔离。因此，位置传感器的几何形状可以低成本地与不同应用相适应。可替代地或附加地，传感器区域被电绝缘。可替代地或附加地，第二压电层具有单个执行器区域。可替代地或附加地，执行器区域在俯视图中全表面地延伸到悬臂之上。压电执行器可以低成本和灵活地与不同区域和振动模式相适应。有利地将尤其是三个传感器区域在悬臂方向上彼此间隔开布置。在此，传感器区域的间隔开是等距的。通过传感器区域的同一分布，可以监控更大的区域并且可以可靠地均衡所确定的外部影响，使得保证不变的音质。可替代地或附加地，传感器区域彼此相距相同长度。可替代地或附加地，传感器区域在悬臂纵向上与执行器区域相距相同长度。有利的是，压阻位置传感器由至少一个电流线形成。在此，电流线优选地从第一电接触点延伸到第二电接触点。两个电接触部优选地布置在执行器的固定张紧的端部的区域中。电流线有利地被构造为u形的。可替代地或附加地，电流线具有第一纵向部分。第一纵向部分从第一电接触部出发在悬臂纵向上延伸到悬臂中。可替代地或附加地，电流线具有横向部分。横向部分在悬臂横向上延伸。可替代地或附加地，电流线具有第二纵向部分。第二纵向部分从横向部分出发在悬臂纵向上从悬臂延伸到第二电接触部。通过这种方式，可以构造极度灵敏的桥电路以用于精确地确定电阻或电阻改变。然后，从所确定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器(1)，其具有：电路板(10)；隔膜(2)，其能够相对于电路板(10)沿着z轴偏移；至少一个压电执行器(7)，其用于偏移隔膜(2)；以及完全嵌入在电路板(10)中的电子控制单元(11)、尤其是ASIC(40)，其用于激励执行器(7)；其特征在于，MEMS扬声器(1)具有至少一个位置传感器(19),借助于所述位置传感器(19)，能够向控制单元(11)提供依赖于隔膜偏移的传感器信号；以及控制单元(11)被构造为以基于控制信号受控的方式激励执行器(7)。

【技术特征摘要】
2015.08.27 DE 102015114242.21.一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器(1)，其具有：电路板(10)；隔膜(2)，其能够相对于电路板(10)沿着z轴偏移；至少一个压电执行器(7)，其用于偏移隔膜(2)；以及完全嵌入在电路板(10)中的电子控制单元(11)、尤其是ASIC(40)，其用于激励执行器(7)；其特征在于，MEMS扬声器(1)具有至少一个位置传感器(19),借助于所述位置传感器(19)，能够向控制单元(11)提供依赖于隔膜偏移的传感器信号；以及控制单元(11)被构造为以基于控制信号受控的方式激励执行器(7)。2.根据前一权利要求所述的MEMS扬声器，其特征在于，控制单元(11)、所述至少一个压电执行器(7)和所述至少一个位置传感器(19)形成控制环。3.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，压电执行器(7)被构造成悬臂(13)；和/或位置传感器(19)是压电传感器、压阻传感器和/或电容传感器。4.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，位置传感器(19)至少部分地集成在执行器(7)、尤其是悬臂(13)中。5.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，压电位置传感器(19)和压电执行器(7)由共同的压电层(14)来形成，所述压电层(14)尤其是由PZT制成。6.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，共同的压电层(41)具有至少一个传感器区域(20)和至少一个执行器区域(21)，所述执行器区域(21)尤其是与传感器区域(20)绝缘和/或按照面积大于传感器区域(20)。7.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，传感器区域(20)尤其是对称地和/或在悬臂纵向上延伸地布置在两个执行器区域(21)之间，尤其是使得两个执行器区域(21)被传感器区域(20)完全彼此隔离；和/或传感器区域(20)和执行器区域(21)在梁纵向上具有相同长度。8.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，压电位置传感器(19)由尤其是由AlN制成的第一压电层(23)形成，和/或压电执行器(7)由尤其是由PZT制成的第二压电层(24)形成，所述第一压电层(23)和第二压电层(24)优选彼此电绝缘和/或相对于z轴相叠布置。9.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，第一压电层(23)被细分成多个尤其是彼此隔离和/或电绝缘的传感器区域(20)；和/或第二压电层(24)具有单个和/或在俯视图中全表面地延伸到悬臂(13)上的执行器区域(21)。10.根据前述权利要求之一或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，尤其是三个传感器区域(20)在悬臂横向上尤其是等距地彼此间隔开，和/或彼此和/或与执行器区域(21)在悬臂纵向上相距相同长度。11.根据前述权利要求之一或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚·韦斯高尼·克莱里西，费鲁乔·博托尼，
申请(专利权)人：悠声股份有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT