具有执行器结构和与其间隔开的隔膜的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：载体衬底(2)，其具有拥有两个衬底开口(7，8)的衬底空腔(6)，所述衬底开口(7，8)被构造在载体衬底(2)的两个相对的侧；执行器结构、尤其是压电执行器结构(3)，其布置在两个衬底开口(7，8)之一的区域中并且在其边缘区域中与载体衬底(2)连接；以及紧固在其边缘区域中的隔膜(4)，所述隔膜(4)能够借助于执行器结构(3)为了生成声波而被置于振动中。根据本发明专利技术，在MEMS扬声器(1)的横截面图中，隔膜(4)与执执行器结构(3)间隔开，使得在这二者之间形成中间空腔(13)。此外，MEMS扬声器(1)具有布置在中间空腔(13)中的耦合元件(5)，所述耦合元件(5)将执行器结构(3)与隔膜(4)连接并且能够利用这二者相对于载体衬底(2)振动。

MEMS speaker with actuator structure and diaphragm spaced therebetween

The present invention relates to a method for generating audible acoustic wavelength spectrum in the MEMS speaker (1), having a carrier substrate (2), which has two substrate opening (7, 8) of the substrate cavity (6), the opening of the substrate (7, 8) are formed on a carrier substrate (2 two) the opposite side; the actuator structure, especially piezoelectric actuator structure (3), the arrangement of openings in the two substrate (7, 8) of the region and in the edge region and the carrier substrate (2) and a diaphragm connection; fastening in the edge area of (4), the diaphragm (4) with the help of the actuator structure (3) in order to generate acoustic and vibration was put in. According to the present invention, in the cross-sectional view of the MEMS speaker (1), the diaphragm (4) is spaced from the actuator structure (3) so that an intermediate cavity (13) is formed between the two. In addition, MEMS speaker (1) is arranged in the middle cavity (13) of the coupling element (5), the coupling elements (5) of the actuator (3) and the diaphragm (4) connected and can make use of the two relative to the carrier substrate (2) vibration.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有执行器结构和与其间隔开的隔膜的MEMS扬声器
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：载体衬底，其具有拥有两个衬底开口的衬底空腔，所述衬底开口被构造在载体衬底的两个相对的侧；执行器结构，其布置在两个衬底开口之一的区域中并且跨越该衬底开口并且在其边缘区域中与载体衬底连接；以及紧固在其边缘区域中的隔膜，所述隔膜能够借助于执行器结构为了生成声波而被置于振动中。
技术介绍
术语MEMS表示微机电系统。在MEMS扬声器的情况下，通过被可振动地支承的隔膜进行声生成。该隔膜可以为了生成声波而通过尤其是压电执行机构被置于振动中。这样的微扬声器通常必须生成高的空气体积位移，以便能够实现显著的声压级。这样的微扬声器例如从DE102012220819A1中公知。另外，从US2011/0051985A1中公开了一种微扬声器，其包括布置在具有腔体的衬底上的压电执行器和隔膜。该压电执行器包括压电层，所述压电层通过连接在其之间的电极层全表面地与隔膜连接。因此，压电层与隔膜一起形成多层单元。由此，用于构造隔膜的构造自由空间受到执行器的限制。执行器的构造自由空间同样也受到隔膜的限制。这样，隔膜必须具有一定大小，以便能够保证足够好的声学性能。在另一方面，执行器必须被构造为尽可能小的，以便能够将MEMS扬声器的成本保持得小。但是在从现有技术中公知的MEMS扬声器的情况下，这两个部件之一的经优化的构造总是对另一部件产生不利影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是，提供一种MEMS扬声器，该MEMS扬声器可以低成本地制造并且具有经改善的声学性能。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扬声器具有载体衬底。该载体衬底优选地由硅制成。载体衬底具有拥有两个衬底开口的衬底空腔。两个衬底开口被构造在载体衬底的两个相对的侧、尤其是端面处。因此，载体衬底优选地被构造成按照周界闭合的载体框架。此外，MEMS扬声器包括尤其是压电的执行器结构。执行器结构优选被构造成多层的，其中其包括至少一个尤其是压电的执行器层、电极层和/或载体层。执行器层和/或电极层优选被局部地挖出缺口。执行器结构布置在两个衬底开口之一的区域中。在其边缘区域中，执行器结构尤其是在载体扯到你的端面之一处于载体衬底连接。执行器结构优选地完全跨越执行器结构、尤其是其载体衬底、衬底开口。衬底开口在这种情况下借助于执行器结构优选被完全封闭。此外，MEMS执行器包括隔膜。隔膜优选地由弹性体、尤其是硅树脂制成。隔膜在尤其是整个边缘区域中被紧固。隔膜可以借助于执行器结构被置于振动中，使得其能够相对于其紧固区域振动。在MEMS扬声器的横截面中，隔膜与执行器结构间隔开。在这两者之间因此构造有中间空腔。隔膜和执行器结构因此在空间上彼此去耦合。此外，MEMS扬声器具有耦合元件。该耦合元件布置在中间空腔中。此外，耦合元件将执行器结构与隔膜尤其是局部地连接。隔膜和执行器结构因此借助于耦合元件彼此机械耦合。在电激励执行器时，耦合元件因此与隔膜和执行器结构一起相对于载体衬底振动。隔膜和执行器结构有利地可以基本上彼此独立地尤其是在几何上在其相应大小方面被优化，而不由此负面地影响其它组件的特性。因此，例如可以将执行器结构构造为与隔膜相比更小的，由此可以降低MEMS扬声器的材料成本。同时，隔膜可以被构造为尽可能大的、尤其是比执行器结构更大，由此又可以提高MEMS扬声器的性能——即声学性能——。尽管将隔膜与执行器结构在空间上间隔开或在空间上去耦合，但是它们借助于耦合元件仍然尤其是在至少一个区域中彼此耦合，使得隔膜可以通过执行器结构被激励。MEMS扬声器由此有利地在关于最优性能的设计中仍然可以同时被构造为非常低成本的。有利的是，隔膜、尤其是与执行器结构和耦合元件一起在活动的执行器结构的情况下可以从尤其是水平的中心位置中偏转出。在该中性位置处，隔膜和/或执行结构基本上水平地定向和/或不弯曲。隔膜优选地可以以大于200％的伸长被偏转。由于高伸长，可以有利地生成非常高的声压。为了改善MEMS扬声器的声学性能，并且为了保护其在碰撞时免受损伤，有利的是，将执行器结构尤其是构造为刚性的，使得隔膜在不活动的执行器结构的情况下在其借助于执行器结构偏转以后可以再次被引导回中性位置和/或被保持在中性位置。执行器结构因此履行了如从常见大型扬声器中公知的定位圈(Spinne)的任务。执行器结构因此附加地除了——隔膜的激励能力以外——在其不活动状态下还附加地充当减震器，以便在碰撞时将隔膜基本上保持在其中性位置处。此外，执行器结构将隔膜在其偏转以后再次引导回其中性位置，使得由此在重新激励时不影响MEMS扬声器的性能。为了能够生成尽可能高的声压，隔膜必须仅能远地伸长或振动。因此有利的是，隔膜具有小于0.3mm的厚度和/或小于100MPa的弹性模量。为了能够避免隔膜的撕裂，有利的是，隔膜具有至少一个加厚的增强区域。附加地或可替代地，出于相同原因有利的是，隔膜包括至少一个增强元件，所述增强元件优选地布置在隔膜的背向耦合元件的侧。增强元件优选地由金属或金属合金——尤其是铝和/或氮化铝——硅、塑料和/或复合材料——其尤其是具有碳纤维——制成。增强元件防止非常挠性的隔膜的撕裂。为了改善隔膜的挠性和偏转能力，有利的是，隔膜具有拥有尤其是波浪形突起的区域。该区域优选地被布置为与其固定区域相邻。有利的是，执行器结构和隔膜被定向为在中性位置处彼此平行。此外有利地是，耦合元件的最大高度对应于执行器结构与隔膜之间的在中性位置处尤其是最短的距离。由此，隔膜和执行器结构可以彼此耦合，而不影响借助于耦合元件的尤其是水平和/或彼此平行的中性位置。还有利的是，隔膜布置在另一衬底开口中、即尤其是载体衬底的与执行器结构相对的端面处，跨越该衬底开口和/或在其边缘区域中与载体衬底连接。隔膜优选地在其边沿区域中在载体衬底的背向执行器结构的面、尤其是端面处被连接。由此，可以将隔膜粘接到载体衬底上。隔膜因此有利地直接紧固在载体衬底处。衬底载体、执行器结构、隔膜和耦合元件因此形成具有悬挂隔膜的组件，其例如可以挠性地连接在不同电路板中或与其连接。有利的是，MEMS扬声器包括电路板、尤其是PCB(printedcircuitboard，印刷电路板)。电路板此外优选地具有第一电路板空腔，在所述电路板空腔中，载体衬底、执行器结构和/或隔膜被布置为使得执行器结构和隔膜能够相对于电路板振动。通过这样嵌入的执行器结构和/或隔膜，MEMS扬声器可以被构造为非常紧凑的，因为电路板的厚度可以被用于布置前述部件中的至少一个以及构造腔体。在本专利技术的一个有利的改进方案中，第一电路板空腔具有第一区域、尤其是腔体区域，所述第一区域至少部分形成MEMS扬声器的腔体。附加地或可替代地，第一电路板空腔具有尤其是与第一区域相邻的第二区域、尤其是衬底容纳区域，在所述第二区域中布置载体衬底。第一电路板空腔优选地在其第二区域中被构造为壁在其第一区域中更宽。由此，第一电路板空腔具有构造在第一和第二区域之间的凹陷或阶梯部。载体衬底因此有利地至少在一个方向上被形状配合地保持在电路板中。此外，由此可以确定载体衬底在电路板中的精确位置。附加地，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：载体衬底(2)，其具有拥有两个衬底开口(7，8)的衬底空腔(6)，所述衬底开口(7，8)被构造在载体衬底(2)的两个相对的侧；执行器结构、尤其是压电执行器结构(3)，其布置在两个衬底开口(7，8)之一的区域中并且在其边缘区域中与载体衬底(2)连接；以及紧固在其边缘区域中的隔膜(4)，所述隔膜(4)能够借助于执行器结构(3)为了生成声波而被置于振动中；其特征在于，在MEMS扬声器(1)的横截面图中，隔膜(4)与执执行器结构(3)间隔开，使得在这二者之间形成中间空腔(13)；以及MEMS扬声器(1)具有布置在中间空腔(13)中的耦合元件(5)，所述耦合元件(5)将执行器结构(3)与隔膜(4)连接并且能够利用这二者相对于载体衬底(2)振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.14 DE 102014106753.31.一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器(1)，其具有：载体衬底(2)，其具有拥有两个衬底开口(7，8)的衬底空腔(6)，所述衬底开口(7，8)被构造在载体衬底(2)的两个相对的侧；执行器结构、尤其是压电执行器结构(3)，其布置在两个衬底开口(7，8)之一的区域中并且在其边缘区域中与载体衬底(2)连接；以及紧固在其边缘区域中的隔膜(4)，所述隔膜(4)能够借助于执行器结构(3)为了生成声波而被置于振动中；其特征在于，在MEMS扬声器(1)的横截面图中，隔膜(4)与执执行器结构(3)间隔开，使得在这二者之间形成中间空腔(13)；以及MEMS扬声器(1)具有布置在中间空腔(13)中的耦合元件(5)，所述耦合元件(5)将执行器结构(3)与隔膜(4)连接并且能够利用这二者相对于载体衬底(2)振动。2.根据前一权利要求所述的MEMS扬声器，其特征在于，隔膜(4)能够在活动的执行器结构的情况下从中性位置优选以大于200％的伸长被偏转出，和/或执行器结构(3)被构造为使得隔膜(4)能够在不活动的执行器结构(3)的情况下在其偏转以后借助于执行器结构(3)再次被引导回中性位置和/或被保持在中性位置。3.根据前述权利要求中的一个或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，隔膜(4)具有小于0.3mm的厚度和/或小于100MPa的弹性模量，和/或隔膜(4)具有加厚的增强区域和/或增强元件(12)，所述增强元件(12)优选地布置在隔膜(4)的背向耦合元件(5)的侧。4.根据前述权利要求中的一个或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，执行器结构(3)和隔膜(4)在中性位置被定向为彼此平行,和/或耦合元件(5)的最大高度对应于执行器结构(3)与隔膜(4)之间的在中性位置尤其是最短的距离。5.根据前述权利要求中的一个或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，隔膜(4)被布置在另一衬底开口(8)的区域中，跨越该衬底开口(8)和/或在其边缘区域中与载体衬底(2)尤其是在载体衬底(2)的背向执行器结构(3)的面处连接。6.根据前述权利要求中的一个或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，MEMS扬声器(1)包括电路板，所述电路板具有第一电路板空腔(17)，在所述电路板空腔(17)中，载体衬底(2)、执行器结构(3)和/或隔膜(4)被布置为使得执行器结构(3)和隔膜能够振动。7.根据前述权利要求中的一个或多个所述的MEMS扬声器，其特征在于，第一电路板空腔(17)具有第一区域(18)，所述第一区域(18)至少部分地形成MEMS扬声器的腔体(19)，和/或具有尤其是与第一区域相邻的第二区域(20)，在第二区域(20)中布置载体衬底(2)，其中第一电路板空腔(17)优选地被构造为在其...

【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