CN106688245B - 具有执行器结构和与其间隔开的隔膜的mems扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明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，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。

Description

具有执行器结构和与其间隔开的隔膜的MEMS扬声器

技术领域

本发明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。

背景技术

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DE 10 2012 220 819 A1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。

发明内容

因此，本发明的任务是，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(printed circuit board，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。

在本发明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，载体衬底可以与电路板尤其是在阶梯区域中粘接在一起。附加地或可替代地同样也可以设想，电路板被构造为分层的，使得第一电路板空腔具有背切部，使得载体衬底也在第二方向上被形状配合地保持。载体衬底因此尤其是在其边缘区域中被电路板形状配合地包围。

有利的是，隔膜在MEMS扬声器的横截面中与载体衬底间隔开。由此，隔膜的几何构造、尤其是其按照面积的伸展不被限制在载体衬底的几何尺寸。通过将隔膜与载体衬底去耦合，可以将载体衬底有利地构造为小于隔膜。由此，载体衬底的材料、尤其是硅可以被节省，由此可以以更低成本制造MEMS扬声器。同时，隔膜可以被构造为非常大的，由此MEMS扬声器的声学形成可以被扩展。

在此方面还有利的是，隔膜在其边缘区域中与电路板尤其是在电路板的端面处或者在第一电路板空腔的侧壁处连接。如果隔膜被固定在电路板的端面处、尤其是与其粘接在一起，则隔膜优选地尤其是全表面延伸到第一电路板空腔的声出口之上。如果隔膜可替代于此地固定在第一电路板空腔的侧壁处——即第一电路板空腔的内部——，则隔膜尤其是在第一电路板空腔的相应区域中全表面地延伸到第一电路板空腔的整个宽度之上。隔膜的边缘区域在这种情况下优选地被层压在分层构造的电路板中和/或与该电路板粘接在一起。

还有利的是，第一电路板空腔具有尤其是与第二区域相邻的第三区域、尤其是隔膜间隔区域和/或隔膜固定区域，通过所述第三区域，隔膜与载体衬底间隔开和/或在所述第三区域中，隔膜被紧固在电路板中。由此，隔膜可以被布置为在电路板中与载体衬底间隔开。隔膜优选地尤其是在布置在第三区域的背向第二区域的端部区域中，使得隔膜与载体衬底之间的距离被构造为尽可能大的。为了扩大隔膜面积，还有利的是，第二电路板空腔在其第三区域中被构造为比在其第二区域中更宽。由此，可以为材料节省将载体衬底构造为尽可能小的，并且为了提高MEMS扬声器的声学性能将隔膜构造为尽可能大大的。

第三区域可以具有恒定的宽度。但是可替代于此地，其宽度也可以从其与第二区域相邻的端部出发在声出口的方向上增大。

有利的是，第一电路板空腔具有尤其是与第三区域相邻的第四区域、尤其是导声通道区域，所述第四区域的宽度优选地从第三区域出发在声出口的方向上尤其是锥形地增大。由此，可以增大MEMS扬声器的声压。

此外有利的是，隔膜通过第四区域与电路板的外表面和/或与声出口间隔开。隔膜因此以受保护的方式被容纳在电路板的内部。

为了能够改善MEMS扬声器的声学性能并且同时能够尽可能低成本地制造MEMS扬声器，有利的是，隔膜被构造为在MEMS扬声器的横截面图中与执行器结构和/或载体衬底相比更宽。

还有利的是，中间空腔由衬底空腔和/或至少部分地通过第一电路板空腔的第二和/或第三区域形成。因此有利的是，载体衬底与执行器结构一起在电路板中被布置为使得执行器结构被布置为与腔体相邻。在这种情况下，中间空腔既由衬底空腔形成，又由第一电路板空腔的第二和/或第三区域形成。但是可替代于此地，载体衬底也可以布置在电路板中的相对于其转动180°的安装位置处。在这种情况下，执行器结构的外表面指向第一电路板空腔的第三区域的方向，使得中间空腔未附加地由衬底空腔形成。中间空腔因此仅仅由第一电路板空腔的第二和/或第三区域形成。在该安装位置的情况下，可以有利地通过衬底空腔扩大腔体的大小。

有利的是，耦合元件一体化地尤其是由硅制成。由此，耦合元件有利地可以非常快并且非常低成本地由衬底毛坯与载体衬底一起形成。在此，衬底空腔被置入、尤其是被蚀刻到衬底毛坯中，由此同时至少部分地形成耦合元件、以及载体衬底或载体框架。

但是可替代于此地，同样还有利的是，耦合元件被构造为由多部分构成的。在这种情况下，尤其是有利的是，耦合元件包括至少一个与执行器结构连接的、尤其是由硅制成的第一部分、以及与隔膜连接的第二部分。这两个部分固定地彼此连接、尤其是粘接在一起。第二部分可以由与第一部分相同的材料制成。在此方面尤其有利的是，第二部分由硅制成。但是可替代于此地，第二部分也可以由于第一部分相比不同的材料、尤其是陶瓷、金属、优选铝、金属合金、尤其是氮化铝、塑料和/或尤其是具有碳纤维的复合材料制成。此外，由于制造的原因有利的是，第一部分不具有背切部。耦合元件的由于功能引起的、例如具有背切部——使得耦合元件在其朝向隔膜的端部处具有与隔膜的尽可能大的接触面——的几何构造尤其是可以借助于第二部分被分配给耦合元件。在此有利的是，第二部分被构造为比第一部分更宽，使得耦合元件具有背切部。但是可替代于此地，第二部分同样也可以具有背切部，其中该背切部优选被构造为T形的。

由于隔膜被构造为非常有弹性的，因此为了避免隔膜被耦合元件损伤，有利的是，耦合元件尽可能大表面地与隔膜耦合。在此方面因此有利的是，耦合元件在第一连接区域中与执行器结构连接并且在与第一连接区域相对的第二连接区域中与隔膜连接，其中第二连接区域优选地被构造为尤其是在MEMS扬声器的横截面图中宽于或等于第一连接区域。由此，由执行器引入的力可以为了激励隔膜而通过耦合元件大表面地传递到隔膜上。

出于前述原因，还有利的是，耦合元件在其朝向隔膜的端部处、尤其是第二部分被构造为比在其朝向执行器结构的端部、尤其是比第一部分更宽。耦合元件优选地具有T形。为了构造该几何形状，尤其是可以将第二部分构造为比第一部分更宽。出于制造技术原因，另外有利的是，第二部分被构造为T形的，和/或第一部分被构造为在横截面中基本上为方形和/或矩形的。

此外有利的是，耦合元件固定在执行器结构的朝向衬底空腔的侧。在此，耦合元件与执行结构之间的连接在载体衬底的制造过程中就已经被形成，其中执行器结构优选地被涂覆到衬底毛坯上，并且衬底毛坯事后被蚀刻，由此产生与执行器结构连接的耦合元件。可替代于此地，耦合元件固定在执行器结构的背向衬底空腔的侧。在这种情况，耦合元件未同时在载体衬底和执行器结构的制造过程中被制造，而是事后被涂覆或固定在执行器结构的外侧。根据耦合元件相对于执行器结构的布置，载体衬底与执行器结构的安装取向可以被改变。但是原理上提出，耦合元件从执行器结构出发始终在电路板的声出口的方向上延伸。

有利的是，耦合元件被构造为与载体衬底相比在MEMS扬声器的横截面视图中更高。由此，隔膜可以被布置为在与执行器结构平行的定向的情况下与载体衬底间隔开。因此，在构造隔膜时的构造自由空间不限于载体衬底的几何尺寸。因此，隔膜可以被构造为与执行器结构和/或载体衬底相比为更大或在横截面中为更宽的。

在本发明的一个有利的改进方案中，载体衬底和至少部分耦合元件、尤其是其第一部分由相同材料、尤其是由硅和/或由相同衬底毛坯制成。附加地或可替代地还有利的是，载体衬底在其背向执行器结构的侧被挖出缺口和/或厚度被减小，使得耦合元件具有更大高度。由此可以如前面已经详述的那样导致隔膜与载体衬底之间的去耦合，使得隔膜可以被构造为与载体衬底相比尤其是更大的。

当电路板具有尤其是与第一电路板空腔分开的第二电路板空腔时MEMS扬声器可以被构造为非常紧凑的，在所述第二电路板空腔中，布置用于激励执行器结构的ASIC，其中ASIC由此有利地被完全集成在电路板中。

为了构造第一和/或第二电路板空腔和/或为了形状配合地固定载体衬底和/或隔膜，有利的是，电路板由多个层构成，所述层彼此固定连接、尤其是粘接在一起。

附图说明

本发明的另外的优点在下面的实施例中予以描述。附图：

图1示出了具有固定在载体衬底处的隔膜的MEMS扬声器的示意性横截面图，所述隔膜借助于耦合元件与执行器结构连接；

图2示出了根据图1中所示的实施例的被集成到电路板中的MEMS扬声器的示意性横截面图；

图3示出了根据第二实施例的MEMS扬声器的示意性横截面图，其中隔膜与载体衬底间隔开地紧固在电路板中并且借助于耦合元件与执行器层连接；

图4示出了具有悬挂在电路板中的隔膜的MEMS扬声器的示意性截面图，其中将隔膜与执行器结构连接的耦合元件被构造为由两部分构成的；

图5示出了MEMS扬声器的另一实施例的示意性截面图，其中耦合元件的与隔膜连接的部分被构造为T形；

图6示出了根据另一实施例的MEMS扬声器的示意性截面图，其中由载体衬底和执行器结构组成的单元与前述实施例相比以转动180°的形式安装在电路板中，并且耦合元件被固定在执行结构的外侧；以及

图7示出了MEMS扬声器的另一实施例的示意性截面图，其中隔膜固定在电路板的外侧、尤其是端面处。

具体实施方式

图1示出了MEMS扬声器1的第一实施例的横截面。MEMS扬声器1具有载体衬底2、执行器结构3、隔膜4和耦合元件5。根据本实施例，载体衬底2和耦合元件5一起由衬底毛坯制成。载体衬底2具有衬底空腔6。衬底空腔6在两个相对的侧为开放的，使得载体衬底2形成载体框架。因此，载体衬底2包括第一衬底开口7和第二衬底开口8，所述衬底开口布置在载体衬底2的两个相对的侧、尤其是端面处。在第一衬底开口7处布置有执行器结构3。

执行器结构3优选地被构造成压电执行器结构3，并且包括至少一个尤其是压电执行器层9。此外，被构造为夹层式的执行器结构3具有承载层10以及至少一个再次未进一步详细示出的电极层。执行器结构3跨越衬底空腔6的衬底开口7并且在其边缘区域中与载体衬底2连接，其中执行器结构3根据本实施例优选地被布置在载体衬底2的端面处。

根据图1中所示实施例，隔膜4可振动地悬挂在载体衬底2处。隔膜4在其边沿区域中固定在载体衬底2的与执行器结构3相对的端面处。隔膜4优选地在该区域中与载体衬底2粘接在一起。隔膜4在此被构造为非常挠性的。其优选地而具有小于0.3mm的厚度。此外，其具有小于100MPa的弹性模量。在与其固定区域相邻之处，隔膜4此外具有突起11。借助于所述突起11，可以提高隔膜4的伸长。由于将隔膜4构造为非常挠性的，隔膜可能在过载时容易受到损伤。因此，隔膜4根据图1中所示实施例包括增强元件12。增强元件12固定、尤其是粘接在隔膜4的外侧、即隔膜4的背向衬底空腔6的侧。增强元件优选地由金属、陶瓷、硅、塑料和/或复合材料、尤其是由碳制成。增强元件12优选地也可以由铝或氮化铝制成、但是替代于或附加于增强元件12，隔膜同样也可以具有在此未示出的增强区域，在所述增强区域中，隔膜4具有尤其是大于0.3mm的更大厚度。

由于隔膜4和执行器结构3在载体衬底2处彼此相对的布置，它们通过布置在其之间的载体衬底2彼此间隔开。因此根据MEMS扬声器1的在图1中所示的横截面图，在隔膜4与执行器结构3之间构造有中间空腔13。根据图1中所示的实施例，该中间空腔13完全由衬底空腔6形成。在该中间空腔13中，布置有耦合元件5。在第一连接区域15中，耦合元件5与执行器结构3尤其是在其内侧连接。此外，耦合元件5具有第二连接区域15，在该连接区域15中，耦合元件5与隔膜4连接。由于执行器结构3和隔膜4的在衬底2处的端面布置，耦合元件5被固定在隔膜4的朝向载体衬底2的侧、尤其是内侧。耦合元件5与隔膜4在第二连接区域15中优选粘接在一起。隔膜4因此通过耦合元件5与执行器结构3耦合为使得隔膜能够在电激励执行器层9时与耦合元件5和执行器结构3一起相对于载体衬底2振动。

MEMS扬声器1在附图中被示为处于其不活动状态。在该状态下，隔膜4、耦合元件5和/或执行器结构3位于中性位置处，其中它们在被执行器结构3激励时可以从所述中性位置中偏转出。隔膜4优选地可以以大于200％的伸长被偏转。执行器结构3和隔膜4在中性位置被定位彼此平行。耦合元件5的最大高度因此对应于执行器结构3与隔膜4之间的最短距离。根据图1中所示的实施例，耦合元件5被构造为与载体衬底2恰好一样高。

执行器结构3充当众所周知的大型扬声器的定位圈。执行器结构3因此被构造为使得其以预定的力将隔膜4保持在其中性位置，使得隔膜4被保护免于被外部作用的碰撞损伤。此外，MEMS生扬声器的声学质量通过将隔膜4保持在其中性位置而得到改善。这样，执行器结构3还被构造为使得其可以将隔膜4在隔膜4偏转以后、尤其是在不活动——即未通电——的执行器结构的情况下借助于执行器结构3再次引导回其中性位置。

图2示出了包括电路板16的MEMS扬声器1，其中从图1中已知的单元被嵌入到该电路板16中。电路板16为此具有第一电路板空腔17。第一电路板空腔17具有多个区域。根据图2中所示的实施例，第一电路板空腔17包括第一区域18，该第一区域18形成MEMS扬声器1的腔体19。此外，第一电路板空腔17包括第二区域20。在该第二区域20中，载体衬底2被形状配合地保持在电路板16中。为此，第二区域20具有与第一区域18相比更大的区域，使得在这二者之间构造阶梯部。载体衬底2以其朝向腔体19的端面抵靠在该阶梯部上，使得衬底载体2被形状配合地保持在电路板18中。第二区域20被布置为与第一区域18直接相邻。

第一电路板空腔17还包括导声通道21，该导声通道21根据图2中所示的实施例由第一电路板空腔17的另一区域23形成。导声通道21或区域23被布置为与载体衬底2或与第一电路板空腔17的第二区域20直接相邻。

电路板16示具有声出口24。根据图2中所示的实施例，声出口24被构造在导声通道21的背向隔膜4的侧。导声通道21在此被构造为锥形的。

此外，电路板16具有第二电路板空腔25。该第二电路板空腔25与第一电路板空腔17间隔开和/或构造在第一电路板空腔17之下。在第二电路板空腔25中布置有至少一个电子组件、尤其是ASIC 26。此外，也可以将至少一个无源电子部件27布置在第二电路板空腔25。为了构造第一和/或第二电路板空腔17、25，电路板16被构造为分层的，其中这些层中的至少一个具有缺口以用于构造相应的电路板空腔17、25。

在下面的附图中示出了MEMS扬声器1的另外的实施方式，其中基本上仅仅深入探讨相对于已描述实施方式的差异。这样，在下面对实施例中的描述中，为相同特征使用相同附图标记。如果这些特征未予以再次详细阐述，则其构造和作用方式对应于前面已经描述的特征。下面描述的差异可以与分别在先和后续的实施例相组合。

与图1和图2中所示的实施例不同，在图3中所示的实施例中，隔膜4与载体衬底2在空间上去耦合。隔膜4因此与载体衬底2在图3中所示的横截面图中相距一定距离。隔膜4此外与前述实施例不同不是固定在载体衬底2处，而是固定在电路板16处。这样，隔膜4布置在第一电路板空腔17的内部，并且在其边缘区域中固定在第一电路板空腔17的侧壁28处。根据图3，MEMS扬声器1为了将隔膜4与载体衬底2间隔开而具有第三区域22。第三区域22(其用于将隔膜4布置为与载体衬底2间隔开)被布置为与第二区域20(其用于形状配合地容纳载体衬底2)相邻。第三区域22被构造为与第二区域20相比更宽的。因此，隔膜4与载体衬底2和/或执行器结构3相比具有更大宽度。

隔膜4延伸到第一电路板17空腔的整个宽度之上、进入电路板16中。隔膜4因此被固定在电路板16中。根据图3，隔膜4被布置在第三区域22的背向载体衬底2的端部处。

在声出口24的方向上，与第三区域22衔接的是用于构造导声通道21的第四区域23。隔膜4在MEMS扬声器1的此处所示的横截面图中被构造为比载体衬底2和执行器结构3更宽。由于将隔膜4与载体衬底2间隔开，在本实施例中，中间空腔13现在不是如前述实施例中那样单单由衬底空腔6形成，而是附加地还由第一电路板空腔17的第三区域形成。

根据图3，耦合元件5与载体衬底相比具有更大高度。耦合元件5从执行器结构3的内侧出发在隔膜4的方向上延伸到第一电路板空腔17的第二和第三区域20、23之上。载体衬底2和耦合元件5如在前述实施例中那样由相同材料、尤其是由硅制成，其中衬底空腔6被置入到衬底毛坯中。但是与前述实施例不同，衬底毛坯在载体衬底2的区域中、尤其是在第三区域22的周界中的高度被降低，使得耦合元件5与载体衬底2相比具有更大的高度。

图4示出了MEMS扬声器1的另一实施例，其中在此作为与前述实施例相比的显著区别，耦合元件5不是被构造为一体化的，而是被构造为由多部分构成的。耦合元件5因此包括第一部分29和第二部分30。两个部分29、30彼此固定连接。第一部分29被固定在内侧、即执行器结构3的朝向衬底空腔6的侧。第二部分30与隔膜4在隔膜4的朝向执行器结构3的侧连接。

两个部分29、30可以由不同或相同材料制成。第一部分29优选地由于载体衬底2相同的材料制成。第二部分30优选地由于其相比不同的材料、尤其是陶瓷、金属、塑料和/或复合材料制成。但是第二部分此外同样也可以由铝、氮化铝和/或硅制成。

耦合元件5在此在横截面中被构造为矩形的。第一和第二部分29、30因此具有彼此相同的宽度。可替代于此地，耦合元件可以根据图5或7中所示的实施例被构造为T形。由此，耦合元件5与执行器结构3的第一连接区域14与同隔膜4的第二连接区域15相比被构造为更窄的。耦合元件5因此与隔膜4具有与同执行器结构3相比更大的连接面。根据图5和7，耦合元件5的第一部分29可以被构造为矩形的。耦合元件5的第二部分30与此不同要么根据图5被构造为T形的，要么根据图7具有与第一部分29相比更大的宽度。

根据图6中所示的实施例，由载体衬底2和执行器结构3组成的单元也可以与前述实施例不同以转动180°的形式集成到电路板16中。在这种情况下，耦合元件5被固定在外侧、即执行器结构3的背向衬底空腔6的侧。中间空腔13因此仅仅由第一电路板空腔17的第三区域22形成。此外，在此将耦合元件5构造成一体化的。执行器结构3根据本实施例因此附加地包括硬化元件(Versteifungselement)31。该硬化元件31被构造在执行器结构3的背向耦合元件5的侧。

图7示出了MEMS扬声器1的一个实施例，其中隔膜4未被规定在电路板16的内部，而是被固定在外侧、在此尤其是电路板的端面32。隔膜4因此跨越电路板16的声出口24。此外，在图7中示出了耦合元件5的另一可替代的实施方式，其中耦合元件5具有与第一连接区域14相比更大的第二连接其余15。耦合元件5具有T形，其中第二部分30与第一部分29相比具有更大宽度。

本发明不限于所示出和所描述的实施例。在权利要求书的范围内的改动同样是可能的、比如特征的组合，即使它们是在不同的实施例示出和描述的。

附图标记列表

1.MEMS扬声器

2.载体衬底

3.执行器结构

4.隔膜

5.耦合元件

6.衬底空腔

7.第一载体开口

8.第二载体开口

9.执行器层

10.承载层

11.突起

12.增强元件

13.中间空腔

14.第一连接区域

15.第二连接区域

16.电路板

17.第一电路板空腔

18.第一区域

19.腔体

20.第二区域

21.导声通道

22.第三区域

23.第四区域

24.声出口

25.第二电路板空腔

26.ASIC

27.无源电子组件

28.侧壁

29.第一部分

30.第二部分

31.硬化元件

32.端面

Claims (16)

1.一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、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；

隔膜(4)由弹性体制成，被布置在另一衬底开口(8)的区域中，跨越该衬底开口(8)和/或隔膜(4)在其边缘区域中与载体衬底(2)或电路板(16)连接。

2.根据权利要求1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.根据权利要求1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)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1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。

5.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，隔膜(4)被布置在与载体衬底(2)的背向执行器结构(3)的面处连接。

6.根据权利要求中1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.根据权利要求1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)被构造为在其第二区域(20)中比在其第一区域(18)中更宽，使得载体衬底(2)被形状配合地保持。

8.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，隔膜(4)在MEMS扬声器的横截面图中与载体衬底(2)间隔开和/或在其边缘区中与电路板(16)的端面处或者在第一电路板空腔(17)的侧壁(28)处连接，其中隔膜(4)至少延伸到第一电路板空腔(17)的整个宽度之上。

9.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，第一电路板空腔(17)具有与第二区域(20)相邻的第三区域(22)，在所述第三区域(22)中，隔膜(4)布置在其背向第二区域(20)的端部处，其中第一电路板空腔(17)被构造为在其第三区域(22)比在其第二区域(20)中更宽。

10.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，隔膜(4)被构造为在MEMS扬声器的横截面图中比执行器结构(3)和/或载体衬底(2)更宽。

11.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，中间空腔(13)由衬底空腔(6)和/或至少部分地由第一电路板空腔(17)的第二和/或第三区域(20，22)形成。

12.根据权利要求中1所述的MEMS扬声器，其特征在于，耦合元件(5)一体化地由硅制成，或者被构造为由多部分构成，其中耦合元件包括至少一个与执行器结构(3)连接的由硅制成的第一部分(29)、以及与隔膜(4)连接的由硅、陶瓷、铝、氮化铝、塑料和/或复合材料制成的第二部分(30)。

13.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，耦合元件(5)在第一连接区域(14)中与执行器结构(3)连接并且在与第一连接区域(14)相对的第二连接区域(15)中与隔膜(4)连接，和/或

第二连接区域(15)被构造为在MEMS扬声器的横截面图中宽于或等于第一连接区域(14)。

14.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，耦合元件(5)在其朝向隔膜(4)的端部处、第二部分被构造为与在其朝向执行器结构(3)的端部处相比更宽，其中耦合元件(5)、第二部分(30)具有T形。

15.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，耦合元件(5)被固定在执行器结构(3)的朝向或背向衬底空腔(6)的侧，和/或

耦合元件(5)被构造为与载体衬底(2)相比更高。

16.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，载体衬底(2)和至少部分耦合元件(5)由相同材料和/或由相同衬底毛坯制成，和/或载体衬底(2)在其背向执行器结构(3)的侧被挖出缺口，使得耦合元件(5)具有更大高度。

Images