CN108141673B - 柔性mems印刷电路板单元以及声换能器组装件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件的MEMS印刷电路板单元，该MEMS印刷电路板单元具有印刷电路板和多层压电结构，藉由该多层压电结构允许出于此目的而提供的膜可被设置成振荡和/或该膜的振荡可被检测到，有利地，该印刷电路板被设计成柔性的且该多层压电结构被嵌入到该印刷电路板中。本发明进一步涉及一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件，该声换能器组装件具有膜、空腔、以及包括印刷电路板和多层压电结构的MEMS印刷电路板单元，藉由该多层压电结构，膜可被设置成振荡和/或膜的振荡可被检测到，而该MEMS印刷电路板单元如上文指定那样形成。

Description

柔性MEMS印刷电路板单元以及声换能器组装件

技术领域

本发明涉及一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件(特别是MEMS扬声器和/或MEMS话筒)的MEMS印刷电路板单元，该MEMS印刷电路板单元具有印刷电路板和多层压电结构，藉由该多层压电结构，出于此目的而提供的膜(22)可被设置成振荡和/或膜(22)的振荡可被检测到。此外，本发明涉及一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件，该声换能器组装件具有膜、空腔、以及包括印刷电路板和多层压电结构的MEMS印刷电路板单元，藉由该多层压电结构，膜可被设置成振荡和/或膜的振荡可被检测到。

背景技术

这种声换能器组装件被安装在例如移动电话或助听器中。术语“MEMS”表示微机电系统。具有由硅制成的载体基板、在载体基板中形成的中空空间、以及多层压电膜结构的MEMS声换能器例如从DE 10 2013 114 826 A1已知。该文献中描述的中空空间以具有由多层压电膜结构跨越的至少一个开口为特征。在膜结构的边缘区域中，该膜结构连接到由硅构成的载体基板，从而为了生成和/或检测声能，膜能够相对于载体基板振荡。这种基于硅的MEMS声换能器的主要缺点是非常高的制造成本，因为与其他材料相比，硅(特别地)非常昂贵。另外，在一方面，压电膜结构的大小应当尽可能大，以便能够生成高的声压。在另一方面，由于昂贵的压电组件，膜结构应当尽可能小，以便减小制造成本。附加的缺点是，这种MEMS声换能器或这种硅基板与印刷电路板结合使用，这一起以具有相对较大的构造体积为特征。其应用领域是有限的，因为它只能被安装在提供相应较大安装空间的设备中。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种MEMS印刷电路板单元和一种声换能器组装件，其可以被廉价地制造、可以生成最大可能的声压和/或被设计成高度紧凑。

该任务通过具有独立权利要求的特征的MEMS印刷电路板单元和声换能器组装件来解决。

提出了一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件的MEMS印刷电路板单元。该MEMS印刷电路板单元以具有印刷电路板(PCB)、以及多层压电结构(尤其是致动器结构和/或传感器结构)为特征。该结构以藉由该结构出于此目的而提供的膜可被设置成振荡和/或该膜的振荡可被检测到的方式来设计。压电结构优选地形成为MEMS致动器和/或MEMS传感器。该结构、特别是该结构的中心区域因此可以沿着提升轴偏转，以便将为此目的而提供的膜设置成振荡或检测该膜的振荡。

根据本发明，多层压电结构直接连接到印刷电路板，而多层压电结构嵌入到印刷电路板中。如果结构被嵌入到印刷电路板中，则该结构的至少部分区域或区段、优选地至少一个锚定区域是完整的；即，至少在该结构的上侧和下侧，该结构的至少部分区域或区段被印刷电路板包围。因此，可以省去本领域中已知的用在MEMS声换能器中的昂贵的硅基板。这可以极大地减小MEMS印刷电路板单元的制造成本。此外，嵌入在印刷电路板中保护敏感的多层压电结构不受外部影响。为了结构能够继续沿着提升轴偏转以便与出于此目的而提供的膜交互，印刷电路板也被设计为柔性的。通过印刷电路板可被直接用于挂起结构的事实，MEMS印刷电路板单元可被形成为高度紧凑。因此，可以省去本领域中先前使用的附加组件(特别是硅框架)，从而可以极大地减小(特别是)MEMS印刷电路板单元的高度

为了实现印刷电路板的柔性设计，如果省去纤维复合材料的使用，则是有利的。相反，印刷电路板的基体优选地由聚合物材料(特别是柔性的聚合物材料)形成。使用聚合物确保了印刷电路板的对应的柔性设计。此外，通过使用聚合物，与硅相比的成本更低，从而可以达成MEMS印刷电路板单元的降低成本的制造。此外，这种柔性或柔韧的印刷电路板的制造工艺——使用该柔性或柔韧的印刷电路板藉由层压来互连多个层(特别是至少一个压电层、一个支撑层、一个电极层、和/或形成印刷电路板的基体的一个或多个聚合物层)——与先前已知的制造工艺相比显著地更便宜。

如果结构包括至少一个压电层(以下称为压电层(piezo layer))，则是有利的。这可以包括MEMS致动器层和/或MEMS传感器层。替换地或附加地，该结构包括至少一个电极层。类似地，该结构可包括为该结构提供必要强度的支撑层，以便沿着提升轴偏转而不会损坏。

如果多层结构以具有两个压电层为特征，则是有利的。这些多层结构中的每一者优选地布置在两个电极层之间。在此，电极层(特别是四个电极层)之一可以由支撑层形成。支撑层优选地由金属(特别是铜)制成。如果结构以具有多个压电层为特征，则结构可以生成更大的力并且引起更大的偏转。就此而言，如果结构以具有两个以上压电层为特征，则是附加地有利的。

如果结构的一压电层被设计成传感器，而另一压电层被设计成致动器，则是有利的。替换地，压电层还可包括彼此分离的多个区域，其中一个区域被设计成传感器，而另一区域被设计成致动器。

如以上提及的，该多层结构被集成在印刷电路板中。另外，如果控制单元，特别是ASIC，被集成在印刷电路板中，则是有利的。ASIC是适用于操作声换能器组装件的电子专用集成电路。替换地或附加地，将至少一个附加无源电子元件集成在印刷电路板中，则是类似地有利的。附加的电组件(特别是附加的无源组件)可以是例如电阻器和/或I/O触点。因此，可以非常良好地利用MEMS印刷电路板单元的构造体积，由此MEMS印刷电路板单元进而可被形成为高度紧凑。

如果印刷电路板特别是藉由层压来从多个层(特别是多个聚合物层和/或金属层)制造的，则是有利的。藉由印刷电路板的多层设计，组件(特别是该结构、ASIC、和/或至少一个附加的无源组件)可以被容易且成本高效地集成、嵌入和/或完全封装在印刷电路板中。

如以上已经提及的，如果多层压电结构以具有至少一个支撑层为特征，则是类似地有利的。优选地，该结构的支撑层由印刷电路板的层形成。因此，这种层是印刷电路板和结构两者的组件。支撑层优选地由金属，特别是铜制成，和/或优选地以具有2μm至50μm之间的厚度为特征。支撑层可特别是藉由导电粘合剂来电耦合到压电层。在这种情形中，支撑层可以形成为用于驱动压电层的电极层，或者如此起作用。然而，替换地，支撑层也可以与压电层电解耦，特别是藉由布置在这两者之间的绝缘层来电解耦。

如果结构以具有多个压电层为特征，则是有利的。压电层可被设计成使得这些压电层中的每一者可以藉由下电极层和/或上电极层来激发。此外，可以构想，这些压电层之一电耦合到支撑层并因此充当电极层。藉由这种耦合，支撑层可被直接布置在压电层上。替换地，压电层位于两个电极层之间和/或藉由绝缘层与支撑层电解耦。

如果结构可以相对于印刷电路板的锚定区域沿着提升轴偏转和/或通过至少一个柔性连接元件来连接到紧固区域，则是有利的。耦合元件可被布置在结构的紧固区域中。藉由耦合元件，出于此目的而提供的膜与结构彼此机械地连接。在结构的电激励之际，耦合元件因此与膜和结构一起沿着提升轴振荡。有利地，通过这种空间解耦，膜和结构可以按基本上彼此独立的方式，特别是在几何上相对于它们相应大小独立地优化，而不对其他组件的性质具有负面影响。因此，例如，与膜相比，结构可被制造得较小，由此可以减小材料成本。同时，与结构相比，膜在大小上可被制造得较大，由此进而可以提高性能——即声学性能。

为了实现MEMS印刷电路板单元与声换能器组装件的第二组件(特别是刚性的第二印刷电路板单元)的电连接，如果印刷电路板以具有至少一个电触点为特征，则是有利的。藉由这种里面的触点、特别是内部触点，MEMS印刷电路板单元、特别是金属支撑层和/或至少一个电极层可被连接到刚性的第二印刷电路板单元、特别是其中嵌入有电子有源和/或无源组件的刚性的第二印刷电路板单元。

如果印刷电路板以具有用于将MEMS印刷电路板单元电连接到外部设备的至少一个外部触点为特征，则是类似地有利的。因此，外部触点形成到主设备(特别是助听器和/或移动电话)的组件的接口。

如果印刷电路板包括从结构引导到电触点、特别是外部触点的编织触点路径，则是有利的。优选地，仅编织触点路径被布置在扭结/弯曲区域中；即，特别地，不是该结构被布置在扭结/弯曲区域中。

如果MEMS印刷电路板单元以具有触点区域、扭结和/或弯曲区域、和/或主区域为特征，则是有利的。主区域优选地包括结构、至少一个柔性连接元件、和/或紧固区域。触点区域优选地包括至少一个外部触点。扭结/弯曲区域优选地被布置在主区域与触点区域之间和/或被设计为比主区域更加弹性。此外，扭结/弯曲区域中的MEMS印刷电路板单元可以优选地弯曲多达90°。如果仅编织的柔性触点路径被布置在扭结/弯曲区域中和/或该结构不从主区域延伸到扭结/弯曲区域中，则可以确保扭结/弯曲区域的这种弹性形成。通过相应地使触点区域扭结和/或弯曲，相应地，外部触点也可以被横向布置在MEMS印刷电路板单元上。

为了达成MEMS印刷电路板单元的柔性，如果使用聚合物作为印刷电路板的基材，则是有利的。另外，印刷电路板和/或印刷电路板包括上述金属支撑层和/或(特别是由编织碳纤维或编织金属路径制成的)编织弹性触点路径。声换能器组装件的各电极的这种弹性接触改进了疲劳性质。类似地，藉由使用编织触点路径，可以确保MEMS印刷电路板单元保持弹性并且以具有长的服务寿命为特征。此外，因此特别是在扭结/弯曲区域中可以达成较大的最大弯曲角度。

此外，如果MEMS印刷电路板单元、特别是印刷电路板和/或结构以具有至少一个凹陷为特征，则是有利的。至少一个凹陷优选地以使得结构、至少一个柔性连接元件、和/或紧固区域被切断，特别是在其相应的边缘区域中被切断的方式来设计。

该结构优选地以具有悬臂为特征或者被如此形成。该结构被优选地固定在一端，而其另一端可以沿着提升轴从中间位置偏转。藉由结构和/或印刷电路板的上述切断，为了使结构偏转，有利的是必须花费较小的力。此外，由于偏转不受印刷电路板的基材、特别是不受聚合物的阻挡，因此该结构可以更强烈地偏转。因此，可以增大膜的最大提升并且还因此增大最大声压。

然而，作为切断的替换方案，如果MEMS印刷电路板单元，特别是印刷电路板被形成为完全闭合的主体，则也是有利的。藉由这种设计，确保了保护集成组件不受环境影响。此外，作为结果，可以减小制造成本，因为可以省去用于形成切断的工艺步骤。

还提出了用于生成和/或检测可听波长频谱中的声波的一种声换能器组装件(特别是MEMS扬声器、MEMS话筒、和/或MEMS接收机)，该声换能器组装件以具有膜和MEMS印刷电路板单元为特征。优选地，该声换能器组装件进一步包括空腔。术语“空腔”被理解为优选地闭合中空空间，其与膜的一侧毗邻并藉由该空腔可以放大声压。MEMS印刷电路板单元包括印刷电路板和多层压电结构，藉由该多层压电结构，膜可被设置成沿着提升轴振荡，和/或该膜的振荡可以被检测到。MEMS印刷电路板单元根据先前描述来设计，而指定的特性可以单独地或以任何组合的方式存在。作为结果，印刷电路板单元可被制造成高度紧凑和成本高效。此外，移动的敏感组件、特别是该结构被保护以不受外部影响。

如果声换能器组装件包括连接到柔性的第一MEMS印刷电路板单元的第二印刷电路板单元，则是有利的，其中该第二印刷电路板单元优选地形成为刚性的和/或至少一个电子组件被集成(特别是完全嵌入和/或封装)在该第二印刷电路板单元中。第二印刷电路板单元优选地形成用于其中嵌入有压电结构的柔性的第一MEMS印刷电路板单元的支撑框架。第二刚性印刷电路板单元，特别是其基体，优选地由纤维复合材料制成。

如果第二刚性的印刷电路板单元以具有间隙，优选地至少部分地形成空腔的间隙为特征，其中在该空隙的开口处布置第一柔性MEMS印刷电路板单元，则是有利的。作为结果，柔性MEMS印刷电路板单元，特别是其嵌入式结构可以相对于充当支撑框架的第二印刷电路板单元沿着提升轴振荡。

此外，如果间隙完全延伸通过第二刚性印刷电路板单元或印刷电路板，和/或如果外壳部分被布置在间隙的第二开口的区域中以形成闭合空腔，则是有利的。作为结果，声换能器组装件可被形成为高度紧凑和成本高效。

为了减小制造成本，如果声换能器组装件包括膜模块，该膜模块包括膜和/或将膜保持在其边缘区域的膜框架，则是有利的。

此外，如果柔性的第一MEMS印刷电路板单元被布置在刚性的第二印刷电路板单元的面对或背对膜模块的一侧上，则是有利的。作为结果，例如，空腔大小可以在制造过程期间被快速地且容易地适配。

为了能够使结构和膜适应其相应的个体要求，如果膜通过耦合元件来连接到柔性的第一MEMS印刷电路板单元(特别是在其紧固区域中)，则是有利的。耦合元件的材料优选地与柔性的第一印刷电路板的材料不同。

优选地，声换能器组装件的外壳由膜框架、第二刚性印刷电路板单元、和/或闭合空腔的外壳部分形成。

为了能够避免外壳部分的声学激励，如果外壳是从与印刷电路板相比不同的材料(特别是金属、陶瓷、和/或塑料)形成的，则是有利的。

如果第一柔性MEMS印刷电路板单元特别是藉由导电粘合剂来电耦合到刚性的第二印刷电路板单元，则是有利的。第二刚性印刷电路板单元优选地以具有电触点为特征，作为结果，可以发生第一和第二印刷电路板单元的电接触。

如果至少一个电子组件(诸如ASIC)被集成(特别是完全封装)在第二刚性印刷电路板中，则是有利的。替换地或附加地，至少一个附加无源组件可被集成在第二印刷电路板中。通过将第二印刷电路板单元直接布置在第一MEMS印刷电路板单元上，附加的支撑框架是不必要的，由此可以实现紧凑设计。

如果ASIC、由该结构形成的传感器、以及由该结构形成的致动器被设计为闭合控制回路，则是有利的。

附图说明

本发明的进一步优点在以下实施例中进行描述。以下示出了：

图1示出了具有完全闭合和/或聚合的基体的MEMS印刷电路板单元的立体视图，

图2示出了具有触点区域、扭结/弯曲区域和主区域的MEMS印刷电路板单元的第二实施例的立体视图，

图3示出了MEMS印刷电路板单元的第三实施例的立体视图，使用该MEMS印刷电路板单元，移动组件(特别是结构、连接元件和/或紧固区域)被切断，

图4示出了图3中示出的MEMS印刷电路板单元的截面图，

图5示出了具有布置在膜模块与第二刚性印刷电路板单元之间的第一MEMS印刷电路板单元的声换能器组装件的第一实施例的立体视图，

图6示出了图5中示出的声换能器组装件的第一实施例的截面图，

图7示出了具有布置在膜模块与第一柔性MEMS印刷电路板单元之间的刚性第二印刷电路板单元的声换能器组装件的第二实施例的立体视图，

图8示出了图7中示出的声换能器组装件的第二实施例的截面图，

图9示出了以具有图2中示出的第一MEMS印刷电路板单元为特征的声换能器组装件的第三实施例的截面图，

图10示出了具有包括电缆的塑料元件的声换能器组装件的第四实施例的截面图，

图11示出了根据第一实施例的具有位于支撑层与电极层之间的绝缘层的多层压电结构的截面图，以及

图12示出了根据第二实施例的具有形成为电极层的支撑层的多层压电结构的截面图。

在附图的以下描述中，为了定义各种元素之间的关系，参考附图中示出的各对象的位置，使用相对术语(诸如以上、以下、上、下、之上、之下、左、右、垂直和水平)。此类术语在与设备和/或附图中所示的元素的位置发生偏离的情形中可以改变是不言自明的。相应地，例如，在设备取向和/或所示元素相对于附图被反转时，在附图的以下描述中被规定为“以上”的特征现在将被布置为“以下”。因此，相对术语仅仅被用于对下文描述的各个体设备和/或各元素之间的相对关系的较简单描述。

具体实施方式

图1示出了MEMS印刷电路板单元1的立体视图。MEMS印刷电路板单元1包括形成为完全闭合的主体的印刷电路板2。此外，MEMS印刷电路板单元1包括电触点9，这些电触点9中仅一个电触点被提供有附图标记。根据图示，电触点9位于印刷电路板2的上侧，并且用于将MEMS印刷电路板单元1连接到第二印刷电路板单元16，该第二印刷电路板单元16例如在图5和7中示出。

此外，MEMS印刷电路板单元1包括多层压电结构3。在MEMS话筒的情形中，多层压电结构3充当传感器结构，和/或在MEMS扬声器的情形中，多层压电结构3充当致动器结构。根据两个不同的实施例，图11和12中示出了压电结构3的详细截面图。

如在图1中示出的，压电结构3、多个柔性连接元件4a、4b、4c、4d、和/或紧固区域5被完全封装在印刷电路板2中。压电结构3优选形成为MEMS致动器。MEMS印刷电路板单元1由聚合物制成，使得其可被灵活地设计。此外，MEMS印刷电路板单元1包括柔性的、特别是编织的触点路径6，出于清楚的原因，在附图中，这些触点路径6中仅一个触点路径被提供有附图标记。

MEMS印刷电路板单元1以具有至少一个锚定区域32a、32b为特征。与此相反，形成为悬臂的结构3a、3b可以沿着提升轴来偏转。在当前情形中，根据图1的MEMS印刷电路板单元1以具有两个此类结构3a、3b为特征。此类结构3a、3b中的每一者藉由两个柔性和/或弹性连接元件4a-4d来耦合到紧固区域5。

如果结构3被嵌入到印刷电路板2中，则结构3的至少部分区域或区段，优选地至少相关联的锚定区域32被印刷电路板2完全包围；即，至少在该结构3的上侧和下侧。因此，可以省去本领域中已知的通常用在MEMS声换能器中的昂贵的硅基板。这可以极大地减小MEMS印刷电路板单元1的制造成本。此外，嵌入在印刷电路板2中保护敏感的多层压电结构3a、3b不受外部影响。为了结构3a、3b能够继续沿着提升轴偏转以便与图5中示出的膜22交互，例如，印刷电路板2也被设计为柔性的。通过印刷电路板2被直接用于挂起结构3a、3b的事实，MEMS印刷电路板单元1可被形成为高度紧凑。

图2和图3中示出了MEMS印刷电路板单元1的两个附加实施例，而每个附加实施例基本上描述了关于已经描述的实施例的差异。因此，根据以下描述，相同特性的附加实施例使用相同的附图标记。除非它们被再次详细解释，否则它们的设计和动作模式对应于以上已经描述的特征。以下描述的差异可以与相应的先前和之后的实施例的特征组合。

图2中示出的MEMS印刷电路板单元1包括三个区段或部分区域，即主区域10、扭结/弯曲区域11、以及触点区域12。主区域10包括位于印刷电路板2的一侧的电触点9，出于清楚的原因，这些电触点9中仅一个电触点被提供有附图标记。这些电触点9旨在将根据图9的MEMS印刷电路板单元1电连接到第二印刷电路板单元16。

根据图2中示出的实施例(同样适用于图3中示出的实施例)，MEMS印刷电路板单元1的结构3a、3b被至少部分地切断。为此，印刷电路板2以具有至少一个凹陷7、33、34、35为特征，该至少一个凹陷是连续的——即，从上侧延伸到下侧的。藉由该凹陷，结构3a、3b在其边缘区域中被至少部分地切断。在当前情形中，印刷电路板2包括将结构3a、3b横向地切断的第一凹陷7和第二凹陷33、连接元件4a-4d、和/或相对于印刷电路板2的充当支撑框架的部分的紧固区域5。此外，印刷电路板2包括第三和/或第四凹陷34、35。藉由该凹陷，相应的结构3a、3b相对于所分配的连接元件4a-4d和/或紧固区域5被切断。同样适用于图3和4中示出的实施例。

因此，结构3a、3b、至少一个柔性连接元件4a-4d、以及紧固区域5彼此切断并且与印刷电路板2的支撑框架切断。凹陷7、33、34、35实现紧固区域5的经减小的力的偏转。此外，这可被用于生成较大的提升。相反，编织触点路径6完全集成在PCB 2中；即，从所有侧面。

配置为扭结/弯曲区域11的第二部分区域位于触点区域12与主区域10之间。第三部分区域(即触点区域12)以具有用于将MEMS印刷电路板单元1电连接到外部设备(附图中未示出)的至少一个外部触点8为特征。扭结/弯曲区域11被设计成比主区域10更加弹性，使得优选地多达90°的弯折是有可能的。作为结果，根据图9中示出的实施例，外部触点8可以从侧面布置在外壳上。为了能够确保扭结/弯曲区域11的充分的柔性，仅编织触点路径6位于该扭结/弯曲区域11中。结构3不延伸到这些编织触点路径6中。

图3和图4示出了MEMS印刷电路板单元1的附加实施例。在这种情形中，结构3a、3b、连接元件4a-4d、和/或紧固区域5特别是藉由凹陷7、33、34、35中的至少一者来彼此切断和/或与印刷电路板框架切断。印刷电路板2以仅在一侧(根据描绘的上侧)具有电触点9为特征。

图4示出了上述MEMS印刷电路板单元1的截面图，该MEMS印刷电路板单元1包括印刷电路板2和多层压电结构3。根据图4，结构3以具有压电层13、支撑层14(特别是金属支撑层14)、和/或至少一个电极层15为特征。根据本实施例，支撑层14形成为电极层15并且直接地电耦合到压电层13。在其中可以紧固耦合元件21(例如，参见图6)的紧固区域5位于中心处。支撑层14优选地至少部分地延伸到锚定区域32中。此外，支撑层14优选地在悬臂的整个区域、连接元件4a-4d、和/或紧固区域5上延伸。相反，压电层13优选限于悬臂的区域。

图5和图6示出了声换能器组装件20的第一实施例。声换能器组装件20以具有外壳30(其从膜模块17的膜框架23形成)、MEMS印刷电路板单元1(其特别是根据图1或3中示出的两个实施例中的一者来形成)、第二印刷电路板单元16、和/或外壳部分19为特征。

与MEMS印刷电路板单元1相反，第二印刷电路板单元16形成为刚性的且不是柔性的。为此，第二印刷电路板单元16的基体优选地从纤维复合材料形成。第二印刷电路板单元16包括间隙31。该间隙31形成为连续的并且从第二印刷电路板单元16的第一端侧延伸到相对的第二端侧。因此，间隙31包括两个相对的开口25、26。外壳部分19被布置在这样的两个开口26之一的区域中。因此，外壳部分19在一侧使间隙31闭合，由此形成空腔24。

柔性MEMS印刷电路板单元1被布置在与间隙31相对的另一开口25处。为此，MEMS印刷电路板单元1附连到刚性的第二印刷电路板单元16的前侧。因此，刚性的第二印刷电路板单元16形成用于柔性MEMS印刷电路板单元1的刚性支撑框架，相对于该刚性支撑框架，结构3可以沿着提升轴将紧固区域5与耦合元件21一起偏转。

如以上已经提及的，第一MEMS印刷电路板单元1被布置在间隙31的第一开口25处，并且外壳部分19被布置在第二开口26处。外壳部分19在第二开口26的侧面上闭合间隙31，以使得空腔24的体积由间隙31和由外壳部分19形成的部分中空空间来限定。

根据图5和6中示出的实施例，MEMS印刷电路板单元1被布置在膜模块17与刚性的第二印刷电路板单元16之间。第二印刷电路板单元16藉由电触点9来连接到第一MEMS印刷电路板单元1。根据本实施例，声换能器组装件20的外部触点8被布置在第二印刷电路板单元16上，特别是在空腔24的外部和/或在其背对MEMS印刷电路板单元16的侧面上。

根据本实施例，至少一个电子组件18a、18b被集成在第二印刷电路板单元16中。

除了膜框架23之外，膜模块17还包括膜22。在膜22的边缘区域中，膜22在z方向上或沿着提升轴以振荡方式容适在膜框架23中。在结构3被电激励时，耦合元件21与膜22一起开始相对于第二印刷电路板单元16振荡。

图7、9和10示出了声换能器组装件20的附加实施例，而各自基本上描述了关于图5中已经示出和描述的实施例的差异。因此，根据以下描述，相同特性的附加实施例使用相同的附图标记。除非它们被再次详细解释，否则它们的设计和/或动作模式对应于以上已经描述的特征。以下描述的差异可以与相应的先前和之后的实施例的特征组合。

图7和8示出了基本上根据上述实施例形成的替换声换能器组装件20。因此，外壳30在本文中也由膜框架23、第一MEMS印刷电路板单元1、第二印刷电路板单元16、以及外壳部分19形成。然而，根据本实施例，第二印刷电路板单元16被布置在第一MEMS印刷电路板单元1上方。因此，第二印刷电路板单元被布置在第一MEMS印刷电路板单元1与膜模块17之间。这使空腔24减小了间隙31的长度。在该实施例中，外部触点形成在MEMS印刷电路板单元1上，即在背对刚性印刷电路板单元16的一侧上。因此，外部电触点8位于下侧上。

图9示出了声换能器组装件20的附加实施例的截面图，该声换能器组装件20以具有参照图2描述的第一MEMS印刷电路板单元1为特征。第二印刷电路板单元16位于第一MEMS印刷电路板单元1上方，并且因此在膜模块17与第一MEMS印刷电路板单元1之间。外壳30从膜框架23与第二印刷电路板单元16连同外壳部分19一起形成。电组件18、18a(诸如ASIC和/或附加的无源组件)被集成在第二印刷电路板单元16中。触点区域12位于声换能器组装件20的外部并且可以藉由扭结/弯曲区域11以可变方式来移动。

图10示出了根据附加实施例的声换能器组装件20的截面图。声换能器组装件20以具有基本上形成外壳部分19的塑料元件27为特征。电线28位于塑料元件27中。电线28横向向外延伸并且用作外部触点以用于将声换能器组装件20与外部设备(附图中未示出)电连接。

图11示出了根据第一实施例的多层压电结构3的截面图。结构3包括两个电极层15和布置在这两个电极层15之间的一个压电层13。此外，绝缘层29被布置在支撑层14与下电极层15之间。藉由绝缘层29，支撑层14与下电极层15电解耦。支撑层14优选地由金属(特别是铜)制成。另外，支撑层14优选地以具有2μm至50μm之间的厚度为特征。

图12示出了根据附加实施例的多层压电结构3的截面图。在此，结构3包括上电极层15、充当电极层的支撑层14、以及布置在这两者之间的压电层13。因此，支撑层14电耦合至压电层13。支撑层14优选地由金属(特别是铜)制成。另外，支撑层14优选地以具有2μm至50μm之间的厚度为特征。

图11和12中示出的结构3的实施例可以在此处未示出的实施例中以具有至少一个附加的压电层为特征。该至少一个附加的压电层也优选地被布置在分配给结构3的两个电极层之间。因此，结构3将包括两个压电层13。在此，各电极层15(特别是四个电极层15)之一可以由支撑层14形成。支撑层优选地由金属(特别是铜)制成。如果结构以具有多个压电层为特征，则结构可以生成更大的力并且引起更大的偏转。就此而言，如果结构以具有两个以上此类压电层13为特征，则也是有利的。

本发明不限于所解说和所描述的实施例。在权利要求书的范围内的各变体是可能的，如同各特征的组合那样，即便它们在不同实施例中被解说和描述。

参考标号的列表

1 MEMS印刷电路板单元

2 电路板

3 多层压电结构

4 柔性连接元件

5 紧固区域

6 编织触点路径

7 第一凹陷

8 外部触点

9 电触点

10 主区域

11 扭结/弯曲区域

12 触点区域

13 压电层

14 支撑层

15 电极层

16 第二印刷电路板单元

17 膜模块

18 电子组件

19 外壳部分

20 声换能器组装件

21 耦合元件

22 膜

23 膜框架

24 空腔

25 间隙的第一开口

26 间隙的第二开口

27 塑料元件

28 电线

29 绝缘层

30 外壳

31 间隙

32 锚定区域

33 第二凹陷

34 第三凹陷

35 第四凹陷

Claims (20)

1.一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件(20)的MEMS印刷电路板单元，所述MEMS印刷电路板单元具有：

印刷电路板(2)，以及

多层压电结构(3)，藉由所述多层压电结构(3)，膜(22)可被设置成振荡和/或所述膜(22)的振荡可被检测到，

其特征在于，

所述印刷电路板(2)被设计成柔性的，

所述多层压电结构(3)被嵌入到所述印刷电路板(2)中，以及

其中所述MEMS印刷电路板单元(1)进一步包括至少一个第一间隙(7)，所述第一间隙(7)以使得所述结构(3)在其边缘区域中被切断的方式来设计。

2.根据权利要求1所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述结构(3)

是致动器结构和/或传感器结构，和/或

所述结构(3)、ASIC(18)、和/或至少一个附加无源电子组件(18)被集成到所述印刷电路板(2)中和/或被所述印刷电路板(2)完全封装。

3.根据权利要求1所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述结构(3)包括由金属制成的至少一个支撑层(14)，所述支撑层(14)以具有2μm到50μm之间的厚度为特征。

4.根据权利要求3所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述金属是铜。

5.根据权利要求3所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述结构(3)以具有至少一个压电层(13)为特征，所述压电层(13)电耦合到所述支撑层(14)，其中所述支撑层(14)形成电极层(15)，或所述电极层(15)与所述支撑层(14)藉由布置在所述电极层(15)与所述支撑层(14)之间的绝缘层(29)来电解耦。

6.根据权利要求5所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述压电层(13)是压电致动器层。

7.根据权利要求1所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述结构(3)可相对于所述印刷电路板(2)的锚定区域(32)偏转，和/或通过至少一个柔性连接元件(4)来连接到紧固区域(5)，耦合元件(21)可被紧固到所述紧固区域(5)，其中所述膜(22)通过所述耦合元件(21)来连接到所述结构(3)。

8.根据权利要求1所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述印刷电路板(2)以具有至少一个电触点(9)为特征，所述至少一个电触点(9)用于将所述MEMS印刷电路板单元(1)电连接到所述声换能器组装件(20)的第二组件。

9.根据权利要求8所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述第二组件是刚性印刷电路板单元(16)。

10.根据权利要求7所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述印刷电路板(2)以具有用于将所述MEMS印刷电路板单元(1)电连接到外部设备的至少一个外部触点(8)为特征。

11.根据权利要求1所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述印刷电路板(2)从柔性聚合物形成和/或包括由编织碳纤维或由编织金属路径制成的编织弹性触点路径(6)。

12.根据权利要求10所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述MEMS印刷电路板单元(1)以具有主区域(10)、触点区域(12)、和/或布置在所述主区域(10)与所述触点区域(12)之间的扭结/弯曲区域(11)为特征，所述结构(3)、所述至少一个柔性连接元件(4)、和/或所述紧固区域(5)布置在所述主区域(10)中，所述外部触点(8)布置在所述触点区域(12)中，其中所述扭结/弯曲区域(11)被设计成比所述主区域(10)更加弹性，所述扭结/弯曲区域(11)仅包括编织触点路径(6)和/或使得弯曲或扭结能够多达90°。

13.根据权利要求7所述的MEMS印刷电路板单元，其特征在于，所述第一间隙(7)进一步以使得所述至少一个柔性连接元件(4)、和/或所述紧固区域(5)在其相应的边缘区域中被切断的方式来设计。

14.一种用于在可听波长谱中生成和/或检测声波的声换能器组装件，其具有：

膜(22)，以及

第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)，

所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)包括印刷电路板(2)以及

多层压电结构(3)，藉由所述多层压电结构(3)，所述膜(22)可被设置成振荡和/或所述膜(22)的振荡可被检测到，

其特征在于，

所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)根据权利要求1来形成。

15.根据权利要求14所述的声换能器组装件，其特征在于，所述声换能器组装件(20)包括空腔(24)和/或连接到所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)的第二刚性印刷电路板单元(16)，其中至少一个电子组件(18)被集成在所述第二刚性印刷电路板单元(16)中。

16.根据权利要求14所述的声换能器组装件，其特征在于，所述声换能器组装件(20)包括空腔(24)和/或连接到第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)的第二刚性印刷电路板单元(16)，其中至少一个电子组件(18)被完全嵌入和/或封装在所述第二刚性印刷电路板单元(16)中。

17.根据权利要求15所述的声换能器组装件，其特征在于，所述第二刚性印刷电路板单元(16)以具有至少部分地形成所述空腔(24)的间隙(31)为特征，所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)被布置在所述间隙(31)的开口处，其中所述间隙(31)完全延伸穿过所述第二刚性印刷电路板(16)，和/或外壳部分(19)被布置在所述间隙的第二开口(26)的区域中以用于形成闭合空腔(24)。

18.根据权利要求15所述的声换能器组装件，其特征在于，所述声换能器组装件(20)包括膜模块(17)，

所述膜模块(17)包括所述膜(22)和/或将所述膜(22)保持在其边缘区域中的膜框架(23)，和/或

所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)被布置在所述第二刚性印刷电路板单元(16)的面对或背对所述膜模块(17)的侧面上。

19.根据权利要求14所述的声换能器组装件，其特征在于，所述膜(22)通过耦合元件(21)连接到所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)。

20.权利要求14所述的声换能器组装件，其特征在于，所述膜(22)通过耦合元件(21)连接到所述第一柔性MEMS印刷电路板单元(1)的紧固区域(5)。

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