CN110785374A - 用于与流体的体积流相互作用的mems换能器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于与流体的体积流相互作用的MEMS换能器，包括衬底，该衬底包括具有具有形成多个衬底平面的多个层的层堆叠并且在层堆叠内包括腔。MEMS换能器包括连接到腔内的衬底的机电换能器，并且在多个衬底平面的至少一个移动平面内包括可变形的元件，在移动平面内的可变形元件的变形和流体的体积流因果相关。MEMS换能器包括在层堆叠的层内布置电子电路，该电子电路连接到机电换能器并且被配置为提供在可变形元件的变形和电信号之间的转换。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于与流体的体积流相互作用的MEMS换能器，例如MEMS扬声器、MEMS麦克风或MEMS泵，尤其涉及一种包括集成电子电路的MEMS换能器。本发明还涉及一种包括这种MEMS换能器的设备，并且涉及一种生产MEMS换能器的方法。另外，本发明涉及芯片上的MEMS-CMOS(互补金属氧化物半导体)扬声器系统。
背景技术
除了能够被微型化外，MEMS(微机电系统)技术的一个重点特别是在于具有中高数目的零件的低成本生产潜力。电声MEMS扬声器当前的商业化程度很小。几乎没有例外地，MEMS扬声器每个都包含一个膜片，该膜片通过所选择的物理作用原理以准静态或共振的方式偏转。这里，偏转为线性或非线性的方式，取决于所施加的电信号(电流或电压)。该信号包括时间变化，该时间变化被传递为膜片偏转的时间变化。膜片的往复运动以声音的形式传递到周围的流体中，为了简化而非限制目的，以下可以假设该流体是空气。
在一些情况下，仅沿一个方向对膜片进行致动。然后，通过膜片偏转时的机械弹簧作用提供恢复力。在其他情况下，沿两个方向对膜片进行致动，使得膜片可以表现出非常低的硬度。
为了致动膜片，描述了利用静电、压电、电磁、电动或磁致伸缩作用原理。例如，在[1]中找到了基于所述原理的MEMS声换能器的概述。
静电操作的换能器基于施加了不同电势的两个平面电极之间产生的力。在最简单的情况下，该布置对应于板电容器，其中两个板之一可移动地悬浮。为了实际进行实施，将可移动电极配置为膜片，从而避免声学短路。当施加电压时，膜片将朝向反电极翘曲。在特定实施例中，膜片以所谓的触摸模式操作。这里，例如，如[2]中所述，膜片触摸下电极，下电极上已经涂覆了一层薄的绝缘体层，以避免短路。接触面积由所施加的电压幅度确定，因此表现出取决于所述电压的时间过程的时间变化。可以因此而生成的振荡用于产生声音。原则上，在经典的静电设置下，膜片可以仅沿电极方向被吸引。恢复力可以至少部分地由膜片的硬度来确定，并且必须足够大以便能够在可听见的声音范围内传输更高的频率。
另一方面，在给定的电压下，膜片的偏转可能随着硬度级别的增加而减小。如[3]中所述，为了避免这个问题，已经开发出一种方法，该方法涉及非常柔软的膜片，该膜片可以由上电极和下电极控制，因此使其沿两个方向都偏转。所述扬声器总共使用两个这样的膜片，它们像使用微型泵一样悬浮在包括入口和出口的腔内，并以其他方式关闭。
压电式操作的换能器利用逆压电效应。所施加的电压导致固体内的机械应力。在MEMS技术中，通常使用诸如PZT(钛酸铅锆)、AlN(氮化铝)或ZnO(氧化锌)之类的材料。所述材料通常作为功能层涂覆到膜片上并被图案化，使得膜片可以根据施加到功能层的电压而偏转和/或引起振动。压电功能层的不利之处在于，不能以没有滞后的方式进行操作。此外，陶瓷功能层的集成很复杂，并且由于在PZT和ZnO情况下缺少CMOS(互补金属氧化物半导体)兼容性，因此只有在严格的污染控制下，甚至需要在分离的洁净室环境下，才可能进行集成。
电磁操作的换能器基于软磁材料在非平稳磁场(梯度)中所受到的作用力。为了将该原理付诸实践，除了软磁材料之外，还需要永磁体和线圈，可以通过永磁体和线圈经由电流来时间控制磁场的位置梯度。例如，将软磁材料集成到膜片中。例如，如[4]中所述，所有其他部件都可以在组件中使用。该设置体积庞大、复杂，并且似乎无法合理地扩展为较大数目。
电动操作的换能器使用洛伦兹力。所述方法在宏观扬声器中广泛传播，并且已经在一些MEMS扬声器中采用。通过永磁体生成磁场。电流流过的线圈放置在磁场内。通常，通过沉积和图案化金属层将线圈集成到膜片中，并将永磁体作为外部部件添加到组件中。与MEMS技术中所有组件的集成有关的复杂性和限制表现出与电磁操作的换能器类似的很大的缺点。
磁致伸缩操作的换能器基于施加磁场的情况下的功能层的收缩或膨胀。例如，钒不粘层(vanadium permadur)是正磁致伸缩的，即在施加磁场的情况下表现出膨胀。在合适的设置的情况下，可以将所述收缩用于生成膜片振动。在[1]中，钒不粘层(Fe49Co49V2)经由铬粘合剂层沉积在SiO2(二氧化硅)上，用作磁致伸缩功能层。可以经由微型扁平线圈获得外部磁场，该线圈通过电沉积的铜实现。就整合的复杂性和限制而言，所发现的缺点与上述两个作用原理的缺点类似。
上述经典的和最广泛使用的变型共有的特征是使用了可以引起振动的膜片，下面将由于经典的膜片原理的特定缺点而已经进行了检查的特定修改对变型进行补充。
柔性膜片还可以在可听见的声音范围内包括较高的模态，因此可能导致寄生振动，这将降低声学质量(谐波失真)，参见[1]。因此，为了避免或减少所述影响，使用具有明显更高硬度级别的板。这样的板经由非常柔软的悬架连接到芯片，这也可以避免声学短路，参见[5]。
进一步的修改由分段膜片构成，该分段膜片已与上述磁致伸缩换能器一起采用。这对应于功能层沿两个方向收缩或膨胀的问题的一种特定的地形学解决方案。具体地，该设置由若干可偏转的弯曲梁组成。根据[1]，对于小于或等于3μm的梁距，该布置可以被认为是声学上封闭的。通过相应地根据谐振频率以及梁之间的距离确定各个梁的尺寸，可以实现相对较高的声学带宽，并且可以基于振动频率适配或优化声级的过程。
在Neumann等人的[6]中，遵循使用多个小部分膜片而不是一个单个的大膜片的方法。每个部分膜片的谐振频率都足够高，以致在可听见的声音范围内可以发生准静态偏转。因此，特别地，能够实现扬声器的数字操作。
总而言之，可以得出结论，就集成度而言，只要驱动电压适中，已知的静电操作的膜片扬声器就包括相对较小的偏转。例如，根据[3]的Kim等人的静电膜片扬声器可以作为参考。两个膜片中的每个膜片的面积均为2x2mm2。在每种情况下，上电极和下电极分别以7.5μm的距离安装。根据膜片的几何形状以及随着偏转增加膜片的硬度的增加，偏转由于所谓的拉入效应而通常被限制为电极距离的1/3至1/2。如果假设为1/2的较高值，则偏转的结果为7.5μm/2，即在一个方向和另一个方向两者上。可以通过假设其与偏转的硬性板的体积相对应来估计位移的体积，该偏转的硬性板的偏转为膜片的最大偏转的一半。
例如，结果是：
ΔV≈(2x2mm2)x50％*(2x7.5μm)/2＝15x10-3mm3 (公式1)
和/或
ΔV/激活区域(active area)＝ΔV/A＝ΔV/4mm2＝3.75x10-3mm (公式2)
生产小型化的膜片扬声器的普遍问题在于实现声压随频率变化的平坦过程。可达到的声压与辐射阻抗和膜片的速度成正比。从宏观的角度来看，膜片直径可以与声波波长相比。这里，真实的情况是辐射阻抗与频率成正比，参见[6]。高质量的扬声器经常设计为使得共振f0低于可听见的声音范围(对于多径扬声器，各自的谐振频率低于对应的电滤波器的下沿频率)。因此对于f＞＞f0，膜片的速度与1/f成正比。总体而言，声压p的频率相关性结果是表达式p∝1。因此，在进行上述(简化的)考虑的情况下，声压结果的过程完全平坦。
一旦声源/膜片的直径远小于要生成的声波波长，就可以假设辐射阻抗对频率呈现二次相关性，如[7]中所述。这是针对具有毫米量级的膜片的MEMS扬声器给出的。如果如上所述假设f＞＞f0，则相关性p∝f将导致声压的过程。相对于高频，低频以相当低的声压再现。在准静态操作中，膜片速度与f成正比。然后，导致声压过程的是相关性p∝f3，它对低频甚至更不利
用于人与计算机之间或人与机器之间交互的微型多功能系统有不同的集成级别。
1级：印刷电路板的混合集成
在不同基板上生产的传感器、致动器和电子电路在共享的布线支撑(这里为印刷电路板)上进行组合。
2级：系统级封装
在特定壳体内，将至少两个芯片组合以形成系统。有时，芯片间键合也用于此目的。还经常使用基于硅的布线支撑(所谓的“中介层技术”)。
3级：晶片级混合集成和单片集成
部分地在不同晶片上生产的传感器、致动器和电子电路在晶片级别处相互连接。通过对应的切块工艺，将键合的晶片堆叠的各个芯片从堆叠中移除。通过单片集成，可以在晶片上实现传感器、致动器和电子电路。在这两种情况下，元件的电连接均通过集成导线或芯片直通连接(“直通硅通孔”，简称TSV)来实现。
高度先进的混合式集成传感器/致动器系统(1级)的一个示例是所谓的可听式(hearables)产品。如今，已经以入耳式耳机的形式提供以下部件：扬声器(通过精密机械加工生产)、可充电电池、内存芯片、CPU、红色和红外传感器、温度传感器、光学触摸传感器、麦克风、3轴加速度传感器、3轴磁场传感器和3轴位置传感器。现今，例如Bragi(以下简称“Dash”)、Samsung、Motorola和Sony等公司已经将这种“系统级封装”方法用于可听式产品。
高度先进的系统级封装传感器系统(2级)的一个示例是所谓的9轴传感器。这里，例如，在一个硅芯片上实现3轴加速度传感器和3轴位置传感器，在第二硅芯片上实现3轴磁场传感器，在第三芯片上实现电子电路，所述芯片容纳在共享封装内。这种系统的供应商例如是InvenSense(MPU-9150)。
单片集成传感器系统的示例是单轴或多轴陀螺仪，或加速度传感器、压力传感器和磁场传感器，其中分别在单个芯片中实现传感器元件和电子功能。
就结构尺寸而言，单片集成提供了主要优点。在印刷电路板混合集成的情况下，每个结构元件需要一个分离的壳体，而在系统级封装的情况下，则需要相对较大的壳体，特别是当若干单独的芯片组合在一起时，在单片集成中省去了就空间而言的所述附加要求。另外，由于省去了复杂的混合设置技术，特别在大量零件的情况下，所以制造成本显著降低。
在这里要解决的是微型声音生成(微扬声器)或声音感测(麦克风)MEMS部件的情况下，包括电路或其他与致动器或传感器有关的元件的单片集成现今受到了严格限制。一方面，其原因是MEMS麦克风或扬声器的操作模式。在两种情况下，都需要在芯片表面中形成相对较大的膜片。顶侧和底侧上的芯片表面主要要求用于膜片移动期间引起的气流。因此，没有大量的芯片表面区域可用于集成其他功能。首先，基本上可能的芯片表面的扩大与随着芯片表面区域不成比例地减少的产量冲突。另一方面，制造工艺经常与CMOS电路的制造工艺不直接兼容，这增加了整个工艺的复杂度。因此，由于所述两个原因，如今，在一个或多个分离的芯片上利用声学部件实现其他功能，并且整个系统经由混合集成/系统级封装而合并。
同时，需要将MEMS换能器的安装空间保持为最小，以便能够在诸如耳机特别是所谓的入耳式耳机之类的便携式设备中使用。
因此，期望的是一种具有高水平的效率同时需要很少的安装空间的改进的MEMS换能器的构思。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种MEMS换能器及其生产方法，其可以以具有体积流高效率水平影响流体的和/或可以被具有低效率水平的体积流影响，其实现这些功能同时几乎不需要安装空间。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。
本发明的核心思想在于，认识到可以实现上述目的，因为可以通过可在移动平面(面内)内变形的元件以特别有效的方式影响流体的体积流和/或体积流可以以特别有效的方式使这种元件偏转。这实现了可变形元件的大表面区域，该表面区域可以同时以小尺寸的芯片表面与体积流相互作用，从而总的来说，获得了具有高效率水平的高效MEMS换能器设备。另外，人们已经认识到，将用于操作MEMS的电子电路集成到层堆叠的层中，将使得原本未使用的这些半导体表面对电子电路有用，从而导致该设备几乎不需要安装空间。
根据实施例，一种用于与流体的体积流相互作用的MEMS换能器包括衬底，该衬底包括具有多个层的层堆叠。衬底在层堆叠内包括腔。层形成多个衬底平面。MEMS换能器包括机电换能器，该机电换能器连接到腔内的衬底且在多个衬底平面的至少一个移动平面内包括可变形的元件。可变形元件在移动平面内的变形与流体的体积流因果相关。MEMS换能器还包括布置在层堆叠的层内的电子电路。电子电路连接到机电换能器，并且被配置为提供在可变形元件的变形和电信号之间的转换。
根据其他实施例，一种设备包括所描述的MEMS换能器，该MEMS换能器被配置为MEMS扬声器，该设备被配置为移动音乐再现设备或配置为耳机。
根据其他实施例，健康辅助系统包括传感器装置，该传感器装置用于感测身体的生命机能并基于所感测的生命机能输出传感器信号。该健康辅助系统包括用于处理传感器信号并基于所述处理来提供输出信号的处理装置，并且包括包含所描述的MEMS换能器的耳机。MEMS换能器被配置为扬声器，并且包括用于接收输出信号的无线通信接口，并且被配置为基于其来再现声学信号。
根据其他实施例，一种提供用于与流体的体积流相互作用的MEMS换能器的方法包括提供衬底，该衬底包括具有具有形成多个衬底平面的多个层的层堆叠并且在层堆叠内包括腔。该方法包括在衬底内生成机电换能器，使得机电换能器连接到腔内的衬底，并且在多个衬底平面的至少一个移动平面内包括可变形的元件，在移动平面内的可变形元件的变形和流体的体积流因果相关。该方法还包括在层堆叠的层内布置电子电路，使得该电子电路连接到机电换能器并且被配置为提供在可变形元件的变形和电信号之间的转换。
其他有利的实施例形成从属权利要求的主题。
附图说明
下面将参考附图解释本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了根据实施例的MEMS换能器的示意性透视图；
图2a示出了根据实施例的包括多个机电换能器的MEMS换能器的示意性透视图；
图2b示出了根据实施例的图2a的MEMS换能器的示意性俯视图；
图2c示出了根据实施例的图2a的MEMS换能器的示意性透视图，其中机电换能器各自表现出可变形元件的变形状态；
图3示出了根据实施例的被配置为双压电晶片的可变形元件的示意性透视图；
图4a示出了根据实施例的包括三个双压电晶片结构的可变形元件的示意性透视图；
图4b示出了根据实施例的处于偏转状态的基于图4a的可变形元件的示意性透视图；
图4c示出了根据实施例的彼此相邻布置的两个可变形元件的布置的示意性俯视图；
图5示出了根据实施例的MEMS换能器的示意性俯视图，其中机电换能器各自包括相比于图2a的MEMS换能器的配置修改的配置；
图6a示出了根据实施例的机电换能器的示意性俯视图，其中沿直线形成的弹簧元件布置在板元件和可变形元件之间；
图6b示出了根据实施例的机电换能器的示意性俯视图，其中弹簧元件以相对于可变形元件的可偏转端小于90°的角度布置；
图6c示出了根据实施例的机电换能器的示意性俯视图，其中弹簧元件以大于90°的角度布置；
图6d示出了根据实施例的机电换能器的示意性俯视图，其中衬底包括与可变形元件相邻的弹簧元件；
图6e示出了根据实施例的机电换能器的示意性俯视图，其中板元件包括凹陷；
图7a示出了根据实施例的连接到板元件的可变形元件的示意性俯视图；
图7b示出了根据实施例的配置的示意性俯视图，其中可变形元件固定地夹持并形成在衬底之间；
图7c示出了根据实施例的机电换能器的配置的示意性俯视图，其中可变形元件在中央区域中包括凹陷；
图7d示出了机电换能器的配置的示意性俯视图，其中第一可变形元件和第二可变形元件彼此平行布置；
图8a示出了根据实施例的MEMS换能器的示意性透视图，其中可变形元件分别交替地连接到衬底和锚固定元件；
图8b示出了根据实施例的图8a的MEMS换能器的示意性俯视图；
图8c示出了根据实施例的处于偏转状态的图8a的MEMS换能器的示意性透视图；
图8d示出了根据实施例的处于偏转状态的图8b的MEMS换能器的示意性俯视图；
图9示出了根据实施例的包括三个MEMS换能器的堆叠的示意性透视图；
图10是根据实施例的MEMS换能器的一部分的示意性透视俯视图，该MEMS换能器具有布置在衬底的侧面之间的可变形元件；
图11a示出了根据实施例的MEMS换能器的一部分的示意性俯视图，其中机电换能器以相对于衬底的横向方向倾斜的方式设置；
图11b示出了根据实施例的可以用作泵的MEMS换能器的一部分的示意性俯视图；
图12a示出了例如处于第一状态的可以用作MEMS泵的MEMS换能器的一部分的示意性俯视图；
图12b示出了处于第二状态的图12a的MEMS换能器；
图13示出了根据实施例的沿着横向延伸方向彼此连接的两个可变形元件的示意图；
图14示出了根据实施例的堆叠的示意图，该堆叠包括两个彼此连接并共享层的MEMS换能器；
图15示出了根据实施例的可变形元件的示意性截面侧视图，该可变形元件包括经由连接元件彼此间隔开并且彼此连接的两层；
图16示出了根据实施例的与电极相邻布置的可变形元件的示意性俯视图；
图17a从第一侧面示出了根据又一实施例的MEMS换能器的示意性透视图；
图17b从第二侧面示出了图17a的MEMS换能器的示意图；
图17c示出了根据又一实施例的根据图17a的视图的MEMS换能器的示意性透视图，其中开口设计为使得可以布置栅格腹板；
图18a示出了根据实施例的MEMS换能器的示意性透视图，其中功能元件与电子电路相邻布置；
图18b示出了与图18a的MEMS换能器相比修改的MEMS换能器的示意性透视图，其中根据实施例在盖层中布置有开口；
图19a示出了根据实施例的用于适配距离光栅的层的示意图；
图19b示出了根据实施例的使用调整层的示意图；
图20示出了根据实施例的MEMS系统的示意性框图；
图21a示出了根据实施例的设备；
图21b示出了根据实施例的又一系统的示意性框图，该系统可以被配置为通用翻译器和/或导航辅助系统；
图22示出了根据实施例的健康辅助系统的示意图；
图23示出了根据实施例的MEMS换能器的示意性俯视图，其包括多个机电换能器，该机电换能器包括被夹持在一侧上的梁元件；以及
图24示出了根据实施例的MEMS换能器的示意性俯视图，其包括多个机电换能器，该机电换能器包括被夹持在两侧上的梁元件。
具体实施方式
在下面将通过附图详细解释本发明的实施例之前，应当注意，在各种附图中，在功能或作用上相同或相等的元件、对象和/或结构均以相同的附图标记设置，使得在不同实施例中给出的所述元件的描述可以相互交换和/或相互适用。
以下将参考MEMS(微机电系统)换能器。MEMS换能器可以包括一个或多个电活化部件，该电活化部件基于所施加的电量(电流、电压、电荷等)引起机械部件的改变。所述改变可以涉及例如机械部件中的变形、温度升高或张力的生成。备选地或附加地，施加到部件上的机械影响，例如变形、温度升高或张力的生成，可以导致可以在部件的电端子处检测到的电信号或电信息(电压、电流、电荷等)。一些材料或部件表现出互换性，这意味着效果可以相互交换。例如，压电材料可以具有反压电效应(基于施加的电信号而变形)和压电效应(基于变形来提供电荷)。
以下描述的一些实施例涉及用于人/计算机，或人/机器、接口应用和交互的完全集成且高度小型化的系统，包括“个人助手”领域中的应用。这里的声学接口是关注的焦点。实施例涉及MEMS和CMOS的集成。
下述实施例中的一些实施例涉及以下事实：机电换能器的可变形元件被配置为与流体的体积流相互作用。相互作用可以包括例如可变形元件的变形，这是由电控制信号引起的，电控制信号导致流体的移动、位移、压缩或减压。备选地或附加地，流体的体积流可以使可变形元件变形，使得可以基于体积流和可变形元件之间的相互作用来获得关于流体的存在、特性(压力、流速等)或一些其他信息(例如温度)。这意味着可变形元件沿移动的横向方向的变形与流体的体积流具有因果关系。例如，MEMS可以用硅技术生产。机电换能器可以包括可变形元件和其他元件，其他元件例如电极和/或电端子。可变形元件可以被配置为(宏观地)沿移动的横向方向变形，即元件或区域可以沿移动的横向方向可移动的。例如，所述元件或区域可以是梁结构的梁末端或中央区域。从微观的角度来看，可变形元件沿移动的横向方向的变形会引发可变形元件垂直于移动的横向方向的变形。以下描述的实施例涉及宏观角度。
实施例可以提供小型化的扬声器、麦克风和/或泵，其由硅制成，并且能够相对于它们各自的设计尺寸生成尽可能高的声音水平、尽可能高的灵敏度水平和/或尽可能高的流体流速。其他实施例可以提供MEMS换能器、MEMS阀和/或MEMS剂量系统。
本发明的实施例可以用于产生空气传播的声音，特别是在可听见的声音范围内。因此，实施例涉及扬声器，特别是小型化的扬声器，例如助听器、耳机，包括入耳式耳机、头戴式耳机、移动电话等。体积流与可变形元件的变形之间相互的因果关系使得其也能够应用于扬声器。因此，实施例涉及电声换能器。
实施例使得能够提供一种多功能系统，该多功能系统被最大程度地小型化并且可以在人/计算机和/或人/机器交互中使用，并且可以以低成本进行批量生产。核心功能(将由其他功能补充)为声音生成和/或声音感测领域。
图1示出了根据实施例的MEMS换能器10的一部分的示意性透视图。MEMS换能器10被配置为与流体的体积流12相互作用。流体可以是气体(例如空气)和/或液体。例如，液体可以是药液、药物、用于技术过程的化学药品等。
MEMS换能器10包括衬底14。衬底14可以包括任何材料。例如，衬底14可以包括木制材料、金属材料和/或诸如硅材料之类的半导体材料。衬底14包括腔16。例如，可以将腔16理解为凹陷或为衬底14的至少部分封闭的体积。腔16可以至少部分地在其中布置体积流12的流体。衬底14包括至少一个材料层，例如，可以例如通过从材料铣削或刻蚀而获得
包括腔16的单件层，和/或当在生产衬底14期间省去腔16时，从而围绕腔16生成衬底14。例如，衬底14还可以包括若干层15a和15b，这在半导体生产中可以是有利的。可以在衬底14的各种层中实现不同的模式，例如存在与不存在腔16。备选地，如将在下面解释的，衬底也可以具有更大数量的层。
MEMS换能器10包括机电换能器18。机电换能器18连接到衬底14。机电换能器18包括可变形元件22，该可变形元件22可以沿移动的横向方向24变形。例如，将电信号施加到机电换能器18可以导致可变形元件22沿移动的横向方向24变形。备选地或附加地，当体积流12撞击到可变形元件22上时，可以导致可变形元件22经受变形，从而可以通过机电换能器18获得基于体积流12的电信号。这意味着可变形元件22的变形和体积流12具有因果关系。例如，机电换能器18可以包括或由至少一个(例如两个)压电层组成。两层都可以通过电压变形。机电换能器可以包括其他元件，例如电极。
MEMS换能器10包括布置在层堆叠的层15a或15b中的至少一个层中的未绘制的电子电路。未绘制的电子电路连接到机电换能器18，并且被配置为提供在可变形元件22的变形和电信号之间的转换。这意味着，可以将未绘制的电子电路用于MEMS换能器10的传感器相关和/或致动器相关的控制，取决于MEMS换能器的实现方式。将电子电路布置在衬底14的盖层中，例如在层15a中，可以使盖层的大表面区域能够用于电子区域，这使得能够相应地节省芯片表面区域和/或其他部件中的安装空间，例如，其上安装有MEMS换能器10的印刷电路板中的安装空间。将电子电路的至少一部分布置在层堆叠的盖表面中可以进一步促进以下优点，使得MEMS换能器与其他电子部件的简单接触成为可能。
术语“转换”在这里应理解为从输入变量到输出变量的转化。电子电路可以被配置为将电控制信号转换为一个或多个可变形元件的偏转，即执行致动器相关的控制，和/或将一个或多个可变形元件的变形转换为电输出信号，即执行传感器相关的评估或控制。为了进行转换，电子电路可以包括以下中的至少一种：用于将控制信号的数字版本转换为控制信号的模拟版本的数模转换器，以及用于将电输出信号的模拟版本转换为电输出信号的数字版本的模数转换器。简单来说，电子电路17可以获得模拟或数字形式的控制信号，并且可以将其转换为适合于MEMS换能器10的模拟或数字信号“输出”。例如，电子电路可以被配置为将电控制信号“输入”转换为至少一个机电换能器的可变形元件的偏转。为此，电子电路可以包括开关放大器(所谓的D类放大器)。所述放大器可以被配置为提供信号“输出”作为用于可变形元件的数字脉宽调制控制信号。
这里应当注意，使用术语“盖表面”涉及所描述的层堆叠，该层堆叠描述了例如堆叠的外层。然而，这不应该被理解为是意指不可以布置其他层，因为可以在所描述的堆叠处提供部分地或完全覆盖外层的附加层。例如，可以设置诸如半导体氧化物或漆之类的绝缘层，或其他的电功能层。
衬底14可以包括一个或多个开口26a至26d，体积流12可以通过开口26a至26d从MEMS换能器10的周围进入到腔16中和/或从腔16进入到MEMS换能器10周围。可变形元件22在变形期间执行的移动可以被理解为存在于相对于衬底14的平面内(面内)。体积流12可以至少部分地垂直于移动方向24离开或进入到腔16中，例如，如通过开口26c或26d针对体积流12所绘制的。简单来说，可变形元件22的平面内移动可以导致面外的体积流12，反之亦然。这意味着可变形元件横向的移动方向和/或变形可以相对于衬底在平面内发生。
在衬底14内，开口26c和26d垂直于移动的横向方向24布置。可变形元件22沿移动的横向方向24的变形可以导致可变形元件22的至少一个区域朝向开口26a移动，从而基于所述变形减小局部腔28的尺寸。局部腔28内存在的流体的压力可以基于其而增加。简单来说，流体可以被压缩。这可以促进流体从局部腔28或腔16流出。通过开口26d和26c，可以垂直于移动的横向方向24获得体积流12。
例如，MEMS换能器10的基部区域可以布置在x/y平面内。MEMS换能器10沿z方向的大尺寸(其被布置在垂直于x方向和/或y方向的空间中)和/或可变形元件22沿z方向的大尺寸可以导致体积流12的增加，而MEMS换能器10的基部区域保持不变。局部腔28的扩大可以导致局部腔28内的流体产生负压，从而基于可变形元件22的变形，体积流以垂直于移动的横向方向24的方式流入腔28和/或16。
可变形元件可以包括轴向延伸，例如沿y方向的轴向延伸，其值在至少1μm至最多100mm的范围内，优选至多在至少100μm至10mm的范围内，特别优选在至少500μm至最多5mm的范围内。可变形元件22可以具有沿移动的横向方向24的延伸，该延伸的值包括在至少0.1μm至最多1000μm的范围内，优选在至少1μm至最多100μm的范围内，特别优选在至少5μm至最多30μm的范围内。可变形元件可以具有沿横向方向的延伸，该横向延伸垂直于移动的横向方向，例如沿z方向，该横向延伸的值在至少0.1μm至最多1000μm的范围内，在至少1μm至最多300μm的范围内，特别优选在至少10μm至最多100μm的范围内。
图2a示出了包括多个机电换能器18a至18f的MEMS换能器20的示意性透视图。机电换能器18a至18f连接到衬底14，并且可以各自包括可沿移动的横向方向24变形的元件，如结合图1所描述的。
例如，衬底14包括第一层32a、第一间隔层34a、中间层36、第二间隔层34b和第二层32b，它们以所述顺序一个接一个地布置。根据其他实施例，可以在两个连续布置的层之间布置一个或多个其他层。根据其他实施例，层32a、32b、34a、34b和/或36中的至少一个层被设计为多层的。电子电路17(例如结合图1描述的电子电路)可以部分地或全部布置在层32b内。备选地或附加地，电子电路17可以至少部分地布置在层32a、34a、36和/或34b中的一个或多个层中。
电子电路可以被配置为将电控制信号In1转换为可变形元件的偏转，因为机电换能器被提供有基于信号In1的信号Out1。备选地或附加地，可以基于可变形元件的变性获得信号In2，该信号可以通过电子电路转换为电输出信号Out2。这里可以执行转换，由于电子电路17包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)或AC/AC转换器或DC/DC转换器中的至少一种。基于上述内容，电子电路17可以被配置为获得模拟版本的输入信号In1，并将其转换为数字版本以便获得信号Out1。备选地，信号In1也可以是数字信号，信号Out1可以是模拟信号，并且信号In1和Out1两者可以均为数字的或模拟的。备选地或附加地，电子电路17可以提供信号In2到信号Out2的转换，信号In2例如以模拟形式从机电换能器获得。信号Out2可以是模拟的或数字的。因此，电子电路17可以被配置为将控制信号In1的数字版本转换为控制信号Out1的模拟版本，和/或可以包括用于将电输出信号In1的模拟版本转换为电输出信号(Out1)的数字版本的模数转换器。
机电换能器18a至18f被配置和/或被电子电路17控制为基于体积流12和/或基于被控制而部分地朝向彼此移动以及部分地远离彼此移动。
例如，机电换能器18a和18b被配置为远离彼此移动，而机电换能器18b和18c朝向彼此移动。机电换能器18a和18b、18c和18d以及18e和18f具有布置在它们之间的局部腔38a至38c，基于机电换能器18a至18f的变形，局部腔38a至38c可能变得更大。机电换能器18b和18c以及18d和18e分别具有布置在它们之间的局部腔42a和42b，局部腔42a和42b可以基于移动或变形而同时减小尺寸。在随后的时间间隔中，机电换能器和/或可变形元件的变形或移动可以是可逆的，使得局部腔38a、38b和38c的体积减小而局部腔42a和42b的体积增大。
电子电路17可以沿着垂直于机电换能器在其中移动的移动平面的方向布置。如果将电子电路的位置伸入到移动平面中，则所述位置可以对应于可变形元件在变形期间至少部分所处的位置。这意味着可变形元件可以位于例如电子电路17的上方或下方。
换句话说，在一侧上(例如但不限于底侧)部分或完全封闭芯片的下盖(第一层32a)可以具有布置在其上的图案化层，即间隔层34a，该间隔层34a可以例如用作下盖和布置在图案化层34a上的中间层36之间的隔离物。图案化层36继而可以具有布置在其上的图案化间隔层34b，该图案化间隔层34b就其作为间隔物的功能而言，其完全或部分地对应于间隔层34a并且可以具有相同或相似的形状。MEMS换能器20或其腔可以通过上盖、第二层32b沿z方向部分或完全封闭。图2a将层32b示出为部分分解图，以使得布置在腔的区域内元件可见。机电换能器18b和18c和/或18d和18e可以分别成对地布置在中间层36的x/y平面内，这种布置可以沿着空间方向(例如沿着x方向)发生多次。电子电路17可以全部或部分地布置在盖32a和32b中的至少一个内。电子电路17还可以跨若干层延伸和布置，例如，部分地布置在层32a和相邻的层34a内或者部分地布置在层32b和相邻的层34b内。
将电子电路完全或至少部分地布置在盖32a和/或32b中的至少一个中，能够节省空间并因此能够对电子电路的表面区域进行有效地布置。特别是结合可横向(即面内)移动的元件，这是有利的。与可垂直于其移动并在平面外移动的元件相反，例如在具有扬声器膜片的情况下，可以省去对应层的薄化(例如用于膜片形成)，和/或可移动元件可以布置成被盖覆盖，而不影响功能。在平面外移动的情况下，至少部分地形成可移动元件的减薄的膜片层很不适合于布置电子电路，和/或附加的覆盖层将影响设备的性能。在实施例中，也可以被其他层覆盖的堆叠的盖不形成为可移动元件的一部分。
衬底可以包括分别连接到多个局部腔38a至38c和42a至42b的多个开口26，例如，一个开口26可以在每种情况下连接到局部腔38a至38c或42a至42b。每个局部腔38a至38c或42a至42b的体积可以受到可沿移动的横向方向24变形的至少一个元件22的偏转状态的影响。在第一时间间隔或第二时间间隔期间，可以以补充的方式使相邻的部分体积变大或变小。简单来说，可以减小局部腔38a至38c或42a至42b的部分体积的尺寸，而增加局部腔42a至42b和/或38a至38c的相邻部分体积的尺寸。
在一个或多个开口26的区域中，可以布置杆结构44。可以布置杆结构44，使得能够使体积流12在一个或两个方向上通过，而减少或抑制了颗粒进入腔或离开腔。可以在制造过程期间影响层32a、32b、34a、34b和/或36的形状，例如，通过选择性地去除和/或选择性地布置或生长层来进行影响。例如，杆结构44可以基于选择性刻蚀工艺由层34a、36和/或34b形成。另外，可以在制造过程期间影响腔38a至38c和42a至42b的形状。例如，一层或多层32a、32b、34a、34b和/或36的壁可以适于例如机电换能器18a至18f的可变形元件的移动，从而使得可变形元件与衬底14之间的距离至少近似恒定和/或较小。
覆盖物43可以与杆结构或杆元件相邻布置或布置在杆结构或杆元件处。由于杆元件44，覆盖物43可与腔16相邻布置和/或与腔16分开布置。覆盖物可以包括例如网状材料、泡沫材料和/或纸材料。覆盖物可以使得直径小于杆结构之间的距离的粒子能够进入到腔16中或使粒子能够从腔16离开。备选地，覆盖物43也可以与开口26相邻布置或布置在不包括杆元件44的开口26处。
如果可移动元件的自由端例如在弯曲路径和/或圆形路径中移动，则衬底14可以在可移动端正在其中移动的区域内具有平行或相似的形状。
图2b示出了图2a的MEMS换能器20的示意性俯视图。机电换能器18a至18f可以以非正(non-positive)的或正的方式连接到元件46a至46c处的衬底14。例如，机电换能器18a至18f的一个或多个可变形元件可以与元件46a至46c一体形成。元件46a至46c可以布置在层36的平面内或者可以是层36的一部分。例如，机电换能器18a至18f的可变形元件22的延伸可以小于或等于层34a、36和34b沿z方向的延伸。这意味着机电换能器18a至18f的可变形元件22可以以不与层32a和/或32b接触的方式布置和移动。备选地，至少一个可变形元件在接触时也可以变形。例如，低摩擦层(例如具有较小摩擦系数的层)可以布置在至少一个可变形元件与相邻层(例如层32a和/或32b)之间。该低摩擦层可以实现例如针对壁结构49所描述的局部腔之间的流体分离。摩擦系数可以较小，例如，比层32a和/或32b或层34a和/或34b的摩擦系数小10％，20％或50％。作用在可变形元件22和邻接层之间的摩擦力可以小于可变形元件22变形所需的力。基于减小的摩擦力，例如由致动器提供的力可以更小，从而可以将致动器设计为具有较小的动力。备选地或附加地，可以针对体积流12增加可变形元件22的灵敏度水平。
机电换能器18b和18c形成例如局部腔42a(腔室)的侧壁。机电换能器18a至18f的可移动元件22可以适当地固定到元件46a至46c。距衬底14或距衬底14的元件48a至48d的距离可以布置在可变形元件22的可偏转或可移动端52之间。因此，可变形元件52的端52可以布置成可自由移动的。由于尺寸比，简单来说就是梁宽度与梁高度之间的比，一个或多个可变形元件22可沿横向方向24特别大地偏转，例如，相对于沿y方向的扩展的沿x方向的扩展。例如，如果机电换能器18a至18f被配置为致动器，则所述致动器在施加了对应的信号时是可偏转的，即是曲线形的，使得例如可变形元件22的端52将在弯曲路径上移动。根据所述路径前进，元件48a至48d中的至少一个元件可以被配置为使得即使可变形元件22偏转，元件48a至48d与端52之间的距离也将保持大致恒定和/或较小。
MEMS换能器20可以包括至少一个壁结构49。致动器、机电换能器18a至18e或可变形元件的移动可以对腔室42a至42b产生影响，例如，由于该移动触发的流体流用于填充腔室38a至38c，因此可能发生流体机械与相邻腔室的耦合。基于所述流体机械耦合，在局部腔42a和38b之间可能出现流体流57。为了减少或避免所述直接耦合和/或流体流57，可以布置一个或多个可以被设计成不可移动的分隔壁(壁结构49)，以用于将相邻的成对的腔室38和42分离。壁结构可以以简单的方式实现，例如，在相应位置处实现为与层34a、36和34b一体形成的元件。例如，可以在选择性刻蚀工艺期间继续布置这种结构。另外，壁结构49可以增加MEMS换能器20的机械稳定性，并且可以促进各个层之间的键合过程。至少一个壁结构49可以包括开口或者可以被设计成一件式的，这使得能够对衰减进行修改，这是由于流体有针对性地流入和流出腔室38a至38c和42a至42b而导致的，特别用于设置共振曲线的宽度，或者通常用于设置致动器/腔室系统的动态特性。
如果将图2b与图1一起考虑，则腔16的体积和/或多个局部腔38a至38c和42a至42b的体积可能受到衬底14的层32a和32b以及横向区域53a和53b的影响或由衬底14的层32a和32b以及横向区域53a和53b确定。横向区域53a和53b可以布置在层32a和32b之间。机电换能器18a至18c的可变形元件可以被配置为至少在移动的横向方向24的一部分55内执行与第一层32a和/或32b平行的移动。这意味着可变形元件可以在层32a和32b之间变形或移动。
腔或局部腔的谐振频率可能受到体积的几何形状、机电换能器的控制频率和/或可变形元件的机械谐振频率的影响。例如通过壁结构49，通过布置低摩擦层，或基于布置在不同的MEMS换能器中而至少部分地彼此流体上分开的(部分)腔可以具有不同的谐振频率和/或例如通过控制设备以不同频率进行控制。基于不同的控制频率和/或不同的谐振频率，可以获得多径扬声器。在例如腔谐振器或亥姆霍兹(Helmholtz)谐振器的领域中利用腔的谐振频率。
图2c示出了MEMS换能器20的示意性透视图，其中机电换能器18a至18f具有可变形元件的变形状态。例如，可变形元件偏转到最大偏转。与图2a的描绘相比，基于可变形元件(梁)的变形(弯曲)减小了局部腔42a的体积。例如，如果层34a和34b(间隔物)的厚度(沿z方向或厚度方向的尺寸)较小，则在移动期间发生的机电换能器18a至18f和/或可变形元件的旁路流可以忽略不计。这也可以适用于机电换能器18a至18f与衬底之间的距离，例如，元件48。基于可变形元件的变形，可以对应于图2a和图2c中的局部腔42a的体积差异的流体的体积(例如，空气体积)可以例如以流体流(体积流)12的形式被释放到MEMS换能器20的周围。
第一间隔层34a和第二间隔层34b沿着z方向布置在中间层36处的间隔层34a或34b沿z方向的尺寸值可以在至少1nm至至多1mm的范围内，优选在至少20nm至至多100μm的范围内，或者特别优选在至少50nm至至多1μm的范围内。例如，如果与机电换能器18a至18f沿z方向的尺寸相比，间隔层34a和34b的尺寸较小，则当可变形元件将要变形时，围绕机电换能器18a至18f从第一侧到第二侧旁路流过的流体流57的量(例如，从正x方向到负x方向，反之亦然)可以小于腔内的体积流12的量。
旁路流和/或流体流57可以基于例如在机电换能器18a至18f正在其内移动的区域内间隔层34a和/或34b的至少部分去除。简单来说，基于机电换能器与相邻层之间的距离，可以导致围绕可移动元件的流体流(流体损失)。与流体流12相比，所述流体流可以较小。例如，其可以小于体积流的量除以值10、除以值15或除以值20。
机电换能器可以成对地朝向或远离彼此移动。例如，与图2b中所示的状态相比，机电换能器18a和18b可以成对地远离彼此移动，并且可以在随后的时间间隔期间成对地朝向彼此移动。同时，例如机电换能器18b和18c可以成对地朝向或远离彼此移动。机电换能器的移动在每种情况下成对补充，并且如果换能器没有彼此相邻地布置也是可能的，机电换能器的这种移动可以导致至少部分但也是全部的惯性力的补偿，从而在MEMS换能器内获得少量振动或根本没有振动，和/或将振动从MEMS换能器传递到MEMS换能器的周围。
换句话说，到目前为止所描述的腔室方法的特定特征可以在于，致动器总是以非周期(anticyclical)的方式成对地朝向彼此和/或远离彼此移动。因此，(当限制每个腔室壁的两个主动弯曲致动器都被相应精心设计时)，不会出现可能干扰用作助听器或入耳式耳机的振动。
例如，流体流12可以穿过开口26a和/或26b。开口26a和26b可以被配置为相同或适于相邻的局部腔38a和/或42a的几何形状。例如，开口26a可以包括沿轴向(例如，y方向)的可变截面，例如，沿x方向的尺寸。沿x方向的开口26b的尺寸可以在朝向MEMS换能器20的内部的方向上(即朝向腔或局部腔42a)减小。备选地或附加地，开口26可以沿其他方向具有可变尺寸或可变截面，例如，垂直于轴向y的z方向(厚度方向)。可变截面可以从MEMS换能器20的外侧朝向腔16减小。开口26沿着一个或多个方向x和/或z从MEMS换能器20的外侧朝向腔16的锥形截面或逐渐减小的尺寸，可以被称为漏斗形开口。
可能为漏斗形的开口26b可以用作用于阻抗适配的设备。例如，阻抗适配在将MEMS换能器20用作扬声器时可能是有利的。开口26b的实现方式或几何形状可以类比于具有几厘米尺寸的宏观扬声器来实现。开口26b的形状可以使得实际的声音辐射能够由漏斗的外表面区域限定。开口26b可以一件式地形成，例如在图案化层34a、36和34b内。包括至少一个杆元件44的杆栅格54可以包括开口和/或间隙，开口和/或间隙在杆元件44之间和/或在杆元件44与相邻衬底之间。间隙可以形成为使得流体可以流过它们。
杆栅格54可以提供保护以防止颗粒进入到MEMS换能器20的腔中。杆栅格54的开口的宽度，即杆元件44之间的距离可以被配置为使得流体流12就流相关方面而言受到或不受到期望程度的影响。例如，或者在理想情况下，杆元件44之间的距离可以小于MEMS换能器20内的最小间隙距离，从而杆栅格能够过滤大量亦或甚至是所有相关颗粒。间隙距离可以描述例如可变形元件18a至18c距层32a或32b的距离。杆元件44之间的距离可以小于例如5μm、1μm、0.1μm或0.05μm。
杆元件44沿着空间方向的尺寸可以实现为使得杆元件44在可听见的声音范围内(即在从至少16Hz至最大22kHz的频率范围内)不包括谐振。即使杆元件44被描述为布置在MEMS换能器20的外侧，例如，在开口26a或26b包括沿x方向的最大尺寸的区域内，但一个或多个杆元件也可以布置在开口26a或26b的不同位置处，例如，在开口26a和/或26b的锥形的区域内。
由于可变形元件的变形，可以减小局部腔42a的体积。在相同的时间间隔期间，腔室(局部腔)38a的体积可以增加。局部腔38a可以以与局部腔42a相同或相似的方式经由漏斗形开口26b和/或包括一个或多个杆元件44的杆栅格54连接到MEMS换能器20的周围。机电换能器18a至18f可以被配置为以不同频率o之一控制或可以包括不同的频率o之一。每个局部腔的体积可以以不同频率或至少部分相同的频率改变。
在空间上布置为彼此相对的开口26a和开口26b可以布置在MEMS换能器20的侧面处或侧面内。例如，流体流12可以分别通过局部腔42a和/或38a或包括开口26a或26b的一侧上的多个这种局部腔排出或吸入。这意味着可以沿相对方向生成流体流12。例如，在第一时间间隔期间，体积流12可以沿负y方向从开口26a排出并被吸入到局部腔38a中。在第二时间间隔期间，所述方向可以相反。因此可以防止或排除沿MEMS换能器20发生流短路。
机电换能器18a至18f的可变形元件(梁)可以被配置为根据从外部提供的信号呈曲线形。实现呈曲线形的频率可以影响或确定生成体积流12和/或振荡的频率，并且可以因此影响或确定声音频率。在给定一个或多个谐振频率的情况下，经由所提供的信号确定的振动的幅度可以影响或确定体积流12的幅度，并且可以因此对声级产生影响。
此外，至少一个腔室(腔或局部腔)可以用作感测元件，而另一腔室可以用作致动元件。这意味着MEMS换能器可以包括至少一个感测可变形元件和至少一个致动可变形元件。对梁的移动进行检测和评估。例如，机电换能器18a和18b可以被控制为致动器，而机电换能器18c和/或18d可以用作用于在流体内进行检测的传感器。可以集成静电(电容)、压电或压阻传感器元件以用于检测。这种元件可以用作麦克风和/或压力传感器。这种集成麦克风和/或这种压力传感器也可以用于检查和控制扬声器腔室(致动器)和/或超声发射器腔室和/或泵腔室的特性。为此，将对应的电子设备用作控制电路。
将在下面解释机电换能器或致动器的其他实施例。即使将MEMS换能器20描述为非偏转或非致动的状态的效果，该状态包括非偏转的可变形元件的效果，但是这些状态也可以相互交换。这意味着，在第一非致动状态下，可变形元件可以变形或呈曲线形，并且可以基于控制信号变形为曲线度较小、曲线度较大或笔直的状态。
即使以上解释示出了将电信号引入到MEMS换能器20，例如通过控制设备，也可能是体积流12，其可能导致可变形元件变形，该变形有可能通过施加到MEMS换能器20的电信号来获得，即MEMS换能器20还被配置为传感器。
下面将提及可变形元件的有利的其他开发成果。根据下面描述的开发成果，一个或多个机电换能器可以包括可变形元件。
图3示出了配置为双压电晶片的可变形元件30的示意性透视图。可变形元件30包括第一层56和第二层58，第一层56和第二层58至少在某些地方彼此牢固地连接，优选地在它们的整个表面区域上。第一层56和第二层58被配置为基于机械、物理或化学影响变形(例如膨胀或收缩)到不同程度变形。例如，层56和58可以具有彼此不同的热膨胀系数。备选地或附加地，层56或层58可以被配置为基于被引入到对应层的电信号而膨胀或收缩。例如，所述层可以包括压电材料。
层56和层58的不同收缩或膨胀可以导致可变形元件30沿致动方向59或59’的变形。致动方向可以平行于移动的横向方向24布置。致动方向可以是通过施加正电压使可变形元件30沿其偏转的方向。
备选地或附加地，沿着移动的其他横向方向24′的变形也是可以使用的，其例如基于可变形元件30的横向收缩或横向膨胀和/或基于任何层的收缩或膨胀。这意味着可变形元件30可以被配置为利用其梁结构沿着梁结构的轴向方向(例如，y方向或平面内)呈曲线形。这可以基于往复移动来实现，即沿着移动的横向方向24和沿着相对方向移动。
换句话说，双压电晶片可以对应于由两层组成的梁。这些层例如在一个方向上(例如，垂直地)相对于彼此布置。无源层(例如层56)可以固定地连接到有源层(例如层58)。通过施加合适的信号，可以在有源层58内生成机械张力，这导致层58的收缩或膨胀。可以选择层58的长度改变的方向，使得双压电晶片将沿一个方向(收缩)或另一方向(膨胀)横向弯曲。
图4a示出了包括三个如结合图3所述的双压电晶片结构30a至30c的可变形元件40的示意性透视图。就如何将可变形元件40布置在MEMS换能器10或20内而言，以示例的方式(然而非限制性地)示出了沿x、y和z方向的可变形元件40的空间示意性布置。可变形(部分)元件30a至30c可以具有例如沿x、y或z方向的不同的尺寸。例如，可变形元件30a和30c可以沿y方向具有相等的膨胀。例如，可变形元件30a至30c的致动方向59a至59c可以以交替方式布置，或者可以布置成在正/负/正x方向上相互对准。简单来说，这可以理解为意指可变形元件30a和30c具有相等的长度。可变形元件30b可以具有与其不同的长度。例如，可变形元件30b的长度可以是元件30a或30c的可比较的长度的两倍。根据其他实施例，也可以在可变形元件30a至30c之间布置其他元件，例如弹簧元件。
当施加相同或可比较的量(例如，电压的符号)时，可变形元件30a至30c将沿着其偏转的方向可以沿着可变形元件40的长度方向交替。这使得曲率交替进行。即使将可变形元件40描绘为包括三个可变形元件30a至30c，也可以布置两个可变形元件或多于三个的可变形元件30。
图4b示出了处于偏转状态的可变形元件40的示意性透视图。例如，层58a至58c收缩，使得沿着轴向行进(y方向)产生多重曲率。
换句话说，图3所描绘的三个梁可以沿它们的膨胀方向彼此邻接布置。这可以实现为使得基于对应的信号，第一梁和第三梁(30a和30c)具有沿第一方向的曲率，而第二梁(30b)具有沿另一方向的曲率。以这种方式，可以获得致动器，在对该致动器施加对应的信号时，其从如图4a所描绘的未施加信号时表现出的拉伸形状变形为如图4b所描绘的S形状。有信号的情况下和无信号的情况下的配置可以互换。例如，在每个基于所施加的信号而导致可变形元件30和/或40的曲率减小或直线延伸的情况下，可变形元件30可以包括预偏转或偏置。例如，可以假设各个梁30a至30c的曲率除符号外相同，并且第一梁30a和第三梁30c的长度各自对应于可变形件的总长度的四分之一，中心梁30b的长度大致对应于可变形元件40的长度的一半。
图4c示出了两个可变形元件40a和40b的布置的示意性俯视图，这两个可变形元件40a和40b被夹持在两侧并且彼此相邻地布置，使得局部腔38被布置在可变形元件之间。实线示出例如可变形元件40a和40b的致动状态，而虚线示出非致动状态，由于非致动状态可能出于与制造有关的某种原因而采用任何形式，因此对可变形元件的所述描述是可以互换的。
可变形元件40a和40b可以被配置为在非致动状态下各自包括曲率。此外，可变形元件40a和40b可以分别由三段30a-1至30c-1和30a-2至30c-2形成，这三段在致动期间经受相互呈曲线形。每个段(例如，中心段30b-a或30b-2)也可以由两个或更多段形成。与图4a和图4b的描绘相比，段30a-1、30b-1和30c-1可以具有相比于彼此以及相比于每隔一个段的段不同的长度。长度可以适于致动时将要获得的期望形状。S形状的致动器表现出的主要优点在于，它们不仅用于实现较大的平面填充系数，而且在此过程中还可以在两侧被夹持。由于两侧夹持，因此大大减小了技术上无法避免的由于层张力梯度而引起的梁的预偏转。因此，与衬底的下盖和上盖的距离可以保持得非常小，这不成比例地减小了流/压力损失，因此，不仅显著提高了扬声器、超声转换器、麦克风和泵的效率，而且在某些情况下可能实际上实现它们的正确运行。根据其他实施例，也可以例如在MEMS换能器10内布置唯一一个可变形元件40。
图5示出了MEMS换能器50的示意性俯视图，其中机电换能器18a至18c具有与MEMS换能器20相比不同的配置。机电换能器18a至18c各自分别包括第一可变形元件和第二可变形元件22a和22b、22c和22d以及22e和22f。可变形元件彼此相对地布置。梁元件的可偏转端布置成面向彼此。可变形元件22a至22f连接到衬底的区域布置成彼此背对。
机电换能器18a至18c各自包括分别连接到相应可变形元件22a和22b、22c和22d以及22e和22f的板元件62a至62c。相应板元件62a至62c可以连接到相应可变形元件22a至22f的可偏转端。
可变形元件22a至22f可以各自部分地或完全配置为可变形元件30或40或具有不同的配置。可变形元件22a和22b、22c和22d以及22e和22f的不同类型的剖面线分别指示相应的可变形元件的变形彼此不同。机电换能器18a至18c的可变形元件可以布置成使得它们沿着相同的空间方向执行可偏转端的偏转，而与可变形元件22a至22f的相应实现方式无关。
例如，从图5中所绘出的非偏转状态，控制可以导致可变形元件22a和22b的可偏转端的移动沿正x方向执行。另外，对可变形元件22c和22d的控制可以导致相应可变形元件的偏转沿负x方向执行。这使得板元件62a和62b能够在所述控制期间朝向彼此移动，从而基于板元件的移动来减小局部腔42a的尺寸。备选地或附加地，腔42a内的负压可以导致板元件62a和62b朝向彼此移动，从而获得可变形元件22a至22d的变形。备选地或附加地，以电无源的方式实现一个或多个可变形元件22a至22d也是可行的。例如，可以向一个或多个板元件62a至62c施加电势，使得可以基于板元件62a和62b的电势来获得板元件62a和62b之间的吸引力或排斥力，这导致板元件62a和62b的移动以及因此导致可变形元件22a至22d的变形。备选地或附加地，可以同时或以一定时间偏移控制可变形元件22c至22f和/或板元件62b和62c，以便获得可变形元件22c至22f的变形和局部腔38a的体积的改变。
换句话说，图5示出了图2a至图2c中描绘的配置的变型，其中分别采用了四个弯曲梁22a至22d和22c至22f，用于使每个腔室(腔42a和38a)变窄和/或加宽。结合图2a至图2c，每种情况下基于两个弯曲梁(可变形元件)来进行描述。图5示出了非致动状态。致动状态和非致动状态可以相互交换。例如，每个可控制的可变形元件通常可以在不施加信号时变形，并且可以随信号的功能改变其变形，这还包括在特殊情况下实现拉伸(非偏转)状态。
彼此垂直(例如，沿y方向)相对的弯曲梁，例如，可变形元件22a和22b以及22c和22d，可以分别经由包括元件64a和64b的可弯曲腹板彼此连接。在由此获得的腹板的中心区域中，可以布置相对的硬性延伸元件66。所述元件66继而可以在其位置处布置板元件62b，该板元件被配置为硬性的或尽可能的硬性。在施加对应的信号时，板元件62a至62c可平行地朝向彼此或远离彼此移动，以分别减小或增大局部腔的体积。在临界情况下，板元件的平行移动可以使局部腔42a的体积能够为零，这意味着板元件62a和62b彼此接触。与结合图2a至图2c描述的配置相比，这种布置可以提供明显大于MEMS换能器20的体积流的流体体积流。在减小局部腔42a的体积时，局部腔38b的体积可以对应地增加，或者可以至少基于其而增加。如结合MEMS换能器20所述，可以分别通过开口26a、26b和26c来实现流体的供给。元件64a和64b也可以被称为弹簧元件。
可变形元件(弯曲梁)22a和22b可以被设计成当施加信号时朝向右(正x方向)呈曲线形。可变形元件22c和22d可以被设计成当施加信号时朝向左(负x方向)呈曲线形。如结合图3或图4所述，两种类型的梁(可变形元件的剖面线)可以被设计成例如在施加第一信号的情况下呈曲线形，在施加第二信号的情况下沿相反的方向呈曲线形。在这种情况下，可以独立于由于梁的弯曲引起的机械恢复力来实现将腔室(局部腔)变窄和加宽到原始尺寸。例如，第一信号和第二信号可以分别是正电压和负电压。例如，如果考虑图3，层56和层58可以各自为有源层，和/或可以在背离层58的一侧上的层56处布置另一有源层；可以将两个有源层彼此分开地处理(address)，以便获得在一个方向或另一个方向上的偏转。
两个相对的可变形元件之间存在的体积，例如可变形元件22c和22d以及与之连接的板元件62b也可以在弯曲梁移动或变形时改变。例如，板元件62可以被配置为刚性的。为了实现改进的压力平衡，可以使可变形元件22c和/或22d和/或连接元件64和/或66局部变薄，以提供局部流通道，其中连接元件64和/或66将板元件62b连接到可变形元件22c和22d。这可以例如通过附加的图案化或刻蚀来实现。连接元件64a、64b和66可以布置成T形布置。与元件64a和64b相比，连接元件66可以具有高硬度级别。因此，在可变形元件22c和22d变形期间，元件64a和64b可以优选地变形，以使得相应的板元件能够沿直线移动。
下面将通过图6a至图6e来描述有利的实施例，其中板元件62a和62b分别连接到分别相对定位的可变形元件22a和22b以及22c和22d。
即使以下解释涉及在每种情况下均被配置为相同的板元件与可变形元件的连接，但是不同的机电换能器和/或单独的可变形元件到形成板元件的组合也可以彼此不同地配置。下面描述的细节没有描述最终的有利的其他实施例，并且可以由其自身或彼此组合地或与其他有利的实施例一起实现。
图6a示出了配置的示意性俯视图，其中将被配置为笔直的弹簧元件68分别布置在板元件62a和62b与可变形元件22a和22b以及22c和22d之间。弹簧元件68可以由可变形元件22a至22d的材料或由板元件62a或62b的材料形成，和/或可以与一个或多个所述元件一体形成。例如，弹簧元件68可以与板元件62a或62b成直角地布置。
图6b示出了一种替代配置，其中弹簧元件68′以小于90°的角度d布置，例如相对于可变形元件的可偏转端为30°或40°。这使得板元件62a处的接触点的距离大于图6a的配置中的距离，这可以导致在移动期间板元件62a的下垂减小。
图6c示出了弹簧元件62a以大于90°的角度d布置的配置。与图6a所绘出的配置相比，这可以例如导致弹簧元件68的恢复力减小。
图6d示出了对图6a的配置进行了修改的一种配置，其中，使得衬底14的与机电换能器18a相邻布置和/或相应的可变形元件连接到衬底14的区域其中布置有弹簧元件72a或72b。
弹簧元件72a和/或72b可以至少部分地由衬底14内的凹陷(腔)74a和/或74b确定。这意味着，例如由于凹陷74a或74b，衬底14的硬度可以局部减小，从而形成弹簧元件72a和/或72b。即使凹陷74a和74b被描绘为分别在衬底14内相邻的可变形元件22a和22c以及22b和22d上延伸，但凹陷74a或74b也可以被布置为仅与一个可变形元件相邻或与若干可变形元件相邻。备选地，衬底14也可以包括若干凹陷或弹簧元件。
换句话说，图6d示出了一种配置，其中具有附接到其上的可变形元件(梁)的屈曲弹簧形式的另一结构(弹簧元件72a和72b)可以导致拉伸应力的进一步减小。这种屈曲弹簧元件也可以被集成到刚性板中，例如，如图6e的配置中所示并且如结合凹陷76a至76d所描述的。在梁偏转的情况下，所述元件可以变形为S形并且可以减小作用在刚性板上的拉伸应变。
图6e示出了机电换能器18a和18b的配置，其中与结合图6d所述的配置相比，板元件62a和62b包括与板元件62a和/或62b经由弹簧元件68连接到可变形元件的区域相邻的凹陷76a至76d。凹陷76a至76d与板元件62a和/或62b面向可变形元件的一侧之间的距离可以影响板元件62a和/或62b在所述区域内的硬度。凹陷76a至76d能够减小作用在可变形元件22a至22d上的恢复力。
换句话说，图6a至图6e示出了实现可移动元件和/或机电换能器的变型。所述变型不同于结合图5所描述的配置，例如或特别之处在于，将图5中描绘的元件64a或64b与支撑件66结合来形成弹簧元件68。图6a的配置可以具有增加的硬度级别，以防板元件62a和/或62b绕垂直于绘图平面(x/y平面)的轴线的寄生倾斜。以此类推，这可以应用于图6b和图6c的配置。另外，与图5的配置相比，所有这三种配置都使弯曲梁产生更大的偏转。在图5中，元件64a和/或64b(可弯曲腹板)在梁偏转时可能处于拉伸应力下，随着偏转的增加，该拉伸应力可能导致抵抗可变形元件的梁偏转的机械阻力增大。在图6a至图6c的变型中，两个可变形元件的机械连接可以被配置为明显更软(硬度更小)，因为相应的连接弹簧元件68可以通过弯曲来响应，该弯曲在给定所述元件的对应配置下表现出明显减小的机械阻力。
结合图5描述的连接元件/弹簧68和/或元件/弹簧64a至64b也可以具有曲线形或曲折的形状。这能够在优选方向上增加灵活性。结合图6d和图6e描述的配置能够减小拉伸应变，导致可变形元件的有效硬化。在图6a至图6e中描述的配置忽略了入口和/或出口开口26。如果布置了所述开口，则可以在布置有开口的区域中省去衬底内的凹陷和/或弹簧元件。备选地或附加地，通过至少一个凹陷获得的弹簧元件72a和/或72b中的一个、若干个或每一个可以基于两个或更多个相互分离且独立的弹簧元件在板元件62a或62b内实现。
下面描述的图7a至图7c将通过示例的方式描述可变形元件和板元件的可能布置。
图7a示出了连接到板元件62的可变形元件40。板元件62可以例如直接布置在可变形元件40处。
图7b示出了可变形元件40a被固定地夹持在衬底14之间且被配置为沿着横向方向24变形的配置。可变形元件40和板元件62具有布置在其中的两个其他的可变形元件40b和40c，可变形元件40b和40c的端部可以彼此连接。基于该连接，可变形元件40b和40c可以彼此对准，使得相应的可变形元件40b或40c的翘曲指向远离另一可变形元件。例如，可以共同控制可变形元件40a至40c或者可变形元件40a至40c可以共同地对流体的体积流做出反应；例如，对可变形元件40a至40c的共同控制导致调节行程的增加，例如，板元件62通过其进行偏转的行程增加。这意味着，可变形元件和板元件之间可设置至少一个另外的可变形元件，该至少一个另外的可变形元件被配置为在与可变形元件一起被共同控制的情况下增加可变形元件的调节行程。
图7c示出了机电换能器18的构造，其中，可变形元件40a至40c在中心区域中包括凹陷70a或70b，该凹陷70a或70b能够将存在于可变形元件40b和40c之间的体积82流体耦合到另一局部腔，例如局部腔38a。可变形元件40a、40b和/或40c可以各自被配置为两部分，以提供凹陷78a和78b。备选地或附加地，凹陷78a和78b可以被配置为沿厚度方向(z方向)分别由可变形元件40a、40b和40c的另一种材料包围的凹陷。
换句话说，图7a示出了具有图4的致动的S形弯曲梁的配置，其中到弯曲梁的连接布置在刚性板的中心。为了增加偏转的水平，可以将若干弯曲致动器一个接一个地串联布置。图7b和图7c示意性地示出了三个串联连接的S致动器的布置。根据其他实施例，可以串联连接两个S致动器(可变形元件40)或三个以上的致动器。如与图4中选择的剖面线一致地描绘了图7a至图7c中的可变形元件的剖面线。剖面线的不同可以表明相应部分的曲率方向不同。图7c示出了在S形致动器的中心包括开口(凹陷78a和78b)的配置，该开口能够改善其间(腔82之间)中的空间的通风。
图7d示出了机电换能器的配置，其中第一可变形元件40a和第二可变形元件40b沿y方向彼此平行地布置。这能够增加使板元件62偏转的力的作用。可变形元件的端部可以彼此连接或者可以共同地布置在衬底上。备选地，两个或更多个可变形元件40a和40b也可以沿不同的方向平行地布置，例如，沿z方向(厚度方向)。备选地或附加地，也可以将可变形元件的串联连接和并联连接组合。
在发生较大程度或过度的偏转的情况下，可移动元件可能会碰到不同的可移动元件或固定元件。这可能导致粘连。可移动元件或固定元件可以优选地设置有邻近元件(护柱)，该邻近元件能够显著减小接触面积并且因此减小或避免粘连。代替所谓的护柱，也可以布置配置为弹簧元件的小型结构。除了避免粘连之外，两个元件撞击时出现的脉冲可以因此而被反转，由此可以减少或避免能量损失和/或可以改善致动器的动态性能。
图8a示出了MEMS换能器80的示意性透视图，其中可变形元件交替地连接到衬底和/或中间层36和/或连接到固定到衬底的锚固定元件84。例如，可变形元件22a在端部固定地连接到中间层36的区域46和48中的衬底，并且被配置为执行S形移动，如结合可变形元件40通过示例所解释的那样。相邻布置的可变形元件22b连接到锚固定元件84。锚固定元件84布置在可变形元件22b的中心区域中，并且可以在间隔层34a或层32a处连接到可变形元件22b。这意味着衬底可以包括锚固定元件。
可以基于可变形元件22a和/或22b的移动模式来形成与可变形元件22a或22b的可移动端相邻布置的中间层36的侧壁的形状。
图8b示出了MEMS换能器80的示意性俯视图，其中未通过示例示出间隔层34b和层32b。MEMS 80在开口26的区域中包括杆元件44。区域48可以包括弹簧元件72a至72c。通过示例的方式将区域48描绘为中间层36的俯视图。
锚固定元件84可以与可变形元件22b和/或与衬底的层一体地形成。然而，如图8所示，锚固定元件84可以沿z方向突出超过可变形元件22b，从而将层32a和32b彼此连接。这使得层32a和32b对振动的敏感性降低。备选地，锚固定元件84也可以由与机械可变形元件22b不同的部分和/或不同的材料形成。与其相邻布置的可变形元件22a例如例如以确定或非确定的方式固定地连接到区域48或46中的衬底，例如连接到衬底的两侧。
杆元件44之间的距离85可以例如小于1μm、0.1μm或0.05μm。
锚固定元件84可以布置在可变形元件22b的中心区域内。中心区域可以包括例如可变形元件的几何重心。中心区域可以是例如可变形元件40的梁的段30b。
图8c示出了处于偏转状态的MEMS换能器80的示意性透视图。可变形元件22b的外部区域可能已经沿朝向可变形元件22a的方向移动，而可变形元件22a的外端的位置基本上保持不变。可变形元件22a的中心区域可能已经沿可变形元件22b的方向移动，而可变形元件22b的基于锚固定元件84的中心区域的位置基本上保持不变。
图8d示出了如图8c所述的处于偏转状态的MEMS换能器80的示意性俯视图。与图8b的视图相比，腔42的体积减小，而局部腔38的体积增大。弹簧元件72a可以导致施加到可变形元件22a的力减小；然而，可能未布置弹簧元件72a。可以在第一机电换能器和第二机电换能器的梁结构之间和/或在致动器22a和22b之间布置与衬底的开口26邻接的第一局部腔42。
换句话说，图8a和图8b分别示出了其中可以非常有效地利用MEMS换能器的芯片表面积的变型的示意性3D表示和俯视图。如结合图2a至图2c所述的基本配置，可以仅使用或主要使用弯曲致动器，即，可以省去附加的刚性板元件。如图8a所示，通过两个非偏转的S致动器22a和22b来限制腔室42。在左手侧(负x方向)进行限制的S致动器22a，其两端均可以连接到图顶部和/或底部的其余结构元件(即沿正y或负y方向)。在右手侧进行限制的S致动器22b可以附接到柱(锚固定元件)84。所述S致动器的两端可以自由移动。柱84可以分别固定地连接到上盖32a和下盖32b。在施加信号时，两个致动器都将变形为S形状。在图8a中以隐藏的方式描绘了弹簧元件72a，弹簧元件72a受凹陷影响，可以用于减轻应变。在图8b的绘图平面内，弹簧元件沿着移动的横向方向24布置在元件48内，使得弹簧元件72a沿着移动的横向方向24固定地夹持。例如，如图8所示，基于所述间隔层，弹簧元件72a可以具有到间隔层34a和34b的固定连接，并且还可以被夹持。备选地，也可以将层34a和34b图案化，使得弹簧元件72a不与间隔层34a和/或34b接触，并且可以因此表现出更大的柔韧性。
如图8c和图8d所示，S致动器22a的隆起的翘曲可以朝向柱84移动，使得S致动器22a的中心几乎触到S致动器22b的中心。同时，S致动器22b的自由端已经朝向S致动器22a的固定夹持处移动，使得它们也几乎彼此相触。两个S致动器的致动形状可以近似相同或实际上相同，使得腔室42可以在致动器充分偏转时实际上或几乎完全关闭。腔室42的原始体积可以因此被充分用于生成体积流或用于检测该体积流。腔室38的体积可以增加到与腔室42的体积减小相同的程度，从而适当地确定影响流量的元件的尺寸可以防止在腔室38和42之间可能出现的过大压力差，这是由于影响致动器移动的动态效果所引起的。元件46和48可以被配置为使得距致动器22b的自由端的距离保持为较小和/或大致恒定，而与端部的偏转无关。为了减轻致动器22a的应变，如上所述，可以布置屈曲弹簧元件72a。
上述实施例还可以包括布置在上升流通道内的其他致动器。其他致动器可以不用于直接产生声音，例如可以如由机电换能器18那样产生声音，但是可以用于可变地设置流动特性。因此，在结构元件(MEMS换能器)的操作期间，可以以灵活的方式并且根据每个腔室的需要来单独地适配例如衰减以及相应地谐振曲线的宽度。
在开始时给出的估计中，将根据现有技术的膜片扬声器的每有效面积的体积改变(ΔV/A)估计为3.75μm。如将在下面解释的，这可以通过微电路技术中有用的尺寸来针对图8a至图8c中描绘的MEMS换能器重新估计，以便获得有效面积ΔV/A的估计。为此，致动器的宽度(在图8a中在x方向上)可以假设为具有5μm的值。柱84的宽度也可以具有5μm的值。形成腔室38的侧壁的致动器的距离(例如，在非偏转状态下的图8a和图8b中)可以假定为10μm。形成腔室42的侧壁的致动器的距离(图8a和图8b处于非偏转状态)可以假设为100μm。然后可以产生平面填充因子Fp，平面填充因子可以指示有效面积的哪一部分可以用于产生体积流
Fp＝100/(5+100+5+10)＝83％。
ΔV/A可以表示为：ΔV/A＝A x Fph/A＝Fph
在上面的表达式中，h可以指示腔室的高度(例如，图8a中的z方向)。简单来说，仅可以出于该目的假设致动器高度。间隔层34a和34b的厚度可以忽略。与上述膜片扬声器的3.75μm相比，很明显，仅3.75μm/Fp(即4.5μm)的致动器高度已经足以提供相同的每有效面积体积流。在致动器厚度h约为50μm(可以采用微机械技术进行生产而无需任何附加开销)的情况下，则该值可能已经比MEMS膜片扬声器的值高出10倍。
在根据没有配置任何刚性板的MEMS换能器80的实施例中，由于明显减少了机械元件和机械连接的数量，所以相比于包括板元件并且在可变形元件和板元件之间可能包括其他可变形元件的变型，可以相当容易地处理或减小寄生振动。如图7b和图7c所描绘的致动器的串联连接可以用于实现更大的行程和/或更大的力。
图9示出了堆叠90的示意性透视俯视图。堆叠90包括MEMS换能器80a，其连接到其他的MEMS换能器80b和80c以形成堆叠90，并且布置在堆叠90内。MEMS换能器80a以及另一MEMS换能器80b和/或80c的机电换能器可以是共同可控的。这意味着，虽然芯片表面积保持相同，但可能产生或检测到的体积流却增加了。即使堆叠90被描述为包括MEMS换能器80a、80b和80c，但也可以备选地或附加地布置其他MEMS换能器10、20和/或50。即使堆叠90被描述为包括三个MEMS换能器，但堆叠90也可以包括不同数量的MEMS换能器，例如，两个、四个、五个、六个或更多个MEMS换能器。布置在堆叠90内的MEMS换能器和/或相邻的MEMS换能器的腔或局部腔可以彼此连接。腔或局部腔可以例如通过设置在单独的MEMS换能器之间的层中的开口来连接。电子电路17可以被配置为控制一个或多个MEMS换能器，即，提供可变形元件的变形与电信号之间的转换。因此，堆叠90可以包括至少一个，但也可以包括若干个电子电路17。
换句话说，晶片或芯片(MEMS换能器)可以例如通过基于硅技术的键合方法进行堆叠，使得与传统的膜片扬声器相比，在该情况下可以导致体积流的进一步增加。当在堆叠之前采用用于使单独的晶片或芯片变薄的技术时，可以将堆叠的高度保持为较小。这种技术可以包括例如刻蚀工艺和/或研磨工艺。
彼此相邻布置的层32a和/或32b的层厚度的可以减小到去除一个亦或为两个所述层的程度。备选地或附加地，为了减小堆叠的高度，可以执行省去特定的下盖和/或上盖(层32a和/或32b)的制造工艺。例如，堆叠90可以被配置为使得MEMS换能器80b和/或80c各自被实现为没有层32b。
图10示出了MEMS换能器100的一部分的示意性透视俯视图，其中可变形元件22a至22d被布置在衬底14的侧面之间。可变形元件22a和22b经由锚固定元件84a间接连接。这意味着可变形元件22a和22b的端部可以固定地连接到衬底，可以连接到锚固定元件84a，并且可以因此而被(固定地)夹持。这意味着可变形元件22a至22d或根据其他实施例的其他可变形元件可各自包括梁结构。梁结构可以固定地夹持在第一端和第二端。夹持可变形元件22a至22d和/或梁结构的端部能够减小或显著减小可变形元件的预偏转(例如，由于层张力梯度引起的预偏转)。因此，盖和致动器之间的间隙可以小得多，就几种应用的效率而言，这具有相当大的优势。
例如，在每种情况下，可变形元件22a至22d均固定夹持在两侧。通过将可变形元件22a和/或22b布置或制造在衬底14和/或锚固定元件84a和/或84b处，可以获得固定的夹持。虚线88指示非偏转状态，而连续梁92指示可变形元件22a至22d的偏转形式。衬底14的实现方式或元件94a和94b可以使可变形元件22a至22d能够沿着y方向定位。机电换能器18a至18c的成对的位置可以基于元件94a和94b而移位。相对于彼此相邻和/或成对布置的机电换能器18a和18b可以以相互相对的方式变形。
可变形元件22a以及可能相对定位的可变形元件22c可以被配置为基于变形影响(即增加或减少)局部腔部分96a，和/或基于局部腔部分96a内的体积流来执行变形。可变形元件22b以及可能相对定位的可变形元件22d可以被配置为影响局部腔部分96b。局部腔部分96a和96b可以例如在锚固定元件84a和84b的区域中彼此连接。可以获得可变形元件22a至22d的变形，使得可变形元件22a和22c以及22b和22d将分别以不同的频率变形，即，局部腔部分96a内的体积改变可以以不同于局部腔部分96b的体积改变频率的频率发生。例如，如果将MEMS换能器用作扬声器，则可以基于频率不同的体积改变来在局部腔部分内获得不同的频率。例如，如果将MEMS换能器100用作麦克风，则局部腔部分96a和96b可以具有不同的谐振频率。备选地，例如，可以沿着y方向布置其他局部腔部分和其他可变形元件，从而使得MEMS换能器100可以产生其他频率或者可以包括其他的谐振频率。
备选地，可变形元件22a和22b或可变形元件22c和22d也可以直接彼此连接。例如，锚固定元件可以布置在一个或多个可变形元件22a至22d的中心区域内，以影响可变形元件22a至22d的变形。这意味着可变形元件22a和22b可以直接彼此连接。备选地，也可以在可变形元件22a和22b之间布置弹簧元件或不同的元件。
MEMS换能器100可以被配置成使得在第一时间间隔期间，在正y方向上，从开口26获得体积流12，并且随后在第二时间间隔期间，在负y方向上，从开口26获得体积流12。
换句话说，图10示出了其中可能再次仅布置了S形致动器的配置。为了说明该原理，在该图中可以以致动方式(实线92)和非致动方式(虚线88)两种方式呈现S形致动器。致动状态和非致动状态可以通过对应的设计互换。S形致动器(可变形元件22a至22d)可以在其端部的一个(上端)和在其端部的另一个(下端)处均被夹持。锚固定元件84a至84b可以用于该目的。锚固定元件84a-至84b可以由层34a、36和34b形成并且连接到层32a和/或32b。可以基于该配置省去S形致动器的自由端与元件94a或94b之间的距离。这可以实现旁路流量方面的较小损失。可以对起始衬底进行处理，以便可以从其制造致动器；起始衬底可以包括层张力梯度，或者可以在致动器制造期间引入层张力梯度。基于锚固定元件84a和/或84b的布置，可以减少或防止由此而引起的可变形元件的偏转。特别地，在两侧上将可变形元件悬置，可以导致减小或防止其在层32a或32b之一的方向上的偏转。间隔层34a和/或34b可以被设计为对应地变薄，这继而可以导致旁路流量方面的损失减少。每个腔室(局部腔部分96a或96b)可以由两个S形致动器限制。在图10的示例中，两个腔室可以串联连接。可以基于芯片上可用的表面面积，同时考虑到声学特性，特别是S形致动器和/或致动器腔室系统的谐振频率，来选择串联连接的腔室的数量，腔室的数量可以在1和较大的数字之间变化，例如大于3、大于5或大于10。
可以可选地布置元件94a和94b，即，MEMS换能器100也可以被配置为不具有所述元件。例如，如果致动器的对应部分由于机电换能器和/或可变形元件的特定设计或控制而未偏转，则可以省去通过元件94a或94b到衬底14的距离。可以配置多S致动器(波浪致动器)。特别地，这使得能够基于所述布置获得低谐振频率，因为(可变形元件的)梁的谐振频率会随着长度的增加而减小。
图11a示出了MEMS换能器110的一部分的示意性俯视图，其中与图10的配置相比，机电换能器18a至18b相对于衬底14的横向方向(例如x方向)倾斜地布置。在沿y方向的延伸与MEMS换能器100的延伸相同的情况下，机电换能器18a至18b可以具有更长的轴向延伸。这可以实现更大的局部腔部分96a和/或96b和/或更大数量的串联连接的局部腔部分和/或可变形元件。
可变形元件的外部梁段30a可以经由锚固定元件84间接地连接到另一可变形元件的外部梁段30c。备选地，梁段30a和30c也可以立即，即直接彼此连接。
换句话说，图11a描绘了另一实施例，其中有效面积相比于图10的图示旋转了45°。可能会在更大程度上使用可用的芯片表面面积。漏斗形的开口26可以被设计成使得声音可以优选地垂直于芯片边缘区域发出，即沿着y方向，在其正方向或负方向上发出。
上述可变形元件中的每个元件也可以形成为多个相互连接的可变形元件。
图11b示出了可以例如用作泵的MEMS换能器110′的一部分的示意性俯视图。与图11a的MEMS换能器110相比，局部腔部分96a和96b可以经由两个开口26a和26b连接到MEMS换能器110’的周围。局部腔部分96a和96b可以经由开口26a连接到MEMS换能器110’的第一侧面97a，并且可以经由开口26b连接到MEMS换能器110’的第二侧面97b。第一侧面97a和第二侧面97b例如可以布置成相对地定位。备选地，侧面97a和97b也可以彼此成一定角度。例如，侧面97a或97b之一可以包括MEMS换能器110’的边侧面，而侧面97b或97a中的另一个可以包括MEMS换能器110’的主侧面(例如顶侧或底侧)。
基于可变形元件22a至22d的变形，可通过MEMS换能器110’产生从第一侧面97a流向第二侧面97b或反之亦然的流体。例如，在第一时间间隔期间，可变形元件22a和22c可以变形并且局部腔部分96a的体积可减小。在第二时间间隔期间，局部腔部分96b的体积可以减小。基于体积的减小或增大的顺序，可以影响体积流12的方向。备选地，也可以将若干局部腔部分一个接一个地布置或者仅布置一个局部腔。
简单来说，可以获得泵的功能，因为体积流12根据流过MEMS换能器的原理产生，而不是类似于扬声器来回地流过来产生。MEMS换能器的入口侧和出口侧可以彼此相对地布置，但是也可以备选地彼此成一定角度地布置或者布置在相同侧上，并且在位置上或流体上彼此间隔开。包括局部腔部分96a和96b的腔可以包括衬底中的开口26a和26b。机电换能器18a或18b中的至少一个可以被配置为基于流体来提供体积流12。例如，机电换能器18a或18b中的至少一个可以被配置为基于机电换能器的致动，在朝向腔的方向上通过第一开口26a输送流体，或基于所述致动，在远离腔的方向上通过第二开口26b输送流体，反之亦然。
即使结合MEMS换能器110’描述了泵功能，但这里也可以将描述的其他实施例用作泵或微型泵，例如，调整腔、局部腔或至少一个局部腔部分的开口的布置。
如果可变形元件22a和22e同时偏转，则可以在介入的体积内导致抵消变形或偏转的负压(或者，过大的压力)。体积可以具有开口，例如在层32a和/或32b内的开口，使得能够均衡所述体积内的压力。这促进了MEMS换能器110’的有效操作。
图12a示出了可以例如在第一状态下用作MEMS泵的MEMS换能器120的示意图。MEMS换能器120包括例如两个可变形元件22a和22b，可变形元件22a和22b具有梁结构并且被夹持或固定地夹持在两侧的衬底14处。备选地，MEMS换能器120也可以配置有一个可变形元件或具有两个以上的可变形元件。
图12b示出了处于第二状态的MEMS换能器120。基于至少一个可变形元件22a和/或22b的变形，可以从如图12a所描绘的第一状态开始获得第二状态。从第二状态开始，可以基于可变形元件形状上的恢复来获得第一状态。在第二状态下，例如，可变形元件22a和22b之间的局部腔38与第一状态相比更大。在从第一状态到第二状态的变换期间，在局部腔38内可能产生负压。在从第二状态到第一状态的变换期间，在局部腔38内可能产生负压。
衬底14分别具有局部腔42a和42b，可变形元件22a和22b分别布置在局部腔42a和42b之间，局部腔42a和42b的体积可以以与局部腔38的体积互补的方式分别减小或增大。基于可变形元件的变形，还可以以与局部腔38互补的方式分别获得过压或负压。
在相应的开口26区域中，可以布置阀结构85a至85f。例如，可以由衬底14的材料形成一个或多个阀结构85a至85f。阀结构可以与衬底14的一个或多个层一体地形成，并且可以例如通过刻蚀工艺来制造。
阀结构可以被配置为至少沿一个方向减少或阻止体积流12通过开口26。例如，阀结构85b、85d和85f可以被配置为减少或阻止流体从相应的局部腔中排出。备选地或附加地，阀结构85a、85c和85e可以被配置为减少或阻止流体进入到相应的局部腔中。一个或多个阀结构85a至85f可以被被动地配置为例如夹持在一侧的弯曲梁结构或舌状结构。备选地或附加地，一个或多个阀结构85a至85f可以被主动地配置为例如机电换能器或可变形元件。简单来说，阀结构85a至85f以及MEMS换能器的其他致动器(机电换能器)可以被致动。
阀结构85d可以被配置为例如允许体积流12基于局部腔38内的负压流入到局部腔38中，而阀结构85c同时减小或阻止体积流12进入到局部腔38中。如图12b所示，如果在局部腔38内产生过压，则阀结构85c可以被配置为允许体积流12基于过压从局部腔38中流出，而阀结构85d同时减小或阻止体积流12从局部腔38流出。
阀结构85a、85b以及85e和85f的功能可以分别与局部腔42a和42b相同或相当。阀结构85a至85f也可以被称为止回阀，它们使得例如能够对体积流12的优选方向进行设置。
尽管MEMS换能器的效果被描述为例如，体积流从局部腔38、42a和42b沿着相同方向(正y方向)并且在第一状态和第二状态之间发生变换的不同时间间隔期间流动，但阀结构也可以布置成使得体积流从至少一个局部腔38、42a或42b沿着不同的方向流动，例如，沿负y方向流动。
即使将MEMS换能器描述为将阀结构85a至85f布置在每个开口26处，也可以备选地不将阀结构布置在任何开口26处或仅布置在几个开口26处。
即使阀结构可以被被动地配置为用作止回阀(check valves)，但是也可以主动地配置为阀结构，这意味着它们可以是可控的，并且可以基于所述控制，在致动器意义上提供阀的打开或关闭状态。特别地，可以控制在每种情况下与一个局部腔相关联的两个阀结构85a和85b、85c和85d或85e和85f，例如通过连接到MEMS换能器的控制装置进行控制，使得在流体流12内产生压力脉冲。例如，可以将机电换能器18的致动实现为使得在局部腔42a、42b内部的流体内积聚过压或负压，并且仅在此之后才控制打开阀结构85a至85f。
换句话说，通过这种压力脉冲，也可以实现对通过短压力脉冲的低频声波的近似模仿。通过使用一个接一个串联布置的若干腔室，这可以以几乎连续的方式发生。类似地，对于彼此平行相邻的腔室，这也是可能的。图12a示出了处于非致动状态的示例，其中每个腔室在顶部和底部均设置有一个阀，每个阀可以被配置为活动的。每个阀可以单独打开或关闭。部分打开/关闭也是可行的。阀杆可以像可移动侧壁(即可变形元件)那样精确地设计和/或操作。因此，它们可以基于相同或一致的致动器原理。在这种情况下，所述阀弯曲梁还可以被配置为在两个方向上是可移动的，和/或在有流体流时(通过弯曲致动器阀施加的对应的反作用力)关闭开口(即，将其关闭，除了移动所需的非常小的间隙外)。这种设置确保了在方向和/或负压/过压方面(特别是单独针对每个腔室)控制流体流的完全灵活性。如果确定了流体流的方向，则也可以利用阀杆的止动件(“止回阀”)工作。
换句话说，在第一状态下，中心腔室(局部腔38)可以通过描绘为深色的两个致动器(可变形元件22a和22b)膨胀，而两个外部腔室(局部腔42a和42b)压缩。第一腔室经由止回阀85d充满来自下部区域的流体。后者通过止回阀85a和/或85e将流体压入到上部区域中。在第二状态下，中心腔室被压缩。流体被压入到上部区域中。外部腔室充满来自下部区域的流体。
图13示出了第一可变形元件22a和第二可变形元件22b的示意图，它们沿着可变形元件22a和/或22b的横向延伸方向98彼此连接。弹簧元件102布置在可变形元件22a和可变形元件22b之间。弹簧元件102可以在可变形元件22a和22b中导致减小的机械感应的恢复力。例如，弹簧元件102可以在垂直于方向98布置的方向98’上表现出较小的硬度级别，并且可以沿着可以垂直于方向98和98’空间布置的方向98”表现出较大的硬度级别。例如，可变形元件22a和22b以及弹簧元件102可以布置在MEMS换能器110内作为可变形元件22a。
换句话说，可以布置合适的弹簧元件102，以减轻S形致动器22a至22d的应力，该S形致动器22a至22d夹持在夹持位置的两侧，或者例如也在夹持位置之间的区域中，例如在致动器的中心。例如，弹簧元件102被用在致动器的中心，并且在期望的方向(98’)上特别具有柔性，在两个方向(98和98”)上是硬性的，即，它表现出较高或相对较高的硬度级别。弹簧元件102可以布置在可变形元件22a和22b的可偏转端之间。弹簧元件102沿移动的横向方向24可以具有比垂直于移动的横向方向24的方向更低的硬度级别。
图14示出了包括MEMS换能器80’a和MEMS换能器80’b的堆叠140的示意图，MEMS换能器80’a和MEMS换能器80’b彼此连接并且与MEMS换能器80相比包括共享层32，这意味着已去除了MEMS换能器80的层32a或32b。电子电路17可以被配置为共同控制MEMS换能器80′a和80′b。作为其备选方案，每个MEMS换能器80’a和80’b可以包括相关联的电子电路。
另外，MEMS换能器80’a在层32b内具有开口26，这意味着与MEMS换能器80相比，体积流12的辐射方向和/或体积流12的进入方向垂直倾斜。这意味着MEMS换能器的盖表面可以形成堆叠的外侧；MEMS换能器可以在盖表面中具有开口，该开口被布置成背离面向第二MEMS换能器的一侧，MEMS换能器80’a的体积流12与MEMS换能器80’b的体积流垂直地或相对地离开或进入腔。
MEMS换能器80′a可以具有布置在其上的膜片元件104。可以布置膜片元件104，使得可以至少部分地阻止体积流12从腔中排出并通过膜片元件104，或者至少部分地阻止体积流12进入到腔16中。腔可以延伸到布置在MEMS换能器80’a外部并且布置在MEMS换能器80’a与膜片元件104之间的区域。基于体积流12，可以导致膜片元件104的偏转。膜片元件104可以例如通过框架结构106布置在MEMS换能器80′a上。框架结构106可以布置在MEMS换能器80′a的一个侧面上，例如在层32b的主侧面上。
备选地，也可以倾斜90度以外的角度。MEMS换能器80′b可以在层32b处或在层32b内包括开口，使得体积流12可以进入到堆叠140两个侧面上的腔中和/或从堆叠140两个侧面上的腔排出，所述侧面彼此相对布置。
备选地或附加地，堆叠140还可以包括另一个或其他MEMS换能器，例如MEMS换能器20或80。例如，MEMS换能器20可以布置在MEMS换能器80′a和80′b之间。这使得体积流12能够沿着垂直于MEMS换能器80′a的对应方向的方向进入到腔中或从腔排出。
换句话说，声音出口开口26也可以安装在下盖32a和/或上盖32b中，而不是安装在芯片侧面上。图14示出了对应的简化表示。上盖32b中的开口26是可辨认的。类似的开口可以位于下盖32b中，但是由于透视图而无法辨认。层32也可以包括开口，即，MEMS换能器80′a和80′b的腔、局部腔和/或局部腔部分可以彼此连接。(沿z方向)垂直叠置的腔室可以经由层32内的开口彼此连接。
在图14中所描述的变型中，可以以简单的方式实现一种包括一个或多个杆元件(栅格腹板)44的栅格，该栅格可以被配置用于设置衰减并且可以被配置为阻止颗粒进入。例如，上盖32b和/或下盖32a中的开口26可以通过湿化学或干化学刻蚀工艺进行配置。在刻蚀之前，可以在附加应用的薄层中图案化所需的栅格，该薄层对于刻蚀开口具有适当高的选择性。为了刻蚀开口26，现在可以选择具有适当高的各向同性和/或横向底切的刻蚀工艺，从而可以对栅格44进行底切。举例来说，可以在氧化硅或氮化物层中制造栅格，并且可以由硅图案化盖，即可以通过深反应离子刻蚀(DRIE)来对盖进行图案化。可以对所述工艺进行设置，使得可以实现微米量级的底切。例如，备选地，可以用氢氧化四甲基铵(TMAH)和/或氢氧化钾(KOH)和/或硝酸(HNA)进行湿化学刻蚀。
如果下盖32a和上盖32b中的开口被设计成漏斗形，则与在侧面上包括出口(例如MEMS换能器80)的MEMS换能器相比，声音出射表面可以占据芯片表面积的更大比例，并且可以被设计成更大。关于声学特性和衰减，所述选项提供了进一步的创造性余地。盖32a和32b中的声音出射开口以及盖表面32a和32b之间的侧面的组合是其他实施例的特征。高度集成的系统的优选变型可以包括：在盖32b中安装开口以在向上的方向上发出声音；在侧面上安装压力平衡开口，以便能够以简单的方式应用于结构元件，例如，应用到印刷电路板上。
通常，声音进入开口和/或声音出射开口26可以被设计成使得声学特性和/或衰减特性被有针对性地设置。相应地，下层32a和上层32b原则上还能够振动。所述元件的振动可以通过存在于介入层34a和34b和/或36中的合适的附加连接元件来抑制和/或减小，例如，通过锚固定元件84。抑制或减小可以包括将振动转移到可听见的声音之外的频率范围。备选地或附加地，层32a和/或32b的振动也可以有针对性地实现，以便优化声学辐射。还可以在层内采用有针对性的连接，并通过对应的图案化(连续的开口或盲孔)来附加地设置层32a和32b的硬度和/或声学特性。
也可以将膜片应用于上盖32b，然后通过腔室的体积流12使该膜片振动。这由虚线104示意性地指示。简单来说，出于上述目的，可以在上盖32b上布置框架形式的间隔件106，在该间隔件上可以布置或夹持膜片104。可以通过已知的微机械工艺来生产这种膜片104。备选地，膜片104也可以布置在腔或局部腔内和/或仅覆盖一个开口或仅覆盖开口26的一部分。
可以应用于MEMS换能器(例如，MEMS结构扬声器元件)的一些先前描述的实施例的是，存在可以产生局部体积流的腔室，例如在独立于若干、一些或所有其他腔室的局部腔或局部腔部分中。腔室可以实现为由在横向和/或垂直方向上连续的局部腔室组成(横向：参见例如图10和图11)(垂直：参见例如图14)；实施例还示出了它们的组合。这种连续的局部腔室(例如，局部腔部分94a和94b)可以用于产生独立于或依赖于其他腔室或局部腔室的局部体积流。腔室(局部腔)可以独立地产生体积流的情况可以称为单腔室。可以基于若干局部腔室(局部腔部分)产生体积流的腔室称为组合腔室。
上述实施例是可修改的，使得两种类型的腔室可以以任何所需的方式组合。因此，可能的实施方式是其中仅布置单腔室或仅布置组合腔室。备选地，可以实现布置两种类型的腔室的实施例。
换句话说，当仅使用单腔室时，所有致动器/腔室系统的谐振频率可以相同或可以不同地设计。例如，声音辐射中的特定频率范围可以通过增加对应的单腔室的数量来加强。特别地，经由衰减来相应地扩展谐振频率和谐振曲线的宽度，例如通过栅格开口或者通常是声音出射开口和/或流通道的尺寸来进行衰减，可以实现对频率响应的配置(为频率的函数声压水平)。首先，频率响应的平滑起主要作用。
局部腔和/或局部腔部分可以以不同的频率发射体积流和/或可以基于体积的空间扩展，机电换能器的几何形状和/或操作机电换能器的频率进行优化，以检测体积流的特定频率。
在其他实施例中，仅使用单腔室。声音出口可以仅横向布置。三个芯片/晶片(MEMS换能器)可以一个堆叠在另一个之上。可以针对第一(例如，高)频率范围内的声音辐射来优化上芯片。第二(例如在中等频率范围内)MEMS换能器可以调整为第二频率范围(例如，中等范围频率)。第三MEMS换能器可以调整为第三频率范围，例如用于低频。因此，可以获得三分频扬声器。三个通道(三个MEMS换能器)也可以布置在芯片中，因为横向上，第N1腔室用于高频，第N2腔室用于中等频率，第三N3腔室用于低频。对于N路系统，该原理可以容易地在横向方向上扩展，并且在堆叠的情况下，也可以在垂直方向上扩展。在其他实施例中，设计一种N路系统，使得经由对应谐波的傅立叶合成来产生声音，使其具有频率N*f1，f1构成最低频率。
这意味着MEMS换能器可以被布置为与至少一个其他MEMS换能器一起形成堆叠，可以通过沿着横向方向(例如x方向)和/或厚度方向(例如z方向)布置例如至少两个MEMS换能器来获得堆叠。备选地，MEMS换能器也可以彼此间隔一定距离布置。MEMS换能器的腔和至少一个另外的(第二)MEMS换能器的腔可以具有不同的谐振频率。
在致动器操作的情况下，即，可变形元件主动变形，可以获得N路扬声器，其中，N表示具有不同谐振频率的MEMS换能器的数量。在传感器操作的情况下，例如，可以通过使用不同的MEMS换能器来检测体积流的不同频率范围。这使得能够例如执行体积流的傅立叶合成。例如，控制设备128可以被配置为检测MEMS换能器和另一MEMS换能器的一个或多个机电换能器的可变形元件的变形。控制设备可以被配置为基于电信号计算傅立叶合成(傅立叶分析)并输出结果。
已提出的并采用单腔室的示例也可以在使用组合腔室的情况下实现，组合腔室的各个局部腔室具有相同的谐振频率。
当采用组合腔室时，由于谐振最大值的对应位置，相邻的局部腔室也可以支持不同的频率。例如，三个局部腔室可能呈现三向系统。以低频方式调制的空气流(例如在背部局部腔室中(沿轴向延伸的第一部分))将在中心局部腔室中(沿轴向延伸的第二部分)附加地进行中频调制，并在腔室的前部部分附加地进行高频调制(沿轴向延伸的第三部分)。
为了产生相同的声压，所需的行程(即机电换能器的偏转)在高频下可以比在低频下小。因此，可以将用于高频的腔室或局部腔室设计成具有较小的腔室体积和/或在侧壁之间具有较小的距离，这些侧壁用作致动器并界定该腔室。
在操作期间，可以经由相等频率的腔室之间的控制引入相位偏移，从而使波前倾斜并且不会以垂直于表面(相控阵列)的方式出射。
在到目前为止已经提出并且将在下面提出的所有变型中，每个腔室被至少一个第二腔室包围，当空气流入到第一腔室中时，空气流入该第二腔室以平衡压力，反之亦然。特别是当在所述腔室之间不存在分割侧壁时，这变得明显，因为致动器将在一个腔室移动期间增加一个腔室的体积，同时减小另一个腔室的体积，反之亦然。
为了应用，例如作为助听器或入耳式耳机中的扬声器，外部空气(即耳朵外部的空气)不会移动通过扬声器。而是仅通过例如膜片的振动来周期性地改变存在于耳道内的音量。在上面提出的和下面引入的所有变型中，这可以如下实现，即在所提出的变型中位于芯片顶侧、芯片底侧或芯片侧面上的对应开口保持封闭。为此，仅在所述位置处省去杆栅格的图案化。
通常并且适用于扬声器的所有应用领域的是，在某些地方，杆栅格也可以完全由封闭的膜片代替。这最大程度地降低了颗粒敏感性，并且使得尤其是在污染和/或腐蚀性气体和液体中也能够进行操作。
在下文中，将提出根据弯曲致动器的设计和操作采取的措施，其目的是能够以最佳方式描绘期望的频率响应。
通过包括若干附加的弹簧元件，这些元件将弯曲的致动器细分为单个元件，致动器的有效硬度以及因此的谐振频率可以降低。请通过示例的方式参考图15，其中使用单个弹簧元件将弯曲的致动器划分为两个元件。细分为两个或更多个元件对于在可听见的声音的低频范围内获得谐振频率非常重要，因为如果没有这种措施，在给定弯曲致动器的通常尺寸(例如宽度为5μm，长度为2mm，以硅作为材料)的情况下，固有频率在kHz范围内。备选地或附加地，可以有针对性地在弯曲致动器或可能存在的硬性板上设置附加的质量元件，以减小谐振频率。当对层36进行图案化时，可以以简单的方式提供这种元件。附加质量Δm的作用方式可以通过使用谐波振荡器的模型示例进行解释。
质量为m的元件经由硬度为k的弹簧悬置，在幅度为F0的力的正弦激励下，振动幅度A(ω)由下式给出：
ω是激励角频率，c是衰减常数。如果共振器在准静态范围内工作，则振幅将与质量无关。以下适用于ω＜＜ω0：
A(ω)≈F0/k (公式4)
因此，附加质量Δm将谐振频率ω0改变为较低的值ω0，但是，振动的幅度保持不变。当弯曲电抗器在其固有频率范围内操作时，情况会有所不同。对于ω≈ω0，等式的根内的第一项。与第二项相比，第3项可能被忽略，并且以下情况适用：
A(ω)≈F0/(cω0-) (公式5)
由于ω0-与振动器(共振器)的质量的根成反比，因此质量的增加导致ω0-的对应减小，并且因此，幅度增加。幅度增益是在条件cω0-＜k的情况下得出的。上面已经描述了弯曲梁构造成能够根据处置(addressing)和/或信号在一个或另一个方向上弯曲的可能性。因此，在梁弯曲时，不再需要经由机械弹力来施加恢复力。为这种弯曲梁选择的硬度级别越低，偏转越大，因为可以耦合的能量是恒定的。
尽管所有考虑因素都与可听见的声音范围有关，但配置结构元素以产生超声波也是可行的。原则上，代替致动器，在梁上设置位置感测元件(例如，压阻、压电、电容等)也是可行的，从而使结构元件可用作麦克风。
对于以硅技术生产MEMS扬声器的本质而言，可以依靠已知的晶圆键合方法和深反应离子刻蚀。致动器的生产取决于所选择的作用原理，这在最初被忽略了。所述部件可以以模块化的方式被包括在以下示例性过程中。以下表示涉及一种结构元件，该结构元件仅具有用于空气流的侧向开口。
作为起始材料，采用BSOI(绝缘体上的键合硅)晶片。载体晶片(手柄晶片)形成MEMS结构扬声器元件的下盖32a。BSOI晶片的掩埋氧化物层随后可以用作间隔层34a。BSOI晶片的有源层可以对应于层36。载体晶片的厚度可以为500至700μm，并且可以根据需要进一步减薄(可能在过程结束时)。掩埋氧化物层可以具有50nm至1μm的厚度。BSOI晶片的有源层可以具有1至300μm的厚度。层36优选例如通过深反应离子刻蚀(DRIE)来进行图案化。在所述图案化之后，可以至少局部地在致动器的移动区域内去除掩埋的氧化物层(34a)或至少使其变薄。这可以以湿化学方式进行，例如通过使用BOE(缓冲氧化物刻蚀)或以干化学方式进行，例如通过气态HF(氢氟酸)。一旦在致动器的移动区域中至少部分地去除了间隔层34a，将关闭或严重减小低摩擦层，可以例如经由化学气相沉积CVD或原子层沉积ALD来沉积层34a与致动器(可变形元件)之间的间隙。备选地，早在用于制造BSOI晶片的晶片键合期间，就可以通过沉积和图案化合适的层来限定区域，其中不进行键合，例如在US 7,803,281B2中所述。这样的方法可以用于上盖和下盖。层34b例如优选通过反应离子刻蚀(RIE)来图案化。在所述两种图案化的情况下，生成了如对应附图所示的层36和34b内的所有元件。这也包括杆形栅格结构。
低摩擦层的上述沉积也可以用于上盖(层32b)。然后在键合之前将所述层例如应用于盖。然后可以省去间隔层34b。例如，可以通过沉积材料来获得低摩擦层。摩擦系数可以比层32a、34a、34b或32b的材料小例如10％、20％或50％。
给定适当的掺杂，层36也可以用作电导体。具体地，当要以不同的频率激励致动器时，在层36中进行垂直电绝缘是有利的。如[8]中所述，这可以例如通过所谓的填充沟槽来实现。也可以将敞开的沟槽用于电绝缘。
第二晶片可以形成为典型的或可能的厚度为500至700μm的硅晶片，并且将形成例如上盖32b，第二晶片具有应用于其上的将被图案化的层。所述层对应于间隔层34b。所述层的厚度优选对应于掩埋氧化物层的厚度。作为间隔层的材料，可以使用使第二晶片在稍后的时间点处键合到BSOI晶片上的任何材料。这里，将氧化硅作为示例提及，优选用于将氧化硅直接键合到硅上的热氧化物。备选地，多晶硅也可以用于直接键合。另一备选方案在于将合适的凹陷刻蚀到第二晶片中，使得上盖32b的功能和间隔层34b的功能都配置在晶片上。至少在致动器的移动区域中，如果晶片在所述位置处涂覆有适当的低摩擦层，则可以省去所述凹陷，从而可以省去致动器(可移动元件)和盖(层32a和/或32b)之间的距离。然后可以省略第二晶片上的另一层，除了用于图案形成的辅助层(掩模)以外。另外，因此可以将硅直接键合到硅上。
除了直接键合之外，还可以采用粘结绑定的方法，使得间隔层34b将由聚合材料(例如PCB)组成。由于缺乏CMOS兼容性而可行的但并非优选的是Au-Si共晶键合方法或阳极键合方法(包含Na离子的层)。
键合两个晶片之后，晶片阵列(晶片堆叠)中的大部分生产已经完成。尚未进行的是生产电线和触点以及可能需要的任何电绝缘结构。可以通过现有技术的标准方法使所述元件可用：导线的制造，例如通过溅射和图案化AlSiCu，通过沉积氧化物和图案化氧化物来进行垂直绝缘，通过完全穿透层36的敞开的或填充的绝缘沟槽来进行横向绝缘。
将具有侧向布置的开口的结构元件切成小块尤其需要杆栅格的保护。例如，这可以通过如下方式实现：例如，框架内的结构元件经由四个薄腹板连接到所述框架。为此，下盖32a和上盖32b以及层34a、36和36b将被相应地图案化。对于所述图案化，首先可以使用诸如TMAH、KOH和DRIE的各向异性刻蚀方法。特别地，为了沿着杆栅格图案化，对层36进行DRIE图案化是优选的变型。为了从晶片阵列去除结构元件，将腹板破坏。例如，这可以机械地或通过激光加工来实现。
也可以不将下盖32a切成小块，而仅对层34a、36、34b和32b进行图案化。特别地，可以通过DRIE对层36进行图案化，以实现杆栅格的垂直排列。然后将从芯片表面开始形成沟槽，并终止于下盖32b。现在可以用聚合物材料(例如光致抗蚀剂)填充所述沟槽。该聚合物用于在随后的锯切/切块过程中防止污染。锯切后，冲洗并清洁结构元件，以去除锯切浆料。随后，通过合适的溶剂或在氧等离子体中去除聚合物。
如果使用下盖和上盖中的开口代替侧向开口，则将扩大制造，如已经在图16中描述的那样。下部开口和上部开口可以由例如划片的薄膜保护，从而可以进行锯切或激光切割。备选地，开口也可以借助于聚合材料例如塑料来封闭，例如，用于切割过程的光致抗蚀剂，随后，可以借助于溶剂或在氧等离子体中去除所述聚合物材料。
结构元件的堆叠优选地通过晶片阵列中的键合方法来执行。然后，可以通过相应层36中的电触点(键合焊盘)来实现电接触，或者在使用TSV(硅通孔)时，也可以通过芯片底面上存在的所谓凸块来实现电接触。为了电连接堆叠的单个芯片，也可以采用TSV。对于非堆叠芯片，也可以采用TSV和凸块。
为了增加杆栅格54的稳定性，间隔层34a和34b可以在杆栅格的区域中保持不被图案化。
下面将描述在制造横向弯曲致动器方面的优选实现方式。
原则上，可以采用已知的静电、压电、热机械和电动动力学作用原理来致动弯曲梁。
即使在没有任何主动弯曲梁的情况下，也可以对结构元件的上述某些变型实施简单的静电作用原理。MEMS换能器50可以被配置为使得刚性板元件62a和62b被配置为电容器板或包括电容器板，电容器板由于电势差而朝向彼此移动，以至于随后将用作柔性弹簧的元件64将具有相应的机械反作用力。
备选地，弯曲梁也可以经由附加布置的固定对电极直接偏转。采用梳形电极来增加力或偏转也是可行的。
另一静电原理是基于使用被夹持在一侧上的梁，该梁在其夹持位置处与电极的距离很小，该电极距离随着距夹持位置的距离增加而增加。夹持位置的距离可以为零。如果在弯曲梁和电极之间施加电压，则弯曲梁的一部分将与电极接触，弯曲梁的一部分由电压量和梁的硬度级别确定。关于本文描述的原理，梁和电极之间的空间形成腔室42a，该腔室42a可以如所描述的改变体积。
例如在文献中描述了这种致动器的基本原理。例如，在[9]中，提出了垂直偏转致动器。通过在弯曲梁的制造期间有针对性地引入层张力来实现电极距离的变化。对于在本申请的上下文中描述的结构元件，根据所述原理，通过相应地图案化层36可以容易地实现致动器。除了无论如何都必须进行图案化的图案化层36外，在电极和弯曲梁之间应用绝缘层，这可以通过微系统技术的已知方法容易地实现。不需要引入层张力，因为弯曲梁已经由于图案化而获得了其期望的形状。以这里描述的方式，致动器是可横向偏转的，并可以因此而用于以上进一步描述的结构元件原理。
就大量零件的集成和可扩展性而言，静电作用原理具有许多优点。不需要诸如磁铁或线圈之类的外部组件，也不需要任何对污染关键的材料，这些材料可以用于洁净室，尤其是可以用于CMOS兼容的洁净室。然而，迄今为止已经采用的膜片方法具有几个缺点。缺点包括：使用一个单个的振动膜片或板，整个可听见的声音范围只能覆盖到不足的程度。以一种以准静态的方式对膜片进行操作的方法解决了该问题，但是由于缺乏谐振提高，要以牺牲偏转为代价，并且因此以可实现的体积流和/或可实现的声音水平为代价。对于固定音量，例如入耳式耳机，后两者的关联如下[11]：
在这种情况下，SPL代表声压级，P0是常压，ΔV是扬声器部分可获得的音量改变，Pref是指示测量可听见阈值的参考压力，它等于20μ Pa，V0是在入耳式耳机或助听器的情况下耳腔的体积，数量为大约2cm3。
因此，关于MEMS扬声器，期望在每个芯片表面积或整个扬声器的每体积上获得尽可能大的体积流。电动换能器例如可以实现非常大的膜片偏转，因此可以实现大的体积流。但是，由于需要永磁体，所以整个设计的体积非常大。从该角度来看，对于移动电话中的扬声器，在一维空间中提供的空间越来越小，所述方法似乎是限制性的。
压电弯曲致动器需要将压电层沉积到衬底上。所述压电层可以例如对应于图3的层58，然后该压电层将横向于例如包括硅或由硅组成的层56进行布置。所述致动器的制造可以通过表面微机械过程来进行。
考虑到上述层36的DRIE图案化中的对应几何形状，例如[10]中所述的一个冷臂和一个暖臂形式的横向热机械致动器可以很容易地集成在一起。
热机械致动器的另一变型在于使用双压电晶片，该双压电晶片由电流加热。为了制造这样的双压电晶片，可以以保形的方式来沉积氧化层，例如在对层36进行图案化之后，使所有的侧壁也被涂覆。然后可以通过掩模和刻蚀工艺除去除了弯曲元件的一个侧壁之外的任何地方的所述氧化物层。
对于两侧夹持的弯曲梁，可以很容易地采用电动作用原理。当电流流过梁或通过单独安装的导体图案时，梁将在磁场中承受导致偏转的力。可以根据所需的偏转方向为各个梁选择电流的流动方向。可选地制造导体线是通过表面微机械的标准工艺实现的。在这种情况下，在选择间隔层34b的厚度时要考虑附加的形貌。
弯曲致动器的优选实现方式是横向静电致动器，其基于使用非常小的电极间间隙，并且因此可以在低压下操作和被操作。例如在EP 2264058 A1中描述了这种横向致动器。所述技术能够制造弯曲致动器和结构部件的所有上述变型，并且可以容易地以简单和模块化的方式集成到结构元件的制造工艺的上述主要部分中。
在下文中，将参考在侧壁(即，可变形元件)的移动期间发生的旁路流量损失。当假设为层流时，可以在一个简单的模型中显示出旁路流量损失，例如与有用的体积流相比，图2a中从腔室42a流向腔室38a的体积流，即，如果相比于层36的厚度间隔层34a和34b较小，则可以将泄漏到外部和/或从外部到达内部的体积流保持为适当小。这同样适用于存在于弯曲梁的可能的自由端处的距横向限制结构的距离。在两侧夹持的弯曲致动器的情况下，可以省去后面的考虑。如果针对所述构造计算流量损失，则在通过矩形管的层流模型中，损失约为3％，如果假设尺寸如下，则由旁路流导致的近似3％的损失可能与有用的体积流有关：
弯曲致动器：长度1mm，高度30μm，宽度10μm
腔室：为了计算向外的流动阻力，假设介质宽度为50μm。这低估了在弯曲致动器大量偏转的情况下存在的流动阻力。
隔离物34a和34b的层厚度为：每个0.5μm
假设的尺寸仅以示例的方式理解，并且可以用微机械技术很好地实现。由于致动器的宽度较小，因此对应于管道的长度的层流假设可能不正确(以上：10μm)。然而，所述假设是最坏情况的假设，因为在发生湍流的情况下流动阻力将增加。为了激发这种湍流，层36内的弯曲致动器可以设置有合适的、横向形成的元件。合适的布置被认为是在旁路流量的情况下形成涡流的布置。作为备选或补充，有意地使盖32a和32b的面向腔室的那一侧的表面变粗糙可以促进湍流的形成。
图15示出了包括第一层112和第二层114的可变形元件150的示意性截面侧视图，所述第一层112和第二层114经由连接元件116彼此间隔开并彼此连接，连接元件116a至116c以相对于层114和层112的角度≠90°进行布置。例如，层112和114可以包括一个电极。备选地，可以将电极布置在层112和/或114的每一层处。基于施加电势，可以在层112和114之间产生排斥力或吸引力。吸引力或排斥力可以导致元件116a至116c变形，使得可变形元件144背离夹持端118的可偏转端122可以沿移动的横向方向24偏转。
这意味着可变形元件150可以包括第一层114和第二层116，第一层114和第二层116可以具有布置在它们之间的间隔件116a至116c。间隔物116a至116c可以沿相对于层112和114的走向倾斜的倾斜方向124布置。作用在层112和114之间的吸引力可以引起可变形元件150弯曲。
可变形元件150可以被配置为沿着倾斜方向为平面的或具有一个曲率。备选地，可变形元件和/或层112和/或114还可以包括两个部分，所述两个部分被布置为以不连续的方式彼此接触，例如，符合锯齿图案。
图16示出了邻近电极126布置的可变形元件160的示意性俯视图。可变形元件160可以包括或者可以是另一电极127。基于施加在可变形元件160的电极126和另一电极127之间的电势，可以产生静电力或电动力F。基于静电力或电动力F，可以引起可变形元件160的变形。
在不受体积流或电势(即力F)影响的可变形元件160的状态下，可变形元件160和电极126之间沿着可变形元件的轴向延伸方向98的距离可以是可变的。在机械换能器和/或可变形元件160与衬底14具有连接的区域中，该距离可以是最小的。这使得可变形元件160的变形在很大程度上可以控制。备选地，根据需要，电极126与可变形元件160之间沿着延伸方向98的距离可以是可变的或恒定的。
根据实施例，机电换能器可以被配置为静电换能器、压电换能器、电磁换能器、电动换能器、热机械换能器或磁致伸缩换能器。
基于可能产生的力，可以引起可变形元件的变形，或者可变形元件的变形是可以认定的和/或可以确定的。
将通过以下附图解释电子电路的几种有利的实现方式。
图17a示出了根据实施例的MEMS换能器170的示意性透视图。为了简单起见，层36还包括层34a和34b，其例如结合图2a进行了描述。MEMS换能器170的腔通过开口26连接到MEMS换能器170的外部环境。电子电路17可以被配置为包括许多部分，使得电子电路17的第一部分17a布置在层32b上或之内。电子电路17的另一部分17b可以布置在不同的层中，例如布置在层32a和/或36中。
在层32b处或在层32b中，MEMS换能器170可以包括直通连接19，其例如用作用于在电子电路17处或从电子电路17输入和/或输出电信号的触针。
图17b示出了MEMS换能器170的另一示意图，其中，侧面32a在前景中。电子电路17的第二部分17b可以布置在层32a上或之内。层32a还可以包括直通连接19。多个直通连接可以具有相同的功能。例如，可以使用直通连接来实现贯穿整个层堆叠的直通连接；然而，它们中的一个、若干个或全部也可以仅用于堆叠的一部分，例如取决于可变形元件。因此，在一个示例中，一些直通连接19可以表示换能器的可变形元件的接触位置，而其他槽形连接19可以表示将盖晶片的电子电路连接到底部晶片上的电子电路的这种接触位置。
类似于图17a所示的视图，图17c示出了MEMS换能器170的示意性透视图。所述开口被配置为使得栅格腹板44被布置为至少阻止颗粒进入。
将电子电路17布置在MEMS换能器(例如MEMS换能器170)的各层中，一方面，使得能够获得高度集成的结构，这使得能够减少或避免外部电路结构，从而可以将整个设备设计为较小。另外，将电子电路布置在层堆叠的一层中使得能够获得短信号路径，这在电磁兼容性以及设备的时间相关和性能相关方面均是有利的。
即使可以仅将电子电路布置在层32a或32b中的一层中，将电子电路细分并布置在其中或布置在层32a和32b两者处也可以提供以下优点：在每种情况下，相邻电子组件由电子电路17通过尽可能短的路径进行控制。细分电子电路17还使得电子电路17a和17b能够实现不同的或互补的功能和/或以互补技术电子技术(例如MEMS和CMOS)实现。电子电路17a和17b实际上可以彼此电连接和/或电连接到机电变换器。MEMS换能器170的结构为分层设计，使得能够彼此分开地制造各个层，例如，在不同的半导体制造工艺中。这使得能够在不同的层中实现至少受半导体制造工艺影响的不同功能，因此，在不同的电子电路中，使得可以将基于不同半导体制造工艺获得的电路结构17a和17b布置在MEMS换能器170的芯片中。
这也可以被理解为是指第一电子电路17a布置在层堆叠的第一盖层中，第二电子电路17b布置在衬底的层堆叠的第二盖层中。电子电路17a和17b中的每一个均沿垂直于平面内移动平面的方向布置。可变形元件在其变形期间可以至少部分地布置在第一电子电路17a和第二电子电路17b之间。通过直通连接和/或其他电路元件，电子电路17或者其布置在其中的层可以至少电连接到MEMS换能器或代表MEMS换能器的外侧。这使得MEMS换能器能够与(例如，电路板上的)引线组件接触。
换句话说，实施例使得能够获得包括集成在MEMS换能器内的不同功能的整体结构元件。这些包括例如MEMS扬声器的集成电子控制和集成加速度传感器的控制/读出。可以在晶片的制造期间，在可能不可组合或难以组合的不同制造工艺中采用或实施单个功能元件的制造。通过将所述功能细分为两层，例如在上晶片32a和下晶片32b之间，可以以增加的灵活性来选择制造工艺，并且可以在功能级别上对其进行组合，即可以在MEMS换能器170内部结合。例如，上晶片(盖)可以包含电子电路元件或低电压范围，即，小的电子结构需要很小的空间并且能够实现高速。下晶片(底部)可以包括例如用于操作扬声器的高电压的D/A转换，即，需要大量空间并缓慢操作的大型晶体管结构。同样地，对于存储元件、光源或附加集成的MEMS传感器/致动器，可以获得相应的优点。互补功能的集成可以根据需要细分。
换句话说，可以在层32a和/或32b中实现集成电路17或17a和/或17b。所述电子电路可以例如用于控制致动器以产生声音以及根据期望的声压来设置相应的电压，并且以期望的频率实现电激励。也可以通过使用集成电路，例如以D/A转换器的形式或经由脉宽调制(PWM)，来进行数字电输入信号到模拟控制信号的必要转换。如果是麦克风功能，例如电信号(预处理)-同时保持短信号路径-或可以在所述电路内实现A/D转换。为了使集成电路17与芯片内部的致动器/传感器电接触，可以想到可以在层32a和/或32b内布置直通连接19。所述直通连接可以穿透层34a和/或34b，从而可以实现从集成电路到单独的致动器(梁)的单独的连续电连接。例如，针对每个梁，可以提供两个电触点。在堆叠的一侧上，直通连接19可以经由集成导体线连接到电子电路17，该集成导体线在图中未示出。
就制造而言，硅CMOS晶片(CMOS＝互补金属氧化物半导体)被键合到层34b上。就芯片而言，所述晶片形成层32b并朝向顶部密封腔室(腔)。可以在键合之前制造硅CMOS晶片内的直通连接(情况a)。在这种情况下，可能必须在键合之前还存在层34b的直通连接。备选地，也可以在键合之后制造两个通孔(情况b)。简单来说，可以在键合之后在相应的位置处通过掩膜片来刻蚀直到要电接触的梁的那些位置，并且可以用导电材料再次填充所形成的盲孔，例如金属或掺杂的半导体材料。例如，可能的是，在用导电材料填充之前，盲孔的侧壁可以涂覆有诸如氧化硅和/或氮化硅之类的绝缘层。
即使图17a至图17c被描绘为使得电子电路布置成包围腔14的两层，但电子电路也可以仅布置在一层上，例如布置在配置为连接到电路板等的层(即底层)上。备选地或附加地，可以在所述层的至少一层中实现附加的功能元件，然后该层可以包括直通连接。备选地或附加地，为通过选择性刻蚀来布置直通连接，还可能的是，一个直通连接设置通过整个层堆叠，例如通过所谓的TVS(硅通孔)，可以使底层和覆盖层上的功能结构电连接。可以在覆盖晶片的背面，即层32b上制造间隔层34b，然后可以将所述公共层与晶片结合。备选地或附加地，可以在层32a上制造间隔层34a，并且可以通过随后将它们与其他层键合来接合所述组合层。被制造成使得它们彼此接触的各个层可以在键合之前与其他成分接触。然而，原则上可以在工艺流程的任何点处在层32a和32b和/或布置在此处的层34a和34b中提供直通连接。
备选地或附加地，也可以规定将如上所述的MEMS换能器布置在腔内，使得腔由相对较厚的晶片模制而成，从而可以省去用于进行晶片键合的至少一些步骤。
图18a示出了MEMS换能器180的示意性透视图，其中层32b面向观察者，例如，如图17a中的情况。
邻近电子电路17a，层32b可以包括功能元件或MEMS结构21，其可以包括一个或多个MEMS功能。例如，MEMS结构21可以包括惯性传感器、磁力计、温度和/或湿度传感器、气体传感器或其组合。备选地或附加地，MEMS结构21可以是任何传感器、任何致动器、无线通信接口、光源、存储部件、处理器和/或导航接收器。电子电路17a可以被配置为控制和/或评估MEMS结构21。
这意味着在其中具有电子电路17a的层32可以包括功能元件，即MEMS结构21。功能元件可以连接到电子电路，并且所述电子电路17a可以被配置为控制或评估功能元件。
绕轴23旋转MEMS换能器180可以产生图17b的视图；布置在侧面32a上的电路17b可以被配置为例如评估和/或控制腔内的MEMS换能器180的机电换能器。这里，电子电路17a和17b也可以执行互补功能。
换句话说，底部晶片可以包括集成电路17b，该集成电路优选承担与电路17a的任务互补的任务。这意味着MEMS换能器180可以被配置为布置在电路结构或电路板上，使得MEMS结构21被布置为背离所述结构。
图18b示出了MEMS换能器180′的示意性透视图，与MEMS换能器180相比，该MEMS换能器进行了改进，因为开口26a布置在层32b内并且位于例如MEMS块21的内部。
例如，这可以被实现为使得电子电路17a被配置为控制和/或读出腔内的机电换能器，并且被配置为控制和/或评估MEMS结构21。
MEMS换能器180’可以在衬底中具有另一个开口26b。开口26b可以例如布置成使得流体流12覆盖跨MEMS换能器180的较大距离。例如，开口26b可以布置在MEMS换能器180’的侧壁处或侧壁内，该侧壁与MEMS结构21相距最大距离。MEMS结构(功能元件)21可以被配置为例如布置在盖层32b中的气体感测功能元件。气体感测功能元件21可以被配置为当所述流体流量12穿过开口26a时与流体流12相互作用，并且以感测方式检测流体流量12。换句话说，功能元件21可以被配置为检测流体流量12的特性。
电子电路的两个部分的上述互补功能可以例如与电池组的一侧上的气体传感器元件(例如电池)相关，在堆叠的相对侧上进行电子控制。例如，对于气体传感器元件的制造工艺来说，例如以MEMS技术生产的电子产品不可集成，或者使用大量支出进行集成，在电子电路的制造工艺中，例如在正面采用CMOS技术生产的产品，因此将功能细分为互补对可以实现对标准制造工艺的利用。这可以被实现为使得所述标准工艺之一被用于在晶片上实现气体传感器的控制功能，以及在不同晶片中实现用于机电换能器的控制功能，所述晶片通过晶片键合在后续时间点处彼此连接，以产生MEMS换能器，例如MEMS换能器180。
例如，气体感测功能元件21可以包围开口26a，以便提供尽可能大的表面与流体流12的接触。备选地或附加地，使气体传感功能元件至少部分地伸入到开口中是可行的，例如当布置用于测量流速率等的元件时。
换句话说，层32b具有开口。例如，附加的开口位于右侧的层堆叠内。在该示例中，层36内的流体相互作用元件，即可变形元件或板元件，被配置为当与盖层以及底层32a和32b组合时产生微型泵。例如，周围的空气可以经由开口26a被吸入开口26b并朝向开口26b喷射。块21具有位于其中的气体传感器，例如，由于其靠近开口，所以以近似连续的方式被提供有周围空气。结果是，与仅基于聚变进行气体交换的情况相比，传感器能够明显更快地对周围空气的变化做出反应。
图19a示出了层27的示意图，其可以是根据实施例的MEMS换能器的层堆叠的一部分。层27包括第一主侧面29a和第二主侧面29b，通过围绕轴线23旋转层27，图19的左侧被描绘成使得主侧面29a可见并且侧面29b在图19的右侧可见。侧面29a包括电子图案31a，其包括第一距离光栅33a。第二侧面29b还包括电子图案31b，其具有与其不同的距离光栅33b。电子图案31a和31b可以在调整层27内彼此电连接，从而借助于调整层27，对第一距离光栅33a进行调整或实现第一距离光栅33a以形成第二距离光栅33b，反之亦然。距离光栅33a和33b可以适于例如简化或使得相应的侧面29a或29b与特定类型的电子电路接触。例如，两个距离光栅33a或33b之一可以被配置为与结构元件或电路板的经常使用的或标准的光栅化兼容，而另一个距离光栅包括更小的图案距离，从而使得MEMS换能器中的电路结构的紧凑设计成为可能。备选地，距离光栅33b内的距离也可以大于距离光栅33a内的距离。
层27可以是层堆叠内的任何层，例如，能够与其他组件接触的层图17a中的层32a和/或32b。这意味着层27可以是堆叠的盖层。
备选地，也可以将层27仅配置为用于调整距离光栅的调整层，这意味着其不包括电子电路17。无论如何，例如在电子电路17仅布置在堆叠的一侧的情况下，层27可以是堆叠的盖层。
层27可以布置为堆叠的盖层，这使得能够将其用作中介层。这意味着该层还可以执行中介层的功能。例如，经由焊接方法或用于产生电触点的其他合适的连接方法，所述层然后可以具有施加在其上的另一芯片或电路载体，该芯片或电路载体具有电子和/或感测功能并且包括相应的距离光栅。在实施例中，提供了一些异或全部电子功能，用于控制/读出要实现的换能器，和/或以这种方式，即通过附加接触芯片，使所有附加的传感功能可用。
通过MEMS技术，不仅可以将气体感测元件放置在开口26a的附近，而且还可以将气体感测元件放置在开口的正上方，即，气体感测元件可以伸入开口中。为此，传感元件可以悬置在开口26a内。例如，具有上述功能的泵也可以利用部分可用芯片体积。因此，可用芯片体积的另一部分，例如用于扬声器和/或麦克风的区域可以用于所述目的。而且，芯片体积或芯片体积的一部分可以用作超声换能器或用于本文所述的任何其他功能。
也可以将所描述的技术用作包括集成传感器技术和信号处理的微剂量单元。例如，葡萄糖传感器可以与微泵集成为MEMS元件，该微泵连接到在层36内实现的集成储液器。一旦葡萄糖传感器指示出临界血糖水平，泵就可以从储液器中分配所需量的胰岛素。类似的用途对于其他药物和/或活性物质例如止痛药是可行的，例如作为吗啡或氢吗啡酮泵。
换句话说，新颖的方法还基于这样的事实，即，通过MEMS芯片实现声音感测和/或声音再现，其中，流体有源元件被容纳在芯片内部而不是芯片表面上。结果是，芯片的顶侧和底侧上的表面保持完全或至少很大程度上可用于单片集成其他传感器、致动器和电子电路。本文给出的表述基本上涉及所述原理的利用。然而，本发明不限于此，而是可以通用于所有MEMS扬声器和MEMS麦克风，在这些MEMS扬声器和MEMS麦克风中，在芯片体积内实现声音产生和/或声音处理。
图19b示出了图19a的调整层的有利使用。如已经提到的，调整层可以被配置为半导体层，即例如可以包括诸如硅或砷化镓的半导体材料。在第一层主侧面29a处，调整层27可以包括第一电子图案31a，该第一电子图案31a包括第一距离光栅33a。在第二相对层主侧面29b上，调整层27可以包括第二电子图案31b，该第二电子图案31b包括第二距离光栅33b。第一电子图案31a和第二电子图案31b彼此电连接，以使电子电路(例如侧面29a或29b之一上的电路17)的接触使距离光栅33a或33b能够适应另一距离光栅33b或33a。
调整层27可以布置在例如本文描述的MEMS换能器中的MEMS层堆叠中。MEMS层堆叠可以包括电路层45，该电路层45包括电子电路(例如电子电路17)，电子电路包括距离光栅33a或33b之一。层45可以是例如层32b或具有电子电路的另一层。因此，电子电路17可以电连接到第一电子图案31a或第二电子图案31b，使得电子电路17可以经由另一层主侧面29b以及因此以不同的距离光栅接触，这就是该层29也可以用作中介层的原因。当电子电路17不存在时，连接至调整层27的层堆叠可以是本文所述的层堆叠。层堆叠可以通过调整层27连接到层堆叠，以便执行可变形元件的评估和/或控制。例如，MEMS换能器20，代替电子电路，还可以布置用于连接到电子电路的电子结构，这意味着层32b可以被配置为调整层。
根据本文所述的实施例的MEMS层堆叠可以形成用于与流体的体积流12相互作用的MEMS换能器，并且包括以下内容：
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，并且在层堆叠内包括腔16；
机电换能器18；18a-18f连接到腔16内的衬底14，且包括能够在多个衬底平面的移动平面内至少是可变形的元件22；22a-22f；30；40；150；160，可变形元件22；22a-22f；30；40；150；160在移动平面内的变形与流体的体积流12因果相关；
电子电路17经由半导体层连接到机电换能器18；18a-18f；
电子电路17被配置为提供在可变形元件22；22a-22f；30；40；150；160的变形与电信号之间的转换。
提供半导体层27的方法包括，在半导体层27的第一层主侧面29a处布置第一电子图案31a，使得第一电子图案31a包括第一距离光栅33a。该方法还包括在半导体层27的相对定位的第二层主侧面29b处布置第二电子图案31b，使得第二电子图案31b包括第二距离光栅33b。方法包括将第一电子图案和第二电子图案31a、31b彼此连接。
图20示出了MEMS系统200的示意性框图，该MEMS系统200包括连接到控制设备128的MEMS换能器80，该控制设备128被配置为对要提供给MEMS换能器80的信号和/或从MEMS换能器接收的信号执行处理。例如，电子电路可以控制MEMS设备80的电动换能器和/或可以从MEMS设备80的电动换能器接收电信号。可以在控制设备128内执行关于如何实现对应的控制和/或评估的信息。
例如，如果MEMS换能器80包括多个机电换能器18，则控制设备128可以被配置为多个机电换能器提供信息，例如，为共享电子电路和/或单独的电子电路，使得在第一时间间隔期间，第一电子换能器和/或相邻的第二电子换能器至少局部地朝向彼此移动。控制设备128可以被配置为控制多个机电换能器的至少一个电子电路，使得在第二间隔期间，第一机电换能器和与第一机电换能器相邻布置的第三机电换能器朝向彼此移动。第一机电换能器可以布置在第二机电换能器和第三机电换能器之间。例如，所述机电换能器可以是机电换能器18a至18c；机电换能器18b可以是第一机电换能器。
备选地或附加地，控制设备128可以被配置为从电子电路接收基于可变形元件的变形的电信号并对其进行评估。例如，控制设备128可以被配置为确定变形的频率或幅度。这意味着系统200可以被操作为传感器和/或致动器。
例如，系统200可以被操作为MEMS扬声器。体积流12可以是声波或超声波。
备选地，系统200可以被配置为MEMS泵。衬底的腔可以在衬底14中包括第一开口26和第二开口26。机电换能器18可以被配置为基于流体提供体积流12。机电换能器可以被配置为基于机电换能器18的致动来将流体通过第一开口26朝着腔输送，或者基于所述致动来将流体从第二腔向远离腔的方向输送。
备选地，系统200可以被操作为MEMS麦克风；基于可变形元件的变形，在机电换能器80或所连接的不同机电换能器的端口处可获得电信号。可以基于体积流12引起可变形元件的变形。
备选地或附加地，本文描述的MEMS换能器可以被配置为MEMS阀或MEMS剂量系统。MEMS剂量系统可以用于例如植入式药物和/或胰岛素泵。
即使将系统200描述为使得控制设备128连接到MEMS换能器80，也可以布置不同的MEMS换能器，例如MEMS换能器10、20、50、100、110、170、180、180’、230和/或240。备选地或附加地，可以布置根据上述实施例的若干MEMS换能器。备选地或附加地，可以布置MEMS换能器的堆叠，例如堆叠90或140。备选地或附加地，可以布置至少两个MEMS换能器。至少第一MEMS换能器和第二MEMS换能器可以包括具有不同谐振频率的腔或局部腔和/或机电换能器，例如，包括500Hz致动器的腔室，包括2kHz致动器的另一个腔室或另一个(部分)腔等。
以上解释的MEMS换能器可以用于设备中。根据实施例的这种设备210的示例在图21a中示出。设备210包括例如MEMS换能器10；然而，备选地或附加地，也可以包括本文所述的不同的MEMS换能器20、50、100、110、170、180、180′、230和/或240。MEMS换能器被配置为例如用于产生声波形式的声学流体流12的MEMS扬声器，设备210被配置为移动音乐再现设备或头戴式耳机。
图21b示出了根据实施例的系统215的示意性框图，该系统例如可以包括设备210。可以将布置的MEMS换能器10和/或不同的MEMS换能器配置为扬声器，并实现为基于输出信号39以流体流12的形式再现声信号。输出信号可以是包括声学信息的模拟或数字信号，例如包括语音信息。信号215可以被配置为例如用于室内(建筑物内)和室外(建筑物外)两者的通用转换器和/或导航辅助系统。为此，系统215可以包括其他组件，例如麦克风和/或用于位置确定的设备以及计算单元，例如CPU。麦克风还可以被配置为本文所述的MEMS换能器。计算单元可以被配置为将通过麦克风拾取的第一语言的语音内容转换为第二语言，以便向输出信号39提供第二语言。备选地，计算单元可以被配置为基于所确定的位置来提供输出信号39，使得其包括关于所确定的位置的语音信息，然后可以由MEMS换能器10来再现该语音信息。
图22示出了根据实施例的健康辅助系统220的示意图。健康辅助系统220包括传感器装置35，该传感器装置35用于感测身体37的生命机能并基于感测到的生命机能输出传感器信号39。健康辅助系统220包括处理装置41，用于处理传感器信号39并基于所述处理提供输出信号。健康辅助系统220包括头戴式耳机，例如设备200包括根据本文描述的实施例的MEMS换能器。MEMS换能器被配置为扬声器，并且包括用于接收输出信号43的无线通信接口。扬声器200被配置为基于输出信号43来再现声学信号。将扬声器实现为头戴式耳机，特别是入耳式头戴式耳机具有优势。例如，可以将监视的生命机能例如通知给用户，例如运动期间的脉搏率。也可以输出从生命机能导出的量，例如超过或低于阈值等。
图23示出了MEMS换能器230的示意性俯视图，该MEMS换能器230包括多个机电换能器18a至18i，机电换能器18a至18f以横向偏移的方式在第一腔16a内彼此相邻地布置，机电换能器图18g至18i以横向偏移的方式在第二腔16b内彼此相邻地布置。腔16a和16b可以包括在衬底14的未示出的底面和/或盖面中的开口。MEMS换能器230可以用作扬声器和/或麦克风，这对于单独的机电换能器18a至18i以及相应腔16a和16b的机电换能器18a至18f或18g至18i都是正确的。扬声器和/或麦克风还可以被实现为优化以用于经由振动发射和/或接收声波。例如，它们可以与人体放置在一起，理想情况下靠近骨骼放置，以便通过固体传播的声音发送和/或接收信息。在这种情况下，一种优选的变型是所有致动器分别沿相同方向移动的一种变型，即与陈述腔室包括两个可移动壁的方法无关。机电换能器18a至18i包括夹持在一侧上的梁元件。MEMS换能器230包括未示出的电子电路17。
换句话说，左侧腔室，腔16a包含可横向或垂直移动的弯曲致动器，其优选地同相振动，并由此导致芯片振动，从而以这种方式传输声音。右侧腔室，腔16b包含三个横向或垂直的弯曲致动器，其优选地也同相振动，但是由于其尺寸(厚度、长度或宽度)而与左侧腔室覆盖不同的频率范围。
图24示出了包括多个机电换能器18a至18i的MEMS换能器240的示意性俯视图，机电换能器18a至18f以横向偏移的方式彼此相邻地布置，并且彼此隔开分别相邻的腔16a至16k或局部腔。机电换能器18a至18i包括夹持在两侧的梁元件。MEMS换能器240包括未示出的电子电路17。
即使图23和图24的实施例被描绘成使得MEMS换能器230仅包括被夹持在一侧上的这种梁元件，并且由于MEMS换能器240仅包括被夹持在两侧上的这种梁元件，因此实施例也可以彼此组合，取决于腔16a或16b，相同类型的机电换能器可以彼此独立地布置，或者可以在腔内布置不同类型的机电换能器。
换句话说，图24示出了与图23相同的原理，但是在这种情况下，使用了夹持在两侧的弯曲致动器。
其实施例涉及制造MEMS换能器的方法。该方法包括提供衬底，该衬底包括具有多个层的层堆叠，该层堆叠形成多个衬底平面，并且在该层堆叠内包括空腔。该方法包括在衬底内生成机电换能器，使得机电换能器连接到腔内的衬底，并且在多个衬底平面的至少一个移动平面内包括可变形的元件，在移动平面内的可变形元件的变形和流体的体积流因果相关。该方法包括在层堆叠的层内布置电子电路，使得该电子电路连接到机电换能器并且被配置为提供在可变形元件的变形和电信号之间的转换。
即使上述实施例涉及以下事实：可以通过两个机电换能器朝向彼此移动来产生体积流，但是也可以基于或通过与同刚性结构(例如衬底)有关的机电换能器的移动的因果关系来获得体积流。这意味着局部腔或局部腔部分的体积可能受到单个机电换能器的影响。
与结合图1描述的配置相比，可以使用包括配置为执行多个曲率和/或连接到板元件的可变形元件的上述实施例，以产生明显更大的体积流或对体积流更敏感的反应。
实施例使得能够以灵活的方式设置声压的频率相关曲线，特别是在频率响应尽可能平坦的情况下，人们通常会为此努力。
为了以尽可能平坦的方式设计频率相关的声压曲线(在MEMS换能器的腔室尽可能少的情况下)，有利的是将振动弯曲梁的Q因子调低，即弯曲梁具有较宽的共振曲线。为此，可以配置梁的夹持，使得梁的振动通过衰减材料被附加地衰减。梁的夹持优选地由非晶材料制成。这包括氧化硅，例如，诸如SU8之类的聚合物或其他抗蚀剂。梁振动的衰减也可以通过电实现。例如，由于电容的变化，在施加电压时，在静电或压电致动器中的自由梁振动期间周期性地流动有交流电流。由于适当地提供了电阻器，所以产生了功耗，这导致了振动的衰减。完全电共振的电路(即，另外提供集成或外部线圈)也是可能的。还可以通过在弯曲梁处实现附加结构来实现衰减，所述附加结构在流体流入和流出腔室时对流体表现出显著的流动阻力。
专门用于表示低谐振频率-用于生成和/或检测低频-增大弯曲梁的质量可能是有利的。为了不显著增加硬度，为此目的优选在最大振动振幅的区域中安装附加结构。在将梁夹持在一侧的情况下，理想位置或振动幅度最大的区域是弯曲梁的末端。在将梁夹持在两侧的情况下，所述理想位置将是梁的中心。
换句话说，本发明的发现是基于这样的事实，即，通过压缩和/或膨胀，可以在硅芯片内形成的局部腔或局部腔部分，产生体积流或使体积流变得可检测。每个腔室可以设置有入口或出口，例如空气的流体可以通过该入口或出口流出。腔室可以由固定盖沿着垂直于移动的横向方向的方向(例如，在顶部和底部)封闭。每个腔室的至少一个侧壁被设计成可移动或可变形的，并且可以通过致动器来移动，使得所述腔室的体积减小或增大。
MEMS换能器的上述实施例可以包括电连接、键合焊盘等，为清楚起见在图中未示出。
上述实施例涉及多径扬声器或N路扬声器，其可以基于至少两个腔或局部腔的不同谐振频率来获得。机电换能器与腔或局部腔可以相互调谐，以使声压水平(SPL)至少在一定程度上是谐振频率的函数，即几个致动器腔室可以包括不同的频率响应(SPL＝f(频率))。这意味着，基于可变形元件的变形以及基于局部腔而获得的声压水平的值与流出或流入相应的局部腔的体积流的频率具有相关性。该相关性可以表示为函数，该函数可以是线性的，例如，SPL＝x*频率+b，其中x和b是变量。备选地，该函数可以是非线性的，即平方的、指数的或基于根函数。功能相关性可以容易地转移到不同的局部腔或布置在不同的MEMS换能器内的腔。因此，体积流的频率可以描述流体内压力的频率相关曲线。
可以设计MEMS换能器的硅芯片以及从晶片阵列中将其移除，这是在晶片级的制造期间中获得的，使得它们具有适合于各自应用的形状。例如，可以将芯片设计为圆形以用作助听器或入耳式头戴式耳机中的扬声器，或者可以将其设计为六边形，就晶片上硅表面积的消耗而言，它更适合。
微电子元件和/或微系统在MEMS扬声器的表面和下表面上使用芯片体积进行声音生成的单片集成的技术实现方式可以通过若干方面来补充。例如，诸如MEMS结构的微电子组件可以被集成到一层或多层中。电子控制和/或评估电路，即电子电路17，可以包括数模转换器和/或PWM发生器。可以例如通过数字信号处理来实现信号调节，该数字信号处理可以是电子电路17的一部分。电子电路17可以进一步包括时钟发生器和/或振荡器，可以包括高压发生器，即DC/DC转换器、电荷泵或升压斩波器，可以包括例如数字信号发生器的解码器，例如用于诸如“声线”标准或MP3解码器之类的数字音频信号。另外，电子电路可以包括放大器或电源组。电子电路17可以包括例如处理器，例如CPU，其可以例如用于文本到语音或语音到文本算法。此外，电子电路17可以包括例如RAM存储器或闪存之类的半导体存储器。MEMS换能器可以包括MEMS传感器，例如加速度传感器、温度传感器、转速传感器、位置传感器或磁场传感器，其由电子电路17或其他电路组件的部分控制或读出。另外，可以提供温度或湿度传感器或气体传感器。备选地或附加地，可以提供用于近场通信的无线电接口或无线接口，例如蓝牙接口。例如，也可以提供诸如LTE和/或eSIM(嵌入式SIM)之类的移动无线电接口，例如iBeacon或实体网(physical Web)之类的机器/机器接口。备选地或附加地，可以集成诸如GPS之类的全球导航卫星系统的接收器。MEMS换能器可以被配置为MEMS麦克风和/或MEMS扬声器等。
MEMS换能器实现系统功能，即与其他功能或应用的组合。它们包括例如MP3播放器、娱乐技术、流媒体、头戴式耳机、对讲机等。也可以在助听器中使用。诸如健身追踪器之类的健康辅助系统也是可行的，其能够记录、比较、优化和/或宣布重要数据，包括步数、体温、呼吸频率和/或能量消耗的计数。系统还可以涉及经由语音转文字和/或文字转语音技术或算法实现支持的导航辅助系统，例如在公共场所和/或建筑物内。这可以涉及特定人群，例如盲人和/或特定建筑物，例如公共建筑物、军事建筑物、警察建筑物和消防队建筑物。在控制系统中，本文描述的实施例可以例如用于经由手势和语音来控制通信和设备。在这种情况下，例如，可以经由语音到文本和/或文本到语音的技术和/或算法来提供人机界面。此外，可以想到通用翻译中的应用，例如用于语言领域的同步翻译。虚拟现实中的应用也可以被实现，例如纯声学的虚拟现实，例如对于盲人，支持视觉虚拟现实(也称为“增强现实”)、可听互联网、可听社交网络等。备选地或附加地，可以实现音频签名，其使得能够对语音命令进行个性化。这些包括例如与安全性相关的登录名，例如用于可听互联网与人/机通信。识别对安全至关重要的声学事件，例如也可以实现求助电话。不受限制地，所述相同图示也适用于MEMS麦克风，用于接收声学信号。
即使已在设备的上下文中描述了一些方面，应当理解：所述方面还表示了对对应方法的描述，使得设备的块或结构部件还被理解为对应的方法步骤或方法步骤的特性。通过与之类比，结合方法步骤来描述或被描述为方法步骤的方面也表示对对应设备的对应块或细节或特性的描述。
上述实施例仅表示对本发明的原理的说明。应当理解：本领域其他技术人员将意识到本文描述的布置和细节的任何修改和变化。这就是为什么本发明预期仅由下面权利要求的范围来限制，而非本文借助对实施例的描述和讨论所提出的具体细节来限制。
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Claims (50)
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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