CN218006516U - 具有透气的多孔保护元件的mems音频转换器 - Google Patents

Abstract

一种用于产生和/或检测声波的MEMS音频转换器(2)，具有：膜片载体(40)；膜片(30)，该膜片(30)在其边缘区域(37)内与膜片载体(40)连接，且能够沿升降轴(50)相对膜片载体(40)振荡；MEMS单元(70)，具有至少一个可沿升降轴(50)偏转且与膜片(30)连接的转换器结构(73)；壳体(501)；声腔(90)，构建在膜片(30)的一侧且被壳体(501)封闭；构建在壳体(501)中的腔体开口(502)，可以通过该腔体开口(502)在声腔(90)与环境之间交换空气；以及透气的多孔保护元件(503)，其将所述腔体开口(502)封闭。根据本申请，该多孔保护元件(503)具有48MKS Rayls至52MKS Rayls、特别是50MKS Rayls的声阻抗，和/或34μm至38μm、特别是36μm的孔径。

Description

具有透气的多孔保护元件的MEMS音频转换器

技术领域

本实用新型涉及一种用于产生和/或检测特别是处于可听波长谱中的声波的MEMS音频转换器，具有：膜片载体；膜片，所述膜片在其边缘区域内与所述膜片载体连接，且能够沿升降轴相对所述膜片载体振荡；MEMS单元，所述单元具有至少一个可沿所述升降轴偏转且与所述膜片连接的转换器结构；壳体；声腔，所述声腔构建在所述膜片的一侧且被所述壳体封闭；构建在所述壳体中的腔体开口，可以通过所述腔体开口在所述腔体与环境之间交换空气；以及透气的多孔保护元件，所述保护元件将所述腔体开口封闭。

这类MEMS音频转换器的尺寸极小，因此，例如作为扬声器和/或麦克风被嵌入助听器、入耳式耳机、移动电话、平板电脑和仅提供较小结构空间的其他电子设备。

背景技术

名称MEMS表示微机电系统。DE 10 2012 220 819 A1例如揭示过用于发声的MEMS音频转换器以及MEMS扬声器。通过MEMS扬声器的以可振荡的方式支承的膜片来发声。这类音频转换器根据相应应用领域的声音要求和其他要求定制，且由多个不同的元件组成。

实用新型内容

本实用新型的目的是对MEMS音频转换器进行改进。

本实用新型用以达成上述目的的解决方案为一种用于产生和/或检测声波的具有膜片载体的MEMS音频转换器。所述MEMS音频转换器包括膜片，所述膜片在其边缘区域内与膜片载体连接，且能够沿升降轴相对膜片载体振荡。所述MEMS音频转换器还具有MEMS单元，所述MEMS单元具有至少一个可沿升降轴偏转的转换器结构。所述转换器结构与膜片连接。

所述MEMS音频转换器还包括壳体，所述壳体至少部分地形成所述MEMS音频转换器的声腔。所述MEMS音频转换器的声腔构建在膜片的一侧，特别是背侧，且被壳体封闭。为能够在腔体与环境之间交换空气，所述MEMS音频转换器包括构建在所述壳体中的腔体开口。所述腔体开口被透气的多孔保护元件封闭。这样就能防止环境中的污物和/或水分进入腔体。为了改进MEMS音频转换器的总谐波失真，所述多孔保护元件具有48MKS Rayls至52MKSRayls、特别是50MKS Rayls(或5.0CGS声欧姆/1cm²)的声阻抗。为此，作为补充或替代方案，所述多孔保护元件具有34μm至38μm、特别是36μm的孔径。

有利地，所述多孔保护元件为格栅，以及/或者构建为格栅元件。

同样有利地，所述多孔保护元件由纺织品制成，以及/或者构建为织物和/或编织物。

根据本实用新型的一种有利改进方案，所述多孔保护元件具有超过2900L/m²s@20mmWG、特别是超过3000L/m²s@20mmWG的空气渗透率。

同样有利地，所述多孔保护元件在腔体开口的轴向上具有58μm至66μm、特别是62μm的厚度。

有利地，所述多孔保护元件具有35g/m²至41g/m²、特别是38g/m²的重量。

同样有利地，所述多孔保护元件具有超过18％的断裂伸长率。

为确保良好的空气渗透率，有利地，所述多孔保护元件具有22％至26％、特别是24％的开孔区域。

在所述多孔保护元件构建为平面状，以及/或者夹层式地布置在壳体的两个壳体层之间和/或与这些壳体层粘合在一起的情况下，可以减少所述MEMS音频转换器的制造成本。

有利地，所述多孔保护元件构建为半渗透性的，特别是透气且不透水的。为此，有利地，所述多孔保护元件具有疏水涂层。

根据本实用新型的一种有利改进方案，所述腔体开口构建在壳体的腔体壁部或腔体底部中。

有利地，所述转换器结构包括至少一个压电层。所述压电层优选具有超过1μm的厚度。其中，所述厚度是沿升降轴方向测得的。这样就能增强对电气故障的鲁棒性。由此，可以在MEMS音频转换器承受较高的机械负荷，例如在MEMS音频转换器掉落在地上的情况下，防止压电层断裂。

有利地，所述压电层具有1.1μm至2.5μm的厚度。

特别有利地，所述压电层具有2μm的厚度。

有利地，所述转换器结构由夹层式叠置的多个层构成。

同样有利地，所述压电层布置在两个电极层之间。

此外，有利地，所述转换器结构具有在堆叠方向上相互隔开的两个压电层。

有利地，所述MEMS音频转换器包括耦合元件，所述耦合元件能够与膜片一起沿升降轴振荡，并且将膜片与转换器结构间接连接在一起。此外，有利地，所述膜片为柔性的。

为了在某个区域、特别是中心区域内增强膜片，有利地，MEMS音频转换器具有刚性的增强元件，所述增强元件紧固在膜片上。借助于所述增强元件，可以增大MEMS音频转换器的声压功率。但其缺点在于，膜片重量增大，使得膜片的响应特性变差。增强元件优选具有至少一个凹槽。这样就能减轻增强元件的重量并且改进响应特性。增强元件同时保留足够的强度，使得膜片进一步得到最佳强化。

有利地，凹槽完全穿过增强元件，使得凹槽在其两个末端上分别具有一个开口。

此外，有利地，增强元件具有外凹槽，这些外凹槽在增强元件的俯视图中布置在增强元件的边缘区段中。

同样有利地，外凹槽以某种方式并排布置，使其跟随增强元件的外轮廓。

此外，有利地，外凹槽特别是在俯视图中构建为长形孔。长形孔优选具有圆形末端。

同样有利地，外凹槽分别具有一个纵轴。同样有利地，外凹槽的纵轴相交于增强元件的中心。

此外，有利地，增强元件具有内凹槽，这些内凹槽在增强元件的俯视图中布置在增强元件的内区段中。

有利地，这些内凹槽并排布置并且分别被一个隔片隔开。

同样有利地，内凹槽构建为圆弧段。

同样有利地，增强元件在其中心具有中心凹槽。

此外，有利地，中心凹槽在俯视图中呈圆形。

此外，有利地，增强元件在侧视图中具有中心凸起，从而在边缘区段与内区段之间构建有肩部，内凹槽和/或中心凹槽布置在该内区段中。

同样有利地，耦合元件被紧固在该凸起的末端上。

同样有利地，膜片被紧固在增强元件的背离该凸起的一侧。

同样有利地，增强元件在俯视图中呈圆形。

本实用新型提出前述MEMS音频转换器的一种制造方法，其中可以单独应用前述特征或将其任意组合。根据所述制造方法，通过蚀刻铝箔来制造增强元件。有利地，对铝箔实施双面蚀刻。

为防止损伤膜片和/或转换器结构，有利地，MEMS音频转换器具有第一停止器机构和/或第二停止器机构。第一停止器机构在MEMS音频转换器的横截面图中优选布置在耦合元件的区域内，从而在至少一个方向上对耦合元件沿升降轴的振荡进行限制。在MEMS音频转换器的横截面图中，第二停止器机构优选布置在转换器结构的区域内，从而在至少一个方向上对转换器结构沿升降轴的振荡进行限制。敏感的膜片和/或转换器结构受到本实用新型的停止器机构的保护而免受损伤，这些损伤因膜片基于过高的声压或外部振动或冲击进行幅度过大的运动而产生。

有利地，所述第一停止器机构具有在升降轴的方向上与耦合元件相对布置的耦合元件止挡，其在耦合元件的非作用位置上与这个耦合元件隔开并且在以最大程度偏转的情况下撞击在耦合元件上。作为补充或替代方案，有利地，所述第二停止器机构具有在升降轴的方向上与转换器结构相对布置的转换器结构止挡，其在转换器结构的非作用位置上与这个转换器结构隔开并且在以最大程度偏转的情况下撞击在转换器结构上。

在本实用新型的一种有利改进方案中，在所述MEMS音频转换器的横截面图中，所述耦合元件止挡和/或所述转换器结构止挡在膜片的非作用位置上沿升降轴方向与耦合元件和/或转换器结构的距离相同或互不相同。

同样有利地，所述耦合元件止挡和/或所述转换器结构止挡构建在印制电路板上和/或壳体部上。

有利地，所述耦合元件止挡和/或所述转换器结构止挡布置在MEMS音频转换器的腔体中。术语“腔体”是指构建在膜片的背侧上的声腔。

同样有利地，在所述MEMS音频转换器的横截面图中，所述耦合元件止挡和/或所述转换器结构止挡布置在印制电路板的空腔或壳体部的空腔的区域内。其中，相应的空腔可以形成MEMS音频转换器的腔体的至少一部分。

可以通过以下方式实现结构简单的解决方案：有利地，所述耦合元件止挡和/或所述转换器结构止挡分别构建在突起的一个自由端上。就此而言，有利地，所述至少一个突起从腔体的腔体底部和/或腔体壁部延伸进腔体，以及/或者朝耦合元件和/或转换器结构方向延伸。

有利地，第一停止器机构包括第一对配止挡，其对耦合元件在反向于第一方向的第二方向上沿升降轴的振荡进行限制。就此而言，同样有利地，在所述MEMS音频转换器的横截面图中，所述第一对配止挡与所述耦合元件止挡相对布置。

此外，有利地，所述第二停止器机构具有第二对配止挡，其在所述MEMS音频转换器的横截面图中与所述转换器结构止挡相对布置。

有利地，在所述MEMS音频转换器的横截面图中，所述第一和/或第二对配止挡布置在传声通道的区域内。

此外，有利地，所述MEMS音频转换器具有第三停止器机构，所述第三停止器机构在所述MEMS音频转换器的横截面图中构建在膜片的区域内，从而对膜片在至少一个方向上沿升降轴的振荡进行限制，且所述第三停止器机构具有在升降轴的方向上与膜片相对布置的第一止挡，其在膜片的非作用位置上与这个膜片隔开并且在以最大程度偏转的情况下撞击在膜片上。

有利地，所述膜片具有增强元件，所述增强元件紧固在膜片的朝向或背离MEMS单元的一侧上。

同样有利地，所述膜片、特别是所述增强元件与第一、第二和/或第三停止器机构对应地构建，以及/或者在沿第二方向偏转时撞击在第一对配止挡、第二对配止挡和/或第二止挡上。

此外，有利地，所述耦合元件止挡、所述转换器结构止挡和/或所述第一止挡至少部分地构建在MEMS单元、壳体部和/或印制电路板上。

有利地，所述载体衬底的朝向膜片的端侧构建为第一止挡。

此外，有利地，所述膜片、特别是所述增强元件具有与第一对配止挡、第二对配止挡和/或第一止挡对应的止挡面。

有利地，所述膜片、特别是所述增强元件具有耦合面，在所述耦合面的区域内，所述膜片间接地通过耦合元件与转换器结构连接。

有利地，所述停止器机构具有增强元件，所述增强元件布置在膜片的一侧上。此外，有利地，所述停止器机构包括与增强元件相对布置的第一止挡，所述第一止挡在膜片的非作用位置上与这个膜片隔开，并且在以最大程度偏转的情况下，增强元件撞击在所述第一止挡上。

有利地，所述MEMS单元为MEMS致动器和/或MEMS传感器。同样有利地，所述MEMS单元与膜片共同起作用，以将电信号转换成可以被听到的声波。当然，同样可以将可以被听到的声波转换成电信号。

同样有利地，所述MEMS单元包括载体衬底。在所述载体衬底上优选紧固有所述转换器结构。所述转换器结构优选构建为至少一个悬臂。所述至少一个悬臂优选包括与载体衬底连接的第一末端和背离这个载体衬底的自由端。该自由端可沿升降轴偏转，并且特别是通过至少一个弹簧元件与耦合元件连接。载体衬底优选由硅制成。

有利地，所述第一止挡至少部分地构建在MEMS单元上，特别是构建在MEMS单元、特别是MEMS致动器、MEMS传感器的载体衬底上。作为补充或替代方案，所述第一止挡可以至少部分地构建在壳体部和/或印制电路板上。因此，有利地，无需额外的部件来形成第一止挡。作为替代或补充方案，所述增强元件在朝向MEMS单元的一侧紧固在膜片上。由此，在撞击在第一止挡上的情况下，膜片受到增强元件的保护。

有利地，所述MEMS单元、特别是所述MEMS致动器和/或MEMS传感器的载体衬底的朝向膜片的端侧构建为第一止挡。作为补充或替代方案，有利地，所述MEMS单元特别是在载体衬底的背离膜片的一侧上具有转换器结构，特别是致动器结构和/或传感器结构。所述转换器结构优选由压电层形成。

在本实用新型的一种有利改进方案中，所述膜片的边缘区域紧固在膜片载体的紧固区域内，该紧固区域优选在x、y、和z向上与MEMS单元、特别是与载体衬底隔开。通过将膜片悬架与载体衬底分离，将膜片的声学有效表面构建得大于载体衬底。

在本实用新型的另一有利构建方案中，至少一个壳体部和/或印制电路板形成膜片载体，其中，膜片优选紧固在这些部件中的两个部件之间。

有利地，所述膜片具有特别是构建为凸起的外弹性区域。这个区域优选与边缘区域相邻布置。作为替代或补充方案，所述膜片具有内增强区域，在该区域内布置有增强元件。弹性区域使得膜片能够相对膜片载体振荡。这样，膜片的具有增强元件的内增强区域就能相对膜片的外边缘区域和/或其紧固区域振荡。

同样有利地，所述增强区域和/或所述增强元件特别是直接与弹性区域相邻。

在本实用新型的一种有利改进方案中，所述增强元件可由塑料、金属和/或纤维复合材料形成。同样有利地，所述增强元件呈板状，其与特别是由硅形成的膜片粘合在一起，以及/或者在整个增强区域上延伸。膜片在其增强区域内或因增强元件而具有较大的强度，从而具有特别是就可达到的音量、频率范围和/或信号保真度而言有所改进的声学特性。

在本实用新型的另一有利构建方案中，所述增强元件具有与第一止挡对应的第三止挡面。第三止挡面优选构建为闭合的框架。

优选地，所述增强元件具有耦合面，所述耦合面优选布置在框架状的第三止挡面内部，以及/或者在所述耦合面的区域内，所述增强元件特别是间接地通过耦合元件与转换器结构连接。

此外，有利地，所述第三止挡面和所述耦合面在升降轴的方向上或在z向上相互间隔，以及/或者通过特别是呈漏斗形的增强元件的中间区域相连。这样膜片的总面积就会有利地增大，而膜片的直径未增大，从而在改进膜片的声学特性的同时节省结构空间和材料。

根据本实用新型的另一优选构建方案，所述载体衬底和所述耦合元件由同一衬底、特别是硅衬底制成，且具有特别是相同的厚度。

在本实用新型的一种有利改进方案中，所述第三停止器机构包括第二止挡，其对膜片在反向于第一方向的第二方向上沿升降轴的振荡进行限制，其中第二止挡优选布置在壳体部所形成的传声通道中。膜片通过沿与第一止挡相反的方向起作用的第二止挡而受到更好的保护以防受损。

优选地，所述第一和第二止挡彼此相对布置，以及/或者，所述增强元件布置在这两个止挡之间且与这两个止挡隔开。

有利地，所述MEMS音频转换器包括印制电路板，所述印制电路板具有完全嵌入的ASIC和/或穿过该印制电路板的凹槽，其中优选在凹槽的第一开口上布置有MEMS单元，以及/或者，在凹槽的第二开口上布置有壳体部以形成封闭的腔体。

附图说明

本实用新型的更多优点参阅下文对实施例的描述。其中：

图1为MEMS音频转换器的透视剖面图，

图2为图1中的MEMS音频转换器的示意性侧面剖视图，

图3为MEMS音频转换器的第一实施例的示意性侧面剖视图，其具有沿第一方向向外振荡的膜片，

图4为MEMS音频转换器的第一实施例的示意性侧面剖视图，其具有沿第二方向向外振荡的膜片，

图5为另一MEMS音频转换器的透视剖面图，

图6为图5中的MEMS音频转换器的示意性侧面剖视图，

图7为MEMS音频转换器的第二实施例的示意性侧面剖视图，

图8为用于增强特别是前述实施例中的MEMS音频转换器的膜片的增强元件的透视图，

图9为所述增强元件在用于紧固耦合元件的一侧的俯视图，

图10为所述增强元件的侧视图，以及

图11为MEMS音频转换器的MEMS单元的局部的横截面。

具体实施方式

在以下附图描述中，为定义不同元件之间的关系，参照物体在图中所示的相应方位应用相对的术语，例如在上方、在下方、上、下、上面、下面、左、右、竖直和水平。当然，这些术语在离开装置和/或元件的图示的方位时可能会发生改变。因此，例如在装置和/或元件的相对附图反转的定向中，以下附图描述中作为上方所描述的特征现处于下方。因此，所应用的相对术语仅用于简化对下述各装置和/或元件之间的相对关系的描述。

图1至图2示出MEMS音频转换器2或音频转换器装置1的不同视图。MEMS音频转换器2适于产生和/或检测处于可听波长谱中的声波。为此，该音频转换器具有膜片30和膜片载体40。膜片30在其边缘区域37内与膜片载体40连接，且能够沿升降轴50、特别是z轴相对膜片载体40振荡。升降轴50大体垂直于膜片30。MEMS音频转换器2还包括壳体501，该壳体501至少部分地形成MEMS音频转换器2的声腔90。MEMS音频转换器2的声腔90构建在膜片30的一侧，特别是背侧，且被壳体501封闭。壳体501可以构建为多组件式。

MEMS音频转换器2具有用于增强柔性膜片30的增强元件31。

MEMS音频转换器2还具有第三停止器机构60，其适于对膜片30在至少一个方向51上的振荡进行限制。为此，第三停止器机构60包括增强元件31。这个增强元件31布置在膜片30的一侧上，优选布置在膜片30的底侧上。其中，增强元件31可以根据图8、9和10所示实施例构建。另一方面，第三停止器机构60具有与增强元件31相对布置的止挡61，该止挡在膜片30的如图1和图2所示非作用位置上与膜片30隔开，并且在如图3所示膜片30沿方向51以最大程度偏转的情况下，增强元件31撞击在该止挡上。

在这个示例中，第三停止器机构60还具有第二止挡62，其对膜片30在反向于第一方向51的第二方向52上沿升降轴50的振荡进行限制。第二止挡62同样在膜片30的如图1和图2所示非作用位置上与膜片30隔开，其中如图4所示，增强元件31在膜片30沿方向52以最大程度偏转的情况下撞击在第二止挡62上。在此情形下，膜片30布置在第二止挡62与增强元件31之间。

因此，如图3所示，膜片30以使得增强元件31撞击在第一止挡61上的程度向下振荡或偏转，而如图4所示，膜片30以使得增强元件31撞击在第三停止器机构60的第二止挡62上的程度向上振荡或偏转。

从图1至图4特别是还可以看出，这两个止挡61、62彼此相对布置，其中增强元件31布置在这两个止挡之间且与这两个止挡隔开。其中，第二止挡62布置在膜片30上方的上壳体部81上，且特别是布置在上壳体部81所形成的传声通道92中。

而第一止挡61布置在MEMS单元70、特别是MEMS致动器和/或MEMS传感器的载体衬底71上，或者由载体衬底71的一侧形成。MEMS单元70布置在膜片30下方和/或大体平行于这个膜片布置。该MEMS单元70与膜片30共同起作用，以将电信号转换成可以被听到的声波，或者将声波转换成电信号。为此，MEMS单元70包括转换器结构73，特别是致动器结构和/或传感器结构。这个结构优选为压电结构。此外，转换器结构73布置在载体衬底71的背离膜片30的一侧。在这个示例中，MEMS单元70、特别是MEMS致动器和/或MEMS传感器的载体衬底71的朝向膜片30的端侧72构建为止挡61。但不同于在此示出的情形，第一止挡61也可以构建在壳体部上，如中间壳体部83上，和/或构建在印制电路板上，如印制电路板84上。增强元件31在此在朝向MEMS单元70的一侧紧固在膜片30上。作为补充或替代方案，增强元件31或附加增强元件原则上也可以在背离MEMS单元70的一侧紧固在膜片30上。增强元件31特别是具有与止挡61、62对应的第三止挡面33。

除膜片30、膜片载体40、MEMS单元70和MEMS音频转换器2的这两个壳体部81、83之外，音频转换器装置1还包括印制电路板84以及下壳体部89。ASIC85完全嵌入印制电路板84。除ASIC之外，其他无源组件，如电阻器和/或E/A触点，也可以嵌入印制电路板和/或布置在这个印制电路板上。

印制电路板84具有凹槽86，其完全地穿过印制电路板并且具有两个开口87、88。在凹槽86的第一开口87处布置有MEMS单元70。在凹槽86的第二开口88处布置有下壳体部89以形成闭合的腔体90。因此，印制电路板84布置在MEMS单元70与下壳体部89之间。

MEMS音频转换器2且特别是MEMS单元70以图中未详示的电触点与ASIC85连接。这样就能通过ASIC 85来控制或操作MEMS音频转换器2。例如在MEMS音频转换器2用作扬声器的情况下，可以通过ASIC 85来激励该扬声器，从而通过MEMS单元70使得膜片30相对膜片载体40发生振荡以产生声能。术语“腔体”90是指可以用来增强MEMS音频转换器2的声压的空腔。腔体90的局部已由印制电路板84的凹槽86形成，因此，音频转换器装置1或MEMS音频转换器2可以以极为紧凑的方式配设有相对较大且声学上有效的腔体体积，因为下壳体部89所提供的用于形成腔体90的空腔现可以更小。壳体部81、83且特别是下壳体部89优选具有不同于印制电路板84的材料。但替代地，壳体部81中的至少一个也可以为印制电路板84的组成部分。

音频转换器装置1或MEMS音频转换器2具有大体呈矩形的基本形状因而易于制造且成本较低，并且适用于多种用途。此外，音频转换器装置1构建为夹层式，亦即，下壳体部89、印制电路板84和MEMS音频转换器2以相互堆叠的方式布置。MEMS音频转换器2、印制电路板84和下壳体部89具有相同的外径。但替代地，音频转换器装置1原则上也可以具有特别是圆形的另一基本形状。

特别是由硅形成的膜片30在其边缘区域37内紧固在膜片载体40的紧固区域41内，其中紧固区域41优选在x、y、和z向上与MEMS单元70和其载体衬底71隔开。膜片载体40在此由上壳体部81和中间壳体部83形成，其中紧固区域处于这两个壳体部81、83之间，因此，膜片紧固在这两个壳体部之间。膜片载体40呈框架状并且包围膜片30。但不同于在此示出的情形，膜片载体40也可以至少部分地由印制电路板、如印制电路板84形成。

膜片30在相邻于其边缘区域37处具有外弹性区域38和内增强区域32，该弹性区域38在此特别是构建为凸起39，在该增强区域32内布置有增强元件31。其中，增强区域32或增强元件31紧邻弹性区域38。弹性区域38使得膜片30能够相对膜片载体40振荡，特别是使得内增强区域32能够相对外边缘区域37振荡。增强元件31在此由金属形成和/或呈板状，其中增强元件31在此优选在整个增强区域32上延伸并且与膜片30粘合在一起。由增强元件31提供并且与止挡61、62对应的第三止挡面33在此呈框架状，并且紧邻同样呈框架状的弹性区域38布置。

在这个示例中，第一止挡61和第二止挡62同样与第三止挡面33对应地呈框架状。其中，在端侧72提供第一止挡61的载体衬底71呈框架状包围转换器结构73，而上壳体部81具有突出部82，该突出部82框架状地包围传声通道92的进/出声口93并且提供第二止挡62。

在框架状的第三止挡面33内部，膜片30的增强元件31具有耦合面35。其中，第三止挡面33和耦合面35在z向上相互间隔，并且通过在此呈漏斗形的增强元件31的中间区域34相连。增强元件31与膜片30粘合在一起，因此，膜片30也呈漏斗状。在耦合面35的区域内，增强元件31通过耦合元件74与MEMS单元70、特别是MEMS致动器和/或MEMS传感器的转换器结构73连接。在此，载体衬底71和耦合元件74由同一衬底、特别是硅衬底制成。因此，载体衬底71与耦合元件74的厚度相同。但不同于在此示出的情形，作为耦合元件74的替代或补充，可以使用转接器元件来与转换器结构73连接。

图3和图4示出MEMS音频转换器2的实施例。这个音频转换器具有图1和图2所示MEMS音频转换器的特征，其中这些特征同样可以单独地或以任意组合的形式存在。相同特征采用相同的附图标记，若前文已对这些特征进行过说明，则下文不再详述。其中，增强元件31特别是根据图8、9和10所示实施例构建。

图3和图4所示用于产生和/或检测处于可听波长谱中的声波的MEMS音频转换器2包括膜片载体40和膜片30，该膜片30在其边缘区域内与膜片载体40连接，且能够沿升降轴、特别是z轴相对膜片载体40振荡。此外，MEMS音频转换器2具有MEMS单元70，该MEMS单元70具有至少一个可沿升降轴偏转的转换器结构73。MEMS音频转换器2还包括耦合元件74，该耦合元件74能够与膜片30一起沿升降轴振荡，并且将膜片30与转换器结构73间接连接在一起。为防止损伤膜片30和/或转换器结构73，MEMS音频转换器2还包括第一停止器机构100和/或第二停止器机构200。第一停止器机构100在MEMS音频转换器2的横截面图中布置在耦合元件74的区域内，从而在至少一个方向上对耦合元件74沿升降轴的振荡进行限制。在MEMS音频转换器2的横截面图中，第二停止器机构200布置在转换器结构73的区域内，从而在至少一个方向上对转换器结构73沿升降轴的振荡进行限制。

第一停止器机构100具有在升降轴的方向上与耦合元件74相对布置的耦合元件止挡101，其在耦合元件74的非作用位置上与这个耦合元件74隔开并且在以最大程度偏转的情况下撞击在耦合元件74上。此外，第二停止器机构200具有在升降轴的方向上与转换器结构73相对布置的转换器结构止挡201，其在转换器结构73的非作用位置上与这个转换器结构73隔开并且在以最大程度偏转的情况下撞击在转换器结构73上。

在MEMS音频转换器2的横截面图中，耦合元件止挡101和/或转换器结构止挡201在膜片30的非作用位置上沿升降轴方向与耦合元件74和/或转换器结构73的距离不同。耦合元件止挡101和/或转换器结构止挡201构建在壳体部89上。

耦合元件止挡101和/或转换器结构止挡201布置在MEMS音频转换器2的腔体90中。术语“腔体”是指构建在膜片30的背侧上的声腔。在MEMS音频转换器2的横截面图中，耦合元件止挡101和/或转换器结构止挡201布置在印制电路板84的空腔的区域内。其中，该空腔形成MEMS音频转换器2的腔体90的一部分。

耦合元件止挡101和/或转换器结构止挡201分别构建在突起102、202的一个自由端上。其中，突起102、202从腔体90的腔体底部94延伸进腔体90。替代地，相应的突起102、202也可以从腔体壁部95延伸进腔体90。

第一停止器机构100包括第一对配止挡103，其对耦合元件74在反向于第一方向51的第二方向52上沿升降轴的振荡进行限制。在MEMS音频转换器2的横截面图中，第一对配止挡103与耦合元件止挡101相对布置。

第二停止器机构200具有第二对配止挡203，其在MEMS音频转换器2的横截面图中与转换器结构止挡201相对布置。在MEMS音频转换器2的横截面图中，第一和/或第二对配止挡103、203布置在传声通道92的区域内。

MEMS音频转换器2具有已在图1和图2中描述过的第三停止器机构60，其在MEMS音频转换器2的横截面图中构建在膜片30的区域内，从而对膜片30沿升降轴的振荡进行限制。此外，第三停止器机构60具有在升降轴的方向上与膜片30相对布置的第一止挡61，其在膜片30的非作用位置上与这个膜片隔开并且在以最大程度偏转的情况下撞击在膜片30上。

膜片30具有增强元件31，该增强元件31紧固在膜片30的朝向MEMS单元70的一侧上。替代地，增强元件31也可以紧固在膜片30的背离MEMS单元70的一侧上。膜片30、特别是增强元件31与第一、第二和/或第三停止器机构100、200、60对应地构建。此外，膜片在沿第二方向52偏转时撞击在第一对配止挡103、第二对配止挡203和/或第二止挡62上。膜片30、特别是增强元件31具有与第一对配止挡103、第二对配止挡203和/或第一止挡61对应的止挡面。膜片30、特别是增强元件31具有耦合面35，在该耦合面的区域内，膜片30间接地通过耦合元件74与转换器结构73连接。

图5或图6示出音频转换器装置1和MEMS音频转换器2的另一实施例，其中主要涉及与已描述实施例的区别。因此，在图5至图7以及下文对其他实施例的描述中，为技术方案和/或工作原理与图1至图4所示的第一实施例相同和/或至少相似的特征使用相同的附图标记。若未再次对这些特征作详细说明，则其技术方案和工作原理等同于前文已描述的特征。下述区别可以与前文或下文中的实施例的特征相结合。

图5和图6示出音频转换器装置1和MEMS音频转换器2的另一实施例的不同视图。增强元件31优选根据图8、9和10所示实施例构建。这个实施例与图1至图4所示实施例的主要区别在于上壳体部81。上壳体部81在此形成具有进/出声口93的传声通道92，该进/出声口93在侧面布置在MEMS音频转换器2或音频转换器装置1的外侧。壳体部81特别是为膜片30提供额外的保护，因为其将这个膜片覆盖以隔绝周围环境。

但在这个实施例中未设置第二止挡，也就是说在上壳体部81上未设置用于膜片30的增强元件31的止挡。此外，上壳体部81在此并非膜片载体40的组成部分。膜片载体仅由中间壳体部83形成，使得膜片30仅紧固在中间壳体部83上。上下壳体部81、89具有大于前述实施例的外径，因此，音频转换器装置1的基面增大。此外，在这个实施例中，上壳体部81并非布置在中间壳体部83上，而是布置在下壳体部89上并与其连接，使得这两个壳体部共同形成壳体，该壳体保护性地包围音频转换器装置1或MEMS音频转换器2的其余部件。

图7示出音频转换器装置1和MEMS音频转换器2的另一实施例。其中，增强元件31可以根据图8、9和10所示实施例构建。在这个实施例中，上壳体部81在传声通道92内具有突出部82，该突出部82布置在膜片30上方并且形成膜片30的增强元件31的第二止挡62。

此外，图7所示实施例包括第一停止器机构100，其根据图3和图4所示和描述的实施例构建。这个实施例还包括第二停止器机构200，其根据图3和图4所示实施例构建。

图8、图9和图10示出增强元件31的一个实施例。这个增强元件可以应用于MEMS音频转换器2的前述实施例中的每个。增强元件31为刚性的。此外，增强元件在本实施例中呈圆形。增强元件31适于紧固在MEMS音频转换器2的膜片30上。增强元件31具有至少一个凹槽301。通过凹槽301可以减轻增强元件31的重量并且改进响应特性。增强元件31同时保留足够的强度，使得膜片30进一步得到最佳强化。凹槽301完全穿过增强元件31，使得凹槽301在其两个末端上分别具有一个开口302。

根据本实施例，增强元件31具有特殊凹槽301，即多个外凹槽303。如图8和图9所示，这些外凹槽布置在增强元件31的边缘区段304中。外凹槽303以某种方式并排布置，使其跟随增强元件31的外轮廓305。在本实施例中，增强元件31的外轮廓305构建为浑圆的。因此，外凹槽303同样沿增强元件31的周向布置成一个圆。

外凹槽303在此构建为长形孔。此外，这些长形孔分别具有一个纵轴，其中外凹槽303定向成使其纵轴相交于增强元件31的中心306。

如图8和图9所示，增强元件31还具有内凹槽307。在图9所示俯视图中，这些内凹槽307布置在增强元件31的内区段308中。内凹槽307并排布置。此外，这些内凹槽307分别被一个隔片309隔开。内凹槽307构建为圆弧段。

此外，如图8和图9所示，增强元件31在其中心306具有中心凹槽310。中心凹槽310在俯视图中呈圆形。中心凹槽310在此优选构建为盲孔。因此，中心凹槽310并非完全穿过增强元件31。

如图10所示，增强元件31在侧视图中具有中心凸起311。通过这个凸起311，在边缘区段304与内区段308之间构建有肩部312。在内区段308中布置有内凹槽307和中心凹槽310。

如图10所示，凸起311具有自由端313。耦合元件74被紧固在这个自由端313上。膜片30被紧固在增强元件31的背离凸起311的一侧。

图11示出MEMS音频转换器2的MEMS单元70的局部的横截面。MEMS单元70包括特别是由硅制成的载体衬底71。MEMS单元70还包括转换器结构73。该转换器结构73布置在载体衬底71上。此外，转换器结构73通过耦合元件74与膜片30连接。转换器结构73包括至少一个压电层401、402。压电层401、402具有超过1μm的厚度。这样就能增强对电气故障的鲁棒性。由此，可以在MEMS音频转换器2承受较高的机械负荷，例如在MEMS音频转换器2掉落在地上的情况下，防止压电层401、402断裂。有利地，压电层401、402具有1.1μm至2.5μm的厚度。特别有利地，压电层401、402具有2μm的厚度。

如图11所示，转换器结构73由夹层式叠置的多个层构成。压电层401、402布置在两个电极层403、404之间。

根据本实施例，转换器结构73包括两个压电层401、402。这些压电层在堆叠方向上相互隔开。在这两个压电层401、402之间布置有中间层405。可选地，转换器结构可以具有至少一个载体层406。

如前文所述，MEMS音频转换器2的前述实施例包括壳体501，该壳体501至少部分地形成MEMS音频转换器2的声腔90。MEMS音频转换器2的声腔90构建在膜片30的一侧，特别是背侧，且被壳体501封闭。为能够在腔体90与环境之间交换空气，根据图1-2、图3-4、图5-6和图7所示实施方式，MEMS音频转换器2包括构建在壳体501中的腔体开口502。腔体开口502在此构建在壳体501的腔体底部94中。替代地，腔体开口502也可以构建在壳体501的腔体壁部95中。

腔体开口502被透气的多孔保护元件503封闭。这样就能防止环境中的污物和/或水分进入腔体90。为了改进MEMS音频转换器2的总谐波失真，多孔保护元件503具有48MKSRayls至52MKS Rayls、特别是50MKS Rayls(或5.0CGS声欧姆/1cm²)的声阻抗。为此，作为补充或替代方案，多孔保护元件503具有34μm至38μm、特别是36μm的孔径。多孔保护元件503在此构建为格栅。此外，多孔保护元件503由纺织品制成，以及/或者构建为织物和/或编织物。多孔保护元件503具有超过2900L/m²s@20mmWG、特别是超过3000L/m²s@20mmWG的空气渗透率。多孔保护元件503在腔体开口502的轴向上具有58μm至66μm、特别是62μm的厚度。多孔保护元件503还具有35g/m²至41g/m²、特别是38g/m²的重量。多孔保护元件503还具有超过18％的断裂伸长率。为确保良好的空气渗透率，多孔保护元件503具有22％至26％、特别是24％的开孔区域。

在多孔保护元件503构建为平面状，以及/或者夹层式地布置在壳体501、特别是腔体底部94的两个壳体层504、505之间和/或与这些壳体层粘合在一起的情况下，可以减少MEMS音频转换器2的制造成本。

有利地，保护元件503构建为半渗透性的，特别是透气且不透水的。为此，有利地，多孔保护元件具有在此未示出的疏水涂层。

本实用新型不局限于所示和描述的实施例。可以采用处于权利要求书范围内的变体，以及将特征加以组合，即便这些特征是在不同的实施例中揭示和描述。

附图标记表

1 音频转换器装置

2 MEMS音频转换器

30 膜片

31 增强元件

32 增强区域

33 第三止挡面

34 中间区域

35 耦合面

37 边缘区域

38 弹性区域

39 凸起

40 膜片载体

41 紧固区域

50 升降轴

51 第一方向

52 第二方向

60 第三停止器机构

61 第一止挡

62 第二止挡

70 MEMS单元

71 载体衬底

72 端侧

73 转换器结构

74 耦合元件

81 壳体部

82 突出部

83 壳体部

84 印制电路板

85 ASIC

86 凹槽

87 第一开口

88 第二开口

89 壳体部

90 腔体

92 传声通道

93 进/出声口

94 腔体底部

95 腔体壁部

100 第一停止器机构

101 耦合元件止挡

102 第一突起

103 第一对配止挡

104 第一止挡面

200 第二停止器机构

201 转换器结构止挡

202 第二突起

203 第二对配止挡

204 第二止挡面

301 凹槽

302 开口

303 外凹槽

304 边缘区段

305 外轮廓

306 中心

307 内凹槽

308 内区段

309 隔片

310 中心凹槽

311 凸起

312 肩部

313 凸起的末端

401 第一压电层

402 第二压电层

403 第一电极层

404 第二电极层

405 中间层

406 载体层

501 壳体

502 腔体开口

503 保护元件

504 第一壳体层

505 第二壳体层

Claims (23)

1.一种具有透气的多孔保护元件的MEMS音频转换器(2)，

具有膜片载体(40)，

具有膜片(30)，所述膜片(30)在其边缘区域(37)内与所述膜片载体(40)连接，且能够沿升降轴(50)相对所述膜片载体(40)振荡，

具有MEMS单元(70)，所述MEMS单元(70)具有至少一个可沿所述升降轴(50)偏转且与所述膜片(30)连接的转换器结构(73)，

具有壳体(501)，

具有声腔(90)，所述声腔(90)构建在所述膜片(30)的一侧且被所述壳体(501)封闭，

具有构建在所述壳体(501)中的腔体开口(502)，可以通过所述腔体开口(502)在所述声腔(90)与环境之间交换空气，以及

具有透气的多孔保护元件(503)，所述多孔保护元件(503)将所述腔体开口(502)封闭，

其特征在于，

所述多孔保护元件(503)具有48MKS Rayls至52MKS Rayls的声阻抗，和/或34μm至38μm的孔径。

2.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有50MKS Rayls的声阻抗。

3.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有36μm的孔径。

4.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)为格栅。

5.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)由纺织品制成，以及/或者构建为织物和/或编织物。

6.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有超过2900L/m²s@20mmWG的空气渗透率。

7.根据权利要求6所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有超过3000L/m²s@20mmWG的空气渗透率。

8.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)在所述腔体开口(502)的轴向上具有58μm至66μm的厚度。

9.根据权利要求8所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)在所述腔体开口(502)的轴向上具有62μm的厚度。

10.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有35g/m²至41g/m²的重量。

11.根据权利要求10所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有38g/m²的重量。

12.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有超过18％的断裂伸长率。

13.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有22％至26％的开孔区域。

14.根据权利要求13所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有24％的开孔区域。

15.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)构建为平面状，以及/或者夹层式地布置在所述壳体(501)的两个壳体层(504，505)之间和/或与所述壳体层粘合在一起。

16.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)构建为半渗透性的。

17.根据权利要求16所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)构建为透气且不透水的。

18.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述多孔保护元件(503)具有疏水涂层。

19.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述腔体开口(502)构建在所述壳体(501)的腔体壁部(95)或腔体底部(94)中。

20.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述转换器结构(73)包括至少一个压电层，所述压电层具有超过1μm的厚度。

21.根据权利要求20所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述压电层具有超过2μm的厚度。

22.根据权利要求1所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述MEMS音频转换器(2)包括耦合元件(74)，所述耦合元件(74)能够与所述膜片(30)一起沿所述升降轴(50)振荡，并且将所述膜片(30)与所述转换器结构(73) 间接连接在一起。

23.根据权利要求1-22中任一项所述的MEMS音频转换器，其特征在于，所述膜片(30)为柔性的，且

所述MEMS音频转换器(2)包括刚性的增强元件(31)，所述增强元件(31)紧固在所述膜片(30)上且具有至少一个凹槽(301)。

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