DE102014213386A1

DE102014213386A1 - Vorrichtung mit MEMS-Struktur und Lüftungsweg in Stützstruktur

Info

Publication number: DE102014213386A1
Application number: DE102014213386.6A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2015-01-15
Also published as: US20150014796A1; KR20150007988A; US9024396B2; CN104284290B; CN104284290A; KR101566112B1

Abstract

Eine Vorrichtung umfasst eine Stützstruktur, ein Schalltor, das in der Stützstruktur angeordnet ist, und eine MEMS-Struktur, die eine mit dem Schalltor akustisch gekoppelte Membran umfasst. Die Membran trennt einen ersten Raum, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht. Die Vorrichtung umfasst ferner einen einstellbaren Lüftungsweg, der in der Stützstruktur angeordnet ist und sich von dem Schalltor zum zweiten Raum erstreckt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Lüftungsweg in einer Vorrichtung, die eine MEMS-Struktur umfasst.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen können Mikrofone in großer Anzahl mit niedrigen Kosten hergestellt werden. Wegen dieser Anforderungen können Mikrofone in der Silicium-Technologie erzeugt werden. Mikrofone können mit unterschiedlichen Auslegungen für ihr unterschiedliches Anwendungsgebiet erzeugt werden. In einem Beispiel können Mikrofone die Änderung in der Kapazität beispielsweise durch die Messung der Verformung oder Ablenkung der Membran relativ zu einer Gegenelektrode messen. Die Mikrofone können typischerweise durch das Einstellen einer Vorspannung auf einen geeigneten Wert betrieben werden.
Ein Mikrofon kann Betriebs- und andere Parameter, wie ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), die Steifigkeit der Membran oder Gegenelektrode, oder einen Durchmesser der Membran, aufweisen, die oft über das Herstellungsverfahren eingestellt werden können. Zusätzlich kann ein Mikrofon auf der Basis unterschiedlicher Materialien, die im Herstellungsverfahren verwendet werden, unterschiedliche Charakteristiken aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung eine MEMS-Struktur mit einer Stützstruktur, ein Substrat, das mit der Stützstruktur mechanisch verbunden ist, und eine Membran, die mit dem Substrat mechanisch verbunden ist, umfassen. Die Membran kann einen ersten Raum, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht, trennen. Die Vorrichtung kann ferner ein Schalltor umfassen, die mit der Membran an der ersten Seite der Membran akustisch gekoppelt ist, wobei das Schalltor in der Stützstruktur und dem Substrat gebildet ist. Die MEMS-Struktur kann ferner einen Lüftungsweg durch die Stützstruktur umfassen, der sich von dem Schalltor zum zweiten Raum erstreckt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung eine MEMS-Struktur umfassen, welche ein Substrat und eine Membran umfasst, die mit dem Substrat mechanisch verbunden sein kann, wobei die Membran einen ersten Raum, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht, trennt. Die Vorrichtung kann ferner ein Gehäuse, das die MEMS-Struktur umschließt, und ein im Gehäuse gebildetes Schalltor umfassen, wobei das Schalltor mit dem ersten Raum akustisch gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann ferner einen Lüftungsweg durch das Gehäuse umfassen, der sich von zwischen dem Schalltor zum zweiten Raum erstreckt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum vollständigeren Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile davon wird nun auf die folgenden Beschreibungen Bezug genommen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen sind, in denen:
1a eine Draufsicht einer MEMS-Struktur zeigt;
1b eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Verbindungsbereichs einer MEMS-Struktur zeigt;
1c eine Querschnittansicht eines Verbindungsbereichs einer MEMS-Struktur zeigt;
2a bis 2c Querschnittansichten einer einstellbaren Lüftungsöffnung zeigen;
2d eine Draufsicht einer einstellbaren Lüftungsöffnung zeigt;
2e eine Darstellung für eine Eck- oder Schwellenfrequenz zeigt;
3a–3d unterschiedliche Auslegungen einer einstellbaren Lüftungsöffnung zeigen;
4a eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur zeigt, wobei die Membran zur Rückplatte gezogen ist;
4b eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur zeigt, wobei die Membran zum Substrat gezogen ist;
5a eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur zeigt;
5b eine Draufsicht der MEMS-Struktur von 5a zeigt;
6a eine Querschnittansicht einer nicht-betätigten MEMS-Struktur zeigt;
6b eine Querschnittansicht einer betätigten MEMS-Struktur zeigt;
7a eine Querschnittansicht einer nicht-betätigten MEMS-Struktur zeigt;
7b eine Querschnittansicht einer betätigten MEMS-Struktur zeigt;
7c eine Draufsicht der MEMS-Struktur von 7a zeigt;
8a ein Flussdiagramm eines Betriebs einer MEMS-Struktur zeigt, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung ursprünglich geschlossen ist;
8b ein Flussdiagramm eines Betriebs einer MEMS-Struktur zeigt, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung ursprünglich offen ist;
8c ein Flussdiagramm eines Betriebs einer MEMS-Struktur zeigt, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung geöffnet wird, um von einer ersten Anwendungseinstellung zu einer zweiten Anwendungseinstellung zu schalten;
8d ein Flussdiagramm eines Betriebs einer MEMS-Struktur zeigt, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung geschlossen wird, um von einer ersten Anwendungseinstellung zu einer zweiten Anwendungseinstellung zu schalten;
9a eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur mit einer passiven einstellbaren Lüftungsöffnung zeigt;
9b eine Draufsicht einer MEMS-Struktur mit einer passiven einstellbaren Lüftungsöffnung zeigt;
10a eine grafische Darstellung einer Verschiebung einer Eckfrequenz mit einer Spitzenablenkung einer passiven einstellbaren Lüftungsöffnung zeigt;
10b eine Querschnittansicht einer einstellbaren Lüftungsöffnung zeigt, die einen auf einer Membran angeordneten Ausleger umfasst;
11a bis 11f jeweils eine Draufsicht einer einstellbaren Lüftungsöffnung zeigen;
12 eine Vorderansicht einer MEMS-Struktur oder Vorrichtung mit einem Vorrichtungsgehäuse zeigt, worin eine einstellbare Lüftungsöffnung auf einer Membran angeordnet ist;
13a eine Vorderansicht einer MEMS-Struktur oder Vorrichtung mit einem Vorrichtungsgehäuse zeigt, worin eine einstellbare Lüftungsöffnung auf einer Stützstruktur angeordnet ist;
13b eine Vorderansicht einer MEMS-Struktur oder Vorrichtung mit einem Vorrichtungsgehäuse zeigt, worin eine einstellbare Lüftungsöffnung auf einem Deckel angeordnet ist;
13c eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur zeigt, worin eine einstellbare Lüftungsöffnung auf einer Rückplatte angeordnet ist;
13d eine MEMS-Vorrichtung zeigt, die ein Gehäuse umfasst, wobei eine einstellbare Lüftungsöffnung im Gehäuse angeordnet ist;
14a und 14b eine weitere Variante der MEMS-Vorrichtung zeigen;
15 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Lüftungsweg durch die Stützstruktur umfasst, der das Schalltor mit dem Raum auf der gegenüberliegenden Seite der Membran verbindet;
16 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich der Ausführungsform von 15 zeigt, worin die Stützstruktur zwei Schichten aufweist, und worin eine Seite des Lüftungswegs vom Substrat der MEMS-Struktur begrenzt wird;
17 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich 15 zeigt, worin die Stützstruktur eine einzelne Schicht aufweist, und der Lüftungsweg als Vertiefung in der Stützstruktur gebildet ist; und
18 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich 15 zeigt, worin sich das Schalltor und der Lüftungsweg beide aus einem Schallloch erstrecken, das in der Anwendungsschichtstruktur, z. B. einem Mobiltelefon, gebildet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Verwendung der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen wird im Nachstehenden detailliert diskutiert. Es ist jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte vorsieht, die in verschiedensten spezifischen Kontexten verkörpert werden können. Die diskutierten spezifischen Ausführungsformen dienen nur der Veranschaulichung spezifischer Wege, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, nämlich Sensoren oder Mikrofone, beschrieben. Die Erfindung aber kann auch bei anderen MEMS-Strukturen, wie Drucksensoren, HF-MEMS, Beschleunigungssensoren und Betätigern angewendet werden. Zusätzlich nehmen die spezifischen Ausführungsformen primär Luft als Medium an, in dem sich Druckwellen ausbreiten. Die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf Luft beschränkt und findet Anwendungen in vielen Medien.
Mikrofone können als Parallelplattenkondensatoren auf einem Chip realisiert werden. Der Chip kann eingehaust sein, wobei er ein gegebenes Rückvolumen umschließt. Eine bewegbare Membran kann aufgrund von Druckdifferenzen, wie durch akustische Signale verursachten Differenzen, vibrieren. Die Membranverschiebung kann in ein elektrisches Signal unter Verwendung eines kapazitiven Erfassens übersetzt werden.
1a zeigt eine Draufsicht einer MEMS-Vorrichtung 100. Eine Rückplatte oder Gegenelektrode 120 und eine bewegbare Elektrode oder Membran 130 können über Verbindungsbereiche bzw. Verbindungsregionen 115 mit dem Substrat 110 verbunden sein. 1b und 1c zeigen detaillierte perspektivische Ansichten eines der Verbindungsbereiche 115 der MEMS-Vorrichtung 100. 1b zeigt eine Draufsicht des Ausschnitts 155 von 1a, und 1c zeigt eine Querschnittansicht desselben Bereichs. Eine Rückplatte oder Gegenelektrode 120 kann über einer Membran oder bewegbaren Elektrode 130 angeordnet sein. Die Rückplatte 120 kann perforiert sein, um eine Dämpfung zu vermeiden oder zu milder. Die Membran 130 kann ein Ventilationsloch 140 für einen Niederfrequenz-Druckausgleich umfassen. Angesichts der hier diskutierten einstellbaren Ventilationslöcher ist das Ventilationsloch 140 optional und kann oder kann nicht in den verschiedenen hier diskutierten Ausführungsformen eingeschlossen sein.
In den 1a bis 1c kann die Membran 130 mit dem Substrat 110 in den Verbindungsbereichen 115 mechanisch verbunden sein. In diesen Bereichen 115 kann sich die Membran 130 typischerweise nicht bewegen. Die Rückplatte 120 kann auch mit dem Substrat 110 im Verbindungsbereich 115 mechanisch verbunden sein. Das Substrat 110 kann einen Rand 122 bilden, um einen Raum für das Rückvolumen vorzusehen. Die Membran 130 und die Rückplatte 120 können mit dem Substrat am oder nahe beim Rand 122 verbunden sein. Der Rand 122 und die Membran 130 können einen Kreis bilden. Alternativ dazu können der Rand 122 und die Membran 130 ein Quadrat umfassen oder können eine beliebige andere geeignete geometrische Form umfassen.
Im Allgemeinen kann die Ausbildung und Herstellung eines Sensors ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erfordern. Unter anderem kann dies erzielt werden, wenn die Änderung in der Kapazität, die zu messen ist, so groß wie möglich ist, und wenn die parasitäre Kapazität so klein wie möglich ist. Typischerweise gilt, je größer der parasitäre Bereich der Kapazität relativ zur Gesamtkapazität ist, desto kleiner das SNR.
Die akustische Nachgiebigkeit des Rückvolumens und des Widerstands des Lüftungswegs durch das Ventilationsloch können die mechanische RC-Konstante des Sensors definieren. Falls das Ventilationsloch groß ist, oder falls mehrfache Löcher verwendet werden, kann die Eckfrequenz eine relativ hohe Frequenz sein, und falls das Ventilationsloch klein ist, kann die Eckfrequenz eine relativ niedrigere Frequenz sein. Sowohl das Rückvolumen als auch der Durchmesser und die Anzahl der Ventilationslöcher können durch die Konstruktion vorgegeben werden, und daher kann die Eckfrequenz durch die Konstruktion vorgegeben werden. Demgemäß könnte es nicht möglich sein, die Eckfrequenz während des Betriebs zu ändern, falls nur ein festgelegtes Ventilationsloch vorgesehen ist.
Ein Problem mit einem Ventilationsloch mit festgelegter Größe kann sein, dass hochenergetische Signale, die eine Frequenz über der Eckfrequenz des Ventilationslochs aufweisen, den Sensor verzerren oder übersteuern können, sogar mit der Anwendung elektrischer Filter. Falls ein Sensor für mehr als eine Anwendung verwendet wird, müßten außerdem zwei Sensoren in ein Sensorsystem integriert werden, was die Systemkosten verdoppelt.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann abstimmbare Lüftungsöffnungen in einer MEMS-Struktur vorsehen. Die abstimmbaren Lüftungsöffnungen können zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position umgeschaltet werden. Die abstimmbaren Ventilationslöcher können auch in eine Zwischenposition eingestellt werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann einen variablen Lüftungsöffnungsquerschnitt vorsehen. Eine Ausführungsform der Erfindung kann eine abstimmte Lüftungsöffnung in einem Erfassungsbereich bzw. einer Erfassungsregion nahe bei einem Rand des Substrats vorsehen. Eine weitere Ausführungsform kann eine abstimmbare Lüftungsöffnung in einem Abstimmgebiet außerhalb des Erfassungsbereichs der Membran vorsehen. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann eine passiv betätigte einstellbare Lüftungsöffnung vorsehen, die in der Membran, Rückplatte, einem Substrat, einer Stützstruktur, einem Vorrichtungsgehäuse oder einem Deckel angeordnet ist. Diese verschiedenen Ausführungsformen können einzeln oder beispielsweise in einer beliebigen Kombination implementiert werden.
Die 2a bis 2c zeigen eine Querschnittansicht einer Rückplatte oder Gegenelektrode 250 und einer Membran oder bewegbaren Elektrode 230, möglicherweise mit einem Luftspalt 240 dazwischen. Die Rückplatte 250 kann perforiert 252 sein, und die Membran 230 umfasst eine einstellbare Lüftungsöffnung 238. 2d zeigt eine Draufsicht dieser Anordnung, wobei die Kreise die perforierte Rückplatte 250, 252 anzeigen, und die dunkle Ebene die darunterliegende Membran 230 ist. Der bewegbare Bereich 237 des einstellbaren Ventilationslochs 238 kann als U-förmiger Schlitz 239 gebildet sein. Die einstellbare Lüftungsöffnung 238 kann eine rechtwinklige, quadratische oder Halbkreis-Form aufweisen. Alternativ dazu kann die einstellbare Lüftungsöffnung 238 eine beliebige geometrische Form umfassen, solange die Form einen Lüftungsweg vorsehen kann. Der bewegbare Bereich 237 der einstellbaren Lüftungsöffnung 238 kann ein Ausleger, eine Brücke oder eine federgestützte Struktur sein.
2a zeigt eine Auslegung, wo die Betätigungsspannung (Vorspannung) V_bias = 0. Die einstellbare Lüftungsöffnung 238 kann geschlossen sein, wobei sie einen kleinen Schlitz 239 in der Membran 230 bildet. Keine Betätigungsspannung liefert einen minimalen Lüftungsweg, und daher eine niedrige Schwellenfrequenz. Die einstellbare Lüftungsöffnung 238 kann in einer geschlossenen oder AUS (nicht-aktivierten) Position sein. Ein Beispiel einer solchen niedrigen Schwellenfrequenz ist als Frequenz „A” in 2e ersichtlich.
2b zeigt eine Auslegung, wo die Betätigungsspannung V_bias erhöht werden kann, d. h. von 0 V verschieden sein kann, aber niedriger ist als die Ansprechspannung V_pull-in. Die einstellbare Lüftungsöffnung 238 kann sich öffnen und einen größeren Lüftungsweg als in der Auslegung von 2a vorsehen. Die Schwellenfrequenz ist als Frequenz „B” in 2e ersichtlich. Es ist zu beachten, dass die einstellbare Lüftungsöffnung 238 einen beträchtlichen Lüftungsweg vorsehen kann, wenn die Verschiebung des bewegbaren Bereichs 237 größer ist als die Dicke der Membran 230.
2c zeigt eine Auslegung, wo die Betätigungsspannung V_bias größer sein kann als die Ansprechspannung V_pull-in. Die einstellbare Lüftungsöffnung 238 kann vollständig offen sein, und ein großer Lüftungsweg kann geschaffen werden. Die Schwellenfrequenz ist als „C” in 2e ersichtlich. Durch das Einstellen der Betätigungsspannung kann die RC-Konstante verringert oder erhöht werden, und die Schwellenfrequenz kann gemäß einem gewünschten Wert eingestellt werden. Es ist zu beachten, dass sich die einstellbare Lüftungsöffnung bereits vollständig öffnen kann für Betätigungsspannungen unter der Ansprechspannung.
Mit nunmehriger Bezugnahme auf 2e kann in einem Beispiel die Schwellenfrequenz „A” etwa 10 bis 50 Hz betragen und kann auf etwa 200 bis 500 Hz als Schwellenfrequenz „C” bewegt werden. Alternativ dazu kann die Schwellenfrequenz in „A” etwa 10 bis 20 Hz betragen und kann auf etwa 200 bis 300 Hz in „C” bewegt werden. In einem weiteren Beispiel wäre die Schwellenfrequenz „A” 10 bis 100 Hz und kann auf 500 bis 2000 Hz in „C” bewegt werden.
Die Schwellenfrequenz in Position „A” kann auch von der Anzahl einstellbarer Lüftungsöffnungen und der Spaltdistanz, die ein Spalt in der Membran bildet, abhängig sein. Die Schwellenfrequenz in Position „A” kann für eine MEMS-Struktur mit mehreren einstellbaren Lüftungsöffnungen (z. B. 32 einstellbaren Lüftungsöffnungen) höher sein als für eine MEMS-Struktur mit weniger einstellbaren Lüftungsöffnungen (z. B. 2, 4 oder 8 einstellbaren Lüftungsöffnungen). Die Schwellenfrequenz kann auch für MEMS-Strukturen mit einem größeren Schlitzspalt (größere Schlitzbreite und/oder größere Schlitzlänge), der die einstellbare Lüftungsöffnung definiert, höher sein als für jene mit einem kleineren Schlitzspalt.
3a zeigt eine Auslegung einer Betätigungsspannung (oder Abstimm- oder Schaltspannung), worin die Betätigungsspannung mit der Erfassungsvorspannung identisch sein kann. Die MEMS-Struktur kann eine einzelne Elektrode auf der Rückplatte 350, einen Luftspalt 340 und eine Membran 330 umfassen. Die Elektrode der Rückplatte 350 kann auf ein Betätigungspotenzial eingestellt werden, und die Membran 330 kann auf Masse gesetzt werden. Die einstellbare Lüftungsöffnung 338 kann mit einer niedrigen Betätigungsspannung geschlossen werden (AUS Position) und sich mit einer hohen Betätigungsspannung öffnen (EIN Position). Eine niedrige Betätigungsspannung kann zu einer niedrigen Eck- oder Schwellenfrequenz und einer geringen Empfindlichkeit der MEMS-Struktur führen, und eine hohe Betätigungsspannung kann zu einer hohen Eck- oder Schwellenfrequenz und einer hohen Empfindlichkeit führen.
3b zeigt eine Auslegung, worin die Betätigungsspannung (Abstimm- oder Schaltspannung) von der Erfassungsvorspannung unabhängig sein kann. Die MEMS-Struktur kann eine strukturierte Rückplatte 350, z. B. eine Rückplatte, die wenigstens zwei Elektroden aufweist, einen Luftspalt 340 und eine Membran 330 umfassen. Die zweite Elektrode 352 der Rückplatte 350 kann auf ein Betätigungspotenzial eingestellt werden, und die erste Elektrode 351 wird auf ein Erfassungspotenzial eingestellt. Die Membran 330 kann auf Masse gesetzt werden. Die beiden Elektroden können voneinander getrenntwerden. Beispielsweise kann die Rückplatte 350 die strukturierte Elektrode und eine Trennstütze 355 umfassen. Die Trennstütze 355 kann der Membran 330 zugewandt sein oder kann von der Membran 330 abgewandt sein. Gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen beeinflusst die Abstimm- oder Schaltspannung die Empfindlichkeit der MEMS-Struktur nicht.
Die einstellbare Lüftungsöffnung 338 kann mit einer niedrigen Betätigungsspannung geschlossen werden (AUS Position) und sich mit einer hohen Betätigungsspannung öffnen (EIN Position). Eine niedrige Betätigungsspannung kann zu einer niedrigen Eck- oder Schwellenfrequenz führen, und eine hohe Betätigungsspannung kann zu einer hohen Eck- oder Schwellenfrequenz führen. Die Erfassungsvorspannung kann von der Betätigungsspannung unabhängig sein und kann konstant gehalten oder unabhängig verringert oder erhöht werden.
3c zeigt eine Auslegung einer Betätigungsspannung (Abstimm- oder Schaltspannung), wobei die Betätigungsspannung mit der Erfassungsvorspannung identisch sein kann. Die MEMS-Struktur kann eine einzelne Elektrode in der Rückplatte 350, einen Luftspalt 340 und eine Membran 330 umfassen. Die einstellbare Lüftungsöffnung 338 kann mit einer hohen Betätigungsspannung geschlossen werden (EIN Position) und kann mit einer niedrigen Betätigungsspannung offen sein (AUS Position). Der bewegbare Bereich 337 der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 kann die Rückplatte 350 berühren, wenn er aktiviert ist, und kann in derselben Ebene mit dem Rest der Membran liegen, wenn er nicht aktiviert ist. Eine niedrige Betätigungsspannung kann zu einer hohen Eck- oder Schwellenfrequenz und einer niedrigen Empfindlichkeit der MEMS-Struktur führen, und eine hohe Betätigungsspannung kann zu einer niedrigen Eck- oder Schwellenfrequenz und einer hohen Empfindlichkeit der MEMS-Struktur führen. Die Rückplatte 350 kann Lüftungsöffnungen 357 umfassen, und der bewegbare Bereich 337 der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 kann Lüftungsöffnungen 336 umfassen. Die Lüftungsöffnungen 336 im bewegbaren Bereich 337 der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 können in einer EIN (oder aktivierten) Position geschlossen werden. Es kann ein geringfügiger Lüftungsweg durch die einstellbare Lüftungsöffnung 338 vorliegen, wenn die einstellbare Lüftungsöffnung in der EIN (oder aktivierten) Position ist.
3d zeigt die Betätigungsspannung (Abstimm- oder Schaltspannung), wobei die Betätigungsspannung von der Erfassungsvorspannung unabhängig sein kann. Diese MEMS-Struktur kann umfassen: eine strukturierte Rückplatte 350, z. B. kann die Rückplatte eine erste Elektrode 351 und eine zweite Elektrode 352 umfassen, einen Luftspalt 340 und eine Membran 330. Alternativ dazu kann die strukturierte Rückplatte 350 mehr als zwei Elektroden umfassen. Die zweite Elektrode 352 der Rückplatte 350 kann auf ein Betätigungspotenzial eingestellt werden, und die erste Elektrode 351 wird auf ein Erfassungspotenzial eingestellt. Die Membran 330 kann auf Masse gesetzt werden. Die erste Elektrode 351 und die zweite Elektrode 352 können voneinander getrennt werden. Beispielsweise kann die Rückplatte 350 die strukturierte Elektrode und eine Trennstütze 355 umfassen. Die Trennstütze 355 kann der Membran 330 zugewandt sein oder kann von der Membran 330 abgewandt sein. Die Abstimm- oder Schaltspannung beeinflusst die Empfindlichkeit der MEMS-Struktur typischerweise nicht.
Die einstellbare Lüftungsöffnung kann mit einer hohen Betätigungsspannung geschlossen werden (EIN Position) und ist offen mit einer niedrigen Betätigungsspannung (AUS Position). Eine niedrige Betätigungsspannung (AUS Position) kann zu einer höheren Eck- oder Schwellenfrequenz führen, und eine hohe Betätigungsspannung (EIN Position) kann zu einer niedrigen Eck- oder Schwellenfrequenz führen. Die Erfassungsvorspannung kann von der Betätigungsspannung unabhängig sein und kann konstant gehalten oder unabhängig verringert oder erhöht werden.
Die Rückplatte 350 kann Lüftungsöffnungen 357 umfassen, und der bewegbare Bereich 337 der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 kann auch Lüftungsöffnungen 336 umfassen. Die Lüftungsöffnungen 336 in der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 können in der EIN Position geschlossen werden. Es kann einen geringfügigen Lüftungsweg durch die Lüftungsöffnungen 357 der Rückplatte 338 und die Lüftungsöffnungen 336 der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 geben, wenn die einstellbare Lüftungsöffnung 338 offen ist. Es kann einen Lüftungsweg durch die Lüftungsöffnungen 357 der Rückplatte 350 und die Lüftungsöffnungen 336 der einstellbaren Lüftungsöffnung 338 geben, wenn die einstellbare Lüftungsöffnung 338 geschlossen oder in einer AUS Position ist.
4a zeigt eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur 400. Die MEMS-Struktur umfasst ein Substrat 410. Das Substrat 410 kann Silicium oder andere Halbleitermaterialien umfassen. Alternativ dazu kann das Substrat 410 Verbundhalbleiter, wie GaAs, InP, Si/Ge oder SiC als Beispiele, umfassen. Das Substrat 410 kann Einkristall-Silicium, amorphes Silicium oder polykristallines Silicium (Polysilicium) umfassen. Das Substrat 410 kann aktive Komponenten, wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Verstärker, Filter oder andere elektrische Vorrichtungen, oder eine integrierte Schaltung umfassen. Die MEMS-Struktur 400 kann eine unabhängige Vorrichtung sein oder kann mit einer IC in einen einzelnen Chip integriert werden.
Die MEMS-Struktur 400 kann ferner eine erste isolierende Schicht oder einen Abstandshalter 420 umfassen, der über dem Substrat 410 angeordnet ist. Die isolierende Schicht 420 kann ein isolierendes Material, wie Siliciumdioxid, Siliciumnidtrid oder Kombinationen davon, umfassen.
Die MEMS-Struktur 400 kann ferner eine Membran 430 umfassen. Die Membran 430 kann eine kreisförmige Membran oder eine quadratische Membran sein. Alternativ dazu kann die Membran 430 andere geometrische Formen umfassen. Die Membran 430 kann leitfähiges Material, wie Polysilicium, dotiertes Polysilicium oder ein Metall, umfassen. Die Membran 430 kann über der isolierenden Schicht 420 angeordnet sein. Die Membran 430 kann physisch mit dem Substrat 410 in einem Bereich nahe beim Rand des Substrats 410 verbunden sein.
Außerdem kann die MEMS-Struktur 400 eine zweite isolierende Schicht oder einen Abstandshalter 440 umfassen, der über einem Bereich der Membran 430 angeordnet ist. Die zweite isolierende Schicht 440 kann ein isolierendes Material, wie Siliciumdioxid, Siliciumnidtrid oder Kombinationen davon, umfassen.
Eine Rückplatte 450 kann über der zweiten isolierenden Schicht oder dem Abstandshalter 440 angeordnet sein. Die Rückplatte 450 kann ein leitfähiges Material, wie Polysilicium, dotiertes Polysilicium oder ein Metall, z. B. Aluminium, umfassen. Außerdem kann die Rückplatte 450 eine isolierende Stütze oder isolierende Schichtbereiche bzw. -regionen umfassen. Die isolierende Stütze kann zur Membran 430 oder von dieser weg angeordnet sein. Das isolierende Schichtmaterial können Siliciumdioxid, Siliciumnidtrid oder Kombinationen davon sein. Die Rückplatte 450 kann perforiert sein.
Die Membran 430 kann wenigstens eine einstellbare Lüftungsöffnung 460 umfassen, wie oben beschrieben. Die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 können einen bewegbaren Bereich 465 umfassen. In einem Beispiel sind die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 in einem Bereich bzw. einer Region nahe beim Rand des Substrats 410 angeordnet. Beispielsweise können die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 in den äußeren 20% des Radius der Membran 430 oder den äußeren 20% der Distanz von einem zentralen Punkt zum Rand der Membran 430 eines Quadrats oder Rechtecks angeordnet sein. Insbesondere können die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 nicht in einem zentralen Bereich der Membran 430 angeordnet sein. Beispielsweise können die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 nicht in den inneren 80% des Radius oder der Distanz angeordnet sein. Die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 können in äquidistanten Distanzen voneinander entlang der Peripherie der Membran 430 angeordnet sein.
Das Beispiel von 4a ist so ausgelegt, dass sich die einstellbaren Lüftungsöffnungen 460 zur Rückplatte 450 öffnen. Die Membran 430 und die Rückplatte 450 können eine beliebige der wie in den 2a bis 2d und 3a bis 3d beschriebenen Auslegungen aufweisen. Die Rückplatte 450 kann auf eine Erfassungsspannung V_sense und eine Betätigungsspannung V_p eingestellt werden (die Erfassungsspannung und die Betätigungsspannung können gleich oder verschieden sein, wie oben beschrieben), und die Membran 430 wird auf Masse gesetzt, oder umgekehrt.
Die MEMS-Struktur 400 von 4b zeigt eine Struktur ähnlich jener von 4a. Die Auslegung ist jedoch unterschiedlich, z. B. wird der bewegbare Bereich 465 der einstellbaren Lüftungsöffnung 460 zum Substrat 410 gezogen. Die Rückplatte kann auf eine Erfassungsspannung V_sense eingestellt werden, das Substrat kann auf die Betätigungsspannung V_p eingestellt werden, und die Membran kann auf Masse gesetzt werden. In dieser Auslegung der MEMS-Struktur 400 kann die Betätigungsspannung (Abstimm- oder Schaltspannung) von der Erfassungsspannung unabhängig sein.
5a zeigt eine Querschnittansicht, und 5b zeigt eine Draufsicht einer MEMS-Struktur 500 mit einer Membran 530, die sich über einen Bereich eines Substrats 510 und außerhalb eines Erfassungsbereichs bzw. einer Erfassungsregion 533 erstreckt. Die MEMS-Struktur 500 kann ein Substrat 510, einen Verbindungsbereich bzw. eine Verbindungsregion 520, eine Membran 530 und eine Rückplatte 540 umfassen, die ähnliche Materialien umfassen wie oben mit Bezug auf 4a beschrieben. Die Membran 530 kann einen Erfassungsbereich 533 und einen Abstimmbereich bzw. eine Abstimmregion 536 umfassen. Der Erfassungsbereich 533 kann zwischen den gegenüberliegenden Rändern des Substrats 510 oder zwischen den gegenüberliegenden Verbindungsbereichen 520 angeordnet sein. Der Abstimmbereich 536 kann sich über einen Bereich des Substrats 510 erstrecken und kann außerhalb des Erfassungsbereichs 533 angeordnet sein. Der Erfassungsbereich 533 kann auf einer ersten Seite des Verbindungsbereichs 520 angeordnet sein, und der Abstimmbereich 536 kann auf einer zweiten Seite des Verbindungsbereichs 520 angeordnet sein. Eine Vertiefung 515 (Unterätzung) kann zwischen der Membran 530 und dem Substrat 510 im Abstimmbereich 536 gebildet sein. Die Rückplatte 540 kann nur über dem Erfassungsbereich 533 liegen, jedoch nicht über dem Abstimmbereich 536 der Membran 530. Die Rückplatte 540 kann perforiert sein. Die Rückplatte 540 kann auf eine Vorspannung V_sense eingestellt werden, das Substrat 510 kann auf eine Abstimmspannung V_p eingestellt werden, und die Membran kann auf Masse gesetzt werden. In dieser Auslegung der MEMS-Struktur 500 kann die Abstimmspannung von der Erfassungsspannung unabhängig sein.
Der Abstimmbereich 536 der Membran 530 kann wenigstens eine einstellbare Lüftungsöffnung 538 umfassen, die einen Lüftungsweg in einer nicht-betätigten Position (AUS Position) vorsieht, und die keinen Lüftungsweg in einer betätigten Position (EIN Position) vorsieht. Die nicht-betätigte oder offene Position (AUS Position) kann eine Position sein, in der die einstellbaren Lüftungsöffnungen 538 in der gleichen Ebene liegen wie die Membran 530 im Erfassungsbereich 533 in ihrer Ruheposition. Die betätigte oder geschlossene Position (EIN Position) kann eine Position sein, in der die einstellbaren Lüftungsöffnungen 538 gegen das Substrat 510 gedrückt werden und der Lüftungsweg blockiert ist. Zwischenpositionen können eingestellt werden, indem die einstellbaren Lüftungsöffnungen 538 zum Substrat 510 gezogen werden, wo jedoch die einstellbaren Lüftungsöffnungen 538 nicht gegen das Substrat 510 gedrückt werden. Es ist zu beachten, dass der Erfassungsbereich 533 einstellbare Lüftungsöffnungen 538 umfassen kann oder nicht.
6a und 6b zeigen eine Querschnittansicht einer MEMS-Struktur 600 mit einer Membran 630, die sich über einen Bereich eines Substrats 610 außerhalb eines Erfassungsbereichs 633 erstreckt. Die MEMS-Struktur 600 kann ein Substrat 610, einen Verbindungsbereich 620, eine Membran 630 und eine Rückplatte 640 umfassen, die ähnliche Materialien umfassen können wie oben mit Bezug auf 4a beschrieben. Die Membran 630 kann einen Erfassungsbereich 633 und einen Abstimmbereich 636 umfassen. Der Erfassungsbereich 633 kann zwischen den gegenüberliegenden Rändern des Substrats 610 oder zwischen den gegenüberliegenden Verbindungsbereichen 620 angeordnet sein. Der Abstimmbereich 636 kann sich über einen Bereich des Substrats 610 erstrecken und kann außerhalb des Erfassungsbereichs 633 angeordnet sein. Der Erfassungsbereich 633 kann auf einer ersten Seite des Verbindungsbereichs 620 angeordnet sein, und der Abstimmbereich 636 kann auf einer zweiten Seite des Verbindungsbereichs 620 angeordnet sein. Eine Vertiefung 615 kann zwischen der Membran 630 und dem Substrat 610 im Abstimmbereich 636 gebildet sein.
Die Rückplatte 640 kann über dem Erfassungsbereich 633 und dem Abstimmbereich 636 der Membran 630 liegen. Die Rückplatte 640 kann im Erfassungsbereich 633 und im Abstimmbereich perforiert sein. Alternativ dazu kann die Rückplatte 640 im Erfassungsbereich 633, jedoch nicht im Abstimmbereich 636 perforiert sein. Die Rückplatte 640 kann eine erste Elektrode 641 und eine zweite Elektrode 642 umfassen. Alternativ dazu kann die Rückplatte 640 mehr als zwei Elektroden umfassen. Die erste Elektrode 641 kann von der zweiten Elektrode 642 getrennt sein. Die erste Elektrode 641 kann im Erfassungsbereich 633 angeordnet sein, und die zweite Elektrode 642 kann im Abstimmbereich 636 angeordnet sein. Die erste Elektrode 641 kann auf eine Vorspannung V_sense eingestellt werden, und die zweite Elektrode wird auf die Abstimmspannung V_p eingestellt. Die Membran 630 kann auf Masse gesetzt werden. In dieser Auslegung der MEMS-Struktur 600 kann die Abstimmspannung unabhängig von der Erfassungsspannung sein.
Der Abstimmbereich 636 der Membran 630 kann eine oder mehrere einstellbare Lüftungsöffnungen 638 umfassen, die einen Lüftungsweg in einer nicht-betätigten Position (AUS Position) in 6a vorsehen können, und die keinen Lüftungsweg in einer betätigten Position (EIN Position) in 6b vorsehen. Die offene oder nicht-betätigte Position (AUS Position) kann eine Position sein, in der die einstellbaren Lüftungsöffnungen 638 in der gleichen Ebene liegen können wie die Membran 630 im Erfassungsbereich 633 in ihrer Ruheposition. Die geschlossene Position oder betätigte Position (EIN Position) kann eine Position sein, in der die einstellbaren Lüftungsöffnungen 638 gegen die Rückplatte 640 gedrückt werden und der Lüftungsweg blockiert ist. Die MEMS-Struktur 600 kann einen Lüftungsweg und eine hohe Eckfrequenz vorsehen, wenn sie nicht in einer betätigten Position (AUS Position) ist. Die MEMS-Struktur 600 kann einen geschlossenen Lüftungsweg und eine niedrige Eckfrequenz vorsehen, wenn sie in einer betätigten Position (EIN Position) ist. Zwischenpositionen können eingestellt werden, indem die einstellbaren Lüftungsöffnungen 638 zur Rückplatte 640 gezogen werden, wo die einstellbaren Lüftungsöffnungen 638 jedoch nicht gegen die Rückplatte 640 gedrücktt werden. Es ist zu beachten, dass der Erfassungsbereich 633 einstellbare Lüftungsöffnungen 638 umfassen kann oder nicht.
Die Rückplatte 640 kann Lüftungsöffnungen 639 umfassen, und die Membran 630 kann einstellbare Lüftungsöffnungen 638 im Abstimmbereich 636 umfassen. In einem Beispiel können die Lüftungsöffnungen 639 und die einstellbaren Lüftungsöffnungen 638 rückwärts in Bezug aufeinander ausgerichtet sein.
7a und 7b zeigen eine Querschnittansicht, und 7c zeigt eine Draufsicht einer MEMS-Struktur 700 mit einer Membran 730, die sich über einen Bereich eines Substrats 710 und außerhalb eines Erfassungsbereichs 733 erstreckt. Die MEMS-Struktur 700 kann ein Substrat 710, einen Verbindungsbereich 720, eine Membran 730 und eine Rückplatte 740 umfassen, die ähnliche Materialien wie mit Bezug auf 4a beschrieben umfassen können. Die Rückplatte 740 kann eine Erfassungsrückplatte (z. B. kreisförmig oder rechtecktig) 741 und eine Rückplattenbrücke 742 umfassen.
Die Membran 730 kann einen Erfassungsbereich 733 und einen Abstimmbereich 736 umfassen. Der Erfassungsbereich 733 kann zwischen den gegenüberliegenden Rändern des Substrats 710 oder zwischen den gegenüberliegenden Verbindungsbereichen 720 angeordnet sein. Der Abstimmbereich 736 kann sich über einen Bereich des Substrats 710 erstrecken und kann außerhalb des Erfassungsbereichs 733 angeordnet sein. Der Erfassungsbereich 733 kann auf einer ersten Seite des Verbindungsbereichs 720 angeordnet sein, und der Abstimmbereich 736 kann auf einer zweiten Seite des Verbindungsbereichs 720 angeordnet sein. Eine Vertiefung 751 (Unterätzung) kann zwischen der Membran 730 und dem Substrat 710 im Abstimmbereich 736 gebildet sein. Die Membran 730 kann eine einstellbare Lüftungsöffnung 738 umfassen, die durch einen Schlitz 735 gebildet wird. Der Schlitz 735 kann einen bewegbaren Bereich, wie in 2a bis 2c beschrieben, für die einstellbare Lüftungsöffnung 738 bilden.
Die Rückplatte 740 kann über dem Erfassungsbereich 733 und dem Abstimmbereich 736 der Membran 730 liegen. Beispielsweise kann die Erfassungsrückplatte 741 (erste Elektrode) über dem Erfassungsbereich 733 liegen, und die Rückplattenbrücke 742 (zweite Elektrode) kann über dem Abstimmbereich 736 liegen. Alternativ dazu kann die Rückplatte 740 mehr als zwei Elektroden umfassen. Die erste Elektrode 741 kann von der zweiten Elektrode 742 getrennt sein. Die erste Elektrode 741 kann auf eine Vorspannung V_sense eingestellt werden, und die zweite Elektrode 742 kann auf eine Abstimmspannung V_p eingestellt werden. Die Membran 730 kann auf Masse gesetzt werden. In dieser Auslegung der MEMS-Struktur 700 kann die Abstimmspannung unabhängig von der Erfassungsspannung sein. Die Rückplatte 740 kann im Erfassungsbereich 733 und im Abstimmbereich 736 perforiert sein. Alternativ dazu kann die Rückplatte 740 im Erfassungsbereich 733, jedoch nicht im Abstimmbereich 736 perforiert sein. Die Rückplattenbrücke 742 kann Lüftungsöffnungen 749 umfassen.
Der Abstimmbereich 736 der Membran 730 kann eine oder mehrere einstellbare Lüftungsöffnungen 738 umfassen, die einen Lüftungsweg in einer betätigten Position (EIN Position) in 7b vorsehen können, und die einen kleineren Lüftungsweg in einer nicht-betätigten Position (AUS Position) in 7a vorsehen können. Die geschlossene Position oder nicht-betätigte Position (AUS Position) kann eine Position sein, in der die einstellbaren Lüftungsöffnungen 738 in der gleichen Ebene liegen wie die Membran 730 im Erfassungsbereich 733 in ihrer Ruheposition. Die offene oder betätigte Position (EIN Position) kann eine Position sein, in der die einstellbaren Lüftungsöffnungen 738 gegen die Rückplatte 740 gedrückt werden und der Lüftungsweg offen ist. Die MEMS-Struktur 700 kann einen Lüftungsweg und eine hohe Eckfrequenz vorsehen, wenn sie in einer betätigten Position (EIN Position) ist. Die MEMS-Struktur 700 kann einen geschlossenen Lüftungsweg und eine niedrige Eckfrequenz vorsehen, wenn sie in einer nicht-betätigten Position (AUS Position) ist. Zwischenpositionen können eingestellt werden, indem die einstellbaren Lüftungsöffnungen 738 zur Rückplatte 740 gezogen werden, wo die einstellbaren Lüftungsöffnungen 738 jedoch nicht gegen die Rückplatte 740 gedrückt werden. Es ist zu beachten, dass der Erfassungsbereich 733 einstellbare Lüftungsöffnungen 738 umfassen kann oder nicht.
8a zeigt ein Beispiel des Betriebs einer. MEMS-Struktur. In einem ersten Schritt 810 kann ein akustisches Signal abgefühlt werden, indem eine Membran relativ zu einer Rückplatte bewegt wird. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann in einer geschlossenen Position sein. In einem nächsten Schritt 812 kann ein Hochenergiesignal detektiert werden. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann von einer geschlossenen Position in eine offene Position bewegt werden, 814. Die offene Position kann eine vollständig offene Position oder eine teilweise offene Position sein.
8b zeigt ein Beispiel des Betriebs einer MEMS-Struktur. In einem ersten Schritt 820 kann ein akustisches Signal abgefühlt werden, indem eine Membran relativ zu einer Rückplatte bewegt wird. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann in einer betätigten (EIN) geschlossenen Position sein. In einem nächsten Schritt 822 kann ein Hochenergiesignal detektiert werden. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann von der betätigten (EIN) geschlossenen Position in eine nicht-betätigte (AUS) offene Position bewegt werden, 824. Die offene Position kann eine vollständig offene Position oder eine teilweise offene Position sein.
8c zeigt ein Beispiel des Betriebs einer MEMS-Struktur. In einem ersten Schritt 830 kann die MEMS-Struktur in einer ersten Anwendungseinstellung sein, die akustische Signale erfasst, indem eine Membran relativ zu einer Rückplatte bewegt wird. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann in einer geschlossenen Position sein. In einem nächsten Schritt 832 kann die MEMS-Struktur in einer zweiten Anwendungseinstellung sein, die akustische Signale erfasst, indem eine Membran relativ zur Rückplatte bewegt wird. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann von einer geschlossenen Position in eine offene Position bewegt werden. Die offene Position kann eine vollständig offene Position oder eine teilweise offene Position sein.
8d zeigt ein Beispiel des Betriebs einer MEMS-Struktur. In einem ersten Schritt 840 kann die MEMS-Struktur in einer ersten Anwendungseinstellung sein, die akustische Signale erfasst, indem eine Membran relativ zu einer Rückplatte bewegt wird. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann in einer offenen Position sein. In einem zweiten Schritt 842 kann die MEMS-Struktur in einer zweiten Anwendungseinstellung sein, die akustische Signale erfasst, indem eine Membran relativ zur Rückplatte bewegt wird. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann von einer offenen Position in eine geschlossene Position bewegt werden. Die geschlossene Position kann eine vollständig geschlossene Position oder eine teilweise geschlossene Position sein.
Ein weiteres Beispiel involviert eine passiv betätigte einstellbare Lüftungsöffnung. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann passiv sein, da sie keinen Steuereingang empfängt. Die einstellbare Lüftungsöffnung kann durch die Druckdifferenz, die auf sie einwirkt, mechanisch betätigt werden.
9a und 9b zeigen eine MEMS-Struktur 900 mit einer passiv betätigten einstellbaren Lüftungsöffnung auf der Membran. 9a zeigt einen Querschnitt der MEMS-Struktur 900, die eine Membran 901, eine Rückplatte 902 und eine Lüftungsöffnung 903 umfasst. Die Rückplatte 902 kann mit Rückplatten-Perforationslöchern 912 perforiert sein. Die Rückplatte 902 und die Membran 901 können durch eine Spaltdistanz 904 getrennt sein. Die Spaltdistanz kann im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm liegen. In einem Beispiel beträgt die Spaltdistanz etwa 2 μm.
In diesem Beispiel kann die Lüftungsöffnung 903 in der Membran 901 angeordnet sein. Wie im Nachstehenden diskutiert wird, sind auch andere Orte möglich. Die Öffnung 903 ist aus einer flexiblen Struktur 913 gebildet, die ausgelegt ist abgelenkt zu werden, wenn eine Kraft oder Druckdifferenz auf sie einwirkt. Typisch für MEMS-Mikrofone kann die Membran 901 einen ersten Raum 905, der durch einen Druck A charakterisiert ist, von einem zweiten Raum 906, der durch einen Druck B charakterisiert ist, trennen.
Im typischen Betrieb eines MEMS-Mikrofons bewirkt die Differenz zwischen Druck A und B, dass die Membran abgelenkt wird. Die Ablenkung kann aus einer Änderungsspannung quer über die Membran 901 und die Rückplatte 902 abgefühlt werden, die als Kondensatorplatten dienen können. In einem Beispiel kann die Differenz zwischen Druck A und B in den Räumen 905 und 906 die flexible Struktur 913 veranlassen, mechanisch betätigt zu werden. Es ist kein Eingang von einem Steuermechanismus notwendig. Die flexible Struktur 913 kann durch eine mechanische Steifigkeit charakterisiert sein, die bestimmen kann, welche Druckdifferenzen variierende Betätigungsausmaße bewirken.
Ausführungsformen der flexiblen Struktur 913 können unterschiedliche mechanische Geometrien, Längen, Breiten, Dicken oder Materialien aufweisen, die alle darauf abgestimmt sind, Werte mechanischer Steifigkeit auszuwählen. Zusätzlich kann die Geometrie der Lüftungsöffnung 903, einschließlich der Länge und Breite der flexiblen Struktur 913, die Menge an Fluid, das durch die Öffnung strömt, stark beeinflussen. Die Menge an Fluid, die durch die Öffnung strömt, kann beeinflussen, wie rasch die Druckdifferenz zwischen den Räumen 905 und 906 reduziert werden kann.
9b zeigt eine Draufsicht eines Beispiels der MEMS-Struktur 900, wo die einstellbare Lüftungsöffnung 903 unter (oder über) einem Rückplattenfenster 922 angeordnet ist. Das Rückplattenfenster 922 ist nahe bei einem Außenrand der Rückplatte 902 ähnlich dem in 1a und 1b gezeigten Beispiel angeordnet.
Mit Bezugnahme auf Beispiele der MEMS-Struktur mit passiv betätigten einstellbaren Lüftungsöffnungen können wenigstens zwei besondere Kategorien von Problemen gelöst werden. Dies sind Probleme, die mit einem Niederfrequenzrauschen zusammenhängen, und Probleme, die mit schädlichen Hochdruckereignissen zusammenhängen. Festgelegte Lüftungsöffnungen können Schäden an einer Membran verhindern, können jedoch die Empfindlich-keit des Mikrofons verringern, indem die Bandbreite begrenzt wird. Die passive einstellbare Lüftungsöffnung kann eine höhere Bandbreite und einen Schutz gegen schädliche Hochdruckereignisse vorsehen. Das Verhalten der passiv einstellbaren Lüftungsöffnung in Bezug auf diese beiden Klassen von Problemen kann in drei Fällen beschrieben werden.
Fall 1 bezieht sich auf ein Niederfrequenzsignal mit mäßigem oder niedrigem Druck (z. B. bis etwa 120 dB SPL). Wie vorstehend beschrieben, können Ventilationsschlitze mit einer äquivalenten Zeitkonstante als Hochpassfilter mit einer Eckfrequenz arbeiten. Für den Fall 1 können die nicht-einstellbaren Ventilationsschlitze eine Eckfrequenz über den Niederfrequenzsignalen vorsehen. Mit der passiv einstellbaren Lüftungsöffnung wird der relative niedrige Druck der Signale im Fall 1 typischerweise nicht bewirken, dass sich die Lüftungsöffnungen öffnen. Mit erneuter Bezugnahme auf 9a wird es eine geringe Reduktion des Drucks zwischen dem Raum 905 und Raum 906 geben. Das Niederfrequenzsignal kann mit voller Bandbreite abgefühlt werden.
Fall 2 bezieht sich auf ein Niederfrequenzrauschen. Oft können Signale mit relativ hohem Druck bei niedrigen Frequenzen (z. B. Rauschen zwischen etwa 120 und 140 dB SPL mit Frequenzen unter etwa 100 Hz) in typischen Situationen angetroffen werden. Beispiele dieses Typs eines Rauschens könnte ein Windrauschen bei der Fahrt in einem Cabrio oder Niederfrequenzmusik beim Vorbeigehen an einem Stereosystem sein. In diesen Fällen kann jedoch die gleichzeitige Detektion von Signalen mit höherer Frequenz (z. B. normales Sprechen) durch ein MEMS-Mikrofon wünschenswert sein. In diesem Fall kann eine passive einstellbare Lüftungsöffnung durch das Niederfrequenz-Hochdruck-Rauschen automatisch eingestellt werden. Die Hochdruckdifferenz zwischen dem Raum 905 und 906 kann bewirken, dass sich eine Lüftungsöffnung öffnet und die Druckdifferenz reduziert. Die Signale mit höherer Frequenz und niedrigerem Druck können die Membran weiter anregen und gestatten, dass das Signal vom MEMS-Mikrofon mit einem verringerten Signal-Rausch-Verhältnis abgefühlt wird.
Fall 3 bezieht sich auf schädliche extreme Überdrucksignale. Dies ist der Fall, wenn das Mikrofon fallen gelassen wird oder ein Weg zur Membran mechanisch beeinträchtigt wird, was einen großen Druckfluss verursacht, der sich der Membran nähert und auf diese auftrifft (z. B. wenn eine Person mit einem Finger auf einen Mikrofoneingang klopft). Diese extremen Signale können verursachen, dass das Mikrofon ausfallt, indem bewirkt wird, dass die Membran reißt oder bricht. Festgelegte Ventilationslöcher können verwendet werden, um ein Mikrofon gegen extremen Überdruck zu schützen. Je größer die Löcher sind (und daher je besser der Schutz gegen stärkere Schläge ist), desto höher ist jedoch die Eckfrequenz des Hochpassfilters, die durch die Ventilationslöcher verursacht wird. Auf diese Weise kann ein besserer Schutz auf Kosten einer reduzierten Bandbreite erfolgen.
Für die passive einstellbare Lüftungsöffnung können die extremen Überdruckereignisse von Fall 3 verursachen, dass die Lüftungsöffnungen wegen der Druckdifferenz selbst automatisch betätigt werden und sich öffnen, um den Druck zwischen Raum 905 und 906 zu reduzieren. Wie im Fall 1 ersichtlich ist, werden die Öffnungen durch reguläre Drucksignale nicht betätigt. So kann das Mikrofon gegen Schäden durch extreme Überdruckereignisse geschützt werden, kann jedoch die große Bandbreite aufrechterhalten, die zum Erfassen von Niederfrequenzsignalen erforderlich ist. Die passiven einstellbaren Lüftungsöffnungen können die Lösung für die in den Fällen 1 bis 3 ersichtlichen Probleme ohne jegliche Steuermechanismen vorsehen.
Die passive Lüftungsöffnung (oder -öffnungen) kann die einzige Öffnung sein, die in der Membran vorgesehen ist. Alternativ dazu könnten auch festgelegte Öffnungen (z. B. kleine Löcher) eingeschlossen sein. In einer weiteren Alternative kann eine betätigte Öffnung in Kombinatin mit der passiven Öffnung eingeschlossen sein. Beispielsweise kann die betätigte Öffnung verwendet werden, um die Frequenzecke abzustimmen, wohingegen die passive Öffnung ausgebildet ist, einen Schaden zu verhindern (z. B. Fall 3). Es ist auch klar, dass alle drei Typen in derselben Vorrichtung verwendet werden könnten.
10a zeigt die mechanische Reaktion eines Beispiels einer MEMS-Struktur oder MEMS-Vorrichtung. 10a zeigt die Verschiebung der Eckfrequenz 1001 mit einer Spitzenablenkung 1002 einer passiven einstellbaren Lüftungsöffnung, während eine Druckdifferenz quer über die Lüftungsöffnung zunimmt. Die Eckfrequenzverschiebung wurde vorstehend in 2e beschrieben.
10b zeigt ein Beispiel einer passiven einstellbaren Lüftungsöffnung 1010, die aus einem Ausleger 1011 besteht. Der Ausleger 1011 ist in einer Auslenkung gezeigt, die durch eine Druckdifferenz zwischen dem Raum 1012 mit einem Druck A und dem Raum 1013 mit einem Druck B verursacht wird. Im spezifischen Beispiel von 10b könnte eine Länge des Auslegers 1011 70 μm betragen, und eine Breite des Auslegers 1011 könnte 20 μm betragen. In anderen Beispielen könnte die Länge des Auslegers 1011 im Bereich von 10 bis 500 μm liegen, und eine Breite des Auslegers 1011 könnte im Bereich von 5 bis 100 μm liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Anzahl von Auslegern pro Lüftungsöffnung auch im Bereich von 1 bis vielen liegen.
11a bis 11f zeigen verschiedene Beispiele einer einstellbaren Lüftungsöffnung. 11a zeigt ein Beispiel einer einstellbaren Lüftungsöffnung 1110, die eine quadratische flexible Struktur 1101 umfasst. Die flexible Struktur 1101 kann eine Länge 1102, eine Breite 1103 und einen Öffnungsspalt 1104 umfassen. In verschiedenen Beispielen kann das Verhältnis der Länge zur Breite im Bereich von etwa 1:1 bis etwa 10:1 liegen. Der Öffnungsspalt 1104 kann typischerweise zwischen etwa 0,5 und 5 μm sein.
11b zeigt ein Beispiel einer einstellbaren Lüftungsöffnung 1120 mit kleinen Öffnungen 1125 an Enden des Öffnungsspalts 1104. Diese kleinen Öffnungen 1125 an Ecken einer flexiblen Struktur 1101 können als festgelegte Ventilationslöcher dienen oder können ausgelegt sein, die mechanische Steifigkeit der flexiblen Struktur 1101 zu beeinflussen. In einem Beispiel können die kleinen Öffnungen 1125 auch dazu bestimmt sein, die Kerbspannung zu reduzieren.
11c zeigt ein Beispiel einer einstellbaren Lüftungsöffnung 1130 mit einer abgerundeten flexiblen Struktur 1101 und einem Öffnungsspalt 1104, der die Klappe 1101 vom Rest der Membran trennt. Die Form der flexiblen Struktur 1101 kann die Luftstromdynamik durch die Öffnung beeinflussen. Die Form kann die Durchflussrate in der Initialöffnung der flexiblen Struktur (eine kleine Verschiebung) 1101 und in einer größeren Öffnung der flexiblen Struktur (eine große Verschiebung) 1101 ändern. So kann die Form direkt beeinflussen, wie rasch eine Druckdifferenzreduktion erzeugt werden kann. Zusätzlich zu runden oder quadratischen Formen kann eine beliebige andere annehmbare Struktur verwendet werden (z. B. dreieckig, Sägezahn oder andere Polygone).
11d zeigt ein Beispiel einer einstellbaren Lüftungsöffnung mit gekrümmten Öffnungen 1145 am Ende eines Öffnungsspalts 1104. Die gekrümmten Öffnungen können dem Zweck des Nachlassens der Kerbspannung von der Auslegerbasis dienen.
11e zeigt ein Beispiel einer einstellbaren Lüftungsöffnung 1150 mit verwobenen flexiblen Strukturen 1101, die einen Serpentinenöffnungsspalt 1104 umfassen. Diese Struktur könnte einen erhöhten Luftstrom vorsehen, während eine höhere mechanische Steifigkeit der flexiblen Strukturen 1101 aufrechterhalten wird.
11f zeigt ein Beispiel einer einstellbaren Lüftungsöffnung, wo zwei flexible Strukturen 1101 mit getrennten Öffnungsspalten 1104 einander benachbart platziert sind. Zusätzliche Schlitze 1105 können eingeschlossen werden, um die Ventilation zu erhöhen und der Struktur zusätzliche Flexibilität zu verleihen. Die Schlitze 1105 können die Steifigkeit einer einstellbaren Lüftungsöffnung 1160 reduzieren und können gestatten, dass sich die gesamte Struktur weiter verschiebt. Die Strukturen 1101 könnten unterschiedliche Größen des Öffnungsspalts 1104 oder dieselbe Größe aufweisen. Die Strukturen 1101 könnten dieselben oder verschiedene Breiten 1103 oder Längen 1102 haben. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1160 könnte eine ganze Membran umfassen oder die Öffnung könnte einen kleinen Bereich einer größeren Membran umfassen. Die Parameter können gewählt werden, um die Funktion der einstellbaren Lüftungsöffnungen und des Mikrofons zu verbessern.
Die Beispiele in 11a bis 11f sollen zeigen, dass eine einstellbare Lüftungsöffnung in vielen Beispielen hergestellt werden kann, die verschiedene Geometrien und Abmessungen umfassen. Ein oder mehrere dieser verschiedenen Beispiele könnten gemeinsam verwendet werden. Ferner ist zu beachten, dass beliebige Materialien in diesen Strukturen verwendet werden können. In verschiedenen Beispielen kann eine einstellbare Lüftungsöffnung eine gewellte Fläche und/oder einen Anti-Haft-Mechanismus, wie Höcker und/oder Beschichtungen, umfassen.
In anderen Beispielen kann eine einstellbare Lüftungsöffnung dünnere oder dickere Materialien als eine Struktur umfassen, von der die einstellbare Lüftungsöffnung ein Teil ist. Um die mechanische Steifigkeit einer einstellbaren Lüftungsöffnung zu erhöhen (durch eine dickere mechanische Struktur) oder zu verringern (durch eine dünnere mechanische Struktur), könnte die strukturelle Dicke einer flexiblen Struktur variiert werden. In einem Beispiel, das eine einstellbare Lüftungsöffnung auf einer Membran umfasst, kann die Struktur unter Verwendung von Techniken mikrofabriziert werden, die in der Herstellung von MEMS oder Mikroelektronik üblicherweise verwendet werden. Während des Herstellungsprozesses kann die flexible Struktur selektiv geätzt werden (beispielsweise durch die Verwendung eines Fotoresists, um andere Bereiche zu schützen), um eine dünnere mechanische Struktur zu erzeugen. Alternativ dazu kann die flexible Struktur zusätzliche Materialien aufweisen, die darauf abgeschieden sind, oder die umgebenden Strukturmaterialien der Membran können mehr als die flexible Struktur selbst geätzt werden. In beliebigen dieser Beispiele kann die strukturelle Schichtdicke der flexiblen Struktur effektiv variiert werden, um unterschiedliche Werte der mechanischen Steifigkeit und eine verbesserte Leistung der einstellbaren Lüftungsöffnung zu ergeben.
Ein Beispiel kann mehrfache einstellbare Lüftungsöffnungen umfassen. Der Einschluss von mehr als einer einstellbaren Lüftungsöffnung kann bedeutend sein, da die Eckfrequenz des Hochpassfilters linear mit der Anzahl einstellbarer Lüftungsöffnungen skalieren kann. Zusätzlich kann der Einschluss mehrfacher Abzugsöffnungen das Risiko einer Fehlfunktion (z. B. verursacht durch Schmutz, der eine einzige Abzugsöffnung beeinträchtigt) reduzieren.
12 und 13a bis 13d zeigen verschiedene Beispiele mit unterschiedlichen Auslegungen einer passiven einstellbaren Lüftungsöffnung. Wiederum können die Merkmale dieser verschiedenen Beispiele kombiniert werden.
12 zeigt ein Beispiel mit einem eingehausten MEMS-Mikrofon 1200 in einem Vorrichtungsgehäuse. Das Vorrichtungsgehäuse kann eine Stützstruktur 1202 und eine Deckelstruktur 1203 umfassen. Die Stützstruktur 1202 kann beispielsweise aus einem Laminat gebildet werden, wie eine Leiterplatte. Die Stützstruktur 1202 kann elektrische Kontakte auf einer Innenfläche umfassen, um mit den Komponenten innerhalb des Gehäuses, z. B. einem MEMS 1201 und einer ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) 1204 verbunden zu werden. Diese Kontakte können durch die Stützstruktur 1202 geleitet werden, um extern darauf zugreifen zu können.
Der Deckel 1203 kann verwendet werden, um die Komponenten der Vorrichtung 1200 zu umschließen. Im veranschaulichten Beispiel kann der Deckel 1203 einen Luftraum über einer Rückplatte 1221 belassen. Dieser Luftspalt, der auf demselben Druck sein kann wie der Raum genau über der Membran 1211 wegen der Löcher n der Rückplatte 1221, kann einen der Drücke vorsehen, durch den die Druckdifferenz bestimmt wird. Der Deckel 1203 kann aus Metall-, Kunststoff- oder Laminatmaterialien sowie einem beliebigen anderen Material, das für eine Deckelstruktur geeignet ist, hergestellt sein.
Eine MEMS-Struktur 1201 kann an der Stützstruktur 1202 angebracht sein. Wie oben beschrieben, kann die MEMS-Struktur eine Membran 1211 und eine Rückplatte 1221 umfassen. Ein Schalltor 1207 kann einen Weg für eine Druckwelle (z. B. ein Schallsignal) durch die Stützstruktur 1202 zur Membran 1211 vorsehen.
Ein Erfassungselektronikblock 1204 kann auch an der Stützstruktur 1202 angebracht sein. Der Erfassungselektronikblock 1204 kann mit der MEMS-Struktur 1201 verbunden sein. Der Erfassungselektronikblock 1204 kann ausgelegt sein, eine sich ändernde Spannung quer über die Membran 1211 und die Rückplatte 1221 abzufühlen. Schallsignale, die auf die Membran einfallen, bewirken, dass die Membran abgelenkt wird. Die erhaltenen Änderungen in einer Spaltdistanz, welche die Membran 1211 und die Rückplatte 1221 trennt, kann durch die sich ändernde Spannung quer über die beiden Elemente reflektiert werden. Der Erfassungselektronikblock 1204 kann dieses sich ändernde Spannungssignal verarbeiten, um ein Ausgangssignal vorzusehen, das die Audio-Informationen der einfallenden Schallwelle umfasst.
Im spezifischen Beispiel von 12 kann die Membran 1211 eine einstellbare Lüftungsöffnung 1208 umfassen. Die Membran 1211 kann einen Raum 1205 mit einem Druck A von einem Raum 1206 mit einem Druck B trennen. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 in einem Beispiel kann aus einem Ausleger bestehen. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann mechanisch betätigt werden, um wegen einer großen Druckdifferenz A zu B, oder umgekehrt, zwischen den Räumen 1205 und 1206 abgelenkt zu werden. Für Drucksignale in einem Erfassungsbereich der MEMS-Struktur 1201 kann die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 sehr wenig oder nicht abgelenkt werden.
In verschiedenen Beispielen kann die MEMS-Struktur 1201 ein Substrat umfassen. In verschiedenen Beispielen kann das Substrat die Stützstruktur 1202 oder ein getrenntes Substrat sein. In anderen Beispielen kann die Stützstruktur eine Leiterplatte (PCB) oder eine Kunststoff- oder Laminatstruktur als Teil des Vorrichtungsgehäuses sein.
In noch weiteren Beispielen kann das Schalltor 1207 einen Zugang zur Membran 1211 im Raum 1205 gegenüber der Seite mit der Rückplatte 1221 vorsehen, oder das Schalltor 1207 kann einen Zugang zur Membran 1211 im Raum 1206 auf derselben Seite wie die Rückplatte 1221 (z. B. durch die Deckelstruktur 1203) vorsehen. In diesem spezifischen Beispiel wäre der Raum 1205 abgedichtet, und das Schalltor 1207 in der Stützstruktur 1202 würde nicht vorliegen.
Die bisher diskutierten Beispiele umfassen die einstellbare Lüftungsöffnung in der Membran. Dies ist nur ein möglicher Ort. Wie mit Bezug auf 13a bis 13d beschrieben wird, kann die Lüftungsöffnung in anderen Bereichen der Vorrichtung angeordnet sein.
13a zeigt ein Beispiel, wo die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 in einer Stützstruktur 1202 eingebaut sein kann. In diesem Fall wird die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 durch eine Druckdifferenz zwischen einem Raum 1205 und einem Raum 1206 betätigt. Obwohl eine Membran 1211 in einer MEMS-Struktur 1201 keine Lüftungsöffnungen vorsehen kann, kann die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 in der Stützstruktur 1202 eine Druckreduktion vorsehen, die erforderlich ist, um die vorstehend beschriebenen Probleme der drei Fälle zu lösen. Als Teil der Stützstruktur 1202 ist es erforderlichenfalls möglich, die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 größer auszubilden als wäre sie ein Teil der Membran 1211. Die Größe des Lochs kann im Bereich von 0,1 bis 1 mm liegen und kann in der Querschnittsform variieren (z. B. kreisförmig, rechteckig, quadratisch).
13b zeigt ein Beispiel mit einem Vorrichtungsgehäuse 1200, in dem eine einstellbare Lüftungsöffnung 1208 in einer Deckelstruktur 1203 eingebaut sein kann. Ähnlich 13a kann die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 eine Druckreduktion zwischen einem Raum 1205 und einem Raum 1206 vorsehen. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208, wie sie in der Deckelstruktur 1203 angeordnet ist, kann viele Abmessungen und Auslegungen aufweisen. Die Anordnung der Öffnung 1208 in der Deckelstruktur 1203 kann den Vorteil eines leichten Zugangs an der Oberseite des Vorrichtungsgehäuses 1200 vorsehen.
13c zeigt ein Beispiel durch einen Querschnitt einer MEMS-Struktur 1201. Die MEMS-Struktur 1201 kann eine Rückplatte 1221, eine Membran 1211, eine Abstandshalterschicht 1209 und eine Stützstruktur 1202 umfassen. In einem Beispiel kann eine einstellbare Lüftungsöffnung 1208 auf der Rückplatte 1221 eingebaut sein. Die Rückplatte 1221 kann auch Rückplattenperforationslöcher 1210 umfassen. Die Membran 1211 kann einen Raum 1205 mit einem Druck A von einem Raum 1206 mit einem Druck B trennen. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann einen Leitweg vorsehen, damit eine Druckdifferenz von A im Raum 1205 zu B im Raum 1206 reduziert wird, falls die Druckdifferenz groß ist. Das Verhalten der passiven einstellbaren Lüftungsöffnung 1208 kann durch die vorstehend erläuterten drei Fälle beschrieben werden. Beim typischen Erfassen kann die passive einstellbare Lüftungsöffnung 1208 geschlossen bleiben. Die Abstandshalterschicht 1209 kann beliebige Materialien umfassen. In einigen Beispielen könnte die Abstandshalterschicht 1209 Silicium, Oxid, Polymer oder irgendein Verbund sein. In einem Beispiel kann die Stützstruktur 1202 ein Substrat umfassen. In einem weiteren Beispiel kann die Stützstruktur 1202 eine Leiterplatte (PCB) umfassen. In einem weiteren Beispiel kann die Stützstruktur 1202 ein Kunststoff- oder ein Laminatmaterial umfassen.
13d zeigt ein Beispiel, das ein Gehäuse 1230 umfasst. Das Gehäuse 1230 kann ein Vorrichtungsgehäuse 1200, ein Schalltor 1207, einen Druckumgehungsport 1237 und eine einstellbare Lüftungsöffnung 1238 umfassen. Das Vorrichtungsgehäuse kann eine MEMS-Struktur 1201, eine Stützstruktur 1202, eine Deckelstruktur 1203 und einen Erfassungselektronikblock 1204 umfassen. Die MEMS-Struktur 1201 kann eine Rückplatte 1221 und eine Membran 1211 umfassen. Die Membran kann einen Raum 1205 mit einem Druck A von einem Raum 1206 mit einem Druck B trennen. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1238 kann den Raum 1205 von einem Raum 1236 mit einem Druck C trennen. Eine Kombination des Druckumgehunsports 1237 und der einstellbaren Lüftungsöffnung 1238 kann einen Leitweg für Signale vorsehen, die in das Schalltor 1207 im Raum 1205 eintreten, wobei eine große Druckdifferenz zwischen A im Raum 1205 und B im Raum 1206 oder C im Raum 1236 in den Raum 1236 zu reduzieren ist. Dieses Beispiel zeigt, dass es nicht notwendig ist, die einstellbare Lüftungsöffnung in die Vorrichtung oder die MEMS-Struktur einzubauen, sondern dass sie in vielen Anwendungen effektiv als Teil des Gehäuses funktionieren kann.
14a und 14b zeigen ein alternatives Beispiel, das eine MEMS-Struktur 1400 umfasst. 14a zeigt eine Draufsicht der Struktur 1400, welche eine Membran 1401 umfasst, die von einer Feder rund um den Umfang getragen wird. Die Feder kann aus der Membran 1401 bestehen, wobei Schlitze 1402 aus ausgewählten Bereichen entfernt sind. Wie veranschaulicht, kann der Ausleger von einem federförmigen Spalt so umgeben sein, dass wenigstens zwei Bereiche des Spalts an einen Bereich (in diesem Fall jede Seite) des Auslegers angrenzen. Obwohl die Schlitze durch quadratische Ecken verbunden gezeigt sind, könnten diese Ecken alternativ dazu abgerundet sein.
14b zeigt eine Querschnittansicht, die einem Querschnitt 14b in 14a entnommen ist, wenn die Abzugsöffnung in einer geöffneten Position ist. Die Membran 1401 kann den Raum 1406 mit einem Druck A von einem Raum 1407 mit einem Druck B trennen. Die Breite der Schlitze 1402 kann durch einen Öffnungsspalt 1404 vorgegeben sein. Die Membran 1401 kann am Substrat 1405 angebracht sein. In 14b ist die Membran in großer Verschiebung gezeigt, wobei der Druck A im Raum 1406 viel größer sein kann als der Druck B im Raum 1407. In diesem Fall einer hohen Druckdifferenz kann die Membran 1401 weiter abgelenkt werden als die Membrandicke, wodurch eine stark erhöhte Ventilation vorgesehen wird.
Die 12, 13a bis 13d und 14a bis 14b zeigen eine Reihe von Beispielen mit der ausdrücklichen Absicht hervorzuheben, dass eine einstellbare Lüftungsöffnung in einen beliebigen Teil einer MEMS-Struktur, eines Vorrichtungsgehäuses, einer Einhausung, eines Substrats oder einen beliebigen Teil des gesamten Systems eingebaut werden kann. In diesen Beispielen kann die einstellbare Lüftungsöffnung einen ersten Raum, der mit einer Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum, üblicherweise in Kontakt mit einer gegenüberliegenden Seite der Membran, trennen. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass der zweite Raum mit der gegenüberliegenden Seite der Membran in Kontakt steht.
15 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Querschnitts einer Vorrichtung 1500 gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 1500 kann eine Gehäusestützstruktur 1502 und eine MEMS-Struktur 1201 umfassen. Die MEMS-Struktur 1201 kann ein Substrat 1510 umfassen, das mit der Gehäusestützstruktur 1502 mechanisch verbunden ist. Die MEMS-Struktur 1201 kann mit der Gehäusestützstruktur 1502 in einer indirekten Weise mechanisch verbunden sein, z. B. über dazwischen angeordnete Elemente oder Schichten. Die MEMS-Struktur 1201 kann ferner eine Membran 1211 umfassen, die mit dem Substrat 1510 in einer direkten Weise oder in einer indirekten Weise über dazwischen angeordnete Elemente und/oder Materialschichten mechanisch verbunden ist. Die Membran 1211 kann einen ersten Raum 1205, der mit einer ersten Seite der Membran 1211 in Kontakt steht, und einen zweiten Raum 1206, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran 1211 in Kontakt steht, trennen. Die Vorrichtung 1500 kann ferner ein Schalltor 1207 umfassen, die mit der Membran 1211 an der ersten Seite der Membran akustisch gekoppelt ist, wobei das Schalltor 1207 in der Gehäusestützstruktur 1502 und dem Substrat 1510 gebildet ist. Die Vorrichtung 1500 kann auch einen Lüftungsweg 1537, 1538 durch die Gehäusestützstruktur 1502 umfassen, der sich von dem Schalltor 1207 zum zweiten Raum 1206 erstreckt.
In einem Mikrofonsystem kann es notwendig sein, dass die Membran gegen einen Überdruck geschützt wird, der in plötzlichen Schlagereignissen entstehen kann, die beispielsweise durch ein Fallenlassen verursacht werden. Eine sehr robuste Membran könnte in Bezug auf die Empfindlichkeit und Herstellbarkeit suboptimal sein. Als Alternative könnte eine Ventilation durch Klappen in der Membran oder durch Konstruktionsschutzmittel in der Anwendung als Beispiele vorgesehen werden. Das Konstruktionsschutzmittel könnte das Einbringen von einer Abdichtung und Dämpfungsmaterialien in das Schalltor sein. Gemäß einer Ausführungsform von 15 und möglicherweise wenigstens einer der nachfolgenden Figuren kann vorgeschlagen werden, dass die Ventilation im Gehäuse eines Bodenöffnungs-Mikrofons konstruiert werden kann. Ein Lüftungsweg kann in einer Basis-PCB-Platte des Gehäuses definiert werden, der von dem Schalltor (vorderes Volumen oder „erster Raum”) zum inneren Volumen (Rückvolumen oder „zweiter Raum”) gerichtet ist. Es kann zweckmäßig sein, dass dieser Lüftungsweg nur im Fall eines Überdrucks geöffnet wird. Zu diesem Zweck kann ein Ventilelement in den Lüftungsweg eingebracht werden. Dieses Ventil oder Ventilelement kann z. B. eine Kautschukschicht, einen Polymerfilm, ein Stück eines flexiblen Substrats, etc., umfassen, so dass es sich unter einem Druck von mehr als z. B. 200 Pa öffnen kann. Das Ventilelement kann flexibel sein, um in eine Ruheposition zu gelangen, wenn normaler akustischer Druck in den Wandler eintritt. Mit anderen Worten kann ein mit einem Ventil versehener Lüftungsweg von dem Schalltor zum Rückvolumen vorgesehen werden.
Typischerweise kann der Lüftungsweg 1537, 1538 in der Gehäusestützstruktur 1502 relativ leicht und mit niedrigen Kosten hergestellt werden. Da der Lüftungsweg das Schalltor 1207 mit dem zweiten Raum 1206 verbindet, der mit der Membran 1211 an der gegenüberliegenden Seite in Kontakt steht, kann ein Überdruck innerhalb des Schalltors 1207 direkt in den zweiten Raum abgeführt werden, so dass der Überdruck innerhalb des Schalltors 1207 nicht nur reduziert werden kann (wie beispielsweise im Fall mit den Ausführungsformen gemäß 13d), sondern gleichzeitig der Druck innerhalb des zweiten Raums 1206 erhöht werden kann. Als Ergebnis kann die Membran 1211 typischerweise besser und/oder schneller gegen plötzlich auftretende Überdruckereignisse an dem Schalltor 1207 geschützt werden. Nachdem das Überdruckereignis an dem Schalltor g 1207 geendet hat, kann typischerweise ein Überdruck im zweiten Raum 1206 zurückbleiben, der zu dem Schalltor 1207 durch ein Ventilationsloch 140 (1b) langsam abgeführt werden kann, das ausgelegt ist, einen statischen Druckausgleich vorzusehen. In der Alternative kann ein statischer Druckausgleich durch den Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737 auftreten. Falls der Lüftungsweg ein mit einem Ventil versehener Lüftungsweg ist, kann die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 gestatten, dass eine kleine Menge an Luft oder Fluid vom zweiten Raum 1206 zu dem Schalltor 1207 strömt.
Die Vorrichtung 1500 kann ferner eine einstellbare Lüftungsöffnung 1208 umfassen, die ausgelegt ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Schalltor 1207 und dem zweiten Raum 1206 zu reduzieren, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 passiv betätigt werden kann als Funktion der Druckdifferenz zwischen dem ersten Raum 1205 und dem zweiten Raum 1206.
Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann eine nachgiebige Klappe umfassen, die an einer Fläche der Gehäusestützstruktur 1502 angebracht ist, welche Fläche mit dem zweiten Raum 1206 in Kontakt steht.
Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann wenigstens eines von einer Kautschukschicht, einem Polymerfilm, einem Stück eines flexiblen Substratmaterials und einer nachgiebigen Metallschicht umfassen. Zusätzlich, oder alternativ dazu, kann die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 einen Ausleger umfassen.
Der Lüftungsweg 1537, 1538 kann ein mit einem Ventil versehener Lüftungsweg sein, der ausgelegt ist, sich ansprechend auf einen Überdruck an dem Schalltor 1207 in Bezug auf den zweiten Raum 1206 zu öffnen und ansonsten eine geschlossene Ruheposition einzunehmen.
Für die in 15 gezeigte Ausführungsform kann die Gehäusestützstruktur 1502 drei Schichten 1532, 1534 und 1536 umfassen. Der Lüftungsweg 1537, 1538 kann einen länglichen Ausschnitt 1537 in der mittleren Schicht 1534 umfassen, der sich lateral von dem Schalltor 1207 zu einer lateralen Position erstrecken kann, die nicht unterhalb des Substrats 1510 ist. Der Lüftungsweg kann ferner ein Loch 1538 in der oberen Schicht 1532 der Gehäusestützstruktur 1502 an der genannten lateralen Position umfassen. Das Loch 1538 kann durch die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 temporär geschlossen werden. Wenn die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 temporär offen sein kann (z. B. wegen eines Überdrucks in dem Schalltor 1207 relativ zum zweiten Raum 1206), kann sich das Loch 1538 zum zweiten Raum 1206 öffnen.
Die ASIC 1204 und/oder die MEMS-Struktur kann durch Kontaktpads 1592, 1594, 1596 elektrisch verbunden sein, die an einer Bodenfläche der Gehäusestützstruktur 1502 gebildet sind. Elektrische Verbindungen 1593 durch die Gehäusestützstruktur 1502 können auch vorgesehen sein. Ferner kann die ASIC 1204 mit der MEMS-Struktur 1201 durch einen Bonddraht oder eine ähnliche elektrische Verbindung elektrisch verbunden sein.
Die Gehäusestützstruktur 1502 kann wenigstens zwei Schichten umfassen. Wenigstens eine erste Schicht davon ist strukturiert, um lateral den Lüftungsweg zu definieren, und wenigstens eine zweite Schicht davon begrenzt den Lüftungsweg in einer normalen Richtung in Bezug auf eine planare Erweiterung der wenigstens zwei Schichten.
16 und 17 zeigen schematische perspektivische Ansichten von Querschnitten gemäß weiteren Ausführungsformen. Die Vorrichtung 1600 gemäß der in 16 gezeigten Ausführungsform kann eine Gehäusestützstruktur 1602 mit zwei Schichten 1532 und 1534 umfassen. Der Lüftungsweg kann als länglicher Ausschnitt 1637 in der oberen Schicht 1532 gebildet werden. Der längliche Ausschnitt 1637 kann durch das Substrat 1510 der MEMS-Struktur 1201 teilweise bedeckt werden. Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann dem Substrat 1510 benachbart sein.
Gemäß 17 kann die Gehäusestützstruktur 1702 eine einzelne Schicht umfassen, und der Lüftungsweg kann durch eine Vertiefung 1737 in der einzelnen Schicht der Gehäusestützstruktur 1702 gebildet werden. Die Vertiefung 1737 kann teilweise durch das Substrat 1510 der MEMS-Struktur 1201 bedeckt werden.
Die Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702 kann wenigstens eines von einer Vertiefung und einem Kanal umfassen, die bzw. der sich in lateraler Richtung von dem Schalltor 1207 zu einer Position außerhalb einer Grundfläche des Substrats 1510 erstreckt, wo sie bzw. er sich zu einer Fläche der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702 öffnen kann, wobei die genannte Fläche mit dem zweiten Raum 1206 in Kontakt steht.
18 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Querschnitts gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Vorrichtung 1800 gemäß der Ausführungsform in 18 kann eine Gehäusestützstruktur 1802 umfassen. Das Schalltor 1207 kann durch eine erste Öffnung in der Gehäusestützstruktur 1802 gebildet werden und kann sich innerhalb des Substrats 1510 fortsetzen, bis er mit dem ersten Raum 1205 zusammenfallt. Der Lüftungsweg 1837 kann durch eine zweite Öffnung in der Gehäusestützstruktur 1802 gebildet werden, wobei die zweite Öffnung 1837 der ersten Öffnung 1207 benachbart ist. Die erste Öffnung 1207 und die zweite Öffnung 1837 können sich beide zwischen einer ersten Fläche der Stützstruktur und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche der Stützstruktur erstrecken. Die erste Fläche kann der planaren Fläche der Gehäusestützstruktur 1802 entsprechen, welche in 18 als untere Fläche dargestellt ist, die mit einer Struktur 1830 auf Anwendungsebene in Kontakt steht. Die zweite Fläche der Gehäusestützstruktur 1802 kann die Fläche sein, die dem zweiten Raum 1206 großteils benachbart ist, ausgenommen wo sie von dem Substrat 1510 oder der ASIC 1204 oder möglichen anderen Komponenten bedeckt wird, die an der genannten zweiten Fläche montiert sind.
Ein Überdruck, der an dem Schalltor 1207 auftreten kann, kann über den Lüftungsweg 1837 effizient abgeführt werden. Der Überdruck kann zuerst entlang eines Bereichs der Bodenfläche der Gehäusestützstruktur 1802 fließen, wobei sich der genannte Bereich zwischen dem Schalltor 1207 und der Öffnung 1837 erstreckt, die ein Teil des Lüftungswegs sein kann. Dann kann der Überdruck entlang der Öffnung 1837 fließen, kann die einstellbare Lüftungsöffnung (Klappe) 1208 öffnen und kann in den zweiten Raum 1206 freigesetzt werden. Wie in den Ausführungsformen gemäß 15 bis 17, kann der Lüftungsweg in 18 durch die Gehäusestützstruktur 1802 gehen und kann sich von dem Schalltor 1207 zum zweiten Raum 1206 erstrecken.
Das Schalltor 1207 und der Lüftungsweg 1837 können sich beide von einem gemeinsamen Flächenbereich 1889 innerhalb der ersten Fläche der Gehäusestützstruktur 1802 erstrecken, der einem Schallloch 1882 entsprechen kann, das innerhalb einer Anwendungsschichtstruktur 1830 gebildet ist. Die Anwendungsschichtstruktur 1830 kann beispielsweise die Leiterplatte (PCB) eines Mobiltelefons, oder das Gehäuse, oder die PCB plus dem Gehäuse eines Mobiltelefons, eines SmartPhones, eines Tablet-Computers, einer Digitalkamera oder einer anderen elektronischen Vorrichtung sein. Die Vorrichtung 1800 kann typischerweise vorgesehen werden für z. B. einen Mobiltelefonhersteller als Zulieferteil, um in das Mobiltelefon, etc., durch den Mobiltelefonhersteller integriert zu werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können sich das Schalltor 1207 und der Lüftungsweg 1837 vom gemeinsamen Flächenbereich innerhalb der ersten Fläche der Gehäusestützstruktur 1802 erstrecken, der von einer Dichtung 1894, einem Lötring, einem Lötring mit Dichtungseigenschaften oder einem ähnlichen Element begrenzt werden kann.
Die Vorrichtung und/oder die MEMS-Struktur kann ein Bodenöffnungs-Schallwandler sein.
Die Vorrichtung kann ferner ein Gehäuse 1203 umfassen, das mit der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702, 1802 mechanisch verbunden ist und den zweiten Raum 1206 umschließt.
Der Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737, 1837 kann an einer Position einer Fläche der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702 enden, wobei die genannte Position lateral vom Substrat 1510 verschoben ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine Vorrichtung 1500, 1600, 1700, 1800 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702, 1802 und eine Membran 1211 umfassen, die mit der Stützstruktur mechanisch verbunden ist. Die Membran 1211 kann einen ersten Raum 1205, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, und einen zweiten Raum 1206, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran 1211 in Kontakt steht, trennen. Die Vorrichtung 1500, 1600, 1700 kann ferner ein Schalltor 1207 umfassen, der mit der Membran 1211 an der ersten Seite der Membran akustisch gekoppelt ist, wobei das Schalltor 1207 in der Stützstruktur gebildet ist. Die Vorrichtung kann auch eine einstellbare Lüftungsöffnung 1208 umfassen, die mit dem Schalltor 1207 akustisch gekoppelt ist und an einer Fläche der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702 gebildet ist, welche einstellbare Lüftungsöffnung 1208 ausgelegt ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Schalltor und dem zweiten Raum zu reduzieren, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 als Funktion der Druckdifferenz zwischen dem Schalltor 1207 und dem zweiten Raum 1206 betätigt werden kann.
Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann einen Ausleger umfassen, der mit der Fläche der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702 im Wesentlichen bündig ist, während er in einer Ruheposition ist, und wobei eine Spitze des Auslegers ausgelegt sein kann, von der Fläche der Stützstruktur weg, ansprechend auf einen Überdruck innerhalb des Schalltors 1207 relativ zum zweiten Raum 1206, ausgelenkt zu werden.
Die Vorrichtung kann ferner einen Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737, 1837 umfassen, der in der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702, 1802 gebildet ist, wobei sich der Lüftungsweg von dem Schalltor 1207 zur einstellbaren Lüftungsöffnung 1208 erstreckt.
Die Stützstruktur kann wenigstens zwei Schichten 1532, 1534, 1536 umfassen, wobei wenigstens eine erste Schicht davon strukturiert ist, um lateral den Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737 von dem Schalltor 1207 zum zweiten Raum 1206 zu definieren, und wenigstens eine zweite Schicht der wenigstens zwei Schichten den Lüftungsweg in einer normalen oder orthogonalen Richtung in Bezug auf eine planare Erweiterung der wenigstens zwei Schichten 1532, 1534, 1536 begrenzt.
Die Vorrichtung kann ferner eine Rückplatte 1221 umfassen, die in einer Spaltdistanz von der Membran 1211 beabstandet ist.
Weitere Ausführungsformen sehen eine Vorrichtung vor, die umfasst: eine MEMS-Struktur 1201, welche ein Substrat 1510 und eine Membran 1211 umfassen kann, die mit dem Substrat 1510 mechanisch verbunden ist. Die Membran 1211 kann einen ersten Raum 1205, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum 1206, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht, trennen. Die Vorrichtung kann ferner ein Gehäuse 1203, das die MEMS-Struktur 1201 umschließt, und ein im Gehäuse 1203 gebildetes Schalltor 1207 umfassen, wobei das Schalltor 1207 akustisch mit dem ersten Raum 1205 gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann auch einen Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737, 1837 durch das Gehäuse 1203 umfassen, der sich von dem Schalltor 1207 zum zweiten Raum 1206 erstreckt.
Die Vorrichtung kann ferner eine einstellbare Lüftungsöffnung 1208 innerhalb des Lüftungswegs 1537, 1538, 1637, 1737, 1837 oder diesem benachbart umfassen, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung passiv als Funktion einer Druckdifferenz zwischen dem Schalltor 1207 und dem zweiten Raum 1206 betätigt werden kann.
Die einstellbare Lüftungsöffnung 1208 kann einen Ausleger umfassen.
Das Gehäuse 1203 kann einen Deckel und eine Stützstruktur umfassen, wobei die MEMS-Struktur 1201 mit der Gehäusestützstruktur 1502, 1602, 1702, 1802 mechanisch verbunden ist, und wobei die Stützstruktur das Schalltor 1207 und den Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737, 1837 umfassen kann.
Das Gehäuse 1203 kann z. B. eine Leiterplatte als Gehäusestützstruktur 1502 umfassen, und das Schalltor 1207 und der Lüftungsweg 1537, 1538, 1637, 1737 können in der Leiterplatte gebildet sein.
Wie Fachleute erkennen werden, wird eine einstellbare Lüftungsöffnung oft eine Vielzahl einstellbarer Lüftungsöffnungen für eine bessere Leistung in den drei vorstehend beschriebenen Fällen umfassen. So umfassen spezifische Ausführungsformen der Erfindung eine Vielzahl einstellbarer Lüftungsöffnungen, die in einer beliebigen der vorstehend beschriebenen Strukturen oder in beliebigen Kombinationen der vorstehend beschriebenen Strukturen enthalten sind (z. B. Membranen, Rückplatten, Substrate, Stützstrukturen, Deckelstrukturen, Gehäuse, Einhausung, etc.).
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile detailliert beschrieben wurden, ist es klar, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und Abänderungen hierin vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung, wie durch die beigeschlossenen Ansprüche definiert, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Stützstruktur; ein Schalltor, das in in der Stützstruktur angeordnet ist; eine MEMS-Struktur, die eine akustisch mit dem Schalltor gekoppelte Membran umfasst, wobei die Membran einen ersten Raum, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht, trennt; und einen einstellbaren Lüftungsweg, der in der Stützstruktur angeordnet ist und sich von dem Schalltor zum zweiten Raum erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine einstellbare Lüftungsöffnung, die ausgelegt ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Schalltor und dem zweiten Raum zu reduzieren, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung als Funktion der Druckdifferenz zwischen dem ersten Raum und dem zweiten Raum betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die einstellbare Lüftungsöffnung eine Klappe umfasst, die an einer Fläche der Stützstruktur angebracht ist, wobei die genannte Fläche mit dem zweiten Raum in Kontakt steht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die einstellbare Lüftungsöffnung wenigstens eines von einer Kautschukplatte, einem Polymerfilm, einem Stück eines flexiblen Substratmaterials und einer nachgiebigen Metallplatte umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher die einstellbare Lüftungsöffnung einen Ausleger umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Lüftungsweg ein mit einem Ventil versehener Lüftungsweg ist, der ausgelegt ist, sich ansprechend auf einen Überdruck an dem Schalltor in Bezug auf den zweiten Raum zu öffnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Stützstruktur wenigstens eines von einer Vertiefung und einem Kanal umfasst, die bzw. der sich in lateraler Richtung von dem Schalltor zu einer Position außerhalb einer Grundfläche der MEMS-Struktur erstreckt, wo sie bzw. er sich zu einer Fläche der Stützstruktur öffnet, die mit dem zweiten Raum in Kontakt steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Stützstruktur wenigstens zwei Schichten umfasst, wobei wenigstens eine erste Schicht davon strukturiert ist, um lateral den Lüftungsweg zu definieren, und wenigstens eine zweite Schicht davon den Lüftungsweg in einer normalen Richtung in Bezug auf eine planare Erweiterung der wenigstens zwei Schichten begrenzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung ein Bodenöffnungs-Schallwandler ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend ein Gehäuse, das mit der Stützstruktur mechanisch verbunden ist und den zweiten Raum umschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher der Lüftungsweg an einer Position einer Fläche der Stützstruktur endet, wobei die genannte Position von der MEMS-Struktur lateral verschoben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher das Schalltor eine erste Öffnung in der Stützstruktur umfasst, und bei welcher der Lüftungsweg eine zweite Öffnung in der Stützstruktur benachbart der ersten Öffnung umfasst, wobei sich die erste Öffnung und die zweite Öffnung beide zwischen einer ersten Fläche der Stützstruktur und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche der Stützstruktur erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher sich das Schalltor und der Lüftungsweg beide aus einem Schallloch erstrecken, das innerhalb einer Anwendungsschichtstruktur benachbart der ersten Fläche der Stützstruktur gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend wenigstens eines von einer Dichtung, einem Lötring und einem Lötring mit Dichtungseigenschaften an der ersten Fläche der Stützstruktur.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher wenigstens eines von der Dichtung, dem Lötring, und dem Lötring mit Dichtungseigenschaften die erste Öffnung und die zweite Öffnung umgibt.
Vorrichtung, umfassend: eine Stützstruktur; eine Membran, die einen ersten Raum, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, und einen zweiten Raum, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht, trennt; ein Schalltor, das mit der Membran an der ersten Seite der Membran akustisch gekoppelt ist, wobei das Schalltor in der Stützstruktur gebildet ist; und eine einstellbare Lüftungsöffnung, die mit dem Schalltor akustisch gekoppelt ist und an einer Fläche der Stützstruktur gebildet ist, welche einstellbare Lüftungsöffnung ausgelegt ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Schalltor und dem zweiten Raum zu reduzieren, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung als Funktion der Druckdifferenz zwischen dem Schalltor und dem zweiten Raum betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die einstellbare Lüftungsöffnung einen Ausleger umfasst, der mit der Fläche der Stützstruktur bündig ist, während er in einer Ruheposition ist, und wobei eine Spitze des Auslegers ausgelegt ist, von der Fläche des Substrats weg, ansprechend auf einen Überdruck innerhalb des Schalltors relativ zum zweiten Raum, auszulenken.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, ferner umfassend einen Lüftungsweg, der in der Stützstruktur gebildet ist, wobei sich der Lüftungsweg von dem Schalltor zur einstellbaren Lüftungsöffnung erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei welcher die Stützstruktur wenigstens zwei Schichten umfasst, wobei wenigstens eine erste Schicht davon strukturiert ist, um lateral einen Lüftungsweg von dem Schalltor zum zweiten Raum zu definieren, und wenigstens eine zweite Schicht der wenigstens zwei Schichten den Lüftungsweg in einer normalen Richtung in Bezug auf eine planare Erweiterung der wenigstens zwei Schichten begrenzt.
Vorrichtung, umfassend: eine MEMS-Struktur, umfassend eine Membran, die einen ersten Raum, der mit einer ersten Seite der Membran in Kontakt steht, von einem zweiten Raum, der mit einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran in Kontakt steht, trennt; ein Gehäuse, das die MEMS-Struktur umschließt; ein Schalltor, das im Gehäuse gebildet ist, wobei das Schalltor mit dem ersten Raum akustisch gekoppelt ist; einen Lüftungsweg durch das Gehäuse, der sich von dem Schalltor zum zweiten Raum erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, ferner umfassend eine einstellbare Lüftungsöffnung innerhalb des Lüftungswegs oder diesem benachbart, wobei die einstellbare Lüftungsöffnung als Funkton einer Druckdifferenz zwischen dem Schalltor und dem zweiten Raum betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher die einstellbare Lüftungsöffnung einen Ausleger umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei welcher das Gehäuse einen Deckel und eine Stützstruktur umfasst, wobei die MEMS-Struktur mit der Stützstruktur mechanisch verbunden ist, wobei die Stützstruktur das Schalltor und den Lüftungsweg umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei welcher das Gehäuse eine Leiterplatte umfasst, und bei welcher das Schalltor und der Lüftungsweg in der Leiterplatte gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei welcher das Schalltor eine erste Öffnung im Gehäuse umfasst, und bei welcher der Lüftungsweg eine zweite Öffnung im Gehäuse benachbart der ersten Öffnung umfasst, wobei sich die erste Öffnung und die zweite Öffnung beide zwischen einer ersten Fläche des Gehäuses und einer gegenüberliegenden zweite Fläche des Gehäuses erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei welcher sich das Schalltor und der Lüftungsweg von einer gemeinsamen Flächenregion innerhalb der ersten Flache des Gehäuses erstrecken, der von wenigstens einem von einer Dichtung, einem Lötring und einem Lötring mit Dichtungseigenschaften begrenzt wird.