DE102016101863B4

DE102016101863B4 - Wandler mit Temperatursensor

Info

Publication number: DE102016101863B4
Application number: DE102016101863.5A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Ulrich Krumbein
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: CN105848080A; US20160221822A1; US9967679B2; DE102016101863A1; KR20160095645A; CN105848080B; KR101798319B1

Abstract

Wandler (100), der Folgendes umfasst:
ein mikrotechnisch hergestelltes Element, das auf einem einzigen Rohchip (102; 102a-e; 500; 520) integriert ist,
wobei das mikrotechnisch hergestellte Element einen akustischen Wandler und einen Temperatursensor (120; 157; 182; 508) aufweist, und
eine integrierte Schnittstellenschaltung, die mit dem mikrotechnisch hergestellten Element gekoppelt und elektrisch mit dem akustischen Wandler und dem Temperatursensor (120; 157; 182; 508)gekoppelt ist,
wobei der Temperatursensor eine Erfassungsplatte, die ausgewählt ist aus einer Rückplatte (524), einer ersten Rückplatte (114), einer zweiten Rückplatte (118) oder einer Membran (116; 506; 528) des akustischen Wandlers, umfasst, wobei die Erfassungsplatte mit Kontakten (170, 172, 174, 178) zum Messen eines Schichtwiderstands der Erfassungsplatte eingerichtet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Wandler (engl. Transducer) und, bei besonderen Ausführungsformen, Wandler mit integriertem Temperatursensor.
Hintergrund
Wandler im Sinne dieser Anmeldung wandeln Signale oder Größen von einem Bereich zu einem anderen um und werden oft in Sensoren verwendet. Ein herkömmlicher Sensor mit einem Wandler, den man im Alltag antrifft, ist ein Mikrofon, das Schallwellen (d.h. akustische Signale) in elektrische Signale umwandelt. Ein anderes Beispiel für einen herkömmlichen Sensor bzw. Wandler ist ein Thermometer. Unterschiedliche Wandler existieren, die als Thermometer dienen, indem sie Temperatursignale in elektrische Signale umwandeln.
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS), die auf Sensoren basieren, weisen eine Familie von Wandlern, die unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken erzeugt werden. MEMS, wie zum Beispiel ein MEMS-Mikrofon, sammeln Informationen von der Umgebung, indem sie die Änderung eines physikalischen Zustands in dem Wandler messen und ein umgeformtes Signal zu Verarbeitungselektronik, die mit dem MEMS-Sensor verbunden ist, übertragen. MEMS-Vorrichtungen können durch Mikrobearbeitungs- Herstellungstechniken ähnlich denen, die für integrierte Schaltkreise verwendet werden, hergestellt werden.
MEMS-Vorrichtungen können konzipiert werden, um zum Beispiel als Oszillatoren, Resonatoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren, Mikrofone und Mikrospiegel zu arbeiten. Viele MEMS-Vorrichtungen verwenden kapazitive Erfassungstechniken zum Umformen der physikalischen Erscheinung in elektrische Signale. Bei solchen Anwendungen wird die Kapazitanzänderung in dem Sensor in ein Spannungssignal umgewandelt, indem Schnittstellenschaltungen verwendet werden.
Eine solche kapazitive Erfassungsvorrichtung ist ein MEMS-Mikrofon. Ein MEMS-Mikrofon hat im Allgemeinen eine ablenkbare Membran, die durch eine kleine Entfernung von einer starren Rückplatte getrennt ist. Als Reaktion auf eine Schalldruckwelle, die auf die Membran einfällt, wird sie zu oder von der Rückplatte weg abgelenkt, wodurch die Trennungsentfernung zwischen der Membran und der Rückplatte verändert wird. Im Allgemeinen bestehen die Membran und die Rückplatte aus leitfähigen Materialien und bilden „Platten“ eines Kondensators. Wenn sich die Entfernung, die dem Membran und die Rückplatte trennt, daher als Reaktion auf die einfallende Schallwelle ändert, ändert sich die Kapazitanz zwischen der „Platte“, und ein elektrisches Signal wird erzeugt.
MEMS-Mikrofone werden oft in der mobilen Elektronik verwendet, wie zum Beispiel für Tablet-Computer oder Mobiltelefone. Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Funktionalität dieser MEMS-Mikrofone zu steigern, um zusätzliche oder verbesserte Funktionalität für das elektronische System, das das MEMS-Mikrofon enthält, wie zum Beispiel für den Tablet-Computer oder das Mobiltelefon, bereitzustellen. Es ist eine Aufgabe, Möglichkeiten für eine derartige zusätzliche oder bessere Funktionalität bereitzustellen.
Die US 2014 / 0 169 405 A1 , die EP 2 784 462 A1 , die DE 10 2012 215 235 A1 , die DE 10 2007 014 468 A1 , die US 2006 / 0 075 820 A1 und die US 2007 / 0 013 014 A1 beschreiben jeweils Kombinationen von akustischen Wandlern mit Temperatursensoren wie Mikrofonen. Bei der EP 2 784 462 A1 ist hierfür ein temperaturabhängiger Widerstand auf einer Membran angeordnet, und die DE 10 2007 014 468 A1 beschreibt einen MEMS-Sensor mit piezoelektrischen Elementen auf einer Membran, die auch als Temperatursensoren dienen können.
Die DE 10 2010 008 044 A1 beschreibt einen als MEMS-System ausgebildeten akustischen Wandler ohne Temperatursensor.
Kurzdarstellung
Es wird ein Wandler nach Anspruch 1, 5, 13 oder 17 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Figurenliste
Im Sinne eines vollständigeren Verständnisses der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile, wird nun auf die folgenden Beschreibungen Bezug genommen, die verbunden mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, in welchen:

1 ein Systemblockschaltbild eines beispielhaften Sensors veranschaulicht,
2 eine Querschnittansicht eines beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht,
3 eine Draufsicht des beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht,
4 eine Querschnittansicht eines anderen beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht,
5 eine Draufsicht eines weiteren beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht,
6 eine Draufsicht noch eines weiteren beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht,
7 eine Querschnittansicht noch eines anderen beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht,
8 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Herstellungsprozesses für ein MEMS-Die veranschaulicht,
9 eine Skizze eines beispielhaften Sensorsystems veranschaulicht,
10 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Verfahrens veranschaulicht,
11 ein Systemblockschaltbild eines beispielhaften Elektroniksystems veranschaulicht,
12 eine Querschnittansicht noch eines anderen beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht, und
13 eine Querschnittansicht noch eines anderen beispielhaften MEMS-Die veranschaulicht.

Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren verweisen, außer wenn anders angegeben, allgemein auf entsprechende Teile. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsformen klar zu veranschaulichen und sind nicht unbedingt maßstabgerecht gezeichnet.
Ausführliche Beschreibung veranschaulichende Ausführungsformen
Die Herstellung und der Gebrauch diverser Ausführungsformen werden unten besprochen. Es ist jedoch klar, dass die diversen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, in einer umfangreichen Vielfalt spezifischer Kontexte gelten. Die spezifischen Ausführungsformen, die besprochen sind, sind nur für spezifische Arten des Herstellens und Verwendens diverser Ausführungsformen veranschaulichend und sollten nicht in einem beschränkten Umfang ausgelegt werden.
Es erfolgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf diverse Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, nämlich dem der Wandler, und genauer genommen integrierter MEMS-Mikrofone und Temperatursensoren. Von den im Folgenden beschriebenen Wandlern sind nur solche, die einen Mikrolautsprecher bilden, eine Membran oder eine Rückplatte als Temperatursensor verwenden oder solche, bei denen die Rückplatte mehrere Materialien aufweist, wobei die Materialien eingerichtet sind, um einen aktiven akustischen Erfassungsbereich von einem inaktiven akustischen Erfassungsbereich zu isolieren, und wobei das Temperaturerfassungselement auf dem aktiven akustischen Erfassungsbereich der Rückplatte ausgebildet ist, beanspruchte Ausführungsformen. Andere hier dargestellte Wandler, Systeme und Verfahren dienen lediglich der Erläuterung.
Einige der diversen hier beschriebenen Ausführungsformen weisen MEMS-Wandlersysteme, MEMS-Mikrofonsysteme, MEMS-Sensoren mit sowohl einem akustischen Wandler als auch einem Temperatursensor, und integrierte Temperatursensoren, die Thermistoren und Widerstands-Temperaturdetektoren (RTDs) aufweisen, auf. Bei anderen Ausführungsformen können Aspekte auch an andere Anwendungen angewandt werden, die irgendeinen Typ von Sensor oder Wandler gemäß irgendeiner im Stand der Technik bekannten Art involvieren.
In den vergangenen Jahren hat die mobile Elektronik große Schritte in der Bereitstellung zusätzlicher Funktionalität in einem kleineren Formfaktor vollbracht. Der Einschluss von Sensoren und erhöhter Verarbeitungsleistung hat zum Beispiel den Gebrauch von Tablet-Computern und Mobiltelefonen verwandelt. Sensoren weisen zum Beispiel Beschleunigungsmesser, Gyroskope, hochauflösende Kameras, Lichtsensoren, Mikrofone und sogar auf Berührung basierende Sensoren auf, die oft in diverse mobile Elektronik ganz selbstverständlich eingebaut werden. Gleichzeitig hat der Wettstreit im Bereich der Verbraucheranwendungen zu wesentlichen Bemühungen zum Minimieren des Formfaktors und Steigern des ästhetischen Anreizes mobiler Vorrichtungen geführt, während die Funktion gesteigert wurde.
Gemäß diversen Ausführungsformen die hier beschrieben sind, und in Übereinstimmung mit dem allgemeinen Trend, der oben beschrieben wurde, wird ein integrierter MEMS-Sensor, der sowohl einen akustischen Wandler als auch ein Mikrofon und einen Mikrolautsprecher sowie einen Temperatursensor auf einem Die aufweist, präsentiert. Man hat sich bemüht, ein nützliches Thermometer in diverse Vorrichtungen aufzunehmen. Bei diversen Anwendungen werden Thermometer jedoch oft durch unmittelbaren Kontakt mit der Anwendungsvorrichtung und dem Benutzer beeinflusst. Man hat sich bereits bemüht, Temperatursensoren aufzunehmen, die mit einer Leiterplatte (PCB) oder einem Vorrichtungsgehäuse oder Gehäuse verbunden sind. In solchen Fällen kann der Temperatursensor ein Signal erzeugen, das im Wesentlichen von der Wärme beeinflusst wird, die durch andere Bauteile innerhalb der Vorrichtung erzeugt wird, wie zum Beispiel Wärme, die durch die Leiterplatte übertragen wird, oder Wärme von dem Benutzer, wie zum Beispiel die Körpertemperatur. Bei Anwendungen, bei welchen Informationen, das heißt die Temperatur, über die externe Umgebung, die die Vorrichtung und den Benutzer umgibt, gewünscht werden, können frühere Anwendungen solches thermisches Rauschen von der Vorrichtung oder dem Benutzer enthalten. Gemäß diversen Ausführungsformen platziert das Integrieren eines Temperatursensors in ein MEMS-Mikrofon und in Kontakt mit dem Schallport des MEMS-Mikrofons den Temperatursensor in direkten Kontakt mit der externen Umgebung, während gleichzeitig der Kontakt mit Quellen, die thermisches Rauschen erzeugen, wie zum Beispiel der Benutzer, minimiert werden, wie zum Beispiel, wenn der Sensor mit dem Gehäuse oder anderen elektronischen Bauteilen, wie zum Beispiel einem Prozessor, der an einer Leiterplatte befestigt ist, verbunden ist. Bei diversen Ausführungsformen kann der Temperatursensor in den Körper des Substrats des MEMS-Die integriert sein, auf der Oberfläche des Substrats des MEMS-Die, oder kann auf irgendeiner der Erfassungsplatten des MEMS-Mikrofons integriert sein. Weitere Einzelheiten solcher beispielhafter Ausführungsformen sind unten unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 veranschaulicht ein Systemblockschaltbild eines beispielhaften Sensors 100, der das MEMS-Die 102 und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 104 aufweist. Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 102 einen akustischen Wandler und ein Temperaturerfassungselement auf, die beide durch die Öffnung oder den Schallport 106 mit einer Umgebung außerhalb des Sensors 100 gekoppelt sind. Das Mikrofon weist eine erste und eine zweite Erfassungsplatte auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das Mikrofon in dem MEMS-Die 102 eine perforierte starre Rückplatte und eine ablenkbare Membran auf. Schallwellen, die in das MEMS-Die 102 durch den Schallport 106 eintreten, bewirken, dass die ablenkbare Membran vibriert oder sich bewegt, wodurch die Trennebene zwischen der Membran und der Rückplatte vergrößert und ein umgeformtes akustisches Signal ASIG, das zu der ASIC 104 geliefert wird, erzeugt wird. Bei weiteren Ausführungsformen ist das Mikrofon ein Mikrofon mit doppelter Rückplatte, das eine zusätzliche perforierte starre Rückplatte aufweist. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist das Mikrofon als irgendeine Art von Membran basierend auf einem akustischen Wandler umgesetzt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Mikrofon zum Beispiel mit einer einzelnen Membran umgesetzt werden, wie zum Beispiel für optische Mikrofone oder piezoelektrische Mikrofone. Bei solchen Ausführungsformen kann der Erfassungsmechanismus nicht kapazitiv sein, wie zum Beispiel optisch oder piezoelektrisch. Bei noch anderen Ausführungsformen umfasst das MEMS-Die 102 einen auf einer Membran basierenden Lautsprecher, wie zum Beispiel einen MEMS-Mikrolautsprecher.
Bei diversen Ausführungsformen erzeugt das Temperaturerfassungselement in dem MEMS-Die 102 ein Temperatursignal TSIG, das zu der Temperatur proportional ist und liefert das Temperatursignal TSIG zu der ASIC 104. Das Temperaturerfassungselement in dem MEMS-Die 102 ist in denselben Halbleiter integriert wie das Mikrofon und kann zahlreiche Variationen von Erfassungselementen, wie weiter unten beschrieben, aufweisen. Das Temperaturerfassungselement kann zum Beispiel einen Ausbreitungswiderstand in dem Halbleitersubstrat aufweisen, eine Diode, die auf der Substratoberfläche oder in dem Substrat ausgebildet ist, einen Thermistor, der auf dem Substrat oder auf irgendeiner der Erfassungsplatten des Mikrofons ausgebildet ist, einen Widerstandstemperaturdetektor (RTD) oder ein Thermoelement, das in die Mikrofonstruktur integriert ist. Bei den diversen Ausführungsformen kann das MEMS-Die 102 zusätzliche Kontaktpads zur Schnittstellenbildung sowohl mit dem Mikrofon als auch dem Temperaturerfassungselement aufweisen. Das Temperaturerfassungselement kann in dem MEMS-Die 102 ausgebildet sein, um thermisch mit der externen Umgebung durch den Schallport 106 gekoppelt zu sein. Das Temperaturerfassungselement kann zum Beispiel in Kontakt mit der Luft in einem Hohlraum ausgebildet sein, der akustisch oder fluidtechnisch mit dem Schallport 106 gekoppelt ist.
Bei diversen Ausführungsformen kann die ASIC 104 ein Versorgungssignal oder ein Vorspannungssignal BIAS zu der MEMS-Die 102 liefern. Die ASIC 104 kann bei einigen Ausführungsformen irgendein Typ integrierter Schaltung sein.
Bei diversen Ausführungsformen ist das MEMS-Die 102 als ein einzelnes Halbleiter-Die ausgebildet. Ferner kann die ASIC 104 als eine einzelne integrierte Schaltung (IC) auf einem einzelnen Halbleiter-Die ausgebildet sein. Das Package 108 kann eine Leiterplatte mit MEMS-Die 102 und ASIC 104, die daran angebracht ist, aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen können die ASIC 104 und das MEMS-Die 102 auf ein und demselben Substrat oder ein und demselben Halbleiter-Die integriert sein. Bei den diversen Ausführungsformen können das MEMS-Die 102 und die ASIC 104 auf einem Substrat ausgebildet sein, das materiell anders ist als ein Halbleiter, wie zum Beispiel Leiter oder Isolatoren, und Polymere in spezifischeren Beispielen. Bei einigen Ausführungsformen sind die ASIC 104 und das MEMS-Die 102 direkt gemeinsam in dem Package 108 angebracht, wie zum Beispiel durch Flipchip-Bonding oder Wafer-Bonding.
Wie unten ausführlicher beschrieben, können beispielhafte MEMS-Mikrofone eine Membran und eine Rückplatte oder zwei Rückplatten in direkter Berührung zum Beispiel mit Luft, die durch einen Schallport zu der externen Umgebung durchgeht, haben. Bei einigen Ausführungsformen ist das Temperaturerfassungselement auf der Membran oder der Rückplatte ausgebildet und ebenfalls in direktem Kontakt mit Luft von der externen Umgebung. Zusätzlich kann das Temperaturerfassungselement von wärmeerzeugenden Elementen, die an einer Leiterplatte angebracht sind, die das MEMS-Die 102 trägt, getrennt sein, weil die Membran oder die Rückplatte, auf oder in welcher das Temperaturerfassungselement ausgebildet ist, von dem Substrat hängt, das Wärmetransfer von der Leiterplatte verringert oder eliminiert. Bei einigen Ausführungsformen können ähnliche Vorteile für Temperaturerfassungselemente auftreten, die auf oder in dem Substrat des MEMS-Die 102 ausgebildet sind.
2 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines beispielhaften MEMS-Die 102a, das eine Mikrofonstruktur mit doppelter Rückplatte aufweist, die eine beispielhafte Umsetzung des MEMS-Die 102, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, ist. Gemäß diversen Ausführungsformen ist das Mikrofon mit doppelter Rückplatte auf dem Substrat 110 über dem Hohlraum 112 ausgebildet und weist eine untere Rückplatte 114, eine Membran 116 und eine obere Rückplatte 118 auf. Die obere und die untere Rückplatte 114 und 118 können perforierte starre Strukturen, die aus mehreren Schichten gebildet sind, sein. Bei einigen Ausführungsformen weisen die obere 114 und untere 118 Rückplatte jeweils eine leitfähige Schicht auf, die zwischen der oberen und unteren Isolierschicht ausgebildet ist. Bei einer besonderen Ausführungsform ist die leitfähige Schicht aus Polysilikon ausgebildet, und die obere und untere Isolierschicht sind aus Silikonnitrid (SiN) ausgebildet. Andere Materialien können bei anderen Ausführungsformen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Membran 116 aus mehreren Schichten ausgebildet sein, wie zum Beispiel aus zwei oder mehr Schichten, die leitfähige und nicht leitfähige Materialien aufweisen.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist die untere Rückplatte 114 einen Widerstandsring 120 als ein Temperaturerfassungselement auf. Bei besonderen Ausführungsformen ist der Widerstandsring 120 aus Polysilikon umgeben von einem isolierenden Material, wie zum Beispiel SiN, ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsring 120, der ein Thermistor 120 genannt werden kann, aus einem halbleitenden Material ausgebildet sein, wie zum Beispiel aus Polysilikon, oder kann als ein Metall ausgebildet sein. Der Widerstandsring 120 kann in einem aktiven akustischen Erfassungsbereich, der den Hohlraum 112 überlagert, oder in einem inaktiven Erfassungsbereich, der das Substrat 110 überlagert, ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Widerstandsring 120 als ein Temperaturerfassungselement oder eine Membran 116 oder als eine obere Rückplatte 118 (nicht gezeigt) ausgebildet sein.
Bei besonderen Ausführungsformen wird das Mikrofon mit doppelter Rückplatte, das eine untere Rückplatte 114, eine Membran 116 und eine obere Rückplatte 118 aufweist, in Strukturschichten 123 und 124 ausgebildet. Die Strukturschichten 123 und 124 können Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder andere Materialien, die gemustert (vom Englischen „patterning“, also eine Strukturierung) werden können, sein. Kontaktpads 126, 128, 130 und 132 stellen jeweils elektrische Verbindung durch Strukturschichten 123 und 124 zu dem Substrat 110, der unteren Rückplatte 114, der Membran 116 und zu der oberen Rückplatte 132 bereit. Die Kontaktpads 126, 128, 130 und 132 können aus einem leitfähigen Material ausgebildet sein, wie zum Beispiel aus einem Halbleitermetall. Die Isolation oder Isolationsschicht 122 kann auch über die Kontaktpads 126, 128, 130 und 132 ausgebildet werden. Obwohl er in 2 nicht gezeigt ist, kann der Widerstandsring 120 mit zusätzlichen Kontaktpads 134 und 136, die in der Strukturschicht 124 ausgebildet sind, gekoppelt werden, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 veranschaulicht eine Draufsicht eines beispielhaften MEMS-Die 102a, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Gemäß diversen Ausführungsformen sind die obere Rückplatte 118, Membran 116 und untere Rückplatte 114 (nicht gezeigt) über dem Hohlraum 112 (nicht gezeigt) auf dem Substrat 110 ausgebildet. Bei solchen Ausführungsformen ist der Widerstandsring 120, der auch Thermistor 120 genannt werden kann, in der oberen Rückplatte 118 zwischen Kontaktpads 134 und 136 ausgebildet gezeigt. Die obere Rückplatte 118 weist Perforierungen 138 auf und wird elektrisch von dem Kontaktpad 132 kontaktiert. Das Kontaktpad 126 ist elektrisch mit dem Substrat 110 verbunden, und das Kontaktpad 130 ist elektrisch mit der Membran 116 gekoppelt. Die Strukturschichten 123 und 124 werden zur Vereinfachung der Veranschaulichung weggelassen.
Zur Einfachheit der Veranschaulichung, ist die obere Rückplatte 118 in 3 mit dem Widerstandsring 120 als ein Teil der Rückplatte ausgebildet gezeigt, zum Beispiel in oder auf der Rückplatte ausgebildet, während die untere Rückplatte 114 in 2 mit dem Widerstandsring 120 veranschaulicht ist. Bei diversen Ausführungsformen kann der Widerstandsring 120 in oder auf der oberen Rückplatte 118 oder auf der unteren Rückplatte 114 ausgebildet sein. Bei weiteren Ausführungsformen können die Widerstandsringe 120 sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Rückplatte 114 und 118 ausgebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsring 120 auf oder in der Membran 116 ausgebildet sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen, weist der Widerstandsring 120 leitfähiges Material 140 zwischen Isolationsmaterialien 142 und 144 auf. Bei einer besonderen Ausführungsform sind die Isolationsmaterialien 142 und 144 SiN und das leitfähige Material 140 ist Polysilikon. Bei anderen Ausführungsformen kann das leitfähigem Material 140 zum Beispiel aus anderen halbleitenden Materialien oder Metallen ausgebildet sein, und die Isolationsmaterialien 142 und 144 können zum Beispiel aus anderen Isolatoren ausgebildet sein. Bei einer besonderen Ausführungsform ist das leitfähige Material 140 Platin. Gemäß diversen Ausführungsformen grenzt die Freigabelinie 146 den freigegebenen Abschnitt der Membran 116 und der oberen Rückplatte 118 von dem stationären Abschnitt der Membran 116 und der oberen Rückplatte 118 ab. Bei einigen Ausführungsformen grenzt die Freigabelinie 146 den aktiven akustischen Erfassungsbereich innerhalb der Freigabelinie 146 von dem inaktiven akustischen Erfassungsbereich außerhalb der Freigabelinie 146 ab.
Bei diversen Ausführungsformen kann der Widerstandsring 120, wie veranschaulicht, eine ringförmige Struktur sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Thermistor 120 in irgendeiner Form als ein Leitungswiderstand oder Widerstand des Mäandertyps ausgebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Thermistor 120 als ein Widerstand des Mäandertyps ausgebildet sein, der in Kreisen läuft oder über die Rückplatte oder Membran im Zickzack läuft. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Thermistor 120 ein kurzer Leitungswiderstand sein, der in irgendeinen Abschnitt entweder der Rückplatte oder der Membran platziert wird.
Bei diversen Ausführungsformen, wie unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben, kann der Widerstand des Widerstandsrings 120 von der Temperatur abhängen. Eine Temperatur wird festgelegt oder ein Temperatursignal proportional zur Temperatur wird erzeugt, indem eine Spannung oder ein Strom zu dem Widerstandsring 120 an den Kontaktpads 134 und 136 bereitgestellt wird. Der entsprechende Strom oder die entsprechende Spannung wird gemessen, und die Variation des Widerstands beeinflusst den gemessenen Strom oder die gemessene Spannung aufgrund der Temperaturvariation. Unter Verwendung dieser Informationen kann die Temperatur bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Kalibrierungssequenz ausgeführt, um die Beziehung zwischen Signalen, die von dem Widerstandsring 120 gemessen werden, und der Temperatur zu bestimmen oder zu charakterisieren. Bei solchen Ausführungsformen werden Signale auf den Kontaktpads 134 und 136 verwendet, um die Temperatur der externen Umgebung gekoppelt mit dem Temperaturerfassungselement, das als ein Widerstandsring 120 umgesetzt ist, zu messen.
4 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines anderen beispielhaften MEMS-Die 102b, das eine Mikrofonstruktur mit doppelter Rückplatte aufweist, die eine beispielhafte Umsetzung des MEMS-Die 102, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, ist. Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 102b ähnliche Schicht und Strukturen auf wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Die Beschreibung unter Bezugnahme auf das MEMS-Die 102a gilt auch für identische nummerierte Elemente in dem MEMS-Die 102b, mit der Ausnahme, dass die untere Rückplatte 114, die Membran 116 und die obere Rückplatte 118 bei einigen Ausführungsformen keinen Widerstandsring 120 aufweisen. Gemäß diversen Ausführungsformen wird das Temperaturerfassungselement in dem MEMS-Die 102b als ein Ausbreitungswiderstand im Substrat 110 umgesetzt. Bei solchen Ausführungsformen ist der Widerstand des Substrats 110 auch von der Temperatur abhängig. Eine variable Stromversorgung 154 liefert einen variablen Strom oder eine variable Spannung, und die entsprechende Spannung oder der Strom wird jeweils zwischen dem Kontaktpad 126 und dem hinteren Kontakt 150 gemessen. Der hintere Kontakt 150 ist auf einem hinteren Abschnitt des Substrats 110 ausgebildet, und der Kontakt 152 kann zu dem hinteren Kontakt 152 gekoppelt werden, um die Spannung oder den Strom zwischen dem Kontaktpad 126 und dem hinteren Kontakt 150 zu messen.
5 veranschaulicht eine Draufsicht eines weiteren beispielhaften MEMS-Die 102c, das eine Mikrofonstruktur mit doppelter Rückplatte aufweist, die eine weitere beispielhafte Umsetzung des MEMS-Die 102 wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, ist. Die Mikrofonstruktur mit doppelter Rückplatte weist die obere Rückplatte 118, die Membran 116 und die untere Rückplatte 114 (nicht gezeigt), die auf dem Substrat 110 ausgebildet sind, auf. Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 102c einen Thermistor 160, der auf dem Substrat 110 ausgebildet und zwischen den Kontaktpads 162 und 164 gekoppelt ist, auf. Bei solchen Ausführungsformen arbeiten die obere Rückplatte 118, die Membran 116 und die untere Rückplatte 114 (nicht gezeigt) wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen weisen die obere Rückplatte 118, die Membran 116 und die untere Rückplatte 114 (nicht gezeigt) keinen Widerstandsring 120 oder Kontaktpads für den Widerstandsring 120 auf.
Bei diversen Ausführungsformen ist der Thermistor 160 aus einem Material mit einem Widerstand, der von der Temperatur abhängt, ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist der Thermistor 160 aus einem Metall, wie zum Beispiel Platin, ausgebildet Bei einigen Ausführungsformen ist der Thermistor 160 als ein Halbleiter ausgebildet, wie zum Beispiel als Polysilikon. Der Thermistor 160 kann auch Widerstandstemperaturdetektor (RTD) 160 genannt werden. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist der RTD 160 nur aus Metall, wie zum Beispiel aus Platin oder Gold, ausgebildet. Wie oben unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben, wird zum Erzeugen von Signalen, die zu der Temperatur proportional sind, eine Spannung oder ein Strom zu dem Thermistor 160 an den Kontaktpads 162 und 164 geliefert. Der resultierende Strom oder die resultierende Spannung wird gemessen, um Temperaturvariationen, die Widerstandsvariationen verursachen, zu bestimmen. Bei diversen Ausführungsformen kann eine Kalibrierungssequenz wie oben beschrieben ausgeführt werden.
6 veranschaulicht eine Draufsicht noch eines weiteren beispielhaften MEMS-Die 102d, das eine Mikrofonstruktur mit doppelter Rückplatte aufweist, die noch eine weitere beispielhafte Umsetzung des MEMS-Die 102, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, ist. Gemäß diversen Ausführungsformen ist das Temperaturerfassungselement des MEMS-Die 102d der Schichtwiderstand einer der Erfassungsplatten, das heißt der oberen Rückplatte 118, der Membran 116 oder der unteren Rückplatte 114 (nicht gezeigt). Kontaktpads 170, 172, 174 und 176 sind mit elektrischen Kopplungen zu der Erfassungsplatte, die zum Messen des Schichtwiderstands verwendet wird, ausgebildet. Die Kontaktpads 170, 172, 174 und 176 sind mit diversen Abschnitten der Erfassungsplatte gekoppelt.
Gemäß diversen Ausführungsformen wird der Schichtwiderstand unter Verwendung von Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, bestimmt. Wie oben ähnlich beschrieben, hängt der Widerstand der jeweiligen Erfassungsplatte von der Temperatur ab. Es wird daher eine Messung ausgeführt, die Widerstandsvariationen verwendet, um Temperaturvariationen zu bestimmen.
Bei einigen Ausführungsformen können die obere und untere Rückplatte 118 und 114 Perforierungen, wie in den 2, 3 und 4 gezeigt, aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen enthalten die obere und untere Rückplatte 118 und 114 keine Perforierungen, wie in den 5 und 6 gezeigt. Bei spezifischen Ausführungsformen können die obere und untere Rückplatte 118 und 114 Belüftungsöffnungen 148 um den Umfang der oberen und unteren Rückplatte 118 und 114, wie in den 5 und 6 gezeigt, aufweisen.
7 veranschaulicht eine Querschnittansicht noch eines anderen beispielhaften MEMS-Die 102e, das eine Mikrofonstruktur mit doppelter Rückplatte aufweist, die eine andere beispielhafte Umsetzung des MEMS-Die 102, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, ist. Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 102e ähnliche Schichten und Strukturen, wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben, auf. Die Beschreibung unter Bezugnahme auf das MEMS-Die 102a gilt auch für identische nummerierte Elemente in dem MEMS-Die 102e, mit der Ausnahme, dass die untere Rückplatte 114, die Membran 116 und die obere Rückplatte 118 bei einigen Ausführungsformen keinen Widerstandsring 120 aufweisen. Gemäß diversen Ausführungsformen wird das Temperaturerfassungselement in dem MEMS-Die 102e als ein Widerstandselement oder ein Thermistor 157, der über dem Substrat 110 aufgehängt ist, umgesetzt. Bei solchen Ausführungsformen ist der Widerstand des Thermistors 157 von der Temperatur abhängig. Der Widerstand des Thermistors 157 kann zwischen dem Kontaktpad 156 und dem hinteren Kontakt 158 gemessen werden.
Bei diversen Ausführungsformen ist der Thermistor 157 über dem Substrat 110 in der Spalte 159 Strukturschicht 124 ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann der Thermistor aus denselben Materialien ausgebildet sein wie die obere Rückplatte 118, wie hier unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben. Die Strukturschichten 123 und 124, der Thermistor 157 und die Kontaktpads 156 und 158 können mit Oberflächen-Mikrotechniken auf dem Substrat 110 ausgebildet sein. Bei diversen Ausführungsformen ist der Thermistor 157 aus einem Material mit einem Widerstand, der von der Temperatur abhängt, ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist der Thermistor 157 aus einem Metall, wie zum Beispiel Platin, ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist der Thermistor 157 als ein Halbleiter ausgebildet, wie zum Beispiel aus Polysilikon. Der Thermistor 157 kann bei besonderen Ausführungsformen auch ein Widerstandstemperaturdetektor (RTD) 157 genannt werden. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist der RTD 157 nur aus Metall, wie zum Beispiel aus Platin oder Gold, ausgebildet.
Wie oben unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben, wird zum Erzeugen von Signalen, die zu der Temperatur proportional sind, eine Spannung oder ein Strom zu dem Thermistor 157 an den Kontaktpads 156 und 158 geliefert. Der resultierende Strom oder die resultierende Spannung wird gemessen, um Temperaturvariationen, die Widerstandsvariationen verursachen, zu bestimmen. Bei diversen Ausführungsformen kann eine Kalibrierungssequenz wie oben beschrieben ausgeführt werden.
8 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines beispielhaften Herstellungsprozesses 200 für ein MEMS-Die, der die Schritte 202 bis 222 aufweist. Gemäß diversen Ausführungsformen beginnt der Herstellungsprozess 200 mit einem Substrat in Schritt 202. Das Substrat kann aus einem Halbleiter ausgebildet sein, wie zum Beispiel aus Silikon, oder aus einem anderen Material, wie zum Beispiel aus einem Polymer. Eine Ätzstoppschicht wird bei Schritt 204 auf dem Substrat ausgebildet. Die Ätzstoppschicht kann zum Beispiel aus Tetraethylorthosilikat (TEOS) bestehen. Bei Schritt 206 wird eine erste Rückplatte ausgebildet, indem Schichten auf der ersten Rückplatte ausgebildet und gemustert werden. Wie gezeigt, weist Schritt 206 bei einigen Ausführungsformen auch das Ausbilden eines Temperaturerfassungselements in oder auf der ersten Rückplatte auf. Beispielhaft kann Schritt 206 das Aufbringen einer Isolierschicht, wie zum Beispiel SiN, das Aufbringen einer leitfähigen Schicht, wie zum Beispiel Polysilikon, das Mustern der leitfähigen Schicht, das Aufbringen einer anderen Isolierschicht, wie zum Beispiel SiN, und das Mustern des resultierenden Stapels von Schichten aufweisen. Das Mustern kann einen fotolithografischen Prozess aufweisen, um die erste Rückplattenstruktur mit Perforierungen und einem Thermistor, der in der Rückplatte ausgebildet ist, wie zum Beispiel oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben, aufweisen.
Bei anderen Ausführungsformen werden Strukturvariationen und Materialalternativen in Betracht gezogen. Der Thermistor kann zum Beispiel als ein zusätzliches Element auf der ersten Rückplatte ausgebildet und aus Metall ausgebildet sein. Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann die erste Rückplatte aus einer beliebigen Anzahl von Schichten, die leitfähig oder isolierend sind, ausgebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Rückplatte zum Beispiel Schichten aus Metallen, Halbleitern oder dielektrischen Materialien aufweisen. Eine dielektrische Schicht kann verwendet werden, um das Temperaturerfassungselement von einem Mikrofonsensor zu trennen. Bei einer Ausführungsform kann der Schichtstapel aus dielektrischen Materialien und leitfähigen Materialien auf der Oberseite der ersten Rückplatte das Temperaturerfassungselement aufweisen, das bei solchen Ausführungsformen zum Beispiel aus einem Polysilikon oder einer Metallschicht ausgebildet wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Rückplatte aus Silikon auf Isolator (SOI) oder aus Metall und dielektrischen Schichten ausgebildet sein. Wenn die erste Rückplatte gemustert ist, kann das Mustern einen Widerstandsring oder andere Strukturen aufweisen, die bei unterschiedlichen Ausführungsformen in oder auf der ersten Rückplatte ausgebildet sind.
Bei diversen Ausführungsformen weist Schritt 208 das Ausbilden und Mustern eines Strukturmaterials, wie zum Beispiel TEOS, auf. Das aus Ausbilden und Mustern in Schritt 208 werden ausgeführt, um Beabstandung für eine Membran bereitzustellen. Die Strukturschicht kann gemustert werden, um Haftreibungsschutzbuckel für die Membran auszubilden.
Zusätzlich kann die Strukturschicht, die in Schritt 208 ausgebildet wird, mehrere Ablagerungen und einen Planarisierungsschritt aufweisen, wie zum Beispiel eine chemisch-mechanische Politur (CMP), aufweisen. Schritt 210 weist das Ausbilden der Membranschicht und das Mustern der Membran auf. Die Membranschicht kann zum Beispiel aus Polysilikon ausgebildet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Membranschicht auf anderen leitfähigen Materialien ausgebildet werden, wie zum Beispiel auf einem dotierten Halbleiter oder Metall. Das Mustern der Membranschicht in Schritt 210 kann zum Beispiel einen fotolithografischen Prozess aufweisen, der die Membranform oder -struktur definiert. Die Membranschicht kann Haftreibungsschutzbuckel basierend auf der in Schritt 208 ausgebildeten Struktur aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Membran, die in Schritt 210 ausgebildet wird, wie gezeigt auch ein Erfassungselement aufweisen, das in oder auf der Membranschicht oder den Membranschichten ausgebildet ist. Bei besonderen Ausführungsformen kann die Membran aus mehreren Schichten ausgebildet sein, und ein Thermistor kann in oder auf den Membranschichten ausgebildet sein. Bei diversen Ausführungsformen kann die Membran mit einem Temperaturerfassungselement gemäß irgendeiner Konfiguration von Materialschichten, wie zum Beispiel oben unter Bezugnahme auf die erste Rückplatte, die in Schritt 206 ausgebildet wird, beschrieben, aufweisen.
Bei diversen Ausführungsformen weist Schritt 212 das Ausbilden und Mustern eines Strukturmaterials, wie zum Beispiel TEOS, auf. Ähnlich wie Schritt 208, kann das Strukturmaterial in Schritt 212 ausgebildet und gemustert werden, um eine zweite Rückplatte von der Membran zu beabstanden und Haftreibungsschutzbuckel in der zweiten Rückplatte bereitzustellen. Schritt 214 weist das Ausbilden und Mustern der Schichten der zweiten Rückplatte auf. Bei einigen Ausführungsformen weisen das Ausbilden und Mustern in Schritt 214 zum Beispiel das Ablagern von Schichten und fotolithografischem Mustern auf. Bei diversen Ausführungsformen kann Schritt 214 ähnliche Merkmale wie oben unter Bezugnahme auf die erste Rückplatte, die in Schritt 206 gebildet wird, aufweisen, und dieselbe Beschreibung gilt. Bei diversen Ausführungsformen kann Schritt 214 daher das Bilden eines Temperaturerfassungselements, wie zum Beispiel eines Thermistors, in oder auf der zweiten Rückplatte wie gezeigt aufweisen. Schritt 214 kann auch das Bilden eines Widerstandselements oder Thermistors auf dem Strukturmaterial von Schritt 212 aufweisen. Der Thermistor kann zum Beispiel irgendein Material wie unter Bezugnahme auf den Thermistors 157 beschrieben, aufweisen. Bei einer besonderen Ausführungsform kann der Thermistor aus denselben Schichten wie die zweite Rückplatte ausgebildet sein. Ein zusätzlicher Schritt kann zum Herstellungsprozess 200 hinzugefügt werden (nicht gezeigt), um eine Spalte, wie zum Beispiel durch Ätzen in dem Strukturmaterial zwischen dem Thermistor und dem Substrat des Schritts 202, wie oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, zu bilden.
Nach Schritt 214 weist Schritt 216 bei diversen Ausführungsformen das Bilden und Mustern zusätzlichen Strukturmaterials auf. Das Strukturmaterial kann TEOS sein. Bei einigen Ausführungsformen wird das Strukturmaterial als ein Opfermaterial oder Maskenmaterial für darauffolgende Ätz- und Musterschritte aufgebracht. Schritt 218 weist das Bilden und Mustern von Kontaktpads auf. Das Bilden und Mustern der Kontaktpads in Schritt 218 kann das Ätzen von Kontaktlöchern in den existierenden Schichten aufweisen, um Öffnungen zu der zweiten Rückplatte, Membran, ersten Rückplatte, dem Substrat und dem Temperaturerfassungselement bereitzustellen. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist das Temperaturerfassungselement ein Thermistor, der zwei Öffnungen für zwei Kontaktpads zu der jeweiligen Struktur, auf oder in der der Thermistor ausgebildet ist, haben kann. Nach dem Ausbilden der Öffnungen zu jeder jeweiligen Struktur oder Schicht, können die Kontaktpads durch Aufbringen eines leitfähigen Materials, wie zum Beispiel Metall, in den Öffnungen und Mustern des leitfähigen Materials ausgebildet werden, um getrennte Kontaktpads zu bilden. Schritt 218 kann auch das Ausbilden eines Temperaturerfassungselements in Metallisierungsschichten oder zwischen Kontaktpads aufweisen. Ein Widerstandselement mit einem Widerstand, der von der Temperatur abhängt, kann zum Beispiel zwischen zusätzlichen Kontaktpads ausgebildet sein. Bei einer spezifischen Ausführungsform wird ein Platindraht zwischen Kontaktpads in Schritt 218 ausgebildet. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann Schritt 218 auch das Ausbilden eines Rückkontakts zum Messen eines Ausbreitungswiderstands des Substrats, wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, aufweisen.
Bei diversen Ausführungsformen weist Schritt 220 das Ausführen einer Rückseitenätzung, wie zum Beispiel einer Bosch-Ätzung auf. Die Rückseitenätzung bildet einen Hohlraum in dem Substrat, um einen Schallport zu dem gefertigten Mikrofon und Temperatursensor bilden, oder um einen Bezugshohlraum auszubilden. Schritt 222 weist das Ausführen eines Release-Etch auf, um die Strukturmaterialien zu entfernen, die die erste Rückplatte, Membran und die zweite Rückplatte schützen und absichern. Im Anschluss an das Release-Etch in Schritt 222, kann die Membran bei einigen Ausführungsformen frei sein, um sich zu bewegen.
Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann eine Diode als das Temperaturerfassungselement auf der ersten Rückplatte, der zweiten Rückplatte oder der Membran ausgebildet sein. Der Herstellungsprozess 200 kann bei spezifischen Ausführungsformen geändert werden, um nur eine Rückplatte und Membran aufzuweisen. Der Fachmann versteht leicht, dass zahlreiche Änderungen an der allgemeinen Herstellungssequenz, die oben beschrieben wurde, vorgenommen werden können, um diverse Vorteile und Änderungen, die dem Fachmann bekannt sind, bereitzustellen, während immer noch diverse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Bei einigen Ausführungsformen kann die Herstellungssequenz 200 umgesetzt werden, um einen Mikrolautsprecher zu bilden, der zum Beispiel eine ähnliche Struktur wie ein MEMS-Mikrofon mit einer einzelnen Rückplatte hat.
9 veranschaulicht eine Skizze eines beispielhaften Sensorsystems 101, das das MEMS-Die 102 und die ASIC 104 in dem Package 108 aufweist. Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 102 das Mikrofon 180 und den Thermistor 182, wie sie oben ähnlich beschrieben sind, auf, und die ASIC 104 weist einen Operationsverstärker 184 auf, der mit dem Mikrofon 180 gekoppelt ist, und einen Operationsverstärker 186, der mit dem Thermistor 182 gekoppelt ist. Bei diversen Ausführungsformen kann der Thermistor 182 als ein anderer Typ von Temperaturerfassungselement, wie oben beschrieben, umgesetzt werden. Der Operationsverstärker 184 erzeugt die Mikrofonausgangsspannung VMIC basierend auf ungeformten Signalen, die von dem Mikrofon 180 empfangen werden, und der Operationsverstärker 186 erzeugt Temperaturausgangsspannung VTEMP basierend auf Temperatursignalen, die von dem Thermistor 182 empfangen werden. Bei einigen Ausführungsformen wird der erste Eingang des Operationsverstärkers 186 durch eine ohmsche Teilerschaltung, die Widerstände R1 und R2 aufweist, geliefert, und der zweite Eingang des Operationsverstärkers 186 wird durch Referenz zur niedrigen Versorgungsspannung GND durch den Widerstand R3 geliefert. Der Operationsverstärker 184 kann eine Versorgungsspannung VDD empfangen. Die Versorgungsspannung VDD, Mikrofonausgangsspannung VMIC, Temperaturausgangsspannung VTEMP und niedrige Versorgungsspannung GND können mit Strukturen außerhalb des Chips durch Stifte, wie zum Beispiel zu einer Leiterplatte, gekoppelt werden, oder können zu einem anderen Element in der ASIC 104 gekoppelt werden.
Bei diversen Ausführungsformen kann die ASIC 104 zahlreiche Schnittstellenschaltungen aufweisen, und Operationsverstärker 184 und 186 sind nur ein Beispiel. Der Fachmann versteht, dass die Schnittstellenschaltungen für das Mikrofon 180 und den Thermistor 182, die in der ASIC 104 enthalten sind, mit mehreren Variationen und Änderungen umgesetzt werden können. Die ASIC 104 kann ferner diverse Vorspannschaltungen, Pull-in oder Fehlererfassung oder Schaltungen zum Umsetzen anderer Funktionalität aufweisen. Bei diversen Ausführungsformen sind das Mikrofon 180 und der Thermistor 182 mit der externen Umgebung durch den Schallport 106 gekoppelt.
10 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines beispielhaften Verfahrens des Vorgangs 300, inklusive die Schritte 302 und 304. Gemäß diversen Ausführungsformen ist das Verfahren des Vorgangs 300 ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors. Schritt 302 weist das Erzeugen eines umgeformten akustischen Signals basierend auf einer Schnittstelle mit einer externen Umgebung auf, und Schritt 304 weist das Erzeugen eines Temperatursignals basierend auf der Schnittstelle mit der externen Umgebung auf. Bei solchen Ausführungsformen werden sowohl das umgeformte akustische Signal als auch das Temperatursignal an ein und demselben mikrotechnisch hergestellten Die erzeugt. Bei spezifischen Ausführungsformen werden das umgeformte akustische Signal und das Temperatursignal in einem MEMS-Mikrofon mit einem integrierten Temperaturerfassungselement erzeugt. Das Verfahren des Vorgangs 300 kann bei einigen Ausführungsformen zusätzliche Schritte aufweisen.
11 veranschaulicht ein Systemblockschaltbild eines beispielhaften elektronischen Systems 400, das das MEMS-Die 402, die integrierte Schaltung 404, den Prozessor 408 und die Kommunikationsschaltung 410 aufweist. Gemäß diversen Ausführungsformen kann das elektronische System 400 eine mobile elektronische Vorrichtung sein, wie zum Beispiel ein Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon. Das MEMS-Die 402 funktioniert ähnlich wie oben unter Bezugnahme auf das MEMS-Die 102 beschrieben. Das MEMS-Die 402 weist ein MEMS-Mikrofon und ein Temperaturerfassungselement auf, das auf einem einzelnen Die integriert und mit einer externen Umgebung durch den Schallport 406 gekoppelt ist, wie ähnlich unter Bezugnahme auf den Schallport 106 beschrieben. Das MEMS-Die 402 ist auch mit der integrierten Schaltung 404, die wie oben unter Bezugnahme auf die ASIC 104 beschrieben funktionieren kann, gekoppelt. Bei alternativen Ausführungsformen ist die integrierte Schaltung 404 ebenfalls auf dem MEMS-Die 402 integriert.
Bei diversen Ausführungsformen ist das MEMS-Die 402 mit der Leiterplatte 412 gekoppelt und innerhalb des Gehäuses 416 enthalten. Das Gehäuse 416 kann zum Beispiel der Körper eines Tablet-Computers oder eines Mobiltelefons sein. Das Display 414 kann ebenfalls mit der Leiterplatte 412 gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsformen sind der Prozessor 408 und die Kommunikationsschaltung 410 mit der Leiterplatte 412 gekoppelt. Die Kommunikationsschaltung 410 kommuniziert durch den Kommunikationsweg 418, der ein drahtloser Kommunikationsweg ist. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Kommunikationsweg 418 eine verdrahtete Verbindung.
Bei diversen Ausführungsformen erzeugt das MEMS-Die 402 umgewandelte akustische Signale und Temperatursignale von einer externen Umgebung außerhalb des Gehäuses 416 und liefert die erzeugten Signale durch die Schaltung 404 und die Leiterplatte 412 zu dem Prozessor 408. Bei alternativen Ausführungsformen ist das elektronische System 400 eine verdrahtete Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Workstation, ein Personal Computer oder ein Rechensystem für eine spezifische Anwendung, wie zum Beispiel eine industrielle, medizinische oder Luftraumanwendung.
12 veranschaulicht eine Querschnittansicht noch eines anderen beispielhaften MEMS-Die 500. Gemäß diversen Ausführungsformen ist das MEMS-Die 500 piezoresistiver oder piezoelektrischer Wandler, der das Substrat 502, Strukturmaterial 504, die Membran 506 und einen Hohlraum 512 aufweist. Piezo-Wandler 510 sind auf der Membran 506 angeordnet oder in ihr enthalten. Piezo-Wandler 510 können als ein piezoelektrisches Material oder als ein piezoresistives Material umgesetzt sein.
Bei diversen Ausführungsformen verursachen Druckänderungen oder akustische Signale in der Umgebung Ablenkungen der Membran 506. Für ein piezoresistives Material ändern die Ablenkungen den Widerstand der Piezo-Wandler 510, und der Widerstand wird durch Ausleseelektroden (nicht gezeigt) gemessen. Für ein piezoelektrisches Material veranlassen die Ablenkungen die Piezo-Wandler 510 das Erzeugen einer Spannung, die zu Ausleseelektronik (nicht gezeigt) geliefert wird.
Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 500 auch ein Temperaturerfassungselement auf. Ein Temperaturerfassungselement kann als ein Widerstandselement 508 umgesetzt sein, das aus irgendeinem Abschnitt der Membran 506 gebildet ist. Das Widerstandselement 508 kann zum Beispiel ein Temperaturerfassungselement umsetzen, wie oben unter Bezugnahme auf den Widerstandsring 120 in den 2 und 3 beschrieben. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Widerstandselement 514 über der Spalte 516 gebildet sein, um ein Temperaturerfassungselement umzusetzen, wie oben unter Bezugnahme auf das Widerstandselement 157 in 7 beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen kann die Spalte 516 weggelassen werden, und das Widerstandselement 514 kann auf Strukturmaterial 504 oder direkt auf dem Substrat 502 ausgebildet sein. Diverse weitere Änderungen und Konfigurationen, die Piezo-Wandler verwenden, sind möglich. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass solche Änderungen und Konfigurationen, die integrierte Temperaturerfassungselemente wie hier beschrieben verwenden, in den Geltungsbereich der diversen Ausführungsformen fallen.
13 veranschaulicht eine Querschnittansicht noch eines anderen beispielhaften MEMS-Die 520. Gemäß diversen Ausführungsformen ist das MEMS-Die 520 ein piezoresistiver oder piezoelektrischer Wandler, der das Substrat 522, die Rückplatte 524, die Strukturschicht 526, die Membran 528 und den Hohlraum 536 aufweist. Der Laser 532 und Fotodioden 534 sind auf dem Substrat 522, das von der Rückplatte 524 durch die Luftspalte 544 getrennt ist, angeordnet. Die Rückplatte 524 weist das Beugungsgitter 538 auf oder trägt es. Bei solchen Ausführungsformen sendet der Laser 532 einen optischen Strahl zu dem Beugungsgitter 538 und der Membran 528. Die Rückplatte 524 kann durch einen Abstandhalter oder ein Substrat (nicht gezeigt) auf dem Substrat 522, das die Struktur für die Luftspalte 544 bereitstellt, getragen werden.
Bei diversen Ausführungsformen verursachen Druckänderungen oder akustische Signale in der Umgebung Ablenkungen oder Schwingungen der Membran 528. Schwingungen der Membran 528 wirken sich auf die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter 538 und der Membran 528 auf, was wiederum die Stärke des Lichts moduliert, das zu den Fotodioden 534 zurückgesendet wird. Die Fotodioden 534 erzeugen daher elektronische Signale in Zusammenhang mit den Ablenkungen der Membran 528. Diverse Änderungen oder alternative Konfigurationen für optische MEMS-Wandler sind dem Fachmann bekannt, und solche Änderungen sind in diversen Ausführungsformen enthalten.
Gemäß diversen Ausführungsformen weist das MEMS-Die 520 auch ein Temperaturerfassungselement auf. Ein Temperaturerfassungselement kann als ein Widerstandselement 530 umgesetzt sein, das aus irgendeinem Abschnitt der Membran 528 gebildet ist. Das Widerstandselement 530 kann zum Beispiel ein Temperaturerfassungselement umsetzen, wie oben unter Bezugnahme auf den Widerstandsring 120 in den 2 und 3 beschrieben. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Widerstandselement 540 über der Spalte 542 gebildet sein, um ein Temperaturerfassungselement umzusetzen, wie oben unter Bezugnahme auf das Widerstandselement 157 in 7 beschrieben. Die Spalte 542 kann in der Strukturschicht 526 oder in dem Material oder der Struktur der Rückplatte 524 ausgebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Spalte 542 weggelassen werden, und das Widerstandselement 540 kann auf der Strukturschicht 526 oder direkt auf dem Material oder der Struktur der Rückplatte 524 ausgebildet sein. Diverse weitere Änderungen und Konfigurationen, die optische Wandler verwenden, sind möglich. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass solche Änderungen und Konfigurationen, die integrierte Temperaturerfassungselemente wie hier beschrieben verwenden, in den Geltungsbereich der diversen Ausführungsformen fallen.
Bei diversen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, wird in der Hauptsache auf ein MEMS-Mikrofon mit doppelter Rückplatte Bezug genommen. Bei zusätzlichen Ausführungsformen weist ein MEMS-Mikrofon mit einer einzelnen Rückplatte diverse beispielhafte integrierte Temperaturerfassungselemente auf. Ein Fachmann versteht leicht, wie die Strukturen, die hier unter Bezugnahme auf ein MEMS-Mikrofon mit doppelter Rückplatte beschrieben sind, gemäß einer Struktur eines Mikrofons mit einer einzelnen Rückplatte geändert werden können. Ferner können bei einigen Ausführungsformen nicht kapazitive akustische Sensoren ein integriertes Temperaturerfassungselement aufweisen. Piezoelektrische oder optische Mikrofone können mit integrierten Temperaturerfassungselementen wie hier beschrieben umgesetzt werden. Zusätzlich können elektronische Mikrofone ebenfalls in den hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten sein. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen können andere MEMS-Sensoren integrierte Temperatursensoren wie hier beschrieben aufweisen, wie zum Beispiel MEMS mit ablenkbaren Erfassungsstrukturen mit integrierten Temperaturerfassungselementen in der Erfassungsstruktur. Bei einer Ausführungsform kann ein auf MEMS basierender Mikrolautsprecher ein integriertes Temperaturerfassungselement in einem Substrat oder in einer ablenkbaren Membran des Mikrolautsprechers selbst aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Wandler ein mikrotechnisch hergestelltes Element auf, das auf einem einzelnen Die integriert ist, wobei das mikrotechnisch hergestellte Element einen akustischen Wandler und einen Temperatursensor aufweist. Der Wandler weist auch eine integrierte Schnittstellenschaltung auf, die mit dem mikrotechnisch hergestellten Element gekoppelt und elektrisch mit dem akustischen Wandler und dem Temperatursensor gekoppelt ist. Andere Ausführungsformen dieses Aspekts weisen entsprechende Systeme oder Geräte auf, die ausgelegt sind, um die Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren auszuführen.
Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Bei diversen Ausführungsformen weist der akustische Wandler ein Mikrofon auf, und das Mikrofon weist einen Schallport, eine Membran mit einem ersten aktiven Bereich, der akustisch mit dem Schallport gekoppelt ist, und eine erste Rückplatte, die von der Membran beabstandet und mit ihr ausgerichtet ist, auf. Die erste Rückplatte kann einen zweiten aktiven Bereich aufweisen, der von dem ersten aktiven Bereich beabstandet und mit ihm ausgerichtet ist. Bei einigen Ausführungsformen weist das Mikrofon ferner eine zweite Rückplatte auf, die von der Membran beabstandet und mit ihr ausgerichtet ist, wobei die zweite Rückplatte von der Membran in eine Richtung entgegengesetzt zu der ersten Rückplatte beabstandet ist. Der Temperatursensor kann auf der Rückplatte in dem zweiten aktiven Bereich oder auf der Membran in dem ersten aktiven Bereich ausgebildet sein.
Bei diversen Ausführungsformen weist der Temperatursensor ein Widerstandsmaterial auf, das auf der Rückplatte oder auf der Membran zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt ausgebildet ist. Das Widerstandsmaterial wird mit einer Länge und einer Breite gebildet, wobei die Länge mindestens fünf Mal größer ist als die Breite. Bei einer Ausführungsform weist das Widerstandsmaterial ein Metall oder einen Halbleiter auf. Der Temperatursensor kann auf der Rückplatte außerhalb des zweiten aktiven Bereichs in dem zweiten aktiven Bereich oder auf der Membran außerhalb des ersten aktiven Bereichs ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform weist das mikrotechnisch hergestellte Element ein Substrat auf, und der Temperatursensor ist in dem Substrat ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform weist das mikrotechnisch hergestellte Element ein Substrat auf, und der Temperatursensor weist ein Widerstandselement auf, das auf dem Substrat zwischen zwei Kontaktpads ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform weist das Widerstandselement ein Metall oder ein Halbleitermaterial auf. Bei einer weiteren Ausführungsform weist das mikrotechnisch hergestellte Element ein Substrat und eine Strukturschicht mit einer Spalte über dem Substrat auf, und der Temperatursensor weist ein Widerstandselement auf, das auf der Strukturschicht und über die Spalte in der Strukturschicht zwischen zwei Kontaktpads ausgebildet ist.
Bei diversen Ausführungsformen weist der Temperatursensor einen Thermistor oder einen Widerstandstemperaturdetektor (RTD) oder ein Thermoelement und eine Diode auf. Der Temperatursensor kann eine Erfassungsplatte des akustischen Wandlers aufweisen, wobei die Erfassungsplatte mit Kontakten zum Messen von Schichtwiderstand der Erfassungsplatte ausgelegt ist. Bei einer Ausführungsform weist der akustische Wandler einen Mikrolautsprecher auf. Bei einigen Ausführungsformen ist die integrierte Schnittstellenschaltung auf dem einzelnen Die integriert. Bei diversen Ausführungsformen weist der akustische Wandler einen piezoelektrischen Wandler, einen piezoresistiven Wandler oder einen optischen Wandler auf. Bei einigen Ausführungsformen weist die Schnittstelle mit der externen Umgebung einen Schallport auf, der mit dem einzelnen mikrotechnisch hergestellten Die gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors an einem einzelnen mikrotechnisch hergestellten Die ein umgeformtes akustisches Signal basierend auf einer Schnittstelle mit einer externen Umgebung auf, und weist auch das Erzeugen an dem einzelnen mikrotechnisch hergestellten Die eines Temperatursignals basierend auf der Schnittstelle mit der externen Umgebung auf. Andere Ausführungsformen dieses Aspekts weisen entsprechende Systeme oder Geräte auf, die jeweils ausgelegt sind, um die Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren auszuführen.
Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Bei diversen Ausführungsformen weist die Schnittstelle mit der externen Umgebung einen Schallport auf, der mit dem einzelnen mikrotechnisch hergestellten Die gekoppelt ist. Das einzelne mikrotechnisch hergestellte Die kann ein Substrat, eine Membran, die von dem Substrat getragen wird und akustisch mit der Schnittstelle mit der externen Umgebung gekoppelt ist, und eine Erfassungsplatte, die von der Membran beabstandet und mit ihr ausgerichtet ist, aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen weist das einzelne mikrotechnisch hergestellte Die einen Temperatursensor auf, der auf der Membran oder auf der Erfassungsplatte ausgebildet ist.
Bei diversen Ausführungsformen weist das Erzeugen des umgeformten akustischen Signals das Erzeugen eines Spannungssignals zwischen der Erfassungsplatte und der Membran, das basierend auf akustischen Signalen, die auf die Membran auftreffen, variiert, auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das Erzeugen des Temperatursignals das Erzeugen eines Signals proportional zu einem Widerstand eines temperaturabhängigen Widerstandselements auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Wandler eine Tragstruktur auf, die eine Öffnung zu einer externen Umgebung aufweist, eine Membran, die akustisch mit der Öffnung gekoppelt ist, eine Rückplatte, die von der Membran beabstandet und mit ihr ausgerichtet ist, und ein Temperaturerfassungselement, das auf der Membran oder auf der Rückplatte ausgebildet ist. Andere Ausführungsformen dieses Aspekts weisen entsprechende Systeme oder Geräte auf, die jeweils ausgelegt sind, um die Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren auszuführen.
Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Bei diversen Ausführungsformen weist das Temperaturerfassungselement ein Widerstandsmaterial auf, das auf der Rückplatte oder auf der Membran zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt ausgebildet ist. Bei solchen Ausführungsformen ist das Widerstandsmaterial mit einer Länge und einer Breite gebildet, wobei die Länge mindestens fünf Mal größer ist als die Breite. Bei einigen Ausführungsformen weist das Widerstandsmaterial ein Metall oder einen Halbleiter auf. Die Tragstruktur weist ein Substrat auf, und die Membran und die Rückplatte sind auf dem Substrat ausgebildet. Die Öffnung kann einen Hohlraum in dem Substrat aufweisen, und die Membran und die Rückplatte können über dem Hohlraum ausgebildet sein.
Bei diversen Ausführungsformen weist die Rückplatte mehrere Materialien auf, wobei die Materialien eingerichtet sind, um einen aktiven akustischen Erfassungsbereich von einem inaktiven akustischen Erfassungsbereich zu isolieren. Bei einigen Ausführungsformen ist das Temperaturerfassungselement auf dem aktiven akustischen Erfassungsbereich der Rückplatte ausgebildet. Bei einer Ausführungsform weist die Membran mehrere Materialien auf, und das Temperaturerfassungselement ist auf der Membran ausgebildet. Bei einer Ausführungsform weist der Wandler einen Mikrolautsprecher auf, wobei der Mikrolautsprecher die Membran und die Rückplatte aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine elektronische Vorrichtung ein Gehäuse auf, der eine Öffnung aufweist, die ausgelegt ist, um Fluidkommunikation durch die Öffnung zu erlauben, einen mikrotechnisch hergestellten Wandler, der auf einem einzelnen Die innerhalb des Gehäuses integriert ist, eine verdrahtete oder drahtlose Kommunikationsschaltung innerhalb des Gehäuses und einen Prozessor innerhalb des Gehäuses. Der mikrotechnisch hergestellte Wandler weist einen akustischen Wandler und einen Temperatursensor auf, und der mikrotechnisch hergestellte Wandler ist fluidtechnisch mit der Öffnung gekoppelt. Ferner ist der Prozessor mit dem mikrotechnisch hergestellten Wandler und der verdrahteten oder drahtlosen Kommunikationsschaltung gekoppelt. Andere Ausführungsformen dieses Aspekts weisen entsprechende Systeme oder Geräte auf, die jeweils ausgelegt sind, um die Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren auszuführen.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine integrierte Vorrichtung ein mikrotechnisch hergestelltes Element, das auf einem einzelnen Die integriert ist, auf. Das mikrotechnisch hergestellte Element weist ein Substrat, eine Strukturschicht mit einer Spalte über dem Substrat, zwei Kontaktpads und einen Temperatursensor auf, der ein Widerstandselement aufweist, das auf der Strukturschicht und über die Spalte in der Strukturschicht zwischen den zwei Kontaktpads ausgebildet ist. Andere Ausführungsformen dieses Aspekts weisen entsprechende Systeme oder Geräte auf, die jeweils ausgelegt sind, um die Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren auszuführen.
Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Bei diversen Ausführungsformen weist das mikrotechnisch hergestellte Element ferner einen akustischen Wandler auf, der auf dem einzelnen Die integriert ist. Bei einer Ausführungsform weist die integrierte Vorrichtung ferner eine integrierte Schnittstellenschaltung auf, die mit dem mikrotechnisch hergestellten Element gekoppelt und elektrisch mit dem akustischen Wandler und dem Temperatursensor gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Verfahren zum Herstellen eines Wandlers das Ausbilden einer ablenkbaren Membran über einem Substrat und das Ausbilden eines Temperaturerfassungselements an dem Substrat auf. Andere Ausführungsformen dieses Aspekts weisen entsprechende Systeme oder Geräte auf, die jeweils ausgelegt sind, um die Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren auszuführen.
Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Bei diversen Ausführungsformen weist das Ausbilden des Temperaturerfassungselements das Ausbilden einer Widerstandsschicht auf der Membran zwischen zwei Kontaktpads auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner das Ausbilden einer Rückplatte über dem Substrat von der Membran beabstandet und mit ihr ausgerichtet auf. Bei einer Ausführungsform weist das Ausbilden des Temperaturerfassungselements das Ausbilden einer Widerstandsschicht auf der Rückplatte zwischen zwei Kontaktpads auf.
Bei diversen Ausführungsformen weist das Ausbilden des Temperaturerfassungselements das Ausbilden des Temperaturerfassungselements in dem Substrat auf. Bei anderen Ausführungsformen weist das Ausbilden des Temperaturerfassungselements das Ausbilden des Temperaturerfassungselements auf dem Substrat auf. Das Ausbilden des Temperaturerfassungselements kann das Ausbilden einer Strukturschicht mit einer Spalte über dem Substrat und das Ausbilden eines Widerstandselements auf der Strukturschicht und über die Spalte in der Strukturschicht aufweisen.
Gemäß diversen Ausführungsformen die hier beschrieben sind, können die Vorteile zusätzliche Funktionalität in einem mikrotechnisch hergestellten akustischen Sensor, reduzierten Formfaktor für ein System, das ein Mikrofon und einen Temperatursensor aufweist, und verbesserte Umgebungstemperaturerfassung mit verringertem thermischen Rauschen aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Vorteil schnelles und präzises Messen externer Lufttemperatur aufgrund einer nahen Kopplung mit der externen Umgebung aufweisen. Einige Ausführungsformen weisen den Vorteil auf, dass kein zusätzlicher Silikonbereich aufgrund des Integrierens eines Temperaturerfassungselements in dem MEMS-Mikrofon-Die statt an einer anderen Stelle in dem Anwendungssystem erforderlich ist.

Claims

Wandler (100), der Folgendes umfasst: ein mikrotechnisch hergestelltes Element, das auf einem einzigen Rohchip (102; 102a-e; 500; 520) integriert ist, wobei das mikrotechnisch hergestellte Element einen akustischen Wandler und einen Temperatursensor (120; 157; 182; 508) aufweist, und eine integrierte Schnittstellenschaltung, die mit dem mikrotechnisch hergestellten Element gekoppelt und elektrisch mit dem akustischen Wandler und dem Temperatursensor (120; 157; 182; 508)gekoppelt ist, wobei der Temperatursensor eine Erfassungsplatte, die ausgewählt ist aus einer Rückplatte (524), einer ersten Rückplatte (114), einer zweiten Rückplatte (118) oder einer Membran (116; 506; 528) des akustischen Wandlers, umfasst, wobei die Erfassungsplatte mit Kontakten (170, 172, 174, 178) zum Messen eines Schichtwiderstands der Erfassungsplatte eingerichtet ist.
Wandler (100) nach Anspruch 1, wobei der akustische Wandler einen Mikrolautsprecher umfasst.
Wandler (100) nach Anspruch 1, wobei der akustische Wandler ein Mikrofon umfasst, wobei das Mikrofon Folgendes umfasst: einen Schallport (106), die Membran (116; 506; 528), die einen ersten aktiven Bereich, der akustisch mit dem Schallport (106) gekoppelt ist, umfasst, und die erste Rückplatte (114), die von der Membran (116; 506; 528) beabstandet und zu ihr ausgerichtet ist, wobei die erste Rückplatte (114) einen zweiten aktiven Bereich umfasst, der von dem ersten aktiven Bereich beabstandet und zu ihm ausgerichtet ist.
Wandler (100) nach Anspruch 3, wobei das Mikrofon ferner die zweite Rückplatte (118) aufweist, die von der Membran (116; 506; 528) beabstandet und zu ihr ausgerichtet ist, wobei die zweite Rückplatte (118) von der Membran (116; 506; 528) in eine Richtung entgegengesetzt zu der ersten Rückplatte (114) beabstandet ist.
Wandler (100), der Folgendes umfasst: ein mikrotechnisch hergestelltes Element, das auf einem einzigen Rohchip (102; 102a-e; 500; 520) integriert ist, wobei das mikrotechnisch hergestellte Element einen akustischen Wandler und einen Temperatursensor (120; 157; 182; 508) aufweist, und eine integrierte Schnittstellenschaltung, die mit dem mikrotechnisch hergestellten Element gekoppelt und elektrisch mit dem akustischen Wandler und dem Temperatursensor (120; 157; 182; 508) gekoppelt ist, wobei der akustische Wandler einen Mikrolautsprecher umfasst.
Wandler (100) nach Anspruch 5, wobei das mikrotechnisch hergestellte Element ein Substrat (110) umfasst, und wobei der Temperatursensor (120; 157; 182; 508) in dem Substrat (110) ausgebildet ist.
Wandler (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das mikrotechnisch hergestellte Element ein Substrat (110) aufweist und der Temperatursensor (120; 157; 182; 508) ein Widerstandselement umfasst, das auf dem Substrat (110) zwischen zwei Kontaktpads ausgebildet ist.
Wandler (100) nach Anspruch 7, wobei das Widerstandselement ein Metall oder ein Halbleitermaterial umfasst.
Wandler (100) nach Anspruch 5, wobei das mikrotechnisch hergestellte Element ein Substrat (110) und eine Strukturschicht (124) mit einer Spalte (159) über dem Substrat (110) umfasst, und der Temperatursensor (120; 157; 182; 508) ein Widerstandselement umfasst, das auf der Strukturschicht (124) und über die Spalte (159) in der Strukturschicht (124) zwischen zwei Kontaktpads ausgebildet ist.
Wandler (100) nach einem der Ansprüche 5-9, wobei der Temperatursensor (120; 157; 182; 508) einen Thermistor oder einen Widerstandstemperaturdetektor (RTD) oder ein Thermoelement und eine Diode umfasst.
Wandler (100) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die integrierte Schnittstellenschaltung auf dem einzigen Rohchip (102; 102a-e; 500; 520) integriert ist.
Wandler (100) nach einem der Ansprüche 1-11, wobei der akustische Wandler einen piezoelektrischen Wandler, einen piezoresistiven Wandler oder einen optischen Wandler umfasst.
Wandler (100), der Folgendes umfasst: eine Tragstruktur, die eine Öffnung (106) zu einer externen Umgebung umfasst, eine Membran (116; 506; 528), die akustisch mit der Öffnung gekoppelt ist, eine Rückplatte (114, 118; 524), die von der Membran (116; 506; 528) beabstandet und zu ihr ausgerichtet ist, und ein Temperaturerfassungselement (120; 157; 182; 508), das auf der Membran (116; 506; 528) oder auf der Rückplatte (114, 118; 524) ausgebildet ist, wobei der Wandler (100) einen Mikrolautsprecher umfasst, wobei der Mikrolautsprecher die Membran (116; 506; 528) und die Rückplatte (114, 118; 524) umfasst.
Wandler (100) nach einem der Anspruch 13, wobei die Rückplatte (114, 118; 524) mehrere Materialien aufweist, wobei die Materialien eingerichtet sind, um einen aktiven akustischen Erfassungsbereich von einem inaktiven akustischen Erfassungsbereich zu isolieren.
Wandler (100) nach Anspruch 14, wobei das Temperaturerfassungselement (120; 157; 182; 508) auf dem aktiven akustischen Erfassungsbereich der Rückplatte ausgebildet ist.
Wandler (100) nach Anspruch 13, wobei die Membran (116; 506; 528) mehrere Materialien umfasst, und wobei das Temperaturerfassungselement (120; 157; 182; 508) auf der Membran (116; 506; 528) ausgebildet ist.
Wandler (100), der Folgendes umfasst: eine Tragstruktur, die eine Öffnung zu einer externen Umgebung umfasst, eine Membran (116; 506; 528), die akustisch mit der Öffnung gekoppelt ist, eine Rückplatte (114, 118; 524), die von der Membran beabstandet und zu ihr ausgerichtet ist, und ein Temperaturerfassungselement (120; 157; 182; 508), das auf der Membran (116; 506; 528) oder auf der Rückplatte (114, 118; 524) ausgebildet ist, wobei die Rückplatte (114, 118; 524) mehrere Materialien aufweist, wobei die Materialien eingerichtet sind, um einen aktiven akustischen Erfassungsbereich von einem inaktiven akustischen Erfassungsbereich zu isolieren, und wobei das Temperaturerfassungselement (120; 157; 182; 508) auf dem aktiven akustischen Erfassungsbereich der Rückplatte ausgebildet ist.
Wandler (100) nach einem der Ansprüche 13-17, wobei das Temperaturerfassungselement (120; 157; 182; 508) ein Widerstandsmaterial umfasst, das auf der Rückplatte (114, 118; 524) oder auf der Membran (116; 506; 528) zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt ausgebildet ist, wobei das Widerstandsmaterial mit einer Länge und einer Breite ausgebildet ist, wobei die Länge mindestens fünf Mal größer ist als die Breite.
Wandler (100) nach Anspruch 18, wobei das Widerstandsmaterial ein Metall oder einen Halbleiter umfasst.
Wandler (100) nach einem der Ansprüche 13-19, wobei die Tragstruktur ein Substrat (110) umfasst, und wobei die Membran (116; 506; 528) und die Rückplatte (114, 118; 524) auf dem Substrat (110) ausgebildet sind.
Wandler (100) nach Anspruch 20, wobei die Öffnung einen Hohlraum (512) in dem Substrat (110) umfasst, wobei die Membran (116; 506; 528) und die Rückplatte (114, 118; 524) über dem Hohlraum (512) ausgebildet sind.