DE102022212404A1

DE102022212404A1 - Micromechanical component and method for generating and/or amplifying a sound signal

Info

Publication number: DE102022212404A1
Application number: DE102022212404.9A
Authority: DE
Inventors: Kerrin DOESSEL; Jochen Reinmuth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit einer verwölbbaren Membranstruktur (12) mit einer senkrecht zu einer Substratoberfläche (10a) ausgerichteten Membrandicke (d), und mindestens zwei Elektroden (14, 16) umfassend mindestens eine erste Elektrode (14) und mindestens eine zweite Elektrode (16) mit zumindest einer senkrecht zu der Substratoberfläche (10a) ausgerichteten Elektrodenmindesthöhe (h), welche derart elektrisch kontaktierbar sind, dass eine Potentialdifferenz (U) ungleich Null anlegbar ist, und wobei die Elektrodenmindesthöhe (h) um zumindest einen Faktor 3 größer als die Membrandicke (d) und ein Höchstabstand (Δ) zwischen jeder ersten Elektrode (14) zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode (16) kleiner als eine Hälfte der Elektrodenmindesthöhe (h) sind, so dass mittels einer angelegten Potentialdifferenz (U) ungleich Null die ersten und zweiten Elektroden (14, 16) zumindest teilweise zueinander verkippbar sind, und die Membranstruktur (12) mittels der zueinander verkippten Elektroden (14, 16) verwölbbar ist.The invention relates to a micromechanical component for a sound generation and/or sound amplifier device with a warpable membrane structure (12) with a membrane thickness (d) oriented perpendicular to a substrate surface (10a), and at least two electrodes (14, 16) comprising at least one first electrode (14) and at least one second electrode (16) with at least one minimum electrode height (h) oriented perpendicular to the substrate surface (10a), which can be electrically contacted in such a way that a potential difference (U) not equal to zero can be applied, and wherein the minimum electrode height (h) is at least a factor of 3 greater than the membrane thickness (d) and a maximum distance (Δ) between each first electrode (14) and its at least one adjacent second electrode (16) is less than half of the minimum electrode height (h), so that by means of an applied potential difference (U) not equal to zero, the first and second electrodes (14, 16) can be at least partially tilted towards each other, and the membrane structure (12) can be warped by means of the electrodes (14, 16) tilted relative to one another.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung und eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals.The invention relates to a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device and a sound generating and/or sound amplifier device. The invention also relates to a manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device. The invention also relates to a method for generating and/or amplifying a sound signal.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind mikromechanische Bauteile für Schallverstärker-Vorrichtungen, wie beispielsweise das in der DE 10 2017 206 777 A1 beschriebene MEMS-Mikrofon, bekannt.State-of-the-art micromechanical components for sound amplifier devices, such as the one in the EN 10 2017 206 777 A1 described MEMS microphone.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 13.The present invention provides a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device with the features of claim 1, a sound generating and/or sound amplifier device with the features of claim 9, a manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device with the features of claim 12 and a method for generating and/or amplifying a sound signal with the features of claim 13.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zur Schallerzeugung und/oder Schallverstärkung, welche im Unterschied zum Stand der Technik nicht nur als Mikrofone einsetzbar sind. Beispielsweise sind mittels der vorliegenden Erfindung auch unterschiedliche Arten von Lautsprechern realisierbar, welche als MEMS-Lautsprecher zu kostengünstigen Preisen kleiner ausbildbar sind. Insbesondere können mittels der vorliegenden Erfindung auch Lautsprecher für In-Ear-Anwendungen, wie speziell Hörgeräte und Airpods, kostengünstig produziert werden. Ein weiterer Vorteil eines mittels der vorliegenden Erfindung realisierten Lautsprechers liegt in seinem relativ geringen Energieverbrauch, was eine vorteilhaft lange Batterielebensdauer der mindestens einen Batterie des jeweiligen Lautsprechers ermöglicht. Die herkömmlichen Nachteile elektromagnetischer Lautsprecher, welche konzeptbedingt sehr viel Strom benötigen, können damit mittels einer Nutzung der vorliegenden Erfindung umgangen werden.The present invention creates advantageous possibilities for sound generation and/or sound amplification, which, in contrast to the prior art, can be used not only as microphones. For example, different types of loudspeakers can also be realized using the present invention, which can be made smaller as MEMS loudspeakers at low prices. In particular, loudspeakers for in-ear applications, such as hearing aids and airpods, can also be produced inexpensively using the present invention. A further advantage of a loudspeaker realized using the present invention is its relatively low energy consumption, which enables an advantageously long battery life of the at least one battery of the respective loudspeaker. The conventional disadvantages of electromagnetic loudspeakers, which require a lot of power due to their design, can thus be avoided by using the present invention.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die Elektrodenmindesthöhe um zumindest einen Faktor 5 größer als die Membrandicke und/oder der Höchstabstand zwischen jeder ersten Elektrode zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode ist kleiner als ein Drittel der Elektrodenmindesthöhe. Bei einem Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen den ersten und zweiten Elektroden ist der maximale Abstand zwischen Elektroden mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen somit klein im Vergleich zur Elektrodenmindesthöhe, welche wiederum groß im Vergleich zu der Membrandicke ist. Eine mittels des Anlegens der Potentialdifferenz ungleich Null erzeugte elektrostatische Kraft zwischen Elektroden mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen löst deshalb eine Kippbewegung von zumindest einigen der ersten und zweiten Elektroden aus, wodurch die Membranstruktur verbogen und ausgelenkt wird. Die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils eignet sich deshalb vorteilhaft zur Schallerzeugung und/oder Schallverstärkung.In an advantageous embodiment of the micromechanical component, the minimum electrode height is at least a factor of 5 greater than the membrane thickness and/or the maximum distance between each first electrode and its at least one adjacent second electrode is less than a third of the minimum electrode height. When a potential difference other than zero is applied between the first and second electrodes, the maximum distance between electrodes with different electrical potentials is thus small compared to the minimum electrode height, which in turn is large compared to the membrane thickness. An electrostatic force generated by applying the potential difference other than zero between electrodes with different electrical potentials therefore triggers a tilting movement of at least some of the first and second electrodes, whereby the membrane structure is bent and deflected. The embodiment of the micromechanical component described here is therefore advantageously suitable for sound generation and/or sound amplification.

Vorzugsweise sind die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode jeweils an einer von dem Substrat weg gerichteten Membranaußenseite der Membranstruktur direkt oder über die je eine Verbindungskomponente verankert. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, ermöglicht eine derartige Anordnung der ersten Elektroden und der zweiten Elektroden deren verlässlichen Schutz vor Verschmutzungen. Alternativ können die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden jedoch auch an einer zu dem Substrat ausgerichteten Membraninnenseite der Membranstruktur direkt oder über die je eine Verbindungskomponente verankert sein.Preferably, the at least one first electrode and the at least one second electrode are each anchored to a membrane outer side of the membrane structure facing away from the substrate, either directly or via the respective connecting component. As will become clear from the following description, such an arrangement of the first electrodes and the second electrodes enables them to be reliably protected against contamination. Alternatively, however, the first electrodes and the second electrodes can also be anchored to a membrane inner side of the membrane structure facing the substrate, either directly or via the respective connecting component.

Vorteilhafterweise liegen sich mindestens eine erste Elektrodenfläche der mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Elektrode gegenüber und sind senkrecht zu der Substratoberfläche des Substrats und/oder einer Verwölbungsrichtung der Membranstruktur ausgerichtet. Durch die Kippbewegung wird deshalb der Abstand zwischen der ersten Elektrode zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode verringert, wodurch eine besonders hohe elektrische Kraft erzeugt wird.Advantageously, at least one first electrode surface of the at least one first electrode and at least one second electrode surface of the at least one second electrode are opposite one another and are aligned perpendicular to the substrate surface of the substrate and/or a warping direction of the membrane structure. The tilting movement therefore reduces the distance between the first electrode and its at least one adjacent second electrode, thereby generating a particularly high electrical force.

Bevorzugter Weise weist das Substrat eine sich von der Substratoberfläche bis zu einer von der Substratoberfläche weg gerichteten Rückseitenfläche des Substrats durch das Substrat erstreckende Aussparung auf, welche von der Membranstruktur überspannt ist. Die Ausbildung der Aussparung verbessert eine Verbiegbarkeit/Verformbarkeit der Membranstruktur. Außerdem kann die Aussparung als zumindest Teil einer Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung der mit dem mikromechanischen Bauteil ausgestatteten Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung genutzt werden.Preferably, the substrate has a recess extending through the substrate from the substrate surface to a rear surface of the substrate directed away from the substrate surface, which recess is spanned by the membrane structure. The formation of the recess improves the bendability/deformability of the membrane structure. In addition, the recess can be used as at least part of a sound input and/or sound output opening of the sound generating device equipped with the micromechanical component. and/or sound amplifier device may be used.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils weist die Aussparung in jeder parallel zu der Substratoberfläche ausgerichteten und das Substrat schneidenden Ebene eine hexagonale Form auf, wobei die ersten und zweiten Elektroden in sechs Gruppen aufgeteilt sind, von denen jede Gruppe zumindest zwei Elektroden umfassend mindestens eine der ersten Elektroden und mindestens eine der zweiten Elektroden aufweist, und jeweils benachbart zu einer anderen Kante eines Hexagonals an der Membranstruktur direkt oder über die je eine Verbindungskomponente verankert ist. Die „hexagonale Anordnung“ der Gruppen von Elektroden ermöglicht eine relativ hohe Auslenkung der Membranstruktur mittels der Elektroden, wodurch selbst vergleichsweise laute Schallsignale erzeugbar sind.In a particularly advantageous embodiment of the micromechanical component, the recess has a hexagonal shape in each plane aligned parallel to the substrate surface and intersecting the substrate, wherein the first and second electrodes are divided into six groups, each group having at least two electrodes comprising at least one of the first electrodes and at least one of the second electrodes, and each group is anchored adjacent to another edge of a hexagon on the membrane structure directly or via a connecting component. The "hexagonal arrangement" of the groups of electrodes enables a relatively high deflection of the membrane structure by means of the electrodes, whereby even comparatively loud sound signals can be generated.

Beispielsweise können die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode aus einer Elektrodenmaterialschicht herausstrukturiert sein, wobei die Potentialdifferenz ungleich Null über mindestens zwei aus der Elektrodenmaterialschicht ebenfalls herausstrukturierte Kontaktierbereiche zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode anlegbar ist, und wobei an jedem der Kontaktierbereiche entweder die einzige oder eine der ersten Elektroden oder die einzige oder eine der zweiten Elektroden mechanisch verankert und elektrisch angebunden ist. Die hier beschriebene „Stromführung in der Elektrodenebene“ kann vorteilhaft mit einer elektrisch isolierenden Membran als der Membranstruktur zusammenwirken.For example, the at least one first electrode and the at least one second electrode can be structured from an electrode material layer, wherein the potential difference not equal to zero can be applied between the at least one first electrode and the at least one second electrode via at least two contact areas also structured from the electrode material layer, and wherein either the only or one of the first electrodes or the only or one of the second electrodes is mechanically anchored and electrically connected to each of the contact areas. The "current conduction in the electrode plane" described here can advantageously interact with an electrically insulating membrane as the membrane structure.

Alternativ kann die Potentialdifferenz ungleich Null über mindestens zwei auf und/oder in der Membranstruktur angeordnete Leiterbahnen zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode anlegbar sein. Mittels einer derartigen „Stromführung in der Membranebene“ kann auch die Membranstruktur selbst zur Stromführung genutzt werden.Alternatively, the potential difference not equal to zero can be applied via at least two conductor tracks arranged on and/or in the membrane structure between the at least one first electrode and the at least one second electrode. By means of such a "current conduction in the membrane plane", the membrane structure itself can also be used to conduct current.

Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einer Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet.The advantages described above are also guaranteed in a sound generating and/or sound amplifier device with such a micromechanical component.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform verläuft eine Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung zumindest teilweise entlang der sich von der Substratoberfläche bis zu der von der Substratoberfläche weg gerichteten Rückseitenfläche des Substrats durch das Substrat erstreckenden Aussparung, wobei die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode jeweils an der von dem Substrat weg gerichteten Membranaußenseite der Membranstruktur direkt oder über die je eine Verbindungskomponente verankert sind. Bei der hier beschriebenen Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung sind die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden deshalb verlässlich vor durch die Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung eindringenden Fremdpartikeln geschützt.In an advantageous embodiment, a sound input and/or sound output opening of the sound generation and/or sound amplifier device runs at least partially along the recess extending through the substrate from the substrate surface to the rear surface of the substrate facing away from the substrate surface, wherein the at least one first electrode and the at least one second electrode are each anchored to the membrane outer side of the membrane structure facing away from the substrate directly or via the respective connecting component. In the sound generation and/or sound amplifier device described here, the first electrodes and the second electrodes are therefore reliably protected from foreign particles penetrating through the sound input and/or sound output opening.

Beispielsweise kann die Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung ein Lautsprecher, ein Mikrofon, ein in einem Gehörgang eines menschlichen Ohres tragbares Gerät, ein Hörgerät, ein Airpod, ein Ultraschallgeber, ein Ultraschallsensor und/oder eine Pumpe sein. Die hier beschriebene Erfindung ist deshalb vielseitig einsetzbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Ausbildungsmöglichkeiten für die Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung nicht abschließend zu interpretieren sind.For example, the sound generating and/or sound amplifier device can be a loudspeaker, a microphone, a device that can be worn in the ear canal of a human ear, a hearing aid, an airpod, an ultrasound transmitter, an ultrasound sensor and/or a pump. The invention described here can therefore be used in a variety of ways. However, it should be noted that the possible designs for the sound generating and/or sound amplifier device listed here are not to be interpreted as exhaustive.

Auch ein Ausführen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung bewirkt die oben erläuterten Vorteile. Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals die oben erläuterten Vorteile. Sowohl das Herstellungsverfahren als auch das Verfahren zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals können gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils und/oder der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung weitergebildet werden.Carrying out a corresponding manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device also brings about the advantages explained above. Furthermore, carrying out a corresponding method for generating and/or amplifying a sound signal also brings about the advantages explained above. Both the manufacturing method and the method for generating and/or amplifying a sound signal can be further developed according to the embodiments of the micromechanical component and/or the sound generating and/or sound amplifier device explained above.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1a bis 1d eine schematische Darstellung und Querschnitte einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
2a bis 2c eine schematische Darstellung und Querschnitte einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
3a und 3b eine schematische Darstellung und einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung; und
5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung.

Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. They show:

1a to 1d a schematic representation and cross sections of a first embodiment of the micromechanical component;
2a to 2c a schematic representation and cross sections of a second embodiment of the micromechanical component;
3a and 3b a schematic representation and a cross section of a third embodiment of the micromechanical component;
4 a schematic representation of an embodiment of the sound generating and/or sound amplifier device; and
5 a flow chart for explaining an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component for a Sound generating and/or sound amplifying device.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1a bis 1d zeigen eine schematische Darstellung und Querschnitte einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 1b und 1c Querschnitte entlang einer Linie AA` der 1a und die 1d einen Querschnitt entlang einer Linie BB` der 1a wiedergeben. 1a to 1d show a schematic representation and cross sections of a first embodiment of the micromechanical component, wherein the 1b and 1c Cross sections along a line AA` of the 1a and the 1d a cross section along a line BB` of the 1a play.

Das mittels der 1a bis 1d wiedergegebene mikromechanische Bauteil hat ein Substrat 10 mit einer Substratoberfläche 10a und einer an und/oder über der Substratoberfläche 10a befestigten Membranstruktur 12. Die Membranstruktur 12 kann wahlweise eine (einschichtige) Membran 12 oder ein membranförmiger Schichtaufbau aus mehreren Schichten sein. Die Membranstruktur 12 kann insbesondere eine (evtl. leitfähige) Polysiliziumschicht sein. Die Membranstruktur 12 weist eine senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtete Membrandicke d auf, welche derart dünn ist, dass die Membranstruktur 12 verwölbbar, bzw. verformbar ist. Z.B. kann die Membrandicke d der Membranstruktur 12 zwischen 200 nm (Nanometer) bis 6 µm (Mikrometer) liegen.The 1a to 1d The micromechanical component shown has a substrate 10 with a substrate surface 10a and a membrane structure 12 attached to and/or above the substrate surface 10a. The membrane structure 12 can optionally be a (single-layer) membrane 12 or a membrane-shaped layer structure made up of several layers. The membrane structure 12 can in particular be a (possibly conductive) polysilicon layer. The membrane structure 12 has a membrane thickness d aligned perpendicular to the substrate surface 10a, which is so thin that the membrane structure 12 can be warped or deformed. For example, the membrane thickness d of the membrane structure 12 can be between 200 nm (nanometers) and 6 µm (micrometers).

Außerdem weist das mikromechanische Bauteil mindestens zwei Elektroden 14 und 16 umfassend mindestens eine erste Elektrode 14 und mindestens eine zweite Elektrode 16 auf, welche jeweils an der Membranstruktur 12 direkt oder über je eine Verbindungskomponente 18 verankert sind. Sofern das mikromechanische Bauteil mindestens drei Elektroden 14 und 16 hat, kann/können die einzige oder eine der ersten Elektroden 14 zwischen zwei zweiten Elektroden 16 und/oder die einzige oder eine der zweiten Elektroden 16 zwischen zwei ersten Elektroden 14 liegen. Jede der Elektroden 14 und 16 weist entweder einen direkten mechanischen Kontakt mit der Membranstruktur 12 auf oder ist über die je eine Verbindungskomponente 18 an der Membranstruktur 12 über einen mechanischen Kontakt der jeweiligen Elektrode 14 oder 16 mit der zugeordneten Verbindungskomponente 18 und über einen weiteren mechanischen Kontakt der zugeordneten Verbindungskomponente 18 mit der Membranstruktur 12 verankert. Die je eine Verbindungskomponente 18 kann z.B. aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material, wie speziell Siliziumdioxid, siliziumreichen Nitrid und/oder Nitrid, sein (siehe 1d). Wie nachfolgend genauer erläutert wird, sind die mindestens eine erste Elektrode 14 und die mindestens eine zweite Elektrode 16 elektrisch derart kontaktierbar/kontaktiert, dass eine Potentialdifferenz/Spannung U ungleich Null zwischen der mindestens einen auf einem ersten Potential liegenden ersten Elektrode 14 und der mindestens einen auf einem zweiten Potential (ungleich dem ersten Potential) liegenden zweiten Elektrode 16 anlegbar ist.In addition, the micromechanical component has at least two electrodes 14 and 16 comprising at least one first electrode 14 and at least one second electrode 16, which are each anchored to the membrane structure 12 directly or via a respective connecting component 18. If the micromechanical component has at least three electrodes 14 and 16, the only or one of the first electrodes 14 can be located between two second electrodes 16 and/or the only or one of the second electrodes 16 can be located between two first electrodes 14. Each of the electrodes 14 and 16 either has direct mechanical contact with the membrane structure 12 or is anchored to the membrane structure 12 via the respective connecting component 18 via a mechanical contact of the respective electrode 14 or 16 with the associated connecting component 18 and via a further mechanical contact of the associated connecting component 18 with the membrane structure 12. The respective connecting component 18 can be made of at least one electrically insulating material, such as silicon dioxide, silicon-rich nitride and/or nitride (see 1d ). As will be explained in more detail below, the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 are electrically contactable/contacted in such a way that a potential difference/voltage U not equal to zero can be applied between the at least one first electrode 14 lying at a first potential and the at least one second electrode 16 lying at a second potential (not equal to the first potential).

Der Querschnitt der 1b entlang der Linie AA` der 1a zeigt das mikromechanische Bauteil in einer Betriebssituation, in welcher keine Potentialdifferenz/Spannung (U = Null) zwischen der mindestens einen ersten Elektrode 14 und der mindestens einen zweiten Elektrode 16 anliegt. Erkennbar ist in 1b, dass die mindestens eine erste Elektrode 14 und die mindestens eine zweite Elektrode 16 (alle) mit zumindest einer senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichteten Elektrodenmindesthöhe h ausgebildet sind, welche um zumindest einen Faktor 3 größer als die Membrandicke d der Membranstruktur 12 ist. Zusätzlich ist ein Höchstabstand Δ zwischen jeder ersten Elektrode 14 zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode 16 definierbar, welcher kleiner als eine Hälfte der Elektrodenmindesthöhe h ist. Die Elektrodenmindesthöhe h kann insbesondere größer-gleich 10 µm (Mikrometer) sein. Der Höchstabstand Δ ist kleiner als 3 µm (Mikrometer). Das Verhältnis von Elektrodenmindesthöhe h und Höchstabstand Δ ist bevorzugt größer als 10, insbesondere größer als 12.The cross-section of the 1b along the line AA` of the 1a shows the micromechanical component in an operating situation in which there is no potential difference/voltage (U = zero) between the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16. It can be seen in 1b that the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 (all) are designed with at least one minimum electrode height h aligned perpendicular to the substrate surface 10a, which is at least a factor of 3 greater than the membrane thickness d of the membrane structure 12. In addition, a maximum distance Δ between each first electrode 14 and its at least one adjacent second electrode 16 can be defined, which is less than half of the minimum electrode height h. The minimum electrode height h can in particular be greater than or equal to 10 µm (micrometers). The maximum distance Δ is less than 3 µm (micrometers). The ratio of minimum electrode height h and maximum distance Δ is preferably greater than 10, in particular greater than 12.

Aufgrund ihrer verglichen mit der Membrandicke d der Membranstruktur 12 vergleichsweise großen Elektrodenmindesthöhe h und des relativ geringen Höchstabstands Δ realisieren die Elektroden 14 und 16 des mikromechanischen Bauteils einen Plattenkondensator, welcher sich vorteilhaft zur Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 eignet. Der Querschnitt der 1c entlang der Linie AA` der 1a gibt einen Betriebszustand des mikromechanischen Bauteils bei einer Potentialdifferenz/Spannung U ungleich Null zwischen dem ersten Potential der mindestens einen ersten Elektrode 14 und dem zweiten Potential der mindestens einen zweiten Elektrode 16 wieder. Erkennbar ist, dass die mittels des Anlegens der Potentialdifferenz/Spannung U ungleich Null auf die Elektroden 14 und 16 bewirkte Kraft die ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 zumindest teilweise zueinander verkippt. Insbesondere sind die ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 mittels der angelegten Potentialdifferenz U ungleich Null zumindest teilweise so zueinander verkippbar/verkippt, dass die ausgelösten Kippbewegungen parallel zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtet sind, wodurch die Zwischenabstände zwischen den Elektroden 14 und 16 unterschiedlicher Potentiale abnehmen. Aufgrund der Verankerung der ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 an der Membranstruktur 12 werden die mittels der Potentialdifferenz U ungleich Null ausgelösten Kippbewegungen entweder über den direkten mechanischen Kontakt der Elektroden 14 und 16 mit der Membranstruktur 12 oder über die je eine Verbindungskomponente 18 so auf die Membranstruktur 12 übertragen, dass die Membranstruktur 12 mittels der zueinander verkippten Elektroden 14 und 16 verwölbbar ist/verwölbt wird. Wie in 1c gezeigt ist, kann selbst eine relativ kleine Kippbewegung der Elektroden 14 und 16 eine vergleichsweise große Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 bewirken. Die angelegte Potentialdifferenz U ungleich Null bewirkt damit eine Auslenkung der Membranstruktur 12 (aus ihrer spannungslosen Ausgangsstellung), welche wahlweise zur Erzeugung und/oder zur Verstärkung eines Schallsignals und/oder zum Pumpen mindestens eines gasförmigen, pulverisierten und/oder flüssigen Materials genutzt werden kann.Due to their relatively large minimum electrode height h compared to the membrane thickness d of the membrane structure 12 and the relatively small maximum distance Δ, the electrodes 14 and 16 of the micromechanical component realize a plate capacitor, which is advantageously suitable for warping/deformation of the membrane structure 12. The cross section of the 1c along the line AA` of the 1a represents an operating state of the micromechanical component with a potential difference/voltage U not equal to zero between the first potential of the at least one first electrode 14 and the second potential of the at least one second electrode 16. It can be seen that the force caused by applying the potential difference/voltage U not equal to zero to the electrodes 14 and 16 tilts the first and second electrodes 14 and 16 at least partially towards each other. In particular, the first and second electrodes 14 and 16 can be tilted/tilted towards each other at least partially by means of the applied potential difference U not equal to zero such that the triggered tilting movements are aligned parallel to the substrate surface 10a, whereby the distances between the electrodes 14 and 16 of different potentials decrease. Due to the anchoring of the first and second electrodes 14 and 16 to the membrane structure 12, the tilting movements triggered by the potential difference U not equal to zero are transmitted to the membrane structure 12 either via the direct mechanical contact of the electrodes 14 and 16 with the membrane structure 12 or via the one connecting component 18 in such a way that the membrane structure 12 is tilted by means of the electrodes 14 and 16 tilted relative to each other. As in 1c As shown, even a relatively small tilting movement of the electrodes 14 and 16 can cause a comparatively large warping/deformation of the membrane structure 12. The applied potential difference U not equal to zero thus causes a deflection of the membrane structure 12 (from its voltage-free starting position), which can be used optionally to generate and/or amplify a sound signal and/or to pump at least one gaseous, pulverized and/or liquid material.

Vorzugsweise ist die Elektrodenmindesthöhe h um zumindest einen Faktor 5, insbesondere um einen Faktor 7, größer als die Membrandicke d der Membranstruktur 12. Alternativ oder ergänzend kann der Höchstabstand Δ zwischen jeder ersten Elektrode 14 zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode16 kleiner als ein Drittel der Elektrodenmindesthöhe h, speziell kleiner als ein Viertel der Elektrodenmindesthöhe h, sein. In beiden Fällen ist eine Eignung der Elektroden 14 und 16 zum Bewirken einer Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 verbessert.Preferably, the minimum electrode height h is greater than the membrane thickness d of the membrane structure 12 by at least a factor of 5, in particular by a factor of 7. Alternatively or additionally, the maximum distance Δ between each first electrode 14 and its at least one adjacent second electrode 16 can be less than a third of the minimum electrode height h, especially less than a quarter of the minimum electrode height h. In both cases, the suitability of the electrodes 14 and 16 for causing a warping/deformation of the membrane structure 12 is improved.

Wie anhand der 1b bis 1d außerdem erkennbar ist, kann das Substrat 10 noch eine Aussparung 20 aufweisen, welche sich von der Substratoberfläche 10a bis zu einer von der Substratoberfläche 10a weg gerichteten Rückseitenfläche 10b des Substrats 10 durch das Substrat 10 erstreckt, und welche von der Membranstruktur 12 überspannt ist. Eine derartige Aussparung 20 kann auch als Kaverne 20 bezeichnet werden. Die Ausbildung der Aussparung 20 durch das Substrat 10 verbessert eine Verwölbbarkeit/Verformbarkeit der Membranstruktur 12, weshalb auch vergleichsweise viel Schallenergie mittels der durch Anlegen einer Potentialdifferenz U ungleich Null ausgelösten Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 bewirkbar ist/bewirkt wird. Die Elektroden 14 und 16 realisieren damit einen kapazitiven Antrieb, mittels welchem unter einem vergleichsweise geringen Energieverbrauch Schallsignale erzeugbar und/oder verstärkbar sind. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, kann die Aussparung 20 auch vorteilhaft als zumindest Teil einer Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung zur Schallabgabe an eine Umgebung genutzt werden.As shown by the 1b to 1d As can also be seen, the substrate 10 can also have a recess 20 which extends through the substrate 10 from the substrate surface 10a to a rear surface 10b of the substrate 10 directed away from the substrate surface 10a, and which is spanned by the membrane structure 12. Such a recess 20 can also be referred to as a cavern 20. The formation of the recess 20 through the substrate 10 improves the warpability/deformability of the membrane structure 12, which is why a comparatively large amount of sound energy can be brought about by means of the warping/deformation of the membrane structure 12 triggered by the application of a potential difference U not equal to zero. The electrodes 14 and 16 thus realize a capacitive drive, by means of which sound signals can be generated and/or amplified with comparatively low energy consumption. As will become clear from the following description, the recess 20 can also advantageously be used as at least part of a sound input and/or sound output opening for emitting sound to an environment.

Vorteilhafterweise liegen sich mindestens eine erste Elektrodenfläche der mindestens eine erste Elektrode 14 und mindestens eine zweite Elektrodenfläche der mindestens einen zweiten Elektrode 16 gegenüber, wobei die ersten und zweiten Elektrodenflächen bei einem Vorliegen der Membranstruktur 12 in ihrer spannungslosen Ausgangsstellung senkrecht zu der Substratoberfläche 10a des Substrats 10 und, andernfalls, senkrecht zu einer Verwölbungsrichtung der Membranstruktur ausgerichtet sind. Mittels des kapazitiven Antriebs sind deshalb vergleichsweise hohe Kräfte zur Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 bewirkbar.Advantageously, at least one first electrode surface of the at least one first electrode 14 and at least one second electrode surface of the at least one second electrode 16 are opposite one another, wherein the first and second electrode surfaces are aligned perpendicular to the substrate surface 10a of the substrate 10 when the membrane structure 12 is in its stress-free starting position and, otherwise, perpendicular to a warping direction of the membrane structure. By means of the capacitive drive, comparatively high forces can therefore be brought about to warp/deform the membrane structure 12.

Bevorzugter Weise sind die mindesten eine erste Elektrode 14 und die mindesten eine zweite Elektrode 16 jeweils an einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Membranaußenseite 12a der Membranstruktur 12 direkt oder über die je eine Verbindungskomponente 18 verankert. Bei einer Nutzung der Aussparung 20 als zumindest Teil einer Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung einer mit dem mikromechanischen Bauteil ausgestatteten Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung sind die Elektroden 14 und 16 in diesem Fall gut vor durch die Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung eintretenden Fremdpartikeln oder anderen externen Störeinflüssen geschützt. Alternativ können die mindesten eine erste Elektrode 14 und die mindesten eine zweite Elektrode 16 jedoch auch an einer zu dem Substrat 10 ausgerichteten Membraninnenseite 12b der Membranstruktur 12 direkt oder über die je eine Verbindungskomponente 18 verankert sein.Preferably, the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 are each anchored to a membrane outer side 12a of the membrane structure 12 directed away from the substrate 10, directly or via the respective connecting component 18. When the recess 20 is used as at least part of a sound input and/or sound output opening of a sound generation and/or sound amplifier device equipped with the micromechanical component, the electrodes 14 and 16 are in this case well protected from foreign particles entering through the sound input and/or sound output opening or other external interference. Alternatively, the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 can also be anchored to a membrane inner side 12b of the membrane structure 12 directed towards the substrate 10, directly or via the respective connecting component 18.

Bei der Ausführungsform der 1a bis 1d sind die mindestens eine erste Elektrode 14 und die mindestens eine zweite Elektrode 16 aus einer (gemeinsamen) Elektrodenmaterialschicht herausstrukturiert. Die Potentialdifferenz U ungleich Null ist über mindestens zwei aus der Elektrodenmaterialschicht ebenfalls herausstrukturierte Kontaktierbereiche 22a und 22b zwischen der mindestens einen ersten Elektrode 14 und der mindestens einen zweiten Elektrode 16 anlegbar, wobei an jedem der Kontaktierbereiche 22a und 22b entweder mindestens eine erste Elektrode 14 oder mindestens eine zweite Elektrode 16 mechanisch verankert und elektrisch angebunden ist. Bei der Ausführungsform der 1a bis 1d erfolgt die Stromführung damit allein in einer sogenannten Elektrodenebene (der früheren Elektrodenmaterialschicht). Deshalb kann als Membranstruktur 12 eine elektrisch isolierende Membran 12 eingesetzt sein. Durch die Aussparung 20 eindringende Fremdpartikel können somit keine elektrischen Kurzschlüsse verursachen.In the embodiment of the 1a to 1d the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 are structured from a (common) electrode material layer. The potential difference U not equal to zero can be applied between the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 via at least two contact areas 22a and 22b, which are also structured from the electrode material layer, wherein either at least one first electrode 14 or at least one second electrode 16 is mechanically anchored and electrically connected to each of the contact areas 22a and 22b. In the embodiment of the 1a to 1d The current is thus only carried out in a so-called electrode plane (the former electrode material layer). An electrically insulating membrane 12 can therefore be used as the membrane structure 12. Foreign particles penetrating through the recess 20 cannot therefore cause electrical short circuits.

Bei der Ausführungsform der 1a bis 1d weist die Aussparung 20 in jeder parallel zu der Substratoberfläche 10a ausgerichteten und das Substrat 10 schneidenden Ebene eine rechteckige Form auf. Entsprechend ist ein die Aussparung 20 abdeckender freitragender/ aufgespannter Bereich 12c der Membranstruktur 12 der Ausführungsform der 1a bis 1d rechteckförmig. Die ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 sind in zwei Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b aufgeteilt, von denen jede Gruppe mindestens zwei Elektroden 14 und 16 umfassend mindestens eine der ersten Elektroden 14a oder 14b und mindestens eine der zweiten Elektroden 16a oder 16b hat. Vorteilhafterweise sind die zwei Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b an zwei gegenüberliegenden Kanten des rechteckförmigen freitragenden Bereichs 12c der Membranstruktur 12 direkt oder über die je eine Verbindungskomponente 18 an der Membranstruktur 12 verankert. Eine derartige Anordnung der zwei Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b ist zum Bewirken einer großen Verwölbung/Verformung der Membranstruktur vorteilhaft.In the embodiment of the 1a to 1d the recess 20 has a rectangular shape in each plane aligned parallel to the substrate surface 10a and intersecting the substrate 10. Accordingly, a self-supporting/spanned region 12c of the membrane structure 12 covering the recess 20 is of the embodiment of the 1a to 1d rectangular. The first and second electrodes 14 and 16 are divided into two groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b, each group having at least two electrodes 14 and 16 comprising at least one of the first electrodes 14a or 14b and at least one of the second electrodes 16a or 16b. Advantageously, the two groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b are anchored to the membrane structure 12 at two opposite edges of the rectangular cantilevered region 12c of the membrane structure 12 directly or via the respective connecting component 18. Such an arrangement of the two groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b is advantageous for causing a large warping/deformation of the membrane structure.

Optionaler Weise kann der freitragende Bereich 12c über mindestens eine durch die Membranstruktur 12 durchgehende Aussparung 24 an seinem Randbereich lokal freigestellt sein, um eine Verwölbbarkeit/Verformbarkeit der Membranstruktur 12 zu verbessern. Wie in 1a erkennbar ist, können insbesondere zwei durchgehende Aussparung 24 an der Membranstruktur 12 ausgebildet sein, von denen sich jede entlang einer zwischen den zwei Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b verlaufenden Kante des freitragenden Bereichs 12c derart erstreckt, dass der freitragende Bereich 12c an zwei gegenüberliegenden Kanten freigestellt ist. Damit können hohe Amplituden bei einer Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 mittels der zwei Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b erreicht werden.Optionally, the self-supporting region 12c can be locally exposed at its edge region via at least one recess 24 extending through the membrane structure 12 in order to improve the warpability/deformability of the membrane structure 12. As in 1a As can be seen, in particular two continuous recesses 24 can be formed on the membrane structure 12, each of which extends along an edge of the self-supporting region 12c running between the two groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b such that the self-supporting region 12c is exposed on two opposite edges. High amplitudes can thus be achieved when the membrane structure 12 is warped/deformed by means of the two groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b.

Die mindestens eine erste Elektrode 14 und die mindestens eine zweite Elektrode 16 weisen bei der Ausführungsform der 1a bis 1d jeweils mehrere U-förmige Federelemente auf, welche als „Torsionsfedern“ eine Steifigkeit der jeweiligen Elektrode 14 oder 16 mit deren abnehmendem Abstand zu einem Mittelpunkt M des freitragenden Bereichs 12c der Membranstruktur 12 reduzieren. Die Elektroden 14 und 16 dienen somit nicht nur als „Leiterbahnen“, sondern auch als Federelemente. Durch die „weiche“ Ausbildung der Elektroden 14 und 16 sind große Membranauslenkungen der Membranstruktur 12 ermöglicht. Eine Federsteifigkeit der Elektroden 14 und 16 kann insbesondere kleiner-gleich Zweidrittel einer Federsteifigkeit der Membranstruktur 12, speziell kleiner-gleich einer Hälfte der Federsteifigkeit der Membranstruktur 12, sein.The at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 have in the embodiment of the 1a to 1d each have several U-shaped spring elements which, as "torsion springs", reduce the stiffness of the respective electrode 14 or 16 as its distance from a center point M of the self-supporting area 12c of the membrane structure 12 decreases. The electrodes 14 and 16 thus serve not only as "conductor tracks", but also as spring elements. The "soft" design of the electrodes 14 and 16 enables large membrane deflections of the membrane structure 12. A spring stiffness of the electrodes 14 and 16 can in particular be less than or equal to two-thirds of a spring stiffness of the membrane structure 12, especially less than or equal to one-half of the spring stiffness of the membrane structure 12.

2a bis 2c zeigen eine schematische Darstellung und Querschnitte einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 2b und 2c Querschnitte entlang einer Linie CC` der 2a wiedergeben. 2a to 2c show a schematic representation and cross sections of a second embodiment of the micromechanical component, wherein the 2 B and 2c Cross sections along a line CC` of the 2a play.

Bei der Ausführungsform der 2a bis 2c sind die ersten Elektroden 14 und die zweiten Elektroden 16 in vier Gruppen aufgeteilt, von denen jede Gruppe mindestens zwei Elektroden 14 und 16 umfassend mindestens eine der ersten Elektroden 14a, 14b, 14c oder 14d und mindestens eine der zweiten Elektroden 16a, 16b, 16c oder 16d aufweist. Während zwei äußere Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b an gegenüberliegenden Kanten des rechteckförmigen freitragenden Bereichs 12c der Membranstruktur 12 angeordnet sind, sind zwei innere Gruppen von Elektroden 14c und 16c oder 14d und 16d beidseitig um den Mittelpunkt M des freitagenden Bereichs 12c platziert. Die zwei zwischen den äu-ßeren Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b angeordneten inneren Gruppen von Elektroden 14c und 16c oder 14d und 16d können insbesondere um 180°-phasenverschoben zu den äußeren Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b angesteuert sein/werden, so dass, während mittels der äußeren Gruppen von Elektroden 14a und 16a oder 14b und 16b eine Auslenkung der Membranstruktur 12 in einer ersten Richtung bewirkt ist/wird, mittels der inneren Gruppen von Elektroden 14c und 16c oder 14d und 16d eine Gegenbewegung der Membranstruktur 12 in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung initiiert ist/wird.In the embodiment of the 2a to 2c the first electrodes 14 and the second electrodes 16 are divided into four groups, each group having at least two electrodes 14 and 16 comprising at least one of the first electrodes 14a, 14b, 14c or 14d and at least one of the second electrodes 16a, 16b, 16c or 16d. While two outer groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b are arranged on opposite edges of the rectangular cantilevered region 12c of the membrane structure 12, two inner groups of electrodes 14c and 16c or 14d and 16d are placed on both sides around the center point M of the cantilevered region 12c. The two inner groups of electrodes 14c and 16c or 14d and 16d arranged between the outer groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b can in particular be controlled with a phase shift of 180° to the outer groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b, so that while a deflection of the membrane structure 12 in a first direction is effected by means of the outer groups of electrodes 14a and 16a or 14b and 16b, a counter movement of the membrane structure 12 in a second direction opposite to the first direction is initiated by means of the inner groups of electrodes 14c and 16c or 14d and 16d.

Der Querschnitt der 2b entlang der Linie CC` der 2a zeigt das mikromechanische Bauteil in einer Betriebssituation, in welcher keine Potentialdifferenz/Spannung (U = Null) zwischen den ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 anliegt. Demgegenüber gibt der Querschnitt der 2c entlang der Linie CC` der 2a einen Betriebszustand des mikromechanischen Bauteils bei einer jeweiligen Potentialdifferenz/Spannung U ungleich Null zwischen dem ersten Potential der mindestens einen ersten Elektrode 14 und dem zweiten Potential der mindestens einen zweiten Elektrode 16 bei jeder Gruppe von Elektroden 14 und 16 wieder.The cross-section of the 2 B along the line CC` of the 2a shows the micromechanical component in an operating situation in which there is no potential difference/voltage (U = zero) between the first and second electrodes 14 and 16. In contrast, the cross section of the 2c along the line CC` of the 2a an operating state of the micromechanical component at a respective potential difference/voltage U not equal to zero between the first potential of the at least one first electrode 14 and the second potential of the at least one second electrode 16 in each group of electrodes 14 and 16.

Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist bei dem mikromechanischen Bauteil der 2a bis 2c die mindestens eine Potentialdifferenz U ungleich Null über mindestens zwei auf und/oder in der Membranstruktur 12 angeordnete Leiterbahnen 26a, 26b und 26c zwischen der mindestens einen ersten Elektrode 14 und der mindestens einen zugeordneten zweiten Elektrode 16 anlegbar/angelegt. Die Stromführung erfolgt somit bei dem mikromechanischen Bauteil der 2a bis 2c in der Membranebene. Die mindestens zwei Leiterbahnen 26a bis 26c können insbesondere mittels mindestens einer die jeweilige Leiterbahn 26a, 26b oder 26c begrenzenden durchgehenden Aussparung 24 von einem die jeweilige Leiterbahn 26a, 26b oder 26c umgebenden Nachbarbereich der Membranstruktur 12 elektrisch isoliert sein. Optional kann noch mindestens eine der Leiterbahnen 26a, 26b oder 26c von einer Brückenstruktur 28 überspannt sein, welche an einem den freitragenden Bereichs 12c der Membranstruktur 12 umrahmenden und aus der Elektrodenmaterialschicht herausstrukturierten Rahmenteil 30 verankert ist. Ein aus der Elektrodenmaterialschicht ebenfalls herausstrukturierter Teil der mindestens einen Brückenstruktur 28 kann über einen isolierenden Teil der jeweiligen Brückenstruktur 28 an der Membranstruktur 12 angebunden sein, so dass ein mit einer der Leiterbahnen 26a, 26b oder 26c bestückter Membranbereich der Membranstruktur 12 trotz der Ausbildung der mindestens einen die jeweilige Leiterbahn 26a, 26b oder 26c begrenzenden durchgehenden Aussparung 24 noch eine gute Kompaktheit aufweist. Alternativ kann auch ein mindestens eine der Leiterbahnen 26a, 26b oder 26c begrenzender Grenzbereich der Membranstruktur 12 aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Die mindestens zwei Leiterbahnen 24a und 24b können mit elektrischen Kontakten 32a, 32b und 32c elektrisch verbunden sein, welche außerhalb von dem freitragenden Bereich 12c der Membranstruktur 12 und evtl. außerhalb von dem Rahmenteil 30 an dem mikromechanischen Bauteil angeordnet sind. Damit kann ein elektrisches Signal problemlos einer beliebigen Elektrode 14 oder 16 zugeführt werden.In contrast to the previously described embodiment, the micromechanical component of the 2a to 2c the at least one potential difference U not equal to zero can be applied/is applied via at least two conductor tracks 26a, 26b and 26c arranged on and/or in the membrane structure 12 between the at least one first electrode 14 and the at least one associated second electrode 16. The current is thus carried out in the micromechanical component of the 2a to 2c in the membrane plane. The at least two conductor tracks 26a to 26c can be electrically insulated from a neighboring area of the membrane structure 12 surrounding the respective conductor track 26a, 26b or 26c, in particular by means of at least one continuous recess 24 delimiting the respective conductor track 26a, 26b or 26c. Optionally, at least one of the conductor tracks 26a, 26b or 26c can be spanned by a bridge structure 28 which is attached to a frame framing the self-supporting area 12c of the membrane structure 12 and is anchored in the frame part 30 structured out of the electrode material layer. A part of the at least one bridge structure 28 that is also structured out of the electrode material layer can be connected to the membrane structure 12 via an insulating part of the respective bridge structure 28, so that a membrane region of the membrane structure 12 equipped with one of the conductor tracks 26a, 26b or 26c still has good compactness despite the formation of the at least one continuous recess 24 delimiting the respective conductor track 26a, 26b or 26c. Alternatively, a boundary region of the membrane structure 12 delimiting at least one of the conductor tracks 26a, 26b or 26c can also be formed from at least one electrically insulating material. The at least two conductor tracks 24a and 24b can be electrically connected to electrical contacts 32a, 32b and 32c, which are arranged outside of the self-supporting region 12c of the membrane structure 12 and possibly outside of the frame part 30 on the micromechanical component. This allows an electrical signal to be easily fed to any electrode 14 or 16.

Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 2a bis 2c und ihrer Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsform der 1a bis 1d verwiesen.Regarding further features and properties of the micromechanical component of the 2a to 2c and its advantages, please refer to the description of the embodiment of the 1a to 1d referred to.

3a und 3b zeigen eine schematische Darstellung und einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 3b einen Querschnitt entlang der Linie DD` der 3a wiedergibt. 3a and 3b show a schematic representation and a cross section of a third embodiment of the micromechanical component, wherein the 3b a cross section along the line DD` of the 3a reproduces.

Bei der Ausführungsform der 3a und 3b hat die Aussparung 20 in jeder parallel zu der Substratoberfläche 10a ausgerichteten und das Substrat 10 schneidenden Ebene eine hexagonale Form. Deshalb weist auch der freitragende Bereich 12c der Membranstruktur 12 die Form eines Hexagonals auf. Die ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 sind in sechs Gruppen von Elektroden 14a und 16a bis 14f und 16f aufgeteilt, von denen jede Gruppe von Elektroden 14a und 16a bis 14f und 16f mindestens zwei Elektroden 14 und 16 umfassend mindestens eine der ersten Elektroden 14a bis 14f und mindestens eine der zweiten Elektroden 16a bis 16f hat. Jede der Gruppen von Elektroden 14a und 16a bis 14f und 16f ist benachbart zu einer anderen Kante des Hexagonals des freitragende Bereichs 12c an der Membranstruktur 12 direkt oder über die je eine Verbindungskomponente 18 verankert. Bei der hexagonalen Form des freitragenden Bereichs 12c und der Verteilung der sechs Gruppen von Elektroden 14a und 16a bis 14f und 16f auf seine Kanten entfällt insbesondere auch eine Notwendigkeit zum Ausbilden mindestens einer durchgehenden Aussparung 24 an einem Randbereich des freitragenden Bereichs 12c. Dies ist besonders für große und robuste Membranstrukturen 12 von Vorteil. Durch das Fehlen einer durchgehenden Aussparung 24 am Randbereich des freitragenden Bereichs 12c tritt während einer Auslenkung der Membranstruktur 12 kein Strömen/Rückströmen von Luft an dem Randbereich des freitragenden Bereichs 12c auf, weshalb die hexagonale Form des freitragenden Bereichs 12c und die Verteilung der sechs Gruppen von Elektroden 14a und 16a bis 14f und 16f auf seine Kanten insbesondere für Anwendungen mit hoher Schallleistung von Vorteil ist. Außerdem entfällt bei einem Verzicht auf eine durchgehende Aussparung 24 am Randbereich des freitragenden Bereichs 12c noch das Risiko eines Eindringens von Fremdpartikeln in die eine derartige durchgehende Aussparung 24, was zu einem Blockieren von Auslenkungen der Membranstruktur 12 führen könnte.In the embodiment of the 3a and 3b the recess 20 has a hexagonal shape in every plane aligned parallel to the substrate surface 10a and intersecting the substrate 10. Therefore, the self-supporting region 12c of the membrane structure 12 also has the shape of a hexagon. The first and second electrodes 14 and 16 are divided into six groups of electrodes 14a and 16a to 14f and 16f, of which each group of electrodes 14a and 16a to 14f and 16f has at least two electrodes 14 and 16 comprising at least one of the first electrodes 14a to 14f and at least one of the second electrodes 16a to 16f. Each of the groups of electrodes 14a and 16a to 14f and 16f is anchored adjacent to a different edge of the hexagon of the self-supporting region 12c to the membrane structure 12 directly or via the one connecting component 18. The hexagonal shape of the cantilevered region 12c and the distribution of the six groups of electrodes 14a and 16a to 14f and 16f on its edges also eliminates the need to form at least one continuous recess 24 on an edge region of the cantilevered region 12c. This is particularly advantageous for large and robust membrane structures 12. Due to the lack of a continuous recess 24 on the edge region of the cantilevered region 12c, no flow/backflow of air occurs on the edge region of the cantilevered region 12c during a deflection of the membrane structure 12, which is why the hexagonal shape of the cantilevered region 12c and the distribution of the six groups of electrodes 14a and 16a to 14f and 16f on its edges is particularly advantageous for applications with high sound power. Furthermore, if a continuous recess 24 is omitted at the edge region of the self-supporting region 12c, the risk of foreign particles penetrating into such a continuous recess 24 is eliminated, which could lead to a blocking of deflections of the membrane structure 12.

Wie in 3a auch erkennbar ist, kann zusätzlich zu den ersten und zweiten Elektroden 14 und 16 auch mindestens eine Versteifungsstruktur 34 der Membranstruktur 12 aus der Elektrodenmaterialschicht herausstrukturiert sein. Insbesondere ein um den Mittelpunkt M des freitragenden Bereichs 12c liegender Membranbereich der Membranstruktur 12 kann mittels der mindestens einen Versteifungsstruktur 34 derart versteift sein, dass eine höhere Schallleistung erzielbar ist und/oder eine höhere Robustheit der Membranstruktur 12 gewährleistet ist. Optionaler Weise kann der mit der mindestens einen Versteifungsstruktur 34 oder ohne eine derartige Versteifungsstruktur 34 ausgebildete Membranbereich der Membranstruktur 12 um den Mittelpunkt M des freitragenden Bereichs 12c mit mindestens einer durchgehenden Öffnung 24 durch die Membranstruktur 12 ausgebildet sein, um eine Form der Membranstruktur 12 bei deren Auslenkung zu optimieren und/oder Stresseffekte der Membranstruktur 12 zu reduzieren. Wie anhand der 3b erkennbar ist, kann mittels der Ausbildung der mindestens einen durchgehenden Öffnung 24 speziell ein die mindestens eine Versteifungsstruktur 32 umgebender Bereich der Membranstruktur 12 weicher gestaltet sein, wodurch eine erzielbare Auslenkung maximiert ist.As in 3a can also be seen, in addition to the first and second electrodes 14 and 16, at least one stiffening structure 34 of the membrane structure 12 can also be structured out of the electrode material layer. In particular, a membrane region of the membrane structure 12 located around the center point M of the self-supporting region 12c can be stiffened by means of the at least one stiffening structure 34 in such a way that a higher sound output can be achieved and/or a higher robustness of the membrane structure 12 is ensured. Optionally, the membrane region of the membrane structure 12 formed with the at least one stiffening structure 34 or without such a stiffening structure 34 can be formed around the center point M of the self-supporting region 12c with at least one continuous opening 24 through the membrane structure 12 in order to optimize a shape of the membrane structure 12 during its deflection and/or to reduce stress effects of the membrane structure 12. As can be seen from the 3b As can be seen, by means of the formation of the at least one through opening 24, a region of the membrane structure 12 surrounding the at least one stiffening structure 32 can be made softer, whereby an achievable deflection is maximized.

Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 3a und 3b und ihrer Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der 1 und 2 verwiesen.Regarding further features and properties of the micromechanical component of the 3a and 3b and their advantages, reference is made to the description of the embodiments of the 1 and 2 referred to.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine parallel zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtete maximale Breite ihrer mindestens einen durchgehenden Öffnung 24 vorzugsweise kleiner als der Höchstabstand Δ, wodurch das Risiko eines Eindringens von Fremdpartikeln in die mindestens eine durchgehende Öffnung 24 vernachlässigbar ist. Vorzugsweise ist die parallel zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtete maximale Breite der mindestens einen durchgehenden Öffnung 24 kleiner als 2 µm (Mikrometer), insbesondere kleiner als 0,5 µm (Mikrometer), um ein Eindringen von Fremdpartikeln zu verhindern.In all embodiments described above, a maximum width of its at least one through opening 24 aligned parallel to the substrate surface 10a is preferably smaller than the maximum distance Δ, thereby reducing the risk of foreign particles penetrating the at least one through opening 24. at least one through opening 24 is negligible. Preferably, the maximum width of the at least one through opening 24 aligned parallel to the substrate surface 10a is less than 2 µm (micrometers), in particular less than 0.5 µm (micrometers), in order to prevent the penetration of foreign particles.

Als optionale Weiterbildung kann bei allen oben erläuterten Ausführungsformen noch mindestens eine Anschlagstruktur für die Elektroden 14 und 16, welche jeweils das gleiche elektrische Potential wie die zugeordnete Elektrode 14 oder 16 hat, auf der Membranstruktur 12 ausgebildet sein. Auf diese Weise kann bei einer zu großen angelegten Spannung U oder bei hohen extern einwirkenden Kräften ein Kurzschluss in den Elektroden 14 und 16 vermieden werden. Vorzugsweise liegt ein Abstand zwischen einer derartigen Anschlagstruktur und der zugeordneten Elektrode 14 oder 16 unter dem Höchstabstand Δ.As an optional development, in all the embodiments explained above, at least one stop structure for the electrodes 14 and 16, which in each case has the same electrical potential as the associated electrode 14 or 16, can be formed on the membrane structure 12. In this way, a short circuit in the electrodes 14 and 16 can be avoided if the applied voltage U is too high or if high external forces are applied. Preferably, a distance between such a stop structure and the associated electrode 14 or 16 is less than the maximum distance Δ.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass bei den oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen aufgrund der vorteilhaften Ausbildung ihrer Elektrodenmindesthöhe h eine relativ große effektive (Gesamt-) Elektrodenfläche der Elektroden 14 und 16 verglichen mit der Bauteilgröße für den kapazitiven Antrieb zum Verwölben/Verformen der Membranstruktur 12 genutzt werden kann. Durch Anlegen einer Spannung kann deshalb sehr viel Energie in das System gepumpt und insbesondere in Schallenergie umgesetzt werden. Aufgrund des relativ geringen Höchstabstands Δ wirken vergleichsweise hohe elektrostatische Kräfte selbst bei einer relativ geringen angelegten Spannung.It is pointed out again that in the micromechanical components described above, due to the advantageous design of their minimum electrode height h, a relatively large effective (total) electrode area of the electrodes 14 and 16 can be used compared to the component size for the capacitive drive for warping/deforming the membrane structure 12. By applying a voltage, a large amount of energy can therefore be pumped into the system and converted into sound energy in particular. Due to the relatively small maximum distance Δ, comparatively high electrostatic forces act even with a relatively low applied voltage.

Alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile eignen sich zum Ausführen eines Verfahrens zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des Verfahrens nicht auf die Verwendung einer der oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils beschränkt ist. Zum Ausführen des Verfahrens wird eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der mindestens einen ersten Elektrode 14 und der mindestens einen zweiten Elektrode 16 angelegt, während die Elektroden 14 und 16 jeweils an der an und/oder über der Substratoberfläche 10a des Substrats 10 befestigten verwölbbaren Membranstruktur 12 direkt oder über die je eine Verbindungskomponente 18 verankert sind. Die Potentialdifferenz ungleich Null wird so angelegt, dass die mindestens eine erste Elektrode 14 auf einem ersten Potential und die mindestens eine zweite Elektrode 16 auf einem zweiten Potential liegen. Mittels des Anlegens der Potentialdifferenz ungleich Null werden die mindestens eine erste Elektrode 14 und die mindestens eine zweite Elektrode 16, deren senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtete Elektrodenmindesthöhe h um zumindest einen Faktor 3 größer als eine senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtete Membrandicke d der Membranstruktur 12 ist und deren Höchstabstand Δ zwischen jeder ersten Elektrode 14 zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode16 kleiner als eine Hälfte der Elektrodenmindesthöhe h ist, zumindest teilweise so zueinander verkippt, dass die Membranstruktur 12 mittels der zueinander verkippten Elektroden 14 und 16 verwölbt wird. Die Membranstruktur 12 kann auch mit einer Vorauslenkung betrieben werden, um beispielsweise eine bessere Linearität ihrer Auslenkungen zu erzielen. Die Vorauslenkung der Membranstruktur 12 kann entweder durch eine konstante Bias-Spannung zwischen den Elektroden 14 und 16 oder durch eine mechanische Vorauslenkung der Membranstruktur 12 erreicht werden.All of the micromechanical components explained above are suitable for carrying out a method for generating and/or amplifying a sound signal. However, it should be noted that the ability to carry out the method is not limited to the use of one of the embodiments of the micromechanical component explained above. To carry out the method, a potential difference other than zero is applied between the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16, while the electrodes 14 and 16 are each anchored to the warpable membrane structure 12 attached to and/or above the substrate surface 10a of the substrate 10, directly or via the respective connecting component 18. The potential difference other than zero is applied such that the at least one first electrode 14 is at a first potential and the at least one second electrode 16 is at a second potential. By applying the potential difference not equal to zero, the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16, whose minimum electrode height h aligned perpendicular to the substrate surface 10a is at least a factor of 3 greater than a membrane thickness d of the membrane structure 12 aligned perpendicular to the substrate surface 10a and whose maximum distance Δ between each first electrode 14 and its at least one adjacent second electrode 16 is less than half of the minimum electrode height h, are at least partially tilted relative to one another in such a way that the membrane structure 12 is warped by means of the electrodes 14 and 16 tilted relative to one another. The membrane structure 12 can also be operated with a pre-deflection in order to achieve, for example, better linearity of its deflections. The pre-deflection of the membrane structure 12 can be achieved either by a constant bias voltage between the electrodes 14 and 16 or by a mechanical pre-deflection of the membrane structure 12.

Jedes der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile ist somit mittels einer relativ geringen Spannung kapazitiv antreibbar. Trotz ihres robusten Aufbaus können die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile auch leicht miniaturisiert werden, sodass sie sich auch zur Erzeugung und/oder Verstärkung eines Schallsignals innerhalb eines Gehörgangs eines menschlichen Ohres, d.h. für eine In-Ear-Anwendung, eignen. Wie oben bereits erläutert ist, sind die mikromechanischen Bauteile auch relativ robust gegenüber eindringenden Fremdpartikeln.Each of the micromechanical components described above can thus be capacitively driven using a relatively low voltage. Despite their robust design, the micromechanical components described above can also be easily miniaturized, so that they are also suitable for generating and/or amplifying a sound signal within the ear canal of a human ear, i.e. for an in-ear application. As already explained above, the micromechanical components are also relatively robust against penetrating foreign particles.

Alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile können deshalb vielseitig eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein derartiges mikromechanisches Bauteil als Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung, wie z.B. als ein Lautsprecher, ein Mikrofon, ein in einem Gehörgang eines menschlichen Ohres tragbares Gerät, ein Hörgerät, ein Airpod, ein Ultraschallgeber oder als ein Ultraschallsensor ausgebildet sein. Alternativ kann ein derartiges mikromechanisches Bauteil jedoch auch zumindest ein Teil von einer Pumpe sein. Ein als zumindest Teil einer Pumpe genutztes mikromechanisches Bauteil kann wahlweise noch mit einem Rückschlagventil ausgestattet sein.All of the micromechanical components explained above can therefore be used in a variety of ways. For example, such a micromechanical component can be designed as a sound generating and/or sound amplifier device, such as a loudspeaker, a microphone, a device that can be worn in the ear canal of a human ear, a hearing aid, an airpod, an ultrasound transmitter or as an ultrasound sensor. Alternatively, such a micromechanical component can also be at least part of a pump. A micromechanical component used as at least part of a pump can optionally also be equipped with a check valve.

Wie anhand der Beschreibung auch deutlich wird, sind alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile mittels eines einfach ausführbaren Herstellungsprozesses kostengünstig herstellbar.As is clear from the description, all of the micromechanical components described above can be manufactured cost-effectively using a simple manufacturing process.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. 4 shows a schematic representation of an embodiment of the sound generating and/or sound amplifier device.

Die in 4 schematisch wiedergegebene Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung ist mit einem der oben erläuterten mikromechanischen Bauteile ausgestattet. Dazu ist das Substrat 10 des mikromechanischen Bauteils an der Rückseitenfläche 10b des Substrats 10 über mindestens eine Löt- oder Klebeverbindung 36 an einer Innenfläche eines Gehäuses 38 der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung befestigt. Eine Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung 40 der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung verläuft zumindest teilweise entlang der Aussparung 20, welche sich von der Substratoberfläche 10a bis zu der Rückseitenfläche 10b durch das Substrat 10 erstreckt. Weil die mindestens eine erste Elektrode 14 und die mindestens eine zweite Elektrode 16 jeweils an der von dem Substrat 10 weg gerichteten Membranaußenseite 12a der Membranstruktur 12 direkt oder über die je eine Verbindungskomponente 18 verankert sind, sind die Elektroden 14 und 16 gut vor durch die Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung 40 eindringenden Fremdpartikeln geschützt. Optionaler Weise kann die Schalleingang- und/oder Schallausgang-Öffnung 40 noch mit einer (nicht skizzierten) Schutzmembran verschlossen sein, ohne dass dadurch die Funktion der Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung eingeschränkt ist. Auch mindestens eine elektrische Verbindung 42 einer Steuerelektronik 44, wie z.B. eines ASIC, zu dem mikromechanischen Bauteil und/oder mindestens einem an der Innenfläche des Gehäuses 38 liegenden Kontakt ist innerhalb des Gehäuses 38 gut geschützt. Das gesamte Innenvolumen des Gehäuses 38 dient als Rückseitenvolumen des mikromechanischen Bauteils, so dass kaum eine Dämpfung einer Verwölbung/Verformung der Membranstruktur 12 entgegenwirkt. Optionaler Weise kann auch noch mindestens ein (nicht skizziertes) weiteres Bauelement in dem Gehäuse 38 angeordnet und evtl. mittels des Steuerelektronik 44 angesteuert sein. Wahlweise kann das Gehäuse 38 über mindestens eine Lötverbindung 46 noch an einem weiteren Gerät befestigt sein.In the 4 The schematically shown sound generating and/or sound amplifier device is equipped with one of the micromechanical components explained above. For this purpose, the sub strat 10 of the micromechanical component is attached to the rear surface 10b of the substrate 10 via at least one solder or adhesive connection 36 to an inner surface of a housing 38 of the sound generating and/or sound amplifier device. A sound input and/or sound output opening 40 of the sound generating and/or sound amplifier device runs at least partially along the recess 20, which extends from the substrate surface 10a to the rear surface 10b through the substrate 10. Because the at least one first electrode 14 and the at least one second electrode 16 are each anchored to the membrane outer side 12a of the membrane structure 12 directed away from the substrate 10, directly or via the respective connecting component 18, the electrodes 14 and 16 are well protected against foreign particles penetrating through the sound input and/or sound output opening 40. Optionally, the sound input and/or sound output opening 40 can also be closed with a protective membrane (not sketched) without this restricting the function of the sound generation and/or sound amplifier device. At least one electrical connection 42 of a control electronics 44, such as an ASIC, to the micromechanical component and/or at least one contact on the inner surface of the housing 38 is also well protected within the housing 38. The entire inner volume of the housing 38 serves as the rear volume of the micromechanical component, so that hardly any damping counteracts any warping/deformation of the membrane structure 12. Optionally, at least one additional component (not sketched) can also be arranged in the housing 38 and possibly controlled by means of the control electronics 44. Optionally, the housing 38 can also be attached to another device via at least one solder connection 46.

5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. 5 shows a flow chart for explaining an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device.

Mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens können insbesondere die oben erläuterten mikromechanischen Bauteile produziert werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens nicht auf die Produktion dieser mikromechanischen Bauteile beschränkt ist.The manufacturing method described below can be used to produce, in particular, the micromechanical components explained above. However, it should be noted that the feasibility of the manufacturing method is not limited to the production of these micromechanical components.

In einem Verfahrensschritt S1 wird eine verwölbbare Membranstruktur an und/oder über einer Substratoberfläche eines Substrats befestigt. Dies geschieht beispielsweise, indem auf der Substratoberfläche des Substrats mindestens eine Membranschicht aufgebracht wird, aus welcher anschließend die Membranstruktur herausstrukturiert wird. Die mindestens eine Membranschicht kann beispielsweise eine (evtl. leitfähige) Polysiliziumschicht sein. Die Membranstruktur wird mit einer senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichteten Membrandicke ausgebildet, welche später Verwölbungen/Verformungen der Membranstruktur ermöglichen. Evtl. kann beim Herausstrukturieren der Membranstruktur aus der mindestens einen Membranschicht auch noch mindestens eine durchgehende Öffnung an der Membranstruktur ausgebildet werden, um eine spätere Verwölbbarkeit/Verformbarkeit der Membranstruktur zu verbessern.In a method step S1, a warpable membrane structure is attached to and/or above a substrate surface of a substrate. This is done, for example, by applying at least one membrane layer to the substrate surface of the substrate, from which the membrane structure is then patterned out. The at least one membrane layer can be, for example, a (possibly conductive) polysilicon layer. The membrane structure is formed with a membrane thickness aligned perpendicular to the substrate surface, which later enables warping/deformation of the membrane structure. It is possible that at least one continuous opening can also be formed on the membrane structure when structuring the membrane structure from the at least one membrane layer in order to improve the later warpability/deformability of the membrane structure.

Anstelle eines Bildens der Membranstruktur direkt auf der Substratoberfläche des Substrats kann die Substratoberfläche auch zuerst mit einer Ätzstoppschicht zumindest teilflächig abgedeckt werden, so dass die mindestens eine Membranschicht auf der Ätzstoppschicht abgeschieden wird. Evtl. kann die Ätzstoppschicht ein späteres Strukturieren einer (unten beschriebenen) Aussparung durch das Substrat erleichtern. Die Ätzstoppschicht kann z.B. eine Siliziumdioxidschicht sein.Instead of forming the membrane structure directly on the substrate surface of the substrate, the substrate surface can also first be covered at least partially with an etch stop layer, so that the at least one membrane layer is deposited on the etch stop layer. The etch stop layer can possibly facilitate later structuring of a recess (described below) through the substrate. The etch stop layer can be a silicon dioxide layer, for example.

In einem weiteren Verfahrensschritt S2 werden mindestens zwei Elektroden umfassend mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode an der Membranstruktur verankert. Dazu kann zuerst eine leitfähige Elektrodenmaterialschicht auf der Membranstruktur abgeschieden werden, aus welcher die späteren ersten und zweiten Elektroden herausstrukturiert werden. Bevorzugt wird eine dotierte Siliziumschicht als die leitfähige Elektrodenmaterialschicht genutzt. Optionaler Weise kann vor dem Abscheiden der leitfähigen Elektrodenmaterialschicht noch mindestens eine dielektrische Schicht auf der Membranstruktur abgeschieden und strukturiert werden, um je eine Verbindungskomponente pro erster und zweiter Elektrode aus der mindestens einen dielektrischen Schicht zu bilden. Die mindestens eine dielektrische Schicht kann z.B. mittels eines HF-haltigen Ätzmediums strukturiert werden. Die mindestens eine dielektrische Schicht kann während des Ätzprozesses/Trenchprozesses zum Herausstrukturieren der ersten und zweiten Elektroden auch als Ätzstoppschicht eingesetzt werden. Außerdem kann die mindestens eine dielektrische Schicht zumindest bereichsweise als Opferschicht dienen, um in Teilbereichen die leitfähige Elektrodenmaterialschicht von der Membranstruktur zu entkoppeln und so eine besonders gute und definierte Beweglichkeit der Membranstruktur zu erreichen. Die mindestens eine dielektrische Schicht ist bevorzugt eine Siliziumdioxidschicht.In a further method step S2, at least two electrodes comprising at least one first electrode and at least one second electrode are anchored to the membrane structure. To do this, a conductive electrode material layer can first be deposited on the membrane structure, from which the later first and second electrodes are structured. A doped silicon layer is preferably used as the conductive electrode material layer. Optionally, at least one dielectric layer can be deposited and structured on the membrane structure before the conductive electrode material layer is deposited in order to form one connection component per first and second electrode from the at least one dielectric layer. The at least one dielectric layer can be structured, for example, using an HF-containing etching medium. The at least one dielectric layer can also be used as an etch stop layer during the etching process/trench process for structuring the first and second electrodes. In addition, the at least one dielectric layer can serve as a sacrificial layer at least in some areas in order to decouple the conductive electrode material layer from the membrane structure in partial areas and thus achieve particularly good and defined mobility of the membrane structure. The at least one dielectric layer is preferably a silicon dioxide layer.

In einer besonders günstigen Ausführungsform können auch zwei dielektrische Schichten genutzt werden. Die zwei dielektrischen Schichten können eine erste dielektrische Schicht aus siliziumreichen Nitrid, das im Opferschichtätzverfahren nicht/kaum angegriffen wird, und eine zweite dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid. Siliziumdioxid ist ein sehr gutes Ätzstoppmaterial und kann gleichzeitig mit einem HF-Ätzverfahren verlässlich entfernt werden. Damit können sehr kleine und gut definierte mechanische und gleichzeitig elektrisch isolierende Verbindungen zwischen der Membranstruktur und den Elektroden gebildet werden.In a particularly advantageous embodiment, two dielectric layers can also be used. The two dielectric layers A first dielectric layer made of silicon-rich nitride, which is not/hardly attacked in the sacrificial layer etching process, and a second dielectric layer made of silicon dioxide can be used. Silicon dioxide is a very good etch stop material and can be reliably removed at the same time using an HF etching process. This allows very small and well-defined mechanical and at the same time electrically insulating connections to be formed between the membrane structure and the electrodes.

Zum Herausstrukturieren der ersten und zweiten Elektroden kann ein Ätzprozess, insbesondere ein Trenchprozess, ausgeführt werden. Mittels des Ätzprozesses/Trenchprozesses werden die ersten und zweiten Elektroden aus der leitfähigen Elektrodenmaterialschicht herausstrukturiert und so an der Membranstruktur direkt oder über die je eine Verbindungskomponente verankert, dass die ersten und zweiten Elektroden jeweils zumindest eine senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichtete Elektrodenmindesthöhe haben. Außerdem werden die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode jeweils mit einer Elektrodenmindesthöhe ausgebildet, welche um zumindest einen Faktor 3 größer als die Membrandicke der Membranstruktur ist. Zusätzlich werden die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode jeweils derart an der Membranstruktur direkt oder über die je eine Verbindungskomponente verankert, dass ein Höchstabstand zwischen jeder ersten Elektrode zu ihrer mindestens einen benachbarten zweiten Elektrode kleiner als eine Hälfte der Elektrodenmindesthöhe ist.An etching process, in particular a trench process, can be carried out to structure the first and second electrodes. By means of the etching process/trench process, the first and second electrodes are structured out of the conductive electrode material layer and anchored to the membrane structure directly or via the one connecting component in each case such that the first and second electrodes each have at least one minimum electrode height aligned perpendicular to the substrate surface. In addition, the at least one first electrode and the at least one second electrode are each formed with a minimum electrode height which is at least a factor of 3 greater than the membrane thickness of the membrane structure. In addition, the at least one first electrode and the at least one second electrode are each anchored to the membrane structure directly or via the one connecting component in each case such that a maximum distance between each first electrode and its at least one adjacent second electrode is less than half the minimum electrode height.

In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird noch eine elektrische Kontaktierung für die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode derart ausgebildet, dass eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der mindestens einen auf einem ersten Potential liegenden ersten Elektrode und der mindestens einen auf einem zweiten Potential liegenden zweiten Elektrode anlegbar ist. Wie oben bereits erläutert ist, werden die ersten und zweiten Elektroden während eines Betriebs des mikromechanischen Bauteils mittels einer angelegten Potentialdifferenz ungleich Null zumindest teilweise zueinander verkippt, und die Membranstruktur wird mittels der zueinander verkippten Elektroden verwölbt.In a further method step S3, an electrical contact is formed for the at least one first electrode and the at least one second electrode in such a way that a potential difference other than zero can be applied between the at least one first electrode lying at a first potential and the at least one second electrode lying at a second potential. As already explained above, the first and second electrodes are at least partially tilted towards each other during operation of the micromechanical component by means of an applied potential difference other than zero, and the membrane structure is warped by means of the electrodes tilted towards each other.

In einem optionalen Verfahrensschritt S4 kann noch eine Aussparung durch das Substrat geätzt werden. Evtl. kann das Substrat auch rückgedünnt werden.In an optional process step S4, a recess can be etched through the substrate. The substrate can also be thinned back if necessary.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte S1 bis S4 können in beliebiger Reihenfolge, evtl. auch zeitlich überlappend, ausgeführt werden.The process steps S1 to S4 described above can be carried out in any order, possibly even overlapping in time.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102017206777 A1 [0002]

Claims

Micromechanical component for a sound generation and/or sound amplifier device with: a substrate (10) with a substrate surface (10a); a warpable membrane structure (12) fastened to and/or above the substrate surface (10a) and having a membrane thickness (d) oriented perpendicular to the substrate surface (10a); and at least two electrodes (14, 16) comprising at least one first electrode (14) and at least one second electrode (16) with at least one minimum electrode height (h) oriented perpendicular to the substrate surface (10a), which are each anchored to the membrane structure (12) directly or via a connecting component (18) and which can be electrically contacted in such a way that a potential difference (U) not equal to zero can be applied between the at least one first electrode (14) lying at a first potential and the at least one second electrode (16) lying at a second potential; characterized in that the minimum electrode height (h) is at least a factor of 3 greater than the membrane thickness (d) and a maximum distance (Δ) between each first electrode (14) and its at least one adjacent second electrode (16) is less than half the minimum electrode height (h), so that by means of an applied potential difference (U) not equal to zero, the first and second electrodes (14, 16) can be at least partially tilted relative to one another, and the membrane structure (12) can be warped by means of the electrodes (14, 16) tilted relative to one another.

Micromechanical component according to Claim 1 , wherein the minimum electrode height (h) is at least a factor of 5 greater than the membrane thickness (d) and/or the maximum distance (Δ) between each first electrode (14) and its at least one adjacent second electrode (16) is less than one third of the minimum electrode height (h).

Micromechanical component according to Claim 1 or 2 , wherein the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) are each anchored to a membrane outer side (12a) of the membrane structure (12) directed away from the substrate (10) directly or via the respective connecting component (18).

Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein at least one first electrode surface of the at least one first electrode (14) and at least one second electrode surface of the at least one second electrode (16) are opposite one another and are aligned perpendicular to the substrate surface (10a) of the substrate (10) and/or a warping direction of the membrane structure (12).

Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the substrate (10) has a recess (20) extending through the substrate (10) from the substrate surface (10a) to a rear surface (10b) of the substrate (10) directed away from the substrate surface (10a), which recess is spanned by the membrane structure (12).

Micromechanical component according to Claim 4 , wherein the recess (20) has a hexagonal shape in each plane aligned parallel to the substrate surface (10a) and intersecting the substrate (10), and wherein the first and second electrodes (14, 16) are divided into six groups, each group having at least two electrodes (14, 16) comprising at least one of the first electrodes (14) and at least one of the second electrodes (16), and each adjacent to a different edge of a hexagon on the membrane structure (12) is anchored directly or via a connecting component (18).

Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) are structured out of an electrode material layer, wherein the potential difference (U) not equal to zero can be applied between the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) via at least two contact regions (22a, 22b) also structured out of the electrode material layer, and wherein either the only or one of the first electrodes (14) or the only or one of the second electrodes (16) is mechanically anchored and electrically connected to each of the contact regions (22a, 22b).

Micromechanical component according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the potential difference (U) not equal to zero can be applied between the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) via at least two conductor tracks (26a, 26b, 26c) arranged on and/or in the membrane structure (12).

Sound generating and/or sound amplifier device with a micromechanical component according to one of the preceding claims.

Sound generating and/or sound amplifier device according to Claim 8 , wherein a sound input and/or sound output opening (40) of the sound generating and/or sound amplifier device is at least partially arranged along the line extending from the substrate surface (10a) to the The at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) are each anchored to the membrane outer side (12a) of the membrane structure (12) directed away from the substrate surface (10b) or via the respective connecting component (18).

Sound generating and/or sound amplifier device according to Claim 8 or 9 , wherein the sound generating and/or sound amplifier device is a loudspeaker, a microphone, a device wearable in an ear canal of a human ear, a hearing aid, an airpod, an ultrasound transmitter, an ultrasound sensor and/or a pump.

Manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device with the steps: fastening a warpable membrane structure (12) with a membrane thickness (d) oriented perpendicular to a substrate surface (10a) of a substrate (10) on and/or above the substrate surface (10a)(S1); anchoring at least two electrodes (14, 16) comprising at least one first electrode (14) and at least one second electrode (16) with at least one minimum electrode height (h) oriented perpendicular to the substrate surface (10a), each on the membrane structure (12) directly or via a connecting component (18)(S2); and forming an electrical contact for the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) such that a potential difference (U) not equal to zero can be applied between the at least one first electrode (14) lying at a first potential and the at least one second electrode (16) lying at a second potential (S3); characterized in that the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) are each formed with a minimum electrode height (h) which is at least a factor of 3 greater than the membrane thickness (d); and the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16) are each anchored to the membrane structure (12) directly or via the respective connecting component (18) such that a maximum distance (Δ) between each first electrode (14) and its at least one adjacent second electrode (16) is less than half the minimum electrode height (h); so that by means of an applied potential difference (U) not equal to zero, the first and second electrodes (14, 16) are at least partially tilted relative to one another, and the membrane structure (12) is warped by means of the electrodes (14, 16) tilted relative to one another.

Method for generating and/or amplifying a sound signal, characterized by the step: applying a potential difference (U) not equal to zero between at least one first electrode (14) and at least one second electrode (16), which are each anchored to a warpable membrane structure (12) attached to and/or above a substrate surface (10a) of a substrate (10) directly or via a connecting component (18); wherein the potential difference (U) not equal to zero is applied such that the at least one first electrode (14) is at a first potential and the at least one second electrode (16) is at a second potential, whereby the at least one first electrode (14) and the at least one second electrode (16), whose minimum electrode height (h) oriented perpendicular to the substrate surface (10a) is at least a factor of 3 greater than a membrane thickness (d) of the membrane structure (12) oriented perpendicular to the substrate surface (10a) and whose maximum distance (Δ) between each first electrode (14) and its at least one adjacent second electrode (16) is less than half the minimum electrode height (h), are at least partially tilted relative to one another such that the membrane structure (12) is warped by means of the electrodes (14, 16) tilted relative to one another.