DE112017000600T5

DE112017000600T5 - Vorrichtung zum vorspannen von mems-motoren

Info

Publication number: DE112017000600T5
Application number: DE112017000600.7T
Authority: DE
Inventors: Wade Conklin; Michael Kuntzman; Sung Bok Lee
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20190191245A1; CN108605181A; US10158943B2; WO2017136364A1; US20170223455A1

Abstract

Ein Mikrofon umfasst einen ersten Motor als mikroelektromechanisches System (MEMS) (202), wobei der erste MEMS-Motor (202) eine erste Membran (204) und eine erste Rückseitenplatte (206) aufweist; und einen zweiten MEMS-Motor (222) mit einer zweiten Membran (224) und einer zweiten Rückseitenplatte (226). Die erste Membran (204) ist in Bezug auf die erste Rückseitenplatte (206) mit einer ersten Spannung elektrisch vorgespannt, die zweite Membran (224) ist in Bezug auf die zweite Rückseitenplatte (226) mit einer zweiten Spannung vorgespannt, und der Betrag der ersten Spannung unterscheidet sich von dem Betrag der zweiten Spannung.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 62/289,611 „Vorrichtung und Verfahren zum Vorspannen von MEMS-Motoren“, die am ersten Februar 2016 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme miteingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft Einrichtungen in Form von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und betrifft insbesondere das elektrische Vorspannen dieser Einrichtungen.
HINTERGRUND
In den vergangenen Jahren wurden unterschiedliche Arten von akustischen Einrichtungen verwendet. Eine Art einer Einrichtung ist ein Mikrofon. In einem Mikrofon in der Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) enthält ein MEMS-Chip mindestens eine Membran und mindestens eine Rückseitenplatte. Der MEMS-Chip wird von einem Substrat getragen und von einem Gehäuse (beispielsweise einem Becher oder einer Abdeckung mit Wänden) umschlossen. Ein Zugang bzw. eine Öffnung kann sich durch das Substrat (bei einer Einrichtung mit untenliegender Öffnung) oder durch die Oberseite des Gehäuses (bei einer Einrichtung mit obenliegender Öffnung) erstrecken. In jedem Falle dringt Schallenergie durch die Öffnung ein, setzt die Membran in Bewegung und erzeugt ein Wechselpotential an der Rückseitenplatte, das ein elektrisches Signal erzeugt. Mikrofone werden in unterschiedlichen Arten von Einrichtungen, etwa Personal Computer oder Funktelefonen, eingesetzt.
Es kann eine Änderung im Mikrofonverhalten aufgrund großer Prozessbereiche oder aufgrund der Empfindlichkeit in Bezug auf Prozessparameter auftreten. Des Weiteren können Schwankungen in der Betriebsumgebung zu unterschiedlichen Anforderungen für das Mikrofonverhalten in Abhängigkeit von der Amplitude und der Frequenz der vorhandenen Geräusche führen. In früheren Techniken wurde wenig unternommen, um die Antwort des Mikrofons entsprechend anzupassen und damit diesen Situationen gerecht zu werden.
Die Probleme vorhergehender Techniken führten zu einer Unzufriedenheit der Benutzer bei diesen früheren Techniken.
ÜBERBLICK
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ein Mikrofon mit einem ersten Motor in Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) und mit einem zweiten MEMS-Motor. Der erste MEMS-Motor weist eine erste Membran und eine erste Rückseitenplatte auf. Der zweite MEMS-Motor weist eine zweite Membran und eine zweite Rückseitenplatte auf. Die erste Membran ist in Bezug auf die erste Rückseitenplatte mit einer ersten Spannung elektrisch vorgespannt, und die zweite Membran ist in Bezug auf die zweite Rückseitenplatte mit einer zweiten Spannung elektrisch vorgespannt. Ein Betrag der ersten Spannung ist unterschiedlich zu einem Betrag der zweiten Spannung.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Mikrofon mit einem ersten Motor in Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), mit einem zweiten MEMS-Motor, mit einem dritten MEMS-Motor und mit einem vierten MEMS-Motor. Der erste MEMS-Motor weist eine erste Membran und eine erste Rückseitenplatte auf. Der zweite MEMS-Motor weist eine zweite Membran und eine zweite Rückseitenplatte auf. Der dritte MEMS-Motor weist eine dritte Membran und eine dritte Rückseitenplatte auf. Der vierte MEMS-Motor weist eine vierte Membran und eine vierte Rückseitenplatte auf. Die erste Membran ist in Bezug auf die erste Rückseitenplatte mit einer ersten Spannung elektrisch vorgespannt, die zweite Membran ist in Bezug auf die zweite Rückseitenplatte mit einer zweiten Spannung elektrisch vorgespannt, die dritte Membran ist in Bezug auf die dritte Rückseitenplatte mit einer dritten Spannung elektrisch vorgespannt und die vierte Membran ist in Bezug auf die vierte Rückseitenplatte elektrisch vorgespannt. Mindestens zwei Beträge aus der ersten Spannung, der zweiten Spannung, der dritten Spannung und der vierten Spannung sind unterschiedlich.
Ein noch weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Mikrofon mit einem Motor als mikroelektromechanisches System (MEMS). Der MEMS-Motor weist eine Membran, eine erste Rückseitenplatte und eine zweite Rückseitenplatte auf. Die Membran ist mit einer Spannung bzw. Zugspannung ausgebildet, die durch eine Schichtverspannung der Membran hervorgerufen wird. Die Membran ist mit einer Spannung elektrisch so vorgespannt, dass die Schichtverspannung eingestellt oder kompensiert wird.
Der vorhergehende Überblick ist lediglich anschaulicher Natur und soll in keiner Weise beschränkend sein. Zusätzlich zu den anschaulichen Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen, die zuvor beschrieben sind, ergeben sich weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung.
Figurenliste
Die vorhergehenden und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung ergeben sich vollständig aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Mit dem Verständnis, dass diese Zeichnungen lediglich einige Ausführungsformen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als Beschränkung des Schutzbereichs zu betrachten sind, wird nunmehr die Offenbarung mit weiterer Spezialisierung und mit weiteren Details durch Verwendung der begleitenden Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine Seitenausschnittansicht eines Mikrofons gemäß diversen Ausführungs formen.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung in Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) gemäß diversen Ausführungsformen.
3 ist eine Querschnittsansicht der MEMS-Einrichtung der 2 gemäß diversen Ausführungsformen.
4A ist eine Blockansicht, die vier MEMS-Motoren zeigt, die in einer Anordnung gemäß diversen Ausführungsformen vorgespannt sind.
4B ist eine Blockansicht, die vier MEMS-Motoren zeigt, die in einer weiteren Anordnung gemäß diversen Ausführungsformen vorgespannt sind.
5 ist ein Graph, der die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Frequenz und einige Vorteile gemäß diversen Ausführungsformen zeigt.
6A ist eine Ansicht, die zeigt, wie die Eckfrequenz der Empfindlichkeitsantwort gemäß diversen Ausführungsformen einzustellen ist.
6B ist ein Diagramm, dass ein weiteres Beispiel zeigt, wie die Eckfrequenz der Empfindlichkeitsantwort gemäß diversen Ausführungsformen einzustellen ist.
7 ist eine Seitenausschnittansicht eines weiteren Beispiels einer MEMS-Einrichtung gemäß diversen Ausführungsformen.

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, die einen Teil der Anmeldung bilden. In den Zeichnungen bezeichnen typischerweise ähnliche Symbole ähnliche Komponenten, sofern aus dem Zusammenhang nichts Anderes hervorgeht. Die in der detaillierten Beschreibung, in den Zeichnungen und in den Ansprüchen angegebenen anschaulichen Ausführungsformen sollen nicht beschränkend sein. Es können andere Ausführungsformen eingesetzt werden und es können Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Grundgedanken oder dem Schutzbereich des hierin dargestellten Gegenstands abzuweichen. Des Weiteren ist zu beachten, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wie sie allgemein hierin beschrieben und in den Figuren dargestellt ist, in einer Fülle unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet, substituiert, kombiniert und gestaltet werden können, wovon alle derartigen Möglichkeiten explizit miteingeschlossen sind und einen Teil dieser Offenbarung darstellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegenden Vorgehensweisen stellen die Anwendung unterschiedlicher Vorspannungen für Komponenten (beispielsweise Membranen) von Motoren in Form mikroelek tromechanischer Systeme (MEMS) in Mikrofonen bereit. Der Betrag der Vorspannung (der an die Membran angelegten Spannung) steuert die Größe des akustischen Signals bzw. Schallsignals, das aufgenommen werden kann, und die Größe der Auslenkung der Membranen. Vorteilhafterweise wird der Spitzenwert bzw. der Peak der Resonanzantwort in der Empfindlichkeitsantwortkurve des Mikrofons reduziert. Dies verringert die gesamte harmonische Verzerrung (THD) und verbessert das Leistungsverhalten des Mikrofons.
Es sei nun auf 1 verwiesen, in der ein Beispiel eines Mikrofons 100 beschrieben ist. Das Mikrofon 100 umfasst eine MEMS-Einrichtung 102, eine Basis 104 (beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte), eine integrierte Schaltung 106 (beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)), eine Abdeckung 108 und einen Zugang bzw. eine Öffnung 110, der bzw. die sich durch die Basis 104 erstreckt. Obwohl die Öffnung 110 in diesem Beispiel durch die Basis verläuft (wodurch die Einrichtung zu einer Einrichtung mit Bodenöffnung wird), ist erkennbar, dass die Öffnung 110 auch durch die Abdeckung verlaufen kann (wodurch die Einrichtung zu einer Einrichtung mit oberer Öffnung wird).
Die MEMS-Einrichtung 102 weist eine Membran und eine Rückseitenplatte auf. Wenn Schalldruck die Membran in Bewegung versetzt, erzeugt ein Variieren des elektrischen Potenzials in Verbindung mit der Rückseitenplatte ein elektrisches Signal, das der integrierten Schaltung 106 über Leitungen 112 zugeleitet wird. Die integrierte Schaltung 106 kann eine weitere Verarbeitung (beispielsweise Rauschreduzierung) an dem Signal ausführen. Das verarbeitete Signal kann von der integrierten Schaltung 106 zu der Basis 104 geführt werden. Anschlussflächen (nicht gezeigt) auf der Basis 104 können mit externen elektronischen Einrichtungen verbunden sein, die in dem Gerät liegen, in welchem das Mikrofon 100 angeordnet ist. Das Mikrofon 100 kann in einer Vielzahl unterschiedlicher elektronischer Einrichtungen vorgesehen sein, etwa in Funktelefonen, tragbaren Rechnern, Personal-Computern, Tablett-Rechnern und persönlichen digitalen Assistenten, um nur einige Beispiele hier zu nennen. Es sind auch andere Beispiele möglich.
Die MEMS-Einrichtung 102 weist mehrere MEMS-Motoren auf. In einem Aspekt enthält jeder MEMS-Motor eine Membran und eine Rückseitenplatte. In einem Beispiel sind zwei MEMS-Motoren vorhanden. In anderen Beispielen können vier MEMS-Motoren vorhanden sein. Es sind auch andere Beispiele möglich.
Wie hierin beschrieben ist, ist die an die jeweilige Membran der MEMS-Motoren der MEMS-Einrichtung 102 angelegte Spannung unterschiedlich. Vorteilhafterweise wird dadurch die Spitzenresonanzantwort in der Empfindlichkeitsantwortkurve des Mikrofons 100 reduziert. Dies verringert die gesamte harmonische Verzerrung (THD) und verbessert das Leistungsvermögen des Mikrofons 100. Es kann eine Spannung an jede der Rückseitenplatte angelegt werden, aber diese Spannung kann für die jeweiligen MEMS-Motoren gleich sein.
Mit Verweis nunmehr auf 2 und 3 sei ein Beispiel des Vorspannens mehrerer MEMS-Motoren beschrieben.
Ein erster MEMS-Motor 202 weist eine erste Membran 204 und eine erste Rückseitenplatte 206 auf. Ein zweiter MEMS-Motor 222 weist eine zweite Membran 224 und eine zweite Rückseitenplatte 226 auf. Die erste Membran 204, die erste Rückseitenplatte 206, die zweite Membran 224 und die zweite Rückseitenplatte 226 sind mit einem MEMS-Substrat oder einer Basis 201 verbunden, die ein Rückseitenloch 214 hat.
Es ist eine Rückseitenplattenvorspannung 230 an die Rückseitenplatten 206, 226 über eine leitende Anschlussfläche 232 angelegt, die mit einem leitenden Element (beispielsweise einer Bahn oder einer Leitung) 234 verbunden ist. Die Rückseitenplattenvorspannung 230 ist für jede Rückseitenplatte 206 und 226 gleich. In einem Beispiel beträgt die Rückseitenplattenvorspannung 0 V. Es sind andere Spannungen möglich. In einem Aspekt ist die Rückseitenplatte mit einem VDC-Potential von 0 verbunden, und dieses wird erfasst, während die Membranen 204 und 224 separate Vorspannungen V1 und V2 haben. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet eine „erfasste bzw. abgetastete“ Elektrode eine Elektrode, von der das elektrische Signal erhalten wird. In anderen Konfigurationen sind die Membranen 204 und 224 mit dem VDC-Potential von 0 V verbunden und es sind zwei unterschiedliche Vorspannungen V1 und V2 getrennt an die Rückseitenplatten 206 und 226 angelegt. Die Rückseitenplatte und die Membran werden nicht gleichzeitig mit einer Vorspannung von ungleich 0 vorgespannt. In einigen Ausführungsformen können die Rückseitenplatten 206 und 226 kurzgeschlossen sein, wie in 2 gezeigt ist, wodurch eine einzelne Verbindung (oder ein Eingang) für einen Verstärker gebildet wird, oder sie können direkt beispielsweise mit einem summierenden Verstärker oder einem Differenzverstärker in Form separater Eingangssignale verbunden sein.
In einigen Ausführungsformen ist eine erste Membranvorspannung 240 an die erste Membran 204 über einen ersten Membranverbinder 242 und ein erstes Membranleitungselement (beispielsweise eine Bahn oder eine Leitung) 244 angelegt. Eine zweite Membranvorspannung 250 ist über einen zweiten Membranverbinder 252 und ein zweites Membranleitungselement (beispielsweise eine Bahn oder eine Leitung) 254 an die zweite Membran 224 angelegt. Die erste Membranvorspannung 240 und die zweite Membranvorspannung 250 sind unterschiedlich. Beispielsweise beträgt die erste Membranvorspannung 240 10 Volt und die zweite Membranvorspannung 250 kann 15 Volt betragen. Es sind andere Beispiele möglich. Zu beachten ist, dass die hier gezeigten Beispiele Einzelmotorkonfigurationen sind, sie können aber auch für eine Konfiguration mit mehreren Motoren und/oder eine gestapelte Konfiguration verwendet werden.
Die Spannungen 230, 240 und 250, die zum Vorspannen verwendet werden, können festgelegt sein oder sie dynamisch veränderbar sein. In einigen Ausführungsformen werden lediglich die Spannungen an den nicht-erfassten Elektroden geändert. Beispielsweise können die Spannungen 240 und 250 dynamisch sein und können somit veränderbar sein. Die Spannungen können verändert werden, um die Eckfrequenz für den Betrieb des Mikrofons einzustellen.
Mit Verweis auf nunmehr 4A und 4B wird ein weiteres Beispiel eines Vorspannens mehrerer MEMS-Motoren beschrieben. Ein erster MEMS-Motor 402 weist eine erste Membran 404 und eine erste Rückseitenplatte 406 auf. Ein zweiter MEMS-Motor 422 weist eine zweite Membran 424 und eine zweite Rückseitenplatte 426 auf. Ein dritter MEMS-Motor 432 weist eine dritte Membran 434 und eine dritte Rückseitenplatte 436 auf. Ein vierter MEMS-Motor 442 weist eine vierte Membran 444 und eine vierte Rückseitenplatte 446 auf.
In den Beispielen der 4A und 4B sind die Rückseitenplatten 406, 426, 436 und 446 jeweils mit der gleichen Spannung (beispielsweise 0 Volt) vorgespannt. Diese Vorspannung unterscheidet sich von jeder der Vorspannungen, die an die jeweiligen Membranen 404, 424, 434 und 444 angelegt sind.
In dem Beispiel der 4A ist die erste Membran 404 mit 1 • V vorgespannt, die zweite Membran 424 ist mit 1/2• V vorgespannt, die dritte Membran 434 ist mit 1 • V vorgespannt und die vierte Membran 444 ist mit 1/2 • V vorgespannt. Somit ist das Motorpaar 402, 422 mit der gleichen Spannung wie das Motorpaar 432, 442 vorgespannt.
Zu beachten ist, dass die in 4A und 4B angegebenen Vorspannungen nur Beispiele sind und dass andere Beispiele möglich sind.
In dem Beispiel der 4A ist die erste Membran 404 mit 1 • V vorgespannt, die zweite Membran 424 ist mit 1/2 • V vorgespannt, die dritte Membran 434 ist mit 1/4 • V vorgespannt und die vierte Membran 444 ist mit 1/8 • V vorgespannt. Somit sind die Motoren 402, 422, 432 und 442 jeweils mit unterschiedlichen Spannungen vorgespannt.
In einigen Ausführungsformen führt das Beispiel der 4B dazu, dass die Membranresonanzen alle unterschiedlich ausgerichtet sind, da alle Spannungen unterschiedlich sind, aber es ergäbe sich auch eine geringere Empfindlichkeit. Das Beispiel der 4A ist empfindlicher, da einige der Resonanzen zueinander ausgerichtet sind.
Mit Verweis auf nunmehr 5 sei ein Beispiel eines Graphs beschrieben, der einige der Vorteile der vorliegenden Techniken zeigt. Es sind Ergebnisse für einen ersten MEMS-Motor (der eine erste Membran und einer erste Rückseitenplatte enthält) und für einen zweiten MEMS-Motor (der eine zweite Membran und eine zweite Rückseitenplatte enthält) gezeigt.
Eine erste Kurve 502 zeigt die Empfindlichkeit (in dB gemessen) in Abhängigkeit von der Frequenz (in Hz gemessen), wenn beide Membranen mit dem gleichen Potential vorgespannt sind. Man erkennt, dass es einen großen Spitzenwert bzw. Peak 503 gibt. Dieser große Spitzenwert 503 ist für das Leistungsverhalten nicht gut oder erwünscht, da dieser die Mikrofonschaltung oder andere nachgeordnete elektronische Komponenten überlasten kann.
Eine zweite Kurve 504 zeigt die Empfindlichkeit (in dB gemessen) in Abhängigkeit von der Frequenz (in Hz gemessen), wenn die Membranen mit unterschiedlichen Potentialen vorgespannt sind. In einem Aspekt kann die erste Membran mit 10 Volt und die zweite Membran mit 20 Volt vorgespannt sein. Der Spitzenwert teilt sich in zwei Teile auf. Dies ist vorteilhaft, da die Energie des Wandlers nicht in einem schmalen Gebiet konzentriert wird, wodurch eine Überlastung verhindert wird.
Man erkennt, dass die Empfindlichkeit in Gebieten 506 und 508 der Empfindlichkeitskurve 504 gesteuert werden kann. Der genaue Betrag der erreichten Empfindlichkeit kann teilweise von dem Betrag der Vorspannung abhängen, die jeweils an die Membranen angelegt wird, und kann von dem Unterschied zwischen den angelegten Vorspannungen abhängen. Man erkennt, dass, wenn das Gebiet 508 ein Gebiet mit Ultraschallempfindlichkeit ist, die Empfindlichkeit in diesem Gebiet durch die Anwendung der vorliegenden Technik reduziert wird.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass die vorliegenden Techniken eingesetzt werden können, um die Eckfrequenz (fc) der Kurve 504 zu ändern. Die Eckfrequenz fc ist die Frequenz, an der ein Abfall von 3db in Bezug auf den konstanten Bereich 507 der Kurve 504 stattfindet. Die Eckfrequenz fc kann während der Herstellung variiert werden, sodass sie einer Produktspezifizierung entspricht. Die Eckfrequenz fc kann auch nach der Herstellung vor Ort variiert werden, wenn Windgeräusche ein überlastetes Eingangssignal repräsentieren, um damit ein Abschneiden und eine Verzerrung zu verhindern. Die Eckfrequenz kann auch nach der Herstellung vor Ort geändert werden, sodass sie für Kundenalgorithmen nach unten versetzt wird, die eine konstante Phase und/oder ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis bei niedrigen Frequenzen benötigen.
Wenn ein Belüftungsloch (auch als Stanzloch bekannt) verwendet wird, beeinflusst die Nähe des Loches in der Membran in Bezug auf die Rückseitenplatte den Schallwiderstand des Mikrofons. Ein Variieren der Vorspannung beeinflusst die Membranposition und folglich führt eine Änderung der Vorspannung zu einer Änderung der Eckfrequenz.
6A und 6B zeigen einen MEMS-Motor 602 mit einer Rückseitenplatte 604 und einer Membran 606. Die an die Membran angelegte Vorspannung (die ein Belüftungsloch oder ein Stanzloch 612 aufweist) ist variabel und einstellbar. Die Eckfrequenz (fc) ist gegeben durch $f_{c} = \frac{1}{2 π R_{p i e r c e} C_{B V}},$
wobei R_pierce der Schallwiderstand bzw. akustische Widerstand des Belüftungslochs oder Stanzlochs ist und CBV die akustische Nachgiebigkeit des Rückseitenvolumens ist.
Gemäß nunmehr 6A führt eine kleine Vorspannung (Vbias(1)) (beispielsweise Vbias(1) = 5 Volt) dazu, dass die Membran 606 sich weniger verformt und die Eckfrequenz cf(1) steigt an, da ein Luftkanal mit geringem Widerstand 622 bereitgestellt wird (die Membran und die Rückseitenplatte sind relativ weit entfernt).
Gemäß nunmehr 6B führt eine größere Vorspannung (Vbias(2) mit Vbias(2) > Vbias(1), beispielsweise Vbias(2) = 20 Volt) dazu, dass die Membran 606 sich stärker verformt und die Eckfrequenz cf(2) nimmt ab, da der Luftkanal mit hohem Widerstand 624 geschaffen wird (die Membran und die Rückseitenplatte sind relativ nahe beieinander). cf(2) ist kleiner als cf(1).
Nunmehr mit Verweis auf 7 wird ein weiteres Beispiel einer MEMS-Einrichtung 700 beschrieben. Die MEMS-Einrichtung 700 weist eine erste Rückseitenplatte 702, eine zweite Rückseitenplatte 704 und eine zwischen der ersten Rückseitenplatte 702 und der zweiten Rückseitenplatte 704 angeordnete Membran 706 auf. Eine erste Vbias 708 ist zwischen der ersten Rückseitenplatte 702 und der Membran 706 angelegt, und eine zweite Vbias 710 ist zwischen der zweiten Rückseitenplatte 704 und der Membran 706 angelegt. In einem Beispiel sind die erste Vbias 708 und die zweite Vbias 710 gleich. Die Membran 706 ist in einem Beispiel eine Membran oder eine Schicht, die mit einer Schichtverspannung versehen ist.
Die Schichtverspannung ruft eine Zugspannung auf die Membran 706 hervor. Eine erhöhte Zugspannung aufgrund der erhöhten Schichtverspannung führt zu einer geringeren Verformung der Membran (Δd) für den gleichen Schalldruck (ΔP). Während der Herstellung kann die Verspannung deutlich unterschiedlich sein. Um Änderungen in der Zugspannung aufgrund der Schichtverspannung zu berücksichtigen, kann die Vorspannung während oder nach der Herstellung dynamisch geändert werden, um die Empfindlichkeit einzustellen.
Die Empfindlichkeit ist proportional zu $\frac{V_{b i a s} \cdot Δ d}{Δ P \cdot d},$
wobei V_bias die an die Membran an gelegte Spannung ist, Δd die Verformung der Membran ist, ΔP die Änderung des Schalldrucks ist und d der nominale Spalt ist.
Es sei hier ein Beispiel angegeben: wenn eine Änderung des Drucks (ΔP) eine Änderung der Verformung bzw. Auslenkung (Δd) hervorruft, dann kann Vbias nach oben oder nach unten verstellt werden, um die gleiche Empfindlichkeit beizubehalten oder um eine Sollempfindlichkeit beizubehalten. Wie zuvor erwähnt ist, kann diese Verstellung zwischendurch, während oder nach der Herstellung des Mikrofons ausgeführt werden.
Der hierin beschriebene Gegenstand zeigt manchmal unterschiedliche Komponenten, die in unterschiedlichen anderen Komponenten enthalten oder mit diesen verbunden sind. Zu beachten ist, dass derartige dargestellte Architekturen lediglich anschaulich sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen eingerichtet werden können, die die gleiche Funktion haben.
In Bezug auf die Verwendung von Begriffen im Plural und/oder im Singular hierin weiß der Fachmann, dass er vom Plural in den Singular übergehen kann und/oder vom Singular in den Plural, wie dies im Zusammenhang und/oder in der Anwendung zweckmäßig ist. Die diversen Singular/Plural-Permutationen können hier zum Zwecke der Klarheit explizit angegeben sein.
Der Fachmann erkennt, dass im Allgemeinen Begriffe, wie sie hierin verwendet sind, und insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen verwendet sind (beispielsweise im Textkörper der angefügten Ansprüche), generell als „offene “ Begriffe zu verstehen sind (beispielsweise soll der Begriff „aufweisend“ als „aufweisen, aber nicht darauf beschränkt“ interpretiert werden, der Begriff „haben“ sollte als „zumindest haben“ verstanden werden, der Begriff „beinhaltet“ sollte als „beinhaltet, ist aber nicht darauf beschränkt“, verstanden werden und dergleichen).
Der Fachmann erkennt ferner, dass, wenn eine spezielle Anzahl an Verweisen im Anspruch beabsichtigt ist, dass eine derartige Absicht explizit im Anspruch genannt ist und eine Fehlen eines derartigen Verweises zeigt an, dass eine derartige Absicht nicht vorhanden ist. Beispielsweise sei als Hilfe zum Verständnis angegeben, dass die folgenden angefügten Ansprüche die Verwendung von einleitenden Phrasen in Form von „mindestens einer“ und „eine oder mehrere“ aufweisen können, um Verweise auf Ansprüche zu nennen. Jedoch sollte die Verwendung derartige Phrasen nicht so ausgelegt werden, dass damit impliziert wird, dass das Einführen eines Anspruchsverweises durch unbestimmte Artikel „einer, eine, ein“ einen speziellen Anspruch, der einen derartigen Anspruchsverweis enthält, auf Erfindungen einschränkt, die lediglich einen derartigen Verweis enthalten, selbst wenn der gleiche Anspruch die einführenden Phrasen „einer oder mehrere“ oder „mindestens einer“ und unbestimmte Artikel, etwa „einer, eine, ein“ enthält (beispielsweise „einer“ sollte so .aufgefasst werden, dass dies bedeutet „mindestens einer“ oder „einer oder mehrere“); das Gleiche gilt für die Verwendung der bestimmten Artikel, die zum Einführen von Anspruchsverweisen verwendet werden. Wenn ferner eine spezielle Anzahl an eingeführten Anspruchsverweisen explizit genannt ist, erkennt der Fachmann, dass ein derartiger Verweis typischerweise so aufgefasst werden soll, dass damit zumindest die genannte Anzahl gemeint ist (beispielsweise die bloße Nennung von „zwei Verweisen“ ohne andere Modifizierungen bedeutet typischerweise mindestens zwei Verweise oder zwei oder mehr Verweise).
Die vorhergehende Beschreibung anschaulicher Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Darstellung und der Beschreibung angegeben. Sie soll nicht umfassend oder beschränkend sein im Hinblick auf die genaue offenbarte Form sein, und es sind Modifizierungen und Änderungen im Lichte der vorhergehenden Lehren möglich, oder diese ergeben sich aus der praktischen Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die angefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente festgelegt ist.

Claims

BEANSPRUCHT IST:
Ein Mikrofon, mit: einem ersten Motor in Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), wobei der erste MEMS-Motor eine erste Membran und eine erste Rückseitenplatte aufweist; einem zweiten MEMS-Motor mit einer zweiten Membran und einer zweiten Rückseitenplatte; wobei die erste Membran in Bezug auf die erste Rückseitenplatte mit einer Spannung elektrisch vorgespannt ist, die zweite Membran in Bezug auf die zweite Rückseitenplatte mit einer zweiten Spannung elektrisch vorgespannt ist und eine Größe der ersten Spannung sich von einer Größe der zweiten Spannung unterscheidet.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung dauerhaft festgelegt sind.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung während des Betriebs des Mikrofons veränderbar sind.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei eine Rückseitenplattenvorspannung an die erste Rückseitenplatte und die zweite Rückseitenplatte angelegt ist, eine erste Membranvorspannung an die erste Membran angelegt ist, eine zweite Membranvorspannung an die zweite Membran angelegt ist, und die erste Membranvorspannung sich von der zweiten Membranvorspannung unterscheidet.
Das Mikrofon nach Anspruch 4, wobei die erste Rückseitenplatte und die zweite Rückseitenplatte als Eingang mit einem Verstärker verbunden sind.
Das Mikrofon nach Anspruch 4, wobei die erste Rückseitenplatte und die zweite Rückseitenplatte als separate Eingänge mit einem Summierverstärker verbunden sind.
Das Mikrofon nach Anspruch 4, wobei die erste Rückseitenplatte und die zweite Rückseitenplatte als separate Eingänge mit einem Differenzverstärker verbunden sind.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die Membranvorspannung an die erste Membran und an die zweite Membran angelegt ist, eine erste Rückseitenplattenvorspannung an die erste Rückseitenplatte angelegt ist, eine zweite Rückseitenplattenvorspannung an die zweite Rückseitenplatte angelegt ist, und die erste Rückseitenplattenvorspannung sich von der zweiten Rückseitenplattenvorspannung unterscheidet.
Das Mikrofon nach Anspruch 1, wobei ein erstes Durchgangsloch die erste Membran durchdringt und ein zweites Durchgangsloch die zweite Membran durchdringt.
Das Mikrofon nach Anspruch 9, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung während des Betriebs des Mikrofons derart dynamisch veränderbar sind, dass eine Eckfrequenz einer Antwortkurve des Mikrofons variierbar ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 9, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung während der Herstellung des Mikrofons derart dynamisch veränderbar sind, dass eine Eckfrequenz einer Antwortkurve des Mikrofons veränderbar ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 9, wobei die erste Membran und die erste Rückseitenplatte einen ersten Luftkanal mit einem ersten Widerstand bilden, die zweite Membran und die zweite Rückseitenplatte einen zweiten Luftkanal mit einem zweiten Widerstand bildet und der erste Widerstand sich von dem zweiten Widerstand unterscheidet.
Ein Mikrofon, mit: einem ersten Motor als mikroelektromechanisches System (MEMS), wobei der erste MEMS-Motor eine erste Membran und eine erste Rückseitenplatte aufweist; einem zweiten MEMS-Motor mit einer zweiten Membran und einer zweiten Rückseitenplatte; einem dritten MEMS-Motor mit einer dritten Membran und einer dritten Rückseitenplatte; und einem vierten MEMS-Motor mit einer vierten Membran und einer vierten Rückseitenplatte, wobei die erste Membran in Bezug auf die erste Rückseitenplatte mit einer ersten Spannung elektrisch vorgespannt ist, die zweite Membran in Bezug auf die zweite Rückseitenplatte mit einer zweiten Spannung elektrisch vorgespannt ist, die dritte Membran in Bezug auf die dritte Rückseitenplatte mit einer dritten Spannung elektrisch vorgespannt ist, die vierte Membran in Bezug auf die vierte Rückseitenplatte elektrisch vorgespannt ist, und mindestens zwei Beträge der ersten Spannung, der zweiten Spannung, der dritten Spannung und der vierten Spannung unterschiedlich sind.
Das Mikrofon nach Anspruch 13, wobei eine Größe der ersten Spannung gleich ist ein Betrag der zweiten Spannung, ein Betrag der dritten Spannung gleich ist einem Betrag der vierten Spannung und der Betrag der ersten Spannung sich von dem Betrag der dritten Spannung unterscheidet.
Das Mikrofon nach Anspruch 13, wobei ein Betrag der zweiten Spannung 1/2 eines Betrags der ersten Spannung beträgt, ein Betrag der dritten Spannung 1/4 des Betrags der ersten Spannung beträgt und ein Betrag der vierten Spannung 1/8 des Betrags der ersten Spannung beträgt.
Ein Mikrofon, mit: einem Motor als mikroelektromechanisches System (MEMS), wobei der MEMS-Motor eine Membran, eine erste Rückseitenplatte und eine zweite Rückseitenplatte aufweist; wobei die Membran mit einer Zugspannung ausgebildet ist, die durch eine Schichtverspannung der Membran hervorgerufen ist; wobei die Membran mit einer Spannung elektrisch so vorspannbar ist, dass die Schichtverspannung einstellbar oder kompensierbar ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 16, wobei die Membran während der Herstellung oder von einem Kunden nach der Herstellung elektrisch vorgespannt ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 16, wobei die Membran zwischen der ersten Rückseitenplatte und der zweiten Rückseitenplatte angeordnet ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 16, wobei die erste Rückseitenplatte in Bezug auf die Membran mit einer Spannung elektrisch vorgespannt ist und die zweite Rückseitenplatte in Bezug auf die Membran mit einer zweiten Spannung elektrisch vorgespannt ist.
Das Mikrofon nach Anspruch 19, wobei die erste Spannung gleich der zweiten Spannung ist.