EP4533820A1 - Mems-element zur bewegung eines masseelements eines schallwandlers zum erzeugen und/oder empfangen von schallsignalen sowie ein schallwandler mit solche einem mems-element - Google Patents

Mems-element zur bewegung eines masseelements eines schallwandlers zum erzeugen und/oder empfangen von schallsignalen sowie ein schallwandler mit solche einem mems-element

Info

Publication number
EP4533820A1
EP4533820A1 EP23726992.3A EP23726992A EP4533820A1 EP 4533820 A1 EP4533820 A1 EP 4533820A1 EP 23726992 A EP23726992 A EP 23726992A EP 4533820 A1 EP4533820 A1 EP 4533820A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mems
actuator
actuator element
cavity
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23726992.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Roedel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4533820A1 publication Critical patent/EP4533820A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • MEMS element for moving a mass element of a sound transducer for generating and/or receiving sound signals and a sound transducer with such a MEMS element
  • the invention relates to a MEMS element for moving a mass element of a sound transducer for generating and/or receiving sound signals.
  • the idea is to set a mass element of the sound transducer into a lifting movement using one or more MEMS elements and thus to emit the sound or to be deflected in the opposite direction by a sound and to detect the sound signal via the MEMS element.
  • the problem with conventional MEMS elements is that the depth stop often has a corresponding deviation from a target specification due to the design of the MEMS element and the associated manufacturing process and consequently the accuracy for setting the depth stop is insufficient. This poses a risk that the breaking limit for the actuator element will be exceeded and the MEMS element could therefore be destroyed.
  • the invention relates to a MEMS element for moving a mass element of a sound transducer for generating and/or receiving sound signals.
  • the MEMS element is made from a substrate, wherein the MEMS element has an actuator element with at least one piezo element applied to the actuator element for moving the actuator element in the vertical direction with respect to the main extension plane of the MEMS element, and wherein the geometry of the actuator element is defined by a cavity of the substrate, and wherein the MEMS element has a connecting element arranged on the actuator element for connecting the actuator element to the mass element of the sound transducer and for transmitting the movement of the actuator element to the mass element, the connecting element having a has higher rigidity than the actuator element, and wherein the cavity is designed in the substrate in such a way that the substrate itself forms a depth stop for the actuator element in the vertical direction.
  • the advantage here is that both the geometry of the actuator element and the design of the depth stop can be implemented more precisely using the cavity than in the prior art. This in turn means that the resonance frequency of the actuator element can be set more precisely and that the risk of the breaking limit of the actuator element being exceeded can be reduced.
  • Another advantage is that by adjusting the stiffness it is possible to move the actuator element easily and still enable the movement to be transmitted to the mass element of the sound transducer with as little loss as possible due to the increased stiffness of the connecting element.
  • the sound transducer can accordingly be used, for example, in a microphone or a loudspeaker or also in an ultrasonic sensor system.
  • the emitted sound signal is generated by a mass element of the sound transducer that is set in motion by the MEMS element, or the mass element is set in motion by the received sound signal, which can be detected by the MEMS element.
  • the mass element can be designed, for example, as a membrane or piston-like.
  • several sound transducers can form a sound sensor array.
  • a MEMS element is a micro-electronic-mechanical system that combines or integrates electronic and mechanical components in a very small space.
  • the MEMS element has an actuator element, which can be designed, for example, as a cantilever or membrane-like and can be set in motion by the piezo element or can pass on movement to the piezo element for evaluation.
  • the actuator element is arranged on a suspension element, which is designed to be stiffer than the actuator element and, for example, represents the remaining substrate of the MEMS element. Furthermore, a connecting element is arranged on the actuator element, which serves to connect the actuator element to the mass element and accordingly enable movement either in one or the other direction.
  • the connecting element can include individual or all layers that are also present in the actuator element and can be designed accordingly as a continuation of the actuator element or can also protrude beyond the actuator element at least in a vertical direction to the main extension plane of the actuator element.
  • the piezo element can be designed, for example, as a piezoelectric layer.
  • a correspondingly preprocessed silicon wafer can serve as the substrate, which can then be processed accordingly in order to obtain the desired configuration of the MEMS element, comprising the suspension element, the actuator element and the connecting element.
  • a combination of wafers can also serve as a substrate, which are connected, for example, via a wafer bond and can each include layer systems and structures.
  • a cavity SOI wafter would also be conceivable as a substrate.
  • Stiffness is a quantity in technical mechanics that describes the relationship between the load acting on a body and its elastic deformation.
  • the rigidity of a body depends in particular on its material and geometry.
  • a cavity is a hollow space in the substrate.
  • the cavity in the substrate runs in particular parallel to the main extension plane below the actuator element.
  • a depth stop is also to be understood as a stop for the actuator element, which stops movement of the actuator element at a certain point.
  • the actuator element is designed as an area of the top side of the cavity, with the depth stop representing an area of the underside of the cavity.
  • One embodiment of the invention provides that the depth stop is defined by a height of the cavity.
  • the advantage here is that the height of the cavity in the substrate can be set very precisely in terms of process technology.
  • the height of the cavity is here understood to mean the distance between the floor and ceiling of the cavity in a state in which the MEMS element is not loaded, that is, when the ceiling and the floor of the cavity are essentially parallel to one another.
  • One embodiment of the invention provides that the rigidity of the actuator element and/or the connecting element is set depending on the material and/or thickness and/or structuring of the respective element. The advantage here is that this represents a simple way to adjust the stiffness of the corresponding elements as desired.
  • Material refers to the chemical composition of the corresponding element, which can have a corresponding effect on its rigidity.
  • Structuring means the design of an element which, for example, can have corresponding recesses or penetrations in order to change its rigidity.
  • the actuator element can be designed spoke-shaped in order to keep the rigidity low, whereas the suspension element and the connecting element do not have corresponding recesses in order to keep the rigidity high in comparison.
  • Thickness is understood to mean the extent of the element in the vertical direction relative to the main plane of extension of the MEMS element. Theoretically, this could also fall under the term structuring, but is again explicitly emphasized here due to the special importance of thickness on the stiffness properties of the element.
  • a further embodiment of the invention provides that the connecting element is arranged laterally on the actuator element and forms a stub, with the cavity being opened in such a way that the connecting element is separated from the rest of the substrate.
  • the geometry of the actuator element, and thus the resonance frequency is defined by the lateral dimensions of the cavity, which can usually be set very precisely depending on the method chosen for realizing the cavity.
  • the height of the depth stop d can in turn be defined by the height of the cavity, which can also usually be set very precisely depending on the method chosen for realizing the cavity.
  • the MEMS element can be particularly can be easily manufactured from a substrate with a cavity, which means that the cost of the MEMS element can be kept low.
  • the corresponding design of the actuator element can, for example, form a so-called cantilever, which is to be understood as a movable arm.
  • the cavity is opened in particular in one direction or on one side and particularly preferably opened downwards, whereby the connecting element is only connected to the actuator element and is no longer connected to the remaining substrate, which serves as a suspension element.
  • the connecting element is arranged, for example, in the main extension plane at one end of the actuator element, for example on the right side, and the actuator element is in turn connected to the suspension element at its other end, i.e. then on the left side.
  • stump can be understood in particular to mean a so-called stub.
  • At least two piezo elements are applied to the actuator element, which can be controlled in a phase-shifted manner.
  • the advantage here is that an S-shaped deflection can be realized, in which the stroke and the breaking strength of the actuator element can be increased.
  • the phase-shifted control can, for example, ensure that one of the piezo elements is bent to the left while the other piezo element is bent to the right, whereby a corresponding deformation of the actuator element can occur due to the position of the piezo element on the actuator element.
  • the cavity has areas each with a different height, with the area of the cavity with the lowest height in particular serving as a depth stop.
  • the actuator element and the connecting element are arranged concentrically in the main extension plane of the MEMS element, with the connecting element being arranged centrally, and with the cavity running parallel to the main extension plane below the actuator element and connecting element.
  • the advantage here is that a different design of the actuator element and connecting element enables, in particular, a more uniform transmission of the movement of the actuator element to the mass element of the sound transducer, since the connecting element is moved accordingly by the actuator element from several sides.
  • the actuator element can, for example, be designed like a membrane and be arranged accordingly around the connecting element, for example from a perspective from above onto the MEMS element in the form of a circle, although a different geometry would also be conceivable.
  • the cavity in the area of the connecting element has a lower height than in the area of the actuator element, so that an indirect depth stop for the actuator element is formed via the connecting element.
  • the advantage here is that the depth stop can be better adjusted due to the lower height of the cavity in the area of the connecting element, whereas in the area of the actuator element an improved damping property of the actuator element can be achieved due to the comparatively greater height.
  • the invention also relates to a sound transducer with a MEMS element according to the invention, wherein the actuator element of the MEMS element is connected to a mass element of the sound transducer via the connecting element of the MEMS element.
  • Fig. 1 shows a lateral cross section of a sound transducer with a first embodiment of a MEMS element designed according to the invention.
  • Fig. 2 shows a lateral cross section of a sound transducer with a second embodiment of a MEMS element designed according to the invention.
  • Fig. 3 shows process steps for producing a MEMS element according to the prior art.
  • Fig. 4 shows process steps for producing a MEMS element according to the first embodiment according to Fig. 1.
  • Fig. 1 shows a lateral cross section of a sound transducer with a first embodiment of a MEMS element designed according to the invention. Shown is a sound transducer 101 for generating and/or receiving sound signals 120.
  • the sound transducer 101 has a mass element 110 and a MEMS element 11 for moving the mass element 110 of the sound transducer 101.
  • the MEMS element 11 is made from a substrate 21.
  • the MEMS element 11 has an actuator element 31 with two piezo elements 35 applied to the actuator element 31 for moving the actuator element 31 in the vertical direction with respect to the main extension plane 15 of the MEMS element 11.
  • a single piezo element 35 would also be conceivable here.
  • the piezo elements 35 can be applied to the actuator element 31 as corresponding piezo layers and not by a The electronics shown can be controlled or read out. In particular, the piezo elements 35 can be controlled out of phase in order to achieve an S-shaped deflection of the actuator element 31.
  • the MEMS element 11 has a connecting element 51, which is in particular directly connected to the actuator element 31, for connecting the actuator element 31 to the mass element 110 of the sound transducer 101 and for transmitting the movement of the actuator element 31 to the mass element 110, the connecting element 51 having a higher Stiffness than the actuator element 31 has.
  • the connecting element 51 can be connected to the mass element 110 via a connecting means 111, which is designed, for example, as an adhesive.
  • the higher rigidity of the connecting element 51 compared to the rigidity of the actuator element 31 is achieved here by the greater thickness of the connecting element 51 compared to the thickness of the actuator element 31, where thickness means the dimensions of the respective element 31, 51 in the vertical direction.
  • the actuator element 31 is also connected to a suspension element 71, which forms the remaining substrate 21 and also has a higher rigidity than the actuator element 31, again achieved by a greater thickness.
  • the geometry of the actuator element 31 is defined by a cavity 41 of the substrate 21, the cavity 41 being designed in the substrate 21 in such a way that the substrate 21 itself has a depth stop 61 for the actuator element 31 in the vertical direction with respect to the main extension plane 15 forms.
  • the depth stop 61 is defined by a height h of the cavity 41.
  • the connecting element 51 is arranged laterally on the actuator element 31 and forms a stub, the cavity 41 being opened in such a way that the connecting element 51 is separated from the remaining substrate 21 and thus the actuator element 31 and the connecting element 51 are correspondingly movable. Due to the corresponding design, the actuator element 31 can be connected to the connecting element 51 around the suspension element 71 move as a bearing point, which is shown by a corresponding double arrow. Alternatively, a depth stop could also be defined by a width of the opening between the connecting element 51 and the remaining substrate 21.
  • the MEMS element 11 can also be connected to a carrier element 130, which is designed, for example, as a PCB, via a connection 131, which is in turn designed as an adhesive, for example
  • Fig. 2 shows a lateral cross section of a sound transducer with a second embodiment of a MEMS element designed according to the invention.
  • a sound transducer 102 is shown, which, like the sound transducer 101 from FIG. 1 , is used to generate and/or receive sound signals 120.
  • the sound transducer 102 in turn has a mass element 110 and a MEMS element 12 for moving the mass element 110 of a sound transducer 102.
  • the MEMS element 12 is made from a substrate 22.
  • the MEMS element 12 has an actuator element 32 with two piezo elements 35 applied to the actuator element 32 for moving the actuator element 32 in the vertical direction, shown by the double arrow, with respect to the main extension plane 15 of the MEMS element 12.
  • a single, annular piezo element to be used instead of the two piezo elements 35.
  • a deflection of the mass element 110 due to a sound signal 120 received by the actuator element 32 and the piezo elements 35 applied there can of course also be detected by means of the MEMS element 12.
  • the piezo elements 35 can in turn be applied as corresponding piezo layers to the actuator element 32 and can be controlled or read out by electronics (not shown).
  • the piezo elements 35 can be controlled with a phase shift in order to achieve an S-shaped deflection of the actuator element 32.
  • the MEMS element 12 has a connecting element 52, which is in particular directly connected to the actuator element 32, for connecting the actuator element 32 to the mass element 110 of the sound transducer 102 and for transmitting the movement of the actuator element 32 to the mass element 110, the connecting element 52 having a higher Stiffness than the actuator element 32 has.
  • the connecting element 52 can be connected to the mass element 110 via a connecting means 111, which is designed, for example, as an adhesive.
  • the higher rigidity of the connecting element 52 compared to the rigidity of the actuator element 32 can be achieved by appropriate structuring of the actuator element 32 in that it is designed like a spoke in a plan view (not shown) and has corresponding recesses or openings, whereas the connecting element 52 does not have such recesses or .Has breakthroughs.
  • the actuator element 32 is connected radially outwards to a circumferential suspension element 72, which forms the remaining substrate 22 and also has a higher rigidity than the actuator element 32, again achieved by the absence of corresponding recesses.
  • the geometry of the actuator element 32 is influenced by a cavity 42 of the substrate 22 and can in particular be defined by this, among other things, the cavity 42 being designed in the substrate 22 in such a way that the substrate 22 itself has a depth stop 62 for the connecting element 52 and consequently indirectly for the actuator element 32 in the vertical direction based on the main extension plane 15.
  • the depth stop 62 is defined by a height h of the cavity 42.
  • the cavity 42 has areas each with a different height h, in particular the area of the cavity 42 with the lowest height h serving as a depth stop 62.
  • the cavity 42 has a lower height h in the area of the connecting element 52 than in the area of the actuator element 32, so that an indirect depth stop 62 for the actuator element 32 is formed via the connecting element 52.
  • the MEMS element 12 can in turn also be connected via a connection 131, which is designed, for example, as an adhesive, to a carrier element 130, which is designed, for example, as a PCB
  • Fig. 3 shows process steps for producing a MEMS element according to the prior art.
  • a substrate 220 is provided, which is designed as an SOI wafer.
  • a piezo element 35 can then be applied as a piezo layer.
  • a trenching process then takes place in order to produce an actuator element 230 and a connecting element 250.
  • a depth stop 260 is created on one side and a suspension 270 for the actuator element 230 on the other side by bonding the product from method step c) to a carrier element 130 designed as a wafer using a wafer bond 132, whereby a MEMS element is obtained, which is designed as a cantilever similar to the MEMS element 11 according to FIG.
  • the difficulty here is that very fragile structures on the wafer 130 have to be handled and separated during the manufacturing process in the prior art.
  • the vertical distance d for the depth stop 260 can only be set with insufficient precision using the wafer bond 132.
  • the geometry of the actuator element 230, and thus the resonance frequency is defined according to method step c) by a trenching process, the dimensions of which can be inaccurate due to tilting and expansion due to the process.
  • Fig. 4 shows process steps for producing a MEMS element similar to the first embodiment according to Fig. 1.
  • a substrate 21 with a cavity 41 is provided, this being a cavity SOI wafer.
  • a substrate with a corresponding cavity can also be realized using a porous silicon process or using a trenching process for the cavity.
  • a piezo element 35 is then deposited and structured as a piezoelectric layer. This can include further layers, not shown, such as electrode layers, barrier layers, etc.
  • the cavity 41 is opened downwards on one side, whereby an opening 45 is created, which separates the actuator element 31 and the connecting element 51 from the remaining substrate 21 and makes them correspondingly movable. This results in a MEMS element which differs from the MEMS element 11 of FIG. 1 only in the number of piezo elements 35.
  • the manufacturing process can include additional steps, such as creating marks or separating the elements.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein MEMS-Element (11, 12) zur Bewegung eines Masseelements (110) eines Schallwandlers (101, 102) zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen (120), wobei das MEMS-Element aus einem Substrat (21, 22) hergestellt ist, und wobei das MEMS-Element (11, 12) ein Aktorelement (31, 32) mit wenigstens einem auf das Aktorelement (31, 32) aufgebrachten Piezoelement (35) zur Bewegung des Aktorelements (31, 32) in vertikaler Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene (15) des MEMS-Elements (11, 12) aufweist, und wobei die Geometrie des Aktorelements (31,32) durch eine Kavität (41,42) des Substrats (20) definiert ist, und wobei das MEMS-Element (11, 12) ein am Aktorelement (31,32) angeordnetes Verbindungselement (51, 52) zur Verbindung des Aktorelements (31,32) mit dem Masseelement (110) des Schallwandlers (101, 102) und zur Übertragung der Bewegung des Aktorelements (31, 32) auf das Masseelement (110) aufweist, wobei das Verbindungselement (51, 52) eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement (31, 32) aufweist, und wobei die Kavität (41, 42) derartig im Substrat (21, 22) ausgestaltet ist, dass das Substrat (21, 22) selbst einen Tiefenanschlag (61, 62) für das Aktorelement (31, 32) in der vertikalen Richtung bildet. Zudem betrifft die Erfindung einen Schallwandler (101, 102) mit einem erfindungsgemäßen MEMS-Element (11, 12).

Description

Beschreibung
MEMS-Element zur Bewegung eines Masseelements eines Schallwandlers zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen sowie ein Schallwandler mit solche einem MEMS-Element
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein MEMS-Element zur Bewegung eines Masseelements eines Schallwandlers zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen.
Die Idee besteht darin, ein Masseelement des Schallwandlers durch einen oder mehrere MEMS-Elemente in eine Hubbewegung zu versetzen und damit den Schall auszusenden bzw. in der Gegenrichtung durch einen Schall ausgelenkt zu werden und über das MEMS-Element das Schallsignal zu detektieren.
Problematisch bei herkömmlichen MEMS-Elementen ist, dass der Tiefenanschlag aufgrund der Ausgestaltung des MEMS-Elements und das damit verbundene Herstellungsverfahren oftmals eine entsprechende Abweichung von einer Sollvorgabe besitzt und folglich die Genauigkeit zur Einstellung des Tiefenanschlags unzureichend ist. Hierdurch besteht die Gefahr, dass die Bruchgrenze für das Aktorelement überschritten wird und somit das MEMS- Element zerstört werden könnte.
Des Weiteren wird bei den herkömmlichen MEMS-Elementen die Ausgestaltung des Aktorelements, welche sich direkt auf die Resonanzfrequenz auswirkt, durch einen Trenchprozess erzeugt, dessen Dimensionen prozessbedingt durch Verkippungen und Aufweitungen ungenau sein können. Folglich können MEMS- Elemente nach dem Stand der Technik zueinander starke Abweichungen in Bezug auf deren Resonanzfrequenzen aufweisen.
Die genannten Probleme sollen durch die Erfindung gelöst werden.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung betrifft ein MEMS-Element zur Bewegung eines Masseelements eines Schallwandlers zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen. Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das MEMS-Element aus einem Substrat hergestellt ist, wobei das MEMS-Element ein Aktorelement mit wenigstens einem auf das Aktorelement aufgebrachten Piezoelement zur Bewegung des Aktorelements in vertikaler Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene des MEMS-Elements aufweist, und wobei die Geometrie des Aktorelements durch eine Kavität des Substrats definiert ist, und wobei das MEMS-Element ein am Aktorelement angeordnetes Verbindungselement zur Verbindung des Aktorelements mit dem Masseelement des Schallwandlers und zur Übertragung der Bewegung des Aktorelements auf das Masseelement aufweist, wobei das Verbindungselement eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement aufweist, und wobei die Kavität derartig im Substrat ausgestaltet ist, dass das Substrat selbst einen Tiefenanschlag für das Aktorelement in der vertikalen Richtung bildet.
Vorteilhaft ist hierbei, dass sowohl die Geometrie des Aktorelements als auch die Ausgestaltung des Tiefenanschlags mittels der Kavität genauer als im Stand der Technik umgesetzt werden kann. Dies führt wiederum dazu, dass die Resonanzfrequenz des Aktorelements genauer eingestellt werden kann und dass die Gefahr einer Überschreitung der Bruchgrenze des Aktorelements reduziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Einstellung der Steifigkeiten die Möglichkeit besteht, das Aktorelement einfach zu bewegen und trotzdem aufgrund der erhöhten Steifigkeit des Verbindungselements eine möglichst verlustfreie Übertragung der Bewegung an das Masseelement des Schallwandlers zu ermöglichen.
Als Schallwandler ist als ein System zu verstehen, welches eine nichtmechanische Energieform, typischerweise elektrische Energie, über ein Piezoelement in geeigneter Weise in mechanische Energie umwandelt, um hierdurch ein Schallsignal zu erzeugen. Hierbei lässt sich der Wandlungseffekt typischerweise genauso umkehren, was bedeutet, dass die mechanische Energie von empfangenen Schallsignalen in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei das hierbei erzeugte elektrische Signal entsprechend ausgewertet werden kann. Insbesondere kann der Schallwandler beispielsweise als Ultraschallwandler ausgestaltet sein und entsprechende Ultraschallsignale empfangen bzw. aussenden.
Der Schallwandler kann entsprechend beispielsweise in einem Mikrofon bzw. einem Lautsprecher oder auch in einem Ultraschallsensorsystem Anwendung finden.
Das ausgesendete Schallsignal wird hierbei von einem durch das MEMS- Element in Bewegung versetzten Masseelement des Schallwandlers erzeugt bzw. wird das Masseelement durch das empfangene Schallsignal in Bewegung versetzt, was durch das MEMS-Element detektiert werden kann. Das Masseelement kann beispielsweise als Membran oder auch kolbenartig ausgestaltet sein.
Insbesondere können mehrere Schallwandler ein Schallsensor-Array bilden.
Unter MEMS-Element ist ein Mikro-Elektronisch-Mechanisches-System zu verstehen, welches insbesondere elektronische sowie mechanische Komponenten auf kleinstem Raum kombiniert bzw. integriert.
Das MEMS-Element weist hierbei ein Aktorelement auf, welches beispielsweise als Cantilever oder auch membranartig ausgebildet sein kann und durch das Piezoelement in Bewegung versetzt werden kann bzw. Bewegung an das Piezoelement zur Auswertung weitergeben kann.
Hierbei ist das Aktorelement an einem Aufhängungselement angeordnet, welches im Vergleich zum Aktorelement steifer ausgestaltet ist und beispielsweise das restliche Substrat des MEMS-Elements darstellt. Des Weiteren ist am Aktorelement ein Verbindungselement angeordnet, welches dazu dient, das Aktorelement mit dem Masseelement zu verbinden und entsprechend eine Bewegung entweder in die eine oder in die andere Richtung zu ermöglichen.
Das Verbindungselement kann hierbei einzelne oder alle Schichten umfassen, die auch im Aktorelement vorhanden sind und entsprechend als Fortführung des Aktorelements ausgestaltet sein oder auch zumindest in einer vertikalen Richtung zur Haupterstreckungsebene des Aktorelements über das Aktorelement hinausragen. Das Piezoelement kann hierbei beispielsweise als piezoelektrische Schicht ausgestaltet sein.
Als Substrat kann beispielsweise ein entsprechend vorverarbeiteter Silizium- Wafer dienen, welcher dann entsprechend prozessiert werden kann, um die gewünschte Ausgestaltung des MEMS-Elements, aufweisend das Aufhängungselement, das Aktorelement und das Verbindungselement, zu erhalten. Als Substrat kann auch eine Kombination von Wafern dienen, die beispielsweise über einen Waferbond verbunden sind und jeweils Schichtsysteme und Strukturierungen umfassen können. Beispielsweise wäre auch ein Cavity-SOI-Wafter als Substrat denkbar.
Unter Steifigkeit ist eine Größe in der Technischen Mechanik zu verstehen, die den Zusammenhang zwischen der Last, die auf einen Körper einwirkt und dessen elastischer Verformung beschreibt. Die Steifigkeit eines Körpers ist insbesondere von dessen Werkstoff sowie der Geometrie abhängig.
Unter Kavität ist ein Hohlraum im Substrat zu verstehen.
Die Kavität im Substrat verläuft hierbei insbesondere parallel zur Haupterstreckungsebene unterhalb vom Aktorelement.
Unter Tiefenanschlag ist des Weiteren ein Anschlag für das Aktorelement zu verstehen, welches eine Bewegung des Aktorelements an einem gewissen Punkt stoppt. Hierbei ist insbesondere das Aktorelement als ein Bereich der Oberseite der Kavität ausgebildet, wobei der Tiefenanschlag ein Bereich der Unterseite der Kavität darstellt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Tiefenanschlag durch eine Höhe der Kavität definiert ist.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Höhe der Kavität im Substrat prozesstechnisch sehr genau eingestellt werden kann.
Unter Höhe der Kavität ist hierbei der Abstand zwischen Boden und Decke der Kavität in einem Zustand zu verstehen, in welchem das MEMS-Element nicht belastet wird, das heißt, wenn die Decke und der Boden der Kavität im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steifigkeit des Aktorelements und/oder des Verbindungselements in Abhängigkeit vom Material und/oder Dicke und/oder Strukturierung des jeweiligen Elements eingestellt ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, die Steifigkeiten der entsprechenden Elemente wie gewünscht einzustellen.
Unter Material ist die chemische Zusammensetzung des entsprechenden Elements zu verstehen, welche sich entsprechend auf dessen Steifigkeit auswirken kann.
Unter Strukturierung ist die Gestaltung eines Elements zu verstehen, welches beispielweise entsprechende Ausnehmungen oder Durchgriffe haben kann, um dessen Steifigkeit zu verändern. So kann das Aktorelement beispielsweise speichenförmig ausgestaltet sein, um die Steifigkeit gering zu halten, wohingegen das Aufhängungselement und das Verbindungselement keine entsprechenden Ausnehmungen aufweisen, um die Steifigkeit im Vergleich dazu hoch zu halten.
Unter Dicke ist die Ausdehnung des Elements in vertikaler Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene des MEMS-Elements zu verstehen. Diese könnte theoretisch auch unter den Begriff Strukturierung fallen, ist jedoch aufgrund der besonderen Bedeutung der Dicke auf die Steifigkeits- Eigenschaften des Elements hier nochmals explizit hervorgehoben.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement seitlich am Aktorelement angeordnet ist und einen Stumpf bildet, wobei die Kavität derartig geöffnet ist, dass das Verbindungselement vom restlichen Substrat getrennt ist.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Geometrie des Aktorelements, und damit die Resonanzfrequenz, durch die lateralen Dimensionen der Kavität definiert ist, welche je nach gewählter Methode zur Realisierung der Kavität üblicherweise sehr genau eingestellt werden kann. Die Höhe des Tiefenanschlags d kann wiederum durch die Höhe der Kavität definiert sein, welche ebenfalls je nach gewählter Methode zur Realisierung der Kavität üblicherweise sehr genau eingestellt werden kann. Des Weiteren kann das MEMS-Element besonders einfach aus einem Substrat mit Kavität hergestellt werden, wodurch die Kosten für das MEMS-Element gering gehalten werden können.
Die entsprechende Ausgestaltung des Aktorelements kann in diesem Fall beispielsweisen einen sogenannten Cantilever bilden, was als beweglicher Arm zu verstehen ist.
Die Kavität ist insbesondere in eine Richtung bzw. einseitig geöffnet und besonders bevorzugt nach unten hin geöffnet, wodurch das Verbindungselement nur noch mit Aktorelement verbunden und nicht mehr mit dem restlichen Substrat verbunden ist, welches als Aufhängungselement dient.
Hierbei ist das Verbindungselement beispielsweise in der Haupterstreckungsebene an einem Ende des Aktorelements angeordnet, zum Beispiel an der rechten Seite, und das Aktorelement ist wiederum an seinem anderen Ende mit dem Aufhängungselement verbunden, also dann an der linken Seite.
Unter Stumpf kann insbesondere ein sogenannter Stub verstanden werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Piezoelemente auf dem Aktorelement aufgebracht sind, welche phasenverschoben ansteuerbar sind.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine s-förmige Auslenkung realisiert werden kann, bei der wiederum der Hub sowie die Bruchfestigkeit des Aktorelements erhöht sein kann.
Durch die phasenverschobene Ansteuerung kann beispielsweise erreicht werden, dass eines der Piezoelemente linksgebogen ist, während das andere Piezoelement rechtsgebogen ist, wodurch aufgrund der Lage der Piezoelement auf dem Aktorelement eine entsprechende Verformung des Aktorelements erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kavität Bereiche mit je einer unterschiedlichen Höhe aufweist, wobei insbesondere der Bereich der Kavität mit der geringsten Höhe als Tiefenanschlag dient. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die unterschiedlichen Höhen die Eigenschaften der an die Kavität angrenzenden Elemente entsprechende beeinflusst werden kann. So kann beispielsweise hierdurch die Steifigkeit des Aktorelements beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aktorelement und das Verbindungselement in der Haupterstreckungsebene des MEMS-Elements konzentrisch angeordnet sind, wobei das Verbindungselement mittig angeordnet ist, und wobei die Kavität parallel zur Haupterstreckungsebene unterhalb vom Aktorelement und Verbindungselement verläuft.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine andere Gestaltung von Aktorelement und Verbindungselement ermöglicht, welche insbesondere eine gleichmäßigere Übertragung der Bewegung des Aktorelements auf das Masseelement des Schallwandlers möglich macht, da das Verbindungselement durch das Aktorelement von mehreren Seiten aus entsprechend bewegt wird.
Das Aktorelement kann beispielsweise membranartig ausgebildet sein und entsprechend um das Verbindungselement angeordnet sein, beispielsweise aus einer Perspektive von Oben auf das MEMS-Element in Form eines Kreises, wobei jedoch auch eine andere Geometrie denkbar wäre.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kavität im Bereich des Verbindungselements eine geringere Höhe aufweist als im Bereich des Aktorelements, sodass über das Verbindungselement ein mittelbarer Tiefenanschlag für das Aktorelement gebildet ist.
Vorteilhaft ist hierbei, dass der Tiefenanschlag durch die geringere Höhe der Kavität im Bereich des Verbindungselements besser einstellbar ist, wohingegen im Bereich des Aktorelements durch die im Vergleich größere Höhe eine verbesserte Dämpfungseigenschaft des Aktorelements erzielt werden kann.
Die Erfindung betrifft zudem einen Schallwandler mit einem erfindungsgemäßen MEMS-Element, wobei das Aktorelement des MEMS-Element über das Verbindungselement des MEMS-Elements mit einem Masseelement des Schallwandlers verbunden ist. Zeichnungen
Fig. 1 zeigt einen seitlichen Querschnitt eines Schallwandlers mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgestalteten MEMS-Elements.
Fig. 2 zeigt einen seitlichen Querschnitt eines Schallwandlers mit einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgestalteten MEMS-Elements.
Fig. 3 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung eines MEMS-Elements nach dem Stand der Technik.
Fig. 4 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung eines MEMS-Elements gemäß der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt einen seitlichen Querschnitt eines Schallwandlers mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgestalteten MEMS-Elements. Dargestellt ist ein Schallwandler 101 zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen 120. Der Schallwandler 101 weist hierfür ein Masseelement 110 und ein MEMS-Element 11 zur Bewegung des Masseelements 110 des Schallwandlers 101 auf. Hierbei ist das MEMS-Element 11 aus einem Substrat 21 hergestellt.
Das MEMS-Element 11 weist ein Aktorelement 31 mit zwei auf das Aktorelement 31 aufgebrachten Piezoelementen 35 zur Bewegung des Aktorelements 31 in vertikaler Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene 15 des MEMS- Elements 11 auf. Prinzipiell wäre hier auch ein einziges Piezoelement 35 denkbar. Zusätzlich kann mittels des MEMS-Elements 11 natürlich auch eine Auslenkung des Masseelements 110 aufgrund eines empfangen Schallsingales 120 durch das Aktorelement 31 und den dort aufgebrachten Piezoelementen 35 detektiert werden. Die Piezoelemente 35 können als entsprechende Piezoschichten auf das Aktorelement 31 aufgebracht sein und durch eine nicht dargestellte Elektronik angesteuert bzw. ausgelesen werden. Insbesondere können die Piezoelemente 35 hierbei phasenverschoben angesteuert werden, um eine s-förmige Auslenkung des Aktorelements 31 zu erzielen.
Des Weiteren weist das MEMS-Element 11 ein mit dem Aktorelement 31 insbesondere unmittelbar verbundenes Verbindungselement 51 zur Verbindung des Aktorelements 31 mit dem Masseelement 110 des Schallwandlers 101 und zur Übertragung der Bewegung des Aktorelements 31 auf das Masseelement 110 auf, wobei das Verbindungselement 51 eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement 31 aufweist. Das Verbindungselement 51 kann über ein Verbindungsmittel 111 , welches beispielsweise als Kleber ausgestaltet ist, mit dem Masseelement 110 verbunden sein. Die höhere Steifigkeit des Verbindungselements 51 gegenüber der Steifigkeit des Aktorelements 31 ist hierbei durch die größere Dicke des Verbindungselements 51 gegenüber der Dicke des Aktorelements 31 erreicht, wobei Dicke die Ausmaße des jeweiligen Elements 31 , 51 in vertikaler Richtung bedeutet.
Das Aktorelement 31 ist zudem mit einem Aufhängungselement 71 verbunden, welches das restliche Substrat 21 bildet und ebenfalls eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement 31 aufweist, wiederum erzielt durch eine größere Dicke.
Des Weiteren ist die Geometrie des Aktorelements 31 durch eine Kavität 41 des Substrats 21 definiert ist, wobei die Kavität 41 derartig im Substrat 21 ausgestaltet ist, dass das Substrat 21 selbst einen Tiefenanschlag 61 für das Aktorelement 31 in der vertikalen Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene 15 bildet. Hierbei ist der Tiefenanschlag 61 durch eine Höhe h der Kavität 41 definiert.
Insbesondere ist das Verbindungselement 51 seitlich am Aktorelement 31 angeordnet und bildet einen Stumpf, wobei die Kavität 41 derartig geöffnet ist, dass das Verbindungselement 51 vom restlichen Substrat 21 getrennt ist und somit das Aktorelement 31 und das Verbindungselement 51 entsprechend beweglich sind. Durch die entsprechende Ausgestaltung kann sich das Aktorelement 31 mit dem Verbindungselement 51 um das Aufhängungselement 71 als Lagerpunkt bewegen, was durch einen entsprechenden Doppelpfeil dargestellt ist Alternativ könnte ein Tiefenanschlag auch durch eine Breite der Öffnung zwischen dem Verbindungselement 51 und dem restlichen Substrat 21 definiert sein.
Das MEMS-Element 11 kann zudem über eine Verbindung 131 , welche beispielsweise wiederum als Kleber ausgestaltet ist, mit einem Trägerelement 130 verbunden sein, welche beispielsweise als PCB ausgestaltet ist
Fig. 2 zeigt einen seitlichen Querschnitt eines Schallwandlers mit einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgestalteten MEMS-Elements.
Dargestellt ist ein Schallwandler 102, welcher, ebenfalls wie der Schallwandler 101 aus Fig. 1 , zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen 120 dient. Der Schallwandler 102 weist hierfür wiederum ein Masseelement 110 und ein MEMS-Element 12 zur Bewegung des Masseelements 110 eines Schallwandlers 102 auf. Hierbei ist das MEMS-Element 12 aus einem Substrat 22 hergestellt.
Zudem weist das MEMS-Element 12 ein Aktorelement 32 mit zwei auf das Aktorelement 32 aufgebrachten Piezoelementen 35 zur Bewegung des Aktorelements 32 in vertikaler Richtung, dargestellt durch den Doppelpfeil, bezogen auf die Haupterstreckungsebene 15 des MEMS-Elements 12 auf. Alternativ wäre es auch denkbar, dass statt den beiden Piezoelementen 35 ein einzelnes, ringförmiges Piezoelement genutzt wird. Zusätzlich kann mittels des MEMS-Elements 12 natürlich auch eine Auslenkung des Masseelements 110 aufgrund eines empfangen Schallsingales 120 durch das Aktorelement 32 und den dort aufgebrachten Piezoelementen 35 detektiert werden. Die Piezoelemente 35 können wiederum als entsprechende Piezoschichten auf das Aktorelement 32 aufgebracht sein und durch eine nicht dargestellte Elektronik angesteuert bzw. ausgelesen werden. Insbesondere können die Piezoelemente 35 hierbei phasenverschoben angesteuert werden, um eine s-förmige Auslenkung des Aktorelements 32 zu erzielen. Des Weiteren weist das MEMS-Element 12 ein mit dem Aktorelement 32 insbesondere unmittelbar verbundenes Verbindungselement 52 zur Verbindung des Aktorelements 32 mit dem Masseelement 110 des Schallwandlers 102 und zur Übertragung der Bewegung des Aktorelements 32 auf das Masseelement 110 auf, wobei das Verbindungselement 52 eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement 32 aufweist. Das Verbindungselement 52 kann über ein Verbindungsmittel 111 , welches beispielsweise als Kleber ausgestaltet ist, mit dem Masseelement 110 verbunden sein. Die höhere Steifigkeit des Verbindungselements 52 gegenüber der Steifigkeit des Aktorelements 32 kann hierbei durch eine entsprechende Strukturierung des Aktorelements 32 erreicht werden, indem dieses in einer nicht dargestellten Draufsicht speichenartig ausgestaltet ist und entsprechende Ausnehmungen bzw. Durchbrüche aufweist, wohingegen das Verbindungselement 52 keine solche Ausnehmungen bzw. Durchbrüche aufweist.
Das Aktorelement 32 ist radial nach außen hin mit einem umlaufenden Aufhängungselement 72 verbunden, welches das restliche Substrat 22 bildet und ebenfalls eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement 32 aufweist, wiederum erzielt durch ein Nichtvorhandensein von entsprechenden Ausnehmungen.
Des Weiteren ist die Geometrie des Aktorelements 32 durch eine Kavität 42 des Substrats 22 beeinflusst und kann insbesondere unter anderem hierdurch definiert sein, wobei die Kavität 42 derartig im Substrat 22 ausgestaltet ist, dass das Substrat 22 selbst einen Tiefenanschlag 62 für das Verbindungselement 52 und folglich mittelbar für das Aktorelement 32 in der vertikalen Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene 15 bildet. Hierbei ist der Tiefenanschlag 62 durch eine Höhe h der Kavität 42 definiert. Insbesondere weist die Kavität 42 Bereiche mit je einer unterschiedlichen Höhe h aufweist, wobei insbesondere der Bereich der Kavität 42 mit der geringsten Höhe h als Tiefenanschlag 62 dient. Entsprechend weist die Kavität 42 im Bereich des Verbindungselements 52 eine geringere Höhe h auf als im Bereich des Aktorelements 32, sodass über das Verbindungselement 52 ein mittelbarer Tiefenanschlag 62 für das Aktorelement 32 gebildet ist. Das MEMS-Element 12 kann wiederum zudem über eine Verbindung 131 , welche beispielsweise als Kleber ausgestaltet ist, mit einem Trägerelement 130 verbunden, welche beispielsweise als PCB ausgestaltet ist
Fig. 3 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung eines MEMS-Elements nach dem Stand der Technik.
So wird in einem Verfahrensschritt a) ein Substrat 220 bereitgestellt, welches als SOI-Wafer ausgestaltet ist.
In einem anschließenden Verfahrensschritt b) kann dann ein Piezoelement 35 als Piezoschicht aufgetragen werden.
In einem Verfahrensschritt c) erfolgt daraufhin ein Trenchprozess, um ein Aktorelement 230 und ein Verbindungselement 250 zu erzeugen.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt d) auf einer Seite ein Tiefenanschlag 260 und auf der anderen Seite eine Aufhängung 270 für das Aktorelement 230 erzeugt, indem das Erzeugnis aus Verfahrensschritt c) mittels eines Waferbonds 132 auf einen als Wafer ausgestaltetes Trägerelement 130 gebondet wird, wodurch ein MEMS-Element erhalten wird, welches ähnlich zu dem MEMS-Element 11 nach der Fig. 1 als Cantilever ausgestaltet ist. Hierbei ergibt sich allerdings die Schwierigkeit, dass man während des Herstellungsprozesses im Stand der Technik sehr fragile Strukturen auf dem Wafer 130 handhaben und vereinzeln muss. Außerdem kann der vertikale Abstand d für den Tiefenanschlag 260 mittels des Waferbonds 132 nur unzureichend genau eingestellt werden. Des Weiteren ist die Geometrie des Aktorelements 230, und damit die Resonanzfrequenz, gemäß Verfahrensschritt c) durch einen Trenchprozess definiert, dessen Dimensionen prozessbedingt durch Verkippungen und Aufweitungen ungenau sein können.
Fig. 4 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung eines MEMS-Elements ähnlich der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.
In einem Verfahrensschritt a) wird ein Substrat 21 mit einer Kavität 41 bereitgestellt, wobei dies hier ein Cavity-SOI-Wafer ist. Alternativ kann ein Substrat mit entsprechender Kavität auch mittels eines porösen Siliziumprozess oder mittels einer Trenchprozess für die Kavität realisiert werden. In einem Verfahrensschritt b) wird daraufhin ein Piezoelement 35 als eine piezoelektrische Schicht abgeschieden und strukturiert. Dies kann weitere nicht dargestellte Schichten wie beispielweise Elektrodenschichten, Barrierenschichten, usw. umfassen. In einem Verfahrensschritt c) wird die Kavität 41 einseitig nach unten hin geöffnet, wodurch eine Öffnung 45 entsteht, welche das Aktorelement 31 und das Verbindungselement 51 vom restlichen Substrat 21 trennt und entsprechend beweglich macht. Hierdurch erhält man ein MEMS-Element, welches sich vom MEMS-Element 11 der Fig. 1 lediglich in der Anzahl der Piezoelemente 35 unterscheidet. Der Fertigungsablauf kann hierbei noch weitere Schritte umfassen, beispielsweise das Anlegen von Marken oder die Vereinzelung der Elemente.

Claims

Ansprüche
1. MEMS-Element (11 , 12) zur Bewegung eines Masseelements (110) eines Schallwandlers (101 , 102) zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen (120), wobei das MEMS-Element aus einem Substrat (21 , 22) hergestellt ist, und wobei das MEMS-Element (11 , 12) ein Aktorelement (31 , 32) mit wenigstens einem auf das Aktorelement (31 , 32) aufgebrachten Piezoelement (35) zur Bewegung des Aktorelements (31 , 32) in vertikaler Richtung bezogen auf die Haupterstreckungsebene (15) des MEMS-Elements (11 , 12) aufweist, und wobei die Geometrie des Aktorelements (31 ,32) durch eine Kavität (41 ,42) des Substrats (21) beeinflusst ist, und wobei das MEMS-Element (11 , 12) ein am Aktorelement (31 ,32) angeordnetes Verbindungselement (51 , 52) zur Verbindung des Aktorelements (31 ,32) mit dem Masseelement (110) des Schallwandlers (101 , 102) und zur Übertragung der Bewegung des Aktorelements (31 , 32) auf das Masseelement (110) aufweist, wobei das Verbindungselement (51 , 52) eine höhere Steifigkeit als das Aktorelement (31 , 32) aufweist, und wobei die Kavität (41 , 42) derartig im Substrat (21 , 22) ausgestaltet ist, dass das Substrat (21 , 22) selbst einen Tiefenanschlag (61 , 62) für das Aktorelement (31 , 32) in der vertikalen Richtung bildet.
2. MEMS-Element (10, 11) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefenanschlag (61 , 62) durch eine Höhe (h) der Kavität (41 , 42) definiert ist.
3. MEMS-Element (11 , 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Aktorelements (31 , 32) und/oder des Verbindungselements (51 , 52) in Abhängigkeit vom Material und/oder Dicke und/oder Strukturierung des jeweiligen Elements (31 , 32, 51 , 52) eingestellt ist.
4. MEMS-Element (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (51) seitlich am Aktorelement (31) angeordnet ist und einen Stumpf bildet, wobei die Kavität (41) derartig geöffnet ist, dass das Verbindungselement (51) vom restlichen Substrat (21) getrennt ist. MEMS-Element (11 , 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Piezoelemente (35) auf dem Aktorelement (31 , 32) aufgebracht sind, welche phasenverschoben ansteuerbar sind. MEMS-Element (11 , 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (41 , 42) Bereiche mit je einer unterschiedlichen Höhe (h) aufweist, wobei insbesondere der Bereich der Kavität (41 , 42) mit der geringsten Höhe (h) als Tiefenanschlag (61 , 62) dient MEMS-Element (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (42) und das Verbindungselement (52) in der Haupterstreckungsebene (15) des MEMS-Elements (12) konzentrisch angeordnet sind, wobei das Verbindungselement (52) mittig angeordnet ist, und wobei die Kavität (42) parallel zur Haupterstreckungsebene (15) unterhalb vom Aktorelement (42) und Verbindungselement (52) verläuft. MEMS-Element (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (42) im Bereich des Verbindungselements (52) eine geringere Höhe (h) aufweist als im Bereich des Aktorelements (32), sodass über das Verbindungselement (52) ein mittelbarer Tiefenanschlag (62) für das Aktorelement (32) gebildet ist. Schallwandler (101 , 102) mit einem MEMS-Element (11 , 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aktorelement (31 , 32) des MEMS-Element (11 , 12) über das Verbindungselement (51 , 52) des MEMS-Elements (11 , 12) mit einem Masseelement (110) des Schallwandlers (101 , 102) verbunden ist.
EP23726992.3A 2022-06-01 2023-05-15 Mems-element zur bewegung eines masseelements eines schallwandlers zum erzeugen und/oder empfangen von schallsignalen sowie ein schallwandler mit solche einem mems-element Pending EP4533820A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022205608.6A DE102022205608A1 (de) 2022-06-01 2022-06-01 MEMS-Element zur Bewegung eines Masseelements eines Schallwandlers zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallsignalen sowie ein Schallwandler mit solche einem MEMS-Element
PCT/EP2023/062993 WO2023232452A1 (de) 2022-06-01 2023-05-15 Mems-element zur bewegung eines masseelements eines schallwandlers zum erzeugen und/oder empfangen von schallsignalen sowie ein schallwandler mit solche einem mems-element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4533820A1 true EP4533820A1 (de) 2025-04-09

Family

ID=86605099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23726992.3A Pending EP4533820A1 (de) 2022-06-01 2023-05-15 Mems-element zur bewegung eines masseelements eines schallwandlers zum erzeugen und/oder empfangen von schallsignalen sowie ein schallwandler mit solche einem mems-element

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4533820A1 (de)
CN (1) CN119301967A (de)
DE (1) DE102022205608A1 (de)
WO (1) WO2023232452A1 (de)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659195A (en) * 1995-06-08 1997-08-19 The Regents Of The University Of California CMOS integrated microsensor with a precision measurement circuit
US7888844B2 (en) 2009-06-30 2011-02-15 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Temperature control of micromachined transducers
DE102014214532B3 (de) * 2014-07-24 2015-10-08 Robert Bosch Gmbh Bauteil mit einem MEMS-Bauelement und einer Kappenstruktur mit Medienanschlussöffnung
DE102016212717A1 (de) 2016-07-13 2018-01-18 Robert Bosch Gmbh Detektionseinrichtung für piezoelektrisches Mikrofon
IT201600131844A1 (it) * 2016-12-28 2018-06-28 St Microelectronics Srl Trasduttore ultrasonico piezoelettrico microlavorato (pmut) e metodo di fabbricazione del pmut
IT201900001017A1 (it) 2019-01-23 2020-07-23 St Microelectronics Srl Trasduttore elettroacustico microelettromeccanico ad attuazione piezoelettrica e relativo procedimento di fabbricazione

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022205608A1 (de) 2023-12-07
CN119301967A (zh) 2025-01-10
WO2023232452A1 (de) 2023-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3632135B1 (de) Mikromechanischer schallwandler
EP3701728B1 (de) Schallwandleranordnung
DE102012216150B4 (de) Mikroelektromechanisches System mit Biegeauslenkung der Rückplattenstruktur
DE102006055147B4 (de) Schallwandlerstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur
EP3100467B1 (de) Mems mit mikromechanischen piezoelektrischen aktuatoren zur realisierung hoher kräfte und auslenkungen
DE102017115923B4 (de) Mikroelektromechanischer Transducer
DE102015213756B4 (de) Mikromechanische Struktur und Verfahren zur Herstellung derselben
DE60118208T2 (de) Breitbandiger miniaturwandler
DE102014225934B4 (de) Elektrostatisch auslenkbares mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3778469A1 (de) Mems-bauteil, baugruppe mit dem mems-bauteil und verfahren zum betreiben des mems-bauteils
DE102015213757B4 (de) Mikromechanische Struktur und Verfahren zur Herstellung derselben
DE3889440T2 (de) Geradlinig und linear biegbares Element, hergestellt aus einer einzigen Platte.
EP4584974A1 (de) Mikrofluidisches interaktionselement zur erzeugung und/oder erfassung eines volumenstroms eines fluids sowie eine akustische vorrichtung mit einem solchen mikrofluidischen interaktionselement
DE112019006122T5 (de) Piezoelektrischer Wandler
WO2022248244A1 (de) Piezoelektrisches vielschichtenelement
WO2023232452A1 (de) Mems-element zur bewegung eines masseelements eines schallwandlers zum erzeugen und/oder empfangen von schallsignalen sowie ein schallwandler mit solche einem mems-element
WO2009124913A2 (de) Strömungssteuerungsbauelement
DE102017200108A1 (de) Mikromechanische Schallwandleranordnung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren
EP4447489B1 (de) Mems-schallwandler mit einer gekrümmten kontur eines kragarmelements
DE102024205334A1 (de) MEMS-Schallwandler
EP4315882A1 (de) Mems-schallwandler
DE102008005521B4 (de) Kapazitiver Wandler und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102023204043A1 (de) MEMS-Aktor und Verfahren zum Betrieb eines MEMS-Aktors
DE102024209803A1 (de) Mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil einer Aktor- und/oder Sensorvorrichtung
DE102024204490A1 (de) MEMS-basierter Schallwandler

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250106

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)