ITTO20130441A1 - Struttura di rilevamento per un trasduttore acustico mems con migliorata resistenza alle deformazioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“STRUTTURA DI RILEVAMENTO PER UN TRASDUTTORE ACUSTICO MEMS CON MIGLIORATA RESISTENZA ALLE DEFORMAZIONI”

La presente invenzione è relativa ad una struttura di rilevamento per un trasduttore acustico MEMS (“Micro Electro Mechanical Systems”), in particolare un microfono di tipo capacitivo; la struttura di rilevamento presenta una migliorata resistenza alle deformazioni (“robustness to deformation”).

Come noto, un trasduttore acustico MEMS, di tipo capacitivo, comprende generalmente un elettrodo mobile, realizzato come diaframma o membrana, disposto affacciato ad un elettrodo rigido, in modo da realizzare i piatti di un condensatore di rilevamento. L’elettrodo mobile è generalmente ancorato, mediante una sua porzione perimetrale, ad un substrato, mentre una sua porzione centrale è libera di muoversi o flettersi, in particolare in risposta ad onde di pressione acustica incidenti su una sua superficie (o in generale in risposta a sollecitazioni esterne). L’elettrodo mobile e l’elettrodo rigido realizzano un condensatore di rilevamento e la flessione della membrana che costituisce l’elettrodo mobile causa una variazione di capacità di tale condensatore di rilevamento. In uso, la variazione di capacità viene trasformata in un segnale elettrico da parte di una opportuna elettronica di elaborazione, che viene fornito come segnale di uscita del trasduttore acustico MEMS.

Un trasduttore acustico MEMS di tipo noto è ad esempio descritto nella domanda di brevetto US 2010/0158279 A1 (a cui si fa qui riferimento), a nome della Richiedente.

In figura 1 viene mostrata schematicamente, a titolo di esempio, una porzione della struttura di rilevamento micromeccanica del trasduttore acustico, indicata in generale con 1.

La struttura di rilevamento 1 comprende un substrato 2 di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, ed una membrana, (o diaframma) 3, mobile; la membrana 3 è formata almeno in parte di materiale conduttivo ed è affacciata ad un elettrodo fisso o piastra rigida 4, generalmente nota come piastra posteriore (“back plate”), la quale è appunto rigida, per lo meno se comparata con la membrana 2, che è invece flessibile e si deforma in funzione delle onde di pressione acustica incidenti.

La membrana 3 è ancorata al substrato 2 per mezzo di ancoraggi di membrana 5, formati da protuberanze della stessa membrana 3, le quali si estendono, a partire da regioni periferiche della membrana 3 verso il substrato 2.

Ad esempio, la membrana 3 ha, in pianta, ovvero in un piano orizzontale xy di estensione principale, una forma genericamente quadrata, e gli ancoraggi di membrana 5, in numero pari a quattro, sono disposti in corrispondenza dei vertici del quadrato.

Gli ancoraggi di membrana 5 assolvono la funzione di sospendere la membrana 3 al di sopra del substrato 2, ad una certa distanza, o gap, da esso; il valore di tale distanza è funzione di un compromesso fra la linearità di risposta alle basse frequenze e la rumorosità del trasduttore acustico.

La piastra rigida 4 è formata da un primo strato di piastra 4a, di materiale conduttivo e affacciato alla membrana 3, e da un secondo strato di piastra 4b, di materiale isolante.

Il primo strato di piastra 4a forma, insieme alla membrana 3, il condensatore di rilevamento della struttura micromeccanica 1.

Il secondo strato di piastra 4b è sovrapposto al primo strato di piastra 4a, ad eccezione di porzioni (non illustrate) in cui si estende attraverso il primo strato di piastra 4a, in modo da formare protuberanze (qui non illustrate) della piastra rigida 4, le quali si estendono verso la sottostante membrana 3 ed hanno la funzione di prevenire l’adesione della membrana 3 alla piastra rigida 4, nonché di limitare l’escursione delle oscillazioni della stessa membrana 3, in seguito alla sua deformazione.

Ad esempio, lo spessore della membrana 3 è compreso nell’intervallo 0,3–1,5 µm, ad esempio è pari a 0,7 µm; lo spessore del primo strato di piastra 4a è compreso nell’intervallo 0,5-2 µm, ad esempio è pari a 0,9 µm; e lo spessore del secondo strato di piastra 4b è compreso nell’intervallo 0,7-2 µm, ad esempio è pari a 1,2 µm.

La piastra rigida 4 presenta inoltre una pluralità di fori 7, i quali si estendono attraverso il primo ed il secondo strato di piastra 4a, 4b, hanno sezione ad esempio circolare ed assolvono la funzione di favorire, durante le fasi di fabbricazione, la rimozione degli strati sacrificali sottostanti; i fori 7 sono ad esempio disposti a formare un reticolo, nel piano orizzontale xy. Inoltre, in uso, i fori 7 consentono la libera circolazione di aria tra la piastra rigida 4 e la membrana 3, rendendo di fatto acusticamente trasparente la stessa piastra rigida 4. I fori 7 fungono dunque da porta acustica, per permettere alle onde di pressione acustica di raggiungere e deformare la membrana 3.

La piastra rigida 4 è ancorata al substrato 2 per mezzo di primi ancoraggi di piastra 8, i quali si raccordano a regioni periferiche della stessa piastra rigida 4 e si accoppiano al substrato 2, esternamente rispetto agli ancoraggi di membrana 5.

In particolare, i primi ancoraggi di piastra 8 sono formati da pilastri verticali (ovvero estendentisi in una direzione verticale z, ortogonale al piano orizzontale xy ed al substrato 2), realizzati, almeno in parte, dello stesso materiale della piastra rigida 4 (ad esempio del secondo strato di piastra 4b), e formanti dunque un unico pezzo con la stessa piastra rigida 4.

La membrana 3 è inoltre sospesa e si affaccia direttamente su una prima cavità 9a, formata all’interno del, ed attraverso il substrato 2, mediante uno scavo a partire da una sua superficie posteriore 2b, la quale è opposta ad una superficie anteriore 2a dello stesso substrato 2 sulla quale poggiano gli ancoraggi di membrana 5 ed i primi ancoraggi di piastra 8. La prima cavità 9a definisce dunque un’apertura passante che si estende tra la superficie anteriore 2a e la superficie posteriore 2b del substrato 2; in particolare, la superficie anteriore 2a e la superficie posteriore 2b sono parallele al piano orizzontale xy.

La prima cavità 9a è anche nota come camera posteriore (“back chamber”), nel caso in cui le onde di pressione acustica incidano prima sulla piastra rigida 4, e successivamente sulla membrana 3. In tal caso, la camera anteriore (“front chamber”) è formata da una seconda cavità 9b, la quale è delimitata superiormente ed inferiormente, rispettivamente, dal primo strato di piastra 4a della piastra rigida 4 e dalla membrana 3.

Alternativamente, è comunque possibile che le onde di pressione raggiungano la membrana 3 attraverso la prima cavità 9a, la quale in tal caso assolve la funzione di porta di accesso acustico, e, quindi, di camera anteriore.

In maggior dettaglio, la membrana 3 ha una prima ed una seconda superficie 3a, 3b, le quali sono tra loro opposte e si affacciano rispettivamente alla prima ed alla seconda cavità 9a, 9b, essendo dunque in comunicazione fluidica con una rispettiva delle camere posteriore ed anteriore del trasduttore acustico.

Inoltre, la prima cavità 9a è formata da due porzioni di cavità 9a', 9a": una prima porzione di cavità 9a' è disposta in corrispondenza della superficie anteriore 2a del substrato 2 e presenta una prima estensione nel piano orizzontale xy; la seconda porzione di cavità 9a" è disposta in corrispondenza della superficie posteriore 2b del substrato 2 e presenta una seconda estensione nel piano orizzontale xy, maggiore della prima estensione.

In particolare, la prima porzione di cavità 9a' è definita, almeno in parte, tra una prima ed una seconda porzione di parete W1, W2di una porzione anteriore del substrato 2, disposta in corrispondenza della superficie anteriore 2a; mentre la seconda porzione di cavità 9a" è definita, almeno in parte, tra una rispettiva prima ed una rispettiva seconda porzione di parete L1, L2di una porzione posteriore dello stesso substrato 2, disposta in corrispondenza della superficie posteriore 2b.

Come mostrato schematicamente in figura 2, sia la prima porzione di cavità 9a' sia la seconda porzione di cavità 9a" presentano ad esempio una forma a parallelepipedo, avendo una forma quadrata o rettangolare in una sezione parallela al piano orizzontale xy. Di conseguenza, la prima porzione di cavità 9a' è delimitata, oltre che dalla prima e dalla seconda porzione di parete W1, W2anche da una terza e da una quarta porzione di parete W3, W4(in figura 2 viene mostrata la terza porzione di parete W3, oltre alla suddetta prima porzione di parete W1); e la seconda porzione di cavità 9a" è delimitata, oltre che dalla prima e dalla seconda rispettiva porzione di parete L1, L2anche da una terza e da una quarta rispettiva porzione di parete L3, L4(in figura 2 viene mostrata la rispettiva terza porzione di parete L3).

La membrana 3 è disposta al di sopra della prima porzione di cavità 9a', sovrastandola interamente (avendo cioè maggiore estensione nel piano orizzontale xy), e gli ancoraggi di membrana 5 sono disposti sul substrato 2, lateralmente rispetto alla stessa porzione di cavità 9a'.

In modo noto, la sensibilità del trasduttore acustico dipende dalle caratteristiche meccaniche della membrana 3, nonché dall’assemblaggio della membrana 3 e della piastra rigida 4.

Inoltre, le prestazioni del trasduttore acustico dipendono dal volume della camera posteriore e dal volume della camera anteriore. In particolare, il volume della camera anteriore determina la frequenza superiore di risonanza del trasduttore acustico, e quindi le sue prestazioni per le alte frequenze; in generale, infatti, minore è il volume della camera anteriore, maggiore è la frequenza di taglio superiore del trasduttore acustico. Inoltre, un elevato volume della camera posteriore consente di migliorare la risposta in frequenza e la sensibilità dello stesso trasduttore acustico (da ciò deriva la presenza della seconda porzione di cavità 9a" nel substrato 2, avente estensione maggiore nel piano orizzontale xy).

La presente Richiedente ha verificato che la struttura di rilevamento 1 precedentemente descritta è soggetta ad alcuni inconvenienti, legati in particolare alla robustezza meccanica alle deformazioni a cui può essere soggetta durante l’utilizzo.

Come precedentemente accennato, in uso la membrana 3 può deformarsi verticalmente alternativamente in direzione della piastra rigida 4, oppure in direzione del substrato 2; l’entità della deformazione della membrana 3 è evidentemente maggiore in corrispondenza di una sua porzione centrale, non vincolata, mentre è minore, al limite nulla, in corrispondenza di una sua porzione periferica, vincolata in corrispondenza degli ancoraggi di membrana 5.

In particolare, l’entità degli spostamenti della membrana 3 può essere tale da causarne la rottura meccanica. Ciò si può ad esempio verificare in seguito ad urti subiti dal dispositivo elettronico in cui il trasduttore acustico è integrato, oppure in una condizione di caduta libera (“free fall”) dello stesso dispositivo elettronico. Una condizione di caduta libera può inoltre essere simulata durante una procedura di test del trasduttore acustico MEMS.

Al fine di limitare l’escursione degli spostamenti della membrana 3 nella direzione della piastra rigida 4, la struttura descritta prevede la presenza della stessa piastra rigida 4 e delle relative protuberanze, che fungono da elementi di arresto (stopper) superiori.

Le deformazioni nella direzione del substrato 2 sono invece limitate da un opportuno dimensionamento della prima porzione di cavità 9a' e dal posizionamento degli ancoraggi di membrana 5. Infatti, in presenza di deformazioni di entità rilevante, parti periferiche della membrana 3 vanno in battuta contro la porzione anteriore del substrato 2, limitando in qualche maniera la deformazione della membrana 3. In altre parole, la membrana 3 non è libera di deformarsi all’interno della prima porzione di cavità 9a', senza contattare la porzione anteriore del substrato 2 che definisce lateralmente la stessa prima porzione di cavità 9a'.

Tuttavia, tali accorgimenti si sono dimostrati soddisfacenti solo in caso di deformazioni con ampiezza ridotta. Infatti, in caso di sollecitazioni rilevanti, la parte centrale della membrana 3 è comunque soggetta a forti deformazioni, che possono portare alla sua rottura.

Inoltre, anche la piastra rigida 4 può essere soggetta a danni, ed eventualmente a rottura, a causa degli urti della membrana 3 contro le protuberanze della stessa piastra rigida 4. In particolare, forti sollecitazioni meccaniche, ed al limite anche rotture, possono verificarsi in corrispondenza delle porzioni periferiche della piastra rigida 4, in corrispondenza dei primi ancoraggi di piastra 8, a causa delle deformazioni originatesi centralmente nella stessa piastra rigida 4 per effetto dell’urto con la membrana 3.

Una soluzione proposta per limitare questo problema prevede l’ispessimento della piastra rigida 4, ma ciò a scapito dell’economia del processo di fabbricazione e delle dimensioni risultanti del trasduttore acustico; anche tale soluzione non risulta dunque del tutto soddisfacente.

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere, almeno in parte, tali problematiche.

Secondo la presente invenzione viene pertanto fornita una struttura di rilevamento per un trasduttore acustico MEMS, come definita nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 è una rappresentazione schematica in sezione di una porzione di una struttura di rilevamento micromeccanica di un trasduttore acustico MEMS, di tipo noto;

- la figura 2 mostra schematicamente una vista prospettica di una porzione della struttura di rilevamento micromeccanica di figura 1;

- la figura 3 è una rappresentazione schematica in sezione di una porzione di una struttura di rilevamento micromeccanica di un trasduttore acustico MEMS, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 4 è una vista prospettica schematica di una porzione della struttura di rilevamento micromeccanica di figura 3;

- la figura 5 mostra schematicamente una ulteriore vista prospettica di una porzione della struttura di rilevamento micromeccanica di figura 3;

- la figura 6 è uno schema a blocchi di un dispositivo elettronico includente il trasduttore acustico MEMS; e

- le figure 7a e 7b sono viste in pianta schematiche di differenti forme di realizzazione della struttura di rilevamento micromeccanica.

Con riferimento alle figure 3, 4 e 5, viene ora descritta una forma di realizzazione di una struttura di rilevamento micromeccanica secondo la presente soluzione, indicata con 10, la quale viene descritta nel seguito con riferimento alle sole differenze rispetto alla struttura di rilevamento 1 mostrata nelle figure 1 e 2; parti della struttura di rilevamento 10 già descritte precedentemente sono indicate con gli stessi segni di riferimento e non vengono nuovamente descritte.

Un aspetto di tale forma di realizzazione prevede, come descritto nella domanda di brevetto TO2013A000225 del 21/03/2013 a nome della stessa Richiedente, la realizzazione di un elemento di arresto 12, inferiormente alla membrana 3, tale da limitarne gli spostamenti nella direzione verso il substrato 2.

L’elemento di arresto 12 è formato di materiale semiconduttore, in particolare è parte integrante dello stesso substrato 2, da cui è ricavato mediante attacco chimico durante il processo di fabbricazione (durante le stesse fasi di attacco che portano anche alla definizione della prima cavità 9a, in particolare della prima porzione di cavità 9a').

L’elemento di arresto 12 presenta, in questa forma di realizzazione, una conformazione a trave allungata, che si estende all’interno della prima porzione di cavità 9a' tra la prima e la seconda porzione di parete anteriore W1, W2della porzione anteriore del substrato 2, parallelamente alla superficie anteriore 2a dello stesso substrato 2. L’elemento di arresto 12 è inoltre parallelo alla prima ed alla seconda superficie 3a, 3b della membrana 3, quando la stessa membrana 3 si trova in condizione di riposo, ovvero in condizione indeformata.

In particolare, nella forma di realizzazione illustrata, l’elemento di arresto 12 ha forma di trave parallelepipeda.

L’elemento di arresto 12 presenta una superficie superiore 12a, affacciata alla membrana 3, ed una superficie inferiore 12b, rivolta verso la seconda porzione di cavità 9a" della prima cavità 9a.

Nella forma di realizzazione illustrata, la superficie superiore 12a è complanare con la superficie anteriore 2a del substrato 2, ed inoltre l’elemento di arresto 12 ha uno spessore, misurato nella direzione verticale z ortogonale al piano orizzontale xy, pari allo spessore della porzione anteriore dello stesso substrato 2 (e dunque pari all’estensione nella stessa direzione verticale z della prima e della seconda porzione di parete W1, W2).

In maggior dettaglio, la superficie superiore 12a e la superficie inferiore 12b dell’elemento di arresto 12 hanno un’area A tale per cui, indicando con S l’area di una qualsiasi sezione della prima porzione di cavità 9a' parallela al piano orizzontale xy, vale la relazione:

A ≤ 0,3•S

Tale condizione può far sì che la presenza dell’elemento di arresto 12 non comprometta la risposta in frequenza della struttura di rilevamento 10.

Inoltre, in condizioni di riposo, l’elemento di arresto 12 è separato dalla prima superficie 3a della membrana 3 da una distanza d tale per cui, in presenza di deformazioni con ampiezza elevata, una porzione centrale della membrana 3 va in battuta contro l’elemento di arresto 12; al contrario, in condizioni di normale utilizzo, per il rilevamento di onde di pressione incidenti, la membrana 3 è libera di oscillare, senza contattare lo stesso elemento di arresto 12.

In maggior dettaglio, la distanza d soddisfa la relazione:

in cui h rappresenta lo spessore della membrana 3, nella direzione verticale z, e k è una costante di proporzionalità compresa, ad esempio, nell’intervallo 2-4 (lo spessore h è, in maniera evidente, la minore delle tre dimensioni della membrana 3 nello spazio cartesiano xyz).

Secondo un aspetto particolare della presente forma di realizzazione, la struttura di rilevamento 10 comprende inoltre almeno un secondo ancoraggio di piastra 18, che collega meccanicamente, e vincola, una porzione centrale 4' della piastra rigida 4 all’elemento di arresto 12.

In particolare, tale secondo ancoraggio di piastra 18 è costituito da un pilastro verticale che si estende verticalmente dalla piastra rigida 4 (in particolare dal secondo strato di piatto 4b, raccordandosi ad esso) alla superficie superiore 12a dell’elemento di arresto 12. Inoltre, il secondo ancoraggio di piastra 18 è realizzato, almeno in parte, dello stesso materiale di cui è costituita la piastra rigida 4.

La membrana 3 presenta quindi almeno un’ulteriore apertura passante 16, disposta centralmente, in modo tale da essere impegnata dal suddetto secondo ancoraggio di piastra 18. In altre parole, il secondo ancoraggio di piastra 18 attraversa verticalmente l’apertura passante 16 nella membrana 3 per raggiungere il sottostante elemento di arresto 12 .

Ad esempio, sia il secondo ancoraggio di piastra 18, sia l’ulteriore apertura passante 16, presentano sezione circolare nel piano orizzontale xy.

Nella forma di realizzazione illustrata, il secondo ancoraggio di piastra 18 contatta l’elemento di arresto 12 in un punto che divide lo stesso elemento di arresto 12 in due metà sostanzialmente speculari, aventi sostanzialmente la stessa estensione longitudinale.

La presenza del secondo ancoraggio di piastra 18, disposto in corrispondenza della porzione centrale 4' della piastra rigida 4 in cui si originano in uso le maggiori sollecitazioni e sforzi meccanici a causa dell’urto con la membrana 3, consente dunque di limitare fortemente i possibili danni alla stessa piastra rigida 4. Infatti, tale secondo ancoraggio di piastra 18 limita gli spostamenti e le deformazioni della piastra rigida 4, in corrispondenza della stessa porzione centrale 4', rispetto a soluzioni tradizionali.

La figura 6 mostra un dispositivo elettronico 100 che utilizza uno o più trasduttori acustici MEMS 101 (un solo trasduttore acustico MEMS 101 è mostrato in figura), ciascuno comprendente una struttura di rilevamento 10 ed un relativo circuito elettronico 102 per l’elaborazione dei segnali elettrici trasdotti.

Il dispositivo elettronico 100 comprende, oltre al trasduttore acustico MEMS 101, un microprocessore (CPU) 104, un blocco di memoria 105, collegato al microprocessore 104, ed un’interfaccia di ingresso/uscita 106, ad esempio includente una tastiera ed un video, anch’essa collegata con il microprocessore 104. Il trasduttore acustico MEMS 101 comunica con il microprocessore 104 per il tramite del circuito elettronico 102. Inoltre, può essere presente un altoparlante 108, per generare un suono su un’uscita audio (non mostrata) del dispositivo elettronico 100.

Il dispositivo elettronico 100 è preferibilmente un dispositivo di comunicazione mobile, come ad esempio un cellulare, un PDA, un notebook, ma anche un registratore vocale, un lettore di file audio con capacità di registrazione vocale, ecc. In alternativa, il dispositivo elettronico 100 può essere un idrofono, in grado di lavorare sott’acqua.

I vantaggi della soluzione descritta emergono in maniera evidente dalla discussione precedente.

Si sottolinea comunque nuovamente il fatto che la presenza del secondo elemento di ancoraggio 18 per la piastra rigida 4, preferibilmente in posizione centrale, consente di limitare le sue deformazioni, che potrebbero anche provocarne la rottura, nel caso di rilevanti movimenti della membrana 3 (ad esempio in caso di una condizione di caduta libera).

Inoltre, il procedimento di fabbricazione per la realizzazione della struttura di rilevamento 10 non richiede fasi di processo aggiuntive rispetto a soluzioni note, utilizzando infatti le stesse fasi di processo con differenti conformazioni delle maschere di litografia e attacco chimico che portano alla definizione dei vari strati e livelli della stessa struttura di rilevamento 10.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, è evidente che possono essere previsti anche ulteriori elementi di ancoraggio per collegare la piastra rigida 4 all’elemento di arresto 12, in aggiunta al secondo ancoraggio di piastra 18, disposti in modo opportuno per ridurre ulteriormente le deformazioni della stessa piastra rigida 4. In tal caso, possono essere previsti corrispondenti ulteriori aperture passanti attraverso la membrana 3, tali da essere impegnate da rispettivi ulteriori elementi di ancoraggio.

Anche la conformazione degli elementi di ancoraggio, ed in particolare del secondo ancoraggio di piastra 18, può differire da quanto illustrato; ad esempio, lo stesso secondo ancoraggio di piastra 18 può avere una sezione quadrata o rettangolare, o genericamente poligonale, anziché circolare, nel piano orizzontale xy.

Inoltre, la posizione del secondo ancoraggio di piastra 18 può differire rispetto alla disposizione centrale precedentemente illustrata, essendo più o meno spostata nel piano orizzontale xy; in generale, tale posizione corrisponde vantaggiosamente alla posizione di deformazione massima per la membrana 3.

L’elemento di arresto 12 può anch’esso avere una differente conformazione o disposizione all’interno della prima cavità 9a. Ad esempio, l’elemento di arresto 12 può avere uno spessore pari allo spessore dell’intero substrato 2, raggiungendo in tal caso la superficie posteriore 2b dello stesso substrato 2. In tal caso, l’elemento di arresto 12 si estende, oltre che tra la prima e la seconda porzione di parete W1, W2, anche tra la prima e la seconda porzione di parete L1, L2.

Inoltre, il layout della piastra rigida 4 può avere diverse conformazioni, a seconda dei requisiti di progetto.

Ad esempio, nella vista in pianta schematica di figura 7a, si mostra una conformazione sostanzialmente quadrata per la piastra rigida 4, che presenta quattro prolungamenti estendentisi in diagonale dagli angoli del quadrato, in prossimità dei quali sono disposti gli ancoraggi di membrana 5; la membrana 3, il cui layout generale è mostrato in linea tratteggiata, presenta anch’essa conformazione sostanzialmente quadrata. In tale soluzione i primi ancoraggi di piastra 8 definiscono un perimetro chiuso intorno alla membrana 3 ed al piatto rigido 4.

Nella vista in pianta schematica di figura 7b, si mostra invece una conformazione sostanzialmente circolare della piastra rigida 4 e della membrana 3. Nuovamente gli ancoraggi di membrana 5 sono disposti ai vertici di un quadrato in cui si può immaginare di inscrivere la piastra rigida 4. Anche in tale soluzione i primi ancoraggi di piastra 8 definiscono un perimetro chiuso intorno alla membrana 3 ed al piatto rigido 4.

In entrambe le soluzioni, il secondo ancoraggio di piastra 18 è comunque disposto centralmente rispetto al perimetro della piastra rigida 4 e della membrana 3, in corrispondenza di un centro di simmetria O dell’intera struttura di rilevamento 10 (considerata nel piano orizzontale xy).

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura micromeccanica (10) per un trasduttore acustico capacitivo MEMS (101), comprendente: - un substrato (2) di materiale semiconduttore; - un elettrodo rigido (4), almeno in parte di materiale conduttivo, accoppiato a detto substrato (12); - una membrana (3), almeno in parte di materiale conduttivo, affacciata all’elettrodo rigido (4) ed accoppiata a detto substrato (2), atta a deformarsi in presenza di onde di pressione acustica incidenti, la membrana (3) essendo interposta tra il substrato (2) e l’elettrodo rigido (4) ed avendo una prima (3a) ed una seconda (3b) superficie, in comunicazione fluidica con, rispettivamente, una prima (9a) ed una seconda (9b) camera, la prima camera (9a) essendo delimitata almeno in parte da una prima e da una seconda porzione di parete (W1, W2) formate almeno in parte dal substrato (2), e la seconda camera (9b) essendo delimitata almeno in parte dall’elettrodo rigido (4); ed - un elemento di arresto (12), collegato tra dette prima e seconda porzione di parete (W1, W2) ed atto a limitare le deformazioni della membrana (3) nella direzione del substrato (2), caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un elemento di ancoraggio di elettrodo (18), che accoppia detto elettrodo rigido (4) a detto elemento di arresto (12).
2. 2. Struttura secondo la rivendicazione 1, in cui detta membrana (3) presenta almeno un’apertura passante (16), impegnata dall’elemento di ancoraggio di elettrodo (18).
3. 3. Struttura secondo la rivendicazione 2, in cui la membrana (3) è interposta tra l’elemento di arresto (12) e l’elettrodo rigido (4), e l’elemento di ancoraggio di elettrodo (18) si estende attraverso detta apertura passante (16) tra l’elemento di arresto (12) e l’elettrodo rigido (4).
4. 4. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento di ancoraggio di elettrodo (18) è collegato all’elettrodo rigido (4) in posizione centrale.
5. 5. Struttura secondo la rivendicazione 4, in cui detta posizione centrale è disposta in corrispondenza di un centro di simmetria (O) di detto elettrodo rigido (4) in un piano orizzontale (xy) parallelo ad una superficie superiore (2a) di detto substrato (2).
6. 6. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento di ancoraggio di elettrodo (18) è costituito almeno in parte dello stesso materiale di cui è costituito l’elettrodo rigido (4).
7. 7. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elettrodo rigido (4) è accoppiato al substrato (2) mediante ulteriori ancoraggi di elettrodo (8), disposti lateralmente rispetto alla prima camera (9a); ed in cui la membrana (3) è accoppiata al substrato (2) mediante ancoraggi di membrana (5), disposti anch’essi lateralmente rispetto alla prima camera (9a).
8. 8. Struttura secondo la rivendicazione 7, in cui l’elettrodo rigido (4) presenta una conformazione poligonale in un piano orizzontale (xy) parallelo ad una superficie superiore (2a) di detto substrato (2); ed in cui gli ancoraggi di membrana (5) sono disposti in corrispondenza di vertici di tale conformazione poligonale; ed in cui l’elemento di ancoraggio di elettrodo (18) è disposto centralmente rispetto alla stessa conformazione poligonale.
9. 9. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima e la seconda porzione di parete (W1, W2) delimitano una prima porzione (9a') della prima camera (9a) e sono definite da una porzione anteriore del substrato (2), disposta in corrispondenza di una sua superficie superiore (2a), affacciata, almeno in parte, alla membrana (3); ed in cui la prima camera (9a) presenta una seconda porzione (9a"), comunicante con la prima porzione (9a') e definita da una porzione posteriore del substrato (2), disposta in corrispondenza di una sua superficie posteriore (2b), opposta verticalmente alla superficie superiore (2a).
10. 10. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento di arresto (12) si estende sostanzialmente parallelamente alla membrana (3), in condizioni di riposo della membrana (3).
11. 11. Struttura secondo la rivendicazione 10, in cui l’elemento di arresto (12) è disposto in maniera tale per cui: - in presenza di sollecitazioni esterne con una primo intervallo di ampiezza, una porzione della membrana (3) va in battuta contro l’elemento di arresto (12); e - in presenza di sollecitazioni esterne con un secondo intervallo di ampiezza, la stessa porzione della membrana (3) è libera di oscillare.
12. 12. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento di arresto (12) è costituito di materiale semiconduttore.
13. 13. Trasduttore acustico (101) comprendente una struttura di rilevamento micromeccanica (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ed un circuito elettronico (102) accoppiato operativamente alla struttura di rilevamento micromeccanica (10).
14. 14. Procedimento di fabbricazione di una struttura micromeccanica (10) per un trasduttore acustico capacitivo MEMS (101), comprendente le fasi di: - predisporre un substrato (12) di materiale semiconduttore; - accoppiare un elettrodo rigido (4), almeno in parte di materiale conduttivo, a detto substrato (12); - formare una membrana (3), almeno in parte di materiale conduttivo, in modo tale che sia affacciata all’elettrodo rigido (4) ed accoppiata a detto substrato (12) ed atta a deformarsi in presenza di onde di pressione acustica incidenti, la membrana (3) essendo interposta tra il substrato (2) e l’elettrodo rigido ed avendo una prima (3a) ed una seconda (3b) superficie, in comunicazione fluidica con, rispettivamente, una prima (9a) ed una seconda (9b) camera, la prima camera (9a) essendo delimitata almeno in parte da una prima e da una seconda porzione di parete (W1, W2) formate almeno in parte dal substrato (2), e la seconda camera (9b) essendo delimitata almeno in parte dall’elettrodo rigido (4); - formare un elemento di arresto (12), collegato tra dette prima e seconda porzione di parete (W1, W2) ed atto a limitare le deformazioni della membrana (3), caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di formare almeno un elemento di ancoraggio di elettrodo (18), che accoppia detto elettrodo rigido (4) a detto elemento di arresto (12).
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, comprendente la fase di formare ulteriori ancoraggi di elettrodo (8), disposti lateralmente rispetto alla prima camera (9a), per accoppiare l’elettrodo rigido (4) al substrato (2); in cui la fase di formare almeno un elemento di ancoraggio di elettrodo (18) è eseguita congiuntamente alla fase di formare ulteriori ancoraggi di elettrodo (8).
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 14 o 15, comprendente la fase di definire la prima camera (9a) in una porzione superficiale del substrato (2) mediante attacco chimico; in cui la fase di formare un elemento di arresto (12) è eseguita congiuntamente alla fase di definire la prima camera (9a).