JP2023029908A - マイクロメカニカル音響変換器 - Google Patents

マイクロメカニカル音響変換器 Download PDF

Info

Publication number
JP2023029908A
JP2023029908A JP2022189513A JP2022189513A JP2023029908A JP 2023029908 A JP2023029908 A JP 2023029908A JP 2022189513 A JP2022189513 A JP 2022189513A JP 2022189513 A JP2022189513 A JP 2022189513A JP 2023029908 A JP2023029908 A JP 2023029908A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bending
acoustic transducer
oscillator
micromechanical
micromechanical acoustic
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
JP2022189513A
Other languages
English (en)
Inventor
ファビアン シュトッペル
Stoppel Fabian
ベルンハルト ヴァーグナー
Wagner Bernhard
シャンシャン グ-シュトッペル
Gu-Stoppel Shanshan
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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 Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of JP2023029908A publication Critical patent/JP2023029908A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/005Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/003Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor for diaphragms or their outer suspension
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04Plane diaphragms
    • H04R7/06Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04Plane diaphragms
    • H04R7/06Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers
    • H04R7/10Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers comprising superposed layers in contact
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/26Damping by means acting directly on free portion of diaphragm or cone
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/02Loudspeakers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/04Microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003Mems transducers or their use
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2440/00Bending wave transducers covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2440/01Acoustic transducers using travelling bending waves to generate or detect sound
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10General applications
    • H04R2499/11Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

【課題】音圧、周波数応答および製造努力の間のより良い妥協を提供するマイクロメカニカル音響変換器及び方法を提供する。【解決手段】マイクロメカニカル音響変換器は、自由端を有する第1のアクチュエータと、自由端を有する第2のアクチュエータとを含み、2つのアクチュエータは、相互平面に配置される。第1のアクチュエータの自由端は、分離スリットを介して第2のアクチュエータの自由端から分離されている。第2のアクチュエータは、第1のアクチュエータの垂直な振動と同位相で励起される。また、マイクロメカニカル音響変換器1’は、垂直に振動するように励起される第1のアクチュエータ10と、第1のアクチュエータに垂直に延在するダイアフラム要素22と、を含んでもよい。ダイアフラム要素は、スリット14’を介して第1のアクチュエータの自由端10fから分離されている。【選択図】図1b

Description

本発明の実施形態は、少なくとも1つの屈曲アクチュエータ(一般的には屈曲振動子)および小型スリットを備えたマイクロメカニカル音響変換器、ならびにカスケード曲げ変換器を有する小型音響変換器に関する。追加の実施形態は、対応する製造方法に関する。
MEMSは、略全ての分野で使用されているが、小型化された音響変換器は依然として精密工学を使用して製造されている。これらのいわゆる「マイクロスピーカー」は、永久磁場内を移動する可動コイルによって膜が偏向される電気力学的駆動システムに基づいている。これらの従来の電気力学的音響変換器の重大な欠点は、効率が低いことと、その結果として多くの場合1ワット以上の電力消費が生じることである。さらに、このような音響変換器には位置センサーシステムが含まれていないため、膜の動きは規制されておらず、音圧レベルが高くなると大きな歪みが発生する。さらに不利な点は、大きなシリーズ偏差と、多くの場合3mmを超える大きな高さ寸法である。
超高精度の製造方法とエネルギー効率の高い駆動原理により、MEMSは、これらの欠点を克服し、新世代の音響変換器を実現する可能性を秘めている。但し、MEMS音響変換器の音圧レベルが低すぎることは依然として根本的な問題である。これの主な理由は、可能な限り小さい寸法で十分に大きなストロークの動きを生成することが難しいことである。さらに複雑な要因は、音響的な短絡を防ぐために、バネの剛性が増すので、全体の撓みにマイナスの影響を与える膜が必要である。後者は、非常に柔らかい三次元形状の膜を使用することで最小限に抑えることができる(トーラスを使用するなど)。但し、現在は、MEMS技術を使用して製造されていない可能性があるため、複雑でコストのかかるハイブリッド方式でのみ統合できる。
米国特許出願公開第2013/156253号明細書 米国特許第7003125号明細書 米国特許第8280079号明細書 米国特許出願公開第2013/0294636号明細書 米国特許出願公開第2011/0051985号明細書 米国特許第7089069号明細書 米国特許出願公開第2010/0316242号明細書
Houdouin et., Acoustic vs electric power response of a high-performance MEMS microspeaker, IEEE SENSORS 2014 Yi et al., Performance of packaged piezoelectric microspeakers depending on the material properties, Proc. MEMS 2009, 765-768 Dejaeger et al., Development and Characterization of a Piezoelectrically Actuated MEMS Digital Loundspeaker, Procedia Engineerring 47 (2012) 184-187 Glacer et al., Reversible acoustical transducers in MEMS technology, Proc.DTIP 2013,
刊行物および特許明細書は、さまざまな実装のMEEMS音響変換器に関するものであり、とりわけ上記の問題のために、市場に出せる製品にはなりませんでした。これらの概念は、振動に設定され、音を生成する閉じた膜に基づいている。例えば、[Hou13。米国特許出願公開第2013/156253号明細書]は、ポリイミド膜と永久磁石リングのハイブリッド統合を必要とする電気力学的MEMS音響変換器について説明している。
[Yi09、Dej12、米国特許第7003125号明細書、米国特許第8280079号明細書、米国特許出願公開第2013/0294636号明細書]は、圧電MEMS音響変換器の概念を示している。ここでは、PZT、AIN、ZnOなどの圧電材料がシリコンベースの音響変換器膜に直接適用されるが、弾性が低いために十分に大きなたわみを許容しません。[米国特許出願公開第2011/0051985号明細書]は、膜または幾つかのアクチュエータを介してピストン状に面外に偏向される板状本体を有するさらなる圧電MEMS音響変換器を示している。[GIa13、米国特許第7089069号明細書、米国特許出願公開第2010/0316242号明細書]は、静電駆動膜を有するアレイに基づいたデジタルMEMS音響変換器を説明しているが、高周波数でのみ十分に高い音圧を生成することができる。したがって、改善されたアプローチが必要である。
本発明の目的は、音圧、周波数応答および製造努力の間のより良い妥協を提供するマイクロメカニカル音響変換器を提供することである。
この目的は、独立した特許請求項によって解決される。
本発明の実施形態は、第1の屈曲振動子または屈曲アクチュエータ、および第2の屈曲振動子または屈曲アクチュエータを備えたマイクロメカニカル音響変換器(例えば、基板に据え付けられる)を提供する。第1の屈曲アクチュエータは、自由端と、例えば、少なくとも1つまたは2つの自由側面とを備え、励起されるように構成される。例えば、音声信号により、垂直に振動し、音を発する(または受信する)。第2の屈曲アクチュエータはまた、自由端を備え、第1および第2の屈曲アクチュエータが相互平面内に位置する、または懸架されるように、第1の屈曲アクチュエータの反対側に配置される。さらに、配置は、2つの屈曲アクチュエータを分離するスリット(例えば、マイクロメートル範囲内)が、第1の屈曲アクチュエータと第2の屈曲アクチュエータとの間に形成されるように実施される。第2の屈曲アクチュエータは、常に、第1の屈曲アクチュエータと同位相で振動するように励起され、その結果、屈曲アクチュエータの撓み全体に亘ってスリットが本質的に一定のままになる。
本発明のこの態様の実施形態は、最小の(分離)スリットによって分離された幾つかの分離された屈曲振動子またはアクチュエータを使用することにより、面外の2つの振動子またはアクチュエータの同一の偏向を有するという発見に基づいている。2つのアクチュエータ間でスリットがほぼ常に(マイクロメートルの範囲で)小さいままであるため、スリットに常に高い粘度損失が存在し、その結果、リアボリュームとフロントボリューム(曲げアクチュエータの)間の音響的な短絡を防ぐことができる。ほとんどが閉じた膜に基づいている既存のMEMSシステムと比較して、本コンセプトは性能の大幅な向上を可能にする。主な理由は、アクチュエータの分離により、追加の機械的膜要素を変形させるためにエネルギーを使用する必要がないため、大幅に高い撓みと力が可能になるためである。さらに、非線形性は、非常に大きな運動振幅でのみ発生する。従来のシステムは複雑な形状の膜と磁石を必要とすることがありますが、これはこれまでMEMS技術では実現できなかったものの、多大な労力をかけたハイブリッドな方法でしか統合できませんでした
が、
現在のコンセプトは、既知のシリコン技術の方法で実現できる。従来のシステムは複雑な形状の膜と磁石を必要とする場合がありますが、これはこれまでMEMS技術では実現できなかったものである。ただし、多大な労力をかけたハイブリッドな方法でのみ統合できる。本コンセプトは、既知のシリコン技術の方法で実現できる。これは、製造プロセスとコストに関して大きな利点を提供する。概念と材料の理由から、振動質量は小さいため、並外れた広い周波数範囲を持ち、同時に大きな運動振幅を持つシステムを実現できる。
さらなる態様は、第1の屈曲振動子、または屈曲アクチュエータ(垂直方向に振動するように構成されている)、および、第1の屈曲振動子、または、屈曲アクチュエータに垂直に延在する(すなわち、基板のプレートから、したがって屈曲振動子の延長面からも外れる)ダイアフラム要素を備えたマイクロメカニカル音響変換器を提供する。ダイアフラム要素は、スリット(ギャップ)によって第1の屈曲アクチュエータの自由端から分離されている。
この側面の発見は、ダイアフラム要素により、(振動による)ダイアフラム要素とアクチュエータの自由端との間の距離が、振動子またはアクチュエータの移動範囲全体に亘って略一定に維持されることが達成され得る。これにより、上記と同じ効果が得られる。つまり、自由端(および場合によっては自由側でも)またはスリットでの高粘度損失により、音響短絡が防止される。その結果、特に音響変換器の効率、広帯域特性、および製造コストに関して、同じ利点が生じる。
一実施形態は、ダイアフラム要素を備えたそのようなアクチュエータの製造方法に関する。この方法には、次のステップが含まれる。第1の屈曲アクチュエータを形成するための層の構造化、および第1の屈曲アクチュエータの層を越えて伸びるように垂直なダイアフラム要素を製造または堆積する。垂直という用語は、垂直(基板面に垂直)または基板に対して、一般的に角度(角度範囲75°~105°)として理解されるべきである。
少なくとも2つの屈曲アクチュエータのバリエーションについては、一実施形態によれば、第1および第2の屈曲アクチュエータは同じタイプの屈曲アクチュエータであることに留意されたい。例えば、平面、長方形、台形、または一般的な多角形の屈曲アクチュエータがある。さらなる実施形態によれば、これらの屈曲アクチュエータはそれぞれ、三角形形状または円形セグメント形状を有してもよい。三角形または円形セグメントの形状は、3つ以上の屈曲アクチュエータを含むマイクロメカニカル音響変換器でよく使用される。したがって、さらなる実施形態によれば、マイクロメカニカル音響変換器は、1つまたは幾つかのさらなる屈曲アクチュエータ、マイクロアクチュエータ、例えば、3つまたは4つの屈曲アクチュエータを含む。
上記のように、屈曲アクチュエータを同時に、または同相で駆動するか、ダイアフラム要素を提供することにより、スリットが、(アイドル状態で)最初の屈曲アクチュエータの表面積の10%未満、あるいは5%、2.5%、1%、0.1%、または0.01%未満である小さいスリットを想定し、スリットは移動範囲全体にわたって小さいままである。すなわち、それは、撓んだ場合でも、最大で15%、または僅か10%(または1%または0.1%または0.01%)の第1の屈曲アクチュエータを構成する。ダイアフラム要素を持つバリエーションについては、ダイアフラム要素の高さは、線形動作での第1の屈曲アクチュエータの最大撓みの少なくとも30%または50%または好ましくは90%またはさらに100%以上、または第1の屈曲振動子の最大弾性撓み(通常5~100%)になるよう(すなわち、線形の機械弾性範囲)に寸法付けられていることに注意されたい。代わりに、高さは、スリット幅に応じて(スリット幅の少なくとも0.5倍、1倍、3倍、または5倍)、または屈曲振動子の厚さ(厚さの少なくとも0.1倍、0.5倍、
1倍、3倍または5倍)に応じて定義されてもよい。2つのバリエーションのこれらの寸法ルールにより、偏向範囲全体、したがって音レベル範囲全体にわたって、前述の機能的/音響的短絡の防止が可能になる。
さらなる実施形態によれば、ダイアフラム要素は、自由端に対向して配置されるだけでなく、例えば、クランプされていない屈曲アクチュエータの周囲の側面に配置することもできる。特に、屈曲アクチュエータが片側に固定された屈曲アクチュエータである場合、これは理にかなっている。
一実施形態によれば、ダイアフラム要素は、スリットがアクチュエータの動きに沿ってほとんど一定の断面を有するように、その断面に変化する形状(例えば、アクチュエータに向かって湾曲/傾斜する形状)を備えてもよい。実施形態によれば、ダイアフラムは、機械的過負荷を防ぐために機械的止め部を形成してもよい。
さらなる実施形態は、第1の屈曲アクチュエータと同位相で振動するように励起されるように第2の屈曲アクチュエータを駆動するコントローラを含むマイクロメカニカル音響変換器を提供する。さらに、さらなる実施形態によれば、第1および/または第2の屈曲アクチュエータの振動および/または位置を感知して、コントローラが2つの屈曲アクチュエータを同相で駆動できるようにするセンサーシステムを提供することが有利であり得る。ほとんどの場合、センサーシステムを持たず、ドライブの撓みのみを検知する従来のシステムとは対照的に(膜だけでなく)、この原則では、音生成要素の実際の位置は、十分に統合可能なセンサーシステムによって簡単に決定できる。これは非常に有利であり、非常に正確で信頼性の高い検出を可能にする。これは、外部の影響、経年変化の影響、および非線形性を電子的に補償する可能性のある、制御された励起(閉ループ)の基礎となる。
一実施形態によれば、屈曲アクチュエータは、いわゆる「カスケード接続(カスケード)」を備えてもよい。すなわち、第1および/または第2の屈曲アクチュエータは、それぞれ、少なくとも1つの第1および第2の屈曲要素を含む。これらの要素は直列に接続されている。実施形態によれば、「直列に接続された」とは、第1および第2の屈曲要素が固定端および自由端を含むことを意味し、そして、第2の屈曲要素は、そのクランプインの端で第1の屈曲アクチュエータの自由端を把持し、その自由端で全体の屈曲アクチュエータの自由端を形成する。この場合、2つの屈曲要素間の接続は、例えば、柔軟な要素によって形成されてもよい。任意選択で、マイクロメカニカル音響変換器は、例えば、第1の屈曲要素と第2の屈曲要素との間の移行領域に設けられる追加のフレームを備えてもよい。これは、補強とモード分離に役立つ。2つの曲げ要素に関して、好ましい実施形態によれば、それらは異なる制御信号で駆動されるため、例えば、内側の屈曲要素または内側の屈曲要素はより高い周波数に使用され、外側の曲げ要素はより低い周波数範囲で振動するように駆動される。
さらなる態様は、少なくとも1つ、好ましくは2つの屈曲アクチュエータを備えたマイクロメカニカル音響変換器を提供し、各屈曲アクチュエータは、直列に接続された第1および第2の屈曲要素を含む。さらなる実施形態によれば、そのような屈曲アクチュエータは、分離スリットの代わりに柔軟な接続を備えてもよい。
本発明のこの態様の実施形態は、屈曲アクチュエータの幾つかの屈曲要素の直列接続を使用することにより、異なる周波数範囲に対して異なる屈曲アクチュエータが責任を負うことが達成される場合がある。したがって、例えば、内側屈曲アクチュエータは、高周波数範囲用に構成されてもよく、一方、さらに外側のものは、低周波数範囲用に動作されてもよい。従来の膜手法とは対照的に、本明細書で説明する概念は、個別に駆動可能ないく
つかのアクチュエータ段とのカスケード接続を可能にする。さらに、圧電駆動と組み合わせた周波数分離制御により、エネルギー効率の大幅な向上が達成される可能性がある。高品質のモード分離は、再生品質に利点をもたらす。例えば、特にスペース効率の高い多方向音響変換器の実現は、さらなる利点である。
カスケード接続を備えた屈曲アクチュエータのこの実施形態でも、上述のさらなる開発は、追加の実施形態に従って適用することもできる。ここでは、特に、カスケード接続の正確な実装に関する機能、例えば接続要素またはフレームについて言及する。さらに、カスケード接続された音響変換器構成の平面、長方形、台形、または三角形(一般的に多角形)の屈曲アクチュエータジオメトリに関するサブアスペクトが関連している。
さらなる実施形態は、カスケード式の屈曲アクチュエータを備えたマイクロメカニカル音響変換器を製造する方法に関する。この方法は次のステップを含む。第1および第2の屈曲要素とともに(それぞれ)第1(および第2)屈曲アクチュエータを形成する第1の層を提供するステップ。そして、第1および第2の屈曲要素を(それぞれ)接続するステップ。
一実施形態によれば、例えば、異なる周波数範囲をカバーするために、アクチュエータを互いにインターリーブすること、および/またはアクチュエータを異なるサイズで設計することが考えられる。
さらなる開発は、サブクレームで定義されています。本発明の実施形態は、添付の図面を参照して説明される。
図1aは、一実施形態による2つの屈曲アクチュエータを備えたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す。 図1bは、さらなる基本的な実施形態による、1つの屈曲アチュエータおよび垂直なダイアフラム要素を備えたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す。 図1cは、図1cは、従来の技術とは対照的に図1aおよび1bの概念の改善を示すために、隣接する構造を備えた屈曲アクチュエータの概略図を示す。 図2aは、実施形態による可能なアクチュエータ要素の概略断面図を示す。 図2bは、実施形態による可能なアクチュエータ要素の概略断面図を示す。 図2cは、実施形態による可能なアクチュエータ要素の概略断面図を示す。 図3aは、実施形態による屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図3bは、実施形態による屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図3cは、実施形態による屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図3dは、実施形態による屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図4は、異なる実施形態についてシミュレートされた音圧レベルを説明するための概略図を示す。 図5は、実施形態による、それぞれカスケード接続を含む2つの屈曲アクチュエータを備えたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す。 図6aは、カスケードを備えた屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図6bは、カスケードを備えた屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図6cは、カスケードを備えた屈曲アクチュエータ構成の概略平面図を示す。 図7は、カスケード接続を備えた屈曲アクチュエータ構成でシミュレートされた音圧レベルを示すための概略図を示す。 図8aは、さらなる実施形態による、カスケード接続を有する屈曲アクチュエータ構成の平面図の概略図または部分図を示す。 図8bは、さらなる実施形態による、カスケード接続を有する屈曲アクチュエータ構成の平面図の概略図または部分図を示す。 図9は、一実施形態による、カスケード接続を有するマイクロメカニカル音響変換器のFEMシミュレートされた撓みを示すための概略図を示す。 図10aは、実施形態による、横方向に配置されたダイアフラム要素を有する屈曲アクチュエータの概略平面図を示す。 図10bは、実施形態による、横方向に配置されたダイアフラム要素を有する屈曲アクチュエータの概略平面図を示す。 図10cは、実施形態による、横方向に配置されたダイアフラム要素を有する屈曲アクチュエータの概略平面図を示す。 図11aは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の製造中のプロセスシーケンスを示すための概略図を示す。 図11bは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の製造中のプロセスシーケンスを示すための概略図を示す。 図11cは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の製造中のプロセスシーケンスを示すための概略図を示す。 図11dは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の製造中のプロセスシーケンスを示すための概略図を示す。 図12は、一実施形態による多数のマイクロメカニカル音響変換器を有するアレイの概略図を示す。 図13aは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13bは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13cは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13dは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13eは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13fは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13gは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13hは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図13iは、実施形態による、図1bに記載されたダイアフラム構造の異なる実装の概略図を示す。 図14aは、追加の実施形態による、蓋を備えたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す。 図14bは、追加の実施形態による、蓋を備えたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す。 図14cは、追加の実施形態による、蓋を備えたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す。 図15aは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15bは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15cは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15dは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15eは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15fは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15gは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図15hは、実施形態によるマイクロメカニカル音響変換器の平面図の概略図を示す。 図16は、実施形態による、2つの側面に固定されたマイクロメカニカル音響変換器の概略図を示す
以下、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する前に、同じ効果を有する要素および構造には同じ参照番号が与えられているので、それらの説明は互いに適用され、相互に交換できることに留意されたい。
図1aは、第1の屈曲アクチュエータ10および第2の屈曲アクチュエータ12を備えた音響変換器1を示している。両方とも、クランプ10eおよび12eに基づいて見ることができるように、平面E1に配置またはクランプされる。クランプは、屈曲アクチュエータ10および12は、片側で基板に接続され、アクチュエータ10および12の下に形成される(相互)キャビティ(図示せず)によって接続されるように、相互の基板(図示せず)からエッチングされる屈曲アクチュエータ10および12によって実現されてもよい。この時点で、例示された屈曲アクチュエータ10および12は、例えば、図がアイドル状態または偏向スナップショットのいずれかを示すようにバイアスをかけることができることに留意されたい(この場合、アイドル状態は点線で示されている)。見て分かるように、2つのアクチュエータ10および12は、アクチュエータ10および12または少なくともクランプ10eおよび12eが相互平面E1にあるように、互いに水平に隣接するように配置されている。好ましくは、この記述は、アイドル状態を指し、バイアスされた場合、平面E1は、相互クランプ領域10eおよび12eをほとんど指す。
2つのアクチュエータ10および12は、例えば5μm、25μmまたは50μmのスリット14(一般に1μmと90μmの間の範囲にあるように、互いに反対に配置される。好ましくは、50μm未満または20μm未満)が2つの間に存在します。片側に固定された2つの屈曲アクチュエータ12および14を分離するこのスリット14は、分離スリットと呼ばれることがある。分離スリット14は、アクチュエータ10および12の偏向範囲全体にわたって最小限だけ変化する。例えば1倍、1.5倍、または4倍(通常は0.5~5の範囲)、つまり、スリット幅の+500%、+300%、+100%または+75%未満の小さい変化、または+50%未満の小さい変化(アイドル状態において)、以下で説明するように、追加のシーリングを省略することができるようにしている。
好ましくは、アクチュエータ10および12は、圧電方式で駆動される。例えば、これらのアクチュエータ10および12のそれぞれは、層構造を備えてもよく、圧電活性層のほかに、1つまたはいくつかの受動機能層を備えてもよい。あるいは、静電駆動、熱駆動
、または磁気駆動の原理が可能である。アクチュエータ12に電圧が印加されると、アクチュエータ12は変形するか、圧電ケース内では、アクチュエータ10および12の圧電材料が変形し、アクチュエータ10および12を平面から曲げる。この曲げにより、空気が移動する。周期的な制御信号により、それぞれのアクチュエータ10および12が励起されて振動し、音信号を発する(またはマイクの場合:受信する)。アクチュエータ10および12、または対応する駆動信号は、アクチュエータ10および12のそれぞれ隣接するアクチュエータエッジまたは自由端が、平面E1からほぼ同一の偏向を受けるように構成される。自由端は、参照番号10fおよび12fで示されています。アクチュエータ10および12、または自由端10fおよび12fは互いに平行に移動するため、それらは同相である。したがって、アクチュエータ10および12の撓みは同相であると呼ばれる。
結果として、狭い分離スリット14によってのみ中断される連続的な撓みプロファイルが、駆動状態にあるすべてのアクチュエータ10および12の全体構造に形成される。分離スリットのスリット幅はマイクロメートルの範囲にあるため、スリットの側壁10wと12wで高い粘度損失が達成され、通過する空気流が強く絞られる。したがって、アクチュエータ10および12の前側と後側との間の動圧均等化は、アクチュエータの周波数に関係なく音響的短絡が低減されるほど十分に速く行われない場合がある。これは、考慮される音響周波数範囲において、狭いスリットを備えたアクチュエータ構造が、流体工学に関して閉じた膜のように振る舞うことを意味する。
図1bは、封止のないマイクロメカニカル音響変換器のアクチュエータがどのように良好な音圧挙動を得ることができるかに関するさらなる変形を示している。図1bの実施形態は、点10eで固定的に固定されたアクチュエータ10を含む音響変換器1’を示す。曲げアクチュエータ10は、基板(図示せず)からエッチングされて、その下にキャビティ(図示せず)が形成されてもよい。自由端10fは、範囲Bにわたって振動するように励起されてもよい。自由端10fに対向して、垂直に配置されたダイアフラム要素22が設けられている。好ましくは、このダイアフラム要素は、少なくとも自由端10fの移動範囲Bと同じかそれより大きい。好ましくは、ダイアフラム要素22は、アクチュエータの前側および/または後側、すなわち、平面E1(基板平面)から見て、より低い平面およびより高い平面(例えば、基板に垂直)に延在する。図1aのスリット14に匹敵するスリット14’が、ダイアフラム要素22と自由端10fとの間に設けられている。
偏向された状態(B参照)でも、ダイアフラム要素22により、設けられた分離スリット14’の幅をほぼ同じに保つことが可能になる。したがって、隣接するエッジを備えたこの構成では、たとえば、図1cに示すように、撓みによる大きな開口部はありません。
図1cは、同じく点10eで締め付けられたアクチュエータ10を示している。垂直方向の拡張および移動を伴わない任意に隣接する構造23が、それに反対に提供される。アクチュエータ10の撓みにより、アクチュエータの自由端10fの領域に開口部がある。この開口部は、参照記号「o」で示される。撓みに応じて、これらの開口断面14oは、分離スリット(図1aおよび図1bを参照)より、またはアイドル状態の分離スリットよりも大幅に大きくなる場合がある。開口部を通して、前面と背面の間に気流が存在し、音響短絡につながる可能性がある。
実施形態によれば、ダイアフラム要素22またはダイアフラム要素22の側面は、偏向範囲Bでのアクチュエータ10の動きに適合させることができる。実際には、凹形状が考えられる。
図1aの構造1および図1bの構造1’は、移動スリット全体にわたって分離スリット
14または14’をほぼ一定に保つ手段を設けることにより、音響短絡を防止することを可能にする。
上記で説明したように、一実施形態によれば、圧電材料を使用することができる。図2は、図a~図cのアクチュエータ要素の3つの異なる断面を示している。図2aは、単形構造を示している。ここで、圧電層10peまたは12peは、受動層10p、12p上に適用される。
図2bはバイモルフ構造を示している。ここでは、2つの圧電層10pe_1、または12pe_1、および10pe_2、または12pe_2、および受動中間層10p、または12pが提供されている。
図2cは、2つの圧電層10pe_1、または12pe_1、および10pe_2、または12pe_2の圧電層のスタック(堆積/積層)を示している。
図1および図2に示す全ての圧電アクチュエータ2aから2cは、少なくとも2つの層で形成されているという共通点を持っている。すなわち、圧電層10peまたは12pe、および受動層10pまたは12pなどのさらなる層、またはさらなる圧電層10pe_2または12pe_2。圧電層10pe、12pe、10pe_1、12pe_1、10pe_2、12pe_2は、追加の分離層(層10p、12pを参照)を有する多層システムとして構成することができ、および/または任意の数の副層から形成することができる(点線と比較する)。例えば、接触は、平面電極またはインターデジタル電極によって実行される。
代替実施形態によれば、圧電アクチュエータと同様に多層構造を備え得る熱駆動装置が使用され得る。基本的に、熱ドライブの構造は、圧電層の代わりに熱活性層が使用される圧電層について図2a~図2cに関して説明した構造に対応する。
少なくとも2つの対向するアクチュエータを含む異なるアクチュエータ構成(図3bを参照)は、図3a~図3cに関して説明されている。
図3aは、4つのアクチュエータ10’、11’、12’、および13’を備えたアクチュエータ構成を示している。これらのアクチュエータ10’~13’はそれぞれ三角形として構成され、斜辺に沿って片側に固定されている。実施形態によれば、これらの三角形は13’にアクチュエータ10’のすべての直角先端が一点に集まるように直角三角形である。その結果、フィードバックスリット14は、各脚の間に伸びている。
実施形態によれば、点線によって示されるように、個々のアクチュエータ10’から13’をさらに細分化することができる。細分化されると、クランプは明らかに斜辺に沿って行われるのではなく、一方の脚に沿って行われ、切り離しスリットは斜辺に沿ってもう一方の脚に沿って伸びている。
アクチュエータが4つまたは8つあるかどうかに関係なく、三角形の実装により、(それぞれのスリット14で分離された)隣接する自由端が可能な限り均等に撓むことができる。
図3bは、基本的に図1aの実施形態の平面図を示し、例えば対称軸(点線を参照)に沿ってアクチュエータ10およびアクチュエータ12を細分できることを示している。
図3cは、音響変換器全体が円形セグメント形状に配置され、分離スリット14によっ
て分離されたアクチュエータ10’’~13’’として合計4つの90°セグメントを含むさらなる実施形態を示す。この円形の音響変換器を使用すると、点線に基づいて示されているように、個々のアクチュエータ10’’~13’’をさらに細分化することができる。
図3a~図3cのすべての実施形態は、それぞれの領域10e’から13e’、または10eおよび12e、または10e’’から13e’’によって示されるように、それらが端部で締め付けられるという共通点を有する。
さらに、この時点で、図3a~図3cの実施形態に基づいて示されるように、分離スリット14が対称線に沿って伸びることが好ましいことに留意されたい。したがって、3つ以上のアクチュエータを備えた実施形態では、これは、好ましい実施形態による音響変換器の全領域の焦点で分離スリットが交わることを意味する。
図3dは、4つの(ここでは長方形または正方形の)アクチュエータ10’’’、11’’’、12’’’、13’’’を備えたマイクロメカニカル音響変換器の別のバージョン(平面図)を示している。当該アクチュエータ10’’’、11’’’、12’’’、13’’’は、長方形または正方形の4つの象限の形に配置されている。4つのアクチュエータ10’’’~13’’’は、2つの交差する分離スリット14によって分離されている。アクチュエータ10’’’~13’’’のそれぞれは、角を越えて、つまり外縁の両側に固定されている。
図4は、スリット幅の影響を示している。図4は、4つの異なるスリット幅(5μm、10μm、25μm、および50μm)について、500Hz~20kHzの周波数範囲で得られた音圧レベルSPLを示している。図示の周波数範囲では、列幅が10μm未満の場合、音圧レベルSPL(音響短絡)の低減は無視でき、構造は音響的に閉じた膜のように動作する。さらに見ることができるように、スリット幅の影響は、より広い周波数範囲(たとえば、6000Hz以上)で大幅に減少する。閉じた膜を備えたシステムとは対照的に、現在のシステムは、個々のアクチュエータの分離の結果として、大幅に高い効率性によって区別される。後者は、非常に大きなたわみと音圧レベルで表される。さらに、直線性に関してさらなる利点がある。
図5に関して、実施形態は、対応するさらなる態様に基づいて説明される。図5は、2つのアクチュエータ10*および12*を備えたマイクロメカニカル音響変換器1’’の構造を示している。2つのアクチュエータ10*および12*は、それぞれ内側のステージと外側のステージを備えている。すなわち、アクチュエータ10*は、第1のアクチュエー
タ素子10a*(外段)および第2のアクチュエータ素子10i*(内段)を含む。同様に、アクチュエータ12*は、アクチュエータ要素12a*およびアクチュエータ要素12i*を含む。
ここに示されているように、外側のステージ10a*および12a*は、つまり領域10e*および12e*を介して固定されている。アクチュエータ10a*および12a*のそれぞれ反対側の端部は、自由端と呼ばれる。内側のステージ10i*および12i*は、オプションの接続要素17によってこの自由端に結合される。それらは、結合が内側アクチュエータ要素10i*または12i*の端部を介して行われるように、すなわち、内側アクチュエータ10i*または12i*の両端が自由端として機能するように結合される。言い換えれば、アクチュエータ10*または12*は、内側のステージ10i*(または12i*)が外側のステージ10a*(12a*)と反対側に直列に接続されるように構成されている。
ここに示されているように、分離スリット14*が要素10i*と12i*の自由端の間
に形成されている。それは、上記の実施形態に関連して説明された分離スリットのような全ての実施形態に対して必然的に形成される(図1aを参照)。すなわち、上記の実施形態と同様に、アクチュエータ10*および12*は、数マイクロメートルのサイズを有する分離スリット14を介して互いに分離されていて、そして、それらは、好ましくは、それぞれの隣接する構造エッジ(内部要素10e*および12e*の自由端)が動作中に、平面E1(アクチュエータ10*および12*、またはクランプ領域10e*および12e*が配置される)から可能な限り等しい偏向(同期、または同相)を受けるように実装される。あるいは、図示されたスリットの領域で内部要素10i*と12i*の接続が可能であり、例えば柔軟な素材を使用する。
オプションの実施形態によれば、個々のカスケードされたステージは、フレーム19上に配置されてもよい。この実施形態では、フレーム19は、内側のステージ10i*およ
び12i*の固定端が同じフレーム19上に位置するように配置される。しかしながら、
一般に、フレーム19は、接続点の領域にあるように配置されることが好ましい(接続要素17を参照)。このフレームにより、寄生振動モードや望ましくない機械的変形を抑えることができる。
上記の実施形態が、それぞれアクチュエータ要素10a*、10i*、12a*、12i*を備えた内側および外側アクチュエータ段を有する2つのアクチュエータ10*および1
*を提供すると仮定しても、さらなる実施形態は、第1ステージ10a*および第2ステージ10i*がそれに応じて直列に配置された1つのアクチュエータ(例えば、アクチュ
エータ10*)のみを備えるマイクロメカニカル音響変換器を提供することに留意された
い。例えば、このアクチュエータは、固定端の反対側で自由に振動し、その間にスリットが形成されるようにするか、固定端に柔軟に接続することができる。さらなる実施形態によれば、図1bに例示的に記載されているダイアフラムも考えられる。
図6aから6cに関して、実施形態による3つの音響変換器が概略上面図で説明されていて、図3a~図3cの構成は、カスケード接続によって強化されている(2段カスケード構成)。
図6aは、4つのアクチュエータ10*’~13*’を備えたマイクロメカニカル音響変換器を示し、ここで、アクチュエータ10*’~13*’のそれぞれは、2つのアクチュエータ要素10a*’または10i*’~13i*’または13a*を含む。内側の要素10i*’~13i*’は、それぞれ(表面積に関して)三角形であり、一方、外側の要素10a*’~13a*’は、それぞれ(表面積に関して)台形である。台形アクチュエータ10a*’~13a*’の小さい方の脚は、接続要素17を介して三角形アクチュエータ10i*
’~13i*’の斜辺に接続されている。この実施形態では、任意の接続要素は、台形ま
たは三角形の角に配置されることが好ましい。
図6bは、内部アクチュエータ10i*および12i*ならびに外部アクチュエータ10a*および12a*を備えた図5の電気機械音響変換器の基本的な平面図を示している。ここで、接続要素17は、長方形の内側および外側要素10i*、10a*、12i*および
12a*の角にも設けられている。
円形セグメント形状のマイクロメカニカル音響変換器に基づいて、図6cはカスケード式アクチュエータ10*’’~13*’’を示し、各アクチュエータは内側アクチュエータ要素と外側アクチュエータ要素を含む。内側のアクチュエータ要素10i*’’~13i*’’は円形のセグメント形状の要素として構成され、外側の要素10a*’’~13a*’’は円形のディスクセグメントとして構成されている。繰り返しますが、接続は接続要素
17を介して行われる。
好ましい実施形態によれば、図6a~6cのすべての実施形態は、アクチュエータ10*’~13*’、または10*~12*、または10*’’~13*’’が分離スリット14によって分離されるという共通点を有する。加えて、分離スリット15は、接続要素17を介してのみブリッジされる内側アクチュエータ(例えば、10i*'と10a*’)との間
に設けられてもよい。言い換えると、外側のステージ(たとえば、図6bの10a*およ
び12a*)は、少なくとも1つの接続要素を介して、第2の内側のステージ10i*または12i*に接続される。しかしながら、好ましくは、間隔を空けた2つ以上の接続要素
17を介する。接続要素は、機械的なバネ要素またはジョイントとして実装されてもよい。
図3a~図3cに関連して説明されるように、アクチュエータは、アクチュエータ要素10*または12*(点線を参照)ごとに任意の数のアクチュエータを作成するようにさらに細分化されてもよい。
音響変換器の構造を説明した後、その機能について説明する。駆動状態では、外側のステージのアクチュエータが内側のステージを平面から偏向させ、ここで、内側のステージのアクチュエータがさらなる偏向を実行する。これにより、分離スリットの粘度損失が大きいため、閉じた膜のように音響的に振る舞う偏向構造になる。
あるいは、カスケードされた全体構造は、3つ以上のステージを備えてもよい。オプションとして、異なるステージを同一または異なる駆動信号で制御できる。異なる駆動信号の場合、ステージは異なる周波数範囲で動作する可能性があり、たとえば、特にスペース要件が低いマルチウェイ音響変換器を形成する可能性がある。
この時点で、図1bに関して説明したフローダイアフラムの概念は、例えば接続要素とアクチュエータまたは中間ステージ間の音響損失を最小限に抑えるため、マルチピースカスケードシステムにも拡張できることに留意されたい。
上記の実施形態に関して、図6aから図6cに記載された変形形態は、追加の実施形態に従って任意の方法で組み合わせることができることに留意されたい。したがって、例えば、図6aの4つの内側アクチュエータ要素10a*’から13a*’の代わりに、図6bに示されるように、2つの内側アクチュエータ要素10i*および12i*のみを設けることが可能である。さらに、例えばダイアフラムと組み合わせて、1つの内部アクチュエータ要素を1つだけ提供することも考えられる(図1bの実施形態を参照)。
図7は、周波数範囲全体でシミュレートされた音圧の図を示しており、内側と外側のステージに従って分類されている。ご覧のように、外側のステージは、特に、低周波数範囲(約1500Hzでの最大音圧)に役立ち、内側のステージは、高い周波数範囲(約10000Hzでの最大音圧)に役立つ。本ケースでは、10cmの距離で測定したチップサイズが1×1cmのMEMS音響変換器を想定している。
図8は、特定の2段階設計の例を使用したカスケード接続の概念を示している。図8aは平面図を示し、図8bは接続領域の断面拡大図を示している。
図8aに基づいて見ることができるように、2段階設計は、外側アクチュエータ10a*’および内側アクチュエータ10i*’を含む。構成に関して、図8aに示す設計は、図6aの設計と比較することができる。ここに示されている実施形態では、分離スリット14は、実線で示されている。図8bの拡大図に特に見られるように、個々の段間にそれぞ
れの分離スリット14も設けられている。
図6aとは対照的に、図8aの設計では、その横方向寸法がすべての内側のステージ10e*’の横方向寸法よりも小さいフレーム構造19*’がさらに示されている。
図8bに基づいて見ることができるように、その隙間に分離された充填構造17f*
、例えば、溝が設けられている折り畳まれたバネは、バネまたはアクチュエータの材料で、接続要素17*’として機能する。これと同様に、両段のアクチュエータ間のギャップ
14は、そのような充填構造17f*’を含む。
図9は、FEMシミュレーションにより得られた図8aおよび8bの例示的な設計の偏向プロファイルを三次元断面で示している。ハッチングで示された偏向値に基づいて示されるように、分離スリットにもかかわらず、狭い分離スリット14によってのみ中断されるほぼ連続的な偏向プロファイルが形成されている。
図10を参照して、図1aの設計および図1bの設計の強化について説明する。図10aの構成は、図1bの構成と比較することができ、一方の側に固定されたアクチュエータ10に対向して設けられたダイアフラム要素22は、自由端10fの領域に設けられているだけではない。しかし、さらにアクチュエータの側面に沿って、すなわち、切り離しスリット14’全体に沿って伸びている。横方向に配置されたダイアフラム要素は、参照番号22sで示されている。
図10bは、図3bに例示的に示されるように、2つの対向するアクチュエータ10および12を備えた音響変換器の構成に基づいている。これらのアクチュエータは、それぞれ片側で再び固定される(10eまたは12eの固定を参照)。この実施形態では、垂直に配置されたダイアフラム要素22sは、横方向の分離スリット14に沿って伸びている。
横方向に配置されたダイアフラム要素22sを使用することにより、図10aの実施形態および図10bの実施形態は、不連続な撓みプロファイルを有する図示された構造の前側および後側の良好な流体分離を可能にする。
図10cは、さらなるバリエーションを示しており、中央表面16に基づいて4つのアクチュエータ10’’’’、11’’’’、12’’’’、13’’’’が伸びている。4つのアクチュエータ10’’’’~13’’’’は台形に実装され、表面16の反対側の片側に短辺を介して固定されている。4つのアクチュエータ10’’’’~13’’’’は、アクチュエータ10’’’’~13’’’’の長辺が自由に振動できるように、斜めに配置された4つの分離スリット14(これは、表面16の対角線の伸びとして伸びる)を介して互いに分離されている。縁部領域に対する「封止」を可能にするために、垂直に実装された(周囲の)ダイアフラム要素22sが、台形アクチュエータ10’’’’~13’’’’の長辺に沿って提供される。
図12は、アレイの形のマイクロメカニカル音響変換器を示している。ここに示されているマイクロメカニカル音響変換器は、図1aを参照して説明したように、8個の音響変換器1を備えている。これら8個の音響変換器1は、2行4列に配置されている。これにより、大きな表面の拡大が実現し、それにより高い音圧が実現する。音響変換器1の各アクチュエータが5×5mmのベース面積を有すると仮定すると、いわば200mm2の「
膜面積」が実現される。一般に、図示された音響変換器は、例えば長さ1cm以上(一般に1mmから50cmの範囲)の音響変換器サイズを達成できるように、任意の方法で拡大縮小することができる。
図12のマイクロメカニカル音響変換器1は、ここに示された実施形態で例示的に説明されたが、上記のような任意の他の音響変換器、例えば図1bの音響変換器1'または図
5のカスケード音響変換器を使用できることに留意されたい。異なる形状と配置も考えられる。
さらなる実施形態によれば、上記で個別に説明したアクチュエータにセンサーを設けることができる。センサーは、アクチュエータの実際の撓みを決定することを可能にする。通常、これらのセンサーはアクチュエータのコントローラに接続されているため、個々のアクチュエータの制御信号はフィードバックループで調整され、個々のアクチュエータが同相で振動する。センサーを使用して、非線形性を検出し、非線形性を補償または低減できるように制御装置の信号を歪めることもできる。
これの背景は、アクチュエータが同時に音発生要素を形成するため、動作中に経年変化の影響と非線形性を直接測定し、場合によっては電気的に補償できることである。これは、センサーシステムを持たないか、音を発生する膜要素ではなくドライブでのみ動作を検出できる従来の膜ベースのシステムとは対照的に、大きな利点である。
好ましくは、位置検出は圧電効果を介して行われる。このため、アクチュエータ上の圧電層の1つまたはいくつかの領域に、撓みにほぼ比例する電圧信号または電荷信号を検知することができる別個のセンサー電極を設けることができる。加えて、少なくとも1つの層が位置検出のために部分的に使用されるいくつかの圧電層が実現されてもよい。上下に並べて配置された異なる圧電材料の組み合わせも可能である(例:アクチュエータの場合はPZT、センサーの場合はAIN)。
圧電センサー素子の代替として、薄膜膨張測定ストリップ(または歪みゲージ)または容量性位置検出用の追加電極の統合も可能である。アクチュエータ構造がシリコン製の場合、ピエゾ抵抗シリコン抵抗器も直接統合できる。
上記のすべての側面には、膜のない、MEMS製造プロセスと完全に互換性のある大きな音圧を生成するためのコンセプトが共通して作成されている。オプションのカスケード接続により、統合されたマルチウェイ音響変換器を実現できる。統合された位置センサーを用いたさらなる開発によれば、コントローラは、放出された音が最小限の歪みを含むように構成されてもよい。
次の表では、個々の機能要素の可能な材料を見つけることができる。

Figure 2023029908000002
次の寸法が可能である。
-アクチュエータの表面積:50×50μm2~5×5cm2
-分離スリット:0.1μm~40μm
-撓みの振幅:0.01μm~3mm
例えば、このような変換器は、10Hz~300kHzの最初の通常モードで動作する。例えば、励起周波数は最大300kHzまで静的に選択される。
説明したアクチュエータ構造は、可能な限り小さいコンポーネントボリューム(<10cm3)で10Hz~300kHzの周波数範囲で音を生成する分野で使用できる。とり
わけ、これは主にウェアラブル、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、ヘッドフォン、補聴器、超音波変換器用の小型化された音響変換器に適用される。流体が移動する他のアプリケーション(フローメカニカルおよび空力駆動および誘導構造、インクジェットなど)も検討できる。
実施形態は、平面から偏向され得る少なくとも1つの屈曲アクチュエータを備えた気体および液体を変位させるための小型化された装置を提供し、装置は、流体工学に関して閉じた膜のような音響および超音波周波数範囲(20Hz~300kHz)でほぼ機能するような大きさの流れ抵抗を有する狭い開口スリットを含むことを特徴とする。
さらなる実施形態によれば、装置は、全長がアクチュエータ表面積のせいぜい5%であり、平均長さ対幅の比が10を超える、アクチュエータ材料の分離スリットを含むことができる。実施形態によれば、装置はさらに、撓んだ状態で作られた開口部が全アクチュエータ表面積の10%未満になるように構成することができるため、閉じた膜がなくても、前側と後側の間の高い流体分離が達成され得る。
さらなる実施形態によれば、装置は、2つ以上の対向する別個のアクチュエータを備えてもよい。
さらなる実施形態によれば、アクチュエータは、圧電方式、静電的、熱的、電磁的、またはいくつかの概念の組み合わせを用いて駆動されてもよい。追加の実施形態によれば、接続要素を介して結合された2つ以上のアクチュエータ段で装置を構成することも考えられる。
さらなる実施形態によれば、装置が、分離された信号で駆動され、したがって双方向または多方向の音響変換器を形成する2つ以上のアクチュエータ段を備えることも考えられる。
図5または図6a~図6cの実施形態を参照すると、各アクチュエータ要素10a*
12a*、10i*および12i*は、個別に制御可能なアクティブな要素であることに留
意されたい。例えば、圧電方式で、または本明細書で説明する他の概念を使用して動作させることができる。
さらなる実施形態によれば、装置は、補強およびモード分離のためのフレーム構造を有する。
上記の実施形態では、アクチュエータは、特に、片側に固定されているアクチュエータとして説明されている。この時点で、一般に両面クランプ(図3dを参照)または多面クランプが考えられることに注意してください。
さらなる実施形態は、偏向状態で前側と後側との間の開口部の断面を減少させるために、フローダイアフラムを有する装置を提供する。さらなる実施形態によれば、装置は、位置の検出および調整のためのセンサー要素を備えてもよい。
追加の実施形態によれば、装置は、空気(気体媒体)、すなわち20Hzから300kHzの範囲で音または超音波を生成するように構成されてもよい。さらなる応用分野は、空気流の生成と制御、つまり冷却である。
続いて、図11を参照して、上記の音響変換器の可能な製造方法を説明する。例えば、ここに示されている図11a~図11dの実施形態は、図1bに示されている実施形態の製造を可能にする。ただし、わずかな変更により、他の図面、特に図1aの実施形態は、ここに示す方法を使用して製造することができる。
図11aに示す第1のステップでは、圧電層50peに2つの電極50eを設ける前に、受動層50pが基板48上に適用される。
基板48は、SI基板を含むSOIウェハ(絶縁体上のシリコン)であってもよい。次に、図11bに示される絶縁体50piを有するSiO2層50pと、Si絶縁層と、圧電機能層(PZT)50peがその上に堆積される。次に、対応する金属電極(Pt、Au、Moなど)50eを堆積する。
図11bに示されている次のステップでは、電極50e、PZT50peおよび絶縁層50pが構造化される。例えば、これにより、圧電層50peに溝50gが作成される。構造化は、ウェットエッチングまたはドライエッチングで行うことができる。所望の製品設計、構造化または導入のステップに応じて、図1aの製品を生成するために最小寸法のみを有するように溝50gが実行される。または、ここで例示されている中間生成物が1bの生成物に関して開発されるように、より大きな寸法を持つようにしている。
図1aの製品を製造するために、小さな溝50gを適用し、図11cに示すステップをスキップして、図11dに示すように、シングルまたはマルチ段階のエッチング方法と可動構造を解放する。このステップでは、特に、構造化された圧電アクチュエータ50peと位置合わせされた領域で、保護層50pの下の基板が除去される。これにより、空洞48cが作成される。
図1bを参照して説明されるように製品を製造するために、図11cに示されるオプションのステップが実行される。図11cは、垂直方向に延在するダイアフラム要素57の適用を示している。これらは、圧電層50peの溝50gに導入される。オプションとして、溝50gの横方向の位置は、構造化された保護層50pの領域と整列するように選択することができ、それにより、例えば、垂直ダイアフラム要素75は、受動層50pの溝の壁を引き延ばす。例えば、ダイアフラム要素57の適用は、ガルバニック堆積によって行うことができ、好ましくは、ダイアフラム要素57が圧電素子50pの層を越えて伸びるようにすることができる。
図1aの実施形態に関して上述したように、ダイアフラム要素75を適用した後、キャビティ48cを製造するために、基板48の後側の単一段階または多段階エッチングが実行される。ここに示されるように、基板48の個々の領域は、フレーム48fがキャビティ48c内に形成されるように残っていてもよい。たとえば、このフレームは図5で説明したフレーム19に対応する。
上記の製品を従来の製造方法で製造できるように、MEMS技術を上記の製造工程で採用することができる。
いくつかの態様が装置に関連して説明されてきたが、これらの態様は対応する方法の説明も表しているため、装置のブロックまたはコンポーネントも対応する方法ステップまたは方法ステップの特徴として理解されることに留意されたい。それと同様に、方法ステップに関連して、または方法ステップとして説明された側面は、対応するブロックまたは対応する装置の詳細または特徴の説明でもある。
続いて、図1bの基本的な実施形態に基づいて、ダイアフラム22の異なる実装が説明される。その後に議論されるすべての実施形態において、議論されたダイアフラム22*
、22等は、スリット14’で屈曲アクチュエータ10から分離されている(基準点10eで固定的にクランプされている)と仮定される。そのため、屈曲アクチュエータ10の自由端10fは、ダイアフラム要素22*または22等の垂直方向の拡張に沿って移動す
ることができる。ここで、ダイアフラムについては、後述する実施形態または上記実施形態の態様は、互いに組み合わせることができることに留意されたい(例えば、丸い/傾斜した側面(ダイアフラム)を備えた蓋)または蓋およびストップを備えた非対称ダイアフラム)。
図13aは、ダイアフラム構造の概略断面図を示している。ダイアフラム構造22*
、いくつかのセグメント22a*、22b*、および22c*で構成されていることがわか
る。セグメント22a*は、基板平面(基準点10eの平面)から伸びており、屈曲アク
チュエータ10は、例えば、基板から出て、アイドル状態にある。一方、セグメント22b*は、基準点10eの前記平面に位置する。セグメント22c*は、基板内に位置するか、基板表面から基板内に伸びている。実施形態によれば、図示されたすべてのセグメント22a*、22b*、22c*は、異なる幾何形状、すなわち、縦方向の拡大および横方向
の拡大ならびに可変断面を含むことができる。実施形態によれば、個々のセグメント22a*、22b*および22c*が異なる材料または材料実装を含むこともさらに考えられる
であろう。例えば、セグメント22c*および22b*は基板自体によって形成されてもよいが、セグメント22a*は成長させることができる。
さらなる実施形態によれば、図示された3つのセグメント22a*、22b*および22c*よりも多くを提供することも考えられる。
上記および後続の実施形態では、中間位置は必ずしもアイドル状態に対応する必要はなく、何らかの方法で(電気的または機械的にバイアスされて)上向きに又は下向きにシフトされてもよいことに留意されたい。
図13bは、ダイアフラム構造のさらなる実装、ここではダイアフラム構造22**を示している。ダイアフラム構造22**、または特に基板平面から伸びるセグメントは、アクチュエータ10に向かって伸びる傾斜断面を含む。これにより、アクチュエータ10の位置に関係なく、スリット14’が比較的一定の幅を備えることが達成される。これの背景は、アクチュエータ10に直接対向するダイアフラム構造22**の側面がほぼ移動経路(固定点10eの周りの円形経路)に沿って伸びていることである。ここで図13bに示されるように、ダイヤアラム22**は、上側のみに向かっておよび/または下側のみに向かって傾斜していてもよい。図示された非対称構造は一例に過ぎず、すなわち、ダイアフラム構造22**の下部セグメントも対称構造を達成するために明らかに同様に傾斜していてもよい。
内側が傾斜しているダイアフラム構造22**のこの実施形態は、より大きな振幅でスリ
ットの拡大を減少または補償できるという利点を有する。製造の観点から、傾斜は、ラッカープロファイルまたはエッチングプロセスを適応させることにより実現され得る。
図13cは、図13bのダイアフラム構造22**、すなわちダイアフラム構造22***
のさらなる展開を示す。ダイアフラム構造22***は、湾曲した/丸みを帯びた内側を含
む。この丸みは、アクチュエータ10またはアクチュエータ10の自由端10fの円弧状の移動経路に沿って伸びている。丸みを帯びた内側は、ここでは基板から伸びる側にのみ示されているが、この丸みを帯びた内側は、基板平面内のダイアフラム構造側にも明らかに存在し得る。図13bの実施形態と同様に、スリットの拡大は、内側が丸くなったダイアフラム構造22***により大きな振幅で減少または補償される。製造の観点から、丸み
付けは、例えば、ラッカープロファイルまたはエッチングプロファイルを適合させることにより達成され得る。
図13dは、さらなるダイアフラム構造、すなわちダイアフラム構造22****を示している。ここで、ダイアフラム構造22****の端部の断面は、アクチュエータ10またはアクチュエータの自由端10fの機械的止め部として機能する拡幅部または張り出し部を含む。有利なことに、この停止は機械的な過負荷保護を可能にする。
図13eは、さらなるダイアフラム構造22*****を示し、ダイアフラム構造22*****は非対称に構成されている。この背景は、ダイアフラム22*****の垂直方向の膨張が一
方向、ここでは基板面から外れる方向に達するように、主に片側に偏向されるアクチュエータ10があることである。アクチュエータ10の撓み、またはダイアフラム構造22*****の膨張は、ここでは上方に(基板平面から)示されているが、実施形態によれば、こ
れは明らかに逆であってもよく、すなわち、両方の要素が基板内に伸びるようにしてもよい。アクチュエータのアイドル位置のシフトは、駆動信号の電気的オフセットまたは機械的突起(例えば、アクチュエータ層の層応力)によって実現できることに留意されたい。
図13fは、小さな膨張を有するダイアフラム構造22******の例を示している。アクチュエータ10の撓みが小さい場合、ダイアフラム構造22******は平坦であると理解され得る。たとえば、ダイアフラム22******の高さの拡張は、アクチュエータの厚さの範囲内である。付加的に適用されるダイアフラム構造領域が省略され得るため、このバリエーションは製造に関して利点を有する。
図13gは、基板領域23sと実際のダイアフラム要素22*******からなるダイアフ
ラム構造22*******の例を示している。例えば、上部ダイアフラム構造22*******は、電気化学的に構造化された金属またはポリマー(SU8、BCB・・・など)として、またはガラスまたはシリコンから製造することができる。下部ダイアフラム構造23sは、主に基板(例えば、シリコーンまたはガラス)自体からなり、さらなる実施形態によれば、追加の層を備えてもよい。
図13hは、追加の要素が適用されていないさらなるダイアフラム構造を示している。ここで、屈曲アクチュエータ10は、特に基板平面内で振動し、基板平面から伸びるダイアフラム要素を省略することができると想定される。したがって、ここでは、ダイアフラム要素は、下部ダイアフラム構造を形成する基板要素23sからなる。この時点で、上記で説明したように、アクチュエータ10のアイドル位置は、機械的バイアスまたは電気的オフセットを介して下向きにシフトされ、ここで形成されるダイアフラム要素23sで十分であることに留意されたい。動作中、アクチュエータは下向きにのみ偏向されるため、ダイヤアラムを上側に向ける必要がなく、製造の労力が軽減される。
図13iは、基板要素23sに適用された薄い層から本質的になるさらなるダイアフラ
ム構造22********を示している。所望のアクチュエータの撓みに応じて、ダイアフラム要素222********の層の厚さは、アクチュエータの厚さの範囲内にあってもよい。基板23sは、ダイアフラム構造として追加的に機能することができる(しかし、そうである必要はない)、ダイアフラム構造22*********と同一平面にあるか、オフセットを含む
ことができる。
さらなる実施形態は、図14aから図14cに関して説明され、そこでは、マイクロメカニカル音響変換器は、さらなる基板220a、220b、および220c(蓋)によって強化される。実施形態によれば、さらなる基板220a、220b、220cは、ダイアフラム構造を形成する。
図14aは、屈曲アクチュエータ10が蓋220a内、または蓋内空間220aによって画定される部屋内で振動できるように、屈曲アクチュエータ10のキャビティ23kの上の基板23s上に配置される蓋として構成される基板220aおよびキャビティ23を示す。蓋220aは、自由端とは反対側に配置されており、蓋220aの内側壁は、スリット140によって端部10eから分離されている。この実施形態では、蓋220aが完全に閉じているので、曲げアクチュエータ10は、例えばキャビティ23kを通して音を発する。
この実施形態では、上記のすべての実施形態またはそれらの説明において、音が基板から放出されることが本質的に想定されることに留意されたい。明らかに、実施形態によれば、音が基板または基板のキャビティを通って導出されることも考えられる。
この時点で、図14aは基板220aの断面を示していることに留意されたい。ここで、さらなる基板は、(後部)容積または一般的にそのためのカバーを提供するために、屈曲アクチュエータ10の周りに、例えば円形または角度をなして伸びている。製造の観点から、例えば、蓋220aは、第2の構造基板(すなわち、キャビティを有する基板)(参照番号221kを参照)によって製造され得ることに留意されたい。次に、この第2の基板は、屈曲アクチュエータ10を有する基板上に適用され、キャビティ221kが少なくとも領域(スリット140の領域)でキャビティ23と同一平面になるようにする。
図14bは、変更された蓋220bを有するさらなる実施形態を示し、残りの構造は同じアクチュエータ10および基板23sに対応する。蓋220bは、任意の音口部222oまたは222sを備えるという点で蓋220aとは異なる。音口部222oまたはいくつかの音口部222oは、蓋220b上の主表面に適用され、一方、開口部222sは横方向に設けられる。実施形態によれば、開口部222oまたは開口部222sのいずれか1つの開口部が設けられていれば十分であることに留意されたい。キャビティ221k内の密閉空気容積は、これらの開口部222oまたは222sによって換気され得る。開口部は、音が出るために使用されるか、または圧力の均等化を可能にする。複数の開口部が一緒になって、アクチュエータを機械的影響やほこりから保護する1つまたは複数のグリ
ッド構造を形成する場合がある。
図14cは、開口部222oを有する蓋220cを備えたさらなる音響変換器を示している。屈曲アクチュエータは、側面開口部232sを含むさらなる基板230s上に提供される。基板230sは、キャビティ230kが閉じられるように、さらなる基板233sまたは蓋233sに適用される。このさらなる基板233sはまた、オプションの音口部233oを備えてもよい。これにより、任意の開口部232s、233o、222oのうちの少なくとも1つを通して閉じられるか、または換気される容積を形成することが可能になる。容積は、キャビティ221kおよび230kによって本質的に形成され、少なくとも1つまたは幾つかの開口部を介して開いている。開口部は、音を出すまたは圧力バ
ランスを可能にするために使用される。幾つかの開口部が協働して、機械的影響および塵埃からアクチュエータ10を保護する1つまたは幾つかのグリッド構造を形成してもよい。
続いて、図10の形状と比較して強化された異なるアクチュエータの形状が、図15aから15hを参照して説明される。例示では、アクチュエータには参照番号100または100_1から100_4が提供され、一方、ダイアフラムには参照番号225が提供される。参照番号140を備えた結合スリットは、常にアクチュエータとダイアフラムとの間に伸びている。実施形態では、アクチュエータの幾何学的形状を任意の方法で組み合わせることができることに留意すべきである(例えば、円形または三角形のアクチュエータを備えた図15f)。
図15aは、丸いアクチュエータ100の上面図を示し、一方、図15bは、三角形のアクチュエータ100の上面図を示す。図15c、15d、および15eに基づいて例示的に示されるように、同じまたは異なるアクチュエータ100を任意の方法で組み合わせることができる。
図15cは、長方形の表面積を一緒に記述する三角形のアクチュエータ100_1~100_4を示しており、4つのアクチュエータ100_1~100_4は、十字形に配置されたダイアフラム構造225によって分離されている。スリット145は、アクチュエータ100_1~100_4とダイアフラム構造225との間に再び設けられる。あるいは、3、5、6・・・クチュエータを使用した配置も考えられる。さらに、全表面積は必ずしも長方形である必要はなく、多角形であってもよいことに留意されたい。
図15dは、長方形を記述する2つの対向する長方形のアクチュエータ100_5および100_6を示す。長方形のアクチュエータ100_5および100_6はそれぞれ、関連するスリット140を備えたH字形のダイアフラム225によって制限される3つの自由端を形成する。
図15eは、図15cと同様に、スリット140を有する十字形ダイアフラム225によって分離された4つの断面十字形のアクチュエータ100_7から100_10を示す。図15cの変形例では、各三角形アクチュエータ100_1~100_4の斜辺がクランプインされているのに対し、図15eの実施形態では、各断面円弧形の100_7~100_10が固定クランプインされている。あるいは、3、5、6・・・アクチュエータを使用した配置も考えられる。加えて、総表面積は必ずしも長方形である必要はなく、多角形であってもよいことに留意されたい。
図15f、図15gおよび図15hに基づいて示されるように、異なるアクチュエータを組み合わせることにより、例えば、多方向システムを実現することができる。
例えば、図15fは、3つの異なる形状であるが長方形のアクチュエータ100_11~100_13を組み合わせ、それぞれが4つの側面のうちの1つに固定され、4つの側面のうち3つが自由端を形成する。スリット140を用いてアクチュエータ100_11~100_13を分離する迷路状のダイアフラム225が、自由端の間に設けられている。たとえば、すべてのアクチュエータ100_11から100_13のサイズ(表面積)は異なるため、異なる周波数範囲に設定できる。
図15gは、2つのアクチュエータ100_14および100_15を示しており、第1のアクチュエータ100_14は長方形の小さなアクチュエータである。より大きなアクチュエータ100_15も長方形であるが、他のアクチュエータ100_14用の凹部
100_15aを備えている。凹部100_15aは、2つのアクチュエータが同じ側に固定されるように配置される。これらのアクチュエータ100_14および100_15は、2つのアクチュエータ100_14と100_15との間に設けられたスリット140により、それらの動きを分離することができる。例えば、より大きなアクチュエータ100_15は、低音域に使用されてもよく、一方、内部アクチュエータ100_14は、高音域に使用されてもよい。
図15hは、アクチュエータ100_14および100_15の同様の構造を示しており、2つのアクチュエータ100_14および100_15のスリット140による分離に加えて、さらなるダイアフラム225が提供される。両方の実施形態(図15gおよび図15h)は、スリット140を含むダイアフラム225が、小さなアクチュエータ100_14が配置される凹部100_15aを有する大きなアクチュエータ100_15の少なくとも自由端に沿って配置されるという共通点を有する。より大きなおよびより小さなアクチュエータのそのような内部インターリーブ配置または提供により、一般に、異なるアクチュエータで異なる周波数範囲をカバーすることが可能になる。
図16は、少なくとも1つの自由側面10f**(ここでは2)を含む、2つの側面またはいくつかの側面(領域10e1および10e2を参照)で締め付けられた屈曲アクチュエータ10**の概略上面図を示す。上で説明したように、この自由側面10f**は、対向するダイアフラム22**(ここでは説明した変形例では2)とその間に配置されたスリット14**によって音響的に分離することができる。
上記の実施形態では、音を発するための音響変換器(スピーカ)を提供することが特に想定されていたため、「屈曲アクチュエータ」という用語が使用された。明らかに、この原理は、一実施形態による音響変換器がマイクロホンを形成するように逆にすることもでき、ここで、屈曲振動子(屈曲アクチュエータを参照)は励起されるように構成されている。例えば空気により、(例えば垂直に)振動して電気信号を出力する(一般に周囲の音響波を検出する)。さらなる実施形態は、上述の概念に基づいて、拡声器およびマイクロホンを含むデバイスを作成する。ここで、2つのデバイスは同じ基板上に形成されてもよく、これも製造の観点から有利である。

参考文献
[Hou13] Houdouin et., Acoustic vs electric power response of a high-performance MEMS microspeaker, IEEE SENSORS 2014
[Dej12] Dejaeger et al., Development and Characterization of a Piezoelectrically Actuated MEMS Digital Loundspeaker, Procedia Engineerring 47 (2012) 184-187
[Gla13] Glacer et al., Reversible acoustical transducers in MEMS technology, Proc.DTIP 2013,
[Yi09] Yi et al., Performance of packaged piezoelectric microspeakers depending on the material properties, Proc. MEMS 2009, 765-768

Claims (55)

  1. 基板に据え付けられたマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)であって、
    前記マイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)は、
    前記基板の平面に沿って延在し、自由端(10f)または自由側面を備え、音を発するまたは受信するために励起されて垂直に振動するように構成される、第1の屈曲振動子(10)と、
    前記第1の屈曲振動子(10)に対して垂直に延在するダイアフラム要素(22)であって、前記ダイアフラム要素は、スリット(14)を介して、前記第1の屈曲振動子(10)の前記自由端(10f)または前記自由側面から分離される、マイクロメカニカル音響変換器。
  2. 前記ダイアフラム要素(22)は、前記基板の前記平面を越えて伸びている、請求項1に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  3. 前記ダイアフラム要素(22)は、前記基板の不動領域を越えて伸びている、請求項2に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  4. 前記第1の屈曲振動子(10)は励起させて前記基板の平面外で振動するようにすることができる、または励起させて前記基板の平面に垂直に振動するようにすることができる、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  5. 前記ダイアフラム要素(22)の高さは、線形動作における前記第1の屈曲振動子(10)の最大撓み量または前記第1の屈曲振動子(10)の最大弾性撓み量の少なくとも50%または少なくとも100%、あるいは、前記スリット(14)の幅の少なくとも3倍、または前記屈曲振動子(10)の厚さの少なくとも1倍、または前記屈曲振動子(10)の長さの少なくとも0.1%または1%である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  6. 前記第1の屈曲振動子(10)に垂直に延在する前記ダイアフラム要素(22)を含み、前記ダイアフラム要素は、前記スリット(14)を介して、第1の屈曲振動子(10)の可動側面から分離されている、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  7. 前記ダイアフラム要素(22)は、その断面に様々な幾何形状を含む、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  8. 前記幾何形状は、前記屈曲振動子(10)が垂直に振動すると、前記自由端の移動経路に沿って前記屈曲振動子(10)に対向する表面領域が湾曲または傾斜するように変化する、請求項7に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  9. 前記ダイアフラム要素(22)は、前記屈曲振動子(10)のための機械的止め部を含む、請求項7または請求項8に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  10. 前記ダイアフラム要素(22)は、前記基板の平面外および前記基板の平面内に非対称に延在する、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  11. 前記ダイアフラム要素(22)は、前記基板の平面外および前記基板の平面内に対称的に伸びている、および/または、前記屈曲振動子(10)のアイドル位置に基づいて、前記ダイアフラム要素(22)は、前記基板の平面外および前記基板の平面内に同じ高さの拡張を含む、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  12. 前記基板は、前記基板内のダイアフラム構造または前記基板内の前記ダイアフラム構造の一部を形成する、請求項1~請求項11のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器トランスデューサ(1、1’、1’’)。
  13. 前記マイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)は、前記基板の前記第1の屈曲振動子(10)の領域に配置される蓋を含み、少なくとも前記第1の屈曲振動子(10)および前記ダイアフラム要素(22)は、前記蓋または前記第1の基板(233s)によって覆われるようになっている、請求項1~請求項12のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  14. 前記蓋(220a、220b、220c)が前記ダイアフラム要素(22)を形成する、請求項13に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  15. 前記蓋に1つ以上の開口部を含む、および/または、前記マイクロメカニカル音響変換器は前記基板に1つ以上の音口部を含む、請求項13または14に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  16. 前記マイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)は、前記自由端を備えた第2の屈曲振動子(12)を含み、前記第2の屈曲振動子(12)は前記第1の屈曲振動子(10)と相互平面(e1)に配置され、そして、前記ダイアフラム要素(22)は、前記第1の屈曲振動子(10)の前記自由端と前記第2の屈曲振動子(12)の前記自由端との間に配置されている、請求項1~請求項15のいずれかの1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  17. 前記自由端(12f)を備える第2の屈曲振動子(12)であって、前記第1の屈曲振動子(10)と相互平面(e1)に配置されて、前記第1の屈曲振動子(10)の前記自由端(10f)が、スリット(14)を介して、前記第2の屈曲振動子(12)の前記自由端(10f)から分離されるようになっている第2の屈曲振動子(12)を含み、前記第2の屈曲振動子(12)は、前記第1の屈曲振動子(10)の垂直振動と同相で励起される、請求項1~請求項16のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  18. 前記第1および前記第2の屈曲振動子(10、12)は同じタイプの屈曲振動子である、請求項17に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  19. 前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(12)は、平面、台形または長方形の屈曲振動子である、請求項1~請求項18のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  20. 前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(10、12)は、断面が三角形または円形、または丸みを帯びた屈曲振動子である、請求項1~請求項19のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  21. 自由端が前記第1および/または第2の屈曲振動子(10、12)の前記自由端(10
    f、12f)から前記スリット(14)を介して分離されるように、互いの表面領域に配置された1つ以上のさらなる屈曲振動子を含み、前記少なくとも1つのさらなる屈曲振動子は、前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(10、12)の垂直振動と同位相で垂直に振動するように励起される、請求項17~請求項20のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  22. 前記第1および前記第2の屈曲振動子(12)を、励起されて同相で垂直に振動するように駆動するコントローラを含む、請求項17~請求項21のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  23. 前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(12)の垂直振動および/または位置を感知するように構成されたセンサーシステムを含む、請求項1~請求項22のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  24. 前記スリット(14)は、前記第1の屈曲振動子(10)の表面積の10%未満、または5%未満、または1%未満、または0.1%未満、または0.01%未満である、請求項1~請求項23のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  25. 前記偏向時に、前記スリット(14)は、前記第1の屈曲振動子(10)の表面積の15%未満であるか、または10%、5%、1%、0.1%または0.01%未満である、請求項1~請求項24のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  26. 前記スリット(14)は前記第1の屈曲振動子(10)のアイドル状態で存在する、請求項1~請求項25のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  27. 前記第1の屈曲振動子(10)は、前記基板および/またはベース要素に対向する1つまたは複数の側面に固定される、請求項1~請求項26のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  28. 前記第1の屈曲振動子(10)または前記第2の屈曲振動子(12)は、それぞれ、各屈曲振動子を形成するために直列に接続された第1および第2の屈曲要素を含む、請求項1~請求項27のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  29. 前記第1の屈曲要素は固定端と自由端(10f)を含み、前記第2の屈曲要素は、その固定端で第1の屈曲振動子(10)の前記自由端(10f)を固定し、前記自由端(10f)で前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(12)の前記自由端(10f、12f)を形成する、請求項28に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  30. 前記第1の屈曲要素は、可撓性要素を介して前記第2の屈曲要素に接続される、請求項28または請求項29に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  31. 前記マイクロメカニカル音響変換器はフレームを含む、請求項28~請求項30のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  32. 前記フレームは前記第1の屈曲要素と前記第2の屈曲要素との間の移行領域に配置され
    る、請求項31に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  33. 前記第1の屈曲要素および前記第2の屈曲要素は異なる制御信号で駆動され得る、請求項28~請求項32のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  34. 基板に据え付けられたマイクロメカニカル音響変換器を製造する方法であって、前記マイクロメカニカル音響変換器は、前記基板の平面に沿って延在する第1の屈曲振動子(10)と、前記第1の屈曲振動子に垂直に延在するダイアフラム要素(22)とを有し、
    前記方法は、
    層を構築するステップであって、前記層の構築は、前記第1の屈曲振動子(10)が自由端(10f)または自由側面を含み、且つ音を発するまたは受信するために垂直に振動して励起されるように構成されるように、前記第1の屈曲振動子(10)を形成する、層を構築するステップ、および
    前記第1の屈曲振動子(10)の前記層を越えて伸び、スリット(14)を介して、前記第1の屈曲振動子(10)の前記自由端(10f)から分離されるように、前記垂直なダイアフラム要素(22)を実現するステップを含む、方法。
  35. 第1の屈曲振動子(10)を備えたマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)であって、自由端(10f)または自由側面を有するマイクロメカニカル音響変換器は、励起されて、音を発するかまたは受信するために、垂直に振動するように構成され、
    前記第1の屈曲振動子(10、12)は、前記第1の屈曲振動子を形成するために直列に接続された第1および第2の屈曲要素を含み、前記第1の屈曲要素は第1の制御信号で駆動され、前記第2の屈曲要素は第2の制御信号で駆動される、マイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  36. 前記第1の制御信号は前記第2の制御信号とは異なる、請求項35に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  37. 前記第1の制御信号および前記第2の制御信号は相互の元の信号から導出され、前記第1の制御信号は前記第2の制御信号に対して修正される、請求項36に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  38. 前記第1の制御信号は、前記第2の制御信号とは異なるまたは部分的に重複する周波数範囲を含み、前記第1の制御信号および前記第2の制御信号は相互の元の信号から導出され、前記第1の制御信号は、前記第2の制御信号とは異なる周波数フィルタリングを受けている、請求項36または請求項37に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  39. 前記第1の制御信号は、前記第2の制御信号よりも低い周波数範囲を含む、請求項38に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  40. 自由端(12f)を備え、前記第1の屈曲振動子(10)と相互平面(e1)に配置される第2の屈曲振動子(12)を含み、前記第2の屈曲振動子(10、12)は、直列に接続されて前記第2の屈曲振動子を形成する第1および第2の屈曲要素(10、12)を含む、請求項35~請求項39のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  41. 前記第1の屈曲要素は、固定端と自由端を含み、前記第2の屈曲要素は、そのクランプされた端部で前記第1の屈曲振動子(10)の自由端と接触し、その自由端で前記第1お
    よび/または前記第2の屈曲振動子(10,12)の自由端(10f、12f)を形成する、請求項35~請求項40のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  42. 前記第1の屈曲要素は、可撓性要素を介して前記第2の屈曲要素に接続される、請求項35~請求項41のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  43. 前記マイクロメカニカル音響変換器はフレームを含む、請求項35~請求項42のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  44. 前記フレームは、前記第1の屈曲要素と前記第2の屈曲要素との間の移行領域に配置される、請求項43に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  45. 前記第1の屈曲要素および前記第2の屈曲要素は異なる制御信号で駆動される、請求項35~請求項44のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  46. 前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(10、12)は、平面、台形または長方形の屈曲振動子である、請求項35~請求項45のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  47. 前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(12)は、断面の形状が三角形または円形の屈曲振動子である、請求項35~請求項46のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  48. 自由端がスリット(14)を介して第1および/または前記第2の屈曲振動子(12)の自由端(10f、12f)から分離されるように相互平面に配置された1つまたは複数のさらなる屈曲振動子を含み、少なくとも1つのさらなる屈曲振動子(12)は、前記第1および/または前記第2の屈曲振動子(10、12)の垂直振動と同位相で垂直に振動するように励起される、請求項35~請求項47のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  49. 前記スリット(14)は、前記第1の屈曲振動子(10)の表面の10%未満、5%未満、1%未満、0.1%未満、または0.01%未満である、請求項35~請求項48のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  50. 偏向させると、前記スリット(14)は、第1の屈曲振動子(10)の面積の15%未満、または10%、5%、1%または0.1%未満、あるいは0.01%未満である、請求項35~請求項49のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  51. マイクロメカニカル音響変換器を製造する方法であって、前記マイクロメカニカル音響変換器は、第1の屈曲振動子(10)を含み、
    前記方法は、
    前記第1の屈曲振動子(10)が自由端(10f)を含むように、それぞれ第1および第2の屈曲要素を有する前記第1の屈曲振動子(10)を少なくとも形成する第1の層を相互平面(e1)に設けるステップと、
    前記それぞれの第1の屈曲要素を前記それぞれの第1の屈曲振動子の第2の屈曲要素に接続するステップと、を含む、請求項35~請求項50のいずれか1項に記載のマイクロ
    メカニカル音響変換器を製造する方法。
  52. 2つの屈曲振動子(10)は、基板(23s)に対向して固定端で配置され、前記2つの屈曲振動子のうちの第1の屈曲振動子の幾何学的形状は、前記2つの屈曲振動子(10)のうちの第2の屈曲振動子の幾何学的形状に含まれるまたは取り囲まれる、請求項1~請求項33または請求項35~請求項50のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  53. 前記2つの屈曲振動子(10)のうちの第2の屈曲振動子は、前記2つの屈曲振動子(10)の第1の屈曲振動子のための凹部を含む、請求項52に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  54. 前記2つの屈曲振動子は、スリットまたはダイアフラムを伴うスリットを介して分離されている、請求項52または請求項53に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
  55. 前記2つの屈曲振動子は、2つの異なる制御信号または2つの異なる周波数範囲についての2つの制御信号で駆動され得る、請求項52、請求項53または請求項54に記載のマイクロメカニカル音響変換器(1、1’、1’’)。
JP2022189513A 2017-05-26 2022-11-28 マイクロメカニカル音響変換器 Pending JP2023029908A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017208911.3 2017-05-26
DE102017208911.3A DE102017208911A1 (de) 2017-05-26 2017-05-26 Mikromechanischer Schallwandler
PCT/EP2018/063961 WO2018215669A2 (de) 2017-05-26 2018-05-28 Mikromechanischer schallwandler
JP2019565478A JP7303121B2 (ja) 2017-05-26 2018-05-28 マイクロメカニカル音響変換器

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019565478A Division JP7303121B2 (ja) 2017-05-26 2018-05-28 マイクロメカニカル音響変換器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023029908A true JP2023029908A (ja) 2023-03-07

Family

ID=62530200

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019565478A Active JP7303121B2 (ja) 2017-05-26 2018-05-28 マイクロメカニカル音響変換器
JP2022189513A Pending JP2023029908A (ja) 2017-05-26 2022-11-28 マイクロメカニカル音響変換器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019565478A Active JP7303121B2 (ja) 2017-05-26 2018-05-28 マイクロメカニカル音響変換器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11350217B2 (ja)
EP (3) EP3632135B1 (ja)
JP (2) JP7303121B2 (ja)
CN (2) CN116668926A (ja)
DE (1) DE102017208911A1 (ja)
WO (1) WO2018215669A2 (ja)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019201744B4 (de) 2018-12-04 2020-06-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mems-schallwandler
EP3675522A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-01 Sonion Nederland B.V. Miniature speaker with essentially no acoustical leakage
JP2020136800A (ja) * 2019-02-15 2020-08-31 新日本無線株式会社 圧電素子
DE102019116080A1 (de) * 2019-06-13 2020-12-17 USound GmbH MEMS-Schallwandler mit einer aus Polymer ausgebildeten Membran
JP7522541B2 (ja) * 2019-07-12 2024-07-25 日清紡マイクロデバイス株式会社 圧電素子
US11042346B2 (en) * 2019-07-30 2021-06-22 International Business Machines Corporation Artificial cochlea
DE102019218769A1 (de) * 2019-12-03 2020-11-19 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung
JP7433870B2 (ja) 2019-12-04 2024-02-20 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド 表示装置及び情報処理装置
US11202138B2 (en) * 2020-03-05 2021-12-14 Facebook Technologies, Llc Miniature high performance MEMS piezoelectric transducer for in-ear applications
CN111328005B (zh) * 2020-03-10 2021-09-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 压电式mems麦克风
WO2021220566A1 (ja) * 2020-04-30 2021-11-04 株式会社村田製作所 圧電デバイス
US11399228B2 (en) * 2020-07-11 2022-07-26 xMEMS Labs, Inc. Acoustic transducer, wearable sound device and manufacturing method of acoustic transducer
US11884535B2 (en) * 2020-07-11 2024-01-30 xMEMS Labs, Inc. Device, package structure and manufacturing method of device
US11972749B2 (en) * 2020-07-11 2024-04-30 xMEMS Labs, Inc. Wearable sound device
US12088988B2 (en) * 2020-07-11 2024-09-10 xMEMS Labs, Inc. Venting device and venting method thereof
US11323797B2 (en) * 2020-07-11 2022-05-03 xMEMS Labs, Inc. Acoustic transducer, wearable sound device and manufacturing method of acoustic transducer
US12028673B2 (en) 2020-07-11 2024-07-02 xMEMS Labs, Inc. Driving circuit and wearable sound device thereof
US12022253B2 (en) * 2020-07-11 2024-06-25 xMEMS Labs, Inc. Venting device
CN213342677U (zh) * 2020-09-27 2021-06-01 瑞声科技(南京)有限公司 一种压电式麦克风
IT202000024469A1 (it) * 2020-10-16 2022-04-16 St Microelectronics Srl Trasduttore ultrasonico microlavorato piezoelettrico
US20240128928A1 (en) * 2021-01-14 2024-04-18 xMEMS Labs, Inc. Demodulation Signal Generator for Air Pulse Generator
US12075213B2 (en) * 2021-01-14 2024-08-27 xMEMS Labs, Inc. Air-pulse generating device
US20230292058A1 (en) * 2021-01-14 2023-09-14 xMEMS Labs, Inc. Air-Pulse Generating Device Producing Asymmetric Air Pulses
US20230300539A1 (en) * 2021-01-14 2023-09-21 xMEMS Labs, Inc. Air-Pulse Generating Device with Efficient Propagation
US11943585B2 (en) * 2021-01-14 2024-03-26 xMEMS Labs, Inc. Air-pulse generating device with common mode and differential mode movement
DE102021201784A1 (de) 2021-02-25 2022-08-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein MEMS-Schallwandler-Array
JP7452476B2 (ja) 2021-03-10 2024-03-19 株式会社デンソー 圧電素子、圧電装置、および圧電素子の製造方法
DE102021202573B3 (de) 2021-03-16 2022-07-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Mems-schallwandler mit ausnehmungen und auskragungen
DE102021203360A1 (de) 2021-04-01 2022-10-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Mems-schallwandler
US20240022859A1 (en) * 2021-05-11 2024-01-18 xMEMS Labs, Inc. Package structure, apparatus and forming methods thereof
US11711653B2 (en) 2021-05-11 2023-07-25 xMEMS Labs, Inc. Sound producing cell and manufacturing method thereof
US20220408195A1 (en) * 2021-06-17 2022-12-22 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic devices with residual stress compensation
CN113365196B (zh) * 2021-07-05 2023-06-02 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 Mems扬声器及mems扬声器制造方法
CN113852897A (zh) * 2021-08-02 2021-12-28 天津大学 压电mems扬声器及其设计方法、电子设备
WO2023010247A1 (zh) * 2021-08-02 2023-02-09 天津大学 压电mems扬声器及其设计方法、电子设备
DE102021130035A1 (de) * 2021-11-17 2023-05-17 USound GmbH MEMS-Schallwandler mit einer gekrümmten Kontur eines Kragarmelements
CN114339552A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 一种发声装置
CN114513729B (zh) * 2022-01-07 2023-07-07 华为技术有限公司 电子设备及声学换能器
US20230270010A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-24 Apple Inc. Piezoelectric mems valve for an electronic device
DE102022203173A1 (de) 2022-03-31 2023-10-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein MEMS-Schallwandler
IT202200007043A1 (it) * 2022-04-08 2023-10-08 St Microelectronics Srl Trasduttore elettroacustico microelettromeccanico a membrana
EP4376442A3 (en) * 2022-04-08 2024-08-14 STMicroelectronics S.r.l. Membrane microelectromechanical electroacustic transducer
EP4283609A1 (en) * 2022-05-28 2023-11-29 xMEMS Labs, Inc. Air-pulse generating device
DE102022210125A1 (de) 2022-09-26 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanische Schallwandlervorrichtung und entsprechendes Schallwandlungsverfahren
US12063470B1 (en) 2023-02-10 2024-08-13 xMEMS Labs, Inc. Acoustic package structure and covering structure
DE102023203237A1 (de) 2023-04-06 2024-10-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Mems-schallwandler
DE102023203467A1 (de) 2023-04-17 2024-10-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikroelektromechanische Aktuatorstruktur, Bauelement
CN117729500B (zh) * 2024-02-08 2024-04-30 成都纤声科技有限公司 一种声学压电结构、声学传感器和电子设备

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6496351B2 (en) 1999-12-15 2002-12-17 Jds Uniphase Inc. MEMS device members having portions that contact a substrate and associated methods of operating
WO2003017717A2 (en) 2001-08-17 2003-02-27 Carnegie Mellon University Method and apparatus for reconstruction of soundwaves from digital signals
US7003125B2 (en) 2001-09-12 2006-02-21 Seung-Hwan Yi Micromachined piezoelectric microspeaker and fabricating method thereof
WO2004018980A2 (en) 2002-08-20 2004-03-04 The Regents Of The University Of California Optical waveguide vibration sensor for use in hearing aid
JP4715236B2 (ja) * 2005-03-01 2011-07-06 株式会社デンソー 超音波センサ装置
WO2007029878A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 Yamaha Corporation Capacitor microphone
EP3525483B1 (en) 2007-11-21 2021-06-02 Audio Pixels Ltd. Improved loudspeaker apparatus
JP5707323B2 (ja) 2008-06-30 2015-04-30 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミシガンThe Regents Of The University Of Michigan 圧電型memsマイクロフォン
KR101562339B1 (ko) 2008-09-25 2015-10-22 삼성전자 주식회사 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법
EP2254353B1 (de) * 2009-05-19 2017-07-05 Sivantos Pte. Ltd. Hörvorrichtung mit einem Schallwandler und Verfahren zum Herstellen eines Schallwandlers
KR101561663B1 (ko) 2009-08-31 2015-10-21 삼성전자주식회사 피스톤 다이어프램을 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법
FR2955443B1 (fr) 2010-01-19 2012-03-23 Univ Maine Structure de haut-parleur electrodynamique a technologie mems
DE102010009453A1 (de) 2010-02-26 2011-09-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Schallwandler zum Einsetzen in ein Ohr
CN101841756A (zh) 2010-03-29 2010-09-22 瑞声声学科技(深圳)有限公司 振膜及应用该振膜的硅电容麦克风
EP2669648A4 (en) * 2011-01-28 2017-03-01 The University of Tokyo Differential pressure sensor
CN103460721B (zh) 2011-03-31 2017-05-24 韦斯伯技术公司 具有间隙控制几何形状的声换能器以及声换能器制造方法
FR2990320B1 (fr) 2012-05-07 2014-06-06 Commissariat Energie Atomique Haut-parleur digital a performance amelioree
DE102012107457B4 (de) * 2012-08-14 2017-05-24 Tdk Corporation MEMS-Bauelement mit Membran und Verfahren zur Herstellung
JP6021110B2 (ja) 2012-12-28 2016-11-02 国立大学法人 東京大学 感圧型センサ
US9092585B2 (en) 2013-01-22 2015-07-28 The Procter & Gamble Company Computer based models for absorbent articles
US9212045B1 (en) 2014-07-31 2015-12-15 Infineon Technologies Ag Micro mechanical structure and method for fabricating the same
DE102015210919A1 (de) 2015-06-15 2016-12-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. MEMS-Wandler zum Interagieren mit einem Volumenstrom eines Fluids und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102015213771A1 (de) * 2015-07-22 2017-01-26 Robert Bosch Gmbh MEMS-Bauelement mit schalldruckempfindlichem Membranelement
KR101725728B1 (ko) * 2016-05-30 2017-04-13 김중배 모션 피드백 기능을 갖는 차동 스피커 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP4247006A3 (de) 2023-12-27
DE102017208911A1 (de) 2018-11-29
US11350217B2 (en) 2022-05-31
JP2020522178A (ja) 2020-07-27
CN116668926A (zh) 2023-08-29
EP3632135B1 (de) 2023-08-02
WO2018215669A3 (de) 2019-01-24
CN111034223A (zh) 2020-04-17
US20200100033A1 (en) 2020-03-26
EP4247005A3 (de) 2023-12-06
JP7303121B2 (ja) 2023-07-04
WO2018215669A2 (de) 2018-11-29
EP3632135A2 (de) 2020-04-08
EP4247005A2 (de) 2023-09-20
EP4247006A2 (de) 2023-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7303121B2 (ja) マイクロメカニカル音響変換器
US10349182B2 (en) Micromechanical piezoelectric actuators for implementing large forces and deflections
US11554950B2 (en) MEMS transducer for interacting with a volume flow of a fluid, and method of producing same
KR102036429B1 (ko) 유체의 체적 흐름과 상호 작용하는 mems 트랜스듀서 및 그 제조 방법
JP6870150B2 (ja) 二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク
US10244316B2 (en) System and method for a pumping speaker
US20170201192A1 (en) System and Method for a Variable Flow Transducer
JP2023511538A (ja) 改良された性能を有するmemsトランスデューサ
CN113614022A (zh) 具有大流体有效表面的mems
US11950070B2 (en) Sound production device
WO2016107975A1 (en) Piezoelectric mems transducer
US20240048899A1 (en) Mems sound transducer
JP2006237792A (ja) 圧電型音響変換装置
KR101610128B1 (ko) 마이크로폰 및 그 제조방법
Glacer et al. Silicon microspeaker with out-of-plane displacement
US12069455B2 (en) Process of fabricating lateral mode capacitive microphone including a capacitor plate with sandwich structure
US20220380200A1 (en) Mems device, assembly comprising the mems device, and methods for operating the mems device
JP2016144046A (ja) 音響センサ
WO2024051509A1 (zh) 具有可拉伸膜的mems扬声器、其制造方法以及包括其的电子设备
US20240340597A1 (en) Mems sound transducer
KR101066102B1 (ko) 마이크로 스피커 및 그의 제조 방법
Jamal Piezoelectric MEMS microspeakers for in-ear applications

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240206

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240430

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20241001