JP6668385B2 - 流体の体積流と相互作用するmemsトランスデューサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
ΔV≒(2×2mm2)×50%×(2×7.5μm)/2=15×10〜3mm3 (式1)
または
ΔV/有効面積=ΔV/A=ΔV/4mm2=3.75×10〜3mm (式2)
A(ω)≒F0/k (式4)
ω0〜まで変化させるが、振動の振幅は変わらないままである。屈曲アクチュエータがその固有振動数の範囲内で動作されると、状況は異なって見える。ω≒ω0の場合、式3の根の第1の項は第2の項に関して無視され、以下が適用される。
A(ω)≒F0/(cω0〜) (式5)
屈曲アクチュエータ:長さ:1mm、高さ:30μm、幅:10μm
Claims (83)
- 流体の体積流(12)と相互作用するMEMSトランスデューサであって、キャビティ(16)を備える基板(14)と、前記キャビティ(16)内で前記基板(14)に接続され、横運動方向(24)に沿って変形可能な変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備える電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)と、を含み、
前記横運動方向(24)に沿った前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の変形と前記流体の前記体積流(12)とが因果関係にあり、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形は、前記基板(14)に対して面内の前記変形可能要素の湾曲であり、
前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)は、圧力嵌めまたは形状嵌合の様式で前記基板(14)に接続され、かつ/または
前記変形可能要素は、能動的な屈曲バーを含み、前記流体の前記体積流(12)に接触するように構成され、かつ/または
前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)が変形している間に、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)の第1の側部から第2の側部へ前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)を回流する流体流(57)の延伸は、前記キャビティ(16)内の前記体積流(12)の延伸よりも小さい、MEMSトランスデューサ。 - 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)は、圧力嵌めまたは形状嵌合の様式で前記基板(14)に接続される、請求項1に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素は、能動的な屈曲バーを含み、前記流体の前記体積流(12)に接触するように構成されている、請求項1または2に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、電気的駆動(129a)に応答して、前記キャビティ(16)内の前記流体の運動を因果的に引き起こし、および/または、前記キャビティ(16)内の流体の運動に応答して、電気的信号(129b)を因果的に提供するように構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサは、前記基板(14)に接続されており、各々が前記横運動方向(24)に沿って変形可能な要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備える第1の電気機械トランスデューサおよび第2の電気機械トランスデューサ(18b〜e)を備え、前記要素は、前記横運動方向(24)に沿って変形されるように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)および前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)は、第1の時間間隔の間は互いに向かって運動し、第2の時間間隔の間は互いから外方に運動するように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)と前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)との間のサブキャビティ(42a、42b)の容積は、前記第1の時間間隔と前記第2の時間間隔との間で可変である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサは、前記基板(14)に接続されており、各々が前記横運動方向(24)に沿って変形可能な要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備える複数の電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)を備え、第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)と第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)との間に第1のサブキャビティ(42a、42b)が配置されており、前記第2の電気機械トランスデューサ(18b、18d)と第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)との間に第2のサブキャビティ(38a、38b)が配置されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1の電気機械トランスデューサ、前記第2の電気機械トランスデューサおよび前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18b、18c)は、電気駆動(129a)に応答して前記キャビティ(16)内の前記流体の運動を因果的に引き起こすように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサおよび前記第2の電気機械トランスデューサ(18b、18d)は、第1の周波数で前記第1のサブキャビティの容積を変化させるように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)および前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)は、第2の周波数で前記第2のサブキャビティの容積を変化させるように構成されている、請求項6に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1のサブキャビティおよび前記第2のサブキャビティは、互いに異なる共振周波数を含む、請求項6または7に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1の電気機械トランスデューサおよび前記第2の電気機械トランスデューサ(18b、18d)は、第1の周波数で前記第1のサブキャビティの容積を変化させるように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)および前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)は、第2の周波数で前記第2のサブキャビティの容積を変化させるように構成されている、請求項8に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記体積流(12)および前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形は、前記第1のサブキャビティ(42a、42b)および前記第2のサブキャビティ(38a、38b)の容積の変化と因果関係を有する、請求項6〜9のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1のサブキャビティ(42a、42b)と前記第2のサブキャビティ(38a、38b)との間に配置され、前記前記第1のサブキャビティ(42a、42b)と前記第2のサブキャビティ(38a、38b)との間の流体結合を少なくとも部分的に低減するように構成された壁構造(49)を備える、請求項6〜10のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)および前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)の前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、それぞれ第1の端部および第2の端部を備えるバーアクチュエータ(30)を含み、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)の前記バーアクチュエータ(30)は、前記第1の端部および前記第2の端部において前記基板(14)に接続されており、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)または前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)の前記バーアクチュエータは、前記バーアクチュエータの中央領域において前記基板(14)に接続されている、請求項6〜11のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記基板(14)は、前記キャビティ(16)の複数のサブキャビティ(42a〜b、38a〜c)に接続された複数の開口(26)を備え、各キャビティ(42a〜b、38a〜c)の容積は、前記横運動方向(24)に沿って変形可能な少なくとも1つの要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の偏向状態の影響を受け、サブキャビティ(42a〜b、38a〜c)の隣接する2つの部分容積は、前記第1の時間間隔または前記第2の時間間隔中にサイズが相補的に増大または減少することができる、請求項6〜12のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記基板(14)は、前記キャビティ(16)の複数のサブキャビティ(42a〜b、38a〜c)に接続された複数の開口(26)を備え、各キャビティ(42a〜b、38a〜c)の容積は、前記横運動方向(24)に沿って変形可能な少なくとも1つの要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の偏向状態の影響を受け、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形に基づいて、および、前記サブキャビティ(42a〜b、38a〜c)に基づいて得られる音圧レベルの値は、関数として表すことができる、それぞれの前記サブキャビティ(42a〜b、38a〜c)を出入りする前記体積流(12)の周波数との接続を含む、請求項6〜12のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記体積流(12)の前記周波数は、前記流体内の圧力の周波数依存経過を表す、請求項14に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記基板(14)の開口(26)に隣接する第1のサブキャビティ(42a、42b)は、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)の前記バー構造(30)と、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)の前記バー構造(30)との間に配置される、請求項1〜15のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)および前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)の前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、各々第1の端部および第2の端部を備えるバーアクチュエータ(30)を含み、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)の前記バーアクチュエータ(30)は、前記第1の端部および前記第2の端部において前記基板(14)に接続されており、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)または前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)の前記バーアクチュエータは、前記バーアクチュエータの中央領域において前記基板(14)に接続されており、前記基板(14)の開口(26)に隣接する第1のサブキャビティ(42a、42b)が、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)の前記バー構造(30)と、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)の前記バー構造(30)との間に配置されている、請求項6〜11のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1の電気機械トランスデューサの第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)、および、前記第2の電気機械トランスデューサの第2の変形可能要素は、前記基板(14)に対して面内に湾曲するように構成されているバー構造(30)を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、能動的に形成され、前記体積流と相互作用するように構成され、または、前記第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)に接続され、剛性であるように構成されているプレート要素(62;62a〜c)が、前記体積流と相互作用するように構成されている、請求項1〜18のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、各々が第2のサブキャビティ部分(96a、96b)の容積にそれぞれ影響を及ぼすように構成されている、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)の軸方向(y)において少なくとも間接的に接続された複数の変形可能要素(22; 22a〜f; 30; 40; 150; 160)を含む、請求項1〜19のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、電気的駆動(129a)に応答して、前記第1のサブキャビティ部分(96a)および前記第2のサブキャビティ部分(96b)内の前記流体の運動を因果的に引き起こすように構成されており、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、互いに異なる周波数で前記第1のサブキャビティ部分(96a)および前記第2のサブキャビティ部分(96b)の容積を変化させるように構成されている、請求項20に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)の容積は、第1の層(32a)、第2の層(32b)、ならびに第1の側部領域(53a)および第2の側部領域(53b)によって影響され、前記第1の領域と前記第2の領域との間に配置され、前記第1の側部領域(53a)および前記第2の側部領域(53b)は、前記第1の層(32a)と前記第2の層(32b)との間に配置され、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、少なくとも1つの部分において前記第1の層(32a)または前記第2の層(32b)に平行な運動を実行する(55)ように構成されている、請求項1〜21のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)が前記第1の層(32a)および前記第2の層(32b)に対して非接触に配置されており、または、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)と前記第1の層(32a)または前記第2の層(32b)との間に低摩擦層が配置されている、請求項22に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサは、層スタックを含み、前記層スタックは、前記第1の層(32a)と、中間層(36)と、前記第1の層(32a)と前記中間層(36)との間に配置されている第1のスペーサ層(34b)と、前記第2の層(32b)と、前記中間層(36)と前記第2の層(32b)との間に配置されている第2のスペーサ層(34b)とを備え、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記中間層(36)に接続されている、請求項22または23に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1のスペーサ層および前記第2のスペーサ層(34a、34b)は、それに沿って前記第1のスペーサ層および前記第2のスペーサ層(34a、34b)が前記中間層(36)に配置される方向(z)に沿った寸法を有し、前記寸法は、少なくとも1nmで最大1mmの範囲、好ましくは少なくとも20nmで最大100μmの範囲、特に好ましくは少なくとも50nmで最大1μmの範囲内の値を含む、請求項24に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)が変形している間に、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)の第1の側部から第2の側部へ前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)を回流する流体流(57)の延伸は、前記キャビティ(16)内の前記体積流(12)の延伸よりも小さい、請求項1〜25のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)を回流する前記流体流(57)の前記延伸は、前記体積流(12)の前記延伸を値10で除算した延伸以下である、請求項26に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記横運動方向(24)に沿って、および、反対方向に沿って変形されるように構成される、請求項1〜27のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)が、バー構造(30)を含み、前記基板に対して面内に湾曲するように構成されている、請求項1〜28のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)が電圧を印加することによって偏向可能である作動方向(59,59’)を含むバイモルフとして構成されている、請求項1〜29のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、この順に配置された第1のバーセグメント(30a)、第2のバーセグメント(30b)および第3のバーセグメント(30c)であって、軸方向(y)に沿って前記順序で配置されており、各々が反対向きの作動方向(59a〜c)を含む、バーセグメントを備える、請求項30に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、第1の変形可能要素および第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を含み、前記第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の外側バーセグメント(30a、30c)および前記第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の外側バーセグメント(30a、30c)は、少なくとも間接的に互いに接続されている、請求項31に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素は、互いに直列に接続された少なくとも3つのバーセグメント(30a〜c)を含み、少なくとも第1のバー要素、第2のバー要素および第3のバー要素(30a、30b、30c)は、反対向きの作動方向(59a〜c)を含み、異なるバー長さを含む、請求項1〜32に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素が2つの側部にクランプ締めされる、請求項33に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記基板(14)がアンカー要素(84)を備え、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の軸延伸方向(y)の中央領域(30b)において、前記アンカー要素(84)に接続されており、または、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記アンカー要素(84)を介して外側バーセグメント(30a、30c)においてさらなる変形可能要素に接続されている、請求項1〜34のいずれか一項に記載のMMESトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;150)は第1の層(112)および第2の層(114)を備え、前記第1の層(112)と前記第2の層(114)との間にスペーサ(116a〜c)が配置されており、前記第1の層(112)と前記第2の層(114)とは、前記スペーサ(116a〜c)を介して接続されており、前記スペーサ(116a〜c)は、前記第1の層(112)と前記第2の層(114)の経過(124)に対して斜めの傾斜方向に配置されており、前記第1の層(112)と前記第2の層(114)との間の引力(F)は、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の屈曲を引き起こす、請求項1〜35のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、バー構造を含み、前記バー構造は、第1の端部および第2の端部において固定的にクランプ締めされる、請求項1〜36のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)が、静電トランスデューサ、圧電トランスデューサ、電磁トランスデューサ、電気力学的トランスデューサ、熱機械トランスデューサまたは磁歪トランスデューサとして形成されている、請求項1〜37のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、静電トランスデューサとして形成され、前記MEMSトランスデューサは、前記変形可能要素(22;160)の軸方向(98)に沿って延伸する第1の電極(126)をさらに備え、前記変形可能要素(22;160)は第2の電極(127)をさらに備え、前記第1の電極(126)と前記第2の電極(127)との間に電位を印加して、前記第1の電極(126)と前記第2の電極(127)との間に静電力(F)を発生させることができ、前記変形可能要素(22;160)は、前記静電力(F)に基づいて前記横運動方向(24)に沿って前記変形を実行するように構成されている、請求項38に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記体積流(12)または前記電位に影響されない前記変形可能要素(22;160)の状態において、前記変形可能要素(22;160)と前記第1の電極(126)との間の距離は、前記変形可能要素(22;160)の前記軸方向(98)に沿って変化し、前記距離は、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)が前記基板(14)への接続を含む領域における最小距離を含む、請求項39に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)と、第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)と、プレート要素(62;62a〜c)とを備え、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記横運動方向(24)に沿って変形されるように構成されており、前記第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)および前記第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記第1の変形可能要素および前記第2の変形可能要素の偏向可能端部(52)が互いに面するように配置され、前記プレート要素(62;62a〜62c)は前記偏向可能な端部(52)に接続され、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形と前記運動方向(24)に沿った前記プレート要素(62;62a〜c)の動きとは因果関係にある、請求項1〜40のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記運動方向(24)に沿ってさらなるプレート要素(62;62a〜c)が配置され、前記プレート要素(62;62a〜62c)と前記さらなるプレート要素(62;62a〜62c)との間に配置された容積(42a)が、前記体積流(12)に基づいて、または前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)の作動に基づいて変更される、請求項41に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、第1の変形可能要素および第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備え、前記第1の変形可能要素および前記第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記第1の変形可能要素および前記第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の軸延伸方向(y)に沿って接続されており、前記第1の変形可能要素と前記第2の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)との間にばね要素(102)が配置されている、請求項1〜42のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記ばね要素(102)は、前記横運動方向(24)に沿って、前記横運動方向(24)に垂直な方向よりも低い剛性を含む、請求項43に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)は、前記基板(14)の横主延伸方向(x)に対して斜めに配置されている、請求項1〜44のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記基板(14)は、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)が前記基板(14)に接続される領域に隣接する基板ばね要素(72a〜b)を備える、請求項1〜45のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、プレート要素(62;62a〜62c)を含み、前記プレート要素(62;62a〜62c)は、前記プレート要素(62;62a〜62c)のプレート表面が前記運動方向(24)に沿って動くように、前記横運動方向(24)に沿って動くように構成されている、請求項1〜46のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記プレート要素(62;62a〜62c)は、電位に接続することができる電極を備え、前記プレート要素(62a〜62c)は、さらなる電極に対向する静電力(F)を生成するように構成されており、前記正電力(F)は、前記横運動方向(24)に沿って前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の変形を引き起こし、または、前記プレート要素(62;62a〜62c)は、前記体積流(12)に基づいて前記横運動方向(24)に沿って前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形を引き起こすように構成されており、前記電位は、前記変形に基づいて影響され得る。請求項47に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)と前記プレート要素(62;62a〜c)との間にばね要素(64a〜b;68)が配置されている、請求項47または48に記載のMEMSトランスデューサ。
- 少なくとも1つのさらなる変形可能要素(40b〜c)が、前記変形可能要素と前記プレート要素(62;62a〜b)との間に配置されており、前記さらなる変形可能要素は、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)のアクチュエータ進行を増大させるように構成される、請求項47〜49のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の、プレート要素(62)から外方に面する側部状に配置されている、前記キャビティ(16)の部分容積(38a)が、前記プレート要素(62)の方向において前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を通って延伸するような、開口(78a)を備える、請求項41〜50のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)は、前記体積流(12)が、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形に基づいて、前記キャビティ(16)からまたは前記キャビティ(16)へと前記横運動方向(24)に対して垂直に流れるように、前記横運動方向(24)に対して垂直に配置されている、前記基板(14)内の開口(26)を備える、請求項1〜51のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記開口(26)は、前記MEMSトランスデューサの外側から前記キャビティ(16)に向かって減少する、軸方向(y)に沿って可変の断面を含む、請求項52に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記開口(26)は、前記MEMSトランスデューサの外側から前記キャビティ(16)に向かって減少する、軸方向(y)に垂直な厚さ方向(z)に沿った可変の断面を含む、請求項52または53に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記第1の変形可能要素および前記第2の変形可能要素が前記開口(26)に隣接して配置されている、請求項51〜54のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)は、前記基板(14)内の開口(26)を含み、前記体積流(12)がバー要素(44)を回流するように、前記開口(26)の領域内に少なくとも1つの前記バー要素(44)が形成される、請求項1〜55のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサは、複数のバー要素(44)を備え、隣接するバー要素(44)は互いに、5μm未満の距離(85)を含む、請求項56に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)は、前記基板(14)内の開口(26)を含み、前記開口(26)の領域内にカバー(43)が配置されている、請求項1〜57のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)は、前記基板(14)内の開口(26)を含み、前記開口(26)の領域内にバルブ構造(85a〜f)が配置されており、前記バルブ構造(85a〜f)は、前記キャビティ(16)外および/または前記キャビティ(16)内への少なくとも1つの方向に沿った前記体積流(12)の前記開口の通過を減少させるように構成されている、請求項1〜58のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記バルブ構造(85a〜f)が能動的に形成されている、請求項59に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素が能動的に形成され、前記バルブ構造(85a〜f)が前記変形可能要素と同じアクチュエータ原理に基づく、請求項60に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記流体流(12)中に圧力パルスが発生するように前記バルブ構造(85a〜f)を駆動するように構成された制御デバイスを含む、請求項60または61に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)からの前記体積流(12)の流出または前記キャビティ(16)への前記体積流(12)の流入を少なくとも部分的に阻止するように構成された膜要素(104)をさらに備え、前記体積流(12)に基づいて前記膜要素(104)の偏向が生じ得る、請求項1〜62のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記キャビティ(16)は、前記基板(14)内の開口(26)を含み、前記開口(26)の領域内に前記膜要素(104)が配置されている、請求項63に記載のMEMSトランスデューサ。
- 請求項1〜64のいずれか一項に記載の少なくとも1つの第2のMEMSトランスデューサ(80b〜c;80’b)を有するMEMSスタック(90;140)内に配置される、請求項1〜58のいずれか1項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサ(80a、80’a)および前記第2のMEMSトランスデューサ(80b〜c;80’b)の前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)がともに駆動され得る、請求項65に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサのキャップ表面(32b)が前記スタック(140)の外側を形成し、前記MEMSトランスデューサ(80’a)は、前記第2のMEMSトランスデューサ(80’b)に面する側部から外方に面するように配置される前記キャップ表面(32b)内に開口(26)を備え、前記MEMSトランスデューサ(80’a)の前記体積流(12)は、前記第2のMEMSトランスデューサ(80’b)の前記体積流(12)に垂直または反対に前記キャビティ(16)から流出するか、または前記キャビティ(16)へと流入する、請求項65または66に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサ(80’a)の前記キャビティ(16)と前記第2のMEMSトランスデューサ(80’b)の前記キャビティ(16)とが互いに接続されている、請求項65〜67のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記MEMSトランスデューサ(80’a)の前記キャビティ(16)および前記第2のMEMSトランスデューサ(80’b)の前記キャビティ(16)は、互いに異なる共振周波数を含む、請求項65〜68のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、少なくとも1μmで最大100mm、好ましくは少なくとも100μmで最大10mm、特に好ましくは少なくとも500μmで最大5mmの範囲内の値を含む軸方向延伸(y)を含む、請求項1〜69のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、少なくとも0.1μmで最大1000μm、好ましくは少なくとも1μmで最大100μm、特に好ましくは少なくとも5μmで最大30μmの範囲内の値を含む、前記横運動方向(24)に沿った延伸を含む、請求項1〜70のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、前記横運動方向(24)に垂直に配置されている方向(z)に沿った延伸を含み、前記延伸は、少なくとも0.1μmで最大1000μm、好ましくは少なくとも1μmで最大300μm、特に好ましくは少なくとも10μmで最大100μmの範囲内の値を含む、請求項1〜71のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 少なくとも1つの変形可能なセンサ素子と、少なくとも1つの変形可能なアクチュエータ素子とを含む、請求項1〜72のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ。
- 流体の体積流(12)と相互作用するMEMSトランスデューサであって、キャビティ(16)を含む基板(14)と、前記キャビティ(16)内で前記基板(14)に接続され、横運動方向(24)に沿って変形可能な要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備える電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)であり、横運動方向(24)に沿った前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の変形と、前記流体の前記体積流(12)とは因果関係にあり、前記横運動方向(24)は、前記基板(14)に対して面内に延伸している、電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)と、前記横運動方向(24)に沿って変形されるように構成されている、前記基板(14)に接続されており、各々が前記横運動方向(24)に沿って変形可能な要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備える第1の電気機械トランスデューサおよび第2の電気機械トランスデューサ(18b〜e)であり、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)および前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)は、第1の時間間隔の間に互いに向かって運動し、第2の時間間隔の間に互いから外方に運動するように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)と前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)との間のサブキャビティ(42a、42b)の容積は、前記第1の時間間隔および前記第2の時間間隔の間に可変である、第1の電気機械トランスデューサおよび第2の電気機械トランスデューサ(18b〜e)とを備え、前記第1の電気機械トランスデューサの第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)、および、前記第2の電気機械トランスデューサの第2の変形可能要素はバー構造(30)を含み、前記バー構造(30)は、前記バー構造の軸方向(y)に沿って湾曲するように構成されており、前記第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)は、能動的に形成され、前記体積流と相互作用するように構成されており、または、前記第1の変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)に接続されており、剛性であるように構成されているプレート要素(62;62a〜c)が、前記体積流と相互作用するように構成されている、MEMSトランスデューサ。
- 前記体積流(12)が音響音波または超音波である、請求項1〜74のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)を有するMEMSスピーカ。
- 前記キャビティ(16)は、前記基板(14)内の第1の開口(26)と第2の開口(26)とを備え、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)は、前記流体に基づいて前記体積流(12)を提供し、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)の作動に基づいて前記キャビティ(16)の方向において前記第1の開口(26)を通じて前記流体を搬送し、または、前記作動に基づいて前記キャビティ(16)から外方への方向において前記第2の開口(26)を通じて前記流体を搬送するように構成されている、請求項1〜74のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)を有するMEMSポンプ。
- 前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形に基づいて、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)の端子において電気信号(129b)を得ることができ、前記変形は前記体積流(12)に基づいて生じ得る、請求項1〜74のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)を有するMEMSマイクロフォン。
- 請求項1〜77のいずれか一項に記載のMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)と、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形を駆動し、または、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形を検出するように構成された制御デバイス(128)とを備える、MEMSシステム(170)。
- 前記MEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)は、複数の電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)を含み、前記制御デバイス(128;(18c、18e)は、第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)と、隣接する第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)とが、第1の時間間隔の間に互いに向かって少なくとも局所的に運動するように、前記複数の電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)を駆動するように構成されており、前記制御デバイス(128;(18c、18e)は、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)と、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)に隣接して配置されている第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)とが、第2の時間間隔の間に互いに向かって運動するように、前記複数の電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)を駆動するように構成されており、前記第1の電気機械トランスデューサ(18b、18d)は、前記第2の電気機械トランスデューサ(18c、18e)と前記第3の電気機械トランスデューサ(18a、18c)との間に配置されている、請求項78に記載のMEMSシステム。
- 前記MEMSシステムは、少なくとも1つのさらなるMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)を含み、前記さらなるMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)の前記キャビティ(16)は、前記MEMSトランスデューサ(10,20,50;80,80’;100;110)の前記キャビティ(16)の共振周波数とは異なる共振周波数を含み、前記制御デバイスは、前記MEMSトランスデューサおよび前記さらなるMEMSトランスデューサの前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形を検出し、前記電気信号に基づいてフーリエ合成を計算するように構成される、請求項78または79に記載のMEMSシステム。
- 前記MEMSシステムは、少なくとも1つのさらなるMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)を含み、前記さらなるMEMSトランスデューサ(10;20;50;80;80’;100;110)の前記キャビティ(16)は、前記MEMSトランスデューサ(10,20,50;80,80’;100;110)の前記キャビティ(16)の共振周波数とは異なる共振周波数を含み、前記制御デバイスは、前記MEMSトランスデューサおよび前記さらなるMEMSトランスデューサの前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形を、互いに異なる周波数で駆動するように構成される、請求項78〜80のいずれか一項に記載のMEMSシステム。
- MEMSトランスデューサを製造する方法であって、キャビティ(16)を備える基板(14)を提供するステップと、前記基板(14)において前記キャビティ(16)内で、横運動方向(24)に沿って変形可能な要素(22;22a〜f;30;40;150;160)を備える電気機械トランスデューサ(18;18a〜f)を製造するステップとを含み、結果として、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の変形は、前記基板(14)に対して面内の前記変形可能要素の湾曲であり、結果として、前記横運動方向(24)に沿った前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)の前記変形と、流体の体積流(12)とが因果関係にあり、それによって、前記MEMSトランスデューサが、
前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)が、圧力嵌めまたは形状嵌合の様式で前記基板(14)に接続されるように、かつ/または
前記変形可能要素が、能動的な屈曲バーを含み、前記流体の前記体積流(12)に接触するように構成されるように、かつ/または
前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)が変形している間に、前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)の第1の側部から第2の側部へ前記電気機械トランスデューサ(18;18a〜18f)を回流する流体流(57)の延伸が、前記キャビティ(16)内の前記体積流(12)の延伸よりも小さくなるように、製造される方法。 - 前記方法は、低摩擦層を配置するステップをさらに含み、前記低摩擦層が、前記変形可能要素(22;22a〜f;30;40;150;160)と隣接する層(32a〜b)との間の領域内に配置されている、請求項82に記載の方法。
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