KR102618684B1 - Mems 구성요소 및 mems 구성요소를 포함하는 모바일 디바이스 - Google Patents

Mems 구성요소 및 mems 구성요소를 포함하는 모바일 디바이스 Download PDF

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Abstract

예시적인 일 실시예에 따르면, MEMS 구성요소(100)는 멤브레인 구조체(114) 및 할당된 대향 전극 구조체(112)를 갖는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)에 전기적으로 연결되는 회로 디바이스(120)를 포함하되, 회로 디바이스(120)는 오디오 주파수 범위에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제1 동작 모드에서 대향 전극 구조체(112)에 대한 멤브레인 구조체(114)의 편향 - 편향은 음향 음압 변화(ΔP)에 의해 유발됨 - 에 기초하여 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 오디오 출력 신호를 검출하고, 초음파 주파수 범위에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드에서 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 초음파 트랜시버로서 구동하고 판독하도록 구성된다.

Description

MEMS 구성요소 및 MEMS 구성요소를 포함하는 모바일 디바이스{MEMS COMPONENT AND MOBILE DEVICE COMPRISING THE MEMS COMPONENT}
예시적인 실시예는 멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서를 포함하는 음향 MEMS 구성요소에 관한 것으로, 이는 오디오 범위에서 오디오 마이크로폰으로서 판독되고 또한 초음파 주파수 범위에서 초음파 트랜시버로서 구동 가능하고 판독 가능하다. 예시적인 실시예는 또한 거리 및/또는 온도 센서로서 MEMS 구성요소를 사용하는 장치에 관한 것이다. 예시적인 실시예는 또한 예를 들어, 모바일 디바이스의 주변 대기에서 예컨대, 온도, 풍속, 풍향 등과 같은 주변 조건을 검출하기 위해, 오디오 주파수 범위에서 오디오 마이크로폰으로서 판독 가능하고 또한 초음파 주파수 범위에서 초음파 트랜시버로서 구동 가능하고 판독 가능한 복수의 MEMS 구성요소를 가진 예컨대, 스마트폰, 노트북, 태블릿 등과 같은 모바일 전자 디바이스에 관한 것이다.
센서 분야에서, 충분히 높은 정확도로 예를 들어, 모바일 디바이스의 다양한 주변 조건과 같은 원하는 측정 변수를 검출하는 센서 요소에 대한 끊임없는 요구가 존재한다.
이러한 필요성은 본 특허의 독립항의 청구대상에 의해 충족될 수 있다. 본 발명의 개념의 전개는 종속항에서 정의된다.
예시적인 일 실시예에 따르면, MEMS 구성요소(100)는 멤브레인 구조체(114) 및 할당된 대향 전극 구조체(112)를 갖는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)에 전기적으로 연결되는 회로 디바이스(120)를 포함하며, 회로 디바이스(120)는 또한 오디오 주파수 범위에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제1 동작 모드에서 대향 전극 구조체(112)에 대한 멤브레인 구조체(114)의 편향 - 편향은 음향 음압 변화(ΔP)에 의해 유발됨 - 에 기초하여 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 오디오 출력 신호를 검출하고, 초음파 주파수 범위에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드에서 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 초음파 트랜시버로서 구동하고 판독하도록 구성된다.
따라서, 예시적인 실시예는 멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서(MEMS = 마이크로전자기계 시스템) 또는 MEMS 마이크로폰을 오디오 주파수 범위, 예컨대, 10 Hz 내지 20 kHz의 주파수 범위에서 오디오 마이크로폰으로서 배치하거나 사용하고, 초음파 주파수 범위, 예컨대, 20 kHz 내지 300 kHz의 주파수 범위에서 초음파 트랜시버(트랜시버 = 송수신기)로서 배치하거나 사용하는 것에 관한 것이다. 따라서, 예시적인 실시예에 따르면, MEMS 마이크로폰은 복수의 센서 기능을 갖는 소위 콤비네이션 센서(또한, 콤보 센서)를 제공하기 위해 오디오 마이크로폰 및 초음파 트랜시버 양자 모두로서 사용된다.
MEMS 사운드 트랜스듀서의 초음파 동작 상태 동안, 멤브레인 구조체 및/또는 대향 전극 구조체는 오디오 주파수 범위를 넘는 초음파 주파수에서 충분히 강한 음압 레벨을 생성하기 위해 정전기적으로(용량성으로) 또는 압전기적으로 여기된다. 이 경우, 일례로서, MEMS 사운드 트랜스듀서의 멤브레인 구조체 및/또는 대향 전극 구조체의 공진 특성을 이용하여 초음파 송신 동작 상태에서 초음파 송신 신호로 MEMS 사운드의 대향 전극 구조 또는 멤브레인 구조를 효율적으로 구동하고 초음파 수신 동작 상태에서 이를 판독할 수 있다.
그 다음에 초음파 송신 신호의 송신 순간과 할당된 초음파 수신 신호의 수신 순간 사이의 전파 시간 또는 지속시간이 주변 대기에 존재하는 주변 조건, 예를 들어, 주변 온도 또는 주위 유체의 이동 속도, 예컨대, 주변 공기의 풍속과 관련하여 평가될 수 있다. 복수의 MEMS 구성요소 또는 복수의 MEMS 구성요소 쌍을 사용하면, 주위 유체의 이동 방향, 즉, 주변 공기의 풍향에 관하여 각각의 신호 전파 시간이 또한 평가될 수 있다.
주변 대기를 통해 초음파 송신 신호에 의해 커버되는 거리에 대해 알려지거나 사전정의된 값을 고려하면, 주변 환경, 예컨대, 주변 공기의 온도가, 예를 들어, 결과 전파 시간으로부터 결정될 수 있다. 반면에, 주변 온도가 알려지면, 초음파 신호를 반사하는 물체까지의 거리, 주변 대기의 상대 이동 속도 (풍력) 및, 복수의 센서가 있다면, 추가적으로 주변 공기의 이동 방향 (풍향)도 초음파 송신 신호의 전파 시간으로부터 결정될 수도 있다.
결과적으로, 멤브레인 기반 MEMS 구성요소를 갖는 본 발명의 개념에 따르면, 복수의 주변 파라미터 또는 주변 조건을 측정 변수로서 높은 정확도로 검출하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 개념은 용량성 또는 압전성 MEMS 마이크로폰이 한편으로는 오디오 주파수 범위에서 오디오 마이크로폰으로서 사용되고, 다른 한편으로는 초음파 주파수 범위에서 초음파 트랜시버로서 사용될 수 있게 한다. 따라서 하나의 MEMS 사운드 트랜스듀서의 3가지 활용이 달성될 수 있다. 이 "콤비네이션 센서"의 크기가 매우 작으므로, 특히 MEMS 사운드 트랜스듀서를 오디오 마이크로폰으로 사용하는 "편리한(handy)" 모바일 디바이스의 사용이 가능하고 매력적이다.
MEMS 마이크로폰의 이러한 초음파 기능은 예를 들어, 제스처 인식, 거리 측정에 있어 복수의 응용례, 예컨대, 주차 보조 장치, 휠 또는 샤프트의 회전 속도 검출, 존재 검출 및/또는 모니터링, 구성요소의 구조적 무결성을 모니터링하는 것 등에 사용되는 것을 가능하게 하되, 이는 가능한 응용례의 일부만을 예로서 열거한 것이다. 이러한 맥락에서 초음파 센서는 특히 광학 솔루션에 비해 전력 소비가 낮기 때문에 전술한 응용례에 대해 효율적이고 포괄적으로 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
오디오 마이크로폰 및 초음파 트랜시버로서의 기능을 모두 갖는 설명된 예시적인 실시예에 따른 MEMS 구성요소는 작은 면적 요구사항 또는 작은 설치 용적에 의해 구별되며, MEMS 마이크로폰을 사용하는 모든 응용례에서는 부가적인 면적 또는 용적 요구사항이 발생하지 않는다. 또한, 본 예시적인 실시예에 따른 MEMS 구성요소의 경우 라우드스피커(송신기)와 수신기 사이의 구분이 필요하지 않으므로 시스템 셋업이 크게 단순해질 수 있다.
멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서를 초음파 주파수 범위에서 초음파 트랜시버로 사용함으로써, MEMS 마이크로폰의 방출 요소와 주위 매체 사이의 매우 양호한 임피던스 정합을 달성할 수 있다. 즉, 초음파 에너지를 예컨대, 공기와 같은 주변 매체로 발산하거나 방출하는 프로세스 및 또한 주변 매체로부터 초음파 에너지를 픽업하거나 수신하는 프로세스는 비교적 높은 효율로 수행될 수 있다. 이것은 특히 하우징 내의 대향 전극 구조체 및 후면 용적(back volume)을 갖는 용량성 MEMS 마이크로폰이 오디오 마이크로폰과 초음파 트랜시버 모두로서 사용되는 경우에 적용된다.
따라서, 예컨대, 셀룰러폰, 스마트폰, 노트북, 랩톱, 태블릿, 스마트워치 등과 같은 모바일 디바이스는 표준 MEMS 구성요소에 비해 추가 공간 요구사항을 필요하게 하지 않으면서 추가 기능 또는 센서 특성을 구비할 수 있으며, 강건성에 관하여 입증된 안정된 기술이 MEMS 구성요소 또는 MEMS 마이크로폰에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 개념에 따라 복수의 MEMS 구성요소를 배열한 결과로서, 오디오 동작 상태와 초음파 동작 상태 모두에서 빔 형성 특성은 각각의 측정 및 검출 정확도를 증가시킬 수 있다. 어레이로 MEMS 구성요소를 배열하는 것은 빔 형성 특성이 더욱 향상될 수 있게 한다.
예시적인 실시예에 따르면, 멤브레인 기반 MEMS 마이크로폰을 가진 본 MEMS 구성요소는, 초음파 트랜시버로서의 사용을 통해, 초음파 신호에 대한 알려진 기준 경로 길이 및 유체, 예컨대, 주변 공기 중의 음속의 온도 의존성에 의해 주변 온도를 검출하거나 측정할 수 있다. 예를 들어, 초음파 트랜시버로부터 사전정의된 거리만큼 떨어져 배치된 물체에서 반사가 발생하고 송신 순간으로부터 반사된 초음파 송신 신호의 도달까지 진행되는 전파 시간이 결정되면, 초음파 신호에 대한 알려진 경로 거리가 가정될 수 있다. 이와 달리, 서로에 대해 고정 거리만큼 떨어져 배치된 2개의 초음파 트랜시버 사이의 전파 시간을 검출하는 것이 가능하다.
이 경우, 본 발명의 개념은 가스, 예컨대, 공기 중의 음속의 알려진 온도 의존성을 이용한다. 이를 위해 초음파 신호에 대해 사전정의된 경로 거리가 필요하다. 이는, 예를 들어, 모바일 디바이스에서 서로에 대해 사전정의된 고정 거리만큼 떨어져 배치된 예시적인 실시예에 따른 2개의 MEMS 구성요소에 의해, 또는 사용되는 추가 디바이스에 의해 달성될 수 있으며, 이는 예를 들어, 광학 측정 또는 RF 측정에 의해 높은 정확도로 그리고 이상적으로는 유체 온도(공기 온도)와 독립적으로 초음파 신호를 측정할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 모바일 디바이스에서는, 초음파 신호에 대한 거리 또는 전파 경로 측정을 위해 추가적인 광 센서 또는 RF 센서를 사용할 수도 있다.
그 다음에 초음파 신호에 대한 이 기준 거리 또는 이 기준 경로 길이는 검출되는 초음파 신호의 전파 시간에 의해 사용되어 기준 거리와 비교되며, 유체 또는 공기 온도는 측정 결과와 알려진 기준 거리의 비교에 의해 추출될 수 있다. 2개 이상의 고정된 초음파 트랜시버가 모바일 디바이스에서 사용되는 경우, 초음파 트랜시버의 송신-수신 방향은 전환되거나 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 이동하는 유체, 예를 들어, 이동하는 공기가 2개의 대향하는 송신-수신 방향에서의 전파 시간차에 미치는 영향은 온도 결정시에 고려될 수 있으며, 모바일 디바이스에서의 유속, 예컨대, 풍속은 추가 측정 결과로서 또한 결정될 수 있다.
따라서, 본 MEMS 구성요소의 예시적인 실시예는 실제 주변 온도의 측정을 가능하게 하며, 측정은, 예를 들어, 모바일 디바이스에서 사용되는 프로세서 칩의 전력 손실에 기인하는 모바일 디바이스 내의 가능한 온도 증가에 의해 악영향을 받지 않거나 손상되지 않는다.
따라서, 이는 모바일 디바이스 외부의 환경의 온도를 검출하는 것을 수반하므로, 모바일 디바이스, 예를 들어, 스마트폰이 주변 온도를 충분히 정확하게 측정할 수 있도록 환경과의 평형 온도에 먼저 도달해야 하는 이전 문제를 피할 수 있다.
장치 및/또는 방법의 예시적인 실시예는 첨부 도면을 참조하여 예로서 보다 상세히 후술된다.
도 1a는 예시적인 일 실시예에 따라 멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서 또는 MEMS 마이크로폰 및 이에 전기적으로 연결된 회로 디바이스를 갖는 MEMS 구성요소의 단면도의 기본도를 도시한다.
도 1b는 예시적인 일 실시예에 따라 MEMS 마이크로폰의 예시적인 댐핑 프로파일(damping profile)을 도시한다.
도 1c는 예시적인 일 실시예에 따라 MEMS 구성요소의 초음파 송신 신호의 신호 프로파일 및 초음파 수신 신호의 시간적으로 오프셋된 신호 프로파일의 예시적인 시간도를 도시한다.
도 2a는 예시적인 일 실시예에 따라 예시적인 판독 회로를 갖는 멤브레인 기반 MEMS 마이크로폰의 기본 단면도를 도시한다.
도 2b는 예시적인 일 실시예에 따라 예시적인 판독 회로를 갖는 듀얼 대향 전극 구성(듀얼 백플레이트 구성)의 멤브레인 기반 MEMS 마이크로폰의 기본 단면도를 도시한다.
도 2c는 예시적인 일 실시예에 따라 예시적인 판독 회로를 갖는 듀얼 멤브레인 구성(밀봉된 듀얼 멤브레인 구성)의 멤브레인 기반 MEMS 마이크로폰의 기본 단면도를 도시한다.
도 2d는 예시적인 일 실시예에 따른 멤브레인 기반 MEMS 마이크로폰 어레이의 기본 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 3a는 공기 중의 음속의 온도 의존성을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 3b는 주변 매체의 주변 온도의 함수로서, 즉, 주변 공기 온도의 함수로서 초음파 송신 신호의 예상 전파 시간차의 그래프를 도시한다.
도 4는 예시적인 일 실시예에 따른 MEMS 구성요소를 포함하는 장치의 기본 도를 도시한다.
도 5는 예시적인 일 실시예에 따른 MEMS 구성요소를 포함하는 모바일 디바이스의 기본도를 도시한다.
예시적인 실시예가 도면을 참조하여 보다 상세하게 후술되기 전에, 상이한 도면에서 동일한, 기능적으로 동일하거나 동일하게 작동하는 요소, 대상, 기능 블록 및/또는 방법 단계가 동일한 참조 부호로 제공되므로, 다른 예시적인 실시예에서 제시된 요소, 대상, 기능 블록 및/또는 방법 단계에 대한 설명은 상호 교환 가능하거나 또는 서로에 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
이제 몇몇 예시적인 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 다양한 예시적인 실시예를 보다 완전하게 설명할 것이다. 도면에서, 선, 층 및/또는 영역의 두께는 명료함을 위해 축척대로 도시되지 않을 수 있다.
이하, 멤브레인 기반 사운드 트랜스듀서 또는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110) 및 이에 전기적으로 연결된 회로 디바이스(120)를 갖는 MEMS 구성요소(100) 또는 음향 MEMS 구성요소가 이제 단면도의 기본도 형태의 도 1a를 참조하여 설명될 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, MEMS 마이크로폰(110)은 내부 용적(V)을 갖는 하우징(130) 내에 배치될 수 있으며, 하우징(130)은 내부 용적(V)에 대한 접근 또는 사운드 개구(132)를 갖는다. MEMS 마이크로폰(110)은 예컨대, 사운드 개구(132)에 인접한 하우징(130) 내에 배치된다. 하우징(130)은 예를 들어 적어도 부분적으로 전기 도전성으로 구성될 수 있는 기판(134) 및 커버 요소(136)를 포함할 수 있다. 예시적인 일 구성에서, MEMS 마이크로폰(110)은 내부 용적(V)을 전면 용적(V1) 및 후면 용적(V2)으로 세분화할 수 있으며, 전면 용적(V1)은 사운드 개구(132)와 MEMS 마이크로폰(110) 사이의 영역에 위치하며, 후면 용적(V2)은 하우징의 내부 용적에서 이에 관하여 MEMS 마이크로폰(110)의 반대측에 위치한다.
이러한 맥락에서, MEMS 사운드 트랜스듀서 또는 MEMS 마이크로폰(110)의 상이한 실시예를 예로서 도시하는 도 2a-d의 상이한 MEMS 사운드 트랜스듀서 구성(110)의 예시도를 참조한다. 이 문맥에서, 멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서의 이러한 예시도는 포괄적이 아니라 예로서만 고려되어야 하며 본 발명의 개념은 다른 MEMS 사운드 트랜스듀서에도 동일하게 적용될 수 있다는 점에 또한 유의해야 한다.
도 1a에 예로서 도시된 바와 같이, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 멤브레인 구조체(114) 및 할당된 대향 전극 구조체(112)를 포함한다. "구조체"라는 용어는 멤브레인 및 대향 전극이 각각 단일 도전층을 포함하거나 아니면 다른 복수의 상이한 층을 갖는 층 시퀀스 또는 층 스택을 포함할 수 있음을 설명하기 위한 것이며, 층들 중 적어도 하나는 도전성으로 구성된다.
MEMS 구성요소(100)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)에 전기적으로 연결된 회로 디바이스(120)를 더 포함한다. 회로 디바이스(120)는 도 1a에 도시된 바와 같이 MEMS 구성요소(100)의 하우징(130) 내에 배치될 수 있으며, 다른 예시적인 실시예에 따르면, 다른 외부 회로 요소 및/또는 처리 디바이스(도 1a에서 도시 생략)도 회로 디바이스(120)의 일부이거나 이에 전기적으로 연결되어 후술되는 바와 같이 회로 디바이스(120)의 기능을 제공할 수 있다.
회로 디바이스(120)는 오디오 주파수 범위, 예컨대, 약 10 Hz 내지 20 kHz 또는 20 Hz 내지 15 kHz에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제1 동작 모드에서 대향 전극 구조체(112)에 대한 멤브레인 구조체(114)의 편향 - 편향은 음향 음압 변화(ΔP)에 의해 유발됨 - 에 기초하여 MEMS 사운드 트랜스듀서의 오디오 출력 신호를 용량성으로 또는 압전성으로 검출하도록, 즉, 기계적 편향(Δx)을 전기적 오디오 출력 신호(S1)로 변환하도록 구성된다. 회로 디바이스(120)는 또한 초음파 주파수 범위, 즉, 예컨대, 20 kHz 내지 300 kHz, 20 kHz 내지 150 kHz, 20 kHz 내지 120 kHz 또는 50 kHz 내지 150 kHz에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드에서 MEMS 마이크로폰(110)을 초음파 트랜시버로서 판독하도록, 즉, 멤브레인 구조체(114)와 대향 전극 구조체(112) 사이의 기계적 편향(Δx) - 편향은 입사 초음파 신호에 의해 유발됨 - 에 기초하여 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 출력 신호(S2)를 용량성으로 또는 압전성으로 검출하도록, 즉, 기계적 편향(Δx)을 전기적 출력 신호(S1)로 변환하도록 구성된다.
따라서, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드, 즉, 초음파 송신-수신 모드는 초음파 송신 동작 상태 및 초음파 수신 동작 상태를 포함하며, 회로 디바이스(120)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110), 즉, 대향 전극 구조체 또는 멤브레인 구조체를 초음파 송신 동작 상태에서는 초음파 송신 요소로서 예컨대, 정전기적으로(용량성으로) 또는 압전기적으로 구동하고, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 초음파 수신 동작 상태에서는 초음파 수신기로서 판독하도록, 즉, MEMS 마이크로폰(110)의 초음파 수신 신호를 검출하도록 구성된다.
회로 디바이스(120)는 또한 MEMS 마이크로폰의 "초음파 공진 범위"에서 제2 동작 모드로 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 구동 및/또는 판독하도록 구성될 수 있다. 이 경우, MEMS 마이크로폰의 초음파 공진 범위는 대향 전극 구조체의 초음파 공진 특성, 멤브레인 구조체의 초음파 공진 특성, 또는 대향 전극 구조체와 멤브레인 구조체의 조합의 초음파 공진 특성에 기초하고, 후면 용적(V2) 및/또는 전면 용적(V1)의 구성 또는 형태 및 크기도 타깃 방식으로 공진 특성에 영향을 줄 수 있다. 또한, 예로서, 사운드 트랜스듀서의 하우징에서 사운드 개구(사운드 포트라고도 함)의 형태, 크기 및/또는 포지셔닝도 타깃 방식으로 사운드 트랜스듀서의 공진 특성에 영향을 줄 수 있다. 이와 관련하여, 사운드 트랜스듀서의 공진 특성이 예를 들어 위 구성요소 부분(예컨대, 대향 전극 구조체, 멤브레인 구조체, 전면 용적, 후면 용적 및/또는 사운드 개구) 중 하나에 의해 또는 이들 구성요소 부분 중 적어도 2개의 조합에 의해 주로 타깃 방식으로 영향을 받을 수 있음을 확증하는 것이 가능하다. 멤브레인 기반 MEMS 마이크로폰이 다른 공진 범위를 가질 수 있으므로, MEMS 마이크로폰(110)의 고차 초음파 공진 범위도 사용될 수 있다.
MEMS 마이크로폰(110)의 셋업 및 하우징(130)의 구성, 즉, 형상 및 물질은 MEMS 사운드 트랜스듀서의 공진 주파수(들)(fRES)에 영향을 줄 수 있거나, MEMS 사운드 트랜스듀서의 공진 주파수(들)(fRES)를 설정하기 위해 타깃 방식으로 선택될 수 있다. 하우징(130)의 내부 용적(V)에 배치된 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 예를 들어, 20 kHz 내지 150 kHz 또는 20 kHz 내지 120 kHz 범위의 초음파 공진 주파수를 갖는다.
도 1b는 주파수(f)에 대한 전형적인 용량성 MEMS 사운드 트랜스듀서 또는 MEMS 마이크로폰(110)의 예시적인 크기 및 위상 프로파일을 도시하며, (양의) 공진(fRES1, fRES2)은 약 27 kHz 및 95 kHz의 주파수에서 분명하다.
도 1c는 예시적인 일 실시예에 따라 시간(t)에 관하여 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 송신 신호(STX)의 신호 프로파일 및 이에 관하여 시간적으로 오프셋된 초음파 수신 신호(SRX)의 신호 프로파일을 예로서 도시한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 지속시간(t0-t1) 동안, 초음파 주파수 범위에서 초음파 송신 신호(STX)가 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)에 인가되거나 또는 대응하는 초음파 송신 펄스가 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)에 의해 방출된다. 이는 라우드스피커 활성화 펄스 (스피커 작동 펄스)로 지칭된다. 후속 시간 범위(t2-t3)에서, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 강한 진동 여기의 형태로 초음파 송신 펄스(STX)에 대한 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 직접 반응이 발생하는데, 이는 "링잉(ringing)"으로도 지칭된다. 이 "링잉"은 순간(t3)까지 비교적 빠르게 기하급수적으로 감소하여, 도 1c의 순간(t4)(순간 t3 이후)에 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 수신 신호(SRX), 즉, 반사된 에코 신호(SRX)가 검출되고 판독될 수 있다.
초음파 송신 신호(STX)(초음파 송신 펄스)로 인해 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 직접적으로 여기된 "링잉"은 초음파 송신-수신 동작에서 MEMS 사운드 트랜스듀서에 의해 검출될 수 있는 최소 거리를 사전정의한다. 즉, MEMS 사운드 트랜스듀서의 원치 않는 여기가 충분히 크게 감소하자마자, 에코 신호(SRX)가 신뢰성있게 검출될 수 있다. "링잉"에 대한 지속시간(t2-t3)은 예를 들어, 0.1 ms 내지 0.5 ms의 범위에 있을 수 있으므로 초음파 신호에 대한 최소 전파 거리가 수 센티미터, 예컨대, 3 cm 내지 15 cm 정도일 수 있어서 반사된 초음파 수신 신호를 검출할 수 있다.
"링잉"을 억제하거나 또는 적어도 감소시키기 위한 몇 가지 방법이 아래에 예로서 설명된다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 초음파 송신 펄스가 방출된 후에, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 멤브레인 구조체(114)는 멤브레인 구조체(114)의 능동 댐핑 상태를 획득하기 위해 소위 풀인(pull-in) 상태로 능동적으로 들어갈 수 있다. 이 목적을 위해, 예로서, 풀인 신호, 예컨대, 정전압 또는 DC 전압이 멤브레인 구조체(114)와 대향 전극 구조체(112) 사이에 인가되어 멤브레인 구조체의 기계적 바이어싱 또는 댐핑 상태를 획득할 수 있다.
오디오 및 초음파 수신 모드 둘 다 멤브레인 구조체(114)의 풀인 상태에서 가능하다. 이와 관련하여, 초음파 검출은 풀인 상태에서 제한 없이 사실상 발생할 수 있으며, 댐핑되더라도 오디오 검출 또한 풀인 상태에서 가능하다. 오디오 검출을 위한 댐핑은 약 6 dB의 크기 영역에 있을 수 있다.
풀인 상태에서, 실질적으로 마이크로폰 구조체(114)의 에지는 오디오 신호 및 초음파 신호의 검출에 기여하는데, 이는 풀인 상태에서, 실질적으로 멤브레인의 중심 영역은 (부착방지 범프를 사용하여) 대향 전극 구조체에 맞서 견디기 때문이며, 소위 부착방지 범프(도 1에서 도시 생략)는 멤브레인 구조체(114)와 대향 전극 구조체(112)가 넓은 영역에 걸쳐 서로 붙지 않게 하도록 멤브레인 구조체(114) 및 대향 전극 구조체(112)의 점적인(punctiform) 기계적 접촉을 위해 멤브레인 구조체 및/또는 대향 전극 구조체에 제공될 수 있다.
멤브레인 구조체(114)의 풀인 상태에 의해, 초음파 신호에 대한 초음파 수신 모드에서 공진 주파수의 변화 및 그에 따른 사운드 트랜스듀서의 감도의 변화는 제1 주파수 주위의 제1 공진 범위로부터 제2의 상이한 주파수(예를 들어, 110 kHz +/- 10 kHz에서 더 높은 주파수) 주위의 제2 공진 범위까지 획득될 수 있어서, 초음파 검출이 주파수 범위 세트에서 (공진 주파수로 인해) 고감도로 발생할 수 있다. 초음파 수신 모드를 위한 사운드 트랜스듀서의 감도는 풀인 상태에서 타깃 방식으로 제2 공진 범위로 변경되기 때문에, 동일한 유형의 사운드 트랜스듀서 또는 인접한 사운드 트랜스듀서 또는 근처의 다른 모바일 디바이스의 사운드 트랜스듀서는, 현재 풀인 상태에도 있지 않다면, 초음파 송신 신호에 의해 실질적으로 손상되지 않는다.
초음파 송신 모드의 경우, 제1 공진 범위를 갖는 비활성화 풀인 상태와 멤브레인 구조체(112)에 의한 초음파 송신 신호의 방출 시의 결과적인 제2 공진 범위를 갖는 활성화 풀인 상태 사이의 사운드 트랜스듀서의 공진 주파수의 변화는 결과적인 초음파 송신 펄스에 현저한 영향을 미치지 않는다.
따라서, 초음파 송신 모드는 제1 공진 범위를 갖는 비활성화 풀인 상태에서 발생할 수 있지만, 초음파 수신 모드는 제2 공진 범위를 갖는 활성화 풀인 상태에서 발생할 수 있으며, 초음파 수신 모드에 대한 사운드 트랜스듀서의 감도는 타깃 방식으로 설정된다.
요약하면, 풀인 상태를 활성으로 설정함으로써 발생하는 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
"링잉"은 멤브레인 구조체의 능동 댐핑으로 인해 실질적으로 정지되거나 적어도 감소된다.
동일한 모바일 디바이스 또는 그 부근의 모바일 디바이스 내의 구조적으로 동일한 사운드 트랜스듀서 요소는 초음파 범위에서 서로 방해하지 않는다.
또한, 예를 들어, 생산 공정 변동 또는 노화 공정에 기초하여 발생하는 사운드 트랜스듀서(100)의 성능 변동은 풀인 범위, 즉, 풀인 전압의 타깃 설정에 의해 보상되거나 적어도 감소될 수 있다. 풀인 전압을 조정하거나 재조정함으로써, 사운드 트랜스듀서의 약간 변하는 공진 주파수는 일정한 값으로 설정될 수 있다. 또한, 예를 들어, 어레이로 배열된 복수의 사운드 트랜스듀서가 초음파 신호 검출을 위한 동일한 공진 범위로 설정될 수 있다.
또한, 상이한 풀인 전압을 갖는 초음파 검출 채널 설정이 가능한데, 즉, 채널 설정은 사운드 트랜스듀서의 상이한 공진 주파수의 타깃 설정에 기초하여 사운드 트랜스듀서의 상이한 공진 주파수(주파수 호핑)는 상이한 풀인 전압에 의해 달성된다.
이제 본 MEMS 구성요소(100)에서 사용될 수 있는 용량성 MEMS 사운드 트랜스듀서 또는 MEMS 마이크로폰(110)의 다른 가능한 구현예가 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 이하에 예로서 설명될 것이다.
도 2a는 멤브레인 구조체(114) 및 대향 전극 구조체(112)를 갖는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 기본도를 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 층 구성은 캐리어 기판(118) 상에 배치되며, 멤브레인 구조체(114) 및 대향 전극 구조체(112)는 서로 분리되고 이격된다. 일반적으로 편향 가능한 멤브레인 구조체(114)보다 더 단단하게 구성되는 대향 전극 구조체(112)는 멤브레인 구조체(114)로부터 거리(d')만큼 이격되며, 그 결과 대향 전극 구조체(112)와 멤브레인 구조체(114) 사이에 캐패시턴스(C)가 형성될 수 있고 이는 회로 디바이스(120)에 의해 검출될 수 있다. 멤브레인 구조체(114)의 비클램핑 영역(d114), 예컨대, d114 0.3 ㎜ - 1.5 ㎜ 또는 0.5 ㎜ - 1 ㎜는 멤브레인 구조체(114)의 편향 가능 영역 또는 이동 가능 영역으로 지칭된다.
그 다음에 대향 전극 구조체(112)에 대한 멤브레인 구조체(114)의 편향(Δx)이 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 대응하는 출력 신호(S1)를 예컨대, 출력 전압(U)의 형태로 제공하기 위해 처리 디바이스(120)에 의해 검출되거나 판독될 수 있다.
회로 디바이스(120)는 예를 들어 "평행판 캐패시터(plate capacitor)"로서 유효한 MEMS 마이크로폰(110), 즉, 대향 전극 구조체(112) 또는 멤브레인 구조체(114)에 일정한 전하를 인가하도록 구성될 수 있다. 아래의 수학식은 대향 전극 구조체에 대한 멤브레인 구조체의 편향이 출력 신호 또는 출력 전압(S1 = U)으로 비례 변환될 수 있음을 분명하게 한다.
위 수학식으로부터 명백하게, 멤브레인 구조체(114)와 대향 전극 구조체(112) 사이의 거리(d1) 또는 거리의 변화(d1±Δx)에 비례하는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 출력 신호(S1)를 획득할 수 있다. 거리(d1)의 범위는 예를 들어, 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
회로 디바이스(120)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 멤브레인 구조체(114) 또는 대향 전극 구조체(112)를 초음파 송신 신호(STX)를 사용하여 여기시키기 위해 초음파 신호원(121)을 더 포함할 수 있다. 도 2a에 예로서 도시된 바와 같이, 초음파 신호원(121)은 멤브레인 구조체(114)를 초음파 송신 요소로서 여기시킬 수 있다. 또한, 초음파 신호원(121)은 회로 디바이스(120)의 일부일 수 있다. 초음파 신호원(121)은 회로 디바이스(120)와 별도로 구성될 수도 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 회로 디바이스(120)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드의 초음파 송신 동작 상태에서 초음파 송신 신호(STX)를 생성하기 위해 멤브레인 구조체(114)에 또는 대향 전극 구조체(112)와 멤브레인 구조체(114) 사이에 초음파 여기 신호(초음파 송신 신호)(STX)를 인가하고, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드의 초음파 수신 동작 상태에서 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 수신 신호(SRX)를 판독하도록 구성되며, 초음파 수신 신호(SRX)는 방출된 초음파 송신 신호(STX) (또는 초음파 송신 펄스)의 반사된 신호 부분(SRX)에 기초하고 멤브레인 구조체(114)와 대향 전극 구조체(112) 사이에 기계적 편향을 유발시킨다.
따라서, 예시적인 실시예에 따르면, 일반적으로 구동 신호(STX)는 사운드 트랜스듀서의 멤브레인 구조체와 대향 전극 구조체 사이에 인가되는 한편, 센서 신호도 MEMS 사운드 트랜스듀서의 멤브레인 구조체와 대향 전극 구조체 사이에서 판독된다.
이제 듀얼 대향 전극 구성(듀얼 백플레이트 구성)을 갖는 MEMS 사운드 트랜스듀서 또는 MEMS 마이크로폰(110)의 기본도가 도 2b를 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 2b의 개략적인 단면도에 도시된 바와 같이, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 멤브레인 구조체(114)가 제1 대향 전극 구조체(112)와 제2 대향 전극 구조체(112-1) 사이에 배치되도록 추가의 대향 전극 구조체(112-1)를 더 포함한다. 도 2b에 도시된 듀얼 대향 전극 배열의 경우에, 회로 디바이스(120)는 MEMS 사운드 트랜스듀서를 "싱글 엔드형(single-ended)"(공통 모드) 또는 차동 방식으로 판독하도록 구성될 수 있다.
도 2b에 도시된 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 구성의 경우, 회로 디바이스(120)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제1 동작 상태에서 MEMS 사운드 트랜스듀서의 오디오 출력 신호(S1)가 싱글 엔드형"(공통 모드) 또는 차동 방식으로 검출되는지에 따라 대향 전극 구조체(112)에 대해 및/또는 추가의 대향 전극 구조체(112-1)에 대해 멤브레인 구조체(114)의 편향(Δx)을 검출하도록 더 구성되며, 편향은 음향 음압 변화에 의해 유발된다.
MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드의 초음파 송신 동작 상태에서, 회로 디바이스(120)는 예를 들어, 멤브레인 구조체(114)와 대향 전극 구조체(112) 사이의 DC 전압 동작점을 설정하며, 초음파 여기 신호가 초음파 송신 신호(STX) 또는 송신 펄스를 생성하기 위해 추가의 대향 전극 구조체(112-1)에 인가된다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드의 초음파 송신 동작 상태에서, 초음파 송신 신호(STX) 또는 송신 펄스를 생성하기 위해 회로 디바이스(120)와 2개의 대향 전극 구조체(112, 112-1) 사이에 초음파 여기 신호가 인가될 수 있다.
MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드의 초음파 수신 동작 상태에서, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 수신 신호(SRX)가 회로 디바이스(120)에 의해 판독되되, 초음파 수신 신호(SRX)는 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 신호 부분(112)에 기초하고, 이 신호 부분은 대향 전극 구조체(112) 및/또는 추가의 대향 전극 구조체(112-1)에 대해 멤브레인 구조체(114)의 기계적 편향을 유발시킨다.
이 경우, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 공진 범위는 MEMS 사운드 트랜스듀서의 대향 전극 구조체(112) 또는 멤브레인 구조체(114) 초음파 공진 특성에 기초한다.
이제 듀얼 멤브레인 MEMS 구성(밀봉된 듀얼 멤브레인 구성)에서 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 단면도의 기본도가 도 2c를 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 사운드 트랜스듀서(110)는 (제1) 멤브레인 구조체(114) 및 이로부터 이격된 추가의 (제2) 멤브레인 구조체(114-1)를 포함하며, 그 사이에 대향 전극 구조체(112)가 배치되고, 이 대향 전극 구조체는 각각의 경우에 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)로부터 이격된다. 또한, 적어도 하나의 기계적 접속 요소(115)가 제1 멤브레인 구조체(114)와 제2 멤브레인 구조체(114-1) 사이에 제공될 수 있으며, 적어도 하나의 기계적 연결 요소는 제1 멤브레인 구조체(114)와 제2 멤브레인 구조체(114-1) 사이에 기계적으로 연결되고 대향 전극 구조체(112)로부터 기계적으로 분리된다. 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)가 밀폐 방식으로 구성되면, 제1 멤브레인 구조체(114)와 제2 멤브레인 구조체(114-1) 사이에 기압이 감소한 공동을 형성할 수 있으며, 그 공동 내에 대향 전극 구조체(112)가 위치한다.
대향 전극 구조체(112)에 대해 서로 기계적으로 접속된 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)의 편향시, 그 편향은 차례로 예를 들어, 편향(Δx)에 따라 출력 신호(S1)를 제공하기 위해 회로 디바이스(120)에 의해 용량성으로 판독된다.
예시적인 일 실시예에 따라, 회로 디바이스(120)는 또한 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 송신 동작 상태에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서의 대향 전극 구조체(112)에 대해 제1 및/또는 제2 멤브레인 구조체 중 적어도 하나에 초음파 주파수 범위의 초음파 송신 신호(STX)를 인가하고, 대향 전극 구조체(112)에 대한 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)의 편향(Δx)에 기초하여 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 수신 신호(SRX)를 검출하도록 구성되며, 편향은 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 부분에 의해 유발된다. MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 또한 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 부분이 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 방출 방향에 위치된 물체(도 2c에 도시 생략)에서 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사에 의해 획득되도록 구성된다.
따라서, 도 2c에 도시된 바와 같이, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 듀얼 멤브레인 구성(밀봉된 듀얼 멤브레인 구성)을 형성하도록 기계적 접속 요소(115)에 의해 제1 멤브레인 구조체(114)에 기계적으로 접속된 추가의 멤브레인 구조체(114-1)를 포함한다. 이 경우에, 회로 디바이스(120)는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제1 동작 모드에서 대향 전극 구조체(112)에 대해 멤브레인 구조체(114) 및 추가의 멤브레인 구조(114-1)의 기계적 편향을 "싱글 엔드형"(공통 모드) 또는 차동 방식으로 검출하도록 구성되고, 편향은 음향 음압 변화에 의해 유발된다.
예시적인 일 실시예에서, MEMS 사운드 트랜스듀서의 제2 동작 모드의 초음파 송신 동작 상태에서, 회로 디바이스(120)는 대향 전극 구조체에 대하여 멤브레인 구조체(114)에 DC 전압 동작점을 인가하고, 회로 디바이스는 또한 방출된 초음파 송신 신호(STX)를 생성하기 위해 추가의 멤브레인 구조체(114-1)에 초음파 편향 신호를 인가한다. MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드의 초음파 수신 동작 상태에서, 회로 디바이스는 MEMS 사운드 트랜스듀서의 초음파 수신 신호(SRX)를 검출하는데, 그 초음파 수신 신호는 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 신호 부분에 기초하고 대향 전극 구조체(112)에 대해 멤브레인 구조체 및/또는 추가의 멤브레인 구조체(114, 114-1)의 편향을 유발시킨다. 이 경우, MEMS 사운드 트랜스듀서의 초음파 공진 범위는 추가의 멤브레인 구조체(114-1)의 초음파 공진 특성에 기초한다.
이러한 맥락에서, 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)의 여기 및 판독이 물론 대응하여 교환될 수도 있다는 점, 즉, 초음파 편향 신호는 제1 멤브레인 구조체(114)에 인가될 수 있고 DC 전압 동작점은 추가의 멤브레인 구조체(114-1)와 대향 전극 구조체(112) 사이에 인가될 수 있다는 점에 또한 유의해야 한다. 이것은 대응하여 초음파 수신 신호(SRX)의 판독에도 적용된다.
다른 예시적인 실시예에 따라, 회로 디바이스(120)는 또한 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 송신 동작 상태에서는 MEMS 사운드 트랜스듀서의 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)와 대향 전극 구조체(112) 사이에 초음파 주파수 범위의 초음파 송신 신호(STX)를 인가하고, 초음파 수신 동작 상태에서는 대향 전극 구조체(112)에 대한 제1 및 제2 멤브레인 구조체(114, 114-1)의 편향(Δx)에 기초하여 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 수신 신호(SRX)를 검출하도록 구성될 수 있으며, 편향은 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 부분에 의해 유발된다.
듀얼 멤브레인 구성을 갖는 MEMS 마이크로폰의 경우에 제1 및 제2 멤브레인 구조체의 기계적 접속 때문에, 초음파 주파수 범위에서 이동될 전체 질량 및 여기될 멤브레인 배열의 강성, 즉, 기계적 접속 요소를 갖는 제1 및 제2 멤브레인 구조체의 두께가 증가할 수 있다. 단일 멤브레인 구성을 갖는 MEMS 마이크로폰에 비해 듀얼 멤브레인 구성을 갖는 MEMS 마이크로폰의 공진 특성의 변경 또는 공진 주파수의 시프트, 예를 들어, 90 kHz에서 60 kHz로 감소는 예를 들어, 멤브레인 구조체의 코러게이션(corrugation)과 같은 레이아웃 측정에 의해 또는 기술 파라미터에 의해, 예컨대, 멤브레인 구조체의 반도체 물질의 도핑에 의해 특정 한계 내에 설정되거나 보상될 수 있다.
이제 다른 예시적인 실시예에 따라 멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소 또는 MEMS 마이크로폰 요소(110-1 ... 110-5)의 어레이를 포함하는 사운드 트랜스듀서(110)의 기본 평면도 및 저면도가 도 2d를 참조하여 이하에 설명될 것이ㅁ며, 요소들, 예컨대, 각각의 요소는 멤브레인 구조체(114-1 ... 114-5) 및 할당된 대향 전극 구조체(도 2d에서 도시 생략)를 포함한다. 사운드 트랜스듀서 어레이(110)의 경우에, 복수의 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)는 반도체 기판에, 예컨대, 동일한 평면에 서로 나란히 횡방향으로 배치된다. 따라서, 사운드 트랜스듀서 어레이(110)는 단일 반도체 또는 실리콘 칩 (다이)(110-A) 상에 배치된다. 즉, 복수의 개별 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)는 예컨대, 행렬로 동일한 패키지(130)에 배치될 수 있다. 도 2d는 공동(116-1 ... 116-5) 위의 멤브레인 구조체(114-1 ... 114-5)만을 예로서 도시한다(도 2의 저면도 참조). 재배 선 및 천공된 대향 전극(들)은 도 2d에 도시되지 않는다.
개별 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)의 개수, 형상 및 크기, 및 관련 재배선(도 2d에서 도시 생략)은 유연한 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 공동(116) 상에 복수의 멤브레인 구조체(114-1 ... 114-5)를 통합할 수도 있다.
사운드 트랜스듀서 요소들 사이의 거리는 예를 들어, 사운드 파장의 절반에 대응할 수 있고, 반도체 칩의 허용 가능한 영역 이용은 100 kHz의 초음파 주파수의 경우 달성될 수 있다.
도 2d는 전면의 도시에서 칩(110-A) 상의 5개의 멤브레인 구조체(114-1 내지 114-5)를 예로서 도시하고, 도시된 배치 및 크기는 예시로서만 간주되어야 한다. 또한, 6개의 접촉 패드(117), 예컨대, 금 패드가 존재하는데, 예를 들어, 5개의 접촉 패드는 개별적으로 할당되고 1개의 접촉 패드는 개별 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)에 분할 방식으로 할당된다.
도 2d의 후면도는 예를 들어, 상이한 크기의 공동(116-1 ... 116-5)을 도시한다. 이와 관련하여, 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5) 중 적어도 하나 또는 복수(예를 들어, 그룹)는 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110)의 나머지와 다르게 구성될 수 있으며, 즉, 예를 들어, 상이한 크기, 멤브레인 구조체의 상이한 직경, 멤브레인 구조체의 상이한 강성 등을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 예로서, 개별 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소 또는 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소의 개별 그룹의 공진 주파수(들)(fRES)는 타깃 방식으로 영향을 받거나 설정될 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 어레이의 각각의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)는 반도체 칩(110-A)의 전용 공동(116-1 ... 116-5)에 할당될 수 있다. 공동(116-1 ... 116-5)은 동일한 방식으로 또는 상이하게, 예컨대, 멤브레인 구조체(114-1 내지 114-5)의 구성에 대응하는 방식으로 구성될 수 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 반도체 칩(110-A)에 배열된 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)는 또한 공통 공동(도 2d에서 도시 생략)을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)의 전부 또는 일부는 공통 캐비티를 가질 수 있다.
이러한 어레이 배열(110)은 예를 들어, 송신 동작 상태와 수신 동작 상태 모두에서 소위 "빔 형성"을 가능하게 한다.
그 다음, 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 ... 110-5)는 예를 들어, 개별적으로, 그룹으로 함께, 또는 모두 함께 구동될 수 있으며, 오디오 주파수 범위 및 초음파 주파수 범위에서 MEMS 구성요소(100)의 동작 모드에 대한 설명은 도 2d의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소(110-1 내지 110-5)의 어레이에 동일하게 적용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d에서 회로 디바이스(120)는, 먼저, 알려지거나 사전정의된 주변 온도(T0)가 주어지면 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간(t0) 및 초음파 수신 신호(SRX)의 "할당된" 초음파 수신 순간(t4) 사이의 지속시간(t0-t4)에 기초하여, MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 물체(도 2a-도 2d에서 도시 생략) 사이의 거리에 관한 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 회로 디바이스(120)는 또한 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체 사이의 거리(X0)에 관한 정보를 이미 갖고 있는 정보 신호(S1)를 제공하도록 구성될 수 있다.
회로 디바이스(120)는 또한 초음파 신호의 알려진 전파 거리 또는 알려진 전파 경로를 고려하면 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간(t0)과 초음파 수신 신호(SRX)의 할당된 초음파 수신 순간(t4) 사이의 지속시간에 기초하여, 예를 들어, MEMS 사운드 변환기와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체 사이에 위치된 주위 유체 또는 주변 공기의 주변 온도에 대한 정보(S1)를 결정하도록 구성될 수 있다.
신뢰성 있는 주변 온도 검출이 본 MEMS 구성요소(100)와 함께 수행될 수 있다는 것에 기초한 물리적 관계가 이하에 논의된다. 방출된 초음파 송신 신호의 전파 경로에 대해 "기준 거리" (또는 기준 경로 길이)(XREF)가 알려져 있는 경우, 초음파 송신 신호(STX)의 전파 시간의 검출을 통해 동일한 거리 (또는 경로 길이)의 추가 초음파 측정은 공기 중의 음속이 주로 온도에 의존하고 예컨대, 공기 압력, 공기 습도 및 사운드 주파수에 대한 의존성이 적으므로 주변 온도 또는 공기 온도(T0)를 계산하는 것을 가능하게 할 수 있다.
설명된 예시적인 실시예에 따라 기준 거리(XREF)는 예를 들어, 2개의 MEMS 사운드 트랜스듀서 또는 초음파 트랜시버(100) 사이의 사전정의된 특정 거리에 의해 구현될 수 있다. 기준 거리(XREF)는 모바일 디바이스에 배치되거나 통합된 2개의 MEMS 구성요소(100) 사이의 알려진 거리일 수 있다. 기준 거리(XREF)는 예를 들어, 레이더 검출 또는 광학 측정 등을 이용하여 정확하게 초음파 송신 신호를 "반사"하는 물체까지의 거리로서 정밀하게 결정될 수 있다.
따라서, 설명된 예시적인 실시예에 따라 MEMS 구성요소(100)를 사용하여 구현될 수 있는 본 측정 원리는 다음과 같이 요약될 수 있다: 알려지거나 측정된 거리 (경로 길이)는 기준 거리(XREF)를 획득하기 위해 독립적인 비 온도 감지 절차에 의해 결정된다. 동일한 거리를 따라, 송신된 초음파 송신 신호(STX)에 의해 예시적인 실시예에 따른 MEMS 구성요소(100)를 사용하여 다시 경로 측정이 수행되고, 기준 온도(TREF), 예컨대, TREF = 0℃로 가정된다. 따라서, 정의상 기준 온도(TREF)에서 MEMS 구성요소(100)를 이용한 거리 측정은 결과로서 기준 거리(XREF)를 산출한다. 순간적으로 결정된 거리(X0)와 정의된 기준 거리(XREF) 사이의 차이가 MEMS 구성요소(100)를 사용한 거리 측정 동안에 발생하면, 이 차이는 기준 온도(TREF)와는 다른 주변 온도 또는 공기 온도에 기초한다. 따라서, 순간적으로 결정된 거리(X0)와 정의된 기준 거리(XREF) 사이의 차이는 순간적인 주변 온도(T0)의 측정치이므로 순간적인 주변 온도는 그 차이로부터 직접 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에 따라 MEMS 구성요소(100)를 사용하여 구현되는 초음파 센서 요소에 의한 주변 온도(T0)의 검출은 "이상적인 기체" 중의 음속(c0)이 온도 및 구성에만 의존하므로 구현 가능하다. 예컨대, 통상적인 주변 공기와 같은 혼합 기체 중의 음속(c0)은 사운드 주파수 및 공기 압력에 대한 의존성이 비교적 약하며, 통상적인 주변 공기의 움직임은 이상적인 기체의 이상적인 움직임으로부터 상대적으로 조금만 벗어난다.
이러한 맥락에서, "정상적인" 주변 공기 중의 음속의 온도에 대한 의존성에 대한 그래프가 있는 도 3a를 참조한다. -100 ℃에서 +100 ℃까지의 도시된 온도 윈도우(ΔT)로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 후속 FIT 함수는 온도 윈도우(ΔT)에서 예상 온도 의존성(이상적 프로파일)에 대한 충분한 일치를 산출할 수 있다. 이와 관련하여 "건조한 공기"(공기 습도가 0%라고 가정함)에서는 영점 (0 ℃ = 기준 온도(TREF)) 주위의 온도에서 초당 미터 단위의 주변 공기 중의 대략적인 음속이 다음과 같이 계산될 수 있고 또는 적합 함수(fit function)를 사용하여 맞춰질 수 있습니다.
여기서, 는 섭씨 온도(℃)이다.
기준 온도(TREF), 예컨대, TREF = 0 ℃라고 가정하면, 기준 거리(XREF)와의 비교시에, 공기 중의 섭씨 온도(℃)인 온도(T)로 인한 초음파 펄스(STX)의 전파 시간차(Δt)는 다음과 같이 예상될 수 있다.
인수 N은 예를 들어, 값 1 또는 2로 가정할 수 있다.
2차까지의 급수 전개(테일러 급수(Taylor series))를 고려하면, 전파 시간차(Δt)와 온도(T) 사이의 다음 관계가 획득될 수 있으며, 예컨대, 다음과 같다.
인수 N은 예를 들어, 값 1 또는 2로 가정할 수 있다.
전파 시간차(Δt)에 대해 위에 표시된 2개의 관계에 관하여, 2개의 MEMS 사운드 트랜스듀서(110) 사이의 직접 전파 경로가 사전정의된다면 인수 N = 1이 선택된다. 사전정의된 거리 X0 = XREF 만큼 떨어져 배치된 물체에서 방출된 초음파 송신 신호 또는 송신 펄스(STX)의 반사(에코 신호)가 가정되면, 즉, 경로 거리(X0)가 두 번 포함되는 경우, 인수 N = 2가 선택되어야 한다.
N = 2인 경우, 이는 예를 들어 3.6 mm / (m ℃)의 경로 길이차(Δx)에 대응하는 약 11 μs / (m ℃)의 초음파 신호의 전파 시간차를 발생시킨다. N = 1인 경우, 전파 시간차 및 경로 길이차에 대한 위 값은 절반이 된다.
이러한 맥락에서, 사전정의된 기준 거리 X0 = XREF를 고려하면 주변 온도(T0)의 함수로서 예상 전파 시간차(Δt)를 갖는 도 3b의 그래프를 참조한다.
예로서, 예시적인 실시예에 따른 2개의 MEMS 구성요소(100)가 모바일 디바이스, 예를 들어, 스마트폰에서 서로에 대해 예컨대, 10 cm인 정의된 고정 거리(XREF)만큼 이격된 방식으로 배치되는 경우, 이는 초음파 송신 신호 또는 송신 펄스의 전파 시간 시프트가 1 ℃당 약 0.5 μs임을 의미하며, 이는 180 μm/℃의 검출된 경로 길이차와 거의 일치한다. 이 크기 범위에서 전파 시간 시프트(Δt)는 수백 MHz 또는 기가헤르츠 범위의 모바일 디바이스의 가용 클록 주파수를 이용하여 쉽게 측정되고 평가될 수 있다.
예로서, 복수의 MEMS 구성요소(100)가 초음파 트랜시버로서 장치 또는 모바일 디바이스에서 알려진 고정된 거리(기준 거리 XREF = X0)만큼 떨어져 배치되는 경우, 예를 들어, 거리 측정, 즉, 기준 거리와의 길이 비교는 주변 대기의 이동, 즉, 공기 이동의 영향을 제거하기 위해 초음파 트랜시버의 배치에 의해 사전정의된 모든 가능한 측정 방향으로 수행될 수 있다. 따라서, 풍향 및 풍속이 온도 측정에서 고려될 수 있다. 이와 관련하여, 대향 측정 방향들 사이의 초음파 신호의 전파 시간차는 공기 이동을 나타낼 수 있어서, 초음파 전파 시간 측정에 의한 온도 결정시에 풍향 및 풍속 형태의 공기 이동이 차례로 고려될 수 있다.
또한, 주변 온도의 결정 이후에 또는 주변 온도가 존재하면, 예시적인 실시예에 따른 MEMS 구성요소(100)에 대응하는 복수의 초음파 트랜시버 요소를 포함하는 센서 구성의 경우에 추가적인 출력 신호로서 풍력 측정 및 풍향 측정을 달성할 수 있다. 또한, 공기 습도 및 공기 압력으로 인한 교차 감도는 추가 센서의 해당 측정값이 예컨대, 평가에 이용될 수 있게 함으로써 더 감소되거나 제거될 수 있다.
도 4는 예시적인 일 실시예에 따른 적어도 하나의 MEMS 구성요소(100)를 포함하는 장치(200)의 기본도를 도시한다. MEMS 구성요소(100)는 장치(200)의 외측 또는 디바이스 프레임(205)에서 사전정의된 위치에 센서로서 배치되고, 회로 디바이스(120)는 또한 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간(t0)과 할당된 초음파 수신 신호(SRX)의 수신 순간(t4) 사이의 지속시간(Δt)에 기초하여 정보 신호(S1)를 제공하도록 구성된다(도 1c 참조).
정보 신호(S1)는, 예컨대, (허용오차 범위 내에서) 알려진 주변 온도(T0)를 고려하면, MEMS 구성요소(100) 또는 이의 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체(210) 사이의 거리(X0)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 정보 신호(S1)는, 초음파 송신 신호에 대해 (허용오차 범위 내에서) 알려진 전파 거리 또는 전파 경로 X0 = XREF를 고려하면, MEMS 구성요소(100)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체(210) 사이의 주변 온도(T0)에 대한 정보를 더 포함할 수 있다.
MEMS 구성요소(100)의 회로 디바이스(120)는 또한 거리 센서로서 구성된 MEMS 구성요소(100)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체(210) 사이의 거리(X0)를 결정하기 위해 정보 신호(S1)를 장치의 처리 디바이스(220)로 전달하도록 구성될 수 있다.
따라서, 장치(200)는 MEMS 구성요소(100)가 거리 센서 및/또는 온도 센서로서 구현될 수 있는 임의의 바람직한 디바이스일 수 있다.
장치(200)는 또한 거리 측정 및/또는 온도 측정을 위한 센서 요소로서 장치(200)의 상이한 외부 위치 또는 프레임(205)에 복수의 MEMS 구성요소(100)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 예로서, 거리 센서(들) 및/또는 온도 센서(들)로서 효율적 이도록 장치(200)의 측면 또는 측면 영역마다 하나 이상의 MEMS 구성요소(100)를 배치하는 것도 가능하다. 또한, MEMS 구성요소(100)는 작은 공간 요구사항 때문에, 장치(200)의 측면 또는 측면 영역에서, n ≥ 2 및 m ≥ 2인 n × m 어레이로 쉽게 배치되어, MEMS 구성요소(100)의 해당 구동시에, 오디오 주파수 범위 및/또는 초음파 주파수 범위에서 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 송신 특성 및 수신 특성에 대한 방향성 효과 또는 바람직한 방향 또는 빔형성 방향을 획득하거나, 검출 정확도 또는 감도를 간단히 증가시킬 수 있다.
복수의 MEMS 구성요소(100)가 사용되는 경우, 각각의 회로 디바이스(120)는 또한 각각의 MEMS 구성요소(100)에 대해, 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간(t0)과 초음파 수신 신호(SRX)의 수신 순간(t4) 사이의 지속시간(Δt)에 기초하여, 각각의 MEMS 구성요소(100) 또는 이의 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와 초음파 송신 신호(STX)의 각각의 반사를 유발시키는 물체(210) 사이의 거리(X0)에 관한 정보를 갖는 정보 신호(S1)를 제공하도록 구성될 수 있다.
거리 센서로서의 복수의 MEMS 구성요소(100)를 장치(200)의 디바이스 외측 또는 디바이스 프레임(205)에 예컨대, 어레이로 분산 배치함으로써, 장치(200)의 환경에서 효과적인 환경 검출 또는 환경 모니터링 또는 물체 인식을 수행할 수 있다.
도 5는 예를 들어, 예시적인 일 실시예에 따른 복수의 MEMS 구성요소(100(100-1, 100-2, 100-3, 100-4))를 포함하는 예컨대, 스마트폰, 노트북, 태블릿, 랩톱, 스마트워치 등과 같은 모바일 전자 디바이스(300)의 평면도의 기본도를 도시한다. 음향 MEMS 구성요소(100)는 모바일 디바이스(300)의 디바이스 프레임(310)의 정의된 위치에 배치된다. 모바일 디바이스(300)는 예컨대, MEMS 구성요소(100) 또는 MEMS 구성요소(100)의 회로 디바이스(120)에 전기적 및/또는 논리적으로 접속되는 추가 처리 디바이스(320)를 포함할 수 있다. 또한, 모바일 디바이스는 예를 들어, 정보를 표시하고 그래픽으로 나타내는 디스플레이(330)를 (선택적으로) 포함할 수 있다. MEMS 구성요소(100)는 각각의 경우 모바일 디바이스(300)의 디바이스 프레임(310)에서 서로에 대해 사전정의된 거리(XREF1, XREF2)만큼 떨어져 쌍으로 배치될 수 있다.
도 5에 예로서 도시된 바와 같이, 두 쌍의 MEMS 구성요소(100)가 모바일 디바이스(300)의 에지 영역(310)에 배치되고, MEMS 구성요소(100)의 제1 쌍(100-1, 100-2)은 서로 거리(XREF1)만큼 떨어져 배치되고, MEMS 구성요소(100)의 제2 쌍(100-3, 100-4)은 서로 거리(XREF2)만큼 떨어져 배치된다. 두 쌍의 MEMS 구성요소(100) 사이의 2개의 접속 라인(L1, L2)은 서로 직교하여 연장되며, 이는 단지 예로서 가정되어야 하고 측정 결과(S1)의 평가를 용이하게 할 수 있다. 또한, 처리 디바이스(320)는 MEMS 구성요소의 회로 디바이스(120)로부터 획득된 초음파 수신 신호 또는 정보 신호(S1)를 평가하도록 구성될 수 있다.
처리 디바이스(320)는 또한 MEMS 구성요소(100-1, ..., 100-4)의 회로 디바이스(120)에 의해 제공된 정보 신호(S1)를 평가하도록 구성될 수 있다.
모바일 디바이스(300)의 MEMS 구성요소(100-1, ..., 100-4)는 각각의 경우에 예를 들어 거리 측정 및 온도 측정을 위한 개별 센서로서 사용될 수 있다. 각각의 MEMS 구성요소(100-1, ..., 100-4)는 예를 들어, 모바일 디바이스(300)의 외측 또는 디바이스 프레임(310)에서 사전정의된 위치에 센서로서 배치되고, 회로 디바이스(120)는 또한 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간(t0)과 초음파 수신 신호(SRX)의 수신 순간(t4) 사이의 지속시간(Δt)에 기초하여 정보 신호(S1)를 제공하도록 구성된다(도 1c 참조).
정보 신호(S1)는, 예컨대, (허용오차 범위 내에서) 알려진 주변 온도(T0)를 고려하면, MEMS 구성요소(100) 또는 이의 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체(도 5에서 도시 생략) 사이의 거리(X0)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 정보 신호(S1)는, 초음파 송신 신호에 대해 (허용오차 범위 내에서) 알려진 전파 거리 또는 전파 경로 X0 = XREF를 고려하면, MEMS 구성요소(100)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체 사이의 주변 온도(T0)에 대한 정보를 더 포함할 수 있다.
MEMS 구성요소(100)의 회로 디바이스(120)는 또한 거리 센서로서 구성된 MEMS 구성요소(100)와 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발시키는 물체 사이의 거리(X0)를 결정하기 위해 정보 신호(S1)를 장치의 처리 디바이스(320)로 전달하도록 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 처리 디바이스(320)는 또한 제1 방향 및 반대의 제2 방향으로 MEMS 구성요소(100)의 할당된 쌍(100-1, 100-2 및 100-3, 100-4) 사이의 주변 대기를 통해 방출된 초음파 송신 신호의 제1 및 제2 전파 시간(Δt1, Δt2)에 관하여 MEMS 구성요소(100)로부터 정보 신호(S1)를 검출하고, MEMS 구성요소의 할당된 쌍 사이의 초음파 송신 신호의 검출된 전파 시간 및 MEMS 구성요소(100)의 할당된 쌍의 사전정의된 거리(XREF1, XREF2)에 기초하여 주변 대기에서 우세한 주변 조건을 결정하도록 구성될 수 있다. MEMS 구성요소(100)의 할당된 쌍(100-1, 100-2 및 100-3, 100-4) 사이에서 상이한 방향 또는 반대 방향으로 전파 시간을 측정함으로써, 2개의 검출된 전파 시간 사이의 전파 시간차의 경우 반대 측정 순간들 사이에 일정한 외부 온도(T0)를 가정하면, 2개의 할당된 MEMS 구성요소들 사이의 접속 라인(L1, L2)에 평행한 공기 이동을 추론할 수 있다. 반대 방향으로 방출된 초음파 송신 신호(STX) 사이의 전파 시간차의 크기는 MEMS 구성요소(100)의 할당된 쌍 사이의 접속 라인에 평행한 대응하는 공기 이동 또는 풍력에 할당될 수 있다.
처리 디바이스(320)는 또한 복수의 쌍(예컨대, N 쌍)의 MEMS 구성요소(100)로부터 복수의 정보 신호(S1)를 평가하고, 상이한 방향 또는 반대 방향으로 복수의 할당된 쌍의 MEMS 구성요소(100) 사이의 주변 대기를 통해 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 복수의 전파 시간 쌍을 검출하며, MEMS 구성요소(100)의 할당된 쌍 사이의 초음파 송신 신호(STX)의 검출된 전파 시간 쌍 및 MEMS 구성요소(100)의 할당된 N 쌍의 사전정의된 거리(XREF-N)에 기초하여 주변 대기에서 유체 이동의 방향 정보, 즉, 풍향을 결정하도록 구성될 수 있다.
MEMS 구성요소의 회로 디바이스(120)는 예를 들어, 처리 디바이스(320)의 일부일 수도 있다.
따라서, 모바일 디바이스(300)의 경우에, n ≥ 2인 n 쌍의 음향 MEMS 구성요소(100)는 모바일 디바이스(300)의 디바이스 프레임(310)에서 각각의 경우에 서로에 대해 사전정의된 거리(XREF1, XREF2 ... XREFn)만큼 떨어져 그리고 서로에 대해 사전정의된 위치에 배치될 수 있다. 모바일 디바이스(300)는 예컨대, 주변 대기 중의 공기 습도 및/또는 공기 압력에 대한 추가 측정 결과를 고려하여, 거리 정보 및/또는 온도 정보의 계산 또는 결정시에 대응하는 교차 감도를 고려하기 위해, 주변 대기에서 예컨대, 습도 및/또는 공기 압력과 같은 추가 측정 변수를 검출하는 추가 센서 요소(340)를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
예시적인 일 실시예에 따르면, 처리 디바이스(320)는 주변 대기에서 우세한 주변 온도(T0)를 결정하기 위해 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 전파 시간(Δt)의 평가시에 주변 대기의 결정된 상대 이동 속도 및/또는 주변 대기의 이동 속도의 결정된 방향 정보를 고려하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 초음파 트랜시버로서의 복수의 MEMS 구성요소(100)가 모바일 디바이스(300)에서 알려진 고정된 거리(기준 거리 XREF = X0)만큼 떨어져 배치될 수 있는데, 예컨대, 온도 결정을 위한 거리 측정, 즉, 기준 거리와의 길이 비교는 주변 대기의 이동, 즉, 공기 이동의 영향을 제거하기 위해 초음파 트랜시버(100-1 ... 100-4)의 배치에 의해 사전정의된 모든 가능한 측정 방향 또는 접속 라인(L1, L2)에서 수행될 수 있다. 따라서, 온도 측정시에 풍향 및 풍속이 고려될 수 있다. 이와 관련하여, 반대 측정 방향들 사이의 초음파 신호의 전파 시간차는 공기 이동을 나타낼 수 있으며, 이 공기 이동은 초음파 전파 시간 측정에 의한 온도 결정에서 고려될 수 있다.
전술한 거리 측정과 관련하여, 기준 거리 측정 또는 제공된 기준 거리 값은 충분히 정확한 측정 결과를 얻기 위해 거리 또는 전파 시간의 음향 초음파 측정의 정확도보다 더 큰 정확도로 존재해야 한다는 점에 유의해야 한다. 이는 모바일 디바이스(300)의 앞에서 설명한 예시적인 실시예에 따른 MEMS 구성요소(100)의 형태로, 알려진 거리만큼 떨어져 배치된 고정 트랜시버 요소에 의해 쉽게 달성된다.
또한, 고체, 예를 들면, 모바일 디바이스의 물질, 예컨대, 금속 및/또는 플라스틱 물질의 열팽창 계수는 초음파 측정에 의해 검출되는 섭씨 온도 당 경로 길이의 변화보다 대략 "100"배 작은 인수이다. 또한, 모바일 디바이스 내의 온도가 일반적으로 알려져 있으므로, 모바일 디바이스의 열팽창 효과가 측정 값의 평가시에 고려될 수 있다. 또한, 예로서, 유도된 온도가 비현실적으로 "저온"으로 분류될 수 있으므로, 사용자의 손을 통한 사운드 경로의 원치 않는 연장이 쉽게 검출되어야 한다.
예시적인 실시예는 다양한 수정 및 대안적인 형태에 적합하지만, 그에 따른 예시적인 실시예는 도면에서 예시로서 도시되고 여기에서 완전히 설명된다. 그러나, 예시적인 실시예를 개시된 특정 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 그와는 반대로 예시적인 실시예는 본 명세서의 범위 내에 있는 모든 수정, 대응 및 대안을 포함하도록 의도된다는 것은 자명하다. 도면의 설명 전반에 걸쳐, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다.
하나의 요소가 다른 요소에 "접속" 또는 "연결"된 것으로 지정되면, 다른 요소에 직접 접속되거나 연결될 수 있고 또는 중간 요소가 존재할 수 있음은 물론이다. 이와 달리, 하나의 요소가 다른 요소에 직접 "접속" 또는 "연결"된 것으로 지정된 경우, 중간 요소는 없다. 요소들 간의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 표현들은 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대, "사이에"에 비한 "사이에 직접", "인접한"에 비한 "직접 인접한" 등).
또한, 하나의 요소가 "다른 요소에, 상에, 위에, 옆에, 밑에 또는 아래에 배치된" 것으로서 지정되는 경우, 이 요소는 다른 요소에, 상에, 위에, 옆에, 밑에 또는 아래에 직접 배치될 수 있거나 하나 이상의 중간 요소가 있을 수 있다. 이와 달리, 하나의 요소가 다른 요소에, 상에, 위에, 옆에, 밑에 또는 아래에 "직접" 배치된 것으로 지정된 경우, 중간 요소는 존재하지 않는다. 또한, "~에 대해 위 또는 수직 위에, 옆에, 밑에, 아래에, 옆으로 및 수직으로"라는 사용된 용어는 상이한 도면에서 도면들의 각각 도시된 평면에 관하여 서로에 대해 상이한 요소의 상대적 배치를 지칭하며 각각의 도시에 따라 이해되어야 한다는 점에 유의해야 한다.
또한, "적어도 하나의" 요소라는 표현은 하나의 요소 또는 복수의 요소가 제공될 수 있음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 특정 예시적인 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며 예시적인 실시예에 대한 제한적인 효과를 갖는 것으로 의도되지는 않는다. 본 명세서에서의 사용에 따라, 단수형 "a, an" 및 "the"는 문맥상 달리 명확하게 표시되지 않는 한, 복수형을 포함하도록 의도된다. 또한, 본 명세서의 사용에서 "포함한다", "포함하는", "갖는다" 및/또는 "갖는"이라는 용어는 표시된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재를 나타내지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것은 물론이다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 용어(기술 및 과학 용어를 포함함)는 예시적인 실시예가 속하는 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 용어, 예를 들어, 통상적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어는 해당 기술 영역의 맥락에서 그들의 의미에 대응하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다는 것은 물론이다. 그러나, 본 명세서가 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미에서 벗어나는 특정 의미를 용어에 부여하는 경우, 그 의미는 이 정의가 주어진 특정 문맥에서 고려되어야 한다.
이하의 설명에서, 반도체 물질로 구성된 요소의 설명은 요소가 반도체 물질을 포함한다는 것, 즉, 반도체 물질로부터 적어도 부분적으로 또는 완전히 형성된다는 것을 의미한다.
몇몇 양상이 MEMS 구성요소, 적어도 하나의 MEMS 구성요소를 포함하는 장치 및 복수의 MEMS 구성요소를 포함하는 모바일 디바이스와 관련하여 설명되었지만, 이들 양상이 측정값을 결정하는 대응하는 방법의 설명도 구성하여 대응하는 장치의 블록 또는 구성요소도 대응하는 방법의 방법 단계 또는 방법 단계의 특징으로서 이해되어야 한다는 것은 물론이다. 방법 단계의 일부 또는 전부는 마이크로프로세서, 프로그램 가능 컴퓨터 또는 전자 회로를 사용하는 것과 같이, 하드웨어 장치에 의해 (또는 하드웨어 장치를 사용하여) 수행될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 일부 또는 복수의 가장 중요한 방법 단계는 그러한 장치에 의해 수행될 수 있다.
위 상세한 설명에서, 어떤 경우에는 개시를 합리화하기 위해 상이한 특징들이 예에서 함께 그룹화되었다. 이러한 유형의 개시는 청구된 예가 각각의 청구항에 명시적으로 표시된 것보다 많은 특징을 갖는다는 의도로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이하의 청구범위에 의해 표시되는 바와 같이, 청구대상은 개시된 개별 예의 모든 특징보다 적게 존재할 수 있다. 결과적으로, 이하의 청구범위는 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 전용의 개별 예를 나타낼 수 있다. 각각의 청구항은 전용의 개별 예를 나타낼 수 있지만, 종속항은 청구범위에서 하나 이상의 다른 청구항과의 특정 조합을 다시 참조하는 반면, 다른 예도 종속항과 임의의 다른 종속항의 청구대상의 조합 또는 각각의 특징과 독립항의 다른 종속성의 조합을 포함한다는 것에 유의해야 한다. 특정 조합이 의도되지 않는다는 설명이 제공되지 않는 한, 그러한 조합은 포함되어야 한다. 또한, 청구항이 독립항에 직접적으로 종속되지 않더라도, 청구항과 임의의 다른 독립항의 특징들의 조합도 포함되어야 한다.
특정 예시적인 실시예가 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 복수의 대안 및/또는 균등한 구현예가 본 출원의 청구대상에서 벗어나지 않으면서 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 예시적인 실시예를 대체할 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 이 출원의 본문은 본 명세서에서 설명되고 논의된 특정 예시적인 실시예의 모든 적응 및 변형을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 출원의 청구대상은 청구범위의 문구 및 그 균등한 실시예에 의해서만 제한된다.
참조부호 리스트
100 MEMS 구성요소
110 MEMS 사운드 트랜스듀서
110-1 - 110-5 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소
110-A 반도체 기판
112 대향 전극 구조체
112-1 추가의 대향 전극 구조체
114 멤브레인 구조체
114-1 추가의 멤브레인 구조체
115 기계적 접속 요소
116 공동
116-1 - 116-5 부분 공동
117 접촉 패드
120 회로 디바이스
121 초음파 신호원
130 하우징
132 사운드 개구
134 기판
136 커버 요소
200 디바이스/장치
205 디바이스의 측면
210 반사 물체
220 처리 디바이스
300 모바일 디바이스
310 모바일 디바이스의 디바이스 프레임
320 모바일 디바이스의 처리 디바이스
330 (선택적) 모바일 디바이스의 디스플레이
340 (선택적) 추가 센서
C 캐패시턴스
d1 멤브레인-대향전극 거리
d114 멤브레인의 편향가능 영역
f 주파수
L1, L2 접속 라인
ΔP 음압 변화
S1 출력 신호 또는 정보 신호
t 시간
t0, t1, t2, t3, t4 순간
T 온도 윈도우/전파 시간
T0 (측정된) 주변 온도
TREF 기준 온도
XREF 기준 거리
XREF1 MEMS 구성요소의 제1 할당된 쌍 사이의 거리
XREF2 MEMS 구성요소의 제2 할당된 쌍 사이의 거리
XREFn MEMS 구성요소의 제n 할당된 쌍 사이의 거리
X0 (측정된) 거리
Δx 멤브레인 구조체의 편향

Claims (26)

  1. MEMS 디바이스(100)로서,
    멤브레인 구조체(114) 및 할당된 대향 전극 구조체(112)를 갖는 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)에 전기적으로 연결되는 회로 디바이스(120)를 포함하되,
    상기 회로 디바이스(120)는,
    오디오 주파수 범위에서는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제1 동작 모드에서 상기 대향 전극 구조체(112)에 대한 상기 멤브레인 구조체(114)의 편향 - 상기 편향은 음향 음압 변화(ΔP)에 의해 유발됨 - 에 기초하여 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 오디오 출력 신호를 검출하고,
    초음파 주파수 범위에서는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드에서 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 초음파 트랜시버로서 구동하고 판독하도록 구성되고,
    상기 MEMS 디바이스(100)는 멤브레인 구조체(114) 및 할당된 대향 전극 구조체(112)를 포함하는 멤브레인 기반 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소들의 어레이를 더 포함하며,
    상기 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소들 중 적어도 하나는 상기 어레이의 MEMS 사운드 트랜스듀서 요소들 중 나머지와 상이하게 구성되고,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 추가의 대향 전극 구조체(112-1)를 포함하여 듀얼 대향 전극 구성으로 구성되거나 또는 기계적 접속 요소(115)에 의해 상기 멤브레인 구조체(114)에 기계적으로 접속되는 추가의 멤브레인 구조체(114-1)를 포함하여 듀얼 멤브레인 구성으로 구성되는,
    MEMS 디바이스(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 제2 동작 모드는 초음파 송신 동작 상태 및 초음파 수신 동작 상태를 포함하고,
    상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 초음파 송신 동작 상태에서는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 초음파 송신기로서 구동하고, 상기 초음파 수신 동작 상태에서는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 초음파 수신기로서 판독하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 공진 범위에서 상기 제2 동작 모드로 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)를 구동하는 것과 판독하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 초음파 공진 범위는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 구성요소 부분의 초음파 공진 특성에 기초하는
    MEMS 디바이스(100).
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 초음파 송신 동작 상태에서는 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 멤브레인 구조체(114) 또는 상기 대향 전극 구조체(112)에서 상기 초음파 주파수 범위의 초음파 송신 신호(STX)를 여기시키고, 상기 초음파 수신 동작 상태에서는 상기 멤브레인 구조체(114)와 상기 대향 전극 구조체(112) 사이의 편향에 기초하여 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 초음파 수신 신호(SRX)를 검출하도록 구성되며, 상기 편향은 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 부분에 의해 유발되는
    MEMS 디바이스(100).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 상기 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 상기 반사된 부분(SRX)이 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 방출 방향에 위치된 물체(210)에서 상기 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사에 의해 획득되도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  7. 제 2 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)는 20 kHz 내지 150 kHz 또는 20 kHz 내지 120 kHz 범위의 초음파 공진 주파수를 갖는
    MEMS 디바이스(100).
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)가 상기 듀얼 대향 전극 구성으로 구성되는 경우,
    상기 회로 디바이스(120)는,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 제1 동작 모드에서, 상기 대향 전극 구조체(112)와 상기 추가의 대향 전극 구조체(112-1) 중 적어도 하나에 대한 상기 멤브레인 구조체(114)의 편향 - 상기 편향은 음향 음압 변화(ΔP)에 의해 유발됨 - 을 검출하고,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 제2 동작 모드의 상기 초음파 송신 동작 상태에서, 상기 초음파 송신 신호(STX)를 생성하기 위해 상기 멤브레인 구조체(114)와 2개의 대향 전극 구조체(112, 112-1) 중 적어도 하나 사이에 초음파 여기 신호를 설정하며,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 제2 동작 모드의 상기 초음파 수신 동작 상태에서, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 초음파 수신 신호(SRX) - 상기 초음파 수신 신호는 상기 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 상기 반사된 신호 부분에 기초하고 상기 대향 전극 구조체(112) 및 상기 추가의 대향 전극 구조체(112-1) 중 적어도 하나와 상기 멤브레인 구조체(114) 사이에 편향을 유발함 - 를 판독하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)가 상기 듀얼 멤브레인 구성으로 구성되는 경우,
    상기 회로 디바이스(120)는,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 제1 동작 모드에서, 상기 대향 전극 구조체(112)에 대한 상기 멤브레인 구조체(114) 및 상기 추가의 멤브레인 구조체(114-1)의 공통 편향 - 상기 편향은 음향 음압 변화(ΔP)에 의해 유발됨 - 을 검출하고,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 제2 동작 모드의 상기 초음파 송신 동작 상태에서, 상기 방출된 초음파 송신 신호(STX)를 생성하기 위해 상기 대향 전극 구조체(112)에 대해 2개의 멤브레인 구조체(114, 114-1) 중 적어도 하나에 초음파 여기 신호를 인가하며,
    상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 제2 동작 모드의 상기 초음파 수신 동작 상태에서, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서의 초음파 수신 신호(SRX) - 상기 초음파 수신 신호는 상기 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 반사된 신호 부분(SRX)에 기초하고 상기 대향 전극 구조체(112)에 대한 상기 멤브레인 구조체(114)와 상기 추가의 멤브레인 구조체(114-1) 중 적어도 하나의 편향을 유발함 - 를 검출하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간과 상기 초음파 수신 신호(SRX)의 수신 순간 사이의 지속시간(Δt)에 기초하여, 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 물체(210) 사이의 거리에 관한 정보를 결정하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  11. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간과 상기 초음파 수신 신호(SRX)의 수신 순간 사이의 지속시간에 기초하여 주변 온도에 관한 정보를 결정하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 회로 디바이스(120)는 적어도 상기 초음파 수신 동작 상태에서 상기 멤브레인 구조체(114)가 기계적 댐핑 상태로 되게 하기 위해 상기 멤브레인 구조체(114)에 풀인 신호(a pull-in signal)를 인가하도록 구성되는
    MEMS 디바이스(100).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 풀인 신호는 초음파 신호에 대한 상기 초음파 수신 동작 상태에서 상기 MEMS 사운드 트랜스듀서(110)의 상기 공진 주파수의 변화를 유발하는
    MEMS 디바이스(100).
  14. 삭제
  15. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 적어도 하나의 MEMS 디바이스(100)를 포함하는 장치(200)로서,
    상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스는 상기 장치(200)의 외부 위치에 센서로서 배치되고, 상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 초음파 송신 신호(STX)의 송신 순간과 상기 초음파 수신 신호(SRX)의 수신 순간 사이의 지속시간에 기초하여 정보 신호(S1)를 제공하도록 구성되는
    장치(200).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 정보 신호는 상기 MEMS 디바이스와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 물체(210) 사이의 거리(X0)에 관한 정보를 포함하거나 또는 상기 정보 신호(S1)는 상기 MEMS 디바이스(100)와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 물체(210) 사이의 주변 대기 중의 주변 온도(T0)에 관한 정보를 포함하는
    장치(200).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 장치는 처리 디바이스(220)를 더 포함하되,
    상기 회로 디바이스(120)는 또한 상기 처리 디바이스(220)로 상기 정보 신호(S1)를 전달하도록 구성되고,
    상기 처리 디바이스(220)는,
    상기 정보 신호(S1) 및 알려진 주변 온도(T0)에 기초하여, 상기 MEMS 디바이스(100)와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 상기 물체(210) 사이의 거리(X0)를 결정하거나, 또는
    상기 MEMS 디바이스(100)와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 상기 물체(210) 사이의 알려진 거리(XREF)에 기초하여 주변 온도(T0)를 결정하도록 구성되는
    장치(200).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 장치(200)의 분산된 외부 위치에 거리 센서와 온도 센서 중 적어도 하나로서 배치된 복수의 MEMS 디바이스(100)를 포함하고, 상기 처리 디바이스(220)는 상기 장치의 환경의 공간적 검출을 수행하기 위해 상기 거리(X0) 또는 상기 알려진 거리(XREF)를 포함하는 거리 정보를 이용하여 상기 MEMS 디바이스(100)의 상기 정보 신호(S1)를 평가하도록 구성되는
    장치(200).
  19. 제 6 항에 기재된 복수의 MEMS 디바이스(100)를 포함하는 모바일 디바이스(300)로서,
    상기 복수의 MEMS 디바이스(100)는 상기 모바일 디바이스(300)의 디바이스 프레임(310)에서 사전정의된 위치에 배치되는
    모바일 디바이스(300).
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 MEMS 디바이스(100)는 상기 모바일 디바이스(300)의 상기 디바이스 프레임(310)에서 서로에 대해 사전정해진 거리(XREF1, XREF2, ... XREFn)만큼 떨어져 쌍으로 배치되는
    모바일 디바이스(300).
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 회로 디바이스(120)는 정보 신호(S1)를 제공하도록 구성되며, 상기 정보 신호(S1)는 상기 MEMS 디바이스(100)와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 물체(210) 사이의 거리(X0)에 관한 정보를 포함하거나 또는 상기 정보 신호(S1)는 상기 MEMS 디바이스(100)와 상기 초음파 송신 신호(STX)의 반사를 유발하는 물체(210) 사이의 주변 대기 중의 주변 온도(T0)에 관한 정보를 포함하는
    모바일 디바이스(300).
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 모바일 디바이스(300)는 처리 디바이스(320)를 더 포함하고,
    상기 처리 디바이스(320)는 상기 MEMS 디바이스(100)의 상기 정보 신호(S1)를 평가하도록 구성되는
    모바일 디바이스(300).
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 처리 디바이스(320)는 또한 음향 MEMS 디바이스의 할당된 쌍 사이에서 상기 주변 대기를 통해 상기 방출된 초음파 송신 신호(STX)의 전파 시간(Δt)을 검출하고, 음향 MEMS 디바이스의 할당된 쌍 사이의 상기 초음파 송신 신호(STX)의 상기 검출된 전파 시간(Δt) 및 상기 음향 MEMS 디바이스의 할당된 쌍 사이의 사전정의된 거리에 기초하여 상기 주변 대기에서 우세한 주변 온도(T0)를 결정하도록 구성되는
    모바일 디바이스(300).
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 처리 디바이스는 반대 방향으로 음향 MEMS 디바이스의 할당된 쌍 사이에서 상기 주변 대기를 통해 상기 방출된 초음파 송신 신호의 제1 및 제2 전파 시간을 검출하고, 상기 음향 MEMS 디바이스의 할당된 쌍 사이의 상기 초음파 송신 신호의 상기 제1 및 제2 전파 시간 및 상기 음향 MEMS 디바이스의 할당된 쌍 사이의 사전정의된 거리에 기초하여 상기 주변 대기의 상대 이동 속도를 결정하도록 구성되는
    모바일 디바이스(300).
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 처리 디바이스(320)는 음향 MEMS 디바이스의 복수의 할당된 쌍 사이에서 상기 주변 대기를 통해 상기 방출된 초음파 송신 신호의 복수의 전파 시간을 검출하고, 상기 음향 MEMS 디바이스의 복수의 할당된 쌍 사이의 상기 초음파 송신 신호의 상기 검출된 복수의 전파 시간 및 상기 음향 MEMS 디바이스의 복수의 할당된 쌍 사이의 사전정의된 거리들에 기초하여 상기 주변 대기의 상대 이동 속도의 방향 정보를 결정하도록 구성되는
    모바일 디바이스(300).
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 처리 디바이스(320)는 상기 주변 대기에서 우세한 상기 주변 온도(T0)를 결정하기 위해 상기 주변 대기의 상기 결정된 상대 이동 속도 및 상기 주변 대기의 상기 상대 이동 속도의 상기 결정된 방향 정보 중 적어도 하나를 고려하도록 구성되는
    모바일 디바이스(300).
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