KR20200090774A

KR20200090774A - 사운드 변환기 장치

Info

Publication number: KR20200090774A
Application number: KR1020207014316A
Authority: KR
Inventors: 안드레아 루스코니 클레리치 벨트라미; 페루치오 보토니
Original assignee: 유사운드 게엠바하
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-07-29
Also published as: EP3701728A1; CA3080268A1; US20200351595A1; CN111567063B; SG11202003643VA; US11202155B2; DE102017125117A1; CN111567063A; WO2019081220A1; TW201924365A

Abstract

본 발명은 특히 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 변환기(1)에 관한 것으로, 캐리어(2); 캐리어(2)에 연결되며, 왕복 축(4a, 4b)을 따라 이에 대해 휨 가능한 다이어프램(3); 다이어프램(3)의 휨을 생성 및/또는 검출하기 위한 것으로, 다이어프램(3)으로부터 왕복 축(4)의 방향으로 이격되고, 상기 캐리어(2)에 연결된 제1 단부(6a, 6b) 및 왕복 축(4a,4b)의 방향으로 휨 가능한 제2 단부(7a, 7b)를 포함하는 적어도 하나의 압전 요소(5a, 5b); 및 압전 요소(5a, 5b)와 다이어프램(3) 사이에서 왕복 축(4a, 4b)의 방향으로 연장하며 압전 요소(5a, 5b)의 제2 단부(7a, 7b)를 다이어프램(3)에 연결하는 결합 요소(8a, 8b)를 포함한다. 또한, 적어도 하나의 압전 요소(5a, 5b) 및 결합 요소(8a, 8b)는 함께 일측에 클램핑된 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 형성하고, 상기 캔틸레버 아암은 압전 요소(5a, 5b)의 제1 단부(6a, 6b)에 의해 형성된 클램핑된 단부(10a, 10b), 및 결합 요소(8a, 8b)에 의해 형성된 자유 단부(11a, 11b)를 포함한다. 더욱이, MEMS 사운드 변환기(1)는 다수의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 평면에서 볼때 서로 앞뒤로 배치된다.

Description

사운드 변환기 장치

본 발명은 MEMS 사운드 변환기에 관한 것으로, 특히 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 것으로, 캐리어; 캐리어에 연결되고 왕복 축을 따라 이에 대해 휨 가능한 다이어프램; 다이어프램으로부터 왕복 축 방향으로 이격되고, 캐리어에 연결된 제1 단부 및 왕복 축 방향으로 휨 가능한 제2 단부를 포함하는, 다이어프램의 휨을 생성 및/또는 검출하기 위한 적어도 하나의 압전 요소; 및 압전 요소와 다이어프램 사이에서 왕복 축의 방향으로 연장하며 압전 요소의 제2 단부를 다이어프램에 연결하는 결합 요소를 포함한다.

WO 2016/034665 A1은 다이어프램, 다이어프램에 결합된 왕복 구조, 및 서로 이격된 복수의 연결 요소를 통해 서로 이격된 왕복 구조의 복수의 접점에 연결된 적어도 2개의 압전 액츄에이터를 포함하는 MEMS를 설명하고, 여기서 적어도 2개의 압전 액츄에이터는 다이어프램을 휨시키기 위해 왕복 구조의 왕복 운동을 유도하도록 설계된다. 그러나, 이 MEMS의 단점은 성능이 제한된다는 것이다.

본 발명의 목적은 관련 기술을 개선하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항 1의 특징을 갖는 MEMS 사운드 변환기에 의해 달성된다.

본 발명은 예를 들어 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 동작될 수 있는 MEMS 사운드 변환기에 관한 것이다. MEMS 사운드 변환기는 예를 들어 스마트 폰, 헤드폰 또는 다른 전기 장치에 배치될 수 있다. 그러나, MEMS 사운드 변환기는 또한 초음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 작동될 수 있다. MEMS 사운드 변환기는 예를 들어 의료 및/또는 기술 진단 장치, 거리 센서 등에서 배치될 수 있다.

또한, MEMS 사운드 변환기는 캐리어 및 캐리어에 연결되고 왕복 축을 따라 이에 대해 휨될 수 있는 다이어프램을 포함한다. 다이어프램은 전체 가장자리 영역에서 캐리어에 연결될 수 있다. 한편으로는 다이어프램을 사용하여 음파가 생성될 수 있다. 이를 위해, 다이어프램이 진동하여 다이어프램 위에 위치한 공기가 진동하게 된다. 전파 진동은 음(tone)을 전달하는 음파이다. 한편, 다이어프램은 진동을 일으킬 수도 있다. 음파가 다이어프램에 영향을 주면, 다이어프램도 진동을 시작한다.

또한, MEMS 사운드 변환기는 다이어프램의 휨을 생성 및/또는 검출하기 위해 다이어프램으로부터 왕복 축 방향으로 이격된 적어도 하나의 압전 요소를 포함한다. 압전 요소는 전압을 이용하여 휨될 수 있다. 압전 요소 자체가 압전 요소에 작용하는 힘에 의해 휨되면, 전압을 발생시킨다. 압전 요소는 캐리어에 연결된 제1 단부를 포함한다. 또한, 압전 요소는 왕복 축의 방향으로 휨될 수 있는 제2 단부를 포함한다.

압전 요소의 제2 단부를 다이어프램에 연결하기 위해, MEMS 사운드 변환기는 압전 요소와 다이어프램 사이에서 왕복 축 방향으로 연장되는 결합 소자를 포함한다. 전압에 의해 생성된 압전 요소의 휨은 음파를 생성하기 위해 결합 요소를 이용하여 다이어프램으로 전달될 수 있다. 전기 신호를 이용하여, 다이어프램은 결합 요소를 통해 대응하는 진동으로 설정될 수 있어서, 예를 들어 음이 생성될 수 있다. 음파의 진동은 또한 결합 요소를 이용하여 다이어프램에서 이들을 전기 신호로 변환하는 압전 요소로 전달될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 압전 요소와 결합 요소는 함께 캔틸레버 아암을 형성하고, 이 캔틸레버 아암은 일측에 클램핑되고 압전 요소의 제1 단부에 의해 형성된 클램핑된 단부 및 결합 요소에 의해 형성된 자유 단부를 포함한다. 결과적으로, 캔틸레버 아암이 자유 단부에서 자유롭게 진동할 수 있다. 결과적으로, 압전 요소는 왕복 축을 따라 높은 휨을 겪을 수 있다. 예를 들어, 진폭이 높은 음파가 생성될 수 있다.

또한, MEMS 라우드스피커는 선형성이 높다. 압전 요소가 전기 신호에 의해 작용할 때, 자유 단부는 휨된다. 압전 요소와 결합 요소가 캔틸레버 아암으로 설계되어 있기 때문에, 자유 단부의 휨은 전기 신호의 순간 진폭에 선형적으로 비례한다. 결과적으로 생성된 음파는 또한 사운드 진폭을 가지며, 이는 자유 단부의 휨에 선형적으로 비례한다. 따라서 본 발명에 따른 MEMS 사운드 변환기를 이용하여 전기 신호로부터 생성된 음파는 높은 선형성을 갖는다.

캔틸레버 아암으로서의 압전 요소 및 결합 소자의 설계로 인해, 다이어프램은 또한 큰 힘을 이용하여 압전 요소에 의해 작동될 수 있다. 결과적으로, 다이어프램은 유리하게 휨되거나 진동될 수 있다.

또한, MEMS 사운드 변환기는 다수의 캔틸레버 아암을 포함한다. 결과적으로 다이어프램은 더 큰 힘으로 휨될 수 있다.

본 발명에 따르면, 적어도 2개의 캔틸레버 아암이 평면도에서 서로 앞뒤로 배치된다. 결과적으로, 적어도 2개의 캔틸레버 아암은 서로 앞뒤로 일직선으로 정렬될 수 있다. 적어도 2개의 캔틸레버 아암은 이들이 공통 라인상에서 연장되도록 서로에 대해 배치될 수 있다. 결과적으로, 캔틸레버 아암의 서로 앞뒤로의 배치로 인하여 MEMS 사운드 변환기의 폭이 작게 유지될 수 있으므로, MEMS 사운드 변환기는 공간을 절약할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 결과적으로, 다이어프램은 선형적으로, 즉 2개의 캔틸레버 아암의 휨에 대해 선형적으로 휨될 수 있다.

본 발명의 하나의 유리한 향상 실시예에서, 캔틸레버 아암은 자유 단부의 영역에서 독점적으로 다이어프램에 연결된다. 결과적으로, 자유 단부는 진동에 대해 다른 영향을 받지 않고 자유롭게 진동할 수 있다. 자유 단부는 예를 들어 추가 구성 요소에 의해 진동에 대해 방해되거나 감속되지 않는다. 결과적으로, 예를 들어, MEMS 사운드 변환기의 높은 선형성이 가능하다. 또한, 결과적으로, 큰 힘을 이용하여 다이어프램의 높은 휨이 달성될 수 있다.

더욱이, 측면에서 볼 때 액추에이터에서 먼 쪽을 향한 결합 요소의 측면과 캐리어 사이에 개방 영역이 형성되는 것이 유리하다. 결과적으로, 결합 요소는 캐리어로부터 이격되어 자유롭게 진동할 수 있다.

또한, 캔틸레버 아암이 자유 단부에서 그리고 길이 방향 측면 모두에서 캐리어로부터 이격되도록 평면도에서 개방 영역이 U 자 형상을 가질 때 유리하다. 결과적으로, 캔틸레버 아암의 클램핑된 단부 만이 캐리어와 접촉하여, 길이 방향 측면 및 자유 단부는 캐리어에 대해 자유롭게 진동할 수 있다.

캐리어가 캔틸레버 아암이 배열된 적어도 하나의 리세스를 포함하는 경우 유리하다. 리세스는 캐리어에 의해 완전히 경계를 이룰 수 있다. 또한, 리세스는 왕복 축 방향으로 캐리어를 통해 완전히 연장될 수 있어서, 리세스는 상부 개구 및 하부 개구를 갖는다. 두 개의 개구 중 하나는 다이어프램으로 덮일 수 있다.

하나의 단일 캔틸레버 아암 만이 리세스에 배치될 때, 이것은 또한 유리하다. 이 경우, 캔틸레버 아암은 왕복 축을 따른 휨에 대하여 다른 캔틸레버 아암에 의해 방해받을 수 없다.

또한, MEMS 사운드 변환기가 평면도에서 서로 측방향으로 인접하여 배치된 다수의 캔틸레버 아암을 포함하는 경우 유리하다. 결과적으로, 다이어프램에 가해지는 힘이 증가될 수 있다. 또한, 다수의 캔틸레버 아암이 서로 이격되어, 다이어프램이 균일하게, 특히 평면 방식으로 휨될 수 있다. 결과적으로, 음파는 평면 방식으로 생성 및/또는 검출될 수 있다. 결과적으로, 캔틸레버 아암은 예를 들어 정사각형, 직사각형 또는 다른 평면 기하학적 도형 또는 다각형으로 배치될 수 있다. 하나의 캔틸레버 아암은 각각의 경우에 전술한 도형 또는 다각형의 한 모서리에 배치될 수 있다.

적어도 2개의 캔틸레버 아암이 서로에 대해 동일 방향으로 배향되는 경우에도 유리하다. 추가로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 캔틸레버 아암이 서로 반대 방향으로 배향될 수 있다. 결과적으로, 다이어프램은 유리하게 휨될 수 있다.

더욱이, 인접하여 배치되고 동일 방향으로 배향된 적어도 2개의 캔틸레버 아암이 자유 단부의 영역에서 결합 요소를 이용하여 서로 연결되는 경우에 유리하다. 2개의 캔틸레버 아암이 인접하게 배치될 때, 이들의 길이 방향 측면은 서로 대면한다. 결합 요소를 이용하여 2개의 캔틸레버 아암의 연결로 인해, 2개의 캔틸레버 아암의 힘이 휨에 결합될 수 있다.

결합 요소가 관절형 조인트를 이용하여 압전 요소에 연결되는 경우, 결합 요소가 압전 요소에 대해 회전 가능하여 유리하다. 관절형 관절은 예를 들어 탄성 관절형 관절 또는 가요성 관절형 조인트일 수 있다. 결합 요소의 회전성을 이용하여, 결합 요소는 압전 요소의 휨 동안 다이어프램과 평행하게 정렬된 상태를 유지할 수 있다. 결과적으로, 다이어프램은 결합 요소와 다이어프램 사이의 접촉 영역에서 더 적은 정도로 로딩될 수 있다.

압전 요소와 결합 요소가 동일한 재료의 한 조각으로서 형성되는 경우에도 유리하다. 결과적으로, 압전 요소는 예를 들어 하나의 제조 단계에서 그 위에 결합 요소가 배치되어 제조될 수 있다.

또한, MEMS 사운드 변환기가 MEMS 라우드스피커인 경우에 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, MEMS 사운드 변환기는 또한 MEMS 마이크로폰일 수 있다.

본 발명의 다른 장점은 다음의 예시적인 실시예에서 설명된다. 여기서 :
도 1은 캐리어, 압전 요소 및 결합 소자를 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 사시도를 도시하고,
도 2는 캔틸레버 아암을 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 측 단면도를 도시하고,
도 3은 반대 방향으로 배향된 2개의 캔틸레버 아암을 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 측면 단면도를 도시하고,
도 4는 동일 방향으로 배향된 2개의 캔틸레버 아암을 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 측면 단면도를 도시하고,
도 5는 2개의 캔틸레버 아암을 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 평면도를 도시하고,
도 6은 하나의 캔틸레버 아암을 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 평면도를 도시하고,
도 7은 2개의 캔틸레버 아암 및 1개의 결합 플레이트를 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 측 단면도를 도시하고,
도 8은 다이어프램과 결합 요소 사이에 스페이서 요소를 포함하는 MEMS 사운드 변환기의 측 단면도를 도시한다.

도 1은 MEMS 사운드 변환기(1)의 사시도를 도시한다. 작동 모드를 설명하기 위해, 처음에는 하나의 캔틸레버 아암(9)만이 도시되어 있다. 예를 들어, MEMS 사운드 변환기(1)를 이용하여, 가청 파장 스펙트럼의 음파가 생성될 수 있으며, 이는 MEMS 라우드 스피커로서 작동될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, MEMS 사운드 변환기(1)를 이용하여, 가청 파장 스펙트럼의 음파가 또한 검출될 수 있어서, 이는 MEMS 마이크로폰으로서 작동될 수 있다. 또한, MEMS 사운드 변환기(1)는 전화를 걸거나 음악을 들을 수 있게 하기 위해, 예를 들어 스마트 폰에 배치될 수 있다. MEMS 사운드 변환기(1)는 또한 예를 들어 헤드폰에 배치될 수 있다.

그러나, MEMS 사운드 변환기(1)의 하나의 추가 응용 분야는 또한 초음파의 생성 및/또는 검출일 수 있다. MEMS 사운드 변환기(1)는 예를 들어 초음파 센서, 예를 들어 거리 센서에 배치될 수 있다.

또한, MEMS 사운드 변환기(1)는 MEMS 사운드 변환기(1)의 프레임워크를 형성할 수 있는 캐리어(2)를 포함한다. 캐리어(2)는 예를 들어 에칭 공정에서 제조될 수 있는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 캐리어(2)에, 예를 들어 완전히 원주로 연결된 다이어프램(3)(이하 도시되지 않음)이 캐리어(2) 상에 배열될 수 있다. 다이어프램(3)은 왕복 축(4)을 따라 휨될 수 있다. 다이어프램(3)의 경우, 다이어프램(3) 위에 위치한 공기가 진동하여 음파가 생성될 수 있다. 그러나, 다이어프램(3) 자체도 진동하게 되므로 진동 공기에 의해 휨될 수 있다. 따라서, 다이어프램(3)은 음파를 검출할 수 있다.

다이어프램(3)의 휨을 검출 및/또는 발생시키기 위해, MEMS 사운드 변환기(1)는 다이어프램(3)으로부터 왕복 축(4)의 방향으로 이격된 적어도 하나의 압전 요소(5)를 포함한다. 압전 요소(5)는 예를 들어 음악을 아우르는 전기 신호를 이용하여 휨될 수 있으며, 여기서 휨이 다이어프램(3) 상으로 전달되어 음파가 생성된다. 압전 요소(5)는 따라서 압전 액츄에이터로서 작용한다. 이 경우, MEMS 사운드 변환기(1)는 MEMS 라우드스피커로서 작동된다. 그러나, 압전 요소(5)가 다이어프램(3)에 의해 휨되면, 압전 요소(5)는 전기 신호를 생성하는데, 이는 다이어프램(3)에 의해 픽업된 음파에 해당한다. 따라서 압전 요소(5)는 압전 센서로서 작용한다. 그 후, MEMS 사운드 변환기(1)는 MEMS 마이크로폰으로서 작동된다.

압전 요소(5)는 또한 캐리어(2)에 연결된 제1 단부(6)를 포함한다. 또한, 압전 요소(5)는 왕복 축(4)의 방향으로 휨 가능한 제2 단부(7)를 포함한다.

MEMS 사운드 변환기(1)는 또한 압전 요소(5)와 다이어프램(3) 사이에서 왕복 축(4)의 방향으로 연장되고 압전 요소(5)의 제2 단부(7)를 다이어프램(3)에 연결하는 결합 요소(8)를 포함한다. 따라서, MEMS 사운드 변환기(1)가 라우드스피커로서 작동될 때, 결합 요소(8)는 압전 요소(5)의 휨을 다이어프램(3) 상으로 전달한다. 또한, 결합 요소(8)는 MEMS 사운드 변환기(1)가 마이크로폰으로서 작동될 때 다이어프램(3)의 휨을 압전 요소(5) 상으로 전달한다.

바람직하게는, 캐리어(2) 및 결합 요소(8)는 반도체 재료와 같은 동일한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 캐리어(2)와 결합 요소(8)는 왕복 축(4)의 방향으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 캐리어(2)와 결합 요소(8)는 적층 방법(layering method)으로 함께 형성될 수 있으며, 여기서 캐리어(2) 및/또는 결합 요소(8) 주위의 중공 공간은 에칭 프로세스를 이용하여 제거된다. 또한, 압전 요소(5)는 또한 적층 방법을 이용하여 캐리어(2) 및/또는 결합 소자(8)와 함께 형성될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 압전 요소(5)와 결합 요소(8)는 함께 한쪽에 클램핑된 캔틸레버 아암(9)을 형성한다. 캔틸레버 아암(9)은 압전 요소(5)의 제1 단부(6)에 의해 형성된 클램핑된 단부(10) 및 결합 요소(8)에 의해 형성된 자유 단부(11)를 포함한다. 압전 요소(5)는 결합 요소(8)와 함께 클램핑된 단부(10)에서 캐리어(2)에 연결되는 캔틸레버를 형성할 수 있다. 캔틸레버 아암(9)의 자유 단부(11)는 다이어프램(3)에 독점적으로 연결될 때 자유롭게 진동할 수 있다. 특히, 자유 단부(11)는 캐리어(2)에 및/또는 대향 위치된 압전 요소(5)에 연결되지 않는다. 자유 단부(11)는 캐리어(2)에 대해 분리된다. 결과적으로, 자유 단부(11)는 자유롭게 진동할 수 있다. 자유 단부(11)는 진동에 대해 방해받지 않는다. 결과적으로, 자유 단부(11)는 크게 휨될 수 있어서, 높은 진폭을 갖는 음파가 생성 및/또는 검출될 수 있다.

또한 결과적으로 높은 선형성이 확립된다. 전기 신호의 진폭은 음파의 선형 비례 진폭으로 변환될 수 있다. MEMS 사운드 변환기(1)가 마이크로폰으로 작동되는 경우에도 마찬가지이다. 이 경우, 음파의 진폭은 선형 비례 전기 신호로 변환될 수 있다. 또한, 캔틸레버 아암(9)을 이용하여, 자유 단부(11)가 방해받지 않고 이동할 수 있기 때문에 다이어프램(3)은 큰 힘을 이용하여 휨될 수 있다.

또한, 결합 요소(8)는 탄성적으로 형성될 수 있는 관절형 조인트(14a, 14b)를 이용하여 압전 요소(5)에 배열될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 관절형 조인트(14a, 14b)는 또한 가요성일 수 있다. 관절형 조인트(14a, 14b)를 이용하여, 왕복 축(4)을 따라 캔틸레버 아암(9)이 휨되는 동안, 결합 요소(8)는 압전 요소(5)에 대해 회전될 수 있어, 결합 요소(8)는 다이어프램(3)에 평행한 배향이 유지될 수 있다. 다관절 조인트(14a, 14b)는 바람직하게는 적어도 하나의 가요성 및/또는 탄성 연결 요소로 형성된다. 바람직하게는, 압전 요소(5)는 다중층, 특히 적어도 하나의 압전층, 하나의 캐리어 층 및/또는 하나의 전극층으로 형성된다. 적어도 하나의 연결 요소는 바람직하게는 이들 층 중 하나, 특히 캐리어 층으로부터 형성된다.

또한, 도 1로부터의 본 예시적인 실시예에 따르면, MEMS 사운드 변환기(1)는 측면에서 볼때 압전 요소(5)로부터 멀리 향하는 결합 요소(8)의 측면과 캐리어(2) 사이에 개방 영역(12)을 포함할 수 있다. 개방 영역(12)을 이용하여, 캔틸레버 아암(9)은 자유롭게 진동할 수 있다.

또한, 캐리어(2)는 캔틸레버 아암(9)이 배치된 리세스(13)를 포함한다. 본 예시적인 실시예에서, 리세스(13)는 캐리어(2)에 의해 완전히 경계가 형성된다. 또한, 리세스(13)는 왕복 축(4)의 방향으로 캐리어(2)를 통해 완전히 연장된다.

이하의 예시적인 실시예의 설명에서, 동일한 참조 번호는 전술한 예시적인 실시예와 비교하여 그 설계 및/또는 동작 모드와 동일하거나 적어도 비교 가능한 특징에 이용된다. 이들 특징이 다시 한번 상세하게 설명되지 않으면, 이들의 설계 및/또는 동작 모드는 이미 상술된 특징의 설계 및 동작 모드에 대응함을 의미한다.

도 2는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 MEMS 사운드 변환기(1)의 측 단면도를 도시한다. 이 경우에, 다이어프램(3)은 캐리어(2) 상에 배열된다. 본 예시적인 실시예에서, 다이어프램(3)은 캐리어(2)에 연결되는 지지 요소(15) 상에 배치된다. 또한, 다이어프램(3)은 지지 요소(15) 상에 클램핑될 수 있다. 결과적으로, 지지 요소(15)는 다이어프램(3)을 위한 프레임을 형성할 수 있다.

또한, 다이어프램(3)은 MEMS 사운드 변환기(1)의 상부면(21)의 영역에 배치될 수 있다. 또한, MEMS 사운드 변환기(1)는 상부면(21)에 대향하여 위치된 하부면(20)을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 압전 요소(5)는 하부면(20)의 영역에 배치될 수 있다. 결과적으로, 결합 요소(8)는 압전 요소(5)로부터 밑면(20)으로부터 상부면(21)에 있는 다이어프램(3)까지 연장된다.

본 예시적인 실시예에 따르면, MEMS 사운드 변환기(1)는 결합 요소(8)와 다이어프램(3) 사이에 배치되고 이들을 서로 결합시키는 결합 판(16)을 포함한다. 결합 플레이트(16)는 MEMS 사운드 변환기(1)의 상부면(21)의 영역에 배치된다. 결합 플레이트(16)를 이용하여, 결합 요소(8)와 다이어프램(3) 사이의 평면형 힘 전달이 확립된다.

도 3은 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함하는 MEMS 사운드 변환기(1)의 하나의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b) 각각은 각각 결합 요소(8a, 8b) 및 압전 요소(5a, 5b)를 포함한다. 개방 영역(12)은 2개의 결합 요소(8a, 8b) 사이에 배열된다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 분리되어 있다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 다이어프램(3)에만 연결된다. 본 예시적인 실시예에 따르면, 각각의 결합 요소(8a, 8b)에 할당된 결합 플레이트(16a, 16b)는 각각 결합 요소(8a, 8b)를 다이어프램(3)에 연결한다.

또한, 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 반대 방향으로 배향된다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)의 2개의 자유 단부(11a, 11b)는 서로 마주보고 있다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 다이어프램(3)을 통해서만 서로 연결된다. 이 경우에 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 앞뒤로 배치된다. "서로 앞뒤로 배치된(arranged one behind the other)"은 이 경우에 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 단지 MEMS 사운드 변환기(1)의 가로 방향으로 병진 방식(translatory manner)으로 서로에 대해 단지 오프셋된 것을 의미할 수 있다. 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 예를 들어 일렬로 배열될 수 있다.

본 발명의 도 3으로부터 예시적인 실시예의 MEMS 사운드 변환기(1)는 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 모두 배치된 리세스(13)를 포함한다.

도 4는 동일 방향으로 배향된 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함하는 MEMS 사운드 변환기(1)의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다. MEMS 사운드 변환기(1)는 2개의 리세스(13a, 13b)를 포함할 수 있으며, 여기서 하나의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 각각 하나의 리세스(13a, 13b)에 배열된다. 2개의 리세스(13a, 13b)는 캐리어(2)의 중간 부분(17)에 의해 서로 분리되어 있다. 제2 캔틸레버 아암(9b)은 중간 부분(17)에 배열된다. 제1 캔틸레버 아암(9a) 및 제2 캔틸레버 아암(9b)은 서로에 대해 동일하게 정렬되고 및/또는 서로에 대해 동일하게 배향된다. 그러나, 제1 캔틸레버 아암(9a) 및 제2 캔틸레버 아암(9b)은 MEMS 사운드 변환기(1)의 가로 방향으로 병진 방식으로 서로에 대해 오프셋되어 있다. 두 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 이 경우에 서로 앞뒤로 배치된다. "서로 앞뒤로 배치된다"는 이 경우에, 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 단지 MEMS 사운드 변환기(1)의 가로 방향으로 병진 방식으로 서로에 대해 단지 오프셋된 것을 의미할 수 있다. 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 예를 들어 일렬로 배열될 수 있다. 따라서, 이들은 서로에 대해 동일한 이동 자유를 가지지만, 다른 영역에서 다이어프램(3)과 맞물리고, 이는 병진 방식으로 서로에 대해 오프셋된다.

다이어프램(3)은 중간 부분(17)을 넘어 연장된다. 도 4의 본 예시적인 실시예에 따르면, 다이어프램(3)의 중립 위치에서 캐리어(2)의 중간 부분(17)과 다이어프램(3) 사이에 갭(18)이 형성된다. 따라서, 다이어프램(3)은 중간 부분(17)로부터 분리된다. 결과적으로, 다이어프램(3)은 중간 부분(17)으로부터 분리된다. 이 경우, 캐리어(2)는 그 가장자리 영역이 중간 부분(17)의 영역과 정확한 두께가 되도록 설계된다. 대안적으로, 중간 부분(17)는 또한 갭(18) 또는 다이어프램(3)과 중간 부분(17) 사이의 거리가 확대되도록 에지 영역보다 얇게 설계될 수 있다(도 7 참조). 그러나, 대안적으로, 중립 위치에 있는 다이어프램(3)은 또한 중간 부분(17)에 느슨하게 놓일 수 있다. 그러나, 하나의 대안적인 예시적인 실시예에서, 다이어프램(3)은 또한 캐리어(2)의 중간 부분(17)에 연결, 특히 고정될 수 있다.

2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 이용하여, 다이어프램(3)은 훨씬 더 큰 정도로 휨될 수 있다. 또한, 다이어프램(3)은 더 큰 힘을 이용하여 평면 방식으로 휨될 수 있다.

도 5는 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함하는 MEMS 사운드 변환기(1)의 하나의 추가 예시적인 실시예를 평면도로 도시한다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 인접하게 배열되고 동일 방향으로 배향된다. 또한, 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 평행한 길이 방향 측면(19a-19d)을 포함한다. 제1 캔틸레버 아암(9a)의 제1 길이 방향 측면(19a) 및 제2 캔틸레버 아암(9b)의 제2 길이 방향 측면(19d)은 캐리어(2)를 향하고 그로부터 이격되어 있다. 제1 캔틸레버 아암(9a)의 제2 길이 방향 측면(19b)과 제2 캔틸레버 아암(9b)의 제1 길이 방향 측면(19c)은 서로 마주 보며 서로 이격되어 있다. 그러므로, 개방 영역(12)은 특정 캔틸레버 아암(9a, 9b) 주위에 U 자형으로 배열된다. 그러므로 개방 영역(12)은 도 5의 이 평면도에서 특정 캔틸레버 아암(9a, 9b) 주위에 U 자형을 갖는다. 양쪽 캔틸레버 아암(9a, 9b) 주위의 개방 영역(12)은 W- 형상을 갖는다.

2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 직접 연결되지 않는다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 분리되어 있다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 모두 다이어프램(3)에만 연결되어 있다.

서로 인접한 캔틸레버 아암(9a, 9b)의 배열 및 서로 앞뒤로의 배열을 이용하여, 다수의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 평면 방식으로 배열될 수 있다. 이를 위해서는 3 개 이상의 캔틸레버 아암(9)이 필요하다. 예를 들어, 여기에 도시된 예시적인 실시예에 따라 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 배치될 수 있고, 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b) 중 하나 뒤에 적어도 하나의 추가 캔틸레버 아암이 배치될 수 있다. 결과적으로, 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9)이 서로 앞뒤로 배치된다. 이어서, 3 개의 캔틸레버 아암(9)은 직각 삼각형의 기하학적 형태로 배열될 수 있고, 하나의 캔틸레버 아암(9)은 각각의 경우에 직각 삼각형의 모서리에 있다. 결과적으로, 다이어프램(3)은 평면 방식으로 휨될 수 있다. 그러나, 3 개의 캔틸레버 아암(9)은 또한 이등변 또는 정삼각형으로 배열될 수 있다.

대안적으로, 캔틸레버 아암은 또한 다른 기하학적 도형으로 배열될 수 있으며, 여기서 기하학적 도형의 모서리의 수는 캔틸레버 아암의 수에 대응한다. 예를 들어, 4 개의 캔틸레버 아암은 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 마름 모형 또는 불규칙한 사변형으로 배열될 수 있다.

도 6은 2개의 압전 요소(5a, 5b) 및 1개의 결합 소자(8)를 포함하는 캔틸레버 아암(9)을 포함하는 MEMS 사운드 변환기(1)의 하나의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다. 2개의 압전 요소(5a, 5b)는 서로 인접하게 배열되고 배향된다. 2개의 단부(7a, 7b)의 영역에서, 2개의 압전 요소(5a, 5b)는 결합 요소(8)를 이용하여 서로 연결된다. 결과적으로, 다이어프램(3)은 큰 힘을 이용하여 휨될 수 있다.

캔틸레버 아암(9)의 제1 길이 방향 측면(19a) 및 제2 길이 방향 측면(19b)은 각각 캐리어(2)로부터 이격되어 있다. 개방 영역(12)은 이 경우 U 자형으로 설계되고 캔틸레버 아암(9) 주위로 연장된다. 결과적으로, 캔틸레버 아암(9)의 자유 단부(11)는 왕복 축(4)을 따라 자유롭게 휨될 수 있다.

도 7은 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함하는 MEMS 사운드 변환기(1)의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다. 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 동일 방향으로 배향되며, 제2 캔틸레버 아암(9b)은 캐리어(2)의 중간 부분(17)에 배열된다. 본 예시적인 실시예에서, 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)의 2개의 결합 요소(8a, 8b)는 각각 동일한 특히 단일의 결합 플레이트(16)를 이용하여 다이어프램(3)에 연결된다. 결과적으로, 다이어프램(3)은 양쪽 캔틸레버 아암(9a, 9b)에 의해 동기적으로 휨될 수 있다. 결합 플레이트(16)는 MEMS 사운드 변환기(1)의 횡 방향으로 제1 결합 요소(8a) 및 제2 결합 요소(8b) 위로 연장된다.

본 예시적인 실시예에 따른 갭(18)은 도 4의 갭(18)보다 더 크다. 이를 위해, 중간 부분(17)은 캐리어(2)의 가장자리 영역보다 얇게 설계된다. 갭(18)은 바람직하게는 왕복 축(4)의 방향에서의 캐리어(2)의 가장자리 영역의 두께의 대략 절반이다. 결과적으로, 다이어프램(3)은 중간 부분(17)에 영향을 주지 않으면서 중간 부분(17)의 방향으로 크게 휨될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 중간 부분(17)은 결합 플레이트(16)까지 연장될 수 있어서, 결합 플레이트(16)는 다이어프램(3)의 중립 위치에서 중간 부분(17)에 느슨하게 놓일 수 있다. 중간 부분(17)은 이에 따라 캐리어(2)의 가장자리 영역과 정확하게 같은 두께일 수 있다. 그러나, 중간 부분(17) 위로 연장하는 강성 결합 플레이트(16)는 중간 부분(17)로부터 분리되어 있고, 특히 다이어프램(3)의 중립 위치에서 그로부터 이격되어 있다.

추가로, 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 또한 관절형 조인트(14a-d)(도시되지 않음) 또는 연결 요소를 포함할 수 있다. 그 결과, 캔틸레버 아암(9a, 9b)의 결합 요소(8a, 8b)는 각각 대응하는 압전 요소(5a, 5b)에 대해 회전할 수 있어, 다이어프램(3)의 휨 동안 결합 요소(8a, 8b)는 다이어프램(3)과 평행하게 정렬됨을 유지한다.

이 경우 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 서로 앞뒤로 배치된다. 따라서, 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 일렬로 배열될 수 있다. 하나의 대안적인 예시적인 실시예에서, 다수의, 예를 들어, 3 개, 4 개의 캔틸레버 아암(9)이 또한 서로 앞뒤로, 특히 일렬로 배열될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 캔틸레버 아암(9)이 여기에 도시된 캔틸레버 아암(9a, 9b) 중 하나 이상에 인접하여 배치될 수도 있다. 인접하게 배열된 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 예를 들어 도 5에 도시되어 있다.

도 8은 MEMS 사운드 변환기(1)의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 스페이서 요소(22a, 22b)는 이 예시적인 실시예의 다이어프램(3)과 두 개의 결합 요소(8a, 8b) 사이에 각각 배치된다. 스페이서 요소(22a, 22b)는 왕복 축(4)의 방향에서 캐리어(2) 및/또는 지지 요소(15)에 필적하는 두께를 가질 수 있다. 특히, 스페이서 요소(22a, 22b)의 두께와 결합 플레이트(16)의 두께의 합은 지지 요소(15)의 두께에 대응할 수 있다. 스페이서 요소(22a, 22b)는 예를 들어 결합 요소(8a)의 제조 공정 후에 각각 결합 요소(8a, 8b)에 접착 결합될 수 있다. 스페이서 요소(22a, 22b)로 인해, 예를 들어 개방 영역(12a, 12b) 및 리세스(13a, 13b)의 부피가 확대될 수 있다. 결과적으로, MEMS 사운드 변환기(1)의 음향 특성이 조정될 수 있다.

또한, 도 8에 따르면, 갭(18)은 중간 부분(17)과 다이어프램(3) 사이에 배치되고, 스페이서 요소(22a, 22b)가 다이어프램(3)과 결합 요소(8a, 8b) 사이에 각각 배치된다는 사실로 인해 넓어진다.

이 경우에도, 다수의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 예를 들어 도 5에 도시되고 이와 관련하여 기술된 바와 같이 다시 서로 인접하여 배치될 수 있다. 여기에 도시된 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 다시 서로 앞뒤에 배치된다. 그러나, 다수의 캔틸레버 아암(9a, 9b) 또한 서로 앞뒤에 배치될 수 있다.

본 발명은 도시되고 설명된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 상이한 예시적인 실시예에서 표현되고 설명되더라도, 특징의 임의의 조합이있는 것처럼 청구 범위 내에서의 변형이 또한 가능하다.

1 MEMS 사운드 변환기
2 캐리어
3 다이어프램
4 왕복 축
5 압전 요소
6 제1 단부
7 제2 단부
8 결합 요소
9 캔틸레버 아암
10 클램핑된 단부
11 자유 단부
12 개방 영역
13 리세스
14 관절 관절
15 지지 요소
16 결합 플레이트
17 중간 조각
18 갭
19 길이 방향 측면
20 하부면
21 상부면
22 스페이서 요소

Claims

특히 가청 파장 스펙트럼의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 변환기(1)로서,
캐리어(2),
캐리어(2)에 연결되며, 왕복 축(4a, 4b)을 따라 이에 대해 휨 가능한 다이어프램(3),
다이어프램(3)의 휨을 생성 및/또는 검출하기 위한 것으로, 다이어프램(3)으로부터 왕복 축(4)의 방향으로 이격되고, 상기 캐리어(2)에 연결된 제1 단부(6a, 6b) 및 왕복 축(4a,4b)의 방향으로 휨 가능한 제2 단부(7a, 7b)를 포함하는 적어도 하나의 압전 요소(5a, 5b), 및
압전 요소(5a, 5b)와 다이어프램(3) 사이에서 왕복 축(4a, 4b)의 방향으로 연장하며 압전 요소(5a, 5b)의 제2 단부(7a, 7b)를 다이어프램(3)에 연결하는 결합 요소(8a, 8b)를 포함하되,
적어도 하나의 압전 요소(5a, 5b) 및 결합 요소(8a, 8b)는 함께 일측에 클램핑된 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 형성하고, 상기 캔틸레버 아암은 압전 요소(5a, 5b)의 제1 단부(6a, 6b)에 의해 형성된 클램핑된 단부(10a, 10b), 및 결합 요소(8a, 8b)에 의해 형성된 자유 단부(11a, 11b)를 포함하며, MEMS 사운드 변환기(1)는 다수의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함하되,
적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 평면에서 볼때 서로 앞뒤로 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1에 있어서, 상기 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 자유 단부(11a, 11b)의 영역에서 다이어프램(3)에 독점적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 측면에서 볼때 상기 압전 요소(5a, 5b)로부터 먼 쪽을 향하는 상기 결합 요소(8a, 8b)의 측면과 캐리어 사이에 개방 영역(12)이 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 영역(12)은 평면에서 볼때 U 자 형상을 가져서, 상기 캔틸레버 아암(9a, 9b)은 자유 단부(11a, 11b)와 길이 방향 양 측면(19a-d)에서 캐리어(2)로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어(2)는 상기 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 배치되는 적어도 하나의 리세스(13)를 포함하되, 상기 리세스(13)는 바람직하게는 상기 캐리어(2)에 의해 완전히 경계가 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 단일 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 리세스(13)에 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MEMS 사운드 변환기(1)는 다수의 캔틸레버 아암(9a, 9b)을 포함하고, 평면에서 볼때 서로 측면으로 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 서로 동일하게 및/또는 반대로 배향되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 인접하게 배치되고 동일 방향으로 배향된 적어도 2개의 캔틸레버 아암(9a, 9b)이 결합 요소(8a, 8b)를 이용하여 자유 단부(11a, 11b)의 영역에서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합 요소(8a, 8b)는 특히 탄성 또는 가요성의 관절형 조인트(14a-d)를 이용하여 압전 요소(5a, 5b)에 연결되어, 상기 결합 요소(8a, 8b)가 압전 요소(5a, 5b)에 대해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 요소(5a, 5b)와 상기 결합 요소(8a, 8b)는 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MEMS 사운드 변환기(1)는 MEMS 라우드스피커 및/또는 MEMS 마이크로폰인 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.