KR20220047750A

KR20220047750A - 폴리머로 만들어진 다이어프램을 갖는 mems 사운드 변환기

Info

Publication number: KR20220047750A
Application number: KR1020227000805A
Authority: KR
Inventors: 안드레아 루스코니 클레리치 벨트라미; 페루치오 보토니; 닉 레나우드-베조트
Original assignee: 유사운드 게엠바하
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2022-04-19
Also published as: DE102019116080A1; WO2020249457A1; EP3984247A1; TW202045434A; US11924610B2; CN113853804A; US20220360908A1

Abstract

본 발명은 가청 파장 범위 및/또는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 변환기(1)의 제조 방법에 관한 것으로, 여기서 적어도 하나의 압전 소자(3a-3c)는 지지 기판(2) 상에 배치되고 적어도 하나의 압전 소자(3a-3c) 상에 다이어프램이 형성된다. 본 발명에 따르면, 다이어프램(4)을 형성하기 위해, 경화 후에 다이어프램을 형성하는 유동성 및 경화성 폴리머가 적어도 하나의 압전 소자(3a-3c) 주위에 적어도 부분적으로 주조된다. 본 발명은 또한 MEMS 사운드 변환기(1)에 관한 것이다.

Description

폴리머로 만들어진 다이어프램을 갖는 MEMS 사운드 변환기

본 발명은 가청 파장 범위 및/또는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한, 적어도 하나의 압전 소자가 지지 기판 상에 배치되고 다이어프램이 적어도 하나의 압전 소자 상에 형성되는 MEMS 사운드 변환기의 제조 방법에 관한 것이다.

DE 603 13 715 T2는 MEMS 변환기를 제조하는 공정을 설명한다. 여기에서는 희생층이 기판에 적용된다는 점에서 발생한다. 이후, 다이어프램층, 하부전극층, 활성층, 상부전극층이 차례로 설치된다.

본 발명의 목적은 관련 기술을 개선하는 것이다.

상기 목적은 독립 특허 청구항의 특징을 갖는 MEMS 사운드 변환기 및 MEMS 사운드 변환기의 제조 방법에 의해 달성된다.

본 발명은 가청 파장 범위 및/또는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 변환기의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서 MEMS 사운드 변환기는 예를 들어 음악, 톤 및/또는 음성을 생성하기 위한 확성기 및/또는 음악, 톤 및/또는 음성을 픽업하기 위한 마이크로 활용될 수 있다. 초음파 범위의 음파가 생성 및/또는 감지되면 기술 테스트 기기 또는 초음파 검사용 초음파 장치에 사용할 수 있다.

이 방법에서, 적어도 하나의 압전 소자는 지지 기판 상에 배치된다. 따라서, 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 적어도 하나의 압전 소자는 지지 기판 상에 배치된다. 압전 소자는 압전 특성을 갖고 있어 압전 소자는 전기적 신호나 전압을 변형(deformation)으로 변환하여, 결과적으로 음파를 발생시킬 수 있다. 압전 소자는 변형을 전기 신호 또는 전압으로 변환할 수도 있어, 결과적으로 음파를 감지할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 압전 소자에는 다이어프램이 형성된다. 그 결과, 다이어프램과 적어도 하나의 압전 소자가 서로 결합된다. 커플링에 의해, 음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 진동이 다이어프램과 적어도 하나의 압전 소자 사이에서 교환될 수 있다. 압전 소자는 예를 들어 음파를 발생시키기 위하여 전기적 신호에 따라 다이어프램을 편향시키거나 진동으로 다이어프램에 작용하여, 다이어프램 위에 있는 공기를 진동시키며, 이는 음파가 된다. 그에 비해 음파로 인한 공기 진동은 다이어프램을 진동시켜 이는 차례로 압전 소자로 전달된다. 압전 소자는 진동을 전기 신호로 변환한다.

본 발명에 따르면, 다이어프램을 형성하기 위해, 일단 경화되면 다이어프램을 형성하는 유동성 및 경화성 폴리머가 적어도 하나의 압전 소자 주위에 적어도 부분적으로 주조된다. 따라서 폴리머는 주조 공정을 통해 주입될 수 있다. 특히 다이어프램은 주조 공정을 통해 제조된다. 따라서 유동성 폴리머는 특히 자체적으로 윤곽 및/또는 가능한 불균일성에 적응한다. 폴리머는 예를 들어 압전 소자 주위를 자동으로 흐르는 점도를 가질 수 있다. 따라서 다이어프램은 아직 경화되지 않은 폴리머로 형성되어 하나의 간단한 제조 단계에서 다이어프램을 제조할 수 있다. 따라서 다이어프램을 형성하는 폴리머는 여전히 액체 및/또는 유동성이다. 액체 및/또는 유동성 폴리머는 또한 쉬운 방식으로 수행될 수 있는 적어도 하나의 압전 소자 주위에 주조될 수 있다. 폴리머는 적어도 하나의 압전 소자를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 그 결과, 압전 소자가 다이어프램에 의해 덮인 점에서, 다이어프램은 적어도 하나의 압전 소자에 결합된다. 따라서 다이어프램은 압전 소자 상에 직접 배치되고/되거나 압전 소자에 직접 연결된다. 또한, 압전 소자가 지지 기판 상에 이미 배치되어 있는 경우에는 압전 소자 주위에 폴리머를 붓는다.

지지 기판이 딱딱한 경우에 유리하다. 특히, MEMS 사운드 변환기의 작동 중에 지지 기판이 진동하지 않거나 단지 거의 진동하지 않을 정도로 높은 강성을 갖는다. 따라서, 이것은 지지 기판이라기 보다 소리를 생성하고/하거나 소리를 감지하도록 설계된 적어도 하나의 압전 소자 위에 주조된 다이어프램이다. 특히, 지지 기판의 강성은 경화 후의 다이어프램의 강성보다 크다.

특히, 적어도 하나의 압전 소자 및/또는 다이어프램은 지지 기판에 대해 진동한다.

또한, 적어도 하나의 압전 소자가 먼저 지지 기판 상에 배치되고, 그 후에 폴리머가 적어도 하나의 압전 소자 주위에 주조될 때 유리하다.

일단 폴리머가 경화되면, 다이어프램은 유리하게는 유연성 및/또는 탄성을 갖는다.

단순함을 위해, 적어도 하나의 압전 소자보다는 단지 하나의 압전 소자만을 언급할 수도 있다.

또한, MEMS 사운드 변환기는 다음 설명의 적어도 하나의 특징을 가질 수 있다. 특히, MEMS 사운드 변환기는 다음 설명의 적어도 하나의 특징을 갖는 방식으로 제조될 수 있다.

폴리머가 경화되면 다이어프램, 즉 경화된 폴리머는 또 다른 이점이 있다. 경화된 폴리머로 형성된 다이어프램과 압전 소자는 복합재를 형성한다. 압전 소자는 예를 들어 세라믹으로 제조될 수 있다. 또한, 압전 소자가 상대적으로 얇을 때 압전 소자의 진동 거동에 더 좋다. 그러나 결과적으로 압전 소자가 파손될 위험이 증가한다. 압전 소자는 경화 후 탄성과 유연성을 갖는 경화된 폴리머로 형성된 다이어프램에 의해 안정화될 수 있다. 경화된 폴리머로 형성된 다이어프램과 압전 소자는 복합 시스템을 형성하는데, 여기서 다아어프램은 압전 소자를 안정화시킨다.

다이어프램이 제조 공정 초기에는 액체 및/또는 유동성이라는 사실로 인해, 폴리머는 적어도 하나의 압전 소자 주위를 잘 둘러싸고(surround), 둘러싸고(enclose), 덮고(cover), 젖고(wet), 및/또는 흐를(flow) 수 있다.

폴리머는 예를 들어 실리콘을 기반으로 할 수 있다. 폴리머는 유기 또는 무기 폴리머일 수 있다. 폴리머는 플라스틱일 수 있다.

압전 소자와 다이어프램 사이에 접착력이 형성될 때 유리하다. 따라서 다이어프램은 접착 결합을 통해 압전 소자에 연결된다.

적어도 하나의 압전 소자가 댐 장치의 수용 공간에 배치되어 압전 소자가 댐 장치에 의해 완전히 둘러싸이도록 하는 경우에 유리하다. 수용 공간은 지지 기판, 적어도 하나의 압전 소자, 및 댐 장치에 의해 경계가 정해지는 대야(basin)의 형태를 가질 수 있다. 아직 경화되지 않은, 즉 액체 및/또는 유동성인 폴리머는 MEMS 사운드 변환기를 제조하는 과정에서 수용 공간 또는 대야에 채우거나 부을 수 있다. 그 다음, 대야 또는 수용 공간의 폴리머는 적어도 하나의 압전 소자를 둘러싸고 일단 경화되면 다이어프램을 형성한다. 댐 장치 및 적어도 하나의 압전 소자는 지지 기판의 동일한 측, 상부 측 상에 배치된다. 더욱이, 댐 장치는 적어도 하나의 압전 소자 주위에 완전히 배치된 프레임일 수 있다.

댐 장치는 예를 들어 지지 기판과 일체로 형성될 수 있거나 형성될 것이다. MEMS 사운드 변환기는 예를 들어 웨이퍼에 형성될 수 있다. 그 다음, 지지 기판은 웨이퍼의 영역일 수 있고, 여기서 댐 장치는 또한 웨이퍼로부터 형성된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치는 또한 지지 기판 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 댐 장치는 별도의 공정에서 제조된 다음 지지 기판에 배치될 수 있다. 더욱이, 추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치는 또한 지지 기판 상에 직접 형성될 수 있다. 댐 장치는 예를 들어 퇴적 프로세스에 의해 지지 기판 상에 형성될 수 있다.

지지 기판 및/또는 댐 장치는 예를 들어, 실리콘 웨이퍼로부터 형성될 수 있다.

또한, 수용 공간을 먼저 형성한 후, 압전 소자를 수용 공간에 배치할 수 있다. 대안적으로, 압전 소자는 또한 지지 기판 상에 먼저 배치될 수 있고, 그 후에 수용 공간이 형성될 수 있다.

폴리머가 수용 공간에 채워지는 경우 유리하다. 따라서 수용 공간은 폴리머를 위한 용기를 형성한다. 적어도 하나의 압전 소자가 폴리머로 완전히 덮일 때까지 폴리머는 수용 공간에 채워질 수 있다. 결과적으로, 다이어프램은 압전 소자 위에 완전히 형성된다.

댐 장치가 적어도 하나의 댐 유닛으로 적어도 부분적으로 형성되는 경우에 유리하다. 예를 들어, 어떤식으로든 지지 기판에 배치된 요소는 댐 장치로 작용할 수 있다. 이러한 유형의 요소는 예를 들어 MEMS 사운드 변환기를 제어하기 위해 지지 기판에 배치된 ASIC일 수 있다. 댐 장치는 적어도 하나의 댐 유닛에 의해 형성될 수 있어 압전 소자가 완전히 둘러싸인다. 따라서 ASIC은 댐 장치의 일부를 형성한다.

댐 장치가 적어도 부분적으로 지지 기판과 일체로 형성되는 경우에 유리하다. 지지 기판은 예를 들어 회로 기판일 수 있다. 따라서 댐 장치는 예를 들어 플라스틱과 같은 재료로 만들어질 수도 있다. 따라서, 댐 장치는 지지 기판과 함께 형성될 수 있다. 이 과정에서 댐 유닛은 지지 기판과 일체로 형성될 수도 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치는 지지 기판에 적어도 부분적으로 연결된다. 그 결과, 압전 소자가 지지 기판 상에 배치된 후, 적어도 하나의 압전 소자의 정확한 배치를 다루기 위해 지지 기판 상에 댐 장치가 배치될 수 있다. 댐 장치는 예를 들어 지지 기판에 부착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 압전 소자는 또한 지지 기판 상에 접착식으로 접합될 수 있다. 댐 장치 및/또는 압전 소자가 지지 기판 상에 배치되는 경우에 사용되는 접착제는 예를 들어 전기적으로 비전도성, 즉 절연성일 수 있다. 적어도 하나의 댐 유닛은 또한 전술한 방식으로 지지 기판에 연결되거나 그에 접착 결합될 수 있다.

수용 공간이 폴리머로 완전히 채워져 있을 때 유리하다. 그 결과, 수용 공간의 모든 요소가 폴리머에 의해 덮이거나 및/또는 둘러싸이도록 보장될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치 위에 배치된 폴리머는 벗겨지거나 및/또는 뜯어질 수 있다. 특히 수용 공간이 폴리머로 완전히 채워지면 폴리머가 댐 장치 위로 확장되는 일이 발생할 수 있다. 그 다음, 돌출 폴리머는 예를 들어 풀오프 에지(pull-off edge)에 의해 뜯어지거나 및/또는 벗겨질 수 있다. 결과적으로 폴리머는 댐 장치 레벨에서 정확하게 뜯어진다. 따라서 댐 장치와 폴리머 및 후속적으로 형성된 다이어프램은 동일한 평면 또는 표면을 형성한다.

댐 장치가 지지 기판과 함께 일체로 형성되는 경우 유리하다. 예를 들어, 지지 기판 및 댐 장치는 퇴적 프로세스 및/또는 에칭 프로세스에 의해 형성될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치 및/또는 적어도 하나의 압전 소자는 지지 기판 상에 배치될 수 있다. 이것은 예를 들어 접착 결합, 납땜 및/또는 공융 결합을 통해 발생할 수 있다. 접착 결합의 경우, 전기 절연성, 즉 전기 비전도성 접착제가 이용될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치는 또한 지지 기판 상에 주조될 수 있다.

지지 기판 상에 다수의 압전 소자를 배치하는 경우에 유리하다.

압전 소자 각각이 베이스 소자 및 캔틸레버 아암을 가질 때 유리하며, 캔틸레버 아암은 제1 단부에서 베이스 소자에 연결되고 캔틸레버 아암의 제2 단부는 왕복 축의 방향으로 진동할 수 있고, 여기서 압전 소자는 제2 단부가 중앙에서 만나는 방식으로 지지 기판 상에 배치된다. 따라서 압전 소자는 동심원으로 배치될 수 있다. 압전 소자는 대칭 또는 비대칭으로 동심원으로 배치될 수 있다.

또한, 베이스 소자는 직선 및/또는 곡선으로 설계될 수 있다. 압전 소자가 동심원으로 배치되는 경우, 베이스 소자는 모든 베이스 소자가 함께 원을 형성하는 곡률을 가질 수 있다. 그러나 모든 베이스 소자는 타원을 형성할 수도 있으므로 구부러지거나 굽혀진다.

다수의 압전 소자를 압전 유닛으로 설계할 때 유리하다. 베이스 소자는 일체로 형성될 수 있어, 다수의 압전 소자가 인접하여 압전 유닛을 형성한다. 그 결과, 제조 공정에서 다수의 압전 소자가 압전 유닛으로서 한 단계에서 지지 기판 상에 배치될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 캔틸레버 아암은 제2 단부, 특히 중앙의 영역에서 서로 연결될 수 있다. 결과적으로 캔틸레버 아암은 하나의 단일 캔틸레버 아암으로 진동할 수 있다. 결과적으로 캔틸레버 아암들은 결합된다. 유리하게는, 캔틸레버 아암은 제2 단부에서 이미 연결되어 있는 방식으로 설계된다.

다수의 압전 소자가 다각형으로 배치될 때 유리하다. 압전 소자는 육각형으로도 설계할 수 있다. 따라서 6개의 압전 소자가 지지 기판에 위치한다. 따라서 MEMS 사운드 변환기는 6개의 압전 소자를 포함한다.

적어도 하나의 압전 소자가 적어도 하나의 라인으로 지지 기판 상의 연결 지점에 연결될 때 유리하다. 지지 기판이 회로 기판인 경우, 연결 지점을 포함할 수 있으며, 이를 통해 압전 소자와 제어 유닛 간에 전기 신호가 교환될 수 있다. 각각의 압전 소자는 하나의 관련된 라인으로 하나의 연결 지점에 연결될 수 있다. 폴리머는 또한 라인 주위에 주조되어 라인이 고정 및/또는 보호될 수 있다.

음향 개구 및/또는 통로 개구가 지지 기판에 배치될 때 유리하다. MEMS 사운드 변환기의 음향 특성은 음향 개구부들 또는 적어도 하나의 음향 개구부에 의해 조정할 수 있다.

통로 개구는 스트로크 축 방향으로 중심으로부터 이격된 영역에 배치될 수 있다. 압전 소자는 진동하면서 통로 개구부로 연장될 수 있다. 그 결과, 압전 소자는 지지 기판에 영향을 미치지 않는다.

적어도 하나의 압전 소자 및/또는 댐 장치가 특히 조립 유닛에 의해 지지 기판 상에 수용 및 배치될 때 유리하다. 결과적으로 제조 공정이 단순화된다. 또한, 조립 유닛에 의해 압전 소자 및/또는 댐 장치를 지지 기판 상에 고정밀도로 배치할 수 있다.

서로 분리된 다중 MEMS 사운드 변환기가 지지 기판에 배치될 때 유리하다. 지지 기판은 최대 45cm의 직경을 가질 수 있는 웨이퍼일 수 있다. 다수의 MEMS 사운드 변환기가 그 위에 배치될 수 있으므로, 제조 과정에서 복수의 MEMS 사운드 변환기가 형성된다. 대응하는 다수의 댐 장치 및 압전 소자가 지지 기판 상에 배치된다. 댐 장치는 예를 들어 지지 기판 위에 배치되는 그리드일 수 있으며, 그리드의 각 창은 수용 공간을 형성한다. 그 다음 폴리머는 지지 기판, 예를 들어 웨이퍼 상에 평면 방식으로 부어질 수 있고, 복수의 수용 공간으로 흐르고 그 안에 배치된 압전 소자를 둘러싼다. 적어도 하나의 압전 소자는 각각의 수용 공간에 배치된다. 폴리머는 여전히 펴지거나 분포될 수 있고 및/또는 뜯어지거나 벗겨질 수 있다.

지지 기판, 적어도 하나의 압전 소자, 및 댐 장치는 층별로 형성될 수 있다.

여러 MEMS 사운드 변환기를 지지 기판에 배치할 수도 있다. 그러면 MEMS 사운드 변환기가 서로 분리될 수 있다. 이를 위해 지지 기판이 분리될 수 있다. 결과적으로 하나의 제조 공정에서 여러 MEMS 사운드 변환기를 제조할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 가청 파장 범위 및/또는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 변환기에 관한 것이다.

MEMS 사운드 변환기는 지지 기판을 포함한다.

또한, MEMS 사운드 변환기는 음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 지지 기판 상에 배치된 적어도 하나의 압전 소자를 포함한다.

또한, MEMS 사운드 변환기는 적어도 하나의 압전 소자에 결합된 다이어프램을 포함하여, 음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 다이어프램과 적어도 하나의 압전 소자 사이에서 진동이 교환될 수 있다.

본 발명에 따르면, 사운드 변환기는 이전 설명 및/또는 다음 설명에 따른 적어도 하나의 방법 특징에 의해 설계된다.

적어도 하나의 압전 소자가 적어도 하나의 압전 소자와 완전히 둘러싸이는 댐 장치의 수용 공간에 배치될 때 유리하다.

추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치는 적어도 하나의 댐 유닛으로부터 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 댐 유닛에 의해 필요에 따라 댐 장치를 형성할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치, 특히 적어도 하나의 댐 유닛은 지지 기판과 일체로 형성될 수 있고/있거나 지지 기판 상에 배치될 수 있다.

적어도 하나의 압전 소자와 댐 장치가 횡방향으로 서로 이격되어 있을 때 유리하다. 횡방향은 캔틸레버 아암의 스트로크 축에 가로로 배향된다. 또한, 횡방향은 지지 기판에 평행하게 배향된다. 댐 장치와 압전 소자 사이의 거리로 인해 폴리머가 이 둘 사이를 흐를 수 있다. 그 결과, 댐 장치와 압전 소자가 서로에 대해 고정될 수 있다.

댐 장치가 지지 기판 위의 적어도 하나의 압전 소자의 압전 소자 높이보다 높거나 큰 지지 기판 위의 댐 높이를 가질 때 유리하다. 그 결과, 아직 경화되지 않은 폴리머가 댐 장치에 의해 형성된 대야에 채워질 수 있다. 대야는 적어도 하나의 압전 소자가 완전히 덮이는 정도까지 폴리머를 수용할 수 있다. 댐 높이는 예를 들어 압전 소자 높이에 다이어프램의 두께를 더한 것에 해당하는 값을 가질 수 있다. 그 결과, 아직 경화되지 않은 폴리머가 대야에 채워진 후 벗겨져 댐 장치가 폴리머와 평면을 형성할 수 있다. 그 결과 원하는 두께의 다이어프램이 정확하게 형성된다. 그러면 다이어프램이 댐 장치와 같은 높이가 된다.

적어도 하나의 압전 소자가 적어도 하나의 베이스 소자 및 캔틸레버 아암을 가질 때 유리하며, 캔틸레버 아암은 제1 단부에서 베이스 소자에 연결되고 베이스 소자로부터 이격된 캔틸레버 아암의 제2 단부는 스트로크 축 방향으로 진동할 수 있다. 전압 또는 전기 신호를 인가하면, 캔틸레버 아암이 스트로크 축을 따라 진동하여 압전 소자와 다이어프램에서 음파가 생성될 수 있다. 캔틸레버 아암 자체도 다이어프램에 의해 진동되어 결과적으로 음파가 감지될 수 있다. 또한, 압전 소자는 적어도 하나의 베이스 소자에 의해 지지 기판 상에 배치된다. 캔틸레버 아암은 다이어프램으로 완전히 덮일 수 있다.

적어도 하나의 압전 소자와 지지 기판 사이에서 지지 기판과 압전 소자, 특히 베이스 소자 및/또는 캔틸레버 아암에 의해 한정되는 중공 공간(hollow space)이 배치되는 경우 유리하다. 중공 공간은 공진 공동(resonant cavity)을 형성하여 MEMS 사운드 변환기의 음향 특성을 개선할 수 있다. 중공 공간은 다이어프램 반대편에 있는 압전 소자의 측면에 배치된다. 또한, 적어도 하나의 압전 소자는 중공 공간으로 스윙할 수 있다. 따라서 중공 공간은 스트로크 축 방향으로 압전 소자 아래에 배치된다.

MEMS 사운드 변환기가 다수의 압전 소자를 가질 때 유리하다. 그 결과, 음향 성능이 향상될 수 있다. 예를 들어, 결과적으로 더 뛰어난 성능으로 음악을 생성할 수 있다. 그러나 MEMS 사운드 변환기가 마이크로 작동하면 더 조용한 톤을 감지할 수 있다. 다수의 압전 소자가 존재하는 경우, 일부는 확성기로 작동될 수 있고 다른 일부는 마이크로 작동될 수 있다.

또한, 다수의 압전 소자가 자신들의 특정 제2 단부로서 중앙에서 만나는 방식으로 지지 기판 상에 배치되는 것이 유리하다. 그 결과, 다수의 압전 소자는 그에 상응하는 더 큰 단일 압전 소자로 작용할 수 있다. 하나의 큰 압전 소자를 제조하는 것보다 여러 개의 작은 압전 소자로 하나의 큰 압전 소자를 형성하는 것이 더 간단할 수 있다. 또한, 다수의 압전 소자는 다양한 형태로 결합될 수 있다.

압전 소자의 제2 단부가 중앙에서 서로 연결되는 것이 유리하다. 결과적으로, 다수의 압전 소자는 하나의 큰 압전 소자보다 더 잘 작동될 수 있다.

다수의 압전 소자가 다각형 형태로 특히 육각형 방식으로 중심 주위에 배치될 때 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 압전 소자의 캔틸레버 아암은 삼각형 형상으로 설계될 수 있다. 캔틸레버 아암의 제1 단부는 삼각형의 밑면을 갖거나 형성할 수 있다. 유리하게는, 다각형의 밑면은 항상 제1 단부에 배치되어, 제1 단부가 베이스 소자에 연결되고, 그 결과 캔틸레버 아암과 베이스 소자 사이에 평면 연결이 형성될 수 있다. 그런 다음 삼각형의 끝을 캔틸레버 아암의 제2 단부에 배치할 수 있다. 따라서 여러 캔틸레버 아암 또는 삼각형의 끝이 중앙에서 만날 수 있다.

적어도 하나의 압전 소자의 캔틸레버 아암이 제2 단부 영역에 스프링 섹션을 가질 때 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 캔틸레버 아암은 또한 제2 단부에 스프링 요소를 가질 수 있다.

더욱이, 추가적으로 또는 대안적으로, 캔틸레버 아암이 스프링 섹션 및/또는 스프링 요소에 의해 서로 연결되는 것이 유리하다. 또한, 압전 소자의 일부만이 스프링 섹션 및/또는 스프링 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 2개의 압전 소자가 직경방향으로 대향하는 경우, 하나의 압전 소자만이 스프링 섹션 및/또는 스프링 요소를 가질 수 있다. 스프링 섹션 및/또는 스프링 요소에 의해 압전 소자는 중앙에서 서로 연결되어 있더라도 이동할 수 있다. 스프링 섹션 및/또는 스프링 요소는 압전 소자가 편향되거나 진동할 때 연장된다.

다수의 압전 소자가 서로 동심으로 배치될 때 유리하다.

또한, 다수의 압전 소자의 특정 베이스 소자가 일체로 형성되는 경우 유리하다. 결과적으로, 압전 소자들은 서로 연결되어 다수의 압전 유닛으로 이루어진 하나의 압전 유닛을 형성한다. 그런 다음 압전 유닛은 하나의 구성 요소로서 지지 기판 위에 배치될 수 있다.

지지 기판이 스트로크 축 방향으로 중심 및/또는 스프링 섹션 및/또는 스프링 요소 아래에 배치된 통로 개구를 가질 때 유리하다. 그 결과, 적어도 하나의 압전 소자의 캔틸레버 아암의 스윙 가능한 제2 단부는 진동하면서 통로 개구 내로 이동할 수 있다. 그 결과, 캔틸레버 아암이 진동하는 동안 지지 기판에 충돌하는 것이 방지될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 지지 기판이 중공 공간의 영역에 배치되는 적어도 하나의 음향 개구를 가질 때 유리하다. 결과적으로 MEMS 사운드 변환기의 음향 특성을 조정할 수 있다. 예를 들어, 결과적으로 중공 공간의 공진 특성을 조정할 수 있다.

스프링 섹션 및/또는 2개의 인접한 압전 소자 사이의 영역이 폴리머에 대해 기밀되도록 설계될 때 유리하다. 따라서, 다수의 압전 소자 및/또는 적어도 하나의 스프링 섹션은 폴리머에 대해 밀봉 기밀성을 갖는다. 그 결과, 아직 경화되지 않은 폴리머가 중공 공간으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 2개의 인접한 압전 소자는 액체 폴리머가 보유되는 정도로 서로 이격될 수 있다. 간격은 폴리머의 점도에 따라 다르다.

지지 기판이 회로 기판으로 설계될 때 유리하다. 지지 기판에도 연결 지점이 있을 수 있다. 그 결과, 지지 기판에 의해 전기 신호 또는 전압이 적어도 하나의 압전 소자로 라우팅되거나 및/또는 그로부터 멀리 라우팅될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 압전 소자는 라인으로 연결 지점에 전기적으로 연결될 수 있다. 라인은 폴리머로 주조될 수 있다. 따라서 제조 공정에서 액체 폴리머도 라인 주위를 흐른다. 결과적으로 라인이 손상되지 않도록 보호할 수 있다.

본 발명의 추가 이점은 다음의 예시적인 실시예에서 설명되며, 여기서:
도 1은 지지 기판 상에 배치된 압전 소자를 갖는 개략적인 MEMS 사운드 변환기의 사시 단면도를 도시하고,
도 2는 6개의 압전 소자를 갖는 MEMS 사운드 변환기의 평면도를 도시하고,
도 3은 다이어프램이 있는 MEMS 사운드 변환기의 단면도를 도시하고,
도 4는 MEMS 사운드 변환기를 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.

도 1은 지지 기판(2) 상에 배치된 적어도 하나의 압전 소자(3a-3c)를 갖는 개략적인 MEMS 사운드 변환기(1)의 투시 측면도를 도시한다. 여기에 도시된 MEMS 사운드 변환기(1)는 단지 절반으로 도시된다. 간단하게 하기 위해, 이하에서는 단지 하나의 압전 소자(3)에 대해 언급할 수 있다. 설명에 유리한 경우 다수의 압전 소자(3a-3c)를 언급할 수 있다. 명료함을 위해, 특징은 또한 먼저 설명되고 다음 도면에서 참조 문자와 함께 제공될 수 있다.

음파는 적어도 하나의 압전 소자(3)에 의해 검출 및/또는 생성될 수 있다. 따라서 MEMS 사운드 변환기(1)는 적어도 하나의 압전 소자(3)에 의해 확성기 및/또는 마이크로폰으로서 작동될 수 있다.

압전 소자(3)는 여기에 도시되지 않은 다이어프램(4)에 결합된다(다이어프램(4)은 다음 도면 중 하나에 먼저 도시됨). 다이어프램(4)에 의해 다이어프램(4) 위에 위치한 공기가 진동하여 음파가 생성될 수 있다. 다이어프램(4)이 진동하도록 되고, 여기서 압전 소자(3)에 전기적 신호가 인가되어, 압전 소자(3)가 그 신호에 따라 편향한다. 이에 비해, 진동하는 공기는 다이어프램(4) 자체를 진동시킬 수 있으며, 여기서 압전 소자(3)도 함께 진동한다. 압전 소자(3)는 자신의 진동을 전기적 신호로 변환하여 음파가 검출된다.

다이어프램(4)은 적어도 하나의 압전 소자(3) 주위에 적어도 부분적으로 주조된 경화된 폴리머(17)로부터 형성된다(폴리머(17)는 또한 다음 도면에 도시됨). 경화된 폴리머(17)는 또한 압전 소자(3) 주위에 주조될 수 있다. 따라서 폴리머(17)는 제조 공정 동안 액체 및/또는 유동성 및 경화성이어서 압전 소자(3)가 쉬운 방식으로 코팅, 특히 주조될 수 있다. 폴리머(17)가 경화되면, 다이어프램(4)이 형성된다.

경화된 폴리머(17)도 경화 후 유연성과 부드러움을 가지므로 그 위에 형성된 다이어프램(4)은 탄성을 갖는다. 다이어프램(4)의 탄성은 또한 특히 도 1에 도시된 압전 소자(3) 상의 두께(D)에 의존한다.

적어도 하나의 압전 소자(3) 상의 다이어프램(4)의 두께(D)는 예를 들어 0.05mm와 0.2mm 사이일 수 있다. 그러나, 다이어프램(4)의 두께(D)는 또한 0.1mm일 수 있다. 다이어프램(4)의 두께는 스트로크 축(H)의 방향으로 측정된다. 다이어프램(4)의 두께(D)는 도 3에서 참조 문자로 제공된다.

압전 소자(3) 상의 다이어프램(4)은 함께 복합 시스템을 형성한다. 압전 재료로 만들어진 압전 소자(3)는 강성이 높기 때문에 압전 소자(3)는 변형시에만 파손될 수 있다. 압전 소자(3)는 또한 멤브레인(4)을 형성하고 탄성을 갖는 경화된 폴리머(17)의 코팅에 의해 지지된다. 다이어프램(4)은 압전 소자(3)를 함께 유지한다. 따라서, 압전 소자(3)의 파손이 방지될 수 있다.

이 예시적인 실시예에서, 댐 장치(5)는 지지 기판(2) 상에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 댐 장치(5)는 또한 지지 기판(2)과 일체로 형성될 수 있거나 형성될 것이다. 댐 장치(5)는 유리하게는 압전 소자(3)와 완전히 접한다. 수용 공간(7)은 댐 장치(5)와 지지 기판(2)에 의해 형성된다. 제조 공정에서, 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)는 수용 공간(7)으로 채워질 수 있고, 따라서 폴리머(17)는 압전 소자(3) 주위에 주조되거나 또는 압전 소자(3)를 둘러싸게 된다. 그 후, 폴리머(17)가 경화될 수 있고, 여기서 다이어프램(4)이 형성된다. 댐 장치(5), 지지 기판(2), 및/또는 적어도 하나의 압전 소자(3)는 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)가 채워질 수 있는 수용 공간(7) 또는 대야를 형성한다.

댐 장치(5)는 적어도 하나의 댐 유닛(6)으로 형성될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 댐 유닛(6) 및/또는 댐 장치(5)는 적어도 하나의 압전 소자(3)와 접하는 프레임으로서 설계된다. 적어도 하나의 댐 유닛(6)은 또한 댐 장치(5)가 적어도 하나의 압전 소자(3)와 완전히 접하는 방식으로 지지 기판(2) 상에 배치되거나 배치될 다수의 개별 요소로부터 형성될 수 있다. 지지 기판(2) 상에 이미 존재하는 요소는 또한 댐 장치(5)로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(2) 상에 배치된 예를 들어 ASIC 형태의 제어 유닛은 댐 장치(5)의 일부로서 작용할 수 있다. 도 6은 댐 유닛(6)과 ASIC이 댐 장치(5)를 형성하는 방식으로 설계될 수 있다.

댐 장치(5), 특히 여기에 도시된 적어도 하나의 댐 유닛(6)은 본 예시적인 실시예에 따른 지지 기판(2)에 연결된다. 댐 장치(5)는 예를 들어 지지 기판(2) 상에 접착식으로 접합될 수 있다. 접착제로서, 예를 들어 전기 비전도성, 즉 전기 절연성 접착제가 이용될 수 있다. 대안적으로, 댐 장치(5)는 지지 기판(2)과 일체로 형성될 수도 있다. 그 결과, 예를 들어, MEMS 사운드 변환기(1)의 제조 공정이 단순화될 수 있다.

적어도 하나의 압전 소자(3)는 여기에 도시된 예시적인 실시예에서 베이스 소자(8) 및 캔틸레버 아암(9)을 포함한다. 여기에 도시된 3개의 압전 소자(3a-3c)는 각각 베이스 소자(8a-8c) 및 캔틸레버 아암(9a-9c)을 포함한다. 베이스 소자(8b)는 여기에서 명백하지 않다. 이것은 캔틸레버 아암(9b)에 의해 가려져 있다. 간단하게 하기 위해, 단지 하나의 베이스 소자(8)와 하나의 캔틸레버 아암(9)이 언급된다.

캔틸레버 아암(9)은 제1 단부(10) 및 이로부터 이격된 제2 단부(11)를 갖는다. 명료함을 위해, 제1 단부(10) 및 제2 단부(11)에는 캔틸레버 아암(9c)에서만 참조 문자가 제공된다. 2개의 단부(10, 11)는 모든 압전 소자(3) 및 캔틸레버 아암(9)에서 동일하다.

캔틸레버 아암(9)은 제1 단부(10)에서 베이스 소자(8)에 연결된다. 제2 단부(11)는 베이스 소자(8)로부터 이격된다. 따라서 캔틸레버 아암(9)은 제1 단부(10)로 베이스 소자(8)에 고정된다. 단부(11)는 제1 단부(10)에 대해 자유롭게 진동할 수 있다. 제2 단부(11)는 스트로크 축(H)의 방향으로 진동할 수 있다.

본 실시예에서, 적어도 하나의 압전 소자(3)는 삼각형 형상으로 설계된다. 여기서는 모든 압전 소자(3)는 삼각형이다. 삼각형의 밑변은 베이스 소자(8)에 연결된다. 그 결과, 캔틸레버 아암(9)과 베이스 소자(8) 사이의 연결 영역이 확대된다. 삼각형의 선단은 제2 단부(11)에 배치된다. 특히, 모든 압전 소자(3)의 모든 선단은 중심 Z에서 만난다. 3개의 삼각형 압전 소자(3)는 본 경우에 도시된 반단면도에 도시되어 있다. 따라서 완전한 MEMS 사운드 변환기(1)는 6개의 삼각형 압전 소자(3)를 가지며, 이는 특히 정육각형이 형성되는 방식으로 배치된다.

특정 캔틸레버 아암(9)의 제2 단부(11)는 중심(Z)에서 만난다. 본 예시적인 실시예에 따르면, 중심(Z)은 특정 압전 소자(3) 사이의 중심에 배치된다. 압전 소자(3), 특히 특정 캔틸레버 아암(9)의 제2 단부(11)는 특정 캔틸레버 아암(9)은 중심 Z에서 서로 연결될 수 있다. 결과적으로, 다수의 압전 소자(3)는 대응하는 더 큰 단일 압전 소자(3)로서 진동할 수 있다. 결과적으로 성능, 특히 MEMS 사운드 변환기(1)의 확성기 성능 및 마이크로폰 성능이 향상될 수 있다.

압전 소자(3)는 캔틸레버 아암(9)의 제2 단부(11) 영역에 스프링 섹션(12)을 갖는다. 단순화를 위해, 단지 하나의 스프링 섹션(12)이 언급된다. 본 발명에 필요한 경우 스프링 섹션(12)이 언급된다.

스프링 섹션(12a-12c)은 압전 소자(3)가 스트로크 축(H)의 방향으로 진동할 때 연장될 수 있다. 그 결과, 압전 소자(3)가 진동하고 중앙(Z)에서 서로 연결될 때 찢어지거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 압전 소자(3)는 특히 스프링 섹션(12)에 의해 서만 서로 연결될 수 있다.

MEMS 사운드 변환기(1)는 또한 중공 공간(13)을 갖는다. 중공 공간(13)은 스트로크 축(H)의 방향으로 적어도 하나의 압전 소자(3)와 지지 기판(2) 사이에 배치된다. 중공 공간(13)은 수용 공간(7)에 반대로 향하는 적어도 하나의 압전 소자(3)의 측면에 배치된다. 적어도 하나의 압전 소자(3)는 수용 공간(7)을 중공 공간(13)으로부터 분리한다. 압전 소자(3)는 중공 공간(13)으로 스윙할 수 있다. 또한, 중공 공간(13)은 공진 공동일 수 있다. 중공 공간(13)은 스트로크 축(H)의 방향으로 압전 소자(3) 아래에 배치된다. 따라서 압전 소자(3)는 중공 공간(13)으로 스윙할 수 있다.

또한, 통로 개구(14)은, 본 실시예의 지지 기판(2)에 배치된다. 여기서, 통로 개구(14)는 스트로크 축(H)의 방향으로 중심(Z) 아래에 배열된다. 통로 개구(14)는 사운드 출구 개구 및/또는 사운드 입구 개구일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 단부(11)는 통로 개구(14)로 스윙할 수 있다.

도 2는 6개의 압전 소자(3a-3f)를 가진 MEMS 사운드 변환기(1)를 도시한다. 단순화를 위해 이전 도면에서 이미 설명되었으며 본질적으로 동일한 효과를 갖는 기능은 여기서 다시 한 번 설명하지 않는다. 또한, 앞의 도면과 비교하여 동일한 기능에는 동일한 참조 문자가 제공된다. 명확성을 위해 이하 도면에서 기능이 처음으로 설명될 수도 있다.

여기에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 6개의 압전 소자(3a-3f)는 특히 정육각형으로 배치된다. 압전 소자(3)는 지지 기판(2) 상에 6개보다 적거나 많은 압전 소자(3)가 배치되는 경우에도 규칙적으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 4개의 압전 소자(3)가 사각형으로 배치될 수 있고, 8개의 압전 소자(3)가 팔각형으로 배치될 수 있다.

본 실시예에서, 압전 소자(3)는 정삼각형으로 설계될 수 있다. 즉, 삼각형의 각각의 각도는 60°이다.

본 실시예에 따르면, 각 압전 소자(3)는 라인(15)에 의해 지지 기판(2) 상의 연결 지점(16)에 전기적으로 연결된다. 지지 기판(2)이 회로 기판으로 설계될 때, 연결 지점(16)은 전기적으로 연결되거나 및/또는 회로 기판의 일부이다. 단순함과 명료함을 위해, 하나의 라인(15)과 하나의 연결 지점(16)에만 참조 문자가 제공된다.

또한, 본 예시적인 실시예에 따르면, 베이스 소자(8a-8f)는 일체로 형성된다. 대안적으로, 베이스 소자(8a-8f)의 적어도 일부는 또한 별도로 형성될 수 있다. 그러나, 베이스 소자(8a-8f)는 유리하게는 서로에 대해 인접하거나 서로 인접하므로, 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)는 베이스 소자(8a-8f) 사이에서 흐를 수 없다.

도 3은 경화된 폴리머(17)로 만들어진 다이어프램(4)을 갖는 MEMS 사운드 변환기(1)의 단면을 도시한다. 단순함을 위해, 이전 도면에서 이미 설명되었고 본질적으로 동일한 효과를 갖는 특징은 여기서 다시 한 번 설명하지 않는다. 또한, 앞선 도면과 비교하여 동일한 특징은 동일한 참조 부호로 제공된다. 명확성을 위해 다음 도면에서 기능을 먼저 설명할 수도 있다. 명확성을 위해 MEMS 사운드 변환기(1)는 가능한 것보다 더 두껍게 설계되었다. 특히 스트로크 축(H)의 방향의 비율은 더 나은 가시성을 위해 확대된다.

본 실시예에 따르면, 수용 공간(7)은 폴리머(17)로 채워진다. 폴리머(17)는 또한 라인(15a, 15b)을 둘러쌀 수 있어 손상을 방지할 수 있다.

폴리머(17)는 또한 적어도 하나의 압전 소자(3) 상에 배치되어 다이어프램(4)을 형성한다. 음파는 다이어프램(4)에 의해 검출 및/또는 생성될 수 있다. 그러나 다이어프램(4)은 여전히 탄성을 갖지며, 압전 소자(3)와 복합 시스템을 형성하고, 다이어프램(4)은 압전 소자(3)가 파손되는 것을 방지한다. 다이어프램(4)은 압전 소자(3), 특히 캔틸레버 아암(9)에 직접 배치된다. 예를 들어, 다이어프램(4)과 압전 소자(3), 특히 캔틸레버 아암(9) 사이에 접착이 형성될 수 있다. 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)가 경화될 때 접착이 발생한다. 폴리머(17) 및/또는 다이어프램(4)은 압전 소자(3), 특히 캔틸레버 아암(9)에 접착될 수 있다.

더욱이, 적어도 하나의 압전 소자(3)는 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)에 대해 단단하다. 그 결과, 폴리머(17)는 중공 공간(13)으로 흐르는 것이 방지된다. 다수의 압전 소자(3)가 지지 기판(2) 상에 배치될 때, 압전 소자(3)가 서로 인접하는 지점은 기밀성을 가지므로, 폴리머(17)도 그곳의 중공 공간(13)으로 유동할 수 없다.

또한, 스프링 섹션(12)은 밀봉 기밀성을 가지며, 따라서 액체 및/또는 유동성 폴리머는 스프링 섹션(12)을 통해 흐를 수 없다.

전술한 밀봉 기밀성은 물론 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)의 점도에 따라 달라진다. 폴리머(17)의 점도는 폴리머가 수용 공간(7)에서 자동으로 퍼지고 예를 들어 라인(15) 주위로 흐르도록 하는 점도이다.

또한, 댐 장치(5), 특히 적어도 하나의 댐 유닛(6)은 댐 높이(Hd)를 갖는다. 적어도 하나의 압전 소자(3)는 압전 소자 높이(Hp)를 갖는다. 유리하게는, 댐 높이(Hd)는 압전 소자 높이(Hp)보다 크다. 그 결과, 수용 공간(7)은 폴리머(17)로 완전히 채워질 수 있고, 따라서 폴리머(17)는 또한 적어도 하나의 압전 소자(3), 특히 캔틸레버 아암(9)을 덮고, 다이어프램(4)을 형성할 수 있다. 다이어프램(4)의 두께는 댐 높이(Hd)와 압전 소자 높이(Hp) 사이의 차이로 인해 발생할 수 있다. 그러면 다이어프램(4)은 댐 장치(5)와 같은 높이가 된다.

댐 높이(Hd)는 예를 들어 0.3mm와 2mm 사이일 수 있다. 댐 높이(Hd)는 또한 0.55mm일 수 있다. 압전 소자의 높이(Hp)는 0.2 mm와 1.5 mm 사이일 수 있다. 압전 소자 높이(Hp)는 또한 0.45mm일 수 있다. 지지 기판(2)의 두께(여기서 나타내지 않음)는 0.25mm일 수 있다. 상기 지지 기판(2)의 두께는 하지만 0.1 mm 내지 1.5 mm 사이일 수 있다.

또한, MEMS 사운드 변환기(1)는 횡방향(Q)을 갖는다. 횡방향(Q)은 스트로크 축(H)에 대해 횡방향으로 배향된다. 횡방향(Q)은 지지 기판(2)의 평면에 평행하게 배향된다.

더욱이, 적어도 하나의 압전 소자(3)는 댐 장치(5)로부터 횡 방향(Q)으로 이격된다. 댐 장치(5)와 압전 소자(3) 사이에는 거리(A)가 존재한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 댐 장치(5)와 압전 소자(3) 사이의 거리(A)는 일정하지 않다. 거리(A)는 배치에 따라 변경될 수 있다.

도 4는 MEMS 사운드 변환기(1)를 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. MEMS 사운드 변환기(1)는 특히 도 1 내지 도 3의 전술한 설명의 적어도 하나의 특징을 가질 수 있다. 또한, MEMS 사운드 변환기(1)는 특히 도 1 내지 3의 선행 설명의 적어도 하나의 특징에 따라 설계될 수 있다. 특히, 선행 도면의 참조 문자는 물리적 특징에 대해 여기에서 사용된다. 단순함을 위해, 앞의 도면과 같거나 적어도 유사한 특성을 갖는 경우에는 그 특징을 다시 한 번 설명하지 않는다.

제1 단계(18)에서, 지지 기판(2)이 제공될 수 있다. 지지 기판(2)은, 예를 들어 적절하게 제조된 회로 기판일 수 있다. 지지 기판(2)은 또한 퇴적 및/또는 에칭 프로세스에 의해 처리되거나 처리될 수 있는 웨이퍼일 수 있다.

다음 단계(23)에서, 지지 기판(2)이 장착된다. 예를 들어, ASIC 및/또는 제어 유닛은 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 그러나 스트립 전도체 또는 예를 들어 연결 지점(16)은 또한 그 위에 배치될 수 있다.

다음 단계(19)에서, 접착제가 제공된다. 접착제는 예를 들어 전기 절연성, 즉 비전도성 접착제일 수 있다. 접착제에 의해, 예를 들어 댐 장치(5), 댐 유닛(6) 및/또는 압전 소자(3)와 같은 추가 요소가 지지 기판(2) 상에 접착식으로 접합될 수 있다.

다음 단계(24)에서, 접착제는 지지 기판(2) 상에 펴지거나 배치된다.

후속 단계(여기에 도시되지 않음)에서, 댐 장치 (5), 특히 적어도 하나의 댐 유닛(6)은, 또한, 상기 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 댐 장치(5), 특히 적어도 하나의 댐(6)은 또한 접착제를 이용하여 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 댐 장치(5)는 또한 후속 단계에서 지지 기판(2) 상에 먼저 배치될 수 있다.

다음 단계(20)에서, 적어도 하나의 압전 소자(3)가 제공된다. 다수의 압전 소자(3)가 지지 기판(2) 상에 배치될 때, 다수의 압전 소자(3)가 물론 제공된다. 다수의 압전 소자(3)는 또한 압전 유닛(31)을 형성하기 위해 서로 결합 및/또는 연결될 수 있다. 그 결과, 다수의 압전 소자(3)는 또한 압전 유닛(31)으로서 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있다.

후속 단계(25)에서, 적어도 하나의 압전 소자(3)가 지지 기판(2) 상에 배치된다. 이것은 소위 "픽 앤 플레이스(pick and place)"에 의해 발생할 수 있다. 예를 들어, 조립 유닛, 특히 조립 로봇은 재고 유닛(stocking unit)에서 적어도 하나의 압전 소자(3)를 잡아서 이를 지지 기판(2) 위에 놓을 수 있다. 다수의 압전 소자(3)는 차례로 및/또는 동시에 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 다수의 압전 소자(3)는 도 2에 따른 다각형, 특히 육각형의 형상으로 배치될 수 있다. 압전 유닛(31)이 또한 배치될 수 있다. 댐 장치(5)는 또한 압전 소자(3)가 지지 기판(2) 상에 이미 배치되어 있을 때 지지 기판(2) 상에 먼저 배치될 수 있다.

다수의 압전 소자(3)는 또한 압전 유닛(31)을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 예를 들어, 압전 소자(3)는 함께 제조될 수 있고, 함께 압전 유닛(31)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 압전 소자(3)의 베이스 소자(8)는 압전 소자(3)가 인접하여 압전 유닛(31)을 형성하도록 일체로 형성될 수 있다. 압전 유닛(31)은 지지 기판(2) 상에 배치된다.

여기에 도시되지 않은 단계에서, 모든 구성 요소가 지지 기판(2) 상에 배치되었을 때, 접착제에 대해 경화 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 접착제는 열을 공급하여 경화될 수 있다.

다음 단계(21)에서, 라인(15)가 제공된다. 물론, 다수의 압전 소자(3)에 라인(15)이 제공되는 경우 다수의 라인(15)이 제공된다. 하나의 압전 소자(3)에 다수의 라인(15)이 제공될 수도 있다.

다음 단계(26)에서, 적어도 하나의 라인(15)은 적어도 하나의 압전 소자(3) 및/또는 연결 지점(16)에 연결된다. 라인(15)은 예를 들어 납땜될 수 있다.

다음 단계(22)에서, 액체 및/또는 유동성 폴리머(17)가 제공된다. 폴리머(17)는 예를 들어 이 단계(22)에서 먼저 액화되거나 및/또는 유동성 상태가 될 수 있다. 예를 들어, 초기에 고체인 폴리머(17)는 가열되어 유동성 및/또는 액체가 될 수 있다. 폴리머(17)는 또한 혼합될 수 있다. 폴리머(17)는 예를 들어 적어도 하나의 2성분 혼합물일 수 있으며, 여기서 한 성분은 경화제(hardener)이다. 여러 구성 요소를 혼합할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리머(17)는 실리콘을 기반으로 한다. 폴리머(17)는 예를 들어 외부 영향 없이 자체적으로 경화될 수 있다.

다음 단계(27)에서, 유동성 및/또는 액체 폴리머(17)는 적어도 하나의 압전 소자(3) 주위에 부어진다. 폴리머(17)는 압전 소자(3)가 완전히 덮일 때까지 압전 소자(3) 위에 부어질 수 있다. 댐 장치(5)가 지지 기판(2) 상에 배치될 때 유리하다. 댐 장치(5)와 함께 수용 공간(7)이 형성된다. 댐 장치(5), 지지 기판(2), 및/또는 압전 소자(3)는 대야의 형태를 갖는다. 유동성 폴리머(17)는 수용 공간(7) 및/또는 댐 장치(5) 사이에 채워질 수 있다. 그 결과, 압전 소자(3)는 쉽게 주조될 수 있다. 폴리머(17)는 압전 소자(3)가 덮일 때까지 부어질 수 있다. 대안적으로, 수용 공간(7)은 또한 완전히 채워질 수 있다. 댐 장치(5)는 압전 소자(3) 위로 연장된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 댐 높이(Hd)는 압전 소자 높이(Hp)보다 클 수 있다. 유리하게는, 라인(15)은 또한 수용 공간(7)에 배치되어 또한 주조된다.

추가 단계(여기에 도시되지 않음)에서, 폴리머(17)는 수용 공간(7)에 그리고 댐 장치(5) 사이에 배치될 때 벗겨질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 따르면, 댐 장치(5)는 평면을 형성하며, 압전 소자(3) 위에 배치된다. 이러한 방식으로, 초과 폴리머(17)는 풀-오프 에지(pull-off edge)로 벗겨질 수 있다. 결과적으로, 폴리머(17) 및 댐 장치(5)는 (예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이) 서로 동일 평면에 있다. 벗겨짐(pull off)은 박리(stripping)라고도 할 수 있다.

다음 단계(여기에 도시되지 않음)에서 폴리머(17)가 경화되어 다이어프램(4)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 폴리머(17)는 예를 들어 열로 처리될 수 있다.

후속 단계(28)에서, 다수의 MEMS 사운드 변환기(1)가 지지 기판(2) 상에 배치될 때, 적절한 MEMS 사운드 변환기(1)가 분리될 수 있다. 다수의 MEMS 사운드 변환기(1)는 하나의 프로세스에서 다수의 MEMS 사운드 변환기(1)를 형성하기 위해 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 따라서, 다수의 댐 장치(5)가 지지 기판(2) 상에 배치될 수 있고, 여기서 압전 소자(3)는 댐 장치(5)에 배치된다. 대안적으로, 복수의 압전 소자(3)는 또한 먼저 지지 기판(2) 상에 그 후에 댐 장치(5)에 배치될 수 있다.

다중 MEMS 사운드 변환기(1)가 지지 기판(2) 상에 배치될 때, 유동성 폴리머(17)는 모든 수용 공간(7)에 동시에 채워질 수 있다. 그 후, 폴리머(17)는 벗겨지거나 및/또는 박리되어, 단일 방법 단계에서 다중 다이어프램(4)이 형성될 수 있다.

다음 단계(29)에서, MEMS 사운드 변환기(1)가 테스트될 수 있다.

다음 단계(20)에서, MEMS 사운드 변환기(1)가 완성될 수 있다. 예를 들어 하우징에 설치할 수 있다.

본 발명은 도시되고 설명된 예시적인 실시예에 제한되지 않는다. 상이한 예시적인 실시예에서 표현되고 설명되더라도, 특징들의 임의의 조합과 같이 청구범위 내의 수정이 또한 가능하다.

1 MEMS 사운드 변환기
2 지지 기판
3 압전 소자
4 다이어프램
5 댐 장치
6 댐 유닛
7 수용 공간
8 베이스 소자
9 캔틸레버 아암
10 제1 단부
11 제2 단부
12 스프링 섹션
13 중공 공간
14 통로 개구
15 라인
16 연결 지점
17 폴리머
18 지지 기판 제공
19 접착제 제공
20 압전 유닛 제공
21 라인 제공
22 폴리머 제공
23 지지 기판 장착
24 접착제 도포
25 압전 소자 배치
26 라인 배치
27 폴리머 주조
28 분리
29 테스트
30 완성
31 압전 유닛
H 스트로크 축
Z 중심
Hd 댐 높이
HP 압전 소자 높이
D 두께
Q 횡방향
A 거리

Claims

가청 파장 범위 및/또는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 검출하기 위한 MEMS 사운드 변환기(1)의 제조 방법으로서,
적어도 하나의 압전 소자(3)가 지지 기판(2) 상에 배치되고,
다이어프램(4)이 적어도 하나의 압전 소자(3) 상에 형성되며,
다이어프램(4)을 형성하기 위해, 경화 후에 다이어프램(4)을 형성하는 유동성 및 경화성 폴리머(17)가 적어도 하나의 압전 소자(3) 주위에 적어도 부분적으로 주조되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자(3)가 댐 장치(5)의 수용 공간(7)에 배치되어, 압전 소자(3)가 댐 장치(5)에 의해 완전히 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 폴리머(17)는 특히 적어도 하나의 압전 소자(3)가 폴리머(17)로 완전히 덮일 때까지 수용 공간(7) 내로 채워지는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 수용 공간(7)이 폴리머(17)로 완전히 채워지는 것, 및/또는
댐 장치(5) 위에 배치된 폴리머(17)가 박리되거나 및/또는 벗겨지는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 댐 장치(5)가 지지 기판(2)과 함께 일체로 설계되는 것, 및/또는
댐 장치(5) 및/또는 적어도 하나의 압전 소자(3)가 바람직하게는 전기 절연성 접착제에 의한 접착 결합, 납땜 및/또는 공융 결합을 통해 지지 기판(2) 상에 배치되는 것, 및/또는
댐 장치(5)가 지지 기판(2) 위에 주조되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 압전 소자(3)가 지지 기판(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 압전 소자(3) 각각은 베이스 소자(8) 및 캔틸레버 아암(9)을 갖고, 캔틸레버 아암(9)은 제1 단부(10)에서 베이스 소자(8)에 연결되며, 캔틸레버 아암(9)의 제2 단부(11)는 스트로크 축(H)의 방향으로 진동할 수 있고, 여기서 압전 소자(3)는, 제2 단부(11)들이 중심(Z)에서 만나도록, 지지 기판(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 압전 소자(3)는 압전 유닛(31)으로서 설계되고, 여기서 베이스 소자(8)는 서로 일체로 설계되는 것, 및/또는
캔틸레버 아암(9)들은 제2 단부(11)의 영역, 특히 중심(Z)에서 서로 연결, 특히 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자(3)는 적어도 하나의 라인(15)으로 지지 기판(2) 상의 연결 지점(16)에 연결되고, 여기서 폴리머(17)는 바람직하게는 라인(15) 주위에 주조되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 음향 개구 및/또는 통로 개구(14)가 지지 기판(2)에 배치되고, 여기서 통로 개구(14)는 바람직하게는 중심(Z)에서 스트로크 축(H)의 방향으로 이격된 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
가청 파장 범위 및/또는 초음파 범위의 음파를 생성 및/또는 감지하기 위하여,
지지 기판(2)을 포함하고,
음파를 생성 및/또는 검출하기 위해 지지 기판(2) 상에 배치된 적어도 하나의 압전 소자(3)를 포함하고, 또한
적어도 하나의 압전 소자(3)에 결합되는 다이어프램(4)으로서, 음파를 발생 및/또는 감지하기 위하여 다이어프램(4)과 적어도 하나의 압전 소자(3) 사이에서 진동이 교환될 수 있는 다이어프램(4)을 포함하는 MEMS 사운드 변환기(1)로서,
MEMS 사운드 변환기(1)는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 설계되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자(3)가 적어도 하나의 압전 소자(3)를 완전히 둘러싸는 댐 장치(5)의 수용 공간(7)에 배치되는 것과, 및/또는
댐 장치(5)가 적어도 하나의 댐 유닛(6)으로부터 적어도 부분적으로 형성되는 것과, 및/또는
댐 장치(5), 특히 적어도 하나의 댐 유닛(6)이 지지 기판(2)과 일체로 형성되고 및/또는 지지 기판(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자(3)와 댐 장치는 횡방향으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 댐 장치(5)는 지지 기판(2) 위에서 댐 높이(Hd)를 갖고, 상기 댐 높이(Hd)는 지지 기판(2) 위의 적어도 하나의 압전 소자(3)의 압전 소자 높이(Hp) 보다 높은 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자(3)는 적어도 하나의 베이스 소자(8) 및 캔틸레버 아암(9)을 가지며, 여기서 캔틸레버 아암(9)은 제1 단부(10)에서 베이스 소자(8)에 연결되고, 베이스 소자(8)로부터 이격된 캔틸레버 아암(9)의 제2 단부(11)는 스트로크 축(H)의 방향으로 진동할 수 있으며, 여기서 압전 소자(3)는 적어도 하나의 베이스 소자(8)에 의해 지지 기판(2) 상에 배치되고, 바람직하게는 캔틸레버 아암(9)은 다이어프램(4)에 의해 완전히 덮이는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 압전 소자(3)의 캔틸레버 아암(9)이 제2 단부(11)의 영역에 스프링 섹션(12) 및/또는 스프링 요소를 갖는 것, 및/또는
MEMS 사운드 변환기(1)가 다수의 압전 소자를 갖는 것, 및/또는
적어도 2개의 캔틸레버 아암(9)이 스프링 섹션(12) 및/또는 스프링 요소에 의해 서로 연결되는 것, 및/또는
압전 소자가 서로 분리되어 있고, 여기서 압전 소자는 다이어프램을 통해 서로 간접적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 압전 소자(3)의 베이스 소자(8)는 특히 일체형으로 서로 연결되도록 설계되어, 압전 소자가 압전 유닛(31)을 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.
청구항 11 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 섹션(12) 및/또는 2개의 인접한 압전 소자(3)들 사이의 영역이 유동성 폴리머(17)에 대해 기밀되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 MEMS 사운드 변환기.