KR20230173603A - Mems 디바이스 및 그러한 mems 디바이스를 포함하는 오디오 디바이스 - Google Patents

Mems 디바이스 및 그러한 mems 디바이스를 포함하는 오디오 디바이스 Download PDF

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KR20230173603A
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크리스티안 브레트하우어
마르코 하우볼트
브요에른 올리버 에버스만
도미니크 메이어호퍼
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인피니온 테크놀로지스 아게
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Abstract

MEMS 패키지는 제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제1 스피커 배열체, 및 상이한 제2 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제2 스피커 배열체를 포함한다.

Description

MEMS 디바이스 및 그러한 MEMS 디바이스를 포함하는 오디오 디바이스{A MEMS DEVICE AND AN AUDIO DEVICE COMPRISING SUCH A MEMS DEVICE}
본 개시내용은 제1 및 제2 스피커 배열체를 갖는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. 추가로, 본 개시내용은 MEMS 디바이스를 포함하는 오디오 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 개선된 효율 및 전체 오디오 대역폭 주파수 지원을 위한 우퍼와 트위터 MEMS의 조합에 관한 것이다.
전기역학 스피커들이 트위터 우퍼 시스템(TWS)들에서 사용될 수 있다. 그들은 상당히 광대역일 수 있고, 높은 음압 레벨들을 전달할 수 있지만, 특정 공간을 요구할 수 있는데, 이는 TWS 애플리케이션들에서의 사용/통합에 대한 과제이다.
MEMS 디바이스는, 예컨대, 실리콘에 기초한 반도체 재료들을 포함할 수 있고, 여기서, 전류는 반도체 재료의 도핑 및/또는 금속 재료들과 같은 전도성 재료들에 기초하여 흐를 수 있다. MEMS 디바이스들은 라우드스피커들을 구현할 수 있다.
따라서, MEMS 스피커들을 개선할 필요가 있다.
따라서, 본 개시내용에 의해 해결되는 목적은 MEMS 스피커들을 개선하는 것이다.
실시예에 따르면, MEMS 디바이스는 제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제1 스피커 배열체를 포함하고, 상이한 제2 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제2 스피커 배열체를 포함한다. 본 개시내용의 바람직한 실시예들이 첨부 도면들을 참조하면서 본원에서 설명된다.
도 1a는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 1b는 제어 회로부를 갖는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 블록도를 도시하고, 여기서, 제어 회로부는 주문형 집적 회로를 포함한다.
도 3은 실시예에 따른 MEMS 스피커 배열체의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 4는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 일부의 개략적인 측면도를 도시하고, 여기서, 제공되는 세부사항들은 본원에서 설명되는 다른 MEMS 디바이스들에 제한 없이 적용될 수 있다.
도 5a는 외부 제어 회로부와 신호를 교환하기 위한 연결을 허용하기 위한 인터페이스를 포함하는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시하고, 여기서, 셔터 구조체는 제2 위치에 있다.
도 6a는 스피커 배열체의 셔터 구조체의 세부사항들을 예시하기 위한 실시예에 따른 스피커 배열체의 일부의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 6b는 실시예에 따른 스피커 배열체의 천공 구조체의 층의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 7은 복수의 밸브 구조체들을 갖는 실시예에 따른 스피커 배열체의 일부의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 8은 실시예에 따른 단위 셀 어레이로 생성된 상이한 "디지털" 사운드 펄스들을 통한 정현파 사운드 신호의 재구성을 개략적으로 도시한다.
도 9는 복수의 밸브 구조체들을 갖는 실시예에 따른 스피커 배열체의 일부의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 10a는 각각의 스피커 배열체에 대한 복수의 멤브레인들을 갖는 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 10b는 도 10a의 MEMS 디바이스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 11은 트위터로서 사용될 수 있는 실시예에 따른 스피커 배열체의 구현의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 12a는 실시예에 따른 2개의 스피커 배열체를 갖는 MEMS 다이의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 12b는 실시예에 따른, 스피커 배열체들이 상이한 다이들 상에 배열되는 MEMS 구성의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 13은 실시예에 따른 오디오 디바이스의 개략적인 블록도를 도시한다.
이하의 설명에서, 동일한 또는 동등한 요소들, 또는 동일한 또는 동등한 기능성을 갖는 요소들은, 상이한 도면들에 있는 경우에도, 동일한 또는 동등한 참조 번호들에 의해 표시된다.
다음의 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 더 완전한 설명을 제공하기 위해 복수의 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 실시예들을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 널리 공지된 구조들 및 디바이스들은 상세히 나타내지 않고 블록도들 형태로 도시된다. 추가하여, 이하에서 설명되는 상이한 실시예들의 피처들은, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들은 적어도 제1 스피커 배열체 및 제2 스피커 배열체를 포함하는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. 이러한 MEMS 디바이스는 패키징된 MEMS 디바이스일 수 있고, 하우징, 예컨대, 패키지를 형성하기 위한 패키징을 포함하거나 또는 제공할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들과 관련하여, 패키지는, 예컨대, 가능하게는 하우징에 그 자체로 배치될 수 있는 인쇄 회로 보드 상의 조립을 위해 다이들을 하우징하기 위한, 하나 이상의 반도체 디바이스 또는 다이 또는 집적 회로에 대한 하우징 또는 커버 또는 덮개를 포함할 수 있다. 그러나, 패키지는 일반적으로 다시 개방되도록 의도되지 않는다. 이러한 하우징에 대한 재료는, 예컨대, 금속 재료, 플라스틱 재료, 유리 재료, 세라믹 재료, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.
MEMS 디바이스 또는 패키징된 MEMS 디바이스의 패키지는 동일한 패키지에 적어도 2개의 스피커 배열체의 적어도 2개의 칩을 포함할 수 있는 하우징(또는 커버 또는 덮개)으로서 이해될 수 있다. 추가로, 적어도 2개의 스피커 배열체의 적어도 2개의 칩은 패키지의 공통 기판 상에 배열될 수 있다. 따라서, 패키징된 MEMS 디바이스는 적어도 2개의 스피커 배열체의 적어도 2개의 칩에 대한 공통(즉, 공유) 후방 체적(back volume)을 제공할 수 있는데, 이는 알려져 있는 스피커 배열체들보다 더 콤팩트한 배열체를 생성할 수 있다.
도 1a는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(10)의 개략적인 블록도를 도시한다. MEMS 디바이스는 동일한 하우징(12), 예컨대, 모드, 언급된 플라스틱 재료, 유리 재료, 세라믹 재료, 또는 그들의 조합 내에, 제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 스피커 배열체(14)를 포함한다. MEMS 디바이스(10)는 상이한 제2 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 스피커 배열체(16)를 더 포함한다. 본 개시내용의 실시예들은 이러한 구성으로 제한되지 않지만, 스피커 배열체(14)는 우퍼로서, 즉, 저주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성될 수 있다. 스피커 배열체(16)는 트위터로서 구성될 수 있고, 스피커 배열체(14)의 오디오 주파수 범위와 비교할 때 더 높은 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성될 수 있다.
우퍼는 바람직하게는 최대 500 Hz, 최대 300 Hz 또는 최대 200 Hz의 주파수 범위 내의 사운드를 방출하는 스피커로서 이해될 수 있는 한편, 트위터는 적어도 450 Hz 이상, 적어도 1 kHz 또는 적어도 3 kHz 이상의 주파수 범위 내의 사운드를 방출하는 스피커로서 이해될 수 있다. 스피커 배열체들(14 및 16) 둘 모두는 가능하게는 중첩될 수 있지만 중첩되는 것이 요구되지는 않는 개개의 오디오 주파수 범위를 포함할 수 있다.
개개의 스피커 배열체(14 및/또는 16)는 유체를 이동시키기 위한 멤브레인 또는 다른 구조체들, 예컨대, 캔틸레버를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 우퍼는 열음향 원리에 기초할 수 있고, 트위터는 기계적으로 작동되는 멤브레인 또는 캔틸레버 구조체에 기초할 수 있고, 여기서, 그들 둘 모두는 오디오 주파수로 작동될 수 있다.
MEMS 디바이스(10)는 외부 제어 회로부와의 연결을 위해 구성된 전기 커넥터(18)를 포함할 수 있다. 외부 제어 회로부로부터, MEMS 스피커 디바이스(10)는 스피커 셋업들(14, 16) 각각에 의해 방출되고 있는 오디오 신호들(22, 24) 각각에 대한 기초를 형성하는 신호들을 포함할 수 있다.
도 1b는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(10')의 개략적인 블록도를 도시한다. MEMS 디바이스(10')는 스피커 배열체들(14 및 16)을 포함하고, 오디오 정보, 예컨대, 오디오 신호 또는 오디오 정보를 포함하는 프로세싱된 신호를 포함하는 입력 신호(28)를 수신하도록 구성된 제어 회로부(26)를 포함할 수 있다. 제어 회로부(26)는 입력 신호(28)로부터 스피커 배열체(14)에 대해 적응된 제어 신호(32)를 도출하도록 구성될 수 있다. 제어 회로부(26)는 음향 신호(22)를 생성하기 위해 제어 신호(32)를 스피커 배열체(14)에 제공할 수 있다.
제어 회로부(26)는 입력 신호(28)로부터 제어 신호(34)를 도출하도록 구성될 수 있고, 제어 신호(34)는 스피커 배열체(16)에 대해 적응된다. 제어 회로부(26)는 음향파들(24)을 생성하기 위해 제어 신호(34)를 스피커 배열체(16)에 제공할 수 있다. 디바이스(10')에 포함된 스피커 배열체들 각각에 대한 제어 신호들을 생성 및 제공하는 것으로 설명되지만, 제어 회로부(26)는 그 제어 신호들의 서브세트만을 제공할 수 있고, 도 1a와 관련하여 설명된 바와 같이 커넥터를 통해 나머지 제어 신호들을 수신할 수 있다.
도 1a를 다시 참조하면, 전기 커넥터(18)는 MEMS 디바이스(10) 외부에 배열된 제어 회로부로부터 제어 신호들(32 및/또는 34)을 수신하도록 구성될 수 있다.
디바이스(10)는 각각 스피커 배열체(14) 및 스피커 배열체(16)를, 예컨대, 음파들(22 및/또는 24)을 수신하기 위한 유체를 포함하는 디바이스의 환경에 전기적으로 연결하기 위한 공통 하우징을 제공할 수 있다. 제어 회로부(26)는, 예컨대, 스피커 배열체들(14 및 16) 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 프로세싱 유닛, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 다른 적합한 회로부를 포함할 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(20)의 개략적인 블록도를 도시한다. MEMS 디바이스(20)는 스피커 시스템의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 주문형 집적 회로(36)가 MEMS 스피커 시스템(20)의 일부를 형성할 수 있고, 제어 회로부(26)를 구현할 수 있다. ASIC(36)는, 예컨대, 전기 오디오 신호로서 입력 신호(28)를 수신할 수 있다.
ASIC(36), 제어 회로부(26) 각각은 하나 이상의 채널을 갖는 제어 신호(32)를 도출하기 위한 저역 통과 필터(38)를 포함할 수 있다. 제어 신호(32)는 우퍼를 구동하기 위한 정보를 포함하는 우퍼 신호로서 고려될 수 있다. ASIC(36), 제어 회로부(26) 각각은 하나 이상의 채널을 갖는 트위터 신호로 지칭될 수 있는 제어 신호(34)를 도출하기 위한 고역 통과 필터(42)를 포함할 수 있다.
음향파들(22 및 24)을 생성하기 위해, 스피커 배열체(14)는 MEMS 우퍼로서 구현될 수 있는 한편, 스피커 배열체(16)는 MEMS 트위터로서 구현될 수 있고, 음향파들(22 및 24)은 음향 출력 신호(44), 예컨대, 전체 대역폭 음향 오디오 신호로 서로 중첩될 수 있다.
스피커 배열체(14) 및/또는 스피커 배열체(16) 및/또는 임의적인 추가적인 스피커 배열체들은 MEMS 스피커들로서 구현될 수 있다. 실시예에 따르면, 이러한 MEMS 스피커는 MEMS 층의 면내 또는 면외로 편향되는 멤브레인 구조체를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 멤브레인 구조체는 유체에서 압력을 생성하기 위해 면외로 편향된다. 일부 실시예들에 따르면, 예컨대, 우퍼로서, 예컨대, 낮은 오디오 주파수들을 생성하기 위한 MEMS 스피커의 멤브레인 구조체는 청취자를 위한 가청 오디오 범위로 복조되는 초음파 주파수들로 구동될 수 있다. 실시예들과 관련된 MEMS 스피커 배열체들의 일부 구현들이 이하에서 설명된다.
동일한 또는 상이한 오디오 주파수 범위들을 포함하는 2개의 스피커 배열체의 조합이 비제한적인 예로서 설명되고, 적어도 제3 중첩 또는 분리된 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제3 스피커 배열체, 예컨대, 중간범위 스피커 및/또는 추가의 스피커 배열체들을 포함하는 MEMS 디바이스들을 배제하지 않는다. 위에서 설명된 바와 같은 공통 후방 체적은, 사용되는 경우, 제3 및 가능한 추가의 스피커 배열체들을 위해 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 스피커 배열체(14 또는 16)에 대한 대안으로서 또는 그에 추가하여, 중간범위 스피커 배열체가 본원에서 설명되는 MEMS 디바이스, 예컨대, MEMS 디바이스(20)의 일부일 수 있다. 예컨대, 제어 유닛, 예컨대, ASIC(36)는 중간범위 스피커 배열체에 의해 동작되는 주파수 범위들에 대해 적응된 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.
도 3은, 예컨대, 스피커 배열체, 예컨대, 우퍼로서 사용될 수 있는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(30)의 개략적인 측면도를 도시한다. MEMS 디바이스는, 예컨대, 실리콘 또는 실리콘계 재료들과 같은 반도체 재료를 포함하는 기판(46)을 포함한다. 대안적으로 또는 추가하여, 다른 타입들의 반도체 재료들, 예컨대, 갈륨 비화물 등이 기판(46)의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
MEMS 디바이스(30)는 기판(46)에 기계적으로 연결된 멤브레인 구조체(48)를 포함한다. 멤브레인 구조체(48)는 기판(46)에 직접적으로 또는 간접적으로 힌지 또는 연결될 수 있다. 멤브레인 구조체(48)는 기판 평면에 평행하게 제공될 수 있는데, 예컨대, 비작동 상태에서 기판 평면 x/y에 본질적으로 평행하게, 즉, 면내에 배열될 수 있다. 멤브레인 구조체(48)는, 예컨대, 작동 신호에 기초하여 그리고/또는 MEMS 디바이스(30), 기판(46) 각각의 공동(54)에 존재하는 유체(52)의 압력에 기초하여 면외로 편향가능할 수 있다. 멤브레인 구조체(48)는, 예컨대, 직사각형, 둥근 또는 본질적으로 정사각형 형상, 또는 중간에 구조체를 갖는, 예컨대, 벌집 형상(alveolate)을 갖는 평면형 구조체로서 구현될 수 있다. 멤브레인 구조체(48)는 또한 캔틸레버 빔으로서 형성될 수 있다.
단지 비제한적인 예로서, MEMS 디바이스는 적어도 하나의 웨이퍼 또는 다른 기초 구조체로부터 형성될 수 있다. 이러한 웨이퍼는 길이방향 연장부들과 비교할 때 비교적 얇은 두께를 갖는 플레이트형 구조체로서 고려될 수 있다. 이러한 고려사항들을 특정 좌표계 또는 구조체의 실현으로 제한함 없이, 길이방향들은 MEMS 디바이스의 면내 방향을 정의하는 것으로서 고려될 수 있다. 그러한 방향들은 도 3에서 x/y 방향들로서 도시된다. 두께 방향 z는 면내 방향들 x/y에 수직인 두께 방향으로서 고려될 수 있다. 멤브레인 구조체(48)는 면외로 그리고 그에 따라 양 및/또는 음의 z 방향을 따라 편향될 수 있다.
멤브레인 구조체(48)는 유체(52)의 운동을 유발하기 위해 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 z 방향을 따라 편향되도록 구성된다. 운동은 밸브 구조체(56)를 통하는 유체(52)의 유동을 포함할 수 있고/있거나 공동(54)에서 생성되는 압력, 그의 변화 또는 압력파와 관련될 수 있다. 예컨대, 멤브레인 구조체(48)는 초음파 주파수로 면외로 편향되도록 구성 및 제어될 수 있다. 즉, 멤브레인 구조체(48)의 편향은 인간이 청취할 수 없는 주파수 범위에서 제어될 수 있다. 그러나, 가능하게는 비교적 작은 크기를 가져서 적은 양의 유체를 이동시키는 MEMS 멤브레인 구조체의 사용에 의해, 그러한 적은 양들의 높은 이동 레이트는, 예컨대, 전방 체적에서, 상당한 유체가 압력을 받게 할 수 있다. 멤브레인 구조체로 유체(52)를 앞뒤로 이동시키는 것을 회피하기 위해, 제어가능한 밸브 구조체는, 밸브 구조체(56)에 대한 제어 신호에 기초하여, 멤브레인 구조체(48)로부터 멀어지게, 밸브 구조체(56)를 통해 전방 체적(74)을 향하는 유체 펄스 또는 유체 운동을 허용하기 위해 사용될 수 있다. 추가하여, MEMS 디바이스(30)는 멤브레인 구조체(48)의 상이한 측에 후방 체적(75)을 제공할 수 있다. 따라서, 전체 MEMS 디바이스(30)는 유체 및/또는 사운드에 대한 전방 및 후방 포트를 제공할 수 있다.
일부 가능한 동작 방식들에서, 멤브레인 구조체(48)가 밸브 구조체로부터 멀어지게, 예컨대, +z를 따라 이동하는 시간 동안 밸브 구조체(56)를 폐쇄하고, 멤브레인 구조체(48)가 다시 밸브 구조체(56)를 향해, 예컨대, -z를 따라 이동할 때 밸브 구조체(56)를 다시 개방하는 것에 기초하여, 유체 펄스들 또는 유체(52)가 전방 체적(74)에서 축적될 수 있다. 멤브레인 구조체는 초음파 주파수, 예컨대, 적어도 20 kHz, 적어도 30 kHz, 또는 최대 수백 kHz까지 한층 더 높은 주파수로, 즉, 초음파 주파수 범위로 이동 또는 진동할 수 있다. 예컨대, 멤브레인은 적어도 50 kHz, 적어도 70 kHz, 또는 적어도 90 kHz, 예컨대, 대략 96 kHz 또는 96 kHz와 동일한 주파수로 진동할 수 있고, 여기서, 일부 구조체들은 또한, 적어도 50 kHz 내지 최대 500 kHz의 범위를 커버하도록 적어도 200 kHz, 300 kHz, 또는 최대 500 kHz 이상의 주파수를 허용할 수 있다. 이러한 초음파 주파수 범위는, 예컨대, 20 kHz 미만의 가청 주파수 범위, 즉, 오디오 주파수 범위로 복조될 수 있다.
밸브 구조체(56)와 멤브레인 구조체(48)는 공동(54)을 함께 샌드위치할 수 있고, 여기서, 밸브 구조체(56)의 제어에 기초하여, 유체에 대한 상이한 유체 저항들이 제공될 수 있다. 일 예에 따르면, 밸브(56)는 개방 상태와 밸브 구조체(56)가 폐쇄 상태에 있는 것으로 고려될 수 있는 제2 상태 사이에서 스위칭될 수 있고, 개방 상태에서, 밸브 구조체(56)는 기본적으로, 낮은 무시가능한 유체 저항을 제공하거나 또는 유체 저항을 전혀 제공하지 않고, 폐쇄 상태에서, 밸브 구조체는 유체(52)에 대한 비교적 더 높은 유체 저항을 제공한다. 예컨대, 폐쇄 상태에서, 유체(52)로부터 밸브 구조체(56)를 통하는 무시가능한 유동만이 있거나 또는 유동이 전혀 없을 수 있다.
밸브 구조체(56)는 평면형 천공 구조체(58) 및 천공 구조체(58)에 대해 이동가능한 셔터 구조체(62)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 천공 구조체(58)는, 예컨대, 기판(46)에 고정적으로 연결된 고정 구조체, 예컨대, 조각상(statue) 등일 수 있다. 그러나, 다른 예들에 따르면, 구조체들, 즉, 천공 구조체(58)와 셔터 구조체(62) 둘 모두는 이동가능하게 배열될 수 있고 서로에 대해 이동할 수 있다.
천공 구조체(58)는 유체(52)가 통과하는 것을 허용하는 복수의 개구들(641 내지 64n)을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 셔터 구조체(62)는 구조적 섹션들(661 내지 66n)을 포함할 수 있고, 구조적 섹션들(661 내지 66n)은 제2 유체 저항을 제공하기 위해 제2 위치에서 개구들(641 내지 64n)에 대한 대향 위치에 대해 적응된다.
밸브 구조체(56)의 사용에 의해, 공동(54) 내의 초음파들은 다른 주파수 범위들, 예컨대, 가청 또는 오디오 주파수 범위로 전달될 수 있다.
많은 양의 유체가 이동되는 것을 허용할 수 있는 가능하게는 z 방향에 평행한 이동 방향(68)을 따라 편향가능한 멤브레인을 사용하면서, 밸브 구조체(56), 예컨대, 셔터 구조체(62)의 이동 방향(36)은 MEMS 디바이스(30)의 얇은 두께를 허용할 수 있고, 제어 유닛 및/또는 외부 제어 유닛과의 연결을 위한 인터페이스를 포함할 수 있다. 이러한 제어 유닛은 멤브레인 구조체(48)의 편향을 제1 초음파 주파수로 편향되도록 제어하고, 밸브 구조체(56), 예컨대, 셔터 구조체(62)에 연결된 작동기 구조체를 동일한 또는 상이한 제2 초음파 주파수로 제1 위치와 제2 위치 사이에서 변경하도록 제어하여, 오디오 주파수 범위에서 MEMS 디바이스(30)의 전방 체적(74)에 음압 레벨을 생성하도록 구성된 제어 회로부를 포함할 수 있고, 오디오 주파수 범위 내의 음압 레벨은 멤브레인 구조체(48)의 초음파 주파수로부터 생성되는데, 즉, 밸브 구조체(56)의 사용에 의해, 멤브레인 사운드는 오디오 신호를 획득하도록 변조 또는 복조될 수 있다. 예컨대, 이러한 복조/변조는 고급 디지털 사운드 재구성(advanced digital sound reconstruction)(ADSR) 또는 다른 초음파 복조(ultrasonic demodulation)(UD) 개념들을 포함할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(40)의 일부의 개략적인 측면도를 도시하고, 여기서, 제공되는 세부사항들은 본원에서 설명되는 다른 MEMS 디바이스들에 제한 없이 적용될 수 있다. MEMS 디바이스(40)는 본원에서 설명되는 MEMS 패키지의 일부, 예컨대, 우퍼를 형성할 수 있다.
MEMS 디바이스(40)는, 예컨대, 멤브레인 구조체(48)의 편향을 제어하도록 구성된 프로세싱 유닛, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 다른 적합한 회로부를 포함하는 제어 회로부(26)를 포함한다. 제어 회로부(26)는 도 4에 도시된 제1 위치와 도 3에 표시된 제2 위치 사이에서 변경하도록 셔터 구조체(62)에 연결된 작동기 구조체(76)를 제어하도록 추가로 구성될 수 있다. 제1 위치와 제2 위치 사이의 변경은 동일한 또는 상이한 초음파 주파수로 획득될 수 있고, 그 제어들 둘 모두는 일반적으로, 전방 체적(74)에서 오디오 주파수 범위, 즉, 적어도 10 Hz 및 최대 20 kHz의 주파수 범위에 있는 음압 레벨을 생성하는 것을 허용할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 MEMS 디바이스는 특히 저주파수 오디오 범위, 예컨대, 최대 1 kHz, 최대 800 Hz 또는 최대 500 Hz의 범위에서 양호한 특성들을 가질 수 있다. 작동기 구조체는, 예컨대, 압전 작동기, 전기역학 작동기, 또는 다른 타입들의 작동 구조체들을 포함할 수 있다. 예컨대, 작동기 구조체(76)는 전기역학 빗형 구조체, 자기 드라이브, 압전 드라이브, 및/또는 열 드라이브를 포함할 수 있다. 작동기 구조체(76)는 양 및 음의 이동 방향들을 따라 능동력들을 생성하기 위해 하나 초과의 작동기, 예컨대, 작동기 구조체들을 포함할 수 있다. 이는 스프링들의 복원력들에만 의존하는 것과 비교할 때 고도로 제어가능한 사운드 생성을 허용할 수 있다.
멤브레인 구조체(48) 및 밸브 구조체(56)를 동일한 또는 상이한 초음파 주파수로 구동함으로써, 멤브레인 구조체(48)에 의해 생성되는 사운드의 변조가 획득될 수 있다.
실시예에 따른 MEMS 디바이스는 음향 단락을 방지하면서 공동(54) 내로 유체(52)를 통과시키도록 구성된 복수의 통기 홀들(78)을 포함하는 멤브레인 구조체(48)를 포함할 수 있다. 통기 홀들(78)은 상승 효과(synergetic effect)를 가질 수 있고, 예컨대, 먼저, 공동(54)의 적어도 일부를 생성하기 위해 이제 희생 층을 에칭하기 위한 홀들로서 역할을 할 수 있다. 통기 홀들(78)은 음향 단락을 방지하기 위해 x 및/또는 y 방향을 따르는 비교적 작은 크기를 포함할 수 있다. 즉, 통기 홀들(78)은 ~1/d4로 증가되는 높은 유체 저항을 가질 수 있고, 여기서, d는 홀 직경을 지칭한다.
즉, 통기 홀들(78)은 음향 단락을 생성하지 않으면서 희생 층을 제거하는 것을 허용할 수 있다. 이러한 음향 단락은 멤브레인 구조체(48)가 방향을 따라 편향되지만, 통기 홀들(78)의 유체 저항이 너무 낮기 때문에 유체(52)의 불충분한 압력 또는 이동만을 제공하여, 유체(52)가 멤브레인 구조체에 의해 이동되는 대신에 이러한 홀들을 통해 이동하는 효과로서 이해될 수 있다. 통기 홀들(78)의 크기는 밸브 구조체(56)를 통하는 효율적인 유동 생성을 허용할 정도로 충분히 높고, 밸브 구조체(56)가 폐쇄 상태에 있을 때, 즉, 셔터 구조체(62)가 제2 위치에 있을 때, 멤브레인 구조체(48)를 통하는 공동(54)의 통기를 허용할 정도로 충분히 낮은 유체(52)에 대한 유체 저항을 달성하도록 튜닝될 수 있다. 이러한 통기 홀의 직경은, 예컨대, 적어도 0.5 μm 및 최대 5 μm, 적어도 0.7 μm 및 최대 4 μm 또는 적어도 1 μm 및 최대 3 μm의 범위에 있을 수 있다.
통기 홀들(78)에 대안적으로 또는 추가하여, MEMS 구조체(40) 및/또는 MEMS 구조체(30)는 범프들의 세트를 가질 수 있는 범프 구조체(82), 즉, 천공 구조체(58)와 셔터 구조체(62) 사이에 배열된 적어도 하나의 범프 등의 연속 또는 불연속 링형 구조체를 포함할 수 있다. MEMS 디바이스(40)의 제조 동안, 범프 구조체(82)는, 예컨대, 천공 구조체(58)의 일부 및/또는 셔터 구조체(62)의 일부로서 형성될 수 있다.
밸브 구조체(56)의 폐쇄 상태에서, 범프 구조체(82)는 범프 구조체(82)를 통한 천공 구조체(58)와 셔터 구조체(62) 사이의 기계적 접촉에 기초하여 밸브 구조체(56)를 통하는 유체를 방지할 수 있다. 즉, 범프 구조체(82)와 셔터 구조체(62) 사이에 남아 있는 거리를 도시하지만, 도 4의 MEMS 디바이스(40)는 셔터 구조체(62)와 범프 구조체(82)의 기계적 접촉을 제공할 수 있다. 범프 구조체(82)는 천공 구조체(58)에 대한 셔터 구조체(62)의 정지마찰에 대한 보호를 제공하고, 셔터 구조체(62)가 제2 위치에 있는 경우에 유체(52)의 유동을 핀치 오프하기 위해 구멍 또는 개구(64) 주위에 일종의 밀봉부, 예컨대, 링을 제공하는 것을 상승적으로 허용할 수 있다.
실시예에 따르면, 범프 구조체(82)는 상이한 특성들을 갖고/갖거나 상이한 목적들을 위한 범프 요소들을 포함한다. 예컨대, 범프 요소들(841 및 842)은 z 방향을 따르는 비교적 긴 연장부를 포함할 수 있는데, 즉, 그들은 비교적 길 수 있다. 범프 요소들(841 및 842)은 정지마찰 방지 기능을 제공하기 위해 셔터 구조체(62)와의 점형 접촉 표면을 제공하도록 구성될 수 있다. 점형 표면 또는 적어도 작은 접촉 면적을 갖는 범프 요소들(841, 842)을 가짐으로써, 양호한 정지마찰 방지 특성들이 획득될 수 있다. 대안으로서 또는 추가하여, 범프 요소들(841 및/또는 842)은 셔터 구조체(62)의 위치를 변경할 때 마찰 및 그에 의한 가능한 잡음을 생성하는 표면적이 작기 때문에, 복조된 오디오 신호에서 적은 양의 방해 잡음을 갖는 것을 허용한다.
실시예에 따르면, 본 개시내용에 따른 MEMS 디바이스는 천공 구조체와 셔터 구조체 사이에 정지마찰 방지 범프들을 제공할 수 있고, 천공 구조체와 셔터 구조체 사이에 밀봉 구조체를 포함할 수 있다. 밀봉 구조체의 영역에 남아 있는 갭은 정지마찰 방지 범프들의 영역 내의 갭과 비교할 때 더 클 수 있다.
범프 구조체(82)는 대안적으로 또는 추가하여, 개개의 개구(641, 642)를 통해 각각 링의 적어도 일부를 형성할 수 있는 연속 또는 세그먼트화된 범프 요소(86)를 포함할 수 있다. 범프 요소들(841, 842)과 비교할 때, 범프 요소들(861, 862)의 z 방향을 따르는 길이는 더 작을 수 있다. 범프 요소들과 비교할 때 감소된 범프들(861, 862)의 길이 또는 높이는, 적어도 정규 동작 동안, 범프 요소들(861, 862)이 기계적 접촉을 제공하지는 않지만 z 방향을 따르는 슬릿을 감소 또는 적어도 부분적으로 차단하게 할 수 있고, 슬릿은 천공 구조체(58)와 셔터 구조체(62) 사이에 있다. 즉, 요소들(861 및 862)은 반드시 범프들일 필요가 있는 것이 아니라 또한 상이한 타입의 돌출부 또는 상승부일 수 있다.
상이한 목적들을 위해 사용되는 상이한 높이들의 범프 요소들을 갖는 것은 밀봉 범프들 또는 밀봉 상승부들(86)에 의해 제공되는 비교적 큰 표면을 갖는 경우에도, 범프 요소들(841, 842)의 사용에 의해 양호한 정지마찰 방지 특성들을 유지하는 것을 허용할 수 있는데, 이는 그들이 정지마찰 방지 기능성에 반드시 기여할 필요가 없기 때문이다. 범프 요소들(841)과 셔터 구조체(62) 사이에 남아 있는 갭(881)은 비교적 낮을 수 있는데, 범프들이 대향 구조체에 접하는 경우에 제로에 이를 수 있다. 동시에, 한편으로는 범프 요소(861 또는 862)와 다른 한편으로는 셔터 구조체(62) 사이에 있는 갭(882)은 비제로일 수 있는데, 이는 밸브 구조체(56)가 폐쇄 위치에 있는 경우에도 남아 있는 핀칭 슬릿으로서 해석될 수 있다. 이러한 갭은, 예컨대, 적어도 100 nm 및 최대 1000 nm, 적어도 200 nm 및 최대 700 nm 또는 적어도 300 nm 및 최대 500 nm의 크기를 가질 수 있다. 동시에, 셔터 구조체(62)와 천공 구조체(58) 사이의 갭(883)은 적어도 600 nm 및 최대 1500 nm의 범위에 있을 수 있다. 즉, 범프 요소들(861 및 862)은 작은 갭(882)이 남아 있는 경우에도 공동(54)을 밀폐(tighten) 또는 밀봉하는 것을 제공할 수 있다.
범프 구조체(82)는 범프 요소들(921 및/또는 922)이 멤브레인 구조체(48)와 밸브 구조체(56) 사이에 배열되는 것을 방지하지 않는다. 천공 구조체(58) 또는 셔터 구조체(62)는 다른 구조체와 비교할 때 멤브레인 구조체(48)에 더 가까이 배열될 수 있다는 점에 주목해야 한다.
범프 구조체(82) 및/또는 통기 홀들(78)에 대안적으로 또는 추가하여, 셔터 구조체(62)는 셔터 구조체(62)의 면외 편향을 억제하도록 구성된 기계적 보강부(961, 962)를 포함할 수 있다. 예컨대, 기계적 보강부(961, 962)는 셔터 구조체(62), 예컨대, 빔형 구조체 또는 바형 구조체의 국부적으로 증가된 두께를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 추가적인 층 또는 구조체가 이동되는 구조체의 중량을 원하는 만큼만 증가시키기 위해 셔터 구조체를 국부적으로 보강하도록 배열될 수 있다. 천공 구조체의 보강에 대안적으로 또는 추가하여, 셔터 구조체는 기계적 보강부를 포함할 수 있고, 기계적 보강부는 셔터 구조체의 면외 편향을 억제하도록 구성된다.
도 5a는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(50)의 개략적인 측면도를 도시한다. MEMS 디바이스(50)는, 예컨대, 외부 제어 회로부와 신호를 교환하기 위한 연결을 허용하기 위한 인터페이스(98)를 포함하는 한편, MEMS 디바이스(40)의 제어 회로부(26)는 MEMS 디바이스의 내부 회로부일 수 있다. MEMS 디바이스(50)는 본원에서 설명되는 MEMS 패키지의 일부, 예컨대, 우퍼를 형성할 수 있다.
대안적으로 또는 추가하여, MEMS 디바이스(50)는 MEMS 디바이스(30 및/또는 40)에 또한 배열될 수 있는 보호 구조체(102)를 포함할 수 있다. 보호 구조체(102)는 유체의, 예컨대, 오디오 범위 내의 음압 레벨에 대해 투명하면서 밸브 구조체(56)를 기계적으로 보호하도록 구성될 수 있다. 보호 구조체(102)는 멤브레인 구조체와 함께 밸브 구조체(56)를 샌드위치할 수 있는데, 즉, 밸브 구조체(56)는 멤브레인 구조체(48)와 보호 구조체(102) 사이에 배열될 수 있다. 보호 구조체(102)는, 예컨대, 플라스틱 재료, 반도체 재료, 및/또는 유리 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 플라스틱 재료, 즉, 플라스틱 재료를 포함하는 멤브레인은 가청 주파수들에 대해 투명하면서 초음파 사운드를 차단하는 데 매우 적합할 수 있다. 보호 구조체(102)의 적어도 일부를 형성하는 유리 구조체는 메시형 구조체를 포함할 수 있고, 높은 기계적 견고성을 제공할 수 있고, 통기 홀들로서 존재할 수 있는 작은 개구들을 포함할 수 있다.
도 5b는 도 5a의 MEMS 디바이스(50)의 개략적인 측면도를 도시하고, 여기서, 셔터 구조체(62)는 제2 위치에 있다. 도 5a 및 도 5b의 개략적인 등가 회로도(104)에 도시된 바와 같이, 그 개략적인 등가 회로도(104)에서 표현되는 도 5a의 유체 저항은 저항기들의 병렬 연결로서 이해될 수 있는 한편, 도 5b에 도시된 제2 위치는 직렬 연결을 발생시킬 수 있다. 전자적 비유에서, 병렬 연결은 직렬 연결과 비교할 때 더 낮은 유효 저항을 발생시킬 수 있다.
외부 또는 내부 제어 회로부는 시간 인스턴스에서의 멤브레인 구조체(48)의 편향 상태에 기초하여, 그 시간 인스턴스에서 셔터 구조체(62)를 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시키도록 작동기 구조체(76)를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 회로부는 멤브레인 구조체(48)와 셔터 구조체(62)의 제어를 시간적으로 정렬할 수 있다. 예컨대, 제어 회로부는 멤브레인이 공동에 압력을 제공할 때 밸브 구조체의 제1 위치를 제공하거나 또는 이때 밸브 구조체(56)의 폐쇄 상태를 제공하도록 작동기 구조체(76)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어 회로부(26)는 밸브 구조체의 사용에 의해 전방 체적에서 집성된 압력을 갖도록 멤브레인 구조체(48)에 의해 생성된 유체 운동의 유체 압력을 집성하도록 작동기 구조체(76) 및 멤브레인 구조체(48)를 제어하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 멤브레인 구조체(48)는, 예컨대, 밸브 구조체(56)를 개방 상태에 있게 하면서 전방 체적 내로 기여분을 펌핑함으로써 압력을 집성할 수 있고, 밸브 구조체(56)는 멤브레인(48)이 다시 되돌아갈 때 폐쇄 상태로 제어될 수 있다. 다른 타입들의 초음파 복조, 예컨대, ADSR에 따르면, 한편으로는 멤브레인 구조체와 다른 한편으로는 셔터 위치는 또한 동기화되지 않을 수 있다.
예컨대, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, MEMS 디바이스는 천공 구조체(58)와 셔터 구조체(62) 사이에 범프 구조체를 포함할 수 있고, 여기서, 밸브 구조체의 폐쇄 상태에서, 범프 구조체(82)는 밸브 구조체를 통하는 유체 유동을 차단하도록 구성될 수 있다.
도 6a는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(60)의 일부의 개략적인 평면도를 도시하고, 여기서, 제공되는 세부사항들은 본원에서 설명되는 다른 MEMS 디바이스들에 제한 없이 적용될 수 있다. MEMS 디바이스(60)는 본원에서 설명되는 MEMS 패키지의 일부, 예컨대, 우퍼를 형성할 수 있다.
특히, 셔터 구조체(62)의 층이 도시된다. 셔터 구조체(62)의 구조적 섹션(66)의 2차원 레이아웃이 도시되고, 이는 또한 제1 상태에서 천공 구조체의 개구들(64)과 중첩될 수 있는 개구들(132)의 2차원 배열로 이어진다. 하나 이상의 스프링 구조체(1331 내지 1334)가 MEMS 디바이스(60)의 일부를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 스프링 구조체(1331 내지 1334)는, 예컨대, 셔터 구조체(62)를 x 및/또는 y 방향을 따라 이동시키면서, 예컨대, z 방향을 따르는 그러한 이동을 방지하는 것을 허용할 수 있는 리지 또는 다른 타입의 스프링으로서 형성될 수 있다. 스프링 구조체들(1331 내지 1334)의 기하형상은 또한, 방향 x와 방향 y 중 하나의 방향을 따르는 셔터 구조체(62)의 이동을 제한하면서, 다른 방향, 예컨대, 작동기 구조체(76)가 셔터 구조체(62)를 편향시키기 위해 힘을 생성할 수 있는 방향 x를 따르는 이동을 용이하게 할 수 있다. 즉, 스프링 구조체는, 적어도 스프링 요소들의 조합에서, 이동 방향(36)을 따르는 면내 기계적 강성과 비교할 때 더 큰 z 방향을 따르는 면외 기계적 강성을 포함할 수 있다.
스프링 구조체들(1331 내지 1334)은 휴지 위치에서 셔터 구조체(62)를, 예컨대, 기판(46) 및/또는 고정자 또는 천공 구조체(58)에 탄성적으로 힌지할 수 있고, 작동기 구조체(76)는 셔터 구조체(62)를 이동 방향, 예컨대, x를 따라 면내로 그리고 휴지 위치 외부로 편향시키도록 구성된다.
x 및/또는 y를 따르는 셔터 구조체(62)의 연장부(134)는, 예컨대, 적어도 500 μm 및 수 밀리미터, 예컨대, 약 1 mm의 범위에 있을 수 있다. 스프링 구조체들(1331 내지 1334)의 길이(135)는 적어도 50 μm 및 최대 300 μm, 적어도 70 μm 및 최대 200 μm 또는 적어도 90 μm 및 최대 150 μm, 예컨대, 100 μm의 범위에 있을 수 있다. 이러한 치수들뿐만 아니라 스프링 구조체(133)의 수는 단지 예시적인 값들일 뿐이다. 예컨대, 1개, 2개, 3개 또는 4개 초과, 예컨대, 6개, 8개, 9개 이상의 스프링 구조체(133)가 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 구조적 연장부들은 임의의 다른 값을 포함할 수 있다.
도 6b는 실시예에 따른 천공 구조체(58)의 층의 개략적인 평면도를 도시한다. MEMS 구조체(60)와 비교할 때, 스프링 요소들(133'1 내지 133'4)은 압축 및 신장을 위해 구성될 수 있는 한편, 스프링 구조체들(1331 내지 1334)은 만곡을 위해 구성될 수 있다.
도 6b로부터 알 수 있는 바와 같이, 개구들(64 및 132)은 셔터 구조체(62)의 예시된 제1 위치에서 중첩될 수 있다.
스프링 구조체들(133, 133') 및/또는 또한 실시예를 형성하는 그들의 조합에 기초하여, 셔터 구조체(62) 및 적어도 하나의 스프링 구조체는 공진 주파수를 갖는 공진기의 적어도 일부를 형성할 수 있고, 그 공진 주파수는, 예컨대, 적어도 20 kHz, 적어도 30 kHz, 적어도 40 kHz 이상의 초음파 주파수 범위에 있다.
예컨대, 도 6a 및 도 6b와 관련하여 설명되는 바와 같이, MEMS 디바이스는 휴지 위치에서 셔터 구조체(62)를 기판(46)에 탄성적으로 힌지하는 스프링 구조체를 포함할 수 있다. 작동기 구조체(76)는 셔터 구조체를 이동 방향, 예컨대, 방향(74)을 따라 면내로 그리고 휴지 위치 외부로 편향시키도록 구성될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 MEMS 디바이스(80)의 일부의 개략적인 사시도를 도시하고, 여기서, 제공되는 세부사항들은 본원에서 설명되는 다른 MEMS 디바이스들에 제한 없이 적용될 수 있다. MEMS 디바이스(80)는 본원에서 설명되는 MEMS 패키지의 일부, 예컨대, 우퍼를 형성할 수 있다. 여기서, 예컨대, 하나 초과, 예컨대, 4개의 밸브 구조체(561 내지 564)가 1차원 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 도 7은 개개의 밸브 구조체들(561 내지 564)의 셔터 구조체들(621 내지 624)을 도시한다. 예로서, 각각의 셔터 구조체(621 내지 624)는 x/y 평면에서 대략 100 μm x 200 μm의 치수를 포함할 수 있고, 여기서, 다른 치수들이 가능하고/하거나 셔터 구조체들(621 내지 624)은 상이한 크기들로 형성될 수 있다.
도 7은 복수의 밸브 구조체들(561 내지 564)이 공통 멤브레인 구조체와 함께 공동을 샌드위치하는 실시예를 예시하고, 여기서, MEMS 구조체(80)의 일부이거나 또는 그에 연결된 제어 회로부는 멤브레인 구조체(48)를 제어하고, 복수의 밸브 구조체들로 공동으로부터의 유체 운동의 상이한 스펙트럼들을 제공하기 위해 복수의 밸브 구조체들(561 내지 564)의 위치를 개별적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 개별 제어는 제어 회로부에 의해 제공되는 개별 제어 신호를 포함할 수 있고/있거나, 공진기 구조체에 기여하는 개개의 셔터 구조체(621 내지 624) 및/또는 상이한 질량들을 힌지할 수 있는 상이한 강성들의 스프링 구조체들(133a 내지 133d)을 포함할 수 있는 개개의 공진기 구조체의 상이한 공진 주파수들을 포함할 수 있다.
이는 공진기 구조체들 중 하나, 그 초과 또는 전부의 공진 이동을 여기시키기 위해 의도된 주파수를 갖거나 또는 광대역 특성으로 이루어진 개개의 제어 신호에 대해 공진기 구조체들(621 내지 624)에 대한 이동의 상이한 주파수들을 생성할 수 있다.
이는 한 번에 MEMS 구조체로 하나 초과의 톤 또는 주파수 성분을 생성하는 것을 허용할 수 있다.
도 8은 이러한 개념을 예시하기 위한 개략도를 도시한다. 가로좌표에는 시간 축이 플롯되고, 세로좌표에는 예시적인 정규화된 음압 레벨 S가 플롯된다. 플롯들(1361 내지 1364)은 개개의 단위 셀로, 예컨대, MEMS 디바이스(80)의 셔터 구조체들(621 내지 624) 중 하나의 사용에 의해 생성된 압력 레벨들을 개략적으로 도시한다. 상이한 압력 펄스들에 기초하여, 부분 음압 기여분들(1361 내지 1364)의 중첩에 기초하여 전체 사운드(142)가 형성될 수 있다. 플롯들(138)은, 개개의 동일한 셀에 대해, 댐핑 모드, 즉, 멤브레인이 후방으로 이동하지만 밸브 구조체가 폐쇄된 시간 동안의 기여분을 도시하고, 여기서, 위에서 설명된 바와 같이, 동기화는 요구되지 않는다. 다시 말하면, 한편으로는 멤브레인 구조체의 진동과 다른 한편으로는 밸브 구조체들의 동작과 관련된 진동은 동기화되지 않은 상태로 유지될 수 있다. 실시예에 따르면, 밸브 열들 자체는 서로에 대해 예컨대 90°의 일정한 위상 시프트를 가질 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100)의 일부의 개략적인 평면도를 도시하고, 여기서, 제공되는 세부사항들은 본원에서 설명되는 다른 MEMS 디바이스들에 제한 없이 적용될 수 있다. MEMS 디바이스(100)는 본원에서 설명되는 MEMS 패키지의 일부, 예컨대, 예를 들어 우퍼로서 사용될 수 있는 스피커 배열체를 형성할 수 있다.
단일 멤브레인 구조체(48)와의 음향 통신에서, 밸브 구조체들(56a1 내지 56d4)의 배열은 4개의 라인 및 4개의 열로 배열될 수 있다. 이는 추가적인 밸브 구조체들과 음향 통신하는 제2의 추가의 멤브레인 구조체를 갖는 것 및/또는 멤브레인 구조체(48)와 통신하는 상이한 수의 밸브 구조체, 상이한 수의 라인 및/또는 상이한 수의 열의 밸브 구조체들을 갖는 것을 배제하지 않는다. 예컨대, 밸브 구조체들(56a1 내지 56a4)은, 예컨대, 스프링 구조체들에 기초하여 동일한 공진 주파수를 포함하도록 형성될 수 있다. 밸브 요소들(56b1 내지 56b4)은 상이한 제2 공진 주파수를 포함할 수 있는 한편, 밸브 구조체들(56c1 내지 56c4 및 56d1 내지 56d4)은 제3 및 제4 공진 주파수를 포함할 수 있다. 적합한 제어 신호에 기초하여, 이는, 예컨대, MEMS 디바이스에서 구현되는 초음파 복조에 대해 가청 신호에 상이한 스펙트럼들로 기여하는 것을 허용할 수 있다. 개개의 밸브 구조체(56a, 56b, 56c 또는 56d) 중 1개, 2개, 3개 또는 4개의 사용은 그 주파수의 음압 기여분을 증가 또는 감소시키는 것을 허용할 수 있는 한편, 공진 주파수를 갖는 개개의 밸브 구조체들 모두의 비활성화는 그 스펙트럼의 부재로 이어질 수 있다. 설명되는 바와 같이, 이러한 MEMS 디바이스는, 예컨대, 상이한 동작 주파수들로 동일한 멤브레인과 통신하는 상이한 밸브 구조체들을 개별적으로 동작시키기 위해, 초음파 복조 개념과 함께 사용되도록 구성될 수 있다.
이러한 구조체는 생성되는 출력의 상세한 제어를 허용할 수 있다. 예컨대, 멤브레인은 그의 공진 주파수로 동작될 수 있고, 밸브 구조체들은 그들의 공진 주파수로 동작될 수 있다. 상이한 행들의 셔터 구조체의 진동 또는 이동은 아날로그 사운드를 에뮬레이트하기 위해 서로에 대해 90°의 위상 시프트로 그리고 각각 공진하여 동작될 수 있다. 사운드의 진폭은 추가의 셔터 구조체를 갖는 병렬 경로를 통해 적응될 수 있다.
위의 관점에서, 적어도 스피커 배열체(14)는 초음파 복조 스피커로서 구성될 수 있다. 그러한 구성은 실시예에 따른 MEMS 콤보 스피커 디바이스(110)의 개략적인 측면도를 도시하는 도 10a에 도시된다.
MEMS 디바이스(110)는 공통 후방 체적으로서 후방 체적(75)을 공유할 수 있는 스피커 배열체들(14 및 16)을 포함할 수 있다. 예컨대, MEMS 디바이스(110) 또는 본원에서 설명되는 다른 MEMS 디바이스들의 하우징은 제1 스피커 배열체 및 제2 스피커 배열체에 대한 공통 후방 체적을 제공할 수 있다.
MEMS 디바이스(110)는, 예컨대, 본원에서 설명되는 MEMS 패키지의 일부, 예컨대, 우퍼 부분을 형성하기 위해 스피커 배열체(14)를 포함할 수 있다. 여기서, 멤브레인 구조체(48)는 공동(54)에서 압력을 생성하도록 편향될 수 있다. 밸브 구조체(56)의 셔터 구조체는, 예컨대, 도 3에 도시된 MEMS 디바이스(30)에 따라 실현될 수 있다. 도 10b를 참조하면, 도 3의 셔터 구조체(62)는 밸브 구조체들(56a1 내지 56d4) 중 하나의 구조체를 구현하여 가능하게는 복수의 밸브 구조체들(56)에 대한 복수의 셔터 구조체들을 생성할 수 있다. 공통 후방 체적(75)을 사용하는 것은 트위터 및 우퍼와 같은 스피커들의 다른 조합들과 비교할 때 콤팩트한 패키징된 MEMS 스피커를 획득하는 것을 허용할 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, MEMS 디바이스의 하우징, 예컨대, 하우징(12)은 하우징 외부로의 오디오 신호(22)의 이동을 허용하기 위해 오디오 신호(22)에 대해 적어도 부분적으로 투명하고/하거나 적응된 적어도 하나의 개구 또는 개구들의 세트 또는 배열을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 하우징은 하우징 외부로의 오디오 신호(24)의 이동을 허용하기 위해 오디오 신호(24)에 대해 적어도 부분적으로 투명하고/하거나 적응된 적어도 하나의 개구 또는 개구들의 세트 또는 배열을 포함할 수 있다. 그러한 개구들은 개개의 스피커 배열체에 인접하여, 예컨대, 오디오 신호들(22 및/또는 24)이 방출되는 방향을 따라 배열될 수 있다. 실시예에 따르면, 스피커 배열체들(14 및 16) 및/또는 추가의 배열체들은 하우징에서 그러한 사운드 개구 또는 복수의 그러한 사운드 개구들을 공유할 수 있다.
MEMS 디바이스(110)는 양 및 음의 이동 방향들(72)을 따라 능동력들을 생성하기 위해 단일 또는 하나 초과의 작동기, 예컨대, 작동기 구조체들(761 및 762) 및/또는 가능한 추가의 작동기 구조체들을 포함할 수 있다. 이는 스프링들의 복원력들에만 의존하는 것과 비교할 때 고도로 제어가능한 사운드 생성을 허용할 수 있다.
밸브 구조체들의 가능한 구현의 예가 도 10b의 개략적인 평면도에 도시된다. 도 10b는 MEMS 콤보 스피커(110)의 개략적인 평면도를 도시하고, 여기서, 스피커 배열체(14)는 도 9와 관련하여 설명된 구성에 따라 구현되고, 스피커 배열체(16)는 음향파들(24)을 생성하기 위해 멤브레인 구조체들(1221 및 1222)을 포함할 수 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 하나 초과의 멤브레인 구조체(122)가 스피커 배열체(16)의 일부일 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 단일 멤브레인 구조체(122)가 충분한 음압을 생성할 수 있지만, 2개 이상, 예컨대, 3개, 4개, 5개 이상의 멤브레인 구조체(122)의 사용은 신호 내의 추가적인 진폭 및/또는 추가적인 주파수 범위들을 허용할 수 있다.
스피커 배열체들(14 및 16)은 동일한 다이, 예컨대, 어떠한 제한 없이, 개개의 패키지 내에서 서로 조합된 별개의 다이들 상에 또한 형성될 수 있는 실리콘 기판 상에 형성될 수 있다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 스피커 배열체(14)는 복수의 밸브 구조체들(56)과 대향하는 멤브레인 구조체를 포함할 수 있고, 여기서, 밸브 구조체들(56a, 56b, 56c 및 56d)의 각각의 구성은 개별 기계적 공진을 포함할 수 있고, 기계적 공진으로 동작하도록 구성될 수 있다. 복수의 밸브 구조체들은 개개의 오디오 주파수 범위 내의 오디오 신호(22)를 공통적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 증가된 수의 동일한 타입의 밸브 구조체를 사용하는 것은 이 주파수 범위 내에서 추가적인 음압 레벨을 제공하는 것을 허용할 수 있다. 개개의 제어 회로부는, 예컨대, 적절한 필터들을 사용하여, 예컨대, 개개의 제어 신호를 제공함으로써 어느 타입(56a, 56b, 56c 또는 56d)이 사용될지를 선택하도록 동작할 수 있을 뿐만 아니라, 개개의 타입으로부터 사용될 밸브 구조체(56)의 수를 결정할 수 있다. 개별 기계적 공진의 사용은 상이한 주파수들로 셔터 구조체들의 이동을 생성하는 하나의 솔루션의 일부일 수 있다. 개개의 공진 동작을 위해 사용될 수 있는 개별 기계적 공진 주파수들에 대안적으로 또는 추가하여, 상이한 주파수들로 상이한 밸브 구조체들을 동작시키기 위해, 비공진 동작이 본원에서 설명되는 MEMS 디바이스에서 구현될 수 있다. 예컨대, 비공진 동작 모드는 스냅핑(snapping), 전자기계적 풀인(pull-in) 등을 획득하기 위한 제어를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 7 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 실시예에 따르면, 스피커 배열체(14)는 공동(54)을 포함하는 기판(46)을 포함할 수 있고, 기판(46)에 기계적으로 연결되고 기판 평면에 대해 면외로 그리고 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 편향되도록 구성된 멤브레인 구조체(48)를 포함한다.
예컨대, 도 7 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 실시예에 따르면, 스피커 배열체(14)는 공동(54)을 포함하는 기판(46)을 포함할 수 있고, 기판(46)에 기계적으로 연결되고 기판 평면에 대해 면외로 그리고 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 편향되도록 구성된 멤브레인 구조체(48)를 포함한다.
하나 이상의 밸브 구조체(56)는 멤브레인 구조체(48)와 함께 공동을 샌드위치하도록 배열될 수 있고, 여기서, 밸브 구조체는 면내로 그리고 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 그리고 기판 평면에 대해 그리고 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능하게 배열된 셔터 구조체(62) 및 평면형 천공 구조체(58)를 포함할 수 있다. 즉, 셔터 구조체(62)는 길이방향들 x/y에 평행한 층에 평행하게 이동될 수 있다. 셔터 구조체(62)는 제1 위치에서 유체에 대한 예컨대 유체 유동을 가능하게 하기 위한 제1 유체 저항을 제공하고, 제2 위치에서 유체에 대한 예컨대 유체 유동을 적어도 부분적으로 차단하기 위한 제2의 더 높은 유체 저항을 제공하도록 배열될 수 있다.
도 11은 멤브레인 구조체(122)를 편향시키기 위해 압전 요소들(1241 내지 1244)을 갖는 스피커 배열체(16)의 구현(16')의 개략적인 측면도를 도시한다. 요소들(1241 내지 1244)은 그룹별로 서로 연결되거나 또는 동일한 세그먼트를 형성할 수 있다. 즉, 스피커 배열체(16)는 개개의 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 생성하도록 구성된 압전 구동 멤브레인 구조체를 적어도 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 스피커 배열체(12)는 열전기 스피커, 예컨대, 열전기 개념 또는 열전기 원리에 기초하여 편향가능한 멤브레인 구조체를 포함한다. 이러한 작동기는 광음향 센서를 작동시키기 위한 원리에 따라 동작할 수 있다. 실시예들에 따르면, 마이크로 오디오 스피커 모듈은 트위터 및 우퍼에 대한 적절한 전압 레벨들 및 신호 사전 컨디셔닝을 제공하는 ASIC를 포함하는 하나의 조립체에 MEMS 트위터와 MEMS 우퍼의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, ASIC는 또한 외부 구성요소일 수 있다. 실시예에 따르면, 본원에서 설명되는 모듈은 우퍼가 ADSR, 단일 또는 이중 측파대 변조와 같은 초음파 복조 원리에 기초하고/하거나 트위터가 아날로그 오디오 주파수 기계적 작동 멤브레인 또는 캔틸레버 구조체에 기초할 수 있도록 구현될 수 있다.
도 12a는 실시예에 따른 MEMS 다이(126)의 개략적인 평면도를 도시하고, 여기서, 스피커 셋업(16)을 형성하는 멤브레인 구조체들(1221 및 1222)과 비교할 때, 비제한적인 예로서, 단일 멤브레인 구조체와 대향하도록 밸브 구조체들(561 내지 5612)을 포함하는 초음파 복조(UD) 부분이 동일한 다이 상에 형성된다.
도 12b에서, 스피커 셋업들(14 및 16)은 상이한 다이들(1261 및 1262) 상에 배열된다. 도 12a 및 도 12b의 실시예들의 조합은 제한 없이, 즉, 멤브레인 구조체들의 임의의 그룹들에 대해 별개의 다이들을 갖는 것이 가능하다.
실시예에 따르면, 본원에서 설명되는 MEMS 디바이스의 일부인 상이한 스피커 배열체들(14 및 16)은 상이한 오디오 주파수 범위들에서 동작할 수 있을 뿐만 아니라 상이한 원리들에 기초하여 동작할 수 있다. 예컨대, 스피커 배열체가, 예컨대, 밸브들을 구동하기 위해 전기역학 작동기들과 조합하여 열전기 작동에 기초하여 동작할 수 있지만, 상이한 스피커 배열체는 압전 작동기에 기초하여 동작할 수 있다. 즉, 구조체뿐만 아니라 작동기 원리가 스피커 배열체들 사이에서 상이할 수 있다. 대안으로서 또는 추가하여, 오디오 주파수 범위를 생성하는 원리가 또한 상이할 수 있다. 본원에서 설명되는 스피커 배열체(16)는 멤브레인의 사용에 의해 가청 주파수 범위 자체를 생성할 수 있지만, 예컨대, 스피커 셋업(14)의 더 낮은 주파수들은 압력 레벨을 집성하기 위한 전방 체적 내로의 일부 종류의 펌프 메커니즘을 허용하기 위한 추가적인 밸브 구조체로부터 이익을 얻을 수 있다.
실시예들에 따르면, ASIC 및 MEMS는 하나의 하우징에 조립될 수 있다. 대안적으로, MEMS는 하나의 하우징에 조립될 수 있고, ASIC는 심지어 외부 시스템, 예컨대, SoC(system-on-a-chip)의 일부일 수 있다. 대안으로서, MEMS 우퍼 및 MEMS 트위터는 동일한 기판 또는 다이 상에 통합될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, MEMS 우퍼 및 MEMS 트위터는 심지어 별개의 기판들 또는 다이들 상에 통합될 수 있다.
실시예들은 상이한 주파수 범위들에서 그 개개의 스위트 스폿(sweet-spot)을 갖는 2개의 마이크로 스피커 개념의 조합이 높은 음압 레벨 및 높은 효율로 더 큰, 예컨대, 안티-오디오 대역(anti-audio band)을 커버하기 위해 사용될 수 있다는 발견에 관한 것이다. 예컨대, ADSR, 단일 측파대 복조 또는 이중 측파대 복조 기법들과 같은 초음파 복조를 사용하는 초음파 펌프 기반 우퍼와 아날로그 트위터의 특정 조합뿐만 아니라 아날로그 트위터와 조합된 열음향 우퍼가 있다. 이러한 고려사항들은 단일 다이 통합 또는 이중 다이 솔루션 둘 모두를 지원한다.
도 13은 본원에서 설명되는 바와 같은 MEMS 패키지를 포함하는 실시예에 따른 오디오 디바이스(140)의 개략적인 블록도를 도시한다. 예컨대, MEMS 패키지(10)는 오디오 디바이스(140)의 적어도 일부를 형성할 수 있고, 여기서, 본원에서 설명되는 임의의 다른 MEMS 패키지가 대안으로서 또는 추가하여 포함될 수 있다. 오디오 디바이스(140)는 제1 오디오 주파수 범위에 기초하여 그리고 제2 오디오 주파수 범위에 기초하여 음향 사운드들을 제공하도록 구성된다.
본 개시내용에 따른 일부 실시예들이 이하에서 설명된다:
제1 양태에 따르면, MEMS 디바이스는,
제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제1 스피커 배열체; 및
상이한 제2 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 적어도 제2 스피커 배열체
를 포함한다.
양태 1을 참조하는 제2 양태에 따르면, 제1 스피커 배열체는 우퍼로서 구성되고, 제2 스피커 배열체는 트위터로서 구성된다.
양태 1 또는 양태 2를 참조하는 제3 양태에 따르면, MEMS 디바이스는 제1 스피커 배열체 및 제2 스피커 배열체에 대한 공통 후방 체적을 제공하는 하우징을 포함하고, 특히, 하우징은 제1 스피커 배열체 및 제2 스피커 배열체를 패키지의 환경에 전기적으로 연결하는 것을 추가로 제공하도록 배열된다.
이전의 양태 중 하나를 참조하는 제4 양태에 따르면, 제1 스피커 배열체 및 제2 스피커 배열체는 동일한 다이 상에 형성된다.
양태 1 내지 양태 4 중 하나를 참조하는 제5 양태에 따르면, MEMS 디바이스는 오디오 정보를 포함하는 입력 신호를 수신하도록 구성된 제어 회로부를 포함하고,
제어 회로부는 입력 신호로부터 제1 제어 신호를 도출하고 ― 제1 입력 신호는 제1 스피커 배열체에 대해 적응됨 ―, 제1 제어 신호를 제1 스피커 배열체에 제공하도록 구성되고,
제어 회로부는 입력 신호로부터 제2 제어 신호를 도출하고 ― 제2 입력 신호는 제2 스피커 배열체에 대해 적응됨 ―, 제2 제어 신호를 제2 스피커 배열체에 제공하도록 구성된다.
양태 5를 참조하는 제6 양태에 따르면, 제어 회로부는 제1 제어 신호를 도출하기 위한 저역 통과 필터를 포함하고, 제2 제어 신호를 도출하기 위한 고역 통과 필터를 포함한다.
양태 1 내지 양태 4 중 하나를 참조하는 제7 양태에 따르면, MEMS 디바이스는 외부 제어 회로부와의 연결을 위해 구성된 전기 커넥터를 포함한다.
양태 1 내지 양태 7 중 하나를 참조하는 제8 양태에 따르면, 적어도 제1 스피커 배열체는 초음파 복조 스피커로서 구성된다.
양태 8을 참조하는 제9 양태에 따르면, 제1 스피커 배열체는 인접하여 배열된 복수의 기판 공동들의 제1 측에 있는 멤브레인 구조체를 포함하고, 제1 스피커 배열체는 복수의 공동들의 제2 측에 있는 대응하는 복수의 밸브 구조체들을 포함하고, MEMS 디바이스는 각각의 밸브 구조체를 개별 주파수로 동작시키도록 구성되고, 복수의 밸브 구조체들은 멤브레인 구조체에 의해 생성되는 유체 운동으로부터 제1 오디오 주파수 범위를 공통적으로 제공하도록 구성된다.
이전의 양태들 중 하나를 참조하는 제10 양태에 따르면, 제1 스피커 배열체는,
공동을 포함하는 기판;
기판에 기계적으로 연결되고, 공동 내의 유체 운동을 유발하기 위해 기판 평면에 대해 면외로 그리고 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 편향되도록 구성된 멤브레인 구조체; 및
멤브레인 구조체와 함께 공동을 샌드위치하는 밸브 구조체
를 포함하고,
밸브 구조체는 평면형 천공 구조체를 포함하고,
밸브 구조체는 셔터 구조체를 포함하고, 셔터 구조체는 천공 구조체와 대향하고, 면내로 그리고 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 그리고 기판 평면에 대해 그리고 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능하게 배열되고,
셔터 구조체는 제1 위치에서 유체 운동에 대한 제1 유체 저항을 제공하고, 제2 위치에서 유체 운동에 대한 제2의 더 높은 유체 저항을 제공하도록 배열된다.
양태 10을 참조하는 제11 양태에 따르면, MEMS 디바이스는 휴지 위치에서 셔터 구조체를 기판 구조체에 탄성적으로 힌지하는 스프링 구조체를 포함하고, 셔터 구조체를 이동 방향을 따라 면내로 그리고 휴지 위치 외부로 편향시키도록 구성된 작동기 구조체를 포함한다.
양태 10 또는 양태 11을 참조하는 제12 양태에 따르면, MEMS 디바이스는 천공 구조체와 셔터 구조체 사이의 범프 구조체를 포함하고, 범프 구조체는 천공 구조체와 셔터 구조체 사이의 최소 거리를 조정하도록 구성된다.
양태 1 내지 양태 7 중 하나를 참조하는 제13 양태에 따르면, 제1 스피커 배열체는 열전기 스피커를 포함한다.
이전의 양태들 중 하나를 참조하는 제14 양태에 따르면, 제2 스피커 배열체는 제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 압전 구동 멤브레인 구조체를 포함한다.
제15 양태에 따르면, 오디오 디바이스는 이전의 양태들 중 하나에 따른 MEMS 디바이스를 포함하고, 제1 오디오 주파수 범위에 기초하여 그리고 제2 오디오 주파수 범위에 기초하여 음향 사운드를 제공하도록 구성된다.
일부 양태들이 장치의 맥락에서 설명되었지만, 이러한 양태들이 또한 대응하는 방법의 설명을 나타낸다는 것이 분명하고, 여기서, 블록 또는 디바이스는 방법 단계, 또는 방법 단계의 피처에 대응한다. 유사하게, 방법 단계의 맥락에서 설명되는 양태들은 또한, 대응하는 장치의 대응하는 블록 또는 아이템 또는 피처의 설명을 나타낸다.
위에서 설명된 실시예들은 단지 본 개시내용의 원리들에 대한 예시일 뿐이다. 본원에서 설명되는 배열들 및 세부사항들의 수정들 및 변형들이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이라는 것이 이해된다. 따라서, 본원의 실시예들의 기술 및 설명에 의해 제시되는 특정 세부사항들에 의해 제한되는 것이 아니라 임박한 특허 청구항들의 범위에 의해서만 제한되는 것이 의도된다.

Claims (15)

  1. MEMS 디바이스로서,
    제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 제1 스피커 배열체; 및
    상이한 제2 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 방출하도록 구성된 적어도 제2 스피커 배열체
    를 포함하는, MEMS 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스피커 배열체는 우퍼(woofer)로서 구성되고, 상기 제2 스피커 배열체는 트위터(tweeter)로서 구성되는, MEMS 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 MEMS 디바이스는 상기 제1 스피커 배열체 및 상기 제2 스피커 배열체에 대한 공통 후방 체적을 제공하는 하우징을 포함하고, 특히, 상기 하우징은 상기 제1 스피커 배열체 및 상기 제2 스피커 배열체를 패키지의 환경에 전기적으로 연결하는 것을 추가로 제공하도록 배열되는, MEMS 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스피커 배열체 및 상기 제2 스피커 배열체는 동일한 다이 상에 형성되는, MEMS 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    오디오 정보를 포함하는 입력 신호를 수신하도록 구성된 제어 회로부를 포함하고,
    상기 제어 회로부는 상기 입력 신호로부터 제1 제어 신호를 도출하고 ― 제1 입력 신호는 상기 제1 스피커 배열체에 대해 적응됨 ―, 상기 제1 제어 신호를 상기 제1 스피커 배열체에 제공하도록 구성되고,
    상기 제어 회로부는 상기 입력 신호로부터 제2 제어 신호를 도출하고 ― 제2 입력 신호는 상기 제2 스피커 배열체에 대해 적응됨 ―, 상기 제2 제어 신호를 상기 제2 스피커 배열체에 제공하도록 구성되는, MEMS 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 제1 제어 신호를 도출하기 위한 저역 통과 필터를 포함하고, 상기 제2 제어 신호를 도출하기 위한 고역 통과 필터를 포함하는, MEMS 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 MEMS 디바이스는 외부 제어 회로부와의 연결을 위해 구성된 전기 커넥터를 포함하는, MEMS 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 제1 스피커 배열체는 초음파 복조 스피커로서 구성되는, MEMS 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스피커 배열체는 인접하여 배열된 복수의 기판 공동들의 제1 측에 있는 멤브레인 구조체를 포함하고, 상기 제1 스피커 배열체는 상기 복수의 공동들의 제2 측에 있는 대응하는 복수의 밸브 구조체들을 포함하고, 상기 MEMS 디바이스는 각각의 밸브 구조체를 개별 주파수로 동작시키도록 구성되고, 상기 복수의 밸브 구조체들은 상기 멤브레인 구조체에 의해 생성되는 유체 운동으로부터 상기 제1 오디오 주파수 범위를 공통적으로 제공하도록 구성되는, MEMS 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스피커 배열체는,
    공동을 포함하는 기판;
    상기 기판에 기계적으로 연결되고, 상기 공동 내의 유체 운동을 유발하기 위해 기판 평면에 대해 면외로 그리고 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 편향되도록 구성된 멤브레인 구조체; 및
    상기 멤브레인 구조체와 함께 상기 공동을 샌드위치하는 밸브 구조체
    를 포함하고,
    상기 밸브 구조체는 평면형 천공 구조체를 포함하고,
    상기 밸브 구조체는 셔터 구조체를 포함하고, 상기 셔터 구조체는 상기 천공 구조체와 대향하고, 면내로 그리고 상기 초음파 주파수 범위 내의 주파수로 그리고 상기 기판 평면에 대해 그리고 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능하게 배열되고,
    상기 셔터 구조체는 상기 제1 위치에서 상기 유체 운동에 대한 제1 유체 저항을 제공하고, 상기 제2 위치에서 상기 유체 운동에 대한 제2의 더 높은 유체 저항을 제공하도록 배열되는, MEMS 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    휴지 위치에서 상기 셔터 구조체를 기판 구조체에 탄성적으로 힌지(hinging)하는 스프링 구조체를 포함하고, 상기 셔터 구조체를 이동 방향을 따라 면내로 그리고 상기 휴지 위치 외부로 편향시키도록 구성된 작동기 구조체를 포함하는, MEMS 디바이스.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 천공 구조체와 상기 셔터 구조체 사이의 범프 구조체를 포함하고, 상기 범프 구조체는 상기 천공 구조체와 상기 셔터 구조체 사이의 최소 거리를 조정하도록 구성되는, MEMS 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스피커 배열체는 열전기 스피커를 포함하는, MEMS 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스피커 배열체는 상기 제1 오디오 주파수 범위 내의 사운드를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 압전 구동 멤브레인 구조체를 포함하는, MEMS 디바이스.
  15. 오디오 디바이스로서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 디바이스를 포함하고, 상기 제1 오디오 주파수 범위에 기초하여 그리고 상기 제2 오디오 주파수 범위에 기초하여 음향 사운드를 제공하도록 구성된, 오디오 디바이스.
KR1020230076150A 2022-06-17 2023-06-14 Mems 디바이스 및 그러한 mems 디바이스를 포함하는 오디오 디바이스 KR20230173603A (ko)

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