DE102021133329A1 - MEMS transducers with an adhesive damping layer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen MEMS-Schallwandler, eine Wandlereinheit (2) für den MEMS-Schallwandler und ein Herstellungsverfahren für diese. Die Wandlereinheit umfasst einen Träger (4), zumindest ein Wandlerelement (5), das mit dem Träger (4) verbundenen ist und entlang einer Hubachse (H) auslenkbar ist, ein Koppelelement (13) zum Verbinden des Wandlerelements (5) mit einer von dem Wandlerelement (5) beabstandeten Membran (3), das entlang der Hubachse (H) bewegbar ist, und einen zwischen dem Wandlerelement (5) und dem Koppelelement (13) ausgebildeten Federbereich (14), der zumindest ein Federelement (15, 30) aufweist, das das Wandlerelement (5) beweglich mit dem Koppelelement (13) verbindet, und der eine Dämpfungsschicht (31) aufweist, die das Federelement (15, 30) zumindest teilweise bedeckt. Erfindungsgemäß ist die Dämpfungsschicht (31) aus einem ausgehärteten Klebstoff (32) ausgebildet.The invention relates to a MEMS sound converter, a converter unit (2) for the MEMS sound converter and a production method for this. The converter unit comprises a carrier (4), at least one converter element (5) which is connected to the carrier (4) and can be deflected along a stroke axis (H), a coupling element (13) for connecting the converter element (5) to one of The membrane (3) is spaced apart from the converter element (5) and can be moved along the stroke axis (H), and a spring area (14) formed between the converter element (5) and the coupling element (13) and having at least one spring element (15, 30) which movably connects the converter element (5) to the coupling element (13), and which has a damping layer (31) which at least partially covers the spring element (15, 30). According to the invention, the damping layer (31) is made from a hardened adhesive (32).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandlereinheit für einen MEMS-Schallwandler mit einem Träger, zumindest einem Wandlerelement, das mit dem Träger verbunden ist und entlang einer Hubachse auslenkbar ist, einem Koppelelement zum Verbinden des Wandlerelements mit einer von dem Wandlerelement beabstandeten Membran, das entlang der Hubachse bewegbar ist, und einem zwischen dem Wandlerelement und dem Koppelelement ausgebildeten Federbereich, der zumindest ein Federelement aufweist, das das Wandlerelement beweglich mit dem Koppelelement verbindet, und der eine Dämpfungsschicht aufweist, die das Federelement zumindest teilweise bedeckt, des Weiteren betrifft die Erfindung einen MEMS-Schallwandler sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige Wandlereinheit und/oder einen derartigen MEMS-Schallwandlers.The present invention relates to a transducer unit for a MEMS sound transducer with a carrier, at least one transducer element which is connected to the carrier and can be deflected along a stroke axis, a coupling element for connecting the transducer element to a membrane which is spaced apart from the transducer element and which is positioned along the stroke axis is movable, and a spring area formed between the converter element and the coupling element, which has at least one spring element which movably connects the converter element to the coupling element, and which has a damping layer which at least partially covers the spring element. The invention also relates to a MEMS Sound transducer and a manufacturing method for such a transducer unit and/or such a MEMS sound transducer.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen, insbesondere einen MEMS-Schallwandler zu schaffen, der robuster gegen äußere mechanische Erschütterungen ist, und/oder ein Herstellungsverfahren mit dem die Herstellungskosten für dessen Herstellung reduziert werden können.The object of the present invention is to eliminate the disadvantages known from the prior art, in particular to create a MEMS sound transducer that is more robust against external mechanical shocks and/or a manufacturing method with which the manufacturing costs for its manufacture can be reduced.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Wandlereinheit, einem MEMS-Schallwandler und/oder einem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.The object is achieved with a transducer unit, a MEMS sound transducer and/or a manufacturing method having the features of the independent patent claims.
Vorgeschlagen wird eine Wandlereinheit für einen MEMS-Schallwandler, die einen Träger umfasst. Ferner weist diese zumindest ein Wandlerelement auf, das mit dem Träger verbunden ist und entlang einer Hubachse auslenkbar ist. Die Wandlereinheit weist vorzugsweise mehrere Wandlerelemente auf. Auch umfasst die Wandlereinheit ein Koppelelement zum Verbinden des zumindest einen Wandlerelements mit einer von dem Wandlerelement beabstandeten Membran. Das Koppelelement ist entlang der Hubachse bewegbar. Überdies hinaus umfasst die Wandlereinheit einen zwischen dem Wandlerelement und dem Koppelelement ausgebildeten Federbereich, der zumindest ein Federelement aufweist. Das Federelement verbindet das Wandlerelement beweglich mit dem Koppelelement. Auch umfasst die Wandlereinheit eine Dämpfungsschicht, die das Federelement zumindest teilweise bedeckt. Die Dämpfungsschicht reduziert die Vibrationsmenge, d. h. sowohl die maximale induzierte Dehnung als auch die Dauer der Belastung, die während eines mechanischen Schocks auf das Federelement einwirkt. Hierdurch kann ein Bruch des zumindest einen Federelements verhindert werden. Des Weiteren ist die Dämpfungsschicht aus einem ausgehärteten Klebstoff ausgebildet. Hierdurch kann die Dämpfungsschicht sehr kostengünstig ausgebildet werden, wodurch die Herstellungskosten der Wandlereinheit reduziert werden können. Des Weiteren können die Materialeigenschaften der Dämpfungsschicht unabhängig von den Materialeigenschaften des Wandlerelements gewählt werden. Vorteilhafterweise können somit die Materialeigenschaften der Dämpfungsschicht derart gewählt werden, dass die Dämpfungsschicht die Beweglichkeit des Federelements möglichst wenig beeinträchtigt und zugleich das Federelement bestmöglich vor äußeren mechanischen Störeinflüssen schützt.A transducer unit for a MEMS sound transducer is proposed, which includes a carrier. Furthermore, this has at least one converter element which is connected to the carrier and can be deflected along a stroke axis. The converter unit preferably has a plurality of converter elements. The converter unit also includes a coupling element for connecting the at least one converter element to a membrane spaced apart from the converter element. The coupling element can be moved along the lifting axis. In addition, the converter unit comprises a spring area which is formed between the converter element and the coupling element and has at least one spring element. The spring element movably connects the converter element to the coupling element. The converter unit also includes a damping layer which at least partially covers the spring element. The damping layer reduces the amount of vibration, i. H. both the maximum induced strain and the duration of the load acting on the spring element during a mechanical shock. This can prevent the at least one spring element from breaking. Furthermore, the damping layer is formed from a cured adhesive. As a result, the damping layer can be formed very cost-effectively, as a result of which the manufacturing costs of the converter unit can be reduced. Furthermore, the material properties of the damping layer can be selected independently of the material properties of the transducer element. The material properties of the damping layer can thus advantageously be selected in such a way that the damping layer impairs the mobility of the spring element as little as possible and at the same time protects the spring element as best as possible from external mechanical interference.
Vorteilhaft ist es, wenn der ausgehärtete Klebstoff elastisch ist, flexibel ist und/oder einen Elastizitätsmodul von weniger als 10 MPa aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Beweglichkeit des Federelements und demnach auch die Beweglichkeit des Wandlerelements im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird.It is advantageous if the cured adhesive is elastic, flexible and/or has a modulus of elasticity of less than 10 MPa. In this way it can be ensured that the mobility of the spring element and accordingly also the mobility of the converter element is essentially not impaired.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der ausgehärtete Klebstoff thixotrop ist, so dass seine Viskosität infolge andauernder Deformation abnimmt. Vorteilhafterweise schützt die Dämpfungsschicht das Federelement sehr gut, wenn die Wandlereinheit außer Betrieb ist. Des Weiteren wird die Beweglichkeit des Federelements bzw. des Wandlerelements im Betrieb der Wandlereinheit erhöht bzw. verbessert.Furthermore, it is advantageous if the cured adhesive is thixotropic, so that its viscosity decreases as a result of ongoing deformation. The damping layer advantageously protects the spring element very well when the converter unit is not in operation. Furthermore, the mobility of the spring element or the converter element is increased or improved during operation of the converter unit.
Vorteilhaft ist es, wenn der ausgehärtete Klebstoff eine Dichte von 0,5 bis 1,5 g/cm3, insbesondere 1,09 g/cm3, aufweist.It is advantageous if the cured adhesive has a density of 0.5 to 1.5 g/cm 3 , in particular 1.09 g/cm 3 .
Auch ist es vorteilhaft, wenn der ausgehärtete Klebstoff ein Epoxidharz ist. Um zu vermeiden, dass das Federelement beschädigt wird, ist es vorteilhaft, wenn der Klebstoff lösungsmittelfrei ist.It is also advantageous if the cured adhesive is an epoxy resin. In order to avoid damaging the spring element, it is advantageous if the adhesive is solvent-free.
Um eine möglichst gute Beweglichkeit des Federelements sicherstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Federbereich zumindest eine durchgehende Aussparung aufweist.In order to be able to ensure the best possible mobility of the spring element, it is advantageous if the spring area has at least one continuous recess.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfungsschicht die zumindest eine Aussparung zumindest teilweise abdeckt und/oder überspannt. Unter dem Begriff „abdecken“ und/oder „überspannen“ ist zu verstehen, dass sich die Dämpfungsschicht im Wesentlichen nicht in die Aussparung hinein erstreckt. Infolgedessen ist der die Dämpfungsschicht ausbildende Klebstoff bei der Herstellung nicht oder nur in einem Eingangsbereich in die Aussparung hineingelaufen.Furthermore, it is advantageous if the damping layer at least partially covers and/or spans the at least one recess. The term “covering” and/or “spanning” means that the cushioning layer essentially does not extend into the recess. As a result, the adhesive forming the damping layer did not run into the recess during manufacture, or only ran into the opening in an entry area.
Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn sich die Aussparung in Richtung der Hubachse von einer ersten Seite des Federbereichs, die vorzugsweise im bestimmungsgemäßen Gebrauch von der dafür vorgesehenen Membran abgewandt ist, bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Federbereichs, die vorzugsweise im bestimmungsgemäßen Gebrauch der dafür vorgesehenen Membran zugewandt ist, erstreckt.There are also advantages if the recess extends in the direction of the stroke axis from a first side of the spring area, which preferably faces away from the membrane provided for this purpose when used as intended, to an opposite second side of the spring area, which preferably faces the diaphragm when used as intended dedicated membrane facing extends.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn sich die Aussparung in Längsrichtung des Wandlerelements vom Wandlerelement bis zum Koppelelement erstreckt.It is also advantageous if the recess extends in the longitudinal direction of the converter element from the converter element to the coupling element.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Aussparung eine Längsseite des Federelements freischneidet. Hierdurch kann die Beweglichkeit des Federelements verbessert werden.It is also advantageous if the recess cuts free a longitudinal side of the spring element. As a result, the mobility of the spring element can be improved.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Dämpfungsschicht auf der ersten und/oder zweiten Seite des Federbereichs angeordnet ist.It is also advantageous if the damping layer is arranged on the first and/or second side of the spring area.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Aussparung in Richtung der Hubachse an der ersten und/oder zweiten Seite des Federbereichs eine Aussparungsöffnung aufweist. Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn die Dämpfungsschicht in Richtung der Hubachse, insbesondere nur, im Bereich der Aussparungsöffnung angeordnet ist, so dass vorzugsweise ein sich an die Aussparungsöffnung anschließender Innenbereich der Aussparung klebstofffrei ist.It is also advantageous if the recess has a recess opening in the direction of the stroke axis on the first and/or second side of the spring area. It is also advantageous if the damping layer is arranged in the direction of the stroke axis, in particular only in the area of the recess opening, so that preferably an inner area of the recess adjoining the recess opening is free of adhesive.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Aussparung insbesondere in einer Draufsicht einen ersten Abschnitt, der zwischen zwei gegenüberliegenden Federelementabschnitten desselben Federelements ausgebildet ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Aussparung vorzugsweise in einer Draufsicht einen zweiten Abschnitt, der zwischen dem Federelement und dem Wandlerelement ausgebildet ist, aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn die zumindest eine Aussparung in einer Draufsicht einen dritten Abschnitt, der zwischen dem Federelement und dem Koppelelement ausgebildet ist, aufweist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Aussparung in einer Draufsicht einen vierten Abschnitt, der zwischen zwei benachbarten Federelementen ausgebildet ist, aufweist.It is also advantageous if the at least one cutout, in particular in a top view, has a first section that is formed between two opposing spring element sections of the same spring element. Furthermore, it is advantageous if the at least one recess has a second section, preferably in a plan view, which is formed between the spring element and the converter element. It is advantageous if the at least one recess has a third section, which is formed between the spring element and the coupling element, in a plan view. Furthermore, it is advantageous if the at least one recess has a fourth section, which is formed between two adjacent spring elements, in a plan view.
Ebenso bringt es Vorteile mit sich, wenn die Aussparung, insbesondere der erste, zweite, dritte und/oder vierte Abschnitt, eine Breite aufweist, die zu einer Viskosität des flüssigen Klebstoffs derart korrespondierend ausgebildet ist, dass der flüssige Klebstoff nicht durch die Aussparung hindurchtropft. Vorzugsweise weist die Aussparung, insbesondere der erste, zweite, dritte und/oder vierte Abschnitt, eine Breite von 5 µm bis 40 µm, insbesondere von 30 µm, auf.It is also advantageous if the recess, in particular the first, second, third and/or fourth section, has a width that is designed to correspond to a viscosity of the liquid adhesive in such a way that the liquid adhesive does not drip through the recess. The gap, in particular the first, second, third and/or fourth section, preferably has a width of 5 μm to 40 μm, in particular 30 μm.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Federelement in der Draufsicht zwischen zwei Aussparungen angeordnet ist.Furthermore, it is advantageous if the at least one spring element is arranged between two recesses in the plan view.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfungsschicht eine sich an den Federbereich anschließende Endfläche des Koppelelements zumindest teilweise bedeckt. Hierdurch kann der Aufwand bei der Herstellung der Dämpfungsschicht und demnach die Kosten der Wandlereinheit reduziert werden.It is also advantageous if the damping layer at least partially covers an end face of the coupling element adjoining the spring area. As a result, the effort involved in producing the damping layer and therefore the cost of the converter unit can be reduced.
Vorteilhaft ist es, wenn das Wandlerelement als Kragarm ausgebildet ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Wandlerelement eine fest mit dem Träger verbundene Basis und/oder ein gegenüber dem Träger entlang der Hubachse auslenkbares freies Ende aufweist. Vorteile bringt es mit sich, wenn das freie Ende in Richtung der Hubachse gegenüber dem Federbereich erhöht ist, so dass zwischen diesen beiden ein Absatz ausgebildet ist, an dem die Dämpfungsschicht anliegt.It is advantageous if the converter element is designed as a cantilever arm. Furthermore, it is advantageous if the transducer element has a base that is firmly connected to the carrier and/or a free end that can be deflected relative to the carrier along the stroke axis. There are advantages if the free end is raised in the direction of the stroke axis relative to the spring area, so that a shoulder is formed between these two, on which the damping layer rests.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Wandlereinheit eine mehrschichtige Struktur aufweist, die zumindest eine Trägerschicht und/oder eine piezoelektrische Wandlerschicht.It is also advantageous if the converter unit has a multi-layer structure that has at least one carrier layer and/or one piezoelectric converter layer.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Trägerschicht Bestandteil des Wandlerelements, des zumindest einen Federelements und/oder des Koppelelements ist.Furthermore, it is advantageous if the carrier layer is part of the converter element, the at least one spring element and/or the coupling element.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Wandlerschicht zumindest teilweise den Absatz ausbildet.It is also advantageous if the converter layer at least partially forms the shoulder.
Vorgeschlagen wird auch ein MEMS-Schallwandler zum Erzeugen und/oder Erfassen von Schallwellen mit einer Membran, die entlang einer Hubachse auslenkbar ist, und mit einer Wandlereinheit. Die Wandlereinheit umfasst einen Träger und ein Wandlerelement, das mit dem Träger verbunden ist, von der Membran beabstandet ist und entlang der Hubachse auslenkbar ist. Auch weist die Wandlereinheit ein Koppelelement, das das Wandlerelement mit der beabstandeten Membran verbindet und das gemeinsam mit der Membran entlang der Hubachse bewegbar ist, auf. Ferner umfasst die Wandlereinheit zumindest einen zwischen dem Wandlerelement und dem Koppelelement ausgebildeten Federbereich, der zumindest ein Federelement aufweist, das das Wandlerelement beweglich mit dem Koppelelement verbindet. Zum Schutz des Federelements umfasst der Federbereich eine Dämpfungsschicht, die zumindest das Federelement zumindest teilweise bedeckt. Die Wandlereinheit ist gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.A MEMS sound transducer for generating and/or detecting sound waves with a membrane that can be deflected along a displacement axis and with a transducer unit is also proposed. The converter unit comprises a carrier and a converter element which is connected to the carrier, is spaced from the membrane and can be deflected along the stroke axis. The converter unit also has a coupling element which connects the converter element to the spaced-apart membrane and which can be moved together with the membrane along the stroke axis. Furthermore, the converter unit comprises at least one spring area formed between the converter element and the coupling element, which has at least one spring element which movably connects the converter element to the coupling element. To protect the spring element, the spring area includes a damping layer that at least partially covers at least the spring element. The converter unit is designed according to the above description, it being possible for the features mentioned to be present individually or in any combination.
Vorgeschlagen wird auch ein Herstellungsverfahren für eine Wandlereinheit und/oder einen MEMS-Schallwandler, insbesondere gemäß der vorangegangenen Beschreibung, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Bei dem Herstellungsverfahren wird in einem Federbereich der Wandlereinheit auf zumindest einem Federelement eine Dämpfungsschicht ausgebildet. Hierbei wird in den Federbereich ein flüssiger Klebstoff aufgetragen, der zumindest das Federelement zumindest teilweise bedeckt. Danach wird der Klebstoff ausgehärtet, so dass durch den ausgehärteten Klebstoff die Dämpfungsschicht ausgebildet wird.A manufacturing method for a transducer unit and/or a MEMS sound transducer is also proposed, in particular in accordance with the preceding description, it being possible for the features mentioned to be present individually or in any combination. In the production method, a damping layer is formed on at least one spring element in a spring area of the converter unit. In this case, a liquid adhesive is applied to the spring area, which at least partially covers at least the spring element. The adhesive is then cured, so that the damping layer is formed by the cured adhesive.
Vorteilhaft ist es, wenn der flüssige Klebstoff als Tropfen oder Linie im Federbereich aufgetragen wird. Dies erfolgt vorzugsweise mit einer Auftragevorrichtung, insbesondere eine Nadel.It is advantageous if the liquid adhesive is applied as a drop or line in the spring area. This is preferably done with an application device, in particular a needle.
Vorteile bringt es mit sich, wenn der flüssige Klebstoff eine Viskosität von 5000 bis 15000 mPa*s, insbesondere von 10000 mPa*s, aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der flüssige Klebstoff nicht durch die zumindest eine im Federbereich ausgebildete Aussparung durchtropft. Des Weiteren kann der flüssige Klebstoff mit der vorstehenden Viskosität schnell und zielgerichtet aufgetragen werden. Auch ist hierdurch sichergestellt, dass sich der flüssige Klebstoff in demjenigen Bereich, in dem die Dämpfungsschicht ausgebildet werden soll, zerfließen und/oder gleichmäßig verteilen kann.There are advantages if the liquid adhesive has a viscosity of 5000 to 15000 mPa*s, in particular 10000 mPa*s. This can ensure that the liquid adhesive does not drip through the at least one recess formed in the spring area. Furthermore, the liquid adhesive having the above viscosity can be applied quickly and accurately. This also ensures that the liquid adhesive can flow and/or be evenly distributed in that area in which the damping layer is to be formed.
Um die Herstellungsdauer der Wandlereinheit und/oder des MEMS-Schallwandlers zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn der Klebstoff mittels, d.h. unter Zuführung von, Licht, insbesondere UV und/oder VIS, und/oder Wärme ausgehärtet wird.In order to reduce the manufacturing time of the transducer unit and/or the MEMS sound transducer, it is advantageous if the adhesive is cured by means, i.e. with the supply of, light, in particular UV and/or VIS, and/or heat.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der flüssige Klebstoff zum Aushärten mit einer Bestrahlungsstärke von mehr als 100 mW/cm3, insbesondere von 150 mW/cm3 bestrahlt wird. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn der flüssige Klebstoff zum Aushärten weniger als 60s, insbesondere 30s, bestrahlt wird.It is also advantageous if the liquid adhesive is irradiated for curing with an irradiation intensity of more than 100 mW/cm 3 , in particular 150 mW/cm 3 . In this regard, it is advantageous if the liquid adhesive is irradiated for less than 60 s, in particular 30 s, for curing.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der flüssige Klebstoff bei einer Temperatur, insbesondere Umgebungstemperatur, von mehr als 100 °C, bevorzugt bei mehr als 130°, besonders bevorzugt bei mehr als 150 °C, ausgehärtet wird. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn der flüssige Klebstoff weniger als 15 min, bevorzugt weniger als 11 min, besonders bevorzugt weniger als 6 min, der Temperatur ausgesetzt wird.It is also advantageous if the liquid adhesive is cured at a temperature, in particular ambient temperature, of more than 100° C., preferably more than 130° C., particularly preferably more than 150° C. In this regard, it is advantageous if the liquid adhesive is exposed to the temperature for less than 15 minutes, preferably less than 11 minutes, particularly preferably less than 6 minutes.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Klebstoff während des Aushärtens um 1 vol. % bis 3 vol. %, insbesondere um 2 vol. % schrumpft.It is also an advantage if the adhesive is increased by 1 vol. % to 3 vol. %, in particular by 2 vol. % shrinks.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn ein Halbzeug der Wandlereinheit und/oder des MEMS-Schallwandlers, insbesondere zumindest der Federbereich in einem Ätzverfahren hergestellt wird und dass der flüssige Klebstoff nach dem Ätzverfahren aufgetragen wird.It is also advantageous if a semi-finished product of the transducer unit and/or the MEMS sound transducer, in particular at least the spring area, is produced in an etching process and that the liquid adhesive is applied after the etching process.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine seitliche Schnittansicht eines schematisch dargestellten MEMS-Schallwandlers, -
2 eine Draufsicht des MEMS-Schallwandlers, -
3 einen Detailausschnitt der seitlichen Schnittansicht des MEMS-Schallwandlers im Bereich eines Federbereichs, -
4 einen Detailausschnitt der Draufsicht des MEMS-Schallwandlers im Bereich des Federbereichs, und -
5 einen Verfahrensablauf zur Herstellung einer Dämpfungsschicht eine Wandlereinheit des MEMS-Schallwandlers.
-
1 a side sectional view of a MEMS sound transducer shown schematically, -
2 a top view of the MEMS transducer, -
3 a detail of the lateral sectional view of the MEMS sound transducer in the area of a spring area, -
4 a detail of the top view of the MEMS sound transducer in the area of the spring area, and -
5 a method sequence for producing a damping layer a transducer unit of the MEMS sound transducer.
Der MEMS-Schallwandler 1 umfasst eine Wandlereinheit 2. Mit dieser können Bewegungen in elektrische Signale umgewandelt werden. In diesem Fall fungiert die Wandlereinheit 2 als Mikrofon, Sensor oder Datenempfänger. Zusätzlich oder alternativ kann die Wandlereinheit aus elektrischen Signalen Bewegungen erzeugen. In diesem Fall fungiert die Wandlereinheit 2 als Lautsprecher, Aktor oder Datensender. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der MEMS-Schallwandler 1 des Weiteren eine Membran 3, die mit der Wandlereinheit 2 gekoppelt ist. Die Membran 3 ist entlang einer Hubachse H auslenkbar. Sie ist vorzugsweise aus einem elastischen Material ausgebildet.The
Die Wandlereinheit 2 weist einen Träger 4 und zumindest ein Wandlerelement 5 auf. Das Wandlerelement 5 ist mit dem Träger 4 verbunden. Wie aus
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Wandlerelement 5 als Kragarm ausgebildet. Infolgedessen umfasst das Wandlerelement 5 eine Basis 6, die fest mit dem Träger 4 verbunden ist. Von dieser Basis 6 ausgehend erstreckt sich das Wandlerelement 5 über den Träger 4 hinaus in eine Kavität 7 des MEMS-Schallwandlers hinein. Bei dem Begriff „Kavität“ handelt es sich um einen akustischen Hohlraum bzw. ein akustisches Volumen auf der Rückseite der Membran 3. Das Wandlerelement 5 umfasst ein freies Ende 8. Dieses ist an einem der Basis gegenüberliegenden Ende des Kragarms ausgebildet. Das freie Ende 8 des Wandlerelements 5 kann entlang der Hubachse H ausgelenkt werden. Hierbei wird das Wandlerelement 5 über seine Länge gebogen.In the present embodiment, the
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Wandlerelement 5 als Bestandteil einer mehrschichtigen Struktur 9 ausgebildet. Die mehrschichtige Struktur 9 umfasst zumindest eine Trägerschicht 10 und eine Wandlerschicht 11. Vorzugsweise ist die Wandlerschicht 11 als piezoelektrische Wandlerschicht 11 ausgebildet. Zusätzlich kann die mehrschichtige Struktur 9 vorliegend nicht dargestellte weitere Schichten, wie beispielsweise Elektronenschichten und/oder Isolationsschichten, aufweisen.In the present exemplary embodiment, the
Wie aus
Um Orientierungsänderungen zwischen dem Koppelelement 13 und dem Wandlerelement 5, insbesondere dem freien Ende 8, ausgleichen zu können, umfasst die Wandlereinheit 2 des Weiteren einen Federbereich 14. Dieser ist zwischen dem Wandlerelement 5 und dem Koppelelement 13 ausgebildet. Das Wandlerelement 5 ist somit über den Federbereich 14 mittelbar mit dem Koppelelement 13 verbunden. Hierfür umfasst der Federbereich 14 zumindest ein erstes Federelement 15. Dieses zumindest eine erste Federelement 15 verbindet demnach das Wandlerelement 5 beweglich mit dem Koppelelement 13.In order to be able to compensate for changes in orientation between the
Wie insbesondere aus den in
Der Federbereich 14 umfasst eine erste Aussparung 18, die eine Kontur des ersten Federelements 15 bestimmt. Die erste Aussparung 18 schneidet eine erste Längsseite 19 des ersten Federelements 15 frei. Hierfür erstreckt sich die erste Aussparung 18 in Längsrichtung des Wandlerelements 5 vom freien Ende 8 - zum Koppelelement 13.The
Der Federbereich 14 umfasst gemäß
Wie insbesondere aus
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Wandlereinheit 2 gemäß
Gemäß
Das zumindest eine Federelement 15, 30 muss sehr filigran ausgebildet sein, um eine optimale Bewegung des Koppelelements 13 und des Wandlerelements 5 sicherstellen zu können. Nachteilig hierbei ist, dass das zumindest eine Federelement 15, 30 bei mechanischen Erschütterungen brechen kann, was wiederum zum Ausfall der Wandlereinheit 2 bzw. des gesamten MEMS-Schallwandlers 1 führt. Zum Schutz des zumindest einen Federelements 15, 30 umfasst die Wandlereinheit 2 in ihrem Federbereich 14 deshalb eine Dämpfungsschicht 31. Die Dämpfungsschicht 31 ist hierbei auf und/oder über dem zumindest einen Federelement 15, 30 angeordnet. Sie Reduziert die Vibrationsmenge, d. h. sowohl die maximale induzierte Dehnung als auch die Dauer der Belastung, die während eines mechanischen Schocks auf das zumindest eine Federelement 15, 30 einwirkt. Hierdurch kann ein Bruch des zumindest einen Federelements 15, 30 verhindert werden.The at least one
Die Dämpfungsschicht 31 bedeckt hierbei das zumindest eine Federelement 15, 30 zumindest teilweise. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeckt die Dämpfungsschicht 31 eine Seite des Federelements 15, 30 vollständig und/oder über die gesamte Länge des Federelements 15, 30. Wie aus
Die Dämpfungsschicht 31 ist in dem Federbereich 14 nicht nur über dem zumindest einen Federelement 15, 30, sondern zusätzlich auch zumindest teilweise über die zumindest eine Aussparung 18, 24 des Federbereichs 14 angeordnet. Hierdurch wird das zumindest eine Federelement 15, 30 zusätzlich gestützt, gedämpft und/oder stabilisiert.The damping
Die Dämpfungsschicht 31 ist aus einem ausgehärteten Klebstoff 32 ausgebildet. Im ausgehärteten Zustand ist dieser Klebstoff 32 elastisch, so dass dieser die Beweglichkeit des zumindest einen Federelements 15, 30 im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst. Aus diesem Grund ist es ferner vorteilhaft, wenn der Klebstoff 32 thixotrop ist. Dies bedeutet, dass seine Viskosität bei andauernder Deformation abnimmt. Infolgedessen reduziert sich bei aktiver Wandlereinheit 2 der Widerstand, den die Dämpfungsschicht 31 dem zumindest einen Federelements 15, 30 entgegenbringt. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Klebstoff 32 lösungsmittelfrei ist, so dass das zumindest eine Federelement 15, 30, das vorzugsweise aus der Trägerschicht 10 der mehrschichtigen Struktur 9 ausgebildet ist, nicht angegriffen wird.The
Nach der Ausbildung des Halbzeugs 33 wird gemäß
Das Koppelelement 13 ist in einem Zentrum der Wandlereinheit 2 angeordnet. Aufgrund dessen wird der flüssige Klebstoff 32 gemäß
Gemäß
Nachdem sich der flüssige Klebstoff 32 in dem zumindest einen Federbereich 14 auf der ersten Seite 20 gleichmäßig verteilt hat, wird dieser ausgehärtet. Dies erfolgt mittels Licht, insbesondere UV und/oder VIS, und/oder mittels Wärme. Infolgedessen wird der flüssige Klebstoff 32 von einer Lichtquelle 38 bestrahlt und/oder die Umgebung über eine Wärmequelle 39 erwärmt.After the
Anschließend wird die Membran 3 an der Wandlereinheit 2 befestigt, so dass der MEMS-Schallwandler 1 ausgebildet ist.The
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Modifications within the scope of the patent claims are just as possible as a combination of the features, even if they are shown and described in different exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- MEMS-SchallwandlerMEMS transducer
- 22
- Wandlereinheitconverter unit
- 33
- Membranmembrane
- 44
- Trägercarrier
- 55
- Wandlerelementtransducer element
- 66
- BasisBase
- 77
- Kavitätcavity
- 88th
- freies Endefree end
- 99
- mehrschichtige Strukturmulti-layer structure
- 1010
- Trägerschichtbacking layer
- 1111
- Wandlerschichttransducer layer
- 1212
- Trägerhohlraumcarrier cavity
- 1313
- Koppelelementcoupling element
- 1414
- Federbereichspring range
- 1515
- erstes Federelementfirst spring element
- 1616
- Erster FederelementabschnittFirst spring element section
- 1717
- Zweiter FederelementabschnittSecond spring section
- 1818
- Erste AussparungFirst recess
- 1919
- Erste LängsseiteFirst long side
- 2020
- Erste Seite des FederbereichsFirst page of the spring area
- 2121
- Zweite Seite des FederbereichsSecond side of the pen area
- 2222
- Aussparungsöffnungrecess opening
- 2323
- Innenbereich der AussparungInterior of the recess
- 2424
- Zweite AussparungSecond recess
- 2525
- Zweite LängsseiteSecond long side
- 2626
- Erster Abschnittfirst section
- 2727
- zweiter Abschnittsecond part
- 2828
- dritter Abschnittthird section
- 2929
- vierter Abschnittfourth section
- 3030
- zweites Federelementsecond spring element
- 3131
- Dämpfungsschichtcushioning layer
- 3232
- Klebstoffadhesive
- 3333
- HalbzeugWorkpiece
- 3434
- Auftragevorrichtungapplicator
- 3535
- Endflächeend face
- 3636
- Außenseiteoutside
- 3737
- AbsatzUnit volume
- 3838
- Lichtquellelight source
- 3939
- Wärmequelle heat source
- HH
- Hubachselifting axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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-
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