KR20180030784A - 유체의 체적 흐름과 상호 작용하는 mems 트랜스듀서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체의 체적 흐름과 상호 작용하기 위한 MEMS 트랜스듀서에 관한 것으로서, 이 MEMS 트랜스듀서는 공동을 포함하는 기판과, 공동 내의 기판에 연결되며, 횡 이동 방향을 따라 변형될 수 있는 소자를 포함한다. 횡 이동 방향을 따르는 가변형 소자의 변형 및 유체의 체적 흐름은 인과관계로 관련이 있다.

Description

유체의 체적 흐름과 상호 작용하는 MEMS 트랜스듀서 및 그 제조 방법
본 발명은 유체, 예컨대 MEMS 라우드스피커, MEMS 마이크로폰 또는 MEMS 펌프의 체적 흐름과 상호 작용하는 MEMS 트랜스듀서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 MEMS 트랜스듀서의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 MEMS 기반 전기 음향 트랜스듀서에 관한 것이다.
소형화 외에 MEMS(microelectromechanical system) 기술의 한 가지 주안점은 특히 중간 및 대량으로 부품을 경제적으로 제조할 수 있는 것에 대한 잠재력에 있다. 전자 음향 MEMS 라우드스피커는 현재 그다지 상업화되지 않았다. 몇 가지 예외를 제외하면, MEMS 라우드스피커는 선택된 물리적 작동 원리에 의해 준 정적으로(quasi-statically) 또는 공진 방식으로(resonantly) 휘어지는 멤브레인으로 구성된다. 휨(deflection)은 인가된 전기 신호(전류 또는 전압)에 선형적으로 또는 비선형적으로 의존한다. 신호는 멤브레인 휨의 시간 변화로 전달되는 시간 변화를 포함한다. 멤브레인의 왕복 운동은 사운드(sound)의 형태로 주변 유체로 전달되는데, 이 주변 유체는 단순화를 위해 공기로 가정하지만 이에 제한되지는 않는다.
어떤 경우에는, 멤브레인의 작동이 한 방향으로만 발생한다. 이 경우 멤버레인이 휘어질 때 기계적인 스프링 작용에 의해 복원력이 제공된다. 다른 경우에는, 작동이 양 방향으로 발생하며, 따라서 멤브레인이 매우 낮은 강성을 가질 수 있다.
멤브레인의 작동과 관련하여, 정전기, 압전, 전자기, 전기 역학 및 자기 변형 작동 원리의 이용을 설명한다. 예를 들어, 이러한 원리에 기반한 MEMS 사운드 트랜스듀서의 개요는 [1]에서 볼 수 있다.
정전기 작동식 트랜스듀서는 서로 다른 전위와 결합된 두 개의 평판 전극 사이에서 발생하는 힘을 기반으로 한다. 가장 간단한 경우에, 이 장치는 플레이트 커패시터(plate capacitor)에 대응하는데, 여기서 플레이트 중 하나는 이동 가능하게 매달려 있다. 실제로, 음향 단락을 피하기 위해 이동가능한 전극이 멤브레인으로서 구현된다. 전압을 인가하면, 멤브레인은 상대 전극의 방향으로 휘어진다. 하나의 특정 실시예에서, 멤브레인은 이른바 터치 모드로 작동된다. 이 경우, 멤브레인은, 예를 들어 [2]에 설명되어 있는 바와 같이, 단락 회로를 피하기 위해 얇은 절연체 층이 도포되어 있는 하부 전극을 터치한다. 이 경우, 접촉 면적은 인가된 전압의 크기에 의해 결정되며, 따라서 이 전압의 시간 경과에 따라 시간적으로 변한다. 이러한 방식으로 발생될 수 있는 진동이 사운드를 발생시키는 역할을 한다. 고전적인 정전기 구조에서, 멤브레인은 원칙적으로 전극 방향으로만 끌어당겨질 수 있다. 복원력은 멤브레인의 강성에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있으며 가청 음역대 내의 고주파수를 또한 전달할 수 있도록 충분히 높아야 한다.
한편, 전압이 주어지면, 멤브레인의 휨은 강성이 증가함에 따라 감소할 수 있다. 이 문제를 피하기 위해, [3]에 설명된 것처럼 상부 전극과 하부 전극에 의해 구동될 수 있어 양방향으로 휘어질 수 있는 매우 부드러운 멤브레인을 이용한 접근법이 개발되었다. 전체적으로, 이 라우드스피커는 마이크로펌프와 마찬가지로 입구와 출구를 포함하며, 그렇지 않다면 닫혀 있을, 공동의 내부에 매달려 있는 그러한 멤브레인 중 2개를 사용한다.
압전 작동식 트랜스듀서는 역 압전 효과를 사용한다. 인가된 전압은 고체 바디에 기계적 응력을 유도한다. MEMS 기술에서, PZT(lead zirconate titanate), AlN(aluminum nitride) 또는 ZnO(zink oxide)와 같은 재료가 일반적으로 사용된다. 통상적으로, 이들 재료는 기능 층으로서 멤브레인 상에 도포되고, 기능 층에서 인가된 전압에 따라 멤버레인이 휘어지거나 또는 여기되어 진동할 수 있도록 구성된다. 압전 기능 층의 단점은 히스테리시스 없이 동작이 수행되지 않을 수 있다는 사실이다. 또한, 세라믹 기능 층의 통합은 복잡하고, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 호환성 부족으로 인해, PZT 및 ZnO를 사용할 때 엄격한 오염 통제 또는 별도의 클린 룸 영역에서만 가능하다.
전자기적으로 작동되는 트랜스듀서는 연 자성(soft magnetic) 재료가 이동 자기장(구배)에서 받는 힘 효과를 기반으로 한다. 연 자성 재료 이외에, 원리를 구현하기 위해 전류 흐름을 통해 자기장의 국부적인 구배를 일시적으로 제어할 수 있는 영구 자석 및 코일이 필요하다. 예를 들어, 연 자성 재료가 멤브레인에 통합된다. 다른 모든 구성 소자는, 예컨대 [4]에서 설명된 대로 조립 중에 제공된다. 이 구조는 방대하고 복잡하며 대량 생산과 관련하여 의미있는 방식으로 확장할 수 있는 것처럼 보이지 않는다.
전기 역학 작동식 트랜스듀서는 로렌츠 힘을 사용한다. 이 방법은 거시적 라우드스피커에서 매우 널리 퍼져 있으며 일부 MEMS 라우드스피커에서도 사용되었다. 자기장이 영구 자석에 의해 생성된다. 전류 전달 코일이 자기장 내에 배치된다. 일반적으로 금속층을 증착하고 구조화함으로써 코일이 멤브레인에 통합되며, 조립 중에 외부 부품으로 영구 자석이 추가된다. MEMS 기술을 사용하는 모든 부품의 통합과 관련된 복잡성과 한계는 전자기 작동식 트랜스듀서에서와 유사하게 큰 단점이다.
자기 변형 작동식 트랜스듀서는 자기장이 가해질 때 기능 층의 수축 또는 팽창을 기반으로 한다. 예를 들어, 바나듐 퍼멘듀어(Vanadium Permendur)는, 긍정적으로 자기 변형적(positively magnetostrictive)인데, 즉 자기장이 가해질 때 팽창한다. 적절한 구조에서, 이러한 수축은 멤브레인 진동을 발생시키는데 사용될 수 있다. [1]에서, 크롬 접착층을 통해 SiO2(이산화 규소) 상에 증착된 바나듐 퍼멘듀어(Fe49Co49V2)가 자기 변형 기능 층으로 사용된다. 외부 자기장은 갈바니로 도금된 구리에 의해 구현된 마이크로플랫 코일에 의해 제공된다. 통합의 복잡성 및 한계와 관련하여, 위에서 언급한 두 가지 작동 원리와 유사한 단점을 주목해야 한다.
상술한 고전적이고 가장 널리 사용되는 변형들은 공통적인 특징으로서 여기되어 진동할 수 있는 멤브레인을 사용한다는 것이며 고전적인 멤브레인 원리의 특별한 단점으로 인해 연구된 소정의 변형들에 의해 계속해서 보완된다.
가요성 멤브레인은 또한 가청 음역대에서 보다 높은 모드를 포함할 수 있으며, 따라서 음향 품질(왜곡 계수)을 떨어뜨리는 기생 진동을 유발할 수 있다([1] 참조). 따라서, 이러한 효과를 피하거나 줄이기 위해, 훨씬 더 높은 강성을 갖는 플레이트가 사용된다. 이러한 플레이트는, 음향 단락 회로를 피하기 위한 매우 부드러운 서스펜션을 통해 칩에 연결된다([5] 참조).
또 다른 변형은 전술한 자기 변형 트랜스듀서와 함께 사용되는 부분형 멤브레인을 제공한다. 이것은 기능 층이 두 방향으로 수축하거나 팽창하는 문제에 대한 특별한 형태적 해법(topographical solution)에 해당한다. 구체적으로, 이 구조는 몇 개의 휘어질 수 있는 벤딩 바(bending bar)로 구성된다. [1]에 따르면, 이 구성은 3㎛ 이하의 바의 거리에 대해 음향적으로 폐쇄된 것으로 간주될 수 있다. 그에 따라, 공진 주파수 및 바 사이의 거리에 대한 개별 바의 크기를 정함으로써, 비교적 높은 음향 대역폭이 달성될 수 있고, 음향 레벨의 경로가 발진 주파수의 함수로서 조정되거나 최적화될 수 있다.
[6]에서, Neumann 등은 하나의 커다란 멤브레인 대신 여러 개의 작은 서브멤브레인을 사용하는 접근법을 추구한다. 각 서브멤브레인은 가청 음역대에서 준 정적 휨이 발생할 수 있도록 충분히 높은 공진 주파수를 포함한다. 특히 이것은 라우드스피커의 디지털 작동을 가능하게 한다.
요약하면, 통합과 관련하여, 공지된 정전기 작동형 멤브레인 라우드스피커는 적절한 구동 전압을 인가한다고 가정할 때 비교적 작은 휨을 갖는다고 결론지을 수 있다. 예를 들어, [3]에 따른 Kim 등의 정전 멤브레인 라우드스피커는, 기준 역할을 할 수 있다. 2개의 멤브레인 각각은 2×2㎟의 면적을 포함한다. 상부 및 하부 전극은 각각 7.5㎛의 거리에 부착된다. 멤브레인의 기하학적 형상 및 휨 증가에 따른 멤브레인 강성의 증가에 따라, 휨은 일반적으로 소위 풀인(pull-in) 효과로 인해 전극 거리의 1/3 내지 1/2로 제한된다. 1/2의 높은 값을 가정하면, 휨은 한 방향 및 다른 방향으로 각각 7.5㎛/2가 된다. 변위된 체적은 멤브레인의 최대 휨의 절반의 휨을 갖는 휘어진 강성 플레이트의 체적에 상응한다고 가정함으로써 추정될 수 있다. 예를 들어, 결과는 다음과 같다.
Figure pct00001
또는
Figure pct00002
소형 멤브레인 라우드스피커를 제조할 때, 음압(sound pressure)의 평탄한 코스(flat course)를 주파수의 함수로서 달성하는 것은 일반적인 문제이다. 달성 가능한 음압은 방사 임피던스 및 멤브레인의 속도에 비례한다. 거시적 규모와 관련하여, 멤브레인 직경은 음향 파장에 필적한다. 이 점에서 적용할 것은 방사 임피던스가 주파수에 비례한다는 것이다([6] 참조). 흔히, 고품질 라우드스피커는 공진 주파수(f0)가 가청 음역대 아래에 있도록 설계된다(멀티웨이 라우드스피커의 경우, 각 공진 주파수는 대응하는 전기 필터의 하단 주파수보다 낮다). 따라서, f>>f0의 경우, 멤브레인의 속도는 1/f에 비례한다. 전반적으로, 음압(p)의 주파수 의존성에 대해 수식 p∝1이 성립한다. 따라서, 음압 곡선의 완전히 평탄한 코스는 이 (단순화된) 고려를 초래한다.
멤브레인의 음원(sound source)의 직경이 생성될 사운드 파장보다 훨씬 작 으면, [7]에서 설명된 것처럼 방사 임피던스에 대해 주파수에서 2차 종속성을 가정할 수 있다. 이것은 멤브레인이 밀리미터 크기인 MEMS 라우드스피커에 대해 제공된다. 위에서와 같이 f>>f0이라고 가정하면, 음압 곡선의 코스에서 의존성은 p∝f 가 된다. 낮은 주파수는 높은 주파수와 관련하여 너무 낮은 음압으로 재생된다. 준 정적(quasi-static) 동작에서, 멤브레인 속도는 f에 비례한다. 따라서, 음압 코스에서, 의존성은 p≥f3이 되며, 이는 저주파수에 대해 훨씬 바람직하지 못하다.
따라서, 고도의 효율성을 갖는 개선된 MEMS 트랜스듀서에 대한 개념이 바람직할 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 고효율로 유체의 체적 흐름에 영향을 줄 수 있고/있거나 고효율로 체적 흐름의 영향을 받을 수 있는 MEMS 트랜스듀서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항의 주제에 의해 해결된다.
본 발명의 핵심 사상은, 전술한 목적이 유체의 체적 흐름이 횡 이동 방향을 따라 변형될 수 있는 소자에 의해 매우 효율적인 방법으로 영향을 받을 수 있다는 사실, 또는 체적 흐름이 매우 효율적인 방법으로 그러한 소자를 휠 수 있게 한다는 사실에 의해 해결될 수 있음을 인식하는 것이다. 가능하게는 유체 흐름 방향에 직교하는 횡 이동 방향은 체적 흐름과 상호 작용할 수 있는 가변형 소자의 면적을 크게 하면서, 동시에 칩 표면 크기는 작게 하여, 전체적으로 효율적인 고효율의 MEMS 트랜스듀서 장치가 얻어진다.
일실시예에 따르면, 유체의 체적 흐름과 상호작용하는 MEMS 트랜스듀서는 공동을 포함하는 기판과, 기판에 연결되어 있으며 횡 이동 방향을 따라 가변형 소자를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서를 포함하며, 횡 이동 방향을 따르는 가변형 소자의 변형 및 유체의 체적 흐름은 서로 연관이 있다. 이 실시예의 이점은, 가변형 소자에 의해 영향을 받거나 가변형 소자에 영향을 주는 체적이 횡 이동 방향에 직교하는 방향 및/또는 칩 표면에 직교하는 방향으로 크게 형성될 수 있는 한편 작은 칩 표면이 동시에 얻어질 수 있다는 것이다.
다른 실시예에 따르면, MEMS 라우드스피커는 그러한 MEMS 트랜스듀서를 포함하고 음향 음파 또는 초음파를 방출하도록 구성된다. 또 다른 실시예에 따르면, MEMS 펌프는 MEMS 트랜스듀서를 포함하여 유체가 체적 흐름에 기초하여 이송될 수 있도록 한다. 또 다른 실시예에 따르면, MEMS 마이크로폰은 횡 이동 방향을 따라 변형 가능한 가변형 소자를 갖는 MEMS 트랜스듀서를 포함한다. 이들 실시예들의 장점은 작은 칩 표면을 이용하여 높은 효율을 얻을 수 있다는 것이다.
또 다른 실시예에 따르면, MEMS 트랜스듀서를 제조하는 방법은 공동을 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 횡 이동 방향을 따라 가변형 소자를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서를 기판에 연결하는 단계를 포함한다. 횡 이동 방향을 따른 가변형 소자의 변형과 유체의 체적 흐름은 인과관계로 관련이 있다.
더 바람직한 실시예는 종속항의 주제이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 후술한다.
도 1은 일 실시예에 따른 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 투시도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 다수의 전기기계식 트랜스듀서를 포함하는 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 투시도이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 도 2a의 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 2c는 일 실시예에 따른, 전기기계식 트랜스듀서가 가변형 소자의 변형된 상태를 포함하는, 도 2a의 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 투시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 바이모프(bimorph)로 구현된 가변형 소자의 개략적인 투시도이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 3개의 바이모프 구조를 포함하는 가변형 소자의 개략적인 투시도이다.
도 4b는 일 실시예에 따른 휘어진 상태의 도 4a에 따른 가변형 소자의 개략적인 투시도이다.
도 4c는 일 실시예에 따른 서로 인접하게 배치된 2개의 가변형 소자의 배열의 개략적인 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 전기기계식 트랜스듀서가 도 2의 MEMS 트랜스듀서와 비교하여 상이한 구성을 갖는 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 6a는 일 실시예에 따른, 직선형으로 구성된 스프링 소자가 플레이트 소자와 가변형 소자 사이에 배치되는 전기기계식식 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 6b는 일 실시예에 따른, 스프링 소자가 가변형 소자의 휘어질 수 있는 단부로부터 90° 미만의 각도로 배열된, 전기기계식 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 6c는 일 실시예에 따른, 스프링 소자가 90 °보다 큰 각도로 배열된 전기기계식 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 6d는 일 실시예에 따른, 기판이 가변형 소자에 인접한 스프링 소자를 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 6e는 일 실시예에 따른, 플레이트 소자가 리세스를 포함하는, 전기기계식 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 7a는 일 실시예에 따른, 플레이트 소자에 연결된 가변형 소자의 개략적인 평면도이다.
도 7b는 일 실시예에 따른, 가변형 소자가 기판 사이에 고정되게 클램핑되는 구성의 개략적인 평면도이다.
도 7c는 일 실시예에 따른, 가변형 소자가 중심 영역에서 리세스를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서의 구성의 개략적인 평면도이다.
도 7d는 제1 가변형 소자와 제2 가변형 소자가 서로 평행하게 배열된 전기기계식 트랜스듀서의 구성의 개략적인 평면도이다.
도 8a는 일 실시예에 따른, 가변형 소자가 기판 또는 앵커 소자에 교번 방식으로 연결된, MEMS 트랜스듀서의 개략적인 투시도이다.
도 8b는 일 실시예에 따른, 도 8a의 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 8c는 일 실시예에 따른, 휘어진 상태의 도 8a의 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 투시도이다.
도 8d는 일 실시예에 따른, 휘어진 상태의 도 8b의 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 3 개의 MEMS 트랜스듀서를 포함하는 스택의 개략적인 투시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 가변형 소자가 기판의 측면들 사이에 배열되는, MEMS 트랜스듀서의 단면의 개략적인 투시 평면도이다.
도 11a는 일 실시예에 따른, 전기기계식 트랜스듀서가 기판의 횡 방향에 대해 비스듬히 배열된, MEMS 트랜스듀서의 단면의 개략적인 평면도이다.
도 11b는 일 실시예에 따른 펌프로서 사용될 수 있는 MEMS 트랜스듀서의 단면의 개략적인 평면도이다.
도 12a는, 예를 들어, MEMS 펌프로서 사용될 수 있는 제1 상태의 MEMS 트랜스듀서의 단면의 개략적인 평면도이다.
도 12b는 제2 상태의 도 12a의 MEMS 트랜스듀서를 도시한 것이다.
도 13은 일 실시예에 따른 횡 연장 방향을 따라 연결된 2개의 가변형 소자의 개략도이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 상호 층을 포함하는 서로 연결된 2개의 MEMS 트랜스듀서를 포함하는 스택의 개략도이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 서로 이격되어 있으며 연결 소자를 통해 서로 연결되는 2개의 층을 포함하는 가변형 소자의 개략 측 단면도이다.
도 16은 일 실시예에 따른, 전극에 인접하게 배열된 가변형 소자의 개략적인 평면도이다.
도 17은 일 실시예에 따른 MEMS 시스템의 개략적인 블록 회로도이다.
도 18은 일 실시예에 따른, 일 측면에 고정된 바 소자를 갖는 다수의 전기기계식 트랜스듀서를 포함하는 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
도 19는 일 실시예에 따른, 양 측면에 바 소자가 고정되어 있는 다수의 전기기계식 트랜스듀서를 포함하는 MEMS 트랜스듀서의 개략적인 평면도이다.
본 발명의 실시예를 도면을 참조로 상세하게 설명하기에 앞서서, 여러 도면에서 동일한 요소, 즉 기능적으로 동일하고 동작면에서 동일한 요소, 개체 및/또는 구조는 동일한 참조 번호를 부여함으로써, 서로 다른 실시예에서 이들 요소에 대한 설명들은 상호 대체될 수도 있고 및/또는 상호 적용될 수도 있다는 점을 밝혀둔다.
이어서, MEMS(microelectromechanical system) 트랜스듀서를 참조한다. MEMS 트랜스듀서는, 적용되는 전기적인 양(전류, 전압, 전하 등)에 기초해서 기계적인 컴포넌트의 변화를 유발시키는 하나 이상의 전기 활성 컴포넌트를 포함한다. 예컨대, 이러한 변경은 기계적인 컴포넌트의 변형, 가열 혹은 응력과 관련될 수 있다. 이와 달리 혹은 이에 더해서, 예컨대, 변형, 가열 혹은 응력과 같은 컴포넌트에 미치는 기계적인 영향은 전기적인 신호 혹은 전기적인 정보(전압, 전류, 전하 등)를 발생시키고, 이는 컴포넌트의 전기 단자에서 검지될 수 있다. 일부 재료 혹은 컴포넌트는 상호성(reciprocity)을 포함하며, 이는 그 효과가 상호간에 교환될 수 있다는 것을 의미한다. 예컨대, 압전 재료는 역압전 효과(인가되는 전기 신호에 기초한 변형) 및 압전 효과(변형에 기초해서 전기 전하를 제공)를 포함할 수 있다.
이하 설명되는 실시예 중 일부는 전기기계적 트랜스듀서의 가변형 소자가 유체의 체적 흐름과 상호 작용하도록 구성된다. 예컨대, 상호 작용은 전기 구동 신호에 의해 유발되는 가변형 소자의 변형을 포함하며, 이는 유체의 이동, 변위, 압축 혹은 압축 해제를 유도한다. 이와 달리 혹은 이에 더해서, 유체의 체적 흐름은 가변형 소자를 변형할 수 있으며, 그 결과 체적 흐름과 가변형 소자 사이의 상호 작용에 기초해서 유체와 관련된 발생, 특성(압력, 유속 등) 혹은 임의의 다른 정보(예컨대, 온도)이 획득될 수 있다. 이는 가변형 소자의 변형이 유체의 횡 이동 방향 및 체적 흐름에 따라서 인과적으로(causally) 연관된다는 것을 의미한다. 예컨대, MEMS는 실리콘 기술을 이용해서 제조될 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서는 가변형 소자, 그리고 전극 및/또는 전기 단자와 같은 추가 소자를 포함할 수 있다. 가변형 소자는 횡 이동 방향에 따라서 극미하게(microscopically) 변형되도록 구성될 수 있으며 즉, 소자 혹은 영역은 횡 이동 방향에 따라서 이동 가능하다. 예컨대, 소자 혹은 영역은 바형(bar) 구조체의 바 단부 혹은 중앙 영역이 될 수 있다. 극미하게 보여지지만, 가변형 소자가 횡 이동 방향을 따라서 변형될 때 가변형 소자의 변형은 횡 이동 방향에 수직으로 나타날 수 있다. 이하 설명되는 실시예는 극미한 고려와 관련된다.
실시예는 실리콘으로 이루어진 소형 라우드스피커, 마이크 및/또는 펌프를 제공할 수 있으며, 이들은 각각의 크기에 비해서, 가능한 높은 사운드 레벨, 높은 감도 및/또는 높은 유체 유량을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예는 공기 전파음을 특히 가청 음역대로 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 실시예는 라우드스피커, 특히 예컨대, 보청기, 헤드폰, 헤드셋, 모바일 전화기 등과 같은 소형 라우드스피커에 관한 것이다. 체적 흐름과 가변형 소자의 변형 사이의 상호 인과관계로 인해서, 라우드스피커에서의 애플리케이션이 가능해진다. 따라서 실시예는 전기 음향 트랜스듀서에 관한 것이다.
도 1은 MEMS 트랜스듀서(10)의 개략 투시도이다. MEMS 트랜스듀서(10)는 유체의 체적 흐름(12)과 상호 작용하도록 구성될 수 있다. 유체는 가스(예컨대, 공기) 및/또는 액체가 될 수 있다. 예컨대, 유체는 의료용 용액, 약, 기술적인 처리를 위한 약품 등이 될 수 있다.
MEMS 트랜스듀서(10)는 기판(14)을 포함한다. 기판(14)은 임의의 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(14)은 나무, 금속재 및/또는 실리콘 재료와 같은 반도체 재료를 포함할 수 있다. 기판(14)은 공동(16)을 포함한다. 예컨대, 공동(16)은 기판(14)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 공간 혹은 리세스(recess)로서 이해될 수 있다. 체적 흐름(12)의 유체는 공동(16)에 적어도 일부 영역에 배치될 수 있다.
MEMS 트랜스듀서(10)는 전기기계식 트랜스듀서(18)를 포함한다. 전기기계식 트랜스듀서(18)는 기판(14)에 접속된다. 전기기계식 트랜스듀서(18)는, 횡 이동 방향(24)을 따라서 변형될 수 있는 가변형 소자(22)를 포함한다. 예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18)에 전기 신호를 인가하면 횡 이동 방향(24)을 따라서 가변형 소자(22)의 변형이 발생될 수 있다. 이와 달리 혹은 이에 더해서, 가변형 소자(22)를 가열하면 가변형 소자(22)가 변형을 일으키고, 그 결과 전기기계식 트랜스듀서(18)로부터 체적 흐름(12)에 기초한 전기 신호가 획득된다. 즉, 가변형 소자(22) 및 체적 흐름(12)의 변형은 인과적으로 연관된다. 예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18)는 적어도 하나의 예컨대 2개의 압전 층을 포함할 수 있고, 이들로 이루어질 수 있다. 이들 층 모두 전기 전압에 의해 변형될 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서는 전극과 같은 추가 소자를 포함할 수 있다.
기판(14)은 하나 혹은 다수의 개구(26a~d)를 포함할 수 있으며, 이를 통해서 체적 흐름(12)이 MEMS 트랜스듀서(10)의 둘레 영역으로부터 공동(16)으로 및/또는 공동(16)으로부터 MEMS 트랜스듀서(10)의 둘레 영역으로 이동할 수 있다. 가변형 소자(22)가 변형시에 행하는 이동은 기판(14)의 면내인 것으로 이해될 수 있다. 체적 흐름(12)은 예컨대, 체적 흐름(12)용 개구(26c, 26d)로 표시된 바와 같이, 이동 방향(24)에 적어도 부분적으로 수직으로 공동(16)으로부터 나오거나 공동(16)으로 들어간다. 요컨대, 가변형 소자(22)의 면내 이동은 체적 흐름(12)의 면외 이동을 일으킬 수 있고, 그 반대도 역시 성립된다. 이는 가변형 소자의 횡 이동 방향 및/또는 구부러짐이 기판의 면내에서 발생할 수 있다는 것을 의미한다.
개구(26c, 26d)는 기판(14)의 횡 이동 방향(24)에 직교하는 방향으로 배치된다. 가변형 소자(22)의 횡 이동 방향(24)에 따른 변형은, 가변형 소자(22)의 적어도 하나의 영역이 개구(26a) 쪽으로의 이동을 유발하고, 그 결과 이러한 변형에 기초해서 서브 공동(28)의 크기는 감소된다. 이에 기초해서, 서브 공동(28)에 위치된 유체의 압력은 증가될 수 있다. 요컨대, 유체는 압축될 수 있다. 이로써 유체는 서브 공동(28) 및/또는 공동(16)에서 나올 수 있다. 개구(26d, 26c)를 통해서, 횡 이동 방향(24)에 직교하는 체적 흐름(12)이 획득될 수 있다.
예컨대, MEMS 트랜스듀서(10)의 베이스 영역은 x/y 평면에 배치될 수 있다. 공간 내에서 x 방향 및/또는 y 방향에 직교하는 z 방향에 따른 MEMS 트랜스듀서(10)의 치수가 크고, 및/또는 z 방향에 따른 가변형 소자(22)가 높이가 높으면, 체적 흐름(12)은 증가되지만, MEMS 트랜스듀서(10)의 베이스 영역은 그대로 유지된다. 서브 공동(28)의 크기가 증가하면 서브 공동(28) 내의 유체의 압력은 감소하고, 그 결과 횡 이동 방향(24)에 직교하는 방향으로의 가변형 소자(22)의 변형의 기초해서 체적 흐름은 공동(28 및/또는 16)으로 흐른다.
가변형 소자는, 예컨대, 축방향의 y 방향으로의 확대를 포함할 수 있으며, 이는 적어도 1㎛ 내지 100mm의 범위, 바람직하게는 적어도 100㎛ 내지 10mm의 범위, 특히 바람직하게는 적어도 500㎛ 내지 5mm 범위의 값을 갖는다. 가변형 소자(22)는 횡 이동 방향(24)에 따른 확대를 포함할 수 있으며, 이는 적어도 0.1㎛ 내지 1000㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 100㎛, 더 바람직하게는 5㎛ 내지 30㎛의 범위의 값을 갖는다. 가변형 소자는 횡 이동에 수직으로 배치된 횡 방향에 따른, 예컨대, z 방향으로의 확대를 포함할 수 있으며 이는 0.1㎛ 내지 1000㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 300㎛, 더 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛의 범위의 값을 갖는다.
도 2a는 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)를 포함하는 MEMS 트랜스듀서(20)의 개략적인 투시도이다. 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)는 기판(14)에 연결되어 있고, 각각은 도 1을 참조로 설명한 바와 같이 횡 이동 방향(24)을 따라서 변형될 수 있는 소자를 포함하고 있다.
기판(14)은 예컨대, 제1 층(32a), 제2 스페이서 층(34a), 중간 층(36), 제2 스페이서 층(34b) 및 제2 층(32b)을 포함하며, 이들은 이 순서대로 각각에 대하여 상부에 배치되어 있다. 다른 실시예에 따르면, 연속 배치된 층 중 2개 사이에 하나 이상의 추가 기판이 배치될 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 층(32a, 32b, 34a, 34b 및/또는 36) 중 적어도 하나는 다층 구조로 되어 있다.
전기기계식 트랜스듀서(18a~f)는, 체적 흐름(12)에 기초해서 및/또는 구동에 기초해서 부분적으로 서로 근접 및 이격되도록 구성 및/또는 구동될 수 있다.
예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18a 및 18b)는 서로 이격되도록 구성되고, 전기기계식 트랜스듀서(18b 및 18c)는 서로 근접하도록 구성된다. 서브 공동(38a~c)은 전기기계식 트랜스듀서 사이(18a와 18b, 18c와 18d, 18e와 18f)에 배치되고, 여기서 서브 공동(38a~c)의 크기는 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 휘어짐에 기초해서 증가될 수 있다. 서브 공동(42a, 42b)은 각각 전기기계식 트랜스듀서 사이(18b와 18c, 18d와 18e)에 배치되고, 이는 이동 혹은 변형에 기초해서 동시에 크기가 감소될 수 있다. 후속 기간 동안, 전기기계식 트랜스듀서 및/또는 가변형 소자의 변형 혹은 이동은 그 반대로 될 수도 있고, 따라서 서브 공동(38a, 38b, 38c)의 체적의 크기는 감소되고, 서브 공동(42a, 42b)의 체적의 크기는 증가된다.
환언하면, 구조화된 층인 스페이서 층(34a)이 예컨대, 하부 캡과 그 위에 배치된 중간 층(36) 사이의 스페이서로서 사용될 수 있으며, 이는 한쪽 면 상에(예컨대, 비한정의 예로서 하측 면 상에) 칩을 부분적으로 혹은 완전히 둘러싸고 있는 하부 캡(제1 층(32a)) 상에 배치될 수 있다. 스페이서로서의 그 기능면에서 스페이서 층(34a)에 완전히 혹은 부분적으로 대응하며, 동일한 혹은 유사한 형상을 포함할 수 있는 구조화된 스페이서 층(34b)이, 구조화된 층(36) 상에 배치될 수 있다. MEMS 트랜스듀서(20) 혹은 그 공동은 부분적으로 혹은 완전히 z 방향을 따라서 상부 캡, 제2 층(32b)으로 둘러싸일 수 있다. 도 2a에서 층(32b)은 공동의 영역 내에 배치된 소자를 나타내기 위해서 부분 절결도로 나타내고 있다. 전기기계식 트랜스듀서(18a와 18c, 18d와 18e)는 각각 중간 층(36)의 x/y 평면에 쌍으로 배치될 수 있으며, 여기서 이러한 배치는 이격 방향, 예컨대 x 방향을 따라서 수회 반복될 수 있다.
기판은 각각이 다수의 서브 공동(38a~c 및 42a~b)에 연결된 다수의 개구(26)를 포함할 수 있으며, 여기서 예컨대 하나의 개구(26) 각각이 하나의 서브 공동(38a~c 혹은 42a~b)에 연결될 수 있다. 각각의 서브 공동(38a~c 혹은 42a~b)의 체적은 횡 이동 방향(24)을 따라서 변형 가능한 적어도 하나의 소자(22)의 휘어짐 상태의 영향을 받을 수 있다. 제1 기간 혹은 제2 기간 동안 이웃하는 서브 체적의 크기는 상보적으로 각각 증가 혹은 감소할 수 있다. 요컨대, 서브 공동(38a~c 혹은 42a~b)의 서브 체적의 크기는 감소되고, 이웃하는 서브 공동(38a~c 및 42a~b)의 서브 체적의 크기는 각각 증가된다.
하나 이상의 개구(26)의 영역에 바 구조체(44)가 배치될 수 있다. 바 구조체(44)는 체적 흐름(12)이 한 방향 혹은 두 방향으로 지날 수 있도록 배치되고, 입자가 공동으로 들어가거나 혹은 공동으로부터 나오는 것을 감소시키거나 혹은 방지한다. 예컨대, 층(32a, 32b, 34a, 34b 및/또는 36)의 형상은 제조 과정에서 층을 선택적으로 제거 및/또는 선택적으로 배치 혹은 성장시키는 것의 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 선택 에칭 처리에 기초해서 층(34a, 36 및/또는 34b)으로부터 바 구조체(44)가 형성될 수 있다. 또한, 공동(38a~c 혹은 42a~b)의 형상은 제조 과정 동안에 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 하나 혹은 다수의 층(32a, 32b, 34a, 34b 및/또는 36)의 벽은, 예컨대, 가변형 소자와 기판(14) 사이에서 적어도 대략 일정한 및/또는 근접 거리를 가능하게 하도록, 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 가변형 소자의 이동에 적합할 수 있다.
바 구조체 혹은 바 소자에 인접해서 커버(43)가 배치될 수 있다. 커버(43)는 공동에 인접해서 배치될 수도 있고 및/또는 바 소자(44)를 통해서 이로부터 이격될 수도 있다. 예컨대, 커버는 메시(mesh) 재료, 폼(foam) 재료 및/또는 종이 재료를 포함할 수 있다. 커버는 바 구조체 사이의 거리보다 작은 직경을 갖는 공동(16)에 입자가 들어가거나 혹은 공동(16)으로부터 나오는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 방안으로, 커버(43)는 바 소자(44)를 포함하지 않는 개구부에 혹은 이에 인접해서 배치될 수도 있다.
이동 가능 소자의 자유 단면이 예컨대 곡선 경로 및/또는 원형 경로로 이동하면, 기판(14)은 자유 단면이 이동하는 영역에 평행하거나 혹은 유사한 형상을 포함할 수 있다.
도 2b는 도 2a의 MEMS 트랜스듀서(20)의 개략 평면도이다. 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)는 예컨대, 소자(46a~c)에서 압력-끼워맞춤식 혹은 형태-끼워맞춤식으로 기판(14)에 연결된다. 예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 하나 이상의 가변형 소자는 소자(46a~c)와 일체로 형성될 수 있다. 소자(46a~c)는 층(36)의 면에 배치될 수도 있고 혹은 층(36)의 일부가 될 수도 있다. 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 가변형 소자(22)의 연장부는 예컨대, 층(34a, 36, 34b)의 z 방향에 따른 연장부 이하일 수 있다. 이는 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 가변형 소자(22)가 층(32a 및/또는 32b)에 접촉하지 않게 배열될 수 있고 이동할 수 있다는 것을 의미한다. 다른 방안으로, 적어도 하나의 가변형 소자는 접촉 기반 방식으로 변형될 수도 있다. 예컨대, 저 마찰층, 즉 마찰 계수가 낮은 층이 적어도 하나의 가변형 소자와 층(32a 및/또는 32b)과 같은 이웃 소자 사이에 배치될 수 있다. 저 마찰층은 벽 구조체(49)와 관련해서 설명된 바와 같이 서브 공동 사이의 유체 분리를 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 마찰 계수는 층(32a 및/또는 32b)의 마찰 계수 혹은 층(34a 및/또는 34b)의 마찰 계수보다 10%, 20% 혹은 50%만큼 낮을 수 있다. 가변형 소자(22)와 인접하는 층 사이의 마찰력은 가변형 소자(22)의 변형에 필요한 힘보다 낮을 수 있다. 예컨대, 액추에이터에 의해 제공되는 힘은 감소된 마찰력에 기초해서 더 낮을 수 있고, 그 결과 액추에이터는 더 약하게 구현될 수 있다. 이에 더해서 혹은 이와 달리, 체적 흐름(12)에 대한 가변형 소자(22)의 감도는 증가될 수 있다.
전기기계식 트랜스듀서(18b, 18c)는 예컨대, 서브 공동(42a)(챔버)의 측벽을 형성한다. 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 가변형 소자(22)는 형태-끼워맞춤식으로 소자(46a~c)에 고정될 수 있다. 기판(14)까지의 거리 혹은 기판(14)의 소자(48a~d)까지의 거리는 가변형 소자(22)들의 변형 가능 및 이동 가능 단부(52) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 가변형 소자(22)의 단부(52)는 자유롭게 이동 가능하도록 배치될 수 있다. y 방향에 따른 연장부에 비례한 x 방향에 따른 연장부와 같은, 치수 비율로 인해서, 요컨대 바 폭에 대한 바 높이의 비율로 인해서, 하나 이상의 가변형 소자(22)는 특히 횡 방향(24)을 따라서 멀어지도록 변형될 수 있다. 예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)가 액추에이터로 구성되는 경우, 이들 액추에이터는 대응하는 신호가 인가되면 변형될 수 있으며, 즉 구부러질 수 있으며, 그 결과 예컨대, 가변형 소자(22)의 단부(52)는 벤딩 경로를 따라서 이동한다. 이 경로의 코스를 따라서, 가변형 소자(22)가 휘어지는 경우에도 단부(52)가 거의 일정하게 유지될 수 있도록 및/또는 약간만 움직이도록, 소자(48a~d) 중 적어도 하나가 구성될 수 있다.
MEMS 트랜스듀서(20)는 적어도 하나의 벽 구조체(49)를 포함할 수 있다. 예컨대, 챔버(42a, 42b)에 대해서 액추에이터, 전기기계식 트랜스듀서(18a~e) 혹은 가변형 소자가 이동하면, 이동에 의해 트리거되는 챔버(38a~c)를 충진하는 유체 이동으로 인해서 이웃하는 챔버에 대한 유체-기계적인 결합이 발생할 수 있다. 이 유체-기계적인 결합에 기초해서, 서브 공동(42a, 38b) 사이에서 유체 흐름(57)이 발생할 수 있다. 이러한 직접 결합 혹은 유체 흐름(57)을 감소 혹은 방지하기 위해서, 이동 불가능하게 구현될 수 있는 하나 이상의 분리 벽(벽 구조체(49))이, 이웃하는 챔버 쌍(38a, 42)을 분리하기 위해서 배치될 수 있다. 벽 구조체는 간단한 방식으로 예컨대, 층(34a, 36, 34b)으로 연속해서 형성된 대응하는 위치의 소자로서 구현될 수 있다. 예컨대, 이러한 구조체는 선택 에칭 처리 동안에 배치될 수 있다. 또한, 벽 구조체(49)는 MEMS 트랜스듀서(20)의 기계적인 안정성을 증가시킬 수 있으며, 개개의 층 사이의 본딩 처리를 간소화시킬 수 있다. 적어도 하나의 벽 구조체(49)는 개구를 포함할 수도 있고, 혹은 완전히 연속 방식으로 설계될 수도 있으며, 이로써 특히 공명 곡선의 폭을 설정하기 위해서, 혹은 일반적으로 액추에이터-챔버 시스템의 흐름 특성을 설정하기 위해서, 챔버(38a~c, 42a~b)로/로부터의 유체 이동에 의해 나타나는 감쇄를 선택적으로 변경할 수 있다.
도 2b를 도 1과 함께 참조하면, 공동(16)의 체적 및/또는 서브 공동(38a~c, 42a~b)의 크기는 층(32a, 32b) 및 기판(14)의 측부 영역(53a, 53b)에 의해 결정될 수도 있고 혹은 그 영향을 받을 수 있다. 측부 영역(53a, 53b)은 층(32a, 32b) 사이에 배치될 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서(18a~c)의 가변형 소자는 횡 이동 방향(24)의 적어도 일부(55)에서 제1 층(32a 및/또는 32b)에 평행하게 이동하도록 구성될 수 있다. 이는 가변형 소자가 변형될 수도 있고, 혹은 층(32a, 32b) 사이에서 이동할 수도 있다.
공동 혹은 서브 공동의 공진 주파수는, 체적의 형상의 영향, 전기기계식 트랜스듀서의 구동 주파수의 영향, 및/또는 다수의 가변형 소자 중 하나의 기계적인 공진 주파수의 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 벽 구조체(49)에 의해서, 저마찰 층의 배치에 의해서, 혹은 다수의 MEMS 트랜스듀서 내의 배치에 기초해서, 적어도 부분적으로 유체식으로 분리된 (서브) 공동은 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있으며, 및/또는 예컨대, 제어 장치에 의해서 서로 다른 주파수로 구동될 수 있다. 서로 다른 구동 주파수 및/또는 서로 다른 공진 주파수에 기초해서 멀티-웨이 라우드스피커가 획득될 수 있다. 예컨대, 공동의 공진 주파수는 공동 공진지 혹은 헬름홀츠(Helmholtz) 공진기 분야에서 사용된다.
도 2c는 MEMS 트랜스듀서(20)의 개략 투시도로, 여기서 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)는 변형된 상태의 가변형 소자를 포함한다. 예컨대, 가변형 소자는 최대 휨까지 휘어진다. 도 2a의 도시에 비해서, 서브 공동(42a)의 체적은 가변형 소자(바)의 변형(벤딩)에 기초해서 감소된다. 예컨대, 층(34a, 34b)(스페이서)의 두께(z 방향 즉 두께 방향에 따른 치수)가 작으면, 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 이동시의 전기기계식 트랜스듀서(18a~f) 혹은 가변형 소자 둘레의 환류는 무시할 정도가 된다. 이는 또한 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)와 기판 예컨대, 소자(18) 사이의 거리에도 적용될 수 있다. 가변형 소자의 변형에 기초해서, 도 2a 및 2c의 서브 공동(42a)의 체적 차이에 대응할 수 있는 유체의 체적 예컨대, 공기량은, MEMS 트랜스듀서(20)의 둘레 영역으로 예컨대 유체 흐름(체적 흐름(12))의 형태로 나갈 수 있다.
제1 및 제2 스페이서 층(34a 혹은 34b)이 중간 층(36)에 배치되는 방향인 z 방향에 따른 스페이서 층(34a 혹은 34b)의 치수는, 1nm 내지 1mm의 범위, 바람직하게는 20nm 내지 100㎛의 범위, 더 바람직하게는, 50nm 내지 1㎛의 범위의 값을 포함할 수 있다. 예컨대, z 방향에 따른 스페이서 층(34a 혹은 34b)의 치수가 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 치수에 비해서 작으면, 가변형 소자가 변형되는 동안 제1 면으로부터 제2 면으로(예컨대, 양의 x 방향으로부터 음의 x 방향으로 혹은 그 반대로) 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)를 환류하는 유체 흐름(57)의 범위는 공동 내의 체적 흐름(12)의 범위보다 작을 수 있다.
예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)가 이동하는 영역 내에서 스페이서 층(34a 및/또는 34b)를 적어도 부분적으로 제거하는 것에 기초해서 환류 혹은 유체 흐름(57)이 나타날 수 있다. 요컨대, 전기기계식 트랜스듀서와 이웃하는 층 사이의 거리에 기초해서 가변형 소자 둘레의 유체 흐름이 나타날 수 있다(유체 손실). 이는 체적 흐름(12)에 비해서는 낮을 수 있다. 예컨대, 체적 흐름의 범위의 10분의 1, 15분의 1, 혹은 20분의 1만큼 작을 수 있다.
전기기계식 트랜스듀서는 쌍으로 서로 근접할 수도 있고 이격할 수도 있다. 따라서, 도 2b의 상태에 비해서, 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18b)는 예컨대, 쌍으로 서로 이격하도록 이동할 수 있고, 이후 기간에 서로 근접하도록 쌍으로 이동할 수도 있다. 동시에, 예컨대 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18c)가 쌍으로 서로 근접할 수도 있고 이격할 수도 있다. 전기기계식 트랜스듀서의 이러한 쌍의 상보형 이동은 서로 인접해서 배열되지 않은 경우에도 가능하며, 이는 관성력을 적어도 부분적으로 완전히 보상해서, 그 결과 MEMS 트랜스듀서에서 오실레이션이 거의 혹은 전혀 획득되지 않게 되고 및/또는 MEMS 트랜스듀서로부터 주위 영역으로 오실레이션이 이동되지 않게 된다.
환언하면, 이는, 액추에이터가 쌍으로 연속해서 서로에 대해 반대로 및/또는 이격하도록 이동하게 되는 상기 설명한 챔버 방식의 특성이 될 수 있다. 이는(각각의 챔버 벽을 한정하고 있는 2개의 능동형 벤딩 액추에이터를 정밀하게 구현하면), 보청기나 인이어 헤드셋으로서 사용될 때 문제가 되는 오실레이션이 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
체적 흐름(12)은 예컨대, 개구(26a 및/또는 26b)를 통과한다. 개구(26a, 26b)는 동일한 방식으로 구성될 수도 있고 혹은 이웃하는 서브 공동(38a, 42a)의 형상에 각각 맞춰질 수도 있다. 예컨대, 개구(26a)는 축 방향(y 방향)에 따라서, 예컨대, x 방향에 따른 치수와 같은 다양한 단면을 가질 수 있다. x 방향에 따른 개구(26b)의 치수는 MEMS 트랜스듀서(20)의 내부를 향하는 즉, 공동 혹은 서브 공동(42a)을 향하는 방향으로 감소될 수 있다. 이와 달리 혹은 이에 더해서, 개구(26)는 축 방향 y에 직교하는 z 방향(두께 방향)과 같은 다른 방향을 따라서 다양한 치수 혹은 다양한 단면을 가질 수 있다. 다양한 단면은 MEMS 트랜스듀서(20)의 바깥으로부터 공동(16)을 향하는 방향으로 감소될 수 있다. 하나 이상의 방향 x 및/또는 z에 따른 MEMS 트랜스듀서(20)의 바깥으로부터 공동(16)을 향하는 방향으로의 개구(26)의 테이퍼형 단면 혹은 감소 치수를 깔때기형 개구라고 할 수 있다.
가능한 깔때기형 개구(26)는 임피던스 매칭을 위한 장치로서 사용 가능할 수 있다. 예컨대, 임피던스 매칭은 MEMS 트랜스듀서(20)를 라우드스피커로 사용하는 경우에 유익할 수 있다. 개구(26b)의 디자인 혹은 형상은 수센티의 치수를 가진 거시적인 라우드스피커와 유사하게 실시될 수 있다. 개구(26b)의 형상은 깔때기의 외표에 의한 실제 사운드 방사를 정의할 수 있다. 예컨대, 개구(26b)는 구조화된 층(34a, 36, 34b)에 연속해서 형성될 수 있다. 적어도 하나의 바 소자(44)를 포함하는 바 그리드(54)는 바 소자(44) 사이에 및/또는 바 소자와 이웃하는 기판 사이에 개구 혹은 갭을 포함한다. 이 갭은 유체가 이 갭을 흐를 수 있도록 형성될 수 있다.
바 그리드(54)는 MEMS 트랜스듀서(20)의 공동에 입자가 들어가는 것에 대한 보호를 제공한다. 바 그리드(54)의 개구의 폭 즉, 바 소자(44)들 사이의 거리는, 체적 흐름(12)이 흐름에 대해서 원하는 정도까지 영향을 받거나 영향을 받지 않도록 실시될 수 있다. 바람직하게 혹은 이상적으로, 바 소자(44)들 사이의 거리는, 바 그리드가 다량의 관련 입자 혹은 심지어 모든 관련 입자를 필터링할 수 있도록, MEMS 트랜스듀서(20)의 최소 슬릿 거리보다 작을 수 있다. 예컨대, 슬릿 거리는 가변형 소자(18a~c)에서 층(32a 혹은 32b)로의 거리를 나타낼 수 있다. 예컨대, 바 소자(44)들 사이의 거리는 5㎛, 1㎛, 0.1㎛ 혹은 0.05㎛ 미만이 될 수 있다.
간격 방향에 따른 바 소자(44)의 치수는 바 소자(44)가 가청 음역대 내의, 즉, 16Hz 내지 22 KHz의 주파수 범위 내의 어떠한 공진도 포함하지 않도록 구현될 수 있다. 바 소자(44)가 MEMS 트랜스듀서(20)의 바깥에, 예컨대, 개구(26a 혹은 26b)가 x 방향에 따른 최대 치수를 갖는 영역에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 하나 이상의 다수의 바 소자는 개구(26a 혹은 26b)의 다른 위치에, 예컨대 개구(26a 혹은 26b)의 테이퍼형 영역에 배치될 수도 있다.
서브 공동(42a)의 체적은 가변형 소자의 변형에 의해서 감소될 수 있다. 같은 기간 동안, 챔버(공동)(38a)의 체적은 증가될 수 있다. 공동(38a)은 다수의 바 소자(44)를 포함하는 깔때기 형상 개구(26b) 및/또는 바 그리드(54)를 통하도록 서브 공동(42)와 동일한 혹은 유사한 방식으로 MEMS 트랜스듀서(20)의 둘레 영역에 연결될 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서(18a~f)는 서로 다른 주파수로 구동되도록 구성될 수도 있고, 혹은 서로 다른 공진 주파수를 포함할 수도 있다. 각각의 서브 공동의 체적은 서로 다른 주파수로, 혹은 적어도 부분적으로 동일한 주파수로 변경될 수 있다.
개구(26a) 및 개구(26b)는, 간격에 마주보고 배치된, MEMS 트랜스듀서(20)의 벽에 배치될 수 있다. 예컨대, 체적 흐름(12)은 각각 서브 공동(42a, 38a) 혹은 다수의 서브 공동을 통해서 개구(26a 혹은 26b)을 포함하는 각각의 측부에서 나오거나 들어갈 수 있다. 이는 체적 흐름(12)이 반대 방향으로 생성될 수 있다. 예컨대, 제1 기간 동안, 체적 흐름(12)은 개구(26a)로부터 음의 y 방향으로 나올 수 있고, 서브 공동(38a)으로 들어갈 수도 있다. 제2 기간 동안, 이들 방향은 반대로 될 수도 있다. 이로써, MEMS 트랜스듀서(20)에 따른 흐름의 단락(a flow short-circuit)이 방지 혹은 제거될 수 있다.
전기기계식 트랜스듀서(18a~f)의 가변형 소자(바)는 외부로부터 공급되는 신호에 따라서 구부러지도록 구성될 수 있다.
구부러짐이 발생하는 빈도는 체적 흐름(12)이 생성되고 및/또는 오실레이트하는 빈도가 될 수 있으며, 이는 사운드 주파수에 영향을 미치거나 결정할 수 있다. 공급되는 신호에 의해 결정되는 오실레이션의 진폭은 (하나 또는 몇몇 공진 주파수에서) 체적 흐름(12)의 진폭에 영향을 미치거나 결정할 수 있으며, 따라서 사운드 레벨에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 적어도 하나의 챔버(공동 혹은 서브 공동)은 센서 소자로서 기능하고 다른 하나는 액추에이터 소자로서 기능할 수도 있다. 이는 MEMS 트랜스듀서가 센서 소자에서 변형 가능한 적어도 하나의 소자 및 액추에이터 소자에서 변형 가능한 하나의 소자를 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 바의 이동은 검출되어서 산출된다. 이로써, 예컨대, 전기기계식 트랜스듀서(18a 18b)는 액추에이터로 구동되는 반면, 전기기계식 트랜스듀서(18c 및/또는 18d)는 액추에이터로 구동되는 반면, 유체를 검출하기 위한 센서로서 사용될 수 있다. 검출을 위해서 정전식(용량식), 압전식 혹은 압저항식 센서 소자가 통합될 수 있다. 이러한 소자는 마이크 및/또는 압력 센서로서 사용될 수 있다. 이러한 통합된 마이크 및/또는 이러한 압력 센서는 라우드스피커 챔버(액추에이터), 초음파 방출 챔버 혹은 펌프 챔버의 특성을 레귤레이트 및 제어하는데도 사용될 수 있다. 이를 위해서는 대응하는 전자 시스템이 구동 회로/제어 회로로서 사용되어야한다.
이어서, 전기기계식 트랜스듀서 및/또는 액추에이터에 대한 다른 실시예에 대해서 설명한다. MEMS 트랜스듀서(20)는 휘어지지 않은 상태 혹은 비작동 상태가 휘어지지 않은 가변형 소자를 포함하는 것으로 설명했지만, 이 상태들은 또한 상호간에 교환될 수 있다. 이는, 제1 비작동 상태에서는, 가변형 소자가 변형 혹은 구부러질 수 있고, 구동 신호에 기초해서 약간 구부러지거나, 크게 구부러지거나 혹은 곧은 상태로 변형될 수 있다.
상술한 설명에서 전기 신호가 예컨대 제어 장치에 의해서 MEMS 트랜스듀서(20)에 적용되었지만, 체적 흐름(12)은 가변형 소자의 변형도 유발하고, 이 변형은 MEMS 트랜스듀서(20)에서 전기 신호를 이용해서 획득될 수 있으며 즉, MEMS 트랜스듀서(20)는 센서로서 구성될 수도 있다.
이어서, 가변형 소자의 바람직한 수정예를 참조한다. 하나 혹은 다수의 전기기계식 트랜스듀서는 이하 설명되는 수정예에 따른 가변형 소자를 포함할 수 있다.
도 3은 바이모프로서 구현된 가변형 소자(30)의 개략적인 투시도를 나타낸다. 가변형 소자(30)는 제1 층(56) 및 제2 층(58)을 포함하는데, 이들 층은 적어도 위치면에서 바람직하게는 전체 표면에 걸쳐 서로에 대해 고정적으로 연결된다. 제1 층(56) 및 제2 층(58)은 기계적, 물리적 또는 화학적 영향에 기초하여 다양한 정도로 변형되도록, 예를 들어 팽창 또는 수축되도록 구성된다. 예를 들어, 층(56,68)은 서로 다른 열 팽창 계수를 포함할 수 있다. 이와 달리 또는 그에 더해, 층(56) 또는 층(58)은 대응하는 층에 제공된 전기 신호에 기초하여 팽창 또는 수축하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이 층은 압전 재료를 포함할 수 있다.
층(56,68)의 서로 다른 수축 또는 팽창은 구동 방향(59 또는 59')에 따른 가변형 소자(30)의 변형을 야기할 수 있다. 구동 방향은 횡 이동 방향(24)에 평행하게 정렬된다. 구동 방향은 양의 전압을 인가함으로써 가변형 소자(30)가 변형될 수 있는 방향일 수 있다.
이와 달리 또는 그에 더해, 변형은 예를 들어 가변형 소자(30)의 교차 수축 또는 교차 팽창 및/또는 층들 중 하나의 수축 또는 팽창에 기초하는 추가의 횡 이동 방향(24')을 따라 사용될 수도 있다. 이것은 가변형 소자(30)가 바 구조물의 축 방향(예를 들어, y 방향 또는 평면내)을 따라 그의 구조물과 함께 휘어지도록 구성될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 왕복 이동에 기초하여, 즉 횡 이동 방향(24) 및 반대 방향을 따라 발생할 수 있다.
다시 말해, 바이모프는 2개 층으로 이루어진 바에 대응할 수 있다. 예를 들어, 층들은 서로를 향하는 방향으로 (예를 들어, 수직으로) 정렬된다. 수동 층(예를 들어, 층(56))은 능동 층(예를 들어, 층(58))에 고정적으로 연결될 수 있다. 적절한 신호를 인가함으로써, 기계적 장력이 능동 층(58)에 생성될 수 있고, 이로 인해 층(58)의 수축 또는 팽창이 야기될 수 있다. 층(58)의 길이가 변하는 방향은 바이모프가 일(수축) 방향 또는 다른(팽창) 방향으로 횡으로 휘어지도록 선택될 수 있다.
도 4a는 도 3과 연계하여 설명되는 바와 같이 3개의 바이모프 구조(30a-c)를 포함하는 가변형 소자(40)의 개략적인 투시도를 나타낸다. 해당 공간에서 x, y 및 z 방향을 따른 가변형 소자(40)의 개략적인 정렬이 (제한이 아닌) 예시적으로 도시되어 있는데 이 가변형 소자(40)는 예를 들어 MEMS 트랜듀서(10 또는 20) 내에 정렬될 수 있다. 가변형 (서브) 소자(30a-c)는 예를 들어 x, y 또는 z 방향을 따라 서로 다른 치수를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가변형 소자(30a 및 30c)는 y 방향을 따라 동일한 연장을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가변형 소자(30a-c)의 구동 방향(59a-c)은 교번하는 방식으로 정렬될 수 있거나 또는 예를 들어 양/음/양의 x 방향과 같은 상호간 정렬(reciprocal alignment)을 포함할 수 있다. 간단히 말해서, 이것은 가변형 소자(30a 및 30c)가 동일한 길이를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 가변형 소자(30b)는 이와 다른 길이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가변형 소자(30b)의 길이는 소자(30a 또는 30c)의 해당 길이의 두 배일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 스프링 소자와 같은 추가의 소자가 또한 가변형 소자(30a-c) 사이에 정렬될 수 있다.
(전압의 부호와 같은) 동일한 또는 필적하는 양이 인가되는 경우 가변형 소자(30a-c)가 휘어지는 방향은 가변형 소자(40)의 길이를 따라 교번할 수 있다. 이것은 교번하는 곡선 코스를 가능하게 할 수 있다. 가변형 소자(40)가 3개의 가변형 소자(30a-c)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 2개의 가변형 소자 또는 3개보다 많은 가변형 소자(30)가 정렬될 수도 있다.
도 4b는 휘어진 상태의 가변형 소자(40)의 개략적인 투시도를 나타낸다. 예를 들어, 층(58a-c)은 축 진행방향(y 방향)을 따라 다수의 곡률을 야기하도록 수축된다.
다시 말해, 도 4a에 도시되어 있는 3개의 바는 그들의 연장 방향에서 서로에 대해 인접하게 정렬될 수 있다. 이것은 제1 바(30a) 및 제3 바(30c)가 대응하는 신호가 있을 시 제1 방향으로의 곡률을 포함하고 제2 바(30b)는 다른 방향으로의 곡률을 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 식으로, 도 4a에 신호가 없을 때의 뻗어 있는 형상에 기초하여, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이 대응하는 신호에 의해 S 형상으로 변형되는 액추에이터가 얻어질 수 있다. 신호가 있을 때와 없을 때의 구성은 상호 교환가능하다. 따라서, 가변형 소자(30)는 예를 들어 인가된 신호에 기초하여 가변형 소자(30 및/또는 40)의 감소된 곡률 또는 직선 연장을 야기하는 사전 휨 또는 바이어스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 개개의 바(30a-c)의 곡률은 부호를 제외하고는 동일하며, 제1 바(30a) 및 제3 바(30c)의 각각의 길이는 대략 가변형 소자의 전체 길이의 1/4에 대응하고, 중앙 바(30b)의 길이는 대략 가변형 소자(40)의 길이의 절반에 대응하는 것으로 가정할 수 있다.
도 4c는 두 측면 상에 클램핑된 2개의 가변형 소자(40a 및 40b)의 정렬을 보여주는 개략적인 평면도를 나타내며, 이 2개의 가변형 소자(40a 및 40b)는 이들 가변형 소자들 사이에 서브 공동(subcavity)(38)이 정렬되도록 서로 인접하게 정렬된다. 예를 들어, 실선은 가변형 소자(40a,40b)의 구동된 상태를 나타내는 반면, 점선은 구동되지 않은 상태를 나타내는데, 가변형 소자들에 대한 이러한 설명은 구동되지 않은 상태가 제조로 인해 임의의 형상을 취할 수 있기 때문에 상호 교환가능하다.
가변형 소자(40a,40b)는 구동되지 않은 상태에서 곡률을 포함하도록 형성될 수 있다. 또한, 가변형 소자(40a,40b)는 구동 동안 상호 곡률을 구현하는 제각기의 3개의 부분(30a-1 내지 30c-1, 및 30a-2 내지 30c-2)으로 형성될 수 있다. 각 부분, 예를 들어, 중앙 부분(30b-1 또는 30b-2)은 또한 둘 이상의 부분으로 형성될 수 있다. 도 4a 및 4b의 설명에 비해, 부분(30a-1, 30b-1 및 30c-1)은 서로에 대해 또한 다른 모든 부분에 대해 상이한 길이를 포함할 수 있다. 길이는 구동 시 원하는 형상이 얻어질 수 있도록 적응될 수 있다. S 형상의 액추에이터는 큰 평면 충전률(large planar filling factor)을 달성하는 것을 허용할 뿐만 아니라 두 측면 상에 또한 클램핑될 수 있도록 하는 큰 장점을 갖는다. 두 측면 상에 클램핑하게 되면 결코 완전히는 피할 수 없는 층 장력 구배(layer tension gradients)로 인한 바의 사전 휨을 크게 줄일 수 있다. 이를 통해, 기판의 하부 및 상부 캡까지의 거리는 매우 작게 유지될 수 있어, 흐름/압력 손실을 불균형적으로 감소키고, 라우드스피커, 초음파 트랜듀서, 마이크로폰 및 펌프의 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 처음부터 그들이 정확히 동작할 수 있게 할 수 있다. 추가의 실시예에 따르면, 가변형 소자(40) 중 단지 하나만이 예를 들어 MEMS 트랜듀서(10)에 배치될 수 있다.
도 5는 전기기계식 트랜듀서(18a-c)가 MEMS 트랜듀서(20)와 비교했을 때 변경된 구성을 포함하는 MEMS 트랜듀서(50)의 개략적인 평면도를 나타낸다. 전기기계식 트랜듀서(18a-c) 각각은 제각기의 제1 및 제2 가변형 소자(22a와 22b, 22c와 22d, 및 22e와 22f)를 포함한다. 가변형 소자는 서로 마주보며 정렬된다. 바 소자의 휨가능 종단부가 서로 마주보도록 정렬된다. 가변형 소자(22a-f)가 기판에 연결되는 영역들은 서로 바라보지 않도록 정렬된다.
전기기계식 트랜듀서(18a-c) 각각은 제각기의 가변형 소자(22a와 22b, 22c와 22d, 및 22e와 22f)에 연결된 플레이트 소자(62a-c)를 포함한다. 제각기의 플레이트 소자(62a-c)는 제각기의 가변형 소자(22a-f)의 휨가능 종단부에 연결될 수 있다.
가변형 소자(22a-f)는 가변형 소자(30 또는 40)로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고 또는 다른 구성을 포함할 수도 있다. 가변형 소자(22a와 22b, 22c와 22d, 및 22e와 22f)의 상이한 빗금은 각각 제각기의 가변형 소자의 변형이 서로 다르다는 것을 나타낸다. 전기기계식 트랜듀서(18a-c)의 가변형 소자는 가변형 소자(22a-f)의 제각기의 설계와는 독립적으로 동일한 공간 방향을 따라 휨가능 종단부의 휨을 달성하도록 정렬될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시되어 있는 휘어지지 않은 상태로부터, 가변형 소자(22a와 22b)의 휨가능 종단부의 휨이 양의 x 방향을 따라 수행되도록 구동될 수 있다. 또한, 가변형 소자(22c와 22d)의 구동은 제각기의 휨가능 종단부의 휨이 음의 x 방향을 따라 수행되도록 야기할 수 있다. 이것은 플레이트 소자(62a,63b)가 구동 동안 서로를 향해 이동하게 할 수 있으며 그에 따라 플레이트 소자의 이동에 기초하여 서브 공동(42a)은 크기가 감소된다. 이와 달리 또는 추가적으로, 공동(42a) 내의 음의 압력은 플레이트 소자(62a,62b)가 서로를 향해 이동하게 하여 가변형 소자(22a-d)의 변형이 얻어진다. 이와 달리 또는 추가적으로, 하나 또는 몇몇 가변형 소자(22a-d)는 전기적으로 수동으로 구현됨을 알 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 몇몇 플레이트 소자(62a-c)에 전위가 인가될 수 있고, 그에 따라 플레이트 소자(62a,62b)의 전위에 기초하여, 플레이트 소자(62a,62b) 사이에 인력 또는 반발력이 획득되어 플레이트 소자(62a,62b)의 이동 및 따라서 가변형 소자(22a-d)의 변형이 야기된다. 이와 달리 또는 추가적으로, 가변형 소자(22c-f) 및/또는 플레이트 소자(62b,62c)는 가변형 소자(22c-f)의 변형 및 서브 공동(38a)의 체적의 변화를 얻기 위해 동시에 또는 시간을 두고 구동될 수 있다.
다시 말해, 도 5는 도 2a-c에 도시된 구성의 변형예를 도시하는데, 이 변형예에서, 각 챔버(공동(42a,38a))를 좁히거나 확장시키기 위해 제각기의 4개의 벤딩 바(bending bar)(22a-d 및 22c-f)가 사용된다. 이것은 각각 2개의 벤딩 바(가변형 소자)에 기초하여 도 2a-c와 연계하여 설명된다. 도 5는 구동되지 않은 상태를 나타낸다. 이 경우, 구동된 상태와 구동되지 않은 상태는 상호 교환가능하다. 따라서, 각각의 구동가능 가변형 소자는 일반적으로 신호가 인가되지 않은 경우 변형될 수 있고, 신호에 따라 그의 변형을 바꿀 수 있으며, 그 일부는 특별한 경우로서 쭉 뻗은 (휘어지지 않은) 상태를 달성한다.
예를 들어 가변형 소자(22a와 22b, 22c와 22d)와 같은 수직으로 (예를 들어, y 방향을 따라) 마주보는 벤딩 바는 각각 소자(64a,64b)를 포함하는 벤딩가능 리지(bendable ridge)를 통해 서로 연결될 수 있다. 이러한 식으로 얻어진 리지의 중앙 영역에서, 비교적 경질의 연장부, 즉 소자(66)가 정렬될 수 있다. 다음으로, 단단하게 또는 가능한 단단하게 구현될 수 있는 플레이트 소자(62b)가 소자(66)에 정렬될 수 있다. 대응하는 신호가 인가되면, 플레이트 소자(62a-c)는 서브 공동의 체적을 축소 및/또는 증가시키기 위해 평행하게 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지도록 이동할 수 있다. 플레이트 소자가 평행하게 이동함으로써 서브 공동(42a)의 체적은 극단적인 경우 제로일 수 있는데, 이는 플레이트 소자(62a,62b)가 서로 접촉함을 의미한다. 도 2a-c와 연계하여 설명한 구성에 비해, 이러한 정렬은 MEMS 트랜듀서(20)의 체적 흐름보다 매우 큰 유체의 체적 흐름을 제공할 수 있다. 서브 공동(42a)의 체적이 줄어들면, 서브 공동(38b)의 체적은 그에 따라 또는 적어도 그에 기초하여 증가될 수 있다. 유체는 MEMS 트랜듀서(20)와 연계하여 설명되는 바와 같이 개구(26a,26b 및/또는 26c)를 통해 공급될 수 있다. 소자(64a,64b)는 스프링 소자로도 지칭될 수 있다.
가변형 소자(벤딩 바)(22a,22b)는 신호가 인가되는 경우 우측을 향해(양의 x 방향) 휘어지도록 설계될 수 있다. 가변형 소자(22c,22d)는 신호가 인가되는 경우 좌측을 향해(음의 x 방향) 휘어지도록 설계될 수 있다. 이들 타입 모두의 바(빗금친 가변형 소자)는 도 3 또는 도 4와 연계하여 설명되는 바와 같이 제1 신호가 인가되는 경우 휘어지도록, 또한 제2 신호가 인가되는 경우 반대 방향으로 휘어지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 챔버(서브 공동)를 본래의 크기로 좁히는 것 및 확장시키는 것 모두는 바의 벤딩으로 인한 기계적 복원력으로부터 독립적으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 신호는 양 및 음의 전압일 수 있다. 예를 들어, 도 3을 고려하면, 층(56,58)은 각각 활성 층일 수도 있고, 또는 추가의 활성 층이 층(56)에 정렬되되 층(58)을 바라보지 않는 측면에 정렬되고, 이 두 개의 활성 층은 일 방향 또는 다른 방향으로의 휨을 얻기 위해 서로 별개로 취급될 수 있다.
두 개의 마주보는 가변형 소자, 예를 들어 가변형 소자(22c,22d)와 이들에 연결된 플레이트 소자(62b) 사이의 체적은 벤딩 바의 이동 또는 변형이 있을 시 변동될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 소자(62)는 단단하게 구현될 수 있다. 개선된 압력 보상을 가능하게 하기 위해, 가변형 소자(22c 및/또는 22d), 및/또는 플레이트 소자(62b)를 가변형 소자(22c,22d)에 각각 연결하는 연결 소자(64,66)는 로컬 흐름 채널을 제공하도록 로컬로 얇아질 수 있고 또는 그 두께가 감소할 수 있다. 예를 들어, 이것은 추가의 구조화 또는 에칭에 의해 수행될 수 있다. 연결 소자(64a,64b,66)는 T자형으로 배치될 수 있다. 연결 소자(66)는 소자(64a,64b)에 비해 높은 강성을 가질 수 있다. 가변형 소자(22c,22d)의 변형 동안, 소자(64a,64b)는 바람직하게 제각기의 플레이트 소자의 직선 이동을 가능하게 하도록 변형될 수 있다.
이어서, 도 6a-e에 기초한 바람직한 실시예가 설명되는데, 이 실시예에서, 플레이트 소자(62a,62b)는 마주보는 제각기의 가변형 소자(22a와 22b, 22c와 22d)에 연결된다.
후속하는 설명은 각각의 사례에서 동일한 방식으로 설계된 가변형 소자와의 플레이트 소자의 연결을 언급하지만, 플레이트 소자에 대한 개개의 가변형 소자의 상이한 전기기계식 트랜듀서 및/또는 연결이 서로 다르게 구현될 수 있다. 이하의 상세한 설명은 미완성의 바람직한 추가 변형예를 설명할 것이며 독자적으로 또는 서로 연계하여 또는 다른 바람직한 실시예에서 구현될 수 있다.
도 6a는 직선 방식으로 구성된 스프링 소자(58)가 플레이트 소자(62a,62b)와 제각기의 가변형 소자(22a와 22b, 및 22c와 22d) 사이에 정렬된 구성의 개략적인 평면도를 나타낸다. 스프링 소자(68)는 가변형 소자(22a-d)의 재료 또는 플레이트 소자(62a 또는 62b)의 재료로 형성될 수 있고 및/또는 이들 소자 중 하나 또는 몇몇과 함께 필수 구성요소로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스프링 소자(68)는 플레이트 소자(62a 또는 62b)에 대해 직각을 포함할 수 있다.
도 6b는 스프링 소자(68')가 90°미만의 각도(α), 예를 들어 30°또는 40°로 가변형 소자의 가요성 종단부로부터 정렬되는 또 다른 구성을 보여준다. 이것은 도 6a의 구성에 비해 플레이트 소자(62a)에서 접촉점까지의 거리를 증가시킬 수 있으며, 이는 이동 동안 플레이트 소자(62a)의 벤딩을 감소시킬 수 있다.
도 6c는 스프링 소자(68)가 90°미만의 각도(α)로 정렬되는 구성을 보여준다. 예를 들어, 이것은 도 6a에 도시되어 있는 구성에 비해, 스프링 소자(68)의 복원력을 감소시킬 수 있다.
도 6d는 전기기계식 트랜듀서(18a)가 인접하여 정렬되는 기판(14)의 영역에 스프링 소자(72a 또는 72b)가 정렬되도록, 또는 제각기의 가변형 소자가 기판(14)에 연결되도록 도 6a의 구성을 수정한 구성을 나타낸다.
예를 들어, 스프링 소자(72a 및/또는 72b)는 각각 기판(14) 내의 리세스(공동)(74a,74b)에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 이것은 제각기의 스프링 소자(72a,72b)가 형성되도록, 기판(14)의 강성이 리세스(74a 또는 74b)로 인해 로컬로 감소가능하다는 것을 의미한다. 리세스(74a,74b)는 기판(14) 내에서 제각기의 이웃하는 변형된 소자(22a와 22c, 22b와 22d)를 넘어서 연장하는 것으로 도시되어 있지만, 리세스(74a 또는 74b)는 단지 가변형 소자에 인접하게 또는 몇몇 가변형 소자에 인접하게 정렬될 수 있다. 이와 달리, 기판(14)은 몇몇 리세스 또는 스프링 소자를 포함할 수도 있다.
다시 말해, 도 6d는 가변형 소자(바)가 고정되는, 벤딩 스프링 형태의 추가 구조물(스프링 소자(72a,72b))이 인장 응력을 추가로 감소시킬 수 있는 구성을 도시한다. 예를 들어, 이러한 벤딩 스프링 소자는 도 6e의 구성에서 도시되고 리세스(76a-d)와 연계하여 설명되어 있는 바와 같이 경질 플레이트 내에 통합될 수 있다. 바가 휘어지는 경우, 이들 소자는 S 형상 방식으로 변형될 수 있고 경질 플레이트 상에서의 인장 응력을 감소시킬 수 있다.
도 6e는 도 6d와 연계하여 설명된 구성에 비해, 플레이트 소자(62a,62b)가 스프링 소자(68)를 통해 가변형 소자에 각각 연결되는 영역에 인접한 리세스(76a-d)를 플레이트 소자(62a,62b)가 포함하는 전기기계식 트랜듀서(18a,18b)의 구성을 보여준다. 가변형 소자를 바라보지 않는 제각기의 플레이트 소자(62a,62b)의 측면과 리세스(76a-d) 사이의 거리는 이 영역에서 플레이트 소자(62a,62b) 각각의 강성에 영향을 미칠 수 있다. 리세스(76a-d)는 가변형 소자(22a-d)에 작용하는 복원력을 감소시킬 수 있다.
다시 말해, 도 6a-e는 이동가능 소자 또는 전기기계식 트랜듀서의 설계에 대한 변형예를 보여준다. 이들 변형예는 예를 들어 또는 특히 도 5에 나타낸 소자(64a 또는 64b)가 스프링 소자(68)가 되기 위해 보강재(stiffener)(66)와 병합되었다는 점에서, 도 5와 연계하여 설명한 실시예와 다르다. 도 6a에 따른 구성은 도면의 평면에 수직인 축 주위에서 플레이트 소자(62a 또는 62b)의 플라스틱 성질과 비교했을 때 더 높은 강성을 가질 수 있다. 이것은 유사하게 도 6b 및 6c에 따른 구성에 적용될 수 있다. 또한, 세 개의 구성 모두는 도 5의 구성에 비해 벤딩 바의 휨을 보다 크게 할 수 있다. 이 경우, 소자(64a 및/또는 64b)(벤더블 리지(bendable ridge))는 바의 휨이 있을 경우 인장 응력을 받을 수 있고, 이는 휨이 증가하게 될 때 가변형 소자의 바 휨에 대한 기계적 저항을 증가시킬 수 있다. 도 6a-6c에 따른 변형예에 있어서, 두 개의 가변형 소자의 기계적 연결은 매우 부드럽게(덜 뻣뻣하게) 구현될 수 있는데 그 이유는 제각기의 연결 스프링 소자(68)가 이들 소자의 대응하는 설계와 함께 현저히 낮은 기계적 저항을 나타내는 벤딩에 반응할 수 있기 때문이다.
도 5와 연계하여 설명한 연결 소자/스프링(68) 및/또는 소자/스프링(64a-b)은 곡선 또는 미앤더(meander) 형상의 모양을 포함할 수 있다. 이것은 바람직한 방향에서의 가요성을 증가시킬 수 있다. 도 6d 및 6e와 연계하여 설명한 구성은 가변형 소자의 효과적인 보강을 야기할 수 있는 인장 응력을 감소시킬 수 있다. 도 6a-e에 설명한 구성은 입력 개구 및 출력 개구(26)를 도외시한다. 이들 개구가 정렬되는 경우, 리세스 및/또는 스프링 소자는 기판 내에서 개구가 정렬되는 영역에서 생략될 수 있다. 이와 달리 또는 추가적으로, 스프링 소자(72a,72b) 및/또는 적어도 하나의 리세스에 의해 획득된 플레이트 소자(62a,62b) 중 하나, 몇몇 또는 각각은 상호 분리되고 독립적인 둘 또는 몇몇의 스프링 소자에 기초하여 구현될 수 있다.
이하에서 설명되는 도 7a-c는 가변형 소자 및 플레이트 소자의 가능한 정렬을 예시적으로 설명한다.
도 7a는 플레이트 소자(62)에 연결된 가변형 소자(40)를 보여준다. 예를 들어, 플레이트 소자(62)는 가변형 소자(40) 바로 옆에 위치할 수 있다.
도 7b는 기판(14) 사이에 고정적으로 클램핑되고 횡 방향(24)을 따라 변형되도록 구성되는 구성을 도시한다. 종단부들이 서로 연결될 수 있는 두 개의 추가 가변형 소자(40b,40c)가 가변형 소자(40)와 플레이트 소자(62) 사이에 정렬된다. 연결에 기초하여, 가변형 소자(40b,40c)는 서로를 향해 정렬되되 제각기의 가변형 소자(40b 또는 40c)의 볼록부(bulge)가 다른 가변형 소자를 가리키지 않도록 한다. 예를 들어, 가변형 소자(40a-c)는 유체의 체적 흐름에 대해 함께 구동 또는 함께 반응할 수 있는데, 예를 들어, 가변형 소자(40a-c)의 상호 구동은 액추에이터 이동 크기의 증가, 즉 플레이트 소자(62)가 휘어지는 경로의 크기 증가를 야기한다. 이것은 가변형 소자와의 상호 구동이 있을 시 가변형 소자의 액추에이터 이동을 증가시키도록 구성되는 적어도 하나의 추가 가변형 소자가 가변형 소자와 플레이트 소자 사이에 배치된다는 것을 의미한다.
도 7c는 가변형 소자(40b,40c) 사이의 체적(82)과 서브 공동(38a)과 같은 추가 서브 공동의 유체학적 결합을 가능하게 하는 중앙 영역 내의 리세스(70a 또는 70b)를 가변형 소자(40a-c)가 포함하는 전기기계식 트랜듀서(18)의 구성을 보여준다. 가변형 소자(40a,40b 및/또는 40c) 각각은 리세스(78a,78b)를 제공하기 위해 두 개의 부분으로 구현될 수 있다. 이와 달리 또는 추가적으로, 리세스(78a,78b)는 가변형 소자(40a,40b,40c) 각각의 추가 재료에 의해 두께 방향(z 방향)을 따라 에워싸여지는 리세스로서 구현될 수도 있다.
다시 말해, 도 7a는 도 4에 따른 구동된 S 형상의 벤딩 바를 갖는 구성을 도시하는데, 벤딩 바에 대한 연결부분은 경질 플레이트의 중앙 부분에 위치한다. 휨을 증가시키기 위해, 벤딩 액추에이터들이 연속적으로 여러번 (직렬로) 정렬될 수 있다. 도 7b 및 7c는 직렬로 연결된 3개의 S 액추에이터의 정렬을 개략적으로 나타낸다. 추가의 실시예에 따르면, 두 개의 S 액추에이터(가변형 소자(40)) 또는 3개보다 많은 액추에이터가 직렬로 연결될 수 있다. 도 7a-c에서 가변형 소자의 빗금이 도시되어 있는데, 예를 들어 도 4에서 선택된 빗금과 일치한다. 다른 빗금은 제각기의 부분의 상이한 곡률 방향을 나타낼 수 있다. 도 7c는 갭(공동(82)의 개선된 환기를 가능하게 하는 개구(리세스(78a,78b))를 S 형상 액추에이터의 중앙에 포함하는 구성을 도시한다.
도 7d는 전기기계식 트랜듀서의 구성을 도시하는데, 제1 가변형 소자(40a) 및 제2 가변형 소자(40b)는 y 방향을 따라 병렬로 정렬된다. 이것은 플레이트 소자(62)가 휘어지게 하는 힘의 효력의 증가를 가능하게 할 수 있다. 가변형 소자의 종단부는 서로 연결되거나 기판에 함께 정렬될 수 있다. 이와 달리, 둘 또는 몇몇의 가변형 소자(40a,40b)는 다른 방향, 예를 들어 z 방향(두께 방향)을 따라 병렬로 정렬될 수 있다. 이와 달리 또는 추가적으로, 가변형 소자의 직렬 연결 및 병렬 연결은 결합될 수 있다.
휨이 커지거나 또는 휨이 너무 커지면, 이동가능 소자는 또 다른 이동가능 소자 또는 고정된 소자와 부딪칠 수 있다. 이것은 들러붙음(sticking)을 야기할 수 있다. 바람직하게, 이동가능 소자 또는 고정된 소자는 접촉 면적을 현저히 감소시켜 들러붙음을 줄이거나 또는 피할 수 있게 해주는 스페이서 소자(볼라드(bollards))를 제공받을 수 있다. 그와 같은 볼라드 대신에, 스프링 소자로서 구성된 작은 구조물이 정렬될 수 있다. 들러붙음을 피하는 것 외에, 부딪히는 두 소자의 충격은 역전되어, 에너지 손실이 줄어들거나 회피되며, 또는 액추에이터의 동적 성능이 개선될 수 있다.
도 8a는 MEMS 트랜듀서(80)의 개략적인 투시도를 나타내는데, 가변형 소자는 기판에 및/또는 중간 층(36)에 및/또는 기판에 연결된 앵커 소자(84)에 교번하는 방식으로 연결된다. 예를 들어, 가변형 소자(40)와 연계하여 예시적으로 설명하는 바와 같이, 가변형 소자(22a)는 중간 층(36)의 영역(46,48)의 종단부에서 기판에 고정적으로 연결되고 S 형상 이동을 구현하도록 구성된다. 인접하게 정렬된 가변형 소자(22b)는 앵커 소자(84)에 연결된다. 앵커 소자(84)는 가변형 소자(22b)의 중앙 영역에 정렬되고 스페이서 층(34a) 또는 이를 구비한 층(32a)에 연결될 수 있다. 이것은 기판이 앵커 소자를 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
가변형 소자(22a 또는 22b)의 이동가능 종단부에 인접하게 정렬된 중간 층(36)의 측벽은 가변형 소자(22a,22b) 각각의 이동 형상에 기초하는 형상을 가질 수 있다.
도 8b는 MEMS 트랜듀서(80)의 개략적인 평면도를 도시하는데, 스페이서 층(34b) 및 층(32b)은 예시적으로 도시되어 있지는 않다. MEMS(80)는 개구(26)의 영역에 바 소자(44)를 포함한다. 영역(48)은 스프링 소자(72a-c)를 포함할 수 있다. 영역(48)은 중간 층(36)의 평면도로서 예시적으로 도시되어 있다.
앵커 소자(84)는 필수적으로 가변형 소자(22b) 및/또는 기판의 층과 함께 형상이 주어질 수 있다. 그러나, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 앵커 소자(84)는 층(32a,32b)을 서로 연결하기 위해 z 방향을 따라 가변형 소자(22b) 너머서까지 연장할 수 있다. 이것은 층(32a,32b)의 진동 민감성을 감소시킬 수 있다. 이와 달리, 앵커 소자(84)는 기계적 가변형 소자(22b)로서 또 다른 부분 및/또는 또 다른 재료로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 이것에 인접하게 정렬된 가변형 소자(22a)는 영역(48 또는 46) 내의 두 개의 측면 상에서 예를 들어 형태에 맞는 또는 힘에 맞는 방식으로 기판에 고정적으로 연결된다.
예를 들어, 바 소자(44) 간의 거리(85)는 1㎛ 미만, 0.1㎛ 미만 또는 0.05㎛ 미만일 수 있다.
앵커 소자(84)는 가변형 소자(22b)의 중앙 영역에 정렬될 수 있다. 예를 들어, 중앙 영역은 가변형 소자의 지리적 중앙을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중앙 영역은 가변형 소자(40)의 바 부분(30b)일 수 있다.
도 8c는 휘어진 상태를 갖는 MEMS 트랜듀서(80)의 개략적인 투시도를 나타낸다. 가변형 소자(22b)의 바깥 영역은 가변형 소자(22a)를 향하는 방향으로 이동될 수 있지만, 가변형 소자(22a)의 바깥 종단부의 위치는 본질적으로 변경되지 않은 채로 유지된다. 가변형 소자(22a)의 중앙 영역은 가변형 소자(22b)의 방향으로 이동될 수 있지만, 가변형 소자(22b)의 중앙 영역의 위치는 본질적으로 앵커 소자(84)에 기초하여 변경되지 않은 채로 유지된다.
도 8d는 도 8c에서 설명된 바와 같은 휜 상태(deflected state)의 MEMS 트랜스듀서(80)의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 8b의 도면과 비교하여, 공동(42)의 체적은 감소되지만, 서브 공동(38)의 체적은 증가된다. 스프링 소자(72a)는 가변형 소자(22a)로 감소된 힘 입력을 유도할 수 있지만, 배치될 수는 없다. 기판의 개구부(26)에 인접한 제1 서브 공동(42)은 제1 전기기계식 트랜스듀서의 바 구조(bar structure)와 제2 전기기계식 트랜스듀서의 바 구조 사이에 또는 액추에이터(22a와 22b) 사이에 배치될 수 있다.
즉, 도 8a 및 도 8b는 MEMS 트랜스듀서의 칩 표면이 매우 효율적으로 사용가능한 개략적인 3D 도면 또는 변형예의 평면도를 도시한다. 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 설명된 바와 같은 기본 구성에서와 같이, 벤딩 액추에이터(bending actuators)가 배타적으로 또는 주로 사용될 수 있으며, 즉, 추가의 경질 플레이트 소자는 생략될 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 챔버(42)는 2개의 휘지 않은 S-액추에이터(22a, 22b)에 의해 한정된다. 좌측(음의 x 방향)에서 한정하는 S-액추에이터(22a)는 도면의 상부 또는 하부(즉, 양 또는 음의 y 방향을 따라) 상의 단부를 이용하여 나머지 디바이스에 연결될 수 있다. 우측에서 한정하는 S-액추에이터(22b)는 포스트(앵커 소자)(84)에 고정될 수 있다. 이러한 S-액추에이터의 양단은 자유롭게 움직일 수 있다. 포스트(84)는 상부 및 하부 캡(32a, 32b)에 각각 고정되어 연결될 수 있다. 신호가 인가되면 두 액추에이터 모두 S 자 형태로 구부러진다. 리세스에 의해 영향을 받는 도 8a에 도시된 스프링 소자(72a)는 인장 응력을 해소하는 역할을 할 수 있다. 스프링 소자는 도 8b의 도면 평면에서 소자(48)의 횡 이동 방향(24)을 따라 배치되어 스프링 소자(72a)가 횡 이동 방향(24)을 따라 고정되어 클램핑된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스프링 소자(72a)는 스페이서 층(34a, 34b)에 기초하여 고정된 연결부를 포함할 수 있고 클램핑될 수도 있다. 대안적으로, 스페이서 층(34a, 34b)은 스프링 소자(72a)가 스페이서 층(34a 및/또는 34b)에 대한 접촉부를 갖지 않도록 구성될 수 있으며, 따라서 더 높은 가요성을 가질 수 있다.
도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, S-액추에이터(22a)의 불룩한 모양의 곡률은 포스트(84)를 향해 이동될 수 있어서, S-액추에이터(22a)의 중심이 S-액추에이터(22b)의 중심에 거의 접할 수 있다. 동시에, S-액추에이터(22b)의 자유 단부는 S-액추에이터(22a)의 고정된 클램핑을 향해 이동하여 S-액추에이터(22a)의 고정된 클램핑에 거의 접한다. 2개의 S-액추에이터의 작동 형태는 대략 동일하거나 같을 수 있어서, 액추에이터의 충분한 휨에 의해 챔버(42)가 실질적으로 또는 거의 완전히 폐쇄될 수 있다. 따라서, 챔버(42)의 원래 체적은 체적 흐름의 생성 또는 그의 검출을 위해 전체적으로 사용될 수 있다. 챔버(42)가 체적을 잃는 것과 동일한 정도로, 챔버(38)는 체적을 얻을 수 있어서, 흐름에 영향을 주는 소자가 충분히 큰 경우에, 동적 효과(dynamic effects)로 인해 발생하는 챔버(38 및 42) 사이의 너무 큰 압력차가 액추에이터의 움직임에 영향을 미치는 것을 피할 수 있다. 소자(46 및 48)는 액추에이터(22b)의 자유 단부까지의 거리가 단부의 휨과 독립적으로 작고/작거나 거의 일정하게 유지되도록 실시될 수 있다. 액추에이터(22a)의 긴장(strain)을 완화하기 위해, 벤딩 스프링 소자(72a)가 전술한 바와 같이 배치될 수 있다.
전술한 실시예는 새로 생성된 흐름 채널(emerging flow channels)에 배치된 또 추가적인 액추에이터를 포함할 수 있다. 추가적인 액추에이터는, 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서(18)에 의해 가능할 수 있는 바와 같이, 사운드를 직접 발생시키는 역할을 하지 않을 수 있지만, 흐름 특성을 가변적으로 설정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 액추에이터를 사용하여, 공진 곡선의 감쇠 및 그에 따른 공진 곡선의 폭이 디바이스(MEMS 트랜스듀서)의 동작 중에 요건에 따라 개별적으로 그리고 유연하게 각 챔버에 대해 구성될 수 있다.
초기에 언급된 추정에서, 종래 기술에 따른 멤브레인 라우드스피커에 대한 활성 영역 당 체적 변화(ΔV/A)는 3.75 ㎛로 추정되었다. 하기에서 논의되는 바와 같이, 활성 영역에 대한 추정치(ΔV/A)를 얻기 위해 마이크로 공학(microtechnology)에 대한 적절한 치수에 기초하여 도 8a 내지 도 8c에 도시된 MEMS 트랜스듀서에 대해 다시 추정될 수 있다. 이를 위해, 액추에이터의 폭(도 8a의 x-방향)은 5㎛의 값으로 가정될 수 있다. 포스트(84)의 폭 또한 5㎛의 값을 포함할 수 있다. (예를 들어, 도 8a 및 도 8b의 휘지 않은 상태에 있는) 챔버(38)의 측벽을 형성하는 액추에이터의 거리는 10㎛로 가정될 수 있다. (도 8a 및 도 8b의 휘지 않은 상태에 있는) 챔버(42)의 측벽을 형성하는 액추에이터의 거리는 100㎛로 가정될 수 있다. 활성 영역의 어떤 비율이 체적 흐름의 생성에 사용될 수 있는지를 나타내는 평면 파일링 인자(Fp)는 Fp = 100/(5 + 100 + 5 + 10) = 83 %가 될 수있다.
ΔV/A는 다음과 같이 표현될 수 있다 : ΔV/A = A × Fph / A = Fph.
상기의 등식에서, h는 챔버의 높이(예를 들어, 도 8a의 z-방향)를 나타낼 수 있다. 간단히 말해서 액추에이터 높이만을 가정할 수 있다. 스페이서 층(34a, 34b)의 두께는 무시될 수 있다. 멤브레인 라우드스피커에 대해 전술한 3.75 ㎛와 비교하여, 단지 3.75 ㎛/Fp(즉, 4.5 ㎛)에 불과한 액추에이터의 높이가 동일한 활성 영역 당 체적 흐름을 제공하기에 충분하다는 것을 알 수 있다. 미세 기계 공학(micromechanical technology)으로 쉽게 제조할 수 있는 약 50㎛의 액추에이터 두께(h)를 갖는 값은 MEMS 멤브레인 라우드스피커보다 10배 이상 클 수 있다.
경질 플레이트(rigid plates) 없이 실시되는 MEMS 트랜스듀서(80)에 따른 실시예에서, 플레이트 소자 및 가변형 소자와 플레이트 소자 사이에 추가적인 가변형 소자를 포함하는 변형예보다 상당히 감소된 개수의 기계 소자 및 기계적 연결부를 갖기 때문에 실질적으로 더 용이한 방식으로 기생 진동이 처리되거나 감소될 수 있다. 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같은 직렬로 연결된 액추에이터의 연결부는 더 큰 스트로크(strokes) 또는 더 큰 힘을 달성하게 하는 역할을 할 수 있다.
도 9는 스택(90)의 개략적인 투시도를 도시한다. 스택(90)은 스택(90) 내에 배치되고 스택(90)에 배치된 다른 MEMS 트랜스듀서(80b, 80c)에 연결된 MEMS 트랜스듀서(80a)를 포함한다. MEMS 트랜스듀서(80a) 및 다른 MEMS 트랜스듀서(80b 및/또는 80c)의 전기기계식 트랜스듀서가 함께 구동될 수 있다. 이는 칩 표면이 동일하게 유지되는 경우에 생성되거나 감지될 수 있는 체적 흐름이 증가한다는 것을 의미한다. 스택(90)은 MEMS 트랜스듀서(80a, 80b 및 80c)를 포함하도록 설명되지만, 대안적으로 또는 부가적으로 다른 MEMS 트랜스듀서(10, 20 및/또는 50)가 배치될 수도 있다. 스택(90)은 3개의 MEMS 트랜스듀서를 포함하는 것으로 설명되었지만, 스택(90)은 2, 4, 5, 6 개 또는 그 이상의 MEMS 트랜스듀서와 같은 다른 개수의 MEMS 트랜스듀서를 포함할 수도 있다. 스택(90)에 배치된 MEMS 트랜스듀서 또는 이웃하는 MEMS 트랜스듀서의 공동 또는 서브 공동은 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 공동 또는 서브 공동은 개개의 MEMS 트랜스듀서 사이의 층 내의 개구부를 통해 연결될 수 있다.
다시 말해, 디스크 또는 칩(MEMS 트랜스듀서)은 실리콘 기술에 기초하여, 예를 들어, 본딩 방법(bonding methods)에 의해 적층될 수 있어서, 이러한 경우에, 기존의 멤브레인 라우드스피커와 대조적으로 체적 흐름이 추가적으로 증가할 수 있다. 적층 전에 개별 디스크 또는 칩을 얇게 하는 기술을 사용하는 경우, 스택 높이가 낮게 유지될 수 있다. 예를 들어, 이러한 기술은 에칭 공정 및/또는 그라인딩 공정을 포함할 수 있다.
서로 인접하여 배치되는 층(32a 및/또는 32b)의 층 두께를 감소시키는 것은 이러한 층들 중 하나 또는 둘 다가 제거되는 정도까지 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 소정의 하부 또는 상부 캡(cap)(각각 층(32a 및 32b))이 생략되도록 스택 높이를 감소시키기 위한 제조 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 스택(90)은 MEMS 트랜스듀서(80b 및/또는 80c)가 층(32b)이 없이 실시되도록 형성될 수 있다.
도 10은 가변형 소자(22a 내지 22d)가 기판(14)의 측면 사이에 배치되는 MEMS 트랜스듀서(100)의 단면의 개략적인 투시 평면도를 도시한다. 가변형 소자(22a 및 22b)는 앵커 소자(84a)를 통해 간접적으로 연결된다. 이는 가변형 소자(22a, 22b)의 단부가 기판에, 가능하게는 앵커 소자(84a)를 사용하여 고정되어 연결되고, 따라서 (고정되어) 클램핑됨을 의미한다. 이는 가변형 소자(22a-d) 또는 다른 실시예에 따른 다른 가변형 소자가 바 구조를 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 바 구조는 제1 및 제2 단부에서 고정되어 클램핑될 수 있다. 가변형 소자(22a-d)의 단부 또는 바 구조의 클램핑은 (예를 들어, 층 장력 구배(layer tensions gradients)에 기인하여) 가변형 소자의 사전 휨을 감소시키거나 상당히 감소시킬 수 있다. 따라서, 캡과 액추에이터 사이의 슬릿(slit)은 훨씬 더 작을 수 있으며, 이는 일부 애플리케이션에 대해 효율면에서 상당한 이점을 갖는다.
예를 들어, 가변형 소자(22a-d)는 두 측면에 고정되어 클램핑된다. 고정된 클램핑은 각각 기판(14) 및/또는 앵커 소자(84a 및 84b)에 가변형 소자(22a 및 / 또는 22b)를 배치 또는 생성함으로써 획득될 수 있다. 점선(88)은 가변형 소자(22a-d)의 휘지 않은 상태를 나타내며, 실선(92)은 휜 형태를 나타낸다. 기판(14)의 형태 또는 소자(94a, 94b)가 y 방향을 따라 가변형 소자(22a-d)의 위치 설정을 가능하게 할 수 있다. 쌍으로 된 전기기계식 트랜스듀서(18a-c)의 위치는 소자(94a 및 94b)에 기초하여 변위될 수 있다. 인접하여/인접하거나 쌍으로 배치된 전기기계식 트랜스듀서(18a 및 18b)는 서로 대향하는 방향으로 변형될 수 있다.
가변형 소자(22a) 및 가능하게는 대향하는 가변형 소자(22c)는 변형에 기초하여 서브 공동 부분(96a)에 영향을 주도록, 즉 크기를 증가 또는 감소시키거나 또는 체적 흐름에 기초하여 서브 공동 부분(96a)에서 변형을 실행하도록 구성될 수 있다. 가변형 소자(22b) 및 가능하게는 대향하여 배치된 가변형 소자(22d)는 서브 공동 부분(96b)에 영향을 주도록 구성될 수 있다. 서브 공동 부분(96a, 96b)은, 예를 들어, 앵커 소자(84a, 84b)의 영역에서 서로 연결될 수 있다. 가변형 소자(22a-22d)의 변형은 가변형 소자(22a 및 22c와 22b 및 22d)가 각각 서로 상이한 주파수로 변형되도록, 즉 서브 공동 부분(96a)의 체적 변화가 서브 공동 부분(96b)의 체적이 변화하는 주파수와 상이한 주파수로 발생할 수 있도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, MEMS 트랜스듀서가 라우드스피커로 사용되는 경우, 주파수가 상이한 체적 변화에 기초하여 서브 공동 부분에서 상이한 주파수를 얻을 수 있다. MEMS 트랜스듀서(100)가 마이크로폰으로 사용되는 경우, 서브 공동 부분(96a, 96b)은 서로 상이한 공진 주파수를 포함할 수 있다. 대안적으로, MEMS 트랜스듀서(100)가, 예를 들어, 추가적인 주파수 또는 추가적인 공진 주파수를 생성할 수 있도록, 추가적인 서브 공동 부분 및 추가적인 가변형 소자가 y 방향을 따라 배치될 수 있다.
대안적으로, 가변형 소자(22a, 22b) 또는 가변형 소자(22c, 22d)는 서로 직접 연결될 수도 있다. 예를 들어, 앵커 소자는 가변형 소자(22a-d)의 변형에 영향을 미치기 위해 하나 이상의 가변형 소자(22a-d)의 중심 영역에 배치될 수 있다. 이는 가변형 소자(22a, 22b)가 서로 직접 연결될 수 있음을 의미한다. 대안적으로, 스프링 소자 또는 다른 소자가 또한 가변형 소자(22a 및 22b) 사이에 배치될 수 있다.
MEMS 트랜스듀서(100)는, 제1 시간 간격에서 체적 흐름(12)이 개구부(26)로부터 양의 y 방향으로 획득되고, 이어서 제2 시간 간격에서 체적 흐름(12)이 개구부(26)로부터 음의 y 방향으로 획득되도록 실시될 수 있다.
다시 말해서, 도 10은 가능한 경우에 배타적으로 S 자형 액추에이터가 배치 된 구성을 도시한다. 원리를 강조하기 위해, S 자형 액추에이터는 도면에서 작동 되고(실선 92) 작동되지 않는(점선 88) 것으로 도시될 수 있다. 작동 상태와 비작동 상태는 작동 상태와 비작동 상태를 그에 맞게 설계함으로써 교환가능할 수 있다. S 자형 액추에이터(가변형 소자(22a-d))는 각각 하나의 (상부) 단부 및 다른 (하부) 단부에 클램핑될 수 있다. 이를 위해 앵커 소자(84a-b)가 사용될 수 있다. 앵커 소자(84a-b)는 층(34a, 36 및 34b)으로 형성될 수 있고 층(32a 및/또는 32b)과 연결될 수 있다. S 자형 액추에이터의 자유 단부와 소자(94a 또는 94b) 사이의 거리는 본 구성에 기초하여 생략될 수 있다. 이로 인해 환류 손실(circumflow losses)이 줄어들 수 있다. 베이스 기판은 그로부터 액추에이터가 제조될 수 있도록 처리될 수 있으며, 베이스 기판은 층 장력 구배를 포함할 수 있거나 액추에이터를 제조하는 동안 층 장력 구배가 도입될 수 있다. 이로부터 유도된 가변형 소자의 휨은 앵커 소자(84a 및/또는 84b)의 배치에 기초하여 감소되거나 방지될 수 있다. 특히, 가변형 소자의 양측에서의 서스펜션(suspension)은 층들(32a 또는 32b) 중 하나의 방향으로의 가변형 소자의 휨을 감소 또는 방지할 수 있다. 따라서, 스페이서 층(34a 및/또는 34b)은 더 얇을 수 있으며, 이에 따라 흐름 손실이 감소될 수 있다. 각 챔버(서브 공동 부분(96a 또는 96b))는 2개의 S 자형 액추에이터에 의해 한정될 수 있다. 도 10의 예시에서, 2개의 챔버가 직렬로 연결될 수 있다. 직렬로 연결된 챔버의 수는 음향 특성, 특히 S 자형 액추에이터 또는 액추에이터-챔버 시스템의 공진 주파수를 고려하여 칩 상에 제공된 영역에 기초하여 선택될 수 있으며, 1 내지 더 큰 수일 수 있으며, 예컨대, 4 이상, 6 이상 또는 11 이상의 개수일 수 있다.
소자(94a 및 94b)는 선택적으로 배치될 수 있고, 즉, MEMS 트랜스듀서(100)는 이러한 소자 없이도 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서 및/또는 가변형 소자의 특별한 설계 또는 구동으로 인해, 액추에이터의 대응하는 부분이 휘지 않는다면, 소자(94a 또는 94b)에 의해 기판(14)으로부터 이격되는 것은 생략될 수 있다. 다중 S 액추에이터(웨이브형 액추에이터)가 실시될 수 있다. 특히, 바(가변형 소자)의 공진 주파수가 증가하는 길이로 감소할 수 있기 때문에, 이러한 배치에 기초하여 낮은 공진 주파수를 얻는 것이 가능하다.
도 11a는 MEMS 트랜스듀서(110)의 단면의 개략적인 평면도를 도시하며, 도 10의 구성과 비교하여 전기기계식 트랜스듀서(18a-b)는 기판(14)의 측 방향, 예컨대, x-방향에 대해 비스듬히 배치된다. 전기기계식 트랜스듀서(18a-b)는 MEMS 트랜스듀서(100)와 비교하여 y 방향으로 연장되어, 더 긴 축 방향 연장부(axial extension)를 포함한다. 이로써 직렬로 연결된 더 큰 서브 공동 부분(96a 및/또는 96b) 및/또는 더 많은 수의 서브 공동 부분 또는 가변형 소자가 가능해질 수 있다.
가변형 소자의 외부 바 부분(30a)는 앵커 소자(84)를 통해 추가적인 가변형 소자의 외부 바 부분(30c)에 간접적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 바 부분(30a 및 30c)은 서로 직접 연결될 수도 있다.
다시 말해서, 도 11a는 도 10에 논의된 바와 비교하여 활성 영역이 45°만큼 회전되고, 이용가능한 칩 표면이 가능한 한 더 많이 사용될 수 있는 다른 실시예를 도시한다. 바람직하게는 칩 에지 표면에 수직으로, 즉 y 방향을 따라 양 또는 음의 방향으로 사운드가 방출될 수 있도록 깔대기 형 개구부(26)가 설계될 수 있다.
전술한 가변형 소자의 각각은 또한 복수의 상호연결된 가변형 소자로서 형성 될 수 있다.
도 11b는, 예를 들어, 펌프로서 사용 가능한 MEMS 트랜스듀서(110')의 단면의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 11a의 MEMS 트랜스듀서(110)와 비교하여, 서브 공동 부분(96a 및 96b)은 2개의 개구부(26a 및 26b)를 통해 MEMS 트랜스듀서(110')의 주변 영역에 연결될 수 있다. 서브 공동 부분(96a 및 96b)은 개구부(26a)를 통해 MEMS 트랜스듀서(110')의 제1 측면(97a)에 그리고 개구부(26b)를 통해 MEMS 트랜스듀서(110')의 제2 측면(97b)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 측면(97a)과 제2 측면(97b)은 서로 대향하여 배치될 수 있다. 대안적으로, 측면(97a, 97b)은 또한 서로를 향한 각도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측면(97a 또는 97b) 중 하나는 MEMS 트랜스듀서(110')의 측면을 포함할 수 있고 다른 측면(97b 또는 97a)은 MEMS 트랜스듀서(110')의 주 측면(예를 들어, 상부 또는 하부 측면)을 포함할 수 있다.
가변형 소자(22a-d)의 변형에 기초하여 MEMS 트랜스듀서(110')를 통해 유체 흐름이 제1 측면(97a)에서 제2 측면(97b)으로 또는 역으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 가변형 소자(22a, 22c)는 제1 시간 간격으로 변형될 수 있고, 서브 공동 부분(96a)의 체적은 감소될 수 있다. 제2 시간 간격으로, 서브 공동 부분(96b)의 체적은 감소될 수 있다. 체적의 감소 또는 증가의 순서에 기초하여 체적 흐름(12)의 방향이 영향을 받을 수 있다. 대안적으로, 몇몇 서브 공동 부분이 연속적으로 배치될 수 있거나 하나의 서브 공동 부분이 단독으로 배치될 수 있다.
간단히 말해, 펌프의 기능은 MEMS 트랜스듀서를 통한 흐름 원리에 따라 라우드스피커와 유사하게 왕복하는 방식 대신에 체적 흐름(12)을 발생시킴으로써 획득될 수 있다. MEMS 트랜스듀서의 입구 측 및 출구 측은 서로 대향하여 배치될 수 있지만, 대안적으로 서로에 대해 각도를 포함하거나 동일한 위치에서 서로 로컬로(locally) 또는 유동적으로(fluidically) 이격될 수 있다. 서브 공동 부분(96a, 96b)을 포함하는 공동은 기판에 개구부(26a, 26b)를 포함할 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서(18a 또는 18b) 중 적어도 하나는 유체에 기초하여 체적 흐름(12)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서(18a 또는 18b) 중 적어도 하나는 전기기계식 트랜스듀서의 작동에 기초하여 공동을 향해 제1 개구부(26a)를 통해 유체를 운반하거나, 작동에 기초하여 제2 개구부(26b)를 통해 유체를 공동으로부터 멀어지는 방향으로 운반하도록 구성될 수 있으며, 그 역으로도 구성될 수 있다.
펌프 기능이 MEMS 트랜스듀서(110')와 관련하여 설명되었지만, 본 명세서에 설명된 다른 실시예는, 예를 들어, 공동, 서브 공동 또는 적어도 서브 공동 부분의 개구부의 배치를 조정함으로써 펌프 또는 마이크로 펌프로서 사용될 수 있다.
가변형 소자(22a, 22e)가 동시에 휘는 경우, 변형 또는 휨을 상쇄시키는 음의 압력(대안적으로 양의 압력)이 그 사이에 체적을 위치시킬 수 있다. 체적은 층(32a 및/또는 32b)에 개구부를 포함할 수 있어서, 체적에서 압력 보상이 가능해진다. 이로써 MEMS 트랜스듀서(110')의 효율적인 동작이 가능해진다.
도 12a는, 예를 들어, MEMS 펌프로서 사용될 수 있는 제1 상태의 MEMS 트랜스듀서(120)의 개략도를 도시한다. 예를 들어, MEMS 트랜스듀서(120)는 바 구조를 포함하고 기판(14)에 클램핑되거나 고정되어 클램핑되는 2개의 가변형 소자(22a, 22b)를 포함한다. 대안적으로, MEMS 트랜스듀서(120)는 또한 하나의 가변형 소자 또는 3 개 이상의 가변형 소자로 실시될 수 있다.
도 12b는 제2 상태의 MEMS 트랜스듀서(120)를 도시한다. 도 12a에 도시된 바와 같은 제1 상태로부터 시작하여, 제2 상태는 적어도 하나의 가변형 소자(22a 및/또는 22b)의 변형에 기초하여 획득될 수 있다. 제2 상태로부터 시작하여, 제1 상태는 하나 또는 여러 개의 가변형 소자의 복원에 기초하여 획득될 수 있다. 예를 들어, 제1 상태와 비교하면, 서브 공동(38)은 제2 상태에서 가변형 소자(22a, 22b) 사이에서 커진다. 제1 상태에서 제2 상태로의 전이 동안에, 음의 압력이 서브 공동(38)에서 발생할 수 있다. 제2 상태에서 제1 상태로의 전이 동안에, 음의 압력이 서브 공동(38)에서 발생할 수 있다.
서브 공동(38)의 체적에 각각 상보적으로 체적이 감소되고 증가될 수 있는 서브 공동(42a, 42b)이 가변형 소자(22a, 22b)와 기판 (14) 사이에 각각 배치되며, 여기서 양의 압력 및 음의 압력이 각각 가변형 소자의 변형에 기초하여 서브 공동(38)에 상보적으로 획득될 수 있다.
밸브 구조(85a-f)가 각각의 개구부(26)의 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 밸브 구조(85a-f)는 기판(14)의 재료로 형성될 수 있다. 밸브 구조는 기판(14)의 하나 또는 여러 개의 층으로 통합되어(integrally) 형성될 수 있으며, 예를 들어, 에칭 공정에 의해 생성될 수 있다.
밸브 구조는 적어도 하나의 방향을 따라 개구부(26)를 통한 체적 흐름(12)의 통과(passage)를 억제, 즉 감소 또는 저해하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 밸브 구조(85b, 85d 및 85f)는 각각의 서브 공동으로부터의 유체의 배출을 감소시키거나 저해하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 밸브 구조(85a, 85c 및 85e)는 각각의 서브 공동으로의 유체의 유입을 감소시키거나 저해하도록 구성될 수 있다. 하나 또는 여러 개의 밸브 구조(85a-f)는, 예를 들어, 한쪽면에서 클램핑된 벤딩 바 구조로서 또는 혀 구조(tongue structure)로서 수동적으로 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 또는 여러 개의 밸브 구조(85a-85f)는, 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서 또는 가변형 소자로서 능동적으로 구성될 수 있다. 간단히 말해, 밸브 구조(85a-f)는 MEMS 트랜스듀서의 다른 액추에이터(전기기계식 트랜스듀서)와 같이 작동될 수 있다.
예를 들어, 밸브 구조(85d)는 서브 공동(38) 내의 음의 압력에 기초하여 체적 흐름(12)이 서브 공동(38) 내로 흐를 수 있도록 구성될 수 있는 반면, 밸브 구조(85c)는 서브 공동(38)으로의 체적 흐름(12)의 유입을 동시에 감소하거나 저해하도록 구성될 수 있다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 서브 공동(38)에서 양의 압력이 발생하는 경우, 밸브 구조(85c)는 양의 압력에 기초하여 체적 흐름(12)이 서브 공동(38)의 밖으로 흐를 수 있도록 구성될 수 있는 반면, 밸브 구조(85d)는 서브 공동(38)으로부터 체적 흐름(12) 배출을 동시에 감소하거나 저해하도록 구성될 수 있다.
밸브 구조(85a 및 85b와 85e 및 85f)의 기능은 각각 서브 공동(42a 및 42b)에 대해 동일하거나 유사할 수 있다. 밸브 구조(85a-f)는 또한 체크 밸브로 지칭될 수 있으며, 예를 들어, 체적 흐름(12)을 바람직한 방향으로 조정할 수 있다.
MEMS 트랜스듀서는, 예를 들어, 체적 흐름이 동일한 방향(양의 y 방향)을 따라 그리고 제1 및 제2 상태 사이의 전이가 일어나는 상이한 시간 간격 동안에 서브 공동(38, 42a 및 42b)의 외부로 흐르는 것으로 설명되었지만, 밸브 구조는 또한 체적 흐름이 다른 방향, 예를 들어, 음의 y 방향을 따라 적어도 하나의 서브 공동(38, 42a 또는 42b)의 외부로 흐르도록 배치될 수도 있다.
밸브 구조(85a-f)가 각 개구부(26)에 배치되도록 MEMS 트랜스듀서가 기술되었지만, 대안적으로 밸브 구조는 일부 개구부(26)에는 배치되지 않거나 일부 개구부(26)에만 배치될 수 있다.
밸브 구조는 체크 밸브로서의 기능을 위해 수동적으로 구성될 수 있지만, 밸브 구조는 또한 능동적으로 형성될 수 있어서 구동될 수 있고 구동에 기초하여 액추에이터로서의 밸브의 개방 또는 폐쇄 상태를 제공할 수 있다. 특히, 서브 공동과 각각 관련된 2개의 밸브 구조(85a 및 85b, 85c 및 85d 또는 85e 및 85f)는 압력 펄스가, 예를 들어, MEMS 트랜스듀서에 연결된 제어 수단에 의해 유체 흐름(12)에서 발생하도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서(18)의 작동은 서브 공동(42a, 42b) 내부의 유체에 양의 압력 또는 음의 압력이 발생한 후에만 밸브 구조(85a-f)의 개구부가 구동되도록 발생할 수 있다.
다시 말해, 그러한 압력 펄스를 이용하여, 저주파 음파의 근사 재생(approximate reproduction) 또한 짧은 압력 펄스에 의해 달성될 수 있다. 이는 일련의 연속적으로 배치된 여러 챔버에 의해 거의 연속적인 방식으로 발생할 수 있다. 유사하게, 서로 옆에 평행하게 배치된 챔버에서도 가능하다. 도 12a는 각각의 챔버가 능동적으로 형성될 수 있는 각 밸브의 상부 측면 및 하부 측면 상에 제공되는 비작동 상태의 예시를 도시한다. 각 밸브는 개별적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 또한, 부분 개폐도 가능할 수 있다. 밸브 바(valve bars)는 가동 측벽, 즉 가변형 소자와 동일한 방식으로 설계되거나 동작될 수 있다. 따라서, 동일하거나 유사한 액추에이터 원리에 기초할 수 있다. 이러한 경우에, 밸브 벤딩 바가 또한 양 방향으로 움직일 수 있거나 유체 흐름 시에 (벤딩 액추에이터 밸브에 의해 적용되는 대응하는 대항력(counter-force)에 의해) 개구부(이동에 필요한 아주 작은 슬릿 이외의)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 이러한 구조로, 각 챔버에 대해 개별적으로 방향 또는 양/음의 압력에 대한 유체 흐름을 제어하기 위한 완전한 유연성이 제공된다. 유체 흐름의 방향이 명확하면, 밸브 바의 스톱(stop)이 사용될 수도 있다("체크 밸브").
다시 말해, 2개의 외측 챔버(서브 공동(42a, 42b))가 압축되는 동안, 어두운 색으로 표시된 2개의 액추에이터(가변형 소자(22a, 22b))에 의해 중앙 챔버(서브 공동(38))가 제1 상태에서 확장될 수 있다. 제1 챔버는 체크 밸브(85d)를 통해 하부 영역의 유체로 채워진다. 체크 밸브(85d)는 체크 밸브(85a 또는 85e)를 통해 상부 영역으로 유체를 밀어낸다. 제2 상태에서, 중앙 챔버는 압축된다. 유체가 상부 영역으로 밀어내진다. 외부 챔버는 하부 영역으로부터의 유체로 채워진다.
도 13은 가변형 소자들(22a 및/또는 22b)의 횡 연장 방향(98)을 따라 연결된 제1 가변형 소자(22a) 및 제2 가변형 소자(22b)에 관한 개략도이다. 스프링 소자(102)는 제1 가변형 소자(22a) 및 제2 가변형 소자(22b) 사이에 배치된다. 스프링 소자(102)는 가변형 소자들(22a 및 22b) 내에 감소한 기계적으로 유도되는 복원력을 야기할 수 있다. 예를 들어, 스프링 소자(102)는 방향(98)에 직교하는 방향(98')에서 저 강성률을 갖고, 공간 내 방향들(98 및 98')에 직교하도록 배치될 수 있는 방향(98")을 따라 고 강성률을 가질 수 있다. 예를 들어, 가변형 소자들(22a 및 22b) 및 스프링 소자(102)는 MEMS 트랜스듀서(110) 내의 가변형 소자(22a)와 같이 배치될 수 있다.
다시 말해, 적합한 스프링 소자(102)가 클램핑 위치들에서의 두 측면에 클램핑되거나, 예를 들어, 액추에이터들의 클램핑 위치들 사이의 영역에, 예를 들어, 중심에 클램핑된 S-형 액추에이터(22a-d)의 장력 완화를 위해 배치될 수 있다. 예를 들어, 스프링 소자(102)는 액추에이터들의 중심 내에 삽입되고 원하는 방향(98')에서 특히 유연하며 두 방향(98 및 98")에서 견고, 즉 고 강성률 또는 더 높은 강성률을 갖는다. 스프링 소자(102)는 가변현 소자들(22a 및 22b)의 휠 수 있는 단부들 사이에 배치될 수 있다. 스프링 소자(102)는 횡 이동 방향(24)에 직교하는 방향보다 횡 이동 방향(24)에서 더 낮은 강성률을 포함할 수 있다.
도 14는 MEMS 트랜스듀서(80)와 비교하여 MEMS 트랜스듀서(80)의 층(32a 또는 32b)이 제거되는 것을 의미하는 상호 층(32)을 포함하여 서로에 연결된 MEMS 트랜스듀서(80'a) 및 MEMS 트랜스듀서(80'b)를 포함하는 스택(140)에 관한 개략도이다.
더욱이, MEMS 트랜스듀서(80'a)는 층(32b) 내 개구(26)를 포함하고, 이는 MEMS 트랜스듀서(80)에 비해 체적 흐름(12)의 방출 방향 또는 체적 흐름(12)의 침투 방향이 가파르게 경사진 것을 의미한다. 이는 MEMS 트랜스듀서의 캡 표면이 스택의 외부를 형성할 수 있음을 의미하고, 여기서 MEMS 트랜스듀서는 제2 MEMS 트랜스듀서와 마주보는 측면으로부터 떨어져서 마주보도록 배치되는 캡 표면 내에 개구를 포함할 수 있고, MEMS 트랜스듀서(80'a)의 체적 흐름(12)은 MEMS 트랜스듀서(80'b)의 체적 흐름에 대해 직교하거나 마주보는 공동 내로 들어가거나 그로부터 나온다.
멤브레인 소자(104)는 MEMS 트랜스듀서(80'a)에 배치될 수 있다. 멤브레인 소자(104)는 공동으로부터 멤브레인 소자(104)를 통해 체적 흐름(12)이 나가는 것(exit)과 공동(16) 내로 체적 흐름(12)이 들어오는 것이 적어도 부분적으로 막히도록 배치될 수 있다. 공동은 MEMS 트랜스듀서(80'a)의 외부에 배치되고 MEMS 트랜스듀서(80'a)와 멤브레인 소자(104) 사이에 배치되는 영역들로 연장될 수 있다. 멤브레인 소자(104)의 휨은 체적 흐름(12)에 기초하여 야기될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인 소자(104)는 MEMS 트랜스듀서(80'a)에 프레임 구조체(106)에 의해 배치될 수 있다. 프레임 구조체(106)는 MEMS 트랜스듀서(80'a)의 한 측에, 예를 들어, 층(32b)의 주면에 배치될 수 있다.
대안적으로, 90°와 다른 각도에 의한 경사가 포함될 수 있다. MEMS 트랜스듀서(80'b)는 체적 흐름(12)이 스택(140)의 마주보도록 배치된 두 측면에서의 공동들 내로 들어가거나 그로부터 나갈 수 있도록 층(32b)에 또는 그 안에 개구를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 스택(140)은 추가의 또는 다른 MEMS 트랜스듀서, 예를 들어, MEMS 트랜스듀서(20 또는 80)를 포함할 수 있다. 예를 들어, MEMS 트랜스듀서(20)는 MEMS 트랜스듀서들(80'a 및 80'b) 사이에 배치될 수 있다. 이는 MEMS 트랜스듀서(80'a)의 대응하는 방향에 직교하는 방향을 따라 공동 내부로 또는 외부로 체적 흐름(12)이 들어오거나 나갈 수 있게 한다.
다시 말해, 사운드 출구 개구(26)가 칩 측면 대신에 하부 캡(32a) 및/또는 상부 캡(32b) 내에 또한 부착될 수 있다. 도 14는 대응하는 간략화된 예시를 도시한다. 상부 캡(32b) 내의 개구(26)가 인식될 수 있다. 유사한 개구가 하부 캡(32a) 내에 위치할 수 있지만, 이와 동일한 것이 투시도에서는 인식되지 않을 수도 있다. 층(32)은 또한 MEMS 트랜스듀서(80'a 및 80'b)의 공동들, 서브 공동들 및/또는 서브 공동 부분이 서로 연결될 수 있음을 의미하는 개구들을 포함할 수 있다. (z 방향을 따라) 서로의 상부에 수직으로 놓인 챔버들이 층(32) 내 개구를 통해 서로 연결될 수 있다.
감쇠를 조정하도록(adapting), 특히 입자로부터의 보호로서, 구성될 수 있는 하나 또는 다수의 바 소자(그리드 리지)(44)를 포함하는 그리드가 도 14에 설명된 변형으로 용이하게 실현될 수도 있다. 예를 들어, 상부 캡(32b) 및 하부 캡(32a) 내의 개구들(26)은 습식 에칭 또는 건식 에칭 공정에 의해 구성될 수 있다. 에칭 이전에, 그리드는 개구의 에칭에 비해 적합한 고 선택도를 포함하는 추가로 도포된 박막 층 내에 구조화되는 것이 바람직할 수 있다. 개구(26)를 에칭하는 동안, 적절히 높은 등방성(isotropy)을 갖는 에칭 방법 또는 횡 방향 언더 에칭(lateral under-etching)이 이제 선택되어 그리드 리지(44)의 언더 에칭이 발생할 수 있다. 예를 들어, 그리드는 실리콘 산화물 층 또는 실리콘 질화물 층에 제조될 수 있고 캡들은 실리콘으로부터 제조될 수 있으며, 이는 그 이후 심도 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching: DRIE)에 의해 구조화될 수 있다. 이러한 공정은 마이크로미터 범위 내에서 언더 에칭이 달성 가능하도록 적응될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 및/또는 수산화칼륨(KOH) 또는 질산(HNA)을 이용한 습식 에칭이 수행될 수도 있다.
따라서, 깔때기형 방식으로 하부 캡(32a) 내에 그리고 상부 캡(32b) 내에 개구를 설계할 때, 사운드 출구 영역은 더 큰 비율의 칩 영역을 포함할 수 있고, 가능하다면, MEMS 트랜스듀서(80)와 같이 측면에 출구를 포함하는 MEMS 트랜스듀서에 비해 더 크게 설계될 수 있다. 음향 특성 및 감쇠와 관련하여, 이러한 선택은 더 넓은 범위의 설계를 제공한다. 캡들(32a 및 32b) 내에서 그리고 캡 표면들(32a 및 32b) 사이의 측면들에서 사운드 출구 개구의 조합은 추가 실시예들의 특징이다. 고집적형 시스템에 대한 바람직한 변형은 사운드를 위쪽으로 방출하기 위해 캡(32b) 내에 개구를 부착하는 것과, 간단한 방식으로, 예를 들어, 프린트 회로 보드 상에 디바이스를 적용할 수 있게 하기 위해 측면에 압력 보상 개구(pressure compensation openings)를 부착하는 것을 포함할 수 있다.
일반적으로, 사운드 입구 개구 및/또는 사운드 출구 개구(26)는 음향 특성 및/또는 감쇠 특성이 또한 선택적으로 진동할 수 있도록 설계될 수 있다. 원칙적으로, 하부 및/또는 상부 층(32a 및 32b)은 또한 진동할 수 있다. 이러한 소자들의 진동은 중간 층들(32a, 34b, 및 36) 각각 내의 적절한 추가 연결 소자에 의해, 예를 들어, 앵커 소자(anchor element)(84)에 의해, 억제되거나 감소할 수 있다. 억제 또는 감소는 진동을 가청음 이외의 주파수 영역으로 옮기는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 층들(32a 및/또는 32b)의 진동은 음향 방출을 최적화하기 위해 선택적으로 구현될 수 있고, 여기서 층들의 선택적 연결이 사용될 수 있으며, 추가적으로, 층들(32a 및 32b)의 강성률 또는 음향 특성이 대응하는 구조(연속 개구 또는 블라인드 홀)에 의해 조정될 수도 있다.
더욱이, 그 이후 챔버의 체적 흐름(12)에 의한 진동으로 여기되는(excited) 상부 캡(32b) 상에 멤브레인을 적용하는 것이 가능하다. 이는 점선(104)으로 개략적으로 표시된다. 간단한 예로, 멤브레인(104)이 배치되거나 확장되는 상부 캡(32b) 상에 프레임 형태로 배치될 수 있다. 그러한 멤브레인(104)을 제조하는 것은 공지의 미세기계적 공정으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 멤브레인(104)은 공동 또는서브 공동의 외부에 배치될 수 있고/있거나 단지 개구(26) 중 하나 또는 일부분을 덮을 수도 있다.
전술한 MEMS 트랜스듀서(예를 들어, MEMS 라우드스피커 트랜스듀서)의 실시예들 중 일부에 대해, 예를 들어, 서브 공동들 또는 서브 공동 부분들 내에, 동일하거나, 다수이거나, 다른 챔버들로부터 독립적으로 서브 체적 흐름을 생성할 수 있는 챔버들이 존재하는 것이 적용될 수 있다. 횡 방향 및/또는 종 방향(횡, 예를 들어, 도 10 및 도 11)(종, 예를 들어, 도 14)으로 연결된 서브 챔버들로 구성된 챔버가 실현될 수 있고, 실시예들은 또한 이들의 조합을 도시한다. 그러한 연결된 서브 챔버들(에를 들어, 서브 공동 부분(94a 및 94b)은 다른 챔버들에 대해 독립적이거나 의존적인 서브 체적 흐름을 생성하는데 사용될 수 있다. 챔버(서브 공동)가 서로로부터 독립적으로 체적 흐름을 생성할 수 있는 경우는 모노챔버로 지칭될 수 있다. 다수의 서브 챔버(서브 공동 부분)에 기초하여 체적 흐름을 생성할 수 있는 챔버는 합성 챔버로 지칭될 수 있다.
전술한 실시예들은 두 유형의 챔버가 임의의 방식으로 조합될 수 있도록 수정될 수 있다. 따라서, 실시예들은 오로지 모노챔버들 또는 오로지 합성 챔버들이 배치되는 실시예들이 가능하다. 대안적으로, 두 챔버 유형이 배치되는 실시예들이 실현될 수도 있다.
다시 말해, 모노챔버만을 사용할 때, 모든 액추에이터-챔버 시스템의 공진 주파수가 동일할 수 있거나 상이하게 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 특정 주파수 영역이 증가한 개수의 대응 모노챔버에 의한 사운드 방출 시 하이라이팅될 수 있다. 특히, 감쇠를 통한 공진 곡선의 폭 및 공진 주파수의 대응 분포에 의해, 예를 들어, 그리드 개구, 또는 일반적으로 사운드 출구 개수 및/또는 흐름 채널의 설계를 치수화하는(dimensioning) 것에 의해, 주파수 코스(주파수의 함수와 같은 음압 레벨)의 설계가 달성될 수 있다. 무엇보다도, 주파수 코스를 평탄화하는 것이 그러한 역할을 한다.
공간에서 체적의 확장에 기초하여, 전자기계적 트랜스듀서의 지오메트리 및/또는 전자기계적 트랜스듀서가 동작되는 주파수, 서브 공동 및/또는 서브 공동 부분이 상이한 주파수를 갖는 체적 흐름을 방출할 수 있고/있거나 체적 흐름의 특정 주파수의 검출에 최적화될 수 있다.
추가 실시에에서, 모노챔버만이 사용된다. 사운드 출구 개구는 측면에만 배치될 수 있다. 3개의 칩/디스크(MEMS 트랜스듀서들)가 서로의 상부에 적층될 수 있다. 상부 칩은 제1(예를 들어, 높은) 주파수 대역에서의 사운드 방출에 최적화될 수 있다. 제2, 예를 들어, 중앙, MEMS 트랜스듀서는 제2 주파수 영역(예를 들어, 중간 주파수)에 맞춰질 수 있다. 제 3 MEMS 트랜스듀서는 제 3 주파수 영역, 예를 들어, 저 주파수에 맞춰질 수 있다. 이와 같이, 3단 라우드스피커가 획득될 수 있다. 3채널(3개의 MEMS 트랜스듀서) 구성은 또한 고 주파수에 대한 제1 개수(N1)의 챔버, 중간 주파수에 대한 제2개수(N2)의 챔버, 저 주파수에 대한 제 3 개수(N3)의 챔버를 좌우로 사용함으로써 칩 내에 발생할 수 있다. 이러한 원리는 또한 횡 방향 및 종 방향 적층으로 N-단 시스템으로 용이하게 확장 가능하다. 추가 실시예에서, N-단 시스템은 주파수 N*f1를 갖는 대응 고조파의 푸리에 합성에 의해 생성되도록 설계되고 여기서 f1은 최저 주파수를 나타낸다.
이는 MEMS 트랜스듀서가 적어도 하나의 추가 트랜스듀서와 함께 스택에 배치될 수 있다는 것을 의미하고, 스택은, 횡 방향(예컨대, x축 방향) 및/또는 두께 방향(예컨대, z축 방향)을 따라 2개 이상의 MEMS 트랜스듀서를 배치함으로써 획득될 수 있다. 대안적으로, MEMS 트랜스듀서는 서로로부터 이격되어 배치될 수도 있다. MEMS 트랜스듀서의 공동 및 적어도 하나의 추가(제2) MEMS 트랜스듀서의 공동은 서로 상이한 공진 주파수를 포함할 수 있다.
액추에이션 동작 시, 즉 가변현 소자들이 능동적으로 변형되면, N단 라우드스피커가 획득될 수 있고, 여기서 N은 서로 상이한 공진 주파수를 갖는 MEMS 트랜스듀서의 개수를 지칭한다. 센서 동작 시, 예를 들어, 서로 상이한 체적 흐름의 주파수 대역이 서로 다른 MEMS 트랜스듀서를 사용하여 검출될 수 있다. 예를 들어, 이는 체적 흐름의 푸리에 합성을 가능하게 한다. 예를 들어, 제어 디바이스(128)는 MEMS 트랜스듀서 및 추가 MEMS 트랜스듀서의 전자기계적 트랜스듀서 중 하나 또는 다수의 가변현 소자의 형성을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어 디바이스는 전자 신호에 기초하여 푸리에 합성(푸리에 분석)을 계산하도록 그리고 결과를 출력하도록 구성될 수 있다.
모노챔버를 사용하는 앞서 예시된 예들은 복합 챔버를 사용하여 실현될 수도 있고, 여기서 복합 챔버의 개별 서브챔버는 동일한 공진 주파수를 포함한다.
복합 챔버를 사용할 때, 연결된 서브챔버들은 공진 최대치의 대응 위치로 인해 상이한 주파수를 지원할 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 3개의 서브챔버는 3단 시스템을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 후방 서브챔버(축의 연장부를 따른 제1 부분)에서 저 주파수 방식으로 변조된 공기 흐름은 중간 서브챔버(축의 연장부를 따른 제2 부분)에서의 중간 주파수 변조 및 챔버의 전방 부분(축의 연장부를 따르는 제 3 부분)에서의 고 주파수 변조를 추가로 겪을 것이다.
필요한 스트로크, 즉 전기기계적 트랜스듀서의 휨은 동일한 음압을 생성하기 위해 저주파에서보다 고주파에서 더 낮을 수도 있다. 따라서, 고주파용으로 사용되는 챔버 또는 서브챔버는 작은 챔버 체적 또는 챔버를 제한하는 액추에이터 측벽들의 더 짧은 거리로 설계될 수 있다.
동작 동안, 드라이브에 의해 동일한 주파수의 챔버들 사이의 위상 천이가 삽입될 수 있고, 이로써 파면이 기울어지고 표면(위상 배열)에 수직으로 빠져나가지 않는다.
전술한 그리고 이어지는 모든 변형에서, 각 챔버는 공기가 제1 챔버로 유입될 때 압력 보상을 위해 공기가 유입되는 적어도 하나의 제2 챔버로 둘러싸여 있으며 그 역 또한 마찬가지이다. 특히, 이는 액추에이터가 이동 시 하나의 챔버의 체적을 증가시키고 동시에 다른 챔버의 체적을 감소시키거나 그 반대의 경우도 있기 때문에 이러한 챔버들 사이의 분리 벽이 없는 경우에 분명하다.
예를 들어, 보청기 또는 이어폰형 헤드폰의 라우드스피커로 사용하기 위해, 외부 공기(즉, 귀의 외부)는 종종 라우드스피커에 의해 이동되지 않는다. 오히려, 귀 채널의 체적은, 예를 들어, 멤브레인의 진동에 의해서만 주기적으로 변화된다. 이는 예시된 변형에서 칩의 상부 측, 칩의 하부 측 또는 칩의 측면에 위치한 대응하는 개구를 폐쇄 상태로 유지함으로써 다음에 도시되고 제시되는 모든 변형에서 발생할 수 있다. 이를 위해, 바 그리드를 구조화하는 것은 이러한 위치들에서 생략해야 한다.
일반적으로 모든 라우드스피커 적용 분야에서, 바 그리드는 폐쇄된 멤브레인에 의해 완전히 또는 특정 위치에서 대체될 수 있다. 이를 통해, 입자 감도가 최대로 감소하고, 특히 오염된 부식성 있는 가스 및 액체에서 동작이 가능해 진다.
다음에, 벤딩 액추에이터의 설계 및 동작에 관한 측정이 제시되고, 이는 바람직한 주파수 응답을 가능한 한 잘 예시하기 위한 것이다.
벤딩 액추에이터를 개별 소자로 분할하는 여러 개의 추가 스프링 소자를 통합함으로써, 액추에이터의 유효 강성률 및 공진 주파수가 감소할 수도 있다. 예를 들어, 도 15를 참조하면, 벤딩 액추에이터를 2개의 소자로 분할하기 위해 개별 스프링 소자가 사용된다. 벤딩 엑추에이터가 벤딩 액추에이터의 통상적인 치수(예를 들어, 폭: 5μm, 길이: 2㎜, 재료 실리콘)에서 그러한 측정 없이 kHz 범위의 고유 주파수를 포함하기 때문에 2개 이상의 소자로 분할하는 것은 저주파수의 가청 음역대에서 공진 주파수를 달성하는 데 중요하다. 선택적으로 또는 부가적으로, 추가 질량 소자는 공진 주파수를 감소시키기 위해 벤딩 액추에이터 또는 가능하면 존재할 수 있는 경질 플레이트에 선택적으로 제공될 수 있다. 그러한 소자는 층(36)을 구조화할 때 간단히 제공될 수 있다. 추가 질량(Δm)의 동작 모드는 고조파 오실레이터의 모델을 사용하여 설명될 수 있다.
진폭 F0의 힘을 갖는 정현파 여기(sinus-shaped excitation)에서 강성률 K의 스프링을 통해 매달린 질량 m의 소자의 진동폭 A(ω)는, 다음과 같다:
Figure pct00003
이 경우, ω는 여기의 각 주파수이고 c는 감쇠 상수이다. 공진기가 준 정적 범위에서 동작한다면, 진폭은 질량에 대해 독립적이다. ω<<ωc에 대해, 다음과 같이 적용된다:
Figure pct00004
따라서, 추가 질량(Δm)은 고유 주파수(ω0)를 최저 값(ω0-)으로 변경하지만, 진동의 진폭은 변하지 않는다. 이러한 상황은 벤딩 액추에이터가 이의 고유 주파수의 범위에서 동작할 때 달라 보인다. ω
Figure pct00005
ωc에 대해, 수학식 3의 루트의 첫 번째 항은 두 번째 항에 대해 무시될 수 있고, 다음과 같이 적용된다:
Figure pct00006
ω0-는 오실레이터의 질량의 루트에 반비례하기 때문에, 질량의 증가는 ω0-의 대응하는 감소 및 이에 따른 진폭 증가를 야기한다. 진폭의 추가 이득은 cω0- < k인 조건하에서 발생한다. 앞에서, 벤딩 바가 하나 또는 다른 방향으로 어드레싱이나 신호에 따라 벤딩할 수 있도록 구조화된다는 가능성이 이미 설명되었다. 따라서, 복원력이 바의 벤딩 시 기계적 스프링 효과에 의해 반드시 상승할 필요는 없다. 선택된 벤딩 바의 강성률이 낮을수록, 결합될 수 있는 고정 에너지에서의 휨이 더 커진다.
모든 고려 사항이 가청 음역대를 언급했지만, 초음파 생성을 위한 디바이스를 구현하는 것도 고려할 수 있다. 원리적으로, 마이크로폰과 같은 디바이스를 제공하기 위해 액추에이터 대신에 (예를 들어, 압전 저항성, 압전성, 용량성 등) 위치 감지 소자를 바에 제공하는 것 또한 고려할 수 있다.
실리콘 기술에서의 MEMS 라우드스피커의 제조의 핵심으로서, 공지된 웨이퍼 본딩 방법 및 심도 반응성 이온 에칭이 사용될 수 있다. 액추에이터 제조는 선택된 동작 모드에 따라 달라지며 처음에는 숨겨져 있다. 이 부분은 모듈 방식으로 다음의 예시적인 진행으로 통합될 수 있다. 다음의 논의는 측면 상의 공기 흐름을 위한 개구만을 갖는 디바이스에 관한 것이다.
기본 재료로서, BSOI(Bonded Silicon on Insulator) 디스크가 사용된다. 핸들 웨이퍼는 MEMS 라우드스피커 디바이스의 하부 캡(32a)을 형성한다. BSOI 디스크의 매립된 산화물 층은 나중에 스페이서 층(34a)으로서 기능할 수 있다. BSOI 디스크의 활성 층은 층(36)에 대응할 수 있다. 핸들 웨이퍼는 500 내지 700㎛의 두께를 포함할 수 있고, 필요하다면 가능하게는 공정의 마지막에서 더 얇아질 수 있다. 매립된 산화물 층은 50nm 내지 1㎛의 두께를 포함할 수 있다. BSOI 디스크의 활성층은 1 내지 300㎛의 두께를 포함할 수 있다. 예를 들어, 층(36)은 심도 반응성 이온 에칭(DRIE)을 사용하여 바람직하게 구조화된다. 이러한 구조화 이후, 매립된 산화물 층(34a)은 적어도 액추에이터의 이동 영역에서 국부적으로 제거되거나 적어도 희박해질 수 있다. 이는 습식, 예를 들어, BOE(Buffered Oxide Etch)를 사용하거나 건식, 예를 들어, 가스 플루오르화 수소산(HF)을 사용하여 발생할 수 있다. 액추에이터의 이동 영역에서 스페이서 층(34a)을 적어도 부분적으로 제거한 이후, 예를 들어, 화학 기상 증착(CVD) 또는 원자 층 증착(ALD)에 의해 저 마찰 층이 증착될 수 있고, 이는 층(34a)과 액추에이터(가변현 소자) 사이의 슬릿을 폐쇄하거나 매우 감소시킨다. 대안적으로, 예를 들어 US 7,803,281 B2에서 설명되는 바와 같이, 본딩이 발생하지 않는 영역은 적합한 층의 증착 및 구조화에 의해 BSOI 디스크를 제조하기 위한 디스크를 본딩하는 동안 정의될 수 있다. 이러한 방법은 상부 및 하부 캡에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 층(34b)은 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 바람직하게 구조화된다. 대응하는 도면에 도시된 바와 같이, 층(36 및 34b)의 모든 소자는 이러한 2가지 구조화로 제조된다. 이것은 또한 바형 그리드 구조를 포함한다.
전술한 저 마찰 층의 증착은 또한 상부 캡(층(32b))에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본딩 전에 캡에 동일한 것을 적용될 수 있다. 스페이서 층(34b)은 생략될 수 있다. 예를 들어, 재료를 증착시킴으로써 저 마찰 층이 획득될 수 있다. 예를 들어, 마찰 값은 층(32a, 34a, 34b 또는 32b)의 재료보다 10%, 20% 또는 50% 더 낮을 수도 있다.
대응하는 도핑으로, 층(36)은 또한 전기 전도체로서 사용될 수 있다. 무엇보다도 액추에이터가 상이한 주파수로 여기될 때, 층(36)의 수직 전기 절연이 유리하다. 이것은 [8]에 설명된 바와 같이, 예를 들어, 소위 충전 트렌치(filled trenches)에 의해 획득될 수 있다. 전기 절연을 위해 개방 트렌치를 사용하는 것도 가능성을 나타낸다.
층은, 예를 들어, 상부 캡(32b)을 형성할 수 있는 500 내지 700μm의 통상적 인 또는 가능한 두께를 갖는 실리콘 디스크로서 형성될 수 있는 제2 디스크 상에 적용되고 구조화된다. 이 층은 스페이서 층(34b)에 대응한다. 바람직하게는, 이 층의 두께는 매립된 산화물 층에 대응한다. 스페이서 층의 재료로서, 나중에 수행될 BSOI 디스크 상에 제2 디스크의 본딩을 가능하게 하는 모든 재료가 이용 가능하다. 실리콘 산화물이 예로서 언급되는데, 바람직하게는 실리콘 상에 실리콘 산화물을 직접 본딩하기 위한 열 산화막이다. 대안적으로, 폴리 실리콘이 직접 본딩을 위해 사용될 수 있다. 또 다른 대안은 상부 캡(32b)의 기능 및 스페이서 층(34b)의 기능이 디스크로부터 형성되도록 제2 디스크에 적절한 함몰부(depression)를 에칭하는 것이다. 이러한 함몰부는 이들 위치에서 디스크가 적절한 저 마찰 층으로 덮여있을 때 액추에이터 이동 영역에서 적어도 피할 수 있으므로 액추에이터(가변현 소자)와 캡(층(32a 및/또는 32b)) 사이의 거리가 생략될 수 있다. 그 이후 구조화를 위한 보조 층(마스킹) 외에 제2 디스크 상의 추가 층이 생략될 수 있다. 이로써, 실리콘에 실리콘을 직접 본딩하는 것 또한 가능하다.
직접 본딩 외에, 스페이서 층(34b)이 중합체 재료(예를 들어, BCB)로 구성되도록 접착 본딩 방법을 사용하는 것도 가능하다. 더욱이, Au-Si 공정 본딩 방법(eutectic bonding metohd) 또는 양극성 본딩 방법(anodic bonding method)(Na-이온을 포함하는 층)이 고려될 수 있지만, 존재하지 않는 CMOS 적합성의 이유로 이들은 바람직하지 않다.
두 개의 디스크가 본딩된 이후, 디스크 화합물로 핵심 부품을 완성한다. 전기 배선 및 컨택트 및 필요한 전기 절연 구조체를 제조하는 것이 설명되지 않았다. 이러한 소자들은 선행 기술의 잘 알려진 표준 방법, 예를 들어, AlSiCu의 스퍼터링 및 구조화, 산화물의 증착 및 구조화에 의한 수직 절연, 층(36)을 완전히 침투하는 개방되거나 충전된 절연 트렌치에 의한 수직 절연에 의해 전도체 경로를 제조하는 것에 의해 제공될 수 있다.
측면 부착 개구들을 갖는 디바이스를 분리하는 것은 특히 바 그리드를 보호해야 한다. 이는, 예를 들어, 4개의 얇은 리지에 의해 프레임의 내부에 디바이스를 연결함으로써 가능해진다. 이를 위해, 하부 캡(32a) 및 상부 캡(32b)뿐만 아니라 층들 (34a, 36 및 36b)은 그에 따라 구조화되어야 한다. TMAH, KOH 및 DRIE와 같은 이방성 에칭 방법이 이러한 구조화에 대해 특히 적합하다. 층(36)의 DRIE 구조화는 특히 바 그리드를 따라 구조화하기 위한 바람직한 변형이다. 리지는 디스크 화합물로부터 디바이스를 릴리즈(release)하기 위해 파괴된다. 이는, 예를 들어, 기계적으로 또는 레이저 가공을 통해 수행될 수 있다.
분리를 위한 하부 캡(32a)이 아니라 층(34a, 36, 34b, 32b)만을 구조화하는 것도 고려할 수 있다. 특히, 층(36)은 바 그리드의 수직 경로(perpendicular course) 실현하기 위해 DRIE에 의해 구조화될 수 있다. 그 다음, 칩 표면으로부터 하부 캡(32a)에서 끝나는 트렌치가 형성된다. 이 트렌치는 이제 중합체 재료(예를 들어, 포토레지스트)로 충전될 수 있다. 중합체는 후속 소잉(sawing) 및 분리 공정 동안 오염에 대한 보호 역할을 한다. 소잉 이후, 디바이스는 세정되고 클리닝되어 소잉된 슬러지를 제거한다. 이어서, 중합체는 적합한 용매 또는 산소 플라즈마로 제거된다.
측면 개구 대신에, 상부 및 하부 캡 내의 개구가 사용되면, 도 16의 맥락에서 이미 설명된 바와 같이, 제조가 소비되어야 한다. 분리를 위해, 하부 및 상부 개구는 소잉 공정 또는 레이저 절단이 가능하도록, 예를 들어, 호일에 의해 보호될 수 있다. 대안적으로, 개구는 또한 분리 공정을 위한 중합체 재료, 예를 들어, 포토 레지스트에 의해 폐쇄될 수 있고, 후속하여 용매 또는 산소 플라즈마에 의해 다시 제거될 수 있다.
디바이스의 적층은 본딩 방법에 의해 디스크 화합물 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 전기적 접촉은 각각의 층(36) 내의 전기 컨택트(본드 패드)에 의해 또는 TSV(관통-실리콘-비아)를 사용할 때 칩의 바닥면 상의 소위 범프를 통해 수행될 수 있다. TSV는 적층된 개별 칩들을 전기적으로 연결하는데 사용될 수도 있다. TSV 및 범프는 적층되지 않은 칩에도 사용될 수 있다.
바 그리드(54)의 더 높은 안정성을 달성하기 위해, 스페이서 층(34a 및 34b)은 바 리지의 영역에서 구조화되지 않은 채로 유지될 수도 있다.
이하에서는, 횡 벤딩 액추에이터를 제조하기 위한 바람직한 구현 변형예가 설명된다.
이론상으로, 잘 알려진 정전기, 압전기, 열 기계식 또는 전기 역학식 작동 원리는 벤딩 바의 구동을 위해 사용될 수 있다.
단순한 정전기 동작 원리는 또한 능동 벤딩 바 없이 위에서 언급된 디바이스 변형 중 일부에 대해 구현될 수 있다. 벤딩 스프링으로서 동작하는 소자(64)가 대응하는 기계적 저항력을 포함할 때까지, 전위차 때문에, 서로를 향해 이동하는 캐패시터 플레이트로서 구현되거나 캐패시터 플레이트를 포함하는 방식으로 MEMS 트랜스듀서(50)가 구현될 수 있다.
대안으로, 벤딩 바는 추가적으로 구성된 고정 카운터 전극을 통해 직접 휘어질 수 있다. 힘 또는 휨을 증가시키기 위한 콤브 전극의 사용이 또한 고안가능하다.
다른 정전기 원리는 클램핑 포인트에서 전극에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 하나의 측면 상에서 클램핑되는 바의 사용에 기초하고, 이 전극 거리는 클램핑 포인트로부터 증가한 거리에 따라 증가한다. 이 경우에, 클램핑 포인트에서의 거리는 제로가 될 수 있다. 전압이 벤딩 바와 전극 사이에 인가되면, 전압 강도 및 바의 강성에 의해 결정되는 벤딩 바의 일부는 전극으로 파고든다(nestles). 본원에서 설명된 원리와 관련하여, 바와 전극 사이의 공간은 설명한 바와 같이 체적이 변화될 수 있는 챔버(42)를 형성한다.
이러한 액추에이터의 기본 원리는, 예를 들어, 참고 문헌에서 설명된다. 참고문헌 [9]에서, 예를 들어, 수직으로 휘어지는 액추에이터가 제시된다. 전극 거리의 변형은 벤딩 바의 제조 동안 층 장력을 선택적으로 삽입함으로써 구현된다. 본 명세서의 문맥에서 설명된 디바이스에 대해, 본 원리에 따른 액추에이터는 층(36)을 구조화시킴으로써 쉽게 구현될 수 있다. 층(36)의 사전에 요구되는 구조화에 추가하여, 절연 층이 전극과 벤딩 바 사이에 적용되고, 마이크로시스템 기술의 알려진 방법에 의해 쉽게 구현된다. 구조화 때문에 벤딩 바는 원하는 형상이 이미 되었기 때문에, 층 장력의 삽입이 반드시 필요한 것은 아니다. 본원에서 설명된 방식으로, 액추에이터는 횡방향으로 휘어질 수 있고 따라서 상술된 디바이스 원리에 대해 사용될 수 있다.
많은 양의 통합 및 확장성과 관련하여, 정전기 작동 원리는 많은 수의 장점을 제공한다. 자석 또는 코일과 같은 외부 부품이 필요하지 않고 클린 룸 및 특히 CMOS 호환 클린 룸을 위한 오염 임계 재료가 필요하지 않다. 그러나, 이전에 계속된 멤브레인 방식은 일부 단점을 포함한다. 이들은 전체 가청 음역대가 단일 진동 멤브레인 또는 플레이트로 충분하게 커버될 수 있다는 사실을 포함한다. 그러나, 멤브레인 또는 멤브레인들을 준정적으로 작동시키는 방식은 휨을 희생하고, 따라서 도달가능한 체적 흐름 또는 도달가능한 사운드 레벨을 희생하여 활성화되는 공명의 부족에 기인한 이 문제점을 해결한다. 후자는 다음과 같이 고정 체적, 예를 들어, 인이어 헤드폰과 관련된다[11].
Figure pct00007
"음압 레벨"을 의미하는 SPL, P0은 정상 압력이고, △V는 라우드스피커에 의해 도달가능한 체적 변화이고, Pref은 청력 역치를 위한 측정치를 나타내는 기준 압력이고, 인이어 헤드폰 또는 보청기의 경우에, 청각 통로의 체적인 V0은 20μPa이고, 대략 2cm3에 대응한다.
따라서, MEMS 라우드스피커와 관련하여, 전체 라우드스피커의 칩 표면 당 또는 체적 당 가능한 최고 체적 흐름을 달성하는 것이 바람직하다. 전기역학식 트랜스듀서는, 예를 들어, 매우 높은 멤브레인 휨 및 매우 높은 체적 흐름을 달성할 수 있다. 그러나, 전체 구성의 체적은 필요한 영구 자석 때문에 매우 크다. 일차원에서 점점 더 적은 공간을 제공하는 모바일 전화의 라우드스피커에 대해, 이 방식은 일반적으로 제약적인 것으로 보인다.
압전 벤딩 액추에이터는 압전 층을 기판 상으로 증착하는 것이 필요하다. 예를 들어, 압전 층은 예를 들어, 실리콘을 포함하거나 동일한 것으로 구성되는 층(56)에 대해 옆으로 배치되는 도 3의 층(58)에 대응할 수 있다. 이러한 액추에이터를 제조하는 것은 표면 마이크로 기계식 프로세스에 의해 가능하다.
예를 들어, 참고문헌 [10]에서 설명된 차가운 암(arm) 및 따뜻한 암의 형태인 횡 열 기계적 액추에이터는 상술된 층(36)의 DRIE 구조화에서 대응하는 기하학 구조를 고려함으로써 집적될 수 있다.
열 기계적 액추에이터에 대한 다른 변형은 전류에 의해 가열되는 바이모프의 사용이다. 이러한 바이모프를 제조하기 위해, 예를 들어, 산화물 층은 층(36)을 구조화한 이후에 준거하여 증착되어 모든 측벽이 또한 코팅될 수 있다. 산화물 층은 또한 벤딩 소자의 하나의 측벽을 제외한 어디든 마스킹하고 에칭함으로써 제거될 수 있다.
전기 역학식 작동 원리의 사용은 양측 상에 클램핑되는 벤딩 바를 구현하는 것이 쉽다. 바를 통과하는 또한 분리되어 적용되는 전도 구조체를 통과하여 전류가 흐를 때, 자기장에서 바는 휨으로 이어지는 힘에 대한 대상이 된다. 전류 흐름의 방향은 원하는 휨 방향에 따라 개별 바에 대해 선택될 수 있다. 전도체 경로의 선택적인 제조는 표준 표면 마이크로 기계식 프로세스에 의해 수행된다. 이 경우에, 스페이서 층(34b)의 두께를 선택할 때 추가적인 토포그래피가 고려되어야 한다.
벤딩 액추에이터에 대해 선호되는 구현은 횡 정전기 액추에이터가고, 매우 작은 전극 거리의 사용에 기초하여서, 저전압에서 기능하고 작동될 수 있다. 이러한 횡 액추에이터는 예를 들어, EP2264058 A1에서 설명된다. 이 기술은 모든 상술된 벤딩 액추에이터 및 디바이스 변형의 제조를 가능하게 하고 디바이스의 제조 프로세스의 상술된 주요 부분에서 모듈식으로 쉽게 통합될 수 있다.
이하에서, 측벽, 즉, 가변형 소자의 이동 중 환류 손실에 대한 참조가 이루어 질 수 있다. 층류를 가정하면, 스페이서 층(34a 및 34b)이 층(36)과 비교하여 작다면, 환류 손실, 예를 들어, 도 2a에서 챔버(42a)로부터 챔버(38a)로의 체적 흐름이 유용한 체적 흐름, 즉, 밖으로 또는 외부로부터 내부로 침투하는 체적 흐름과 비교하여 적절하게 낮게 유지될 수 있는 단순한 모델이 도시될 수 있다. 동일한 것이 횡 제한 구조체에 대한 벤딩 바의 가능한 자유 종단에서의 거리에 대해 적용된다. 후자는 양측 상에서 클램핑되는 벤딩 액추에이터에 대해 생략될 수 있다. 환류 손실이 이 구성에 대해 직사각형 파이프를 통과하는 층류의 모델에서 계산되고, 치수에 대해 다음이 가정된다면, 약 3%의 환류에 기인한 손실이 유용한 체적 흐름과 관련하여 야기될 수 있다.
벤딩 액추에이터 : 길이: 1mm, 높이: 30㎛, 폭: 10㎛
챔버: 외부를 향한 흐름 저항의 계산에 대해, 50μm의 평균 폭이 가정된다. 이는 벤딩 액추에이터의 큰 휨에서 흐름 저항을 과소평가한다.
스페이서(34a 및 34b)의 층 두께: 각각 0.5㎛
가정된 치수는 예시로서만 이해되고 마이크로 기계적 기술로 쉽게 구현될 수 있다. 환류를 가정하는 것은 튜브 길이에 대응하는 액추에이터의 작은 폭(10㎛) 때문에 부정확할 수 있다. 그러나, 난류가 발생할 때 흐름 저항이 증가하기 때문에 이 가정은 최악의 경우의 가정이다. 이러한 난류를 유발하기 위해, 층(336)에서의 벤딩 액추에이터는 적합하게 횡 방향으로 구성된 소자가 제공될 수 있다. 환류 시에 소용돌이를 형성하는 구성이 적합한 것으로서 간주된다. 대안으로 또는 추가적으로, 챔버와 대면하는 캡(32a 및 32b)의 표면의 의식적인 거칠기는 난류의 형성을 촉진시킬 수 있다.
도 15는 간격을 두고 떨어져 연결 소자(116)를 통해 서로 연결되는 제1 층(112) 및 제2 층(114)을 포함하되, 연결 소자(116a-c)가 층(114) 및 층(112)에 대해 ≠90°의 각도로 배치되는 가변형 소자(150)의 개략적인 측면 단면도를 도시한다. 예를 들어, 층(112) 및 층(114)는 전극을 포함할 수 있다. 대안으로, 각각의 전극은 층(112) 및/또는 층(114)에 배치될 수 있다. 전위의 인가에 기초하여, 척력 또는 인력이 층(112)과 층(114) 사이에 발생할 수 있다. 인력 또는 척력은 소자(116a-c)의 변형을 야기할 수 있어서 클램핑 인(clamped-in) 종단(118)으로부터 떨어져 대면하는 가변형 소자(114)의 휘어질 수 있는 종단(122)은 횡 이동 방향(24)을 따라 휘어질 수 있다.
이는 가변형 소자(150)가 제1 층(114) 및 제2 층(116)을 포함할 수 있고, 스페이서(116a-c)가 제1 층(114)과 제2 층(116) 사이에 배치될 수 있다는 것을 의미한다. 스페이서(116a-c)는 층(112) 및 층(114)의 코스에 대해 비스듬하게 경사 방향(124)으로 배치될 수 있다. 층(112)과 층(114) 사이의 인력은 가변형 소자(150)가 벤딩하게 할 수 있다.
가변형 소자(150)는 경사 방향을 따라 단순한 방식으로 평평해지거나 휘어지도록 구성될 수 있다. 대안으로, 가변형 소자, 또는 층(112) 및/또는 층(114)은 예를 들어, 톱니 패턴을 따르는 서로 불연속적으로 배치된 적어도 두 부분을 포함할 수 있다.
도 16은 전극에 인접하게 배치된 가변형 소자(160)의 개략적인 정면도를 도시한다. 가변형 소자(160)는 추가 전극(127)을 포함할 수 있거나 추가 전극(127)이 될 수 있다. 가변형 소자(160)의 전극(126)과 추가 전극(127) 사이에 인가되는 전위에 기초하여, 정전기력 또는 전류력 F가 발생될 수 있다. 정전기력 또는 전류력 F에 기초하여, 가변형 소자(160)의 변형이 야기될 수 있다.
유속 또는 전위, 즉, 힘 F에 의해 영향을 받지 않는 가변형 소자(160)의 상태에서, 가변형 소자(160)와 전극(126) 사이의 거리는 가변형 소자의 축 연장 방향(98)을 따라 변할 수 있다. 기계식 트랜스듀서, 또는 가변형 소자(160)가 기판(14)으로의 연결부를 포함하는 영역에서, 거리가 최소화될 수 있다. 이는 가변형 소자(160)의 변형의 높은 제어가능성을 가능하게 한다. 대안으로, 전극(126)과 가변형 소자(160) 사이의 거리는 연장 방향(98)을 따라 임의로 변할 수 있거나 일정할 수 있다.
실시예에 따르면, 전기기계식 트랜스듀서가 정전기 트랜스듀서, 압전기 트랜스듀서, 전자기 트랜스듀서, 전기 역학식 트랜스듀서, 열 기계식 트랜스듀서 또는 자기 변형 트랜스듀서로서 구성될 수 있다.
발생되는 힘에 기초하여, 가변형 소자의 변형이 야기될 수 있거나 가변형 소자의 변형이 검출 또는 조정될 수 있다.
도 17은 MEMS 디바이스(80)의 전기 역학식 트랜스듀서를 제어하고/거나 MEMS 디바이스(80)의 전기 역학식 트랜스듀서로부터 전기 신호를 수신하도록 구성된 제어 디바이스(128)에 연결된 MEMS 트랜스듀서(80)를 포함하는 MEMS 시스템(170)의 개략적인 블록 회로도를 도시한다.
예를 들어, MEMS 트랜스듀서(80)가 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18)를 포함한다면, 제어 디바이스(128)는 제1 전기기계식 트랜스듀서 및 이웃하는 제2 전기기계식 트랜스듀서가 제1 시간 간격 동안 적어도 국부적으로 서로를 향해 이동하게 하기 위해 다수의 전기기계식 트랜스듀서를 구동시키도록 구성될 수 있다. 제어 디바이스(128)는 제1 전기기계식 트랜스듀서 및 제1 전기기계식 트랜스듀서에 인접하게 배치된 제 3 전기기계식 트랜스 듀서가 제2 시간 간격 동안 서로를 향해 이동하게 하기 위해 다수의 전기기계식 트랜스듀서를 구동시키도록 구성될 수 있고, 제1 전기기계식 트랜스듀서는 제2 전기기계식 트랜스듀서와 제2 전기기계식 트랜스듀서 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 이는 전기기계식 트랜스듀서(18a-c)가 될 수 있고, 전기기계식 트랜스듀서(18b)는 제1 전기기계식 트랜스듀서가 될 수 있다.
대안으로 또는 추가적으로, 제어 디바이스(128)는 가변형 소자의 변형에 기초하여 전기 신호를 수신하여 평가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 디바이스(128)는 변형의 주파수 또는 크기를 판정하도록 구성될 수 있다. 이는 시스템(170)이 센서 및/또는 액추에이터로서 동작할 수 있다는 것을 의미한다.
예를 들어, 시스템(170)은 MEMS 라우드스피커로서 동작할 수 있고, 체적 흐름(12)은 음파 또는 초음파가 될 수 있다.
대안으로, 시스템(170)은 MEMS 펌프로서 구현될 수 있다. 기판의 공동은 기판(14)에서 제1 개구(16) 및 제2 개구(26)를 포함할 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서(18)는 유체에 기초하여 체적 흐름(12)을 제공하도록 구성될 수 있다. 전기기계식 트랜스듀서는 공동을 향해 제1 개구(26)를 통과하여 전기기계식 트랜스듀서(18)의 작동에 기초하여 유체를 전달하거나 공동으로부터 떨어진 방향으로 제2 개구를 통해 작동에 기초하여 유체를 전달하도록 구성될 수 있다.
대안으로, 시스템(170)은 MEMS 마이크로폰으로서 동작할 수 있고, 가변형 소자의 변형에 기초하여, 전기 신호가 전기기계식 트랜스듀서(80) 또는 연결된 다른 전기기계식 트랜스듀서의 단자에서 획득될 수 있다. 가변형 소자의 변형은 체적 흐름(12)에 기초하여 야기될 수 있다.
시스템(170)은 제어 디바이스(128)가 MEMS 트랜스듀서(80)에 연결되는 것으로 설명되었지만, 추가 MEMS 트랜스듀서, 예를 들어, MEMS 트랜스듀서(10, 20, 50, 100 또는 110)가 배치될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 사전에 설명된 실시예에 따라 여러 MEMS 트랜스듀서가 또한 배치될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, MEMS 트랜스듀서의 스택, 예를 들어, 스택(90) 또는 스택(140)이 배치될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 적어도 두 MEMS 트랜스듀서가 배치될 수 있다. 적어도 제1 MEMS 트랜스듀서 및 제2 MEMS 트랜스듀서는 공동 또는 서브 공동 및/또는 서로 상이한 공진 주파수를 갖는 전기기계식 트랜스듀서를 포함할 수 있다(예를 들어, 500Hz 액추에이터를 갖는 챔버, 2kHz 액추에이터를 갖는 추가 챔버 또는 추가 (서브)공동 등).
도 18은 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18i)를 포함하는 MEMS 트랜스듀서(180)의 개략적인 정면도를 도시하고, 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18f)는 제1 공동(16a)에 오프셋 방식으로 서로의 옆에 횡 방향으로 배치되고 전기기계식 트랜스듀서(18g 내지 18i)는 제2 공동(16b)에 오프셋 방식으로 서로의 옆에 횡방향으로 배치된다. 공동(16a) 및 공동 (16b)은 기판(14)의 도시되지 않은 하부 표면 및/또는 캡 표면의 개구를 포함할 수 있다. MEMS 트랜스듀서(180)는 라우드스피커 및/또는 마이크로폰으로서 사용될 수 있고, 각각의 공동(16a) 및 공동(16b)에서 개별 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18i) 모두에 대해 그리고 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18f, E또는 18g 내지 18i)에 대해 적용된다. 라우드스피커 및/또는 마이크로폰은 또한 이들이 진동을 통해 음파를 방출 또는 캡쳐하기에 최적화되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 동일한 것이 신체 사운드에 의해 정보를 전송 또는 캡쳐하기 위해, 뼈 근처에서 이상적으로 사람 신체와 함께 위치할 수 있다. 이 경우에, 선호되는 변형은 모든 액추에이터가 동일한 방향으로 이동하는 것이고, 하나의 챔버가 두 이동가능한 벽을 포함하는 방식과는 독립적이라는 것을 의미한다. 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18i)는 하나의 측면 상에 클램핑된 바 소자를 포함한다.
즉, 좌측 챔버, 공동(16a)은 동위상으로 바람직하게 진동하는 횡방향으로 또는 수직으로 이동가능한 벤딩 액추에이터를 포함하여, 칩이 사운드를 전송하기 위해 진동하게 한다. 우측 칩, 공동(16b)은 동위상으로 바람직하게 진동하는 세 개의 횡 또는 수직 벤딩 액추에이터를 포함하지만, 이들의 치수(두께, 길이 또는 폭) 때문에 좌측 챔버와 상이한 주파수 영역을 재생성한다.
도 19는 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18i)를 포함하되, 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18f)가 오프셋 방식으로 서로의 옆에 횡 방향으로 배치되고 이들의 각각이 이웃하는 공동(16a 내지 16k) 또는 서브 공동을 서로 이격시키는 MEMS 트랜스듀서(190)의 개략적인 정면도를 도시한다. 전기기계식 트랜스듀서(18a 내지 18i)는 두 측면 상에 클램핑되는 바 소자를 포함한다.
도 18 및 도 19의 실시예는 MEMS 트랜스듀서(180)가 하나의 측면 상에 클램핑되는 바 소자를 포함하고 MEMS 트랜스듀서(180)가 두 측면 상에 클램핑되는 바 소자를 포함하도록 도시되었지만, 실시예는 서로 임시로 통합될 수 있어서, 각각의 공동(16a 및 16b)마다, 유사한 전기기계식 트랜스듀서가 서로 독립적으로 배치될 수 있거나 상이한 전기기계식 트랜스듀서가 공동의 내부에 배치될 수 있다.
즉, 도 19는 도 18과 동일한 원리를 도시하고 있으나, 이번에는 두 측면 상에 클램핑되는 벤딩 액추에이터가 사용된다.
추가 실시예는 MEMS 트랜스듀서를 제조하는 방법을 나타낸다. 방법은 공동을 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은, 기판과 함께, 횡 이동 방향을 따라 변형될 수 있는 소자를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서를 제조하는 단계를 포함한다. 제조하는 단계는 횡 이동 방향을 따라가는 가변형 소자의 변형 및 MEMS 트랜스듀서로부터 상호작용하는 체적 흐름이 인과적으로 관련되도록 수행된다. 예를 들어, 전기기계식 트랜스듀서를 제조하는 단계는 예를 들어, 에칭 프로세스에 의해 및/또는 추가적인 층을 증착시키기 위한 증착 프로세스에 의해, 기판으로부터 동일한 것을 형성함으로써 수행될 수 있다.
상술된 실시예는 체적 흐름이 서로를 향해 이동하는 두 전기기계식 트랜스듀서에 의해 생성될 수 있는 사실과 관련되지만, 체적 흐름은 또한 경질 구조체에 대한 전기기계식 트랜스듀서의 이동과의 인과적인 상호작용으로 또는 이에 기초하여 획득될 수 있다. 이는 서브 공동 또는 서브 공동 일부의 체적이 개별 전기기계식 트랜스듀서에 의해 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다.
다수의 휨을 수행하도록 구성되고/거나 플레이트 소자에 연결된 가변형 소자를 포함하는 상술된 실시예는, 도 1과 관련하여 설명된 구성과 비교하여, 상당히 높은 체적 흐름을 생성하거나 체적 흐름에 상당히 더 민감하게 반응하는데 사용될 수 있다.
실시예는, 특히, 가장 수요가 많은 경우의 가능한 한 평평한 주파수 응답을 가능하게 하기 위해 유연하게 조정가능한 음압의 주파수 의존적 코스를 만드는 것이 가능하다.
가능한 적은 수의 챔버의 MEMS 트랜스듀서를 갖는 주파수 독립적 음압 커브를 설계하기 위해, 진동할 수 있는 벤딩 바의 품질이 낮다면, 즉, 벤딩 바가 넓은 공진 커브를 포함하는 것이 이로울 수 있다. 이 목적을 위해, 바의 클램핑은 바 진동이 감쇄 재료에 의해 추가적으로 감쇄되도록 구현될 수 있다. 바의 클램핑은 비결정질 재료로부터 바람직하게 제조된다. 이는 실리콘 산화물, SU8 또는 다른 레지스트와 같은 폴리머를 포함한다. 바 진동의 감쇄는 또한 전기적인 방식으로 획득될 수 있다. 예를 들어, 인가된 전압에 의한 정전기 또는 압전기 액추에이터의 자유 바 진동 중에, 주기적인 교류가 캐패시턴스에서의 변화 때문에 흐른다. 진동의 감쇄로 이어지는 전력 손실은 적절하게 제공된 전기 저항기에 의해 생성된다. 완전한 전기 진동 회로(즉, 통합된 또는 외부 코일이 추가적으로 제공됨)가 또한 가능하다. 감쇄는 또한 벤딩 바에서 추가적인 구조체를 구현함으로써 획득될 수 있고, 유체가 챔버 내부로 또는 외부로 흐를 때 상당한 흐름 저항을 나타낸다.
특히 낮은 공진 주파수의 표현을 위해, 즉 낮은 주파수를 생성하거나 검출하기 위해, 벤딩 바의 질량을 증가시키기는 것이 이로울 수 있다. 강성을 크게 증가시키지 않기 위해, 추가적인 구조체가 최대 진동 진폭의 영역에 바람직하게 부착된다. 하나의 측면 상에 클램핑되는 바의 경우에, 최상의 위치 또는 최대 진동 진폭의 영역은 벤딩 바의 종단이다. 두 측면 상에 클램핑되는 바의 경우에, 이는 바의 중심이다.
즉, 본 발명의 결론은 체적 흐름이 생성되거나 챔버, 즉 실리콘 칩에 형성될 수 있는 서브 공동 또는 서브 공동 일부의 압축 또는 확장에 의해 검출될 수 있다는 사실에 기초한다. 각각의 챔버는 유체, 예를 들어, 공기가 내부 또는 외부로 흐를 수 있는 유입구 또는 유출구가 제공될 수 있다. 챔버는 고정 캡에 의해 횡 이동 방향에 수직인 방향(예를 들어, 상부 및 하부 상에)을 따라 폐쇄될 수 있다. 각각의 챔버의 측벽들 중 적어도 하나는 이동가능하거나 변형가능하게 구성되고 액추에이터에 의해 이동될 수 있어서 체적이 이 챔버에서 감소하거나 증가할 수 있다.
MEMS 트랜스듀서의 상술된 실시예는 전기 접속, 본드 패드 등을 포함할 수 있고, 명료함을 위해 도면에서 도시되지 않았다.
상술된 실시예는 적어도 두 공동 또는 서브 공동의 상이한 공진 주파수에 기초하여 획득될 수 있는 다방향 라우드스피커 또는 N 방향 라우드스피커에 관한 것이다. 전기기계적 트랜스듀서 및 공동 또는 서브 공동은 음압 레벨(SPL)이 공진 주파수의 함수의 적어도 일부가 되도록, 즉, 다수의 액추에이터 챔버가 상이한 주파수 코스(SPL =f(주파수))를 포함할 수 있도록 서로 정합될 수 있다. 이는 가변형 소자의 변형에 기초하고 서브 공동에 기초하여 획득될 수 있는 음압 레벨의 값이 각각의 서브 공동 외부로 또는 내부로 흐르는 체적 흐름의 주파수로의 연결을 포함한다는 것을 의미한다. 연결은 함수로서 표현될 수 있고, 함수는, 예를 들어, 선형적일 수 있고, 예를 들어, SPL = x*주파수 = b, 여기서 x 및 b 는 변수이다. 대안으로, 함수는 또한 비선형적일 수 있고, 예를 들어, 2차 함수, 지수 함수 또는 루프 함수에 기초한다. 함수적 연결은 상이한 MEMS 트랜스듀서에 배치되는 상이한 서브 공동 또는 공동으로 쉽게 전달될 수 있다. 따라서, 체적 흐름의 주파수는 유체에서의 압력의 주파수 의존적인 코드를 설명할 수 있다.
MEMS 트랜스듀서의 실리콘 칩이 설계될 수 있고, 웨이퍼 레벨 상의 제조 중에 획득되는 디스크 본드로부터 방출될 수 있어서, 이들은 각각의 적용예에 대해 적응되는 형상을 포함한다. 예를 들어, 라우드스피커 및 보청기 또는 인이어 헤드폰과 같은 적용예에 대해, 칩은 원형으로 설계될 수 있거나, 디스크 상의 실리콘 영역의 사용에 더 적합한 6각형으로 설계될 수 있다.
일부 양상들은 디바이스의 문맥 내에서 설명되었지만, 이들 양상들은 또한 대응하는 방법의 설명을 나타내어 디바이스의 블록 또는 구조적 구성요소는 대응하는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징으로서 이해되는 것임을 이해할 수 있다. 이들과의 유사점에 의해, 방법 단계의 문맥 내에서 설명되는 양상들은 대응하는 블록의 설명 또는 대응하는 디바이스의 세부사항 또는 특징을 나타낸다.
상술된 실시예는 단지 본 발명의 원리들의 예시를 나타낸다. 당업자는 본원에 설명된 구성들 및 세부사항들의 수정 및 변형을 이해할 수 있다. 이것이 본 발명이 실시예들의 설명 및 논의에 의해 본원에서 제시된 특정 세부사항에 의해서 보다는 이하의 청구항의 범위에 의해서만 제한되는 이유이다.
참고문헌
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Claims (77)

  1. 유체의 체적 흐름(12)과 상호 작용하기 위한 MEMS 트랜스듀서로서,
    공동(16)을 포함하는 기판(14)과,
    상기 공동(16) 내의 상기 기판(14)에 연결되며, 횡 이동 방향(24)을 따라 변형 가능한 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 포함하되,
    상기 횡 이동 방향(24) 및 상기 유체의 체적 흐름(12)을 따른 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형은 인과관계로 관련이 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 전기적 구동(129a)에 응답하여 상기 공동(16) 내의 유체를 이동시키는 것과 상기 공동(16) 내의 유체의 이동에 응답하여 전기 신호(129b)를 제공하는 것 중 하나 이상을 수행하도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판(14)에 연결된 제1 및 제2 전기기계식 트랜스듀서(18b 내지 18e)를 포함하고, 상기 트랜스듀서들 각각은 횡 이동 방향(24)을 따라 변형 가능한 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 각각 포함하며, 상기 가변형 소자는 횡 이동 방향(24)을 따라 변형되도록 구성되고, 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) 및 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e)는 제1 시간 간격 동안 서로를 향해 이동하고 제2 시간 간격 동안 서로로부터 먼 쪽으로 이동하도록 구성되며, 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d)와 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e) 사이의 제1 서브 공동(subcavity)(42a, 42b)의 체적은 제1 시간 간격과 제2 시간 간격 사이에서 가변적인
    MEMS 트랜스듀서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(14)에 연결되며 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 변형 가능한 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 각각 포함하는 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 포함하고,
    제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d)와 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e) 사이에 제1 서브 공동(42a, 42b)이 배치되고, 제2 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d)와 제3 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18c) 사이에 제2 서브 공동(38a, 38b)이 배치되며,
    상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) 및 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e)는 제1 주파수로 상기 제1 서브 공동의 체적을 변화시키도록 구성되며, 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) 및 제3 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18c)는 제2 주파수로 상기 제2 서브 공동의 체적을 변화시키도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 체적 흐름(12) 및 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형은 상기 제1 서브 공동(42a, 42b) 및 제2 서브 공동(38a, 38b)의 체적의 변화와 인과관계로 관련이 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 서브 공동(42a, 42b)과 상기 제2 서브 공동(38a, 38b) 사이에 배치되고 상기 제1 서브 공동(42a, 42b)과 상기 제2 서브 공동(38a, 38b) 사이의 유체 결합을 적어도 부분적으로 감소시키도록 구성된 벽 구조물(49)을 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d), 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e) 및 상기 제3 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18c)의 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 제각기 제1 단부와 제2 단부를 가진 바 액추에이터(30)를 포함하고, 상기 제1 전자기계식 트랜스듀서(18b, 18d)의 상기 바 액추에이터(30)는 상기 제1 단부 및 제2 단부에서 상기 기판(14)에 연결되고, 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e) 또는 상기 제3 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18c)의 상기 바 액추에이터는 상기 바 액추에이터의 중심 영역에서 상기 기판(14)에 연결되는
    MEMS 트랜스듀서.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(14)은 상기 공동(16)의 다수의 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)에 연결된 다수의 개구(26)를 포함하고, 각 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)의 체적은 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 변형 가능한 적어도 하나의 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 휨 상태에 의해 영향을 받고, 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)의 2개의 이웃하는 서브 체적은 제1 시간 간격 또는 제2 시간 간격 동안 크기가 증가 또는 감소할 수 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(14)은 상기 공동(16)의 다수의 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)에 연결된 다수의 개구(26)를 포함하고, 각 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)의 체적은 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 변형 가능한 적어도 하나의 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 휨 상태에 의해 영향을 받고, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형 및 상기 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)에 기초하여 얻어진 음압(sound pressure) 레벨의 값이 상기 각 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)으로부터 흘러나오거나 또는 상기 각 서브 공동(42a 내지 42b, 38a 내지 38c)으로 흘러들어가는 상기 체적 흐름(12)의 주파수와, 함수로서 표현될 수 있는 관계를 갖는
    MEMS 트랜스듀서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 체적 흐름(12)의 주파수는 상기 유체 내의 압력의 주파수 의존 코스를 나타내는
    MEMS 트랜스듀서.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(14)의 개구(26)에 인접한 제1 서브 공동(42a, 42b)은 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) 및 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e)의 바 구조물(30) 사이에 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전기기계식 트랜스듀서의 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서의 제2 가변형 소자는 상기 기판(14)에 대하여 면내에서 구부러지도록 구성된 바 구조물(30)을 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 능동형(active)으로 형성되며 상기 체적 흐름과 상호작용하도록 구성되거나, 또는 상기 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)에 연결되고 경질로 구성되는 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)가 상기 체적 흐름과 상호 작용하도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)의 축 방향(y)으로 적어도 간접적으로 연결된 복수의 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하며, 제1 및 제2 서브 공동 부분(96a, 96b)의 체적에 각각 영향을 미치도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 전기적 구동(129a)에 응답하여 상기 제1 서브 공동 부분(96a) 및 제2 서브 공동 부분(96b)을 이동시키도록 구성되며, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 제1 서브 공동 부분(96a) 및 상기 제2 서브 공동 부분(96b)의 체적을 서로 상이한 주파수로 변화시키도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동(16)의 체적은 제1 층(32a), 제2 층(32b) 및 제1 측 영역(53a) 및 제2 측 영역(53b)에 의해 영향을 받고, 상기 제1 측 영역(53a) 및 상기 제2 측 영역(53b)은 상기 제1 층(32a) 및 상기 제2 층(32b) 사이에 배치되고, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 적어도 한 부분에서 상기 제1 층(32a) 또는 상기 제2 층(32b)에 평행한 이동을 수행(55)하도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 제1 층(32a) 및 제2 층(32b)과 접촉하지 않게 배치되거나, 또는 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 상기 제1 층(32a) 또는 상기 제2 층(32b) 사이에 저마찰층이 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    층 스택을 포함하되, 상기 층 스택은 상기 제1 층(32a), 중간층(36), 상기 제1 층(32a)과 상기 중간층(36) 사이에 배치된 제1 스페이서 층, 상기 제2 층(32b) 및 상기 중간 층(36)과 상기 제2 층(32b) 사이에 배치된 제2 스페이서 층(34b)을 포함하며, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 중간층(36)에 연결되는
    MEMS 트랜스듀서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 스페이서 층(34a) 또는 제2 스페이서 층(34b)은 방향(z)을 따라서 1nm 내지 1mm 범위 또는 20nm 내지 100㎛ 또는 50nm 내지 1㎛ 범위의 값을 포함하는 치수를 가지며, 상기 제1 및 제2 스페이서 층(34a, 34b)은 상기 방향(z)을 따라서 상기 중간층(36)에 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)가 변형되는 동안, 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)의 제1 측으로부터 제2 측으로 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 환류하는 유체 흐름(57)의 범위는 상기 공동(16) 내 상기 체적 흐름(12)의 범위보다 작은
    MEMS 트랜스듀서.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 환류하는 유체 흐름(57)의 범위는 상기 체적 흐름(12)을 10으로 나눈 값의 범위 이하인
    MEMS 트랜스듀서.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 횡 이동 방향(24) 및 그 반대 방향을 따라 변형되도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 바 구조물(30)을 포함하고, 상기 기판에 대해 면내에서 구부러지도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 작동 방향(59, 59')을 포함하는 바이모프로서 구성되며, 상기 작동 방향을 따라서 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 전압 인가에 의해 휘어질 수 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 축 방향(y)을 따라 제1 바 부분(30a), 제2 바 부분(30b) 및 제3 바 부분(30c)을 차례로 포함하며, 이들 각 부분은 반대 방향의 작동 방향(59a 내지 59c)을 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 제1 및 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하며, 상기 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 외부 바 부분(30a, 30c) 및 상기 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 외부 바 부분(30a, 30c)은 적어도 간접적으로 서로 연결되어 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자는 서로 직렬로 연결된 적어도 3개의 바 부분(30a 내지 30c)을 포함하고, 적어도 제1, 제2 및 제3 바 소자(30a, 30b, 30c)는 반대 방향의 작동 방향(59a 내지 59c)을 포함하며 상이한 바 길이를 갖는
    MEMS 트랜스듀서.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 가변형 소자는 양 측에서 클램핑되는
    MEMS 트랜스듀서.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(14)은 앵커 소자(anchor element)(84)를 포함하고,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 축 연장 방향(y)의 중심 영역(30b) 내의 앵커 소자(84)에 연결되거나, 또는
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 앵커 소자(84)를 통해 외부 바 부분(30a, 30c)에서 추가 가변형 소자에 연결되는
    MEMS 트랜스듀서.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 150)는 제1 층(112) 및 제2 층(114)을 포함하고, 상기 스페이서(116a 내지 116c)는 상기 제1 층(112)과 상기 제2 층(114) 사이에 배치되며, 상기 제1 층(112) 및 상기 제2 층(114)은 상기 스페이서(116a 내지 116c)를 통해 연결되고, 상기 스페이서(116a 내지 116c)는 상기 제1 층(112) 및 상기 제2 층(114)의 코스(124)에 대해 경사 방향으로 비스듬히 배치되고, 상기 제1 층(112)과 상기 제2 층(114) 사이의 흡착력(F)은 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 휘게 하는
    MEMS 트랜스듀서.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 바 구조물을 포함하며, 상기 바 구조물은 제1 단부 및 제2 단부에서 고정되게 클램핑되는
    MEMS 트랜스듀서.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 정전기 트랜스듀서, 압전 트랜스듀서, 전자기 트랜스듀서, 전기 역학 트랜스듀서, 열 기계 트랜스듀서 또는 자기 변형 트랜스듀서로서 형성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 정전기 트랜스듀서로서 형성되고, 상기 MEMS 트랜스듀서는 상기 가변형 소자(22; 160)의 축 방향(98)을 따라 연장되는 제1 전극(126)을 더 포함하고, 상기 가변형 소자(22; 160)는 제2 전극(127)을 포함하며, 상기 제1 전극(126)과 상기 제2 전극(127) 사이에 정전기력(F)을 발생시키기 위해 상기 제1 전극(126)과 상기 제2 전극(127) 사이에 전위가 인가될 수 있고, 상기 가변형 소자(22; 160)는 상기 정전기력(F)에 기초하여 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 상기 변형을 수행하도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 160)가 상기 체적 흐름(12) 또는 상기 전위에 의해 영향을 받지 않은 상태에서, 상기 가변형 소자(22; 160)와 상기 제1 전극(126) 사이의 거리는 상기 가변형 소자(22; 160)의 축 방향을 따라 변하며, 상기 거리는, 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)가 상기 기판에 연결되는 영역 내에서의 최소 거리를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160); 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160) 및 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)를 포함하며, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 변형되도록 구성되며, 상기 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 상기 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 서로 마주 보도록 배치되어 상기 제1 및 제2 가변형 소자의 변형 가능 단부(52)가 서로 대면하도록 배치되며, 상기 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)는 편향 가능한 단부(52)에 연결되고, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형 및 상기 이동 방향(24)을 따르는 상기 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)의 이동은 인과관계로 관련이 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 이동 방향(24)을 따라 추가적인 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)가 배치되고, 상기 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)와 상기 추가적인 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c) 사이에 위치하는 체적(42a)은 상기 체적 흐름(12) 또는 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)의 작동에 기초하여 변하는
    MEMS 트랜스듀서.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 상기 제1 또는 상기 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 축 연장 방향(y)을 따라 연결된 제1 및 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하되, 상기 제1 및 제2 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160) 사이에 스프링 소자(102)가 배치되어 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 스프링 소자(102)는 상기 횡 이동 방향(24)과 직교하는 방향보다 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 더 낮은 강성을 갖는
    MEMS 트랜스듀서.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 상기 기판(14)의 측면 주 연장 방향(x)에 대해 비스듬히 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 8a 내지 18f)가 상기 기판(14)에 연결되는 영역에 인접한 기판 스프링 소자(72a 내지 72b)를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 이동하도록 구성된 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)를 포함하며, 상기 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)의 플레이트 표면은 상기 이동 방향(24)을 따라 이동하는
    MEMS 트랜스듀서.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 플레이트 소자(62; 62a-62c)는 전위에 연결될 수 있는 전극을 포함하며, 상기 플레이트 소자(62a 내지 62c)는
    추가 전극 반대 쪽에 정전기력(F) - 상기 정전기력(F)은 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형을 일으킴 - 을 생성하거나, 또는
    상기 체적 흐름(12)에 기초하여 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형을 일으키도록 구성되며,
    상기 전위는 상기 변형에 기초하여 영향을 받을 수 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  43. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 상기 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c) 사이에 스프링 소자(64a 내지 64b; 68)가 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  44. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 상기 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c) 사이에, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 액추에이터 이동을 증가시키도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 가변형 소자(40b-c)가 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  45. 제35항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트 소자(62)로부터 먼 쪽에서 마주보는 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 한 쪽에 위치하는 공동(16)의 서브 체적(38a)이 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 통과하여 상기 플레이트 소자(62)의 방향으로 연장되도록, 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 개구(78a)를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  46. 제1항 내지 제45항에 있어서,
    상기 체적 흐름(12)이 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형에 기초하여 상기 공동(16) 밖으로 또는 상기 공동(16) 내부로 상기 횡 이동 방향(24)에 직교하는 방향으로 흐르도록, 상기 공동(16)은 상기 기판(14) 내에 상기 횡 이동 방향(24)에 직교하도록 배치된 개구(26)를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 개구(26)는 축 방향(y)을 따라 상기 MEMS 트랜스듀서의 외부로부터 상기 공동(16)으로 갈수록 작아지는 가변 단면을 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  48. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 개구(26)는 축 방향(y)에 직교하는 두께 방향(z)을 따라 상기 MEMS 트랜스듀서의 외부로부터 상기 공동을 향해 갈수록 작아지는 가변 단면을 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  49. 제45항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가변형 소자는 상기 개구(26)에 인접하게 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  50. 제1항 내지 제49항에 있어서,
    상기 공동(16)은 상기 기판(14) 내에 개구(26)를 포함하고, 상기 체적 흐름(12)이 상기 바 소자(44)를 환류하도록 적어도 하나의 바 소자(44)가 상기 개구(26)의 영역에 형성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  51. 제50항에 있어서,
    다수의 바 소자(44)를 포함하며, 이웃하는 바 소자들(44)은 서로 5㎛ 미만의 간격(85)을 갖는
    MEMS 트랜스듀서.
  52. 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동(16)은 상기 기판(14) 내에 개구(26)를 포함하고, 상기 개구의 영역에 커버(43)가 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  53. 제1항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동(16)은 상기 기판(14) 내에 개구(26)를 포함하고, 상기 개구(26)의 영역에 상기 공동(16) 외부 방향 및/또는 상기 공동(16) 내부 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 상기 개구를 통한 상기 체적 흐름(12)의 통과를 감소시키도록 구성된 밸브 구조물(85a 내지 85f)이 배치되는
    리소그래피 장치.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 밸브 구조물(85a 내지 85f)은 능동형으로 형성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 가변형 소자는 능동형으로 형성되고, 상기 밸브 구조물(85a 내지 85f)은 상기 가변형 소자와 동일한 액추에이터 원리에 기초하는
    MEMS 트랜스듀서.
  56. 제54항 또는 제55항에 있어서,
    상기 유체 흐름(12)에서 압력 펄스가 생성되도록 상기 밸브 구조물(85a 내지 85f)을 구동시키도록 구성된 제어 장치를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  57. 제1항 내지 제56항에 있어서,
    상기 공동(16) 외부로의 상기 체적 흐름(12)의 배출 또는 상기 공동(16)으로의 상기 체적 흐름(12)의 진입을 적어도 부분적으로 방지하도록 구성된 멤브레인 소자(104)를 더 포함하되, 상기 체적 흐름(12)에 기초하여 상기 멤브레인 소자(104)의 휨이 발생할 수 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 공동(16)은 상기 기판(14) 내에 개구(26)를 포함하고, 상기 멤브레인 소자(104)는 상기 개구의 영역 내에 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  59. 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 제2 MEMS 트랜스듀서(80b 내지 80c; 80'b)를 갖는 MEMS 스택(90; 140) 내에 배치되는
    MEMS 트랜스듀서.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 MEMS 트랜스듀서(80a, 80'a) 및 상기 제2 MEMS 트랜스듀서(80b 내지 80c; 80'b)의 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는 함께 구동될 수 있는
    MEMS 트랜스듀서.
  61. 제59항 또는 제60항에 있어서,
    상기 MEMS 트랜스듀서의 캡 표면(32b)은 상기 스택(140)의 외부면을 형성하고, 상기 MEMS 트랜스듀서(80'a)는 상기 제2 MEMS 트랜스듀스(80'b)로부터 먼 쪽에서 마주보도록 배치된 상기 캡 표면(32) 내의 개구(26)를 포함하며, 상기 MEMS 트랜스듀서(80'a)의 체적 흐름(12)은 상기 제2 MEMS 트랜스듀서(80'b)의 체적 흐름(12)에 직교하거나 또는 반대 방향으로 상기 공동(16)으로부터 배출되거나 또는 상기 공동(16)에 진입하는
    MEMS 트랜스듀서.
  62. 제59항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MEMS 트랜스듀서(80'a)의 공동(16)과 상기 제2 MEMS 트랜스듀서(80'b)의 공동(16)은 서로 연결되는
    MEMS 트랜스듀서.
  63. 제59항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MEMS 트랜스듀서(80'a)의 공동(16)과 상기 제2 MEMS 트랜스듀서(80'b)의 공동(16)은 서로 다른 공진 주파수를 갖는
    MEMS 트랜스듀서.
  64. 제1항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 1㎛ 내지 100㎜ 범위의 값 또는 100㎛ 내지 10㎜ 범위의 값, 또는 500㎛ 내지 5㎜ 범위의 값을 갖는 축 방향 연장부(y)를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  65. 제1항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 0.1㎛ 내지 1000㎛ 범위의 값, 또는 1㎛ 내지 100㎛ 범위의 값, 또는 5㎛ 내지 30㎛ 범위의 값을 갖는 상기 횡 이동 방향(24)을 따르는 연장부를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  66. 제1항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 상기 횡 이동 방향(24)에 직교하도록 배치된 방향(z)을 따르는 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 0.1㎛ 내지 1000㎛ 범위의 값, 또는 1㎛ 내지 300㎛ 범위의 값, 또는 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 값을 갖는
    MEMS 트랜스듀서.
  67. 제1항 내지 제66항에 있어서,
    적어도 하나의 가변형 센서 소자 및 적어도 하나의 가변형 액추에이터 소자를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서.
  68. 유체의 체적 흐름(volume flow)(12)과 상호 작용하기 위한 MEMS 트랜스듀서로서,
    공동(16)을 포함하는 기판(14)과,
    상기 공동(16) 내의 상기 기판(14)에 연결되며 횡 이동 방향(24)을 따라 변형 가능한 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f) - 상기 횡 이동 방향(24)을 따르는 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형 및 상기 유체의 체적 흐름(12)은 인과관계로 관련이 있고, 상기 횡 이동 방향(24)은 상기 기판에 대해 면내에서 연장됨 - 와,
    상기 기판(14)에 연결되어 있고, 각각이 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 변형가능한 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하며, 상기 횡 이동 방향(24)을 따라 변형되도록 구성된 제1 및 제2 전기기계식 트랜스듀서(18b 내지 18e) - 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) 및 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e)는 제1 시간 간격 동안 서로를 향해 이동하고 제2 시간 간격 동안 서로로부터 멀어지도록 이동하도록 구성되며, 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d)와 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e) 사이의 서브 공동(subcavity)(42a, 42b)의 체적은 제1 시간 간격과 제2 시간 간격 동안 가변적임 - 를 포함하되,
    상기 제1 전기기계식 트랜스듀서의 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서의 제2 가변형 소자는 바 구조물의 축 방향(y)을 따라 구부러지도록 구성된 바 구조물을 포함하고,
    상기 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)는 능동형으로 구성되고 상기 체적 흐름과 상호 작용하도록 구성되거나, 또는 상기 제1 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)에 연결된 플레이트 소자(62; 62a 내지 62c)가 경질로 구성되고 상기 체적 흐름과 상호작용하도록 구성되는
    MEMS 트랜스듀서.
  69. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항의 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)를 갖는 MEMS 라우드 스피커로서,
    상기 체적 흐름(12)은 음향 음파(acoustic soundwave) 또는 초음파인
    MEMS 라우드 스피커.
  70. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항의 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)를 포함하는 MEMS 펌프로서,
    상기 공동(16)은 상기 기판(14) 내에 제1 개구(26) 및 제2 개구(26)를 포함하고,
    상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)는, 상기 유체에 기초하여 상기 체적 흐름(12)을 제공하고 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)의 작동에 기초하여 상기 제1 개구(26)를 통해 상기 공동의 방향으로 상기 유체를 이송하거나 또는 상기 작동에 기초하여 상기 유체를 상기 제2 개구(26)를 통해 상기 공동(16)으로부터 멀어지는 방향으로 이송하도록 구성되는
    MEMS 펌프.
  71. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80;; 100; 110)를 포함하는 MEMS 마이크로폰으로서,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형에 기초하여 상기 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)의 단자에서 전기 신호(129b)가 획득될 수 있으며, 상기 변형은 상기 체적 흐름(12)에 기초하여 발생할 수 있는
    MEMS 마이크로폰.
  72. MEMS 시스템(170)으로서,
    제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)와,
    상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형을 구동하거나 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형을 검출하도록 구성된 제어 장치(128)를 포함하는
    MEMS 시스템.
  73. 제72항에 있어서,
    상기 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)는 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 포함하며,
    상기 제어 장치(128)는 상기 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 구동하여, 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) 및 이웃하는 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e)가 제1 시간 간격 동안 서로를 향해 적어도 국부적으로 이동하게 하도록 구성되고,
    상기 제어 장치(128)는 상기 다수의 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 구동하여, 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d) - 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d)는 상기 제2 전기기계식 트랜스듀서(18c, 18e)와 제3 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18c) 사이에 배치됨 - 및 상기 제1 전기기계식 트랜스듀서(18b, 18d)에 인접하게 배치된 제3 전기기계식 트랜스듀서(18a, 18c)가 제2 시간 간격 동안 서로를 향해 이동하게 하도록 구성되는
    MEMS 시스템.
  74. 제72항 또는 제73항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)를 포함하되, 상기 추가 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)의 공동(16)은 상기 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)의 상기 공동(16)의 공진 주파수와 다른 공진 주파수를 포함하며,
    상기 제어 장치는, MEMS 트랜스듀서 및 상기 추가 MEMS 트랜스듀서의 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형을 검출하고 전기 신호에 기초하여 푸리에 합성(Fourier synthesis)을 계산하도록 구성되는
    MEMS 시스템.
  75. 제72항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)를 포함하되, 상기 추가 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)의 공동(16)은 상기 MEMS 트랜스듀서(10; 20; 50; 80; 80'; 100; 110)의 상기 공동(16)의 공진 주파수와 다른 공진 주파수를 포함하며,
    상기 제어 장치는, MEMS 트랜스듀서 및 상기 추가 MEMS 트랜스듀서의 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형을 서로 다른 주파수로 구동하도록 구성되는
    MEMS 시스템.
  76. MEMS 트랜스듀서를 제조하는 방법으로서,
    공동(16)을 포함하는 기판(14)을 제공하는 단계와,
    횡 이동 방향(24)을 따른 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)의 변형 및 유체의 체적 흐름(12)이 인과관계로 관련되도록, 상기 횡 이동 방향을 따라 변형 가능한 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)를 포함하는 전기기계식 트랜스듀서(18; 18a 내지 18f)를 상기 공동(16) 내의 기판(14)에서 제조하는 단계를 포함하는
    MEMS 트랜스듀서 제조 방법.
  77. 제76항에 있어서,
    저 마찰 층을 배치하는 단계를 더 포함하되, 상기 저 마찰 층은 상기 가변형 소자(22; 22a 내지 22f; 30; 40; 150; 160)와 이웃하는 층(32a 내지 32b) 사이의 영역에 배치되는
    MEMS 트랜스듀서 제조 방법.
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