DE102023203237A1

DE102023203237A1 - Mems-schallwandler

Info

Publication number: DE102023203237A1
Application number: DE102023203237.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Stoppel; Malte Florian Niekiel; Bernhard Wagner; Fabian LOFINK
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2023-04-06
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2024-10-10
Also published as: US20240340597A1

Abstract

MEMS-Schallwandler, mit folgenden Merkmalen: auslenkbarem Biegewandlerelement, das zumindest einseitig gegenüber einer umgebenen Struktur eingespannt ist, wobei das Biegewandlerelement an zumindest einer Seite ein freies Ende aufweist, das durch einen Spalt von der umgebenen Struktur getrennt ist, wobei das auslenkbare Biegewandlerelement ausgebildet ist, infolge einer Kraft eine Verbiegung entlang einer Biegelinie und/oder eine Torsion entlang einer Torsionsachse zu erfahren, um infolge der Verbiegung ausgelenkt zu werden, wobei das auslenkbare Biegewandlerelement mindestens eine Blendenstruktur aufweist, die vertikal aus einer die Haupterstreckungsrichtung des Biegewandlerelements herausragt und zumindest entlang der Biegelinie und/oder entlang der Torsionsachse flexibel ausgeführt ist.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen MEMS-Schallwandler, insbesondere einen MEMS-Schallwandler mit einer oder mehreren Blenden. Im Speziellen beschreiben die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein vollständig zu MEMS-Herstellungsprozessen kompatibles Konzept für die elektroakustische Schallwandlung.
Als Weiterentwicklung konventioneller Lautsprecher sind Mikrolautsprecher aus einer Miniaturisierung des etablierten elektrodynamischen Antriebs hervorgegangen. Bei der am weitesten verbreiteten Tauchspulenanordnung ist eine Spule auf der Rückseite der Membran befestigt, die sich beim Anlegen eines Stromsignals in dem Magnetfeld eines festen Permanentmagneten bewegt und so die Membran auslenkt.
Eine Entwicklung aus den Hörgerätanwendungen sind die sogenannten Balanced-Armature-Wandler (BA-Wandler). Ein spulenumwickelter Stab befindet sich im Spalt eines ringförmigen Permanentmagneten und ist mit einer Membran verbunden. Ein Stromsignal auf die Spule magnetisiert den Stab, auf den dann durch das Magnetfeld des Permanentmagneten ein Drehmoment wirkt. Die Drehung wird über eine starre Verbindung auf die Membran übertragen. Der Stab befindet sich im Grundzustand in einem instabilen Gleichgewicht der magnetischen Anziehungskräfte. Durch diesen instabilen Zustand können mit geringem Aufwand (Antriebskräfte, Energie) höhere Auslenkungen erreicht werden. BA-Wandler zeichnen sich daher durch höhere erreichbare Schalldruckpegel aus und werden aufgrund ihrer Baugröße bevorzugt für in-ear Anwendungen genutzt.
Getrieben durch die Anforderung der Miniaturisierung und beflügelt durch die Erfolge auf dem Gebiet der Mikrofone hat sich die Mikrosystemtechnik dem Thema der Mikrolautsprecher angenommen. Eine Entwicklung des Fraunhofer ISIT zusammen mit der Firma USound resultierte in einen MEMS-Lautsprecher auf Basis von piezoelektrischen Biegeaktoren, die eine hybrid aufgebrachte Membran auslenken [1].
Weitere Entwicklungen des Fraunhofer ISIT basieren auf piezoelektrischen Biegeaktoren, die ohne zusätzliche Membran auskommen [2,3]. Die Aktoren sind über dünne Schlitze mechanisch entkoppelt und fungieren als akustisch abstrahlende Membran. Geringe Spaltbreiten von wenigen Mikrometern sowie optionale Strömungsblenden verhindern einen akustischen Kurzschluss und ermöglichen trotz der mechanisch offenen Bauweise hohe Schalldruckpegel.
Es sind auch verschiedene Konzepte elektrodynamisch betätigter MEMS-Lautsprecher bekannt. Erwähnenswert sind insbesondere die Arbeiten an der Université Paris-Sud und der Université du Maine [4,5]. Eine an Si-Federn aufgehängte versteifte Si-Membran bildet einen Kolbenschwinger. Die Spule ist als Planarspule direkt auf die Si-Membran aufgebracht und bewegt die Membran im Magnetfeld eines hybrid aufgebrachten Permanentmagneten.
Ein verwandter Ansatz, verfolgt von mehreren Gruppen [6,7,8,9,10,11], besteht darin, dass die Planarspule auf eine weiche Polymermembran anstelle der versteiften Si-Membran aufgebracht wird.
Das Konzept eines magnetostriktiv getriebenen Mikrolautsprechers wird von Albach et al. [12] verfolgt. Der Schallwandler besteht hier aus einem zweiteiligen Aufbau. Den ersten Teil bildet ein Mikrolautsprecher-Chip, der die magnetostriktive Membran des Lautsprechers trägt. Durch Anlegen eines Magnetfelds wird die Membran aus der Ebene des Chips ausgelenkt und Schall erzeugt. Den zweiten Teil des Mikrolautsprechers bildet eine stromdurchflossene Spule, die das zum Betrieb benötigte Magnetfeld erzeugt. Das hier vorgeschlagene Konzept sieht dazu einen zweiten Chip vor, der entsprechende Mikroflachspulen trägt.
Ein weiteres Mikrolautsprecher Konzept basiert auf dem nanoskopischen elektrostatischen Antrieb (nanoscopic electrostatic drive, NED) [13]. Das Bauelement umfasst geklemmte elektrostatische Biegeaktoren, die paarweise in Zeilen und Spalten innerhalb der Bauelementschicht eines SOI-Wafers (Silicon on Insulator) angeordnet und mit einem weiteren Wafer bedeckt sind, welcher mit einem geringen Abstand auf den SOl-Wafer gebondet ist. Zwischen jeder benachbarten Reihe von Aktoren sind akustisch wirksame Öffnungen abwechselnd in die Ober- und Unterseite des Wafers integriert, um die Abstrahlung von Schall aus dem Bauelement ohne akustische Kurzschluss zu ermöglichen.
Zusammenfassend ist anzumerken, dass die vorhandenen MEMS-Lautsprecher-Konzepte überwiegend komplexe, kostspielige sowie teilweise hybride Herstellungsverfahren erfordern und überwiegend unzureichende Leistungseigenschaften aufzeigen. Unter diesen Gesichtspunkten ist der Ansatz mit piezoelektrischen Biegewandlern und festen Strömungsblenden [2] aktuell als besonders vielversprechend anzusehen, da er gute Leistungsmerkmale mit einer vergleichsweise guten Herstellbarkeit in MEMS-Technologie verbindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept für einen MEMS-Schallwandler zu schaffen, das einen verbesserten Kompromiss aus akustischen Eigenschaften, Herstellbarkeit, Miniaturisierbarkeit und Komplexität aufweist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen MEMS-Schallwandler mit einem auslenkbaren Biegewandlerelement, das zumindest einseitig gegenüber einer umgebenen Struktur eingespannt ist, wobei das Biegewandlerelement an zumindest einer Seite, z. B. seitlich, das heißt angrenzend zu einem eingespannten Ende des Biegewandlerelements, ein freies Ende aufweist, das durch einen Spalt von der umgebenen Struktur getrennt ist. Das auslenkbare Biegewandlerelement ist ausgebildet, infolge einer Kraft eine Verbiegung entlang einer Biegelinie (18) und/oder eine Torsion entlang einer Torsionsachse zu erfahren, um infolge der Verbiegung ausgelenkt zu werden. Beispielsweise kann die Kraft durch eine eintreffende Schallwelle erzeugt werden oder durch einen Aktor, der das Biegewandlerelement ausgehend von einem elektrischen Signal auslenkt. Das auslenkbare Biegewandlerelement weist mindestens eine Blendenstruktur auf, die vertikal aus einer der Haupterstreckungsrichtungen des Biegewandlerelements herausragt und zumindest entlang der Biegelinie (18) und/oder entlang der Torsionsachse flexibel ausgeführt ist.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass MEMS-Schallwandler, insbesondere MEMS-Schallwandler mit Biegewandlerelementen, einerseits durch die Verwendung von Blendenstrukturen, die sich beispielsweise entlang einer Kante des Biegewandlerelements erstrecken, effektiv abgedichtet werden können, um einen akustischen Kurzschluss zu verhindern. Um eine Versteifung des Biegeschallwandlers durch die Blendenstruktur zu verhindern, ist diese flexibel ausgeführt. Die Flexibilität kann beispielsweise durch einen kammartigen Aufbau der Blendenstruktur erreicht werden. Im Vergleich zu bisherigen, meist auf geschlossenen Membranen basierenden MEMS-Systemen, ermöglicht das vorliegende Konzept eine deutliche Leistungssteigerung. Ein Grund hierfür liegt darin, dass infolge der Biegewandlerentkopplung keine Energie für die Verformung von zusätzlichen mechanischen Membranelementen aufgewendet werden muss, wodurch höhere Auslenkungen und Kräfte möglich sind. Das Vermeiden einer geschlossenen Struktur ist durch die Verwendung der Blendenstrukturen möglich. Darüber hinaus treten Nichtlinearitäten erst bei deutlich größeren Bewegungsamplituden auf. Durch die konzept- und materialbedingte geringe schwingende Masse lassen sich Systeme mit einem außerordentlich breiten Frequenzbereich und gleichzeitig hohen Bewegungsamplituden realisieren. Im Gegensatz zu Schallwandlern mit feststehender Blende [2] ergeben sich bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen unter anderem fertigungstechnische Vorteile. So kann die Blende z. B. aus Substratmaterial bestehen und gleichzeitig mit der Strukturierung des Substrats definiert werden. Ein Aufbringen eines aus dem Substrat hergestellten Blendenelements kann dadurch entfallen.
Weitere Vorteile sind:

• Hohe Kostenersparnis, da auf die hybride Montage oder Prozessintegration einer Membran verzichtet werden kann.
• Konzeptbedingt können mehrere Schallwandler auf einem Chip integriert werden, z. B. für die Realisierung von besonders platzsparenden Mehrwege-Lautsprechern oder die Kombination von Schallerzeugern und -aufnehmern. Darüber hinaus lassen sich durch die frequenzseparierte Ansteuerung in Kombination mit den piezoelektrischen Antrieben deutliche Steigerungen bei der Energieeffizienz erzielen. Die gute Modenentkopplung bietet überdies Vorteile bei der Wiedergabequalität.
• Im Gegensatz zu bisherigen Systemen, die meist über keine Sensorik verfügen oder nur die Auslenkung des Antriebs (nicht der Membran) erfassen, lässt sich bei diesem Prinzip mithilfe der gut integrierbaren Sensorik die tatsächliche Position des schallerzeugenden Elements bestimmen. Dies ist von großem Vorteil und ermöglicht eine deutlich genauere und zuverlässigere Detektion. Diese bildet z. B. die Grundlage für eine geregelte Anregung (Closed-Loop), mit der sich äußere Einflüsse, Alterungseffekte und Nichtlinearitäten elektronisch kompensieren lassen.
• Während herkömmliche Systeme mitunter komplex geformte Membranen oder Magnete benötigen, die sich bislang nicht in MEMS-Technologie realisieren, sondern nur mit hohem Aufwand hybrid integrieren lassen, lässt sich das vorliegende Konzept mit gängigen Verfahren der Siliziumtechnologie realisieren. Dies bietet signifikante Vorteile bei Herstellung und Kosten.
• Die Blendenelemente und deren Herstellungsprozess können für weitere Funktionen verwendet werden. Zum Beispiel lassen sie sich als Versteifungsstrukturen verwenden, um parasitäre Schwingungsmoden im Biegewandler zu unterdrücken oder im Frequenzbereich zu verschieben. Darüber hinaus können sie einen mechanischen Überlastschutz (mechanischer Anschlag) bilden oder als Dämpfungsstrukturen dienen, z. B. um die Güte des Biegewandlers einzustellen.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich das auslenkbare Blendenelement zumindest in eine erste Richtung erstreckt, z. B. die Längsrichtung und sich beispielweise auch in eine zweite Richtung erstrecken kann, Querrichtung. Die Biegelinie (18) oder Torsionsachse verläuft entlang dieser ersten Richtung. Die erste und die zweite Richtung befinden sich beide in Substratebene beziehungsweise einer Ebene, die durch das auslenkbare Biegewandlerelement und die umgebene Struktur gebildet ist. Das heißt also, dass entsprechend Ausführungsbeispielen, die umgebene Struktur und das auslenkbare Biegewandlerelement in derselben Ebene liegen. Das gilt beispielsweise zumindest für den Ruhezustand.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Blendenstruktur dadurch Flexibilität aufweisen, dass ein oder mehrere Entkopplungsschlitze eingebracht sind. Diese Entkopplungsschlitze können sich entsprechend Ausführungsbeispielen senkrecht in Bezug auf die Blendenstruktur erstrecken, so dass beispielsweise eine Art Kammform in die Blendenstruktur eingebracht ist. Entsprechend Ausführungsbeispielen weisen der eine oder die mehreren Entkopplungsschlitze eine konstante Dicke und/oder einen konstanten Abstand auf. Vorteilhaft bei diesen Entkopplungsschlitzen beziehungsweise Aussparungen zwischen den Kammzacken ist, dass diese einfach herstellbar sind, da keine anderen Materialien verwendet werden können und gleichzeitig die Flexibilität erreicht wird. Derartige Flexibelblendenstrukturen befinden sich entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen an den Kanten, die direkt an das eingespannte Ende eingreifen. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der auslenkbare Biegewandler nur an einer Seite fest eingespannt. Die freien Enden sind dann angrenzend zu dieser eingespannten Seite und gegenüber. Gegenüber kann auch ein Blendenelement vorliegen, wobei dieses nicht zwingenderweise flexibel ausgeführt sein muss, aber kann. Entsprechend Ausführungsbeispielen können sich die Blendenstrukturen sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten oder auch auf beiden Hauptoberflächen der auslenkbaren Biegewandlerstruktur erstrecken. Das heißt also, dass sich die eine oder mehreren Blendenstrukturen in die Substratebene herein und aus der Substratebene heraus erstrecken können.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Blendenstruktur gebogen sein und/oder einen Anschlag aufweisen.
Wie oben bereits erwähnt, dient die Blendenstruktur dazu, um eine Abdichtung des Spalts ausgehend von hohen Viskositätsverlusten an einem dünnen Spalt auch dann effektiv zu verhindern, wenn der Spalt durch die Auslenkung aufklafft. Beim Spalt ist beispielsweise von einer Dicke von < 20 µm, < 10 µm oder sogar < 5 µm auszugehen. Im Allgemeinen liegt die Dicke also im Bereich von 0,1 µm beziehungsweise 1 µm und 20 µm. Um bei einem solchen Spalt eine gute Abdichtung durch das Blendenelement zu realisieren, kann dieses beispielsweise eine Höhe von 1 µm beziehungsweise mindestens 1 µm, mindestens 5 µm, mindestens 50 µm, mindestens 200 µm, mindestens 400 µm oder mindestens 800 µm aufweisen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen das auslenkbare Biegewandlerelement eine Piezoschicht, eine Piezoschicht sowie eine Passivierungsschicht oder zwei Piezoschichten mit dazwischenliegender Passivierungsschicht aufweisen kann, die ausgebildet sind, die Kraft zur Verformung des Biegewandlers bereitzustellen. Alternativ können über diese Piezoschichten auch elektrische Signale ausgehend von einer durch extern reduzierten Verformung erreicht werden.
Das heißt also, dass entsprechend Ausführungsbeispielen der Schallwandler ausgebildet ist, um ein Schallsignal bei Anregung mit einem elektrischen Signal zu emittieren oder ausgebildet ist, um ausgehend von einem auf das auslenkbare Biegewandlerelement eintreffenden Schallsignal, ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von dem Schallsignal bereitzustellen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen weist der Schallwandler ein weiteres auslenkbares Biegewandlerelement auf. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann dieses weitere auslenkbare Biegewandlerelement gegenüber dem (ersten) auslenkbaren Biegewandlerelement angeordnet sein, so dass die freien Enden des auslenkbaren Biegewandlerelements sowie des weiteren auslenkbaren Biegewandlerelements einen Spalt formen. Hier kann entsprechend Ausführungsbeispielen dann eine oder mehrere Blendenstrukturen vorgesehen sein. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann also das weitere auslenkbare Biegewandlerelement als die umgebene Struktur betrachtet werden.
Weitere Bildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Schallwandlers mit einem Biegeaktor und einer Blendenstruktur gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
2a-e schematische Darstellungen zur Illustration des Konzepts „akustische Blende“ zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen;
3a und b schematische Darstellungen (Querschnitt und Draufsicht) eines Schallwandlers mit separierten Blendenelementen gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen; und
4a-e schematische Darstellungen von weiteren Blendenanordnungen gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen;
5a-c schematische Darstellungen von einem Querschnitt durch einen Biegeaktor gemäß Ausführungsbeispielen;
6a-c schematische Darstellungen verschiedener beispielhafter Geometrien von Aktoren gemäß Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist.
1 zeigt einen MEMS-Schallwandler 10 mit einem Biegeaktor 12, der von einer Struktur 14, hier einem Substrat, umgeben ist. In dem Substrat ist beispielsweise eine Kavität 14k angeordnet, in welche der Biegewandler 12 eingelassen ist. Ein Ende des Biegewandlers (vgl. Bezugszeichen 12e) ist fest eingespannt, das heißt fest mit der umgebenen Struktur 14 in Verbindung. Die drei weiteren Seiten des Biegewandlers gelten als freie Enden, wobei insbesondere das Ende 12f als freies Ende bezeichnet werden kann und die Seiten 12s1 und 12s2 sind ebenfalls freie Enden, wobei entlang dieser Seiten 12s1 und 12s2 die Verbiegung des Biegewandlers 12 erfolgt, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.
Der Biegewandler 12 ist ausgebildet, um, z. B. in Reaktion auf ein von extern anliegendes elektrisches Signal oder ein von extern anliegendes Schallsignal eine Bewegung B durchzuführen. Die Bewegung B folgt einer Kreisbahn beziehungsweise C-Form um das eingespannte Ende 12e. Dadurch verbiegt sich der (längliche) Biegewandler 12 entlang seiner Längsachse. Diese Längsachse beziehungsweise Biegelinie 12b ist illustriert und erstreckt sich hier von dem eingespannten Ende 12e zu dem freien Ende 12f entlang der Seiten 12s1 und 12s2. Es sei gleich darauf hingewiesen, dass diese Biegelinie (18) beispielsweise parallel zu den Seiten 12s1 und 12s2 sein kann, aber auch ein schräger Verlauf der Achse 12b, z. B. diagonal, möglich ist. Auch wäre es denkbar, dass anstatt einer Verbiegung eine Torsion erfolgt. Im Allgemeinen ist eine Biegelinie beispielsweise dadurch bestimmt, dass bei einer Verformung eine (z. B. mathematisch beschreibbare) Kurve entsteht, wobei beispielsweise in Ruhelage diese Biegelinie gerade ist. Insofern beschreibt die Biegelinie die Verformung des Biegebalkens/Biegewandlers 12. Alternativ kann auch eine Art Torsionsachse vorliegen, wenn sich das Element 12 beispielsweise auch tordiert. Die Torsionsachse ist beispielsweise dadurch bestimmt, dass eine Torsion des Elements 12 entlang dieser Achse resultiert. Die Torsionsachse kann entsprechend der Biegelinie (18) 12b sich längs entlang des länglichen Biegebalkens 12 erstrecken. Der Biegewandler 12 ist mit einer Blende 18 versehen. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Blende 18 entlang einer Seitenkante, nämlich an der Seite 12s1. Beispielsweise kann die Blende 18 am eingespannten Ende 12e beginnen und am freien Ende 12f enden, wobei auch jegliche andere Länge denkbar wäre. Die Blende 18 ragt beispielsweise im Wesentlichen senkrecht aus der Oberfläche des Biegewandlers 12 heraus und/oder in diesen hinein. Um eine Versteifung des Biegewandlers 12 entlang der Biegelinie 12b zu verhindern und dadurch die Bewegung B zu erschweren, ist die Blende 18 flexibel ausgeführt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Einkerbungen oder flexible Elemente 18f vorgesehen sind. Diese können aus einem flexiblen Material ausgeführt sein oder auch als einfache Einkerbungen realisiert sein. Die Elemente 18f ermöglichen das Vorsehen eines in Bezug auf die Länge der Seite 12s1 größtenteils geschlossenen Elements, das aber gleichzeitig zumindest für eine Biegung/Torsion entlang/um 12b die Variabilität nicht zu sehr einschränkt. Im Detail kann diese Flexibilität dadurch realisiert sein, dass der Querschnitt partiell geschwächt ist, um im Vergleich zu einem nicht geschwächten Querschnitt, ein flexibles Verhalten entlang der Biegelinie (18) B (geringere Biegesteifigkeit) zu erreichen. Das wird durch ein reduziertes Flächenträgheitsmoment beziehungsweise partiell geschwächtes Flächenträgheitsmoment ausgehend von einem partiell reduzierten Querschnitt erreicht. Selbstverständlich könnte auch statt dem reduzierten Querschnitt das Elastizitätsmodul des Materials erhöht beziehungsweise partiell erhöht werden. Die Schlitze in der Blende 18 haben den Vorteil, dass diese einfach herzustellen sind und so auch die Blende 18 aus demselben Material wie der Biegebalken 12 realisiert sein kann, z. B. aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium. Der eine oder die mehreren Schlitze in der Blende 18 formen bei der Blende 18 eine Art Kammstruktur aus. Die Tiefe der Aussparungen, Anzahl der Aussparungen, Abstand der Aussparungen und/oder Breite der Aussparungen hat einen Einfluss auf die eingebrachte Flexibilität.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Blende 18 auch auf der Seite 12s2 oder auf beiden Seiten vorgesehen sein. Bevorzugter Weise sind die Blenden 18 mit den flexiblen Strukturen an den Seiten, das heißt angrenzend zu der eingespannten Seite 12e, angeordnet. Hierbei können die Blenden 18 mit den flexiblen Strukturen sowohl auf der Seite, die aus der Substratebene herausragt als auch auf der Seite, die in die Substratebene hereinragt vorgesehen sein. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch eine Blende an dem freien Ende 12f sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite vorgesehen sein.
Der Bezug nehmend auf 1 erläuterte Ansatz mit den Strömungsblenden 18, die beweglich gelagert sind beziehungsweise flexibel sind, unmittelbar an den Biegewandlern 12, bietet unter anderem also die Vorteile einer besseren und günstigeren Herstellbarkeit, da die Blendenelemente, z. B. unmittelbar aus dem Substrat geformt werden können und so keine zusätzlichen Materialien und Prozessschritte erforderlich sind. Darüber hinaus können die Blendenelemente weitere Funktionen erfüllen. Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die Steifigkeiten beziehungsweise der Steifigkeitsverlauf entlang der Blende 18 so ausgeführt, dass hier eine Art Versteifungsstruktur entsteht, die den Biegewandler 12 zumindest partiell versteift, aber dennoch seine Flexibilität erhält. Dies dient beispielsweise zur Modenentkopplung und Dämpfungsinduzierung.
Bezug nehmend auf 2a-e werden nun die Blenden im Detail und insbesondere deren Wirkungsweise erläutert.
2a zeigt einen Biegewandler 12 und eine angrenzende Struktur 14. Entlang der Seiten 12s1, 12s2 und 12f ist der Biegewandler 12 von der den Biegewandler 12 umgebenen Struktur 14 durch einen Spalt getrennt. Dieser ist entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen extrem dünn ausgeführt, wie zum Beispiel im Bereich von < 20 µm, < 10 µm oder sogar < 5 µm (allgemein im Bereich von 0,1 oder 1 µm bis 20 µm). Der Biegewandler ist ferner einseitig mit dem Ende 12e eingespannt und hat auf der gegenüberliegenden Seite 12f ein freies Ende. Bei Auslenkung des Biegewandlers 12 in Richtung B öffnet sich der Spalt 14s und klafft sozusagen auf. Hierdurch entsteht eine große Öffnung, die zu einem akustischen Kurzschluss zwischen dem Rückvolumen 12r und dem vorderen Bereich 12v führt. Dieser Schlitz 14s dient zur Entkopplung der Elemente 12 und 14.
Um diesen Spalt 14s beziehungsweise die aufklaffende Öffnung abzudichten, können Blenden 18 verwendet werden, wie es in 2b dargestellt ist. Die Blende 18 ist hier auf der Unterseite (das heißt in die Substratebene hineinragend) des Biegewandlers 12 angeordnet. Bei der gleichen Auslenkung in Richtung B schließt das Blendenelement zumindest partiell den Spalt 12s zwischen dem Biegewandler 12 und der Struktur 14 beziehungsweise verkleinert diesen signifikant. Dies trägt dazu bei, dass ein akustischer Kurzschluss verhindert werden kann. Nachfolgend wird die Funktionalität im Detail erläutert.
Der Biegewandler 12 ist darauf ausgelegt, sich im Betrieb auf der Ebene zu biegen und die angrenzende Luft zu verdrängen beziehungsweise Schall zu erzeugen. Zur Unterdrückung eines signifikanten akustischen Kurzschlusses, verursacht durch eine druckausgleichende Luftströmung infolge einer vergrößerten Öffnung im ausgelenkten Zustand (siehe 2a), verfügt der Biegewandler 12 über mindestens ein vertikal auf der Ebene herausragendes Blendenelement 18, das über einen schmalen Entkopplungsspalt 14s von umgebenen Strukturen mechanisch getrennt ist. Das Blendenelement 18 stellt im vorgestellten Auslenkungsbereich eine vergleichsweise geringere Öffnung (vgl. 2a und 2b) dar und stellt somit eine gute akustische Trennung zwischen Vorderseite 12v und Rückseite 12r des Biegewandlers 12 her.
Abhängig von der Anwendung und Bewegungsrichtung B des Biegewandlers 12 können sich die Blendenstrukturen 18 nach oben und/oder nach unten aus der Ebene erstrecken, wie beispielsweise in 2c gezeigt ist. Hier sind zwei Blendenelemente 18a und 18b sowohl oberhalb als auch unterhalb des Biegewandlers 12 gezeigt. Hierdurch ergibt sich zum Beispiel auch im symmetrischen Biegewandlerbetrieb (Bewegung um die nichtausgelenkte Ruhelage) eine ausreichende Unterbindung des akustischen Kurzschlusses, wie anhand der drei exemplarischen Positionen des Biegewandlers 12 dargestellt ist. Gerade die Auslenkung nach unten könnte in dem vorliegenden Fall von 2a, 2b und 2c einen akustischen Kurzschluss generieren, da die gegenüberliegende Struktur 14 eine vergleichbare Dicke mit dem Biegewandler 12 selbst hat. Durch Verwendung des Substrats als Teil der Blendenstruktur kann auch eine asymmetrische Blende, wie beispielsweise in 2b gezeigt, verwendet werden, ohne, dass es zu einem akustischen Kurzschluss kommt. Diese Konfiguration ist in 2d dargestellt.
2d zeigt einen Biegewandler 12, der von einem Substrat 14 umgeben ist. Dieses Substrat 14 weist eine Kavität 14k auf. Hier ist die Blende 18 asymmetrisch angeordnet, nämlich unterhalb des Biegewandlers 12, so dass bei Auslenkung aus der Substratebene heraus der Schlitz 14s durch das Blendenelement 18 abgedichtet wird. Bei einer Bewegung in die Substratebene hinein, weist die Kavität 14k eine ausreichende Tiefe auf, so dass die Wand der Kavität 14k, also das Substrat 14 selbst, eine Art Blende bildet und zur Abdichtung des Spalts 14s dient.
Insofern kann das Blendenelement z. B. aus dem Substrat 14 selbst geformt werden oder durch ein separates integriertes Material realisiert sein. Darüber hinaus kann das Substrat 14 als feststehendes Blendenelement genutzt werden, so dass eine akustische Trennung auch bei einer nach unten gerichteten Biegewandlerauslenkung erhalten bleibt.
Damit der Biegewandler möglichst wenig in seiner Leistungsfähigkeit (Auslenkung) behindert wird, können die Blendenelemente, wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, flexibel ausgeführt oder in weniger relevanten Bereichen ausgelassen werden, was anhand von 2e dargestellt ist.
2e zeigt einen Biegewandler 12 mit zwei Biegewandlerelementen 12_1 und 12_2 in der Draufsicht. Die zwei Elemente 12_1 und 12_2 sind an gegenüberliegenden Enden fest eingespannt, so dass die jeweils freien Enden aneinander angrenzen und einen Spalt 14sm dazwischen formen. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Blenden 18 erläutert, die seitlich, das heißt also entlang der Seiten 12s1 und 12s2, angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Blenden 18 immer nur am vorderen Ende der Biegewandler 12_1 und 12_2, das heißt also näher an dem Spalt 14sm, als an dem eingespannten Ende angeordnet. Hintergrund hierzu ist, dass so die Flexibilität im Bereich der festen Einspannung erhalten bleibt, während der Bereich mit dem großen Hub, an welchem große Öffnungen entstehen, durch die Blendenstrukturen abgedichtet wird. Neben der verbesserten Biegesteifigkeit ist auch die bewegte Masse des Biegewandlers 12_1 und 12_2 verringert.
Bezug nehmend auf 3 wird nun eine weitere Variante erläutert: 3a zeigt einen Querschnitt eines MEMS-Schallwandlers 10', während in 3b eine Draufsicht gezeigt ist. Der Biegeschallwandler 12 ist von einer Struktur 14 umgeben und von dieser durch einen dreiseitig angeordneten Schlitz 14s separiert. Der Schlitz wird auch Kopplungsschlitz genannt, wobei an den drei Seiten jeweils Blendenelemente 18s und 18f vorgesehen sind.
Der Aufbau des Biegewandlers 12 gegenüber dem Substrat ist vergleichbar mit dem Aufbau aus 2d, wobei eben zusätzlich zu dem Blendenelement 18f am freien Ende 12f auch noch seitlich die Blendenelemente 18s angeordnet sind. Hierbei erstrecken sich die Blendenelemente beispielweise von dem Einspannungsbereich 12e zu dem freien Ende 12f. Wie hier dargestellt, weisen die seitlichen Elemente 18s mehrere Schlitze auf, um die Biegesteifigkeit zu reduzieren. Insofern sind die Blendenelemente 18s in biegebeanspruchten Bereichen durch Schlitze separiert. Die Blendenseparierung wird vorzugsweise ähnlich der Entkopplungsschlitze dimensioniert, das heißt also, dass die Schlitze in den Blenden 18s eine ähnliche Größe wie die Entkopplungsspalte 14s aufweisen, z. B. 1 µm oder 5 µm, allgemein im Bereich von 0,1 bis 20 µm. Hierdurch kann der Biegewandler 12 trotz Blendenelemente eine geringere Biegesteifigkeit aufweisen, ohne, dass ein signifikanter akustischer Kurzschluss infolge von Luftströmungen durch die Blendenseparierung auftritt.
Sowohl Biegewandler als auch die Blendenelemente können nahezu beliebige Geometrien aufweisen, wie im Zusammenhang mit 4 gezeigt ist.
4a-e zeigen vier verschiedene Anordnungen von mehreren Biegewandlern. Bei 4a sind vier dreiecksförmige Biegewandler 12' vorgesehen, deren Seitenkanten (Katheten) durch einen dazwischenliegenden Spalt 14sm getrennt sind, so dass die vier Biegewandler 12' insgesamt ein Rechteck beziehungsweise Quadrat einnehmen. Bei 4b sind zwei gegenüberliegende Blendenelemente 12'' vorgesehen, die mit ihrem freien Ende aneinander angrenzen und dazwischen den Spalt 14sm ausbilden. 4a und 4b formen jeweils eine viereckige Form aus, wobei der Schallwandler aus 4c eine runde Form aufweist. Hier sind Biegewandler 12''' in Form von 90°-Segmenten zu einem Kreissegment angeordnet. Die Anordnung aus 4d weist drei unterschiedliche Biegewandler mit unterschiedlichen Größen auf, wobei jeder Biegewandler rechteckig ist. Alle drei Biegewandler 12'''' sind so angeordnet, dass insgesamt ein Rechteck beziehungsweise Viereck beschritten wird. Der Biegewandler aus 4e ist zweiseitig eingespannt, nämlich an zwei gegenüberliegenden Seiten, die mit dem Bezugszeichen 12e versehen sind. Die weiteren, ebenfalls gegenüberliegenden Seiten, sind freie Enden und weisen jeweils eine Blende auf.
Entsprechend Ausführungsbeispielen können mehrere Biegewandler miteinander kombiniert werden, z. B. um den erzeugten Schalldruck zu erhöhen, mehrere gegebenenfalls phasen- und amplitudenspezifisch ansteuerbare Schallquellen zu realisieren (z. B. Array für Schallfokussierung) oder eine Schallerzeugung in verschiedenen Frequenzbereichen zu erzielen (Mehr-Wege-Lautsprecher).
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Querschnitt der Blendenelemente 18 beliebig. Es wird vorzugsweise so ausgelenkt, dass die Entkopplungsschlitze über dem relevanten Auslenkungsbereich hinreichend schmal und konstant sind und eine ausreichende gute fluidische Trennung zwischen den schallwandelnden Seiten des Biegewandlers gegeben ist. Darüber hinaus kann über die Blendenelemente ein definierter mechanischer Anschlag realisiert werden, z. B. um Beschädigung infolge zu hoher Auslenkung zu unterbinden. Das ist in 5a-d dargestellt. Ausgehend von dem Blendenelement 18 aus 5a können unterschiedliche Variationen verwendet werden. Beispielsweise kann ein abgerundetes oder angeschrägtes und/oder geneigtes Blendenelement 18' beziehungsweise 18'' entlang der Bewegung B (vgl. 1) geneigt sein. Das Blendenelement 18'' ist nicht nur geneigt, sondern auch angeschrägt. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine Art Anschlag, z. B. als Überlastschutz, vorgesehen sein, wie er durch das Blendenelement 18''' in 5c gezeigt ist.
Unabhängig von der Ausführungsform werden die Biegewandler vorzugsweise piezoelektrisch angetrieben oder ausgelesen. Alternativ sind auch elektrostatische, thermische oder magnetische Wandlungsprinzipien möglich. Beim piezoelektrischen Wandlungsprinzip bestehen die Wandler aus beispielsweise mindestens zwei Schichten, wie in 6a gezeigt. Die zwei Schichten sind eine piezoelektrische Schicht 12a sowie eine Passivierungsschicht 12p. Die piezoelektrische Schicht könnte als Mehrschichtsystem mit zusätzlichen Trennschichten ausgelegt sein, wie zum Beispiel in 6b gezeigt ist. Hier sind zwei piezoelektrische Schichten 12a mit einer dazwischenliegenden piezoelektrischen Schicht 12p vorgesehen. Eine Kontaktierung kann beispielsweise über flächige oder interdigitale Elektroden erfolgen. Von der anderen Seite betrachtet heißt es, dass unimorphe Piezoschichten, wie in 6a, Bimorphe mit passiver Zwischenschicht (vgl. 6b) oder auch Bimorphe ohne passive Zwischensicht (vgl. 6c) vorkommen können. Die piezoelektrischen Schichten können in beliebig viele Schichten unterteilt sein (vgl. gestrichelte Linie) und mit Elektroden sowie Trennschichten versehen sein (nicht dargestellt).
Bei thermischen Wandlungsprinzipien entsprechen die thermisch aktiven Schichten den piezoelektrischen Schichten.
Die beschriebenen Biegewandlerstrukturen eigenen sich für Anwendungsgebiete, in denen bei möglichst geringen Bauteilvolumina (< 10 cm³) Schall in einem Frequenzbereich zwischen 10 Hz und 500 kHz erzeugt werden soll. Dies trifft in erster Linie auf miniaturisierte Lautsprecher für Wearables, Smartphones, Tablets, Laptops, Kopfhörer, Hörgeräte, aber auch Ultraschallwandler zu. Insgesamt kommen auch andere Anwendungen in Betracht, bei denen Fluide verdrängt werden (z. B. strömungsmechanische und aerodynamische Antriebs- und Führungsstrukturen, Inkjets). Auch ist eine Anwendung als Sensorelement, z.B. Mikrofon denkbar.
Bei der Auslegung als Aktoren können die Biegewandler zusätzliche Sensoren aufweisen, über die sich die Auslenkung oder Phase bestimmen lassen. Da die Biegewandler gleichzeitig das schallwandelnde Element bilden, lassen sich Alterungseffekte und Nichtlinearitäten im Betrieb direkt messen und gegebenenfalls elektronisch kompensieren. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber üblichen membranbasierten Systemen dar, bei denen entweder keine Sensorik vorhanden ist oder aber nur das Verhalten an den Antrieben, nicht jedoch an dem schallerzeugenden Membranelement detektiert werden kann.
Die Detektion erfolgt vorzugsweise über den piezoelektrischen Effekt. Hierfür können ein oder mehrere Bereiche der piezoelektrischen Schicht auf den Biegewandlern mit separaten Sensorelektroden versehen werden, über die ein näherungsweise zur Auslenkung proportionales Spannungs- oder Ladungssignal abgegriffen werden kann. Darüber hinaus können auch mehrere piezoelektrische Schichten realisiert werden ( .8), wobei zumindest eine Schicht partiell für die Detektion verwendet wird. Es ist auch eine Kombination verschiedener piezoelektrischer Materialien möglich, die entweder übereinander oder nebeneinander angeordnet sind (z. B. PZT für Biegewandler, AIN für Sensoren).
Als Alternative zu piezoelektrischen Sensorelementen ist auch die Integration von Dünnfilm-Dehnungsmessstreifen oder zusätzlichen Elektroden für eine kapazitive Detektion möglich. Werden die Biegewandlerstrukturen aus Silizium hergestellt, so lassen sich auch piezoresistive Silizium-Widerstände direkt integrieren.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen miniaturisierten Schwallwandler.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Höhe und Geometrie des Blendenelements so ausgeführt sein, dass ein akustischer Kurzschluss durch den Spalt im Audio- und Ultraschall-Frequenzbereich (20 Hz bis 300 kHz) weitgehend oder ganz unterbunden wird.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Spaltbreite zwischen Blendenelement und der umliegenden Struktur hinreichend klein ausgeführt sein, dass ein akustischer Kurzschluss durch den Spalt im Audio- und Ultraschall-Frequenzbereich (20 Hz bis 300 kHz) weitgehend oder ganz unterbunden wird.
Der Spalt kann beispielsweise 20 µm, 10 µm oder 5 µm klein sein (Alternativbereich zwischen 20 µm und 0,1 µm). Entsprechend Ausführungsbeispielen kann das Blendenelement eine Höhe von bis zu 800 µm, 400 µm, 200 µm, 50 µm, 5 µm oder 1 µm aufweisen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist das eine oder die mehreren Blendenelemente durch schmale Entkopplungsschlitze voneinander separiert, um die Biegesteifigkeit des Biegewandlers möglichst niedrig zu halten. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist das mindestens eine Blendenelement flexibel ausgelegt, um die Biegesteifigkeit des Biegewandlers möglichst niedrig zu halten.
Entsprechend Ausführungsbeispielen weist der Schallwandler zwei oder mehrere voneinander separierte Biegewandler auf, wobei diese getrennt oder gemeinsam elektrisch angesteuert beziehungsweise ausgelesen werden können.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Biegewandler zur Schallerzeugung in Luft oder allgemein in Gas bestimmt. Der Biegewandler kann entsprechend Ausführungsbeispielen piezoelektrisch oder elektromagnetisch angetrieben werden. Entsprechend Ausführungsbeispielen weist der Biegewandler ein Sensorelement zur Positions- und Phasendetektion auf.

Nachfolgend werden Parameter für einen exemplarischen Schallwandler dargelegt.

Parameter	Minimum / Maximum
Erste Eigenmode	10 Hz - 500 kHz
Anregungsfrequenz	statisch - 1 MHz
Biegewandlerfläche	50 × 50 µm² - 5 × 5 cm²
Entkopplungsschlitze	0.1 µm - 40 µm
Auslenkungsamplitude	0.01 µm - 3 mm

Verwendete Materialien für die wesentlichen Funktionselemente können sein:

Funktion	Materialien
Piezoelektrische Schicht	PZT. PNZT. AlN, AlScN, ZnO, BCZT, KNN
Passive Schicht	Si, poly-Si, SiN, SiNO, SiO2, AIN, Metalle, Polymere, Glas
Strömungsblenden	Si, Metalle, Fotolacke, Polymere, Glas

Literatur

[1] Patentschrift US 10349182B2 , „Mikromechanische piezoelektrische Aktuatoren zur Realisierung hoher Kräfte und Auslenkungen“
[2] Patentanmeldung EP 3632135A2 , „Mikromechanischer Schallwandler“
[3] F. Stoppel, A. Männchen, F. Niekiel, D. Beer, T. Giese, B. Wagner, „New integrated full-range MEMS speaker for in-ear applications", IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2018
[4] Patentschrift US 9 237 961 B2
[5] I. Shahosseini, E. Lefeuvre, J. Moulin, E. Martincic, M. Woytasik, G. Lemarquand, IEEE Sens. J. 13 (2013), pp. 273-284
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[7] Y. C. Chen, Y. T. Cheng, „A low-power milliwatt electromagnetic microspeaker using a PDMS membrane for hearing aids application", IEEE Int. Conf. Micro Electro Mech. Syst., 24th (2011), pp. 1213-1216
[8] M.-C. Cheng, W.-S. Huang, S. R.-S. Huang, „A silicon microspeaker for hearing instruments", J. Micromech. Microeng. 14 (2004), pp. 859-866
[9] S.-S. Je, F. Rivas, R. E. Diaz, J. Kwon, J. Kim, B. Bakkaloglu, S. Kiaei, J. Chae, „A Compact and Low-Cost MEMS Loudspeaker for Digital Hearing Aids", IEEE Trans. Biomed. Circ. Sys. 3 (2009), pp. 348-358
[10] B. Y. Majlis, G. Sugandi, M. M. Noor, „Compact electrodynamics MEMS-speaker", China Semiconductor Technology International Conference (CSTIC), 2017
[11] P. R. Jadhav, Y. T. Cheng, S. K. Fan, C. Y. Liang, „A sub-mW Electromagnetic Microspeaker with Bass Enhancement using Parylene/Graphene/Parylene Composite Membrane", IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2018
[12] Albach, T. S., Horn, P., Sutor, A. & Lerch, R. Sound Generation Using a Magnetostrictive, Micro Actuator. J. Appl. Phys. 109(7), (2011)
[13] B. Kaiser, S. Langa, L. Ehrig, M. Stolz, H. Schenk, H. Conrad, H. Schenk, K Schimmanz, D. Schuffenhauer, Concept and proof for an all-silicon MEMS micro speaker utilizing air chambers, Microsystems & Nanoengineering (2019)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10349182 B2 [0059]
EP 3632135 A2 [0059]
US 9237961 B2 [0059]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

F. Stoppel, A. Männchen, F. Niekiel, D. Beer, T. Giese, B. Wagner, „New integrated full-range MEMS speaker for in-ear applications“, IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2018 [0059]
I. Shahosseini, E. Lefeuvre, J. Moulin, E. Martincic, M. Woytasik, G. Lemarquand, IEEE Sens. J. 13 (2013), pp. 273-284 [0059]
F. L. Ayatollahi, B. Y. Majlis, „Materials Design and Analysis of Low-Power MEMS Microspeaker Using Magnetic Actuation Technology“, Adv. Mater. Res. 74 (2009), pp. 243-246 [0059]
Y. C. Chen, Y. T. Cheng, „A low-power milliwatt electromagnetic microspeaker using a PDMS membrane for hearing aids application“, IEEE Int. Conf. Micro Electro Mech. Syst., 24th (2011), pp. 1213-1216 [0059]
M.-C. Cheng, W.-S. Huang, S. R.-S. Huang, „A silicon microspeaker for hearing instruments“, J. Micromech. Microeng. 14 (2004), pp. 859-866 [0059]
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Claims

MEMS-Schallwandler (10), mit folgenden Merkmalen: auslenkbarem Biegewandlerelement (12), das zumindest einseitig gegenüber einer umgebenen Struktur eingespannt ist, wobei das Biegewandlerelement (12) an zumindest einer Seite ein freies Ende aufweist, das durch einen Spalt (14s) von der umgebenen Struktur getrennt ist, wobei das auslenkbare Biegewandlerelement (12) ausgebildet ist, infolge einer Kraft eine Verbiegung entlang einer Biegelinie (18) und/oder eine Torsion entlang einer Torsionsachse zu erfahren, um infolge der Verbiegung ausgelenkt zu werden, wobei das auslenkbare Biegewandlerelement (12) mindestens eine Blendenstruktur (18) aufweist, die vertikal aus einer die Haupterstreckungsrichtung des Biegewandlerelements (12) herausragt und zumindest entlang der Biegelinie (12b) und/oder entlang der Torsionsachse flexibel ausgeführt ist.
Schallwandler (10) gemäß Anspruch 1, wobei sich das auslenkbare Biegewandlerelement (12) in eine erste Richtung erstreckt und wobei die Biegelinie (18) (12b) oder Torsionsachse entlang der ersten Richtung verläuft.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die umgebene Struktur und das auslenkbare Biegewandlerelement (12) in derselben Ebene liegen; und/oder wobei sich das auslenkbare Biegewandlerelement (12) in einer Ebene erstreckt, entlang welcher die Biegelinie (18) und/oder Torsionsachse im Ruhezustand verläuft.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die flexibel ausgeführte Blendenstruktur (18) einen oder mehrere Entkopplungsschlitze aufweist.
Schallwandler (10) gemäß Anspruch 4, wobei die einen oder mehreren Entkopplungsschlitze sich senkrecht in Bezug auf die Blendenstruktur (18) erstrecken und/oder so in die Blendenstruktur (18) eingebracht sind, dass die Blendenstruktur (18) eine Kammform aufweist.
Schallwandler (10) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die einen oder mehreren Entkopplungsschlitze eine konstante Dicke und/oder einen konstanten Abstand aufweisen.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die auslenkbare Biegewandlerstruktur auf der ersten und/oder einer zweiten Hauptoberfläche Blendenstruktur (18)en aufweist; und/oder wobei die Blendenstruktur (18) gebogen ist und/oder einen Anschlag aufweist.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spalt (14s) eine Dicke < 20 µm, < 10 µm oder < 5 µm aufweist oder allgemein eine Dicke aufweist, die im Bereich von 0,1 µm bis 20 µm liegt.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Blendenelement eine Höhe von mindestens 1 µm, mindestens 5 µm, mindestens 50 µm, mindestens 200 µm, mindestens 400 µm oder mindestens 800 µm aufweist.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das auslenkbare Biegewandlerelement (12) eine oder zwei Flexibelblenden aufweist, die angrenzend zu dem eingespannten Ende (12e) angeordnet sind; und/oder wobei das auslenkbare Biegewandlerelement (12) ein oder mehrere Blendenelemente aufweist, die auf einer Seite gegenüber der eingespannten Seite (12e) angeordnet sind und nicht flexibel ausgebildet sind.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der auslenkbare Biegewandler (12) eine Piezoschicht, eine Piezoschicht sowie eine Passivierungsschicht oder zwei Piezoschichten mit einer dazwischenliegenden Passivierungsschicht aufweist, die ausgebildet sind, die Kraft bereitzustellen.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schallwandler (10) ein weiteres auslenkbares Biegewandlerelement (12) aufweist; oder wobei der Schallwandler (10) ein weiteres auslenkbares Biegewandlerelement (12) aufweist, das gegenüber dem auslenkbaren Biegewandlerelement (12) angeordnet ist, so dass die freien Enden des auslenkbaren Biegewandlerelements (12) sowie des weiteren auslenkbaren Biegewandlerelements (12) einen Spalt (14s) formen; oder wobei der Schallwandler (10) ein weiteres auslenkbares Biegewandlerelement (12) aufweist, das die umgebene Struktur formt.
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das auslenkbare Biegewandlerelement (12) nur einachsig eingespannt ist und/oder
Schallwandler (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schallwandler (10) ausgebildet ist, um ein Schallsignal bei Anregung mit einem elektrischen Signal zu emittieren.
Schallwandler (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schallwandler (10) ausgebildet ist, ausgehend von einem auf das auslenkbare Biegewandlerelement (12) eintreffenden Schallsignal ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von dem Schallsignal bereitzustellen.