【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种mems换能器(mems：微机电系统、微系统)，尤其是mems执行器。本专利技术尤其涉及一种用于与流体相互作用的mems换能器，例如用于产生声音mems扬声器或用于微流体器件的泵或阀。
技术介绍
1、通常，构造为用于产生声音的mems换能器(也称为mems扬声器)被实施为平面结构，其中，能振动的膜被这样地激励，使得流体的移位和/或压缩竖直于膜平面进行。这样的膜的激励通常借助压电或静电驱动来实现。为了使大的流体体积移位，需要相应扩大的膜表面，该膜表面由结构型式决定地与mems换能器的衬底面一起缩放。
2、从文献wo2021/144400a1中，提出一种用于产生声音的不同方案，其不是基于在竖直方向上振动的单个膜，而是基于多个横向或者说水平可运动的移位元件，所述移位元件使流体沿竖直方向移位。在这种情况下，流体的所移位的体积不仅与芯片面积一起缩放，而且还能附加地在竖直尺度上受影响。
3、从文献wo2022/117197a1中，还已知一种具有多个mems层的mems结构元件，所述mems层沿着层序列方向布置。mems结构元件包括形成在有源的第一mems层中的可运动的元件，该可运动的元件布置在层堆叠的第二和第三mems层之间。驱动装置具有与可运动的元件机械地固定连接的第一驱动结构和与第二和/或第三mems层机械地固定连接的第二驱动结构。驱动装置构造为用于，将垂直于层序列方向的驱动力施加到可运动的元件上，以便使该可运动的元件偏转。为了使可运动的元件偏转，杂散电场经由电极被传输，所述电极布置在上部的(第
技术实现思路
1、基于该现有技术，本专利技术的任务在于给出一种尤其在电接通和/或机械稳定性方面得到改进的mems换能器。
2、上述任务通过根据本专利技术的mems换能器来解决。下文中给出本专利技术的有利构型。
3、一种用于与流体的体积流量相互作用、尤其是用于产生声音的mems换能器，其包括：
4、-至少三个按层序列彼此上下布置的mems层结构的层堆叠，其中，有源mems层结构形成在下部mems层结构与上部mems层结构之间；
5、-至少一个形成在有源mems层结构中的片(lamelle)(也称为：移位元件、移位结构)，该片能够至少区段式地横向偏转以与该体积流量相互作用；以及
6、-驱动装置，该驱动装置用于使可运动的片沿垂直于层序列走向的横向方向至少区段式地偏转，该驱动装置具有下部和/或上部电极结构，该下部和/或上部电极结构与有源mems层结构邻接地构造在下部和/或上部mems层结构上。根据本专利技术，为了将电压施加到上部和/或下部电极结构上，设置上部或下部mems层结构的敷镀通孔，该敷镀通孔与形成在有源mems层结构中的接触元件导电地连接。接触元件与上部和下部mems层结构机械地连接，并且因而使例如借助晶圆接合工艺(尤其是熔接接合)所制造的多层构造稳定。接触元件还与下部和/或上部电极结构的至少一个驱动电极导电地连接并且在敷镀通孔之外的区域中与上部和下部mems层结构的衬底电绝缘。
7、mems换能器尤其基本上能够由三个结构化的且必要时设有局部的、尤其单侧的表面导体轨道的mems层结构的层构造制造，所述mems层结构直接在边缘侧的接合区域中彼此连接。
8、布置在层构造的所有三个晶圆层中的驱动电极的电接通部(该电接通包括下部mems层结构、上部mems层结构和有源mems层结构)示出一种特别的挑战，该挑战核心上通过以下方式来应对：将形成在有源mems层结构的平面中的接触元件用作到相应的驱动电极的相应的电势的馈送线。因此，除了作为用于与流体相互作用的移位结构的实际功能之外，有源mems层结构还附加地起到将电势分布到上部和/或下部mems层结构的对应驱动电极的作用。
9、有源mems层结构的驱动电极的接通通过上部或下部mems层结构的敷镀通孔来实现。敷镀通孔例如经由在上部或下部mems层结构的表面上的接触金属化部或者说经由接合区域被接通，该接合区域布置在该平面中并且优选可以借助于引线接合方法被附接。在此，该接通如此构型，使得有源mems层结构、上部mems层结构和下部mems层结构的重要半导体体积与敷镀通孔、接触元件、驱动电极和/或片的引导电压的区域电绝缘。
10、电势加载的起点是芯片表面上(尤其是上部mems层结构的上侧或者说下部mems层结构的下侧上)的敷镀通孔的区域。在敷镀通孔的区域中，上部或下部mems层结构(尤其是由上部或下部mems层结构的衬底中所形成的印模)局部地在所述的一侧被加载以电压，使得该电压水平(尤其在掺杂足够高的情况下)在上部或下部mems层结构的沿层序列方向相对置的侧上以低损失的方式产生。在上部和/或下部mems层结构中的印模或者说敷镀通孔的区域的横向绝缘通过侧向的、竖直构造的绝缘沟槽来实现。此类结构以名称“硅通孔(tsv)”已知。
11、在本说明书的范畴内，层序列的方向也以非限制性方式被称为竖直方向。与其垂直走向的方向(即，在mems层结构的主延伸平面的平面中或与之平行的方向)也被称为横向方向。
12、mems换能器的有源mems层结构包括用于与流体相互作用、尤其是用于产生声音的移位结构，该移位结构具有至少一个可运动的片，优选具有多个可运动的、竖直取向的且能电操控的片。此外，有源mems层结构用于机械地悬挂可运动的片以及用于将该片机械地附接到上部mems层结构(也称为：顶盖晶圆、顶部晶圆)和下部mems层结构(也称为：基座晶圆、底部晶圆)。形成在有源mems层结构中的接触元件用于分布杂散电场以驱动片并且此外用作顶部晶圆和底部晶圆的机械支撑和连接结构。
13、上部和下部mems层结构分别基本上包括由半导体材料(尤其是硅)制成的衬底，该衬底优选局部地设有(尤其由多晶硅制成的)单侧的表面导体轨道，所述表面导体轨道与相应的衬底通过合适的局部绝缘层而电绝缘。上部和下部mems层结构的这些单侧的表面导体轨道尤其在沿层序列方向接合mems层结构之后形成mems换能器的驱动电极和/或形成用于将mems层结构紧固在彼此上的去除绝缘部的区域。
14、接触元件或者说接触结构能够实现简单且成本有利地制造mems换能器，尤其是借助常规连接技术。mems换能器具有有利的电开关特性，因为避免了反向充电效应(umladungseffekte)并且存在将上部和下部mems层结构的衬底以及也将有源mems层结构的重要半导体体积接地的可能性。
15、在构型中，所述至少一个片在有源mems层结构的有源区域中至少区段式横向可运动地受引导。所述至少一个接触元件为了提高层构造的稳定性而优选形成在框架区域中，该框架区域在边缘侧限界有源区域。优选地，具有可运动的片的有源区域沿横向方向至少区段式地、优选全面地被框架区域限界并且沿竖直方向被上部或者说下部mems层结构限界。
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【技术保护点】
1.一种MEMS换能器(1)，尤其是用于与流体相互作用，其包括：
2.根据权利要求1所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个片(210)在所述有源MEMS层结构(200)的有源区域(1000)中至少区段式横向可运动地受引导，其中，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)形成在框架区域(1500)中，所述框架区域在边缘侧限界所述有源区域(1000)。
3.根据权利要求2所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个片(210)在所述框架区域(1500)中在相对置的支撑部位处机械地附接到所述上部和所述下部MEMS层结构(300、100)上，并且在所述支撑部位处与所述上部和所述下部MEMS层(300、100)电绝缘。
4.根据权利要求2或3所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，在所述有源区域(1000)的所述有源MEMS层结构(200)中形成有至少一个固定的支撑壁(800)，所述支撑壁与所述上部和所述下部MEMS层结构(300、100)机械地连接。
5.根据权利要求5所述的MEMS换能器(1)，其特征在于
6.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)与所述敷镀通孔(381)的印模(383)机械且导电地连接，并且在所述敷镀通孔(381)之外在至少一个沿横向方向(500)与所述敷镀通孔(381)间隔开的接触区域(2000)中机械地附接到所述上部和/或下部MEMS层结构(300、100)上。
7.根据权利要求6所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件具有至少一个凹部(610、620)，其中，所述凹部(610、620)使所述接触元件(600、601、602、603)在位于所述敷镀通孔(381)与所述至少一个接触区域(2000)之间的区段中与所述上部和/或下部MEMS层结构(300、100)间隔开且电绝缘。
8.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)基本上具有H形或Y形的横截面形态。
9.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)在所述敷镀通孔(381)之外的所述区域中至少区段式地与导体轨道层(191、391)连接，所述导体轨道层与所述上部和/或下部MEMS层结构(300、100)齐平地终止，所述导体轨道层通过绝缘层(170、370)与所述上部或下部MEMS层结构(300、100)的所述衬底(180、380)电绝缘。
10.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)与下部电极组件(120、130)的下部驱动电极(150、190)和上部电极组件(320、330)的上部驱动电极(350、390)导电地连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器(1)，其特征在于至少一个第一接触元件(601)、至少一个第二接触元件(602)和第三接触元件(603)，所述第一接触元件与所述下部电极组件(120、130)的下部驱动电极(150)导电地连接，所述第二接触元件(602)与所述上部电极组件(320、330)的上部驱动电极(350)导电地连接，所述第三接触元件与另一个上部驱动电极(390)和另一个下部驱动电极(190)导电地连接。
...【技术特征摘要】
1.一种mems换能器(1)，尤其是用于与流体相互作用，其包括：
2.根据权利要求1所述的mems换能器(1)，其特征在于，所述至少一个片(210)在所述有源mems层结构(200)的有源区域(1000)中至少区段式横向可运动地受引导，其中，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)形成在框架区域(1500)中，所述框架区域在边缘侧限界所述有源区域(1000)。
3.根据权利要求2所述的mems换能器(1)，其特征在于，所述至少一个片(210)在所述框架区域(1500)中在相对置的支撑部位处机械地附接到所述上部和所述下部mems层结构(300、100)上，并且在所述支撑部位处与所述上部和所述下部mems层(300、100)电绝缘。
4.根据权利要求2或3所述的mems换能器(1)，其特征在于，在所述有源区域(1000)的所述有源mems层结构(200)中形成有至少一个固定的支撑壁(800)，所述支撑壁与所述上部和所述下部mems层结构(300、100)机械地连接。
5.根据权利要求5所述的mems换能器(1)，其特征在于，所述支撑壁将所述有源区域(1000)划分为部分区域。
6.根据前述权利要求中任一项所述的mems换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件(600、601、602、603)与所述敷镀通孔(381)的印模(383)机械且导电地连接，并且在所述敷镀通孔(381)之外在至少一个沿横向方向(500)与所述敷镀通孔(381)间隔开的接触区域(2000)中机械地附接到所述上部和/或下部mems层结构(300、100)上。
7.根据权利要求6所述的mems换能器(1)，其特征在于，所述至少一个接触元件具有至少一个凹部(610、620...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·恩格尔哈特，B·格尔，C·谢林，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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