用于实现高的力及偏斜的具有微机械压电致动器的微机电
系统
技术领域
[0001] 本
发明的
实施例涉及一种MEMS(微
机电系统)。一些实施例涉及用于实现大力及偏斜(deflections)的微机械
压电致动器。其他实施例涉及一种用于生成可听
波长谱内的
声波的MEMS扩音器。其他实施例涉及一种系统或经调节地操作MEMS扬声器的调节单元。
背景技术
[0002] 近年来，小型化致动器的重要性日益增加，且在许多应用领域中已变得必不可少。通过使用合适的设计以及驱动布置(静电、电磁、热电、压电)，有可能实现涵盖广泛范围的应用的具有非常不同的特性的致动器。
[0003] 然而，在以大偏斜产生大力(基本特性，特别是在
流体排放及MEMS扬声器的领域中)时存在
基础问题。此归因于如下事实：具有大偏斜的致动器需要低
弹簧刚度，而传输大力倾向于需要高弹簧刚度。由于力是借助于
磁场而产生的，对此的例外仅由电动力驱动形成，此电动力驱动甚至在低弹簧常数下仍可产生相对较大的力及冲程。
[0004] 特别地，在声学中，所有结构组件中的大多数因此基于电动力驱动。典型示例为用于
移动电话的精密工程设计的扬声器，其中借助于在永磁场内移动的移动线圈产生用于气体排放的足够大的冲程及力。
[0005] 此现有的电动力扬声器的缺点为归因于低效率以及大声学失真的大约1瓦特的高功率消耗。另一缺点为3至4mm的相对较大的结构高度。
[0006] 借助于MEMS技术，可以克服所述缺点(低效率、大结构高度)。然而，市场上不存在MEMS扬声器，而仅存在研究实验室发出的一系列发表物。在US 2013/0156253 A1及文献[Shahosseini et al.，Optimization and Microfabrication of High Performance Silicon-Based MEMS Microspeaker，IEEE Sensors journal，13(2013)273-284]中，描述了电动力MEMS扬声器，但其需要永磁环的混合集成。在US 7,003,125、US 8,280,079、US 2013/0294636 A1及文献[Yi et al.，Performance of packaged piezoelectric microspeakers depending on the material properties，Proc.MEMS 2009，765-768]及[Dejaeger et al.，Development and Characterization of a Piezoelectrically Actuated MEMS Digital Loudspeaker，Procedia Engineering 47(2012)184-187]中提出了压电MEMS扬声器的概念。然而，其中诸如PZT、AIN或ZnO的压电材料已直接涂覆至扬声器隔膜上，使得驱动的特性与隔膜的特性关联。在US 2011/0051985 A1中提出了另一压电MEMS扬声器，其包括经由隔膜及若干致动器以
活塞形状的方式而偏斜出平面的板形主体。
在US 7,089,069、US 2010/0316242 A1及文献[Glacer et al.，Reversible acoustical transducers in MEMS technology，Proc.DTIP 2013]中描述了然而可仅在高
频率下产生足够高的声压的基于具有静电驱动式隔膜的阵列的数字MEMS扬声器。
发明内容
[0007] 本发明基于提供能够同时在MEMS中实现大力及偏斜的概念的目标。
[0009] 在
从属权利要求中指示有利的其他开发。
[0010] 本发明的实施例提供一种MEMS，其包括：隔膜；耦接至隔膜的冲程结构(升降结构)；以及经由多个相互隔开的连接元件耦接至冲程结构的多个相互隔开的
接触点的至少两个压电致动器，至少两个压电致动器用于引起冲程结构的冲程移动(升降移动)以使隔膜偏斜。
[0011] 根据本发明的概念，MEMS(微系统)包括：用于激励隔膜的冲程主体(升降主体)及至少两个压电致动器，此至少两个致动器经由多个相互隔开的连接元件连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点。归因于MEMS包括经由多个连接元件连接至冲程结构的至少两个压电致动器的事实，有可能同时经由冲程结构将大力及偏斜传输至隔膜。归因于多个连接元件以及因此的多个接触点相互隔开的事实，可确保或保证冲程结构以可再现的且一致的方式执行冲程移动且不偏离(例如)冲程移动的期望方向，如在(例如)倾斜模式发生时将是此情况。
[0012] 其他实施例涉及一种MEMS扬声器，其包括：隔膜；耦接至隔膜的冲程结构；以及经由多个相互隔开的连接元件耦接至冲程结构的多个相互隔开的接触点的至少两个压电致动器，至少两个压电致动器用于引起冲程结构的冲程移动以使隔膜偏斜。连接元件被配置为柔性的。因此，其可按可逆方式
变形。
[0013] 根据以上描述，冲程结构因此包括若干接触点。其被相互隔开，特别是在致动器的横向和/或纵向方向上。所述接触点中的每个具有附接于其中的一个连接元件，其将各个相关联的致动器柔性地或有弹性地连接至冲程结构。
[0014] 根据本发明的概念，MEMS扬声器(微系统)包括：用于激励隔膜的冲程主体及至少两个压电致动器，至少两个致动器经由多个相互隔开的连接元件连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点。归因于MEMS扬声器包括经由多个连接元件连接至冲程结构的至少两个压电致动器的事实，有可能同时经由冲程结构将大力及偏斜传输至隔膜。归因于多个连接元件以及因此的多个接触点相互隔开的事实，可确保或保证冲程结构以可再现的且一致的方式执行冲程移动且不偏离(例如)冲程移动的期望方向，如在(例如)倾斜模式发生时将是此情况。
[0015] 因此，提出一种用于生成可听波长谱内的声波的MEMS扬声器，其包括：隔膜；耦接至隔膜的冲程结构；以及至少两个压电致动器，借助于此至少两个压电致动器，可引起冲程结构的冲程移动以用于使隔膜偏斜。压电致动器经由多个相互隔开且柔性的连接元件连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点。
[0016] 在致动器和/或MEMS声音换能器的横向方向上将与两个致动器中的一个相关联的连接元件相互隔开是有利的。
[0017] 以下情形是有利的：隔膜在冲程结构的前端处以直接方式连接至冲程结构，和/或压电致动器在冲程结构的至少一个侧面上(特别地，在两个相对的侧面上)以间接方式(即，经由连接元件)连接至冲程结构。在MEMS扬声器的横截面图中，冲程结构的前端因此定向在z方向上，即，在冲程方向(升降方向)上。相反，冲程结构的侧面在横向方向上(即，垂直于冲程轴线(升降轴线))对齐。
[0018] 在本发明的另一有利开发中，若干相互隔开的连接元件连接至至少两个压电致动器的若干相互隔开的接触点。
[0019] 此外，经由至少两个相互隔开的连接元件将至少两个压电致动器中的每个连接至冲程结构的至少两个相互隔开的接触点是有利的。
[0020] 此外，经由多个区域(亦即，在若干区域中)将冲程结构耦接至隔膜是有利的。所述区域优选地沿至少部分地彼此隔开的至少两条直线或曲线布置有隔膜。
[0021] 经由以分布式和/或相互隔开的方式布置的多个区域将冲程结构耦接至隔膜是有利的。
[0022] 类似地，冲程结构包括多个相互连接的梁是有利的，此多个相互连接的梁中的每个至少部分地在前端处耦接至隔膜。因此，冲程结构包括若干梁形部分。在俯视图中，梁形部分优选地以相互垂直的方式布置。此外，冲程结构优选地配置为一体的。
[0023] 至少两个压电致动器被实施为弯曲梁(悬臂)是有利的。因此，其优选地以直线方式实施。
[0024] 此外，致动器优选地包括：固定端，其直
接地连接至(特别地)载体基底；以及可移动端，其优选地间接地连接至冲程结构，即，经由至少一个柔性或弹性连接元件。
[0025] 致动器具有大于长度的宽度是有利的。
[0026] 此外，以下情形是有利的：在MEMS扬声器的横截面图中，至少两个压电致动器以空转
位置或零位置布置于第一平面内，隔膜布置于在冲程方向上与第一平面隔开的第二平面内，和/或冲程结构在冲程方向上，从隔膜开始在第二平面的方向上延伸，特别地远至或超出第二平面。
[0027] 连接元件中的至少一个包括或至少部分地实施为弹簧元件是有利的。连接元件可因此以柔性或弹性方式变形。因此，由于隔膜可归因于弹簧元件而柔性地振荡超出致动器冲程，与最大致动器冲程相比，可增加隔膜的最大冲程。
[0028] 为了能够避免隔膜的倾斜，以下情形是有利的：弹簧元件(特别地，每个弹簧元件)包括至少一个挠曲弹簧元件、至少一个扭转弹簧元件和/或至少一个挠曲弹簧元件与至少一个扭转弹簧元件的组合，或以此方式实施。
[0029] 在MEMS扬声器的横截面图中，压电致动器沿其纵向轴线分别包括固定夹持的第一端及可移动的第二端是有利的。
[0030] 此外，挠曲弹簧元件在压电致动器的纵向方向上延伸和/或扭转弹簧元件在压电致动器的横向方向上延伸是有利的。
[0031] 此外，在MEMS扬声器的俯视图中，连接元件的挠曲弹簧元件及扭转弹簧元件相对于彼此旋转90°是有利的。
[0032] 并且，挠曲弹簧元件直接地连接至致动器和/或与致动器形成为一体是有利的。此外，在力的通量方向上将扭转弹簧元件布置在挠曲弹簧元件与冲程结构之间是有利的。
[0033] 隔膜包括刚性区域及柔性区域是有利的。优选地，冲程结构耦接至隔膜的刚性区域，特别地，通过经延伸的冲程结构形成隔膜的刚性区域。
[0034] 在本发明的另一有利开发中，MEMS扬声器包括至少一个压电位置
传感器。至少一个压电
位置传感器优选地用于根据隔膜的偏斜提供传感器
信号。
[0035] 此外，压电致动器中的至少一个被配置为压电位置传感器是有利的。
[0036] 类似地，以下情形是有利的：MEMS扬声器包括至少四个压电致动器，至少四个压电致动器中的两个被配置为压电位置传感器。此外，优选地以如下方式关于MEMS扬声器的
重心对称地布置所述至少四个压电致动器：两个压电致动器被配置为压电位置传感器且剩余的压电致动器各自关于冲程结构的重心对称地布置。
[0037] MEMS扬声器包括两个相互绝缘的压电层的至少一个层积是有利的，此两层中的一个形成至少一个
压电传感器，且此两层中的另一个形成至少两个压电致动器中的一个。
[0038] 此外，两个相互绝缘的压电层包括不同材料是有利的。
[0039] 有利地，压电位置传感器及至少两个压电致动器中的一个压电致动器由共同的压电层形成。
[0040] 此外，MEMS扬声器包括用于根据隔膜的偏斜而提供传感器信号的至少一个压阻性或一个电容性位置传感器是有利的。
[0041] 冲程结构包括多个冲程主体和/或多个冲程主体中的至少两个冲程主体经由经延伸的冲程主体彼此连接也是有利的。
[0042] MEMS扬声器包括腔体是有利的。优选地，至少部分地通过MEMS扬声器的载体基底配置腔体，特别地，载体基底具有
框架的形状。此外，腔体优选地布置于隔膜的面向致动器和/或冲程结构的一侧。
[0043] 由相同材料和/或相同基体形成载体基底及冲程结构是有利的。
[0044] 优选地，将冲程结构直接地连接至隔膜。此外，冲程结构间接地连接至至少一个致动器是有利的。优选地借助于柔性和/或弹性连接元件配置冲程结构与致动器之间的间接连接。
[0045] 致动器在冲程方向或z方向上与隔膜隔开是有利的。
[0046] 此外，致动器及隔膜以其中间位置以相互平行方式对齐是有利的。
[0047] 其他实施例涉及一种用于使用隔膜生成可听波长谱内的声波的MEMS扬声器。优选地，隔膜在其边缘区域中和/或在z方向上附接至基底框架，使得其能够振荡。优选地，基底框架由
硅制成。此外，MEMS扬声器优选地包括腔体。并且，MEMS扬声器包括耦接至隔膜的冲程结构。冲程结构因此以优选的直接且固定的方式附接至隔膜，特别是在隔膜的面向腔体的一侧。优选地，其仅在冲程结构稍后以二维方式连接至隔膜的子区中。MEMS扬声器包括至少一个压电致动器，借助于此可引起冲程结构的冲程移动以用于使隔膜偏斜。因此，致动器直接地或(特别地)经由至少一个弹性或柔性连接元件间接地连接至冲程结构。此外，致动器间接地耦接至隔膜，即，经由冲程结构。MEMS扬声器的腔体布置于隔膜的冲程结构侧。优选地，至少部分通过基底框架的中空空间配置腔体。此外，隔膜优选地跨越基底框架的两个开口中的一个而延伸。
[0048] MEMS扬声器包括用于根据隔膜的偏斜而提供传感器信号的至少一个位置传感器。因此，借助于位置传感器，隔膜的位置或偏斜是直接地和/或间接地(即，特别地，经由冲程结构位置间接地)可检测的。
[0049] 优选地在z方向上将位置传感器和/或致动器布置于中空空间内部和/或中空空间的背对隔膜的第二开口处。冲程结构优选地在z方向上延伸，从隔膜开始，至少远至致动器和/或位置传感器。
[0050] 本发明的实施例提供一种MEMS扬声器，其包括：经由多个相互隔开的连接元件连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点的至少两个压电致动器，至少两个压电致动器用于引起冲程结构的冲程移动以使隔膜偏斜。连接元件优选地配置为柔性的。因此，其可以以可逆方式变形。
[0051] 致动器借助于控制工具依据传感器信号以经调节的方式而是可操作的是有利的，控制工具出于此目的而被提供。为此，经由致动器使隔膜偏斜和/或借助于位置传感器对隔膜的位置或其在z方向上的偏斜进行检测。由位置传感器检测的
电子输入信号被传送至控制工具。基于此输入信号，控制工具确定隔膜的实际位置或实际偏斜。为此，特别地，考虑优选地将(特别地)梁形位置传感器的自由端连接至冲程结构的连接元件的弹性振荡特性。依据隔膜的此检测到的实际位置，控制工具确定隔膜的期望目标位置和/或取决于其的电子
输出信号。输出信号被传送至致动器，致动器因此使隔膜偏斜。在偏斜移动期间和/或在偏斜移动结束时，根据以上描述，再次经由位置传感器对隔膜的实际位置进行检测，且可能地再次和/或反复地重新调整或调整隔膜的实际位置。
[0052] 在本发明的另一有利开发中，MEMS扬声器包括至少一个压电性和/或电容性位置传感器。
[0053] 将位置传感器集成于致动器中是有利的。因此，致动器及位置传感器形成单元或致动器/传感器元件。因此，可经由位置传感器直接地对致动器的偏斜进行检测。
[0054] 此外，集成的位置传感器的传感器
电极被配置为二维(扁平)或叉指式电极和/或与致动器电极电绝缘是有利的。
[0055] 就此而言，由共同的压电层配置压电位置传感器及压电致动器是有利的。
[0056] 此外，共同压电层包括形成位置传感器的传感器区及形成致动器的致动器区是有利的，致动器区与传感器区电绝缘，特别地，与致动器区相比，传感器区优选地占用较小表面面积。
[0057] 可选地，分别通过单独的压电层配置压电位置传感器及压电致动器也是有利的。就此而言，致动器因此优选地包括至少两个相互绝缘的压电层的层积，其中的一层的至少部分形成至少一个压电位置传感器，且另一层的至少部分形成至少一个压电致动器。
[0058] 此外，层积在冲程轴线的方向上定向从而将压电层布置成一个在另一个之上是有利的。可选地，层积横向于冲程轴线而定向从而将压电层布置成邻近于彼此是有利的。
[0059] 此外，两个相互绝缘的压电层包括不同材料是有利的，优选地，形成致动器的层由PZT组成，且形成位置传感器的层由AIN组成。
[0060] 作为集成解决方案的可选项，位置传感器及至少一个致动器彼此分离也是有利的。因此通过两个相互分离的或个别的组件和/或压电元件(特别地，弯曲梁)配置位置传感器及相关联致动器。
[0061] 并且，MEMS扬声器包括若干致动器是有利的，若干致动器中的至少一个可被用作为位置传感器。与致动器相比，位置传感器因此包括基本上相同的实体特征。作为实体辨别特征，其优选地仅以相互镜面对称的方式配置。由于致动器通过施加
电压是主动地可偏斜的，且相比之下，位置传感器通过被动偏斜而能够产生电压，因此，用作致动器的致动器及用作位置传感器的位置传感器仅通过功能特征而彼此不同。在此，经由直接
压电效应产生的电压可优选地经由致动器电极分接(tapped)和/或由控制工具评估(控制工具出于此目的而被提供)，其中电压与冲程结构的偏斜近似地成比例。
[0062] 类似地，以下情形是有利的：若干致动器和/或位置传感器成对地布置成彼此相对，MEMS扬声器优选地包括关于冲程结构的重心对称地布置的至少四个压电致动器，和/或至少四个压电致动器中的两个用作为压电位置传感器。
[0063] 至少一个致动器和/或位置传感器经由至少一个(特别地，柔性)连接元件连接至冲程结构是有利的。因此，致动器和/或位置传感器经由至少一个介入的连接元件及经由介入的冲程结构而间接地连接至隔膜。
[0064] 类似地，MEMS扬声器优选地包括至少两个压电致动器是有利的，至少两个压电致动器经由多个相互隔开的连接元件连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点。
[0065] 此外，以下情形是有利的：隔膜在冲程结构的前端处以直接方式连接至冲程结构，和/或压电致动器和/或位置传感器在冲程结构的至少一个侧面上(特别地，在两个相对的侧面上)经由连接元件以间接方式连接至冲程结构。
[0066] 将(特别地在MEMS扬声器的横向方向上)相互隔开的多个连接元件连接至至少两个压电致动器和/或位置传感器的多个相互隔开的接触点是有利的。
[0067] 并且，经由至少两个相互隔开的连接元件将至少两个压电致动器和/或位置传感器中的每个连接至冲程结构的至少两个相互隔开的接触点是有利的。
[0068] 冲程结构经由沿至少部分地彼此隔开的至少两个直线或曲线布置有隔膜的多个区域耦接至隔膜是有利的。
[0069] 并且，冲程结构垂直于冲程移动的方向而横跨对应于隔膜的表面面积的至少30％的表面面积是有利的。
[0070] 冲程结构经由以分布式方式布置的多个区域耦接至隔膜是有利的。
[0071] 类似地，冲程结构在垂直于冲程移动的方向而延续的截平面内包括I结构、L结构、H结构、X结构、O结构或十字形结构是有利的。
[0072] 以下情形是有利的：安置在冲程结构的力至隔膜的施加点中的一个与隔膜悬架的最近位置点之间的杆臂至多为至少两个压电致动器的杆臂的大小的一半。
[0073] 此外，冲程结构的垂直于冲程结构的冲程移动的方向(z方向)的横截面积小于至少两个压电致动器的压电有效(active)致动器面积和/或位置传感器的总和是有利的。
[0074] 冲程结构包括多个相互连接的梁是有利的，其中的每个至少部分地在前端处耦接至隔膜。
[0075] 类似地，致动器和/或位置传感器被配置为弯曲梁是有利的。并且，至少两个压电致动器和/或位置传感器被配置为弯曲梁是有利的。
[0076] 并且，冲程结构为对称的和/或关于冲程结构的重心对称地布置至少两个压电致动器和/或位置传感器是有利的。
[0077] 关于冲程结构的重心对称地布置冲程结构的多个相互隔开的接触点是有利的。
[0078] 并且，以下情形是有利的：至少两个压电致动器和/或位置传感器以空转位置布置于第一平面内，隔膜布置于在冲程方向上与第一平面隔开的第二平面内，和/或冲程结构在冲程方向上延伸，从隔膜开始，在第二平面的方向上延伸，特别地远至或超出第二平面。
[0079] 连接元件中的至少一个包括弹簧元件和/或以此配置是有利的。并且，弹簧元件(特别地，每个弹簧元件)包括至少一个挠曲弹簧元件和/或至少一个扭转弹簧元件是有利的。
[0080] 并且，以下情形是有利的：在MEMS扬声器的横截面图中，压电致动器和/或位置传感器沿其纵向轴线分别包括固定夹持的第一端及可移动的第二端，和/或挠曲弹簧元件在压电致动器和/或位置传感器的纵向方向上延伸，和/或扭转弹簧元件在压电致动器和/或位置传感器的横向方向上延伸。有利地，配置挠曲弹簧元件以使得其可关于其横向轴线是可弯曲的。有利地，配置扭转弹簧元件以使得其可关于其纵向轴线是可弯曲的。
[0081] 在MEMS扬声器的俯视图中，连接元件的挠曲弹簧元件及扭转弹簧元件相对于彼此旋转90°是有利的。
[0082] 类似地，隔膜平行于MEMS扬声器的第一表面及第二表面而延伸是有利的，隔膜用于在MEMS扬声器按预期被使用时以流体和/或气体形方式使MEMS扬声器的第一表面及第二表面彼此分离。
[0083] 隔膜包括刚性区域及柔性区域是有利的，冲程结构耦接至隔膜的刚性区域，特别地，隔膜的刚性区域优选地由经延伸的冲程结构形成。
[0084] 类似地，冲程结构包括硅和/或使用基底框架从相同基体产生冲程结构是有利的。
[0085] 并且，以下情形是有利的：冲程结构包括至少三个部分，布置至少三个部分以形成H形冲程结构，使得冲程结构在垂直于冲程结构的冲程移动的方向而延续的截平面内为H形。
[0086] 以下情形是有利的：将至少两个压电致动器中的第一压电致动器沿冲程结构的三个部分中的第一部分布置于H形冲程结构的外部，并将至少两个压电致动器中的第二压电致动器沿冲程结构的三个部分中的第二部分布置于H形冲程结构的外部，冲程结构的第一部分及第二部分彼此平行地延伸。
[0087] 将至少两个压电致动器中的第三压电致动器沿冲程结构的三个部分中的第三部分的第一侧至少部分地布置于H形冲程结构的内部是有利的。并且，将至少两个压电致动器中的第四压电致动器沿冲程结构的第三部分的坐落为与第一侧相对的第二侧至少部分地布置于H形冲程结构的内部是有利的，第三部分垂直于第一部分及第二部分而延伸。
[0088] 并且，以下情形是有利的：第一压电致动器至少在冲程结构的整个第一部分上延伸且经由相互隔开的连接元件中的至少两个连接至冲程结构的第一部分的相互隔开的接触点中的至少两个，第二压电致动器至少在冲程结构的整个第二部分上延伸且经由相互隔开的连接元件中的至少两个连接至冲程结构的第二部分的相互隔开的接触点中的至少两个。
[0089] 并且，以下情形是有利的：至少两个压电致动器中的第一压电致动器及第五压电致动器沿冲程结构的第一部分布置于冲程结构的外部，至少两个压电致动器中的第二压电致动器及第六压电致动器沿冲程结构的第二部分布置于冲程结构的外部。
[0090] 以下情形是有利的：经由相互隔开的连接元件中的至少一个将第一压电致动器及第五压电致动器各自连接至冲程结构的第一部分的相互隔开的接触点中的至少一个，经由相互隔开的连接元件中的至少一个将第二压电致动器及第六压电致动器各自连接至冲程结构的第二部分的相互隔开的接触点中的至少一个。
[0091] 并且，以下情形是有利的：将第一部分细分为第一区段和第二区段，第一压电致动器沿第一部分的第一区段布置且经由各个连接元件连接至第一部分的第一区段，第五压电致动器沿第一部分的第二区段布置且经由各个连接元件连接至第一部分的第二区段；且其中将第二部分细分为第一区段和第二区段，第二压电致动器沿第二部分的第一区段布置且经由各个连接元件连接至第二部分的第一区段，第六压电致动器沿第二部分的第二区段布置且经由各个连接元件连接至第二部分的第二区段。
[0092] 以下情形是有利的：将至少两个压电致动器中的第三压电致动器及第七压电致动器沿冲程结构的第三部分的第一侧至少部分地布置于冲程结构的内部，将至少两个压电致动器中的第四压电致动器及第八压电致动器沿冲程结构的第三部分的第二侧至少部分地布置于冲程结构的内部。
[0093] 类似地，以下情形是有利的：将第三部分细分为第一区段及第二区段，沿第三部分的第一区段的第一侧布置第三压电致动器，沿第三部分的第一区段的坐落为与第一侧相对的第二侧布置第四压电致动器，沿第三部分的第二区段的第一侧布置第七压电致动器，沿第三部分的第二区段的坐落为与第一侧相对的第二侧布置第八压电致动器。
[0094] 冲程结构包括若干冲程主体和/或至少两个冲程主体经由经延伸的冲程主体彼此连接是有利的。
[0095] 进一步提出一种用于以经调节的方式操作MEMS扬声器的调节单元。调节单元包括根据以上描述的MEMS扬声器，所提及特征有可能个别地或任意组合地存在。此外，调节单元包括用于控制MEMS扬声器的压电致动器的控制工具。MEMS扬声器包括用于根据MEMS扬声器的隔膜的偏斜而向控制工具提供传感器信号的至少一个压电位置传感器，且控制工具用于基于传感器信号而以经调节的方式控制MEMS扬声器的至少一个压电致动器。
[0096] 当冲程结构在操作期间的实际位置可借助于位置传感器连续地确定以及可借助于控制工具通过控制至少一个压电致动器来调节时是有利的。
[0097] 冲程结构包括若干接触点是有利的。接触点(特别地，在致动器的横向和/或纵向方向上)相互隔开。所述接触点中的每个具有附接至其的一个连接元件，其将在各种情况下相关联的致动器柔性地或有弹性地连接至冲程结构。
[0098] 以下情形是有利的：MEMS扬声器包括用于激励隔膜的冲程主体及至少两个压电致动器，至少两个致动器经由多个相互隔开的连接元件连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点。归因于MEMS扬声器包括经由多个连接元件连接至冲程结构的至少两个压电致动器的事实，有可能同时经由冲程结构将大力及偏斜传输至隔膜。归因于多个连接元件以及因此的多个接触点相互隔开的事实，可确保或保证冲程结构以可再现的且一致的方式执行冲程移动且不偏离(例如)冲程移动的期望方向，如在(例如)倾斜模式发生时将是此情况。
[0099] 经由多个相互隔开且柔性的连接元件将压电致动器连接至冲程结构的多个相互隔开的接触点是有利的。
[0100] 将与两个致动器中的一个相关联的连接元件在致动器和/或MEMS声音换能器的横向方向上相互隔开是有利的。
[0101] 以下情形是有利的：在冲程结构的前端处以直接方式将隔膜连接至冲程结构，和/或在冲程结构的至少一个侧面上(特别地，在两个相对的侧面上)以间接方式(即，经由连接元件)将压电致动器连接至冲程结构。在MEMS扬声器的横截面图中，冲程结构的前端因此定向在z方向上，即，在冲程方向(升降方向)上。相反，冲程结构的侧面在横向方向上，即，垂直于冲程轴线(升降轴线)对齐。
[0102] 在本发明的另一有利开发中，若干相互隔开的连接元件连接至至少两个压电致动器的若干相互隔开的接触点。
[0103] 此外，经由至少两个相互隔开的连接元件将至少两个压电致动器中的每个连接至冲程结构的至少两个相互隔开的接触点是有利的。
[0104] 此外，经由多个区域(即，在若干区域中)将冲程结构耦接至隔膜是有利的。所述区域优选地沿至少部分地彼此隔开的至少两个直线或曲线布置有隔膜。
[0105] 经由以分布式和/或相互隔开的方式布置的多个区域将冲程结构耦接至隔膜是有利的。
[0106] 类似地，冲程结构包括多个相互连接的梁是有利的，梁中的每个至少部分地在前端处耦接至隔膜。因此，冲程结构包括若干梁形部分。在俯视图中，梁形部分优选地以相互垂直的方式布置。此外，冲程结构优选地配置为一体的。
[0107] 至少两个压电致动器实施为弯曲梁(悬臂)是有利的。因此，其优选地以直线方式实施。
[0108] 以下情形是有利的：至少一个致动器和/或位置传感器包括：固定端，其直接地连接至(特别地)载体基底；以及可移动端，其优选地间接地连接至冲程结构，即，经由至少一个柔性或弹性连接元件。
[0109] 致动器具有大于长度的宽度是有利的。
[0110] 此外，以下情形是有利的：在MEMS扬声器的横截面图中，至少两个压电致动器以空转位置或零位置布置于第一平面内，隔膜布置于在冲程方向上与第一平面隔开的第二平面内，和/或冲程结构在冲程方向上延伸，从隔膜开始，在第二平面的方向上延伸，特别地远至或超出第二平面。
[0111] 连接元件中的至少一个包括或至少部分地实施为弹簧元件是有利的。连接元件可因此以柔性或弹性方式变形。因此，由于隔膜可归因于弹簧元件而柔性地振荡超出致动器冲程，与最大致动器冲程相比，可增加隔膜的最大冲程。
[0112] 为了能够避免隔膜的倾斜，以下情形是有利的：弹簧元件(特别地，每个弹簧元件)包括至少一个挠曲弹簧元件、至少一个扭转弹簧元件和/或至少一个挠曲弹簧元件与至少一个扭转弹簧元件的组合，或以此方式实施。
[0113] 在MEMS扬声器的横截面图中，压电致动器沿其纵向轴线分别包括固定夹持的第一端及可移动的第二端是有利的。
[0114] 此外，挠曲弹簧元件在压电致动器的纵向方向上延伸和/或扭转弹簧元件在压电致动器的横向方向上延伸是有利的。
[0115] 并且，挠曲弹簧元件直接地连接至致动器和/或与致动器形成为一体是有利的。此外，在力的通量方向上将扭转弹簧元件布置在挠曲弹簧元件与冲程结构之间是有利的。
[0116] 隔膜包括刚性区域及柔性区域是有利的。优选地，冲程结构耦接至隔膜的刚性区域，特别地，通过经延伸的冲程结构形成隔膜的刚性区域。
[0117] 在本发明的另一有利开发中，MEMS扬声器包括至少一个压电位置传感器。至少一个压电位置传感器优选地用于根据隔膜的偏斜而提供传感器信号。
[0118] 此外，压电致动器中的至少一个被配置为压电位置传感器是有利的。
[0119] 类似地，以下情形是有利的：MEMS扬声器包括至少四个压电致动器，至少四个压电致动器中的两个被配置为压电位置传感器。此外，优选地以如下方式关于MEMS扬声器的重心对称地布置所述至少四个压电致动器：两个压电致动器被配置为压电位置传感器且剩余的压电致动器各自关于冲程结构的重心对称地布置。
[0120] MEMS扬声器包括两个相互绝缘的压电层的至少一个层积是有利的，此两层中的一个形成至少一个压电传感器，且此两层中的另一个形成至少两个压电致动器中的一个。
[0121] 此外，两个相互绝缘的压电层包括不同材料是有利的。
[0122] 有利地，压电位置传感器及至少两个压电致动器中的一个压电致动器由共同的压电层形成。
[0123] 此外，MEMS扬声器包括用于根据隔膜的偏斜而提供传感器信号的至少一个压阻性或一个电容性位置传感器是有利的。
[0124] 冲程结构包括多个冲程主体和/或多个冲程主体中的至少两个冲程主体经由经延伸的冲程主体彼此连接也是有利的。
[0125] MEMS扬声器包括腔体是有利的。优选地，至少部分地通过MEMS扬声器的载体基底配置腔体，特别地，载体基底具有框架的形状。此外，腔体优选地布置于隔膜的面向致动器和/或冲程结构的一侧。
[0126] 由相同材料和/或相同基体形成载体基底及冲程结构是有利的。
[0127] 优选地，将冲程结构直接地连接至隔膜。此外，冲程结构间接地连接至至少一个致动器是有利的。优选地借助于柔性和/或弹性连接元件配置冲程结构与致动器之间的间接连接。
[0128] 致动器在冲程方向或z方向上与隔膜隔开是有利的。
[0129] 此外，致动器及隔膜以其中间位置以相互平行方式对齐是有利的。
附图说明
[0130] 将参考附图更详细地解释本发明的实施例，其中：
[0131] 图1a展示根据本发明的实施例的MEMS的示意性横截面图；
[0132] 图1b展示根据本发明的实施例的图1a中展示的MEMS的示意性俯视图；
[0133] 图2a展示根据本发明的实施例的在激活状态下的MEMS的示意性横截面图；
[0134] 图2b展示根据本发明的实施例的在空转状态下的MEMS的示意性横截面图；
[0135] 图3a至图3d展示MEMS的压电致动器的四个不同实施例的示意性横截面图；
[0136] 图4a至图4f展示MEMS的冲程结构的六个不同实施例的示意性俯视图；
[0137] 图5a至图5h展示压电致动器相对于MEMS的冲程结构的布置的八个不同实施例的示意性俯视图；
[0138] 图6a至图6f展示MEMS的连接元件的六个不同实施例的示意性俯视图；
[0139] 图7a、图7b展示具有集成的位置传感器的压电致动器的两个实施例的示意性俯视图；
[0140] 图8展示根据本发明的实施例的MEMS的示意性横截面图；
[0141] 图9a展示根据本发明的实施例的具有使用经延伸的冲程主体的隔膜的MEMS的示意性横截面图；
[0142] 图9b展示根据本发明的实施例的展示于图9a中且具有隔膜及经延伸的冲程主体的MEMS的示意性俯视图；
[0143] 图10a展示根据本发明的实施例的具有柔性隔膜的MEMS的示意性横截面图；
[0144] 图10b展示根据本发明的实施例的展示于图10a中且具有柔性隔膜的MEMS的示意性俯视图；
[0145] 图11a展示根据本发明的实施例的具有柔性隔膜的MEMS的示意性横截面图；
[0146] 图11b展示根据本发明的实施例的展示于图11a中且具有柔性隔膜的MEMS的示意性俯视图；
[0147] 图12a展示根据本发明的实施例的MEMS的CAD模型的俯视图；
[0148] 图12b展示根据本发明的实施例的展示于图12a中的MEMS的FEM(有限元)模拟的透视图；
[0149] 图13a展示根据本发明的实施例的MEMS的CAD模型的俯视图；
[0150] 图13b展示根据本发明的实施例的展示于图13a中的MEMS的FEM模拟的透视图；
[0151] 图14a展示根据本发明的实施例的MEMS的CAD模型的俯视图；
[0152] 图14b展示根据本发明的实施例的展示于图14a中的MEMS的FEM模拟的透视图；
[0153] 图15a展示根据本发明的实施例的MEMS的CAD模型的俯视图；
[0154] 图15b展示根据本发明的实施例的展示于图15a中的MEMS的FEM模拟的透视图；
[0155] 图16a展示根据本发明的实施例的MEMS的CAD模型的俯视图；
[0156] 图16b展示根据本发明的实施例的展示于图16a中的MEMS的FEM模拟的透视图；
[0157] 图17a至图17c展示遵循产生MEMS的方法的各种过程步骤的MEMS的示意性横截面；以及
[0158] 图18展示根据实施例的包括MEMS及用于控制MEMS的至少两个压电致动器的控制工具的系统的示意图。
具体实施方式
[0159] 在本发明的实施例的以下描述中，相同或具有相同功能的元件在附图中将具备相同的附图标记，使其在各种实施例中的描述是可互换的。
[0160] 图1a展示根据本发明的实施例的MEMS 100的示意性横截面图，而图1b展示图1a中所展示的MEMS 100的示意性俯视图。MEMS 100包括：隔膜102；耦接至隔膜102的冲程结构104；以及至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)，其经由多个相互隔开的连接元件108_
1至108_m(m＝4)耦接至冲程结构104的多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)用于引起冲程结构104的(单向或双向)冲程移动以使隔膜102偏斜。
[0161] 在实施例中，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)可以空转位置布置于平面内，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)有可能用于引起冲程结构104的冲程移动，使得冲程移动的方向垂直于压电致动器106_1至106_n(n＝2)的平面。在图1a中，通过示例的方式，冲程移动的方向由箭头114指示。
[0162] 例如，可将至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)实施为弯曲梁。此外，可将至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)夹持于夹具118(例如，
半导体基底，诸如硅半导体基底)内。
[0163] 通过示例的方式，展示于图1a及图1b中的MEMS 100包括两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)。然而，本发明不限于此实施例。确切而言，MEMS 100可包括多达n个压电致动器106_1至106_n，n为大于2的自然数，n≥2。
[0164] 在实施例中，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)可经由多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)连接至冲程结构104的多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)。
[0165] 通过示例的方式，如在图1b中可见，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)中的每个可经由至少两个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)连接至冲程结构104的至少两个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)。
[0166] 例如，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)中的第一压电致动器106_1可经由多个连接元件110_1至110_m(m＝4)中的第一连接元件110_1连接至冲程结构104的多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)中的第一接触点110_1，且可经由多个连接元件108_1至108_m(m＝4)中的第二连接元件108_2连接至冲程结构104的多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)中的第二接触点110_2。
[0167] 类似地，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)中的第二压电致动器106_2可经由多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)中的第三连接元件108_3连接至冲程结构104的多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)中的第三接触点，且可经由多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)中的第四连接元件108_4连接至冲程结构104的多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)中的第四接触点110_4。
[0168] 在实施例中，可将冲程结构的多个相互隔开的接触点110_1至110_4之间的距离最大化，借以还可将多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)之间的距离最大化。
[0169] 例如，为此，第一接触点110_1可布置于冲程结构104的第一外部区域中，而第二接触点110_2可布置于冲程结构的坐落为与第一外部区域相对的第二外部区域中。类似地，第三接触点110_3可布置于冲程结构104的第一外部区域中，而第四接触点110_4可布置于冲程结构104的第二外部区域中。
[0170] 如在图1b中可见，多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)可连接至至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)。冲程结构的多个相互隔开的接触点112_1至112_m之间的距离也可最大化，如在图1b中可见。
[0171] 例如，第一压电致动器106_1的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第一接触点112_1可布置于第一压电致动器106_1的第一外部区域中，而多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第二接触点112_2可布置于第一压电致动器106_1的坐落为与第一外部区域相对的第二外部区域中。第二压电致动器106_2的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第三接触点112_3可布置于第二压电致动器106_2的第一外部区域中，而多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第四接触点112_4可布置于第二压电致动器106_2的坐落为与第一外部区域相对的第二外部区域中。
[0172] 通过示例的方式，展示于图1a及图1b中的MEMS 100包括连接至冲程结构104的四个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)的四个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4)。然而，本发明并不限于此实施例。确切而言，MEMS 100可包括连接至冲程结构104的多达m个相互隔开的接触点110_1至110_m的多达m个相互隔开的连接元件108_1至108_m，m为大于4的自然数，m≥4。然而，此并不导致必须经由至少两个连接元件将至少两个压电致动器
106_1至106_n中的每个连接至冲程结构104。例如，MEMS 100也可包括四个压电致动器106_
1至106_n(n＝4)，在各种情况下经由一个(单个)连接元件将四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的每个连接至冲程结构104。
[0173] 如在图1a及图1b中可见，冲程结构104可以是对称的，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)有可能关于冲程结构104的重心120对称地布置。多个相互隔开的接触点110_1至110_m(m＝4)也可关于冲程结构104的重心120对称地布置。类似地，至少两个压电致动器106_1至106_n(n＝2)的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)可关于冲程结构104的重心120对称地布置。
[0174] 如已提及，在实施例中，将隔膜102耦接至冲程结构104。隔膜102可进一步夹持于外部区域118内，例如，在半导体基底(诸如，硅半导体结构)中。隔膜102可平行于MEMS100的第一表面122和/或第二表面124而延伸，隔膜102有可能用于当MEMS 100按预期被使用时将MEMS 100的第一表面122及第二表面124(特别地，以流体和/或气体形方式)彼此分离。
[0175] 至少两个压电致动器106_1及106_n(n＝2)以空转位置所布置在的平面可平行于MEMS 100的第一表面122和/或第二表面124而延伸。
[0176] 在下文中，将参考图2至图16更详细地解释MEMS 100的实施例。然而，以下描述还适用于图1a及图1b中所展示的MEMS 100。类似地，关于图1a及图1b中所展示的MEMS100而描述的特征适用于以下实施例。
[0177] 以下实施例描述用于大冲程及力的微致动器的概念及架构，微致动器呈现高等级效率且可借助于硅微系统技术的方法来产生。例如，致动器可用于扬声器。基于芯片的扬声器优于现有的扬声器的决定性优点为产生复杂且高度精确的几何结构且因此实现新声音生成概念的可能性。另外，可通过集成位置感测系统来以经调节的方式操作MEMS致动器。
[0178] 为了实现大力及冲程，实施例提供基于有效布置的致动器元件的MEMS 100，致动器元件经由合适连接元件(参见图6a至图6f)连接至冲程主体104，冲程主体被假设为刚性的且可被配置为框架结构(参见图2a及图2b)。可同时控制致动器元件106_1至106_n，使得框架104平行地(平行于冲程移动的方向，该方向垂直于致动器元件106_1至106_n的平面)移出平面，即，若可能的话无任何倾斜。
[0179] 图2a展示在激活状态下的MEMS 100的示意性横截面图，而图1b展示在空转状态下的展示于图2a(致动器布置)中的MEMS 100的示意性横截面图。致动器106_1及106_n(n＝2)为单侧夹持式弯曲梁(其可(例如)在外部区域中夹持于夹具118内，例如，诸如硅框架的框架)，且根据图3a至3d，其包括至少两层，其中的至少一层是压电性的。图3a至图3d展示可能的致动器元件的示意性横截面。详细而言，在图3a中，为单晶的，具有压电功能层133(及被动层135)；在图3b中，为对称且双晶的，具有两个压电层133a及133b(及介入的被动层135)；在图3c中，为对称双晶的，在两个压电层133a与133b之间具有薄导电分离层137；且在图3d中，为不对称双晶的，具有借助于分离层137分离的两个压电层133a及133b(在被动层135上)。
[0180] 出于接触的目的，压电层可具备对应电极，电极可被配置为二维或叉指式电极或被配置为二维电极与叉指式电极的组合。除压电有效层外，致动器元件还可包括一个或多个被动或压电非有效(inactive)功能层。
[0181] 通过施加电压，压电材料变形且引起个别致动器元件106_1至106_n的弯曲，经由弯曲，冲程主体或冲程结构104在向上或向下方向上移出平面。虽然，原则上，经由尽可能长且薄层化的致动器仅可实现大偏斜，用于大力的致动器倾向于需要短长度。此短长度归因于长致动器包括过低等级的弹簧刚度从而无法产生高的力的事实。为了克服此冲突的要求，所提出的设计概念是基于若干致动器106_1至106_n，其由于其长度而实现大偏斜，但归因于其数目而总体上也能够提供大力。因此，可主要经由致动器106_1至106_n的长度定义冲程主体104的可能冲程，而可经由致动器106_1至106_n的宽度及数目而按比例调整可实现的力。
[0182] 图4a至图4f展示MEMS 100的冲程结构104的六个不同实施例的示意性俯视图。
[0183] 图4a展示冲程结构104，其在垂直于冲程结构104的冲程移动的方向而延伸的平面内为H形。例如，冲程结构104可包括至少三个部分104a至104c，其以H形状布置，使得冲程结构104在垂直于冲程结构的冲程移动方向而延伸的截平面内为H形。三个部分104a至104c可形成(邻接)冲程主体，如在图4a中可见。
[0184] 冲程结构104或换言之，部分104a至104c可横跨对应于隔膜102的表面面积的至少30％(或80％、70％、60％、50％或40％)的表面面积。
[0185] 可配置冲程结构104以使得冲程结构104至少借助于第一部分104a及第二部分104b(且可选择地借助于第三部分104c)耦接至隔膜。第一部分104a及第二部分104b的前端因此形成以分布式方式布置的多个区域，借助于此，将冲程结构104耦接至隔膜102。
[0186] 当然，还可配置冲程结构104以使得冲程结构104经由以分布式方式布置的多个区域耦接至隔膜102(以点形方式)。例如，以分布式方式布置的多个区域可为第一部分104a及第二部分104b(以及，可选择地，第三部分104c)的区域。
[0187] 此外，在各种情况下，也有可能经由隔片将至少第一部分104a及第二部分104b(以及，可选择地，第三部分104c)耦接至隔膜，隔片的横截面积可小于或大于各个部分104a及104b。在此情况下，隔片形成以分布式方式布置的多个区域，借助于此，将冲程结构104耦接至隔膜102。
[0188] 以分布式方式布置的多个区域(例如，部分104a及104b的前端或点形区域)可沿直线布置，冲程结构104沿直线耦接至隔膜102。在图4a中，此两条直线(通过部分104a及104b定义)布置成彼此平行。然而，此两条直线在至少一点处相交(即，仅部分地彼此隔开)当然也是可行的，这可(例如)通过V或L形结构或通过若干结构(即，I形及L形结构)的组合来实现从而形成H结构。
[0189] 特别地，由于力高度取决于致动器表面面积，因此展示于图4a至图4f中的设计呈现被配置为占用尽可能小的面积同时具有足够刚性的冲程主体104，足够刚性防止冲程主体的任何可预见变形。冲程主体104可配置为向侧面开放的分支式框架结构，使得致动器元件可布置于框架的梁之间或布置成紧邻框架的梁，且可在彼处
啮合框架。由于减小了表面面积，所以有效区130(优选地为矩形区，其接纳致动器的可移动元件、冲程主体及连接元件)的大部分可用于致动器106_1至106_n。关于尽可能有效的致动器布置，还可以配置冲程主体104以使得致动器与冲程主体104之间的连接元件108_1至108_m包括距冲程主体104的重心尽可能大的距离。以此方式，可在关于期望冲程模式(升降模式)的
频率范围内向上移位非期望倾斜模式，借以可减少操作期间的寄生振荡。
[0190] 图4a至图4f展示分支式刚性冲程主体104的不同形状的示例的示意性俯视图。详细而言，在图4a中，冲程主体包括三个互连的梁元件104a至104c；在图4b及图4c中，冲程主体包括额外支柱(或梁)104d；在图4d中，冲程主体包括局部加宽区域182；在图4e中，冲程主体104包括圆形区域；且在图4f中，冲程主体104包括对
角元件104c至104f。
[0191] 如在图4a至图4f中可见，通过示例的方式，冲程主体104可由刚性梁元件组成。
[0192] 例如，冲程主体104可包括以直接方式或经由第三梁元件104c彼此连接的至少两个梁元件104a及104b(参见图4a)。此外，冲程主体104可包括
水平布置的额外梁元件104d(参见图4b)，其可具有不同长度且可通过支柱相互连接。此外，冲程主体104可包括垂直布置的额外梁元件104d(参见图4c)，其长度可与其他水平元件相同或不同。此外，冲程主体104可包括局部加宽区域182或板(例如，用于提供装配表面或用于
定位连接元件)(参见图
4d)。此外，冲程主体104可包括对角布置的梁元件，和/或圆形轮廓。冲程主体104可包括方形、矩形或梯形横截剖面。并且，冲程主体可在有效区130内具有中心对齐。
[0193] 展示于图4a至图4f中的冲程结构104各自包括(邻接)冲程主体。然而，本发明并不限于此实施例。确切而言，在实施例中，冲程结构104还可包括两个或更多冲程主体。例如，冲程主体可经由条带或经延伸的冲程主体彼此耦接或连接(参见图8)。
[0194] 图5a至图5h展示压电致动器106_1至106_n相对于MEMS的冲程结构104的布置的八个不同实施例的示意性俯视图，在各种情况下，隔膜102未展示于图5a至图5h中以不损害对冲程结构104及至少两个压电致动器106_1至106_n的观察。
[0195] 在展示于图5a至图5h中的实施例中，冲程结构104包括被布置以形成H形冲程结构104的至少三个部分104a至104c，以使得冲程结构104在垂直于冲程结构104的冲程移动的方向114而延伸的截平面内具有H形状(类似于图4a)。
[0196] 将第一部分104a及第二部分104b彼此平行地布置，而将第三部分104c布置为垂直于第一部分104a及第二部分104b以形成H形冲程结构。
[0197] 如在图5a中可见，MEMS 100可包括沿冲程结构104的第三部分104c至少部分地布置于H形冲程结构104的内部且在各种情况下经由至少两个相互隔开的连接元件108_1至108_m连接至冲程结构104的两个压电致动器106_1及106_n(n＝2)。
[0198] 详细而言，在图5a中，第一压电致动器106_1经由多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4，可选择地，m＝6)中的两个连接元件108_1及108_2连接至冲程结构104，第二压电致动器106_2经由多个相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝4，可选择地，m＝6)中的两个连接元件108_3及108_4连接至冲程结构104。
[0199] 第一压电致动器106_1的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第一接触点112_1可布置于第一压电致动器106_1的第一外部区域中，使得第一连接元件108_1布置成邻近于第一外部区域，而多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第二接触点112_2可布置于第一压电致动器106_1的坐落为与第一外部区域相对的第二外部区域中，使得第二连接元件108_2布置成邻近于第二外部区域。类似地，第二压电致动器106_2的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第三接触点112_3可布置于第二压电致动器
106_2的第一外部区域中，使得第三连接元件108_1布置成邻近于第一外部区域，而多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝4)中的第四接触点112_4可布置于第二压电致动器106_
2的坐落为与第一外部区域相对的第二外部区域中，使得第四连接元件108_4布置成邻近于第二外部区域。此类连接元件在下文中将被称作外部连接元件或外部坐落的连接元件。
[0200] 可选择地，可经由第五连接元件108_5将第一压电致动器106_1进一步连接至冲程结构，第一压电致动器106_1的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝6)中的第五接触点112_5有可能布置于中心区域中，使得第五连接元件108_5布置成邻近于中心区域。类似地，可经由第六连接元件108_6将第二压电致动器106_2进一步连接至冲程结构104，第二压电致动器106_2的多个相互隔开的接触点112_1至112_m(m＝6)中的第六接触点112_6有可能布置于中心区域中，使得第六连接元件108_6布置成邻近于中心区域。此类连接元件在下文中将被称作中心连接元件或中心坐落的连接元件。
[0201] 图5b展示包括至少部分地布置于H形冲程结构104的内部的四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)的MEMS 100的示意性俯视图，沿第三部分104c的第一侧布置四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的两个压电致动器106_1及106_2，沿第三部分104c的坐落为与第一侧相对的第二侧布置四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的另外两个压电致动器106_3及106_4。四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_1至108_4且可选择地经由一个中心坐落的连接元件108_5及108_6连接至冲程结构104的第三部分104c。
[0202] 图5c还展示包括四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)的MEMS 100的示意性俯视图，其中四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的两个压电致动器106_1及106_4在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_1至108_4(且可选择地，经由另一中心坐落的连接元件)连接至冲程结构104的第一部分104a，四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的另外两个压电致动器106_2及106_3在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_5至108_8(且可选择地，经由另一中心坐落的连接元件)连接至冲程结构104的第二部分104b。
[0203] 图5d展示包括至少部分地布置于H形冲程结构104的内部的八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)的MEMS 100的示意性俯视图，使得八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的四个压电致动器106_1至106_4在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_1至108_8连接至冲程结构104的第一部分104a，八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的另外两个压电致动器106_5至106_8在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_9至108_16连接至冲程结构104的第二部分104b。
[0204] 图5e展示包括布置于H形冲程结构104的外部的两个压电致动器106_1及106_n(n＝2)的MEMS 100的示意性俯视图。在此，沿冲程结构104的第一部分104a布置第一压电致动器106_1，沿冲程结构104的第二部分104b布置第二压电致动器106_2。第一压电致动器106_1经由两个外部坐落的连接元件108_1及108_4连接至冲程结构104的第一部分104a，而第二压电致动器106_2经由两个外部坐落的连接元件108_2及108_3连接至冲程结构104的第二部分104b。可选择地，在各种情况下，第一压电致动器106_1及第二压电致动器106_2可在各种情况下经由中心坐落的连接元件108_5及108_6连接至冲程结构104的各自部分104a及
104b。
[0205] 图5f展示包括布置于H形冲程结构104的外部的四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)的MEMS 100的示意性俯视图。第一压电致动器106_1及第四压电致动器106_4沿冲程结构104的第一部分104a布置，且在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_1至108_4连接至第一部分104a。第二压电致动器106_2及第三压电致动器106_3沿冲程结构104的第二部分104b布置，且在各种情况下经由两个外部坐落的连接元件108_5至108_8连接至第二部分104b。
[0206] 图5g及图5h各自展示包括布置于H形冲程结构104的外部的四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)的MEMS 100。在各种情况下，四个压电致动器106_1至106_4经由一个连接元件108_1至108_4连接至冲程结构104的各自部分104a或104b。图5g与图5h之间的差异在于：在图5g中，布置四个压电致动器106_1至106_4以使得冲程结构104与连接元件108_1至108_
4之间的接触点布置于部分104a及104b的外部末端处，而在图5h中，布置四个压电致动器
106_1至106_4以使得连接元件108_1至108_4与冲程结构104之间的接触点布置成邻近于第三部分104c的突出延伸部。
[0207] 因此，图5a至图5h通过使用图4a的冲程主体的示例示出不同的部分致动器配置。根据布置，致动器为单侧夹持式致动器，其经由至少一个(但优选地，两个或更多)连接元件
108_1至108_m连接至冲程主体104且将所述冲程主体104移出平面。为了实现尽可能大的力，致动器106_1至106_n优选地被配置为宽的，此导致归因于在平面内起作用的压电效应的横向
翘曲。所述横向翘曲展示于：在致动器的自由端处的外部拐角呈现最高等级的偏斜，且因此表示用于连接元件的最佳位置。特别地，使用极宽致动器，其他连接元件(在图5a至图5h中被称作可选连接元件)的插入可为有利的，从而实现较大力且在频率范围内使冲程模式向上移位。根据冲程主体104的几何结构，将个别致动器细分为优选地布置成彼此平行的若干致动器(例如，图4c结合图5b)也可以是额外有用的。关于用于实现大力的最佳区利用，描绘于图5a至图5h中的部分配置可视需要而彼此组合。
[0208] 应注意的是，展示于使用图4a的冲程主体104的示例的图5a至图5h中的不同致动器配置是可视需要组合的部分致动器配置。
[0209] 在实施例中，冲程结构104的垂直于冲程结构104的冲程移动的方向114的横截面积可小于至少两个压电致动器106_1至106_n的压电有效致动器面积的总和(例如，小于总和的二分之一(或三分之一、四分之一、五分之一或六分之一))。
[0210] 因此，致动器配置可包括致动器对区的高等级利用，其大于有效区130的40％(或50％、60％、70％或80％)。此外，致动器配置可视需要组合。此外，致动器配置可包括在个别致动器的自由端处的额外连接元件。此外，致动器配置可包括细分为若干窄致动器且具有额外连接元件(参见图5b、图5d及图5f)的致动器。此外，致动器配置可包括具有梯形或圆形形状的致动器。
[0211] 如已参考图4a至图4f所提及，在实施例中，冲程结构104还可包括两个或更多冲程主体，有可能(例如)经由刚性延伸的冲程主体耦接冲程主体。例如，在图5e中可免除中心梁104c，使得冲程结构104包括可借助于经延伸的冲程主体(参见图8)而彼此耦接的两个单独的冲程主体。在此情况下，已释放的区域或区可被其他致动器更有效地使用。此外，经由经延伸的冲程主体结合隔片来耦接阵列布置的若干冲程主体将为可行的。
[0212] 图6a至图6f展示MEMS 100的连接元件的六个不同实施例的示意性俯视图。详细而言，通过示例的方式，图6a至图6f各自展示第一连接元件108_1，其将第一压电致动器106_1连接至冲程结构104。然而，以下描述还可转移至其他连接元件108_2至108_m。
[0213] 在实施例中，连接元件108_1可包括弹簧元件。如在图6a至图6h中可见，弹簧元件可包括至少一个挠曲弹簧元件108B(参见图6a)、至少一个扭转弹簧元件108T(参见图6b)，或至少一个挠曲弹簧元件108B与至少一个扭转弹簧元件108T的组合(参见图6c至图6f)。
[0214] 为了确保致动器106_1至106_n与冲程主体104之间的柔性的且同时稳固的连接，可使用各种弹簧几何结构。图6a至图6f示出若干弹簧布置，其在经适当设定尺寸时包括足够的柔性等级，以便一方面实现大偏斜，同时另一方面确保致动器106_1至106_n与冲程主体104之间的高等级的力传输。由于挠曲弹簧108B及扭转弹簧108T都需要致动器与冲程主体之间的相对较大距离(距离≥弹簧长度)的事实，可推荐利用组合式弹簧几何结构。图6c至图6f示出对应的几何结构，其中，由于优选地布置成彼此垂直的若干元件，有效弹簧长度可明显超过致动器与冲程主体之间的距离。虽然诸如图6d或图6f的布置(特别地)适合于布置于外部致动器拐角处的连接元件，但由于其对称性，诸如图6c及图6e中的弹簧主要适用于连接拐角之间的点(参见图5a至图5h中的可选连接元件)。
[0215] 应注意的是，在不同连接元件的展示于图6a至图6f中的示意性俯视图中，被称作冲程主体104及致动器106_1的元件为示例性的且仅表示实际功能元件的部分。
[0216] 除按比例调整个别元件外，与图6的以下偏离是可行的。(1)致动器与扭转弹簧之间的在图6a至图6h中被称作挠曲弹簧的隔片也可被配置为致动器的刚性元件或压电有效延伸部。(2)弹簧与冲程主体104之间的在图6中描绘为冲程主体104的局部加宽区的隔片也可被配置为柔性元件。(3)所有或个别弹簧元件可包括圆形区。(4)在若干版本中，若干弹簧元件可彼此组合或布置成一个在另一个后面(串接)。(5)个别弹簧元件可包括除90°之外的角度，使得弹簧受到弯曲及扭转
应力。(6)所有弹簧或隔片也可侧向地附接至致动器(参看图6b)。(7)弹簧及隔片可如同致动器由相同或个别被动和/或压电功能层组成。可选地，也可使用其他材料。
[0217] 为了检测冲程结构或冲程主体104的位置，MEMS 100可另外包括至少一个传感器元件，如下文将参见图7a及图7b所解释。
[0218] 图7a及图7b展示具有集成的位置传感器的压电致动器的两个实施例的示意性俯视图。详细而言，通过示例的方式，图6a及图7b各自展示位置传感器与第一压电致动器106_1的集成。然而，以下描述同样适用于其他压电致动器106_2至106_n。
[0219] 如在图7a中可见，压电位置传感器及压电致动器106_1可由压电层形成，有可能将一个区域用作传感器且将另一个区域用作致动器。此外，有可能使用由两个压电层组成的层积，一层或两层至少部分形成至少一个压电传感器140，而两层中的另一层形成压电致动器106_1。换言之，图7a及图7b展示具有单独传感器区140及致动器区142的(邻接)梁结构的示意性俯视图。当然，未必将整个层用于传感器。大部分用于致动器系统且仅小的区用于传感器也是可行的。
[0220] 为了将由对于传感器及连接元件的部分的额外空间要求引起的致动器性能(偏斜、力)方面的损失保持为最小，传感器电极也可直接被实施于用作致动器的梁结构上。图7a及图7b示出两个示例，其中在各种情况下，一个传感器电极(传感器区)占用致动器区的相对较小的部分。传感器电极与致动器电极电绝缘且可被配置为二维电极和叉指式电极。
[0221] 另一更有效的可能性在于使用若干压电层(参看图3a至图3d)，一层至少部分地用于位置检测。由于关于
传感器系统及致动器系统所提出的要求可不同，因此具有不同特性的不同压电材料的组合(例如，PZT用于致动器系统，AIN用于传感器系统)也是可行的。作为若干压电层布置成一个在另一个之上(参看图3a至图3d)的布置的替代例，传感器及致动器材料也可坐落为彼此邻近(类似于图7a及图7b)。
[0222] 由于压电效应的双向性，个别致动器也可用作传感器元件。在此情况下，经由直接压电效应产生的且与冲程主体104的偏斜近似地成比例的电压经由致动器电极分接且因此经评估。为了将对偏斜的损害保持为最小，相对较长且窄的致动器元件是尤其合适的。为了防止归因于不对称驱动的冲程主体104的非期望倾斜，对应传感器元件在各种情况下应优选地成对地布置成彼此相对的。
[0223] 替代至少压电位置传感器或除至少压电位置传感器之外，MEMS还可包括用于根据隔膜的偏斜而提供传感器信号的至少一个压阻性或一个电容性位置传感器。
[0224] 在图1a至图2及图4a至图5a中，虽然目标为具有尽可能小的表面面积的冲程主体或冲程结构104以便最大化偏斜及力，然而，许多应用需要具有尽可能大的表面面积的冲程主体104，其优选地为邻接的。例如，在流体应用中，增加了排放气体或液体体积。通过提供合适的装配表面，可因此配置冲程主体104以使得另一优选地刚性的且大面积的主体150可附接于冲程主体104之上或之下，如图8所示。经延伸的冲程主体150可包括任何几何结构且可突起超出由冲程主体104及弹簧元件横跨的有效区130(参见图4a至图4h)。图8借助于在对应
支撑点处固定地连接至冲程主体104的薄板150示出此情形。例如，MEMS100可包括通过附接至其的板150而延伸的冲程主体。
[0225] 图8展示根据本发明的实施例的MEMS 100的示意性横截面图。MEMS 100可包括耦接至冲程主体104的经延伸的冲程主体150。例如，经延伸的冲程主体150可布置成垂直于冲程主体的冲程移动方向114，且可耦接或连接至冲程主体的前端。
[0226] 由于呈现大冲程及力的致动器(特别地)适合于排放气体及液体(参见下文的技术应用领域)，因此柔性隔膜的集成也是有用的，如下文所解释。
[0227] 图9a展示MEMS 100的实施例的示意性横截面图，而图9b展示图9a中所展示的MEMS100的示意性俯视图；在图9b中，免除压电致动器106_1及106_2以及连接元件108_1及108_2的表示。
[0228] 如在9a及图9b中所示，隔膜102可包括刚性区域150及柔性区域152，冲程结构104有可能耦接至隔膜的刚性区域150。例如，隔膜102的刚性区域可由经延伸的冲程主体150(参看图8)实施。隔膜102可夹持于夹具118(例如，框架)内。
[0229] 通过示例的方式，图9a及图9b示出可能架构，其中借助于隔膜102(密封隔膜)将MEMS 100的顶侧及底侧彼此完全分离，使得所排放的流体不会通过在冲程主体104周围流动而到达各自另一侧。在声学中，为防止声学
短路需要此分离。对于微型
阀及微型
泵，前侧与后侧的流体分离也是必要的。
[0230] 图10a展示MEMS 100的实施例的示意性横截面图，而图10b展示图10a中的MEMS100的示意性俯视图；在图10b中，免除压电致动器106_1及106_2以及连接元件108_1及108_2的表示。
[0231] 根据图10a及图10b，例如，由邻接的柔性区域152形成的隔膜102(密封隔膜)还可横跨由刚性框架118围绕的整个有效区130，从而可免除经延伸的冲程主体150。无关于其，可在
晶圆层级处借助于混合集成或
旋涂过程(旋转涂布过程)或
喷涂过程实施弹性隔膜。根据预期使用，隔膜102可以配置为拉紧或松弛或具有波状或折叠剖面。波状或折叠变体适合于(特别地)隔膜102对冲程主体104的偏斜的损害保持为最小的应用。
[0232] 图11a展示MEMS 100的实施例的示意性横截面图，而图11b展示图11a中所展示的MEMS 100的示意性俯视图；在图11b中，免除压电致动器106_1及106_2以及连接元件108_1及108_2的表示。
[0233] 不同于图10a及图10b，图11a及图11b示出示例，其中隔膜102布置于致动器106_1及106_2之上。为了避免与连接元件108_1及108_2以及致动器元件106_1及106_2的机械接触，隔膜102借助于隔片160而与致动器平面隔开。在此，致动器平面为压电致动器106_1及106_2以空转(即，非偏斜)位置所布置在的平面，和/或由处于空转位置的压电致动器106_1至106_2所横跨的平面。
[0234] 如在图9a至图11b中示意性地(未按比例)指示，H形冲程结构104的力至隔膜102的施加点中的一个与隔膜悬架118(例如，框架)的最近位置点之间的杆臂可至多为至少两个压电致动器106_1及106_2的杆臂(例如，夹具118与各个压电致动器的接触点112_1至112_m中的一个之间的最短距离)的大小的一半(即，小于至少二分之一(或例如，三分之一、四分之一或五分之一))。
[0235] 为了示出以上的通常的表示，下文将呈现一些特定实施例。实施例是基于由压电PZT(锆
钛酸铅)、对应金属电极以及硅(作为被动材料)制成的致动器的设计。此设计已经被设计用于MEMS扬声器且借助于FEM模拟而被优化。
[0236] 图12a展示根据本发明的实施例的MEMS 100的CAD模型的俯视图，而图12b展示MEMS 100的展示于图12a中的CAD模型的偏斜的FEM模拟的透视图。
[0237] 如图12a所示，MEMS 100的CAD模型是基于展示于图4a、图4d、图5b、图5e、图6c、图6d及图6f中的实施例的组合。
[0238] 如在图12a中可见，MEMS 100包括H形冲程结构104及四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)。详细而言，冲程结构104包括被布置以形成H形冲程结构104的三个部分104a至104c，使得冲程结构104在垂直于冲程结构104的冲程移动的方向114(参见图1a)而延伸的截平面内具有H形状。
[0239] 沿冲程结构104的三个部分104a至104c中的第一部分104a将四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的第一压电致动器106_1布置于H形冲程结构104的外部，沿冲程结构104的三个部分104a至104c中的第二部分104b将四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的第二压电致动器106_2布置于H形冲程结构104的外部，冲程结构104的第一部分104a及第二部分104b彼此平行地延伸。
[0240] 第一压电致动器106_1跨越冲程结构104的至少整个第一部分104a而延伸且经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少两个(根据图12a，经由四个)相互隔开的连接元件108_1至108_4连接至冲程结构104的第一部分104a的相互隔开的接触点中的至少两个，第二压电致动器106_2跨越冲程结构104的至少整个第二部分104b而延伸且经由相互隔开的连接元件108_1至108_m中的至少两个(根据图12a，经由四个)相互隔开的连接元件108_5至108_8连接至冲程结构104的第二部分104b的相互隔开的接触点中的至少两个。
[0241] 四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的第三压电致动器106_3沿冲程结构104的三个部分104a至104c中的第三部分104c的第一侧至少部分地布置于H形冲程结构104的内部，四个压电致动器106_1至106_n(n＝4)中的第四压电致动器106_4沿冲程结构104的第三部分104c的坐落为与第一侧相对的第二侧布置于H形冲程结构104的内部，第三部分104c垂直于第一部分104a及第二部分104b而延伸。
[0242] 第三压电致动器106_3经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少两个相互隔开的连接元件108_9及108_10连接至冲程结构104(此处，经由连接元件108_9连接至冲程结构104的第一部分104a，且经由连接元件108_10连接至冲程结构104的第二部分104b)，第四压电致动器106_4经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少两个相互隔开的连接元件108_11及108_12连接至冲程结构104(此处，经由连接元件108_11连接至冲程结构104的第一部分104a，且经由连接元件108_12连接至冲程结构104的第二部分
104b)。
[0243] 因此，图12a及图12b展示基于两个外部致动器106_1及106_2以及两个内部致动器106_3及106_4的设计，致动器在各种情况下成对地布置成彼此相对。为了实现大力及偏斜，致动器106_1至106_4具有尽可能大的宽度，借以在激活状态下，明显地出现上文所提及的横向翘曲(参见图12b)。在自由致动器拐角处，在呈现最高等级的偏斜的点处，致动器经由面积有效(area-efficient)弹簧连接至冲程主体104(参看图像3.5d及图像3.5f)，所述冲程主体104具有借助于局部加宽区实施于其末端上的额外的装配表面。归因于大的宽度/长度比，两个外部致动器106_1及106_2包括额外连接元件，借助于额外连接元件，所产生的力可再次明显地增加而在偏斜方面无任何大的损失。
[0244] 图13a展示根据本发明的实施例的MEMS 100的CAD模型的俯视图，而图13b展示MEMS 100的展示于图13a中的CAD模型的偏斜的FEM模拟的透视图。
[0245] MEMS 100的展示于图13a中的CAD模型是基于展示于图4a、图4d、图5e及图6f中的实施例的组合。
[0246] 与图12a相对比，MEMS 100的展示于图13a中的CAD模型包括(仅)两个压电致动器106_1及106_n(n＝2)，两个压电致动器106_1及106_2中的第一压电致动器106_1经由两个相互隔开的连接元件108_1及108_2连接至冲程结构的第一部分104a，且两个压电致动器
106_1及106_2中的第二压电致动器106_2经由两个相互隔开的连接元件108_3及108_4连接至冲程结构104的第二部分104b。
[0247] 因此，图13a及图13b示出图12a及图12b的大小减小的版本，且其中已免除两个中心致动器106_3及106_4，因为最小致动器长度将超出可用长度。由于明显较窄的外部致动器106_1及106_2，两个侧向致动器106_1及106_2在各种情况下仅包括两个连接元件108_1至108_4，其再次为挠曲弹簧与扭转弹簧的空间节省的组合。
[0248] 图14a展示根据本发明的实施例的MEMS 100的CAD模型的俯视图，而图14b展示MEMS 100的展示于图14a中的CAD模型的偏斜的FEM模拟的透视图。
[0249] 如在图14a中可见，MEMS 100包括H形冲程结构104及八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)。详细而言，冲程结构104包括被布置以形成H形冲程结构104的三个部分104a至104c，使得冲程结构104在垂直于冲程结构104的冲程移动的方向114而延伸的截平面内具有H形状。
[0250] 八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的第一压电致动器106_1及第五压电致动器106_5沿冲程结构104的第一部分104a布置于冲程结构104的外部，八个压电致动器106_1至106_8中的第二压电致动器106_2及第六压电致动器106_6沿冲程结构104的第二部分104b布置于冲程结构104的外部。
[0251] 第一压电致动器106_1及第五压电致动器106_5在各种情况下分别经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少一个连接元件108_1及108_2连接至冲程结构104的第一部分104a的相互隔开的接触点中的至少一个，第二压电致动器106_2及第六压电致动器106_6分别经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少一个连接元件
108_3及108_4连接至冲程结构104的第二部分104b的相互隔开的接触点中的至少一个。
[0252] 如在图14a中可见，第一部分104a被细分为第一区段104a_1及第二区段104a_2，第一压电致动器106_1沿第一部分104a的第一区段104a_1布置且经由连接元件108_1连接至第一部分104a的第一区段104a_1，第五压电致动器106_5沿第一部分104a的第二区段104a_2布置且经由连接元件108_2连接至第一部分104a的第二区段104a_2。
[0253] 此外，第二部分104b被细分为第一区段104b_1及第二区段104b_2，第二压电致动器106_2沿第二部分104b的第一区段104b_1布置且经由连接元件108_3连接至第二部分104b的第一区段104b_1，第六压电致动器106_6沿第二区段104b的第二区段104b_2布置且经由连接元件108_4连接至第二部分104b的第二区段104b_2。
[0254] 八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的第三压电致动器106_3及第七压电致动器106_7沿冲程结构104的第三部分104c的第一侧至少部分地布置于冲程结构104的内部，八个压电致动器106_1至106_8中的第四压电致动器106_4及第八压电致动器106_8沿冲程结构104的第三部分104c的第二侧至少部分地布置于冲程结构104的内部。
[0255] 如在图14a中可见，第三部分104c被细分为第一区段104c_1及第二区段104c_2，沿第三部分104c的第一区段104c_1的第一侧布置第三压电致动器106_3，沿第三部分104c的第一区段104c_1的坐落为与第一侧相对的第二侧布置第四压电致动器106_4，沿第三部分104c的第二区段104c_2的第一侧布置第七压电致动器106_7，沿第三部分104c的第二区段
104c_2的坐落为与第一侧相对的第二侧布置第八压电致动器106_8。
[0256] 第三压电致动器106_3及第四压电致动器106_4分别经由相互隔开的连接元件中的两个相互隔开的连接元件108_5至108_8连接至第三部分104c的第一区段104c_1的各个侧，第七压电致动器106_7及第八压电致动器106_8分别经由两个相互隔开的连接元件108_9至108_12连接至第三部分104c的第二区段104c_2的各个侧。
[0257] 冲程结构104可进一步包括在第一部分104a与第二部分104b之间平行地中心布置的第四部分104d，第四部分104d也有可能被细分为第一区段104d_1及第二区段104d_2。
[0258] 因此，图14a及图14b示出具有布置成彼此平行的八个致动器106_1至106_n(n＝8)的示例，四个外部致动器以反转方式对齐使得其经由扭转弹簧在冲程主体的重心外部尽可能远地传输其力(在频率范围中的寄生倾斜模式的移位(位移))。与先前示例相反，冲程主体104的中心梁104c包括局部加宽区以及在中心的孔180。因此，内部致动器经由挠曲弹簧而连接至冲程主体的施加点在
质量具有尽可能小的增加的情况下从重心向外重新定位，以便抵制任何寄生模式。额外垂直悬臂104d_1及104_d2以及垂直冲程主体梁104a、104b、104c上的局部加宽区182充当用于具有增加的表面面积的经延伸的冲程主体的混合集成的黏着表面。由于相对较窄的致动器元件，偏斜及力小于图12a的示例中的偏斜及力。相反，冲程主体104呈现明显较大的跨距及黏着表面的较近的布置，使得布置能够实现重量尤其轻的板或机械刚性较小的隔膜102的混合应用。
[0259] 图15a展示根据本发明的实施例的MEMS 100的CAD模型的俯视图，而图15b展示MEMS 100的展示于图15a中的CAD模型的偏斜的FEM模拟的透视图。
[0260] 如图15a所示，MEMS 100的CAD模型是基于图4a、图4d、图5c、图像5g及图像6b中所示的实施例的组合。
[0261] MEMS 100包括H形冲程结构104及八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)。详细而言，冲程结构104包括被布置以形成H形冲程结构104的三个部分104a至104c，使得冲程结构104在垂直于冲程结构104的冲程移动的方向114而延伸的截平面内具有H形状。
[0262] 八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的第一压电致动器106_1及第五压电致动器106_5沿冲程结构104的第一部分104a布置于冲程结构104的外部，八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的第二压电致动器106_2及第六压电致动器106_6沿冲程结构104的第二部分104b布置于冲程结构104的外部。
[0263] 第一压电致动器106_1及第五压电致动器106_5在各种情况下经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少一个连接元件108_1及108_2连接至冲程结构104的第一部分104a的相互隔开的接触点中的至少一个，第二压电致动器106_2及第六压电致动器106_6经由相互隔开的连接元件108_1至108_m(m＝12)中的至少一个连接元件108_3及108_4连接至冲程结构104的第二部分104b的相互隔开的接触点中的至少一个。
[0264] 八个压电致动器106_1至106_n(n＝8)中的第三压电致动器106_3及第七压电致动器106_7沿冲程结构104的第三部分104c的第一侧至少部分地布置于冲程结构104的内部，八个压电致动器106_1至106_8中的第四压电致动器106_4及第八压电致动器106_n(n＝8)沿冲程结构104的第三部分104c的第二侧至少部分地布置于冲程结构104的内部。
[0265] 第三压电致动器106_3及第四压电致动器106_4分别经由相互隔开的连接元件中的两个相互隔开的连接元件108_5至108_8连接至冲程结构104，第七压电致动器106_7及第八压电致动器106_8分别经由两个相互隔开的连接元件108_9至108_12连接至冲程结构104。
[0266] 第三压电致动器106_3、第四压电致动器106_4、第七压电致动器106_7及第八压电致动器106_8的夹持在第一部分104a与第二部分104b之间中心地且平行地延伸。
[0267] 因此，图15a及图15b展示类似于图14a及图14b的设计，然而，其中内部致动器106_3、106_4、106_7及106_8旋转90°(参见5c)。与先前示例中的挠曲弹簧相比，在各种情况下，四个内部致动器经由两个扭转弹簧连接至冲程主体104。
[0268] 图16a展示根据本发明的实施例的MEMS 100的CAD模型的俯视图，而图16b展示MEMS 100的展示于图16a中的CAD模型的偏斜的FEM模拟的透视图。
[0269] 与展示于图12a及图12b中的MEMS 100的CAD模型相比，展示于图16a及图16b中的MEMS的CAD模型还包括安装于底侧上的经延伸的冲程主体150，具体而言为板形冲程主体150。
[0270] 因此，图15a及图15b示出图12a及图12b的稍有
修改的版本，其中经延伸的板形冲程主体150附接至实际冲程主体104的底侧。经延伸的冲程主体150占用大致对应于有效区的面积(参见图4a至图4f)。当然，在实施例中，经延伸的冲程主体150可大于有效区。
[0271] 下文将更详细地解释本发明的实施例的一般特性及边界条件。
[0272] 在下表中，以表格方式列出基本目标参数的典型的最小及最大值：
[0273]参数 典型值 最小值/最大值
共振频率(冲程模式) 500Hz 10Hz-10kHz
激励频率 静态-20kHz 静态-1MHz
最小有效区 10×10mm2 100×100μm2-3×3cm2
偏斜幅度 200μm 0.1μm-3mm
压电力 20mN 1μN-2N
[0274] 在下表中以表格方式列出可用于对应的功能元件的材料：
[0275]功能 材料
压电层 PZT、PNZT、AIN、AlScN、ZnO、BCZT、KNN
被动层 Si、poly-Si、SiN、SiNO、SiO2、AIN、金属
冲程主体 Si、[压电层]、[被动层]
经延伸的冲程主体 Si、金属、塑料
连接元件 [被动层]、[压电层]
隔膜 聚硅
氧、聚对二
甲苯、PDMS、PI、BCB、PMMA…
[0276] 在下文中，将参考图17a至图17c通过示例的方式呈现产生MEMS 100的方法。详细而言，图17a至图17c示出以简化方式描绘的用于以PZT作为压电材料且硅作为被动材料的单晶配置的过程流。图17a展示在
正面图案化之前的SOI(绝缘体上的硅)晶圆的示意性横截面图，而图17b展示在正
面层的图案化之后的示意性横截面图，而且图17c展示在背面Si及SiO2图案化之后的示意性横截面图。
[0277] 此方法可包括下文列出的过程步骤。
[0278] 提供SOI晶圆202的步骤，SOI晶圆具有Si基底204、涂覆至基底的SiO2层206及涂覆至层206的Si功能层208。
[0279] 涂覆或沉积绝缘层(SiO2)210、压电功能层(PZT)212以及对应金属电极(Pt、Au、Mo)214及216的步骤。
[0280] 借助于湿式和/或干式蚀刻将压电功能层212及绝缘层210的电极214及216进行图案化的步骤，从第一表面220开始蚀刻，且在内埋的SiO2层206上停止蚀刻。
[0281] 背面Si蚀刻的步骤，其中在内埋SiO2层206上停止蚀刻且随后移除所暴露的SiO2区。
[0282] 图18展示根据本发明的实施例的系统200的示意图。此系统包括上文所描述的MEMS100及控制工具202，控制工具202有可能控制MEMS 100的至少两个压电致动器106_1至106_n。
[0283] 例如，控制工具202可用于提供用于控制至少两个压电致动器106_1至106_n的
控制信号204。
[0284] 此外，在实施例中，MEMS 100可包括用于根据隔膜102的偏斜而提供传感器信号141的位置传感器140(例如，压电或电容性位置传感器)。控制工具可用于基于传感器信号
141而以经调节的方式控制MEMS 100的至少两个压电致动器106_1至106_n。
[0285] 本发明的其他实施例提供小型化冲程致动器(升降致动器)，其具有刚性冲程主体，其具有减小的表面面积(例如，其占用小于有效区的40％(或30％或20％))；至少两个压电驱动(例如，其占用有效区的至少40％(或50％、60％、70％或80％))，其布置成紧邻冲程主体且在向上或向下方向上将冲程主体移出平面；包括连接元件，经由连接元件，压电驱动连接至冲程主体；且包括隔膜，其固定至冲程主体且确保前侧与后侧的分离，特别地，流体分离。在此上下文中，可用硅技术制造小型化冲程致动器。
[0286] 在实施例中，小型化冲程致动器可用于声音或超声生成(在从20Hz至1MHz的范围内，在从20Hz至20kHz的范围内，在从20kHz至100kHz的范围内或在从100kHz至1MHz的范围内)，用于排放液体或用于排放气体。此外，小型化冲程致动器还可用于产生小滴，例如，用于喷墨
打印机。
[0287] 在实施例中，小型化冲程致动器可包括冲程主体几何结构，其包括框架结构、梁和/或板。
[0288] 在实施例中，小型化冲程致动器可包括具有用于增加排放流体体积的大表面面积的经延伸的冲程主体。
[0289] 在实施例中，小型化冲程致动器可包括用于位置检测及调节的传感器元件(参见图7a及图7b)。
[0290] 在实施例中，若干小型化冲程致动器可布置于阵列内。
[0291] 借助于本发明的实施例，可在共振及非共振操作期间产生极大力，并同时实现高度偏斜。对此的原因在于使用：(1)大小减小的冲程主体，其实现关于致动器的高等级的区利用；(2)大小减小的冲程主体，由于其几何结构，冲程主体允许离冲程主体的重心尽可能远地发生力的传输；(3)致动器布置，其中以特定有效方式采用可用的有效区；(4)优选地，单侧夹持的宽弯曲致动器，其可在激活状态下由于明显的横向翘曲而产生大力；以及(5)合适的弹簧元件，其被配置为在表面面积方面尽可能有效且允许在不过度阻碍冲程主体的偏斜的情况下传输大力。
[0292] 此外，产生以下优点。第一，由于平行地连接若干致动器而有效弹簧刚度增加，使得可实现相对较高的共振频率，同时实现大偏斜。第二，由于表面面积减小，因此冲程主体包括相对较小的质量(mass)，使得可实现相对较高的共振频率，同时实现大偏斜。第三，由于将重量轻的材料(优选地为硅)用于冲程主体，因此可实现高共振频率，同时实现大偏斜。第四，通过应用板形或不同形状的形式，可实施表面面积大于有效区的经延伸的冲程主体。
在用硅技术生产的情况下，由于芯片面积的大小主要由致动器确定且可小于所需冲程表面面积(升降表面面积)，因此可减小制造成本。第五，可在操作期间借助于集成的传感器系统连续地确定冲程主体的实际位置。此形成用于封闭回路激励的基础，经由封闭回路激励，可用电子方式补偿外部影响及老化效应。第六，与包括电动力驱动的冲程致动器相比，利用压电驱
动能够实现所需
能量的减少。
[0293] 在下文中，将列出MEMS 100的例示性技术应用领域。
[0294] 上文所描述的致动器结构适用于待借助于压电驱动而生成大力及冲程的应用。例如，此结构适用于排放流体的应用领域，诸如阀及泵。此外，此结构适用于MEMS扬声器。MEMS扬声器(例如，基于芯片的智能微型扬声器)可用于移动通讯装置中，诸如主要用于(例如)移动电话中，但另外还用于
平板电脑、
笔记本电脑、
耳机及
助听器中。
[0295] 尽管本文中大体上已借助于图1至图18描述MEMS的实施例，但应注意，实施例同样适用于MEMS扬声器。
