各种实施方式总体上涉及微机电式麦克风。
背景技术：
微机电式麦克风在现代通信中已经变得非常重要。在微机电式麦克风的制造中，一个重大的挑战是要制造出具有明确定义形状的组件，并且该组件以明确定义的方式相对于彼此地进行布置。这种情况下的本质上的问题是机械应力或热应力，麦克风组件经受该机械应力或热应力并且该机械应力或热应力可能导致这些组件的变形，这又使得难以进行微机电式麦克风组件的明确定义的相对定位。
这样的应力可能具有固有原因，并且可能是由于制造过程中的热负荷以及机械负荷而导致。备选地或附加地，这样的应力可以仅通过不同组件的耦合而产生，例如通过多个具有相互不同的热膨胀系数的组件的耦合而产生。
技术实现要素：
为了生产具有可再现特性的微机电式麦克风，因此有必要使其组件所经受的机械应力最小化。
根据各种实施方式，提供一种具有明确定义的特性的微机电式麦克风。
根据各种实施方式，提供了一种微机电式麦克风，其具有：至少部分地由导电材料形成的扁平的第一电极，与所述第一电极间隔布置并至少部分地由导电材料形成的扁平的第二电极，布置在第一电极和第二电极之间的间隔件以及膜，其布置在第一电极和第二电极之间所定义的空间中并且能够向着所述第一电极和/或第二电极的方向移动，膜具有膜通孔，间隔件延伸穿过膜通孔，其中，在第一电极和第二电极之间所定义的、其中布置有膜的空间与麦克风的周围环境处于气体交换连接。
附图说明
在下文通过参照附图更加详细地阐释不同的实施例。在此：
图1是微机电式麦克风的示意性横截面图，
图2是用于操作图1中所示的麦克风的示意电路布置；
图3是电极和支架之间的弹簧装置的示意图，并且
图4是电极的加强结构的部段的示意图。
具体实施方式
下文中详细描述的说明书涉及附图，该附图出于说明的目的示出了能够实践各种实施例的具体细节和实施方式。
概念“示例性的”在这里被用于表示“作为实例、作为例子或用于说明”。每个在这里被说明为“示例性的”的实施方式或者构造方案不一定被解释为相对于其它实施方式或者构造方案是优选的或有利的。
在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指代相同的部分。附图主要用于说明各种实施例的原理，并且因此并不一定按比例。
在图1中示出了示例性的微机电式麦克风100。微机电式麦克风100具有扁平的第一电极102和扁平的第二电极104，第二电极与第一电极102间隔布置。
本申请中的“扁平”表示构件的几何形状，其在第一方向和与第一方向正交的第二方向上具有比在与第一方向和第二方向正交的第三方向(厚度方向)上显著更大的延伸。
第一电极102以及第二电极104至少部分或甚至完全由导电材料形成，例如由金属或多晶半导体材料例如硅形成。
第一电极和/或第二电极102、104能够具有小于1μm，任选地小于500nm，进一步可选地小于250nm的厚度d1或d2。第一电极102和第二电极104的直径d1或d2可以小于1mm，可选地小于750小于，进一步可选地小于500可选。尽管图1中示出的示例性的麦克风100的第一电极和第二电极102、104被示出为具有基本相同的直径，但这当然不一定是这种情况。图1中的这个特定的图示仅仅是为了简单起见被选择。
该麦克风100还具有布置在第一电极和第二电极102、104之间所定义的空间r中的膜106，该膜向着第一电极和/或第二电极102、104的方向能够通过有待检测的声波移动。空间r与麦克风100的周围环境处于气体交换连接中，以便能够保证有效的声音耦入。空间r和麦克风的周围环境之间的气体交换连接可以例如通过在第一和/或第二电极102、104中所提供的多个电极通孔103和105来提供。经此，在空间r中可以提供等于周围环境压力的气压。电极通孔103、105可以具有例如1以具量级的直径。
膜106可以至少部分或者甚至完全由导电材料形成，例如由金属或多晶半导体材料如多晶硅形成。
膜106具有直径d3。该直径可以计为小于1mm，可选地小于750μm，进一步可选地小于500μm。不同于图1中的图示，膜106的直径d3可以不同于第一或第二电极102、104的直径d1和d2。膜106的厚度d3可以小于第一电极102或第二电极104的厚度d1和d2。在一个示例性的实施方式中，膜106的厚度d3可以小于500nm，可选地小于250nm，进一步可选地小于100nm。
膜106在图1中所示的配置方案中与第一电极102形成第一电容器并且与第二电极104形成第二电容器。膜106的通过有待检测的声波所引起的位移在此引起第一电容器以及第二电容器两者的电容变化，可以利用合适的读出电路读出该变化。由此所感应的电容变化包含关于有待检测的声波的信息，例如声压或声音频率。
特别地，在图1中所示的布置提供了差分式的信号测量，其中将基准电压施加到膜106，并且将相对于基准电压具有相同量但是具有不同正负号的电压施加到第一电极102以及第二电极104。通过把在膜106和第一电极102之间所测量的信号与在膜106和第二电极104之间所测量的信号进行组合，例如，通过将一个信号从另一个信号减去，能够抑制共同的噪声贡献并且获得很高程度的线性。
用于一方面将第一电极102和第二电极104以及另一方面将膜106进行电连接的示例性的开关装置在图2中示出。如图2所示，麦克风100可以包括控制单元s(例如，一个或多个控制电路，例如一个或多个处理器)，控制单元与第一电极102、第二电极104和膜106通过相应的电线l1、l2、l3相连接并且被设定成：将相应的电压施加到第一电极102、第二电极104和膜106，并且确定在膜106和第一电极102之间的电容和/或在膜106和第二电极104之间的电容。控制单元s例如可以被设定成：将基准电压vref施加到膜106并且将彼此不同的电压施加到第一电极102以及第二电极104。如图2所示，电压v0可以被施加到第一电极102，并且等量的电压-v0(即，具有相反正负号的等量电压)被施加到第二电极104。经此，可以实现上述的差分测量方案。
特别是，当第一电极102和第二电极104彼此具有明确定义的距离时，可以实现精确的声音测量，以便定义被明确定义的电容器几何形状。第一电极104和第二电极104之间的明确定义的距离可以由第一电极104和第二电极104之间的至少一个或多个间隔件108提供。
在图1所示的麦克风100中，设置有多个间隔件108。膜106具有多个膜通孔110，各一个间隔件108延伸穿过膜通孔。由此基本上可以在第一电极102和/或第二电极104的与边缘区域不同的部段中提供间隔件108，以便从而在第一电极104和第二电极104的中部区域中能够设定被定义的距离。如果如图1中所示设置有多个间隔件108，那么孔眼紧密的间隔件装置能够被提供，借助于该间隔件装置能够把第一电极104和第二电极104之间的距离准确地在第一电极102和/或第二电极104的整个范围上进行设定。相邻的间隔件108之间的距离能够计为大约10至100μm，例如25至75μm，例如大约40至60μm。
膜通孔110可以是在膜106中连续在该膜的厚度方向上被提供的开口，该开口在膜平面中所有边被膜材料定义。
间隔件108中的至少一个间隔件，可选地多个间隔件108，进一步可选地所有间隔件108能够与第一电极102和/或第二电极104处于永久实体接触中。在一个示例性的实施方式中，至少一个间隔件108，可选地多个间隔件108，进一步可选地所有间隔件108能够与第一电极102和/或第二电极104一体式连接。经此，能够恒定保持在第一电极104和第二电极104之间的距离，这是由于第一电极102和/或第二电极104的直向着或者背离于另一个电极的弯曲能够被有效地防止。
至少一个间隔件108，多个间隔件108或甚至全部间隔件108中能够由诸如sio2或si3n4的电绝缘材料制成，或者由电绝缘材料与导电材料诸如金属或多晶半导体材料例如多晶硅所形成的组合制成，由此可以减小第一电极104和第二电极104之间的电容耦合，否则该电容耦合可能是有问题的，这是因为第一电极102和第二电极104处于不同的电势上。
在本申请的意义中，导电材料可以是具有大于10s/m(例如大于102s/m或大于104s/m或甚至大于106s/m)的导电率的材料。在本申请的意义中，电绝缘材料可以是具有小于10-2s/m(例如小于10-5s/m或甚至小于10-7s/m)的导电率的材料。
如果间隔件108部分由导电材料形成，则间隔件可以用作通往第一或第二电极102、104的电力馈入的一部分。
为了不损害膜106向着第一电极102和/或第二电极104的可移动性，能够规定，至少一个间隔件108，多个间隔件108，或者甚至全部间隔件以无接触方式延伸穿过相应的膜通孔110。在一个示例性的实施方式中，膜106在其任何位置都不接触间隔件108。经此可以保证对有待检测的声波的麦克风响应的高线性。
间隔件108的直径可以计为大约1至5径可。膜通孔110的直径比延伸穿过所涉及的膜通孔110的间隔件108的直径大10％至100％，可选地大25％至75％，更可选地大40％至60％。上述关系当然也可以适用于多个膜通孔110或者甚至全部膜通孔110以及延伸穿过这些膜通孔的间隔件108。通过这些直径，在膜106的位移的情况下，通过膜通孔110的气流受到限制，这又限制了由气流引起的噪音成分。
如图1所示，麦克风100可以进一步具有支架112，第一电极104和第二电极104借助于弹簧装置114能够弹性地保持在支架处。支架112可以具有环状或环形区段状的形状。弹簧装置114能够与支架112的内周区域112a连接，可选地连接为一体。弹簧装置114可以与第一电极102的外周区域102a和/或第二电极104的外周区域104a连接，可选地连接为一体。
如图1中所示，弹簧装置114可以具有第一弹簧装置114-1和与第一弹簧装置114-1不同的第二弹簧装置114-2，借助于第一弹簧装置将第一电极102弹性地保持在支架112处，借助于第二弹簧装置将第二电极104弹性地保持在支架112处。第一弹簧装置114-1和第二弹簧装置114-2可以具有相互不同的弹簧常数。在图1中所示的示例性的麦克风100中，第二弹簧装置114-2可以具有比第一弹簧装置114-1更小的弹簧常数，这通过展示了第一或第二弹簧装置114-1、114-2的线的不同厚度来表示。经此，尤其存在的可能性是，最大程度地将第二电极104与支架112机械地解耦，以便例如防止支架112对第二电极104的由热引起的机械负荷，例如，当支架112和第二电极104由具有不同热膨胀系数的不同材料形成时，可能出现机械负载。
当第二弹簧装置114-2被完全省去时，则能够提供第二电极104与支架112的与此相比更好的解耦。在这样所构造的麦克风100中，第二电极104仅经由间隔件108保持在第一电极102处。在这样的实施方式中，弹簧装置114可以与第一弹簧装置114-1相同。
在图3中示出了示例性的弹簧装置114。该弹簧装置可以设置在第一电极102和支架112之间。在图1中所示的麦克风中，这个弹簧装置由此对应于第一弹簧装置114-1。当然，第二电极104也可以利用第二弹簧装置114-2耦合到支架112上，第二弹簧装置可以类似于图3中所示的弹簧装置114构造。为了简单起见，在下述的说明中假定，在图3所示的电极是第一电极102。
弹簧装置114可以具有在周向方向u上依次布置的多个弹簧装置区段116。如图3所示，弹簧装置区段116可以相同构造。
一个或每个弹簧装置区段116可以具有：与第一电极102连接的电极连接片116-1，与电极连接片116-1连接并且在周向方向u上延伸的中间连接片116-2，以及与中间连接片116-2和支架112连接的支架连接片116-3。中间连接片116-2可以具有环形区段状的形状并且布置在第一电极102和支架112之间的径向间隙中。
如图3所示，电极连接片116-1和支架连接片116-3可以彼此在周向方向u上偏置，并且相比于中间连接片116-2具有在周向方向u上的更小的延伸。经此，例如可以在第一电极102与支架112之间形成空气通道开口118，通过该空气通道开口使得在第一电极102和第二电极104之间形成的空间r可以与麦克风100的周围环境处于气体交换连接中。电极连接片116-1和支架连接片116-3可以与中间连接片116-2的在周向方向u上的相对的端部进行连接。
图3中所示的示例性的弹簧装置114特别适于将弹簧装置114与所涉及的电极102和与支架112一体式形成。
如图1所示，膜106也可以通过弹簧元件107弹性地保持在支架112处。弹簧元件107可以是膜106的边缘部分并且具有比弹簧装置114小得多的弹簧常数，以确保较高的膜可移动性。如图1所示，膜106也可以由第一电极102上的支撑元件109支撑。支撑元件109可以具有基本上环状的形状。支撑元件109可以由诸如sio2的氧化物形成。
为了避免第一电极102和/或第二电极104的由应力引起的变形，第一电极102和/或第二电极104可以具有加强结构。在图1所示的示例性的麦克风100中，只有第一电极102设有加强结构120。由此第一电极102可以设置有高刚性，并且因此特别适合作为用于第二电极104的托架，该第二电极在本实施例中相比于第一电极102更弱或者完全没有机械耦合到支架112处。
加强结构120可以具有多个加强结构单元格120a。在图4中示出了当从图1中的通过附图标记a表示的方向观察第一电极102时，第一电极102的加强结构120的一个部段的俯视图。
如图4所示，至少一个加强结构单元格120a可以通过闭合的环绕的壁部122定义。壁部122可以具有多边形形状，例如六边形形状。经此，加强结构120可以无间隙地由多个相同的加强结构单元格120a构建。
此外，至少一个加强结构单元格120a可以围绕电极通孔103。在图中所示的麦克风100的情况下，加强结构单元格120a各自包围唯一的电极通孔103。通过这种构造方案，机械稳定的第一电极102可以被提供，因为经此确保了壁部122在两个任意的电极通孔103之间的区域中走向，从而第一电极102的由于电极通孔103所引起的材料弱化可以通过壁部122来补偿。
第一电极102可以在壁部122的区域中具有厚度d1'，该厚度大于第一电极102的与壁部122不同的区域中的厚度d1。该厚度d1'可以例如具有在1与50如具之间，例如在10与40，例之间，例如在20与30，例之间的范围内的值。
如图1所示，第二电极104可以具有指向膜106的多个电极抗粘突起124。经此，可以防止在膜106向着第二电极104的方向的大偏转的情况下，膜106粘附在第二电极104处。电极抗粘突起124中的至少一个可以向着膜106的方向逐渐变细。通过这种形状，可以特别有效地防止膜106粘附在第二电极104处，这是因为在膜106与第二电极104之间接触的情况下，接触面积非常小。
当然，第一电极102也可以设有至少一个指向膜106的电极抗粘突起或者多个这样的电极抗粘突起。而且，被设置在第一电极处的电极抗粘突起可以具有向着膜106的方向逐渐变细的形状。
如图1所示，膜106可以具有多个指向第一电极102的膜抗粘突起126。通过膜抗粘突起126，可以获得与电极抗粘突起124基本上相同的效果。膜抗粘突起126可以具有向着第一电极102的方向逐渐变细的形状。
备选地或附加地，膜106可以具有至少一个指向第二电极104膜抗粘突起。当然，也可以设想多个这样的膜抗粘突起。
前述的麦克风100可以是移动设备的一部分。移动设备可以是在自由其他辅助件时人可以携带的装置。这样的移动设备可以被构造为例如移动电话、平板电脑或者笔记本电脑，或者具有移动电话、平板电脑或者笔记本电脑。
此时在下文说明本公开的大量的示例。
示例1是微机电式麦克风，其具有：扁平的第一电极，至少部分地由导电材料形成；扁平的第二电极，与第一电极间隔布置并且至少部分地由导电材料形成；布置在第一电极和第二电极之间的间隔件；以及布置在第一电极和第二电极之间所定义的空间中的膜，并且膜能够向着第一电极和/或第二电极的方向移动，膜具有膜通孔，间隔件延伸穿过膜通孔，其中，在第一电极和第二电极之间所定义的其中布置有膜的空间与麦克风的周围环境处于气体交换连接中。
在示例2中，示例1的主题可选地还具有的是，膜通孔的直径比延伸穿过膜通孔的间隔件的直径大10％至100％，可选地大25％至75％，更可选地大40％至60％。
在示例3中，示例1或2的主题可选地进一步具有的是，间隔件以无接触方式在至少一个膜位置中，可选地在所有膜位置中延伸穿过膜通孔。
在示例4中，示例1至3中的一个示例的主题可选地还可以具有在第一电极和第二电极之间的多个间隔件。
在示例5中，示例4的主题可以可选地进一步具有的是，膜具有多个膜通孔，间隔件分别延伸穿过膜通孔。
在示例6中，示例1至5中的一个示例的主题可选地还可以具有的是，至少一个间隔件，可选地多个间隔件，进一步可选地所有间隔件与第一电极和/或第二电极处于永久实体接触中。
在示例7中，示例6的主题可选地还可以具有的是，至少一个间隔件，可选地多个间隔件，进一步可选地所有间隔件与第一电极和/或第二电极一体式构造。
在示例8中，示例1至7中的一个示例的主题可选地还可以具有的是，至少一个间隔件，可选地多个间隔件，进一步可选地所有间隔件由电绝缘材料和/或导电材料形成。
在示例9中，示例8的主题可选地还可以具有的是，至少部分地由导电材料形成的至少一个间隔件，形成通往第一电极和/或第二电极的电力馈入的一部分。
在示例10中，示例1至9中的一个示例的主题可选地还可以具有支架，第一电极和第二电极之一，可选地第一电极和第二电极均借助于弹簧装置弹性地保持在支架处。
在示例11中，示例10的主题可选地可以进一步具有的是，支架具有带有内周区域的环状或环形区段状的形状，弹簧装置与该内周区域连接，可选地与该内周区域一体地连接。
在示例12中，示例10或11的主题可以可选地进一步具有的是，弹簧装置与第一电极和/或第二电极的外周区域连接，可选地与外周区域一体地连接。
在示例13中，示例11或12的主题可选地还具有的是，该弹簧装置具有至少一个弹簧装置区段，该弹簧装置区段能够具有：与第一电极和/或第二电极连接的电极连接片，与电极连接片连接并且在支架的周向方向上延伸的(可选地环形区段状)中间连接片，以及与中间连接片和支架连接的支架连接片。
在示例14中，示例13的主题可选地还具有的是，电极连接片和/或支架连接片在周向方向上具有比中间连接片更小的延伸，其中，任选地，电极连接片和支架连接片在周向方向上彼此偏置。
在示例15中，示例13或14的主题可以可选地进一步具有多个弹簧装置区段，所述多个弹簧装置区段可选地在周向方向上依次布置。
在示例16中，示例10至15中的一个示例可以可选地进一步具有的是，弹簧装置具有：第一弹簧装置和与第一弹簧装置不同的第二弹簧装置，借助于第一弹簧装置将第一电极弹性地保持在支架处，借助于第二弹簧装置将第二电极弹性地保持在支架处。
在示例17中，示例16的主题可以可选地进一步具有的是，第一弹簧装置和第二弹簧装置具有彼此不同的弹簧常数。
在示例18中，示例10至15中的一个示例可以可选地进一步具有的是，第一电极和第二电极中的仅一个电极借助于弹簧装置与支架相连接，其中可选地，第一电极和第二电极中的相应另一个电极借助于间隔件保持在借助于弹簧装置弹性保持在支架处的电极处。
在示例19中，示例1至18中的一个示例的主题可以可选地进一步具有的是，第一电极和/或第二电极具有加强结构。
在示例20中，示例19的主题可以可选地进一步具有的是，加强结构具有多个加强结构单元格。
在示例21中，示例20的主题可以可选地进一步具有的是，至少一个加强结构单元格，可选地多个加强结构单元格，进一步可选地全部加强结构单元格，通过闭合的环绕壁部来定义，其中，所述壁部被构造成具有多边形形状，例如六边形形状。
在示例22中，示例1至21中的一个示例的主题可以可选地进一步具有的是，第一电极和/或第二电极具有至少一个电极通孔，可选地具有多个电极通孔。
在示例23中，示例21和22中的一个示例的主题可以可选地进一步具有的是，至少一个加强结构单元格的壁部围绕一个电极通孔，可选地，多个加强结构单元格的壁部各自围绕一个电极通孔，进一步可选地，每个加强结构单元格的壁部围绕一个电极通孔。
在示例24中，示例1至23中的一个示例的主题可以可选地进一步具有的是，第一电极和/或第二电极具有指向膜的至少一个电极抗粘突起，可选地具有指向膜的多个电极抗粘突起。
在示例25中，示例24的主题可以可选地进一步具有的是，至少一个电极抗粘突起，可选地，多个电极抗粘突起，进一步可选地所有电极抗粘突起向着膜的方向逐渐变细。
在示例26中，示例1至25中的一个示例的主题可以可选地进一步具有的是，膜具有至少一个指向第一电极或第二电极的膜抗粘突起，可选地具有多个指向第一电极和/或第二电极的膜抗粘突起。
在示例27中，示例26的主题可以可选地进一步具有的是，至少一个膜抗粘突起，可选地，多个膜抗粘突起，进一步可选地所有膜抗粘突起随着与膜距离的增加而逐渐变细。
在示例28中，示例1至27中的一个示例的主题可以可选地进一步具有控制单元，控制单元被设定成：分别把电压施加到第一电极、第二电极以及膜，并且确定膜和第一电极之间的电容以及在膜和第二电极之间的电容。
在示例29中，示例28的主题可以可选地进一步具有的是，控制单元被设定成：将基准电压施加到膜，并且将相对于基准电压彼此不同的电压施加到第一电极以及第二电极，可选地，将相对于基准电压具有不同的或相反的正负号(极性)的等量电压施加到第一电极以及第二电极。
示例30是具有根据示例1至29中的一个示例的微机电式麦克风的移动设备。
在示例31中，示例30的移动设备可选地被配置为移动电话。
本发明虽然参照特定的实施方式被特别展示和说明，但是对于技术人员仍然明确的是，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和保护范围的情况下，能够对其进行在形式和细节方面的各种改变。因此，本发明的保护范围由所附权利要求定义，并且因此落入权利要求的含义和等同范围内的所有修改都被理解为被包括在权利要求中。