MEMS设备的制作方法

本公开的实施例涉及一种mems设备(mems＝微机电系统)，诸如具有压电换能器(transducer)的mems设备。更具体地，实施例涉及一种具有致动器或传感器的形式的压电换能器的mems设备，诸如压电mems扩音器、压电mems压力传感器或压电mems麦克风。具体地，实施例涉及一种用于电修整压电mems设备的灵敏度和/或频率响应的概念(＝方法或装置)。

背景技术：

1、压电mems设备可以被实施为例如mems麦克风或mems扩音器形式的mems声音换能器。mems麦克风用于记录环境声音或环境噪声。mems扩音器用于向环境发射声学声音或超声声音。例如由于制造期间的工艺变化或封装变化，或者可能由于声音换能器的操作期间的环境影响，mems声音换能器在频率响应中具有经常仍然相当大的变化。

2、因此，由于工艺变化，压电mems设备的频率响应(例如，灵敏度、低频转降(low-frequency roll-off，lfro)和/或谐振)可以显著变化。在压电mems声音换能器的情况下，对传感器灵敏度和频率响应的严格的修整通常是产品的强制性要求。

3、而且，由于材料预应力导致的结构预弯曲可能会导致相同类型的压电mems设备之间不受控且不一致的lfro。

4、图9示出了描绘不同mems设备(样本1至5)的灵敏度作为压电mems设备的输出/输入信号频率的函数的曲线图。因此，压电mems设备的灵敏度和谐振行为(例如谐振频率)受到相当大的lfro变化(lfro＝低频转降)的影响。

5、连接至这些mems设备的asic(asic＝专用集成电路)通常包含可编程增益放大器(pga)，其用于将处于例如1khz的频率的灵敏度修整到期望的目标值，例如灵敏度目标值。然而，pga对所得到的系统噪声有相当大的影响，使得灵敏度可以被修整到期望的目标值，然而，对噪声行为(即，snr(snr＝信噪比))有负面影响。而且，将灵敏度修整到期望的目标值无法帮助控制压电mems设备的谐振行为(例如谐振频率)或lfro。

6、因此，在压电mems设备领域中，需要对具有压电换能器的mems设备的灵敏度和频率响应进行电修整。

7、这种需要可以通过根据独立权利要求1的mems设备来解决。

8、进一步地，在从属权利要求中定义了mems设备的具体实施方式。

技术实现思路

1、根据一个实施例，一种mems设备包括：压电换能器(致动器或传感器)，具有第一频率行为，其中压电换能器包括压电修整区域；以及控制电路装置，被配置为向压电换能器的压电修整区域提供偏置信号以调节(adjust)压电换能器的第二频率行为(目标行为)。

2、根据mems设备的实施例，压电换能器包括(第一)压电换能元件(例如压电层)，其中(第一)压电换能元件的至少一部分形成压电修整区域。

3、根据mems设备的实施例，压电换能器包括(第一)压电换能元件(例如压电层)和另一(第二)压电换能元件，其中另一(第二)压电换能元件形成压电修整区域。

4、(第一)压电换能元件和另一(第二)压电换能元件可以被形成为单独的压电换能元件。术语“单独的”压电换能元件与描述“附加”修整电极的实施例相关，“附加”修整电极即另一(第二)压电换能元件(例如外部修整环或内部修整电极)。附加压电换能元件(＝修整电极)包括与第一压电换能元件的端子电分离的自身端子。因此，第一压电换能元件和第二压电换能元件可以被分别(＝独立)操作，例如，被驱动(＝供应信号)和/或被读出(＝感测信号)。

5、因此，(第一)压电换能元件和另一(第二)压电换能元件可以被形成为电分离和/或空间上分开(＝独立)的压电换能元件。

6、因此，本公开的示例性实施例提供了修整压电mems设备的频率响应的不同方法。因此，具有压电换能器的mems设备的频率响应(例如，灵敏度、lfro、谐振频率(谐振行为)、总谐波失真(thd)和/或声学过载点(aop)的形式)可以例如在最终产品测试期间甚或在压电mems设备的(正在进行的)操作期间被单独地修整，例如响应于瞬时环境条件。因此，根据所描述的实施例，压电mems设备可以被单独地修整以满足严格的目标规范。

7、根据mems设备的示例性实施例，例如除pga外，偏置信号(例如偏置电压)也用于修整mems设备的压电换能器的频率行为，而不影响所得到的snr。

技术特征：

1.一种mems设备(100)，包括：

2.根据权利要求1所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)包括压电换能元件(126)，其中所述压电换能元件(126)的至少一部分形成所述压电修整区域(tr)。

3.根据权利要求2所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)具有膜结构(122)，其中所述压电换能元件(126)被固定至或者形成所述膜结构(122)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)包括压电换能元件(126)和另一压电换能元件(127)，其中所述另一压电换能元件(127)形成所述压电修整区域(tr)。

5.根据权利要求4所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)具有膜结构(122)，其中所述压电换能元件(126)和所述另一压电换能元件(127)被固定至或者形成所述膜结构(122)。

6.根据权利要求4或5所述的mems设备(100)，其中所述压电换能元件和所述另一压电换能元件形成所述压电修整区域。

7.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路装置(140)被配置为向所述压电修整区域(tr)提供所述偏置信号，以通过在所述压电换能器(120)的所述压电修整区域(tr)中引入机械应力或应变来调节所述第二频率行为。

8.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述压电换能元件(120)包括膜结构(122)，并且其中所述压电修整区域(tr)包括所述膜结构(122)中的翼片元件(134)，并且其中所述翼片元件(134)可以借助于所述偏置信号在第一位置和第二位置之间偏转。

9.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述第一频率行为是所述压电换能器(120)的第一频率响应，并且所述第二频率行为是所述压电换能器(120)的第二频率响应，其中所述压电换能器(120)的频率响应包括所述压电换能器(120)的灵敏度、低频转降lfro和/或谐振。

10.根据权利要求9所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)的所述第一频率响应和所述第二频率响应包括所述压电换能器(120)的灵敏度、所述低频转降lfro、谐振、总谐波失真thd和声学过载点aop中的至少一项。

11.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路装置(140)被配置为向所述压电换能器(120)的读出接触部(128-1)提供所述偏置信号。

12.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)包括一对接触部(128-1、128-2)，其中所述控制电路装置(140)被配置为在所述一对接触部(128-1、128-2)之间提供所述偏置信号。

13.根据权利要求12所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器(120)包括另一对接触部(128-3、128-4)，其中所述控制电路装置(140)被配置为在所述另一对接触部(128-3、128-4)之间提供另一偏置信号。

14.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路装置(140)被配置为向所述压电换能器(120)的所述压电电修整区域(tr)提供作为dc信号的所述偏置信号。

15.根据权利要求14所述的mems设备(100)，其中所述控制电路装置(140)被配置为设置所述dc信号以满足所述压电换能器(120)的校准目标。

16.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路装置(140)被配置为在所述压电换能器(120)的所述操作期间提供作为恒定dc信号的所述偏置信号。

17.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路装置(140)被配置为基于环境参数在所述压电换能器(140)的所述操作期间调整所述偏置信号，以响应于所述环境参数来调整所述压电换能器(120)的所述第二频率行为。

技术总结
本公开涉及MEMS设备。一种MEMS设备100包括：压电换能器(120)，具有第一频率行为，其中所述压电换能器(120)包括压电修整区域(TR)；以及控制电路装置(140)，被配置为向所述压电换能器(120)的所述压电修整区域(TR)提供偏置信号(S<subgt;BIAS</subgt;)以调节所述压电换能器(120)的第二频率行为。

技术研发人员：C·布雷特豪尔,A·博格纳,G·博塞蒂,N·德米勒里
受保护的技术使用者：英飞凌科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14