微机电系统麦克风构件和具有所述微机电系统麦克风构件的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种MEMS(微机电系统）麦克风构件，在其层结构中至少两个承载元 件相叠地并且相互间隔开地构造，所述至少两个承载元件用于电容器装置的两个电极侧， 所述电容器装置用于信号检测。两个承载元件中的至少一个承载元件是声压敏感的。此外， 两个电极侧中的至少一个包括能够相互独立地电接触的至少两个电极区段，所述至少两个 电极区段连同另一电极侧的至少一个电极形成相互独立的子电容。
[0002] 此外，本发明涉及一种具有所述MEMS麦克风构件的设备。
【背景技术】
[0003] 在此讨论的类型的容性MEMS麦克风构件由实践已知。麦克风结构通常包括声压 敏感的膜片和声学能够穿透的固定的对应元件。麦克风结构的该两个部件用作用于麦克风 电容器装置的电极的承载元件。膜片的由声压引起的偏转导致膜片电极与在固定的对应元 件上的对应电极之间的间距变化并且因此导致麦克风电容器装置的电容变化，该可W简单 地作为电压变化被检测到。由实践已知的容性MEMS麦克风构件通常具有从20赫兹至20 千赫兹的平坦的频率响应并且相应地仅仅用于检测声学信号。
[0004] 在W0 2010/119168A1中描述了一种具有用于信号检测的电容器装置的MEMS麦 克风构件，该电容器装置的一个电极侧包括多个相互电隔离的电极区段。该些电极区段连 同另一电极侧的一个或多个电极形成相互独立的子电容。根据W0 2010/119168A1，该些 子电容用于将麦克风敏感性匹配于声学信号的不同的信号电平，也就是音量级。为此，输出 信号形成为所述子电容的和，其中，累加的子电容的数量根据相应的音量级选择。音量级越 小，则累加的子电容的数量越大。因此，子电容的数量确定音量范围的数量，所述音量范围 可W被区分。
【发明内容】
[0005] 借助本发明提出一种容性MEMS麦克风构件W及一种用于运行所述MEMS麦克风构 件的设备，所述MEMS麦克风构件能够可选地运行用于检测声学信号（麦克风模式）或者用 于检测在限定的频率范围中的超声波信号（超声波模式）。
[0006] 根据本发明，在超声波模式中的运行通过在此讨论的类型的MEMS麦克风构件的 电容器装置的至少一个电极侧的电极区段的特殊布局实现。
[0007] 根据本发明，如果该声压敏感的承载元件W限定的频率的超声波被激励进行更高 模式的振动，则所述电极区段的形状和平面延展通过该声压敏感的承载元件的振动波腹 (Schwingungs帖uche)的位置和延展确定。
[0008] 根据本发明已经认识到，具有多个相互独立并且可选地能够相互组合的子电 容的电容器装置不仅可W用于将麦克风敏感性匹配于声学信号的信号电平，如在W0 2010/119168A1中所提出的那样，而且在确定的前提下也用于检测在限定的更高频率范围 中的信号。为此根据本发明充分利用：声压敏感的膜片通过声学信号在第一模式中偏转，而 膜片通过超声波信号激励进行更高的振动模式。
[0009] 在第一模式中膜片的中间区域和边缘区域同相地振动，从而中间区域和边缘区域 在声作用下沿相同的方向由静止位置偏转。膜片偏转在该情况下可W简单地作为子电容的 和检测。
[0010] 然而，在选择适合的超声波激励频率的情况下中间区域和边缘区域反相地振动， 也就是说中间区域和边缘区域在该情况下相反地由静止位置偏转。各个膜片区域的反向偏 转可W借助于相应地设置和设计的电极区段单独检测并且单独地分析处理。
[0011] 因此，借助本发明提出，专口对于超声波模式设计MEMS麦克风构件的子电容，但 是不仅用于超声波模式，而且用于检测声学信号，也就是用于麦克风模式。在MEMS麦克风 构件的根据本发明的设计中，该两个运行模式实际上仅仅在分别检测的子电容的分析处理 方面不同。因此，MEMS构件的同一微机械麦克风结构不仅可W用于在麦克风模式中检测声 学信号，而且可W用于在超声波模式中检测超声波信号。如此设计的MEMS麦克风构件的提 高了的功能性既不需要在制造中的附加成本而且也不需要附加的结构空间。
[0012] 超声波模式可W有利地用于器具一例如移动电话或平板电脑一的无接触式 控制，例如通过姿态识别，其中，借助于超声波定位手和/或借助于多普勒效应求取手的速 度。
[0013] 原则上具有用于实现具有根据本发明的电极布局的MEMS麦克风构件的多种不同 可能性。该不仅涉及麦克风结构而且涉及电极和电极区段在麦克风结构的承载元件上的设 置。通常，麦克风结构包括声压敏感的膜片作为用于至少一个可偏转的电极的第一承载元 件并且包括声学能够穿透的或多或少固定的对应元件作为用于至少一个对应电极的承载 元件。膜片可W在层结构中构造在对应元件上方或下方。膜片可W由不同材料的多个层组 成并且可W是或厚或薄。膜片可W具有倒圆或带角的形状并且膜片可W环绕地或者仅仅通 过弹黃元件整合到构件的层结构中。所有该些参数影响膜片的振动特性，从而所有该些参 数影响电极区段的根据本发明的设计。
[0014] 根据本发明，麦克风电容器装置的至少一个电极侧包括多个电极区段，所述多个 电极区段的布局在限定的超声波激励下匹配于膜片的振动波腹的位置和延展。该电极侧可 W或者实现在膜片上或者实现在对应元件上并且与另一电极侧的唯一的平面电极相互作 用。但是也可W考虑，麦克风电容器装置的两个电极侧配有根据本发明设计的电极区段。
[0015] 根据本发明的MEMS麦克风构件的重要优点如已经提及的那样在于其双重功能， 亦即麦克风功能和用于姿态识别的超声波模式，该姿态识别可W用于控制器具。为了不仅 可W利用根据本发明的MEMS麦克风构件的麦克风模式而且可W利用超声波模式，应该在 设备的范畴中运行该MEMS麦克风构件，所述设备具有至少一个可选地能够激活的超声波 发送器，其在超声波模式中发送限定的频率的超声波信号，也就是该样的频率，MEMS麦克风 构件的电极区段的布局与该频率协调。此外，所述设备有利地包括用于信号分析处理的机 构，该机构区分麦克风模式和超声波模式。也就是说，在麦克风模式中检测的子电容与在超 声波模式中检测的子电容不同地处理。
[0016] 在本发明的一个优选实施方式中，可选地能够激活的超声波发送器发送MEMS麦 克风构件的声压敏感的膜片的谐振频率的更高模式的超声波信号，优选激励膜片进行第六 模式的振动的谐振频率。在该情况下激励模式的谐振峰（ResonanzCiberhdhung)有助于 超声波模式中的灵敏性提高。
[0017] 在麦克风模式中的信号分析处理可W简单地基于一个子电容或多个或所有子电 容的和，因为麦克风膜片在声作用下仅仅在第一模式中被激励并且相应地使膜片的所有区 域同向地从静止位置偏转。然而在本发明的一个特别有利的实施方式中，首先对声学信号 的信号电平、也就是音量进行分类，W便据此或多或少地累加子电容。通过该种方式，能够 简单地将麦克风敏感性匹配于声学信号的音量级。
[0018] 根据本发明，如此选择超声波激励的频率，使得激励膜片的更高的振动模式，其 中，至少使膜片的边缘区域和中间区域反向地偏转。因此，在超声波模式中优选将相应于反 向的振动波腹的子电容相移180°地累加。
[0019] 在超声波模式中的信号分析处理能够实现对象的位置测定或定位。此外可W利用 多普勒效应，W便也识别运动的对象的速度和方向。在此可W期望大约1千赫兹的频移，该 频移因此还位于激励模式的谐振峰值内。
【附图说明】
[0020] 如已经前述的那样，具有有利地构型和改进本发明的教导的不同可能性。为此一 方面参考从属于独立权利要求1和4的权利要求并且另一方面借助附图参考对本发明的两 个实施例的W下描述。
[002。 图1 ;示出MEMS麦克风构件100的层结构的示意剖面图，该MEMS麦克风构件配有 根据本发明的用于信号检测的电容器装置；
[002引图2a、2b;阐明在声作用下（麦克风模式，图2a)和在训良定的激励频率进行超声 波激励的情况下（超声波模式，图化)MEMS麦克风构件100的膜片偏转；
[002引图3 ;示出MEMS麦克风构件100的对应元件和膜片的透视图，该MEMS麦