DE102022213678A1

DE102022213678A1 - Micromechanical component and method for generating and/or amplifying a sound signal

Info

Publication number: DE102022213678A1
Application number: DE102022213678.0A
Authority: DE
Inventors: Kerrin DOESSEL; Jochen Reinmuth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2024-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit mindestens einer direkt oder indirekt an einer Substratoberfläche (10a) eines Substrats (10) befestigten Stator-Elektrodenstruktur (12), welche jeweils mehrere Stator-Elektrodenfinger (12a) umfasst, und mindestens einer direkt oder indirekt an der Substratoberfläche (10a) verstellbar angebundenen Aktor-Elektrodenstruktur (14), welche jeweils eine sich entlang einer parallel zu der Substratoberfläche (10a) ausgerichteten ersten Raumrichtung (y) erstreckende Verbindungsstruktur (14a) und mehrere an der jeweiligen Verbindungsstruktur (14a) befestigte und an zumindest einer Seite der Verbindungsstruktur (14a) hervorstehende Aktor-Elektrodenfinger (14b) umfasst, wobei zu den benachbarten Aktor-Elektrodenfingern (14b) ausgerichtete Stator-Elektrodenflächen (12b) der Stator-Elektrodenfinger (12a) und zu den benachbarten Stator-Elektrodenfingern (12a) ausgerichtete Aktor-Elektrodenflächen (14c) der Aktor-Elektrodenfinger (14b) senkrecht zu der Substratoberfläche (10a) ausgerichtet sind, und wobei die Stator-Elektrodenflächen (12b) der Stator-Elektrodenfinger (12) und die Aktor-Elektrodenflächen (14c) der Aktor-Elektrodenfinger (14) jeweils in einem Neigungswinkel (α) zwischen 0,5° und 45° zu der zweiten Raumrichtung (x) ausgerichtet sind.The invention relates to a micromechanical component for a sound generation and/or sound amplifier device with at least one stator electrode structure (12) which is attached directly or indirectly to a substrate surface (10a) of a substrate (10), each of which comprises a plurality of stator electrode fingers (12a), and at least one actuator electrode structure (14) which is adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface (10a), each of which comprises a connecting structure (14a) extending along a first spatial direction (y) aligned parallel to the substrate surface (10a) and a plurality of actuator electrode fingers (14b) which are attached to the respective connecting structure (14a) and protrude on at least one side of the connecting structure (14a), wherein stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) aligned with the adjacent actuator electrode fingers (14b) and actuator electrode surfaces aligned with the adjacent stator electrode fingers (12a) (14c) of the actuator electrode fingers (14b) are aligned perpendicular to the substrate surface (10a), and wherein the stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12) and the actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14) are each aligned at an inclination angle (α) between 0.5° and 45° to the second spatial direction (x).

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung und eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals.The invention relates to a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device and a sound generating and/or sound amplifier device. The invention also relates to a manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device. The invention also relates to a method for generating and/or amplifying a sound signal.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind mikromechanische Bauteile für Schallverstärker-Vorrichtungen, wie beispielsweise das in der DE 10 2017 206 777 A1 beschriebene MEMS-Mikrofon, bekannt.State-of-the-art micromechanical components for sound amplifier devices, such as the one in the EN 10 2017 206 777 A1 described MEMS microphone.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The present invention provides a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device with the features of claim 1, a sound generating and/or sound amplifier device with the features of claim 7, a manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device with the features of claim 9 and a method for generating and/or amplifying a sound signal with the features of claim 10.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zur Schallerzeugung und/oder Schallverstärkung, welche im Unterschied zum Stand der Technik nicht nur als Mikrofone einsetzbar sind. Beispielsweise sind mittels der vorliegenden Erfindung auch unterschiedliche Arten von Lautsprechern realisierbar, welche als MEMS-Lautsprecher zu kostengünstigen Preisen und (verglichen mit dem Stand der Technik) kleiner ausbildbar sind. Insbesondere können mittels der vorliegenden Erfindung auch Lautsprecher für In-Ear-Anwendungen, wie beispielsweise Hörgeräte oder Airpods, kostengünstig produziert werden. Ein weiterer Vorteil eines mittels der vorliegenden Erfindung realisierten Lautsprechers liegt in seinem relativ geringen Energieverbrauch, was eine vorteilhaft lange Batterielebensdauer der mindestens einen Batterie des jeweiligen Lautsprechers ermöglicht. Die herkömmlichen Nachteile elektromagnetischer Lautsprecher, welche konzeptbedingt sehr viel Strom benötigen, können damit mittels einer Nutzung der vorliegenden Erfindung umgangen werden.The present invention creates advantageous possibilities for sound generation and/or sound amplification, which, in contrast to the prior art, can be used not only as microphones. For example, different types of loudspeakers can also be realized using the present invention, which can be designed as MEMS loudspeakers at low prices and (compared to the prior art) smaller. In particular, loudspeakers for in-ear applications, such as hearing aids or air pods, can also be produced cost-effectively using the present invention. A further advantage of a loudspeaker realized using the present invention is its relatively low energy consumption, which enables an advantageously long battery life of the at least one battery of the respective loudspeaker. The conventional disadvantages of electromagnetic loudspeakers, which require a lot of power due to their design, can thus be avoided by using the present invention.

Vorteilhafterweise schafft die vorliegende Erfindung einen mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur und mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur umfassenden kapazitiven Antrieb, welcher vergleichsweise wenig Energie benötigt, aber dennoch im Unterschied zu einer beweglichen Membran, welche mittels einer fest stehenden Gegenelektrode und/oder einer elektromagnetischen Anregung über eine Spule verwölbt/verformt wird, Schallsignale mit einer größeren Lautstärke bewirken kann. Der erfindungsgemäß geschaffene kapazitive Antrieb kann als eine Plattenkondensatoranordnung umschrieben werden, bei welcher die zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur und der mindestens einen zugeordneten Aktor-Elektrodenstruktur wirkenden elektrostatischen Kräfte mit zunehmender Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur ansteigen. Zusätzlich ist bei dem mittels der vorliegenden Erfindung realisierten kapazitiven Antrieb eine vergleichsweise große maximale Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur möglich. Ebenso hat der kapazitive Antrieb eine relativ geringe Dämpfung. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung außerdem deutlich wird, entfällt bei einer Nutzung des erfindungsgemäß realisierten kapazitiven Antriebs auch eine sogenannte Squeezefilmdämpfung, welche bei herkömmlichen zur Schallverstärkung eingesetzten mikromechanischen Bauteilen eine damit bewirkbare Lautstärke häufig reduziert.The present invention advantageously creates a capacitive drive comprising at least one stator electrode structure and at least one actuator electrode structure, which requires comparatively little energy, but can nevertheless produce sound signals with a higher volume, in contrast to a movable membrane which is warped/deformed by means of a fixed counter electrode and/or electromagnetic excitation via a coil. The capacitive drive created according to the invention can be described as a plate capacitor arrangement in which the electrostatic forces acting between the at least one stator electrode structure and the at least one associated actuator electrode structure increase with increasing deflection of the at least one actuator electrode structure. In addition, a comparatively large maximum deflection of the at least one actuator electrode structure is possible with the capacitive drive realized by means of the present invention. The capacitive drive also has relatively low damping. As will also become clear from the following description, when using the capacitive drive realized according to the invention, so-called squeeze film damping is also eliminated, which often reduces the volume that can be achieved with conventional micromechanical components used for sound amplification.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist mittels eines als Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen auf dem ersten Potential liegenden Stator-Elektrodenstruktur und der mindestens einen auf dem zweiten Potential liegenden Aktor-Elektrodenstruktur angelegten zeitlich variierenden Spannungssignals ein Schallsignal erzeugbar und/oder verstärkbar. Eine in einem menschlichen Ohr wahrgenommene Lautstärke steigt nicht linear mit der Schallenergie, sondern näherungsweise auf einer logarithmischen Skala. Da das hier beschriebene mikromechanische Bauteil einen kapazitiven Antrieb aufweist, bei welchem die zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur wirkende elektrostatische Kraft mit zunehmender Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur ansteigt, können mittels dem hier beschriebenen mikromechanischen Bauteil auch vergleichsweise laute Schallsignale erzeugt werden.In an advantageous embodiment of the micromechanical component, a sound signal can be generated and/or amplified by means of a time-varying voltage signal applied as a potential difference between the at least one stator electrode structure lying at the first potential and the at least one actuator electrode structure lying at the second potential. A volume perceived by a human ear does not increase linearly with the sound energy, but approximately on a logarithmic scale. Since the micromechanical component described here has a capacitive drive in which the electrostatic force acting between the at least one stator electrode structure and the at least one actuator electrode structure increases with increasing deflection of the at least one actuator electrode structure, comparatively loud sound signals can also be generated by means of the micromechanical component described here.

Vorzugsweise erstreckt sich mindestens eine erste Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung durch das Substrat, welche je eine von der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur und/oder der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur zumindest teilweise überspannte erste Mündung aufweist, und deren zweite Mündung eine von der Substratoberfläche weg gerichtete Rückseitenfläche des Substrats durchbricht. Damit kann bei einer Abstandsänderung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur in Bezug zu der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur die dazwischenliegende Luft effektiv abgeführt werden, was einer Squeezefilmdämpfung entgegenwirkt.Preferably, at least one first air supply and/or air discharge opening extends through the substrate, each of which has a first opening at least partially spanned by the at least one stator electrode structure and/or the at least one actuator electrode structure, and whose second opening has a surface extending from the substrate surface. This means that if the distance between the at least one actuator electrode structure and the at least one stator electrode structure changes, the air in between can be effectively removed, which counteracts squeeze film damping.

Alternativ oder ergänzend kann auch mindestens eine zweite Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung sich durch eine die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur und die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur überspannende Verkappung erstrecken. Damit können die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur und die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur während eines Betriebs des mikromechanischen Bauteils, bzw. der damit ausgestatteten Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung, mittels der Verkappung effektiv vor Verschmutzungen und Beschädigungen geschützt werden, während gleichzeitig einer unerwünschten Squeezefilmdämpfung entgegengewirkt ist.Alternatively or additionally, at least one second air supply and/or air discharge opening can extend through a capping spanning the at least one stator electrode structure and the at least one actuator electrode structure. The at least one stator electrode structure and the at least one actuator electrode structure can thus be effectively protected from contamination and damage by means of the capping during operation of the micromechanical component or the sound generating and/or sound amplifier device equipped therewith, while at the same time undesirable squeeze film damping is counteracted.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils weisen die Aktor-Elektrodenfinger der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur entlang der ersten Raumrichtung eine Mindestausdehnung auf, welche größer-gleich 30% einer Mindestlänge der Aktor-Elektrodenfinger entlang der zweiten Raumrichtung ist. Damit kann ein vergleichsweise großes Luftvolumen mittels einer Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur verdrängt werden, wodurch relativ laute Schallsignale erzeugbar sind.In a further advantageous embodiment of the micromechanical component, the actuator electrode fingers of the at least one actuator electrode structure along the first spatial direction have a minimum extension which is greater than or equal to 30% of a minimum length of the actuator electrode fingers along the second spatial direction. This allows a comparatively large volume of air to be displaced by means of a deflection of the at least one actuator electrode structure, whereby relatively loud sound signals can be generated.

Vorteilhafterweise kann die jeweilige Verbindungsstruktur der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur mindestens ein erstes Stegelement, welches entlang einer ersten Achse verläuft, die in der ersten Raumrichtung ausgerichtet ist, und mindestens ein zweites Stegelement, welches entlang einer parallel zu der ersten Achse ausgerichteten zweiten Achse verläuft, umfassen, wobei die Stator-Elektrodenfinger der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur jeweils in Zwischenräume zwischen den Aktor-Elektrodenfingern der mindestens einen benachbarten Aktor-Elektrodenstruktur hineinragen, welche bis in ein zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse liegendes Zwischenvolumen vertieft sind. Die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist vergleichsweise kompakt, erlaubt jedoch dennoch vergleichsweise große Auslenkungen ihrer mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur zur Erzeugung von vergleichsweise lauten Schallsignalen.Advantageously, the respective connection structure of the at least one actuator electrode structure can comprise at least one first web element which runs along a first axis which is aligned in the first spatial direction, and at least one second web element which runs along a second axis aligned parallel to the first axis, wherein the stator electrode fingers of the at least one stator electrode structure each protrude into spaces between the actuator electrode fingers of the at least one adjacent actuator electrode structure, which are recessed into an intermediate volume lying between the first axis and the second axis. The embodiment of the micromechanical component described here is comparatively compact, but nevertheless allows comparatively large deflections of its at least one actuator electrode structure for generating comparatively loud sound signals.

Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einer Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet. Beispielsweise kann die Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung ein Lautsprecher, ein Mikrofon, ein in einem Gehörgang eines menschlichen Ohres tragbares Gerät, ein Hörgerät, ein Airpod, ein Ultraschallgeber, ein Ultraschallsensor und/oder eine Pumpe sein. Die hier beschriebene Erfindung ist deshalb vielseitig einsetzbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Ausbildungsmöglichkeiten für die Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung nicht abschließend zu interpretieren sind.The advantages described above are also guaranteed in a sound generating and/or sound amplifier device with such a micromechanical component. For example, the sound generating and/or sound amplifier device can be a loudspeaker, a microphone, a device that can be worn in the ear canal of a human ear, a hearing aid, an airpod, an ultrasound transmitter, an ultrasound sensor and/or a pump. The invention described here can therefore be used in a variety of ways. However, it should be noted that the design options listed here for the sound generating and/or sound amplifier device are not to be interpreted as exhaustive.

Auch ein Ausführen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung bewirkt die oben erläuterten Vorteile.Carrying out a corresponding manufacturing process for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device also brings about the advantages explained above.

Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals die oben erläuterten Vorteile. Sowohl das Herstellungsverfahren als auch das Verfahren zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals können gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden.Furthermore, carrying out a corresponding method for generating and/or amplifying a sound signal also creates the advantages explained above. Both the manufacturing method and the method for generating and/or amplifying a sound signal can be further developed according to the embodiments of the micromechanical component explained above.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1A und 1B schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
2A bis 2C schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
3a und 3b schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
4a und 4b schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
5 eine schematische Teildarstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
6 eine schematische Teildarstellung einer sechsten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
7 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung.

Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. They show:

1A and 1B schematic representations of a first embodiment of the micromechanical component;
2A to 2C schematic representations of a second embodiment of the micromechanical component;
3a and 3b schematic representations of a third embodiment of the micromechanical component;
4a and 4b schematic representations of a fourth embodiment of the micromechanical component;
5 a schematic partial representation of a fifth embodiment of the micromechanical component;
6 a schematic partial representation of a sixth embodiment of the micromechanical component; and
7 a flow chart for explaining an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1A und 1B zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 1A and 1B show schematic representations of a first embodiment of the micromechanical component.

Das in 1A und 1B schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil hat ein Substrat 10 mit einer Substratoberfläche 10a. Das Substrat 10 kann z.B. ein Halbleitersubstrat, speziell ein Siliziumsubstrat, sein. Direkt oder indirekt an der Substratoberfläche 10a des Substrats 10 ist mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur 12, welche jeweils mehrere Stator-Elektrodenfinger 12a umfasst, befestigt. Unter der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 muss nicht eine einstückige/disjunkte Struktur verstanden werden. Stattdessen kann die Stator-Elektrodenstruktur 12 auch nur aus den getrennt voneinander an der Substratoberfläche 10a direkt oder indirekt befestigten Elektrodenfingern 12a bestehen.This in 1A and 1B The schematically shown micromechanical component has a substrate 10 with a substrate surface 10a. The substrate 10 can be, for example, a semiconductor substrate, especially a silicon substrate. At least one stator electrode structure 12, which comprises a plurality of stator electrode fingers 12a, is attached directly or indirectly to the substrate surface 10a of the substrate 10. The at least one stator electrode structure 12 does not have to be understood as a one-piece/disjoint structure. Instead, the stator electrode structure 12 can also consist only of the electrode fingers 12a attached directly or indirectly to the substrate surface 10a separately from one another.

Außerdem ist mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 direkt oder indirekt an der Substratoberfläche 10a verstellbar angebunden. Die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 kann beispielsweise über mindestens ein (nicht dargestelltes) Federelement direkt oder indirekt an der Substratoberfläche 10a verstellbar angebunden sein. Die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 umfasstje eine Verbindungsstruktur 14a und mehrere Aktor-Elektrodenfinger 14b. Die jeweilige Verbindungsstruktur 14a der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 erstreckt sich entlang einer ersten Raumrichtung y, welche parallel zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtet ist. Die Aktor-Elektrodenfinger 14b sind an der jeweiligen Verbindungsstruktur 14a der gleichen Aktor-Elektrodenstruktur 14 befestigt und stehen an zumindest einer Seite der Verbindungsstruktur 14a der gleichen Aktor-Elektrodenstruktur 14 hervor. Die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 ist deshalb jeweils eine einstückige/disjunkte Struktur. Außerdem hat die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 jeweils eine (im Wesentlichen) „fächerförmige“ Form. Die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 kann darum jeweils auch als eine Kammelektrode, eine Kammanordnung oder als eine Fächerstruktur umschrieben werden.In addition, at least one actuator electrode structure 14 is adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface 10a. The at least one actuator electrode structure 14 can be adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface 10a, for example via at least one spring element (not shown). The at least one actuator electrode structure 14 comprises a connecting structure 14a and several actuator electrode fingers 14b. The respective connecting structure 14a of the at least one actuator electrode structure 14 extends along a first spatial direction y, which is aligned parallel to the substrate surface 10a. The actuator electrode fingers 14b are attached to the respective connecting structure 14a of the same actuator electrode structure 14 and protrude on at least one side of the connecting structure 14a of the same actuator electrode structure 14. The at least one actuator electrode structure 14 is therefore a one-piece/disjoint structure. In addition, the at least one actuator electrode structure 14 has a (substantially) "fan-shaped" form. The at least one actuator electrode structure 14 can therefore also be described as a comb electrode, a comb arrangement or as a fan structure.

Wie in 1A und 1B erkennbar ist, sind die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur 12 und die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 derart zueinander angeordnet/ausgerichtet, dass die Aktor-Elektrodenfinger 14b der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 jeweils in Zwischenräume zwischen den Stator-Elektrodenfingern 12a der mindestens einen benachbarten Stator-Elektrodenstruktur 12 hineinragen. Entsprechend ragen auch die Stator-Elektrodenfinger 12a der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 jeweils in Zwischenräume zwischen den Aktor-Elektrodenfingern 14b der mindestens einen benachbarten Aktor-Elektrodenstruktur 14 hinein. Sofern das mikromechanische Bauteil mindestens drei Elektrodenstrukturen 12 und 14 aufweist, kann die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur 12 zwischen zwei benachbarten Aktor-Elektrodenstrukturen 14 und/oder die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 zwischen zwei benachbarten Stator-Elektrodenstrukturen 12 angeordnet sein.As in 1A and 1B As can be seen, the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14 are arranged/aligned with respect to one another in such a way that the actuator electrode fingers 14b of the at least one actuator electrode structure 14 each protrude into gaps between the stator electrode fingers 12a of the at least one adjacent stator electrode structure 12. Accordingly, the stator electrode fingers 12a of the at least one stator electrode structure 12 each protrude into gaps between the actuator electrode fingers 14b of the at least one adjacent actuator electrode structure 14. If the micromechanical component has at least three electrode structures 12 and 14, the at least one stator electrode structure 12 can be arranged between two adjacent actuator electrode structures 14 and/or the at least one actuator electrode structure 14 can be arranged between two adjacent stator electrode structures 12.

Die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur 12 und die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 sind jeweils derart elektrisch kontaktierbar, dass eine Potentialdifferenz U ungleich Null zwischen der mindestens einen auf einem ersten Potential liegenden Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen auf einem zweiten Potential (ungleich dem ersten Potential) liegenden Aktor-Elektrodenstruktur 14 anlegbar ist. 1A zeigt das mikromechanische Bauteil bei einer Potentialdifferenz U gleich Null zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14. Aufgrund der Potentialdifferenz U gleich Null liegt die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 in ihrer jeweiligen Ausgangsstellung in Bezug zu dem Substrat 10 vor. Bei einem Vorliegen der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 in ihrer jeweiligen Ausgangsstellung beträgt ein Abstand zwischen benachbarten Elektrodenstrukturen 12 und 14 vorzugsweise 0,5 µm (Mikrometer) bis 5 µm (Mikrometer).The at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14 can each be electrically contacted in such a way that a potential difference U not equal to zero can be applied between the at least one stator electrode structure 12 lying at a first potential and the at least one actuator electrode structure 14 lying at a second potential (not equal to the first potential). 1A shows the micromechanical component with a potential difference U equal to zero between the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14. Due to the potential difference U equal to zero, the at least one actuator electrode structure 14 is in its respective starting position in relation to the substrate 10. When the at least one actuator electrode structure 14 is in its respective starting position, a distance between adjacent electrode structures 12 and 14 is preferably 0.5 µm (micrometers) to 5 µm (micrometers).

Demgegenüber ist in 1B das mikromechanische Bauteil bei einer Potentialdifferenz U ungleich Null zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 dargestellt. Wie anhand eines Vergleichs der 1A und 1B und mittels der Pfeile 16 bildlich wiedergegeben ist, ist/wird die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 mittels der Potentialdifferenz U ungleich Null in eine Verstellbewegung entlang einer parallel zu der Substratoberfläche 10a und senkrecht zu der ersten Raumrichtung y ausgerichteten zweiten Raumrichtung x in Bezug zu dem Substrat 10 versetzbar/versetzt.In contrast, 1B the micromechanical component at a potential difference U not equal to zero between the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14. As can be seen from a comparison of the 1A and 1B and is illustrated by means of the arrows 16, the at least one actuator electrode structure 14 is/is displaceable by means of the potential difference U not equal to zero into an adjustment movement along a second spatial direction x aligned parallel to the substrate surface 10a and perpendicular to the first spatial direction y in relation to the substrate 10.

Mittels der mindestens einen in die Verstellbewegung versetzten Aktor-Elektrodenstruktur 14 in Bezug zu der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 wird eine dazwischenliegende Luft verdrängt. Aufgrund der Ausrichtung der zweiten Raumrichtung x parallel zu der Substratoberfläche 10a ist insbesondere eine senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtete Luftbewegung auslösbar. Die vorteilhafte „fächerförmige“ Form der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 steigert zusätzlich deren Effektivität beim Auslösen der senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichteten Luftbewegung. Deshalb kann mittels eines als Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen auf dem ersten Potential liegenden Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen auf dem zweiten Potential liegenden Aktor-Elektrodenstruktur 14 angelegten zeitlich variierenden Spannungssignals U auch ein Schallsignal erzeugt und/oder verstärkt werden. Das hier beschriebene mikromechanische Bauteil eignet sich darum gut als zumindest Teil einer Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung.By means of the at least one actuator electrode structure 14 set in the adjustment movement in relation to the at least one stator electrode structure 12, an air located between them is displaced. Due to the alignment of the second spatial direction x parallel to the substrate surface 10a, in particular an air movement aligned perpendicular to the substrate surface 10a can be triggered. The advantageous "fan-shaped" shape of the at least one actuator electrode structure 14 additionally increases its effectiveness in triggering the air movement aligned perpendicular to the substrate surface 10a. movement. Therefore, a sound signal can also be generated and/or amplified by means of a time-varying voltage signal U applied as a potential difference between the at least one stator electrode structure 12 lying at the first potential and the at least one actuator electrode structure 14 lying at the second potential. The micromechanical component described here is therefore well suited as at least part of a sound generation and/or sound amplifier device.

Außerdem sind Oberflächen der Stator-Elektrodenfinger 12a, welche zu den benachbarten Aktor-Elektrodenfingern 14b ausgerichtet sind, als sogenannte Stator-Elektrodenflächen 12b definierbar. Entsprechend sind auch zu den benachbarten Stator-Elektrodenfingern 12a ausgerichtete Oberflächen der Aktor-Elektrodenfinger 14b als Aktor-Elektrodenflächen 14c bezeichenbar. Wie in 1A und 1B erkennbar ist, sind die Stator-Elektrodenflächen 12b und die Aktor-Elektrodenflächen 14c senkrecht zu der Substratoberfläche 10a ausgerichtet. Zusätzlich sind die Stator-Elektrodenflächen 12b und die Aktor-Elektrodenflächen 14c jeweils in einem Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 45° zu der zweiten Raumrichtung x ausgerichtet. Man kann dies auch so umschreiben, dass die Stator-Elektrodenflächen 12b und die Aktor-Elektrodenflächen 14c um den Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 45° gekippt zu der als Antriebsrichtung bezeichenbaren zweiten Raumrichtung x ausgerichtet sind. Vorzugsweise liegt der Neigungswinkel α zwischen 1° und 45°, insbesondere zwischen 1,5° und 45°, speziell zwischen 2° und 45°. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn der Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 40°, wie z.B. zwischen 0,5° und 35°, vorzugsweise zwischen 0,5° und 30°, liegt. Deshalb kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Neigungswinkel α zwischen 1° und 40°, wie beispielsweise zwischen 1,5° und 40° oder zwischen 1° und 35°, bevorzugt zwischen 1,5° und 35° oder zwischen 1° und 30°, wahlweise auch zwischen 2° und 35°, liegt.In addition, surfaces of the stator electrode fingers 12a, which are aligned with the adjacent actuator electrode fingers 14b, can be defined as so-called stator electrode surfaces 12b. Accordingly, surfaces of the actuator electrode fingers 14b aligned with the adjacent stator electrode fingers 12a can also be referred to as actuator electrode surfaces 14c. As in 1A and 1B As can be seen, the stator electrode surfaces 12b and the actuator electrode surfaces 14c are aligned perpendicular to the substrate surface 10a. In addition, the stator electrode surfaces 12b and the actuator electrode surfaces 14c are each aligned at an inclination angle α between 0.5° and 45° to the second spatial direction x. This can also be described as the stator electrode surfaces 12b and the actuator electrode surfaces 14c being tilted by the inclination angle α between 0.5° and 45° to the second spatial direction x, which can be referred to as the drive direction. The inclination angle α is preferably between 1° and 45°, in particular between 1.5° and 45°, especially between 2° and 45°. It can also be advantageous if the angle of inclination α is between 0.5° and 40°, such as between 0.5° and 35°, preferably between 0.5° and 30°. It can therefore also be advantageous if the angle of inclination α is between 1° and 40°, such as between 1.5° and 40° or between 1° and 35°, preferably between 1.5° and 35° or between 1° and 30°, optionally also between 2° and 35°.

Der Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 45° der Stator-Elektrodenflächen 12b zu der zweiten Raumrichtung x, bzw. der Aktor-Elektrodenflächen 14c zu der zweiten Raumrichtung x, stellt sicher, dass eine Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 aus ihrer jeweiligen Ausgangsstellung in die zweite Raumrichtung x nicht nur einen Überlapp zwischen deren Elektrodenfingern 12a und 14b steigert, sondern auch einen Abstand zwischen benachbarten Stator-Elektrodenflächen 12b und Aktor-Elektrodenflächen 14c reduziert. Diese beiden Effekte führen zu einer starken nichtlinearen Steigerung einer zwischen den auf unterschiedlichen Potentialen liegenden Elektrodenstrukturen 12 und 14 vorherrschenden elektrostatischen Kraft, wobei die elektrostatische Kraft mit zunehmender Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 stärker zunimmt als bei einem herkömmlichen Kamm- oder Plattenkondensatorantrieb. Im Unterschied zu einem herkömmlichen Plattenkondensatorantrieb ist eine maximal bewirkbare Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur, und damit auch eine maximal mögliche elektrostatische Kraft zwischen den auf unterschiedlichen Potentialen liegenden Elektrodenstrukturen 12 und 14, nicht mehr durch einen minimalen Abstand zwischen zwei benachbarten Stator-Elektrodenflächen 12b und Aktor-Elektrodenflächen 14c beschränkt. Der Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 45° der Stator-Elektrodenflächen 12b und der Aktor-Elektrodenflächen 14c zu der zweiten Raumrichtung x trägt deshalb zur Steigerung einer maximal bewirkbaren Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 und der maximal möglichen elektrostatischen Kraft vorteilhaft bei.The angle of inclination α between 0.5° and 45° of the stator electrode surfaces 12b to the second spatial direction x, or of the actuator electrode surfaces 14c to the second spatial direction x, ensures that a deflection of the at least one actuator electrode structure 14 from its respective starting position in the second spatial direction x not only increases an overlap between its electrode fingers 12a and 14b, but also reduces a distance between adjacent stator electrode surfaces 12b and actuator electrode surfaces 14c. These two effects lead to a strong non-linear increase in an electrostatic force prevailing between the electrode structures 12 and 14 lying at different potentials, wherein the electrostatic force increases more with increasing deflection of the at least one actuator electrode structure 14 than with a conventional comb or plate capacitor drive. In contrast to a conventional plate capacitor drive, a maximum effective deflection of the at least one actuator electrode structure, and thus also a maximum possible electrostatic force between the electrode structures 12 and 14 lying at different potentials, is no longer limited by a minimum distance between two adjacent stator electrode surfaces 12b and actuator electrode surfaces 14c. The angle of inclination α between 0.5° and 45° of the stator electrode surfaces 12b and the actuator electrode surfaces 14c to the second spatial direction x therefore advantageously contributes to increasing a maximum effective deflection of the at least one actuator electrode structure 14 and the maximum possible electrostatic force.

Zusätzlich bewirkt der Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 45° der Stator-Elektrodenflächen 12b und der Aktor-Elektrodenflächen 14c zu der zweiten Raumrichtung x, dass eine Änderung eines Abstands zwischen benachbarten Elektrodenstrukturen 12 und 14 in Hinblick auf eine Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 aus ihrer jeweiligen Ausgangsstellung langsamer und über eine größere Länge erfolgt. Dies trägt vorteilhaft zur Reduzierung einer Squeezefilmdämpfung bei. Wie in 1A außerdem erkennbar ist, haben die Elektrodenfinger 12a und 14b benachbarter Elektrodenstrukturen 12 und 14 auch bei einer Spannungsdifferenz U gleich Null keinen vollen Überlapp, was die Squeezefilmdämpfung, insbesondere im Vergleich zu einer herkömmlichen Plattenkondensatoranordnung, nochmals reduziert.In addition, the angle of inclination α between 0.5° and 45° of the stator electrode surfaces 12b and the actuator electrode surfaces 14c to the second spatial direction x causes a change in the distance between adjacent electrode structures 12 and 14 with regard to a deflection of the at least one actuator electrode structure 14 from its respective starting position to occur more slowly and over a greater length. This advantageously contributes to reducing squeeze film attenuation. As in 1A As can also be seen, the electrode fingers 12a and 14b of adjacent electrode structures 12 and 14 do not have a full overlap even when the voltage difference U is zero, which further reduces the squeeze film attenuation, especially in comparison to a conventional plate capacitor arrangement.

Bevorzugter Weise ist mindestens eine erste Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 18 derart durch das Substrat 10 strukturiert, dass die mindestens eine erste Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 18 je eine von der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und/oder der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 zumindest teilweise überspannte erste Mündung und je eine eine von der Substratoberfläche 10a weg gerichtete (nicht dargestellte) Rückseitenfläche des Substrats 10 durchbrechende zweite Mündung aufweist. Die mindestens eine erste Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 18 verbessert die Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Eigenschaften des hier beschriebenen mikromechanischen Bauteils.Preferably, at least one first air supply and/or air discharge opening 18 is structured through the substrate 10 in such a way that the at least one first air supply and/or air discharge opening 18 has a first opening at least partially spanned by the at least one stator electrode structure 12 and/or the at least one actuator electrode structure 14 and a second opening breaking through a rear surface of the substrate 10 (not shown) directed away from the substrate surface 10a. The at least one first air supply and/or air discharge opening 18 improves the sound generation and/or sound amplifier properties of the micromechanical component described here.

Auf die Ausbildung der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 mit einer die Stator-Elektrodenfinger 12a verbindenden „Verbindungsstruktur“ (wie bei der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14) ist vorzugsweise verzichtet. Die resultierende Ausbildung der Stator-Elektrodenfinger 12a als voneinander getrennte Einzelelemente verbessert nicht nur eine Flächennutzung an dem mikromechanischen Bauteil, sondern trägt auch zur Vermeidung einer Squeezefilmdämpfung an der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 bei. Bei der Ausführungsform der 1A und 1B liegt zusätzlich zwischen allen benachbarten Stator-Elektrodenfingern 12a eine Öffnung 12c vor, weshalb die Stator-Elektrodenfinger 12a selbst bei großen Auslenkungen der Aktor-Elektrodenstrukturen 14 den erzeugten Luftvolumenstrom kaum dämpfen.The formation of the at least one stator electrode structure 12 with a "connection structure" connecting the stator electrode fingers 12a (as in the case of the at least one actuator electrode structure 14) is preferably dispensed with. The resulting formation of the stator electrode fingers 12a as separate individual elements ver not only improves the use of space on the micromechanical component, but also helps to avoid squeeze film attenuation on the at least one stator electrode structure 12. In the embodiment of the 1A and 1B In addition, there is an opening 12c between all adjacent stator electrode fingers 12a, which is why the stator electrode fingers 12a hardly dampen the generated air volume flow even in the case of large deflections of the actuator electrode structures 14.

Bei der mittels der 1A und 1B schematisch wiedergegebenen vorteilhaften Ausführungsform weist das mikromechanische Bauteil als die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 (zumindest) eine erste äußere Aktor-Elektrodenstruktur 14 und eine zweite äußere Aktor-Elektrodenstruktur 14 auf, wobei die einzige Stator-Elektrodenstruktur 12 oder alle Stator-Elektrodenstrukturen 12 zwischen den beiden äußeren Aktor-Elektrodenstrukturen 14 liegen.When using the 1A and 1B In the advantageous embodiment shown schematically, the micromechanical component has as the at least one actuator electrode structure 14 (at least) a first outer actuator electrode structure 14 and a second outer actuator electrode structure 14, wherein the only stator electrode structure 12 or all stator electrode structures 12 lie between the two outer actuator electrode structures 14.

2A bis 2C zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 2Ab einen Querschnitt entlang der Linie AA` der 2Aa, die 2Ac einen Querschnitt entlang der Linie BB` der 2Aa, die 2Bb einen Querschnitt entlang der Linie CC` der 2Ba und die 2Cb einen Querschnitt entlang der Linie DD` der 2Ca wiedergeben. 2A to 2C show schematic representations of a second embodiment of the micromechanical component, wherein the 2From a cross section along the line AA` of the 2Aa , the 2Ac a cross section along the line BB` of the 2Aa , the 2Bb a cross section along the line CC` of the 2Ba and the 2Cb a cross section along the line DD` of the 2Ca play.

Die 2Aa bis 2Ac geben das mikromechanische Bauteil bei einer Potentialdifferenz U gleich Null zwischen seiner mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und seiner mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 wieder. Demgegenüber zeigen die 2Ba und 2Bb das mikromechanische Bauteil bei einer ersten Potentialdifferenz U1 ungleich Null zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14, während das mikromechanische Bauteil bei einer weiteren Potentialdifferenz U2 ungleich Null (und ungleich U1) zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 mittels der 2Ca und Cb wiedergegeben ist.The 2Aa to 2Ac represent the micromechanical component at a potential difference U equal to zero between its at least one stator electrode structure 12 and its at least one actuator electrode structure 14. In contrast, the 2Ba and 2Bb the micromechanical component at a first potential difference U1 not equal to zero between the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14, while the micromechanical component at a further potential difference U2 not equal to zero (and not equal to U1) between the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14 by means of the 2Ca and Cb is reproduced.

Erkennbar ist anhand der 2Ab, 2Bb und 2Bc, dass das mikromechanische Bauteil eine Verkappung 20 aufweist, welche die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur 12 und die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 überspannt. Als vorteilhafte Weiterbildung ist außerdem mindestens eine zweite Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 22 an der Verkappung 20 ausgebildet, wobei sich die mindestens eine zweite Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 22 (durchgehend) durch die Verkappung 20 erstreckt. Wie in den 2Bb und 2Cb schematisch dargestellt ist, können die mindestens eine erste Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 18 und die mindestens eine zweite Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 22 abwechselnd zum Ansagen von Luft (Pfeile 24) und zum Ausstoßen von Luft (Pfeile 26) genutzt werden. Vorteilhafterweise ist die angesaugte oder ausgestoßene Luftmenge mit einer zunehmenden Höhe der Elektrodenstrukturen 12 und 14 senkrecht zu der Substratoberfläche 10a des Substrats 10 gesteigert. Entsprechend nimmt auch die zwischen den Elektrodenfingern 12a und 14b anliegende elektrostatische Kraft mit der Steigerung der Höhe der Elektrodenstrukturen 12 und 14 senkrecht zu der Substratoberfläche 10a zu.This can be seen from the 2From , 2Bb and 2Bc that the micromechanical component has a capping 20 which spans the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14. As an advantageous development, at least one second air supply and/or air discharge opening 22 is also formed on the capping 20, wherein the at least one second air supply and/or air discharge opening 22 extends (continuously) through the capping 20. As in the 2Bb and 2Cb As shown schematically, the at least one first air supply and/or air discharge opening 18 and the at least one second air supply and/or air discharge opening 22 can be used alternately for supplying air (arrows 24) and for expelling air (arrows 26). The amount of air sucked in or expelled is advantageously increased with an increasing height of the electrode structures 12 and 14 perpendicular to the substrate surface 10a of the substrate 10. Accordingly, the electrostatic force applied between the electrode fingers 12a and 14b also increases with the increase in the height of the electrode structures 12 and 14 perpendicular to the substrate surface 10a.

Als lediglich optionale Weiterbildung weist die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur 12 bei der Ausführungsform der 2A bis 2C je eine Verbindungsstruktur 12d auf, an welcher die Stator-Elektrodenfinger 12a der gleichen Stator-Elektrodenstruktur 12 befestigt sind und an zumindest einer Seite der jeweiligen Verbindungsstruktur 12d hervorstehen. Erkennbar ist anhand der 2Ac außerdem, dass das mindestens eine Federelement 28, über welches die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 verstellbar direkt oder indirekt an der Substratoberfläche 10a des Substrats 10 angebunden ist, wahlweise an dem Substrat 10 und/oder an der Verkappung 20 verankert sein kann.As a purely optional development, the at least one stator electrode structure 12 in the embodiment of the 2A to 2C each have a connecting structure 12d to which the stator electrode fingers 12a of the same stator electrode structure 12 are attached and protrude on at least one side of the respective connecting structure 12d. 2Ac Furthermore, the at least one spring element 28, via which the at least one actuator electrode structure 14 is adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface 10a of the substrate 10, can optionally be anchored to the substrate 10 and/or to the capping 20.

Bei der Ausführungsform der 2A bis 2C ist die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 aus ihren jeweiligen Ausgangsstellung nur in eine Verstellrichtung entlang der zweiten Raumrichtung x auslenkbar. Als Potentialdifferenz U wird deshalb vorzugsweise eine Bias-Spannung zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 angelegt, um eine vorteilhafte Auslenkbarkeit der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 aus ihren jeweiligen Ausgangsstellungen zu bewirken.In the embodiment of the 2A to 2C the at least one actuator electrode structure 14 can only be deflected from its respective starting position in one adjustment direction along the second spatial direction x. A bias voltage is therefore preferably applied as a potential difference U between the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14 in order to bring about an advantageous deflectability of the at least one actuator electrode structure 14 from its respective starting positions.

Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 2A bis 2C und deren Vorteile wird auf die vorausgehend beschriebene Ausführungsform der 1A und 1B verwiesen.Regarding further properties and characteristics of the micromechanical component of the 2A to 2C and its advantages will be explained in the previously described embodiment of the 1A and 1B referred to.

3a und 3b zeigen schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 3b einen Querschnitt entlang der Linie EE` der 3a wiedergibt. 3a and 3b show schematic representations of a third embodiment of the micromechanical component, wherein the 3b a cross section along the line EE` of the 3a reproduces.

Die Ausführungsform der 3a und 3b weist mehrere Triple aus Elektrodenstrukturen 12 und 14 auf, wobei jedes Triple je eine Aktor-Elektrodenstruktur 14, eine auf einer ersten Seite der Aktor-Elektrodenstruktur 14 angeordnete erste Stator-Elektrodenstruktur 12 und eine auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Aktor-Elektrodenstruktur 14 angeordnete zweite Stator-Elektrodenstruktur 12 umfasst. Außerdem stehen die Aktor-Elektrodenfinger 14 an der jeweiligen Verbindungsstruktur 14a an zwei gegenüberliegenden Seiten hervor. Bei dem mikromechanischen Bauteil der 3a und 3b kann die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 deshalb, wie mittels der Pfeile 30a und 30b bildlich wiedergegeben ist, in zwei gegenüberliegende Verstellrichtungen aus ihrer jeweiligen Ausgangsstellung entlang der zweiten Raumrichtung x ausgelenkt werden. Für beide Verstellrichtungen kann das vorteilhafte nichtlineare Antriebsverhalten genutzt werden. Dies trägt zur Vermeidung von unerwünschten 2F-Modulationen bei.The embodiment of the 3a and 3b has several triples of electrode structures 12 and 14, each triple having an actuator electrode structure 14, a first stator electrode structure 12 arranged on a first side of the actuator electrode structure 14 and a second stator electrode structure 12 arranged on an opposite second side of the actuator electrode structure 14 arranged second stator electrode structure 12. In addition, the actuator electrode fingers 14 protrude from the respective connecting structure 14a on two opposite sides. In the micromechanical component of the 3a and 3b the at least one actuator electrode structure 14 can therefore be deflected in two opposite adjustment directions from its respective starting position along the second spatial direction x, as shown by the arrows 30a and 30b. The advantageous non-linear drive behavior can be used for both adjustment directions. This helps to avoid undesirable 2F modulations.

Vorteilhaft ist auch, dass die mindestens eine erste Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 18 von je einer der ersten Stator-Elektrodenstrukturen 12 und die mindestens eine zweite Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 22 von je einer der zweiten Stator-Elektrodenstrukturen 12 überspannt sind. Dies trägt vorteilhaft zur Reduzierung von Dämpfungseffekten bei.It is also advantageous that the at least one first air supply and/or air discharge opening 18 is spanned by one of the first stator electrode structures 12 and the at least one second air supply and/or air discharge opening 22 is spanned by one of the second stator electrode structures 12. This advantageously contributes to reducing damping effects.

Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 3a und 3b und deren Vorteile wird auf die oben beschriebenen Ausführungsformen der 1 und 2 verwiesen.Regarding further properties and characteristics of the micromechanical component of the 3a and 3b and their advantages will be explained in the above-described embodiments of the 1 and 2 referred to.

4a und 4b zeigen schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 4b einen Querschnitt entlang der Linie FF` der 4a wiedergibt. 4a and 4b show schematic representations of a fourth embodiment of the micromechanical component, wherein the 4b a cross section along the line FF` of the 4a reproduces.

Das mikromechanische Bauteil der 4a und 4b ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der 1A und 1B. Dazu weist das mikromechanische Bauteil als seine mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 zusätzlich zu der ersten äußeren Aktor-Elektrodenstruktur 14 und der zweiten äußeren Aktor-Elektrodenstruktur 14 noch mindestens eine dazwischen liegende innere Aktor-Elektrodenstruktur 14 auf, wobei mindestens zwei Stator-Elektrodenstrukturen 12 so zwischen den beiden äußeren Aktor-Elektrodenstrukturen 14 liegen, dass die mindestens eine innere Aktor-Elektrodenstruktur 14 von zwei benachbarten Stator-Elektrodenstrukturen 12 umgeben ist und je eine innere Aktor-Elektrodenstruktur 14 zwischen zwei Stator-Elektrodenstrukturen 12 liegt. The micromechanical component of the 4a and 4b is a further development of the embodiment of the 1A and 1B . For this purpose, the micromechanical component has, as its at least one actuator electrode structure 14, in addition to the first outer actuator electrode structure 14 and the second outer actuator electrode structure 14, at least one inner actuator electrode structure 14 lying therebetween, wherein at least two stator electrode structures 12 lie between the two outer actuator electrode structures 14 such that the at least one inner actuator electrode structure 14 is surrounded by two adjacent stator electrode structures 12 and one inner actuator electrode structure 14 lies between each two stator electrode structures 12.

Außerdem weist die mindestens eine innere Aktor-Elektrodenstruktur 14 (im Unterschied zu der ersten äußeren Aktor-Elektrodenstruktur 14 und der zweiten äußeren Aktor-Elektrodenstruktur 14) an den zwei gegenüberliegenden Seiten ihrer jeweiligen Verbindungstruktur 14a hervorstehende Aktor-Elektrodenfinger 14b auf. Wie mittels der Pfeile 30a und 30b in 4b bildlich wiedergegeben ist, kann die mindestens eine innere Aktor-Elektrodenstruktur 14 darum in zwei gegenüberliegende Verstellrichtungen aus ihrer jeweiligen Ausgangsstellung entlang der zweiten Raumrichtung x ausgelenkt werden, während jede der aus lediglich ihren Stator-Elektrodenfingern 12a bestehenden Stator-Elektrodenstrukturen 12 zum gegenläufigen Antreiben der zwei benachbarten Aktor-Elektrodenstrukturen 14 genutzt werden kann. Auf diese Weise kann bei gleicher Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 das verdrängte Luftvolumen (nahezu) verdoppelt sein. Außerdem ist es zum Antreiben der Aktor-Elektrodenstrukturen 14 ausreichend, das gleiche Potential an alle Stator-Elektrodenstrukturen 12 anzulegen.In addition, the at least one inner actuator electrode structure 14 (in contrast to the first outer actuator electrode structure 14 and the second outer actuator electrode structure 14) has protruding actuator electrode fingers 14b on the two opposite sides of their respective connection structure 14a. As can be seen by means of the arrows 30a and 30b in 4b As shown in the figure, the at least one inner actuator electrode structure 14 can therefore be deflected in two opposite adjustment directions from its respective starting position along the second spatial direction x, while each of the stator electrode structures 12 consisting only of its stator electrode fingers 12a can be used to drive the two adjacent actuator electrode structures 14 in opposite directions. In this way, with the same deflection of the at least one actuator electrode structure 14, the displaced air volume can be (almost) doubled. In addition, to drive the actuator electrode structures 14, it is sufficient to apply the same potential to all stator electrode structures 12.

Dargestellt sind in 4a auch mehrere Leiterbahnen 32, mittels welcher die Potentialdifferenz U ungleich Null zwischen der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 und der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 angelegt werden kann. Da die Leiterbahnen 32 wahlweise an/in dem Substrat 10, z.B. als vergrabene Leiterbahnen oder als Leiterbahnen auf der Substratoberfläche 10a, und/oder an/in der Verkappung 20, wie speziell als vergrabene Leiterbahnen oder als Leiterbahnen auf einer zu dem Substrat 10 ausgerichteten Oberfläche der Verkappung 20, ausgebildet sein können, ist auf ein Einzeichnen der Leiterbahnen 32 in 4b verzichtet. Die vielseitigen Möglichkeiten zum Anordnen der Leiterbahnen 32 ermöglichen eine sehr kompakte und vergleichsweise effiziente Bauweise des mikromechanischen Bauteils.Shown are 4a also several conductor tracks 32, by means of which the potential difference U not equal to zero can be applied between the at least one stator electrode structure 12 and the at least one actuator electrode structure 14. Since the conductor tracks 32 can be optionally formed on/in the substrate 10, e.g. as buried conductor tracks or as conductor tracks on the substrate surface 10a, and/or on/in the capping 20, such as specifically as buried conductor tracks or as conductor tracks on a surface of the capping 20 aligned with the substrate 10, drawing the conductor tracks 32 in 4b The versatile possibilities for arranging the conductor tracks 32 enable a very compact and comparatively efficient design of the micromechanical component.

Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 4a und 4b und deren Vorteile wird auf die oben beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 3 verwiesen.Regarding further properties and characteristics of the micromechanical component of the 4a and 4b and their advantages will be explained in the above-described embodiments of the 1 to 3 referred to.

5 zeigt eine schematische Teildarstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 5 shows a schematic partial representation of a fifth embodiment of the micromechanical component.

Bei dem mikromechanischen Bauteil der 5 weisen die Aktor-Elektrodenfinger 14b der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 entlang der ersten Raumrichtung y eine Mindestausdehnung Δ auf, welche größer-gleich 30% einer Mindestlänge L der Aktor-Elektrodenfinger 14b entlang der zweiten Raumrichtung x ist. Insbesondere können die Aktor-Elektrodenfinger 14b der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 jeweils auf einer von den Aktor-Elektrodenflächen 14c des gleichen Aktor-Elektrodenfingers 14b einen Innenfreiraum aufweisen, so dass Stator-Elektrodenfinger 12a der benachbarten Stator-Elektrodenstruktur 12 in die jeweiligen Innenfreiräume der Aktor-Elektrodenfinger 14b hineinragen können. Im Vergleich zu den vorausgehenden Ausführungsformen benötigt das mikromechanische Bauteil der 5 darum vergleichsweise wenige Stator-Elektrodenfinger 12a. Es ist deshalb auch (im Wesentlichen) dämpfungsfrei. Vorzugsweise liegt die mindestens eine Luftzufuhr- und/oder Luftabfuhr-Öffnung 18 und 22 bei dieser Ausführungsform räumlich getrennt von den Stator-Elektrodenfingern 12a.The micromechanical component of the 5 the actuator electrode fingers 14b of the at least one actuator electrode structure 14 have a minimum extension Δ along the first spatial direction y, which is greater than or equal to 30% of a minimum length L of the actuator electrode fingers 14b along the second spatial direction x. In particular, the actuator electrode fingers 14b of the at least one actuator electrode structure 14 can each have an internal clearance on one of the actuator electrode surfaces 14c of the same actuator electrode finger 14b, so that stator electrode fingers 12a of the adjacent stator electrode structure 12 can protrude into the respective internal clearances of the actuator electrode fingers 14b. In comparison to the previous embodiments, the micromechanical component of the 5 therefore comparatively few stator electrode fingers 12a. It is therefore also (essentially) damping-free. Preferably, the at least one air supply and/or air discharge opening 18 and 22 in this embodiment is spatially separated from the stator electrode fingers 12a.

Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 5 und deren Vorteile wird auf die oben beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 4 verwiesen.Regarding further properties and characteristics of the micromechanical component of the 5 and their advantages will be explained in the above-described embodiments of the 1 to 4 referred to.

6 zeigt eine schematische Teildarstellung einer sechsten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 6 shows a schematic partial representation of a sixth embodiment of the micromechanical component.

Als vorteilhafte Weiterbildung gegenüber der Ausführungsform der 4 weist das mikromechanische Bauteil der 6 an seiner mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 je eine Verbindungsstruktur 14d auf, welche jeweils mindestens ein erstes Stegelement 14e und mindestens ein zweites Stegelement 14f umfasst. Das mindestens eine erste Stegelement 14e verläuft entlang einer ersten Achse 34, wobei zwischen zwei benachbarten ersten Stegelementen 14e der „in Reihe angeordneten“ ersten Stegelemente 14e eine Lücke liegen kann. As an advantageous further development compared to the embodiment of the 4 The micromechanical component of the 6 on its at least one actuator electrode structure 14, each of which comprises at least one first web element 14e and at least one second web element 14f. The at least one first web element 14e runs along a first axis 34, wherein there can be a gap between two adjacent first web elements 14e of the “arranged in series” first web elements 14e.

Entsprechend verläuft auch das mindestens eine zweite Stegelement 14f entlang einer parallel zu der ersten Achse 34 ausgerichteten zweiten Achse 36, wobei ebenfalls zwischen zwei benachbarten zweiten Stegelementen 14f der „in Reihe angeordneten“ zweiten Stegelemente 14f eine Lücke liegen kann.Accordingly, the at least one second web element 14f also runs along a second axis 36 aligned parallel to the first axis 34, wherein a gap can also be present between two adjacent second web elements 14f of the second web elements 14f “arranged in series”.

Zwischen den Aktor-Elektrodenfingern 14b sind deshalb Zwischenräume 14g ausgebildet, welche bis in ein zwischen der ersten Achse 34 und der zweiten Achse 36 liegendes Zwischenvolumen 38 vertieft sind. Somit können die Stator-Elektrodenfinger 12a der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur 12 jeweils in die vergleichsweise tief ausgebildeten Zwischenräume 14g der mindestens einen benachbarten Aktor-Elektrodenstruktur 14 hineinragen, während gleichzeitig die Stegelemente 14e und 14f eine Reduzierung der zwischen zwei benachbarten Aktor-Elektrodenstrukturen 14 liegenden Luftspalte bewirken, wodurch mittels der Verstellbewegungen der Aktor-Elektrodenstrukturen 14 entlang der zweiten Raumrichtung x ein stärkerer Luftstrom auslösbar ist.Between the actuator electrode fingers 14b, gaps 14g are therefore formed, which are recessed into an intermediate volume 38 located between the first axis 34 and the second axis 36. The stator electrode fingers 12a of the at least one stator electrode structure 12 can thus each protrude into the comparatively deep gaps 14g of the at least one adjacent actuator electrode structure 14, while at the same time the web elements 14e and 14f cause a reduction in the air gaps located between two adjacent actuator electrode structures 14, whereby a stronger air flow can be triggered by means of the adjustment movements of the actuator electrode structures 14 along the second spatial direction x.

Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 6 und deren Vorteile wird auf die oben beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 5 verwiesen.Regarding further properties and characteristics of the micromechanical component of the 6 and their advantages will be explained in the above-described embodiments of the 1 to 5 referred to.

Alle oben ausgeführten mikromechanischen Bauteile weisen einen robusten Aufbau auf, welcher vergleichsweise unempfindlich gegenüber einem Eindringen von Fremdpartikeln oder Flüssigkeiten ist. Gleichzeitig weist der Aufbau der oben erläuterten mikromechanischen Bauteile eine gute Flächennutzung auf. Die mikromechanischen Bauteile sind für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen einfach anpassbar. Insbesondere können alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile eine relativ hohe Schallleistung bei gleichzeitiger hoher Energieeffizienz liefern.All of the micromechanical components described above have a robust structure that is relatively insensitive to the ingress of foreign particles or liquids. At the same time, the structure of the micromechanical components described above shows good use of space. The micromechanical components are easily adaptable for a variety of different applications. In particular, all of the micromechanical components described above can deliver a relatively high sound output while simultaneously being highly energy efficient.

Um einen Kurzschluss bei einem Betrieb eines derartigen mikromechanischen Bauteils selbst bei einer vergleichsweise großen anliegenden Potentialdifferenz U oder bei extern einwirkenden Kräften zu vermeiden, kann für die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur 14 mindestens eine Anschlagstruktur ausgebildet sein. Die mindestens eine Anschlagstruktur kann insbesondere auf dem gleichen elektrischen Potential wie die mindestens eine zugeordnete Aktor-Elektrodenstruktur 14 liegen. Vorzugsweise weist die mindestens eine Anschlagstruktur einen geringeren Abstand zu der mindestens einen zugeordneten Aktor-Elektrodenstruktur 14 als die mindestens eine benachbarte Stator-Elektrodenstruktur 12 auf. Damit ist auch ein Verklemmen der Elektrodenstrukturen 12 und 14 miteinander unterbunden. Als vorteilhafte Weiterbildung können an einem derartigen mikromechanischen Bauteil zwei unterschiedliche Anschlagstrukturtypen verwendet werden, wobei ein erster Anschlagstrukturtyp eine maximale Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 entlang der zweiten Raumrichtung x begrenzt, während ein zweiter Anschlagstrukturtyp eine unerwünschte Auslenkung der mindestens einen Aktor-Elektrodenstruktur 14 entlang zu der ersten Raumrichtung y einschränkt.In order to avoid a short circuit during operation of such a micromechanical component, even with a comparatively large potential difference U or with externally acting forces, at least one stop structure can be formed for the at least one actuator electrode structure 14. The at least one stop structure can in particular be at the same electrical potential as the at least one associated actuator electrode structure 14. Preferably, the at least one stop structure has a smaller distance from the at least one associated actuator electrode structure 14 than the at least one adjacent stator electrode structure 12. This also prevents the electrode structures 12 and 14 from jamming together. As an advantageous development, two different stop structure types can be used on such a micromechanical component, with a first stop structure type limiting a maximum deflection of the at least one actuator electrode structure 14 along the second spatial direction x, while a second stop structure type restricts an undesirable deflection of the at least one actuator electrode structure 14 along the first spatial direction y.

Werden sehr lange Aktor-Elektrodenstrukturen 14 an einem derartigen mikromechanischen Bauteil verwendet, so kann es günstig sein, einen Verankerungsbereich des mindestens einen Federelements 28 an dem Substrat 10 und/oder an der Verkappung 20 zwischen der jeweiligen Aktor-Elektrodenstruktur 14 und einer ihrer benachbarten Stator-Elektrodenstrukturen 12 anzuordnen. Evtl. kann das mindestens eine Federelement 28 noch mit mindestens einer Luftdurchströmöffnung ausgebildet sein, um eine an dem jeweiligen Federelement 28 auftretende Dämpfung zu reduzieren.If very long actuator electrode structures 14 are used on such a micromechanical component, it may be advantageous to arrange an anchoring region of the at least one spring element 28 on the substrate 10 and/or on the capping 20 between the respective actuator electrode structure 14 and one of its adjacent stator electrode structures 12. The at least one spring element 28 may also be designed with at least one air flow opening in order to reduce damping occurring on the respective spring element 28.

Alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile eignen sich vorteilhaft für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. Eine derartige Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung kann beispielsweise ein Lautsprecher, ein Mikrofon, ein in einem Gehörgang eines menschlichen Ohres tragbares Gerät, ein Hörgerät, ein Airpod, ein Ultraschallgeber und/oder ein Ultraschallsensor sein. Insbesondere für eine Nutzung als zumindest Teil eines MEMS-Lautsprechers eignen sich die oben erläuterten mikromechanischen Bauteile gut. Ihre Verwendbarkeit ist jedoch nicht auf MEMS-Lautsprecher oder Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtungen beschränkt. Kombiniert mit einem Rückschlagventil kann ein derartiges mikromechanisches Bauteil beispielsweise auch als Pumpe eingesetzt werden. Ebenso können die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile auch als Mikrofon- und Schallgeber-Kombination, insbesondere als Ultraschallsensor, eingesetzt werden.All of the micromechanical components explained above are advantageously suitable for a sound generating and/or sound amplifier device. Such a sound generating and/or sound amplifier device can be, for example, a loudspeaker, a microphone, a device that can be worn in an ear canal of a human ear, a hearing aid, an airpod, an ultrasonic transmitter and/or an ultrasonic sensor. The micromechanical components explained above are particularly well suited for use as at least part of a MEMS loudspeaker. However, their usability is not limited to MEMS loudspeakers or sound generation and/or sound amplifier devices. Combined with a check valve, such a micromechanical component can also be used as a pump, for example. The micromechanical components described above can also be used as a microphone and sound transmitter combination, in particular as an ultrasonic sensor.

Eine mit einem der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile ausgebildete Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung weist einen relativ geringen Energieverbrauch auf, liefert jedoch dennoch ausreichend Schallenergie für eine Vielzahl von Anwendungen, wie insbesondere für In-Ear-Anwendungen. Deshalb ist bei einem Betrieb der realisierten Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung eine relativ lange Batterielebensdauer ihrer mindestens einen Batterie gewährleistet. Der kapazitive Antrieb der realisierten Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung benötigt nur eine relativ geringe Spannung, ist jedoch trotzdem einfach herstellbar. Außerdem ist eine derartige Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung gut skalierbar.A sound generating and/or sound amplifier device constructed with one of the micromechanical components described above has a relatively low energy consumption, but still provides sufficient sound energy for a variety of applications, such as in-ear applications in particular. Therefore, when the realized sound generating and/or sound amplifier device is operated, a relatively long battery life of its at least one battery is guaranteed. The capacitive drive of the realized sound generating and/or sound amplifier device only requires a relatively low voltage, but is nevertheless easy to manufacture. In addition, such a sound generating and/or sound amplifier device is easily scalable.

Alle oben ausgeführten mikromechanischen Bauteile eignen sich zum Ausführen eines Verfahrens zum Erzeugen und/oder Verstärken eines Schallsignals, wobei eine Ausführbarkeit des Verfahrens jedoch nicht auf die Verwendung eines dieser mikromechanischen Bauteile beschränkt ist. Bei einem Ausführen des Verfahrens wird ein zeitlich variierendes Spannungssignal zwischen mindestens einer direkt oder indirekt an einer Substratoberfläche eines Substrats befestigten Stator-Elektrodenstruktur mit jeweils mehreren Stator-Elektrodenfingern und mindestens einer direkt oder indirekt an der Substratoberfläche verstellbar angebundenen Aktor-Elektrodenstruktur mit jeweils einer sich entlang einer parallel zu der Substratoberfläche ausgerichteten ersten Raumrichtung erstreckenden Verbindungsstruktur und mehreren an der jeweiligen Verbindungsstruktur befestigten und an zumindest einer Seite der Verbindungsstruktur hervorstehenden Aktor-Elektrodenfingern angelegt. Das Spannungssignal wird als Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen auf einem ersten Potential liegenden Stator-Elektrodenstruktur und der mindestens einen auf einem zweiten Potential liegenden Aktor-Elektrodenstruktur so angelegt, dass, während die Stator-Elektrodenfinger der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur jeweils in Zwischenräume zwischen den Aktor-Elektrodenfingern der mindestens einen benachbarten Aktor-Elektrodenstruktur hineinragen, und zu den benachbarten Aktor-Elektrodenfingern ausgerichtete Stator-Elektrodenflächen der Stator-Elektrodenfinger und zu den benachbarten Stator-Elektrodenfingern ausgerichtete Aktor-Elektrodenflächen der Aktor-Elektrodenfinger senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichtet sind, die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur in eine Verstellbewegung entlang einer parallel zu der Substratoberfläche und senkrecht zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung in Bezug zu dem Substrat versetzt wird. Vorteilhafterweise sind die Stator-Elektrodenflächen der Stator-Elektrodenfinger und die Aktor-Elektrodenflächen der Aktor-Elektrodenfinger jeweils in einem Neigungswinkel zwischen 0,5° und 45° zu der zweiten Raumrichtung ausgerichtet. Damit bewirkt auch ein Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens die oben erläuterten Vorteile.All of the micromechanical components described above are suitable for carrying out a method for generating and/or amplifying a sound signal, although the method can not be carried out using one of these micromechanical components. When carrying out the method, a time-varying voltage signal is applied between at least one stator electrode structure, which is attached directly or indirectly to a substrate surface of a substrate and each has a plurality of stator electrode fingers, and at least one actuator electrode structure, which is adjustably attached directly or indirectly to the substrate surface, each having a connecting structure extending along a first spatial direction aligned parallel to the substrate surface and a plurality of actuator electrode fingers attached to the respective connecting structure and protruding on at least one side of the connecting structure. The voltage signal is applied as a potential difference between the at least one stator electrode structure lying at a first potential and the at least one actuator electrode structure lying at a second potential such that, while the stator electrode fingers of the at least one stator electrode structure each protrude into gaps between the actuator electrode fingers of the at least one adjacent actuator electrode structure, and stator electrode surfaces of the stator electrode fingers aligned with the adjacent actuator electrode fingers and actuator electrode surfaces of the actuator electrode fingers aligned with the adjacent stator electrode fingers are aligned perpendicular to the substrate surface, the at least one actuator electrode structure is set in an adjustment movement along a second spatial direction aligned parallel to the substrate surface and perpendicular to the first spatial direction in relation to the substrate. Advantageously, the stator electrode surfaces of the stator electrode fingers and the actuator electrode surfaces of the actuator electrode fingers are each aligned at an inclination angle of between 0.5° and 45° to the second spatial direction. Therefore, carrying out the procedure described here also brings about the advantages explained above.

7 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Schallerzeugungs- und/oder Schallverstärker-Vorrichtung. 7 shows a flow chart for explaining an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device.

Mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens können alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile produziert werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Produzieren eines derartigen mikromechanischen Bauteils beschränkt.All of the micromechanical components explained above can be produced using the manufacturing method described below. However, the feasibility of the manufacturing method is not limited to the production of one such micromechanical component.

In einem Verfahrensschritt S1 wird mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur, welche jeweils mehrere Stator-Elektrodenfinger umfasst, direkt oder indirekt an einer Substratoberfläche eines Substrats befestigt. Zusätzlich wird in einem Verfahrensschritt S2 mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur, welche jeweils eine Verbindungsstruktur und mehrere an der jeweiligen Verbindungsstruktur befestigte und an zumindest einer Seite der Verbindungsstruktur hervorstehende Aktor-Elektrodenfinger umfasst, derart direkt oder indirekt an der Substratoberfläche verstellbar angebunden, dass die je eine Verbindungsstruktur sich entlang einer parallel zu der Substratoberfläche ausgerichteten ersten Raumrichtung erstreckt. Die Verfahrensschritte S1 und S2 können in beliebiger Reihenfolge, zeitlich überschneidend oder gleichzeitig ausgeführt werden. Dabei werden die mindestens eine Stator-Elektrodenstruktur und die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur so zueinander ausgerichtet, dass die Stator-Elektrodenfinger der mindestens einen Stator-Elektrodenstruktur jeweils in Zwischenräume zwischen den Aktor-Elektrodenfingern der mindestens einen benachbarten Aktor-Elektrodenstruktur hineinragen. Außerdem werden zu den benachbarten Aktor-Elektrodenfingern ausgerichtete Stator-Elektrodenflächen der Stator-Elektrodenfinger und zu den benachbarten Stator-Elektrodenfingern ausgerichtete Aktor-Elektrodenflächen der Aktor-Elektrodenfinger so senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichtet, dass die mindestens eine Aktor-Elektrodenstruktur mittels einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der mindestens einen auf einem ersten Potential liegenden Stator-Elektrodenstruktur und der mindestens einen auf einem zweiten Potential liegenden Aktor-Elektrodenstruktur in eine Verstellbewegung entlang einer parallel zu der Substratoberfläche und senkrecht zu der ersten Raumrichtung ausgerichteten zweiten Raumrichtung in Bezug zu dem Substrat versetzt wird. Des Weiteren werden die Stator-Elektrodenflächen der Stator-Elektrodenfinger und die Aktor-Elektrodenflächen der Aktor-Elektrodenfinger jeweils in einem Neigungswinkel zwischen 0,5° und 45° zu der zweiten Raumrichtung ausgerichtet. Dies stellt sicher, dass ein mittels des hier erläuterten Herstellungsverfahrens produziertes mikromechanisches Bauteil die oben schon aufgezählten Vorteile hat.In a method step S1, at least one stator electrode structure, each of which comprises a plurality of stator electrode fingers, is attached directly or indirectly to a substrate surface of a substrate. In addition, in a method step S2, at least one actuator electrode structure, each of which comprises a connection structure and a plurality of actuator electrode fingers attached to the respective connection structure and protruding on at least one side of the connection structure, is adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface in such a way that each connection structure extends along a first spatial direction aligned parallel to the substrate surface. The method steps S1 and S2 can be carried out in any order, overlapping in time or simultaneously. The at least one stator electrode structure and the at least one actuator electrode structure are aligned with one another in such a way that the stator electrode fingers of the at least one stator electrode structure each protrude into gaps between the actuator electrode fingers of the at least one adjacent actuator electrode structure. In addition, stator electrode surfaces of the stator electrode fingers aligned with the adjacent actuator electrode fingers and the adjacent sta actuator electrode surfaces of the actuator electrode fingers aligned with the actuator electrode fingers are aligned perpendicular to the substrate surface such that the at least one actuator electrode structure is set in an adjustment movement along a second spatial direction aligned parallel to the substrate surface and perpendicular to the first spatial direction in relation to the substrate by means of a potential difference not equal to zero between the at least one stator electrode structure lying at a first potential and the at least one actuator electrode structure lying at a second potential. Furthermore, the stator electrode surfaces of the stator electrode fingers and the actuator electrode surfaces of the actuator electrode fingers are each aligned at an angle of inclination between 0.5° and 45° to the second spatial direction. This ensures that a micromechanical component produced using the manufacturing process explained here has the advantages already listed above.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102017206777 A1 [0002]

Claims

Micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device with: at least one stator electrode structure (12) attached directly or indirectly to a substrate surface (10a) of a substrate (10), each stator electrode structure comprising a plurality of stator electrode fingers (12a); and at least one actuator electrode structure (14) adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface (10a), each of which comprises a connecting structure (14a, 14d) extending along a first spatial direction (y) aligned parallel to the substrate surface (10a) and a plurality of actuator electrode fingers (14b) attached to the respective connecting structure (14a, 14d) and protruding on at least one side of the connecting structure (14a, 14d), wherein the stator electrode fingers (12a) of the at least one stator electrode structure (12) each protrude into spaces between the actuator electrode fingers (14b) of the at least one adjacent actuator electrode structure (14), and stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) aligned with the adjacent actuator electrode fingers (14b) and stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) aligned with the adjacent stator electrode fingers (12a) Actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14b) are aligned perpendicular to the substrate surface (10a), and wherein the at least one actuator electrode structure (14) can be set in an adjustment movement along a second spatial direction (x) aligned parallel to the substrate surface (10a) and perpendicular to the first spatial direction (y) in relation to the substrate (10) by means of a potential difference (U) not equal to zero between the at least one stator electrode structure (12) lying at a first potential and the at least one actuator electrode structure (14) lying at a second potential; characterized in that the stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12) and the actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14) are each aligned at an inclination angle (α) between 0.5° and 45° to the second spatial direction (x).

Micromechanical component according to Claim 1 , wherein a sound signal can be generated and/or amplified by means of a time-varying voltage signal applied as a potential difference (U) between the at least one stator electrode structure (12) lying at the first potential and the at least one actuator electrode structure (14) lying at the second potential.

Micromechanical component according to Claim 1 or 2 , wherein at least one first air supply and/or air discharge opening (18) extends through the substrate (18), each of which has a first opening at least partially spanned by the at least one stator electrode structure (12) and/or the at least one actuator electrode structure (14), and whose second opening breaks through a rear surface of the substrate (10) directed away from the substrate surface (10a).

Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein at least one second air supply and/or air discharge opening (22) extends through a capping (20) spanning the at least one stator electrode structure (12) and the at least one actuator electrode structure (14).

Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the actuator electrode fingers (14b) of the at least one actuator electrode structure (14) along the first spatial direction (y) have a minimum extension (Δ) which is greater than or equal to 30% of a minimum length (L) of the actuator electrode fingers (14b) along the second spatial direction (x).

Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the respective connection structure (14d) of the at least one actuator electrode structure (14) comprises at least one first web element (14e) which runs along a first axis (34) which is aligned in the first spatial direction (y), and at least one second web element (14f) which runs along a second axis (36) aligned parallel to the first axis (34), and wherein the stator electrode fingers (12a) of the at least one stator electrode structure (12) each protrude into intermediate spaces (14g) between the actuator electrode fingers (14b) of the at least one adjacent actuator electrode structure (14), which are recessed into an intermediate volume (38) lying between the first axis (34) and the second axis (36).

Sound generating and/or sound amplifier device with a micromechanical component according to one of the preceding claims.

Sound generating and/or sound amplifier device according to Claim 7 , wherein the sound generating and/or sound amplifier device is a loudspeaker, a microphone, a device wearable in an ear canal of a human ear, a hearing aid, an airpod, an ultrasound transmitter, an ultrasound sensor and/or a pump.

Manufacturing method for a micromechanical component for a sound generating and/or sound amplifier device, comprising the steps of: attaching at least one stator electrode structure (12), each of which has a plurality of stator electrodes finger (12a), directly or indirectly to a substrate surface (10a) of a substrate (10) (S1); and adjustable attachment of at least one actuator electrode structure (14), each of which comprises a connection structure (14a, 14d) and a plurality of actuator electrode fingers (14b) fastened to the respective connection structure (14a, 14d) and protruding on at least one side of the connection structure (14a, 14d), directly or indirectly to the substrate surface (10a) in such a way that the respective one connection structure (14a, 14d) extends along a first spatial direction (y) aligned parallel to the substrate surface (10a) (S2); wherein the at least one stator electrode structure (12) and the at least one actuator electrode structure (14) are aligned with one another in such a way that the stator electrode fingers (12a) of the at least one stator electrode structure (12) each extend into gaps between the actuator electrode fingers (14b) of the at least one adjacent actuator electrode structure (14), and stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) aligned with the adjacent actuator electrode fingers (14b) and actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14b) aligned with the adjacent stator electrode fingers (12a) are aligned perpendicular to the substrate surface (10a) in such a way that the at least one actuator electrode structure (14) is connected to the substrate surface (10a) by means of a potential difference (U) not equal to zero between the at least one stator electrode structure (12) lying at a first potential and the at least one lying at a second potential lying actuator electrode structure (14) is set in an adjustment movement along a second spatial direction (x) aligned parallel to the substrate surface (10a) and perpendicular to the first spatial direction (y) in relation to the substrate (10), characterized in that the stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) and the actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14b) are each aligned at an inclination angle (α) between 0.5° and 45° to the second spatial direction (x).

Method for generating and/or amplifying a sound signal, characterized by the step: applying a time-varying voltage signal (U) between at least one stator electrode structure (12) fastened directly or indirectly to a substrate surface (10a) of a substrate (10), each with a plurality of stator electrode fingers (12a), and at least one actuator electrode structure (14) adjustably connected directly or indirectly to the substrate surface (10a), each with a connecting structure (14a, 14d) extending along a first spatial direction (y) aligned parallel to the substrate surface (10a), and a plurality of actuator electrode fingers (14b) fastened to the respective connecting structure (14a, 14d) and protruding on at least one side of the connecting structure (14a, 14d); wherein the voltage signal (U) is applied as a potential difference (U) between the at least one stator electrode structure (12) lying at a first potential and the at least one actuator electrode structure (14) lying at a second potential such that, while the stator electrode fingers (12a) of the at least one stator electrode structure (12) each protrude into gaps between the actuator electrode fingers (14b) of the at least one adjacent actuator electrode structure (14), and stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) aligned with the adjacent actuator electrode fingers (14b) and actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14b) aligned with the adjacent stator electrode fingers (12a) are aligned perpendicular to the substrate surface (10a), the at least one actuator electrode structure (14) is set in an adjustment movement along a direction parallel to the substrate surface (10a) and a second spatial direction (x) aligned perpendicular to the first spatial direction (y) in relation to the substrate (10), characterized in that the stator electrode surfaces (12b) of the stator electrode fingers (12a) and the actuator electrode surfaces (14c) of the actuator electrode fingers (14b) are each aligned at an inclination angle (α) between 0.5° and 45° to the second spatial direction (x).