MEMS 扬声器 CMOS 兼容静电声学换能器

装配好的 MEMS 扬声器,上部带有覆盖芯片,该芯片显示出声学开口。具有三个不同微型扬声器的 MEMS 芯片被粘合到一个载板上,该载板可以进行引线连接以实现电接触。

掩埋在 CMOS 芯片中的微型扬声器旨在实现尺寸更小、性能更强大且特别节能的入耳式无线耳机。Fraunhofer IPMS 的一家分支机构现在已经说服投资者为这项专利技术的市场推广提供初始资金。

Arioso Systems GmbH 有限公司获得了 260 万欧元的投资者早期融资(种子轮)。该公司是德累斯顿 Fraunhofer 光子微系统研究所 IPMS 的分公司,是全球首批为 MEMS 声学换能器提供 CMOS 兼容技术的公司之一。现在,它获得了波茨坦勃兰登堡资本、波恩高科技创始人基金第 III 期、德累斯顿萨克森科技创始人基金和商业天使基金的融资。

耳机的硅晶声学换能器

Arioso Systems 公司希望将可以通过现行 CMOS 制造技术进行生产的 MEMS 声学换能器推向市场。这些微型扬声器基于 Fraunhofer IPMS 开发的静电弯曲执行机构(NED - Nanoscopic Electrostatic Drive,纳米静电驱动)。

新型 MEMS 声学换能器没有像传统扬声器那样的膜,而是具有许多弯梁 — 类似于竖琴的弦。它们只有 20 μm 的厚度,位于硅芯片内部。芯片顶部和底部有开口 — 与弯梁的运动成直角 — 确保空气可以从其他腔中逸出并流入静电弯曲执行机构在里面运动的腔中。

在弯曲执行机构中,在控制电压(音频信号)的帮助下,高达 200 nm 的电极间隙会通过静电场产生极高的力。这些力导致弯梁弯曲以及声学换能器中的“弦”形成机械运动。

这样的驱动原理使得 NED 执行机构的挠度明显大于电极间隙。因此可以产生低控制电压的大偏转。合适的电极和执行机构单元在弯曲执行机构的两个表面上的布局使得能够在两个方向(双向)上运动。

由于 NED 执行机构可以直接集成到硅芯片中,因此与传统扬声器相比,它们占用的空间很小,而且能效明显更高。借助它们可以制造超小的微型扬声器,例如用于入耳式耳机和助听器。