CMOS-kompatibler MEMS-Lautsprecher für Im-Ohr-Anwendungen

Der beeindruckende Erfolg von MEMS-Mikrofonen ist vor allem auf den Einsatz der CMOS-Technologie zurückzuführen. Diese Technologie ermöglicht eine kompaktere Bauweise gegenüber Vorgängertechnologien, eine hohe Skalierbarkeit der Produktion und somit geringe Stückkosten. Innerhalb weniger Jahre wurden konventionelle Mikrofontechnologien in einer Vielzahl von Anwendungen durch CMOS-basierte MEMS-Mikrofone abgelöst. Eine ähnliche Entwicklung ist im Bereich Mikrolautsprecher in den kommenden Jahren zu erwarten. In diesem Beitrag wird ein CMOS-kompatibler elektrostatischer Biegeaktor für ein neuartiges Lautsprecherelement vorgestellt. Der Aktor überführt mit einer bimorph-ähnlichen Mechanik elektrostatische Kräfte in Biegebewegungen. Hohe elektrostatische Kräfte innerhalb sehr kleiner Elektrodenspalte können so für große Auslenkungen bei einer geringen Signalspannung nutzbar gemacht werden. Die Aktoren sind so angeordnet, dass die Auslenkung lateral, d.h. in der Chip-Ebene erfolgt. Damit ist die erforderliche Chip-Fläche gering und das verdrängte Luftvolumen skaliert mit der Dicke des eingesetzten Wafers. Mehrere Aktoren auf einem Chip führen in Verbindung mit entsprechenden Schallführungen zu Schalldruckpegeln, die den Einsatz für Im-Ohr-Anwendungen wie Hearables, Hörgeräten, IEMs und Kopfhörern ermöglichen. Anwendungsspezifische Frequenzgänge können durch die Gruppierung von Aktoren unterschiedlicher Resonanzfrequenzen erzielt werden.