有改善机械属性的可变形结构的压电致动器及其制造方法与流程

1.本公开涉及一种有改善的机械属性的可变形结构的压电致动器及其制造方法。尤其，参考使用mems(微机电系统)技术制造的压电致动器，例如液体流量控制阀、用于扬声器的微弹簧、微镜、诸如微镊子或微剪刀之类的微工具。背景技术：2.如已知的，mems致动器是通常由半导体材料(例如硅)的晶片制成的电子设备，该电子设备能够引起诸如膜片或悬臂之类的可移动元件的变形。3.mems致动器可以根据不同的致动原理操作，包括静电、电磁和压电致动。详细地，根据压电致动原理操作的mems致动器的区别在于可移动元件的高能量效率和高变形精度；为此，压电mems致动器越来越流行。4.此外，已知具有压电致动系统的致动器，该致动器用于制造诸如在流量调节装置、微镜和精密手术工具中使用的微流体阀之类的设备。5.在下文中，将通过示例的方式来参考流量调节器。流量调节器是一种允许控制在流体通道内流动的流体量的装置，并且流量调节器可以用于例如在工业水平上控制用于制造半导体器件的机器的工艺参数。6.通常，流量调节器包括具有入口和出口的流体通道、调节在流体通道中流动的流体的量的阀、测量流体通道中的流体流量的流量计和控制单元。技术实现要素：7.本公开公开了一种压电致动器，该压电致动器克服了已知解决方案的限制，尤其，该压电致动器允许相对于已知解决方案的减小的尺寸和较低的偏置电压。8.根据本公开，提供了一种压电致动器及其制造方法。9.本公开的mems致动器的至少一个实施例涉及包括围绕腔体的本体的mems致动器。在所述腔体上的可变形结构，所述可变形结构包括可移动部分和连续布置的多个可变形元件。多个可变形元件将可移动部分连接到本体。可变形结构还包括将可移动部分、多个可变形元件和本体耦联在一起的多个臂。可变形结构还包括多个加强结构，多个加强结构中的相应一个加强结构与多个臂中的相应一个臂集成。所述mems致动器还包括在所述可变形元件上的至少一组多个致动结构。10.本公开的流量调节器的至少一个实施例涉及流量调节器，该流量调节器包括通道本体、处于通道本体中并且具有端部部分的流体通道、和邻近端部部分的通路截面。流量调节器还包括微机电系统mems致动器，该致动器具有腔体、围绕腔体的本体和与腔体对准的可变形结构。可变形结构包括可移动部分，可移动部分具有面向端部部分的表面并且被配置为改变布置在端部部分与可移动部分之间的通路截面。所述可变形结构还包括围绕所述可移动部分的多个可变形元件、所述多个可变形元件上的至少一组多个致动结构、以及所述多个可变形元件上的至少一个检测结构。流量调节器还包括耦联至mems致动器的控制单元，该控制单元被配置为向所述至少一组多个致动结构提供偏置电压并且从至少一个检测结构接收检测电压。11.本公开的扬声器的至少一个实施例涉及该扬声器，该扬声器包括界定第一腔体的壳体、附接至壳体并且在腔体上的隔膜、以及mems致动器。mems致动器包括第二腔体、围绕第二腔体的本体、以及可变形结构，可变形结构耦联至隔膜并且被配置为引起隔膜的变形。所述可变形结构包括耦联至所述隔膜的可移动部分、围绕所述可移动部分的多个可变形元件、所述多个可变形元件上的至少一组多个致动结构、以及所述多个可变形元件上的至少一个检测结构。所述扬声器还包括控制单元，所述控制单元耦联至所述mems致动器并且被配置为：向所述至少一组多个致动结构提供偏置电压，并且从所述至少一个检测结构接收检测电压。12.本公开的方法的至少一个实施例涉及制造mems致动器，包括在与衬底第二表面相对的衬底第一表面上形成至少一组多个致动结构。形成可变形结构包括形成可移动部分，形成相对于彼此连续布置的多个可变形元件并且将所述多个可变形元件中的一个可变形元件连接到所述可移动部分，以及形成框架并且通过形成延伸到所述衬底的所述第二表面中的腔体来将所述框架连接到所述多个可变形元件中的一个可变形元件。附图说明13.为了更好地理解本公开，现在参照附图仅通过非限制性示例的方式描述本公开的实施例，其中：14.图1是已知流量调节器的横截面；15.图2a是从本发明压电致动器的实施例的上面观察的透视图；16.图2b是图2a的压电致动器的变形传感器在静止时沿图4a的截面线iia‑iia截取的横截面；17.图3是从图2a的压电致动器的下方观察的透视图；18.图4a是图2a的压电致动器的顶视图；19.图4b是图2a的压电致动器的致动元件在静止时沿图4a的截面线iva‑iva截取的横截面；20.图4c是图4b的致动元件在变形条件下沿图4a的截面线iva‑iva截取的横截面；21.图5是图2a的压电致动器在使用中根据第一使用模式的透视图；22.图6是图2a的压电致动器在使用中根据第二使用模式的透视图；23.图7是结合了图2a的压电致动器的流量调节器在静止时的示意横截面；24.图8示出处于不同操作条件下的图7的流量调节器；25.图9是结合了图2a的压电致动器的不同流量调节器在静止时的示意横截面；26.图10示出处于不同操作条件下的图9的流量调节器；27.图11是结合了本发明压电致动器的另一实施例的流量调节器在静止时的示意横截面；28.图12是结合了本发明压电致动器的扬声器的简化透视图；以及29.图13a‑21a和13b‑21b分别示出图2a的压电致动器在连续的制造步骤中沿图4a的截面线xiiia‑xiiia和xiiib‑xiiib截取的横截面。具体实施方式30.本公开涉及压电致动器的至少一个实施例及其制造方法的至少一个实施例。其细节将在此进一步详细讨论。31.图1示出例如使用压电致动的已知流量调节器10的结构。流量调节器10包括本体11；流体通道12，延伸到本体11中并且具有入口13和出口14；阀15；流量计16；以及控制单元20。32.流体通道12在此包括第一和第二水平部分21a、21b，该水平部分分别通过第一垂直部分22、通路23和第二垂直部分24彼此连续地耦联至入口13和出口14。基于图1中的流量调节器10的取向，流体通道12的部分21a、21b被描述为水平的，并且部分22、24被描述为垂直的。33.第一垂直部分22在此在第一水平部分21a与本体11的表面11a之间在阀15的区域处延伸，如下文所解释；第二垂直部分24在此在阀15的区域中在本体11的表面11a和第二水平部分21b之间延伸，并且通过本体11的壁25与第一垂直部分22分开。34.流量计16耦联至流体通道12的第一水平部分21a和控制单元20。流量计16被配置为测量与在流体通道12中流动的流体的量相关联的量。例如，流量计16可以包括电阻(图1中未示出)，该电阻以已知方式沿着流体通道12布置并且具有与现有流动相关的阻力。35.阀15包括接合至本体11的支撑件27、接合至支撑件27的膜片26、以及由膜片26承载的压电致动系统28。36.详细地，膜片26例如由金属材料形成，通过支撑件27被约束到本体11，并且悬置在第一垂直部分22和第二垂直部分24以及壁25上并面向所述第一垂直部分和第二垂直部分以及壁，从而与所述壁一起形成流体通道12的通路23。37.压电致动系统28耦联至控制单元20，并且改变膜片26与壁25的距离以改变流动。38.在使用中，一定量的流体通过流体通道12，该一定量可以是所选择的量。在这方面，控制单元20向压电致动系统28施加偏置电压，从而引起膜片26的变形。因此，通路23的截面改变，从而改变在流体通道12中流动的流体的量。39.尤其是膜片26和壁25之间的距离可以通过调制施加到压电致动系统28的偏置电压来连续地调节；因此，阀15可以采取范围从完全闭合状态到完全打开状态的多个操作状态，分别对应于与偏置电压的值成比例的零和最大值的流体量。40.同时，控制单元20测量流体通道12中的流体流量，并且可以基于所测量的流量来控制阀15的开度。41.然而，如图1所示的流量调节器10具有缺点。42.例如，流量调节器10相对于本公开的流量调节器的实施例具有大尺寸。事实上，流量计16放置在离阀15一定距离处。43.此外，压电致动系统28具有大尺寸。例如，使用本体法技术制造的压电质量块可以具有甚至几毫米的厚度。因此，致动系统28不适合于其中高度小型化是有益的应用。44.此外，压电致动系统28包括甚至几百伏的高偏置电压，以获得数十微米的变形。这种高偏置电压可能在上述装置中使用复杂且昂贵的集成过程，并且可能对流量调节器10的用户造成危险。45.此外，流量调节器10具有低能量效率，因为流量计16执行流体流量的主动检测，即，通过电流通路。因此，流量调节器消耗了大量的能量。46.本公开涉及使用本文描述的压电膜mems(微机电系统)技术制造的压电致动器的实施例。例如，压电致动器50使用如本文所述的压电膜mems技术制成。47.如图2a、图3和图4a所示，压电致动器50被形成在具有第一面或表面51a和第二面或表面51b的本体51中，并且包括半导体材料(例如硅)的衬底57，以及覆盖衬底57的表面层58，该表面层例如由多个单层形成，该单层例如是半导体材料(诸如多晶硅)的层，以及至少一层绝缘材料，例如原硅酸四乙酯(teos)。48.例如圆柱形的腔体52从第二面51b延伸到本体51内部，并且完全穿过本体51。因此，衬底57和表面层58的在该衬底上面的部分形成围绕可变形结构54的框架53，该框架在这里由与形成表面层58并悬置在腔体52上的材料相同的材料形成。49.表面层58比衬底57和可变形结构54的基本上平行于本体51的第一面51a的水平延伸部分薄得多。50.因此，可变形结构54基本上是平面的。51.可变形结构54在平面图中具有对称性，例如具有中心o的圆对称或有大量边对称的多边形，并且包括彼此同心的多个可变形环55，以及由可变形环55围绕并且在平面图中具有圆形截面的可移动中心部分56。52.尤其，在该实施例中，可变形结构54由三个可变形环构成，包括第一、第二和第三可变形环55a‑55c。53.第一环55a通过多个第一连接部分60耦联至框架53。每个第一连接部分60悬置在腔体52上并且与腔体重叠，并且每个第一连接部分60在框架53与第一可变形环55a之间延伸，与其形成单件(或为整体)。54.详细地，这里有三个第一连接部分60，沿着第一可变形环55a的圆周彼此间隔120°。55.第二可变形环55b相对于第一可变形环55a布置在内部，使得第一可变形环55a围绕第二可变形环55b。第二可变形环55b通过多个第二连接部分65耦联至第一可变形环55a。每个第二连接部分65悬置在腔体52上并与腔体重叠，并且每个第二连接部分65在第一与第二可变形环55a、55b之间延伸，与其形成单件。56.详细地，这里有三个第二连接部分65，它们沿着第二可变形环55b的圆周彼此间隔120°，并且在该实施例中具有相对于第一连接部分60的60°的偏移。57.第三可变形环55c相对于第二可变形环55b在内部布置并且通过多个第三连接部分70耦联至第二可变形环55b。每个第三连接部分70悬置在腔体52上并且与腔体重叠，并且在第二与第三可变形环55b、55c之间延伸，与其形成单件。58.详细地，这里有三个第三连接部分70，它们沿着第三可变形环55c的圆周彼此间隔120°，并且在该实施例中具有相对于第二连接部分65的60°的偏移。换句话说，第三连接部分70相对于第一连接部分60中的一个对应的第一连接部分具有零偏移，并且与第一连接部分60中的一个对应的第一连接部分径向对准。59.第三可变形环55c也通过多个第四连接部分75耦联至可移动中心部分56。每个第四连接部分75悬置在腔体52上，并且在第三可变形环55c与可移动中心部分56之间延伸，与其形成单件。60.详细地，这里有三个第四连接部分75，它们沿着第三环55c的圆周彼此间隔120°，并且在该实施例中具有相对于第三连接部分70的60°的偏移。换句话说，第四连接部分75相对于第二连接部分65中的一个对应的第二连接部分具有零偏移，并且与第二连接部分65中的对应第一连接部分径向对准。61.第一、第二和第三可变形环55a‑55c承载相应的多个致动结构80，这些致动结构在数量上彼此相等，具有弯曲带的形状，可操作地被分成第一组和第二组致动结构80a、80b并且彼此间隔一定距离放置。62.每个致动结构80(关于第一组致动结构80a见图4b)由包括下致动电极81的堆叠形成，该下致动电极由导电材料制成，例如铂；压电致动区域82，例如由具有高相对介电常数(例如大于100)的单晶陶瓷材料制成，诸如锆钛酸铅(pzt)、batio3、knn(铌酸钠钾)、pbtio2或pbnb2o6；以及上致动电极83，上致动电极由导电材料制成，例如铂、氧化铱、钇或钛钨合金。压电致动区域82布置在上致动电极83和下致动电极81之间，以便形成电容器结构。63.详细地，这里，所有致动结构80的下致动电极81由单个导电区域(图2a中不可见)形成，该导电区域包括用于连接到下电极焊盘88的连接部分87(这里仅部分可见)，以用于电连接到外部偏置电路(未示出)，例如连接到参考电势(地)。64.第一组致动结构80a的上致动电极83通过第一导电连接轨道89a(这里仅部分可见)连接到相应第一组上电极焊盘90a，以用于电连接到外部偏置电路。65.第二组致动结构80b的上致动电极83通过第二导电连接轨道89b(这里仅部分可见)连接到相应第二组上电极焊盘90b，以用于电连接到外部偏置电路。66.在该实施例中，第一、第二和第三可变形环55a‑55c每个均承载六个致动结构80。形成致动结构80的弯曲带各自覆盖基本上相等的圆周弧，并且具有处于中线上的中心c，中线在这里基于图4a中的压电致动器50的取向由圆弧限定并且在图4a中由虚线表示，该虚线在图4a的左手侧附近穿过中心c。每个致动结构80的中心c与相应相邻致动结构80的中心c等距。换句话说，致动结构80的中心c沿着相应可变形环55的圆周彼此隔开60°，并且每个可变形环55a‑55c的致动结构80具有相等的长度并且与相邻的可变形环55a‑55c的致动结构80径向对准。67.第一和第二组致动结构80a、80b在每个可变形环55a‑55c中交替地连续布置；尤其，第二组致动结构80b的中心c沿着相应可变形环55的圆周彼此地间隔开120°，并且相对于同一可变形环55的相应相邻的第一组致动结构80a的中心c具有60°的偏移。68.此外，第一可变形环55a的第一组致动结构80a的中心c相对于第二可变形环55b的第一组致动结构80a的中心c具有60°的偏移并且相对于第三可变形环55c的第一组致动结构80a的中心c具有零偏移(换句话说，它们与该中心径向对准)。69.此外，可变形环55a‑55c承载多个加强结构85(图3和图4a)，加强结构从可变形环55的下侧朝向腔体52的内部延伸。加强结构85(针对每个第一组致动结构80a均有一个加强结构)径向延伸，每个加强结构与相应第一组致动结构80a的中心c对准，并且在相应连接部分的下侧上；因此，每个加强结构85在径向方向上的宽度基本上等于相应可变形环55和相应连接部分的宽度之和。70.加强结构85是具有相应连接部分的单件(或整体)(如在下文中参照制造方法所解释的)并且因此与相应连接部分集成。71.实际上，加强结构85和相应连接部分在使用中作为枢转结构工作，如在下文中详细地解释的。72.在该实施例中，可变形环55a‑55c每个都承载三个加强结构85，该加强结构沿相应可变形环55的圆周彼此隔开120°。详细地，关于第一可变形环55a，每个加强结构85与相应第一连接部分60集成；关于第二可变形环55b，每个加强结构85与相应第二连接部分65集成；并且关于第三可变形环55c，每个加强结构85与相应第三连接部分70集成。73.此外，可移动中心部分56承载开闭器(shutter)结构86(图3和图4a)，开闭器结构在此形成在与加强结构85相同的层中，在可移动中心部分56下方朝向腔体52的内部延伸。这里，开闭器结构86在平面图中具有圆形截面，圆形截面所具有的直径小于或基本等于可移动中心部分56的截面。开闭器结构86具有从可移动中心部分56朝向腔体52突出并进入腔体中的区域。可移动中心部分56可以是悬置在腔体52上并与腔体重叠的平台。74.可变形结构54还容纳多个变形传感器，其中三个变形传感器91在图2a中示出。变形传感器91可以是检测结构或一些其它相似或类似的传感器。75.变形传感器91分别由相应可变形环55承载，并且分别布置在两个相邻的致动结构80之间。尤其，在该实施例中，可变形环55a‑55c每个都承载一个变形传感器91。76.变形传感器91分别由相应堆叠形成，该堆叠包括由导电材料例如铂制成的下检测电极92，压电检测区域93，以及由导电材料例如钼、铂、氧化铱或钇制成的上检测电极94，压电检测区域例如由如下材料制成：具有例如大约小于或基本上等于10的低相对介电常数，并且具有例如小于0.05、尤其基本上等于0.002的损耗角正切，诸如氮化铝、氧化锌或聚偏二氟乙烯(pvdf)(这里是氮化铝)。压电检测区域93布置在上检测电极94和下检测电极92之间，以便形成电容器结构，如图2b所示。77.在该实施例中，每个变形传感器91的下检测电极92由形成所有致动结构80的下致动电极81的相同的单个导电区域形成。此外，这里仅部分示出的第三导电连接轨道95将上检测电极94连接到检测焊盘96(参见图2a)，以用于电连接到外部测量电路(未示出)。78.可变形结构54可以形成例如常闭或常开阀结构的开闭器，该开闭器被控制为完全打开或完全闭合或处于流动调制，如下文详细解释的。79.具体地，在使用中，在没有偏压的情况下，压电致动器50处于图2a、图3和图4a所示的位置，其中可移动中心部分56的上表面与本体51的第一面51a齐平。换句话说，当压电致动器50静止时，可移动中心部分56、可变形结构55的可变形元件55a、55b、55c和本体51的上表面在一个平面中基本上彼此共面，使得上表面彼此对准。80.为了使可移动中心部分56远离或朝向腔体52移动，分别在致动结构80的上电极83与下电极81之间选择性地施加偏置电压，如下文所解释。尤其，偏置电压引起压电致动区域82的变形，例如如图4c中针对第一组致动结构80a所示。事实上，不管偏置电压极性如何，压电致动区域82都经受相等的翘曲变形，其中，致动结构80的中心部分相对于同一致动结构80的侧面部分降低。81.然而，第一组致动结构80a(第一组致动结构的中心部分由第一、第二和第三连接部分60、65和70以及由加强结构85约束)相对于第二组致动结构80b的不同位置根据第一组致动结构80a或第二组致动结构80b是否被偏压来确定可变形环55的不同变形，如下文详细描述的。82.在图5中，将偏置电压v1，尤其是例如40v的正单极偏置电压施加到第一组致动结构80a，而第二组致动结构80b未被偏压(v2＝0v)。83.在该偏压条件下，每个第一组致动结构80a近似地如图4c中对于第一可变形环55a所示的那样变形。84.如所指出的，在第一可变形环55a中，第一组致动结构80a的中心部分通过第一连接部分60和相应加强结构85约束到框架53，因此保持几乎不变形；相反，第一组致动结构80a的端部部分被向上提升。85.提升第一组致动结构80a的端部部分还导致第一可变形环55a的相邻的第二组致动结构80b的提升。86.此外，由于第二可变形环55b的第一组致动结构80a的中心部分被约束到第一可变形环55a的第二组致动结构80b的中心部分(通过第二连接部分65和相应加强结构85)，因此它们被提升，因而由于该原因而提升内部可变形环(第二和第三可变形环55b、55c)。此外，第二可变形环55b的第一组致动结构80a类似于上文描述的那样变形，引起第二可变形环55b的第二组致动结构80b的进一步的提升并且因此引起第三可变形环55c的进一步的提升。87.类似地，第三可变形环55c的第一组致动结构80a变形并且引起第三可变形环55c的第二组致动结构80b的进一步的提升并且因此引起可移动中心部分56的进一步的提升，如在图5中示出的，其中，压电致动器50以灰度表示，其中，较黑的部分是相对于静止位置变形较大的部分。88.在图6中，将偏置电压、尤其是如前所述的正单极，施加到第二组致动结构80b。这里，压电致动器50再次以灰度表示，其中，较黑的阴影对应于相对于静止位置的较大变形。89.在这种情况下，第一可变形环55a的第二组致动结构80b变形，如图4c所示，并且引起其中心部分相对于其端部部分朝向腔体52的内部向下位移，所述端部部分被约束到相邻的第一组致动结构80a，所述第一组致动结构由于未被偏压而不变形并且又通过第一连接部分60和相应加强结构85被约束到框架53。90.未被偏压且被约束到第一可变形环55a的第二组致动结构80b(通过第二连接部分65和相应加强结构85)的第二可变形环55b的第一组致动结构80a也向下(朝向腔体52的内部)移动。此外，第二可变形环55b的第二组致动结构80b的变形引起相应端部部分的进一步向下位移并且因此引起第三可变形环55c朝向腔体52的内部的进一步向下位移腔体。91.类似地，第三可变形环55c的第二组致动结构80b的变形引起可移动中心部分56进一步朝向腔体52的内部降低。92.实际上，可变形结构54允许可移动中心部分56相对于静止位置的高平移，该高平移大于由相应致动结构80引起的每个可变形环55的变形，该高平移与该变形都朝向腔体52的内部并且远离腔体52移动。通过施加低偏置电压可以获得高位移。93.可变形结构54的最大变形取决于多个因素，包括可变形环55的数量、可变形结构54和可移动中心部分56的厚度和直径、加强结构85和开闭器结构86的厚度以及最大可施加电压；这些因素是可以在设计步骤期间根据特定应用修改的参数。94.例如，在申请人执行的模拟中，已经验证了可移动中心部分能以40v的偏置电压平移高达80μm(在两个方向中的每个方向上平移40μm)。95.可变形结构54的变形使得该变形允许可移动中心部分56的垂直位移，同时保持开闭器结构86相对于静止位置基本上平行，这是可以用于特定应用的特征。96.此外，再次参照图2a，在使用中，可变形结构54的变形在可变形环55中生成机械应力。机械应力在压电检测区域93中在每个变形传感器91的下检测电极92和上检测电极94之间生成检测电压(图2b)。以已知的方式，检测电压可以被测量并且通过测量电路(例如图7所示)转换成可变形结构54的变形值，并且因此转换成可移动中心部分56相对于静止位置的位移值。97.因此，检测电压的测量允许通过闭环控制系统并且实时地控制压电致动器50的状态。98.此外，压电致动器50的尺寸显著减小，因为致动结构80和变形传感器91两者集成在同一管芯中。99.此外，由于变形传感器91是压电型的，检测电压的测量是被动检测，即，不意味着电流的通过，因此使得压电致动器50是能量高效的。100.如图7所示，压电致动器50可以集成在流量调节器200中。除了压电致动器50外，流量调节器200还包括本体205和流体通道210，流体通道具有入口部分210a和出口部分210b。101.本体205由半导体材料例如硅制成并且由以下项形成：水平部分206、从水平部分206横向于该水平部分延伸的管状突起207、以及通孔208，该通孔具有形成流体通道210的入口部分210a的口部并且穿过管状突起207。102.本体205的水平部分206通过接合区域215接合至压电致动器50的衬底57，使得本体205的水平部分206面向腔体52，并且管状突起207与开闭器结构86对准。尤其，在该实施例中，管状突起207的高度使得在静止时，开闭器结构86与管状突起207的一个端部接触。103.此外，流量调节器200包括控制单元220，控制单元通过图2a的接触焊盘88、90a、90b和96(如图7中示意地示出的)耦联至压电致动器50，尤其是耦联至致动结构80和变形传感器91，以用于交换用于控制流量调节器200的信号和电量。104.为此，控制单元220包括用于接收控制信号并且向外部(例如朝向用户)发送检测信号的输入/输出端口221、222，用于处理为控制提供的信号的控制级223(例如cpu)，以及用于控制流量调节器200的驱动级224。控制级223例如可以存储标称流量值与要供应给压电致动器50的对应偏置电压值之间的转换表。105.在使用中，用户可以通过输入端口221设置流体通道210内的流体的标称流量值。基于存储的表，控制单元220将合适值的偏置电压施加到第一组致动结构80a。如前所述并且如图8所示，可变形结构54变形，并且可移动中心部分56(其因此在这里形成帽元件)将开闭器结构86移动远离管状突起207的端部，因此产生流体通道210的通路230并且将可变形环55和可移动中心部分56彼此反向分开，从而形成流体通道210的出口部分210b。因此，在图8的变形位置，通路230通过通孔208将入口部分210a连接到出口部分210b，并且因此允许供应到入口部分210a的液体或气体(例如，流体)流动。106.同时，如前所述，变形传感器91(这里未示出)检测由可变形结构54的变形生成的应力，并且向控制单元220提供对应检测电压。107.控制单元220然后可以将检测电压的值(或与其相关的量)与对应于流量值的合适的校准参数进行比较，并且实时地验证流体流量符合标称值。如果否，则控制单元220可以修改偏置电压，以便使流量符合标称值。108.图9和图10示出类似于流量调节器200的流量调节器的另一实施例，这里用250表示流量调节器，因此共同的元件将用相同的附图标记表示。109.详细地，流量调节器250包括压电致动器50、本体255以及具有入口部分260a和出口部分260b的流体通道260。与图7的流量调节器200不同，管状突起207的高度使得在静止时该管状突起的端部与开闭器结构86相距一定距离，并且流量调节器250的流体通道260在静止时形成由开闭器结构86和管状突起207界定的通路265。110.以这种方式，在没有偏置电压的情况下，流体可以在流体通道260的入口部分260a和出口部分260b之间流动。111.在使用中，当改变或阻挡通过流体通道260的流动时，将偏置电压施加到致动结构80以设置标称流量值。在该实施例中，偏置电压被施加到第二组致动结构80b，引起可变形结构54的向下位移，并且引起开闭器结构86移动更靠近管状突起207，如图10所示。以这种方式，通路265的截面减小，并且因此流量减小；在通路265完全闭合的情况下，流量也可完全中断。112.图11示出根据另一实施例的结合了本发明压电致动器的流量调节器270，该压电致动器在下文中被称为压电致动器280。流量调节器270和压电致动器280分别具有与流量调节器250和压电致动器50类似的结构，因此共同的元件由相同的附图标记标识。113.尤其，在此，可移动中心部分56直接面向管状突起207，并且在静止时与管状突起207相距一定距离，形成通路285。在使用中，偏置电压可以使可移动中心部分56移动靠近或远离管状突起207，从而改变通路285的截面，如先前所解释的。实际上，这里，通路285由管状突起207和可移动中心部分56界定，并且不存在开闭器结构86。114.根据另一实施例，压电致动器50、280可以集成到扬声器中。115.尤其，在图12中，扬声器300包括压电致动器50。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，压电致动器280也可以以类似的方式集成到扬声器300中。116.扬声器300包括界定腔体305的壳体303；支撑件307，附接至壳体303；以及隔膜306，由支撑件307承载并悬置在腔体305上。117.壳体303近似为半球形或圆顶形的壳体；支撑件307和隔膜306在背部封闭壳体。118.扬声器300还包括布置在腔体305内部的致动器50和控制单元320。备选地，控制单元320可以在壳体303的外部制成。119.控制单元320耦联至压电致动器50，尤其是耦联至致动结构80，如已经例如参照图7描述的。120.压电致动器50的可移动中心部分56和开闭器结构86机械地耦联至隔膜306，例如可移动中心部分和开闭器结构被接合至该隔膜。121.在使用中，控制单元320将合适频率的偏置电压施加到第一组和/或第二组致动结构80a、80b，从而引起可移动中心部分56的位移(如前所述)并且因此引起隔膜306的变形，隔膜因此相对于与附图的平面垂直的平面来回(即，朝向腔体305的内部和外部)振荡。因此，隔膜306的变形生成可以在扬声器300外部传播的声波。122.因此，由于先前描述的压电致动器50的特性，扬声器300可以具有减小的尺寸和高的能量效率。123.下面将描述导致制造图2a所示的压电mems致动器50的制造步骤。124.尤其，图13a‑图21a以沿着可变形环55截取的圆周横截面示出压电mems致动器50的在致动结构80、变形传感器91和部分的可变形结构54处的制造方法；图13b‑图21b以穿过不同的相邻可变形环55截取的径向横截面示出压电mems致动器50的在致动结构80以及部分的可变形结构54和框架53处的制造方法。125.图13a和图13b示出已经经历了第一处理步骤的晶片400。详细地，晶片400包括由半导体材料例如硅制成的工作衬底405，工作衬底具有分别布置在晶片400的正面和背面上的第一和第二表面405a、405b。例如由沉积的原硅酸四乙酯(teos)制成的具有例如至少1μm的厚度、这里为1μm的第一成形层406在工作衬底405的第一表面405a上延伸。126.随后，如图14a和图14b所示，通过选择性蚀刻对第一成形层406进行图案化，以形成多个第一下成形区域407和第二下成形区域408，其中，希望随后分别形成多个加强结构85和开闭器结构86，如下文详细描述的。127.此外，在工作衬底405的第一表面405a上、在多个第一下成形区域407上和在第二下成形区域408上，形成、例如外延生长由半导体材料、例如多晶硅制成的加强层409；然后，加强层409经受化学机械抛光(cmp)，以形成平坦的上表面。加强层409所具有的厚度大于第一成形层406，在该实施例中，例如为25μm。128.随后，例如由原硅酸四乙酯(teos)制成并且在此具有与第一成形层406相当的厚度、例如1μm的第一绝缘层410沉积在加强层409上。129.在图15a和图15b中，由诸如多晶硅之类的半导体材料制成的结构层411沉积在第一绝缘层410上。结构层411具有基于期望的机械特性选择的厚度，例如，在该实施例中，结构层具有10μm的厚度。130.例如由原硅酸四乙酯(teos)制成并且在此具有例如0.5μm的厚度的第二绝缘层412沉积在结构层411上。131.随后，在图16a和图16b中，例如由铂制成的第一导电层420沉积在第二绝缘层412上；在第一导电层420上沉积具有高的相对介电常数(例如大于100)的单晶压电材料制成的致动层421，致动层的厚度在1μm‑3μm范围内、尤其是例如为2μm，所述单晶压电材料诸如为锆钛酸铅(pzt)、batio3、knn(铌酸钾钠)、pbtio2或pbnb2o6；例如由钨钛合金、铂、钇或铱氧化物制成的第二导电层422沉积在致动层421上，形成层的堆叠。132.通过本领域技术人员已知的光刻和选择性蚀刻步骤对由此获得的层的堆叠进行图案化，使得第一导电层420形成下电极区域415，致动层421形成多个第一压电区域416，并且第二导电层422形成多个上电极区域417。133.尤其，多个上电极区域417和多个第一压电区域416在第一蚀刻步骤中被图案化，并且因此具有相同的形状；例如在图案化多个上电极区域417和第一压电区域416之后，下电极区域415在单独的蚀刻步骤中被图案化，并且包括多个致动部分415a、多个检测部分415b(单个检测部分在图16a中可见)和多个电连接部分415c。详细地，多个致动部分415a中的每个致动部分大致处于相应上电极区域417和第一压电区域416的下面；每个检测部分415b仅在一侧上尤其在图16a中向右相对于多个上电极区域417和第一压电区域416侧向延伸；并且每个电连接部分415c尤其在图16a中的两侧上相对于多个上电极区域417和第一压电区域416侧向延伸。134.下电极区域415的每个致动部分415a、每个第一压电区域416和每个上电极区域417分别形成每个致动结构80的下致动电极81、压电致动区域82和上致动电极83。135.尤其，图16a和图16b示出第一组致动结构80a(在相应第一下成形区域407处)，并且图16b示出两个第二组致动结构80b，这两个第二组致动结构在图4a的致动器50的径向方向上与第一组致动结构80a相邻。136.随后，在图17a和图17b中，例如由氮化铝(aln)制成并且具有在0.5‑3μm范围内的厚度、尤其1μm的压电层423沉积在晶片400的正面上，并且通过光刻和选择性蚀刻图案化，以便形成多个第二压电区域430(在图17a中仅一个可见)和多个钝化区域431。137.钝化区域431各自围绕相应致动结构80，在下电极区域415的电连接部分415c的一部分(图17a)上和第二绝缘层412的一部分(图17b)上延伸，并且形成各自覆盖相应上电极区域417的多个第一开口432。138.第二压电区域430各自在下电极区域415的相应检测部分415b上方延伸，与相应钝化区域431相距一定距离。139.随后，在18a和图18b中，在晶片400上面(在晶片400的正面上)沉积并图案化例如由钼、铂、钇或铱氧化物制成的第三导电层424，以便形成第一、第二和第三导电连接区域435‑437和上检测电极区域438，如下面所述。140.详细地，第一和第二导电连接区域435、436分别在多个第一开口432内的第一组和第二组致动结构80a、80b上方延伸，与相应上电极区域417接触，并且在相应钝化区域431上面延伸。141.此外，在该实施例中，第一和第二导电连接区域435、436的部分延伸到第二绝缘层412上的每个致动结构80(图18b)的侧面，分别形成压电致动器50(图2a)的第一和第二导电轨道89a、89b。尤其，第一导电连接区域435将第一组致动结构80a互相连接并且连接至第一组上电极焊盘90a，并且第二导电连接区域436将第二组致动结构80b互相连接并且连接至压电致动器50的第二组上电极焊盘90b。142.上检测电极区域438在每个第二压电区域430上方延伸，并且与对应于图2a的第三导电轨道95并在第二绝缘层412上方延伸的第三导电连接区域437直接电接触，以便电连接到在图2a中所示的相应检测焊盘96。143.实际上，下电极区域415的每个检测部分415b、每个第二压电区域430和每个上检测电极区域438分别形成每个变形传感器91的下检测电极92、压电检测区域93和上检测电极94(这里，如上所述，每个可变形环55均有一个变形传感器)。144.随后，在19a和图19b中，在正面对晶片400进行选择性蚀刻，以便形成延伸穿过第二绝缘层412和结构层411的沟槽445。尤其，在图19b中，可以看到两个沟槽445，这两个沟槽延伸到第一组致动结构80a的左侧、第一和第二组致动结构80a、80b之间以及第二组致动结构80b的右侧。145.详细地，沟槽445可以用于将可变形环55彼此分开以及与可移动中心部分56(图2a)分开，如下文所述。146.此外，再次参照图19a和图19b，第二成形层450沉积在工作衬底405的第二表面405b上并且被光刻地图案化，以在晶片400的背面上形成窗口451，位于致动结构80、变形传感器91和第二下成形区域408下方。147.随后，在图20a和图20b中，从工作衬底405的第二表面405b开始，选择性地蚀刻晶片400，例如通过干法化学蚀刻，在窗口451处去除晶片中的半导体材料。此外，去除未被第一下成形区域407和多个第二下成形区域408覆盖的加强层409的部分。因此形成了与压电致动器50的腔体52相对应的工作腔体452。因此，从工作衬底405保留下与压电致动器50的衬底57相对应的支承部分405'，并且从加强层409保留下中心部分409'和多个连接部分409”。148.然后，再次使用第二成形层450作为蚀刻掩模，去除第一下成形区域407、多个第二下成形区域408和第一绝缘层410的部分，该部分在加强层409的中心部分409'以及多个连接部分409”的侧面上。以这种方式，沟槽445变成贯穿沟槽，图21b。149.然后去除第二成形层450。150.如图21a和图21b所示，加强层409的中心部分409'和第一绝缘层410的剩余部分(用410'表示)形成开闭器结构86；加强层409的多个连接部分409”和第一绝缘层410的剩余部分(用410”表示)形成加强结构85。此外，工作腔体452的侧面上的结构层411和第二绝缘层412与衬底405的支承部分405'一起形成框架53，并且在工作腔体452上面形成连接部分60、65、70、75、可移动中心部分56和可变形环55a‑55c，在图21b中用虚线标识。151.最后，晶片400被切割，并且在通常的电连接和封装步骤之后，每个管芯形成图2a中所示的压电致动器50。152.在所述过程中，钝化区域431由例如氮化铝制成。事实上，氮化铝具有优异的电绝缘属性，并且在氧化环境诸如空气和湿度中，在高温(甚至高达1077℃)下也是化学稳定的。因此，钝化区域431允许通过沉积和图案化单层材料来钝化压电致动器50，从而减少压电致动器50本身的制造步骤和成本。153.最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的保护范围的情况下，可以对本文描述和例示的压电致动器50、280和制造方法进行修改和改变。154.例如，本文所述的制造方法可以以本领域技术人员显而易见的方式适于制造压电致动器280，例如通过从第一成形层406开始仅形成可以用于获得加强结构85的下成形区域。155.显然，可变形环、致动结构和变形传感器的数量可以基于具体应用而修改。156.此外，变形传感器可以布置在一个或多个可变形环上。157.取决于变形和期望的应用，形成可变形结构54的层可以具有不同的厚度。158.此外，流体通道可以具有不同的形状。159.例如，偏置和测量电路可以与压电致动器形成在同一管芯中。160.控制单元220、320可以集成在压电致动器50、280中或本体205中，或者由独立的设备例如asic形成。161.此外，下致动电极和下检测电极可以由不同的导电区域形成。162.本公开的至少一个实施例涉及一种mems致动器(50；280)，包括：围绕腔体(52)的本体(51)；可变形结构(54)，悬置在所述腔体上并且包括可移动部分(56)和彼此连续布置的多个可变形元件(55)，所述可变形元件将所述可移动部分连接到所述本体并且各自经受变形；以及至少一组多个致动结构(80a、80b)，所述致动结构由可变形元件(55)支撑，并且被配置为使得所述可移动部分的平移大于每个可变形元件(55)的变形，所述致动结构各自包括相应第一压电区域(82)。163.在一些实施例中，可变形结构(54)是整体的、基本上平面的，并且包括半导体材料层(411)，并且其中，可移动部分(56)和可变形元件(55)是相邻的结构，在静止时具有处于一个平面中的上表面。164.在一些实施例中，可变形元件(55)具有大致环形形状并且围绕可移动部分(56)；所述至少一组多个致动结构是第一多个致动结构(80a)，所述第一多个致动结构被配置为使所述可变形结构(54)变形并且使所述可移动部分(56)沿着第一方向移动；所述致动器还包括第二多个致动结构(80b)，所述第二多个致动结构中的致动结构各自包括等于所述第一压电区域(83)的相应压电区域，所述第二多个致动结构被配置为使所述可变形结构(54)变形且使所述可移动部分(56)沿着第二方向移动。165.在一些实施例中，第一和第二多个致动结构(80a、80b)中的致动结构在每个可变形元件(55)中交替地连续布置，并且其中，所述可变形结构(54)包括多个臂(60、65、70、75)；所述多个臂中的第一臂(60)在所述本体(51)与所述多个可变形元件之间延伸；所述多个臂中的第二臂(65、70)在所述多个可变形元件中的相邻可变形元件之间延伸；并且所述多个臂中的第三臂(75)在所述多个可变形元件和所述可移动部分(56)之间延伸，其中，所述第二臂(65、70)将所述可变形元件上的所述第一多个致动结构中的致动结构耦联至相邻可变形元件上的所述第二多个致动结构中的致动结构。166.在一些实施例中，所述可变形结构还包括多个加强结构(85)，所述加强结构由所述可变形元件(55)支撑在相对于所述第一多个致动结构(80a)中的致动结构的相对侧上，每个加强结构布置在所述第一多个致动结构(80a)中的相应致动结构的中心部分处并且与所述多个臂中的相应臂集成。167.在一些实施例中，所述多个可变形元件(55)包括多个同心环，所述第一和第二多个致动结构(80a、80b)中的致动结构由在每个可变形元件上以均匀的彼此距离并且环形地延伸的压电带形成，每个压电带限定具有中心(c)的弯曲中线，其中，每个臂(60、65、70、75)与放置在所述多个可变形元件(55)中的第一可变形元件上的所述第二多个致动结构(80b)中的致动结构的中心以及与放置在所述多个可变形元件中的第二可变形元件上的所述第一多个致动结构(80a)中的致动结构的中心径向对准，所述第二可变形元件与所述第一可变形元件相邻并且在所述第一可变形元件的内部。168.在一些实施例中，所述可移动部分(56)由平台形成，并且所述可变形结构(54)包括由从所述可移动部分(56)突出的区域形成的开闭器结构(86)。169.在一些实施例中，至少一个检测结构(91)由所述可变形结构(54)支撑并且被配置为检测所述可变形结构的变形，每个检测结构包括相应第二压电区域(93)。170.在一些实施例中，所述至少一组多个致动结构(80a、80b)中的致动结构每个都包括相应第一区域堆叠，所述第一区域堆叠包括下致动电极(81)、所述第一压电区域(82)和上致动电极(83)，并且所述至少一个检测结构(91)包括相应第二区域堆叠，所述第二区域堆叠包括下检测电极(92)、所述第二压电区域(93)和上检测电极(94)，其中，每个检测结构(91)的所述下检测电极(92)和每个致动结构的所述下致动电极(81)由单个导电区域形成。171.在一些实施例中，多个钝化区域(431)，每个钝化区域围绕所述至少一组多个致动结构(80a、80b)中的相应致动结构并且由与所述第二压电区域(93)相同的材料形成。172.本公开的至少一个实施例涉及一种流量调节器动器200；250；270)，包括：通道本体(205；255)；流体通道(210；260)，在所述通道本体内延伸并且具有端部部分；根据权利要求8‑10中任一项所述的mems致动器，其中，所述可移动部分(56)面向所述端部部分并且被配置为改变布置在所述端部部分和所述可移动部分之间的通路截面；控制单元(220)，耦联至所述mems致动器并且被配置为向所述至少一组多个致动结构(80a、80b)提供偏置电压并且从所述至少一个检测结构(91)接收检测电压。173.在一些实施例中，所述流体通道的端部部分在静止时与所述可移动部分(56)接触。174.在一些实施例中，所述流体通道的端部部分在静止时与所述可移动部分(56)相距一定距离并且与所述可移动部分形成流体通路(265；285)。175.本公开的至少一个实施例涉及一种扬声器(300)，包括：界定腔体(305)的壳体(303)；隔膜(306)，附接至所述壳体并且悬置在所述腔体上；根据权利要求8‑10中任一项所述的mems致动器，其中，所述可变形结构(54)耦联至所述隔膜并且被配置为引起所述隔膜的变形；控制单元(320)，耦联至所述mems致动器并且被配置为向所述至少一组多个致动结构(80a、80b)提供偏置电压并且从所述至少一个检测结构(91)接收检测电压。176.本发明的至少一个实施例涉及一种用于致动本公开的mems致动器的实施例的方法，包括以下步骤：由控制单元向所述第一多个致动结构(80a)提供第一偏置电压并且不向所述第二多个致动结构(80b)提供任何偏置电压，以便引起所述可变形元件(55)的部分的局部变形以及所述可移动部分(56)沿着第一方向的平移，所述部分支撑所述第一多个致动结构中的致动结构；由所述控制单元向所述第二多个致动结构(80b)提供第二偏置电压并且不向所述第一多个致动结构(80a)提供任何偏置电压，以便引起所述可变形元件(55)的部分的局部变形及所述可移动部分沿着与所述第一方向相反的第二方向的平移，所述部分支撑所述第二多个致动结构中的致动结构。177.本公开的至少一个实施例涉及一种制造本公开的mems致动器的实施例的方法，包括以下步骤：在半导体材料晶片(400)的工作衬底(405)中形成腔体(452、52)，以限定悬置在所述腔体上的可变形结构(54)和围绕悬置结构的框架部分(53)；限定所述可变形结构(54)以形成可移动部分(56)和多个可变形元件(55)，所述多个可变形元件彼此连续地布置并且将所述可移动部分连接到所述框架部分并且每个可变形元件经受变形；以及在可变形元件(55)上面形成至少一组多个致动结构(80a、80b)，所述致动结构各自包括相应第一压电区域(82)。178.在制造本公开的mems致动器的实施例的方法的一些实施例中，可以包括在工作衬底中形成腔体，包括以下步骤：在所述工作衬底(405)的第一表面(405a)上形成多个成形区域(407、408)；在所述多个成形区域上形成加强层(409)和结构层(411)；在所述结构层中形成多个沟槽(445)；并且从与所述第一表面相对的第二表面(405b)选择性地去除所述衬底直到所述结构层，从而形成所述腔体、多个加强结构(85)、所述可变形结构(54)以及从所述结构层朝向所述腔体突出的开闭器结构(86)。179.在制造本公开的mems致动器的实施例的方法的一些实施例中，可以包括在所述可变形元件上面形成至少一个检测结构(91)的步骤，所述至少一个检测结构各自包括相应第二压电区域(93)。180.在制造本公开的mems致动器的实施例的方法的一些实施例中，可以包括形成至少一组多个致动结构，包括：从第一导电层(420)形成多个下致动电极区域(81)；从第一压电层(421)形成多个第一压电区域(82)，每个第一压电区域在相应下致动电极区域上；并且从第二导电层(422)形成多个上致动电极区域(83)，每个上致动电极区域在相应第一压电区域上；并且形成所述至少一个检测结构包括：从所述第一导电层(420)形成至少一个下检测电极区域(92)；从第二压电层(423)，在所述至少一个下检测电极区域上形成相应第二压电区域(93)；从第三导电层(424)形成至少一个上检测电极区域(94)，每个上检测电极区域在相应第二压电区域上。181.在制造本公开的mems致动器的实施例的方法的一些实施例中，可以包括形成相应第二压电区域，包括沉积第二压电层(423)和图案化第二压电层，形成相应第二压电区域(93)，并且形成多个钝化区域(431)，每个钝化区域围绕属于所述至少一组多个致动结构中的相应致动结构(80a、80b)。182.上述各种实施例可以组合以提供另外的实施例。如果需要，可以修改实施例的各方面以采用各种专利、申请和出版物的概念来提供另外的实施例。183.根据以上详细描述，可以对实施例进行这些改变和其它改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求中公开的具体实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。