專利名稱：具有mems技術(shù)的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種具有微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)技術(shù)的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)。更為具體地說，本申請涉及這樣的一種結(jié)構(gòu)，其包括定子-成形構(gòu)件、膜片-成形構(gòu)件、以及用于連接所有這些構(gòu)件的彈性形變構(gòu)件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知的揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)是如同Sang-Soo等人在“A Compact and Low-CostMEMS Loudspeaker for Digital Hearing Aids (用于數(shù)字揚(yáng)聲器的一種緊湊且低成本的MEMS揚(yáng)聲器)”一文中所描述的類型(參見 IEEE" Transactions on Biomedical Circuitsand Systems (生物醫(yī)學(xué)電路與系統(tǒng)會報)"volume 3, No. 5, October 2009)。
在這篇文獻(xiàn)中，膜片-成形構(gòu)件采用聚酰亞胺薄膜的形式，聚酰亞胺薄膜與基于娃芯片制成的定子-成形構(gòu)件相關(guān)聯(lián)。雖然如此，這種膜片-成形構(gòu)件結(jié)構(gòu)具有某些缺點，特別是涉及其生產(chǎn)的復(fù)雜度、其功率限制、以及其輸出。因此，本申請旨在解決這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本申請涉及具有MEMS技術(shù)的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，包括定子-成形構(gòu)件、膜片-成形構(gòu)件、以及用于連接所有這些構(gòu)件的彈性形變構(gòu)件，其特征在于定子-成形構(gòu)件、膜片-成形構(gòu)件、以及連接構(gòu)件通過加工硅芯片由單一部件構(gòu)成。根據(jù)本申請的另一方面，揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)包括以下特征中的一個或多個連接構(gòu)件包括連接臂，連接臂有規(guī)律地分布在定子-成形構(gòu)件與膜片-成形構(gòu)件之間；膜片-成形構(gòu)件的至少一個表面包括其加強(qiáng)構(gòu)件；加強(qiáng)構(gòu)件包括筋；加強(qiáng)構(gòu)件包括徑向筋；膜片-成形構(gòu)件具有朝向其邊緣方向增加的厚度；膜片-成形構(gòu)件的至少一個表面包括線圈-成形構(gòu)件；線圈-成形構(gòu)件包括由連接構(gòu)件支撐的電連接部分；線圈-成形構(gòu)件由銅制成；定子-成形構(gòu)件的至少一個表面包括由硬磁性材料制成的構(gòu)件；由硬磁性材料制成的構(gòu)件采用布置在膜片-成形構(gòu)件周圍的環(huán)的形式；由硬磁性材料制成的構(gòu)件為由釤鈷合金或鐵釹硼合金制成；膜片-成形構(gòu)件的至少一個表面包括盲穿孔(blind piercings)；線圈-成形構(gòu)件的質(zhì)量等于或約等于膜片-成形構(gòu)件的質(zhì)量；結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)件加工于其中的硅芯片是基于SOI技術(shù)；以及
芯片由單晶硅制成。


利用下列附圖，將更好的理解本申請，所提供的附圖僅作為實例，其中圖I示出了根據(jù)本申請的揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)的部分剖面的透視圖；圖2示出了這種結(jié)構(gòu)的一部分的放大透視圖；圖3和4示出了這種結(jié)構(gòu)的后表面的透視圖；
圖5表明對單晶硅芯片進(jìn)行加工，以得到根據(jù)本申請的結(jié)構(gòu)；圖6和7示出了根據(jù)本申請的結(jié)構(gòu)的不同替代實施例的后視圖；圖8至11示出了說明根據(jù)本申請的揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)的不同替代實施例的透視圖。
具體實施例方式這些附圖，特別是圖I和2，示出了電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)(附圖標(biāo)記為I)。概括而言，這種結(jié)構(gòu)包括定子-成形構(gòu)件(附圖標(biāo)記為2)、膜片-成形構(gòu)件(附圖標(biāo)記為3)以及用于連接所有這些構(gòu)件的彈性形變構(gòu)件(附圖標(biāo)記為4)。事實上，如圖所示，定子-成形構(gòu)件、膜片-成形構(gòu)件、以及連接構(gòu)件是通對硅芯片(例如，單晶硅)進(jìn)行微-結(jié)構(gòu)化/加工而在單個片中形式的，舉例而言，硅芯片是基于
SOI(絕緣體上娃)技術(shù),如圖所示。也可考慮多晶硅。如圖1-5中各個附圖所示的，在圖5中更為清晰，事實上，連接構(gòu)件(附圖標(biāo)記4)包括有規(guī)律地分布在定子-成形構(gòu)件2與膜片-成形構(gòu)件3之間連接臂。舉例而言，如圖5所示，可以有4個這樣的臂。當(dāng)然，也可以考慮不同數(shù)目和不同形式的臂，如下文更為詳細(xì)的描述。在圖5中，不同的臂分別由附圖標(biāo)記5、6、7和8來表不。如這些附圖所示，至少一個表面(例如，膜片-成形構(gòu)件3的后表面)包括其加強(qiáng)構(gòu)件。在這些附圖中，加強(qiáng)構(gòu)件由附圖標(biāo)記9來表示，并且如圖3和4中更為清晰地示出，加強(qiáng)構(gòu)件9是由加強(qiáng)筋(優(yōu)選地，為徑向的)構(gòu)成，例如，附圖標(biāo)記10表示其中一個加強(qiáng)筋。事實上，可以通過其他構(gòu)件來實現(xiàn)膜片-成形構(gòu)件3的加強(qiáng)，例如，通過從膜片-成形構(gòu)件的中心到其邊緣，增加膜片-成形構(gòu)件的厚度來實現(xiàn)。舉例而言，膜片-成形構(gòu)件3的其他表面包括線圈-成形構(gòu)件，線圈-成形構(gòu)件由圖I和2中的附圖標(biāo)記11來表不。線圈-成形構(gòu)件11包括由連接構(gòu)件支撐的電連接部分，例如，由圖I中的附圖標(biāo)記12所表示的部分，所述部分例如由連接臂6來支撐。舉例而言，線圈-成形構(gòu)件11可以由銅制成，當(dāng)然也可以考慮其他實施。最后，定子-成形構(gòu)件的至少一個表面包括由硬磁性材料制成的構(gòu)件，例如，采用布置在膜片-成形構(gòu)件3周圍的環(huán)的形式。由硬磁性材料制成的這個構(gòu)件可以由釤鈷合金或鐵釹硼合金或其他合金制成。
在圖I和2所示出的實施例中，定子-成形構(gòu)件的兩個表面包括這樣的環(huán)，這些環(huán)分別由附圖標(biāo)記13和14來表示。然后，這些環(huán)被放置在SOI芯片的任一側(cè)，舉例而言，橫桿15可以與環(huán)13相關(guān)聯(lián)，因此這些環(huán)在芯片的兩側(cè)是對稱放置的。需要注意的是，如圖6和7所示，膜片-成形構(gòu)件3的至少一個表面可以包括盲穿孔，例如，圖6中的附圖標(biāo)記16所表示的穿孔，或圖7中的附圖標(biāo)記17所表示的穿孔，這些穿孔可以采用各種形式。事實上，這些穿孔是設(shè)計用來減輕膜片-成形構(gòu)件的。最后，需要注意的是，線圈-成形構(gòu)件的質(zhì)量等于或約等于膜片-成形構(gòu)件的質(zhì)量，以使得結(jié)構(gòu)的輸出最優(yōu)化。可以看出，揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)是在硅襯底上整體制成的。數(shù)百個這種結(jié)構(gòu)通過 "WAFER(晶片)”同時制成，晶片通常是用來生產(chǎn)半導(dǎo)體電子元件的圓形硅盤。膜片-成形構(gòu)件是由圓形平坦表面形成的，圓形平坦表面由連接臂懸掛至定子-成形構(gòu)件。不同構(gòu)形是“微-結(jié)構(gòu)化/加工”在襯底上的?！矫?娃給予揚(yáng)聲器表面(即，發(fā)射聲波的可移動表面)較大的硬度，而另一方面，在沒有機(jī)械疲勞的情況下允許連接臂改變形狀。線圈-成形構(gòu)件“螺旋”沉積在可移動表面上，電連接是通過連接臂來實現(xiàn)的。固定或沉積在定子-成形構(gòu)件上的硬質(zhì)磁性材料的環(huán)產(chǎn)生徑向磁場。該組件產(chǎn)生無鐵心的磁路，并且允許良好的聲音質(zhì)量。用于向揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)供以動力的電和信號放大處理的全部或部分可以在同一個娃芯片上實現(xiàn)，這樣做允許對可移動線圈的電流進(jìn)行控制。舉例而言，可以使用已經(jīng)用于生產(chǎn)加速計微傳感器的技術(shù)，來生產(chǎn)可移動部分、膜片、以及連接臂。舉例而言，膜片是直徑在5_15mm之間，并且厚度在20-400微米之間的硅盤。在厚膜片的情況下，通過非-透過穿孔使得后者變得較輕。這個減輕可以代表多達(dá)90%的最初質(zhì)量?？梢苿淤|(zhì)量為輸出的重要標(biāo)準(zhǔn)?？梢苿硬糠直仨毐M可能輕，但是發(fā)射表面(即，膜片)必須盡可能堅硬。優(yōu)選地，揚(yáng)聲器表面的第一特定變形模式必須具有高于結(jié)構(gòu)帶寬的最大頻率的頻率。連接臂被加工成允許膜片的期望運(yùn)動和運(yùn)行。構(gòu)件之間空間的加工寬度小到足以限制結(jié)構(gòu)的前表面和后表面之間的聲漏。舉例而言，線圈-成形構(gòu)件由銅制成且利用已知方法沉積在膜片的其中一個表面上。由于布置在連接臂上的凹槽，獲得了朝向可移動部分的電連續(xù)性。通過使用電子元件的已知技術(shù)，線圈-成形構(gòu)件的中心端通過膜片的相反面與臂接合。與膜片相比而言，這些連接臂可以具有較小的厚度，以便于使得這些連接臂更靈活。因此，可移動部分的運(yùn)動必須忠于對線圈進(jìn)行供電的電信號，以及對該信號進(jìn)行放大，以便給出使得該膜片開始運(yùn)動的所需功率。為了獲得給定的聲功率，需要讓給定體積的空氣運(yùn)動起來，并且因此，使得膜片顯著運(yùn)動起來。因此，機(jī)電的尺寸是考慮到這一點來完成的，以便與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比，獲得優(yōu)良質(zhì)量的聲源，并且允許特別是音樂的忠實再現(xiàn)，包括低頻處的音樂的忠實再現(xiàn)，但這不是本申請所考慮的。由于所考慮的電壓和所要求的自主性，這種結(jié)構(gòu)適用于多種領(lǐng)域，特別是電話、隨聲聽、各種音樂閱讀器等。當(dāng)然，可以考慮本申請的不同實施例，如圖8-11中所示，并且可以考慮不同形式的定子-成形構(gòu)件、膜片-成形構(gòu)件、線圈以及臂?！?br> 權(quán)利要求
1.一種具有MEMS技術(shù)的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu),包括定子-成形構(gòu)件(2)、膜片-成形構(gòu)件(3)、以及用于連接所有這些構(gòu)件的彈性形變構(gòu)件(4)，其特征在于所述定子-成形構(gòu)件(2)、膜片-成形構(gòu)件(3)、以及連接構(gòu)件(4)通過加工硅芯片由單一部件構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述連接構(gòu)件(4)包括連接臂(5、6、7、8)，所述連接臂(5、6、7、8)有規(guī)律地分布在所述定子-成型構(gòu)件(2)與所述膜片-成形構(gòu)件⑶之間。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述膜片-成形構(gòu)件(3)的至少一個表面包括其加強(qiáng)構(gòu)件(9、10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述加強(qiáng)構(gòu)件包括筋(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述加強(qiáng)構(gòu)件包括徑向筋(10)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述膜片-成形構(gòu)件(3)具有朝向其邊緣方向增加的厚度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述膜片-成形構(gòu)件(3)的至少一個表面包括線圈-成形構(gòu)件(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述線圈-成形構(gòu)件(11)包括由所述連接構(gòu)件(4)支撐的電連接部分(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述線圈-成形構(gòu)件(11)由銅制成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述定子-成形構(gòu)件(2)的至少一個表面包括由硬質(zhì)磁性材料制成的構(gòu)件(13、14)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述由硬質(zhì)磁性材料制成的構(gòu)件采用布置在所述膜片-成形構(gòu)件(3)周圍的環(huán)(13、14)的形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述由硬質(zhì)磁性材料制成的構(gòu)件為由釤鈷合金或鐵釹硼合金制成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述膜片-成形構(gòu)件的至少一個表面包括盲穿孔(16、17)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7和權(quán)利要求8-13中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu),其特征在于所述線圈-成形構(gòu)件(11)的質(zhì)量等于或約等于所述膜片-成形構(gòu)件(3)的質(zhì)量。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)件加工于其中的所述娃芯片是基于SOI技術(shù)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述芯片是由單晶硅制成。
全文摘要
具有MEMS技術(shù)的電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，包括定子-成形構(gòu)件(2)、膜片-成形構(gòu)件(3)、以及用于連接所有這些構(gòu)件的彈性形變構(gòu)件(4)，其特征在于定子-成形構(gòu)件(2)、膜片-成形構(gòu)件(3)、以及連接構(gòu)件(4)通過加工硅芯片由單一部件構(gòu)成。
文檔編號H04R7/18GK102948170SQ201180007585
公開日2013年2月27日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者蓋伊·勒瑪匡德, 瓦萊麗·勒瑪匡德, 以利亞·瑪麗·勒弗夫爾, 瑪麗安·亞歷山大·勞倫斯·瓦伊達(dá)斯克, 約翰·穆蘭, 法比恩·讓·弗朗索斯·帕瑞恩 申請人:緬因大學(xué)