CN101669373A - 传声器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在声学信号和电信号之间换能的装置，包括：含带电层和导电层的后挡板组件，以及与后挡板组件相隔预定距离的振动膜组件。该振动膜组件包括支承结构和振动膜，该振动膜响应声学信号振动并整体地形成在支承结构上，其中支承结构和振动膜由具有热机械特性的共同材料构成。该装置进一步包含间隔件、印刷电路板(PCB)和壳体。间隔件形成在后挡板组件和振动膜组件之间，共同构成电动机部分。电动机部分和PCB位于壳体内。

Description

传声器及其制造方法

关联申请的交叉引用

本申请是2007年4月30日提交的No.11/742,252美国专利申请的延续，它基于35U.S.C.§119(e)要求提交于2007年3月20日且名为“Silicon ElectretMicrophone and Manufacturing Method Thereof(硅驻极体传声器及其制造方法)”的No.60/895,798美国临时申请的权益，这些文献的公布内容出于各种目的而以引用方式完整地包含于此。

背景

传统的驻极体电容式传声器利用横跨金属环延伸并粘性地附连于金属环的金属化聚酯薄膜，以充当振动膜。该环/薄膜组件中的张力是决定传声器灵敏度的主要因素。温度和湿度的改变影响环/薄膜组件且用于使薄膜附连于环的粘合剂受到蠕变。这随时间和环境变化而导致不稳定性。当使用配对时由于它们的性能随时间而偏移，这尤其成问题。需要提供一种具有在温度改变时等量膨胀的环/薄膜组件的传声器并且无需任何粘合剂来用于环/薄膜组件附连。此外，薄膜对湿度校不敏感，由此在一段时间上产生更稳定的性能。

附图简述

为了更完全地理解本公布，参照下面的详细说明和附图，其中：

图1是示出体现本发明原理的传声器组件的分解图；

图2是体现本发明原理的图1的传声器组件的立体图；

图3是体现本发明原理的图1所示传声器组件的电动机部分的局部放大图；

图4A-4D是体现本发明原理的振动膜组件的横截面图；

图5是体现本发明原理的图4D的振动膜组件的剖视图；

图6是体现本发明原理的图5所示的振动膜组件的放大剖视图；

图7是体现本发明原理的用于形成多个振动膜组件的晶片的俯视图。

本领域内技术人员应当理解，附图中的部件为了简单和明了而示出。还可理解，某些动作和/或步骤可能以特定发生顺序描述或表达，然而本领域内技术人员可以理解这种顺序上的特殊性实际上并不需要。还可理解，本文中使用的术语和表达具有这些术语和表达就其对应的调查和研究的领域而言相符合的一般意思，除非在本文中另外表述出特定的意思。

详细说明

尽管本公布可以有多种修改和替换形式，然而在附图中以示例方式示出某些实施例且这些实施例将在本文中予以详细说明。然而要理解，本公布不打算将本发明限制在所描述的特定形式，相反，本发明旨在覆盖落在本发明如所附权利要求书定义的精神和范围内的所有修改、变化和等效物。

图1示出实质上可用于例如耳机、双耳式耳机、蓝牙无线头戴式耳机、插入式耳机、UWB无线头戴耳机、助听器等任何形式听音装置的换能器100的分解图。助听器可以是耳后式(BTE)、耳内式(ITE)、耳管内式(ITC)、完全耳管内式(CIC)、组合式BTE/ITE、组合式BTE/ITC、组合式BTE/CIC等。也可采用其它类型的听音装置。换能器100根据所要求的应用场合可以是接收器、扬声器、传声器、组合式接收器和传声器、双传声器。在所示实施例中，换能器100是传声器。传声器100包括壳体，该壳体具有通过任何已知技术附连在一起的上壳体106和下壳体104。传声器100还包括振动膜组件110、间隔件116和后挡板组件118，它们一起构成电动机部分140。关于电动机部分的形成的更多细节在下文中给出。

在下壳体104上通过任何已知技术形成至少一个端口108以使声波能进入设置在壳体104、106中的电动机部分140并与之相互作用。安装在印刷电路板(PCB)120上的电子器件(未示出)被设置在壳体104、106中。该电子器件根据所要求的应用场合可以是集成电路(IC)芯片、电容器、电阻器、电感器或其它无源器件。应当理解，可包括一个或多个芯片和电子器件。在一个实施例中，该器件是混合电路。该混合电路包括例如源跟随场效应晶体管(FET)IC的阻抗缓冲电路(未示出)。PCB 120可包括提供接地、电源输入以及与由传声器100的电动机部分换能的声音对应的经处理电信号的输出的三条连接线126、128、130。如图所示，位于电动机部分140的连接线124通过连接线126电耦合于PCB120。当PCB 120和电动机部分140被设置在下壳体104的最终位置或闭合位置时，上壳体104和下壳体106固定地附连在一起，将内部器件锁定在位。然后将软线电路组件122安装在壳体102的上表面以为听音装置(未示出)中的器件提供电连接。该软线电路组件122包括提供接地端子、输出端子和电源端子的多个端子136。组件122的软线电路134上的多个焊点138电连接于这些端子136。PCB 120的导线126、128、130延伸穿过形成在上壳体106上的开口132，电连接于组件122的端子136。

图2示出体现本发明的原理的传声器100的立体图。作为电动机部分140一部分的振动膜组件110(如图1所示)被设置在壳体102内。软线电路组件122固定地附连在壳体102的上表面。壳体102包括第一壳体104和通过已知技术附连于第一壳体104的第二壳体106。尽管壳体102具有圆柱形，然而应当理解适应要求应用场合的任何壳体形状或构造都是可以满足要求，包括大致方形、矩形或任何合需的几何形状和尺寸。壳体102可由各种材料制成，例如不锈钢、导电材料和非导电材料的交替层(例如涂覆金属微粒的塑料)等。

图3示出设置在图1所示的传声器100的下壳体104a内的电动机部分140。电动机部分104包括振动膜组件110、后挡板组件118和间隔件116。具有某一厚度的间隔件116被设置在振动膜组件110和后挡板组件118之间。间隔件116呈环形圈形状并与下壳体104的内部构造对应。它一般以例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、塑料等电绝缘材料制成。也可采用其它种类的材料。作为替代，间隔件可选自一组类金属材料，例如镍或不锈钢。

后挡板组件118安装在间隔件116上，后挡板组件118呈盘形，其具有中央部分142、至少一个卸荷部分144(在图1中示出为三个)以及至少一个凸起146(在图1中示出为三个)。应当理解，后挡板组件118可采用适于任何要求应用场合的任何形状或构造，包括具有或不具有后挡板支承件并与间隔件116的构造对应的大致方形、盘形、矩形或任何其它合需的几何形状和尺寸。后挡板组件118包括导电层118a和带电层118b。带电层118b可选自一组具有良好电荷存储性能、良好的耐化学性和高温度稳定性的热塑材料的材料。在一个实施例中，带电层118b可以是通常以商品名称TEFLON获得的氟化乙烯丙烯材料或任何类似的材料。也可采用其它种类的材料。导电层118a由例如不锈钢、金、涂覆金属微粒的聚合物等的导电材料制成，用于从带电层118b传输信号。也可采用其它类型的材料。可选的聚合物层(未示出)可以任何已知技术附连于导电层18a。

振动膜组件110包括支承结构112和振动膜114。关于振动膜组件形成方式的更多细节将在本文中予以更为详细地说明。如图3所示，后挡板组件118的带电层118b直接露出于振动膜组件110的振动膜114并通过间隔件116与振动膜组件形成隔开。支承结构112的下表面与下壳体104的内壁保持接触。振动膜组件110的振动膜114一般露出于声音端口108，该声音端口108通过支承结构112与振动膜114隔开。可选的减震元件(未示出)可附连于下壳体104以防止碎屑通过端口108进入下壳体104，这可能会使电动机部分140损坏。

图4A-4D示出制造用于传声器100的振动膜组件110的一个示例。可提供通常从Shin-Etsu Handotai有限责任公司以商品名UNIBOND获得的绝缘体上硅结构(SOI)晶片200或任何类似材料。也可采用其它种类的材料，而不脱离本发明的范围。晶片200包括具有大约1μm均匀厚度的第一单晶硅层202、中间层206以及搬运晶片204。中间层206一般为二氧化硅薄膜；然而，也可采用其它薄膜材料。如图4B所示，使用活性离子蚀刻(RIE)(未示出)在周缘上蚀刻第一硅层202和薄膜206。也可采用其它类型的蚀刻。作为代替，可在制造振动膜组件110的末道工序中蚀刻薄膜206的周缘而不脱离本发明的范围。有选择地蚀刻第一层202的一部分以形成穿孔148。可针对要求的应用场合采用一个以上的穿孔。然后蚀刻经由穿孔148露出于周围环境的一部分中间层206。第一层202形成振动膜组件110的振动膜114。

现在，参照图4C，背面蚀刻搬运晶片204以形成振动膜组件110的支承结构112。蚀刻工艺可以是例如深度活性离子蚀刻(DRIE)。也可采用其它种类的蚀刻。可随后使用任何常规的蚀刻方案(未示出)去除薄膜206露出于环境的第二表面，从而如图4D所示地将振动膜114脱出。如早前提到的那样，在形成支承结构112后，在单道工序中蚀刻薄膜206的周缘和薄膜206露出于环境的第二表面。

图5-6示出传声器100的振动膜组件110。振动膜组件110包括支承结构112和振动膜114。呈环形圈形状形式并与壳体的内部构造对应的支承结构112包括大约1.0mm-3.0mm的外径，例如大致3.0mm、大致2.5mm、大致2.2mm、大致2.0mm、大致1.5mm或大致1.0mm。支承结构112具有大约0.5mm-2.0mm的内径，例如大致2.0mm、大致1.8mm、大致1.5mm、大致1.0mm或大致0.5mm。支承结构的厚度为大约80μm-200μm，例如大致200μm、大致150μm、大致125μm、大致100μm或大致80μm。呈盘形式的振动膜114保持成通过中间氧化层206与支承结构112接触(见图4D)。振动膜114的厚度为大约0.5μm-2.0μm，例如大致2.0μm、大致1.5μm、大致1.0μm或大致0.5μm。可以理解，根据所要求的应用场合，支承结构112的尺寸和振动膜114的厚度与传声器的构造对应。如图6所示，在振动膜114上形成穿孔148，其直径小于75μm，例如小于60μm、例如小于50μm、例如小于40μm、例如小于30μm、例如小于20μm、例如小于15μm、例如小于13μm、例如小于10μm、例如小于8μm。穿孔148用来控制传声器100的低频衰减。硅振动膜组件的一个优点是由于在单道工艺中制成振动膜和支承结构而不需要粘合。由于环和振动膜由相同材料构成，硅振动膜组件随着温度变化而均匀地膨胀。此外，振动膜不因湿度变化而有所反应。由于振动膜组件是整块的硅结构，因此可更长时间地保证多对换能器的匹配。

图7示出形成多个振动膜组件的晶片300的俯视图。然后，将晶片300安装在切割带(未示出)上并随后沿切割走廊302切割以形成多个振动膜组件110。可使用锯、激光器或通过划线折断法来完成切割。也可采用其它的切割工艺例子。

在本文中描述了本发明的较佳实施例，包括落实本发明的发明人所知道最佳模式。应当理解，所示实施例仅为示例性的，且不应当理解为对本发明范围的限制。

Claims (22)

1.一种用于在声学信号和电信号之间换能的装置，包括：

含带电层和导电层的后挡板组件；以及

与所述后挡板组件相隔预定距离的振动膜组件，所述振动膜组件包括支承结构和振动膜，所述振动膜响应声学信号而振动并整体地设置在所述支承结构上，其中所述支承结构和所述振动膜形成自共同的材料。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述材料是硅。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振动膜组件形成自绝缘体上硅结构的晶片。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承结构具有大约80μm至大约200μm的厚度。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承结构包括外径和内径。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支承结构的外径在1.0-3.0mm之间的范围内。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支承结构的内径在0.5-2.0mm之间的范围内。

8.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述振动膜具有大约0.5-2.0μm的厚度。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述后挡板组件和所述振动膜组件之间形成有间隔件，从而形成电动机部分。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述间隔件由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、塑料、塑料复合材料、纤维加强塑料及其组合的材料来形成。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述间隔件是类似金属的材料。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述振动膜组件上形成至少一个穿孔，以控制频率、提供大气压或其组合。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述穿孔具有大约8μm至大约75μm的直径。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置是传声器。

15.一种用于助听器的传声器，包括：

含带电层的后挡板组件，所述带电层是氟化乙烯丙烯类材料；以及

与所述后挡板组件隔开预定距离的振动膜组件，所述振动膜组件包括支承结构和振动膜，所述振动膜响应声学信号而振动且整体地设置在所述支承结构上，所述支承结构和所述振动膜由单晶硅制成；

其中所述后挡板组件和所述振动膜组件联接在一起以形成电动机部分。

16.如权利要求15所述的传声器，其特征在于，在所述后挡板组件和所述振动膜组件之间形成有间隔件。

17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述支承结构的厚度为大约125μm。

18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述支承结构具有大约2.2mm的外径。

19.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述支承结构具有大约1.8mm的内径。

20.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述振动膜具有大约1μm的厚度。

21.如权利要求15所述的传声器，其特征在于，所述后挡板组件包括与所述带电层相邻的导电层。

22.一种形成用于传声器的振动膜组件的方法，所述振动膜组件具有支承结构和振动膜，所述方法包括：

提供具有第一层、中间层和搬运晶片的绝缘体上硅结构的晶片；

蚀刻所述第一层的周缘以形成振动膜；

进一步有选择地在所述第一层的周缘附近穿过所述第一层蚀刻出孔，以形成穿孔；

有选择地背面蚀刻所述搬运晶片以形成支承结构；以及

使用蚀刻剂去除未被覆盖的所述中间层的一部分，从而形成从所述支承结构悬伸的振动膜。

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