CN102948170A - 具有mems技术的电动式扬声器结构 - Google Patents

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Abstract

具有MEMS技术的电动式扬声器结构，包括：定子-成形构件(2)、膜片-成形构件(3)、以及用于连接所有这些构件的弹性形变构件(4)，其特征在于定子-成形构件(2)、膜片-成形构件(3)、以及连接构件(4)通过加工硅芯片由单一部件构成。

Description

具有MEMS技术的电动式扬声器结构
技术领域
本申请涉及一种具有微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)技术的电动式扬声器结构。更为具体地说，本申请涉及这样的一种结构，其包括：定子-成形构件、膜片-成形构件、以及用于连接所有这些构件的弹性形变构件。
背景技术
现有技术中已知的扬声器结构是如同Sang-Soo等人在“A Compact andLow-Cost MEMS Loudspeaker for Digital Hearing Aids(用于数字扬声器的一种紧凑且低成本的MEMS扬声器)”一文中所描述的类型(参见IEEE″Transactionson Biomedical Circuits and Systems(生物医学电路与系统会报)″volume 3，No.5，October 2009)。
在这篇文献中，膜片-成形构件采用聚酰亚胺薄膜的形式，聚酰亚胺薄膜与基于硅芯片制成的定子-成形构件相关联。
虽然如此，这种膜片-成形构件结构具有某些缺点，特别是涉及其生产的复杂度、其功率限制、以及其输出。
因此，本申请旨在解决这些问题。
发明内容
为此，本申请涉及具有MEMS技术的电动式扬声器结构，包括：定子-成形构件、膜片-成形构件、以及用于连接所有这些构件的弹性形变构件，其特征在于：定子-成形构件、膜片-成形构件、以及连接构件通过加工硅芯片由单一部件构成。
根据本申请的另一方面，扬声器结构包括以下特征中的一个或多个：
连接构件包括连接臂，连接臂有规律地分布在定子-成形构件与膜片-成形构件之间；
膜片-成形构件的至少一个表面包括其加强构件；
加强构件包括筋；
加强构件包括径向筋；
膜片-成形构件具有朝向其边缘方向增加的厚度；
膜片-成形构件的至少一个表面包括线圈-成形构件；
线圈-成形构件包括由连接构件支撑的电连接部分；
线圈-成形构件由铜制成；
定子-成形构件的至少一个表面包括由硬磁性材料制成的构件；
由硬磁性材料制成的构件采用布置在膜片-成形构件周围的环的形式；
由硬磁性材料制成的构件为由钐钴合金或铁钕硼合金制成；
膜片-成形构件的至少一个表面包括盲穿孔(blind piercings)；
线圈-成形构件的质量等于或约等于膜片-成形构件的质量；
结构的不同构件加工于其中的硅芯片是基于SOI技术；以及
芯片由单晶硅制成。
附图说明
利用下列附图，将更好的理解本申请，所提供的附图仅作为实例，其中：
图1示出了根据本申请的扬声器结构的部分剖面的透视图；
图2示出了这种结构的一部分的放大透视图；
图3和4示出了这种结构的后表面的透视图；
图5表明对单晶硅芯片进行加工，以得到根据本申请的结构；
图6和7示出了根据本申请的结构的不同替代实施例的后视图；
图8至11示出了说明根据本申请的扬声器结构的不同替代实施例的透视图。
具体实施方式
这些附图，特别是图1和2，示出了电动式扬声器结构(附图标记为1)。
概括而言，这种结构包括：定子-成形构件(附图标记为2)、膜片-成形构件(附图标记为3)以及用于连接所有这些构件的弹性形变构件(附图标记为4)。
事实上，如图所示，定子-成形构件、膜片-成形构件、以及连接构件是通对硅芯片(例如，单晶硅)进行微-结构化/加工而在单个片中形式的，举例而言，硅芯片是基于SOI(绝缘体上硅)技术，如图所示。
也可考虑多晶硅。
如图1-5中各个附图所示的，在图5中更为清晰，事实上，连接构件(附图标记4)包括有规律地分布在定子-成形构件2与膜片-成形构件3之间连接臂。
举例而言，如图5所示，可以有4个这样的臂。
当然，也可以考虑不同数目和不同形式的臂，如下文更为详细的描述。
在图5中，不同的臂分别由附图标记5、6、7和8来表示。
如这些附图所示，至少一个表面(例如，膜片-成形构件3的后表面)包括其加强构件。
在这些附图中，加强构件由附图标记9来表示，并且如图3和4中更为清晰地示出，加强构件9是由加强筋(优选地，为径向的)构成，例如，附图标记10表示其中一个加强筋。
事实上，可以通过其他构件来实现膜片-成形构件3的加强，例如，通过从膜片-成形构件的中心到其边缘，增加膜片-成形构件的厚度来实现。
举例而言，膜片-成形构件3的其他表面包括线圈-成形构件，线圈-成形构件由图1和2中的附图标记11来表示。
线圈-成形构件11包括由连接构件支撑的电连接部分，例如，由图1中的附图标记12所表示的部分，所述部分例如由连接臂6来支撑。
举例而言，线圈-成形构件11可以由铜制成，当然也可以考虑其他实施。
最后，定子-成形构件的至少一个表面包括由硬磁性材料制成的构件，例如，采用布置在膜片-成形构件3周围的环的形式。
由硬磁性材料制成的这个构件可以由钐钴合金或铁钕硼合金或其他合金制成。
在图1和2所示出的实施例中，定子-成形构件的两个表面包括这样的环，这些环分别由附图标记13和14来表示。
然后，这些环被放置在SOI芯片的任一侧，举例而言，横杆15可以与环13相关联，因此这些环在芯片的两侧是对称放置的。
需要注意的是，如图6和7所示，膜片-成形构件3的至少一个表面可以包括盲穿孔，例如，图6中的附图标记16所表示的穿孔，或图7中的附图标记17所表示的穿孔，这些穿孔可以采用各种形式。
事实上，这些穿孔是设计用来减轻膜片-成形构件的。
最后，需要注意的是，线圈-成形构件的质量等于或约等于膜片-成形构件的质量，以使得结构的输出最优化。
可以看出，扬声器结构是在硅衬底上整体制成的。数百个这种结构通过“WAFER(晶片)”同时制成，晶片通常是用来生产半导体电子元件的圆形硅盘。
膜片-成形构件是由圆形平坦表面形成的，圆形平坦表面由连接臂悬挂至定子-成形构件。
不同构形是“微-结构化/加工”在衬底上的。
一方面，硅给予扬声器表面(即，发射声波的可移动表面)较大的硬度，而另一方面，在没有机械疲劳的情况下允许连接臂改变形状。
线圈-成形构件“螺旋”沉积在可移动表面上，电连接是通过连接臂来实现的。
固定或沉积在定子-成形构件上的硬质磁性材料的环产生径向磁场。
该组件产生无铁心的磁路，并且允许良好的声音质量。
用于向扬声器结构供以动力的电和信号放大处理的全部或部分可以在同一个硅芯片上实现，这样做允许对可移动线圈的电流进行控制。举例而言，可以使用已经用于生产加速计微传感器的技术，来生产可移动部分、膜片、以及连接臂。
举例而言，膜片是直径在5-15mm之间，并且厚度在20-400微米之间的硅盘。
在厚膜片的情况下，通过非-透过穿孔使得后者变得较轻。这个减轻可以代表多达90％的最初质量。可移动质量为输出的重要标准。可移动部分必须尽可能轻，但是发射表面(即，膜片)必须尽可能坚硬。
优选地，扬声器表面的第一特定变形模式必须具有高于结构带宽的最大频率的频率。
连接臂被加工成允许膜片的期望运动和运行。
构件之间空间的加工宽度小到足以限制结构的前表面和后表面之间的声漏。
举例而言，线圈-成形构件由铜制成且利用已知方法沉积在膜片的其中一个表面上。由于布置在连接臂上的凹槽，获得了朝向可移动部分的电连续性。通过使用电子元件的已知技术，线圈-成形构件的中心端通过膜片的相反面与臂接合。
与膜片相比而言，这些连接臂可以具有较小的厚度，以便于使得这些连接臂更灵活。
因此，可移动部分的运动必须忠于对线圈进行供电的电信号，以及对该信号进行放大，以便给出使得该膜片开始运动的所需功率。
为了获得给定的声功率，需要让给定体积的空气运动起来，并且因此，使得膜片显著运动起来。
因此，机电的尺寸是考虑到这一点来完成的，以便与现有技术的系统相比，获得优良质量的声源，并且允许特别是音乐的忠实再现，包括低频处的音乐的忠实再现，但这不是本申请所考虑的。
由于所考虑的电压和所要求的自主性，这种结构适用于多种领域，特别是电话、随声听、各种音乐阅读器等。
当然，可以考虑本申请的不同实施例，如图8-11中所示，并且可以考虑不同形式的定子-成形构件、膜片-成形构件、线圈以及臂。

Claims (16)

1.一种具有MEMS技术的电动式扬声器结构，包括：定子-成形构件(2)、膜片-成形构件(3)、以及用于连接所有这些构件的弹性形变构件(4)，其特征在于：所述定子-成形构件(2)、膜片-成形构件(3)、以及连接构件(4)通过加工硅芯片由单一部件构成。
2.根据权利要求1所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述连接构件(4)包括连接臂(5、6、7、8)，所述连接臂(5、6、7、8)有规律地分布在所述定子-成型构件(2)与所述膜片-成形构件(3)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述膜片-成形构件(3)的至少一个表面包括其加强构件(9、10)。
4.根据权利要求3所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述加强构件包括筋(10)。
5.根据权利要求4所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述加强构件包括径向筋(10)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述膜片-成形构件(3)具有朝向其边缘方向增加的厚度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述膜片-成形构件(3)的至少一个表面包括线圈-成形构件(11)。
8.根据权利要求7所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述线圈-成形构件(11)包括由所述连接构件(4)支撑的电连接部分(12)。
9.根据权利要求7或8所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述线圈-成形构件(11)由铜制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述定子-成形构件(2)的至少一个表面包括由硬质磁性材料制成的构件(13、14)。
11.根据权利要求10所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述由硬质磁性材料制成的构件采用布置在所述膜片-成形构件(3)周围的环(13、14)的形式。
12.根据权利要求10或11所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述由硬质磁性材料制成的构件为由钐钴合金或铁钕硼合金制成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述膜片-成形构件的至少一个表面包括盲穿孔(16、17)。
14.根据权利要求7和权利要求8-13中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述线圈-成形构件(11)的质量等于或约等于所述膜片-成形构件(3)的质量。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述结构的不同构件加工于其中的所述硅芯片是基于SOI技术。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电动式扬声器结构，其特征在于：所述芯片是由单晶硅制成。
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