CN103841478A - 耳机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耳机，其包括：一外壳，具有一收容空间；以及一发声芯片，其设置于外壳的收容空间内，所述发声芯片包括一热致发声器，所述热致发声器包括：一基底，所述基底具有相对的一第一表面以及第二表面；一热致发声元件，其设置于所述基底的第一表面；一第一电极以及一第二电极，所述第一电极与第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接，其中，所述发声芯片进一步包括一封装体，所述封装体具有一内腔将所述热致发声器收容于所述封装体内，所述封装体具有至少一开孔，所述发声芯片的热致发声器与该至少一开孔相对设置，所述封装体具有至少两个贯穿的外接引脚分别与所述热致发声器的第一电极和第二电极电连接。

Description

耳机

技术领域

本发明涉及一种耳机，尤其涉及一种基于热致发声的耳机。

背景技术

热致发声器一般由信号输入装置和热致发声器组成,通过信号输入装置输入信号到该热致发声器，进而发出声音。热致热致发声器为一种基于热声效应的热致发声器，该热致发声器通过向一导体中通入交流电来实现发声。该导体具有较小的热容（Heat capacity），较薄的厚度，且可将其内部产生的热量迅速传导给周围气体介质的特点。当交流电通过导体时，随交流电电流强度的变化，导体迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交换，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。

2008年10月29日，范守善等人公开了一种热致发声装置，请参见文献“Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan, et al., Nano Letters, Vol.8 (12), 4539-4545 (2008)。该热致发声装置采用碳纳米管膜作为一热致热致发声器，该碳纳米管膜通过热致发声原理进行发声。

然而，该采用碳纳米管膜的热致发声器在使用时容易被外力破坏，在维修时如何方便的更换热致发声器是延长耳机的使用寿命的关键。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种方便更换热致发声器的耳机。

一种耳机，其包括：一外壳，具有一收容空间；以及一发声芯片，其设置于外壳的收容空间内，所述发声芯片包括一热致发声器，所述热致发声器包括：一基底，所述基底具有相对的一第一表面以及第二表面；一热致发声元件，其设置于所述基底的第一表面；一第一电极以及一第二电极，所述第一电极与第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接，其中，所述发声芯片进一步包括一封装体，所述封装体具有一内腔将所述热致发声器收容于所述封装体内，所述封装体具有至少一开孔，所述发声芯片的热致发声器与该至少一开孔相对设置，所述封装体具有至少两个贯穿的外接引脚分别与所述热致发声器的第一电极和第二电极电连接。

一种耳机，其包括：一外壳，其具有一收容空间，所述耳机进一步包括：一发声芯片，其设置于外壳的收容空间内，所述发声芯片其包括：一封装壳体，该封装壳体具有一内腔及至少一开孔；至少一热致发声元件，该至少一热致发声元件设置于所述封装壳体的内腔中，且正对所述封装壳体的至少一开孔设置；以及一第一电极和一第二电极分别与所述至少一热致发声元件电连接；其中，该封装壳体进一步包括至少两个贯穿的外接引脚分别与该第一电极和第二电极电连接。

与现有技术相比较，由于所述热致发声器被封装于所述封装体而成为一个发声芯片整体，因此当所述耳机的发声芯片出现故障时，使用者可以方便的更换发声芯片，从而延长所述耳机的使用寿命。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的耳机的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的耳机中发声芯片的结构示意图。

图3为本发明第一实施例的耳机采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4为本发明第一实施例的耳机采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图5为本发明第一实施例的耳机采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图6为本发明第二实施例提供的耳机中发声芯片的结构示意图。

图7为本发明第三实施例提供的耳机中发声芯片的结构示意图。

图8为本发明第四实施例提供的耳机中发声芯片的结构示意图。

图9为本发明第五实施例提供的耳机中发声芯片的结构示意图。

图10为本发明第六实施例提供的耳机中发声芯片的结构示意图。

图11为本发明第六实施例的耳机中热致发声器的俯视图。

图12为本发明第六实施例的耳机中热致发声器局部放大后的扫描电镜照片。

图13为本发明第六实施例提供的经有机溶剂处理后的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图14为本发明第六实施例提供的热致发声装置中声压级-频率的曲线图。

图15为本发明第六实施例提供的耳机的发声效果图。

主要元件符号说明

耳机	10，20，30，40，50，60
		外壳	11
发声芯片	12，22，32，42，52，62
		前半外壳单元	13
后半外壳单元	14
		通孔	15
引线	16
		卡槽	17
热致发声器	100
		第一表面	101
基底	102
		第二表面	103
第一电极	104
		第二电极	106
热致发声元件	108
		导线	110
凹凸结构	112
		凸部	1120
凹部	1122
		第二凹部	114
第三凹部	116
		绝缘层	118
封装体	200
		基板	202
保护罩	204
		环形侧壁	206
底壁	208
		开孔	210
引脚	212
		第一凹部	214
集成电路芯片	300

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的耳机。

请参阅图1以及图2，本发明第一实施例提供一种耳机10，其包括一外壳11以及一发声芯片12。所述外壳11为具有一收容空间的中空结构，所述发声芯片12设置于所述外壳11的收容空间内。

所述外壳11的具体结构不限，也可一体成型或采用其他方式，只需具有一收容空间即可。本实施例中，所述外壳11包括一前半外壳单元13、一后半外壳单元14以及一形成于前半外壳单元13的至少一通孔15。所述前半外壳单元13和后半外壳单元14通过一卡扣结构(图未示)相互对接并紧密结合而构成所述外壳11。所述发声芯片12通过可拆卸方式固定于所述外壳。所述可拆卸方式具体是指以卡槽、卡扣或插针等方式固定，当所述发声芯片12存在发声故障等问题时，可方便更换。所述发声芯片12的固定位置不限，只需固定设置在外壳11内且与所述通孔15相对设置即可，所述“与所述通孔15相对设置”是指所述发声芯片15中的热致发声元件正对所述通孔15。本实施例中，所述发声芯片12固定于所述外壳11的后半外壳单元14，并与所述外壳11的前半外壳单元13间隔设置。具体的，所述发声芯片12覆盖所述前半外壳单元13上的通孔15，并与所述通孔15间隔并相对设置，从而所述发声芯片12的热致发声器100发出的声音可以通过通孔15传出耳机10外部。

所述外壳11的材料为质量较轻并具有一定强度的材料，如：塑料或树脂等。所述外壳11的大小以及形状根据实际情况而定。所述外壳11可与人耳大小相当或者覆盖人耳。可以理解，所述外壳11也可采用其他符合人体工程学的结构设计。

进一步地，所述耳机10可包括至少一引线16穿过所述外壳11内部与所述发声芯片12电连接，并将音频电信号传导至该发声芯片12。

可以理解，所述耳机10还可进一步包括若干散热孔(图未示)，所述散热孔设置于所述壳体的后半外壳单元，所述散热孔的大小及形状不限，可根据具体需要设置。所述散热孔可将所述发声芯片12所产生的热量散发到外界，从而降低所述耳机10的工作时的温度，提高了该耳机的使用寿命以及工作效率。需要说明的是，所述散热孔为一可选择结构，本领域技术人员可根据实际需要设置。

所述发声芯片12包括一热致发声器100以及具有一内腔的封装体200。所述封装体200将所述热致发声器100收容于该封装体200的内腔中。

所述热致发声器100包括一基底102、一第一电极104、一第二电极106以及一热致发声元件108。所述基底102具有一第一表面(图未标)以及一相对的第二表面(图未标)。所述第一电极104和第二电极106间隔设置并与所述热致发声元件108电连接。当所述基底102为绝缘基底时，所述第一电极104和第二电极106可以直接设置于所述基底102的第一表面。所述热致发声元件108可以与所述基底102的第一表面接触设置，也可以通过所述第一电极104和第二电极106悬空设置。

所述基底102为一片状结构，形状不限，可为圆形、方形或矩形等，也可以为其他形状。该基底102的第一表面和第二表面可为平面或曲面。该基底102的尺寸不限，可以根据需要选择。优选地，所述基底102的面积可以为25平方毫米～100平方毫米，如40平方毫米、60平方毫米或80平方毫米等。所述基底102的厚度可以为0.2毫米～0.8毫米。如此，可以制备微型的热致发声器封装芯片以满足电子器件，如手机、电脑、耳机以及随身听等小型化的要求。所述基底102的材料不限，可以为具有一定强度的硬性材料或柔性材料。本实施例中，该基底102的材料的电阻应大于该热致发声元件108的电阻。当所述热致发声元件108与所述基底102的第一表面接触设置时，该基底102的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该热致发声元件108产生的热量过多的被该基底102吸收。所述基底102的材料可为玻璃、陶瓷、石英、金刚石、聚合物、氧化硅、金属氧化物或木质材料等。具体地，本实施例中，该基底102为一边长为8毫米的正方形平面片状结构，厚度为0.6毫米，材料为玻璃。

所述热致发声元件108具有较小的单位面积热容。本发明实施例中，该热致发声元件108的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。具体地，该热致发声元件108为一具有较大比表面积及较小厚度的导电结构，从而使该热致发声元件108可以将输入的电能转换为热能，即所述热致发声元件108可根据输入的信号迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交换，促使周围气体介质分子运动，加热热致发声元件108外部周围气体介质，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。优选地，该热致发声元件108应为自支撑结构，所谓“自支撑”是指该热致发声元件108无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。因此，该自支撑的热致发声元件108可部分悬空设置。该自支撑的热致发声元件108可充分的与周围介质接触并进行热交换。所谓周围介质接指位于热致发声元件108外部的介质，而不包括其内部的介质。如，当热致发声元件108为多个碳纳米管组成时，周围介质不包括每个碳纳米管管内的介质。

该热致发声元件108为一碳纳米管结构。具体地，所述碳纳米管结构为层状结构，厚度优选为0.5纳米~1毫米。当该碳纳米管结构厚度比较小时，例如小于等于10微米，该碳纳米管结构有很好的透明度。所述碳纳米管结构为自支撑结构。该自支撑的碳纳米管结构中多个碳纳米管间通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状。故该碳纳米管结构部分通过基底102支撑，并使碳纳米管结构其它部分悬空设置。即，所述碳纳米管结构至少部分区域悬空设置。

所述碳纳米管结构可为至少一碳纳米管膜、多个并排设置的碳纳米管线、或至少一碳纳米管膜与碳纳米管线的组合。所述碳纳米管膜从碳纳米管阵列中直接拉取获得。该碳纳米管膜的厚度为0.5纳米~100微米，单位面积热容小于1×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~50纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米~50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。请参阅图3，每一碳纳米管膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为基本沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多个碳纳米管在延伸方向上通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述“自支撑”是指碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力就能整体上悬空而保持自身膜状状态，即，当将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述“自支撑”的实现是因为碳纳米管膜中存在通过范德华力首尾相连的延伸排列的连续的碳纳米管。

具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。该多个碳纳米管大致平行于所述基底102的第一表面。该碳纳米管结构可包括多个碳纳米管膜共面的铺设于基底102的第一表面。另外，该碳纳米管结构可包括多层相互重叠的碳纳米管膜，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度。

所述碳纳米管膜及其制备方法具体请参见申请人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

本实施例中，所述热致发声元件108为单层的碳纳米管膜，该碳纳米管膜通过所述第一电极104和第二电极106悬空设置于该基底102的第一表面上方。所述碳纳米管膜的厚度为50纳米。所述碳纳米管膜具有较强的粘性，故该碳纳米管膜可直接粘附于所述第一电极104和第二电极106表面。该碳纳米管膜也可以通过一粘结剂固定于所述第一电极104和第二电极106表面。所述碳纳米管膜中碳纳米管从第一电极104向第二电极106延伸。

进一步地，当将所述碳纳米管膜粘附于第一电极104和第二电极106表面后，可使用有机溶剂处理碳纳米管膜。具体地，可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管膜表面浸润整个碳纳米管膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，微观上，该碳纳米管膜中的部分相邻的碳纳米管会收缩成束。另外，由于部分相邻的碳纳米管收缩成束，碳纳米管膜的机械强度及韧性得到增强，且整个碳纳米管膜的表面积减小，粘性降低。宏观上，该碳纳米管膜为一均匀的膜结构。

所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线均为自支撑。具体地，请参阅图4，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿平行于该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将上述图3所述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。

所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将上述图3所述碳纳米管膜沿碳纳米管延伸方向的两端依照相反方向扭转获得。请参阅图5，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。

所述碳纳米管线及其制备方法请参见申请人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。

所述第一电极104和第二电极106分别与所述热致发声元件108电连接，以使该热致发声元件108接入一音频电信号。所述音频电信号通过该第一电极104和第二电极106输入该热致发声元件。具体地，所述第一电极104和第二电极106可直接设置于所述基底102的第一表面，也设置于该热致发声元件108远离基底102的表面，即，所述热致发声元件108设置于所述基底102的第一表面与所述第一电极104或第二电极106之间。该第一电极104和第二电极106由导电材料形成，其形状及结构不限。具体地，该第一电极104和第二电极106可选择为细长的条状、棒状、或其它形状。该第一电极104和第二电极106的材料可选择为导电浆料，金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物（ITO）等。由于碳纳米管沿轴向具有优异导电性，当热致发声元件中的碳纳米管为沿一定方向有序排列时，优选地，所述第一电极104和第二电极106的设置应确保所述热致发声元件中碳纳米管沿第一电极104至第二电极106的方向延伸。本实施例中，所述第一电极104和第二电极106为两个平行设置的导电浆料层。

所述封装体200用于支撑并保护该热致发声器100的热致发声元件108不被外力破坏。所述封装体200的形状和尺寸不限，可以根据需要选择。所述封装体200具有多个开孔210，该多个开孔210与外壳11的通孔间隔设置。所述开孔210用于将该热致发声器100所发出的声音经由外壳11的通孔传递至该耳机10的外部。优选地，所述的热致发声元件108设置于所述热致发声器100的基底102与所述封装体200的多个开孔210之间且正对该多个开孔210设置。本实施例中，所述封装体200包括一平面基板202以及一保护罩204设置于该平面基板202表面。所述热致发声器100设置于该基板202的一表面，且所述保护罩204将该热致发声器100罩住。即，所述保护罩204与该基板202共同定义一内腔用于收容该热致发声器100。

所述基板202可以为一玻璃板、陶瓷板、印刷电路板（PCB）、聚合物板或木板。该基板202用于承载和固定该热致发声器100。所述基板202的形状和尺寸不限，可以根据需要选择。所述基板202的面积大于热致发声器100的尺寸。所述基板202的面积可以为36平方毫米～150平方毫米，如49平方毫米、64平方毫米、81平方毫米或100平方毫米等。所述基板202的厚度可以为0.5毫米～5毫米，如1毫米、2毫米、3毫米或4毫米等。所述保护罩204具有一环形侧壁206以及一与该环形侧壁206连接的底壁208，且该底壁208定义该多个开孔210。所述保护罩204的形状和尺寸不限，可以根据需要选择。可以理解，该保护罩204的尺寸应略大于该热致发声器100的尺寸。所述保护罩204可以通过粘结剂或卡固的方式固定于该基板202的表面。所述保护罩204的材料可以为玻璃、陶瓷、聚合物或金属等。本实施例中，该基板202为一PCB板，所述保护罩204为一一端开口的柱状金属桶。所述保护罩204与该热致发声器100间隔设置。

所述封装体200进一步具有两个引脚212位于封装体200外部。该两个引脚212的位置不限，可以位于该封装体200的同一侧或不同侧。该两个引脚212分别与该第一电极104和第二电极106电连接。该两个引脚212可以为插针型、焊垫型或其它形状。当该两个引脚212为插针型时，该耳机10使用时，可以直接将该两个引脚212插入电子器件的电路板对应的插孔内，从而方便地将所述热致发声器100与外部信号输入电路电连接。当该两个引脚212为焊垫型时，该耳机10使用时，可以直接将该两个引脚212与电子器件的电路板表面的焊垫焊接。本实施例中，该两个引脚212均为插针型，位于该基板202的底面，且通过导线110与第一电极104和第二电极106电连接。

所述发声芯片12可通过卡槽、卡扣或者插针等可拆卸方式固定设置于外壳11的收容空间内。具体地，所述发声芯片12通过卡槽17固定于外壳11的收容空间内，该卡槽17与该外壳11一体成型形成。所述卡槽17形状不限，优选地，该卡槽17为一形成于所述外壳11收容空间内的凸起结构。此时，该发声芯片12部分与该卡槽17相接触，其余部分悬空设置于外壳11的后半外壳单元14形成的收容空间内。此种设置方式可以使该发声芯片12与空气或周围介质更好地进行热交换。该发声芯片12与空气或周围介质接触面积更大，热交换速度更快，因此具有更好的发声效率。

该卡槽17的材料为绝缘材料或导电性较差的材料，具体可以为一硬性材料，如金刚石、玻璃、陶瓷或石英。另外，所述卡槽17还可为具有一定强度的柔性材料，如塑料、树脂或纸质材料。优选地，该卡槽17的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该热致发声元件108产生的热量过度的被该卡槽17吸收，无法达到加热周围介质进而发声的目的。

请参阅图6，本发明第二实施例提供一种耳机20，其包括一外壳(图未示)以及一发声芯片22，所述外壳为具有一收容空间的中空结构，所述发声芯片22设置于外壳的收容空间内。所述发声芯片22包括一热致发声器100以及一封装体200。所述封装体200将该热致发声器100收容于该封装体200内。

本发明第二实施例提供的耳机20与第一实施例中所述耳机10的结构基本相同，其不同在于，所述封装体200包括一具有第一凹部214的基板202以及一保护网216。具体地，所述热致发声器100设置于该基板202的第一凹部214内，所述保护网216将该第一凹部214覆盖，且所述保护网216定义该多个开孔210。所述保护网216可以为一金属网或纤维网，也可以为一具有多个开孔的金属板、陶瓷板、树脂板或玻璃板等。该保护网216的部分设置于该基板202的表面且部分延伸至第一凹部214上方悬空设置。所述第一凹部214可以通过蚀刻、压印、铸模、冲压等工艺制备。本实施例中，所述基板202为一PCB板，所述保护网216可以为一金属网。该两个引脚212可以设置于基板202的底部、同一侧面或不同侧面。

请参阅图7，本发明第三实施例提供一种耳机30，其包括一外壳(图未示)以及一发声芯片32，所述外壳为具有一收容空间的中空结构，所述发声芯片32设置于外壳的收容空间内。所述发声芯片32包括一热致发声器100以及一封装体200。所述封装体200将该热致发声器100收容于该封装体200内。

本发明第三实施例提供的耳机30与第一实施例中所述耳机10的结构基本相同，其不同在于，所述热致发声器100仅包括第一电极104、第二电极106以及热致发声元件108，该两个引脚212为焊垫型且分别位于封装体200的两侧。具体地，该第一电极104和第二电极106直接设置于该基板202的一表面，且该热致发声元件108通过该第一电极104和第二电极106悬空设置。即，所述热致发声器100省去基底，使得耳机30结构更简单。

请参阅图8，本发明第四实施例提供一种耳机40，其包括一外壳(图未示)以及一发声芯片42，所述外壳为具有一收容空间的中空结构，所述发声芯片42设置于外壳的收容空间内。所述发声芯片42包括一热致发声器100以及一封装体200。所述封装体200将该热致发声器100收容于该封装体200内。

本发明第四实施例提供的耳机40与第二实施例中所述耳机20的结构基本相同，其不同在于，所述发声芯片42的热致发声器100仅包括第一电极104、第二电极106以及热致发声元件108，该两个引脚212为焊垫型且分别位于封装体200的两侧。本实施例中，该第二凹部114的底面具有一子凹槽，该热致发声元件108通过该子凹槽悬空设置，该第一电极104和第二电极106设置于该热致发声元件108的表面。即，所述热致发声器100省去基底，使得耳机40结构更简单。本实施例中，该两个引脚212分别贴合在基板202的外表面。

请参阅图9，本发明第五实施例提供一种耳机50，其包括一外壳(图未示)以及一发声芯片52，所述外壳为具有一收容空间的中空结构，所述发声芯片52设置于外壳的收容空间内。所述发声芯片52包括一热致发声器100、一封装体200、以及一集成电路芯片300。所述封装体200将该热致发声器100和集成电路芯片300收容于该封装体200内。

本发明第五实施例提供的耳机50与第二实施例中所述耳机20的结构基本相同，其不同在于，所述耳机50的发声芯片52进一步包括一集成电路芯片300收容于该封装体200内。具体地，所述基底102的第一表面(图未标)具有一第二凹部114，所述热致发声元件108通过该第二凹部114悬空设置。所述基底102的第二表面(图未标)具有一第三凹部116，所述集成电路芯片300设置于所述第三凹部116内。所述封装体200具有四个引脚212。其中，两个引脚212仅与所述集成电路芯片300电连接，用于向该集成电路芯片300提供驱动电压。另外两个引脚212则通过该集成电路芯片300与该第一电极104和第二电极106电连接，用于向该热致发声器100输入音频电信号。

所述集成电路芯片300的设置位置不限，可以设置在所述基底102的第一表面，第二表面或内部。所述集成电路芯片300包括音频电信号的功率放大电路和直流偏置电路。故，所述集成电路芯片300对音频电信号具有功率放大作用和直流偏置作用，用于将输入的音频电信号放大后输入至该热致发声元件108，同时通过直流偏置解决音频电信号的倍频问题。所述集成电路芯片300可以为封装好的芯片也可以为未封装的裸芯片。所述集成电路芯片300的尺寸和形状不限。由于该集成电路芯片300仅实现功率放大作用和直流偏置作用，所以内部电路结构比较简单，其面积可以小于1平方厘米，如49平方毫米、25平方毫米、9平方毫米或更小，从而使发声芯片12微型化。本实施例中，所述集成电路芯片300通过一粘结剂固定于所述基底102的凹槽内且通过两条导线110分别与所述第一电极104和第二电极106电连接。可以理解，当所述基底102为绝缘基底时，可以在基底102上开设两个洞(图未示)，使两条导线110分别从两个洞穿过。当所述基底102为导电基底时，需要采用有绝缘包皮的导线110连接。该耳机50工作时，该集成电路芯片300输入驱动信号及音频信号给所述热致发声元件108，所述热致发声元件108根据输入的信号间歇性地加热周围介质，使周围介质热胀冷缩并向更远处进行热交换，形成声波。

请参阅图10以及图11，本发明第六实施例提供一种耳机60，其包括一外壳(图未示)以及一发声芯片62，所述外壳为具有一收容空间的中空结构，所述发声芯片62设置于外壳的收容空间内。所述发声芯片62包括一热致发声器100、一封装体200、以及一集成电路芯片300。所述封装体200将该热致发声器100和集成电路芯片300收容于该封装体200内。

本发明第六实施例提供的耳机60与第三实施例中所述耳机30的结构基本相同，其不同在于，所述基底102为一硅片，所述集成电路芯片300通过微电子工艺直接制备在该硅基片上并与该硅基片形成一体结构，所述基底102的第一表面101具有多个凹凸结构112，所述热致发声器100包括多个第一电极104和多个第二电极106。

所述基底102可以为一单晶硅片或多晶硅片。由于所述基底102的材料为硅，因此所述集成电路芯片120可直接形成于所述基底102中，即所述集成电路芯片120中的电路、微电子元件等直接集成于基底102。所述基底102作为电子线路及微电子元件的载体，所述集成电路芯片120与所述基底102为一体结构。所述集成电路芯片120通过导线110与所述第一电极104和第二电极106电连接。所述导线110可位于所述基底102的内部，并穿过所述基底102的厚度方向。本实施例中，该基底102为一边长为8毫米的正方形平面片状结构，厚度为0.6毫米，材料为单晶硅。

所述凹凸结构112定义多个交替设置的凸部1120与凹部1122。所述碳纳米管结构部分设置于该凸部1120的顶面，部分则通过该凹部1122悬空设置。所述多个第一电极104与多个第二电极106分别设置于该凸部1120顶面的碳纳米管结构表面，以将所述热致发声元件108固定在基底102的第一表面101。该多个第一电极104电连接形成一梳状电极，该多个第二电极106电连接形成一梳状电极。可以理解，该第一电极104和第二电极106也可以设置于碳纳米管结构与凸部1220之间。参见图12，为本发明第六实施例提供的耳机60的热致发声器100的扫描电镜照片。从图12可以看出，该梳状第一电极和梳状第二电极的齿部交替设置。此种连接方式使相邻的每一组第一电极104与第二电极106之间形成一热致发声单元，所述热致发声元件108形成多个相互并联的热致发声单元，从而使驱动该热致发声元件108发声所需的电压降低。

该多个凹部1122可以为通槽结构、通孔结构、盲槽结构或盲孔结构中的一种或多种，且该多个凹部1122均匀分布或以一定规律分布，优选地，所述多个凹部1122相互间隔设置。所述凹部1122在所述第一表面101延伸的长度可小于所述基底102的边长。多个碳纳米管沿同一方向择优取向延伸，所述凹部1122在所述第一表面的延伸方向与所述碳纳米管膜中多个碳纳米管的延伸方向形成一定夹角，该夹角大于0度且小于等于90度，优选的，所述凹部1122在所述第一表面的延伸方向垂直于所述碳纳米管的延伸方向。所述凹部1122的深度可根据实际需要及所述基底102的厚度进行选择，优选地，所述凹部1122的深度为100微米～200微米，使基底102在起到保护热致发声元件108的同时，又能确保所述热致发声元件108与所述凹部1122的底面之间形成一定的间距，从而保证所述热致发声元件108在各发声频率均有良好的发声效果，具体的，防止该形成的间距过低时热致发声元件108工作产生的热量直接被基底102吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，以及避免该形成的间距过高时发出的声波出现相互干涉而抵消的情形。该凹部1122在其延伸方向上的横截面的形状可为V形、长方形、工形、多边形、圆形或其他不规则形状。所述凹槽的宽度（即所述凹部横截面的最大跨度）为0.2毫米～1毫米。当所述凹槽横截面的形状为倒梯形时，所述凹槽跨宽随凹槽的深度增加而减小。所述倒梯形凹部1122底角α的角度大小与所述基底102的材料有关，具体的，所述底角α的角度大小与所述基底102中单晶硅的晶面角相等。优选地，所述多个凹部1122为多个相互平行且均匀间隔分布的凹槽设置于基底102的第一表面，每相邻两个凹槽的槽间距d1为20微米～200微米，从而保证后续第一电极104以及第二电极106通过丝网印刷的方法制备，在充分利用所述基底102的第一表面的同时保证刻蚀的精确，从而提高发声的质量。所述凹槽的延伸方向平行于所述第一电极104和第二电极106的延伸方向。

本实施例中，该基底102第一表面具有多个平行等间距分布的倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽在第一表面的宽度为0.6毫米，所述凹槽的深度为150微米，每两个相邻的凹槽之间的间距为100微米，所述倒梯形凹槽底角α的大小为54.7度。

所述集成电路芯片300形成在所述基底102靠近第二表面103一侧。所述集成电路芯片300可直接集成于所述硅基片中，从而能够最大限度的减少单独设置集成电路芯片而占用的空间，减小发声芯片的体积，利于小型化及集成化。并且，所述多个凹凸结构122使得该基底102具有良好的散热性，从而能够将集成电路芯片300以及热致发声元件108产生的热量及时传导到外界，减少因热量的聚集造成的失真。所述发声芯片的制备方法可以为先通过微电子工艺制备所述集成电路芯片300，然后再蚀刻所述凹凸结构122，最后设置碳纳米管结构以及制备第一电极104和第二电极106。所述微电子工艺包括外延工艺、扩散工艺、离子注入技术、氧化工艺、光刻工艺、刻蚀技术、薄膜淀积等。由于后续设置碳纳米管结构以及制备第一电极104和第二电极106的步骤不涉及高温工艺，因此不会对所述集成电路芯片300造成损坏。

进一步，所述硅基片的第一表面101具有一绝缘层118。所述绝缘层118可为一单层结构或者一多层结构。当所述绝缘层118为一单层结构时，所述绝缘层118可仅设置于所述凸部1220的顶面，也可贴附于所述基底102的整个第一表面101。所述“贴附”是指由于所述基底102的第一表面101具有多个凹部1222以及多个凸部1220，因此所述绝缘层118直接覆盖所述凹部1222及所述凸部1220，对应凸部1220位置处的绝缘层118贴附在所述凸部1220的顶面；对应凹部1222位置处的绝缘层118贴附在所述凹部1222的底面及侧面，即所述绝缘层118的起伏趋势与所述凹部1222及凸部1220的起伏趋势相同。无论哪种情况，所述绝缘层118使所述热致发声元件108与所述基底102绝缘。所述绝缘层118的材料可为二氧化硅、氮化硅或其组合，也可以为其他绝缘材料，只要能够确保所述绝缘层118能够使热致发声元件108与所述基底102绝缘即可。所述绝缘层118的整体厚度可为10纳米～2微米，具体可选择为50纳米、90纳米或1微米等。本实施例中，所述绝缘层118为一连续的单层二氧化硅，所述绝缘层118覆盖所述整个第一表面101，所述绝缘层的厚度为1.2微米。

本实施例中，所述热致发声元件108包括多个平行且间隔设置的碳纳米管线。所述多个碳纳米管线相互平行且间隔设置形成的一层状碳纳米管结构，所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹部1222的延伸方向交叉形成一定角度，且碳纳米管线中碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管线的延伸方向，从而使所述碳纳米管线对应凹部1222位置部分悬空设置。优选的，所述碳纳米管线的碳纳米管的延伸方向与所述凹部1222的延伸方向垂直。相邻两个碳纳米管线之间的距离为1微米~200微米，优选地，为50微米~150微米。本实施例中，所述碳纳米管线之间的距离为120微米，所述碳纳米管线的直径为1微米。该多个碳纳米管线的制备方法为：先将一碳纳米管膜铺设于第一电极104和第二电极106，然后用激光切割该碳纳米管膜形成多个平行间隔设置的碳纳米管带，再使用有机溶剂处理该多个碳纳米管带，从而使每个碳纳米管带收缩得到该多个碳纳米管线。

参见图13，为本实施例的耳机60的热致发声器100的多个碳纳米管线的扫描电镜照片。如图13所示，所述碳纳米管带经过有机溶剂处理之后，所述碳纳米管带收缩形成多个间隔设置的碳纳米管线，每一碳纳米管线的两端分别连接第一电极104以及第二电极106，从而可以减小所述热致发声元件108的驱动电压，增强热致发声元件108的稳定性（图中深色部分为基底，白色部分为电极）。在有机溶剂处理所述碳纳米管带的过程中，位于凸部1220位置处的碳纳米管由于牢固的固定于所述绝缘层118表面，因此基本不发生收缩，从而保证所述碳纳米管线能够与所述第一电极104以及第二电极106保持良好的电连接并牢固的固定。所述碳纳米管带的宽度可为10微米至50微米，从而保证所述碳纳米管带能够完整的收缩形成碳纳米管线，一方面防止碳纳米管带过宽时在后续收缩的过程中碳纳米管带中再次出现裂缝，影响后续的热致发声效果；另一方面防止碳纳米管带过窄时收缩过程中出现断裂或形成的碳纳米管线过细影响热致发声元件的使用寿命，并且过窄的碳纳米管带也增加了工艺难度。收缩后形成的碳纳米管线的直径为0.5微米至3微米。本实施例中，所述碳纳米管带的宽度为30微米，收缩后形成的碳纳米管线的直径为1微米，相邻碳纳米管线之间的距离为120微米。可以理解，所述碳纳米管带的宽度并不限于以上所举，在保证形成的碳纳米管线能够正常热致发声的情况下，可以根据实际需要进行选择。进一步，经过有机溶剂处理之后，所述碳纳米管线牢固的贴附在所述基板100表面，并且悬空部分始终保持绷紧的状态，从而能够保证在工作过程中，碳纳米管线不发生变形，防止因为变形而导致的发声失真、器件失效等问题。

如图14及图15所示，所述耳机60的热致发声器100在凹部1222选择不同深度时的发声效果图。由图可知，所述凹部1222的深度优选为100微米～200微米，从而使得所述热致发声器100在人耳可听到的发生频率频段内，使所述热致发声器100具有优良的热波波长，在小尺寸的情况下依然具有良好的发声效果。进一步，使基底102在起到保护热致发声元件108的同时，又能确保所述热致发声元件108与所述基底102之间形成足够的间距，防止工作时产生的热量直接被基底102吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，并保证所述热致发声元件108在发声频段均具有良好的响应。同时，所述深度也可保证所述热致发声元件108具有更好的发声效果，避免由于凹部深度过深时产生声音干涉现象，保证发声音质。

所述耳机具有以下有益效果：由于所述热致发声器被封装于所述封装体而成为一个发声芯片整体，因此当所述耳机的发声芯片出现故障时，使用者可以方便的更换发声芯片，从而延长所述耳机的使用寿命。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (21)

1.一种耳机，其包括：

一外壳，具有一收容空间；以及

一发声芯片，其设置于外壳的收容空间内，所述发声芯片包括一热致发声器，所述热致发声器包括：

一基底，所述基底具有相对的一第一表面以及第二表面；

一热致发声元件，其设置于所述基底的第一表面；

一第一电极以及一第二电极，所述第一电极与第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接，

其特征在于，所述发声芯片进一步包括一封装体，所述封装体具有一内腔将所述热致发声器收容于所述封装体内，所述封装体具有至少一开孔，所述发声芯片的热致发声器与该至少一开孔相对设置，所述封装体具有至少两个贯穿的外接引脚分别与所述热致发声器的第一电极和第二电极电连接。

2.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述外壳包括至少一个通孔，所述发声芯片与该通孔相对设置。

3.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述发声芯片通过可拆卸方式固定于所述壳体内部。

4.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述耳机进一步包括一引线，所述引线穿过外壳内部与所述发声芯片的外接引脚电连接。

5.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述封装体包括一基板以及一保护罩，所述热致发声器设置于该基板的一表面，且所述保护罩将该热致发声器罩住。

6.如权利要求5所述的耳机，其特征在于，所述保护罩具有一环形侧壁以及一与该环形侧壁连接的底壁，且该底壁具有多个开孔。

7.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述封装体包括一具有凹部的基板以及一保护网，所述热致发声器设置于该基板的凹部内，所述保护网将该凹部覆盖，且所述保护网具有多个开孔。

8.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述热致发声元件为一碳纳米管结构，所述碳纳米管结构至少部分区域悬空设置。

9.如权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述碳纳米管结构为由多个碳纳米管组成的自支撑结构，且该多个碳纳米管沿同一方向延伸。

10.如权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述碳纳米管结构包括一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜为一由若干碳纳米管组成的自支撑结构，且所述若干碳纳米管沿同一方向择优取向排列。

11.如权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管线，所述碳纳米管线包括多个碳纳米管沿该碳纳米管线的长度方向平行排列或沿该碳纳米管线的长度方向呈螺旋状排列。

12.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述基底为一硅基片，所述基底的第一表面具有多个凹凸结构，所述凹凸结构定义多个交替设置的凸部与凹部，所述基底的第一表面具有一绝缘层，所述热致发声元件部分设置于该凸部顶面的绝缘层上，部分则通过该凹部悬空设置。

13.如权利要求12所述的耳机，其特征在于，其特征在于，所述凹部的深度为100微米至200微米，宽度为0.2毫米～1毫米。

14.如权利要求12所述的耳机，其特征在于，所述凹部为多个相互平行且均匀间隔分布的凹槽，每相邻两个凹槽之间的槽间距为20微米～200微米，相邻的凹槽之间为所述凸部。

15.如权利要求14所述的耳机，其特征在于，所述凹槽在所述基底的第一表面延伸，所述第一电极和第二电极的延伸方向平行于所述凹槽的延伸方向，所述热致发声元件中的碳纳米管的延伸方向垂直于与凹槽的延伸方向。

16.如权利要求12所述的耳机，其特征在于，所述热致发声器包括多个第一电极和多个第二电极，该多个第一电极与多个第二电极交替设置在凸部的顶面，多个第一电极电连接，多个第二电极电连接。

17.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，进一步包括一集成电路芯片设置于该封装体内，所述封装体具有四个引脚，分别向该集成电路芯片提供驱动电压及输入音频电信号。

18.如权利要求17所述的耳机，其特征在于，所述集成电路芯片包括音频电信号的功率放大电路和直流偏置电路。

19.如权利要求17所述的耳机，其特征在于，所述热致发声器的基底具有一凹部，且所述集成电路芯片设置于该凹部内。

20.如权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述热致发声器的基底为一硅基片，且所述集成电路芯片通过微电子工艺集成设置在该硅基片上。

21.一种耳机，其包括：

一外壳，其具有一收容空间，其特征在于，进一步包括：

一发声芯片，其设置于外壳的收容空间内，所述发声芯片其包括：

一封装壳体，该封装壳体具有一内腔及至少一开孔；

至少一热致发声元件，该至少一热致发声元件设置于所述封装壳体的内腔中，且正对所述封装壳体的至少一开孔设置；以及

一第一电极和一第二电极分别与所述至少一热致发声元件电连接；

其中，该封装壳体进一步包括至少两个贯穿的外接引脚分别与该第一电极和第二电极电连接。

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