CN104219598B - 双振膜声波传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双振膜声波传感器，包含有：一基板，具有一第一侧面、一背对该第一侧面的第二侧面，以及一贯穿该第一、第二侧面的镂空槽；一声波感测单元，设于该基板的第一侧面且对应于该镂空槽，并且具有一内振膜及一外振膜，该外振膜环绕在该内振膜的周围；以及一支撑单元，具有至少二第一弹性支撑件，该二第一弹性支撑件相对地连接在该声波感测单元的内、外振膜之间。本发明的双振膜声波传感器利用该内、外振膜的配置，让该内、外振膜在同时受到声压作用，该内振膜会产生比该外振膜更大的位移量而提高灵敏度，使得本发明可以在不增加感测面积的情况下达到提高灵敏度的功效。

Description

双振膜声波传感器

技术领域

本发明属于声波传感器领域，特别是涉及一种双振膜声波传感器。

背景技术

随着4C电子产业的蓬勃发展，特别像是智能型手机、蓝牙耳机、麦克风等移动通讯产品为目前4C电子产业的主流，由于前述移动通讯产品对于声音质量的要求日益增高，相对于应用在前述移动通讯产品的声波传感器（acoustic transducer）就必须同时具备良好的灵敏度。

就声波传感器的相关先前技术而言，如台湾公告第I372570号专利案所揭露的电容式传感器在基材表面设置一第一电极及一第二电极，第一电极对应一感测组件，第二电极对应一活动式基座，活动式基座与感测组件之间借由一弹簧连接在一起。当感测组件受到声波的压力作用时会相对第一电极产生垂直位移（如前述专利案的图8B所示），使两者之间的电容值产生改变，进而造成电压的变化。然而在此专利案中是采用单一感测组件（即单振膜）的设计，使得感测组件往往无法对极小音量进行感测而缺乏良好的灵敏度，若要提高灵敏度就必须加大感测组件的感测面积，但是感测面积的加大势必会连带影响整体结构的尺寸配置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双振膜声波传感器，其能提升感应声压的范围且能在不增加感测面积的情况下提高灵敏度。

为了达成上述目的，本发明所述的双振膜声波传感器包含有一基板、一声波感测单元，以及一支撑单元。该基板具有一第一侧面、一背对该第一侧面的第二侧面，以及一贯穿该第一、第二侧面的镂空槽；该声波感测单元设于该基板的第一侧面且对应于该镂空槽，并且具有一内振膜及一外振膜，该外振膜环绕在该内振膜的周围；该支撑单元具有至少二弹性支撑件，该二弹性支撑件相对地连接在该声波感测单元内、外振膜之间。

更优的，该支撑单元还具有一固定于该基板的支撑座，该支撑座可以供该外振膜直接固定，也可以借由另外二相对的弹性支撑件连接该外振膜，用来提供支撑效果。

更优的，该基板的第一侧面设有一覆盖该声波感测单元的背板，该背板朝该声波感测单元的一侧面设有一电极单元，该电极单元具有一内电极及一外电极，该内、外电极分别对应于该内、外振膜，使得该内、外电极与该内、外振膜之间分别形成一电容，当该电容因该内、外振膜的振动而产生变化时会引起电压改变，使电流随之变化而输出信号。

本发明的双振膜声波传感器利用该内、外振膜的配置，让该内、外振膜在同时受到声压作用，该内振膜会产生比该外振膜更大的位移量而提高灵敏度，使得本发明可以在不增加感测面积的情况下达到提高灵敏度的功效。

附图说明

图1为本发明第一实施例的立体示意图；

图2为本发明第一实施例的局部仰视示意图；

图3为本发明第一实施例的俯视示意图；

图4为本发明第一实施例的剖视图。；

图5为本发明第一实施例在操作时的剖视图；

图6为本发明第二实施例的俯视示意图。

【符号说明】

10双振膜声波传感器；20基板；202第一侧面；204第二侧面；

22硅底层；24绝缘层；26镂空槽；30声波感测单元；32内振膜；

34外振膜；40支撑单元；41支撑座；42第一弹性支撑件；

422第一连接段；424第一连续弯曲段；43第二弹性支撑件；

432第二连接段；434第二连续弯曲段；50背板；52第一穿孔；

60电极单元；62内电极；64外电极；66第二穿孔

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1 请参阅图1-图3，为本实施例所述的双振膜声波传感器10，包含有一基板20、一声波感测单元30，以及一支撑单元40。

请配合参阅图4，基板20具有一硅底层22及一绝缘层24，绝缘层24布设于硅底层22的顶面，使得绝缘层24的顶面及硅底层22的底面分别形成基板20的一第一侧面202及一第二侧面204。此外，基板20具有一贯穿第一、第二侧面202、204的镂空槽26，用来供声波通过。

如图3及图4所示，声波感测单元30设于基板20的第一侧面202且对应于镂空槽26，并具有一内振膜32及一环绕在内振膜32周围的外振膜34。内振膜32的形状以圆形为最佳选择，当然也可以是矩形或其它几何形状，外振膜34的形状以圆环状为最佳选择，当然也可以是矩形环或其他呈环状的几何形状。

如图3所示，支撑单元40在本实施例中具有一支撑座41、四个第一弹性支撑件42，以及四个第二弹性支撑件43。支撑座41固定于基板20的第一侧面202且环绕在外振膜34的周围；这些第一弹性支撑件42两两成对地设于内、外振膜32、34之间，并且具有两个第一连接段422及一第一连续弯曲段424，该两个第一连接段422分别连接内振膜32之外周缘及外振膜34的内周缘，第一连续弯曲段424连接在该二第一连接段422之间；这些第二弹性支撑件43两两成对地设于支撑座41与外振膜34之间，并且具有两个第二连接段432及一第二连续弯曲段434，该两个第二连接段432分别连接支撑座41的内周缘及外振膜34的外周缘，第二连续弯曲段434连接在该两个第二连接段432之间。在此需要补充说明的是，第一、第二弹性支撑件42、43的数目不一定要四个，实际上只要至少两个或三个都能提供弹性支撑效果，以四个为最佳选择。

除上述结构之外，本发明所述的双振膜传感器10还包含有一背板50及一电极单元60，如图1、2及4所示，背板50固定于基板20的第一侧面202且覆盖声波感测单元30，电极单元60设于背板50朝声波感测单元30的一侧面且具有一内电极62及一外电极64，内、外电极62、64分别对应于内、外振膜32、34，使得内、外电极62、64与内、外振膜32、34之间分别形成一电容。此外，背板50具有多数个第一穿孔52，内、外电极62、64分别具有多数个第二穿孔66，这些第一穿孔52分别连通第二穿孔66，用来供声波通过。

请配合参阅图4及5，当声波进入基板20的镂空槽26之后，外振膜34会受到声波的压力作用而朝背板50的方向产生位移，并且在位移的过程中由各第一弹性支撑件42带动内振膜32朝背板50的方向位移，再加上内振膜32本身也会因为受到声波的压力作用而朝背板50的方向产生位移，所以在声波压力及外振膜34的拉力的双重作用之下，内振膜32会产生比外振膜34更大的位移量，此时在内、外振膜32、34与内、外电极62、64之间的电容会因为内、外振膜32、34的位移而产生变化，使电压与电流随的改变以分别输出一声音信号。

当声波消失之后，内、外振膜32、34会由各第一、第二弹性支撑件42、43所提供的弹性回复力而与内、外电极62、64之间保持适当的距离，以避免与内、外电极62、64之间产生沾黏的问题。

综上所述，本发明所述的双振膜声波传感器10利用内、外振膜32、34的配置，再搭配多数个弹性支撑件42、43的连接关系，让内振膜32在与外振膜34同时受到声压作用下会产生比外振膜34更大的垂直位移量而提高灵敏度，使得内振膜32可以用来负责高感度声波，外振膜34则是可以用来负责高音压声波，利用内、外振膜分别对应较小与较大声压可达到提升感应声压范围的功效，同时将内、外振膜34所感测的不同声音信号加以结合之后还能进一步提高信噪比，所以无论声音大小，本发明的双振膜声波传感器10都能提供优化的感测效果。

实施例2 最后需要补充说明的是，本发明的结构可以有不同变化，如图6所示，外振膜34的外周缘可以直接固定在支撑座41，并不一定要透过第二弹性支撑件43，简化整体结构，如此的结构配置在声波的压力作用下，外振膜34的位移量虽然没有前述实施例来得大，但是仍然能够透过各第一弹性支撑件42加大内振膜32的垂直位移量，以达到提高灵敏度的效果。

Claims (6)

1.一种双振膜声波传感器，其特征是，包含有：

一基板，具有一第一侧面、一背对该第一侧面的第二侧面，以及一贯穿该第一、第二侧面的镂空槽；

一声波感测单元，设于该基板的第一侧面且对应于该镂空槽，并且具有一内振膜及一外振膜，该外振膜环绕在该内振膜的周围；以及

一支撑单元，具有至少二第一弹性支撑件，该二第一弹性支撑件相对地连接在该声波感测单元的内、外振膜之间；且该支撑单元还具有一支撑座与至少两个第二弹性支撑件，该支撑座固定于该基板的第一侧面且环绕在该外振膜的周围，该两个第二弹性支撑件连接在该支撑座与该外振膜之间。

2.如权利要求1所述的双振膜声波传感器，其特征是：其中各第一弹性支撑件具有两个第一连接段及一第一连续弯曲段，该两个第一连接段分别连接该内振膜的外周缘及该外振膜的内周缘，该第一连续弯曲段连接在第一连接段之间。

3.如权利要求1所述的双振膜声波传感器，其特征是：其中各该第二弹性支撑件具有两个第二连接段及一第二连续弯曲段，该两个第二连接段分别连接该支撑座的内周缘与该外振膜的外周缘，该第二连续弯曲段连接在第二连接段之间。

4.如权利要求1所述的双振膜声波传感器，其特征是：其中该支撑单元还具有一支撑座，该支撑座固定于该基板的第一侧面且环绕在该外振膜的周围，该外振膜的外周缘直接连接于该支撑座。

5.如权利要求1所述的双振膜声波传感器，其特征是：其中该基板的第一侧面设有一背板，该背板覆盖该声波感测单元，且该背板朝该声波感测单元的一侧面设有一电极单元，该电极单元具有一内电极及一外电极，该内、外电极分别对应于该内、外振膜。

6.如权利要求5所述的双振膜声波传感器，其特征是：其中该背板具有多数个第一穿孔，该电极单元的内、外电极分别具有多数个第二穿孔，所述第一穿孔分别对应连通该些第二穿孔。