CN107105376A - 电声转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电声转换器，包括基座、多个振动部及连接部。各振动部包括压电转换层且具有相对的第一连接端及第二连接端，这些第一连接端连接于基座。连接部分离于基座且连接这些第二连接端。这些压电转换层适于接收电信号而变形，以带动这些振动部振动而产生对应的声波。这些振动部适于接收声波而振动，以带动这些压电转换层变形而产生对应的电信号。本发明提供的电声转换器具有良好的电声转换品质。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电声转换器，且特别是有关于一种压电式的电声转换器。
背景技术
电声转换器(electro-acoustic transducer)可应用于麦克风(microphone)等声音输入装置，且可应用于扬声器(speaker)等声音输出装置。以压电式的电声转换器而言，施加电信号于压电材料的上下电极而利用压电材料的压电效应使其变形，并藉以带动对应的振动膜振动而产生对应的声波。反之，亦可施加声波于振动膜而使对应的压电材料振动变形，以利用压电材料的压电效应而产生对应的电信号。
消费性电子产品，如智能手机(smart phone)、笔记本电脑(notebookcomputer)、平板电脑(tablet PC)等，一般皆配备麦克风及扬声器，而在消费者追求高品质及多功能化的消费性电子产品的趋势下，为了提高产品的市场竞争力，产业界皆希望应用先进技术来开发及制造应用于麦克风及扬声器的电声转换器。因此，如何有效提升声音输入/输出装置的电声转换品质为电声转换器研发领域的重要议题。
发明内容
本发明提供一种电声转换器，具有良好的电声转换品质。
本发明的电声转换器包括基座、多个振动部及连接部。各振动部包括压电转换层且具有相对的第一连接端及第二连接端，这些第一连接端连接于基座。连接部分离于基座且连接这些第二连接端。这些压电转换层适于接收电信号而变形，以带动这些振动部振动而产生对应的声波。这些振动部适于接收声波而振动，以带动这些压电转换层变形而产生对应的电信号。
在本发明的一实施例中，上述的基座具有开口，这些振动部及连接部位于开口内，这些第一连接端连接于开口的内缘。
在本发明的一实施例中，上述的这些振动部围绕连接部。
在本发明的一实施例中，上述的各振动部还包括承载层，压电转换层配置于承载层上，压电转换层适于相对于承载层变形以带动振动部振动，且振动部适于振动以带动压电转换层相对于承载层变形。
在本发明的一实施例中，上述的承载层的材质为非压电材料。
在本发明的一实施例中，上述的各压电转换层包括上电极层、压电材料层及下电极层，压电材料层配置于上电极层与下电极层之间。
在本发明的一实施例中，上述的上电极层包括第一电极区及第二电极区，第一电极区及第二电极区彼此分离，第一电极区对位于第一连接端，第二电极区对位于第二连接端及连接部。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极区适于接收或输出电信号，第二电极区适于接收或输出另一电信号，两电信号的相位相反。
基于上述，在本发明的电声转换器中，各振动部除了藉其第一连接端而连接于基座，还藉其第二连接端及连接部而连接于其他振动部。亦即，各振动部的第一连接端及第二连接端皆非自由端，当接收声波或电信号制动时可使第一连接端与第二连接端产生反向应力。藉此，可在第一连接端及第二连接端分别输入相位相反的电信号至压电转换层，使压电转换层在第一连接端及第二连接端分别产生应变来带动振动部振动，而以差分的电信号方式进行输入于电声转换器，从而提升声波输出的强度及准确度。此外，当振动部接收声波而带动压电转换层变形时，压电转换层在第一连接端及第二连接端会分别产生应变及相位相反的电信号，而以差分的电信号方式进行输出，从而提升电信号输出的强度及准确度。如此一来，可使电声转换器具有良好的电声转换品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的电声转换器的俯视图；
图2是图1的电声转换器沿I-I线的剖面图；
图3是本发明另一实施例的电声转换器的俯视图；
图4A至图4C是图1的电声转换器的制造流程图。
附图标记说明：
50：基材；
100、200：电声转换器；
110、210：基座；
112、212：开口；
120、220：振动部；
120a、220a：第一连接端；
120b、220b：第二连接端；
122：压电转换层；
122a、222a：上电极层；
122b：压电材料层；
122c：下电极层；
124：承载层；
130、230：连接部；
E1、E1’：第一电极区；
E2、E2’：第二电极区；
E3、E4、E3’、E4’：电极；
T、T’：沟槽。
具体实施方式
图1是本发明一实施例的电声转换器的俯视图。图2是图1的电声转换器沿I-I线的剖面图。请参考图1及图2，本实施例的电声转换器100例如是微机电制程所制作出的电声转换器，可应用于麦克风(microphone)等声音输入装置、扬声器(speaker)等声音输出装置或超音波传感器(ultrasound transducer)。电声转换器100包括基座110、多个振动部120(绘示为四个)及连接部130。各振动部120包括压电转换层122(标示于图2)。这些压电转换层122适于接收电信号而变形，以带动这些振动部120振动而产生对应的声波。此外，这些振动部120适于接收声波而振动，以带动这些压电转换层122变形而产生对应的电信号。
在本实施例中，各振动部120具有相对的第一连接端120a及第二连接端120b。这些第一连接端120a连接于基座110，连接部130分离于基座110且连接这些第二连接端120b。在此配置方式之下，各振动部120的第一连接端120a及第二连接端120b皆非自由端，当接收声波或电信号制动时可使第一连接端120a与第二连接端120b产生反向应力。藉此，可在第一连接端120a及第二连接端120b分别输入相位相反的交流电信号至压电转换层122，使压电转换层122在第一连接端120a及第二连接端120b分别产生应变来带动振动部120振动，而以差分的电信号方式进行输入于电声转换器100，从而提升声波输出的强度及准确度。此外，当振动部120接收声波而带动压电转换层122变形时，压电转换层122在第一连接端120a及第二连接端120b会分别产生应变及相位相反的交流电信号，而以差分的电信号方式进行输出，从而提升电信号输出的强度及准确度。如此一来，可使电声转换器100具有良好的电声转换品质。
在本实施例中，基座110如图1所示具有开口112，这些振动部120及连接部130位于开口112内，这些第一连接端120a连接于开口112的内缘，且这些振动部120围绕连接部130。此外，本实施例的各振动部120如图2所示还包括承载层124，压电转换层122配置于承载层124上，压电转换层122适于接收电信号而相对于承载层124伸缩变形以带动振动部120振动，且振动部120适于接收声波而振动以带动压电转换层122相对于承载层124伸缩变形，据以使压电转换层122产生电信号。承载层124例如是绝缘体上硅晶(silicon on insulator，SOI)形式的结构层(device layer)或由其他适当的非压电材料所构成，然本发明不以此为限。基座110亦例如是绝缘体上硅晶(siliconon insulator，SOI)形式的基板层(handle layer)或由其他适当材料所构成，本发明不对此加以限制。
更详细而言，本实施例的各压电转换层122包括上电极层122a、压电材料层122b及下电极层122c，压电材料层122b配置于上电极层122a与下电极层122c之间。上电极层122a的材质例如是但不限制为金(Au)，上电极层122a包括第一电极区E1及第二电极区E2，第一电极区E1及第二电极区E2彼此分离，第一电极区E1对位于第一连接端120a，第二电极区E2对位于第二连接端120b及连接部130。下电极层122c的材质例如是但不限制为铂(Pt)。此外，上电极层122a及下电极层122c还延伸至基座110并在基座110处分别具有电极E3及电极E4。电声转换器100可通过第一电极区E1、第二电极区E2、电极E3及电极E4而输入或输出电信号。
图3是本发明另一实施例的电声转换器的俯视图。在图3的电声转换器200中，基座210、开口212、振动部220、第一连接端220a、第二连接端220b、上电极层222a、第一电极区E1’、第二电极区E2’、电极E3’、电极E4’、连接部230、沟槽T’的配置与作用方式类似图1的基座110、开口112、振动部120、第一连接端120a、第二连接端120b、上电极层122a、第一电极区E1、第二电极区E2、电极E3、电极E4、连接部130、沟槽T的配置与作用方式，于此不再赘述。电声转换器200与电声转换器100的不同处在于，振动部220的数量为两个。在其他实施例中，电声转换器可具有其他适当数量的振动部，本发明不对此加以限制。
以下将以图1所示电声转换器100为例，说明其制造流程。图4A至图4C是图1的电声转换器的制造流程图，其对应于图1的电声转换器100沿I-I线的剖面。首先，如图4A所示在基材50上形成下电极层122c及压电材料层122b。接着，如图4B所示在压电材料层122b上形成上电极层122a，上电极层122a、压电材料层122b及下电极层122c构成压电转换层122，上电极层122a具有第一电极区E1及第二电极区E2，且上电极层122a及下电极层122c分别具有电极E3及电极E4，第一电极区E1、第二电极区E2、电极E3及电极E4例如为共面。如图4C所示在基材50及压电转换层122形成沟槽T，并如图2所示移除部分基材50，以区隔出振动部120及连接部130。例如是通过干蚀刻(dry etching)制程来形成沟槽T，使沟槽T具有较小宽度以避免声波通过沟槽T而损失。然本发明不以此为限，亦可通过离子研磨(ion milling)制程或深反应离子蚀刻(deep reactive ion etch，DRIE)制程来形成沟槽T。
综上所述，在本发明的电声转换器中，各振动部除了藉其第一连接端而连接于基座，还藉其第二连接端及连接部而连接于其他振动部。亦即，各振动部的第一连接端及第二连接端皆非自由端，当接收声波或电信号制动时可使第一连接端与第二连接端产生反向应力。藉此，可在第一连接端及第二连接端分别输入相位相反的电信号至压电转换层，使压电转换层在第一连接端及第二连接端分别产生应变来带动振动部振动，而以差分的电信号方式进行输入于电声转换器，从而提升声波输出的强度及准确度。此外，当振动部接收声波而带动压电转换层变形时，压电转换层在第一连接端及第二连接端会分别产生应变及相位相反的电信号，而以差分的电信号方式进行输出，从而提升电信号输出的强度及准确度。如此一来，可使电声转换器具有良好的电声转换品质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种电声转换器，其特征在于，包括：
基座；
多个振动部，各所述振动部包括压电转换层且具有相对的第一连接端及第二连接端，该些第一连接端连接于所述基座；以及
连接部，分离于所述基座且连接该些第二连接端，其中该些压电转换层适于接收电信号而变形，以带动该些振动部振动而产生对应的声波，且该些振动部适于接收声波而振动，以带动该些压电转换层变形而产生对应的电信号。
2.根据权利要求1所述的电声转换器，其特征在于，所述基座具有开口，该些振动部及所述连接部位于所述开口内，该些第一连接端连接于所述开口的内缘。
3.根据权利要求1所述的电声转换器，其特征在于，该些振动部围绕所述连接部。
4.根据权利要求1所述的电声转换器，其特征在于，各所述振动部还包括承载层，所述压电转换层配置于所述承载层上，所述压电转换层适于相对于所述承载层变形以带动所述振动部振动，且所述振动部适于振动以带动所述压电转换层相对于所述承载层变形。
5.根据权利要求4所述的电声转换器，其特征在于，所述承载层的材质为非压电材料。
6.根据权利要求1所述的电声转换器，其特征在于，各所述压电转换层包括上电极层、压电材料层及下电极层，所述压电材料层配置于所述上电极层与所述下电极层之间。
7.根据权利要求6所述的电声转换器，其特征在于，所述上电极层包括第一电极区及第二电极区，所述第一电极区及所述第二电极区彼此分离，所述第一电极区对位于所述第一连接端，所述第二电极区对位于所述第二连接端及所述连接部。
8.根据权利要求7所述的电声转换器，其特征在于，所述第一电极区适于接收或输出电信号，所述第二电极区适于接收或输出另一电信号，所述两电信号的相位相反。
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Effective date of registration: 20191011 Address after: 6 / F, 10 / F, No.65, high speed rail No.7 Road, Zhubei City, Hsinchu County, Taiwan, China Patentee after: China optoelectronic intelligent sensing Co., Ltd. Address before: 4f, Vero tower, Kuyt square, P.O. Box 2804, ky1-1112, Grand Cayman, British Cayman Islands Patentee before: British Cayman Islands Business Intelligence global Limited by Share Ltd |
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