CN111147998A - Mems微型扬声器、mems微型扬声器的制备方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备。一种MEMS微型扬声器，所述MEMS微型扬声器包括支撑结构以及设置于所述支撑结构上的压电振膜，所述支撑结构上开设有背腔以裸露部分所述压电振膜；其中，所述压电振膜包括与所述背腔相对的低频区，所述低频区包括高频区和低频子区域，且所述低频子区域刚性小于所述高频区刚性。上述MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备，在同一个发声单体中能够同时发出高频频段声波和低频频段声波，从而延伸带宽范围；同时相比于传统的整合多个发声单体的方式，还能增大压电振膜的有效区域面积，减小MEMS微型扬声器整体尺寸。

Description

MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备。

背景技术

目前，扬声器逐渐向小型化发展，微型扬声器通过MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）技术微缩组件尺寸同时达到批量制造的优势，从而受到人们的欢迎。而传统的MEMS微型扬声器延伸带宽范围时常需要整合两颗以上的独立发声单体，使得MEMS微型扬声器整体体积过大，不符合小型化需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备。

一种MEMS微型扬声器，所述MEMS微型扬声器包括支撑结构以及设置于所述支撑结构上的压电振膜，所述支撑结构上开设有背腔以裸露部分所述压电振膜；

其中，所述压电振膜包括与所述背腔相对的低频区，所述低频区包括高频区和低频子区域，且所述低频子区域刚性小于所述高频区刚性。

在其中一个实施例中，所述高频区位于所述低频区的中心区域。

在其中一个实施例中，所述低频区在第一方向上的相对两个侧边固定于所述支撑结构上，所述压电振膜上沿所述低频区的另外两个侧边开设有第一狭缝。

在其中一个实施例中，所述高频区在第二方向上的相对两个侧边与所述低频子区域连接，所述压电振膜上沿所述高频区的另外两个侧边开设有第二狭缝。

在其中一个实施例中，所述压电振膜的高频区沿所述第二方向的垂直方向开设有第三狭缝，以将所述高频区至少划分为一个位于中间的中间高频子区域和两个位于边缘的边缘高频子区域。

在其中一个实施例中，所述压电振膜包括第一电极层；所述第一电极层包括第一电极；

所述第一电极包括位于所述中间高频子区域的中间高频第一子电极以及位于所述边缘高频子区域的边缘高频第一子电极；

其中，在所述MEMS微型扬声器发音时，向所述中间高频第一子电极输入第一极性的电压，向所述边缘高频第一子电极输入第二极性的电压，所述第一极性和所述第二极性的极性相反。

在其中一个实施例中，所述压电振膜上与所述背腔相对位置开设有多个环绕所述低频区边缘的第四狭缝；

所述第四狭缝包括第一外段、连接段以及第一内段；所述第一内段和所述第一外段分别位于两个同心圆上，所述连接段的首尾分别与所述第一外段和所述第一内段相接。

在其中一个实施例中，所述压电振膜上与所述背腔相对位置开设有多个环绕所述高频区边缘的第五狭缝以将所述低频区至少划分为位于中心的所述高频区和一个环绕所述高频区的所述低频子区域；

所述第五狭缝包括第二外段、尾段以及第二内段；所述第二内段和所述第二外段分别位于两个同心圆上，所述第二外段和所述第二内段的对立端均分别连接有所述尾段。

在其中一个实施例中，所述低频区的一端固定于所述支撑结构上，所述低频区的另一端为自由端。

在其中一个实施例中，所述高频区的一端与所述低频子区域连接，所述高频区的另一端为自由端。

一种MEMS微型扬声器的制备方法，所述方法包括：

提供支撑结构；

在所述支撑结构上形成压电振膜；

对所述支撑结构进行刻蚀形成背腔，以裸露部分所述压电振膜；所述压电振膜与所述背腔相对位置处为低频区；以及

在与所述背腔相对位置处于所述压电振膜上开设狭缝，以将所述低频区划分为高频区和低频子区域，且所述低频子区域刚性小于所述高频区刚性。

一种电子设备，所述电子设备包括如上任意一项所述的MEMS微型扬声器。

上述MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备，利用MEMS技术微缩组件尺寸以达到批量制造的优势；其通过在同一个压电振膜上形成包括高频区和低频子区域的低频区，使得在同一个发声单体能够同时发出高频频段声波和低频频段声波，从而延伸带宽范围；同时相比于传统的整合多个发声单体的方式，本申请在发出高频频段声波和低频频段声波时，高频区为共用区域，从而增大压电振膜的有效区域面积，减小MEMS微型扬声器整体尺寸。其中，高频区可以位于低频区的中心区域，压电振膜形变区域的中心区域一般是比较敏感的区域，因此将高频区设置在低频区中心区域能够提升高频区发声时的信噪比，从而MEMS微型扬声器容易获得更佳的高频性能。

在其中一个实施例中，，压电振膜的高频区沿第二方向的垂直方向开设有第三狭缝，以将高频区至少划分为一个位于中间的中间高频子区域和两个位于边缘的边缘高频子区域。压电振膜包括第一电极层，第一电极层包括第一电极，第一电极包括位于中间高频子区域的中间高频第一子电极以及位于边缘高频子区域的边缘高频第一子电极。在MEMS微型扬声器发音时，向中间高频第一子电极输入第一极性的电压，向边缘高频第一子电极输入第二极性的电压，第一极性和第二极性的极性相反，由于中间高频子区域和边缘高频子区域的应力相反，因此可以使得压电振膜形变时高频区的位移量最大化，从而增大高频频段声波声压，提升MEMS微型扬声器声学性能。

在其中一个实施例中，压电振膜上与背腔相对位置开设有多个环绕低频区边缘的第四狭缝，第四狭缝包括第一外段、连接段以及第一内段，第一内段和第一外段分别位于两个同心圆上，连接段的首尾分别与第一外段和第一内段相接；压电振膜上与背腔相对位置还可以开设多个环绕高频区边缘的第五狭缝以将低频区至少划分为位于中心的高频区和一个包围高频区的低频子区域，第五狭缝包括第二外段、尾段以及第二内段，第二内段和第二外段分别位于两个同心圆上，第二外段和第二内段的对立端均分别连接有尾段，第四狭缝和/或第五狭缝使得压电振膜的形变区域结构类似于弹簧结构，从而提高高频区和低频区敏感度，有利于得到声学性能更佳的MEMS微型扬声器。

在其中一个实施例中，低频区的一个侧边固定于支撑结构上，低频区的另一端为自由端，低频区的压电振膜与支撑结构构成悬臂梁结构；类似的，高频区的一端与低频子区域连接，高频区的另一端为自由端，从而高频区与低频子区域构成悬臂梁结构，悬臂梁结构有利于释放压电振膜的残余应力。

在其中一个实施例中，压电振膜可以包括依次设置于支撑结构上的柔性薄膜层、绝缘层、第二电极层、压电材料层以及第一电极层，其中，柔性薄膜层和绝缘层可以选择性忽略，第一电极层上包括第一电极、第一电极引出端以及第二电极引出端，第二电极层包括第二电极，压电材料层上开设通孔以使得第二电极引出端和第二电极可以通过该通孔电连接，从而避免侧边引线，走线更加规整；当信号处理电路通过第一电极引出端和第二电极引出端向第一电极和第二电极输出对应控制电压时，压电材料层通过逆压电效应将电能转换为机械能，产生形变，从而发出对应频段声波；绝缘层可以起到柔性薄膜层和第二电极之间的绝缘作用，柔性薄膜层有利于带动整个形变区域的形变，从而进一步提升MEMS微型扬声器的声学性能。

附图说明

图1为第一个具体实施例的MEMS微型扬声器立体图。

图2为第一个具体实施例的MEMS微型扬声器另一个角度的立体图。

图3为第一个具体实施例的MEMS微型扬声器俯视图。

图4为图3实施例中MEMS微型扬声器的低频区形变时沿AA’方向的剖视图。

图5为图3实施例中在MEMS微型扬声器的压电振膜未形变时沿BB’方向的剖视图。

图6为图3实施例中在MEMS微型扬声器的高频区形变时沿BB’方向的剖视图。

图7为第二个具体实施例的MEMS微型扬声器立体图。

图8为第二个具体实施例的MEMS微型扬声器另一个角度的立体图。

图9为第二个具体实施例的MEMS微型扬声器俯视图。

图10为图9实施例中MEMS微型扬声器的压电振膜未形变时沿CC’方向的剖视图。

图11为图9实施例中在MEMS微型扬声器低频区形变时沿CC’方向的剖视图。

图12为图9实施例中在MEMS微型扬声器高频区形变时沿CC’方向的剖视图。

图13为第三个具体实施例的MEMS微型扬声器立体图。

图14为第三个具体实施例的MEMS微型扬声器另一个角度的立体图。

图15为第三个具体实施例的MEMS微型扬声器俯视图。

图16为图15实施例中MEMS微型扬声器的压电振膜未形变时沿DD’方向的剖视图。

图17为图15实施例中在MEMS微型扬声器低频区形变时沿DD’方向的剖视图。

图18为图15实施例中在MEMS微型扬声器高频区形变时沿DD’方向的剖视图。

图19为一实施例中在MEMS微型扬声器制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”以及“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，需要说明的是，当元件被称为“形成在另一元件上”时，它可以直接连接到另一元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一元件或者同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

传统的MEMS微型扬声器延伸带宽范围时常通过设置多个扬声器实现。每个扬声器都包括一个独立的发声单体、腔体以及封装体，因此体积过大，无法满足MEMS微型扬声器小型化的需求。而本申请中提供的MEMS微型扬声器在一个发声单体中即能实现延伸带宽范围的目的，使得减小MEMS微型扬声器体积，符合小型化的需求。以下就对本申请提供的MEMS微型扬声器作具体介绍。

MEMS微型扬声器包括支撑结构以及设置于支撑结构上的压电振膜，支撑结构上开设有背腔以裸露部分压电振膜，使得与背腔相对位置的压电振膜区域也是其形变区域。其中，压电振膜包括与背腔相对的低频区，低频区包括高频区和低频子区域，且低频子区域刚性小于高频区刚性。

在MEMS微型扬声器中，当给压电振膜施加对应的控制电压后，压电振膜将电能转换为机械能，使得形变区域产生形变，从而发出对应频段的声波。在本实施例中，形变区域对应为低频区，低频区包括高频区和低频子区域，即低频区和高频区共用高频区，增大压电振膜有效区域的面积，从而在缩小MEMS微型扬声器尺寸的同时还能延伸带宽范围。其中，高频区是相对于低频区而言发出声波频率更高的区域。例如，低频区发出声波频率范围为100Hz-5kHz，高频区发出声波频率范围为10 kHz -40kHz。在其他实施例中，低频区发出的最高频率也可以恰好等于高频区发出的最低频率，从而使得该MEMS微型扬声器能够发出一段频率连续的声波。

对于设置低频子区域刚性小于高频区刚性从而将高频区和低频区的声波频段进行区别的方式有多种。例如，在高频区边缘和低频子区域边缘设置贯穿压电振膜的狭缝，且狭缝并不会完全切断高频区和低频子区域以及不会完全切断低频区和位于支撑结构上的压电振膜；或者，设置低频子区域和高频区的压电振膜的材料、面积、结构或者它们的任意组合等不同，从而区分高频区和低频区的声波频段，实现在同一个发声单体中延伸带宽范围的目的。

上述MEMS微型扬声器，利用MEMS技术微缩组件尺寸以达到批量制造的优势；其通过在同一个压电振膜上形成包括高频区和低频子区域的低频区，使得在同一个发声单体中能够同时发出高频频段声波和低频频段声波，从而延伸带宽范围；同时相比于传统的整合多个发声单体的方式，本申请在发出高频频段声波和低频频段声波时，高频区为共用区域，从而增大压电振膜的有效区域面积，减小MEMS微型扬声器整体尺寸，使得MEMS微型扬声器符合小型化的需求。

进一步的，可以将高频区设置在低频区的中心区域，或者接近低频区的中间区域。经发明人研究发现，压电振膜形变区域的中心区域是比较敏感的区域，因此，本实施例将高频区设置在形变区域的中心区域能够提升高频区发声时的信噪比，从而MEMS微型扬声器容易获得更佳的高频性能。

图1为第一个具体实施例中的MEMS微型扬声器的立体图，图2为第一个具体实施例中的MEMS微型扬声器另一个角度的立体图。如图1和图2所示，MEMS微型扬声器100包括支撑结构110和设置于支撑结构110上的压电振膜120。支撑结构110上开设有背腔111以裸露部分压电振膜120，压电振膜120裸露的区域即其形变区域。参见图3，压电振膜120包括与背腔111相对的低频区130，低频区130包括高频区131和低频子区域132，且低频子区域132刚性小于高频区131刚性。

示例性的，低频区130在第一方向（图3中的X方向）上的相对的两个侧边L1和L2固定于支撑结构110上，压电振膜120上沿低频区130的另外两个侧边开设有贯穿压电振膜120的第一狭缝141。在本实施例中，背腔111俯视图为矩形，第一狭缝141为沿X方向的直线形，低频区130整体呈桥状结构。在未给低频区130施加对应控制电压时，低频区130平坦；在给低频区130施加对应控制电压时，请参见图4，低频区130发生形变后呈拱形。

仍然参见图3，高频区131在第二方向（图3中的Y方向）上的相对两个侧边L3和L4与低频子区域132连接，压电振膜120上沿高频区131的另外两个侧边开设有贯穿压电振膜120的第二狭缝142。在本实施例中，第二狭缝142为沿Y方向的直线状，则高频区131俯视图为矩形。由于高频区131在Y方向上的相对两个侧边L3和L4仍然与低频子区域132连接，高频区131的侧边L3和L4相当于固定边，高频区131同样呈桥状结构。在未给高频区131施加对应的控制电压时，参见图5，高频区131平坦；在给高频区131施加对应的控制电压时，参见图6，高频区131发生形变后呈拱形。

可选的，第二狭缝142将低频区130至少划分为两个位于边缘的低频子区域132和一个位于中间的高频区131。例如，第二狭缝142为开设于低频区130在X方向上的三等分线处直线形，从而将低频区130划分为两个位于边缘的低频子区域132和一个位于中间的高频区131，且两个低频子区域132和高频区131的面积均相等。在其他实施例中，也可以将低频区130划分为大于三个区域，并且各低频子区域132和高频区131的面积可以不等。需要注意的是，第二狭缝142的长度应当小于低频区130在Y方向的长度，从而保证不会将高频区131完全切断。

进一步的，仍然参见图3，压电振膜120的高频区131沿第二方向的垂直方向（图3中的X方向，X方向和Y方向可以是相互垂直的两个方向）开设有贯穿压电振膜120的第三狭缝143，以将高频区131至少划分为一个位于中间的中间高频子区域1311和两个位于边缘的边缘高频子区域1312。例如，第三狭缝143可以为沿X方向的直线形，需要注意的是，第三狭缝143在X方向上的长度小于高频区131在X方向上的长度，从而保证不会切断位于中间的中间高频子区域1311。第三狭缝143的位置可以根据高频区131的声波频段进行设置。

在一实施例中，结合图1和图5，压电振膜120包括依次层叠设置于支撑结构110上的柔性薄膜层125、绝缘层124、第二电极层123、压电材料层122以及第一电极层121。其中，柔性薄膜层125和绝缘层124可以有选择性的忽略。

具体的，第一电极层121包括第一电极1211、第一电极引出端1212以及第二电极引出端1213。第一电极1211与第一电极引出端1212连接，从而外部信号电路可以通过第一电极引出端1212向第一电极1211输出控制电压。压电材料层122上开设有通孔，以引出第二电极层123，第二电极层123可以包括第二电极1231，位于第一电极层121的第二电极引出端1213与位于第二电极层123的第二电极1231通过压电材料层122上通孔进行电连接，从而外部信号电路可以通过第二电极引出端1213向第二电极1231输出控制电压。外部信号电路通过控制向第一电极引出端1212和第二电极引出端1213输出的控制电压以控制高频区131和低频区130分别发出对应频段的声波。

其中，第一电极1211包括位于中间高频子区域1311的中间高频第一子电极1211a、位于边缘高频子区域1312的边缘高频第一子电极1211b以及位于低频子区域132的低频第一子电极1211c。对应的，第一电极引出端1212可以包括中间高频第一子电极引出端1212a、边缘高频第一子电极引出端1212b以及低频第一子电极引出端1212c。中间高频第一子电极1211a与中间高频第一子电极引出端1212a电连接，边缘高频第一子电极1211b与边缘高频第一子电极引出端1212b电连接，低频第一子电极1211c与低频第一子电极引出端1212c电连接，从而通过中间高频第一子电极引出端1212a、边缘高频第一子电极引出端1212b以及低频第一子电极引出端1212c将各第一子电极引出。

需要说明的是，从图3中BB’剖视方向得到的剖视图无法看到第一电极引出端1212以及第二电极引出端1213，但本实施例中为了更清楚的说明MEMS微型扬声器的内部结构，在图5中展示出了第一电极引出端1212以及第二电极引出端1213。

可选的，MEMS微型扬声器100还包括信号处理电路（图中未示出），该信号处理电路利用传统结构即可，本实施例不作赘述。将信号处理电路与第一电极层121上的第一电极引出端1212和第二电极引出端1213连接，通过控制信号处理电路输出给第一电极引出端1212和第二电极引出端1213的控制电压，以控制压电材料层122产生逆压电效应，将电能转换为机械能，从而产生对应频段的声波。

在MEMS微型扬声器100只需要发出高频频段声波时，信号处理电路通过中间高频第一子电极引出端1212a向中间高频第一子电极1211a输入第一极性电压，通过边缘高频第一子电极引出端1212b向边缘高频第一子电极1211b输入第二极性的电压。由于第二电极1231为共用电极，因此信号处理电路通过第二电极引出端1213向第二电极1231输入第一极性或者第二极性的电压均可以。本实施例中，对于高频区131，中间高频子区域1311和边缘高频子区域1312的应力相反，因此，通过控制中间高频子区域1311和边缘高频子区域1312电压极性相反，能够增大高频区131的压电振膜120在发生形变时产生的位移量，使得增大高频频段声波的声压，从而提升MEMS微型扬声器100的高频性能。

在MEMS微型扬声器100只需要发出低频频段声波时，信号处理电路通过低频第一子电极引出端1212c向低频第一子电极1211c输入第一极性电压，通过中间高频第一子电极引出端1212a向中间高频第一子电极1211a输入第二极性电压，通过边缘高频第一子电极引出端1212b向边缘高频第一子电极1211b输入第二极性的电压，即高频区131的各第一子电极均输入的是第二极性的电压，第一极性和第二极性的极性相反。由于第二电极1231为共用电极，因此信号处理电路通过第二电极引出端1213向第二电极1231输入第一极性或者第二极性的电压均可以。本实施例中，对于低频区130，低频子区域132和高频区131的应力相反，因此，通过控制低频子区域132和高频区131的电压极性相反，能够增大低频区130的压电振膜120在形变时产生的位移量，使得增大低频频段声波的声压，从而提升MEMS微型扬声器100的低频性能。

在MEMS微型扬声器100需要同时发出低频频段声波和高频频段声波时，信号处理电路通过低频第一子电极引出端1212c向低频第一子电极1211c输入第一极性电压，通过中间高频第一子电极引出端1212a向中间高频第一子电极1211a输入第一极性电压，通过边缘高频第一子电极引出端1212b向边缘高频第一子电极1211b输入第二极性的电压，第一极性和第二极性的极性相反。由于第二电极1231为共用电极，因此信号处理电路通过第二电极引出端1213向第二电极1231输入第一极性或者第二极性的电压均可以。本实施例中，对于高频区131，中间高频子区域1311和边缘高频子区域1312的应力相反；对于低频区130，低频子区域132和高频区131的应力相反，因此，通过控制中间高频子区域1311、低频子区域132的电压极性均与边缘高频子区域1312的电压极性相反，能够增大高频区131和低频区130的压电振膜120在形变时产生的位移量，使得增大高频频段声波的声压和低频频段声波的声压，从而同时提升MEMS微型扬声器100的高频性能和低频性能。

本实施例中提供的MEMS微型扬声器100通过控制低频区130中各子区域的电压极性以增大MEMS微型扬声器100发音时压电振膜120的位移量，从而提升高频频段声波声压和/或低频频段声波的声压的方式可以进行适应性改进从而适用于其余各实施例。

柔性薄膜层125可以使得增加压电振膜120形变区域的弹性。柔性薄膜层125可以采用硅材料制作，其有利于带动整个形变区域的形变，从而进一步提升MEMS微型扬声器的声学性能。绝缘层124对第二电极层123与柔性薄膜层125之间起到绝缘作用。柔性薄膜层125和绝缘层124同时还对第一电极层121、压电材料层122以及第二电极层123具备支撑作用。

在一实施例中，仍然参见图5，支撑结构110包括基板113以及设置于基板113和压电振膜120之间的牺牲层114。基板113可以采用硅材料，硅具有强度高、耐磨性好等特点，从而更好的支撑压电振膜120。利用传统的刻蚀技术在基板113上刻蚀通孔，如，深离子反应刻蚀。支撑结构110还可以包括设置于基板113远离牺牲层114一侧的掩膜板112，利用掩膜板112对基板113进行光刻，从而严格控制基板113上刻蚀的通孔位置与尺寸。

牺牲层114可以采用二氧化硅等材料，从而在刻蚀基板113时牺牲层114可以作为阻挡层。尤其是在基板113和柔性薄膜层125均采用硅材料时，牺牲层114可以避免在对基板113进行刻蚀时对柔性薄膜层125的破坏。在基板113刻蚀完成后，去除牺牲层114对应部分，从而在基板113和牺牲层114上形成背腔111。如，采用氢氟酸（HF）溶液对牺牲层114进行湿法刻蚀。同时牺牲层114还可以作为压电振膜120与基板113之间的绝缘层。

图7为第二个具体实施例中的MEMS微型扬声器的立体图，图8为第二个具体实施例中的MEMS微型扬声器另一个角度的立体图。如图7和图8所示，MEMS微型扬声器200包括支撑结构210以及设置于支撑结构210上的压电振膜220。支撑结构210的结构可以与第一个具体实施例中的支撑结构110的结构相同。支撑结构210上开设有背腔211以裸露部分压电振膜220，压电振膜220裸露的区域即其形变区域。其中，请参见图9，压电振膜220包括与背腔211相对的低频区230，低频区230包括高频区231和低频子区域232，且低频子区域232刚性小于高频区231刚性。

示例性的，压电振膜220上与背腔211相对位置开设有多个环绕低频区230贯穿压电振膜220的第四狭缝241，第四狭缝241的位置可以紧靠背腔211边缘。需要说明的是，各第四狭缝241之间具有间隔，从而保证不会完全切断低频区230。

具体的，第四狭缝241包括第一外段2411、第一内段2412以及连接段2413。第一内段2412和第一外段2411可以依次位于直径逐渐增大的同心圆上，连接段2413可以位于该同心圆的径向，连接段2413的首尾分别与第一外段2411和第一内段2412相接。各第四狭缝241的第一外段2411之间的间隔以及各第四狭缝241的第一内段2412之间的间隔可以根据需要进行设置，但需要说明的是第一外段2411之间的间隔和第一内段2412之间的间隔均大于零。其中，在未给低频区230施加对应控制电压时，请参见图10，低频区230平坦；在给低频区230施加对应控制电压时，低频区230形变效果请参见图11。

仍然参见图9，压电振膜220上与背腔211相对位置还开设有多个环绕高频区231边缘的贯穿压电振膜220的第五狭缝242以将低频区230至少划分为位于中心的高频区231和一个环绕高频区231的低频子区域232。本实施例中，背腔211俯视图可以为圆形，高频区231和低频区230为同心圆区域，且低频区230的直径大于高频区231的直径。第五狭缝242的位置能够确定位于中间区域的高频区231的面积，而高频区231的刚性与高频区231的面积相关，因此可以根据高频区231的声波频段要求的刚性大小设置第五狭缝242位置和形状。需要说明的是，各第五狭缝242之间具有间隔，从而保证不会完全切断高频区231。

具体的，第五狭缝242包括第二外段2421、尾段2422以及第二内段2423。第二内段2423和第二外段2421分别位于两个直径逐渐增大的同心圆上，尾段2422可以位于该同心圆的径向，第二外段2421和第二内段2423的对立端均分别连接有尾段2422。其中，在未给高频区231施加对应控制电压时，请参见图10，高频区231平坦；在给高频区231施加对应控制电压时，高频区231形变效果请参见图12。

本实施例中，利用第四狭缝241和第五狭缝242限定低频区230所包含的低频子区域232刚性小于高频区231刚性，使得利用同一个压电振膜220能够同时发出高频频段声波和低频频段声波以延伸带宽范围，并且由于高频区231被包含在低频区230内，因此高频区231能够被重复利用，从而增大压电振膜220形变区域的有效面积，减小MEMS微型扬声器200的整体尺寸。第四狭缝241和第五狭缝242使得压电振膜220的形变区域结构类似于弹簧结构，从而提高高频区231和低频区230敏感度，有利于得到声学性能更佳的MEMS微型扬声器200。

在一实施例中，结合图7和图10，压电振膜220包括依次层叠设置于支撑结构210上的柔性薄膜层225、绝缘层224、第二电极层223、压电材料层222以及第一电极层221。其中，柔性薄膜层225和绝缘层224可以有选择性的忽略，并且柔性薄膜层225作用和第一个具体实施例中柔性薄膜层125相同，绝缘层224作用和第一个具体实施例中绝缘层124相同，本实施例不再对柔性薄膜层225和绝缘层224赘述。

具体的，第一电极层221包括第一电极2211、第一电极引出端2212以及第二电极引出端2213。第一电极2211与第一电极引出端2212连接，从而外部信号电路可以通过第一电极引出端2212向第一电极2211输出控制电压。压电材料层222上开设有通孔，以引出第二电极层223，第二电极层223可以包括第二电极2231，位于第一电极层221的第二电极引出端2213与位于第二电极层223的第二电极2231通过压电材料层222上通孔进行电连接，从而外部信号电路可以通过第二电极引出端2213向第二电极2231输出控制电压。外部信号电路通过控制向第一电极引出端2212和第二电极引出端2213的控制电压以控制高频区231和低频区230分别发出对应频段的声波。

其中，第一电极2211包括位于第二外段2421和第二内段2423之间呈扇环状的高频第一子电极2211a以及位于第一外段2411和第一内段2412之间呈扇环状的低频第一子电极2211b。对应的，第一电极引出端2212可以包括高频第一子电极引出端2212a以及低频第一子电极引出端2212b。高频第一子电极2211a与高频第一子电极引出端2212a电连接，低频第一子电极2211b与低频第一子电极引出端2212b电连接，从而通过高频第一子电极引出端2212a和低频第一子电极引出端2212b将各第一子电极引出。

需要说明的是，从图9中CC’剖视方向得到的剖视图无法看到第一电极引出端2212以及第二电极引出端2213，但本实施例中为了更清楚的说明MEMS微型扬声器200的内部结构，在图10、图11以及图12中展示出了第一电极引出端2212以及第二电极引出端2213。

可选的，MEMS微型扬声器200还包括信号处理电路（图中未示出），该信号处理电路利用传统结构即可，本实施例不作赘述。将信号处理电路与第一电极层221上的第一电极引出端2212和第二电极引出端2213连接，通过控制信号处理电路输出给第一电极引出端2212和第二电极引出端2213的控制电压，以控制压电材料层222产生逆压电效应，将电能转换为机械能，从而产生对应频率的声波。具体的，通过控制输出给高频第一子电极引出端2212a和第二电极引出端2213的控制电压以控制高频区231形变，从而产生高频区231对应的高频频段声波；通过控制输出给高频第一子电极引出端2212a、低频第一子电极引出端2212b以及第二电极引出端2213的控制电压以控制低频区230形变，从而产生低频区230对应的低频频段声波。控制电压的大小和极性根据实际需求设置即可。

图13为第三个具体实施例中的MEMS微型扬声器的立体图，图14为第三个具体实施例中的MEMS微型扬声器在另一个角度的立体图。如图13和图14所示，MEMS微型扬声器300包括支撑结构310以及设置于支撑结构310上的压电振膜320。支撑结构310的结构可以与第一个具体实施例中的支撑结构110的结构相同。支撑结构310上开设有背腔311以裸露部分压电振膜320，压电振膜320裸露的区域即其形变区域。请参见图15，压电振膜320包括与背腔311相对的低频区330，低频区330包括高频区331和低频子区域332，且低频子区域332刚性小于高频区331刚性。

在一实施例中，低频区330的一端固定于支撑结构310上，低频区330的另一端为自由端，从而低频区330的压电振膜320与支撑结构310构成悬臂梁结构。

例如，低频区330在第三方向（图15中X2方向）上的一个侧边L5固定于支撑结构310上，压电振膜320沿低频区330其他侧边开设有贯穿压电振膜320的第六狭缝341，即低频区330只有一个侧边是固定边，其他侧边是活动的，使得低频区330与支撑结构310构成悬臂梁结构，悬臂梁结构有利于释放压电振膜320的残余应力。在本实施例中，背腔311俯视图为矩形，第六狭缝341沿背腔311内边缘开设，使得低频区330为矩形梁；在其他实施例中，低频区330也可以为锥形梁等。在未给低频区330施加对应控制电压时，请参见图16，低频区330平坦；在给低频区330施加对应控制电压时，请参见图17，低频区330呈斜坡状。

在一实施例中，仍然参见图15，高频区331的一端与低频子区域332连接，高频区331的另一端为自由端。

例如，高频区331俯视图呈矩形，高频区331的一个侧边L6与低频子区域332连接，贯穿压电振膜320的第七狭缝342沿高频区331的其他三个侧边开设，高频区331为矩形梁；在其他实施例中，高频区331也可以为锥形梁等。在未给高频区331施加对应控制电压时，参见图16，高频区331平坦；在给高频区331施加对应控制电压时，请参见图18，高频区331同样呈斜坡状。本实施例中，低频区330的固定边L5与高频区331和低频子区域332连接的侧边L6平行，使得高频区331的自由端形变方向与低频区330的自由端整体形变方向一致，使得低频区330的压电振膜320形变时位移量最大化，从而增大低频频段声波的声压，提升MEMS微型扬声器300的低频性能。

在一实施例中，结合图13和图16，压电振膜320包括依次层叠设置于支撑结构310上的柔性薄膜层325、绝缘层324、第二电极层323、压电材料层322以及第一电极层321。其中，柔性薄膜层325和绝缘层324可以有选择性的忽略，并且柔性薄膜层325作用和第一个具体实施例中柔性薄膜层125相同，绝缘层324作用和第一个具体实施例中绝缘层124相同，本实施例不再对柔性薄膜层325和绝缘层324赘述。

具体的，第一电极层321包括第一电极3211、第一电极引出端3212以及第二电极引出端3213。第一电极3211与第一电极引出端3212连接，从而外部信号电路可以通过第一电极引出端3212向第一电极3211输出控制电压。压电材料层322上开设有通孔，以引出第二电极层323，第二电极层323可以包括第二电极3231，位于第一电极层321的第二电极引出端3213与位于第二电极层323的第二电极3231通过压电材料层322上通孔进行电连接，从而外部信号电路可以通过第二电极引出端3213向第二电极3231输出控制电压。外部信号电路通过控制向第一电极引出端3212和第二电极引出端3213的输出的控制电压以控制高频区331和低频区330分别发出对应频段的声波。

其中，第一电极3211包括位于高频区331的高频第一子电极3211a以及位于低频子区域332的低频第一子电极3211b。对应的，第一电极引出端3212可以包括高频第一子电极引出端3212a以及低频第一子电极引出端3212b。高频第一子电极3211a与高频第一子电极引出端3212a电连接，低频第一子电极3211b与低频第一子电极引出端3212b电连接，从而通过高频第一子电极引出端3212a和低频第一子电极引出端3212b将各第一子电极引出。

需要说明的是，从图15的DD’剖视方向得到的剖视图无法看到第一电极引出端3212以及第二电极引出端3213，但本实施例中为了更清楚的说明MEMS微型扬声器的内部结构，在图16、图17以及图18中均展示出了第一电极引出端3212以及第二电极引出端3213。

可选的，MEMS微型扬声器300还包括信号处理电路（图中未示出），该信号处理电路利用传统结构即可，本实施例不作赘述。将信号处理电路与第一电极层321上的第一电极引出端3212和第二电极引出端3213连接，通过控制信号处理电路输出给第一电极引出端3212和第二电极引出端3213的控制电压，以控制压电材料层322产生逆压电效应，将电能转换为机械能，从而产生对应频率的声波。具体的，通过控制输出给高频第一子电极引出端3212a和第二电极引出端3213的控制电压以控制高频区331形变，从而发出高频区331对应的高频频段声波；通过控制输出给高频第一子电极引出端3212a、低频第一子电极引出端3212b以及第二电极引出端3213的控制电压以控制低频区330形变，从而产生低频区330对应的低频频段声波。

在其他实施例中，上述提供的MEMS微型扬声器的具体实施例可以选择性的进行配合，从而形成结构复杂，声波频段更丰富的MEMS微型扬声器。

需要注意的是，本申请中提供的在同一个压电振膜的低频区中区分高频区和低频子区域的方式并不仅限于上述提供的具体实施例方式。在其他实施例中，也可以通过改变各区压电振膜结构以区分不同频率区域，例如，在压电振膜上设置凸起的结构以区分不同频率区域。

本申请还提供一种MEMS微型扬声器的制备方法。如图19所示，MEMS微型扬声器的制备方法包括以下步骤：

S110，提供支撑结构。

示例性的，支撑结构可以包括基板和形成于基板上的牺牲层。可选的，基板采用硅材料，牺牲层采用二氧化硅材料。在其他实施例中，本步骤中还可以根据需要增加清洗、烘干等传统实施步骤。

S120，在支撑结构上形成压电振膜。

示例性的，采用沉积工艺在支撑结构上依次形成柔性薄膜层、绝缘层、第二电极层、压电材料层以及第一电极层。其中，柔性薄膜层和绝缘层可以有选择性的忽略。在本步骤中，还可以包括对第二电极层进行图案化以形成第二电极；对第一电极层进行图案化以形成第一电极、第一电极引出端以及第二电极引出端；在压电材料层上开设通孔；通过压电材料层上通孔将第二电极引出端与第二电极电连接的过程。

S130，对支撑结构进行刻蚀形成背腔，以裸露部分压电振膜。

具体的，先对基板进行刻蚀以形成背腔位置处的通孔，在此步骤中牺牲层作为阻挡层；再对通过湿法刻蚀等工艺去除牺牲层的对应部分，从而形成背腔，以裸露部分压电振膜。压电振膜与背腔相对位置处为低频区。背腔的截面可以为圆形、方形或其他形状。同时，牺牲层还可以作为基板与压电振膜之间的绝缘层。例如，基板材料为硅，牺牲层材料为二氧化硅。

S140，在与背腔相对位置处于压电振膜上开设狭缝。

具体的，在与背腔相对位置处于压电振膜上开设狭缝，以将压电振膜的低频区划分为高频区和低频子区域，通过限定狭缝的位置及狭缝形状等将低频子区域的刚性设置为小于高频区的刚性。具体的狭缝位置介绍如下。

在其中一个实施例中，低频区在第一方向上相对两个侧边固定于支撑结构上，压电振膜上沿低频区的另外两个侧边开设有第一狭缝；压电振膜的低频区沿第一方向的垂直方向开设有第二狭缝以将低频区至少划分为位于边缘的两个低频子区域和位于中心的高频区。本实施例中制成的MEMS微型扬声器即为上述第一具体实施例中提供的MEMS微型扬声器，具体实施过程不再赘述。

在其中一个实施例中，压电振膜上与背腔相对位置开设有多个环绕低频区的第四狭缝，以及多个环绕高频区的第五狭缝以将低频区至少划分为位于中间的所述高频区和一个包围高频区的低频子区域。本实施例中制成的MEMS微型扬声器即为上述第二具体实施例中提供的MEMS微型扬声器，具体实施过程不再赘述。

在其中一个实施例中，低频区在第三方向上的一个侧边固定于支撑结构上，压电振膜沿低频区其他侧边开设有第六狭缝；压电振膜在低频区内开设有第七狭缝以将低频区至少划分为位于中间的高频区和一个包围高频区的低频子区域；高频区的一边与低频子区域连接，且低频区的固定边和高频区与低频子区域连接的侧边平行。本实施例中制成的MEMS微型扬声器即为上述第三具体实施例中提供的MEMS微型扬声器，具体实施过程不再赘述。

本申请还提供一种电子设备。电子设备包括如上任一实施例所述的压电麦克风。该电子设备可以为手机、数码相机、笔记本电脑、个人数字助理、MP3播放器、助听器、电视、电话、会议系统、有线耳机、无线耳机、录音笔、录音设备、线控器等等。

上述MEMS微型扬声器、MEMS微型扬声器的制备方法及电子设备，利用MEMS技术微缩组件尺寸以达到批量制造的优势；其通过在同一个压电振膜上形成包括高频区和低频子区域的低频区，使得在同一个发声单体中能够同时发出高频频段声波和低频频段声波，从而延伸带宽范围；同时相比于传统的整合多个发声单体的方式，本申请在发出高频频段声波和低频频段声波时，高频区为共用区域，从而增大压电振膜的有效区域面积，减小MEMS微型扬声器整体尺寸，使得MEMS微型扬声器符合小型化的需求。

可以理解，本案中所有的附图的尺寸不代表实际比例，且仅仅为示意图。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种MEMS微型扬声器，其特征在于，所述MEMS微型扬声器包括支撑结构以及设置于所述支撑结构上的压电振膜，所述支撑结构上开设有背腔以裸露部分所述压电振膜；

其中，所述压电振膜包括与所述背腔相对的低频区，所述低频区包括高频区和低频子区域，且所述低频子区域刚性小于所述高频区刚性。

2.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述高频区位于所述低频区的中心区域。

3.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述低频区在第一方向上的相对两个侧边固定于所述支撑结构上，所述压电振膜上沿所述低频区的另外两个侧边开设有第一狭缝。

4.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述高频区在第二方向上的相对两个侧边与所述低频子区域连接，所述压电振膜上沿所述高频区的另外两个侧边开设有第二狭缝。

5.根据权利要求4所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述压电振膜的高频区沿所述第二方向的垂直方向开设有第三狭缝，以将所述高频区至少划分为一个位于中间的中间高频子区域和两个位于边缘的边缘高频子区域。

6.根据权利要求5所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述压电振膜包括第一电极层；所述第一电极层包括第一电极；

所述第一电极包括位于所述中间高频子区域的中间高频第一子电极以及位于所述边缘高频子区域的边缘高频第一子电极；

其中，在所述MEMS微型扬声器发音时，向所述中间高频第一子电极输入第一极性的电压，向所述边缘高频第一子电极输入第二极性的电压，所述第一极性和所述第二极性的极性相反。

7.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述压电振膜上与所述背腔相对位置开设有多个环绕所述低频区边缘的第四狭缝；

所述第四狭缝包括第一外段、连接段以及第一内段；所述第一内段和所述第一外段分别位于两个同心圆上，所述连接段的首尾分别与所述第一外段和所述第一内段相接。

8.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述压电振膜上与所述背腔相对位置开设有多个环绕所述高频区边缘的第五狭缝以将所述低频区至少划分为位于中心的所述高频区和一个环绕所述高频区的所述低频子区域；

所述第五狭缝包括第二外段、尾段以及第二内段；所述第二内段和所述第二外段分别位于两个同心圆上，所述第二外段和所述第二内段的对立端均分别连接有所述尾段。

9.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述低频区的一端固定于所述支撑结构上，所述低频区的另一端为自由端。

10.根据权利要求1所述的MEMS微型扬声器，其特征在于，所述高频区的一端与所述低频子区域连接，所述高频区的另一端为自由端。

11.一种MEMS微型扬声器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供支撑结构；

在所述支撑结构上形成压电振膜；

对所述支撑结构进行刻蚀形成背腔，以裸露部分所述压电振膜；所述压电振膜与所述背腔相对位置处为低频区；以及

在与所述背腔相对位置处于所述压电振膜上开设狭缝，以将所述低频区划分为高频区和低频子区域，且所述低频子区域刚性小于所述高频区刚性。

12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至10任一所述的MEMS微型扬声器。

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