CN113630703A - Mems扬声器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MEMS扬声器，MEMS扬声器包括衬底，衬底具有相对设置的顶壁和底壁，以及自顶壁至底壁贯穿衬底的空腔；耦合件，耦合件包括固定于顶壁的本体部、由本体部向空腔延伸的悬臂梁以及与悬臂梁远离本体部一端连接的质量块；振膜，振膜固定于耦合件远离顶壁一侧并与耦合件共同围合形成振动面，振动面沿振膜的振动方向封闭空腔；驱动器，驱动器固定于耦合件并驱动振动面振动发声。该MEMS扬声器中振膜与耦合件共同围合形成振动面，并通过固定于耦合件的驱动器直接驱动振动发声，能够获得更好的发声效果，此外，通过调节质量块的高度以及质量，可以调节扬声器的一阶谐振，灵活的调整扬声器的发声效果。
Description
【技术领域】
本发明涉及声电转换技术领域，尤其涉及一种MEMS扬声器。
【背景技术】
扬声器作为手机等移动终端的主要元器件之一，其主要将电信号转换成声音信号。
MEMS扬声器(Micro-Electro-Mechanical System)，即微电机系统扬声器，其相对传统的音圈式扬声器具有一致性好、功耗低、尺寸小、价格低等优势，现有的MEMS扬声器中的振膜与驱动器的设计不合理，导致MEMS扬声器的发声性能差。
因此，有要提供一种改善上述问题的MEMS扬声器。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种发声性能好的MEMS扬声器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种MEMS扬声器，包括：衬底，所述衬底具有相对设置的顶壁和底壁、自所述顶壁至所述底壁贯穿所述衬底的空腔；耦合件，所述耦合件包括固定于所述顶壁的本体部、由所述本体部向所述空腔延伸的悬臂梁以及与所述悬臂梁远离所述本体部一端连接的质量块；振膜，所述振膜固定于所述耦合件远离所述顶壁一侧并与所述耦合件共同围合形成振动面，所述振动面沿所述振膜的振动方向封闭所述空腔；驱动器，所述驱动器固定于所述耦合件并驱动所述振动面振动发声。
优选地，所述悬臂梁包括多个，所述耦合件还包括自所述悬臂梁远离所述本体部的一端延伸的连接部，所述质量块通过所述连接部与所述悬臂梁连接，多个所述悬臂梁通过所述连接部共同悬置所述质量块。
优选地，所述振膜包括固定于所述连接部的第一固定部、固定于所述本体部的第二固定部以及连接所述第一固定部和所述第二固定部的折环部，所述折环部朝向远离所述耦合件的方向弯折。
优选地，所述第一固定部包括固定于所述连接部的第一弯折部、由所述第一弯折部向远离所述连接部延伸的第二弯折部、由所述第二弯折部向靠近所述第二固定部延伸的第三弯折部；所述第二固定部包括固定于所述本体部的第四弯折部、由所述第四弯折部向远离所述耦合件延伸的第五弯折部、由所述第五弯折部向靠近所述第三弯折部延伸的第六弯折部；所述第六弯折部与所述第三弯折部间隔设置，所述折环部的一侧与所述第三弯折部连接，另一侧与所述第六弯折部连接。
优选地，所述质量块包括加强框架和加强骨架，所述加强骨架位于所述加强框架内且与所述加强框架连接。
优选地，所述质量块设有贯穿其上的内腔，每个所述驱动器包括间隔设置的外驱动器以及内驱动器，每个所述外驱动器固定于对应的所述多个悬臂梁远离所述空腔的一侧，每个所述内驱动器固定于所述连接部。
优选地，每个所述悬臂梁包括间隔设置的外悬臂梁与内悬臂梁，所述连接部包括外连接部与内连接部，每个所述外悬臂梁一端与所述本体部连接，另一端与所述外连接部连接，每个所述内悬臂梁的一端与所述外连接部远离所述外悬臂梁一端连接，另一端与所述内连接部连接。
优选地，所述质量块包括外质量块与内质量块，所述外质量块与所述外连接部连接，所述内质量块与所述内连接部连接，所述外质量块与内质量块间隔设置。
优选地，所述驱动器包括外驱动器以及内驱动器，所述外驱动器固定于对应的所述外悬臂梁远离所述空腔的一侧，所述内驱动器固定于对应的所述内悬臂梁远离所述空腔的一侧。
优选地，所述振膜包括外振膜以及与所述外振膜连接的内振膜，所述外振膜固定于所述本体部与所述外连接部，所述内振膜固定于所述外连接部与所述内连接部。
本发明的有益效果在于：该MEMS扬声器中振膜与耦合件共同围合形成振动面，并通过固定于耦合件的驱动器直接驱动振动发声，能够获得更好的发声效果，此外，通过调节质量块的高度以及质量，可以调节MEMS扬声器的一阶谐振，灵活的调整MEMS扬声器的发声效果。
【附图说明】
图1为本发明的第一实施例MEMS扬声器的立体结构示意图；
图2为本发明的第一实施例MEMS扬声器的爆炸结构示意图；
图3为图1中的A-A剖视图；
图4为本发明的第二实施例MEMS扬声器的爆炸结构示意图；
图5为本发明的第三实施例MEMS扬声器的剖视图；
图6为图5中B处局部放大图；
图7为本发明的第四实施例MEMS扬声器的剖视图；
图8为本发明的第五实施例MEMS扬声器的爆炸结构示意图；
图9为本发明的第五实施例MEMS扬声器的剖视图。
【具体实施方式】
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
请参见图1-3，本发明提供的MEMS扬声器100包括衬底1、固定于衬底1的耦合件2以及分别固定于耦合件2远离衬底1一侧的振膜3和驱动器4；驱动器4与振膜3间隔设置且驱动振膜3振动发声。
具体的，衬底1具有相对设置的顶壁11与底壁12，以及自顶壁11至底壁12贯穿衬底1的空腔10，耦合件2覆盖空腔10并固定于顶壁11上。振膜3与耦合件2共同围合形成振动面，振动面沿振膜3的振动方向封闭空腔10。
耦合件2包括固定于顶壁11的本体部21、由本体部21内缘向空腔10延伸且间隔设置的多个悬臂梁22以及连接多个悬臂梁22远离本体部21一端的连接部23；本体部21、多个悬臂梁22以及连接部23之间形成有多个第一通孔20，多个第一通孔20分别与空腔10连通；耦合件2还包括质量块24，质量块24与连接部23靠近空腔10的一侧连接，并朝向空腔10内延伸；多个悬臂梁22通过连接部23共同悬置质量块24，防止了悬臂梁22由于应力过大而断裂，同时还能使得MEMS扬声器100的振动发声效果更好。质量块24用于调节结构F0(一阶谐振频率)。需要说明的是，在其他实施例中，耦合件2可以与衬底1一体成型，质量块24的具体形状、大小以及位置可根据需要进行适应性的调整，且由于质量块24远离连接部23的一端悬空设置于所述空腔10内，不与任何部件连接，使得质量块24的调整更为灵活。
振膜3固定于耦合件2远离顶壁11的一侧，其包括固定于连接部23的第一固定部31、固定于本体部21远离顶壁11一侧的第二固定部33以及连接第一固定部31和第二固定部33的折环部32，折环部32朝向远离所述耦合件2的方向弯折。其中，第一固定部31设有第二通孔30，振膜3覆盖多个第一通孔20；该振膜3为传统振膜结构，规避了现有的MEMS扬声器中振膜需要用MEMS材料和工艺来制备的困难，使得该MEMS扬声器既可以利用MEMS驱动器的基础上仍可以保留传统振膜结构的成熟发声方案，且基于传统振膜结构发声的扬声器设计THD(总谐波失真)明显好于纯硅芯片发声。
需要说明的是，在其他实施例中，第一固定部31也可以不设置第二通孔30。
驱动器4固定于耦合件2远离顶壁11的一侧，具体的，驱动器4包括4个，分别设于对应的悬臂梁22上，且每个驱动器4的大小不超过与其相对应的悬臂梁22的大小，每个驱动器4分别固定于对应的悬臂梁22远离空腔10的一侧；振膜3与驱动器4均位于耦合件2远离衬底1的一侧，使得振膜3与驱动器4的位置更为接近，驱动器4的振动能更有效地传达到振膜3上，从而提高了MEMS扬声器100的发声性能。
驱动器4包括压电层以及与压电层配套的电极层，压电层的所使用的压电材料包括但不限于锆钛酸铅(PZT)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)等。
与现有技术相比，该MEMS扬声器中振膜3与耦合件2共同围合形成振动面，并通过固定于耦合件2的驱动器4直接驱动振动发声，能够获得更好的发声效果，此外，通过调节质量块24的高度以及质量，可以调节MEMS扬声器100的一阶谐振，灵活的调整MEMS扬声器100的发声效果。
实施例二
如图4所示，实施例二与实施例一的区别在于：质量块24包括加强框架242和加强骨架243，加强骨架243位于加强框架242内且与加强框架243连接，且加强框架242和加强骨架243围合形成多个第三通孔240。可以理解的是，加强骨架243的具体间隔空隙以及密度可以根据实际需要进行调整。实施例二所提供的质量块24可以在维持其沿振动方向长度不变的前提下，灵活调节质量块的质量，从而调节控制MEMS扬声器的一阶谐振频率，从而在调节一阶谐振频率的同时成功抑制MEMS扬声器200在振动过程中的高阶模态，从而提高了MEMS扬声器200的发声性能。
实施例三
如图5、图6所示，实施例三与实施例一的区别在于：第一固定部31包括固定于连接部23的第一弯折部311、由第一弯折部311向远离连接部23延伸的第二弯折部312、由第二弯折部312向靠近第二固定部33延伸的第三弯折部313；第二固定部33包括固定于本体部21的第四弯折部331、由第四弯折部331向远离耦合件2延伸的第五弯折部332、由第五弯折部332向靠近第三弯折部313延伸的第六弯折部333；第六弯折部333与第三弯折部313间隔设置，折环部32的一侧与第三弯折部313连接，另一侧与第六弯折部333连接。
在本实施例中，振膜3采用复合结构，即采用高聚物薄膜与硬质材料(金属或强度高的聚合物)胶合或一体成型，能够延长振膜3的使用寿命；由于第二弯折部312和第五弯折部332的存在，使得第六弯折部333与第三弯折部313在振动过程中不会和驱动器4发生碰撞而损坏；第六弯折部333与第三弯折部313的设计可以缩减折环部32的跨度，并增大了耦合件2和振膜3之间振动腔的体积，从而提高了振膜3振动发声的有效面积，使得MEMS扬声器300的发声性能更好。
实施例四
如图7所示，实施例四与实施例一的区别在于：质量块24内部掏空形成内腔241，驱动器4包括多个外驱动器4a与内驱动器4b，每个外驱动器4a分别固定于对应的悬臂梁22远离空腔10的一侧且与振膜3间隔设置，内驱动器4b设置于连接部23远离内腔241的一侧，内驱动器4b的具体大小与形状可以根据实际需要进行适应性调整。
在本实施例中，内驱动器4b负责高频性能，外驱动器4a负责低频性能，使得MEMS扬声器全频段的声压输出都能维持在较高的水平，且能够具备平稳的响应曲线，从而进一步提升MEMS扬声器400的发声性能。
实施例五
如图8、图9所示，实施例五与实施例三的区别在于：悬臂梁22包括多个间隔设置的外悬臂梁22a以及多个间隔设置的内悬臂梁22b，连接部23包括外连接部23a与内连接部23b，质量块24包括外质量块24a与内质量块24b。
具体的，每个外悬臂梁22a的一端分别与本体部21连接，另一端分别与外连接部23a连接,每个内悬臂梁22b的一端分别与外连接部23a远离多个外悬臂梁22a的一端连接，另一端分别与内连接部23b连接；本体部21、多个外悬臂梁22a以及外连接部23a连接形成多个外第一通孔20a，外连接部23a、多个内悬臂梁22b以及内连接部23b连接形成多个内第一通孔20b。
外质量块24a固定于外连接部23a，内质量块24b固定于内连接部23b，且外质量块24a与内质量块24b间隔设置。
需要说明的是，在其他实施例中，内质量块24b的具体形状、大小以及位置可根据需要进行适应性的调整。
振膜3包括外振膜3a与内振膜3b，外振膜3a固定于本体部21以及外连接部23a，内振膜3b固定于外连接部23a以及内连接部23b，且外振膜3a与内振膜3b固定于外连接部23a的部位相互连接。
驱动器4包括多个外驱动器4a与多个内驱动器4b，每个外驱动器4a分别固定于对应的外悬臂梁22a远离空腔10的一侧且与外振膜3a间隔设置，每个内驱动器4b分别固定于对应的内悬臂梁22b远离空腔10的一侧且与内振膜3b间隔设置。
在本实施例中，多个内驱动器4b负责高频性能，多个外驱动器4a负责低频性能，使得MEMS扬声器全频段的声压输出都能维持在较高的水平，且能够具备平稳的响应曲线。且内驱动器4b也对应设置有内振膜3b，使得内驱动器4b与内振膜3b之间也形成一个振动腔，从而进一步提升MEMS扬声器500的发声性能。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种MEMS扬声器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的顶壁和底壁，以及自所述顶壁至所述底壁贯穿所述衬底的空腔；
耦合件，所述耦合件包括固定于所述顶壁的本体部、由所述本体部向所述空腔延伸的悬臂梁以及与所述悬臂梁远离所述本体部一端连接的质量块；
振膜，所述振膜固定于所述耦合件远离所述顶壁一侧并与所述耦合件共同围合形成振动面，所述振动面沿所述振膜的振动方向封闭所述空腔；
驱动器，所述驱动器固定于所述耦合件并驱动所述振动面振动发声。
2.根据权利要求1所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述悬臂梁包括多个，所述耦合件还包括自所述悬臂梁远离所述本体部的一端延伸的连接部，所述质量块通过所述连接部与所述悬臂梁连接，多个所述悬臂梁通过所述连接部共同悬置所述质量块。
3.根据权利要求2所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述振膜包括固定于所述连接部的第一固定部、固定于所述本体部的第二固定部以及连接所述第一固定部和所述第二固定部的折环部，所述折环部朝向远离所述耦合件的方向弯折。
4.根据权利要求3所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述第一固定部包括固定于所述连接部的第一弯折部、由所述第一弯折部向远离所述连接部延伸的第二弯折部、由所述第二弯折部向靠近所述第二固定部延伸的第三弯折部；所述第二固定部包括固定于所述本体部的第四弯折部、由所述第四弯折部向远离所述耦合件延伸的第五弯折部、由所述第五弯折部向靠近所述第三弯折部延伸的第六弯折部；所述第六弯折部与所述第三弯折部间隔设置，所述折环部的一侧与所述第三弯折部连接，另一侧与所述第六弯折部连接。
5.根据权利要求3所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述质量块包括加强框架和加强骨架，所述加强骨架位于所述加强框架内且与所述加强框架连接。
6.根据权利要求3所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述质量块设有贯穿其上的内腔，每个所述驱动器包括间隔设置的外驱动器以及内驱动器，每个所述外驱动器固定于对应的所述多个悬臂梁远离所述空腔的一侧，每个所述内驱动器固定于所述连接部。
7.根据权利要求3所述的MEMS扬声器，其特征在于，每个所述悬臂梁包括间隔设置的外悬臂梁与内悬臂梁，所述连接部包括外连接部与内连接部，每个所述外悬臂梁一端与所述本体部连接，另一端与所述外连接部连接，每个所述内悬臂梁的一端与所述外连接部远离所述外悬臂梁一端连接，另一端与所述内连接部连接。
8.根据权利要求7所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述质量块包括外质量块与内质量块，所述外质量块与所述外连接部连接，所述内质量块与所述内连接部连接，所述外质量块与内质量块间隔设置。
9.根据权利要求8所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述驱动器包括外驱动器以及内驱动器，所述外驱动器固定于对应的所述外悬臂梁远离所述空腔的一侧，所述内驱动器固定于对应的所述内悬臂梁远离所述空腔的一侧。
10.根据权利要求9所述的MEMS扬声器，其特征在于，所述振膜包括外振膜以及与所述外振膜连接的内振膜，所述外振膜固定于所述本体部与所述外连接部，所述内振膜固定于所述外连接部与所述内连接部。
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