CN114697838A - 一种骨导麦克风 - Google Patents

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CN114697838A CN202110310911.4A CN202110310911A CN114697838A CN 114697838 A CN114697838 A CN 114697838A CN 202110310911 A CN202110310911 A CN 202110310911A CN 114697838 A CN114697838 A CN 114697838A
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conduction microphone
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袁永帅
周文兵
邓文俊
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Abstract

本申请公开了一种骨导麦克风，包括：由振动单元和声学换能单元形成的叠层结构；基体结构，被配置为承载所述叠层结构，所述叠层结构的至少一侧与所述基体结构通过物理方式进行连接；所述基体结构基于外部振动信号产生振动，所述振动单元响应于所述基体结构的振动发生形变；所述声学换能单元基于所述振动单元的的形变产生电信号；其中，所述骨导麦克风的谐振频率为2.5kHz‑4.5kHz。

Description

一种骨导麦克风
交叉引用
本申请要求2020年12月31日递交的国际申请PCT/CN2020/142533的优先权，其所有内容通过引用的方式包含于此。
技术领域
本申请涉及听力设备技术领域，特别涉及一种骨导麦克风。
背景技术
麦克风接收外界振动信号，利用声学换能单元将振动信号转换为电信号，通过后端电路处理后输出电信号。气导麦克风接收的为气导声音信号，声音信号通过空气传播，即气导麦克风接收空气振动信号。骨导麦克风接收的为骨导声音信号，声音信号通过人体骨骼传播，即骨导麦克风接收骨骼振动信号。相比气导麦克风，骨导麦克风在抗噪方面具有优势，在大噪声环境下，骨导麦克风受到环境噪声的干扰小，能够很好的采集人声。
现有的骨导麦克风结构过于复杂，对制造工艺要求较高；某些器件连接强度不够引发可靠性不足的问题，影响输出信号。因此，有必要提供一种结构简单、稳定性强的骨导麦克风。
发明内容
本申请的一个方面提供一种骨传导传声装置，包括：由振动单元和声学换能单元形成的叠层结构；基体结构，被配置为承载所述叠层结构，所述叠层结构的至少一侧与所述基体结构通过物理方式进行连接；所述基体结构基于外部振动信号产生振动，所述振动单元响应于所述基体结构的振动发生形变；所述声学换能单元基于所述振动单元的形变产生电信号。
在一些实施例中，所述骨导麦克风的谐振频率为2.5kHz-4.5kHz。
在一些实施例中，所述骨导麦克风的谐振频率为2.5kHz-3.5kHz。
在一些实施例中，所述基体结构包括内部中空的框架结构体，所述叠层结构的一端与所述基体结构连接，所述叠层结构的另一端悬空设置于所述框架结构体的中空位置。
在一些实施例中，所述振动单元包括至少一个弹性层，所述声学换能单元至少包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层；其中，所述至少一个弹性层位于所述第一电极层的上表面或位于第二电极层的下表面。
在一些实施例中，所述声学换能单元还包括种子层，所述种子层位于所述第二电极层的下表面。
在一些实施例中，所述第一电极层、所述压电层和/或所述第二电极层的覆盖面积不大于所述叠层结构的面积，其中，所述第一电极层、所述压电层和/或所述第二电极层靠近所述叠层结构与所述基体结构的连接处。
在一些实施例中，所述振动单元包括至少一个弹性层，所述声学换能单元至少包括电极层和压电层；所述至少一个弹性层位于所述电极层的表面。
在一些实施例中，所述电极层包括第一电极和第二电极，其中，所述第一电极弯折成第一梳齿状结构，所述第二电极弯折成第二梳齿状结构，所述第一梳齿状结构与所述第二梳齿状结构相配合形成所述电极层，所述电极层位于所述压电层的上表面或下表面。
在一些实施例中，所述第一梳齿状结构和所述第二梳齿状结构沿所述叠层结构的长度方向延伸。在一些实施例中，所述骨导麦克风的谐振频率与所述振动单元的刚度成正相关的关系。
在一些实施例中，所述骨导麦克风的谐振频率与所述叠层结构的质量成负相关的关系。
在一些实施例中，所述振动单元包括悬膜结构，所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层；其中，所述悬膜结构通过其周侧与所述基体结构连接，所述声学换能单元位于所述悬膜结构的上表面或下表面。
在一些实施例中，所述悬膜结构包括若干个孔，所述若干个孔沿所述声学换能单元的外周向和/或内周向分布。
在一些实施例中，所述若干个孔为圆形孔，圆形孔的半径为20um-300um。
在一些实施例中，所述若干个孔围成的形状与所述声学换能单元的形状一致。
在一些实施例中，所述若干个孔的形状与所述声学换能单元的形状一致。
在一些实施例中，所述若干个孔沿所述声学换能单元的外周向和/或内周向成圆形分布。
在一些实施例中，所述圆形的半径为300um-700um。
在一些实施例中，有效声学换能单元的边缘至所述若干个孔的中心的径向方向的间距为50um-400um。
在一些实施例中，有效声学换能单元为圆形环状结构，所述声学换能单元的内径尺寸为100um-700um。
在一些实施例中，有效声学换能单元为圆形环状结构，所述声学换能单元的外径尺寸为110um-710um。
在一些实施例中，所述声学换能单元的边缘至所述若干个孔的中心的径向方向的间距为100um-400um。
在一些实施例中，所述声学换能单元为环状结构，所述悬膜结构上位于所述环状结构内侧区域的厚度大于位于所述环状结构外侧区域的厚度。
在一些实施例中，所述声学换能单元为环状结构，所述悬膜结构位于所述环状结构内侧区域的密度大于位于所述环状结构外侧区域的密度。
在一些实施例中，所述悬膜结构的厚度为0.5um-10um。
在一些实施例中，所述悬膜结构为圆形、椭圆形、多边形或不规则形状。
在一些实施例中，悬膜结构为圆形，所述悬膜结构的半径为500um-1500um。
在一些实施例中，第一电极层的厚度为80nm-250nm。
在一些实施例中，所述压电层的厚度为0.8um-5um。
在一些实施例中，所述第二电极层的厚度为80nm-250nm。
在一些实施例中，所述振动单元还包括质量元件，所述质量元件位于所述悬膜结构的上表面或下表面。
在一些实施例中，所述声学换能单元与所述质量元件分别位于所述悬膜结构的不同侧。
在一些实施例中，所述声学换能单元与所述质量元件位于所述悬膜结构的同一侧，其中，所述声学换能单元为环状结构，所述环状结构沿所述质量元件的周向分布。
在一些实施例中，所述述质量元件为圆柱体，所述述质量元件垂直于厚度方向的横截面的半径为100um-700um。
在一些实施例中，所述述质量元件为圆柱体，所述质量元件的厚度为20um-400um。
在一些实施例中，悬膜结构上设置有引线结构，所述第一电极层和所述第二电极层通过所述引线结构连接到所述基体结构上。27+、根据权利要求27所述的骨导麦克风，其中，所述引线结构的宽度为2um-100um。
在一些实施例中，所述引线结构包括第一引线和第二引线，所述第一引线的一端连接第一电极层、第一引线的另一端连接所述基体结构；所述第二引线的一端连接第二电极层、第二引线的另一端连接所述基体结构。
在一些实施例中，所述振动单元还包括质量元件，所述质量元件位于所述悬膜结构的上表面或下表面；所述悬膜结构包括若干个孔，所述若干个孔沿所述声学换能单元的周向分布。
在一些实施例中，所述骨导麦克风的电信号的强度与噪声的强度的比值为最大化电信号的强度与噪声的强度的比值的50％-100％。
在一些实施例中，所述振动单元包括至少一个支撑臂和质量元件，所述质量元件通过所述至少一个支撑臂与所述基体结构连接。
在一些实施例中，所述至少一个支撑臂包括至少一个弹性层，所述声学换能单元位于所述至少一个支撑臂的上表面、下表面或内部。
在一些实施例中，所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层和第二电极层，所述第一电极层或所述第二电极层与所述至少一个支撑臂的上表面或下表面连接。
在一些实施例中，所述质量元件位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面或下表面。
在一些实施例中，所述第一电极层、所述压电层和/或所述第二电极层的面积不大于所述支撑臂的面积，所述第一电极层、所述压电层和/或第二电极层的局部或全部覆盖所述至少一个支撑臂的上表面或下表面。
在一些实施例中，所述第一电极层的面积不大于所述压电层的面积，所述第一电极层的全部区域位于所述压电层表面。
在一些实施例中，所述声学换能单元的所述第一电极层、所述压电层、所述第二电极层靠近所述质量元件或/和所述支撑臂与所述基体结构连接处。
在一些实施例中，所述至少一个支撑臂包括至少一个弹性层，所述至少一个弹性层位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面或下表面。
在一些实施例中，还包括限位结构，所述限位结构位于所述基体结构的中空部分，其中，所述限位结构的与所述基体结构连接，所述限位结构位于所述质量元件的上方和/或下方。
在一些实施例中，前述任一项所述的骨传导传声装置，还包括至少一个阻尼层，所述至少一个阻尼层覆盖于所述叠层结构的上表面、下表面和/或内部。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；
图2是图1所示骨传导传声装置A-A处的剖视图；
图3是根据本申请一些实施例所示的另一骨传导传声装置的结构示意图；
图4是根据本申请另一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；
图5是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；
图6是图5所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图；
图7是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；
图8是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；
图9是图8所示骨传导传声装置C-C处的剖视图；
图10是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图11是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图12是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图13是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图14根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图15是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图16是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图；
图17是根据本申请一些实施例提供的叠层结构固有频率提前的频率响应曲线；
图18是根据本申请一些实施例提供的有无阻尼结构层的骨传导传声装置的频率响应曲线图；
图19是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图；
图20是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图；
图21是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图；
图22是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置中悬膜结构和孔的示意图；
图23是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中悬膜结构和孔的示意图；
图24是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中悬膜结构和孔的示意图；
图25是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中悬膜结构和孔的示意图；
图26是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中悬膜结构和孔的示意图；
图27是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置中声学换能单元的示意图；
图28是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置中引线结构的示意图；
图29是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中引线结构的示意图；
图30是图7所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图；
图31A-31C是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置中不同质量元件的示意图；
图32A-32D是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置中不同声学换能单元的示意图；
图33A-33B是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置中不同引线结构的示意图；
图34是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中引线结构的示意图；
图35是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；
图36是图35所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图；
图37是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的谐振频率曲线；以及
图38是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置的谐振频率曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。应当理解的是，附图仅仅是为了说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围。应当理解的是，附图并不是按比例绘制的。
需要理解的是，为了便于对本申请的描述，术语“中心”、“上表面”、“下表面”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“外周”、“外部”等指示的位置关系为基于附图所示的位置关系，而不是指示所指的装置、组件或单元必须具有特定的位置关系，不能理解为是对本申请的限制。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
在描述本发明中骨传导相关技术时，将采用“骨传导麦克风”、“骨传导传声装置”、“麦克风装置”或“骨导麦克风”的描述，该描述仅仅为骨传导应用的一种形式，上述不同描述所指代的骨传导设备是等同的。为了方便说明，下文以骨传导传声装置为例对发声单元的使用和应用过程进行说明。应该注意的是，上述描述仅出于说明性目的而提供，并不旨在限制本申请的范围。
本申请一些实施例提供的骨传导传声装置可以包括基体结构和叠层结构。在一些实施例中，基体结构可以为内部具有中空部分的规则或不规则的立体结构，例如，可以是中空的框架结构体，包括但不限于矩形框、圆形框、正多边形框等规则形状，以及任何不规则形状。叠层结构可以位于基体结构的中空部分或者至少部分悬空设置在基体结构中空部分的上方。在一些实施例中，叠层结构的至少部分结构与基体结构通过物理方式进行连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备叠层结构和基体结构后，将叠层结构和基体结构通过焊接、铆接、卡接、螺栓等方式固定连接，或者在制备过程中，通过物理沉积(例如，物理气相沉积)或者化学沉积(例如，化学气相沉积)的方式将叠层结构沉积在基体结构上。在一些实施例中，叠层结构的至少部分结构可以固定于基体结构的上表面或下表面，叠层结构的至少部分结构也可以固定于基体结构的侧壁。例如，叠层结构可以为悬臂梁，该悬臂梁可以为板状结构体，悬臂梁的一端与基体结构的上表面、下表面或基体结构中中空部分所在的侧壁连接，悬臂梁的另一端不与基体结构连接或接触，使得悬臂梁的另一端悬空设置于基体结构的中空部分。又例如，叠层结构可以包括振膜层(也称为悬膜结构)，悬膜结构与基体结构固定连接，叠层结构设置于悬膜结构的上表面或下表面。再例如，叠层结构可以包括质量元件和一个或多个支撑臂，质量元件通过一个或多个支撑臂与基体结构固定连接，该支撑臂的一端与基体结构连接，支撑臂的另一端与质量元件连接，使得质量元件和支撑臂的部分区域悬空设置于基体结构中空部分。需要知道的是，本申请中所说的“位于基体结构的中空部分”或“悬空设置于基体结构的中空部分”可以表示悬空设置于基体结构中空部分的内部、下方或者上方。在一些实施例中，叠层结构可以包括振动单元和声学换能单元。具体地，基体结构可以基于外部振动信号产生振动，振动单元响应于基体结构的振动发生形变；声学换能单元基于振动单元的的形变产生电信号。需要知道的是，这里对振动单元和声学换能单元的描述只是出于方便介绍叠层结构工作原理的目的，并不限制叠层结构的实际组成和结构。事实上，振动单元可以不是必须的，其功能完全可以由声学换能单元实现。例如，对声学换能单元的结构做一定改变后可以由声学换能单元直接响应于基体结构的振动而产生电信号。
振动单元是指叠层结构中在外力或惯性作用下容易发生形变的部分，振动单元可以用于将外力或惯性作用导致的形变传递至声学换能单元。在一些实施例中，振动单元和声学换能单元重叠形成叠层结构。声学换能单元可以位于振动单元的上层，声学换能单元也可以位于振动单元的下层。例如，叠层结构为悬臂梁结构时，振动单元可以包括至少一个弹性层，声学换能单元可以包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层和第二电极层，弹性层位于第一电极层或第二电极层的表面，弹性层可以在振动过程中发生形变，压电层基于弹性层的形变产生电信号，第一电极层和第二电极层可以对该电信号进行采集。又例如，振动单元还可以为悬膜结构，可以通过改变悬膜结构特定区域的密度、或者在悬膜结构上打孔或在悬膜结构上设置配重块(也叫作质量元件)等方式，使得声学换能单元附近的悬膜结构在外力作用下更容易发生形变从而驱动声学换能单元产生电信号。再例如，振动单元可以包括至少一个支撑臂和质量元件，质量元件通过支撑臂悬空设置于基体结构的中空部分，基体结构发生振动时，振动单元的支撑臂和质量元件相对于基体结构发生相对运动，支撑臂发生形变作用于声学换能单元从而产生电信号。
声学换能单元是指叠层结构中将振动单元的形变转换为电信号的部分。在一些实施例中，声学换能单元可以包括至少两个电极层(例如，第一电极层和第二电极层)、压电层，压电层可以位于第一电极层和第二电极层之间。压电层是指受到外力作用时可以在其两端面产生电压的结构。在一些实施例中，压电层可以是半导体的沉积工艺(例如磁控溅射、MOCVD)获得的压电聚合物薄膜。在本说明书的实施例中，压电层可以在振动单元的形变应力作用下产生电压，第一电极层和第二电极层可以将该电压(电信号)进行采集。在一些实施例中，压电层的材料可以包括压电薄膜材料，压电薄膜材料可以是通过沉积工艺(如磁控溅射沉积工艺)而制成的薄膜材料(如AIN薄膜材料)。在另一些实施例中，压电层的材料可以包括压电晶体材料和压电陶瓷材料。压电晶体是指压电单晶体。在一些实施例中，压电晶体材料可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH2PO4、NaKC4H4O6·4H2O(罗息盐)等，或其任意组合。压电陶瓷材料是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中，压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅、氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)或其任意组合。在一些实施例中，压电层材料还可以为压电聚合物材料，例如聚偏氟乙烯(PVDF)等。
在一些实施例中，基体结构和叠层结构可以位于骨传导传声装置的壳体内，基体结构与壳体内壁固定连接，叠层结构承载于基体结构。当骨传导传声装置的壳体受到外力振动时(例如，人体说话时脸部的振动带动壳体振动)，壳体振动带动基体结构振动。进一步地，当振动单元发生形变时，声学换能单元的压电层受到振动单元的形变应力产生电势差(电压)，声学换能单元中分别位于压电层上表面和下表面的至少两个电极层(例如，第一电极层和第二电极层)可以采集该电势差从而将外部振动信号转化为电信号。仅作为示例性说明，本申请实施例中描述的骨传导传声装置可以应用于耳机(例如，骨传导耳机或空气传导耳机)、眼镜、虚拟现实设备、头盔等，骨传导传声装置可以放置于人体头部(例如，面部)、脖子、耳朵附近以及头顶等位置，骨传导传声装置可以拾取人说话时骨骼的振动信号，并转换为电信号，实现声音的采集。需要注意的是，基体结构不限于相对骨传导传声装置的壳体独立的结构，在一些实施例中，基体结构还可以为骨传导传声装置壳体的一部分。
骨传导传声装置(或称为骨导麦克风)接收外界振动信号后，利用叠层结构(包括声学换能单元和振动单元)将振动信号转换为电信号，通过后端电路处理后输出电信号。谐振也可以称为“共振”，骨传导传声装置在外部振动信号的作用下，当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时，振幅急剧增大的现象称为谐振，产生谐振时的频率称“谐振频率”。骨传导传声装置具有固有频率，当外部振动信号的频率接近该固有频率时，叠层结构会产生较大的振幅，从而输出较大的电信号。因此，骨传导传声装置对外部振动的响应会表现为在固有频率附近产生共振峰。因此，骨传导传声装置的谐振频率在数值上与固有频率基本相等。在一些实施例中，骨传导传声装置的固有频率可以指叠层结构的固有频率。在一些实施例中，叠层结构的固有频率范围为4kHz-4.5kHz。在一些实施例中，由于人体骨导信号从1kHz后衰减迅速，因而希望将骨传导传声装置的谐振频率(或叠层结构的固有频率)调整至1kHz-5kHz的语音频段范围。在一些实施例中，可以将骨传导传声装置的谐振频率调整至2kHz-5kHz的语音频段范围。在一些实施例中，骨传导传声装置的谐振频率为2.5kHz-4.5kHz。在一些实施例中，可以将骨传导传声装置的谐振频率调整至3kHz-4.5kHz的语音频段范围。在一些实施例中，可以将骨传导传声装置的谐振频率调整至2.5kHz-3.5kHz的语音频段范围。根据上述谐振频率范围的调整，可以使得骨传导传声装置的共振峰位于2.5kHz-4.5kHz的语音频段范围，从而提高骨传导传声装置响应语音频段(例如，共振峰之前的频段范围，即20Hz-5kHz)振动的灵敏度。
由于骨传导传声装置可以等效为质量-弹簧-阻尼系统模型，骨传导传声装置在工作时可以等效为质量-弹簧-阻尼系统在激振力作用下做受迫振动，其振动规律符合质量-弹簧-阻尼系统的规律。因此，骨传导传声装置的谐振频率与其内部组件(例如，振动单元或叠层结构)的等效刚度和等效质量有关，即，骨传导传声装置的谐振频率与其内部组件的等效刚度成正相关的关系，与其内部组件的等效质量成负相关的关系。其中，等效刚度为骨传导传声装置等效为质量-弹簧-阻尼系统模型后的刚度，等效质量为骨传导传声装置等效为质量-弹簧-阻尼系统模型后的质量。因此，为了调整骨传导传声装置的谐振频率(或固有频率)，需要调整振动单元或叠层结构的等效刚度和等效质量。
对于骨传导传声装置，其工作时可以等效为质量-弹簧-阻尼系统模型在激振外力作用下做受迫振动，其振动规律符合质量-弹簧-阻尼系统模型的规律，在激振外力作用下，谐振频率f0的影响参数可以包括但不限于系统等效刚度k、系统等效质量m、系统等效相对阻尼系数(阻尼比)ζ。在一些实施例中，系统等效刚度k与骨传导传声装置的系统上谐振频率f0呈正相关，系统等效质量m与骨传导传声装置的系统上的谐振频率f0呈负相关，系统等效相对阻尼系数(阻尼比)ζ与骨传导传声装置的系统上的谐振频率f0呈负相关。在一些实施例中，
Figure BDA0002989518070000101
与骨传导传声装置的系统上的谐振频率f0呈正相关。在一些实施例中，频率响应满足如下公式(1)：
Figure BDA0002989518070000102
其中：f0骨传导传声装置的系统上的谐振频率，k为系统等效刚度，m为系统等效质量，ζ为系统等效相对阻尼系数(阻尼比)。
对于大部分骨传导传声装置，特别是压电类骨传导传声装置，其系统等效相对阻尼系数ζ通常很小，系统的谐振频率ζ主要受等效刚度和等效质量的影响。以图5所示的骨传导传声装置为例，其悬膜结构530为振动系统提供弹簧和阻尼作用以及质量作用。因此，悬膜结构530主要影响系统等效刚度k，同时也影响系统等效质量m。以图7所示的骨传导传声装置为例，其悬膜结构730为振动系统提供弹簧和阻尼作用，质量元件740提供质量作用。因此，悬膜结构730主要影响系统等效刚度k，同时也影响系统等效质量m；质量元件740主要影响系统等效质量m，同时也影响系统等效刚度k。对于结构比较复杂的骨传导传声装置，采用理论求解其谐振频率f0难度较大，可借用有限元仿真工具，通过建立相应结构与参数的模型，即可求解骨传导传声装置的频率响应。在一些实施例中，可以通过选取不同的材料来制作下文中所述的电极层(包括第一电极层和第二电极层)、压电层、弹性层以及质量元件等，可以调整骨传导传声装置的谐振频率f0。在一些实施例中，可以通过设计骨传导传声装置的结构，例如，支撑臂加质量元件的结构、悬臂梁的结构、打孔悬膜的结构、悬膜加质量元件的结构，可以调整骨传导传声装置的谐振频率f0。在一些实施例中，可以通过设计不同部件的尺寸，例如，设计支撑臂、质量元件、悬臂梁、悬膜等的长度、宽度、厚度等尺寸，可以调整骨传导传声装置的谐振频率f0。
在一些实施例中，可以通过改变对振动单元和声学换能单元的结构参数来调整等效刚度和等效质量，以使得叠层结构的固有频率降低至语音频段范围。例如，可以在振动单元上设置孔以调整振动单元的等效刚度。又例如，可以在振动单元中设置质量元件以调整叠层单元的等效质量。又例如，可以在振动单元中设置支撑臂以调整叠层单元的等效刚度。关于对振动单元和声学换能单元的结构参数调整的更多内容可以参见下文描述，在此不作赘述。
信噪比(SIGNAL-NOISERATIO，简称SNR)是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比值。在骨传导传声装置中，信噪比越大，意味着骨传导传声装置的电信号强度较大而噪声较小，骨传导传声装置的效果越好。因此，信噪比是骨传导传声装置的设计过程中一个十分重要的参数，在一些实施例中，信噪比SNR与骨传导传声装置的灵敏度vs和骨传导传声装置的本底噪声vntrms相关。在一些实施例中，信噪比SNR与骨传导传声装置的灵敏度vs呈正相关，信噪比SNR与骨传导传声装置的本底噪声vntrms呈负相关。在一些实施例中，信噪比SNR与
Figure BDA0002989518070000111
呈正相关。在一些实施例中，骨传导传声装置的信噪比SNR可以按照下述公式(2)计算：
Figure BDA0002989518070000112
其中，vs为骨传导传声装置的灵敏度。vs与压电常数、压电层(如第一压电层)的内部应力相关，其中压电常数与压电层的材料相关，压电层的内部应力与骨传导传声装置的结构、外部载荷相关。在一些实施例中，可以在建立模型后，借助有限元数值计算方法，求解不同骨传导传声装置的结构在相应外部载荷下的灵敏度值vs。vntrms为骨传导传声装置的本底噪声，骨传导传声装置的本底噪声vntrms可以由放大电路(ASIC)本底噪声值vnarms和换能器(声学换能单元)本底噪声值vnsrms等参数来确定。骨传导传声装置的本底噪声vntrms与放大电路(ASIC)本底噪声值vnarms以及换能器本底噪声值vnsrms均呈正相关。vnarms为放大电路(ASIC)本底噪声值，其可以在放大电路设计过程中计算或从生产厂家获知。在一些实施例中，骨传导传声装置的本底噪声vntrms可以与压电层(如第一压电层)的介电损耗tanδ、压电层(如第一压电层)的介电常数εr、压电层(如第一压电层)的厚度d、骨传导传声装置的有效声学换能单元的面积S、骨传导传声装置本底噪声低频截止频率f0，骨传导传声装置本底噪声高频截止频率f1等参数相关。
在一些实施例中，骨传导传声装置的本底噪声vntrms可以与压电层(如第一压电层)的介电常数εr、压电层(如第一压电层)的厚度d以及骨传导传声装置本底噪声高频截止频率f1等参数呈正相关。骨传导传声装置的本底噪声vntrms可以与骨传导传声装置的有效声学换能单元的面积S、骨传导传声装置本底噪声低频截止频率f0、压电层(如第一压电层)的介电损耗tanδ呈负相关。在一些实施例中，骨传导传声装置的本底噪声vntrms可以由以下公式(3)计算：
vntrms＝f(vnsrms，vnarms)＝f(tanδ，εr，d，S，f1，f0，vnarms，ASIC增益) (3)
其中，ASIC增益为放大电路的增益，其可以在放大电路设计过程中计算或从生产厂家获知。tanδ为压电层(如第一压电层)的介电损耗，εr为压电层(如第一压电层)的介电常数，d为压电层(如第一压电层)的厚度，S为骨传导传声装置的有效声学换能单元的面积，f0为骨传导传声装置本底噪声低频截止频率，f1为骨传导传声装置本底噪声高频截止频率。
将公式(3)代入公式(2)即可得到确定骨传导传声装置的信噪比SNR的公式(4)：
Figure BDA0002989518070000121
公式(4)中各参数的意义请参见上文的解释。在上述公式(4)中，压电材料介电损耗tanδ、压电材料介电常数εr与压电层(如第一压电层)的材料相关。由上述公式(4)可以看出，信噪比与有效声学换能单元的面积、压电层(如第一压电层)的厚度、压电层(如第一压电层)的材料、灵敏度(灵敏度受到骨传导传声装置的材料和结构的影响)等因素有关。
根据本专利中提出的骨传导传声装置信噪比(SNR)求解公式，分别设计电极层(第一电极层和第二电极层)、压电层(第一压电层和第二压电层)、弹性层以及质量元件等的材料，以及设计骨传导传声装置的结构，使得设计方案能够满足谐振频率f0的范围要求的同时，骨传导传声装置信噪比(SNR)最大化。例如，设计为打孔的悬膜结构、悬膜结构加质量元件的结构、悬臂梁的结构或者支撑臂加质量元件的结构等，以及设计骨传导传声装置的不同构件的尺寸，例如悬膜结构的尺寸、悬膜结构上孔的数量和尺寸、质量元件的尺寸和厚度以及有效声学换能单元的面积等。仅作为示例，在打孔的悬膜结构中，可以通过设计声学换能单元、悬膜结构的各部分的材料、尺寸以及孔的数量和尺寸等，来调节悬膜结构的刚度和质量，以使声学换能单元处出现应力集中。声学换能单元处应力集中可以使得骨传导传声装置的输出电信号增大，从而使得骨传导传声装置的输出灵敏度及信噪比最大化。仅作为示例，在悬膜结构加质量元件的结构中，可以通过设计声学换能单元、悬膜结构及质量元件的各部分的材料、尺寸等，来调节悬膜结构的刚度和质量元件的质量，以使声学换能单元处出现应力集中。声学换能单元处应力集中可以使得骨传导传声装置的输出电信号增大，从而使得骨传导传声装置的输出灵敏度及信噪比最大化。在上述设计过程中，为了保证设计骨传导传声装置具有较好的可靠性，可以通过对材料、结构以及不同构件的尺寸的调整来调节信噪比SNR，使其SNR小于最大化的SNR，例如，设计SNR为最大化SNR的80％-100％；设计SNR为最大化SNR的50％-100％；设计SNR为最大化SNR的20％-100％。
图1是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图。图2是图1所示骨传导传声装置A-A处的剖视图。
如图1和图2所示，骨传导传声装置100可以包括基体结构110和叠层结构，其中，叠层结构的至少部分与基体结构110连接。基体结构110可以为内部中空的框架结构体，叠层结构的部分结构(例如，叠层结构远离基体结构110与叠层结构连接处的一端)可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是，框架结构体并不限于图1中所示的长方体状，在一些实施例中，框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。在一些实施例中，叠层结构可以以悬臂梁的形式与基体结构110固定连接。进一步地，叠层结构可以包括固定端和自由端，其中，叠层结构的固定端与框架结构体固定连接，叠层结构的自由端不与框架结构体连接或相接触，使得叠层结构的自由端可以悬空于框架结构体的中空部分。在一些实施例中，叠层结构的固定端可以与基体结构110的上表面、下表面或基体结构110中空部分所在的侧壁连接。在一些实施例中，基体结构110中空部分所在的侧壁处还可以设有与叠层结构的固定端相适配的安装槽，使得叠层结构的固定端与基体结构110配合连接。为了提高叠层结构与基体结构110之间的稳定性，在一些实施例中，叠层结构可以包括连接座140。仅作为示例，如图1所示，连接座140与叠层结构的表面固定端固定连接。在一些实施例中，连接座140的固定端可以位于基体结构110的上表面或下表面。在一些实施例中，连接座140的固定端也可以位于基体结构110的中空部分所在的侧壁处。例如，基体结构110的中空部分所在的侧壁处开设有与固定端适配的安装槽，使得叠层结构的固定端与基体结构110通过安装槽配合连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备叠层结构和基体结构110后，将叠层结构和基体结构通过焊接、铆接、粘接、螺栓连接、卡接等等方式固定连接；或者在制备过程中，通过物理沉积(例如，物理气相沉积)或者化学沉积(例如，化学气相沉积)的方式将叠层结构沉积在基体结构110上。在一些实施例中，连接座140可以是与叠层结构独立的结构或与叠层结构一体成型。
在一些实施例中，叠层结构可以包括声学换能单元120和振动单元130。振动单元130是指叠层结构中可以发生弹性形变的部分，声学换能单元120是指叠层结构中将振动单元120的形变转换为电信号的部分。在一些实施例中，振动单元130可以位于声学换能单元120的上表面或下表面。在一些实施例中，振动单元130可以包括至少一个弹性层。仅作为示例性说明，如图1所示的振动单元130可以包括由上至下依次设置的第一弹性层131和第二弹性层132。第一弹性层131和第二弹性层132可以为采用半导体材料制成的板状结构。在一些实施例中，半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中，第一弹性层131和第二弹性层132的材料可以相同或不同。在一些实施例中，声学换能单元120至少包括由上至下依次设置的第一电极层121、压电层122、第二电极层123，其中，弹性层(例如，第一弹性层131和第二弹性层132)可以位于第一电极层121的上表面或第二电极层123的下表面。压电层122可以基于压电效应，在振动单元130(例如，第一弹性层131和第二弹性层132)的形变应力作用下产生电压(电势差)，第一电极层121和第二电极层123可以将该电压(电信号)导出。在一些实施例中，压电层的材料可以包括压电薄膜材料，压电薄膜材料可以是通过沉积工艺(如磁控溅射沉积工艺)而制成的薄膜材料(如AIN薄膜材料)。在另一些实施例中，压电层122的材料可以包括压电晶体材料和压电陶瓷材料。压电晶体材料是指压电单晶体。在一些实施例中，压电晶体材料可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH2PO4、NaKC4H4O6·4H2O(罗息盐)等，或其任意组合。压电陶瓷材料可以是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中，压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)等，或其任意组合。在一些实施例中，压电层材料还可以为压电聚合物材料，例如聚偏氟乙烯(PVDF)等。在一些实施例中，第一电极层121和第二电极层123为导电材质结构。示例性的导电材质可以包括金属、合金材料、金属氧化物材料、石墨烯等，或其任意组合。在一些实施例中，金属与合金材料可以包括镍、铁、铅、铂、钛、铜、钼、锌，或其任意组合。在一些实施例中，合金材料可以包括铜锌合金、铜锡合金、铜镍硅合金、铜铬合金、铜银合金等，或其任意组合。在一些实施例中，金属氧化物材料可以包括RuO2、MnO2、PbO2、NiO等，或其任意组合。
叠层结构与基体结构110之间发生相对运动时，叠层结构中的振动单元130(例如，第一弹性层131或第二弹性层132)不同位置的形变程度不同，也就是说，振动单元130不同位置对声学换能单元120的压电层122产生的形变应力不同，为了提高骨传导传声装置的灵敏度，在一些实施例中，声学换能单元120能够仅设置于振动单元130形变程度较大的位置，从而提高骨传导传声装置100的信噪比。相应地，声学换能单元120的第一电极层121、压电层122、和/或第二电极层123的面积可以不大于振动单元130的面积。在一些实施例中，为了进一步提高骨传导传声装置100的信噪比，声学换能单元120覆盖在振动单元130上的面积不大于振动单元130面积的1/2。优选地，声学换能单元120覆盖在振动单元130上的面积不大于振动单元130面积的1/3。进一步优选地，声学换能单元120覆盖在振动单元130上的面积不大于振动单元130面积的1/4。进一步地，在一些实施例中，声学换能单元120的位置可以靠近叠层结构与基体结构110的连接处。振动单元130(例如，弹性层)在靠近叠层结构与基体结构110的连接处受到外力作用时产生的形变程度较大，声学换能单元120在靠近叠层结构与基体结构110的连接处受到的形变应力也较大，将声学换能单元120布置在形变应力较大的区域，可以在提高骨传导传声装置100灵敏度的基础上，提高骨传导传声装置100的信噪比。需要注意的是，这里声学换能单元120的可以靠近叠层结构与基体结构110的连接处是相对于叠层结构的自由端而言的，也就是说声学换能单元120至叠层结构与基体结构110的连接处的距离小于声学换能单元120到自由端的距离。在一些实施例中，可以仅通过调整声学换能单元120中压电层122的面积和位置提高骨传导扬声装置100的灵敏度和信噪比。例如，第一电极层121和第二电极层123全部覆盖或局部覆盖于振动单元130的表面，压电层122的面积可以不大于第一电极层121或第二电极层123的面积。在一些实施例中，压电层122覆盖在于第一电极层121或第二电极层123的面积不大于第一电极层121或第二电极层123面积的1/2。优选地，压电层122覆盖在第一电极层121或第二电极层123的面积为不大于第一电极层121或第二电极层123面积的1/3。进一步优选地，压电层122覆盖在第一电极层121或第二电极层123的面积为不大于第一电极层121或第二电极层123面积的1/4。在一些实施例中，为了防止第一电极层121和第二电极层123相连接而发生短路的问题，第一电极层121的面积可以小于压电层122或第二电极层123的面积。例如，压电层122、第二电极层123与振动单元130的面积相同，第一电极层121的面积小于振动单元130(例如，弹性层)、压电层122或第二电极层123的面积。在这种情况下，第一电极层121的全部区域位于压电层122表面，且第一电极层121的边缘可以与压电层122的边缘具有一定间距，使得第一电极层121避开压电层122边缘处材料质量不好的区域，从而进一步提高骨传导传声装置100的信噪比。
在一些实施例中，为了增大输出电信号，提高骨传导传声装置的信噪比，压电层122可以位于叠层结构的中性层的一侧。中性层是指叠层结构中在发生形变时形变应力近似为零的平面层。在一些实施例中，还可以通过调整(例如，增大)压电层122在其单位厚度的应力和应力变化梯度来提高骨传导传声装置的信噪比。在一些实施例中，还可以通过调整声学换能单元120(例如，第一电极层121、压电层122、第二电极层123)、振动单元130(例如，第一弹性层131、第二弹性层132)的形状、厚度、材料、尺寸(例如，长、宽、厚度)来提高骨传导传声装置100的信噪比和灵敏度。
在一些实施例中，为了控制叠层结构的翘曲变形问题，需要平衡叠层结构中各层的应力，使得悬臂梁中性层上下部分受到的应力类型相同(如，拉应力、压应力)、大小相等。例如，压电层122为AIN材料层时，压电层122设置于悬臂梁的中性层位置的一侧，AIN材料层通常为拉应力，位于中性层另一侧的弹性层的综合应力也应为拉应力。
在一些实施例中，声学换能单元120还可以包括种子层(图中未示出)，用于为其它层提供良好的生长表面结构体，种子层位于第二电极层123的下表面。在一些实施例中，种子层的材料可以与压电层122的材料相同。例如，压电层122的材料为AlN时，种子层的材料也为AlN。需要说明的是，当声学换能单元120位于第二电极层123的下表面时，种子层可以位于第一电极层121的上表面。进一步地，当声学换能单元120包括种子层时，振动单元130(例如，第一弹性层131、第二弹性层132)可以位于种子层背离压电层122的表面。在其他实施例中，种子层的材料也可以与压电层122的材料不同。
需要注意的是，叠层结构的形状不限于图1所示的矩形，还可以为三角形、梯形、圆形、半圆形、1/4圆形、椭圆形、半椭圆形等规则或不规则的形状，在此不做进一步限定。另外，叠层结构的数量也不限于图1所示的一个，还可以为2个、3个、4个或者更多。不同的叠层结构可以并排悬空设置于基体结构的中空部分，也可以沿着叠层结构各层的排列方向依次悬空设置于基体结构的中空部分。
图3是根据本申请一些实施例所示的另一骨传导传声装置的结构示意图。图3所示的骨传导传声装置300与图1所示的骨传导传声装置100大体相同，其最大的区别之处在于图3所示的骨传导传声装置300的叠层结构的形状不同。如图3所示，骨传导传声装置300包括基体结构310和叠层结构，叠层结构的形状为梯形。进一步地，骨传导传声装置300中叠层结构的宽度由自由端至固定端渐缩。在其他的实施例中，骨传导传声装置300中叠层结构的宽度可以由自由端至固定端渐增。需要说明的是，这里的基体结构310的结构与基体结构110的结构相似，振动单元330的结构与振动单元130的结构相似。关于声学换能单元320的第一电极321、压电层322和第二电极323以及振动单元330中的第一弹性层331和第二弹性层332等各层的详细内容可以参见图1中声学换能单元120和振动单元130各层的内容。另外，声学换能单元120和振动单元130中的其他部件(例如，种子层)同样适用于图3所示的骨传导传声装置300，在此不做赘述。
图4是根据本申请另一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图。如图4所示，骨传导传声装置400可以包括基体结构410和叠层结构，其中，叠层结构的至少部分与基体结构410连接。在一些实施例中，基体结构410可以为内部中空的框架结构体，叠层结构的部分结构(例如，叠层结构远离基体结构410与叠层结构连接处的一端)可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是，框架结构体并不限于图4中所示的长方体状，在一些实施例中，框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。在一些实施例中，叠层结构可以以悬臂梁的形式与基体结构410固定连接。进一步地，叠层结构可以包括固定端和自由端，其中，叠层结构的固定端与框架结构体固定连接，叠层结构的自由端不与框架结构体连接或相接触，使得叠层结构的自由端可以悬空于框架结构体的中空部分。在一些实施例中，叠层结构的固定端可以与基体结构410的上表面、下表面或基体结构410中空部分所在的侧壁连接。在一些实施例中，基体结构410中空部分所在的侧壁处还可以设有与叠层结构的固定端相适配的安装槽，使得叠层结构的固定端与基体结构410配合连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备叠层结构和基体结构后，将叠层结构和基体结构410通过焊接、铆接、卡接、螺栓等方式固定连接。在一些实施例中，在制备过程中，还可以通过物理沉积(例如，物理气相沉积)或者化学沉积(例如，化学气相沉积)的方式将叠层结构沉积在基体结构410上。在一些实施例中，基体结构410上可设置一个或多个叠层结构，例如，叠层结构的数量可以是1个、2个、3个、7个等等。进一步地，多个叠层结构可以沿基体结构410的周向等距均匀排布，也可以不均匀排布。
在一些实施例中，叠层结构可以包括声学换能单元420和振动单元430。振动单元430可以位于声学换能单元420的上表面或下表面。在一些实施例中，振动单元430可以包括至少一个弹性层。弹性层可以为采用半导体材料制成的板状结构。在一些实施例中，半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中，声学换能单元420可以包括电极层和压电层423，其中，电极层包括第一电极421和第二电极422。在本说明书的实施例中，该压电层423可以基于压电效应，将在振动单元430的形变应力作用下产生电压(电势差)，第一电极421和第二电极422可以将该电压(电信号)导出。在一些实施例中，第一电极421和第二电极422间隔设置于压电层423的同一个表面(例如，上表面或下表面)，电极层与振动单元430位于压电层423的不同表面。例如，振动单元430位于压电层423的下表面时，电极层(第一电极421和第二电极422)可以位于压电层423的上表面。又例如，振动单元430位于压电层423的上表面时，电极层(第一电极421和第二电极422)可以位于压电层423的下表面。在一些实施例中，电极层和振动单元430还可以位于压电层423的同一侧。例如，电极层位于压电层423与振动单元430之间。在一些实施例中，第一电极421可以弯折成第一梳齿状结构4210，第一梳齿状结构4210可以包括多个梳齿结构，第一梳齿状结构4210的相邻梳齿结构之间具有第一间距，该第一间距可以相同或不同。第二电极422可以弯折成第二梳齿状结构4220，第二梳齿状结构4220可以包括多个梳齿结构，第二梳齿状结构4220的相邻梳齿结构之间具有第二间距，该第二间距可以相同或不同。第一梳齿状结构4210与第二梳齿状结构4220相配合形成电极层，进一步地，第一梳齿状结构4210的梳齿结构可以伸入第二梳齿状结构4220的第二间距处，第二梳齿状结构4220的梳齿结构可以伸入第一梳齿状结构4210的第一间距处，从而相互配合形成电极层。第一梳齿状结构4210和第二梳齿状结构4220互相配合，使得第一电极421和第二电极422排列紧凑，但不相交。在一些实施例中，第一梳齿状结构4210和第二梳齿状结构4220沿悬梁臂的长度方向(例如，从固定端到自由端的方向)延伸。在一些实施例中，压电层423优选压电陶瓷材料，当压电层423为压电陶瓷材料时，压电层423的极化方向与悬臂梁长度方向一致，利用压电陶瓷的压电常数d33特性，极大地增强输出信号，提高灵敏度。压电常数d33是指压电层把机械能转换为电能的比例常数。需要注意的是，图4所示的压电层423还可以为其他材料，当其他材料的压电层423的极化方向与悬臂梁厚度方向一致时，声学换能单元420可以替代为图1所示的声学换能单元120。
叠层结构与基体结构410之间发生相对运动时，叠层结构中的振动单元430不同位置的形变程度不同，也就是说，振动单元430不同位置对声学换能单元420的压电层423产生的形变应力不同，为了提高骨传导传声装置的灵敏度，在一些实施例中，声学换能单元420能够仅设置于振动单元430形变程度较大的位置，从而提高骨传导传声装置400的信噪比。相应地，声学换能单元420的电极层和/或压电层423的面积可以不大于振动单元430的面积。在一些实施例中，为了进一步提高骨传导传声装置400的信噪比，声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积小于振动单元430的面积。优选地，声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积为不大于振动单元430面积的1/2。优选地，声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积不大于振动单元430面积的1/3。进一步优选地，声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积为不大于振动单元430面积的1/4。进一步地，在一些实施例中，声学换能单元420可以靠近叠层结构与基体结构410的连接处。由于振动单元430(例如，弹性层)在靠近叠层结构与基体结构410的连接处受到外力作用时产生的形变程度较大，声学换能单元420在靠近叠层结构与基体结构410的连接处受到的形变应力也较大，因此，将声学换能单元420布置在该形变应力较大的区域，可以在提高骨传导传声装置400灵敏度的基础上，提高骨传导传声装置的400的信噪比。需要注意的是，这里声学换能单元420的可以靠近叠层结构与基体结构410的连接处是相对于叠层结构的自由端而言的，也就是说声学换能单元420至叠层结构与基体结构410的连接处的距离小于声学换能单元420到自由端的距离。在一些实施例中，可以仅通过调整声学换能单元420中压电层423的面积和位置提高骨传导扬声装置100的灵敏度和信噪比。例如，电极层全部覆盖或局部覆盖于振动单元430的表面，压电层423的面积可以不大于电极层的面积。优选地，压电层423覆盖在振动单元130的覆盖面积不大于电极层的面积的1/2。优选地，压电层423覆盖在振动单元430的覆盖面积不大于压电层面积的1/3。进一步优选地，压电层423覆盖在振动单元430的覆盖面积不大于电极层面积的1/4。在一些实施例中，压电层423的面积可以与振动单元430的面积相同，电极层的全部区域可以位于压电层423处，且电极层的边缘可以与压电层423的边缘具有一定间距，使得电极层中的第一电极421和第二电极422避开压电层423边缘处材料质量不好的区域，从而进一步提高骨传导传声装置400的信噪比。
在一些实施例中，为了增大输出电信号，提高骨传导传声装置的信噪比，可以通过调整声学换能单元420(例如，第一电极421、压电层423、第二电极422)、振动单元430(例如，弹性层)的形状、厚度、材料、尺寸(例如，长、宽、厚度)来提高骨传导传声装置400的信噪比和灵敏度。
在一些实施例中，为了增大输出电信号，提高骨传导传声装置的信噪比，还可以通过调整第一梳齿状结构4210和第二梳齿状结构4220的单个梳齿结构的长度、宽度、梳齿结构间的间距(例如，第一间距和第二间距)以及整个声学换能单元420的长度，增大输出电压电信号，提高骨传导传声装置的信噪比。
图5是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；图6是图5所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图。如图5和图6所示，骨传导传声装置500可以包括基体结构510和叠层结构，其中，叠层结构的至少部分结构与基体结构510连接。在一些实施例中，基体结构510可以为内部中空的框架结构体，叠层结构的部分结构可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是，框架结构体并不限于图5中所示的长方体状，在一些实施例中，框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。
在一些实施例中，叠层结构可以包括声学换能单元520和振动单元。
在一些实施例中，骨传导传声装置(或称为骨导麦克风)的谐振频率与振动单元的刚度成正相关的关系。在其他参数(例如，叠层结构的质量等)不变的情况下，振动单元的刚度越大，骨传导传声装置的谐振频率越高；振动单元的刚度越小，骨传导传声装置的谐振频率越低。
在一些实施例中，骨传导传声装置的谐振频率与叠层结构的质量成负相关的关系。在其他参数(例如，振动单元的刚度等)不变的情况下，叠层结构的质量越大，骨传导传声装置的谐振频率越低；叠层结构的质量越小，骨传导传声装置的谐振频率越高。
在一些实施例中，振动单元可以设置于声学换能单元520上表面或下表面。如图5所示，振动单元包括悬膜结构530，悬膜结构530通过周侧与基体结构510连接而固定在基体结构510上，悬膜结构530的中心区域悬空设置于基体结构510的中空部分。在一些实施例中，悬膜结构530可以位于基体结构510的上表面或下表面。在一些实施例中，悬膜结构530的周侧还可以与基体结构510中空部分的内壁连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备悬膜结构530和基体结构510后，将悬膜结构530通过机械固定方式(例如，强力粘结、铆接、卡夹、镶嵌等方式)固定于基体结构510的上表面、下表面或基体结构510中空部分的侧壁，或者在制备过程中，通过物理沉积(例如，物理气相沉积)或者化学沉积(例如，化学气相沉积)的方式将悬膜结构530沉积在基体结构510上。
在一些实施例中，振动单元的刚度可以为悬膜结构530的刚度。
在一些实施例中，悬膜结构530可以包括至少一个弹性层。弹性层可以为采用半导体材料制成的膜状结构。在一些实施例中，半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅、单晶硅、多晶硅等。在一些实施例中，悬膜结构530可以由上述半导体材料中的一种制作而成，或者由上述半导体材料中的两种或多种沿厚度方向堆叠复合制作而成。例如，悬膜结构530可以为单晶硅(或多晶硅)与二氧化硅复合层、单晶硅(或多晶硅)与氮化硅复合层、氮化硅与单晶硅(或多晶硅)和二氧化硅复合层。
在一些实施例中，悬膜结构530的形状可以为圆形、椭圆形或三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，或者其他任意形状。例如，如图22所示，悬膜结构530可以为四边形。在一些实施例中，如图23所示，悬膜结构530为圆形。在一些实施例中，悬膜结构530可以为圆形，悬膜结构530的半径为500um-1500um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为520um-1400um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为550um-1300um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为570um-1200um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为600um-1100um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为630um-1000um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为650um-900um。在一些实施例中，悬膜结构530的半径为670um-850um。需说明的是，本申请中悬膜结构530的形状和尺寸(如，半径)为垂直于厚度方向(图6中箭头所示的方向)的横截面的形状和尺寸。
在一些实施例中，声学换能单元520可以位于悬膜结构530的上表面或下表面。
在一些实施例中，悬膜结构530可以包括一个孔5300，一个孔5300设置于声学换能单元520的外侧或内侧。在一些实施例中，悬膜结构530可以包括多个孔5300，多个孔5300围绕声学换能单元520的中心沿声学换能单元520的周向(例如，外周向和/或内周向)分布。可以理解的，在悬膜结构530上设置若干个孔5300，可以调整悬膜结构530不同位置的刚度，使得多个孔5300附近的区域处的悬膜结构530的刚度降低，远离多个孔5300处的悬膜结构530的刚度则相对较大，当悬膜结构530与基体结构510发生相对运动时，多个孔5300附近区域处的悬膜结构530形变程度较大，远离多个孔5300区域的悬膜结构530形变程度较小，此时，将声学换能单元520放置在悬膜结构530上多个孔5300附近的区域处，可以更有利于声学换能单元520采集振动信号，从而有效提高骨传导传声装置500的灵敏度，同时骨传导传声装置500中的各部件结构较为简单，便于生产或组装。
在一些实施例中，悬膜结构530处的孔5300可以为圆形孔、椭圆形孔、方形孔、其他多边形孔等任意形状。例如，如图22和图23所示，孔5300为方形孔。例如，如图24所示，孔5300为不规则形状的孔。优选地，如图25和图26所示，孔5300为圆形孔，圆形孔可以减小局部应力集中，提高骨传导传声装置的灵敏度。在一些实施例中，孔5300为圆形，孔5300的半径可以是20um-300um。在一些实施例中，孔5300的半径为25um-250um。在一些实施例中，孔5300可以为非通孔(例如，悬膜上的凹槽)。在一些实施例中，孔5300可以为通孔。在一些实施例中，孔5300的数量可以是一个或多个。例如，孔5300的数量可以包括2个、4个、6个、8个、10个、12个、14个、16个、18个。
在一些实施例中，如图22-图24所示，孔5300可以分布在声学换能单元520的外周向。在一些实施例中，如图25所示，孔5300也可以分布在声学换能单元520的内周向。在一些实施例中，孔5300可以均匀分布或不均匀分布在声学换能单元520的外周向和/或内周向。优选地，如图23-25所示，孔5300等间距均匀分布在声学换能单元520的外周向和/或内周向。在一些实施例中，孔5300可以围成一圈、两圈或多圈。例如，如图23-图25所示，孔5300围成一圈。又例如，如图26所示，孔5300围成两圈。优选地，孔5300围成一圈。在一些实施例中，孔5300围成的形状可以为圆形、椭圆形、方形、多边形、其他规则或不规则形状。需说明的是，本申请中孔5300围成的形状即为孔5300圆心(或称为中心)围成的形状，孔5300的圆心围成的形状的尺寸为孔5300的圆心围成的形状上距离最远的两个点的距离值。例如，孔5300的圆心围成的形状为圆形，孔5300的圆心围成的形状的尺寸可以是指该圆的直径。又例如，孔5300的圆心围成的形状为方形，孔5300的圆心围成的形状的尺寸可以是指该方形的对角线长度。又例如，孔5300的圆心围成的形状为不规则形状，孔5300的圆心围成的形状的尺寸可以指该不规则形状中距离最远的两个顶角之间的距离。
在一些实施例中，声学换能单元520的形状可以包括方形、圆形、椭圆形、曲线环、多边形、其他规则或不规则形状。例如，如图22所示，声学换能单元520的形状为方形。又例如，如图23-图27所示，声学换能单元520的形状为圆环形。在一些实施例中，声学换能单元520的形状可以为具有一个或多个开口的环形。例如，如图27所示，声学换能单元520的形状为具有两个开口的圆环形。在一些实施例中，声学换能单元520为圆形闭口环。
需说明的是，本申请一个或多个实施例中声学换能单元520的形状可以指垂直于声学换能单元的厚度方向(图6中箭头所示的方向)的横截面的形状。
在一些实施例中，声学换能单元520的相关尺寸(例如，声学换能单元的内径尺寸或外径尺寸)会影响振动系统的谐振频率。在一些实施例中，声学换能单元的尺寸可以包括声学换能单元在垂直于厚度方向的横截面的外径尺寸和/或内径尺寸。在一些实施例中，声学换能单元520的外径尺寸可以指声学换能单元520垂直于厚度方向的横截面的外径尺寸。在一些实施例中，声学换能单元520的内径尺寸可以指声学换能单元520垂直于厚度方向的横截面的内径尺寸。横截面的外径尺寸可以指横截面的外边缘上距离最远的两个点之间的距离。例如，如果横截面为圆形，则横截面的外径尺寸可以指该圆直径。又例如，如果横截面为椭圆，则横截面的外径尺寸可以指该椭圆的长直径。再例如，如果横截面为长方形，则横截面的外径尺寸可以指该长方形的对角线长度。再例如，如果横截面为不规则四边形，则横截面的外径尺寸可以指该四边形中距离最远的两个顶角之间的距离。横截面的内径尺寸可以指横截面的内边缘上距离最近的两个点之间的距离，且经过这两个点的直线经过该内边缘的几何中心。例如，横截面的内边缘形状为圆形，则该横截面的内径尺寸可以指该圆的直径。又例如，横截面的内边缘形状为椭圆形，则该横截面的内径尺寸可以指该椭圆的短直径。又例如，横截面的内边缘形状为长方形，则该横截面的内径尺寸可以指该长方形中短边的边长。
在一些实施例中，声学换能单元520可以至少包括有效声学换能单元。有效声学换能单元是指为最终贡献电信号的声学换能单元的部分结构。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内径尺寸可以为100um-700um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内径尺寸可以为130um-600um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内径尺寸可以为150um-500um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内径尺寸可以为200um-400um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸可以为110um-710um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸可以为150um-650um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸可以为200um-620um。在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸可以为250um-600um。
在一些实施例中，若干个孔5300围成的形状与声学换能单元520的形状一致。例如，如图22所示，声学换能单元520的形状为方形，若干个孔5300围成的形状为方形。又例如，如图23所示，若干个孔5300围成的形状为圆形，声学换能单元520的形状为圆形。在一些实施例中，若干个孔5300的形状与声学换能单元520的形状一致。例如，如图22所示，若干个孔5300的形状为方形，声学换能单元520的形状为方形。优选地，若干个孔5300沿声学换能单元520的外周向成圆形分布。在一些实施例中，若干个孔5300的形状可以一致，也可以不一致。例如，若干个孔5300的形状可以为圆形、椭圆形、方形、多边形、不规则形状中的一种。例如，若干个孔5300的形状可以包括圆形、椭圆形、方形、多边形、不规则形状中两种或多种的组合。在一些实施例中，若干个孔5300围成的圆形的半径可以是300um-700um。在一些实施例中，若干个孔5300围成的圆形的半径为350um-650um。
在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸可以小于、等于或大于若干个孔5300中每一个孔的圆心围成的形状的尺寸。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内径尺寸可以小于、等于或大于若干个孔5300中每一个孔的圆心围成的形状的尺寸。优选地，声学换能单元520的形状为圆环形(即，声学换能单元520上垂直于厚度方向的横截面内侧和外侧都为圆形)，若干个孔5300围成的形状为圆形，有效声学换能单元520的内边缘的半径(即，有效声学换能单元520上垂直于厚度方向的横截面内侧的半径)小于若干个孔5300围成的圆形的半径。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内边缘的半径小于若干个孔5300围成的圆形的半径，有效声学换能单元520内边缘的半径与若干个孔5300围成的圆形的半径的差值可以是50um-300um。在一些实施例中，有效声学换能单元520内边缘的半径与若干个孔5300围成的圆形的半径的差值可以是70um-250um。在一些实施例中，有效声学换能单元520内边缘的半径与若干个孔5300围成的圆形的半径的差值可以是90um-230um。
在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸可以小于、等于或大于基体结构510的中空腔的尺寸。在一些实施例中，有效声学换能单元520的内径尺寸可以小于、等于或大于基体结构510的中空腔的尺寸。基体结构510的中空腔的尺寸为基体结构510上垂直于厚度方向的横截面内侧边缘上最远的两个点的距离值。关于基体结构510上垂直于厚度方向的横截面内侧边缘的形状和尺寸与若干个孔5300的圆心围成的形状和尺寸类似，在此不作赘述。优选地，有效声学换能单元520的外径尺寸小于基体结构510的中空腔的尺寸。在一些实施例中，有效声学换能单元520的外径尺寸小于基体结构510的中空腔的尺寸，基体结构510的中空腔的尺寸与有效声学换能单元520的外径尺寸的差值范围5um-400um。在一些实施例中，声学换能单元520与基体结构510的中空腔的形状可以相同，也可以不同。在一些实施例中，声学换能单元520与基体结构510的中空腔的形状相同时，基体结构510的中空腔的尺寸与有效声学换能单元520的外径尺寸的差值范围可以是5um-400um。例如，声学换能单元520的形状为圆环形，基体结构510的中空腔的形状为圆形，有效声学换能单元520的外径尺寸与基体结构510的中空腔的尺寸的差值可以是5um-400um。在一些实施例中，两者的最大尺寸的差值范围可以是20um-380um。在一些实施例中，两者的最大尺寸的差值可以是50um-350um。在一些实施例中，两者的最大尺寸的差值可以是80um-320um。
在一些实施例中，还可以通过改变多个孔5300的大小、数量、间隔距离、位置来调整骨传导传声装置500的谐振频率(使得谐振频率在2kHz-5kHz)和应力分布等，以提高骨传导传声装置500的灵敏度。需要注意的是，谐振频率不限于上述的2kHz-5kHz，还可以为3kHz-4.5kHz，或者4kHz-4.5kHz，谐振频率的范围可以根据不同的应用场景进行适应性调整，在此不做作进一步限定。
结合图5和图6，在一些实施例中，声学换能单元520可以包括由上至下依次设置的第一电极层521、压电层522和第二电极层523，其中，第一电极层521和第二电极层523的位置可以互换。压电层522可以基于压电效应，在振动单元(例如，悬膜结构530)的形变应力作用下产生电压(电势差)，第一电极层521和第二电极层523可以将该电压(电信号)导出。在一些实施例中，压电层的材料可以包括压电薄膜材料，压电薄膜材料可以是通过沉积工艺(如磁控溅射沉积工艺)而制成的薄膜材料(如AIN薄膜材料)。在另一些实施例中，压电层的材料可以包括压电晶体材料和压电陶瓷材料。压电晶体是指压电单晶体。在一些实施例中，压电晶体材料可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH2PO4、NaKC4H4O6·4H2O(罗息盐)、食糖等，或其任意组合。压电陶瓷材料是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中，压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)等，或其任意组合。在一些实施例中，压电层522还可以为压电聚合物材料，例如，聚偏氟乙烯(PVDF)。在一些实施例中，第一电极层521和第二电极层523采用为导电材质结构。示例性的导电材质可以包括金属、合金材料、金属氧化物材料、石墨烯等，或其任意组合。在一些实施例中，金属与合金材料可以包括镍、铁、铅、铂、钛、铜、钼、锌等，或其任意组合。在一些实施例中，合金材料可以包括铜锌合金、铜锡合金、铜镍硅合金、铜铬合金、铜银合金等，或其任意组合。在一些实施例中，金属氧化物材料可以包括RuO2、MnO2、PbO2、NiO等，或其任意组合。
在一些实施例中，有效声学换能单元可以包括第一电极层521、压电层522和第二电极层523三者的重叠区域。例如，第一电极层521、压电层522以及第二电极层523的形状和面积均相同，并部分覆盖悬膜结构530，则第一电极层521、压电层522、第二电极层523为有效换能单元。又例如，第一电极层521、压电层522部分覆盖悬膜结构530，第二电极层523全部覆盖悬膜结构530，则第一电极层521、压电层522以及第二电极层523在沿厚度方向分别一一对应的部分组成有效声学换能单元。需注意的是，本说明书中所述的声学换能单元的尺寸(例如，内径、外径)和相应参数(例如，声学换能单元520内边缘的半径与若干个孔5300围成的圆形的半径的差值、基体结构510的中空腔的尺寸与声学换能单元520的外径尺寸的差值范围、声学换能单元520的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距)，均为有效声学换能单元的尺寸和相应参数。
在一些实施例中，声学换能单元520还可以包括种子层。种子层可以优化沉积其上的第一电极层521、第二电极层523和压电层522的晶格结构，保证声学换能单元520的品质，增加膜层附着力。在一些实施例中，可以在硅衬底上通过物理气相沉积(Physical VapourDeposition，PVD)方法或化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法制备一层种子层。在一些实施例中，种子层的厚度为5nm-200nm。在一些实施例中，种子层的厚度可为8nm-150nm。需说明的是，声学换能单元520也可以无种子层。在一些实施例中，可以在种子层上表面或硅衬底上表面通过PVD方法或CVD方法制备第二电极层523。在一些实施例中，第二电极层523的厚度可以为80nm-250nm。在一些实施例中，第二电极层523的厚度为100nm-200nm。在一些实施例中，可以在第二电极层523的上表面通过PVD方法或CVD方法制备压电层522。在一些实施例中，压电层522的厚度可以为0.8um-5um。在一些实施例中，压电层522的厚度为0.8um-4um。在一些实施例中，可以在压电层522上表面通过PVD方法或CVD方法制备第一电极层521。在一些实施例中，第一电极层521的厚度可为80nm-250nm。在一些实施例中，第一电极层521的厚度为90nm-230nm。在一些实施例中，还可以在第一电极层521、压电层522和第二电极层523上依次进行刻蚀。在一些实施例中，第一电极层521、压电层522和第二电极层523的刻蚀可采用干法刻蚀，也可以采用湿法刻蚀。
如图5所示，在一些实施例中，多个孔5300围成圆形区域，为了提高声学换能单元520的声压输出效果，声学换能单元520可以设置于悬膜结构530上靠近多个孔5300的区域，进一步地，声学换能单元520可以为环状结构，沿多个孔5300围成的圆形区域的内侧分布。如图23-24所示，声学换能单元520沿多个孔5300围成的圆形区域的内侧分布。在一些实施例中，呈环状结构的声学换能单元520还可以沿多个孔5300围成的圆形区域的外侧分布。如图25所示，声学换能单元520沿多个孔5300围成的圆形区域的外侧分布。优选地，呈环状结构的声学换能单元520可以沿多个孔5300围成的圆形区域的内侧分布，且多个孔5300围成的圆形区域分布在基体结构510内部。在一些实施例中，声学换能单元520的压电层522可以为压电环，位于压电环上下表面的第一电极层521和第二电极层523则可以为电极环。
在一些实施例中，通过调整悬膜结构530的若干个孔5300的大小、数量、分布位置，以及声学换能单元520的形状、尺寸、位置，可以调节骨传导传声装置500的等效刚度和等效质量，从而骨传导传声装置500的谐振频率和应力分布，进而调节骨传导传声装置500的输出电信号，以提高骨传导传声装置500的灵敏度。在一些实施例中，悬膜结构530上的孔5300可以通过刻蚀工艺制备。在一些实施例中，刻蚀工艺可以包括干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
在一些实施例中，声学换能单元520上还开设有引线结构5200，该引线结构5200用于将电极环(例如，第一电极层521和第二电极层523)采集到的电信号输送给后续电路。在一些实施例中，第一电极层521和第二电极层523通过引线结构5200连接到基体结构510上。在一些实施例中，引线结构5200包括第一引线和第二引线。第一引线的一端连接第一电极层521、第一引线的另一端连接基体结构510；第二引线的一端连接第二电极层521、第二引线的另一端连接基体结构510。
在一些实施例中，还可以通过调整引线结构5200的形状、尺寸(例如，长度、宽度、厚度)、材质以降低谐振频率，提高骨传导传声装置500的输出电信号，从而提高骨传导传声装置500的灵敏度。
在一些实施例中，引线结构5200可以包括直线、折线、曲线。优选地，如图22-图27所示，引线结构5200为直线。又例如，如图28所示，引线结构5200为曲线。在一些实施例中，引线结构5200的宽度(如图27-图28所示的宽度d)可以为2um-100um。在一些实施例中，宽度为10um-100um。在一些实施例中，宽度为15um-90um。在一些实施例中，宽度为20um-80um。
图29是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中引线结构的示意图。在一些实施例中，第一电极层521通过引线结构5200连接基体结构510的上表面、下表面或侧面。在一些实施例中，如图29所示，第一电极层521通过引线结构5200连接到焊盘5210上。焊盘5210可以位于基体结构510的上表面、下表面或侧面，如图29所示，焊盘5210可以位于基体结构510的上表面，用于导出声学换能单元520与壳体、引线结构5200等之间的电信号。将第一电极层521通过引线结构5200连接到焊盘5210上，可以减小声学换能单元520与壳体、引线结构5200之间的电信号，从而减小寄生电容，提高骨传导传声装置500的灵敏度。在一些实施例中，焊盘5210的可以是圆形、椭圆形、三角形、多边形或不规则形状等。在一些实施例中，焊盘5210的最大尺寸范围为80um-500um。最大尺寸范围可以边长或直径。例如，焊盘5210为矩形，焊盘5210的最大边长可以是80um-500um。又例如，焊盘5210为圆形，焊盘5210的最大直径可以是80um-500um。在一些实施例中，焊盘5210的最大尺寸范围为85um-450um。在一些实施例中，焊盘5210的最大尺寸范围为90um-400um。需说明的是，本申请中焊盘5210的形状和尺寸为垂直于厚度方向的横截面的形状和尺寸。在一些实施例中，焊盘5210可以通过沉积易于焊线的一层或多层金属(例如，Pt、Au、Ti、Cr、Ti/Au等)制作。优选地，焊盘5210上沉积的金属可以为Ti/Au或Gr/Au。在一些实施例中，焊盘5210可以采用金属剥离工艺(Metal Lift-Off Technology，LIFT-OFF)进行制备。在一些实施例中，焊盘5210的沉积厚度为100nm-300nm。优选地，沉积厚度为150nm-250nm。在一些实施例中，还可以在硅衬底背面进行匀胶、光刻显影处理，得到图形化的深硅释放窗口，使用深硅刻蚀工艺刻蚀硅至硅衬底的氧化层处，随后去除硅衬底的氧化层，得到骨传导传声装置3100。
在一些实施例中，为了提高骨传导传声装置500的输出电信号，有效声学换能单元520(例如，环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以为50um-400um。有效声学换能单元520(例如，环状结构)的边缘可以为内边缘，也可以为外边缘。在一些实施例中，有效声学换能单元520(例如，环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以100um-350um。优选地，有效声学换能单元520(例如，环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以150um-300um。进一步优选地，有效声学换能单元520(例如，环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以150um-250um。
在一些实施例中，悬膜结构530不同区域的厚度或密度相同。在一些实施例中，悬膜结构530的厚度为0.5um-10um。优选地，厚度为0.5um-5um。在一些替代性的实施例中，还可以通过调整悬膜结构530不同区域的厚度或密度来改变悬膜结构530不同位置的形变应力。仅作为示例性说明，在一些实施例中，声学换能单元520设置为环状结构，悬膜结构530上位于环状结构内侧区域的厚度大于位于环状结构外侧区域的厚度。环状结构内侧区域的厚度或外侧区域的厚度为图6中厚度方向的尺寸。在另一些实施例中，悬膜结构530位于所述环状结构内侧区域的密度大于位于环状结构外侧区域的密度。通过改变悬膜结构530不同位置的密度或厚度，使得位于环状结构内侧区域的悬膜质量大于位于环状结构外侧区域的悬膜质量，或使得位于环状结构内侧区域的悬膜刚性小于位于环状结构外侧区域的悬膜刚性，在悬膜结构530与基底结构510发生相对运动时，声学换能单元520的环状结构附近的悬膜结构530(即，悬膜结构530内侧区域)发生的形变程度较大，产生的形变应力也较大，从而使骨传导传声装置500输出的电信号较大，进而使得骨传导传声装置500的灵敏度较高。
需要注意的是，多个孔5300围成的区域形状不限于图5所示的圆形，还可以为半圆形、1/4圆形(圆心角为90°的扇形)、椭圆形、半椭圆形、三角形、长方形等其它规则或不规则的形状，声学换能单元520的形状可以根据多个孔5300围成的区域形状进行适应性调整，例如，多个孔5300围成的区域形状为长方形时，声学换能单元520的形状可以为长方形，呈长方形的声学换能单元520可以沿多个孔5300围成的长方形的内侧或外侧分布。又例如，多个孔5300围成的区域形状为半圆形时，声学换能单元520的形状可以为半环形，呈半环形的声学换能单元520可以沿多个孔5300围成的长方形的内侧或外侧分布。在一些实施例中，图5中的悬膜结构530上可以不开孔。
图7是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图。图30是图7所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图。
图7所示的骨传导传声装置700与图5所示的骨传导传声装置500的结构大体相同，其区别之处在于，图7所示的骨传导传声装置700的振动单元包括悬膜结构730和质量元件740。
如图7和图30所示，骨传导传声装置700可以包括基体结构710和叠层结构，其中，叠层结构的至少部分结构与基体结构710连接。在一些实施例中，基体结构710可以为内部中空的框架结构体，叠层结构的部分结构可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是，框架结构体并不限于图7中所示的长方体状，在一些实施例中，框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。
在一些实施例中，叠层结构可以包括声学换能单元720和振动单元。在一些实施例中，振动单元可以设置于声学换能单元720上表面或下表面。如图7所示，振动单元包括悬膜结构730和质量元件740，质量元件740可以位于悬膜结构730的上表面或下表面。在一些实施例中，悬膜结构730可以位于基体结构710的上表面或下表面。在一些实施例中，悬膜结构730的周侧还可以与基体结构710中空部分的内壁连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备悬膜结构730和基体结构710后，将悬膜结构730通过机械固定方式(例如，强力粘结、铆接、卡夹、镶嵌等方式)固定于基体结构710的上表面、下表面或基体结构710中空部分的侧壁；或者在制备过程中，通过物理沉积(例如，物理气相沉积)或者化学沉积(例如，化学气相沉积)的方式将悬膜结构730沉积在基体结构710上。
在一些实施例中，悬膜结构730的形状可以为圆形、椭圆形或三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，或者其他任意形状。优选地，如图31A-31C所示，悬膜结构730为圆形。关于悬膜结构730的更多内容可以参见图5中悬膜结构530的描述，在此不作赘述。
在一些实施例中，叠层结构的质量可以包括质量元件740的质量。当振动单元与基体结构710发生相对运动时，质量元件740和悬膜结构730的自身重量不同，悬膜结构730上质量元件740所在区域或附近区域的形变程度大于悬膜结构730上远离质量元件740的区域的形变程度，为了提高骨传导传声装置700的输出声压，声学换能单元720可以沿质量元件740的周向分布。在一些实施例中，声学换能单元720的形状可以与质量元件740的形状相同或不同。优选地，声学换能单元720的形状可以与质量元件740的形状相同，使得声学换能单元720的各个位置均可以靠近质量元件740，从而进一步提高骨传导出声装置700的输出电信号。例如，质量元件740为圆柱状结构，声学换能单元720可以为环状结构，呈环状结构的声学换能单元720的内径大于质量元件740的半径，使得声学换能单元720沿质量元件740的周向设置。需说明的是，本申请中声学换能单元720和质量元件740的形状和尺寸为垂直于厚度方向的横截面的形状和尺寸。
在一些实施例中，声学换能单元720可以包括第一电极层721和第二电极层723以及位于两个电极层之间的压电层722，第一电极层721、压电层722和第二电极层723组合成与质量元件740形状适配的结构体。例如，质量元件740为圆柱状结构，声学换能单元720可以为环状结构，此时第一电极层721、压电层722和第二电极层723均为环状结构，三者之间由上至下依次设置组合成为环状结构。
在一些实施例中，声学换能单元720的形状可以为圆环、多边形环、曲线环。例如，如图31A-31C所示，声学换能单元720的形状为圆环。又例如，如图32A所示，声学换能单元720的形状为正六边形环。又例如，如图32C-图32D所示，声学换能单元720的形状为正四边形环。在一些实施例中，声学换能单元720的形状可以为闭口环、开口环、多段环。例如，如图32A所示，声学换能单元720的形状为闭口环。又例如，如图32B所示，声学换能单元720的形状为圆形两段环。优选地，如图31A-图31C所示，声学换能单元720的形状为圆形闭口环。
在一些实施例中，声学换能单元720的内径尺寸与外径尺寸会影响振动系统的谐振频率。在一些实施例中，声学换能单元720的内径尺寸可以为100um-700um。在一些实施例中，声学换能单元720的外径尺寸大小可以为110um-710um。声学换能单元720的内径尺寸和外径尺寸与声学换能单元520的内径尺寸和外径尺寸相类似，具体可以参见图5的相关内容，在此不做进一步赘述。
在一些实施例中，声学换能单元720的外径尺寸可以小于、等于或大于质量元件740上垂直于厚度方向横截面的尺寸。在一些实施例中，声学换能单元720的内径尺寸可以小于、等于或大于质量元件740上垂直于厚度方向横截面的尺寸。优选地，质量元件740上垂直于厚度方向横截面为圆形，声学换能单元720的内径尺寸略大于质量元件740上垂直于厚度方向横截面的直径。在一些实施例中，声学换能单元720的内径尺寸大于质量元件740上垂直于厚度方向横截面的直径，声学换能单元720的内径尺寸与质量元件740上垂直于厚度方向横截面的直径的差值可以是5um-200um。在一些实施例中，声学换能单元720内径尺寸比质量元件的直径大10um-180um。在一些实施例中，声学换能单元720内径尺寸比质量元件的直径大20um-160um。在一些实施例中，声学换能单元720内径尺寸比质量元件的直径大30um-140um。在一些实施例中，声学换能单元720内径尺寸比质量元件的直径大40um-120um。
在一些实施例中，声学换能单元720的外径尺寸可以小于、等于或大于基体结构的中空腔的尺寸。在一些实施例中，声学换能单元720的内径尺寸可以小于、等于或大于基体结构的中空腔的尺寸。基体结构的中空腔与基体结构510的中空腔相类似，具体可以参见图5的相关内容，在此不做进一步赘述。优选地，声学换能单元720的外径尺寸小于基体结构的中空腔的尺寸。在一些实施例中，声学换能单元720的外径尺寸小于基体结构的中空腔的尺寸，基体结构的中空腔的尺寸与声学换能单元720的外径尺寸的差值范围可以是5um-400um。关于声学换能单元720与基体结构的中空腔的尺寸可以参见图5中的描述，在此不作赘述。
在一些实施例中，质量元件740可以为一个或多个。在一些实施例中，多个质量元件740可以设置沿声学换能单元720的内侧均匀设置。在一些实施例中，质量元件740可以为圆柱形、多棱柱形、球形或不规则形状。例如，如图32A所示，质量元件740为正六棱柱形。例如，如图32B所示，质量元件740为圆柱形。例如，如图32C-图32D所示，质量元件740为四棱柱。需说明的是，本说明书中对骨传导传声装置中各组件形状的描述，可以是各组件的外形形状，也可以是各组件垂直于厚度方向的横截面的形状。
在一些实施例中，质量元件740为圆柱形，质量元件740垂直于厚度方向的横截面的半径可以为100um-700um。在一些实施例中，质量元件740垂直于厚度方向的横截面的半径为120um-600um。在一些实施例中，质量元件740垂直于厚度方向的横截面的半径为140um-500um。在一些实施例中，质量元件740垂直于厚度方向的横截面的半径为160um-400um。在一些实施例中，质量元件740垂直于厚度方向的横截面的半径为200um-350um。在一些实施例中，质量元件740的轴向厚度(或称为沿厚度方向的厚度)可以是20um-400um。在一些实施例中，轴向厚度可以是25um-300um。在一些实施例中，轴向厚度可以是30um-200um。在一些实施例中，轴向厚度可以是35um-150um。
在一些实施例中，质量元件740可以为单层结构或多层结构。在一些实施例中，质量元件740为单层结构时，质量元件740可以由单一材料制成。在一些实施例中，单一材料可以包括但不限于单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅等硅基材料中的任一种。优选地，质量元件740可以为单晶硅或多晶硅。在一些实施例中，质量元件740为多层结构时，质量元件740可以由多种材料制成。在一些实施例中，多种材料可以包括但不限于单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅等硅基材料中的两种或多种。
在一些实施例中，声学换能单元720与质量元件740可以分别位于悬膜结构730的不同侧，或者位于悬膜结构730的同侧。例如，声学换能单元720与质量元件740都位于悬膜结构730上表面或下表面，声学换能单元720沿质量元件740的周向分布。又例如，声学换能单元720位于悬膜结构730的上表面，质量元件740位于悬膜结构730的下表面，此时质量元件740在悬膜结构730处的投影在声学换能单元720的区域之内。又例如，声学换能单元720位于悬膜结构730的下表面，质量元件740位于悬膜结构730的上表面，此时质量元件740在悬膜结构730处的投影在声学换能单元720的区域之内。
在一些实施例中，质量元件740与声学换能单元720或基体结构710的中空腔同轴设置。例如，如图31A-图31B所示，质量元件740与声学换能单元720同轴设置。在一些实施例中，质量元件740与声学换能单元720或基体结构710的中空腔不同轴设置。例如，如图31C所示，质量元件740与声学换能单元720不同轴设置。在一些实施例中，质量元件740与声学换能单元720的轴心偏差可以为0um-50um。在一些实施例中，轴心偏差可以为5um-45um。在一些实施例中，轴心偏差可以为10um-40um。在一些实施例中，轴心偏差可以为15um-35um。在一些实施例中，轴心偏差可以为20um-30um。由于质量元件740与声学换能单元720不同轴时会导致输出电压降低及输出电信号降低，优选地，质量元件740与声学换能单元720的轴心偏差为0um，即质量元件740与声学换能单元720的同轴设置。
在一些实施例中，质量元件740可以在基底材料(与基体结构710材料相同)上通过光刻、刻蚀等工艺制备。进一步地，可以将制备有质量元件740的基底材料与制备有悬膜结构730和基体结构710的基底材料进行晶圆级键合。在一些实施例中，键合区域可以为质量元件740的区域。在另一些实施例中，键合区域可以包括质量元件740区域和基体结构710的部分区域，需保证基体结构710上声学换能单元和焊盘区域漏孔。在一些实施例中，基体结构710上的键合区域的面积可以占基体结构710的沿垂直于厚度方向的截面的面积10％-90％。在一些实施例中，可以采用晶圆减薄工艺去除质量元件740所在基底材料上除了质量元件740以外多余的材料。在另一些实施例中，可以在制备声学换能单元720的基底材料上进一步制备质量元件740。具体地，可以在制备声学换能单元720的基底材料的另一侧(制备声学换能单元720的相对侧)进行匀胶及光刻显影处理等操作，再使用深硅刻蚀工艺，刻蚀至一定深度。然后再进一步使用深硅刻蚀工艺，刻蚀出质量元件740。
在一些实施例中，可以在基底材料上制备刻蚀阻挡层，刻蚀阻挡层的能够便于精确控制电极层(如第一电极层或第二电极层)尺寸，刻蚀阻挡层还可以防止后续的刻蚀工艺损伤基底材料。具体地，可以在基底材料上通过化学气相沉积法(CVD)或者热氧化法等方式制备刻蚀阻挡层。在一些实施例中，刻蚀阻挡层厚度可为100nm-2um，在一些实施例中，刻蚀阻挡层厚度可为300nm-1um。在一些实施例中，还可以通过光刻、刻蚀工艺去除刻蚀阻挡层，得到骨传导传声装置。
在一些实施例中，可以通过改变质量元件740的大小、形状、位置，以及压电层的位置、形状、大小来提高骨传导传声装置700的输出电信号。在一些实施例中，还可以通过改变悬膜结构730的形状、材料、大小来提高骨传导传声装置700的声压输出效果。这里声学换能单元720的第一电极层721、第二电极层723和压电层722与图5中的声学换能单元520的第一电极层521、第二电极层523和压电层522的结构和参数等相类似，悬膜结构730与悬膜结构530的结构和参数等相类似，引线结构7200与引线结构5200的结构相类似。
在一些实施例中，声学换能单元720上还设有引线结构7200，该引线结构7200用于将电极环(例如，第一电极层721和第二电极层723)采集到的电信号输送给后续电路。在一些实施例中，第一电极层721和第二电极层723通过引线结构7200连接到基体结构710上。具体地，引线结构7200包括第一引线和第二引线，第一引线的一端连接第一电极层721、第一引线的另一端连接基体结构；第二引线的一端连接第二电极层721、第二引线的另一端连接基体结构。
在一些实施例中，还可以通过调整引线结构7200的形状、尺寸(例如，长度、宽度、厚度)、材质调节骨传导传声装置500的等效刚度和等效质量，提高骨传导传声装置700的输出电信号，以提高骨传导传声装置500的灵敏度。
在一些实施例中，引线结构7200可以包括直线、折线、曲线。例如，如图31A-31C所示，引线结构7200为直线。又例如，如图33A所示，引线结构7200为曲线。又例如，如图33B所示，引线结构7200为折线。在一些实施例中，引线结构7200的宽度可以为10um-100um。在一些实施例中，宽度为15um-90um。在一些实施例中，宽度为20um-80um。
图34是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置中引线结构的示意图。在一些实施例中，如图34所示，第一电极层721通过引线结构7200连接到焊盘7210上。焊盘7210可以位于基体结构710的上表面、下表面或侧面，如图34所示，焊盘7210可以位于基体结构710的上表面，用于导出声学换能单元720与壳体、引线结构7200等之间的电信号。通过将第一电极层721通过引线结构7200连接到焊盘7210上，可以减小声学换能单元720与壳体、引线结构7200之间的电信号，从而减小寄生电容，提高骨传导传声装置700的灵敏度。在一些实施例中，焊盘7210的可以是圆形、椭圆形、三角形、多边形或不规则形状等。关于焊盘7210的更多描述可以参见图5中焊盘5210的内容，在此不作赘述。
图7中的声学换能单元720的第一电极层721、第二电极层723和压电层722与图5中的声学换能单元520的第一电极层521、第二电极层523和压电层522的结构和参数等相类似，悬膜结构730与悬膜结构530的结构和参数等相类似，导线结构7200与导线结构5200的结构相类似，具体可以参见图5中的相关描述，在此不做进一步赘述。
上述一个或多个实施例中的结构可以相互结合。例如，振动单元可以包括悬膜结构和质量单元，且悬膜结构包括至少一个孔。具体可参见图35和图36所示。
图35是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；图36是图35所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图。如图35和图36所示，骨传导传声装置3500可以包括基体结构3510和叠层结构，其中，叠层结构的至少部分结构与基体结构3510连接。在一些实施例中，基体结构3510可以为内部中空的框架结构体，叠层结构的部分结构可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是，框架结构体并不限于图35中所示的长方体状，在一些实施例中，框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。
在一些实施例中，叠层结构可以包括声学换能单元3520和振动单元。如图35所示，振动单元包括悬膜结构3530，悬膜结构3530通过周侧与基体结构3510连接而固定在基体结构3510上，悬膜结构3530的中心区域悬空设置于基体结构3510的中空部分。在一些实施例中，悬膜结构3530可以位于基体结构3510的上表面或下表面。在一些实施例中，悬膜结构3530的周侧还可以与基体结构3510中空部分的内壁连接。
在一些实施例中，悬膜结构3530可以包括至少一个弹性层。弹性层可以为采用半导体材料制成的膜状结构。在一些实施例中，半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅、单晶硅、多晶硅等。在一些实施例中，悬膜结构3530可以包括多个孔35300，多个孔35300围绕声学换能单元3520的中心沿声学换能单元3520的周向(例如，外周向和/或内周向)分布。关于悬膜结构3530与悬膜结构530的结构和参数等相类似，具体可以参见图5的相关内容，在此不做进一步赘述。
在一些实施例中，声学换能单元3520可以位于悬膜结构3530的上表面或下表面。例如，如图35-图36所示，声学换能单元3520可以位于悬膜结构3530的上表面。结合图35和图36，在一些实施例中，声学换能单元3520可以包括由上至下依次设置的第一电极层3521、压电层3522和第二电极层3523，其中，第一电极层3521和第二电极层3523的位置可以互换。关于声学换能单元3520与声学换能单元520或声学换能单元720的结构和参数等相类似，具体可以参见图5或图7的相关内容，在此不做进一步赘述。
在一些实施例中，振动单元还可以包括质量元件3540(图35中未示出)，质量元件3540可以位于悬膜结构3530的上表面或下表面。例如，如图36所示，质量元件3540可以位于悬膜结构3530的下表面。关于质量元件3540与质量元件740的结构和参数等相类似，具体可以参见图7的相关内容，在此不做进一步赘述。
基于前述的一个或多个实施例，下面通过图37和图38分别对悬膜结构上设置多个圆形孔的骨传导传声装置和悬膜结构下方设置质量元件的骨传导传声装置的谐振频率曲线进行阐述。需注意的是，图37和图38对应的骨传导传声装置的结构设置仅为了说明通过对悬膜结构设置孔和设置质量元件，可以调整骨传导传声装置的谐振频率，不限制本申请的保护范围。
图37是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的谐振频率曲线；图38是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置的谐振频率曲线。需说明的是，谐振频率曲线即为频率响应曲线。图37中谐振频率曲线对应的骨传导传声装置为图28中的圆形悬膜结构和多个圆形通孔围成圆形的结构。其中，孔的数量为2-18个、围成一圈或两圈呈圆形分布，孔的半径为20um-300um，孔围成的圆形的半径为300um-700um；悬膜结构的厚度为0.5um-10um，悬膜结构的形状为圆形，悬膜结构的半径尺寸为500um-1500um；声学换能单元为圆形闭口环，内径尺寸为100um-700um，外径尺寸为110um-710um。图38中谐振频率曲线对应的骨传导传声装置为图31A中的圆形悬膜结构和圆形质量元件的结构，其中，质量元件的数量为1-3个，质量元件的形状为圆柱形，质量元件的厚度为20um-400um，质量元件垂直于厚度方向截面的半径尺寸为100um-700um，质量元件与声学换能单元同轴设置；悬膜结构的厚度为0.5um-10um，悬膜结构的形状为圆形，悬膜结构的半径尺寸为500um-1500um；声学换能单元为圆形闭口环，内径尺寸为100um-700um，外径尺寸为110um-710um。
从图37中可知，谐振频率范围为2kHZ-5kHZ(谐振频率的波峰在3.8kHZ)，从图38中可知，谐振频率范围为3kHZ-5.5kHZ(谐振频率的波峰在4.5kHZ)。通过调整孔的数量、大小、分布位置，以及质量元件的大小、形状、位置、重量等，从而将骨传导传声装置的谐振频率调整在3kHz-4.5kHz内，进而调节骨传导传声装置的输出电信号，提高骨传导传声装置的灵敏度。
图8是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图；图9是图8所示骨传导传声装置C-C处的剖视图。如图8所示，基体结构810为长方体框架结构。在一些实施例中，基体结构810的内部可以包括中空部分，该中空部分用于放置声学换能单元820和振动单元。在一些实施例中，中空部分的形状可以为圆形、四边形(例如，长方形、平行四边形)、五边形、六边形、七边形、八边形等其它规则或不规则的形状。在一些实施例中，长方形腔体的一边的尺寸可以为0.8mm-2mm。优选地，长方形腔体的一边的尺寸可以为1mm-1.5mm。在一些实施例中，振动单元可以包括四个支撑臂830和质量元件840，四个支撑臂830的一端与基体结构810的上表面、下表面或基体结构810中空部分所在的侧壁连接，四个支撑臂830的另一端与质量元件840的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中，质量元件840可以相对于支撑臂830向上凸出和/或向下凸出。例如，四个支撑臂830的端部与质量元件840的上表面连接时，质量元件840可以相对于支撑臂830向下凸出。又例如，四个支撑臂830的端部与质量元件840的下表面连接时，质量元件840可以相对于支撑臂830向上凸出。再例如，四个支撑臂830的端部与质量元件840周向的侧壁连接时，质量元件840可以相对于支撑臂830向上凸出和向下凸出。在一些实施例中，支撑臂830的形状为梯形，其中，支撑臂830宽度较小的一端与质量元件840连接，支撑臂830宽度较大的一端与基体结构810连接。
在一些实施例中，支撑臂830可以包括至少一个弹性层。弹性层可以为采用半导体材料制成的板状结构。在一些实施例中，半导体材料可以包括硅、二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中，支撑臂830不同弹性层的材料可以相同或不同。进一步地，骨传导传声装置800可以包括声学换能单元820。声学换能单元820可以包括由上至下依次设置的第一电极层821、压电层822和第二电极层823，第一电极层821或第二电极层823与支撑臂830(例如，弹性层)的上表面或下表面连接。在一些实施例中，当支撑臂830为多个弹性层时，声学换能单元820还可以位于多个弹性层之间。压电层822可以基于压电效应，在振动单元(例如，支撑臂830和质量元件840)的形变应力作用下产生电压(电势差)，第一电极层821和第二电极层823可以将该电压(电信号)导出。为了使骨传导传声装置800的谐振频率在特定频率范围(例如，2000Hz-5000Hz)内，可以调整声学换能单元820(例如，第一电极层821、第二电极层823和压电层822)、振动单元(例如，支撑臂830)的材料和厚度来实现。在一些实施例中，声学换能单元820还可以包括绑线电极层(PAD层)，绑线电极层可以位于第一电极层821和第二电极层823上，通过外部绑线(例如，金线、铝线等)的方式将第一电极层821和第二电极层823与外部电路联通，从而将第一电极层821和第二电极层823之间的电压信号引出至后端处理电路。在一些实施例中，绑线电极层的材料可以包括铜箔、钛、铜等。在一些实施例中，绑线电极层的厚度可以为100nm-200nm。优选地，绑线电极层的厚度可以为150nm-200nm。在一些实施例中，声学换能单元820还可以包括种子层，种子层可以位于第二电极层823与支撑臂830之间。在一些实施例中，种子层的材料可以与压电层822的材料相同。例如，压电层822的材料为AlN时，种子层的材料也为AlN。在一些实施例中，种子层的材料还可以与压电层822的材料不同。需要注意的是，上述骨传导传声装置800的谐振频率的特定频率范围不限于2000Hz-5000Hz，还可以为4000Hz-5000Hz，或者2300Hz-3300Hz等，特定频率范围可以根据实际情况进行调整。另外，当质量元件840相对于支撑臂830向上凸出时，声学换能单元820可以位于支撑臂830的下表面，种子层可以位于质量元件840与支撑臂830之间。
在一些实施例中，质量元件840可以为单层结构或多层结构。在一些实施例中，质量元件840为多层结构，质量元件840的层数、每层结构对应的材料、参数可以与支撑臂830的弹性层和声学换能单元820相同或不同。在一些实施例中，质量元件840的形状可以为圆形、半圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等规则或不规则形状。在一些实施例中，质量元件840的厚度可以与支撑臂830和声学换能单元820的总厚度相同或不同。关于质量元件840为多层结构时的材料和尺寸可以参考支撑臂830的弹性层和声学换能单元820，在此不做赘述。另外，这里弹性层和声学换能单元820的各层结构的材料和参数也可以应用于图1、图3、图4、图5、图7所示的骨传导传声装置。
在一些实施例中，声学换能单元820可以至少包括有效声学换能单元。有效声学换能单元是指为最终贡献电信号的声学换能单元的部分结构。例如，第一电极层821、压电层822以及第二电极层823的形状和面积均相同，并部分覆盖支撑臂830(弹性层)，则第一电极层821、压电层822、第二电极层823为有效换能单元。又例如，第一电极层821、压电层822部分覆盖支撑臂830，第二电极层823全部覆盖支撑臂830，则第一电极层821、压电层822以及第二电极层823中与第一电极层821对应部分组成有效声学换能单元。再例如，第一电极层821部分覆盖支撑臂830，压电层822和第二电极层823均全部覆盖支撑臂830，则第一电极层821、压电层822与第一电极层821对应部分以及第二电极层823中与第一电极层821对应部分组成有效换能单元。再例如，第一电极层821、压电层822、第二电极层823全部覆盖支撑臂830，但第一电极层821通过设置绝缘沟道(例如，电极绝缘沟道8200)使得第一电极层821分隔为多块独立电极，则第一电极层821中引出电信号的独立电极部分以及对应压电层822、第二电极层部分823为有效换能单元。第一电极层821中未引出电信号的独立电极区域、以及第一电极层821中未引出电信号的独立电极和绝缘沟道对应的压电层822、第二电极层823区域不提供电学信号，主要提供力学作用。为了提高骨传导传声装置800的信噪比，可以将有效声学换能单元设置于支撑臂830靠近质量元件840处或靠近支撑臂830与基体结构810的连接处。优选地，将有效声学换能单元设置在支撑臂830靠近质量元件840的位置。在一些实施例中，当有效声学换能单元设置于支撑臂830靠近质量元件840处或靠近支撑臂830与基体结构810的连接处时，有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积的比值为5％-40％。优选地，有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积的比值为10％-35％。进一步优选地，有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积的比值为15％-20％。
骨传导传声装置800的信噪比与输出电信号的强度正相关，当叠层结构相对于基体结构发生相对运动时，支撑臂830与质量元件840连接处以及支撑臂830与基体结构810连接处的形变应力相对于支撑臂830中间区域的形变应力较大，相应地，支撑臂830与质量元件840连接处以及支撑臂830与基体结构810连接处的输出电压的强度相对于支撑臂830中间区域的输出电压的强度也相应较大。在一些实施例中，当声学换能单元820完全或接近完全覆盖支撑臂830的上表面或下表面时，为了提高骨传导传声装置800的信噪比，可以在第一电极层821上设置电极绝缘沟道8200，电极绝缘沟道8200将第一电极层821分隔为两部分，使得第一电极层821的一部分靠近质量元件840，第一电极层821的另一部分靠近支撑臂830与基体结构810的连接处。第一电极层821及其对应的压电层822、第二电极层823中被电极绝缘沟道8200分隔的两部分中被引出电信号的部分为有效声学换能单元。在一些实施例中，电极绝缘沟道8200可以沿支撑臂830的宽度方向延伸的直线。在一些实施例中，电极绝缘沟道8200的宽度可以为2um-20um。优选地，电极绝缘沟道8200的宽度可以为4um-10um。
需要注意的是，电极绝缘沟道8200不限于沿支撑臂830的宽度方向延伸的直线，还可以为曲线，弯折线、波浪线等。另外，电极绝缘沟道8200还可以不沿着支撑臂830的宽度方向延伸，例如图10所示的电极绝缘沟道8201，电极绝缘沟道8200只要能够将声学换能单元820分隔为多部分即可，在此不做进一步限定。
如图10所示，声学换能单元820的部分结构(例如，图10中电极绝缘沟道8201与质量元件840之间的声学换能单元)设置在支撑臂830靠近质量元件840的位置时，第一电极层821和/或第二电极层823还可以包括电极引线。以第一电极层821作为示例，电极绝缘沟道8201将第一电极层821分隔为两部分，第一电极层821的一部分与质量元件840连接或靠近质量元件840，第一电极层821的另一部分靠近支撑臂830与基体结构810的连接处，为了将声学换能单元820靠近质量元件840的电压进行输出，可以通过电极绝缘沟道8201将靠近支撑臂830与基体结构810连接处的第一电极层821分隔出部分区域(图中所示的第一电极层821位于支撑臂830边缘区域)，该部分区域将声学换能单元820中与质量元件840连接或靠近质量元件840的部分与骨传导传声装置800的处理单元电连接。在一些实施例中，电极引线的宽度可以为4um-20um。优选地，电极引线的宽度可以为4um-10um。在一些实施例中，电极引线可以位于支撑臂830宽度方向的任意位置，例如，电极引线可以位于支撑臂830的中央或宽度方向靠近边缘处。优选地，电极引线可以位于支撑臂830宽度方向靠近边缘的位置。通过设置电极引线8211可以避免声学换能单元820中使用导电线，结构较为简单，便于后续的生产和组装。
考虑到压电层822的压电材料在靠近支撑臂830边缘的区域可能由于刻蚀会导致表面粗糙使得压电材料质量变差，在一些实施例中，当压电层822的面积与第二电极层823的面积相同时，为了使第一电极层821位于质量较好的压电材料区域内，压电层822的面积可以小于第一电极层821的面积，使得第一电极层821的边缘区域避开压电层822的边缘区域，第一电极层821和压电层822之间可以形成电极缩进沟道(图中未示出)。通过设置电极缩进沟道可以将压电层822边缘质量较差的区域与第一电极层821和第二电极层823避开，从而提高输出骨传导传声装置的信噪比。在一些实施例中，电极缩进沟道宽度可以为2um-20um。优选地，电极缩进沟道宽度可以为2um-10um。
如图10所示，以质量元件840相对于支撑臂830向下凸出时作为示例，声学换能单元820还可以包括沿支撑臂830长度方向延伸的延伸区域8210，该延伸区域8210位于质量元件840的上表面。在一些实施例中，延伸区域8210位于质量元件840上表面的边缘位置可以设有电极绝缘沟道8201，防止支撑臂830出现应力过度集中的问题，从而提高支撑臂830的稳定性。在一些实施例中，延伸区域8210的长度大于支撑臂830的宽度。这里延伸区域8210的长度与沿支撑臂830的宽度相对应。在一些实施例中，延伸区域8210的长度为4um-30um。优选地，延伸区域8210的长度为4um-15um。在一些实施例中，质量元件840上延伸区域的8210的长度为支撑臂830与质量元件840边缘连接部位宽度的1.2倍-2倍。优选地，质量元件840上延伸区域的8210的长度为支撑臂830与质量元件840边缘连接部位宽度的1.2倍-1.5倍。
图11是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图。图11所示的骨传导传声装置1000与图8所示的骨传导传声装置800整体结构大致相同，其区别之处在于支撑臂的形状不同。如图11所示，基体结构1010为长方体框架结构。在一些实施例中，基体结构1010的内部可以包括中空部分，该中空部分用于悬挂声学换能单元和振动单元。在一些实施例中，中空部分的形状可以为圆形、四边形(例如，长方形、平行四边形)、五边形、六边形、七边形、八边形等其它规则或不规则的形状。在一些实施例中，振动单元可以包括四个支撑臂1030和质量元件1040，四个支撑臂1030的一端与基体结构1010的上表面、下表面或基体结构1010中空部分所在的侧壁连接，四个支撑臂1030的另一端与质量元件1040的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中，质量元件1040可以相对于支撑臂1030向上凸出和/或向下凸出。例如，四个支撑臂1030的端部与质量元件1040的上表面连接时，质量元件1040可以相对于支撑臂1030向下凸出。又例如，四个支撑臂1030的端部与质量元件1040的下表面连接时，质量元件1040可以相对于支撑臂1030向上凸出。再例如，四个支撑臂1030的端部与质量元件1040周向的侧壁连接时，质量元件1040可以相对于支撑臂1030向上凸出和向下凸出。在一些实施例中，支撑臂1030的形状为长方形，其中，支撑臂1030的一端与质量元件1040连接，支撑臂1030的另一端与基体结构1010连接。
在一些实施例中，为了提高骨传导传声装置1000的信噪比，可以将有效声学换能单元设置于支撑臂1030靠近质量元件1040处或靠近支撑臂1030与基体结构1010的连接处。优选地，将有效声学换能单元设置在支撑臂1030靠近质量元件1040的位置。在一些实施例中，当有效声学换能单元设置于支撑臂1030靠近质量元件1040处或靠近支撑臂1030与基体结构1010的连接处时，有效声学换能单元在支撑臂1030处的覆盖面积与支撑臂1030面积的比值为5％-40％。优选地，有效声学换能单元在支撑臂1030处的覆盖面积与支撑臂1030面积的比值为10％-35％。进一步优选地，有效声学换能单元1020在支撑臂1030处的覆盖面积与支撑臂1030面积的比值为15％-20％。
骨传导传声装置1000的信噪比与输出电信号的强度正相关，当叠层结构相对于基体结构发生相对运动时，支撑臂1030与质量元件1040连接处以及支撑臂1030与基体结构1010连接处的形变应力相对于支撑臂1030中间区域的形变应力较大，进一步地，支撑臂1030与质量元件1040连接处以及支撑臂1030与基体结构1010连接处的输出电压的强度相对于支撑臂1030中间区域的输出电压的强度也相应较大。在一些实施例中，当声学换能单元完全或接近完全覆盖支撑臂1030的上表面或下表面时，为了提高骨传导传声装置1000的信噪比，可以在第一电极层上设置电极绝缘沟道1050，电极绝缘沟道1050将第一电极层分隔为两部分，使得第一电极层的一部分靠近质量元件1040，第一电极层的另一部分靠近支撑臂1030与基体结构1010的连接处。在一些实施例中，电极绝缘沟道1050可以沿支撑臂1030的宽度方向延伸的直线。在一些实施例中，电极绝缘沟道1050的宽度可以为2um-20um。优选地，电极绝缘沟道1050的宽度可以为4um-10um。
需要注意的是，电极绝缘沟道1050不限于沿支撑臂1030的宽度方向延伸的直线，还可以为曲线，弯折线、波浪线等。另外，电极绝缘沟道1050还可以不沿着支撑臂1030的宽度方向延伸，例如图12所示的电极绝缘沟道11200，电极绝缘沟道只要能够将声学换能单元分隔为多部分即可，在此不做进一步限定。
如图12所示，声学换能单元的部分结构(例如，图12中电极绝缘沟道11200与质量元件1140之间的声学换能单元)设置在支撑臂1130靠近质量元件1140的位置时，第一电极层1121和/或第二电极层还可以包括电极引线。以第一电极层1121作为示例，电极绝缘沟道11200将第一电极层1121分隔为两部分，第一电极层1121的一部分与质量元件1140连接或靠近质量元件1140，第一电极层1121的另一部分靠近支撑臂1130与基体结构1110的连接处，为了将声学换能单元靠近质量元件1140的电压进行输出，可以通过电极绝缘沟道11200将靠近支撑臂1130与基体结构1110连接处的第一电极层1121分隔出部分区域(图中所示的第一电极层1121位于支撑臂1130边缘区域)，该部分区域将声学换能单元中与质量元件1140连接或靠近质量元件1140的部分与骨传导传声装置的处理单元电连接。在一些实施例中，电极引线的宽度可以为4um-20um。优选地，电极引线的宽度可以为4um-10um。在一些实施例中，电极引线可以位于支撑臂1130的宽度方向任意位置，例如，电极引线可以位于支撑臂1130的中央或宽度方向靠近边缘处。优选地，电极引线可以位于支撑臂1130宽度方向靠近边缘的位置。通过设置电极引线可以避免声学换能单元中使用导电线，结构较为简单，便于后续的生产和组装。
如图13所示，压电层的压电材料靠近支撑臂边缘区域由于刻蚀会导致表面粗糙使得压电材料质量变差，在一些实施例中，当压电层的面积与第二电极层的面积相同时，为了使第一电极层1121位于压电层具有质量较好的压电材料区域内，压电层的面积可以小于第一电极层1121的面积，使得第一电极层1121的边缘区域避开压电层的边缘区域，第一电极层1121和压电层之间可以形成电极缩进沟道11212。通过设置电极缩进沟道11212可以将压电层边缘质量较差的区域与第一电极层和第二电极层避开，从而提高输出骨传导传声装置的信噪比。在一些实施例中，电极缩进沟道11212的宽度可以为2um-20um。优选地，电极缩进沟道的宽度11212可以为2um-10um。
如图14所示，在一些实施例中，以质量元件1140相对于支撑臂1130向下凸出作为示例，声学换能单元还可以包括沿支撑臂1130长度方向延伸的延伸区域11210，该延伸区域11210位于质量元件1140的上表面。在一些实施例中，延伸区域11210位于质量元件1140上表面的边缘位置可以设有电极绝缘沟道11200，从而防止支撑臂1130出现应力过度集中的问题，从而提高支撑臂1130的稳定性。在一些实施例中，延伸区域11210的长度大于支撑臂1130的宽度。这里延伸区域11210的长度与支撑臂1130宽度相对应。在一些实施例中，延伸区域11210的长度为4um-30um。优选地，延伸区域11210的长度为4um-15um。在一些实施例中，质量元件1140上延伸区域的11210的长度为支撑臂1130与质量元件1140边缘连接部位宽度的1.2倍-2倍。优选地，质量元件1140上延伸区域的11210的长度为支撑臂1130与质量元件1140边缘连接部位宽度的1.2倍-1.5倍。关于本实施例中的声学换能单元、第一电极层、第二电极层、压电层、振动单元、质量元件1140等结构的材料、尺寸等参数可以参考图8-图10的内容，在此不做赘述。
图15是根据本申请一些实施例提供的另一骨传导传声装置的结构示意图。图15所示的骨传导传声装置1500与图8所示的骨传导传声装置800的结构大体相同，其区别之处在于支撑臂与基体结构的连接方式不同。如图15所示，基体结构1510为长方体框架结构。在一些实施例中，基体结构1510的内部可以包括中空部分，该中空部分用于悬挂声学换能单元和振动单元。在一些实施例中，振动单元可以包括四个支撑臂1530和质量元件1540，四个支撑臂1530的一端与基体结构1510的上表面、下表面或基体结构1510中空部分所在的侧壁连接，四个支撑臂1530的另一端与质量元件1540的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中，质量元件1540可以相对于支撑臂1530向上凸出和/或向下凸出。例如，四个支撑臂1530的端部与质量元件1540的上表面连接时，质量元件1540可以相对于支撑臂1530向下凸出。又例如，四个支撑臂1530的端部与质量元件1540的下表面连接时，质量元件1540可以相对于支撑臂1530向上凸出。再例如，四个支撑臂1530的端部与质量元件1540周向的侧壁连接时，质量元件1540可以相对于支撑臂1530向上凸出和向下凸出。在一些实施例中，支撑臂1530的形状为梯形，其中，支撑臂1530宽度较大的一端与质量元件1540连接，支撑臂1530宽度较小的一端与基体结构1510连接。需要说明的是，图8-图10中声学换能单元820、第一电极层821、第二电极层823、压电层822、振动单元、质量元件840、延伸区域8210、电极绝缘沟通8201、电极缩进沟道、电极绝缘沟道8200等部件的结构、尺寸、厚度等参数可以应用于骨传导传声装置1500中，在此不做进一步赘述。
图16是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图。图16所示的骨传导传声装置1600的结构与图8所示的骨传导传声装置800的结构大致相同，其区别之处在于，骨传导传声装置1600的支撑臂1630与骨传导传声装置800中的支撑臂830结构不同。在一些实施例中，基体结构1610的内部可以包括中空部分，该中空部分用于悬挂声学换能单元和振动单元。在一些实施例中，振动单元可以包括四个支撑臂1630和质量元件1640，四个支撑臂1630的一端与基体结构1610的上表面、下表面或基体结构1610中空部分所在的侧壁连接，四个支撑臂1630的另一端与质量元件1640的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中，质量元件1640可以相对于支撑臂1630向上凸出和/或向下凸出。例如，四个支撑臂1630的端部与质量元件1640的上表面连接时，质量元件1640可以相对于支撑臂1630向下凸出。又例如，四个支撑臂1630的端部与质量元件1640的下表面连接时，质量元件1640可以相对于支撑臂1630向上凸出。再例如，四个支撑臂1630的端部与质量元件1640周向的侧壁连接时，质量元件840可以相对于支撑臂1630向上凸出和向下凸出。在一些实施例中，质量元件1640的上表面与支撑臂1630的上表面在同一水平面上，以及/或质量元件1640的下表面与支撑臂1630的下表面在同一水平面上。在一些实施例中，支撑臂1630的形状可以为近似L型的结构。如图16所示，支撑臂1630可以包括第一支撑臂1631和第二支撑臂1632，第一支撑臂1631的一端部与第二支撑臂1632的一端部连接，其中第一支撑臂1631与第二支撑臂1632具有一定夹角。在一些实施例中，该夹角的范围为75°-105°。在一些实施例中，第一支撑臂1631远离第一支撑臂1631与第二支撑臂1632连接处的一端与基体结构1610连接，第二支撑臂1632远离第一支撑臂1631与第二支撑臂1632连接处的一端与质量元件1640的上表面、下表面或周侧的侧壁连接，使得质量元件1640悬空设置于基体结构1610的中空部分。
在一些实施例中，声学换能单元为多层结构，声学换能单元可以包括第一电极层、第二电极层、压电层、弹性层、种子层、电极绝缘沟道、电极绝缘沟通等结构。关于声学换能单元的各层结构、质量元件1640等可以参考本申请说明书图8-图10中声学换能单元820、第一电极层821、第二电极层823、压电层822、振动单元、质量元件840、延伸区域8210、电极绝缘沟通8201、电极缩进沟道、电极绝缘沟道8200的描述，在此不做进一步赘述。
在一些实施例中，上述任一项实施例所述的骨传导传声装置中，还可以包括限位结构(图中未示出)，该限位结构为板状结构。在一些实施例中，限位结构可以位于基体结构的中空部分，限位结构可以位于叠层结构的上方或下方，并与叠层结构相对设置。在一些实施例中，基体结构为上下贯通的结构体时，限位结构还可以位于基体结构的顶部或底部。限位结构与叠层结构的质量单元间隔设置，在受到较大冲击时限位结构可以限制叠层结构中质量单元的振幅，避免振动剧烈而使器件损坏。在一些实施例中，限位结构可以是刚性的结构(例如，限位块)，也可以是具有一定弹性的结构(例如，弹性软垫、缓冲悬臂梁或同时设置缓冲支撑臂和限位块等)。
叠层结构具有固有频率，当外部振动信号的频率接近该固有频率时，叠层结构会产生较大的振幅，从而输出较大的电信号。因此，骨传导传声装置对外部振动的响应会表现为在固有频率附近产生共振峰。在一些实施例中，可以通过改变叠层结构的参数，将叠层结构的固有频率移至语音频段范围，使得骨传导传声装置的共振峰位于语音频段范围，从而提高骨传导传声装置响应语音频段(例如，共振峰之前的频率范围)振动的灵敏度。如图17所示，叠层结构的固有频率提前的频率响应曲线(图17中的实线曲线)中的共振峰1701对应的频率相对于叠层结构的固有频率未改变的频率响应曲线(图17中的虚线曲线)中的共振峰1702对应的频率较小。对于频率小于共振峰1701所在频率的外部振动信号，实线曲线所对应的骨传导传声装置会具有更高的灵敏度。
叠层结构的位移输出公式如下：
Figure BDA0002989518070000441
其中，M为叠层结构的质量，R为叠层结构的阻尼，K为叠层结构的弹性系数，F为驱动力幅值，xa为叠层结构的位移，ω为外力圆频率，ω0为叠层结构的固有频率。当外力圆频率
Figure BDA0002989518070000442
时，ωM<Kω-1。若减小叠层结构的固有频率ω0(可通过增加M或减小K或同时增加M和减小K)，则|ωM<Kω-1|减小，对应位移输出xa增加。当激振力频率ω＝ω0时，ωM＝Kω-1。改变振动-电信号转换器件(叠层结构)固有频率ω0对应位移输出xa不变。当激振力频率ω＞ω0时，ωM＞Kω-1。若减小振动-电信号转换器件固有频率ω0(可通过增加M或减小K或同时增加M和减小K)，则|ωM-Kω-1|增加，对应位移输出xa减小。
随着共振峰提前，在语音频段会出现峰值。骨传导传声装置在拾取信号时在共振峰频段会有过多的信号，使得通话效果不佳。在一些实施例中，为了提高骨传导传声装置采集的声音信号的质量，可以在叠层结构处设置阻尼结构层，该阻尼结构层可以增加叠层结构在振动过程中的能量损耗，特别是在共振频率段的损耗。这里利用力学品质因素的倒数1/Q对阻尼系数进行描述如下：
Figure BDA0002989518070000451
其中Q-1是品质因子的倒数，也称为结构损耗因子η，Δf是共振振幅一半处的频率差值f1-f2(也称3dB带宽)，f0是共振频率。
叠层结构损耗因子η与阻尼材料损耗因子tanδ关系如下：
Figure BDA0002989518070000452
其中，X为剪切参数，与叠层结构各层厚度、材料属性有关。Y为刚度参数，与叠层结构各层的厚度、杨氏模量有关。
由公式(6)和公式(7)可知，通过调整阻尼结构层的材料与叠层结构的各层材料，可以调整叠层结构损耗因子η在合适的范围。随着叠层结构的阻尼结构层的阻尼增大，力学品质因素Q减小，对应的3dB带宽增大。阻尼结构层的阻尼在不同应力(形变)状态下不同，例如，在高应力或大振幅时呈现较大的阻尼。因而可以利用叠层结构在非共振区振幅小、共振区振幅大的特点，通过增加阻尼结构层可以在保证不降低非共振区域骨传导传声器灵敏度的同时，降低共振区域的Q值，使得骨传导传声装置的频响在整个频率段均较为平坦。图18是根据本申请一些实施例提供的有无阻尼结构层的骨传导传声装置的频率响应曲线图。如图18所示，具有阻尼结构层的骨传导传声装置输出的电信号的频率响应曲线1802相对于未设置阻尼结构层的骨传导传声装置的输出的电信号的频率响应曲线1801较为平坦。
在一些实施例中，骨传导传声装置可以包括至少一层阻尼结构层，至少一层阻尼结构层的周侧可以与基体结构连接。在一些实施例中，至少一层阻尼结构层可以位于叠层结构的上表面和/或下表面或叠层结构的多层层状结构之间。在一些实施例中，对于宏观尺寸的叠层结构和基体结构，可以直接将阻尼结构层粘接在基体结构或叠层结构表面。在一些实施例中，对于MEMS器件，可利用半导体工艺，例如，蒸镀、旋涂、微装配等方式，将阻尼结构层与叠层结构和基体结构连接。在一些实施例中，阻尼结构层的形状可以是圆形、椭圆形、三角形、四边形、六边形、八边形等规则或形状。在一些实施例中，可以通过选择阻尼膜的材料、尺寸、厚度等提高骨传导传声装置的电信号的输出效果。
为了更加清楚的对阻尼结构层进行描述，以悬臂梁形式的骨传导传声装置(例如，如图1所示的骨传导传声装置100、如图3所示的骨传导传声装置300、如图4所示的骨传导传声装置400)作为示例性说明。图19是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。如图19所示，骨传导传声装置1900可以包括基体结构1910、叠层结构1920和阻尼结构层1930。进一步地，叠层结构1920的一端与基体结构1910的上表面连接，叠层结构1920的另一端悬空设置于基体结构1910的中空部分，阻尼结构层1930位于叠层结构1920的上表面。阻尼结构层1930的面积可以大于叠层结构1920的面积，即阻尼结构层1930可以不仅覆盖叠层结构1920的上表面，还可以进一步覆盖叠层结构1920和基底结构1910之间的空隙。在一些实施例中，阻尼结构层1930的至少部分周侧可以固定在基底结构1910上。
图20是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。如图20所示，骨传导传声装置2000可以包括基体结构2010、叠层结构2020和两个阻尼结构层，其中，两个阻尼结构层包括第一阻尼结构层2030和第二阻尼结构层2040。进一步地，第二阻尼结构层2040与基体结构2010的上表面连接，叠层结构2020的下表面与第二阻尼结构层2030的上表面连接，其中，叠层结构2020的一端悬空设置于基体结构2010的中空部分，第一阻尼结构层2030位于叠层结构2020的上表面。第一阻尼结构层2030和/或第二阻尼结构层2040的面积大于叠层结构2020的面积。
图21是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。如图21所示，骨传导传声装置2100可以包括基体结构2110、叠层结构2120和阻尼结构层2130。进一步地，阻尼结构层2130位于基体结构2110的下表面。叠层结构2120的下表面与阻尼结构层2130的上表面连接，叠层结构2120的一端悬空设置于基体结构2110的中空部分。
需要说明的是，阻尼结构层(例如，阻尼结构层1930)的位置不限于上述图19-图21的叠层结构的上表面和/或下表面，还可以位于叠层结构的多层层状结构之间。例如，阻尼结构层可以位于弹性层与第一电极层之间。又例如，阻尼结构层还可以位于第一弹性层和第二弹性层之间。另外，阻尼结构层不限于上述悬臂梁式的骨传导传声装置，还可以应用于图5、图7、图8、图11、图15和图16所示的骨传导传声装置中，在此不做赘述。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的处理设备或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (29)

1.一种骨导麦克风，其中，包括：
由振动单元和声学换能单元形成的叠层结构；
基体结构，被配置为承载所述叠层结构，所述叠层结构的至少一侧与所述基体结构通过物理方式进行连接；
所述基体结构基于外部振动信号产生振动，所述振动单元响应于所述基体结构的振动发生形变；所述声学换能单元基于所述振动单元的的形变产生电信号；其中，所述骨导麦克风的谐振频率为2.5kHz-4.5kHz。
2.根据权利要求1所述的骨导麦克风，其特征在于，所述骨导麦克风的谐振频率为2.5kHz-3.5kHz。
3.根据权利要求1所述的骨导麦克风，其中，所述骨导麦克风的谐振频率与所述振动单元的刚度成正相关的关系。
4.根据权利要求1所述的骨导麦克风，其中，所述骨导麦克风的谐振频率与所述叠层结构的质量成负相关的关系。
5.根据权利要求1所述的骨导麦克风，其中，所述振动单元包括悬膜结构，所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层；其中，所述悬膜结构通过其周侧与所述基体结构连接，所述声学换能单元位于所述悬膜结构的上表面或下表面。
6.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述悬膜结构包括若干个孔，所述若干个孔沿所述声学换能单元的外周向和/或内周向分布。
7.根据权利要求6所述的骨导麦克风，其中，所述若干个孔为圆形孔，圆形孔的半径为20um-300um。
8.根据权利要求6所述的骨导麦克风，其中，所述若干个孔围成的形状与所述声学换能单元的形状一致。
9.根据权利要求6所述的骨导麦克风，其中，所述若干个孔沿所述声学换能单元的外周向和/或内周向成圆形分布。
10.根据权利要求9所述的骨导麦克风，其中，所述圆形的半径为300um-700um。
11.根据权利要求6所述的骨导麦克风，其中，所述声学换能单元至少包括有效声学换能单元；所述有效声学换能单元的边缘至所述若干个孔的中心的径向方向的间距为50um-400um。
12.根据权利要求11所述的骨导麦克风，其中，所述声学换能单元为圆形环状结构，所述有效声学换能单元的内径尺寸为100um-700um。
13.根据权利要求11所述的骨导麦克风，其中，所述声学换能单元为圆形环状结构，所述有效声学换能单元的外径尺寸为110um-710um。
14.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述声学换能单元为环状结构，所述悬膜结构上位于所述环状结构内侧区域的厚度大于位于所述环状结构外侧区域的厚度。
15.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述悬膜结构的厚度为0.5um-10um。
16.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述悬膜结构为圆形、椭圆形、多边形或不规则形状。
17.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述悬膜结构为圆形，所述悬膜结构的半径为500um-1500um。
18.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述第一电极层的厚度为80nm-250nm。
19.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述压电层的厚度为0.8um-5um。
20.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述第二电极层的厚度为80nm-250nm。
21.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述振动单元还包括质量元件，所述质量元件位于所述悬膜结构的上表面或下表面。
22.根据权利要求21所述的骨导麦克风，其中，所述声学换能单元与所述质量元件位于所述悬膜结构的同一侧或不同侧，其中，所述声学换能单元为环状结构，所述环状结构沿所述质量元件的周向分布。
23.根据权利要求21所述的骨导麦克风，其中，所述述质量元件为圆柱体，所述述质量元件垂直于厚度方向的横截面的半径为100um-700um。
24.根据权利要求21所述的骨导麦克风，其中，所述述质量元件为圆柱体，所述质量元件的厚度为20um-400um。
25.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述悬膜结构上设置有引线结构，所述第一电极层和所述第二电极层通过所述引线结构连接到所述基体结构上。
26.根据权利要求25所述的骨导麦克风，其中，所述引线结构的宽度为2um-100um。
27.根据权利要求25所述的骨导麦克风，其中，所述引线结构包括第一引线和第二引线，所述第一引线的一端连接第一电极层、第一引线的另一端连接所述基体结构；所述第二引线的一端连接第二电极层、第二引线的另一端连接所述基体结构。
28.根据权利要求5所述的骨导麦克风，其中，所述振动单元还包括质量元件，所述质量元件位于所述悬膜结构的上表面或下表面；所述悬膜结构包括若干个孔，所述若干个孔沿所述声学换能单元的周向分布。
29.根据权利要求1所述的骨导麦克风，其特征在于，所述骨导麦克风的电信号的强度与噪声的强度的比值为最大化电信号的强度与噪声的强度的比值的50％-100％。
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