CN117939374A - 一种声传感器组件及其制备方法、声传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种声传感器组件及其制备方法、声传感器，声传感器组件的薄膜传感单元设有多个不同尺寸的凸起单元，多个不同尺寸的凸起单元之间呈阵列式分布，凸起单元由薄膜传感单元的对应区域向一侧凸出形成，第一支撑环与第二支撑环环绕凸起单元的分布区域，第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，第一通孔、第二通孔与凸起单元之间一一对应；薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，第一电极层与第二电极层与凸起单元位置对应，并用于连接音频放大电路。本申请中，薄膜传感单元采用具有压电功能的薄膜层，并设有阵列式分布的不同尺寸的凸起单元，有效提高灵敏度、频率响应范围。

Description

一种声传感器组件及其制备方法、声传感器

技术领域

本申请涉及声传感器技术领域，具体涉及一种声传感器组件及其制备方法、声传感器。

背景技术

声传感器是一种将声信号转换为电信号的能量转换器件，其核心是声电转换器，传统的声传感器主要包括动圈麦克风、振膜电容式麦克风、驻极体ECM麦克风、MEMS硅微麦克风等，传统的声传感器产品结构庞大，重量重，且不易薄化，故当传统的声传感器应用在微型及薄型化的行动电子或者穿戴电子装置上，会造成电子装置的体积及厚度增加的情形。

近年来，随着柔性电子技术的蓬勃发展，基于柔性薄膜材料的音频传感器件也得到了广泛的研究，然而，由于薄膜材料对声信号的响应较难，现有的研究结果仍存在灵敏度低、频率响应范围小、结构复杂的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种声传感器组件及其制备方法、声传感器，可以有效提高灵敏度和频率响应范围，且结构简单。

为解决上述技术问题，本申请提供一种声传感器组件，包括依次层叠设置的第一支撑板、第一支撑环、薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板，所述薄膜传感单元设有多个不同尺寸的凸起单元，所述多个不同尺寸的凸起单元之间呈阵列式分布，所述凸起单元由所述薄膜传感单元的对应区域向一侧凸出形成，所述第一支撑环与所述第二支撑环环绕所述凸起单元的分布区域，所述第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，所述第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述凸起单元之间一一对应；所述薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，所述第一电极层与所述第二电极层分别设置在所述薄膜层的两侧表面，并与所述凸起单元位置对应，所述第一电极层与所述第二电极层用于连接音频放大电路。

可选地，所述薄膜层为高压极化处理的本征偶极电荷有机聚合物薄膜。

可选地，所述凸起单元的形状包括半球形、锥形、方体形、柱形中的至少一种；所述凸起单元之间在阵列排布方向上的距离为3mm～5mm，所述凸起单元的凸起高度为50μm～1mm。

可选地，位于所述薄膜传感单元的中心区域的凸起单元的尺寸大于位于所述薄膜传感单元的边缘区域的凸起单元的尺寸。

可选地，所述薄膜层的厚度为5μm～52μm；所述第一电极层和所述第二电极层各自的厚度为50nm～100nm；所述第一支撑环与所述第二支撑环各自的厚度为10μm～40μm；所述第一支撑板与所述第二支撑板各自的厚度为80μm～1mm。

可选地，所述第一支撑环与所述第二支撑环的两侧表面均设有粘贴层。

本申请还提供一种声传感器，其特征在于，包括音频放大电路与如上所述的声传感器组件，所述音频放大电路的输出端与所述声传感器组件中的第一电极层、第二电极层电连接。

本申请还提供一种声传感器组件的制备方法，包括以下步骤：

S1.提供一基板与待成型的薄膜传感单元，所述基板具有多个不同尺寸的通孔，所述多个不同尺寸的通孔之间呈阵列式分布，所述待成型的薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，所述第一电极层与所述第二电极层分别设置在所述薄膜层的两侧表面，所述第一电极层与所述第二电极层用于连接音频放大电路；

S2.将所述待成型的薄膜传感单元放置在所述基板上，使所述第一电极层与所述第二电极层的位置与所述阵列式分布的通孔位置对应，并将所述基板加热至预设温度；

S3.向所述待成型的薄膜传感单元的表面施加压力，以对所述待成型的薄膜传感单元进行热塑性成形，形成与所述基板上的通孔尺寸对应的阵列式分布的凸起单元；

S4.将第一支撑板、第一支撑环、形成所述凸起单元的薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板依次层叠设置，所述第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，所述第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述凸起单元之间一一对应；

S5.得到所述声传感器组件。

可选地，所述S1步骤，还包括：

提供一座体，所述座体设有空腔，所述空腔的开口尺寸与所述基板匹配，所述座体的侧壁设有连通所述空腔与外部的通孔；

将所述基板密封固定在所述座体的所述空腔的开口处；

所述S2步骤，包括：

所述待成型的薄膜传感单元放置在所述基板的背向所述座体的一侧上；

所述S3步骤，包括：

采用对所述空腔进行抽真空的方式向所述待成型的薄膜传感单元的表面施加压力。

可选地，所述S2步骤，包括：

将所述待成型的薄膜传感单元放置在所述基板的上表面；

在所述基板上设置盖体，所述盖体设有空腔，所述空腔的开口与所述基板密封连接，所述盖体的侧壁设有连通所述空腔与外部的通孔；

所述S3步骤，包括：

采用对所述空腔进行气体加压的方式向所述待成型的薄膜传感单元的表面施加压力。

本申请的声传感器组件，包括依次层叠设置的第一支撑板、第一支撑环、薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板，薄膜传感单元设有多个不同尺寸的凸起单元，多个不同尺寸的凸起单元之间呈阵列式分布，凸起单元由薄膜传感单元的对应区域向一侧凸出形成，第一支撑环与第二支撑环环绕凸起单元的分布区域，第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，第一通孔、第二通孔与凸起单元之间一一对应；薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，第一电极层与第二电极层与凸起单元位置对应，并用于连接音频放大电路。本申请中，薄膜传感单元采用具有压电功能的薄膜层，并设有阵列式分布的不同尺寸的凸起单元，有效提高灵敏度、频率响应范围，且结构简单。

本申请的声传感器组件的制备方法，采用热塑成型的方式对薄膜传感单元进行加工，形成不同尺寸的凸起单元，可以有效提高灵敏度、频率响应范围，制作过程简单。

附图说明

图1是根据第一实施例示出的声传感器组件的结构拆分示意图；

图2是根据第一实施例示出的第一支撑板的结构示意图；

图3是根据第一实施例示出的薄膜传感单元的结构示意图；

图4是根据第一实施例示出的薄膜传感单元的受力分析示意图；

图5是根据第二实施例示出的音频放大电路与声传感器组件的连接示意图；

图6是根据第三实施例示出的声传感器组件的制备方法的流程示意图；

图7是根据第三实施例示出的一种模具的使用示意图；

图8是根据第三实施例示出的另一种模具的使用示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

第一实施例

图1是根据第一实施例示出的声传感器组件的结构拆分示意图。如图1所示，本申请的声传感器组件10，包括依次层叠设置的第一支撑板11、第一支撑环14、薄膜传感单元13、第二支撑环15与第二支撑板12，薄膜传感单元13设有多个不同尺寸的凸起单元133，多个不同尺寸的凸起单元133之间呈阵列式分布，凸起单元133由薄膜传感单元13的对应区域向一侧凸出形成，第一支撑环14与第二支撑环15环绕凸起单元133的分布区域，第一支撑板11设有阵列式分布的第一通孔111，第二支撑板12设有阵列式分布的第二通孔121，第一通孔111、第二通孔121与凸起单元133之间一一对应。薄膜传感单元13包括第一电极层132、第二电极层(图中未示出)与具有压电功能的薄膜层131，第一电极层132与第二电极层分别设置在薄膜层131的两侧表面，并与凸起单元133位置对应，第一电极层132与第二电极层用于连接音频放大电路。

通过在薄膜传感单元13中采用具有压电功能的薄膜层131，并设置阵列式分布的不同尺寸的凸起单元133，当声波在空气中传播并作用于薄膜传感单元13的表面使其产生振动时，激发薄膜层131的压电效应以使得薄膜层131表面在机械应力的作用下产生电荷，通过薄膜层131表面的第一电极层132与第二电极层收集并导出相应的电信号至音频放大电路，由此来完成所述声传感器“声-电转换”的过程。在此基础上，基于阵列式分布的凸起单元133，薄膜传感单元13对声波响应的灵敏度大大提高，并且在平面状态下同样可产生理想的传感效果，不同尺寸的凸起单元133对应不同频率的采集共振点，利用不同的采集点共振频率增强了声传感的宽频灵敏度，可以拓宽声传感器的频率响应范围。此外，声传感器组件10结构简单，突破了传统声传感器体积大、重量重的缺陷，有利于器件的轻量化、小型化及智能化。

第一支撑板11、第二支撑板12为柔性板，可以选用PET(Polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)制作的薄板，起到对整体结构的支撑、定位的作用。如图2所示，以第一支撑板11为例，第一支撑板11上设有阵列式分布的不同尺寸的第一通孔111，第一通孔111可通过激光打孔的方法进行制作，第二支撑板12的结构及制作方法与第一支撑板11相同，不再赘述。可选地，第一支撑板11与第二支撑板12各自的厚度为80μm～1mm，尺寸与薄膜传感单元13相同，从而整体具备柔性，使声传感器组件10可贴附于多种形状的物体表面。

第一支撑环14与第二支撑环15为环形结构，外径与薄膜传感单元13、第一支撑板11、第二支撑板12一致，内径尺寸大于凸起单元133的分布区域。优选的，第一支撑环14与第二支撑环15为宽度5mm～10mm的环形结构，厚度优选为10μm～40μm。第一支撑环14与第二支撑环15的两侧表面均设有粘贴层，从而可以分别与连接薄膜传感单元13与对应的支撑板。第一支撑环14与第二支撑环15的环状设计用于薄膜传感单元13周边的固定约束，同时起到将薄膜传感单元13与第一支撑板11、第二支撑板12间隔开来的作用，使得薄膜传感单元13与第一支撑板11、第二支撑板12不直接接触，为薄膜传感单元13提供一定的振动空间。此外，在声传感器组件10弯曲时，由于薄膜传感单元13上的凸起单元133与第一支撑板11上的第一通孔111、第二支撑板12上的第二通孔121位置对应，且薄膜传感单元13与第一支撑板11、第二支撑板12不直接接触，可以保证弯曲时，凸起单元133仍具有较好的机械振动性能，对声波的灵敏度稳定。

请一并参考图3，薄膜层131为高压极化处理的本征偶极电荷有机聚合物薄膜，经过高压极化功能化处理，改变了聚合物薄膜材料本征分子链取向排列，使得薄膜具有高度取向的β晶型且分子链取向规整排列，因此具有较高的极性和良好的压电特性及逆压电特性。薄膜层131包括但不限于半晶态聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)、共聚物偏氟-三氟乙烯共聚物(P(VDF/TrFE))、单体共聚物偏氟-四氟乙烯共聚物(P(VDF/TFE))、单体共聚物偏氟-三氟氯乙烯共聚物(P(VDF/CTFE))等具有取向偶极电荷的极性聚合物薄膜材料。薄膜层131的厚度和尺寸是声传感器输出电学响应性能的重要影响因素之一，可优选薄膜层131的厚度为5μm～52μm，优选薄膜层131为直径10cm～15cm的圆形薄膜，也可以设计成为长宽比为3:2的矩形形状薄膜，长度可设置为5cm～50cm，在其中一个实施例中，优选薄膜层131的直径为15cm，厚度为40μm。

第一电极层132和第二电极层分别为复合在薄膜层131上表面和下表面的金属电极层。第一电极层132和第二电极层可通过磁控溅射、离子束蒸发或丝网印刷的方式形成在薄膜层131的上表面和下表面，以用于收集薄膜层131表面在机械应力的作用下产生电荷，以此进行声电转换。第一电极层132和第二电极层还包括延伸出凸起单元133所在区域的电极接口，电极接口可以通过POP(Package on Package，叠层封装工艺)与外部的音频放大电路的输出端口连接。可选地，第一电极层132和第二电极层可以是金、银、铜、铝、镍等导电金属或其复合金属材料，也可以是氧化铟锡(ITO)等半导体氧化物金属材料。第一电极层132和第二电极层的种类和厚度是影响声传感器输出电学响应性能的重要因素之一，可选地，第一电极层132和第二电极层各自的厚度为50nm～100nm。第一电极层132和第二电极层的面积设置为四周比薄膜层131缩进5mm～10mm，并位于薄膜层131的中间位置，第一电极层132与第二电极层均为整面结构，从而声传感器组件10可以整体振动，拓宽声传感器的频率响应范围。

薄膜传感单元13的凸起单元133的形状包括半球形、锥形、方体形、柱形中的至少一种。不同尺寸的凸起单元133对应不同频率的采集共振点，利用不同的采集点共振频率增强了声传感的宽频灵敏度。优选地，位于薄膜传感单元的中心区域的凸起单元的尺寸大于位于薄膜传感单元的边缘区域的凸起单元的尺寸，从而使得薄膜传感单元13整体振动分布均衡，以凸起单元133为半球形为例，从薄膜传感单元13的中心区域向薄膜传感单元13的边缘区域，凸起单元133的直径依次优选为15mm、12mm、9mm、8mm、6mm、4mm。可选地，凸起单元133之间在阵列排布方向上的距离为3mm～5mm，凸起单元133的凸起高度为50μm～1mm。凸起单元133的尺寸设计可通过理论仿真及模拟实验得出，理论仿真及模拟实验以凸起单元133的受力分析为理论依据。

薄膜层131在其拉伸方向的压电效应远大于其它方向的压电效应，这是由聚合物压电薄膜的物理特性所决定的。具备压电特性的薄膜层131的一个独特特征是其沿分子取向方向的长度位移会在其厚度方向产生电场，即在薄膜层131表面产生电荷。由于薄膜层131受到声压作用于其表面，会在垂直于薄膜层131表面的方向产生横向振动，受到薄膜层131张力的作用，薄膜层131振动会在其长度方向上同时有位移，因此振动方向垂直于表面，薄膜层131表面产生强的电场，产生表面电荷。由于薄膜的质量和弹性，弯曲的聚合物薄膜具有机械共振。根据弯曲聚合物薄膜单截面基本理论所述，振动基频f₀由曲率半径R决定，如式(1)所示：

其中：R为薄膜弯曲半径；Y_eff为等效杨氏模量；μ_eff为等效密度。

在环境声音20Hz～20KHz频率范围内，当薄膜振动基频f₀与环境声音频率f一致时，产生共振，因此，凸起单元的设计增大了薄膜压电效应，提高了压电响应。

请参考图4，第一支撑板11、薄膜传感单元13、第二支撑板12依次层叠设置，以薄膜传感单元13中的凸起单元的形状为半球形为例，凸起单元的受力分析过程如下。

当凸起单元受到声波激励振动时，受到声波震荡动力F_p作用于其表面；假设半球形凸起单元的内角为θ，当声波激励施加压力到球面时，曲率半径R会增大ΔR，此时，弧长L和弧长变化ΔL可表示为式(2)：

L＝R·θ

L+ΔL＝(R+ΔR)·θ (2)

此时，凸起单元球面的应变可表示为：ε＝ΔL/L＝ΔR/R；凸起单元球面合成应力可表示为式(3)：

T＝Y_eff·ε＝Y_eff·ΔR/R (3)

由此产生的切向应力为F_t＝T·S＝Y_eff·(ΔR/R)·2πR²；

根据力平衡关系得到式(4)：

由以上分析可知，声波压力F_p作用于凸起单元表面时，凸起单元的半径尺寸R与F_p的关系，以及凸起单元的基频f₀和半径R的关系，以此为理论依据进行凸起单元的优化方案设计。

本申请的声传感器组件包括依次层叠设置的第一支撑板、第一支撑环、薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板，薄膜传感单元设有多个不同尺寸的凸起单元，多个不同尺寸的凸起单元之间呈阵列式分布，凸起单元由薄膜传感单元的对应区域向一侧凸出形成，第一支撑环与第二支撑环环绕凸起单元的分布区域，第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，第一通孔、第二通孔与凸起单元之间一一对应；薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，第一电极层与第二电极层与凸起单元位置对应，并用于连接音频放大电路。本申请中，薄膜传感单元采用具有压电功能的薄膜层，并设有阵列式分布的不同尺寸的凸起单元，有效提高灵敏度、频率响应范围。此外，结构简单，可具备柔性并集成于任意曲面上，易与任意物体共形，整体呈现超薄(＜2mm)、轻柔(＜10g)的特性，有效解决现有柔性声传感器自由状态下感知灵敏性弱及单个薄膜传感器频谱特性单一的局限，提升了薄膜传感器的效能。

第二实施例

如图5所示，本申请的声传感器，包括音频放大电路20与声传感器组件10，音频放大电路20的输出端与声传感器组件10中的第一电极层、第二电极层电连接，声传感器组件10的结构如第一实施例所述，在此不再赘述。

音频放大电路20中的元器件以一定的顺序位置排列设置在电路板上，制成柔性FPC电路板。电路板可胶粘安装在第二支撑板的一侧，或者，电路板由第二支撑板向一侧延伸形成。

音频放大电路20包括集成在电路板上的超薄锂电池、电源管理电路、模拟放大电路、A/D转换电路、滤波电路、无线通讯电路及通讯辅助电路，其中，通讯辅助电路用于为无线通讯电路中的通讯芯片模块服务，包括给通讯芯片供电等。传感器接口接收声传感器组件产生的电信号，并进行放大、滤波、传输等处理得到音频电信号，通过无线通讯电路连接将音频电信号传输到智能终端，以输出声传感器采集到的声音信号，智能终端可包括语音信号处理算法、音频信号显示与存储系统等所构成的应用程序。实际实现时，无线通讯电路中的通讯芯片可采用蓝牙通讯芯片。

由于采用无线通讯，本申请的声传感器可以灵活设置在所需物体的表面，更好满足器件轻量化、小型化及智能化的发展需求。

第三实施例

图6是根据第三实施例示出的声传感器组件的制备方法的流程示意图。如图6所示，本申请的声传感器组件的制备方法，包括以下步骤：

S1.提供一基板与待成型的薄膜传感单元，基板具有多个不同尺寸的通孔，多个不同尺寸的通孔之间呈阵列式分布，待成型的薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，第一电极层与第二电极层分别设置在薄膜层的两侧表面，第一电极层与第二电极层用于连接音频放大电路；

S2.将待成型的薄膜传感单元放置在基板上，使第一电极层与第二电极层的位置与阵列式分布的通孔位置对应，并将基板加热至预设温度；

S3.向待成型的薄膜传感单元的表面施加压力，以对待成型的薄膜传感单元进行热塑性成形，形成与基板上的通孔尺寸对应的阵列式分布的凸起单元；

S4.将第一支撑板、第一支撑环、形成凸起单元的薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板依次层叠设置，第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，第一通孔、第二通孔与凸起单元之间一一对应；

S5.得到声传感器组件。

通过上述方式，本申请采用热塑成型的方式对薄膜传感单元进行加工，形成不同尺寸的凸起单元，可以有效提高灵敏度、频率响应范围，制作过程简单。

在一种实施方式中，S1步骤，包括：

制作具有阵列式分布的通孔的基板，以及制作一座体，座体设有空腔，空腔的开口尺寸与基板匹配，座体的侧壁设有连通空腔与外部的通孔；

将基板密封固定在座体的空腔的开口处，得到模具；

S2步骤，包括：

待成型的薄膜传感单元放置在基板的背向座体的一侧上；

S3步骤，包括：

采用对空腔进行抽真空的方式向待成型的薄膜传感单元的表面施加压力。

如图7所示，为一种用于对薄膜传感单元进行加工的模具。首先，制作具有阵列式分布的通孔的基板31：(1)选择500μm厚度左右的6寸或8寸硅片，化学湿法标准清洗；(2)设计并制作第一掩膜版，所述第一掩模版图形尺寸与薄膜传感单元13上待形成的阵列式分布的凸起单元的设计尺寸对应；(3)旋涂光刻胶AZ5214E，使用第一掩模版，进行光刻胶进行光刻；(4)以光刻胶为掩膜，对硅片进行干法深硅刻蚀，制作得到阵列式分布的通孔311。接着，制作一座体32：(1)选择1mm～2mm厚度的6寸或8寸硅片，化学湿法标准清洗；(2)设计并制作第二掩模版，对所述硅片进行深硅刻蚀，形成空腔，空腔的开口尺寸与基板31匹配；(3)设计并制作第三掩模版，空腔背面中心位置刻蚀连通空腔与外部的通孔，作为抽真空口321。最后，将基板31密封固定在座体32的空腔的开口处，形成除基板31上的通孔与座体32背面的抽真空口321之外的封闭腔体，得到模具。

对薄膜传感单元13进行加工时，将待成型的薄膜传感单元13放置在基板31的背向座体32的一侧上，使其覆盖基板31上的阵列式分布的通孔311，并且第一电极层与第二电极层的位置与阵列式分布的通孔311位置对应，然后，将基板31加热至预设温度，例如60℃，此时待成型的薄膜传感单元13软化。接着，采用对模具的空腔进行抽真空的方式向待成型的薄膜传感单元13的表面施加压力，进行热塑性成形，以使薄膜传感单元13形成与阵列式分布的通孔对应的阵列式分布的凸起单元。具体地，抽真空口321处连接抽真空设备，进行抽真空，通过调节真空度的大小来控制凸起单元凸起的高度，保持真空度，冷却至室温，完成薄膜传感单元13的加工。

在另一种实施方式中，S2步骤，包括：

将待成型的薄膜传感单元放置在基板的上表面；

在基板上设置盖体，盖体设有空腔，空腔的开口与基板密封连接，盖体的侧壁设有连通空腔与外部的通孔；

S3步骤包括：

采用对空腔进行气体加压的方式向待成型的薄膜传感单元的表面施加压力。

如图8所示，为另一种用于对薄膜传感单元进行加工的模具。首先，制作具有阵列式分布的通孔的基板41：(1)选择500μm～1mm的氧化铝陶瓷基板；(2)通过激光切割在陶瓷基板上制备阵列式分布的通孔411，该阵列式分布的通孔411与薄膜传感单元13上待形成的阵列式分布的凸起单元的设计尺寸对应。接着，将待成型的薄膜传感单元13放置在基板41的上表面，使其覆盖基板41上的阵列式分布的通孔411，并且第一电极层与第二电极层的位置与阵列式分布的通孔411位置对应。然后，使用亚克力板或者3D打印树脂结构制备盖体42，盖体42设有空腔，空腔的开口与基板41密封连接，盖体42的侧壁设有连通空腔与外部的通孔作为加压口421，该模具除加压口421之外，均为密闭腔体。之后，开始对薄膜传感单元13进行加工，将基板41加热至预设温度，例如60℃，此时待成型的薄膜传感单元13软化，再采用对空腔进行气体加压的方式向待成型的薄膜传感单元13的表面施加压力，进行热塑性成形，以使薄膜传感单元13形成与阵列式分布的通孔411对应的阵列式分布的凸起单元。具体地，在该模具的加压口421处连接氮气气瓶，通过阀门调节该模具腔体中的气压大小，来控制凸起单元凸起的高度。最后，冷却至室温，完成薄膜传感单元13的加工。

在制备得到声传感器组件后，可以进一步设置音频放大电路，得到声传感器。

本申请的声传感器组件的制备方法，包括：提供一基板与待成型的薄膜传感单元，基板具有多个不同尺寸的通孔，多个不同尺寸的通孔之间呈阵列式分布，待成型的薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，第一电极层与第二电极层分别设置在薄膜层的两侧表面，第一电极层与第二电极层用于连接音频放大电路；将待成型的薄膜传感单元放置在基板上，使第一电极层与第二电极层的位置与阵列式分布的通孔位置对应，并将基板加热至预设温度；向待成型的薄膜传感单元的表面施加压力，以对待成型的薄膜传感单元进行热塑性成形，形成与基板上的通孔尺寸对应的阵列式分布的凸起单元；将第一支撑板、第一支撑环、形成凸起单元的薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板依次层叠设置，第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，第一通孔、第二通孔与凸起单元之间一一对应；得到声传感器组件。通过上述方式，本申请采用热塑成型的方式对薄膜传感单元进行加工，形成不同尺寸的凸起单元，可以有效提高灵敏度、频率响应范围，制作过程简单。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种声传感器组件，其特征在于，包括依次层叠设置的第一支撑板、第一支撑环、薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板，所述薄膜传感单元设有多个不同尺寸的凸起单元，所述多个不同尺寸的凸起单元之间呈阵列式分布，所述凸起单元由所述薄膜传感单元的对应区域向一侧凸出形成，所述第一支撑环与所述第二支撑环环绕所述凸起单元的分布区域，所述第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，所述第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述凸起单元之间一一对应；所述薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，所述第一电极层与所述第二电极层分别设置在所述薄膜层的两侧表面，并与所述凸起单元位置对应，所述第一电极层与所述第二电极层用于连接音频放大电路。

2.根据权利要求1所述的声传感器组件，其特征在于，所述薄膜层为高压极化处理的本征偶极电荷有机聚合物薄膜。

3.根据权利要求1所述的声传感器组件，其特征在于，所述凸起单元的形状包括半球形、锥形、方体形、柱形中的至少一种；所述凸起单元之间在阵列排布方向上的距离为3mm～5mm，所述凸起单元的凸起高度为50μm～1mm。

4.根据权利要求1所述的声传感器组件，其特征在于，位于所述薄膜传感单元的中心区域的凸起单元的尺寸大于位于所述薄膜传感单元的边缘区域的凸起单元的尺寸。

5.根据权利要求1所述的声传感器组件，其特征在于，所述薄膜层的厚度为5μm～52μm；所述第一电极层和所述第二电极层各自的厚度为50nm～100nm；所述第一支撑环与所述第二支撑环各自的厚度为10μm～40μm；所述第一支撑板与所述第二支撑板各自的厚度为80μm～1mm。

6.根据权利要求1所述的声传感器组件，其特征在于，所述第一支撑环与所述第二支撑环的两侧表面均设有粘贴层。

7.一种声传感器，其特征在于，包括音频放大电路与如权利要求1-6中任一项所述的声传感器组件，所述音频放大电路的输出端与所述声传感器组件中的第一电极层、第二电极层电连接。

8.一种声传感器组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.提供一基板与待成型的薄膜传感单元，所述基板具有多个不同尺寸的通孔，所述多个不同尺寸的通孔之间呈阵列式分布，所述待成型的薄膜传感单元包括第一电极层、第二电极层与具有压电功能的薄膜层，所述第一电极层与所述第二电极层分别设置在所述薄膜层的两侧表面，所述第一电极层与所述第二电极层用于连接音频放大电路；

S2.将所述待成型的薄膜传感单元放置在所述基板上，使所述第一电极层与所述第二电极层的位置与所述阵列式分布的通孔位置对应，并将所述基板加热至预设温度；

S3.向所述待成型的薄膜传感单元的表面施加压力，以对所述待成型的薄膜传感单元进行热塑性成形，形成与所述基板上的通孔尺寸对应的阵列式分布的凸起单元；

S4.将第一支撑板、第一支撑环、形成所述凸起单元的薄膜传感单元、第二支撑环与第二支撑板依次层叠设置，所述第一支撑板设有阵列式分布的第一通孔，所述第二支撑板设有阵列式分布的第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述凸起单元之间一一对应；

S5.得到所述声传感器组件。

9.根据权利要求8所述的声传感器组件的制备方法，其特征在于，所述S1步骤，还包括：

提供一座体，所述座体设有空腔，所述空腔的开口尺寸与所述基板匹配，所述座体的侧壁设有连通所述空腔与外部的通孔；

将所述基板密封固定在所述座体的所述空腔的开口处；

所述S2步骤，包括：

所述待成型的薄膜传感单元放置在所述基板的背向所述座体的一侧上；

所述S3步骤，包括：

采用对所述空腔进行抽真空的方式向所述待成型的薄膜传感单元的表面施加压力。

10.根据权利要求8所述的声传感器组件的制备方法，其特征在于，所述S2步骤，包括：

将所述待成型的薄膜传感单元放置在所述基板的上表面；

在所述基板上设置盖体，所述盖体设有空腔，所述空腔的开口与所述基板密封连接，所述盖体的侧壁设有连通所述空腔与外部的通孔；

所述S3步骤，包括：

采用对所述空腔进行气体加压的方式向所述待成型的薄膜传感单元的表面施加压力。