EP4075422B1 - Haut-parleur micrométrique - Google Patents

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EP4075422B1
EP4075422B1 EP22168299.0A EP22168299A EP4075422B1 EP 4075422 B1 EP4075422 B1 EP 4075422B1 EP 22168299 A EP22168299 A EP 22168299A EP 4075422 B1 EP4075422 B1 EP 4075422B1
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EP
European Patent Office
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micrometric
frame
mechanical
speaker
acoustic transducer
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EP22168299.0A
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German (de)
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EP4075422A1 (fr
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Romain LIECHTI
Fabrice Casset
Thierry Hilt
Stephane Durand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Le Mans Universite
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Le Mans Universite
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4075422B1 publication Critical patent/EP4075422B1/fr
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
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    • G10K9/125—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means with a plurality of active elements
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array
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    • H04R2499/11—Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's

Definitions

  • the present invention relates to the field of micrometric loudspeakers. Its particularly advantageous application is the integration of at least one loudspeaker into computers, mobile phones and other headphones, particularly wireless ones.
  • the loudspeaker is used to transform an electrical signal into sound pressure.
  • speakers have been miniaturized to be integrated into computers, mobile phones, connected speakers and other headphones, for example wireless.
  • the loudspeaker is an electro-mechano-acoustic transducer. In its linear principle, the operation of the loudspeaker involves the actuation of a membrane or a rigid plate, coupled to the ambient air.
  • the electrical signal passes through an electromechanical transducer which converts the speaker supply voltage into displacement.
  • a mechanical-acoustic transducer very often a membrane, converts this displacement into acoustic pressure.
  • a good loudspeaker is one that reproduces all perceptible sound frequencies (typically 20 Hz to 20 kHz) at the same amplitude, with a low distortion rate.
  • the lowest frequency at which a loudspeaker effectively produces sound is determined by the resonant frequency of the mechanical-acoustic transducer.
  • the membrane guidance system is more rigid and the mass of the mechano-acoustic transducer is lower, which increases the resonance frequency of the system and therefore reduces the bandwidth.
  • the sound pressure level radiated by a loudspeaker depends on the volume of air accelerated by the mechanical-acoustic transducer.
  • the volume of air accelerated by a loudspeaker depends on the product of the area of the mechanical-acoustic transducer and the maximum displacement of the mechanical-acoustic transducer.
  • Micrometric loudspeakers also known as “MEMS loudspeakers” or micro-loudspeakers
  • MEMS loudspeakers are mainly based on exploiting the compliance of flexible membranes.
  • these are becoming more rigid under the effect of their deformations, which explains why micrometric drivers with flexible membranes suffer from high geometric nonlinearities.
  • micrometric speakers with flexible membrane fitted to mobile phones have dimensions, typically 11 ⁇ 15 ⁇ 3 mm 3 , advantageous for their integration, and make it possible to generate a satisfactory radiated pressure, typically 85 dB, over a wide range of frequencies relative to the extent of the range of perceptible sound frequencies.
  • a satisfactory radiated pressure typically 85 dB
  • the bulk of this type of speaker is less and less compatible with the thickness of portable devices which continues to be reduced.
  • piezoelectric transduction Another means of converting the loudspeaker's supply voltage into displacement of its membrane (or its rigid plate), which shows notable performance, is piezoelectric transduction. Although not necessarily conferring large displacements on the membrane or the rigid plate, piezoelectric transduction has the advantage of being compatible with microfabrication processes. More particularly, by using the bimetallic effect of a piezoelectric transducer positioned on the membrane to be moved, as for example in the patent document US 2012/057730 A1 , performances comparable to those of electromagnetic transducers are achievable.
  • piezoelectric actuators tend to adopt non-linear behaviors which have a direct negative impact on the performance of the loudspeaker.
  • the loudspeaker is made up of a “MEMS motor” and a membrane, for example made of polymer, assembled in a heterogeneous manner, non-linearities linked to the deformation of the polymer membrane appear which again affect, negatively affects the performance of the speaker.
  • An object of the present invention is therefore to propose a micrometric loudspeaker which makes it possible to overcome at least one of the disadvantages of the state of the art.
  • An object of the present invention is more particularly to propose a micrometric loudspeaker which has satisfactory performance, in particular in terms of bandwidth and/or pressure level produced and/or which has improved performance, in particular by avoiding that piezoelectric actuators adopt non-linear behaviors.
  • each elastic blade is in a so-called “recessed-guided” bending configuration according to which, when the piezoelectric actuators are electrically powered, the elastic blades deform and cause with them a movement of the rigid plate of the mechanical-acoustic transducer in a direction substantially perpendicular to a main extension plane of the frame.
  • the mechanical-acoustic transducer further comprises at least two linearization springs each extending from one of the lateral coupling edges to a lateral edge of the rigid plate which is located opposite, the linearization springs being configured so as to allow, during deformation of the elastic blades, a movement of at least part of the two lateral coupling edges towards the central crosspiece of the frame.
  • linearization springs advantageously affect the pressure level produced, allowing optimal flexibility over the entire stroke of the rigid plate, and thus reduce, or even cancel, the geometric nonlinearities which would be linked in particular to the aforementioned stiffening phenomenon if it was observed.
  • Another aspect concerns a method of manufacturing a micrometric loudspeaker as introduced above, comprising or even being limited to, deposition and etching steps relating to microelectronics.
  • the micrometric loudspeaker according to the first aspect of the invention can therefore advantageously be microfabricated.
  • each of the two piezoelectric actuators extends at most over half of the elastic blade associated with it from the lateral coupling edge of the mechanical-acoustic transducer which is engaged by said elastic blade.
  • each of the two piezoelectric actuators extends at least over a quarter of the elastic blade associated with it from the lateral coupling rim of the mechanical-acoustic transducer which is engaged by said elastic blade.
  • the micrometric loudspeaker is preferably substantially symmetrical with respect to a longitudinal section plane of the central crosspiece of the frame which is perpendicular to the main extension plane of the frame.
  • the micrometric speaker is free of an actuator, in particular a piezoelectric actuator, directly covering all or part of the rigid plate.
  • the piezoelectric actuators of the electromechanical transducer are offset relative to the rigid plate; that is, the piezoelectric actuators of the electromechanical transducer are at a distance from the rigid plate.
  • the mechano-acoustic transducer is free of an electromechanical transducer and/or the electromechanical transducer is free of a mechano-acoustic transducer.
  • the rigid plate is free from, or is not directly covered, preferably even partially, with an electromechanical transducer.
  • the rigid plate is free of a flexible membrane.
  • the electromechanical transducer and the mechano-acoustic transducer are mechanically coupled to each other, preferably only via the two lateral coupling edges of the mechano-acoustic transducer.
  • the mechanical-acoustic transducer only includes two lateral coupling edges.
  • the two lateral coupling edges extend from lateral edges of the rigid plate which are opposite each other and/or extend from lateral edges of the rigid plate substantially perpendicular to a plane in which the rigid plate.
  • the other lateral edges of the rigid plate than those through which the rigid plate extends to form the two lateral coupling edges do not extend beyond the rigid plate.
  • each of the two lateral coupling edges is linked only to one edge of one of the two linearization springs and to one edge of one of the two elastic blades.
  • the mechanical-acoustic transducer is free of a lateral rim other than said two lateral coupling rims.
  • the mechanical-acoustic transducer is free of a lateral rim linking together the two lateral coupling rims of the mechanical-acoustic transducer.
  • the rigid plate only extends outside the plane in which it fits via the two lateral coupling edges of the mechanical-acoustic transducer.
  • the elastic blades are each uniform over their extent.
  • the mechanical-acoustic transducer does not extend beyond an area delimited by the interior periphery of the exterior edges of the frame. According to another example, the mechanical-acoustic transducer does not cover, nor intersect, the outer edges of the frame.
  • each linearization spring has a stiffness at least ten times, preferably at least one hundred times, greater than a stiffness of the elastic blades. In this way, we ensure not to alter the linear behavior of the micrometric loudspeaker, over the entire range of perceptible sound frequencies.
  • the central crosspiece of the frame extends at most over a first half of a thickness of the frame and the two elastic blades comprise the same layer secured to one face of the central crosspiece which is oriented towards a center of the frame. It is thus structurally easy to provide that the assembly formed of the electromechanical transducer and the mechano-acoustic transducer moves within the frame, so as to be protected by it.
  • Said layer is for example made from silicon.
  • no elastic blade extends from a face of the central crosspiece which is different from the face of the central crosspiece oriented towards the center of the frame.
  • the rigid plate and the linearization springs comprise the same layer, a greater stiffness of the rigid plate relative to a stiffness of the linearization springs being due to structuring patterns that the rigid plate includes and which are extend, from said layer, over a surface of the latter defining an extent of the rigid plate, the linearization springs being made up of portions of said layer which extend on either side of said surface.
  • Said layer is for example made from silicon.
  • said portions which extend on either side of the surface from which the structuring patterns extend are themselves free of structuring patterns. structuring.
  • the frame is configured so that the mechanical-acoustic transducer is located, on all sides, at a distance from the interior periphery of the frame of between 1 and 100 ⁇ m, preferably between 2 and 80 ⁇ m, for example substantially equal to 9 ⁇ m.
  • the gap between the frame and the mechanical-acoustic transducer is thus such that, at this gap, the propagation of acoustic waves is mainly dominated by thermo-viscous behavior. This avoids any acoustic short-circuit phenomenon.
  • the frame has, in its main extension plane, dimensions each between 1 and 10 mm, preferably between 3 and 8 mm.
  • the lateral coupling edges of the mechanical-acoustic transducer extend from one of the two linearization springs over a distance greater than 750 ⁇ m, preferably greater than 500 ⁇ m.
  • the thermo-viscous losses due to the compression of the air below the rigid plate are thus advantageously minimized.
  • the elastic blades have a thickness of between 1 and 100 ⁇ m, preferably between 5 and 20 ⁇ m.
  • the two piezoelectric actuators are based on, or even made of, PZT and each extend on one face of one of the two elastic blades which is opposite the rigid plate of the mechanical-acoustic transducer.
  • the elastic blades of the electromechanical transducer have a first resonance frequency and the linearization springs of the mechanical-acoustic transducer have a second resonance frequency, the second resonance frequency being at least a hundred times, preferably at least a thousand times , greater than the first resonance frequency. This gives the micrometric speaker a wide bandwidth.
  • the frame comprises first and second parts superimposed and concentric with each other, a second part of the frame supports the central crosspiece and comprises two electrical connection pads to the piezoelectric actuators, the electrical connection pads being preferably located in the extension of the central crosspiece, and the second part of the frame comprising two notches configured to each be located opposite one of the two electrical connection pads.
  • micrometric is meant the quality of a device or element having a volume, or included in an envelope, of less than 1 cm 3 , preferably less than 0.5 cm 3 .
  • the term "rigid” describes a part or an element of the loudspeaker which does not deform or only slightly under the effect of the constraints generally applied to it in operation. normal. More particularly, it can be considered that the rigidity of the plate of the mechano-acoustic transducer is ten times, or even a hundred times, greater than the rigidity of the actuators.
  • the term “elastic” describes a part or an element of the loudspeaker which deforms under the effect of the stresses generally applied to it in normal operation. More particularly, it can be considered that the rigidity of the elastic blades is ten times, or even a hundred times, lower than the rigidity of the so-called rigid plate of the mechanical-acoustic transducer.
  • the terms “elastic blades” could be reformulated more specifically by the terms “bending deformable blades”.
  • a film based on a material A is meant a film comprising this material A and possibly other materials.
  • a parameter “substantially equal/greater/less than” a given value we mean that this parameter is equal/greater/less than the given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
  • this parameter is at least equal to the smallest given value, plus or minus 20%, or even 10%, close to this value, and at most equal to the largest large given value, plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
  • the mechanical-acoustic transducer 13 comprises a rigid plate 131 movably mounted in the frame 11.
  • the micrometric loudspeaker according to the first aspect of the invention is distinguished from micrometric speakers with flexible membrane.
  • the electromechanical transducer 12 and the mechanical-acoustic transducer 13 are coupled together so that a bias of the electromechanical transducer 12 moves the mechanical-acoustic transducer 13 relative to the frame 11 and a corresponding movement of the mechanical-acoustic transducer 13 is converted in sound pressure.
  • the electromechanical transducer 12 comprises two piezoelectric actuators 121a, 121b and two elastic blades 122a, 122b.
  • Each piezoelectric actuator is associated with an elastic blade to induce, when electrically powered, a deformation of the elastic blade by bimetallic effect.
  • each piezoelectric actuator is associated with an elastic blade so that, when an electrical voltage is applied to the piezoelectric actuator, the blade deforms in flexion.
  • the frame 11 comprises a central crosspiece 111 from which the two elastic blades 122a, 122b extend, integrally and opposite each other.
  • the two elastic blades 122a, 122b extend from the central crosspiece 111 of the frame 11 to engage two so-called coupling lateral edges 132a, 132b of the mechanical-acoustic transducer 13.
  • each elastic blade 122a, 122b is in a so-called “recessed-guided” bending configuration.
  • the piezoelectric actuators 121a, 121b are electrically powered, the elastic blades 122a, 122b deform in flexion and cause with them a movement of the rigid plate 131 of the mechanical-acoustic transducer 13 in a direction substantially perpendicular to a plane main extension of the frame 11. It thus appears that the mechano-acoustic transducer 13 is more particularly movably mounted in the frame 11 via the electromechanical transducer 12.
  • the mechanical-acoustic transducer 13 further comprises at least two linearization springs 133a, 133b.
  • the two linearization springs 133a, 133b each extend from one of the lateral coupling edges 132a, 132b of the mechanical-acoustic transducer 13 to a lateral edge of its rigid plate 131 which is located opposite.
  • the linearization springs 133a, 133b are thus configured so as to allow, during deformation of the elastic blades 122a, 122b, a movement of at least part of the two lateral coupling edges 132a, 132b towards the central crosspiece 111 of the frame 11.
  • the piezoelectric actuators 121a, 121b When the piezoelectric actuators 121a, 121b are electrically powered, the elastic blades each adopt a deformation with a substantially central inflection point and undergo longitudinal stresses, due to their recessed-guided bending configuration.
  • the linearization springs 133a, 133b then make it possible to absorb at least part of these longitudinal stresses.
  • the piezoelectric actuators 121a, 121b are made from PZT, which can only contract in the direction x as illustrated in the figure 7 , the piezoelectric actuators 121a, 121b are preferably arranged only on half of the surface of the elastic blades 122a, 122b.
  • the piezoelectric actuators 121a, 121b each extend continuously from the edge of the elastic blade 122a, 122b with which it is associated, as shown in the figure.
  • Figure 10 preferably on at least a quarter of the surface of said elastic blade, and preferably on at most half of this surface.
  • the linearization springs 133a, 133b add, to the micrometric loudspeaker 1, a degree of freedom by authorizing a movement of at least part of the two lateral coupling edges 132a, 132b of the mechanical-acoustic transducer 13 towards the central crosspiece 111 of the frame 11, during deformations of the elastic blades 122a, 122b. They thus make it possible to reduce the particularly longitudinal stresses experienced by the elastic blades 122a, 122b; however, such constraints could be the cause of a stiffening of the elastic blades 122a, 122b, which would have the consequence of inducing non-linear behavior of the rigid plate 131 during its movements, or at least for certain large amplitudes of its movements. Since the longitudinal stresses experienced by the elastic blades 122a, 122b are reduced, or even made negligible, we understand that the performance of the micrometric loudspeaker 1 is increased.
  • the micrometric loudspeaker 1 is preferably substantially symmetrical with respect to a longitudinal section plane of the central crosspiece 111 of the frame 11 which is perpendicular to the main extension plane of the frame 11.
  • the micrometric loudspeaker 1 can also be considered as comprising two parts superimposed on each other concentrically.
  • the frame 11 can be seen as consisting of two parts 11a and 11b, of which a first part 11a supports, preferably by itself, the central crosspiece 111 of the frame 11 and a second part 11b configured to closely accommodate the transducer there. mechano-acoustic 13.
  • FIG 7 shows a cutaway view of the loudspeaker in operation. It more particularly shows two superimposed views of the electromechanical transducer 12 and the mechanical-acoustic transducer 13, on the one hand in a non-deformation configuration of the elastic blades 122a, 122b (where the piezoelectric actuators are not electrically powered), d 'on the other hand in a configuration of deformation of the elastic blades 122a, 122b (where the piezoelectric actuators are electrically powered), relative to the central crosspiece 111 of the frame 11, the latter remaining fixed due to the fixing of the frame 11 itself, for example on a support (not shown).
  • the piezoelectric actuators 121a, 121b When the piezoelectric actuators 121a, 121b are then no longer electrically supplied, the elasticity of the elastic blades 122a, 122b makes it possible to return the whole formed of the electromechanical transducer 12 and the mechano-acoustic transducer 13 to its starting position. In this so-called starting position, or equivalently of non-power supply to the piezoelectric actuators 121a, 121b, the rigid plate 131 can come flush with the periphery of the face of the frame 11 which is oriented upwards in the figures.
  • the piezoelectric actuators 121a, 121b When the micrometric speaker 1 only allows movements of the rigid plate 131 in the -z direction by electrical supply of the piezoelectric actuators 121a, 121b, in particular because these are made from PZT, it is necessary to 'add a direct voltage across each piezoelectric actuator 121a, 121b to obtain a rest point in the middle of the dynamics of the speaker 1, to obtain an alternating movement around this operating point.
  • the piezoelectric actuators operate with an electrical supply voltage range substantially between 0 and 30 V, and the direct voltage added to the terminals of each piezoelectric actuator 121a, 121b is substantially equal to 15 V.
  • FIG 8 schematically shows the operating principle of the micrometric loudspeaker 1 according to the first aspect of the invention comprising an additional degree of freedom which is given to it by the linearization springs 133a, 133b.
  • the elastic blades 122a, 122b deform and move the rigid plate 131 by a distance ⁇ 0 along -z.
  • the length of the curve of each deformed elastic blade 122a, 122b must be identical to the length of the undeformed elastic blade 122a, 122b.
  • the difference between the position of the distal end of the elastic blade 122a, before and after deformation, and in the y direction, is denoted ⁇ 0 .
  • This difference is authorized by the linearization spring 133a secured to the rigid plate 131 by its end opposite to that by which the linearization spring 133a is secured to the distal end of the elastic blade 122a.
  • the idea is that the displacement ⁇ 0 deforms the linearization spring 133a using the height h 0 of the lateral coupling rim 132a of the mechanical-acoustic transducer 13 as a lever arm.
  • each linearization spring actuated via the lateral coupling rim, of height ho, which is associated with it and serving as a lever, is 10 times, preferably 100 times , lower than the apparent stiffness of the actuators along the axis outside the main extension plane of the frame.
  • the micrometric speaker 1 allows guidance of the mechanical-acoustic transducer 13 similar to that which the system would allow equivalent shown on the Figure 9 .
  • the diagram in this figure shows a piezoelectric actuator 121a and the elastic blade 122a associated with it in a deformed state, the elastic blade 122a being linked to the rigid plate 131 by a spring representing the stiffness of the linearization spring 133a along the axis z.
  • the piezoelectric actuator 121a and the elastic blade 122a as a mechanical actuator, and knowing that, according to the principle diagram of the Figure 9 , the characteristic of the mechanical actuator thus defined is the straight line connecting its blocked force (force generated by the actuator when the translation of its end is blocked according to z) and its free movement (maximum movement of the end of the actuator without load at its end), the stiffness of the spring illustrated on the Figure 9 cuts the mechanical actuator characteristic at its operating point. For a spring as shown in the Figure 9 which is quite stiff, the force corresponding to the operating point differs little from the blocked force of the mechanical actuator, which advantageously makes it possible to give the mechanical actuator a linear behavior over its operating range.
  • each linearization spring 133a, 133b has a stiffness at least ten times, preferably at least a hundred times, greater than a stiffness of the elastic blades 122a, 122b.
  • the additional degree of freedom conferred by the linearization springs helps reduce nonlinearities.
  • the fact that the linearization springs are more rigid than the actuators means that the frequency response of the micrometric speaker is not altered.
  • Another characteristic reflecting this same preference in a different way consists of specifying that the elastic blades of the electromechanical transducer 12 have a first resonance frequency and the linearization springs 133a, 133b of the mechanical-acoustic transducer 13 have a second resonance frequency, the second resonance frequency being at least one hundred times, preferably at least one thousand times, greater than the first resonance frequency. This ensures that the second resonance frequency is outside the desired bandwidth reached by the micrometric loudspeaker 1, and we thus give, to the micrometric loudspeaker 1, a wide bandwidth for a optimized range of perceptible sound frequencies.
  • the rigid plate 131 moves up and down and generates acoustic waves, as illustrated in the Figure 10 .
  • the acoustic short circuit resulting from the interference between the positive (or negative) waves created by the front of the rigid plate in vibration, and the negative (or positive) waves created by the rear of this same plate, can be prevented by a deformable suspension.
  • the acoustic short circuit is prevented by using a dimension d of gap 2 between the frame 11 and the rigid plate 131, and more particularly between the inner periphery of the frame 11 and the side edges coupling 132a, 132b of the mechanical-acoustic transducer 13, such that the thermo-viscous behavior dominates in this gap 2.
  • the Figure 11 shows a schematic representation of a part of the mechanical-acoustic transducer 13, the frame 11 and the gap 2 in question, on which the dimension d of the gap 2 is represented.
  • the frame 11 is configured so that the mechanical-acoustic transducer 13 is located, on all sides, at an interstitial distance from the interior periphery of the frame 11 of between 1 and 100 ⁇ m, preferably between 2 and 80 ⁇ m.
  • a finite element simulation can make it possible to determine, for each dimensioning of the micrometric loudspeaker 1 according to the first aspect of the invention, the interstitial distance making it possible to optimize the thermo-viscous behavior of the air in the gap 2. For the specific dimensions given below for purely illustrative purposes, this finite element simulation shows that the optimal dimension of gap 2 is approximately equal to 9 ⁇ m.
  • the gap 2 between the frame 11 and the mechanical-acoustic transducer 13 is thus such that, at this gap 2, the propagation of the acoustic waves is mainly dominated by thermo-viscous behavior. This avoids any acoustic short-circuit phenomenon.
  • the dimensions of the micrometric loudspeaker 1 are obviously important because they influence the dimensions of the rigid plate 131 and the dimensions of the elastic blades 122a, 122b, and consequently on those of the piezoelectric actuators 121a, 121b.
  • a larger loudspeaker will have a larger, heavier rigid plate 131, softer spring blades 122a, 122b and will generate more force. It will therefore have a lower resonant frequency, and therefore a wider bandwidth in low frequencies.
  • FIG 12 shows the frequency response of a micrometric loudspeaker 1 according to the first aspect of the invention, the rigid plate 131 of which has dimensions of 8x8 mm 2 . We only observe that the resonance frequency of such a micrometric speaker 1 is substantially equal to 1 kHz.
  • micrometric loudspeaker 1 Smaller dimensions will give a higher resonant frequency, and therefore a narrower bandwidth. However, dimensions ranging from 1 ⁇ 1 mm 2 to 10 ⁇ 10 mm 2 of the micrometric loudspeaker 1 according to the first aspect of the invention are envisaged. Dimensions ranging from 3x3 mm 2 to 8x8 mm 2 will for example be favored for reasons of compromise between performance and size.
  • the height h 0 of the lateral coupling edges 132a, 132b shown on the figure 8 is optimized so that the thermo-viscous losses due to the compressed air below the rigid plate 131 are minimized.
  • the thermo-viscous losses do not significantly modify the frequency response of the micrometric loudspeaker 1. This height, however, depends on the other dimensions of the micrometric loudspeaker 1. This is why, more generally, the lateral coupling edges 132a, 132b of the mechanical-acoustic transducer 13 extend from one of the two linearization springs 133a, 133b over a distance greater than 750 ⁇ m, preferably greater than 500 ⁇ m.
  • the frequency response of the micrometer loudspeaker 1 can also be greatly affected by the thickness of the elastic blades 122a, 122b supporting the piezoelectric actuators 121a, 121b. Thinner elastic blades 122a, 122b will give a lower resonance frequency and thicker elastic blades 122a, 122b will give more force to the micrometric loudspeaker 1 and therefore a higher level of radiated pressure. A compromise is therefore preferably to be determined in order to have a low resonance frequency and a satisfactory pressure level. This dimension again depends on the other dimensions of the micrometric loudspeaker 1.
  • the elastic blades 122a, 122b can have a thickness of between 1 and 100 ⁇ m, preferably between 5 and 20 ⁇ m, and for example substantially equal to 12 ⁇ m.
  • THE figures 13 to 16 give an example of a method of manufacturing a micrometric loudspeaker 1 according to one embodiment of the first aspect of the invention.
  • This process advantageously implements technological steps, in particular deposition and etching, which are common in microelectronics. These technological stages are for example carried out from two silicon wafers (or “wafer” according to Anglo-Saxon terminology). More particularly, as already introduced above and according to the example illustrated, two silicon wafers can be processed individually, assembled together, then the assembly can be processed in turn to obtain the micrometric speaker 1 according to one embodiment of the first aspect of the invention. However, any other conventional mechanical assembly method, than that illustrated in the figures, can be used.
  • manufacturing begins with a BESOI wafer, composed of two layers of silicon separated by a layer of silicon oxide 201.
  • a stack comprising a first electrode layer, a layer of a piezoelectric material, then a second electrode layer, is deposited.
  • a hard mask 202 is etched on the rear face FAR1 in order to subsequently carry out a deep etching step by this back side.
  • the piezoelectric transducers 121a, 121b are then etched and protected by a passivation 203.
  • Electrical contacts 204 allowing the electrical supply of the upper electrodes 205a, 206a and lower 205b, 206b of the piezoelectric actuators 121a, 121b and a material 207 intended to allow the bonding of the treated BESOI wafer to the second treated wafer are then deposited by the front face FAV1 of the BESOI wafer.
  • the second wafer composed of two layers of silicon separated from an oxide layer 208, is intended to constitute a second part of the speaker 1, and in particular the rigid plate 131 and the second part 11b of the frame 11.
  • a mask hard 209 is engraved on the front face FAR2 to allow the deep engraving of a rear cavity 210.
  • a hard mask 211 is engraved on the rear face FAR2 to allow the subsequent engraving of structuring patterns 130b, taking for example the form of bars of reinforcement, of the rigid plate 131.
  • the two wafers are assembled together by their respective front faces FAV1 and FAV 2, in the manner illustrated on the Figure 15 .
  • the structuring patterns 130b of the rigid plate 131, as well as the gap d between the rigid plate 131 and the frame 11 are then etched by the rear face FAR2 of the second silicon wafer.
  • the rear face FAR1 of the BESOI wafer is then etched to reach speaker 1 as illustrated on the Figure 16 .
  • the two elastic blades 122a, 122b comprise the same layer 120a secured to one face of the central crosspiece 111 which is oriented towards a center of the frame 11.
  • Said layer 120a is made from silicon.
  • the rigid plate 131 and the linearization springs 133a, 133b comprise the same layer 130a.
  • a greater stiffness of the rigid plate 131 relative to a stiffness of the linearization springs 133a, 133b is due to the structuring patterns 130b that the rigid plate (131) comprises. More particularly, these structuring patterns 130b extend, from said layer 130a, over a surface of the latter defining the extent of the rigid plate 131.
  • the linearization springs 133a, 133b are for their part made up of portions 130c, 130d of said layer 130a which extend on either side of said surface. Furthermore, it appears that said layer 130a is made from silicon.
  • the frame 11 includes a periphery, preferably closed.
  • the crosspiece 111 of the frame 11 is integral with the inner periphery of the frame 11 by its two ends.
  • the frame 11 is represented as having a parallelepiped geometry, other shapes of the frame 11 are possible, whether for its interior periphery or its exterior periphery. Thus, a frame 11 of annular or oblong shape can be envisaged. Where applicable, the micrometric loudspeaker 1 will include more than two piezoelectric actuators each associated with each of a corresponding plurality of elastic blades.

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Description

  • La présente invention concerne le domaine des haut-parleurs micrométriques. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse l'intégration d'au moins un haut-parleur dans les ordinateurs, les téléphones portables et autres écouteurs, notamment sans fil.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Le haut-parleur est utilisé pour transformer un signal électrique en pression acoustique.
  • Depuis de nombreuses années, les haut-parleurs sont miniaturisés pour être intégrés notamment dans les ordinateurs, les téléphones portables, les enceintes connectées et autres écouteurs par exemple sans fil.
  • Le haut-parleur est un transducteur électro-mécano-acoustique. Dans son principe linéaire, le fonctionnement du haut-parleur passe par l'actionnement d'une membrane ou d'une plaque rigide, couplée à l'air ambiant.
  • Le signal électrique passe par un transducteur électromécanique qui convertit la tension d'alimentation du haut-parleur en déplacement. Un transducteur mécano-acoustique, très souvent une membrane, convertit ce déplacement en pression acoustique.
  • Un bon haut-parleur est un haut-parleur reproduisant toutes les fréquences sonores perceptibles (typiquement de 20 Hz à 20 kHz) à la même amplitude, avec un taux de distorsion faible. Dans la pratique, la fréquence la plus basse à laquelle un haut-parleur produit efficacement du son est déterminée par la fréquence de résonance du transducteur mécano-acoustique.
  • Dans le contexte de miniaturisation, le système de guidage de la membrane est plus rigide et la masse du transducteur mécano-acoustique est plus faible, ce qui augmente la fréquence de résonance du système et réduit donc la bande passante.
  • En outre, le niveau de pression acoustique rayonné par un haut-parleur dépend du volume d'air accéléré par le transducteur mécano-acoustique. Le volume d'air accéléré par un haut-parleur dépend du produit de la surface du transducteur mécano-acoustique et du déplacement maximum du transducteur mécano-acoustique.
  • Dans le contexte de miniaturisation, la surface du transducteur mécano-acoustique est grandement réduite, et un déplacement important est nécessaire pour obtenir un niveau de pression acoustique satisfaisant. Les haut-parleurs micrométriques (dits aussi « haut-parleurs MEMS » ou micro-haut-parleurs) sont principalement basés sur l'exploitation de la compliance de membranes flexibles. Toutefois, celles-ci se rigidifient sous l'effet de leurs déformations, ce qui explique que les haut-parleurs micrométriques à membrane flexible souffrent de non-linéarités géométriques élevées.
  • Les haut-parleurs micrométriques à membrane flexible équipant les téléphones portables montrent des dimensions, typiquement de 11 × 15 × 3 mm3, avantageuses pour leur intégration, et permettent de générer une pression rayonnée satisfaisante, typiquement de 85 dB, sur une large plage de fréquences relativement à l'étendue de la gamme de fréquences sonores perceptibles. Pour autant, l'encombrement de ce type de haut-parleurs est de moins en moins compatible avec l'épaisseur des appareils portables qui ne cesse d'être réduite.
  • Par ailleurs, pour atteindre de grands déplacements et obtenir un niveau de pression acoustique satisfaisant, la transduction électromagnétique, pour convertir la tension d'alimentation du haut-parleur en déplacement de sa membrane ou de sa plaque rigide, reste une solution de choix, et c'est celle-ci qui équipe la grande majorité des haut-parleurs actuels. Toutefois, les dimensions de ce type de haut-parleurs ne permettent pas une intégration dans des systèmes portables et le recours à un aimant la rend incompatible avec les procédés de microfabrication.
  • Un autre moyen de conversion de la tension d'alimentation du haut-parleur en déplacement de sa membrane (ou de sa plaque rigide), qui montre des performances notables, est la transduction piézoélectrique. Bien que ne conférant pas nécessairement de grands déplacements à la membrane ou à la plaque rigide, la transduction piézoélectrique présente l'avantage d'être compatible avec les procédés de microfabrication. Plus particulièrement, en utilisant l'effet bilame d'un transducteur piézoélectrique positionné sur la membrane à déplacer, comme par exemple dans le document de brevet US 2012/057730 A1 , des performances comparables à celles des transducteurs électromagnétiques sont atteignables. Dans d'autres cas, comme par exemple dans le haut-parleur MEMS décrit par les demandes de brevet référencées US 20170094418 A1 et CN 111 918 179 A , les transducteurs piézoélectriques sont déportés de la membrane, et cette solution permet un mouvement pistonique de celle-ci. Cette dernière solution, avec actionneurs déportés, permet de s'affranchir des problèmes de la solution précédente. Cette solution avantageuse requiert en outre une surface de silicium moindre et l'empreinte du haut-parleur peut ainsi être avantageusement réduite. Malgré ces avantages, cette solution ne permet pas de grands déplacements, et la bande passante que de tels haut-parleurs MEMS permettent d'atteindre reste réduite. De plus, en agrandissant le haut-parleur pour obtenir une fréquence de résonance plus faible, et donc une bande passante plus large, les actionneurs piézoélectriques ont tendance à adopter des comportements non-linéaires qui se répercutent directement, de façon négative, sur les performances du haut-parleur. Aussi, lorsque le haut-parleur est constitué d'un « moteur MEMS » et d'une membrane, par exemple en polymère, assemblée de manière hétérogène, des non-linéarités liées à la déformation de la membrane polymère apparaissent qui affectent là encore, de façon négative, les performances du haut-parleur.
  • Un objet de la présente invention est donc de proposer un haut-parleur micrométrique qui permette de pallier au moins un des inconvénients de l'état de l'art.
  • Un objet de la présente invention est plus particulièrement de proposer un haut-parleur micrométrique qui présente des performances satisfaisantes, notamment en termes de largeur de bande passante et/ou de niveau de pression produit et/ou qui présente des performances améliorées, notamment en évitant que les actionneurs piézoélectriques adoptent des comportements non-linéaires. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
    • RESUME
  • Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un haut-parleur micrométrique comprenant :
    • Un cadre,
    • Un transducteur électromécanique, et
    • Un transducteur mécano-acoustique comprenant une plaque rigide, montée mobile dans le cadre,
    le transducteur électromécanique et le transducteur mécano-acoustique étant couplés entre eux de sorte qu'une sollicitation du transducteur électromécanique déplace le transducteur mécano-acoustique relativement au cadre et qu'un déplacement correspondant du transducteur mécano-acoustique soit converti en pression acoustique.
  • Le haut-parleur micrométrique suivant l'invention est tel que :
    • le transducteur électromécanique comprend deux actionneurs piézoélectriques et deux lames élastiques, chaque actionneur piézoélectrique étant associé à une lame élastique pour induire, lorsqu'il est alimenté électriquement, une déformation de la lame élastique par effet bilame,
    • le cadre comprend une traverse centrale depuis laquelle s'étendent, solidairement et à l'opposé l'une de l'autre, les deux lames élastiques,
    • les deux lames élastiques s'étendent depuis la traverse centrale du cadre jusqu'à mettre en prise deux rebords latéraux dits de couplage du transducteur mécano-acoustique.
  • De la sorte, chaque lame élastique est dans une configuration de flexion dite « encastrée-guidée » selon laquelle, lorsque les actionneurs piézoélectriques sont alimentés électriquement, les lames élastiques se déforment et entraînent avec elles un mouvement de la plaque rigide du transducteur mécano-acoustique selon une direction sensiblement perpendiculaire à un plan d'extension principal du cadre.
  • Le transducteur mécano-acoustique comprend en outre au moins deux ressorts de linéarisation s'étendant chacun depuis un des rebords latéraux de couplage jusqu'à un bord latéral de la plaque rigide qui est situé en vis-à-vis, les ressorts de linéarisation étant configurés de sorte à permettre, lors d'une déformation des lames élastiques, un déplacement d'une partie au moins des deux rebords latéraux de couplage vers la traverse centrale du cadre.
  • L'on réduit ainsi des contraintes longitudinales subies par les lames élastiques lors de leur déformation du fait de leur configuration de flexion.
  • Ainsi, pour parer à la rigidification des lames élastiques du fait de leur déformation dans leur configuration encastrée-guidée, un degré de liberté est ajouté par le biais des ressorts de linéarisation. Ces derniers sont ainsi nommés car, en autorisant un déplacement d'une partie au moins des deux rebords latéraux de couplage vers la traverse centrale du cadre lors des déformations des lames élastiques, ils permettent de réduire les contraintes subies par les lames élastiques et par voie de conséquence de diminuer, voire d'éviter, leur rigidification lors de leur déformation. Une telle rigidification aurait pour conséquence d'induire un comportement non-linéaire de la plaque rigide lors de ses déplacements. Les ressorts de linéarisation affectent avantageusement le niveau de pression produit, en permettant une souplesse optimale sur toute la course de la plaque rigide, et réduisent, voire annulent, ainsi les non-linéarités géométriques qui seraient notamment liées au phénomène de rigidification susmentionné s'il était observé.
  • Un autre aspect concerne un procédé de fabrication d'un haut-parleur micrométrique tel qu'introduit ci-dessus, comprenant voire étant limité à, des étapes de dépôt et de gravure relevant de la microélectronique. Le haut-parleur micrométrique selon le premier aspect de l'invention peut donc avantageusement être microfabriqué.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :
    • La figure 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention.
    • La figure 2 représente une vue éclatée du mode de réalisation illustré sur la figure 1.
    • La figure 3 représente une vue en perspective du transducteur mécano-acoustique selon un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention.
    • La figure 4 représente une vue en perspective d'une partie du cadre d'un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention.
    • Les figures 5 et 6 représentent chacune une vue en perspective d'une coupe transversale d'un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention, selon des angles de vue différent entre eux.
    • La figure 7 est une représentation schématique en coupe transversale de l'assemblage formé par le transducteur électromécanique et le transducteur mécano-acoustique, dans deux positions différentes entre elles, relativement à la traverse centrale du cadre selon un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention.
    • La figure 8 est un schéma de fonctionnement en demi-coupe d'un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention, lorsque le transducteur électromécanique est alimenté électriquement.
    • La figure 9 est un schéma d'un système équivalent à celui représenté en figure 8.
    • La figure 10 est une vue schématique en demi-coupe d'un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention, générant des ondes acoustiques.
    • La figure 11 est une vue schématique en demi-coupe de l'interstice entre les bords extérieurs du transducteur mécano-acoustique et le pourtour intérieur du cadre selon un mode de réalisation du haut-parleur micrométrique selon l'invention.
    • La figure 12 est un graphique montrant la réponse en niveau de pression acoustique d'un haut-parleur micrométrique selon un mode de réalisation de l'invention sur une gamme de fréquences d'excitation dudit haut-parleur.
    • Les figures 13 à 16 illustrent chacune une vue en coupe d'une étape du procédé de fabrication d'un haut-parleur micrométrique selon un mode de réalisation de l'invention.
  • Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs des différentes couches ou autres éléments s'étendant principalement selon deux directions d'extension principale ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité, notamment lorsque l'on compare ces épaisseurs aux dimensions, selon leurs directions d'extension principale, desdites couches ou desdits autres éléments, respectivement.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE
  • Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles du haut-parleur micrométrique selon le premier aspect de l'invention qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
    Selon un exemple, chacun des deux actionneurs piézoélectriques s'étend au plus sur une moitié de la lame élastique qui lui est associée depuis le rebord latéral de couplage du transducteur mécano-acoustique qui est mis en prise par ladite lame élastique. En complément optionnel à cet exemple, chacun des deux actionneurs piézoélectriques s'étend au moins sur un quart de la lame élastique qui lui est associée depuis le rebord latéral de couplage du transducteur mécano-acoustique qui est mis en prise par ladite lame élastique.
  • Selon un autre exemple, le haut-parleur micrométrique est de préférence sensiblement symétrique par rapport à un plan de coupe longitudinale de la traverse centrale du cadre qui est perpendiculaire au plan d'extension principale du cadre.
  • Selon un autre exemple, le haut-parleur micrométrique est exempt d'un actionneur, en particulier d'un actionneur piézoélectrique, recouvrant directement tout ou partie de la plaque rigide. Selon un autre exemple, les actionneurs piézoélectriques du transducteur électromécanique sont déportés relativement à la plaque rigide ; autrement dit, les actionneurs piézoélectriques du transducteur électromécanique sont à distance de la plaque rigide. Selon un autre exemple, le transducteur mécano-acoustique est exempt d'un transducteur électromécanique et/ou le transducteur électromécanique est exempt d'un transducteur mécano-acoustique. Plus particulièrement, la plaque rigide est exempte, ou n'est pas directement recouverte, de préférence même partiellement, d'un transducteur électromécanique. De préférence, la plaque rigide est exempte d'une membrane flexible. Selon un autre exemple, le transducteur électromécanique et le transducteur mécano-acoustique sont couplés mécaniquement entre eux, de préférence uniquement par l'intermédiaire des deux rebords latéraux de couplage du transducteur mécano-acoustique. Selon un exemple, le transducteur mécano-acoustique ne comprend que deux rebords latéraux de couplage. De préférence, les deux rebords latéraux de couplage s'étendent depuis des bords latéraux de la plaque rigide qui sont opposés entre eux et/ou s'étendent depuis des bords latéraux de la plaque rigide sensiblement perpendiculairement à un plan dans lequel s'inscrit la plaque rigide. Selon un exemple, les autres bords latéraux de la plaque rigide que ceux par lesquels la plaque rigide s'étend pour former les deux rebords latéraux de couplage ne s'étendent pas au-delà de la plaque rigide. De préférence, chacun des deux rebords latéraux de couplage est lié uniquement à un bord d'un des deux ressorts de linéarisation et à un bord d'une des deux lames élastiques. Selon un exemple, le transducteur mécano-acoustique est exempt d'un rebord latéral autres que lesdits deux rebords latéraux de couplage. Selon un exemple, le transducteur mécano-acoustique est exempt d'un rebord latéral liant entre eux les deux rebords latéraux de couplage du transducteur mécano-acoustique. De préférence, la plaque rigide ne s'étend hors du plan dans lequel il s'inscrit que par les deux rebords latéraux de couplage du transducteur mécano-acoustique. Selon un exemple, les lames élastiques sont chacune uniforme sur leur étendue. Selon un exemple, le transducteur mécano-acoustique ne s'étend pas au-delà d'une zone délimitée par le pourtour intérieur de bords extérieurs du cadre. Selon un autre exemple, le transducteur mécano-acoustique ne recouvre pas, ni n'intersecte, les bords extérieurs du cadre.
  • Selon un autre exemple, chaque ressort de linéarisation présente une raideur au moins dix fois, de préférence au moins cent fois, supérieure à une raideur des lames élastiques. De la sorte, l'on s'assure de ne pas altérer le comportement linéaire du haut-parleur micrométrique, et ce sur toute la gamme de fréquences sonores perceptibles.
  • Selon un autre exemple, la traverse centrale du cadre s'étend au plus sur une première moitié d'une épaisseur du cadre et les deux lames élastiques comprennent une même couche solidaire d'une face de la traverse centrale qui est orientée vers un centre du cadre. Il est ainsi structurellement aisé de prévoir que l'assemblage formé du transducteur électromécanique et du transducteur mécano-acoustique se déplace au sein du cadre, de sorte à être protégé par celui-ci. Ladite couche est par exemple constituée à base de silicium. Selon l'exemple précédent, aucune lame élastique ne s'étend depuis une face de la traverse centrale qui est différente de la face de la traverse centrale orientée vers le centre du cadre.
  • Selon un autre exemple, la plaque rigide et les ressorts de linéarisation comprennent une même couche, une plus grande raideur de la plaque rigide relativement à une raideur des ressorts de linéarisation étant due à des motifs de structuration que comporte la plaque rigide et qui s'étendent, depuis ladite couche, sur une surface de cette dernière définissant une étendue de la plaque rigide, les ressorts de linéarisation étant quant à eux constitués de portions de ladite couche qui s'étendent de part et d'autre de ladite surface. Ladite couche est par exemple constituée à base de silicium. De préférence, lesdites portions qui s'étendent de part et d'autre de la surface depuis laquelle les motifs de structuration s'étendent sont elles-mêmes exemptes de motifs de structuration.
  • Selon un autre exemple, le cadre est configuré de sorte que le transducteur mécano-acoustique se situe, de toute part, à une distance du pourtour intérieur du cadre comprise entre 1 et 100 µm, de préférence entre 2 et 80 µm, par exemple sensiblement égale à 9 µm. L'interstice entre le cadre et le transducteur mécano-acoustique est ainsi tel que, au niveau de cet interstice, la propagation des ondes acoustiques est principalement dominée par un comportement thermo-visqueux. L'on évite ainsi tout phénomène de court-circuit acoustique.
  • Selon un autre exemple, le cadre présente, dans son plan d'extension principal, des dimensions comprises chacune entre 1 et 10 mm, de préférence entre 3 et 8 mm. Un compromis avantageux est ainsi proposé entre le niveau de pression acoustique maximum atteignable par le haut-parleur micrométrique et l'encombrement de ce dernier.
  • Selon un autre exemple, les rebords latéraux de couplage du transducteur mécano-acoustique s'étendent depuis un des deux ressorts de linéarisation sur une distance supérieure à 750 µm, de préférence supérieure à 500 µm. Les pertes thermo-visqueuses dues à la compression de l'air en dessous de la plaque rigide sont ainsi avantageusement minimisées.
  • Selon un autre exemple, les lames élastiques présentent une épaisseur comprise entre 1 et 100 µm, de préférence comprise entre 5 et 20 µm. Un compromis avantageux est ainsi proposé entre le choix d'une fréquence de résonance basse et le choix d'un niveau de pression rayonnée élevé.
  • Selon un autre exemple, les deux actionneurs piézoélectriques sont à base, voire constitués, de PZT et s'étendent chacun sur une face d'une des deux lames élastiques qui est opposée à la plaque rigide du transducteur mécano acoustique.
  • Selon un autre exemple, les lames élastiques du transducteur électromécanique présentent une première fréquence de résonance et les ressorts de linéarisation du transducteur mécano-acoustique présentent une deuxième fréquence de résonance, la deuxième fréquence de résonance étant au moins cent fois de préférence au moins mille fois, supérieure à la première fréquence de résonance. L'on confère ainsi, au haut-parleur micrométrique, une large bande passante.
  • Selon un autre exemple, le cadre comprend des première et deuxième parties superposées et concentriques entre elles, une deuxième partie du cadre supporte la traverse centrale et comprend deux plots de connexion électrique aux actionneurs piézoélectriques, les plots de connexion électrique étant de préférence situés dans le prolongement de la traverse centrale, et la deuxième partie du cadre comprenant deux encoches configurées pour se situer chacune en vis-à-vis d'un des deux plots de connexion électrique. La reprise de contact des actionneurs piézoélectriques est ainsi telle qu'elle n'augmente pas l'encombrement du haut-parleur micrométrique.
  • On entend par « micrométrique » la qualité d'un dispositif ou élément présentant un volume, ou inclus dans une enveloppe, de moins de 1 cm3, de préférence de moins de 0,5 cm3.
  • Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, le terme « rigide » qualifie une partie ou un élément du haut-parleur qui ne se déforme pas ou peu sous l'effet des contraintes généralement appliquées à celui-ci dans un fonctionnement normal. Plus particulièrement, il peut être considéré que la rigidité de la plaque du transducteur mécano-acoustique est dix fois, voire cent fois, supérieure à la rigidité des actionneurs.
  • Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, le terme « élastique » qualifie une partie ou un élément du haut-parleur qui se déforme sous l'effet des contraintes généralement appliquées à celui-ci dans un fonctionnement normal. Plus particulièrement, il peut être considéré que la rigidité des lames élastiques est dix fois, voire cent fois, inférieure à la rigidité de la plaque dite rigide du transducteur mécano-acoustique. Par exemple, les termes « lames élastiques » pourraient être reformulées de façon plus spécifique par les termes « lames déformables en flexion ».
  • On entend par un film à base d'un matériau A, un film comprenant ce matériau A et éventuellement d'autres matériaux.
  • On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur.
  • Selon son premier aspect, dont une description structurelle est donnée ci-dessous en référence aux figures 1 à 9, l'invention concerne un haut-parleur micrométrique comprenant :
    • Un cadre 11,
    • Un transducteur électromécanique 12, et
    • Un transducteur mécano-acoustique 13.
  • Le transducteur mécano-acoustique 13 comprend une plaque rigide 131 montée mobile dans le cadre 11. En cela, le haut-parleur micrométrique selon le premier aspect de l'invention se distingue des haut-parleurs micrométriques à membrane flexible.
  • Le transducteur électromécanique 12 et le transducteur mécano-acoustique 13 sont couplés entre eux de sorte qu'une sollicitation du transducteur électromécanique 12 déplace le transducteur mécano-acoustique 13 relativement au cadre 11 et qu'un déplacement correspondant du transducteur mécano-acoustique 13 soit converti en pression acoustique.
  • Plus particulièrement, et notamment en référence à la figure 2, le transducteur électromécanique 12 comprend deux actionneurs piézoélectriques 121a, 121b et deux lames élastiques 122a, 122b. Chaque actionneur piézoélectrique est associé à une lame élastique pour induire, lorsqu'il est alimenté électriquement, une déformation de la lame élastique par effet bilame. Autrement dit, chaque actionneur piézoélectrique est associé à une lame élastique de sorte que, lorsqu'une tension électrique est appliquée à l'actionneur piézoélectrique, la lame se déforme en flexion.
  • En référence aux figures 5 et 6, le cadre 11 comprend quant à lui une traverse centrale 111 depuis laquelle s'étendent, solidairement et à l'opposé l'une de l'autre, les deux lames élastiques 122a, 122b. Les deux lames élastiques 122a, 122b s'étendent depuis la traverse centrale 111 du cadre 11 jusqu'à mettre en prise deux rebords latéraux dits de couplage 132a, 132b du transducteur mécano-acoustique 13.
  • De la sorte, chaque lame élastique 122a, 122b est dans une configuration de flexion dite « encastrée-guidée ». Dans cette configuration, lorsque les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b sont alimentés électriquement, les lames élastiques 122a, 122b se déforment en flexion et entraînent avec elles un mouvement de la plaque rigide 131 du transducteur mécano-acoustique 13 selon une direction sensiblement perpendiculaire à un plan d'extension principal du cadre 11. Il apparaît ainsi que le transducteur mécano-acoustique 13 est plus particulièrement monté mobile dans le cadre 11 par l'intermédiaire du transducteur électromécanique 12.
  • Le transducteur mécano-acoustique 13 comprend en outre au moins deux ressorts de linéarisation 133a, 133b. Les deux ressorts de linéarisation 133a, 133b s'étendent chacun depuis un des rebords latéraux de couplage 132a, 132b du transducteur mécano-acoustique 13 jusqu'à un bord latéral de sa plaque rigide 131 qui est situé en vis-à-vis. Les ressorts de linéarisation 133a, 133b sont ainsi configurés de sorte à permettre, lors d'une déformation des lames élastiques 122a, 122b, un déplacement d'une partie au moins des deux rebords latéraux de couplage 132a, 132b vers la traverse centrale 111 du cadre 11.
  • Lorsque les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b sont alimentés électriquement, les lames élastiques adoptent chacune une déformation avec un point d'inflexion sensiblement central et subissent des contraintes longitudinales, du fait de leur configuration de flexion encastrée-guidée. Les ressorts de linéarisation 133a, 133b permettent alors d'absorber au moins une partie de ces contraintes longitudinales. A cette fin, notamment lorsque les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b sont constitués à base de PZT, ne pouvant que se contracter dans la direction x telle qu'illustrée sur la figure 7, les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b sont de préférence disposés uniquement sur la moitié de la surface des lames élastiques 122a, 122b. Plus particulièrement, les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b s'étendent chacun de façon continue depuis le bord de la lame élastique 122a, 122b à laquelle il est associé, comme cela est représenté sur la figure 10, de préférence sur au moins un quart de la surface de ladite lame élastique, et de préférence au plus sur la moitié de cette surface.
  • Les ressorts de linéarisation 133a, 133b ajoutent, au haut-parleur micrométrique 1, un degré de liberté en autorisant un déplacement d'une partie au moins des deux rebords latéraux de couplage 132a, 132b du transducteur mécano-acoustique 13 vers la traverse centrale 111 du cadre 11, lors des déformations des lames élastiques 122a, 122b. Ils permettent ainsi de réduire les contraintes en particulier longitudinales subies par les lames élastiques 122a, 122b ; or, de telles contraintes pourraient être à l'origine d'une rigidification des lames élastiques 122a, 122b, ce qui aurait pour conséquence d'induire un comportement non-linéaire de la plaque rigide 131 lors de ses déplacements, ou du moins pour certaines grandes amplitudes de ses déplacements. Dès lors que les contraintes longitudinales subies par les lames élastiques 122a, 122b sont réduites, voire rendues négligeables, l'on comprend que les performances du haut-parleur micrométrique 1 sont accrues.
  • Comme illustré sur les figures 5 et 6 notamment, le haut-parleur micrométrique 1 est de préférence sensiblement symétrique par rapport à un plan de coupe longitudinale de la traverse centrale 111 du cadre 11 qui est perpendiculaire au plan d'extension principale du cadre 11.
  • En référence aux figures 1 à 4, le haut-parleur micrométrique 1 selon le mode de réalisation illustré peut également être considéré comme comprenant deux parties superposées entre elles de façon concentrique. En particulier, le cadre 11 peut être vu comme constitué de deux parties 11a et 11b, dont une première partie 11a supporte, de préférence à elle seule, la traverse centrale 111 du cadre 11 et une deuxième partie 11b configurée pour y loger étroitement le transducteur mécano-acoustique 13. Nous verrons, lorsque nous décrirons plus bas un exemple de procédé de fabrication, par des moyens de la micro-électronique, du haut-parleur micrométrique 1 tel qu'illustré sur les figures 1 à 9, que cette vision en deux parties dudit haut-parleur micrométrique 1 est liée au fait que deux tranches de silicium ou wafers sont, selon ledit procédé, traitées individuellement avant d'être assemblées pour former le haut-parleur micrométrique 1 compact tel qu'illustré sur la figure 1. Notamment, il apparaîtra que chacune des parties 11a et 11b du cadre 11 est issue d'une des deux tranches de silicium.
  • La figure 7 montre une vue d'une coupe du haut-parleur en fonctionnement. Elle montre plus particulièrement deux vues superposées entre elles du transducteur électromécanique 12 et du transducteur mécano-acoustique 13, d'une part dans une configuration de non déformation des lames élastiques 122a, 122b (où les actionneurs piézoélectriques ne sont pas alimentés électriquement), d'autre part dans une configuration de déformation des lames élastiques 122a, 122b (où les actionneurs piézoélectriques sont alimentés électriquement), relativement à la traverse centrale 111 du cadre 11, cette dernière restant fixe du fait de la fixation du cadre 11 lui-même, par exemple sur un support (non représenté). Ainsi, lorsqu'une tension électrique est appliquée entre le dessus et le dessous des couches en matériau piézoélectrique constituant les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b, celles-ci se contractent selon la direction x. Sous l'effet de la contraction, et du fait que chacun des deux bilames que constitue l'association d'une lame élastique avec un actionneur piézoélectrique est solidaire de la plaque rigide 131, les lames élastiques 122a, 122b adoptent une déformation avec un point d'inflexion et leurs extrémités se déplacent selon la direction z et plus particulièrement dans le sens -z, entraînant le tout formé du transducteur électromécanique 12 et du transducteur mécano-acoustique 13 selon la même direction et dans le même sens. Lorsque les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b ne sont ensuite plus alimentés électriquement, l'élasticité des lames élastiques 122a, 122b permet de ramener le tout formé du transducteur électromécanique 12 et du transducteur mécano-acoustique 13 dans sa position de départ. Dans cette position dite de départ, ou équivalemment de non-alimentation des actionneurs piézoélectriques 121a, 121b, la plaque rigide 131 peut venir affleurer le pourtour de la face du cadre 11 qui est orienté sur les figures vers le haut.
  • Lorsque le haut-parleur micrométrique 1 ne permet de déplacements de la plaque rigide 131 que dans la direction -z par alimentation électrique des actionneurs piézoélectriques 121a, 121b, notamment du fait que ceux-ci sont constitués à base de PZT, il est nécessaire d'ajouter une tension continue aux bornes de chaque actionneur piézoélectrique 121a, 121b pour obtenir un point de repos au milieu de la dynamique du haut-parleur 1, pour obtenir un déplacement alternatif autour de ce point de fonctionnement. Par exemple, les actionneurs piézoélectriques fonctionnent avec une plage de tension d'alimentation électrique sensiblement comprise entre 0 et 30 V, et la tension continue ajoutée aux bornes de chaque actionneur piézoélectrique 121a, 121b est sensiblement égale à 15 V.
  • La figure 8 montre schématiquement le principe de fonctionnement du haut-parleur micrométrique 1 selon le premier aspect de l'invention comprenant un degré de liberté supplémentaire qui lui est conféré par les ressorts de linéarisation 133a, 133b. Comme illustré sur cette figure, lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes des actionneurs piézoélectriques 121a, 121b, les lames élastiques 122a, 122b se déforment et déplacent la plaque rigide 131 d'une distance δ 0 selon -z. Pour un fonctionnement linéaire idéal, la longueur de la courbe de chaque lame élastique 122a, 122b déformée doit être identique à la longueur de la lame élastique 122a, 122b non déformée. Sur la figure 8, la différence entre la position de l'extrémité distale de la lame élastique 122a, avant et après déformation, et selon la direction y, est notée Δ0. Cette différence est autorisée par le ressort de linéarisation 133a solidaire de la plaque rigide 131 par son extrémité opposée à celle par laquelle le ressort de linéarisation 133a est solidaire de l'extrémité distale de la lame élastique 122a. L'idée est que le déplacement Δ0 déforme le ressort de linéarisation 133a en utilisant la hauteur h 0 du rebord latéral de couplage 132a du transducteur mécano-acoustique 13 comme bras de levier.
  • Pour réduire significativement les non-linéarités géométriques, il est préférable que la raideur de chaque ressort de linéarisation, actionné via le rebord latéral de couplage, de hauteur ho, qui lui est associé et servant de levier, soit 10 fois, de préférence 100 fois, inférieure à la raideur apparente des actionneurs selon l'axe hors plan d'extension principal du cadre.
  • Notamment si la raideur du ressort de linéarisation 133a est bien supérieure à la raideur de la lame élastique 122a, le haut-parleur micrométrique 1 tel que décrit ci-dessus permet un guidage du transducteur mécano-acoustique 13 similaire à celui qu'autoriserait le système équivalent représenté sur la figure 9. Le schéma de cette figure montre un actionneur piézoélectrique 121a et la lame élastique 122a qui lui est associée dans un état déformé, la lame élastique 122a étant liée à la plaque rigide 131 par un ressort représentant la raideur du ressort de linéarisation 133a selon l'axe z. Considérant l'actionneur piézoélectrique 121a et la lame élastique 122a comme un actionneur mécanique, et sachant que, selon le schéma de principe de la figure 9, la caractéristique de l'actionneur mécanique ainsi défini est la droite reliant sa force bloquée (force générée par l'actionneur lorsque la translation de son extrémité est bloquée selon z) et son déplacement libre (déplacement maximum de l'extrémité de l'actionneur sans charge à son extrémité), la raideur du ressort illustré sur la figure 9 coupe la caractéristique de l'actionneur mécanique à son point de fonctionnement. Pour un ressort tel qu'illustré sur la figure 9 qui est assez raide, la force correspondant au point de fonctionnement diffère peu de la force bloquée de l'actionneur mécanique, ce qui permet avantageusement de conférer à l'actionneur mécanique un comportement linéaire sur sa plage de fonctionnement.
  • Le schéma de principe illustré sur la figure 9 permet donc d'illustrer pourquoi il est préféré que chaque ressort de linéarisation 133a, 133b présente une raideur au moins dix fois, de préférence au moins cent fois, supérieure à une raideur des lames élastiques 122a, 122b. Le degré de liberté supplémentaire conféré par les ressorts de linéarisation permet de réduire les non-linéarités. Le fait que les ressorts de linéarisation soient plus rigides que les actionneurs permet de ne pas altérer la réponse en fréquence du haut-parleur micrométrique.
  • Une autre caractéristique traduisant de façon différente cette même préférence consiste à spécifier que les lames élastiques du transducteur électromécanique 12 présente une première fréquence de résonance et les ressorts de linéarisation 133a, 133b du transducteur mécano-acoustique 13 présentent une deuxième fréquence de résonance, la deuxième fréquence de résonance étant au moins cent fois de préférence au moins mille fois, supérieure à la première fréquence de résonance. L'on s'assure ainsi que la deuxième fréquence de résonance soit en dehors de la bande passante souhaitée atteinte par le haut-parleur micrométrique 1, et l'on confère ainsi, au haut-parleur micrométrique 1, une large bande passante pour une gamme de fréquences sonores perceptibles optimisée.
  • En alimentant les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b avec une tension alternative, autour d'une tension positive continue, la plaque rigide 131 bouge de haut en bas et génère des ondes acoustiques, comme illustré sur la figure 10.
  • Dans les haut-parleurs classiques, le court-circuit acoustique, résultant de l'interférence entre les ondes positives (ou négatives) créées par l'avant de la plaque rigide en vibration, et les ondes négatives (ou positives) crées par l'arrière de cette même plaque, peut être empêché par une suspension déformable. Pour le haut-parleur micrométrique 1 selon le premier aspect de l'invention, le court-circuit acoustique est empêché en utilisant une dimension d d'interstice 2 entre le cadre 11 et la plaque rigide 131, et plus particulièrement entre le pourtour intérieur du cadre 11 et les rebords latéraux de couplage 132a, 132b du transducteur mécano-acoustique 13, telle que le comportement thermo-visqueux domine dans cet interstice 2. La figure 11 montre une représentation schématique d'une partie du transducteur mécano-acoustique 13, du cadre11 et de l'interstice 2 en question, sur laquelle est représentée la dimension d de l'interstice 2.
  • Plus particulièrement, le cadre 11 est configuré de sorte que le transducteur mécano-acoustique 13 se situe, de toute part, à une distance interstitielle du pourtour intérieur du cadre 11 comprise entre 1 et 100 µm, de préférence entre 2 et 80 µm. Une simulation en éléments finis peut permettre de déterminer, pour chaque dimensionnement du haut-parleur micrométrique 1 selon le premier aspect de l'invention, la distance interstitielle permettant d'optimiser le comportement thermo-visqueux de l'air dans l'interstice 2. Pour les dimensions spécifiques données ci-dessous à titre purement exemplatif, cette simulation en éléments finis montre que la dimension optimale de l'interstice 2 est sensiblement égale à 9 µm. L'interstice 2 entre le cadre 11 et le transducteur mécano-acoustique 13 est ainsi tel que, au niveau de cet interstice 2, la propagation des ondes acoustiques est principalement dominée par un comportement thermo-visqueux. L'on évite ainsi tout phénomène de court-circuit acoustique.
  • Les dimensions du haut-parleur micrométrique 1 sont évidemment importantes car elles influent sur les dimensions de la plaque rigide 131 et sur les dimensions des lames élastiques 122a, 122b, et par voie de conséquence sur celles des actionneurs piézoélectriques 121a, 121b. Un haut-parleur plus grand aura une plaque rigide 131 plus grande, plus lourde, des lames élastiques 122a, 122b plus souples et générera plus de force. Il aura donc une fréquence de résonance plus basse, et donc une bande passante plus large dans les basses fréquences. La figure 12 montre la réponse en fréquence d'un haut-parleur micrométrique 1 selon le premier aspect de l'invention dont la plaque rigide 131 présente des dimensions de 8x8 mm2. On n'y observe que la fréquence de résonance d'un tel haut-parleur micrométrique 1 est sensiblement égale à 1 kHz. Des dimensions plus petites donneront une fréquence de résonance plus élevée, et donc une bande passante moins large. Pour autant, des dimensions allant de 1×1 mm2 à 10×10 mm2 du haut-parleur micrométrique 1 selon le premier aspect de l'invention sont envisagées. Les dimensions allant de 3x3 mm2 à 8x8 mm2 seront par exemple privilégiées pour des raisons de compromis entre performance et encombrement.
  • La hauteur h 0 des rebords latéraux de couplage 132a, 132b représentée sur la figure 8 est optimisée pour que les pertes thermo-visqueuses dues à l'air compressé en dessous de la plaque rigide 131 soit minimisées. Pour une hauteur h 0 supérieure à 500 µm, les pertes thermo-visqueuses ne modifient pas significativement la réponse en fréquence du haut-parleur micrométrique 1. Cette hauteur dépend toutefois des autres dimensions du haut-parleur micrométrique 1. C'est pourquoi, plus généralement, les rebords latéraux de couplage 132a, 132b du transducteur mécano-acoustique 13 s'étendent depuis un des deux ressorts de linéarisation 133a, 133b sur une distance supérieure à 750 µm, de préférence supérieure à 500 µm.
  • La réponse en fréquence du haut-parleur micrométrique 1 peut également être grandement affectée par l'épaisseur des lames élastiques 122a, 122b supportant les actionneurs piézoélectriques 121a, 121b. Des lames élastiques 122a, 122b plus fines donneront une fréquence de résonance plus basse et des lames élastiques 122a, 122b plus épaisses donneront plus de force au haut-parleur micrométrique 1 et donc un plus haut niveau de pression rayonnée. Un compromis est donc de préférence à déterminer pour avoir une fréquence de résonance basse et un niveau de pression satisfaisant. Cette dimension dépend là encore des autres dimensions du haut-parleur micrométrique 1. Typiquement, les lames élastiques 122a, 122b peuvent présenter une épaisseur comprise entre 1 et 100 µm, de préférence comprise entre 5 et 20 µm, et par exemple sensiblement égale à 12 µm.
  • Les figures 13 à 16 donnent un exemple de procédé de fabrication d'un haut-parleur micrométrique 1 selon un mode de réalisation du premier aspect de l'invention. Ce procédé met avantageusement en oeuvre des étapes technologiques, notamment de dépôt et de gravure, ordinaires en microélectronique. Ces étapes technologiques sont par exemple réalisées à partir de deux tranches de silicium (ou « wafer » selon la terminologie anglo-saxonne). Plus particulièrement, comme déjà introduits plus haut et selon l'exemple illustré, deux tranches de silicium peuvent être traitées individuellement, assemblées ensemble, puis l'assemblage peut être traité à son tour pour obtenir le haut-parleur micrométrique 1 selon un mode de réalisation du premier aspect de l'invention. Néanmoins, tout autre procédé d'assemblage mécanique classique, que celui illustré sur les figures, peut être utilisé.
  • Selon l'exemple illustré, la fabrication commence avec un wafer BESOI, composé de deux couches de silicium séparées par une couche d'oxyde de silicium 201. Sur la couche la plus fine, située en face avant FAV1 du wafer BESOI et destinée à constituer les lames élastiques 122a, 122b, un empilement comprenant une première couche d'électrode, une couche d'un matériau piézoélectrique, puis une seconde couche d'électrode, est déposé. Comme illustré sur la figure 13, un masque dur 202 est gravé sur la face arrière FAR1 en vue de réaliser ultérieurement une étape de gravure profonde par cette face arrière. Les transducteurs piézoélectriques 121a, 121b sont ensuite gravés et protégés par une passivation 203. Des contacts électriques 204 permettant l'alimentation électrique des électrodes supérieures 205a, 206a et inférieures 205b, 206b des actionneurs piézoélectriques 121a, 121b et un matériau 207 destiné à permettre le collage du wafer BESOI traité au second wafer traité sont ensuite déposés par la face avant FAV1 du wafer BESOI.
  • En référence à la figure 14, le second wafer, composé de deux couches de silicium séparées d'une couche d'oxyde 208 est destiné à constituer une deuxième partie du haut-parleur 1, et notamment la plaque rigide 131 et la deuxième partie 11b du cadre 11. Un masque dur 209 est gravé sur la face avant FAR2 pour permettre la gravure profonde d'une cavité arrière 210. Un masque dur 211 est gravé en face arrière FAR2 pour permettre la gravure ultérieure de motifs de structuration 130b, prenant par exemple la forme de barres de renfort, de la plaque rigide 131.
  • Une fois les deux wafers ainsi traités, ils sont assemblés entre eux par leurs faces avant FAV1 et FAV 2 respectives, de la façon illustrée sur la figure 15. Les motifs de structuration 130b de la plaque rigide 131, ainsi que l'interstice d entre la plaque rigide 131 et le cadre 11 sont ensuite gravés par la face arrière FAR2 de la deuxième tranche de silicium. La face arrière FAR1 du wafer BESOI est ensuite gravée pour parvenir au haut-parleur 1 tel qu'illustré sur la figure 16.
  • L'on remarque qu'ainsi les deux lames élastiques 122a, 122b comprennent une même couche 120a solidaire d'une face de la traverse centrale 111 qui est orientée vers un centre du cadre 11. Ladite couche 120a est constituée à base de silicium.
  • De même, l'on remarque que la plaque rigide 131 et les ressorts de linéarisation 133a, 133b comprennent une même couche 130a. Une plus grande raideur de la plaque rigide 131 relativement à une raideur des ressorts de linéarisation 133a, 133b est due aux motifs de structuration 130b que comporte la plaque rigide (131). Plus particulièrement, ces motifs de structuration 130b s'étendent, depuis ladite couche 130a, sur une surface de cette dernière définissant l'étendue de la plaque rigide 131. Les ressorts de linéarisation 133a, 133b sont quant à eux constitués de portions 130c, 130d de ladite couche 130a qui s'étendent de part et d'autre de ladite surface. Par ailleurs, il apparaît que ladite couche 130a est constituée à base de silicium.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s'étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
  • Notamment, le cadre 11 comprend un pourtour, de préférence fermé. De préférence, mais de façon non limitative, la traverse 111 du cadre 11 est solidaire du pourtour intérieur du cadre 11 par ses deux extrémités.
  • Bien que le cadre 11 soit représenté comme ayant une géométrie parallélépipédique, d'autres formes du cadre 11 sont envisageables, que ce soit pour son pourtour intérieur ou son pourtour extérieur. Ainsi, un cadre 11 de forme annulaire ou oblongue peut être envisagé. Le cas échéant, le haut-parleur micrométrique 1 comprendra plus de deux actionneurs piézoélectriques associés chacun à chacune parmi une pluralité correspondante de lames élastiques.

Claims (15)

  1. Haut-parleur micrométrique (1) comprenant :
    • Un cadre (11),
    • Un transducteur électromécanique (12), et
    • Un transducteur mécano-acoustique (13) comprenant une plaque rigide (131), montée mobile dans le cadre (11),
    le transducteur électromécanique (12) et le transducteur mécano-acoustique (13) étant couplés entre eux de sorte qu'une sollicitation du transducteur électromécanique (12) déplace le transducteur mécano-acoustique (13) relativement au cadre (11) et qu'un déplacement correspondant du transducteur mécano-acoustique (13) soit converti en pression acoustique,
    • le transducteur électromécanique (12) comprend au moins deux actionneurs piézoélectriques (121a, 121b) et au moins deux lames élastiques (122a, 122b), chaque actionneur piézoélectrique étant associé à une lame élastique pour induire, lorsqu'il est alimenté électriquement, une déformation de la lame élastique par effet bilame,
    • le cadre (11) comprend une traverse centrale (111) depuis laquelle s'étendent, solidairement et à l'opposé l'une de l'autre, les deux lames élastiques (122a, 122b),
    caractérisé en ce que :
    • les deux lames élastiques (122a, 122b) s'étendent depuis la traverse centrale (111) du cadre (11) jusqu'à mettre en prise deux rebords latéraux dits de couplage (132a, 132b) du transducteur mécano-acoustique (13),
    de la sorte chaque lame élastique (122a, 122b) est dans une configuration de flexion dite « encastrée-guidée » selon laquelle, lorsque les actionneurs piézoélectriques (121a, 121b) sont alimentés électriquement, les lames élastiques (122a, 122b) se déforment et entraînent avec elles un mouvement de la plaque rigide (131) du transducteur mécano-acoustique (13) selon une direction sensiblement perpendiculaire à un plan d'extension principal du cadre (11), et en ce que :
    • le transducteur mécano-acoustique (13) comprend en outre au moins deux ressorts de linéarisation (133a, 133b) s'étendant chacun depuis un des rebords latéraux de couplage (132a, 132b) jusqu'à un bord latéral de la plaque rigide (131) qui est situé en vis-à-vis, les ressorts de linéarisation (133a, 133b) étant configurés de sorte à permettre, lors d'une déformation des lames élastiques (122a, 122b), un déplacement d'une partie au moins des deux rebords latéraux de couplage (132a, 132b) vers la traverse centrale (111) du cadre (11).
  2. Haut-parleur micrométrique (1) selon la revendication précédente, dans lequel chacun des deux actionneurs piézoélectriques (121a, 121b) s'étend au plus sur une moitié de la lame élastique (122a, 122b) qui lui est associée depuis le rebord latéral de couplage (132a, 132b) du transducteur mécano-acoustique (13) qui est mis en prise par ladite lame élastique (122a, 122b).
  3. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque ressort de linéarisation (133a, 133b) présente une raideur au moins dix fois, de préférence au moins cent fois, supérieure à une raideur des lames élastiques (122a, 122b).
  4. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la traverse centrale (111) du cadre (11) s'étend au plus sur une première moitié d'une épaisseur du cadre (11) et les deux lames élastiques (122a, 122b) comprennent une même couche (120a) solidaire d'une face de la traverse centrale (111) qui est orientée vers un centre du cadre (11).
  5. Haut-parleur micrométrique (1) selon la revendication précédente, dans lequel ladite couche (120a) est constituée à base de silicium.
  6. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque rigide (131) et les ressorts de linéarisation (133a, 133b) comprennent une même couche (130a), une plus grande raideur de la plaque rigide (131) relativement à une raideur des ressorts de linéarisation (133a, 133b) étant due à des motifs de structuration (130b) que comporte la plaque rigide (131) et qui s'étendent, depuis ladite couche (130a), sur une surface de cette dernière définissant une étendue de la plaque rigide (131), les ressorts de linéarisation (133a, 133b) étant quant à eux constitués de portions (130c, 130d) de ladite couche (130a) qui s'étendent de part et d'autre de ladite surface.
  7. Haut-parleur micrométrique (1) selon la revendication précédente, dans lequel ladite couche (130a) est constituée à base de silicium.
  8. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre (11) est configuré de sorte que le transducteur mécano-acoustique (13) se situe, de toute part, à une distance du pourtour intérieur du cadre (11) comprise entre 1 et 100 µm, de préférence entre 2 et 80 µm, par exemple sensiblement égale à 9 µm.
  9. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre (11) présente, dans son plan d'extension principal, des dimensions comprises chacune entre 1 et 10 mm, de préférence entre 3 et 8 mm.
  10. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les rebords latéraux de couplage (132a, 132b) du transducteur mécano-acoustique (13) s'étendent depuis un des deux ressorts de linéarisation (133a, 133b) sur une distance supérieure à 750 µm, de préférence supérieure à 500 µm.
  11. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les lames élastiques (122a, 122b) présentent une épaisseur comprise entre 1 et 100 µm, de préférence comprise entre 5 et 20 µm.
  12. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deux actionneurs piézoélectriques (121a, 121b) sont à base, voire constitués, de PZT et s'étendent chacun sur une face d'une des deux lames élastiques (122a, 122b) qui est opposée à la plaque rigide (131) du transducteur mécano acoustique (13).
  13. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les lames élastiques (122a, 122b) du transducteur électromécanique (12) présentent une première fréquence de résonance et les ressorts de linéarisation (133a, 133b) du transducteur mécano-acoustique (13) présentent une deuxième fréquence de résonance, la deuxième fréquence de résonance étant au moins cent fois de préférence au moins mille fois, supérieure à la première fréquence de résonance.
  14. Haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre (11) comprend des première et deuxième parties (11a, 11b) superposées et concentriques entre elles, une deuxième partie (11a) du cadre (11) supporte la traverse centrale (111) et comprend deux plots de connexion électrique (112a, 112b) aux actionneurs piézoélectriques (121a, 121b), les plots de connexion électrique (112a, 112b) étant de préférence située dans le prolongement de la traverse centrale (111), et la deuxième partie (11b) du cadre (11) comprend deux encoches (113a, 113b) configurées pour se situées chacune en vis-à-vis d'un des deux plots de connexion électrique (112a, 112b).
  15. Procédé de fabrication d'un haut-parleur micrométrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant voire étant limité à, des étapes de dépôt et de gravure relevant de la microélectronique.
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