JP2023550132A - 骨伝導音響伝達装置 - Google Patents
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Abstract
本願に係る骨伝導音響伝達装置は、振動ユニット及び音響変換ユニットで形成された積層構造体と、前記積層構造体を載置するように構成され、前記積層構造体の少なくとも一側に物理的に接続された基体構造体とを含み、前記基体構造体は、外部の振動信号に基づいて振動し、前記振動ユニットは、前記基体構造体の振動に応答して変形し、前記音響変換ユニットは、前記振動ユニットの変形に基づいて電気信号を発生させる。
Description
本願は、音響伝達装置の技術分野に関し、特に骨伝導音響伝達装置に関する。
（参照による援用）
本願は、２０２０年１２月３１日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＣＮ２０２０／１４２５３３の優先権を主張するものであり、そのすべての内容は、参照により本願に組み込まれるものとする。
本願は、２０２０年１２月３１日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＣＮ２０２０／１４２５３３の優先権を主張するものであり、そのすべての内容は、参照により本願に組み込まれるものとする。
マイクロフォンは、外部の振動信号を受信し、音響変換ユニットを利用して振動信号を電気信号に変換し、バックエンド回路により処理した後に電気信号を出力する。気導マイクロフォンが受信するのは、気導音声信号であり、音声信号が空気により伝播され、すなわち、気導マイクロフォンは、空気振動信号を受信する。骨導マイクロフォンが受信するのは、骨導音声信号であり、音声信号が人体の骨により伝播され、すなわち、骨導マイクロフォンは、骨振動信号を受信する。気導マイクロフォンに比べて、骨導マイクロフォンは、ノイズ耐性の点で優位性を有し、ノイズが大きい環境で、骨導マイクロフォンが受けた環境ノイズの干渉が小さく、人の声をよく収集することができる。
従来の骨導マイクロフォンは、構造が複雑すぎ、製造プロセスに対する要求が高く、いくつかのデバイスの接続強度が不十分であるため、信頼性が低く、出力に影響を与える。したがって、構造が簡単であり、安定性が高い骨伝導音響伝達装置を提供する必要がある。
本願の一態様に係る骨伝導音響伝達装置は、振動ユニット及び音響変換ユニットで形成された積層構造体と、前記積層構造体を載置するように構成され、前記積層構造体の少なくとも一側に物理的に接続された基体構造体とを含み、前記基体構造体は、外部の振動信号に基づいて振動し、前記振動ユニットは、前記基体構造体の振動に応答して変形し、前記音響変換ユニットは、前記振動ユニットの変形に基づいて電気信号を発生させる。
いくつかの実施例では、前記基体構造体は、内部が中空のフレーム構造体を含み、前記積層構造体は、一端が前記基体構造体に接続され、他端が前記フレーム構造体の中空位置にサスペンションして設置される。
いくつかの実施例では、前記振動ユニットは、少なくとも１つの弾性層を含み、前記音響変換ユニットは、少なくとも、上から下へ順に設置された第１の電極層、圧電層及び第２の電極層を含み、前記少なくとも１つの弾性層は、前記第１の電極層の上表面又は第２の電極層の下表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、前記第２の電極層の下表面に位置するシード層をさらに含む。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層、前記圧電層及び／又は前記第２の電極層の被覆面積は、前記積層構造体の面積以下であり、前記第１の電極層、前記圧電層及び／又は前記第２の電極層は、前記積層構造体と前記基体構造体との接続箇所に近接する。
いくつかの実施例では、前記振動ユニットは、少なくとも１つの弾性層を含み、前記音響変換ユニットは、少なくとも、電極層及び圧電層を含み、前記少なくとも１つの弾性層は、前記電極層の表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記電極層は、第１の電極及び第２の電極を含み、前記第１の電極は、第１の櫛歯状構造に折り曲げられ、前記第２の電極は、第２の櫛歯状構造に折り曲げられ、前記第１の櫛歯状構造は、前記第２の櫛歯状構造と嵌合して前記電極層を形成し、前記電極層は、前記圧電層の上表面又は下表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記第１の櫛歯状構造及び前記第２の櫛歯状構造は、前記積層構造体の長手方向に沿って延在する。
いくつかの実施例では、前記振動ユニットは、サスペンション膜構造体を含み、前記音響変換ユニットは、上から下へ順に設置された第１の電極層、圧電層及び第２の電極層を含み、前記サスペンション膜構造体は、その周側により前記基体構造体に接続され、前記音響変換ユニットは、前記サスペンション膜構造体の上表面又は下表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記サスペンション膜構造体は、前記音響変換ユニットの周方向に沿って分布する複数の孔を含む。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットの縁部から前記複数の孔の中心までの径方向の間隔は、１００μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、環状構造であり、前記環状構造の内側領域での前記サスペンション膜構造体の厚さは、前記環状構造の外側領域での前記サスペンション膜構造体の厚さより大きい。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、環状構造であり、前記環状構造の内側領域での前記サスペンション膜構造体の密度は、前記環状構造の外側領域での前記サスペンション膜構造体の密度より大きい。
いくつかの実施例では、前記振動ユニットは、前記サスペンション膜構造体の上表面又は下表面に位置する質量素子をさらに含む。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットと前記質量素子は、それぞれ前記サスペンション膜構造体の異なる側に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニット及び前記質量素子は、前記サスペンション膜構造体の同じ側に位置し、前記音響変換ユニットは、環状構造であり、前記環状構造は、前記質量素子の周方向に沿って分布する。
いくつかの実施例では、前記振動ユニットは、少なくとも１つの支持アーム及び質量素子を含み、前記質量素子は、前記少なくとも１つの支持アームにより前記基体構造体に接続される。
いくつかの実施例では、前記少なくとも１つの支持アームは、少なくとも１つの弾性層を含み、前記音響変換ユニットは、前記少なくとも１つの支持アームの上表面、下表面又は内部に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、上から下へ順に設置された第１の電極層、圧電層及び第２の電極層を含み、前記第１の電極層又は前記第２の電極層は、前記少なくとも１つの支持アームの上表面又は下表面に接続される。
いくつかの実施例では、前記質量素子は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の上表面又は下表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層、前記圧電層及び／又は前記第２の電極層の面積は、前記支持アームの面積以下であり、前記第１の電極層、前記圧電層及び／又は第２の電極層の一部又は全部は、前記少なくとも１つの支持アームの上表面又は下表面を被覆する。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層の面積は、前記圧電層の面積以下であり、前記第１の電極層の全領域は、前記圧電層の表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットの前記第１の電極層、前記圧電層及び前記第２の電極層は、前記質量素子又は／及び前記支持アームと前記基体構造体との接続箇所に近接する。
いくつかの実施例では、前記少なくとも１つの支持アームは、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の上表面又は下表面に位置する少なくとも１つの弾性層を含む。
いくつかの実施例では、前記基体構造体の中空部分に位置するストッパ構造体をさらに含み、前記ストッパ構造体は、前記基体構造体に接続され、前記質量素子の上方及び／又は下方に位置する。
いくつかの実施例では、前述のいずれか一項に記載の骨伝導音響伝達装置は、前記積層構造体の上表面、下表面及び／又は内部を被覆する少なくとも１つの減衰層をさらに含む。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、１ｋＨｚ～５ｋＨｚである。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、２．５ｋＨｚ～４．５ｋＨｚである。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、２．５ＫＨｚ～３．５ｋＨｚである。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、前記振動ユニットの剛性と正の相関関係にある。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、前記積層構造体の質量と負の相関関係にある。
いくつかの実施例では、前記振動ユニットは、少なくとも１つの支持アーム及び質量素子を含み、前記質量素子は、前記少なくとも１つの支持アームにより前記基体構造体に接続される。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、前記少なくとも１つの支持アームの上表面、下表面又は内部に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、上から下へ順に設置された第１の電極層、第１の圧電層及び第２の電極層を含み、前記第１の電極層又は前記第２の電極層は、前記少なくとも１つの支持アームの上表面又は下表面に接続される。
いくつかの実施例では、前記質量素子は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の上表面又は下表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び／又は前記第２の電極層の面積は、前記支持アームの面積以下であり、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び／又は第２の電極層の一部又は全部は、前記少なくとも１つの支持アームの上表面又は下表面を被覆する。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層の面積は、前記第１の圧電層の面積以下であり、前記第１の電極層の全領域は、前記第１の圧電層の表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットの前記第１の電極層、前記第１の圧電層、及び前記第２の電極層は、前記支持アームの前記質量素子に接続された一端及び／又は前記支持アームの前記基体構造体に接続された一端に位置する。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の上表面及び／又は下表面に位置する少なくとも１つの弾性層を含む。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、前記弾性層と前記第１の電極層との間に設置されるか又は前記弾性層と前記第２の電極層との間に設置された第１のシード層をさらに含む。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、少なくとも１つのボンディングワイヤ電極層をさらに含み、前記ボンディングワイヤ電極層は、前記基体構造体に設置され、前記基体構造体から電気信号を導出する。
いくつかの実施例では、前記弾性層は、前記支持アームと前記第１の電極層との間に設置され、前記第１のシード層は、前記弾性層と第１の電極層との間に設置され、あるいは、前記弾性層は、前記支持アームと前記第２の電極層との間に設置され、前記第１のシード層は、前記弾性層と前記第２の電極層との間に設置される。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置には、中性層が形成され、前記中性層は、前記支持アームが変形するときに変形応力がゼロであり、前記中性層は、前記第１の圧電層と厚さ方向に重ならない。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層の厚さは、８０ｎｍ～２５０ｎｍであり、及び／又は前記第２の電極層の厚さは、８０ｎｍ～２５０ｎｍである。
いくつかの実施例では、前記第１の圧電層の厚さは、０．８μｍ～２μｍである。
いくつかの実施例では、前記弾性層の厚さは、０．５μｍ～１０μｍである。
いくつかの実施例では、前記第１のシード層の厚さは、１０ｎｍ～１２０ｎｍである。
いくつかの実施例では、前記弾性層の厚さは、前記第１の圧電層の厚さの１～６倍である。
いくつかの実施例では、前記質量素子の厚さは、１μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記質量素子は、下から上へ順に設置された下地層、第３の電極層、第２の圧電層及び第４の電極層を含む。
いくつかの実施例では、前記質量素子は、前記下地層と前記第３の電極層との間に設置された第２のシード層をさらに含む。
いくつかの実施例では、前記下地層の厚さは、２０μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置の電気信号の強度とノイズの強度との比は、電気信号の強度とノイズの強度との比の最大値の５０％～１００％である。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、第１の電極層、第１の圧電層及び第２の電極層を含み、前記骨伝導音響伝達装置の電気信号の強度とノイズの強度との比は、前記第１の圧電層の厚さと負の相関関係にある。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、第１の電極層、第１の圧電層及び第２の電極層を含み、前記骨伝導音響伝達装置の電気信号の強度とノイズの強度との比は、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び前記第２の電極層の３者の重なり領域の面積と負の相関関係にある。
いくつかの実施例では、前記音響変換ユニットは、第１の電極層、第１の圧電層及び第２の電極層を含み、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び前記第２の電極層の３者の重なり領域の面積と、前記支持アームの厚さ方向に垂直な断面の面積との比は、５％～４０％である。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層又は前記第２の電極層には、前記第１の電極層又は前記第２の電極層を２つ以上の電極領域に分割する電極絶縁チャネルが設置される。
いくつかの実施例では、前記電極絶縁チャネルの幅は、２０μｍ以下である。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層又は前記第２の電極層には、前記電極領域と前記基体構造体を接続する電極リードがある。
いくつかの実施例では、前記電極リードの幅は、２０μｍ以下である。
いくつかの実施例では、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び前記第２の電極層の３者の重なり領域は、前記質量素子に向かって延在して延在領域を形成し、前記延在領域は、前記質量素子の上表面又は下表面に位置する。
いくつかの実施例では、前記延在領域の厚さ方向に垂直な平面での幅は、支持アームと質量素子との接続部位の厚さ方向に垂直な平面での幅の１．２倍～２倍である。
いくつかの実施例では、前記支持アームの数は、２つ以上であり、前記２つ以上の支持アームは、前記質量素子の周りに設置される。
いくつかの実施例では、前記少なくとも１つの支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状は、多角形である。
いくつかの実施例では、前記多角形の辺長は、１００～６００μｍである。
いくつかの実施例では、前記少なくとも１つの支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状は、矩形又は台形である。
いくつかの実施例では、前記質量素子の厚さ方向に垂直な断面の形状は、多角形であり、前記支持アームの数は、前記多角形の辺の数に対応する。
いくつかの実施例では、前記支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状が矩形である場合、前記支持アームの長さは、１００μｍ～５００μｍであり、前記支持アームの幅は、１５０μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記少なくとも１つの支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状が台形である場合、前記台形の高さは、１５０μｍ～６００μｍであり、前記台形の長辺の長さは、３００μｍ～６００μｍであり、前記台形の短辺の長さは、１００μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記支持アームは、第１の帯状部及び第２の帯状部を含み、前記第１の帯状部は、一端が前記質量素子に接続され、他端が前記第２の帯状部の一端に接続され、前記第２の帯状部の他端は、前記基体構造体に接続される。
いくつかの実施例では、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであり、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１３００μｍであり、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～４００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第２の帯状部の長さは、８００μｍ～１３００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第１の帯状部の幅は、１００μｍ～４００μｍであり、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第２の帯状部の幅は、１００μｍ～４００μｍであり、前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１０００μｍである。
いくつかの実施例では、前記質量素子の厚さ方向に垂直な断面の形状は、矩形であり、前記第１の帯状部は、前記第２の帯状部に垂直である。
いくつかの実施例では、前記支持アームは、第１の帯状部、第２の帯状部及び第３の帯状部を含み、前記第１の帯状部は、一端が前記質量素子に接続され、他端が前記第２の帯状部の一端に接続され、前記第２の帯状部の他端は、前記第３の帯状部の一端に接続され、前記第３の帯状部の他端は、前記基体構造体に接続される。
いくつかの実施例では、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであり、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１２００μｍであり、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍである。
いくつかの実施例では、前記第３の帯状部の長さは、８００μｍ～１３００μｍであり、前記第３の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍである。
いくつかの実施例では、前記基体構造体は、中空のキャビティを有するフレーム構造体を含み、前記支持アームと前記質量素子は、いずれも前記フレーム構造体のキャビティ内に設置される。
いくつかの実施例では、前記質量素子の形状は、前記キャビティの形状に対応する。
いくつかの実施例では、前記支持アーム及び前記音響変換ユニットの厚さの合計は、前記質量素子の厚さより小さい。
いくつかの実施例では、前記支持アーム及び前記音響変換ユニットの厚さの合計は、前記質量素子の厚さ以上である。
いくつかの実施例では、前記骨伝導音響伝達装置は、前記基体構造体のキャビティ内に位置するストッパ構造体をさらに含み、前記ストッパ構造体は、前記基体構造体に接続され、前記質量素子の上方及び／又は下方に位置する。
例示的な実施例によって本願をさらに説明し、これらの例示的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。これらの実施例は、限定的なものではなく、これらの実施例では、同じ符号は同じ構造を示す。
本願の実施例の技術手段をより明確に説明するために、以下、実施例の説明に必要な図面を簡単に説明する。明らかに、以下に説明される図面は、本願の例又は実施例の一部に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて本願を他の類似するシナリオに適用することができる。特に言語環境から明らかではないか又は明記されていない限り、図面において同じ符号は同じ構造又は操作を示す。図面は、例示及び説明のためのものに過ぎず、本願の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。図面は、原寸に比例して描かれるものではないことを理解されたい。
本願の説明を容易にするために、「中心」、「上表面」、「下表面」、「上」、「下」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「軸方向」、「径方向」、「外周」、「外部」などの用語によって示される位置関係は、図面に示される位置関係に基づくものであり、言及される装置、アセンブリ又はユニットが特定の位置関係を持たなければならないことを示すものではなく、本願を限定するものであると理解すべきではないことを理解されたい。
本明細書で使用される「システム」、「装置」、「ユニット」及び／又は「モジュール」は、レベルの異なる様々なアセンブリ、素子、部材、部分又は組立体を区別するための方法であることを理解されたい。しかしながら、他の用語が同じ目的を達成することができれば、上記用語の代わりに他の表現を用いることができる。
本願及び特許請求の範囲で使用されるように、文脈が明確に別段の指示をしない限り、「１つ」、「１個」、「１種」及び／又は「該」などの用語は、特に単数形を指すものではなく、複数形を含んでもよい。一般的には、用語「含む」及び「含有」は、明確に特定されたステップ及び要素を含むことを提示するものに過ぎず、これらのステップ及び要素は、排他的な羅列ではなく、方法又は設備は、他のステップ又は要素を含む可能性がある。
本願では、フローチャートを使用して本願の実施例に係るシステムが実行する操作を説明する。先行及び後続の操作が必ずしも順序に従って正確に実行されるとは限らないことを理解されたい。その代わりに、各ステップを逆の順序で、又は同時に処理してもよい。また、他の操作をこれらのプロセスに追加してもよく、これらのプロセスから１つ以上の操作を除去してもよい。
本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置は、基体構造体及び積層構造体を含んでもよい。いくつかの実施例では、基体構造体は、内部に中空部分を有する規則的又は不規則的な立体構造であってもよく、例えば、中空のフレーム構造体であってもよく、矩形フレーム、円形フレーム、正多角形フレームなどの規則的な形状、及び任意の不規則的な形状を含むが、それらに限定されない。積層構造体は、基体構造体の中空部分に位置してもよく、基体構造体の中空部分の上方に少なくとも部分的にサスペンションして設置されてもよい。いくつかの実施例では、積層構造体の少なくとも一部の構造は、基体構造体に物理的に接続される。ここでの「接続」は、積層構造体及び基体構造体をそれぞれ製造した後、積層構造体及び基体構造体を溶接、リベット接続、係止、ボルトなどの方式で固定的に接続し、あるいは、製造中に、物理堆積（例えば、物理的気相堆積）又は化学堆積（例えば、化学的気相堆積）の方式で積層構造体を基体構造体に堆積することとして理解され得る。いくつかの実施例では、積層構造体の少なくとも一部の構造は、基体構造体の上表面又は下表面に固定されてもよく、基体構造体の側壁に固定されてもよい。例えば、積層構造体は、片持ち梁であってもよく、該片持ち梁は、板状構造体であってもよく、一端が基体構造体の上表面、下表面又は基体構造体の中空部分の所在する側壁に接続され、他端が基体構造体に接続又は接触しないことにより、基体構造体の中空部分にサスペンションして設置される。また例えば、積層構造体は、振動膜層（サスペンション膜構造体とも呼ばれる）を含んでもよく、サスペンション膜構造体は、基体構造体に固定的に接続され、積層構造体は、サスペンション膜構造体の上表面又は下表面に設置される。さらに例えば、積層構造体は、質量素子及び１つ以上の支持アームを含んでもよく、質量素子が１つ以上の支持アームにより基体構造体に固定的に接続され、該支持アームの一端が基体構造体に接続され、支持アームの他端が質量素子に接続されることにより、質量素子及び支持アームの一部の領域は、基体構造体の中空部分にサスペンションして設置される。本願で言及される「基体構造体の中空部分に位置する」又は「基体構造体の中空部分にサスペンションして設置される」ことは、基体構造体の中空部分の内部、下方又は上方にサスペンションして設置されることを意味してもよいと理解されるべきである。いくつかの実施例では、積層構造体は、振動ユニット及び音響変換ユニットを含んでもよい。具体的には、基体構造体は、外部の振動信号に基づいて振動することができ、振動ユニットは、基体構造体の振動に応答して変形し、音響変換ユニットは、振動ユニットの変形に基づいて電気信号を発生させる。ここでの振動ユニット及び音響変換ユニットについての説明は、積層構造体の動作原理を容易に説明するためのものに過ぎず、積層構造体の実際の構成及び構造を限定するものではないと理解されるべきである。実際には、振動ユニットは、必要とされなくてもよく、その機能を音響変換ユニットにより実現することも全く可能である。例えば、音響変換ユニットの構造に特定の変更を加えると、音響変換ユニットが基体構造体の振動に直接応答して電気信号を発生させてもよい。
振動ユニットとは、積層構造体における外力又は慣性力により変形しやすい部分であり、振動ユニットは、外力又は慣性力による変形を音響変換ユニットに伝達することができる。いくつかの実施例では、振動ユニットと音響変換ユニットとは、積層されて積層構造体を形成する。音響変換ユニットは、振動ユニットの上層に位置してもよく、振動ユニットの下層に位置してもよい。例えば、積層構造体が片持ち梁構造である場合、振動ユニットは、少なくとも１つの弾性層を含んでもよく、音響変換ユニットは、上から下へ順に設置された第１の電極層、圧電層及び第２の電極層を含んでもよく、弾性層は、第１の電極層又は第２の電極層の表面に位置し、弾性層は、振動中に変形することができ、圧電層は、弾性層の変形に基づいて電気信号を発生させ、第１の電極層及び第２の電極層は、該電気信号を収集することができる。また例えば、振動ユニットは、サスペンション膜構造体であってもよく、サスペンション膜構造体の特定領域の密度を変更するか又はサスペンション膜構造体に孔を開けるか又はサスペンション膜構造体にカウンタウェイト（質量素子とも呼ばれる）を設置するなどの方式で、音響変換ユニットの近くにあるサスペンション膜構造体が外力により容易に変形することにより、音響変換ユニットを駆動して電気信号を発生させる。さらに例えば、振動ユニットは、少なくとも１つの支持アーム及び質量素子を含んでもよく、質量素子は、支持アームにより基体構造体の中空部分にサスペンションして設置され、基体構造体が振動する場合、振動ユニットの支持アーム及び質量素子は、基体構造体に対して相対的に移動し、支持アームが変形して音響変換ユニットに作用して、電気信号を発生させる。
音響変換ユニットとは、積層構造体における、振動ユニットの変形を電気信号に変換する部分である。いくつかの実施例では、音響変換ユニットは、少なくとも２つの電極層（例えば、第１の電極層及び第２の電極層）及び圧電層を含んでもよく、圧電層は、第１の電極層と第２の電極層との間に位置してもよい。圧電層とは、外力を受けるときにその両端面に電圧を発生させることができる構造である。いくつかの実施例では、圧電層は、半導体堆積プロセス（例えば、マグネトロンスパッタリング、ＭＯＣＶＤ）により得られた圧電ポリマーフィルムであってもよい。本明細書の実施例では、圧電層は、振動ユニットの変形応力により電圧を発生させることができ、第１の電極層及び第２の電極層は、該電圧（電気信号）を収集することができる。いくつかの実施例では、圧電層の材料は、圧電フィルム材料を含んでもよく、圧電フィルム材料は、堆積プロセス（例えば、マグネトロンスパッタリング堆積プロセス、化学的気相堆積プロセスなど）により製造されたフィルム材料（例えば、ＡＩＮ、ＰＺＴフィルム材料）であってもよい。別のいくつかの実施例では、圧電層の材料は、圧電結晶材料及び圧電セラミック材料を含んでもよい。圧電結晶とは、圧電単結晶である。いくつかの実施例では、圧電結晶材料は、水晶、閃亜鉛鉱、方硼石、電気石、紅亜鉛鉱、ＧａＡｓ、チタン酸バリウム及びその誘導体結晶、ＫＨ２ＰＯ４、ＮａＫＣ４Ｈ４Ｏ６・４Ｈ２Ｏ（ロッシェル塩）など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。圧電セラミック材料とは、異なる材料の粉末間の固相反応と焼結により得られた微細結晶粒がランダムに集合して形成された圧電多結晶体であってもよい。いくつかの実施例では、圧電セラミック材料は、チタン酸バリウム（ＢＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸鉛バリウムリチウム（ＰＢＬＮ）、改質チタン酸鉛、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、圧電層の材料は、圧電ポリマー材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などであってもよい。
いくつかの実施例では、基体構造体及び積層構造体は、骨伝導音響伝達装置のハウジング内に位置してもよく、基体構造体は、ハウジングの内壁に固定的に接続され、積層構造体は、基体構造体に載置される。骨伝導音響伝達装置のハウジングが外力を受けて振動する場合（例えば、人が話すときに顔の振動によりハウジングを振動させる）、ハウジングの振動により基体構造体を振動させ、さらに、振動ユニットが変形する場合、音響変換ユニットの圧電層は、振動ユニットの変形応力を受けて電位差（電圧）を発生させ、音響変換ユニットにおけるそれぞれ圧電層の上表面と下表面に位置する少なくとも２つの電極層（例えば、第１の電極層及び第２の電極層）は、該電位差を収集して外部の振動信号を電気信号に変換することができる。単に例示的な説明として、本願の実施例に記載の骨伝導音響伝達装置は、イヤホン（例えば、骨伝導イヤホン又は空気伝導イヤホン）、メガネ、仮想現実装置、ヘルメットなどに適用されてもよく、骨伝導音響伝達装置は、人体の頭部（例えば、顔）、首、耳の近傍及び頭頂などの位置に配置されてもよく、骨伝導音響伝達装置は、人が話すときの骨の振動信号をピックアップして、電気信号に変換することにより、音声を収集することができる。なお、基体構造体は、骨伝導音響伝達装置のハウジングと独立した構造に限定されず、いくつかの実施例では、基体構造体は、骨伝導音響伝達装置のハウジングの一部であってもよい。
骨伝導音響伝達装置は、外部の振動信号を受信してから、積層構造体（音響変換ユニット及び振動ユニットを含む）により振動信号を電気信号に変換し、バックエンド回路により処理した後に電気信号を出力する。骨伝導音響伝達装置が外部の振動信号により動作し、外力の作用周波数がシステムの固有発振周波数と同じであるか又は非常に近いとき、振幅が激しく増大するという現象は、共振と呼ばれ、共振が発生するときの周波数は、「共振周波数」と呼ばれる。骨伝導音響伝達装置は、固有周波数を有し、外部の振動信号の周波数が該固有周波数に近い場合、積層構造体は、大きな振幅を発生させて、大きな電気信号を出力する。したがって、骨伝導音響伝達装置の外部振動に対する応答は、固有周波数の近くに共振ピークが発生すると表現される。したがって、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、実質的には数値的に固有周波数と等しい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の固有周波数とは、積層構造体の固有周波数であってもよい。いくつかの実施例では、積層構造体の固有周波数の範囲は、２．５ｋＨｚ～４．５ｋＨｚである。いくつかの実施例では、人体の骨伝導信号が１ｋＨｚより大きくなった後に迅速に減衰するため、骨伝導音響伝達装置の共振周波数（又は、積層構造体の固有周波数）を１ｋＨｚ～５ｋＨｚの音声周波数帯域の範囲に調整することが望ましい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、２ｋＨｚ～５ｋＨｚである。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、２．５ｋＨｚ～４．９ｋＨｚである。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数を１ｋＨｚ～４．５ｋＨｚの音声周波数帯域の範囲に調整してもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数を２．５ｋＨｚ～４．５ｋＨｚの音声周波数帯域の範囲に調整してもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数を２．５ｋＨｚ～３．５ｋＨｚの音声周波数帯域の範囲に調整してもよい。上記共振周波数範囲の調整によって、骨伝導音響伝達装置の共振ピークを１ｋＨｚ～５ｋＨｚの音声周波数帯域の範囲にすることにより、骨伝導音響伝達装置が音声周波数帯域（例えば、共振ピークの周波数より小さい周波数帯域範囲、すなわち２０Ｈｚ～５ｋＨｚ）の振動に応答する感度を向上させることができる。
いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、３．５ｋＨｚ～４．７ｋＨｚである。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、４ｋＨｚ～４．５ｋＨｚである。
骨伝導音響伝達装置が質量－バネ－減衰システムモデルに等価することができるため、骨伝導音響伝達装置が動作するときに、質量－バネ－減衰システムが加振力により強制的に振動させられることに等価することができ、その振動法則が質量－バネ－減衰システムの法則に合致する。したがって、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、その内部アセンブリ（例えば、振動ユニット又は積層構造体）の等価剛性及び等価質量に関連し、骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、その内部アセンブリの等価剛性と正の相関関係にあり、その内部アセンブリの等価質量と負の相関関係にある。等価剛性は、骨伝導音響伝達装置が質量－バネ－減衰システムモデルに等価した剛性であり、等価質量は、骨伝導音響伝達装置が質量－バネ－減衰システムモデルに等価した質量である。したがって、骨伝導音響伝達装置の共振周波数（又は、固有周波数）を調整することは、振動ユニット又は積層構造体の等価剛性及び等価質量を調整することに相当する。
骨伝導音響伝達装置は、動作するときに、質量－バネ－減衰システムモデルが加振外力により強制的に振動させられることに等価することができ、振動法則が質量－バネ－減衰システムモデルの法則に合致し、加振外力により、共振周波数ｆ０の影響パラメータは、システム等価剛性ｋ、システム等価質量ｍ、システム等価相対減衰係数（減衰比）ξを含むが、それらに限定されない。いくつかの実施例では、システム等価剛性ｋは、骨伝導音響伝達装置のシステムの共振周波数ｆ０と正の相関関係にあり、システム等価質量ｍは、骨伝導音響伝達装置のシステムの共振周波数ｆ０と負の相関関係にあり、システム等価相対減衰係数（減衰比）ξは、骨伝導音響伝達装置のシステムの共振周波数ｆ０と負の相関関係にある。いくつかの実施例では、
は、骨伝導音響伝達装置のシステムの共振周波数ｆ０と正の相関関係にある。いくつかの実施例では、周波数応答は、下記式を満たす。
式中、ｆ０は、骨伝導音響伝達装置のシステムの共振周波数であり、ｋは、システム等価剛性であり、ｍは、システム等価質量であり、ξは、システム等価相対減衰係数（減衰比）である。
大部分の骨伝導音響伝達装置、特に圧電型の骨伝導音響伝達装置は、システム等価相対減衰係数ξが一般的に小さく、システムの共振周波数ｆ０が主に等価剛性及び等価質量の影響を受ける。図８に示された骨伝導音響伝達装置を例とし、その支持アーム８３０は、振動システムにバネ及び減衰作用を提供し、質量素子８４０は、質量作用を提供する。したがって、支持アーム８３０は、主にシステム等価剛性ｋに影響を与え、同時にシステム等価質量ｍに影響を与え、質量素子８４０は、主にシステム等価質量ｍに影響を与え、同時にシステム等価剛性ｋに影響を与える。構造が複雑である骨伝導音響伝達装置に対して、その共振周波数ｆ０を理論的に求める難度が高く、有限要素シミュレーションツールを用いて、対応する構造及びパラメータのモデルを確立することにより、骨伝導音響伝達装置の周波数応答を求めることができる。いくつかの実施例では、異なる材料を選択して以下に記載の電極層（第１の電極層及び第２の電極層を含む）、圧電層、弾性層及び質量素子などを製造することができ、骨伝導音響伝達装置の共振周波数ｆ０を調整することができる。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の構造、例えば、支持アームに質量素子を追加した構造、片持ち梁の構造、サスペンション膜に孔を開けた構造、サスペンション膜に質量素子を追加した構造を設計することにより、骨伝導音響伝達装置の共振周波数ｆ０を調整することができる。いくつかの実施例では、異なる部材のサイズを設計することにより、例えば、支持アーム、質量素子、片持ち梁、サスペンション膜などの長さ、幅、厚さなどのサイズを設計することにより、骨伝導音響伝達装置の共振周波数ｆ０を調整することができる。
いくつかの実施例では、振動ユニット及び音響変換ユニットの構造パラメータを変更することにより、等価剛性及び等価質量を調整して、積層構造体の固有周波数を音声周波数帯域の範囲に低下させることができる。例えば、振動ユニットに孔を設置して振動ユニットの等価剛性を調整することができる。また例えば、振動ユニットに質量素子を設置して積層構造体の等価質量を調整することができる。また例えば、振動ユニットに支持アームを設置して積層構造体の等価剛性を調整することができる。振動ユニット及び音響変換ユニットの構造パラメータの調整に関するより多くの内容について、以下の説明を参照することができ、本明細書では説明を省略する。
図１は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図である。図２は、図１に示された骨伝導音響伝達装置のＡ－Ａでの断面図である。
図１及び図２に示すように、骨伝導音響伝達装置１００は、基体構造体１１０及び積層構造体を含んでもよく、積層構造体の少なくとも一部は、基体構造体１１０に接続される。基体構造体１１０は、内部が中空のフレーム構造体であってもよく、積層構造体の一部の構造（例えば、積層構造体の基体構造体１１０と積層構造体との接続箇所から離れた一端）は、該フレーム構造体の中空部分に位置してもよい。なお、フレーム構造体は、図１に示された直方体状に限定されず、いくつかの実施例では、フレーム構造体は、角錐台、円柱体などの規則的又は不規則的な構造体であってもよい。いくつかの実施例では、積層構造体は、片持ち梁の形式で基体構造体１１０に固定的に接続されてもよい。さらに、積層構造体は、固定端及び自由端を含んでもよく、積層構造体の固定端は、フレーム構造体に固定的に接続され、積層構造体の自由端は、フレーム構造体に接続又は接触しないことにより、フレーム構造体の中空部分にサスペンションして設置されてもよい。いくつかの実施例では、積層構造体の固定端は、基体構造体１１０の上表面、下表面又は基体構造体１１０の中空部分の所在する側壁に接続されてもよい。いくつかの実施例では、基体構造体１１０の中空部分の所在する側壁には、積層構造体の固定端に適合する取付溝がさらに設置されることにより、積層構造体の固定端が基体構造体１１０に嵌合接続されてもよい。積層構造体と基体構造体１１０との間の安定性を向上させるために、いくつかの実施例では、積層構造体は、接続ベース１４０を含んでもよい。単に例示として、図１に示すように、接続ベース１４０は、積層構造体の表面の固定端に固定的に接続される。いくつかの実施例では、接続ベース１４０の固定端は、基体構造体１１０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、接続ベース１４０の固定端は、基体構造体１１０の中空部分の所在する側壁に位置してもよい。例えば、基体構造体１１０の中空部分の所在する側壁には、固定端に適合する取付溝が形成されることにより、積層構造体の固定端と基体構造体１１０が取付溝により嵌合接続される。ここでの「接続」は、積層構造体及び基体構造体１１０をそれぞれ製造した後、積層構造体及び基体構造体１１０を溶接、リベット接続、接着、ボルト接続、係止などの方式で固定的に接続し、あるいは、製造中に、物理堆積（例えば、物理的気相堆積）又は化学堆積（例えば、化学的気相堆積）の方式で積層構造体を基体構造体１１０に堆積することとして理解され得る。いくつかの実施例では、接続ベース１４０は、積層構造体と独立した構造であってもよく、積層構造体と一体成形されてもよい。
いくつかの実施例では、積層構造体は、音響変換ユニット１２０及び振動ユニット１３０を含んでもよい。振動ユニット１３０とは、積層構造体における弾性変形可能な部分であり、音響変換ユニット１２０とは、積層構造体における振動ユニット１３０の変形を電気信号に変換する部分である。いくつかの実施例では、振動ユニット１３０は、音響変換ユニット１２０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、振動ユニット１３０は、少なくとも１つの弾性層を含んでもよい。単に例示的な説明として、図１に示された振動ユニット１３０は、上から下へ順に設置された第１の弾性層１３１及び第２の弾性層１３２を含んでもよい。第１の弾性層１３１及び第２の弾性層１３２は、半導体材料で製造された板状構造であってもよい。いくつかの実施例では、半導体材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素などを含んでもよい。いくつかの実施例では、第１の弾性層１３１及び第２の弾性層１３２の材料は、同じであってもよく、異なってもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット１２０は、少なくとも、上から下へ順に設置された第１の電極層１２１、圧電層１２２及び第２の電極層１２３を含み、弾性層（例えば、第１の弾性層１３１及び第２の弾性層１３２）は、第１の電極層１２１の上表面又は第２の電極層１２３の下表面に位置してもよい。圧電層１２２は、圧電効果に基づいて、振動ユニット１３０（例えば、第１の弾性層１３１及び第２の弾性層１３２）の変形応力により電圧（電位差）を発生させることができ、第１の電極層１２１及び第２の電極層１２３は、該電圧（電気信号）を導出することができる。いくつかの実施例では、圧電層の材料は、圧電フィルム材料を含んでもよく、圧電フィルム材料は、堆積プロセス（例えば、マグネトロンスパッタリング堆積プロセス、化学的気相堆積プロセスなど）により製造されたフィルム材料（例えば、ＡＩＮ、ＰＺＴフィルム材料）であってもよい。別のいくつかの実施例では、圧電層１２２の材料は、圧電結晶材料及び圧電セラミック材料を含んでもよい。圧電結晶材料とは、圧電単結晶である。いくつかの実施例では、圧電結晶材料は、水晶、閃亜鉛鉱、方硼石、電気石、紅亜鉛鉱、ＧａＡｓ、チタン酸バリウム及びその誘導体結晶、ＫＨ２ＰＯ４、ＮａＫＣ４Ｈ４Ｏ６・４Ｈ２Ｏ（ロッシェル塩）など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。圧電セラミック材料とは、異なる材料の粉末間の固相反応と焼結により得られた微細結晶粒がランダムに集合して形成された圧電多結晶体であってもよい。いくつかの実施例では、圧電セラミック材料は、チタン酸バリウム（ＢＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸鉛バリウムリチウム（ＰＢＬＮ）、改質チタン酸鉛、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、圧電層１２２の材料は、圧電ポリマー材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などであってもよい。いくつかの実施例では、第１の電極層１２１及び第２の電極層１２３は、導電性材質構造である。例示的な導電性材質は、金属、合金材料、金属酸化物材料、グラフェンなど、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、金属及び合金材料は、ニッケル、鉄、鉛、白金、チタン、銅、モリブデン、亜鉛、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、合金材料は、銅亜鉛合金、銅錫合金、銅ニッケルケイ素合金、銅クロム合金、銅銀合金など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、金属酸化物材料は、ＲμＯ２、ＭｎＯ２、ＰｂＯ２、ＮｉＯなど、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
積層構造体と基体構造体１１０が相対的に移動する場合、積層構造体の振動ユニット１３０（例えば、第１の弾性層１３１又は第２の弾性層１３２）の異なる位置の変形程度は異なり、すなわち、振動ユニット１３０の異なる位置からの音響変換ユニット１２０の圧電層１２２に対する変形応力は異なり、骨伝導音響伝達装置１００の感度を向上させるために、いくつかの実施例では、音響変換ユニット１２０を振動ユニット１３０の変形程度が大きい位置のみに設置することにより、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比を向上させることができる。よって、音響変換ユニット１２０の第１の電極層１２１、圧電層１２２、及び／又は第２の電極層１２３の面積は、振動ユニット１３０の面積以下であってもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比をさらに向上させるために、音響変換ユニット１２０によって被覆された振動ユニット１３０の面積は、振動ユニット１３０の面積の１／２以下である。好ましくは、音響変換ユニット１２０によって被覆された振動ユニット１３０の面積は、振動ユニット１３０の面積の１／３以下である。さらに好ましくは、音響変換ユニット１２０によって被覆された振動ユニット１３０の面積は、振動ユニット１３０の面積の１／４以下である。さらに、いくつかの実施例では、音響変換ユニット１２０の位置は、積層構造体と基体構造体１１０との接続箇所に近接してもよい。振動ユニット１３０（例えば、弾性層）が積層構造体と基体構造体１１０との接続箇所の近くに外力を受けるときに発生する変形の程度が大きく、音響変換ユニット１２０が積層構造体と基体構造体１１０との接続箇所の近くに受ける変形応力も大きく、音響変換ユニット１２０を変形応力が大きい領域に配置することにより、骨伝導音響伝達装置１００の感度を向上させると共に、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比を向上させることができる。なお、ここでの音響変換ユニット１２０が積層構造体と基体構造体１１０との接続箇所に近接してもよいことは、積層構造体の自由端に対するものであり、すなわち、音響変換ユニット１２０から積層構造体と基体構造体１１０との接続箇所までの距離は、音響変換ユニット１２０から自由端までの距離より小さい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット１２０における圧電層１２２の面積及び位置を調整するだけで骨伝導音響伝達装置１００の感度及び信号対雑音比を向上させることができる。例えば、第１の電極層１２１及び第２の電極層１２３は、振動ユニット１３０の表面を完全に又は部分的に被覆し、圧電層１２２の面積は、第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積以下であってもよい。いくつかの実施例では、圧電層１２２によって被覆された第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積は、第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積の１／２以下である。好ましくは、圧電層１２２によって被覆された第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積は、第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積の１／３以下である。さらに好ましくは、圧電層１２２によって被覆された第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積は、第１の電極層１２１又は第２の電極層１２３の面積の１／４以下である。いくつかの実施例では、第１の電極層１２１及び第２の電極層１２３が接続されて短絡が発生するという問題を防止するために、第１の電極層１２１の面積が圧電層１２２又は第２の電極層１２３の面積より小さくてもよい。例えば、圧電層１２２、第２の電極層１２３及び振動ユニット１３０は、面積が同じであり、第１の電極層１２１の面積は、振動ユニット１３０（例えば、弾性層）、圧電層１２２又は第２の電極層１２３の面積より小さい。このような場合、第１の電極層１２１の全領域が圧電層１２２の表面に位置し、かつ第１の電極層１２１の縁部が圧電層１２２の縁部から一定の間隔で離隔されるため、第１の電極層１２１は、圧電層１２２の縁部における材料の品質が低い領域を避けることにより、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、出力電気信号を増大させて、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比を向上させるために、圧電層１２２は、積層構造体の中性層の側に位置してもよい。中性層とは、積層構造体における、変形時に変形応力がほぼゼロである平面層である。いくつかの実施例では、圧電層１２２の単位厚さ当たりの応力及び応力変化勾配を調整する（例えば、増大させる）ことにより、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比を向上させることができる。いくつかの実施例では、音響変換ユニット１２０（例えば、第１の電極層１２１、圧電層１２２、及び第２の電極層１２３）、振動ユニット１３０（例えば、第１の弾性層１３１、及び第２の弾性層１３２）の形状、厚さ、材料、及びサイズ（例えば、長さ、幅、及び厚さ）を調整することにより、骨伝導音響伝達装置１００の信号対雑音比及び感度を向上させることができる。
いくつかの実施例では、積層構造体の反り変形問題を解決するために、積層構造体における各層の応力のバランスをとることにより、片持ち梁の中性層の上下部分が受ける応力のタイプ（例えば、引張応力、及び圧縮応力）を同じにし、大きさを等しくする必要がある。例えば、圧電層１２２がＡＩＮ材料層である場合、圧電層１２２は、片持ち梁の中性層の側に設置され、ＡＩＮ材料層は、一般的に引張応力を受け、中性層の他側に位置する弾性層が受ける総合応力も引張応力であるべきである。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット１２０は、他の層に良好な成長表面構造体を提供するシード層（図示せず）をさらに含んでもよく、シード層は、第２の電極層１２３の下表面に位置する。いくつかの実施例では、シード層の材料は、圧電層１２２の材料と同じであってもよい。例えば、圧電層１２２の材料がＡｌＮである場合、シード層の材料もＡｌＮである。なお、振動ユニット１３０が第２の電極層１２３の下表面に位置する場合、シード層は、第１の電極層１２１の上表面に位置してもよい。さらに、音響変換ユニット１２０がシード層を含む場合、振動ユニット１３０（例えば、第１の弾性層１３１、及び第２の弾性層１３２）は、シード層の圧電層１２２から離れた表面に位置してもよい。他の実施例では、シード層の材料は、圧電層１２２の材料と異なってもよい。
なお、積層構造体の形状は、図１に示された矩形に限定されず、三角形、台形、円形、半円形、１／４円形、楕円形、半楕円形などの規則的又は不規則的な形状であってもよく、本明細書では、さらに限定しない。また、積層構造体の数も図１に示された１つに限定されず、２つ、３つ、４つ以上であってもよい。様々な積層構造体は、基体構造体１１０の中空部分にサスペンションして並設されてもよく、積層構造体の各層の配列方向に沿って基体構造体１１０の中空部分に順にサスペンションして設置されてもよい。
図３は、本願のいくつかの実施例に示す別の骨伝導音響伝達装置の概略構成図である。図３に示された骨伝導音響伝達装置３００は、図１に示された骨伝導音響伝達装置１００とほぼ同じであり、その最大の相違点は、図３に示された骨伝導音響伝達装置３００の積層構造体の形状がそれと異なることである。図３に示すように、骨伝導音響伝達装置３００は、基体構造体３１０及び積層構造体を含み、積層構造体の形状は台形である。さらに、骨伝導音響伝達装置３００の積層構造体の幅は、自由端から固定端まで徐々に小さくなる。他の実施例では、骨伝導音響伝達装置３００の積層構造体の幅は、自由端から固定端まで徐々に大きくなってもよい。なお、ここでの基体構造体３１０の構造は、基体構造体１１０の構造と類似し、振動ユニット３３０の構造は、振動ユニット１３０の構造と類似する。音響変換ユニット３２０の第１の電極層３２１、圧電層３２２及び第２の電極層３２３、並びに振動ユニット３３０の第１の弾性層３３１及び第２の弾性層３３２などの各層の詳細について、図１における音響変換ユニット１２０及び振動ユニット１３０の各層の内容を参照することができる。また、音響変換ユニット１２０及び振動ユニット１３０における他の部材（例えば、シード層）は、図３に示された骨伝導音響伝達装置３００に同様に適用され、本明細書では説明を省略する。
図４は、本願の別のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図である。図４に示すように、骨伝導音響伝達装置４００は、基体構造体４１０及び積層構造体を含んでもよく、積層構造体の少なくとも一部は、基体構造体４１０に接続される。いくつかの実施例では、基体構造体４１０は、内部が中空のフレーム構造体であってもよく、積層構造体の一部の構造（例えば、積層構造体の基体構造体４１０と積層構造体との接続箇所から離れた一端）は、該フレーム構造体の中空部分に位置してもよい。なお、フレーム構造体は、図４に示された直方体状に限定されず、いくつかの実施例では、フレーム構造体は、角錐台、円柱体などの規則的又は不規則的な構造体であってもよい。いくつかの実施例では、積層構造体は、片持ち梁の形式で基体構造体４１０に固定的に接続されてもよい。さらに、積層構造体は、固定端及び自由端を含んでもよく、積層構造体の固定端は、フレーム構造体に固定的に接続され、積層構造体の自由端は、フレーム構造体に接続又は接触しないことにより、フレーム構造体の中空部分にサスペンションして設置されてもよい。いくつかの実施例では、積層構造体の固定端は、基体構造体４１０の上表面、下表面又は基体構造体４１０の中空部分の所在する側壁に接続されてもよい。いくつかの実施例では、基体構造体４１０の中空部分の所在する側壁には、積層構造体の固定端に適合する取付溝がさらに設置されることにより、積層構造体の固定端が基体構造体４１０に嵌合接続されてもよい。ここでの「接続」は、積層構造体及び基体構造体４１０をそれぞれ製造した後、積層構造体及び基体構造体４１０を溶接、リベット接続、係止、ボルト接続などの方式で固定的に接続することとして理解され得る。いくつかの実施例では、製造中に、物理堆積（例えば、物理的気相堆積）又は化学堆積（例えば、化学的気相堆積）の方式で積層構造体を基体構造体４１０に堆積してもよい。いくつかの実施例では、基体構造体４１０に１つ又は複数の積層構造体を設置してもよく、例えば、積層構造体の数は、１つ、２つ、３つ、７つなどであってもよい。さらに、複数の積層構造体は、基体構造体４１０の周方向に沿って等間隔で均一に配列されてもよく、不均一に配列されてもよい。
いくつかの実施例では、積層構造体は、音響変換ユニット４２０及び振動ユニット４３０を含んでもよい。振動ユニット４３０は、音響変換ユニット４２０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、振動ユニット４３０は、少なくとも１つの弾性層を含んでもよい。弾性層は、半導体材料で製造された板状構造であってもよい。いくつかの実施例では、半導体材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素などを含んでもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット４２０は、電極層及び圧電層４２３を含んでもよく、電極層は、第１の電極４２１及び第２の電極４２２を含む。本明細書の実施例では、該圧電層４２３は、圧電効果に基づいて、振動ユニット４３０の変形応力により電圧（電位差）を発生させることができ、第１の電極４２１及び第２の電極４２２は、該電圧（電気信号）を導出することができる。いくつかの実施例では、第１の電極４２１及び第２の電極４２２は、圧電層４２３の同一の表面（例えば、上表面又は下表面）に間隔を隔てて設置され、電極層及び振動ユニット４３０は、圧電層４２３の異なる表面に位置する。例えば、振動ユニット４３０が圧電層４２３の下表面に位置する場合、電極層（第１の電極４２１及び第２の電極４２２）は、圧電層４２３の上表面に位置してもよい。また例えば、振動ユニット４３０が圧電層４２３の上表面に位置する場合、電極層（第１の電極４２１及び第２の電極４２２）は、圧電層４２３の下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、電極層及び振動ユニット４３０は、圧電層４２３の同じ側に位置してもよい。例えば、電極層は、圧電層４２３と振動ユニット４３０との間に位置する。いくつかの実施例では、第１の電極４２１は、第１の櫛歯状構造４２１０に折り曲げられてもよく、第１の櫛歯状構造４２１０は、複数の櫛歯構造を含んでもよく、第１の櫛歯状構造４２１０の隣接する櫛歯構造の間に第１の間隔を有し、該第１の間隔は、同じであってもよく、異なっていてもよい。第２の電極４２２は、第２の櫛歯状構造４２２０に折り曲げられてもよく、第２の櫛歯状構造４２２０は、複数の櫛歯構造を含んでもよく、第２の櫛歯状構造４２２０の隣接する櫛歯構造の間に第２の間隔を有し、該第２の間隔は、同じであってもよく、異なっていてもよい。第１の櫛歯状構造４２１０は、第２の櫛歯状構造４２２０と嵌合して電極層を形成し、さらに、第１の櫛歯状構造４２１０の櫛歯構造が第２の櫛歯状構造４２２０の第２の間隔へ入り込み、第２の櫛歯状構造４２２０の櫛歯構造が第１の櫛歯状構造４２１０の第１の間隔へ入り込むことにより、互いに嵌合して電極層を形成してもよい。第１の櫛歯状構造４２１０及び第２の櫛歯状構造４２２０が互いに嵌合することにより、第１の電極４２１及び第２の電極４２２は、コンパクトに配列されるが、交差しない。いくつかの実施例では、第１の櫛歯状構造４２１０及び第２の櫛歯状構造４２２０は、片持ち梁の長手方向（例えば、固定端から自由端への方向）に沿って延在する。いくつかの実施例では、圧電層４２３は、好ましくは、圧電セラミック材料で製造され、圧電層４２３が圧電セラミック材料で製造される場合、圧電層４２３の分極方向は、片持ち梁の長手方向と一致し、圧電セラミックの圧電定数ｄ３３の特性を利用して、出力信号を大幅に強化し、感度を向上させる。圧電定数ｄ３３とは、圧電層４２３が機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する比例定数である。なお、図４に示された圧電層４２３は、他の材料で製造されてもよく、他の材料で製造された圧電層４２３の分極方向が片持ち梁の厚さ方向と一致する場合、音響変換ユニット４２０は、図１に示された音響変換ユニット１２０によって置き換えられてもよい。
積層構造体と基体構造体４１０が相対的に移動する場合、積層構造体の振動ユニット４３０の異なる位置の変形程度は異なり、すなわち、振動ユニット４３０の異なる位置からの音響変換ユニット４２０の圧電層４２３に対する変形応力は異なり、骨伝導音響伝達装置４００の感度を向上させるために、いくつかの実施例では、音響変換ユニット４２０を振動ユニット４３０の変形程度が大きい位置のみに設置することにより、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比を向上させることができる。よって、音響変換ユニット４２０の電極層及び／又は圧電層４２３の面積は、振動ユニット４３０の面積以下であってもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比をさらに向上させるために、音響変換ユニット４２０によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、振動ユニット４３０の面積以下である。好ましくは、音響変換ユニット４２０によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、振動ユニット４３０の面積の１／２以下である。好ましくは、音響変換ユニット４２０によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、振動ユニット４３０の面積の１／３以下である。さらに好ましくは、音響変換ユニット４２０によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、振動ユニット４３０の面積の１／４以下である。さらに、いくつかの実施例では、音響変換ユニット４２０は、積層構造体と基体構造体４１０との接続箇所に近接してもよい。振動ユニット４３０（例えば、弾性層）が積層構造体と基体構造体４１０との接続箇所の近くに外力を受けるときに発生する変形の程度が大きく、音響変換ユニット４２０が積層構造体と基体構造体４１０との接続箇所の近くに受ける変形応力も大きいため、音響変換ユニット４２０を該変形応力が大きい領域に配置することにより、骨伝導音響伝達装置４００の感度を向上させると共に、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比を向上させることができる。なお、ここでの音響変換ユニット４２０が積層構造体と基体構造体４１０との接続箇所に近接してもよいことは、積層構造体の自由端に対するものであり、すなわち、音響変換ユニット４２０から積層構造体と基体構造体４１０との接続箇所までの距離は、音響変換ユニット４２０から自由端までの距離より小さい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット４２０における圧電層４２３の面積及び位置を調整するだけで骨伝導音響伝達装置４００の感度及び信号対雑音比を向上させることができる。例えば、電極層は、振動ユニット４３０の表面を完全に又は部分的に被覆し、圧電層４２３の面積は、電極層の面積以下であってもよい。好ましくは、圧電層４２３によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、電極層の面積の１／２以下である。好ましくは、圧電層４２３によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、電極層の面積の１／３以下である。さらに好ましくは、圧電層４２３によって被覆された振動ユニット４３０の面積は、電極層の面積の１／４以下である。いくつかの実施例では、圧電層４２３の面積は、振動ユニット４３０の面積と同じであってもよく、電極層の全領域が圧電層４２３に位置してもよく、電極層の縁部が圧電層４２３の縁部から一定の間隔で離隔されることにより、電極層の第１の電極４２１及び第２の電極４２２は、圧電層４２３の縁部における材料の品質が低い領域を避けることで、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比をさらに向上させることができる。
いくつかの実施例では、出力電気信号を増大させ、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比を向上させるために、音響変換ユニット４２０（例えば、第１の電極４２１、圧電層４２３、及び第２の電極４２２）、振動ユニット４３０（例えば、弾性層）の形状、厚さ、材料、及びサイズ（例えば、長さ、幅、及び厚さ）を調整することにより、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比及び感度を向上させることができる。
いくつかの実施例では、出力電気信号を増大させ、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比を向上させるために、第１の櫛歯状構造４２１０及び第２の櫛歯状構造４２２０の単一の櫛歯構造の長さ、幅、櫛歯構造間の間隔（例えば、第１の間隔及び第２の間隔）及び音響変換ユニット４２０全体の長さを調整することにより、出力電圧電気信号を増大させ、骨伝導音響伝達装置４００の信号対雑音比を向上させることもできる。
図５は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図である。図６は、図５に示された骨伝導音響伝達装置の部分構造の断面図である。図５及び図６に示すように、骨伝導音響伝達装置５００は、基体構造体５１０及び積層構造体を含んでもよく、積層構造体の少なくとも一部の構造は、基体構造体５１０に接続される。いくつかの実施例では、基体構造体５１０は、内部が中空のフレーム構造体であってもよく、積層構造体の一部の構造は、該フレーム構造体の中空部分に位置してもよい。なお、フレーム構造体は、図５に示された直方体状に限定されず、いくつかの実施例では、フレーム構造体は、角錐台、円柱体などの規則的又は不規則的な構造体であってもよい。
いくつかの実施例では、積層構造体は、音響変換ユニット５２０及び振動ユニットを含んでもよい。いくつかの実施例では、振動ユニットは、音響変換ユニット５２０の上表面又は下表面に設置されてもよい。図５に示すように、振動ユニットは、サスペンション膜構造体５３０を含み、サスペンション膜構造体５３０は、周側により基体構造体５１０に接続されて基体構造体５１０に固定され、サスペンション膜構造体５３０の中心領域は、基体構造体５１０の中空部分にサスペンションして設置される。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体５３０は、基体構造体５１０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体５３０の周側は、基体構造体５１０の中空部分の内壁に接続されてもよい。ここでの「接続」は、サスペンション膜構造体５３０及び基体構造体５１０をそれぞれ製造した後、サスペンション膜構造体５３０を機械的固定方式（例えば、強力接着、リベット接続、クリップ、嵌め込みなどの方式）で基体構造体５１０の上表面、下表面又は基体構造体５１０の中空部分の側壁に固定し、あるいは、製造中に、物理堆積（例えば、物理的気相堆積）又は化学堆積（例えば、化学的気相堆積）の方式でサスペンション膜構造体５３０を基体構造体５１０に堆積することとして理解され得る。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体５３０は、少なくとも１つの弾性層を含んでもよい。弾性層は、半導体材料で製造された膜状構造であってもよい。いくつかの実施例では、半導体材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素などを含んでもよい。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体５３０の形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形、又は他の任意の形状であってもよい。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット５２０は、サスペンション膜構造体５３０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体５３０は、複数の孔５３００を含んでもよく、複数の孔５３００は、音響変換ユニット５２０の中心の周りで音響変換ユニット５２０の周方向に沿って分布する。サスペンション膜構造体５３０に複数の孔５３００が設置されることにより、サスペンション膜構造体５３０の異なる位置の剛性を調整して、複数の孔５３００の近くの領域でのサスペンション膜構造体５３０の剛性を低下させ、複数の孔５３００から離れた領域でのサスペンション膜構造体５３０の剛性を相対的に大きくすることができ、サスペンション膜構造体５３０と基体構造体５１０が相対的に移動する場合、複数の孔５３００の近くの領域でのサスペンション膜構造体５３０の変形程度が大きく、複数の孔５３００から離れた領域でのサスペンション膜構造体５３０の変形程度が小さく、このとき、音響変換ユニット５２０をサスペンション膜構造体５３０上の複数の孔５３００の近くの領域に配置すると、音響変換ユニット５２０による振動信号の収集に役立つことにより、骨伝導音響伝達装置５００の感度を効果的に向上させ、また、骨伝導音響伝達装置５００の各部材の構造が簡単であるため、製造又は組み立てが容易になることが理解できる。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体５３０上の孔５３００は、円形孔、楕円形孔、方形孔、他の多角形孔などの任意の形状であってもよい。いくつかの実施例では、複数の孔５３００の大きさ、数、間隔距離、及び位置を変更して、骨伝導音響伝達装置５００の共振周波数（共振周波数を２ｋＨｚ～５ｋＨｚにする）及び応力分布などを調整することにより、骨伝導音響伝達装置５００の感度を向上させることもできる。なお、共振周波数は、上記２ｋＨｚ～５ｋＨｚに限定されず、３ｋＨｚ～４．５ｋＨｚ又は４ｋＨｚ～４．５ｋＨｚであってもよく、共振周波数の範囲は、様々な適用シーンに応じて適応的に調整することができ、本明細書ではさらに限定しない。
図５及び図６を参照して、いくつかの実施例では、音響変換ユニット５２０は、上から下へ順に設置された第１の電極層５２１、圧電層５２２及び第２の電極層５２３を含んでもよく、第１の電極層５２１と第２の電極層５２３の位置を逆にしてもよい。圧電層５２２は、圧電効果に基づいて、振動ユニット（例えば、サスペンション膜構造体５３０）の変形応力により電圧（電位差）を発生させることができ、第１の電極層５２１及び第２の電極層５２３は、該電圧（電気信号）を導出することができる。いくつかの実施例では、圧電層５２２の材料は、圧電結晶材料及び圧電セラミック材料を含んでもよい。圧電結晶とは、圧電単結晶である。いくつかの実施例では、圧電結晶材料は、水晶、閃亜鉛鉱、方硼石、電気石、紅亜鉛鉱、ＧａＡｓ、チタン酸バリウム及びその誘導体結晶、ＫＨ２ＰＯ４、ＮａＫＣ４Ｈ４Ｏ６・４Ｈ２Ｏ（ロッシェル塩）、砂糖など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。圧電セラミック材料とは、異なる材料の粉末間の固相反応と焼結により得られた微細結晶粒がランダムに集合して形成された圧電多結晶体である。いくつかの実施例では、圧電セラミック材料は、チタン酸バリウム（ＢＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸鉛バリウムリチウム（ＰＢＬＮ）、改質チタン酸鉛、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、圧電層５２２の材料は、圧電ポリマー材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などであってもよい。いくつかの実施例では、第１の電極層５２１及び第２の電極層５２３は、導電性材質構造である。例示的な導電性材質は、金属、合金材料、金属酸化物材料、グラフェンなど、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、金属と合金材料は、ニッケル、鉄、鉛、白金、チタン、銅、モリブデン、亜鉛など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、合金材料は、銅亜鉛合金、銅錫合金、銅ニッケルケイ素合金、銅クロム合金、銅銀合金など、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、金属酸化物材料は、ＲｕＯ２、ＭｎＯ２、ＰｂＯ２、ＮｉＯなど、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
図５に示すように、いくつかの実施例では、複数の孔５３００は、円形領域を囲み、音響変換ユニット５２０の音圧出力効果を向上させるために、音響変換ユニット５２０は、サスペンション膜構造体５３０における複数の孔５３００に近接する領域に設置されてもよく、さらに、音響変換ユニット５２０は、環状構造であり、複数の孔５３００で囲まれた円形領域の内側に沿って分布してもよい。いくつかの実施例では、環状構造の音響変換ユニット５２０は、複数の孔５３００で囲まれた円形領域の外側に沿って分布してもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット５２０の圧電層５２２は、圧電リングであってもよく、圧電リングの上下表面に位置する第１の電極層５２１及び第２の電極層５２３は、電極リングであってもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット５２０にリード構造５２００がさらに形成され、該リード構造５２００は、電極リング（例えば、第１の電極層５２１及び第２の電極層５２３）が収集した電気信号を後続の回路に伝送する。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置５００の出力電気信号を改善するために、音響変換ユニット５２０（例えば、環状構造）の縁部から各孔５３００の中心までの径方向の間隔は、１００μｍ～４００μｍであってもよい。好ましくは、音響変換ユニット５２０（例えば、環状構造）の縁部から各孔５３００の中心までの径方向の間隔は、１５０μｍ～３００μｍであってもよい。さらに好ましくは、音響変換ユニット５２０（例えば、環状構造）の縁部から各孔５３００の中心までの径方向の間隔は、１５０μｍ～２５０μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、リード構造５２００の形状、サイズ（例えば、長さ、幅、及び厚さ）、材質を調整することにより、骨伝導音響伝達装置５００の出力電気信号を改善することもできる。
いくつかの代替的な実施例では、さらにサスペンション膜構造体５３０の異なる領域の厚さ又は密度を調整することにより、サスペンション膜構造体５３０の異なる位置の変形応力を変更してもよい。単に例示的な説明として、いくつかの実施例では、音響変換ユニット５２０は、環状構造とされ、環状構造の内側領域でのサスペンション膜構造体５３０の厚さは、環状構造の外側領域でのサスペンション膜構造体５３０の厚さより大きい。別のいくつかの実施例では、環状構造の内側領域でのサスペンション膜構造体５３０の密度は、環状構造の外側領域でのサスペンション膜構造体５３０の密度より大きい。サスペンション膜構造体５３０の異なる位置の密度又は厚さを変更することにより、環状構造の内側領域でのサスペンション膜の質量は、環状構造の外側領域でのサスペンション膜の質量より大きく、サスペンション膜構造体５３０と基体構造体５１０が相対的に移動する場合、音響変換ユニット５２０の環状構造の近くのサスペンション膜構造体５３０が発生した変形の程度が大きく、発生した変形応力も大きく、その結果、骨伝導音響伝達装置５００の出力電気信号を改善する。
なお、複数の孔５３００で囲まれた領域の形状は、図５に示された円形に限定されず、半円形、１／４円形、楕円形、半楕円形、三角形、長方形などの他の規則的又は不規則的な形状であってもよく、音響変換ユニット５２０の形状は、複数の孔５３００で囲まれた領域の形状に応じて適応的に調整することができ、例えば、複数の孔５３００で囲まれた領域の形状が長方形である場合、音響変換ユニット５２０の形状は、長方形であってもよく、長方形の音響変換ユニット５２０は、複数の孔５３００で囲まれた長方形の内側又は外側に沿って分布してもよい。また例えば、複数の孔５３００で囲まれた領域の形状が半円形である場合、音響変換ユニット５２０の形状は、半環状であってもよく、半環状の音響変換ユニット５２０は、複数の孔５３００で囲まれた半環形の内側又は外側に沿って分布してもよい。いくつかの実施例では、図５に示されたサスペンション膜構造体５３０に孔を開けなくてもよい。
図７は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図である。図７に示された骨伝導音響伝達装置７００の構造は、図５に示された骨伝導音響伝達装置５００の構造とほぼ同じであるが、図７に示された骨伝導音響伝達装置７００の振動ユニットがサスペンション膜構造体７３０及び質量素子７４０を含むという点で相違する。
図７に示すように、骨伝導音響伝達装置７００は、基体構造体７１０及び積層構造体を含んでもよく、積層構造体の少なくとも一部の構造は、基体構造体７１０に接続される。いくつかの実施例では、基体構造体７１０は、内部が中空のフレーム構造体であってもよく、積層構造体の一部の構造は、該フレーム構造体の中空部分に位置してもよい。なお、フレーム構造体は、図７に示された直方体状に限定されず、いくつかの実施例では、フレーム構造体は、角錐台、円柱体などの規則的又は不規則的な構造体であってもよい。
いくつかの実施例では、積層構造体は、音響変換ユニット７２０及び振動ユニットを含んでもよい。いくつかの実施例では、振動ユニットは、音響変換ユニット７２０の上表面又は下表面に設置されてもよい。図７に示すように、振動ユニットは、サスペンション膜構造体７３０及び質量素子７４０を含み、質量素子７４０は、サスペンション膜構造体７３０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体７３０は、基体構造体７１０の上表面又は下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体７３０の周側は、基体構造体７１０の中空部分の内壁に接続されてもよい。ここでの「接続」は、サスペンション膜構造体７３０及び基体構造体７１０をそれぞれ製造した後、サスペンション膜構造体７３０を機械的固定方式（例えば、強力接着、リベット接続、クリップ、嵌め込みなどの方式）で基体構造体７１０の上表面、下表面又は基体構造体７１０の中空部分の側壁に固定し、あるいは、製造中に、物理堆積（例えば、物理的気相堆積）又は化学堆積（例えば、化学的気相堆積）の方式でサスペンション膜構造体７３０を基体構造体７１０に堆積することとして理解され得る。振動ユニットと基体構造体７１０が相対的に移動する場合、質量素子７４０とサスペンション膜構造体７３０の自体の重量が異なるため、サスペンション膜構造体７３０における質量素子７４０の所在する領域又はその近くの領域の変形程度は、サスペンション膜構造体７３０における質量素子７４０から離れた領域の変形程度より大きく、骨伝導音響伝達装置７００の出力音圧を向上させるために、音響変換ユニット７２０は、質量素子７４０の周方向に沿って分布してもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット７２０の形状は、質量素子７４０の形状と同じであってもよく、異なっていてもよい。好ましくは、音響変換ユニット７２０の形状が質量素子７４０の形状と同じであってもよいため、音響変換ユニット７２０の各位置がいずれも質量素子７４０に近接することができ、その結果、骨伝導音響伝達装置７００の出力電気信号をさらに向上させる。例えば、質量素子７４０は、円柱状構造であり、音響変換ユニット７２０は、環状構造であってもよく、環状構造の音響変換ユニット７２０の内径が質量素子７４０の半径より大きいため、音響変換ユニット７２０は、質量素子７４０の周方向に沿って設置される。いくつかの実施例では、音響変換ユニット７２０は、第１の電極層、第２の電極層及び２つの電極層の間に位置する圧電層を含んでもよく、第１の電極層、圧電層及び第２の電極層は、質量素子７４０の形状に適合する構造体に組み合わせられる。例えば、質量素子７４０は、円柱状構造であり、音響変換ユニット７２０は、環状構造であってもよく、このとき、第１の電極層、圧電層及び第２の電極層は、いずれも環状構造であり、３者が上から下へ順に設置されて環状構造に組み合わせられる。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット７２０と質量素子７４０は、それぞれサスペンション膜構造体７３０の異なる側に位置してもよく、サスペンション膜構造体７３０の同じ側に位置してもよい。例えば、音響変換ユニット７２０及び質量素子７４０は、いずれもサスペンション膜構造体７３０の上表面又は下表面に位置し、音響変換ユニット７２０は、質量素子７４０の周方向に沿って分布する。また例えば、音響変換ユニット７２０は、サスペンション膜構造体７３０の上表面に位置し、質量素子７４０は、サスペンション膜構造体７３０の下表面に位置し、このとき、質量素子７４０のサスペンション膜構造体７３０への投影は、音響変換ユニット７２０の領域内にある。
いくつかの実施例では、質量素子７４０の大きさ、形状、位置、及び圧電層の位置、形状、大きさを変更することにより、骨伝導音響伝達装置７００の出力電気信号を改善することができる。いくつかの実施例では、サスペンション膜構造体７３０の形状、材料、及び大きさを変更することにより、骨伝導音響伝達装置７００の音圧出力効果を向上させることもできる。ここでの音響変換ユニット７２０の第１の電極層、第２の電極層及び圧電層と図５における音響変換ユニット５２０の第１の電極層５２１、第２の電極層５２３及び圧電層５２２は、構造及びパラメータなどが類似し、サスペンション膜構造体７３０とサスペンション膜構造体５３０は、構造及びパラメータなどが類似し、リード構造７２００とリード構造５２００は、構造が類似し、本明細書ではさらに説明しない。
図８は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図である。図９は、図８に示された骨伝導音響伝達装置の平面概略図である。図１０は、図９に示された骨伝導音響伝達装置のＣ－Ｃでの断面図である。図８～図１０に示すように、振動ユニットは、少なくとも１つの支持アーム８３０及び質量素子８４０を含み、質量素子８４０は、少なくとも１つの支持アーム８３０により基体構造体８１０に接続される。支持アーム８３０の数は、１つ、２つ、４つ、６つなどであってもよい。いくつかの実施例では、基体構造体８１０と支持アーム８３０との間、及び質量素子８４０と支持アーム８３０との間は、溶接、接着などの方式で接続されてもよい。いくつかの実施例では、基体構造体８１０及び支持アーム８３０は、同じ基材（例えば、シリコンウェハの基板）にマイクロナノ加工プロセスにより加工されてもよい。あるいは、基体構造体８１０、支持アーム８３０及び質量素子８４０の３者は、１つの基材（例えば、シリコンウェハの基板）にマイクロナノ加工プロセスにより加工されてもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０は、少なくとも１つの支持アーム８３０の上表面、下表面又は内部に位置してもよい。
図８に示すように、基体構造体８１０は、直方体フレーム構造である。いくつかの実施例では、基体構造体８１０の内部は、音響変換ユニット８２０及び振動ユニットを配置するための中空部分（例えば、図１０に示された中空のキャビティ８１１）を含んでもよい。いくつかの実施例では、基体構造体８１０は、中空のキャビティ８１１を有するフレーム構造体を含んでもよく、支持アーム８３０と質量素子８４０は、いずれもキャビティ８１１内に設置され、支持アーム８３０は、一端が基体構造体８１０に接続され、他端が質量素子８４０に接続される。いくつかの実施例では、中空部分（例えば、中空のキャビティ８１１）の厚さ方向（図１０において矢印で示した方向）に垂直な断面の形状は、円形、四角形（例えば、長方形、平行四辺形）、五角形、六角形、七角形、八角形などの他の規則的又は不規則的な形状であってもよい。いくつかの実施例では、厚さ方向に垂直な断面の形状が長方形の中空部分の任意の辺長のサイズは、０．８ｍｍ～２ｍｍであってもよい。いくつかの実施例では、任意の辺長のサイズは、１ｍｍ～１．５ｍｍであってもよい。いくつかの実施例では、基体構造体８１０の中空のキャビティ８１１の形状は、質量素子８４０の形状に対応してもよい。例えば、キャビティ８１１の厚さ方向に垂直な断面の形状が長方形である場合、質量素子８４０の厚さ方向に垂直な断面の形状も長方形である。
いくつかの実施例では、支持アーム８３０の数は、２つ以上であり、２つ以上の支持アーム８３０は、質量素子８４０の周りに設置される。例えば、支持アーム８３０の数は、２つ、３つ、４つ、６つ、７つなどであってもよい。いくつかの実施例では、質量素子８４０の厚さ方向に垂直な断面の形状は、多角形であり、支持アーム８３０の数は、多角形の辺の数に対応する。例えば、支持アーム８３０の数は、多角形の辺の数と等しくてもよい。また例えば、支持アーム８３０の数は、多角形の辺の数の数倍であってもよく、例えば、２倍、３倍、５倍などであってもよい。単に例示として、質量素子８４０の厚さ方向に垂直な断面が四角形である場合、支持アーム８３０の数は、４つである。４つの支持アーム８３０は、それぞれ四角形の四辺に接続されてもよい。あるいは、質量素子８４０の厚さ方向に垂直な断面が四角形である場合、支持アーム８３０の数は、８つである。２つずつの支持アーム８３０は、四角形の四辺のうちの１つに接続される。このような設置により、支持アーム８３０と質量素子８４０の応力をより均一にすることができる。いくつかの実施例では、各支持アーム８３０と質量素子８４０との接続箇所は、質量素子８４０の中心に対して回転対称に配置されてもよく、それにより支持アーム８３０と質量素子８４０の応力をより均一にする。
いくつかの実施例では、振動ユニットは、４つの支持アーム８３０及び質量素子８４０を含んでもよく、４つの支持アーム８３０は、一端が基体構造体８１０の上表面、下表面又は基体構造体８１０の中空部分の所在する側壁に接続され、他端が質量素子８４０の上表面、下表面又は周方向の側壁に接続される。いくつかの実施例では、質量素子８４０は、支持アーム８３０に対して上向き及び／又は下向きに突出してもよい。例えば、４つの支持アーム８３０の端部が質量素子８４０の上表面に接続される場合、質量素子８４０は、支持アーム８３０に対して下向きに突出してもよい。また例えば、４つの支持アーム８３０の端部が質量素子８４０の下表面に接続される場合、質量素子８４０は、支持アーム８３０に対して上向きに突出してもよい。さらに例えば、４つの支持アーム８３０の端部が質量素子８４０の周方向の側壁に接続される場合、質量素子８４０は、支持アーム８３０に対して上向き及び下向きに突出してもよい。いくつかの実施例では、質量素子８４０の上表面と支持アーム８３０の上表面とは、実質的に同一水平面にある。別のいくつかの実施例では、質量素子８４０の下表面と支持アーム８３０の下表面とは、実質的に同一水平面にある。別のいくつかの実施例では、質量素子８４０の上表面と支持アーム８３０の上表面は、実質的に同一水平面にあり、同時に質量素子８４０の下表面と支持アーム８３０の下表面は、実質的に同一水平面にある。いくつかの実施例では、支持アーム８３０の形状は、矩形であり、すなわち、支持アーム８３０の厚さ方向に垂直な断面の形状は、矩形である。矩形の対辺のうちの一辺は、質量素子８４０に接続され、対辺のうちの他辺は、基体構造体８１０に接続される。
いくつかの実施例では、図９に示すように、支持アーム８３０の長さＸは、１００μｍ～５００μｍである。いくつかの実施例では、支持アーム８３０の長さＸは、１５０μｍ～３５０μｍである。いくつかの実施例では、支持アーム８３０の幅Ｙは、１５０μｍ～４００μｍである。いくつかの実施例では、支持アーム８３０の幅Ｙは、２５０μｍ～３５０μｍである。支持アーム８３０のサイズを設計調整することにより、支持アーム８３０の剛性を調整することができ、それにより骨伝導音響伝達装置８００の共振周波数を調整する。
さらに、骨伝導音響伝達装置８００は、音響変換ユニット８２０を含んでもよい。図１０に示すように、音響変換ユニット８２０は、上から下へ順に設置された第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３を含んでもよく、第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３は、支持アーム８３０（例えば、弾性層８２４）の上表面又は下表面に接続される。例えば、第１の電極層８２１の上表面が支持アーム８３０の下表面に接続されてもよく、第２の電極層８２３の下表面が支持アーム８３０の上表面に接続されてもよい。第１の圧電層８２２は、圧電効果に基づいて、振動ユニット（例えば、支持アーム８３０及び質量素子８４０）の変形応力により電圧（電位差）を発生させることができ、第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３は、該電圧（電気信号）を導出することができる。骨伝導音響伝達装置８００の共振周波数を特定の周波数範囲（例えば、２０００Ｈｚ～５０００Ｈｚ）内にするために、音響変換ユニット８２０（例えば、第１の電極層８２１、第２の電極層８２３及び第１の圧電層８２２）、振動ユニット（例えば、支持アーム８３０）の材料及び厚さを調整してもよい。
いくつかの実施例では、第１の電極層８２１の厚さは、８０ｎｍ～２５０ｎｍであってもよい。いくつかの実施例では、第１の電極層８２１の厚さは、１００ｎｍ～１５０ｎｍであってもよい。いくつかの実施例では、第２の電極層８２３の厚さは、８０ｎｍ～２５０ｎｍであってもよい。いくつかの実施例では、第２の電極層８２３の厚さは、１００ｎｍ～２００ｎｍであってもよい。いくつかの実施例では、第１の圧電層８２２の厚さは、０．８μｍ～２μｍであってもよい。いくつかの実施例では、第１の圧電層８２２の厚さは、０．８μｍ～１．５μｍであってもよい。第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３の厚さを設計調整することにより、骨伝導音響伝達装置８００の振動中に第１の圧電層８２２が受けた変形応力の大きさを調整することができ、それにより第１の圧電層８２２が受けた変形応力を大きくし、音響変換ユニット８２０に大きな電気信号を発生させる。
いくつかの実施例では、第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３の材質は、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕなどの半導体に一般的に用いられた金属材料の１種又は複数種の組み合わせであってもよい。いくつかの実施例では、第１の圧電層８２２の材質は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミック（ＰＺＴ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などであってもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置８００に必要な機能に応じて、基材（例えば、シリコンウェハ）にマイクロナノ加工プロセスで骨伝導音響伝達装置８００の構造を製造する。例えば、基材に電子ビーム蒸着法又は物理的気相堆積法（ＰＶＤ）におけるマグネトロンスパッタリング法などの方式で第２の電極層８２３を製造することができる。次に、第２の電極層８２３に電子ビーム蒸着法又は物理的気相堆積法（ＰＶＤ）におけるマグネトロンスパッタリング法などの方式で第１の圧電層８２２を製造することができる。最後に、第１の圧電層８２２に再び電子ビーム蒸着法又は物理的気相堆積法（ＰＶＤ）におけるマグネトロンスパッタリング法などの方式で第１の電極層８２１を製造することができる。いくつかの実施例では、基材上にエッチングストッパ層を製造することができ（例えば、第２の電極層８２３を製造する前）、エッチングストッパ層により電極層（例えば、第１の電極層又は第２の電極層）のサイズを正確に制御しやすくすることができ、エッチングストッパ層は、さらに後続のエッチングプロセスが基材を損傷することを防止することができる。具体的には、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）又は熱酸化法などの方式で基材上にエッチングストッパ層を製造することができる。エッチングストッパ層の厚さは、１００ｎｍ～２μｍであってもよく、いくつかの実施例では、エッチングストッパ層の厚さは、３００ｎｍ～１μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び／又は第２の電極層８２３の面積は、支持アーム８３０の面積以下であり、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び／又は第２の電極層８２３の一部又は全部は、少なくとも１つの支持アーム８３０の上表面又は下表面を被覆する。いくつかの実施例では、第１の圧電層８２２が第１の電極層８２１と支持アーム８３０との間に位置する場合（例えば、第１の電極層８２１及び第１の圧電層８２２が上から下へ支持アームの上表面に設置される場合、又は第１の電極層８２１及び第１の圧電層８２２が下から上へ支持アームの下表面に設置される場合）、第１の電極層８２１の面積は、第１の圧電層８２２の面積以下であり、第１の電極層８２１の全領域は、第１の圧電層８２２の表面に位置する。別のいくつかの実施例では、第１の電極層８２１の面積は、第１の圧電層８２２の面積と等しくてもよい。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０の第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３は、質量素子８４０の支持アーム８３０に接続された一端に位置する。別のいくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０の第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３は、支持アーム８３０の基体構造体８１０に接続された一端に位置する。別のいくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０の第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３は、質量素子８４０の支持アーム８３０に接続された一端に位置し、同時に音響変換ユニット８２０の第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３は、支持アーム８３０の基体構造体８１０に接続された一端に位置する。質量素子８４０の支持アーム８３０に接続された一端及び支持アーム８３０の基体構造体８１０に接続された一端は、振動ユニットの振動中に大きな変形応力を有するため、音響変換ユニット８２０の第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３をこれら２つの領域に設置することで、大きな電気信号を発生させる。
いくつかの実施例では、質量素子８４０は、第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３の上表面又は下表面に位置してもよい。例えば、質量素子８４０は、第１の電極層８２１の上表面に位置してもよいか、又は質量素子８４０は、第２の電極層８２３の下表面に位置してもよい。別のいくつかの実施例では、質量素子８４０の上表面は、第１の電極層８２１の上表面と面一又は略面一であってもよい。別のいくつかの実施例では、質量素子８４０の下表面は、第２の電極層８２３の下表面と面一又は略面一であってもよい。別のいくつかの実施例では、質量素子８４０の上表面は、第１の電極層８２１の上表面と面一又は略面一であってもよく、同時に質量素子８４０の下表面は、第２の電極層８２３の下表面と面一又は略面一であってもよい。
いくつかの実施例では、図１０に示すように、音響変換ユニット８２０は、少なくとも１つの弾性層８２４を含んでもよい。少なくとも１つの弾性層８２４は、上記第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３の上表面及び／又は下表面に位置してもよい。例えば、少なくとも１つの弾性層８２４は、第１の電極層８２１の上表面に位置してもよく、又は弾性層８２４は、第２の電極層８２３の下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、支持アーム８３０が複数の弾性層８２４である場合、音響変換ユニット８２０は、複数の弾性層８２４の間に位置してもよい。弾性層８２４は、振動中に変形することができ、第１の圧電層８２２は、弾性層８２４の変形に基づいて電気信号を発生させることができ、第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３は、該電気信号を収集することができる。いくつかの実施例では、弾性層８２４の厚さは、０．５μｍ～１０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、弾性層８２４の厚さは、２～６μｍである。弾性層８２４の厚さを設計調整することで、骨伝導音響伝達装置８００の振動中に第１の圧電層８２２が受けた変形応力の大きさを調整することができる。
いくつかの実施例では、弾性層８２４の厚さは、第１の圧電層８２２の厚さの１～６倍である。いくつかの好ましい実施例では、弾性層８２４の厚さは、第１の圧電層８２２の厚さの１～３倍である。厚さをこのように設定することにより、第１の圧電層８２２が中性層８３１から離れ、第１の圧電層８２２が受けた変形応力の大きさを増大させることができる。
いくつかの実施例では、弾性層８２４は、半導体材料で製造された板状構造であってもよい。いくつかの実施例では、半導体材料は、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素などを含んでもよい。いくつかの実施例では、音響変換ユニットが２つ以上の弾性層８２４を含む場合、異なる弾性層８２４の材料は、同じであってもよく、異なってもよい。いくつかの実施例では、弾性層８２４は、単層構造（例えば、単一の材料で製造された層構造）であってもよい。単層構造の材料は、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを含んでもよいが、それらに限定されない。いくつかの実施例では、弾性層８２４は、多層構造（例えば、複数種の材料で構成された多層構造であり、各層の構造は、単一の材料で製造されてもよい）を含んでもよい。例えば、多層構造は、シリコン及び二酸化ケイ素の組み合わせ材料、シリコン及び窒化ケイ素の組み合わせ材料などで製造されてもよい。いくつかの実施例では、エッチングストッパ層又は基材に化学的気相堆積法（ＣＶＤ）又は物理的気相堆積法（ＰＶＤ）などの方法で１層又は複数層の弾性層８２４を製造することができる。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０は、ボンディングワイヤ電極層８２６（ＰＡＤ層）を含んでもよく、ボンディングワイヤ電極層８２６は、第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３に位置してもよく、外部ボンディングワイヤ（例えば、金線、アルミニウム線など）の方式で第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３を外部回路に接続することにより、第１の電極層８２１と第２の電極層８２３との間の電圧信号をバックエンド処理回路に導出する。いくつかの実施例では、ボンディングワイヤ電極層８２６の材料は、銅箔、チタン、及び銅などを含んでもよい。いくつかの実施例では、ボンディングワイヤ電極層８２６の厚さは、１００ｎｍ～２００ｎｍであってもよい。いくつかの実施例では、ボンディングワイヤ電極層８２６の厚さは、１５０ｎｍ～２００ｎｍであってもよい。ボンディングワイヤ電極層８２６の厚さを設計調整することで、骨伝導音響伝達装置８００の振動中に第１の圧電層８２２が受けた変形応力の大きさを調整することができる。
いくつかの実施例では、ボンディングワイヤ電極層８２６は、基体構造体８１０に設置される。例えば、ボンディングワイヤ電極層８２６は、基体構造体８１０の上表面又は下表面に設置されてもよい。ボンディングワイヤ電極層８２６は、基体構造体８１０から電気信号を導出することができる。いくつかの実施例では、電気信号は、以下の電極リード８６０により第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３から基体構造体８１０に導出されてもよい。ボンディングワイヤ電極層８２６は、金属剥離プロセス（ＬＩＦＴ－ＯＦＦプロセス）又は、先に堆積し、次にエッチングするなどの製造プロセスで製造されてもよい。ボンディングワイヤ電極層８２６は、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３がいずれも製造された後に製造されてもよい。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０は、第１のシード層８２５をさらに含んでもよい。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５は、第２の電極層８２３と支持アーム８３０との間に位置してもよい。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５は、弾性層８２４と第１の電極層８２１との間又は弾性層８２４と第２の電極層８２３との間に位置してもよい。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５の材料は、第１の圧電層８２２の材料と同じであってもよい。例えば、第１の圧電層８２２の材料がＡｌＮである場合、第１のシード層８２５の材料もＡｌＮである。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５の材料は、第１の圧電層８２２の材料と異なってもよい。なお、上記骨伝導音響伝達装置８００の共振周波数の特定の周波数範囲は、２０００Ｈｚ～５０００Ｈｚに限定されず、４０００Ｈｚ～５０００Ｈｚ又は２３００Ｈｚ～３３００Ｈｚなどであってもよく、特定の周波数範囲は、実際の状況に応じて調整されてもよい。また、質量素子８４０が支持アーム８３０に対して上向きに突出する場合、音響変換ユニット８２０は、支持アーム８３０の下表面に位置してもよく、第１のシード層８２５は、質量素子８４０と支持アーム８３０との間に位置してもよい。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５の厚さは、１０～１２０ｎｍであってもよい。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５の厚さは、４０μｍ～８０ｎｍであってもよい。第１のシード層８２５の厚さを設計調整することで、骨伝導音響伝達装置８００の振動中に第１の圧電層８２２が受けた変形応力の大きさを調整することができる。
第１のシード層８２５を設置することで、他の層に良好な成長表面構造体を提供することができる。例えば、弾性層８２４が電極層（第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３）に安定して付着しにくい可能性があるため、電極層（第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３）に第１のシード層８２５を付着してから、弾性層８２４を第１のシード層８２５に付着することにより、各層の間の安定的な接続を実現することができる。いくつかの実施例では、第１のシード層８２５は、弾性層８２４の上表面に製造されてもよい。第１のシード層８２５は、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）又は物理的気相堆積（ＰＶＤ）などの方法で製造されてもよい。
いくつかの実施例では、弾性層８２４は、支持アーム８３０と第１の電極層８２１との間に設置されてもよく、第１のシード層８２５は、弾性層８２４と第１の電極層８２１との間に設置されてもよい。あるいは、弾性層８２４は、支持アーム８３０と第２の電極層８２３との間に設置されてもよく、第１のシード層８２５は、弾性層８２４と第２の電極層８２３との間に設置されてもよい。例えば、音響変換ユニット８２０が支持アーム８３０の上表面に設置される場合、弾性層８２４、第１のシード層８２５、第２の電極層８２３、第１の圧電層８２２及び第１の電極層８２１は、下から上へ順に設置される。あるいは、音響変換ユニット８２０が支持アーム８３０の下表面に設置される場合、弾性層８２４、第１のシード層８２５、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３は、上から下へ順に設置される。このような設置により、大きな電気信号を発生させることを保証することができ、かつ音響変換ユニット８２０の各層の構造の間の接続が安定する。
図１１は、図８に示された振動状態の骨伝導音響伝達装置の正面図であり、図１２は、図１１に示された骨伝導音響伝達装置のＤ－Ｄでの断面図である。図１１及び図１２に示すように、骨伝導音響伝達装置８００の振動ユニット（例えば、支持アーム８３０）は、変形するときに中性層８３１が存在し、中性層８３１は、支持アーム８３０が変形するときに変形応力がゼロである。つまり、中性層８３１は、支持アーム８３０が変形するときに変形応力がゼロである位置の層である。圧電材料（すなわち、第１の圧電層８２２）の出力電気信号の大きさは、応力の大きさに関連し、厚さ方向の各層の厚さは、各層の同じ振動信号での応力分布に影響を与える。中性層８３１は、変形応力がゼロである位置の層であるため、支持アーム８３０が変形する過程において、厚さ方向に中性層８３１に近接するほど、変形応力が小さくなる。
前述の内容に基づいて、本願に係る実施例では、弾性層８２４及び他の層の構造の厚さ及び接続順序を設計することにより、第１の圧電層８２２と中性層８３１が重ならず、それにより、第１の圧電層８２２が変形応力を受けることができることを保証し、さらに第１の圧電層８２２が第１の電極層８２１及び／又は第２の電極層８２３と相互作用して電気信号を発生させることができる。さらに、本願の実施例における各層の厚さを設計することにより、第１の圧電層８２２ができるだけ中性層８３１から離れることができ、それにより、第１の圧電層８２２が受けた変形応力をできるだけ大きくし、出力された電気信号をできるだけ大きくし、装置の感度をできるだけ高くする。
いくつかの実施例では、質量素子８４０は、単層構造又は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、質量素子８４０は、多層構造であり、質量素子８４０の層数、各層の構造に対応する材料、及びパラメータは、支持アーム８３０の弾性層８２４及び音響変換ユニット８２０と同じであってもよく、異なっていてもよい。いくつかの実施例では、質量素子８４０の形状は、円形、半円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの規則的又は不規則的な形状であってもよい。いくつかの実施例では、質量素子８４０の厚さは、支持アーム８３０及び音響変換ユニット８２０の総厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。質量素子８４０が多層構造である場合の材料及びサイズについて、音響変換ユニット８２０を参照することができ、本明細書では説明を省略する。また、ここでの音響変換ユニット８２０の各層構造の材料及びパラメータは、図１、図３、図４、図５及び図７に示された骨伝導音響伝達装置に適用されてもよい。
いくつかの実施例では、質量素子８４０は、下から上へ順に設置された第３の電極層、第２の圧電層及び第４の電極層を含む。第３の電極層の材質、機能及び製造方法は、第１の電極層８２１の材質、機能及び製造方法と類似してもよく、第２の圧電層の材質、機能及び製造方法は、第１の圧電層８２２の材質、機能及び製造方法と類似してもよく、第４の電極層の材質、機能及び製造方法は、第２の電極層８２３の材質、機能及び製造方法と類似してもよく、ここでは説明を省略する。いくつかの実施例では、質量素子８４０は、下地層をさらに含んでもよい。下地層は、第３の電極層、第２の圧電層及び第４の電極層を載置し、かつ質量素子８４０の重量を増加させ、質量素子８４０の慣性を向上させ、さらに骨伝導音響伝達装置８００の感度を向上させることができる。いくつかの実施例では、質量素子８４０は、下地層と第３の電極層との間に設置された第２のシード層をさらに含む。第２のシード層の材質、機能及び製造方法は、第１のシード層８２５の材質、機能及び製造方法と類似し、ここでは説明を省略する。いくつかの実施例では、下地層の厚さは、２０μｍ～４００μｍである。いくつかの実施例では、下地層の厚さは、３００μｍ～４００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、下地層の厚さは、２００μｍ～３００μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、質量素子８４０の厚さ方向に垂直な断面の形状は、四角形である。いくつかの実施例では、質量素子８４０の厚さ方向に垂直な断面の形状は、矩形である。いくつかの実施例では、該矩形の少なくとも１つの辺の長さは、６００μｍ～１２００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、該矩形の少なくとも１つの辺の長さは、７５０μｍ～１０５０μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、質量素子８４０及び支持アーム８３０における音響変換ユニット８２０は、異なる基材（例えば、異なるシリコンウェハ）に製造されてもよく、同じ基材に製造されてもよい。いくつかの実施例では、質量素子８４０及び支持アーム８３０における音響変換ユニット８２０が異なる基材に製造される場合、質量素子８４０は、基材にフォトリソグラフィ、エッチングなどのプロセスにより製造されてもよい。次に、質量素子８４０が製造されたシリコン基材と支持アーム８３０及び基体構造体８１０が製造された基材とをウェハレベルで接合することができる。いくつかの実施例では、接合領域は、質量素子８４０の領域であってもよい。別のいくつかの実施例では、接合領域は、質量素子８４０の領域及び基体構造体８１０の一部の領域を含んでもよい。いくつかの実施例では、基体構造体８１０における接合領域の面積は、基体構造体８１０の厚さ方向に垂直な断面の面積の１０％～９０％を占めてもよい。いくつかの実施例では、ウェハ薄化プロセスを用いて、質量素子８４０が所在する基材の、質量素子８４０以外の余分な材料を除去することができる。別のいくつかの実施例では、支持アーム８３０が製造された基材に、さらに質量素子８４０を製造することができる。具体的には、支持アーム８３０が製造された基材の他側（支持アーム８３０が製造された側の対向側）に、接着剤の均一化及びフォトリソグラフィ現像処理などの操作を行って、ディープシリコンエッチングプロセスを用いて一定の深さまでエッチングすることができる。次に、さらにディープシリコンエッチングプロセスを用いて質量素子８４０をエッチングする。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット８２０は、少なくとも、有効な音響変換ユニットを含んでもよい。有効な音響変換ユニットとは、最終的に電気信号を出力する音響変換ユニットの一部の構造である。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットは、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３の３者の重なり領域を含んでもよい。例えば、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３の形状及び面積がいずれも同じであり、かつ支持アーム８３０（又は弾性層８２４）を部分的に被覆すると、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２、及び第２の電極層８２３は、有効な音響変換ユニットである。また例えば、第１の電極層８２１及び第１の圧電層８２２が支持アーム８３０を部分的に被覆し、第２の電極層８２３が支持アーム８３０を完全に被覆すると、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２、及び第２の電極層８２３の第１の電極層８２１に対応する部分は、有効な音響変換ユニットを構成する。さらに例えば、第１の電極層８２１が支持アーム８３０を部分的に被覆し、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３がいずれも支持アーム８３０を完全に被覆すると、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２の第１の電極層８２１に対応する部分、及び第２の電極層８２３の第１の電極層８２１に対応する部分は、有効な音響変換ユニットを構成する。さらに例えば、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２、及び第２の電極層８２３が支持アーム８３０を完全に被覆するが、第１の電極層８２１に絶縁チャネル（例えば、電極絶縁チャネル８５０）を設置することにより第１の電極層８２１を複数の個別の電極に分割すると、第１の電極層８２１における電気信号を導出する個別の電極部分及び対応する第１の圧電層８２２、第２の電極層８２３部分は、有効な音響変換ユニットである。第１の電極層８２１における電気信号を導出しない個別の電極領域と、第１の電極層８２１における電気信号を導出しない個別の電極領域と、絶縁チャネルに対応する第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３の領域とは、電気信号を提供せず、主に力学的作用を提供する。骨伝導音響伝達装置８００の信号対雑音比を向上させるために、有効な音響変換ユニットを、支持アーム８３０の質量素子８４０に近接する箇所、又は支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所に近接する箇所に設置してもよい。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットを、支持アーム８３０の質量素子８４０に近接する位置に設置する。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットを、支持アーム８３０の質量素子８４０に近接する箇所、又は支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所に近接する箇所に設置する場合、有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム８３０の面積と支持アーム８３０の面積（支持アーム８３０の厚さ方向に垂直な断面の面積）との比は、５％～４０％である。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム８３０の面積と支持アーム８３０の面積（支持アーム８３０の厚さ方向に垂直な断面の面積）との比は、２５％～４０％である。さらにいくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム８３０の面積と支持アーム８３０の面積（支持アーム８３０の厚さ方向に垂直な断面の面積）との比は、３０％～３５％である。
信号対雑音比（ＳＩＧＮＡＬ－ＮＯＩＳＥＲＡＴＩＯ、ＳＮＲと略称される）とは、電子装置又は電子システムにおける信号とノイズとの比である。骨伝導音響伝達装置において、信号対雑音比が大きければ大きいほど、骨伝導音響伝達装置の電気信号の強度が大きく、ノイズが小さく、骨伝導音響伝達装置の効果が高い。したがって、信号対雑音比は、骨伝導音響伝達装置の設計過程において非常に重要なパラメータであり、いくつかの実施例では、信号対雑音比ＳＮＲは、骨伝導音響伝達装置の感度Ｖｓ及び骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓに関連する。いくつかの実施例では、信号対雑音比ＳＮＲは、骨伝導音響伝達装置の感度Ｖｓと正の相関関係にあり、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓと負の相関関係にある。いくつかの実施例では、信号対雑音比ＳＮＲは、
と正の相関関係にある。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置の信号対雑音比ＳＮＲは、以下の式（１）によって算出することができる。
式中、Ｖｓは、骨伝導音響伝達装置の感度である。Ｖｓは、圧電定数、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の内部応力に関連し、圧電定数は、圧電層の材料に関連し、圧電層の内部応力は、骨伝導音響伝達装置の構造及び外部荷重に関連する。いくつかの実施例では、モデルを確立した後、有限要素法の数値的な方法により、異なる骨伝導音響伝達装置の構造の対応する外部荷重での感度値Ｖｓを求めることができる。Ｖｎｔｒｍｓは、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアであり、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓは、増幅回路（ＡＳＩＣ）のノイズフロア値Ｖｎａｒｍｓ及びトランスデューサ（音響変換ユニット）のノイズフロア値Ｖｎｓｒｍｓなどのパラメータにより決定することができる。骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓは、増幅回路（ＡＳＩＣ）のノイズフロア値Ｖｎａｒｍｓ及びトランスデューサのノイズフロア値Ｖｎｓｒｍｓの両方と正の相関関係にある。Ｖｎａｒｍｓは、増幅回路（ＡＳＩＣ）のノイズフロア値であり、増幅回路の設計過程において算出されるか又はメーカーから知ることができる。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓは、ボルツマン定数ＫＢ、華氏温度Ｔ、静電気力定数ｋ、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電損失ｔａｎδ、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電率εｒ、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の厚さｄ、骨伝導音響伝達装置の有効な音響変換ユニットの面積Ｓ、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの低周波遮断周波数ｆ０、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの高周波遮断周波数ｆ１などのパラメータに関連してもよい。
いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓは、ボルツマン定数ＫＢ、華氏温度Ｔ、静電気力定数ｋ、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電率εｒ、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の厚さｄ及び骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの高周波遮断周波数ｆ１などのパラメータと正の相関関係にあってもよい。骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓは、骨伝導音響伝達装置の有効な音響変換ユニットの面積Ｓ、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの低周波遮断周波数ｆ０、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電損失ｔａｎδと負の相関関係にあってもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアＶｎｔｒｍｓは、以下の式（２）によって算出することができる。
Ｖｎｔｒｍｓ＝ｆ（Ｖｎｓｒｍｓ、Ｖｎａｒｍｓ）＝ｆ（ＫＢ、Ｔ、ｋ、ｔａｎδ、εｒ、ｄ、Ｓ、ｆ１、ｆ０、Ｖｎａｒｍｓ、ＡＳＩＣゲイン）（２）
式中、ＡＳＩＣゲインは、増幅回路のゲインであり、増幅回路の設計過程において算出されるか又はメーカーから知ることができる。ＫＢは、ボルツマン定数であり、Ｔは、華氏温度であり、ｋは、静電気力定数であり、ｔａｎδは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電損失であり、εｒは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電率であり、ｄは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の厚さであり、Ｓは、骨伝導音響伝達装置の有効な音響変換ユニットの面積であり、ｆ０は、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの低周波遮断周波数であり、ｆ１は、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの高周波遮断周波数である。
式中、ＡＳＩＣゲインは、増幅回路のゲインであり、増幅回路の設計過程において算出されるか又はメーカーから知ることができる。ＫＢは、ボルツマン定数であり、Ｔは、華氏温度であり、ｋは、静電気力定数であり、ｔａｎδは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電損失であり、εｒは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の誘電率であり、ｄは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の厚さであり、Ｓは、骨伝導音響伝達装置の有効な音響変換ユニットの面積であり、ｆ０は、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの低周波遮断周波数であり、ｆ１は、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアの高周波遮断周波数である。
式（２）を式（１）に代入すると、骨伝導音響伝達装置の信号対雑音比ＳＮＲを決定する式（３）を得ることができる。
式（３）における各パラメータの意味について、以上の説明を参照する。上記式（３）において、圧電材料の誘電損失ｔａｎδ、及び圧電材料の誘電率εｒは、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の材料に関連する。上記式（３）から分かるように、信号対雑音比は、有効な音響変換ユニットの面積、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の厚さ、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の材料、感度（感度が骨伝導音響伝達装置の材料及び構造の影響を受ける）などの要因に関連する。
本特許で提供された骨伝導音響伝達装置の信号対雑音比（ＳＮＲ）に基づいて式を解くことにより、それぞれ電極層（第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３）、圧電層（第１の圧電層８２２及び第２の圧電層）、弾性層８２４及び質量素子８４０などの材料を設計し、かつ骨伝導音響伝達装置の構造を設計し、それにより、設計案が共振周波数ｆ０の範囲要件を満たすとともに、骨伝導音響伝達装置の信号対雑音比（ＳＮＲ）を最大化することができる。例えば、支持アームに質量素子を追加した構造（又は片持ち梁の構造、孔を開けたサスペンション膜構造体、サスペンション膜に質量素子を追加した構造など）になるように設計し、骨伝導音響伝達装置の異なる部材のサイズを設計し、例えば、支持アーム８３０、質量素子８４０などの長さ、幅、厚さ及び有効な音響変換ユニットの面積などを設計する。単に例示として、支持アームに質量素子を追加した構造において、音響変換ユニット８２０、支持アーム８３０及び質量素子８４０の各部分の材料、サイズなどを設計することにより、支持アーム８３０の剛性と質量素子８４０の質量を調整して、支持アーム８３０に応力を集中させることができる。支持アーム８３０での応力集中により、骨伝導音響伝達装置の出力電気信号を増大させて、骨伝導音響伝達装置の出力感度及び信号対雑音比を最大化することができる。上記設計過程において、設計された骨伝導音響伝達装置が高い信頼性を有することを保証するために、材料、構造及び異なる部材のサイズを調整することにより、信号対雑音比ＳＮＲをＳＮＲの最大値より小さくするように調整し、例えば、ＳＮＲをＳＮＲの最大値の８０％～１００％に設計し、ＳＮＲをＳＮＲの最大値の５０％～１００％に設計し、ＳＮＲをＳＮＲの最大値の２０％～１００％に設計する。
有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム８３０の面積が小さければ小さいほど、最終的に発生した電気信号の強度が大きいが、有効な音響変換ユニットの面積が小さくなると、その静電容量が小さくなり、最終的に出力されたノイズが増加する。有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム８３０の面積と支持アーム８３０の面積（支持アーム８３０の厚さ方向に垂直な断面の面積）との比を上記比（例えば、２５％～４０％）に設定することにより、有効な音響変換ユニットによって発生した電気信号の強度を大きくにし、ノイズを小さくにすることができ、それにより骨伝導音響伝達装置８００の音響伝達効果を向上させる。
骨伝導音響伝達装置８００の信号対雑音比は、出力電気信号の強度と正の相関関係にあり、積層構造体が基体構造体８１０に対して相対的に移動する場合、支持アーム８３０と質量素子８４０との接続箇所及び支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所の変形応力は、支持アーム８３０の中間領域の変形応力より大きく、それに応じて、支持アーム８３０と質量素子８４０との接続箇所及び支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所の出力電圧の強度も支持アーム８３０の中間領域の出力電圧の強度より大きい。いくつかの実施例では、図１３及び図１４に示すように、音響変換ユニット８２０が支持アーム８３０の上表面又は下表面を完全に又はほぼ完全に被覆する場合、骨伝導音響伝達装置８００の信号対雑音比を向上させるために、第１の電極層８２１に電極絶縁チャネル８５０を設置してもよく、電極絶縁チャネル８５０が第１の電極層８２１を２つの部分（又は複数の部分）に分割することにより、第１の電極層８２１の一部が質量素子８４０に近接し、第１の電極層８２１の他の一部が支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所に近接する。第１の電極層８２１及びその対応する第１の圧電層８２２、第２の電極層８２３における電極絶縁チャネル８５０により分割された２つの部分のうちの電気信号を導出する部分は、有効な音響変換ユニットである。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル８５０は、支持アーム８３０の幅方向に沿って延在する直線であってもよい。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル８５０の幅は、２０μｍ以下であってもよい。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル８５０の幅は、２μｍ～２０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル８５０の幅は、４μｍ～１０μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル８５０は、第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３に設置される。例えば、音響変換ユニット８２０が支持アーム８３０の上表面に設置される場合、電極絶縁チャネル８５０は、第１の電極層８２１に設置され、音響変換ユニット８２０が支持アーム８３０の下表面に設置される場合、電極絶縁チャネル８５０は、第２の電極層８２３に設置される。電極絶縁チャネル８５０は、第１の電極層８２１又は第２の電極層８２３を２つ以上の電極領域に分割する。分割された電極領域の数は、２つ、３つ、５つなどであってもよい。電極絶縁チャネル８５０の幅を上記のように設計することで、従来の加工プロセスにより加工することができることを保証することができ、同時に骨導マイクロフォンのＳＮＲへの影響をできるだけ低減することができる。
支持アーム８３０の基体構造体８１０に接続された一端から、支持アーム８３０の質量素子８４０に接続された一端までの応力は、引張応力から圧縮応力に変化するか、又は圧縮応力から引張応力に変化する。電極層（例えば、第１の電極層８２１）は、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の表面に分布して電荷を収集し、圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の異なる位置の応力が異なると、出力電荷量も異なり、骨伝導音響伝達装置の出力感度を最大化するために、電極絶縁チャネル８５０により電極層（例えば、第１の電極層８２１）を圧電層（例えば、第１の圧電層８２２）の表面に個別に被覆された複数枚の電極に分割することができる。信号を収集するときに、一部の個別の電極層の位置に基づいて適切な一部の個別の電極層を選択して信号を出力することができる。電極絶縁チャネル８５０を設計するとき、出力感度を大きくし、骨伝導音響伝達装置のノイズフロアを小さくするように、電気信号を導出する一部の電極層によって被覆された支持アーム８３０の面積をできるだけ大きくすることができ、それにより信号対雑音比（ＳＮＲ）を増大させる。
なお、電極絶縁チャネル８５０は、支持アーム８３０の幅方向に沿って延在する直線に限定されず、曲線、折り曲げ線、波線などであってもよい。また、電極絶縁チャネル８５０、例えば、図１４に示された電極絶縁チャネル８５０は、支持アーム８３０の幅方向に沿って延在しなくてもよく、電極絶縁チャネル８５０は、音響変換ユニット８２０を複数の部分に分割することができればよく、本明細書ではさらに限定しない。
図１４に示すように、音響変換ユニット８２０の一部の構造（例えば、図１３における電極絶縁チャネル８５０と質量素子８４０との間の音響変換ユニット）が支持アーム８３０の質量素子８４０に近接する位置に設置される場合、第１の電極層８２１及び／又は第２の電極層８２３は、電極リード８６０をさらに含んでもよい。第１の電極層８２１を例として、電極絶縁チャネル８５０は、第１の電極層８２１を２つの部分に分割し、第１の電極層８２１の一部は、質量素子８４０に接続されるか又は質量素子８４０に近接し、第１の電極層８２１の他の一部は、支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所に近接し、音響変換ユニット８２０の質量素子８４０に近接する部分の電圧を出力するために、電極絶縁チャネル８５０により支持アーム８３０と基体構造体８１０との接続箇所に近接する第１の電極層８２１から一部の領域（図１４に示された第１の電極層８２１における支持アーム８３０の縁部に位置する領域）を分割してもよく、該一部の領域は、音響変換ユニット８２０の質量素子８４０に接続される部分又は質量素子８４０に近接する部分を、骨伝導音響伝達装置８００の処理ユニットに電気的に接続する。いくつかの実施例では、電極リード８６０の幅Ｌ１は、２０μｍ以下である。いくつかの実施例では、電極リード８６０の幅Ｌ１は、４μｍ～２０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極リード８６０の幅Ｌ１は、４μｍ～１０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極リード８６０は、支持アーム８３０の幅方向の任意の位置に位置してもよく、例えば、電極リード８６０は、支持アーム８３０の中央又は幅方向の縁部に近接する箇所に位置してもよい。いくつかの実施例では、電極リード８６０は、支持アーム８３０の幅方向の縁部に近接する位置に位置してもよい。電極リード８６０を設置することにより、音響変換ユニット８２０における導電線の使用を避けて、構造を簡略化し、後続の製造及び組立を容易にすることができる。
いくつかの実施例では、第１の電極層８２１には、電極領域と基体構造体８１０を接続する電極リード８６０がある。いくつかの実施例では、電極リード８６０は、音響変換ユニット８２０が発生した電気信号を基体構造体８１０に出力し、ボンディングワイヤ電極層８２６は、電気信号をさらに基体構造体８１０から導出することができる。電極リード８６０の幅を設計することにより、支持アーム８３０における電極領域を容易に計画することができ、同時に電極リード８６０の加工を容易にする。
支持アーム８３０の縁部に近接する領域でエッチングにより第１の圧電層８２２の圧電材料の表面が荒れて圧電材料の品質を低下させる可能性があることを考慮して、いくつかの実施例では、第１の圧電層８２２の面積が第２の電極層８２３の面積と同じである場合、第１の電極層８２１を品質の高い圧電材料領域内に位置させるために、第１の電極層８２１の面積を第１の圧電層８２２の面積より小さくし、それにより、第１の電極層８２１の縁部領域が第１の圧電層８２２の縁部領域を避けて、第１の電極層８２１と第１の圧電層８２２との間に電極収縮チャネル８７０（図１５に示すように）を形成することができる。電極収縮チャネル８７０を設置することにより、第１の電極層８２１及び第２の電極層８２３は、第１の圧電層８２２の縁部の品質が低い領域を避け、それにより、骨伝導音響伝達装置８００の信号対雑音比を向上させることができる。いくつかの実施例では、電極収縮チャネル８７０の幅は、２μｍ～２０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極収縮チャネル８７０の幅は、２μｍ～１０μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、第１の圧電層８２２の縁部には、電極収縮チャネル８７０が形成される。第１の電極層８２１は、第１の圧電層８２２の電極収縮チャネル８７０以内の領域に位置する。いくつかの実施例では、電極収縮チャネル８７０の幅は、２０μｍより小さい。いくつかの好ましい実施例では、電極収縮チャネル８７０の幅は、２～１０μｍであってもよい。電極収縮チャネル８７０の幅を設計することにより、支持アーム８３０における電極領域を容易に計画することができ、同時に電極収縮チャネル８７０の加工を容易にする。
いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置８００は、本明細書の１つ以上の実施例における電極絶縁チャネル８５０、電極リード８６０及び電極収縮チャネル８７０の構造を同時に含んでもよい。電極絶縁チャネル８５０、電極リード８６０及び電極収縮チャネル８７０は、エッチングの方法で製造されてもよい。例えば、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３に順にエッチングを行うこともできる。第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３に対するエッチングは、ドライエッチングを用いてもよく、ウェットエッチングを用いてもよい。弾性層８２４が設置される場合、さらに弾性層８２４に対してエッチングを行ってもよい。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル８５０、電極リード８６０及び電極収縮チャネル８７０のエッチングが完了した後、ボンディングワイヤ電極層８２６を第１の電極層８２１に設置してもよい。
図１６に示すように、質量素子８４０が支持アーム８３０に対して下向きに突出する場合を例として、音響変換ユニット８２０は、支持アーム８３０の長手方向に沿って延在する延在領域８２１０をさらに含んでもよく、該延在領域８２１０は、質量素子８４０の上表面に位置する。いくつかの実施例では、第１の電極層８２１、第１の圧電層８２２及び第２の電極層８２３の重なり領域は、質量素子８４０に向かって延在して質量素子８４０に延在領域８２１０を形成する。延在領域８２１０は、支持アーム８３０と質量素子８４０との接続箇所に応力が集中することを防止することができる。延在領域８２１０は、質量素子８４０の上表面に位置してもよく、質量素子８４０の下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、延在領域８２１０の質量素子８４０の上表面に位置する縁部位置には、電極絶縁チャネル８５０が設置されることにより、支持アーム８３０に応力が過剰に集中するという問題の発生を防止し、支持アーム８３０の安定性を向上させることができる。いくつかの実施例では、延在領域８２１０の長さ（厚さ方向に垂直な平面での長さであり、図１６における長さＷ０を参照）は、支持アーム８３０の幅（厚さ方向に垂直な平面での幅であり、図１６における幅Ｗ２を参照）より大きい。ここでの延在領域８２１０の長さは、支持アーム８３０に沿った幅に対応する。いくつかの実施例では、延在領域８２１０の長さ（厚さ方向に垂直な平面での長さであり、図１６における長さＷ０を参照）は、４μｍ～３０μｍである。いくつかの実施例では、延在領域８２１０の長さは、４μｍ～１５μｍである。いくつかの実施例では、質量素子８４０における延在領域８２１０の幅（厚さ方向に垂直な平面での幅であり、図１６における幅Ｗ１を参照）は、支持アーム８３０と質量素子８４０の縁部との接続部位の幅（厚さ方向に垂直な平面での幅であり、図１６における幅Ｗ２を参照）の１．２倍～２倍である。いくつかの実施例では、質量素子８４０における延在領域８２１０の幅は、支持アーム８３０と質量素子８４０の縁部との接続部位の幅の１．２倍～１．５倍である。いくつかの実施例では、質量素子８４０における延在領域８２１０の幅は、支持アーム８３０と質量素子８４０の縁部との接続部位の幅と等しい。
図１７は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図であり、図１８は、図１７に示された骨伝導音響伝達装置のＥ－Ｅでの断面図である。図１７及び図１８に示された骨伝導音響伝達装置１７００の全体構造は、図８に示された骨伝導音響伝達装置８００の全体構造とほぼ同じであるが、支持アームの形状が異なるという点で相違する。図１７に示すように、基体構造体１７１０は、直方体フレーム構造である。いくつかの実施例では、基体構造体１７１０の内部は、音響変換ユニット１７２０と振動ユニットを吊り下げるための中空部分を含んでもよい。いくつかの実施例では、中空部分の形状は、円形、四角形（例えば、長方形、平行四辺形）、五角形、六角形、七角形、八角形などの他の規則的又は不規則的な形状であってもよい。いくつかの実施例では、振動ユニットは、４つの支持アーム１７３０及び質量素子１７４０を含んでもよく、４つの支持アーム１７３０は、一端が基体構造体１７１０の上表面、下表面又は基体構造体１７１０の中空部分の所在する側壁に接続され、他端が質量素子１７４０の上表面、下表面又は周方向の側壁に接続される。いくつかの実施例では、質量素子１７４０は、支持アーム１７３０に対して上向き及び／又は下向きに突出してもよい。例えば、４つの支持アーム１７３０の端部が質量素子１７４０の上表面に接続される場合、質量素子１７４０は、支持アーム１７３０に対して下向きに突出してもよい。また例えば、４つの支持アーム１７３０の端部が質量素子１７４０の下表面に接続される場合、質量素子１７４０は、支持アーム１７３０に対して上向きに突出してもよい。さらに例えば、４つの支持アーム１７３０の端部が質量素子１７４０の周方向の側壁に接続される場合、質量素子１７４０は、支持アーム１７３０に対して上向き及び下向きに突出してもよい。いくつかの実施例では、質量素子１７４０の上表面は、支持アーム１７３０の上表面と同一水平面にあり、及び／又は、質量素子１７４０の下表面は、支持アーム１７３０の下表面と同一水平面にある。いくつかの実施例では、支持アーム１７３０の形状は、台形であり、すなわち、支持アーム１７３０の厚さ方向に垂直な断面の形状は、台形である。支持アーム１７３０の長さが小さい一端（台形の短辺）は、質量素子１７４０に接続され、支持アーム１７３０の長さが大きい一端（台形の長辺）は、基体構造体１７１０に接続される。別のいくつかの実施例では、支持アーム１７３０の長さが大きい一端（台形の長辺）は、質量素子１７４０に接続され、支持アーム１７３０の長さが小さい一端（台形の短辺）は、基体構造体１７１０に接続される。
いくつかの実施例では、台形の高さ（図１７示された高さｈ）は、１５０μｍ～６００μｍである。いくつかの実施例では、台形の高さは、２００μｍ～５００μｍである。いくつかの実施例では、台形の長辺の長さは、３００μｍ～６００μｍである。いくつかの実施例では、台形の長辺の長さは、３５０μｍ～５５０μｍである。いくつかの実施例では、台形の短辺の長さは、１００μｍ～４００μｍである。いくつかの実施例では、台形の短辺の長さは、１５０μｍ～３００μｍである。さらにいくつかの実施例では、台形の短辺の長さは、１５０μｍ～２５０μｍである。支持アーム１７３０の関連サイズ（例えば、台形の長辺の長さ、短辺の長さ、高さなど）を設計することにより、支持アーム１７３０の剛性を調整することができ、それにより骨伝導音響伝達装置１７００の共振周波数を調整する。
いくつかの実施例では、音響変換ユニット１７２０は、第１の電極層１７２１、第１の圧電層１７２２、第２の電極層１７２３、弾性層１７３１、第１のシード層（１７２４）及びボンディングワイヤ電極層（図示せず）を含んでもよい。各層の材料、厚さ、設置順序、製造方式などは、いずれも図８に示された実施例と類似し、ここでは説明を省略する。
いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置１７００の信号対雑音比を向上させるために、有効な音響変換ユニットを、支持アーム１７３０の質量素子１７４０に近接する箇所、又は支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所に近接する箇所に設置してもよい。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットを、支持アーム１７３０の質量素子１７４０に近接する位置に設置する。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットを、支持アーム１７３０の質量素子１７４０に近接する箇所、又は支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所に近接する箇所に設置する場合、有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム１７３０の面積と支持アーム１７３０の面積との比は、５％～４０％である。いくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム１７３０の面積と支持アーム１７３０の面積（支持アーム１７３０の厚さ方向に垂直な断面の面積）との比は、１０％～３５％である。さらにいくつかの実施例では、有効な音響変換ユニットによって被覆された支持アーム１７３０の面積と支持アーム１７３０の面積（支持アーム１７３０の厚さ方向に垂直な断面の面積）との比は、１５％～２０％である。
骨伝導音響伝達装置１７００の信号対雑音比は、出力電気信号の強度と正の相関関係にあり、積層構造体が基体構造体１７１０に対して相対的に移動する場合、支持アーム１７３０と質量素子１７４０との接続箇所及び支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所の変形応力は、支持アーム１７３０の中間領域の変形応力より大きく、それに応じて、支持アーム１７３０と質量素子１７４０との接続箇所及び支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所の出力電圧の強度も支持アーム１７３０の中間領域の出力電圧の強度より大きい。いくつかの実施例では、図１９に示すように、音響変換ユニット１７２０が支持アーム１７３０の上表面又は下表面を完全に又はほぼ完全に被覆する場合、骨伝導音響伝達装置１７００の信号対雑音比を向上させるために、第１の電極層１７２１に電極絶縁チャネル１７５０を設置してもよく、電極絶縁チャネル１７５０が第１の電極層１７２１を少なくとも２つの部分に分割することにより、第１の電極層１７２１の一部が質量素子１７４０に近接し、第１の電極層１７２１の他の一部が支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所に近接する。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル１７５０は、支持アーム１７３０の幅方向に沿って延在する直線であってもよい。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル１７５０の幅は、２μｍ～２０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極絶縁チャネル１７５０の幅は、４μｍ～１０μｍであってもよい。
なお、電極絶縁チャネル１７５０は、支持アーム１７３０の幅方向に沿って延在する直線に限定されず、曲線、折り曲げ線、波線などであってもよい。また、電極絶縁チャネル１７５０、例えば、図２０に示された電極絶縁チャネル１７５０は、支持アーム１７３０の幅方向に沿って延在しなくてもよく、電極絶縁チャネル１７５０は、音響変換ユニット１７２０を複数の部分に分割することができればよく、本明細書ではさらに限定しない。
図２０に示すように、音響変換ユニット１７２０の一部の構造（例えば、図１９における電極絶縁チャネル１７５０と質量素子１７４０との間の音響変換ユニット）が支持アーム１７３０の質量素子１７４０に近接する位置に設置される場合、第１の電極層１７２１及び／又は第２の電極層１７２３は、電極リード１７６０をさらに含んでもよい。第１の電極層１７２１を例として、電極絶縁チャネル１７５０は、第１の電極層１７２１を２つの部分に分割し、第１の電極層１７２１の一部は、質量素子１７４０に接続されるか又は質量素子１７４０に近接し、第１の電極層１７２１の他の一部は、支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所に近接し、音響変換ユニット１７２０の質量素子１７４０に近接する部分の電圧を出力するために、電極絶縁チャネル１７５０により支持アーム１７３０と基体構造体１７１０との接続箇所に近接する第１の電極層１７２１から一部の領域（図に示された第１の電極層１７２１における支持アーム１７３０の縁部に位置する領域であり、電極リード１７６０と記する）を分割してもよく、電極リード１７６０は、音響変換ユニット１７２０の質量素子１７４０に接続される部分又は質量素子１７４０に近接する部分を、骨伝導音響伝達装置１７００の処理ユニットに電気的に接続する。いくつかの実施例では、電極リード１７６０の幅Ｌ２は、４μｍ～２０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極リード１７６０の幅Ｌ２は、４μｍ～１０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極リード１７６０は、支持アーム１７３０の幅方向の任意の位置に位置してもよく、例えば、電極リード１７６０は、支持アーム１７３０の中央又は幅方向の縁部に近接する箇所に位置してもよい。いくつかの実施例では、電極リード１７６０は、支持アーム１７３０の幅方向の縁部に近接する位置に位置してもよい。電極リード１７６０を設置することにより、音響変換ユニット１７２０における導電線の使用を避けて、構造を簡略化し、後続の製造及び組立を容易にすることができる。
支持アーム１７３０の縁部に近接する領域でエッチングにより第１の圧電層１７２２の圧電材料の表面が荒れて圧電材料の品質を低下させる可能性があり、いくつかの実施例では、第１の圧電層１７２２の面積が第２の電極層１７２３の面積と同じである場合、第１の電極層１７２１を第１の圧電層１７２２の品質の高い圧電材料領域内に位置させるために、第１の電極層１７２１の面積を第１の圧電層１７２２の面積より小さくし、それにより、第１の電極層１７２１の縁部領域が第１の圧電層１７２２の縁部領域を避けて、第１の電極層１７２１と第１の圧電層１７２２との間に電極収縮チャネルを形成することができる（該電極収縮チャネルの構造は、図１５における電極収縮チャネル８７０の構造と類似する）。電極収縮チャネルを設置することにより、第１の電極層１７２１及び第２の電極層１７２３は、第１の圧電層１７２２の縁部の品質が低い領域を避け、それにより、骨伝導音響伝達装置１７００の信号対雑音比を向上させることができる。いくつかの実施例では、電極収縮チャネルの幅は、２μｍ～２０μｍであってもよい。いくつかの実施例では、電極収縮チャネルの幅は、２μｍ～１０μｍであってもよい。
図２０に示すように、いくつかの実施例では、質量素子１７４０が支持アーム１７３０に対して下向きに突出する場合を例として、音響変換ユニット１７２０は、支持アーム１７３０の長手方向に沿って延在する延在領域１７２１０をさらに含んでもよく、該延在領域１７２１０は、質量素子１７４０の上表面に位置する。いくつかの実施例では、第１の電極層１７２１、第１の圧電層１７２２及び第２の電極層１７２３の重なり領域は、質量素子１７４０に向かって延在して延在領域１７２１０を形成する。延在領域１７２１０は、質量素子１７４０の上表面に位置してもよく、質量素子１７４０の下表面に位置してもよい。いくつかの実施例では、延在領域１７２１０の質量素子１７４０の上表面に位置する縁部位置には、電極絶縁チャネル１７５０が設置されることにより、支持アーム１７３０に応力が過剰に集中するという問題の発生を防止し、支持アーム１７３０の安定性を向上させることができる。いくつかの実施例では、延在領域１７２１０の幅（厚さ方向に垂直な平面での幅であり、図２０における幅Ｗ３を参照）は、支持アーム１７３０の幅（厚さ方向に垂直な平面での幅であり、図２０における幅Ｗ４を参照）より大きい。ここでの延在領域１７２１０の幅は、支持アーム１７３０の幅に対応する。いくつかの実施例では、延在領域１７２１０の幅は、４μｍ～３０μｍである。いくつかの実施例では、延在領域１７２１０の幅は、４μｍ～１５μｍである。いくつかの実施例では、質量素子１７４０における延在領域１７２１０の幅は、支持アーム１７３０と質量素子１７４０の縁部との接続部位の幅の１．２倍～２倍である。いくつかの実施例では、質量素子１７４０における延在領域１７２１０の幅は、支持アーム１７３０と質量素子１７４０の縁部との接続部位の幅の１．２倍～１．５倍である。本実施例における音響変換ユニット１７２０、第１の電極層１７２１、第２の電極層１７２３、第１の圧電層１７２２、振動ユニット、質量素子１７４０などの構造の材料、サイズなどのパラメータについては、図８～図１６の内容を参照することができ、本明細書では説明を省略する。
図２１は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図であり、図２２は、図２１に示された骨伝導音響伝達装置の正面概略図である。図２１及び図２２に示された骨伝導音響伝達装置２１００の全体構造は、図８に示された骨伝導音響伝達装置８００の全体構造とほぼ同じであるが、支持アームの形状が異なるという点で相違する。図２１に示すように、基体構造体２１１０は、直方体フレーム構造である。いくつかの実施例では、基体構造体２１１０の内部は、音響変換ユニットと振動ユニットを吊り下げるための中空部分を含んでもよい。いくつかの実施例では、振動ユニットは、４つの支持アーム２１３０及び質量素子２１４０を含んでもよく、４つの支持アーム２１３０は、一端が基体構造体２１１０の上表面、下表面又は基体構造体２１１０の中空部分の所在する側壁に接続され、他端が質量素子２１４０の上表面、下表面又は周方向の側壁に接続される。いくつかの実施例では、質量素子２１４０は、支持アーム２１３０に対して上向き及び／又は下向きに突出してもよい。例えば、４つの支持アーム２１３０の端部が質量素子２１４０の上表面に接続される場合、質量素子２１４０は、支持アーム２１３０に対して下向きに突出してもよい。また例えば、４つの支持アーム２１３０の端部が質量素子２１４０の下表面に接続される場合、質量素子２１４０は、支持アーム２１３０に対して上向きに突出してもよい。さらに例えば、４つの支持アーム２１３０の端部が質量素子２１４０の周方向の側壁に接続される場合、質量素子２１４０は、支持アーム２１３０に対して上向き及び下向きに突出してもよい。いくつかの実施例では、支持アーム２１３０の形状は、台形であり、すなわち、支持アーム２１３０の厚さ方向に垂直な断面の形状は、台形である。支持アーム２１３０の長さが大きい一端（台形の長辺）は、質量素子２１４０に接続され、支持アーム２１３０の長さが小さい一端（台形の短辺）は、基体構造体２１１０に接続される。別のいくつかの実施例では、支持アーム２１３０の長さが小さい一端（台形の短辺）は、質量素子２１４０に接続され、支持アーム２１３０の長さが大きい一端（台形の長辺）は、基体構造体２１１０に接続される。なお、図８～図１０における音響変換ユニット８２０、第１の電極層８２１、第２の電極層８２３、第１の圧電層８２２、振動ユニット、質量素子８４０、延在領域８２１０、電極絶縁チャネル８５０、電極リード８６０、電極収縮チャネル８７０などの部材の構造、サイズ、厚さなどのパラメータについては、骨伝導音響伝達装置２１００に適用することができ、本明細書ではさらに説明しない。
いくつかの好ましい実施例では、支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状が多角形（例えば、矩形又は台形など）である場合、質量素子を支持アームに対して上向き又は下向きに突出するように設置することができる。このように設置された質量素子は、支持アームが変形するときの変形応力をより大きくすることにより、音響変換ユニットから出力された電気信号の強度をより大きくすることができる。
図２３は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の概略構成図であり、図２４は、図２３に示された骨伝導音響伝達装置の正面図であり、図２５は、図２４に示された骨伝導音響伝達装置のＦ－Ｆでの断面図である。図２３～図２５に示された骨伝導音響伝達装置２３００の構造は、図８に示された骨伝導音響伝達装置８００の構造とほぼ同じであるが、骨伝導音響伝達装置２３００の支持アーム２３３０と骨伝導音響伝達装置８００の支持アーム８３０との構造及び形状が異なるという点で相違する。いくつかの実施例では、基体構造体２３１０の内部は、音響変換ユニット２３２０と振動ユニットを吊り下げるための中空部分を含んでもよい。いくつかの実施例では、振動ユニットは、４つの支持アーム２３３０及び質量素子２３４０を含んでもよく、４つの支持アーム２３３０は、一端が基体構造体２３１０の上表面、下表面又は基体構造体２３１０の中空部分の所在する側壁に接続され、他端が質量素子２３４０の上表面、下表面又は周方向の側壁に接続される。いくつかの実施例では、質量素子２３４０は、支持アーム２３３０に対して上向き及び／又は下向きに突出してもよい。例えば、４つの支持アーム２３３０の端部が質量素子２３４０の上表面に接続される場合、質量素子２３４０は、支持アーム２３３０に対して下向きに突出してもよい。また例えば、４つの支持アーム２３３０の端部が質量素子２３４０の下表面に接続される場合、質量素子２３４０は、支持アーム２３３０に対して上向きに突出してもよい。さらに例えば、４つの支持アーム２３３０の端部が質量素子２３４０の周方向の側壁に接続される場合、質量素子２３４０は、支持アーム２３３０に対して上向き及び下向きに突出してもよい。いくつかの実施例では、質量素子２３４０の上表面は、支持アーム２３３０の上表面と同一水平面にあり、及び／又は、質量素子２３４０の下表面は、支持アーム２３３０の下表面と同一水平面にある。いくつかの実施例では、支持アーム２３３０の形状は、略Ｌ字状の構造であってもよい。図２３に示すように、支持アーム２３３０は、第１の帯状部２３３１及び第２の帯状部２３３２を含んでもよく、第１の帯状部２３３１の一端部は、第２の帯状部２３３２の一端部に接続され、第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２は、一定の夾角を有する。いくつかの実施例では、該夾角の範囲は、７５°～１０５°である。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２との接続箇所から離れた一端が基体構造体２３１０に接続され、第１の帯状部２３３１の第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２との接続箇所から離れた一端が質量素子２３４０の上表面、下表面又は周側の側壁に接続され、それにより、質量素子２３４０は、基体構造体２３１０の中空部分にサスペンションして設置される。
いくつかの実施例では、図２３～図２５に示すように、支持アーム２３３０は、第１の帯状部２３３１及び第２の帯状部２３３２の２つの帯状部を含む。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１は、一端が質量素子２３４０に接続され、他端が第２の帯状部２３３２の一端に接続され、第２の帯状部２３３２の他端は、基体構造体２３１０に接続される。多角形の支持アームと比較して、第１の帯状部２３３１及び第２の帯状部２３３２を含む支持アーム２３３０を限られた空間内で長く設計することができるため、支持アーム２３３０の剛性は、小さくなり、それに応じて、質量素子２３４０の質量を小さく設定することができ（例えば、支持アーム２３３０に対して上向き及び下向きに突出する必要がなくなるため、質量素子２３４０の上向き又は下向きに突出する構造をさらに加工する必要がなくなる）、それにより質量素子２３４０の製造プロセスを簡略化することができる。
本実施例では、支持アーム２３３０及び質量素子２３４０は、上記紹介された製造プロセスで製造されてもよい。また、本実施例では、支持アーム２３３０に対して上向き又は下向きに突出する質量素子２３４０を設置する必要がなければ、支持アーム２３３０及び質量素子２３４０は、同時に同じ基材に製造され、それにより加工プロセスを簡略化する。
第１の帯状部２３３１と質量素子２３４０との接続箇所は、多角形の側辺の任意の位置、例えば、側辺の端部又は側辺の中点などに位置してもよい。いくつかの実施例では、（図２４に示すように）第１の帯状部２３３１及び質量素子２３４０の接続箇所は、多角形の側辺の端部に位置する。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の幅Ｎ１は、５０μｍ～３００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の幅Ｎ１は、８０～２００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の幅Ｎ２は、５０μｍ～３００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の幅Ｎ２は、８０～２００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の長さＬ１は、２０μｍ～２００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の長さＬ１は、３０μｍ～１００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の長さＬ２は、８００μｍ～１３００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の長さＬ２は、９００μｍ～１２００μｍである。
いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２との間の夾角（長手方向の夾角）は、６０°～１２０°であってもよい。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２との間の夾角（長手方向の夾角）は、７５°～１０５°であってもよい。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２との間の夾角（長手方向の夾角）は、９０°であってもよい（すなわち、第１の帯状部２３３１の長手方向は、第２の帯状部２３３２の長手方向に垂直である）。
いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１は、一端が質量素子２３４０に接続され、他端が第２の帯状部２３３２の途中位置に接続される（例えば、第１の帯状部２３３１の他端は、第２の帯状部２３３２の長手方向の中部に接続される）。第２の帯状部２３３２の一端は、基体構造体２３１０に接続される（又は、第２の帯状部２３３２の両端は、いずれも基体構造体２３１０に接続される）。理解されるように、このような方式で接続されると、支持アーム２３３０は、「Ｔ」字状である。
図３０は、本願の別のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置２３００の概略構成図である。図３０に示された実施例と図２４に示された実施例とは、支持アームと質量素子との接続位置が異なる点で相違する。図３０に示すように、第１の帯状部２３３１と質量素子２３４０との接続箇所は、質量素子２３４０の多角形の側辺の中間領域（例えば、側辺の中点）に位置する。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の幅Ｎ３は、１００μｍ～４００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の幅Ｎ３は、１５０～３００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の幅Ｎ４は、１００μｍ～４００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の幅Ｎ４は、１５０～３００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の長さＬ３は、２０μｍ～２００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１の長さＬ３は、３０μｍ～１００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の長さＬ４は、５００μｍ～１０００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部２３３２の長さＬ４は、７００μｍ～９００μｍである。
いくつかの実施例では、第１の帯状部２３３１と第２の帯状部２３３２との夾角は、多角形における隣接する２つの辺の夾角とほぼ同じであってもよい。例えば、多角形が正六角形である場合、隣接する２つの辺の間の夾角は、１２０°であってもよく、第１の帯状部と第２の帯状部との夾角は、約１２０°であってもよい。いくつかの実施例では、質量素子２３４０の厚さ方向に垂直な断面の形状が矩形である場合、第１の帯状部２３３１は、第２の帯状部２３３２に垂直である。このような設計により、骨伝導音響伝達装置２３００のレイアウトは、よりコンパクトである。
図２６は、図２３に示された骨伝導音響伝達装置の概略構成図であり、図２７は、図２３に示された骨伝導音響伝達装置の別の概略構成図であり、図２８は、図２３に示された骨伝導音響伝達装置のさらに別の概略構成図であり、図２９は、図２３に示された骨伝導音響伝達装置のさらに別の概略構成図である。図２６は、主に支持アーム２３３０が２つの帯状部を含む場合の電極絶縁チャネル２３５０を示し、図２７は、主に支持アーム２３３０が２つの帯状部を含む場合の電極絶縁チャネル２３５０及び電極リード２３６０を示し、図２８は、主に支持アーム２３３０が２つの帯状部を含む場合の電極収縮チャネル２３７０を示し、図２９は、主に支持アーム２３３０が２つの帯状部を含む場合の延在領域２３８０を示す。図２６～図２９に示すように、いくつかの実施例では、音響変換ユニット２３２０は、多層構造であり、第１の電極層２３２１、第２の電極層２３２３、第１の圧電層２３２２、弾性層２３２４、シード層、ボンディングワイヤ電極層２３２６、延在領域２３８０、電極絶縁チャネル２３５０、電極リード２３６０、電極収縮チャネル２３７０などの構造を含んでもよい。音響変換ユニット２３２０の各層構造、質量素子２３４０などについては、本願の明細書の図８～図１０における音響変換ユニット８２０、第１の電極層８２１、第２の電極層８２３、第１の圧電層８２２、振動ユニット、質量素子８４０、延在領域８２１０、電極絶縁チャネル８５０、電極リード８６０、電極収縮チャネル８７０などの部材の構造、サイズ、厚さなどのパラメータの説明を参照することができ、これらのパラメータの説明は、図２３に示された骨伝導音響伝達装置２３００に用いられてもよく、本明細書ではさらに説明しない。
図３１は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置３１００の概略構成図である。骨伝導音響伝達装置３１００は、基体構造体３１１０を含む。図３１に示すように、いくつかの実施例では、支持アーム３１３０は、第１の帯状部３１３１、第２の帯状部３１３２及び第３の帯状部３１３３の３つの帯状部を含み、第１の帯状部３１３１は、一端が質量素子３１４０に接続され、他端が第２の帯状部３１３２の一端に接続され、第２の帯状部３１３２の他端は、第３の帯状部３１３３の一端に接続され、第３の帯状部３１３３の他端は、基体構造体に接続される。このような構造設計により、支持アーム３１３０を限られた空間内でより長く設計することができるため、支持アーム３１３０の剛性は、より小さくなり、それに応じて、質量素子３１４０の質量をより小さく設定することができ（例えば、支持アームに対して上向き及び下向きに突出する必要がなくなる）、それにより質量素子３１４０の製造プロセスをさらに簡略化することができる。
第１の帯状部３１３１と質量素子３１４０との接続箇所は、多角形の側辺の任意の位置、例えば、側辺の端部又は側辺の中点などに位置してもよい。いくつかの実施例では、図３１に示すように、第１の帯状部３１３１及び質量素子３１４０の接続箇所は、多角形の側辺の端部に位置する。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の幅Ｎ５は、５０μｍ～３００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の幅Ｎ５は、８０μｍ～１５０μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の幅Ｎ６は、５０μｍ～３００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の幅Ｎ６は、８０μｍ～１５０μｍである。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の幅Ｎ７は、５０μｍ～３００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の幅Ｎ７は、８０μｍ～１５０μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の長さＬ５は、２０μｍ～２００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の長さＬ５は、３０μｍ～１００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の長さＬ６は、６００μｍ～１２００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の長さＬ６は、８００μｍ～１０００μｍである。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の長さＬ７は、８００μｍ～１３００μｍであってもよい。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の長さＬ７は、９００μｍ～１２００μｍである。
図３２は、本願の別のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置３１００の概略構成図である。図３２に示すように、第１の帯状部３１３１及び質量素子３１４０の接続箇所は、多角形の側辺の中点に位置する。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の幅Ｎ８は、５０μｍ～３００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の幅Ｎ８は、８０μｍ～１５０μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の幅Ｎ９は、５０μｍ～３００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の幅Ｎ９は、８０μｍ～１５０μｍである。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の幅Ｎ１０は、５０μｍ～３００μｍである。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の幅Ｎ１０は、８０μｍ～１５０μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の長さＬ８は、２０μｍ～２００μｍである。いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１の長さＬ８は、３０μｍ～１００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の長さＬ９は、５００μｍ～１０００μｍである。いくつかの実施例では、第２の帯状部３１３２の長さＬ９は、６００μｍ～８００μｍである。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の長さＬ１０は、８００μｍ～１３００μｍである。いくつかの実施例では、第３の帯状部３１３３の長さＬ１０は、９００μｍ～１２００μｍである。
いくつかの実施例では、第１の帯状部３１３１と第２の帯状部３１３２との夾角、及び第２の帯状部３１３２と第３の帯状部３１３３との夾角は、多角形における隣接する２つの辺の夾角とほぼ同じであってもよい。例えば、多角形が正六角形である場合、隣接する２つの辺の間の夾角は、１２０°であってもよく、第１の帯状部３１３１と第２の帯状部３１３２との夾角は、約１２０°であってもよく、第２の帯状部３１３２と第３の帯状部３１３３との夾角は、約１２０°であってもよい。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置３１００の構造をよりコンパクトにするために、質量素子３１４０の厚さ方向に垂直な断面は、矩形であり、第２の帯状部３１３２は、第１の帯状部３１３１に垂直であるか又は略垂直であり、第２の帯状部３１３２は、第３の帯状部３１３３に垂直であるか又は略垂直である。
いくつかの実施例では、支持アームは、より多くの帯状部、例えば、第４の帯状部、第５の帯状部などを含んでもよい。支持アームに含まされた帯状部の数は、支持アームの剛性に応じて具体的に設計されてもよい。
図３３は、図３２に示された骨伝導音響伝達装置３１００の別の概略構成図である。図３３には、電極絶縁チャネル３１５０が示される。いくつかの実施例では、音響変換ユニット３１２０は、多層構造であり、第１の電極層、第２の電極層、第１の圧電層、弾性層、シード層、電極絶縁チャネル３１５０、及び電極収縮チャネルなどの構造を含んでもよい。音響変換ユニット３１２０の各層構造、質量素子３１４０などについては、本願の明細書の図８～図１０における音響変換ユニット８２０、第１の電極層８２１、第２の電極層８２３、第１の圧電層８２２、振動ユニット、質量素子８４０、延在領域８２１０、電極絶縁チャネル８５０、電極リード８６０、電極収縮チャネル８７０などの部材の構造、サイズ、厚さなどのパラメータの説明を参照することができ、本明細書ではさらに説明しない。
いくつかの実施例では、支持アーム及び音響変換ユニットの厚さの合計は、質量素子の厚さより小さい。理解されるように、音響変換ユニットが支持アームの上表面又は下表面に設置される場合、支持アーム及び音響変換ユニットの厚さの合計は、両者の厚さを加算した値であってもよい。音響変換ユニットが支持アームの内部に設置される場合、支持アーム及び音響変換ユニットの厚さの合計は、内部にある音響変換ユニットを含む支持アームの厚さであってもよい。支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状が矩形又は台形などの多角形である場合、支持アームの剛性が大きい可能性があるため、質量素子の質量を大きくするように、質量素子の厚さをそれに応じて大きく設置することができ、それにより骨伝導音響伝達装置の共振周波数を上記１つ以上の実施例において限定された範囲内にすることができる。いくつかの実施例では、支持アーム及び音響変換ユニットの厚さの合計は、質量素子の厚さ以上である。支持アームが２つの帯状部を含む（例えば、支持アームが第１の帯状部及び第２の帯状部を含む）場合、又は支持アームが３つの帯状部を含む（例えば、支持アームが第１の帯状部、第２の帯状部及び第３の帯状部を含む）場合、又は支持アームがより多くの帯状部を含む場合、支持アームの剛性が小さい可能性があるため、質量素子の質量を小さくするように、質量素子の厚さをそれに応じて小さく設置することができ、それにより骨伝導音響伝達装置の共振周波数を上記１つ以上の実施例において限定された範囲内にすることができる。
いくつかの実施例では、上記いずれか一項の実施例に係る骨伝導音響伝達装置において、ストッパ構造体（図示せず）をさらに含んでもよく、該ストッパ構造体は、板状構造である。いくつかの実施例では、ストッパ構造体は、基体構造体の中空部分に位置してもよく、ストッパ構造体は、積層構造体の上方又は下方に位置するとともに、積層構造体に対向して設置されてもよい。いくつかの実施例では、基体構造体が上下に貫通する構造体である場合、ストッパ構造体は、基体構造体の頂部又は底部に位置してもよい。ストッパ構造体と積層構造体の質量素子が間隔を隔てて設置され、大きな衝撃を受けるときに、ストッパ構造体が積層構造体の質量素子の振幅を制限することにより、振動が激しくて装置を損傷させることを避けることができる。いくつかの実施例では、ストッパ構造体は、剛性の構造（例えば、ストッパ）であってもよく、一定の弾性を有する構造（例えば、弾性クッション、緩衝片持ち梁、又は緩衝支持アームとストッパが同時に設置された構造など）であってもよい。
積層構造体は、固有周波数を有し、外部の振動信号の周波数が該固有周波数に近接する場合、積層構造体は、大きな振幅を発生させて、大きな電気信号を出力する。したがって、骨伝導音響伝達装置の外部振動に対する応答は、固有周波数の近くに共振ピークが発生すると表現される。いくつかの実施例では、積層構造体のパラメータを変更して、積層構造体の固有周波数を音声周波数帯域範囲内に調整することにより、骨伝導音響伝達装置の共振ピークを音声周波数帯域範囲内にし、骨伝導音響伝達装置の音声周波数帯域（例えば、共振ピークの前の周波数範囲）の振動に対する応答感度を向上させることができる。図３４に示すように、積層構造体の固有周波数が低下した周波数応答曲線（図３４における実線曲線）における共振ピーク３４０１に対応する周波数は、積層構造体の固有周波数を変更しない周波数応答曲線（図３４における破線曲線）における共振ピーク３４０２に対応する周波数より小さい。周波数が共振ピーク３４０１の所在する周波数より小さい外部の振動信号について、実線曲線に対応する骨伝導音響伝達装置は、より高い感度を有する。
積層構造体の変位出力式は、以下のとおりである。
式中、Ｍは、積層構造体の質量であり、Ｒは、積層構造体の減衰であり、Ｋは、積層構造体の弾性係数であり、Ｆは、駆動力の振幅であり、Ｘａは、積層構造体の変位であり、ωは、外力の角周波数であり、ω０は、積層構造体の固有周波数である。外力の角周波数
であれば、ωＭ＜Ｋω－１である。（Ｍを大きくするか、又はＫを小さくするか、又はＭを大きくすると共にＫを小さくすることにより）積層構造体の固有周波数ω０を小さくすると、｜ωＭ＜Ｋω－１｜は、小さくなり、対応する変位出力Ｘａは、大きくなる。加振力の周波数ω＝ω０であれば、ωＭ＝Ｋω－１である。振動－電気信号変換素子（積層構造体）の固有周波数ω０を変化させると、対応する変位出力Ｘａは変化しない。加振力の周波数ω＞ω０であれば、ωＭ＞Ｋω－１である。（Ｍを大きくするか、又はＫを小さくするか、又はＭを大きくすると共にＫを小さくすることにより）振動－電気信号変換素子の固有周波数ω０を小さくすると、｜ωＭ＜Ｋω－１｜は、大きくなり、対応する変位出力Ｘａは、小さくなる。
共振ピークが前倒しになるにつれて、音声周波数帯域においてピーク値が現れる。骨伝導音響伝達装置が信号をピックアップするときに共振ピーク周波数帯域において信号が多すぎて、通話効果を低下させる。いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置により収集された音声信号の品質を向上させるために、積層構造体に減衰構造層を設置してもよく、該減衰構造層は、振動中の積層構造体のエネルギー損失、特に共振周波数帯域での損失を増加させることができる。ここで、機械的品質係数の逆数１／Ｑを利用して減衰係数を以下のように説明する。
式中、Ｑ－１は、品質係数の逆数であり、構造損失係数ηとも呼ばれ、Δｆは、共振振幅の半分での周波数差値ｆ１－ｆ２（３ｄＢ帯域幅とも呼ばれる）であり、ｆ０は、共振周波数である。
積層構造体の損失係数ηと減衰材料の損失係数ｔａｎδとの関係は、以下のとおりである。
式中、Ｘは、剪断パラメータであり、積層構造体の各層の厚さ、材料属性に関連する。Ｙは、剛性パラメータであり、積層構造体の各層の厚さ、ヤング率に関連する。
式（５）及び式（６）から分かるように、減衰構造層の材料と積層構造体の各層の材料を調整することにより、積層構造体の損失係数ηを適切な範囲に調整することができる。積層構造体の減衰構造層の減衰が大きくなるにつれて、機械的品質係数Ｑが小さくなり、対応する３ｄＢ帯域幅が大きくなる。減衰構造層の減衰は、異なる応力（変形）状態で異なり、例えば、応力が高いか又は振幅が大きいときに減衰が大きい。したがって、非共振領域における積層構造体の振幅が小さく、共振領域における振幅が大きいという特徴に基づいて、減衰構造層を増加させることにより、非共振領域における骨伝導音響伝達装置の感度を低下させないことを保証すると共に、共振領域のＱ値を低下させ、骨伝導音響伝達装置の周波数応答を周波数帯域全体において平坦にすることができる。図３５は、本願のいくつかの実施例に係る、減衰構造層を有する骨伝導音響伝達装置と減衰構造層を有さない骨伝導音響伝達装置の周波数応答曲線図である。図３５に示すように、減衰構造層を有する骨伝導音響伝達装置が出力した電気信号の周波数応答曲線３５０２は、減衰構造層が設置されていない骨伝導音響伝達装置が出力した電気信号の周波数応答曲線３５０１より平坦である。
いくつかの実施例では、骨伝導音響伝達装置は、少なくとも１層の減衰構造層を含んでもよく、少なくとも１層の減衰構造層の周側は、基体構造体に接続されてもよい。いくつかの実施例では、少なくとも１層の減衰構造層は、積層構造体の上表面及び／又は下表面、又は積層構造体の多層の層状構造の間に位置してもよい。いくつかの実施例では、マクロサイズの積層構造体及び基体構造体について、減衰構造層を基体構造体又は積層構造体の表面に直接接着してもよい。いくつかの実施例では、ＭＥＭＳデバイスについて、半導体プロセス、例えば、蒸着、スピンコーティング、マイクロアセンブリなどの方式で、減衰構造層を積層構造体及び基体構造体に接続してもよい。いくつかの実施例では、減衰構造層の形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、八角形などの規則的な形状であってもよい。いくつかの実施例では、減衰膜の材料、サイズ、厚さなどを選択することにより、骨伝導音響伝達装置の電気信号の出力効果を向上させることができる。
減衰構造層をより明確に説明するために、片持ち梁式の骨伝導音響伝達装置（例えば、図１に示された骨伝導音響伝達装置１００、図３に示された骨伝導音響伝達装置３００、図４に示された骨伝導音響伝達装置４００）を例示的に説明する。図３６は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の断面図である。図３６に示すように、骨伝導音響伝達装置３６００は、基体構造体３６１０、積層構造体３６２０及び減衰構造層３６３０を含んでもよい。さらに、積層構造体３６２０は、一端が基体構造体３６１０の上表面に接続され、他端が基体構造体３６１０の中空部分にサスペンションして設置され、減衰構造層３６３０は、積層構造体３６２０の上表面に位置する。減衰構造層３６３０の面積は、積層構造体３６２０の面積より大きくてもよく、すなわち、減衰構造層３６３０は、積層構造体３６２０の上表面を被覆するだけでなく、積層構造体３６２０と基体構造体３６１０との間の隙間を被覆することができる。いくつかの実施例では、減衰構造層３６３０の少なくとも一部の周側は、基体構造体３６１０に固定されてもよい。
図３７は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の断面図である。図３７に示すように、骨伝導音響伝達装置３７００は、基体構造体３７１０、積層構造体３７２０及び２つの減衰構造層を含んでもよく、２つの減衰構造層は、第１の減衰構造層３７３０及び第２の減衰構造層３７４０を含む。さらに、第２の減衰構造層３７４０は、基体構造体３７１０の上表面に接続され、積層構造体３７２０の下表面は、第２の減衰構造層３７４０の上表面に接続され、積層構造体３７２０の一端は、基体構造体３７１０の中空部分にサスペンションして設置され、第１の減衰構造層３７３０は、積層構造体３７２０の上表面に位置する。第１の減衰構造層３７３０及び／又は第２の減衰構造層３７４０の面積は、積層構造体３７２０の面積より大きい。
図３８は、本願のいくつかの実施例に係る骨伝導音響伝達装置の断面図である。図３８に示すように、骨伝導音響伝達装置３８００は、基体構造体３８１０、積層構造体３８２０及び減衰構造層３８３０を含んでもよい。さらに、減衰構造層３８３０は、基体構造体３８１０の上表面に位置する。積層構造体３８２０の下表面は、減衰構造層３８３０の上表面に接続され、積層構造体３８２０の一端は、基体構造体３８１０の中空部分にサスペンションして設置される。
なお、減衰構造層（例えば、減衰構造層３６３０）の位置は、上記図３６～図３８に示された積層構造体の上表面及び／又は下表面に限定されず、積層構造体の多層の層状構造の間に位置してもよい。例えば、減衰構造層は、弾性層と第１の電極層との間に位置してもよい。また例えば、減衰構造層は、第１の弾性層と第２の弾性層との間に位置してもよい。また、減衰構造層は、上記片持ち梁式の骨伝導音響伝達装置に限定されず、図５、図７、図８、図１７、図２１、図２３及び図３１に示された骨伝導音響伝達装置に適用されてもよく、本明細書では説明を省略する。
上記で基本概念を説明してきたが、当業者にとっては、上記詳細な開示は、単なる例として提示されているものに過ぎず、本願を限定するものではないことは明らかである。本明細書において明確に記載されていないが、当業者は、本願に対して様々な変更、改良及び修正を行うことができる。これらの変更、改良及び修正は、本願によって示唆されることが意図されているため、本願の例示的な実施例の精神及び範囲内にある。
さらに、本願の実施例を説明するために、本願において特定の用語が使用されている。例えば、「１つの実施例」、「一実施例」、及び／又は「いくつかの実施例」は、本願の少なくとも１つの実施例に関連した特定の特徴、構造又は特性を意味する。したがって、本明細書の様々な部分における「一実施例」又は「１つの実施例」又は「１つの代替的な実施例」の２つ以上の言及は、必ずしもすべてが同一の実施例を指すとは限らないことを強調し、理解されたい。また、本願の１つ以上の実施例における特定の特徴、構造、又は特性は、適切に組み合わせられてもよい。
また、当業者には理解されるように、本願の各態様は、任意の新規かつ有用なプロセス、機械、製品又は物質の組み合わせ、又はそれらへの任意の新規かつ有用な改善を含む、いくつかの特許可能なクラス又はコンテキストで、例示及び説明され得る。よって、本願の各態様は、完全にハードウェアによって実行されてもよく、完全にソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）によって実行されてもよく、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実行されてもよい。以上のハードウェア又はソフトウェアは、いずれも「データブロック」、「モジュール」、「エンジン」、「ユニット」、「アセンブリ」又は「システム」と呼ばれてもよい。また、本願の各態様は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードを含む１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。
また、特許請求の範囲に明確に記載されていない限り、本願に記載の処理要素又はシーケンスの列挙した順序、英数字の使用、又は他の名称の使用は、本願の手順及び方法の順序を限定するものではない。上記開示において、発明の様々な有用な実施例であると現在考えられるものを様々な例を通して説明しているが、そのような詳細は、単に説明の目的のためであり、添付の特許請求の範囲は、開示される実施例に限定されないが、逆に、本願の実施例の趣旨及び範囲内にあるすべての修正及び等価な組み合わせをカバーするように意図されることを理解されたい。例えば、上述したシステムアセンブリは、ハードウェアデバイスにより実装されてもよいが、ソフトウェアのみのソリューション、例えば、既存の処理デバイス又はモバイルデバイスに説明されたシステムをインストールすることにより実装されてもよい。
同様に、本願の実施例の前述の説明では、本願の開示を簡略化して、１つ以上の発明の実施例への理解を助ける目的で、様々な特徴が１つの実施例、図面又はその説明にまとめられることがあることを理解されたい。しかしながら、このような開示方法は、特許請求される主題が各請求項で列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈すべきではない。実際に、実施例の特徴は、上記開示された単一の実施例のすべての特徴よりも少ない場合がある。
いくつかの実施例では、成分及び属性の数を説明する数字が使用されており、このような実施例を説明するための数字は、いくつかの例では修飾語「約」、「ほぼ」又は「概ね」によって修飾されるものであることを理解されたい。特に明記しない限り、「約」、「ほぼ」又は「概ね」は、上記数字が±２０％の変動が許容されることを示す。よって、いくつかの実施例では、明細書及び特許請求の範囲において使用されている数値パラメータは、いずれも個別の実施例に必要な特性に応じて変化し得る近似値である。いくつかの実施例では、数値パラメータについては、規定された有効桁数を考慮すると共に、通常の丸め手法を適用するべきである。本願のいくつかの実施例では、その範囲を決定するための数値範囲及びパラメータは、近似値であるが、具体的な実施例では、このような数値は、可能な限り正確に設定される。
本願において参照されているすべての特許、特許出願、公開特許公報、及び、論文、書籍、仕様書、刊行物、文書などの他の資料は、本願の内容と一致しないか又は矛盾する出願経過文書、及び（現在又は後に本願に関連する）本願の請求項の最も広い範囲に関して限定的な影響を有し得る文書を除いて、その全体が参照により本願に組み込まれる。なお、本願の添付資料における説明、定義、及び／又は用語の使用が本願に記載の内容と一致しないか又は矛盾する場合、本願における説明、定義、及び／又は用語の使用を優先するものとする。
最後に、本願に記載の実施例は、単に本願の実施例の原理を説明するものであることを理解されたい。他の変形例も本願の範囲内にある可能性がある。したがって、限定するものではなく、例として、本願の実施例の代替構成は、本願の教示と一致するように見なされてもよい。よって、本願の実施例は、本願において明確に紹介して説明された実施例に限定されない。
１００ 骨伝導音響伝達装置
１１０ 基体構造体
１２０ 音響変換ユニット
１３０ 振動ユニット
１３１ 第１の弾性層
１３２ 第２の弾性層
１４０ 接続ベース
５３０ サスペンション膜構造体
１１０ 基体構造体
１２０ 音響変換ユニット
１３０ 振動ユニット
１３１ 第１の弾性層
１３２ 第２の弾性層
１４０ 接続ベース
５３０ サスペンション膜構造体
Claims (66)
- 振動ユニット及び音響変換ユニットで形成された積層構造体と、
前記積層構造体を載置するように構成され、前記積層構造体の少なくとも一側に物理的に接続された基体構造体と、
を含み、
前記基体構造体は、外部の振動信号に基づいて振動し、前記振動ユニットは、前記基体構造体の振動に応答して変形し、前記音響変換ユニットは、前記振動ユニットの変形に基づいて電気信号を発生させることを特徴とする、骨伝導音響伝達装置。 - 前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、１ｋＨｚ～５ｋＨｚであることを特徴とする、請求項１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、２．５ｋＨｚ～４．５ｋＨｚであることを特徴とする、請求項２に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、２．５ＫＨｚ～３．５ｋＨｚであることを特徴とする、請求項３に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、前記振動ユニットの剛性と正の相関関係にあることを特徴とする、請求項１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記骨伝導音響伝達装置の共振周波数は、前記積層構造体の質量と負の相関関係にあることを特徴とする、請求項１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記振動ユニットは、少なくとも１つの支持アーム及び質量素子を含み、前記質量素子は、前記少なくとも１つの支持アームにより前記基体構造体に接続されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットは、前記少なくとも１つの支持アームの上表面、下表面又は内部に位置することを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットは、上から下へ順に設置された第１の電極層、第１の圧電層及び第２の電極層を含み、前記第１の電極層又は前記第２の電極層は、前記少なくとも１つの支持アームの上表面又は下表面に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の上表面又は下表面に位置することを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び／又は前記第２の電極層の面積は、前記支持アームの面積以下であり、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び／又は第２の電極層の一部又は全部は、前記少なくとも１つの支持アームの上表面又は下表面を被覆することを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の電極層の面積は、前記第１の圧電層の面積以下であり、前記第１の電極層の全領域は、前記第１の圧電層の表面に位置することを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットの前記第１の電極層、前記第１の圧電層、及び前記第２の電極層は、前記支持アームの前記質量素子に接続された一端及び／又は前記支持アームの前記基体構造体に接続された一端に位置することを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットは、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の上表面及び／又は下表面に位置する少なくとも１つの弾性層を含むことを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットは、前記弾性層と前記第１の電極層との間に設置されるか又は前記弾性層と前記第２の電極層との間に設置された第１のシード層をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットは、少なくとも１つのボンディングワイヤ電極層をさらに含み、前記ボンディングワイヤ電極層は、前記基体構造体に設置され、前記基体構造体から電気信号を導出することを特徴とする、請求項１４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記骨伝導音響伝達装置には、中性層が形成され、前記中性層は、前記支持アームが変形するときに変形応力がゼロであり、前記中性層は、前記第１の圧電層と厚さ方向に重ならないことを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の電極層の厚さは、８０ｎｍ～２５０ｎｍであり、及び／又は前記第２の電極層の厚さは、８０ｎｍ～２５０ｎｍであることを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の圧電層の厚さは、０．８μｍ～２μｍであることを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記弾性層の厚さは、０．５μｍ～１０μｍであることを特徴とする、請求項１４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１のシード層の厚さは、１０ｎｍ～１２０ｎｍであることを特徴とする、請求項１５に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記弾性層の厚さは、前記第１の圧電層の厚さの１～６倍であることを特徴とする、請求項１４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子の厚さは、１μｍ～４００μｍであることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子は、下から上へ順に設置された下地層、第３の電極層、第２の圧電層及び第４の電極層を含むことを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子は、前記下地層と前記第３の電極層との間に設置された第２のシード層をさらに含むことを特徴とする、請求項２４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記下地層の厚さは、２０μｍ～４００μｍであることを特徴とする、請求項２４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記骨伝導音響伝達装置の電気信号の強度とノイズの強度との比は、電気信号の強度とノイズの強度との比の最大値の５０％～１００％であることを特徴とする、請求項１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記音響変換ユニットは、第１の電極層、第１の圧電層及び第２の電極層を含み、前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び前記第２の電極層の３者の重なり領域の面積と、前記支持アームの厚さ方向に垂直な断面の面積との比は、５％～４０％であることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の電極層又は前記第２の電極層には、前記第１の電極層又は前記第２の電極層を２つ以上の電極領域に分割する電極絶縁チャネルが設置されることを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記電極絶縁チャネルの幅は、２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項２９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の電極層又は前記第２の電極層には、前記電極領域と前記基体構造体を接続する電極リードがあることを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記電極リードの幅は、２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項３１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の電極層、前記第１の圧電層及び前記第２の電極層の３者の重なり領域は、前記質量素子に向かって延在して延在領域を形成し、前記延在領域は、前記質量素子の上表面又は下表面に位置することを特徴とする、請求項９に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記延在領域の厚さ方向に垂直な平面での幅は、支持アームと質量素子との接続部位の厚さ方向に垂直な平面での幅の１．２倍～２倍であることを特徴とする、請求項３３に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アームの数は、２つ以上であり、前記２つ以上の支持アームは、前記質量素子の周りに設置されることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記少なくとも１つの支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状は、多角形であることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記多角形の辺長は、１００～６００μｍであることを特徴とする、請求項３６に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記少なくとも１つの支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状は、矩形又は台形であることを特徴とする、請求項３６に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子の厚さ方向に垂直な断面の形状は、多角形であり、前記支持アームの数は、前記多角形の辺の数に対応することを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状が矩形である場合、前記支持アームの長さは、１００μｍ～５００μｍであり、前記支持アームの幅は、１５０μｍ～４００μｍであることを特徴とする、請求項３８に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アームの厚さ方向に垂直な断面の形状が台形である場合、前記台形の高さは、１５０μｍ～６００μｍであり、前記台形の長辺の長さは、３００μｍ～６００μｍであり、前記台形の短辺の長さは、１００μｍ～４００μｍであることを特徴とする、請求項３８に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アームは、第１の帯状部及び第２の帯状部を含み、前記第１の帯状部は、一端が前記質量素子に接続され、他端が前記第２の帯状部の一端に接続され、前記第２の帯状部の他端は、前記基体構造体に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであり、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～４００μｍであることを特徴とする、請求項４２に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１３００μｍであり、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～４００μｍであることを特徴とする、請求項４２に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであることを特徴とする、請求項４３に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第２の帯状部の長さは、８００μｍ～１３００μｍであることを特徴とする、請求項４４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第１の帯状部の幅は、１００μｍ～４００μｍであり、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであることを特徴とする、請求項４３に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第２の帯状部の幅は、１００μｍ～４００μｍであり、前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１０００μｍであることを特徴とする、請求項４４に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子の厚さ方向に垂直な断面の形状は、矩形であり、前記第１の帯状部は、前記第２の帯状部に垂直であることを特徴とする、請求項４２に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アームは、第１の帯状部、第２の帯状部及び第３の帯状部を含み、前記第１の帯状部は、一端が前記質量素子に接続され、他端が前記第２の帯状部の一端に接続され、前記第２の帯状部の他端は、前記第３の帯状部の一端に接続され、前記第３の帯状部の他端は、前記基体構造体に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであり、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであることを特徴とする、請求項５０に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１２００μｍであり、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであることを特徴とする、請求項５０に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第３の帯状部の長さは、８００μｍ～１３００μｍであり、前記第３の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであることを特徴とする、請求項５０に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであることを特徴とする、請求項５１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第２の帯状部の長さは、６００μｍ～１２００μｍであることを特徴とする、請求項５２に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の端部に位置する場合、前記第３の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第３の帯状部の長さは、８００μｍ～１３００μｍであることを特徴とする、請求項５３に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第１の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第１の帯状部の長さは、２０μｍ～２００μｍであることを特徴とする、請求項５１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第２の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第２の帯状部の長さは、５００μｍ～１０００μｍであることを特徴とする、請求項５２に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記第１の帯状部と前記質量素子との接続箇所が前記質量素子の側辺の中点に位置する場合、前記第３の帯状部の幅は、５０μｍ～３００μｍであり、前記第３の帯状部の長さは、８００μｍ～１３００μｍであることを特徴とする、請求項５３に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子の厚さ方向に垂直な断面は、矩形であり、前記第２の帯状部は、前記第１の帯状部に垂直であり、前記第２の帯状部は、前記第３の帯状部に垂直であることを特徴とする、請求項５０に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記基体構造体は、中空のキャビティを有するフレーム構造体を含み、前記支持アームと前記質量素子は、いずれも前記フレーム構造体のキャビティ内に設置されることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記質量素子の形状は、前記キャビティの形状に対応することを特徴とする、請求項６１に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アーム及び前記音響変換ユニットの厚さの合計は、前記質量素子の厚さより小さいことを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記支持アーム及び前記音響変換ユニットの厚さの合計は、前記質量素子の厚さ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記基体構造体のキャビティ内に位置するストッパ構造体をさらに含み、前記ストッパ構造体は、前記基体構造体に接続され、前記質量素子の上方及び／又は下方に位置することを特徴とする、請求項７に記載の骨伝導音響伝達装置。
- 前記積層構造体の上表面、下表面及び／又は内部を被覆する少なくとも１つの減衰層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の骨伝導音響伝達装置。
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