TW202143744A - 用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置以及製造此類裝置之方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置(34)，包括顯示器(1)以及複數個麥克風堆疊(3)，其中，該顯示器(1)沿側向方向(x，y)圍繞各麥克風堆疊(3)。該裝置(34)進一步包括複數個彈性連接器(7)，其中，各彈性連接器(7)沿側向方向(x，y)圍繞一個相應麥克風堆疊(3)，並機械連接該相應麥克風堆疊(3)與該顯示器(1)。各麥克風堆疊(3)進一步包括微機電轉換器陣列(5)，該轉換器陣列(5)包括複數個膜(14)(尤其奈米膜)及對應的整合式背腔容積(17)，該背腔容積(17)被佈置於該膜(14)下方。光學讀取設備(6)經組構以獨立偵測各膜(14)之位移。

Description

用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置以及製造此類裝置之方法
本揭露係關於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置，電子設備；以及製造用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置的方法。
具有分立麥克風之麥克風陣列已被用於各種應用中，例如用以實現方向性、聲音定位及波束形成。對於聲音定位及波束形成，可提供多種方法，涉及範圍從互相關及自相關函數之評估至延遲求和(delay-and-sum)或邊掃描邊跟踪算法(track-while-scan algorithms)，同時考慮遠場及近場聲音訊號。
為了獲得良好的空間解析度，理想的麥克風陣列應具有大孔徑(整體陣列之尺寸)，正如Rayleigh解析度準則所述θ=sin -1(1.22．λ/D)，其中，θ為將要偵測之兩源之間的最小角度，D為線性孔徑之尺寸，且λ為聲壓波之波長。這意味著在較低頻率處，小孔徑不會有良好的方向性。
另一方面，在較高頻率處，具有大孔徑及少量轉換器(transducer)之陣列遭遇方向性損失，這被稱為旁瓣(side lobe)。對於具有N個等間距轉換器之一維陣列，這可自該陣列之孔徑函數的空間傅立葉變換(也稱為模式函數)導出。在此情況下，該模式函數可寫為：
Figure 110111142-A0202-12-0002-1
其中，k=2π/λ=ω/c0係為與具有相速度c0之平面波相關的聲波波數，d為相鄰轉換器之距離，λ為波長，以及φ為衝擊該一維轉換器陣列之波的角度。該模式函數w(k)為k的週期函數。除了在k=0的主瓣(main lobe)外，該模式函數還在k=p．(2π/d)，p=±1，±2，...呈現該主瓣之重複。只要d小於聲波波長之一半，該陣列之方向響應就由該主瓣主導。然而，一旦d超過λ/2，“空間混疊(space aliasing)”發生並在該陣列之響應中產生明顯的旁瓣。這意味著為了達到最大頻率之要求，該陣列中之轉換器之間的距離必須小於該頻率之聲波波長的一半。然而，這些要求需要大孔徑及大量轉換器。
對於波束形成算法，應當注意，轉換器陣列可經控制以對來自某方向φ0的聲音衝擊具有選擇性，前提是對該陣列之轉換器應用適當的加權函數，以確保它們的淨輸出針對到達角φ0一致地增加。在此情況下，模式函數可寫為
Figure 110111142-A0202-12-0002-4
其對應於空間傅立葉變換之偏移，所得主瓣以所需角度φ0為中心。
電容式微機電(MEMS)麥克風已被用作分立組件來形成感測器陣列，該感測器陣列可具有線性、矩形或圓形形狀。然而，此類陣列需要使用獨立的麥克風，這可能是昂貴的。此外，作為該陣列中之分立組件使用的電容式MEMS麥克風需要將各轉換器暴露於聲場，這需要大量的空間及容積。具有整合式轉換器之電容式MEMS麥克風陣列因膜位移(membrane displacement)之讀取方法而需要非常複雜的供應及感測方案。由於各麥克風必須在該陣列中作為獨立的轉換器工作，因此，各轉換器中之背腔容積的聲學要求也可能占用相當大的容積。
本發明之目的係提供一種用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置，其可以在減小之體積內實施。本發明之另一目的係提供一種製造用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置的方法，該裝置可以在減小之體積內實施。
此目的係藉由獨立請求項實現。其它實施例及變體源於附屬項。除非另有說明，否則如上所述之定義也適用於下面的說明。
在一實施例中，一種用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置包括顯示器，該顯示器具有主延伸平面。例如，該顯示器可為任意電子設備(例如移動設備，如手機)之顯示器。該顯示器可包括用於構造此類顯示器之任意已知材料。至少在波長之可見光譜中，該顯示器可透過電磁輻射。關於該顯示器之該主延伸平面，該顯示器可為平面的，亦即，不彎曲。
該裝置進一步包括複數個麥克風堆疊，其中，該顯示器沿側向方向圍繞各麥克風堆疊。該側向方向平行於該顯示器之該主延伸平面延伸。這意味著將相應麥克風堆疊插入於該顯示器內之間隙中。然而，一狹縫隔開該顯示器與該插入麥克風堆疊。因此，該顯示器與該麥克風堆疊不直接機械接觸。麥克風堆疊之數目為任意，且依應用而定。例如，該裝置包括至少兩個麥克風堆疊。
該裝置進一步包括複數個彈性連接器，其中，各彈性連接器沿側向方向圍繞一個相應麥克風堆疊，並機械連接該相應麥克風堆疊與該顯示器。這意味著各彈性連接器與該顯示器及相應麥克風堆疊都機械接觸。各彈性連接器可沿側向方向完全圍繞一個相應麥克風堆疊。各彈性連接器可包括與用於該顯示器之材料之楊氏模量相比具有低楊氏模量值之任意材料。這意味著，該彈性材料之硬度低於該顯示器之材料。例如，該彈性層可包括矽膠。該彈性層可形成環，其橫跨該顯示器與該麥克風堆疊之間之該狹縫。
該麥克風堆疊包括微機電轉換器陣列，該轉換器陣列包括複數個膜及對應的整合式背腔容積(back-volume)。該轉換器陣列沿平行於該顯示器之該主延伸平面之方向延伸。該膜可被整合於基板上，尤其半導體基板(例如，包括矽(Si))上。而且，該膜可包括與半導體製程相容之材料，例如氮化矽(SiN)或多晶矽。然而，該膜還可包括二維材料(2D材料)，例如石墨烯或二硫化鉬(MoS2)或適合形成奈米膜之任意其它材料。該二維材料將表現出單個原子層作為厚度。然而，也可考慮其它厚度。在一個實施例中，該2D材料之厚度為兩個原子層。然而，大數目的原子層也是可行的，例如10個。
該背腔容積在該膜下方沿橫向方向佈置。該橫向方向垂直於該顯示器之該主延伸平面延伸。這意味著該背腔容積由該膜下方之容積形成。該 背腔容積可進一步由位於該基板中之腔體形成，該基板支撐該膜。可用空氣或氣體填充該背腔容積。
該微機電轉換器陣列包括至少兩個微機電轉換器，它們以規則或不規則的方式相對彼此佈置。例如，四個轉換器可呈矩形網格佈置。各轉換器經組構以將聲壓波轉換成該膜之機械偏轉，該膜之機械偏轉接著藉由讀取方法可被轉換成電子訊號。該背腔容積經組構以提供聲循性。膜對聲壓波(尤其在音頻)之響應取決於該背腔容積之大小。這意味著為了增加該轉換器之靈敏度以及訊噪比(SNR)，該背腔容積應盡可能大。
該麥克風堆疊進一步包括光學讀取設備，其經組構以獨立偵測該轉換器陣列內之各膜之位移。這意味著該轉換器陣列內之各轉換器形成光學麥克風。光學麥克風利用光學方法評估膜對聲音之響應。例如，該光學讀取設備可包括至少一個光源及光偵測器。該光源可為雷射、LED或具有受控相干長度之其它光源。當在該膜上整合鏡子時，可利用雷射束及干涉儀偵測振動，亦即，可藉由反射雷射束之光程長度的變化來偵測該膜之移動。干涉儀可用以將相關相位變化轉換為光訊號之强度變化。該光學讀取設備獨立偵測該轉換器陣列內之各單個轉換器之位移。
由於MEMS轉換器陣列之小尺寸，它們可被安裝於具有有限尺寸及體積之設備中，例如移動設備及智慧型手機顯示器中。藉由該光學讀取方法，該轉換器可在側向方向上更小且在高度上更薄。即使對於具有小直徑之膜，該整合式背腔容積也提供足够的聲循性。
即使使用單個轉換器陣列之轉換器，也可在盡可能低之音頻(較佳低至10kHz)實現入射聲波之良好方向性及空間解析度。此外，使用一 轉換器陣列內之多膜可將訊噪比增加10．log(N)倍，其中，N為該轉換器陣列中之膜數。
藉由組合一個以上之轉換器陣列，甚至可在低頻(較佳低至1kHz)達成聲音定位及波束形成。
藉由使用彈性連接器安裝該轉換器陣列來直接暴露各膜於該聲壓。該彈性連接器减少從該顯示器至該轉換器陣列的結構聲音傳輸。
在一實施例中，各麥克風堆疊進一步包括彈性層。該彈性層可包括與用於該顯示器之材料之楊氏模量相比具有低楊氏模量值之任意材料。例如，該彈性層可包括奈米材料。例如，該彈性層可為碳並形成碳奈米膜。在另一例中，該奈米膜可由二硫化鉬製成。由於該彈性層係為該麥克風堆疊之最頂層，因此，它與該顯示器上方之環境連接。該彈性層可為堅固的，以承受環境衝擊及外力，如碰觸。然而，該彈性層也充當膜，並能够沿橫向方向偏轉。這樣，該彈性層將聲壓波向該轉換器陣列傳遞。
在此實施例中，各麥克風堆疊還包括墊片，其中，沿該橫向方向，該墊片被佈置於該彈性層與該轉換器陣列之間。該墊片具有第一表面以及與該第一表面相對之第二表面。該墊片經由該第一表面與該轉換器陣列機械接觸，並經由該第二表面與該彈性層機械接觸。此外，該墊片包括穿過該墊片之複數個通孔。這意味著該通孔連接該墊片之該第一表面與該第二表面。該轉換器陣列之該膜與該墊片之該通孔對齊。達成該對齊以使該通孔在該膜上方沿該橫向方向設置。因此，該墊片分離各膜之聲壓。由該膜、該通孔及該彈性層封閉之容積被稱為前腔容積。該前腔容積可用空氣或氣體填充，並由該墊片密 封。該墊片可包括就楊氏模量而言為盡可能剛性之材料。例如，該墊片包括Si或玻璃。
藉由在該轉換器陣列上方設置彈性層及墊片，可保護該轉換器陣列之該敏感膜免受環境衝擊及外力(如碰觸)之影響。這是因為該膜位於該裝置內，並藉由該墊片與該顯示器隔開。由於該彈性層之柔韌性及其在各通孔上方之膜功能，因此，衝擊該彈性層之聲壓波可朝向該轉換器陣列中之該膜行進。由於此保護佈置，該轉換器陣列可藉由傳統MEMS技術製造，並可使用標準MEMS材料。例如，該膜包括SiN。
在另一實施例中，各麥克風堆疊進一步包括作為最頂層之2D材料層，其中，該轉換器陣列之該膜由該2D材料層之相應部分形成。這意味著各膜都包括2D材料。在此實施例中，該膜被直接暴露於該顯示器上方之環境。因此，無需該彈性層或該墊片。例如，該2D材料層可包括碳(當厚度為原子層時導致石墨烯)或二硫化鉬(MoS2)。然而，可使用適合形成奈米膜之任意其它材料。該2D材料層可包括該相應材料之數個原子層。例如，該2D材料層可為薄的且僅包括一個或兩個原子層。然而，厚2D材料層(對應於幾十個原子層)也是可能的。總厚度(亦即原子層數)為任意的且取決於應用而定。相應材料、厚度以及該2D材料層之幾何設置影響膜位移對壓力之依賴性。
藉由將2D材料例如石墨烯或MoS2用於該膜，並由於該2D材料屬性例如楊氏模量、密度等，可獲得較小之膜直徑。因此，即使該轉換器陣列具有小孔徑，該膜也可在其之間具有較大間距。以此方式，即使單個轉換器 陣列也可在低頻(例如低至10kHz)具有良好之方向性及空間解析度。包括2D材料之膜更能抵抗環境衝擊，因此，它們可被直接暴露於環境中。
在一實施例中，各轉換器陣列進一步包括在該複數個膜下方沿該橫向方向佈置之基板。該基板可包括半導體材料，例如Si。可在該基板之頂部上佈置薄膜料，並可由該薄膜料之部分形成該膜。在該薄膜料之相應部分下方之該基板中形成腔體，以使該薄膜料暴露於面向該基板之一側。暴露之該薄膜料之部分形成膜。膜可為平面的或皺褶的。
該背腔容積由位於該相應膜下方之該基板中的該腔體形成。這樣，該背腔容積被整合於該基板中。可用氣體或空氣填充該背腔容積。例如，可用氮填充該背腔容積。
藉由使用基板(尤其半導體基板)，可使用傳統製程例如沉積及蝕刻技術來製造轉換器設備。而且，額外功能組件例如電路、感測器、電性連接等可被整合於該基板中。由於該背腔容積被整合於該基板中，該轉換器陣列可非常緊湊，從而允許該設備進一步微型化。
在一實施例中，該轉換器陣列還包括連接各背腔容積與該環境之通風孔。該通風孔由位於該基板中之開口形成。該開口可沿側向方向彼此相鄰佈置，與該顯示器之主延伸平面平行。這樣，各開口通向該基板之側表面。該開口可很窄，以形成通道。對於各背腔容積，可具有連接該背腔容積與該環境之一個對應的通風孔。
此構造之優點係可任意增加此類通風孔之聲阻。狹長開口之聲阻大。藉由增加聲阻，避免壓降，並可降低該裝置之噪聲電平。
作為替代，通風孔可被整合於各膜中。例如，相對於該膜之側向範圍，該通風孔可位於該膜之中心。這意味著該通風孔穿過該膜。若存在墊片及彈性層，則在各膜上方之該彈性層中設置另外的通風孔，其中，該另外的通風孔穿過該彈性層。這樣，各背腔容積經由位於該膜中之該通風孔、該前腔容積以及位於該彈性層中之該另外的通風孔與該環境連接。與該膜之直徑相比，該通風孔可具有小直徑，從而該膜之功能及靈敏度不會受到不利影響。
通風孔在該背腔容積與該環境之間提供壓力均衡。這可能是必要的，因為由於該膜偏轉，該背腔容積內之氣體密度變化可能影響系統順應性，從而影響該膜之動態特性。在時間尺度上，與聲壓波之訊號週期相比，在該背腔容積與該環境之間的壓力均衡是緩慢的。
在一實施例中，該光學讀取設備包括至少一個光源以及至少一個光偵測器。該光源及該光偵測器被佈置於另一基板上，其中，該另一基板在該轉換器陣列下方沿該橫向方向接附至該轉換器陣列。
該另一基板也可包括半導體材料，例如Si。該光源及該光偵測器可被整合於該另一基板上。該光源可為例如垂直腔面發射雷射器(VCSEL)。然而，也可使用能够提供任意波長之相干光的不同光源。此外，可在該另一基板上整合一個以上光源。該光偵測器可為例如光二極體或光二極體陣列。然而，也可使用不同的光偵測器。此外，可在該另一基板上整合一個以上光偵測器。
還可在該另一基板上整合另外的組件。例如，還可在該另一基板上整合用於觸發及評估光訊號之電路以及干涉量測設備(例如鏡子)。如上所述，藉由使用來自光源之雷射束可偵測該膜之振動。這是因為該膜之偏轉引 起該反射雷射束之光程長度的變化。當使用干涉儀時，可偵測該光的相位變化，或偵測該光的强度變化。
藉由本領域已知的任意技術，可將該另一基板接附至該轉換器陣列。例如，可應用接合技術。或者，可藉由黏著劑將該另一基板接附至包括該轉換器陣列之該基板。將該另一基板接附至該轉換器陣列，以使該轉換器陣列內之各膜之位移可被獨立偵測。從該光源向該膜之光路由相應背腔容積給出。
藉由該光學讀取設備，該裝置可具有較小之尺寸及較薄之高度。這與電容式MEMS麥克風相反，電容式MEMS因膜位移之讀取方法而需要複雜的供應及感測方案。因此，電容式MEMS麥克風需要更多的空間。
在一實施例中，各轉換器陣列在頂視圖中具有矩形形狀。該頂視圖是指沿該橫向方向從背離該光學讀取設備之側觀察的該轉換器陣列上的視圖。沿該橫向方向，該轉換器陣列具有至少1mm及最多10mm之長度。
在一較佳實施例中，該轉換器陣列在頂視圖中具有方形形狀。在此較佳實施例中，各轉換器陣列具有至少1.5mm及最多5mm之長度。在更佳實施例中，各轉換器陣列在頂視圖中具有方形形狀，沿各側向方向具有至少1.7mm及最多2.3mm之長度。
由於各轉換器陣列之側向範圍小，因此，它們可被安裝於僅提供有限空間之系統中，如智慧型手機顯示器。然而，各轉換器陣列必須為複數個膜提供足够的空間，從而即使在較高頻率也提供良好的方向性以及良好的SNR。
在一實施例中，沿側向方向，各轉換器陣列與相鄰轉換器陣列隔開至少1cm且最多10cm。
在一較佳實施例中，沿側向方向，各轉換器陣列與相鄰轉換器陣列隔開至少3cm且最多7cm。
藉由定義轉換器陣列之間的適當間距，可在顯示器內佈置一個以上轉換器陣列。這樣，即使在低頻也可獲得良好的方向性。考慮到在聲音定位期間提供良好的空間解析度，此類轉換器陣列之間的大間距是有益的。
在一實施例中，該轉換器陣列內之各膜在頂視圖中具有圓形形狀。該圓形形狀具有至少0.1mm及最多1.5mm的直徑。
傳統材料如SiN可用以構造具有較大直徑之膜，亦即，約1.5mm的直徑。2D材料可用以獲得較小的膜直徑，亦即，約0.1mm的直徑。儘管膜直徑小，但由於該2D材料之屬性例如楊氏模量及密度，故此類膜仍能獲得可接受的聲學效能：即使對於小直徑，包括2D材料之膜也可具有大的偏轉。此外，此類膜可很薄，因為它們僅包括幾個原子層。理想情况下，該奈米膜具有小於10nm的厚度。
為該膜定義適當的直徑影響各轉換器之聲學效能。此外，較小的直徑允許在一轉換器陣列中佈置較多的膜以及膜之間的較大距離。具有較多的膜導致在較高頻率具有良好的SNR及方向性。在該轉換器陣列內之膜之間的較大距離在較低頻率給出良好的方向性。
在一實施例中，轉換器陣列內之各膜依據預定節距與相鄰膜隔開。該節距被定義為相應膜中心之間的距離，其中，該膜中心係為其側向範圍。該節距為至少0.4mm且最多3mm。
在一較佳實施例中，該節距為至少0.4mm且最多1.7mm。如上所述，較小的節距允許在單個轉換器陣列中佈置較多的膜，這相應增加SNR並增强在較高頻率之方向性。該轉換器陣列內之膜之間的較大間距增强該單個轉換器陣列在較低頻率之方向性及空間解析度。
在一實施例中，包括該轉換器陣列之該裝置被包含於電子設備中。該電子設備尤其可分別為智慧型手機、智慧型揚聲器、智慧型電視、智慧型電視遙控器，或任意其它家用電器，或任意其它遙控器。由於該轉換器陣列可由微機電系統(MEMS)之技術製造，並可具有縮小之尺寸，因此，該電子設備可具有小尺寸。
而且，提供一種製造用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置的方法。針對該裝置所揭露的所有特徵也針對製造該裝置之該方法揭露，反之亦然。
製造用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置的該方法包括提供具有主延伸平面之顯示器。它還包括提供光學讀取設備。藉由提供基板並在該基板之頂部表面上形成薄膜料來製造轉換器陣列。該薄膜料可包括單種材料。然而，該薄膜料還可包括不同材料之堆疊，包括犧牲層或額外反射層，其充當用於該光學讀取方法之鏡子。該薄膜料可藉由本領域已知之任意技術形成。例如，該薄膜料可藉由沉積形成，例如藉由化學氣相沉積(CVD)或藉由電漿增强CVD(PECVD)。此外，還可包括其它製程步驟來形成該薄膜料。例如，該薄膜料也可藉由熱處理步驟形成，其導致固態溶解。藉由應用快速熱退火(RTA)步驟，粒子可從一材料層溶解至另一材料層中，從而形成新的功能層。而且，該薄膜料可藉由蝕刻製程圖案化。
在形成該薄膜料之後，自該基板之後表面朝向該薄膜料於該基板中形成溝槽。該溝槽可藉由深反應離子蝕刻(DRIE)或藉由濕蝕刻或藉由其組合形成。該蝕刻製程可藉由時間或利用蝕刻停止層控制。在後一種情况下，在要形成該溝槽之處，在該基板之主表面形成該薄膜料之前已沉積該蝕刻停止層。該蝕刻停止層可在形成該開口後移除(例如藉由濕蝕刻)。
在該基板中形成該溝槽之後，有必要藉由蝕刻製程移除可選犧牲層，以釋放實際的膜。複數個膜自該薄膜料之相應部分形成，其藉由蝕刻該溝槽及可選犧牲層暴露。對應的整合式背腔容積由該溝槽本身形成。
在製造該轉換器陣列之後，在該轉換器陣列下方沿橫向方向安裝該光學讀取設備，從而形成麥克風堆疊。該橫向方向垂直於該顯示器之該主延伸平面延伸。可例如藉由接合技術或利用黏著劑來執行安裝。尤其，可執行晶圓級接合，例如陽極接合或氧化物-氧化物接合或混合接合。該光學讀取設備之安裝的發生使該背腔容積為來自該光學讀取設備上之光源朝向該膜之光提供光路。因此，該光學讀取設備必須與該轉換器陣列對齊。
在下一步驟中，圍繞該麥克風堆疊形成彈性連接器，該彈性連接器沿側向方向圍繞該麥克風堆疊，該側向方向平行於該顯示器之該主延伸平面延伸。可例如藉由模壓執行該彈性連接器之形成。
將具有該彈性連接器之該麥克風堆疊安裝於該顯示器中。這意味著插入相應麥克風堆疊於該顯示器內之間隙中。沿側向方向，該顯示器以一距離圍繞該麥克風堆疊，其中，該彈性連接器機械連接該顯示器與該麥克風堆疊。
可使用已知MEMS製程來製造該轉換器陣列。此類製造非常符合成本效益。而且，還可藉由半導體製程製造該光學讀取設備。由於具有整合式背腔容積之各轉換器器陣列之小尺寸並由於具有該光學讀取設備之該堆疊佈置，可將此類麥克風堆疊置於電子設備之顯示器內，其中，只有很少的空間可用。
在製造該麥克風堆疊之該方法的一實施例中，該方法進一步包括提供彈性層。此外，提供墊片，其具有穿過該墊片之複數個通孔。若使用矽作為該墊片之材料，則可應用傳統製程例如DRIE來形成該通孔。在該彈性層下方沿該橫向方向安裝該墊片，例如藉由黏著劑。而且，在具有該彈性層之該墊片下方沿該橫向方向安裝具有該接附光學讀取設備之該轉換器陣列。這意味著該墊片被佈置於該彈性層與該轉換器陣列之間。該轉換器陣列之該膜與該墊片之該通孔對齊。可藉由黏著劑執行安裝。在該墊片包括Si或玻璃的情况下，也可執行接合製程，尤其晶圓級接合，例如陽極接合或氧化物-氧化物接合或混合接合。
藉由在該轉換器陣列上方設置彈性層及墊片，可保護該轉換器陣列之該敏感膜免受環境衝擊及外力(如碰觸)之影響。這是因為該膜位於該裝置內，並藉由該墊片與該顯示器隔開。然而，由於該彈性層之柔韌性，聲壓波可朝向該轉換器陣列中之該膜行進。
在該方法之另一實施例中，該薄膜料包括2D材料層。該轉換器陣列之該膜由該2D材料層之相應部分形成。在此實施例中，該2D材料層係為該麥克風堆疊之最頂層。因此，無需該彈性層或該墊片。
藉由將2D材料用於該膜，並由於該2D材料屬性例如楊氏模量、密度等，可獲得較小之膜直徑。包括2D材料之膜更能抵抗環境衝擊，因此，它們可被直接暴露於環境中。
1:顯示器
2:頂部表面
3:麥克風堆疊
4:另一頂部表面
5:轉換器陣列
6:光學讀取設備
7:彈性連接器
8:彈性層
9:墊片
10:印刷電路板、柔性PCB
11:第一表面
12:第二表面
13:通孔
14:膜
15:基板
16:另一基板
17:背腔容積
18:通風孔
19:側表面
20:電子設備
21:後表面
22:主表面
23:薄膜料
24:溝槽
25:光源
26:光偵測器
27:頂部表面
28:前腔容積
29:氧化矽層
30:碳化矽層
31:鎳層
32:石墨烯層
33:矽化鎳層
dg:直徑
dm:直徑
h:高度
l:長度
pg:間距
pm:節距
s:間距
sx:間距
sy:間距
t:厚度
w:寬度
下面的圖式說明可進一步示例並解釋示例實施例。功能相同或具有相同效果之組件由相同元件符號表示。相同或實際相同之組件可能僅就它們首次出現之圖式來說明。它們的說明不一定在後續圖式中重複。
圖1a及1b係顯示包括具有兩個整合式麥克風堆疊之顯示器之裝置之實施例的示意圖。
圖2係顯示麥克風堆疊之實施例的分解組裝圖。
圖3a及3b係顯示包括通風孔之麥克風堆疊之實施例的細節。
圖4a至4c係顯示包括具有四個整合式麥克風堆疊之顯示器之裝置之兩個實施例的示意圖。
圖5a至5b係顯示包括具有六個整合式麥克風堆疊之顯示器之裝置之實施例的示意圖。
第6圖係顯示包括用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置之電子設備之示例實施例的示意圖。
圖7a至7f係顯示製造用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置之方法的實施例。
圖8a至8f係顯示製造包括二維(2D)材料層之轉換器陣列之方法的實施例。
在圖1a中顯示包括顯示器1之裝置34的立體示意圖。顯示器1可由任意電子設備20組成，例如智慧型手機等。顯示器1具有平行於側向方向x、y伸展之主延伸平面。此外，顯示器1還沿垂直於該顯示器之主延伸平面之橫向方向z延伸。該顯示器具有頂部表面2。
圖1a還顯示安裝於顯示器1中的兩個麥克風堆疊3。顯示器1沿側向方向x、y圍繞各麥克風堆疊3。在顯示器1與各麥克風堆疊3之間存在間隙。麥克風堆疊3具有另一頂部表面4。沿橫向方向z，各麥克風堆疊3之另一頂部表面4與顯示器1之頂部表面2具有相同高度，以使它們形成共同表面。然而，也可能沿橫向方向z在顯示器1之頂部表面2與麥克風堆疊2之另一頂部表面4之間存在偏移。而且，沿橫向方向z，麥克風堆疊3包括具有複數個膜14及對應的背腔容積17(未顯示)之至少一轉換器陣列5以及一個光學讀取設備6(未顯示)。圖1a中未顯示轉換器陣列5以及光學讀取設備6。
在顯示器1與麥克風堆疊3之間之該間隙由相應的彈性連接器7填充。各彈性連接器7沿側向方向x、y圍繞一個對應的麥克風堆疊3。而且，各彈性連接器7將顯示器1機械連接至麥克風堆疊3。例如，彈性連接器7可包括PDMS。
圖1b係顯示位於顯示器1之部分內之麥克風堆疊3的細節。在頂視圖中(係指沿橫向方向z之顯示器1之頂部表面2上的視圖)，麥克風堆疊3具有矩形形狀。然而，在其它實施例中，也可為不同的形狀。沿側向方向 x之麥克風堆疊3的範圍由長度l表示。沿另一側向方向y之麥克風堆疊的範圍由寬度w表示。
在圖2中顯示麥克風堆疊3之實施例的分解視圖。顯示沿橫向方向z彼此排列之麥克風堆疊3的不同組件。在圖2中所示的實施例中，麥克風堆疊3自上而下包括彈性層8、墊片9、轉換器陣列5以及光學讀取設備6。而且，麥克風堆疊3可被佈置於印刷電路板(PCB)10或柔性PCB 10上。麥克風堆疊3的所有組件在頂視圖中可具有相同的測量尺寸。這意味著它們都依據寬度w及長度l沿側向方向x，y延伸。
彈性層8係為麥克風堆疊3的最頂層。彈性層8可包括奈米材料，例如碳。這樣，該彈性層可形成碳奈米膜。一方面，彈性層8就其楊氏模量而言係為柔性。另一方面，彈性層8可承受環境衝擊。因此，它保護位於下方的轉換器陣列5的敏感膜14。
在彈性層8下方沿橫向方向z佈置墊片9。該墊片具有第一表面11以及與第一表面11相對之第二表面12。墊片9經由第一表面11與轉換器陣列5機械接觸，以及經由第二表面12與彈性層8機械接觸。沿橫向方向z，墊片9依據厚度t延伸。複數個通孔13穿過墊片9。在此例中，墊片9包括九個通孔13，它們排列成規則的3x3網格。通孔13自墊片9之第一表面11向第二表面12穿過墊片9。各通孔具有直徑dg。通孔13之間距(亦即相鄰通孔13之中心之間的距離)由pg表示。
在圖2之實施例中，轉換器陣列5包括九個膜14。一般而言，膜14的數目與墊片9中的通孔13的數目匹配。各膜14在頂視圖中具有圓形形狀。各膜14之直徑由dm表示。圖2係顯示一實施例，其中，轉換器陣列5可 利用傳統MEMS製造技術藉由傳統MEMS材料製造。這意味著轉換器陣列5可包括例如包括Si之半導體基板15。例如，該膜可包括SiN。在各膜14下方都具有對應的背腔容積17，其由位於基板15中的腔體形成。然而，圖2中未顯示此類腔體。複數個膜14與墊片9之複數個通孔13對齊。這意味著在各膜14之上沿橫向方向z，由相應的通孔13形成前腔容積28。各膜14之直徑dm可等於或小於通孔13之直徑dg。
在轉換器陣列5下方沿橫向方向z佈置光學讀取設備6。光學讀取設備6接附至轉換器陣列5，以使各膜14之位移可被獨立偵測。光學讀取設備6可包括另一基板16、一個或多個光源25(未顯示)以及一個或多個光偵測器26(未顯示)。此外，光學讀取設備6也可藉由半導體技術製造。
圖3a係顯示依據圖2之麥克風堆疊3之實施例，但不具有墊片9及彈性層8。在此圖中，對於九個膜14中的兩個膜14，用虛線表示由位於基板15中的腔體形成的背腔容積17。背腔容積17在各膜14下方沿橫向方向z佈置。背腔容積17之高度h(對應於沿橫向方向z之背腔容積17的範圍)依基板15之高度而定。
此外，圖3a顯示背腔容積17之其中一者之示例通風孔18。通風孔18連接對應之背腔容積17與環境。在此例中，通風孔18由位於基板15中之開口形成。通風孔18形成從背腔容積17向基板15之側表面19沿側向方向x延伸之通道。針對其它背腔容積17之另外的通風孔18可沿不同側向方向x、y延伸，以到達基板15之相應側表面19。
圖3b係顯示包括不同通風孔18之麥克風堆疊3之另一實施例。在此實施例中，通風孔18穿過各膜14之中心，連接背腔容積17與各膜14之 上之環境。應注意，若存在墊片9及彈性層8(未顯示)，則彈性層8也必須包括通風孔18。在此情況下，背腔容積17經由由墊片9形成之前腔容積28(未顯示)與彈性層8之上之環境連接。
在任一情况下，與膜14之直徑dm相比，通風孔18具有小直徑。這確保通風孔18的大聲阻(acoustic resistance)。通風孔18之聲阻與背腔容積17之聲循性(acoustic compliance)一起形成聲學高通濾波器(acoustical high pass filter)。為求具有低的高通截止頻率，通風孔18之聲阻必須大。通風孔18在背腔容積17與環境之間提供壓力均衡。
在圖4a中顯示用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置34的另一實施例。圖4a與圖1a不同之處在於，其顯示位於顯示器1內的四個麥克風堆疊3。麥克風堆疊3彼此隔開間距s。各麥克風堆疊3沿側向方向x、y與相鄰麥克風堆疊3隔開至少1cm且最多10cm。然而，在圖4a中所示之特定實施例中，間距s可為約7cm。
圖4b係顯示轉換器陣列5之實施例，其可用於依據圖4a之裝置34之示例實施例中。在此例中，轉換器陣列5在頂視圖中具有方形形狀。轉換器陣列5之長度l及寬度w為至少1mm且最多10mm。然而，在此特定實施例中，轉換器陣列5之長度l及寬度w可為約2mm。轉換器陣列5包括四個膜14。膜14之直徑dm(在頂視圖中具有圓形形狀)為至少0.1mm且最多1.5mm。在此特定實施例中，直徑dm可為約0.5mm。膜14之節距pm(亦即它們的中心之間的距離)為至少0.4mm且最多3mm。在此特定實施例中，節距pm可為約1.5mm。膜14可包括氮化矽(SiN)且可具有適合所需應用之厚度。例如，厚度可為至少100nm且最多500nm。
藉由依據圖4a及4b之佈置，可實現用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置34，其具有適當聲學效能。儘管單個轉換器陣列5在方向性及空間解析度方面未覆蓋全部音頻範圍，但將四個組合起來即使在低頻也可具有良好的方向性。藉由某種聲音定位及波束形成之算法，單個轉換器陣列5可覆蓋較高的頻率範圍，而四個轉換器陣列之組合可覆蓋較低的頻率範圍，以獲得良好的方向性。此類裝置34之時間延遲及空間解析度可藉由直接評估自相關函數或藉由評估自相關函數之Hilbert變換來確定。可證明，此類裝置34呈現幾微秒的時間延遲，並可將聲音方向解析至約2°。
圖4c中顯示可用於依據圖4a之裝置34之轉換器陣列5的另一實施例。在此特定實施例中，轉換器陣列5在頂視圖中也具有方形形狀，而長度l及寬度w可具有與圖4b中相同的尺寸，亦即約2mm。然而，在此情況下，轉換器陣列5包括佈置於常規4x4網格上的16個膜14。因此，各膜14之直徑dm必須更小，亦即，可為約0.1mm。節距pm約為0.4mm。
如此小的膜直徑可藉由2D材料實現。這是因為包括2D材料層之膜14即使呈現小直徑dm，仍獲得可接受的聲學效能。依據圖4c之轉換器陣列5之聲學效能類似於依據圖4b之轉換器陣列。然而，由於膜14的數目增加，各單個轉換器陣列5可具有增加的SNR。
在圖5a中顯示用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置34的另一實施例。圖5a與圖1a不同之處在於其顯示位於顯示器1內的六個麥克風堆疊3。沿側向方向y，麥克風堆疊3彼此間隔間距sy。在圖5a中所示的特定實施例中，間距sy可為約3cm。如圖4a中那樣，沿側向方向的間距sx可為約7cm。
圖5b顯示轉換器陣列5之示例實施例，其可用於依據圖5a之裝置34的實施例。此外，在此例中，轉換器陣列5在頂視圖中具有長度l及寬度w約為2mm的方形形狀。在頂視圖中具有圓形形狀的膜14的直徑dm可為約0.1mm。膜14之節距pm(亦即它們的中心之間的距離)可為約1.7mm。如依據圖4c之實施例那樣，膜14可包括具有適當厚度(例如僅幾奈米)之2D材料層。
由於該小直徑dm，即使在具有小孔徑(長l×寬w)之轉換器陣列5內，膜14也可被遠遠隔開。即使在較低頻率(例如低至10kHz)，單個轉換器陣列5內之膜14之間的大距離也給出可接受的方向性。可證明，如圖5a及5b中所實現之裝置34呈現約5°的空間解析度。
同樣應當注意，與使用標準MEMS材料之情况相比，包括2D材料層之膜14可在不具有墊片9及額外彈性層8的情况下使用。包括2D材料料層之膜14可被直接安裝於顯示器1中。
在圖6中顯示包括用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置34之電子設備20之示例實施例的示意圖。例如，電子設備20可分別為智慧型手機、智慧型揚聲器、智慧型電視、智慧型電視遙控器，或任意其它家用電器，或任意其它遙控器。
圖7a至7f顯示製造麥克風堆疊3之方法的示例實施例。麥克風堆疊3包括轉換器設備，其包括傳統MEMS材料，因此，膜14必須由額外墊片9及彈性層8保護。此外，僅針對一個膜14示例顯示該製造。然而，一般而言，在轉換器陣列5內佈置數個膜。所示製造過程必須被理解僅為示例，因為也可應用不同的製造過程。
該方法包括提供基板15，如圖7a所示。該基板可包括後表面21及主表面22。基板15可包括Si。在基板15之主表面22上形成薄膜料23。例如，薄膜料23可藉由沉積及後續蝕刻來形成，以構造薄膜料23。薄膜料23可包括SiN。
在依據圖7b之下一步驟中，自後表面21向薄膜料23之對應部分於基板15中形成溝槽24。這意味著在基板15之主表面22存在薄膜料23之區域中，溝槽24穿過基板15。與薄膜料23相比，溝槽24可具有較小的側向範圍，以使薄膜料23之部分仍由基板15支撐。薄膜料23之暴露部分形成能够偏轉之膜14。溝槽24於各膜14下方形成背腔容積17。該整個結構形成轉換器陣列5。
提供光學讀取設備6(圖7c)。它可包括另一基板16，例如包括Si的半導體基板。在另一基板16上，至少一個光源25及至少一個光偵測器26被佈置於頂部表面27或另一基板16內。例如，光偵測器26可為利用傳統互補金屬氧化物半導體(CMOS)製程製造之光二極體或光二極體陣列。圖7c顯示膜14與光源25之間的一對一關係。然而，對於完整的麥克風堆疊3，也可能只使用一個光源25，例如VCSEL。在此情況下，可使用光波導向各膜14提供光。在轉換器陣列5下方沿橫向方向z安裝光學讀取設備6。這意味著基板15之後表面21接附至另一基板16之頂部表面27。該接附可藉由接合劑或黏著劑實現。對齊基板15與另一基板16，以使光學讀取設備6能够透過背腔容積17藉由光源25及光偵測器26偵測各膜14之位移。
如圖7d中所示，提供墊片9及彈性層8。墊片9具有穿過墊片9之複數個通孔13。這意味著通孔13連接墊片9之第一表面11與第二表面12。 通孔13可具有直徑dg，其大於膜14之直徑dm。在彈性層8下方沿橫向方向z安裝墊片9，以使墊片9之第二表面12接附至彈性層8。
在具有彈性層8之墊片9下方沿橫向方向z安裝具有光學讀取設備6之轉換器陣列5，以使墊片9之第一表面11接附至基板15之主表面22。藉此，形成位於膜14上方且位於彈性層8下方之前腔容積28。墊片9密封前腔容積28。膜14與墊片9之通孔13對齊。這意味著沿側向方向x，y，膜14佈置於通孔13內。墊片9之厚度t可小於後腔容積17之高度h。墊片9之厚度t影響前腔容積28之尺寸，從而影響其諧振頻率。為獲得盡可能高的諧振頻率，墊片9應當為薄。圖7d之所得結構形成麥克風堆疊3。
在圖7e中顯示一麥克風堆疊3之兩個相鄰膜結構的剖面。此外，圖7e顯示彈性連接器7，其圍繞麥克風堆疊3沿側向方向x、y形成。藉由模壓可實現圍繞的彈性連接器7的形成。彈性連接器7可包括例如PDMS。
在下一步驟中(圖7f)，將具有彈性連接器7之麥克風堆疊3安裝於顯示器1中，其中，顯示器1以一距離沿側向方向x，y圍繞麥克風堆疊3，且其中，彈性連接器7機械連接顯示器1與麥克風堆疊3。彈性連接器7减少從顯示器1至轉換器陣列5之結構聲音傳輸。在圖7f中未顯示通風孔18。然而，應當注意，如依據圖3a或圖3b那樣，也可存在通風孔18。
圖8a至8f顯示製造轉換器陣列5之另一方法的示例實施例。轉換器陣列5包括2D材料，因此無需藉由額外墊片9及彈性層8來保護膜14。此外，在圖8a至8e中，僅針對一個膜示例顯示該製造。然而，如圖8f所示，一般而言，在轉換器陣列5內佈置數個膜14。該方法應被視為用於製造包括 2D材料層(在此情況下為石墨烯)之膜14的示例。然而，也可使用不同的2D材料，例如二硫化鉬(MoS2)等，對於該材料，製造過程可能略有不同。
在圖8a中顯示在頂部上具有膜料堆疊之基板15。在此情況下，基板15包括矽。該膜料堆疊可沉積於基板15上。與該基板之主表面機械接觸之該膜料堆疊的第一層可包括氧化矽(SiO2)，從而形成氧化矽層29。然而，該膜料堆疊之第一層也可以是包含SiN的層。該第一層可透過該基板之氧化(濕式或乾式氧化)、透過PVD(濺鍍或蒸鍍)或CVD(LPCDVD、TEOS、電漿或熱CVS)沉積或藉由旋塗及烘烤(旋塗玻璃)獲得。位於該第一層的頂部上之第二層可包括碳化矽(SiC)，從而形成碳化矽層30。該第二層可藉由PVD(濺鍍或蒸鍍)或藉由CVD(電漿或熱CVD或LPCVD)沉積。該第一層係佈置於基板15與該第二層之間，並充當擴散阻障層，以防止粒子自該第二層擴散至基板15中。該膜料堆疊之第三層係佈置於該第二層之頂部上，以使該第二層位於該第一層與該第三層之間。該第三層可包括鎳(Ni)，從而形成鎳層31。該第三層可藉由PVD(濺鍍或蒸鍍)沉積。
圖8b顯示熱處理後之基板15及該膜料堆疊。該熱處理可包括約1000℃之快速熱退火(RTA)步驟。在此溫度，可發生固態擴散，從而導致碳化矽層30及鎳層31之變化。碳藉由RTA溶解於鎳中。冷卻後，該碳分離至鎳表面，從而在矽化鎳層33上形成石墨烯層32作為薄膜料。
在下一步驟中(圖8c)，自後表面21朝向氧化矽層29於基板中形成溝槽24，以暴露氧化矽層29。溝槽24可藉由蝕刻形成。在矽基板15的情况下，該蝕刻可為例如深反應離子蝕刻(DRIE)、二氟化氙蝕刻 (XeF2)、低溫矽蝕刻或使用六氟化硫(SF6)及八氟環丁烷(C4F8)的乾蝕刻。然而，也可例如使用KOH或TMAH執行濕化學蝕刻。
圖8d顯示延伸溝槽24至氧化矽層29中。這意味著在基板15中形成溝槽24之區域中移除氧化矽層29。移除氧化矽層29可利用三氟甲烷(CHF3)及氧(O2)、利用四氟甲烷(CF4)及氬(Ar)藉由乾式氧化蝕刻實現，或使用酸基試劑(緩衝HF(BHF)或純水HF)藉由濕蝕刻實現。
在依據圖8e的下一步驟中，藉由移除適當位置的矽化鎳層33來進一步延伸溝槽24。這意味著在形成基板15及氧化矽層29中的溝槽24的區域中移除矽化鎳層33。移除矽化鎳層33可藉由硝酸基溶液或藉由HF實現。該蝕刻可為等向性並釋放石墨烯層32，該石墨烯層於下方形成溝槽24之處形成膜14。蝕刻後，可能需要進行乾燥步驟。可採用氮氣乾燥、壓縮空氣乾燥或臨界點乾燥。
圖8f顯示轉換器陣列5之最終結構的立體圖。在此實施例中，轉換器陣列5包括2x3=六個膜14。但也可設想其它幾何結構，例如包括2x2=四個膜或3x3=九個膜的陣列。膜14由石墨烯層32之相應部分形成。對應的背腔容積17由各膜14下方之基板15、氧化矽層29及矽化鎳層33中之溝槽24形成。在隨後的處理步驟中並依據圖7c，必須在轉換器陣列5下方安裝光學讀取設備6，以完成麥克風堆疊3。然後，利用彈性連接器7將麥克風堆疊3插入顯示器1中，如圖7e及7f所示。
1:顯示器
3:麥克風堆疊
5:轉換器陣列
7:彈性連接器

Claims (14)

  1. 一種用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置(34)，該裝置包括：
    顯示器(1)，具有主延伸平面，
    複數個麥克風堆疊(3)，其中，該顯示器(1)沿側向方向(x，y)圍繞各麥克風堆疊(3)，該側向方向平行於該顯示器(1)之該主延伸平面延伸，以及
    複數個彈性連接器(7)，其中，各彈性連接器(7)沿側向方向(x，y)圍繞一個相應麥克風堆疊(3)，並機械連接該相應麥克風堆疊(3)與該顯示器(1)，
    其中，各麥克風堆疊(3)包括：
    微機電轉換器陣列(5)，該轉換器陣列(5)包括複數個膜(14)及對應的整合式背腔容積(17)，該背腔容積(17)沿橫向方向(z)佈置於該膜(14)下方，該橫向方向垂直於該顯示器(1)之該主延伸平面延伸，以及
    光學讀取設備(6)，經組構以獨立偵測各膜(14)之位移。
  2. 如請求項1所述之裝置(34)，其中，各麥克風堆疊(3)進一步包括：
    彈性層(8)，以及
    墊片(9)，包括穿過該墊片(9)之複數個通孔(13)，
    其中，沿該橫向方向(z)，該墊片(9)被佈置於該彈性層(8)與該轉換器陣列(5)之間，且該轉換器陣列(5)之該膜(14)與該墊片(9)之該通孔(13)對齊。
  3. 如請求項1所述之裝置(34)，其中，各麥克風堆疊(3)進一步包括作為最頂層之2D材料層，其中，該轉換器陣列(5)之該膜(14)由該2D材料層之相應部分形成。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之裝置(34)，其中，各轉換器陣列(5)進一步包括在該複數個膜(14)下方沿該橫向方向(z)佈置之基板(15)，以及其中，各背腔容積(17)由位於該相應膜(14)下方之該基板(15)中之腔體形成。
  5. 如請求項4所述之裝置(34)，其中，該轉換器陣列(5)進一步包括連接各背腔容積(17)與環境之通風孔(18)，該通風孔(18)由位於該基板(15)中之開口形成。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之裝置(34)，其中，該光學讀取設備(6)包括至少一個光源(25)以及至少一個光偵測器(26)，其中，該光源(25)及該光偵測器(26)被佈置於另一基板(16)上，該另一基板(16)在該轉換器陣列(5)下方沿該橫向方向(z)接附至該轉換器陣列(5)。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之裝置(34)，其中，各轉換器陣列(5)在頂視圖中具有矩形形狀，其中，沿各側向方向(x，y)，該轉換器陣列(5)具有至少1mm且最多10mm之長度(l)及寬度(w)。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之裝置(34)，其中，沿側向方向(x，y)，各轉換器陣列(5)與相鄰轉換器陣列(5)隔開至少1cm且最多10cm。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之裝置(34)，其中，位於 該轉換器陣列(5)內之各膜(14)在頂視圖中具有圓形形狀，其中，該圓形形狀具有至少0.1mm且最多1.5mm之直徑(dm)。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之裝置(34)，其中，該轉換器陣列(5)內之各膜(14)依據預定節距(pm)與相鄰膜(14)隔開，該節距(pm)被定義為該相應膜中心之間的距離，其中，該節距(pm)為至少0.4mm且最多3mm。
  11. 一種電子設備(20)，包括如請求項1至10中任一項所述之裝置(34)，其中，尤其，該電子設備(20)係為智慧型手機、智慧型揚聲器、智慧型電視、智慧型電視遙控器，或任意其它家用電器，或任意其它遙控器。
  12. 一種製造用於聲音偵測、聲音定位及波束形成之裝置(34)的方法，該方法包括：
    提供具有主延伸平面之顯示器(1)，
    提供光學讀取設備(6)，
    藉由提供基板(15)，在該基板(15)之主表面(22)上形成薄膜料(23)，自該基板(15)之後表面(21)向該薄膜料(23)於該基板(15)中形成溝槽(24)，藉以製造轉換器陣列(5)，其中，自暴露的該薄膜料(23)之相應部分形成複數個膜(14)，並由該溝槽(24)形成對應的整合式背腔容積(17)，
    在該轉換器陣列(5)下方沿橫向方向(z)安裝該光學讀取設備(6)，從而形成麥克風堆疊(3)，其中，該橫向方向(z)垂直於該顯示器(1)之該主延伸平面延伸，
    環繞該麥克風堆疊(3)形成彈性連接器(7)，該彈性連接器(7)沿側向方向(x，y)圍繞該麥克風堆疊(3)，該側向方向平行於該顯示器(1)之該主延伸平面延伸，以及
    將具有該彈性連接器(7)之該麥克風堆疊(3)安裝於該顯示器(1)中，其中，該顯示器(1)以一距離圍繞該麥克風堆疊(3)，以及其中，該彈性連接器(7)機械連接該顯示器(1)與該麥克風堆疊(3)。
  13. 如請求項12所述之方法，其中，製造該麥克風堆疊(3)進一步包括：
    提供彈性層(8)，
    提供墊片(9)，該墊片(9)具有穿過該墊片(9)之複數個通孔(13)，並在該彈性層(9)下方沿該橫向方向(z)安裝該墊片(9)，以及
    在具有該彈性層(8)之該墊片(9)下方沿該橫向方向(z)安裝具有該光學讀取設備(6)之該轉換器陣列(5)，其中，該轉換器陣列(5)之該膜(14)與該墊片(9)之該通孔(13)對齊。
  14. 如請求項12所述之方法，其中，該薄膜料(23)包括2D材料層，且該轉換器陣列(5)之該膜(14)由該2D材料層之相應部分形成。
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