TWI487384B

TWI487384B - 耳機

Info

Publication number: TWI487384B
Application number: TW101144959A
Authority: TW
Inventors: Yang Wei; Shou-Shan Fan
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2015-06-01
Also published as: US9402127B2; CN103841478B; TW201422009A; CN103841478A; US20140140529A1

Description

耳機

本發明涉及一種耳機，尤其涉及一種基於熱致發聲的耳機。

熱致發聲器一般由信號輸入裝置和熱致發聲器組成，通過信號輸入裝置輸入信號到該熱致發聲器，進而發出聲音。熱致熱致發聲器為一種基於熱聲效應的熱致發聲器，該熱致發聲器通過向一導體中通入交流電來實現發聲。該導體具有較小的熱容(Heat capacity)，較薄的厚度，且可將其內部產生的熱量迅速傳導給周圍氣體介質的特點。當交流電通過導體時，隨交流電電流強度的變化，導體迅速升降溫，而和周圍氣體介質迅速發生熱交換，促使周圍氣體介質分子運動，氣體介質密度隨之發生變化，進而發出聲波。

2008年10月29日，范守善等人公開了一種熱致發聲裝置，請參見文獻“Flexible,Stretchable,Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan,et al.,Nano Letters,Vol.8(12),4539-4545(2008)。該熱致發聲裝置採用奈米碳管膜作為一熱致熱致發聲器，該奈米碳管膜通過熱致發聲原理進行發聲。

然，該採用奈米碳管膜的熱致發聲器在使用時容易被外力破壞，在維修時如何方便的更換熱致發聲器係延長耳機的使用壽命的關鍵。

有鑒於此，提供一種方便更換熱致發聲器的耳機實為必要。

一種耳機，其包括：一外殼，具有一收容空間；以及一發聲晶片，其設置於外殼的收容空間內，所述發聲晶片包括一熱致發聲器，所述熱致發聲器包括：一基底，所述基底具有相對的一第一表面以及第二表面；一熱致發聲元件，其設置於所述基底的第一表面；一第一電極以及一第二電極，所述第一電極與第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接，其中，所述發聲晶片進一步包括一封裝體，所述封裝體具有一內腔將所述熱致發聲器收容於所述封裝體內，所述封裝體具有至少一開孔，所述發聲晶片的熱致發聲器與該至少一開孔相對設置，所述封裝體具有至少兩個貫穿的外接引腳分別與所述熱致發聲器的第一電極和第二電極電連接。

與先前技術相比較，由於所述熱致發聲器被封裝於所述封裝體而成為一個發聲晶片整體，因此當所述耳機的發聲晶片出現故障時，使用者可方便的更換發聲晶片，從而延長所述耳機的使用壽命。

10，20，30，40，50，60‧‧‧耳機

11‧‧‧外殼

12，22，32，42，52，62‧‧‧發聲晶片

13‧‧‧前半外殼單元

14‧‧‧後半外殼單元

15‧‧‧通孔

16‧‧‧引線

17‧‧‧卡槽

100‧‧‧熱致發聲器

101‧‧‧第一表面

102‧‧‧基底

103‧‧‧第二表面

104‧‧‧第一電極

106‧‧‧第二電極

108‧‧‧熱致發聲元件

110‧‧‧導線

112‧‧‧凹凸結構

1120‧‧‧凸部

1122‧‧‧凹部

114‧‧‧第二凹部

116‧‧‧第三凹部

118‧‧‧絕緣層

200‧‧‧封裝體

202‧‧‧基板

204‧‧‧保護罩

206‧‧‧環形側壁

208‧‧‧底壁

210‧‧‧開孔

212‧‧‧引腳

214‧‧‧第一凹部

300‧‧‧積體電路晶片

圖1為本發明第一實施例提供的耳機的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的耳機中發聲晶片的結構示意圖。

圖3為本發明第一實施例的耳機採用的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖4為本發明第一實施例的耳機採用的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖5為本發明第一實施例的耳機採用的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖6為本發明第二實施例提供的耳機中發聲晶片的結構示意圖。

圖7為本發明第三實施例提供的耳機中發聲晶片的結構示意圖。

圖8為本發明第四實施例提供的耳機中發聲晶片的結構示意圖。

圖9為本發明第五實施例提供的耳機中發聲晶片的結構示意圖。

圖10為本發明第六實施例提供的耳機中發聲晶片的結構示意圖。

圖11為本發明第六實施例的耳機中熱致發聲器的俯視圖。

圖12為本發明第六實施例的耳機中熱致發聲器局部放大後的掃描電鏡照片。

圖13為本發明第六實施例提供的經有機溶劑處理後的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖14為本發明第六實施例提供的熱致發聲裝置中聲壓級-頻率的曲線圖。

圖15為本發明第六實施例提供的耳機的發聲效果圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的耳機及其製備方法。

請參閱圖1以及圖2，本發明第一實施例提供一種耳機10，其包括一外殼11以及一發聲晶片12。所述外殼11為具有一收容空間的中空結構，所述發聲晶片12設置於所述外殼11的收容空間內。

所述外殼11的具體結構不限，也可一體成型或採用其他方式，只需具有一收容空間即可。本實施例中，所述外殼11包括一前半外殼單元13、一後半外殼單元14以及一形成於前半外殼單元13的至少一通孔15。所述前半外殼單元13和後半外殼單元14通過一卡扣結構(圖未示)相互對接並緊密結合而構成所述外殼11。所述發聲晶片12通過可拆卸方式固定於所述外殼。所述可拆卸方式具體係指以卡槽、卡扣或插針等方式固定，當所述發聲晶片12存在發聲故障等問題時，可方便更換。所述發聲晶片12的固定位置不限，只需固定設置在外殼11內且與所述通孔15相對設置即可，所述“與所述通孔15相對設置”係指所述發聲晶片15中的熱致發聲元件正對所述通孔15。本實施例中，所述發聲晶片12固定於所述外殼11的後半外殼單元14，並與所述外殼11的前半外殼單元13間隔設置。具體的，所述發聲晶片12覆蓋所述前半外殼單元13上的通孔15，並與所述通孔15間隔並相對設置，從而所述發聲晶片12的熱致發聲器100發出的聲音可以通過通孔15傳出耳機10外部。

所述外殼11的材料為品質較輕並具有一定強度的材料，如：塑膠或樹脂等。所述外殼11的大小以及形狀根據實際情況而定。所述外殼11可與人耳大小相當或者覆蓋人耳。可以理解，所述外殼11也可採用其他符合人體工程學的結構設計。

進一步地，所述耳機10可包括至少一引線16穿過所述外殼11內部與所述發聲晶片12電連接，並將音頻電信號傳導至該發聲晶片12。

可以理解，所述耳機10還可進一步包括若幹散熱孔(圖未示)，所述散熱孔設置於所述殼體的後半外殼單元，所述散熱孔的大小及形狀不限，可根據具體需要設置。所述散熱孔可將所述發聲晶片12所產生的熱量散發到外界，從而降低所述耳機10的工作時的溫度，提高了該耳機的使用壽命以及工作效率。需要說明的是，所述散熱孔為一可選擇結構，本領域技術人員可根據實際需要設置。

所述發聲晶片12包括一熱致發聲器100以及具有一內腔的封裝體200。所述封裝體200將所述熱致發聲器100收容於該封裝體200的內腔中。

所述熱致發聲器100包括一基底102、一第一電極104、一第二電極106以及一熱致發聲元件108。所述基底102具有一第一表面(圖未標)以及一相對的第二表面(圖未標)。所述第一電極104和第二電極106間隔設置並與所述熱致發聲元件108電連接。當所述基底102為絕緣基底時，所述第一電極104和第二電極106可以直接設置於所述基底102的第一表面。所述熱致發聲元件108可以與所述基底102的第一表面接觸設置，也可以通過所述第一電極104和第二電極106懸空設置。

所述基底102為一片狀結構，形狀不限，可為圓形、方形或矩形等，也可為其他形狀。該基底102的第一表面和第二表面可為平面或曲面。該基底102的尺寸不限，可根據需要選擇。優選地，所述基底102的面積可為25平方毫米~100平方毫米，如40平方毫米、60平方毫米或80平方毫米等。所述基底102的厚度可為0.2毫米~0.8毫米。如此，可以製備微型的熱致發聲器封裝晶片以滿足電子器件，如手機、電腦、耳機以及隨身聽等小型化的要求。所述基底102的材料不限，可為具有一定強度的硬性材料或柔性材料。本實施例中，該基底102的材料的電阻應大於該熱致發聲元件108的電阻。當所述熱致發聲元件108與所述基底102的第一表面接觸設置時，該基底102的材料應具有較好的絕熱性能，從而防止該熱致發聲元件108產生的熱量過多的被該基底102吸收。所述基底102的材料可為玻璃、石英、金剛石、聚合物、氧化矽、金屬氧化物或木質材料等。具體地，本實施例中，該基底102為一邊長為8毫米的正方形平面片狀結構，厚度為0.6毫米，材料為玻璃。

所述熱致發聲元件108具有較小的單位面積熱容。本發明實施例中，該熱致發聲元件108的單位面積熱容小於2×10^-4焦耳每平方厘米開爾文。具體地，該熱致發聲元件108為一具有較大比表面積及較小厚度的導電結構，從而使該熱致發聲元件108可以將輸入的電能轉換為熱能，即所述熱致發聲元件108可根據輸入的信號迅速升降溫，而和周圍氣體介質迅速發生熱交換，促使周圍氣體介質分子運動，加熱熱致發聲元件108外部周圍氣體介質，氣體介質密度隨之發生變化，進而發出聲波。優選地，該熱致發聲元件108應為自支撐結構，所謂“自支撐”係指該熱致發聲元件108無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。因此，該自支撐的熱致發聲元件108可部份懸空設置。該自支撐的熱致發聲元件108可充分的與周圍介質接觸並進行熱交換。所謂周圍介質接指位於熱致發聲元件108外部的介質，而不包括其內部的介質。如，當熱致發聲元件108為複數個奈米碳管組成時，周圍介質不包括每個奈米碳管管內的介質。

該熱致發聲元件108為一奈米碳管結構。具體地，所述奈米碳管結構為層狀結構，厚度優選為0.5奈米~1毫米。當該奈米碳管結構厚度比較小時，例如小於等於10微米，該奈米碳管結構有很好的透明度。所述奈米碳管結構為自支撐結構。該自支撐的奈米碳管結構中複數個奈米碳管間通過凡得瓦力相互吸引，從而使奈米碳管結構具有特定的形狀。故該奈米碳管結構部份通過基底102支撐，並使奈米碳管結構其他部份懸空設置。即，所述奈米碳管結構至少部份區域懸空設置。

所述奈米碳管結構可為至少一奈米碳管膜、複數個並排設置的奈米碳管線、或至少一奈米碳管膜與奈米碳管線的組合。所述奈米碳管膜從奈米碳管陣列中直接拉取獲得。該奈米碳管膜的厚度為0.5奈米~100微米，單位面積熱容小於1×10-6焦耳每平方厘米開爾文。所述奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管和多壁奈米碳管中的一種或數種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。請參閱圖3，每一奈米碳管膜是由若幹奈米碳管組成的自支撐結構。所述若幹奈米碳管為基本沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的複數個奈米碳管在延伸方向上通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述“自支撐”係指奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力就能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即，當將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述“自支撐”的實現係因為奈米碳管膜中存在通過凡得瓦力首尾相連的延伸排列的連續的奈米碳管。

具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部份接觸。該複數個奈米碳管大致平行於所述基底102的第一表面。該奈米碳管結構可包括複數個奈米碳管膜共面的鋪設於基底102的第一表面。另外，該奈米碳管結構可包括複數層相互重疊的奈米碳管膜，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，α大於等於0度且小於等於90度。

所述奈米碳管膜及其製備方法具體請參見申請人於2007年2月9日申請的，於2008年8月13日公開的第CN101239712A號中國公開專利申請“奈米碳管膜結構及其製備方法”。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。

本實施例中，所述熱致發聲元件108為單層的奈米碳管膜，該奈米碳管膜通過所述第一電極104和第二電極106懸空設置於該基底102的第一表面上方。所述奈米碳管膜的厚度為50奈米。所述奈米碳管膜具有較強的黏性，故該奈米碳管膜可直接黏附於所述第一電極104和第二電極106表面。該奈米碳管膜也可以通過一黏著劑固定於所述第一電極104和第二電極106表面。所述奈米碳管膜中奈米碳管從第一電極104向第二電極106延伸。

進一步地，當將所述奈米碳管膜黏附於第一電極104和第二電極106表面後，可使用有機溶劑處理奈米碳管膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管膜表面浸潤整個奈米碳管膜。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，微觀上，該奈米碳管膜中的部份相鄰的奈米碳管會收縮成束。另外，由於部份相鄰的奈米碳管收縮成束，奈米碳管膜的機械強度及韌性得到增強，且整個奈米碳管膜的表面積減小，黏性降低。宏觀上，該奈米碳管膜為一均勻的膜結構。

所述奈米碳管線可為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。所述非扭轉的奈米碳管線與扭轉的奈米碳管線均為自支撐。具體地，請參閱圖4，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個沿平行於該非扭轉的奈米碳管線長度方向延伸的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將上述圖3所述奈米碳管膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管膜中的相互平行的複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。

所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將上述圖3所述奈米碳管膜沿奈米碳管延伸方向的兩端依照相反方向扭轉獲得。請參閱圖5，該扭轉的奈米碳管線包括複數個繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋延伸的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。

所述奈米碳管線及其製備方法請參見申請人於2002年11月5日申請的，於2008年11月21日公告的第I303239號中華民國公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，專利權人：鴻海精密工業股份有限公司，以及於2005年12月16日申請的，於2009年7月21日公告的第I312337號中華民國公告專利“奈米碳管絲及其製作方法”，專利權人：鴻海精密工業股份有限公司。

所述第一電極104和第二電極106分別與所述熱致發聲元件108電連接，以使該熱致發聲元件108接入一音頻電信號。所述音頻電信號通過該第一電極104和第二電極106輸入該熱致發聲元件。具體地，所述第一電極104和第二電極106可直接設置於所述基底102的第一表面，也設置於該熱致發聲元件108遠離基底102的表面，即，所述熱致發聲元件108設置於所述基底102的第一表面與所述第一電極104或第二電極106之間。該第一電極104和第二電極106由導電材料形成，其形狀及結構不限。具體地，該第一電極104和第二電極106可選擇為細長的條狀、棒狀、或其他形狀。該第一電極104和第二電極106的材料可選擇為導電漿料，金屬、導電聚合物、導電膠、金屬性奈米碳管或銦錫氧化物(ITO)等。由於奈米碳管沿軸向具有優異導電性，當熱致發聲元件中的奈米碳管為沿一定方向有序排列時，優選地，所述第一電極104和第二電極106的設置應確保所述熱致發聲元件中奈米碳管沿第一電極104至第二電極106的方向延伸。本實施例中，所述第一電極104和第二電極106為兩個平行設置的導電漿料層。

所述封裝體200用於支撐並保護該熱致發聲器100的熱致發聲元件108不被外力破壞。所述封裝體200的形狀和尺寸不限，可根據需要選擇。所述封裝體200具有複數個開孔210，該複數個開孔210與外殼11的通孔間隔設置。所述開孔210用於將該熱致發聲器100所發出的聲音經由外殼11的通孔傳遞至該耳機10的外部。優選地，項所述的熱致發聲元件108設置於所述熱致發聲器100的基底102與所述封裝體200的複數個開孔210之間且正對該複數個開孔210設置。本實施例中，所述封裝體200包括一平面基板202以及一保護罩204設置於該平面基板202表面。所述熱致發聲器100設置於該基板202的一表面，且所述保護罩204將該熱致發聲器100 罩住。即，所述保護罩204與該基板202共同定義一內腔用於收容該熱致發聲器100。

所述基板202可為一玻璃板、陶瓷板、印刷電路板(PCB)、聚合物板或木板。該基板202用於承載和固定該熱致發聲器100。所述基板202的形狀和尺寸不限，可根據需要選擇。所述基板202的面積大於熱致發聲器100的尺寸。所述基板202的面積可為36平方毫米~150平方毫米，如49平方毫米、64平方毫米、81平方毫米或100平方毫米等。所述基板202的厚度可為0.5毫米~5毫米，如1毫米、2毫米、3毫米或4毫米等。所述保護罩204具有一環形側壁206以及一與該環形側壁206連接的底壁208，且該底壁208定義該複數個開孔210。所述保護罩204的形狀和尺寸不限，可根據需要選擇。可以理解，該保護罩204的尺寸應略大於該熱致發聲器100的尺寸。所述保護罩204可以通過黏著劑或卡固的方式固定於該基板202的表面。所述保護罩204的材料可為玻璃、陶瓷、聚合物或金屬等。本實施例中，該基板202為一PCB板，所述保護罩204為一一端開口的柱狀金屬桶。所述保護罩204與該熱致發聲器100間隔設置。

所述封裝體200進一步具有兩個引腳212位於封裝體200外部。該兩個引腳212的位置不限，可以位於該封裝體200的同一側或不同側。該兩個引腳212分別與該第一電極104和第二電極106電連接。該兩個引腳212可為插針型、焊墊型或其他形狀。當該兩個引腳212為插針型時，該耳機10使用時，可以直接將該兩個引腳212插入電子器件的電路板對應的插孔內，從而方便地將所述熱致發聲器100與外部信號輸入電路電連接。當該兩個引腳212為焊墊型時，該耳機10使用時，可以直接將該兩個引腳212與電子器件的電路板表面的焊墊焊接。本實施例中，該兩個引腳212均為插針型，位於該基板202的底面，且通過導線110與第一電極104和第二電極106電連接。

所述發聲晶片12可通過卡槽、卡扣或者插針等可拆卸方式固定設置於外殼11的收容空間內。具體地，所述發聲晶片12通過卡槽17固定於外殼11的收容空間內，該卡槽17與該外殼11一體成型形成。所述卡槽17形狀不限，優選地，該卡槽17為一形成於所述外殼11收容空間內的凸起結構。此時，該發聲晶片12部份與該卡槽17相接觸，其餘部份懸空設置於外殼11的後半外殼單元14形成的收容空間內。此種設置方式可以使該發聲晶片12與空氣或周圍介質更好地進行熱交換。該發聲晶片12與空氣或周圍介質接觸面積更大，熱交換速度更快，因此具有更好的發聲效率。

該卡槽17的材料為絕緣材料或導電性較差的材料，具體可為一硬性材料，如金剛石、玻璃、陶瓷或石英。另外，所述卡槽17還可為具有一定強度的柔性材料，如塑膠、樹脂或紙質材料。優選地，該卡槽17的材料應具有較好的絕熱性能，從而防止該熱致發聲元件108產生的熱量過度的被該卡槽17吸收，無法達到加熱周圍介質進而發聲的目的。

請參閱圖6，本發明第二實施例提供一種耳機20，其包括一外殼(圖未示)以及一發聲晶片22，所述外殼為具有一收容空間的中空結構，所述發聲晶片22設置於外殼的收容空間內。所述發聲晶片22包括一熱致發聲器100以及一封裝體200。所述封裝體200將該熱致發聲器100收容於該封裝體200內。

本發明第二實施例提供的耳機20與第一實施例中所述耳機10的結構基本相同，其不同在於，所述封裝體200包括一具有第一凹部214的基板202以及一保護網216。具體地，所述熱致發聲器100設置於該基板202的第一凹部214內，所述保護網216將該第一凹部214覆蓋，且所述保護網216定義該複數個開孔210。所述保護網216可為一金屬網或纖維網，也可為一具有複數個開孔的金屬板、陶瓷板、樹脂板或玻璃板等。該保護網216的部份設置於該基板202的表面且部份延伸至第一凹部214上方懸空設置。所述第一凹部214可以通過蝕刻、壓印、鑄模、衝壓等工藝製備。本實施例中，所述基板202為一PCB板，所述保護網216可為一金屬網。該兩個引腳212可以設置於基板202的底部、同一側面或不同側面。

請參閱圖7，本發明第三實施例提供一種耳機30，其包括一外殼(圖未示)以及一發聲晶片32，所述外殼為具有一收容空間的中空結構，所述發聲晶片32設置於外殼的收容空間內。所述發聲晶片32包括一熱致發聲器100以及一封裝體200。所述封裝體200將該熱致發聲器100收容於該封裝體200內。

本發明第三實施例提供的耳機30與第一實施例中所述耳機10的結構基本相同，其不同在於，所述熱致發聲器100僅包括第一電極104、第二電極106以及熱致發聲元件108，該兩個引腳212為焊墊型且分別位於封裝體200的兩側。具體地，該第一電極104和第二電極106直接設置於該基板202的一表面，且該熱致發聲元件108通過該第一電極104和第二電極106懸空設置。即，所述熱致發聲器100省去基底，使得耳機30結構更簡單。

請參閱圖8，本發明第四實施例提供一種耳機40，其包括一外殼(圖未示)以及一發聲晶片42，所述外殼為具有一收容空間的中空結構，所述發聲晶片42設置於外殼的收容空間內。所述發聲晶片42包括一熱致發聲器100以及一封裝體200。所述封裝體200將該熱致發聲器100收容於該封裝體200內。

本發明第四實施例提供的耳機40與第二實施例中所述耳機20的結構基本相同，其不同在於，所述發聲晶片42的熱致發聲器100僅包括第一電極104、第二電極106以及熱致發聲元件108，該兩個引腳212為焊墊型且分別位於封裝體200的兩側。本實施例中，該第二凹部114的底面具有一子凹槽，該熱致發聲元件108通過該子凹槽懸空設置，該第一電極104和第二電極106設置於該熱致發聲元件108的表面。即，所述熱致發聲器100省去基底，使得耳機40結構更簡單。本實施例中，該兩個引腳212分別貼合在基板202的外表面。

請參閱圖9，本發明第五實施例提供一種耳機50，其包括一外殼(圖未示)以及一發聲晶片52，所述外殼為具有一收容空間的中空結構，所述發聲晶片52設置於外殼的收容空間內。所述發聲晶片52包括一熱致發聲器100、一封裝體200、以及一積體電路晶片300。所述封裝體200將該熱致發聲器100和積體電路晶片300收容於該封裝體200內。

本發明第五實施例提供的耳機50與第二實施例中所述耳機20的結構基本相同，其不同在於，所述耳機50的發聲晶片52進一步包括一積體電路晶片300收容於該封裝體200內。具體地，所述基底102的第一表面(圖未標)具有一第二凹部114，所述熱致發聲元件 108通過該第二凹部114懸空設置。所述基底102的第二表面(圖未標)具有一第三凹部116，所述積體電路晶片300設置於所述第三凹部116內。所述封裝體200具有四個引腳212。其中，兩個引腳212僅與所述積體電路晶片300電連接，用於向該積體電路晶片300提供驅動電壓。另外兩個引腳212則通過該積體電路晶片300與該第一電極104和第二電極106電連接，用於向該熱致發聲器100輸入音頻電信號。

所述積體電路晶片300的設置位置不限，可以設置在所述基底102的第一表面，第二表面或內部。所述積體電路晶片300包括音頻電信號的功率放大電路和直流偏置電路。故，所述積體電路晶片300對音頻電信號具有功率放大作用和直流偏置作用，用於將輸入的音頻電信號放大後輸入至該熱致發聲元件108，同時通過直流偏置解決音頻電信號的倍頻問題。所述積體電路晶片300可為封裝好的晶片也可為未封裝的裸晶片。所述積體電路晶片300的尺寸和形狀不限。由於該積體電路晶片300僅實現功率放大作用和直流偏置作用，所以內部電路結構比較簡單，其面積可以小於1平方厘米，如49平方毫米、25平方毫米、9平方毫米或更小，從而使發聲晶片12微型化。本實施例中，所述積體電路晶片300通過一黏著劑固定於所述基底102的凹槽內且通過兩條導線110分別與所述第一電極104和第二電極106電連接。可以理解，當所述基底102為絕緣基底時，可以在基底102上開設兩個洞(圖未示)，使兩條導線110分別從兩個洞穿過。當所述基底102為導電基底時，需要採用有絕緣包皮的導線110連接。該耳機50工作時，該積體電路晶片300輸入驅動信號及音頻信號給所述熱致發聲元件108，所述熱致發聲元件108根據輸入的信號間歇性地加熱周圍介質，使周圍介質熱脹冷縮並向更遠處進行熱交換，形成聲波。

請參閱圖10以及圖11，本發明第六實施例提供一種耳機60，其包括一外殼(圖未示)以及一發聲晶片62，所述外殼為具有一收容空間的中空結構，所述發聲晶片62設置於外殼的收容空間內。所述發聲晶片62包括一熱致發聲器100、一封裝體200、以及一積體電路晶片300。所述封裝體200將該熱致發聲器100和積體電路晶片300收容於該封裝體200內。

本發明第六實施例提供的耳機60與第三實施例中所述耳機30的結構基本相同，其不同在於，所述基底102為一矽片，所述積體電路晶片300通過微電子工藝直接製備在該矽基片上並與該矽基片形成一體結構，所述基底102的第一表面101具有複數個凹凸結構112，所述熱致發聲器100包括複數個第一電極104和複數個第二電極106。

所述基底102可為一單晶矽片或多晶矽片。由於所述基底102的材料為矽，因此所述積體電路晶片120可直接形成於所述基底102中，即所述積體電路晶片120中的電路、微電子元件等直接集成於基底102。所述基底102作為電子線路及微電子元件的載體，所述積體電路晶片120與所述基底102為一體結構。所述積體電路晶片120通過導線110與所述第一電極104和第二電極106電連接。所述導線110可位於所述基底102的內部，並穿過所述基底102的厚度方向。本實施例中，該基底102為一邊長為8毫米的正方形平面片狀結構，厚度為0.6毫米，材料為單晶矽。

所述凹凸結構112定義複數個交替設置的凸部1120與凹部1122。所述奈米碳管結構部份設置於該凸部1120的頂面，部份則通過該凹部1122懸空設置。所述複數個第一電極104與複數個第二電極106分別設置於該凸部1120頂面的奈米碳管結構表面，以將所述熱致發聲元件108固定在基底102的第一表面101。該複數個第一電極104電連接形成一梳狀電極，該複數個第二電極106電連接形成一梳狀電極。可以理解，該第一電極104和第二電極106也可以設置於奈米碳管結構與凸部1220之間。參見圖12，為本發明第六實施例提供的耳機60的熱致發聲器100的掃描電鏡照片。從圖12可以看出，該梳狀第一電極和梳狀第二電極的齒部交替設置。此種連接方式使相鄰的每一組第一電極104與第二電極106之間形成一熱致發聲單元，所述熱致發聲元件108形成複數個相互並聯的熱致發聲單元，從而使驅動該熱致發聲元件108發聲所需的電壓降低。

該複數個凹部1122可為通槽結構、通孔結構、盲槽結構或盲孔結構中的一種或數種，且該複數個凹部1122均勻分佈或以一定規律分佈，優選地，所述複數個凹部1122相互間隔設置。所述凹部1122在所述第一表面101延伸的長度可小於所述基底102的邊長。複數個奈米碳管沿同一方向擇優取向延伸，所述凹部1122在所述第一表面的延伸方向與所述奈米碳管膜中複數個奈米碳管的延伸方向形成一定夾角，該夾角大於0度且小於等於90度，優選的，所述凹部1122在所述第一表面的延伸方向垂直於所述奈米碳管的延伸方向。所述凹部1122的深度可根據實際需要及所述基底102的厚度進行選擇，優選地，所述凹部1122的深度為100微米~200微米，使基底102在起到保護熱致發聲元件108的同時，又能確保所述熱致發聲元件108與所述凹部1122的底面之間形成一定的間距，從而保證所述熱致發聲元件108在各發聲頻率均有良好的發聲效果，具體的，防止該形成的間距過低時熱致發聲元件108工作產生的熱量直接被基底102吸收而無法完全實現與周圍介質熱交換造成音量降低，以及避免該形成的間距過高時發出的聲波出現相互幹涉而抵消的情形。該凹部1122在其延伸方向上的橫截面的形狀可為V形、長方形、工形、多邊形、圓形或其他不規則形狀。所述凹槽的寬度(即所述凹部橫截面的最大跨度)為0.2毫米~1毫米。當所述凹槽橫截面的形狀為倒梯形時，所述凹槽跨寬隨凹槽的深度增加而減小。所述倒梯形凹部1122底角α的角度大小與所述基底102的材料有關，具體的，所述底角α的角度大小與所述基底102中單晶矽的晶面角相等。優選地，所述複數個凹部1122為複數個相互平行且均勻間隔分佈的凹槽設置於基底102的第一表面，每相鄰兩個凹槽的槽間距d1為20微米~200微米，從而保證後續第一電極104以及第二電極106通過絲網印刷的方法製備，在充分利用所述基底102的第一表面的同時保證蝕刻的精確，從而提高發聲的品質。所述凹槽的延伸方向平行於所述第一電極104和第二電極106的延伸方向。

本實施例中，該基底102第一表面具有複數個平行等間距分佈的倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽在第一表面的寬度為0.6毫米，所述凹槽的深度為150微米，每兩個相鄰的凹槽之間的間距為100微米，所述倒梯形凹槽底角α的大小為54.7度。

所述積體電路晶片300形成在所述基底102靠近第二表面103一側。所述積體電路晶片300可直接集成於所述矽基片中，從而能夠最大限度的減少單獨設置積體電路晶片而佔用的空間，減小發聲晶片的體積，利於小型化及集成化。並且，所述複數個凹凸結構 122使得該基底102具有良好的散熱性，從而能夠將積體電路晶片300以及熱致發聲元件108產生的熱量及時傳導到外界，減少因熱量的聚集造成的失真。所述發聲晶片的製備方法可為先通過微電子工藝製備所述積體電路晶片300，然後再蝕刻所述凹凸結構122，最後設置奈米碳管結構以及製備第一電極104和第二電極106。所述微電子工藝包括外延工藝、擴散工藝、離子注入技術、氧化工藝、微影工藝、蝕刻技術、薄膜澱積等。由於後續設置奈米碳管結構以及製備第一電極104和第二電極106的步驟不涉及高溫工藝，因此不會對所述積體電路晶片300造成損壞。

進一步，所述矽基片的第一表面101具有一絕緣層118。所述絕緣層118可為一單層結構或者一複數層結構。當所述絕緣層118為一單層結構時，所述絕緣層118可僅設置於所述凸部1220的頂面，也可貼附於所述基底102的整個第一表面101。所述“貼附”係指由於所述基底102的第一表面101具有複數個凹部1222以及複數個凸部1220，因此所述絕緣層118直接覆蓋所述凹部1222及所述凸部1220，對應凸部1220位置處的絕緣層118貼附在所述凸部1220的頂面；對應凹部1222位置處的絕緣層118貼附在所述凹部1222的底面及側面，即所述絕緣層118的起伏趨勢與所述凹部1222及凸部1220的起伏趨勢相同。無論哪種情況，所述絕緣層118使所述熱致發聲元件108與所述基底102絕緣。所述絕緣層118的材料可為二氧化矽、氮化矽或其組合，也可為其他絕緣材料，只要能夠確保所述絕緣層118能夠使熱致發聲元件108與所述基底102絕緣即可。所述絕緣層118的整體厚度可為10奈米~2微米，具體可選擇為50奈米、90奈米或1微米等。本實施例中，所述絕緣層118為一連續的單層二氧化矽，所述絕緣層118覆蓋所述整個第一表面101，所述絕緣層的厚度為1.2微米。

本實施例中，所述熱致發聲元件108包括複數個平行且間隔設置的奈米碳管線。所述複數個奈米碳管線相互平行且間隔設置形成的一層狀奈米碳管結構，所述奈米碳管線的延伸方向與所述凹部1222的延伸方向交叉形成一定角度，且奈米碳管線中奈米碳管的延伸方向平行於所述奈米碳管線的延伸方向，從而使所述奈米碳管線對應凹部1222位置部份懸空設置。優選的，所述奈米碳管線的奈米碳管的延伸方向與所述凹部1222的延伸方向垂直。相鄰兩個奈米碳管線之間的距離為1微米~200微米，優選地，為50微米~150微米。本實施例中，所述奈米碳管線之間的距離為120微米，所述奈米碳管線的直徑為1微米。該複數個奈米碳管線的製備方法為：先將一奈米碳管膜鋪設於第一電極104和第二電極106，然後用鐳射切割該奈米碳管膜形成複數個平行間隔設置的奈米碳管帶，再使用有機溶劑處理該複數個奈米碳管帶，從而使每個奈米碳管帶收縮得到該複數個奈米碳管線。

參見圖13，為本實施例的耳機60的熱致發聲器100的複數個奈米碳管線的掃描電鏡照片。如圖13所示，所述奈米碳管帶經過有機溶劑處理之後，所述奈米碳管帶收縮形成複數個間隔設置的奈米碳管線，每一奈米碳管線的兩端分別連接第一電極104以及第二電極106，從而可以減小所述熱致發聲元件108的驅動電壓，增強熱致發聲元件108的穩定性(圖中深色部份為基底，白色部份為電極)。在有機溶劑處理所述奈米碳管帶的過程中，位於凸部1220位置處的奈米碳管由於牢固的固定於所述絕緣層118表面，因此基本不發生收縮，從而保證所述奈米碳管線能夠與所述第一電極104以及第二電極106保持良好的電連接並牢固的固定。所述奈米碳管帶的寬度可為10微米至50微米，從而保證所述奈米碳管帶能夠完整的收縮形成奈米碳管線，一方面防止奈米碳管帶過寬時在後續收縮的過程中奈米碳管帶中再次出現裂縫，影響後續的熱致發聲效果；另一方面防止奈米碳管帶過窄時收縮過程中出現斷裂或形成的奈米碳管線過細影響熱致發聲元件的使用壽命，並且過窄的奈米碳管帶也增加了工藝難度。收縮後形成的奈米碳管線的直徑為0.5微米至3微米。本實施例中，所述奈米碳管帶的寬度為30微米，收縮後形成的奈米碳管線的直徑為1微米，相鄰奈米碳管線之間的距離為120微米。可以理解，所述奈米碳管帶的寬度並不限於以上所舉，在保證形成的奈米碳管線能夠正常熱致發聲的情況下，可根據實際需要進行選擇。進一步，經過有機溶劑處理之後，所述奈米碳管線牢固的貼附在所述基板100表面，並且懸空部份始終保持繃緊的狀態，從而能夠保證在工作過程中，奈米碳管線不發生變形，防止因為變形而導致的發聲失真、器件失效等問題。

如圖14及圖15所示，所述耳機60的熱致發聲器100在凹部1222選擇不同深度時的發聲效果圖。由圖可知，所述凹部1222的深度優選為100微米~200微米，從而使得所述熱致發聲器100在人耳可聽到的發生頻率頻段內，使所述熱致發聲器100具有優良的熱波波長，在小尺寸的情況下依然具有良好的發聲效果。進一步，使基底102在起到保護熱致發聲元件108的同時，又能確保所述熱致發聲元件108與所述基底102之間形成足夠的間距，防止工作時產生的熱量直接被基底102吸收而無法完全實現與周圍介質熱交換造成音量降低，並保證所述熱致發聲元件108在發聲頻段均具有良好的回應。同時，所述深度也可保證所述熱致發聲元件108具有更好的發聲效果，避免由於凹部深度過深時產生聲音幹涉現象，保證發聲音質。

所述耳機具有以下有益效果：由於所述熱致發聲器被封裝於所述封裝體而成為一個發聲晶片整體，因此當所述耳機的發聲晶片出現故障時，使用者可以方便的更換發聲晶片，從而延長所述耳機的使用壽命。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋以下申請專利範圍內。

10‧‧‧耳機