TWI501656B - 發聲晶片 - Google Patents

Description

發聲晶片

本發明涉及一種發聲晶片，尤其涉及一種熱致發聲晶片。

發聲裝置一般由信號輸入裝置和發聲元件組成，通過信號輸入裝置輸入信號到該發聲元件，進而發出聲音。熱致發聲裝置為發聲裝置中的一種，其為基於熱聲效應的一種發聲裝置，該熱致發聲裝置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應用熱聲效應的熱致發聲裝置，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)。該熱致發聲元件採用奈米碳管膜作為一熱致發聲元件，由於奈米碳管膜具有極大的比表面積及極小的單位面積熱容(小於2×10^-4焦耳每平方厘米開爾文)，該熱致發聲元件可發出人耳能夠聽到強度的聲音，且具有較寬的發聲頻率範圍(100Hz~100kHz)。

然而，由於該熱致發聲元件通過將電能轉換為熱能，並加熱空氣發出聲音，其原理區別於先前的喇叭，故，該熱致發聲裝置需要額外設計的驅動電路，這將使得該熱致發聲裝置結構較複雜，使用不方便且不利於小型化應用。

有鑒於此，確有必要提供一種結構簡單、能夠實現小型化並且使用方便的發聲晶片。

一種發聲晶片，其包括：一基底，其具有一第一表面；一熱致發聲元件設置於所述基底的第一表面；一第一電極和一第二電極間隔設置並分別與所述熱致發聲元件電連接；以及一積體電路晶片設置於所述基底上且分別與所述第一電極和第二電極電連接，該積體電路晶片輸出音頻電信號給所述熱致發聲元件，所述熱致發聲元件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。

與先前技術相比較，所述發聲晶片結構簡單、能夠實現小型化並且使用方便。

10，20，30，40，50，60‧‧‧發聲晶片

100‧‧‧基底

101‧‧‧第一表面

103‧‧‧第二表面

102‧‧‧熱致發聲元件

104‧‧‧第一電極

106‧‧‧第二電極

108‧‧‧積體電路晶片

110‧‧‧導線

114‧‧‧散熱裝置

116‧‧‧絕緣支撐體

118‧‧‧絕緣層

120‧‧‧導熱膏

122‧‧‧凹凸結構

1220‧‧‧凸部

1222，112‧‧‧凹部

圖1為本發明第一實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的發聲晶片中的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖3為本發明第一實施例提供的發聲晶片中非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖4為本發明第一實施例提供的發聲晶片中扭轉的奈米碳管線的 掃描電鏡照片。

圖5為本發明第二實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖6為本發明第三實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖7為本發明第四實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖8為本發明第五實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖9為本發明第六實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖10為本發明第六實施例提供的發聲晶片的俯視圖。

圖11為本發明第六實施例提供的發聲晶片的掃描電鏡照片。

圖12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光學顯微鏡照片。

圖13為本發明第六實施例提供的發聲晶片的發聲效果圖。

圖14為本發明第六實施例提供的發聲晶片的聲壓級-頻率的曲線圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的發聲晶片。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種發聲晶片10，其包括一基底100、一熱致發聲元件102、一第一電極104、一第二電極106以及一積體電路晶片108。

所述基底100具有一第一表面101以及一相對的第二表面103。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102電連接。當所述基底100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100的第一表面101。所述熱致發聲元件102可以與所述基底100的第一表面101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。所述積體電路晶片108設置於所述基底100的一表面，且與所述第一電極104和第二電極106電連接。

所述基底100的形狀不限，可為圓形、方形、矩形等，也可以為其他形狀。該基底100的第一表面101和第二表面103可為平面或曲面。該基底100的尺寸不限，可以根據需要選擇。優選地，本實施例選擇與積體電路晶片108尺寸相當的基底100，以便製備微型發聲晶片10。所述基底100的面積可以為25平方毫米~100平方毫米，如40平方毫米，60平方毫米，80平方毫米等。所述基底100的厚度可以為0.2毫米~0.8毫米。所述基底100的材料不限，可以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100的材料的電阻應大於該熱致發聲元件102的電阻。當所述熱致發聲元件102與所述基底100的第一表面101接觸設置時，該基底100的材料應具有較好的絕熱性能，從而防止該熱致發聲元件102產生的熱量過多的被該基底100吸收。所述基底100的材料可為玻璃、陶瓷、石英、金剛石、聚合物、金屬氧化物或木質材料等。具體地，本實施例中，該基底100為一正方形，邊長為0.8毫米，厚度為0.6毫米，其材料為玻璃，且該基底100的第一表面101為一平面。

所述熱致發聲元件102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102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102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102可以將輸入的電能轉換為熱能，並與周圍介質充分快速的進行熱交換。優選地，該熱致發聲元件102應為自支撐結構，所謂“自支撐結構”即該熱致發聲元件102無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。故，該自支撐的熱致發聲元件102可部分懸空設置。該自支撐結構的熱致發聲元件102可充分的與周圍介質接觸並進行熱交換。所謂周圍介質指位於熱致發聲元件102外部的介質，而不包括其內部的介質。如，當熱致發聲元件102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。

本實施例中，該熱致發聲元件102包括一奈米碳管結構。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(Van Der Waals)力相互吸引，從而使奈米碳管結構具有特定的形狀。故，該奈米碳管結構部分通過基底100支撐，並使奈米碳管結構其他部分懸空設置。即，所述奈米碳管結構至少部分區域懸空設置。

所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜或奈米碳管線或其組合。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複數種。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。該奈米碳管膜長度不限，寬度取決於奈米碳管陣列的寬度。請參閱圖2，每一奈米碳管膜為由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管為基本沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向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大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管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。所述自支撐為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即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即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。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。

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。故，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分接觸。該複數個奈米碳管大致平行且大致平行於所述基底100的第一表面101。當所述奈米碳管膜的寬度較小時，該奈米碳管結構包括複數個奈米碳管膜共面設置。另外，該奈米碳管結構可包括多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。

所述奈米碳管膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11公告的第I327177號台灣公告專利申請“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，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分。

本實施例中，所述熱致發聲元件102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100的第一表面101上方。所述奈米碳管膜的厚度為50奈米，光透過率為67%~95%。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結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分相鄰的奈米碳管會收縮成束。另外，由於部分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。

所述奈米碳管線可以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結構。具體地，請參閱圖3，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2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2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4，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范守善等人於2002年11月5日申請的，2008年11月27日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，以及2005年12月16日申請的，2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利“奈米碳管絲之製作方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，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分。

所述第一電極104和第二電極106分別與所述熱致發聲元件102電連接，以使該熱致發聲元件102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輸入該奈米碳管結構。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100的第一表面101，也可通過一支撐元件設置於所述基底100的第一表面101。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，當奈米碳管結構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的設置應確保所述奈米碳管結構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。

所述積體電路晶片108的設置位置不限，可以設置在所述基底100的第一表面101，第二表面103或內部。所述積體電路晶片108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108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102，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108可以為封裝好的晶片也可以為未封裝的裸晶片。所述積體電路晶片108的尺寸和形狀不限。由於該積體電路晶片108僅實現功率放大作用和直流偏置作用，故，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10微型化。本實施例中，所述積體電路晶片108通過一黏結劑固定於所述基底100的第二表面103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100為絕緣基底時，可以在基底100上打兩個洞，使兩條導線110分別從兩個洞穿過。當所述基底100為導電基底時，需要採用有絕緣包皮的導線110連接。該發聲晶片10工作時，該積體電路晶片108輸出音頻電信號給所述熱致發聲元件102，所述熱致發聲元件102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5，本發明第二實施例提供一種發聲晶片20，其包括一基底100、一熱致發聲元件102、一第一電極104、一第二電極106以及一積體電路晶片108。

本發明第二實施例提供的發聲晶片20與第一實施例中所述發聲晶片10的結構基本相同，其不同在於，所述基底100的第二表面103具有一凹部112，且所述積體電路晶片108設置於該凹部112內。可以理解，所述凹部112的尺寸和形狀不限，只要能確保將所述積體電路晶片108收容在其中即可。優選地，所述凹部112的尺寸略大於所述積體電路晶片108的尺寸，以便容易安裝。所述積體電路晶片108可以通過所述凹部112的側壁卡固設置於該凹部112內，也可以通過一黏結劑固定於所述凹部112的底面。本實施例中，所述基底100為一長方形，長度為1厘米，寬度為7毫米，厚度為1毫米，其材料為樹脂。所述凹部112通過壓印技術製備，其深度略大於所述積體電路晶片108的厚度。可以理解，本實施例中還可以採用一保護層(圖未示)，如樹脂層，將該凹部112覆蓋，從而將所述積體電路晶片108封裝在所述基底100的內部。如此，所述積體電路晶片108可以未一未封裝的裸晶片，所述基底100同時起到封裝結構作用。

請參閱圖6，本發明第三實施例提供一種發聲晶片30，其包括一基底100、一熱致發聲元件102、一第一電極104、一第二電極106以及一積體電路晶片108。

本發明第三實施例提供的發聲晶片30與第二實施例中所述發聲晶片20的結構基本相同，其不同在於，所述發聲晶片30進一步包括一散熱裝置114，且該散熱裝置114與所述積體電路晶片108貼合設置。所述散熱裝置114可以為金屬片、合金片，奈米碳管層或奈米碳管陣列等，其形狀和尺寸可以根據需要選擇。所述所述積體電路晶片108與所述散熱裝置114之間還可以進一步設置導熱膏 120，從而提高所述積體電路晶片108與所述散熱裝置114之間的熱傳導效率。本實施例中，所述散熱裝置114為一金屬散熱片，且通過導熱膏120與所述積體電路晶片108貼合設置。

請參閱圖7，本發明第四實施例提供一種發聲晶片40，其包括一基底100、一熱致發聲元件102、一第一電極104、一第二電極106以及一積體電路晶片108。

本發明第四實施例提供的發聲晶片40與第二實施例中所述發聲晶片20的結構基本相同，其不同在於，所述基底100為一金屬板或合金板，所述奈米碳管結構通過兩個絕緣支撐體116懸空設置於第一表面101上方，所述第一電極104和第二電極106分別設置於該兩個絕緣支撐體116上且將所述奈米碳管結構固定。為了防止所述奈米碳管結構產生的熱量被金屬板或合金板吸收而影響發聲效果，所述奈米碳管結構與所述第一表面101的距離大於100微米，優選地，大於200微米。可以理解，由於金屬板或合金板具有良好的導熱性，故，本實施例的發聲晶片40，即使沒有散熱裝置，也可以很好的對所述積體電路晶片108散熱。本實施例中，所述基底100為一長方形銅板，長度為1厘米，寬度為8毫米，厚度為2毫米。

請參閱圖8，本發明第五實施例提供一種發聲晶片50，其包括一基底100、一熱致發聲元件102、一第一電極104、一第二電極106以及一積體電路晶片108。

本發明第五實施例提供的發聲晶片50與第四實施例中所述發聲晶片40的結構基本相同，其不同在於，所述金屬板或合金板基底100的第一表面101具有一凹部112，所述積體電路晶片108設置於 該凹部112內，所述第二表面103具有複數個凹凸結構122用於散熱。具體地，所述第一表面101的凹部112以外的部分被一絕緣支撐體116覆蓋，所述第一電極104和第二電極106分別設置於該絕緣支撐體116上，所述奈米碳管結構通過第一電極104和第二電極106懸空設置於第一表面101上方。可以理解，由於金屬板或合金板的第二表面103具有凹凸結構122，使得所述基底100具有較大的散熱面積，從而提高了對所述積體電路晶片108的散熱效果。所述凹凸結構122的尺寸和形狀可以根據需要選擇。優選地，所述凹凸結構122為複數個平行間隔設置的鰭片。

請參閱圖9-10，本發明第六實施例提供一種發聲晶片60，其包括一基底100、一熱致發聲元件102、複數個第一電極104、複數個第二電極106以及一積體電路晶片108。

本發明第了六實施例提供的發聲晶片60與第一實施例中所述發聲晶片10的結構基本相同，其不同在於，所述基底100為一矽片，所述基底100的第一表面101具有複數個凹凸結構122，所述複數個第一電極104和複數個第二電極106交替設置，所述積體電路晶片108通過微電子工藝直接製備在該矽基片上與該矽基片形成一體結構。

所述基底100可以為一單晶矽片或多晶矽片。由於所述基底100的材料為矽，故，所述積體電路晶片108可直接形成於所述基底100中，即所述積體電路晶片108中的電路、微電子元件等直接集成於基底100。所述基底100作為電子線路及微電子元件的載體，所述積體電路晶片108與所述基底100為一體結構。所述積體電路晶片108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100的內部，並穿過所述基底100的厚度方向。本實施例中，該基底100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122定義複數個交替設置的凸部1220與凹部1222。所述奈米碳管結構部分設置於該凸部1220的頂面，部分則通過該凹部1222懸空設置。所述複數個第一電極104和複數個第二電極106交替設置在凸部1220的頂面，的奈米碳管結構表面，以將所述奈米碳管結構固定在基底100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11，為本發明第六實施例提供的發聲晶片的掃描電鏡照片。從圖11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102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102發聲所需的電壓降低。

該複數個凹部1222可以為通槽結構、通孔結構、盲槽結構或盲孔結構中的一種或複數種，且該複數個凹部1222均勻分佈、以一定規律分佈或隨機分佈。所述凹部1222在所述第一表面101延伸的長度可小於或等於所述基底100的邊長。所述凹部1222的深度可根據實際需要及所述基底100的厚度進行選擇。優選地，所述凹部1222的深度為100微米~200微米，使基底100在起到保護熱致發聲元件102的同時，又能確保所述熱致發聲元件102與所述基底100之間形成足夠的間距，防止工作時產生的熱量直接被基底100 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102在各發生頻率均均有良好的發聲效果。該凹部1222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。所述凹部1222的寬度(即所述凹部1222橫截面的最大跨度)為0.2毫米~1毫米。本實施例中，該基底100的凹部1222為一凹槽結構，所述凹部1222橫截面的形狀為倒梯形，即所述凹槽跨寬隨凹槽的深度增加而減小。所述倒梯形凹槽底角α的角度大小與所述基底100的材料有關，具體的，所述底角α的角度大小與所述基底100中單晶矽的晶面角相等。優選地，所述複數個凹部1222為複數個相互平行且均勻間隔分佈的凹槽設置於基底100的第一表面101，每相鄰兩個凹槽之間的槽間距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通過絲網列印的方法製備，且能夠充分利用所述基底100表面，同時保證刻蝕的精確，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100第一表面101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101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d1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108形成在所述基底100靠近第二表面103一側。所述積體電路晶片108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60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100具有良好的散熱性，從而能夠將積體電路晶片108以及熱致發聲元件102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60的製備方法可以為先通過微電子工藝製備所述積體電路晶片108，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、光刻工藝、刻蝕技術、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，故，不會對所述積體電路晶片108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多層結構。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100的整個第一表面101。所述“貼附”指由於所述基底100的第一表面101具有複數個凹部1222以及複數個凸部1220，故，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102與所述基底100絕緣。所述絕緣層118的材料可為二氧化矽、氮化矽或其組合，也可以為其他絕緣材料，只要能夠確保所述絕緣層118能夠使熱致發聲元件102與所述基底100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102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位置部分懸空設置。優選的，所述奈米碳管線中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，然後用雷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12，為本實施例的發聲晶片的複數個奈米碳管線的光學顯微鏡照片。如圖12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102的驅動電壓，增強熱致發聲元件102的穩定性(圖中深色部分為基底，白色部分為電極)。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，故，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，可以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，並且懸空部分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13-14所示，所述發聲晶片60在凹部1222選擇不同深度時的發聲效果圖。所述凹部1222的深度優選為100微米~200微米，從而使得所述發聲晶片60在人耳可聽到的發生頻率頻段內，使所述發聲晶片60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，基底100在起到保護熱致發聲元件102的同時，又能確保所述熱致發聲元件102與所述基底100之間形成足夠的間距，防止工作時產生的熱量直接被基底100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102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102具有更好的發聲效果，避免由於凹部深度過深時產生聲音干涉現象，保證發聲音質。

本發明，由於通過基底將該熱致發聲元件與積體電路晶片集成為一微型的一體結構，故，稱為發聲晶片。所述發聲晶片的積體電路晶片對音頻電信號具有功率放大作用和直流偏置作用，故，該發聲晶片結構簡單、能夠實現小型化並且使用方便。所述發聲晶片可以用於手機、電腦、耳機以及隨身聽等電子器件。

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‧‧‧發聲晶片

100‧‧‧基底

101‧‧‧第一表面

103‧‧‧第二表面

102‧‧‧熱致發聲元件

104‧‧‧第一電極

106‧‧‧第二電極

108‧‧‧積體電路晶片

110‧‧‧導線

Claims (16)

1. 一種發聲晶片，其包括：一基底，其具有一第一表面；一熱致發聲元件設置於所述基底的第一表面；一第一電極和一第二電極間隔設置並分別與所述熱致發聲元件電連接；以及一積體電路晶片設置於所述基底上且分別與所述第一電極和第二電極電連接，該積體電路晶片輸出音頻電信號給所述熱致發聲元件，所述熱致發聲元件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，其改良在於，所述基底為一矽基片，所述基底的第一表面具有複數個凹凸結構，所述凹凸結構定義複數個交替設置的凸部與凹部，所述凹部的深度為100微米至200微米，所述熱致發聲元件為一奈米碳管層狀結構，該奈米碳管層狀結構在所述凹部懸空設置。
2. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述積體電路晶片通過微電子工藝集成設置在該矽基片上。
3. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述基底具有一第二表面與所述第一表面相對，所述積體電路晶片設置於該基底的第二表面。
4. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述基底具有一凹部，所述積體電路晶片設置於該凹部內。
5. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述積體電路晶片設置於所述基底內部。
6. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述積體電路晶片包括音頻電信 號的功率放大電路和直流偏置電路。
7. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述奈米碳管結構為由複數個奈米碳管組成的自支撐結構，且該複數個奈米碳管沿同一方向延伸。
8. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜，所述奈米碳管膜為一由若干奈米碳管組成的自支撐結構，且所述若干奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。
9. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述奈米碳管結構包括複數個奈米碳管線，所述奈米碳管線包括複數個奈米碳管沿該奈米碳管線的長度方向平行排列或沿該奈米碳管線的長度方向呈螺旋狀排列。
10. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，所述基底的第一表面具有一絕緣層，所述熱致發聲元件部分設置於該凸部頂面的絕緣層上，部分則通過該凹部懸空設置。
11. 如請求項第10項所述的發聲晶片，其中，所述基底的面積為25平方毫米至100平方毫米。
12. 如請求項第10項所述的發聲晶片，其中，所述凹部的寬度為0.2毫米~1毫米。
13. 如請求項第10項所述的發聲晶片，其中，所述凹部為複數個相互平行且均勻間隔分佈的凹槽，每相鄰兩個凹槽之間的槽間距為20微米~200微米，相鄰的凹槽之間為凸部。
14. 如請求項第13項所述的發聲晶片，其中，所述第一電極和第二電極的延伸方向平行於所述凹槽的延伸方向，所述熱致發聲元件中的奈米碳管的延伸方向垂直於與凹槽的延伸方向。
15. 如請求項第10項所述的發聲晶片，其中，所述發聲晶片包括複數個第一電極和複數個第二電極，該複數個第一電極與複數個第二電極交替設置在凸部的頂面，複數個第一電極電連接，複數個第二電極電連接。
16. 如請求項第1項所述的發聲晶片，其中，進一步包括一散熱裝置設置在基底的第二表面。