TWI503003B

TWI503003B - 發聲晶片

Info

Publication number: TWI503003B
Application number: TW101144968A
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: 2015-10-01
Also published as: US9241221B2; CN103841501B; TW201422013A; CN103841501A; US20140140548A1

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。

揚聲器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。熱致揚聲器為一種基於熱聲效應的揚聲器，該揚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應用熱聲效應的奈米碳管揚聲器，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)。該揚聲器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)。該揚聲器結構簡單，成本低廉，在電子器件中具有廣泛的應用前景。

然而，由於該揚聲器的熱致發聲元件採用奈米碳管膜，故，使用時該奈米碳管膜很容易被外力破壞，從而影響該揚聲器的使用壽命。

有鑒於此，確有必要提供一種既可以保護該揚聲器的奈米碳管膜不被破壞，並且使用方便的發聲晶片。

一種發聲晶片，其包括：一揚聲器，該揚聲器包括：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；以及一第一電極和一第二電極間隔設置，且該第一電極和第二電極分別與所述熱致發聲元件電連接；其中，進一步包括一封裝殼體，該封裝殼體具有一內腔將該揚聲器收容於該封裝殼體內，該封裝殼體具有至少一開孔，所述揚聲器的熱致發聲元件正對該至少一開口設置，該封裝殼體具有至少兩個貫穿的外接引腳分別與該第一電極和第二電極電連接。

與先前技術相比較，所述發聲晶片通過封裝殼體將所述揚聲器收容於該封裝殼體內，可以很好的保護該揚聲器的熱致發聲元件不被外力破壞。

10A，10B，10C，20A，20B，20C，30A，30B，40A，40B‧‧‧發聲晶片

100‧‧‧揚聲器

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

122‧‧‧凹凸結構

1220‧‧‧凸部

1222‧‧‧凹部

114‧‧‧第二凹部

116‧‧‧第三凹部

118‧‧‧絕緣層

120‧‧‧積體電路晶片

200‧‧‧封裝殼體

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

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的發聲晶片採用的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖3為本發明第一實施例的發聲晶片採用的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的發聲晶片採用的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為本發明第七實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖11為本發明第八實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖12為本發明第九實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖13為本發明第十實施例提供的發聲晶片的結構示意圖。

圖14為本發明第十實施例的發聲晶片的揚聲器的俯視圖。

圖15為本發明第十實施例的發聲晶片的揚聲器的光學顯微鏡照片。

圖16為本發明第十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17為本發明第十實施例提供的發聲晶片的發聲效果圖。

圖18為本發明第十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10A，其包括一揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200具有一內腔將該揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

所述揚聲器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，可以根據需要選擇。優選地，所述基底102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102的厚度可以為0.2毫米~0.8毫米。如此，可以製備微型的揚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、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102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102的第一表面為一平面。

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，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108應為自支撐結構，所謂“自支撐結構”即該熱致發聲元件108無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。故，該自支撐的熱致發聲元件108可部分懸空設置。該自支撐結構的熱致發聲元件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。

本實施例中，該熱致發聲元件108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102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102的第一表面。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，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102的第一表面，也可通過一支撐元件設置於所述基底102的第一表面。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。

所述封裝殼體200用於保護該揚聲器100的奈米碳管結構不被外力破壞。所述封裝殼體200的形狀和尺寸不限，可以根據需要選擇。所述封裝殼體200具有至少一個開孔210，用於將該揚聲器100所發出的聲音傳遞至該封裝殼體200外部。優選地，所述奈米碳管結構熱致發聲元件108設置於所述基底102與所述開孔210之間且正對該開孔210設置。本實施例中，所述封裝殼體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。所述揚聲器100設置於該基板202的一表面，且所述保護罩204將該揚聲器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揚聲器100。

所述基板202可以為一玻璃板、陶瓷板、列印電路板(PCB)、聚合物板或木板。該基板202用於承載和固定該揚聲器100。所述基板202的形狀和尺寸不限，可以根據需要選擇。所述基板202的面積大於揚聲器100的尺寸。所述基板202的面積可以為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，100平方毫米等。所述基板202的厚度可以為0.5毫米~5毫米，如1毫米，2毫米，3毫米，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具有複數個開孔210。所述保護罩204的形狀和尺寸不限，可以根據需要選擇。可以理解，該保護罩204的尺寸應略大於該揚聲器100的尺寸。所述保護罩204可以通過黏結劑或卡固的方式固定於該基板202的表面。所述保護罩204的材料可以為玻璃、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為一一端開口的金屬桶。所述保護罩204與該揚聲器100間隔設置。

所述封裝殼體200進一步具有兩個引腳212位於封裝殼體200外部。該兩個引腳212的位置不限，可以位於該封裝殼體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可以為插針型、焊盤型或其他形狀。當該兩個引腳212為插針型時，該發聲晶片10A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，從而方便地將所述揚聲器100與外部信號輸入電路電連接。當該兩個引腳212為焊盤型時，該發聲晶片10A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盤焊接。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。

請參閱圖5，本發明第二實施例提供一種發聲晶片10B，其包括複數個揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該複數個揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了二實施例提供的發聲晶片10B與第一實施例中所述發聲晶片10A的結構基本相同，其不同在於，該封裝殼體200包括一個共用的基板202以及複數個保護罩204，該複數個揚聲器100分別設置於該基板202的一表面，且每個揚聲器100被一個保護罩204罩住。進一步，該封裝殼體200包括複數個引腳212，每兩個引腳212對應一揚聲器100設置且分別與該對應的揚聲器100的兩個電極電連接。該複數個揚聲器100可以通過電路控制實現同時發聲或按照一定相位差發聲。可以理解，如果先將該複數個揚聲器100實現串聯或並聯連接，該複數個揚聲器100可以共用兩個引腳212。

請參閱圖6，本發明第三實施例提供一種發聲晶片10C，其包括複數個揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該複數個揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了三實施例提供的發聲晶片10C與第一實施例中所述發聲晶片10A的結構基本相同，其不同在於，一個封裝殼體200同時將複數個揚聲器100收容在其中。進一步，該封裝殼體200包括複數個引腳212，每兩個引腳212對應一揚聲器100設置且分別與該對應的揚聲器100的兩個電極電連接。該複數個揚聲器100可以通過電路控制實現同時發聲或按照一定相位差發聲。可以理解，如果先將該複數個揚聲器100實現串聯或並聯連接，該複數個揚聲器100可以共用兩個引腳212。

請參閱圖7，本發明第四實施例提供一種發聲晶片20A，其包括一揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了四實施例提供的發聲晶片20A與第一實施例中所述發聲晶片10A的結構基本相同，其不同在於，所述封裝殼體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，所述揚聲器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具有複數個開孔210。所述保護網216可以為一金屬網或纖維網，也可以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的部分設置於該基板202的表面且部分延伸至第一凹部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可以為一金屬網。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8，本發明第五實施例提供一種發聲晶片20B，其包括複數個揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該複數個揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了五實施例提供的發聲晶片20B與第四實施例中所述發聲晶片20A的結構基本相同，其不同在於，該基板202具有複數個第一凹部214設置於該基板202的同一表面，每個揚聲器100對應設置於一個第一凹部214內，且該複數個第一凹部214被一共用保護網216覆蓋。進一步，該封裝殼體200包括複數個引腳212，每兩個引腳212對應一揚聲器100設置且分別與該對應的揚聲器100的兩個電極電連接。該複數個揚聲器100可以通過電路控制實現同時發聲或按照一定相位差發聲。可以理解，如果先將該複數個揚聲器100實現串聯或並聯連接，該複數個揚聲器100可以共用兩個引腳212。

請參閱圖9，本發明第六實施例提供一種發聲晶片20C，其包括複數個揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該複數個揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了六實施例提供的發聲晶片20C與第四實施例中所述發聲晶片20A的結構基本相同，其不同在於，複數個揚聲器100設置於封裝殼體200的同一個第一凹部214內。進一步，該封裝殼體200包括複數個引腳212，每兩個引腳212對應一揚聲器100設置且分別與該對應的揚聲器100的兩個電極電連接。該複數個揚聲器100可以通過電路控制實現同時發聲或按照一定相位差發聲。可以理解，如果先將該複數個揚聲器100實現串聯或並聯連接，該複數個揚聲器100可以共用兩個引腳212。

請參閱圖10，本發明第七實施例提供一種發聲晶片30A，其包括一揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了七實施例提供的發聲晶片30A與第一實施例中所述發聲晶片10A的結構基本相同，其不同在於，所述揚聲器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為焊盤型且分別位於封裝殼體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通過該該第一電極104和第二電極106懸空設置。即，所述揚聲器100省去基底，使得發聲晶片30A結構更簡單。優選地，所述基板202為絕緣基板。

請參閱圖11，本發明第八實施例提供一種發聲晶片30B，其包括一揚聲器100以及一封裝殼體200。所述封裝殼體200將該揚聲器100收容於該封裝殼體200內。

本發明第了八實施例提供的發聲晶片30A與第四實施例中所述發聲晶片20A的結構基本相同，其不同在於，所述揚聲器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為焊盤型且分別位於封裝殼體200的兩側。具體地，本實施例中，該第一凹部214的底面具有一子凹部，該熱致發聲元件108通過該子凹部懸空設置，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，所述揚聲器100省去基底，使得發聲晶片30A結構更簡單。優選地，所述基板202為絕緣基板。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12，本發明第九實施例提供一種發聲晶片40A，其包括一揚聲器100、一封裝殼體200、以及一積體電路晶片120。所述封裝殼體200將該揚聲器100和積體電路晶片120收容於該封裝殼體200內。

本發明第了九實施例提供的發聲晶片40A與第四實施例中所述發聲晶片20A的結構基本相同，其不同在於，進一步包括一積體電路晶片120收容於該封裝殼體200內。具體地，所述基底102的第一表面101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103具有一第三凹部116，所述積體電路晶片120設置於該第三凹部116內。所述封裝殼體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120電連接，用於向該積體電路晶片120提供驅動電壓。另外兩個引腳212則通過該積體電路晶片120與該第一電極104和第二電極106電連接，用於向該揚聲器100輸入音頻電信號。

所述積體電路晶片120的設置位置不限，可以設置在所述基底102的第一表面101，第二表面103或內部。所述積體電路晶片120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120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120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120的尺寸和形狀不限。由於該積體電路晶片120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10A微型化。本實施例中，所述積體電路晶片120通過一黏結劑固定於所述基底102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102為絕緣基底時，可以在基底102上打兩個洞，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。該發聲晶片10A工作時，該積體電路晶片120輸出音頻電信號給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13-14，本發明第十實施例提供一種發聲晶片40B，其包括一揚聲器100、一封裝殼體200、以及一積體電路晶片120。所述封裝殼體200將該揚聲器100和積體電路晶片120收容於該封裝殼體200內。

本發明第了十實施例提供的發聲晶片40B與第九實施例中所述發聲晶片40A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120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102的第一表面具有複數個凹凸結構122，所述揚聲器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可以為一單晶矽片或多晶矽片。由於所述基底102的材料為矽，故，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與複數個第二電極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16，為本發明第十實施例提供的發聲晶片40B的揚聲器100的掃描電鏡照片。從圖16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102的邊長。所述凹部1222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1222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102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1222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102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102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120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120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102具有良好的散熱性，從而能夠將積體電路晶片120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120，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120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102的整個第一表面101。所述“貼附”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，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位置部分懸空設置。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15，為本實施例的發聲晶片40B的揚聲器100的複數個奈米碳管線的光學顯微鏡照片。如圖15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202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17-18所示，所述發聲晶片40B的揚聲器100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40B的揚聲器100在人耳可聽到的發生頻率頻段內，使所述發聲晶片40B的揚聲器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，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干涉現象，保證發聲音質。

所述發聲晶片具有以下有益效果：通過封裝殼體將所述揚聲器收容於該封裝殼體內，可以很好的保護該揚聲器的奈米碳管結構不被外力破壞；該發聲晶片可以通過引腳與外部電路連接，使用方便簡單，且與先前的電子器件電路板結構相容。

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。

10A‧‧‧發聲晶片