TWI583204B - 熱致發聲裝置的製備方法 - Google Patents

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TWI583204B TW101144962A TW101144962A TWI583204B TW I583204 B TWI583204 B TW I583204B TW 101144962 A TW101144962 A TW 101144962A TW 101144962 A TW101144962 A TW 101144962A TW I583204 B TWI583204 B TW I583204B
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Description

熱致發聲裝置的製備方法
本發明涉及一種熱致發聲裝置的製備方法。
發聲裝置一般由訊號輸入裝置和發聲元件組成，通過訊號輸入裝置輸入訊號到該發聲元件，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焦耳每平方釐米開爾文)，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，先前方法製備的所述熱致發聲元件設置在一玻璃的表面，由於受製備工藝的限制，所述玻璃較難加工，因此難以實現小型化，也不利於與其他電子元件的集成。另外，由於所述玻璃導熱性不夠好，因此長時間工作時溫度升高，影響熱致發聲裝置的發聲效果。
有鑒於此，提供一種易加工、能夠實現小型化並且散熱性能更好的熱致發聲裝置的製備方法實為必要。
一種熱致發聲裝置的製備方法，包括以下步驟：提供一矽基底，該矽基底具有一表面；圖案化處理所述矽基底的該表面，在該表面形成複數相互平行且間隔設置的凹槽，所述凹槽的深度為100微米至200微米；在所述矽基底的該圖案化的表面形成一絕緣層；在所述相鄰凹槽之間的絕緣層表面形成間隔設置的一第一電極及一第二電極；及在所述絕緣層表面設置一層狀奈米碳管結構且與所述第一電極及第二電極電連接，對應凹槽位置處的所述層狀奈米碳管結構懸空設置。
一種熱致發聲裝置的製備方法，包括以下步驟：提供一矽基底，該矽基底具有一表面；在所述矽基底的該表面形成複數均勻分佈且間隔設置的凹部，所述凹部的深度為100微米至200微米；在所述矽基底的該表面形成一絕緣層；在所述絕緣層表面設置一層狀奈米碳管結構，對應凹部位置處的所述層狀奈米碳管結構懸空設置；及形成間隔設置的第一電極與第二電極，並與所述層狀奈米碳管結構電連接。
一種熱致發聲裝置的製備方法，其包括以下步驟：(a)提供一基板，所述基板包括一表面，在該基底的表面定義複數單格子；(b)在所述基板的表面每一單格子內形成複數平行且間隔設置的凹槽；(c)在所述基板的表面每一單格子內形成至少一第一電極及至少一第二電極，任意相鄰的第一電極與第二電極之間具有至少一凹槽；(d)在所述基板的表面貼附一熱致發聲元件，並使所述熱致發聲元件覆蓋每一單格子，且與所述每一單格子中的第一電極及第二電極電連接，所述熱致發聲元件在每一單格子中的複數凹槽位置懸空；(e)按照所述複數單格子分割所述熱致發聲元件，使相鄰單格子的熱致發聲元件之間電絕緣，形成一熱致發聲裝置陣列；及(f)按照所述複數單格子分割所述基板，形成複數熱致發聲裝置。
與先前技術相比較，所述熱致發聲裝置的製備方法中採用矽基底，因此首先所述熱致發聲裝置易加工，因此可製備小尺寸的熱致揚聲器；再次，所述矽基底具有良好的導熱性，因此所述熱致發聲裝置具有良好的散熱性，而無需單獨設置散熱元件；最後，所述矽基底的熱致發聲裝置容易與其他元器件如IC晶片等集成，便於與其他元器件集成。
10，20，30，40，50，60‧‧‧熱致發聲裝置
100‧‧‧基底
101‧‧‧第一表面
102‧‧‧凹部
103‧‧‧第二表面
104‧‧‧凸部
105‧‧‧凹槽
106‧‧‧第一電極
107‧‧‧切割線
110‧‧‧熱致發聲元件
112‧‧‧第一區域
114‧‧‧第二區域
116‧‧‧第二電極
120‧‧‧絕緣層
122‧‧‧第一絕緣層
124‧‧‧第二絕緣層
126‧‧‧第三絕緣層
140‧‧‧積體電路晶片
142‧‧‧第三電極
144‧‧‧第四電極
401‧‧‧熱致發聲裝置陣列
1001‧‧‧基板
1061‧‧‧第一連接部
1161‧‧‧第二連接部
圖1係本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
圖2係圖1所述的熱致發聲裝置沿II-II方向的剖面圖。
圖3係本發明熱致發聲裝置中奈米碳管膜的結構示意圖。
圖4為本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的製備方法流程圖。
圖5為本發明第二實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
圖6係本發明熱致發聲裝置中非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖7係本發明熱致發聲裝置中扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖8為本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的製備方法中經有機溶劑處理後的奈米碳管線的光學顯微鏡照片。
圖9為本發明第三實施例熱致發聲裝置的結構示意圖。
圖10為本發明第三實施例提供的熱致發聲裝置的製備方法流程圖。
圖11為本發明第四實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
圖12為圖11所述的熱致發聲裝置沿XII-XII方向的結構示意圖。
圖13為第四實施例提供的熱致發聲裝置的照片。
圖14為本發明第四實施例提供的熱致發聲裝置中聲壓級-頻率的曲線圖。
圖15為本發明第四實施例提供的熱致發聲裝置的發聲效果圖。
圖16為圖11所述熱致發聲裝置的製備方法中提供的熱致發聲裝置陣列的結構示意圖。
圖17為本發明第五實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
圖18為本發明第六實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的熱致發聲裝置。
請參閱圖1及圖2，本發明第一實施例提供一種熱致發聲裝置10，其包括一基底100、一熱致發聲元件110、一絕緣層120、一第一電極106及一第二電極116。該第一電極106及第二電極116相互間隔設置並與該熱致發聲元件110電連接。該基底100包括相對的一第一表面101及一第二表 面103。所述第一表面101具有複數凹部102，相鄰的凹部102之間形成一凸部104。所述絕緣層120設置於所述基底100的第一表面101，且連續地貼附於所述凹部102與所述凸部104的表面。該熱致發聲元件110設置於所述第一表面101並通過絕緣層120與所述基底100絕緣設置。所述熱致發聲元件110具有一第一區域112及一第二區域114，所述第一區域112的熱致發聲元件110對應於所述凹部102位置，第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置，並與所述凹部102的底面間隔設置。所述第二區域114的熱致發聲元件110設置於所述凸部104的頂面，並通過絕緣層120與所述凸部104絕緣設置。
該基底100為一平面片狀結構，形狀不限，可為圓形、方形或矩形等，也可以為其他形狀。所述基底100的面積為25平方毫米~100平方毫米，具體可選擇為如36平方毫米、64平方毫米或80平方毫米等。所述基底100的厚度為0.2毫米~0.8毫米。可以理解，所述基底100並不限於上述平面片狀結構，只要確保所述基底100具有一表面承載所述熱致發聲元件110即可，也可選擇為塊狀結構、弧面結構、曲面結構等。所述基底100的材料可為單晶矽或多晶矽。所述基底100具有良好的導熱性能，從而可將所述熱致發聲元件110在工作中產生的熱量及時的傳導到外界，延長熱致發聲元件110的使用壽命。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。
所述複數凹部102設置於所述基底100將承載所述熱致發聲元件110的表面，即第一表面101。該複數凹部102均勻分佈、以一定規律分佈、以陣列分佈或隨機分佈於所述第一表面101。優選地，該複數凹部102均勻分佈且相互間隔設置。該複數凹部102可以為通孔結構、盲槽結構或盲孔結構中的一種或複數。在所述凹部102從基底100的第一表面101向基底100內部延伸的方向上，所述每一凹部102具有一底面及與該底面相鄰的側面。相鄰的凹部102之間為所述凸部104，相鄰凹部102之間的基底100的表面為所述凸部104的頂面。所述第一區域112的熱致發聲元件110對應於所述凹部102位置，第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置，即，所述第一區域112的熱致發聲元件110不與所述凹部102的側面和底面接觸。
所述凹部102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102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110的同時，又能確保所述熱致發聲元件110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110在各發聲頻率均有良好的發聲效果。當所述凹部102為凹槽時，所述凹部102在所述第一表面101延伸的長度可小於所述基底100的邊長。該凹部102在其延伸方向上的橫截面的形狀可為V形、長方形、梯形、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102橫截面的最大跨度)為大於等於0.2毫米小於1毫米，一方面能夠防止所述熱致發聲元件110在工作過程中破裂，另一方面能夠降低所述熱致發聲元件110的驅動電壓，使得所述驅動電壓小於12V，優選的小於等於5V。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，所述複數凹部102為複數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106及第二電極116通過絲網印刷的方法製備，且能夠充分利用所述基底100表面，同時保證蝕刻的精確，從而提高發聲的品質。本實施例中，該基底100第一表面101具有複數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。
所述絕緣層120可為一單層結構或者一多層結構。當所述絕緣層120為一單層結構時，所述絕緣層120可僅設置於所述凸部104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”係指由於所述基底100的第一表面101具有複數凹部102及複數凸部104，因此所述絕緣層120直接覆蓋所述凹部102及所述凸部104，對應凸部104位置處的絕緣層120貼附在所述凸部104的頂面；對應凹部102位置處的絕緣層120貼附在所述凹部102的底面及側面，即所述絕緣層120的起伏趨勢與所述凹部102及凸部104的起伏趨勢相同。無論哪種情況，所述絕緣層120使所述熱致 發聲元件110與所述基底100絕緣。本實施例中，所述絕緣層120為一連續的單層結構，所述絕緣層120覆蓋所述整個第一表面101。
所述絕緣層120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120能夠使熱致發聲元件110與所述基底100絕緣即可。所述絕緣層120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，所述絕緣層的厚度為1.2微米。
所述熱致發聲元件110設置於所述基底100的第一表面101，具體的，所述熱致發聲元件110設置於所述絕緣層120的表面。即第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置於所述凹部102上，所述熱致發聲元件110的第二區域114設置於所述凹部102頂面的絕緣層120表面。可以理解，為使該熱致發聲元件110更好的固定於該基底100的第一表面101，可在所述凸部104的頂面設置一黏結層或黏結點，從而使熱致發聲元件110通過該黏結層或黏結點固定於該基底100的第一表面101。
所述熱致發聲元件110具有較小的單位面積熱容，其材料不限，如純奈米碳管結構、奈米碳管複合結構等，也可以為其他非奈米碳管材料的熱致發聲材料等等，只要能夠實現熱致發聲即可。本發明實施例中，該熱致發聲元件110由奈米碳管組成，所述熱致發聲元件110的單位面積熱容小於2×10-4焦耳每平方釐米開爾文。具體地，該熱致發聲元件110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110可以將輸入的電能轉換為熱能，即所述熱致發聲元件110可根據輸入的訊號迅速升降溫，而和周圍氣體介質迅速發生熱交換，加熱熱致發聲元件110外部周圍氣體介質，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。優選地，該熱致發聲元件110應為自支撐結構，所謂“自支撐結構”即該熱致發聲元件110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110可部份懸空設置。該自支撐結構的熱致發聲元件110可充分的與周圍介質接觸並進行熱交換。該熱致發聲元件110可為一膜狀結構、複數線狀結構並排形成的層狀結構或膜狀結構與線狀結構的組合。
所述熱致發聲元件110可為一層狀奈米碳管結構，所述奈米碳管結構 在所述凹部102位置處懸空設置。所述奈米碳管結構整體上為一層狀結構，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100支撐，並使奈米碳管結構其他部份懸空設置。所述層狀奈米碳管結構包括複數沿同一方向擇優取向延伸的奈米碳管，所述奈米碳管的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，所述夾角大於零度小於等於90度。
所述層狀奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、複數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焦耳每平方釐米開爾文。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。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，每一奈米碳管膜係由複數奈米碳管組成的自支撐結構。所述複數奈米碳管為基本沿同一方向擇優取向排列，且所述奈米碳管的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，所述夾角大於零度小於等於90度。所述擇優取向係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係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。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。所述奈米碳管膜中，該複數奈米碳管大致平行於所述基底100的第一表面101。該奈米碳管結構可包括複數奈米碳管膜共面的鋪設於基底100的第一表面101。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。
本實施例中，所述熱致發聲元件110為單層的奈米碳管膜，該奈米碳管膜設置於該基底100的第一表面101，包括懸空設置於凹部102的第一區域112及設置於凸部104頂面的第二區域114。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凸部104位置處絕緣層120的表面。所述奈米碳管膜中複數奈米碳管沿同一方向擇優取向延伸，該複數奈米碳管的延伸方向與所述凹部102的延伸方向形成一定夾角，優選的，所述奈米碳管的延伸方向垂直於所述凹部102的延伸方向。進一步地，當將所述奈米碳管膜黏附於凸部104的頂面後，可使用有機溶劑處理黏附在基底100上的奈米碳管膜。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。奈米碳管膜與基底100的接觸面積增大，從而可以更緊密地貼附在凸部104的頂面。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。
所述第一電極106及第二電極116分別與所述熱致發聲元件110電連接，以使該熱致發聲元件110接入一音頻電訊號。具體地，所述第一電極106及第二電極116可間隔設置於所述絕緣層120遠離所述基底100的表面， 也可設置於該熱致發聲元件110遠離基底100的表面。該第一電極106及第二電極116由導電材料形成，其形狀及結構不限。具體地，該第一電極106及第二電極116可選擇為細長的條狀、棒狀或其他形狀。該第一電極106及第二電極116的材料可選擇為金屬、導電聚合物、導電膠、金屬性奈米碳管或銦錫氧化物(ITO)等。
本實施例中，所述第一電極106及第二電極116分別設置於靠近所述熱致發聲元件110相對兩邊緣的凸部104上的絕緣層120表面，且與所述凹部102的延伸方向平行設置。所述熱致發聲元件110的第一區域112及第二區域114位於所述第一電極106及第二電極116之間。該第一電極106及第二電極116由金屬絲構成。另外，可以理解，所述第一電極106及第二電極116也可設置於所述熱致發聲元件110遠離基底100的表面，並直接壓緊該熱致發聲元件110將其固定於基底100表面。
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擇優取向排列時，優選地，所述第一電極106及第二電極116的設置應確保所述奈米碳管結構中奈米碳管沿第一電極106至第二電極116的方向延伸。優選地，所述第一電極106及第二電極116之間應具有一基本相等的間距，從而使第一電極106及第二電極116之間區域的奈米碳管結構能夠具有一基本相等的電阻值，優選地，所述第一電極106及第二電極116的長度大於等於奈米碳管結構的寬度，從而可以使整個奈米碳管結構均得到利用。本實施例中，所述熱致發聲元件110中奈米碳管沿基本垂直該第一電極106及第二電極116長度方向排列，所述第一電極106及第二電極116相互平行設置。所述音頻電訊號通過該第一電極106及第二電極116輸入該奈米碳管結構。
可以理解，由於該熱致發聲元件110的發聲原理為“電-熱-聲”的轉換，故該熱致發聲元件110在發聲的同時會發出一定熱量。上述熱致發聲裝置10在使用時，可通過該第一電極106及第二電極116接入一音頻電訊號源。該奈米碳管結構具有較小的單位面積熱容和較大的散熱表面，在輸入訊號後，奈米碳管結構可迅速升降溫，產生週期性的溫度變化，並和周圍介質快速進行熱交換，使周圍介質的密度週期性地發生改變，進而發出聲音。進一步地，所述熱致發聲裝置10可包括一散熱裝置(圖未示)設置於該基 底100遠離該熱致發聲元件110的表面。
所述熱致發聲裝置10具有以下有益效果：首先，所述矽基底的凹槽寬度為大於等於0.2毫米小於1毫米，從而能夠有效的保護層狀奈米碳管結構，且不影響發聲效果；其次，所述熱致發聲裝置10採用矽材料作為基底100，因此所述熱致發聲裝置10易加工，可採用成熟的加工工藝，有利於製備微結構、微型器件，且有利於產業化發展，因此可製備小尺寸(如小於1釐米)的熱致揚聲器；再次，所述基底100具有良好的導熱性，因此所述熱致發聲裝置10具有良好的散熱性，而無需單獨設置散熱元件；最後，所述基底100的熱致發聲裝置10可相容目前的半導體製程，容易與其他元器件如IC晶片等集成，便於與其他元器件集成，減小佔用空間，十分適用於小尺寸的電子器件。
請參閱圖4，本發明進一步提供一種熱致發聲裝置10的製備方法，所述製備方法主要包括以下步驟：步驟S11，提供一基底100，所述基底100具有複數間隔設置的凹部102，形成一圖案化的表面；步驟S12，在所述基底100圖案化的表面形成一絕緣層120；步驟S13，在所述絕緣層120表面間隔形成一第一電極106及第二電極116；及步驟S14，設置一熱致發聲元件110與所述第一電極106及第二電極116電連接。
在步驟S11中，所述基底100具有一第一表面101及相對的第二表面103，所述複數凹部102形成於所述基底100的第一表面101，相鄰的凹部102之間為一凸部104。所述基底100複數凹部102可通過幹法蝕刻或濕法蝕刻的方法形成。本實施例中，所述基底100通過濕法蝕刻的方法形成所述凹部102。具體的，所述基底100的蝕刻方法包括以下步驟：步驟S111，將一掩模(圖未示)設置於所述基底100的第一表面101；步驟S112，蝕刻所述基底100，形成所述複數凹部102；及步驟S113，去除所述掩模。
在步驟S111中，所述掩模具有複數通孔形成一圖案化的結構，對應通孔位置處的基底100暴露出來。所述通孔的形狀可根據所述凹部102的需 要進行選擇，如圓形、方形、矩形等等。所述掩模的材料可根據基底100的材料進行選擇，本實施例中，所述掩模的材料可為二氧化矽，所述通孔的形狀為矩形，所述矩形的寬度為大於等於0.2毫米小於1毫米，相鄰通孔之間的間距為20微米至200微米，從而保證後續在基底100表面通過絲網印刷形成電極的過程中的精確度，所述矩形的長度可與所述基底100的邊長相等。
在步驟S112中，所述蝕刻溶液可為一鹼性溶液，本實施例中所述蝕刻溶液為濃度為30%的氫氧化鉀溶液，溫度為80℃。由於所述掩模中所述通孔為橫截面為矩形的通孔，所述掩模中複數通孔沿同一方向延伸，因此，所述凹部102也為沿同一方向延伸的凹槽結構，且所述凹槽的最大寬度大於等於0.2毫米小於1毫米，相鄰凹槽之間的距離為20微米至200微米，進而有利於後續在相鄰凹槽之間製備電極。並且，由於所述基底100的材料為單晶矽，因此在採用濕法蝕刻的過程中，所述形成的凹部102的形狀與所述單晶矽的晶面及晶向有關。具體的，所述蝕刻溶液沿著平行於所述單晶矽的晶向的方向對所述基底100進行蝕刻，從而形成的凹部102的橫截面為一倒梯形結構，即所述凹部102的側壁並非垂直於所述基底100的表面，而係形成一定的夾角α。所述夾角α的大小等於所述單晶矽的晶面角。本實施例中，所述夾角α為54.7度。
在步驟S113中，所述掩模可通過溶液腐蝕的方式去除，所述溶液僅可溶解所述掩模，而對所述基底100基本不影響，從而保證所述凹部102的形狀的完整性。本實施例中，所述掩模為二氧化矽，可通過採用氫氟酸(HF4)腐蝕的方法去除。
在步驟S12中，所述絕緣層120為同一絕緣材料沈積形成的一單層結構。所述絕緣層120可通過物理氣相沈積法或化學氣相沈積法的方法製備。所述絕緣層120的厚度可根據實際需要進行選擇，只要保證所述絕緣層120的厚度不影響所述凹部102的形狀及分佈即可。所述絕緣層120可僅沈積於所述凸部104的頂面，即所述絕緣層120為一非連續的層狀結構；也可覆蓋所述整個表面，即對應凸部104頂面位置處的絕緣層120沈積於所述凸部104的頂面，對應所述凹部102位置處的絕緣層120，沈積於所述凹部102的底面及側面，即所述絕緣層120為一連續的層狀結構。本實施例中， 所述絕緣層120為一連續的單層結構，且覆蓋所述設置有凸部104的整個基底100的表面。在沈積絕緣層120的過程中，所述絕緣層120的起伏趨勢保持與所述形成有凸部104及凹部102的起伏趨勢相同。
在步驟S13中，所述第一電極106及第二電極116分別設置於所述基底100相對兩邊的凸部104的頂面。具體的，所述第一電極106及第二電極116分別貼附於所述凸部104的頂面，其延伸方向均平行於所述凸部104的延伸方向。所述第一電極106及第二電極116的材料可選擇為金屬、導電聚合物、導電膠、金屬性奈米碳管或銦錫氧化物(ITO)等，可通過絲網印刷等方式形成。本實施例中，所述第一電極106及第二電極116通過絲網印刷的方式形成在所述凸部104的頂面。
在步驟S14中，所述熱致發聲元件110設置於所述基底100蝕刻有凹部102的表面，並與所述第一電極106及第二電極116電連接。具體的，所述熱致發聲元件110包括一第一區域112及一第二區域114，對應第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置於所述凹部102上，對應第二區域114的熱致發聲元件110設置於所述凸部104的頂面。在所述第一電極106和第二電極116位置，所述熱致發聲元件110貼附於所述第一電極106及第二電極116的表面，並與之電連接。所述熱致發聲元件110包括一奈米碳管結構，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。本實施例中，所述熱致發聲元件110通過以下方法設置在所述基底100的表面：步驟S141，提供一奈米碳管膜；步驟S142，將所述奈米碳管膜設置於所述基底100設置有絕緣層120的表面，對應凹部102位置處的奈米碳管膜懸空設置，對應凸部104位置處的奈米碳管膜貼附於所述絕緣層120的表面。
在步驟S141中，所述奈米碳管膜為從一奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管拉膜。所述奈米碳管拉膜具有極大的比表面積，因此具有很強的吸附力，因此所述奈米碳管膜可直接拉出後貼附於所述基底100的表面。
在步驟S142中，對應凹部102位置處的奈米碳管膜懸空設置，而對應凸部104位置處的奈米碳管膜直接貼附於所述間隔設置的凸部104絕緣層的表面，對應第一電極106及第二電極116位置處的奈米碳管膜直接貼附 於所述第一電極106及第二電極116的表面。所述奈米碳管膜設置時，使所述奈米碳管膜中奈米碳管的延伸方向與所述凹部102的延伸方向形成一定夾角。本實施例中，該夾角為90度。使得所述奈米碳管膜中奈米碳管的延伸方向為從第一電極106向第二電極116延伸。
進一步的，在設置所述熱致發聲元件110之後，可進一步包括一在所述位於凸部104頂面的熱致發聲元件110表面設置一固定元件(圖未示)的步驟。所述固定元件可通過絲網印刷或塗覆的形式形成，所述固定元件可進一步固定所述熱致發聲元件110。本實施例中，所述固定元件由金屬絲構成，該金屬絲可直接壓緊該熱致發聲元件110並固定於基底100上。
進一步的，所述第一電極106及第二電極116也可形成與所述熱致發聲元件110的表面。即首先將所述熱致發聲元件110設置於所述基底100的第一表面101，其次，在所述熱致發聲元件110的第二區域114的位置間隔設置一第一電極106及第二電極116。所述第一電極106及第二電極116的製備方法不限，只要保證所述熱致發聲元件110的完整性即可。所述第一電極106及第二電極116可通過絲網印刷的方法形成在所述熱致發聲元件110的表面。所述第一電極106及第二電極116分別設置在所述熱致發聲元件110的第二區域114表面，所述第一電極106及第二電極116的延伸方向平行於所述凹部102的延伸方向，所述奈米碳管膜中的奈米碳管沿從第一電極106到第二電極116的方向延伸。所述第一電極106及第二電極116同時起到固定所述熱致發聲元件110的作用，使所述熱致發聲元件110緊密的固定於基底100。
請參閱圖5，本發明第二實施例提供一種熱致發聲裝置20，包括一基底100、一熱致發聲元件110、一絕緣層120、一第一電極106及一第二電極116。該第一電極106及第二電極116相互間隔設置並與該熱致發聲元件110電連接。本發明第二實施例提供的熱致發聲裝置20與第一實施例中所述熱致發聲裝置10的結構基本相同，其不同在於，所述熱致發聲元件110包括複數平行且間隔設置的奈米碳管線。
所述複數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102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， 所述層狀奈米碳管結構在所述凹槽位置包括複數相互平行且間隔設置的奈米碳管線，且所述奈米碳管線對應凹部102位置部份懸空設置。優選的，所述奈米碳管線的延伸方向與所述凹部102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。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6，該非扭轉的奈米碳管線包括複數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奈米碳管片段，該複數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。並且經過收縮以後，首先，所述奈米碳管線具有更高的機械強度，降低因外力作用而導致奈米碳管線受損的幾率；其次，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。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將上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7，該扭轉的奈米碳管線包括複數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奈米碳管片段，該複數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9月16日申請的，於2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國大陸公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司，及於2005年12月16日申請的，於2009年6月17日公告的第CN100500556C號中國大陸公告專利“奈米碳管絲及其製作方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司。
本發明第二實施例進一步提供一種所述熱致發聲裝置20的製備方法，主要包括以下步驟：步驟S21，提供一基底100，所述基底100具有複數間隔設置的凹部102，形成一圖案化的表面；步驟S22，在所述基底100圖案化的表面形成一絕緣層120；步驟S23，在所述絕緣層120表面間隔形成一第一電極106及第二電極116；及步驟S24，設置一奈米碳管膜與所述第一電極106及第二電極116電連接。
步驟S25，處理所述奈米碳管膜，形成複數平行且間隔設置的奈米碳管線。
所述熱致發聲裝置20的製備方法與所述熱致發聲裝置10的製備方法基本相同，其不同在於，進一步包括一將所述奈米碳管膜進行處理，形成複數平行且間隔設置的奈米碳管線的步驟。
具體的，在步驟S25中，在奈米碳管膜設置於所述基底100表面之後，所述奈米碳管膜進行處理主要包括以下步驟：首先，利用鐳射切割所述奈米碳管膜，形成複數間隔的奈米碳管帶；所述鐳射切割可利用一鐳射裝置(圖未示)發射一脈衝鐳射，該鐳射的功率不限，可為1瓦至100瓦。該鐳射具有較好的定向性，因此在奈米 碳管膜表面可形成一光斑。該鐳射在奈米碳管膜表面具有的功率密度可大於0.053×1012瓦特/平方米。本實施例中，該鐳射裝置為一個二氧化碳雷射器，該雷射器的額定功率為12瓦特。可以理解，該鐳射裝置也可以選擇為能夠發射連續鐳射的雷射器。所述鐳射形成的光斑基本為圓形，直徑為1微米~5毫米。可以理解，該光斑可為將鐳射聚焦後形成或由鐳射直接照射在奈米碳管膜表面形成。優選的，聚焦形成的光斑具有較小的直徑，如5微米。所述較小直徑的光斑可以在奈米碳管膜表面形成較細的切痕，從而減少被燒蝕掉的奈米碳管。
所述鐳射沿基本垂直於所述基底100的方向掃描切割所述奈米碳管膜，並且所述鐳射的切割方向平行於奈米碳管膜中所述奈米碳管的擇優取向延伸的方向。定義所述奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向為x，則所述鐳射相對於所述x方向平行移動照射所述奈米碳管膜。在所述鐳射切割的過程中，將連續的奈米碳管膜切斷成複數寬度相同的奈米碳管帶，所述寬度可根據實際發聲需要如高頻、低頻、中頻等進行選擇。所述每一奈米碳管帶中包括複數奈米碳管彼此基本平行排列。
其次，用有機溶劑處理所述奈米碳管帶，使所述奈米碳管帶收縮形成奈米碳管線。
所述奈米碳管帶的處理可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管帶表面從而浸潤整個奈米碳管帶。也可以將上述奈米碳管帶連同基底100等一起浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。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，本實施例中優選採用乙醇。該有機溶劑揮發後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，奈米碳管帶收縮形成所述複數奈米碳管線。所述奈米碳管線包括複數沿奈米碳管線軸向延伸且首尾相連的奈米碳管，奈米碳管線的兩端分別與第一電極106和第二電極116電連接。本實施例中，所述收縮形成的奈米碳管線的直徑為0.5微米-3微米。
如圖8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106及第二電極116，從而可以減小所述熱致發聲元件110的驅動電壓，增強熱致發聲元件110的穩定性(圖中深色部份為基底，白色部份 為電極)。可以理解，所述奈米碳管帶的處理僅僅為一可選的步驟。在有機溶劑處理所述奈米碳管帶的過程中，位於凸部104位置處的奈米碳管由於牢固的固定於所述絕緣層120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106及第二電極116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。
請參閱圖9，本發明第三實施例提供一種熱致發聲裝置30，其包括一基底100、一熱致發聲元件110、一絕緣層120、一第一電極106及一第二電極116。該第一電極106及第二電極116間隔設置並與該熱致發聲元件110電連接。該基底100包括一第一表面101及與該第一表面101相對的第二表面103。所述第一表面101具有複數凸部104，相鄰的凸部104之間形成一凹部102，所述絕緣層120設置於所述基底100的第一表面101，該熱致發聲元件110設置於所述第一表面101並通過絕緣層120與所述基底100絕緣設置。所述熱致發聲元件110具有一第一區域112及一第二區域114，所述第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置於所述凹部102，並與所述凹部102的底面間隔設置。所述第二區域114的熱致發聲元件110設置於所述凸部104的頂面，並通過絕緣層120與所述凸部104絕緣設置。
本發明第二實施例提供的熱致發聲裝置30與第一實施例中所述熱致發聲裝置20的結構基本相同，其不同在於，所述熱致發聲裝置30中，所述絕緣層120包括多層結構。所述多層結構的絕緣層120中，所述絕緣層120可僅設置於所述凸部104的表面；也可貼附於所述基底100的第一表面101；也可某一單層只貼附於凸部104的表面，而其他層則貼附於所述基底100 的整個第一表面101。本實施例中，所述絕緣層120包括一第一絕緣層122，第二絕緣層124及第三絕緣層126。所述第一絕緣層122及第二絕緣層124為一不連續的結構，且依次層疊貼附於所述凸部104的頂面；所述第三絕緣層126為一連續的層狀結構，貼附於所述第二絕緣層124的表面及所述凹部102的底面及側面。所述第一絕緣層122的材料為二氧化矽，所述第二絕緣層124的材料為氮化矽，所述第三絕緣層126的材料為二氧化矽。
所述絕緣層120由多層絕緣材料組成的多層結構時，每一層的絕緣材料可相同或不同。所述每一層的絕緣材料的厚度可為10奈米~1微米，可根據具體元件的需要選擇。本實施例中，所述絕緣層120由三層材料組成，所述第一絕緣層122的材料為二氧化矽，厚度為100奈米；所述第二絕緣層124的材料為氮化矽，厚度為90奈米；所述第三絕緣層126的材料為二氧化矽，厚度為1微米。所述多層設置的絕緣層120可充分的保證所述熱致發聲元件110與所述基底100的電絕緣，並且可減少或避免所述矽基底100在製備過程中被氧化的現象。
請一併參閱圖10，本發明進一步提供一種所述熱致發聲裝置30的製備方法，主要包括以下步驟：步驟S31，提供一基底100，所述基底100的一表面依次形成有一第一絕緣層122及一第二絕緣層124；步驟S32，蝕刻所述第一絕緣層122及第二絕緣層124，暴露出所述基底100的部份表面；步驟S33，蝕刻所述基底100暴露的表面，形成複數凹部102及複數凸部104，形成一圖案化的表面；步驟S34，形成一第三絕緣層126覆蓋所述形成有複數凹部102及凸部104的表面；步驟S35，在所述基底100相對兩邊位置處的凸部104的頂面分別設置一第一電極106及第二電極116；及步驟S36，設置一熱致發聲元件110與所述第一電極106及第二電極116電連接。
本發明提供的所述熱致發聲裝置30的製備方法與所述熱致發聲裝置20的製備方法基本相同，其不同在於，在所述基底100的表面形成一多層結 構的絕緣層120。
在步驟S31中，所述第一絕緣層122及第二絕緣層可通過化學氣相沈積法製備依次形成於所述基底100的表面，且所述第一絕緣層122用做沈積第二絕緣層124的緩衝層，從而能夠提高所述第二絕緣層124的品質，減少缺陷的產生，提高所述熱致發聲裝置30的發聲品質。
在步驟S32中，所述第一絕緣層122及第二絕緣層124可通過掩模蝕刻的方法蝕刻。所述掩模具有複數通孔，本實施例中，所述通孔的形狀為矩形。因此在蝕刻所述第一絕緣層122及第二絕緣層124的過程中，形成複數沿同一方向延伸的矩形凹槽，所述凹槽的橫截面為矩形，暴露出所述基底100的部份表面。
在步驟S33中，在蝕刻所述基底100的過程中，由於所述基底100的材料為單晶矽，因此形成所述凹部102的橫截面為倒梯形結構。在蝕刻所述基底100的過程中，所述第一絕緣層122及第二絕緣層124基本不受影響。所述第一絕緣層122及所述第二絕緣層124層疊設置於所述凸部104的頂面。
在步驟S34中，所述第三絕緣層126為一連續的單層結構，連續覆蓋所述複數凹部102及複數凸部104，所述第三絕緣層126貼附於所述圖案化的表面，其起伏趨勢與所述複數凹部102及複數凸部104的起伏趨勢相同。即對應凸部104位置處的所述第三絕緣層126貼附於所述凸部104頂面的第二絕緣層124表面，對應凹部102位置處的第三絕緣層126直接貼附於所述凹部102的底面及側面。通過設置多層絕緣層，可充分的保證所述熱致發聲元件與所述基底的電絕緣，減少短路現象的發生，減少所述矽片被氧化而影響發聲效果，並且更加適應於工業化及產業化的需求。
請參閱圖11、圖12及圖13，本發明第四實施例提供一種熱致發聲裝置40，其包括一基底100、一熱致發聲元件110、一絕緣層120及複數第一電極106及複數第二電極116。該基底100具有相對的第一表面101及第二表面103，所述第一表面101具有複數凹部102間隔設置，相鄰凹部102之間形成一凸部104，所述絕緣層120至少設置於所述凸部104的頂面。所述該熱致發聲元件110設置於該基底100具有凹部102的第一表面101，所述熱致發聲元件110包括一第一區域112及一第二區域114，所述第一區域112 的熱致發聲元件110懸空設置於所述凹部102，所述第二區域114的熱致發聲元件110貼附於所述凹部102的頂面。該複數第一電極106及複數第二電極116間隔於該熱致發聲元件110與凸部104頂面的絕緣層120之間。
該第四實施例的熱致發聲裝置40與第二實施例的熱致發聲裝置20結構基本相同，其區別在於，該熱致發聲裝置40包括複數第一電極106及複數第二電極116，該複數第一電極106及複數第二電極116交替間隔設置且分別設置於複數所述凸部104頂面的絕緣層120表面。該複數第一電極106及複數第二電極116的高度不限，優選地，該複數第一電極106及複數第二電極116的高度為1微米-200微米。
進一步地，該複數第一電極106與該複數第二電極116交替設置，且相鄰的第一電極106與第二電極116之間間隔設置。具體地，所述複數第一電極106通過一第一連接部1061電連接，構成一第一梳狀電極；所述複數第二電極116通過一第二連接部1161電連接，構成一第二梳狀電極。所述第一梳狀電極與所述第二梳狀電極相互交錯且相對設置，使複數第一電極106與複數第二電極116相互平行且交替間隔設置。所述第一連接部1061及第二連接部1161可分別設置於所述基底100第一表面101相對的兩邊緣，所述第一連接部1061及第二連接部1161僅起到電連接的作用，其設置位置不影響所述熱致發聲元件110的熱致發聲。
如圖14與圖15所示，所述熱致發聲裝置20在凹部102選擇不同深度時的發聲效果圖。所述凹部102的深度優選為100微米~200微米，從而使得所述熱致發聲裝置20在人耳可聽到的發生頻率頻段內，使所述熱致發聲裝置20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110的同時，又能確保所述熱致發聲元件110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110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110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。
此種連接方式使相鄰的每一組第一電極106與第二電極116之間形成一熱致發聲單元，所述熱致發聲元件110形成複數相互並聯的熱致發聲單 元，從而使驅動該熱致發聲元件110發聲所需的電壓降低。
請參閱圖16，本發明進一步提供一種所述熱致發聲裝置40的製備方法，主要包括：步驟S41，提供一基板1001，所述基板1001包括第一表面101，在所述基底的第一表面101定義複數單格子；步驟S42，在所述基板1001的第一表面101每一單格子內形成複數平行且間隔設置的凹部102；步驟S43，在所述基板1001的第一表面每一單格子內形成相互間隔的至少一第一電極106及至少一第二電極116，所述第一電極106與第二電極116之間具有至少一凹槽；步驟S44，在所述基底的第一表面101貼附一熱致發聲元件110，並使所述熱致發聲元件110覆蓋每一單格子，且與所述第一電極106及第二電極116電連接，所述熱致發聲元件110在所述複數凹部102位置懸空；步驟S45，按照所述複數單格子分割所述熱致發聲元件110，使相鄰單格子的熱致發聲元件110之間電絕緣，形成一熱致發聲裝置陣列401；及步驟S46，分割所述基板1001，形成複數熱致發聲裝置40。
所述熱致發聲裝置40的製備方法與熱致發聲裝置20的製備方法基本相同，其不同在於，首先在基板1001上形成複數單格子，然後再切割所述基板1001，從而形成複數熱致發聲裝置40。
在步驟S41中，所述基板1001的第一表面101複數單格子相互獨立。所述將基板1001的第一表面101定義複數單格子的方法不限。本實施例中，通過在基板1001的第一表面101形成複數切割線107而將所述第一表面101預分割形成複數單格子。所述形成切割線107的方法不限，可通過機械法或化學法，如切削、打磨、化學蝕刻、腐蝕等方法在所述基板1001的第一表面101形成複數切割線107。本實施例中，所述基板1001通過濕法蝕刻的方法形成所述切割線107。所述切割線107的設置位置可以根據實際需要進行選擇，如需要形成的熱致發聲裝置40的形狀等。本實施例中，相鄰的切割線107將所述基板1001分割成複數矩形單元。
在步驟S45中，所述熱致發聲元件110的切割方向基本沿所述切割線107的延伸方向，從而使得形成的熱致發聲裝置40中，每一單格子均形成 一熱致發聲單元。可以理解，所述熱致發聲元件110也可以其他方式進行切割，只要保證形成的熱致發聲裝置40中，每一單格子均可形成一熱致發聲單元即可。
在步驟S46中，所述基板1001沿所述切割線107切斷，從而使所述基板1001分割形成複數熱致發聲裝置40。所述切割方式不限，可與形成所述切割線107的方法相同。
可以理解，步驟S41和S42可以一步完成，即，通過一個掩模而在所述基板1001的第一表面101一次形成複數切割線107和複數凹部102。
本發明所述熱致發聲裝置40的製備方法具有以下優點：由於所述基板1001的第一表面101定義複數單格子，在該複數單格子一次形成複數第一電極106和複數第二電極116，該熱致發聲元件110一次鋪設之後再按照單格子進行分割，可方便的在同一基板1001表面一次形成複數熱致發聲單元，切割後可一次形成複數熱致發聲裝置40，因此所述製備方法可實現熱致發聲裝置40的產業化。
請參閱圖17，本發明第五實施例提供一種熱致發聲裝置50，其包括一基底100、一熱致發聲元件110、一絕緣層120、一第一電極106及一第二電極116。該第一電極106及第二電極116間隔設置並與該熱致發聲元件110電連接。該基底100包括一第一表面101及與該第一表面101相對的第二表面103。所述第一表面101及所述第二表面103均具有複數凸部104，且相鄰的凸部104之間形成一凹部102，所述絕緣層120設置於所述基底100的第一表面101及第二表面103，該熱致發聲元件110分別設置於所述第一表面101及所述第二表面103，並通過絕緣層120與所述基底100絕緣設置。每一表面的所述熱致發聲元件110均具有一第一區域112及一第二區域114，且所述第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置於所述凹部102，並與所述凹部102的底面間隔設置，所述第二區域114的熱致發聲元件110設置於所述凸部104的頂面，並通過絕緣層120與所述凸部104絕緣設置。
本發明第五實施例提供的熱致發聲裝置50與第四實施例中所述熱致發聲裝置40結構基本相同，其不同在於，所述基底100的相對兩個表面分別具有複數凹部102及凸部104，且均設置有熱致發聲元件110。具體的，所述基底100的第一表面101的凹部102可與所述第二表面103的凹部102 對應設置，即第一表面101的凹部102與第二表面103的凹部102在垂直於所述基底100表面的方向上一一對準。所述基底100的第一表面101的凹部102可與所述第二表面103的凹部102交錯設置，即第一表面101的凹部102與第二表面103的凸部104在垂直於所述基底100表面的方向上一一對準；所述第一表面101的凹部102可與第二表面103的凹部102交叉設置，即第一表面101的凹部102可與第二表面103的凹部102的延伸方向形成一定角度。
所述基底100兩表面的熱致發聲元件110可同時驅動進行工作，進而提高發聲效率及音量；也可單獨驅動，分別工作，並且可通過外接IC電路的控制，分別輸入不同的驅動訊號，產生不同的聲音並合成輸出。當所述某一表面的熱致發聲元件110由於損壞而無法工作時，所述另一表面的熱致發聲元件110依然可以穩定工作，進而提高了所述熱致發聲裝置50的使用壽命。
所述熱致發聲裝置50的製備方法主要包括以下步驟：步驟S51，提供一基底100，所述基底100具有一第一表面及與第一表面相對的第二表面；步驟S52，圖案化處理所述基底100的第一表面，形成複數相互平行且間隔的凹槽；步驟S53，圖案化處理所述基底100的第二表面，形成複數相互平行且間隔的凹槽；步驟S54，在所述基底100圖案化的第一表面及第二表面分別設置一絕緣層120；步驟S55，在所述基底100第一表面相鄰凹槽之間的絕緣層120表面間隔設置一第一電極106及第二電極116；步驟S56，在所述基底100第二表面相鄰凹槽之間的絕緣層120表面間隔設置一第一電極106及第二電極116；步驟S57，在所述基底100圖案化的第一表面設置一層狀奈米碳管結構與所述第一表面的第一電極106及第二電極116電連接，對應凹槽位置處的層狀奈米碳管結構懸空設置；及步驟S58，在所述基底100圖案化的第二表面設置一層狀奈米碳管結構 與所述第二表面的第一電極106及第二電極116電連接，對應凹槽位置處的層狀奈米碳管結構懸空設置。
可以理解，所述熱致發聲裝置50的製備方法僅為一具體的實施例，可根據實際需要及實驗條件適當的調整各步驟之間的先後順序。
請參閱圖18，本發明第六實施例提供一種熱致發聲裝置60，其包括一基底100、一熱致發聲元件110、一絕緣層120、一第一電極106及一第二電極116。該第一電極106及第二電極116間隔設置並與該熱致發聲元件110電連接。該基底100包括一第一表面101及與該第一表面101相對的第二表面103。所述第一表面101具有複數凸部104，相鄰的凸部104之間形成一凹部102，所述絕緣層120設置於所述基底100的第一表面101，該熱致發聲元件110設置於所述第一表面101並通過絕緣層120與所述基底100絕緣設置。所述熱致發聲元件110具有一第一區域112及一第二區域114，所述第一區域112的熱致發聲元件110懸空設置於所述凹部102，並與所述凹部102的底面間隔設置。所述第二區域114的熱致發聲元件110設置於所述凸部104的頂面，並通過絕緣層120與所述凸部104絕緣設置。所述第二表面103具有至少一凹槽105，一積體電路晶片140嵌入所述凹槽105內。
本發明第五實施例提供的熱致發聲裝置60與第一實施例中所述熱致發聲裝置10結構基本相同，其不同在於，所述基底100的第二表面103進一步集成有一積體電路晶片140。
所述基底100的第二表面103具有一凹槽105，所述積體電路晶片140嵌入所述凹槽105中。由於所述基底100的材料為矽，因此所述積體電路晶片140可直接形成於所述基底100中，即所述積體電路晶片140中的電路、微電子元件等直接集成於基底100的第二表面103，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140與所述基底100為一體結構。進一步的，所述積體電路晶片140進一步包括一第三電極142及一第四電極144分別與所述第一電極106及第二電極116電連接，向所述熱致發聲元件110輸出音頻訊號。所述第三電極142及所述第四電極144可位於所述基底100的內部且與基底100電絕緣，並穿過所述基底100的厚度方向，與所述第一電極106及第二電極116電連接。本實施例中，所 述第三電極142及第四電極144表面包覆有絕緣層實現與基底100的電絕緣。可以理解，當所述基底100的面積足夠大時，所述積體電路晶片140也可設置於所述基底100的第一表面101，從而省略在基底100中設置連接線的步驟。具體的，所述積體電路晶片140可設置於所述第一表面101的一側，且不影響所述發聲元件的正常工作。所述積體電路晶片140主要包括一音頻處理模組及電流處理模組。在工作過程中，所述積體電路晶片140將輸入的音頻訊號及電流訊號處理後，驅動所述熱致發聲元件110。所述音頻處理模組對音頻電訊號具有功率放大作用，用於將輸入的音頻電訊號放大後輸入至該熱致發聲元件110。所述電流處理模組用於對從電源接口輸入的直流電流進行偏置，從而解決音頻電訊號的倍頻問題，為所述熱致發聲元件110提供穩定的輸入電流，以驅動所述熱致發聲元件110正常工作。
由於所述熱致發聲裝置60的基底材料為矽，因此，所述積體電路晶片140可直接集成於所述基底中，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，減小熱致發聲裝置60的體積，利於小型化及集成化。並且，所述基底100具有良好的散熱性，從而能夠將積體電路晶片140及熱致發聲元件110產生的熱量及時傳導到外界，減少因熱量的聚集造成的聲音失真。
所述熱致發聲裝置60的製備方法主要包括以下步驟：步驟S61，提供一基底100，所述基底100具有相對的第一表面101及第二表面103，所述第一表面101具有一絕緣層120；步驟S62，在所述基底100的第一表面101形成複數凹部102，相鄰的凹部102之間具有一凸部104；步驟S63，在所述基底100的第一表面101形成一絕緣層120；步驟S64，在所述間隔設置的凸部104位置處的絕緣層120表面設置一第一電極106及第二電極116；步驟S65，設置一熱致發聲元件110與所述第一電極106及第二電極116電連接；及步驟S66，在所述基底100的第二表面103設置一積體電路晶片140與所述熱致發聲元件110電連接。
本發明第五實施例提供的熱致發聲裝置60的製備方法與所述熱致發聲 裝置10的製備方法基本相同，其不同在於，進一步包括一在所述基底100的第二表面103設置一積體電路晶片140的步驟。
在步驟S66中，所述積體電路晶片140嵌入所述基底100的第二表面103，具體的，可在所述基底100的第二表面103製備一凹槽105，然後將一封裝好的積體電路晶片140直接設置於所述凹槽105中。
進一步的，由於所述基底100的材料為矽，因此所述積體電路晶片140可直接集成於所述基底100的第二表面103並封裝，所述積體電路晶片140可通過常用的微電子工藝如外延工藝、擴散工藝、離子注入技術、氧化工藝、光刻工藝、蝕刻技術、薄膜澱積等進行製備，因此可方便的將所述積體電路晶片140直接集成於所述基底100中，工藝簡單、成本低，有利於所述熱致發聲裝置60的集成化。本實施例中，所述積體電路晶片140可通過設置一第三電極142及第四電極144與所述熱致發聲元件110電連接。
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。舉凡習知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，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧熱致發聲裝置
100‧‧‧基底
101‧‧‧第一表面
102‧‧‧凹部
103‧‧‧第二表面
104‧‧‧凸部
106‧‧‧第一電極
110‧‧‧熱致發聲元件
112‧‧‧第一區域
114‧‧‧第二區域
116‧‧‧第二電極
120‧‧‧絕緣層

Claims (18)

  1. 一種熱致發聲裝置的製備方法，包括以下步驟：提供一矽基底，該矽基底具有一表面；圖案化處理所述矽基底的該表面，在該表面形成複數相互平行且間隔設置的凹槽，所述凹槽的深度為100微米至200微米；在所述矽基底的該圖案化的表面形成一絕緣層；在所述相鄰凹槽之間的絕緣層表面形成間隔設置的一第一電極及一第二電極；及在所述絕緣層表面設置一層狀奈米碳管結構且與所述第一電極及第二電極電連接，對應凹槽位置處的所述層狀奈米碳管結構懸空設置。
  2. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述矽基底通過幹法蝕刻或濕法蝕刻的方法形成所述凹槽。
  3. 如請求項2所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述濕法蝕刻包括以下步驟：將一掩模設置於所述矽基底的該表面；通過蝕刻溶液蝕刻所述矽基底的表面，形成複數凹槽；及去除所述掩模，形成所述圖案化的表面。
  4. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述凹槽的寬度為大於等於0.2毫米小於1毫米。
  5. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述絕緣層僅沈積於所述凹槽之間的矽基底表面。
  6. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述絕緣層 沈積於所述矽基底整個圖案化的表面，且所述絕緣層的起伏趨勢與所述圖案化表面的起伏趨勢相同。
  7. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述層狀奈米碳管結構為一由複數奈米碳管組成的奈米碳管膜，所述奈米碳管膜中的複數奈米碳管基本沿同一方向延伸。
  8. 如請求項7所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述奈米碳管膜直接貼附在所述絕緣層的表面形成所述層狀奈米碳管結構，使得所述層狀奈米碳管結構部份貼附在所述絕緣層的表面，部份通過凹槽懸空設置。
  9. 如請求項7所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述層狀奈米碳管結構中的奈米碳管的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，該夾角大於0度小於等於90度。
  10. 如請求項7所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，在將奈米碳管膜貼附於所述絕緣層表面之後，進一步包括以下步驟處理所述奈米碳管膜：切割所述奈米碳管膜，形成複數間隔的奈米碳管帶，所述切割方向平行於所述奈米碳管膜中奈米碳管的延伸方向；利用有機溶劑處理所述奈米碳管帶，使所述奈米碳管帶收縮形成奈米碳管線。
  11. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，進一步包括通過微電子工藝在所述矽基底的另一表面製備一積體電路晶片的步驟。
  12. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，進一步包括 通過絲網印刷在所述相鄰凹槽之間的絕緣層表面形成梳狀的第一電極和梳狀的第二電極，該第一電極和第二電極交錯且相對設置。
  13. 如請求項1所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，進一步包括在矽基底的另一表面形成相同的凹槽、絕緣層、熱致發聲元件及電極的步驟。
  14. 一種熱致發聲裝置的製備方法，包括以下步驟：提供一矽基底，該矽基底具有一表面；在所述矽基底的該表面形成複數均勻分佈且間隔設置的凹部，所述凹部的深度為100微米至200微米；在所述矽基底的該表面形成一絕緣層；在所述絕緣層表面設置一層狀奈米碳管結構，對應凹部位置處的所述層狀奈米碳管結構懸空設置；及形成間隔設置的第一電極與第二電極，並與所述層狀奈米碳管結構電連接。
  15. 如請求項14所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，所述凹部為呈陣列設置的複數凹孔。
  16. 一種熱致發聲裝置的製備方法，其包括以下步驟：(a)提供一基板，該基板的材料為矽，所述基板包括一表面，在該基板的表面定義複數單格子；(b)在所述基板的表面每一單格子內形成複數平行且間隔設置的凹槽，所述凹槽的深度為100微米至200微米；(c)在所述基板的表面每一單格子內形成至少一第一電極及至少一第二電 極，任意相鄰的第一電極與第二電極之間具有至少一凹槽；(d)在所述基板的表面貼附一熱致發聲元件，並使所述熱致發聲元件覆蓋每一單格子，且與所述每一單格子中的第一電極及第二電極電連接，所述熱致發聲元件在每一單格子中的複數凹槽位置懸空；(e)按照所述複數單格子分割所述熱致發聲元件，使相鄰單格子的熱致發聲元件之間電絕緣，形成一熱致發聲裝置陣列；及(f)按照所述複數單格子分割所述基板，形成複數熱致發聲裝置。
  17. 如請求項16所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，在所述基板的表面形成複數切割線，所述基板的表面通過所述複數切割線被預分割形成複數單格子。
  18. 如請求項17所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，沿所述複數切割線切斷所述基板。
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