TWI595788B - 電聲轉換器 - Google Patents

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Description

電聲轉換器
本發明是有關於一種電聲轉換器，且特別是有關於一種壓電式的電聲轉換器。
電聲轉換器(electro-acoustic transducer)可應用麥克風(microphone)等聲音輸入裝置，且可應用於揚聲器(speaker)等聲音輸出裝置。以壓電式的電聲轉換器而言，係施加電訊號於壓電材料的上下電極而利用壓電材料的壓電效應使其變形，並藉以帶動對應的振動膜振動而產生對應的聲波。反之，亦可施加聲波於振動膜而使對應的壓電材料振動變形，以利用壓電材料的壓電效應而產生對應的電訊號。
消費性電子產品，如智慧型手機(smart phone)、筆記型電腦(notebook computer)、平板電腦(tablet PC)等，一般皆配備麥克風及揚聲器，而在消費者追求高品質及多功能化之消費性電子產品的趨勢下，為了提高產品的市場競爭力，產業界皆希望應用先進技術來開發及製造應用於麥克風及揚聲器的電聲轉換器。因此，如何有效提升聲音輸入/輸出裝置的電聲轉換品質為電聲轉換器研發領域的重要議題。
本發明提供一種電聲轉換器，具有良好的電聲轉換品質。
本發明的電聲轉換器包括一基座、多個振動部及一連接部。各振動部包括一壓電轉換層且具有相對的一第一連接端及一第二連接端，這些第一連接端連接於基座。連接部分離於基座且連接這些第二連接端。這些壓電轉換層適於接收電訊號而變形，以帶動這些振動部振動而產生對應的聲波。這些振動部適於接收聲波而振動，以帶動這些壓電轉換層變形而產生對應的電訊號。
在本發明的一實施例中，上述的基座具有一開口，這些振動部及連接部位於開口內，這些第一連接端連接於開口的內緣。
在本發明的一實施例中，上述的這些振動部圍繞連接部。
在本發明的一實施例中，上述的各振動部更包括一承載層，壓電轉換層配置於承載層上，壓電轉換層適於相對於承載層變形以帶動振動部振動，且振動部適於振動以帶動壓電轉換層相對於承載層變形。
在本發明的一實施例中，上述的承載層的材質為非壓電材料。
在本發明的一實施例中，上述的各壓電轉換層包括一上電極層、一壓電材料層及一下電極層，壓電材料層配置於上電極層與下電極層之間。
在本發明的一實施例中，上述的上電極層包括一第一電極區及一第二電極區，第一電極區及第二電極區彼此分離，第一電極區對位於第一連接端，第二電極區對位於第二連接端及連接部。
在本發明的一實施例中，上述的第一電極區適於接收或輸出一電訊號，第二電極區適於接收或輸出另一電訊號，兩電訊號的相位相反。
基於上述，在本發明的電聲轉換器中，各振動部除了藉其第一連接端而連接於基座，更藉其第二連接端及連接部而連接於其他振動部。亦即，各振動部的第一連接端及第二連接端皆非自由端，當接收聲波或電訊號制動時可使第一連接端與第二連接端產生反向應力。藉此，可在第一連接端及第二連接端分別輸入相位相反的電訊號至壓電轉換層，使壓電轉換層在第一連接端及第二連接端分別產生應變來帶動振動部振動，而以差分的電訊號方式進行輸入於電聲轉換器，從而提升聲波輸出的強度及準確度。此外，當振動部接收聲波而帶動壓電轉換層變形時，壓電轉換層在第一連接端及第二連接端會分別產生應變及相位相反的電訊號，而以差分的電訊號方式進行輸出，從而提升電訊號輸出的強度及準確度。如此一來，可使電聲轉換器具有良好的電聲轉換品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明一實施例的電聲轉換器的俯視圖。圖2是圖1的電聲轉換器沿I-I線的剖面圖。請參考圖1及圖2，本實施例的電聲轉換器100例如是微機電製程所製作出的電聲轉換器，可應用於麥克風(microphone)等聲音輸入裝置、揚聲器(speaker)等聲音輸出裝置或超音波傳感器(ultrasound transducer)。電聲轉換器100包括一基座110、多個振動部120(繪示為四個)及一連接部130。各振動部120包括一壓電轉換層122(標示於圖2)。這些壓電轉換層122適於接收電訊號而變形，以帶動這些振動部120振動而產生對應的聲波。此外，這些振動部120適於接收聲波而振動，以帶動這些壓電轉換層122變形而產生對應的電訊號。
在本實施例中，各振動部120具有相對的一第一連接端120a及一第二連接端120b。這些第一連接端120a連接於基座110，連接部130分離於基座110且連接這些第二連接端120b。在此配置方式之下，各振動部120的第一連接端120a及第二連接端120b皆非自由端，當接收聲波或電訊號制動時可使第一連接端120a與第二連接端120b產生反向應力。藉此，可在第一連接端120a及第二連接端120b分別輸入相位相反的交流電訊號至壓電轉換層122，使壓電轉換層122在第一連接端120a及第二連接端120b分別產生應變來帶動振動部120振動，而以差分的電訊號方式進行輸入於電聲轉換器100，從而提升聲波輸出的強度及準確度。此外，當振動部120接收聲波而帶動壓電轉換層122變形時，壓電轉換層122在第一連接端120a及第二連接端120b會分別產生應變及相位相反的交流電訊號，而以差分的電訊號方式進行輸出，從而提升電訊號輸出的強度及準確度。如此一來，可使電聲轉換器100具有良好的電聲轉換品質。
在本實施例中，基座110如圖1所示具有一開口112，這些振動部120及連接部130位於開口112內，這些第一連接端120a連接於開口112的內緣，且這些振動部120圍繞連接部130。此外，本實施例的各振動部120如圖2所示更包括一承載層124，壓電轉換層122配置於承載層124上，壓電轉換層122適於接收電訊號而相對於承載層124伸縮變形以帶動振動部120振動，且振動部120適於接收聲波而振動以帶動壓電轉換層122相對於承載層124伸縮變形，據以使壓電轉換層122產生電訊號。承載層124例如是絕緣體上矽晶(silicon on insulator，SOI)形式的結構層(device layer)或由其他適當的非壓電材料所構成，然本發明不以此為限。基座110亦例如是絕緣體上矽晶(silicon on insulator，SOI)形式的基板層(handle layer)或由其他適當材料所構成，本發明不對此加以限制。
更詳細而言，本實施例的各壓電轉換層122包括一上電極層122a、一壓電材料層122b及一下電極層122c，壓電材料層122b配置於上電極層122a與下電極層122c之間。上電極層122a的材質例如是但不限制為金(Au)，上電極層122a包括一第一電極區E1及一第二電極區E2，第一電極區E1及第二電極區E2彼此分離，第一電極區E1對位於第一連接端120a，第二電極區E2對位於第二連接端120b及連接部130。下電極層122c的材質例如是但不限制為鉑(Pt)。此外，上電極層122a及下電極層122c更延伸至基座110並在基座110處分別具有電極E3及電極E4。電聲轉換器100可藉由第一電極區E1、第二電極區E2、電極E3及電極E4而輸入或輸出電訊號。
圖3是本發明另一實施例的電聲轉換器的俯視圖。在圖3的電聲轉換器200中，基座210、開口212、振動部220、第一連接端220a、第二連接端220b、上電極層222a、第一電極區E1’、第二電極區E2’、電極E3’、電極E4’、連接部230、溝槽T’的配置與作用方式類似圖1的基座110、開口112、振動部120、第一連接端120a、第二連接端120b、上電極層122a、第一電極區E1、第二電極區E2、電極E3、電極E4、連接部130、溝槽T的配置與作用方式，於此不再贅述。電聲轉換器200與電聲轉換器100的不同處在於，振動部220的數量為兩個。在其他實施例中，電聲轉換器可具有其他適當數量的振動部，本發明不對此加以限制。
以下將以圖1所示電聲轉換器100為例，說明其製造流程。圖4A至圖4C是圖1的電聲轉換器的製造流程圖，其對應於圖1的電聲轉換器100沿I-I線的剖面。首先，如圖4A所示在一基材50上形成下電極層122c及壓電材料層122b。接著，如圖4B所示在壓電材料層122b上形成上電極層122a，上電極層122a、壓電材料層122b及下電極層122c構成壓電轉換層122，上電極層122a具有第一電極區E1及第二電極區E2，且上電極層122a及下電極層122c分別具有電極E3及電極E4，第一電極區E1、第二電極區E2、電極E3及電極E4例如為共面。如圖4C所示在基材50及壓電轉換層122形成溝槽T，並如圖2所示移除部分基材50，以區隔出振動部120及連接部130。例如是藉由乾蝕刻(dry etching)製程來形成溝槽T，使溝槽T具有較小寬度以避免聲波透過溝槽T而損失。然本發明不以此為限，亦可藉由離子研磨(ion milling)製程或深反應離子蝕刻(deep reactive ion etch，DRIE)製程來形成溝槽T。
綜上所述，在本發明的電聲轉換器中，各振動部除了藉其第一連接端而連接於基座，更藉其第二連接端及連接部而連接於其他振動部。亦即，各振動部的第一連接端及第二連接端皆非自由端，當接收聲波或電訊號制動時可使第一連接端與第二連接端產生反向應力。藉此，可在第一連接端及第二連接端分別輸入相位相反的電訊號至壓電轉換層，使壓電轉換層在第一連接端及第二連接端分別產生應變來帶動振動部振動，而以差分的電訊號方式進行輸入於電聲轉換器，從而提升聲波輸出的強度及準確度。此外，當振動部接收聲波而帶動壓電轉換層變形時，壓電轉換層在第一連接端及第二連接端會分別產生應變及相位相反的電訊號，而以差分的電訊號方式進行輸出，從而提升電訊號輸出的強度及準確度。如此一來，可使電聲轉換器具有良好的電聲轉換品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧基材
100、200‧‧‧電聲轉換器
110、210‧‧‧基座
112、212‧‧‧開口
120、220‧‧‧振動部
120a、220a‧‧‧第一連接端
120b、220b‧‧‧第二連接端
122‧‧‧壓電轉換層
122a、222a‧‧‧上電極層
122b‧‧‧壓電材料層
122c‧‧‧下電極層
124‧‧‧承載層
130、230‧‧‧連接部
E1、E1’‧‧‧第一電極區
E2、E2’‧‧‧第二電極區
E3、E4、E3’、E4’‧‧‧電極
T、T’‧‧‧溝槽
圖1是本發明一實施例的電聲轉換器的俯視圖。 圖2是圖1的電聲轉換器沿I-I線的剖面圖。 圖3是本發明另一實施例的電聲轉換器的俯視圖。 圖4A至圖4C是圖1的電聲轉換器的製造流程圖。
100‧‧‧電聲轉換器
110‧‧‧基座
112‧‧‧開口
120‧‧‧振動部
120a‧‧‧第一連接端
120b‧‧‧第二連接端
122a‧‧‧上電極層
130‧‧‧連接部
E1‧‧‧第一電極區
E2‧‧‧第二電極區
E3、E4‧‧‧電極
T‧‧‧溝槽

Claims (8)

  1. 一種電聲轉換器，包括：一基座；多個振動部，各該振動部包括一壓電轉換層且具有相對的一第一連接端及一第二連接端，該些第一連接端連接於該基座；以及一連接部，分離於該基座且連接該些第二連接端，其中該些壓電轉換層適於接收電訊號而變形，以帶動該些振動部振動而產生對應的聲波，且該些振動部適於接收聲波而振動，以帶動該些壓電轉換層變形而產生對應的電訊號，其中各該壓電轉換層包括一第一電極區及一第二電極區，該第一電極區及該第二電極區彼此分離，該第一電極區對位於該第一連接端，該第二電極區對位於該第二連接端及該連接部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電聲轉換器，其中該基座具有一開口，該些振動部及該連接部位於該開口內，該些第一連接端連接於該開口的內緣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電聲轉換器，其中該些振動部圍繞該連接部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電聲轉換器，其中各該振動部更包括一承載層，該壓電轉換層配置於該承載層上，該壓電轉換層適於相對於該承載層變形以帶動該振動部振動，且該振動部適於振動以帶動該壓電轉換層相對於該承載層變形。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電聲轉換器，其中該承載層的材質為非壓電材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電聲轉換器，其中各該壓電轉換層包括一上電極層、一壓電材料層及一下電極層，該壓電材料層配置於該上電極層與該下電極層之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電聲轉換器，其中該上電極層包括該第一電極區及該第二電極區。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電聲轉換器，其中該第一電極區適於接收或輸出一電訊號，該第二電極區適於接收或輸出另一電訊號，該兩電訊號的相位相反。
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