TWI707586B - 微機電揚聲器 - Google Patents

Abstract

一種微機電揚聲器，包括一基座、一線路板、一間隔層、一振動膜以及至少一致動器。基座具有一第一腔室。線路板配置於基座上，且具有至少一承載部及環繞至少一承載部的一固定部。至少一承載部具有一第一穿孔，而至少一承載部與固定部之間具有多個第二穿孔。間隔層配置於線路板上，且間隔層與線路板構成一第二腔室。振動膜配置於間隔層上。至少一致動器配置在線路板的至少一承載部上，且至少一致動器具有懸空於至少一承載部的第一穿孔上的一位移部及一變形部。多個第二穿孔連通第一腔室與第二腔室。

Description

微機電揚聲器

本發明是有關於一種微機電元件，且特別是有關於一種微機電揚聲器。

現有的揚聲器大多採用音圈以及磁鐵，主要原理是讓電流通過線圈產生磁場，利用此激發的磁場和磁鐵以相互作用產生振動並發出聲響。為配合消費性電子裝置如智慧型手機與平板電腦的微小化趨勢，已發展出透過微機電製程而製成的壓電式揚聲器。壓電式揚聲器是利用壓電效應發出聲響，當外部電流通過致動晶片時產生變形，進而驅動振動膜擠壓空氣並產生聲音。

然而，致動器需固定於揚聲器的殼體內，因此壓電式揚聲器的整體尺寸受到致動器的限制。使得壓電式揚聲器的製作成本昂貴且不易達到進一步微小化的目的。

本發明提供一種微機電揚聲器，將致動器配置在獨立的線路板上，使得致動器的尺寸大小不受到線路板的限制。以達到降低製作成本及微機電揚聲器的微小化目的。

本發明的微機電揚聲器，包括一基座、一線路板、一間隔層、一振動膜以及至少一致動器。基座具有一第一腔室。線路板配置於基座上，且具有至少一承載部及環繞承載部的一固定部。至少一承載部具有一第一穿孔，而至少一承載部與固定部之間具有多個第二穿孔。間隔層配置於線路板上，且間隔層與線路板構成一第二腔室。振動膜配置於間隔層上。至少一致動器配置在線路板的承載部上。至少一致動器具有懸空於至少一承載部的第一穿孔上的一位移部及一變形部。多個第二穿孔連通第一腔室與第二腔室。

基於上述，本發明的揚聲器以線路板承載致動器，由於致動器與線路板分別為獨立的結構，使得致動器的尺寸大小不受到線路板的限制，進而達成降低製作成本與微小化的目的。此外，線路板具有多個第二穿孔，用於調節第一腔室與第二腔室之間的氣壓平衡，避免影響致動器與振動膜的運作，以製作出頻率響應特性佳、發聲效率高的揚聲器元件。

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1A是依照本發明一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。

請參考圖1A，微機電揚聲器100適於配置在電子裝置中，電子裝置可例如為手機、平板電腦、桌上型電腦或其它相電子裝置。本實施例的微機電揚聲器100，例如是採用壓電元件。運作原理是透過壓電效應發出聲響，簡言之，施加外部電場於微機電揚聲器100，當電流通過時微機電揚聲器100的致動器時，使致動器產生變形與上下位移，進而驅動振動膜擠壓空氣並發出聲音。

參考圖1A，本發明的微機電揚聲器100，包括基座110、線路板120、間隔層130、振動膜140以及至少一致動器150。基座110例如是採用電子業界加工技術成熟的封裝基板材料、電子陶瓷或其它具備剛性的材質。基座110具有凹陷成形的第一腔室C1，其中第一腔室C1例如可以用以放置其它所需的電子元件。

線路板120配置於基座110上並位在第一腔室上方。線路板120具有承載部121及環繞承載部121的固定部122。承載部121的中央處具有第一穿孔H1。承載部121與固定部122之間具有多個第二穿孔H2。多個第二穿孔H2環繞配置在第一穿孔H1的外緣。

此外，本實施例的線路板120例如為印刷電路板或其它具備剛性的材質。線路板120包括有導電線路123，配置在承載部121或固定部122的上表面或下表面。導電線路123例如是電性連接外部線路，以提供微機電揚聲器100運作所需的電源或作為連接外部線路之導電路徑。

間隔層130例如是採用半導體加工技術成熟的多晶矽、矽與氧化矽或其它具備剛性的材質。間隔層130配置於線路板120上，且間隔層130與線路板120構成第二腔室C2。其中多個第二穿孔H2與第一穿孔H2連通第一腔室C1與第二腔室C2，藉以調節第一腔室C1與第二腔室C2之間的氣壓平衡。

進一步而言，於本實施例中，第二腔室C2及第一腔室C1例如是透過印刷電路板堆疊、半導體材料層或其它具備剛性的材質所圍繞出的腔室空間，藉由多個腔室堆疊之設計以擴大腔室空間。

振動膜140配置於間隔層130上且覆蓋第二腔室C2。於本實施例中，振動膜140例如是由多晶矽、氮化矽、金屬鋁或者鋁合金材質、高分子聚合物或其它彈性材質所製成。

至少一致動器150(圖1A中以一個為例)配置在線路板120的承載部121上且位於第二腔室C2中。致動器150具有懸空於承載部121的第一穿孔H1上的一位移部151及一變形部152。於本實施例中，變形部152環繞在位移部151的周圍。

於本實施例中，致動器150具有導電結構154形成於致動器之變形部上，導電結構154包含壓電層，該壓電層材料例如是採用石英、硫化鎘、氧化鋅或氮化鋁等壓電單晶體材料、PZT壓電多晶體材料、壓電聚合物、壓電複合材料或是其他具備壓電特性的材料，本發明並未加以限制；當外部電流進入致動器150之導電結構154時，變形部152因壓電效應產生變形，進而帶動位移部151產生上下振動。

補充而言，導電結構154更包含電極材料層，透過線路板120用以電性連接致動器150及外部電路。

請參考圖1A，致動器150的外緣E與間隔層130的內側面OS之間具有水平間距PD，即致動器150的尺寸小於線路板120的尺寸。此說明，致動器150的尺寸不會受到線路板120的限制，可依據需求製作具備微小特性的致動器。

進一步而言，致動器150具有支撐結構153。支撐結構153環繞配置在位移部151的外圍且間隔於位移部151。變形部152位於位移部151與支撐結構153之間。其中，支撐結構153用以增加致動器150在變形部152以外的結構剛性，當微機電揚聲器100運作時，支撐結構153所配置的致動器150部位為固定不動。

本實施例的致動器150朝振動膜140的方向延伸。微機電揚聲器100包括一連動塊160。連動塊160配置在振動膜140與致動器150之間。詳細而言，連動塊160連接在致動器150的位移部151與振動膜140之間，使得致動器150與振動膜140連結為一體，當致動器150的位移部151產生上下位移時，會同步帶動振動膜140。

進一步而言，本實施例的致動器150還包括至少一導線155(圖1A所示為兩導線)。兩導線155的一端連接在致動器150的導電結構154上，且兩導線155的另一端穿過相應的第一穿孔H1並連接於線路板120相對於致動器150的表面S1。

以下將列舉其他實施例以作說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖1B是圖1A的微機電揚聲器採用焊接的剖面示意圖。

配合參考圖1A及圖1B，圖1B的微機電揚聲器100A與圖1A的微機電揚聲器100的差異在於電性連接方式的不同。參考圖1B，致動器150a包括至少一電極凸塊156a(圖1B示出兩電極凸塊)。兩電極凸塊156a配置在線路板120a與致動器150a的底面BS之間且電性連接導電結構154a，以使致動器150a與線路板120a形成一間隙D。

圖1C是圖1B的微機電揚聲器連接另一實施例的振動膜的剖面示意圖。

配合參考圖1B及圖1C，圖1C的微機電揚聲器100B與圖1B的微機電揚聲器100A的差異在於，微機電揚聲器100B具有振動膜140b且無需配置連動塊。振動膜140b具有對位於第一穿孔H1的凹陷部141b，凹陷部141b朝向第二腔室C2延伸。振動膜140b通過凹陷部141b而連接致動器150b的位移部151b。因此，致動器150b的位移部151b可直接帶動振動模140b，無需透過額外的連動塊。

圖1D是圖1B的微機電揚聲器配置多個位移部的剖面示意圖。

配合參考圖1B及圖1D，圖1D的微機電揚聲器100C與圖1B的微機電揚聲器100A的差異在於，微機電揚聲器100C的包括位移部151c、連動塊160c以及變形部152c。連動塊160c配置在位移部151c上，變形部152c分別配置在位移部151c外圍，且位移部151c透過連動塊160c連接振動膜140c，以同時帶動或個別帶動振動膜140c。如此，當外部氣壓或其它因素使振動膜140c的振動頻率、幅度產生偏差時，可透過位移部151c的頻率與振幅調整改善前述的偏差情形。

圖2是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。

配合參考圖1A及圖2。圖2的微機電揚聲器100D與圖1A的微機電揚聲器100的差異在於，微機電揚聲器100D的致動器150d在線路板120d上的設置方向相反於致動器150在線路板120的設置方向。致動器150d的支撐結構153d連接在線路板120d的承載部121d上，使得位移部151d朝向第一穿孔H1向下延伸。此外，連動塊160d配置在位移部151d相對於支撐結構153d的一側面SI，藉此將位移部151d與振動膜140d連接為一體。此外，兩導線155d的一端連接在致動器150d的導電結構154d上，且兩導線155d的另一端連接於線路板120d面向振動膜140d的表面S2。

圖3是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。

配合參考圖1A及圖3。圖3的微機電揚聲器100E與圖1A的微機電揚聲器100的差異在於，微機電揚聲器100E的致動器150e位於第一腔室C1內，且致動器150e的支撐結構153e連接在線路板120e的承載部121e，使得位移部151e朝向第一穿孔H1向上延伸。此外，連動塊160e配置在位移部151e朝向振動膜140e的一側，連動塊160e朝上穿過第一穿孔H1以連接振動膜140e。藉此將位移部151e與振動膜140e連接為一體。此外，兩導線155e的一端連接在致動器150e的導電結構154e上，且兩導線155e的另一端連接於線路板120e遠離振動膜140d的表面S1。

圖4是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。

配合參考圖2及圖4。圖4的微機電揚聲器100F與圖2的微機電揚聲器100D的差異在於，微機電揚聲器100F的致動器150f位於第一腔室C1內，且兩電極凸塊156f配置在線路板120f與致動器150f的底面BS之間以分別電性連接兩導電結構154f，使得致動器150f與線路板120f形成一間隙D。此外，連動塊160f配置在位移部151f相對於支撐結構153f的一側面SI，連動塊160f朝上穿過第一穿孔H1以連接振動膜140f。藉此將位移部151f與振動膜140f連接為一體。

圖5A是依照本發明再一實施例的微機電揚聲器的俯視示意圖。圖5B是圖5A的致動器的剖面示意圖。圖5C是圖5B的致動器連接連動塊的剖面示意圖。

配合參考圖2、5A至5C。圖5A的微機電揚聲器100G與圖2的微機電揚聲器100D的差異在於，微機電揚聲器100G的致動器150g位於第一腔室C1內。參考圖5B、5C，導線155g的一端連接在致動器150g的導電結構154g上，且兩導線155g的另一端穿過相應的第一穿孔H1以連接在線路板120g的承載部121g面向振動膜140g的表面S2。連動塊160g配置在位移部151g朝向振動膜140g的一側，連動塊160g朝上穿過第一穿孔H1以連接振動膜140g。藉此將位移部151g與振動膜140g連接為一體。

圖6是結合多個圖5A的微機電揚聲器的俯視示意圖。

在圖6的實施例中，線路板120g上的承載部121g可以設計為多個，使用者可以依據實際需求放置多個致動器150g於相應的多個承載部121g上，並搭配多組獨立的導電線路123g，藉以使各個微機電揚聲器100G能發出不同頻寬聲音。其中多個致動器150g呈陣列式排列。

詳細而言，線路板120g包括有多個承載部121g及多組導電線路123g。多個致動器150g分別設置於所對應的多個承載部上。多組導電線路分別配置所對應的承載部121g上，且各組導電線路123為彼此電性獨立，多組導電線路123g分別透過多個導線115電性連接到所對應的多個致動器150g上。

參考圖6，為四個微機電揚聲器100G的陣列組合，簡言之，藉由多個微機電揚聲器100G的結合可同時運作多個微機電揚聲器100G以發出高功率的聲音，或是各個微機電揚聲器100G的致動器150g分別產生不同頻率的振動以達到發出不同頻寬聲音的效果，藉以讓聲音加豐富。

綜上所述，本發明的揚聲器以線路板承載致動器，由於致動器與線路板分別為獨立的結構，使得致動器的尺寸大小不受到線路板的限制，進而達成降低製作成本與微小化的目的。此外，線路板具有多個第二穿孔環繞在致動器的周圍，用於調節第一腔室與第二腔室之間的氣壓平衡，避免影響致動器與振動膜的運作，以製作出頻率響應特性佳、發聲效率高的揚聲器元件。

進一步而言，線路板用以承載致動器，且致動器貼附在在線路板上，並透過導線方式電性連接線路板。其中導線是通過第一穿孔，使得導線不會與其它構件產生干涉。

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。

100、100A~100G‧‧‧微機電揚聲器110‧‧‧基座120、120a、120d、120e、120f、120g‧‧‧線路板121、121d、121e、121g‧‧‧承載部122、122a、122d、122e、122g‧‧‧固定部123、123g‧‧‧導電線路130‧‧‧間隔層140、140b、140c、140d、140e、140f、140g‧‧‧振動膜141b‧‧‧凹陷部150、150a、150b、150c、150d、150e、150f、150g‧‧‧致動器151、151b、151c、151d、151e、151f、151g‧‧‧位移部152、152c‧‧‧變形部153、153d、153e、153f‧‧‧支撐結構154、154a、154d、154e、154f、154g‧‧‧導電結構155、155d、155g‧‧‧導線156a、156f‧‧‧電極凸塊160、160c、160d、160e、160f、160g‧‧‧連動塊D‧‧‧間隙BS‧‧‧底面C1‧‧‧第一腔室C2‧‧‧第二腔室H1‧‧‧第一穿孔H2‧‧‧第二穿孔OS‧‧‧內側面PD‧‧‧水平間距S1、S2‧‧‧表面SI‧‧‧側面

圖1A是依照本發明一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。 圖1B是圖1A的微機電揚聲器採用焊接方式的剖面示意圖。 圖1C是圖1B的微機電揚聲器連接另一實施例的振動膜的剖面示意圖。 圖1D是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器配置多個位移部的剖面示意圖。 圖2是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。 圖3是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。 圖4是依照本發明另一實施例的微機電揚聲器的剖面示意圖。 圖5A是依照本發明再一實施例的微機電揚聲器的俯視示意圖。 圖5B是圖5A的致動器的剖面示意圖。 圖5C是圖5B的致動器連接連動塊的剖面示意圖。 圖6是結合多個圖5A的微機電揚聲器的俯視示意圖。

100‧‧‧微機電揚聲器

110‧‧‧基座

120‧‧‧線路板

121‧‧‧承載部

122‧‧‧固定部

123‧‧‧導電線路

130‧‧‧間隔層

140‧‧‧振動膜

150‧‧‧致動器

151‧‧‧位移部

152‧‧‧變形部

153‧‧‧支撐結構

154‧‧‧導電結構

155‧‧‧導線

160‧‧‧連動塊

BS‧‧‧底面

C1‧‧‧第一腔室

C2‧‧‧第二腔室

H1‧‧‧第一穿孔

H2‧‧‧第二穿孔

OS‧‧‧內側面

PD‧‧‧水平間距

Claims (17)

1. 一種微機電揚聲器，包括： 一基座，具有一第一腔室； 一線路板，配置於該基座上，該線路板具有至少一承載部、環繞該承載部的一固定部，該至少一承載部具有一第一穿孔，而該至少一承載部與該固定部之間具有多個第二穿孔； 一間隔層，配置於該線路板上，且該間隔層與該線路板構成一第二腔室； 一振動膜，配置於該間隔層上；以及 至少一致動器，配置在該線路板的至少一承載部上，該至少一致動器具有懸空於該至少一承載部的該第一穿孔上的一位移部及一變形部； 其中，該些第二穿孔連通該第一腔室與該第二腔室。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該至少一致動器與該間隔層之間具有一水平間距。
3. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該至少一致動器具有一支撐結構，該支撐結構環繞配置在該位移部的外圍且間隔於該位移部。
4. 如申請專利範圍第3項所述的微機電揚聲器，其中該變形部位於該位移部與該支撐結構之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該致動器具有一導電結構，配置於該變形部上，該導電結構至少包含一壓電層及一電極材料層。
6. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該振動膜與該致動器之間還包括一連動塊。
7. 如申請專利範圍第6項所述的微機電揚聲器，其中該連動塊配置在該位移部朝向該振動膜的一側面。
8. 如申請專利範圍第6項所述的微機電揚聲器，其中該致動器位於該第一腔室內，該連動塊穿過該第一穿孔以連接該振動膜。
9. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該致動器還包括至少一導線，該至少一導線穿過該第一穿孔並連接於該線路板相對於該致動器之一表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該致動器還包括至少一電極凸塊，配置在該線路板與該致動器之間，以使該致動器與該線路板形成一間隙。
11. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該位移部連接該振動膜，以同時帶動或個別帶動該振動膜。
12. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該振動膜具有對位於該第一穿孔的一凹陷部，該振動膜通過該凹陷部而連接該致動器的該位移部。
13. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該線路板為一印刷電路板。
14. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該線路板包括有多組導電線路，且該些導電線路彼此電性獨立。
15. 如申請專利範圍第14項所述的微機電揚聲器，其中該至少一致動器包括有多個，該些導電線路分別連接到所對應的該些致動器上。
16. 如申請專利範圍第1項所述的微機電揚聲器，其中該至少一致動器包括有多個，且該線路板包括有多個承載部，該些致動器分別設置於所對應的該些承載部上。
17. 如申請專利範圍第16項所述的微機電揚聲器，其中該些致動器呈陣列式排列。

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