WO2022141827A1 - 一种骨传导传声装置 - Google Patents

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周文兵
袁永帅
邓文俊
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深圳市韶音科技有限公司
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Abstract

本申请公开了一种骨传导传声装置,包括:由振动单元和声学换能单元形成的叠层结构;基体结构,被配置为承载所述叠层结构,所述叠层结构的至少一侧与所述基体结构通过物理方式进行连接;所述基体结构基于外部振动信号产生振动,所述振动单元响应于所述基体结构的振动发生形变;所述声学换能单元基于所述振动单元的的形变产生电信号。

Description

一种骨传导传声装置
交叉引用
本申请要求2020年12月31日递交的国际申请PCT/CN2020/142533的优先权,其所有内容通过引用的方式包含于此。
技术领域
本申请涉及传声装置技术领域,特别涉及一种骨传导传声装置。
背景技术
传声器接收外界振动信号,利用声学换能单元将振动信号转换为电信号,通过后端电路处理后输出电信号。气导传声器接收的为气导声音信号,声音信号通过空气传播,即气导传声器接收空气振动信号。骨导传声器接收的为骨导声音信号,声音信号通过人体骨骼传播,即骨导传声器接收骨骼振动信号。相比气导传声器,骨导传声器在抗噪方面具有优势,在大噪声环境下,骨导传声器受到环境噪声的干扰小,能够很好的采集人声。
现有的骨导传声器结构过于复杂,对制造工艺要求较高;某些器件连接强度不够引发可靠性不足的问题,影响输出。因此,有必要提供一种结构简单、稳定性强的骨传导传声装置。
发明内容
本申请的一个方面提供一种骨传导传声装置,包括:由振动单元和声学换能单元形成的叠层结构;基体结构,被配置为承载所述叠层结构,所述叠层结构的至少一侧与所述基体结构通过物理方式进行连接;所述基体结构基于外部振动信号产生振动,所述振动单元响应于所述基体结构的振动发生形变;所述声学换能单元基于所述振动单元的的形变产生电信号。
在一些实施例中,所述基体结构包括内部中空的框架结构体,所述叠层结构的一端与所述基体结构连接,所述叠层结构的另一端悬空设置于所述框架结构体的中空位置。
在一些实施例中,所述振动单元包括至少一个弹性层,所述声学换能单元至少包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层;其中,所述至少一个弹性层位于所述第一电极层的上表面或位于第二电极层的下表面。
在一些实施例中,所述声学换能单元还包括种子层,所述种子层位于所述第二电极 层的下表面。
在一些实施例中,所述第一电极层、所述压电层和/或所述第二电极层的覆盖面积不大于所述叠层结构的面积,其中,所述第一电极层、所述压电层和/或所述第二电极层靠近所述叠层结构与所述基体结构的连接处。
在一些实施例中,所述振动单元包括至少一个弹性层,所述声学换能单元至少包括电极层和压电层;所述至少一个弹性层位于所述电极层的表面。
在一些实施例中,所述电极层包括第一电极和第二电极,其中,所述第一电极弯折成第一梳齿状结构,所述第二电极弯折成第二梳齿状结构,所述第一梳齿状结构与所述第二梳齿状结构相配合形成所述电极层,所述电极层位于所述压电层的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述第一梳齿状结构和所述第二梳齿状结构沿所述叠层结构的长度方向延伸。
在一些实施例中,所述振动单元包括悬膜结构,所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层、第二电极层;其中,所述悬膜结构通过其周侧与所述基体结构连接,所述声学换能单元位于所述悬膜结构的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述悬膜结构包括若干个孔,所述若干个孔沿所述声学换能单元的周向分布。
在一些实施例中,所述声学换能单元的边缘至所述若干个孔的中心的径向方向的间距为100um-400um。
在一些实施例中,所述声学换能单元为环状结构,所述悬膜结构上位于所述环状结构内侧区域的厚度大于位于所述环状结构外侧区域的厚度。
在一些实施例中,所述声学换能单元为环状结构,所述悬膜结构位于所述环状结构内侧区域的密度大于位于所述环状结构外侧区域的密度。
在一些实施例中,所述振动单元还包括质量元件,所述质量元件位于所述悬膜结构的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述声学换能单元与所述质量元件分别位于所述悬膜结构的不同侧。
在一些实施例中,所述声学换能单元与所述质量元件位于所述悬膜结构的同一侧,其中,所述声学换能单元为环状结构,所述环状结构沿所述质量元件的周向分布。
在一些实施例中,所述振动单元包括至少一个支撑臂和质量元件,所述质量元件通过所述至少一个支撑臂与所述基体结构连接。
在一些实施例中,所述至少一个支撑臂包括至少一个弹性层,所述声学换能单元位于所述至少一个支撑臂的上表面、下表面或内部。
在一些实施例中,所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层和第二电极层,所述第一电极层或所述第二电极层与所述至少一个支撑臂的上表面或下表面连接。
在一些实施例中,所述质量元件位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述第一电极层、所述压电层和/或所述第二电极层的面积不大于所述支撑臂的面积,所述第一电极层、所述压电层和/或第二电极层的局部或全部覆盖所述至少一个支撑臂的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述第一电极层的面积不大于所述压电层的面积,所述第一电极层的全部区域位于所述压电层表面。
在一些实施例中,所述声学换能单元的所述第一电极层、所述压电层、所述第二电极层靠近所述质量元件或/和所述支撑臂与所述基体结构连接处。
在一些实施例中,所述至少一个支撑臂包括至少一个弹性层,所述至少一个弹性层位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面或下表面。
在一些实施例中,还包括限位结构,所述限位结构位于所述基体结构的中空部分,其中,所述限位结构的与所述基体结构连接,所述限位结构位于所述质量元件的上方和/或下方。
在一些实施例中,前述任一项所述的骨传导传声装置,还包括至少一个阻尼层,所述至少一个阻尼层覆盖于所述叠层结构的上表面、下表面和/或内部。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置的谐振频率为1kHz-5kHz。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置的谐振频率为2.5kHz-4.5kHz。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置的谐振频率为2.5KHz-3.5kHz。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置的谐振频率与所述振动单元的刚度成正相关的关系。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置的谐振频率与所述叠层结构的质量成负相关的关系。
在一些实施例中,所述振动单元包括至少一个支撑臂和质量元件,所述质量元件通过所述至少一个支撑臂与所述基体结构连接。
在一些实施例中,所述声学换能单元位于所述至少一个支撑臂的上表面、下表面或内部。
在一些实施例中,所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、第一压电层和第二电极层,所述第一电极层或所述第二电极层与所述至少一个支撑臂的上表面或下表面连接。
在一些实施例中,所述质量元件位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述第一电极层、所述第一压电层和/或所述第二电极层的面积不大于所述支撑臂的面积,所述第一电极层、所述第一压电层和/或第二电极层的局部或全部覆盖所述至少一个支撑臂的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述第一电极层的面积不大于所述第一压电层的面积,所述第一电极层的全部区域位于所述第一压电层表面。
在一些实施例中,所述声学换能单元的所述第一电极层、所述第一压电层、所述第二电极层位于所述支撑臂与所述质量元件的连接的一端和/或所述支撑臂与所述基体结构连接的一端。
在一些实施例中,所述声学换能单元包括至少一个弹性层,所述至少一个弹性层位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面和/或下表面。
在一些实施例中,所述声学换能单元还包括第一种子层,所述第一种子层设于所述弹性层与所述第一电极层之间或设于所述弹性层与所述第二电极层之间。
在一些实施例中,所述声学换能单元还包括至少一个绑线电极层,所述绑线电极层设于所述基体结构上,所述绑线电极层用于从所述基体结构引出电信号。
在一些实施例中,所述弹性层设于所述支撑臂与所述第一电极层之间,所述第一种子层设于所述弹性层与第一电极层之间;或所述弹性层设于所述支撑臂与所述第二电极层之间,所述第一种子层设于所述弹性层与所述第二电极层之间。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置上形成有中性层,所述中性层在所述支撑臂发生形变时形变应力为零;所述中性层与所述第一压电层在厚度方向上不重合。
在一些实施例中,所述第一电极层的厚度为80nm-250nm,和/或所述第二电极层的厚度为80nm-250nm。
在一些实施例中,所述第一压电层的厚度为0.8um-2um。
在一些实施例中,所述弹性层的厚度为0.5um-10um。
在一些实施例中,所述第一种子层的厚度为10nm-120nm。
在一些实施例中,所述弹性层的厚度是所述第一压电层的厚度的1-6倍。
在一些实施例中,所述质量元件的厚度为3001um-400um。
在一些实施例中,所述质量元件包括由下至上依次设置的基底层、第三电极层、第二压电层以及第四电极层。
在一些实施例中,所述质量元件还包括设于所述基底层与所述第三电极层之间的第二种子层。
在一些实施例中,所述基底层的厚度为20um-400um。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置的电信号的强度与噪声的强度的比值为最大化电信号与噪声的强度的比值的50%-100%。
在一些实施例中,所述声学换能单元包括第一电极层、第一压电层和第二电极层,所述骨传导传声装置的电信号的强度和噪声的强度的比值与所述第一压电层的厚度成负相关的关系。
在一些实施例中,所述声学换能单元包括第一电极层、第一压电层和第二电极层,所述骨传导传声装置的电信号的强度和噪声的强度的比值与所述第一电极层、所述压电层以及所述第二电极层三者的重叠区域的面积成负相关的关系。
在一些实施例中,所述声学换能单元包括第一电极层、第一压电层和第二电极层,所述第一电极层、所述第一压电层以及所述第二电极层三者的重叠区域的面积与所述支撑臂的垂直于厚度方向的截面的面积的比值为5%-40%。
在一些实施例中,所述第一电极层或所述第二电极层上设有电极绝缘沟道,所述电极绝缘沟道用于将所述第一电极层或所述第二电极层分隔为两个及以上电极区域。
在一些实施例中,所述电极绝缘沟道的宽度为小于等于20um。
在一些实施例中,所述第一电极层或所述第二电极层上具有电极引线,所述电极引线用于将所述电极区域与所述基体相连。
在一些实施例中,所述电极引线的宽度为小于等于20um。
在一些实施例中,所述第一电极层、所述第一压电层以及所述第二电极层三者的重叠区域朝向所述质量元件延伸而形成延伸区域,所述延伸区域位于所述质量元件的上表面或下表面。
在一些实施例中,所述延伸区域在垂直于厚度方向的平面上的宽度为支撑臂与质量元件的连接部位在垂直于厚度方向的平面上的宽度的1.2倍-2倍。
在一些实施例中,所述支撑臂的数量是两个以上,所述两个以上支撑臂围绕所述质量元件设置。
在一些实施例中,所述至少一个支撑臂的垂直与于厚度方向的截面的形状为多边形。
在一些实施例中,所述多边形的边长为100~600um。
在一些实施例中,所述至少一个支撑臂的垂直与于厚度方向的截面的形状为矩形或梯形。
在一些实施例中,所述质量元件的垂直于厚度方向的截面为多边形,所述支撑臂的数量与所述多边形的边数相对应。
在一些实施例中,当所述支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为矩形时,所述支撑臂的长度是100um~500um,所述支撑臂的宽度是150um~400um。
在一些实施例中,当所述支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为梯形;所述梯形的高为150um~600um,所述梯形的长边的长度为300um~600um;所述梯形的短边的长度为100um~400um。
在一些实施例中,所述支撑臂包括第一条形部和第二条形部;所述第一条形部的一端与所述质量元件相连,而其另一端与所述第二条形部的一端相连;所述第二条形部的另一端与所述基体相连。
在一些实施例中,所述第一条形部的长度为20um~200um;所述第一条形部的长宽为50um~400um。
在一些实施例中,所述第二条形部的长度为500um~1300um;所述第二条形部的长度为50um~400um。
在一些实施例中,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时;所述第一条形部宽度为50um~300um,所述第一条形部的长度为20um~200um。
在一些实施例中,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时;所述第二条形部的宽度为50um~300um;所述第二条形部的长度为800um~1300um。
在一些实施例中,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的中点处时;所述第一条形部的宽度为100um~400um;所述第一条形部的长度为20um~200um。
在一些实施例中,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的 侧边的中点处时;所述第二条形部的宽度为100um~400um;所述第二条形部的长度为500um~1000um。
在一些实施例中,所述质量元件的垂直于厚度方向的截面为矩形,所述第一条形部与所述第二条形部垂直。
在一些实施例中,所述支撑臂包括第一条形部、第二条形部和第三条形部;所述第一条形部的一端与所述质量元件相连,而其另一端与所述第二条形部的一端相连;所述第二条形部的另一端与所述第三条形部的一端相连;所述第三条形部的另一端与所述基体相连。
在一些实施例中,所述第一条形部的长度为20um~200um;所述第一条形部的长宽为50um~300um。
在一些实施例中,所述第二条形部的长度为500um~1200um;所述第二条形部的长度为50um~300um。
在一些实施例中,所述第三条形部的长度为800um~1300um;所述第三条形部的宽度为50um~300um。
在一些实施例中,所述基体结构包括具有中空的内腔的框架结构体;所述支撑臂和所述质量元件均设置于所述框架结构体的内腔中。
在一些实施例中,所述质量元件的形状与所述内腔的形状相对应。
在一些实施例中,所述支撑臂和所述声学换能单元的厚度总和小于所述质量元件的厚度。
在一些实施例中,所述支撑臂和所述声学换能单元的厚度总和大于或等于所述质量元件的厚度。
在一些实施例中,所述骨传导传声装置还包括限位结构,所述限位结构位于所述基体结构的内腔中,其中,所述限位结构的与所述基体结构连接,所述限位结构位于所述质量元件的上方和/或下方。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明,这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的,在这些实施例中,相同的编号表示相同的结构,其中:
图1是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图2是图1所示骨传导传声装置A-A处的剖视图;
图3是根据本申请一些实施例所示的另一骨传导传声装置的结构示意图;
图4是根据本申请另一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图5是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图6是图5所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图;
图7是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图8是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图9是根据图8所示的骨传导传声装置的主视图;
图10是图9所示的骨传导传声装置C-C处的剖视图;
图11是根据图8所示的振动状态的骨传导传声装置的主视图;
图12是根据图11所示的骨传导传声装置D-D处的剖视图;
图13是根据图8所示的骨传导传声装置的一个结构示意图;
图14是根据图8所示的骨传导传声装置的另一结构示意图;
图15是根据图8所示的骨传导传声装置的又一结构示意图;
图16是根据图8所示的骨传导传声装置的再一结构示意图;
图17是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图18是图17所示的骨传导传声装置E-E处的剖视图;
图19是根据图17所示的骨传导传声装置的一个结构示意图;
图20是根据图17所示的骨传导传声装置的另一结构示意图;
图21是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图22是根据图21所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图23是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图24是根据图23所示的骨传导传声装置的主视图;
图25是图24所示的骨传导传声装置F-F处的剖视图;
图26是根据图23所示的骨传导传声装置的一个结构示意图;
图27是根据图23所示的骨传导传声装置的另一结构示意图;
图28是根据图23所示的骨传导传声装置的又一结构示意图;
图29是根据图23所示的骨传导传声装置的再一结构示意图;
图30是根据本申请另一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图31是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图32是根据本申请又一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;
图33是根据图32所示的骨传导传声装置的另一结构示意图;
图34是根据本申请一些实施例提供的叠层结构固有频率提前的频率响应曲线;
图35是根据本申请一些实施例提供的有无阻尼结构层的骨传导传声装置的频率响应曲线图;
图36是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图;
图37是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图;
图38是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明,图中相同标号代表相同结构或操作。应当理解的是,附图仅仅是为了说明和描述的目的,并不旨在限制本申请的范围。应当理解的是,附图并不是按比例绘制的。
需要理解的是,为了便于对本申请的描述,术语“中心”、“上表面”、“下表面”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“外周”、“外部”等指示的位置关系为基于附图所示的位置关系,而不是指示所指的装置、组件或单元必须具有特定的位置关系,不能理解为是对本申请的限制。
应当理解,本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而,如果其他词语可实现相同的目的,则可通过其他表达来替换所述词语。
如本申请和权利要求书中所示,除非上下文明确提示例外情形,“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数,也可包括复数。一般说来,术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素,而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列,方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是,前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反,可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时,也可以将其他操作添加到这些过程中,或从这些过程移除某一 步或数步操作。
本申请一些实施例提供的骨传导传声装置可以包括基体结构和叠层结构。在一些实施例中,基体结构可以为内部具有中空部分的规则或不规则的立体结构,例如,可以是中空的框架结构体,包括但不限于矩形框、圆形框、正多边形框等规则形状,以及任何不规则形状。叠层结构可以位于基体结构的中空部分或者至少部分悬空设置在基体结构中空部分的上方。在一些实施例中,叠层结构的至少部分结构与基体结构通过物理方式进行连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备叠层结构和基体结构后,将叠层结构和基体结构通过焊接、铆接、卡接、螺栓等方式固定连接,或者在制备过程中,通过物理沉积(例如,物理气相沉积)或者化学沉积(例如,化学气相沉积)的方式将叠层结构沉积在基体结构上。在一些实施例中,叠层结构的至少部分结构可以固定于基体结构的上表面或下表面,叠层结构的至少部分结构也可以固定于基体结构的侧壁。例如,叠层结构可以为悬臂梁,该悬臂梁可以为板状结构体,悬臂梁的一端与基体结构的上表面、下表面或基体结构中中空部分所在的侧壁连接,悬臂梁的另一端不与基体结构连接或接触,使得悬臂梁的另一端悬空设置于基体结构的中空部分。又例如,叠层结构可以包括振膜层(也称为悬膜结构),悬膜结构与基体结构固定连接,叠层结构设置于悬膜结构的上表面或下表面。再例如,叠层结构可以包括质量元件和一个或多个支撑臂,质量元件通过一个或多个支撑臂与基体结构固定连接,该支撑臂的一端与基体结构连接,支撑臂的另一端与质量元件连接,使得质量元件和支撑臂的部分区域悬空设置于基体结构中空部分。需要知道的是,本申请中所说的“位于基体结构的中空部分”或“悬空设置于基体结构的中空部分”可以表示悬空设置于基体结构中空部分的内部、下方或者上方。在一些实施例中,叠层结构可以包括振动单元和声学换能单元。具体地,基体结构可以基于外部振动信号产生振动,振动单元响应于基体结构的振动发生形变;声学换能单元基于振动单元的的形变产生电信号。需要知道的是,这里对振动单元和声学换能单元的描述只是出于方便介绍叠层结构工作原理的目的,并不限制叠层结构的实际组成和结构。事实上,振动单元可以不是必须的,其功能完全可以由声学换能单元实现。例如,对声学换能单元的结构做一定改变后可以由声学换能单元直接响应于基体结构的振动而产生电信号。
振动单元是指叠层结构中在外力或惯性力作用下容易发生形变的部分,振动单元可以用于将外力或惯性力作用导致的形变传递至声学换能单元。在一些实施例中,振动单元和声学换能单元重叠形成叠层结构。声学换能单元可以位于振动单元的上层,声 学换能单元也可以位于振动单元的下层。例如,叠层结构为悬臂梁结构时,振动单元可以包括至少一个弹性层,声学换能单元可以包括由上至下依次设置的第一电极层、压电层和第二电极层,弹性层位于第一电极层或第二电极层的表面,弹性层可以在振动过程中发生形变,压电层基于弹性层的形变产生电信号,第一电极层和第二电极层可以对该电信号进行采集。又例如,振动单元还可以为悬膜结构,可以通过改变悬膜结构特定区域的密度、或者在悬膜结构上打孔或在悬膜结构上设置配重块(也叫作质量元件)等方式,使得声学换能单元附近的悬膜结构在外力作用下更容易发生形变从而驱动声学换能单元产生电信号。再例如,振动单元可以包括至少一个支撑臂和质量元件,质量元件通过支撑臂悬空设置于基体结构的中空部分,基体结构发生振动时,振动单元的支撑臂和质量元件相对于基体结构发生相对运动,支撑臂发生形变作用于声学换能单元从而产生电信号。
声学换能单元是指叠层结构中将振动单元的形变转换为电信号的部分。在一些实施例中,声学换能单元可以包括至少两个电极层(例如,第一电极层和第二电极层)、压电层,压电层可以位于第一电极层和第二电极层之间。压电层是指受到外力作用时可以在其两端面产生电压的结构。在一些实施例中,压电层可以是半导体的沉积工艺(例如磁控溅射、MOCVD)获得的压电聚合物薄膜。在本说明书的实施例中,压电层可以在振动单元的形变应力作用下产生电压,第一电极层和第二电极层可以将该电压(电信号)进行采集。在一些实施例中,压电层的材料可以包括压电薄膜材料,压电薄膜材料可以是通过沉积工艺(如磁控溅射沉积工艺、化学气相沉积工艺等)而制成的薄膜材料(如AIN、PZT薄膜材料)。在另一些实施例中,压电层的材料可以包括压电晶体材料和压电陶瓷材料。压电晶体是指压电单晶体。在一些实施例中,压电晶体材料可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH 2PO4、NaKC 4H4O 6·4H 2O(罗息盐)等,或其任意组合。压电陶瓷材料可以是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中,压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅、氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)或其任意组合。在一些实施例中,压电层材料还可以为压电聚合物材料,例如聚偏氟乙烯(PVDF)等。
在一些实施例中,基体结构和叠层结构可以位于骨传导传声装置的壳体内,基体结构与壳体内壁固定连接,叠层结构承载于基体结构。当骨传导传声装置的壳体受到外力振动时(例如,人体说话时脸部的振动带动壳体振动),壳体振动带动基体结构振 动,进一步地,当振动单元发生形变时,声学换能单元的压电层受到振动单元的形变应力产生电势差(电压),声学换能单元中分别位于压电层上表面和下表面的至少两个电极层(例如,第一电极层和第二电极层)可以采集该电势差从而将外部振动信号转化为电信号。仅作为示例性说明,本申请实施例中描述的骨传导传声装置可以应用于耳机(例如,骨传导耳机或空气传导耳机)、眼镜、虚拟现实设备、头盔等,骨传导传声装置可以放置于人体头部(例如,面部)、脖子、耳朵附近以及头顶等位置,骨传导传声装置可以拾取人说话时骨骼的振动信号,并转换为电信号,实现声音的采集。需要注意的是,基体结构不限于相对骨传导传声装置的壳体独立的结构,在一些实施例中,基体结构还可以为骨传导传声装置壳体的一部分。
骨传导传声装置接收外界振动信号后,利用叠层结构(包括声学换能单元和振动单元)将振动信号转换为电信号,通过后端电路处理后输出电信号。谐振也可以称为“共振”,骨传导传声装置在外部振动信号的作用下,当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时,振幅急剧增大的现象称为谐振,产生谐振时的频率称“谐振频率”。骨传导传声装置具有固有频率,当外部振动信号的频率接近该固有频率时,叠层结构会产生较大的振幅,从而输出较大的电信号。因此,骨传导传声装置对外部振动的响应会表现为在固有频率附近产生共振峰。因此,骨传导传声装置的谐振频率在数值上与固有频率基本相等。在一些实施例中,骨传导传声装置的固有频率可以指叠层结构的固有频率。在一些实施例中,叠层结构的固有频率范围为2.5kHz-4.5kHz。在一些实施例中,由于人体骨导信号从1kHz后衰减迅速,因而希望将骨传导传声装置的谐振频率(或叠层结构的固有频率)调整至1kHz-5kHz的语音频段范围。在一些实施例中,骨传导传声装置的谐振频率为2kHz-5kHz。在一些实施例中,骨传导传声装置的谐振频率为2.5kHz-4.9kHz。在一些实施例中,可以将骨传导传声装置的谐振频率调整至1kHz-4.5kHz的语音频段范围。在一些实施例中,可以将骨传导传声装置的谐振频率调整至2.5kHz-4.5kHz的语音频段范围。在一些实施例中,可以将骨传导传声装置的谐振频率调整至2.5kHz-3.5kHz的语音频段范围。根据上述谐振频率范围的调整,可以使得骨传导传声装置的共振峰位于1kHz-5kHz的语音频段范围,从而提高骨传导传声装置响应语音频段(例如,共振峰之前的频段范围,即20Hz-5kHz)振动的灵敏度。
在一些实施例中,骨传导传声装置的谐振频率为3.5kHz-4.7kHz。在一些实施例中,骨传导传声装置的谐振频率为4kHz-4.5kHz。
由于骨传导传声装置可以等效为质量-弹簧-阻尼系统模型,骨传导传声装置在 工作时可以等效为质量-弹簧-阻尼系统在激振力作用下做受迫振动,其振动规律符合质量-弹簧-阻尼系统的规律。因此,骨传导传声装置的谐振频率与其内部组件(例如,振动单元或叠层结构)的等效刚度和等效质量有关,骨传导传声装置的谐振频率与其内部组件的等效刚度成正相关的关系,与其内部组件的等效质量成负相关的关系。其中,等效刚度为骨传导传声装置等效为质量-弹簧-阻尼系统模型后的刚度,等效质量为骨传导传声装置等效为质量-弹簧-阻尼系统模型后的质量。因此,调整骨传导传声装置的谐振频率(或固有频率),也即是调整振动单元或叠层结构的等效刚度和等效质量。
对于骨传导传声装置,其工作时可以等效为质量-弹簧-阻尼系统模型在激振外力作用下做受迫振动,其振动规律符合质量-弹簧-阻尼系统模型的规律,在激振外力作用下,谐振频率f 0的影响参数可以包括但不限于系统等效刚度k,系统等效质量m,系统等效相对阻尼系数(阻尼比)ζ。在一些实施例中,系统等效刚度k与骨传导传声装置的系统上谐振频率f 0呈正相关,系统等效质量m与骨传导传声装置的系统上的谐振频率f 0呈负相关,系统等效相对阻尼系数(阻尼比)ζ与骨传导传声装置的系统上的谐振频率f 0呈负相关。在一些实施例中,
Figure PCTCN2021082492-appb-000001
与骨传导传声装置的系统上的谐振频率f 0呈正相关。在一些实施例中,频率响应满足如下公式:
Figure PCTCN2021082492-appb-000002
其中:f 0骨传导传声装置的系统上的谐振频率,k为系统等效刚度,m为系统等效质量,ζ为系统等效相对阻尼系数(阻尼比)。
对于大部分骨传导传声装置,特别是压电类骨传导传声装置,其系统等效相对阻尼系数ζ通常很小,系统的谐振频率ζ主要受等效刚度和等效质量的影响。以图8所示的骨传导传声装置为例,其支撑臂830为振动系统提供弹簧和阻尼作用,质量元件840提供质量作用。因此,支撑臂830主要影响系统等效刚度k,同时也影响系统等效质量m,质量元件840主要影响系统等效质量m,同时也影响系统等效刚度k。对于结构比较复杂的骨传导传声装置,采用理论求解其谐振频率f 0难度较大,可借用有限元仿真工具,通过建立相应结构与参数的模型,即可求解骨传导传声装置的频率响应。在一些实施例中,可以通过选取不同的材料来制作下文中所述的电极层(包括第一电极层和第二电极层)、压电层、弹性层以及质量元件等,可以调整骨传导传声装置的谐振频率f 0。在一些实施例中,可以通过设计骨传导传声装置的结构,例如,支撑臂加质量元件的结 构、悬臂梁的结构、打孔悬膜的结构、悬膜加质量元件的结构,可以调整骨传导传声装置的谐振频率f 0。在一些实施例中,可以通过设计不同部件的尺寸,例如,设计支撑臂、质量元件、悬臂梁、悬膜等的长度、宽度、厚度等尺寸,可以调整骨传导传声装置的谐振频率f 0
在一些实施例中,可以通过改变对振动单元和声学换能单元的结构参数来调整等效刚度和等效质量,以使得叠层结构的固有频率降低至语音频段范围。例如,可以在振动单元上设置孔以调整振动单元的等效刚度。又例如,可以在振动单元中设置质量元件以调整叠层单元的等效质量。又例如,可以在振动单元中设置支撑臂以调整叠层单元的等效刚度。关于对振动单元和声学换能单元的结构参数调整的更多内容可以参见下文描述,在此不作赘述。
图1是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图。图2是图1所示骨传导传声装置A-A处的剖视图。
如图1和图2所示,骨传导传声装置100可以包括基体结构110和叠层结构,其中,叠层结构的至少部分与基体结构110连接。基体结构110可以为内部中空的框架结构体,叠层结构的部分结构(例如,叠层结构远离基体结构110与叠层结构连接处的一端)可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是,框架结构体并不限于图1中所示的长方体状,在一些实施例中,框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。在一些实施例中,叠层结构可以以悬臂梁的形式与基体结构110固定连接。进一步地,叠层结构可以包括固定端和自由端,其中,叠层结构的固定端与框架结构体固定连接,叠层结构的自由端不与框架结构体连接或相接触,使得叠层结构的自由端可以悬空于框架结构体的中空部分。在一些实施例中,叠层结构的固定端可以与基体结构110的上表面、下表面或基体结构110中空部分所在的侧壁连接。在一些实施例中,基体结构110中空部分所在的侧壁处还可以设有与叠层结构的固定端相适配的安装槽,使得叠层结构的固定端与基体结构110配合连接。为了提高叠层结构与基体结构110之间的稳定性,在一些实施例中,叠层结构可以包括连接座140。仅作为示例,如图1所示,连接座140与叠层结构的表面固定端固定连接。在一些实施例中,连接座140的固定端可以位于基体结构110的上表面或下表面。在一些实施例中,连接座140的固定端也可以位于基体结构110的中空部分所在的侧壁处。例如,基体结构110的中空部分所在的侧壁处开设有与固定端适配的安装槽,使得叠层结构的固定端与基体结构110通过安装槽配合连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备叠层结构和基体结构110后,将叠 层结构和基体结构110通过焊接、铆接、粘接、螺栓连接、卡接等等方式固定连接;或者在制备过程中,通过物理沉积(例如,物理气相沉积)或者化学沉积(例如,化学气相沉积)的方式将叠层结构沉积在基体结构110上。在一些实施例中,连接座140可以是与叠层结构独立的结构或与叠层结构一体成型。
在一些实施例中,叠层结构可以包括声学换能单元120和振动单元130。振动单元130是指叠层结构中可以发生弹性形变的部分,声学换能单元120是指叠层结构中将振动单元130的形变转换为电信号的部分。在一些实施例中,振动单元130可以位于声学换能单元120的上表面或下表面。在一些实施例中,振动单元130可以包括至少一个弹性层。仅作为示例性说明,如图1所示的振动单元130可以包括由上至下依次设置的第一弹性层131和第二弹性层132。第一弹性层131和第二弹性层132可以为采用半导体材料制成的板状结构。在一些实施例中,半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中,第一弹性层131和第二弹性层132的材料可以相同或不同。在一些实施例中,声学换能单元120至少包括由上至下依次设置的第一电极层121、压电层122、第二电极层123,其中,弹性层(例如,第一弹性层131和第二弹性层132)可以位于第一电极层121的上表面或第二电极层123的下表面。压电层122可以基于压电效应,在振动单元130(例如,第一弹性层131和第二弹性层132)的形变应力作用下产生电压(电势差),第一电极层121和第二电极层123可以将该电压(电信号)导出。在一些实施例中,压电层的材料可以包括压电薄膜材料,压电薄膜材料可以是通过沉积工艺(如磁控溅射沉积工艺、化学气相沉积工艺等)而制成的薄膜材料(如AIN、PZT薄膜材料)。在另一些实施例中,压电层122的材料可以包括压电晶体材料和压电陶瓷材料。压电晶体材料是指压电单晶体。在一些实施例中,压电晶体材料可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH 2PO 4、NaKC 4H 4O 6·4H 2O(罗息盐)等,或其任意组合。压电陶瓷材料可以是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中,压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅、氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)等,或其任意组合。在一些实施例中,压电层122的材料还可以为压电聚合物材料,例如聚偏氟乙烯(PVDF)等。在一些实施例中,第一电极层121和第二电极层123为导电材质结构。示例性的导电材质可以包括金属、合金材料、金属氧化物材料、石墨烯等,或其任意组合。在一些实施例中,金属与合金材料可以包括镍、铁、铅、铂、钛、铜、钼、锌,或 其任意组合。在一些实施例中,合金材料可以包括铜锌合金、铜锡合金、铜镍硅合金、铜铬合金、铜银合金等,或其任意组合。在一些实施例中,金属氧化物材料可以包括RuO 2、MnO 2、PbO 2、NiO等,或其任意组合。
叠层结构与基体结构110之间发生相对运动时,叠层结构中的振动单元130(例如,第一弹性层131或第二弹性层132)不同位置的形变程度不同,也就是说,振动单元130不同位置对声学换能单元120的压电层122产生的形变应力不同,为了提高骨传导传声装置100的灵敏度,在一些实施例中,声学换能单元120能够仅设置于振动单元130形变程度较大的位置,从而提高骨传导传声装置100的信噪比。相应地,声学换能单元120的第一电极层121、压电层122、和/或第二电极层123的面积可以不大于振动单元130的面积。在一些实施例中,为了进一步提高骨传导传声装置100的信噪比,声学换能单元120覆盖在振动单元130上的面积不大于振动单元130面积的1/2。优选地,声学换能单元120覆盖在振动单元130上的面积不大于振动单元130面积的1/3。进一步优选地,声学换能单元120覆盖在振动单元130上的面积不大于振动单元130面积的1/4。进一步地,在一些实施例中,声学换能单元120的位置可以靠近叠层结构与基体结构110的连接处。振动单元130(例如,弹性层)在靠近叠层结构与基体结构110的连接处受到外力作用时产生的形变程度较大,声学换能单元120在靠近叠层结构与基体结构110的连接处受到的形变应力也较大,将声学换能单元120布置在形变应力较大的区域,可以在提高骨传导传声装置100灵敏度的基础上,提高骨传导传声装置100的信噪比。需要注意的是,这里声学换能单元120的可以靠近叠层结构与基体结构110的连接处是相对于叠层结构的自由端而言的,也就是说声学换能单元120至叠层结构与基体结构110的连接处的距离小于声学换能单元120到自由端的距离。在一些实施例中,可以仅通过调整声学换能单元120中压电层122的面积和位置提高骨传导传声装置100的灵敏度和信噪比。例如,第一电极层121和第二电极层123全部覆盖或局部覆盖于振动单元130的表面,压电层122的面积可以不大于第一电极层121或第二电极层123的面积。在一些实施例中,压电层122覆盖在于第一电极层121或第二电极层123的面积不大于第一电极层121或第二电极层123面积的1/2。优选地,压电层122覆盖在第一电极层121或第二电极层123的面积为不大于第一电极层121或第二电极层123面积的1/3。进一步优选地,压电层122覆盖在第一电极层121或第二电极层123的面积为不大于第一电极层121或第二电极层123面积的1/4。在一些实施例中,为了防止第一电极层121和第二电极层123相连接而发生短路的问题,第一电极层121的面积可以小 于压电层122或第二电极层123的面积。例如,压电层122、第二电极层123与振动单元130的面积相同,第一电极层121的面积小于振动单元130(例如,弹性层)、压电层122或第二电极层123的面积。在这种情况下,第一电极层121的全部区域位于压电层122表面,且第一电极层121的边缘可以与压电层122的边缘具有一定间距,使得第一电极层121避开压电层122边缘处材料质量不好的区域,从而进一步提高骨传导传声装置100的信噪比。
在一些实施例中,为了增大输出电信号,提高骨传导传声装置100的信噪比,压电层122可以位于叠层结构的中性层的一侧。中性层是指叠层结构中在发生形变时形变应力近似为零的平面层。在一些实施例中,还可以通过调整(例如,增大)压电层122在其单位厚度的应力和应力变化梯度来提高骨传导传声装置100的信噪比。在一些实施例中,还可以通过调整声学换能单元120(例如,第一电极层121、压电层122、第二电极层123)、振动单元130(例如,第一弹性层131、第二弹性层132)的形状、厚度、材料、尺寸(例如,长、宽、厚度)来提高骨传导传声装置100的信噪比和灵敏度。
在一些实施例中,为了控制叠层结构的翘曲变形问题,需要平衡叠层结构中各层的应力,使得悬臂梁中性层上下部分受到的应力类型相同(如,拉应力、压应力)、大小相等。例如,压电层122为AIN材料层时,压电层122设置于悬臂梁的中性层位置的一侧,AIN材料层通常为拉应力,位于中性层另一侧的弹性层的综合应力也应为拉应力。
在一些实施例中,声学换能单元120还可以包括种子层(图中未示出),用于为其它层提供良好的生长表面结构体,种子层位于第二电极层123的下表面。在一些实施例中,种子层的材料可以与压电层122的材料相同。例如,压电层122的材料为AlN时,种子层的材料也为AlN。需要说明的是,当声学换能单元120位于第二电极层123的下表面时,种子层可以位于第一电极层121的上表面。进一步地,当声学换能单元120包括种子层时,振动单元130(例如,第一弹性层131、第二弹性层132)可以位于种子层背离压电层122的表面。在其他实施例中,种子层的材料也可以与压电层122的材料不同。
需要注意的是,叠层结构的形状不限于图1所示的矩形,还可以为三角形、梯形、圆形、半圆形、1/4圆形、椭圆形、半椭圆形等规则或不规则的形状,在此不做进一步限定。另外,叠层结构的数量也不限于图1所示的一个,还可以为2个、3个、4个或者更多。不同的叠层结构可以并排悬空设置于基体结构110的中空部分,也可以沿 着叠层结构各层的排列方向依次悬空设置于基体结构110的中空部分。
图3是根据本申请一些实施例所示的另一骨传导传声装置的结构示意图。图3所示的骨传导传声装置300与图1所示的骨传导传声装置100大体相同,其最大的区别之处在于图3所示的骨传导传声装置300的叠层结构的形状不同。如图3所示,骨传导传声装置300包括基体结构310和叠层结构,叠层结构的形状为梯形。进一步地,骨传导传声装置300中叠层结构的宽度由自由端至固定端渐缩。在其他的实施例中,骨传导传声装置300中叠层结构的宽度可以由自由端至固定端渐增。需要说明的是,这里的基体结构310的结构与基体结构110的结构相似,振动单元330的结构与振动单元130的结构相似。关于声学换能单元320的第一电极层321、压电层322和第二电极层323以及振动单元330中的第一弹性层331和第二弹性层332等各层的详细内容可以参见图1中声学换能单元120和振动单元130各层的内容。另外,声学换能单元120和振动单元130中的其他部件(例如,种子层)同样适用于图3所示的骨传导传声装置300,在此不做赘述。
图4是根据本申请另一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图。如图4所示,骨传导传声装置400可以包括基体结构410和叠层结构,其中,叠层结构的至少部分与基体结构410连接。在一些实施例中,基体结构410可以为内部中空的框架结构体,叠层结构的部分结构(例如,叠层结构远离基体结构410与叠层结构连接处的一端)可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是,框架结构体并不限于图4中所示的长方体状,在一些实施例中,框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。在一些实施例中,叠层结构可以以悬臂梁的形式与基体结构410固定连接。进一步地,叠层结构可以包括固定端和自由端,其中,叠层结构的固定端与框架结构体固定连接,叠层结构的自由端不与框架结构体连接或相接触,使得叠层结构的自由端可以悬空于框架结构体的中空部分。在一些实施例中,叠层结构的固定端可以与基体结构410的上表面、下表面或基体结构410中空部分所在的侧壁连接。在一些实施例中,基体结构410中空部分所在的侧壁处还可以设有与叠层结构的固定端相适配的安装槽,使得叠层结构的固定端与基体结构410配合连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备叠层结构和基体结构410后,将叠层结构和基体结构410通过焊接、铆接、卡接、螺栓等方式固定连接。在一些实施例中,在制备过程中,还可以通过物理沉积(例如,物理气相沉积)或者化学沉积(例如,化学气相沉积)的方式将叠层结构沉积在基体结构410上。在一些实施例中,基体结构410上可设置一个或多个叠层结构,例如,叠层结构的数量可以 是1个、2个、3个、7个等等。进一步地,多个叠层结构可以沿基体结构410的周向等距均匀排布,也可以不均匀排布。
在一些实施例中,叠层结构可以包括声学换能单元420和振动单元430。振动单元430可以位于声学换能单元420的上表面或下表面。在一些实施例中,振动单元430包括可以包括至少一个弹性层。弹性层可以为采用半导体材料制成的板状结构。在一些实施例中,半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中,声学换能单元420可以包括电极层和压电层423,其中,电极层包括第一电极421和第二电极422。在本说明书的实施例中,该压电层423可以基于压电效应,将在振动单元430的形变应力作用下产生电压(电势差),第一电极421和第二电极422可以将该电压(电信号)导出。在一些实施例中,第一电极421和第二电极422间隔设置于压电层423的同一个表面(例如,上表面或下表面),电极层与振动单元430位于压电层423的不同表面。例如,振动单元430位于压电层423的下表面时,电极层(第一电极421和第二电极422)可以位于压电层423的上表面。又例如,振动单元430位于压电层423的上表面时,电极层(第一电极421和第二电极422)可以位于压电层423的下表面。在一些实施例中,电极层和振动单元430还可以位于压电层423的同一侧。例如,电极层位于压电层423与振动单元430之间。在一些实施例中,第一电极421可以弯折成第一梳齿状结构4210,第一梳齿状结构4210可以包括多个梳齿结构,第一梳齿状结构4210的相邻梳齿结构之间具有第一间距,该第一间距可以相同或不同。第二电极422可以弯折成第二梳齿状结构4220,第二梳齿状结构4220可以包括多个梳齿结构,第二梳齿状结构4220的相邻梳齿结构之间具有第二间距,该第二间距可以相同或不同。第一梳齿状结构4210与第二梳齿状结构4220相配合形成电极层,进一步地,第一梳齿状结构4210的梳齿结构可以伸入第二梳齿状结构4220的第二间距处,第二梳齿状结构4220的梳齿结构可以伸入第一梳齿状结构4210的第一间距处,从而相互配合形成电极层。第一梳齿状结构4210和第二梳齿状结构4220互相配合,使得第一电极421和第二电极422排列紧凑,但不相交。在一些实施例中,第一梳齿状结构4210和第二梳齿状结构4220沿悬梁臂的长度方向(例如,从固定端到自由端的方向)延伸。在一些实施例中,压电层423优选压电陶瓷材料,当压电层423为压电陶瓷材料时,压电层423的极化方向与悬臂梁长度方向一致,利用压电陶瓷的压电常数d 33特性,极大地增强输出信号,提高灵敏度。压电常数d 33是指压电层323把机械能转换为电能的比例常数。需要注意的是,图4所示的压电层423还可以为其他材料,当其他材料的压电 层423的极化方向与悬臂梁厚度方向一致时,声学换能单元420可以替代为图1所示的声学换能单元120。
叠层结构与基体结构410之间发生相对运动时,叠层结构中的振动单元430不同位置的形变程度不同,也就是说,振动单元430不同位置对声学换能单元420的压电层423产生的形变应力不同,为了提高骨传导传声装置400的灵敏度,在一些实施例中,声学换能单元420能够仅设置于振动单元430形变程度较大的位置,从而提高骨传导传声装置400的信噪比。相应地,声学换能单元420的电极层和/或压电层423的面积可以不大于振动单元430的面积。在一些实施例中,为了进一步提高骨传导传声装置400的信噪比,声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积小于振动单元430的面积。优选地,声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积为不大于振动单元430面积的1/2。优选地,声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积不大于振动单元430面积的1/3。进一步优选地,声学换能单元420覆盖在振动单元430的面积为不大于振动单元430面积的1/4。进一步地,在一些实施例中,声学换能单元420可以靠近叠层结构与基体结构410的连接处。由于振动单元430(例如,弹性层)在靠近叠层结构与基体结构410的连接处受到外力作用时产生的形变程度较大,声学换能单元420在靠近叠层结构与基体结构410的连接处受到的形变应力也较大,因此,将声学换能单元420布置在该形变应力较大的区域,可以在提高骨传导传声装置400灵敏度的基础上,提高骨传导传声装置400的信噪比。需要注意的是,这里声学换能单元420的可以靠近叠层结构与基体结构410的连接处是相对于叠层结构的自由端而言的,也就是说声学换能单元420至叠层结构与基体结构410的连接处的距离小于声学换能单元420到自由端的距离。在一些实施例中,可以仅通过调整声学换能单元420中压电层423的面积和位置提高骨传导传声装置100的灵敏度和信噪比。例如,电极层全部覆盖或局部覆盖于振动单元430的表面,压电层423的面积可以不大于电极层的面积。优选地,压电层423覆盖在振动单元430的覆盖面积不大于电极层的面积的1/2。优选地,压电层423覆盖在振动单元430的覆盖面积不大于压电层423面积的1/3。进一步优选地,压电层423覆盖在振动单元430的覆盖面积不大于电极层面积的1/4。在一些实施例中,压电层423的面积可以与振动单元430的面积相同,电极层的全部区域可以位于压电层423处,且电极层的边缘可以与压电层423的边缘具有一定间距,使得电极层中的第一电极421和第二电极422避开压电层423边缘处材料质量不好的区域,从而进一步提高骨传导传声装置400的信噪比。
在一些实施例中,为了增大输出电信号,提高骨传导传声装置400的信噪比,可以通过调整声学换能单元420(例如,第一电极421、压电层423、第二电极422)、振动单元430(例如,弹性层)的形状、厚度、材料、尺寸(例如,长、宽、厚度)来提高骨传导传声装置400的信噪比和灵敏度。
在一些实施例中,为了增大输出电信号,提高骨传导传声装置400的信噪比,还可以通过调整第一梳齿状结构4210和第二梳齿状结构4220的单个梳齿结构的长度、宽度、梳齿结构间的间距(例如,第一间距和第二间距)以及整个声学换能单元420的长度,增大输出电压电信号,提高骨传导传声装置400的信噪比。
图5是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;图6是图5所示骨传导传声装置的局部结构的剖视图。如图5和图6所示,骨传导传声装置500可以包括基体结构510和叠层结构,其中,叠层结构的至少部分结构与基体结构510连接。在一些实施例中,基体结构510可以为内部中空的框架结构体,叠层结构的部分结构可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是,框架结构体并不限于图5中所示的长方体状,在一些实施例中,框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。
在一些实施例中,叠层结构可以包括声学换能单元520和振动单元。在一些实施例中,振动单元可以设置于声学换能单元520上表面或下表面。如图5所示,振动单元包括悬膜结构530,悬膜结构530通过周侧与基体结构510连接而固定在基体结构510上,悬膜结构530的中心区域悬空设置于基体结构510的中空部分。在一些实施例中,悬膜结构530可以位于基体结构510的上表面或下表面。在一些实施例中,悬膜结构530的周侧还可以与基体结构510中空部分的内壁连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备悬膜结构530和基体结构510后,将悬膜结构530通过机械固定方式(例如,强力粘结、铆接、卡夹、镶嵌等方式)固定于基体结构510的上表面、下表面或基体结构510中空部分的侧壁,或者在制备过程中,通过物理沉积(例如,物理气相沉积)或者化学沉积(例如,化学气相沉积)的方式将悬膜结构530沉积在基体结构510上。在一些实施例中,悬膜结构530可以包括至少一个弹性层。弹性层可以为采用半导体材料制成的膜状结构。在一些实施例中,半导体材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中,悬膜结构530的形状可以为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形等多边形,或者其他任意形状。
在一些实施例中,声学换能单元520可以位于悬膜结构530的上表面或下表面。 在一些实施例中,悬膜结构530可以包括多个孔5300,多个孔5300围绕声学换能单元520的中心沿声学换能单元520的周向分布。可以理解的,在悬膜结构530上设置若干个孔5300,可以调整悬膜结构530不同位置的刚度,使得多个孔5300附近的区域处的悬膜结构530的刚度降低,远离多个孔5300处的悬膜结构530的刚度则相对较大,当悬膜结构530与基体结构510发生相对运动时,多个孔5300附近区域处的悬膜结构530形变程度较大,远离多个孔5300区域的悬膜结构530形变程度较小,此时,将声学换能单元520放置在悬膜结构530上多个孔5300附近的区域处,可以更有利于声学换能单元520采集振动信号,从而有效提高骨传导传声装置500的灵敏度,同时骨传导传声装置500中的各部件结构较为简单,便于生产或组装。在一些实施例中,悬膜结构530处的孔5300可以为圆形孔、椭圆形孔、方形孔、其他多边形孔等任意形状。在一些实施例中,还可以通过改变多个孔5300的大小、数量、间隔距离、位置来调整骨传导传声装置500的谐振频率(使得谐振频率在2kHz-5kHz)和应力分布等,以提高骨传导传声装置500的灵敏度。需要注意的是,谐振频率不限于上述的2kHz-5kHz,还可以为3kHz-4.5kHz,或者4kHz-4.5kHz,谐振频率的范围可以根据不同的应用场景进行适应性调整,在此不做作进一步限定。
结合图5和图6,在一些实施例中,声学换能单元520可以包括由上至下依次设置的第一电极层521、压电层522和第二电极层523,其中,第一电极层521和第二电极层523的位置可以互换。压电层522可以基于压电效应,在振动单元(例如,悬膜结构530)的形变应力作用下产生电压(电势差),第一电极层521和第二电极层523可以将该电压(电信号)导出。在一些实施例中,压电层522的材料可以包括压电晶体材料和压电陶瓷材料。压电晶体是指压电单晶体。在一些实施例中,压电晶体材料可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH 2PO 4、NaKC 4H 4O 6·4H 2O(罗息盐)、食糖等,或其任意组合。压电陶瓷材料是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中,压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅、氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)等,或其任意组合。在一些实施例中,压电层522还可以为压电聚合物材料,例如,聚偏氟乙烯(PVDF)。在一些实施例中,第一电极层521和第二电极层523采用为导电材质结构。示例性的导电材质可以包括金属、合金材料、金属氧化物材料、石墨烯等,或其任意组合。在一些实施例中,金属与合金材料可以包括镍、铁、铅、铂、钛、铜、钼、锌等,或其任意组合。在一些实施例 中,合金材料可以包括铜锌合金、铜锡合金、铜镍硅合金、铜铬合金、铜银合金等,或其任意组合。在一些实施例中,金属氧化物材料可以包括RuO 2、MnO 2、PbO 2、NiO等,或其任意组合。
如图5所示,在一些实施例中,多个孔5300围成圆形区域,为了提高声学换能单元520的声压输出效果,声学换能单元520可以设置于悬膜结构530上靠近多个孔5300的区域,进一步地,声学换能单元520可以为环状结构,沿多个孔5300围成的圆形区域的内侧分布。在一些实施例中,呈环状结构的声学换能单元520还可以沿多个孔5300围成的圆形区域的外侧分布。在一些实施例中,声学换能单元520的压电层522可以为压电环,位于压电环上下表面的第一电极层521和第二电极层523则可以为电极环。在一些实施例中,声学换能单元520上还开设有引线结构5200,该引线结构5200用于将电极环(例如,第一电极层521和第二电极层523)采集到的电信号输送给后续电路。在一些实施例中,为了提高骨传导传声装置500的输出电信号,声学换能单元520(例如,环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以为100um-400um。优选地,声学换能单元520(例如,环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以150um-300um。进一步优选地,声学换能单元520(例如,环状结构)的边缘至每个孔5300中心的径向方向的间距可以150um-250um。
在一些实施例中,还可以通过调整引线结构5200的形状、尺寸(例如,长度、宽度、厚度)、材质提高骨传导传声装置500的输出电信号。
在一些替代性的实施例中,还可以通过调整悬膜结构530不同区域的厚度或密度来改变悬膜结构530不同位置的形变应力。仅作为示例性说明,在一些实施例中,声学换能单元520设置为环状结构,悬膜结构530上位于环状结构内侧区域的厚度大于位于环状结构外侧区域的厚度。在另一些实施例中,悬膜结构530位于环状结构内侧区域的密度大于位于环状结构外侧区域的密度。通过改变悬膜结构530不同位置的密度或厚度,使得位于环状结构内侧区域的悬膜质量大于位于环状结构外侧区域的悬膜质量,在悬膜结构530与基体结构510发生相对运动时,声学换能单元520的环状结构附近的悬膜结构530发生的形变程度较大,产生的形变应力也较大,从而提高骨传导传声装置500的输出电信号。
需要注意的是,多个孔5300围成的区域形状不限于图5所示的圆形,还可以为半圆形、1/4圆形、椭圆形、半椭圆形、三角形、长方形等其它规则或不规则的形状,声学换能单元520的形状可以根据多个孔5300围成的区域形状进行适应性调整,例如, 多个孔5300围成的区域形状为长方形时,声学换能单元520的形状可以为长方形,呈长方形的声学换能单元520可以沿多个孔5300围成的长方形的内侧或外侧分布。又例如,多个孔5300围成的区域形状为半圆形时,声学换能单元520的形状可以为半环形,呈半环形的声学换能单元520可以沿多个孔5300围成的长方形的内侧或外侧分布。在一些实施例中,图5中的悬膜结构530上可以不开孔。
图7是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图。图7所示的骨传导传声装置700与图5所示的骨传导传声装置500的结构大体相同,其区别之处在于,图7所示的骨传导传声装置700的振动单元包括悬膜结构730和质量元件740。
如图7所示,骨传导传声装置700可以包括基体结构710和叠层结构,其中,叠层结构的至少部分结构与基体结构710连接。在一些实施例中,基体结构710可以为内部中空的框架结构体,叠层结构的部分结构可以位于该框架结构体的中空部分。需要注意的是,框架结构体并不限于图7中所示的长方体状,在一些实施例中,框架结构体可以为棱台、圆柱体等规则或不规则的结构体。
在一些实施例中,叠层结构可以包括声学换能单元720和振动单元。在一些实施例中,振动单元可以设置于声学换能单元720上表面或下表面。如图7所示,振动单元包括悬膜结构730和质量元件740,质量元件740可以位于悬膜结构730的上表面或下表面。在一些实施例中,悬膜结构730可以位于基体结构710的上表面或下表面。在一些实施例中,悬膜结构730的周侧还可以与基体结构710中空部分的内壁连接。这里的“连接”可以理解为在分别制备悬膜结构730和基体结构710后,将悬膜结构730通过机械固定方式(例如,强力粘结、铆接、卡夹、镶嵌等方式)固定于基体结构710的上表面、下表面或基体结构710中空部分的侧壁;或者在制备过程中,通过物理沉积(例如,物理气相沉积)或者化学沉积(例如,化学气相沉积)的方式将悬膜结构730沉积在基体结构710上。当振动单元与基体结构710发生相对运动时,质量元件740和悬膜结构730的自身重量不同,悬膜结构730上质量元件740所在区域或附近区域的形变程度大于悬膜结构730上远离质量元件740的区域的形变程度,为了提高骨传导传声装置700的输出声压,声学换能单元720可以沿质量元件740的周向分布。在一些实施例中,声学换能单元720的形状可以与质量元件740的形状相同或不同。优选地,声学换能单元720的形状可以与质量元件740的形状相同,使得声学换能单元720的各个位置均可以靠近质量元件740,从而进一步提高骨导传声装置700的输出电信号。例如,质量元件740为圆柱状结构,声学换能单元720可以为环状结构,呈环状结构的声学换 能单元720的内径大于质量元件740的半径,使得声学换能单元720沿质量元件740的周向设置。在一些实施例中,声学换能单元720可以包括第一电极层和第二电极层以及位于两个电极层之间的压电层,第一电极层、压电层和第二电极层组合成与质量元件740形状适配的结构体。例如,质量元件740为圆柱状结构,声学换能单元720可以为环状结构,此时第一电极层、压电层和第二电极层均为环状结构,三者之间由上至下依次设置组合成为环状结构。
在一些实施例中,声学换能单元720与质量元件740可以分别位于悬膜结构730的不同侧,或者位于悬膜结构730的同侧。例如,声学换能单元720与质量元件740都位于悬膜结构730上表面或下表面,声学换能单元720沿质量元件740的周向分布。又例如,声学换能单元720位于悬膜结构730的上表面,质量元件740位于悬膜结构730的下表面,此时质量元件740在悬膜结构730处的投影在声学换能单元720的区域之内。
在一些实施例中,可以通过改变质量元件740的大小、形状、位置,以及压电层的位置、形状、大小来提高骨传导传声装置700的输出电信号。在一些实施例中,还可以通过改变悬膜结构730的形状、材料、大小来提高骨传导传声装置700的声压输出效果。这里声学换能单元720的第一电极层、第二电极层和压电层与图5中的声学换能单元520的第一电极层521、第二电极层523和压电层522的结构和参数等相类似,悬膜结构730与悬膜结构530的结构和参数等相类似,导线结构7200与引线结构5200的结构相类似,在此不做进一步赘述。
图8是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图;图9是图8所示的骨传导传声装置的平面示意图;图10是图9所示的骨传导传声装置的C-C处的剖视图。如图8-10所示,振动单元包括至少一个支撑臂830和质量元件840,质量元件840通过至少一个支撑臂830与基体结构810连接。支撑臂830的数量可以是一个、两个、四个、六个等。在一些实施例中,基体结构810与支撑臂830之间以及质量元件840与支撑臂830之间,可以通过焊接、粘接等方式连接起来。在一些实施例中,基体结构810和支撑臂830可以在同一基底材料(如硅片的衬底)上通过微纳加工工艺加工出。或者,基体结构810、支撑臂830和质量元件840三者可以在一个基底材料(如硅片的衬底)上通过微纳加工工艺加工出。在一些实施例中,声学换能单元820可以位于至少一个支撑臂830的上表面、下表面或内部。
如图8所示,基体结构810为长方体框架结构。在一些实施例中,基体结构810 的内部可以包括中空部分(如图10中所示的中空的内腔811),该中空部分用于放置声学换能单元820和振动单元。在一些实施例中,基体结构810可以包括具有中空的内腔811的框架结构体,支撑臂830和质量元件840均设于内腔811中,支撑臂830的一端与基体结构810连接,而其另一端与质量元件840连接。在一些实施例中,中空部分(如中空的内腔811)的垂直于厚度方向(图10中箭头所示的方向)的截面的形状可以为圆形、四边形(例如,长方形、平行四边形)、五边形、六边形、七边形、八边形等其它规则或不规则的形状。在一些实施例中,垂直于厚度方向的截面的形状为长方形的中空部分的任一边长的尺寸可以为0.8mm-2mm。在一些实施例中,任一边长的尺寸可以为1mm-1.5mm。在一些实施例中,基体结构810的中空的内腔811的形状可以与质量元件840的形状相对应。例如,当内腔811的垂直于厚度方向的截面形状是长方形时,质量元件840的垂直于厚度方向的截面的形状也是长方形。
在一些实施例中,支撑臂830的数量是两个以上,两个以上支撑臂830围绕质量元件840设置。例如,支撑臂830的数量可以是两个、三个、四个、六个、七个等。在一些实施例中,质量元件840的垂直于厚度方向的截面为多边形,支撑臂830的数量与多边形的边数相对应。例如,支撑臂830的数量可以与多边形的边数相等。又例如,支撑臂830的数量可以是多边形的边数的若干倍,如两倍、三倍、五倍等。仅作为示例,当质量元件840的垂直于厚度方向的截面为四边形时,支撑臂830的数量为四个。四个支撑臂830可以分别与四边形的四条边相连。或者,当质量元件840的垂直于厚度方向的截面为四边形时,支撑臂830的数量为八个。其中,每两个支撑臂830与四边形的四条边的其中一条边相连。通过这样的设置,可以使得支撑臂830与质量元件840受力更加均匀。在一些实施例中,各个支撑臂830与质量元件840的连接处可以关于质量元件840的中心呈旋转对称布置,以使得支撑臂830与质量元件840的受力更加均匀。
在一些实施例中,振动单元可以包括四个支撑臂830和质量元件840,四个支撑臂830的一端与基体结构810的上表面、下表面或基体结构810中空部分所在的侧壁连接,四个支撑臂830的另一端与质量元件840的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中,质量元件840可以相对于支撑臂830向上凸出和/或向下凸出。例如,四个支撑臂830的端部与质量元件840的上表面连接时,质量元件840可以相对于支撑臂830向下凸出。又例如,四个支撑臂830的端部与质量元件840的下表面连接时,质量元件840可以相对于支撑臂830向上凸出。再例如,四个支撑臂830的端部与质量元件840周向的侧壁连接时,质量元件840可以相对于支撑臂830向上凸出和向下凸出。 在一些实施例中,质量元件840的上表面与支撑臂830的上表面基本在同一水平面上。在另一些实施例中,质量元件840的下表面与支撑臂830的下表面基本在同一水平面上。在又一些实施例中,质量元件840的上表面与支撑臂830的上表面基本在同一水平面上,同时质量元件840的下表面与支撑臂830的下表面基本在同一水平面上。在一些实施例中,支撑臂830的形状为矩形,也就是说,支撑臂830的垂直于厚度方向的截面的形状为矩形。其中,矩形的对边中的一条与质量元件840连接,而对边中的另一条与基体结构810连接。
在一些实施例中,如图9所示,支撑臂830的长度X是100um~500um。在一些实施例中,支撑臂830的长度X是150um~350um。在一些实施例中,支撑臂830的宽度Y是150um~400um。在一些实施例中,支撑臂830的宽度Y是250um~350um。通过对支撑臂830的尺寸设计和调节,可以调节支撑臂830的刚度,从而调节骨传导传声装置800的谐振频率。
进一步地,骨传导传声装置800可以包括声学换能单元820。如图10所示,声学换能单元820可以包括由上至下依次设置的第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823,第一电极层821或第二电极层823与支撑臂830(例如,弹性层824)的上表面或下表面连接。例如,可以是第一电极层821的上表面与支撑臂830的下表面连接,也可以是第二电极层823的下表面与支撑臂830的上表面连接。第一压电层822可以基于压电效应,在振动单元(例如,支撑臂830和质量元件840)的形变应力作用下产生电压(电势差),第一电极层821和第二电极层823可以将该电压(电信号)导出。为了使骨传导传声装置800的谐振频率在特定频率范围(例如,2000Hz-5000Hz)内,可以调整声学换能单元820(例如,第一电极层821、第二电极层823和第一压电层822)、振动单元(例如,支撑臂830)的材料和厚度来实现。
在一些实施例中,第一电极层821的厚度可以为80nm-250nm。在一些实施例中,第一电极层821的厚度为100nm-150nm。在一些实施例中,第二电极层823的厚度可以为80nm-250nm。在一些实施例中,第二电极层823的厚度为100nm-200nm。在一些实施例中,第一压电层822的厚度可以为0.8um-2um。在一些实施例中,第一压电层822的厚度为0.8um-1.5um。通过设计和调节第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823的厚度,可以调节第一压电层822在骨传导传声装置800振动的过程中受到的形变应力的大小,以使得第一压电层822可以受到较大的形变应力,从而使得声学换能单元820产生较大的电信号。
在一些实施例中,第一电极层821和第二电极层823的材质可以是Mo、Cu、Al、Ti、Au等半导体中常用的金属材料的一种或多种的组合。在一些实施例中,第一压电层822的材质可以是氮化铝(AlN)、锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)、氧化锌(ZnO)等。在一些实施例中,可以在基底材料(如硅片)上根据骨传导传声装置800所需的功能,采用微纳加工工艺制作出的骨传导传声装置800的结构。例如,可以在基底材料上通过电子束蒸镀法或物理气相沉积法(PVD)的磁控溅射法等方式制备出第二电极层823。然后,可以在第二电极层823上通过电子束蒸镀法或物理气相沉积法(PVD)的磁控溅射法等方式制备出第一压电层822。最后,可以在第一压电层822上再次通过电子束蒸镀法或物理气相沉积法(PVD)的磁控溅射法等方式制备出第一电极层821。在一些实施例中,可以在基底材料上制备刻蚀阻挡层(例如在制备第二电极层823之前),刻蚀阻挡层的能够便于精确控制电极层(如第一电极层或第二电极层)尺寸,刻蚀阻挡层还可以防止后续的刻蚀工艺损伤基底材料。具体地,可以在基底材料上通过化学气相沉积法(CVD)或者热氧化法等方式制备刻蚀阻挡层。刻蚀阻挡层厚度可为100nm-2um,在一些实施例中,刻蚀阻挡层厚度可为300nm-1um。
在一些实施例中,第一电极层821、第一压电层822和/或第二电极层823的面积不大于支撑臂830的面积,第一电极层821、第一压电层822和/或第二电极层823的局部或全部覆盖至少一个支撑臂830的上表面或下表面。在一些实施例中,当第一压电层822位于第一电极层821与支撑臂830之间时(例如,第一电极层821和第一压电层822由上至下设置在支撑臂的上表面时,或者第一电极层821和第一压电层822由下至上设置在支撑臂的下表面时),第一电极层821的面积不大于第一压电层822的面积,第一电极层821的全部区域位于第一压电层822表面。在另一些实施例中,第一电极层821的面积可以与第一压电层822的面积相等。
在一些实施例中,声学换能单元820的第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823位于质量元件840和支撑臂830连接的一端。在另一些实施例中,声学换能单元820的第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823位于支撑臂830与基体结构810连接的一端。在又一些实施例中,声学换能单元820的第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823位于质量元件840和支撑臂830连接的一端,同时声学换能单元820的第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823也位于支撑臂830与基体结构810连接的一端。质量元件840和支撑臂830连接的一端和支撑臂830与基体结构810连接的一端在振动单元的振动过程中具有较大的形变应力,因此声学换 能单元820的第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823设置在这两个区域,用于生成较大的电信号。
在一些实施例中,质量元件840可以位于第一电极层821或第二电极层823的上表面或下表面。例如,质量元件840可以位于第一电极层821的上表面,或者质量元件840可以位于第二电极层823的下表面。在另一些实施例中,质量元件840的上表面可以与第一电极层821的上表面平齐或基本平齐。在又一些实施例中,质量元件840的下表面可以与第二电极层823的下表面平齐或基本平齐。在另一些实施例中,质量元件840的上表面可以与第一电极层821的上表面平齐或基本平齐,同时质量元件840的下表面可以与第二电极层823的下表面平齐或基本平齐。
在一些实施例中,如图10所示,声学换能单元820可以包括至少一个弹性层824。至少一个弹性层824可以位于上述第一电极层821或第二电极层823的上表面和/或下表面。例如,至少一个弹性层824可以位于第一电极层821的上表面,或者弹性层824可以位于第二电极层823的下表面。在一些实施例中,当支撑臂830为多个弹性层824时,声学换能单元820还可以位于多个弹性层824之间。弹性层824可以在振动过程中发生形变,第一压电层822可以基于弹性层824的形变产生电信号,第一电极层821和第二电极层823可以对该电信号进行采集。在一些实施例中,弹性层824的厚度可以为0.5um-10um。在一些实施例中,弹性层824的厚度为2-6um。通过对弹性层824的厚度的设计和调节,可以调节第一压电层822在骨传导传声装置800振动的过程中受到的形变应力的大小。
在一些实施例中,弹性层824的厚度是第一压电层822的厚度的1-6倍。在一些优选的实施例中,弹性层824的厚度是第一压电层822的厚度的1-3倍。通过这样的厚度的设置,可以使第一压电层822远离中性层831,增大第一压电层822受到的形变应力的大小。
在一些实施例中,弹性层824可以为采用半导体材料制成的板状结构。在一些实施例中,半导体材料可以包括硅、二氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化锌、碳化硅等。在一些实施例中,当声学换能单元包括两个以上弹性层824时,不同弹性层824的材料可以相同或不同。在一些实施例中,弹性层824可以为单层结构(如单种材料制成的层结构)。单层结构的材料可以包括但不限于硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或碳化硅(SiC)等。在一些实施例中,弹性层824也可以包括多层结构(如多种材料组成的多层结构,每层结构可以由单种材料制成)。例如,多层结构可以由硅和二氧化 硅的组合材料、硅和氮化硅的组合材料等制成。在一些实施例中,可以在刻蚀阻挡层或基底材料上通过化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)等方法制备一层或多层弹性层824。
在一些实施例中,声学换能单元820还可以包括绑线电极层826(PAD层),绑线电极层826可以位于第一电极层821和第二电极层823上,通过外部绑线(例如,金线、铝线等)的方式将第一电极层821和第二电极层823与外部电路连通,从而将第一电极层821和第二电极层823之间的电压信号引出至后端处理电路。在一些实施例中,绑线电极层826的材料可以包括铜箔、钛、铜等。在一些实施例中,绑线电极层826的厚度可以为100nm-200nm。在一些实施例中,绑线电极层826的厚度可以为150nm-200nm。通过对绑线电极层826的厚度的设计和调节,可以调节第一压电层822在骨传导传声装置800振动的过程中受到的形变应力的大小。
在一些实施例中,绑线电极层826设于基体结构810上。例如,绑线电极层826可以设于基体结构810的上表面或下表面上。绑线电极层826可以用于从基体结构810引出电信号。在一些实施例,电信号可以由下文的电极引线860从第一电极层821或第二电极层823引导基体结构810上。绑线电极层826可以通过金属剥离工艺(LIFT-OFF工艺)或先沉积后刻蚀等制作工艺进行制备。绑线电极层826可以在第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823均制备完成后进行制备。
在一些实施例中,声学换能单元820还可以包括第一种子层825。在一些实施例中,第一种子层825可以位于第二电极层823与支撑臂830之间。在一些实施例中,第一种子层825可以位于弹性层824与第一电极层821之间或弹性层824与第二电极层823之间。在一些实施例中,第一种子层825的材料可以与第一压电层822的材料相同。例如,第一压电层822的材料为AlN时,第一种子层825的材料也为AlN。在一些实施例中,第一种子层825的材料还可以与第一压电层822的材料不同。需要注意的是,上述骨传导传声装置800的谐振频率的特定频率范围不限于2000Hz-5000Hz,还可以为4000Hz-5000Hz,或者2300Hz-3300Hz等,特定频率范围可以根据实际情况进行调整。另外,当质量元件840相对于支撑臂830向上凸出时,声学换能单元820可以位于支撑臂830的下表面,第一种子层825可以位于质量元件840与支撑臂830之间。在一些实施例中,第一种子层825的厚度可以为10-120nm。在一些实施例中,第一种子层825的厚度为40-80nm。通过对第一种子层825的厚度的设计和调节,可以调节第一压电层822在骨传导传声装置800振动的过程中受到的形变应力的大小。
通过设置第一种子层825,可以为其它层提供良好的生长表面结构体。例如,弹性层824可能难以稳定地附着在电极层(第一电极层821或第二电极层823)上,因此,可以先在电极层(第一电极层821或第二电极层823)上附着第一种子层825,再将弹性层824附着在第一种子层825上,以实现各层之间的稳定连接。在一些实施例中,第一种子层825可以制备在弹性层824的上表面。第一种子层825可以通过化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)等方法制备。
在一些实施例中,弹性层824可以设于支撑臂830与第一电极层821之间,第一种子层825可以设于弹性层824与第一电极层821之间。或者,弹性层824可以设于支撑臂830与第二电极层823之间,第一种子层825可以设于弹性层824与第二电极层823之间。例如,当声学换能单元820设于支撑臂830的上表面时;弹性层824、第一种子层825、第二电极层823、第一压电层822和第一电极层821由下至上依次设置。或者,当声学换能单元820设于支撑臂830的下表面时,弹性层824、第一种子层825、第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823由上至下依次设置。通过这样的设置,可以保证产生的较大的电信号,且声学换能单元820的各层结构之间连接稳定。
图11是根据图8所示的振动状态的骨传导传声装置的主视图,图12是根据图11所示的骨传导传声装置D-D处的剖视图。如图11和图12所示,骨传导传声装置800的振动单元(如支撑臂830)在应变时存在中性层831,中性层831在支撑臂830发生形变时形变应力为零。也就是说,中性层831是支撑臂830在发生形变时形变应力为零的位置层。压电材料(即第一压电层822)输出电信号的大小与应力大小有关,厚度方向各层的厚度会影响各层在相同振动信号下的应力分布。由于中性层831是形变应力为零的位置层,在支撑臂830发生形变的过程中,在厚度方向上越靠近中性层831的位置,形变应力越小。
基于前述内容,在本申请提供的实施例中,通过对弹性层824及其他层级结构的厚度设计与连接顺序设计,使得第一压电层822与中性层831不重合,从而保证第一压电层822能够受到形变应力,进而使得第一压电层822能够与第一电极层821和/或第二电极层823相互作用而产生电信号。进一步地,通过本案实施例中各层的厚度设计,可以使得第一压电层822能够尽可能地远离中性层831,以使得第一压电层822所受到形变应该尽可能地大,从而使得输出的电信号尽可能大,从而使得装置灵敏度尽可能大。
在一些实施例中,质量元件840可以为单层结构或多层结构。在一些实施例中, 质量元件840为多层结构,质量元件840的层数、每层结构对应的材料、参数可以与支撑臂830的弹性层824和声学换能单元820相同或不同。在一些实施例中,质量元件840的形状可以为圆形、半圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等规则或不规则形状。在一些实施例中,质量元件840的厚度可以与支撑臂830和声学换能单元820的总厚度相同或不同。关于质量元件840为多层结构时的材料和尺寸可以参考声学换能单元820,在此不做赘述。另外,这里声学换能单元820的各层结构的材料和参数也可以应用于图1、图3、图4、图5、图7所示的骨传导传声装置。
在一些实施例中,质量元件840包括由下至上依次设置的第三电极层、第二压电层以及第四电极层。第三电极层的材质、功能和制作方法可以与第一电极层821的材质、功能和制作方法类似,第二压电层的材质、功能和制作方法可以与第一压电层822的材质、功能和制作方法类似,第四电极层的材质、功能和制作方法可以与第二电极层823的材质、功能和制作方法类似,此处不再赘述。在一些实施例中,质量元件840还可以包括基底层。基底层承载第三电极层、第二压电层和第四电极层,并可以增加质量元件840的重量,提高质量元件840的惯性,进而提高骨传导传声装置800的灵敏度。在一些实施例中,质量元件840还包括设于基底层与第三电极层之间的第二种子层。第二种子层的材质、功能和制作方法与第一种子层825的材质、功能和制作方法类似,此处不再赘述。在一些实施例中,基底层的厚度为20um-400um。在一些实施例中,基底层的厚度可以为300um-400um。在一些实施例中,基底层的厚度可以为200um-300um。
在一些实施例中,质量元件840的沿垂直于厚度方向的截面的形状为四边形。在一些实施例中,质量元件840的沿垂直于厚度方向的截面的形状为矩形。在一些实施例中,该矩形的至少一条边的长度可以为600um~1200um。在一些实施例中,该矩形的至少一条边的长度可以为750um~1050um。
在一些实施例中,质量元件840和支撑臂830上的声学换能单元820可以在不同的基底材料(如不同的硅片)上进行制备,也可以在相同的基底材料上进行制备。当质量元件840和支撑臂830上的声学换能单元820在不同的基底材料上进行制备时,质量元件840可以在基底材料上通过光刻、刻蚀等工艺而制备出。然后,可以将制备有质量元件840的硅基底材料与制备有支撑臂830和基体结构810的基底材料进行晶圆级键合。在一些实施例中,键合区域可以为质量元件840的区域。在另一些实施例中,键合区域可以包括质量元件840区域和基体结构810的部分区域。在一些实施例中,基体结构810上的键合区域的面积可以占基体结构810的沿垂直于厚度方向的截面的面积 10%-90%。在一些实施例中,可以采用晶圆减薄工艺去除质量元件840所在基底材料上除了质量元件840以外多余的材料。在另一些实施例中,可以在制备支撑臂830的基底材料上进一步制备质量元件840。具体地,可以在制备支撑臂830的基底材料的另一侧(制备支撑臂830的相对侧)进行匀胶及光刻显影处理等操作,再使用深硅刻蚀工艺,刻蚀至一定深度。然后再进一步使用深硅刻蚀工艺,刻蚀出质量元件840。
在一些实施例中,声学换能单元820可以至少包括有效声学换能单元。有效声学换能单元是指为最终贡献电信号的声学换能单元的部分结构。在一些实施例中,有效声学换能单元可以包括第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823三者的重叠区域。例如,第一电极层821、第一压电层822以及第二电极层823的形状和面积均相同,并部分覆盖支撑臂830(或弹性层824),则第一电极层821、第一压电层822、第二电极层823为有效换能单元。又例如,第一电极层821、第一压电层822部分覆盖支撑臂830,第二电极层823全部覆盖支撑臂830,则第一电极层821、第一压电层822以及第二电极层823中与第一电极层821对应部分组成有效声学换能单元。再例如,第一电极层821部分覆盖支撑臂830,第一压电层822和第二电极层823均全部覆盖支撑臂830,则第一电极层821、第一压电层822与第一电极层821对应部分以及第二电极层823中与第一电极层821对应部分组成有效换能单元。再例如,第一电极层821、第一压电层822、第二电极层823全部覆盖支撑臂830,但第一电极层821通过设置绝缘沟道(例如,电极绝缘沟道850)使得第一电极层821分隔为多块独立电极,则第一电极层821中引出电信号的独立电极部分以及对应第一压电层822、第二电极层部分823为有效换能单元。第一电极层821中未引出电信号的独立电极区域、以及第一电极层821中未引出电信号的独立电极和绝缘沟道对应的第一压电层822、第二电极层823区域不提供电学信号,主要提供力学作用。为了提高骨传导传声装置800的信噪比,可以将有效声学换能单元设置于支撑臂830靠近质量元件840处或靠近支撑臂830与基体结构810的连接处。在一些实施例中,将有效声学换能单元设置在支撑臂830靠近质量元件840的位置。在一些实施例中,当有效声学换能单元设置于支撑臂830靠近质量元件840处或靠近支撑臂830与基体结构810的连接处时,有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积(支撑臂830的垂直于厚度方向的截面的面积)的比值为5%-40%。在一些实施例中,有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积(支撑臂830的垂直于厚度方向的截面的面积)的比值为25%-40%。进一步在一些实施例中,有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积(支撑臂 830的垂直于厚度方向的截面的面积)的比值为30%-35%。
信噪比(SIGNAL-NOISERATIO,简称SNR)是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比值。在骨传导传声装置中,信噪比越大,意味着骨传导传声装置的电信号强度较大而噪声较小,骨传导传声装置的效果越好。因此,信噪比是骨传导传声装置的设计过程中一个十分重要的参数,在一些实施例中,信噪比SNR与骨传导传声装置的灵敏度v s和为骨传导传声装置的本底噪声v ntrms相关。在一些实施例中,信噪比SNR与骨传导传声装置的灵敏度v s呈正相关,信噪比SNR与骨传导传声装置的本底噪声v ntrms呈负相关。在一些实施例中,信噪比SNR与
Figure PCTCN2021082492-appb-000003
呈正相关。在一些实施例中,骨传导传声装置的信噪比SNR可以按照下述公式(1)计算:
Figure PCTCN2021082492-appb-000004
其中,v s为骨传导传声装置的灵敏度。v s与压电常数、压电层(如第一压电层822)的内部应力相关,其中压电常数与压电层的材料相关,压电层的内部应力与骨传导传声装置的结构、外部载荷相关。在一些实施例中,可以在建立模型后,借助有限元数值计算方法,求解不同骨传导传声装置的结构在相应外部载荷下的灵敏度值v s。v ntrms为骨传导传声装置的本底噪声,骨传导传声装置的本底噪声v ntrms可以由放大电路(ASIC)本底噪声值v narms和换能器(声学换能单元)本底噪声值v nsrms等参数来确定。骨传导传声装置的本底噪声v ntrms与放大电路(ASIC)本底噪声值v narms以及换能器本底噪声值v nsrms均呈正相关。v narms为放大电路(ASIC)本底噪声值,其可以在放大电路设计过程中计算或从生产厂获知。在一些实施例中,骨传导传声装置的本底噪声v ntrms可以与玻尔兹曼常数κ B、华氏温度T、静电力常数k、压电层(如第一压电层822)的介电损耗tanδ、压电层(如第一压电层822)的介电常数ε r、压电层(如第一压电层822)的厚度d、骨传导传声装置的有效声学换能单元的面积S、骨传导传声装置本底噪声低频截止频率f 0,骨传导传声装置本底噪声高频截止频率f 1等参数相关。
一些实施例中,骨传导传声装置的本底噪声v ntrms可以与玻尔兹曼常数κ B、华氏温度T、静电力常数k、压电层(如第一压电层822)的介电常数ε r、压电层(如第一压电层822)的厚度d以及骨传导传声装置本底噪声高频截止频率f 1等参数呈正相关。骨传导传声装置的本底噪声v ntrms可以与骨传导传声装置的有效声学换能单元的面积S、骨传导传声装置本底噪声低频截止频率f 0、压电层(如第一压电层822)的介电损耗tanδ呈负相关。在一些实施例中,骨传导传声装置的本底噪声v ntrms可以由以下公式(2)计 算:
v ntrms=f(v nsrms,v narms)=f(κ B,T,k,tanδ,ε r,d,S,f 1,f 0,v narms,ASIC增益)   (2)
其中,ASIC增益为放大电路的增益,其可以在放大电路设计过程中计算或从生产厂获知。κ B为玻尔兹曼常数,T为华氏温度,k为静电力常数,tanδ为压电层(如第一压电层822)的介电损耗,ε r为压电层(如第一压电层822)的介电常数,d为压电层(如第一压电层822)的厚度,S为骨传导传声装置的有效声学换能单元的面积,f 0为骨传导传声装置本底噪声低频截止频率,f 1为骨传导传声装置本底噪声高频截止频率。
将公式(2)代入公式(1)即可得到确定骨传导传声装置的信噪比SNR的公式(3):
Figure PCTCN2021082492-appb-000005
公式(3)中各参数的意义请参见上文的解释。在上述公式(3)中,压电材料介电损耗tanδ、压电材料介电常数ε r与压电层(如第一压电层822)的材料相关。由上述公式(3)可以看出,信噪比与有效声学换能单元的面积、压电层(如第一压电层822)的厚度、压电层(如第一压电层822)的材料、灵敏度(灵敏度受到骨传导传声装置的材料和结构的影响)等因素有关。
根据本专利中提出的骨传导传声装置信噪比(SNR)求解公式,分别设计电极层(第一电极层821和第二电极层823)、压电层(第一压电层822和第二压电层)、弹性层824以及质量元件840等的材料,以及设计骨传导传声装置的结构,使得设计方案能够满足谐振频率f 0的范围要求的同时,骨传导传声装置信噪比(SNR)最大化。例如,设计为支撑臂加质量元件的结构(或者悬臂梁的结构、打孔悬膜的结构、悬膜加质量元件的结构等),以及设计骨传导传声装置的不同构件的尺寸,例如设计支撑臂830、质量元件840等的长度、宽度、厚度以及有效声学换能单元的面积等。仅作为示例,在支撑臂加质量元件的结构中,可以通过设计声学换能单元820、支撑臂830及质量元件840的各部分的材料、尺寸等,来调节支撑臂830的刚度和质量元件840的质量,以使支撑臂830处出现应力集中。支撑臂830处应力集中可以使得骨传导传声装置的输出电信号增大,从而使得骨传导传声装置的输出灵敏度及信噪比最大化。在上述设计过程中,为了保证设计骨传导传声装置具有较好的可靠性,可以通过对材料、结构以及不同构件的尺寸的调整来调节信噪比SNR,使其SNR小于最大化的SNR,例如,设计SNR为最 大化SNR 80%-100%;设计SNR为最大化SNR 50%-100%;设计SNR为最大化SNR20%-100%。
有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积越小,最终生成的电信号的强度越大,但是有效声学换能单元的面积减小,会使得其电容减小,从而导致最终输出的噪声增加。通过将有效声学换能单元在支撑臂830处的覆盖面积与支撑臂830面积(支撑臂830的垂直于厚度方向的截面的面积)的比值设置为上述比值(例如,25%-40%),可以使得有效声学换能单元生成的电信号强度大而噪声小,从而使得骨传导传声装置800的传声效果较好。
骨传导传声装置800的信噪比与输出电信号的强度正相关,当叠层结构相对于基体结构810发生相对运动时,支撑臂830与质量元件840连接处以及支撑臂830与基体结构810连接处的形变应力相对于支撑臂830中间区域的形变应力较大,相应地,支撑臂830与质量元件840连接处以及支撑臂830与基体结构810连接处的输出电压的强度相对于支撑臂830中间区域的输出电压的强度也相应较大。在一些实施例中,如图13和图14所示,当声学换能单元820完全或接近完全覆盖支撑臂830的上表面或下表面时,为了提高骨传导传声装置800的信噪比,可以在第一电极层821上设置电极绝缘沟道850,电极绝缘沟道850将第一电极层821分隔为两部分(或多部分),使得第一电极层821的一部分靠近质量元件840,第一电极层821的另一部分靠近支撑臂830与基体结构810的连接处。第一电极层821及其对应的第一压电层822、第二电极层823中被电极绝缘沟道850分隔的两部分中被引出电信号的部分为有效声学换能单元。在一些实施例中,电极绝缘沟道850可以沿支撑臂830的宽度方向延伸的直线。在一些实施例中,电极绝缘沟道850的宽度可以小于20um。在一些实施例中,电极绝缘沟道850的宽度可以为2um-20um。在一些实施例中,电极绝缘沟道850的宽度可以为4um-10um。
在一些实施例中,电极绝缘沟道850设于第一电极层821或第二电极层823上。例如,当声学换能单元820设于支撑臂830的上表面时,电极绝缘沟道850设于第一电极层821上;当声学换能单元820设于支撑臂830的下表面时,电极绝缘沟道850设于第二电极层823上。电极绝缘沟道850用于将第一电极层821或第二电极层823分隔为两个或多个电极区域。所分隔的电极区域的数量可以是两个、三个、五个等。通过电极绝缘沟道850的上述宽度设计,可以保证既能通过现有的加工工艺进行加工,同时又可以尽量减小对骨导传声器SNR的影响。
支撑臂830从与基体结构810连接的一端到与质量元件840连接的一端的应力为从拉应力变化为压应力,或为从压应力变化为拉应力。电极层(如第一电极层821)分布在压电层(如第一压电层822)的表面进行电荷收集,压电层(如第一压电层822)不同位置受应力不同则输出电荷量也不相同,为了使得骨传导传声装置的输出灵敏度最大化,可以通过电极绝缘沟道850将电极层(如第一电极层821)分成多块独立覆盖于压电层(如第一压电层822)表面的电极。在信号采集时,可以选择根据各个独立的部分电极层所处位置选择合适的独立的部分电极层进行信号输出。在设计电极绝缘沟道850时,可以使得引出电信号的部分电极层覆盖支撑臂830的面积尽量大,从而获得较大的输出灵敏度和较小的骨传导传声装置的本底噪声,从而增大信噪比(SNR)。
需要注意的是,电极绝缘沟道850不限于沿支撑臂830的宽度方向延伸的直线,还可以为曲线,弯折线、波浪线等。另外,电极绝缘沟道850还可以不沿着支撑臂830的宽度方向延伸,例如图14所示的电极绝缘沟道850,电极绝缘沟道850只要能够将声学换能单元820分隔为多部分即可,在此不做进一步限定。
如图14所示,声学换能单元820的部分结构(例如,图13中电极绝缘沟道850与质量元件840之间的声学换能单元)设置在支撑臂830靠近质量元件840的位置时,第一电极层821和/或第二电极层823还可以包括电极引线860。以第一电极层821作为示例,电极绝缘沟道850将第一电极层821分隔为两部分,第一电极层821的一部分与质量元件840连接或靠近质量元件840,第一电极层821的另一部分靠近支撑臂830与基体结构810的连接处,为了将声学换能单元820靠近质量元件840的电压进行输出,可以通过电极绝缘沟道850将靠近支撑臂830与基体结构810连接处的第一电极层821分隔出部分区域(图14中所示的第一电极层821位于支撑臂830边缘区域),该部分区域将声学换能单元820中与质量元件840连接或靠近质量元件840的部分与骨传导传声装置800的处理单元电连接。在一些实施例中,电极引线860的宽度L1为小于等于20um。在一些实施例中,电极引线860的宽度L1可以为4um-20um。在一些实施例中,电极引线860的宽度L1可以为4um-10um。在一些实施例中,电极引线860可以位于支撑臂830宽度方向的任意位置,例如,电极引线860可以位于支撑臂830的中央或宽度方向靠近边缘处。在一些实施例中,电极引线860可以位于支撑臂830宽度方向靠近边缘的位置。通过设置电极引线860可以避免声学换能单元820中使用导电线,结构较为简单,便于后续的生产和组装。
在一些实施例中,第一电极层821上具有电极引线860,电极引线860用于将 电极区域与基体结构810相连。在一些实施例中,电极引线860将声学换能单元820生成的电信号引至基体结构810,而绑线电极层826可以将电信号进一步从基体结构810引出。通过电极引线860的宽度设计,可以使得支撑臂830上的电极区域便于规划,同时也便于电极引线860的加工。
考虑到第一压电层822的压电材料在靠近支撑臂830边缘的区域可能由于刻蚀会导致表面粗糙使得压电材料质量变差,在一些实施例中,当第一压电层822的面积与第二电极层823的面积相同时,为了使第一电极层821位于质量较好的压电材料区域内,第一电极层821的面积可以小于第一压电层822的面积,使得第一电极层821的边缘区域避开第一压电层822的边缘区域,第一电极层821和第一压电层822之间可以形成电极缩进沟道870(如图15所示)。通过设置电极缩进沟道870可以将第一压电层822边缘质量较差的区域与第一电极层821和第二电极层823避开,从而提高输出骨传导传声装置800的信噪比。在一些实施例中,电极缩进沟道870宽度可以为2um-20um。在一些实施例中,电极缩进沟道870宽度可以为2um-10um。
在一些实施例中,第一压电层822的边缘形成有电极缩进沟道870。第一电极层821位于第一压电层822上电极缩进沟道870以内的区域。在一些实施例中,电极缩进沟道870的宽度小于20um。在一些优选的实施例中,电极缩进沟道870的宽度可以为2-10um。通过电极缩进沟道870的宽度设计,可以使得支撑臂830上的电极区域便于规划,同时也便于电极缩进沟道870的加工。
在一些实施例中,骨传导传声装置800可以同时包括本说明书一个或多个实施例中的电极绝缘沟道850、电极引线860和电极缩进沟道870结构。电极绝缘沟道850、电极引线860和电极缩进沟道870可以通过刻蚀的方法进行制备。例如,可以在第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823上依次进行刻蚀。第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823的刻蚀可采用干法刻蚀,也可以采用湿法刻蚀。当设置有弹性层824时,可以进一步对弹性层824进行刻蚀。在一些实施例中,在电极绝缘沟道850、电极引线860和电极缩进沟道870都刻蚀完成后,可以再将绑线电极层826设置到第一电极层821上。
如图16所示,以质量元件840相对于支撑臂830向下凸出时作为示例,声学换能单元820还可以包括沿支撑臂830长度方向延伸的延伸区域8210,该延伸区域8210位于质量元件840的上表面。在一些实施例中,第一电极层821、第一压电层822和第二电极层823的重叠区域朝向质量元件840延伸而在质量元件840上形成延伸区域 8210。延伸区域8210可以防止支撑臂830与质量元件840的连接处出现应力集中。延伸区域8210可以位于质量元件840的上表面,也可以位于质量元件840的下表面。在一些实施例中,延伸区域8210位于质量元件840上表面的边缘位置可以设有电极绝缘沟道850,防止支撑臂830出现应力过度集中的问题,从而提高支撑臂830的稳定性。在一些实施例中,延伸区域8210的长度(垂直于厚度方向的平面上的长度,参见图16中的长度W0)大于支撑臂830的宽度(垂直于厚度方向的平面上的宽度,参见图16中的宽度W1)。这里延伸区域8210的长度与沿支撑臂830的宽度相对应。在一些实施例中,延伸区域8210的长度(垂直于厚度方向的平面上的长度,参见图16中的长度W0)为4um-30um。在一些实施例中,延伸区域8210的长度为4um-15um。在一些实施例中,质量元件840上延伸区域8210的宽度(垂直于厚度方向的平面上的宽度,参见图16中的宽度W1)为支撑臂830与质量元件840边缘连接部位宽度(垂直于厚度方向的平面上的宽度,参见图16中的宽度W2)的1.2倍-2倍。在一些实施例中,质量元件840上延伸区域8210的宽度为支撑臂830与质量元件840边缘连接部位宽度的1.2倍-1.5倍。在一些实施例中,质量元件840上延伸区域8210的宽度与支撑臂830与质量元件840边缘连接部位宽度相等。
图17是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图,图18是图17所示的骨传导传声装置E-E处的剖视图。图17和18所示的骨传导传声装置1700与图8所示的骨传导传声装置800整体结构大致相同,其区别之处在于支撑臂的形状不同。如图17所示,基体结构1710为长方体框架结构。在一些实施例中,基体结构1710的内部可以包括中空部分,该中空部分用于悬挂声学换能单元1720和振动单元。在一些实施例中,中空部分的形状可以为圆形、四边形(例如,长方形、平行四边形)、五边形、六边形、七边形、八边形等其它规则或不规则的形状。在一些实施例中,振动单元可以包括四个支撑臂1730和质量元件1740,四个支撑臂1730的一端与基体结构1710的上表面、下表面或基体结构1710中空部分所在的侧壁连接,四个支撑臂1730的另一端与质量元件1740的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中,质量元件1740可以相对于支撑臂1730向上凸出和/或向下凸出。例如,四个支撑臂1730的端部与质量元件1740的上表面连接时,质量元件1740可以相对于支撑臂1730向下凸出。又例如,四个支撑臂1730的端部与质量元件1740的下表面连接时,质量元件1740可以相对于支撑臂1730向上凸出。再例如,四个支撑臂1730的端部与质量元件1740周向的侧壁连接时,质量元件1740可以相对于支撑臂1730向上凸出和向下凸出。在一些 实施例中,质量元件1740的上表面与支撑臂1730的上表面在同一水平面上,和/或质量元件1740的下表面与支撑臂1730的下表面在同一水平面上。在一些实施例中,支撑臂1730的形状为梯形,也就是说,支撑臂1730的垂直于厚度方向的截面的形状为梯形。支撑臂1730上长度较小的一端(梯形的短边)与质量元件1740连接,支撑臂1730上长度较大的一端(梯形的长边)与基体结构1710连接。在另一些实施例中,支撑臂1730上长度较大的一端(梯形的长边)与质量元件1740连接,支撑臂1730上长度较小的一端(梯形的短边)与基体结构1710连接。
在一些实施例中,梯形的高(如图17所示的高h)为150um~600um。在一些实施例中,梯形的高为200um~500um。在一些实施例中,梯形的长边的长度为300um~600um。在一些实施例中,梯形的长边的长度为350um~550um。在一些实施例中,梯形的短边的长度为100um~400um。在一些实施例中,梯形的短边的长度为150um~300um。更在一些实施例中,梯形的短边的长度为150um~250um。通过对支撑臂1730的相关尺寸(例如,梯形的长边的长度、短边的长度、高等)设计,可以调节支撑臂1730的刚度,从而调节骨传导传声装置1700的谐振频率。
在一些实施例中,声学换能单元1720可以包括第一电极层1721、第一压电层1722、第二电极层1723、弹性层1731、第一种子层(1724)和绑线电极层(图中未示出)等。各层的材料、厚度、设置顺序、制造方式等均与图8所示的实施例类似,此处不再赘述。
在一些实施例中,为了提高骨传导传声装置1700的信噪比,可以将有效声学换能单元设置于支撑臂1730靠近质量元件1740处或靠近支撑臂1730与基体结构1710的连接处。在一些实施例中,将有效声学换能单元设置在支撑臂1730靠近质量元件1740的位置。在一些实施例中,当有效声学换能单元设置于支撑臂1730靠近质量元件1740处或靠近支撑臂1730与基体结构1710的连接处时,有效声学换能单元在支撑臂1730处的覆盖面积与支撑臂1730面积的比值为5%-40%。在一些实施例中,有效声学换能单元在支撑臂1730处的覆盖面积与支撑臂1730面积(支撑臂1730的垂直于厚度方向的截面的面积)的比值为10%-35%。进一步在一些实施例中,有效声学换能单元在支撑臂1730处的覆盖面积与支撑臂1730面积(支撑臂1730的垂直于厚度方向的截面的面积)的比值为15%-20%。
骨传导传声装置1700的信噪比与输出电信号的强度正相关,当叠层结构相对于基体结构1710发生相对运动时,支撑臂1730与质量元件1740连接处以及支撑臂1730 与基体结构1710连接处的形变应力相对于支撑臂1730中间区域的形变应力较大,进一步地,支撑臂1730与质量元件1740连接处以及支撑臂1730与基体结构1710连接处的输出电压的强度相对于支撑臂1730中间区域的输出电压的强度也相应较大。在一些实施例中,如图19所示,当声学换能单元1720完全或接近完全覆盖支撑臂1730的上表面或下表面时,为了提高骨传导传声装置1700的信噪比,可以在第一电极层上设置电极绝缘沟道1750,电极绝缘沟道1750将第一电极层1721至少分隔为两部分,使得第一电极层1721的一部分靠近质量元件1740,第一电极层1721的另一部分靠近支撑臂1730与基体结构1710的连接处。在一些实施例中,电极绝缘沟道1750可以沿支撑臂1730的宽度方向延伸的直线。在一些实施例中,电极绝缘沟道1750的宽度可以为2um-20um。在一些实施例中,电极绝缘沟道1750的宽度可以为4um-10um。
需要注意的是,电极绝缘沟道1750不限于沿支撑臂1730的宽度方向延伸的直线,还可以为曲线,弯折线、波浪线等。另外,电极绝缘沟道1750还可以不沿着支撑臂1730的宽度方向延伸,例如图19所示的电极绝缘沟道1750,电极绝缘沟道1750只要能够将声学换能单元1720分隔为多部分即可,在此不做进一步限定。
如图20所示,声学换能单元1720的部分结构(例如,图19中电极绝缘沟道1750与质量元件1740之间的声学换能单元)设置在支撑臂1730靠近质量元件1740的位置时,第一电极层1721和/或第二电极层1723还可以包括电极引线1760。以第一电极层1721作为示例,电极绝缘沟道1750将第一电极层1721分隔为两部分,第一电极层1721的一部分与质量元件1740连接或靠近质量元件1740,第一电极层1721的另一部分靠近支撑臂1730与基体结构1710的连接处,为了将声学换能单元1720中靠近质量元件1740的电压进行输出,可以通过电极绝缘沟道1750将靠近支撑臂1730与基体结构1710连接处的第一电极层1721分隔出部分区域(图中所示的第一电极层1721位于支撑臂1730边缘区域,记作电极引线1760),电极引线1760将声学换能单元1720中与质量元件1740连接或靠近质量元件1740的部分与骨传导传声装置1700的处理单元电连接。在一些实施例中,电极引线1760的宽度L2可以为4um-20um。在一些实施例中,电极引线1760的宽度L2可以为4um-10um。在一些实施例中,电极引线1760可以位于支撑臂1730的宽度方向任意位置,例如,电极引线1760可以位于支撑臂1730的中央或宽度方向靠近边缘处。在一些实施例中,电极引线1760可以位于支撑臂1730宽度方向靠近边缘的位置。通过设置电极引线1760可以避免声学换能单元1720中使用导电线,结构较为简单,便于后续的生产和组装。
第一压电层1722的压电材料靠近支撑臂1730边缘区域由于刻蚀会导致表面粗糙使得压电材料质量变差,在一些实施例中,当第一压电层1722的面积与第二电极层1723的面积相同时,为了使第一电极层1721位于第一压电层1722具有质量较好的压电材料区域内,第一电极层1721的面积可以小于第一压电层1722的面积,使得第一电极层1721的边缘区域避开第一压电层1722的边缘区域,第一电极层1721和第一压电层1722之间可以形成电极缩进沟道(该电极缩进沟道的结构与图15中电极缩进沟道870结构相似)。通过设置电极缩进沟道可以将第一压电层1722边缘质量较差的区域与第一电极层1721和第二电极层1723避开,从而提高输出骨传导传声装置1700的信噪比。在一些实施例中,电极缩进沟道的宽度可以为2um-20um。在一些实施例中,电极缩进沟道的宽度11212可以为2um-10um。
如图20所示,在一些实施例中,以质量元件1740相对于支撑臂1730向下凸出作为示例,声学换能单元1720还可以包括沿支撑臂1730长度方向延伸的延伸区域17210,该延伸区域17210位于质量元件1740的上表面。在一些实施例中,第一电极层1721、第一压电层1722和第二电极层1723的重叠区域朝向质量元件1740延伸而形成延伸区域17210。延伸区域17210可以位于质量元件1740的上表面,也可以位于质量元件1740的下表面。在一些实施例中,延伸区域17210位于质量元件1740上表面的边缘位置可以设有电极绝缘沟道1750,从而防止支撑臂1730出现应力过度集中的问题,从而提高支撑臂1730的稳定性。在一些实施例中,延伸区域17210的宽度(垂直于厚度方向的平面上的宽度,参见图20所示的宽度W3)大于支撑臂1730(垂直于厚度方向的平面上的宽度,参见图20所示的宽度W4)的宽度。这里延伸区域17210的宽度与支撑臂1730宽度相对应。在一些实施例中,延伸区域17210的宽度为4um-30um。在一些实施例中,延伸区域17210的宽度为4um-15um。在一些实施例中,质量元件1740上延伸区域17210的宽度为支撑臂1730与质量元件1740边缘连接部位宽度的1.2倍-2倍。在一些实施例中,质量元件1740上延伸区域17210的宽度为支撑臂1730与质量元件1740边缘连接部位宽度的1.2倍-1.5倍。关于本实施例中的声学换能单元1720、第一电极层1721、第二电极层1723、第一压电层1722、振动单元、质量元件1740等结构的材料、尺寸等参数可以参考图8-图16的内容,在此不做赘述。
图21是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的结构示意图,图22是根据图21所示的骨传导传声装置的正面示意图。图21-22所示的骨传导传声装置2100与图8所示的骨传导传声装置800的结构大体相同,其区别之处在于支撑臂的形状不 同。如图21所示,基体结构2110为长方体框架结构。在一些实施例中,基体结构2110的内部可以包括中空部分,该中空部分用于悬挂声学换能单元和振动单元。在一些实施例中,振动单元可以包括四个支撑臂2130和质量元件2140,四个支撑臂2130的一端与基体结构2110的上表面、下表面或基体结构2110中空部分所在的侧壁连接,四个支撑臂2130的另一端与质量元件2140的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中,质量元件2140可以相对于支撑臂2130向上凸出和/或向下凸出。例如,四个支撑臂2130的端部与质量元件2140的上表面连接时,质量元件2140可以相对于支撑臂2130向下凸出。又例如,四个支撑臂2130的端部与质量元件2140的下表面连接时,质量元件2140可以相对于支撑臂2130向上凸出。再例如,四个支撑臂2130的端部与质量元件2140周向的侧壁连接时,质量元件2140可以相对于支撑臂2130向上凸出和向下凸出。在一些实施例中,支撑臂2130的形状为梯形,也就是说,支撑臂2130的垂直于厚度方向的截面的形状为梯形。其中,支撑臂2130上长度较大的一端(梯形的长边)与质量元件2140连接,支撑臂2130上长度较小的一端(梯形的短边)与基体结构2110连接。在另一些实施例中,支撑臂2130上长度较小的一端(梯形的短边)与质量元件2140连接,支撑臂2130上长度较大的一端(梯形的长边)与基体结构2110连接。需要说明的是,图8-图10中声学换能单元820、第一电极层821、第二电极层823、第一压电层822、振动单元、质量元件840、延伸区域8210、电极绝缘沟通850、电极引线860、电极缩进沟道870等部件的结构、尺寸、厚度等参数可以应用于骨传导传声装置2100中,在此不做进一步赘述。
在一些优选的实施例中,当支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为多边形时(如矩形或梯形等),可以将质量元件设置为相对支撑臂向上或向下凸出。这样设置的质量元件可以使得支撑臂发生形变时的形变应力更大,从而使得声学换能单元所输出的电信号的强度更大。
图23是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置的结构示意图,图24是根据图23所示的骨传导传声装置的主视图,图25是图24所示的骨传导传声装置F-F处的剖视图。图23-25所示的骨传导传声装置2300的结构与图8所示的骨传导传声装置800的结构大致相同,其区别之处在于,骨传导传声装置2300的支撑臂2330与骨传导传声装置800中的支撑臂830结构和形状不同。在一些实施例中,基体结构2310的内部可以包括中空部分,该中空部分用于悬挂声学换能单元2320和振动单元。在一些实施例中,振动单元可以包括四个支撑臂2330和质量元件2340,四个支撑臂2330的 一端与基体结构2310的上表面、下表面或基体结构2310中空部分所在的侧壁连接,四个支撑臂2330的另一端与质量元件2340的上表面、下表面或周向的侧壁连接。在一些实施例中,质量元件2340可以相对于支撑臂2330向上凸出和/或向下凸出。例如,四个支撑臂2330的端部与质量元件2340的上表面连接时,质量元件2340可以相对于支撑臂2330向下凸出。又例如,四个支撑臂2330的端部与质量元件2340的下表面连接时,质量元件2340可以相对于支撑臂2330向上凸出。再例如,四个支撑臂2330的端部与质量元件2340周向的侧壁连接时,质量元件2340可以相对于支撑臂2330向上凸出和向下凸出。在一些实施例中,质量元件2340的上表面与支撑臂2330的上表面在同一水平面上,以及/或质量元件2340的下表面与支撑臂2330的下表面在同一水平面上。在一些实施例中,支撑臂2330的形状可以为近似L型的结构。如图23所示,支撑臂2330可以包括第一条形部2331和第二条形部2332,第一条形部2331的一端部与第二条形部2332的一端部连接,其中第一条形部2331与第二条形部2332具有一定夹角。在一些实施例中,该夹角的范围为75°-105°。在一些实施例中,第一条形部2331中远离第一条形部2331与第二条形部2332连接处的一端与基体结构2310连接,第二条形部2332中远离第一条形部2331与第第二条形部2332连接处的一端与质量元件2340的上表面、下表面或周侧的侧壁连接,使得质量元件2340悬空设置于基体结构2310的中空部分。
在一些实施例中,如图23-25所示,支撑臂2330包括两个条形部,支撑臂2330包括第一条形部2331和第二条形部2332。在一些实施例中,第一条形部2331的一端与质量元件2340相连,而其另一端与第二条形部2332的一端相连;第二条形部2332的另一端与基体结构2310相连。相对于多边形的支撑臂,包括第一条形部2331和第二条形部2332的支撑臂2330可以在有限的空间内设计得较长,支撑臂2330的刚度因此可以较小,质量元件2340的质量可以相应的设置得较小(例如可以无需相对于支撑臂2330向上凸出和向下凸出,从而可以无需进一步加工出质量元件2340的向上或向下凸出的结构),从而可以简化质量元件2340的制备工艺。
在本实施例中,支撑臂2330和质量元件2340可以按照上文中介绍的制备工艺来进行制备。此外,在本实施例中,如果无需设置相对支撑臂2330向上或向下突出的质量元件2340,支撑臂2330和质量元件2340同时在同一基底材料上制备出,从而简化加工工艺。
第一条形部2331与质量元件2340的连接处可以位于多边形的侧边的任意位置, 如侧边的端部或侧边的中点处等。在一些实施例中,第一条形部2331与质量元件2340的连接处位于多边形的侧边的端部(如图24)。在一些实施例中,第一条形部2331的宽度N1为50um~300um。在一些实施例中,第一条形部2331的宽度N1为80~200um。在一些实施例中,第二条形部2332的宽度N2为50um~300um。在一些实施例中,第二条形部2332的宽度N2为80~200um。在一些实施例中,第一条形部2331的长度L1为20um~200um。在一些实施例中,第一条形部2331的长度L1为30um~100um。在一些实施例中,第二条形部2332的长度L2为800um~1300um。在一些实施例中,第二条形部2332的长度L2为900um~1200um。
在一些实施例中,第一条形部2331与第二条形部2332之间的夹角(长度方向的夹角)可以为60°-120°。在一些实施例中,第一条形部2331与第二条形部2332之间的夹角(长度方向的夹角)可以为75°-105°。在一些实施例中,第一条形部2331与第二条形部2332之间的夹角(长度方向的夹角)可以为90°(即第一条形部2331的长度方向与第二条形部2332的长度方向垂直)。
在一些实施例中,第一条形部2331的一端与质量元件2340相连,而其另一端可以与第二条形部2332的非端部位置相连(如第一条形部2331的另一端与第二条形部2332的长度方向的中部相连,)。第二条形部2332的一端与基体结构2310相连(或第二条形部2332的两端均与基体结构2310相连)。可以理解地,通过这样的方式连接,支撑臂2330呈“T”型。
图30是根据本申请另一些实施例所示的骨传导传声装置2300的结构示意图。图30所示的实施例与图24所示的实施例的区别在于支撑臂与质量元件的连接位置不同。如图30所示,第一条形部2331与质量元件2340的连接处位于质量元件2340的多边形的侧边的中间区域(例如,侧边的中点处)。在一些实施例中,第一条形部2331的宽度N3为100um~400um。在一些实施例中,第一条形部2331的宽度N3为150~300um。在一些实施例中,第二条形部2332的宽度N4为100um~400um。在一些实施例中,第二条形部2332的宽度N4为150~300um。在一些实施例中,第一条形部2331的长度L3为20um~200um。在一些实施例中,第一条形部2331的长度L3为30um~100um。在一些实施例中,第二条形部2332的长度L4为500um~1000um。在一些实施例中,第二条形部2332的长度L4为700um~900um。
在一些实施例中,第一条形部2331与第二条形部2332的夹角可以与多边形中相邻两个边的夹角基本相同。例如,当多边形为正六边形,相邻两条边之间的夹角可以 为120°,则第一条形部与第二条形部的夹角可以为大概120°。在一些实施例中,当质量元件2340的垂直于厚度方向的截面为矩形时,第一条形部2331与第二条形部2332垂直。通过这样的设计,骨传导传声装置2300的布局更加紧凑。
图26是根据图23所示的骨传导传声装置的一个结构示意图,图27是根据图23所示的骨传导传声装置的另一结构示意图,图28是根据图23所示的骨传导传声装置的又一结构示意图,图29是根据图23所示的骨传导传声装置的再一结构示意图。其中,图26主要示出了当支撑臂2330包括两个条形部时的电极绝缘沟道2350,图27主要示出了当支撑臂2330包括两个条形部时的电极绝缘沟道2350和电极引线2360,图28主要示出了当支撑臂2330包括两个条形部时的电极缩进沟道2370,图29主要示出了当支撑臂2330包括两个条形部时的延伸区域2380。如图26-29所示,在一些实施例中,声学换能单元2320为多层结构,声学换能单元2320可以包括第一电极层2321、第二电极层2323、第一压电层2322、弹性层2324、种子层、绑线电极层2326、延伸区域2380、电极绝缘沟道2350、电极引线2360、电极缩进沟道2370等结构。关于声学换能单元2320的各层结构、质量元件2340等可以参考本申请说明书图8-图10中声学换能单元820、第一电极层821、第二电极层823、压电层822、振动单元、质量元件840、延伸区域8210、电极绝缘沟通850、电极引线860、电极缩进沟道870等部件的结构、尺寸、厚度等参数的描述可以用与图23所示的骨导传声装置2300,在此不做进一步赘述。
图31是根据本申请一些实施例所示的骨传导传声装置3100的结构示意图。骨传导传声装置3100包括基体结构3110。如图31所示,在一些实施例中,支撑臂3130包括三个条形部,支撑臂3130包括第一条形部3131、第二条形部3132和第三条形部3133;第一条形部3131的一端与质量元件3140相连,而其另一端与第二条形部3132的一端相连;第二条形部3132的另一端与第三条形部3133的一端相连;第三条形部3133的另一端与基体相连。通过这样的结构设计,支撑臂3130可以在有限的空间内设计得更长,支撑臂3130的刚度因此可以更小,质量元件3140的质量可以相应的设置得更小(如可以无需相对于支撑臂向上凸出和向下凸出),从而可以进一步简化质量元件3140的制备工艺。
第一条形部3131与质量元件3140的连接处可以位于多边形的侧边的任意位置,如侧边的端部或侧边的中点处等。在一些实施例中,如图31所示,第一条形部3131与质量元件3140的连接处位于多边形的侧边的端部。在一些实施例中,第一条形部3131 的宽度N5可以为50um~300um。在一些实施例中,第一条形部3131的宽度N5为80um~150um。在一些实施例中,第二条形部3132的宽度N6可以为50um~300um。在一些实施例中,第二条形部3132的宽度N6为80um~150um。在一些实施例中,第三条形部3133的宽度N7可以均为50um~300um。在一些实施例中,第三条形部3133的宽度N7为80um~150um。在一些实施例中,第一条形部3131的长度L5可以为20um~200um。在一些实施例中,第一条形部3131的长度L5为30um~100um。在一些实施例中,第二条形部3132的长度L6为600um~1200um。在一些实施例中,第二条形部3132的长度L6为800um~1000um。在一些实施例中,第三条形部3133的长度L7可以为800um~1300um。在一些实施例中,第三条形部3133的长度L7为900um~1200um。
图32是根据本申请又一些实施例所示的骨传导传声装置3100的结构示意图。如图32所示,第一条形部3131与质量元件3140的连接处位于多边形的侧边的中点。在一些实施例中,第一条形部3131的宽度N8为50um~300um。在一些实施例中,第一条形部3131的宽度N8为80um~150um。在一些实施例中,第二条形部3132的宽度N9为50um~300um。在一些实施例中,第二条形部3132的宽度N9为80um~150um。在一些实施例中,第三条形部3133的宽度N10为50um~300um。在一些实施例中,第三条形部3133的宽度N10为80um~150um。在一些实施例中,第一条形部3131的长度L8为20um~200um。在一些实施例中,第一条形部3131的长度L8为30um~100um。在一些实施例中,第二条形部3132的长度L9为500um~1000um。在一些实施例中,第二条形部3132的长度L9为600um~800um。在一些实施例中,第三条形部3133的长度L10为800um~1300um。在一些实施例中,第三条形部3133的长度L10为900um~1200um。
在一些实施例中,第一条形部3131与第二条形部3132的夹角,以及第二条形部3132与第三条形部3133的夹角可以与多边形中相邻两个边的夹角基本相同。例如,当多边形为正六边形,相邻两条边之间的夹角可以为120°,则第一条形部3131与第二条形部3132的夹角可以为大概120°,第二条形部3132与第三条形部3133的夹角可以为大概120°。在一些实施例中,为了使得骨传导传声装置3100的结构更加紧凑,质量元件3140的垂直于厚度方向的截面为矩形,第二条形部3132与第一条形部3131垂直或基本垂直,第二条形部3132与第三条形部3133垂直或基本垂直。
在一些实施例中,支撑臂还可以包括更多的条形部,如第四条形部、第五条形部等。支撑臂所包含的条形部的数量可以根据支撑部的刚度来进行具体设计。
图33是根据图32所示的骨传导传声装置3100的另一结构示意图。图33示出 了电极绝缘沟道3150。在一些实施例中,声学换能单元3120为多层结构,声学换能单元3120可以包括第一电极层、第二电极层、第一压电层、弹性层、种子层、电极绝缘沟道3150、电极缩进沟通等结构。关于声学换能单元3120的各层结构、质量元件3140等可以参考本申请说明书图8-图10中声学换能单元820、第一电极层821、第二电极层823、压电层822、振动单元、质量元件840、延伸区域8210、电极绝缘沟道850、电极引线860、电极缩进沟道870等部件的结构、尺寸、厚度等参数的描述,在此不做进一步赘述。
在一些实施例中,支撑臂和声学换能单元的厚度总和小于质量元件的厚度。可以理解地,当声学换能单元设于支撑臂的上表面或下表面时,支撑臂和声学换能单元的厚度总和可以是二者厚度相加的值。当声学换能单元设于支撑臂的内部时,支撑臂和声学换能单元的厚度总和可以是包含内部的声学换能单元的支撑臂的厚度。当支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为矩形或梯形等多边形时,支撑臂的刚度可能较大,因此可以对应地设置质量元件的厚度较厚,以使得质量元件的质量较大,从而使得骨传导传声装置的谐振频率能够在上文一个或多个实施例中所限定的范围内。在一些实施例中,支撑臂和声学换能单元的厚度总和大于或等于质量元件的厚度。当支撑臂包括两个条形部(如支撑臂包括第一条形部和第二条形部)时,或支撑臂包括三个条形部(如支撑臂包括第一条形部、第二条形部和第三条形部)时,或支撑臂包括更多数量的条形部时,支撑臂的刚度可能较小,因此可以对应地设置质量元件的厚度较薄,以使得质量元件的质量较小,从而使得骨传导传声装置的谐振频率能够在上文一个或多个实施例中所限定的范围内。
在一些实施例中,上述任一项实施例的骨传导传声装置中,还可以包括限位结构(图中未示出),该限位结构为板状结构。在一些实施例中,限位结构可以位于基体结构的中空部分,限位结构可以位于叠层结构的上方或下方,并与叠层结构相对设置。在一些实施例中,基体结构为上下贯通的结构体时,限位结构还可以位于基体结构的顶部或底部。限位结构与叠层结构的质量单元间隔设置,在受到较大冲击时限位结构可以限制叠层结构中质量单元的振幅,避免振动剧烈而使器件损坏。在一些实施例中,限位结构可以是刚性的结构(例如,限位块),也可以是具有一定弹性的结构(例如,弹性软垫、缓冲悬臂梁或同时设置缓冲支撑臂和限位块等)。
叠层结构具有固有频率,当外部振动信号的频率接近该固有频率时,叠层结构会产生较大的振幅,从而输出较大的电信号。因此,骨传导传声装置对外部振动的响应 会表现为在固有频率附近产生共振峰。在一些实施例中,可以通过改变叠层结构的参数,将叠层结构的固有频率移至语音频段范围,使得骨传导传声装置的共振峰位于语音频段范围,从而提高骨传导传声装置响应语音频段(例如,共振峰之前的频率范围)振动的灵敏度。如图34所示,叠层结构的固有频率提前的频率响应曲线(图34中的实线曲线)中的共振峰3401对应的频率相对于叠层结构的固有频率未改变的频率响应曲线(图17中的虚线曲线)中的共振峰3402对应的频率较小。对于频率小于共振峰3401所在频率的外部振动信号,实线曲线所对应的骨传导传声装置会具有更高的灵敏度。
叠层结构的位移输出公式如下:
Figure PCTCN2021082492-appb-000006
其中,M为叠层结构的质量,R为叠层结构的阻尼,K为叠层结构的弹性系数,F为驱动力幅值,x a为叠层结构的位移,ω为外力圆频率,ω 0为叠层结构的固有频率。当外力圆频率
Figure PCTCN2021082492-appb-000007
时,ωM<Kω -1。若减小叠层结构的固有频率ω 0(可通过增加M或减小K或同时增加M和减小K),则|ωM<Kω -1|减小,对应位移输出x a增加。当激振力频率ω=ω 0时,ωM=Kω -1。改变振动-电信号转换器件(叠层结构)固有频率ω 0对应位移输出x a不变。当激振力频率ω>ω 0时,ωM>Kω -1。若减小振动-电信号转换器件固有频率ω 0(可通过增加M或减小K或同时增加M和减小K),则|ωM-Kω -1|增加,对应位移输出x a减小。
随着共振峰提前,在语音频段会出现峰值。骨传导传声装置在拾取信号时在共振峰频段会有过多的信号,使得通话效果不佳。在一些实施例中,为了提高骨传导传声装置采集的声音信号的质量,可以在叠层结构处设置阻尼结构层,该阻尼结构层可以增加叠层结构在振动过程中的能量损耗,特别是在共振频率段的损耗。这里利用力学品质因素的倒数1/Q对阻尼系数进行描述如下:
Figure PCTCN2021082492-appb-000008
其中Q -1是品质因子的倒数,也称为结构损耗因子η,Δf是共振振幅一半处的频率差值f1-f2(也称3dB带宽),f0是共振频率。
叠层结构损耗因子η与阻尼材料损耗因子tanδ关系如下:
Figure PCTCN2021082492-appb-000009
其中,X为剪切参数,与叠层结构各层厚度、材料属性有关。Y为刚度参数,与叠层结构各层的厚度、杨氏模量有关。
由公式(5)和公式(6)可知,通过调整阻尼结构层的材料与叠层结构的各层材料,可以调整叠层结构损耗因子η在合适的范围。随着叠层结构的阻尼结构层的阻尼增大,力学品质因素Q减小,对应的3dB带宽增大。阻尼结构层的阻尼在不同应力(形变)状态下不同,例如,在高应力或大振幅时呈现较大的阻尼。因而可以利用叠层结构在非共振区振幅小、共振区振幅大的特点,通过增加阻尼结构层可以在保证不降低非共振区域骨传导传声装置灵敏度的同时,降低共振区域的Q值,使得骨传导传声装置的频响在整个频率段均较为平坦。图35是根据本申请一些实施例提供的有无阻尼结构层的骨传导传声装置的频率响应曲线图。如图35所示,具有阻尼结构层的骨传导传声装置输出的电信号的频率响应曲线3502相对于未设置阻尼结构层的骨传导传声装置的输出的电信号的频率响应曲线3501较为平坦。
在一些实施例中,骨传导传声装置可以包括至少一层阻尼结构层,至少一层阻尼结构层的周侧可以与基体结构连接。在一些实施例中,至少一层阻尼结构层可以位于叠层结构的上表面和/或下表面或叠层结构的多层层状结构之间。在一些实施例中,对于宏观尺寸的叠层结构和基体结构,可以直接将阻尼结构层粘接在基体结构或叠层结构表面。在一些实施例中,对于MEMS器件,可利用半导体工艺,例如,蒸镀、旋涂、微装配等方式,将阻尼结构层与叠层结构和基体结构连接。在一些实施例中,阻尼结构层的形状可以是圆形、椭圆形、三角形、四边形、六边形、八边形等规则或形状。在一些实施例中,可以通过选择阻尼膜的材料、尺寸、厚度等提高骨传导传声装置的电信号的输出效果。
为了更加清楚的对阻尼结构层进行描述,以悬臂梁形式的骨传导传声装置(例如,如图1所示的骨传导传声装置100、如图3所示的骨传导传声装置300、如图4所示的骨传导传声装置400)作为示例性说明。图36是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。如图36所示,骨传导传声装置3600可以包括基体结构3610、叠层结构3620和阻尼结构层3630。进一步地,叠层结构3620的一端与基体结构3610的上表面连接,叠层结构3620的另一端悬空设置于基体结构3610的中空部分,阻尼结构层3630位于叠层结构3620的上表面。阻尼结构层3630的面积可以大于叠层结构3620的面积,即阻尼结构层3630可以不仅覆盖叠层结构3620的上表面,还可以进一步覆盖叠层结构3620和基体结构3610之间的空隙。在一些实施例中,阻尼结构层3630 的至少部分周侧可以固定在基体结构3610上。
图37是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。如图37所示,骨传导传声装置3700可以包括基体结构3710、叠层结构3720和两个阻尼结构层,其中,两个阻尼结构层包括第一阻尼结构层3730和第二阻尼结构层3740。进一步地,第二阻尼结构层3740与基体结构3710的上表面连接,叠层结构3720的下表面与第二阻尼结构层3730的上表面连接,其中,叠层结构3720的一端悬空设置于基体结构3710的中空部分,第一阻尼结构层3730位于叠层结构3720的上表面。第一阻尼结构层3730和/或第二阻尼结构层3740的面积大于叠层结构3720的面积。
图38是根据本申请一些实施例提供的骨传导传声装置的剖视图。如图38所示,骨传导传声装置3800可以包括基体结构3810、叠层结构3820和阻尼结构层3830。进一步地,阻尼结构层3830位于基体结构3810的上表面。叠层结构3820的下表面与阻尼结构层3830的上表面连接,叠层结构3820的一端悬空设置于基体结构3810的中空部分。
需要说明的是,阻尼结构层(例如,阻尼结构层3630)的位置不限于上述图36-图38的叠层结构的上表面和/或下表面,还可以位于叠层结构的多层层状结构之间。例如,阻尼结构层可以位于弹性层与第一电极层之间。又例如,阻尼结构层还可以位于第一弹性层和第二弹性层之间。另外,阻尼结构层不限于上述悬臂梁式的骨传导传声装置,还可以应用于图5、图7、图8、图17、图21、图23和图31所示的骨传导传声装置中,在此不做赘述。
上文已对基本概念做了描述,显然,对于本领域技术人员来说,上述详细披露仅仅作为示例,而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明,本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议,所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时,本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此,应强调并注意的是,本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外,本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外,本领域技术人员可以理解,本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述,包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合, 或对他们的任何新的和有用的改进。相应地,本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外,本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品,该产品包括计算机可读程序编码。
此外,除非权利要求中明确说明,本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用,并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例,但应当理解的是,该类细节仅起到说明的目的,附加的权利要求并不仅限于披露的实施例,相反,权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如,虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现,但是也可以只通过软件的解决方案得以实现,如在现有的处理设备或移动设备上安装所描述的系统。
同理,应当注意的是,为了简化本申请披露的表述,从而帮助对一个或多个发明实施例的理解,前文对本申请实施例的描述中,有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是,这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上,实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字,应当理解的是,此类用于实施例描述的数字,在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明,“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20%的变化。相应地,在一些实施例中,说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值,该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中,数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值,在具体实施例中,此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料,如文章、书籍、说明书、出版物、文档等,特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外,对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是,如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方,以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后,应当理解的是,本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。 其他的变形也可能属于本申请的范围。因此,作为示例而非限制,本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地,本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (66)

  1. 一种骨传导传声装置,其特征在于,包括:
    由振动单元和声学换能单元形成的叠层结构;
    基体结构,被配置为承载所述叠层结构,所述叠层结构的至少一侧与所述基体结构通过物理方式进行连接;
    所述基体结构基于外部振动信号产生振动,所述振动单元响应于所述基体结构的振动发生形变;所述声学换能单元基于所述振动单元的形变产生电信号。
  2. 根据权利要求1所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置的谐振频率为1kHz-5kHz。
  3. 根据权利要求2所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置的谐振频率为2.5kHz-4.5kHz。
  4. 根据权利要求3所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置的谐振频率为2.5KHz-3.5kHz。
  5. 根据权利要求1所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置的谐振频率与所述振动单元的刚度成正相关的关系。
  6. 根据权利要求1所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置的谐振频率与所述叠层结构的质量成负相关的关系。
  7. 根据权利要求1-6中任一项所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述振动单元包括至少一个支撑臂和质量元件,所述质量元件通过所述至少一个支撑臂与所述基体结构连接。
  8. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元位于所述至少一个支撑臂的上表面、下表面或内部。
  9. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元包括由上至下依次设置的第一电极层、第一压电层和第二电极层,所述第一电极层或所述第二电极层与所述至少一个支撑臂的上表面或下表面连接。
  10. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面或下表面。
  11. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一电极层、所述第一压电层和/或所述第二电极层的面积不大于所述支撑臂的面积,所述第一电极层、所述第一压电层和/或第二电极层的局部或全部覆盖所述至少一个支撑臂的上表面或下表面。
  12. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一电极层的面积不大于所述第一压电层的面积,所述第一电极层的全部区域位于所述第一压电层表面。
  13. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元的所述第一电极层、所述第一压电层、所述第二电极层位于所述支撑臂与所述质量元件的连接的一端和/或所述支撑臂与所述基体结构连接的一端。
  14. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元包括至少一个弹性层,所述至少一个弹性层位于所述第一电极层或所述第二电极层的上表面和/或下表面。
  15. 根据权利要求14所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元还包括第一种子层,所述第一种子层设于所述弹性层与所述第一电极层之间或设于所述弹性层与所述第二电极层之间。
  16. 根据权利要求14所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元还包括至少一个绑线电极层,所述绑线电极层设于所述基体结构上,所述绑线电极层用于从所述基体结构引出电信号。
  17. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置上形成有中性层,所述中性层在所述支撑臂发生形变时形变应力为零;所述中性层与所述第一压电层在厚度方向上不重合。
  18. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一电极层的厚度为80nm-250nm,和/或所述第二电极层的厚度为80nm-250nm。
  19. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一压电层的厚度为0.8um-2um。
  20. 根据权利要求14所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述弹性层的厚度为0.5um-10um。
  21. 根据权利要求15所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一种子层的厚度为10nm-120nm。
  22. 根据权利要求14所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述弹性层的厚度是所述第一压电层的厚度的1-6倍。
  23. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件的厚度为1um-400um。
  24. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件包括由下至上依次设置的基底层、第三电极层、第二压电层以及第四电极层。
  25. 根据权利要求24所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件还包括设于所述基底层与所述第三电极层之间的第二种子层。
  26. 根据权利要求24所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述基底层的厚度为20um-400um。
  27. 根据权利要求1所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述骨传导传声装置的电信号的强度与噪声的强度的比值为最大化电信号与噪声的强度的比值的50%-100%。
  28. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述声学换能单元包括第一电极层、第一压电层和第二电极层,所述第一电极层、所述第一压电层以及所述第二电极层三者的重叠区域的面积与所述支撑臂的垂直于厚度方向的截面的面积的比值为5%-40%。
  29. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一电极层或所述第二电极层上设有电极绝缘沟道,所述电极绝缘沟道用于将所述第一电极层或所述第二电极层分隔为两个及以上电极区域。
  30. 根据权利要求29所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述电极绝缘沟道的宽度为小于等于20um。
  31. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一电极层或所述第二电极层上具有电极引线,所述电极引线用于将所述电极区域与所述基体相连。
  32. 根据权利要求31所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述电极引线的宽度为小于等于20um。
  33. 根据权利要求9所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一电极层、所述第一压电层以及所述第二电极层三者的重叠区域朝向所述质量元件延伸而形成延伸区域,所述延伸区域位于所述质量元件的上表面或下表面。
  34. 根据权利要求33所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述延伸区域在垂直于厚度方向的平面上的宽度为支撑臂与质量元件的连接部位在垂直于厚度方向的平面上的宽度的1.2倍-2倍。
  35. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述支撑臂的数量是两个以上,所述两个以上支撑臂围绕所述质量元件设置。
  36. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述至少一个支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为多边形。
  37. 根据权利要求36所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述多边形的边长为100~600um。
  38. 根据权利要求36所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述至少一个支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为矩形或梯形。
  39. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件的垂直于厚度方向的截面为多边形,所述支撑臂的数量与所述多边形的边数相对应。
  40. 根据权利要求38所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为矩形时,所述支撑臂的长度是100um~500um,所述支撑臂的宽度是150um~400um。
  41. 根据权利要求38所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述支撑臂的垂直于厚度方向的截面的形状为梯形;所述梯形的高为150um~600um,所述梯形的长边的长度为300um~600um;所述梯形的短边的长度为100um~400um。
  42. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述支撑臂包括第一条形部和第二条形部;所述第一条形部的一端与所述质量元件相连,而其另一端与所述第二条形部的一端相连;所述第二条形部的另一端与所述基体相连。
  43. 根据权利要求42所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一条形部的长度为20um~200um;所述第一条形部的长宽为50um~400um。
  44. 根据权利要求42所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第二条形部的长度为500um~1300um;所述第二条形部的长度为50um~400um。
  45. 根据权利要求43所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时;所述第一条形部宽度为50um~300um,所述第一条形部的长度为20um~200um。
  46. 根据权利要求44所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时;所述第二条形部的宽度为50um~300um;所述第二条形部的长度为800um~1300um。
  47. 根据权利要求43所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的中点处时;所述第一条形部的宽度为100um~400um;所述第一条形部的长度为20um~200um。
  48. 根据权利要求44所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的中点处时;所述第二条形部的宽度为100um~400um;所述第二条形部的长度为500um~1000um。
  49. 根据权利要求42所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件的垂直于厚度方向的截面为矩形,所述第一条形部与所述第二条形部垂直。
  50. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述支撑臂包括第一条形部、第二条形部和第三条形部;所述第一条形部的一端与所述质量元件相连,而其另一端与所述第二条形部的一端相连;所述第二条形部的另一端与所述第三条形部的一端相连;所述第三条形部的另一端与所述基体相连。
  51. 根据权利要求50所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第一条形部的长度为20um~200um;所述第一条形部的长宽为50um~300um。
  52. 根据权利要求50所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第二条形部的长度为500um~1200um;所述第二条形部的长度为50um~300um。
  53. 根据权利要求50所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述第三条形部的长度为800um~1300um;所述第三条形部的宽度为50um~300um。
  54. 根据权利要求51所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时,所述第一条形部的宽度为50um~300um;所述第一条形部的长度为20um~200um。
  55. 根据权利要求52所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时,所述第二条形部的宽度为50um~300um;所述第二条形部的长度为600um~1200um。
  56. 根据权利要求53所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的端部时,所述第三条形部的宽度为50um~300um;所述第三条形部的长度为800um~1300um。
  57. 根据权利要求51所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的中点时,所述第一条形部的宽度为50um~300um;所述第一条形部的长度为20um~200um。
  58. 根据权利要求52所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的中点时,所述第二条形部的宽度为50um~300um;所述第二条形部的长度为500um~1000um。
  59. 根据权利要求53所述的骨传导传声装置,其特征在于,当所述第一条形部与所述质量元件的连接处位于所述质量元件的侧边的中点时,所述第三条形部的宽度为50um~300um;所述第三条形部的长度为800um~1300um。
  60. 根据权利要求50所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件的垂直于厚度方向的截面为矩形,所述第二条形部与所述第一条形部垂直,所述第二条形部与所述第三条形部垂直。
  61. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述基体结构包括具有中空的内腔的框架结构体;所述支撑臂和所述质量元件均设置于所述框架结构体的内腔中。
  62. 根据权利要求61所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述质量元件的形状与所述内腔的形状相对应。
  63. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述支撑臂和所述声学换能单元的厚度总和小于所述质量元件的厚度。
  64. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,所述支撑臂和所述声学换能单元的厚度总和大于或等于所述质量元件的厚度。
  65. 根据权利要求7所述的骨传导传声装置,其特征在于,还包括限位结构,所述限位结构位于所述基体结构的内腔中,其中,所述限位结构的与所述基体结构连接,所述限位结构位于所述质量元件的上方和/或下方。
  66. 根据权利要求1所述的骨传导传声装置,其特征在于,还包括至少一个阻尼层,所述至少一个阻尼层覆盖于所述叠层结构的上表面、下表面和/或内部。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024020846A1 (zh) * 2022-07-27 2024-02-01 深圳市韶音科技有限公司 一种声学输出装置
CN115368120B (zh) * 2022-09-20 2023-04-25 苏州晶瓷超硬材料有限公司 一种氧化铝陶瓷及其生产工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994007342A1 (en) * 1992-09-17 1994-03-31 Knowles Electronics, Inc. Bone conduction accelerometer microphone
CN103096225A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 北京美尔斯通科技发展股份有限公司 骨传导麦克风
US20180279061A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Joris Walraevens Shock and impact management of an implantable device during non use
CN111050256A (zh) * 2019-12-17 2020-04-21 武汉大学 一种小型化的高灵敏度压电式麦克风
CN211378247U (zh) * 2019-12-30 2020-08-28 瑞声声学科技(深圳)有限公司 骨传导麦克风

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4150262A (en) * 1974-11-18 1979-04-17 Hiroshi Ono Piezoelectric bone conductive in ear voice sounds transmitting and receiving apparatus
JPH08195995A (ja) * 1995-01-13 1996-07-30 Mitsubishi Electric Corp 骨伝導音声振動検出素子
JP2006100954A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電型音響変換装置およびその製造方法
KR100610181B1 (ko) * 2004-10-27 2006-08-09 경북대학교 산학협력단 이식형 보청기에 구비되는 마이크로폰
US7822215B2 (en) * 2005-07-07 2010-10-26 Face International Corp Bone-conduction hearing-aid transducer having improved frequency response
US20090190782A1 (en) * 2007-09-28 2009-07-30 Yamaha Corporation Vibration transducer
US8631711B2 (en) * 2011-04-19 2014-01-21 Eastman Kodak Company MEMS composite transducer including compliant membrane
CN203181217U (zh) * 2012-10-24 2013-09-04 深圳市康弘环保技术有限公司 压电陶瓷骨传导麦克风
KR101871106B1 (ko) * 2017-03-03 2018-06-25 한국세라믹기술원 압전 에너지 하베스터 및 압전 센서
WO2020123725A2 (en) * 2018-12-12 2020-06-18 Knowles Electronics, Llc Microphone assemblies including integrated vibration transducer and wearable devices including the same
CN110602616B (zh) * 2019-08-28 2021-02-19 武汉敏声新技术有限公司 一种高灵敏度mems压电式麦克风
CN110987159B (zh) * 2019-12-18 2022-09-16 京东方科技集团股份有限公司 声压传感器
CN210958796U (zh) * 2019-12-30 2020-07-07 瑞声声学科技(深圳)有限公司 一种骨导式麦克风
EP4050910A4 (en) * 2020-01-17 2023-01-04 Shenzhen Shokz Co., Ltd. BONE CONDUCTIVE MICROPHONE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994007342A1 (en) * 1992-09-17 1994-03-31 Knowles Electronics, Inc. Bone conduction accelerometer microphone
CN103096225A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 北京美尔斯通科技发展股份有限公司 骨传导麦克风
US20180279061A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Joris Walraevens Shock and impact management of an implantable device during non use
CN111050256A (zh) * 2019-12-17 2020-04-21 武汉大学 一种小型化的高灵敏度压电式麦克风
CN211378247U (zh) * 2019-12-30 2020-08-28 瑞声声学科技(深圳)有限公司 骨传导麦克风

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4203508A4 *

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