一种硅基MEMS微扬声器制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。本发明专利技术技术方案的硅基MEMS微扬声器采用载流线圈间相互作用的方式发声，而不采用磁钢，是一种非磁钢系统MEMS微扬声器，继承了硅基电磁式MEMS微扬声器频响特性较好的特点，并简化了制作工艺，进一步的，易于实现无磁化、平面化和超薄化。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基MEMS微扬声器
本专利技术涉及微扬声器
，具体涉及一种硅基MEMS微扬声器。
技术介绍
近年来，随着手机、平板电脑等消费类电子产品的飞速发展，微扬声器的需求得到急速扩张，吸引了大批科研团队致力于提高微扬声器音质的研究。按照驱动方式的不同，微扬声器可以分为静电式、压电式及电磁式。静电式微扬声器的驱动电压较大且难以获得很大的振动幅度。压电式微扬声器虽然能够获得较大的位移但振动的非线性及压电材料易受残余应力影响导致其在音频系统中的使用受到限制。电磁式微扬声器既可以保证较大的振动幅度同时其振动的线性度高也有利于声音的高保真还原，因此更多团队致力于电磁式微扬声器结构的研究。电磁式微扬声器按照振动部位的不同，可分为动圈式及动铁式。动圈式微扬声器的金属线圈需要制作在振动薄膜上，结构磁体组装工艺简单。动铁式微扬声器利用铁片在磁力的作用下带动振膜发声，具有体积小、灵敏度高、频响曲线稳定的优点。传统电磁式扬声器发声是基于振动薄膜的形变，振动薄膜周边被固定在刚性框架上，在电磁力的驱动下发生形变，最大位移处为振动薄膜中心，即所谓鼓膜式振动，振动薄膜周边固定，薄膜振动的自由度受到限制，很难获得很大的振动幅度，空气的排出量较小，声压受到限制。传统结构振动薄膜主要材质为柔软的聚合物薄膜，这些材料弹性系数低，振动薄膜在低频和高频振动时线性度不高，导致声音的频带范围很窄，且其刚度小，谐振频率低，一般情况下在音频范围内有高达几十个振动模态，容易形成尖声信号，严重影响声音的质量，其材质的柔软性决定了很难获得尺寸精确的图形结构，随着器件结构尺寸越来越小，其尺寸精度制约了微扬声器的性能，因此，传统电磁式微扬声器结构具有声压低、音质差、工艺兼容性低等缺点。为此，近年来发展出了硅基电磁式微扬声器。例如，现有的一种硅基电磁式微扬声器，使用悬臂梁支撑的硅基薄膜代替传统电磁式微扬声器结构的柔软聚合物薄膜，悬臂梁以及振动薄膜均采用硅材料，硅的刚度大，且密度较低，通过对悬臂梁结构的优化设计，使得该结构在音频范围内只有三个振动模态，远低于传统聚合物薄膜振动模态数，减少甚至消除了尖声信号，提高了扬声器声音质量。在电磁力驱动下，悬臂梁支撑的硅基薄膜沿垂直方向振动，即活塞式振动模式，与鼓膜式振动微扬声器结构相比，活塞式振动模式下的悬臂梁结构可以获得更大的振动自由度，产生更大声压。因此，硅基电磁式MEMS微扬声器相比传统电磁式微扬声器具有更好的频响特性。如图1所示，是一种硅基电磁式扬声器结构的切面图。它是采用烧结型钐钴磁体制作的动铁式微扬声器，该结构包括三个部分，首先是基于MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)工艺在SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)硅片100上制作悬臂梁结构101及硅基薄膜102，如图2和图3所示；其次是定制的烧结型钐钴永磁体(或称为钐钴磁铁)103；最后是在PCB(PrintedCircuitBoard，印制电路板)上制作金属线圈104例如铜线圈。当铜线圈有交流电流通时，线圈与磁铁之间产生的洛伦兹力，磁体带动硅基薄膜整体沿垂直方向振动，引起空气振动，产生声音。目前常见的硅基电磁式MEMS微扬声器，在原理、结构上，都是利用在音频交流信号的作用下，永磁体与线圈产生洛伦兹力而使扬声器工作的。其中，永磁体也称为磁钢，通常采用强磁的钕铁硼材料制成。实践发现，强磁的钕铁硼材料容易氧化，需要制作防氧化保护层，而且工艺上也有较高要求，制作会有一定的困难。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种硅基MEMS微扬声器，用于解决现有的硅基MEMS微扬声器因采用磁钢所带来的上述技术问题，以有利于实现硅基MEMS微扬声器的无磁化、平面化、超薄化。本专利技术提供的一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。在一种可选的实施方式中，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈为同轴线圈，即两者的轴线相同，或者说两者的轴线在同一条直线上。在一种可选的实施方式中，所述硅基支撑构件安装在印制电路板PCB上，且所述驱动线圈具体设置在所述PCB上。且所述PCB上可开设有声学孔。在一种可选的实施方式中，所述驱动线圈为采用蚀刻工艺形成在所述PCB上的单层线圈或多层线圈，且为多层线圈时，所述多层线圈的任意层在通电时产生方向一致的磁场。在一种可选的实施方式中，所述音圈振膜线圈为采用光刻蚀工艺进行平面刻蚀形成在所述硅振膜上的单层线圈或双层线圈，且为双层线圈时，所述双层线圈分别形成在所述硅振膜的两面。在一种可选的实施方式中，所述的硅基MEMS微扬声器，还包括：用于所述驱动线圈的专用驱动电路，所述专用驱动电路为以下驱动电路中的一种：直流驱动电路，音频交流驱动电路，直流与音频交流混合驱动电路，音频全波整流驱动电路，以及直流与音频全波整流混合驱动电路。在一种可选的实施方式中，所述弹性连接构件包括连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间的波纹状悬梁。在一种可选的实施方式中，所述弹性连接构件包括多条连接臂，所述多个条连接臂均匀分布并连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间。在一种可选的实施方式中，所述硅基支撑构件，所述硅振膜，以及所述弹性连接构件通过加工硅片由单一部件构成。由上可见，本专利技术一些可行的实施方式中，提供一种硅基MEMS微扬声器。与现有的硅基电磁式MEMS微扬声器采用在音频交流信号的作用下，永磁体与线圈产生洛伦兹力而使扬声器工作的原理不同的是，本专利技术对硅基电磁式MEMS微扬声器进行了改进，采用载流线圈间相互作用的方式发声，而不采用磁钢，是一种非磁钢系统MEMS微扬声器。本专利技术方案继承了硅基电磁式MEMS微扬声器频响特性较好的特点，并去除了占体积较大的磁钢部分，简化了制作工艺，且进一步的，易于实现无磁化、平面化、超薄化，具有良好的发展前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是现有的一种硅基电磁式扬声器的结构的切面图；图2是现有的硅基电磁式扬声器的悬臂梁结构及硅基薄膜的正面示意图；图3是现有的硅基电磁式扬声器的悬臂梁结构及硅基薄膜的反面示意图；图4-1是精确模型直角坐标解析图；图4-2是共轴精确模型直角坐标系解析图；图4-3是共轴近似模型直角坐标系解析图；图5是本专利技术一个实施例提供的一种硅基MEMS微扬声器的结构示意图；图6是本专利技术一个实施例中多层线圈的连接示意图；图7-1是LM386功率放大电路；图7-2是直流驱动波形图；图7-3是音频交流驱动波形图；图7-4是三极管共射放大电路；图7-5是直流与音频交流混合驱动波形；图7-6是直流与音频交流混合驱动电路图；图7-7是音频全波整流驱动波形图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，其特征在于，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。

【技术特征摘要】
1.一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，其特征在于，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。2.根据权利要求1所述的硅基MEMS微扬声器，其特征在于，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈为同轴线圈。3.根据权利要求1所述的硅基MEMS微扬声器，其特征在于，所述硅基支撑构件安装在印制电路板PCB上，且所述驱动线圈具体设置在所述PCB上。4.根据权利要求3所述的硅基MEMS微扬声器，其特征在于，所述驱动线圈为采用蚀刻工艺形成在所述PCB上的单层线圈或多层线圈，且为多层线圈时，所述多层线圈的任意层在通电时产生方向一致的磁场。5.根据权利要求3所述的硅基MEMS微扬声器，其特征在于，所述PCB上开设有声学孔。6.根据权利要求1所述的硅基MEMS微扬声器，其特征在于，所述音圈振...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗汉，罗旭辉，蒙圣杰，
申请(专利权)人：罗旭辉，吴宗汉，蒙圣杰，
类型：发明
国别省市：湖北,42