微型扬声器系统与制造方法技术方案

一种微型扬声器系统与制造方法，系统中具有扬声模块，每个扬声模块进一步包含：上晶圆层，顶端具有振膜；致动单元，设于上晶圆层的下方；下晶圆层，设于致动单元的下方；连动块，设于上晶圆层的下方，连接上晶圆层的底端与下晶圆层的顶端，使上晶圆层与下晶圆层之间形成致动空间，以将致动单元容纳于致动空间中；其中，致动单元以旋绕方式设置于连动块周遭并包含压电结构层，使致动单元作动时，能借由驱动振膜振动产生声波。膜振动产生声波。膜振动产生声波。

【技术实现步骤摘要】
微型扬声器系统与制造方法


[0001]本专利技术是有关一种微型扬声器系统与制造方法，更详而言之，为一种具有微型化堆叠架构的扬声模块，以改善声波的强度与指向性的微型扬声器系统与相应的扬声器制造方法。

技术介绍

[0002]可借由电子信号控制的扬声器一般被应用于咖啡厅、音乐厅、博物馆等公共场所。而在电子产品已成为普遍应用的现在，亦有微型化的扬声器被应用于手机、平板、车用音响、移动终端装置等领域。现有的扬声器按工作原理大体分类为电动式扬声器、压电式扬声器、电极式扬声器等几种类型。以传统的电动式扬声器举例，其通常包含单体、音箱、分音器、端子等组成，其中，单体做为扬声器的核心元件，又进一步包含电磁铁或永久磁铁、线圈、振膜，当由放大器输出电流信号时，该电流信号将通过线圈产生电磁场，并借由与电磁铁或永久磁铁产生交互作用的周期性位移使和线圈相连的振膜产生相应的移动，举例来说，若要使扬声器发出D(Re)音，则电流信号的频率必须与振膜振动的频率相同，也就是287.35Hz。然而，传统的电动式扬声器由于包含上述的电磁铁、永久磁铁与线圈等元件，使其具有较大的重量与体积，在结构上不利于整合至前述越来越小型化的移动终端装置，而以电磁铁、永久磁铁为基础的扬声器在产生声音的品质上，例如解析度、声音的指向性等也有改善的空间，因此目前时点遂出现了一种压电式扬声器。
[0003]承上述，现有压电式扬声器的构造，请参阅图1A，以及图1B，其中图1A为图1B的上视角，图1B为图1A的垂直剖面视角。其中，在图1A中的垂直剖面A
‑/>A
’
中，现有压电式扬声器所具有的扬声单元100包含薄膜110、驱动单元120、基板130等元件，而薄膜110包含驱动板112、连接板116，基板130上则具有一硅晶层140，所述的驱动板112形成于硅晶层140的顶端内部边缘，并通过弹力结构114联结连接板116，驱动单元120则设置于硅晶层140上端并部分覆盖驱动板112，驱动单元120包含压电材料，使得驱动单元120能通过压电材料在形变的过程中驱动连接板116产生振动以带动薄膜110，让薄膜110能相应于连接板116的振动频率产生垂直方向的位移x从而发出声波。在图1A的上视角平面中，一个单一的扬声单元100包含一个矩形的基板130，而四组堆叠于硅晶层140之上的驱动单元120、驱动板112被配置为一梯形结构，并分别设在硅晶层140上的四个边，四组梯形结构之间具有空隙150，当扬声单元100运作时，驱动单元120中的压电材料形变将使上述的梯型结构在垂直方向上下翻动，使连接板116能够在推动薄膜110振动时，借由扰动空气造成压力变化从而发出声音。
[0004]然而，现有的压电式扬声器虽然一定程度的改善了装置的体积，使其易于被整合于移动产品，但仍有很大的缺失有待解决。首先，将上述驱动单元120、驱动板112被配置成梯形结构，此一构形由于其实际上下振动的元件为连接板116，若由图1B的上视图观之，连接板116在整个薄膜110中仅占了中央的部分面积，因此会使得薄膜110的中央部分垂直位移量大，而薄膜110的边缘处的垂直位移量逐渐变小，从而直接导致薄膜110的结构中能实际通过位移振动而能发出的声音强度受到限制。另一方面，此结构要产生足够的音量，则驱
动单元120必然需要耗费更多的能量以加大位移x的量。再者，将含有压电材料的驱动单元120设置于驱动板112的上方以及硅晶层140的边缘，也容易导致底下的驱动板112在作动时产生侧向的声波，与垂直振动的薄膜110所产生纵向的声波所产生的音场强度呈现一球面分布，使得音场分布在需要特定指向的应用场合时表现不佳，因此现行的压电式扬声器结构，仍有进一步精进的空间。

技术实现思路

[0005]基于以上原因，本专利技术的目的，在于改善传统压电式扬声器，仅将具有压电材料的驱动单元设置在硅晶层顶端边缘，而驱动单元是通过弹力结构间接带动振膜下方中央处的连接板作动，来带动振膜振动发声，在此架构下由于驱动单元与驱动板的接触面积有限，使得驱动板本身所产生的形变受到限制，更由于薄膜中的连接板面积比例较小，使得连接板能带动振膜垂直振动的位移相当有限，造成传统压电式扬声器一则无法产生足够音量，抑或是欲产生足够的音量需耗费额外的电能，不利于将压电式扬声器整合入原本电池电量或体积先天上即有所限制的移动终端装置，例如手机、平板、无线耳机等等。再者，将含有压电材料的驱动单元设置于硅晶层的边缘，也容易导致底下的驱动板作动时产生侧向的声波与垂直振动的薄膜所产生纵向的声波的音场呈现球面分布，除了使声音的指向性无法满足产业的应用以外，对于现行市场中音乐或音频音质要求也益发不足以满足需求。本专利技术提出的技术方案，为提供一种微型扬声器系统，具有N个扬声模块，每个扬声模块进一步包含：上晶圆层，该上晶圆层的顶端具有振膜；M个致动单元，设置于上晶圆层的下方；下晶圆层，设置于致动单元的下方；连动块，设置于上晶圆层的下方，连接上晶圆层的底端与下晶圆层的顶端，使上晶圆层与下晶圆层之间形成致动空间，以令致动单元能被容纳于致动空间中；其中，致动单元以旋绕方式设置在连动块周遭，并包含有一压电结构层，使致动单元作动时，能借由驱动振膜振动而产生声波，而上述N与M的个数，可分别为大于或等于一的整数(N，M≥1)。
[0006]根据本专利技术的内容，扬声模块的致动单元包含一上电极层和下电极层，而上电极层、压电结构层、下电极层由上而下依序堆叠，使致动单元形成一三明治结构。其中致动单元于下晶圆层的平面上呈一线状，并具有多个弯折数，因此致动单元能被弯折多个勾状，从而使下晶圆层的顶端能设置入较高密度的致动单元，以利于增加致动单元能够驱动振膜产生垂直方向的位移量，应注意者为，在本专利技术中，为说明上的便利，所述的上电极层与下电极层可被统称为电极层。
[0007]根据本专利技术之内容，上晶圆层的顶端具有振膜，下端则设有质量块，其中，质量块是耦接连动块，用于调整振膜的振动模式，借由质量块的轻重配置，改变振膜的振幅与频率范围。
[0008]同样基于前述原因，本专利技术提出了一种微型扬声器系统制造方法，其包含下述的流程：准备一下晶圆层；于下晶圆层上依序沉积下电极层、压电材料层，以及上电极层；蚀刻下晶圆层，以在下晶圆层上图案化形成致动单元；准备一上晶圆层，并于上晶圆晶板上沉积一连动层；蚀刻上晶圆层，以在连动层中定义出连动块与振膜；对位接合上晶圆层与下晶圆层；以及，蚀刻下晶圆层中的第一下基板层，以在第一下基板层定义出一空腔。
【附图说明】
[0009]如下所述的对本专利技术的详细描述与实施例的示意图，应使本专利技术更被充分地理解；然而，应可理解此仅限于作为理解本专利技术应用的参考，而非限制本专利技术于一特定实施例之中。
[0010]图1A为现有压电式扬声器的上视图平面结构示意图。图1B为现有压电式扬声器的垂直剖面A
‑
A
’
的视角结构示意图。图2A为本专利技术一实施例中，扬声模块的上视图平面结构示意图。图2B为本专利技术一实施例中，扬声模块于B
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型扬声器系统，其特征在于，包含：N个扬声模块，该N个扬声模块包含：一上晶圆层，该上晶圆层的顶端设有一振膜；M个致动单元，驱动该振膜发声；一下晶圆层；以及，一连动块，设于该上晶圆层下方，连接该上晶圆层的底端与该下晶圆层的顶端，使该上晶圆层、该下晶圆层之间形成一致动空间，该M个致动单元则被容纳于该致动空间中；其中，该M个致动单元包含一压电结构层，并由旋绕方式设于该连动块周围，N与M为大于或等于一的整数。2.如权利要求1所述的微型扬声器系统，其特征在于，该M个致动单元于该下晶圆层的平面上呈一线状，并具有K个弯折数，K为大于或等于一的整数。3.如权利要求2所述的微型扬声器系统，其特征在于，当K＝4时，该M个致动单元呈现出具连续弯折的发夹状，使该致动空间容纳更大长度的该M个致动单元，增加该振膜于垂直方向的位移量。4.如权利要求2所述的微型扬声器系统，其特征在于，当K＝1时，该M个致动单元呈现出具有弯折的弯角状，其中该连动块则被设于该下晶圆层平面上四个角落的位置。5.如权利要求2所述的微型扬声器系统，其特征在于，该M个致动单元更包含一上电极层与一下电极层，其中该上电极层、该压电结构层、该下电极层由上而下依序堆叠形成三明治结构。6.如权利要求1所述的微型扬声器系统，其特征在于，该N个扬声模块更包含一质量块，设置于该振膜的下端并耦接该连动块，借此调整该振膜的振动模式。7.如权利要求6所述的微型扬声器系统，其特征在于，该振膜与该质量块具有之间一凸出部，使该N个扬声模块的该振膜之间具有一间隙，该间隙的距离范围为0.1μm～20μm。8.如权利要求1所述的微型扬声器系统，其特征在于，该下晶圆层包含一空腔，形成于该下晶圆层的下端，保持空气于该扬声模块中的流通。9.如权利要求8所述的微型扬声器系统，其特征在于，该下晶圆层包含一加强结构部，该加强结构部被设置于该下晶圆层的底...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫皓然，戴贤忠，方麟辉，刘华晋，韩永隆，黄启峰，林宗义，
申请(专利权)人：研能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：