專利名稱：微機電系統(tǒng)揚聲器及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚聲器，尤其涉及一種微機電系統(tǒng)揚聲器及具有該微機電系統(tǒng)揚聲器 的電子裝置。
背景技術(shù)：
揚聲器一般由信號輸入裝置和發(fā)聲元件組成。通過信號輸入裝置輸入電信號給發(fā) 聲元件，進而發(fā)出聲音。該揚聲器為一種把電信號轉(zhuǎn)換成聲音信號的電聲器件。具體地，揚 聲器可將一定范圍內(nèi)的音頻電功率信號通過換能方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭壍?可聽聲音。揚聲器的種類很多，雖然它們的工作方式不同，但一般均為通過產(chǎn)生機械振動推 動周圍的氣體介質(zhì)，使氣體介質(zhì)介質(zhì)產(chǎn)生波動從而實現(xiàn)“電-力-聲”之轉(zhuǎn)換。請參閱圖4，現(xiàn)有的電動式揚聲器100通常由三部分組成音圈102、磁鐵104以及 振膜106。音圈102通常采用一導(dǎo)體，當(dāng)音圈102中輸入一個音頻電流信號時，音圈102相 當(dāng)于一個載流導(dǎo)體。若將其放在固定磁場里，根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場中會受到洛倫茲力作用， 音圈102會受到一個大小與音頻電流成正比、方向隨音頻電流方向變化而變化的力。因此， 音圈102就會在磁場作用下產(chǎn)生振動，并帶動振膜106振動，振膜106前后的氣體介質(zhì)亦隨 之振動，將電信號轉(zhuǎn)換成聲波向四周輻射。然而，上述電動式揚聲器100的工作過程是電能_磁能_機械能_聲能的轉(zhuǎn)換， 這種方式會造成聲音頻率越高，響度越低，且輻射角減少的缺掐。而且該電動式揚聲器 100的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積較大，不易于形成輕薄型的平面揚聲器。微機電系統(tǒng)(Micro electromechanical Systems, MEMS)揚聲器由于其良好的性能及易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點，可 望逐步替代傳統(tǒng)的音圈式揚聲器。MEMS是將微電子技術(shù)與機械工程融合到一起的一種工業(yè) 技術(shù)，MEMS器件體積小、重量輕，它的操作范圍在微米范圍內(nèi)，且主要以單晶硅(Si)為主要 原料。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種輕薄型且結(jié)構(gòu)簡單的微機電系統(tǒng)揚聲器及具有該微機 電系統(tǒng)揚聲器的電子裝置。一種微機電系統(tǒng)揚聲器，其包括一基板，該基板貫穿開設(shè)有多個聲學(xué)孔；多個間 隔體，設(shè)置于該基板表面，每個該間隔體形成有一氣體介質(zhì)間隙，該氣體介質(zhì)間隙與一對應(yīng) 的該聲學(xué)孔相通；多個加熱單元，其對應(yīng)設(shè)置于每個該間隔體上；一信號輸入裝置，該信號 輸入裝置傳遞電流信號至該多個加熱單元，使該多個加熱單元通電而發(fā)熱，從而加熱氣體 介質(zhì)發(fā)出聲波。一種電子裝置，其包括一微機電系統(tǒng)揚聲器，該微機電系統(tǒng)揚聲器包括一基板， 該基板貫穿開設(shè)有多個聲學(xué)孔；多個間隔體，設(shè)置于該基板表面，每個該間隔體形成有一氣 體介質(zhì)間隙，該氣體介質(zhì)間隙與一對應(yīng)的該聲學(xué)孔相通；多個加熱單元，其對應(yīng)設(shè)置于每個 該間隔體上；一信號輸入裝置，該信號輸入裝置傳遞電流信號至該多個加熱單元，使該多個
3加熱單元通電而發(fā)熱，從而加熱氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。 相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于該微機電系統(tǒng)揚聲器采用MEMS技術(shù)制得，尺寸可以很小， 可方便地應(yīng)用于各種可發(fā)聲的裝置中，如音響、手機、MP3、MP4、電視、計算機等電子領(lǐng)域及 其它發(fā)聲裝置中。其次，該揚聲器利用輸入信號裝置造成該加熱單元的溫度變化，從而使其 周圍氣體介質(zhì)迅速膨脹和收縮，進而發(fā)出聲波，無需振膜，即不會產(chǎn)生機械運動，結(jié)構(gòu)較簡


圖1是本發(fā)明實施例提供的微機電系統(tǒng)揚聲器的剖視圖。圖2是圖1中的多個加熱單元、信號輸入裝置及它們之間電連接關(guān)系的俯視圖。圖3是本發(fā)明實施例提供的電子裝置的示意圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)的揚聲器的剖視圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。請一并參閱圖1和圖2，其為本發(fā)明實施例提供的一種微機電系統(tǒng)揚聲器200。該 微機電系統(tǒng)揚聲器200包括一基板210，多個加熱單元220，位于每個加熱單元220與該基 板210之間的多個間隔體230，及一信號輸入裝置240。該基板210的材料一般為摻雜的n型硅或p型硅，也可以是本征硅。該基板210 上通過刻蝕方法形成多個聲學(xué)孔212，這些聲學(xué)孔212貫穿該基板210上下。該刻蝕方法 一般用濕法刻蝕(Wet Etching)，也可用干法刻蝕(Dry Etching)，如感應(yīng)耦合等離子刻蝕 (Inductively Coupled Plasma, I CP)或反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching, RIE)等。 在本實施例中，該聲學(xué)孔212呈圓臺狀，且其直徑沿著靠近該間隔體230的方向逐漸減小。每個間隔體230位于每個加熱單元220與該基板210之間。每兩個相鄰間隔體 230之間相隔一定距離。該間隔體230的材料一般為二氧化硅，也可為二氧化硅、氮化硅等 非導(dǎo)電材料的復(fù)合材料。每個間隔體230將該基板210與每個加熱單元220隔開，并于該 基板210與每個加熱單元220之間形成一氣體介質(zhì)間隙232，該氣體介質(zhì)間隙232通過刻蝕 方法貫通整個間隔體230。每個氣體介質(zhì)間隙232與一聲學(xué)孔212貫通。每個加熱單元220置于一間隔體230上方。該加熱單元220可以為平面螺旋狀線 圈，或來回式的條狀，當(dāng)然也可以為其他形狀。在本實施例中，該加熱單元220為平面螺旋 狀線圈結(jié)構(gòu)，可以使其與空氣或周圍介質(zhì)接觸面積更大，熱交換速度更快，因此具有更好的 發(fā)聲效率。每個加熱單元220的起始端分別延伸出第一連接部222及第二連接部224。該 第一連接部222與一導(dǎo)線260電連接，該第二連接部224與一導(dǎo)線270電連接。該導(dǎo)線260 和導(dǎo)線270均設(shè)置于該間隔體230的表面，用于支撐每個加熱單元220懸浮于該基板210 的上方。每個加熱單元220懸浮于該基板210的上方的設(shè)置，可使得該加熱單元220與空 氣或周圍介質(zhì)更好地進行熱交換。每個加熱單元220通過導(dǎo)線260、270并聯(lián)電性連接于該信號輸入裝置240。并聯(lián) 后的加熱單元220具有較小的電阻，可降低工作電壓，用較小的電壓即可驅(qū)動熱聲效應(yīng)。導(dǎo) 線260、270最好選自電阻值較小的金屬，如銅線，其可以提高傳導(dǎo)至加熱單元220的電流效
4率。該加熱單元220在通電的情況下，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而加熱該加熱單元220周圍的 氣體介質(zhì)。聲壓的大小與每個加熱單元220的功率有關(guān)，功率越大，聲壓越大，因此在每個加 熱單元220并聯(lián)的條件下，電阻越小發(fā)出的聲音的聲壓越大。在本實施例中，每個加熱單元 220的電阻值為0. 1歐姆至100歐姆之間，該阻值范圍可以使得該加熱單元220通電后溫度 迅速升高，并和周圍的介質(zhì)進行迅速的熱交換，造成周圍空氣或其他介質(zhì)迅速的膨脹和收 縮，從而發(fā)出聲音。該加熱單元220采用MEMS技術(shù)制得。在本實施例中，該加熱單元220 的最外圈線圈的長和寬的尺寸a與b均小于1微米。由于采用MEMS加工技術(shù)，該加熱單元 220的線圈的橫截面積也可以很小，因此厚度可以很小。每個加熱單元220通電后，會加熱周圍的氣體介質(zhì)，氣體介質(zhì)會因此膨脹。為了平 衡該受熱后膨脹的氣體介質(zhì)，可在基板210上開設(shè)多個第二通孔214，該第二通孔214設(shè)置 在每兩個相鄰間隔體230之間的區(qū)域所對應(yīng)的基板210上的位置，即每個第二通孔214位 于兩個相鄰的兩個聲學(xué)孔212之間。該第二通孔214可以使對應(yīng)的加熱單元220加熱所產(chǎn) 生的膨脹的氣體介質(zhì)得到平衡。本實施例中，該第二通孔214呈圓臺狀，且其直徑沿著靠近 該間隔體230的方向逐漸增大，即該第二通孔214與聲學(xué)孔212形狀相反。該揚聲器200的發(fā)聲原理為在信號輸入裝置240輸入電流信號后，根據(jù)電流信 號強度與頻率的變化，每個加熱單元220均可均勻地加熱周圍的氣體介質(zhì)，即使氣體介質(zhì) 間隙232里的氣體介質(zhì)迅速膨脹和收縮，從而主要由該聲學(xué)孔212輻射出人耳可感知的聲 音。信號輸入裝置240可控制通過該加熱單元220的電流大小與頻率。加熱單元220會 根據(jù)電流的大小和頻率來控制周圍的氣體介質(zhì)膨脹量的大小及膨脹的速率，該氣體介質(zhì)的 膨脹量的大小與膨脹的速率是和聲音的大小和頻率有關(guān)的。該揚聲器200的發(fā)聲原理為 “電-熱-聲”的轉(zhuǎn)換，具有廣泛的應(yīng)用范圍。請參閱圖3，其為本發(fā)明實施例提供的一種電子裝置300。該電子裝置300包括揚 聲器200。該電子裝置300為音響、手機、MP3、MP4、電視、計算機或其它發(fā)聲裝置。相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于該揚聲器200的主要部件，包括基板210，加熱單元220，間 隔體230均在硅基材料上制得，即是采用MEMS技術(shù)制得，尺寸可以很小，可方便地應(yīng)用于各 種可發(fā)聲的裝置中。其次，該揚聲器200利用輸入信號裝置240造成該加熱單元220的溫 度變化，從而使其周圍氣體介質(zhì)迅速膨脹和收縮，進而發(fā)出聲波，無需振膜，即不會產(chǎn)生機 械運動，結(jié)構(gòu)較簡單。另外，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思 做出其他各種相應(yīng)的變化，而所有這些變化都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
一種微機電系統(tǒng)揚聲器，其包括一基板，該基板貫穿開設(shè)有多個聲學(xué)孔；多個間隔體，設(shè)置于該基板表面，每個該間隔體形成有一氣體介質(zhì)間隙，該氣體介質(zhì)間隙與一對應(yīng)的該聲學(xué)孔相通；多個加熱單元，其對應(yīng)設(shè)置于每個該間隔體上；一信號輸入裝置，該信號輸入裝置傳遞電流信號至該多個加熱單元，使該多個加熱單元通電而發(fā)熱，從而加熱氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。
2.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，每個加熱單元的電阻值為0.1 歐姆至100歐姆之間。
3.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，該加熱單元的材料為多晶硅。
4.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，該加熱單元為平面螺旋狀線 圈結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，該加熱單元的最外圈線圈的 長度與寬度尺寸均小于1微米。
6.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，該多個加熱單元并聯(lián)電性連 接于該信號輸入裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，每個加熱單元的起始端分別 延伸出第一連接部及第二連接部，每個加熱單元分別通過該第一連接部及第二連接部與信 號輸入裝置電性連接，從而將電流信號傳輸至該加熱單元。
8.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)揚聲器，其特征在于，該基板上開設(shè)多個第二通孔， 該第二通孔設(shè)置在每兩個相鄰間隔體之間的區(qū)域所對應(yīng)的位置。
9.一種電子裝置，其包括一微機電系統(tǒng)揚聲器，該微機電系統(tǒng)揚聲器包括一基板，該 基板貫穿開設(shè)有多個聲學(xué)孔；多個間隔體，設(shè)置于該基板表面，每個該間隔體形成有一氣體 介質(zhì)間隙，該氣體介質(zhì)間隙與一對應(yīng)的該聲學(xué)孔相通；多個加熱單元，其對應(yīng)設(shè)置于每個該 間隔體上；一信號輸入裝置，該信號輸入裝置傳遞電流信號至該多個加熱單元，使該多個加 熱單元通電而發(fā)熱，從而加熱氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。
10.如權(quán)利要求9所述的電子裝置，其特征在于，該電子裝置為音響、手機、MP3、MP4、電 視或計算機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微機電系統(tǒng)揚聲器，其包括一基板，該基板貫穿開設(shè)有多個聲學(xué)孔；多個間隔體，設(shè)置于該基板表面，每個該間隔體形成有一氣體介質(zhì)間隙，該氣體介質(zhì)間隙與一對應(yīng)的該聲學(xué)孔相通；多個加熱單元，其對應(yīng)設(shè)置于每個該間隔體上；一信號輸入裝置，該信號輸入裝置傳遞電流信號至該多個加熱單元，使該多個加熱單元通電而發(fā)熱，從而加熱氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。本發(fā)明還提供一種具有上述微機電系統(tǒng)揚聲器的電子裝置。
文檔編號H04R23/00GK101959110SQ20091030441
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者張仁淙 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司