專利名稱：傳聲器及其制造方法
傳聲器及其制造方法關(guān)聯(lián)申請的交叉引用
本申請是2007年4月30日提交的No.ll/742,252美國專利申請的延續(xù)，它基于35 U.S.C. §119 (e)要求提交于2007年3月20日且名為"Silicon ElectretMicrophone and Manufacturing Method Thereof (硅駐極體傳聲器及其制造方法)"的No. 60/895,798美國臨時申請的權(quán)益，這些文獻的公布內(nèi)容出于各種目的而以引用方式完整地包含于此。
背景
傳統(tǒng)的駐極體電容式傳聲器利用橫跨金屬環(huán)延伸并粘性地附連于金屬環(huán)的金屬化聚酯薄膜，以充當振動膜。該環(huán)/薄膜組件中的張力是決定傳聲器靈敏度的主要因素。溫度和濕度的改變影響環(huán)/薄膜組件且用于使薄膜附連于環(huán)的粘合劑受到蠕變。這隨時間和環(huán)境變化而導(dǎo)致不穩(wěn)定性。當使用配對時由于它們的性能隨時間而偏移，這尤其成問題。需要提供一種具有在溫度改變時等量膨脹的環(huán)/薄膜組件的傳聲器并且無需任何粘合劑來用于環(huán)/薄膜組件附連。此外，
薄膜對濕度校不敏感，由此在一段時間上產(chǎn)生更穩(wěn)定的性能。
附圖簡述
為了更完全地理解本公布，參照下面的詳細說明和附圖，其中


圖1是示出體現(xiàn)本發(fā)明原理的傳聲器組件的分解圖2是體現(xiàn)本發(fā)明原理的圖1的傳聲器組件的立體圖3是體現(xiàn)本發(fā)明原理的圖1所示傳聲器組件的電動機部分的局部放大
圖4A-4D是體現(xiàn)本發(fā)明原理的振動膜組件的橫截面圖5是體現(xiàn)本發(fā)明原理的圖4D的振動膜組件的剖視圖6是體現(xiàn)本發(fā)明原理的圖5所示的振動膜組件的放大剖視4圖7是體現(xiàn)本發(fā)明原理的用于形成多個振動膜組件的晶片的俯視圖。
本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當理解，附圖中的部件為了簡單和明了而示出。還可理解，某些動作和/或步驟可能以特定發(fā)生順序描述或表達，然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解這種順序上的特殊性實際上并不需要。還可理解，本文中使用的術(shù)語和表達具有這些術(shù)語和表達就其對應(yīng)的調(diào)査和研究的領(lǐng)域而言相符合的一般意思，除非在本文中另外表述出特定的意思。
詳細說明
盡管本公布可以有多種修改和替換形式，然而在附圖中以示例方式示出某些實施例且這些實施例將在本文中予以詳細說明。然而要理解，本公布不打算將本發(fā)明限制在所描述的特定形式，相反，本發(fā)明旨在覆蓋落在本發(fā)明如所附權(quán)利要求書定義的精神和范圍內(nèi)的所有修改、變化和等效物。
圖1示出實質(zhì)上可用于例如耳機、雙耳式耳機、藍牙無線頭戴式耳機、插
入式耳機、UWB無線頭戴耳機、助聽器等任何形式聽音裝置的換能器100的分解圖。助聽器可以是耳后式(BTE)、耳內(nèi)式(ITE)、耳管內(nèi)式(ITC)、完全耳管內(nèi)式(CIC)、組合式BTE/ITE、組合式BTE/ITC、組合式BTE/CIC等。也可采用其它類型的聽音裝置。換能器100根據(jù)所要求的應(yīng)用場合可以是接收器、揚聲器、傳聲器、組合式接收器和傳聲器、雙傳聲器。在所示實施例中，換能器100是傳聲器。傳聲器100包括殼體，該殼體具有通過任何己知技術(shù)附連在一起的上殼體106和下殼體104。傳聲器100還包括振動膜組件110、間隔件116和后擋板組件118，它們一起構(gòu)成電動機部分140。關(guān)于電動機部
分的形成的更多細節(jié)在下文中給出。
在下殼體104上通過任何已知技術(shù)形成至少一個端口 108以使聲波能進入設(shè)置在殼體104、 106中的電動機部分140并與之相互作用。安裝在印刷電路板(PCB) 120上的電子器件(未示出)被設(shè)置在殼體104、 106中。該電子器件根據(jù)所要求的應(yīng)用場合可以是集成電路(IC)芯片、電容器、電阻器、電感器或其它無源器件。應(yīng)當理解，可包括一個或多個芯片和電子器件。在一個實施例中，該器件是混合電路。該混合電路包括例如源跟隨場效應(yīng)晶體管(FET)IC的阻抗緩沖電路(未示出)。PCB 120可包括提供接地、電源輸入以及與由傳聲器100的電動機部分換能的聲音對應(yīng)的經(jīng)處理電信號的輸出的三條連接線 126、 128、 130。如圖所示，位于電動機部分140的連接線124通過連接線126 電耦合于PCB120。當PCB 120和電動機部分140被設(shè)置在下殼體104的最終 位置或閉合位置時，上殼體104和下殼體106固定地附連在一起，將內(nèi)部器件 鎖定在位。然后將軟線電路組件122安裝在殼體102的上表面以為聽音裝置(未 示出)中的器件提供電連接。該軟線電路組件122包括提供接地端子、輸出端 子和電源端子的多個端子136。組件122的軟線電路134上的多個焊點138電 連接于這些端子136。 PCB 120的導(dǎo)線126、 128、 130延伸穿過形成在上殼體 106上的開口 132，電連接于組件122的端子136。
圖2示出體現(xiàn)本發(fā)明的原理的傳聲器100的立體圖。作為電動機部分140 一部分的振動膜組件110 (如圖1所示)被設(shè)置在殼體102內(nèi)。軟線電路組件 122固定地附連在殼體102的上表面。殼體102包括第一殼體104和通過已知 技術(shù)附連于第一殼體104的第二殼體106。盡管殼體102具有圓柱形，然而應(yīng) 當理解適應(yīng)要求應(yīng)用場合的任何殼體形狀或構(gòu)造都是可以滿足要求，包括大致 方形、矩形或任何合需的幾何形狀和尺寸。殼體102可由各種材料制成，例如 不銹鋼、導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料的交替層(例如涂覆金屬微粒的塑料)等。
圖3示出設(shè)置在圖1所示的傳聲器100的下殼體104a內(nèi)的電動機部分140。 電動機部分104包括振動膜組件110、后擋板組件118和間隔件116。具有某 一厚度的間隔件116被設(shè)置在振動膜組件IIO和后擋板組件118之間。間隔件 116呈環(huán)形圈形狀并與下殼體104的內(nèi)部構(gòu)造對應(yīng)。它一般以例如聚對苯二甲 酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺、塑料等電絕緣材料制成。也可采用其它種類的 材料。作為替代，間隔件可選自一組類金屬材料，例如鎳或不銹鋼。
后擋板組件118安裝在間隔件116上，后擋板組件118呈盤形，其具有中 央部分142、至少一個卸荷部分144 (在圖1中示出為三個)以及至少一個凸 起146 (在圖1中示出為三個)。應(yīng)當理解，后擋板組件118可采用適于任何要 求應(yīng)用場合的任何形狀或構(gòu)造，包括具有或不具有后擋板支承件并與間隔件 116的構(gòu)造對應(yīng)的大致方形、盤形、矩形或任何其它合需的幾何形狀和尺寸。 后擋板組件118包括導(dǎo)電層118a和帶電層118b。帶電層118b可選自 一組具有 良好電荷存儲性能、良好的耐化學(xué)性和高溫度穩(wěn)定性的熱塑材料的材料。在一個實施例中，帶電層118b可以是通常以商品名稱TEFLON獲得的氟化乙烯丙烯材料或任何類似的材料。也可采用其它種類的材料。導(dǎo)電層118a由例如不銹鋼、金、涂覆金屬微粒的聚合物等的導(dǎo)電材料制成，用于從帶電層U8b傳輸信號。也可采用其它類型的材料?？蛇x的聚合物層(未示出)可以任何已知技術(shù)附連于導(dǎo)電層18a。
振動膜組件110包括支承結(jié)構(gòu)112和振動膜114。關(guān)于振動膜組件形成方式的更多細節(jié)將在本文中予以更為詳細地說明。如圖3所示，后擋板組件118的帶電層118b直接露出于振動膜組件110的振動膜114并通過間隔件116與振動膜組件形成隔開。支承結(jié)構(gòu)112的下表面與下殼體104的內(nèi)壁保持接觸。振動膜組件110的振動膜114 一般露出于聲音端口 108，該聲音端口 108通過支承結(jié)構(gòu)112與振動膜114隔開。可選的減震元件(未示出)可附連于下殼體104以防止碎屑通過端口 108進入下殼體104，這可能會使電動機部分140損壞。
圖4A—4D示出制造用于傳聲器100的振動膜組件110的一個示例。可提供通常從Shin-Etsu Handotai有限責(zé)任公司以商品名UNIBOND獲得的絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)晶片200或任何類似材料。也可采用其它種類的材料，而不脫離本發(fā)明的范圍。晶片200包括具有大約lum均勻厚度的第一單晶硅層202、中間層206以及搬運晶片204。中間層206—般為二氧化硅薄膜；然而，也可采用其它薄膜材料。如圖4B所示，使用活性離子蝕刻(RIE)(未示出)在周緣上蝕刻第一硅層202和薄膜206。也可采用其它類型的蝕刻。作為代替，可在制造振動膜組件110的末道工序中蝕刻薄膜206的周緣而不脫離本發(fā)明的范圍。有選擇地蝕刻第一層202的一部分以形成穿孔148?？舍槍σ蟮膽?yīng)用場合采用一個以上的穿孔。然后蝕刻經(jīng)由穿孔148露出于周圍環(huán)境的一部分中間層206。第一層202形成振動膜組件110的振動膜114。
現(xiàn)在，參照圖4C，背面蝕刻搬運晶片204以形成振動膜組件110的支承結(jié)構(gòu)112。蝕刻工藝可以是例如深度活性離子蝕刻(DRIE)。也可采用其它種類的蝕刻?？呻S后使用任何常規(guī)的蝕刻方案(未示出)去除薄膜206露出于環(huán)境的第二表面，從而如圖4D所示地將振動膜114脫出。如早前提到的那樣，在形成支承結(jié)構(gòu)112后，在單道工序中蝕刻薄膜206的周緣和薄膜206露出于
7環(huán)境的第二表面。
圖5 — 6示出傳聲器100的振動膜組件110。振動膜組件110包括支承結(jié)構(gòu) 112和振動膜114。呈環(huán)形圈形狀形式并與殼體的內(nèi)部構(gòu)造對應(yīng)的支承結(jié)構(gòu)112 包括大約1.0mm—3.0mm的外徑，例如大致3.0mm、大致2.5mm、大致2.2mm、 大致2.0mm、大致1.5mm或大致1 .Omm。支承結(jié)構(gòu)112具有大約0.5mm—2.0mm 的內(nèi)徑，例如大致2.0mm、大致1.8mm、大致1.5mm、大致l.Omm或大致0.5mm。 支承結(jié)構(gòu)的厚度為大約80um—200 um，例如大致200ym、大致150um、 大致125ixm、大致100um或大致80ym。呈盤形式的振動膜114保持成通過 中間氧化層206與支承結(jié)構(gòu)112接觸(見圖4D)。振動膜114的厚度為大約0.5 lim—2.0um，例如大致2.0um、大致1.5um、大致1.0 w m或大致0.5 u m。 可以理解，根據(jù)所要求的應(yīng)用場合，支承結(jié)構(gòu)112的尺寸和振動膜114的厚度 與傳聲器的構(gòu)造對應(yīng)。如圖6所示，在振動膜114上形成穿孔148,其直徑小 于75um，例如小于60 pm、例如小于50 pm、例如小于40 pm、例如小于 30 pm、例如小于20 nm、例如小于15 jim、例如小于13 pm、例如小于10 nm、 例如小于8 )im。穿孔148用來控制傳聲器100的低頻衰減。硅振動膜組件的 一個優(yōu)點是由于在單道工藝中制成振動膜和支承結(jié)構(gòu)而不需要粘合。由于環(huán)和 振動膜由相同材料構(gòu)成，硅振動膜組件隨著溫度變化而均勻地膨脹。此外，振 動膜不因濕度變化而有所反應(yīng)。由于振動膜組件是整塊的硅結(jié)構(gòu)，因此可更長 時間地保證多對換能器的匹配。
圖7示出形成多個振動膜組件的晶片300的俯視圖。然后，將晶片300安 裝在切割帶(未示出)上并隨后沿切割走廊302切割以形成多個振動膜組件 110?？墒褂娩?、激光器或通過劃線折斷法來完成切割。也可采用其它的切割 工藝例子。
在本文中描述了本發(fā)明的較佳實施例，包括落實本發(fā)明的發(fā)明人所知道最 佳模式。應(yīng)當理解，所示實施例僅為示例性的，且不應(yīng)當理解為對本發(fā)明范圍 的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于在聲學(xué)信號和電信號之間換能的裝置，包括含帶電層和導(dǎo)電層的后擋板組件；以及與所述后擋板組件相隔預(yù)定距離的振動膜組件，所述振動膜組件包括支承結(jié)構(gòu)和振動膜，所述振動膜響應(yīng)聲學(xué)信號而振動并整體地設(shè)置在所述支承結(jié)構(gòu)上，其中所述支承結(jié)構(gòu)和所述振動膜形成自共同的材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述材料是硅。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述振動膜組件形成自絕緣 體上硅結(jié)構(gòu)的晶片。
4. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)具有大約80um 至大約200um的厚度。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)包括外徑和內(nèi)徑。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)的外徑在1.0_ 3.0mm之間的范圍內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑在0.5 — 2.0mm之間的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述振動膜具有大約0.5—2.0 wm的厚度。
9. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，在所述后擋板組件和所述振動 膜組件之間形成有間隔件，從而形成電動機部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述間隔件由選自聚對苯二甲 酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺、塑料、塑料復(fù)合材料、纖維加強塑料及其組合 的材料來形成。
11. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述間隔件是類似金屬的材料。
12. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述振動膜組件上形成至少 一個穿孔，以控制頻率、提供大氣壓或其組合。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述穿孔具有大約8um至 大約75um的直徑。
14. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置是傳聲器。
15. —種用于助聽器的傳聲器，包括含帶電層的后擋板組件，所述帶電層是氟化乙烯丙烯類材料；以及 與所述后擋板組件隔開預(yù)定距離的振動膜組件，所述振動膜組件包括支承結(jié)構(gòu)和振動膜，所述振動膜響應(yīng)聲學(xué)信號而振動且整體地設(shè)置在所述支承結(jié)構(gòu)上，所述支承結(jié)構(gòu)和所述振動膜由單晶硅制成；其中所述后擋板組件和所述振動膜組件聯(lián)接在一起以形成電動機部分。
16. 如權(quán)利要求15所述的傳聲器，其特征在于，在所述后擋板組件和所 述振動膜組件之間形成有間隔件。
17. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)的厚度為大 約125 y m。
18. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)具有大約 2.2mm的外徑。
19. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)具有大約 1.8mm的內(nèi)徑。
20. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述振動膜具有大約lu m的厚度。
21. 如權(quán)利要求15所述的傳聲器，其特征在于，所述后擋板組件包括與 所述帶電層相鄰的導(dǎo)電層。
22. —種形成用于傳聲器的振動膜組件的方法，所述振動膜組件具有支 承結(jié)構(gòu)和振動膜，所述方法包括提供具有第一層、中間層和搬運晶片的絕緣體上硅結(jié)構(gòu)的晶片；蝕刻所述第 一層的周緣以形成振動膜；進一步有選擇地在所述第一層的周緣附近穿過所述第一層蝕刻出孔，以形 成穿孔；有選擇地背面蝕刻所述搬運晶片以形成支承結(jié)構(gòu)；以及 使用蝕刻劑去除未被覆蓋的所述中間層的一部分，從而形成從所述支承結(jié) 構(gòu)懸伸的振動膜。
全文摘要
一種用于在聲學(xué)信號和電信號之間換能的裝置，包括含帶電層和導(dǎo)電層的后擋板組件，以及與后擋板組件相隔預(yù)定距離的振動膜組件。該振動膜組件包括支承結(jié)構(gòu)和振動膜，該振動膜響應(yīng)聲學(xué)信號振動并整體地形成在支承結(jié)構(gòu)上，其中支承結(jié)構(gòu)和振動膜由具有熱機械特性的共同材料構(gòu)成。該裝置進一步包含間隔件、印刷電路板(PCB)和殼體。間隔件形成在后擋板組件和振動膜組件之間，共同構(gòu)成電動機部分。電動機部分和PCB位于殼體內(nèi)。
文檔編號H04R7/00GK101669373SQ200880009202
公開日2010年3月10日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者P·V·洛佩特 申請人:諾爾斯電子有限公司