专利名称：微机电系统扬声器及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及扬声器，尤其涉及一种微机电系统扬声器及具有该微机电系统扬声器 的电子装置。
背景技术：
扬声器一般由信号输入装置和发声元件组成。通过信号输入装置输入电信号给发 声元件，进而发出声音。该扬声器为一种把电信号转换成声音信号的电声器件。具体地，扬 声器可将一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的 可听声音。扬声器的种类很多，虽然它们的工作方式不同，但一般均为通过产生机械振动推 动周围的气体介质，使气体介质介质产生波动从而实现“电-力-声”之转换。请参阅图4，现有的电动式扬声器100通常由三部分组成音圈102、磁铁104以及 振膜106。音圈102通常采用一导体，当音圈102中输入一个音频电流信号时，音圈102相 当于一个载流导体。若将其放在固定磁场里，根据载流导体在磁场中会受到洛伦兹力作用， 音圈102会受到一个大小与音频电流成正比、方向随音频电流方向变化而变化的力。因此， 音圈102就会在磁场作用下产生振动，并带动振膜106振动，振膜106前后的气体介质亦随 之振动，将电信号转换成声波向四周辐射。然而，上述电动式扬声器100的工作过程是电能_磁能_机械能_声能的转换， 这种方式会造成声音频率越高，响度越低，且辐射角减少的缺掐。而且该电动式扬声器 100的结构较为复杂，体积较大，不易于形成轻薄型的平面扬声器。微机电系统(Micro electromechanical Systems, MEMS)扬声器由于其良好的性能及易于批量生产等优点，可 望逐步替代传统的音圈式扬声器。MEMS是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业 技术，MEMS器件体积小、重量轻，它的操作范围在微米范围内，且主要以单晶硅(Si)为主要 原料。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种轻薄型且结构简单的微机电系统扬声器及具有该微机 电系统扬声器的电子装置。一种微机电系统扬声器，其包括一基板，该基板贯穿开设有多个声学孔；多个间 隔体，设置于该基板表面，每个该间隔体形成有一气体介质间隙，该气体介质间隙与一对应 的该声学孔相通；多个加热单元，其对应设置于每个该间隔体上；一信号输入装置，该信号 输入装置传递电流信号至该多个加热单元，使该多个加热单元通电而发热，从而加热气体 介质发出声波。一种电子装置，其包括一微机电系统扬声器，该微机电系统扬声器包括一基板， 该基板贯穿开设有多个声学孔；多个间隔体，设置于该基板表面，每个该间隔体形成有一气 体介质间隙，该气体介质间隙与一对应的该声学孔相通；多个加热单元，其对应设置于每个 该间隔体上；一信号输入装置，该信号输入装置传递电流信号至该多个加热单元，使该多个
3加热单元通电而发热，从而加热气体介质发出声波。 相较于现有技术，由于该微机电系统扬声器采用MEMS技术制得，尺寸可以很小， 可方便地应用于各种可发声的装置中，如音响、手机、MP3、MP4、电视、计算机等电子领域及 其它发声装置中。其次，该扬声器利用输入信号装置造成该加热单元的温度变化，从而使其 周围气体介质迅速膨胀和收缩，进而发出声波，无需振膜，即不会产生机械运动，结构较简
图1是本发明实施例提供的微机电系统扬声器的剖视图。图2是图1中的多个加热单元、信号输入装置及它们之间电连接关系的俯视图。图3是本发明实施例提供的电子装置的示意图。图4是现有技术的扬声器的剖视图。
具体实施例方式下面将结合附图，对本发明实施例作进一步的详细说明。请一并参阅图1和图2，其为本发明实施例提供的一种微机电系统扬声器200。该 微机电系统扬声器200包括一基板210，多个加热单元220，位于每个加热单元220与该基 板210之间的多个间隔体230，及一信号输入装置240。该基板210的材料一般为掺杂的n型硅或p型硅，也可以是本征硅。该基板210 上通过刻蚀方法形成多个声学孔212，这些声学孔212贯穿该基板210上下。该刻蚀方法 一般用湿法刻蚀(Wet Etching)，也可用干法刻蚀(Dry Etching)，如感应耦合等离子刻蚀 (Inductively Coupled Plasma, I CP)或反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching, RIE)等。 在本实施例中，该声学孔212呈圆台状，且其直径沿着靠近该间隔体230的方向逐渐减小。每个间隔体230位于每个加热单元220与该基板210之间。每两个相邻间隔体 230之间相隔一定距离。该间隔体230的材料一般为二氧化硅，也可为二氧化硅、氮化硅等 非导电材料的复合材料。每个间隔体230将该基板210与每个加热单元220隔开，并于该 基板210与每个加热单元220之间形成一气体介质间隙232，该气体介质间隙232通过刻蚀 方法贯通整个间隔体230。每个气体介质间隙232与一声学孔212贯通。每个加热单元220置于一间隔体230上方。该加热单元220可以为平面螺旋状线 圈，或来回式的条状，当然也可以为其他形状。在本实施例中，该加热单元220为平面螺旋 状线圈结构，可以使其与空气或周围介质接触面积更大，热交换速度更快，因此具有更好的 发声效率。每个加热单元220的起始端分别延伸出第一连接部222及第二连接部224。该 第一连接部222与一导线260电连接，该第二连接部224与一导线270电连接。该导线260 和导线270均设置于该间隔体230的表面，用于支撑每个加热单元220悬浮于该基板210 的上方。每个加热单元220悬浮于该基板210的上方的设置，可使得该加热单元220与空 气或周围介质更好地进行热交换。每个加热单元220通过导线260、270并联电性连接于该信号输入装置240。并联 后的加热单元220具有较小的电阻，可降低工作电压，用较小的电压即可驱动热声效应。导 线260、270最好选自电阻值较小的金属，如铜线，其可以提高传导至加热单元220的电流效
4率。该加热单元220在通电的情况下，将电能转化为热能，从而加热该加热单元220周围的 气体介质。声压的大小与每个加热单元220的功率有关，功率越大，声压越大，因此在每个加 热单元220并联的条件下，电阻越小发出的声音的声压越大。在本实施例中，每个加热单元 220的电阻值为0. 1欧姆至100欧姆之间，该阻值范围可以使得该加热单元220通电后温度 迅速升高，并和周围的介质进行迅速的热交换，造成周围空气或其他介质迅速的膨胀和收 缩，从而发出声音。该加热单元220采用MEMS技术制得。在本实施例中，该加热单元220 的最外圈线圈的长和宽的尺寸a与b均小于1微米。由于采用MEMS加工技术，该加热单元 220的线圈的横截面积也可以很小，因此厚度可以很小。每个加热单元220通电后，会加热周围的气体介质，气体介质会因此膨胀。为了平 衡该受热后膨胀的气体介质，可在基板210上开设多个第二通孔214，该第二通孔214设置 在每两个相邻间隔体230之间的区域所对应的基板210上的位置，即每个第二通孔214位 于两个相邻的两个声学孔212之间。该第二通孔214可以使对应的加热单元220加热所产 生的膨胀的气体介质得到平衡。本实施例中，该第二通孔214呈圆台状，且其直径沿着靠近 该间隔体230的方向逐渐增大，即该第二通孔214与声学孔212形状相反。该扬声器200的发声原理为在信号输入装置240输入电流信号后，根据电流信 号强度与频率的变化，每个加热单元220均可均勻地加热周围的气体介质，即使气体介质 间隙232里的气体介质迅速膨胀和收缩，从而主要由该声学孔212辐射出人耳可感知的声 音。信号输入装置240可控制通过该加热单元220的电流大小与频率。加热单元220会 根据电流的大小和频率来控制周围的气体介质膨胀量的大小及膨胀的速率，该气体介质的 膨胀量的大小与膨胀的速率是和声音的大小和频率有关的。该扬声器200的发声原理为 “电-热-声”的转换，具有广泛的应用范围。请参阅图3，其为本发明实施例提供的一种电子装置300。该电子装置300包括扬 声器200。该电子装置300为音响、手机、MP3、MP4、电视、计算机或其它发声装置。相较于现有技术，由于该扬声器200的主要部件，包括基板210，加热单元220，间 隔体230均在硅基材料上制得，即是采用MEMS技术制得，尺寸可以很小，可方便地应用于各 种可发声的装置中。其次，该扬声器200利用输入信号装置240造成该加热单元220的温 度变化，从而使其周围气体介质迅速膨胀和收缩，进而发出声波，无需振膜，即不会产生机 械运动，结构较简单。另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思 做出其他各种相应的变化，而所有这些变化都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
一种微机电系统扬声器，其包括一基板，该基板贯穿开设有多个声学孔；多个间隔体，设置于该基板表面，每个该间隔体形成有一气体介质间隙，该气体介质间隙与一对应的该声学孔相通；多个加热单元，其对应设置于每个该间隔体上；一信号输入装置，该信号输入装置传递电流信号至该多个加热单元，使该多个加热单元通电而发热，从而加热气体介质发出声波。
2.如权利要求1所述的微机电系统扬声器，其特征在于，每个加热单元的电阻值为0.1 欧姆至100欧姆之间。
3.如权利要求1所述的微机电系统扬声器，其特征在于，该加热单元的材料为多晶硅。
4.如权利要求1所述的微机电系统扬声器，其特征在于，该加热单元为平面螺旋状线 圈结构。
5.如权利要求4所述的微机电系统扬声器，其特征在于，该加热单元的最外圈线圈的 长度与宽度尺寸均小于1微米。
6.如权利要求1所述的微机电系统扬声器，其特征在于，该多个加热单元并联电性连 接于该信号输入装置。
7.如权利要求1所述的微机电系统扬声器，其特征在于，每个加热单元的起始端分别 延伸出第一连接部及第二连接部，每个加热单元分别通过该第一连接部及第二连接部与信 号输入装置电性连接，从而将电流信号传输至该加热单元。
8.如权利要求1所述的微机电系统扬声器，其特征在于，该基板上开设多个第二通孔， 该第二通孔设置在每两个相邻间隔体之间的区域所对应的位置。
9.一种电子装置，其包括一微机电系统扬声器，该微机电系统扬声器包括一基板，该 基板贯穿开设有多个声学孔；多个间隔体，设置于该基板表面，每个该间隔体形成有一气体 介质间隙，该气体介质间隙与一对应的该声学孔相通；多个加热单元，其对应设置于每个该 间隔体上；一信号输入装置，该信号输入装置传递电流信号至该多个加热单元，使该多个加 热单元通电而发热，从而加热气体介质发出声波。
10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，该电子装置为音响、手机、MP3、MP4、电 视或计算机。
全文摘要
本发明提供一种微机电系统扬声器，其包括一基板，该基板贯穿开设有多个声学孔；多个间隔体，设置于该基板表面，每个该间隔体形成有一气体介质间隙，该气体介质间隙与一对应的该声学孔相通；多个加热单元，其对应设置于每个该间隔体上；一信号输入装置，该信号输入装置传递电流信号至该多个加热单元，使该多个加热单元通电而发热，从而加热气体介质发出声波。本发明还提供一种具有上述微机电系统扬声器的电子装置。
文档编号H04R23/00GK101959110SQ20091030441
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者张仁淙 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司