专利名称：声压换能器的制作方法
声压换能器
背景技术：
声能以波的形式通过物理介质传播。当传播频率在人类听觉范围之内时，这种声能通常被称作声音。声能的电子探测与在技术方面作出努力的许多领域有密切关系，包括录音、声纳、健康科学等等。麦克风是一种呈现根据入射到其的声能而变化的某种电气特性的换能器。这种变化的电气特性是或者能够易于被转换成仿真探测到的声能的振幅、频率和/或其它方面的电信号。相应地，在下文中描述的实施例是为了改进麦克风设计而得以做出的。
现在将参考附图通过示例描述本实施例，在图中 图1描绘根据一个实施例的麦克风的平面视图IA描绘图1的麦克风的前视图； 图IB描绘图1的麦克风的侧视图2描绘根据一个实施例的挠性层(flexure layer)的等距视图； 图3描绘根据另一实施例的挠性层的等距视图； 图4描绘根据再一个实施例的挠性层的等距视图； 图5描绘根据又一个实施例的挠性层的等距视图； 图6描绘根据本教示的示意性麦克风操作的侧截面视图； 图7描绘根据一个实施例的系统的框图； 图8描绘根据一个实施例的方法的流程图。
具体实施例方式介绍
本教示提供了用于麦克风和其它声学换能器的装置和操作方法。板在声压的影响下围绕扭转铰链枢转。挠性件(flexure)远离该板地延伸并且由于声压而经受拉伸应变。该挠性件支撑一个或者多个传感器，或者被掺杂或者被以其它方式配置为呈现响应于拉伸应变而变化的电气特性。根据该挠性件呈现的、变化的电气特性而导出对应于声压的电信号。在一个实施例中，一种设备包括限定板和第一铰链部分和第二铰链部分的挠性层。该挠性层还限定远离该板地延伸的柔性(flexible)部分。该柔性部分被配置为呈现响应于声压而变化的电气特性。在另一实施例中，一种换能器包括单片材料的挠性层。该挠性层限定板、以及第一扭转铰链部分和第二扭转铰链部分。该第一和第二扭转铰链部分远离该板的相对侧地延伸。该挠性层还限定柔性延伸部分。该换能器还包括覆盖挠性层的板的脊层。该换能器进一步包括覆盖脊层的膜层。该柔性延伸部分被配置为呈现根据在膜层上入射的声压而变化的电气特性。
在又一个实施例中，一种方法包括利用声压的影响而移位换能器的挠性层。所述移位包括一对铰链部分的扭转应变和柔性延伸部的拉伸应变。该方法还包括根据该拉伸应变改变柔性延伸部的电气特性。该方法进一步包括通过使用变化的电气特性而导出对应于声压的电信号。第一示意性实施例
图1描绘根据一个实施例的麦克风元件(麦克风)100的平面视图。还同时参考分别描绘了麦克风100的前视图和侧视图的图IA和1B。麦克风100包括板(或者膜)102。膜102 能够由任何适当的半柔性材料(例如，作为非限制示例的镍、钽铝合金、氮化硅、二氧化硅、 氮氧化硅、Si、SU-8等)形成。还能够使用其它材料。膜102被置放成在麦克风100的典型操作期间使得声能(例如，声波等)在其上入射。膜102被形成，以便限定多个通孔或者通风孔104。每一个通风孔104被配置为在麦克风100的典型操作期间允许周边气体(例如，空气等)通过那里。在下文中提供关于麦克风100的操作的进一步的细节。麦克风100还包括脊(层)106。脊106被结合到膜102并且一般地置于膜102下面。脊106能够由任何适当的材料形成。在典型的实施例中，脊层106由硅、二氧化硅或者另一种适当的材料形成。在任何情形中，脊106被配置为向麦克风100提供另外的结构刚度和强度。麦克风100进一步包括挠性层108。挠性层108由任何适当的材料(例如硅、半导体材料等)形成。还能够使用其它材料。挠性层108被配置为限定一对铰链部分110。铰链部分110被置放在挠性层108的相对侧并且远离挠性层108的相对侧地延伸。铰链部分 110进而限定挠性层108的主体在入射到膜102的声压的影响下围绕其以扭转方式枢转或者偏移的轴线。铰链部分110还能够被称作扭转铰链部分110。挠性层108进一步被配置为限定柔性延伸部分112。柔性延伸部分或者挠性件112 沿着垂直于由铰链部分110限定的轴线的方向远离挠性层108地延伸。挠性件112被配置为在入射到膜102的声压的影响下以柔性方式发生应变。该应变然后被传递到呈现响应于声压而变化的电气特性的一个或者多个传感器(在图I-IB中未示出)。在另一实施例中，挠性件112被掺杂或者被以其它方式改性从而呈现压阻或者压电特性，并且不包括这样的分立传感器。在任何情形中，挠性件112的电气特性均能够被电耦合到其它电路(未示出)从而导出对应于入射到膜102的声压的电信号。包括铰链部分110和柔性延伸部112的挠性层108典型地但是并不一定由半导体 (例如硅)形成并且使用已知技术(例如掩蔽、蚀刻等)成形。铰链部分Iio和挠性件112将挠性层108以机械方式耦合到周围的支撑结构(未示出)。在一个或者多个实施例中，支撑结构(未示出)和挠性层108 (包括铰链110和延伸部112)本质上是邻接的，由单片材料层蚀刻、切割或者以其它方式适当地形成。脊106是覆在挠性层108的主体区域上面并且被连续地结合于此的连续的材料薄片或者层。因此，脊106覆盖挠性层108的、除了铰链部分110和挠性件112之外的所有部分。膜102又覆在脊106上面并且被连续地结合于脊106。膜102由超出脊106的区域并且从脊106的区域向外延伸的总体区域限定。在以下表格1中提供了用于麦克风100的实施例的、示意性而非限制性的尺寸(1 μ M=I X 10_6米)表格1:
权利要求
1.一种设备，包括限定板以及第一铰链部分和第二铰链部分的挠性层，所述挠性层还限定柔性部分，所述柔性部分远离所述板地延伸并且被配置为呈现响应于声压而变化的电气特性。
2.根据权利要求1的设备，所述板具有正方形或者矩形或者梯形形状。
3.根据权利要求1的设备，所述第一铰链部分和所述第二铰链部分远离所述板的相应相对侧地延伸。
4.根据权利要求1的设备，所述第一铰链部分和所述第二铰链部分分别被配置为将所述板以扭转方式耦合到支撑结构，所述柔性部分被配置为将所述板以柔性方式耦合到所述支撑结构。
5.根据权利要求4的设备，所述第一铰链部分和所述第二铰链部分至少部分地由相应的曲线部分限定。
6.根据权利要求4的设备，所述支撑结构以及包括所述板和所述第一铰链部分和所述第二铰链部分以及所述柔性部分的所述挠性层是由单片半导体层形成的。
7.根据权利要求1的设备，进一步包括被结合到所述柔性层的脊层；和被结合到所述脊层的膜层。
8.根据权利要求7的设备，所述脊层覆盖所述挠性层的、既不包括所述第一铰链部分也不包括所述第二铰链部分也不包括所述柔性部分的那部分。
9.根据权利要求8的设备，所述脊层由第一区域限定，所述膜层由大于所述第一区域的第二区域限定。
10.根据权利要求1的设备，所述柔性部分包括至少一个压阻传感器或者压电传感器。
11.一种换能器，包括由单片材料制成的挠性层，所述挠性层限定板，所述挠性层还限定远离所述板的相对侧地延伸的第一扭转铰链部分和第二扭转铰链部分，所述挠性层还限定柔性延伸部分；覆盖所述挠性层的所述板的脊层；和覆盖所述脊层的膜层，所述柔性延伸部分被配置为呈现根据入射到所述膜层的声压而变化的电气特性。
12.根据权利要求11的换能器，所述第一扭转铰链部分和所述第二扭转铰链部分和所述柔性延伸部分分别被配置为将所述挠性层的所述板以机械方式耦合到支撑结构。
13.根据权利要求11的换能器，所述柔性延伸部分被配置成使得所述电气特性是根据入射到所述膜层的声压而变化的电阻或者电压。
14.根据权利要求11的换能器，所述第一扭转铰链部分和所述第二扭转铰链部分至少部分地由相应的曲线部分限定。
15.根据权利要求11的换能器，进一步包括被配置为限定声学空腔的一种或者多种材料，通过所述第一和第二扭转铰链部分和所述柔性延伸部分，所述板被支撑在所述声学空腔内，所述膜层限定一个或者多个通风孔，所述通风孔将所述声学空腔流动地耦合到所述麦克风周围的周边环境。
16.一种方法，包括利用声压的影响移位换能器的挠性层，所述移位包括一对铰链的扭转应变和柔性延伸部的拉伸应变；根据所述拉伸应变改变所述柔性延伸部的电气特性；和使用所述变化的电气特性导出对应于所述声压的电信号。
全文摘要
提供了声学换能器装置。单片半导体层限定板、一对被相对置放的扭转铰链、柔性延伸部和支撑结构的至少一部分。传递到该板的声压导致柔性延伸部的拉伸应变。柔性延伸部提供响应于拉伸应变而变化的电气特性。能够根据柔性延伸部的变化的电气特性导出对应于声压的电信号。
文档编号H04R17/00GK102282866SQ200980154521
公开日2011年12月14日 申请日期2009年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者吉拉尼 A., 霍梅耶 B., 吴 J., 麦金内尔 J., 瓦伦恰 M. 申请人:惠普开发有限公司