专利名称：声能换能器的制作方法
声能换能器
背景技术：
声能以波的形式通过物理媒介进行传播。这样的声能通常在传播频率处于人类听力范围内时被称作声音。声能的电子检测与多个技术研发的领域密切相关，包括声音记录、 声纳、健康科学等。麦克风是表现出依据传入到其的声能而变化的某一电特性的换能器。这种变化的电特性是对所检测的声能的幅度、频率和/或其他方面进行仿真的电信号，或者能够轻易转换为所述电信号。因此，此后所描述的实施例是为了改进的麦克风设计而研发的。
现在将参考附图通过实例对这里的实施例进行描述，其中 图1描绘了根据一个实施例的麦克风的平面图IA描绘了图1的麦克风的正视图； 图IB描绘了图1的麦克风的侧视图2描绘了根据一个实施例的挠曲(flexure)层的等距(isometric)视图； 图3描绘了根据另一个实施例的挠曲层的等距视图； 图4描绘了根据这里的教导的说明性麦克风操作的侧截面视图； 图5描绘了根据一个实施例的系统的框图。
具体实施例方式介绍
这里的教导提供了用于麦克风和其他声换能器的器件。平板(plate)在声压的影响下产生位移。两个或更多挠曲部(flexure)在各个方向上远离所述平板而延展并且受到声压所导致的拉伸应变的影响。所述挠曲部支撑一个或多个传感器，或者被掺杂(doped)或以其他方式被配置为表现出响应于所述拉伸应变而变化的电特性。从所述挠曲部所表现出的变化的电特性得到对应于所述声压的电信号。在一个实施例中，一种设备包括挠曲层，其限定了平板以及第一柔性(flexible) 部分和第二柔性部分。所述第一和第二柔性部分中的每一个都被配置为表现出响应于传输到所述平板的声压的变化的电特性。所述第一柔性部分和第二柔性部分在各自相反的方向上远离所述平板而直接延展。在另一个实施例中，一种麦克风包括单片材料的挠曲层。所述挠曲层被形成为限定平板、第一柔性延伸部和第二柔性延伸部。所述第一和第二柔性延伸部在各自相反的方向上远离所述平板而延展。所述麦克风还包括覆盖所述挠曲层所限定的平板的脊突层 (spine layer)。所述麦克风进一步包括覆盖所述脊突层的膜层。所述第一和第二柔性延伸部均被配置为表现出依据传入所述膜层的声压而变化的电特性。在又另一个实施例中，一种换能器被配置为表现出依据传入的声压而变化的电特性。所述换能器包括单片半导体层，所述单片半导体层被配置为限定平板、第一延伸部和第二延伸部。所述第一延伸部和第二延伸部在各自相反的方向上远离所述平板而延展。所述第一和第二延伸部中的每一个都被配置为使得所述电特性在性质上是压阻式或压电式的。 所述单片半导体层进一步限定支撑结构的至少一部分。所述支撑结构限定接近于所述平板的声腔。第一说明性实施例
图1描绘了根据一个实施例的麦克风部件(麦克风)100的平面图。还同时参见了图IA 和1B，它们分别描绘了麦克风100的正视图和侧视图。麦克风100包括膜102。膜102可由任意适当的半柔性材料所形成，作为非限定性示例，所述半柔性材料诸如镍、钽铝合金、 氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、硅、SU-8或其他光可限定(photo-definable)聚合物等。还可以使用其他材料。设置膜102以使得声能(例如，声波等)在麦克风100的典型操作期间传入其上。形成膜102以便限定一个或多个通过孔或开口(vent) 104。每个开口 104被配置为允许周边气体(例如，空气等)在麦克风100的典型操作期间通过那里。此后对麦克风100 的操作提供进一步的详细阐述。麦克风100还包括脊突(层)106。脊突106接合到膜102并且通常处于膜102之下。脊突106可以由任意适当材料所形成。在典型实施例中，脊突层106由硅、氧化硅或其他适当半导体材料所形成。在任意情况下，脊突106被配置为对麦克风100提供额外的结构刚性和强度。麦克风100进一步包括挠曲层108。挠曲层108由诸如硅、半导体材料等的适当材料所形成。也可以使用其他材料。挠曲层108进一步被配置为限定一对柔性延伸部(或挠曲部)110。柔性延伸部110在分别相反的方向上远离挠曲层108而延展。每个挠曲部110被配置为在传入膜102的声压的影响下弹性应变。该应变接着被传送到一个或多个传感器(图I-IB中未示出)，所述传感器表现出响应于声压的变化的电特性。在另一个实施例中，每个挠曲部110被掺杂或以其他方式修改以便表现出压阻或压电特性，并且不包括这样的离散传感器。在任意情况下，每个挠曲部110的电特性可以电耦合至其他电路(未示出)从而得到对应于传入膜102的声压的电信号。典型地，包括挠曲部110的挠曲层108由诸如硅之类的半导体所形成并且使用诸如掩膜、蚀刻等已知技术进行成型，但并非必须如此。一对挠曲部Iio将挠曲层108机械耦合到周围的支撑结构(未示出)。在一个或多个实施例中，所述支撑结构(未示出)和(包括柔性延伸部110的)挠曲层108在性质上是连续的，由单片材料层进行蚀刻、切割或以另外方式适当形成。脊突106是覆盖挠曲层108的主体区域(bulk area)并与其连续接合的材料的连续片或层。因此，脊突106覆盖挠曲层108除挠曲部110之外的所有部分。继而，膜102覆盖脊突106并与其连续接合。膜102由超出脊突106的区域并从其向外延伸的总体区域所限定。以下在表1中提供了麦克风100的实施例的说明而非限定性的尺寸(1 μ M=IXlO-6 米)
权利要求
1.一种设备，包括挠曲层，其限定了平板以及第一柔性部分和第二柔性部分，所述第一柔性部分和第二柔性部分中的每一个都被配置为表现出响应于传输到所述平板的声压的变化的电特性，所述第一柔性部分和第二柔性部分在各自相反的方向上远离所述平板而直接延展。
2.如权利要求1所述的设备，所述平板的形状为矩形。
3.如权利要求1所述的设备，所述挠曲层还限定以与所述第一和第二柔性部分二者都正交的方向远离所述平板而延展的第三柔性部分，所述第三柔性部分被配置为表现出响应于传输到所述平板的声压的变化的电特性。
4.如权利要求1所述的设备，进一步包括限定声腔的支撑结构，所述平板耦合到所述支撑结构并且利用所述第一柔性部分和第二柔性部分被支撑在所述声腔内。
5.如权利要求4所述的设备，包括所述平板和第一柔性部分和第二柔性部分以及至少一部分支撑结构的所述挠曲层由单片半导体层所形成。
6.如权利要求1所述的设备，进一步包括接合到所述柔性层的脊突层；和接合到所述脊突层的膜层。
7.如权利要求6所述的设备，覆盖所述挠曲层的该部分的所述脊突层包括所述平板， 但是不包括所述第一柔性部分也不包括所述第二柔性部分。
8.如权利要求7所述的设备，所述脊突层由第一区域所限定，所述膜层由大于所述第一区域的第二区域所限定。
9.如权利要求1所述的设备，所述第一柔性部分和所述第二柔性部分均包括至少一个压阻传感器或压电传感器。
10.一种麦克风，包括单片材料的挠曲层，所述挠曲层限定了平板，所述挠曲层还限定了以各自相反的方向远离所述平板而延展的第一柔性延伸部和第二柔性延伸部；覆盖所述挠曲层的所述平板的脊突层；和覆盖所述脊突层的膜层，所述第一和第二柔性延伸部均被配置为表现出依据传入所述膜层的声压而变化的电特性。
11.如权利要求10所述的麦克风，进一步包括支撑结构，所述第一柔性延伸部和第二柔性延伸部分别被配置为将所述平板机械耦合到所述支撑结构。
12.如权利要求11所述的麦克风，所述支撑结构被配置为限定声腔，所述平板利用所述第一柔性延伸部和第二柔性延伸部被支撑在所述声腔内。
13.如权利要求10所述的麦克风，所述挠曲层还限定以与所述第一和第二柔性延伸部这二者都不同的方向远离所述平板而延展的第三柔性延伸部，所述第三柔性延伸部被配置为表现出依据传入所述膜层的声压而变化的电特性。
14.如权利要求10所述的麦克风，所述第一柔性延伸部和第二柔性延伸部均被配置为使得所述电特性为依据传入所述膜层的声压而变化的电阻或电压。
15.一种被配置为表现出依据传入声压而变化的电特性的换能器，所述换能器包括单片半导体层，其被配置为限定平板；在各自相反的方向上远离所述平板而延展的第一延伸部和第二延伸部，所述第一和第二延伸部中的每一个都被配置为使得所述电特性在性质上是压阻式或压电式；和支撑结构的至少一部分，所述支撑结构限定接近于所述平板的声腔。
全文摘要
提供了说明性的声能换能器。单片半导体层限定了平板，两个或更多柔性延伸部以及支撑结构的至少一部分。传送到所述平板的声压导致所述柔性延伸部的拉伸应变。柔性延伸部表现出响应于拉伸应变而变化的电特性。可以从变化的电特性得到对应于所述声压的电信号并对其进行处理以便进一步使用。
文档编号H04R17/02GK102301746SQ200980155526
公开日2011年12月28日 申请日期2009年1月27日 优先权日2009年1月27日
发明者吉拉尼 A., 吴 J., 麦金内尔 J., 瓦伦恰 M. 申请人:惠普开发有限公司