扬声器的整合型电路的制作方法

1.本发明涉及扬声器的电路，特别是一种整合通信电路与扬声器的整合型电路。


背景技术：

2.在电子产品的设计中，传统上会将各种电路制作(如焊接)于一个电连接板上，例如，计算机主板上包括有处理器芯片、内存芯片、通信芯片等，当制作于一个印刷电路板上时可以方便互相配合进行运算的工作。
3.而因应微型化的电子电路需求，整合多个电子组件于一电子产品内的趋势为很多电子厂商的发展目标，并也产生出各式各样的技术，例如处理器与内存整合于一的设计，还以芯片组(chipset)、系统单芯片(system on chip，soc)等先进技术，如此，除了微型化外，还有降低成本、增加电路效能、耗电量低的优点。


技术实现要素：

4.本技术提出将外围电路与扬声器整合的一种扬声器的整合型电路，扬声器的整合型电路主要是以水平或垂直结构整合扬声器中的电路组件，如无线通信电路与天线、麦克风单元、扬声单元以及音效单元于一基材上，其中无线通信电路、麦克风单元与扬声单元电性连接音效电路。
5.优选地，无线通信电路为一蓝牙通信模块，天线则可为f型、倒f型、曲流型、平面型、块状或多层陶瓷天线。
6.优选地，蓝牙通信模块与音效单元可整合在一个芯片中；而扬声单元与麦克风单元亦可整合于一芯片中。基材可为一电连接板，通过电连接板可使无线通信电路、麦克风单元与扬声单元电性连接音效电路。
7.优选地，扬声单元中的磁性组件可为一微线段组件，或由多个微线段组件形成的一数组式微线段组件。
8.进一步地，单一微线段组件包括一布线层，设有多段金属线段，以环绕连续金属线段的微线段组件为例，由一起始点开始并环绕起始点形成多圈连续布线的金属线段；以直线式金属线段的微线段组件为例，具有平行且方向一致的多条金属线段。
9.其中每个金属线段的两端为第一电极端与第二电极端，其中起始位置为微线段组件的第一电极，多段金属线段的结束位置为微线段组件的第二电极；以及包括一电极层，设有第一电极区与第二电极区，第一电极区用以汇集多段金属线段中各金属线段的第一电极端，第二电极区则用以汇集多段金属线段中各金属线段的第二电极端。依照阻抗值、磁场或尺寸需求决定多段金属线段的一总长、一线宽、邻近金属线段之间的一线距、各金属线段的一长度以及/或金属线段的材料，若针对环绕连续金属线段的微线段组件，还可包括一圈数与一圈距。
10.在一实施方案中，整合型扬声装置可为一垂直整合形式的整合型扬声装置，其中无线通信电路、麦克风单元、扬声单元与音效单元可以一堆栈芯片技术垂直迭在基材上。
11.在另一实施方案中，整合型扬声装置可为一水平整合形式的整合型扬声装置，其中无线通信电路、麦克风单元、扬声单元与音效单元可以平面整合方式将各电路组件设于基材上。
附图说明
12.图1显示扬声器的整合型电路的设计概念示意图；
13.图2显示扬声器的整合型电路实施例之一示意图；
14.图3显示扬声器的整合型电路实施例之二示意图；
15.图4显示扬声器的整合型电路实施例之三示意图；
16.图5显示整合型电路中扬声单元中采用的磁性组件实施例之一示意图；
17.图6显示整合型电路中扬声单元中采用的磁性组件实施例之二示意图；
18.图7显示整合型电路中扬声单元中采用的磁性组件实施例之三示意图；
19.图8显示整合型电路中扬声单元中采用的磁性组件实施例之四示意图；
20.图9显示整合型电路中扬声单元中采用的磁性组件实施例之五示意图。
具体实施方式
21.除了传统的电路整合技术外，进一步地，当扬声器需要有通信功能时，本技术更提出一种扬声器的整合型电路，其中零件级的整合方式可以分成两大类：垂直整合跟平面整合。
22.图1显示扬声器的整合型电路的设计概念示意图，其中设有无线通信电路、麦克风单元与扬声单元，并电性连接一音效电路，实施例可以水平或垂直结构整合于一基材上，实现一整合型扬声装置。
23.一般来说，由于扬声器单体不能运作在高温下，且又需要有一定的体积，因此无法直接焊在电连接板上，但所述整合型扬声装置10为一种半导体扬声器，其中采用以半导体制程制作的磁性组件，可参考图5至图7所示实施例，具有耐热且体积小的特性，因此可以直接与其他电路组件整合于一基材上，基材如所述电连接板。
24.根据实施例，整合型扬声装置10可以实现耳机等小型扬声装置，可以无线通信技术接收外部装置(如行动装置、个人计算机等)提供的音信，其中可采用蓝牙通信模块101，并同时整合了天线单元103，天线单元103可以为以印刷制程制作于电连接板上。音效单元105为一音信处理的电路，可以执行音信译码、编码、压缩、解压缩、信号放大、增益、降噪等处理程序。经音效单元105处理的音信可经扬声单元109播出。麦克风单元107则可额外设置于扬声装置中，处理接收的音信，将音信输入至音效单元105，将编码压缩的音效输出，亦可再于扬声单元109播出。
25.以所述整合型扬声装置10为例，在一实施方式中，蓝牙通信模块101可以与音效单元105整合在一个芯片中，再电性连接一外露的天线单元103，天线单元103的形式可以印刷制程制作的f型、倒f型、曲流型、平面型、块状或多层陶瓷天线或其他形式的天线，进一步地，所述扬声单元109亦可与微机电系统(micro-electromechanical systems，mems)麦克风整合于一芯片中。
26.实施例所示的整合型扬声装置10的技术效果是，单一装置具备完整无线通信收发
音信的功能，装置的体积可仅为一般蓝牙音频模块大小，其可连接于各式行动装置、笔记本电脑，穿戴装置以达到各种使用需求。其中扬声单元109可采用微线段电路(如图5至图9所示实施例)，能克服空间上的问题，腾出来的空间，可以扩充其他零组件，以达到更高的效能。更者，当扬声单元109微型化后，可腾出更多置入更大容量电池的空间，以达到更高的续航力。
27.所述天线单元103周围一般应是净空区，以印刷制程制作的天线为一种印刷电路板天线(printed circuit board antenna)。所述倒f型天线的天线体可以为线状或者片状，当使用介电常数较高的绝缘材料时还可以缩小蓝牙天线尺寸，可作为板载天线的一种，倒f型天线设计成本低但增加了一定体积，在实际应用中是最常见的一种。
28.曲流型天线为所述倒f型天线的变形，由于空间不够长度，弯曲以求更高的长度，一般比四分之一波长稍长，其长度由其几何拓扑空间及敷地区决定。曲流型天线一般是印刷电路板封装，即板载天线，和倒f型一样，天线一般放置在装置的顶层，周围应是净空区。
29.平面型天线同样是倒f结构，原理上是用一个平面接上一个接地平面馈点，与射频电路馈点组成，通常应用于手机上。
30.陶瓷天线(ceramic antenna)包括一种块状陶瓷天线，使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。另可为多层陶瓷天线，采用低温共烧的方式将多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结，所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一层陶瓷介质层上，如此一来可以有效缩小天线尺寸，并能达到隐藏天线目的。由于陶瓷本身介电常数比印刷电路板高，所以使用陶瓷天线能有效缩小天线尺寸。
31.根据蓝牙通信模块101的实施例，此通信模块经整合扬声单元109后，可具备完整信号收发、扬声器功能，仅需提供电波信号及外部供电即可运作。根据实施方式，其中适用蓝牙通信模块101的天线可采用有偶极天线(dipole antenna)、单极天线(monopole antenna)、印刷电路板天线以及微小型陶瓷天线等。
32.图2显示扬声器的整合型电路实施例示意图，此例显示一种垂直整合形式的整合型扬声装置，其中制作方式是将各种电路组件与芯片以一堆栈芯片(stack die)技术垂直迭在基材上，其壳体20可利用胶体或者成型外壳包覆，外部再以印刷制程形成天线213，天线213的形式可以从壳体20内侧向外部延伸，或者包覆在壳体20内，壳体20以不遮蔽磁场的材质为主，并在壳体20上挖洞形成音孔211让音波进出。
33.此例显示壳体20内设有一基材201，可以为一电连接板，通过此电连接板可使无线通信电路、麦克风单元与扬声单元电性连接音效电路，以电性连接各电路组件，其他堆栈组件包括麦克风单元203、提供无线通信功能的通信电路(如蓝牙通信电路205)、处理音信的音效电路207以及具有单体与磁性组件的扬声单元209，亦即通过电连接板可使无线通信电路、麦克风单元203与扬声单元209电性连接音效电路207。
34.所述垂直整合形式的整合型扬声装置为一种芯片级的垂直整合装置，各电路组件以一或多层结构形成，整体上体积缩小。根据实施例，可参考图3所示实施例示意图，每个垂直整合型扬声装置中的电路组件设有多层电路结构，例如，在基材301的上方形成有多层的金属、多晶硅(poly)与绝缘层制作的麦克风单元303，多层金属、多晶硅与绝缘层制作的音效电路307，多层金属、多晶硅与绝缘层制作的蓝牙通信电路305，以及多层金属、多晶硅与绝缘层制作的扬声单元309，其他组件还有多层连接各电路组件的电连接层以及天线311。
其中各电路组件的上下顺序并不限于图示的实施例，以不相互影响效能的方式堆栈为主。
35.相较于图4显示的平面整合电路通过电路基材电性连接各模块的方式，垂直整合形式的整合型扬声装置中各电路组件彼此之间电连接方式可以采用各层相互以打线连接、各层设计有电接点(pad)，迭合时形成电性连接结构，或以各层之间导孔(via)形成电性连接等的方式。
36.图4显示平面整合形式的整合型扬声装置实施例示意图。
37.其中显示有一平面整合型扬声装置，其中整合了无线通信电路与天线、音效电路、麦克风电路与扬声器，以平面整合方式将各电路组件设于一个电路平面上，实施例即在一基材(电连接板40)上形成所述整合型扬声装置400，其中包括相互电性连接的蓝牙通信电路405、天线411、音效电路407、麦克风单元403以及扬声单元409。在同一平面上将所需电路整合于一，可以大幅减少其厚度，所有零件分开制作，实施例的一个是可以焊在同一电连接板上。所述平面整合型电路为平面整合为一种系统单封装(system in package，sip)的整合技术，实施例可以采用一种表面贴焊技术(surface mount technology，smt)使多个电路组件结合于基材上，可以大幅减少其厚度，所有零件分开制作，将各电路组件焊接在电连接板上。在另一实施方案中，平面整合型电路还可采用一系统单芯片(system on chip，soc)技术，使得上述各电路单元整合在单一芯片的集成电路中。
38.进一步地，所述蓝牙通信电路405亦可以与音效电路407整合在一个芯片中，设有天线411，天线411的形式可以印刷制程制作的f型、倒f型、曲流型、平面型、块状或多层陶瓷天线或其他形式的天线，进一步地，所述扬声单元409亦可与微机电系统(micro-electromechanical systems，mems)麦克风整合于一芯片中。
39.以上实施例显示平面或垂直整合型的扬声装置，其中实施例可采用如图5至图7所示以具有多段环绕连续金属线段的单一微线段单元或由多个微线段单元组成的数组式微线段组件制作扬声单元中磁性组件的实施方式，或可采用图8与图9所示具有多条直线式金属线段微线段组件，可以有效缩小扬声单元的体积，并使其结合其他电路组件。
40.根据本技术所揭示实施例，其中扬声单元中的磁性组件采用一种微线段组件(如图5、图7至图9)、以多个微线段组件形成的数组式微线段组件(如图6)，以及通过单一微线段组件与数组式微线段组件组合实现其中磁性组件的装置。
41.单一微线段组件的基本结构如图5或图7显示的实施例图，所示微线段组件可以镀层或金属化制程，或者光罩与蚀刻制程在一基材(如一种绝缘体)上形成多段连续金属线段，并在金属线段两端形成电接点，一端第一电极51可以是微线段组件的负极，另一端第二电极52可以是微线段组件的正极。
42.微线段组件经连接电源通电后，流经其中的稳定电流可以在微线段组件上形成一个均匀磁场，当中形成微线段单元50的金属线的材料、线宽、长度、圈数等都是决定整个微线段组件阻抗值的参数，因此在设计此微线段组件，需要知道阻抗以及想要形成的磁场条件。
43.根据本技术所提出微线段组件的主要实施样态是，将微线段组件上的金属线根据需求形成多个断点，如图5所示微线段组件上布线的实施例的一示意图。
44.图中显示一个具有多段环绕连续金属线段的微线段组件50，主要结构有图示的布线层，另有电极层，布线层上设有多段由一起始点开始并环绕此起始点形成多圈连续布线
的金属线段(501,502,503,504,505,506,507,508,509,510)，起始位置可设于微线段组件的任一位置，较佳可如微线段组件中靠近中央区域的位置，但并不以此为限，可根据实际需求决定起始位置。此起始位置形成第一电极51，例如是微线段组件的负极，而金属线段的结束位置，也就是多段连续布线的金属线段的末端为微线段组件的第二电极52，可为微线段组件的正极。
45.多段金属线段(501,502,503,504,505,506,507,508,509,510)中每个金属线段都有两个端点，其中的一个为第一电极端，如较靠近起始点形成的第一电极51的一端；另一端为第二电极端，则为较靠近金属线段末端的端点。
46.根据图5显示的微线段组件中布线层的结构特征，可知，所提出的微线段组件的设计可以根据实际需求(如阻抗值、磁场或尺寸)决定其中多段金属线段的一总长、一线宽、邻近金属线段之间的一线距、各金属线段的一长度、一圈数、一圈距以及/或金属线段的材料等。所述实际需求主要是所应用的微线段组件的需求，根据此需求还可决定使用单一微线段组件，或是如图6所示的以微线段组件形成数组式微线段组件的实施例。
47.根据图6显示由多个以数组排列的微线段组件50组成的数组式微线段组件60，图示的数组式微线段组件60形状与其中微线段组件60的数量都不是用来限制其实施范围。
48.同样地，图中单一微线段组件50仍具有上述实施例所描述的布线层，其中设有多段由一起始点开始并环绕其中起始位置形成多圈连续布线的金属线段，以及电极层，其中设有分别汇集各金属线段的第一电极端与第二电极端的至少一第一电极区与至少一第二电极区，依照实际需求与设计可以为一个或一个以上的第一电极区与第二电极区。值得一提的是，汇集各金属线段的第一电极端与第二电极端的第一电极区与第二电极区可以通过另一组件中的电连接层实现汇集各电极端的功能，例如，在此电连接层中，可以多条金属线将布线层上各金属线段的第一电极端通过其基材上的导孔(via)或导线导向在所述电极层的第一电极区，亦将各金属线段的第二电极端导向在电极层的第二电极区。
49.除以上实施例，数组式微线段组件中可根据实际需求(如磁场的需求)设有形状或尺寸不一的多个微线段组件。
50.图7显示具有多段环绕连续金属线段的单一微线段组件70的实施例示意图，微线圈组件70中多金属线段环绕起始点，此例显示为一同心圆，其中多段金属线段的起始点形成第一电极，末端则形成第二电极。
51.在设计所述微线段组件或是数组式微线段组件时，由于各个微线段组件的尺寸与形状都可依照产品而进行客制化，且因为微型且多线段的设计，更有弹性可以依照阻抗值、磁场、产品尺寸与形状等需求决定各微线段组件的多段金属线段的一总长、一线宽、邻近金属线段之间的一线距、各金属线段的一长度、一圈数、一圈距以及/或甚至是金属线段的材料，还可以考虑相邻微线段单元的间距以及/或全部微线段组件的数量。
52.由于每个如图5、图6与图7(但不限于此)显示的单一微线段组件经通电后会形成一个等效多匝线圈形成的磁场，其中磁场强度可以根据通过的电流决定，但单一微线段组件的边缘可能有较大的磁场变化，一般显示是中间的强度最大，边缘处较弱，如果要产生一个较大而均匀的磁场，可以采用多个微线段组件，整体产生的均匀磁场可以消除个别微线段组件边缘较弱的不均匀磁场，多个微线段组件经通电后整体上经均匀化会形成一涵盖范围较广的等效磁场。
53.除上述实施例描述具有多段环绕连续金属线段的微线段组件，图8与图9显示可应用于上述实施例所描述的整合型电路中扬声单元中采用的磁性组件一种直线式微线段组件实施例。
54.图8中显示形成于基材800上具有多条直线式金属线段801、803与805的微线段组件80，所述基材可为一种绝缘体，较佳为半导体硅基材，另亦可为玻璃、蓝宝石、雷射直接成型(lds)塑料、锗芯片(ge)、砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)、氮化镓(gan)、碳化硅(sic)或硒化锌(znse)为材料制作，其中雷射直接成型(lds)材料是一种内含有机金属复合物的改性塑料，经雷射照射后可使有机金属复合物释放出金属粒子。此例中，微线段组件80由彼此具有一间距的多个线段单元组成(此例显示有3个)，每个线段单元由多条直线式金属线段801、803与805各金属线段起始位置与结束位置上的几个导孔81,82,83,84,85与86组成，导孔81,82,83,84,85与86用于电连接整合型电路中的电源的正负极的电极区，例如，各金属线段的起始位置形成微线段组件80的第一电极，各金属线段的结束位置形成微线段组件80的第二电极，所描述的设计可使得电流通过这些直线式金属线段801、803与805，除了本身电流形成的磁场外，还与一外部磁场(例如由磁铁n与s极形成的固定磁场)交互作用，电流与磁场交互作用产生一个驱动微线段组件80的力，可用于带动扬声单元中的振膜，因此产生声音。
55.在设计平行且方向一致的多条直线式金属线段801、803与805时，例如，可利用半导体制程(如微影蚀刻)在有限的基材800面积上形成方向一致的长度极大化的金属线段，并能使相邻金属线段之间的线段间隙807极小化，目的是让形成磁场的金属线段801、803与805有最大的面积，并能承受更高的电流。
56.图9显示具有多条直线式金属线段的微线段组件的另一实施例，图中显示在基材900上形成微线段组件90，其中包括有多条、平行、间距小的金属线段901，利用半导体制程可以使得相邻金属线段901具有极小化的线段间隙903，同样地，多条金属线段的起始位置形成微线段组件90的第一电极，各金属线段的结束位置形成微线段组件90的第二电极，分别通过多个导孔91,92,93,94,95与96电连接整合型电路中的电源，使得通过金属线段901的电流可以通过反复改变方向的电流与所述外部磁场交互作用产生特定方向的驱动微线段组件90的力。
57.上述实施例所描述的微线段组件80或微线段组件90的设计可以依照阻抗值、磁场或尺寸需求决定这些金属线段的总长、线宽、邻近金属线段之间的线距、各金属线段的长度以及/或金属线段的材料。
58.综上所述，本技术提出一种扬声器的整合型电路，其中实现平面或垂直芯片级的整合型扬声装置，能在一基材上以表面贴焊技术平面整合了无线通信电路、音信电路、麦克风与扬声器，或在基材上以堆栈芯片技术垂直整合所述电路，可以让单一装置中具有收发音信的功能，并有效缩小整体体积达到微型化的目标，除克服空间上的问题外，腾出来的空间可以扩充其他零组件，如放入更大容量的电池。
59.惟以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内，合予陈明。