附加压电元件的麦克风的制作方法

1.本实用新型涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种附加压电元件的麦克风。


背景技术：

2.随着无线通信的发展，全世界的手机用户的数量越来越多。用户不仅需要手机具有基本的通话功能，还需要手机具有高质量的通话效果。尤其是随着移动多媒体技术的发展，手机的通话质量变得越来越重要。作为手机的语音采集设备，手机附加压电元件的麦克风的设计直接影响着通话质量。相关技术中的麦克风中未设置用于收集和使用声波能量的装置。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种附加压电元件的麦克风，旨在解决麦克风未设置用于收集和使用声波能量的装置的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种附加压电元件的麦克风包括：基板，开设有贯穿该基板的空腔；振膜，包括振动部及至少一连接臂，每一连接臂的两端分别与振动部和基板连接；及压电转换元件，设于其中一连接臂上，用于将收集的由所述振膜在声波作用下产生位移形成的机械能转换为电能。
5.优选地，所述至少一连接臂为四个连接臂。
6.优选地，每一连接臂均为机械弹簧。
7.优选地，所述空腔的上部设有台阶，所述台阶上设有若干等距设置的固定电极；若干可动电极凸设于所述振动部的周缘；及所述若干固定电极呈梳状排列，所述若干可动电极呈梳状排列，所述若干固定电极在空间上与所述若干可动电极分离，且其中一固定电极与其中一可动电极交叉。
8.优选地，每一固定电极均包括远离所述台阶的第一顶面和靠近所述台阶的第一底面，且每一固定电极的第一厚度为第一顶面和第一底面之间的距离；每一可动电极均包括远离所述台阶的第二顶面和靠近所述台阶的第二底面，且每一可动电极的第二厚度为第二顶面和第二底面之间的距离；及所述第一厚度等于第二厚度。
9.优选地，所述基板上设有若干为固定电极供电的固定电极引出端子；及所述至少一连接臂设有若干为可动电极供电的可动电极引出端子。
10.优选地，所述振动部具有中心对称形状。优选地，所述中心对称形状为圆形或正方形。
11.本实用新型的附加压电元件的麦克风，所述压电转换元件安装于振膜上，用于将收集的由所述振膜在声波作用下产生的机械能转换为电能，从而有效回收机械能并避免能量浪费。
附图说明
12.图1是本实用新型第一实施例的附加压电元件的麦克风的结构示意图；
13.图2是本实用新型第二实施例的附加压电元件的麦克风的结构示意图；
14.图3是图2中a处的放大图；
15.图4是本实用新型的附加压电元件的麦克风的压电转换元件的安装位置的俯视图；及
16.图5是本实用新型的位于附加压电元件的麦克风的振动连接臂上的压电转换元件的侧视图。
具体实施方式
17.下面将对本实用新型的实施例进行详细地描述，其示例在附图中示出。说明书中，相同或相似的元件和具有相同或相似功能的元件以相似的标号来表示。结合附图来描述的以下实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，不能理解为用于限制本实用新型。
18.请参阅图1和图2，本实用新型第一实施例提供了一种附加压电元件的麦克风，其包括基板1、振膜2和压电转换元件3。所述基板1开设有贯穿该基板1的空腔11。
19.在实施例中，所述空腔11的内表面具有圆形轮廓。
20.所述振膜2包括振动部21和至少一连接臂22。所述连接臂22的两端分别与振动部21和基板1连接。例如，所述振动部21沿空腔11的轴向方向的投影覆盖空腔11。
21.所述压电转换元件3设于连接臂22上，用于将收集的由振膜2变形产生的机械能转换为电能。当所述附加压电元件的麦克风在使用时，声波通过入声口进入并驱动所述振膜2的振动。当所述振膜2振动时，所述振膜2像标准的振荡结构一样以特定的频率和位移上下移动。无论何种类型的附加压电元件的麦克风，所述振膜2都只沿声波的传递方向移动。所述振膜2的频率取决于声波的频率，所述振膜2的位移取决于声波的压力。
22.对于图1所示的本实用新型第一实施例的附加压电元件的麦克风(具有标准的振膜/背板结构)和图2所示的本实用新型第二实施例的附加压电元件的麦克风(具有梳状结构)，如果二者的振膜均具有导电性，应考虑设置电绝缘层以将所述压电转换元件3与振膜2隔离。
23.利用振膜的变形将机械能转换为电能的材料和原理已在相关技术中公开。所述压电转换元件3的压电材料在受到物理变形时会产生电荷。压电材料的机电关系取决于固有机电特性(也称为压电系数)、制造工艺参数、及电气调节系统等参数。
24.所述压电材料与手机结构机械相关，并为了各种目的(例如供电、传感、信号调节、或其他未提及目的)与电子电路相关联。所述压电材料可作为致动器或传感器。所述压电材料可作为能量收集器，与合适的电子系统配合使用。所述振膜2在声波的作用下产生位移和机械能，所述压电转换元件3将收集到的机械能转换为电能，所述电能可储存或直接再使用。
25.采用本实施例的技术方案，可将在声波的作用下产生的机械能转化为电能，以进行高效回收能量，并避免能源浪费。
26.在本实施例的技术方案中，当所述振动部21为圆形时，所述连接臂指向振膜2的中心。在可选的实施例中，所述至少一连接臂为等分振膜2的四个连接臂。本领域技术人员可
知，所述连接臂的数量不限于为4个，还可是2个、5个、或6个等，在此不作限定。
27.作为改进，所述连接臂可为具有任何形状的机械弹簧。例如，所述连接臂是机械弹簧。所述弹簧可由与所述振动部21相同的材料或不同的材料制成，或由多种材料制成。所述弹簧可由单晶硅、氮化硅、氧化硅、多晶硅、聚酰亚胺、或其组合制成。
28.所述弹簧可具有多种形状，以增加当声波作用于弹簧上时所述振膜2的位移，进而提高所述附加压电元件的麦克风的性能。所述连接臂可为，但不局限于，矩形臂、弧形臂、三角形臂、或其组合。由于声波无处不在，因此可认为大部分的声压朝向振膜2。当所述振膜2的位移增加时，会产生更强的压力，进而于压电材料中产生更多的电荷。
29.图4是本实用新型的压电转换元件3的安装位置的俯视图。图5是本实用新型的位于振动连接臂22上的压电转换元件3的侧视图。请参阅图4和图5，所述压电转换元件3设于连接臂22上。在可选的实施例中，所述压电转换元件3设于振动部21上。与设于所述振动部21上的压电转换元件3相比，设于所述连接臂22上的压电转换元件3由更高应变和更高灵敏的压电材料制成。所述振膜2的更大的位移(应变)会在连接臂的锚点处产生更大的应力，从而产生更灵敏的压电信号。
30.当所述压电转换部件3安装在第一安装位置时，所述压电转换部件3可设于一个或多个连接臂上，且所述连接臂的数量不限。
31.本实用新型的实施例提供了两种结构的附加压电元件的麦克风。具有第一结构的附加压电元件的麦克风是具有振膜/背板感测的附加压电元件的麦克风。请参阅图1，图1并未示出背板，所述振膜2的振动部21覆盖空腔11，所述连接臂22与基板1的上部连接。具有第一结构的附加压电元件的麦克风还包括背板、与所述背板连接的背板电极、及与所述振膜2连接的振膜电极。所述背板位于振膜2的上方或下方，并与所述振膜2之间形成一间隙。当具有第一结构的附加压电元件的麦克风通电时，所述背板和振膜2可反极性地充电，以形成电容。当所述振膜2随着声压的输入振动时，所述振膜2与背板之间的距离发生变化，使得所述电容系统的电容发生变化，将声信号转化为电信号，以实现附加压电元件的麦克风的相应功能。
32.本实用新型第二实施例提供的具有第二种结构的附加压电元件的麦克风为具有梳状感应的附加压电元件的麦克风。所述具有第二种结构的附加压电元件的麦克风的结构在下文中进行描述。
33.如图2所示，所述空腔11的上部设有台阶12，所述台阶12上设有若干等距设置的固定电极4。在本实施例中，所述若干固定电极4以空腔11的轴线为中心呈环状等距分布，且所述若干固定电极4的轴线延长线汇集于空腔11的中心。所述若干固定电极4可通过低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition，lpcvd)技术或其他任何沉积技术于单晶衬底1上直接沉积多晶硅层制成，还可为通过外延生长工艺获得的晶体硅层。
34.所述若干可动电极5凸设于振动部21的周缘。在一实施例中，所述振动部21为圆形，所述若干可动电极5的轴线的延长线汇集于振动部21的中心。所述连接臂22远离振动部21的一端与基板1连接(例如，弹性连接)，使得所述振膜2在声波的作用下振动。
35.所述固定电极4呈梳状排列，所述可动电极5也呈梳状排列。所述固定电极4在空间上与可动电极5分隔开，且所述固定电极4与可动电极5交叉。所述固定电极4和可动电极5的尺寸使得所述固定电极4和可动电极5形成有重叠区域。当所述振膜2上下移动时，所述重叠
区域发生变化，且传感器的电容也发生变化。如此，可建立电容变化与用于驱动所述振膜2的输入的声波压力之间的关系。具有上述结构的所述附加压电元件的麦克风可提供相对较大的位移，降低声学噪声，并具有较高的灵敏度，进而获得比相关技术中的附加压电元件的麦克风的性能更高的附加压电元件的麦克风。
36.在本实施例中，所述固定电极4包括远离台阶12的第一顶面41和靠近台阶12的第一底面42，所述固定电极4的第一厚度为第一顶面41和第一底面42之间的距离。所述可动电极5包括远离台阶12的第二顶面51和靠近台阶12的第二底面52，所述可动电极5的第二厚度为第二顶面51和第二底面52之间的距离。
37.由于电容值与电容器的两极板之间的相对面积成正比，与电容器的两极板之间的距离成反比，即c＝kε0εrs/d，其中，k为常数，ε0是常数，εr是常数。所述附加压电元件的麦克风被制造出后，ε0εr的值是固定的。s为电容器的两极板的相对面积，d为两极板之间的距离。本实用新型提供的附加压电元件的麦克风中，所述若干固定电极4呈梳状排列，所述可动电极5也呈梳状排列，所述固定电极4在空间上与可动电极5分隔开，且所述固定电极4和可动电极5交叉设置。因此，当所述固定电极4和可动电极5通电后，所述固定电极4和可动电极5之间形成电容，所述固定电极4和可动电极5之间的距离d保持不变。该面积取决于所述固定电极4和可动电极5之间的相对面积。因此，本实施例提供的附加压电元件的麦克风具有良好的线性度。同时，由于所述电容值不受振膜2的尺寸的限制，所述振膜2的结构可有效减小，以便于小型化。加工所需的掩模数量较少，加工工艺简单。由于摒弃了背板，音腔的体积可大幅增加。本实施例还可消除由背板引起的声学噪声干扰。
38.在本实施例中，所述第一厚度等于第二厚度，以提高所述附加压电元件的麦克风的性能。
39.在可选的实施例中，所述基板1上设有可为固定电极4供电的固定电极引出端子，所述连接臂22设有可为可动电极5供电的可动电极引出端子。电容感应的电信号不会干扰所述连接臂22上的压电元件3的电信号。必要时，可考虑设置电绝缘层。
40.在本实用新型的实施例中，所述振膜2的振动部21的形状不限于圆形，还可为正方形或其他中心对称的形状。
41.所述振动部21可由单一材料或多种材料制成。所述振动部21的材质可为单晶硅、氮化硅、氧化硅、多晶硅、及聚酰亚胺中的至少一种。
42.本实用新型的结构、特征、及效果已在实施例中详细地说明。所述实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例。然而，本实用新型的实施范围不受附图限制。凡是在本实用新型的实用新型构思下所作的改变，或在不超过本实用新型的说明书和附图的精神时于等效实施例中所作的等效改变，均包括在本技术的专利保护范围内。