一种MEMS压电扬声器的制作方法

一种mems压电扬声器
【技术领域】
1.本实用新型属于扬声器技术领域，尤其涉及一种mems压电扬声器。


背景技术：

2.mems(micro electro mechanical system)压电执行器尤其是mems压电扬声器可作为手机等移动终端的主要元器件之一，其主要是用于将电信号转换成声音信号，是实现人机交互接口的关键。
3.相关的mems压电执行器通常包括基底、固定在基底上的振膜及置于振膜上的压电功能层，压电功能层通电后产生形变，带电振膜振动发声。相关技术中的mems压电扬声器振膜受驱动器变形能力的限制，导致mems压电扬声器的声学性能无法进一步提升。
4.因此，有必要提供一种新的mems压电扬声器解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种mems压电扬声器，能够解决相关技术中的mems压电扬声器振膜受驱动器变形能力的限制，导致mems压电扬声器的声学性能无法进一步提升的问题。
6.本实用新型的技术方案如下：一种mems压电扬声器，包括具有背腔的基底、固定于所述基底的振膜以及固定于所述振膜远离所述基底一侧的电容系统，所述振膜包括固定于所述基底的固定端、自所述固定端延伸并悬置于所述背腔上方的若干悬置端，相邻所述悬置端之间至少部分间隔设置形成狭缝，若干所述悬置端远离所述固定端的端部间隔形成与所述狭缝连通的容纳空间，所述悬置端包括与所述固定端相连的支撑段和连接于所述支撑段的远离所述固定端侧的压电段，所述电容系统包括与所述悬置端对应的若干压电结构，每一所述压电结构包括依次叠设于所述振膜并至少完全覆盖所述压电段的第一电极层、压电层以及第二电极层，所述第二电极层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖所述振膜的所述压电段，所述第一电极层和所述压电层与所述第二电极层沿所述mems压电扬声器厚度方向重叠的部分共同形成压电功能区，所述mems压电扬声器还包括设置于所述电容系统远离所述背腔一侧且至少完全覆盖所述狭缝的柔性膜，所述柔性膜与所述振膜位于不同的平面，沿所述mems压电扬声器的厚度方向所述柔性膜与所述振膜至少部分间隔设置且所述柔性膜与所述基底间隔设置。
7.优选地，所述第一电极层和所述压电层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影均仅覆盖所述振膜的所述压电段；或者所述第一电极层和所述压电层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影均同时覆盖所述振膜的所述固定端和所述悬置端；或者所述第一电极层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影覆盖所述振膜的所述固定端和所述悬置端，所述压电层和所述第二电极层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖所述振膜的所述压电段。
8.优选地，当所述压电层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖所述振膜
的所述压电段时，所述狭缝仅形成于相邻的所述压电段之间，各所述悬置端相邻的所述支撑段之间相互连接形成一体结构作为支撑区连接所述压电功能区和所述基底。
9.优选地，当所述第一电极层和所述压电层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影均同时覆盖所述振膜的所述固定端和所述悬置端时，以及当所述第一电极层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影覆盖所述振膜的所述固定端和所述悬置端、且所述压电层沿所述mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖所述振膜的所述压电段时时，所述狭缝延伸至所述基底的内周缘并完全间隔相邻所述悬置端。
10.优选地，所述振膜还包括连接各所述悬置端的连接端，所述连接端收容于所述容纳空间内，所述连接端包括连接于各所述悬置端的第一连接件，各所述悬置端环绕所述第一连接件设置。
11.优选地，所述连接端还包括一端连接于所述悬置端且另一端连接于所述第一连接件的第二连接件，每一所述悬置端和所述第一连接件之间设有至少一个所述第二连接件。
12.优选地，所述mems压电扬声器还包括固定于所述第一连接件且收容于所述背腔的质量块。
13.优选地，所述柔性膜的杨氏模量小于所述振膜的杨氏模量。
14.优选地，所述mems压电扬声器还包括固定于所述连接端远离所述基底一侧的连接组件，所述连接组件包括沿所述mems压电扬声器的厚度方向依次叠设的若干子连接件，所述子连接件包括连接若干所述压电结构的所述第一电极层的第一子连接件，连接所述压电层的第二子连接件以及连接所述第二电极层的第三子连接件。
15.优选地，所述第一子连接件与所述第一电极层一体成型，所述第二子连接件与所述压电层一体成型，所述第三子连接件与所述第二电极层一体成型。
16.本实用新型的有益效果在于：压电结构通电后带动振膜振动，实现mems压电扬声器的发声；由于第二电极层沿mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖振膜的压电段，且第一电极层和压电层与第二电极层沿mems压电扬声器厚度方向重叠的部分共同形成压电功能区，因此，压电结构的形变带动其下方的压电段振动，并同时带动支撑段振动，支撑段属于被动被驱动，使得与现有技术中的扬声器相比，本设计可以显著提升mems压电扬声器的中高频的声压级，进而提升mems压电扬声器的声学性能。
【附图说明】
17.图1为本实用新型一种mems压电扬声器第一实施方式的爆炸图；
18.图2为本实用新型一种mems压电扬声器第一实施方式的俯视图；
19.图3为图2中的a－a向剖视图；
20.图4为本实用新型一种mems压电扬声器第二实施方式的爆炸图；
21.图5为本实用新型一种mems压电扬声器第二实施方式的俯视图；
22.图6为图5中的b－b向剖视图；
23.图7为本实用新型一种mems压电扬声器第三实施方式的爆炸图；
24.图8为本实用新型一种mems压电扬声器第三实施方式的俯视图；
25.图9为图8中的c－c向剖视图。
【具体实施方式】
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.请参阅图1至图9，本实施例提供了一种mems压电扬声器，包括具有背腔11的基底1、固定于基底1的振膜2以及固定于振膜2远离基底1一侧的电容系统，振膜2包括固定于基底1的固定端21、自固定端21延伸并悬置于背腔11上方的若干悬置端22以及连接各悬置端22的连接端23，相邻悬置端22之间至少部分间隔设置形成狭缝4，若干悬置端22远离固定端21的端部间隔形成与狭缝4连通的容纳空间24，连接端23收容于容纳空间24内，悬置端22包括与固定端21相连的支撑段a和连接于支撑段a的远离固定端21侧的压电段b，电容系统包括与悬置端22对应的若干压电结构3，每一压电结构3包括依次叠设于振膜2并至少完全覆盖压电段b的第一电极层31、压电层32以及第二电极层33，第二电极层33沿mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖振膜2的压电段b，第一电极层31和压电层32与第二电极层33沿mems压电扬声器厚度方向重叠的部分共同形成压电功能区。
28.可以理解的，压电结构3通电后带动振膜2振动，实现mems压电扬声器的发声；由于第二电极层33沿mems压电扬声器的厚度方向的投影仅覆盖振膜2的压电段b，且第一电极层31和压电层32与第二电极层33沿mems压电扬声器厚度方向重叠的部分共同形成压电功能区，因此，压电结构3的形变带动其下方的压电段b振动，并同时带动支撑段a振动，支撑段a属于被动被驱动，使得与现有技术中的扬声器相比，本设计可以显著提升mems压电扬声器的中高频的声压级，进而提升mems压电扬声器的声学性能。
29.请参阅图1，在本实施例中，基底1可以为具有矩形背腔11的矩形块，振膜2的固定端21可以叠设固定在基底1的四边，固定端21的每一边连接有一个悬置端22，四个悬置端22均与连接端23相连，且四个悬置端22以连接端23为中心等角度间隔环绕设置，每个悬置端22设有一个压电结构3，使得在振膜2受到压电结构3的驱动后的振动更加稳定。应当理解，压电结构3中第一电极层31和压电层32在振膜2上设置方式不同，对应形成的狭缝4的位置也不相同。
30.请参阅图1、图2以及图3，在本实施例的第一实施方式中，第一电极层31沿mems压电扬声器的厚度方向的投影覆盖振膜2的固定端21和悬置端22，压电层32和第二电极层沿mems压电扬声器的厚度方向的投影均仅覆盖振膜2的压电段b，狭缝4仅形成于相邻的压电段b之间，各悬置端22相邻的支撑段a之间相互连接形成一体结构作为支撑区连接压电功能区和基底1；柔性膜6设置于电容系统的背离基底1侧，且柔性膜6覆盖振膜2和压电结构3并与基底1间隔设置。
31.具体的，压电层32和第二电极层33的形状和面积均与压电段b的形状和面积相同，且压电层32和第二电极层33覆盖部分背腔11的上方区域，第一电极层31覆盖整个背腔11的上方区域。第一电极层31和第二电极层33通电后压电结构3会产生形变，带动压电结构3下方悬置端22的压电段b振动，悬置端22的压电段b带动悬置端22的支撑段a振动，使得各支撑段a之间相互连接形成一体结构的支撑区振动，支撑区属于被动被驱动，从而使得支撑区的振动不受压电结构3形变能力的限制，有利于进一步提升振膜2的振动效果，提升mems压电
扬声器的声学性能。狭缝4共设有四条，狭缝4的一端连通容纳空间24，另一端与基底1的内周缘具有一定距离，此时狭缝4在背腔11内，保证各悬置端22相邻的支撑段a之间相互连接形成一体结构作为支撑区连接压电功能区和基底1。柔性膜6叠设于电容系统背离基底1的一侧，且柔性膜6对应于压电层32和第二电极层33的区域朝电容系统的背离基底1侧凸起形成凹腔，压电层32和第二电极层33位于凹腔内，既能保证柔性膜6可以完全覆盖压电结构3和振膜2，也能保证柔性膜6不会对压电层32和第二电极层33的形变产生干扰。优选地，各压电结构3中的所有第一电极层31连接成一体化设置，各压电结构3中的压电层32和第二电极层33均独立设置，且柔性膜6的中部朝基底1延伸形成块部，块部伸入至压电结构3的中部空间，有利于提升mems压电扬声器的声学性能。
32.请参阅图4、图5以及图6，在本实施例的第二实施方式中，第一电极层31和压电层32沿mems压电扬声器的厚度方向的投影均同时覆盖振膜2的固定端21和悬置端22，狭缝4延伸至基底1的内周缘并完全间隔相邻悬置端22；柔性膜6设置于电容系统的背离基底1侧，且柔性膜6覆盖振膜2和压电结构3。
33.具体的，第一电极层31和压电层32的形状和面积均与振膜2的形状和面积相同，第二电极层33的形状和面积与悬置端22的压电段b的形状和面积相同，此时压电结构3被振膜2的固定端21支撑，可以提升振膜2向压电结构3提供的支撑强度，从而提升压电结构3振动的稳定性，进而保证振膜2振动的稳定性。此外，狭缝4延伸至基底1的内周缘并完全间隔相邻悬置端22，各压电结构3中的第一电极层31、压电层32和第二电极层33连接成一体化设置，柔性膜6的凹腔内未设置矩形块。应当理解，本实施方式中其余方面与第一实施方式相同，在此不进行论述。
34.请参阅图7、图8以及图9，在本实施例的第三实施方式中，第一电极层31和压电层32沿mems压电扬声器的厚度方向的投影均仅覆盖振膜2的压电段b，狭缝4仅形成于相邻的压电段b之间，各悬置端22相邻的支撑段a之间相互连接形成一体结构作为支撑区连接压电功能区和基底1；柔性膜6设置于电容系统的背离基底1侧，且柔性膜6仅覆盖悬置端22的压电段b、容纳空间24和狭缝4。应当理解，本实施方式中其余方面与第二实施方式相同，在此不进行论述。
35.在本实施例中，柔性膜6的主要材料为压电材料，如pzt(锆钛酸铅压电陶瓷),高聚物(聚偏氟乙烯和偏氟乙烯一三氟乙烯共聚物等)；压电结构3的主要材料为aln(氮化铝)、pzt(锆钛酸铅压电陶瓷)和zno(氧化锌)等。柔性膜6的杨氏模量小于电容系统的杨氏模量，使得柔性膜6不会对压电结构3的形变产生不利影响；柔性膜6与压电结构3不在同一平面，使得压电功能区的面积不会受到柔性膜6的限制，有利于提升振膜2的有效振动面积，改善扬声器的声学性能；柔性膜6完全覆盖狭缝4，可以封闭气流，使得扬声器不存在漏气区域，保证扬声器的良好声学性能。
36.请参阅图2、图5以及图8，在本实施例中，连接端23包括连接于各悬置端22的第一连接件231，各悬置端22环绕第一连接件231设置。具体的，第一连接件231可以为圆板，第一连接件231与悬置端22的板面相齐平；由于各悬置端22均连接于第一连接件231，使得各悬置端22的振动频率一致，有利于提升振膜2的振动稳定性；第一连接件231位于容纳空间24的中部，且各悬置端22以第一连接件231为中心等角度间隔环绕设置，使得各悬置端22对称设置，悬置端22在背腔11内的分布更加均衡，有利于提升mems压电扬声器的发声效果。根据
实际需要，连接端23的形状可以为方形和六边形等；第一连接件231可以由压电结构3组成，可以根据施加到该区域的电压而变形，也可以将压电结构3刻蚀，不受电压驱动，或者由其他材料形成。
37.请参阅图2、图5以及图8，较佳地，连接端23还包括一端连接于悬置端22且另一端连接于第一连接件231的第二连接件232，每一悬置端22和第一连接件231之间设有至少一个第二连接件232。具体的，第二连接件232可以为连接梁，第二连接件232既能提升第一连接件231和悬置端22的连接强度，也能使第一连接件231和悬置端22之间具有一定的间隙，避免各悬置端22连接于第一连接件231后振动幅度降低。根据实际需要，每一个悬置端22和第一连接件231之间的第二连接件232的数量可以设置多个，如两个或三个等；通过合理设计第二连接件232的形状及大小，如u形梁或s形梁等，可以有效降低器件thd(total harmonic distortion总谐波失真)，提升mems压电扬声器的声学性能及可靠性。
38.请参阅图2、图6以及图8，在本实施例中，mems压电扬声器还包括固定于第一连接件231且收容于背腔11的质量块5，质量块5可以降低mems压电扬声器的谐振频率，灵活调整mems压电扬声器的第一谐振频率，增加可用的发声频率范围和降低器件的thd。优选地，质量块5的材料与基底1的材料相同。根据实际需要，质量块5的形状可以为环形、框架以及其他多边形等。
39.请参阅图4和图7，在本实施例中，mems压电扬声器还包括固定于连接端23远离基底1一侧的连接组件7，连接组件7包括沿mems压电扬声器的厚度方向依次叠设的若干子连接件，子连接件包括连接若干压电结构3的第一电极层31的第一子连接件71，连接压电层32的第二子连接件72以及连接第二电极层33的第三子连接件73。具体的，第一子连接件71、第二子连接件72以及第三子连接件73的形状和面积与连接端23的形状和面积相同，保证第一电极层31能够紧密贴合在振膜2上，压电层32紧密贴合在第一电极层31，第二电极层33紧密贴合在压电层32；作为一种实施方式，第一子连接件71与第一电极层31一体成型，第二子连接件72与压电层32一体成型，第三子连接件73与第二电极层33一体成型，减少加工工序。
40.以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。