MEMS扬声器结构、其制作方法及使用方法与流程

本申请涉及一种扬声器，具体涉及一种mems扬声器结构及其制作方法，属于mems(micro-electro-mechanicalsystem，微机电系统)。

背景技术：

1、随着社会智能化的发展需求，扬声器作为重要的交互媒介其应用领域越来越广，需求量越来越大。传统扬声器为手工组装的音圈式扬声器，需要大量人力，成本很高，且难以小型化，同时还存在音圈功耗较高、音域较窄、无法实现声音的定向传播等不足。

2、近年来，以mems技术制作的扬声器以其小型化、低成本、低功耗、高频域等优点，正逐渐取代传统扬声器成为主流。现有的一种mems扬声器是通过对硅衬底进行mems加工，再在硅衬底上设置压电材料层，从而形成振膜结构，其主要是利用逆压电效应工作，其振膜一般是工作在谐振频率附近，该谐振频率是固定且不可调节的，因此扬声器的频域较窄。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种mems扬声器结构及其制作方法，以克服现有技术的不足。

2、为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：

3、本申请的一个方面提供了一种mems扬声器结构，其包括：

4、第一衬底，其具有第一面和与第一面相背的第二面，所述第二面上形成有岛状结构和环绕岛状结构设置的第一槽状结构；

5、压电材料层，其设置在第一衬底的第一面上，并与第一衬底配合形成振膜结构；

6、第一压电极板，其设置在压电材料层上；

7、第二压电极板，其设置在压电材料层与第一衬底的第一面之间；

8、第一静电极板，其至少设置在所述第一槽状结构的槽底面上；

9、第二衬底，其顶端面与第一衬底的第二面密封结合，从而与所述第一槽状结构围合形成环形腔室，并且第二衬底内还形成有空腔结构，所述空腔结构与所述环形腔室连通形成一整体腔室，所述岛状结构至少可沿轴向于所述整体腔室内自由运动；

10、第二静电极板，其设置在第二衬底的顶端面上，并暴露于所述环形腔室内，且与第一静电极板相对间隔设置。

11、本申请的另一个方面提供了一种mems扬声器结构的制作方法，包括：

12、提供第一衬底，所述第一衬底具有第一面和与第一面相背的第二面；

13、在所述第一衬底的第二面上加工出岛状结构和环绕岛状结构设置的第一槽状结构；

14、至少在所述第一槽状结构的槽底面上设置第一静电极板；

15、在第一衬底的第二面及第一静电极板上连续覆设第一介质层；

16、提供第二衬底，并在第二衬底的顶端面上设置第二静电极板；

17、将第二衬底的顶端面与第一衬底的第二面上所覆设的第一介质层密封结合，从而与所述第一槽状结构围合形成环形腔室，并使第二静电极板暴露于所述环形腔室内，且使第二静电极板与第一静电极板相对间隔设置；

18、在第一衬底的第一面上设置第二压电极板和压电材料层，之后在压电材料层上设置第一压电极板和第二压电极板的引出电极，并使压电材料层位于第一压电极板和第二压电极板之间，且使所述引出电极与第一压电极板间隔设置；

19、在第一压电极板、所述引出电极和压电材料层上连续覆设第二介质层，并在第二介质层上开设可使第一压电极板局部暴露的第一电极窗口和可使所述引出电极至少局部暴露的第二电极窗口；

20、在第二衬底内形成空腔结构，并使所述空腔结构与所述环形腔室连通形成一整体腔室，所述岛状结构至少可沿轴向于所述整体腔室内自由运动。

21、本申请的又一个方面提供了所述mems扬声器结构的一种使用方法，其包括：

22、在第一压电极板和第二压电极板之间施加驱动电压，以驱使振膜结构振动；

23、以及，在第一静电极板和第二静电极板之间施加控制电压，以使所述第一静电极板与第二静电极板之间产生静电力，并使所述静电力作用于振膜结构，从而对所述振膜结构的谐振频率进行调控。

24、相较于现有技术，本申请的技术方案至少有如下有益效果：

25、(1)本申请的mems扬声器结构具有功耗低、谐振频率可调、音域更宽、使用寿命更长等优点，并可以形成阵列化结构，能实现声音定向传播，还可在声音端满足虚拟现实的应用。

26、(2)本申请的mems扬声器结构可以通过mems技术制造，适合批量化生产，无需大量人力组装，产品品质高且一致性好，成本低，并可以实现扬声器小型化，符合高集成度的技术发展趋势。

技术特征：

1.一种mems扬声器结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mems扬声器结构，其特征在于：所述空腔结构包括沿轴向贯穿第二衬底的环形开放空腔，且第二衬底中还形成有质量块，所述环形开放空腔环绕质量块设置，所述质量块与岛状结构固定连接形成岛状质量块结构，所述岛状质量块结构至少可沿轴向于所述整体腔室内自由运动。

3.根据权利要求2所述的mems扬声器结构，其特征在于：所述环形开放空腔包括第二槽状结构和环形深腔；所述第二槽状结构形成于第二衬底的底端面上；所述环形深腔形成于第二衬底内部，并环绕质量块设置；所述第二槽状结构通过环形深腔与环形空腔连通。

4.根据权利要求3所述的mems扬声器结构，其特征在于：所述第一槽状结构、第二槽状结构及环形深腔同轴设置；和/或，所述第二槽状结构在第一衬底的第二面上的正投影的面积大于岛状质量块结构在第一衬底的第二面上的正投影的面积；和/或，所述环形深腔的直径<第二槽状结构的直径<第一槽状结构的直径；和/或，所述第二压电极板与第一衬底的第一面之间还设置有缓冲粘附层；和/或，所述第一衬底、第二衬底包括硅衬底。

5.根据权利要求1所述的mems扬声器结构，其特征在于：所述第一静电极板和第二静电极板均为环形构件；

6.根据权利要求1所述的mems扬声器结构，其特征在于：

7.一种mems扬声器结构的制作方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于具体包括：

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于具体包括：采用干法刻蚀工艺和/或湿法腐蚀工艺对第二衬底的底端面进行刻蚀，以在所述第二衬底的底端面形成第二槽状结构，之后继续采用干法刻蚀工艺和/或湿法腐蚀工艺对所述第二槽状结构的槽底面进行刻蚀，直至到达第二衬底的顶端面，从而在所述第二衬底中形成质量块和环绕质量块设置的环形深腔，进而形成所述环形开放空腔。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于：所述第一槽状结构、第二槽状结构及环形深腔同轴设置；和/或，所述第二槽状结构在第一衬底的第二面上的正投影的面积大于岛状质量块结构在第一衬底的第二面上的正投影的面积；和/或，所述环形深腔的直径＜第二槽状结构的直径＜第一槽状结构的直径。

11.权利要求1-6中任一项所述mems扬声器结构的使用方法，其特征在于包括：

技术总结
本申请公开了一种MEMS扬声器结构、其制作方法及使用方法。该MEMS扬声器结构包括：第一衬底，其第二面上形成有岛状结构和环绕岛状结构的第一槽状结构；压电材料层，其设置在第一衬底的第一面上，并与第一衬底配合形成振膜结构；第一压电极板，其设置在压电材料层上；第二压电极板，其设置在压电材料层与第一衬底的第一面之间；第一静电极板，其设置在第一槽状结构的槽底面上；第二静电极板，其设置在第二衬底的顶端面上，并与第一静电极板相对间隔设置。该MEMS扬声器结构具有功耗低、谐振频率可调、音域更宽等优点，并可以实现扬声器小型化和阵列化结构，能实现声音定向传播，同时其适合批量化生产，品质均一，良率高，成本低。

技术研发人员：王竞轩
受保护的技术使用者：王竞轩
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14