微机械数字扬声器制造技术

本发明专利技术涉及微机械数字扬声器。一种数字扬声器包括：基板，关于基板固定的第一定片，关于基板固定且与第一定片分隔一定距离的第二定片，以及在第一定片和第二定片之间的薄膜。薄膜在其中薄膜与第一定片机械接触的第一位置和其中薄膜与第二定片机械接触的第二位置之间是可移置的。第一定片和第二定片被布置为将薄膜从与第一位置和第二位置分隔开的静止位置分别向第一位置和第二位置静电移动。也公开了一种用于制造数字扬声器的方法以及一种用于操作数字扬声器的方法。

【技术实现步骤摘要】

依照本专利技术的若干实施例涉及数字扬声器。依照本专利技术的若干实施例涉及用于制造数字扬声器的方法。依照本专利技术的若干实施例涉及用于操作数字扬声器的方法。
技术介绍
今天所制造和使用的大部分扬声器是电动类型的。电动扬声器的普遍设计包括永磁体、由该永磁体产生的磁场内的可移动线圈以及附连到该可移动线圈的薄膜(membrane)。流经线圈的交变电流导致线圈在磁场内振荡，因而驱动薄膜，该薄膜进而产生声音。电动扬声器典型地在薄膜后面，即在与从其向环境传播声波的薄膜侧相对的薄膜侧，具有相对大的后腔体(volume)。电动扬声器的后腔体的大小典型地与扬声器的预计频率范围相反地相关，就是说，低频率范围的扬声器典型地具有相对大的后腔体。 电动扬声器的著名替代品是压电扬声器和静电扬声器。除了用于(电动、压电、静电等等)扬声器中的基础物理现象以外，扬声器也可以通过它们的结构和它们的制造方法来区分。近年来，提出了各种以制造基于微机械构造的扬声器为目标的解决方案。这些解决方案中的一些解决方案提出在由硅制成的微机械薄膜上使用压电或铁电材料。为了制造这样的微机械扬声器，一种新的材料系统被整合到半导体制造过程中。典型地，以这一方式制造的扬声器是模拟换能器，正如今天的大部分扬声器一祥。与模拟扬声器相比，数字扬声器使用具有离散声压级(SPL)的压カ波。为此，数字扬声器内的声音产生元件执行预定义振幅的预定义移动。典型地在许多现代电子装置中的模拟扬声器的电子输入上游且电气地执行的数模转换，实际被移动至数字扬声器的声音或压カ变化侧。收听者的耳朵也可以參与数字声音信号的数模转换。数字扬声器典型地包括相对大的基本换能器元件阵列。
技术实现思路
依照本专利技术的一些实施例提供了包括基板、第一定片、第二定片和薄膜的数字扬声器。第一定片和第二定片关于基板固定，并且第二定片与第一定片分隔一定距离。薄膜被布置在第一定片和第二定片之间，并且在薄膜机械接触第一定片所处的第一位置与薄膜机械接触第二定片所处的第二位置之间是可移置的。第一定片和第二定片被布置为将薄膜从静止位置静电分别移动至第一位置和第二位置。该静止位置与第一位置和第二位置分隔开，典型地在第一位置和第二位置之间。在依照此处公开的教导的另一实施例中，数字扬声器包括薄膜、第一定片和第二定片。薄膜具有第一主表面并被布置在数字扬声器的声音换能区域中。第一定片在与薄膜的第一主表面相対的第一自由腔体ー侧具有与薄膜的第一主表面平行的第二主表面，即第一自由腔体在薄膜除第一主表面的另外ー侧。第二定片在与第一主表面相邻的第二自由腔体ー侧具有与薄膜的第一主表面平行的第三主表面。薄膜具有与第一定片和第二定片分隔开的静止位置，例如在第一定片和第二定片之间。第一定片和第二定片适于将薄膜分别朝向第一定片或第二定片静电吸引直到薄膜机械接触第一定片或第二定片。依照此处公开的教导的数字扬声器的另ー实施例包括用于响应于静电激励而从静止位置向第一末端位置和第二末端位置偏转的装置；基本上位于第一末端位置的第一邻接装置；以及基本上位于第二末端位置的第二邻接装置。用于偏转的装置适于在第一末端位置中时机械接触第一邻接装置。用于偏转的装置也适于在第二末端位置中时机械接触第ニ邻接装置。依照此处公开的教导的用于制造数字扬声器的方法包括将第一定片材料施加到基底结构的第一主表面上；将具有第一牺牲材料厚度h的牺牲材料施加到与基底结构的第一主表面相対的定片材料的第一主表面上；将薄膜材料施加到与定片材料的第一主表面相对的牺牲材料的第一主表面上；将具有第二牺牲材料厚度t2的另外牺牲材料施加到与牺牲材料的第一主表面相对的薄膜材料的第一表面上；以及移除数字扬声器的声音换能区域中的牺牲材料和另外牺牲材料。第一牺牲材料厚度も和第二牺牲材料厚度t2被适当地选择为在移除牺牲材料后允许薄膜材料在静电偏转时机械接触第一定片材料或第二定片材料。 依照此处公开的教导的用于操作数字扬声器的方法包括将第一电位施加到第一定片，将第二电位施加到第二定片；以及将第三电位施加到薄膜。第一电位、第二电位和第三电位之间的差导致薄膜被分别吸引到第一定片或第二定片直到该薄膜达到第一末端位置或第二末端位置。在第一末端位置中，薄膜机械接触第一定片，而在第二末端位置中，薄膜机械接触第二定片。附图说明图I示出了依照此处公开的教导的微机械数字扬声器的示意横截面；图2示出了依照此处公开的教导的数字扬声器的功能元件的概念图；图3示出了扬声器的示意横截面和用于在模拟或数字域中驱动扬声器的电路的第一可能布置；图4示出了扬声器的示意横截面和用于在模拟或数字域中驱动模拟扬声器的电路的第二选择；图5示出了依照此处公开的教导的实施例的数字扬声器的示意横截面；图6A至6E示出了在制造过程的不同阶段的数字扬声器的顶视图；图7A至7N和图7P示出了在依照此处公开的教导的基板和在扬声器的制造过程的不同阶段施加到基板的各种层的示意横截面；图8示出了数字扬声器阵列的示意横截面；图9是示出了数字扬声器的配置和操作方面的依照此处公开的教导的数字扬声器的横截面概念图；图10是示出了用于限定在薄膜与第一定片或第二定片之间的接触区域的选择的数字扬声器的薄膜的示意顶视图；图IlA和IlB是在两种不同激励状态下依照此处公开的教导的数字扬声器的功能元件的示意横截面的概念图；和图12是用于操作数字扬声器的方法的示意流程图。具体实施例方式图I示出了依照此处公开的教导的实施例的微机械扬声器的示意横截面。数字扬声器包括基板10、第一定片12、第二定片16和薄膜14。第一定片12、薄膜14和第二定片16被固定到支撑结构32，支撑结构32进而被固定到基板10。术语“被固定”可以意指“安装至”、“附连至”等等。典型地，第一定片12和第二定片16基本上是刚性的，这可以通过适当地选择第一和第二定片12、16的厚度和/或材料来实现。薄膜14是可变形的，使得尤其是薄膜14的中央部分可以从静止位置分别移置至第一末端位置和第二末端位置。薄膜14在薄膜14的圆周部分处机械连接至支撑结构32。薄膜14或其中央部分朝向第一或第ニ定片12、16的移置可以通过在薄膜14上施加静电カ来实现。特别地，第一和第ニ定片12、16之一可以静电吸引薄膜14，而另一定片可以排斥薄膜14。通常，如果吸引力或排斥力作用在薄膜14上使得在给定的时间定片12、16之一可以关于薄膜14是静电中性的则将足以。定片12、16和薄膜14之间的静电效应通过向第一定片12、第二定片16和薄膜14施加不同的电位而实现。为此，第一薄膜与连接垫34c电连接,薄膜14与连接垫34b电连接,而第二定片16与连接垫34a电连接。连接垫34a-34c可以用于借助于例如接合线将数字扬声器与扬声器驱动器或放大器电连接。支撑结构32也充当第一定片12、薄膜14、和第二定 片16与它们相应的连接垫34a-34c之间的电绝缘体。基板10具有在第一定片12之下的空腔22，空腔22充当数字扬声器的后腔体并允许薄膜14朝向第一定片12相对自由地移动，因为薄膜14和第一定片12之间的任何空气可以通过第一定片12中形成的多个空气孔I而逃逸至空腔22。因而，薄膜14不必克服在朝向第一定片12移动时強大的反压或在从第一定片12移开时的负压(真空)。同样地，第二定片16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.10 US 12/9653911.一种数字扬声器，包括 基板； 关于基板固定的第一定片； 关于基板固定且与第一定片分隔一定距离的第二定片； 薄膜，在第一定片和第二定片之间且在其中薄膜与第一定片机械接触的第一位置和其中薄膜与第二定片机械接触的第二位置之间可移置； 其中第一定片和第二定片被布置为将薄膜从与第一位置和第二位置分隔开的静止位置分别向第一位置和第二位置静电移动。2.依照权利要求I的数字扬声器，其中第一定片与第二定片基本上与基板的主表面平行地延伸。3.依照权利要求I或2的数字扬声器，其中第一定片与处在其静止位置的薄膜之间的第一间隙和第二定片与处在其静止位置的薄膜之间的第二间隙基本上具有相同的间隙宽度。4.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，进一步包括用于第二定片的连接半导体基板和第二定片的支撑结构。5.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中当分别处在第一位置或第二位置中时薄膜与第一定片或第二定片之间的机械接触在薄膜的总区域的30%与90%之间的外切区域内发生，所述外切区域分别在薄膜和第一定片或第二定片之间包括一个接触点或多个接触点。6.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中第一定片和第二定片中的至少一个包括从第二定片的面向薄膜的表面突出的至少一个隆起，其中薄膜基本上在隆起处机械接触第一定片和第二定片。7.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中薄膜包括在第一定片或第二定片的方向上从薄膜表面突出的至少一个隆起。8.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中第一定片和第二定片中的至少一个包括定片材料的主层和拉应力层。9.依照权利要求8的数字扬声器，其中定片材料为多品硅而拉应力材料包括氮化硅材料。10.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中第一定片、第二定片和薄膜中的至少一个包括掺杂半导体材料。11.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中第一定片、第二定片和薄膜中的至少一个分别包括用于对第一定片、第二定片或薄膜的第一主表面处的第一腔体与第二主表面处的第二腔体进行连接的开口。12.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中基板包括与第一定片相邻的空腔。13.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中第一定片、薄膜和第二定片被布置在半导体基板的主表面上的堆叠中。14.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，其中薄膜包括用于促进薄膜向第一位置和第二位置偏转的波纹。15.依照在前权利要求的任一项的数字扬声器，进一步包括适于向第一定片提供第一电位、向第二定片提供第二电位和向薄膜提供第三电位的电位供给结构，这些电位彼此之间至少暂时不同。16.—种包括数字扬声器阵列的数字扬声器布置,每个数字扬声器包括 为数字扬声器阵列公用的基板； 关于基板固定的第一定片； 关于基板固定且与第一定片分隔一定距离的第二定片； 薄膜，在第一定片和第二定片之间且在其中薄膜与第一定片机械接触的第一位置和其中薄膜与第二定片机械接触的第二位置之间可移置； 其中第一定片和第二定片被布置为将薄膜从与第一位置和第二位置分隔开...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·德黑，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：