CN109640233A - 微机电扬声器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微机电扬声器，包括一基座、一线路板、一间隔层、一振动膜以及至少一致动器。基座具有一第一腔室。线路板配置于基座上，且具有至少一承载部及环绕至少一承载部的一固定部。至少一承载部具有一第一穿孔，而至少一承载部与固定部之间具有多个第二穿孔。间隔层配置于线路板上，且间隔层与线路板构成一第二腔室。振动膜配置于间隔层上。至少一致动器配置在线路板的至少一承载部上，且至少一致动器具有悬空于至少一承载部的第一穿孔上的一位移部及一变形部。多个第二穿孔连通第一腔室与第二腔室。
Description
技术领域
本发明是有关于一种微机电组件，且特别是有关于一种微机电扬声器。
背景技术
现有的扬声器大多采用音圈以及磁铁，主要原理是让电流通过线圈产生磁场，利用此激发的磁场和磁铁以相互作用产生振动并发出声响。为配合消费性电子装置如智能型手机与平板计算机的微小化趋势，已发展出透过微机电制程而制成的压电式扬声器。压电式扬声器是利用压电效应发出声响，当外部电流通过致动芯片时产生变形，进而驱动振动膜挤压空气并产生声音。
然而，致动器需固定于扬声器的壳体内，因此压电式扬声器的整体尺寸受到致动器的限制。使得压电式扬声器的制作成本昂贵且不易达到进一步微小化的目的。
发明内容
基于此，本发明提供一种微机电扬声器，将致动器配置在独立的线路板上，使得致动器的尺寸大小不受到线路板的限制。以达到降低制作成本及微机电扬声器的微小化目的。
本发明的微机电扬声器，包括一基座、一线路板、一间隔层、一振动膜以及至少一致动器。基座具有一第一腔室。线路板配置于基座上，且具有至少一承载部及环绕承载部的一固定部。至少一承载部具有一第一穿孔，而至少一承载部与固定部之间具有多个第二穿孔。间隔层配置于线路板上，且间隔层与线路板构成一第二腔室。振动膜配置于间隔层上。至少一致动器配置在线路板的承载部上。至少一致动器具有悬空于至少一承载部的第一穿孔上的一位移部及一变形部。多个第二穿孔连通第一腔室与第二腔室。
上述扬声器以线路板承载致动器，由于致动器与线路板分别为独立的结构，使得致动器的尺寸大小不受到线路板的限制，进而达成降低制作成本与微小化的目的。此外，线路板具有多个第二穿孔，用于调节第一腔室与第二腔室之间的气压平衡，避免影响致动器与振动膜的运作，以制作出频率响应特性佳、发声效率高的扬声器组件。
附图说明
图1为本发明的一实施方式微机电扬声器的剖面示意图；
图2为图1的微机电扬声器采用焊接方式的剖面示意图；
图3为图2的微机电扬声器连接另一实施例的振动膜的剖面示意图；
图4为本发明的另一实施方式的微机电扬声器配置多个位移部的剖面示意图；
图5为本发明另一实施例的微机电扬声器的剖面示意图；
图6为本发明另一实施例的微机电扬声器的剖面示意图；
图7为本发明另一实施例的微机电扬声器的剖面示意图；
图8为发明再一实施例的微机电扬声器的俯视示意图；
图9为图8的致动器的剖面示意图；
图10为图9的致动器的剖面示意图；
图11为结合多个图8的微机电扬声器的俯视示意图。
附图中各标号的含义为：
100、100A～100G：微机电扬声器
110：基座
120、120a、120d、120e、120f、120g：线路板
121、121d、121e、121g：承载部
122、122a、122d、122e、122g：固定部
123、123g：导电线路
130：间隔层
140、140b、140c、140d、140e、140f、140g：振动膜
141b：凹陷部
150、150a、150b、150c、150d、150e、150f、150g：致动器
151、151b、151c、151d、151e、151f、151g：位移部
152、152c：变形部
153、153d、153e、153f：支撑结构
154、154a、154d、154e、154f、154g：导电结构
155、155d、155g：导线
156a、156f：电极凸块
160、160c、160d、160e、160f、160g：连动块
D：间隙
BS：底面
C1：第一腔室
C2：第二腔室
H1：第一穿孔
H2：第二穿孔
OS：内侧面
PD：水平间距
S1、S2：表面
SI：侧面。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
图1为本发明的一实施方式微机电扬声器的剖面示意图。
请参考图1，微机电扬声器100适于配置在电子装置中，电子装置可例如为手机、平板计算机、桌面计算机或其它相电子装置。本实施例的微机电扬声器100，例如是采用压电组件。运作原理是透过压电效应发出声响，简言之，施加外部电场于微机电扬声器100，当电流通过时微机电扬声器100的致动器时，使致动器产生变形与上下位移，进而驱动振动膜挤压空气并发出声音。
参考图1，本发明的微机电扬声器100，包括基座110、线路板120、间隔层130、振动膜140以及至少一致动器150。基座110例如是采用电子业界加工技术成熟的封装基板材料、电子陶瓷或其它具备刚性的材质。基座110具有凹陷成形的第一腔室C1，其中第一腔室C1例如可以用以放置其它所需的电子组件。
线路板120配置于基座110上并位在第一腔室上方。线路板120具有承载部121及环绕承载部121的固定部122。承载部121的中央处具有第一穿孔H1。承载部121与固定部122之间具有多个第二穿孔H2。多个第二穿孔H2环绕配置在第一穿孔H1的外缘。
此外，本实施例的线路板120例如为印刷电路板或其它具备刚性的材质。线路板120包括有导电线路123，配置在承载部121或固定部122的上表面或下表面。导电线路123例如是电性连接外部线路，以提供微机电扬声器100运作所需的电源或作为连接外部线路之导电路径。
间隔层130例如是采用半导体加工技术成熟的多晶硅、硅与氧化硅或其它具备刚性的材质。间隔层130配置于线路板120上，且间隔层130与线路板120 构成第二腔室C2。其中多个第二穿孔H2与第一穿孔H2连通第一腔室C1与第二腔室C2，以调节第一腔室C1与第二腔室C2之间的气压平衡。
进一步而言，于本实施例中，第二腔室C2及第一腔室C1例如是透过印刷电路板堆栈、半导体材料层或其它具备刚性的材质所围绕出的腔室空间，通过多个腔室堆栈之设计以扩大腔室空间。
振动膜140配置于间隔层130上且覆盖第二腔室C2。于本实施例中，振动膜140例如是由多晶硅、氮化硅、金属铝或者铝合金材质、高分子聚合物或其它弹性材质所制成。
至少一致动器150(图1中以一个为例)配置在线路板120的承载部121上且位于第二腔室C2中。致动器150具有悬空于承载部121的第一穿孔H1上的一位移部151及一变形部152。于本实施例中，变形部152环绕在位移部151的周围。
于本实施例中，致动器150具有导电结构154形成于致动器之变形部上，导电结构154包含压电层，该压电层材料例如是采用石英、硫化镉、氧化锌或氮化铝等压电单晶体材料、PZT压电多晶体材料、压电聚合物、压电复合材料或是其他具备压电特性的材料，本发明并未加以限制；当外部电流进入致动器150 之导电结构154时，变形部152因压电效应产生变形，进而带动位移部151产生上下振动。
补充而言，导电结构154更包含电极材料层，透过线路板120用以电性连接致动器150及外部电路。
请参考图1，致动器150的外缘E与间隔层130的内侧面OS之间具有水平间距PD，即致动器150的尺寸小于线路板120的尺寸。此说明，致动器150的尺寸不会受到线路板120的限制，可依据需求制作具备微小特性的致动器。
进一步而言，致动器150具有支撑结构153。支撑结构153环绕配置在位移部151的***且间隔于位移部151。变形部152位于位移部151与支撑结构153 之间。其中，支撑结构153用以增加致动器150在变形部152以外的结构刚性，当微机电扬声器100运作时，支撑结构153所配置的致动器150部位为固定不动。
本实施例的致动器150朝振动膜140的方向延伸。微机电扬声器100包括一连动块160。连动块160配置在振动膜140与致动器150之间。详细而言，连动块160连接在致动器150的位移部151与振动膜140之间，使得致动器150 与振动膜140连结为一体，当致动器150的位移部151产生上下位移时，会同步带动振动膜140。
进一步而言，本实施例的致动器150还包括至少一导线155(图1所示为两导线)。两导线155的一端连接在致动器150的导电结构154上，且两导线155 的另一端穿过相应的第一穿孔H1并连接于线路板120相对于致动器150的表面 S1。
以下将列举其他实施例以作说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的组件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2为图1的微机电扬声器采用焊接的剖面示意图。
配合参考图1及图2，图2的微机电扬声器100A与图1的微机电扬声器100 的差异在于电性连接方式的不同。参考图2，致动器150a包括至少一电极凸块 156a(图2示出两电极凸块)。两电极凸块156a配置在线路板120a与致动器150a 的底面BS之间且电性连接导电结构154a，以使致动器150a与线路板120a形成一间隙D。
图3为图2的微机电扬声器连接另一实施例的振动膜的剖面示意图。
配合参考图2及图3，图3的微机电扬声器100B与图2的微机电扬声器100A 的差异在于，微机电扬声器100B具有振动膜140b且无需配置连动块。振动膜 140b具有对位于第一穿孔H1的凹陷部141b，凹陷部141b朝向第二腔室C2延伸。振动膜140b通过凹陷部141b而连接致动器150b的位移部151b。因此，致动器150b的位移部151b可直接带动振动模140b，无需透过额外的连动块。
图4为图2的微机电扬声器配置多个位移部的剖面示意图。
配合参考图2及图4，图4的微机电扬声器100C与图2的微机电扬声器100A 的差异在于，微机电扬声器100C的包括位移部151c、连动块160c以及变形部 152c。连动块160c配置在位移部151c上，变形部152c分别配置在位移部151c ***，且位移部151c透过连动块160c连接振动膜140c，以同时带动或个别带动振动膜140c。如此，当外部气压或其它因素使振动膜140c的振动频率、幅度产生偏差时，可透过位移部151c的频率与振幅调整改善前述的偏差情形。
图5是本发明另一实施例的微机电扬声器的剖面示意图。
配合参考图1及图5。图5的微机电扬声器100D与图1的微机电扬声器100 的差异在于，微机电扬声器100D的致动器150d在线路板120d上的设置方向相反于致动器150在线路板120的设置方向。致动器150d的支撑结构153d连接在线路板120d的承载部121d上，使得位移部151d朝向第一穿孔H1向下延伸。此外，连动块160d配置在位移部151d相对于支撑结构153d的一侧面SI，由此将位移部151d与振动膜140d连接为一体。此外，两导线155d的一端连接在致动器150d的导电结构154d上，且两导线155d的另一端连接于线路板120d面向振动膜140d的表面S2。
图6为本发明另一实施例的微机电扬声器的剖面示意图。
配合参考图1及图6。图6的微机电扬声器100E与图1的微机电扬声器100 的差异在于，微机电扬声器100E的致动器150e位于第一腔室C1内，且致动器 150e的支撑结构153e连接在线路板120e的承载部121e，使得位移部151e朝向第一穿孔H1向上延伸。此外，连动块160e配置在位移部151e朝向振动膜140e 的一侧，连动块160e朝上穿过第一穿孔H1以连接振动膜140e。由此将位移部 151e与振动膜140e连接为一体。此外，两导线155e的一端连接在致动器150e 的导电结构154e上，且两导线155e的另一端连接于线路板120e远离振动膜140d 的表面S1。
图7为本发明另一实施例的微机电扬声器的剖面示意图。
配合参考图5及图7。图7的微机电扬声器100F与图5的微机电扬声器100D 的差异在于，微机电扬声器100F的致动器150f位于第一腔室C1内，且两电极凸块156f配置在线路板120f与致动器150f的底面BS之间以分别电性连接两导电结构154f，使得致动器150f与线路板120f形成一间隙D。此外，连动块 160f配置在位移部151f相对于支撑结构153f的一侧面SI，连动块160f朝上穿过第一穿孔H1以连接振动膜140f。由此将位移部151f与振动膜140f连接为一体。
图8为本发明再一实施例的微机电扬声器的俯视示意图。图9为图8的致动器的剖面示意图。图10为图9的致动器连接连动块的剖面示意图。
配合参考图5、图8至图10。图8的微机电扬声器100G与图5的微机电扬声器100D的差异在于，微机电扬声器100G的致动器150g位于第一腔室C1内。参考图9、10，导线155g的一端连接在致动器150g的导电结构154g上，且两导线155g的另一端穿过相应的第一穿孔H1以连接在线路板120g的承载部121g 面向振动膜140g的表面S2。连动块160g配置在位移部151g朝向振动膜140g 的一侧，连动块160g朝上穿过第一穿孔H1以连接振动膜140g。由此将位移部 151g与振动膜140g连接为一体。
图11为结合多个图8的微机电扬声器的俯视示意图。
在图11的实施例中，线路板120g上的承载部121g可以设计为多个，使用者可以依据实际需求放置多个致动器150g于相应的多个承载部121g上，并搭配多组独立的导电线路123g，以使各个微机电扬声器100G能发出不同带宽声音。其中多个致动器150g呈数组式排列。
详细而言，线路板120g包括有多个承载部121g及多组导电线路123g。多个致动器150g分别设置于所对应的多个承载部上。多组导电线路分别配置所对应的承载部121g上，且各组导电线路123为彼此电性独立，多组导电线路123g 分别透过多个导线115电性连接到所对应的多个致动器150g上。
参考图11，为四个微机电扬声器100G的数组组合，简言之，通过多个微机电扬声器100G的结合可同时运作多个微机电扬声器100G以发出高功率的声音，或是各个微机电扬声器100G的致动器150g分别产生不同频率的振动以达到发出不同带宽声音的效果，以让声音加丰富。
综上所述，本发明的扬声器以线路板承载致动器，由于致动器与线路板分别为独立的结构，使得致动器的尺寸大小不受到线路板的限制，进而达成降低制作成本与微小化的目的。此外，线路板具有多个第二穿孔环绕在致动器的周围，用于调节第一腔室与第二腔室之间的气压平衡，避免影响致动器与振动膜的运作，以制作出频率响应特性佳、发声效率高的扬声器组件。
进一步而言，线路板用以承载致动器，且致动器贴附在在线路板上，并透过导线方式电性连接线路板。其中导线是通过第一穿孔，使得导线不会与其它构件产生干涉。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (17)
1.一种微机电扬声器，其特征在于，包括：
一基座，具有一第一腔室；
一线路板，配置于该基座上，该线路板具有至少一承载部、环绕该承载部的一固定部，该至少一承载部具有一第一穿孔，而该至少一承载部与该固定部之间具有多个第二穿孔；
一间隔层，配置于该线路板上，且该间隔层与该线路板构成一第二腔室；
一振动膜，配置于该间隔层上；以及
至少一致动器，配置在该线路板的至少一承载部上，该至少一致动器具有悬空于该至少一承载部的该第一穿孔上的一位移部及一变形部；
其中，该些第二穿孔连通该第一腔室与该第二腔室。
2.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该至少一致动器与该间隔层之间具有一水平间距。
3.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该至少一致动器具有一支撑结构，该支撑结构环绕配置在该位移部的***且间隔于该位移部。
4.根据权利要求3所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该变形部位于该位移部与该支撑结构之间。
5.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该致动器具有一导电结构，配置于该变形部上，该导电结构至少包含一压电层及一电极材料层。
6.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该振动膜与该致动器之间还包括一连动块。
7.根据权利要求6所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该连动块配置在该位移部朝向该振动膜的一侧面。
8.根据权利要求6所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该致动器位于该第一腔室内，该连动块穿过该第一穿孔以连接该振动膜。
9.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该致动器还包括至少一导线，该至少一导线穿过该第一穿孔并连接于该线路板相对于该致动器之一表面。
10.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该致动器还包括至少一电极凸块，配置在该线路板与该致动器之间，以使该致动器与该线路板形成一间隙。
11.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该位移部连接该振动膜，以同时带动或个别带动该振动膜。
12.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该振动膜具有对位于该第一穿孔的一凹陷部，该振动膜通过该凹陷部而连接该致动器的该位移部。
13.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该线路板为一印刷电路板。
14.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该线路板包括有多组导电线路，且该些导电线路彼此电性独立。
15.根据权利要求14所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该至少一致动器包括有多个，该些导电线路分别连接到所对应的该些致动器上。
16.根据权利要求1所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该至少一致动器包括有多个，且该线路板包括有多个承载部，该些致动器分别设置于所对应的该些承载部上。
17.根据权利要求16所述的微机电扬声器，其特征在于，其中该些致动器呈数组式排列。
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