專利名稱：聲壓換能器的制作方法
聲壓換能器
背景技術(shù)：
聲能以波的形式通過物理介質(zhì)傳播。當(dāng)傳播頻率在人類聽覺范圍之內(nèi)時，這種聲能通常被稱作聲音。聲能的電子探測與在技術(shù)方面作出努力的許多領(lǐng)域有密切關(guān)系，包括錄音、聲納、健康科學(xué)等等。麥克風(fēng)是一種呈現(xiàn)根據(jù)入射到其的聲能而變化的某種電氣特性的換能器。這種變化的電氣特性是或者能夠易于被轉(zhuǎn)換成仿真探測到的聲能的振幅、頻率和/或其它方面的電信號。相應(yīng)地，在下文中描述的實施例是為了改進麥克風(fēng)設(shè)計而得以做出的。


現(xiàn)在將參考附圖通過示例描述本實施例，在圖中 圖1描繪根據(jù)一個實施例的麥克風(fēng)的平面視圖IA描繪圖1的麥克風(fēng)的前視圖； 圖IB描繪圖1的麥克風(fēng)的側(cè)視圖2描繪根據(jù)一個實施例的撓性層(flexure layer)的等距視圖； 圖3描繪根據(jù)另一實施例的撓性層的等距視圖； 圖4描繪根據(jù)再一個實施例的撓性層的等距視圖； 圖5描繪根據(jù)又一個實施例的撓性層的等距視圖； 圖6描繪根據(jù)本教示的示意性麥克風(fēng)操作的側(cè)截面視圖； 圖7描繪根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)的框圖； 圖8描繪根據(jù)一個實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式介紹
本教示提供了用于麥克風(fēng)和其它聲學(xué)換能器的裝置和操作方法。板在聲壓的影響下圍繞扭轉(zhuǎn)鉸鏈樞轉(zhuǎn)。撓性件(flexure)遠(yuǎn)離該板地延伸并且由于聲壓而經(jīng)受拉伸應(yīng)變。該撓性件支撐一個或者多個傳感器，或者被摻雜或者被以其它方式配置為呈現(xiàn)響應(yīng)于拉伸應(yīng)變而變化的電氣特性。根據(jù)該撓性件呈現(xiàn)的、變化的電氣特性而導(dǎo)出對應(yīng)于聲壓的電信號。在一個實施例中，一種設(shè)備包括限定板和第一鉸鏈部分和第二鉸鏈部分的撓性層。該撓性層還限定遠(yuǎn)離該板地延伸的柔性(flexible)部分。該柔性部分被配置為呈現(xiàn)響應(yīng)于聲壓而變化的電氣特性。在另一實施例中，一種換能器包括單片材料的撓性層。該撓性層限定板、以及第一扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分和第二扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分。該第一和第二扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分遠(yuǎn)離該板的相對側(cè)地延伸。該撓性層還限定柔性延伸部分。該換能器還包括覆蓋撓性層的板的脊層。該換能器進一步包括覆蓋脊層的膜層。該柔性延伸部分被配置為呈現(xiàn)根據(jù)在膜層上入射的聲壓而變化的電氣特性。
在又一個實施例中，一種方法包括利用聲壓的影響而移位換能器的撓性層。所述移位包括一對鉸鏈部分的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變和柔性延伸部的拉伸應(yīng)變。該方法還包括根據(jù)該拉伸應(yīng)變改變?nèi)嵝匝由觳康碾姎馓匦浴Ｔ摲椒ㄟM一步包括通過使用變化的電氣特性而導(dǎo)出對應(yīng)于聲壓的電信號。第一示意性實施例
圖1描繪根據(jù)一個實施例的麥克風(fēng)元件(麥克風(fēng))100的平面視圖。還同時參考分別描繪了麥克風(fēng)100的前視圖和側(cè)視圖的圖IA和1B。麥克風(fēng)100包括板(或者膜)102。膜102 能夠由任何適當(dāng)?shù)陌肴嵝圆牧?例如，作為非限制示例的鎳、鉭鋁合金、氮化硅、二氧化硅、 氮氧化硅、Si、SU-8等)形成。還能夠使用其它材料。膜102被置放成在麥克風(fēng)100的典型操作期間使得聲能(例如，聲波等)在其上入射。膜102被形成，以便限定多個通孔或者通風(fēng)孔104。每一個通風(fēng)孔104被配置為在麥克風(fēng)100的典型操作期間允許周邊氣體(例如，空氣等)通過那里。在下文中提供關(guān)于麥克風(fēng)100的操作的進一步的細(xì)節(jié)。麥克風(fēng)100還包括脊(層)106。脊106被結(jié)合到膜102并且一般地置于膜102下面。脊106能夠由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。在典型的實施例中，脊?06由硅、二氧化硅或者另一種適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。在任何情形中，?06被配置為向麥克風(fēng)100提供另外的結(jié)構(gòu)剛度和強度。麥克風(fēng)100進一步包括撓性層108。撓性層108由任何適當(dāng)?shù)牟牧?例如硅、半導(dǎo)體材料等)形成。還能夠使用其它材料。撓性層108被配置為限定一對鉸鏈部分110。鉸鏈部分110被置放在撓性層108的相對側(cè)并且遠(yuǎn)離撓性層108的相對側(cè)地延伸。鉸鏈部分 110進而限定撓性層108的主體在入射到膜102的聲壓的影響下圍繞其以扭轉(zhuǎn)方式樞轉(zhuǎn)或者偏移的軸線。鉸鏈部分110還能夠被稱作扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分110。撓性層108進一步被配置為限定柔性延伸部分112。柔性延伸部分或者撓性件112 沿著垂直于由鉸鏈部分110限定的軸線的方向遠(yuǎn)離撓性層108地延伸。撓性件112被配置為在入射到膜102的聲壓的影響下以柔性方式發(fā)生應(yīng)變。該應(yīng)變?nèi)缓蟊粋鬟f到呈現(xiàn)響應(yīng)于聲壓而變化的電氣特性的一個或者多個傳感器(在圖I-IB中未示出)。在另一實施例中，撓性件112被摻雜或者被以其它方式改性從而呈現(xiàn)壓阻或者壓電特性，并且不包括這樣的分立傳感器。在任何情形中，撓性件112的電氣特性均能夠被電耦合到其它電路(未示出)從而導(dǎo)出對應(yīng)于入射到膜102的聲壓的電信號。包括鉸鏈部分110和柔性延伸部112的撓性層108典型地但是并不一定由半導(dǎo)體 (例如硅)形成并且使用已知技術(shù)(例如掩蔽、蝕刻等)成形。鉸鏈部分Iio和撓性件112將撓性層108以機械方式耦合到周圍的支撐結(jié)構(gòu)(未示出)。在一個或者多個實施例中，支撐結(jié)構(gòu)(未示出)和撓性層108 (包括鉸鏈110和延伸部112)本質(zhì)上是鄰接的，由單片材料層蝕刻、切割或者以其它方式適當(dāng)?shù)匦纬?。?06是覆在撓性層108的主體區(qū)域上面并且被連續(xù)地結(jié)合于此的連續(xù)的材料薄片或者層。因此，脊106覆蓋撓性層108的、除了鉸鏈部分110和撓性件112之外的所有部分。膜102又覆在脊106上面并且被連續(xù)地結(jié)合于脊106。膜102由超出脊106的區(qū)域并且從脊106的區(qū)域向外延伸的總體區(qū)域限定。在以下表格1中提供了用于麥克風(fēng)100的實施例的、示意性而非限制性的尺寸(1 μ M=I X 10_6米)表格1:
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括限定板以及第一鉸鏈部分和第二鉸鏈部分的撓性層，所述撓性層還限定柔性部分，所述柔性部分遠(yuǎn)離所述板地延伸并且被配置為呈現(xiàn)響應(yīng)于聲壓而變化的電氣特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，所述板具有正方形或者矩形或者梯形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，所述第一鉸鏈部分和所述第二鉸鏈部分遠(yuǎn)離所述板的相應(yīng)相對側(cè)地延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，所述第一鉸鏈部分和所述第二鉸鏈部分分別被配置為將所述板以扭轉(zhuǎn)方式耦合到支撐結(jié)構(gòu)，所述柔性部分被配置為將所述板以柔性方式耦合到所述支撐結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，所述第一鉸鏈部分和所述第二鉸鏈部分至少部分地由相應(yīng)的曲線部分限定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，所述支撐結(jié)構(gòu)以及包括所述板和所述第一鉸鏈部分和所述第二鉸鏈部分以及所述柔性部分的所述撓性層是由單片半導(dǎo)體層形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，進一步包括被結(jié)合到所述柔性層的脊層；和被結(jié)合到所述脊層的膜層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，所述脊層覆蓋所述撓性層的、既不包括所述第一鉸鏈部分也不包括所述第二鉸鏈部分也不包括所述柔性部分的那部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，所述脊層由第一區(qū)域限定，所述膜層由大于所述第一區(qū)域的第二區(qū)域限定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，所述柔性部分包括至少一個壓阻傳感器或者壓電傳感器。
11.一種換能器，包括由單片材料制成的撓性層，所述撓性層限定板，所述撓性層還限定遠(yuǎn)離所述板的相對側(cè)地延伸的第一扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分和第二扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分，所述撓性層還限定柔性延伸部分；覆蓋所述撓性層的所述板的脊層；和覆蓋所述脊層的膜層，所述柔性延伸部分被配置為呈現(xiàn)根據(jù)入射到所述膜層的聲壓而變化的電氣特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的換能器，所述第一扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分和所述第二扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分和所述柔性延伸部分分別被配置為將所述撓性層的所述板以機械方式耦合到支撐結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的換能器，所述柔性延伸部分被配置成使得所述電氣特性是根據(jù)入射到所述膜層的聲壓而變化的電阻或者電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的換能器，所述第一扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分和所述第二扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分至少部分地由相應(yīng)的曲線部分限定。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的換能器，進一步包括被配置為限定聲學(xué)空腔的一種或者多種材料，通過所述第一和第二扭轉(zhuǎn)鉸鏈部分和所述柔性延伸部分，所述板被支撐在所述聲學(xué)空腔內(nèi)，所述膜層限定一個或者多個通風(fēng)孔，所述通風(fēng)孔將所述聲學(xué)空腔流動地耦合到所述麥克風(fēng)周圍的周邊環(huán)境。
16.一種方法，包括利用聲壓的影響移位換能器的撓性層，所述移位包括一對鉸鏈的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變和柔性延伸部的拉伸應(yīng)變；根據(jù)所述拉伸應(yīng)變改變所述柔性延伸部的電氣特性；和使用所述變化的電氣特性導(dǎo)出對應(yīng)于所述聲壓的電信號。
全文摘要
提供了聲學(xué)換能器裝置。單片半導(dǎo)體層限定板、一對被相對置放的扭轉(zhuǎn)鉸鏈、柔性延伸部和支撐結(jié)構(gòu)的至少一部分。傳遞到該板的聲壓導(dǎo)致柔性延伸部的拉伸應(yīng)變。柔性延伸部提供響應(yīng)于拉伸應(yīng)變而變化的電氣特性。能夠根據(jù)柔性延伸部的變化的電氣特性導(dǎo)出對應(yīng)于聲壓的電信號。
文檔編號H04R17/00GK102282866SQ200980154521
公開日2011年12月14日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者吉拉尼 A., 霍梅耶 B., 吳 J., 麥金內(nèi)爾 J., 瓦倫恰 M. 申請人:惠普開發(fā)有限公司