声音换能器以及使用声音换能器的麦克风

摘要

本发明公开了一种声音换能器以及使用声音换能器的麦克风。声音换能器包括基板、薄膜、多个支撑件、第一组突出部以及第二组突出部。薄膜可相对于基板移动，多个支撑件可使薄膜悬浮于基板上方，第一组突出部延伸自薄膜，第二组突出部延伸自基板。第二组突出部与第一组突出部交错并可相对于第一组突出部移动，其中第一组突出部以及第二组突出部之一组中的每一突出部包括第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层以及第二导电层之间的介电层，且第一组突出部以及第二组突出部的另一组中的每一突出部包括第三导电层。

说明书

技术领域

本发明涉及一种声音换能器，特别是涉及一种具有声音换能器的麦克风。

背景技术

可将声音能量转换为电能量的硅电容器也被称为声音换能器。一些已知的声音换能器包括具有穿孔的背板以及易受声波影响的薄膜。举例说明，在麦克风中，介电质例如空气通常存在于背板与薄膜之间以形成电容结构。不过，以特定观点来看，电容的特征是大幅依赖位于背板以及薄膜之间的空间或是距离。例如，背板以及薄膜必须小心的设置以避免电接触而导致短路。因此，必须使用额外的绝缘结构来预防短路。一个在声音换能器中使用多于一个背板的设计，使薄膜在震动的时候，可在每一背板以及薄膜之间侦测出两个不同的电位。然而，如此额外的绝缘结构或是背板使声音换能器的工艺复杂化，亦提高了制造成本。

已知麦克风包括至少一换能器以及一壳体包覆该换能器。大体而言，麦克风对于声波的敏感度是由薄膜的支撑结构、薄膜的力学特性以及壳体的封装种类而定。举例来说，在已知麦克风的壳体上表面可形成两个入口，在围住其中一个入口的部分可包括阻尼材料以延迟入射的声波，而因此增加由特定方向传来的声波的敏感度。但是，在这种设计下，以不同材料来制造壳体的过程会相对的复杂化。

在另一个设计中，定向麦克风阵列包括多于两个全指向麦克风以由各个方向搜集声音源的声波。然而，全指向麦克风的空间特性限制了定向麦克风的微小化。举例说明，空间特性之一包括全指向麦克风在阵列排列的时候必须间隔2×λ/π，相当于约0.64λ。若入射声波具有20(KHz)的频率，阵列中两个麦克风的空间或距离也许会大于1(cm)，应用于越来越密实的电产品中尺寸也许会过大。另外阵列中的麦克风具有不同的敏感度也会造成换能的不精确。

发明内容

本发明提供一种声音换能器包括基板、薄膜、多个支撑件、第一组突出部以及第二组突出部。薄膜可相对于基板移动，多个支撑件可使薄膜悬浮于基板上方，第一组突出部延伸自薄膜，第二组突出部延伸自基板。第二组突出部与第一组突出部交错并可相对于第一组突出部移动，其中第一组突出部以及第二组突出部之一组中的每一突出部包括第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层以及第二导电层之间的介电层，且第一组突出部以及第二组突出部的另一组中的每一突出部包括第三导电层。

本发明提供另一种声音换能器包括基板、薄膜、多个支撑件、多个第一突出部以及多个第二突出部。薄膜可相对于基板移动，并包括导电平面。支撑件设置于导电平面上，使薄膜可相对于基板枢转。第一突出部设置于薄膜的导电平面上，每一第一突出部包括多个导电层，且导电层之间由至少一介电层隔开。第二突出部设置于基板上方，第二突出部与第一突出部交错并可相对于第一突出部移动，每一第二突出部包括多个导电层，且导电层之间由至少一介电层隔开。

本发明还提供一种电声音换能器包括基板、薄膜、多个支撑件、第一组突出部以及第二组突出部。薄膜可相对于基板移动。支撑件使薄膜可相对于基板震动，其中至少一个支撑件朝第一方向延伸。第一组突出部自薄膜朝第二方向延伸，且第一方向与该第二方向彼此相切。第二组突出部自该薄膜朝第二方向延伸，且第二组突出部与第一组突出部交错并可相对于该第一组突出部移动。

附图说明

图1显示本发明实施例中的声音换能器的立体图；

图2A与图2B分别显示本发明中薄膜的俯视图以及仰视图；

图3A与图3B显示本发明中突出部的示意图；

图4A显示本发明实施例中突出部的操作状态示意图；

图4B显示本发明另一实施例中突出部的操作状态示意图；

图5A显示本发明另一实施例中声音换能器的剖面图；

图5B显示本发明另一实施例中声音换能器的剖面图；

图6显示本发明另一实施例中声音换能器的剖面图；

图7A显示本发明实施例中的麦克风的立体图；

图7B显示本发明实施例中的麦克风的敏感度的图表；

图8显示本发明另一实施例中的声音换能器的立体图；以及

图9显示本发明另一实施例中的麦克风的立体图。

附图标记说明

1 声音换能器          12 薄膜

11 基板               121 突出部

121a 第一导电层       52 薄膜

121b 第二导电层       520 表面

121c 介电层           521 突出部

122 支撑件            522 支撑件

123 肋条              523 导电平面

13 结构层             531 突出部

131 突出部            6 声音换能器

131a 第一导电层       62 薄膜

131b 第二导电层       620 表面

131c 介电层           621 突出部

14-1 第一电容         622 支撑件

14-2 第二电容         623 导电平面

41 导电孔             7 麦克风

42 导电复合层         71 声音换能器

43 介电层             72 壳体

44 介电层             73 入口

5 声音换能器          8 声音换能器

5’声音换能器         81 基板

51 基板               811 突出部

511 下导电层          82 薄膜

512 上导电层          821 突出部

513 介电层            822 支撑件

514 导电层或多晶层    9 麦克风

514’导电层或多晶层    91 声音换能器

92 壳体                C 方向

93 入口                D 方向

C1 电容                M1 导电层

C2 电容                M2 导电层

C3 电容                M3 导电层

M4 导电层

具体实施方式

为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举具体的优选实施例，并配合所附图做详细说明。且于文中将以相同的标号标示同样的部分。

图1显示本发明实施例中的声音换能器1的立体图。参见图1，声音换能器1包括基板11以及薄膜12。在实施例中，基板11包括硅基板。基板11以及薄膜12由微机电系统(MEMS)工艺、互补式金属氧化物半导体(CMOS)工艺或是其它合适的工艺所形成。

图2A与图2B分别显示图1中薄膜12的俯视图以及仰视图。参见图2A，薄膜12包括通过微机电系统(MEMS)工艺、互补式金属氧化物半导体(CMOS)工艺或是其它合适的工艺所形成的单层或多层结构。为清楚显示，显示于图2A中的薄膜12仅显示具有由薄层堆栈而成的多层结构。参见图2B，薄膜12包括多个肋条123在多层结构的下层上延伸。肋条123可帮助支撑或是加强薄膜12以及/或支撑薄膜12的其它层。

参见图1，薄膜12可具有矩形，但不限于此，并且包括一对支撑件122，用以支撑薄膜12于基板11上方。在实施例中，该对支撑件122横向延伸并穿过或是接近薄膜12的重力中心，使薄膜12因此可相对于基板11枢转。该对支撑件122具有立方形、圆柱形或是其它适合的形状使薄膜12可枢转。在另一实施例中基板11可包括用以容纳支撑件12的凹槽。

薄膜12还包括多个纵向延伸的突出部121。再者，基板11上方结构层13包括多个突出部131与多个突出部121交错。突出部131以及121的结构将于后述。

图3A与图3B显示薄膜12的突出部121以及图1中所显示结构层13的示意图。参见图3A，突出部131与121中的每一突出部相互交错。突出部121包括(上)第一导电层121a、介电层121c以及(下)第二导电层121b。突出部131与121中的每一突出部包括金属、碳、石墨以及其它导电材料。介电层121c包括氧化物或是其它绝缘材料。

参见图3B，在另一实施例中，每一突出部131包括第一导电层131a、第二导电层131b以及位于第一导电层131a以及第二导电层131b之间的介电层131c。并且，每一突出部121以及导电层131a与131b可包括金属、碳或是石墨层，又或者是以上的结合，但不限于此。并且，介电层131c可包括氧化层，但不限于此。在本实施例中，第一电容14-1(如虚线所示)可存在于第一导电层131a以及突出部121之间，而第二电容14-2(如虚线所示)可存在于第二导电层131b以及突出部121之间。

图4A根据本发明的图1中的突出部131与121的操作状态示意图。参见图4A，每一突出部131可包括多个导电层，例如M1、M2、M3与M4，以及导电复合层42。导电层M1、M2、M3与M4与导电复合层42彼此之间由介电层43隔开，并且通过导电孔41彼此电性连接。每一突出部121可包括由介电层44隔开的上导电层以及下导电层。每一突出部121的上导电层与下导电层可分别与突出部131的M4层以及M1层同时形成，并因此分别标示“M4”与“M1”。在操作时，当声波入射于薄膜12，使薄膜12朝“D”方向相对于突出部131位移并旋转，介于上突出部121的导电层M4以及突出部131之间的电容可相对于突出部121的相对位移而改变。更者，因为薄膜12震动导致的电容改变可通过支撑件122传送至基板11上的处理电路(未图标)。

图4A根据本发明的图3A中的突出部131与121的操作状态示意图。参见图4B，突出部121以及131之间的相对运动可产生电容的改变。明确的来说，一个突出部121的第一导电层121a以及突出部131之间的相对运动可产生电容C₁的改变，而突出部121的第二导电层121b以及突出部131之间的相对运动可产生电容C₂的改变。

图5A显示本发明另一实施例中声音换能器5的剖面图。参见图5B，声音换能器5包括基板51以及薄膜52。多个突出部531(其切线位置与图1中切线“CC”相似)形成于基板51上。每一突出部531包括上导电层512、下导电层511以及位于上导电层512以及下导电层511之间的介电层513。并且，至少一导电层或是多晶层514形成于基板51以及突出部531之间。薄膜52(其切线位置与图1中切线“DD”相似)包括导电平面523，且在导电平面523的表面520上的突出部521与支撑件522并不面对基板51。在实施例中，每一突出部521包括多个导电层(未标号)，导电层彼此之间通过介电层(未标号)隔开。更者，导电平面523可与下导电层511同时制造，并且因此而实质上与下导电层511共面。

图5B显示本发明另一实施例中声音换能器5’的剖面图。参见图5B，声音换能器5’与图5A中的声音换能器5结构类似，除了在基板51上方的导电层或是多晶层514’可在薄膜52下方延伸。介于导电层514’以及薄膜52之间的电容C₃可随着薄膜52相对于基板51枢转而改变。

图6显示本发明另一实施例中声音换能器6的剖面图。参见图6，声音换能器6与图5A中的声音换能器5结构类似，除了薄膜62取代原本的薄膜52。薄膜62包括导电平面623，且在导电平面623的表面620上的突出部621以及支撑件622面对基板51。更者，导电平面623可与上导电层512同时制造，并且因此而实质上与上导电层512共面。

图7A显示本发明实施例中的麦克风7的立体图。参见图7A，麦克风7包括声音换能器71以及壳体72用以包覆声音换能器71。声音换能器71可分别与图1、图5A、图5B以及图6中的声音换能器1、5、5’类似。至少一入口73形成于壳体72的上表面，用以将声波传导至麦克风7中。在此实施例中，壳体72的上表面具有两个入口73，使麦克风7对于由AA’方向以及BB’方向(如图中箭头所示)传来的声波更加敏感。根据上述，麦克风7可作为定向麦克风。

图7B为本发明中麦克风7接收频率为8.4KHz的入射声波所显示敏感度的图表。参见图7A与图7B，曲线70代表薄膜12对于入射声波所产生的位移。麦克风7对于第一角度(约为0至90度)以及第二角度(约为270至360度)具有敏感度。

图8显示本发明另一实施例中的声音换能器8的立体图。参见图8，声音换能器8包括基板81以及薄膜82。基板81包括多个突出部811。薄膜82包括多个支撑件822以及多个突出部821。在此实施例中，薄膜82包括四个支撑件822。其中的一个支撑件822可朝“EE”方向延伸，并切入突出部811与821的延伸方向，也就是“GG”方向。基板81、薄膜82、突出部811、821以及支撑件822的结构与图1中的基板11、薄膜12、突出部131、121以及支撑件122的结构类似。

图9显示本发明另一实施例中的麦克风9的立体图。参见图9，麦克风9包括声音换能器91以及壳体92，用以包覆声音换能器91。声音换能器91可分别与图1、图5A、图5B以及图6中的声音换能器1、5、5’类似。至少一入口93形成于壳体92的上表面，用以将声波传导至麦克风9中。在此实施例中，壳体92的上表面具有一个入口93。于上表面约0至360度的方向传来的入射声波可穿过入口93后射入薄膜82。根据上述，麦克风9可作为全指向麦克风。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。