一种发声单元及其制备方法、数字式扬声器与流程

本发明涉及数字式扬声器，尤其涉及一种发声单元及其制备方法、数字式扬声器。

背景技术：

1、数字式扬声器是一种基于数字声音重构技术(digital sound reconstruction,dsr)的新式发声器件，其原理是通过阵列排布的发声单元高频振动产生的脉冲组合来形成声波。因此数字式扬声器对发声单元微薄膜的振动特性要求极高，尤其是高频振动参数。微薄膜需要具有极高谐振频率，同时质量相对较小，易于控制。现有的固定厚度振膜可能无法满足器件对发声单元的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发声单元及其制备方法、数字式扬声器，以提供一种能够解决现有的固定厚度振膜可能无法满足器件对发声单元的要求的技术方案。

2、第一方面，本发明公开了一种发声单元，应用于数字式扬声器中，所述发声单元包括：键合在一起的上基板结构和下基板结构，设置在所述上基板结构上的支撑结构，以及位于所述支撑结构上的振膜结构。

3、其中，所述下基板结构具有朝向所述上基板结构设置的发声腔体，所述发声单元具有贯穿所述上基板结构和所述支撑结构的多个发声通道，所述多个发声通道与所述发声腔体相对设置，所述振膜结构的两端设置在所述支撑结构上，中间区域悬空设置在所述支撑结构的上方，且所述振膜结构的中间区域包括振振膜中心以及位于所述振膜中心两侧的振膜悬臂梁，所述振膜中心悬空设置在所述多个发声通道的上方，所述振膜中心的厚度小于所述振膜悬臂梁的厚度。

4、在采用上述技术方案的情况下，本发明中发声单元在振膜悬臂梁处及振膜中心区域具有不同的厚度，具体的，振膜悬臂梁处振膜相对较厚，更大的厚度可以提高振膜悬臂梁的刚度，提高振膜的谐振频率进而提高发声单元的脉冲能量，最终提高数字式扬声器的输出声压；同时振膜中心大面积区域厚度相对较薄，可以减轻振膜整体质量，有利于提升振膜的操控性和响应，同时能够避免振膜结构硬度过高而带来的振铃效应，避免与下方支撑结构拍击时出现反复回弹现象。

5、进一步的，所述上基板结构包括上基板层以及设置在所述上基板层朝向所述下基板结构一侧的绝缘层，其中，所述多个发声通道贯穿所述上基板层以及所述绝缘层，且所述上基板层的体电阻率小于0.1ω·cm。

6、进一步的，所述支撑结构包括设置在所述基板层上的支撑层以及设置在所述支撑层上的多个支撑柱，所述多个发声通道贯穿所述支撑层，每相邻两个所述发声通道之间的所述支撑层上均设置有一个所述支撑柱，所述支撑柱用于在所述振膜中心发声振动时，对所述振膜中心进行支撑和限位。

7、进一步的，所述振膜结构还包括位于所述振膜结构两端的支撑端，所述振膜悬臂梁连接于所述支撑端与所述振膜中心之间，所述支撑端设置在所述支撑结构上。

8、所述上基板层还包括位于所述多个发声通道外周的第一环形凹槽，所述悬臂梁悬空设置在所述第一环形凹槽的上方。

9、进一步的，每个所述发声通道的直径包括1um-10um。

10、第二方面，本发明公开了一种数字式扬声器，包括多个所述的发声单元，所述多个发声单元阵列排布。

11、第三方面，本发明公开了一种发声单元的制备方法，所述方法包括以下步骤：

12、提供键合在一起的上基板结构和下基板结构；其中，所述下基板具有发声腔体；

13、在所述上基板结构上形成支撑结构以及多个发声通道；其中，所述多个发声通道与所述发声腔体相对设置；

14、在所述支撑结构的上方形成振膜结构，其中，所述振膜结构的两端设置在所述支撑结构上，中间区域悬空设置在所述支撑结构的上方，所述振膜结构的中间区域包括振膜中心以及位于所述振膜中心两侧的振膜悬臂梁，所述振膜中心悬空设置在所述多个发声通道的上方，所述振膜中心的厚度小于所述振膜悬臂梁的厚度。

15、进一步的，在所述上基板结构上形成支撑结构以及多个发声通道包括：

16、在所述上基板结构上形成前支撑结构，其中，所述前支撑结构包括设置在所述上基板结构边缘区域的前环形底座，以及位于所述上基板中间区域的呈阵列排布的多个前支撑柱；

17、对所述上基板结构进行第一图案化处理，以在所述环形底座与所述多个支撑柱之间形成第一环形凹槽；

18、在所述前支撑结构以及所述第一环形凹槽上沉积第二绝缘层，并对所述第二绝缘层和所述上基板结构进行第二图案化处理，以形成贯穿所述第二绝缘层和所述上基板结构的多个发声通道，得到支撑结构，其中，所述支撑结构包括设置在所述上基板结构边缘区域的环形底座，以及位于所述上基板中间区域的呈阵列排布的多个支撑柱，所述多个发声通道成阵列排布，且每个所述发声通道均位于相邻所述支撑柱之间。

19、进一步的，所述在所述支撑结构的上方形成振膜结构包括：

20、在所述上基板结构和所述支撑结构上形成牺牲层；

21、在所述牺牲层中形成第二环形凹槽，其中，所述第二环形凹槽形成在所述第一环形凹槽的上方，且所述第二环形凹槽的直径和深度均小于所述第一环形凹槽；

22、在所述牺牲层中所述第二环形凹槽的外周形成第三环形凹槽，所述第三环形凹槽贯穿所述牺牲层；

23、在所述牺牲层上沉积多晶硅层，并对所述多晶硅层进行第三图案化处理，形成所述振膜悬臂梁，其中，所述振膜悬臂梁位于所述第一环形凹槽的正上方；

24、去除所述牺牲层，得到所述振膜结构。

25、与现有技术相比，本发明第二方面以及第三方面的有益效果与上述技术方案的发声单元的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种发声单元，其特征在于，应用于数字式扬声器中，所述发声单元包括：键合在一起的上基板结构和下基板结构，设置在所述上基板结构上的支撑结构，以及位于所述支撑结构上的振膜结构；

2.根据权利要求1所述的发声单元，其特征在于，所述上基板结构包括上基板层以及设置在所述上基板层朝向所述下基板结构一侧的绝缘层，其中，所述多个发声通道贯穿所述上基板层以及所述绝缘层，且所述上基板层的体电阻率小于0.1ω·cm。

3.根据权利要求2所述的发声单元，其特征在于，所述支撑结构包括设置在所述基板层上的支撑层以及设置在所述支撑层上的多个支撑柱，所述多个发声通道贯穿所述支撑层，每相邻两个所述发声通道之间的所述支撑层上均设置有一个所述支撑柱，所述支撑柱用于在所述振膜中心发声振动时，对所述振膜中心进行支撑和限位。

4.根据权利要求1所述的发声单元，其特征在于，所述振膜结构还包括位于所述振膜结构两端的支撑端，所述振膜悬臂梁连接于所述支撑端与所述振膜中心之间，所述支撑端设置在所述支撑结构上；

5.根据权利要求1-4任一项所述的发声单元，其特征在于，每个所述发声通道的直径包括1um-10um。

6.一种数字式扬声器，其特征在于，包括多个如权利要求1-5任一项所述的发声单元，所述多个发声单元按照阵列方式进行排布。

7.一种发声单元的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的发声单元的制备方法，其特征在于，在所述上基板结构上形成支撑结构以及多个发声通道包括：

9.根据权利要求8所述的发声单元的制备方法，其特征在于，在所述支撑结构的上方形成振膜结构包括：

技术总结
本发明公开了一种发声单元及其制备方法、数字式扬声器，涉及数字式扬声器技术领域，以提供一种能够解决现有的固定厚度振膜可能无法满足器件对发声单元的要求的技术方案。发声单元包括：键合在一起的上基板结构和下基板结构，设置在上基板结构上的支撑结构，以及振膜结构。其中，下基板结构具有朝向上基板结构设置的发声腔体，发声单元具有贯穿上基板结构和支撑结构的多个发声通道，多个发声通道与发声腔体相对设置，振膜结构的两端设置在支撑结构上，中间区域悬空设置在支撑结构的上方，且振膜结构的中间区域包括振振膜中心以及位于振膜中心两侧的振膜悬臂梁，振膜中心悬空设置在多个发声通道的上方，振膜中心的厚度小于振膜悬臂梁的厚度。

技术研发人员：刘长华,袁飞洋
受保护的技术使用者：地球山（苏州）微电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15