阅读说明：本技术 微型接收器 (Miniature receiver ) 是由 A·M·拉福特 R·沃斯 D·J·M·莫金 于 2019-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种微型接收器,该微型接收器包括：第一可动膜片,其声学连接到中间容积；以及第二可动膜片,其声学连接到该中间容积和后容积,其中该中间容积的声学顺应性小于相应的第一可动膜片和第二可动膜片的声学顺应性。本发明还涉及一种相关联的方法。(the present invention relates to a micro receiver, comprising: a first movable diaphragm acoustically connected to the intermediate volume; and a second moveable diaphragm acoustically coupled to the intermediate volume and the back volume, wherein the intermediate volume has an acoustic compliance less than the acoustic compliance of the respective first and second moveable diaphragms. The invention also relates to an associated method.)

微型接收器

技术领域

本发明涉及一种微型接收器，其包括至少第一可动膜片和第二可动膜片，该第一和第二可动膜片经由中间容积而被声学连接，该中间容积的声学顺应性小于相应的第一和第二可动膜片的声学顺应性。

背景技术

来自接收器的可获得的声压级(SPL)取决于各种参数：其中一个参数是接收器的可动膜片的有效面积。对于给定的膜位移，较大的膜面积有利于较大的SPL。因此，为了实现大的有效膜片面积，在接收器中具有多个膜片是有用的。这些膜片通常在声学和电学上被平行放置。

对于具有基本封闭的后容积的接收器而言，声学的后容积顺应性可以在优化用于高SPL的接收器中起很大作用。一般规则是马达和膜片的组合顺应性应该与声学的后容积顺应性相似。

因此，具有较大或多个膜片的接收器需要具有非常高刚度的膜或马达。然而，这可能降低驱动膜片的效率。

鉴于上述说明，可以将本发明的实施例的目的看作是提供一种能够产生更大SPL的微型接收器。

可以将本发明的实施例的另一目的看作是提供一种微型接收器，所述接收器包括多个可动膜片，所述多个可动膜片在声学上串联地联接。

发明内容

在第一方面，通过提供一种微型接收器来满足上述目的，所述微型接收器包括：

﹣第一可动膜片，其声学连接到中间容积；和

﹣第二可动膜片，其声学连接到所述中间容积和后容积，

其中，中间容积的声学顺应性小于相应的第一和第二可动膜片的声学顺应性。

在本文中，术语“微型接收器”应该被理解为声音产生接收器，所述声音产生接受器的尺寸允许其被应用于例如助听器或可听装置的耳机中，例如在耳朵附近或耳朵外携带的听力装置或至少部分位于耳道内的听力装置。

此外，术语“可动膜片”在本文中应该被理解为可动或可变形的机械元件或多个可动和/或可变形元件的组合，所述可动或可变形的机械元件或多个可动和/或可变形元件的组合在两侧声学联接到空气以使得可动膜片或所述可动膜片的一部分的移动使空气在声学频带的部段中移动。

中间容积相对于第一和第二可动膜片的声学顺应性具有低声学顺应性确保了第一和第二可动膜片的运动通过基本刚性的连接而联接。因此，一个膜片在一个方向上的运动将向另一个膜片提供同一方向上的力。因此，中间容积用作第一可动膜片和第二可动膜片之间的刚性连接，从而在它们之间传递力并且确保第一和第二可动膜片响应于所施加的电驱动信号而执行类似的容积位移。

本发明的微型接收器还可包括前容积，其中

﹣第一可动膜片的第一表面声学连接到前容积，第一可动膜片的相对的第二表面声学连接到中间容积，并且

﹣第二可动膜片的第一表面声学连接到中间容积，第二可动膜片的相对的第二表面声学连接到后容积。

前容积可以声学地连接到微型接收器的声音出口，使得产生的声音被允许离开该微型接收器。

对于典型的微型接收器而言，总容积可以介于10﹣400mm³的范围内。对于这种微型接收器而言，前容积、后容积和中间容积可以分别为总容积的2﹣20％、2﹣20％和25﹣80％。

与前容积相反，中间容积和后容积可以构成基本封闭的容积。

第一可动膜片可以形成第一微机电系统(MEMS)裸芯片(die)的一部分，而第二可动膜片可以形成第二MEMS裸芯片的一部分。第一和第二MEMS裸芯片可以布置在基板的相对的两表面上，所述基板至少部分地分隔开微型接收器的前容积和后容积。特别地，第一和第二MEMS裸芯片可以与基板中的开口对准，使得第一和第二可动膜片覆盖所述基板中的开口。

替代地，第一和第二可动膜片可以形成同一MEMS裸芯片的一部分。

第一可动膜片和/或第二可动膜片可以各自包括基本平面的膜片。此外，第一可动膜片和/或第二可动膜片可以各自包括集成驱动结构，所述集成驱动结构适于响应于施加到所述集成驱动结构的一个或多个电驱动信号而移动第一可动膜片和/或第二可动膜片。第一和/或第二可动膜片中的每个可动膜片的集成驱动结构可以包括布置在第一电极和第二电极之间的压电材料层。替代地，第一可动膜片和/或第二可动膜片可以各自包括基本平面的静电膜片。

替代地，可以施加单独的驱动结构(例如单独的压电驱动器或平衡电枢)以便响应于施加到所述单独的驱动结构的一个或多个电驱动信号而驱动第一和第二可动膜片。

第一和第二可动膜片可以包括相应的基本平面的第一和第二膜片，所述基本平面的第一和第二膜片在结构上以基本平行的方式布置。替代地，第一和第二可动膜片可以相对于彼此成一角度布置。该角度可以高达20度。

相应的第一和第二可动膜片的第一电极和第二电极可以并联地电联接。通过这种布置，第一和第二可动膜片的集成驱动结构将在操作期间接收相同的电驱动信号。

虽然微型接收器已经公开为具有两个可动膜片，但应注意的是，微型接收器还可以包括与上文公开的第一和第二可动膜片串联布置的附加的可动膜片。而且，串联的可动膜片可以经由并联实施方式与其他的可动膜片组合，例如串联的两个可动膜片与第三可动膜片并联。

在第二方面中，本发明涉及一种个人装置，其包括根据第一方面的微型接收器，所述个人装置选自助听器、听力装置、可穿戴设备、移动通信装置和平板电脑构成的组。

在第三方面中，本发明涉及一种用于操作微型接收器的方法，所述微型接收器包括：第一可动膜片，该第一可动膜片声学连接到中间容积；第二可动膜片，其声学连接到所述中间容积和后容积，其中所述中间容积的声学顺应性小于相应的第一可动膜片和第二可动膜片的声学顺应性，所述方法包括根据一个或多个电驱动信号来操作第一和第二可动膜片的步骤。

可以如结合本发明的第一方面所讨论的那样实施微型接收器。因此，第一可动膜片的第一表面声学连接到前容积，并且第一可动膜片的相对的第二表面声学连接到中间容积。此外，第二可动膜片的第一表面声学连接到中间容积，第二可动膜片的相对的第二表面声学连接到后容积。

如前所述，第一可动膜片可以形成第一MEMS裸芯片的一部分，第二可动膜片可以形成第二MEMS裸芯片的一部分。替代地，第一和第二可动膜片可以形成同一MEMS裸芯片的一部分。

第一和第二可动膜片可以各自包括基本平面的膜片，所述膜片包括集成驱动结构。第一和第二可动膜片中的每个可动膜片的集成驱动结构可以包括设置在第一电极和第二电极之间的压电材料层。相应的第一可动膜片和第二可动膜片的第一电极和第二电极可以并联地电联接。通过这种布置，第一和第二可动膜片的集成驱动结构将在操作期间接收相同的电驱动信号。

附图说明

现在将参考附图进一步详细解释本发明，在所述附图中：

图1示出了本发明的一般概念；

图2示出了压电膜片；

图3示出了静电驱动膜片；

图4示出了单个MEMS裸芯片和三重堆叠的MEMS裸芯片；

图5示出了双重堆叠的MEMS裸芯片和裸芯片内裸芯片形式(die-in-die)的MEMS裸芯片；

图6示出了安装有倒装芯片的MEMS裸芯片和双层MEMS裸芯片；

图7示出了封装中的两个双重堆叠的MEMS裸芯片；

图8示出了应用两个双重堆叠的MEMS裸芯片的微型接收器；

图9示出了应用堆叠的MEMS裸芯片的微型接收器。

尽管本发明易于进行各种修改和替代形式，但是已经通过附图中的示例示出了特定实施例，并且将在本文中详细描述该特定实施例。然而，应该理解的是，本发明并不旨在限于所公开的特定形式。相反地，本发明将覆盖落入由所附带权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。

具体实施方式

在本发明最一般的方面中，本发明涉及一种微型接收器，其包括第一可动膜片和第二可动膜片，该第一可动膜片和第二可动膜片经由中间容积而被声学连接，该中间容积的声学顺应性小于第一和第二可动膜片的相应的声学顺应性。中间容积相对于第一和第二可动膜片的声学顺应性的较小声学顺应性确保了第一和第二可动膜片在相同方向上被驱动并且响应于所施加的电驱动信号执行相同的容积位移。

与具有基本封闭的后容积的传统接收器相比，本发明的微型接收器的优点在于其改善了SPL。关于根据本发明的微型接收器，可动膜片或多个可动膜片的顺应性与由后容积的顺应性决定的声学负载具有相同的数量级。因此，本发明的微型接收器由于以下原因而具有优点：

1)增加有效膜片面积的额外自由度，即当可动膜片串联布置时，更容易找到空间并且为更多膜片面积分配空间。

2)在微型接收器的优化方面的额外自由度，因为可以优化接收器刚度与后容积刚度的比率，这允许更具柔顺性的膜片设计。

现在参照图1，描绘了根据本发明的微型接收器100。如图1所示，微型接收器100包括壳体104和布置在所述壳体中的声音出口112。声音出口112声学地连接到前容积101，该前容积经由基板107、第一MEMS裸芯片108和第二MEMS裸芯片109而与后容积102声学密封。MEMS裸芯片108、109都与基板中的开口对准并且经由相应的裸芯片附接件110、111而固定到基板107上。

如图1所示，第一可动膜片105形成MEMS裸芯片108的一部分，而第二可动膜片106形成MEMS裸芯片109的一部分。第一和第二可动膜片105、106以基本平行的方式布置。

如图1所示，第一可动膜片105的上表面声学连接到前容积101，而第一可动膜片105的相对的下表面声学连接到中间容积103。类似地，第二可动膜片106的上表面声学连接到中间容积103，而第二可动膜片106的相对的下表面声学地连接到后容积102。

如前所述，中间容积103具有小于第一和第二可动膜片105、106的相应的声学顺应性的声学顺应性。中间容积103相对于第一和第二可动膜片105、106的声学顺应性具有较小的声学顺应性确保了第一和第二可动膜片在相同方向上被驱动并且第一和第二可动膜片响应于所施加的电驱动信号而执行相同的容积位移。

第一和第二可动膜片105、106各自包括集成驱动结构，所述集成驱动结构适于响应于施加的电驱动信号而移动第一和第二可动膜片105、106。尽管未在图1中示出，但是第一和第二可动膜片105、106中的每个的集成驱动结构可以包括设置在第一电极和第二电极之间的压电材料层。相应的第一和第二可动膜片的第一电极和第二电极并联地电联接，使得施加到第一可动膜片105的电驱动信号也被施加到第二可动膜片106。

用于驱动第一和第二可动膜片105、106的压电装置可以如图2所示的那样实施。替代地，用于驱动第一和第二可动膜片105、106的驱动机构可以实施为静电装置，所述静电装置各自具有如图3所示的相关联的背板(backplate)。

在图2所示的实施例中，描绘了形成可动膜片的压电杆203。可动膜片可以是图1中的可动膜片105、106中的任何一个。压电杆203固定到MEMS主体201。开口或间隙202设置在中央部分，参见图2的a。杆203之间的间隙202很窄，以至于通过该间隙的声学泄漏不会影响可听频率范围内的声学输出。压电杆203因此有效地表现为密封的膜片。通过间隙的声学泄漏确定了微型接收器的声学输出的低频滚降。

图2的b示出了图2的a的圈出部分的放大视图。如图2的b所示，压电杆形成分层结构，该分层结构包括布置在两个电极206、208之间的压电材料207。电极206、208适于连接到电压源，参见图2的c。弹性层209固定到电极208并且形成MEMS主体204的整体部分并且与所述MEMS主体组合限定了容积205。容积205形成前容积101或后容积102的一部分，参见图1。

图2的c示出了处于如箭头210所示的偏转位置的压电杆。压电杆的偏转是通过向电极211、212施加电压来提供的，由此压电杆根据所施加的电压的极性而向上或向下偏转。同样，容积213设置在杆的下方。由于杆之间的间隙非常窄，使得杆表现为可听频率范围的可动膜片，因此当合适的驱动信号/电压施加到电极211、212时可以产生声压。替代地，如果可动膜片固定到压电杆上并且合适的驱动信号/电压施加到电极211、212，则可以产生声压变化。这种单独的膜片可以是聚合物膜片、金属膜片或复合材料，并且可以包括刚性区域和柔顺区域。

图3示出了用于图1的第一和第二可动膜片105、106的替代的驱动机构。在图3的a中，描绘了具有相关联背板的静电致动膜片。参考图3的a，描绘了导电膜片303、MEMS主体301和容积302。容积302形成前容积101或后容积102的一部分，参见图1。图3的b示出了图3的a的放大图。如图3的b所示，膜片304布置在间隔件305上，使得确保了与具有穿孔307的背板306相距的距离。支撑了膜片304和间隔件305的MEMS主体309与背板306一起限定容积308。在图3的c中，电压源已经连接到容器315上方的导电膜片310和带穿孔的背板311。如图3的c所示，所施加的电压使膜片310在背板311的方向上偏转。通过在膜片310和带穿孔的背板311之间施加合适的驱动信号/电压，可以产生声压变化。如前所述，膜片310经由间隔件314由MEMS主体312支撑。

关于图3，应该注意的是，也可以应用基于驻极体的结构。在下文中，讨论了MEMS裸芯片的各种实施例以及它们的组合。

现在参照图4的a，其描绘了包括可动膜片402的单个MEMS裸芯片401形式的实施例。可动膜片402可以是结合图2(压电)、图3(静电)所公开的可动膜片类型或完全不同类型的可动膜片类型。现在转到图4的b，描绘了包括三个堆叠403、404、405的MEMS裸芯片406、408、410的实施例。MEMS裸芯片406、408、410中的每个裸芯片均包括相应的可动膜片407、409、411，所述可动膜片串联地联接。中间容积412、413设置在可动膜片407、409之间以及可动膜片409、411之间。图4的b中所示的堆叠的MEMS裸芯片406、408、410的尺寸相似，因此所述堆叠的MEMS裸芯片可以直接堆叠在彼此之上。

如前所述，中间容积412、413相对于可动膜片407、409、411的声学顺应性具有低声学顺应性确保了可动膜片407、409、411的运动通过基本刚性的连接而被锁定。因此，一个膜片在一个方向上的运动将向其他膜片施加相同方向上的力。因此，中间容积充当可动膜片407、409、411之间的刚性连接，从而在它们之间传递力以及确保可动膜片407、409、411响应于所施加的电驱动信号而执行类似的容积位移。可动膜片407、409、411的驱动结构并联地电联接，使得可以将共同的电驱动信号施加到可动膜片407、409、411的驱动结构。

如图4的a所描绘的MEMS裸芯片的堆叠是有利的，因为当多个膜片串联布置时可以容易地提供更多的膜片面积。

现在参照图5的a，描绘了包括两个堆叠的MEMS裸芯片501、503的实施例。MEMS裸芯片501、503中的每个裸芯片包括相应的可动膜片502、504，所述相应的可动膜片被串联布置。在可动膜片502、504之间设置中间容积506。与图4的b中所示的布置相反，由于扩大的支撑结构505，图5的a中所示的堆叠的MEMS裸芯片具有不同的外部尺寸。中间容积506如上述公开的那样起作用，即，作为可动膜片502、504之间的刚性连接，从而在所述可动膜片之间传递力以及确保可动膜片502、504响应于所施加的电驱动信号而执行类似的容积位移。

图5的b示出了一实施例，其中一个MEMS裸芯片509布置在另一个MEMS裸芯片507的中空部分中。同样地，MEMS裸芯片507、509中的每个裸芯片包括串联布置的相应的可动膜片508、510。中间容积511设置在可动膜片508、510之间。中间容积511如上所述的那样起作用，即，作为可动膜片508、510之间的刚性连接。图5的b所示的实施例的直接优点是其由于裸芯片中裸芯片形式的布置而具有有限的高度。

现在参照图6的a，描绘了包括两个倒装芯片式安装的MEMS裸芯片601、603的实施例。MEMS裸芯片601、603中的每个裸芯片均包括串联布置的相应的可动膜片602、604。中间容积606设置在可动膜片602、604之间。中间容积606如上面公开的那样起作用，即，作为可动膜片602、604之间的刚性连接。MEMS裸芯片601、603经由裸芯片附接件605而彼此附接。在图6的b中，描绘了包括MEMS裸芯片607的实施例，该MEMS裸芯片607具有由中间容积610分隔开的两个可动膜片608、609。同样地，中间容积610用作可动膜片602、604之间的刚性连接。

图7示出了包括接收器壳体715的微型接收器700，所述接收器壳体具有声学连接到共同的前容积713的声音出口714。两个MEMS组件(其各自包括两个MEMS裸芯片701、703和707、709)布置在接收器壳体715内。如图7所示，上部MEMS组件包括两个MEMS裸芯片701、703，所述两个MEMS裸芯片各自包括串联布置的相应的可动膜片702、704。中间容积705设置在可动膜片702、704之间。中间容积705用作可动膜片702、704之间的刚性连接。第一后容积706设置在可动膜片702后面。类似地，下部MEMS组件包括两个MEMS裸芯片707、709，所述两个MEMS裸芯片各自包括串联布置的相应的可动膜片708、710。同样地，在可动膜片708、710之间提供中间容积711。中间容积711用作可动膜片708、710之间的刚性连接。第二后容积712设置在可动膜片710后面。四个可动膜片702、704、708、710的驱动结构适于由相同的驱动信号驱动。

现在参考图8的a，描绘了本发明的另一个实施例800。如图8的a所示，微型接收器800包括壳体811和布置在所述壳体中的声音出口812。声音出口812声学连接到前容积801，该前容积经由基板部分813、818、819以及第一、第二、第三和第四MEMS裸芯片814、815、816、817而与两个后容积802、803声学密封。两个后容积802、803被壁810在声学上彼此分隔开。MEMS裸芯片814、815、816、817都与基板部分中的开口对准并且还经由相应的裸芯片附接件而固定到基板部分813、818、819。

如图8的a所示，第一可动膜片806形成MEMS裸芯片814的一部分，而第二可动膜片807形成MEMS裸芯片815的一部分。第一和第二可动膜片806、807以基本平行的方式布置。类似地，第三可动膜片808形成MEMS裸芯片816的一部分，而第四可动膜片809形成MEMS裸芯片817的一部分。第三和第四可动膜片808、809以基本平行的方式布置。

第一和第三可动膜片806、808的上表面声学连接到前容积801，而第一和第三可动膜片806、808的相对的下表面分别声学地连接到中间容积804、805。类似地，第二和第四可动膜片807、809的上表面声学地连接到相应的中间容积804、805，而第二和第四可动膜片807、809的相对的下表面声学连接到相应的后容积803、802。

如上所述，中间容积804、805都具有声学顺应性，所述中间容积的声学顺应性小于第一、第二、第三和第四可动膜片806﹣809的相应的声学顺应性。中间容积804、805相对于可动膜片806﹣809的声学顺应性具有较小的声学顺应性确保了第一和第二可动膜片806、807在相同方向上被驱动并且响应于所施加的电驱动信号而执行相同的容积位移。这同样适用于第三和第四可动膜片808、809。

可动膜片806﹣809各自包括集成驱动结构，所述集成驱动结构适于响应于所施加的电驱动信号而移动可动膜片806﹣809。尽管未在图8的a中示出，但是可动膜片806﹣809中的每个可动膜片的集成驱动结构可以包括布置在第一电极和第二电极之间的压电材料层。相应的可动膜片806﹣809的第一电极和第二电极并联地电联接，使得施加到第一可动膜片806的电驱动信号也被施加到第二可动膜片807。类似地，施加到第三可动膜片808的电驱动信号也被施加到第四可动膜片809。实际上，相同的电驱动信号可以被施加到所有的可动膜片。

用于驱动可动膜片806﹣809的压电装置可以如图2所示的那样实施。替代地，用于驱动可动膜片806﹣809的驱动机构可以实施为静电装置，所述静电装置各自具有如图3所示的相关联背板。

现在参考图8的b中描绘的实施例820，在两个后容积(图8的a中的附图标记802、803)之间***滤声器821。滤声器821可以以各种方式实施，包括用于衰减声压的网状结构。除了滤声器821之外，图8的b中所示的实施例与图8的a中所示的实施例相同。

现在转到图9，描绘了本发明的另一个实施例900。如图9所示，微型接收器900包括壳体908和布置在所述壳体中的声音出口909。声音出口909声学连接到前容积901，该前容积经由基板部分915、916以及第一，第二和第三MEMS裸芯片911﹣913而与两个后容积902、903声学密封。两个后容积902、903经由布置在壁914中的滤声器910而声学连接。MEMS裸芯片911﹣913全部与基板部分915、916中的开口对准并且经由相应的裸芯片附接件而固定到基板部分915、916。

如图9所示，第一可动膜片905形成MEMS裸芯片911的一部分，而第二和第三可动膜片906、907形成相应的MEMS裸芯片912、913的一部分。第一、第二和第三可动膜片905﹣907以基本平行的方式布置。

第一可动膜片905的上表面声学连接到前容积901，而第一可动膜片905的相对的下表面声学连接到中间容积904。类似地，第二和第三可动膜片906、907的上表面声学地连接到中间容积904，而第二和第三可动膜片906、907的相对的下表面声学地连接到相应的后容积903、902。

中间容积904的声学顺应性小于第一、第二和第三可动膜片905﹣907的相应的声学顺应性。如前所述，中间容积904相对于可动膜片905﹣907的声学顺应性的较小声学顺应性确保了可动膜片905﹣907在相同方向上被驱动并且第一可动膜片905响应于所施加的电驱动信号而执行与第二和第三可动膜片906、907的组合所相同的容积位移。

类似于先前的实施例，可动膜片905﹣907每个均包括集成驱动结构，所述集成驱动机构适于响应于所施加的电驱动信号而移动可动膜片905﹣907。尽管未在图9中示出，但是可动膜片905﹣907中的每个可动膜片的集成驱动结构可以包括布置在第一电极和第二电极之间的压电材料层。相应的可动膜片905﹣907的第一电极和第二电极并联地电联接，使得施加到第一可动膜片905的电驱动信号也被施加到第二和第三可动膜片906、907。但是应该注意的是，也可以应用其他电气连接。

用于驱动可动膜片905﹣907的压电装置可以如图2所示的那样实施。替代地，用于驱动可动膜片905﹣907的驱动机构可以实施为静电装置，所述静电装置各自具有如图3所示的相关联背板。应该注意的是，也可以应用基于驻极体的结构。