Mems扬声器
阅读说明：本技术 Mems扬声器 (MEMS loudspeaker ) 是由 程诗阳 但强 周一苇 李杨 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种MEMS扬声器,包括：衬底,衬底设有固定部和贯穿固定部的空腔；驱动器,驱动器覆盖空腔并固定于固定部,驱动器具有交替叠设的电极层和压电层,驱动器包括自衬底延伸的主体部以及与主体部连接的自由端,自由端相对于主体部具有更大的运动自由度,驱动器的表面设置有柔性膜,柔性膜沿驱动器的振动方向封闭空腔驱动器的表面设置有柔性膜,柔性膜连接多个自由端并沿驱动器的振动方向封闭空腔。该MEMS扬声器的自由端可以调整驱动器的整体刚度,从而提高了MEMS扬声器的最大声压输出。(The present invention provides a MEMS speaker, comprising: the substrate is provided with a fixed part and a cavity penetrating through the fixed part; the driver, the driver covers the cavity and is fixed in the fixed part, the driver has electrode layer and the piezoelectric layer of establishing in turn, the driver includes the main part that extends from the substrate and the free end of being connected with the main part, the free end has bigger degree of freedom of movement for the main part, the surface of driver is provided with flexible membrane, flexible membrane is provided with flexible membrane along the surface of the vibration direction closed cavity driver of driver, a plurality of free ends are connected to flexible membrane and the vibration direction closed cavity along the driver. The free end of the MEMS loudspeaker can adjust the integral rigidity of the driver, so that the maximum sound pressure output of the MEMS loudspeaker is improved.)
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技术领域
】本发明涉及声电转换
技术领域
，尤其涉及一种MEMS扬声器。【
背景技术
】扬声器作为手机等移动终端的主要元器件之一，其主要将电信号转换成声音信号。
MEMS扬声器(Micro-Electro-Mechanical System)，即微电机系统扬声器，其相对传统的音圈式扬声器具有一致性好、功耗低、尺寸小、价格低等优势，现有的MEMS扬声器采用双压电层反向驱动模式，以期提升其能量转换效率，但由于该结构没有自由端，振动时会产生较强的自限制效应。而且该结构包含两层压电层，这进一步约束了末端位移，从而影响系统所能达到的最大声压输出。
因此，有要提供一种改善上述问题的MEMS扬声器。
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发明内容
】本发明的目的在于提供一种降低自限制效应，并提高最大声压输出的MEMS扬声器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种MEMS扬声器，包括：
衬底，所述衬底设有固定部和贯穿固定部的空腔；
驱动器，所述驱动器覆盖所述空腔并固定于所述固定部，所述驱动器具有交替叠设的电极层和压电层，所述电极层至少包括依次间隔设置的第一电极层、第二电极层以及第三电极层；所述压电层至少包括夹设在所述第一电极层与所述第二电极层之间的第一压电层和夹设在所述第二电极层与所述第三电极层之间的第二压电层,所述驱动器包括自所述衬底延伸的主体部以及与所述主体部连接的自由端，所述自由端相对于所述主体部具有更大的运动自由度，所述驱动器的表面设置有柔性膜，所述柔性膜沿所述驱动器的振动方向封闭所述空腔。
优选的，所述电极层可对间隔在不同所述电极层之间的多个所述压电层施加不同方向和/或大小的电压，以驱动间隔在不同所述电极层之间的所述压电层获得不同程度和/或方向的位移。
优选的，所述驱动器沿所述振动方向贯穿设置有狭缝或孔。
优选的，所述孔呈圆形阵列排列，所述孔圆心的连线间隔所述自由端与所述主体部。
优选的，所述狭缝包括多条，多条所述狭缝对称分布，所述自由端包括多个，所述多个自由端通过所述狭缝间隔。
优选的，所述柔性膜与所述狭缝或孔的形状相对应。
优选的，所述柔性膜设置于所述驱动器远离所述空腔的一侧。
本发明还提供了一种制备MEMS扬声器的方法，包括：
提供衬底并清洗；
在所述衬底表面沉积形成第一电极层；
在所述第一电极层远离所述衬底的一侧沉积形成第一压电层；
在所述第一压电层远离所述衬底的一侧沉积形成第二电极层；
在所述第二电极层远离所述衬底的一侧沉积形成第二压电层；
在所述第二压电层远离所述衬底的一侧沉积形成第三电极层；
刻蚀形成空腔以及狭缝或孔，并形成柔性膜；
优选的，所述柔性膜通过涂覆形成于所述第三电极层远离所述衬底的一侧，再通过刻蚀形成所述空腔以及狭缝或孔。
优选的，通过刻蚀形成所述空腔以及狭缝或孔后，再通过装配设置所述柔性膜。
本发明的有益效果在于：在本发明中，所述驱动器由于包括具有更大运动自由度的自由端，降低了驱动器在振动时产生的自限制效应，从而提高了MEMS扬声器的最大声压输出。进一步的，本发明还设置有柔性膜封闭所述空腔，杜绝了声短路，在中高频的性能会更加突出(有效抑制谐波失真)，同时最大限度的提升了驱动器的位移振幅。
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附图说明
】图1为本发明的第一实施例MEMS扬声器的立体结构示意图；
图2为本发明的第一实施例MEMS扬声器的爆炸结构示意图；
图3为图1中的A-A剖视图；
图4为图3中B处放大图；
图5为本发明的第二实施例MEMS扬声器的爆炸结构示意图；
图6A-6I为本发明的实施例MEMS扬声器的制备方法的各步骤的示意图；
图7A-7B为本发明的另一实施例的MEMS扬声器的制备方法中部分步骤的示意图；
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具体实施方式
】
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
请参见图1-4，本发明提供的MEMS扬声器100包括衬底1和固定于衬底1的驱动器2。
具体的，衬底1设有固定部11以及贯穿固定部11的空腔10，驱动器2覆盖空腔10并固定于固定部11上；驱动器2包括交替叠设的电极层21与压电层22，电极层21至少包括依次间隔设置的第一电极层211、第二电极层212以及第三电极层213，第一电极层211覆盖空腔10并固定于固定部11上；压电层22至少包括夹设于第一电极层211与第二电极层212之间的第一压电层221和夹设于第二电极层212与第三电极层213之间的第二压电层222，压电层22的所使用的压电材料包括但不限于锆钛酸铅(PZT)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)等。驱动器2完全覆盖固定部11。
在本实施例中，电极层21包括依次间隔设置的第一电极层211、第二电极层212以及第三电极层213，第一电极层211覆盖空腔10并固定于固定部11上；压电层22包括夹设于第一电极层211与第二电极层212之间的第一压电层221和夹设于第二电极层212与第三电极层213之间的第二压电层222。
所述驱动器2沿所述振动方向贯穿设置有狭缝25，即所述狭缝25同时贯穿所述电极层21以及所述压电层22，所述狭缝25包括两条，并对称设置，由此将所述驱动器2分隔出多个可相对独立运动的所述自由端23，所述多个自由端23通过所述狭缝25间隔。所述驱动部还包括固定于所述衬底1并向内延伸的主体部24，所述主体部24与所述自由端23连接，且所述自由端23相对于所述主体部24具有更大的运动自由度，通过设置具备更大运动自由度的自由端23，驱动器2的整体刚度得到调整，降低了驱动器2在振动发声时产生的自限制效应，从而提高了MEMS扬声器100的最大声压输出。
进一步的，所述MEMS扬声器100的驱动器2远离所述空腔10一侧的表面上设置有柔性膜26，所述柔性膜26沿所述驱动器2的振动方向封闭所述空腔10，如此设置，使得所述MEMS扬声器100杜绝了声短路的现象，提升了MEMS扬声器在中高频的性能表现。
如图1-4所示，所述柔性膜26与所述狭缝25的形状相对应，如此设置，使得柔性膜24能够保持最小的体积封闭所述空腔10，降低了产品的的生产成本。
如图5所示，为本发明第二实施例提供的MEMS扬声器，所述驱动器2贯穿设置有孔25a,所述驱动器还包括主体部24a以及自由端23a，所述自由端23a相对于主体部24a具有更大的运动自由度，所述孔25a呈圆形阵列排列，所述孔25a圆心的连线间隔所述自由端23a与所述主体部24a。本发明第二实施例中，所述驱动器2远离所述空腔一侧设置有柔性膜26a,如图5所示，所述柔性膜26a与所述驱动器的形状一致并封闭所述空腔，如此设置，便于所述MEMS扬声器一体化加工。
如图6A-6I所示，为本发明提供的一种制备MEMS扬声器的方法，包括提供衬底1并清洗；(图6A)
在所述衬底1表面沉积形成第一电极层211；(图6B)
在所述第一电极层211远离所述衬底1的一侧沉积形成第一压电层221；(图6C)
在所述第一压电层221远离所述衬底1的一侧沉积形成第二电极层212；(图6D)
在所述第二电极层212远离所述衬底1的一侧沉积形成第二压电层222；(图6E)
在所述第二压电层222远离所述衬底1的一侧沉积形成第三电极层213；(图6F)
在所述第三电极层213远离所述衬底1的一侧沉积形成柔性膜26；(图6G)
刻蚀所述衬底1以形成空腔10；(图6H)
继续刻蚀形成狭缝25；(图6I)
按照上述步骤制备MEMS扬声器，可以使得所有制备流程具备一致性。
在其他可选的实施方式中，如图7A至图7B所示，在所述第三电极层形成后(图6F所示)，刻蚀形成背腔10以及狭缝25(图7A所示)，再通过装配工艺设置柔性膜26；由于柔性膜26是通过装配工艺设置于MEMS扬声器，其位置可以便于调整，例如可以将柔性膜26设置于所述第一电极层211靠近所述空腔10的一侧。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
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