发声芯片 |
|||||||
| 申请号 | CN201210471194.4 | 申请日 | 2012-11-20 | 公开(公告)号 | CN103841503B | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 清华大学; 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司; | 发明人 | 魏洋; 范守善; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种发声芯片，其包括：一基底，其具有一第一表面；一热致发声元件设置于所述基底的第一表面；一第一 电极 和一第二电极间隔设置并分别与所述热致发声元件电连接；以及一集成 电路 芯片设置于所述基底上且分别与所述第一电极和第二电极电连接，该集成电路芯片输出音频电 信号 给所述热致发声元件，所述热致发声元件根据输入的信号间歇性地加热周围介质，使周围介质热胀冷缩并向更远处进行热交换，形成 声波 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种发声芯片，其包括： |
||||||
| 说明书全文 | 发声芯片技术领域[0001] 本发明涉及一种发声芯片，尤其涉及一种热致发声芯片。 背景技术[0002] 发声装置一般由信号输入装置和发声元件组成,通过信号输入装置输入信号到该发声元件，进而发出声音。热致发声装置为发声装置中的一种，其为基于热声效应的一种发声装置，该热致发声装置通过向一导体中通入交流电来实现发声。该导体具有较小的热容（Heat capacity），较薄的厚度，且可将其内部产生的热量迅速传导给周围气体介质的特点。当交流电通过导体时，随交流电电流强度的变化，导体迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交换，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。 [0003] 2008年10月29日，范守善等人公开了一种应用热声效应的热致发声装置，请参见文献“Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan, et al., Nano Letters, Vol.8 (12), 4539-4545 (2008)。该热致发声元件采用碳纳米管膜作为一热致发声元件，由于碳纳米管膜具有极大的比表面积及极小的单位面积热容（小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文），该热致发声元件可发出人耳能够听到强度的声音，且具有较宽的发声频率范围(100Hz 100kHz)。~ [0004] 然而，由于该热致发声元件通过将电能转换为热能，并加热空气发出声音，其原理区别于传统的喇叭，因此，该热致发声装置需要额外设计的驱动电路，这将使得该热致发声装置结构较复杂，使用不方便且不利于小型化应用。 发明内容[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种结构简单、能够实现小型化并且使用方便的发声芯片。 [0006] 一种发声芯片，其包括：一基底，其具有一第一表面；一热致发声元件设置于所述基底的第一表面；一第一电极和一第二电极间隔设置并分别与所述热致发声元件电连接；以及一集成电路芯片设置于所述基底上且分别与所述第一电极和第二电极电连接，该集成电路芯片输出音频电信号给所述热致发声元件，所述热致发声元件根据输入的信号间歇性地加热周围介质，使周围介质热胀冷缩并向更远处进行热交换，形成声波。 [0008] 图1为本发明第一实施例提供的发声芯片的结构示意图。 [0009] 图2为本发明第一实施例提供的发声芯片中的碳纳米管膜的扫描电镜照片。 [0010] 图3为本发明第一实施例提供的发声芯片中非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。 [0011] 图4为本发明第一实施例提供的发声芯片中扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。 [0012] 图5为本发明第二实施例提供的发声芯片的结构示意图。 [0013] 图6为本发明第三实施例提供的发声芯片的结构示意图。 [0014] 图7为本发明第四实施例提供的发声芯片的结构示意图。 [0015] 图8为本发明第五实施例提供的发声芯片的结构示意图。 [0016] 图9为本发明第六实施例提供的发声芯片的结构示意图。 [0017] 图10为本发明第六实施例提供的发声芯片的俯视图。 [0018] 图11为本发明第六实施例提供的发声芯片的扫描电镜照片。 [0020] 图13为本发明第六实施例提供的发声芯片的发声效果图。 [0021] 图14为本发明第六实施例提供的发声芯片的声压级-频率的曲线图。 [0022] 主要元件符号说明 [0023]发声芯片 10，20，30，40，50，60 基底 100 第一表面 101 第二表面 103 热致发声元件 102 第一电极 104 第二电极 106 集成电路芯片 108 导线 110 散热装置 114 绝缘支撑体 116 绝缘层 118 导热膏 120 凹凸结构 122 凸部 1220 凹部 1222，112 [0024] 如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。 具体实施方式[0025] 以下将结合附图详细说明本发明实施例的发声芯片及其制备方法。 [0026] 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种发声芯片10，其包括一基底100、一热致发声元件102、一第一电极104、一第二电极106以及一集成电路芯片108。 [0027] 所述基底100具有一第一表面101以及一相对的第二表面103。所述第一电极104和第二电极106间隔设置并与所述热致发声元件102电连接。当所述基底100为绝缘基底时，所述第一电极104和第二电极106可以直接设置于所述基底100的第一表面101。所述热致发声元件102可以与所述基底100的第一表面101接触设置，也可以通过所述第一电极104和第二电极106悬空设置。所述集成电路芯片108设置于所述基底100的一表面，且与所述第一电极104和第二电极106电连接。 [0028] 所述基底100的形状不限，可为圆形、方形、矩形等，也可以为其他形状。该基底100的第一表面101和第二表面103可为平面或曲面。该基底100的尺寸不限，可以根据需要选择。优选地，本实施例选择与集成电路芯片108尺寸相当的基底100，以便制备微型发声芯片10。所述基底100的面积可以为25平方毫米～100平方毫米，如40平方毫米，60平方毫米，80平方毫米等。所述基底100的厚度可以为0.2毫米～0.8毫米。所述基底100的材料不限，可以为具有一定强度的硬性材料或柔性材料。本实施例中，该基底100的材料的电阻应大于该热致发声元件102的电阻。当所述热致发声元件102与所述基底100的第一表面101接触设置时，该基底100的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该热致发声元件102产生的热量过多的被该基底100吸收。所述基底100的材料可为玻璃、陶瓷、石英、金刚石、聚合物、氧化硅、金属氧化物或木质材料等。具体地，本实施例中，该基底100为一正方形，边长为0.8毫米，厚度为0.6毫米，其材料为玻璃，且该基底100的第一表面101为一平面。 [0029] 所述热致发声元件102具有较小的单位面积热容。本发明实施例中，该热致发声元-4件102的单位面积热容小于2×10 焦耳每平方厘米开尔文。具体地，该热致发声元件102为一具有较大比表面积及较小厚度的导电结构，从而使该热致发声元件102可以将输入的电能转换为热能，并与周围介质充分快速的进行热交换。优选地，该热致发声元件102应为自支撑结构，所谓“自支撑结构”即该热致发声元件102无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。因此，该自支撑的热致发声元件102可部分悬空设置。该自支撑结构的热致发声元件102可充分的与周围介质接触并进行热交换。所谓周围介质指位于热致发声元件102外部的介质，而不包括其内部的介质。如，当热致发声元件102为多个碳纳米管组成时，周围介质不包括每个碳纳米管管内的介质。 [0030] 本实施例中，该热致发声元件102包括一碳纳米管结构。具体地，所述碳纳米管结构为层状结构，厚度优选为0.5纳米 1毫米。当该碳纳米管结构厚度比较小时，例如小于等~于10微米，该碳纳米管结构有很好的透明度。所述碳纳米管结构为自支撑结构。该自支撑的碳纳米管结构中多个碳纳米管间通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状。故，该碳纳米管结构部分通过基底100支撑，并使碳纳米管结构其它部分悬空设置。 即，所述碳纳米管结构至少部分区域悬空设置。 [0031] 所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜或碳纳米管线或其组合。所述碳纳米管膜从碳纳米管阵列中直接拉取获得。该碳纳米管膜的厚度为0.5纳米 100微米，单位面积热~容小于1×10-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米 50纳米，双壁碳纳米~ 管的直径为1纳米 50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米 50纳米。该碳纳米管膜长度不~ ~ 限，宽度取决于碳纳米管阵列的宽度。请参阅图2，每一碳纳米管膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为基本沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。 [0032] 具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。该多个碳纳米管大致平行且大致平行于所述基底100的第一表面101。当所述碳纳米管膜的宽度较小时，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜共面设置。另外，该碳纳米管结构可包括多层相互重叠的碳纳米管膜，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度。 [0033] 所述碳纳米管膜及其制备方法具体请参见申请人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。 [0034] 本实施例中，所述热致发声元件102为单层的碳纳米管膜，该碳纳米管膜通过所述第一电极104和第二电极106悬空设置于该基底100的第一表面101上方。所述碳纳米管膜的厚度为50纳米，光透过率为67% 95%。所述碳纳米管膜具有较强的粘性，故该碳纳米管膜可~直接粘附于所述第一电极104和第二电极106表面。该碳纳米管膜也可以通过一粘结剂固定于所述第一电极104和第二电极106表面。所述碳纳米管膜中碳纳米管从第一电极104向第二电极106延伸。 [0035] 进一步地，当将所述碳纳米管膜粘附于第一电极104和第二电极106表面后，可使用有机溶剂处理碳纳米管膜。具体地，可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管膜表面浸润整个碳纳米管膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，微观上，该碳纳米管膜中的部分相邻的碳纳米管会收缩成束。另外，由于部分相邻的碳纳米管收缩成束，碳纳米管膜的机械强度及韧性得到增强，且整个碳纳米管膜的表面积减小，粘性降低。宏观上，该碳纳米管膜为一均匀的膜结构。 [0036] 所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线均为自支撑结构。具体地，请参阅图3，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿平行于该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将上述图2所述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。 [0037] 所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将上述图2所述碳纳米管膜沿碳纳米管延伸方向的两端依照相反方向扭转获得。请参阅图4，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米 100微米。进一步地，可采用一挥发性有~机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。 [0038] 所述碳纳米管线及其制备方法请参见申请人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月 17日公告的第CN100500556C号中国公告专利“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。 [0039] 所述第一电极104和第二电极106分别与所述热致发声元件102电连接，以使该热致发声元件102接入一音频电信号。所述音频电信号通过该第一电极104和第二电极106输入该碳纳米管结构。具体地，所述第一电极104和第二电极106可直接设置于所述基底100的第一表面101，也可通过一支撑元件设置于所述基底100的第一表面101。该第一电极104和第二电极106由导电材料形成，其形状及结构不限。具体地，该第一电极104和第二电极106可选择为细长的条状、棒状、或其它形状。该第一电极104和第二电极106的材料可选择为导电浆料，金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物（ITO）等。由于碳纳米管沿轴向具有优异导电性，当碳纳米管结构中的碳纳米管为沿一定方向有序排列时，优选地，所述第一电极104和第二电极106的设置应确保所述碳纳米管结构中碳纳米管沿第一电极104至第二电极106的方向延伸。本实施例中，所述第一电极104和第二电极106为两个平行设置的导电浆料层。 [0040] 所述集成电路芯片108的设置位置不限，可以设置在所述基底100的第一表面101，第二表面103或内部。所述集成电路芯片108包括音频电信号的功率放大电路和直流偏置电路。故，所述集成电路芯片108对音频电信号具有功率放大作用和直流偏置作用，用于将输入的音频电信号放大后输入至该热致发声元件102，同时通过直流偏置解决音频电信号的倍频问题。所述集成电路芯片108可以为封装好的芯片也可以为未封装的裸芯片。所述集成电路芯片108的尺寸和形状不限。由于该集成电路芯片108仅实现功率放大作用和直流偏置作用，所以内部电路结构比较简单，其面积可以小于1平方厘米，如49平方毫米，25平方毫米，9平方毫米或更小，从而使发声芯片10微型化。本实施例中，所述集成电路芯片108通过一粘结剂固定于所述基底100的第二表面103且通过两条导线110分别与所述第一电极104和第二电极106电连接。可以理解，当所述基底100为绝缘基底时，可以在基底100上打两个洞，使两条导线110分别从两个洞穿过。当所述基底100为导电基底时，需要采用有绝缘包皮的导线110连接。该发声芯片10工作时，该集成电路芯片108输出音频电信号给所述热致发声元件102，所述热致发声元件102根据输入的信号间歇性地加热周围介质，使周围介质热胀冷缩并向更远处进行热交换，形成声波。 [0041] 请参阅图5，本发明第二实施例提供一种发声芯片20，其包括一基底100、一热致发声元件102、一第一电极104、一第二电极106以及一集成电路芯片108。 [0042] 本发明第二实施例提供的发声芯片20与第一实施例中所述发声芯片10的结构基本相同，其不同在于，所述基底100的第二表面103具有一凹部112，且所述集成电路芯片108设置于该凹部112内。可以理解，所述凹部112的尺寸和形状不限，只要能确保将所述集成电路芯片108收容在其中即可。优选地，所述凹部112的尺寸略大于所述集成电路芯片108的尺寸，以便容易安装。所述集成电路芯片108可以通过所述凹部112的侧壁卡固设置于该凹部112内，也可以通过一粘结剂固定于所述凹部112的底面。本实施例中，所述基底100为一长方形，长度为1厘米，宽度为7毫米，厚度为1毫米，其材料为树脂。所述凹部112通过压印技术制备，其深度略大于所述集成电路芯片108的厚度。可以理解，本实施例中还可以采用一保护层（图未示），如树脂层，将该凹部112覆盖，从而将所述集成电路芯片108封装在所述基底 100的内部。如此，所述集成电路芯片108可以未一未封装的裸芯片，所述基底100同时起到封装结构作用。 [0043] 请参阅图6，本发明第三实施例提供一种发声芯片30，其包括一基底100、一热致发声元件102、一第一电极104、一第二电极106以及一集成电路芯片108。 [0044] 本发明第三实施例提供的发声芯片30与第二实施例中所述发声芯片20的结构基本相同，其不同在于，所述发声芯片30进一步包括一散热装置114，且该散热装置114与所述集成电路芯片108贴合设置。所述散热装置114可以为金属片、合金片，碳纳米管层或碳纳米管阵列等，其形状和尺寸可以根据需要选择。所述所述集成电路芯片108与所述散热装置114之间还可以进一步设置导热膏120，从而提高所述集成电路芯片108与所述散热装置114之间的热传导效率。本实施例中，所述散热装置114为一金属散热片，且通过导热膏120与所述集成电路芯片108贴合设置。 [0045] 请参阅图7，本发明第四实施例提供一种发声芯片40，其包括一基底100、一热致发声元件102、一第一电极104、一第二电极106以及一集成电路芯片108。 [0046] 本发明第四实施例提供的发声芯片40与第二实施例中所述发声芯片20的结构基本相同，其不同在于，所述基底100为一金属板或合金板，所述碳纳米管结构通过两个绝缘支撑体116悬空设置于第一表面101上方，所述第一电极104和第二电极106分别设置于该两个绝缘支撑体116上且将所述碳纳米管结构固定。为了防止所述碳纳米管结构产生的热量被金属板或合金板吸收而影响发声效果，所述碳纳米管结构与所述第一表面101的距离大于100微米，优选地，大于200微米。可以理解，由于金属板或合金板具有良好的导热性，所以本实施例的发声芯片40，即使没有散热装置，也可以很好的对所述集成电路芯片108散热。本实施例中，所述基底100为一长方形铜板，长度为1厘米，宽度为8毫米，厚度为2毫米。 [0047] 请参阅图8，本发明第五实施例提供一种发声芯片50，其包括一基底100、一热致发声元件102、一第一电极104、一第二电极106以及一集成电路芯片108。 [0048] 本发明第五实施例提供的发声芯片50与第四实施例中所述发声芯片40的结构基本相同，其不同在于，所述金属板或合金板基底100的第一表面101具有一凹部112，所述集成电路芯片108设置于该凹部112内，所述第二表面103具有多个凹凸结构122用于散热。具体地，所述第一表面101的凹部112以外的部分被一绝缘支撑体116覆盖，所述第一电极104和第二电极106分别设置于该绝缘支撑体116上，所述碳纳米管结构通过第一电极104和第二电极106悬空设置于第一表面101上方。可以理解，由于金属板或合金板的第二表面103具有凹凸结构122，使得所述基底100具有较大的散热面积，从而提高了对所述集成电路芯片108的散热效果。所述凹凸结构122的尺寸和形状可以根据需要选择。优选地，所述凹凸结构 122为多个平行间隔设置的鳍片。 [0049] 请参阅图9-10，本发明第六实施例提供一种发声芯片60，其包括一基底100、一热致发声元件102、多个第一电极104、多个第二电极106以及一集成电路芯片108。 [0050] 本发明第了六实施例提供的发声芯片60与第一实施例中所述发声芯片10的结构基本相同，其不同在于，所述基底100为一硅片，所述基底100的第一表面101具有多个凹凸结构122，所述多个第一电极104和多个第二电极106交替设置，所述集成电路芯片108通过微电子工艺直接制备在该硅基片上与该硅基片形成一体结构。 [0051] 所述基底100可以为一单晶硅片或多晶硅片。由于所述基底100的材料为硅，因此所述集成电路芯片108可直接形成于所述基底100中，即所述集成电路芯片108中的电路、微电子元件等直接集成于基底100。所述基底100作为电子线路及微电子元件的载体，所述集成电路芯片108与所述基底100为一体结构。所述集成电路芯片108通过导线110与所述第一电极104和第二电极106电连接。所述导线110可位于所述基底100的内部，并穿过所述基底100的厚度方向。本实施例中，该基底100为一边长为8毫米的正方形平面片状结构，厚度为 0.6毫米，材料为单晶硅。 [0052] 所述凹凸结构122定义多个交替设置的凸部1220与凹部1222。所述碳纳米管结构部分设置于该凸部1220的顶面，部分则通过该凹部1222悬空设置。所述多个第一电极104和多个第二电极106交替设置在凸部1220的顶面，的碳纳米管结构表面，以将所述碳纳米管结构固定在基底100的第一表面101。该多个第一电极104电连接形成一梳状电极，该多个第二电极106电连接形成一梳状电极。可以理解，该第一电极104和第二电极106也可以设置于碳纳米管结构与凸部1220之间。参见图11，为本发明第六实施例提供的发声芯片的扫描电镜照片。从图11可以看出，该梳状第一电极和梳状第二电极的齿部交替设置。此种连接方式使相邻的每一组第一电极104与第二电极106之间形成一热致发声单元，所述热致发声元件102形成多个相互并联的热致发声单元，从而使驱动该热致发声元件102发声所需的电压降低。 [0053] 该多个凹部1222可以为通槽结构、通孔结构、盲槽结构或盲孔结构中的一种或多种，且该多个凹部1222均匀分布、以一定规律分布或随机分布。所述凹部1222在所述第一表面101延伸的长度可小于或等于所述基底100的边长。所述凹部1222的深度可根据实际需要及所述基底100的厚度进行选择。优选地，所述凹部1222的深度为100微米～200微米，使基底100在起到保护热致发声元件102的同时，又能确保所述热致发声元件102与所述基底100之间形成足够的间距，防止工作时产生的热量直接被基底100吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，并保证所述热致发声元件102在各发生频率均均有良好的发声效果。该凹部1222在其延伸方向上的横截面的形状可为V形、长方形、工形、多边形、圆形或其他不规则形状。所述凹部1222的宽度（即所述凹部1222横截面的最大跨度）为0.2毫米～1毫米。本实施例中，该基底100的凹部1222为一凹槽结构，所述凹部1222横截面的形状为倒梯形，即所述凹槽跨宽随凹槽的深度增加而减小。所述倒梯形凹槽底角α的角度大小与所述基底100的材料有关，具体的，所述底角α的角度大小与所述基底100中单晶硅的晶面角相等。优选地，所述多个凹部1222为多个相互平行且均匀间隔分布的凹槽设置于基底100的第一表面101，每相邻两个凹槽之间的槽间距d1为20微米～200微米，从而保证后续第一电极104以及第二电极106通过丝网印刷的方法制备，且能够充分利用所述基底100表面，同时保证刻蚀的精确，从而提高发声的质量。所述凹槽的延伸方向平行于所述第一电极104和第二电极106的延伸方向。 [0054] 本实施例中，该基底100第一表面101具有多个平行等间距分布的倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽在第一表面101的宽度为0.6毫米，所述凹槽的深度为150微米，每两个相邻的凹槽之间的间距d1为100微米。所述倒梯形凹槽底角α的大小为54.7度。 [0055] 所述集成电路芯片108形成在所述基底100靠近第二表面103一侧。所述集成电路芯片108可直接集成于所述硅基片中，从而能够最大限度的减少单独设置集成电路芯片而占用的空间，减小发声芯片60的体积，利于小型化及集成化。并且，所述多个凹凸结构122使得该基底100具有良好的散热性，从而能够将集成电路芯片108以及热致发声元件102产生的热量及时传导到外界，减少因热量的聚集造成的失真。所述发声芯片60的制备方法可以为先通过微电子工艺制备所述集成电路芯片108，然后再蚀刻所述凹凸结构122，最后设置碳纳米管结构以及制备第一电极104和第二电极106。所述微电子工艺包括外延工艺、扩散工艺、离子注入技术、氧化工艺、光刻工艺、刻蚀技术、薄膜淀积等。由于后续设置碳纳米管结构以及制备第一电极104和第二电极106的步骤不涉及高温工艺，因此不会对所述集成电路芯片108造成损坏。 [0056] 进一步，所述硅基片的第一表面101具有一绝缘层118。所述绝缘层118可为一单层结构或者一多层结构。当所述绝缘层118为一单层结构时，所述绝缘层118可仅设置于所述凸部1220的顶面，也可贴附于所述基底100的整个第一表面101。所述“贴附”是指由于所述基底100的第一表面101具有多个凹部1222以及多个凸部1220，因此所述绝缘层118直接覆盖所述凹部1222及所述凸部1220，对应凸部1220位置处的绝缘层118贴附在所述凸部1220的顶面；对应凹部1222位置处的绝缘层118贴附在所述凹部1222的底面及侧面，即所述绝缘层118的起伏趋势与所述凹部1222及凸部1220的起伏趋势相同。无论哪种情况，所述绝缘层118使所述热致发声元件102与所述基底100绝缘。所述绝缘层118的材料可为二氧化硅、氮化硅或其组合，也可以为其他绝缘材料，只要能够确保所述绝缘层118能够使热致发声元件 102与所述基底100绝缘即可。所述绝缘层118的整体厚度可为10纳米～2微米，具体可选择为50纳米、90纳米或1微米等。本实施例中，所述绝缘层118为一连续的单层二氧化硅，所述绝缘层118覆盖所述整个第一表面101，所述绝缘层的厚度为1.2微米。 [0057] 本实施例中，所述热致发声元件102包括多个平行且间隔设置的碳纳米管线。所述多个碳纳米管线相互平行且间隔设置形成的一层状碳纳米管结构，所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹部1222的延伸方向交叉形成一定角度，且碳纳米管线中碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管线的延伸方向，从而使所述碳纳米管线对应凹部1222位置部分悬空设置。优选的，所述碳纳米管线中碳纳米管的延伸方向与所述凹部1222的延伸方向垂直。相邻两个碳纳米管线之间的距离为1微米 200微米，优选地，为50微米 150微米。本实施例中，所~ ~述碳纳米管线之间的距离为120微米，所述碳纳米管线的直径为1微米。该多个碳纳米管线的制备方法为：先将一碳纳米管膜铺设于第一电极104和第二电极106，然后用激光切割该碳纳米管膜形成多个平行间隔设置的碳纳米管带，再使用有机溶剂处理该多个碳纳米管带，从而使每个碳纳米管带收缩得到该多个碳纳米管线。 [0058] 参见图12，为本实施例的发声芯片的多个碳纳米管线的光学显微镜照片。如图12所示，所述碳纳米管带经过有机溶剂处理之后，所述碳纳米管带收缩形成多个间隔设置的碳纳米管线，每一碳纳米管线的两端分别连接第一电极104以及第二电极106，从而可以减小所述热致发声元件102的驱动电压，增强热致发声元件102的稳定性（图中深色部分为基底，白色部分为电极）。在有机溶剂处理所述碳纳米管带的过程中，位于凸部1220位置处的碳纳米管由于牢固的固定于所述绝缘层118表面，因此基本不发生收缩，从而保证所述碳纳米管线能够与所述第一电极104以及第二电极106保持良好的电连接并牢固的固定。所述碳纳米管带的宽度可为10微米至50微米，从而保证所述碳纳米管带能够完整的收缩形成碳纳米管线，一方面防止碳纳米管带过宽时在后续收缩的过程中碳纳米管带中再次出现裂缝，影响后续的热致发声效果；另一方面防止碳纳米管带过窄时收缩过程中出现断裂或形成的碳纳米管线过细影响热致发声元件的使用寿命，并且过窄的碳纳米管带也增加了工艺难度。收缩后形成的碳纳米管线的直径为0.5微米至3微米。本实施例中，所述碳纳米管带的宽度为30微米，收缩后形成的碳纳米管线的直径为1微米，相邻碳纳米管线之间的距离为120微米。可以理解，所述碳纳米管带的宽度并不限于以上所举，在保证形成的碳纳米管线能够正常热致发声的情况下，可以根据实际需要进行选择。进一步，经过有机溶剂处理之后，所述碳纳米管线牢固的贴附在所述基板100表面，并且悬空部分始终保持绷紧的状态，从而能够保证在工作过程中，碳纳米管线不发生变形，防止因为变形而导致的发声失真、器件失效等问题。 [0059] 如图13-14所示，所述发声芯片60在凹部1222选择不同深度时的发声效果图。所述凹部1222的深度优选为100微米～200微米，从而使得所述发声芯片60在人耳可听到的发生频率频段内，使所述发声芯片60具有优良的热波波长，在小尺寸的情况下依然具有良好的发声效果。进一步，基底100在起到保护热致发声元件102的同时，又能确保所述热致发声元件102与所述基底100之间形成足够的间距，防止工作时产生的热量直接被基底100吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，并保证所述热致发声元件102在发声频段均具有良好的响应。同时，所述深度也可保证所述热致发声元件102具有更好的发声效果，避免由于凹部深度过深时产生声音干涉现象，保证发声音质。 [0060] 本发明，由于通过基底将该热致发声元件与集成电路芯片集成为一微型的一体结构，故，称为发声芯片。所述发声芯片的集成电路芯片对音频电信号具有功率放大作用和直流偏置作用，因此该发声芯片结构简单、能够实现小型化并且使用方便。所述发声芯片可以用于手机、电脑、耳机以及随身听等电子器件。 [0061] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈