熱致發聲裝置製造方法
2023-06-10 19:19:51 1
熱致發聲裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種熱致發聲裝置，其包括：一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面；一絕緣層，設置於所述基底的第一表面；一熱致發聲元件，設置於所述第一表面的絕緣層的表面，並與所述基底絕緣設置；以及一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接；其中，所述基底為一矽基底，所述矽基底的第一表面形成有多個凸部，相鄰的凸部之間形成一凹部，對應凹部位置處的熱致發聲元件相對於所述凹部懸空設置。
【專利說明】熱致發聲裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱致發聲裝置，尤其涉及一種基於碳納米管的熱致發聲裝置。
【背景技術】
[0002]發聲裝置一般由信號輸入裝置和發聲元件組成，通過信號輸入裝置輸入信號到該發聲元件，進而發出聲音。熱致發聲裝置為發聲裝置中的一種，其為基於熱聲效應的一種發聲裝置，該熱致發聲裝置通過向一導體中通入交流電來實現發聲。該導體具有較小的熱容(Heat capacity ),較薄的厚度,且可將其內部產生的熱量迅速傳導給周圍氣體介質的特點。當交流電通過導體時，隨交流電電流強度的變化，導體迅速升降溫，而和周圍氣體介質迅速發生熱交換，促使周圍氣體介質分子運動，氣體介質密度隨之發生變化，進而發出聲波。
[0003]2008年10月29日，範守善等人公開了一種應用熱聲效應的熱致發聲裝置，請參見文獻「Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin FilmLoudspeakers」，ShouShan Fan, et al., Nano Letters, Vol.8 (12)，4539-4545 (2008)。該熱致發聲元件採用碳納米管膜作為一熱致發聲元件，由於碳納米管膜具有極大的比表面積及極小的單位面積熱容(小於2X10—4焦耳每平方釐米開爾文)，該熱致發聲元件可發出人耳能夠聽到強度的聲音，且具有較寬的發聲頻率範圍(IOOHf IOOkHz)。
[0004]然而，所述作為熱致發聲元件的碳納米管膜的厚度為納米級，容易破損且不易加工、難以實現小型化，因此，如何解決上述問題是使上述熱致發聲裝置能夠實現產業化及實際應用的關鍵。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，確有必要提供一種易加工、能夠實現小型化並可實現產業化的熱致發
聲裝置。
[0006]—種熱致發聲裝置，包括:一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面；一熱致發聲元件，設置於所述基底的第一表面並與所述基底絕緣設置；以及一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接；其中，所述基底為一矽基底，所述矽基底的第一表面形成有多個相互平行且間隔設置的凹槽，所述凹槽的深度為100微米至200微米，所述熱致發聲元件包括一層狀碳納米管結構，該層狀碳納米管結構在所述凹槽處懸空設置。
[0007]—種熱致發聲裝置，包括:一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面；一熱致發聲元件，設置於所述基底的第一表面並與所述基底絕緣設置；以及一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接；其中，所述基底的第一表面形成有多個均勻分布且間隔設置的凹部，所述凹部的深度為100微米至200微米，所述熱致發聲元件包括一層狀碳納米管結構，該層狀碳納米管結構在所述凹部處懸空設置。
[0008]—種熱致發聲裝置，包括:一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面；一熱致發聲元件，設置於所述基底的第一表面並與所述基底絕緣設置；以及一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接；其中，所述基底的第一表面形成有多個凹部，所述第一絕緣層及第二絕緣層依次層疊設置於所述凹部之間基底的第一表面，並使所述多個凹部暴露，一第三絕緣層連續地設置並覆蓋所述層疊設置的第一絕緣層及第二絕緣層以及所述凹部的側面和底面，所述熱致發聲元件設置在所述第三絕緣層的表面，且相對於所述凹部位置處的部分懸空設置。
[0009]與現有技術相比較，所述熱致發聲裝置採用矽基底，一方面，矽基底表面多個凹部及凸部支撐碳納米管膜，保護碳納米管膜能實現較好發聲效果的同時不易破損，另一方面，基於成熟的矽半導體製造工藝，所述熱致發聲裝置易加工，可製備小尺寸的熱致揚聲器且有利於實現產業化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
[0011]圖2是圖1所述的熱致發聲裝置沿I1-1I方向的剖面圖。
[0012]圖3是本發明熱致發聲裝置中碳納米管膜的結構示意圖。
[0013]圖4為本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的製備方法流程圖。
[0014]圖5為本發明第二實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
[0015]圖6是本發明熱致發聲裝置中非扭轉的碳納米管線的掃描電鏡照片。
[0016]圖7是本發明熱致發聲裝置中扭轉的碳納米管線的掃描電鏡照片。
[0017]圖8為本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的製備方法中經有機溶劑處理後的碳納米管線的光學顯微鏡照片。
[0018]圖9為本發明第三實施例熱致發聲裝置的結構示意圖。
[0019]圖10為本發明第三實施例提供的熱致發聲裝置的製備方法流程圖。
[0020]圖11為本發明第四實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
[0021]圖12為圖11所述的熱致發聲裝置沿XI1-XII方向的結構示意圖。
[0022]圖13為第四實施例提供的熱致發聲裝置的照片。
[0023]圖14為本發明第四實施例提供的熱致發聲裝置中聲壓級-頻率的曲線圖。
[0024]圖15為本發明第四實施例提供的熱致發聲裝置的發聲效果圖。
[0025]圖16為圖11所述熱致發聲裝置的製備方法中提供的熱致發聲裝置陣列的結構示意圖。
[0026]圖17為本發明第五實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
[0027]圖18為本發明第六實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。
[0028]主要元件符號說明
【權利要求】
1.一種熱致發聲裝置，包括: 一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面； 一熱致發聲元件，設置於所述基底的第一表面並與所述基底絕緣設置；以及 一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲兀件電連接； 其特徵在於，所述基底為一矽基底，所述矽基底的第一表面形成有多個相互平行且間隔設置的凹槽，所述凹槽的深度為100微米至200微米，所述熱致發聲元件包括一層狀碳納米管結構，該層狀碳納米管結構在所述凹槽處懸空設置。
2.如權利要求1所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述基底的面積為25平方毫米至100平方毫米。
3.如權利要求1所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述凹槽的寬度大於等於0.2毫米且小於I毫米。
4.如權利要求1所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述層狀碳納米管結構由多個碳納米管組成，該多個碳納米管沿同一方向延伸，且所述多個碳納米管的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，該夾角大於O度小於等於90度。
5.如權利要求4所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述層狀碳納米管結構包括一碳納米管膜，所述碳納米管膜由多個沿同一方向擇優取向延伸的碳納米管組成，該多個碳納米管平行於所述基底的第一表面。
6.如權利要求4所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述層狀碳納米管結構在所述凹槽位置包括多個相互平行且間隔設置的碳納米管線。
7.如權利要求4所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述層狀碳納米管結構包括多個平行且間隔設置的碳納米管線，所述多個碳納米管線的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，該夾角大於O度小於等於90度，所述碳納米管線包括多個碳納米管沿該碳納米管線的長度方向平行排列或沿該碳納米管線的長度方向呈螺旋狀排列。
8.如權利要求6所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，相鄰碳納米管線之間的間隔為0.1微米至200微米。
9.如權利要求1所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述熱致發聲元件通過一設置於基底第一表面的絕緣層與所述基底絕緣。
10.如權利要求1所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，進一步包括多個第一電極及多個第二電極交替設置於所述相鄰凹槽之間的基底表面，所述多個第一電極形成一第一梳狀電極，多個第二電極形成一第二梳狀電極，所述第一梳狀電極和第二梳狀電極相互交錯的插入設置。
11.如權利要求1所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述基底的第二表面進一步包括一集成電路晶片與所述熱致發聲元件電連接，向所述熱致發聲元件輸入信號。
12.如權利要求11所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述集成電路晶片通過微電子工藝直接製備在該矽基底上。
13.如權利要求12所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述集成電路晶片分別與所述第一電極和第二電極電連接，輸出音頻電信號給所述熱致發聲元件。
14.一種熱致發聲裝置，包括: 一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面；一熱致發聲元件，設置於所述基底的第一表面並與所述基底絕緣設置；以及 一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲兀件電連接； 其特徵在於，所述基底的第一表面形成有多個均勻分布且間隔設置的凹部，所述凹部的深度為100微米至200微米，所述熱致發聲元件包括一層狀碳納米管結構，該層狀碳納米管結構在所述凹部處懸空設置。
15.如權利要求14所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述基底的第二表面進一步設置有與第一表面相同的凹部和熱致發聲元件。
16.如權利要求14所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述凹部為呈陣列設置的多個凹孔。
17.一種熱致發聲裝置，包括: 一基底，具有一第一表面以及相對的第二表面； 一熱致發聲元件，設置於所述基底的第一表面並與所述基底絕緣設置；以及 一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲兀件電連接； 其特徵在於，所述 基底的第一表面形成有多個凹部，所述第一絕緣層及第二絕緣層依次層疊設置於所述凹部之間基底的第一表面，並使所述多個凹部暴露，一第三絕緣層連續地設置並覆蓋所述層疊設置的第一絕緣層及第二絕緣層以及所述凹部的側面和底面，所述熱致發聲元件設置在所述第三絕緣層的表面，且相對於所述凹部位置處的部分懸空設置。
18.如權利要求17所述的熱致發聲裝置，其特徵在於，所述第一絕緣層的材料為二氧化矽，所述第二絕緣層的材料為氮化矽，所述第三絕緣層的材料為二氧化矽。
【文檔編號】H04R23/00GK103841500SQ201210471052
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月20日 優先權日:2012年11月20日
【發明者】魏洋, 林曉陽, 姜開利, 範守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業（深圳）有限公司