[发明专利]压电MEMS扬声器及其设计方法、电子设备

说明书

本发明公开了一种压电MEMS扬声器及其设计方法，和电子设备。该压电MEMS扬声器包括N个彼此相邻的振膜，N个彼此相邻的振膜的结构不对称，N为大于1的正整数，彼此相邻的振膜之间具有第一间隙，并且/或者，压电MEMS扬声器包括至少一个振膜和至少一个临近该振膜的边界元件，边界元件的高度不高于该振膜的高度，振膜与边界元件之间具有第二间隙，其中，第一间隙和/或第二间隙的尺寸满足预设条件，使得当振膜在机械谐振点振动时发生声短路现象，并且当振膜静止时不发生声短路现象。本发明通过扬声器振膜结构不对称设计实现自适应声短路结构，或通过边界元件的高度低于或等于振膜高度实现自适应声短路结构，能够降低谐振处的声压级尖峰，并且增大带宽。

技术领域

本发明涉及MEMS技术领域，具体涉及一种压电MEMS扬声器及其设计方法，和电子设备。

背景技术

MEMS扬声器通常靠一个或多个执行器振膜带动空气振动，从而发出声音。传统的MEMS扬声器在谐振频率处的位移达到最大，这就导致扬声器在谐振频率处的声压级出现一个不可接受的高幅值尖峰，并且频域带宽较小，频响曲线恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种压电MEMS扬声器及其设计方法、电子设备，能够自适应地发生声短路，降低谐振处的声压级尖峰并且增大带宽。

本发明第一方面提出一种压电MEMS扬声器，压电MEMS扬声器包括N个彼此相邻的振膜，N个彼此相邻的振膜的结构不对称，N为大于1的正整数，彼此相邻的振膜之间具有第一间隙，并且/或者，压电MEMS扬声器包括至少一个振膜和至少一个临近该振膜的边界元件，边界元件的高度不高于该振膜的高度，振膜与边界元件之间具有第二间隙，其中，第一间隙和/或第二间隙的尺寸满足预设条件，使得当振膜在机械谐振点振动时发生声短路现象，并且当振膜静止时不发生声短路现象。

可选地，边界元件的高度低于振膜的高度。

可选地，预设条件包括：当振膜在机械谐振点振动时，第一间隙和/或第二间隙的间隙尺寸大于20μm，或者，第一间隙和/或第二间隙的间隙面积大于扬声器面积的5％；并且当振膜静止时，第一间隙和/或第二间隙的间隙尺寸小于20μm，或者，第一间隙和/或第二间隙的间隙面积小于扬声器面积的5％。

可选地，N个彼此相邻的振膜的结构不对称包括：N个彼此相邻的振膜的振膜形状、振膜尺寸、振膜厚度中一者或多者不相同。

可选地，压电MEMS扬声器包括N个彼此相邻的振膜，N个彼此相邻的振膜的结构不对称，并且振膜设计满足如下特征：N个彼此相邻的振膜拼接成多边形振膜区域，各个振膜的固定端位于多边形振膜区域的轮廓上，并且各个振膜的自由端具有同一个共同点，该共同点是多边形振膜区域内部的偏心点；并且/或者，N个彼此相邻的振膜呈N级嵌套式设计，其中，各级振膜的固定端共线。

可选地，N个彼此相邻的振膜呈N级嵌套式设计，并且其中至少两个振膜的形状不同。

可选地，在压电MEMS扬声器中包括至少一个振膜和至少一个临近该振膜的边界元件，边界元件的高度不高于该振膜的高度，并且边界元件的边缘与振膜的自由端的至少一条边平行。

可选地，振膜的固定端尺寸小于自由端的尺寸。

可选地，振膜包括：纵向堆叠的结构层、底电极层、一个压电层和顶电极层；或者，纵向堆叠的底电极层、交替设置的N个压电层与N-1个中间电极层、以及顶电极层，其中N为大于1的正整数。

可选地，还包括：基底，并且边界元件由基底的一部分组成，边界元件的材料为硅。

可选地，振膜的固定端与振膜支撑层连接，振膜支撑层的材料为硅。