TWI803124B - 具多重振動部的微機電裝置 - Google Patents

Abstract

一種具多重振動部的微機電裝置，其包含基座及薄膜。薄膜包含固定部、外圍部、中央部、第一彈性部及第二彈性部。固定部設置於基座上。外圍部環繞中央部。第一彈性部包含第一電極且第二彈性部包含第二電極。第一彈性部連接固定部及外圍部。第二彈性部連接外圍部及中央部。當低頻電性驅動訊號輸入至第一電極時，外圍部及中央部分別沿與基座的法向量平行的軸向產生第一低頻振幅及第二低頻振幅。當高頻電性驅動訊號輸入至第二電極時，外圍部及中央部分別沿軸向產生第一高頻振幅及第二高頻振幅。第一低頻振幅與第二低頻振幅的差距小於第一高頻振幅與第二高頻振幅的差距。

Description

具多重振動部的微機電裝置

本發明係關於一種具多重振動部的微機電裝置，特別係關於一種具多重振動部的微機電裝置。

以往，傳統微型揚聲器通常會藉由音圈馬達使空氣振動，進而發出聲波，例如耳機等。

然而，單一音圈馬達通常只有在特定區段的頻率才能產生足夠聲壓。因此，單一音圈馬達不易同時滿足高頻音訊及低頻音訊的需求。此外，音圈馬達通常需要藉由組裝多種零組件來完成，故音圈馬達的製造流程複雜。此外，音圈馬達還不易縮減尺寸，進而不易應用於需要微型化的電子裝置，例如藍牙無線耳機。再者，音圈馬達在運作時會歷經多次能量的轉換，而容易造成電能消耗過高的問題。

本發明之目的係提出一種具多重振動部的微機電裝置，其能夠兼顧高頻及低頻的響應需求，反應迅速且減少能量耗損。

本發明之一實施例提出一種具多重振動部的微機電裝置，其包含一基座及一薄膜。薄膜包含一固定部、一外圍部、一中央部、至少一第一彈性部及至少一第二彈性部。固定部設置於基座上。外圍部環繞中央部。第一彈性部包含第一電極。第二彈性部包含第二電極。第一彈性部連接固定部及外圍部。第二彈性部連接外圍部及中央部。當一低頻電性驅動訊號輸入至第一電極時，外圍部沿一軸向產生一第一低頻振幅且中央部沿軸向產生一第二低頻振幅。軸向與基座的一法向量平行。當一高頻電性驅動訊號輸入至第二電極時，外圍部沿軸向產生一第一高頻振幅且中央部沿軸向產生一第二高頻振幅。第一低頻振幅與第二低頻振幅的差距小於第一高頻振幅與第二高頻振幅的差距。

根據本發明之一實施例之具多重振動部的微機電裝置，藉由第一低頻振幅與第二低頻振幅的差距小於第一高頻振幅與第二高頻振幅的差距，使外圍部及中央部共同進行低頻的振動，且使中央部進行高頻的振動，進而能夠兼顧高頻及低頻的響應需求。此外，第一電極及第二電極能夠分別將電能直接作用於第一彈性部及第二彈性部以使外圍部及中央部產生振動。如此，在微機電裝置在產生頻率範圍寬廣的音訊時，能減少電能的耗損。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本發明之實施例之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

於本說明書之所謂的示意圖中，由於用以說明而可有其尺寸、比例及角度等較為誇張的情形，但並非用以限定本發明。於未違背本發明要旨的情況下能夠有各種變更。實施例及圖式之描述中所提及之上下前後方位為用以說明，而並非用以限定本發明。

請參照圖1、圖2及圖3。圖1繪示依照本發明之一實施例之具多重振動部的微機電裝置之簡化的俯視示意圖。圖2繪示圖1之微機電裝置之具體的俯視示意圖。圖3繪示沿圖2之III－III線剖面的側視剖面示意圖。

如圖1、圖2及圖3所示，具多重振動部的微機電裝置1包含基座2、薄膜3、第一導電線142及第二導電線152。基座2包含基材層21及設置於基材層21上的絕緣層22。薄膜3設置於絕緣層22上。基座2具有背腔20。具體而言，基座2具有孔洞貫穿基材層21及絕緣層22。基座2與薄膜3結合後於孔洞處形成背腔20之結構。薄膜3包括堆疊的基材層31、絕緣層32、共通電極層33及壓電材料層34。薄膜3包含固定部11、外圍部12、中央部13、多個第一彈性部14及多個第二彈性部15，如圖2及圖3所示。第一彈性部14之數量及第二彈性部15之數量不限於四個，亦可為其他數量。第一彈性部14之數量及第二彈性部15之數量可相同，亦可相異。

固定部11設置於基座2上。固定部11環繞外圍部12。固定部11與外圍部12之間具有第一縫隙101、第一彈性部14及另一第一縫隙101′。各個第一彈性部14與固定部11之間以第一縫隙101分隔。各個第一彈性部14與外圍部12之間以另一第一縫隙101′分隔。各個第一彈性部14位於第一縫隙101與另一第一縫隙101′之間且連接固定部11及外圍部12。外圍部12環繞中央部13。外圍部12與中央部13之間具有第二縫隙102、第二彈性部15及另一第二縫隙102′。各個第二彈性部15與外圍部12之間以第二縫隙102分隔。各個第二彈性部15與中央部13之間以另一第二縫隙102′分隔。各個第二彈性部15位於第二縫隙102與另一第二縫隙102′之間且連接外圍部12及中央部13。在本實施例中，各個第二彈性部15沿軸向Z的剛性大於各個第一彈性部14沿軸向Z的剛性。換言之，第二彈性部15沿軸向Z的剛性（K2）大於第一彈性部14沿軸向Z的剛性（K1）的剛性，其中軸向Z與基座2的法向量平行。在本實施例中，第二彈性部15沿軸向Z的剛性（K2）相對於第一彈性部14沿軸向Z的剛性（K1）的一剛性比值（K2／K1）可大於一預設剛性比值。在本實施例中，所述預設剛性比值可為4.6。在其他實施例中，預設剛性比值的範圍可為大於或等於3.0。從另一方面來說，各個第一彈性部14沿軸向Z的剛性小於各個第二彈性部15沿軸向Z的剛性。具體而言，各個第一彈性部14的主段為環繞外圍部12的弧形。各個第一彈性部14的其中一端朝向固定部11彎折且連接於固定部11。各個第一彈性部14的另一端朝向外圍部12彎折且連接於外圍部12。各個第二彈性部15的主段為環繞中央部13的弧形，各個第二彈性部15的其中一端朝向外圍部12彎折且連接於外圍部12，另一端朝向中央部13彎折且連接於中央部13。但不以此限。於其他實施例中亦可為其他形狀。

於本實施例中，藉由各個第一彈性部14的長度大於各個第二彈性部15的長度，使得各個第一彈性部14沿軸向Z的剛性小於各個第二彈性部15沿軸向Z的剛性。在一實施例中，剛性定義為每一彈性件的剛性。多個第一彈性部14的等效剛性及多個第二彈性部15的等效剛性皆可藉由計算多個彈性件並聯之等效剛性的方式來計算。亦即等效剛性定義為計算多個彈性件並聯時之等效剛性。由於第一彈性部14的數量與第二彈性部15的數量相同，故多個第一彈性部14的等效剛性亦小於多個第二彈性部15的等效剛性。但不以此為限。於其他實施例中，亦可藉由各個第一彈性部14的厚度小於各個第二彈性部15的厚度，使得各個第一彈性部14沿軸向Z的剛性小於各個第二彈性部15沿軸向Z的剛性。於其他實施例中，亦可藉由各個第一彈性部14的寬度小於各個第二彈性部15的寬度，使得各個第一彈性部14沿軸向Z的剛性小於各個第二彈性部15沿軸向Z的剛性。於其他實施例中，亦可藉由第一彈性部14的數量小於第二彈性部15的數量，使得多個第一彈性部14沿軸向Z的等效剛性小於多個第二彈性部15沿軸向Z的等效剛性。多個第一彈性部14以環形排列的方式環繞外圍部12。第一彈性部14可些微扭轉變形，使得外圍部12可沿軸向Z下降或上升，進而形成彈性振動。多個第二彈性部15以環形排列的方式環繞中央部13。第二彈性部15可些微扭轉變形，使得中央部13可沿軸向Z下降或上升。

由於多個第一彈性部14沿軸向Z的剛性或等效剛性小於多個第二彈性部15沿軸向Z的剛性或等效剛性，故當低頻電性驅動訊號輸入至第一電極141時，外圍部12可沿軸向Z產生第一低頻振幅H1（如圖11所示）且中央部13亦沿軸向Z產生第二低頻振幅H2（如圖11所示）。此時，第一低頻振幅H1與第二低頻振幅H2的差距小於一低頻振幅預設值。進一步而言，當多個第一彈性部14沿軸向Z的剛性或等效剛性小於多個第二彈性部15沿軸向Z的剛性或等效剛性，且低頻電性驅動訊號輸入至第一電極141時，第一低頻振幅H1的數值會接近第二低頻振幅H2的數值。此時，外圍部12及中央部13皆可視為進行低頻振動。

如圖2所示，薄膜3包括有固定部11、外圍部12、中央部13、第一彈性部14及第二彈性部15。上述薄膜3的固定部11、外圍部12、中央部13、第一彈性部14及第二彈性部15皆包含堆疊的基材層31、絕緣層32、共通電極層33及壓電材料層34。如圖3所示，位於各個第一彈性部14的壓電材料層34亦可稱為第一壓電材料層341，各個第一彈性部14更包含設置於第一壓電材料層341上的第一電極141。位於各個第二彈性部15的壓電材料層34亦可稱為第二壓電材料層342，各個第二彈性部15更包含設置於第二壓電材料層342上的第二電極151。第一導電線142設置於固定部11之壓電材料層34上。第一導電線142的寬度小於第一電極141的寬度。如圖2及圖3所示，圖3剖面左邊係第二導電線152設置於其中一個第一彈性部14之第一壓電材料層341上及外圍部12之壓電材料層34上。圖3剖面右邊係第二導電線152設置於外圍部12之壓電材料層34上。第二導電線152的寬度小於第二電極151的寬度。由於第一導電線142的寬度比第一電極141的寬度窄，故當第一導電線142有電流通過時，不會造成固定部11之壓電材料層34產生大的變形量，進而可避免第一導電線142所經過的固定部11產生非預期的變形。相同地，由於第二導電線152的寬度較第二電極151的寬度窄，故當第二導電線152有電流通過時，不會造成第一彈性部14之第一壓電材料層341及外圍部12之壓電材料層34產生大的變形量，進而可避免第二導電線152所經過的第一彈性部14或外圍部12產生非預期的變形。

請參照圖2至圖6。圖4繪示沿圖3之IV－IV線剖面的俯視示意圖。圖5繪示沿圖3之V－V線剖面的俯視示意圖。圖6繪示圖2之微機電裝置之局部的俯視示意圖。

如圖3及圖4所示，第一絕緣線331設置於第一導電線142投影至共通電極層33的位置。第一絕緣線331貫穿共通電極層33，使得一部分的壓電材料層34位於第一導電線142及第一絕緣線331之間。因此，第一導電線142及第一絕緣線331之間不易產生會通過壓電材料層34的電場。第二絕緣線332設置於第二導電線152投影至共通電極層33的位置。第二絕緣線332貫穿共通電極層33，使得另一部分的壓電材料層34位於第二導電線152及第二絕緣線332之間。因此，第二導電線152及第二絕緣線332之間不易產生會通過壓電材料層34的電場。當電性訊號流經第一導電線142及共通電極層33時，位於第一導電線142及第一絕緣線331之間的壓電材料層34因無電場而不會產生變形。相同地，當電性訊號流經第二導電線152及共通電極層33時，位於第二導電線152及第二絕緣線332之間的壓電材料層34亦會因無電場而不會產生變形。

請參照圖3及圖5。圖5繪示沿圖3之V－V線剖面的俯視示意圖。具體而言，圖5之俯視示意圖所繪示的各結構，皆為壓電材料層34的結構。以下，藉由壓電材料層34描述第一彈性部14及第二彈性部15的俯視結構的幾何形狀及連接關係。

如圖2及圖5所示，第一彈性部14更包含第一外連接部14a（如圖5之粗實線框所示）及第一內連接部14b（如圖5之粗實線框所示）。第一彈性部14環繞外圍部12。第一外連接部14a連接固定部11且第一內連接部14b連接外圍部12。第二彈性部15更包含第二外連接部15a（如圖5之粗實線框所示）及第二內連接部15b（如圖5之粗實線框所示）。第二彈性部15環繞中央部13。第二外連接部15a連接外圍部12部且第二內連接部15b連接中央部13。

為了說明上的方便，另一個第一彈性部可標示為14′。第一彈性部14′更包含第一外連接部14a′（如圖5之粗實線框所示）及第一內連接部14b′（如圖5之粗實線框所示）。第一彈性部14的第一外連接部14a至另一個第一彈性部14′的第一內連接部14b′的最短距離為D1。第一彈性部14的第一外連接部14a至第一彈性部14的第一內連接部14b的距離為D2。在本實施例中，D1小於D2。換言之，第一彈性部14的第一外連接部14a較接近另一個第一彈性部14′的第一內連接部14b′。如此，第一彈性部14不僅可連接固定部11與外圍部12，而且可使第一彈性部14在環繞外圍部12時，會有足夠的長度以使第一彈性部14沿軸向Z的剛性可以小於第二彈性部15沿軸向Z的剛性。

另一方面，為了說明上的方便，另一個第二彈性部可標示為15′。第二彈性部15′更包含第二外連接部15a′（如圖5之粗實線框所示）及第二內連接部15b′（如圖5之粗實線框所示）。第二彈性部15的第二外連接部15a至另一個第二彈性部15′的第二內連接部15b′的最短距離為D3。第二彈性部15的第二內連接部15b至第二彈性部15的第二外連接部15a的距離為D4。在本實施例中，D3小於D4。換言之，第二彈性部15的第二外連接部15a較接近另一個第二彈性部15′的第二內連接部15b′。如此，第二彈性部15不僅可連接中央部13與外圍部12且可使第二彈性部15在有限的空間中容易設計出適當的長度。當第二彈性部15具有特定的長度後，便能使第二彈性部15擁有沿軸向Z的最適剛性，進而使中央部13可以產生最佳的高頻振動。

此外，第一外連接部14a延伸的一方向與第二外連接部15a延伸的另一方向相互平行。第一內連接部14b延伸的一方向與第二內連接部15b延伸的另一方向相互平行。其他的第一彈性部14、14′及其他的第二彈性部15、15′亦然。

請參照圖3及圖6。圖6繪示圖2之微機電裝置之局部的俯視示意圖。

如圖3及圖6所示，在各個第一彈性部14的範圍中，第一電極141設置於第一壓電材料層341上。而且，在各個第二彈性部15的範圍中，第二電極151設置於第二壓電材料層342上。

請再參照圖2及圖3。第一導電線142設置於固定部11之壓電材料層34上。第一導電線142以環繞多個第一彈性部14的方式延伸，且具有多個分支分別電性連接至多個第一電極141。電性訊號施加於第一導電線142時，可將電性訊號同時施加於第一電極141。當電性訊號流經第一電極141及共通電極層33時，第一彈性部14之第一壓電材料層341可根據電性訊號而產生變形。

第二導電線152設置於其中一個第一彈性部14之第一壓電材料層341上以及外圍部12之壓電材料層34上。第二導電線152進一步以環繞多個第二彈性部15的方式延伸，且具有多個分支分別電性連接至多個第二電極151。電性訊號施加於第二導電線152時，可將電性訊號同時施加於第二電極151。當電性訊號流經第二電極151及共通電極層33時，第二彈性部15之第二壓電材料層342可根據電性訊號而產生變形。

以下描述微機電裝置1之製造流程。請參照圖2、圖3、圖7、圖8、圖9及圖10。圖7、圖8、圖9及圖10繪示圖3之微機電裝置之製造流程的側視剖面示意圖。

如圖7所示，基材層21及絕緣層22用於形成圖3之基座2。基材層31、絕緣層32及共通電極層33用於形成圖3之薄膜3。薄膜3中，沿軸向Z形成貫穿共通電極層33的第一絕緣線331及第二絕緣線332。

如圖8所示，於共通電極層33上形成壓電材料層34。於壓電材料層34上形成第一電極141、第二電極151、第一導電線142及第二導電線152。

如圖9所示，自壓電材料層34朝向基座2的方向形成第一縫隙101、第一縫隙101′、第二縫隙102及第二縫隙102′。以第一縫隙101、101′及第二縫隙102、102′貫穿壓電材料層34、共通電極層33、絕緣層32及基材層31。如圖2及圖9所示，第一縫隙101、101′及第二縫隙102、102′分隔出固定部11、外圍部12、中央部13、四個第一彈性部14及四個第二彈性部15。在本實施例中，第一彈性部14及第二彈性部15的數量可為四個，但其他實施例中，則不以此為限。

接下來如圖10所示，自基材層21之底面21a形成背腔20。背腔20貫穿基材層21及絕緣層22且與第一縫隙101、第一縫隙101′、第二縫隙102及第二縫隙102′連通。藉此完成基座2。

以下描述微機電裝置1之運作。請參照圖3、圖11及圖12。圖11及圖12繪示圖3之微機電裝置在運作時的側視剖面示意圖。

如圖11所示，當低頻電性驅動訊號（例如，低頻電壓驅動訊號）輸入至第一電極141且參考電壓輸入至共通電極層33時，第一電極141驅動第一彈性部14的第一壓電材料層341產生變形，進而使外圍部12沿軸向Z產生具有第一低頻振幅H1的振動。當外圍部12產生沿軸向Z的第一低頻振幅H1時，可同時藉由第二彈性部15帶動中央部13，以使中央部13沿軸向Z產生具有第二低頻振幅H2的振動。由於第一彈性部14沿軸向Z的剛性小於第二彈性部15沿軸向Z的剛性，故外圍部12的第一主共振頻率（f _1N1）小於中央部13的第二主共振頻率（f _2N1）。當外圍部12沿軸向Z產生振動頻率低於第一主共振頻率（f _1N1）的振動時，中央部13亦會產生低頻的振動。為了使中央部13在低頻振動時之第一低頻振幅與外圍部12在低頻振動時之第二低頻振幅的差距不會太大，中央部13的第二主共振頻率（f _2N1）遠離外圍部12的第一主共振頻率（f _1N1）。在本實施例中，中央部13的第二主共振頻率（f _2N1）相對於外圍部12的第一主共振頻率（f _1N1）的一頻率比值可以大於一預設頻率比值。在本實施例中，所述預設頻率比值，例如是大於或等於2.0。此時，外圍部12的第一低頻振幅H1與中央部13的第二低頻振幅H2的差距會小於低頻振幅預設值。在本實施例中，第一低頻振幅H1的大小可以是7.73微米且第二低頻振幅H2的大小可以是8.56微米。此時，第一低頻振幅H1與第二低頻振幅H2的差距為0.83微米且小於一低頻振幅預設值。例如，在本實施例中，低頻振幅預設值可為1.0微米。在其他的實施例中，可依據不同的設計需求，在一個範圍內（例如大於0微米且小於1.0微米的範圍內），選出一個較佳的低頻振幅預設值。換言之，第一低頻振幅H1及第二低頻振幅H2的差距並不會太大。在此情況下，中央部13與外圍部12可視為一個同時進行低頻振動的整體。因此，薄膜3可進行低頻振動的有效面積擴大了，進而增加低頻音訊的聲壓位準（Sound Pressure Level）。

如圖12所示，第一電極141不輸入電性訊號，使得外圍部12幾乎不動。此時，外圍部12沿軸向Z的第一高頻振幅H3幾乎為零。當高頻電性驅動訊號（例如，高頻電壓驅動訊號）輸入至第二電極151且參考電壓輸入至共通電極層33時，第二電極151驅動第二彈性部15的第二壓電材料層342產生變形，進而使中央部13沿軸向Z產生具有第二高頻振幅H4的振動。此時，中央部13會藉著第二彈性部15帶動外圍部12沿軸向Z產生具有第二高頻振幅H4的振動。由於第二彈性部15沿軸向Z的剛性大於第一彈性部14沿軸向Z的剛性，因此中央部13的第二主共振頻率（f _2N1）大於外圍部12的第一主共振頻率（f _1N1）。因此，當中央部13沿軸向Z產生振動頻率接近第二主共振頻率（f _2N1）的振動時，中央部13沿軸向Z產生的第二高頻振幅H4會大於外圍部12沿軸向Z的第一高頻振幅H3。此時，第一高頻振幅H3及第二高頻振幅H4的差距會接近第二高頻振幅H4。換言之，第一高頻振幅H3與第二高頻振幅H4的差距大於一高頻振幅預設值。在本實施例中，第一高頻振幅H3的大小可以是3.47微米且第二高頻振幅H4的大小可以是7.28微米。此時，第一高頻振幅H3與第二高頻振幅H4的差距為3.81微米且大於一高頻振幅預設值。例如，在本實施例中，高頻振幅預設值可為3.0微米。在其他的實施例中，可依據不同的設計需求，在一個範圍內（例如大於3.0微米且小於10.0微米的範圍內），選出一個較佳的高頻振幅預設值。在此情況下，中央部13的面積可視為薄膜3在進行高頻振動的有效面積。由於中央部13具有較高的振動頻率，因此不需要外圍部12即能使薄膜3具有足夠的有效面積，來提供具有足夠聲壓位準的高頻音訊。

比較圖11及圖12及依據上一段所述，第一低頻振幅H1與第二低頻振幅H2的差距（0.83微米）小於第一高頻振幅H3與第二高頻振幅H4的差距（3.81微米）。因此，薄膜3在進行低頻振動或高頻振動時，薄膜3皆會有足夠的有效面積來產生具有足夠聲壓位準的低頻音訊或具有足夠聲壓位準的高頻音訊。

外圍部12具有第一主共振頻率（f _1N1）。中央部13具有第二主共振頻率（f _2N1）。第一主共振頻率（f _1N1）小於第二主共振頻率（f _2N1）。當對第一電極141及共通電極層33施加電性訊號，以使外圍部12及外圍部12所帶動之中央部13產生低頻振動時。此低頻振動的頻率可接近於第一主共振頻率（f _1N1），使得外圍部12及中央部13所產生的振幅會近似外圍部12產生自然共振時的振幅。因此，對第一電極141及共通電極層33不需要施加大量的電能，便能產生足夠振幅的低頻振動。

當對第二電極151及共通電極層33施加電性訊號，以使中央部13產生高頻振動時。此高頻振動的頻率可接近於第二主共振頻率（f _2N1）。如此，可使中央部13產生自然共振。因此，對第二電極151及共通電極層33不需要施加大量的電能，便能夠產生足夠振幅的高頻振動。

另外，外圍部12具有至少一第一副共振頻率（f _1N2、f _1N3……），即外圍部12之第一主共振頻率（f _1N1）以外的共振頻率）。第一副共振頻率與第一主共振頻率（f _1N1）的差距值小於第一副共振頻率與第二主共振頻率（f _2N1）的差距值。換言之，第一副共振頻率不會較接近第二主共振頻率（f _2N1）而會較接近第一主共振頻率（f _1N1）。藉此，中央部13在進行高頻振動時，外圍部12產生的第一高頻振幅H3不會太大。如此，中央部13產生的高頻音訊的聲壓才能避免受到低頻音訊的聲壓的干擾。在另一實施中，當外圍部12與中央部13的中心C的距離增加時，第一副共振頻率與第一主共振頻率（f _1N1）的差距值會減少。換言之，當外圍部12的外緣12a或內緣12b與中央部13的中心C的距離增加時，第一副共振頻率與第二主共振頻率（f _2N1）差距值會增加。

請參照圖13。圖13繪示依照本發明之另一實施例之具多重振動部的微機電裝置組合的立體示意圖。於本實施例中，微機電裝置組合1a包括以陣列方式排列且彼此相連的微機電裝置1、微機電裝置1′、微機電裝置1″及微機電裝置1‴。微機電裝置1、微機電裝置1′、微機電裝置1″及微機電裝置1‴之各自的第一主共振頻率（f _1N1）及第二主共振頻率（f _2N1）可彼此相異。此微機電裝置組合1a可應用於更寬廣的頻率範圍。

請參照圖14及圖15。圖14繪示依照本發明之另一實施例之具多重振動部的微機電裝置的俯視示意圖。圖15繪示繪示沿圖14之XV－XV線剖面的側視剖面示意圖。

如圖14所示，微機電裝置4包含基座2、薄膜5、第一導電線442、第二導電線452及基板6。基座2與圖2所示之微機電裝置1之基座2相似而省略其描述。如圖15所示，薄膜5包含固定部41、外圍部42、中央部43、多個第一彈性部44及多個第二彈性部45。

固定部41設置於基座2上。固定部41環繞外圍部42。第一彈性部44連接固定部41及外圍部42。外圍部42環繞中央部43。第二彈性部45連接外圍部42及中央部43。第一彈性部44沿軸向Z的剛性小於第二彈性部45沿軸向Z的剛性。

固定部41、外圍部42、中央部43、第一彈性部44及第二彈性部45皆包含堆疊的基材層51及絕緣層52（如圖15所示）。各個第一彈性部44更包含設置於絕緣層52上的第一電極441。第一導電線442設置於固定部41之絕緣層52上。第一導電線442電性連接於第一電極441（如圖14所示）。

各個第二彈性部45更包含設置於絕緣層52上的一第二電極451。第二導電線452設置於其中一個第一彈性部44之絕緣層52上以及外圍部42之絕緣層52上。第二導電線452電性連接於第二電極451。

如圖15所示，基座2設置於基板6上。基板6具有多個第一固定電極71及多個第二固定電極72。各個第一電極441沿軸向Z至基板6的投影與各個第一固定電極71沿軸向Z至基板6的投影重疊。各個第一彈性部44懸置於各個第一固定電極71上方。各個第二電極451沿軸向Z至基板6的投影與各個第二固定電極72沿軸向Z至基板6的投影重疊。各個第二彈性部45懸置於各個第二固定電極72上方。

以下描述微機電裝置4之運作。請參照圖15、圖16及圖17。圖16及圖17繪示圖15之微機電裝置在運作時的側視剖面示意圖。

如圖16所示，當低頻電性驅動訊號輸入至第一電極441及第一固定電極71時，第一電極441與第一固定電極71產生一靜電力，使外圍部42沿軸向Z產生第一低頻振幅H5。由於第二彈性部45沿軸向Z的剛性大於第一彈性部44沿軸向Z的剛性，故外圍部42可藉由第二彈性部45帶動中央部43，使中央部43沿軸向Z產生第二低頻振幅H6。因此，當低頻電性驅動訊號輸入至第一電極441及第一固定電極71時，外圍部42及中央部43皆會沿軸向Z產生低頻振動。由於第二彈性部45沿軸向Z的剛性大於第一彈性部44沿軸向Z的剛性，所以第一低頻振幅H5及第二低頻振幅H6的差距極小。

如圖17所示，第一電極441及第一固定電極71不輸入電性訊號，使得外圍部42幾乎不動。此時，外圍部42沿軸向Z的第一高頻振幅H7幾乎為零。當高頻電性驅動訊號輸入至第二電極451及第二固定電極72時，第二電極451與第二固定電極72產生另一靜電力，使中央部43沿軸向Z產生第二高頻振幅H8。雖中央部43亦可藉由第二彈性部45帶動外圍部42，但外圍部42沿軸向Z的第一高頻振幅H7會很小。另外，由於第二彈性部45沿軸向Z的剛性大於第一彈性部44沿軸向Z的剛性且高頻電性驅動訊號驅動中央部43產生振動頻率為第二主共振頻率（f _2N1）的高頻振動，因此使第一高頻振幅H7小於第二高頻振幅H8。從另一方面說，當高頻電性驅動訊號輸入至第二電極451及第二固定電極72時，第一高頻振幅H7與第二高頻振幅H8的差距幾乎與第二高頻振幅H8相同。

依據上述的說明及比較圖16及圖17後，第一低頻振幅H5與第二低頻振幅H6的差距小於第一高頻振幅H7與第二高頻振幅H8的差距。

請參照圖18。圖18繪示依照本發明之另一實施例之具多重振動部的微機電裝置的俯視示意圖。圖18所示之微機電裝置8與圖2及圖3所示之微機電裝置1相似之處，以下將不予贅述。

如圖18所示，具多重振動部的微機電裝置8包含薄膜、第一導電線842及第二導電線852。薄膜包含固定部81、外圍部82、中央部83、多個第一彈性部84及多個第二彈性部85。本實施例中，第一彈性部84及第二彈性部85可為四個，但不以此為限。

固定部81環繞外圍部82。固定部81與外圍部82之間具有第一縫隙801、第一彈性部84及第一縫隙801′。各個第一彈性部84與固定部81之間以第一縫隙801分隔。各個第一彈性部84與外圍部82之間以另一個第一縫隙801′分隔。各個第一彈性部84位於第一縫隙801與另一個第一縫隙801′之間且連接固定部81及外圍部82。外圍部82環繞中央部83。外圍部82與中央部83之間以第二縫隙802分隔。各個第二彈性部85位於外圍部82與中央部83之間，且以最短距離直接連接外圍部82及中央部83。因此，各個第二彈性部85沿一軸向Z的剛性大於各個第一彈性部84沿軸向Z的剛性。從另一方面來說，各個第一彈性部84沿軸向Z的剛性小於各個第二彈性部85沿軸向Z的剛性。

各個第一彈性部84更包含設置於壓電材料層94上的第一電極841。各個第二彈性部85更包含設置於壓電材料層94上的第二電極851。第一導電線842設置於固定部11之壓電材料層94上。第二導電線852設置於其中一個第一彈性部84之壓電材料層94上以及外圍部12之壓電材料層94上。

綜上所述，在本發明之一實施例之具多重振動部的微機電裝置，藉由第一低頻振幅與第二低頻振幅的差距小於第一高頻振幅與第二高頻振幅的差距，使外圍部及中央部共同進行低頻的振動，且使中央部進行高頻的振動。因此，在本發明之一實施例之具多重振動部的微機電裝置在進行低頻振動或高頻振動時，皆能產生足夠的聲壓，進而能夠兼顧高頻音訊及低頻音訊的響應需求。此外，可利用多個微機電裝置來產生頻率範圍寬廣的音訊。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1,1′,1″,1‴,4,8:微機電裝置 1a:微機電裝置組合 101,101′,801,801′:第一縫隙 102,102′,801:第二縫隙 11,41,81:固定部 12,42,82:外圍部 12a:外緣 12b:內緣 13,43,83:中央部 14,14′,44,84:第一彈性部 14a,14a′:第一外連接部 14b,14b′:第一內連接部 141,441,841:第一電極 142,442,842:第一導電線 15,15′,45,85:第二彈性部 15a,15a′:第二外連接部 15b,15b′:第二內連接部 151,451,851:第二電極 152,452,852:第二導電線 2:基座 20:背腔 21:基材層 21a:底面 22:絕緣層 3,5:薄膜 31,51:基材層 32,52:絕緣層 33:共通電極層 331:第一絕緣線 332:第二絕緣線 34,94:壓電材料層 341:第一壓電材料層 342:第二壓電材料層 6:基板 71:第一固定電極 72:第二固定電極 C:中心 D1,D2,D3,D4:距離 H1,H5:第一低頻振幅 H2,H6:第二低頻振幅 H3,H7:第一高頻振幅 H4,H8:第二高頻振幅 Z:軸向

圖1繪示依照本發明之一實施例之具多重振動部的微機電裝置之簡化的俯視示意圖。

圖2繪示圖1之微機電裝置之具體的俯視示意圖。

圖3繪示沿圖2之III－III線剖面的側視剖面示意圖。

圖4繪示沿圖3之IV－IV線剖面的俯視示意圖。

圖5繪示沿圖3之V－V線剖面的俯視示意圖。

圖6繪示圖2之微機電裝置之局部的俯視示意圖。

圖7繪示圖3之微機電裝置之製造流程的側視剖面示意圖。

圖8繪示圖3之微機電裝置之製造流程的側視剖面示意圖。

圖9繪示圖3之微機電裝置之製造流程的側視剖面示意圖。

圖10繪示圖3之微機電裝置之製造流程的側視剖面示意圖。

圖11繪示圖3之微機電裝置在運作時的側視剖面示意圖。

圖12繪示圖3之微機電裝置在運作時的側視剖面示意圖。

圖13繪示依照本發明之另一實施例之具多重振動部的微機電裝置組合的立體示意圖。

圖14繪示依照本發明之另一實施例之具多重振動部的微機電裝置的俯視示意圖。

圖15繪示沿圖14之XV－XV線剖面的側視剖面示意圖。

圖16繪示圖13之微機電裝置在運作時的側視剖面示意圖。

圖17繪示圖13之微機電裝置在運作時的側視剖面示意圖。

圖18繪示依照本發明之另一實施例之具多重振動部的微機電裝置的俯視示意圖。

1:微機電裝置

101,101':第一縫隙

102,102':第二縫隙

11:固定部

12:外圍部

13:中央部

14:第一彈性部

15:第二彈性部

34:壓電材料層

Z:軸向

Claims (30)

1. 一種具多重振動部的微機電裝置，其包括：一基座；以及一薄膜，包括：一固定部，設置於該基座上；一外圍部；一中央部，該外圍部環繞該中央部；至少一第一彈性部，包括至少一第一電極；以及至少一第二彈性部，包括至少一第二電極；其中該至少一第一彈性部連接該固定部及該外圍部，該至少一第二彈性部連接該外圍部及該中央部；其中當一低頻電性驅動訊號輸入至該至少一第一電極時，該外圍部沿一軸向產生一第一低頻振幅且該中央部沿該軸向產生一第二低頻振幅，該軸向與該基座的一法向量平行；其中當一高頻電性驅動訊號輸入至該至少一第二電極時，該外圍部沿該軸向產生一第一高頻振幅且該中央部沿該軸向產生一第二高頻振幅；其中該第一低頻振幅與該第二低頻振幅的差距小於該第一高頻振幅與該第二高頻振幅的差距；其中該至少一第二彈性部沿該軸向的剛性大於該至少一第一彈性部沿該軸向的剛性。
2. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該第一低頻振幅與該第二低頻振幅的差距小於一低頻振幅預設值且該第一高頻振幅與該第二高頻振幅的差距大於一高頻振幅預設值，該低頻振幅預設值小於或等於1.0微米，該高頻振幅預設值大於或等於3.0微米。
3. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部更包括至少一第一壓電材料層，該至少一第一電極驅動該至少一第一壓電材料層，用以使該外圍部沿該軸向產生該第一低頻振幅及使該中央部沿該軸向產生該第二低頻振幅。
4. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第二彈性部更包括至少一第二壓電材料層，該至少一第二電極驅動該至少一第二壓電材料層，用以使該外圍部沿該軸向產生該第一高頻振幅及用以使該中央部沿該軸向產生該第二高頻振幅。
5. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，更包括一基板，其中該基座設置於該基板上，該基板具有至少一第一固定電極及至少一第二固定電極。
6. 如請求項5所述之具多重振動部的微機電裝置，其中當該至少一第一電極與該至少一第一固定電極產生一靜電力時，該外圍部沿該軸向產生該第一低頻振幅，該中央部沿該軸向產生該第二低頻振幅。
7. 如請求項5所述之具多重振動部的微機電裝置，其中當該至少一第二電極與該至少一第二固定電極產生另一靜電力時，該外圍部沿該軸向產生該第一高頻振幅，該中央部沿該軸向產生該第二高頻振幅。
8. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第二彈性部沿該軸向的剛性相對於該至少一第一彈性部沿該軸向的剛性的一剛性比值大於一預設剛性比值，該預設剛性比值大於或等於3.0。
9. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的長度大於該至少一第二彈性部的長度。
10. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的厚度小於該至少一第二彈性部的厚度。
11. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的寬度小於該至少一第二彈性部的寬度。
12. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的數量小於該至少一第二彈性部的數量。
13. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部更包括一第一外連接部及一第一內 連接部，該至少一第一彈性部環繞該外圍部，該第一外連接部連接該固定部且該第一內連接部連接該外圍部。
14. 如請求項13所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第二彈性部更包括一第二外連接部及一第二內連接部，該至少一第二彈性部環繞該中央部，該第二外連接部連接該外圍部且該第二內連接部連接該中央部。
15. 如請求項13所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部之數量為多個，其中一個的該第一彈性部的該第一外連接部至其中另一個的該第一彈性部的該第一內連接部的最短距離小於其中該一個的該第一彈性部的該第一內連接部至其中該一個的該第一彈性部的該第一外連接部的距離。
16. 如請求項14所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第二彈性部之數量為多個，其中一個的該第二彈性部的該第二外連接部至其中另一個的該第二彈性部的該第二內連接部的最短距離小於其中該一個的該第二彈性部的該第二內連接部至其中該一個的該第二彈性部的該第二外連接部的距離。
17. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該外圍部具有一第一主共振頻率，該中央部具有一第二主共振頻率，該第一主共振頻率小於該第二主共振頻率。
18. 如請求項17所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該第二主共振頻率相對於該第一主共振頻率的頻率比值大於一預設頻率比值，該預設頻率比值為大於或等於2.0。
19. 如請求項17所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該外圍部具有至少一第一副共振頻率，該第一副共振頻率與該第一主共振頻率的差距值小於該第一副共振頻率與該第二主共振頻率的差距值。
20. 如請求項1所述之具多重振動部的微機電裝置，更包括一第一導電線及一第二導電線，該第一導電線設置於該薄膜上且電性連接至該至少一第一電極，該第二導電線設置於該薄膜上且電性連接至該至少一第二電極。
21. 如請求項20所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該薄膜更包括一第一絕緣線、一第二絕緣線、一共通電極層及設置於該共通電極層上的一壓電材料層，該第一絕緣線設置於該第一導電線投影至該共通電極層的位置，該第一絕緣線貫穿該共通電極層以使一部分的該壓電材料層位於該第一導電線及該第一絕緣線之間，該第二絕緣線設置於該第二導電線投影至該共通電極層的位置，該第二導電線貫穿該共通電極層以使一部分的該壓電材料層位於該第二導電線及該第二絕緣線之間。
22. 如請求項21所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該第一導電線設置於該固定部之該壓電材料層上，該第一導電線之寬度小於該至少一第一電極之寬度。
23. 如請求項21所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該第二導電線設置於該至少一第一彈性部之該壓電材料 層上及該外圍部之該壓電材料層上，該第二導電線之寬度小於該至少一第二電極之寬度。
24. 一種具多重振動部的微機電裝置，其包括：一基座；以及一薄膜，包括：一固定部，設置於該基座上；一外圍部；一中央部，該外圍部環繞該中央部；至少一第一彈性部，包括：至少一第一電極；至少一第一壓電材料層，其該至少一第一電極電性連接該至少一第一壓電材料層；一第一外連接部；以及一第一內連接部，其中該至少一第一彈性部環繞該外圍部，該第一外連接部連接該固定部且該第一內連接部連接該外圍部；以及至少一第二彈性部，包括：至少一第二電極；至少一第二壓電材料層，其中該至少一第二電極電性連接該至少一第二壓電材料層；一第二外連接部；以及 一第二內連接部，其中該至少一第二彈性部環繞該中央部，該第二外連接部連接該外圍部且該第二內連接部連接該中央部；其中該至少一第一彈性部沿一軸向的剛性小於該至少一第二彈性部沿該軸向的剛性，該軸向與該基座的一法向量平行。
25. 如請求項24所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的長度大於該至少一第二彈性部的長度。
26. 如請求項24所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的寬度小於該至少一第二彈性部的寬度。
27. 如請求項24所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部的厚度小於該至少一第二彈性部的厚度。
28. 如請求項24所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第一彈性部之數量為多個，其中一個的該第一彈性部的該第一外連接部至其中另一個的該第一彈性部的該第一內連接部的最短距離小於其中該一個的該第一彈性部的該第一內連接部至其中該一個的該第一彈性部的該第一外連接部的距離。
29. 如請求項24所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該至少一第二彈性部之數量為多個，其中一個的該第二彈性部的該第二外連接部至其中另一個的該第二彈性部的該第二 內連接部的最短距離小於其中該一個的該第二彈性部的該第二內連接部至其中該一個的該第二彈性部的該第二外連接部的距離。
30. 如請求項24所述之具多重振動部的微機電裝置，其中該第一外連接部延伸的一方向與該第二外連接部延伸的另一方向相互平行，該第一內連接部延伸的一方向與該第二內連接部延伸的另一方向相互平行。

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