專利名稱：壓電聲學(xué)組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的為壓電聲學(xué)組件，諸如壓電蜂鳴器和壓電耳機(jī)。
一般來說，在電子器件、家用電子產(chǎn)品、便攜式電話、壓電耳機(jī)和其他類似產(chǎn)品中，壓電聲學(xué)組件被廣泛的應(yīng)用于可以產(chǎn)生報(bào)警聲和運(yùn)行聲音的壓電蜂鳴器和壓電耳機(jī)。
該種壓電聲學(xué)組件在第7-107593號日本未審查專利公告和第7-203590號日本未審查專利公告中有所報(bào)道。壓電聲學(xué)組件中含有一個(gè)單一形態(tài)的震動(dòng)膜，它包括了圓形壓電片和安置在圓形壓電片的電極上的圓形金屬片。震動(dòng)膜的圓形金屬片的圓周部分支撐在一個(gè)圓形箱體中，圓形箱體的開口處用蓋子密封。
然而，使用這種圓形震動(dòng)膜存在生產(chǎn)效率很低和聲波轉(zhuǎn)換效率低的問題，同時(shí)也很難減小壓電聲學(xué)組件的尺寸。
生產(chǎn)效率低的問題將在下文中說明。
在含有圓形震動(dòng)膜的壓電聲學(xué)組件的制造過程中，如

圖1所示，用沖孔模41沖壓制成的待加工薄片40可用以制造圓形壓電片42。接著，圓形金屬片43排列在每個(gè)圓形壓電片42一側(cè)的電極上。然后，在圓形壓電片42兩側(cè)的電極上施加高電壓直流電場，并使圓形壓電片42極化，從而得到震動(dòng)膜44。震動(dòng)膜44存放在箱體45中，導(dǎo)線46和47伸出箱體45外，它們分別連接在另一個(gè)表面電極和壓電片42的金屬片43上。
然而，如上文所提到的，在用待加工薄片40沖壓制作圓形壓電片42時(shí)，沖壓邊角料增加，原料的利用率很低。此外，由于電極的制造過程、極化過程和其他步驟必須在沖壓過程以后逐個(gè)進(jìn)行，因此造成生產(chǎn)效率很低。而且，為了確定每個(gè)元件設(shè)計(jì)所需要的尺寸，制作待加工薄片的沖壓模41必須根據(jù)元件尺寸制造。因此，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很低而制造費(fèi)用很高。
聲波轉(zhuǎn)換效率低的問題將在下文中說明。
如圖2A所示，由于震動(dòng)膜44的圓周部分支撐在箱體45中，最大位移點(diǎn)P只能在震動(dòng)膜44的中心位置。因此，位移量很小，聲波轉(zhuǎn)換效率低。那就是說存在每單位輸入能的聲壓相對較低的缺點(diǎn)。
而且由于震動(dòng)膜的圓周部分受到約束，造成頻率較高。當(dāng)在制造低頻的壓電震動(dòng)膜時(shí)存在半徑增加、尺寸較大的缺點(diǎn)。
為了克服以上提到的問題，本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供了一個(gè)具有較高生產(chǎn)效率、優(yōu)良的聲波轉(zhuǎn)換效率和較小尺寸的壓電聲學(xué)元件。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例所提供的壓電聲學(xué)元件包括一個(gè)帶有大致矩形壓電片的震動(dòng)膜(該壓電片具有前后兩個(gè)表面)、壓電片前表面安置有一個(gè)的電極、一個(gè)直接地或通過矩形壓電片后表面的電極粘接在矩形壓電片后表面的大致矩形金屬片、一個(gè)帶有一面頂壁和四面從頂壁伸出的側(cè)壁的絕緣帽、一對用于在內(nèi)側(cè)壁支撐震動(dòng)膜的支撐組件和一個(gè)帶有第一電極和第二電極的平板型基座。震動(dòng)膜安置在絕緣帽內(nèi)，其四個(gè)周邊中的兩個(gè)周邊相對并用一對支撐組件固定，用彈性封口材料將四個(gè)周邊中的另兩邊與絕緣帽之間的空隙密封，這樣在絕緣帽的頂壁和震動(dòng)膜之間形成了一個(gè)聲學(xué)空間。絕緣帽四面?zhèn)缺谒纬傻拈_口處與母板粘合，金屬片用電氣連接法連接在第一電極上，大致矩形壓電片的前表面上的電極與第二電極用電氣連接法連接。
由于壓電片為大致矩形，即使采用沖壓待加工薄片制造壓電片，沖壓待加工薄片產(chǎn)生的邊角料得以減少，同時(shí)原料的利用率大大提高。
而且，由于電極的制造過程、極化過程和其他步驟可以在母板上進(jìn)行制作而不是在單個(gè)元件上進(jìn)行，生產(chǎn)效率較高。
由于所需要的壓電片的大小可以在母板上切割獲得，所以可以不必象以前的技術(shù)中所需的那樣為單個(gè)待加工薄片的沖壓準(zhǔn)備沖壓模。
換句話說，與以前的技術(shù)相比，大大減少了沖壓待加工薄片和切割母板的步驟，而且大大減少了模具、夾具的數(shù)量和壓電體的類型，從而提高了成產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，震動(dòng)膜四個(gè)周邊中的兩邊相對放置，固定在一對支撐組件上，用彈性封口材料將四個(gè)周邊中的另兩邊與絕緣帽之間的空隙密封。當(dāng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的頻率信號輸入金屬片與壓電片前表面上的電極之間時(shí)，壓電片擴(kuò)張，震動(dòng)膜在縱向發(fā)生彎曲變形。在這種情況下，震動(dòng)膜發(fā)生震動(dòng)致使在它通過支撐元件固定于絕緣帽上的兩端上產(chǎn)生兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖2B所示，最大位移點(diǎn)P出現(xiàn)在震動(dòng)膜縱向的整個(gè)中心線上。
那就是說，與傳統(tǒng)的圓形震動(dòng)膜相比，位移量很大。由于該位移量是推動(dòng)空氣的動(dòng)力，聲波轉(zhuǎn)換效率得到大大提高。
根據(jù)以上對壓電聲學(xué)組件的介紹，最好用彈性封口材料將震動(dòng)膜的四個(gè)周邊中的另兩邊與絕緣帽之間的空隙密封。由于彈性封口材料具有彈性，震動(dòng)膜的震動(dòng)不會(huì)受到干擾，聲壓也不會(huì)降低。
由于震動(dòng)膜的兩邊受到固定，兩邊緣中間的部分可以自由移動(dòng)，與傳統(tǒng)的圓形震動(dòng)膜相比，本組件可獲得較低的頻率。而且在所需頻率相同的條件下，可減小組件的尺寸。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，粘合劑在其硬化條件下具有較高的楊氏彈性模量，并能牢牢約速住震動(dòng)膜的邊緣部分。
此外，彈性封口材料在硬化條件下應(yīng)具有較低的楊氏彈性模量，它對震動(dòng)膜的約束作用應(yīng)微弱到足以使震動(dòng)膜發(fā)生震動(dòng)。由于某些彈性封口材料在粘合震動(dòng)膜和絕緣帽時(shí)仍存在一定的粘接強(qiáng)度，因此可以用來代替粘合劑。
根據(jù)以上對壓電聲學(xué)組件的介紹，裝有震動(dòng)膜的絕緣帽與平板型的母板粘合，金屬片用電氣連接法連接在第一電極上，安置在矩形壓電片的前表面的電極與第二電極用電氣連接法連接。這樣就完成了壓電聲學(xué)組件的制作。此外，壓電聲學(xué)組件還可以通過將第一和第二電極延伸出母板的反面，以表面安裝型組件的形式進(jìn)行制造。
壓電片可以通過以下方法較好地安置在金屬片上壓電片與金屬片各自的長邊互相排齊，它們各自的一條短邊也互相對齊，這樣，金屬片的另一短邊通過支撐元件固定在絕緣帽上，壓電片則安置在金屬片上。金屬片的另一條短邊形成了一個(gè)裸露區(qū)域并用絕緣帽的支撐元件將震動(dòng)膜固定，因而使金屬片與絕緣帽的頂壁相對放置。
由于可將震動(dòng)膜用絕緣帽的支撐元件固定，所以可使壓電片與絕緣帽的頂壁相對放置。但在這種情況下，就很難將壓電片前表面的電極與母板的第二電極連接起來。另一方面，當(dāng)震動(dòng)膜固定在絕緣帽的支撐壁上，使金屬片與絕緣帽的頂壁相對放置時(shí)，會(huì)造成壓電片前表面的電極與母板相反。結(jié)果，就很容易將壓電片前表面上的電極與基片的第二電極相連接。而且，由于震動(dòng)膜一邊周圍的金屬片裸露部分是裸露在外的，這就使金屬片與母板的第一電極很容易連接起來。
通過導(dǎo)電膠合劑可以將金屬片與第一電極更好的連接起來，矩形壓電片的前表面上的電極與第二電極也可通過導(dǎo)電膠合劑更好的連接起來。在這種情況下，母板與絕緣帽的粘合工藝、金屬片與第一電極的電氣連接工藝以及壓電片前表面的電極與第二電極的電氣連接工藝可以同時(shí)進(jìn)行。這樣，與傳統(tǒng)工藝相比，連接工藝變得相當(dāng)簡單，而且所需要的時(shí)間更省。
彈性封口材料是一種絕緣材料，它可以更好的用在震動(dòng)膜的四邊上。很明顯，由于金屬片和壓電片前表面上的電極相互位置很近，當(dāng)用導(dǎo)電膠合劑連接壓電片前表面上的電極和第二電極時(shí)，它們很容易發(fā)生短路。如果彈性封口材料預(yù)先用于金屬片四周，就可以避免這種短路。此外，通過密封震動(dòng)膜的四周可以防止空氣泄漏，從而大大提高聲壓的特性。
可以利用震動(dòng)膜與絕緣帽僅通過彈性封口材料(不使用膠合劑)連接的方法以及用彈性封口材料代替膠合劑固定震動(dòng)膜的兩邊的方法，將彈性封口材料使用在震動(dòng)膜的四邊上。當(dāng)單使用膠合劑無法防止空氣泄漏時(shí)，用彈性封口材料代替膠合劑固定震動(dòng)膜的兩邊的方法較為有利。
本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例所提供的壓電聲學(xué)組件主要包括一個(gè)帶有大致矩形的壓電片的震動(dòng)膜(該壓電片帶有前后表面)，前表面上安置有一個(gè)電極，一個(gè)直接地或通過大致矩形的壓電片后表面的電極粘接在矩形壓電片后表面的大致矩形金屬片，一個(gè)帶有一面頂壁和四面從頂壁上伸出的側(cè)壁的絕緣帽，在相對的兩面?zhèn)缺谏嫌幸粚τ糜谥握饎?dòng)膜的支撐元件和一個(gè)帶有第一電極和第二電極的平板型基座。震動(dòng)膜安置在絕緣帽內(nèi)，其相對的兩邊用一對支撐組件固定，用彈性封口材料將另兩邊與絕緣帽之間的空隙密封，在絕緣帽的頂壁和震動(dòng)膜之間形成了一個(gè)聲學(xué)空間。絕緣帽四面?zhèn)缺谒纬傻拈_口處與母板粘合。金屬片用電氣連接法連接在第一電極上，大致矩形壓電片的前表面上的電極與第二電極用電氣連接法連接。
與前面所描述的較佳實(shí)施例相同，以上所描述的壓電聲學(xué)組件同樣克服了傳統(tǒng)裝置與方法所存在的問題。
在這種壓電聲學(xué)組件中，帶有震動(dòng)膜的絕緣箱的開口用塞子密封。此外，用電氣連接法將金屬片與第一電極連接起來，對大致矩形的壓電片前表面上的電極與第二電極也進(jìn)行電氣連接。另外，壓電聲學(xué)組件還可以通過將第一和第二電極延伸出母板的反面，以表面安裝型組件的形式進(jìn)行制造。
在這種壓電聲學(xué)組件中，至少有一個(gè)電極用作為外接頭，這個(gè)電極含有絕緣箱的表面所提供的電極膜、并從支撐元件伸展到絕緣箱的底面。另一種可能的情況為，至少有一個(gè)用于外部連接的電極可能是固定在絕緣箱上的、從支撐元件伸展到絕緣箱的底面的金屬接線端。在這種情況下，金屬接線端可以通過粘合、卷曲、嵌入或其它適當(dāng)?shù)姆椒ü潭ㄔ诮^緣箱上。
壓電片可以通過以下方法較好地安置在金屬片上壓電片與金屬片各自的長邊互相排齊，它們各自的一條短邊也互相對齊。這樣，金屬片的另一短邊通過支撐元件固定在絕緣箱上，壓電片則安置在金屬片上。金屬片的另一條短邊形成了一個(gè)裸露區(qū)域并用絕緣箱的支撐元件將震動(dòng)膜固定，因而使金屬片與絕緣帽的地板相對放置。此外，更好的做法是將裸露區(qū)域與第一電極連接，并通過導(dǎo)電膠合劑用電氣連接法較好的將大致矩形的壓電片前表面上的電極與第二電極連接起來。
由于可將震動(dòng)膜用絕緣箱的支撐元件固定，所以可使壓電片與絕緣箱的底板相對放置。但是，在這種情況下，由于壓電片前表面上的電極并不暴露在上表面，造成壓電片前表面上的電極與母板上的第二電極難以連接。
另一方面，當(dāng)震動(dòng)膜用絕緣箱的支撐元件固定，使金屬片與絕緣箱的底板部分相對時(shí)，壓電片前表面上的電極暴露在上表面上，因此，壓電片前表面上的電極能較容易地與母板上的第二電極連接。此外，由于震動(dòng)膜另一邊周圍的金屬片裸露部分是裸露在外的，這就使金屬片與母板的第一電極很容易連接起來。
很明顯，金屬片與母板上的第一電極的連接工藝和震動(dòng)膜與絕緣箱中的支撐元件的固定工藝可以同時(shí)進(jìn)行。那就是說，當(dāng)震動(dòng)膜裸露區(qū)域的末端與支撐元件進(jìn)行固定時(shí)，可以使用導(dǎo)電膠合劑。
彈性封口材料最好包括一種絕緣材料，并用在震動(dòng)膜的四邊上。很明顯，由于金屬片和壓電片前表面上的電極相互位置很近，當(dāng)用導(dǎo)電膠合劑連接壓電片前表面上的電極和第二電極時(shí)，它們很容易發(fā)生短路。如果彈性封口材料預(yù)先用于金屬片四周，就可以避免這種短路。此外，通過密封震動(dòng)膜的四周可以防止空氣泄漏，從而大大提高聲壓的特性。
可以利用震動(dòng)膜與絕緣帽僅通過彈性封口材料(不使用膠合劑)連接的方法以及用彈性封口材料代替膠合劑固定震動(dòng)膜的兩邊的方法，將彈性封口材料使用在震動(dòng)膜的四邊上。當(dāng)單使用膠合劑無法防止空氣泄漏時(shí)，用彈性封口材料代替膠合劑固定震動(dòng)膜的兩邊的方法較為有利。
本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)將通過以下對本發(fā)明中相應(yīng)圖紙的描述進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
圖1A、1B和1C是用以前的技術(shù)制造壓電蜂鳴器的工藝圖。
圖2A和2B是位移分布的比較圖。
圖3中的圖表比較了圓形震動(dòng)膜和矩形震動(dòng)膜間相互關(guān)系。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作的第一個(gè)壓電聲學(xué)蜂鳴器的透視圖。
圖5為圖4在X-X方向上的剖視圖。
圖6為圖4在Y-Y方向上的剖視圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作的震動(dòng)膜的透視圖。
圖8為根據(jù)較佳實(shí)施例制作的第二個(gè)壓電聲學(xué)蜂鳴器的分解視圖，圖中從背面顯示的絕緣帽和震動(dòng)膜。
圖9為圖8在完成狀態(tài)下從背面顯示的絕緣帽和震動(dòng)膜的透視圖。
圖10是根據(jù)第二較佳實(shí)施例的概圖。
圖11為根據(jù)較佳實(shí)施例制作的第三個(gè)壓電聲學(xué)蜂鳴器透視圖。
圖12為根據(jù)較佳實(shí)施例制作的第四個(gè)壓電聲學(xué)蜂鳴器透視圖。
圖13為圖12在X-X方向上的剖視圖。
圖14為圖12在Y-Y方向上的剖視圖。
圖15為圖12所示的壓電聲學(xué)蜂鳴器的分解視圖。
圖16為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作的震動(dòng)膜的透視圖。
圖17為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作的第五個(gè)壓電聲學(xué)組件的分解視圖。
圖18為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作的第六個(gè)壓電聲學(xué)組件的透視圖。
圖19為圖18所示的壓電聲學(xué)組件的分解視圖。
圖20為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作的第七個(gè)壓電聲學(xué)組件的透視圖。
圖21為圖20所示的壓電聲學(xué)組件的分解視圖。
圖22為圖20所示的壓電聲學(xué)組件的絕緣箱的剖視圖。
圖23為圖20所示的壓電聲學(xué)組件的絕緣箱后視圖。
圖3中的圖表比較了圓形震動(dòng)膜和矩形震動(dòng)膜間相互關(guān)系。由圖3所示，與圓形震動(dòng)膜相比，矩形震動(dòng)膜的尺寸(長度，直徑)可以做得更小。在尺寸相同的條件下，矩形震動(dòng)膜具有較低的諧振頻率。通過比較可見，壓電片是由厚度約為50微米的PZT材料制成的，金屬片是由厚度約為50微米的鎳42制成的。此外，矩形震動(dòng)膜的長寬比約為1.67。
圖4-7顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)壓電聲學(xué)組件的較佳實(shí)施例制作的壓電蜂鳴器。
該壓電蜂鳴器主要包括單一形式的震動(dòng)膜1，絕緣帽4和母板10。
如圖7所示，震動(dòng)膜1主要包括大致矩形的壓電片2和大致矩形的金屬片3。電極2a和2b為薄膜或厚膜，它們分別位于壓電片2的前后表面上，并在厚度方向上對壓電片2進(jìn)行極化。大致矩形的金屬片3的寬度與壓電片2相同，其長度比壓電片2略長一些。
當(dāng)通過導(dǎo)電膠合劑或其它適當(dāng)?shù)倪B接材料將金屬片3和壓電片2的后表面連接起來時(shí)，背面的電極2b可以忽略。
在本較佳實(shí)施例中，通過以下方法將壓電片2安置在金屬片3上它們各自的長邊相互對齊，各自的一條短邊相互對齊。那就是說，壓電片2是通過依靠在金屬片3的一條短邊上從而安置在金屬片3上的。因此，在金屬片3的另一條短邊上存在一個(gè)裸露區(qū)域3a。
壓電片2可以用壓電陶瓷材料如PZT制造，金屬片3用具有較高的傳導(dǎo)率和較高的彈性的材料制造，更確切的說，是用與壓電片2有相近的楊氏彈性模量的材料制造的，如磷銅絲布、鎳42。此外，若采用鎳42制造金屬片3，由于鎳42的熱膨脹系數(shù)與陶瓷(PZT材料)相似，因而可以獲得較高的可靠性。
以上所提到的震動(dòng)膜1可以通過以下工藝制造首先，用沖壓模將陶瓷的待加工薄片沖壓成大致矩形的母板。
接著，通過導(dǎo)電膠合劑或其它適當(dāng)?shù)倪B接材料將母板與金屬片的母片粘合。
然后，用切塊機(jī)或其它適當(dāng)?shù)那懈罟ぞ哐豖和Y方向?qū)⑾嗷フ澈显谝黄鸬哪赴迮c金屬母片切割成大致矩形。這樣，震動(dòng)膜就做好了。
這樣，使用大致矩形的金屬片3和大致矩形的壓電片2可以大大提高材料的利用率和產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，而且可以大大降低安裝成本。
前面所提到的震動(dòng)膜1安置在絕緣帽4的內(nèi)部，其短邊被固定。
絕緣帽4主要由如陶瓷或樹脂等絕緣材料制成，其形狀為盒子狀，帶有一面頂壁4a和四面?zhèn)缺?b。
用于支撐震動(dòng)膜1兩端的一對支撐元件4c被分別安裝在絕緣帽4四面?zhèn)缺?b中相向的兩面?zhèn)缺诘膬?nèi)側(cè)上。
由于高聲壓所允許的諧振頻率較低，因此，為獲得較高的聲壓，支撐元件4c的尺寸應(yīng)盡可能做的小。
若用樹脂制造絕緣帽4，那么可以采用耐熱性的樹脂，如LCP(液態(tài)晶體聚合物)、SPS(間規(guī)聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)或環(huán)氧樹脂。
在頂壁4a的中心位置附近設(shè)有聲音發(fā)射孔4d。絕緣帽4開口端的兩面?zhèn)缺?b的邊緣有一對槽口。此外，絕緣帽4開口端的另一面?zhèn)缺?b上設(shè)有消聲孔4f。
如圖5所示，震動(dòng)膜1設(shè)置在絕緣帽4內(nèi)，因而使金屬片3與頂壁4a相對。震動(dòng)膜1的一對短邊分別安置在一對支撐元件上，并用膠合劑固定。膠合劑5所使用的為常見的絕緣膠合劑，如環(huán)氧樹脂類、氨基甲酸乙酯類和聚硅酮類。
根據(jù)以上所述，在震動(dòng)膜1的兩條長邊和絕緣帽4之間有細(xì)微的間隙，該間隙可以用彈性封口材料6，如硅橡膠進(jìn)行密封。因此，在震動(dòng)膜1與絕緣帽4的頂壁之間存在一個(gè)聲學(xué)空間7。
根據(jù)以上所述的方法將震動(dòng)膜1固定在絕緣帽4上之后，絕緣帽4與母板10粘合。母板10由絕緣材料如陶瓷或樹脂制成，大致成矩形平板狀。當(dāng)使用的材料為樹脂時(shí)，可使用耐熱性的樹脂，如LCP，SPS，PPS或環(huán)氧樹脂(包括環(huán)氧玻璃)。
在母板10的兩條短邊上各有電極13和14。電極13和14通過通孔槽11和12從前表面延伸到后表面，它們將用于外部連接。
在金屬片3的裸露區(qū)域3a上的槽口4e上涂有導(dǎo)電性涂膠15。在表面電極12a上的另一槽口4e上涂有導(dǎo)電性涂膠16。
如圖6所示，絕緣帽4的開口邊與母板10用絕緣膠合劑19粘合。絕緣膠合劑19可以涂在絕緣帽4的開口邊或母板10上絕緣帽要粘合的位置。
在這種情況下，通過導(dǎo)電性涂膠15，金屬片3的裸露區(qū)域3a與母板10的電極13進(jìn)行電氣連接。通過導(dǎo)電性涂膠16，表面電極12a與母板10的電極14進(jìn)行電氣連接。
根據(jù)以上描述，通過對導(dǎo)電性涂膠15、16以及絕緣性膠合劑進(jìn)行加熱硬化或自然硬化可以制成表面安裝型的壓電聲學(xué)組件。
當(dāng)在電極13和14之間加入預(yù)先確定的頻率信號(AC信號或方波信號)就可以產(chǎn)生預(yù)定的蜂鳴聲。這是因?yàn)檎饎?dòng)膜1的一對短邊分別固定在絕緣帽4的一對支撐元件4c上，由于使用了彈性封口材料6，使震動(dòng)膜1的長邊可以保持自由移動(dòng)狀態(tài)。因此，以震動(dòng)膜1的短邊為支點(diǎn)，震動(dòng)膜1發(fā)生縱向彎曲模式的震動(dòng)。
蜂鳴聲可以通過絕緣帽4上的聲音發(fā)射孔4d傳遞出來。
在以上所描述的較佳實(shí)施例中，震動(dòng)膜1被固定，從而使震動(dòng)膜1上的金屬片3能與絕緣帽4的頂壁4a相對。換句話說，震動(dòng)膜1被固定，從而使金屬片3上的裸露區(qū)域3a與母板10上的表面電極12a相對。因此，可以比料容易的用導(dǎo)電性涂膠15和16將裸露區(qū)域3a與電極13以及表面電極12a與電極14連接起來。
在以上所描述的較佳實(shí)施例中，通過膠合劑5將震動(dòng)膜1的一對短邊分別固定在支撐一對元件4c上，并通過彈性封口材料6將震動(dòng)膜1的一對長邊密封起來。然而，也可以使用彈性封口材料6將震動(dòng)膜1的一對短邊固定在絕緣帽4的一對支撐元件4c上。
首先，當(dāng)用導(dǎo)電膠合劑16和18連接壓電片2上的表面電極2a與母板10上的電極14時(shí)，導(dǎo)電膠合劑16可能粘著在金屬片3上并造成金屬片3短路。因此，可以將彈性封口材料6涂抹在金屬片3的外圍，形成絕緣膜以防止短路。其次，可以通過用彈性封口材料6將震動(dòng)膜1四周完全封閉以防止震動(dòng)膜1的前后側(cè)之間發(fā)生空氣泄漏。
圖8～10顯示的是第二個(gè)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在這個(gè)較佳實(shí)施例中，震動(dòng)膜1安置在絕緣帽4中，其四邊用彈性封口材料6密封。在這種情況下，震動(dòng)膜1的短邊與支撐元件4c之間的固定使用的是彈性封口材料6，而不是膠合劑5。因此，與第一個(gè)較佳實(shí)施例相比，震動(dòng)膜1短邊處的約束作用較弱，并且震動(dòng)膜1的位移量有所增加。因此，聲壓可以大大提高。
此外，在這個(gè)較佳實(shí)施例中，震動(dòng)膜1的短邊上使用的是導(dǎo)電性涂膠15和16，與導(dǎo)電性涂膠15和16相對應(yīng)，母板上的電極13和14分別使用的是同類型的導(dǎo)電性涂膠17和18。因此，在絕緣帽4與母板10進(jìn)行粘接時(shí)，震動(dòng)膜1與母板10上的電極13和14之間能實(shí)現(xiàn)可靠的電氣連接。此外，不必在導(dǎo)電性涂膠15和16硬化以前將絕緣帽4固定在母板10上，而可以先將導(dǎo)電性涂膠15和16涂抹在震動(dòng)膜1上并使其硬化，然后將絕緣帽4與母板10粘合。
圖11顯示的是第三個(gè)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，在這個(gè)較佳實(shí)施例中，壓電聲學(xué)組件被制成接線型組件的形式。
在這個(gè)較佳實(shí)施例中，母板10在長度方向延長，形成延長區(qū)10a。電極13和14從絕緣帽4的粘接區(qū)延長到外面，從而裸露在延長區(qū)10a上。通過焊接或其它連接工藝將引線端子20和21分別與電極13和14連接起來。
在這種情況下，震動(dòng)膜1和絕緣帽4與圖4～10顯示的完全相同。只要改變母板10和電極13、14的形狀，就能容易的得到接線型壓電聲學(xué)組件。此外，由于不能采用回流焊接的安裝工藝，絕緣帽4和母板10可使用耐熱性低的材料。
在以上所描述的第一、第二和第三最佳實(shí)施例中，帶有震動(dòng)膜1的絕緣帽4粘接在單塊母板上。然而，還可以通過隔墻或其它分隔結(jié)構(gòu)在絕緣帽4內(nèi)形成多個(gè)空間，并在這些空間內(nèi)分別安裝多個(gè)具有不同諧振頻率的震動(dòng)膜1，然后將多個(gè)震動(dòng)膜1和絕緣帽4粘合在一塊母板10上。在這種情況下，如果在母板10上與每一塊震動(dòng)膜1對應(yīng)有一個(gè)電極，這些電極分別與震動(dòng)膜1對應(yīng)連接，那么每一塊震動(dòng)膜1就可以發(fā)出一種聲音。
此外，金屬片和壓電片的形狀并不限制在大致矩形，也可以呈大致方形。
在以上所描述的第一、第二和第三最佳實(shí)施例中，最好使用單形態(tài)的震動(dòng)膜，在這種震動(dòng)膜上，壓電片安置在金屬片的一端。但也可以使用雙壓電晶片型的震動(dòng)膜，在這種震動(dòng)膜上，金屬片的兩端上裝有一對壓電片。
而且，金屬片與第一電極的連接以及壓電片的另一表面電極與第二電極的連接最好使用導(dǎo)電膠合劑(導(dǎo)電性涂膠)。但也可以使用其它方法(焊接、導(dǎo)線等)進(jìn)行連接。
除壓電蜂鳴器以外，本發(fā)明還可以用于壓電耳機(jī)、壓電話筒、壓電發(fā)聲設(shè)備、振鈴器或類似設(shè)備上。
圖12-15顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)壓電聲學(xué)組件的較佳實(shí)施例制作的壓電蜂鳴器。
該壓電蜂鳴器包括單形態(tài)震動(dòng)膜101，絕緣帽104和母板110。
如圖16所示，震動(dòng)膜101主要包括大致矩形的壓電片102和大致矩形的金屬片103。電極102a和102b由薄膜或厚膜制成，它們分別安裝在壓電片102的前后表面上，壓電片102沿厚度方向進(jìn)行極化。大致矩形的金屬片103的制作如下其寬度尺寸與壓電片102相同，長度尺寸比壓電片102略長。
當(dāng)利用導(dǎo)電膠合劑或其它適當(dāng)?shù)恼澈喜牧蠈⒔饘倨?03直接與壓電片102的后表面連接起來時(shí)，可以忽略反面電極102b。
在這個(gè)較佳實(shí)施例中，將壓電片102安置在金屬片103上的方法如下他們各自的長邊互相對齊，各自的一條短邊互相對齊。那就是說，壓電片102通過依靠在金屬片103的一條短邊上的方法被安置在金屬片103上。因此，在金屬片103的另一條短邊周圍形成一個(gè)裸露區(qū)域。
壓電片102可以用壓電陶瓷材料如PZT制作。金屬片103應(yīng)使用具有高傳導(dǎo)率和高彈性的材料制造，更確切的說是使用具有與壓電片相近的楊氏彈性模量的材料制造，如磷銅絲布和鎳42。而且，由于鎳42的熱膨脹系數(shù)與陶瓷材料(PZT材料)相近，若用鎳42制造金屬片103將具有較高的可靠性。
以上所提到的震動(dòng)膜101可以用以下工藝制造首先，用沖壓模將陶瓷的待加工薄片沖壓成大致矩形的母板，電極的制作與極化都在該母板上進(jìn)行。
接著，通過導(dǎo)電膠合劑或其它適當(dāng)?shù)倪B接材料將母板與金屬片的母片粘合。
然后，用切塊機(jī)或其它適當(dāng)?shù)那懈罟ぞ哐豖和Y方向?qū)⑾嗷フ澈显谝黄鸬哪赴迮c金屬母片切割成大致矩形。
這樣，使用大致矩形的金屬片103和大致矩形的壓電片102可以大大提高材料的利用率和產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，而且可以大大降低安裝成本。
以上所提到的震動(dòng)膜101安置在絕緣箱104的內(nèi)部，其短邊被固定。
絕緣箱104主要由如陶瓷或樹脂等絕緣材料制成，其形狀為大致矩形的盒子狀，帶有一面頂壁104a和四面?zhèn)缺?04b。
用于支撐震動(dòng)膜101兩端的一對支撐元件104d被分別安裝在絕緣箱104四面?zhèn)缺?04b中相向的兩面?zhèn)缺诘膬?nèi)側(cè)上。
由于高聲壓所允許的諧振頻率較低，因此，為獲得較高的聲壓，支撐元件104d的尺寸應(yīng)盡可能做的小。
若用樹脂制造絕緣箱104，那么最好采用耐熱性的樹脂，如LCP(液態(tài)晶體聚合物)、SPS(間規(guī)聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)或環(huán)氧樹脂。
在帶有支撐元件104d的側(cè)壁104b的內(nèi)側(cè)有一對凹槽104e。通過側(cè)壁104b的上面和外表面，導(dǎo)電膜107和108從凹槽104e內(nèi)延伸到側(cè)壁104b的底面。此外，在較長的側(cè)壁104c和底面104a的交界線的中心附近設(shè)有消聲孔104f。
如圖13所示，震動(dòng)膜101安置在絕緣箱104內(nèi)，從而使金屬片103與底面104a相對。震動(dòng)膜101的兩條短邊分別安置在一對支撐元件104d上，并用膠合劑105固定。膠合劑105所使用的為常見的絕緣膠合劑，如環(huán)氧樹脂類、氨基甲酸乙酯類和聚硅酮類。
根據(jù)以上所述，在震動(dòng)膜101的兩條長邊和絕緣箱104之間有細(xì)微的間隙，該間隙可以用彈性封口材料106如硅橡膠進(jìn)行密封。
根據(jù)以上所述的方法將震動(dòng)膜101與絕緣箱104連接以后，在震動(dòng)膜101的短邊和凹槽104e之間涂抹導(dǎo)電性涂膠109，金屬片103的裸露區(qū)域103a與導(dǎo)電膜107進(jìn)行電氣連接，并且將壓電片前表面上的電極102a與導(dǎo)電膜108進(jìn)行電氣連接。
在用以上所屬的方法將震動(dòng)膜101與絕緣箱104固定以后，將帶有聲音發(fā)射孔110的塞子粘合到絕緣箱104上。塞子110呈大致矩形平板狀，用絕緣材料如陶瓷或樹脂制造。當(dāng)使用的材料為樹脂時(shí)，可使用于絕緣箱104相同的耐熱性樹脂，如LCP，SPS，PPS或環(huán)氧樹脂(包括環(huán)氧玻璃)。通過塞子110與絕緣箱104粘合，在塞子110和震動(dòng)膜101之間形成一個(gè)聲學(xué)空間，從而制成表面安裝型的壓電聲學(xué)組件。
當(dāng)在絕緣箱104上的電極107和108之間加入預(yù)先確定的頻率信號(AC信號或方波信號)就可以產(chǎn)生預(yù)定的蜂鳴聲。這是因?yàn)檎饎?dòng)膜101的一對短邊分別固定在絕緣箱104的支撐元件104d上，由于使用了彈性封口材料106，使震動(dòng)膜101的長邊可以保持自由移動(dòng)狀態(tài)。因此，以震動(dòng)膜101的短邊為支點(diǎn)，震動(dòng)膜101發(fā)生縱向彎曲模式的震動(dòng)。
蜂鳴聲可以通過塞子110上的聲音發(fā)射孔111傳遞到組件外。
在以上所描述的較佳實(shí)施例中，震動(dòng)膜101被固定，從而使震動(dòng)膜101上的金屬片103能與絕緣箱104的底面104a相對，同時(shí)可以使壓電片102與絕緣箱104的底面相對。其結(jié)果是使壓電片102上的電極102a和金屬片103上的裸露區(qū)域103a與頂壁相對。因此，可以比較容易的用導(dǎo)電性涂膠109將裸露區(qū)域103a與電極107以及電極112a與電極108連接起來。
在以上所描述的較佳實(shí)施例中，通過膠合劑105將震動(dòng)膜101的短邊分別固定在絕緣箱4的支撐元件104d上，并通過彈性封口材料106將震動(dòng)膜101的長邊密封起來。而且，也可以使用彈性封口材料106將震動(dòng)膜1的短邊固定在絕緣帽104的支撐元件104d上。首先，當(dāng)用導(dǎo)電膠合劑109連接壓電片102上的電極102a與電極108時(shí)，導(dǎo)電膠合劑109可能黏著在金屬片103上并造成金屬片103短路。因此，可以將彈性封口材料106涂抹在金屬片103的外圍，形成絕緣膜以防止短路。其次，可以通過用彈性封口材料106將震動(dòng)膜101四周完全封閉以防止震動(dòng)膜101的前后側(cè)之間發(fā)生空氣泄漏。
圖17顯示的是第五個(gè)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在這個(gè)較佳實(shí)施例中，震動(dòng)膜101安置在絕緣箱104中，其四邊用彈性封口材料106粘接密封。在這種情況下，震動(dòng)膜101的短邊與支撐元件104d之間的固定使用的是彈性封口材料106，而不是膠合劑105。因此，與第四個(gè)較佳實(shí)施例相比，震動(dòng)膜101短邊處的約束作用較弱，并且震動(dòng)膜101的位移量有所增加。因此，聲壓可以大大提高。為避免重復(fù)描述，在此采用與第四個(gè)較佳實(shí)施例相似的標(biāo)號表示相同的元件。
圖18和19為第六個(gè)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在這個(gè)較佳實(shí)施例中，絕緣箱104上的電極有金屬接線柱組成。為避免重復(fù)描述，在此采用與第四個(gè)較佳實(shí)施例相似的標(biāo)號表示相同的元件。
將金屬接線柱120和121彎曲呈U型，放置在由絕緣箱104中較短的側(cè)壁104b上的凹槽104g內(nèi)。金屬接線柱可以通過膠合、焊接、彎曲或其它適當(dāng)?shù)姆椒ü潭ā＝饘俳泳€柱120和121的一端延伸到側(cè)壁104b的內(nèi)側(cè)，另一端延伸到絕緣箱104的表面。在金屬片103的裸露區(qū)域103a與金屬接線柱120以及電極102a與金屬接線柱121之間涂抹導(dǎo)電性涂膠109，然后分別進(jìn)行電氣連接。
圖20～23為第七個(gè)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在這個(gè)較佳實(shí)施例中，絕緣箱104上的電極是插入式接線柱。為避免重復(fù)描述，在此采用與第四個(gè)較佳實(shí)施例相似的標(biāo)號表示相同的元件。
插入式接線柱130和131的一端130a和131a裸露在較短的側(cè)壁104b上，它們的另一端130b和131b都延伸到絕緣箱104的底面。接線柱的130b和131b上的130c和131c端沿寬度方向延伸到絕緣箱104較長的側(cè)壁104c。此外，在金屬片103上的裸露區(qū)域103a與插入式接線柱130以及壓電片102的電極102a與插入式接線柱131之間涂抹導(dǎo)電性涂膠109，進(jìn)行電氣連接。
在以上所描述的第五、第六和第七較佳實(shí)施例中，展示了固定有一片震動(dòng)膜101的絕緣箱104。然而，還可以通過隔墻或其它分隔結(jié)構(gòu)在絕緣箱104內(nèi)形成多個(gè)空間，并在這些空間內(nèi)分別安裝多個(gè)具有不同諧振頻率的震動(dòng)膜101。在這種情況下，與每一塊震動(dòng)膜101相對應(yīng)電極分別與震動(dòng)膜101對應(yīng)連接，那么每一塊震動(dòng)膜101就可以發(fā)出一種聲音。
此外，金屬片和壓電片的形狀并不限制在大致矩形，也可以呈大致方形。
在以上所描述的第五、第六和第七較佳實(shí)施例中，最好使用單形態(tài)的震動(dòng)膜，在這種震動(dòng)膜上，壓電片安置在金屬片的一端。但也可以使用雙壓電晶片型的震動(dòng)膜，在這種震動(dòng)膜上，金屬片的兩端上裝有一對壓電片。
而且，金屬片與第一電極的連接以及壓電片的另一表面電極與第二電極的連接最好使用導(dǎo)電膠合劑(導(dǎo)電性涂膠)。但也可以使用其它方法(焊接、導(dǎo)線等)進(jìn)行連接。
除壓電蜂鳴器以外，本發(fā)明還可以用于壓電耳機(jī)、壓電話筒、壓電發(fā)聲設(shè)備、振鈴器或類似設(shè)備上。
以上通過參考較佳實(shí)施例，對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的展示和描述，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的條件下，在其形式和細(xì)節(jié)上可以進(jìn)行背棄和變化。
權(quán)利要求
1.壓電聲學(xué)組件，其特征在于包括帶有矩形壓電片的震動(dòng)膜，壓電片具有前后兩個(gè)表面，一個(gè)安置在壓電片前表面的電極，一個(gè)直接地或通過壓電片后表面的電極粘接在大致矩形壓電片后表面的金屬片；帶有一面頂壁和四面從頂壁伸出的側(cè)壁的絕緣帽和一對用于在相對的一對側(cè)壁內(nèi)支撐震動(dòng)膜的支撐組件；帶有第一電極和第二電極的平板型母板；在這個(gè)母板上，震動(dòng)膜安置在絕緣帽內(nèi)，其相對應(yīng)的兩邊用一對支撐組件固定，其四邊中的另兩邊與絕緣帽之間存在一個(gè)空隙并將其密封，在絕緣帽的頂壁和震動(dòng)膜之間存在一個(gè)聲學(xué)空間，絕緣帽四面?zhèn)缺谒纬傻拈_口處與母板粘合，金屬片用電氣連接法連接在第一電極上，壓電片的前表面上的電極與第二電極用電氣連接法連接。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，壓電片可以通過以下方法安置在金屬片上壓電片與金屬片各自的長邊互相排齊，它們各自的一條短邊也互相對齊，這樣，金屬片的另一短邊通過支撐元件固定在絕緣帽上，壓電片則安置在金屬片上；金屬片的另一條短邊附近存在一個(gè)裸露區(qū)域；并且，用絕緣箱的支撐元件將震動(dòng)膜固定，因而使金屬片與絕緣帽的頂壁相對放置。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，將金屬片與第一電極以及壓電片前表面上的電極于第二電極通過導(dǎo)電膠合劑連接。
4.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，還包括用于將震動(dòng)膜的另兩邊與絕緣帽之間的空隙密封起來的彈性封口材料。
5.如權(quán)利要求4所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，彈性封口材料為絕緣材料，并使用于震動(dòng)膜的四周。
6.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，壓電片呈大致矩形。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，金屬片呈大致矩形。
8.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，還包括用于震動(dòng)膜的兩邊與支撐元件固定用的膠合劑或彈性封口材料。
9.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，震動(dòng)膜是一種單形態(tài)型或雙壓電晶片型。
10.如權(quán)利要求1所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，壓電聲學(xué)組件為壓電蜂鳴器、壓電耳機(jī)、壓電話筒、壓電發(fā)聲設(shè)備或振鈴器中的一種。
11.一種壓電聲學(xué)元件，其特征在于包含一個(gè)帶有壓電片的震動(dòng)膜，壓電片具有前后兩個(gè)表面，一個(gè)安置在壓電片前表面的電極，一個(gè)直接地或通過壓電片后表面的電極粘接在大致矩形壓電片后表面的金屬片；一個(gè)帶有一面頂壁和四面從頂壁伸出的側(cè)壁的絕緣帽和一對用于在相對的一對側(cè)壁內(nèi)支撐震動(dòng)膜的支撐組件；一個(gè)帶有聲音發(fā)射孔的塞子；在這個(gè)塞子上，震動(dòng)膜安置在絕緣帽內(nèi)，其相對應(yīng)的兩邊用一對支撐組件固定，其四邊中的另兩邊與絕緣帽之間存在一個(gè)空隙并將其密封，金屬片用電氣連接法連接在第一電極上，壓電片的前表面上的電極與第二電極用電氣連接法連接，絕緣箱的開口端與塞子粘合。
12.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，至少存在一種電極含有絕緣箱的表面所提供的電極膜，并且從支撐元件伸展到絕緣箱的底面。
13.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，至少存在一種電極含有固定與絕緣型的金屬接線端，并且從支撐元件伸展到絕緣箱的底面。
14.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，壓電片可以通過以下方法安置在金屬片上壓電片與金屬片各自的長邊互相排齊，它們各自的一條短邊也互相對齊，這樣，金屬片的另一短邊通過支撐元件固定在絕緣帽上，壓電片則安置在金屬片上；金屬片的另一條短邊附近存在一個(gè)裸露區(qū)域；并且，用絕緣箱的支撐元件將震動(dòng)膜固定，因而使金屬片與絕緣帽的頂壁相對放置。
15.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，將金屬片與第一電極以及壓電片前表面上的電極于第二電極通過導(dǎo)電膠合劑連接。
16.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，還包括用于將震動(dòng)膜的另兩邊與絕緣帽之間的空隙密封起來的彈性封口材料。
17.如權(quán)利要求16所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，彈性封口材料為絕緣材料，并使用于震動(dòng)膜的四周。
18.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，壓電片呈大致矩形。
19.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，金屬片呈大致矩形。
20.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，還包括用于震動(dòng)膜的兩邊與支撐元件固定用的膠合劑或彈性封口材料。
21.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，震動(dòng)膜是一種單形態(tài)型或雙壓電晶片型。
22.如權(quán)利要求11所述的壓電聲學(xué)組件，其特征在于，壓電聲學(xué)組件為壓電蜂鳴器、壓電耳機(jī)、壓電話筒、壓電發(fā)聲設(shè)備或振鈴器中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓電聲學(xué)組件,包括:帶有大致矩形壓電片的震動(dòng)膜,壓電片具有前后兩個(gè)表面,一個(gè)安置在壓電片前表面的電極,一個(gè)直接地或通過大致矩形壓電片后表面的電極粘接在大致矩形壓電片后表面的大致矩形金屬片,一個(gè)帶有一面頂壁和四面從頂壁伸出的側(cè)壁的絕緣帽,一對用于在相對的一對側(cè)壁內(nèi)支撐震動(dòng)膜的支撐組件,一個(gè)帶有第一電極和第二電極的平板型母板。震動(dòng)膜安置在絕緣帽內(nèi),其相對應(yīng)的兩邊用一對支撐組件固定。震動(dòng)膜的另兩邊與絕緣帽之間存在一個(gè)空隙并用彈性封口材料將其密封。在絕緣帽的頂壁和震動(dòng)膜之間存在一個(gè)聲學(xué)空間。絕緣帽四面?zhèn)缺谒纬傻拈_口處與母板粘合,金屬片用電氣連接法連接在第一電極上,壓電片的前表面上的電極與第二電極用電氣連接法連接。
文檔編號G10K9/122GK1264104SQ0010236
公開日2000年8月23日 申請日期2000年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月19日
發(fā)明者竹島哲夫, 岸本健嗣, 大代宗幸, 野村昭博, 藤野雅幸 申請人:株式會(huì)社村田制作所