专利名称：一种压电传声器及声电转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及声电转换领域，具体涉及一种压电传声器及声电转换器。
背景技术：
目前的传声器领域，大多采用如图l所示结构的驻极体电容传声器，由外壳13采用巻边工艺，将膜环2、振膜ll、垫片3、背极IO、腔体4、 铜环9、线路板5整合在一起。线路板5内表面贴装电容电阻元件6及阻 抗变换器7，线路板5外表面设有和外部电路连接的输出端8。桶形外壳 13的底部设有入声孔14，外蒙防尘布1。此外，外壳13的底部还设有均 压槽12。此种结构，需要较大的空气共振腔，所以传声器的体积无法做到 很小；而且传声器的灵敏度等电声性能，受到驻极体电荷稳定性与空气共 振腔等声学结构的影响，制约了对性能的提升。压电式传声器利用压电效应进行声电变换，取消了空气共振腔的设计， 大大减小了传声器的体积。但现有压电传声器大多采用压电陶瓷、压电单 晶、聚偏氟乙烯(PVDF)压电聚合物作为换能器，压电陶瓷与压电单晶 多采用铅或含铅化合物。比如锆钛酸铅(PZT)，其化学式为[WZr,^cy， 不符合环保要求。此外，压电陶瓷制作困难，成本较高，不适于大规模的 生产。而聚偏氟乙烯的铁电相只存在于(3相中，材料制备与极化工艺复杂， 价格高昂；且聚偏氟乙烯的压电(133系数低，使得传声器的灵敏度低。此 外还有采用压电陶瓷与聚偏氟乙烯等两相复合而成的复合材料，能够克服 单个材料的缺点，但还是含铅，仍然不符合环保要求。 发明内容本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种符合环保要求且结构 简单的压电传声器本实用新型要解决的另一个技术问题是提供一种符'合环保要求且结 构简单的声电转换器。为了解决上述压电传声器的技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种压电传声器，包括外壳、电路板、多孔聚合物压电片、阻抗变换 器及电容电阻元件；外壳为凹形结构，且底部设有入声孔，外壳开口处与 所述电路板固定，并被电路板封闭；所述阻抗变换器及电容电阻元件贴装 在电路板内侧；电路板外侧设有用于与外界连接的输出端；进行声电转换 的多孔聚合物压电片贴装在电路板内侧，且其下表面和电路板电连接，上 表面通过连接线与电路板电连接。其中，所述多孔聚合物压电片上下表面具有金属层，而中间有若干个 两端带电的气泡。优选的技术方案中，所述多孔聚合物压电片下表面和电路板之间有一 层导电银胶或者锡膏，多孔聚合物压电片通过所述导电银胶或锡膏与电路 板上的敷铜板固定及电连接。进一步的，所述多孔聚合物压电片由至少两层多孔聚合物压电薄膜叠 合而成。更进一步的，所述叠合成多孔聚合物压电片的多孔聚合物压电薄膜包 括聚丙烯压电薄膜或者聚四氟乙烯压电薄膜。再进一步的，还包括设置在所述多孔聚合物压电片和电路板之间的弧 面金属凸台板，多孔聚合物压电片的下表面通过所述弧面金属凸台板与电 路板上的敷铜板保持电连接。为了解决上述声电转换器的技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种声电转换器，包括声电转换单元及固定声电转换单元的固定结构，所述声电转换单元为多孔聚合物压电片，所述固定结构具有彼此绝缘的， 并分别与所述多孔聚合物压电片上下表面可靠电连接的连接面，且其中一个连接面上开有可使得外界声压作用于多孔聚合物压电片一个表面的孔。其中，所述多孔聚合物压电片上下表面具有金属层，而中间有若干个 两端带电的气泡。优选的技术方案中，所述多孔聚合物压电片由至少两层多孔聚合物压电薄膜叠合而成。进一步的，所述固定结构包括用于容纳所述声电转换单元的腔体，以 及与声电转换单元上下表面电接触的金属材质的盖板和底板；且所述盖板 上设有入声孔及与外界电路连接的连接器。本实用新型的压电传声器与现有技术对比的有益效果在于由于采用多孔聚合物压电片作为声电转换器件，不需要采用驻极体电 容式的声电变换结构，使零件数目减少，因而制造工艺简单、成本低廉； 也不需要驻极体电容传声器输入端的铜圈压接式结构，而改为连接线来传输信号，减少了输入端的信号干扰；也不需要驻极体电容式传声器中空气共振腔等声学结构，降低了传声器的整体高度，满足手机等手持移动设备 对传声器几何尺寸的要求。同时，整个声电转换器为一整体膜片，其所能 承受的最大声压级远远大于传统电容式麦克风。此外，多孔聚合物压电片的材料成分，符合环保要求；且由于电荷附 着在多孔聚合物压电片内部的孔上，不容易丢失，电荷稳定性高于电荷附 着于驻极体膜的表面，所以力电和声电性能稳定。多孔聚合物压电薄膜能达到非常高的压电系数，而且其厚度可以做到 很小，易于满足手持移动设备对几何尺寸的要求；此外原料的来源广泛， 材料成本低；加工制备较压电陶瓷或者铁电单晶材料容易许多，加工成本 也低。采用多层多孔聚合物压电薄膜叠在一起后切割成一定规格的复合多孔 聚合物压电片，其灵敏度高，电容量与共振频率可根据需要设计。采用多层聚四氟乙烯压电薄膜或者聚丙烯压电薄膜叠合后切割制成的 复合多孔聚合物压电片，具有更高温度下的电荷稳定性。线路板和多孔聚合物压电片之间的弧面金属凸台板，使贴敷于其上的 多孔聚合物压电片形成圆弧状结构，在传声器受声压作用时，多孔聚合物 压电片的形变增强，输出电压增强，使得传声器灵敏度增强。本实用新型的声电转换器与现有技术对比的有益效果在于:由于采用多孔聚合物压电片作为声电转换单元，其材料成分符合环保要求；由于其电荷附着在多孔聚合物压电片内部的孔上，不容易丢失，电 荷稳定性高于电荷附着于驻极体膜的表面，所以其力电和声电性能稳定； 由于其压电系数很高，厚度可以做到很小，易于满足手持移动设备对几何 尺寸的要求；此外，其原料来源广泛，材料成本与加工制备均较压电陶瓷 或者铁电单晶材料容易许多。采用多孔聚合物薄膜叠在一起后制成的复合多孔聚合物压电片，灵敏 度很高，其电容量与共振频率可根据需要设计。采用多层聚四氟乙烯或者 聚丙烯压电复合膜制成的复合多孔聚合物压电片，具有更高温度下的电荷 稳定桂。
图1是现有驻极体电容式传声器的结构示意图； 图2是本实用新型具体实施方式
的压电传声器的结构示意图； 图3是本实用新型具体实施方式
声电转换器应用示意的俯视图； 图4是本实用新型具体实施方式
声电转换器应用示意的主视图； 图5是本实用新型具体实施方式
声电转换器的解体结构示意图。
具体实施方式
如图2所示的压电传声器，包括线路板15、输出端16、弧面金属凸台 板17、多孔聚合物压电片18、连接线19、阻抗变换器20、电容电阻元件 21、外壳22以及入声孔23。其中线路板15的外侧设有多个与外部电路连接的输出端16。线路板 15的内侧使用导电银胶粘接，或压接或焊线的方法，固定有弧面金属凸台 板17;再在弧面金属凸台板17的上表面使用导电银胶粘接，或压接或焊 线的方法，固定有用于进行声电转换的多孔聚合物压电片18，并且保持多 孔聚合物压电片18的下表面通过所述弧面金属凸台板17保持与电路板15 上相应部位处敷铜板的电连接。弧面金属凸台板17,使贴于其上的多孔聚 合物压电片18形成圆弧状结构，在传声器受声压作用时，多孔聚合物压电 片18的形变增强，多孔聚合物压电片18的输出电压增强，从而达到提升 传声器灵敏度的目的。多孔聚合物压电片18的上表面通过连接线19与线 路板15连接，作为信号输入端。线路板15的上表面根据具体需要，还贴电阻元件21，用于对从连接线19输入的电信号 进行处理，处理后的信号通过所述输出端16输出给外部电路。 一凹形外壳 22，罩在电路板15的上，使其与电路板15的上表面之间形成一个空腔， 以保护位于空腔中的多孔聚合物压电片18、连接线19、阻抗变换器20及 电容电阻元件21等。在外壳22顶部，对应多孔聚合物压电片18的位置设 置有入声孔23，以方便声波进入传声器，并作用于多孔聚合物压电片18。外壳22可以是金属或塑胶材料制成，其与电路板15之间的固定方式 可以是粘接、焊接。采用金属材质外壳封装的压电传声器具有良好的质量 稳定性、抗冲击性和电磁屏蔽性能。制成的压电传声器可以通过SMT工 艺，直接与客户端连接。其中，多孔聚合物压电片18的制造方法简述如下采用聚丙烯(PP) 或聚四氟乙烯(PTFE)或其它聚合物薄膜，在高温高压的条件下迅速失压， 则膨化形成多孔聚合物薄膜；然后在得到的多孔聚合物薄膜的上下两面蒸 镀导电金属层；再采用电晕充电或电子束充电的方法，使多孔聚,合物薄膜 内部的气泡发生电击穿，从而使气泡两端带电形成类似于偶极分子那样的 电荷泡；最后将得到的多孔聚合物薄膜切割成合适的形状和大小，即形成 本实用新型中的多孔聚合物压电片18。也可用n层(n》2)多孔聚合物薄膜叠在一起后切割，制成复合多孔 聚合物压电片1S，则其每层膜片的电学特性串联联结，其灵敏度为单层的 多孔聚合物压电片18的n倍，其电容量与共振频率为单层的多孔聚合物压 电片18的1/n倍。采用多层聚四氟乙烯或者聚丙烯压电复合膜制成的多层 多孔聚合物压电片18，具有更高温度下的电荷稳定性。压电传声器的核心部件实际上就是声电转换器，故压电传声器的结构 可根据客户端的要求，作多种更改；甚至可以仅提供声电转换器，而阻抗 变换器与电容电阻元件可由客户端，如手机的主板等自行贴装，以进一步 减小体积、增强应用的灵活性。图3所示即为本实用新型具体实施方式
提 供的声电转换器应用示意的俯视图。图中客户端电路板24上设有声电转换 器30，还贴装有客户端元器件25、阻抗变换器26和电容电阻元件27。其 中声电转换器30的通过连接器28与客户端电路板24电连接。如图4所示， 声电转换器30的底面通过导电银胶或者锡膏与客户端电路板24电连接并固定。图5所示为声电转换器30的一种具体实施方式
的解体结构示意图，由上而下依次为盖板34、多孔聚合物压电片33、腔体32、导柱35及底板 31。其中，盖板34为金属材料，具有良好的导电性，其作用除了配合腔体 32形成容纳并固定多孔聚合物压电片33的空腔之外，还包括将多孔聚合 物压电片33上表面的电荷作为输入信号，通过其上贴装的连接器28传输 至客户端电路板24。连接器28可根据客户的需要，设计为接线端子、FPCB等形式。腔体 32为软性聚合物材料，具有一定的弹性形变能力。底板31也为金属材质， 除了与腔体32及盖板共同形成一个容纳并固定多孔聚合物压电片33的空 腔之外，还起着将多孔聚合物压电片33的下表面与客户端电路板24电连 接的作用。底板31的四角设置有导柱35，导柱35由非导电性工程塑料制 成的，起连接固定作用。盖板34、多孔聚合物压电片33、腔体32及底板 31由导柱35定位、连接，可再使用胶水进一步固定；当然也可由外部夹 具定位及固定，或者用胶水直接粘接固定。当然，本声电转换器中的多孔 聚合物压电片33也可以由两层及两层以上的多孔聚合物压电薄膜叠合后 切割制成，优选的是采用多层聚四氟乙烯或者聚丙烯压电薄膜叠合后切割 制成。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细 说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新 型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种压电传声器，包括外壳、电路板、阻抗变换器及电容电阻元件，所述外壳为凹形结构，其底部设有入声孔，其开口处与所述电路板固定并被电路板封闭，所述阻抗变换器及电容电阻元件贴装在电路板内侧，所述电路板外侧设有用于与外界连接的输出端，其特征在于，还包括贴装在电路板内侧，进行声电转换的多孔聚合物压电片；所述多孔聚合物压电片下表面与电路板电连接，上表面通过连接线与电路板电连接。
2. 如权利要求l所述的压电传声器，其特征在于，所述多孔聚 合物压电片上下表面是金属表面，而中间有若干两端带电的孔。
3. 如权利要求2所述的压电传声器，其特征在于，所述多孔聚 合物压电片下表面与电路板之间还有一层起固定及电连接作用的导电 银胶或锡膏。
4. 如权利要求2所述的压电传声器，其特征在于，所述多孔聚 合物压电片由至少两层的多孔聚合物压电薄膜叠合而成。
5. 如权利要求4所述的压电传声器，其特征在于，所述叠合成 多孔聚合物压电片的多孔聚合物压电薄膜为聚丙烯压电薄膜或者聚四 氟乙烯压电薄膜。
6. 如权利要求1至5之中任意一项所述的压电传声器，其特征 在于，还包括设置在所述多孔聚合物压电片和电路板之间的弧面金属 凸台板。
7. —种声电转换器，包括声电转换单元及固定声电转换单元的 固定结构，其特征在于，所述声电转换单元为多孔聚合物压电片，所 述固定结构具有彼此绝缘的，并分别与所述多孔聚合物压电片上下表 面电连接的连接面，且其中一个连接面上开有可使得外界声压作用于 多孔聚合物压电片表面的入声孔。
8. 如权利要求7所述的声电转换器，其特征在于，所述多孔聚 合物压电片上下表面是金属表面，而中间有若干两端带电的孔。
9. 如权利要求7所述的压电传声器，其特征在于，所述多孔聚 2合物压电片由两层及以上的多孔聚合物压电薄膜叠合而成。
10.如权利要求7至9之中任意一项所述的声电转换器，其特征 在于，所述固定结构包括用于容纳所述声电转换单元的腔体，以及与声电转换单元上下表面电接触的金属材质的盖板和底板；且所述盖板 上设有入声孔及与外界电路连接的连接器。
专利摘要本实用新型公告了一种压电传声器，其采用贴装在电路板内侧的多孔聚合物压电片进行声电转换，多孔聚合物压电片下表面与电路板电连接，上表面通过连接线与电路板电连接。本实用新型还公告了一种声电转换器，包括声电转换单元及固定声电转换单元的固定结构，所述声电转换单元为多孔聚合物压电片，所述固定结构具有彼此绝缘的，并分别与所述多孔聚合物压电片上下表面电连接的连接面，且其中一个连接面上开有入声孔。采用本实用新型技术方案的压电传声器和声电转换器，结构简单，因而制造成本低；尺寸小而力电和声电性能稳定；材料符合环保要求，且来源广泛，材料成本低。
文档编号H04R17/02GK201114759SQ20072017183
公开日2008年9月10日 申请日期2007年9月17日 优先权日2007年9月17日
发明者吴宗汉, 欧阳小禾 申请人:深圳市豪恩电声科技有限公司