專利名稱：壓電電聲變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電電聲變換器，如壓電發(fā)聲器、壓電接收器和壓電揚(yáng)聲器等。
背景技術(shù)：
用于發(fā)出報警聲音或操作聲音的壓電電聲變換器已被廣泛地用在電子設(shè)備、消費(fèi)產(chǎn)品和蜂窩電話中，如作為壓電發(fā)聲器或壓電接收器。已經(jīng)提出過包含矩形振動膜片的壓電電聲變換器，以實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率、更高的電聲轉(zhuǎn)換效率和尺寸縮減。
對于較低的頻率，目前已經(jīng)采用了厚度在幾十到幾百微米數(shù)量級的超薄振動膜片。支撐振動膜片的結(jié)構(gòu)對這種薄振動膜片的頻率特性具有極大的影響。
例如，如果以熱固性導(dǎo)電粘合劑使振動膜片直接與固定于外殼上的接線端相連，則由于導(dǎo)電粘合劑的固化和收縮所引起的應(yīng)力使振動膜片拉緊。這種拉緊會導(dǎo)致振動膜片的頻率特性的變化。而且，由于固化的導(dǎo)電粘合劑具有相對較高的楊氏模量，所以固化的導(dǎo)電粘合劑對振動膜片的振動造成不利的影響，或者相反地會因振動膜片的振動，而使導(dǎo)電粘合劑產(chǎn)生破裂。
專利文獻(xiàn)1提出一種壓電電聲變換器，它包括壓電振動膜片；外殼，它的內(nèi)部具有支架，用以在其兩側(cè)或四周支撐壓電振動膜片的底面；接線端，具有暴露在支架附近的內(nèi)連接部分；第一彈性粘合劑，涂敷在壓電振動膜片的四周與接線端的內(nèi)連接部分之間，以便將壓電振動膜片固定到外殼上；導(dǎo)電粘合劑，涂敷在壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分之間，位于第一彈性粘合劑的頂面上，以便使壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分電連接；以及第二彈性粘合劑，用于密封壓電振動膜片的四周與外殼的內(nèi)部之間的間隙。例如，所使用的第一彈性粘合劑是氨基甲酸酯粘合劑。所使用的第二彈性粘合劑是楊氏模量比第一彈性粘合劑的楊氏模量小的材料，如有機(jī)硅粘合劑。
在這種情況下，比如，所述第一彈性粘合劑的彈性防止因?qū)щ娬澈蟿┑墓袒褪湛s所引起的應(yīng)力而導(dǎo)致振動膜片的頻率特性的變化，以及固化的彈性粘合劑的破裂。但是，支架可能會約束壓電振動膜片，并阻礙其彎曲振動，因為支架在兩側(cè)或四周支撐壓電振動膜片。
專利文獻(xiàn)2公開一種壓電電聲變換器，它包括壓電振動膜片；外殼，具有在四個角支撐壓電振動膜片的底面的支架；第一彈性粘合劑，涂敷在壓電振動膜片與支架附近的接線端之間；以及導(dǎo)電粘合劑，涂敷在第一彈性粘合劑上，以便將壓電振動膜片與接線端電連接。
在這種情況下，支架具有較小的支撐面積，因為其僅支撐壓電振動膜片的角。這種電聲變換器可以產(chǎn)生更高的聲壓，而不會約束振動膜片。
因此，具有用于在其角部支撐壓電振動膜片的支架的壓電電聲變換器可以產(chǎn)生更高的聲壓。對于進(jìn)一步的尺寸縮減和更高的聲壓而言，需要更小的振動膜片支撐面積，而對于更低的頻率，需要更小的振動膜片厚度。但是，更薄的振動膜片更容易彎曲，而如果支撐面積較小，例如，下落沖擊可能會引起振動膜片的較大彎曲。振動膜片較大的彎曲在導(dǎo)電粘合劑附近引起較大的振動幅度，而過度的應(yīng)力相應(yīng)地作用于導(dǎo)電粘合劑。過度的應(yīng)力可能會不利地引起導(dǎo)電粘合劑的破裂，因此降低了產(chǎn)品的連接可靠性。
圖14示出現(xiàn)有技術(shù)中用于支撐壓電振動膜片的支架的截面圖。
在圖14(a)中，支架32支撐振動膜片30的角部。彈性粘合劑34涂敷在振動膜片30與插入在外殼33中的接線端33之間。例如，所使用的彈性粘合劑34是氨基甲酸酯粘合劑。導(dǎo)電粘合劑35涂敷在彈性粘合劑34上，以使振動膜片30的電極與接線端33電連接。
在這種支架結(jié)構(gòu)中，例如，如果下落沖擊對振動膜片30加給向下的加速度G，則振動膜片30以支架32作為支點向下彎曲，如圖14(b)所示。于是，向下彎曲對導(dǎo)電粘合劑35施加張應(yīng)力，并引起破裂35。
專利文獻(xiàn)3公開了一種壓電發(fā)聲器，包括單片晶片(unimorph)壓電振動膜片和具有從其底面開始延伸的防彎曲柱的外殼。例如，如果下落沖擊施加了超過振動膜片的彎曲強(qiáng)度的外力，防彎曲柱限制壓電振動膜片的彎曲。但是，防彎曲柱傾向于防止壓電振動膜片自身的破裂以及陶瓷片與金屬片之間的分層，并未考慮上述導(dǎo)電粘合劑的破裂。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利申請公開No.2003-9286專利文獻(xiàn)2日本未審專利申請公開No.2003-23696專利文獻(xiàn)3日本未審實用新型注冊申請公開No.7-16500發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種壓電電聲變換器，能夠避免由于如下落沖擊等而引起的壓電振動膜片過度彎曲，以防止導(dǎo)電粘合劑的破裂。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方案，提出一種壓電電聲變換器，它包括矩形壓電振動膜片，跨過它的電極向它提供周期信號，從而沿厚度方向彎曲和振動；外殼，它的內(nèi)部具有支架，用于支撐壓電振動膜片的底面的四個角；固定在外殼上的接線端，每個接線端均具有暴露在支架附近的內(nèi)連接部分；第一彈性粘合劑，涂敷在壓電振動膜片的四周與接線端的內(nèi)連接部分之間，用于將壓電振動膜片緊固在外殼上；導(dǎo)電粘合劑，涂敷在壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分之間，位于第一彈性粘合劑的頂面上，用于使壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分電連接；第二彈性粘合劑，填充并密封壓電振動膜片的四周與外殼的內(nèi)部之間的間隙；以及防過振幅(overamplitude)接收器，位于外殼上，用于將壓電振動膜片的振動幅度限制在預(yù)定的范圍。防過振幅接收器定位于比支架更靠近壓電振動膜片的中心。第二彈性粘合劑填充壓電振動膜片的底面與防過振幅接收器的頂面之間的間隙。
將支架設(shè)置在外殼的內(nèi)部，以支撐并保持壓電振動膜片底面的四角，而不過度地約束振動膜片。由于支架僅支撐壓電振動膜片的角部，壓電振動膜片可以較為容易發(fā)生位移，以產(chǎn)生更高的聲壓。但是，下落沖擊能夠使壓電振動膜片產(chǎn)生較大的彎曲，并因而使連接壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分的導(dǎo)電粘合劑破裂。
在本發(fā)明中，將防過振幅接收器設(shè)置成比支架更靠近壓電振動膜片的中心，以將壓電振動膜片的振動幅度限制在預(yù)定的范圍。此外，第二彈性粘合劑填充壓電振動膜片的底面與防過振幅接收器的頂面之間的間隙，以便在振動膜片彎曲時，對壓電振動膜片的底面進(jìn)行軟支撐。由此，第二彈性粘合劑能夠消除對壓電振動膜片的沖擊，解決比如破裂等問題。
按照第二種方案，所述壓電振動膜片的底面與防過振幅接收器的頂面之間的距離優(yōu)選為0.01到0.2mm。
如果距離超過0.2mm，則電聲變換器不能防止壓電振動膜片的過振幅振動，于是，必然會使導(dǎo)電粘合劑更容易破裂。如果距離在0.01mm以下，則第二彈性粘合劑在壓電振動膜片與防過振幅接收器之間具有較小的厚度。結(jié)果，防過振幅接收器傾向于阻礙壓電振動膜片的位移，從而減小聲壓。
按照第三種方案，最好使第一彈性粘合劑固化后具有500×106Pa或更小的楊氏模量，以及使第二彈性粘合劑固化后具有30×106Pa或更小的楊氏模量。
也就是說，第一和第二彈性粘合劑固化后具有不致對振動膜片的位移造成嚴(yán)重影響的楊氏模量。如果第一和第二彈性粘合劑固化后分別具有500×106Pa或更小和30×106Pa或更小的楊氏模量，則振動膜片的位移至少是其最大位移的90％。因此，第一和第二彈性粘合劑不會對振動膜片的位移造成嚴(yán)重影響。
將第二彈性粘合劑的楊氏模量限制為較窄的可接受范圍，因為壓電振動膜片的動作更容易受到第二彈性粘合劑的楊氏模量的影響。將第二彈性粘合劑涂敷在壓電振動膜片的四周，而將第一彈性粘合劑局部地涂敷在壓電振動膜片上，即僅在其角部周圍。
按照第四種方案，所用的第一彈性粘合劑可以是氨基甲酸酯粘合劑，而所用的第二彈性粘合劑可以是有機(jī)硅粘合劑。
由于固化后的楊氏模量較低以及成本也較低，有機(jī)硅粘合劑被廣泛地用作粘合劑。但是，這些粘合劑可以產(chǎn)生硅氧烷氣體，而且在通過加熱而固化時，會在比如連接部等處沉積涂層。在涂敷導(dǎo)電粘合劑時，此涂層引起了嚴(yán)重的問題，如粘結(jié)失敗和連接失敗等。因此，僅在涂敷并固化導(dǎo)電粘合劑之后，材使用有機(jī)硅粘合劑。與此相反，氨基甲酸酯粘合劑避免了與使用有機(jī)硅粘合劑有關(guān)的問題。
因此，將氨基甲酸酯粘合劑用作第一彈性粘合劑，將壓電振動膜片緊固到外殼上，并形成位于用于將壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分電連接的導(dǎo)電粘合劑下方的層。另一方面，將有機(jī)硅粘合劑用作第二彈性粘合劑，密封壓電振動膜片的四周。因此，壓電電聲變換器可以實現(xiàn)優(yōu)越的振動特性，而不會引起粘結(jié)失敗或連接失敗。
按照本發(fā)明的第一方案，通過上面的描述可知，將支架設(shè)置在外殼的內(nèi)部，以支撐并保持壓電振動膜片底面的四角，從而產(chǎn)生較高的聲壓。即使比如下落沖擊等較大地彎曲壓電振動膜片，設(shè)置在外殼上的防過振幅接收器將支撐壓電振動膜片，以防止到底粘合劑的破裂。
另外，第二彈性粘合劑填充壓電振動膜片的底面與防過振幅接收器的頂面之間的間隙。在振動膜片彎曲時，第二彈性粘合劑對壓電振動膜片的底面進(jìn)行軟支撐，從而不會對壓電振動膜片造成沖擊。


圖1是本發(fā)明第一實施例壓電電聲變換器的分解透視圖；圖2是圖1所示壓電電聲變換器中使用的壓電振動膜片的分解透視圖；圖3是壓電振動膜片的截面圖；圖4是圖1所示的壓電電聲變換器所使用的外殼的平面圖；圖5是沿圖4中V-V線所取的截面圖；圖6是沿圖4中VI-VI線所取的截面圖；圖7是圖4中的外殼保持振動膜片(涂敷第二彈性粘合劑之前)的平面圖；圖8是圖4所示外殼角部的放大透視圖；圖9是沿圖7中IX-IX線所取的放大截面圖；圖10是沿圖7中X-X線所取的放大截面圖；圖11示出沿圖7中XI-XI線所取的截面圖以及表示下落沖擊動作的截面圖；圖12是表示防過振幅接收器和壓電振動膜片之間距離D4與4kHz下的聲壓之間關(guān)系的曲線圖；圖13是表示防過振幅接收器和壓電振動膜片之間的距離D4與下落沖擊測試中的缺陷率之間的關(guān)系曲線圖；圖14示出公知結(jié)構(gòu)中壓電振動膜片與接線端之間連接部分的截面圖。
參考數(shù)字1壓電振動膜片2金屬片4壓電元件6外電極9b引線電極10外殼10a底壁10f支架10p防過振幅接收器11和12接線端13第一彈性粘合劑14導(dǎo)電粘合劑15第二彈性粘合劑具體實施方式
下面將描述本發(fā)明的實施例。
第一實施例圖1示出作為本發(fā)明表面安裝壓電電聲變換器示例的壓電發(fā)聲器。
這種壓電發(fā)聲器主要包括壓電振動膜片1、殼體10和蓋20。殼體10和蓋20構(gòu)成外殼。
參考圖2和3，本實施例中的壓電振動膜片1包括實質(zhì)上為正方形的金屬片2、形成于金屬片2表面上的絕緣層3a，以及粘結(jié)并固定到絕緣層3a上的實質(zhì)為正方形的壓電元件4。壓電元件4小于金屬片2。金屬片2優(yōu)選地由具有彈簧彈性的材料形成，如磷青銅和42Ni合金等。絕緣層3a可以由樹脂(如聚酰亞胺和環(huán)氧樹脂)涂層或通過氧化形成氧化物膜形成。
壓電元件4包括兩個壓電陶瓷層4a和4b、設(shè)置在其間的內(nèi)電極5、實質(zhì)上設(shè)置在壓電元件4的整個頂面上的外電極6，以及實質(zhì)上設(shè)置在壓電元件4的整個底面上的另一外電極7。通過共同烘烤其間設(shè)置有內(nèi)電極5的生料片，形成兩個壓電陶瓷層4a和4b。對這些壓電陶瓷層4a和4b沿厚度方向進(jìn)行相反的極化，如圖3中的箭頭P所示。內(nèi)電極5的一側(cè)暴露在壓電元件4的端面上，而內(nèi)電極5的相對側(cè)與壓電元件4的相對表面分離預(yù)定的距離。壓電元件4的外電極6和7通過側(cè)電極8相連，而內(nèi)電極5通過另一側(cè)電極9a與頂部引線電極9b和底部引線電極9c相連。引線電極9b和9c是沿著壓電元件4的一側(cè)形成并且與外電極6和7電隔離的小電極。側(cè)電極8的長度等于壓電元件4的一邊，而另一側(cè)電極9a的長度對應(yīng)于引線電極9b和9c。盡管可以省略底部引線電極9c，可將引線電極9b和9c分別形成于壓電元件4的頂面和底面上，用以消除本實施例中壓電元件4的方向性。此外，引線電極9b和9c的長度可以等于壓電元件4的一邊。利用比如環(huán)氧樹脂粘合劑等粘合劑3b(參見圖2)，將壓電元件4的底面與絕緣層3a的頂面的中心粘結(jié)在一起。金屬片2大于壓電元件4，具有延伸到壓電元件4的外部并被絕緣層3a連續(xù)覆蓋的延伸部分2a。
參考圖4到10，由樹脂形成殼體10，它的形狀為具有底壁10a和四個側(cè)壁10b到10e的矩形盒狀。殼體10的尺寸為9mm×9mm×2mm。所用的樹脂優(yōu)選的是阻熱樹脂，比如液晶聚合物(LCP)、間同立構(gòu)聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫(PPS)及環(huán)氧樹脂等。通過插入并模制，將接線端11和12插入殼體10中。這些接線端11和12分別具有雙叉狀內(nèi)連接部分11a和12a。內(nèi)連接部分11a和12a分別暴露在四個側(cè)壁10b到10e中的兩個相對的側(cè)壁10b和10d的內(nèi)部。接線端11和12還分別具有暴露在殼體10的外部的外連接部分11b和12b。外連接部分11b和12b分別沿著10b和10d的外表面彎向殼體10的底面(參見圖6)。
在殼體10的四角內(nèi)部形成支架10f，用以在其角部支撐振動膜片1的底面。把各支架10f布置得比接線端11和12的內(nèi)連接部分11a和12a的暴露表面低一級。當(dāng)把振動膜片1放置在支架10f上時，振動膜片1的頂面基本上與接線端11和12的內(nèi)連接部分11a和12a的頂面一樣高，或略低于內(nèi)連接部分11a和12a的頂面。
在接線端11和12的內(nèi)連接部分11a和12a的內(nèi)部靠近支架10f的位置形成氨基甲酸酯容納臺階10g。使這些氨基甲酸酯容納臺階10g定位于比支架10f低的高度，用以限定氨基甲酸酯容納臺階10g與振動膜片1的底面之間的預(yù)定間隙D1。氨基甲酸酯容納臺階10g與振動膜片1的底面(支架10f的頂面)之間的間隙D1的高度使得能夠通過粘合劑的表面張力防止第一彈性粘合劑13(后面有述)流出。如果以6到10Pa·s的粘滯度涂敷第一彈性粘合劑13，則所述間隙D1優(yōu)選為大約0.1到0.2mm。在本實施例中，間隙D1為0.15mm。
殼體10的底壁10a四周設(shè)有凹槽10h，用以填充第二彈性粘合劑15(后面有述)。在各凹槽10h的內(nèi)部，設(shè)置比各支架10f低的防流壁10i，用以防止第二彈性粘合劑15流到底壁10a上。防流壁10i與振動膜片1的底面(支架10f的頂面)之間的間隙D2具有能夠通過其表面張力防止第二彈性粘合劑15流出的數(shù)值。如果以0.5到2.0Pa·s的粘滯度涂敷第二彈性粘合劑15，則間隙D2優(yōu)選為大約0.15到0.25mm。在本實施例中，間隙D2為0.20mm。
按照本實施例，將各凹槽10h的底面置于比底壁10a的頂面高的高度處。凹槽10h較淺，能夠以相對較少量的第二彈性粘合劑15完全填充，因而粘合劑15能夠快速地擴(kuò)散到整個凹槽10h中。具體地說，最好將從凹槽10h的底面到振動膜片1的底面(支架10f的頂面)之間的高度D3調(diào)整為0.30mm。盡管可以將凹槽10h和壁10i設(shè)置在底壁10a的整個四周，但將凹槽10h和壁10i設(shè)置在底壁10a四周除氨基甲酸酯容納臺階10g外的其他區(qū)域中，以便連續(xù)延伸通過氨基甲酸酯容納臺階10g的內(nèi)部。
凹槽10h具有與支架10f和氨基甲酸酯容納臺階10g接觸的寬端部(在四個角)。這些較寬部分可以保持過量的粘合劑15，以防止其溢出到振動膜片1的頂部。
將兩個防過振幅接收器10p設(shè)置得比支架10f更為靠近壓電振動膜片1的中心，以便將振動膜片1的振動幅度限制在預(yù)定范圍。將這些防過振幅接收器10p定位于殼體10的底壁10a靠近引線電極9b的角部及其對角線角部，從而自底壁10a一體地突出。在本實施例中，接收器10p鄰近壁10i的內(nèi)周。優(yōu)選地是將接收器10p定位于涂敷導(dǎo)電粘合劑14的區(qū)域下面。接收器10p不必覆蓋涂敷導(dǎo)電粘合劑14的全部區(qū)域，可以設(shè)置在緊鄰面向振動膜片1的中心的區(qū)域端部的下方。確定振動膜片1的底面與防過振幅接收器10p的頂面之間的距離D4，從而使振動膜片1在正常操作中不會與接收器10p相接觸。
如果所用的壓電振動膜片1包含尺寸為7.6mm×7.6mm×0.03mm的金屬片2和尺寸為6.8mm×6.0mm×0.04mm的壓電元件4，而且在其四角對其進(jìn)行支撐，則優(yōu)選地是將距離D4調(diào)整為0.01到0.2mm。在本實施例中，將距離D4調(diào)整為0.05mm，并且接收器10p的面積為0.36mm2。以第二彈性粘合劑15填充振動膜片1與防過振幅接收器10p之間的間隙(參見圖11)。
例如，若對壓電發(fā)聲器加給下落沖擊，則加速度G會以支架10f作為支點向下彎曲振動膜片1。于是，后面將會描述，防過振幅接收器10p就限制振動膜片1的過振動幅度，以避免作用在導(dǎo)電粘合劑14上的過度張力，從而防止導(dǎo)電粘合劑14的破裂。即使所述加速度G較大，以致使振動膜片1與接收器10p相接觸，但第二彈性粘合劑15可以軟性地接收振動膜片1，以避免對振動膜片1的過度沖擊，從而保護(hù)振動膜片1。
圖12是表示接收器10p和振動膜片1之間的距離D4與4kHz下的聲壓之間的關(guān)系曲線圖。圖12表明如果將距離D4調(diào)整為0.01mm或更大，則只需以大約0.2dB的振動就可以獲得75dB或更大的4kHz下的聲壓。因此，壓電發(fā)聲器具有優(yōu)異的聲壓特性。
圖13是表示接收器10p和振動膜片1之間的距離D4與下落沖擊測試中的缺陷率之間的關(guān)系曲線圖。
通過將包含壓電發(fā)聲器的蜂窩電話從150cm的高度下跌落到混凝土表面上，并確定在經(jīng)過六個方向的下落/循環(huán)的十次循環(huán)之后，導(dǎo)電粘合劑14是否破裂。如果導(dǎo)電粘合劑14破裂，則確定壓電發(fā)聲器有缺陷。
圖13清楚地表明如果距離D4是0.2mm或更小，缺陷率保持在0％，而如果距離D4超過0.2mm，則缺陷率會上升。這些結(jié)果證明，如果距離D4超過0.2mm，則導(dǎo)電粘合劑14破裂，并表現(xiàn)出連接可靠性下降。
因此，優(yōu)選地是將振動膜片1的底面與接收器10p的頂面之間的距離D4調(diào)整為0.01到0.2mm。
在每個側(cè)壁10b和10e的內(nèi)表面上，設(shè)置兩個楔形突起10j，用以導(dǎo)引振動膜片1的四個角。
在殼體10的側(cè)壁10b到10e的內(nèi)部上邊緣，形成凹窩10k，用以防止第二彈性粘合劑15向上爬流。
還在接近側(cè)壁10e的底壁10a上設(shè)置第一放聲開孔10l。
在側(cè)壁10b到10e頂面的各拐角上形成基本上呈L形的定位突起10m，用以安裝和支撐蓋20的各角。突起10m具有內(nèi)楔形表面10n，以導(dǎo)引蓋20。
把壓電振動膜片1安放在殼體10內(nèi)部，金屬片2面向底壁10a。支架10f支撐金屬片2的各個角。設(shè)在側(cè)壁10b到10e內(nèi)表面上的楔形突起10j導(dǎo)引振動膜片1的邊緣，從而將振動膜片1的各個拐角精確地放置在各支架10f上。具體地說，各楔形突起10j允許以超出振動膜片1插入精度的精度，使振動膜片1與殼體10之間的間隙變窄。這導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸更小。另外，由于各突起10j與振動膜片1之間的接觸面積較小，所以振動膜片1的振動不受妨礙。
如圖7所示，在把振動膜片1安放在殼體10內(nèi)之后，通過將第一彈性粘合劑13涂敷于振動膜片1靠近角部的四個點，而把振動膜片1(具體為金屬片2)緊固到接線端11和12的內(nèi)連接部分11a和12a上。也就是將第一彈性粘合劑13涂敷在兩個對角線部分，即引線電極9b與接線端11的一個內(nèi)連接部分11a之間，以及頂部外電極6與接線端12的一個內(nèi)連接部分12a之間。還將第一彈性粘合劑13涂敷在另兩個對角線位置。在本實施例中，按照線形涂敷第一彈性粘合劑13，盡管所述形狀并不局限于線形。優(yōu)選地是使第一彈性粘合劑13在固化后具有500×106Pa或更小的楊氏模量。在本實施例中使用楊氏模量為3.7×106Pa的氨基甲酸酯粘合劑。通過加熱，固化所涂敷第一彈性粘合劑13。
因為其粘滯度較低，涂敷時，第一彈性粘合劑13可能會通過壓電振動膜片1與接線端11和12之間的間隙流到底壁10a上。如圖9所示，在壓電振動膜片1的下方，涂敷第一彈性粘合劑13的區(qū)域中，限定了氨基甲酸酯容納臺階10g。氨基甲酸酯容納臺階10g與壓電振動膜片1之間的間隙D1較窄，從而借助自身的表面張力防止第一彈性粘合劑13流到底壁10a上。此外，第一彈性粘合劑13快速填充間隙D1，過量的第一彈性粘合劑13形成壓電振動膜片1與接線端11和12之間的隆起塊。因為第一彈性粘合劑13形成了填充氨基甲酸酯容納臺階10g與壓電振動膜片1之間間隙D1的層，所以，不會使壓電振動膜片1受到過度的約束。
在第一彈性粘合劑13固化以后，在第一彈性粘合劑13上涂敷導(dǎo)電粘合劑14。并未具體限定所使用的導(dǎo)電粘合劑14；在本實施例中，使用固化后的楊氏模量為0.3×109Pa的氨基甲酸酯基導(dǎo)電膠。通過加熱，固化所涂敷的導(dǎo)電粘合劑14，以使引線電極9b與接線端11的內(nèi)連接部分11a相連，以及使頂部外電極6與接線端12的內(nèi)連接部分12a相連。還將導(dǎo)電粘合劑14涂敷在金屬片2上，但并不直接與之接觸，這是由于事先已將絕緣層3a設(shè)置在金屬片2上，而且第一彈性粘合劑13覆蓋了金屬片2的邊緣。并未具體限定所涂敷的導(dǎo)電粘合劑14的形狀，可以是任何形狀，只要允許導(dǎo)電粘合劑14將引線電極9b與內(nèi)連接部分11a相連，以及將外電極6通過第一彈性粘合劑13的頂面與內(nèi)連接部分12a相連即可。根據(jù)跨越第一彈性粘合劑13的隆起塊的頂面的弧形，涂敷導(dǎo)電粘合劑14，從而以最短的路徑延伸(參見圖9)。第一彈性粘合劑13緩解了由于導(dǎo)電粘合劑14的固化和收縮而引起的應(yīng)力，以減小其對壓電振動膜片1的作用。
在涂敷并固化導(dǎo)電粘合劑14之后，將第二彈性粘合劑15涂敷到振動膜片1的整個四周與殼體10的內(nèi)部之間的間隙中，以防止空氣從振動膜片1上下的空間中彼此泄漏。通過加熱，固化涂敷在振動膜片1周圍的第二彈性粘合劑15。優(yōu)選地，所使用的第二彈性粘合劑15是固化后的楊氏模量為30×106Pa或更小并且固化前粘滯度較低，也即約0.5到2Pa·s的熱固粘合劑。在本實施例中，使用楊氏模量為3.0×105Pa的有機(jī)硅粘合劑。
涂敷第二彈性粘合劑15時，由于它的粘滯度小，所以第二彈性粘合劑15可以通過振動膜片1與殼體10之間的間隙流到底壁10a上。如圖10所示，在殼體10與振動膜片1的四周相對的內(nèi)部設(shè)置用以填充第二彈性粘合劑15的凹槽10h，以及在凹槽10h內(nèi)側(cè)設(shè)置防流壁10i。第二彈性粘合劑15流入凹槽10h，從而遍及整個凹槽10h。設(shè)定振動膜片1與防流壁10i之間設(shè)有間隙D2，從而通過其表面張力，將第二彈性粘合劑15保持在間隙D2中。因此，間隙D2防止第二彈性粘合劑15流到底壁10a上。此外，彈性粘合劑15形成了填充壁10i與壓電振動膜片1之間的間隙D2的層，以防止壓電振動膜片1的振動受到約束。
在本實施例中，間隙D2略大于間隙D1(D1＝0.05mm，D2＝0.15mm)。第一彈性粘合劑13被部分地涂敷在振動膜片1上，即僅涂敷在壓電振動膜片1和接線端11和12彼此相對的部分，而基本上圍繞壓電振動膜片1的整個周緣涂敷第二彈性粘合劑15。為了使第二彈性粘合劑15對壓電振動膜片1的約束力最小，在第二彈性粘合劑15不泄漏的范圍內(nèi)，使間隙D2最大化。即使間隙D1變窄，涂敷在有限區(qū)域上的第一彈性粘合劑13的約束力的影響也較小。因此，限定間隙D1，從而使用于形成壓電振動膜片1與接線端11和12之間的隆起塊的粘合劑13的量最小。
所涂敷的第二彈性粘合劑15的一部分可能會爬上并粘附在側(cè)壁的頂面上。如果所使用的第二彈性粘合劑15是具有脫模屬性的密封劑，如有機(jī)硅粘合劑等，則粘合劑15可以減小粘結(jié)到側(cè)壁10b到10e的頂面上的蓋20的結(jié)合力。因此，在側(cè)壁10b到10e的頂邊內(nèi)部形成凹窩10k，用以防止第二彈性粘合劑15上爬并粘附到各側(cè)壁的頂面上。
在如上述那樣把振動膜片1裝到殼體10中之后，以粘合劑21將蓋20粘結(jié)到各側(cè)壁10b到10e的頂面上。所使用的粘合劑21可為公知的粘合劑，如環(huán)氧樹脂粘合劑。如果所使用的第二彈性粘合劑15是有機(jī)硅粘合劑，可以將有機(jī)硅粘合劑用作粘合劑21，因為粘合劑可以產(chǎn)生硅氧烷氣體，并在殼體10的側(cè)壁10b到10e的頂面上沉積形成涂層。蓋20為與殼體10同樣材料制成的平板。通過使蓋20的周緣與殼體10的各側(cè)壁10b到10e的頂面上的定位突起10m的楔形表面10n嚙合，精確定位蓋20。通過把蓋20與殼體10結(jié)合，限定了蓋20與振動膜片1之間的聲學(xué)空間。蓋20A具有第二放聲開孔22。
這樣，就完成了表面安裝的壓電電聲變換器。
在本實施例中，將預(yù)定的周期性電壓(交變信號或矩形信號)加于接線端11和12上，以使壓電元件4在平面內(nèi)擴(kuò)張和收縮，而金屬片2并不擴(kuò)張或收縮。因此，振動膜片1可以整體彎曲并振動。于是，振動膜片1可以通過放聲開孔22發(fā)出預(yù)定的聲波，因為第二彈性粘合劑15密封了振動膜片1上下的空間。
具體地說，由于支架10f在其角部以較小的支撐面積支撐振動膜片1，所以振動膜片1可以產(chǎn)生較高的聲壓。此外，電聲變換器具有穩(wěn)定的頻率特性，因為第一彈性粘合劑13被設(shè)置在導(dǎo)電粘合劑14的下方，以約束由于導(dǎo)電粘合劑14的固化和收縮所引起的應(yīng)力施加到振動膜片1上的應(yīng)變。此外，固化的導(dǎo)電粘合劑14不會妨礙振動膜片1的振動，或者不會由于振動膜片1的振動而破裂。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)改型。
涂敷第二彈性粘合劑15的區(qū)域并不局限于振動膜片1的整個四周，如上述實施例中那樣；可將它涂敷到能夠密封振動膜片1與殼體10之間的間隙的任何區(qū)域。
盡管在本實施例中，壓電振動膜片1具有由金屬片和與之粘合的多層壓電元件4組成的結(jié)構(gòu)，所使用的壓電元件也可以具有單層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的壓電振動膜片并不局限于包括金屬片和與之粘合的壓電元件的單片晶片(unimorph)壓電振動膜片，也可以使用如日本未審專利申請公開No.2001-95094中所公開的、僅包括多層壓電陶瓷元件的雙片晶片(bimorph)壓電振動膜片。
本發(fā)明中的外殼并不局限于如上述實施例中所述的包含其截面為盒狀的殼體10和粘接到殼體10的頂部開口的蓋20在內(nèi)的外殼。例如，所使用的外殼可以包括具有底部開口的類似帽形的殼體，以及粘接到殼體底部的底板。
在上述實施例中，將接收器10p設(shè)置在兩個對角線位置，盡管可以根據(jù)涂敷導(dǎo)電粘合劑14的位置，增加接收器10p的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種壓電電聲變換器，包括矩形壓電振動膜片，跨過它的電極向提供周期信號，從而沿厚度方向彎曲和振動；外殼，它的內(nèi)部具有支架，用于支撐壓電振動膜片底面的四角；固定在外殼上的接線端，每個接線端均具有暴露在支架附近的內(nèi)連接部分；第一彈性粘合劑，涂敷在壓電振動膜片的四周與接線端的內(nèi)連接部分之間，用于將壓電振動膜片緊固在外殼上；導(dǎo)電粘合劑，涂敷在壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分之間，位于第一彈性粘合劑的頂面上，用于將壓電振動膜片的電極與接線端的內(nèi)連接部分電連接；以及第二彈性粘合劑，填充并密封壓電振動膜片的四周與外殼的內(nèi)部之間的間隙；其中將防過振幅接收器設(shè)置在外殼上，用于將壓電振動膜片的振動幅度限制在預(yù)定的范圍，所述防過振幅接收器定位于比支架更靠近壓電振動膜片的中心；其中第二彈性粘合劑填充壓電振動膜片的底面與防過振幅接收器的頂面之間的間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電電聲變換器，其中，所述壓電振動膜片的底面與防過振幅接收器的頂面之間的距離為0.01到0.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電電聲變換器，其中，所述第一彈性粘合劑固化后具有500×106Pa或更小的楊氏模量，第二彈性粘合劑固化后具有30×106Pa或更小的楊氏模量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的壓電電聲變換器，其中，所述第一彈性粘合劑為氨基甲酸酯粘合劑；以及所述第二彈性粘合劑是有機(jī)硅粘合劑。
全文摘要
為避免因比如下落沖擊等引起壓電振動膜片的過度彎曲，以防止導(dǎo)電粘合劑的破裂。壓電電聲變換器包括矩形壓電振動膜片(1)；外殼(10)，其內(nèi)部具有支架(10f)，用以支撐壓電振動膜片(1)底面的四角；固定在外殼(10)上的接線端(11，12)，每個接線端都有暴露于支架附近的內(nèi)連接部分；第一彈性粘合劑(13)涂敷于壓電振動膜片四周與接線端之間；導(dǎo)電粘合劑(14)涂敷于壓電振動膜片的電極與接線端之間，位于第一彈性粘合劑頂面上；第二彈性粘合劑(15)填充并密封壓電振動膜片四周與外殼內(nèi)部之間的間隙；防過振幅接收器(10p)一體地設(shè)置在外殼的底壁上，用于將壓電振動膜片的振動幅度限制在預(yù)定范圍。防過振幅接收器定位于比支架10f更靠近壓電振動膜片的中心。
文檔編號H04R7/02GK1894999SQ200480037278
公開日2007年1月10日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者石正光則, 上慶一 申請人:株式會社村田制作所