CN102783182B - 电容传声器元件及其生产方法和电容传声器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有导电换能器膜(15)的电容传声器元件(10)，该导电换能器膜(15)具有被布置为接收声波并且响应于所述声波进行振动的声音激活区域(20)，其中所述膜(15)被布置为与背板(60)相平行并且与该背板(60)相距一定距离，背板(60)由不传导底部(61)构成，其被提供有传导层(65)。传导层具有被布置为与膜(15)的声音激活区域(20)相对的激活区域(66)并且具有面对所述声音激活区域(20)的形状，并且被没有提供传导层的区域划界。本发明进一步涉及一种传声器和生产传声器元件(10)的方法。

Description

电容传声器元件及其生产方法和电容传声器
技术领域
本发明涉及一种电声传声器元件并且特别涉及一种用于声波到电信号的变换的电容传声器元件。此外，本发明涉及一种包括这种元件的电声传声器，和生产传声器元件的方法。
背景技术
电容传声器跨越的范围从电话发射机、卡拉OK传声器到高保真度录音传声器。在电容传声器(也被称为电容器或静电传声器)中，隔膜或膜充当电容器的一个极板，并且由声波引起的振动产生在膜和其它极板、背板之间的距离的改变。极化电压被应用在两个极板之上，并且电容改变提供来自设备的输出。
遍及现有技术，使用的换能器膜主要是圆形的。带有非圆形膜的电容传声器的一个示例示出在US3814864中，其中隔膜被分解为许多小片以使得每个片达到以片的总数拾取的声音范围之上的自然高频共振以提供与具有较低阻抗的单个隔膜一样大的输出。这个通过提供与延伸通过一系列同心环的隔膜相接触的该一系列同心环来实现，其最高的点或脊位于凸表面上，以便将隔膜分解为环形部分。
在WO2007/004981中公开了一个带有三角形换能器膜的电容传声器和对应的背板。这个传声器的背板由实心的经过机器加工的铜板组成，其制造很昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种电容传声器元件，其是可靠的且提供相对于现有的电容传声器有成本效益替代物。这个目的由本发明的电容传声器元件，电容传声器和生产电容传声器元件的方法来实现。
根据第一个方面，本发明涉及一种带有导电换能器膜的电容传声器元件，该导电换能器膜具有被布置为接收声波并且响应于所述声波进行振动的声音激活区域(activearea)，其中膜被布置为与背板相平行并且与该背板相距一定距离，背板由不传导底部形成，其被提供有传导层。传导层具有被布置为与膜的声音激活区域相对的激活区域并且具有面对所述声音激活区域的形状，且被没有提供传导层的区域划界。
在本发明的一个特定实施例中，没有提供传导层的区域是间隙，其中在所述间隙的内部和外部二者提供传导层。
在本发明的另一个特定实施例中，膜的声音激活区域大于背板的激活区域。
在本发明的又一个特定实施例中，膜被连接到地并且保持在0V电位处。
在本发明的另一个特定实施例中，粘合膜形式的垫片被粘附在背板的上表面以产生在背板的激活区域与膜的声音激活区域之间必需的距离。
在本发明的又一个特定实施例中，换能器膜的声音激活区域具有基本上三角形的形状。
在本发明的另一个特定实施例中，电连接被布置通过背板的不传导底部，该连接将背板的激活区域连接到电接触。
在本发明的一个更进一步的实施例中，不传导底部由来自包括陶瓷、塑料和复合材料的材料组的刚性材料形成。
在本发明的另一个特定实施例中，传导层是包括铜的金属层。
根据第二个方面，本发明涉及一种电容传声器，其包括根据上述任何一种实施例的电容传声器元件。
根据第三个方面，本发明涉及一种生产包括导电换能器膜的电容传声器元件的方法，该导电换能器膜具有被布置为与背板相平行并且与背板相距一定距离的声音激活区域，其中背板由不传导底部形成，其被提供有传导层。这种方法的独特之处在于通过将金属箔形式的传导层添加到不传导底部，背板以与生产印制电路板相同的方式形成，其中传导层形成有被布置为与膜相对的激活区域，以使得它面对膜的声音激活区域，并且被没有提供传导层的区域划界。
本发明的电容传声器元件提供了一种具有比市场上最复杂的产品更好的特性的产品。进一步地，生产本发明产品的方法比传统的方法更加简单和更加成本有效。因此根据独立权利要求的产品和方法清楚地实现为本发明阐述的目的。
在从属权利要求和详细的描述中限定本发明有利实施例。
附图说明
图1a示出根据本发明的一个实施例的去除膜的传声器元件的一个实施例的透视图。
图1b示出根据图1a的传声器元件的侧视图。
图1c示出根据图1a的传声器元件的俯视图。
图2示出图1的传声器元件的一半的分解视图。
图3a、3b、3c分别从上、从下、从侧面示意性示出根据本发明的背板。
图4示出了根据本发明的传声器。
具体实施方式
图1a到图1c示出了根据本发明的双传声器盒或元件11的一个实施例的不同视图。双元件包括两个盖子50，在元件11的每个端部处有一个。上盖子有开口55，通过其露出背板的激活表面或区域66。通常，膜将阻碍背板的视野，但为了解释性的原因在图1a和图1c中省去膜。此外元件11包括通孔12，通过其插入螺丝以便把各部分保持在一起。
图2示出了对应于图1的顶部的单个电容传声器元件10的分解视图。如上面指示的那样，电容传声器元件10包括带有膜开口55的盖子50，该开口限定了换能器膜15的声音激活区域20的形状，膜被直接放置在盖子50的下方。声音激活区域20被限定为膜15的自由部分，即这个部分不会被夹住而是响应于到来的声波自由振动。
在换能器膜15下面放置带有对应膜开口35的电隔离框架30，以使得膜15被夹在盖子50与所述框架30之间。隔离框架30(也称为电容器间隙)确保膜15与布置在不传导背板60上的相对电极表面66保持恒定距离。背板60包括三角形的电极表面66，具有与激活膜区域20的形状对应的形状。
隔离框架30的精度非常重要。优选地，它有在200μm和400μm之间的宽度，该宽度产生在膜15和电极表面66之间令人满意的电容级别。在本发明特定的实施例中，隔离体框架由粘附在背板的上表面的期望宽度的粘合膜形式的垫片组成。
电容与膜15和电极表面66之间的距离成反比。为了使膜15响应于从外部撞击它的声波来振动，必须允许从膜和背板60之间的空间中泄漏膜内部的空气。因此，背板60包括变细的凹口67和通风孔68。可能存在更少或更多的孔，例如可能存在通过背板60的中心的通孔。
图1中的元件11包括两个根据上述内容构建的电容传声器元件10，每个都包括被布置为用其底表面靠着安装板70的背板60。为了提供压力平衡，安装板70包括压力平衡凹槽75，其流体接触每个膜15和与它对应的背板60之间的腔，经由一个或多个通风孔68延伸通过背板60。在组装状态中，通风孔68与安装板70中的压力平衡凹槽75相对准。安装板70中的压力平衡凹槽75连接到经由开口78(其在图1可见)与周围压力保持联系的径向凹槽77。根据图2所示的实施例，位于三角形电极表面66的拐角处的变细的凹口是用作通风孔68的通孔。
如图2所示，换能器膜15的声音激活区域20具有基本上三角形的形状，其被发现产生显著提高的声音再现。基本上三角形形状的表示包括所有类型的三角形，即使公开的优选实施例是等边三角形。而且，所述表示包括带有凹曲面和凸曲面的三角形形状。其它可能的实施例包括带有圆形可替代的切角、来自边的一个或多个的凹口和这些任意一个的可能组合的三角形。
在图3a-3c中示意性示出根据本发明的背板60的实施例。相比于现有技术中的背板，由不传导底部61形成根据本发明的背板60，其被提供有传导层65，该层具有被布置为在组合状态中与膜15相对的激活区域66。不传导底部61基本上可以由任何不传导材料(例如塑料、陶瓷或者组合物)形成，只要它足够坚硬以抵挡得住力以及可以被制作地足够平。在第一个实施例中不传导底部61由添加金属层65的玻璃纤维形成。该金属层本身可以由几层组成，例如在铜的第一层可以添加镍层，且作为外层，可以添加金。
通常，背板可以以与生产印刷电路板相同的方式生产。因此，传导层通常由薄的铜箔制成，而绝缘层电介质通常与环氧树脂预浸料层压在一起。这个板通常被覆盖有绿色的焊接掩模。通常可适用的其它颜色是蓝色和红色。存在相当多不同的电介质，根据电路的需要它们可以被选择以提供不同的绝缘值。这些电介质中的一些是聚四氟乙烯(特氟纶)，FR-4，FR-1，CEM-1或者CEM-3。在PCB产业中使用的众所周知的预浸料材料是FR-2(酚的棉纸)，FR-3(棉纸和环氧树脂)，FR-4(玻璃织物和环氧树脂)，FR-5(玻璃织物和环氧树脂)，FR-6(粗糙的玻璃和聚酯)，G-10(玻璃织物和环氧树脂)，CEM-1(棉纸和环氧树脂)，CEM-2(棉纸和环氧树脂)，CEM-3(玻璃织物和环氧树脂)，CEM-4(玻璃织物和环氧树脂)，CEM-5(玻璃织物和聚酯)。
正如大多数的印刷电路板一样，通过在整个衬底上焊接一层铜，然后在应用临时掩模(例如，通过蚀刻)后去除不需要的铜，只留下所期望的铜迹线来制造背板60。也可以通常通过多个电镀步骤的复杂工艺将迹线添加到裸衬底(或者是带有非常薄的铜层的衬底)来制造背板。
存在用于印刷电路板的生产的三种普通“减”法(去除铜的方法)，并且其同样被用于本发明背板60的生产：
丝网印刷使用抗蚀刻油墨来保护铜箔。随后蚀刻去除不需要的铜。可替代地，油墨可以是传导的，印刷在空白(不传导)板上。后来的技术也用于混合电路的制造。
照相凸版印刷使用光掩膜和化学蚀刻从衬底把铜箔去除。光掩膜通常需要用感光绘图仪根据由技术人员使用CAM，或者计算机辅助制造软件产生的数据来准备。激光打印的透明胶片通常被用于底片；然而，直接的激光成像技术被用来代替用于高分辨率需求的底片。
PCB研磨使用2或3个轴的机械研磨系统来从衬底研磨去除铜箔。PCB铣床(被称为‘PCB原型’)以与绘图仪类似的方式操作，从而从主机软件接收在x，y和(假如相关的话)z上控制铣刀头的位置的命令。
“附加”的工艺也可以被使用。最普遍的是“半附加”工艺。在这个型式里，未成形的衬底已在它上面具有铜的薄层。然后应用一个反掩模。(不像减法工艺掩模，这个掩模暴露最终将变成迹线的衬底的那些部分。)然后，另外的铜将被镀在未掩模区域中的板上；铜可以被镀到任何所期望的重量。然后应用铅锡或其它表面电镀。掩模被除去并且简短的蚀刻步骤从板上去除现在暴露的原铜层压，从而分离各个迹线。
因此，在非金属层上形成传导金属层本身对于本领域技术人员不是新颖的并且因此在说明书中不对其进行详细讨论。在电容传声器中的背板的应用中，板的表面是绝对的平坦是非常重要的。因此，底部的表面，并且特别是被电镀的表面是绝对的平坦是重要的。这个可以通过上面提到的方法来实现。
在图3a中所示的实施例中，通常背板的整个上表面被金属层覆盖，除了三角形形式的传导间隙63之外，在那里还存在形成的不传导层。这个间隙63限定了层65的激活区域66。这个间隙63可以例如根据以上描述的相对应的工艺通过蚀刻来形成。然而，存在根据其它的讨论工艺的形成隔离部分的其它方式。
此外，替代刚才的间隙63，位于激活区域66外部的背板60的所有部分可以包括不传导层65。本发明的一个重要的特征是层65的激活区域66对应膜15的声音激活区域20，即，没有被夹住而且自由振动的膜部分。尽管如此，背板60的激活区域66小于膜15的声音激活区域20，以使得只有膜15的声音激活区域20的部分是电激活的。背板60的激活区域66因此不应比膜15的声音激活区域20更大或到膜15的声音激活区域20的外面，以便避免从膜15的夹住部分残留的信号中的干扰。
在一个优选实施例中，这个通过形成间隙来实现，这个间隙可以对应或可以不对应于以上所描述的传导间隙63，且其产生沿着膜15的声音激活区域20的边缘和在其内部的基本上均匀的间隙。背板60的激活区域66的形状不是关键的，以使得它基本上小于膜15的声音激活区域20。尽管如此，来自传声器元件11的输出信号将依赖于背板60的激活区域66的尺寸并且因此输出信号的功率将与激活区域66的尺寸成正比。由于这个原因，背板60的激活区域66应该尽可能大。
取决于背板的边缘61(即激活区域66外面的部分)是否由传导层覆盖，隔离框架30的厚度将必须被调整。如果背板的边缘61被传导层覆盖，则膜和背板60的激活区域66之间的距离将直接对应于隔离框架30的宽度，因为产生所期望距离的简单性所以这将是一个优点。如果边缘没有被覆盖，则隔离框架30需要对应地更厚以便实现膜和背板60的激活区域66之间相同的距离。不管怎样，隔离框架30由被固定在背板60上的粘合膜或例如塑料材料的单独刚性垫片元件组成。
此外，大约3mm的薄隔离边缘(在那里没有添加传导层)优选地在螺丝孔12周围形成，以使得传导层的非激活部分不与螺丝接触(未示出)。即，螺丝与二者都连接到地(即保持在0伏电位)的盖子和膜15相接触。因此，如果传导层65的非激活部分与螺丝相接触，则在传导层65的激活部分66和传导层65的非激活部分之间将会有电位差，该电位差将负面的影响电容以及从而传声器的灵敏度。
在图3b中，示出了背板60的背面。正如可见的，背面包括与电源连接的接触62。接触62通过连接69连接到传导层65的激活区域66的拐角，该连接69穿过背板60，靠近通风孔中的一个。接触62优选以与背板60的顶面上的传导层相同的方式形成。作为连接69的替代，接触可以被布置成连接到背板60的顶面，其中由一连串的传导层形成的连接可以被布置到所述连接外部的顶面上。无论如何存在如图3a-c所示的布置的优势在于干扰因此被保持在最低值。
此外，背板60的电极表面66被提供有多个以一定模式布置在换能器膜15的声音激活区域20以下的变细的凹口67。该变细的凹口67被提供用来减少在电容器间隙中空气横向流动的影响，以及提供膜15的受控衰减。根据一个实施例，变细的凹口67是在背板60中的预定深度的钻孔，凹口67可以具有相等深度，或者深度能单独地适于提供所期望的已记录声音的特性。如上所指示的传导层被添加到通风孔68或凹口67，以使得传导层的激活区域66彻底没有变化，否则将不利地影响传声器元件。
根据本发明的电容传声器元件10能被用在电容传声器或需要高质量声波记录的其它应用中。一个可能的电容传声器100的示例包括图4所示的本发明的电容传声器元件。

Claims (9)

1.具有导电换能器膜(15)的电容传声器元件(10)，该导电换能器膜(15)具有被布置为接收声波并且响应于所述声波进行振动的声音激活区域(20)，其中所述膜(15)被布置为与背板(60)相平行并且与该背板(60)相距一定距离，背板(60)由不传导底部(61)形成，其被提供有具有平坦表面的传导层(65)，其特征在于，所述传导层具有激活区域(66)，其被布置为与膜(15)的声音激活区域(20)相对并且具有面对所述声音激活区域(20)的形状，以及所述传导层的徼活区域(66)被作为间隙(63)的不具有所述传导层的区域划界，且在所述间隙(63)的内部和外部二者提供传导层，其中，膜(15)的声音激活区域(20)大于背板(60)的所述传导层的激活区域(66)。
2.根据权利要求1的电容传声器元件(10)，其特征在于，膜(15)被连接到地并且被保持在0V电位。
3.根据前述权利要求中的任一项的电容传声器元件(10)，其特征在于，粘合膜形式的垫片被粘附到背板(60)的上表面以产生在背板(60)的激活区域(66)与膜(15)的声音激活区域(20)之间必需的距离。
4.根据权利要求1的电容传声器元件(10)，其特征在于，换能器膜(15)的声音激活区域(20)具有基本上三角形的形状。
5.根据权利要求1的电容传声器元件(10)，其特征在于，电连接(69)被布置成通过背板(60)的不传导底部(61)，该连接(69)将背板(60)的激活区域(66)连接到电接触(62)。
6.根据权利要求1的电容传声器元件(10)，其特征在于，不传导底部(61)由刚性材料形成，所述刚性材料来自包括陶瓷、塑料和复合材料的材料组。
7.根据权利要求1的电容传声器元件(10)，其特征在于，传导层(65)是包括铜的金属层。
8.电容传声器(100)，其特征在于，它包括根据前述权利要求中的任一项的电容传声器元件(10)。
9.生产包括导电换能器膜(15)的电容传声器元件(10)的方法，该导电换能器膜(15)具有被布置为与背板(60)相平行并且相距一定距离的声音激活区域(20)，其中背板(60)由不传导底部(61)形成，其被提供有传导层(65)，其特征在于，通过将金属箔形式的传导层(65)添加到不传导底部(61)，并通过形成作为间隙(63)的不具有所述传导层的区域来划界出传导层的激活区域(66)，以与生产印制电路板相同的方式形成背板(60)，其中所述激活区域(66)被布置为与膜(15)相对，以使得它面对膜(15)的声音激活区域(20)，其中，膜(15)的声音激活区域(20)大于背板(60)的传导层的激活区域(66)。
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