CN103347238B - 压电驻极体薄膜的叠层结构及传声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电驻极体薄膜的叠层结构，其包括多层压电驻极体薄膜及置于每两层压电驻极体薄膜之间的导电环，导电环电连接相邻的两压电驻极体薄膜。该压电驻极体薄膜的叠层结构采用导电环电连接两压电驻极体薄膜的方式替代传统的直接压合或者用导电胶粘接的方式进行微型压电传声器中的叠层，叠层之后制作的传声器的灵敏度和信噪比都有显著地提高，效果非常明显，且不需要使用额外的提高灵敏度和降低信噪比的元件，从而制造成本相对较低。此外，本发明还涉及一种传声器。

Description

压电驻极体薄膜的叠层结构及传声器

技术领域

本发明涉及传声器领域，尤其是涉及一种压电驻极体薄膜的叠层结构及传声器。

背景技术

压电材料是具有压电效应的材料，一般可分为压电晶体、压电陶瓷、压电复合材料和压电高聚物四种。其中压电晶体和压电陶瓷也合称为无机压电材料，硬度较大，不易加工成型，而压电复合材料和压电高聚物因具有柔软轻薄的特征成为当今的研究热门。

传声器是一种将声信号转换为电信号的换能器件，其核心是声电转换器。在传统的电声领域内，微型传声器大多采用电容式结构，如驻极体电容式传声器，其零件需要精密加工，组装时公差配合要求十分严谨，工艺复杂。硅传声器也叫微机电系统(MEMS)传声器，其成本高昂。压电传声器是一种新型传声器，其利用压电效应进行声电变换，其核心材料为压电聚合物薄膜。

传统的压电传声器最大的问题是材料本身的灵敏度不够高。为了克服压电传声器材料灵敏度不高的问题，一般在后端电路中采用增益较大的管芯，这样虽然能提高压电传声器的灵敏度，但是成本也会大幅度上升。另外，大增益的管芯一般也会伴随着较大的本底噪声，导致压电传声器的信噪比不高。

压电材料的串联叠层是提高压电传声器灵敏度和信噪比最有效的方法之一。采用直接压合或者用导电胶粘接多张压电膜串联的叠层方式，证实了压电材料的串联在大型传声器样品中可以提高压电传声器的灵敏度和信噪比，然而在微型传声器中采用直接压合或者用导电胶粘接多张压电膜串联的叠层方式却没有效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高灵敏度、信噪比的压电驻极体薄膜的叠层结构及传声器。

一种压电驻极体薄膜的叠层结构，包括多层压电驻极体薄膜及置于每两层所述压电驻极体薄膜之间的导电环，所述压电驻极体薄膜包括多孔聚合物薄膜及位于所述多孔聚合物薄膜两侧的电极层，所述多孔聚合物薄膜的孔洞在所述多孔聚合物薄膜的厚度方向上的两端分别沉积有正、负电荷形成电偶极矩，多层所述压电驻极体薄膜的电偶极矩同向设置，所述导电环电连接相邻的两所述压电驻极体薄膜表面的电极层。

在其中一个实施例中，所述压电驻极体薄膜的层数为2-10层。

在其中一个实施例中，所述压电驻极体薄膜的叠层结构最外侧的两压电驻极体薄膜中的一个开设有入声孔，且所述压电驻极体薄膜的叠层结构中部的压电驻极体薄膜开设有入声孔，多个入声孔之间连通。

一种传声器，包括外壳及设在所述外壳内的腔体、声电转换单元和电路板，所述外壳一端开设有入声孔、另一端向内卷绕且由所述电路板封闭，所述声电转换单元设在所述腔体内且与所述电路板电连接，其中，所述传声器的声电转换单元为上述任一实施例所述的压电驻极体薄膜的叠层结构。

在其中一个实施例中，所述传声器还包括垫片；所述腔体包括绝缘环、金属片及铜环；所述垫片、所述压电驻极体薄膜的叠层结构、所述金属片及所述铜环在所述绝缘环内依次层叠设置；所述垫片电连接所述压电驻极体薄膜的叠层结构与所述外壳；所述金属片设在所述压电驻极体薄膜的叠层结构上且与所述压电驻极体薄膜的叠层结构电连接；所述铜环电连接所述金属片与所述电路板。

在其中一个实施例中，所述腔体包括绝缘环、金属片及铜环；所述压电驻极体薄膜的叠层结构、所述金属片及所述铜环在所述绝缘环内依次层叠设置；所述压电驻极体薄膜的叠层结构与所述外壳直接电连接；所述金属片设在所述压电驻极体薄膜的叠层结构上且与所述压电驻极体薄膜的叠层结构电连接；所述铜环电连接所述金属片与所述电路板。

在其中一个实施例中，所述传声器还包括IC和滤波元件，所述IC和滤波元件贴附在所述电路板上且位于所述铜环围成的腔体内。

在其中一个实施例中，所述腔体包括一绝缘环，所述绝缘环一端与所述外壳抵接，另一端与所述电路板抵接；所述压电驻极体薄膜的叠层结构的一侧直接贴附在所述电路板上且该侧与所述电路板电连接，另一侧通过导线与所述电路板电连接。

在其中一个实施例中，所述腔体包括一铜环，所述压电驻极体薄膜的叠层结构的一侧直接贴附在所述电路板上且该侧与所述电路板电连接，另一侧通过所述铜环与所述壳体的一端抵接。

在其中一个实施例中，所述传声器还包括IC和滤波元件，所述IC和滤波元件贴附在所述电路板上，且所述IC和滤波元件位于所述压电驻极体薄膜的叠层结构的外侧或穿过所述压电驻极体薄膜的叠层结构。

上述压电驻极体薄膜的叠层结构及使用该压电驻极体薄膜的叠层结构的传声器采用导电环电连接两压电驻极体薄膜的方式替代传统的直接压合或者用导电胶粘接的方式进行微型压电传声器中的叠层，叠层之后制作的传声器的灵敏度和信噪比都有显著地提高，效果非常明显，且不需要使用额外的提高灵敏度和降低信噪比的元件，从而制造成本相对较低。

附图说明

图1为一实施方式的压电驻极体薄膜的叠层结构的结构示意图；

图2为实施例1的传声器的结构示意图；

图3为实施例2的传声器的结构示意图；

图4为实施例3的传声器的结构示意图；

图5为实施例4的传声器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施方式的压电驻极体薄膜的叠层结构100包括多层压电驻极体薄膜110及置于每两层压电驻极体薄膜110之间的导电环120。

压电驻极体薄膜110包括多孔聚合物薄膜及在多孔聚合物薄膜两侧设置的电极层(图未示)。单层多孔聚合物薄膜的厚度通常小于100μm，其表面设置的电极层通常不会超过1000nm，从而整个压电驻极体薄膜110的厚度较薄，且质量较轻。通过对此压电驻极体薄膜110进行高压极化，在多孔聚合物薄膜的孔洞上下表面分别沉积正负电荷，形成电偶极子，表现出一定的电偶极矩；之后在薄膜两外侧的金属电极上产生补偿电荷，以平衡薄膜内部电场，补偿电荷的数量与薄膜内单位体积电偶极矩的大小有关。在声波的压力即声压作用下，压电驻极体薄膜110孔洞的厚度发生变化，单位体积的电偶极距发生变化，相应地，金属电极内的补偿电荷也随之发生变化，从而改变电极间的电压，实现声电转换，此即压电效应。

导电环120位于相邻的两层压电驻极体薄膜110之间，用于电连接两压电驻极体薄膜110。在本实施方式中，导电环120为环片状结构。导电环120的外部尺寸与压电驻极体薄膜110的外部尺寸相同，也即整个压电驻极体薄膜的叠层结构100在外观上形成整齐的夹心结构。

压电驻极体薄膜的叠层结构100中压电驻极体薄膜110的层数为2-10层。

进一步，在本实施方式中，压电驻极体薄膜的叠层结构100最外侧的两压电驻极体薄膜110中的一个开设有入声孔(图中未标示)，另一个可开设或不开设，且压电驻极体薄膜的叠层结构100中部的压电驻极体薄膜110开设有入声孔，多个入声孔之间连通，从而声音信号可以与每一层的压电驻极体薄膜110接触，使得每一层的压电驻极体薄膜都产生与声音信号相适应的的电信号。可以理解，在其他实施方式中，如果压电驻极体薄膜110与导电环120之间形成的腔体的密闭性较好，则压电驻极体薄膜110上无需开入声孔，声音信号可以通过密闭腔体中的空气进行一层一层的传递。

以下为几个使用上述压电驻极体薄膜的叠层结构的传声器实施例。

实施例1

如图2所示，实施例1的传声器200包括外壳210、垫片220、压电驻极体薄膜的叠层结构230、腔体240、电路板250及IC和滤波元件260。

外壳210的一端开设有入声孔212、另一端向内卷绕且由电路板250封闭。

垫片220置于外壳210与压电驻极体薄膜的叠层结构230之间。垫片220为导电材料制作，在本实施例中，垫片220与压电驻极体薄膜的叠层结构230中的导电环234相同，用电连接外壳210与压电驻极体薄膜的叠层结构230的接地端。

压电驻极体薄膜的叠层结构230作为声电转换元件，包括两层压电驻极体薄膜232及位于两层压电驻极体薄膜232之间的导电环234。其中，靠近入声孔212的压电驻极体薄膜232上也开设有入声孔(图中未标示)，且与入声孔212相对设置，以便与声音信号进入；远离入声孔212的压电驻极体薄膜232封闭。

腔体240包括绝缘环242、金属片244及铜环246。绝缘环242采用塑料材质，外周壁紧贴外壳210的内壁，且绝缘环242的一端与外壳210的底部接近，另一端与电路板250接近以在外壳210卷绕时支撑电路板250。金属片244设在压电驻极体薄膜的叠层结构230上且与压电驻极体薄膜的叠层结构230电连接。铜环246一端置于金属片244与电路板250之间，用于电连接金属片244与电路板250。

垫片220、压电驻极体薄膜的叠层结构230、金属片244及铜环246在绝缘环242内依次层叠设置。

IC和滤波元件260设在铜环246内，且贴附在电路板250上与电路板250电连接。

实施例2

如图3所示，实施例2的传声器300结构与实施例1的传声器200结构大致相同，不同之处在于传声器300在外壳310与压电驻极体薄膜的叠层结构330之间没有设置垫片。压电驻极体薄膜的叠层结构330的接地端直接与外壳310的底部电接触。

实施例3

如图4所示，实施例3的传声器400包括外壳410、压电驻极体薄膜的叠层结构430、腔体440、电路板450及IC和滤波元件460。其中，外壳410的结构与实施例1中的外壳210类似。压电驻极体薄膜的叠层结构430的结构也与实施例1中的压电驻极体薄膜的叠层结构230类似。与实施例1中传声器200不同的是，本实施例的传声器400的压电驻极体薄膜的叠层结构430的一侧直接贴附在电路板450上且与电路板450电连接，另一侧的接地端通过导线470与电路板450的接地端电连接。腔体440为一有绝缘材料制作的绝缘环，两端分别于电路板450和外壳410的底部抵接，用于支撑在外壳410卷绕时支撑电路板450。IC和滤波元件460贴附在电路板450上，位于压电驻极体薄膜的叠层结构430的外侧。

实施例4

如图5所示，实施例4的传声器500包括外壳510、压电驻极体薄膜的叠层结构530、腔体540、电路板550及IC和滤波元件560。其中，外壳510的结构与实施例1中的外壳510类似。压电驻极体薄膜的叠层结构530为两层压电驻极体薄膜532中间夹设一层导电环534构成。在本实施例中，两层压电驻极体薄膜532均开设有入声孔536，且其中一压电驻极体薄膜532直接与电路板550贴附。IC和滤波元件560穿过该入声孔536贴附在电路板550上，也即压电驻极体薄膜的叠层结构530为围绕IC和滤波元件560的环片状结构。腔体540为一铜环结构，一端与压电驻极体薄膜532抵接，另一端与外壳510的底部抵接。

实施例1-4的压电驻极体薄膜的叠层结构均只包括两层压电驻极体薄膜，但可以理解，在其他实施例中不限于此，如还可以为包括3层、4层、8层或10层压电驻极体薄膜等。腔体的结构也不限于上述4个实施例，可以根据具体传声器的结构具体设置。

该压电驻极体薄膜的叠层结构及使用该压电驻极体薄膜的叠层结构的传声器采用导电环电连接两压电驻极体薄膜的方式替代传统的直接压合或者用导电胶粘接的方式进行微型压电传声器中的叠层，叠层之后制作的传声器的灵敏度和信噪比都有显著地提高，效果非常明显，且不需要使用额外的提高灵敏度和降低信噪比的元件，从而制造成本低相对较低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种传声器，包括外壳及设在所述外壳内的腔体、声电转换单元和电路板，所述外壳一端开设有入声孔、另一端向内卷绕且由所述电路板封闭，所述声电转换单元设在所述腔体内且与所述电路板电连接，其特征在于，所述传声器的声电转换单元为压电驻极体薄膜的叠层结构；所述压电驻极体薄膜的叠层结构包括多层压电驻极体薄膜及置于每两层所述压电驻极体薄膜之间的导电环，所述压电驻极体薄膜包括多孔聚合物薄膜及位于所述多孔聚合物薄膜两侧的电极层，所述多孔聚合物薄膜的孔洞在所述多孔聚合物薄膜的厚度方向上的两端分别沉积有正、负电荷形成电偶极矩，多层所述压电驻极体薄膜的电偶极矩同向设置，所述导电环电连接相邻的两所述压电驻极体薄膜表面的电极层，所述压电驻极体薄膜的叠层结构最外侧的两压电驻极体薄膜中至少一个开设有入声孔，所述压电驻极体薄膜的叠层结构中部的压电驻极体薄膜开设有入声孔，多个所述入声孔之间连通；

所述传声器还包括垫片；所述腔体包括绝缘环、金属片及铜环；所述垫片、所述压电驻极体薄膜的叠层结构、所述金属片及所述铜环在所述绝缘环内依次层叠设置；所述垫片电连接所述压电驻极体薄膜的叠层结构与所述外壳；所述金属片设在所述压电驻极体薄膜的叠层结构上且与所述压电驻极体薄膜的叠层结构电连接；所述铜环电连接所述金属片与所述电路板；或者

所述腔体包括绝缘环、金属片及铜环；所述压电驻极体薄膜的叠层结构、所述金属片及所述铜环在所述绝缘环内依次层叠设置；所述压电驻极体薄膜的叠层结构与所述外壳直接电连接；所述金属片设在所述压电驻极体薄膜的叠层结构上且与所述压电驻极体薄膜的叠层结构电连接；所述铜环电连接所述金属片与所述电路板；或者

所述腔体包括一绝缘环，所述绝缘环一端与所述外壳抵接，另一端与所述电路板抵接；所述压电驻极体薄膜的叠层结构的一侧直接贴附在所述电路板上且该侧与所述电路板电连接，另一侧通过导线与所述电路板电连接；或者

所述腔体包括一铜环，所述压电驻极体薄膜的叠层结构的一侧直接贴附在所述电路板上且该侧与所述电路板电连接，另一侧通过所述铜环与所述壳体的一端抵接。

2.如权利要求1所述的传声器，其特征在于，还包括IC和滤波元件，所述IC和滤波元件贴附在所述电路板上且位于所述铜环围成的腔体内。

3.如权利要求1所述的传声器，其特征在于，还包括IC和滤波元件，所述IC和滤波元件贴附在所述电路板上，且所述IC和滤波元件位于所述压电驻极体薄膜的叠层结构的外侧或穿过所述压电驻极体薄膜的叠层结构。