CN104254044A - 动圈式微型扬声器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型扬声器，其包括具有柔性载体的驱动器模块，所述柔性载体具有布置在框架的周边内的近端部分和布置在所述框架的周边外部的远端部分，所述柔性载体承载输出放大器，其中所述柔性载体配备有将放大器输入与放置在所述远端部分上的输入接触垫连接的导电迹线，且其中所述柔性载体进一步配备有将放大器输出与放置在所述近端部分处的输出接触垫连接的导电迹线，其中所述输出放大器布置在所述柔性载体的所述近端部分上处于所述框架的所述周边内，其中所述柔性载体的所述近端部分刚性附接至静态部分，且其中所述输出接触垫通过柔性引线与音圈连接。

Description

动圈式微型扬声器模块

技术领域

本发明一方面涉及一种改进的动圈式微型扬声器，尤其涉及一种在移动装置中使用的动圈式微型扬声器。另一方面，本发明涉及一种包括这种动圈式微型扬声器的移动装置。

发明背景

微型扬声器内置于许多移动装置中用于再现声音，其大多数在竞争激烈的消费电子市场中销售，在成本、大小和重量方面有很高的限制，而且对音质水平要求很高。这种移动装置的实例为移动电话、智能手机、平板电脑、照相机和小型便携式音乐播放器。

因此，用于这种紧凑轻型移动装置的组件受到严格的几何限制。所述几何限制为占用面积小，尤其是扬声器的高度小以便适合安装于具有移动装置固有的严格形状因数局限的装置内。通常，限定微型扬声器的占用面积的横向尺寸为6毫米至30毫米，且限定微型扬声器的高度的轴向尺寸可以为1毫米至5毫米。因此，用于移动应用的典型微型扬声器如在横向平面所见般为相对平坦、基本为平面且通常具有圆形或长方形轮廓的设备。

移动装置(例如智能手机和移动电话)还包括大量在射频频率下工作并以很宽的频率范围发射电磁辐射的组件。由于移动装置的设计紧凑，这导致高强度宽带的电磁辐射。因此，当将组件设计成用于移动装置时，对高强度射频辐射的敏感性是进一步的限制。由于该高度紧凑微型化的设计，平面微型扬声器通常易受附近发出的作为电磁干扰(EMI)的寄生电磁辐射的影响，该电磁干扰可被音圈或微型扬声器的其它电线作为影响声音再现质量的噪声信号拾取。进一步由于微型化的设计，微型扬声器易受谐波失真影响，例如由于扬声器的机械系统上的外部负载，其再次可影响声音再现的质量。

此外，微型扬声器需在高产量低成本的过程中适合安装在移动装置的主印刷电路板(PCB)上。虽然许多电子设备适合表面装配，但是微型扬声器通常与这种安装过程不相容，这是因为通常在制造过程中的加热会影响扬声器内包括的永久性磁结构。此外，当将微型扬声器安装在主PCB上时，正是由于扬声器作为声压/振动产生装置的性质，应用了扬声器与主PCB之间的连接的合适振动控制的附加限制。例如，常常使用弹簧式连接器将这种微型扬声器机械夹持至主PCB以在扬声器与主PCB之间建立电连接。这种弹簧式连接器可构成这种微型扬声器总成本很显著的一项，因此需要成本更低的解决方案。

因此，需要提供克服上述问题，适合消费者市场移动装置的微型扬声器。具体而言，需要一种低成本微型扬声器模块，其在上述对成本和尺寸的严格限制内具有改进的封装设计，适合可靠的低成本安装并克服已知封装设计的电磁噪声敏感性和/或谐波失真的挑战。

发明概要

本发明的第一方面涉及动圈式微型扬声器，其包括具有框架和磁路的静态部分，框架限定微型扬声器的主平面并具有限定横向周边的外围壁，磁路布置在框架的周边内并刚性附接至框架，磁路包括永久磁铁、空隙和为磁导材料的极片并被配置为在空隙内生成磁场；可移动振动膜总成，其被配置为在垂直于主平面的轴向方向上偏移并包括被布置为与微型扬声器的主平面平行的振动膜，其中振动膜沿其周边弹性附接至框架的外围壁，和附接至振动膜后侧的音圈，其中音圈延伸入空隙中；微型扬声器其还包括具有柔性载体的驱动器模块，柔性载体具有布置在框架周边内的近端部分和布置在框架周边外部的远端部分并承载输出放大器，其中柔性载体配备有将放大器输入与放置在远端部分上的输入接触垫连接的导电迹线，且其中柔性载体进一步配备有将放大器输出与放置在近端部分上的输出接触垫连接的导电迹线，其中输出放大器布置在柔性载体的近端部分上处于框架的周边内，其中柔性载体的近端部分刚性附接至静态部分，且其中输出接触垫通过柔性引线与音圈连接。

如上所述，用于移动应用的典型微型扬声器如在横向平面内所见通常为相对平坦、基本为平面且通常具有圆形或矩形轮廓的装置，其中术语‘横向’指的是与微型扬声器模块的主平面平行且与振动膜偏移方向垂直的方向。术语‘轴向’指的是与振动膜偏移的方向平行的方向。如果横向方向上的最小尺寸与轴向方向的尺寸的宽高比为至少2∶1，优选为至少3∶1，或甚至4∶1，则装置可认为是相对平坦。

为了实现这种相对平坦基本上为平面的几何形状，微型扬声器具有带有限定微型扬声器的主平面和横向周边的框架的静态部分。可移动振动膜总成包括振动膜和音圈。振动膜基本上为平面，被布置成与主平面平行，且大体上覆盖微型扬声器的前侧。沿其周边，可振动膜弹性附接至框架。音圈通常直接附接至振动膜的后侧，背离微型扬声器的前侧，如在轴向方向上看到的那样。音圈的线圈布置在框架内与主平面平行，并且是沿着振动膜的周边。音圈容置在形成静态部分中的磁路的空隙的圆周凹槽内。因此，振动膜总成被配置为在与主平面垂直的轴向方向上偏移。

音圈由输出放大器驱动。输出放大器放置在柔性载体(例如，FPCB)的近端部分上，其中柔性载体的近端部分刚性附接至静态部分处于框架的周边内。

通过将输出放大器电子器件集成在微型扬声器的框架的周边内，可使输出放大器与由其驱动的音圈之间的引线的长度最小。结果，在RF频率(其被解调成音频带并被输出放大器与音圈之间的信号路径拾取)下源于电磁辐射的噪声可大大减小，且扬声器的性能得以提高。此外，该设计克服了输出放大器与音圈之间的信号路径中对附加信号滤波组件的需要。这大大简化了托管电路中微型模块的集成，降低了托管装置的成本。此外，这种附加信号滤波组件可增加扬声器的阻抗，其增加的阻抗可与音圈本身的阻抗相较。信号路径中增加的阻抗负载使扬声器的灵敏度变差。通过避免使用附加信号滤波组件，扬声器模块的灵敏度可提高，因此包括扬声器模块的托管装置的性能得以增强。

此外，微型扬声器从而被封装成具有集成放大器电子器件的独立模块，其在处理和安装期间被很好地保护免受外部影响，因此进一步简化了设计和包括微型扬声器模块的移动设备的生产。

具体而言，柔性载体的近端部分刚性附接至微型扬声器的静态部分，而非附接至可移动振动膜总成。输出放大器与音圈之间的电连接通过高柔性引线实现。通过该特别的机械设计，可避免可移动振动膜总成上的任何附加质量以及由其引起的机械负荷，从而提高微型扬声器的灵敏度和总谐波失真性能(THD)。柔性载体的远端部分从框架的周边突出。输出放大器与托管电路(输出放大器安装在其上)之间的电连接通过柔性载体建立，柔性载体配备有将放大器输入与放置在柔性载体的远端部分上的输入接触垫连接的导电迹线。输入接触垫可固定地附接至托管电路以确保可靠的电连接，而柔性载体可弯曲以分离/减轻电连接上的机械/振动负载。因此，柔性载体允许以与大批量生产相适且符合安装微型扬声器的应变消除和/或振动控制要求的方式很容易地将微型扬声器安装在例如移动装置的托管电路上。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，柔性载体的近端部分夹持在框架与磁路之间。因此，在组装期间，在安装磁路之前，柔性载体可附接至框架。一旦安装，柔性载体的近端部分保持在适当位置，且输出放大器，视情况而定，关联的电子组件被保护在框架与磁路之间。

有利的是，根据微型扬声器的一个实施方案，承载输出接触垫的近端部分的一部分布置在框架的前侧部分上，在轴向方向上面向外。因此，有助于从顶部组装微型扬声器模块，包括从框架前侧的音圈安装软线的步骤。然后，可沿框架内部小心地弯曲柔性载体使其夹持在框架与磁路的组件之间。柔性载体的远端部分穿过框架的横向定向的开口，其优选地位于框架后侧附近并从框架在横向方向上伸出。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，输出放大器容置在框架上的凹口/切口内处于外围壁之一的面向内的部分上。因此，改进了对输出放大器组件的包封/保护。当针对上述输出接触垫布置在框架的前侧部分上的实施方案时，本实施方案特别有利，且其中柔性载体经过框架外围壁内部的周围，并穿过侧向定向的开口从框架横向伸出；在这种实施方案中，输出放大器和可能关联的组件放置在与输出接触垫的相对侧以安装在设置在框架上的凹口/切口内。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，柔性载体的近端部分夹持在永久磁铁与极片之一之间。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，输出放大器容置在所述一个极片上的凹口/切口内。因此，实现了将输出放大器集成在微型扬声器的框架的周边内，而基本上未改变成模块的外部尺寸，还未影响磁路的磁通引导性能。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，磁路包括夹在两个平板状极片之间的平板状永久磁铁，其中板状永久磁铁和板状极片被布置为与主平面平行，其中两个极片中的上部极片位于永久磁铁与振动膜之间，且其中两个极片中的下部极片位于永久磁铁的相对侧，即在背离振动膜侧。该板状几何形状对于获得典型微型扬声器的相对平坦基本上为平面的几何形状特别有利。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，永久磁铁和上部极片的形状和尺寸被设置成适合在横向方向上安装在音圈的间隙内，且下部极片的形状和尺寸被设置成在横向方向上延伸超出永久磁铁和音圈，且在轴向方向上向上朝振动膜伸出以形成音圈可安装入其内且可在轴向方向上自由移动的圆周空隙。因此，可以简单的方式设置沿振动膜周边的圆周空隙。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，柔性载体的近端部分夹持在永久磁铁与下部极片之间。

进一步根据微型扬声器的优选实施方案，输出放大器容置在下部极片上的凹口/切口内。通过将功率放大器和(视情况而定)与输出放大关联的其它电子组件放置在下部极片上的凹口或切口内，实现了上述通过使信号路径的长度最小化而使噪声降低的优点，而未影响磁路的磁通传导性能，且尤其是基本上未改变微型扬声器模块的外部尺寸。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，框架的横向周边具有圆形、椭圆形、矩形或多边形轮廓，如在主平面内看到的那样。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，微型扬声器的高度上限(即轴向方向上的最大尺寸)为5毫米、4毫米、3毫米和2毫米之一。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，微型扬声器的高度下限(即轴向方向上的最大尺寸)为1毫米。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，微型扬声器的最大横向尺寸的上限为30毫米、20毫米和10毫米之一。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，微型扬声器的最大横向尺寸的下限为6毫米。

进一步根据微型扬声器的一个实施方案，输出放大器为D类放大器。

为了促使易于集成在移动装置内，微型扬声器优选地作为适于接收音频信号的独立变换器模块提供，优选为数字化形式，且适当地放大音频信号并将其转换成从声输出发出的声信号。

因此，这种独立变换器模块包括输出放大器，优选为D类放大器。D类放大器可适合于模拟输入或数字输入。有利的是，D类放大器适合于数字输入。该使得可省略输入电容器，从而减少所需组件的数量。D类放大器具有许多优点，其中包括低功耗和高信号转换精度。然而，这种D类功率放大器以MHz范围的交换频率工作，因此可发出干扰移动装置(D类功率放大器将集成在其内)内的其它组件的寄生电磁辐射。

D类放大器的高频转换信号作为高频分量叠加至实际的音频信号，且信号路径的引线可充当用于发射该作为寄生电磁辐射的高频分量的天线。

通过将信号路径的长度减至最小，发射的源于D类输出放大器的电磁辐射大大减少。除了上述减少了对影响音频范围内的信号的解调RF频率的拾取的优点，减小的信号路径也因此与托管装置的其它组件(例如，移动装置的天线)一起大大减小了MHz范围内的电磁干扰。

本发明的第二方面涉及包括根据上述实施方案的任一项的动圈式微型扬声器的移动装置。

进一步根据一个实施方案，移动装置是移动电话、智能手机、平板电脑、照相机、或便携式音乐播放设备中的任何一个。

附图简述

下面将结合附图更详细地描述本发明的优选实施方案，其在以下附图中示意性地示出：

图1是从顶部观察的根据一个实施方案的微型扬声器模块，

图2是从下方观察的图1中的微型扬声器模块，

图3是沿图1中的III-III线切割的图1中的微型扬声器模块的剖面侧视图，

图4是用于组装图1中的微型扬声器的组件，

图5是用于组装根据第二实施方案的微型扬声器的组件，以及

图6是根据第三实施方案的微型扬声器模块的剖面细节图。

具体实施方式

参考图1-4，动圈式微型扬声器100包括静态部分，其具有限定微型扬声器100的主平面的框架110。框架110具有限定横向周边的外围壁112、113、114、115。磁路布置在框架110的周边内，并刚性附接至框架110。磁路包括夹在为磁导材料的两个平板状极片120、160之间的平板状永久磁铁150和空隙190。板状永久磁铁150和板状极片120、160布置为与主平面平行。上部极片160位于永久磁铁150与振动膜180之间处于微型扬声器100的顶部；而下部极片120位于永久磁铁150的相对侧处于微型扬声器100的底部。动圈式微型扬声器100还包括被构造为在垂直于主平面的轴向方向上偏移的可移动振动膜总成。振动膜总成包括被布置为与微型扬声器100的主平面平行的振动膜180，其中振动膜180沿其周边弹性附接至框架110的外围壁112、113、114、115。音圈170附接至振动膜180的后侧并延伸入空隙190内。永久磁铁150和上部极片160的形状和尺寸被设置成适合在横向方向上安装在音圈170的空隙内。下部极片120的形状和尺寸被设置成在横向方向上延伸超出永久磁铁150和音圈170，并在轴向方向上向上朝振动膜180伸出。下部极片120可通过在软磁片状材料上打出具有图4中所示中心切口121的轮廓，且接下来沿折线122、123、124、125弯曲凸起126、127、128、129使其垂直向上伸出而形成。下部极片120因此具有基本上为长方形盒子的形状，横向方向上的内部间隙对应于并包围音圈170的横向尺寸，切口121朝长方形盒子长边的凸起126延伸。空隙190形成为位于上部极片160的横向边缘166、167、168、169与下部极片120的向上伸出的外围部分126、127、128、129之间的圆周凹槽。音圈170装入圆周凹槽内，可在轴向方向上自由移动以使振动膜180工作来响应施加于音圈170的音频信号。

微型扬声器100还包括具有柔性载体130的驱动器模块。柔性载体130具有布置在框架110周边内的近端部分131和布置在框架110周边外部的远端部分132。柔性载体的近端部分131刚性附接至微型扬声器100的静态部分，并承载输出放大器140，优选为D类放大器。柔性载体130配备有导电迹线(未示出)，其将放大器140的输入与放置在远端部分132上的输入接触垫134连接。柔性载体130具有将放大器140的输出与放置在近端部分131上的输出接触垫133连接的其它导电迹线(未示出)。输出接触垫133通过柔性引线173与音圈170连接。微型扬声器100通过输入接触垫134可连接至移动装置(例如移动电话、智能手机、平板电脑、照相机或便携式音乐播放设备)的托管电路。因此，托管电路可经由输入接触垫134将音频信号传输至放大器140，音频信号在此处被放大。放大的音频信号进一步被传输至音圈170以驱动可移动振动膜总成偏移从而产生声压。

如上所述，输出放大器140布置在柔性载体130的近端部分131上，从而位于框架110的周边内。通过将输出放大器140放置在框架110的周边内，输出放大器140与音圈170之间的信号路径的长度(其最易受电磁干扰影响)被最小化。柔性载体130的近端部分131夹持在永久磁铁150与下部极片120之间，且输出放大器140容置在下部极片120的凹口/切口121内。切口/凹口121被定形状、定尺寸和放置为足够的磁通传导材料保持在下部极片120内以“捕捉”来自永久磁铁150的磁通，并将基本上未受切口/凹口121影响的磁通传导至两个极片120、160之间形成的空隙190。因此，输出放大器140被集成在微型扬声器100内，而未增大微型扬声器100的外部尺寸，也未影响微型扬声器100的电磁响应。

图5图示了可替代的实施方案，除切口/凹口在下部极片的位置和柔性载体的形状之外，其基本上等同于图1-4中所示的第一实施方案。因此，图5中仅示出了与以上实施方案不同的组件。如在第一实施方案般，盒状下部极片220可通过例如在软磁性材料片上打出具有切口221的所示轮廓并通过沿相应折线222、223、224、225弯曲形成向上伸出的部分226、227、228、229而产生。然而，在本实施方案中，切口221朝窄边229延伸。此外，提供了对应的柔性载体。柔性载体230承载输出放大器240、位于近端部分231上的输出接触233和位于远端部分232上的输入接触234。柔性载体230放置在下部极片220内，使得近端部分231位于盒子内，输出放大器240从近端部分231向下伸入切口221，且远端部分232从盒子底部的窄边229横向向侧面突出穿过开口221。

因此，可将下部极片的切口/凹口和对应的夹持在下部极片与磁铁之间的柔性载体调整成音圈和振动膜总成的任何优选的横向形状，例如圆形、椭圆形或多边形。

图6示出了微型扬声器300的第三优选实施方案的剖面细节图。微型扬声器300具有包括框架310的静态部分和具有上部板状极片360、永久磁铁350、下部板状极片320以及位于两个极片320、360之间的圆周空隙390的磁路。微型扬声器300的可移动振动膜总成包括振动膜380和附接至振动膜380的后侧的可动线圈370。可动线圈370延伸入空隙390。在其周边，可移动振动膜总成弹性附接至框架310。微型扬声器300的驱动器模块具有柔性载体330，其近端部分331布置在框架310的周边内，远端部分332在横向方向上远离框架310侧向突出。近端部分在其端部附接至框架的顶侧，围绕框架310与磁路之间的内部被引导，且在向外的方向上穿过框架底部的开口，在此处其进入远端部分332。近端部分331承载输出放大器340，其中凹口311设置在框架310的横向内侧，其适于将输出放大器340容置在由框架310限定的周边内并直接邻近音圈370。因此，从输出放大器340经由导电迹线(未示出)、框架顶侧的近端部分331上的输出接触和输出接触与音圈370之间的柔性引线373的信号路径的长度被减小至最小。

Claims (15)

1.一种动圈式微型扬声器，其包括

-静态部分，其具有框架，所述框架限定所述微型扬声器的主平面并具有限定横向周边的外围壁，且具有磁路，所述磁路布置在所述框架的周边内并刚性附接至所述框架，所述磁路包括永久磁铁、空隙和为磁导材料的极片；和

-可移动振动膜总成，其被构造为在与所述主平面垂直的轴向方向上偏移，所述振动膜总成包括布置为与所述微型扬声器的所述主平面平行的振动膜，其中所述振动膜沿其周边弹性附接至所述框架的所述外围壁，和附接至所述振动膜后侧的音圈，其中所述音圈延伸入所述空隙中，

所述微型扬声器还包括

-驱动器模块，其具有柔性载体，所述柔性载体具有布置在所述框架的所述周边内的近端部分和布置在所述框架的所述周边外部的远端部分，所述柔性载体承载输出放大器，其中所述柔性载体配备有将放大器输入与放置在所述远端部分上的输入接触垫连接的导电迹线，且其中所述柔性载体进一步配备有将放大器输出与放置在所述近端部分处的输出接触垫连接的导电迹线，

其中所述输出放大器布置在所述柔性载体的所述近端部分上处于所述框架的所述周边内，其中所述柔性载体的所述近端部分刚性附接至所述静态部分，且其中所述输出接触垫通过柔性引线与所述音圈连接。

2.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述柔性载体的所述近端部分夹持在所述框架与所述磁路之间。

3.根据权利要求2所述的微型扬声器，其中所述输出放大器容置在所述框架中的凹口/切口内处于所述外围壁之一的面向内的部分上。

4.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述柔性载体的所述近端部分夹持在所述永久磁铁与所述极片之一之间。

5.根据权利要求4所述的微型扬声器，其中所述输出放大器容置在所述极片之一中的凹口/切口内。

6.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述磁路包括夹在两个平板状极片之间的平板状永久磁铁，其中所述板状永久磁铁和所述板状极片被布置为与所述主平面平行，其中所述两个极片中的上部极片位于所述永久磁铁与所述振动膜之间，且其中所述两个极片中的下部极片位于所述永久磁铁的相对侧。

7.根据权利要求6所述的微型扬声器，其中所述永久磁铁和所述上部极片的形状和尺寸被设置成适合在横向方向上安装在所述音圈的间隙内，且其中所述下部极片的形状和尺寸被设置成在横向方向上延伸超出所述永久磁铁和所述音圈，且在轴向方向上向上朝所述振动膜伸出，以形成包围所述可轴向移动的音圈的圆周空隙。

8.根据权利要求7所述的微型扬声器，其中所述柔性载体的所述近端部分夹持在所述永久磁铁与所述下部极片之间。

9.根据权利要求8所述的微型扬声器，其中所述输出放大器容置在所述下部极片中的凹口/切口内。

10.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述框架的所述横向周边具有圆形、椭圆形、矩形或多边形轮廓，如在所述主平面内看到的那样。

11.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述微型扬声器在所述轴向方向上的高度小于5毫米、4毫米、3毫米和2毫米之一。

12.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述微型扬声器在横向方向上的最大尺寸小于30毫米、20毫米和10毫米之一。

13.根据权利要求1所述的微型扬声器，其中所述输出放大器包括D类放大器。

14.一种包括根据权利要求1所述的微型扬声器的移动装置。

15.根据权利要求14所述的移动装置，其中所述移动装置为移动电话、智能手机、照相机、或便携式音乐播放设备中的任何一者。