CN108141670B - 用于声学振膜的加强板、制造加强板的方法和电声换能器 - Google Patents

Abstract

用于声学振膜的加强板、制造加强板的方法和电声换能器。提供了一种使多层层压材料变薄以获取具有比本领域目前已知的厚度小的厚度的振膜加强板(14)的方法。所述多层层压材料包括已在未经受加热的情况下被压缩的中间层(20)和两个外金属层(16、18)。该方法提供了振膜加强板的厚度的显著缩减，并且提供了调谐使用振膜加强板的扬声器的截止频率的机制。

Description

用于声学振膜的加强板、制造加强板的方法和电声换能器

技术领域

本发明涉及电声换能器，例如，供在诸如移动电话、平板电脑、数字音频播放器、导航系统、膝上型计算机等的微电子设备中再现声音时使用的微型扬声器。具体来说，本发明涉及用于电声换能器的振膜的加强板(stiffening plate)以及制造这种加强板的方法。

背景技术

微电子设备中使用的电声换能器对于改善所述换能器的声学性能和减小尺寸的要求日益增加。这两个要求经常是冲突的。

在微型扬声器应用中，在振膜由音圈驱动的情况下，希望振膜的低共振频率用于在宽频率范围内获取良好的声音再现。可以利用具有较低杨氏模量的薄振膜来实现低共振频率。然而，具有这种振膜的扬声器可能具有低的第一分割(break-up)频率，即，振膜可能鼓起并停止作为刚性活塞移动的频率。在该分割频率，在频率响应中出现表示扬声器性能下降的峰值。

调节振膜的第一分割频率的已知方法是通过在振膜顶部上粘接加强板来提供阻尼。被用于所述板的材料必须提供刚度以便增加第一分割频率，但也必须重量轻，以保持振膜的灵敏度，并且不影响扬声器的响度。通常由通过粘合剂接合在两个金属层之间的聚合物泡棉层制成的复合加强板已知具有必要的刚度和低重量以对振膜提供有效阻尼。

然而，对更小换能器的期望，并且具体来说，对具有更低轮廓(profile)的换能器的期望无法满足已知加强板。目前已知的商业可获复合加强板材料具有120μm的最小厚度，其中大部分是聚合物泡棉层。对于典型的微型扬声器，这可能是振膜厚度的10倍以上。因此，需要具有足够刚度的振膜加强板以对具有比现有已知材料更低重量和更薄的振膜提供阻尼。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种振膜加强板，该振膜加强板改善了振膜的性能并且提供了缩减厚度以满足更小换能器的需要。

为了实现以上限定的目的，提供了根据在此描述的实施方式的制造振膜加强板的方法和振膜加强板。

根据本发明一个方面的制造振膜加强板的方法包括以下步骤：构造多层层压体(laminate)，该多层层压体包括夹在诸如金属的两个刚性材料层之间的聚合物泡棉中间层，该刚性材料层利用接合层粘接至该聚合物泡棉层的相反侧，该多层层压体具有120μm到330μm之间的厚度，其中，每个刚性材料层的厚度通常在6μm到40μm之间。所述方法还包括以下步骤：在不施加热的情况下，在该多层层压体的厚度方向上压缩该多层层压体达预定时间，以实现小于该层压体的原始厚度的75％的厚度。

在另一实施方式中，制造振膜加强板的方法包括以下步骤：在没有热的情况下，向具有120μm到170μm之间的厚度的聚合物泡棉片施加压缩达预定时间，以实现具有在原始厚度的65％至75％之间的厚度，并且通过利用接合层将刚性材料层(如金属)粘接至压缩聚合物泡棉的每一侧来构造多层层压体。

根据本发明的另一方面，提供了一种多层振膜加强板，该多层振膜加强板包括：聚合物泡棉层；第一金属层，其利用接合层被粘接至该聚合物泡棉层的第一侧，和第二金属层，其利用接合层被粘接至该聚合物泡棉的与第一侧相反的第二侧。在实施方式中，在第一金属层与第二金属层被粘接至该聚合物泡棉之前，该聚合物泡棉在没有加热的情况下已被压缩至小于其原始厚度的75％的厚度，其原始厚度在120μm到330μm之间。在另一实施方式中，该多层振膜加强板在没有加热的情况下已被压缩至在其原始厚度的65％至75％之间的厚度，该原始厚度在120μm到170μm之间。

根据示例性实施方式，提供了一种电声换能器，其中，该电声换能器包括：振膜、在第一侧上固定至该振膜的音圈、以及根据示例性实施方式的与该音圈相反粘接至该振膜的振膜加强板。具体来说，该电声换能器是微型扬声器。

出于本公开的目的，术语“聚合物泡棉”具体表示具有闭孔(closed-cell)微结构的泡棉热塑性材料。

术语“热塑性塑料”限定了能够在加热时软化以改变形状并且能够在冷却时硬化以保持形状的材料。这个特性即使在多次加热/冷却循环之后也可以重复保持。

术语“电声换能器”具体指示能够生成发射到环境的声音和/或检测环境中存在的声音的任何装置。这种声学装置具体包括能够基于电信号生成声波或者能够基于声波生成电信号的任何机电换能器。

术语“声学阻尼”具体表示使得可以选择性地抑制声波的材料特性。具体来说，这种声学阻尼构件可以抑制膜片(diaphragm)上的驻波。

术语“振膜”可以具体表示适应或适于执行振动并因此能够生成或检测空气移动或声波的任何类型的部件。

术语“刚度”可以具体表示部件的、描述该部件抵抗变形或偏转的特性。即，具有更高刚度的材料或部件在暴露至试图偏转或移动该部件的相同力时可以具有比具有较小刚度的材料或部件更小的偏转。

上面限定的示例性实施方式和方面以及本发明的进一步的方面根据下面将要描述的实施方式的示例是显而易见，并且参照实施方式的这些示例来解释。结合一个示例性实施方式或示例性方面描述的特征可以与另一些示例性实施方式或方面的特征组合。

从阅读下面的说明书和权利要求书并回顾附图，本发明的前述和其它方面、特征、细节、用途以及优点将变得清楚。

附图说明

在附图中和附属权利要求书中指出了本发明的进一步的实施方式。现在根据附图对本发明进行详细说明。在图中：

图1示出了其中可以采用本发明一个实施方式的振膜加强板的已知扬声器构造。

图2示出了可以用来构造根据本发明的一个方面的振膜加强板的多层层压材料的截面图。

图3示出了根据本发明的一个方面的对多层层压材料施加压力的处理的侧视图。

图4示出了根据本发明的一个方面的多层层压材料在压缩之前和之后的多个样品的厚度的概率图。

图5示出了针对根据图4的图中分析的厚度分布的比较的等方差的测试结果。

图6示出了根据本发明的一个方面的针对包括在施加压缩之前和之后的振膜加强板的扬声器的声压曲线的图形。

图7示出了针对包括在施加压缩之后的振膜加强板的扬声器的声压曲线的图形，在之前和之后均执行了可靠性测试。

图8示出了根据本发明的一个方面的未压缩多层层压材料的截面的显微图像，在其上叠加了该材料的化学分析图像。

图9示出了图8的没有叠加化学分析图像的显微图像。

图10示出了图8所示的化学分析的放大图，其上具有测量指示。

图11示出了根据本发明的一个方面的压缩多层层压材料的化学分析图像，其上具有测量指示。

图12是图9的显微图像的放大图。

图13示出了图11中所示的压缩多层层压材料的显微图像。

图14示出了可以用来构造根据本发明的另一方面的振膜加强板的多层层压材料的未压缩样品的沿着整个宽度的截面图。

图15示出了如图13所示的相同类型的多层层压材料的压缩样品的沿着整个宽度的截面图。

附图进行了示意性例示。在不同的图中，相似或相同部件设置有相同标号。

具体实施方式

在此，针对各种装置，描述了各种实施方式。阐述了许多具体细节以提供对如说明书中描述并在附图中例示的实施方式的总体结构、功能，制造以及使用的彻底理解。然而，本领域技术人员应当明白，可以在没有这种具体细节的情况下具体实践这些实施方式。在其它情况下，公知操作、组件，以及部件未加以详细描述，以使不搞混说明书中描述的实施方式。本领域普通技术人员应当明白，本文描述和例示的实施方式是非限制例，因此可以清楚，本文所公开的特定结构和功能细节可以是代表性的，而不必限制实施方式的范围，其范围仅由所附权利要求来限定。

贯穿本说明书针对“各种实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”或“一实施方式”等的引用意指结合该实施方式描述的特定特征、结构，或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书处处出现的短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”，“在一个实施方式”或“在一实施方式中”等不必都指同一实施方式。而且，该特定特征、结构，或特性可以按任何合适的方式在一个或更多个实施方式中组合。因此，结合一个实施方式例示或描述的该特定特征、结构，或特性可以在无限制的情况下，全部或部分地与一个或更多个其它实施方式的特征、结构，或特性相结合，假定这种组合不是不合逻辑或非功能性的。

图1示意性地例示了一般动态微型扬声器的结构，所述一般动态微型扬声器是可以应用本发明的振膜加强板的一种电声换能器。在该实施方式中，扬声器包括：用于生成磁通量的磁路、因抵抗作用于磁路上的磁通量的排斥力而振动的振动系统、以及主体。该磁路包括：永磁体2；磁轭4，在磁轭4中包含有永磁体2；以及导磁板(upper plate)6，其附接至永磁体2的上表面。

该振动系统包括装配在永磁体2与磁轭4的内径之间的间隙中的音圈8。在电流被驱动入音圈时，音圈8生成磁通量。未示出针对音圈的电连接。扬声器振膜10被接合至音圈8。扬声器具有框架12形式的主体，振膜10被固定至框架12。振膜加强板14在与音圈8相反的一侧上设置在(并且接合至)振膜10上。振膜加强板14由多层层压材料形成，该多层层压材料已经根据下面描述的实施方式变薄。

图2示出了根据本发明一个方面的未压缩多层层压材料15的截面图，在未压缩多层层压材料15已变薄之后从所述未压缩多层层压材料15形成振膜加强板14。未压缩多层层压材料15由多层不同材料构成。在该示例实施方式中，未压缩多层层压材料15由两个外金属层16、18和一个内聚合物泡棉层20构成。在实施方式中，外金属层16、18由相同金属制成，在这个实施方式是铝。在其它实施方式中，外金属层16、18可以由不同的金属(如钢)制成。在另一些实施方式中，外层16、18可以由彼此不同的金属制成。外金属层16、18通过包围(bounding)层17粘接至聚合物泡棉20的相反侧。

未压缩多层层压材料15可以以成品形式商业获得，或者可以利用商业可用材料制造。如图2所示，聚合物泡棉20构成了整个未压缩多层层压材料15的大部分厚度。例如，外金属层16、18的典型厚度在6μm到40μm之间，而整个未压缩多层层压材料15的总厚度为约330μm。适合作为振膜加强板的最薄的商业可用的未压缩多层层压材料是120μm。

因为希望并且有时需要减小电声换能器的总体轮廓，所以研究了所有组件厚度的减小。因为已知通常可以通过施加压力和热来使热塑性材料变薄，所以考虑将这种技术用在未压缩多层层压材料15上以减小振膜加强板14的厚度，在被接合至外金属层16、18上之前，用在未压缩多层层压材料15和聚合物泡棉20二者上，和仅在聚合物泡棉20上。然而，通过施加压力和热使热塑性塑料变薄的处理增加了制造过程的不希望的复杂度，以及将材料加热至期望温度并在加工之后使其冷却所需的不可接受的额外时间量。而且，在考虑用于多层层压材料15的技术方面，认为额外的加热会对接合层17产生不利的影响，从而导致外金属层16、18与聚合物泡棉20之间的接合劣化。

本发明人发现，在没有加热的情况下施加压力持续很短时段(即，少于1秒)出乎意料地实现了多层层压材料15的期望的变薄，并且提供了如使用寿命模拟测试所证明的稳定产品。假定聚合物泡棉20具有闭孔微结构，这是特别令人吃惊的。希望一种具有开孔微结构的泡棉，希望空气能够在压缩期间逸出泡棉材料，并且泡棉保持变形或变薄。然而，对于具有闭孔微结构的泡棉，希望空气被单元壁(cell wall)截留在泡棉内，从而防止泡棉压缩，或者仅利用施加的压力而不施加热来至少保持压缩。

图3示出了根据一个实施方式的通过施加压力使多层层压材料15变薄的处理的侧视图。在该处理中，一条多层层压材料15被送入包括上辊32和下辊34的辊机30中。在该实施方式中，上辊32和下辊34被示出为具有相同尺寸，但是辊机30不限于此。上辊32逆时针旋转，而下辊34顺时针旋转，迫使该条多层层压材料15沿箭头36的方向移动。在实施方式中，辊的速度被设定成使得该条多层层压材料15以3cm/s的速度穿过辊。

对相同的多层层压材料15的五十(50)个不同样品执行上述对多层层压材料15施加压力的步骤，以研究获取均匀厚度的处理一致性。在通过上述处理压缩样品之前和之后测量每个样品的厚度。图4是样品厚度的概率图。右侧是压缩前的厚度测量值，左侧是压缩后的厚度测量值。压缩前的平均样品厚度为154.6μm，在95％置信水平具有9.4μm的标准偏差。压缩之后，平均样品厚度为102.2μm，具有9.8μm的标准偏差。

上述施加压力的步骤在使多层层压材料15变薄方面产生令人吃惊的一致结果。具体来说，如图4所示，样品压缩后的厚度分布与样品压缩前相似。图5是示出利用多种比较方法的等方差测试的结果的图形。结果表明，未压缩的多层层压材料与压缩的多层层压材料之间的厚度变化在统计学上没有差异。

发明人还发现，具有由压缩的多层层压材料15制成的振膜加强板14的扬声器相对于由具有由未压缩的多层层压材料15制成的振膜加强板14的相同扬声器具有改变的声压级(SPL)曲线。假定多层层压材料15的重量不因压缩处理而改变，这个结果是令人吃惊的。

例如，图6示出了具有由未压缩的多层层压材料15制成的振膜加强板的扬声器在一频率范围内的SPL的图形(曲线102)和具有由压缩的多层层压材料15制成的振膜加强板的扬声器在一频率范围内的SPL的图形(曲线104)。如图所示，曲线102上的最高声压对于未压缩的多层层压材料15来说发生在约50kHz处，而曲线104上的最高声压对于压缩的多层层压材料15来说发生在约40kHz处。因此，使多层层压材料15变薄的处理可以被用于调谐针对给定扬声器的最大声音输出。

令人吃惊的是，在所有标准扬声器可靠性测试中，压缩板的厚度已证明是稳定的，因此在可靠性测试期间，扬声器的声学行为也不改变。作为示例，图7示出了在85℃并且持续168小时的储热测试之前的SPL曲线(曲线106)和之后的SPL曲线(曲线108)。扬声器的响应几乎没有变化。

研究了多层层压材料在压缩处理之后的结构变化。图8和图9示出了未压缩的多层层压材料15的截面的显微成像。在图8中，该材料的化学分析图像叠加在图9的图像上。聚合物泡棉20由图8上的区域114表示，而区域114任一侧上的带112表示聚合物泡棉20与刚性金属层16、18之间的接合层17。对化学分析图像的测量显示带112(即，接合层17)大约为30μm，如图10所示。

在多层层压材料15已经在上述处理中被压缩之后，对该多层层压材料15的截面进行类似成像和测量。图11示出了压缩多层层压材料15的化学分析图像。接合层17的带112仍然具有大约30μm的厚度。与此相反，区域114(即，聚合物泡棉20)变得非常薄。结论是聚合物泡棉20与外金属层16、18之间的接合层在压缩处理之后基本保持相同，而大部分的变薄发生在聚合物泡棉20上。

图12和图13分别示出了未压缩的和压缩的多层层压材料15的显微成像。图14和图15沿着样品的截面长度分别示出了未压缩的和压缩的多层层压材料15之间的结构差异的进一步成像。

应注意到，本发明通常涉及电声换能器，即使主要针对扬声器进行了说明，但其也意指扬声器和麦克风。

应注意到，本发明不限于上述实施方式和示例性工作例。进一步的开发、修改以及组合也处于专利权利要求的范围内，并且被置于根据上述公开的本领域技术人员拥有之下。因此，本文描述和例示的技术和结构应被理解成例示性和示例性的，而非对本发明范围进行限制。本发明的范围由所附权利要求书限定，包括在提交本申请时的已知等同物和不可预见的等同物。

Claims (16)

1.一种用于电声换能器的加强板，该加强板由多层层压体构成，所述加强板包括：

中间层，该中间层大致由聚合物泡棉构成；

第一外层，该第一外层由金属构成，并且设置在所述中间层的第一侧上；

第二外层，该第二外层由金属构成，并且设置在所述中间层的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相反；以及

第一接合层和第二接合层，该第一接合层和该第二接合层设置在相应的所述第一外层和所述第二外层与所述中间层之间，所述接合层由粘合剂构成，并且被构造成将所述外层粘接至所述中间层，

其中，所述多层层压体已在不经受加热的情况下被压缩，使得所述多层层压体的厚度已缩减到所述多层层压体在压缩之前的厚度的大约65％至大约75％。

2.根据权利要求1所述的加强板，其中，所述第一外层和所述第二外层由相同金属构成。

3.根据权利要求2所述的加强板，其中，所述第一外层和所述第二外层均由铝构成。

4.根据权利要求1所述的加强板，其中，所述第一外层和所述第二外层中的一个或两个由铝构成。

5.根据权利要求1所述的加强板，其中，在压缩之前，所述中间层的厚度是所述多层层压体的总厚度的一半以上。

6.根据权利要求5所述的加强板，其中，在压缩之前，所述中间层的厚度是所述多层层压体的总厚度的70％以上。

7.根据权利要求1所述的加强板，其中，所述聚合物泡棉具有闭孔微结构。

8.一种制造用于电声换能器的加强板的方法，该方法包括以下步骤：

构造多层层压体，该多层层压体包括：

未压缩聚合物泡棉层；

第一外层，该第一外层由金属构成，并且通过第一接合层粘接至所述未压缩聚合物泡棉层的第一侧；以及

第二外层，该第二外层由金属构成，并且通过第二接合层粘接至所述未压缩聚合物泡棉层的第二侧，所述未压缩聚合物泡棉层的所述第二侧与所述第一侧相反；以及

在所述多层层压体的厚度方向上向所述多层层压体施加压力达足够时间，以实现所述多层层压体的厚度缩减到所述多层层压体在施加压力之前的厚度的大约65％至大约75％，

其中，施加压力的所述步骤在室温下执行，并且在该步骤期间不向所述多层层压体施加热。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，向所述多层层压体施加压力少于一秒。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，向所述多层层压体施加压力的所述步骤在辊机中执行。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述未压缩聚合物泡棉层具有闭孔微结构。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一外层和所述第二外层中的至少一个由铝构成。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，在施加压力的所述步骤之后，所述多层层压体的厚度的大部分缩减由所述聚合物泡棉层的厚度缩减构成。

14.一种用于电声换能器的加强板，该加强板由多层层压体构成，所述加强板包括：

聚合物泡棉层，该聚合物泡棉层已在不使用热的情况下被压缩，使得该聚合物泡棉层的厚度已缩减到该聚合物泡棉层在压缩之前的厚度的大约65％至大约75％；以及

第一金属层和第二金属层，该第一金属层和该第二金属层中的每一个利用接合层粘接至所述聚合物泡棉层的相反侧。

15.根据权利要求14所述的加强板，其中，所述聚合物泡棉层具有闭孔微结构。

16.一种电声换能器，该电声换能器包括：

磁路，该磁路用于生成磁通量，所述磁路包括磁轭、包含在所述磁轭内的永磁体、以及附接至所述永磁体的上表面的导磁板；

音圈，该音圈围绕所述永磁体，并且被构造成在所述永磁体与所述磁轭之间的间隙中振动；

振膜，该振膜在一侧上粘接至所述音圈；以及

振膜加强板，该振膜加强板在与所述音圈相反的一侧上粘接至所述振膜，该振膜加强板由多层层压体构成，所述振膜加强板包括：

中间层，该中间层大致由聚合物泡棉构成；

第一外层，该第一外层由金属构成，并且设置在所述中间层的第一侧上；

第二外层，该第二外层由金属构成，并且设置在所述中间层的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相反；以及

第一接合层和第二接合层，该第一接合层和该第二接合层设置在相应的所述第一外层和所述第二外层与所述中间层之间，所述接合层由粘合剂构成，并且被构造成将所述外层粘接至所述中间层，

其中，所述多层层压体已在不经受加热的情况下被压缩，使得所述多层层压体的厚度已缩减到所述多层层压体在压缩之前的厚度的大约65％至大约75％。

Images