CN1264104A - 压电声学组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电声学组件,包括:带有大致矩形压电片的震动膜,压电片具有前后两个表面,一个安置在压电片前表面的电极,一个直接地或通过大致矩形压电片后表面的电极粘接在大致矩形压电片后表面的大致矩形金属片,一个带有一面顶壁和四面从顶壁伸出的侧壁的绝缘帽,一对用于在相对的一对侧壁内支撑震动膜的支撑组件,一个带有第一电极和第二电极的平板型母板。震动膜安置在绝缘帽内,其相对应的两边用一对支撑组件固定。震动膜的另两边与绝缘帽之间存在一个空隙并用弹性封口材料将其密封。在绝缘帽的顶壁和震动膜之间存在一个声学空间。绝缘帽四面侧壁所形成的开口处与母板粘合,金属片用电气连接法连接在第一电极上,压电片的前表面上的电极与第二电极用电气连接法连接。
Description
本发明所涉及的为压电声学组件，诸如压电蜂鸣器和压电耳机。
一般来说，在电子器件、家用电子产品、便携式电话、压电耳机和其他类似产品中，压电声学组件被广泛的应用于可以产生报警声和运行声音的压电蜂鸣器和压电耳机。
该种压电声学组件在第7-107593号日本未审查专利公告和第7-203590号日本未审查专利公告中有所报道。压电声学组件中含有一个单一形态的震动膜，它包括了圆形压电片和安置在圆形压电片的电极上的圆形金属片。震动膜的圆形金属片的圆周部分支撑在一个圆形箱体中，圆形箱体的开口处用盖子密封。
然而，使用这种圆形震动膜存在生产效率很低和声波转换效率低的问题，同时也很难减小压电声学组件的尺寸。
生产效率低的问题将在下文中说明。
在含有圆形震动膜的压电声学组件的制造过程中，如图1所示，用冲孔模41冲压制成的待加工薄片40可用以制造圆形压电片42。接着，圆形金属片43排列在每个圆形压电片42一侧的电极上。然后，在圆形压电片42两侧的电极上施加高电压直流电场，并使圆形压电片42极化，从而得到震动膜44。震动膜44存放在箱体45中，导线46和47伸出箱体45外，它们分别连接在另一个表面电极和压电片42的金属片43上。
然而，如上文所提到的，在用待加工薄片40冲压制作圆形压电片42时，冲压边角料增加，原料的利用率很低。此外，由于电极的制造过程、极化过程和其他步骤必须在冲压过程以后逐个进行，因此造成生产效率很低。而且，为了确定每个元件设计所需要的尺寸，制作待加工薄片的冲压模41必须根据元件尺寸制造。因此，产品的生产效率很低而制造费用很高。
声波转换效率低的问题将在下文中说明。
如图2A所示，由于震动膜44的圆周部分支撑在箱体45中，最大位移点P只能在震动膜44的中心位置。因此，位移量很小，声波转换效率低。那就是说存在每单位输入能的声压相对较低的缺点。
而且由于震动膜的圆周部分受到约束，造成频率较高。当在制造低频的压电震动膜时存在半径增加、尺寸较大的缺点。
为了克服以上提到的问题，本发明的较佳实施例提供了一个具有较高生产效率、优良的声波转换效率和较小尺寸的压电声学元件。
本发明的较佳实施例所提供的压电声学元件包括一个带有大致矩形压电片的震动膜(该压电片具有前后两个表面)、压电片前表面安置有一个的电极、一个直接地或通过矩形压电片后表面的电极粘接在矩形压电片后表面的大致矩形金属片、一个带有一面顶壁和四面从顶壁伸出的侧壁的绝缘帽、一对用于在内侧壁支撑震动膜的支撑组件和一个带有第一电极和第二电极的平板型基座。震动膜安置在绝缘帽内，其四个周边中的两个周边相对并用一对支撑组件固定，用弹性封口材料将四个周边中的另两边与绝缘帽之间的空隙密封，这样在绝缘帽的顶壁和震动膜之间形成了一个声学空间。绝缘帽四面侧壁所形成的开口处与母板粘合，金属片用电气连接法连接在第一电极上，大致矩形压电片的前表面上的电极与第二电极用电气连接法连接。
由于压电片为大致矩形，即使采用冲压待加工薄片制造压电片，冲压待加工薄片产生的边角料得以减少，同时原料的利用率大大提高。
而且，由于电极的制造过程、极化过程和其他步骤可以在母板上进行制作而不是在单个元件上进行，生产效率较高。
由于所需要的压电片的大小可以在母板上切割获得，所以可以不必象以前的技术中所需的那样为单个待加工薄片的冲压准备冲压模。
换句话说，与以前的技术相比，大大减少了冲压待加工薄片和切割母板的步骤，而且大大减少了模具、夹具的数量和压电体的类型，从而提高了成产效率，降低了生产成本。
在本发明的较佳实施例中，震动膜四个周边中的两边相对放置，固定在一对支撑组件上，用弹性封口材料将四个周边中的另两边与绝缘帽之间的空隙密封。当一个预先设定的频率信号输入金属片与压电片前表面上的电极之间时，压电片扩张，震动膜在纵向发生弯曲变形。在这种情况下，震动膜发生震动致使在它通过支撑元件固定于绝缘帽上的两端上产生两个节点，如图2B所示，最大位移点P出现在震动膜纵向的整个中心线上。
那就是说，与传统的圆形震动膜相比，位移量很大。由于该位移量是推动空气的动力，声波转换效率得到大大提高。
根据以上对压电声学组件的介绍，最好用弹性封口材料将震动膜的四个周边中的另两边与绝缘帽之间的空隙密封。由于弹性封口材料具有弹性，震动膜的震动不会受到干扰，声压也不会降低。
由于震动膜的两边受到固定，两边缘中间的部分可以自由移动，与传统的圆形震动膜相比，本组件可获得较低的频率。而且在所需频率相同的条件下，可减小组件的尺寸。
在本发明的较佳实施例中，粘合剂在其硬化条件下具有较高的杨氏弹性模量，并能牢牢约速住震动膜的边缘部分。
此外，弹性封口材料在硬化条件下应具有较低的杨氏弹性模量，它对震动膜的约束作用应微弱到足以使震动膜发生震动。由于某些弹性封口材料在粘合震动膜和绝缘帽时仍存在一定的粘接强度，因此可以用来代替粘合剂。
根据以上对压电声学组件的介绍，装有震动膜的绝缘帽与平板型的母板粘合，金属片用电气连接法连接在第一电极上，安置在矩形压电片的前表面的电极与第二电极用电气连接法连接。这样就完成了压电声学组件的制作。此外，压电声学组件还可以通过将第一和第二电极延伸出母板的反面，以表面安装型组件的形式进行制造。
压电片可以通过以下方法较好地安置在金属片上：压电片与金属片各自的长边互相排齐，它们各自的一条短边也互相对齐，这样，金属片的另一短边通过支撑元件固定在绝缘帽上，压电片则安置在金属片上。金属片的另一条短边形成了一个裸露区域并用绝缘帽的支撑元件将震动膜固定，因而使金属片与绝缘帽的顶壁相对放置。
由于可将震动膜用绝缘帽的支撑元件固定，所以可使压电片与绝缘帽的顶壁相对放置。但在这种情况下，就很难将压电片前表面的电极与母板的第二电极连接起来。另一方面，当震动膜固定在绝缘帽的支撑壁上，使金属片与绝缘帽的顶壁相对放置时，会造成压电片前表面的电极与母板相反。结果，就很容易将压电片前表面上的电极与基片的第二电极相连接。而且，由于震动膜一边周围的金属片裸露部分是裸露在外的，这就使金属片与母板的第一电极很容易连接起来。
通过导电胶合剂可以将金属片与第一电极更好的连接起来，矩形压电片的前表面上的电极与第二电极也可通过导电胶合剂更好的连接起来。在这种情况下，母板与绝缘帽的粘合工艺、金属片与第一电极的电气连接工艺以及压电片前表面的电极与第二电极的电气连接工艺可以同时进行。这样，与传统工艺相比，连接工艺变得相当简单，而且所需要的时间更省。
弹性封口材料是一种绝缘材料，它可以更好的用在震动膜的四边上。很明显，由于金属片和压电片前表面上的电极相互位置很近，当用导电胶合剂连接压电片前表面上的电极和第二电极时，它们很容易发生短路。如果弹性封口材料预先用于金属片四周，就可以避免这种短路。此外，通过密封震动膜的四周可以防止空气泄漏，从而大大提高声压的特性。
可以利用震动膜与绝缘帽仅通过弹性封口材料(不使用胶合剂)连接的方法以及用弹性封口材料代替胶合剂固定震动膜的两边的方法，将弹性封口材料使用在震动膜的四边上。当单使用胶合剂无法防止空气泄漏时，用弹性封口材料代替胶合剂固定震动膜的两边的方法较为有利。
本发明的另一个较佳实施例所提供的压电声学组件主要包括：一个带有大致矩形的压电片的震动膜(该压电片带有前后表面)，前表面上安置有一个电极，一个直接地或通过大致矩形的压电片后表面的电极粘接在矩形压电片后表面的大致矩形金属片，一个带有一面顶壁和四面从顶壁上伸出的侧壁的绝缘帽，在相对的两面侧壁上有一对用于支撑震动膜的支撑元件和一个带有第一电极和第二电极的平板型基座。震动膜安置在绝缘帽内，其相对的两边用一对支撑组件固定，用弹性封口材料将另两边与绝缘帽之间的空隙密封，在绝缘帽的顶壁和震动膜之间形成了一个声学空间。绝缘帽四面侧壁所形成的开口处与母板粘合。金属片用电气连接法连接在第一电极上，大致矩形压电片的前表面上的电极与第二电极用电气连接法连接。
与前面所描述的较佳实施例相同，以上所描述的压电声学组件同样克服了传统装置与方法所存在的问题。
在这种压电声学组件中，带有震动膜的绝缘箱的开口用塞子密封。此外，用电气连接法将金属片与第一电极连接起来，对大致矩形的压电片前表面上的电极与第二电极也进行电气连接。另外，压电声学组件还可以通过将第一和第二电极延伸出母板的反面，以表面安装型组件的形式进行制造。
在这种压电声学组件中，至少有一个电极用作为外接头，这个电极含有绝缘箱的表面所提供的电极膜、并从支撑元件伸展到绝缘箱的底面。另一种可能的情况为，至少有一个用于外部连接的电极可能是固定在绝缘箱上的、从支撑元件伸展到绝缘箱的底面的金属接线端。在这种情况下，金属接线端可以通过粘合、卷曲、嵌入或其它适当的方法固定在绝缘箱上。
压电片可以通过以下方法较好地安置在金属片上：压电片与金属片各自的长边互相排齐，它们各自的一条短边也互相对齐。这样，金属片的另一短边通过支撑元件固定在绝缘箱上，压电片则安置在金属片上。金属片的另一条短边形成了一个裸露区域并用绝缘箱的支撑元件将震动膜固定，因而使金属片与绝缘帽的地板相对放置。此外，更好的做法是将裸露区域与第一电极连接，并通过导电胶合剂用电气连接法较好的将大致矩形的压电片前表面上的电极与第二电极连接起来。
由于可将震动膜用绝缘箱的支撑元件固定，所以可使压电片与绝缘箱的底板相对放置。但是，在这种情况下，由于压电片前表面上的电极并不暴露在上表面，造成压电片前表面上的电极与母板上的第二电极难以连接。
另一方面，当震动膜用绝缘箱的支撑元件固定，使金属片与绝缘箱的底板部分相对时，压电片前表面上的电极暴露在上表面上，因此，压电片前表面上的电极能较容易地与母板上的第二电极连接。此外，由于震动膜另一边周围的金属片裸露部分是裸露在外的，这就使金属片与母板的第一电极很容易连接起来。
很明显，金属片与母板上的第一电极的连接工艺和震动膜与绝缘箱中的支撑元件的固定工艺可以同时进行。那就是说，当震动膜裸露区域的末端与支撑元件进行固定时，可以使用导电胶合剂。
弹性封口材料最好包括一种绝缘材料，并用在震动膜的四边上。很明显，由于金属片和压电片前表面上的电极相互位置很近，当用导电胶合剂连接压电片前表面上的电极和第二电极时，它们很容易发生短路。如果弹性封口材料预先用于金属片四周，就可以避免这种短路。此外，通过密封震动膜的四周可以防止空气泄漏，从而大大提高声压的特性。
可以利用震动膜与绝缘帽仅通过弹性封口材料(不使用胶合剂)连接的方法以及用弹性封口材料代替胶合剂固定震动膜的两边的方法，将弹性封口材料使用在震动膜的四边上。当单使用胶合剂无法防止空气泄漏时，用弹性封口材料代替胶合剂固定震动膜的两边的方法较为有利。
本发明的其它特性和优点将通过以下对本发明中相应图纸的描述进行进一步阐述。
图1A、1B和1C是用以前的技术制造压电蜂鸣器的工艺图。
图2A和2B是位移分布的比较图。
图3中的图表比较了圆形震动膜和矩形震动膜间相互关系。
图4为根据本发明的较佳实施例制作的第一个压电声学蜂鸣器的透视图。
图5为图4在X-X方向上的剖视图。
图6为图4在Y-Y方向上的剖视图。
图7为根据本发明的较佳实施例制作的震动膜的透视图。
图8为根据较佳实施例制作的第二个压电声学蜂鸣器的分解视图，图中从背面显示的绝缘帽和震动膜。
图9为图8在完成状态下从背面显示的绝缘帽和震动膜的透视图。
图10是根据第二较佳实施例的概图。
图11为根据较佳实施例制作的第三个压电声学蜂鸣器透视图。
图12为根据较佳实施例制作的第四个压电声学蜂鸣器透视图。
图13为图12在X-X方向上的剖视图。
图14为图12在Y-Y方向上的剖视图。
图15为图12所示的压电声学蜂鸣器的分解视图。
图16为根据本发明的较佳实施例制作的震动膜的透视图。
图17为根据本发明的较佳实施例制作的第五个压电声学组件的分解视图。
图18为根据本发明的较佳实施例制作的第六个压电声学组件的透视图。
图19为图18所示的压电声学组件的分解视图。
图20为根据本发明的较佳实施例制作的第七个压电声学组件的透视图。
图21为图20所示的压电声学组件的分解视图。
图22为图20所示的压电声学组件的绝缘箱的剖视图。
图23为图20所示的压电声学组件的绝缘箱后视图。
图3中的图表比较了圆形震动膜和矩形震动膜间相互关系。由图3所示，与圆形震动膜相比，矩形震动膜的尺寸(长度，直径)可以做得更小。在尺寸相同的条件下，矩形震动膜具有较低的谐振频率。通过比较可见，压电片是由厚度约为50微米的PZT材料制成的，金属片是由厚度约为50微米的镍42制成的。此外，矩形震动膜的长宽比约为1.67。
图4-7显示的是根据本发明的第一个压电声学组件的较佳实施例制作的压电蜂鸣器。
该压电蜂鸣器主要包括单一形式的震动膜1，绝缘帽4和母板10。
如图7所示，震动膜1主要包括大致矩形的压电片2和大致矩形的金属片3。电极2a和2b为薄膜或厚膜，它们分别位于压电片2的前后表面上，并在厚度方向上对压电片2进行极化。大致矩形的金属片3的宽度与压电片2相同，其长度比压电片2略长一些。
当通过导电胶合剂或其它适当的连接材料将金属片3和压电片2的后表面连接起来时，背面的电极2b可以忽略。
在本较佳实施例中，通过以下方法将压电片2安置在金属片3上：它们各自的长边相互对齐，各自的一条短边相互对齐。那就是说，压电片2是通过依靠在金属片3的一条短边上从而安置在金属片3上的。因此，在金属片3的另一条短边上存在一个裸露区域3a。
压电片2可以用压电陶瓷材料如PZT制造，金属片3用具有较高的传导率和较高的弹性的材料制造，更确切的说，是用与压电片2有相近的杨氏弹性模量的材料制造的，如磷铜丝布、镍42。此外，若采用镍42制造金属片3，由于镍42的热膨胀系数与陶瓷(PZT材料)相似，因而可以获得较高的可靠性。
以上所提到的震动膜1可以通过以下工艺制造：
首先，用冲压模将陶瓷的待加工薄片冲压成大致矩形的母板。
接着，通过导电胶合剂或其它适当的连接材料将母板与金属片的母片粘合。
然后，用切块机或其它适当的切割工具沿X和Y方向将相互粘合在一起的母板与金属母片切割成大致矩形。这样，震动膜就做好了。
这样，使用大致矩形的金属片3和大致矩形的压电片2可以大大提高材料的利用率和产品的生产效率，而且可以大大降低安装成本。
前面所提到的震动膜1安置在绝缘帽4的内部，其短边被固定。
绝缘帽4主要由如陶瓷或树脂等绝缘材料制成，其形状为盒子状，带有一面顶壁4a和四面侧壁4b。
用于支撑震动膜1两端的一对支撑元件4c被分别安装在绝缘帽4四面侧壁4b中相向的两面侧壁的内侧上。
由于高声压所允许的谐振频率较低，因此，为获得较高的声压，支撑元件4c的尺寸应尽可能做的小。
若用树脂制造绝缘帽4，那么可以采用耐热性的树脂，如LCP(液态晶体聚合物)、SPS(间规聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)或环氧树脂。
在顶壁4a的中心位置附近设有声音发射孔4d。绝缘帽4开口端的两面侧壁4b的边缘有一对槽口。此外，绝缘帽4开口端的另一面侧壁4b上设有消声孔4f。
如图5所示，震动膜1设置在绝缘帽4内，因而使金属片3与顶壁4a相对。震动膜1的一对短边分别安置在一对支撑元件上，并用胶合剂固定。胶合剂5所使用的为常见的绝缘胶合剂，如环氧树脂类、氨基甲酸乙酯类和聚硅酮类。
根据以上所述，在震动膜1的两条长边和绝缘帽4之间有细微的间隙，该间隙可以用弹性封口材料6，如硅橡胶进行密封。因此，在震动膜1与绝缘帽4的顶壁之间存在一个声学空间7。
根据以上所述的方法将震动膜1固定在绝缘帽4上之后，绝缘帽4与母板10粘合。母板10由绝缘材料如陶瓷或树脂制成，大致成矩形平板状。当使用的材料为树脂时，可使用耐热性的树脂，如LCP，SPS，PPS或环氧树脂(包括环氧玻璃)。
在母板10的两条短边上各有电极13和14。电极13和14通过通孔槽11和12从前表面延伸到后表面，它们将用于外部连接。
在金属片3的裸露区域3a上的槽口4e上涂有导电性涂胶15。在表面电极12a上的另一槽口4e上涂有导电性涂胶16。
如图6所示，绝缘帽4的开口边与母板10用绝缘胶合剂19粘合。绝缘胶合剂19可以涂在绝缘帽4的开口边或母板10上绝缘帽要粘合的位置。
在这种情况下，通过导电性涂胶15，金属片3的裸露区域3a与母板10的电极13进行电气连接。通过导电性涂胶16，表面电极12a与母板10的电极14进行电气连接。
根据以上描述，通过对导电性涂胶15、16以及绝缘性胶合剂进行加热硬化或自然硬化可以制成表面安装型的压电声学组件。
当在电极13和14之间加入预先确定的频率信号(AC信号或方波信号)就可以产生预定的蜂鸣声。这是因为：震动膜1的一对短边分别固定在绝缘帽4的一对支撑元件4c上，由于使用了弹性封口材料6，使震动膜1的长边可以保持自由移动状态。因此，以震动膜1的短边为支点，震动膜1发生纵向弯曲模式的震动。
蜂鸣声可以通过绝缘帽4上的声音发射孔4d传递出来。
在以上所描述的较佳实施例中，震动膜1被固定，从而使震动膜1上的金属片3能与绝缘帽4的顶壁4a相对。换句话说，震动膜1被固定，从而使金属片3上的裸露区域3a与母板10上的表面电极12a相对。因此，可以比料容易的用导电性涂胶15和16将裸露区域3a与电极13以及表面电极12a与电极14连接起来。
在以上所描述的较佳实施例中，通过胶合剂5将震动膜1的一对短边分别固定在支撑一对元件4c上，并通过弹性封口材料6将震动膜1的一对长边密封起来。然而，也可以使用弹性封口材料6将震动膜1的一对短边固定在绝缘帽4的一对支撑元件4c上。
首先，当用导电胶合剂16和18连接压电片2上的表面电极2a与母板10上的电极14时，导电胶合剂16可能粘着在金属片3上并造成金属片3短路。因此，可以将弹性封口材料6涂抹在金属片3的外围，形成绝缘膜以防止短路。其次，可以通过用弹性封口材料6将震动膜1四周完全封闭以防止震动膜1的前后侧之间发生空气泄漏。
图8～10显示的是第二个本发明的较佳实施例。在这个较佳实施例中，震动膜1安置在绝缘帽4中，其四边用弹性封口材料6密封。在这种情况下，震动膜1的短边与支撑元件4c之间的固定使用的是弹性封口材料6，而不是胶合剂5。因此，与第一个较佳实施例相比，震动膜1短边处的约束作用较弱，并且震动膜1的位移量有所增加。因此，声压可以大大提高。
此外，在这个较佳实施例中，震动膜1的短边上使用的是导电性涂胶15和16，与导电性涂胶15和16相对应，母板上的电极13和14分别使用的是同类型的导电性涂胶17和18。因此，在绝缘帽4与母板10进行粘接时，震动膜1与母板10上的电极13和14之间能实现可靠的电气连接。此外，不必在导电性涂胶15和16硬化以前将绝缘帽4固定在母板10上，而可以先将导电性涂胶15和16涂抹在震动膜1上并使其硬化，然后将绝缘帽4与母板10粘合。
图11显示的是第三个本发明的较佳实施例，在这个较佳实施例中，压电声学组件被制成接线型组件的形式。
在这个较佳实施例中，母板10在长度方向延长，形成延长区10a。电极13和14从绝缘帽4的粘接区延长到外面，从而裸露在延长区10a上。通过焊接或其它连接工艺将引线端子20和21分别与电极13和14连接起来。
在这种情况下，震动膜1和绝缘帽4与图4～10显示的完全相同。只要改变母板10和电极13、14的形状，就能容易的得到接线型压电声学组件。此外，由于不能采用回流焊接的安装工艺，绝缘帽4和母板10可使用耐热性低的材料。
在以上所描述的第一、第二和第三最佳实施例中，带有震动膜1的绝缘帽4粘接在单块母板上。然而，还可以通过隔墙或其它分隔结构在绝缘帽4内形成多个空间，并在这些空间内分别安装多个具有不同谐振频率的震动膜1，然后将多个震动膜1和绝缘帽4粘合在一块母板10上。在这种情况下，如果在母板10上与每一块震动膜1对应有一个电极，这些电极分别与震动膜1对应连接，那么每一块震动膜1就可以发出一种声音。
此外，金属片和压电片的形状并不限制在大致矩形，也可以呈大致方形。
在以上所描述的第一、第二和第三最佳实施例中，最好使用单形态的震动膜，在这种震动膜上，压电片安置在金属片的一端。但也可以使用双压电晶片型的震动膜，在这种震动膜上，金属片的两端上装有一对压电片。
而且，金属片与第一电极的连接以及压电片的另一表面电极与第二电极的连接最好使用导电胶合剂(导电性涂胶)。但也可以使用其它方法(焊接、导线等)进行连接。
除压电蜂鸣器以外，本发明还可以用于压电耳机、压电话筒、压电发声设备、振铃器或类似设备上。
图12-15显示的是根据本发明的第四个压电声学组件的较佳实施例制作的压电蜂鸣器。
该压电蜂鸣器包括单形态震动膜101，绝缘帽104和母板110。
如图16所示，震动膜101主要包括大致矩形的压电片102和大致矩形的金属片103。电极102a和102b由薄膜或厚膜制成，它们分别安装在压电片102的前后表面上，压电片102沿厚度方向进行极化。大致矩形的金属片103的制作如下：其宽度尺寸与压电片102相同，长度尺寸比压电片102略长。
当利用导电胶合剂或其它适当的粘合材料将金属片103直接与压电片102的后表面连接起来时，可以忽略反面电极102b。
在这个较佳实施例中，将压电片102安置在金属片103上的方法如下：他们各自的长边互相对齐，各自的一条短边互相对齐。那就是说，压电片102通过依靠在金属片103的一条短边上的方法被安置在金属片103上。因此，在金属片103的另一条短边周围形成一个裸露区域。
压电片102可以用压电陶瓷材料如PZT制作。金属片103应使用具有高传导率和高弹性的材料制造，更确切的说是使用具有与压电片相近的杨氏弹性模量的材料制造，如磷铜丝布和镍42。而且，由于镍42的热膨胀系数与陶瓷材料(PZT材料)相近，若用镍42制造金属片103将具有较高的可靠性。
以上所提到的震动膜101可以用以下工艺制造：
首先，用冲压模将陶瓷的待加工薄片冲压成大致矩形的母板，电极的制作与极化都在该母板上进行。
接着，通过导电胶合剂或其它适当的连接材料将母板与金属片的母片粘合。
然后，用切块机或其它适当的切割工具沿X和Y方向将相互粘合在一起的母板与金属母片切割成大致矩形。
这样，使用大致矩形的金属片103和大致矩形的压电片102可以大大提高材料的利用率和产品的生产效率，而且可以大大降低安装成本。
以上所提到的震动膜101安置在绝缘箱104的内部，其短边被固定。
绝缘箱104主要由如陶瓷或树脂等绝缘材料制成，其形状为大致矩形的盒子状，带有一面顶壁104a和四面侧壁104b。
用于支撑震动膜101两端的一对支撑元件104d被分别安装在绝缘箱104四面侧壁104b中相向的两面侧壁的内侧上。
由于高声压所允许的谐振频率较低，因此，为获得较高的声压，支撑元件104d的尺寸应尽可能做的小。
若用树脂制造绝缘箱104，那么最好采用耐热性的树脂，如LCP(液态晶体聚合物)、SPS(间规聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)或环氧树脂。
在带有支撑元件104d的侧壁104b的内侧有一对凹槽104e。通过侧壁104b的上面和外表面，导电膜107和108从凹槽104e内延伸到侧壁104b的底面。此外，在较长的侧壁104c和底面104a的交界线的中心附近设有消声孔104f。
如图13所示，震动膜101安置在绝缘箱104内，从而使金属片103与底面104a相对。震动膜101的两条短边分别安置在一对支撑元件104d上，并用胶合剂105固定。胶合剂105所使用的为常见的绝缘胶合剂，如环氧树脂类、氨基甲酸乙酯类和聚硅酮类。
根据以上所述，在震动膜101的两条长边和绝缘箱104之间有细微的间隙，该间隙可以用弹性封口材料106如硅橡胶进行密封。
根据以上所述的方法将震动膜101与绝缘箱104连接以后，在震动膜101的短边和凹槽104e之间涂抹导电性涂胶109，金属片103的裸露区域103a与导电膜107进行电气连接，并且将压电片前表面上的电极102a与导电膜108进行电气连接。
在用以上所属的方法将震动膜101与绝缘箱104固定以后，将带有声音发射孔110的塞子粘合到绝缘箱104上。塞子110呈大致矩形平板状，用绝缘材料如陶瓷或树脂制造。当使用的材料为树脂时，可使用于绝缘箱104相同的耐热性树脂，如LCP，SPS，PPS或环氧树脂(包括环氧玻璃)。通过塞子110与绝缘箱104粘合，在塞子110和震动膜101之间形成一个声学空间，从而制成表面安装型的压电声学组件。
当在绝缘箱104上的电极107和108之间加入预先确定的频率信号(AC信号或方波信号)就可以产生预定的蜂鸣声。这是因为：震动膜101的一对短边分别固定在绝缘箱104的支撑元件104d上，由于使用了弹性封口材料106，使震动膜101的长边可以保持自由移动状态。因此，以震动膜101的短边为支点，震动膜101发生纵向弯曲模式的震动。
蜂鸣声可以通过塞子110上的声音发射孔111传递到组件外。
在以上所描述的较佳实施例中，震动膜101被固定，从而使震动膜101上的金属片103能与绝缘箱104的底面104a相对，同时可以使压电片102与绝缘箱104的底面相对。其结果是使压电片102上的电极102a和金属片103上的裸露区域103a与顶壁相对。因此，可以比较容易的用导电性涂胶109将裸露区域103a与电极107以及电极112a与电极108连接起来。
在以上所描述的较佳实施例中，通过胶合剂105将震动膜101的短边分别固定在绝缘箱4的支撑元件104d上，并通过弹性封口材料106将震动膜101的长边密封起来。而且，也可以使用弹性封口材料106将震动膜1的短边固定在绝缘帽104的支撑元件104d上。首先，当用导电胶合剂109连接压电片102上的电极102a与电极108时，导电胶合剂109可能黏着在金属片103上并造成金属片103短路。因此，可以将弹性封口材料106涂抹在金属片103的外围，形成绝缘膜以防止短路。其次，可以通过用弹性封口材料106将震动膜101四周完全封闭以防止震动膜101的前后侧之间发生空气泄漏。
图17显示的是第五个本发明的较佳实施例。在这个较佳实施例中，震动膜101安置在绝缘箱104中，其四边用弹性封口材料106粘接密封。在这种情况下，震动膜101的短边与支撑元件104d之间的固定使用的是弹性封口材料106，而不是胶合剂105。因此，与第四个较佳实施例相比，震动膜101短边处的约束作用较弱，并且震动膜101的位移量有所增加。因此，声压可以大大提高。为避免重复描述，在此采用与第四个较佳实施例相似的标号表示相同的元件。
图18和19为第六个本发明的较佳实施例。在这个较佳实施例中，绝缘箱104上的电极有金属接线柱组成。为避免重复描述，在此采用与第四个较佳实施例相似的标号表示相同的元件。
将金属接线柱120和121弯曲呈U型，放置在由绝缘箱104中较短的侧壁104b上的凹槽104g内。金属接线柱可以通过胶合、焊接、弯曲或其它适当的方法固定。金属接线柱120和121的一端延伸到侧壁104b的内侧，另一端延伸到绝缘箱104的表面。在金属片103的裸露区域103a与金属接线柱120以及电极102a与金属接线柱121之间涂抹导电性涂胶109，然后分别进行电气连接。
图20～23为第七个本发明的较佳实施例。在这个较佳实施例中，绝缘箱104上的电极是插入式接线柱。为避免重复描述，在此采用与第四个较佳实施例相似的标号表示相同的元件。
插入式接线柱130和131的一端130a和131a裸露在较短的侧壁104b上，它们的另一端130b和131b都延伸到绝缘箱104的底面。接线柱的130b和131b上的130c和131c端沿宽度方向延伸到绝缘箱104较长的侧壁104c。此外，在金属片103上的裸露区域103a与插入式接线柱130以及压电片102的电极102a与插入式接线柱131之间涂抹导电性涂胶109，进行电气连接。
在以上所描述的第五、第六和第七较佳实施例中，展示了固定有一片震动膜101的绝缘箱104。然而，还可以通过隔墙或其它分隔结构在绝缘箱104内形成多个空间，并在这些空间内分别安装多个具有不同谐振频率的震动膜101。在这种情况下，与每一块震动膜101相对应电极分别与震动膜101对应连接，那么每一块震动膜101就可以发出一种声音。
此外，金属片和压电片的形状并不限制在大致矩形，也可以呈大致方形。
在以上所描述的第五、第六和第七较佳实施例中，最好使用单形态的震动膜，在这种震动膜上，压电片安置在金属片的一端。但也可以使用双压电晶片型的震动膜，在这种震动膜上，金属片的两端上装有一对压电片。
而且，金属片与第一电极的连接以及压电片的另一表面电极与第二电极的连接最好使用导电胶合剂(导电性涂胶)。但也可以使用其它方法(焊接、导线等)进行连接。
除压电蜂鸣器以外，本发明还可以用于压电耳机、压电话筒、压电发声设备、振铃器或类似设备上。
以上通过参考较佳实施例，对本发明已进行了详细的展示和描述，熟悉本领域的技术人员可以理解，在不背离本发明的实质的条件下，在其形式和细节上可以进行背弃和变化。
Claims (22)
1.压电声学组件，其特征在于包括：
带有矩形压电片的震动膜，压电片具有前后两个表面，一个安置在压电片前表面的电极，一个直接地或通过压电片后表面的电极粘接在大致矩形压电片后表面的金属片；
带有一面顶壁和四面从顶壁伸出的侧壁的绝缘帽和一对用于在相对的一对侧壁内支撑震动膜的支撑组件；
带有第一电极和第二电极的平板型母板；
在这个母板上，震动膜安置在绝缘帽内，其相对应的两边用一对支撑组件固定，其四边中的另两边与绝缘帽之间存在一个空隙并将其密封，在绝缘帽的顶壁和震动膜之间存在一个声学空间，绝缘帽四面侧壁所形成的开口处与母板粘合，金属片用电气连接法连接在第一电极上，压电片的前表面上的电极与第二电极用电气连接法连接。
2.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，压电片可以通过以下方法安置在金属片上：压电片与金属片各自的长边互相排齐，它们各自的一条短边也互相对齐，这样，金属片的另一短边通过支撑元件固定在绝缘帽上，压电片则安置在金属片上；
金属片的另一条短边附近存在一个裸露区域；
并且，用绝缘箱的支撑元件将震动膜固定，因而使金属片与绝缘帽的顶壁相对放置。
3.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，将金属片与第一电极以及压电片前表面上的电极于第二电极通过导电胶合剂连接。
4.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，还包括用于将震动膜的另两边与绝缘帽之间的空隙密封起来的弹性封口材料。
5.如权利要求4所述的压电声学组件，其特征在于，弹性封口材料为绝缘材料，并使用于震动膜的四周。
6.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，压电片呈大致矩形。
7.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，金属片呈大致矩形。
8.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，还包括用于震动膜的两边与支撑元件固定用的胶合剂或弹性封口材料。
9.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，震动膜是一种单形态型或双压电晶片型。
10.如权利要求1所述的压电声学组件，其特征在于，压电声学组件为压电蜂鸣器、压电耳机、压电话筒、压电发声设备或振铃器中的一种。
11.一种压电声学元件，其特征在于包含：
一个带有压电片的震动膜，压电片具有前后两个表面，一个安置在压电片前表面的电极，一个直接地或通过压电片后表面的电极粘接在大致矩形压电片后表面的金属片；
一个带有一面顶壁和四面从顶壁伸出的侧壁的绝缘帽和一对用于在相对的一对侧壁内支撑震动膜的支撑组件；
一个带有声音发射孔的塞子；
在这个塞子上，震动膜安置在绝缘帽内，其相对应的两边用一对支撑组件固定，其四边中的另两边与绝缘帽之间存在一个空隙并将其密封，金属片用电气连接法连接在第一电极上，压电片的前表面上的电极与第二电极用电气连接法连接，绝缘箱的开口端与塞子粘合。
12.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，至少存在一种电极含有绝缘箱的表面所提供的电极膜，并且从支撑元件伸展到绝缘箱的底面。
13.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，至少存在一种电极含有固定与绝缘型的金属接线端，并且从支撑元件伸展到绝缘箱的底面。
14.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，压电片可以通过以下方法安置在金属片上：压电片与金属片各自的长边互相排齐，它们各自的一条短边也互相对齐，这样，金属片的另一短边通过支撑元件固定在绝缘帽上，压电片则安置在金属片上；
金属片的另一条短边附近存在一个裸露区域；
并且，用绝缘箱的支撑元件将震动膜固定，因而使金属片与绝缘帽的顶壁相对放置。
15.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，将金属片与第一电极以及压电片前表面上的电极于第二电极通过导电胶合剂连接。
16.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，还包括用于将震动膜的另两边与绝缘帽之间的空隙密封起来的弹性封口材料。
17.如权利要求16所述的压电声学组件，其特征在于，弹性封口材料为绝缘材料，并使用于震动膜的四周。
18.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，压电片呈大致矩形。
19.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，金属片呈大致矩形。
20.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，还包括用于震动膜的两边与支撑元件固定用的胶合剂或弹性封口材料。
21.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，震动膜是一种单形态型或双压电晶片型。
22.如权利要求11所述的压电声学组件，其特征在于，压电声学组件为压电蜂鸣器、压电耳机、压电话筒、压电发声设备或振铃器中的一种。
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