FI109076B

FI109076B - Method for realising an acoustical transformer and said acoustical transformer

Info

Publication number: FI109076B
Application number: FI970896A
Authority: FI
Inventors: Jarmo Hietanen; Nick Zacharov
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2002-05-15
Also published as: FI970896A; FI970896A0

Description

1 1090761 109076

Menetelmä akustisen muuntimen toteuttamiseksi ja akustinen muunninA method for implementing an acoustic converter and an acoustic converter

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään akustisen muuntimen valmistamiseksi, 5 patenttivaatimuksen 5 johdanto-osan mukaiseen akustiseen muunti-meen ja patenttivaatimuksen 11 johdanto-osan mukaiseen matkaviestimeen.The present invention relates to a method for manufacturing an acoustic transducer according to the preamble of claim 1, to an acoustic transducer according to the preamble of claim 5 and to a mobile station according to the preamble of claim 11.

Akustisilla muuntimilla tässä selityksessä tarkoitetaan välineitä, joilla 10 suoritetaan akustisen signaalin muunnos sähköiseksi (mikrofonit, paineanturit) ja vastaavasti sähköisen signaalin muunnos akustiseksi (kaiuttimet, kuulokkeet, summerit). Akustisia signaaleita sähköisiksi signaaleiksi muuntavasta muuntimesta voidaan käyttää myös nimitystä akustinen vastaanotin ja sähköisiä signaaleita akustisiksi signaaleiksi 15 muuntavasta muuntimesta voidaan käyttää vastaavasti nimitystä akustinen lähetin. Lyhyyden vuoksi voidaan akustisesta signaalia kutsua myös ääneksi, akustista lähetintä lähettimeksi ja akustista vastaanotinta vastaanottimeksi.By acoustic transducers in this specification are meant means for performing the conversion of an acoustic signal into an electrical one (microphones, pressure transducers) and a corresponding electrical signal conversion into acoustic (speakers, headphones, buzzer). A converter that converts acoustic signals to electrical signals can also be called an acoustic receiver, and a converter that converts electrical signals to acoustic signals 15 can be called an acoustic transmitter, respectively. For the sake of brevity, an acoustic signal may also be referred to as sound, an acoustic transmitter as a transmitter, and an acoustic receiver as a receiver.

20 Kaikki värähtelevät kappaleet tuottavat ääntä, joka on väliaineessa eteneviä väliaineen tiheysmuutoksia. Väliaineena voi olla kaasu, neste tai kiinteä aine. Ääni, jonka taajuus on korkeampi kuin normaalikuuloisen , ihmisen kuulema ääni kutsutaan ultraääneksi ja ääntä, jonka taajuus on vastaavasti matalampi kutsutaan infraääniksi. Akustiikan perusteita on 25 käsitelty tarkemmin mm. viitteessä 1 (luettelo selityksen lopussa).20 All oscillating bodies produce sound that is a medium density change in the medium. The medium may be a gas, a liquid or a solid. Sound that is higher in frequency than normal hearing is called ultrasound, and sound that is lower in frequency is called infra. The basics of acoustics have been discussed in more detail, e.g. in reference 1 (list at the end of the description).

Äänen tuottamisen ja vastaanottamisen tehokkuuden määrää ensisijai-sesti muuntotehokkuus akustisen ja esimerkiksi sähköisen energian ’ välillä. Muuntimen säröllä ja taajuusvasteella on puolestaan merkitystä 30 äänen laadun kannalta. Useissa audiosovelluksissa pyritään optimoi-: ’·· maan lähettimet ja vastaanottimet siten, että äänen laatu, kustannuk- v : set, laitteen koko, tuotettavuus ja muut tuotannolliset tekijät tuottavat hyväksyttävän laitekokonaisuuden.The efficiency of producing and receiving sound is primarily determined by the conversion efficiency between acoustic and, for example, electric energy. The distortion and frequency response of the converter, in turn, are important for the quality of the 30 sounds. Many audio applications seek to optimize: ·· Earth transmitters and receivers such that sound quality, cost, device size, productivity and other production factors produce an acceptable set of equipment.

*" 35 Hyvin usein akustiset muuntimet, eli lähteet tai vastaanottimet, ovat so-• velluksen kannalta rajoittavina tekijöinä. Esimerkiksi eräs este matka- puhelimien dimensioiden pienentämiselle on akustisten muuntimien 2 109076 fyysinen koko. Nykyisin tunnetut akustiset muuntimet ovat rakenteeltaan pääosin erillisiä, koteloituja komponentteja, jotka liitetään muunti-men koteloon järjestettyjen liitinnastojen tai vastaavien avulla joko suoraan piirilevyyn tai erillisten liitäntäjohtojen avulla sähköisesti muuhun 5 kytkentään. Akustisissa muuntimissa signaalien muunnos perustuu muodonmuutokseen, eli lähinnä siihen, että kahden muunninelimen, kuten kalvon ja taustalevyn, keskinäinen geometria muuttuu. Muodonmuutos tuotetaan akustisissa vastaanottimissa akustisella signaalilla, ja akustisissa lähettimissä sähköisellä signaalilla. Ainakin toinen muun-10 ninelin on elastisesti muotoaan muuttava, esim. taipuisa tai kokoonpuristuva. Näin ollen akustiset muuntimet kootaan monesta diskreetistä komponentista komponentin sisäisen integraatioasteen jäädessä melko pieneksi.* "35 Very often acoustic transducers, that is, sources or receivers, are limiting factors for the application. For example, one obstacle to reducing the dimensions of cellular phones is the physical size of acoustic transducers 2 109076. At present, known acoustic transducers are mainly which are connected to the converter housing by means of connector pins or the like, either directly to the circuit board or by means of separate connection wires electrically to the other connection 5. In acoustic transducers the signal transformation is based on deformation, that is, the receivers with an acoustic signal, and in acoustic transmitters with an electrical signal, at least one of the other nasals 10 is elastically deformable, e.g., flexible or compressible. is taken from many discrete components with a relatively low degree of internal integration.

15 T oimintaperiaatteet15 Code of Conduct

Akustiset muuntimet voidaan jakaa toimintaperiaatteen mukaan eri tyyppeihin. Akustiikassa yleisimmin käytössä olevat muunnintyypit pe-20 rustuvat sähköstaattiseen tai sähkömagneettiseen (liikkuva kela tai magneetti) periaatteeseen tai sitten pietsosähköiseen ilmiöön. Tämä jaottelu pätee sekä lähettimiin että vastaanottimiin. Periaatetasolla voi-. daan toimintaperiaatteet esittää identtisiksi vaikkakin käänteisiksi sekä lähettimille että vastaanottimille. Useinkaan ei ole periaatteellista estet-. ·. ·. 25 tä käyttää akustista muunninta sekä lähettimenä että vastaanottimena.Acoustic transducers can be divided into different types according to the principle of operation. The most common types of transducers used in acoustics are based on the electrostatic or electromagnetic (moving coil or magnet) principle or the piezoelectric phenomenon. This breakdown applies to both transmitters and receivers. At the principle level, butter-. The principles of operation are presented albeit inversely to both transmitters and receivers. Often there is no principle barrier-. ·. ·. 25 uses an acoustic transducer as both transmitter and receiver.

Sähköstaattisissa muuntimissa muunnineliminä voidaan käyttää esi-’*.,!* merkiksi kahta toistensa lähelle sijoitettua, edullisesti tasomaista kalvoa '·* ’ tai levyä, jotka muodostavat kondensaattorin. Ensimmäinen kalvo on 30 tavallisesti joustava tai taipuisa ja toinen kalvo on tehty liikkumatto-In electrostatic transducers, the pre-'*.,! * Can be used as a transducer element to denote two, preferably planar, membranes' · *' located close to each other or plates which form a capacitor. The first film is usually flexible or flexible and the second film is made of

t It I

! ·· maksi. Muunnos perustuu muunninelimien välisen kapasitanssin muu-0*: tokseen, joka syntyy kalvojen välisen etäisyyden muuttumisesta. Kalvo- jen välinen voimavaikutus riippuu mm. kalvoissa olevista sähkövarauk-sista ja muista mekaanisista rakenteista.! ·· Max. The transformation is based on the change in capacitance between the transducer elements, which is the result of a change in the distance between the membranes. The force effect between the membranes depends, e.g. electrical charges in the membranes and other mechanical structures.

35 I · · i Sähkömagneettisissa muuntimissa muunninelimien välillä vaikuttavana i/j kenttänä on magneettikenttä. Ensimmäinen muunninelin on esim.35 I · · i In electromagnetic transducers there is a magnetic field acting as an i / j field between the transducer elements. The first converter element is e.g.

kalvo, johon on kiinnitetty kela ja toisena muunninelimenä on tällöin 109076 kestomagneetti tai sähkömagneetti, jolla muodostetaan magneettikenttä. Voidaan käyttää myös käänteistä rakennetta, jossa liikkuvassa kalvossa on magnetoituvaa ainetta ja toisena kiinteänä muunninelimenä on tällöin kela. Muunnos perustuu kelan liikkeeseen magneettiken-5 tässä. Muunninelinten välinen voimavaikutus riippuu mm. käytetystä magneettikentästä, kelasta, kelan läpi menevästä virrasta sekä muista mekaanisista rakenteista.the film to which the coil is attached and the second transducer being a 109076 permanent magnet or an electromagnet forming a magnetic field. An inverse structure may also be used in which the movable membrane contains a magnetizable material and the second fixed transducer member is a coil. The modification is based on the motion of the coil magnetic-5 here. The force effect between the transducers depends e.g. the applied magnetic field, the coil, the current through the coil and other mechanical structures.

Pietsosähköisessä ilmiössä kappaleen jännitystila vapauttaa materiasta 10 varauksia ja käänteisesti kappaleeseen johdetut varaukset aikaansaavat jännitystiloja. Tällaisessa akustisessa muuntimessa ensimmäinen muunninelin on kappale, jossa tapahtuu pietsoilmiö. Toisena muunninelimenä voidaan pitää ensimmäisen elimen kiinnitysalustaa, jonka suhteen ensimmäinen elin muuttaa muotoaan. Muunninelinten välinen 15 voimavaikutus riippuu mm. käytetystä materiaalista, dimensioista, generoidusta jännitteestä sekä muista mekaanisista rakenteista.In the piezoelectric phenomenon, the stress state of the object releases the charges 10 from the material, and inversely the charges applied to the object create stress states. In such an acoustic transducer, the first transducer element is the body where the piezo effect occurs. The second transducer means may be regarded as a mounting base for the first member, with respect to which the first member is deformed. The force effect between the transducer members 15 depends, e.g. the material used, the dimensions, the voltage generated and other mechanical structures.

Akustisten muunninten toimintaperiaatteista ja sovelluskohteista voidaan hakea lisätietoa mm. seuraavista lähteistä: J. P. Bentley: 20 "Principles of measurement systems"; Wiley & Sons Inc. New York, USA, 1988 (viite 4) ja P. A. Nelson, S. J. Elliott: "Active control of Sound"; Academic Press, Cambridge, Great Britain, 1993 (viite 5). Seu-, raavassa selostetaan vielä edellä esitettyjen perinteisten ja keskeisten muunninperiaatteiden toteutustapoja akustisissa vastaanottimissa ja lä-25 hettimissä.More information on acoustic transducer operation principles and applications can be obtained eg. from J.P. Bentley: 20 "Principles of measurement systems"; Wiley & Sons Inc. New York, USA, 1988 (Ref. 4); and P. A. Nelson, S. J. Elliott, "Active control of Sound"; Academic Press, Cambridge, Great Britain, 1993 (ref. 5). In the following, the implementation of the above conventional and key converter principles in acoustic receivers and transmitters will be explained.

Vastaanottimet « · 1 · » ' Vastaanottimissa, kuten mikrofoneissa ääni saa aikaan akustisessa eli- 30 messä muodonmuutoksia, jotka kytkeytyvät edellä esitettyjen fysikaalis- ί · ten periaatteiden mukaan sähköiseksi signaaliksi. Esimerkiksi konden- v : saattorimikrofonissa on sähköä johtava kalvo, joka värähtelee äänen mukana. Sähköä johtava taustalevy on sijoitettu tyypillisesti yhdensuun-’···. taisesti kalvon kanssa, jolloin kalvo ja taustalevy muodostavat konden-"* 35 saattorin, jolla on geometriansa määrittämä kapasitanssiako. Koska • V äänen aikaansaama muodonmuutos, eli taipuma kalvossa muuttaa kal-von ja taustalevyn välistä etäisyyttä, muuttuu kondensaattorin kapasitanssi vastaavasti.Receivers In receivers such as microphones, the sound causes deformations in the acoustic member which, in accordance with the physical principles described above, are coupled to an electrical signal. For example, a condenser microphone has an electrically conductive membrane that vibrates with sound. The electrically conductive backing plate is typically disposed parallel to each other. Because the deformation, i.e. the deflection in the film, caused by • V sound changes the distance between the film and the backing plate, the capacitance of the capacitor changes accordingly.

4 1090764, 109076

Kapasitanssin muutoksen havaitsemiseksi järjestetään sähköinen potentiaaliero kalvon ja taustalevyn välille, ja kytketään kalvo ja taustalevy vahvistinpiiriin, esimerkiksi JFET-transistorin hilalle, kuten on sinänsä 5 tunnettua (viite 2, luettelo selityksen lopussa). Potentiaaliero voidaan muodostaa esim. biasointijännitteellä, jolloin kalvon ja taustalevyn välille johdetaan tasajännite. Biasointijännitteen sijasta voidaan käyttää myös esipolaroitua elektreettimateriaalia yhdistettynä joko taustalevyyn ja/tai kalvoon, jolloin mikrofonia kutsutaan elektreettimikrofoniksi. Ka-10 pasitanssin muutos siis saa aikaan vaihtelevan jännitesignaalin, joka voidaan vahvistaa normaalissa vahvistimessa. Tässä mikrofonityypissä ensimmäinen muunninelin on siis kalvo ja toinen muunninelin käsittää taustalevyn.To detect a change in capacitance, an electrical potential difference is provided between the membrane and the backplane, and the membrane and backplane are coupled to an amplifier circuit, for example a gate of a JFET transistor as known per se (ref. 2, list at end). The potential difference can be formed, for example, by the bias voltage, whereby a DC voltage is applied between the membrane and the backplate. Instead of the bias voltage, it is also possible to use a pre-polarized electret material combined with either the back plate and / or the membrane, in which case the microphone is called an electret microphone. The change in the Ka-10 capacitance thus produces a variable voltage signal which can be amplified in a normal amplifier. Thus, in this type of microphone, the first converter member is a diaphragm and the second converter member comprises a backing plate.

15 Kapasitiivisen mikrofonin ensimmäisenä muunninelimenä voidaan käyttää myös elektromekaanista kalvoa (EMF), joka on esitetty mm. suomalaisessa kuulutusjulkaisussa FI-71267 tai pietsopolymeerikalvoa (PVDF). Edellä esitettyjen mikrofonityyppien lisäksi tunnetaan myös mm. magnetismiin perustuva mikrofoni, sähködynaaminen mikrofoni ja 20 hiilimikrofoni. Näiden tarkempi käsittely tässä yhteydessä ei ole tarpeen, koska alan asiantuntija pystyy soveltamaan nyt esillä olevaa keksintöä myös erilaisiin mikrofonisovelluksiin. Ohessa olevissa viitteis-sä (viite 2) on tarkemmin esitetty mikrofonien toimintaperiaatteita ja nii- • I » den soveltamista.As the first converter element of a capacitive microphone, an electromechanical membrane (EMF), shown e.g. Finnish Publication Publication FI-71267 or piezo-polymer film (PVDF). In addition to the microphone types described above, e.g. magnetism-based microphone, electro-dynamic microphone and 20 carbon microphone. Further elaboration of these in this context is not necessary as one skilled in the art will be able to apply the present invention to various microphone applications. The enclosed references (Reference 2) describe in more detail the operation of microphones and their application.

,V; 25 ,*··. Lähettimet •«· Lähettimissä sähköinen signaali aikaansaa muodonmuutoksen akusti-’·* * sessa elimessä. Muodonmuutokset voivat olla esimerkiksi kalvon tai-30 pumista tai lommahtamista tai vaikkapa pietsomaterian paksuusmuu-: ’·· toksia. Akustisia lähettimiä ovat mm. kuulokkeet, kaiuttimet ja summerit 0’: (viite 3). Keskenään lähettimien ominaisuudet eroavat lähinnä siinä, että summeria ohjataan tyypillisesti resonanssissa. Kuulokkeet ja kaiut-timet puolestaan ovat laajakaistaisempia ja niissä pyritään saamaan 35 suhteellisen laaja ja tasainen taajuusvaste. Seuraavassa esitetään lä- i hinnä äänentoistoon tarkoitettuja kuulokkeita ja kaiuttimia, mutta samo- j ja periaatteita voidaan soveltaa myös mm. summereissa., V; 25, * ··. Transmitters • «· In transmitters, the electrical signal causes deformation of the acoustic body. The deformations may be, for example, membrane or-30 rubber or buckling, or, for example, thickness change of the piezo-material. Acoustic transmitters include: headphones, speakers and buzzer 0 ': (reference 3). The characteristics of the transmitters differ mainly in that the buzzer is typically controlled by resonance. Headphones and loudspeakers, on the other hand, are more broadband and seek to achieve a relatively wide and uniform frequency response. The following describes most of the headphones and speakers for audio playback, but the same principles can be applied to eg. Summer.

5 1090765, 109076

Dynaaminen (liikkuva kela) menetelmä on yleisimmin käytössä ja sen etuna on se, että saavutetaan suuri äänen voimakkuus. Elektrostaatti-nen menetelmä on käyttökelpoinen silloin, kun käytettävissä on välineet riittävän korkean varauksen aikaansaamiseksi. Elektrostaattisen mene-5 telmän ongelmana on kuitenkin se, että kalvon liikepoikkeama jää pieneksi. Tämä puute voidaan kompensoida, jos käytettävissä on riittävän suuri kalvo tai jos säteilevä elementti säteilee suljetussa, pienessä tilassa. Pietsosähköisessä menetelmässä ongelmana on pieni liikepoikkeama.The dynamic (moving coil) method is most commonly used and has the advantage of achieving a high volume of sound. The electrostatic method is useful when means are provided to provide a sufficiently high charge. However, the problem with the electrostatic process is that the motion deflection of the film remains small. This deficiency can be compensated for if a sufficiently large film is available or if the radiating element radiates in a closed, small space. The problem with the piezoelectric method is a small motion misalignment.

1010

Dynaamiseen menetelmään perustuvissa kaiuttimissa ja kuulokkeissa tavallisimmin akustisena elimenä käytetään kalvoa. Sopivimmin kalvoon on kiinnitetty äänikela, jossa sähköinen signaali aiheuttaa signaalin mukaan muuttuvan magneettikentän. Äänikela on sijoitettu kaiutti-15 men tai kuulokkeen runkoon nähden liikkumattomaksi jäljestetyn kestomagneetin ja siihen liittyvien, lähinnä magneettivuota ohjaavien elimien läheisyyteen siten, että äänikela pääsee liikkumaan kestomagneetin magneettikentässä. Tällöin sähköisen signaalin aikaansaama muuttuva magneettikenttä ja kestomagneetin magneettikenttä muodostavat voi-20 mavaikutuksen, joka liikuttaa äänikelaa ja kalvoa. Kalvon liike synnyttää akustisen signaalin.In dynamic speakers and headphones, the membrane is most often used as an acoustic member. Preferably, a film coil is attached to the membrane, where an electric signal generates a magnetic field that changes according to the signal. The audio coil is positioned adjacent to the loudspeaker 15 or the headphone body, which is immobilized with respect to the body of the headset, and the associated elements controlling the magnetic flux so that the audio coil can move in the magnetic field of the permanent magnet. Thereby, the variable magnetic field generated by the electrical signal and the magnetic field of the permanent magnet form a force effect which moves the sound coil and the membrane. The motion of the membrane generates an acoustic signal.

, Ohessa olevissa viitteissä (viite 3) on tarkemmin esitetty kaiuttimen ja . summerin toiminta-periaatteita ja niiden soveltamista. Näiden tarkempi 25 käsittely tässä yhteydessä ei ole tarpeen, koska alan asiantuntija pystyy ,··. soveltamaan nyt esillä olevaa keksintöä myös erilaisiin kaiutinsovel- .!*/ luksiin., The following references (Ref. 3) show the speaker and. operating principles of the buzzer and their application. A more detailed discussion of these 25 is not necessary in this context, as one skilled in the art will be able to, ··. apply the present invention also to various loudspeaker applications!

* t.* t.

I · ·' ‘ Tunnetun tekniikan epäkohdat 30 *·' Tunnetun tekniikan mukaisten akustisten muuntimien eräänä käyttöä : hankaloittavana epäkohtana on mm. niiden vaatima tila johtuen mm.I · · '' Disadvantages of Prior Art 30 * · 'One of the uses of prior art acoustic transducers is: the space they require due to e.g.

siitä, että ensimmäinen muunninelin ja toinen muunninelin on koteloitava ja muunnin on erikseen rakennettava mekaanisesti vankaksi. Täl-35 löin kotelon vaatima tila kasvattaa akustisen muuntimen tilantarvetta sekä piirilevyn suunnassa että korkeussuunnassa. Nämä seikat rajoit-tavat erityisesti kannettavien laitteiden koon pienentämistä. Lisäksi ko-telointi nostaa akustisten muuntimien hintaa.the fact that the first converter member and the second converter member must be enclosed and the converter separately must be mechanically robust. Thus, the space required by the enclosure increases the space requirement of the acoustic transducer both in the circuit board direction and in the vertical direction. These considerations in particular limit the size of portable devices. In addition, coding increases the cost of acoustic transducers.

6 1090766 109076

Laitteiden tuotannon kannalta akustiset muuntimet ovat sikäli ongelmallisia, että niitä ei voi helposti juottaa automaattijuotosasemissa tai ne on suojattava erityisen hyvin, mikäli automaattijuotosta halutaan käyttää.Acoustic transducers are problematic from the point of view of the manufacture of the devices in that they cannot be easily soldered in automatic soldering stations or must be particularly well protected if automatic soldering is to be used.

5 Tämä nostaa valmistuskustannuksia merkittävästi.5 This will significantly increase manufacturing costs.

Patenttihakemus GB-2,231,235 esittää kapasitiivisen ultraäänianturin. Tässä GB-julkaisussa on tekniikan tasona todettu uritettu, epäsäännöllinen sähköä johtava jäykkä taustalevy mikrofonin taustalevynä. Tämä 10 rakenne tuottaa hakemuksen mukaan paikallisesti keskittyneen sähkökentän. Tähän pyritään erityisesti kapasitiivisten ultraääniantureiden kohdalla. GB-hakemuksen selityksessä kuvataan eräs menetelmä muuntimen taustalevyn karhentamiseksi. Lisäksi todetaan, että tällä kavennuksella määrätään anturin resonanssitaajuus. Kaivorakennetta 15 kuvattaessa huomioidaan, ettei kalvon tarvitse olla esijännitetty tai pai-netiivis. Nämä tekijät yhdessä osoittavat GB-hakemuksen mukaisen anturin optimoinnista ultraäänialueelle, jotka toimivat tehokkaasti taajuusalueella 30 kHz:n yläpuolella. Sen sijaan normaalia mikrofoniraken-netta noudattaen taustalevyn tulee olla mahdollisimman tasainen ja 20 säännöllinen. Tällöin kalvolle indusoituva sähköstaattinen voima on globaalisti tasainen. Näin ollen pinnan karhennus sähköä johtavan lisä-kerroksen avulla ei tule esitetyllä tavalla kyseeseen. Tästä lisäkerroksesta johtuen on GB-hakemuksen mukaisen mikrofonin taustalevy : poikkileikkauskuvassa myös korkeammalla kuin kalvon kiinnityspisteet.GB-2,231,235 discloses a capacitive ultrasonic sensor. This GB publication discloses a prior art corrugated, irregular, electrically conductive rigid backing plate as a microphone backing. This structure produces, according to the application, a locally concentrated electric field. This is particularly the case with capacitive ultrasonic transducers. The GB application description describes one method of roughening the converter backplate. Further, it is noted that this reduction determines the resonance frequency of the sensor. When describing the film structure 15, it is noted that the film need not be prestressed or pressurized. Together, these factors point to GB application optimization of the ultrasonic transducer operating efficiently in the frequency range above 30 kHz. Instead, following the normal microphone pattern, the backplate should be as flat and regular as possible. Thus, the electrostatic force applied to the membrane is globally uniform. Therefore, the surface roughening by means of an additional conductive layer is not appropriate as shown. Because of this extra layer, the GB application microphone has a backplate: it is also higher in cross-section than the film attachment points.

25 Tästä syystä kalvo lepää taustalevyn päällä, mitä on vältettävä audio-alueen muuntimissa.25 Therefore, the membrane rests on the back plate, which should be avoided in the audio area converters.

.: ‘' ’ Keksinnön tarkoitus ’ 30 Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat ja aikaansaada akustinen muunnin, jonka keskeise-:.v nä rakenneosana käytetään piirilevyä (PCB, Printed Circuit Board). Nyt 0 : esillä oleva keksintö perustuu siihen ajatukseen, että piirilevyn yhtey- i , j teen muodostetaan ontelomainen tila. Ensimmäinen muunninelin sijoi- 35 tetaan tämän tilan yhteyteen ja ainakin osa toisesta muunninelimestä tuetaan piirilevyyn. Ontelomainen tila voidaan muodostaa esimerkiksi • '·· piirilevyn päälle tai sisään. Täsmällisemmin ilmaistuna keksinnön mu- •:; : kaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty ί 7 109076 oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle akustiselle muuntimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle matkaviestimelle on vielä tunnusomaista se, mitä on esitetty ohei-5 sen patenttivaatimuksen 11 tunnusmerkkiosassa.Objective of the Invention It is an object of the present invention to overcome the above drawbacks and to provide an acoustic transducer based on a Printed Circuit Board (PCB). Now, the present invention is based on the idea that a hollow space is formed in connection with the circuit board. The first converter member is disposed within this space and at least a portion of the second converter member is supported on the circuit board. A cavity may be formed, for example, on or in a circuit board. More specifically, the invention is: •; This method is essentially characterized in what is disclosed in the characterizing part of claim 1 of the appendix 7 109076. The acoustic transducer according to the invention is characterized in what is set forth in the characterizing part of the appended claim 5. The mobile station according to the invention is further characterized by what is stated in the characterizing part of claim 11 of the appended claims.

Keksinnön edutAdvantages of the Invention

Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja tunnetun 10 tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaiset akustiset muuntimet voidaan valmistaa hyvin pienikokoisiksi erityisesti pak-suussuunnassa, jolloin kannettavissa laitteissa voidaan kokoa pienentää enemmän kuin nykyisin tunnettuja akustisia muuntimia käytettäessä on mahdollista. Keksinnön mukaiset akustiset muuntimet eivät välttä-15 mättä myöskään tarvitse erillistä koteloa, mikä myös pienentää tilantarvetta ja alentaa valmistuskustannuksia. Keksinnön mukaiset akustiset muuntimet voidaan valmistaa piirilevyn kokoamisvaiheen yhteydessä ja osa muuntimien rakenteesta voidaan toteuttaa jo piirilevyn valmistusvaiheessa. Tällöin akustisten muunninten valmistuksessa voidaan hyö-20 dyntää lopputuotteen valmistukseen jo rakennettua tuotantolinjaa.The present invention achieves significant advantages over prior art solutions. The acoustic transducers according to the invention can be manufactured to a very small size, especially in the thickness direction, whereby the size of portable devices can be reduced more than is possible with currently known acoustic transducers. The acoustic transducers according to the invention do not necessarily require a separate housing, which also reduces the need for space and reduces the manufacturing costs. The acoustic transducers of the invention may be manufactured in connection with the circuit board assembly step, and part of the transducer structure may be implemented already at the circuit board manufacturing stage. Thus, the production line already built for the production of the final product can be utilized in the manufacture of acoustic transducers.

Keksinnön mukaisella akustisten muunninten toteutuksella saavutetaan myös kevyempi rakenne ja akustisten muunninten sisältämien komponenttien määrä on pienempi kuin tavanomaisissa akustisissa muunti-. :·. 25 missä. Vielä eräänä etuna on se, että akustisten muuntimien johdotuk- set voidaan toteuttaa pääasiassa piirilevylle, jolloin juotoksia tarvitaan ;.!t vähemmän ja laitteen luotettavuus paranee sekä kestoikä pitenee.The implementation of the acoustic transducers according to the invention also achieves a lighter structure and the amount of components contained in the acoustic transducers is smaller than in conventional acoustic transducers. ·. 25 where. A further advantage is that the wiring of the acoustic transducers can be implemented mainly on the circuit board, where less soldering is required and the reliability of the device is improved and the service life is increased.

!.’** Keksinnön mukaiset akustiset muuntimet ovat hyvin suojattuja myös " korroosiota vastaan mm. pienemmästä juotosten määrästä ja siitä ' 30 syystä, että suuri osa johdotuksista on toteutettavissa piirilevyn johdin- kerroksissa. Myös muunninelimien pinnoittaminen tarvittaessa esim. v.: kullalla parantaa kestävyyttä korroosiota vastaan.** The acoustic transducers according to the invention are also well protected against "corrosion due to, among other things, a smaller amount of solder and to the fact that a large part of the wiring is feasible in the circuit layers of the circuit board. against corrosion.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin 35 piirustuksiin, joissa ; ·.· kuvat 1a—1c esittävät periaatteellisena kaaviokuvana joitakin vaih- ·:·: toehtoja akustisten muunninten 1 toteuttamiseksi, 5 109076 kuva 2a esittää keksinnön mukaisen mikrofonina käytettävän akustisen muuntimen rakennetta pelkistettynä kaaviona poikkileikkauksena, kuva 2b esittää keksinnön mukaisen mikrofonina käytettävän akustisen muuntimen rakennetta päältä katsottuna, kuva 2c esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista 10 mikrofonina käytettävän akustisen muuntimen rakennetta pelkistettynä kaaviona poikkileikkauksena, kuvat 3a—3e esittävät poikkileikkauksena keksinnön mukaisesti to teutetun lähettimen vaihtoehtoisia rakenteita, 15 kuva 4 esittää keksinnön mukaisen akustisen muuntimen sovitus-ja kiinnitysrakennetta pelkistettynä poikkileikkauksena, ja kuva 5 esittää keksinnön mukaisilla akustisilla muuntimilla toteute-20 tun matkaviestimen rakennetta pelkistettynä poikkileikkauk sena.The invention will now be further described with reference to the accompanying drawings, in which; Figures 1a to 1c show schematically schematically some alternatives::: conditions for implementing acoustic transducers 1, Fig. 109076 illustrates the structure of an acoustic transducer according to the invention in a reduced diagrammatic cross-section, Fig. 2b shows the structure Fig. 2c is a diagrammatic cross-sectional view of an acoustic transducer 10 used as a microphone according to a preferred embodiment of the invention, Figs. Fig. 5 shows a structure of a mobile station implemented in acoustic transducers according to the invention in a reduced cross-section.

Kuvissa 1a—1c on esitetty periaatteellisella tasolla se, miten keksinnön : mukaisesti voidaan piirilevyn 2 yhteyteen toteuttaa akustinen muunnin 25 1, jossa on kaksi muunninelintä 4, 8. Piirilevy 2 on edullisesti moniker- rospiirilevy, mutta keksintöä voidaan soveltaa myös yksikerrospiirilevyn yhteydessä, joka käsittää kaksi johdinkerrosta, kuten kuparikerrosta. !;·’ Kuvien 1a—1c muunninperiaatteita voidaan soveltaa sekä lähettimissä " että vastaanottimissa. Kuvan 1a akustinen muunnin 1 perustuu kapasi- ’ * 30 tiiviseen toimintaperiaatteeseen, jolloin muunnin 1 käsittää kaksi, edulli sesti tasomaista johtavaa pintaa 4, 8. Ensimmäinen pinta muodostaa v.: ensimmäisen muunninelimen 4 ja toinen pinta vastaavasti toisen muunninelimen 8. Muunninelimen 4, 8 väliin on muodostettu ontelo 13, ,·!·. jolla mm. pienennetään muunninelimien 4, 8 välisen geometrian muut- 35 tamiseen tarvittavan voiman suuruutta. Ontelon 13 paineentasausta varten on kuvan 1a mukaiseen akustiseen muuntimeen 1 muodostettu • ’·· paineentasauskanava 26. Paineentasauskanava 26 voidaan korvata :·: ilma-aukolla 3, joka on muodostettu akustista sovitusta varten ja joka 109076 edullisesti ulottuu ontelosta 13 toisen muunninelimen 8 läpi piirilevyn 2 pintaan. Ilma-aukkoja 3 voi olla myös enemmän kuin 1, tai ei yhtään.1a to 1c illustrate in principle how an acoustic converter 25 1 having two converter members 4, 8 can be implemented in connection with a circuit board 2 according to the invention. The circuit board 2 is preferably a multilayer circuit board, but the invention can also be applied two layers of conductors, such as copper. The transducer principles of Figures 1a to 1c can be applied to both transmitters and receivers. The acoustic transducer 1 of Fig. 1a is based on a capacitive operating principle, wherein the transducer 1 comprises two, preferably planar, conductive surfaces 4, 8. .: a cavity 13 is formed between the first transducer member 4 and the second surface 8, respectively, of the second transducer member 8, which inter alia reduces the amount of force required to change the geometry between the transducer members 4, 8. For pressure equalization of the cavity 13 a pressure equalization channel 26 formed in the acoustic transducer 1 shown in Fig. 1a may be replaced by: · an air outlet 3 formed for acoustic fit, preferably 109076 extending from the cavity 13 through the second transducer element 8 to the surface of the circuit board 2. the openings 3 may also be more than 1, or none.

Kuvassa 1 b on esitetty dynaamiseen periaatteeseen perustuva akusti-5 nen muunnin 1. Ensimmäisenä muunninelimenä on kela 12 ja toinen muunninelin 8 on valmistettu magnetoituvasta materiaalista. Muunnin-elimien väliin on muodostettu ontelo 13. Kela 12 on muodostettu esim. piirilevyn johdinkerroksiin, tai se voi olla myös erillinen käämitys, joka on kiinnitetty piirilevyyn 2. Toinen muunninelin 8 on sijoitettu esimerkiksi 10 johonkin piirilevyn 2 välissä olevaan johdinkerrokseen tai piirilevyn 2 pintaan. Myös tässä kuvassa on esitetty eräs paineentasauskanavan 26 sijoituspaikka. Paineentasauskanava 26 voidaan myös tässä suoritusmuodossa jättää pois ja käyttää ontelon 13 paineen tasaukseen ilma-aukkoa 3, joka muodostaa akustisen sovituksen muuntimelle 1. Dy-15 naamista periaatetta voidaan keksinnön puitteissa soveltaa myös siten, että ensimmäinen muunninelin 4 on valmistettu magnetoituvasta materiaalista tai se on seostettu magnetoituvalla aineella ja toisena muunninelimenä 8 käytetään kelaa 12, joka on sijoitettu piirilevyyn 2, joko erillisenä kelana tai johdinkerroksiin muodostettuna. Kelojen määrää ei 20 myöskään ole rajoitettu yhteen, vaan sovelluksesta riippuen voidaan käyttää useampiakin keloja. Kalvoon 4 voidaan myös kiinnittää erillinen magneetti 15. Nämäkin periaatteet ovat sovellettavissa sekä akustisiin lähettimiin että akustisiin vastaanottimiin.Figure 1b shows an acoustic-5 converter 1 based on a dynamic principle. The first transducer element is a coil 12 and the second transducer element 8 is made of a magnetizable material. A cavity 13 is formed between the transducer elements. For example, the coil 12 is formed on the circuit layers of the circuit board, or it can also be a separate winding attached to the circuit board 2. The second converter member 8 Also shown in this figure is the location of the pressure equalization channel 26. Also, in this embodiment, the pressure equalization channel 26 may be omitted and the air gap 3 forming an acoustic fit for the transducer 1 may be used to equalize the pressure in the cavity 13. The Dy-15 principle may also be applied in the invention. with the magnetizable material and the second transducer element 8, a coil 12 is disposed on the circuit board 2, either as a separate coil or formed in the conductor layers. The number of coils 20 is also not limited to one, but more coils may be used depending on the application. A separate magnet 15 may also be attached to the membrane 4. These principles are applicable to both acoustic transmitters and acoustic receivers.

25 Kuvassa 1c on vielä esitetty periaatekuvana se, miten keksinnön mu- kainen akustinen muunnin 1 on toteutettavissa pietsosähköistä periaa- tetta soveltaen. Ontelo 13 on muodostettu piirilevyyn 2 pintaan ja piet- !;**’ soelementti 14 on sijoitettu ontelon 13 päälle. Ontelon 13 dimensio » » : " pietsoelementin aktiivisessa suunnassa on edullisesti valittu siten, että v : 30 pietsoelementtiä 14 on paikoilleen asennettaessa taivutettava kaarelle, jolloin saadaan esijännitys pietsoelementtiin 14. Myös tämä muunnin-: V: tyyppi voidaan sovittaa akustisesti yhdellä tai useammalla ilma-aukolla :V: 3.Figure 1c further illustrates in principle how an acoustic transducer 1 according to the invention can be implemented using the piezo-electric principle. The cavity 13 is formed on the surface of the circuit board 2 and the piercing element 14 is disposed on the cavity 13. The cavity 13 dimension »»: "in the active direction of the piezo element is preferably selected such that, when mounted, the v: 30 piezo element 14 is to be bent on an arc to provide a preload on the piezo element 14. This transducer: V type can be acoustically : V: 3.

35 Ontelo 13 voidaan valmistaa esimerkiksi siten, että halutun ontelon 13 ' · koon ja sijainnin perusteella yhteen tai useampaan piirilevyn substraat- tikerrokseen 2a, 2b, 2c (kuva 1a) muodostetaan ontelon muotoa ja si-:··: jaintia vastaava aukko. Tämä aukko täytetään täyteaineella sen estä- 10 109076 miseksi, ettei ontelo 13 piirilevykerroksia yhdistettäessä umpeudu hankalasti poistettavilla liima-aineilla. Yleisesti käytetyissä piirilevyissä substraattimateriaalina on lasikuitu tai muovikalvo ja niissä on lisäksi käytetty sidosaineena hartsia tai epoksipohjaista liimaa. Eri piirilevyker-5 roksien yhteen liittämisessä käytettävä korkea lämpötila ja paine sulattaa liiman, joka tällöin leviää ja täyttää ontelot, jos niissä ei ole täyteainetta. Täyteaineen poistaminen välikerrokseen 2b muodostetuista onteloista voidaan suorittaa esim. siten, että muodostetaan piirilevyn 2 pinnasta onteloon ulottuva reikä. Tämän reiän kautta johdetaan täyteai-10 neen sulattavaa liuosta, minkä jälkeen liuennut täyteaine voidaan imeä reiän kautta pois (kemiallinen märkäetsaus). Täyteaineen imemiseen voidaan käyttää myös paineentasauskanavaa 26 tai ilma-aukkoa 3, mikäli jompi kumpi on akustiseen muuntimeen valmistettu. Tällöin ei erillistä reikää tarvita. Liuottavan aineen valinnassa on lisäksi huomioi-15 tava se, että se ei liuota piirilevysubstraattia, tai että aineen piirilevy-substraattia liuottava vaikutus on merkittävästi hitaampi verrattuna täyteainetta liuottavaan vaikutukseen.For example, cavity 13 may be fabricated such that an aperture corresponding to cavity shape and positioning is formed in one or more substrate layers 2a, 2b, 2c (Fig. 1a) based on the size and location of the desired cavity 13 '. This opening is filled with filler material to prevent the cavity 13 from sealing with difficult to remove adhesives when the circuit board layers are combined. Commonly used circuit boards have a fiberglass or plastic film as a substrate material and additionally use a resin or epoxy-based adhesive as a binder. The high temperature and pressure used to bond the various PCB-5 shields together will melt the adhesive, which will then spread and fill the cavities if no filler is present. Removal of filler from the cavities formed in the interlayer 2b can be effected, for example, by forming a hole extending from the surface of the circuit board 2 to the cavity. Through this hole, a solution to be melted is passed to the filler, after which the dissolved filler can be sucked out through the hole (chemical wet etching). A pressure equalization duct 26 or air outlet 3 may also be used to suck the filler if either is made for an acoustic transducer. In this case, no separate hole is required. In addition, when selecting a solubilizing agent, it should be noted that it does not dissolve the printed circuit board substrate, or that the dissolving effect of the agent on the printed circuit board substrate is significantly slower compared to the solubilizing effect.

Liuottavan aineen sijasta voidaan käyttää esim. UV-säteilytystä, suur-20 taajuussäteilytystä tai muuta säteilytystä, joka kohdistetaan täyteaineeseen. Täyteaine muuttuu nestemäiseksi, tiivistyy pienemmäksi, höyrystyy tai muulla tavoin muuttaa muotoaan siten, että se on poistettavissa ontelosta 13 esim. imemällä. Myös plasmatyöstö on eräs ontelon 13 . ·: valmistukseen joissakin sovelluksissa sopiva menetelmä.Instead of solubilizing agent, for example, UV irradiation, Greater-20 frequency irradiation or other irradiation applied to the filler may be used. The filler becomes liquid, compacted, vaporized or otherwise deformed so that it can be removed from the cavity 13, e.g., by suction. Plasma machining is also a cavity 13. ·: A method suitable for some applications.

:7: 25 7, Paineentasausreikä 26 voidaan myös tehdä jollakin ontelon 13 valmis- y.‘.[ tukseen soveltuvalla menetelmällä, tai hienomekaanisella työstöllä.: 7: 25 7, The pressure equalization hole 26 may also be made by any suitable method of cavity 13, or by precision machining.

!;··’ Nämä menetelmät ovat tunnettuja mm. mikromekaanisten rakenteiden ·* " valmistuksesta, joten niiden tarkempi käsittely ei ole tarpeen tämän seli- :: : 30 tyksen yhteydessä.!; ·· 'These methods are known e.g. micromechanical structures · * ", so it is not necessary to elaborate on these:: 30.

’: Kuvissa 2a—2c on esimerkinomaisesti esitetty joitakin keksinnön mu- \': kaisesti toteutetun mikrofonin sovelluksia. Kuvan 2a sovelluksessa piiri- levyn 2 pintaan on muodostettu ontelomainen välitila 5, jota rajoittavat 35 kalvo 4, välikappale 6 ja piirilevy 2. Piirilevyyn on vielä muodostettu yksi tai useampi ilma-aukko 3, jolloin ilma pääsee virtaamaan kalvon 4 ja piirilevyn 2 välitilasta 5 piirilevyn 2 toiselle puolelle kalvon 4 painuessa kohti piirilevyä 2 ja vastaavasti kalvon 4 taipuessa piirilevystä 2 pois- 109076 päin pääsee ilma virtaamaan kalvon 4 ja piirilevyn 2 välitilaan 5. Ilma-aukkojen 3 määrällä voidaan osaltaan säätää akustisen muuntimen herkkyyttä ja taajuusvastetta, eli akustisen muuntimen 1 reagointiherk-kyyttä akustiseen signaaliin eri taajuuksilla. Kalvon asennus piirilevyyn 5 suoritetaan esim. siten, että kalvon 4 päälle asetetaan edullisesti tuki-kappale 7, joka tukee kalvoa 4 pääasiassa sen reuna-alueilta. Tukikap-pale 7 on sopivimmin sähköä johtavaa materiaalia ja mekaanisesti kestävää, esimerkiksi alumiinirengas tai metalli rengas. Kuvan 2a mukaisessa akustisessa muuntimessa 1 piirilevy 2 toimii sekä tukiraken-10 teenä, että toisena muunninelimenä 8.2a to 2c illustrate some embodiments of a microphone implemented in accordance with the invention. 2a, a cavity 5 is formed on the surface of the circuit board 2, bounded by a membrane 4, a spacer 6 and a circuit board 2. The circuit board is further provided with one or more air vents 3 allowing air to flow from the intermediate space 5 of the membrane 4 and circuit board 2. As the diaphragm 4 slides towards the printed circuit board 2 and accordingly the diaphragm 4 deflects from the printed circuit board 2, 109076 allows air to flow into the intermediate space 5 of the diaphragm 4 and the printed circuit board 2. - Six to an acoustic signal at different frequencies. The membrane is mounted on the circuit board 5, for example, by preferably placing a support piece 7 on the membrane 4 which supports the membrane 4 mainly from its peripheral areas. The support piece 7 is preferably made of an electrically conductive material and is mechanically resistant, for example an aluminum ring or a metal ring. In the acoustic transducer 1 according to Fig. 2a, the circuit board 2 serves as both a support structure 10 and a second transducer element 8.

Piirilevylle 2 sijoitetaan välikappale 6, joka on valmistettu eristävästä materiaalista ja sen paksuus on edullisesti luokkaa 10—50 pm. Välikappale 6 on muotoiltu siten, että kalvon 4 ollessa paikoilleen asennet-15 tuna välikappale 6 on kalvoa 4 vasten pääasiassa kalvon 4 reuna-alueilla, jolloin kalvo 4 pääsee vapaasti värähtelemään muualla kuin välikappaleen 6 kohdalla. Lisäksi välikappaleen 6 materiaalivalinnassa on huomioitava sen lämpöstabiilisuus sekä mekaaninen stabiilisuus. Välikappale 6 kiinnitetään piirilevyyn esimerkiksi liimaamalla tai väli-20 kappale 6 voi olla ns. siirtofilmiä, joka on liimahyytelöä. Välikappaleen 6 päälle asetetaan kalvo 4, jonka toisella puolella on tukikappale 7. Tämän jälkeen tukikappale 7 kiinnitetään esim. juottamalla piirilevyyn 2, kuten pisteillä J kuvissa 2a ja 2b on esitetty. Tukikappaleen 6 vaihtoeh-: ·: toisena kiinnitystapana mainittakoon vielä sähköä johtava liima. Juotok- , ;·. 25 set J tms. aikaansaavat kiinnityksen lisäksi myös galvaanisen kontaktin . · ·. kalvon 4 ja laitteen muun elektroniikan välillä.A spacer 6 made of insulating material and preferably of the order of 10 to 50 µm is placed on the circuit board 2. The spacer 6 is shaped such that, when the diaphragm 4 is mounted, the spacer 6 abuts the diaphragm 4, mainly in the peripheral regions of the diaphragm 4, allowing the diaphragm 4 to oscillate freely away from the spacer 6. In addition, the material selection of the spacer 6 must take into account its thermal stability and mechanical stability. The spacer 6 is attached to the circuit board, for example by gluing, or the spacer 20 may be so-called. transfer film, which is an adhesive jelly. A diaphragm 4 is placed over the spacer 6 with a support piece 7 on one side thereafter. The support piece 7 is then secured, for example, by soldering to the circuit board 2, as shown by dots J in Figures 2a and 2b. Alternative of support piece 6: ·: Another method of attachment is conductive adhesive. Soldering;; ·. 25 sets J and the like provide not only mounting but also galvanic contact. · ·. between diaphragm 4 and other electronics of the device.

!;··* Välikappale 6 voidaan toteuttaa myös käyttämällä hyväksi jotakin val- • ” mistusvaiheessa piirilevyn pintaan levitettävää pinnoitetta, kuten juo- • : 30 toksen estomaskia tai vastaavaa. Tällainen pinnoite muodostaa ohuen, eristävän kerroksen piirilevylle niihin kohtiin, joihin juotosainetta ei saa kiinnittyä. Eristävä pinnoite mahdollistaa sen, että kalvo 4 voidaan asettaa suoraan sen päälle. Pinnoitteeseen voidaan vielä tehdä tarvittaessa aukkoja kalvon 4 galvaanista kytkentää ja juottamista varten.!; ·· * The spacer 6 may also be implemented by utilizing a coating applied to the • circuit board surface during manufacture, such as a solder barrier or the like. Such a coating forms a thin, insulating layer on the circuit board where the solder should not adhere. The insulating coating allows the film 4 to be placed directly over it. If necessary, openings may also be made in the coating for galvanic coupling and soldering of the film 4.

3535

Kuvan 2a mukainen akustinen muunnin 1 on ns. kapasitiivinen mikro-'· foni, jolloin kalvoa 4 käytetään ensimmäisenä muunninelimenä ja toise na muunninelimenä käytetään piirilevyyn 2 muodostettua taustaelekt- 109076 rodia 8. Tämä taustaelektrodi 8 muodostetaan piirilevyn valmistusvaiheessa siten, että piirilevyyn edullisesti porataan reiät ja tämän jälkeen ne pinnoitetaan tavallisimmin kuparilla, kuten piirilevyn valmistustekniikasta on sinänsä tunnettua. Taustaelektrodi 8 voidaan vielä pinnoittaa 5 kullalla, jolla saavutetaan tasaisempi ja korroosiosuojatumpi pinta kuin pelkästään kuparilla on mahdollista saada aikaiseksi.The acoustic transducer 1 according to Fig. 2a is a so-called acoustic transducer. a capacitive microphone, wherein the membrane 4 is used as the first converter member and the second converter member is the back electrode 109076 formed on the printed circuit board 2. This back electrode 8 is formed during the manufacturing process of the printed board, preferably drilled into manufacturing techniques are known per se. The backing electrode 8 can be further plated with gold, which achieves a smoother and more corrosion-resistant surface than can be achieved with copper alone.

Piirilevyyn 2 sopivimmin ensimmäiselle pinnalle on syövytetty johdotus esimerkiksi biasointijännitteen johtamiseksi kalvolle 4. Kuvassa 2a on 10 esimerkin omaisesti piirretty poikkileikkauskuvio, joka käsittää johtimen 9, johon kalvo 4 tai tukikappale 7 voidaan juottaa. Kuvassa 2b, joka esittää kuvan 2a muunninta ylhäältä päin katsottuna, on käytetty kolmen pisteen juotosta, mutta tarpeen mukaan juotoskohtien määrää voidaan vaihdella.The circuit board 2 is preferably etched on a first surface for conducting, for example, a biasing voltage on the diaphragm 4. Fig. 2a is an exemplary cross-sectional pattern comprising a conductor 9 into which the diaphragm 4 or the support member 7 can be soldered. Fig. 2b, which shows the transducer of Fig. 2a viewed from above, employs three-point soldering, but the number of soldering points may be varied as required.

1515

Kuvan 2a mukainen akustinen muunnin voidaan toteuttaa myös elektreettimikrofonina, jolloin piirilevylle 2 sijoitetaan esipolaroitu kappale 10 sähköä johtavaan yhteyteen taustaelektrodin 8 tai kalvon 4 kanssa. Tämä aikaansaa elektreettimikrofonin toteuttamisessa tarvittavan 20 varauksen, jolloin erillistä biasointijännitelähdettä ei tarvita. Kuvassa 2a on esitetty vielä se, kuinka sähköinen signaali on johdettavissa vahvistettavaksi. Tässä käytetään sinänsä tunnettua JFET-transistoria 11, jonka yksi hila on kytketty taustaelektrodiin 8 sähköä johtavasti. : Elektreettimikrofonien yhteydestä on tunnettua se, miten elektreettimik- .·;·. 25 rofonin muodostamaa sähköistä signaalia vahvistetaan, joten tällaisen .·, ·. kytkennän esittäminen ei tässä yhteydessä ole tarpeen.The acoustic transducer of Fig. 2a may also be implemented as an electret microphone, whereby a pre-polarized body 10 is placed on the circuit board 2 in an electrically conductive connection with the backing electrode 8 or membrane 4. This provides the charge 20 required to realize the electret microphone, whereby a separate bias voltage source is not required. Figure 2a further illustrates how the electrical signal can be conducted for amplification. A JFET transistor 11 known per se is used, one gate of which is electrically connected to the back electrode 8. : It is known in the context of electret microphones how electret microphones ·; ·. The electric signal generated by the 25 rophones is amplified, so such. it is not necessary to disclose the connection in this context.

> · !;Mikrofoneissa akustisena elimenä käytettävän kalvon 4 paksuus on ’/ tyypillisesti kymmenen mikrometrin suuruusluokkaa. Kalvomateriaalina ' 30 käytetään esimerkiksi alumiinia tai metalloitua muovia. Tällä hetkellä piirilevyissä 2 käytettävän kuparipinnan paksuus on millimetrin kymme-/ nesosan luokkaa, mutta mikäli kuparipinnan paksuutta saadaan merkit- tävästi ohennettua, voidaan mikrofoni toteuttaa monikerrospiirilevyllä 2 siten, että yhtä piirilevykerroksen kuparipintaa käytetään kalvona 4. ; 35 Tällöin kalvo 4 ei tarvitse erillisiä tukirakenteita, koska piirilevy 2 sinäl- ;·’ lään jo tukee kalvon 4. Myös johdotukset kalvolta 4 sekä taustaelekt- rodilta 8 voidaan toteuttaa eri piirilevykerroksien kuparointeja hyödyn-:··: täen.The membrane 4 used as an acoustic member in microphones has a thickness '' of typically ten microns. The foil material '30 is, for example, aluminum or metallised plastic. Currently, the thickness of the copper surface used in the circuit boards 2 is in the order of tenths of a millimeter, but if the thickness of the copper surface can be significantly reduced, the microphone may be implemented on the multilayer circuit board 2 such that one copper surface of the circuit board layer is used as film 4; In this case, the membrane 4 does not require separate support structures, since the circuit board 2 already supports the membrane 4. Also, the wiring from the membrane 4 and the back electrode 8 can be realized by utilizing copper coats of the various circuit board layers.

109076109076

Kuvassa 2c on vielä eräs edullinen keksinnön mukainen akustisen muuntimen 1 sovellus, jota käytetään mikrofonina. Piirilevyyn 2 on muodostettu ontelomainen syvennys 24, johon asennetaan mikrofoni-5 kapseli 25. Mikrofonikapseli 25 käsittää integroituna ensimmäisen muunninelimen 4 ja toisen muunninelimen 8 sekä liitäntäelimet muun-ninelimien 4, 8 liittämiseksi sähköisesti muuhun piirilevyllä olevaan elektroniikkaan. Mikrofonikapseli tuetaan piirilevyyn 2 esim. sähköä johtavalla tukikappaleella 7, tai juottamalla. Tukikappale 7 voi samalla 10 toimia yhtenä signaalijohtimena. Akustinen sovitus on muodostettu tässä sovelluksessa siten, että ontelomaiseen syvennykseen 24 on tehty piirilevyn 2 läpäiseviä ilma-aukkoja 3. Piirilevyä 2 käytetään tässä sovelluksessa välillisesti tukemaan muunninelimiä 4, 8 sekä muuntimen 1 akustisessa sovituksessa. Tällä rakenteella saavutetaan lisäksi se 15 etu, että akustisen muuntimen 1 vaatimaa tilaa korkeussuunnassa saadaan pienennettyä.Figure 2c illustrates another preferred embodiment of the acoustic transducer 1 according to the invention which is used as a microphone. The circuit board 2 is formed with a hollow recess 24 for mounting a microphone-5 capsule 25. The microphone capsule 25 integrally includes a first converter member 4 and a second converter member 8, and connecting means for electrically connecting the converter members 4, 8 to other electronics on the circuit board. The microphone capsule is supported on the circuit board 2, e.g. by an electrically conductive support member 7, or by soldering. At the same time, the support body 7 can act as a single signal conductor. In this embodiment, the acoustic fit is formed such that air passages 3 through the circuit board 2 are made in the cavity cavity 24. The circuit board 2 is used in this embodiment to indirectly support the transducer elements 4, 8 and in the acoustic fit of the converter 1. This construction further provides the advantage that the space required by the acoustic transducer 1 in the height direction can be reduced.

Kuvissa 3a—3e on vastaavasti esitetty joitakin esimerkkejä periaatteellisella tasolla siitä, miten keksinnön mukaisesti voidaan toteuttaa lähet-20 timenä, kuten kuulokkeena käytettävä akustinen muunnin 1. Piirilevy 2 on edullisesti monikerrospiirilevy. Myös kuulokkeen toteutuksessa voidaan hyödyntää monikerrospiirilevyn 2 rakennetta siten, että ensimmäinen muunninelin, eli kalvo 4 muodostetaan yhden piirilevykerroksen ; kuparipinnasta poistamalla kuparipinnan alapuolelta ainakin yksi piirile- 25 vykerros ontelon 13 aikaansaamiseksi (kuva 3a). Tällöin ontelon ylä- ja ,v, alapuolella olevia kuparikerroksia käytetään elektrostaattisen lähetti- » I · :.: men elektrodeina, eli ensimmäisenä 4 ja toisena muunninelimenä 8.Figures 3a-3e, respectively, show some examples at a fundamental level of how the invention may be implemented as a transmitter, such as an acoustic transducer 1 used as a headset. The circuit board 2 is preferably a multi-layer circuit board. The design of the multilayer printed circuit board 2 can also be utilized in the implementation of the headset, so that the first converter element, i.e. the film 4, is formed in one layer of the printed circuit board; from the copper surface by removing at least one circuit board layer below the copper surface to provide a cavity 13 (Figure 3a). The copper layers above and below the cavity are then used as electrodes for the electrostatic transmitter, i.e. the first 4 and the second transducer 8.

" Kuvassa 3b on esitetty dynaaminen kuuloke. Piirilevyn 2 eri kerroksiin v : 30 on piirilevyn valmistusvaiheessa syövytetty toinen muunninelin, joka tässä suoritusmuodossa käsittää kelan 12. Kela 12 koostuu eri kerrok-siin muodostetuista kuparikierukoista, jotka on sähköisesti yhdistetty /: toisiinsa suuremman magneettikentän aikaansaamiseksi. Kalvo 4 on tuettu piirilevyyn 2 välikappaleella 6, jolloin kalvo 4 saadaan jonkin ver-35 ran irti piirilevyn 2 pinnasta. Lisäksi kalvon 4 paikoillaan pysymisen ;·' varmistamiseksi se tuetaan tukikappaleella tai esimerkiksi liimaamalla välikappaleella 6. Kuvan 2 esimerkissä kalvo 4 on liimattu välikappa-leella 6, joka on liimattu vastaavasti piirilevyyn 2. Piirilevyyn 2 on lisäksi 14 109076 muodostettu sähköinen kytkentä, jolla akustiseksi signaaliksi muunnettava sähköinen signaali johdetaan toiseen muunninelimeen, eli kelaan 12. Kela 12 muodostaa sähköisen signaalin mukaan vaihtuvan magneettikentän,. Kalvon 4 liikkeen aikaansaamiseksi magneettikentässä 5 edellyttää kalvon 4 magnetoimista. Tämä voidaan suorittaa esim. kiinnittämällä kalvoon 4, sopivimmin sen keskivaiheille, magneetti 15, tai sekoittamalla kalvomateriaaliin magnetoituvia hiukkasia, esim. neo-diumia tai rautajauhetta, minkä jälkeen kalvo magnetoidaan. Piirilevyyn 2 voidaan vielä muodostaa yksi tai useampi ilma-aukko 3 paine-erojen 10 tasaamiseksi kalvon 4 värähdellessä. Myös lähetinsovelluksessa on välikappale 6 toteutettavissa jotakin piirilevyn 2 pintaan levitettävää pinnoitekerrosta hyödyntämällä, kuten edellä mikrofonin yhteydessä on esitetty.3b shows a different transducer element etched at different layers v: 30 of the circuit board 2, which in this embodiment comprises a coil 12. The coil 12 consists of copper coils formed in different layers which are electrically connected to each other to provide a greater magnetic field. The diaphragm 4 is supported on the circuit board 2 by a spacer 6, whereby the diaphragm 4 is disengaged from the surface of the circuit board 2. In addition, to secure the diaphragm 4 in place, it is supported by a support or by e.g. The circuit 6 further has an electrical circuit formed by the circuit board 2, whereby the electrical signal to be converted into an acoustic signal is applied to a second converter element, i.e. a coil 12. The coil 12 forms a magnetic field, varying according to the electrical signal. to be obtained in the magnetic field 5, the film 4 must be magnetized. This can be accomplished, for example, by attaching a magnet 15 to the film 4, preferably at its mid-stages, or by mixing magnetizable particles such as neodium or iron powder into the film material, after which the film is magnetized. Further, one or more air vents 3 may be formed in the circuit board 2 to compensate for pressure differences 10 as the diaphragm 4 vibrates. Also in the transmitter application, the spacer 6 can be realized by utilizing one of the coating layers applied to the surface of the circuit board 2, as described above in connection with the microphone.

15 Kuvassa 3c on esitetty vielä se, miten voidaan toteuttaa keksinnön mukainen kuulokkeina toimiva akustinen muunnin 1, jossa kuulokkeen toiminta perustuu pietsosähköiseen periaatteeseen. Piirilevyn 2 kupari-pintaan on muodostettu johdotus 9 pietsoelementin 14 galvaanista kytkentää varten. Pietsoelementtiä 14 on vielä edullisesti taivutettu hyö-20 tysuhteen parantamiseksi. Pietsoelementin 14 päiden välille syötettävä sähköinen signaali saa aikaan pietsoelementin 14 pituudessa muutoksia, jolloin pietsoelementin 14 taipuma muuttuu, eli pietsoelementti 14 muodostaa sähköisen signaalin mukaan muuttuvan akustisen signaalin. . Kuvan 3c suoritusmuodossa käytetään siis hyväksi pietsoelementin pi- 25 tuusvärähtelyä.Figure 3c further illustrates how to implement the acoustic converter 1 according to the invention, in which the operation of the headset is based on the piezoelectric principle. A wiring 9 is provided on the copper surface of the circuit board 2 for galvanic coupling of the piezo-element 14. The piezo element 14 is preferably further bent to improve the efficiency. The electrical signal applied between the ends of the piezo-element 14 causes changes in the length of the piezo-element 14, whereby the deflection of the piezo-element 14 is changed, i.e., the piezo-element 14 generates an acoustic signal varying according to the electrical signal. . Thus, in the embodiment of Figure 3c, the length vibration of the piezo element is utilized.

Edellä esitettyjä kuulokeratkaisuja voidaan käyttää myös summereina. ; ’' Kuvissa 3d ja 3e on esitetty vielä muita mahdollisia toteutusvaihtoehtoja '* lähettimille, kuten summereille ja kuulokkeille. Kuvassa 3d piirilevyyn 2 v : 30 on muodostettu ainakin yksi ilma-aukko 3. Ilma-aukon 3 kohdalle on kalvoon 4 hyötysuhteen parantamiseksi kiinnitetty edullisesti liimaamal-la tai hitsaamalla magnetoituvasta aineesta valmistettu kappale, kuten magneetti 15. Magneetin 15 kohdalla oleva ilma-aukko 3 on mitoitettu siten, että magneetti 15 mahtuu vapaasti liikkumaan ilma-aukossa 3 35 mahdollistaen näin laajemman liikevaran magneetille 15 ja kalvolle 4. ;·' Magneetti 15 voidaan kiinnittää myös kalvon 4 päälle. Piirilevyn eri ker- rosten kuparointeihin on syövytetty kela 12, kuten edellä kuulokkeen t 109076 selityksen yhteydessä on esitetty. Kalvo 4 on sopivimmin liimattu välikappaleeseen 6, joka on liimattu piirilevyn 2 pintaan.The above headphone solutions can also be used as buzzer. ; '' Figures 3d and 3e show further possible implementation alternatives' * for transmitters such as buzzer and headphones. In Fig. 3d, at least one air aperture 3 is formed in the circuit board 2 v: 30. At the air aperture 3, a body of magnetizable material, such as a magnet 15, is preferably secured to the diaphragm 4 by gluing or welding to improve efficiency. is dimensioned such that the magnet 15 can be freely moved within the air opening 3 35, thus allowing a greater clearance for the magnet 15 and the membrane 4. · The magnet 15 may also be mounted on the membrane 4. A coil 12 is etched on the copper plating of the various layers of the circuit board, as described above in connection with the description of earphone t 109076. The diaphragm 4 is preferably glued to the spacer 6 which is glued to the surface of the circuit board 2.

Kuvan 3d suoritusmuodossa on hyödynnetty vielä akustista resonaat-5 toria, joka tehostaa akustisen muuntimen 1 toimintaa erityisesti reso-nanssitaajuudella. Akustinen resonaattori on muodostettu siten, että piirilevyyn 2 on kiinnitetty kuoriosa 16, joka ympäröi kalvon 4 reunalta sekä päältä muodostaen kalvoa yhdessä muun rakenteen kanssa kuormittavan ilmatilan 31. Kuoriosaan 16 on muodostettu rei'itys 17, jo-10 ka on mitoitettu halutulle resonanssitaajuudelle tai taajuusalueelle. Kuvassa 3e on vastaava rakenne toteutettuna matkaviestimen 20 yhteydessä, jolloin kuoriosa 16 toimii akustisena resonaattorina siten, että kalvo 4 on ympäröity väliseinillä 18 ja tuettu joustavasti piirilevyä 2 vasten tiivisteellä 19. Tiivisteellä 19 pyritään estämään ilmavirtaukset 15 kalvon 4 etupuolelta, eli ilmatilasta 31 muuta kautta kuin rei'ityksen 17 läpi.In the embodiment of Fig. 3d, an acoustic resonator 5 is further utilized which enhances the operation of the acoustic transducer 1, particularly at the resonance frequency. The acoustic resonator is formed by attaching to the circuit board 2 a casing part 16 which surrounds the membrane 4 on the edge and on the top, forming an air space 31 to be loaded with the other structure. The casing part 16 is formed with a perforation 17 designed for the desired resonant frequency or frequency range. . Fig. 3e shows a similar structure implemented in connection with mobile station 20, wherein the shell part 16 acts as an acoustic resonator with the membrane 4 surrounded by partitions 18 and resiliently supported against the circuit board 2 by a gasket 19. The gasket 19 aims to prevent airflows 15 through hole 17.

Vaikka edellä kuulokkeen ja summerin yhteydessä oli esitetty kelan toteutus piirilevyn kuparointia hyödyntäen, voidaan keksinnön mukaisen 20 ajatuksen puitteissa kuuloke ja summeri toteuttaa siten, että kela 12 muodostetaan erillisenä, esimerkiksi kuparilangasta käämittynä kelana, joka sijoitetaan piirilevyn pintaan ja kelan johdot johdetaan piirilevyjoh-dotukseen. Tässäkin rakenteessa on oleellista se, että piirilevy 2 muo-: dostaa oleellisen osan akustista muunninta 1.Although the embodiment of a coil utilizing copper circuit board has been described above in connection with an earphone and buzzer, within the scope of the invention 20, the earpiece and buzzer may be implemented by forming a separate coil 12, for example a coil wound from copper wire. Again, it is essential that the circuit board 2 forms a substantial part of the acoustic transducer 1.

2525

• t I• t I

Keksinnön mukaisille akustisille muuntimille 1 suoritetaan vielä akusti-nen sovitus, jolla akustisten muuntimien 1 akustiset ominaisuudet pyri-; tään asettamaan kulloisenkin käyttötarkoituksen ja vaatimusten, erityi- ” sesti taajuusvasteen, vaihevasteen ja herkkyyden mukaan. Sovituk- : * 30 seen vaikuttaa aukkojen koko, lukumäärä ja sijainti. Akustisille muun timille on laadittavissa myös sähköisiä vastinkytkentöjä, joiden perus-ν’ teella sovitus voidaan suorittaa simulointien perusteella.The acoustic transducers 1 according to the invention are further subjected to an acoustic adaptation by which the acoustic properties of the acoustic transducers 1 are sought; It should be set according to the particular application and requirements, in particular frequency response, phase response and sensitivity. Matching: * 30 is affected by the size, number and location of the openings. Acoustic transducers can also be provided with electrical counter-circuits, the basic ν 'of which can be used to perform matching based on simulations.

Kuvassa 4 on esitetty erään keksinnön edullisen sovelluksen yksityis-35 kohta, jossa laitteena on esimerkiksi matkaviestin 20. Matkaviestimessä on korttiliitin 21 piirilevyn 2 kiinnittämiseksi. Piirilevyllä 2 on ainakin osa ’· matkaviestimen elektroniikasta, mm. kuuloke ja mikrofoni. Piirilevylle 2 on keksinnön mukainen akustinen muunnin 1 sijoitettu piirilevyn 2 reu- 16 109076 nan läheisyyteen. Tällöin piirilevyn 2 ollessa paikoilleen asennettuna korttiliittimeen 21, tukee korttiliitin 21 edullisesti tukikappaleen 7 välityksellä akustisen muuntimen 1 ensimmäistä muunninelintä 4, joka on asetettu piirilevyllä 2 olevan ontelon 13 kohdalle välikappaleen 6 päälle.Figure 4 shows a detail 35 of a preferred embodiment of the invention in which the device is, for example, a mobile station 20. The mobile station has a card connector 21 for mounting the circuit board 2. The circuit board 2 has at least a portion of the mobile electronics, e.g. headset and microphone. The acoustic transducer 1 according to the invention is located on the printed circuit board 2 close to the periphery of the printed circuit board 2 109076 nanometers. In this case, when the circuit board 2 is mounted in the card connector 21, the card connector 21 preferably supports the first converter member 4 of the acoustic transducer 1 placed over the spacer 6 on the circuit board 2 via a support piece 7.

5 Tällöin akustista muunninta 1 tuetaan piirilevyä 2 vasten. Korttiliittimeen 21 on muodostettu lisäksi akustinen sovitus, jota kuvassa 4 on esitetty onteloilla ja ilmakanavilla 22 ja 23. Tällä tavoin on mahdollista toteuttaa kompakti ja automaattiseen kokoonpanoon edullisesti soveltuva rakenne ja silti on saavutettavissa kulloinkin riittävä äänenlaatu. Korttiliittimen 10 21 yhteyteen on vielä järjestettävissä elimet akustisen muuntimen 1 tarvitsemien johdotusten kytkemiseksi piirilevyltä 2 akustiseen muunti-meen 1, tai voidaan käyttää tämän selityksen yhteydessä aikaisemmin esitettyjä ratkaisuja, kuten juotoksia J. Mainittakoon, että kuvan 4 mukaisen akustisen muuntimen 1 rakenne on tässä vain eräänä esimerk-15 kinä.5 The acoustic transducer 1 is then supported against the circuit board 2. In addition, the card connector 21 is provided with an acoustic fit shown in Fig. 4 with cavities and air passages 22 and 23. In this way, a compact structure suitable for automatic assembly can be implemented while still providing sufficient sound quality. The card connector 10 21 can further be provided with means for connecting the wires needed by the acoustic transducer 1 from the circuit board 2 to the acoustic converter 1, or solutions previously described in this specification, such as soldering, may be used. example-15 china.

Kuvassa 5 on esitetty vielä halkileikkauksena matkaviestin 20, jossa on käytetty keksinnön mukaisia akustisia muuntimia 1a, 1b. Matkaviestimen 20 elektroniikka sijaitsee pääosin piirilevyllä 2, joka on kiinnitetty 20 koteloon 27. Mikrofoni 1a ja kuuloke 1b on muodostettu keksinnön mukaisesti piirilevyn 2 yhteyteen. Matkaviestin 20 käsittää lisäksi näyttö-elimen 28, näppäimistön 29 ja antennin 30.Fig. 5 is a cross-sectional view of a mobile station 20 using acoustic transducers 1a, 1b according to the invention. The electronics of the mobile station 20 are mainly located on the circuit board 2 which is attached to the housing 27. The microphone 1a and the earpiece 1b are formed in accordance with the invention in connection with the circuit board 2. The mobile station 20 further comprises a display member 28, a keypad 29 and an antenna 30.

Sähkömagneettinen suojaus (EMC, Electromagnetic Compatibility) on :·. 25 helposti toteutettavissa keksinnön mukaisiin akustisiin muuntimiin 1.Electromagnetic Compatibility (EMC) is:. 25 to the acoustic transducers 1 according to the invention.

Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että jotakin piirilevyn johdin-kerrosta, edullisesti yhtä välikerrosta, käytetään suurena maatasona, eli ‘‘ se asetetaan nollapotentiaaliin ja sen pinta-ala muodostetaan mahdol- lisimman suureksi. Tällöin piirilevyn johdotukset pyritään tekemään 30 muihin johdinkerroksiin. Tällä tavoin esimerkiksi mikrofonin sietoa ulkoisia häiriöitä vastaan saadaan parannettua.This can be accomplished, for example, by using one of the conductor layers of the circuit board, preferably one intermediate layer, as a high ground plane, i.e. '' set to zero potential and making its surface area as large as possible. In this case, the wiring of the circuit board is made to 30 other layers of conductors. In this way, for example, the microphone's resistance to external interference can be improved.

Edellä esitettyjä akustisia vastaanottimia on mahdollista käyttää myös esim. paineantureina. Akustinen muunnin 1 muodostaa ulkopuolisen 35 paineen ja ontelon 13 paineen eroon verrannollisen signaalin, josta ulkopuolinen paine voidaan määrittää. Tällöin akustisen muuntimen onte-lo 13 on edullisesti suljettu siten, että muuntimesta on jätetty pois sekä i paineentasausreikä 26 ja ilma-aukot 3. Mikäli akustista muunninta 1 109076 käytetään differentiaalisena paineanturina, ei ontelon 13 tällöin tarvitse olla suljettu. Tällainen paineanturi mittaa esim. ensimmäisen muunnin-elimen 4 eri puolilla vallitsevien paineiden erosta aiheutuvaa, ensimmäisen 4 ja toisen muunninelimen 8 välistä suhteellista geometriamuu-5 tosta esim. pietsosähköisesti tai kapasitiivisesti.It is also possible to use the above-mentioned acoustic receivers as, for example, pressure sensors. The acoustic transducer 1 generates a signal proportional to the difference between the external pressure 35 and the cavity 13 from which the external pressure can be determined. Hereby, the cavity 13 of the acoustic transducer is preferably closed so that both the pressure equalization hole 26 and the air vents 3 are omitted from the transducer. If the acoustic transducer 1 109076 is used as a differential pressure sensor, then the cavity 13 need not be closed. Such a pressure transducer measures e.g. the relative geometry change between the first transducer element 4 and the differential pressure between the first transducer element 4 and the second transducer element 8, for example piezoelectric or capacitively.

Keksinnön mukaisella akustisella muuntimella 1 on siis mahdollista madaltaa piirilevylle 2 muodostetun kytkennän kokoa ja tehostaa piirilevyn 2 ja koko laitteen 20 kokoonpanoa verrattuna siihen, että akustisina 10 muuntimina 1 käytettäisiin erillisiä komponentteja, jotka tällöin on sijoitettava kokonaisuudessaan piirilevyn 2 päälle ja kiinnitys erityisesti au-tomaattijuotosta käyttävässä tuotantolinjassa on tavallisesti suoritettava eri vaiheessa kuin muiden piirilevylle sijoitettavien komponenttien kiinnitys. Erityisesti matkaviestinsovelluksissa tällainen muutaman millimetrin 15 suuruusluokkaa oleva paksuuden pieneneminen on merkittävä parannus pyrittäessä aikaansaamaan kevyempiä ja pienempiä matkaviestimiä. Myös tuotannon tehostaminen voi alentaa lopputuotteen hintaa.Thus, the acoustic transducer 1 according to the invention makes it possible to reduce the size of the circuit formed on the circuit board 2 and to enhance the assembly of the circuit board 2 and the entire device 20, compared to using separate components which need to be located entirely on the circuit board 2 and in particular the production line usually has to be completed at a different stage than the mounting of other components to be mounted on the circuit board. Particularly in mobile applications, such a thickness reduction of the order of a few millimeters is a significant improvement in the effort to achieve lighter and smaller mobile stations. Increasing production efficiency can also lower the price of the end product.

Piirilevyyn 2 muodostetussa keksinnön mukaisessa akustisessa muun-20 timessa 1 äänen kulkema matka, eli ns. akustinen polku saadaan pidemmäksi kuin tunnetun tekniikan mukaisia muuntimia käytettäessä. Tällä voidaan säätää mm. paine-eromikrofonin toimintaa.In the acoustic transducer 1 formed in the circuit board 2, the distance traveled by sound, i.e. the acoustic path is made longer than with prior art transducers. With this you can adjust eg. differential pressure microphone operation.

*; Nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin 25 suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi piirilevysubstraatti voi olla lasikuidun sijasta muuta tarkoitukseen sopivaa, eristävää ainetta. Piirilevyn 2 joh-dinkerros ei välttämättä ole kuparia, vaan keksintö on sovellettavissa piirilevyihin, joissa johdinkerrokset ovat muuta johtavaa materiaalia.*; The present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified within the scope of the appended claims. For example, the printed circuit board substrate may be a suitable insulating material other than glass fiber. The conductor layer of the circuit board 2 is not necessarily copper, but the invention is applicable to the circuit boards in which the conductor layers are of other conductive material.

: : 30 keksintöä voidaan soveltaa myös muissa laitteissa 20, joissa käytetään ainakin yhtä akustista muunninta. Esimerkkinä mainittakoon vielä kan-v nettava tietokone, jolloin mikrofoni ja kaiutin on toteutettavissa esim.The invention may also be applied to other devices 20 which use at least one acoustic transducer. An example is a laptop computer, in which case the microphone and speaker can be implemented e.g.

; ‘: tietokoneen ns. emolevylle.; ': Computer so-called. motherboard.

*» » ·»* »» · »

Claims

109076

A method for implementing an acoustic transducer (1) comprising an acoustic transducer (1) comprising a first transducer (4) and a second transducer (8), the acoustic transducer (1) being formed at least partially in connection with a circuit board assembly which: the circuit board (2) comprises at least one conductor layer, at least one cavity (5, 13) is formed on the circuit board (2), the first converter member (4) 10 is placed on the cavity (5, 13), at least part of the second converter member (8) forming at least a portion of the second transducer member (8) in at least one conductor layer of the circuit board (2), and supporting the first transducer member (4) in the peripheral regions allowing the first transducer member (4) to oscillate freely, ) in the manufacture of the circuit board, an intermediate piece (6) is formed on which the first converter member (4) is placed in connection with the circuit board assembly.

Method according to Claim 1, characterized in that the spacer (6) is formed on the circuit board (2) by a solder blocking mask.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that it is mounted on the first converter member (4). a support piece (7), and that the first converter member (7) is mounted on the spacer (6) by attaching the support piece (7) to the circuit board (2). »· *

The method according to claim 1, wherein the circuit board (2) 30 is formed of at least two substrate layers (2a, 2b, 2c), characterized in that the cavity (13) is formed inside the circuit board (2), comprising at least the following steps: the plurality of substrate layers (2a,. ···. 2b, 2c) having an aperture at the point where the cavity (13) is formed, I ./*35 - filling the aperture with filler, "- joining the substrate layers (2a, 2b, 2c) together, providing a multilayer printed circuit board (2), and removing the filler from the cavity (13) or increasing the compressibility of the filler in the cavity (13), wherein the spacer (6) is formed from at least one substrate layer (2a, 2b, 2c).

An acoustic transducer (1) comprising a first transducer (4) and a second transducer (8), the acoustic transducer (1) being formed at least partially in connection with the circuit board assembly, the circuit board (2) comprising at least one conductor layer, and 10 wherein at least one cavity (5, 13) is formed on the circuit board (2), the first converter member (4) is disposed on the cavity (5, 13), at least part of the second converter member (8) is formed on the circuit board (2) and the first transducer element (4) is supported on the circuit board (2) at the peripheral regions of the first transducer element (4), wherein the first transducer element (4) is free to oscillate, characterized in that the circuit board (2) spacer (6) on which the first converter member (4) is located in connection with the circuit board,.: ': assembly. ! 20 ·. ·.

Acoustic transducer (1) according to claim 5, characterized in that the first transducer element (4) is a diaphragm and that the second other transducer element (8) is at least partially formed on the conductor layer of the circuit board (2), preferably as a planar surface. . : 25

Acoustic transducer (1) according to Claim 5, characterized in that the first transducer element (4) is a diaphragm and that the second transducer element (8) comprises a coil (12) which is at least partially formed on the circuit board (12). 2), on one or more conductor layers. ! .. * 30 t

Acoustic transducer (1) according to claim 5, characterized in that: characterized in that the first converter element (4) is made of piezoelectric material and that the second converter element (8) comprises a circuit board (2) on which the first converter element (4) is arranged to be mounted. 5 35

Acoustic transducer (1) according to claim 5, 6, 7 or 8, characterized in that the spacer (6) is formed on the circuit board (2) by a solder blocking mask. 109076

Acoustic transducer (1) according to one of Claims 5 to 9, characterized in that the acoustic transducer (1) is a microphone, headset or buzzer. 5

A mobile station (20) comprising at least one acoustic transducer (1), such as a microphone (1a) or a headset (1b), comprising a first (4) and a second transducer (8), and 10. at least one circuit board ( 2) comprising at least a portion of the electronics of the mobile station (20), and wherein in the mobile station (20) at least one acoustic transducer (1a, 1b) is connected to the circuit board (2) at least partially in connection with the circuit board assembly. one of the conductor layers 15 having at least one cavity (5, 13) formed on the circuit board (2), the first transducer element (4) being disposed on the cavity (5, 13), at least part of the second transducer element (8) one conductor layer, and the first transducer element (4) is supported on the circuit board (2) mainly in the peripheral regions of the first transducer element (4), allowing the first transducer element (4) to oscillate freely, characterized in that ), a circuit board (2) is formed to manufacture the circuit board. a spacer (6) on which the first converter member (4) I is located in connection with the circuit board assembly. I ··. · 1.25! t I «· · • · 1 * 1 t · · • · 109076