TWM631644U - 壓電發聲模組 - Google Patents

Abstract

一種壓電發聲模組，包含基板、導電層、壓電元件、接著材料、封裝材與絕緣填充材，基板包含相對的下表面及上表面；導電層設置於基板的上表面並形成有開槽，以將導電層分隔為第一導電區及第二導電區。壓電元件固設於導電層上。接著材料設置於導電層與壓電元件之間，用以固設壓電元件於導電層上。封裝材設置於導電層上且覆蓋壓電元件。絕緣填充材設置於封裝材及基板之間。

Description

壓電發聲模組

本創作是有關於一種發聲模組，尤其是有關於一種壓電發聲模組。

輕量化與薄型化為現今消費型電子裝置的趨勢，電子裝置中的發聲單元為一將電子訊號轉換成聲音的裝置，一般常用的是動圈單體，其原理是電流通過線圈產生磁場變化，進而推動振膜振動空氣來發出聲音，然而此類單體的厚度多為3mm以上，因而成為電子裝置的薄型化限制。

為解決上述振動元件厚度過大，導致電子裝置的尺寸無法更進一步的縮小，本創作提供一壓電發聲模組，包含基板、導電層、壓電元件、接著材料、封裝材與絕緣填充材。基板包含相對的下表面及上表面。導電層設置於基板的上表面並形成有開槽，開槽將導電層分隔為第一導電區及第二導電區。壓電元件固設於導電層上。接著材料設置於導電層與壓電元件之間，用以固設壓電元件於導電層上。封裝材設置於導電層上且覆蓋壓電元件，封裝材具有頂面。絕緣填充材設置於封裝材及基板之間。

在本創作的一實施例中，上述之壓電發聲模組更包含有導電線路，上述之壓電元件包含壓電材料層。壓電材料層包含相對的第一側與第二側，第一側面向第一導電區，且經由接著材料固設於第一導電區上。導電線路電性連接第二側至第二導電區，絕緣填充材填滿於導電層與導電線路之間。

在本創作的一實施例中，上述之壓電發聲模組更包含有導電線路，上述之壓電元件包含壓電材料層、第一電極與第二電極。壓電材料層包含相對的第一側與第二側，第一電極及第二電極分別設置於第一側及第二側，第一電極經由接著材料固設於第一導電區上。導電線路電性連接第二電極至第二導電區。絕緣填充材填滿於導電層與導電線路之間。

在本創作的一實施例中，上述之壓電元件的個數為多個，導電線路電性連接每一壓電元件的第二電極至第二導電區，絕緣填充材更填充於壓電元件之間。

在本創作的一實施例中，上述之壓電元件包含壓電材料層、第一電極與第二電極。壓電材料層包含第一側、第二側與側面，第一側與第二側相對，且側面連接第一側及第二側。第一電極設置於第一側的第一部分。第二電極設置於第二側、側面及第一側的第二部分。第一電極經由接著材料固設於第一導電區上，位於第一側第二部分上的第二電極經由接著材料固設於第二導電區上，絕緣填充材填滿於導電層及封裝材之間。

在本創作的一實施例中，上述之第一電極與第一導電區於基板的平面法向量方向上重疊的面積大於第一電極的面積的20%。

在本創作的一實施例中，上述之基板與導電層的厚度總合≦0.3mm。

在本創作的一實施例中，上述之壓電元件的厚度≦0.5mm。

在本創作的一實施例中，上述之接著材料為導電型的材料。

在本創作的一實施例中，上述之接著材料為非導電型的材料，介於壓電元件與導電層之間接著材料的厚度≦0.1mm，絕緣填充材與接著材料為相同材料。

在本創作的一實施例中，上述之封裝材的厚度≦0.2mm。

在本創作的一實施例中，上述之絕緣填充材的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積、接著材料的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積以及封裝材的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積為同一個數量級，以得到較佳之聲學效果。

在本創作的一實施例中，上述之壓電發聲模組更包含阻隔件，環設於導電層上以環繞壓電元件，且介於封裝材及導電層之間。絕緣填充材填滿於封裝材、阻隔件及導電層所圍設的空間內。

在本創作的一實施例中，上述之壓電元件包含壓電材料層，壓電材料層包含第一側、第二側與側面。第一側與第二側相對，且側面連接第一側及第二側。第一側面向導電層，絕緣填充材更包覆部分第一側。

在本創作的一實施例中，上述之壓電元件包含壓電材料層，壓電材料層包含第一側、第二側與側面。第一側與第二側相對，且側面連接第一側及第二側。第一側面向導電層，絕緣填充材更包覆部分側面。

在本創作的一實施例中，定義該基板的該下表面至該封裝材的該頂面的距離為一模組厚度，該模組厚度≦1mm 。

本創作所提供的壓電發聲模組，其內部的各元件皆採用薄型材料，嚴格地控制各層厚度，亦透過壓合製程減小導電層上接著材料的厚度。藉由薄型材料的選用與壓合製程來極小化壓電發聲模組的厚度，進一步達成電子裝置的薄型化。

為讓本創作之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

現將參考附圖透過示例更詳細地描述本創作。

請參閱本創作圖1。圖1為本創作一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。如圖1所示，壓電發聲模組10包含基板11、導電層12、壓電元件13、接著材料16、封裝材14以及絕緣填充材15。基板11包含相對的下表面111與上表面112，導電層12設置於基板11的上表面112，導電層12形成有開槽121。壓電元件13固設於導電層12上。接著材料16設置於導電層12與壓電元件13之間，用以固設壓電元件13於導電層12上。封裝材14設置於導電層12上，覆蓋壓電元件13且具有頂面141。絕緣填充材15設置於封裝材14與基板11之間，於一實施例中，絕緣填充材15填滿於導電層12與封裝材14之間並填充於導電層12開槽121中。壓電發聲模組10的模組厚度D1定義為基板11的下表面111至封裝材14的頂面141的距離。本創作實施例所提供的壓電發聲模組10的模組厚度D1≦1mm。此種薄型化的壓電發聲模組可應用於各種能夠發出聲音的電子裝置，從而降低電子裝置的厚度尺寸。

請續參閱圖1，基板11的材質可為玻璃纖維環氧層壓板(FR4)、玻璃、PET或聚醯亞胺(PI)等材料。導電層12的材質可為銅箔、銀漿或ITO等材料。導電層12設有開槽121，開槽121將導電層12分為第一導電區122與第二導電區123，壓電元件13包含有兩側，第一導電區122與壓電元件13的一側電性連接，第二導電區123與壓電元件13的另一側透過壓電發聲模組10的導電線路18電性連接。開槽121用以絕緣阻隔第一導電區122與第二導電區123，其中開槽121的寬度＞0.1mm。於另一實施例中，開槽121內可填充有絕緣填充材15。於圖1所繪示之實施例中，壓電元件13的個數為一個，第一導電區122與第二導電區123的個數亦以一個為例，然本創作不以此為限。於一實施例中，壓電元件13的個數可為多個，第一導電區122與第二導電區123的個數亦可為多個。或者是壓電元件13的個數可為多個，多個壓電元件13的一側對應至一個第一導電區122，多個壓電元件13的另一側對應至一個第二導電區123。又或者是壓電元件13的個數可為一個，第一導電區122及/或第二導電區123的個數可為多個。另外，於另一未繪示的實施例中，可於基板11的下表面111與上表面112皆設有導電層12。

接續上述說明，壓電元件13包含壓電材料層131，壓電材料層131可為鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏二氟乙烯薄膜(PVDF)、石英、陶瓷或複合壓電材料等藉由電壓產生形變的材料。於一實施例中，壓電材料層131包含第一側1311、第二側1312以及連接第一側1311與第二側1312的側面1313。壓電材料層131的第一側1311面向導電層12的第一導電區122，透過接著材料16固設在第一導電區122上。於一實施例中，壓電發聲模組10更可包含導電線路18，導電線路18的一端電性連接壓電材料層131的第二側1312，導電線路18的另端電性連接至第二導電區123，以形成壓電發聲模組10的電路結構。於一實施例中，導電線路18為一金屬線路，可透過網印、手塗或是點膠機的銀漿拉線，亦可透過機器進行打線或經半導體圖案化製程，以形成金屬線路進行電性連接。於本實施例中，絕緣填充材15填充於導電層12與導電線路18之間。

接續上述說明，壓電材料層131的第一側1311透過接著材料16固設於第一導電區122上。其中接著材料16的厚度D5可透過一壓合製程控制在0.1mm以下。 接著材料16可分為導電型材料或非導電型材料，導電型材料包含錫膏(solder paste)、導電銀膠 (silver paste)或導電膠帶(tape)等。非導電型材料包含環氧樹脂(Epoxy)、矽膠(Silicone)或 壓克力膠(Acrylic)等。又因本創作實施例之壓電發聲模組10，透過壓合製程將壓電元件13與導電層12之間的接著材料16的厚度D5控制在0.1mm以下，因此即使是使用非導電型材料作為接著材料16，亦不影響壓電元件13與導電層12之間的導通。於本創作一實施例中，接著材料16為非導電型材料，且接著材料16與絕緣填充材15為相同材質。

接續上述說明，封裝材14設置於導電層12上且覆蓋壓電元件13。封裝材14的厚度D6為0.2mm以下。於一實施例中，封裝材14的熱膨脹係數(CTE)與楊氏係數(Young’s Modulus)的乘積、絕緣填充材15的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積以及接著材料16的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積為同一個數量級，意即差距在10倍以內。舉例來說，絕緣填充材15與接著材料16可為相同材質，其材料的熱膨脹係數為42ppm且其楊氏係數為 2.1Gpa，兩者的乘積為88.2。又，封裝材14的熱膨脹係數為77.9ppm，其楊氏係數為1.1Gpa，因此，封裝材14的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積為85.69。兩材料數值乘積的差距在10倍以內。

請參閱本創作圖2。圖2為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖，如圖2所示，本實施的壓電發聲模組10A包含基板11、導電層12、壓電元件13A、接著材料16、封裝材14與絕緣填充材15，其中基板11、導電層12、接著材料16、封裝材14與絕緣填充材15之材料與結構同上述實施例，於此不再贅述。壓電發聲模組10A更可包含導電線路18。壓電元件13A包含壓電材料層131、第一電極132與第二電極133。壓電材料層131包含相對的第一側1311與第二側1312，壓電材料層131的第一側1311設置有第一電極132，第一電極132經由接著材料16固設於導電層12的第一導電區122上，以將壓電元件13A設於導電層12上。於一實施例中，第一電極132與第一導電區122在基板11的平面法向量方向上重疊的面積大於第一電極132面積的20%，以確保壓電元件13A於導電層12上的穩固性。壓電材料層131的第二側1312上設置有第二電極133，第二電極133與導電層12的第二導電區123藉由導電線路18電性連接。於此實施例中，絕緣填充材15亦填滿導電層12與導電線路18之間。於另一未繪示之實施例中，壓電元件13A可包含有多層壓電材料層131，多層壓電材料層131之間可透過電極連接，舉例來說，於壓電元件13A可包含三個壓電材料層131的實施例中，壓電元件13A可更包含有二個中間電極及兩個側邊外電極，以連接三個壓電材料層131。

請參閱本創作圖3。圖3為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。於一實施例中，壓電發聲模組10B包含基板11、導電層12、壓電元件13A、接著材料16、封裝材14與絕緣填充材15，其中基板11、導電層12、壓電元件13A、接著材料16、封裝材14之材料與結構同上述實施例，於此不再贅述。不同的是壓電發聲模組10B包含有多個壓電元件13A，每個壓電元件13A的第一電極132設置於第一導電區122上，導電線路18將每個壓電元件13A的第二電極133電性連接至第二導電區123。於此實施例中，絕緣填充材15更填充於多個壓電元件13A之間。

請參閱本創作圖4。圖4為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。壓電發聲模組10C包含基板11、導電層12、壓電元件13B、接著材料16、封裝材14與絕緣填充材15，其中基板11、導電層12、封裝材14之材料與結構同上述實施例，絕緣填充材15的材料同上述實施例，於此不再贅述。壓電元件13B包含壓電材料層131、第一電極132與第二電極133A。壓電材料層131包含第一側1311、第二側1312與側面1313。第一側1311與第二側1312相對，側面1313連接第一側1311與第二側1312。第一電極132設於壓電材料層131的第一側1311的第一部分1311A。第二電極133A設於第二側1312、側面1313與第一側1311的第二部分1311B。於一實施例中，第一部分1311A與第二部分1311B分別位於第一側1311的兩端，如繪示於圖4中壓電材料層131第一側1311的左右兩端，然本創作不以此為限。第一電極132經由接著材料16固設於導電層12的第一導電區122上，位於壓電材料層131的第一側1311的第二部分1311B上的部份第二電極133A經由接著材料16固設於導電層12的第二導電區123上，以將壓電元件13B設於導電層12上。於此實施例中，壓電發聲模組10C中的絕緣填充材15填滿於導電層12與封裝材14之間。

請參閱本創作圖5。圖5為本創作又一實施例的壓電發聲模組的剖面示意圖。壓電發聲模組10D包含基板11、導電層12、壓電元件13A、接著材料16、封裝材14與絕緣填充材15，除此之外，壓電發聲模組10D更包含一阻隔件17。壓電發聲模組10D中的基板11、導電層12、壓電元件13A、接著材料16、封裝材14之材料與結構同上述實施例，絕緣填充材15的材料同上述實施例，於此不再贅述。阻隔件17環設於導電層12上以環繞壓電元件13A，阻隔件17介於封裝材14與導電層12之間，用以限制製程中尚未凝固的絕緣填充材15的流動。於此實施例中，絕緣填充材15填滿於封裝材14、阻隔件17與導電層12所圍設的空間內。於另一未繪示之實施例中，基板11的兩側皆設置有導電層12時，阻隔件17亦可設置於兩側的導電層12上。

於一實施例中，請參閱本創作圖1至圖5所示，絕緣填充材15更至少包覆壓電材料層131的部分第一側1311與部分側面1313的至少之一，以增強壓電元件13、13A、13B於導電層12上的穩固性。

於一實施例中，請續參閱本創作圖1至圖5所示，壓電模組10、10A、10B、10C、10D中基板11具有厚度D2，導電層12具有厚度D3，其中D2+D3≦0.3mm。再者，壓電模組10、10A、10B、10C、10D中的壓電元件13、13A、13B的厚度D4≦0.5mm。舉例來說，圖2壓電元件13A的厚度D4即為第二電極133、壓電材料層131與第一電極132的厚度總和。而圖1中壓電元件13的厚度D4即為壓電材料層131的厚度。

本創作實施例壓電發聲模組，嚴格地控制各層材料的厚度尺寸，如:基板與導電層的厚度總和≦0.3mm，壓電元件的厚度≦0.5mm以及封裝材的厚度≦0.2mm。壓電發聲模組內部的各元件皆採用薄型的材料，從而使整體壓電發聲模組的模組厚度≦1mm。

再者，透過壓合製程減小導電層上的接著材料的厚度，將接著材料的厚度限制在0.1mm以下。由於接著材料厚度在0.1mm以下，即使選用非導電型的接著材料，亦可維持接著材料兩側的導通。另外，本創作實施例之接著材料與絕緣填充材可為相同材質，當兩者材質相同的時候，可透過控制材料在不同位置的結構尺寸滿足導通或是絕緣的需求。舉例來說，在壓電元件與導電層固接處則控制材料在0.1mm以下，而在導電層的開槽處則控制材料尺寸大於0.1mm，以避免因短路而造成模組電性異常。相同材料的選用可簡化壓電發聲模組的製程並減少工時。

本創作實施例壓電發聲模組藉由薄型材料的選用與壓合製程來極小化壓電發聲模組的厚度，進一步達成電子裝置的薄型化。

雖然本創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，本創作所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、10A、10B、10C、10D:壓電發聲模組 11:基板 111:下表面 112:上表面 12:導電層 121:開槽 122:第一導電區 123:第二導電區 13、13A、13B:壓電元件 131:壓電材料層 1311:第一側 1311A:第一部分 1311B:第二部分 1312:第二側 1313:側面 132:第一電極 133、133A:第二電極 14:封裝材 141:頂面 15:絕緣填充材 16:接著材料 17:阻隔件 18:導電線路 D1:模組厚度 D2、D3、D4、D5、D6:厚度

圖1為本創作一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。 圖2為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。 圖3為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。 圖4為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。 圖5為本創作又一實施例壓電發聲模組的剖面示意圖。

10A:壓電發聲模組

11:基板

111:下表面

112:上表面

12:導電層

121:開槽

122:第一導電區

123:第二導電區

13A:壓電元件

131:壓電材料層

1311:第一側

1312:第二側

1313:側面

132:第一電極

133:第二電極

14:封裝材

141:頂面

15:絕緣填充材

16:接著材料

18:導電線路

D1:模組厚度

D2、D3、D4、D5、D6:厚度

Claims (16)

1. 一種壓電發聲模組，包含: 一基板，包含相對的一下表面及一上表面； 一導電層，設置於該基板的該上表面，該導電層形成有至少一開槽，以分隔為至少一第一導電區及至少一第二導電區； 至少一壓電元件，固設於該導電層上； 一接著材料，設置於該導電層與該至少一壓電元件之間，用以固設該至少一壓電元件於該導電層上； 一封裝材，設置於該導電層上，且至少覆蓋該至少一壓電元件，該封裝材具有一頂面；以及 一絕緣填充材，設置於該封裝材及該基板之間。
2. 如請求項1所述之壓電發聲模組，更包含有一導電線路，該至少一壓電元件包含一壓電材料層，該壓電材料層包含相對的一第一側與一第二側，該第一側面向該至少一第一導電區，且經由該接著材料固設於該至少一第一導電區上，該導電線路電性連接該第二側至該至少一第二導電區，該絕緣填充材填滿於該導電層與該導電線路之間。
3. 如請求項1所述之壓電發聲模組，更包含有一導電線路，該至少一壓電元件包含一壓電材料層、一第一電極與一第二電極，該壓電材料層包含相對的一第一側與一第二側，該第一電極及該第二電極分別設置於該第一側及該第二側，該第一電極經由該接著材料固設於該至少一第一導電區上，該導電線路電性連接該第二電極至該至少一第二導電區，該絕緣填充材填滿於該導電層與該導電線路之間。
4. 如請求項3所述之壓電發聲模組，其中，該至少一壓電元件的個數為多個，該導電線路電性連接每一該些壓電元件的該第二電極至該至少一第二導電區，該絕緣填充材更填充於該些壓電元件之間。
5. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該至少一壓電元件包含一壓電材料層、一第一電極與一第二電極，該壓電材料層包含一第一側、一第二側與一側面，該第一側與該第二側相對，且該側面連接該第一側及該第二側，該第一電極設置於該第一側的一第一部分，該第二電極設置於該第二側、該側面及該第一側的一第二部分，該第一電極經由該接著材料固設於該至少一第一導電區上，位於該第二部分上的部分該第二電極經由該接著材料固設於該至少一第二導電區上，該絕緣填充材填滿於該導電層及該封裝材之間。
6. 如請求項3至5任一項所述之壓電發聲模組，其中，該第一電極與該至少一第一導電區於該基板的平面法向量方向上重疊的面積大於該第一電極的面積的20%。
7. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該基板與該導電層的厚度總合≦0.3mm。
8. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該至少一壓電元件的厚度≦0.5mm。
9. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該接著材料為導電型的材料。
10. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該接著材料為非導電型的材料，介於該至少一壓電元件與該導電層之間的該接著材料的厚度≦0.1mm，該絕緣填充材與該接著材料為相同材料。
11. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該封裝材的厚度≦0.2mm。
12. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該絕緣填充材的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積、該接著材料的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積以及該封裝材的熱膨脹係數與楊氏係數的乘積為同一個數量級。
13. 如請求項1所述之壓電發聲模組，更包含一阻隔件，環設於該該導電層上以環繞該至少一壓電元件，且介於該封裝材及該導電層之間，該絕緣填充材填滿於該封裝材、該阻隔件及該導電層所圍設的空間內。
14. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該至少一壓電元件包含一壓電材料層，該壓電材料層包含一第一側、一第二側與一側面，該第一側與該第二側相對，且該側面連接該第一側及該第二側，該第一側面向該導電層，該絕緣填充材更至少包覆部分該第一側。
15. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，該至少一壓電元件包含一壓電材料層，該壓電材料層包含一第一側、一第二側與一側面，該第一側與該第二側相對，且該側面連接該第一側及該第二側，該第一側面向該導電層，該絕緣填充材更至少包覆部分該側面。
16. 如請求項1所述之壓電發聲模組，其中，定義該基板的該下表面至該封裝材的該頂面的距離為一模組厚度，該模組厚度≦1mm。

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