一種壓電發聲結構及移動終端的製作方法
2023-04-24 20:47:16
一種壓電發聲結構及移動終端的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓電發聲結構及移動終端，涉及揚聲器【技術領域】。該壓電發聲結構包括PCB板以及緊密結合於PCB板上的至少一枚壓電陶瓷，壓電陶瓷用於在驅動電路的驅動下通過逆壓電效應產生機械形變，該形變將進一步通過與陶瓷緊密結合的PCB產生受控的機械振動；並由PCB或與PCB緊密結合的終端設備的外殼體傳遞振動並進一步推動空氣發聲。本發明同時提出一種具有上述壓電發聲結構的移動終端，其外殼的內側緊密結合本發明提及的壓電發聲結構。本發明提供的壓電發聲結構，由於整個PCB板或終端結構的外殼體都可以向外輻射聲波，極大的提高了聲fe射效率，能在保證首量和首效的冋時減小發聲結構的體積。
【專利說明】一種壓電發聲結構及移動終端
【技術領域】
[0001] 本發明涉及揚聲器【技術領域】，尤其涉及一種壓電發聲結構以及具有該壓電發聲結 構的移動終端。
【背景技術】
[0002] 隨著可攜式消費電子的發展，人們對可攜式電子設備小型輕薄的要求越來越高， 壓電陶瓷揚聲器以其超輕，超薄，高效，無需大音腔等特點逐漸被眾多可攜式消費類電子產 品所青睞。可攜式消費產品向著超薄輕小的方向發展，這樣的系統需求對單個電子元器件 提出了更薄、更小、更省電的要求。壓電陶瓷揚聲器因其小、薄、輕、緊湊的封裝等優點，應用 到越來越多的場所。
[0003] 目前大多數壓電揚聲器的振動發聲部分的基本原理為：電極接通交流電，由於逆 壓電效應，壓電陶瓷片產生振動，帶動附於其上的金屬振膜發生彎曲變形，從而產生振動， 進而推動空氣振動，產生聲壓，發出聲音。現有的壓電陶瓷揚聲器與電子產品結合應用時一 般安裝於電子產品外殼的內部。壓電陶瓷及其金屬基片與外殼結合時通常會出現以下問 題：壓電陶瓷及其金屬基片與外殼結合時通過膠水等粘結時會出現粘結不牢，金屬振膜局 部振動不平衡等問題，從而導致整個發聲系統的聲壓靈敏度降低；正、負極信號線直接焊接 在壓電陶瓷片上，經常會出現焊接不牢、焊點體積過大等現象從而使壓電陶瓷揚聲器短路 或斷路而無法工作；或者出現焊接不可靠導致壓電陶瓷揚聲器損壞等現象。
[0004] 另一方面，在已有的諸多壓電揚聲器設計中，一般皆採用單片的壓電陶瓷片直接 通過形變推動空氣發聲；由於壓電陶瓷的變形量一般很小，如果陶瓷面積小，則發聲極其微 弱，無法與傳統揚聲器相比；如果陶瓷面積大，則因為其工藝複雜，成品率極低而成本高昂， 難以批量應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的一個目的是提出一種結構簡單可靠、體積小、成本低、易於製造和組裝、 發聲效果好的壓電發聲結構。
[0006] 本發明的再一個目的是提出一種厚度薄、可防水防塵、發聲效果好的移動終端。
[0007] 為達此目的，一方面，本發明採用以下技術方案：
[0008] -種壓電發聲結構，包括PCB板以及緊密結合於所述PCB板上的至少一枚壓電陶 瓷，其中，
[0009] 壓電陶瓷，用於在驅動電路的驅動信號激勵下產生伸縮型機械形變；
[0010] PCB板，用於對所述壓電陶瓷產生約束作用，所述壓電陶瓷產生的所述機械形變在 所述PCB板的約束作用下驅動所述PCB板產生機械振動，進而推動空氣發聲。
[0011] 優選的，所述PCB板上設置有用於調節振動模態的一個或多個調音孔/槽。
[0012] 優選的，所述PCB板上設置有焊盤，所述壓電陶瓷的電極直接焊接固定於所述PCB 板的焊盤上；
[0013] 或者，所述壓電陶瓷粘接於所述PCB板上。
[0014] 優選的，所述PCB板的正面和/或背面通過焊接或粘接方式結合有所述壓電陶瓷。
[0015] 優選的，所述壓電陶瓷為多層壓電陶瓷塊，所述多層壓電陶瓷塊的電極位於其陶 瓷片的兩側。
[0016] 優選的，所述壓電陶瓷的電極通過SMT焊接工藝固定在所述PCB板上。
[0017] 優選的，所述壓電陶瓷和所述PCB板的焊盤之間通過柔性導電帶連接。
[0018] 優選的，焊接/粘接好壓電陶瓷的PCB板表面塗覆有聚氨酯或黏貼聚酯薄膜。
[0019] 優選的，所述PCB板帶有驅動電路。
[0020] 另一方面，本發明採用以下技術方案：
[0021] 一種移動終端，所述移動終端具有外殼，並應用了上述的壓電發聲結構，所述壓電 陶瓷或所述PCB板通過粘接材料完全貼合於所述外殼的內側面，兩個相貼合的面之間沒有 縫隙，所述外殼可在所述壓電陶瓷或所述PCB板的帶動下產生彎曲振動。
[0022] 本發明的有益效果為：
[0023] (1)本發明提供的壓電發聲結構由PCB板和壓電陶瓷緊密結合而成，壓電陶瓷在 驅動電路的驅動信號激勵下產生伸縮型機械形變，在PCB板的約束作用下，壓電陶瓷產生 的機械形變驅動PCB板產生機械振動，進而推動空氣發聲，由於整個PCB板都會向外輻射 聲波，因此在保證音量的同時縮小了發聲結構的體積，PCB板提供了電極連接，同時能夠將 壓電陶瓷牢固的固定和約束住；其能夠實現更好的壓電形變傳導，發聲效果好，結構簡單可 靠，生產成本低，極具市場潛力，可廣泛應用於手機、平板電腦、筆記本電腦、平板電視、遊戲 機終端等電子廣品；
[0024] (2)可在PCB板上通過SMT焊接方式或粘接方式設置多個壓電陶瓷，也可在PCB板 的正面和背面均設置壓電陶瓷，大大提高了聲壓的輸出；
[0025] (3)該發聲結構可以結合在不同的電子產品的外殼上，其結合方式為將壓電陶瓷 或PCB板通過粘接材料完全貼合在外殼上，其貼合面之間沒有縫隙，在外殼的約束下壓電 陶瓷或PCB板能夠產生彎曲振動而不是橫向平行於外殼的振動，這樣，能夠將壓電陶瓷或 PCB板的振動最大程度地耦合併傳遞至整個外殼上，從而使得外殼整體向外輻射聲波，進一 步提1? 了發聲效果；
[0026] (4)粘接材料可採用環氧樹脂，基於當前常見的玻纖環氧複合型PCB板，能更好地 將壓電陶瓷產生的變形傳遞到設備的外殼上，並進一步由設備外殼推動空氣輻射聲音；
[0027] (5)採用上述壓電發聲結構的移動終端厚度更薄，發聲效果更好，且無需設置發聲 孔，防水防塵效果好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發明實施例一提供的壓電發聲結構的結構俯視；
[0029] 圖2是本發明實施例一提供的壓電發聲結構的剖視圖；
[0030] 圖3是本發明實施例一壓電陶瓷伸縮驅動PCB彎曲變形機理的示意圖；
[0031] 圖4是本發明實施例一提供的多層壓電陶瓷塊的剖視圖；
[0032] 圖5是本發明實施例二提供的雙面貼裝壓電陶瓷的壓電發聲結構的剖視圖；
[0033] 圖6是本發明實施例三提供的包含有驅動電路的壓電發聲結構的俯視圖；
[0034] 圖7是本發明實施例四提供的基於片式壓電陶瓷和導電帶的壓電陶瓷發聲結構 的爆炸圖；
[0035] 圖8是本發明實施例五提供的移動終端的爆炸圖；
[0036] 圖9是本發明實施例五提供的移動終端的剖視圖；
[0037] 圖10是圖9中A部分的局部放大圖；
[0038] 圖11是本發明實施例五應用於移動終端的壓電發聲結構的聲學曲線圖。
[0039] 圖中，1、PCB板；2、壓電陶瓷；21、陶瓷；22、電極；3、銅箔焊盤；4、焊點；5、信號銅 箔線；6、信號輸入焊盤；7、調音孔/槽；8、表層焊盤；9、底層焊盤；10、表層壓電陶瓷片；11、 底層壓電陶瓷片；12、晶片；13、壓電驅動線路；14、導電布；15、保護膜；16、上殼；17、背殼； 18、粘接材料層。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0041] 實施例一：
[0042] 本實施例提供了一種壓電發聲結構，如圖1和圖2所示，該壓電發聲結構包括PCB 板1以及緊密結合於PCB板1正面上的三枚壓電陶瓷2。其中PCB板1上設有分別與三枚 壓電陶瓷2相對應的銅箔焊盤3、焊點4、信號銅箔線5和信號輸入焊盤6,信號銅箔線5將 信號輸入焊盤6以及銅箔焊盤3依次連接。PCB板1上還開有用於調節振動模態的調音孔/ 槽7,調音孔/槽7可以為單個，也可以為多個，調音孔/槽7可以為圓形、方形、橢圓形等。 通過改變調音孔/槽7的數量、形狀及排布，可對於PCB板1的機械形變模態進行調節，從 而優化聲學曲線，進而優化發聲效果。
[0043] 其中，PCB板1為0· 25?0· 3mm厚度的FR4板，長寬尺寸為40mm*40mm，可採用標 準的印刷電路板工藝完成；壓電陶瓷2為20層長寬尺寸為3mm*5mm、厚度為0· 5mm的陶瓷 片封裝而成的多層壓電陶瓷塊，其結構如圖4所示，包括內部的陶瓷21以及設置於陶瓷21 兩側的電極22,採用類似傳統陶瓷電容器的壓電陶瓷堆疊形成，這樣就能方便的應用傳統 的具有高度自動化多層共燒陶瓷電容器（MCC)，僅僅通過改變陶瓷原料配方（採用具有壓 電性能的陶瓷原料）來大規模低成本生產出本實施例所使用的壓電陶瓷元件。
[0044] 三枚壓電陶瓷2的電極22通過SMT工藝焊接到PCB板1的銅箔焊盤3上，其正負 極分別採用同極性並聯連接，並連接到信號輸入焊盤6。
[0045] 該壓電發聲結構的工作過程為，通過信號輸入焊盤6將驅動電路施加於壓電陶瓷 2上，如圖3所示，壓電陶瓷2在驅動電路的驅動下產生伸縮型機械形變，由於受到PCB板1 的銅箔焊盤3與焊點4的約束，壓電陶瓷2的伸縮變形將驅動PCB板1發生彎曲形變；當施 加為交變電信號時，PCB板1將在壓電陶瓷2的驅動下產生相應幅度的交替變形，即產生振 動；PCB板1的振動，進一步可推動其表面的空氣振動，發出聲音。由於整個PCB板1都會 向外輻射聲波，因此通過PCB板1對於聲輻射面積的放大，可以極大的提高聲輻射效率，即 可獲得較高的輸出聲壓級（SPL)和較優的發聲效果。
[0046] 在將壓電陶瓷2與PCB板1裝配時採用標準化的表面貼裝自動回流焊（SMT)工藝 焊接，使得應用本發明技術的產品可以大規模自動化生產，可以極大的提高產品質量穩定 性，降低生產成本。
[0047] 實施例二：
[0048] 本實施例提供了一種壓電發聲結構，如圖5所不，其在實施例一的基礎上，米用雙 面貼裝工藝。PCB板1的上下兩側分別布設焊盤，分別為表層焊盤8和底層焊盤9,表層焊 盤8和底層焊盤9分別對應設置表層壓電陶瓷片10和底層壓電陶瓷片11。通過焊接工藝 將兩側的壓電陶瓷片的陶瓷端部電極分別與PCB板兩側的焊盤緊密相連。
[0049] 本實施例的壓電發聲結構由於在PCB板的兩側均設置壓電陶瓷，能夠有效增強機 械振動驅動效果，大大提高了聲壓的輸出。
[0050] 其中，本實施例中的壓電陶瓷也可採用如實施例一所述的多層壓電陶瓷塊結構。
[0051] 實施例三：
[0052] 本實施例提供了一種壓電發聲結構，如圖6所不，其結構與實施例一基本相同，包 括PCB板1以及緊密結合於PCB板1上的壓電陶瓷2。不同之處在於，本實施例中將壓電驅 動的晶片12(如TI公司的TPA2100P1)直接集成到PCB板1上，這樣可以縮短壓電驅動線 路13,減少線路的EMI噪聲；而壓電元件本身與傳統動圈式揚聲器不同，不含電磁性元件， 基本不產生EMI噪聲。同時，針對不同的壓電元件，驅動電路可以直接配置為最優的驅動參 數（阻抗特性匹配，頻率特性修正），真正實現即插即用功能。
[0053] 實施例四：
[0054] 本實施例提供了一種壓電發聲結構，如圖7所示，其包括PCB板1、壓電陶瓷2、柔 性導電帶即導電布14(如德薩公司的TESA-60262)和PET-20um厚度的保護膜15。其中，其 中，壓電陶瓷2的尺寸為30mm*30mm*0. 1mm，PCB板1的尺寸為40mm*40mm*0. 27mm。
[0055] 該壓電發聲結構的裝配過程為，首先將壓電陶瓷2與PCB板1粘接，膠層厚度在 5?10um ;然後將兩條的導電布14與壓電陶瓷2表面的正負電極分別連接到PCB 板1的正負極焊盤上，輕輕按壓後即可實現壓電陶瓷2與PCB板1上銅箔焊盤的導通，最後， 在粘接好壓電陶瓷2的PCB板上覆蓋保護膜15,使得壓電陶瓷2表面的電極以及導電布14 完全被覆蓋，從而隔絕空氣、水份以及灰塵。本方案適合於對壓電發聲模塊厚度尺寸要求較 高的應用，可以實現總體厚度〈〇· 4mm(壓電陶瓷2厚度為0· 1mm，PCB板1厚度為0· 27mm， 膠層和保護膜15厚度分別為0. 01mm和0. 02mm)。此壓電發聲結構可以直接應用於手機、平 板電腦等電子終端。
[0056] 此外，也可通過在粘接好壓電陶瓷的PCB板表面塗覆聚氨酯的方式形成保護膜。
[0057] 實施例五：
[0058] 本實施例提供了一種移動終端，其具有如實施例一至實施例四任一所述的壓電發 聲結構。此處以實施例四所述的壓電發聲結構應用於手機為例進行描述。如圖8至圖10 所不，該手機包括上殼16、背殼17以及設置於背殼17內側的壓電發聲結構。背殼的材質為 0. 5mm厚的304不鏽鋼。壓電發聲結構包括PCB板1、壓電陶瓷2、導電布14和保護膜15。 PCB板1通過粘接材料（如E-120HP環氧樹脂）完全貼合於背殼17的內側面上，粘接材料 層18厚度約為lOum?20um ;兩個相貼合的面之間通過膠層緊密連接，且貼合面之間沒有 縫隙，在背殼17的約束下，PCB板能夠產生彎曲振動而不是橫向平行於背殼17的振動，這 樣，能夠將PCB板的振動最大程度地耦合併傳遞至整個背殼17上，從而使得背殼17整體向 外輻射聲波，進一步提高了發聲效果。相比PCB板40mm*40mm的尺寸，手機背殼17的尺寸 為50mm*105mm ;在壓電陶瓷2和PCB板1構成的壓電發聲結構驅動下，背殼17的諧振頻率 可以進一步降低。
[0059] 在本實施例中，如圖11所示，壓電發聲結構的諧振頻率約為1200Hz，而和手機背 殼結合後，諧振頻率下降為700Hz，可獲得較好的低音重放效果。此外由於整個外殼均向外 輻射聲波，聲波有效輻射面積比單片陶瓷直接輻射聲波的方式提高了約5倍，相應的可以 提高了聲壓輸出約14dB。
[0060] 相比傳統微型動圈式揚聲器3?4mm的厚度，本發明對應的壓電發聲結構典型的 厚度為0. 4mm，只有傳統厚度的1/10 ;因此採用上述的壓電發聲結構能夠使得移動終端的 厚度更薄，發聲效果更好，且應用本發明對應的壓電發聲結構後，終端的外殼直接作為發聲 源，無需設置發聲孔，有利於在在終端上實現防水防塵。
[0061] 以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的 原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術 人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入 本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種壓電發聲結構，其特徵在於：包括PCB板⑴以及緊密結合於所述PCB板⑴上 的至少一枚壓電陶瓷（2)，其中， 壓電陶瓷（2)，用於在驅動電路的驅動信號激勵下產生伸縮型機械形變； PCB板（1)，用於對所述壓電陶瓷（2)產生約束作用，所述壓電陶瓷（2)產生的所述機 械形變在所述PCB板（1)的約束作用下驅動所述PCB板（1)產生機械振動，進而推動空氣 友屍。
2. 根據權利要求1所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述PCB板（1)上設置有 用於調節振動模態的一個或多個調音孔/槽（7)。
3. 根據權利要求1所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述PCB板上設置有焊盤 (3)，所述壓電陶瓷（2)的電極直接焊接固定於所述PCB板（1)的焊盤（3)上； 或者，所述壓電陶瓷⑵粘接於所述PCB板⑴上。
4. 根據權利要求3所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述PCB板（1)的正面和/ 或背面通過焊接或粘接方式結合有所述壓電陶瓷（2、10、11)。
5. 根據權利要求4所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述壓電陶瓷（2、10、11) 為多層壓電陶瓷塊，所述多層壓電陶瓷塊的電極（22)位於其陶瓷（21)的兩側。
6. 根據權利要求3至5任一項所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述壓電陶瓷 (2)的電極通過SMT焊接工藝固定在所述PCB板（1)上。
7. 根據權利要求1所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述壓電陶瓷（2)和所述 PCB板⑴的焊盤之（3)間通過柔性導電帶（14)連接。
8. 根據權利要求3所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：焊接/粘接好壓電陶瓷（2) 的PCB板（1)表面塗覆有聚氨酯或黏貼聚酯薄膜（15)。
9. 根據權利要求1所述的一種壓電發聲結構，其特徵在於：所述PCB板⑴帶有所述 驅動電路。
10. -種移動終端，其特徵在於：所述移動終端具有外殼，並應用了權利要求1至9中 任意組合項所述的壓電發聲結構，所述壓電陶瓷（2)或所述PCB板（1)通過粘接材料完全 貼合於所述外殼（17)的內側面，兩個相貼合的面之間沒有縫隙，所述外殼（17)可在所述壓 電陶瓷（2)或所述PCB板（1)的帶動下產生彎曲振動。
【文檔編號】H04R17/00GK104219609SQ201410469824
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】張韜, 袁世明 申請人:精拓麗音科技（北京）有限公司