CN1214691C

CN1214691C - 压电声学部件及其制造方法

Info

Publication number: CN1214691C
Application number: CNB001307843A
Authority: CN
Inventors: 岸本健嗣
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2020-12-18
Also published as: US20030011282A1; CN1304275A; US20010004180A1; KR20010062423A; JP3700559B2; US6472798B2; JP2001238291A; KR100383877B1

Abstract

本发明提供了一种压电声学部件，它具有极好的生产率，以及声学转换效率，大大地最小化的尺寸，以及极好的耐冲击特性，它包含一单一形态型振动膜。该振动膜是通过将基本上正方形的压电元件粘附到正方形金属板上而确定的将振动膜的较短侧支持在设置于罩子的两个相对侧壁部分内的支持部分上，通过有弹性的密封剂密封振动膜剩余的两侧与罩子之间的间隙。将罩子粘附在具有外部电极的基片上，通过有弹性的导电膏将金属板连接到外部电极，并通过有弹性的导电膏将压电元件的表面电极连接到外部电极。在这种安排下，大大改善了振动膜和基片上的外部端子之间连接对付冲击的可靠性。

Description

压电声学部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种压电声学部件，本发明尤其涉及一种压电蜂鸣器或压电接收机，以及它们的制造方法。

背景技术

传统地，压电声学部件广泛地在电子设备中产生报警声音或工作声音用于压电蜂鸣器和压电接收机，家用电气或移动电话中。这种类型的压电声学部件一般通过以下步骤制造：将圆形压电元件粘附到圆形金属板的一个表面上，以提供单一形态型振动膜，通过硅树脂橡胶将圆形罩子中的金属板的周边固定，并通过盖子将罩子开口封闭。

但是，圆形振动膜减小了产生率，由此声音转换效率低，并且难以最小化。

相应地，在第11293204号日本未审查专利公告中揭示了一种压电声学部件，其中将正方形振动膜用于改善产生率和声音转换效率，并能够最小化。这种压电声学部件包含，具有安装到正方形金属板的一个表面上的正方形压电元件的振动膜，具有一个顶壁部分、四个侧壁部分以及在两个相对的侧壁内的支持部分的绝缘罩，以及设置有第一和第二外部电极的平板基片，其中将振动膜安装在罩子中，通过支持材料固定振动膜的相对两侧以及支持部分，并通过有弹性的密封材料密封振动膜的剩余两侧和罩子之间的间隙以使声学空间限定面膜和罩子顶部之间。然后，将罩子的侧壁上设置的开口的端部粘附到基片上，并将金属板电气连接到第一外部电极，并将压电元件的电极电气连接到第二外部电极。

在目前制造的电子部件中，一般使用回流焊接方法的表面安装，并且通过机械装配部件。由此，压电声学部件必须具有表面安装结构。为此，最好使用导电粘结剂将振动膜电气连接到基片的外部电极。但是，当使用传统的环氧导电粘结剂时，在声压特性和耐冲击特性问题上无法得到足够的性能。换句话说，在诸如移动电话之类的移动设备中(它容易受通过例如跌落到地上等引起的碰撞负载的影响)，环氧导电粘结剂可能由于碰撞负载而破裂，由此使振动膜和基片外部电极断开。

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种压电声学部件，它具有极好的产生率以及声学转换效率，大大小型化的尺寸，并具有极好的耐冲击特性。

发明内容

根据本发明的第一较佳实施例，压电声学部件包含：正方形的压电振动膜，具有在其一端暴露的第一和第二振动膜电极，并以长度弯曲模式振动；绝缘罩，具有顶壁部分、四个侧壁部分，以及在两个相对的侧壁内的支持部分；及平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；其中所述振动膜存储在所述罩子中，其中，使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对的侧面，振动膜的两个相对侧由支持材料支持在所述支持部分上，并且由有弹性的密封材料密封振动膜和剩余两个侧壁之间的间隙，从而确定振动膜和罩子顶壁部分之间的声学空间，将设置在罩子侧壁部分中的开口的端部粘附到基片上，通过有弹性的导电粘结剂将所述振动膜上的第一振动膜电极电气连接到第一外部电极，并通过有弹性的导电粘结剂将所述第二振动膜电极电气连接到第二外部电极。

根据本发明的第二较佳实施例，压电声学部件包含正方形的压电振动膜，它具有暴露于其一端上，并以区域弯曲模式振动的第一和第二振动膜电极；绝缘罩，具有一个顶壁部分，四个侧壁部分，和在所述四个侧壁部分内的支持部分；和平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；其中，所述振动膜设置在罩子中，其中使第一和第二振动膜暴露的表面面对与顶壁部分相对的罩子侧，通过支持材料将振动膜的四个侧面支持在所述支持部分上，从而在振动膜和罩子之间确定声学空间，将设置在罩子的侧壁部分上的开口的一端粘附到所述基片上，通过有弹性的导电粘结剂将所述振动膜的第一振动膜电极电气连接到第一外部电极，并通过有弹性的导电粘结剂将所述第二振动膜电极电气连接到第二外部电极。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种制造压电声学部件的方法，包含步骤：提供正方形的压电振动膜，具有在其一个端部部分上暴露的第一和第二振动膜电极，并以长度弯曲模式振动；提供绝缘罩，具有一个顶壁部分，四个侧壁部分，和两个相对侧壁部分内的支持部分；提供平板形基片，其上具有第一和第二外部电极：将所述振动膜存储在罩子中，使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对的侧面，并且通过支持材料将两个相对侧的振动膜支持在所述支持部分上；和通过有弹性的密封材料密封振动膜和剩余两侧之间确定的间隙，从而在振动膜和罩子的顶壁部分之间确定声学空间；从所述振动膜的第一振动膜电极到罩子的侧壁部分上形成的开口的端部连续施加有弹性的导电粘结剂；从所述振动膜的第二振动膜电极到罩子的侧壁部分上形成的开口的端部连续施加绝缘粘结剂；将绝缘粘结剂施加到所述基片的上表面上或形成在所述罩子的侧壁部分上的开口的端部上；通过绝缘粘结剂将形成在罩子的侧壁部分上的开口的端部粘附到所述基片上，并通过导电粘结剂连接第一振动膜电极和第一外部电极，以及第二振动膜电极和第二外部电极；并同时使所述绝缘粘结剂和导电粘结剂固化。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种压电声学部件的制造方法，包含：提供正方形压电振动膜，它具有在其一个端部上暴露的第一和第二振动膜电极，并以区域弯曲模式振动；提供绝缘罩，具有一个顶壁部分、四个侧壁部分和一个在所述四个侧壁部分内的支持部分；提供平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；将所述振动膜存储在罩子中，使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对侧，并通过支持材料将振动膜的四侧制成在所述支持部分上，从而在振动膜和罩子之间确定声学空间；从所述振动膜的第一振动膜电极到形成在所述罩子的侧壁上的开口的端部连续施加有弹性的导电粘结剂；将绝缘粘结剂施加到基片的上表面上，或者形成在所述罩子的侧壁部分上的开口的端部上；通过绝缘粘结剂将形成在所述罩子的侧壁部分上的开口的端部粘附到基片上，并通过导电粘结剂交替在连接第一振动膜电极和第一外部电极，以及第二振动膜电极和第二外部电极；并同时使所述绝缘粘结剂和导电粘结剂固化。

由于构成振动膜的压电元件基本上是正方形的，故大大减小了从生产冲压压电元件时发生的材料浪费从而大大地改善了材料利用率。由于电极和极经的形成是在母片上进行的，生产效率和大大改善了。由于设计需要的尺寸是由母片的切割尺寸确定的，故不必如盘状压电元件那样每次生产冲模用来冲切生片。换句话说，由于用于切割母片的生片冲切步骤中使用的冲模、夹具或压电体的类型和现有技术相比大大降低，使压电元件的制造便宜许多，并具有更高效率。

本发明的第一较佳实施例适用于接收机。由于这个较佳实施例适合于宽的频率范围，故除了谐振范围以外，还可以在谐振范围以外的范围中使用。通过支持材料将基本上正方形的振动膜的相对的两侧支持在罩子的支持部分上，并通过有弹性的密封剂密封剩余的两个侧面和罩子之间的间隙，从而即使振动膜的振动能量相对较小，压电元件仍然被位移。当将上述频率信号施加在振动膜的两个振动膜电极之间时，压电元件沿预定方向扩大和收缩，并且相应地，振动膜以弯曲模式弯曲和变形。此时，当振动膜沿垂直方向振动，并且其两端都固定到罩子，作为节点，如图1B所示沿着振动膜的纵向中心线上有着最大位移P的点。在图1中，示出单一形态型振动膜作为例子以使该问题清晰。相反，在盘状振动膜的情形，如图1A所示，只在其中心部分产生最大位移P的点。换句话说，正方形振动膜的位移量大大地大于盘状振动膜的位移量。由于位移量对应于运动空气的能量，大大增强了声音转换效率。还有，由于通过有弹性的密封剂密封振动膜宽度上两端之间的间隙，振动膜的位移不收到阻尼，由此声压不会减小。另外，虽然振动膜的两个短端部是固定的，两个端部之间的部分自由位移，由此，和盘状振动膜相比产生更低频率的声音。换句话说，为了得到具有和盘状振动膜相同的频率的声音，大大减小尺寸。

另一方面，本发明的第二较佳实施例适合于音响器或振铃器，并用于谐振区域中，以在单个频率上支持大的声量。通过支持材料将基本上正方形的振动膜的四侧支持在罩子的支持部分上，提供区域弯曲模式激励，以增加振动膜的振动能量。区域弯曲模式的振动膜基本上是矩形的，并且振动膜的整个区域沿厚度方向弯曲，并且振动，从而构成振动膜的主表面的两个对角线的区域提供了最大位移。换句话说，由此对角线交叉点提供了最大的位移。

在本发明的各种较佳实施例中，支持材料最好是那种在固化状态下具有高的杨氏模量，并强力抑制振动膜端部的材料，诸如环氧粘结剂，或者在固化状态下具有低的杨氏模量，并且固定振动膜的力度弱小，并接受振动膜的位移的材料，诸如有弹性的密封剂(例如硅树脂橡胶)。

图2是比较图，示出圆形振动膜和基本上正方形振动膜的尺寸之间的关系及其谐振频率。在这种情况下，使用单一形态型振动膜。

为了比较，将厚度大约50um的PZT用作压电元件，将厚度为大约50um的42Ni用作金属板。基本上矩形的振动膜的长度L与宽度W之间的比例为1.67。

如从附图中可以看到的，当频率相同时，和圆形振动膜相比，能够减小正方形振动膜的尺寸(长度、直径)。换句话说，当尺寸相同时，可以得到更低的频率。

在本发明的各种较佳实施例中，其上固定有振动膜的罩子粘附并固定到基片上，以便具有平板形状的配置。然后，通过有弹性的导电粘结剂将第一振动膜电极电气连接到第一外部电极，通过有弹性的导电粘结剂将第二振动膜电极电气连接到第二外部电极，以产生完成的声学部件。通过将设置在基片上的第一和第二外部电极拉出到基片的后表面，得到表面安装结构。

由于导电粘结剂具有弹性，即使当通过将其上安装有压电声学部件的设备跌落到地上而受到大的碰撞负载时，它仍然能防止破裂，由此防止了振动膜电极和外部电极之间的断开。另外，由于固化状态中导电粘结剂的杨氏模量低，不会限制振动膜的振动，由此不会降低声压。

较好地，如在本发明的第三较佳实施例中，将单一形态型压电振动膜用作振动膜，其中，该单一形态型压电振动膜具有粘附在金属板的一个表面上朝由罩子的支持部分支持的一侧移动的位置上的压电元件，在压电元件的暴露在外面的一个表面上的电极构成第一振动膜电极，将金属板暴露部分设置在具有振动膜的压电元件的表面的另外一侧上，暴露部分构成第二振动膜电极，并且将振动膜安装到罩子，其中金属板面对罩子的顶壁。虽然还可以将振动膜安装到罩子，其中，压电元件面对着顶壁部分，可能难以将压电元件的表面电极连接到基片的第二外部电极，因为在这种情况下，压电元件的表面电极和基片不是相对的。相反，当将振动膜固定到罩子，其中金属板面对着罩子的顶壁部分时，容易通过导电粘结剂在表面电极和第二外部电极之间实现连接，这是因为压电元件电极和基片是相对的。由于金属板的暴露部分暴露在振动膜的一侧上，还容易实现金属板和第一外部电极之间的连接。

在本发明的第四较佳实施例中，通过使用在固化状态下的杨氏模量大约为1×10⁵-2×10⁹N/m²的导电粘结剂作为有弹性的导电粘结剂，在耐冲击和声压特性问题上得到极好的效果。在这种情况下，固化状态下的维氏硬度是大约30-100。

较好地，如在第五较佳实施例中，由相同的材料形成用于将振动膜的两个相对侧支持在支持部分上的支持材料，作为有弹性的密封剂，换句话说，将有弹性的密封材料设置在振动膜的所有四侧上。通过有弹性的密封材料密封振动膜的周边防止了空气泄漏，并且大大改善了声压特性。

通过根据如本发明的第六较佳实施例中所述的步骤制造压电声学部件，以相同类型的较少步骤完成固定振动膜和罩子、固定罩子和基片，以及在基片上的压电板和外部电极之间的电气连接，由此以大大减小的成本制造根据本发明的第一较佳实施例的压电声学部件。

同样地，通过根据如本发明的第七较佳实施例中所述的步骤制造压电声学部件，以大大降低的成本制造根据本发明的第二较佳实施例的压电声学部件。

从下面参照附图的较佳实施例的详细的描述，本发明的其它特点、要点、特征和优点将是显然的。

附图说明

图1是比较示图，示出圆形振动膜与基本上正方形的振动膜位移分布；

图2是示出圆形振动膜和基本上正方形振动膜的尺寸之间的关系及其谐振频率的示图；

图3是根据本发明的第一较佳实施例的压电声学部件的透视图；

图4是沿图3中的线X-X得到的截面图；

图5是沿图3中的线Y-Y得到的截面图；

图6是振动膜的透视图；

图7是从后侧看的罩子和振动膜的分解透视图；

图8是示出给罩子装配在其中与其成为整体的振动膜与基片的方法的流程图；

图9是根据本发明的第二较佳实施例的压电声学部件的透视图；

图10是根据本发明的第二较佳实施例的振动膜的截面图；

图11是根据本发明的第三较佳实施例的振动膜的透视图；

图12是图11所示的振动膜的截面图；和

图13是根据本发明的第四较佳实施例的振动膜的截面图。

具体实施方式

图3到图6是示出根据本发明的第一较佳实施例的表面安装的压电声学部件的示图。该压电声学部件适用作接收机，通常包含单一形态型振动膜1、罩子4和基片10。

如图6所示，振动膜1的表面上包含有由薄膜或厚膜制成的电极2a和2b，沿厚度方向极化的基本上矩形的压电元件2，以及具有与压电元件2相同宽度，并且更长的长度，并通过导电粘结剂以面对面的方式粘附到后表面电极2b上的金属板3。后表面电极2b可以通过以导电粘结剂将金属板3直接粘附到压电元件2的后表面而省略。在该较佳实施例中，将压电元件2粘附到金属板3的位于沿其长度的一侧的位置，由此，使金属板3的另外一侧暴露，作为暴露部分3a。

作为压电元件，最好使用诸如PZT之类的压电陶瓷。金属板3最好由具有极好的导电性和回弹性的材料制成，更好地，由杨氏模量接近于压电元件2的材料制成。为此，最好使用例如磷青铜或42Ni。当金属板3由42Ni制成时，进一步改善了可靠性，因为其热膨胀系数接近于陶瓷(PZT等)的热膨胀系数。

最好根据以下步骤制造振动膜1。作为第一步骤，由冲模将基本上正方形的母片从陶瓷生片打孔，并为母片设置电极，并极化，然后通过导电粘结剂粘附到诸如金属板之类的母板上。然后，使用切块机或其它适当装置，沿着纵长和横向切割线，将粘附到一起的母片和金属母板切割成基本上正方形的形状，以得到振动膜。通过使用上述基本上正方形金属板3和基本上正方形压电元件2，大大改善材料利用率以及生产效率，并大大减小设备成本。

上述振动膜1存储在罩子4中。换句话说，罩子由诸如陶瓷或树脂之类的绝缘材料制成为盒子形状，它具有顶壁部分4a和四个侧壁部分4b，并整体地形成支持部分4c，用于将振动膜1的两端支持在相对的两个侧壁部分4b内。较好地，支持部分4c尽量小，以能够改善声压，以及使谐振频率降低。其中，罩子4由树脂制成，最好使用耐热的树脂，诸如LCP(液晶聚合物)、SPS(间同立构聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)、或环氧。在顶壁部分4a的大致中心处设置声音释放孔4d，并在两个相对的侧壁部分4b的开口边缘上设置凹槽4e，并为剩余的两个侧壁4b的开口边缘设置制动槽口4f。将凹槽4e设置在对应于基片10的外部电极13和14的位置(下面将描述)。

将振动膜1存储中罩子4中，从而金属板3面对着顶壁部分4a，并且将振动膜的较短的侧放置在支持部分4c上，并由有弹性的密封剂6密封(参见图4)。密封粘剂6最好是尿素族或硅树脂族的一种已知的材料。在振动膜的较长侧与罩子4的内表面之间设置小的空间，并由密封粘剂6密封。换句话说，将振动膜1的周围固定到罩子4，并由有弹性的密封剂6密封，由此在振动膜1和罩子4的顶壁部分4a之间确定声学空间7。

其上安装有振动膜1的罩子4由绝缘粘结剂19粘附到基片10上。该基片由诸如陶瓷或树脂之类的绝缘材料形成为基本上矩形的板。当它由树脂制成时，使用诸如LCP、SPS、PPS或环氧(包括玻璃钢板)等耐热树脂。为基片10的较短的两端设置外部电极13、14，它们通过通孔凹槽11、12从前表面延伸到后表面。位于振动膜1的两端上的振动膜电极，即金属板3的暴露部分3a和压电元件2的前表面电极2a分别通过导电膏15、16电气连接到外部电极13、14。通过结合在设置在罩子4的开口边缘上的凹槽4e内，将导电膏15、16设置得具有某一个厚度，以防止由于罩子4的冲击而断开。导电膏15、16最好由处于固化状态的有韧性的导电粘结剂(杨氏模量为1×10⁵-2×10⁹N/m²的尿烷族或硅树脂族，维氏硬度为：30-100)。导电粘结剂15和16使用的量最好是小的量，诸如接近于2.5mg±0.5mg，以防止由于过量应用使声压降低。

由于振动膜1的短端部由罩子4的支持部分4c支持，而振动膜1的长端部由有弹性的密封剂6保持，以便可弹性位移，当在基片上的外部电极13、14之间提供规定频率的信号(交流信号或矩形波信号)时，振动膜1以长度弯曲模式振动而其支点面短端，以产生规定的声音。声音从罩子4的声音释放孔4d释放出来。

下面，将示出具有上述结构的压电声学部件施行的跌落测试的结果。

[跌落测试]条件：

将压电声学部件安装在100g重的夹具上，并从沿Z方向150cm的高度下落(其中，基片是水平的)到木制板上，并检查到导电膏15、16的断开状态。当使用尿烷族的导电粘结剂时：

在沿Z方向跌落10次之后，不发生故障。

当使用环氧族的导电粘结剂时：

在沿Z方向降落4次之后，传导性发生故障(无路)。

作为测试的结果，发现当将尿烷族的有韧性的导电粘结剂用作导电膏15、16，以连接上述振动膜1的电极和基片10的外部电极13、14时，示出极好的耐冲击特性。用于该试验中的尿烷族导电粘结剂和环氧族导电粘结剂的杨氏模量分别是1×10⁹N/m²和5×10⁹N/m²。

现在参照图7和图8，描述上述压电声学部件的装配方法。如图7所示，将振动膜1放在颠倒的罩子4中，其中金属板3面朝罩子4的顶壁部分4a，并且将两个短侧放置在支持部分4c上。在这种状态下，通过分配器或其它适当的装置沿振动膜1的周边施加有弹性的密封剂6，并固化。随后，得到如图8A所示的罩子4，其中安装有振动膜1。

随后，将导电膏15从位于振动膜1的一端上的金属板的暴露部分3a连续地施加到设置在罩子4的开口边缘上的凹槽4e，如图8B所示。同样地，将导电膏16从位于振动膜1的另一端的压电元件2的表面电极2a连续地施加到设置在罩子4的开口边缘上的凹槽4e。在这种情况下，将导电膏15以结实的钩子形状施加，增强了传导性的可靠性，而不增加施加量。由于如上所述固定振动膜1，并且金属板3面朝罩子4的顶壁部分4a，两个振动膜电极，即金属板3的暴露部分3a和压电元件2的表面电极2a从罩子4的开口暴露。由此容易通过导电膏15、16抽出电极。

随后，如图8C所示，将绝缘粘结剂19施加到罩子4除了凹槽4e以外的开口边缘部分上。施加粘结剂19的步骤可以在施加导电膏15、16之前进行。在这种情况下，可以通过印刷或转移技术，以所述的方式将粘结剂19施加到除了凹槽4e以外的部分上，从而粘结剂19和导电膏15、16不相互重叠。

然后，如图8D所示，在固化导电膏15、16以及粘结剂19之前，将基片10粘附到罩子4上。然后，粘结剂19接触基片10的表面，导电膏15、16分别接触外部电极13、14的表面。在这种状态下，当通过加热或在室温下固化导电膏15、16和绝缘粘结剂19时，罩子4和基片10成为整体，金属板3的暴露部分3a与基片10上的外部电极13通过导电膏15连接，并且压电元件2的表面电极2a和基片10的外部电极14通过导电膏16连接，由此完成了压电声学部件。

在上述较佳实施例中，虽然通过弹性密封剂6支持/密封振动膜1的周围，还可以通过粘结剂将振动膜1的两个短侧固定到支持部分4c。但是，根据声压特性，最好使用有弹性的密封剂6，因为这允许振动膜自由振动，并可靠地防止振动膜1的前侧和后侧之间泄漏空气。

图9是根据本发明的第二较佳实施例的压电声学部件。

这个压电声学部件包括单一形态型振动膜1、罩子4、基片10。振动膜1和基片10最好类似于第一较佳实施例中所使用的情况。

图9是透视后视图，示出阶形的支持部分4c沿罩子4的内部周边连续延伸的状态。支持部分4c的顶部表面具有相同的高度，并且振动膜1的所有四个侧面都通过诸如粘结剂之类的支持材料固定到支持部分4c上。和图7中示出的部分相同的部分由相同的标号表示，并且省略了对它们的描述。

以单个频率使用本较佳实施例的压电声学部件(在音响器或振铃器中)，其中通过支持材料限制振动膜1的整个周边，并且在谐振区域中使用振动膜1，从而它以区域弯曲模式被强激励，由此得到非常大的声音。

图10是根据第二较佳实施例的振动膜。

和图6所示的振动膜1类似，振动膜20是单一形态型振动膜，它具有安装在金属板21的一个表面上的压电元件22。

但是，将金属板21和压电元件22配置得具有基本上相同的矩形形状。在压电元件22的表面上，从一端到离开另一端一短的距离地设置第一电极22a，并且在另一端，设置第二电极22b，以便通过该端部表面与金属板22连续。在这种情况下，由于两个电极22a、22b暴露于振动膜20的表面，通过将振动膜20安装到罩子4内，并且金属板21面朝顶壁部分4a，通过导电膏容易地将电极抽出。在本较佳实施例中的导电膏最好是在第一较佳实施例中所包含的有弹性的导电粘剂。

图11和图12示出振动膜的第三较佳实施例。

振动膜30具有单片结构，它是通过两个压电陶瓷层31、32层叠，并在前后主表面上设置主表面电极33、34，和在陶瓷层31、32之间设置内部电极35形成的。使两个陶瓷层31、32沿如图12中的粗箭头所示的跨过宽度的相同的方向极化。前表面上的主表面电极33和后表面上的主表面电极34具有基本上与振动膜30的短端部相同的宽度，长度稍稍短于纵向端，并且其一端连接到设置在振动膜30的一个短端部表面上的端部表面电极36。由此，前后主表面电极33、34相连。外部电极35设置得与主表面电极33、34基本对称，并且外部电极35的一端与上述外部表面电极36分离，其另一端连接到设置在振动膜30的另一个短端部表面上的外部表面电极37。振动膜30包含狭窄的辅助电极38，它沿另一个短端部设置在上下表面上，并与外部表面电极37电气延续。

如图4中的情况所示，上述振动膜30固定在罩子中，并且将罩子粘附到基片。此时，通过有弹性的导电膏将一个主表面电极33、34连接到基片上的一个外部电极，并且通过有弹性的导电膏将辅助电极38连接到基片上的另一个外部电极。然后在外部电极之间施加预定的交变电压，以导致以长度弯曲模式在振动膜30上引起弯曲振动。换句话说，振动膜30以弯曲模式振动，振动膜的短端部用作支点，而其纵向的中心确定了最大振幅点。

由于本发明的振动膜是单片结构，它没有金属板，并且两个振动区域沿厚度方向连续设置，和单一形态型振动膜相比，得到大量的位移，即高声压。

图13是本发明的第四较佳实施例的振动膜。振动膜50是单片结构，它具有三个压电陶瓷层51-53，并包括在振动膜50的前后表面上的主表面电极54、55，以及***在每一个相邻陶瓷层51-53之间的外部电极56、57。沿粗箭头示出的跨过厚度的相同方向极化陶瓷层51-53。

主表面电极54、55具有与振动膜的短端部基本相同的宽度，以及并纵向端部稍稍短些的长度，并且其一端连接到设置在振动膜50的一个短端部表面上的外部表面电极58。由此，前后主表面电极54、55相连。内部电极56、57的一端与外部表面电极58分离，其另一端连接到设置在振动膜50的另一个短端部表面上的外部表面电极59。由此，内部电极56、57也相连。振动膜50包括狭窄的辅助电极59a，它沿另一个短端部设置在上下表面上，与外部表面电极59电气延续。在图4的情况下，振动膜50固定在罩子中，并且罩子粘附到基片上。此时，通过有弹性的导电膏将主表面电极54、55中的一个连接到外部电极，并通过有弹性的导电膏将辅助电极59a连接到基片的另一个外部电极。

例如，当将负电压施加到主表面电极54，并将正电压施加到辅助电极59a上时，产生沿由图13中的细箭头示出方向的电场。此时，在中间的陶瓷层52中不产生电场，因为位于它的两侧上的外部电极56、57处于相同的电位。由于极化方向和电场方向相同，所以前表面上的陶瓷层51沿平面方向收缩，并且因为极化方向与电场方向相反，所以后侧上的陶瓷层52在方向上膨胀。由此，振动膜50朝下弯曲。通过将交变电压施加到外部表面电极58、59之间，振动膜50循环地产生弯曲振动，由此产生高声压。

金属板和压电元件不必具有基本上矩形形状，但是它可以是基本上是正方形的。虽然在上述较佳实施例中描述了在金属板的一个表面上具有压电元件的单一形态型振动膜，以及具有层叠的压电元件的单片振动膜，但是可以使用任何压电振动膜，只要它基本上是正方形的，并且第一和第二振动膜电极暴露于一个端部表面上，并以长度弯曲模式或区域弯曲模式振动。

本发明的各种较佳实施例的压电声学部件包括压电蜂鸣器、压电接收机、压电扩音器、压电音响器和振铃器。

如上述可见，根据本发明的第一较佳实施例，由于使用基本上正方形的振动膜，可以减少在切割母片的冲切生片步骤中使用的冲模、夹具或压电体的类型，大大改善材料效率，由此大大改善生产效率，并大大降低制造成本。

由于基本上正方形的振动膜的两个相对侧由罩子的支持部分支持，振动膜的另外两侧与罩子之间的间隙密封，从而它以长度弯曲模式振动，在沿振动膜的纵向中心线上有最大位移点，由此大大增加了位移量。由此，与盘形振动膜相比，声转换效率大大增加。虽然沿基本上正方形的振动膜两侧支持它，但是支持部分的中间部分自由位移，比得到大大低于盘形振动膜的频率。换句话说，为了得到相同频率的声音，尺寸大大减小。

由于用于连接振动膜电极和基片上的外部电极的振动膜电极的导电粘结剂具有弹性，即使当通过使设备下落施加大的碰撞负载(其中安装有本发明的较佳实施例压电声学元件)时，导电粘结剂吸收碰撞，以便防止振动膜电极与外部电极之间断开。由于处于固化状态的导电粘结剂的杨氏模量低，故振动膜的振动不受到阻尼，由此改善了声压特性。

在本发明的第二较佳实施例中，由于通过支持材料，将基本上正方形的振动膜的四侧支持在罩子的支持部分上，以提供区域弯曲模式的激励，提供了适合于谐振区域中使用的音响器或振铃器的压电声学部件。在这种情况下，由于在第一较佳实施例的情况下，通过有弹性的导电粘结剂连接振动膜电极与基片上的外部电极，得到一种压电声学部件，它具有小型尺寸的大大改善的耐冲击特性和声压特性。

在本发明的第六和第七较佳实施例中，由于将振动膜安装到罩子，从而两个振动膜电极通过开口暴露，故容易施加用于连接振动膜电极和基片上的外部电极的导电粘结剂，并且同时实现了罩子和基片之间的粘附，以及振动膜电极与外部电极之间的电气连接。由此，使制造过程简单，并大大减小了施行该过程所需的时间。

虽然已经参照较佳实施例具体示出并描述了本发明，但是熟悉本领域的技术人员将知道在不背离本发明的主旨和范围的条件下，可以有上述和其它形式和细节上的改变。

Claims

1.一种压电声学部件，其特征在于包含：

为正方形的压电振动膜，具有在其一端暴露的第一和第二振动膜电极，并以长度弯曲模式振动；

绝缘罩，具有顶壁部分、四个侧壁部分，以及在两个相对的侧壁内的支持部分；及

平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；其中

所述振动膜存储在所述罩子中，其中，使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对的侧面，振动膜的两个相对侧由支持材料支持在所述支持部分上，并且由有弹性的密封材料密封振动膜和剩余两个侧壁之间的间隙，从而确定振动膜和罩子顶壁部分之间的声学空间，将设置在所述罩子的所述四个侧壁部分中至少一个上的开口的端部粘附到所述基片上，通过有弹性的导电粘结剂将所述振动膜上的第一振动膜电极电气连接到第一外部电极，并通过有弹性的导电粘结剂将所述第二振动膜电极电气连接到第二外部电极。

2.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于所述振动膜是单一形态型压电振动膜，它具有粘附在金属板的一个表面上朝由支持部分支持的一侧偏移的位置上的压电元件，在压电元件的暴露在外面的一个表面上的电极构成第一振动膜电极，金属板的暴露部分设置在粘附有振动膜的压电元件的表面另外一侧上，所述暴露部分构成第二振动膜电极，并且将振动膜安装到罩子，其中金属板面对着所述罩子的顶壁。

3.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于所述有弹性的导电粘结剂是杨氏模量为大约1×10⁵-2×10⁹N/m²。

4.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于将振动膜的相对侧面支持在支持部分上的支持材料是和有弹性的密封材料相同的材料。

5.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于压电振动膜由PZT制成。

6.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于罩子由树脂制成。

7.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于所述第一和第二外部电极通过设置在所述罩子中的通孔从前表面延伸到后表面。

8.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于将声音释放孔设置在所述罩子的顶壁部分的大致中心。

9.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于将凹槽设置在所述罩子的两个相对侧壁部分的开口边缘上。

10.如权利要求1所述的压电声学部件，其特征在于所述剩余两个侧壁部分的每一个侧壁部分的开口边缘设置制动槽口。

11.如权利要求10所述的压电声学部件，其特征在于所述剩余两个侧壁部分是侧壁内没有支持部分的两个相对的侧壁部分。

12.一种压电声学部件，其特征在于包含：

正方形的压电振动膜，它具有暴露于其一端上，并以区域弯曲模式振动的第一和第二振动膜电极；

绝缘罩，具有一个顶壁部分，四个侧壁部分，和在所述四个侧壁部分内的支持部分；和

平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；其中，

所述振动膜设置在罩子中，其中使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对的侧面，通过支持材料将振动膜的四个侧面支持在所述支持部分上，从而在振动膜和罩子之间确定声学空间，将设置在所述罩子的至少一个侧壁部分上的开口的一端粘附到所述基片上，通过有弹性的导电粘结剂将所述振动膜的第一振动膜电极电气连接到第一外部电极，并通过有弹性的导电粘结剂将所述第二振动膜电极电气连接到第二外部电极。

13.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于所述振动膜是单一形态型压电振动膜，它具有粘附在金属板的一个表面上朝由支持部分支持的一侧偏移的位置上的压电元件，在压电元件的暴露在外面的一个表面上的电极构成第一振动膜电极，金属板的暴露部分设置在粘附有振动膜的压电元件的表面另外一侧上，所述暴露部分构成第二振动膜电极，并且将振动膜安装到罩子，其中金属板面对着所述罩子的顶壁。

14.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于所述有弹性的导电粘结剂是杨氏模量为大约1×10⁵-2×10⁹N/m²。

15.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于将振动膜的相对侧面支持在支持部分上的支持材料是有弹性的密封材料。

16.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于压电振动膜由PZT制成。

17.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于罩子由树脂制成。

18.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于所述第一和第二外部电极通过设置在所述罩子中的通孔从前表面延伸到后表面。

19.如权利要求12所述的压电声学部件，其特征在于将声音释放孔设置在所述罩子的顶壁部分的大致中心。

20.一种制造压电声学部件的方法，其特征在于包含步骤：

提供正方形的压电振动膜，具有在其端部部分上暴露的第一和第二振动膜电极，并以长度弯曲模式振动；

提供绝缘罩，具有一个顶壁部分，四个侧壁部分，和两个相对侧壁部分内的支持部分；

提供平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；

将所述振动膜存储在罩子中，使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对的侧面，并且通过支持材料将两个相对侧的振动膜支持在所述支持部分上；和

通过有弹性的密封材料密封振动膜和剩余两侧之间确定的间隙，从而在振动膜和罩子的顶壁部分之间确定和声学空间；

从所述振动膜的第一振动膜电极到罩子的侧壁部分上形成的开口的端部连续施加有弹性的导电粘结剂；

从所述振动膜的第二振动膜电极到罩子的侧壁部分上形成的开口的端部连续施加有弹性的导电粘结剂；

将绝缘粘结剂施加到所述基片的上表面上或形成在所述罩子的侧壁部分上的开口的端部上；

通过绝缘粘结剂将形成在罩子的侧壁部分上的开口的端部粘附到所述基片上，并通过导电粘结剂连接第一振动膜电极和第一外部电极，或第二振动膜电极和第二外部电极；和

同时使所述绝缘粘结剂和导电粘结剂固化。

21.一种压电声学部件的制造方法，其特征在于包含：

提供正方形压电振动膜，它具有在其一端部上暴露的第一和第二振动膜电极，并以区域弯曲模式振动；

提供绝缘罩，具有一个顶壁部分、四个侧壁部分和一个在所述四个侧壁部分内的支持部分；

提供平板形基片，其上具有第一和第二外部电极；

将所述振动膜存储在罩子中，使第一和第二振动膜电极暴露的表面面对着与罩子的顶壁部分相对侧，并通过支持材料将振动膜的四侧支持在所述支持部分上，从而在振动膜和罩子之间确定声学空间；

从所述振动膜的第一振动膜电极到形成在所述罩子的侧壁上的开口的端部连续施加有弹性的导电粘结剂；

从所述振动膜的第二振动膜电极到形成在所述罩子的开口的端部连续施加有弹性的导电粘结剂；

将绝缘粘结剂施加到所述基片的上表面上，或者形成在所述罩子的侧壁部分上的开口的端部上；

通过绝缘粘结剂将形成在所述罩子的侧壁部分上的开口的端部粘附到所述基片上，并通过导电粘结剂连接第一振动膜电极和第一外部电极，或第二振动膜电极和第二外部电极；和

同时使所述绝缘粘结剂和导电粘结剂固化。