声学换能器和用于声学换能器的薄膜的制作方法
【技术领域】
[0001]—般地，本发明涉及一种声学换能器，包括用于声学换能器的薄膜。
【背景技术】
[0002]声学膜(即用于包括扬声器和麦克风的电声学换能器的薄膜)可以被设计和制造，以优化多个特性。首先，薄膜应该满足选择的声学准则，以在需要的频段上确保可接受的声音复制。其次，因为由于换能器的操作导致薄膜及其环境的温度可能上升，所以薄膜应该在一系列温度上很好地工作。再次，薄膜应该具有可接受的疲劳性能(例如，随着时间的薄膜的声音复制能力的可接受的降低水平)，以使换能器具有较长寿命。
[0003]过去，已经使用具有多于一层的声学膜。这样的薄膜一般具有对称的层布置，以使薄膜在薄膜振幅的两个方向上具有相同的运动和刚度。例如，一个已知的布置使用五层布置方式，其中外层由相同的热塑性材料制成，并且最内层用作承载层，在内承载层与外层之间具有粘合剂层。使用五个不同的层，所述薄膜的成本和制造时间可能比较高。另一个已知的布置的示例包括作为粘合剂的丙烯酸酯材料的中间层，该中间层具有位于该中间层的两侧上的相同的热塑性材料层。为了确保良好的声学性能，高质量的热塑性材料用于外层。然而，对于多层复合声学薄膜，需要以更低的成本实现与现存的示例类似的或更好的声学性能。
【发明内容】
[0004]此外，本公开提供了一种用于声学换能器的多层薄膜，相比已知的多层薄膜构造，该多层薄膜可以以降低的成本提供改进的声音复制性、热稳定性和较长寿命。在一个实施例中，这样的薄膜可以包括:第一层，所述第一层包括第一材料；第二层，该第二层设置在所述第一层上，所述第二层包括不同于所述第一材料的第二材料；以及第三层，所述第三层设置在所述第二层上，所述第三层包括不同于所述第一材料和所述第二材料的第三材料。所述第三层可以被构造为与可动线圈连接。所述第一材料可以为诸如聚醚醚酮的聚芳醚酮(PAEK)，所述第二材料可以为丙烯酸酯，并且所述第三材料可以为聚醚酰亚胺(PEI)或聚碳酸酯(PC)。
[0005]优选地，第三材料具有比第一材料更高的玻璃化转变温度。
[0006]优选地，第一层、第二层和第三层各自的径向横截面具有大致相同的尺寸
[0007]—种制造声学换能器的方法的实施例可包括如下步骤:提供第一膜层，该第一膜层包括第一热塑性材料；在所述第一膜层上设置第二膜层；并且在所述第二膜层上设置第三膜层，所述第三膜层包括不同于第一热塑性材料的第二热塑性材料，所述第二热塑性材料比所述第一热塑性材料更具有化学反应性。
[0008]一种声学换能器的实施例可包括可动电磁线圈和薄膜。所述薄膜可包括:第一层，所述第一层包括第一材料；第二层，该第二层设置在所述第一层上，所述第二层包括不同于所述第一材料的第二材料；以及第三层，该第三层设置在所述第二层上，所述第三层包括不同于所述第一材料和所述第二材料的第三材料。所述第三层可以与所述线圈连接。所述第三材料可以为PEI或PC。
【附图说明】
[0009]图1是电声学换能器的示例性实施例的剖视图。
[0010]图2是声学换能器的多层膜的示例性实施例的示意图。
[0011]图3是声学换能器的多层膜的示例性实施例的示意图。
[0012]图4是图示制造声学换能器的方法的示例性实施例的流程图。
[0013]图5是图示用于可用于图4的方法中的冲压工艺的随时间变化的温度和压力的示例性值的图形。
[0014]图6是图示用于可用于图4的方法中的拉深工艺的随时间变化的温度和压力的示例性值的图形。
[0015]图7至9是图示包括示例性的非对称多层膜的换能器的声学性能和包括示例性的对称多层膜的换能器的声学性能的图形。
【具体实施方式】
[0016]参见附图，其中在各个视图中相同的附图标记指代相同或相似的特征，图1是声学换能器10的实施例的剖视图。换能器可包括壳体12、固定磁体14、电磁线圈16和薄膜18。在一个实施例中，薄膜18可以被连接至电磁线圈16和/或壳体12，并且薄膜18和电磁线圈16能够相对于固定磁体14移动。在其中换能器10用在扬声器中的一个实施例中，AC信号可以供给到电磁线圈16中，该信号可使得电磁线圈16产生磁场，该磁场可以与固定磁体14产生的磁场相互作用，以使电磁线圈16和薄膜18相对于固定磁体14移动，由此薄膜18可以产生声学压力波。
[0017]在一个实施例中，在任何合适的应用中，换能器10可以例如仅用作麦克风和/或扬声器的一部分。例如，在一个实施例中，换能器10可以用于手机或其它便携式装置中。
[0018]根据换能器10需要的形状和特性，薄膜18可以具有圆形、矩形或其它形状。薄膜18和电磁线圈16 —般地可以绕轴线A设置，并且在一个实施例中，薄膜18 —般可包括三个径向部。薄膜可包括中心径向部20、过渡径向部22和外径向部24。在一个实施例中，过渡部22可以与可动的电磁线圈16连接，并且外部24可包括穹顶结构并且可以与壳体12的一部分连接。
[0019]理论上，薄膜18产生的压力波将优选地在宽频段上、在较宽的温度范围上以及在换能器的较长的寿命中复制输入到电磁线圈16上的信号的信号特性。此外，特别是在微型换能器的实施例中(例如，手机扬声器和微型麦克风)，可能要求降低薄膜18的振幅，以允许减小换能器10的尺寸。结果，用于薄膜18的目标可以包括具有最小的薄膜振幅的精确的声音复制、较大的温度容限和较长的寿命。在一个实施例中，多层膜可以被用于换能器10中，其中不同层的薄膜提供上述要求的特性中的不同的特征。
[0020]图2是薄膜第一实施例的示意图，其中，薄膜18i包括沿轴线A布置的三层26、28、30。中间层28可包括丙烯酸酯和/或在薄膜18i的要求的谐振频率和/或频率范围上展现良好的阻尼特性(例如，以降低薄膜振幅)的另一材料。在一个实施例中，外层26、30可以包括各自的热塑性弹性(TPE)材料，所述热塑性弹性(TPE)材料被选择以相对于仅由丙烯酸酯或另一相对软的材料构成的薄膜而改进薄膜18i的疲劳性能(S卩，薄膜的声音复制能力随着时间较少地降低)。TPE层26、30可包括，仅为示例而不是限制，来自聚芳醚酮(PAEK)族的一个或多个聚合物，诸如聚醚醚酮(PEEK)、PEK、PEEKK或ΡΕΚΕΚΚ。TPE层26、30可以额外地或可替代地包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚碳酸酯(PC)、多芳基化合物(PAR)和/或另一聚合物。可替代地，在一个实施例中，膜层26、28、30可以是非对称的(g卩，其中第一 TPE层26包括不同于第二 TPE层30的材料成分)。在一个实施例中，所述层可以具有彼此相同的半径尺寸(即，可以具有垂直于轴线A截取的相同的横截面)。在一个实施例中，膜层26、28、30中的每一个都可以包括单个各自的材料(例如，本文中指定的材料中的一个)。可替代地，在一个实施例中，单个膜层26、28、30可以包括多个材料。
[0021]图3是用于具有非对称层布置的声学换能器的薄膜182的实施例的示意图。薄膜182可以包括沿轴线A布置的三层32、28、34:第一层32具有第一材料成分，第二层28设置在第一层32上并且具有第二材料成分，并且第三层34设置在第二层28上并且具有第三材料成分。在一个实施例中，第一材料成分、第二材料成分和第三材料成分可以彼此不相同。在一个实施例中，第一层32可以是或可以包括聚芳醚酮材料，第二层28可以是或可以包括丙烯酸酯材料，并且第三层34可以是或可以包括PE1、PC、PAR、聚萘二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
[0022]如上所述，由于丙烯酸酯在声学换能器通常的频段(例如，在人可以听得见的频域中的声音)中具有良好的阻尼特性，所以包括丙烯酸酯的中间层28可以被使用。丙烯酸酯的阻尼特性可以降低薄膜182的振幅，由此使得换能器组件的尺寸相对于具有较大振幅的薄膜而被减小。丙烯酸酯可以是或可包括，例如，丙烯酸酯粘合剂。代替丙烯酸酯或除丙烯酸酯之外，可以使用硅粘合剂。
[0023]由于其良好的疲劳性能，所以可以使用聚醚醚酮(或另一聚芳醚酮材料)用于一个或多个外层(例如，第一层32)。聚醚醚酮可以具有结晶结构(即，可以以规则图案布置在原子或分子水平处一一所述原子或分子水平结构在本文中可以被称为结晶度)，可以具有大约141°C的玻璃化转变温度，并且可以是各向异性材料。在一个实施例中，替代聚醚醚酮或除聚醚醚酮之外，可以在薄膜182的第一层32中使用具有与聚醚醚酮的材料属性相同的一些或全部材料属性的材料(诸如，例如，另一聚芳醚酮材料)。
[0024]由于其良好的胶粘性能和相对低的成本，所以可以将PEI用于一个或多个外层(例如第三层34)。S卩，包括聚醚醚酮、丙烯酸酯和PEI的层32、28、34的薄膜182可以成本更低，并且比包括聚醚醚酮、丙烯酸酯和聚醚醚酮的层的薄膜更易于与换能器的线圈连接。PEI可具有非晶的结晶性(即，分子或原子水平中的非规则的排列)，可以具有大约217°C的玻璃化转变温度，并且可以是各项同性材料。因为PEI可比聚芳醚酮材料更有化学反应性，所以在实施例中PEI可提供改进的胶粘性能(例如，相对于聚芳醚酮材料)。在一个实施例中，代替PEI或除PEI之外，具有一些或全部与PEI相同的材料属性的材料(诸如，例如PC、PAR、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯)可以用于薄膜的第三层。
[0025]图3图示了包括PEEK、丙烯酸酯粘合剂和PEI层的三层非对称薄膜的具体实施例。与本公开一致的其它具体实施例包括薄膜，该薄膜包括:PAR、丙烯酸酯粘合剂和另一 TPE ;以及PAR、丙烯酸酯粘合剂和PEEK。
[0026]图4是图示制造具有诸如图3的薄膜的多层薄膜的诸如图1中图示的换能器的声学换能器的方法40的流程图。参照图4，方法40可以开始于步骤42，该步骤42包括提供包括第一材料的第一膜层。在一个实施例中，第一膜层可包括热塑性材料。在一个实施例中，第一热塑性材料可以是或可包括聚醚醚酮，或可以是或可包括具有至少一些与聚醚醚酮的材料属性相同的材料属性的TPE(诸如，例如，另一聚芳醚酮材料)。
[0027]