用于电声换能器的膜的制作方法

文档序号:10958140
用于电声换能器的膜的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于电声换能器的膜。所述膜包括一层或多层喷涂的弹性体。所述膜包括多于一层的喷涂的弹性体,这些层是由具有不同机械性能的不同弹性体材料构成的。
【专利说明】
用于电声换能器的膜
技术领域
[0001] 本实用新型总体涉及通过制造用于电声换能器的膜的方法生产的膜,所述膜是使 用喷涂由弹性体制成的。
【背景技术】
[0002] 期望用在微型电子产品中的电声换能器尽可能紧凑。然而,尤其对于扬声器来说, 还期望扬声器应能够以可能最大的频率范围输出。
[0003] 扬声器包括附接至音圈的膜,音圈位于由永磁体和辄装置限定的磁场中。扬声器 的性能取决于共振频率。超过共振频率,输出响应十分平坦。因此,低共振频率产生宽频带 性能。共振频率是刚度以及移动部件的质量的函数。刚度取决于两个因素:膜的刚度以及后 腔的刚度。
[0004] 传统微型扬声器中的膜包括通过深拉或冲压形成的热塑性箱。箱具有相对高的刚 度,并且相反具有相对低的顺应性。在没有其他措施的情况下,这种膜将在传统微型扬声器 中产生高的共振频率。
[0005] 在膜技术的最近改进中出现了由比传统热塑性箱的刚性明显低的弹性体构成的 膜。例如,在申请日为2010年6月23日(PCT申请日)的美国专利申请No. 13/380,428中详细讨 论了这样一种改进,该美国专利申请于2012年4月19日作为US专利公开文献No. 2012/ 0093353A1公开。(该申请的全部公开内容通过引用纳入本文中)。所公开的膜由弹性体(包 括硅酮)构成,并且使用注射成型制成。
[0006] 虽然使用注射成型来形成弹性体膜相对于使用深拉或冲压的热塑性箱具有许多 优点,但是它不是没有缺点。具体地,注射成型需要两件式的模具,该模具增加了工艺的复 杂性并且限制了设计的许多方面,诸如能获得的膜的最小厚度。两件式模具也不会总是完 全对齐,从而在所生产的多个零件中产生不一致。而且甚至当使用新模具的情况下能够实 现几乎完全对齐时,模具部件也容易受到磨损,这可能在后面引起对齐问题。
[0007] 热塑性箱这种传统膜经常由多层不同材料构成。多层膜的不同层可能具有不同的 机械性能,从而允许调整稳定性、阻尼性或其他工作特性。多层膜的实施例以及它们的具体 好处记载在美国专利No . 8,284,964以及申请日为2015年4月19日的美国专利申请No. 14/ 699,548中,该美国专利以及该美国专利申请的内容均通过引用全文纳入本文中。然而,不 可能使用注射成型来制造由弹性体构成的多层膜。此外,虽然注射成型典型地提供了比深 拉或冲压工艺更小的成品膜厚度的变化,但是仍期望改进膜厚度的均一性,从而减小或消 除由不对称性引起的膜翻转(tumb 1 ing)。
[0008] 因此,需要改进制造用于电声换能器的由弹性体构成的膜的方法。 【实用新型内容】
[0009] 为了解决上述问题,在本实用新型的一个实施方式中提供了一种制造用于电声换 能器的膜的方法,该方法包括步骤:将一层或多层液态弹性体溶液沉积(deposit)在具有期 望的膜几何结构的模具上;允许所述液态弹性体固化;以及从所述模具上移除具有所述膜 的形状的固化弹性体。在一实施方式中,所述液态弹性体是硅酮。在其他实施方式中,所述 液态弹性体是热塑性弹性体,而不是硅酮。在一个实施方式中,将液态弹性体沉积在所述模 具上的步骤包括使用超声波喷嘴进行喷涂。在本实用新型的另一实施例中,喷涂是使用强 迫通风实现的,而不使用超声波喷嘴。
[0010] 在一个实施例中,液态弹性体溶液包括液态弹性体和溶剂。沉积和固化步骤包括: 将多个薄层沉积在所述模具上;允许每层通过溶剂的蒸发而固化;并且因而在沉积下一薄 层之前将液态弹性体固化。
[0011] 在另一实施方式中,在布置步骤之前,将所述模具加热至预定温度,从而允许液态 弹性体在沉积之后几乎立即固化。
[0012] 在其他实施方式中,所述模具被构造有用来接收框架、音圈、加强板、线环或其他 部件的凹坑或其他凹陷,所述框架、音圈、加强板、线环或其他部件可能在传统电声换能器 中利用粘合剂附接至膜。在沉积步骤之前,将框架、音圈、加强板、线环或其他部件放置在所 述模具中的所述凹陷或凹坑中,使得所述部件的表面将在沉积步骤过程中接触所述液态弹 性体溶液。当从模具移除固化的弹性体膜时,框架、音圈、加强板、线环和/或其他零件将固 定于膜。另外,在沉积所述一层或多层液态弹性体溶液之前,可以将掩盖层施加至模具的一 个或多个区域和/或换能器部件的一个或多个区域,以便防止那些区域被液态弹性体溶液 涂覆。
[0013] 在另一实施方式中,提供了一种制造用于电声换能器的膜的方法,该方法包括步 骤:将一层或多层液态弹性体溶液沉积在具有期望的膜几何结构的模具上;允许液态弹性 体固化;将加强板放置在固化的液态弹性体上;将额外的一层或多层液态弹性体溶液沉积 在所述模具和所述加强板上;允许额外的液态弹性体固化;以及从所述模具上移除具有所 述膜的形状的带有加强板的固化弹性体。
[0014] 在另一实施方式中,沉积步骤包括将多于一个的薄层液态弹性体溶液沉积在所述 模具上,其中,所述模具上的所述一层或多层由在固化时具有不同机械(诸如阻尼)和/或电 气性能的不同液态弹性体溶液构成。在另一实施方式中,所述工艺还包括:在沉积所述一层 或多层液态弹性体溶液之前、之后或中间,将一层或多层非弹性体热塑性塑料溶液布置在 所述模具上。
[0015] 本实用新型还提供了一种用于电声换能器的膜,所述电声换能器诸如为微型扬声 器、微型麦克风或受话器,所述膜由上述实施方式中的任一实施方式描述的工艺制成。
[0016] 具体地,在一个实施方式中,提供了一种用于电声换能器的膜,所述膜包括一层或 多层喷涂的弹性体层。在一实施方式中,所述多层是由具有不同机械性能的不同弹性体材 料构成的。在其他实施方式中,所述多层是由相同弹性体构成的。
[0017] 在其他实施方式中,提供了一种膜,该膜包括一层或多层喷涂的弹性体层以及一 层或多层喷涂的非弹性体热塑性塑料层。
[0018] 在一个实施方式中,用于电声换能器的膜由一层或多层喷涂的固化液态弹性体层 构成,并且通过使喷涂的液态弹性体层固化而将膜固定至电声换能器的一个或多个部件, 而无需使用额外的粘合剂。在另一实施方式中,电声换能器的部件是音圈、框架、加强板和/ 或线环。
[0019] 在一实施方式中,提供一种用于电声换能器的膜,该膜包括一层或多层喷涂的弹 性体层,所述膜具有小于100μπι的厚度。在另一实施方式中,所述膜具有小于80μπι的厚度。在 又一实施方式中,所述膜具有小于60μηι的厚度.
[0020] 通过阅读以下的描述和权利要求以及通过查阅附图,将明了本实用新型的上述以 及其他方面、特征、细节、功能以及优点。
【附图说明】
[0021 ]本实用新型的其他实施方式被表示在图中以及在从属权利要求中。现在将借助于 附图详细解释本实用新型。在附图中:
[0022] 图1示出具有根据本实用新型的实施方式的膜的电声扬声器的基本机械结构。
[0023] 图2示出在半导体行业中用于在基板上喷涂光致抗蚀剂液体的现有技术的超声喷 嘴系统。
[0024] 图3是示出根据本实用新型的一实施例的制造膜的方法的步骤的框图。
[0025] 图4是根据本实用新型的一实施例的用于制造声换能器膜的黄铜模具的立体图。
[0026] 图5Α是图4的模具的侧视图。
[0027] 图5Β是图5Α的模具的示意图,其中框架位于模具的凹槽中。
[0028]图5C是图5Β的模具的示意图,示出为在一层或多层液态弹性体已沉积在模具上之 后。
[0029]图f5D是图5C的模具的示意图,示出为固化膜附接至框架并且从模具拔出。
[0030] 图6是根据本实用新型的一实施例的膜的俯视图。
[0031] 图7是图6的膜的仰视图。
[0032] 图8是具有根据本实用新型的另一实施例的膜的图1的微型扬声器的剖视图。
【具体实施方式】
[0033]针对多个设备,在文中描述多个实施方式。为了提供对在说明书中描述的以及在 附图中示出的实施方式的总体结构、功能、制造以及用途的充分理解,详述了许多具体细 节。然而,本领域技术人员应理解,可以在具有这些具体细节的情况下实施这些实施方式。 在其他情况下,未详细描述已知的操作、部件以及元件,从而不混淆说明书中描述的实施方 式。本领域技术人员应理解本文中所描述和所示出的实施方式是非限制性的实施例,因此, 可以理解,文中所公开的具体结构和功能细节可以是代表性的,不一定限制实施方式的范 围,这些实施方式的范围仅由所附的权利要求书限定。
[0034] 在整个说明书中对"多个实施方式"、"一些实施方式"、"一个实施方式"或"实施方 式"等的提及表示:针对该实施方式描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施方 式中。因此,在整个说明书的多个地方出现的词语"在多个实施方式"、"在一些实施方式"、 "一个实施方式"或"实施方式"等不一定都指代相同的实施方式。另外,具有特征、结构或特 性可以以任意合适的方式在一个或多个实施方式中进行组合。因此,针对一个实施方式示 出或描述的具体特征、结构或特性可以不受限制地与一个或多个其他实施方式的特征、结 构或特性进行整体或局部组合,只要这种组合不是不合逻辑的或不是非正常运转的即可。
[0035] 图1示出了用在移动通信装置中的微型扬声器的剖视图。微型扬声器10包括布置 在碗14内的永磁体12。顶板16布置在永磁体12上,并且与碗14 一起将永磁体12的磁场集中 在永磁体12和碗14之间的空间中。音圈18定位在永磁体12周围,位于磁体12和碗14之间的 空间中。框架20围绕碗14。膜22在其外侧区域24附接至框架20,并且在其内侧区域26附接至 音圈18。外部区域24包括圆顶状区域或环面25,该圆顶状区域或环面便于膜22的内侧区域 26的活塞式运动。虽然环面25被示为相对于膜22的顶表面是凹形的,但是在其他实施方式 中它相对于膜22的该表面是凸形的。加强板28附着至膜22的内侧区域26。在操作中,声音信 号传输到音圈18中,从而使得音圈18在永磁体12的磁场内振荡并且导致因膜22的运动而产 生的声压P。
[0036] 本实用新型涉及一种用于电声换能器(诸如微型扬声器10)的膜以及一种制造这 种膜的方法。应理解,本实用新型不限于图1中示出的这种设计的微型扬声器,总得来说也 不限于微型扬声器。例如,根据本实用新型的膜的形状可以是矩形的(如图所示),或者圆形 的、卵形的等。碗14可以进一步用作用于微型扬声器10的托架,并且磁体系统可以包括一个 或多个永磁体,碗14和磁体系统二者位于音圈18的内侧和外侧。音圈18本身可以直接附接 至膜22(如图所示),附接至附接至膜22的线圈架(bobbin),或者直接附接至固定至膜22的 底侧的加强板28。另外,虽然膜22被示为在外侧区域24具有凹形环面25,具有平坦的内侧区 域26并且带有平坦的加强板28,但是根据本实用新型的膜的形貌不受此限制。例如,膜22可 以具有凸形环面25或者加强板28可以具有圆顶。另外,通过本方法制成的膜可以用在其他 电声装置中,诸如麦克风或受话器。
[0037] 如上所述,发明人的意图是提供一种制造由弹性体构成的膜的方法,该方法解决 了喷射成型工艺的限制并且生产由弹性体构成的膜,该膜具有改进的机械性能、增加的厚 度一致性并且能够在不使用其他粘合剂的情况下而固定至其他扬声器零件。
[0038] 制造包括弹性体的膜的方法具有在半导体工业中在光致抗蚀剂涂覆技术中取得 最新进步的优点。具体地,在半导体工业中,喷涂和电化学沉积("ED")技术已在能够获得保 形涂料方面取得重大进展。相对于旧的旋凃技术的进步是重大的,如在文献N.P.Pham, et al. , Spin, spray coating and electrodeposition of photoresist for MEMS structures-A compari son,Euro sensors,pp · 81-86 (2002)以及N · P · Pham,et al., Photoresist Coating Methods for the Integration of Novel 3-D RF Microstructures,J·of Microelectromechanical Systems,13(3),pp·491-499(2004)中 详述的。在第二篇文献的表1中提供了三类涂覆的总结性比较,该表在下面复制在表1中。
[0040] 表1 :光致抗蚀剂涂覆技术的特点,N . P . P h a m,e t a 1 .,J . o f Microelectromechanical Systems,13(3),at p.496〇
[0041 ]优选的喷涂系统包括超声波喷嘴,该喷嘴生成微米大小的液滴分布。该喷雾被吹 至基板并且形成了立即凝固或者在固化工艺中凝固的薄膜。在另一个合适的喷涂系统中, 液滴的形成是通过加压空气实现的,而不使用超声波喷嘴,如在Choonee,K.,R.R.A. Syms, Μ.Μ.Ahmad,and Η.Zou.uPost Processing of Microstructures by PDMS Spray Deposition."Sensors and Actuators A:Physical 155.2(2009) :253-62中指出的。
[0042] 图2示出在具有沟槽的基板上喷射光致抗蚀剂液体的工艺过程中的现有技术超声 波喷嘴系统。示出了超声波喷嘴装置200,诸如由SonoTek Corporation供应的超声波喷嘴 装置。在操作中,超声波喷嘴装置200产生光致抗蚀剂喷射流204并且将光致抗蚀剂沉积在 基板210上,基板210具有包括沟槽212和槽214的形貌。一个沟槽212的分解图示出了光致抗 蚀剂喷射流204内的各个雾化液滴206,雾化液滴206积聚在基板210上作为涂层208。涂层 208的厚度在沟槽212的所有表面上基本均匀,这是相对于旋凃技术的重大进步。
[0043] 在将上述喷涂技术用在半导体工业中和使用该技术制造包括弹性体的声换能器 膜之间存在几个区别以及几个困难,需要克服所述困难以高效地生产高质量的并且具有改 进性能和特征的耐久膜。
[0044] 用于制造根据本实用新型的膜的两个这种区别是:液态弹性体溶液而不是光致抗 蚀剂将被用于喷涂;并且弹性体会在固化后从模具移除。对于半导体应用来说,光致抗蚀剂 用在例如制造集成电路的工艺中并且旨在保留在基板上。
[0045] 喷涂在模具上的液态弹性体的厚度也是与喷涂在基板上的光致抗蚀剂层的典型 厚度明显不同。例如,在典型的半导体应用中,光致抗蚀剂涂层具有小于20μπι的厚度。由喷 射成型制成的由弹性体构成的典型膜具有大约120μπι的厚度。虽然期望制造具有小于120μπι 的厚度的由弹性体构成的膜,但是不认为20μπι的厚度对于弹性体膜是实用的。
[0046] 最近记载了一种通过喷涂将硅氧烷基弹性体(诸如聚二甲硅氧烷(PDMS))沉积在 微细加工的表面上的方法。Choonee,Κ ·,R · R · A · Syms,Μ · Μ· Ahmad,and Η· Zou · "Post Processing of Microstructures by PDMS Spray Deposition·''Sensors and Actuators A:Physical 155.2(2009):253-62。然而,类似于喷涂光致抗蚀剂的方法,对喷涂TOMS的研 究仅涉及在另一个结构上产生小于1〇μπι的薄层。在该文中没有公开通过喷涂弹性体产生诸 如声换能器膜的独立结构元件。
[0047] 对半导体应用上的膜的更大的厚度要求对喷涂来说提出了挑战。为了得到更好的 结果,对于大多数喷涂系统来说,喷涂液体应具有小于20cSt的运动粘度。由于用在膜的注 射成型中的液态硅酮具有十分高的粘度,所以增加了溶剂以产生弹性体溶液以进行喷涂。 重要的是,溶剂应快速蒸发,否则膜的固化时间将长得难以接受。然而,在使用光致抗蚀剂 的半导体应用中,溶剂的超快蒸发已被证明在基板上引起"橘皮"。
[0048]发现了解决在模具上喷射低粘度弹性体溶液这个挑战的两种方法。在第一种方法 中,将具有期望的膜几何结构的模具加热至适当温度。然后将液态弹性体溶液喷射到模具 上,在模具上的热使得涂膜在沉积之后几乎立即固化。
[0049] 第二种方法包含将多个薄层喷射在模具上。液态弹性体与快速蒸发的溶剂混合。 将弹性体溶液以薄层喷射在模具上,该薄层然后通过溶剂的蒸发而固化。将更多的薄层喷 射在模具上并允许它们在沉积下一层之前固化,直到达到期望的膜厚度。
[0050] 上述两种方法中的任一种都可以单独或一起用在工艺中。
[0051] 现在将描述制造由多个喷涂的硅酮层构成的膜22的工艺。虽然将描述的方法产生 由硅酮制成的膜,但是应明白可以使用其他热塑性弹性体。这些合适的弹性体包括在出版 物US2012/0093353A1中列出的那些弹性体。
[0052]图3示出了制造喷涂的硅酮膜的工艺的框图,该工艺包括步骤102-116。步骤102包 括构建具有期望的膜几何结构的模具。图4示出了这种模具40。在该实施方式中,模具40由 黄铜制成,但不限于此。模具40包含凸肩42,该凸肩限定膜22的边缘,并且模具40在喷射工 艺过程中容纳液态弹性体溶液。在该实施方式中,模具40包括对应于膜22的环面25的凹槽 44。凹槽44围绕平坦的内侧区域46并且被平坦的外侧区域48围绕。在期望在膜22上形成凸 形环面的情况下,模具40中的凹槽44会相反是围绕平坦的内侧区域46的突脊。
[0053]图5A至图f5D示出了在图3的工艺的各个步骤中的模具40'的侧视示意图。在该实施 方式中,模具40'与模具40的不同在于:模具40'还包括被构造成保持框架20的凹坑50。在步 骤104中,如果模具40包括被构造成保持电声换能器的任意其他零件的凹坑50或者另一凹 坑,那么将该零件放置在凹坑50中。如图5B所示,将框架20放置在模具40 '中的凹坑50中。 [0054]在本实用新型的另一实施例中,在以下步骤之前可以将掩盖层施加至模具40和/ 或框架20(或者其他换能器零件)的一个或多个区域,从而防止这些区域在喷涂步骤过程中 被液态弹性体溶液覆盖。
[0055]在步骤106中,将液态硅酮与合适的溶剂混合以产生液态弹性体溶液。在步骤108 中,加热模具104至预定温度。在步骤110中,将第一层液态弹性体溶液喷射在模具40上。在 步骤112中允许该层固化之后,在步骤114中检查膜22的厚度以确定是否已达到预定的膜厚 度。如果没有达到,该工艺返回至步骤110并且施加另一层。如果已达到预定厚度,那么在步 骤116中从模具移除固化的膜。
[0056]图5C示出在已达到预定厚度之后但仍在模具40'上的膜22。图f5D示出从模具40'移 除并且附接有框架20的膜22。
[0057]图6和图7分别示出在工艺中使用模具40生产的膜22的俯视图和仰视图。在该实施 方式中,没有电声换能器的其他零件附接至膜22。
[0058]如上所述,在通过喷涂液态弹性体制造膜的方法中使用的模具可以被构造有用来 在一个实施方式中接收加强板的凹坑,使得膜在不使用粘合剂的情况下附接至加强板。替 代地,可以将加强板插在模具上位于喷射在模具上的弹性体溶液层之间。例如在图3示出的 制造喷涂硅酮膜的工艺中,在步骤112中允许喷射的弹性体层固化之后,可以将加强板放置 在膜上,之后在步骤110中将另一层弹性体溶液喷射在模具上。
[0059]图8示出了微型扬声器60的剖视图,其中膜82具有位于成品膜82的弹性体结构内 的加强板28。在该实施方式中,加强板28在所有侧面上由已固化的弹性体材料围绕。上述工 艺将提供了一种新的独特膜,该膜将用由弹性体构成的电声膜能够获得的优点与通过深拉 或冲压形成热塑性箱制成的膜能够获得的一些优点结合起来,还具有通过这两种工艺中的 任一种不能获得的好处和优点。
[0060] 具体地,相对于两种注射成型在几个方面改进了制造工艺:允许更快的开发周期 时间;更容易的样品建造;更容易的工具设计;以及更容易的制造工艺。与注射成型不同,需 要仅模具的一个侧面,从而使得更容易更快地建造具有期望的膜几何结构的模具并且允许 最终产品的更大灵活性。另外,在工艺过程中不需要将模具的两个部件对齐,制造工艺变得 简化并且更快速,具有更高的可重复性。也可能产生具有多层的膜,从而允许基于使用的不 同材料来调节膜的机械性能。
[0061] 喷涂还相对于深拉或冲压热塑性箱提供了材料节省以及成本节省,这是因为在喷 涂工艺中不需要挤压工艺或切割。另外,对于喷涂而言减小了样本之间的间隔,从而提供了 进一步的材料节省。
[0062] 用喷涂能够获得的但在深拉或冲压热塑性箱中或用注射成型基于弹性体的膜不 能得到的明显优点是:能够在制造工艺过程中在不使用额外粘合剂的情况下将电声换能器 的其他零件集合到膜中。用在喷涂工艺中的模具可以被构造成接收电声换能器的在传统布 置中典型地固定于膜的零件。这对于传统换能器中的框架和音圈是尤其有用的,其中框架 和音圈都用粘合剂典型地固定于膜。该工艺会产生通过与框架和/或音圈接触的弹性体层 的固化能固定于框架和/或音圈的膜。
[0063] 还可能将连接至音圈的线环埋入膜中,从而给线连接提供极大的稳定性和耐久 性。另外,从多层不同材料产生膜的能力提供在多层弹性材料之中产生导电层的选择。当该 导电层能提供与音圈的必要连接时,该导电层能够替代对线环的需要。
[0064] 本实用新型的方法将提供的另一个优点是能够为基于硅酮的膜产生多个不同材 料层,这目前对于注射成型是不可能的。经常期望使用多个不同材料层产生用于音响装置 的膜,从而调节膜的稳定性或膜的阻尼性能。还可能在膜结构内产生导电层,该导电层能够 替换用于音圈导线的线环。
[0065] 最后,应注意本实用新型不限于上述实施方式以及示例性的工作实施例。进一步 的进展、修改以及组合也在权利要求的范围内并且通过上述公开内容被本领域技术人员掌 握。因此,本文中公开的以及示出的技术和结构应被理解为说明性的以及示例性的,不对本 实用新型的范围产生限制。本实用新型的范围由附带的权利要求限定,所述权利要求包括 在提供本申请时已知的等同方案以及不可预见的等同方案。
【主权项】
1. 一种用于电声换能器的膜,其特征在于,所述膜包括一层或多层喷涂的弹性体。2. 根据权利要求1所述的膜,其特征在于,所述膜包括多于一层的喷涂的弹性体,这些 层是由具有不同机械性能的不同弹性体材料构成的。3. 根据权利要求1所述的膜,其特征在于,所述膜还包括一层或多层喷涂的非弹性体热 塑性塑料。4. 根据权利要求1所述的膜,其特征在于,所述膜通过所述一层或多层喷涂的弹性体的 固化而被固定于电声换能器的一个或多个部件。5. 根据权利要求4所述的膜,其特征在于,电声换能器的所述一个或多个部件是音圈、 框架、加强板和线环中的一者。6. 根据权利要求1所述的膜,其特征在于,所述膜具有小于100M1的厚度。
【文档编号】H04R7/06GK205647939SQ201620270951
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】A·泰美尔, P·图尔纳, G·奥特
【申请人】奥音科技(北京)有限公司
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