CN108432267A - 扬声器装置和扬声器装置的制造方法 - Google Patents

扬声器装置和扬声器装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

扬声器装置(1A)在具有均等的厚度的基板上的一个面排列有将各自具有均等的厚度的基材层(11)、第1电极层(12)、压电元件层(13)以及第2电极层(14)依次层叠而构成的振子(20)。在基板的、与振子(20)相对应的位置设有孔，该孔用于将利用借助第1电极层(12)、第2电极层(14)施加了电压信号的振子(20)的振动产生的声波沿基板的厚度方向输出。在孔的内周壁形成有在基板的厚度方向上凹凸反复出现的弧形缺口(S)。

Description

扬声器装置和扬声器装置的制造方法
技术领域
本发明涉及扬声器装置和扬声器装置的制造方法。
背景技术
以往公开了一种扬声器装置，该扬声器装置排列有用于辐射利用振动产生的声波的压电振子(例如参照专利文献1)。采用该扬声器装置，多个压电振子以被尽量按压于支承构件的状态粘接安装于基板，以使自基板的高度、朝向尽量一致。由此，能够减少从各压电振子辐射的声波的朝向的偏差和相位偏移，从而提高指向性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－157740号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述的扬声器装置中，各压电振子的自基板的高度、朝向的均匀性取决于压电振子的按压程度。但是，按压程度存在偏差，因此，使压电振子的形状及大小、朝向在微米级水平上均匀而提高指向性是很困难的。
本发明即是在上述实际情况下完成的，其目的在于提供一种能够实现更高的指向性的扬声器装置和扬声器装置的制造方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的第1技术方案的阵列扬声器装置包括：
基板，其具有均等的厚度；以及
振子，其是通过将各自具有均等的厚度的基材层、第1电极层、压电元件层以及第2电极层依次层叠而构成的，该振子排列在所述基板的一个面上，
在所述基板的另一个面的、与所述振子相对应的位置设有孔，该孔用于将声波沿所述基板的厚度方向输出，该声波是利用借助所述第1电极层、所述第2电极层施加了电压信号的所述振子的振动产生的，
在所述孔的内周壁形成有在所述基板的厚度方向上凹凸反复出现的弧形缺口(日文：スカロップ)。
在该情况下，也可以是，
包括：
共振子，其与所述振子的振动共振，使沿所述基板的厚度方向输出的声波趋近于与所述基板平行的平面；以及
安装部，其设于所述孔的中心，所述共振子安装于该安装部，
在所述安装部的外周壁形成有与形成于所述孔的内周壁的弧形缺口相对的弧形缺口。
也可以是，
所述孔和所述安装部均为圆柱状，
所述安装部与所述孔呈同心状配置，
所述共振子以朝向所述振子而顶端变细的圆锥那样的形状、并且与所述孔及所述安装部同心地配置。
也可以是，
所述第2电极层为圆形，其与所述孔、所述安装部以及所述共振子同心地配置。
也可以是，
所述振子具备多个，
所述孔设于分别与所述多个所述振子相对应的位置。
也可以是，
所述振子排列在所述基板上的正方形状的格子的交点。
也可以是，
在将1个振子作为中心的圆的圆周上均等配置有周围的振子。
也可以是，
以互相相邻的3个振子位于所述基板上的正三角形的顶点的方式排列所述振子。
也可以是，
在将多个所述基板紧接铺设的情况下与相邻的其它基板的外缘相接触外缘设有与所述其它基板的凹凸的外缘相啮合的凹凸，
以跨过所述基板之间地相邻的3个振子位于与所述正三角形全等的正三角形的顶点的方式在所述外缘的凸部分设有所述振子。
也可以是，
包括：
第1外部端子，其是所述第1电极层的外部端子；
布线图案，其以将排列在所述基板的一个面上的构成所述振子的所述第2电极层电连接的方式形成在所述基板上；以及
第2外部端子，其是所述布线图案的外部端子，
所述第1外部端子设于所述基板上的、在将多个所述基板紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板的第1外部端子相对的位置，
所述第2外部端子设于所述基板上的、在将多个所述基板紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板的第2外部端子相对的位置。
也可以是，
在所述压电元件层的向所述基板的一个面露出的一部分处固定于固定对象。
也可以是，
在配置于避开所述第2电极层地形成的二维格子的交点的圆形或矩形的部分处固定于所述固定对象。
也可以是，
在避开所述第2电极层地形成的部分整体固定于所述固定对象。
也可以是，
在避开所述第2电极层地形成的二维格子状的部分处固定于所述固定对象。
本发明的第2技术方案的阵列扬声器装置的制造方法包括以下的步骤：
在SOI(Silicon On Insulator)基板的作为活性层的基材层上对第1电极层进行成膜；
在所述第1电极层上对压电元件层进行成膜；
在所述压电元件层上对所述第2电极层进行成膜；
利用蚀刻在所述基板的一个面形成由所述基材层、所述第1电极层、所述压电元件层以及所述第2电极层形成的振子；以及
将所述基板翻过来，利用针对所述基板的另一个面进行的深度蚀刻在与所述振子相对应的位置形成孔，该孔用于将声波沿所述基板的厚度方向输出，该声波是利用借助所述第1电极层、所述第2电极层施加了电压信号的所述压电元件层的振动产生的。
发明的效果
根据本发明，利用半导体制造技术在基板上形成振子和沿基板的厚度方向输出利用振子的振动产生的声波的孔。由此，能够提高由振子和孔形成的扬声器的形状、大小以及朝向的均匀性。其结果，能够实现更高的指向性。
附图说明
图1A是本发明的实施方式1的阵列扬声器装置的立体图。
图1B是图1A的阵列扬声器装置的俯视图。
图2是图1B的阵列扬声器装置的A－A剖视图。
图3是放大地表示扬声器部的剖视立体图。
图4是表示与阵列扬声器装置相连接的信号系统的框图。
图5A是表示施加了电压的情况下的振子的动作(之一)的图。
图5B是表示施加了电压的情况下的振子的动作(之二)的图。
图6是表示设于扬声器部的弧形缺口的剖视图。
图7A是表示阵列扬声器装置的指向性(之一)的指向特性图。
图7B是表示阵列扬声器装置的指向性(之二)的指向特性图。
图8是表示阵列扬声器装置的制造工序的流程图。
图9A是SOI晶圆的剖视图。
图9B是表示第1电极层层叠的情形的图。
图9C是表示压电元件层层叠的情形的图。
图10A是表示压电元件层进行了图案形成的情形的图。
图10B是表示第2电极层成膜的情形的图。
图10C是表示第2电极层进行了图案形成的情形的图。
图11A是表示基板翻过来、底面被保护的情形的图。
图11B是表示在基板上形成有深度蚀刻用的掩模的情形的图。
图11C是表示进行深度蚀刻的情形的图。
图12A是表示基板被蚀刻的情形的图。
图12B是表示BOX层被蚀刻的情形的图。
图12C是表示安装有杯体的情形的图。
图13是本发明的实施方式2的阵列扬声器装置的立体图。
图14A是图13的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图14B是图13的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图15是本发明的实施方式3的阵列扬声器装置的立体图。
图16A是图15的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图16B是图15的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图17是本发明的实施方式4的阵列扬声器装置的立体图。
图18A是图17的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图18B是图17的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图19是本发明的实施方式5的阵列扬声器装置的立体图。
图20A是图19的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图20B是图19的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图21A是本发明的实施方式6的阵列扬声器装置的俯视图。
图21B是本发明的实施方式6的阵列扬声器装置的仰视图。
图22A是多个紧接铺设的图21A的阵列扬声器装置的俯视图。
图22B是多个紧接铺设的图21B的阵列扬声器装置的仰视图。
图23A是本发明的实施方式7的阵列扬声器装置的俯视图。
图23B是本发明的实施方式7的阵列扬声器装置的仰视图。
图24A是多个紧接铺设的图23A的阵列扬声器装置的俯视图。
图24B是多个紧接铺设的图23B的阵列扬声器装置的仰视图。
图25A是本发明的实施方式8的阵列扬声器装置的俯视图。
图25B是本发明的实施方式8的阵列扬声器装置的仰视图。
图26A是多个紧接铺设的图25A的阵列扬声器装置的俯视图。
图26B是多个紧接铺设的图25B的阵列扬声器装置的仰视图。
图27A是表示阵列扬声器装置的固定方法(之一)的图。
图27B是图27A的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图27C是图27A的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图28A是表示阵列扬声器装置的固定方法(之二)的图。
图28B是图28A的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图28C是图28A的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图29A是表示阵列扬声器装置的固定方法(之三)的图。
图29B是图29A的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图29C是图29A的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图30A是表示阵列扬声器装置的固定方法(之四)的图。
图30B是图30A的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图30C是图30A的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
图31A是表示阵列扬声器装置的固定方法(之五)的图。
图31B是图31A的阵列扬声器装置的指向特性图(之一)。
图31C是图31A的阵列扬声器装置的指向特性图(之二)。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
实施方式1.
首先，说明本发明的实施方式1。
如图1A和图1B所示，阵列扬声器装置1A包括作为装置整体的支承基板的基板2和以两行两列的方式在基板2上排列的多个扬声器部3。各扬声器部3将基板2的厚度方向、即+Z方向设为声波的输出方向。各扬声器部3是利用半导体制造技术即MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)技术以相同的形状及大小、相同的朝向制造的，具有较高的指向性。另外，声波除了包含声音、音乐之外还包含超声波。
基板2是具有均等的厚度的正方形状的平板，其例如由硅(Si)等形成。基板2的厚度例如为500μm左右。
如图1B所示，扬声器部3在基板2上分别排列在与基板2相似的正方形的顶点。因而，扬声器部3的X轴方向上的配置间隔与扬声器部3的Y轴方向上的配置间隔相同。
在与各扬声器部3相对应的位置设有孔4。各孔4为圆柱状，其用于将在扬声器部3产生的声波沿基板2的厚度方向输出。在各孔4的中心设有用于安装后述的杯体15的安装部5。安装部5是与孔4呈同心状配置的圆柱状的构件。
如作为图1B的A－A截面的图2所示，基板2由SOI(Silicon On Insulator)基板形成，该SOI基板包括支承层10A、BOX(Buried Oxide)层10B以及基材层11。支承层10A由硅(Si)形成，其厚度例如为525μm。BOX层10B由二氧化硅膜(SiO2)形成，其厚度例如为几μm。基材层11由硅(Si)形成。基材层11也被称作Si活性层，其厚度例如为150μm。SOI基板应用于半导体制造，各层的厚度均匀。
如图2所示，阵列扬声器装置1A除了包括支承层10A、安装部5、BOX层10B、基材层11之外，还包括第1电极层12、压电元件层13、第2电极层14、杯体15。在图2中，从下方开始按照第2电极层14、压电元件层13、第1电极层12、基材层11、BOX层10B以及支承层10A(安装部5)的顺序层叠。第2电极层14、压电元件层13、第1电极层12、基材层11、BOX层10B以及支承层10A(安装部5)各自的厚度均匀。
第1电极层12由铂、金等具有导电性的构件形成，其厚度为1μm以下。该第1电极层12形成于基板2整体。
压电元件层13由通过施加电压而电致伸缩的压电材料形成，其厚度为几μm。压电元件层13在被施加电压信号时进行伸缩。作为压电材质，例如采用锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3：PZT)等。
第2电极层14由铂、金等具有导电性的构件形成，其厚度为1μm以下。针对每个扬声器部3都设有该第2电极层14。第2电极层14为圆形，其与孔4、安装部5以及杯体15同心地配置。
在本实施方式中，如图3所示，各自具有均等的厚度的基材层11、第1电极层12、压电元件层13以及第2电极层14按照该顺序层叠而构成振子20。振子20安装于基板2的一个面(－Z面)侧。通过在该振子20上安装BOX层10B、支承层10A(包含安装部5)以及杯体15而构成扬声器部3。
杯体15是与振子20的振动共振而使沿基板2的厚度方向输出的声波的波面趋近于与基板2平行的平面的共振子。杯体15随着孔4变深而顶端变细。换言之，该杯体15成为朝向振子20而顶端变细的圆锥那样的形状，其与孔4及安装部5同心地配置。杯体15例如由铝或铝合金形成，共振频率为40kHz。40kHz附近的频带脱离人的听觉范围，被认为是不会对声音产生影响的频带。
在扬声器部3连接有信号系统，该信号系统用于供给与播放的声音相对应的电压信号。如图4所示，信号系统包括声音信号输出部30和信号调制部31。
声音信号输出部30用于输出与要使阵列扬声器装置1A播放的声音相对应的电压信号。该电压信号的频率是听觉范围。
信号调制部31用于以规定的调制频率调制从声音信号输出部30输出来的电压信号。作为规定的调制频率，采用杯体15的共振频率即40kHz附近的频率。作为信号调制部31的调制方式，例如使用AM调制(振幅调制)。
在信号调制部31调制后的电压信号作为第2电极层14与第1电极层12之间的电压信号被施加给振子20。根据该电压信号，振子20振动而产生声波。
例如，若如图5A所示对第2电极层14施加正电压、对第1电极层12施加负电压，则压电元件层13如箭头所示沿XY方向伸长。但是，基材层11不伸长，因此振子20向－Z方向凸出弯曲。
另一方面，若如图5B所示对第2电极层14施加负电压、对第1电极层12施加正电压，则压电元件层13如箭头所示沿XY方向收缩。但是，基材层11不伸缩，因此振子20向+Z方向凸出弯曲。
另外，根据压电元件层13的极性，也存在相对于所施加的电压进行的伸缩相反的情况。在该情况下，振子20向图5A和图5B所示的方向相反的方向弯曲。
上述电压信号是使正负反复出现而进行振动的信号，因此振子20与该电压信号相应地反复出现图5A和图5B的状态进行振动。利用该振动产生声波。
孔4设于与振子20相对应的位置。利用借助第1电极层12、第2电极层14施加了电压信号的振子20的振动产生的声波在孔4中沿基板2的厚度方向行进。此时，安装于安装部5的杯体15与振子20的振动共振，将利用振子20的振动产生的声波从球面波转换为具有与XY面平行的波面的平面波。利用杯体15转换了波面的声波(平面波)从孔4输出而向+Z方向行进。
另外，基板2的孔4如后所述利用深度蚀刻形成。如图6所示，在孔4的内周壁形成有在基板2的厚度方向上凹凸反复出现的弧形缺口S。弧形缺口S是与深度蚀刻的蚀刻的重复相应地形成的深度方向的凹凸，其数量取决于后述的蚀刻重复次数。与在孔4的内周璧形成的弧形缺口S相对地在安装部5的外周壁也有形成有弧形缺口S。
如图7A所示，在将电压信号的调制频率设为40kHz的情况下的指向特性中，+Z方向(0度方向)的峰值变尖锐。这表示指向性升高。其原因在于，各扬声器利用半导体制造技术形成为形状及大小相同、朝向也相同。
此外，如图7B所示，在将电压信号的调制频率设为43.6kHz的情况下的指向特性中，+Z方向的峰值更加尖锐。这表示指向性进一步升高。认为其原因在于，阵列扬声器装置1A整体的共振频率接近43.6kHz。
接着，说明阵列扬声器装置1A的制造方法。阵列扬声器装置1A像上述那样利用MEMS技术来制造。
在制造阵列扬声器装置1A时，如图8所示，首先准备SOI晶圆(步骤S1)。如图9A所示，SOI基板是指具有后述的层叠构造的基板，是将氧化膜包在内部的晶圆；前述的层叠构造包括由半导体基板形成的支承基板(将成为支承层10A)、作为支承基板上的掩埋氧化膜的BOX层(将成为BOX层10B)、以及作为BOX层上的半导体层的硅(SOI)层(基材层11)。
SOI晶圆利用以下的步骤形成。首先，通过利用离子注入从硅晶体表面向厚度均匀的衬底硅的晶圆掩埋氧分子，利用高热使其氧化，从而在硅晶体中形成氧化硅的绝缘膜。然后，将其表面与另一张未加工的厚度均匀的衬底晶圆的表面彼此贴合，剥离之前的晶圆来进行制作。根据事先注入到比氧化膜深的部位的氢离子距表面的距离来控制剥离厚度，利用化学机械研磨(CMP)对剥离面进行表面精加工。这样，形成与支承层10A、BOX层10B以及基材层11相对应的部分的厚度均匀的SOI晶圆。
接着，例如利用使用溅射装置进行的溅射法在SOI晶圆的活性层(基材层11)上对第1电极层12进行成膜(步骤S2)。图9B表示在基材层11上成膜有第1电极层12的情形。
接着，例如利用使用溅射装置进行的溅射法对作为PZT的膜的压电元件层13进行成膜(步骤S3)。图9C表示在第1电极层12上成膜有压电元件层13的情形。
接着，利用光刻法进行压电元件层13的图案形成(步骤S4)。在此，利用蚀刻除去压电元件层13的四角，以第1电极层12从被除去的部分露出的方式对压电元件层13进行图案形成。
更具体地讲，使用涂敷器等在压电元件层13上涂敷光致抗蚀剂，利用曝光装置在光致抗蚀剂上转印压电元件层13的形状的图案。利用显影器等对所转印的图案进行显影，在蚀刻装置中进行蚀刻，完成压电元件层13的图案形成。由此，如图10A所示，在第1电极层12的四角形成了外部端子12A。
接着，利用使用溅射装置进行的溅射法在压电元件层13上对第2电极层14进行成膜(步骤S5)。如图10B所示，第2电极层14在第1电极层12的局部和压电元件层13上成膜。
接着，利用光刻法对第2电极层14进行图案形成(步骤S6)。在此，利用蚀刻除去第2电极层14的周边，对第2电极层14进行图案形成，在与振子20相对应的位置形成第2电极层14。
更具体地讲，使用涂敷器等在第2电极层14上涂敷光致抗蚀剂，利用曝光装置在光致抗蚀剂上转印第2电极层14的形状的图案。利用显影器等对所转印的图案进行显影，在蚀刻装置中进行蚀刻，完成图案形成，形成第2电极层14。由此，如图10C所示，形成圆形的第2电极层14。
接着，将基板2翻过来，进行活性层(基材层11)侧的保护(步骤S7)。此时，如图11A所示，在作为下侧的第1电极层12、压电元件层13以及第2电极层14上形成保护膜16。
接着，形成深度蚀刻用的掩模17，将其安装在支承层10A上(步骤S8)。该掩模17采用例如石英(SiO2)。由此，如图11B所示，仅在将形成支承层10A和安装部5的区域开有孔的掩模17被设置在支承层10A上。
接着，对支承层10A进行深度蚀刻(步骤S9)。深度蚀刻也被称作博世工艺。在博世工艺中，通过将各向同性蚀刻、保护膜形成(钝化)、各向异性蚀刻重复多次，从而如图11C所示形成较深的(长宽比较高的)孔4，并且形成安装部5。在该过程中，在孔4的内周璧、安装部5的外周壁形成有弧形缺口(多个弧形缺口)S。
在各向同性蚀刻中，例如使用SF6气体。利用自该SF6气体产生的F系自由基对支承层10A的未被掩模17覆盖的部分(孔4的部分)进行蚀刻。
此外，保护膜的形成使用C4F8等离子体，C4F8作为保护膜进行堆积。由此，在包含孔4在内的支承层10A整体形成保护膜。
此外，在各向异性蚀刻中，通过使F系的反应性的离子(F+离子)高速地撞向孔4的底部，从而将形成于各向同性蚀刻的底部的保护膜除去。
对该除去了保护膜的部分再次进行各向同性蚀刻，使孔4在深度方向上扩展。重复该工序，进行深度蚀刻。若深度达到BOX层10B，则结束深度蚀刻。另外，能够通过各工序中的反应时间的调整等来决定弧形缺口S的间距、凹凸的深度。
接着，将覆盖活性层(基材层11)侧的保护膜16除去(步骤S10)。由此，扬声器部3的周边的截面成为图12A所示的状态。
接着，利用使用蚀刻装置进行的蚀刻，将作为深度蚀刻的止挡件的、孔4的底面的BOX层10B除去(步骤S11)。由此，扬声器部3的周边的截面成为图12B所示的状态。
接着，利用粘接剂将杯体(共振子)15安装于安装部5(步骤S12)。由此，扬声器部3的周边成为图12C所示的状态。之后，切割SOI晶圆，将其切成正方形。由此，阵列扬声器装置1A大体完成。
如上所述，阵列扬声器装置1A通过对均匀的厚度的层进行层叠而形成多个扬声器部3。由此，各扬声器部3的大小及形状、朝向大致相同。因而，如果向各扬声器部3输入相同的电压信号，则所产生的声波全部向相同的方向输出。其结果，能够实现更高的指向性。
像以上详细说明的那样，根据本实施方式，利用半导体制造技术在基板2上形成振子20和将利用振子20的振动产生的声波沿基板2的厚度方向输出的孔4。由此，能够提高由振子20和孔4形成的扬声器部3的形状、大小以及朝向的均匀性。其结果，能够减小从各扬声器部3输出的声波的朝向的偏差、相位差，实现更高的指向性。
此外，根据本实施方式，还能够实现阵列扬声器装置1A的薄膜化。例如能够将整体的厚度设为600μm左右。
实施方式2.
接着，说明本发明的实施方式2。如图13所示，本实施方式2的阵列扬声器装置1B具备9个扬声器部3(振子20)。9个扬声器部3(振子20)配置在正方形的格子的交点上。在本实施方式中，也在各扬声器部3的安装部5安装有杯体15。
在本实施方式中，扬声器部3的X轴方向和Y轴方向上的排列间隔均匀。因而，阵列扬声器装置1B所产生的声波在基板2的厚度方向上均匀，能够实现较高的指向性。
图14A表示将电压信号的调制频率设为40kHz时的指向特性，图14B表示将电压信号的调制频率设为43.6kHz时的指向特性。如图14A和图14B所示，本实施方式的阵列扬声器装置1B也是+Z方向的峰值变尖锐。而且，在将调制频率设为接近阵列扬声器装置1B整体的共振频率的43.6kHz时，+Z方向的峰值更加尖锐。
实施方式3.
接着，说明本发明的实施方式3。如图15所示，本实施方式3的阵列扬声器装置1C与上述实施方式2同样具备9个扬声器部3(振子20)，但在扬声器部3未安装杯体15。
在该情况下，如图16A(调制频率40kHz)和图16B(调制频率45.4kHz)所示，基板2的厚度方向的指向性也变得极为尖锐。此时也是，在将调制频率设为接近阵列扬声器装置1C整体的共振频率的45.4kHz时，+Z方向的峰值更大。
实施方式4.
接着，说明本发明的实施方式4。如图17所示，本实施方式4的阵列扬声器装置1D具备7个扬声器部3(振子20)。在将1个扬声器部3(振子20)作为中心的圆的圆周上均等配置有周围剩余的扬声器部3(振子20)。
在该情况下，如图18A(调制频率40kHz)和图18B(调制频率37.6kHz)所示，基板2的厚度方向(+Z方向)的声波的指向性也变得极为尖锐。
实施方式5.
接着，说明本发明的实施方式5。如图19所示，本实施方式5的阵列扬声器装置1E的基板2为圆形。在将1个扬声器部3(振子20)作为中心的圆的圆周上均等配置有剩余的扬声器部3(振子20)，这一点与上述实施方式4相同。
在该情况下，如图20A(调制频率40kHz)和图20B(调制频率38.2kHz)所示，基板2的厚度方向的指向性也变得极为尖锐。此时也是，在将调制频率设为接近阵列扬声器装置1E整体的共振频率的频率38.2kHz的情况下，指向性更加尖锐。
实施方式6.
接着，说明本发明的实施方式6。如图21A所示，在本实施方式6的阵列扬声器装置1F中，在基板2上排列有27个扬声器部3(振子20)。在本实施方式6的阵列扬声器装置1F中，如图21B所示，以互相相邻的3个扬声器部3(振子20)位于基板2上的正三角形的顶点的方式排列扬声器部3(振子20)。
如图21B所示，在阵列扬声器装置1F的底面，在压电元件层13上的与振子20相对应的位置形成有圆形的第2电极层14，连接有用于连结第2电极层14之间的布线图案14A。布线图案14A与配设在基板2的四角的外部端子14B相连接。在该外部端子14B连接有图4的信号调制部31，借助外部端子14B、布线图案14A对第2电极层14施加电压信号。
如图21B所示，在XY面内相邻的扬声器部3(振子20)之间的距离均等，因此能够进一步提高沿基板2的厚度方向的指向性。
在该阵列扬声器装置1F中，如图22A所示，能够以使扬声器部3朝向相同的方向的方式在XY面紧接铺设多个基板2。由此，能够进一步增大整体的音量。在该情况下，如图22B所示，外部端子12A设于基板2上的、在将多个基板2紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板2的外部端子12A相对的位置(基板2的四角)。
同样，外部端子14B设于基板2上的、在将多个基板2紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板2的外部端子14B相对的位置(基板2的四角)。只要使用跳线等将这些外部端子12A、14B在基板2之间电连接，就能够跨过基板2之间构筑压电元件层13的并联电路。由此，能够简化用于传送电压信号的电路。
实施方式7.
接着，说明本发明的实施方式7。如图23A所示，在本实施方式7的阵列扬声器装置1G中，在基板2上排列有25个扬声器部3。扬声器部3排列在基板2上的正方形的格子的交点。
如图23B所示，在阵列扬声器装置1G的－Z面上，在压电元件层13上的与振子20相对应的位置形成有圆形的第2电极层14，连接有用于连结第2电极层14之间的布线图案14A。布线图案14A连接于外部端子14B。在该外部端子14B连接有图4的信号调制部31，借助外部端子14B、布线图案14A对第2电极层14施加电压信号。
在XY面内在X轴方向和Y轴方向上相邻的扬声器部3(振子20)之间的距离均等，因此能够进一步提高沿基板2的厚度方向的指向性。
在该阵列扬声器装置1G中，如图24A所示，能够以使扬声器部3朝向相同的方向的方式在XY面紧接铺设多个基板2。由此，能够进一步增大整体的音量。在该情况下，如图24B所示，外部端子12A设于基板2上的、在将多个基板2紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板2的外部端子12A相对的位置(基板2的四角)。
同样，外部端子14B设于基板2上的、在将多个基板2紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板2的外部端子14B相对的位置(基板2的四角)。只要使用跳线等将相邻的基板2的外部端子12A、14B相互间连接，就能够跨过基板2之间构筑压电元件层13的并联电路。因而，能够简化用于传送电压信号的电路。
实施方式8.
接着，说明本发明的实施方式8。如图25A和图25B所示，在本实施方式8的阵列扬声器装置1H中排列有30个扬声器部3。在本实施方式8的阵列扬声器装置1H中，以互相相邻的3个扬声器部3(振子20)位于基板2上的正三角形的顶点的方式排列扬声器部3(振子20)。
在本实施方式中，如图26A所示，在将多个基板2紧接铺设的情况下与相邻的其它基板2的外缘相接触的外缘设有与其它基板2的凹凸的外缘相啮合的凹凸。此外，在本实施方式中，以跨过基板2之间地相邻的3个扬声器部3(振子20)位于与配置在1个基板2上的相邻的3个扬声器部3(振子20)所形成的正三角形全等的正三角形的顶点的方式，在外缘的凸部分设有扬声器部3(振子20)。
如图25B和图26B所示，外部端子12A设于基板2上的、在将多个基板2紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板2的外部端子12A相对的位置(四角)。同样，外部端子14B设于基板2上的、在将多个基板2紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板2的外部端子14B相对的位置(基板2的外缘的中点和凹凸的角部)。利用跳线等将相邻的基板2的外部端子14B相互间连接，能够构筑跨过基板2之间的压电元件层13的并联电路。因而，能够简化用于向多个阵列扬声器装置1H传送电压信号的电路。
这样在跨相邻的多个基板2的范围内扬声器部3(振子20)的配置间隔均等，因此能够增大音量，并且能够提高指向性。
实施方式9.
接着，说明本发明的实施方式9。本实施方式9的阵列扬声器装置在将装置向固定对象固定的部分具有特征。固定对象存在金属制(例如铝、黄铜)、树脂制的基座等。
如图27A所示，在本实施方式9的阵列扬声器装置1I中，在压电元件层13的向基板2的一个面(－Z面)露出的一部分形成有固定部40。在本实施方式的阵列扬声器装置1I中，固定部40配置在避开第2电极层14地形成的二维格子的交点。各固定部40的形状为圆形。在该固定部40，将阵列扬声器装置1H利用粘接剂或者螺纹固定于固定对象。
图27B表示将电压信号的调制频率设为40kHz时的指向特性，图27C表示将电压信号的调制频率设为阵列扬声器装置1I整体的共振频率即39.6kHz时的指向特性。如图27B和图27C所示，声音向+Z方向的指向性极为尖锐。
实施方式10.
接着，说明本发明的实施方式10。本实施方式10的阵列扬声器装置在将装置向固定对象固定的部分具有特征。
如图28A所示，本实施方式10的阵列扬声器装置1J在压电元件层13的向基板2的一个面(－Z面)露出的一部分形成有固定部41。在本实施方式的阵列扬声器装置1J中，固定部41配置在避开第2电极层14地形成的二维格子的交点。各固定部41的形状为矩形。在该固定部41，阵列扬声器装置1J利用粘接剂等粘接固定于固定对象。
图28B表示将电压信号的调制频率设为40kHz时的指向特性，图28C表示将电压信号的调制频率设为阵列扬声器装置1J整体的共振频率即39.6kHz时的指向特性。如图28B和图28C所示，声音向+Z方向的指向性尖锐。在将调制频率设为39.6kHz的图28C中，峰值更加尖锐一些。
实施方式11.
接着，说明本发明的实施方式11。本实施方式的阵列扬声器装置在将装置向固定对象固定的部分具有特征。
如图29A所示，在本实施方式的阵列扬声器装置1K中，在压电元件层13的向基板2的一个面露出的一部分形成有固定部42。固定部42覆盖避开第2电极层14地形成的压电元件层13整体。在固定部42和第2电极层14之间设有些许的余量。
图29B表示将电压信号的调制频率设为40kHz时的指向特性，图29C表示将电压信号的调制频率设为阵列扬声器装置1K整体的共振频率即39.6kHz时的指向特性。如图29B和图29C所示，声音向+Z方向的指向性极为尖锐。在将调制频率设为39.6kHz时，峰值更加尖锐一些。
实施方式12.
接着，说明本发明的实施方式12。本实施方式12的阵列扬声器装置在将装置向固定对象固定的部分具有特征。
如图30A所示，在本实施方式的阵列扬声器装置1L中，在压电元件层13的向基板2的一个面(－Z面)露出的一部分形成有固定部43，固定部43粘接固定于固定对象。固定部43成为避开第2电极层14地形成的正方形格子状。
图30B表示将声音信号的调制频率设为40kHz时的指向特性，图30C表示将声音信号的调制频率设为阵列扬声器装置1L整体的共振频率即37kHz时的指向特性。如图30B和图30C所示，声音向+Z方向的指向性极为尖锐。在将调制频率设为37kHz时，峰值更加尖锐。
实施方式13.
接着，说明本发明的实施方式13。本实施方式13的阵列扬声器装置在将装置向固定对象固定的部分具有特征。
如图31A所示，在本实施方式13的阵列扬声器装置1M中，在压电元件层13的向基板2的一个面露出的一部分形成有固定部44，固定部44粘接固定于固定对象。固定部44形成于避开第2电极层14地形成的正方形格子状的交点，其形状为圆形。将固定部44与第2电极层14之间的间隙(余量)设为最小限度，固定部44的大小变得尽可能大。
图31B表示将电压信号的调制频率设为40kHz时的指向特性，图31C表示将电压信号的调制频率设为阵列扬声器装置1M整体的共振频率即40.6kHz时的指向特性。如图31B和图31C所示，声音向+Z方向的指向性极为尖锐。
对固定方法不同的阵列扬声器装置1I～1M的指向特性分别进行比较，得到了如下的结果：在利用上述实施方式9的阵列扬声器装置1J的固定部40固定于固定对象的情况下，所输出的声音的指向性最高。
上述各实施方式的阵列扬声器装置的制造方法的各工序中所采用的具体的加工方法、例如各层的成膜、图案形成、蚀刻方法等能够适当变更。例如能够与所采用的材料相应地采用适合该材料的向半导体晶圆上进行的成膜方法。
上述的阵列扬声器装置1A～1M的各种材质和尺寸终究是例示，并不限定于此。能够与安装的各种设备相应地适当调整其尺寸。
在上述各实施方式中，将压电材料设为PZT，但也可以使用其他的压电材料。既可以是BaTiO3、PbTiO3等其他的压电材料，也可以使用水晶、铌酸锂等压电单晶体。此外，也可以使用氧化锌(ZnO)、偏二氟乙烯、三氟化乙烯聚合物等压电高分子膜。
在上述各实施方式中，孔4为圆形，但也可以是矩形等其他的形状。安装部5、杯体15也是如此，只要能够将声波的波面转换为平面波，就也可以是多边形等其他的形状。
在上述各实施方式中，将声音信号的调制方式设为AM调制，但也可以采用FM方式(频率调制方式)。
在上述各实施方式中，将利用MEMS技术制造的对象设为单体的扬声器部3阵列化而成的阵列扬声器装置，但并不限于此。本发明的扬声器装置也可以是仅具有1个扬声器的装置。
本发明能够不脱离本发明的广义的精神和范围地进行各种各样的实施方式和变形。此外，上述的实施方式用于说明本发明，并不限定本发明的范围。即，本发明的范围利用权利要求书而不是实施方式来表示。而且，在权利要求的范围内和与其同等的技术方案的意义的范围内实施的各种各样的变形被视为在本发明的范围内。
另外，本申请以2015年12月25日提出申请的日本国专利申请2015－254860号为基础主张优先权，将日本国专利申请2015－254860号的说明书、权利要求书、附图整体作为参照编入到本说明书中。
产业上的可利用性
本发明能够应用于安装于智能手机等便携设备等各种电器设备、用于产生被要求了较高的指向性的声音等的扬声器。
附图标记说明
1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1I、1J、1K、1L、1M、阵列扬声器装置；2、基板；3、扬声器部；4、孔；5、安装部；10A、支承层；10B、BOX层；11、基材层；12、第1电极层；12A、外部端子；13、压电元件层；14、第2电极层；14A、布线图案；14B、外部端子；15、杯体；16、保护膜；17、掩模；20、振子；30、声音信号输出部；31、信号调制部；40、41、42、43、44、固定部；S、弧形缺口。

Claims (15)

1.一种扬声器装置，其中，
该扬声器装置包括：
基板，其具有均等的厚度；以及
振子，其是通过将各自具有均等的厚度的基材层、第1电极层、压电元件层以及第2电极层依次层叠而构成的，该振子排列在所述基板的一个面上，
在所述基板的另一个面的、与所述振子相对应的位置设有孔，该孔用于将声波沿所述基板的厚度方向输出，该声波是利用借助所述第1电极层、所述第2电极层施加了电压信号的所述振子的振动产生的，
在所述孔的内周壁形成有在所述基板的厚度方向上凹凸反复出现的弧形缺口。
2.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中，
该扬声器装置包括：
共振子，其与所述振子的振动共振，使沿所述基板的厚度方向输出的声波趋近于与所述基板平行的平面；以及
安装部，其设于所述孔的中心，所述共振子安装于该安装部，
在所述安装部的外周壁形成有与形成于所述孔的内周壁的弧形缺口相对的弧形缺口。
3.根据权利要求2所述的扬声器装置，其中，
所述孔和所述安装部均为圆柱状，
所述安装部与所述孔呈同心状配置，
所述共振子以朝向所述振子而顶端变细的圆锥那样的形状、并且与所述孔及所述安装部同心地配置。
4.根据权利要求3所述的扬声器装置，其中，
所述第2电极层为圆形，其与所述孔、所述安装部以及所述共振子同心地配置。
5.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中，
所述振子具备多个，
所述孔设于分别与所述多个所述振子相对应的位置。
6.根据权利要求5所述的扬声器装置，其中，
所述振子排列在所述基板上的正方形状的格子的交点。
7.根据权利要求5所述的扬声器装置，其中，
在将1个振子作为中心的圆的圆周上均等配置有周围的振子。
8.根据权利要求5所述的扬声器装置，其中，
以互相相邻的3个振子位于所述基板上的正三角形的顶点的方式排列所述振子。
9.根据权利要求8所述的扬声器装置，其中，
在将多个所述基板紧接铺设的情况下与相邻的其它基板的外缘相接触外缘设有与所述其它基板的凹凸的外缘相啮合的凹凸，
以跨过所述基板之间地相邻的3个振子位于与所述正三角形全等的正三角形的顶点的方式在所述外缘的凸部分设有所述振子。
10.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中，
该扬声器装置包括：
第1外部端子，其是所述第1电极层的外部端子；
布线图案，其以将排列在所述基板的一个面上的构成所述振子的所述第2电极层电连接的方式形成在所述基板上；以及
第2外部端子，其是所述布线图案的外部端子，
所述第1外部端子设于所述基板上的、在将多个所述基板紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板的第1外部端子相对的位置，
所述第2外部端子设于所述基板上的、在将多个所述基板紧接铺设的情况下与设于相邻的其它基板的第2外部端子相对的位置。
11.根据权利要求5所述的扬声器装置，其中，
该扬声器装置在所述压电元件层的向所述基板的一个面露出的一部分处固定于固定对象。
12.根据权利要求11所述的扬声器装置，其中，
该扬声器装置在配置于避开所述第2电极层地形成的二维格子的交点的圆形或矩形的部分处固定于所述固定对象。
13.根据权利要求11所述的扬声器装置，其中，
该扬声器装置在避开所述第2电极层地形成的部分整体固定于所述固定对象。
14.根据权利要求11所述的扬声器装置，其中，
该扬声器装置在避开所述第2电极层地形成的二维格子状的部分处固定于所述固定对象。
15.一种扬声器装置的制造方法，其中，
该制造方法包括以下的步骤：
在SOI(Silicon On Insulator)基板的作为活性层的基材层上对第1电极层进行成膜；
在所述第1电极层上对压电元件层进行成膜；
在所述压电元件层上对所述第2电极层进行成膜；
利用蚀刻在所述基板的一个面形成由所述基材层、所述第1电极层、所述压电元件层以及所述第2电极层形成的振子；以及
将所述基板翻过来，利用针对所述基板的另一个面进行的深度蚀刻在与所述振子相对应的位置形成孔，该孔用于将声波沿所述基板的厚度方向输出，该声波是利用借助所述第1电极层、所述第2电极层施加了电压信号的所述压电元件层的振动产生的。
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