CN113826408B - 压电装置和超声波换能器 - Google Patents

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Abstract

压电装置(100)包括基板(110)、压电元件(120)以及盖部(130)。压电元件(120)包含基部(121)和膜片部(122)。基部(121)位于第1主面(111)上，并且，在从第1主面(111)的法线方向观察时具有环状的外形。膜片部(122)在从法线方向观察时位于基部(121)的内侧。盖部(130)位于第1主面(111)上，在第1主面(111)侧与压电元件(120)分开且覆盖压电元件(120)。基板(110)在与膜片部(122)面对的位置形成有从第1主面(111)到达第2主面(112)的第1贯通孔(113)。在膜片部(122)形成有贯通狭缝(123)。

Description

压电装置和超声波换能器
技术领域
本发明涉及压电装置和超声波换能器。
背景技术
作为公开了压电装置的结构的现有技术文献，有美国发明专利申请公开第2017/0184718号说明书(专利文献1)。专利文献1所记载的压电装置包括：基板；盖，其安装于基板；基板上的超声波换能器，其具有能够驱动的膜片；以及基板上的集成电路，其能够对超声波换能器作用地结合于超声波换能器。盖包围超声波换能器和集成电路。在基板形成有音响开口部。超声波换能器以实质上覆盖音响开口部的方式固定于基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国发明专利申请公开第2017/0184718号说明书
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1中，例示出压电装置以200kHz这样的比较高的频率的超声波动作。超声波通过在贯通孔中共振而增幅。
然而，在上述压电装置中，当要收发例如40kHz这样的比较低的频率的超声波时，膜片部的机械振动频率也变低。在膜片部的机械振动频率较低的情况下，特别是，膜片的驱动被膜片的残余应力阻碍。因此，在上述压电装置中，不能高效地收发低频率的超声波。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供能够高效地收发低频率的超声波的压电装置。
用于解决问题的方案
基于本发明的压电装置包括基板、压电元件以及盖部。基板具有第1主面和位于与第1主面相反的那一侧的第2主面。压电元件位于第1主面上。压电元件包含基部和膜片部。基部位于第1主面上，并且，在从第1主面的法线方向观察时具有环状的外形。膜片部在从上述法线方向观察时位于基部的内侧。盖部位于第1主面上，在第1主面侧与压电元件分开且覆盖压电元件。基板在与膜片部面对的位置形成有从第1主面到达第2主面的第1贯通孔。在膜片部形成有贯通狭缝。
基于本发明的超声波换能器包括安装基板和安装于安装基板的压电装置。压电装置包含基板、压电元件以及盖部。基板具有第1主面和位于与第1主面相反的那一侧的第2主面。压电元件位于第1主面上。压电元件具有基部和膜片部。基部位于第1主面上，并且，在从第1主面的法线方向观察时具有环状的外形。膜片部在从法线方向观察时位于基部的内侧。盖部位于第1主面上，在第1主面侧与压电元件分开且覆盖压电元件。基板在与膜片部面对的位置形成有从第1主面到达第2主面的第1贯通孔。在膜片部形成有贯通狭缝。安装基板与第2主面面对。在安装基板形成有第3贯通孔。第3贯通孔的压电装置侧的端部位于与第1贯通孔面对的位置。
发明的效果
根据本发明，能够高效地收发低频率的超声波。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的压电装置的结构的剖视图。
图2是从箭头Ⅱ方向观察图1所示的压电装置时的仅表示压电元件的图。
图3是从箭头Ⅲ方向观察图1所示的压电装置而得到的仰视图。
图4是表示本发明的实施方式1的超声波换能器的结构的剖视图。
图5是表示本发明的实施方式1的第1变形例的压电装置的结构的剖视图。
图6是从箭头Ⅵ方向观察图5所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
图7是表示本发明的实施方式1的第2变形例的压电装置的结构的剖视图。
图8是从箭头Ⅷ方向观察图7所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
图9是表示本发明的实施方式1的第3变形例的压电装置的结构的剖视图。
图10是从箭头X方向观察图9所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
图11是表示本发明的实施方式1的第4变形例的压电装置的结构的剖视图。
图12是从箭头Ⅻ方向观察图11所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
图13是表示本发明的实施方式1的第5变形例的压电元件的俯视图。
图14是表示本发明的实施方式1的第6变形例的超声波换能器的结构的剖视图。
图15是表示本发明的实施方式2的压电装置的结构的剖视图。
图16是从箭头XⅥ方向观察图15所示的压电装置而得到的俯视图。
图17是表示本发明的实施方式2的压电装置由吸附筒夹保持的状态的剖视图。
图18是表示本发明的实施方式2的第1变形例的压电装置的结构的剖视图。
图19是表示本发明的实施方式2的第1变形例的压电装置由吸附筒夹保持的状态的剖视图。
图20是表示本发明的实施方式2的第2变形例的压电装置的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的各实施方式的压电装置和超声波换能器。在以下的实施方式的说明中，对图中的相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
(实施方式1)
首先，说明本发明的实施方式1的压电装置。图1是表示本发明的实施方式1的压电装置的结构的剖视图。图2是从箭头Ⅱ方向观察图1所示的压电装置时的仅表示压电元件的图。图3是从箭头Ⅲ方向观察图1所示的压电装置而得到的仰视图。
如图1所示，本发明的实施方式1的压电装置100包括基板110、压电元件120以及盖部130。
基板110具有第1主面111和位于与第1主面111相反的那一侧的第2主面112。在基板110形成有第1贯通孔113。第1贯通孔113的细节见后述。
如图1和图3所示，在本实施方式中，基板110在从第1主面111的法线方向观察时具有矩形的外形。在从上述法线方向观察时，基板110的一边的长度例如是1mm以上且3mm以下。基板110的上述法线方向上的厚度例如是0.1mm以上且0.3mm以下。
作为基板110，例如能够举出玻璃环氧基板等由将树脂与玻璃纤维组合而成的材料构成的基板、低温共烧陶瓷(LTCC：Low Temperature Co-fired Ceramics)多层基板或由包括氧化铝等的陶瓷材料构成的基板等。
如图1所示，在第1主面111上，多个第1电极141位于相互分开的位置。此外，在图1中，仅图示多个第1电极141中的一个。多个第1电极141分别与压电元件120所具有的后述的电极相互电连接。
在第2主面112上，多个第2电极142各自位于相互分开的位置。在压电装置100安装于安装基板时，多个第2电极142各自与安装基板电连接。
在本实施方式中，多个第1电极141各自与所述多个第2电极142中的任一个第2电极142利用导通孔电极143相互电连接。导通孔电极143位于以从第1主面111到达第2主面112的方式贯通基板110的位置。
如图1和图2所示，压电元件120位于第1主面111上。压电元件120包含基部121和膜片部122。
基部121位于第1主面111上，并且，在从第1主面111的法线方向观察时具有环状的外形。在本实施方式中，在从上述法线方向观察时，基部121的周侧面是矩形。在从上述法线方向观察时，基部121的周侧面也可以是圆形或多边形。
膜片部122在从上述法线方向观察时位于基部121的内侧。膜片部122支承于基部121。因此，压电元件120在基板110侧形成有被基部121和膜片部122包围而成的凹部。
在本实施方式中，膜片部122在从上述法线方向观察时具有矩形的外形，具体而言，具有正方形的外形。从上述法线方向观察时的膜片部122的一边的长度例如是0.5mm以上且1.5mm以下。膜片部122也可以在从上述法线方向观察时具有圆形或其他多边形的外形。膜片部122的上述法线方向上的厚度例如是0.5μm以上且6.0μm以下。
在膜片部122形成有从基板110侧贯通到与基板110侧相反的那一侧的贯通狭缝123。在本实施方式中，通过形成有贯通狭缝123，膜片部122具有多个梁部124。在本实施方式中，多个梁部124各自的一端支承于基部121。也可以是，多个梁部124各自的两端支承于基部121。
在本实施方式中，多个梁部124在从上述法线方向观察时以关于膜片部122的中心部成为旋转对称的方式形成。由此，在膜片部122驱动时，多个梁部124各自以彼此相同的方式变形，因此能够抑制位于多个梁部124彼此之间的贯通狭缝123的宽度过度扩大。进而，能够抑制利用压电元件120收发的超声波穿过贯通狭缝123。
在本实施方式中，在从上述法线方向观察时，多个梁部124各自具有大致三角形的外形，但多个梁部124各自的外形没有特别限定。多个梁部124各自也可以在从上述法线方向观察时具有多边形的外形。多个梁部124各自也可以从基部121弯曲并伸出。在多个梁部124各自的一端支承于基部121的情况下，多个梁部124各自的从上述一端到另一端的长度的尺寸是膜片部122的厚度的尺寸的至少5倍以上以使多个梁部124各自能够容易地振动。
在本实施方式中，贯通狭缝123的宽度是10μm以下。由此，在多个梁部124各自变形时，能够抑制位于多个梁部124彼此之间的贯通狭缝123的宽度过度扩大。
接着，说明形成于基板110的第1贯通孔113。如图1所示，第1贯通孔113形成于与膜片部122面对的位置。另外，第1贯通孔113以从第1主面111到达第2主面112的方式形成。由此，膜片部122与基板110之间的空间与基板110的第2主面112侧的空间相互连接。
如图1和图3所示，在本实施方式中，在从法线方向观察时，膜片部122与基部121的分界X位于比第1贯通孔113靠外侧的位置。第1贯通孔113在从上述法线方向观察时具有圆形的外形。第1贯通孔113也可以在从上述法线方向观察时具有矩形的外形。第1贯通孔113的开口径例如是0.1mm以上且1.4mm以下。
在本实施方式中，也可以是，在第1贯通孔113的至少局部填充有多孔质材料。由此，能够抑制灰尘或水等异物从第2主面112侧的外部空间穿过第1贯通孔113而向第1主面111侧侵入。在上述多孔质材料位于填充第1贯通孔113的位置的情况下，优选的是，上述多孔质材料具有连续气泡。
另外，本实施方式的压电装置100还包括在从法线方向观察时在第2主面112上位于包围第1贯通孔113的位置的环状电极144。在安装压电装置100时，环状电极144与设于安装基板上的电极电接合。也可以是，多个第1电极141的一个与环状电极144电连接而不与第2电极142电连接。
接着，说明基部121和膜片部122各自的结构的细节。
如图1所示，在本实施方式中，基部121由位于最靠基板110侧的位置的支承层121a、相对于支承层121a位于与基板110侧相反的那一侧的箱层121b以及相对于箱层121b位于与支承层121a侧相反的那一侧的由多个层构成的层叠体构成。
支承层121a例如由单晶硅层构成，箱层121b例如由SiO2构成。在本实施方式中，上述层叠体在从上述法线方向观察时向基部121的内侧伸出，构成膜片部122的局部。在本实施方式中，基部121具有由压电体层122a、中间层122d以及活性层122e构成的层叠体。
如图1所示，在本实施方式中，膜片部122至少具有压电体层122a、上部电极层122b以及下部电极层122c。在膜片部122中，上部电极层122b在上述法线方向上以隔着压电体层122a而与下部电极层的至少局部相对的方式配置。
作为压电体层122a，例如，能够使用由钽酸锂或铌酸锂构成的单晶压电体层。压电体层122a也可以由旋转Y切割的单晶压电体构成。在压电体层122a由旋转Y切割的单晶压电体层构成，该旋转Y切割的单晶压电体层由钽酸锂或铌酸锂构成的情况下，多个梁部124各自的上述法线方向上的机械特性彼此不同。
膜片部122还具有位于下部电极层122c的基板110侧的中间层122d和位于中间层122d的基板110侧的活性层122e。中间层122d例如由SiO2构成。活性层122e例如由单晶硅层构成。
膜片部122具有与上述法线方向垂直的应力中性面。膜片部122的应力中性面位于膜片部122的上述法线方向上的大致中央。在本实施方式中，压电体层122a相对于膜片部122的应力中性面而位于与基板110侧相反的那一侧。压电体层122a也可以相对于膜片部122的应力中性面而位于基板110侧。
在本实施方式中，施加有电压的压电体层122a要在与上述法线方向垂直的面内方向上伸缩。另一方面，构成膜片部122的压电体层122a以外的层与压电体层122a直接或间接地接合，因此以约束压电体层122a的面内方向的伸缩的方式对压电体层122a作用。压电体层122a相对于膜片部122的应力中性面而位于基板110侧或与基板110侧相反的那一侧，因此通过压电体层122a被其他层约束且在面内方向上伸缩，膜片部122整体在上述法线方向上弯曲。膜片部122支承于基部121，因此通过膜片部122在上述法线方向上弯曲，膜片部122振动。
如图1和图2所示，在本实施方式中，压电元件120还包含多个焊盘电极125。多个焊盘电极125各自分别经由连接配线126而与上部电极层122b和下部电极层122c电连接。多个焊盘电极125各自通过利用多个焊线150的各个焊线150而与多个第1电极141引线接合，从而与多个第1电极141分别电连接。
在本实施方式中，压电元件120利用位于基部121与第1主面111之间的压电元件接合部129而与基板110接合。压电元件接合部129例如由芯片焊接剂等粘接剂构成。
如图1和图3所示，在本实施方式中，利用压电元件接合部129，在从上述法线方向观察时，在基部121的整周的范围，基部121与基板110的第1主面111无间隙地接合。压电元件接合部129具有液密性。由此，相对于压电元件120与基板110的接合界面，能够使从上述法线方向观察时的基部121的内侧与基部121的外侧相互声分离。另外，在本实施方式中，基部121的基板110侧的面在整面的范围借助压电元件接合部129而与基板110的第1主面111接合。
此外，在基部121的局部与基板110的第1主面111利用压电元件接合部129相互接合的情况下，也可以是，在形成于基部121与基板110的第1主面111之间的间隙添加填充添加的芯片焊接件或其他构件。由此，也可以是，相对于压电元件120与基板110的接合界面，使基部121的内侧与基部121的外侧相互声分离。
如图1所示，在本实施方式中，压电元件120在从上述法线方向观察时具有矩形的外形。在从上述法线方向观察时，压电元件120的一边的长度例如是0.6mm以上且1.5mm以下。压电元件120的上述法线方向的厚度例如是0.2mm以上且0.5mm以下。
在本实施方式中，压电元件120是所谓的MEMS(Micro Electro MechanicalSystems)元件。在本实施方式中，压电元件120能够以比较低的频率使膜片部122振动而放出超声波或接收超声波。在本实施方式中，这些超声波的频率具体而言是约20kHz以上且60kHz以下。
如图1所示，盖部130位于第1主面111上。在本实施方式中，盖部130在从上述法线方向观察时具有与基板110的外形大致相同的外形。
盖部130在第1主面111侧与压电元件120分开且覆盖压电元件120。盖部130以不与多个焊线150分别相互接触的方式构成。
在本实施方式中，盖部130由一体的构件构成，由基板110侧为凹状的外壳部131构成。盖部130的厚度例如是0.1mm以上且0.3mm以下。
在本实施方式中，盖部130与基板110利用具有液密性的接合部132相互接合。在本实施方式中，利用接合部132，盖部130在从上述法线方向观察时在盖部的外周端的整周的范围与第1主面111无间隙地接合。由此，相对于接合部132，压电元件120侧的内部空间和与上述内部空间相反的那一侧的外部空间实质上声分离。作为接合部132，能够使用以往公知的粘接剂。
在本实施方式中，盖部130由金属材料或树脂材料构成。盖部130既可以通过对由上述材料构成的构件进行切削加工或冲压加工而成形，也可以通过模制成形而成形。
如图1所示，在本发明的实施方式1的压电装置100中，通过对多个第2电极142各自施加电压，从而对与多个第2电极142分别电连接的上部电极层122b和下部电极层122c之间施加电压。由此，位于上部电极层122b与下部电极层122c之间的压电体层122a驱动。通过压电体层122a驱动，膜片部122振动，产生超声波1。该超声波1从第1贯通孔113向外部空间放出。
另外，在利用压电装置100接收超声波等声波的情况下，超声波从外部空间穿过第1贯通孔113而到达膜片部122，从而使膜片部122振动。由此，压电体层122a被驱动。在从两侧夹着被驱动的压电体层122a的上部电极层122b与下部电极层122c之间产生电位差。该电位差能够利用与上部电极层122b和下部电极层122c分别电连接的多个第2电极142检测。这样，在本实施方式的压电装置100中，能够接收超声波。
接着，说明本发明的实施方式1的超声波换能器。图4是表示本发明的实施方式1的超声波换能器的结构的剖视图。
如图4所示，本发明的实施方式1的超声波换能器10包括安装基板11、安装于安装基板11的压电装置100以及壳体12。
安装基板11与第2主面112面对。具体而言，位于第2主面112上的多个第2电极142分别与安装基板11上的各个第3电极11a相互电连接。
在安装基板11形成有第3贯通孔11c。第3贯通孔11c的压电装置100侧的端部位于与第1贯通孔113面对的位置。在本实施方式中，第3贯通孔11c从安装基板11的压电装置100侧的面到达与压电装置100侧相反的那一侧的面呈直线状形成。
在安装基板11的压电装置100侧的面上，在从法线方向观察时，设有位于包围第3贯通孔11c的位置的对应环状电极11b。对应环状电极11b与压电装置100的环状电极144相互电接合。由此，在超声波穿过第1贯通孔113与第3贯通孔11c之间时，能够抑制超声波从压电装置100与安装基板11之间向外部穿过。
如图4所示，壳体12收纳安装基板11和压电装置100。在图4中，仅图示与安装基板11面对的部分。在壳体12形成有与第3贯通孔11c面对的第4贯通孔12a。在本实施方式中，第4贯通孔12a的孔径随着从安装基板11侧朝向与安装基板11侧相反的那一侧而扩大。
在本发明的实施方式1中，从膜片部122穿过第1贯通孔113、第3贯通孔11c以及第4贯通孔12a而到达第4贯通孔12a的与压电装置100侧相反的那一侧的端部的距离D是1.28mm以上且4.17mm以下。
上述距离D的上述数值范围如以下这样设定。在本发明的实施方式1中，上述距离D设定为从膜片部122的基板110侧的端面到第4贯通孔12a的与压电装置100侧相反的那一侧的端部产生气柱共振。即，上述距离D设定为下述式(1)的关系成立。在下述式(1)中，f是收发的超声波的频率，c是声速，a是将从膜片部122的基板110侧的部分到第4贯通孔12a的与压电装置100侧相反的那一侧的端部视为一个贯通孔时的孔径的平均值。此外，在下述式(1)中，通过对上述距离D添加(8a/3π)而进行开口端校正。
[数1]
在上述式(1)中，收发的超声波的频率f越大，设定的上述距离D越小，上述频率f越小，设定的上述距离D越大。另外，上述孔径的平均值a越大，设定的上述距离D越小，上述孔径的平均值a越小，设定的上述距离D越大。
在此，在本实施方式中，收发的超声波的频率f是20kHz以上且50kHz以下，上述孔径的平均值a是0.1mm以上且0.5mm以下。并且，在上述频率f是最大的50kHz、上述孔径的平均值a是最大的0.5mm的情况下，基于上述式(1)，上述距离D设定为1.28mm。另外，在上述频率f是最小的20kHz、上述孔径的平均值a是最小的0.1mm的情况下，基于上述式(1)，上述距离D设定为4.17mm。因而，在本实施方式中，上述距离D设定为1.28mm以上且4.17mm以下。
在安装基板11与壳体12之间，壳体连接件13位于不遮挡第3贯通孔11c和第4贯通孔12a的位置。壳体连接件13固定安装基板11相对于壳体12的导电位置。壳体连接件13例如是密封件或垫片。壳体连接件13在从上述法线方向观察时位于包围第3贯通孔11c的位置。
如上述那样，在本发明的实施方式1的压电装置100中，在基板110的与膜片部122面对的位置形成有从第1主面111到达第2主面112的第1贯通孔113。在膜片部122形成有贯通狭缝123。
通过形成有贯通狭缝123，压电体层122a的残余应力降低。由于压电体层122a的残余应力降低，膜片部122能够以比较低的频率振动。由此，压电元件120能够收发比较低频率的超声波。进而，比较低频率的超声波的波长比较长，因此难以产生由第1贯通孔113的长度的尺寸误差产生的由共振引起的增幅量的降低。这样，在本实施方式中，通过形成有贯通狭缝123，能够提高压电装置100的装置特性。
在本实施方式中，通过形成有贯通狭缝123，膜片部122具有多个梁部124。多个梁部124各自的一端支承于基部121。
由此，在膜片部122振动时，多个梁部124各自的变形量变大，因此能够进一步提高压电装置100的装置特性。另外，与两端支承于基部121的梁部相比，多个梁部124各自的由基部121施加的约束力变小。由此，能够进一步降低能够利用压电装置100收发的超声波的频率。
在本实施方式中，盖部130与基板110利用具有液密性的接合部132相互接合。
由此，能够抑制利用膜片部122的振动收发的超声波在盖部130与基板110之间穿过。进而，能够抑制位于超声波能够穿过的部分的附近的梁部和位于与上述部分分开的位置的梁部以彼此不同的变形量和频率振动。
在本实施方式中，在从上述法线方向观察时，膜片部122与基部121的分界X位于比第1贯通孔113靠外侧的位置。
由此，基部121的端面整面与基板110的第1主面111相互接合，因此能够进一步抑制超声波1从基部121与基板110之间穿过。另外，能够将压电元件120更牢固地固定于基板110。
本实施方式的压电装置100还包括在从上述法线方向观察时在第2主面112上位于包围第1贯通孔113的位置的环状电极144。
由此，在将压电装置100安装于安装基板11时，能够使环状电极144与安装基板11的对应环状电极11b接合。进而，能够抑制超声波从压电装置100与安装基板11之间穿过。
在本发明的实施方式1的超声波换能器10中，在安装基板11形成有第3贯通孔11c。第3贯通孔11c的压电装置100侧的端部位于与第1贯通孔113面对的位置。
由此，通过除了第1贯通孔113以外利用安装基板11的第3贯通孔11c，能够使能够利用压电元件120收发的超声波中的比较长的波长的超声波，即，比较低的频率的超声波共振。
本发明的实施方式1的超声波换能器10还包括收纳安装基板11和压电装置100的壳体12。在壳体12形成有与第3贯通孔11c面对的第4贯通孔12a。
由此，通过除了第1贯通孔113和第3贯通孔11c以外利用第4贯通孔12a，能够使能够利用膜片部122收发的超声波中的更长的波长的超声波，即，更低的频率的超声波共振。
在本发明的实施方式1中，从膜片部122穿过第1贯通孔113、第3贯通孔11c以及第4贯通孔12a而到达第4贯通孔12a的与压电装置100侧相反的那一侧的端部的距离是1.28mm以上且4.17mm以下。
由此，能够使在以往的压电装置中仅利用第1贯通孔113无法共振的频率比较低的超声波共振。
接着，说明本发明的实施方式1的从第1变形例到第4变形例的压电装置。在本发明的实施方式1的从第1变形例到第4变形例的压电装置中，第1贯通孔的结构与本发明的实施方式1的压电装置100不同。
图5是表示本发明的实施方式1的第1变形例的压电装置的结构的剖视图。图6是从箭头Ⅵ方向观察图5所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
如图5和图6所示，在本发明的实施方式1的第1变形例的压电装置100A中，在从上述法线方向观察时，膜片部122与基部121的分界X位于比第1贯通孔113A的外形靠内侧的位置。在从上述法线方向观察时，压电元件120的外周缘位于比第1贯通孔113A靠外侧的位置。
由此，即使在第1贯通孔113A与压电元件120的基部121的相对位置关系产生尺寸误差的情况下，也能够抑制在膜片部122处收发的超声波1被基板110遮挡。而且，在本变形例中，膜片部122具有多个梁部124，因此能够抑制产生上述尺寸误差而超声波1的一部分被基板110遮挡，多个梁部124中的仅一部分的负载变大的情况。
图7是表示本发明的实施方式1的第2变形例的压电装置的结构的剖视图。图8是从箭头Ⅷ方向观察图7所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
如图7和图8所示，在本发明的实施方式1的第2变形例的压电装置100B中，从上述法线方向观察时，膜片部122与基部121的分界X位于与第1贯通孔113B重叠的位置。
在本变形例中也是，与本发明的实施方式1同样，通过在膜片部122形成有贯通狭缝123，能够降低能够收发的超声波1的频率。不过，如图7所示，在上述法线方向上，膜片部122与基部121的分界X位于与第1贯通孔113B重叠的位置，因此超声波1的一部分被基板110遮挡。
图9是表示本发明的实施方式1的第3变形例的压电装置的结构的剖视图。图10是从箭头X方向观察图9所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
如图9和图10所示，在本发明的实施方式1的第3变形例的压电装置100C中，作为第1贯通孔，形成有多个第1贯通孔113C。在从上述法线方向观察时，在基板110的与膜片部122对应的区域中，多个第1贯通孔113C各自等间隔地配置为矩阵状。
由此，能够使膜片部122的各部分的负载均匀，并且减小多个第1贯通孔113C的每一个的孔径，因此能够抑制灰尘或水分等异物向基板110与压电元件120之间侵入。
此外，在本变形例中，从上述法线方向观察时，多个第1贯通孔113C中的位于最外周侧的多个第1贯通孔113C各自的中心位于沿着膜片部122与基部121的分界X的位置。由此，即使在膜片部122相对于多个第1贯通孔113C的位置产生一些尺寸误差的情况下，也能够抑制在膜片部122处收发的超声波1被基板110遮挡。另外，在本变形例中，膜片部122具有多个梁部124，因此能够抑制产生上述尺寸误差而超声波1的一部分被基板110遮挡，多个梁部124中的仅一部分的负载变大的情况。
图11是表示本发明的实施方式1的第4变形例的压电装置的结构的剖视图。图12是从箭头Ⅻ方向观察图11所示的压电装置时的表示压电装置的结构的仰视图。
如图11和图12所示，在本发明的实施方式1的第4变形例的压电装置100D中，与本发明的实施方式1的第3变形例的压电装置的结构同样，形成有多个第1贯通孔113D。另外，在从法线方向观察时，在基板110的与膜片部122对应的区域中，多个第1贯通孔113D各自等间隔地配置为矩阵状。由此，能够使膜片部122的各部分的负载均匀，并且抑制灰尘或水分等异物向基板110与压电元件120之间侵入。
不过，在本发明的实施方式1的第4变形例中，多个第1贯通孔113D中的位于最外周侧的多个第1贯通孔113D的一些在从上述法线方向观察时位于比膜片部122与基部121的分界X靠内侧的位置。
接着，说明本发明的实施方式1的第5变形例的压电装置。在本发明的第5变形例的压电装置中，压电元件的膜片部的结构与本发明的实施方式1的压电装置100不同。
图13是表示本发明的实施方式1的第5变形例的压电元件的俯视图。在图13中，从与图2相同的方向观察压电元件并图示。
如图13所示，在本发明的实施方式1的第5变形例的压电元件120E中，膜片部122E在从上述法线方向观察时具有圆形的外形。在本变形例中，在膜片部122E形成有多个贯通狭缝123E。多个贯通狭缝123E各自在从上述法线方向观察时以关于膜片部122E的中心在周向上等间隔地排列的方式形成。多个贯通狭缝123E各自从基部121与膜片部122E的分界X朝向膜片部122E的中心延伸。由此，在本变形例中，在膜片部122E的中央形成有圆形的板状部127E。
在本变形例中，多个梁部124E分别在一端支承于基部121，在另一端与板状部127E连接。与本发明的实施方式1的压电装置100同样，在本变形例中也是，通过板状部127E与多个梁部124E一起振动，压电元件120E能够收发比较低频率的超声波。
接着，说明本发明的实施方式1的第6变形例的超声波换能器。在本发明的实施方式1的第6变形例的超声波换能器中，第3贯通孔的结构与本发明的实施方式1的超声波换能器不同。
图14是表示本发明的实施方式1的第6变形例的超声波换能器的结构的剖视图。如图14所示，在本发明的实施方式1的第6变形例的超声波换能器10F中，第3贯通孔11cF以从安装基板11的压电装置100侧的面穿过弯曲的路径而到达与压电装置100侧相反的那一侧的面的方式形成。由此，能够减薄安装基板11的厚度，并且延长从膜片部122穿过第1贯通孔113、第3贯通孔11cF以及第4贯通孔12a而到达第4贯通孔12a的与压电装置100侧相反的那一侧的端部的距离D的长度。
(实施方式2)
以下，说明本发明的实施方式2的压电装置。在本发明的实施方式的压电装置中，盖部的结构主要与本发明的实施方式1的压电装置100不同。因此，对与本发明的实施方式1的压电装置100同样的结构不重复说明。
图15是表示本发明的实施方式2的压电装置的结构的剖视图。图16是从箭头XⅥ方向观察图15所示的压电装置而得到的俯视图。
如图15和图16所示，在本发明的实施方式2的压电装置200中，盖部230具有框状部233和底板部234。
框状部233在从上述法线方向观察时具有矩形环状的外形。框状部233的框的厚度例如是0.5mm以上且1.0mm以下。在框状部233的基板110侧的面上配置有多个第4电极246。在框状部233的与基板110侧相反的那一侧的面上配置有多个第5电极247。第4电极246与第5电极247利用第2中继导通孔电极248b相互电连接。第2中继导通孔电极248b位于以从框状部233的基板110侧的面到达与基板110侧相反的那一侧的面的方式贯通的位置。
多个第4电极246各自也可以在从上述法线方向观察时在框状部233的整周的范围形成为环状。此时，也可以利用钎焊或焊接将多个第4电极246分别与基板110相互接合。由此，也可以是，相对于第4电极246，压电元件120侧的内部空间和与内部空间相反的那一侧的外部空间实质上声分离。
作为框状部233，能够利用能够用作基板110的基板构成。此外，在利用由陶瓷材料构成的基板构成框状部233的情况下，在将烧成前的陶瓷材料加工为期望的形状之后，通过烧成该陶瓷材料而形成框状部233。
在本实施方式中，框状部233与基板110利用具有液密性的接合部232相互接合。
第4电极246与多个第1电极141分别相互电连接。具体而言，多个第1电极141分别与位于基板110的内部的内部电极245利用导通孔电极143相互电连接。在本实施方式中，导通孔电极143不到达第2主面112。内部电极245与第4电极246利用第1中继导通孔电极248a相互电连接。第4电极246与第1中继导通孔电极248a利用导电性粘接剂或钎焊相互接合。
底板部234是板状的构件。底板部234除了不具有贯通孔以外，在从上述法线方向观察时具有与基板110的外形大致相同的外形。底板部234的厚度例如是0.1mm以上且0.3mm以下。
在底板部234的与基板110侧相反的那一侧的面上，多个第2电极242分别位于相互分开的位置。即，在本实施方式中，多个第2电极不位于第2主面112上。多个第2电极242分别与框状部233上的多个第5电极247的各个第5电极247利用第3中继导通孔电极248c相互电连接。第3中继导通孔电极248c位于以从底板部234的基板110侧的面到达与基板110侧相反的那一侧的面的方式贯通的位置。第3中继导通孔电极248c与各个第5电极247利用导电性粘接剂或钎焊相互接合。
在本实施方式中，框状部233与底板部234利用具有液密性的中间接合部235相互接合。作为中间接合部235，能够使用以往公知的粘接剂。
第5电极247也可以在从上述法线方向观察时在框状部233的整周的范围形成为环状。此时，也可以利用钎焊或焊接将第5电极247与底板部234相互接合。由此，也可以是，相对于第5电极247，压电元件120侧的内部空间和与内部空间相反的那一侧的外部空间实质上声分离。
即，在本实施方式中，通过对多个第2电极242分别施加电压，从而经由第3中继导通孔电极248c、第5电极247、第2中继导通孔电极248b、第4电极246、第1中继导通孔电极248a、内部电极245、导通孔电极143、第1电极141而对上部电极层122b与下部电极层122c之间施加电压。另外，在上部电极层122b与下部电极层122c之间产生的电位差能够经由上述多个电极和上述多个导通孔电极而利用多个第2电极242检测。
接着，说明将本实施方式的压电装置200安装于安装基板的方法。在将本实施方式的压电装置200安装于安装基板时，使用具有吸附筒夹的搭载机。图17是表示本发明的实施方式2的压电装置由吸附筒夹保持的状态的图。
如图17所示，通过将形成于吸附筒夹2的内侧的吸附孔3设为负压，从而以吸附于吸附筒夹2的状态保持压电装置200。在本实施方式中，为了将第2电极242与安装基板的电极接合而将基板110的第2主面112吸附于吸附筒夹2。
在本实施方式中，将基板110的第2主面112吸附于吸附筒夹2，因此有时在上述法线方向上第1贯通孔113与吸附孔3位于重叠的位置。由此，被基板110和压电元件120包围的空间相对于压电装置200的外部空间的压力成为负压。
在本实施方式中，通过在膜片部122设有贯通狭缝123，相对于膜片部122位于盖部230侧的空间的空气4也被吸出，因此相对于膜片部122位于盖部230侧的空间也相对于压电装置200的外部空间的压力成为负压。即，被基板110和压电元件120包围的空间的压力与相对于膜片部122位于盖部230侧的空间的压力之差利用贯通狭缝123减小。由此，能够抑制膜片部122变形而破损。
而且，在本实施方式中，多个梁部124各自在一端被支承，因此当在上述两个空间产生压力差时，以多个梁部124的另一端在上述法线方向上翘曲的方式变形。通过多个梁部124各自变形，贯通狭缝123的宽度扩大，能够抑制上述压力差成为一定以上的大小的情况。
接着，说明本发明的实施方式2的第1变形例和第2变形例的压电装置。本发明的第1变形例和第2变形例的压电装置在基板形成有与第1贯通孔不同的贯通孔，这一点与本发明的实施方式2的压电装置不同。
图18是表示本发明的实施方式2的第1变形例的压电装置的结构的剖视图。图19是表示本发明的实施方式2的第1变形例的压电装置由吸附筒夹保持的状态的图。
如图18和图19所示，在本发明的实施方式2的第1变形例的压电装置200A中，在从上述法线方向观察时，在基板110的位于压电元件120的外侧且与盖部230接合的接合部232的内侧的位置形成有从第1主面111到达第2主面112的第2贯通孔214A。
在本变形例中，通过形成有第1贯通孔113和第2贯通孔214A，在利用吸附筒夹2保持时，空气还能够从第2贯通孔214A穿过。由此，能够进一步减小被盖部230、压电元件120以及基板110包围的空间与仅由基板110和压电元件120包围的空间的压力差。进而，能够进一步抑制膜片部122的变形。
另外，在本实施方式中，能够将第2贯通孔214A还用作用于使超声波穿过的孔。此时，也可以是，以在相对于压电元件120位于盖部230侧的空间中引起穿过第2贯通孔214A而收发的超声波的亥姆霍兹共振的方式构成压电装置200A。具体而言，调整第2贯通孔214A的长度L、第2贯通孔214A的开口面积S以及被基板110、压电元件120以及盖部230包围的空间的体积V以使由下述式(2)表示的共振频率f的值接近利用压电元件120收发的超声波的频率。此外，下述式(2)中的c是声速，ΔL是第2贯通孔214A的开口端校正的长度。
[数2]
图20是表示本发明的实施方式2的第2变形例的压电装置的结构的剖视图。
如图20所示，在本发明的实施方式2的第2变形例的压电装置200B中，在基板110形成有多个第1贯通孔213B作为第1贯通孔，并且，形成有多个第2贯通孔214B作为第2贯通孔。
由此，在利用吸附筒夹2保持时，在被盖部230、压电元件120以及基板110包围的空间和仅被基板110和压电元件120包围的空间各自中，能够抑制气压局部升高。另外，能够减小多个第1贯通孔213B和多个第2贯通孔214B各自的孔径，因此能够抑制异物向上述两个空间分别侵入。
在上述的实施方式的说明中，也可以将能够组合的结构相互组合。
应该认为本次公开的实施方式在所有的方面为例示而并非限制。本发明的范围由权利要求书表示而不由上述的说明表示，意图包含在与权利要求书等同的含义和范围内的所有的变更。
附图标记说明
1、超声波；2、吸附筒夹；3、吸附孔；4、空气；10、10F、超声波换能器；11、安装基板；11a、第3电极；11b、对应环状电极；11c、11cF、第3贯通孔；12、壳体；12a、第4贯通孔；13、壳体连接件；100、100A、100B、100C、100D、200、200A、200B、压电装置；110、基板；111、第1主面；112、第2主面；113、113A、113B、113C、113D、213B、第1贯通孔；120、120E、压电元件；121、基部；121a、支承层；121b、箱层；122、122E、膜片部；122a、压电体层；122b、上部电极层；122c、下部电极层；122d、中间层；122e、活性层；123、123E、贯通狭缝；124、124E、梁部；125、焊盘电极；126、连接配线；127E、板状部；129、压电元件接合部；130、230、盖部；131、外壳部；132、232、接合部；141、第1电极；142、242、第2电极；143、导通孔电极；144、环状电极；150、焊线；214A、214B、第2贯通孔；233、框状部；234、底板部；235、中间接合部；245、内部电极；246、第4电极；247、第5电极；248a、第1中继导通孔电极；248b、第2中继导通孔电极；248c、第3中继导通孔电极。

Claims (9)

1.一种压电装置，其中，
该压电装置包括：
基板，其具有第1主面和位于与该第1主面相反的那一侧的第2主面，
压电元件，其位于所述第1主面上；以及
盖部，其位于所述第1主面上，在第1主面侧与所述压电元件分开且覆盖所述压电元件；
所述压电元件包含：基部，其位于所述第1主面上，并且，在从所述第1主面的法线方向观察时具有环状的外形；以及膜片部，其在从所述法线方向观察时位于所述基部的内侧，
所述基板在与所述膜片部面对的位置形成有从所述第1主面到达所述第2主面的第1贯通孔，
在所述膜片部形成有贯通狭缝，
该压电装置还包括在从所述法线方向观察时在所述第2主面上位于包围所述第1贯通孔的位置的环状电极。
2.根据权利要求1所述的压电装置，其中，
通过形成有所述贯通狭缝，所述膜片部具有多个梁部，
所述多个梁部各自的一端支承于所述基部。
3.根据权利要求1或2所述的压电装置，其中，
所述盖部与所述基板利用具有液密性的接合部相互接合。
4.根据权利要求1或2所述的压电装置，其中，
在从所述法线方向观察时，所述膜片部与所述基部的分界位于比所述第1贯通孔靠外侧的位置。
5.根据权利要求1或2所述的压电装置，其中，
在从所述法线方向观察时，所述膜片部与所述基部的分界位于比所述第1贯通孔的外形靠内侧的位置，
在从所述法线方向观察时，所述压电元件的外周缘位于比所述第1贯通孔靠外侧的位置。
6.根据权利要求1或2所述的压电装置，其中，
作为所述第1贯通孔，形成有多个第1贯通孔，
在从所述法线方向观察时，在所述基板的与所述膜片部对应的区域中，所述多个第1贯通孔各自等间隔地配置为矩阵状。
7.一种超声波换能器，其中，
该超声波换能器包括：
安装基板；以及
压电装置，其安装于所述安装基板，
所述压电装置包含：
基板，其具有第1主面和位于与该第1主面相反的那一侧的第2主面；
压电元件，其位于所述第1主面上；以及
盖部，其位于所述第1主面上，在第1主面侧与所述压电元件分开且覆盖所述压电元件，
所述压电元件具有：基部，其位于所述第1主面上，并且，在从所述第1主面的法线方向观察时具有环状的外形；以及膜片部，其在从所述法线方向观察时位于所述基部的内侧，
所述基板在与所述膜片部面对的位置形成有从所述第1主面到达所述第2主面的第1贯通孔，
在所述膜片部形成有贯通狭缝，
所述安装基板与所述第2主面面对，
在所述安装基板形成有第3贯通孔，
所述第3贯通孔的压电装置侧的端部位于与所述第1贯通孔面对的位置。
8.根据权利要求7所述的超声波换能器，其中，
该超声波换能器还包括收纳所述安装基板和所述压电装置的壳体，
在所述壳体形成有与所述第3贯通孔面对的第4贯通孔。
9.根据权利要求8所述的超声波换能器，其中，
从所述膜片部穿过所述第1贯通孔、所述第3贯通孔以及所述第4贯通孔而到达所述第4贯通孔的与压电装置侧相反的那一侧的端部的距离是1.28mm以上且4.17mm以下。
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