DE112021001186T5

DE112021001186T5 - Piezoelektrisches bauelement

Info

Publication number: DE112021001186T5
Application number: DE112021001186.3T
Authority: DE
Inventors: Seiji Umezawa; Shinsuke Ikeuchi; Masayuki Suzuki; Matti LIUKKU; Ville-Pekka Rytkonen; Anssi Blomqvist; Ville Kaajakari
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-12-15
Also published as: JP7420234B2; WO2021220566A1; US20230038607A1; JPWO2021220566A1; CN115428175A

Abstract

Ein Verbindungsteil (130) ist so vorgesehen, dass dasselbe zwischen einem Paar von Trägerteilen (120) zurückgeklappt werden kann Das Verbindungsteil (130) umfasst ein erstes Kopplungsteil, ein zweites Kopplungsteil und ein Überbrückungsteil. Das erste Kopplungsteil erstreckt sich entlang einem Schlitz und ist mit einem Trägerteil des Paars von Trägerteilen (120) verbunden. Das zweite Kopplungsteil erstreckt sich entlang dem Schlitz und ist mit dem anderen Trägerteil des Paars von Trägerteilen (120) verbunden. Das Überbrückungsteil ist zwischen dem Schlitz und einer Öffnung positioniert und ist mit jedem des ersten Kopplungsteils und des zweiten Kopplungsteils verbunden. Mehrere Trägerteile (120) sind angeordnet, so dass jedes Trägerteil dazwischen angeordnet ist durch Schlitze, die sich jeweils in Richtungen erstrecken, die einander schneiden, wobei die mehreren Trägerteile (120) über das Verbindungsteil (130) in der Umfangsrichtung eines ringförmigen Basisteils (110) miteinander verbunden sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische Bauelemente.
Hintergrundtechnik
Die US Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2019/0110132 (Patentdokument 1) offenbart eine Konfiguration eines piezoelektrischen Bauelements. Das in Patentdokument 1 beschriebene piezoelektrische Bauelement umfasst eine Mehrzahl von Platten und eine Mehrzahl von Federn. Jede der Mehrzahl von Federn verbindet zwei benachbarte Platten miteinander. Jede der Mehrzahl von Federn umfasst einen ersten Federarm und einen zweiten Federarm, die einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Platten zwischen sich aufnehmen. Jeder des ersten Federarms und des zweiten Federarms umfasst Abschnitte, die geätzte Abschnitte der Platte umgeben.
Referenzliste
Patentdokument
Patentdokument 1: US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2019/0110132
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem im Patentdokument 1 offenbarten piezoelektrischen Bauelement ist ein Wurzelabschnitt der Feder an einer Spitze gegenüber einer festen Endseite der Platte angeordnet, die ein Trägerabschnitt sind. Da an dem Wurzelabschnitt der Feder eine Spannungskonzentration auftritt, wenn die Federn an zwei Endkanten angeordnet sind, die einander an den Spitzen der Platten schneiden, und die Wurzelabschnitte der beiden Federn nahe zueinander sind, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass zwischen den Wurzelabschnitten ein Riss auftritt und Erregungscharakteristika sich verschlechtern.
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des obigen Problems durchgeführt und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein piezoelektrisches Bauelement zu schaffen, das in der Lage ist, eine Verschlechterung von Erregungscharakteristika zu unterdrücken, indem Spannungskonzentrationsabschnitte in einer Mehrzahl von Trägerabschnitten voneinander getrennt werden.
Lösung des Problems
Ein piezoelektrisches Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Basis mit einer Ringform, eine Mehrzahl von Trägerabschnitten und einen Verbindungsabschnitt. Jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten weist einen festen Endabschnitt, der mit der Basis verbunden ist, und einen Spitzenendabschnitt auf, der sich auf einer Seite gegenüber dem festen Endabschnitt befindet und sich von dem festen Endabschnitt zu dem Spitzenendabschnitt erstreckt. Der Verbindungsabschnitt verbindet von der Mehrzahl von Trägerabschnitten ein Paar von Trägerabschnitten, die in einer Umfangsrichtung der Basis benachbart zueinander sind. Jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten ist ein piezoelektrischer Schwingabschnitt, der eine Mehrzahl von Schichten umfasst. Zwischen dem Paar von Trägerabschnitten sind ein Schlitz und eine Öffnung vorgesehen. Der Schlitz ist durch Abschnitte eines Paars von zueinander benachbarten Endkanten des Paars von Trägerabschnitten gebildet. Die Öffnung befindet sich benachbart zu den Spitzenendabschnitten des Paars von Trägerabschnitten, während dieselbe von dem Schlitz beabstandet ist und durch andere Abschnitte des Paars von Endkanten gebildet ist. Der Verbindungsabschnitt ist so vorgesehen, dass derselbe zwischen dem Paar von Trägerabschnitten zurückgeklappt werden kann. Der Verbindungsabschnitt umfasst einen ersten Kopplungsabschnitt, einen zweiten Kopplungsabschnitt und einen Überbrückungsabschnitt. Der erste Kopplungsabschnitt erstreckt sich entlang dem Schlitz und ist mit einem des Paars von Trägerabschnitten verbunden. Der zweite Kopplungsabschnitt erstreckt sich entlang dem Schlitz und ist mit einem anderen des Paars von Trägerabschnitten verbunden. Der Überbrückungsabschnitt befindet sich zwischen dem Schlitz und der Öffnung und ist sowohl mit dem ersten Kopplungsabschnitt als auch dem zweiten Kopplungsabschnitt verbunden. Die Mehrzahl von Trägerabschnitten ist in der Umfangsrichtung über den Verbindungsabschnitt miteinander verbunden, während jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten zwischen Schlitzen angeordnet ist, die sich in sich schneidenden Richtungen erstrecken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verschlechterung der Erregungscharakteristika des piezoelektrischen Bauelements unterdrückt werden, indem die Spannungskonzentrationsabschnitte in jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten voneinander getrennt werden.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 1 dargestellt ist, entlang der Linie II-II.
3 ist eine vergrößerte Teildraufsicht von Teil III in 1.
4 ist eine Teildraufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Teilschnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 5 dargestellt ist, entlang der Line VI-VI.
7 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Teilschnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 7 dargestellt, entlang der Line VIII-VIII.
9 ist ein Teilschnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 7 dargestellt ist, entlang der Line IX-IX.
10 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil eines Trägerabschnitts des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Trägerabschnitts des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung während des Antriebs schematisch darstellt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das piezoelektrische Bauelement gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung durch Simulation in einer Grundschwingungsmode schwingt.
13 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine zweite Elektrodenschicht auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat vorgesehen ist bei einem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein erster Stützabschnitt vorgesehen ist, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Mehrschichtkörper mit dem ersten Stützabschnitt verbunden ist, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine piezoelektrische Schicht gebildet ist durch Schleifen des piezoelektrischen Einkristallsubstrats bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine erste Elektrodenschicht auf der piezoelektrischen Schicht vorgesehen ist bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Rille und eine Ausnehmung vorgesehen sind, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Teilschnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine erste Verbindungselektrodenschicht und eine zweite Elektrodenverbindung-Verbindungselektrodenschicht vorgesehen sind, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 20 dargestellt ist, entlang der Linie XXI-XXI.
22 ist eine Teildraufsicht, die eine Konfiguration eines Verbindungsabschnitts des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
23 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Simulationsanalyse zeigt.
24 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
25 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
26 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
27 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer vierten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
28 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer fünften Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
29 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer sechsten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
30 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer siebten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Hierin nachfolgend werden piezoelektrische Bauelemente gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sind die gleichen oder äquivalenten Abschnitte in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
Ausführungsbeispiel 1
1 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 1 dargestellt ist, entlang der Linie II-II. 3 ist eine vergrößerte Teildraufsicht von Teil III in 1.
Wie es in 1 bis 3 dargestellt ist, umfasst ein piezoelektrisches Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung eine Basis 110 mit einer Ringform, eine Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 und eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 130. Das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann als ein Ultraschallwandler verwendet werden, da jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 biegeschwingungsfähig ist.
Wie es in 1 dargestellt ist, umfasst das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung vier Trägerabschnitte 120 als die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 und vier Verbindungsabschnitte 130 als die Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 130. Die vier Trägerabschnitte 120 befinden sich jeweils entlang der gleichen Ebene. Die vier Trägerabschnitte 120 erstrecken sich jeweils in der Mitte der Basis 110 mit der Ringform und sind in einer Umfangsrichtung der Basis 110 benachbart zueinander. Jeder der vier Verbindungsabschnitte 130 befindet sich zwischen den Trägerabschnitten 120, die von den vier Trägerabschnitten 120 benachbart zueinander sind, und verbindet das Paar von Trägerabschnitten 120, die benachbart zueinander sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind die vier Trägerabschnitte 120 dazu konfiguriert, um die Mitte der Basis 110 drehsymmetrisch zu sein. Die vier Verbindungsabschnitte 130 sind ebenfalls dazu konfiguriert, um die Mitte der Basis 110 drehsymmetrisch zu sein.
Die Basis 110 ist mit festen Endabschnitten 121 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 verbunden. Von einer Laminierungsrichtung einer Mehrzahl von Schichten aus gesehen, die nachfolgend beschrieben werden, hat die Basis 110 die Ringform und hat insbesondere eine rechteckige Ringform. Es ist anzumerken, dass die Form der Basis 110 von der Laminierungsrichtung aus gesehen nicht beschränkt ist, solange die Form ringförmig ist. Die Basis 110 kann von der Laminierungsrichtung aus gesehen eine polygonale oder kreisförmige Außenumfangsseitenoberfläche und eine polygonale oder kreisförmige Innenumfangsseitenoberfläche haben.
Wie es in 2 dargestellt ist, ist jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 ein piezoelektrischer Schwingabschnitt, der eine Mehrzahl von Schichten 10 umfasst. In 1 sind einzelnen Schichten der Mehrzahl von Schichten 10 nicht dargestellt. Die Konfiguration der Mehrzahl von Schichten 10 wird nachfolgend näher beschrieben.
Wie es in 1 dargestellt ist, weist jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 den festen Endabschnitt 121 und einen Spitzenendabschnitt 122 auf. Der feste Endabschnitt 121 ist mit der Basis 110 verbunden. Die festen Endabschnitte 121 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 befinden sich jeweils in der gleichen virtuellen Ebene. Die festen Endabschnitte 121 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 sind von der Laminierungsrichtung aus gesehen jeweils mit einer Innenumfangsoberfläche der ringförmigen Basis 110 verbunden. Die festen Endabschnitte 121 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 befinden sich von der Laminierungsrichtung aus gesehen jeweils benachbart zueinander auf der Innenumfangsoberfläche. Bei dem Ausführungsbeispiel befinden sich die festen Endabschnitte 121 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 von der Laminierungsrichtung aus gesehen jeweils in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit einer Mehrzahl von Seiten der rechteckigen ringförmigen Innenumfangsoberfläche der Basis 110.
Bei dem Ausführungsbeispiel befinden sich die Spitzenendabschnitte 122 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 von der Laminierungsrichtung aus gesehen jeweils in der Nähe der Mitte der Basis 110 mit der Ringform. Jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 erstreckt sich von dem festen Endabschnitt 121 zu dem Spitzenendabschnitt 122. Das heißt, in einer Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 befindet sich der Spitzenendabschnitt 122 an einem Endabschnitt gegenüber dem festen Endabschnitt 121. Bei dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 jeweils entlang der gleichen virtuellen Ebene, wenn das piezoelektrische Bauelement 100 nicht angetrieben wird.
Wie es in 1 dargestellt ist, hat jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitte 120 von der Laminierungsrichtung aus gesehen eine sich verjüngende äußere Form. Genauer gesagt, jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 hat von der Laminierungsrichtung aus gesehen eine im Wesentlichen dreieckige äußere Form. Die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 ist eine Richtung, die die Mitte des festen Endabschnitts 121 und den Spitzenendabschnitt 122 verbindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Länge von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der Erstreckungsrichtung vorzugsweise zumindest fünfmal oder mehr einer Abmessung der Dicke von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der Laminierungsrichtung vom Gesichtspunkt der Ermöglichung von Biegeschwingung. In 2 ist die Dicke von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 schematisch dargestellt.
Wie es in 1 und 3 dargestellt ist, sind ein Schlitz 141 und eine Öffnung 142 zwischen dem Paar von Trägerabschnitten 120 von der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 vorgesehen, die in der Umfangsrichtung der Basis 110 benachbart zueinander sind. Bei dem Ausführungsbeispiel sind ferner Außenumfangsschlitze 143 vorgesehen.
Der Schlitz 141 ist durch Abschnitte eines Paars von zueinander benachbarten Endkanten des Paars von Trägerabschnitten 120 gebildet. Von der Laminierungsrichtung aus gesehen befindet sich der Schlitz 141 entlang zwei Seiten der Trägerabschnitte 120, die eine im Wesentlichen dreieckige äußere Form aufweisen. Jede der zwei Seiten erstreckt sich von dem festen Endabschnitt 121 zu dem Spitzenendabschnitt 122.
Die Öffnung 142 befindet sich benachbart zu den Spitzenendabschnitten 122 des Paars der Trägerabschnitte 120, während dieselbe von dem Schlitz 141 beabstandet ist, und ist durch andere Abschnitte des Paars von zueinander benachbarten Kanten des Paars von Trägerabschnitten 120 gebildet. Von der Laminierungsrichtung gesehen befindet sich die Öffnung 142 auf einer Erstreckungslinie des Schlitzes 141. Von der Laminierungsrichtung gesehen befindet sich die Öffnung 142 an der Mitte der Basis 110 mit der Ringform.
Der Außenumfangsschlitz 143 erstreckt sich sowohl entlang einem ersten Kopplungsabschnitt 132A als auch einem zweiten Kopplungsabschnitt 132B, die nachfolgend beschrieben werden, in einem Abstand von dem Schlitz 141 und kommuniziert mit der Öffnung 142. Genauer gesagt, der Außenumfangsschlitz 143 umfasst zwei Schlitze, die sich parallel zueinander erstrecken, mit dem Verbindungsabschnitt 130 dazwischen angeordnet.
Eine Breite von jedem des Schlitzes 141 und des Außenumfangsschlitzes 143 beträgt von der Laminierungsrichtung aus gesehen vorzugsweise 10 µm oder weniger und noch bevorzugter 1 µm oder weniger.
Wie es in 1 und 3 dargestellt ist, verbindet der Verbindungsabschnitt 130 das Paar von Trägerabschnitten 120 von der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120, die in der Umfangsrichtung der Basis 110 benachbart zueinander sind. Der Verbindungsabschnitt 130 ist so vorgesehen, dass derselbe zwischen dem Paar von Trägerabschnitten 120 zurückgeklappt werden kann.
Der Verbindungsabschnitt 130 weist einen ersten Endabschnitt 133A und einen zweiten Endabschnitt 133B auf. Der Verbindungsabschnitt 130 ist mit einem des Paars von Trägerabschnitten 120 an dem ersten Endabschnitt 133A verbunden. Der Verbindungsabschnitt 130 ist mit einem anderen des Paars von Trägerabschnitten 120 an dem zweiten Endabschnitt 133B verbunden. Der zweite Endabschnitt 133B ist mit dem ersten Endabschnitt 133A ausgerichtet, mit einem Zwischenraum in einer Richtung, in der das Paar von Trägerabschnitten 120 ausgerichtet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel hat der Verbindungsabschnitt 130 nur einen ersten Endabschnitt 133A und nur einen zweiten Endabschnitt 133B.
Genauer gesagt, der Verbindungsabschnitt 130 umfasst den ersten Kopplungsabschnitt 132A, den zweiten Kopplungsabschnitt 132B und einen Überbrückungsabschnitt 131. Der erste Kopplungsabschnitt 132A erstreckt sich entlang dem Schlitz 141 und ist mit dem einen des Paars von Trägerabschnitten 120 verbunden. Der zweite Kopplungsabschnitt 132B erstreckt sich entlang dem Schlitz 141 und ist mit dem anderen des Paars von Trägerabschnitten 120 verbunden.
Der Überbrückungsabschnitt 131 befindet sich zwischen dem Schlitz 141 und der Öffnung 142 und ist sowohl mit dem ersten Kopplungsabschnitt 132A als auch dem zweiten Kopplungsabschnitt 132B verbunden. Der Überbrückungsabschnitt 131 erstreckt sich entlang einer Richtung, in der der erste Kopplungsabschnitt 132A und der zweite Kopplungsabschnitt 132B, die benachbart zueinander sind, ausgerichtet sind.
Der erste Kopplungsabschnitt 132A ist mit einem Abschnitt des Überbrückungsabschnitts 131 verbunden, der sich auf der Seite des einen des Paars von Trägerabschnitten 120 befindet. Der zweite Kopplungsabschnitt 132B ist mit einem Abschnitt des Überbrückungsabschnitts 131 verbunden, der sich auf der Seite des anderen des Paars von Trägerabschnitten 120 befindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel haben von der Laminierungsrichtung aus gesehen jeder des Überbrückungsabschnitts 131, des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B eine rechteckige äußere Form. Die äußere Form von jedem des Überbrückungsabschnitts 131, des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist jedoch nicht auf eine bestimmte Form beschränkt. Von der Laminierungsrichtung aus gesehen kann die äußere Form von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B im Wesentlichen eine elliptische Form und eine Polygonalform sein. In jedem des Überbrückungsabschnitts 131, des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B kann eine Seitenoberfläche, die sich in der Laminierungsrichtung erstreckt, von der Laminierungsrichtung aus gesehen gebogen sein.
Wie es in 3 dargestellt ist, sind die Abmessungen der Längen des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B bei dem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich zueinander. Die Abmessungen der minimalen Breiten W des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B sind im Wesentlichen gleich zueinander. Die Abmessungen der Längen L des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B sind größer als die Abmessungen der minimalen Breiten W des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B. Die Abmessungen der Längen L des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B sind größer als die Abmessung der kürzesten Länge b von dem Überbrückungsabschnitt 131 zu der Mitte der Basis 110. Die Abmessungen der Längen L des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B sind größer als die Abmessung einer maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist größer als die Abmessungen der minimalen Breiten W des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
Je kleiner die Abmessungen der Längen L des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B, umso fester ist das Paar von Trägerabschnitten 120 miteinander verbunden und umso kleiner ist die Schwingungsschwankung des Paars von Trägerabschnitten 120. Je größer die Abmessungen der Längen L des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B, umso niedriger können die Resonanzfrequenzen der Schwingungen des Paars von Trägerabschnitten 120 sein. Je größer die Abmessungen der minimalen Breiten W des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B, umso fester ist das Paar von Trägerabschnitten 120 miteinander verbunden. Je kleiner die Abmessung der kürzesten Länge b von dem Überbrückungsabschnitt 131 zu der Mitte der Basis 110, umso fester ist das Paar von Trägerabschnitten 120 miteinander verbunden und umso weniger Luft verläuft während der Erregung des piezoelektrischen Bauelements 100 durch die Öffnung 142. Somit kann der Verlust des piezoelektrischen Bauelements 100 reduziert werden. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 beeinträchtigt die Resonanzfrequenz des Verbindungsabschnitts 130, wenn der Verbindungsabschnitt 130 schwingt.
Bei dem Ausführungsbeispiel betragen die Abmessungen der Längen L des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B beispielsweise 10 µm oder mehr und 200 µm oder weniger. Die Abmessungen der minimalen Breiten W des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B betragen beispielsweise 10 µm. Die Abmessung der kürzesten Länge b von dem Überbrückungsabschnitt 131 zu der Mitte der Basis 110 beträgt beispielsweise 25 µm. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 beträgt beispielsweise 15 µm.
Hier wird ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung mit einer anderen Form des Verbindungsabschnitts beschrieben.
4 ist eine Teildraufsicht des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung. 4 stellt einen Abschnitt dar, der ähnlich ist wie der Abschnitt des piezoelektrischen Bauelements 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, das in 3 dargestellt ist.
Wie es in 4 dargestellt ist, ist bei einem piezoelektrischen Bauelement 100a gemäß der ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung eine Seitenoberfläche des Überbrückungsabschnitts 131 in Kontakt mit der Öffnung 142 gekrümmt. Diese Krümmung der Seitenoberfläche des Überbrückungsabschnitts 131 kann eine innere Spannung in dem Verbindungsabschnitt 130 reduzieren.
Bei dem piezoelektrischen Bauelement 100a sind die Endabschnitte des Außenumfangsschlitzes 143 gegenüber der Seite der Öffnung 142 voneinander weg gebogen, so dass die Breite des ersten Kopplungsabschnitts 132A zu dem ersten Endabschnitt 133A hin breiter wird und die Breite des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu dem zweiten Endabschnitt 133B hin breiter wird.
Als Nächstes wird die Mehrzahl von Schichten 10 beschrieben. Wie es in 2 dargestellt ist, umfasst die Mehrzahl von Schichten 10 bei dem Ausführungsbeispiel eine piezoelektrische Schicht 11, eine erste Elektrodenschicht 12 und eine zweite Elektrodenschicht 13.
Die piezoelektrische Schicht 11 ist aus einem piezoelektrischen Einkristallmaterial hergestellt. Eine Schnittausrichtung der piezoelektrischen Schicht 11 ist entsprechend gewählt, um gewünschte Bauelementcharakteristika zu zeigen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die piezoelektrische Schicht 11 ein gedünntes Einkristallsubstrat und das Einkristallsubstrat ist insbesondere ein gedrehtes Y-Schnitt-Substrat. Die Schnittausrichtung des gedrehten Y-Schnitt-Substrats ist insbesondere 30°. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht 11 beträgt beispielsweise 0,3 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger. Das piezoelektrische Einkristallmaterial hat eine Polarisationsachse. Eine axiale Richtung der Polarisationsachse wird nachfolgend näher beschrieben.
Das Material, das die piezoelektrische Schicht 11 bildet, ist entsprechend ausgewählt, so dass das piezoelektrische Bauelement 100 gewünschte Bauelementcharakteristika zeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die piezoelektrische Schicht 11 aus einem anorganischen Material hergestellt. Genauer gesagt, die piezoelektrische Schicht 11 ist aus einer Alkali-Niobat-basierten Verbindung oder einer Alkalitantalat-basierten Verbindung hergestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Alkalimetall, das in der Alkali-Niobat-basierten Verbindung oder der Alkalitantalat-basierten Verbindung enthalten ist, zumindest eines von Lithium, Natrium und Kalium. Bei dem Ausführungsbespiel ist die piezoelektrische Schicht 11 aus Lithiumniobat (LiNbO₃) oder Lithiumtantalat (LiTaO₃) hergestellt.
Wie es in 2 dargestellt ist, ist die erste Elektrodenschicht 12 in der Laminierungsrichtung der Mehrzahl von Schichten 10 auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht 11 angeordnet. Die zweite Elektrodenschicht 13 ist auf der anderen Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet, um zumindest einem Teil der ersten Elektrodenschicht 12 zugewandt zu sein, mit der piezoelektrischen Schicht 11 dazwischen.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind Haftschichten (nicht dargestellt) zwischen der ersten Elektrodenschicht 12 und der piezoelektrischen Schicht 11, zwischen der zweiten Elektrodenschicht 13 und der piezoelektrischen Schicht 11 beziehungsweise zwischen der zweiten Elektrodenschicht 13 und der piezoelektrischen Schicht 11 angeordnet. In jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 sind sowohl die erste Elektrodenschicht 12 als auch die zweite Elektrodenschicht 13 vorgesehen, um nicht jedem des Schlitzes 141, der Öffnung 142 und des Außenumfangsschlitzes 143 zugewandt zu sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist jede der ersten Elektrodenschicht 12 und der zweiten Elektrodenschicht 13 aus Pt hergestellt. Jede der ersten Elektrodenschicht 12 und der zweiten Elektrodenschicht 13 kann aus einem anderen Material hergestellt sein, wie zum Beispiel AI. Die Haftschicht ist aus Ti hergestellt. Die Haftschicht kann aus einem anderen Material hergestellt sein, wie zum Beispiel NiCr. Jede der ersten Elektrodenschicht 12, der zweiten Elektrodenschicht 13 und der Haftschicht kann ein Epitaxiewachstumsfilm sein. Wenn die piezoelektrische Schicht 11 aus Lithiumniobat (LiNbO₃) hergestellt ist, ist die Haftschicht vorzugsweise aus NiCr hergestellt, vom Gesichtspunkt des Unterdrückens der Diffusion des Materials, das die Haftschicht bildet, in die erste Elektrodenschicht 12 oder die zweite Elektrodenschicht 13. Entsprechend ist die Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Bauelements 100 verbessert.
Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke von jeder der ersten Elektrodenschicht 12 und der zweiten Elektrodenschicht 13 beispielsweise 0,05 µm oder mehr und 0,2 µm oder weniger. Die Dicke der Haftschicht beträgt beispielsweise 0,005 µm oder mehr und 0,05 µm oder weniger.
Die Mehrzahl von Schichten 10 umfasst ferner eine Stützschicht 14. Die Stützschicht 14 ist auf der Seite gegenüber der Seite der ersten Elektrodenschicht 12 der piezoelektrischen Schicht 11 und auf der Seite gegenüber der Seite der piezoelektrischen Schicht 11 der zweiten Elektrodenschicht 13 angeordnet. Die Stützschicht 14 umfasst einen ersten Stützabschnitt 14a und einen zweiten Stützabschnitt 14b, die auf den ersten Stützabschnitt 14a auf der Seite gegenüber der Seite der piezoelektrischen Schicht 11 laminiert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der erste Stützabschnitt 14a aus SiO₂ hergestellt und der zweite Stützabschnitt 14b ist aus monokristallinem Si hergestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Stützschicht 14 vorzugsweise dicker als diejenige der piezoelektrischen Schicht 11, vom Gesichtspunkt der Biegeschwingung der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120. Der Mechanismus der Biegeschwingung der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 wird nachfolgend beschrieben.
Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel, wie es in 2 dargestellt ist, der Verbindungsabschnitt 130 konfiguriert, so dass die Mehrzahl von Schichten 10, die jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 bilden, in einer Richtung orthogonal zu der Laminierungsrichtung fortlaufend ist. Bei dem Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrzahl von Schichten 10 in dem Verbindungsabschnitt 130 jedoch nicht die erste Elektrodenschicht 12 und die zweite Elektrodenschicht 13.
Ferner werden Bauglieder, die die Basis 110 bilden, beschrieben. Wie es in 2 dargestellt ist, umfasst die Basis 110 bei dem Ausführungsbeispiel die Mehrzahl von Schichten 10 ähnlich wie diejenigen, die in der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 enthalten sind. Die Mehrzahl von Schichten 10 der Basis 110 ist konfiguriert, um mit der Mehrzahl von Schichten 10 von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 fortlaufend zu sein. Genauer gesagt, die piezoelektrische Schicht 11, die erste Elektrodenschicht 12, die zweite Elektrodenschicht 13 und die Stützschicht 14, die die Basis 110 bilden, sind konfiguriert, um mit den piezoelektrischen Schichten 11, den ersten Elektrodenschichten 12, den zweiten Elektrodenschichten 13 und den Stützschichten 14, die die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 bilden, jeweils fortlaufend zu sein. Die Basis 110 umfasst ferner eine Substratschicht 15, eine erste Verbindungselektrodenschicht 20 und eine zweite Verbindungselektrodenschicht 30.
Die Substratschicht 15 ist mit der Stützschicht 14 auf der Seite gegenüber der Seite der piezoelektrischen Schicht 11 in der Axialrichtung der Mittelachse der Basis 110 mit der Ringform verbunden. Die Substratschicht 15 umfasst eine erste Substratschicht 15a und eine zweite Substratschicht 15b, die auf der Seite gegenüber der Seite der Stützschicht 14 in der Axialrichtung der Mittelachse auf die erste Substratschicht 15a laminiert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die erste Substratschicht 15a aus SiO₂ hergestellt und die zweite Substratschicht 15b ist aus monokristallinem Si hergestellt.
Wie es in 2 dargestellt ist, ist die erste Verbindungselektrodenschicht 20 zu der Außenseite freigelegt, während dieselbe mit der ersten Elektrodenschicht 12 elektrisch verbunden ist, mit einer Haftschicht (nicht dargestellt) dazwischen angeordnet. Genauer gesagt, die erste Verbindungselektrodenschicht 20 ist auf der Seite gegenüber der Seite der Stützschicht 14 der zweiten Elektrodenschicht 13 in der Basis 110 angeordnet.
Die Dicke von jeder der ersten Verbindungselektrodenschicht 20 und der zweiten Verbindungselektrodenschicht 30 beträgt beispielsweise 0,1 µm oder mehr und 1,0 µm oder weniger. Die Dicke von jeder der Haftschicht, die mit der ersten Verbindungselektrodenschicht 20 verbunden ist, und der Haftschicht, die mit der zweiten Verbindungselektrodenschicht 30 verbunden ist, beträgt beispielsweise 0,005 µm oder mehr und 0,1 µm oder weniger.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist jede der ersten Verbindungselektrodenschicht 20 und der Verbindungselektrodenschicht 30 aus Au hergestellt. Die erste Verbindungselektrodenschicht 20 und die zweite Verbindungselektrodenschicht 30 können aus einem anderen leitfähigen Material hergestellt sein, wie zum Beispiel AI. Jede der Haftschicht, die mit der ersten Verbindungselektrodenschicht 20 verbunden ist, und der Haftschicht, die mit der zweiten Verbindungselektrodenschicht 30 verbunden ist, ist beispielsweise aus Ti hergestellt. Diese Haftschichten können aus NiCr hergestellt sein.
Wie es in 2 dargestellt ist, weist das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Loch 101 auf, das sich auf der Seite gegenüber der Seite der piezoelektrischen Schicht 11 in der Laminierungsrichtung öffnet. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Loch 101 ein Raum, der durch die Basis 110, die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120, die Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 130, die Mehrzahl von Schlitzen 141, die Öffnung 142 und die Mehrzahl von Außenumfangsschlitzen 143 umgeben ist.
Hier wird die Axialrichtung der Polarisationsachse des piezoelektrischen Einkristallmaterials beschrieben, das die piezoelektrische Schicht 11 bildet. Es wird bevorzugt, dass eine Axialrichtung einer virtuellen Achse, wenn die Polarisationsachse des piezoelektrischen Einkristallmaterials von der Laminierungsrichtung auf eine virtuelle Ebene orthogonal zu der Laminierungsrichtung projiziert wird, sich in allen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der gleichen Richtung erstreckt, und ein Winkel, der durch die Axialrichtung der virtuellen Achse und eine Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Schlitzen 141 gebildet wird, soll von der Laminierungsrichtung aus gesehen nicht 45° oder 135° betragen.
Genauer gesagt, bei dem Ausführungsbeispiel wird es eher bevorzugt, dass der Winkel, der durch die Axialrichtung der virtuellen Achse und die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Schlitzen 141 gebildet wird, von der Laminierungsrichtung aus gesehen 0 Grad oder mehr und 5 Grad oder weniger, 85 Grad oder mehr und 95 Grad oder weniger, oder 175 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad beträgt.
Außerdem wird es eher bevorzugt, dass der Winkel, der durch die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 und die Axialrichtung der virtuellen Achse gebildet wird, von der Laminierungsrichtung aus gesehen 40 Grad oder mehr und 50 Grad oder weniger, oder 130 oder mehr und 140 Grad oder weniger beträgt. Es wird bevorzugt, dass die Axialrichtung der virtuellen Achse in dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel die obigen Beziehungen für alle Schlitze 141 und Überbrückungsabschnitte 131 erfüllt. Der Grund für einen geeigneten Bereich für jeden Winkel, der an virtuellen Achse beteiligt ist, wird nachfolgend beschrieben.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Axialrichtung der virtuellen Achse in einer bestimmten Richtung ausgerichtet, aber die Axialrichtung der virtuellen Achse ist nicht auf eine bestimmte Richtung beschränkt.
Da außerdem bei dem Ausführungsbeispiel das piezoelektrische Einkristallmaterial die Polarisationsachse aufweist, kann eine Wärmespannung, die in der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 erzeugt wird, bewirken, dass sich jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 von der Richtung orthogonal zu der Laminierungsrichtung aus gesehen verformt. Modifikationen, bei denen jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 verformt ist, werden nachfolgend beschrieben.
5 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine Teilschnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 5 dargestellt ist, entlang der Line VI-VI.
Wie in 5 dargestellt ist, beträgt bei einem piezoelektrischen Bauelement 100b gemäß der zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung der Winkel, der durch die Axialrichtung der virtuellen Achse und jeden der Mehrzahl von Schlitzen 141 gebildet wird, von der Laminierungsrichtung aus gesehen45 Grad.
Somit unterscheiden sich bei der Modifikation ein Abstand L1 von der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 zu einem gegenüberliegenden Endabschnitt eines Trägerabschnitts 120 des Paars von Trägerabschnitten 120 und ein Abstand L2 von der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 zu einem gegenüberliegenden Endabschnitt eines anderen Trägerabschnitts 120 des Paars von Trägerabschnitten 120 in der Axialrichtung der virtuellen Achse von der Laminierungsrichtung aus gesehen voneinander. Außerdem ist der Endabschnitt des einen Trägerabschnitts 120 des Paars von Trägerabschnitten 120, der sich von der Laminierungsrichtung aus gesehen auf der Seite gegenüber der Seite der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 in der Achsenrichtung der virtuellen Achse befindet, nicht der feste Endabschnitt 121. Andererseits ist der Endabschnitt des anderen Trägerabschnitts 120, der sich auf der Seite gegenüber der Seite der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 in der Axialrichtung der virtuellen Achse befindet, von der Laminierungsrichtung aus gesehen, in der Axialrichtung der virtuellen Achse, von der Laminierungsrichtung aus gesehen, der feste Endabschnitt 121. Wenn somit an die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 Wärmespannung angelegt wird, verformt sich das Paar von Trägerabschnitten 120 in unterschiedlichen Modi in der Nähe des Verbindungsabschnitts 130.
Bei dem piezoelektrischen Bauelement 100b gemäß der Modifikation wird die oben beschriebene Wärmespannung an die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 angelegt. Folglich, wie es in 6 dargestellt ist, wenn das piezoelektrische Bauelement 100b nicht angetrieben wird, befinden sich Endabschnitte des Paars von Trägerabschnitten 120 in der Nähe der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 an Positionen, die sich in der Laminierungsrichtung voneinander unterscheiden.
7 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine Teilschnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 7 dargestellt ist, entlang der Linie VIII-VIII. 9 ist eine Teilschnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 7 dargestellt ist, entlang der Linie IX-IX.
Wie es in 7 dargestellt ist, beträgt bei einem piezoelektrischen Bauelement 100c gemäß der dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung der Winkel, der durch die Axialrichtung der virtuellen Achse des piezoelektrischen Einkristallmaterials und jeden der Mehrzahl von Schlitzen 141 gebildet wird, von der Laminierungsrichtung aus gesehen0 Grad oder 90 Grad.
Somit sind bei der Modifikation ein Abstand L1 von der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 zu einem gegenüberliegenden Endabschnitt eines Trägerabschnitts 120 des Paars von Trägerabschnitten 120 und ein Abstand L2 von der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 zu einem gegenüberliegenden Endabschnitt eines anderen Trägerabschnitts 120 des Paars von Trägerabschnitten 120 in der Axialrichtung der virtuellen Achse von der Laminierungsrichtung aus gesehen gleich zueinander. Außerdem ist in der Axialrichtung der virtuellen Achse von der Laminierungsrichtung aus gesehen ein Abstand von einem Endabschnitt in der Nähe der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 zu dem festen Endabschnitt 121 in dem einen Trägerabschnitt 120 des Paars von Trägerabschnitten 120 gleich zu einem Abstand von einem Endabschnitt in der Nähe der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 zu dem festen Endabschnitt 121 in dem anderen Trägerabschnitt 120.
Ferner ist bei dem piezoelektrischen Bauelement 100c gemäß der Modifikation jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 verformt aufgrund von Wärmespannung, die an die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 angelegt wird. Folglich, wie es in 8 dargestellt ist, wenn das piezoelektrische Bauelement 100c nicht angetrieben wird, befinden sich die Endabschnitte des Paars von Trägerabschnitten 120 in der Nähe der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 auf der Seite der Mitte des Verbindungsabschnitts 130 in der Laminierungsrichtung im Wesentlichen an der gleichen Position. Wie oben beschrieben, selbst wenn jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 aufgrund von Wärmespannung verformt ist, ist es bei der Modifikation möglich, Schäden an dem Verbindungsabschnitt 130, insbesondere dem Überbrückungsabschnitt 131 zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben, ist durch Vergleichen des piezoelektrischen Bauelements 100b gemäß der zweiten Modifikation mit dem piezoelektrischen Bauelement 100c gemäß der dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung Folgendes ersichtlich. Von der Laminierungsrichtung aus gesehen, je mehr sich der Winkel, der durch die Axialrichtung der virtuellen Achse und die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Schlitzen 141 gebildet ist, von dem Zustand, in dem der Winkel 45 Grad oder 135 Grad beträgt, 0 Grad oder 90 Grad nähert, umso stärker kann die Differenz bei der Verschiebung des Paars von Trägerabschnitten 120 aufgrund von Wärmespannung unterdrückt werden.
Wie es in 9 dargestellt ist, wenn bei dem piezoelektrischen Bauelement 100c gemäß der dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung, wenn beide des Paars von Trägerabschnitten 120 von der Seite des Schlitzes 141 betrachtet werden, sind beide des Paars von Trägerabschnitten 120 in der Laminierungsrichtung zu einer Seite geneigt.
Bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 konfiguriert, um biegeschwingungsfähig zu sein. Hier wird der Mechanismus der Biegeschwingung der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 beschrieben.
10 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil des Trägerabschnitts des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. 11 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil des Trägerabschnitts des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung während des Antreibens darstellt. In 10 und 11 sind die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht nicht dargestellt.
Wie es in 10 und 11 dargestellt ist, wirkt bei dem Ausführungsbeispiel bei der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 die piezoelektrische Schicht 11 als eine elastische Schicht, die in einer Richtung in der Ebene orthogonal zu der Laminierungsrichtung dehnbar ist, und die anderen Schichten außer der piezoelektrischen Schicht 11 wirken als eine Begrenzungsschicht. Bei dem Ausführungsbeispiel wirkt die Stützschicht 14 als ein Hauptteil der Begrenzungsschicht. Auf diese Weise ist die Begrenzungsschicht auf der elastischen Schicht in einer Richtung orthogonal zu einer Erstreckungs/Zusammenziehrichtung der elastischen Schicht laminiert. Es ist anzumerken, dass jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 anstatt der Begrenzungsschicht eine elastische Rückwärtsrichtungsschicht umfassen kann, die sich in der Richtung in der Ebene zusammenziehen kann, wenn sich die elastische Schicht in der Richtung in der Ebene ausdehnt, und sich in der Richtung in der Ebene ausdehnen kann, wenn sich die elastische Schicht in der Richtung in der Ebene zusammenzieht.
Wenn sich die piezoelektrische Schicht 11, welche die elastische Schicht ist, in der Richtung in der Ebene ausdehnt und zusammenzieht, begrenzt die Stützschicht 14, welche der Hauptteil der Begrenzungsschicht ist, die Ausdehnung und das Zusammenziehen der piezoelektrischen Schicht 11 an einer Verbindungsoberfläche mit der piezoelektrischen Schicht 11. Außerdem befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel in jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 die piezoelektrische Schicht 11, welche die elastische Schicht ist, nur auf einer Seite einer spannungsneutralen Ebene N von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120. Die Position des Schwerpunkts der Stützschicht 14, welche der Hauptteil der Begrenzungsschicht ist, befindet sich auf einer anderen Seite der spannungsneutralen Ebene N. Folglich, wie es in 10 und 11 dargestellt ist, wenn sich die piezoelektrische Schicht 11, welche die elastische Schicht ist, in der Richtung in der Ebene ausdehnt und zusammenzieht, biegt sich jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in einer Richtung orthogonal zu der Richtung in der Ebene. Je länger der Trennabstand zwischen der spannungsneutralen Ebene N und der piezoelektrischen Schicht 11 ist, umso größer ist der Verschiebungsbetrag von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120, wenn sich jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 biegt. Außerdem, je größer die Spannung zum Ausdehnen und Zusammenziehen der piezoelektrischen Schicht 11 ist, umso größer ist der Verschiebungsbetrag. Auf diese Weise schwingt jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 biegsam mit dem festen Endabschnitt 121 als Startpunkt in der Richtung orthogonal zu der Richtung in der Ebene.
Ferner wird bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel durch Bereitstellen des Verbindungsabschnitts 130 Schwingung in einer Grundschwingungsmode ohne weiteres erzeugt und eine Erzeugung von Schwingung in einer gekoppelten Schwingungsmode wird unterdrückt. Die Grundschwingungsmode ist eine Mode, in der Phasen von Biegeschwingungen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 synchronisiert sind und die gesamte Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 wird gleichzeitig entweder nach oben oder nach unten verschoben. Andererseits ist die gekoppelte Schwingungsmode eine Mode, bei der die Phase von zumindest einem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 nicht mit der Phase der anderen Trägerabschnitte 120 synchronisiert ist, wenn die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 jeweils biegsam schwingt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das piezoelektrischen Bauelement gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung durch Simulation in der Grundschwingungsmode schwingt. Genauer gesagt, 12 stellt das piezoelektrische Bauelement 100 dar, bei dem jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 zu der Seite der ersten Elektrodenschicht 12 verschoben ist. In 12 ist ferner, je größer der Verschiebungsbetrag von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120, die zu der Seite der ersten Elektrodenschicht 12 verschoben sind, die Farbe von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 umso heller. In 12 sind die einzelnen Schichten, die die Mehrzahl von Schichten 10 bilden, nicht dargestellt.
Wie es in 12 dargestellt ist, ist für jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 das Paar von Trägerabschnitten 120, die benachbart zueinander sind, durch den Verbindungsabschnitt 130 miteinander verbunden, so dass eine Erzeugung der gekoppelten Schwingungsmode unterdrückt wird.
Ferner befinden sich bei dem Verbindungsabschnitt 130 des piezoelektrischen Bauelements 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der erste Endabschnitt 133A und der zweite Endabschnitt 133B beide jeweils näher zu den Spitzenendabschnitten 122 als zu den festen Endabschnitten 121 des Paars von Trägerabschnitten 120. Dies ermöglicht es, dass die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 relativ fest miteinander verbunden sind, so dass die Schwingungsphasen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 leichter synchronisiert werden können. Außerdem umfasst der Verbindungsabschnitt 130 des piezoelektrischen Bauelements 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel den Überbrückungsabschnitt 131. Der Verbindungsabschnitt 130 verbindet das Paar von Trägerabschnitten 120, während der derselbe zwischen dem Paar von Trägerabschnitten 120 zurückgeklappt werden kann. Wenn die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 schwingt, wirken daher der erste Kopplungsabschnitt 132A und der zweite Kopplungsabschnitt 132B wie eine Plattenfeder und eine Länge des Verbindungsabschnitts 130 als die Plattenfeder wird länger durch Schalten des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B in Reihe mit dem Überbrückungsabschnitt 131 dazwischen angeordnet, während der Verbindungsabschnitt 130 das Paar von Trägerabschnitten 120 miteinander verbindet. Dies unterdrückt eine übermäßige Verbindungskraft durch den Verbindungsabschnitt 130.
Das piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel hat verbesserte Bauelementcharakteristika, insbesondere wenn das piezoelektrische Bauelement 100 als Ultraschallwandler verwendet wird, da eine Schwingung in der Grundschwingungsmode ohne Weiteres erzeugt wird und eine Erzeugung der gekoppelten Schwingungsmode unterdrückt wird. Hierin nachfolgend werden Funktionen und Operationen des piezoelektrischen Bauelements 100, wenn das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel als Ultraschallwandler verwendet wird, beschrieben.
Wenn Ultraschallwellen mit dem piezoelektrischen Bauelement 100 erzeugt werden, wird zuerst zwischen der ersten Verbindungselektrodenschicht 20 und der zweiten Verbindungselektrodenschicht 30, die in 2 dargestellt sind, eine Spannung angelegt. Dann wird zwischen der ersten Elektrodenschicht 12, die mit der ersten Verbindungselektrodenschicht 20 verbunden ist, und der zweiten Elektrodenschicht 13, die mit der zweiten Verbindungselektrodenschicht 30 verbunden ist, eine Spannung angelegt. Ferner wird in jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 zwischen der ersten Elektrodenschicht 12 und der zweiten Elektrodenschicht 13, die einander mit der piezoelektrischen Schicht 11 dazwischen zugewandt sind, eine Spannung angelegt. Da sich die piezoelektrische Schicht 11 entlang der Richtung in der Ebene orthogonal zu der Laminierungsrichtung ausdehnt und zusammenzieht, schwingt dann jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 biegsam entlang der Laminierungsrichtung gemäß dem oben beschriebenen Mechanismus. Dies legt eine Kraft an das Medium um die Mehrzahl von Trägerabschnitten des piezoelektrischen Bauelements 100 herum an und das Medium schwingt, wodurch Ultraschallwellen erzeugt werden.
Bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel hat jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 eine einmalige mechanische Resonanzfrequenz. Wenn somit die angelegte Spannung eine Sinusspannung ist und die Frequenz der Sinusspannung nahe zu dem Wert der Resonanzfrequenz ist, erhöht sich der Verschiebungsbetrag, wenn jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 gebogen wird.
Wenn Ultraschallwellen durch das piezoelektrische Bauelement 100 erfasst werden, schwingt das Medium um jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 herum aufgrund von den Ultraschallwellen, eine Kraft wird an jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 von dem Medium, um jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 herum angelegt und jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 schwingt biegsam. Wenn jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 biegsam schwingt, wird Spannung an die piezoelektrische Schicht 11 angelegt. Wenn Spannung an die piezoelektrische Schicht 11 angelegt wird, wird in der piezoelektrischen Schicht 11 eine elektrische Ladung induziert. Die elektrische Ladung, die in der piezoelektrischen Schicht 11 induziert wird, erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrodenschicht 12 und der zweiten Elektrodenschicht 13, die einander mit der piezoelektrischen Schicht 11 dazwischen zugewandt sind. Diese Potentialdifferenz wird durch die erste Verbindungselektrodenschicht 20, die mit der ersten Elektrodenschicht 12 verbunden ist, und die zweite Verbindungselektrodenschicht 30, die mit der zweiten Elektrodenschicht 13 verbunden ist, erfasst. Somit kann das piezoelektrischen Bauelement 100 Ultraschallwellen erfassen.
Wenn die Ultraschallwelle, die zu erfassen ist, eine große Menge spezifischer Frequenzkomponenten enthält und diese Frequenzkomponenten nahe zu dem Wert der Resonanzfrequenz sind, erhöht sich außerdem der Verschiebungsbetrag, wenn jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 flexibel schwingt. Wenn sich der Verschiebungsbetrag erhöht, erhöht sich auch die Potentialdifferenz.
Wie oben beschrieben, wenn das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel als Ultraschallwandler verwendet wird, ist der Entwurf der Resonanzfrequenzen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 wichtig. Die Resonanzfrequenz variiert in Abhängigkeit von der Länge von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der Erstreckungsrichtung, der Dicke von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der Axialrichtung der Mittelachse, der Länge des festen Endabschnitts 121 von der Axialrichtung aus gesehen und den Dichten und Elastizitätsmodulen der Materialien, die die Mehrzahl von Trägerabschnitten bilden. Es wird bevorzugt, dass die Mehrzahl von Trägerabschnitten die gleiche Resonanzfrequenz haben. Wenn beispielsweise die Dicken der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 unterschiedlich sind, werden die Längen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der Erstreckungsrichtung eingestellt, so dass die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 die gleiche Resonanzfrequenz haben.
Wenn bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, dargestellt in 1 bis 3, die Resonanzfrequenz von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 entworfen ist, um für jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 beispielsweise in der Nähe von 40 kHz zu liegen, ist die piezoelektrische Schicht 11 aus Lithiumniobat hergestellt, die Dicke der piezoelektrischen Schicht 11 beträgt 1 µm, die Dicke von sowohl der ersten Elektrodenschicht 12 als auch der zweiten Elektrodenschicht 13 beträgt 0,1 µm, die Dicke des ersten Stützabschnitts 14a beträgt 0,8 µm, der Dicke des zweiten Stützabschnitts 14b beträgt 1,4 µm, ein kürzester Abstand von dem festen Endabschnitt 121 zu dem Spitzenendabschnitt 122 von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 beträgt 400 µm und die Länge des festen Endabschnitts 121 beträgt 800 µm von der Laminierungsrichtung aus gesehen.
Das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst den Verbindungsabschnitt 130, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, wodurch die Erzeugung der Schwingung in der Grundschwingungsmode ermöglicht wird und die Erzeugung der gekoppelten Schwingungsmode unterdrückt wird. Somit kann in einem Fall, bei dem das piezoelektrische Bauelement 100 als ein Ultraschallwandler verwendet wird, die Möglichkeit, dass die Phasen der Schwingungen der Mehrzahl der Trägerabschnitte 120 unterschiedlich zueinander sind, reduziert werden, wenn auch Ultraschallwellen erfasst werden, die die gleiche Frequenzkomponente aufweisen wie die Resonanzfrequenz. Ferner wird eine Aufhebung von elektrischen Ladungen, die in den piezoelektrischen Schichten 11 der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 in der ersten Elektrodenschicht 12 oder der zweiten Elektrodenschicht 13 erzeugt werden, aufgrund der unterschiedlichen Schwingungsphasen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 unterdrückt.
Somit werden in dem piezoelektrischen Bauelement 100 die Bauelementcharakteristika als ein Ultraschallwandler verbessert.
Hierin nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 13 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine zweite Elektrodenschicht auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat vorgesehen ist bei dem Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In den nachfolgend dargestellten 13 und 14 bis 19 sind die Schnittansichten ähnlich wie diejenige von 2 dargestellt.
Wie es in 13 dargestellt ist, wird zuerst eine Haftschicht (nicht dargestellt) auf einer unteren Oberfläche eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11a bereitgestellt und dann wird die zweite Elektrodenschicht 13 auf der Seite der Haftschicht gegenüber der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11 a bereitgestellt. Die zweite Elektrodenschicht 13 ist gebildet, um durch Aufbringung und Abheben ein gewünschtes Muster aufzuweisen. Die zweite Elektrodenschicht 13 kann gebildet werden durch Laminieren einer Schicht über der gesamten unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11a durch Sputtern und dann Bilden eines gewünschten Musters durch Ätzen. Die zweite Elektrodenschicht 13 und die Haftschicht können epitaktisch aufgewachsen sein.
14 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein erster Stützabschnitt bereitgestellt ist, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Wie es in 14 dargestellt ist, ist der erste Stützabschnitt 14a auf beiden unteren Oberflächen des piezoelektrischen Einkristallmaterials 11a und der zweiten Elektrodenschicht 13 durch chemische Dampfaufbringung (CVD), physikalische Dampfaufbringung (TVD) oder dergleichen bereitgestellt. Unmittelbar nachdem der erste Stützabschnitt 14a bereitgestellt ist, wird ein Abschnitt der unteren Oberfläche des ersten Stützabschnitts 14a, der sich auf der Seite des ersten Stützabschnitts 14a gegenüber der Seite der zweiten Elektrodenschicht 13 befindet, erhöht. Somit wird die untere Oberfläche des ersten Stützabschnitts 14a durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder dergleichen geschliffen und planarisiert.
15 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Mehrschichtkörper mit dem ersten Stützabschnitt verbunden ist, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Wie es in 15 dargestellt ist, ist ein Mehrschichtkörper 16, der den zweiten Stützabschnitt 14b und die Substratschicht 15 umfasst, mit der unteren Oberfläche des ersten Stützabschnitts 14a verbunden, durch oberflächenaktiviertes Bonden oder Atomdiffusionsbonden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Mehrschichtkörper 16 ein Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Substrat. Es ist anzumerken, dass der Ertrag der piezoelektrischen Bauelemente 100 durch Planarisieren der oberen Oberfläche des zweiten Stützabschnitts 14b im Voraus durch CMP oder dergleichen verbessert wird. Wenn der zweite Stützabschnitt 14b aus niederohmigem Silizium hergestellt ist, kann der zweite Stützabschnitt 14b als eine untere Elektrodenschicht wirken. In diesem Fall kann die Bildung der zweiten Elektrodenschicht 13 und das CMP der unteren Oberfläche des ersten Stützabschnitts 14a ausgelassen werden.
16 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine piezoelektrische Schicht durch Schleifen/Polieren des piezoelektrischen Einkristallsubstrats gebildet ist, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Wie es in 15 und 16 dargestellt ist, wird das piezoelektrische Einkristallsubstrat 11a gedünnt durch Schleifen der oberen Oberfläche mit einer Schleifmaschine. Durch weiteres Polieren der oberen Oberfläche des gedünnten piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11a durch CMP oder dergleichen wird das piezoelektrische Einkristallsubstrat 11a in die piezoelektrische Schicht 11 gebildet.
Das piezoelektrische Einkristallsubstrat 11a kann in die piezoelektrische Schicht 11 gebildet werden durch Einspritzen von Ionen in die obere Oberflächenseite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11a im Voraus, um eine Abblätterungsschicht zu bilden und die Abblätterungsschicht zu trennen. Außerdem kann die obere Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11a, nachdem die Abblätterungsschicht getrennt ist, weiter durch CMP oder dergleichen poliert werden, um das piezoelektrischen Einkristallsubstrat 11a in die piezoelektrische Schicht 11 zu bilden.
17 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine erste Elektrodenschicht auf der piezoelektrischen Schicht bereitgestellt ist, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Wie es in 17 dargestellt ist, nachdem eine Haftschicht (nicht dargestellt) auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 11 vorgesehen ist, ist die erste Elektrodenschicht 12 auf der Seite der Haftschicht gegenüber der Seite der piezoelektrischen Schicht 11 vorgesehen. Die erste Elektrodenschicht 12 ist durch Aufbringen und Abheben gebildet, um ein gewünschtes Muster aufzuweisen. Die erste Elektrodenschicht 12 kann gebildet werden durch Laminieren einer Schicht über der gesamten oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 11 durch Sputtern und dann Bilden eines gewünschten Musters durch Ätzen. Die erste Elektrodenschicht 12 und die Haftschicht können epitaktisch aufgewachsen sein.
18 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Rille und eine Ausnehmung vorgesehen sind, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Wie es in 18 dargestellt ist, wird in der piezoelektrischen Schicht 11 und dem ersten Stützabschnitt 14 ein Schlitz gebildet durch Trockenätzen mit reaktivem lonenätzen (RIE) oder dergleichen in einer Region, die von der Laminierungsrichtung aus gesehen einer Region in der Basis 110 des piezoelektrischen Bauelements 10 entspricht. Der Schlitz kann durch Nassätzen mit Nitro-Fluorwasserstoffsäure oder dergleichen gebildet werden. Ferner wird der zweite Stützabschnitt 14b, der zu dem Schlitz freigelegt ist, durch tiefes reaktives lonenätzen (DRIE) geätzt, so dass der Schlitz die obere Oberfläche der Substratschicht 15 erreicht. Dies bildet eine Rille 17, die in 18 dargestellt ist, die dem Schlitz 141, der Öffnung 142 und dem Außenumfangsschlitz 143 bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 entspricht, das in 1 und 2 dargestellt ist.
Wie es ferner in 18 dargestellt ist, wird in dem Abschnitt, der der Basis 110 des piezoelektrischen Bauelements 100 entspricht, die piezoelektrische Schicht 11 durch das Trockenätzen oder das Nassätzen geätzt, so dass ein Teil der zweiten Elektrodenschicht 13 freigelegt ist. Somit ist eine Ausnehmung 18 gebildet.
19 ist eine Teilschnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine erste Verbindungselektrodenschicht und eine zweite Elektrodenverbindung-Verbindungselektrodenschicht vorgesehen sind, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Wie es in 19 dargestellt ist, sind dann in dem Abschnitt, der der Basis 110 entspricht, Haftschichten (nicht dargestellt) auf der ersten Elektrodenschicht 12 beziehungsweise der zweiten Elektrodenschicht 13 vorgesehen und dann sind die erste Verbindungselektrodenschicht 20 und die zweite Verbindungselektrodenschicht 30 durch Aufbringung und Abheben jeweils auf den oberen Oberflächen der Haftschichten vorgesehen. Die erste Verbindungselektrodenschicht 20 und die zweite Verbindungselektrodenschicht 30 können gebildet werden durch Laminieren einer Schicht über den gesamten Oberflächen der piezoelektrischen Schicht 11, der ersten Elektrodenschicht 12 und der freigelegten zweiten Elektrodenschicht 13 durch Sputtern und dann Bilden eines gewünschten Musters durch Ätzen.
Schließlich wird von der Substratschicht 15 ein Teil der zweiten Substratschicht 15b durch DRIE entfernt und dann wird ein Teil der ersten Substratschicht 15a durch RIE entfernt. Dadurch wird das Loch 101 bereitgestellt, wodurch die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 und die Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 130 gebildet wird, wie es in 2 dargestellt ist.
Durch die oben beschriebenen Schritte wird das piezoelektrische Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wie es in 1 bis 3 dargestellt ist, hergestellt.
Wie oben beschrieben, ist bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung der Verbindungsabschnitt 130 so vorgesehen, dass derselbe zwischen dem Paar von Trägerabschnitten 120 zurückgeklappt werden kann. Der Verbindungsabschnitt 130 umfasst den ersten Kopplungsabschnitt 132A, den zweiten Kopplungsabschnitt 132B und den Überbrückungsabschnitt 131. Der erste Kopplungsabschnitt 132A erstreckt sich entlang dem Schlitz 141 und ist mit dem einen des Paars von Trägerabschnitten 120 verbunden. Der zweite Kopplungsabschnitt 132B erstreckt sich entlang dem Schlitz 141 und ist mit dem anderen des Paars von Trägerabschnitten 120 verbunden. Der Überbrückungsabschnitt 131 befindet sich zwischen dem Schlitz 141 und der Öffnung 142 und ist sowohl mit dem ersten Kopplungsabschnitt 132A als auch dem zweiten Kopplungsabschnitt 132B verbunden. Die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 ist in der Umfangsrichtung der Basis 110 mit der Ringform über die Verbindungsabschnitte 130 miteinander verbunden, während jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 zwischen den Schlitzen 141 angeordnet ist, die sich in den sich schneidenden Richtungen erstrecken.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass in jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 die ersten Endabschnitte 133A oder die zweiten Endabschnitte 133B, die Spannungskonzentrationsabschnitte sind, voneinander getrennt werden können, wodurch die Erregungscharakteristika des piezoelektrischen Bauelements 100 unterdrückt werden.
Auch in dem Fall des piezoelektrischen Bauelements 100a gemäß der ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung, bei dem die Endabschnitte des Außenumfangsschlitzes 143 gegenüber der Seite der Öffnung 142 voneinander weg gebogen sind, können in jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 die ersten Endabschnitte 133A oder die zweiten Endabschnitte 133B, die benachbart zu den Endabschnitten der Außenumfangsschlitze 143 auf der Seite gegenüber der Seite der Öffnung 142 sind, die Spannungskonzentrationsabschnitte sind, voneinander getrennt werden, wodurch die Erregungscharakteristika des piezoelektrischen Bauelements 100a unterdrückt werden, im Vergleich zu dem Fall, bei dem das im Patentdokument 1 beschriebene piezoelektrische Bauelement, bei dem die Federn an den zwei Kanten angeordnet sind, die einander an den Spitzen der Platten schneiden und die Wurzelabschnitte der beiden Federn nahe zueinander sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist ferner der Außenumfangsschlitz 143 vorgesehen, der sich in dem Abstand von dem Schlitz 141 entlang sowohl dem ersten Kopplungsabschnitt 132A als auch dem zweiten Kopplungsabschnitt 132B erstreckt und mit der Öffnung 142 kommuniziert.
Dies ermöglicht die Bildung des Überbrückungsabschnitts 131 und unterdrückt die Störung durch das Paar von Trägerabschnitten 120 mit dem Betrieb des Verbindungsabschnitts 130, insbesondere des Überbrückungsabschnitts 131, wenn die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 schwingt.
Bei dem Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrzahl von Schichten 10 die piezoelektrische Schicht 11, die erste Elektrodenschicht 12 und die zweite Elektrodenschicht 13. Die piezoelektrische Schicht 11 ist aus einem piezoelektrischen Einzelkristallmaterial hergestellt. Die erste Elektrodenschicht 12 ist auf der einen Seite der piezoelektrischen Schicht 11 in der Laminierungsrichtung der Mehrzahl von Schichten 10 angeordnet. Die zweite Elektrodenschicht 13 ist auf der anderen Seite der piezoelektrischen Schicht 11 angeordnet, um zumindest einen Teil der ersten Elektrodenschicht 12 mit der piezoelektrischen Schicht 11 dazwischen zugewandt zu sein. Die Axialrichtung der virtuellen Achse, wenn die Polarisationsachse des piezoelektrischen Einzelkristallmaterials von der Laminierungsrichtung auf die virtuelle Ebene orthogonal zu der Laminierungsrichtung projiziert wird, erstreckt sich in der gleichen Richtung wie alle der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 und schneidet die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 von der Laminierungsrichtung aus gesehen.
Dies ermöglicht es, in dem piezoelektrischen Bauelement 100, bei dem die piezoelektrische Schicht 11 aus einem piezoelektrischen Einzelkristallmaterial mit einer Polarisationsachse hergestellt ist, eine Abweichung der Spannungsverteilung zu reduzieren, die in dem Verbindungsabschnitt 130 erzeugt wird, und einen Schaden des Verbindungsabschnitts 130 zu unterdrücken, selbst wenn in jedem des Paars von Trägerabschnitten 120 Wärmespannung erzeugt wird.
Bei dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung beträgt der Winkel, der durch die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 und die Axialrichtung der virtuellen Achse gebildet wird, von der Laminierungsrichtung aus gesehen 40 Grad oder mehr und 50 Grad oder weniger, oder 130 Grad oder mehr und 140 Grad oder weniger.
Selbst wenn in der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 Wärmespannung erzeugt wird, hat entsprechend die Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 jeweils im Wesentlichen die gleiche Spannungsverteilung in den Erstreckungsrichtungen, so dass die Verformungsgrade der Mehrzahl von Trägerabschnitten 120 ebenfalls im Wesentlichen gleich sind. Dies unterdrückt eine Verschlechterung der Bauelementcharakteristika des piezoelektrischen Bauelements 100.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die piezoelektrische Schicht 11 aus Lithiumniobat (LiNbO₃) oder Lithiumtantalat (LiTaO₃) hergestellt.
Dies kann die Piezoelektrizität der piezoelektrischen Schicht 11 verbessern, wodurch die Bauelementcharakteristika des piezoelektrischen Bauelements 100 verbessert werden.
Ausführungsbeispiel 2
Hierin nachfolgend wird ein piezoelektrisches Bauelement gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das piezoelektrische Bauelement gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem piezoelektrischen Bauelement 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darin, dass die Abmessungen der Erstreckungslänge, minimalen Breite und Dicke von jedem des ersten Kopplungsabschnitts und des zweiten Kopplungsabschnitts definiert sind. Aus diesem Grund wird die Beschreibung der Konfiguration, die ähnlich ist wie diejenige des piezoelektrischen Bauelements 100 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung nicht wiederholt.
20 ist eine Draufsicht des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. 21 ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Bauelements, das in 20 dargestellt ist, entlang der Linie XXI-XXI. 22 ist eine Teildraufsicht, die eine Konfiguration eines Verbindungsabschnitts des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. In 21 sind einzelne Schichten der Klarheit halber dicker dargestellt.
Wie es in 20 bis 22 dargestellt ist, umfasst ein piezoelektrisches Bauelement 200 gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung die Basis 110, die vier Trägerabschnitte 120 und vier Verbindungsabschnitte 230. Die festen Endabschnitte 121 der vier Trägerabschnitte 120 sind so angeordnet, um von der Laminierungsrichtung aus gesehen ein Quadrat zu bilden. Die Abmessung eines kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121, die von den festen Endabschnitten 121 der vier Trägerabschnitte 120, von der Laminierungsrichtung aus gesehen einander zugewandt sind, die in 20 dargestellt sind, ist eine Abmessung die entlang einer geraden Linie gemessen wird, die durch den festen Endabschnitt 121 und den Spitzenendabschnitt 122 des Trägerabschnitts 120 verläuft, der einen festen Endabschnitt 121 der festen Endabschnitte 121 aufweist, die an dem kürzesten Abstand einander zugewandt sind.
Der Verbindungsabschnitt 230 verbindet das Paar von Trägerabschnitten 120, die von den vier Trägerabschnitten 120 benachbart zueinander sind. Der Verbindungsabschnitt 230 weist den Überbrückungsabschnitt 131, den ersten Kopplungsabschnitt 132A und den zweiten Kopplungsabschnitt 132B auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel erstrecken sich jeder des ersten Kopplungsabschnitts 132A, des zweiten Kopplungsabschnitts 132B und des Überbrückungsabschnitts 131 linear, während dieselben eine konstante Breite aufweisen. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist gleich der Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131.
Wenn bei dem piezoelektrischen Bauelement 200 die Kraft zum Verbinden der Trägerabschnitte 120 durch den Verbindungsabschnitt 230 zu schwach ist, ist es wahrscheinlich, dass die gekoppelte Schwingungsmode auftritt. Die Leichtigkeit, mit der die gekoppelte Schwingungsmode auftritt, kann durch die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode und der Resonanzfrequenz der Grundschwingungsmode quantifiziert werden. Je weiter entfernt diese Resonanzfrequenzen sind, umso stärker ist die gekoppelte Schwingungsmode unterdrückt.
Hier variiert die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Biegesteifigkeiten der vier Trägerabschnitte 120 und der vier Verbindungsabschnitte 230 in einer Richtung außerhalb der Ebene. In jedem des Trägerabschnitts 120 und des Verbindungsabschnitts 230 hängt die Biegesteifigkeit hauptsächlich von Parametern wie zum Beispiel Dicke und Länge sowie Härte und Dichte von Bestandteilmaterialien ab.
Die vier Trägerabschnitte 120 und die vier Verbindungsabschnitte 230 unterscheiden sich darin voneinander, dass der Trägerabschnitt 120 die erste Elektrodenschicht 12 umfasst und der Verbindungsabschnitt 230 die erste Elektrodenschicht 12 nicht umfasst. Da der Trägerabschnitt 120 und der Verbindungsabschnitt 230 im Wesentlichen die gleiche laminierte Struktur aufweisen, sind jedoch die Dicken, Härten und Dichten des Trägerabschnitts 220 und des Verbindungsabschnitts 230 im Wesentlichen gleich. Somit variiert das Verhältnis der Biegesteifigkeiten stark in Abhängigkeit von dem Unterschied bei der Länge zwischen dem Trägerabschnitt 120 und dem Verbindungsabschnitt 230. Das heißt, die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode kann variiert werden durch Einstellen des Verhältnisses der Abmessung der Erweiterungslänge L von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu der Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121.
Allgemein wird bei einem akustischen Bauelement, das die Biegeschwingung des dünnen Trägerabschnitts 120 verwendet, wie bei dem Ausführungsbeispiel, ein Q-Wert bei der Resonanz auf etwa 10 unterdrückt, aufgrund einer Last durch Luftwiderstand. Dies ermöglicht beispielsweise, dass mehr als die Hälfte der Energie bei der Resonanz in das piezoelektrische Bauelement 200 eingegeben wird, selbst wenn das piezoelektrische Bauelement 200 bei einer Frequenz verwendet wird, die um ± 5% von der Resonanzfrequenz verschoben ist, wodurch ein nutzbares Band verbreitert wird. Insbesondere wenn das piezoelektrische Bauelement 200 durch Verarbeitung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) in großen Mengen hergestellt wird, kann die Resonanzfrequenz aufgrund der Verarbeitungsgenauigkeit der MEMS um etwa ± 5 % variieren. Bei dem piezoelektrischen Bauelement 200, das wie oben beschrieben ein breites nutzbares Band aufweist, ist es jedoch möglich, eine große Schwankung bei den Charakteristika des piezoelektrischen Bauelements 200 zu unterdrücken.
Wenn jedoch die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode innerhalb des oben beschriebenen nutzbaren Bands existiert, wird jedoch die Energie, die in das piezoelektrische Bauelement 200 eingegeben wird, als die Schwingungsenergie der gekoppelten Schwingungsmode anstatt der Grundschwingungsmode absorbiert. In diesem Fall wird die Umwandlungseffizienz des piezoelektrischen Bauelements 200 verringert und der Q-Wert der gekoppelten Schwingungsmode ist hoch, was zu einer längeren nachhallenden Schwingung führt, nachdem der Antrieb des piezoelektrischen Bauelements 200 angehalten wird.
Hinsichtlich dieses Problems wird es bevorzugt, dass die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode um 5 % oder mehr höher ist als die Resonanzfrequenz der Grundschwingungsmode. Somit wurde eine Simulationsanalyse für unterschiedliche Abmessungen der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B durchgeführt, um die Beziehung zu bestimmen zwischen dem Verhältnis der Abmessung der Erstreckungslinie 11 von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu der Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121, und dem Verhältnis der Differenz zwischen einer sekundären Resonanzfrequenz und einer primären Resonanzfrequenz zu der primären Resonanzfrequenz in jedem der vier Trägerabschnitte 120. Die primäre Resonanzfrequenz entspricht der Resonanzfrequenz der Grundschwingungsmode und die sekundäre Resonanzfrequenz entspricht der Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode.
Als Bedingungen der Simulationsanalyse waren bei dem piezoelektrischen Bauelement 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel die Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121 800 µm, die Abmessung der Dicke der piezoelektrischen Schicht 11 1 µm und die Dicke der Stützschicht 14 2 µm. Das heißt, die Abmessung der Dicke T, die in 21 dargestellt ist, war auf 3 µm eingestellt. Die Dicke T entspricht der Dicke von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B in der Laminierungsrichtung. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B war auf drei unterschiedliche Breiten von 6 µm, 10 µm und 15 µm eingestellt.
23 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Simulationsanalyse zeigt. In 23 stellt die vertikale Achse das Verhältnis (%) der Differenz zwischen der sekundären Resonanzfrequenz fr2 und der primären Resonanzfrequenz fr1 zu der primären Resonanzfrequenz fr1 in jedem der vier Trägerabschnitte 120 dar, und die horizontale Achse stellt das Verhältnis (%) der Abmessung der Erstreckungslänge von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu der Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121 dar. Die Daten, wenn die Abmessungen der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B 6 µm, 10 µm, und 15 µm betragen, sind als eine durchgezogene Linie, eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie beziehungsweise eine gestrichelte Linie gezeigt. Ferner ist eine Referenzlinie, bei der das Verhältnis der Differenz zwischen der sekundären Resonanzfrequenz fr2 und der primären Resonanzfrequenz fr1 zu der primären Resonanzfrequenz fr1 in jedem der vier Trägerabschnitte 5 % beträgt, durch eine gestrichelte Linie angezeigt.
Wie es in 23 gezeigt ist, wurde eine Tendenz beobachtet, dass, wenn sich ein Verhältnis der Abmessung der Erstreckungslänge L von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu der Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121 [(L/M) × 100(%)]erhöht, das Verhältnis der Differenz zwischen der sekundären Resonanzfrequenz fr2 und der primären Resonanzfrequenz fr1 zu der primären Resonanzfrequenz fr1 in jedem der vier Trägerabschnitte 120 [(fr2 - fr1)/fr1) × 100(%)] sich verringert.
Wenn das Verhältnis der Abmessung der Erstreckungslinie L von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu der Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121 [(L/M) × 100(%)] 32 % oder weniger beträgt, beträgt das Verhältnis der Differenz zwischen der sekundären Resonanzfrequenz fr2 und der primären Resonanzfrequenz fr1 zu der primären Resonanzfrequenz fr1 in jedem der vier Trägerabschnitte 120 [(fr2 - fr1)/fr1) × 100(%)] 5 % oder mehr in allen Abmessungen der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B von 6 µm, 10 µm, und 15 µm.
Somit ist bei dem Ausführungsbeispiel von der Laminierungsrichtung aus gesehen das Verhältnis der Abmessung der Erstreckungslänge 11 von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B zu der Abmessung des kürzesten Abstands M zwischen den festen Endabschnitten 121, die von den festen Endabschnitten 121 der vier Trägerabschnitte 120 einander zugewandt sind, 32 % oder weniger. Dies ermöglicht es, die Erzeugung der gekoppelten Schwingungsmode zu unterdrücken und dadurch eine Verringerung bei der Umwandlungseffizienz des piezoelektrischen Bauelements 200 zu unterdrücken und eine lange nachhallende Schwingung nach dem Antrieb des piezoelektrischen Bauelements 200 wird angehalten.
Wie oben beschrieben, variiert die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Biegesteifigkeiten der vier Trägerabschnitte 120 und der vier Verbindungsabschnitte 230 in der Richtung außerhalb der Ebene. Wenn die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B kleiner ist als die Abmessung der Dicke T von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B in der Laminierungsrichtung, sind die Biegesteifigkeiten der vier Trägerabschnitte 120 und der vier Verbindungsabschnitte 230 in der Richtung in der Ebene geringer als die Biegesteifigkeit in der Richtung außerhalb der Ebene. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz der gekoppelten Schwingungsmode nahe zu der Resonanzfrequenz der Grundschwingungsmode und es kann schwierig sein, [(fr2 - fr1)/fr1) × 100(%)]durch 5 % oder mehr sicherzustellen.
Somit ist bei dem Ausführungsbeispiel die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B größer als die Abmessung der Dicke T von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B in der Laminierungsrichtung. Dies ermöglicht es, die Erzeugung der gekoppelten Schwingungsmode zu unterdrücken, wodurch eine Verringerung der Umwandlungseffizienz des piezoelektrischen Bauelements 200 unterdrückt wird und eine lange nachhallende Schwingung nach dem Antrieb des piezoelektrischen Bauelements 200 angehalten wird.
Es ist anzumerken, dass die Form des Verbindungsabschnitts 230, bei dem eine Begrenzung durch die obigen Parameter anwendbar ist, nicht auf die oben beschriebene Form begrenzt ist. Hier werden Formen von Verbindungsabschnitten gemäß Modifikationen beschrieben, bei denen die Begrenzung über die obigen Parameter anwendbar ist. Bei der folgenden Beschreibung der Modifikationen wird die Beschreibung der gleichen Konfiguration wie derjenigen des Verbindungsabschnitts 230 des piezoelektrischen Bauelements gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung nicht wiederholt.
24 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 24 dargestellt ist, hat der Überbrückungsabschnitt 131 bei der ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung in einem Verbindungsabschnitt 230a eine Halbkreisform mit einem Radius a, zentriert an der Spitze des Schlitzes 141. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist gleich der Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131.
25 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 25 dargestellt ist, erstreckt sich bei der zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung jeder des ersten Kopplungsabschnitts 132A, des zweiten Kopplungsabschnitts 132B und des Überbrückungsabschnitts 131 in einem Verbindungsabschnitt 230b linear, während derselbe eine konstante Breite aufweist. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist kleiner als die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist gleich wie oder kleiner als zweimal die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
26 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 26 dargestellt ist, hat der Überbrückungsabschnitt 131 bei der dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung in einem Verbindungsabschnitt 230c eine Halbkreisform mit einem Radius a, zentriert an der Spitze des Schlitzes 141. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist kleiner als die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist gleich wie oder kleiner als zweimal die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
27 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer vierten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 27 dargestellt ist, hat bei der vierten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung jeder der Überbrückungsabschnitt-Seitenabschnitte des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B und der Überbrückungsabschnitt 131 in einem Verbindungsabschnitt 230d eine Form entlang eines virtuellen Quadrats mit einer Seitenlänge von 2a, zentriert an der Spitze des Schlitzes 141. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist kleiner als die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist gleich wie oder kleiner als zweimal die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
28 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer fünften Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 28 dargestellt ist, hat bei der fünften Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung jeder der Überbrückungsabschnitt-Seitenabschnitte des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B und des Überbrückungsabschnitts 131 in einem Verbindungsabschnitt 230e eine Form entlang einem virtuellen Kreis mit einem Radius a, zentriert an der Spitze des Schlitzes 141. Die Abmessung der minimalen Breite w von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist kleiner als die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist gleich wie oder kleiner als zweimal die Abmessung der minimalen Breite w von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
29 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer sechsten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 29 dargestellt ist, ist bei der sechsten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung eine kreisförmige Öffnung 141 r mit einem Durchmesser r an der Spitze des Schlitzes 141 gebildet. Die Abmessung des Durchmessers r ist größer als die Abmessung der Breite des Schlitzes 141 und ist gleich wie oder kleiner als die Abmessung der minimalen Breite w von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B. Jeder der Überbrückungsabschnitt-Seitenabschnitte des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132b und des Überbrückungsabschnitts 131 in einem Verbindungsabschnitt 230f hat eine Form entlang einem virtuellen Quadrat mit einer Seitenlänge von (2a + r), zentriert in der Mitte der Öffnung 141 r. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist gleich wie oder kleiner als die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist gleich wie oder kleiner als zweimal die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
30 ist eine Teildraufsicht, die die Form eines Verbindungsabschnitts eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer siebten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 30 dargestellt ist, bei der sechsten Modifikation des Ausführungsbeispiels 2 der vorliegenden Erfindung ist die kreisförmige Öffnung 141 r mit dem Durchmesser r an der Spitze des Schlitzes 141 gebildet. Die Abmessung des Durchmessers r ist größer als die Abmessung der Breite des Schlitzes 141 und ist gleich wie oder größer als die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B. Jeder der Überbrückungsabschnitt-Seitenabschnitte des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B und des Überbrückungsabschnitts 131 in einem Verbindungsabschnitt 230g hat eine Form entlang einem virtuellen Kreis mit einem Radius von (a + r/2), zentriert in der Mitte der Öffnung 141 r. Die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B ist gleich wie oder kleiner als die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131. Die Abmessung der maximalen Breite a des Überbrückungsabschnitts 131 ist gleich wie oder kleiner als zweimal die Abmessung der minimalen Breite W von jedem des ersten Kopplungsabschnitts 132A und des zweiten Kopplungsabschnitts 132B.
Die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele sollen in jeglicher Hinsicht als darstellend und nicht beschränkend angesehen werden. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche definiert und soll Bedeutungen umfassen, die äquivalent sind zu den Ansprüchen und allen Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs.
Bezugszeichenliste

10: Mehrzahl von Schichten
11: piezoelektrische Schicht
11 a: Einkristallsubstrat
12: erste Elektrodenschicht
13: zweite Elektrodenschicht
14: Stützschicht
14a: erster Stützabschnitt
14b: zweiter Stützabschnitt
15: Substratschicht
15a: erste Substratschicht
15b: zweite Substratschicht
16: Mehrschichtkörper
17: Rille
18: Ausnehmung
20: erste Verbindungselektrodenschicht
30: zweite Verbindungselektrodenschicht
100, 100a, 100b, 100c, 200: piezoelektrisches Bauelement
101: Loch
110: Basis
120: Trägerabschnitte
121: fester Endabschnitt
122: Spitzenendabschnitt
130, 230, 230a, 230b, 230c, 230d, 230e, 230f, 230g: Verbindungsabschnitt
131: Überbrückungsabschnitt
132A: erster Kopplungsabschnitt
132B: zweiter Kopplungsabschnitt
133A: erster Endabschnitt
133B: zweiter Endabschnitt
141: Schlitz
141 r: Öffnung
142: Öffnung
143: Außenumfangsschlitz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2019/0110132 [0002, 0003]

Claims

Ein piezoelektrisches Bauelement, das folgende Merkmale aufweist: eine Basis mit einer Ringform; eine Mehrzahl von Trägerabschnitten, von denen jeder einen festen Endabschnitt, der mit der Basis verbunden ist, und einen Spitzenendabschnitt aufweist, der sich auf einer Seite gegenüber dem festen Endabschnitt befindet und sich von dem festen Endabschnitt zu dem Spitzenendabschnitt erstreckt; und einen Verbindungsabschnitt, der von der Mehrzahl von Trägerabschnitten ein Paar von Trägerabschnitten verbindet, die in einer Umfangsrichtung der Basis benachbart zueinander sind, wobei jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten ein piezoelektrischer Schwingabschnitt ist, der eine Mehrzahl von Schichten umfasst, ein Schlitz, der durch Abschnitte eines Paars von zueinander benachbarten Endkanten des Paars von Trägerabschnitten gebildet ist, und eine Öffnung, die sich benachbart zu den Spitzenendabschnitten des Paars von Trägerabschnitten befindet, während die Öffnung von dem Schlitz beabstandet ist und durch andere Abschnitte des Paars von Endkanten gebildet ist, zwischen dem Paar von Trägerabschnitten vorgesehen sind, der Verbindungsabschnitt so vorgesehen ist, dass derselbe zwischen dem Paar von Trägerabschnitten zurückgeklappt werden kann, der Verbindungsabschnitt einen ersten Kopplungsabschnitt, der sich entlang dem Schlitz erstreckt und mit einem des Paars von Trägerabschnitten verbunden ist, einen zweiten Kopplungsabschnitt, der sich entlang dem Schlitz erstreckt und mit einem anderen des Paars von Trägerabschnitten verbunden ist, und einen Überbrückungsabschnitt umfasst, der sich zwischen dem Schlitz und der Öffnung befindet und sowohl mit dem ersten Kopplungsabschnitt als auch dem zweiten Kopplungsabschnitt verbunden ist und die Mehrzahl von Trägerabschnitten in der Umfangsrichtung über den Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, während jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten zwischen Schlitzen angeordnet ist, die sich in sich schneidenden Richtungen erstrecken.
Das piezoelektrische Bauelement gemäß Anspruch 1, das ferner einen Außenumfangsschlitz aufweist, der sich entlang jedem des ersten Kopplungsabschnitts und des zweiten Kopplungsabschnitts an einem Abstand von dem Schlitz erstreckt und mit der Öffnung kommuniziert.
Das piezoelektrische Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mehrzahl von Schichten folgende Merkmale umfasst: eine piezoelektrische Schicht, die aus einem piezoelektrischen Einkristallmaterial hergestellt ist, eine erste Elektrodenschicht, die in einer Laminierungsrichtung der Mehrzahl von Schichten auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist und eine zweite Elektrodenschicht, die auf einer anderen Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, um zumindest einem Teil der ersten Elektrodenschicht mit der piezoelektrischen Schicht dazwischen zugewandt zu sein und eine Axialrichtung einer virtuellen Achse, wenn eine Polarisationsachse des piezoelektrischen Einkristallmaterials von der Laminierungsrichtung auf eine virtuelle Ebene orthogonal zu der Laminierungsrichtung projiziert wird, sich von der Laminierungsrichtung aus gesehen in allen der Mehrzahl von Trägerabschnitten in einer gleichen Richtung erstreckt und eine Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten schneidet.
Das piezoelektrische Bauelement gemäß Anspruch 3, bei dem ein Winkel, der durch die Axialrichtung der virtuellen Achse und die Erstreckungsrichtung von jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten gebildet wird, von der Laminierungsrichtung aus gesehen 40 Grad oder mehr und 50 Grad oder weniger, oder 130 Grad oder mehr und 140 Grad oder weniger beträgt.
Das piezoelektrische Bauelement gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem die piezoelektrische Schicht aus Lithiumniobat (LiNbO₃) oder Lithiumtantalat (LiTaO₃) gebildet ist.
Das piezoelektrische Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Mehrzahl von Trägerabschnitten vier Trägerabschnitte umfasst, die festen Endabschnitte der vier Trägerabschnitte so angeordnet sind, um von einer Laminierungsrichtung aus gesehen ein Quadrat zu bilden und von der Laminierungsrichtung aus gesehen, ein Verhältnis einer Abmessung einer Erstreckungslänge von jedem des ersten Kopplungsabschnitts und des zweiten Kopplungsabschnitts zu einer Abmessung eines kürzesten Abstands zwischen den festen Endabschnitten, die von den festen Endabschnitten der vier Trägerabschnitte einander zugewandt sind, 32% oder weniger beträgt.
Das piezoelektrische Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in einer Laminierungsrichtung eine Abmessung einer minimalen Breite von jedem des ersten Kopplungsabschnitts und des zweiten Kopplungsabschnitts größer ist als eine Abmessung einer Dicke von jedem des ersten Kopplungsabschnitts und des zweiten Kopplungsabschnitts.