JP2007281164A

JP2007281164A - 圧電トランス、該圧電トランスの制御方法、及び該圧電トランスの製造方法

Info

Publication number: JP2007281164A
Application number: JP2006105079A
Authority: JP
Inventors: Hideo Adachi; 日出夫安達; Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】本発明では、不安定な分極状態の境界領域を作らず、高い昇圧比が得られ、かつ、分極時、動作時ともに亀裂が入ることのない、小型化に適した圧電トランスを提供する。
【解決手段】電圧を印加して振動を励起すると共に変圧した電圧を出力する圧電トランスは、入力電圧が印加される一次側に用いられて第１の分極方向に分極された第１の圧電体と、前記変圧された電圧が出力される二次側に用いられて前記第１の分極方向と異なる第２の分極方向に分極された第２の圧電体と、を備え、前記第１の圧電体が有する面と前記第２の圧電体が有する面とが対向するように接続することにより、上記課題の解決を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電トランスに関する。

従来から圧電セラミックスの圧電効果を応用した圧電トランスは、例えば液晶ディスプレイに使用されているバックライト用インバータ等に広く適用されている。
図２５は、圧電トランスの従来例を示す。同図は、圧電トランスのうち、基本的で最もよく研究されてきたＲｏｓｅｎ型の構造を示す。圧電トランスは、板状の圧電素子５０１の左半部の上面に入力電極５０２が設けられ、左半部の下面に接地電極５０３が設けられている。その圧電素子の右側端部の側面に出力電極５０４が設けられている。

この圧電トランスにおいて、一次側入力電圧として電極５０２、５０３に出力側機械的振動の共振周波数に合わせた電圧Ｖ_inが印加されると、逆圧電効果により電気エネルギーが機械エネルギー変換され、長さＬの方向の縦振動が励振される。駆動周波数が長さ方向の縦振動の一次モードや二次モードの共振周波数にほぼ一致する時、出力電極５０４では圧電効果により機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、出力電圧Ｖ_outが発生する。このとき出力電極５０４では分極方向が長さ方向であり、その長さは厚みに比べて大きいので出力電極５０４からは高電圧を容易に得られる。

このような特性をもつ圧電トランスを用いた様々な文献が開示されている。特許文献１では、圧電セラミック体を比誘電率の異なる第１の圧電材料と第２の圧電材料とで構成し、圧電セラミック体の出力部側を構成する第２の圧電材料の比誘電率を、圧電セラミック体の入力部側を構成する第１の圧電材料の比誘電率よりも小さくし、かつ、入力部と出力部の境界部位置に第１の圧電材料と第２の圧電材料とが混在する混在部を形成することが開示されている。

また、特許文献２では、単層もしくは複数の圧電層からなる低インピーダンス部と、単層もしくは複数の圧電層からなる高インピーダンス部とを設け、低インピーダンス部と高インピーダンス部とにおいて圧電層の分極方向を平行にすることが開示されている。

また、特許文献３では、シリコンウェハに対して所定のエッチング処理を行って、圧電膜を蒸着させて走査型近接場光学顕微鏡用のカンチレバーを製造する方法が開示されている。
特開２０００−２６９５６６号公報特開２０００−１５０９８０号公報特開２０００−９６２７号公報

上述した図２５の圧電トランスは、一枚の圧電素子に入力用の一対の電極と、出力用電極を設けている。そして、入力側は厚み方向に分極し、出力側は長さ方向に分極している。このように２つの分極方向が直交すると、その分極方向が直交する境界領域が不安定な分極状態となる。それによって動作中に圧電素子に亀裂が入ったり、十分な昇圧比が得られなかったり等の問題があった。

また、従来から、入力する電圧の周波数を高くするほど、出力電圧が大きくなると言われていた。しかしながら、圧電トランスの小型化を図ると、その境界領域の存在に起因して良好な昇圧特性が得られなかった。また、分極時に圧電セラミクスに亀裂が入り、歩溜まりの低下の原因になっていた。

また、特許文献１では、その境界領域に第１の圧電材料と第２の圧電材料とを混在させることで、その境界領域の横断面において焼結時に作用する厚さ方向の剪断応力が緩和され、圧電セラミック体の剪断破壊による割れを防止している。しかしながら、この境界領域は一定の幅があるために、この境界領域において２つの直交する分極軸が得られず、圧電トランスの特性が低減してしまっていた。

上記の課題に鑑み、本発明では、不安定な分極状態の境界領域を作らず、高い昇圧比が得られ、かつ、分極時、動作時ともに亀裂が入ることのない、小型化に適した圧電トランスを提供する。

本発明にかかる、電圧を印加して振動を励起すると共に変圧した電圧を出力する圧電トランスは、入力電圧が印加される一次側に用いられて第１の分極方向に分極された第１の圧電体と、前記変圧された電圧が出力される二次側に用いられて前記第１の分極方向と異なる第２の分極方向に分極された第２の圧電体と、を備え、前記第１の圧電体が有する面と前記第２の圧電体が有する面とが対向するように接続されることを特徴とする。

前記圧電トランスは、前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが、互いにその誘電体特性が異なることを特徴とする。
前記圧電トランスは、前記第１の分極方向と前記第２の分極方向とが略直交するように前記第１の圧電体と前記第２の圧電体が接合されていることを特徴とする。

前記圧電トランスは、前記第１の圧電体は、前記第２の圧電体よりも比誘電率が高いことを特徴とする。
前記圧電トランスにおいて、前記第１の圧電体及び前記第２の圧電体のうち少なくとも１つは、ジルコンチタン酸鉛、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、水晶、チタン酸バリウム、ビスマク層状構造強誘電体のいずれかからなることを特徴とする。

前記圧電トランスにおいて、前記第１の圧電体がジルコンチタン酸鉛セラミクスであり、前記第２の圧電体がチタン酸鉛セラミクスであることを特徴とする。
前記圧電トランスにおいて、低音響減衰特性を有する電気的絶縁性弾性薄板を介して前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが接合されていることを特徴とする。

前記圧電トランスにおいて、前記接合は、接着材を用いて行われていることを特徴とする。
前記圧電トランスにおいて、前記接合は、表面活性化常温接合法を用いて行われていることを特徴とする。

前記圧電トランスにおいて、前記絶縁性弾性薄板は、アルミナ、ジルコニア、酸化ケイ素、窒化珪素のいずれかよりなることを特徴とする。
前記圧電トランスにおいて、前記第１の圧電体へ信号を入力する信号伝送用配線が前記絶縁性弾性薄板に配されていることを特徴とする。

前記圧電トランスにおいて、前記第１の圧電体及び前記第２の圧電体のうち少なくとも一方が、圧電性薄膜からなることを特徴とする。
また、本発明にかかる圧電トランスは、マイクロマシンプロセスを用いて形成したメンブレンの両面に一対の異なる誘電特性を有する圧電体が形成されてなる構造を有する。

前記圧電トランスにおいて、前記メンブレンは、半導体基板をエッチングして得られるシリコン、酸化ケイ素、または窒化珪素からなり、前記圧電体は、層状に前記メンブレンに形成されていることを特徴とする。

前記圧電トランスにおいて、前記圧電体は、薄膜であることを特徴とする。
前記圧電トランスは、半導体基板上に複数配列されてアレイ型マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）圧電トランスとして用いられる。

また、本発明にかかる、入力電圧が印加される一次側に用いられて第１の分極方向に分極された第１の圧電体と、前記変圧された電圧が出力される二次側に用いられて前記第１の分極方向と異なる第２の分極方向に分極された第２の圧電体が、前記第１の分極方向と前記第２の分極方向とが略直交するように接合され、前記入力電圧を印加して振動を励起すると共に変圧した電圧を前記第２の圧電体側から出力する圧電トランスの制御方法は、前記第１の圧電体の入力電極へ入力された前記電圧信号に基づいて、自励発振を行い、前記圧電トランスを駆動させて昇圧された電圧を提供することを特徴とする。

本発明にかかる圧電トランスの製造方法は、低誘電率圧電体を第１の分極方向に分極させて、所定間隔でダイシングを行うことにより低誘電率圧電体部を作製し、エッチング処理により半導体基板の所定部分の厚さを薄くしてメンブレンを形成して絶縁膜を形成することにより絶縁部を作製し、高誘電率圧電体を所定間隔でダイシングを行うことにより高誘電率圧電体部を作製し、前記メンブレンの一方の面と前記低誘電率圧電体部のダイシング残部とを、電極を介して接合し、前記メンブレンの他方の面と高誘電率圧電体部のダイシング残部とを接合し、前記高誘電率圧電体部を前記第１の分極方向に直交する第２の分極方向に分極させることを特徴とする。

前記圧電トランスの製造方法は、前記低誘電率圧電体部の作製においては、前記低誘電率圧電体の上面及び下面に電極を形成して該電極間に電圧を印加することにより前記第１の分極方向に分極させて、所定間隔で前記ダイシングを行い、前記絶縁部の作製においては、前記エッチング処理により半導体基板の所定部分の厚さを薄くしてメンブレンを形成して、酸化膜により半導体基板の表面に絶縁膜を形成して、該エッチング処理されていない側のメンブレンの上面に電極を形成し、前記高誘電率圧電体部の作製においては、前記高誘電率圧電体を所定間隔でダイシングを行い、該ダイシング面に電極を形成し、前記メンブレン上面に形成した電極と前記低誘電率圧電体部のダイシング残部の前記電極とを接合し、前記メンブレンの下面と高誘電率圧電体部のダイシング残部とを接合し、前記高誘電率圧電体部のダイシング残部の側面に形成された前記電極により、前記第１の分極方向に直交する第２の分極方向に分極させることを特徴とする。

本発明にかかるマイクロマシンプロセスを用いる圧電トランスの製造方法は、半導体基板の一方の面上に第１の圧電層を形成して、所定の間隔でエッチング処理を行い、前記第１の圧電層の上面に電極層を形成し、前記半導体基板の他方の面側を所定間隔でエッチングして、該エッチングした部分に第２の圧電層を形成し、前記第２の圧電層の表面に電極層を形成し、前記第１の圧電層を第１の分極方向に分極させ、前記第２の圧電層を前記第１の分極方向と直交する第２の分極方向に分極させることを特徴とする。

本発明にかかるマイクロマシンプロセスを用いる圧電トランスの製造方法は、半導体基板の一方の面上に第１の電極を形成し、該第１の電極の上面に第１の圧電層を形成して、所定の間隔でエッチング処理を行い、前記第１の圧電層の上面に第２の電極を形成し、前記半導体基板の他方の面側を所定間隔でエッチングして、該エッチングした部分に第２の圧電層を形成し、前記第２の圧電層をエッチングして、略立体状形状に切り出し、前記第２の圧電層の表面の一部にマスク処理を行って前記第２の圧電層の表面に電極層を形成した後に該マスクを除去することにより、該マスクを除去された部分により隔てられた第３の電極と第４の電極とを形成し、前記第１及び第２の電極を用いて、前記第１の圧電層を第１の分極方向に分極させ、前記第３及び第４の電極を用いて、前記第２の圧電層を前記第１の分極方向と直交する第２の分極方向に分極させることを特徴とする。

本発明を用いることにより、板厚方向の分極軸と長さ方向の分極軸とがほぼ完全に直交する圧電トランスを得ることができる。この圧電トランスにより高い昇圧比が得られる。また、この圧電トランスは、分極時及び動作時ともに亀裂が入ることがなく、小型化に適している。

＜第１の実施形態＞
本実施形態では、誘電率の異なる２つの圧電体を分極方向が直交するように接合させて形成した圧電トランスについて説明する。

図１は、本実施形態における圧電トランスの側面図である。圧電トランス１は、電極２，３，４、高誘電率圧電体５、低誘電率圧電体６、配線９，１０，１２、接地線１１から構成される。

まず、予め、高誘電率圧電体５は板厚方向１３に分極させておき、低誘電率圧電体６は長さ方向１４に分極させておく。しかる後、高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６を接合する。

高誘電率圧電体５の上面全体には、電極２が形成されている。電極２は、配線９により一次側入力端子１７と接続されている。高誘電率圧電体５の下面全体には、電極３が形成されている。電極３は、配線１０及び接地線１１により接地端子１８と接続されている。

低誘電率圧電体６の端部側面の全体には、電極４が形成されている。電極４は、配線１２により二次側出力端子１９と接続されている。
高誘電率圧電体５及び低誘電率圧電体６の厚さはそれぞれｔ、長さはそれぞれほぼ０．５Ｌで表されるが、厳密には昇圧化が最大になるよう、厚さの微調整が行われ、両者の長さがわずかに異なる場合もある。

また、本実施形態の圧電トランスにおいて、接合面８から左側の圧電体は右側の圧電体よりも比誘電率が高くなるように構成されている。そこで、比誘電率の高い側を高誘電率圧電体部１５、比誘電率の低い側を低誘電率圧電体部１６と便宜上称する。

圧電トランス１は、圧電効果を有する材料（高誘電率圧電体５及び低誘電率圧電体６）を接合して形成されており、電気−機械エネルギー変換を行うことができる。すなわち、一次入力電極側である電極２に電流電圧Ｖ_inが印加されると、圧電トランス１は所定の共振周波数で振動する振動子として動作し、二次電極側である電極４より昇圧された高電圧Ｖ_outが出力される。

上記において、高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６を接合したが、この手法について簡単に説明する。接合方法は各種の方法を利用することができる。例えば、エポキシ系の接着剤を用いる場合には、接合面となる表面に接着剤を塗布後、加圧・過熱して接着し、極力薄い接着層を形成するができる。

他の接合方法の一例として、表面活性化常温接合（Ｓｕｒｆａｃｅ−ａｃｔｉｖａｔｅｄＲｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＢｏｎｄｉｎｇ）を用いてもよい。表面活性化常温接合法は、接合面を真空中で表面処理することにより、表面の原子を化学結合の形成しやすい活性な状態とし室温での接合もしくは熱処理温度を大幅に下げることができる。

このような接合方法を用いることにより、高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６との間の中間的な領域が形成されるのが抑制される。仮にその中間的な領域ができたとしても、その領域の大きさは従来に比べてきわめて小さいものとなる。したがって、従来のように、中間的な領域での斜め方向の分極が発生せず、直交した分極方向を確保することができる。

図２は、本実施形態における圧電トランスの原理を説明するための図である。電極２と電極３間の静電容量をＣ₁で表し、電極２または電極３と電極４間の静電容量をＣ₂で表す。そして、図１に示すように、電極２と電極３間に印加する入力電圧をＶ_in、出力電圧をＶ_outで表す。

このとき、Ｖ_outは図２の式（１）及び（２）で表すことができる。なお、ｋ₃₁は横効果についての電気機械結合係数、ｋ₃₃は縦効果についての電気機械結合係数を表わす。さらに、Q_mは圧電トランス１の機械的品質係数を表わす。ε₁は高誘電率圧電体５の比誘電率、ε₂は低誘電率圧電体６の比誘電率を表わす。

式（２）により、Ｖ_outはε₁／ε₂に比例することから、ε₁／ε₂の値が大きくなるほど、より大きな出力電圧Ｖ_outが得られる。そこで、本発明では、入力側の圧電素子が出力側の圧電素子に比べて相対的に比誘電率が大きくなるように構成している。

圧電素子の材質としては、例えば、ジルコンチタン酸鉛セラミクス、チタン酸鉛セラミクス、ニオブ酸リチウム単結晶、ニオブ酸カリウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、水晶単結晶、チタン酸バリウム、ビスマス層状構造強誘電体をそれぞれ低誘電率と高誘電率の組み合わせとなるように選んで用いればよい。例えば、高誘電率圧電体５がジルコンチタン酸鉛セラミクスであり、低誘電率圧電体６がチタン酸鉛セラミクスという組み合わせがある。

図３は、本実施形態における圧電トランス１と従来の一体型の圧電トランスとの昇圧比の周波数特性測定結果を示す。同図において、縦軸は昇圧比、横軸は周波数を示す。昇圧比のピーク周波数２１３において、本実施形態における圧電トランスの昇圧比の周波数特性２１１の方が従来の圧電トランスの昇圧比の周波数特性２１２よりも高いことが分かる。

図４は、本実施形態における圧電トランス１と従来の一体型圧電トランスとの各種特性を比較した表である。本実施形態では、一次側には富士セラミクス社製Ｃ２１の圧電素子を用い、二次側には富士セラミクス社製Ｍ６の圧電素子を用いた。

本実施形態における圧電トランス１の一次側圧電素子に入力電圧（Ｖ_in＝６．８８［Ｖ］）を印加すると、二次側圧電素子からは出力電圧（Ｖ_out＝３６５［Ｖ］）が得られる。このときの昇圧比はＶ_out／Ｖ_in＝５３である。この昇圧比におけるこの圧電素子１の長さＬと厚さＴの比はＬ／Ｔ＝２．４７４である。

比較の対象として、従来の一次側と二次側とが一体となった圧電トランス（富士セラミクス社製Ｃ２０５）を用いた。この従来の一体型圧電トランスの一次側に入力電圧（Ｖ_in＝３．７２［Ｖ］）を印加すると、二次側圧電素子からは出力電圧（Ｖ_out＝８００［Ｖ］）が得られる。このときの昇圧比はＶ_out／Ｖ_in＝２１５である。この昇圧比におけるこの従来一体型の圧電素子は、Ｌ／Ｔ＝１６．６である。

本実施形態における圧電トランス１と、従来の一体型の圧電トランスとのＬ／Ｔを同じ値にした場合の昇圧比に換算して、この換算昇圧比を比較する。圧電トランス１の換算昇圧比は３５６であり、従来の一体型圧電トランスに比べて、約１．７倍の昇圧効果があることが確認できる。

本実施形態によれば、境界領域が生じないように誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６とを接合することができるので、板厚方向の分極軸と長さ方向の分極軸とが直交する圧電トランスを得ることができる。よって、本実施形態の圧電トランスにより、従来の圧電トランスより高い昇圧比が得られたと言える。

＜第２の実施形態＞
本実実施形態では、第１の実施形態に加えて、高誘電率圧電体５が厚み方向に複数積層された高誘電率圧電体部１５を有する圧電トランスについて説明する。本実施形態については、第１の実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５は、本実施形態における圧電トランスの側面図である。図５において、図１と異なる部分は、高誘電率圧電体部１５である。高誘電率圧電体部１５は、５層からなる圧電層２０と、それらの圧電層２０間に設けられた内部電極２１ａ，２１ｂとを有する。各層をそれぞれ上から第１層〜第５層と称すると、第１層と第２層間、第３層と第４層間にある内部電極２１ｂは外部電極２１ｃと接続されている。第２層と第３層間、第４層と第５層間にある内部電極２１ａは外部電極２１ｄと接続されている。このように、内部電極２１ａ，２１ｂは積層された圧電層間に形成され、交互に外部電極２１ｃ，２１ｄに接続されている。

高誘電率圧電体部１５の各圧電層は板厚方向に分極している。このとき、高誘電率圧電体部１５の圧電層は、隣接する圧電層に対して互いに逆方向に分極するように形成されている。

各圧電層は、高誘電率圧電体５であるため、より大きい静電容量が得られる。したがって、第１の実施形態より昇圧比の高い圧電トランスを得ることができる。
なお、高誘電率圧電体部１５は、グリーンシート積層法を用いて作製する。すなわち、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層して積層体を得る場合、圧電セラミック層としてセラミックスグリーンシートを用い、このセラミックスグリーンシートへ内部電極を印刷して積層する方法を採用して作製している。

本実施形態によれば、高誘電率圧電体を積層させることにより、第１の実施形態よりの高い昇圧比を得ることができる。なお、積層体の外部電極は図５では圧電トランスの長軸に垂直の面に形成しているが、紙面に平行な２つの面に形成してもよい。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、低音響減衰率を有する絶縁弾性体薄板を挟んで、高誘電率圧電体と低誘電率圧電体とを接合させた圧電トランスについて説明する。本実施形態については、上記の実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図６は、本実施形態における圧電トランスの側面図である。図７は、図６のＡａ−Ａｂ断面（高誘電率圧電体５側から見た断面図）である。図８は、図６のＢａ−Ｂｂ断面（低誘電率圧電体６側から見た断面図）である。

図６の圧電トランスは、高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６との間に、所定の電極パターンが形成された絶縁性弾性体３０を追加したものである。絶縁性弾性体３０は、低音響減衰率を有する電気的絶縁材料であり、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリコン、または窒化珪素、ＳｉＯ₂等の絶縁材料で構成されている。

図６の圧電トランスは、絶縁性弾性体３０を中央にして高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６が左右対称となるように接合している。左右対称にすることで、圧電トランスが基本振動モードで振動する場合にその節が絶縁性弾性体３０上に位置することができる。したがって、絶縁性弾性体３０を中央に配置することは圧電トランスを支持する場合に有利となる。

図７において、絶縁性弾性体３０の表面には高誘電率圧電体５が接合されている。そして、高誘電率圧電体５の上面側の電極２は、引き出し配線３４と接続されている。この引き出し配線３４は絶縁性弾性体３０の下方端部まで配され、取り出し電極３１となっている。

また、高誘電率圧電体５の下面側の電極３は、引き出し配線４１と接続されている。この引き出し配線４１は絶縁性弾性体３０の下方端部まで配され、取り出し電極４２となっている。

図８において、絶縁性弾性体３０の表面には電極膜３５が形成されている。この電極膜３５の上面に低誘電率圧電体６が配置されている。また、電極膜３５は、引き出し配線３３と接続されている。この引き出し配線３３は絶縁性弾性体３０の下方端部まで配され、取り出し電極３２となっている。

このように電極膜（接地電極）３５を絶縁性弾性体３０と低誘電率圧電体６の境界に形成して、低誘電率圧電体６を挟んで、接地電極（電極膜３５）と電極４とがほぼ完全に平行に対向するようになるので、電束の均一性という観点から、従来と比べて有利となる。

例えば、図２５では、電極５０２と電極５０３間で電界が生じ、さらに、電極５０３と電極５０４間で電界が生じる。すなわち、電極５０３から電極５０４へ向かって斜め方向に電界が生じることになる。これによって、分極方向と電界方向が一致しなくなり、目的とした振動モード以外の不要振動が発生する原因となっていた。

これに対して、本実施形態では、高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６の間に絶縁性弾性体３０が設けられ、電極膜３５と電極がほほ完全に平行に配置しているので、電極３から電極４へ向かって斜め方向に電界が生じない。本実施形態では、電極２と電極３間に電圧を印加する。電極３から引き出し配線４１−取り出し電極４２−取り出し電極３２−引き出し配線３３を介して、電極膜３５と電極４間で電界が生じている。この電界は、電極膜３５から電極４へ向かって分極方向にほぼ一致した方向に電界が生じている。

さらに、低誘電率圧電体６側における分極が長さ方向になるように、接地電極（電極膜３５）と電極４とを対向させているので、確実に分極方向を直交させることができる。
また、絶縁性弾性体３０に、低音響減衰部材を用いることで、圧電トランスが超音波振動するときの振動の減衰を抑制することができる。

本実施形態によれば、高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６との間で、より確実に分極方向を直交させることができる。また、圧電トランスが超音波振動するときの振動の減衰を抑制することができる。したがって、振動の損失が軽減し、効率のよい昇圧を得ることができる。

＜第４の実施形態＞
本実実施形態では、第１の実施形態の圧電トランスを円筒形状にした圧電トランスについて説明する。本実施形態については、上記の実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図９は、本実施形態における圧電トランスの斜視図である。同図の圧電トランスは、円筒形上の高誘電率圧電体５と低誘電率圧電体６とを用いている。高誘電率圧電体５の外壁面に電極３を形成し、内壁面に電極２を形成している。電極２は配線９を介して一次側入力端子１７と接続している。電極３は配線１０，１１を介して接地端子１８と接続している。したがって、高誘電率圧電体５は板厚方向１３である筒の中心から外周方向へ分極している。

低誘電率圧電体６は、円筒形のドーナツ形状をした縁部分の全面に電極４が形成されている。電極４は配線１２を介して二次側出力端子と接続している。したがって、長さ方向１４である接合部７から電極４への長さ方向に分極している。

このように構成することにより、円筒の中空部分に様々な部品を収納することができる。例えば、通常は、Ｖ_in及びＶ_outは交流信号であるが、その交流を直流に変換するための整流器等をこの中空部分に収納するようにしてもよい。

＜第５の実施形態＞
本実実施形態では、第３の実施形態の圧電トランスを半導体基板上に形成した圧電トランスについて説明する。本実施形態については、上記の実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図１０は、本実施形態における圧電トランスの側面図である。同図において、圧電トランスは、電極５２，５３，５４、高誘電率圧電体５５、低誘電率圧電体５６、半導体基板５８、絶縁膜メンブレン５９、絶縁膜６０、接地配線電極６１、オーミックコンタクト６２、拡散層６３、ワイヤ６４、中継電極６５、ウェーハ貫通孔６６、貫通配線６７、電極パッド６８，６９，７０から構成される。

半導体基板（シリコン基板）５８の下面側からテーパーを設けた凹部が形成されている。その凹部の底面に相当する部分（すなわち、他の基板部分よりも厚みが薄い）が絶縁膜メンブレン５９に相当する。このような形態において、半導体基板５８は、その表面が酸化されて、絶縁膜（ＳｉＯ₂）６０が形成されている。

絶縁膜メンブレン５９の下面には、高誘電率圧電体５５が接合されている。絶縁膜メンブレン５９の上面には、低誘電率圧電体５６が接合されている。高誘電率圧電体５５の左側面には電極５２が形成されており、半導体基板５８のテーパー形状部分の表面の電極膜を介して電極パッド６８と接続されている。高誘電率圧電体５５の右側面には電極５３が形成されており、半導体基板５８のテーパー形状部分の表面の電極膜を介して電極パッド６９と接続されている。

低誘電率圧電体５６の下面と絶縁膜メンブレン５９との間には接地電極配線６１が形成されている。また、低誘電率圧電体５６の上面には電極５４が形成されている。接地電極配線６１と電極パッド６９とは、オーミックコンタクト６２、拡散層６３により半導体基板５８を介して導通している。

また、半導体基板５８の上面には中継電極６５が形成されており、中継電極６５はワイヤ６４を介して電極５４と接続されている。また、半導体基板５８には、ウェーハ貫通孔６６が設けられ、絶縁処理された内壁面表面に貫通配線６７が形成されている。ウェーハ貫通孔６６の下側の開口部周辺には電極パッド７０が設けられている。電極パッド７０は、貫通配線６７を介して、中継電極６５と接続されている。

図１０の圧電トランスは、図６の圧電トランスを半導体基板により実現したものである。よって、図６の絶縁性弾性体３０に対応するのが絶縁膜メンブレン５９である。また、電極５２、電極５３、電極５４はそれぞれ、図６の電極２，３，４に対応する。したがって、電極５２と電極５３とに垂直な方向の分極７３が形成されている。また、接地配線電極６１と電極５４とに垂直な方向の分極７４が形成されている。または、接合後に分極処理を行ってもよい。

よって、電極パッド６８と電極パッド６９間に一次側入力電圧Ｖ_inが印加されると、電極パッド７０と電極パッド６９間で二次側出力電圧Ｖ_outが得られる。
図１１〜図１３は、本実施形態における圧電トランスの製造工程を示す。ここでは、バルクプロセス（分極状態の圧電セラミクスや単結晶圧電体のバルクを接合、パターニングするプロセス）により圧電トランスを製造する。

まず、低誘電率圧電体部８１を作製する。まず、上面と下面にそれぞれ電極８１７，８１６を形成して、予め分極状態８１８にある平行平板状の低誘電率圧電体を、その下面方向からｈ２の高さ（低誘電率圧電体研削残り部高さ）８２１を研削したものである。ここで、凸部８１５の幅はＷ２である。

次に、半導体基板異方性エッチング領域８２を作製する。半導体基板異方性エッチング領域８２は、半導体基板に拡散層８２２，８２４、オーミックコンタクト８２３、ビアホール８２５を形成して、異方性エッチングによりテーパー状の凹部を形成して、半導体基板の表面全体を酸化して酸化膜８１１，８１２，８１３を形成して構成される。

異方性エッチングによりテーパー状の凹部を形成する場合、半導体基板の下面側からｈ１の高さ（半導体基板異方性エッチング領域深さ）８０６をエッチングして、テーパーを設けた凹部を形成して、半導体基板異方性エッチング残部８１０が形成される。その後、その半導体基板の表面を酸化して絶縁膜（ＳｉＯ₂）８１１，８１２，８１３を形成する。

また、半導体基板異方性エッチング残部８１０間の半導体基板の残部が絶縁膜メンブレン８１１となる。絶縁膜メンブレン８１１の上面からオーミックコンタクト８２３にわたって電極８１４を形成する。

次に、高誘電率圧電体部８３を作製する。矢印の方向に分極された圧電セラミクス板を片面溝加工した片面凹構造として、その凹部表面全体に電極膜を形成後、さらにダイシング残留部８０３の上部に形成された電極膜を除去し、高誘電率圧電体を露出させる（電極非形成面８０４）。高誘電率圧電体部８３において、高誘電率圧電体初期厚さｈ３（８０８）から高さｈ２（高誘電率圧電体研削残り部高さ（８０７）がｈ２≧ｈ１となるように研削する。

このようにして電極膜を除去していない部分であるダイシング残留部の側壁及びダイシング溝の電極を、ダイシング側壁側面電極８０２とする。ここで、ダイシング側壁側面電極８０２とダイシング残留部８０３と含めた幅をｗ１で表す。ｗ１は、ｗ２にほぼ等しくなる。なお、８０５は、高誘電率圧電体表面である。

次に、半導体基板異方性エッチング領域８２に対して、絶縁膜メンブレン８１１の上面側には低誘電率圧電体部８１を、下面側には高誘電率圧電体部８３を矢印８２０に沿って位置合わせをして接合させる。このとき、ダイシング残留部８０３の非電極形成面８０４が絶縁膜８１１の面に空気層や気泡を巻き込まずに完全に密着した状態になるように接合する。

それから、低誘電率圧電体部８１の上面側から研削停止位置８１９まで研削を行い、その研削した表面に電極９１４（図１２参照）を形成する。そして、ダイシング刃８２７により、低誘電率圧電体部８１の各低誘電率圧電体研削残部８１５の側面に沿って、ダイシング刃切り込み停止位置８２６まで切り込みを入れる。

次に、ダイシング刃８２７により、高誘電率圧電体部８３の各ダイシング残留部８０３の側面に沿って、ダイシング刃切り込み停止位置８３０まで切り込みを入れる。
そして、図１２に示すように、高誘電率圧電体９０１（ダイシング残留部８０３に相当する）の右側の側面電極９０２ａとオーミックコンタクト８２５とをブリッジ電極９１０により接続する。そのブリッジ電極９１０は、分極用配線９１２に接続されている。

また、図１２に示すように、高誘電率圧電体９０１（ダイシング残留部８０３に相当する）の左側の側面電極９０２ｂと、半導体基板異方性エッチング残部８１０のテーパー形状部分に沿わせたブリッジ電極９０９とを接続する。そのブリッジ電極９０９は、入力電圧印加用配線９１３に接続されている。予め分極された圧電素子をダイシング凹部加工、電極形成する時、９０２ａ、９０２ｂは入力電圧印加用電極となり、電極形成後に分極するときは分極用電極を兼ねることになり、図１２に示すような配線をして高電圧Ｖ_polingを印加する。すなわち、分極用配線９１２（＋または−）と分極用配線９１３（−または＋）間に分極電圧Ｖ_polingを印加すると、図１２の矢印９４０で示す方向に高誘電率圧電体９０１が分極状態となる。

図１３は、図１２の半導体基板異方性エッチング残部８１０の先端部分９２０の拡大図である。図１３に示すように、ブリッジ電極９０９とブリッジ電極９１０は短絡していない。

本実施形態によれば、第３の実施形態の圧電トランスをバルクプロセスによりシリコン基板上に製造することができる。
＜第６の実施形態＞
本実施形態では、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）による半導体薄膜プロセスを用いて製造される圧電トランスについて説明する。

図１４は、本実施形態における圧電トランスの断面図である。同図において、圧電トランスは、電極１０２，１０３，１０４、高誘電率圧電体１０５、低誘電率圧電体１０６、半導体基板１０８、絶縁膜メンブレン１０９、絶縁膜１１０、接地配線電極１１１，１２２、オーミックコンタクト１１２、拡散層１１３、配線１１５，１２１、ウェーハ貫通孔１１６、貫通配線１１７、電極パッド１１８，１１９，１２０から構成される。

シリコン基板１０８の下面側からテーパーを設けた凹部が形成されている。その凹部の底面に相当する部分（すなわち、他の基板よりも厚みが薄い）が絶縁膜メンブレン１０９に相当する。このような形態において、半導体基板１０８は、その表面が酸化されて、絶縁膜（ＳｉＯ₂）１１０が形成されている。

絶縁膜メンブレン１０９の下面には、高誘電率圧電体１０５が形成されている。絶縁膜メンブレン１０９の上面には、低誘電率圧電体１０６が形成されている。高誘電率圧電体１０５の左側面には電極１０２が形成されており、半導体基板１０８のテーパー形状部分の表面の電極膜を介して電極パッド１１８と接続されている。高誘電率圧電体１０５の右側面には電極１０３が形成されており、半導体基板１０８のテーパー形状部分の表面の電極膜１２２を介して電極パッド１１９と接続されている。

低誘電率圧電体１０６の下面と絶縁膜メンブレン１０９との間には接地電極配線１１１が形成されている。また、低誘電率圧電体１０６の上面には電極１０４が形成されている。接地電極配線１１１と電極パッド１１９とは、オーミックコンタクト１１２、拡散層１１３により半導体基板１０８を介して導通している。なお、接地電極配線１１１は低誘電率圧電体１０６の下部では、低誘電率圧電体１０６の面積とほぼ同じでやや小さい寸法、低誘電率圧電体１０６から延び出た領域では細線となっている。

また、半導体基板１０８の上面には配線１１５が形成されており、この配線１１５は電極１０４と接続されている。また、半導体基板１０８には、ウェーハ貫通孔１１６が設けられ、絶縁処理された内壁面表面に貫通配線１１７が形成されている。ウェーハ貫通孔１１６の下方の開口部周辺には電極パッド１２０が設けられている。

電極パッド１２０は、貫通配線１１７を介して、配線１１５と接続されている。電極パッド１１８，１１９，１２０はそれぞれ、半田ボール１２３，１２４，１２５により回路基板１２４と接続している。

図１４の圧電トランスは、図６の圧電トランスを半導体プロセスにより実現したものである。したがって、図６の絶縁性弾性体３０に対応するのが絶縁膜メンブレン１０９である。また、電極１０２、電極１０３、電極１０４はそれぞれ、図６の電極２，３，４に対応する。したがって、電極１０２と電極１０３との間で分極処理することにより分極１３０が生じる。また、接地配線電極１１１と電極１０４間で分極処理することにより分極１３１が生じる。

よって、電極パッド１１８と電極パッド１１９間に一次側入力電圧Ｖ_inが印加されると、電極パッド１２０と電極パッド１１９間で二次側出力電圧Ｖ_outが得られる。
次に、図１４の圧電トランスの製造工程を図１５〜図２０を用いて説明する。図１５は、本実施形態における圧電トランスの製造工程の全体の概要図である。図１６は、図１５のＡで示す部分の矢印の方から見た正面図である。図１７は、図１５のＢで示す部分の矢印の方から見た正面図である。図１８は、図１５のＣで示す部分の矢印の方から見た正面図（その１）である。図１９は、図１５のＣで示す部分の矢印の方から見た正面図（その２）である。図２０は、図１５のDで示す部分の矢印の方から見た正面図である。

Ｓ１工程では、まず、片面に絶縁膜を形成し、裏面を異方性エッチングによりテーパー形状の凹部１４４を形成し、半導体基板１４１の表面全体を酸化して酸化膜１４２を形成し、拡散層１４３，１４５及びビア１５０を形成し、凹部１４４の底面に絶縁膜メンブレン１６１が形成された半導体基板を準備する。

次いで、シリコン基板１４１の上面側において、絶縁膜メンブレン１６１の上面からビア１５０にわたって接地電極配線１５１２を形成する。そうして、圧電膜１５２を絶縁膜メンブレン１６１の上部に対応する接地電極配線１５１１上に形成する。それから圧電膜１５２に電極１５３を接続する。

その後、スパッタリングにより凹部１４４に圧電膜１６０を形成する（図１６参照）。
さらに、圧電膜１６０の平坦部分１４８にレジスト１４９を形成する。また、シリコン基板１４１の異方性エッチング残部の下面側の酸化膜１４２にもレジスト１４６を形成する。

Ｓ２工程では、レジスト膜が形成されていない圧電膜領域１６０をパターンニングエッチング除去する。これにより、圧電膜１６０は、符号１５６で示すような形状にパターンニングされる。図１７に示すように、レジスト１４９で覆われていない部分は表面酸化膜１６２が露出している。このとき、レジスト１４９は帯状にパターンニングされているので、そのレジスト１４９に覆われている圧電膜１５６が絶縁膜メンブレン１６１の表面に残っている。この後、レジスト１４９を溶剤によって除去する。

さらに、シリコン基板１４１の異方性エッチング残部の下面側の酸化膜１４２をエッチングして、ビア１５４を形成する。
Ｓ３工程では、シリコン基板１４１の下面側全体に電極膜１５７を形成する（図１８参照）。このとき、ビア１５４の内壁面にも電極膜１５７が形成される。さらに、図１９に示すように、レジスト１５８を横方向に形成し、圧電膜１６０に対して異方性エッチングをした後、レジスト１４６，１５８を除去する。なお、図１８〜図２０では、シリコン基板１４１の上面側にある圧電膜１５２等は省略してある。

Ｓ４工程において、図１５及び図２０に示すように、圧電膜１５６が絶縁膜メンブレン１６１に対してレジスト１５８直下の領域以外の圧電膜はエッチング除去され、六面体構造にパターンニングされる。電極１５７は、ステップのある帯状に形成されている。次いで、前記六面体構造の上面１７０の金属膜のみを除去し、面１７０が全面絶縁状態になるようにする。符号１７０は、電極が除去された面を示す。符号１７１は、圧電素子の側壁に残った対向電極を示す。符号１７２は、電極が除去された圧電膜の側壁を示す。

また、矢印１７５，１７６で示す部分に分極用プローブを接触させて、圧電膜１５６を分極させる。シリコン基板１４１の上面側にある圧電膜１５２についても引き出し配線１５１２と電極１５３間に分極用プローブを接触させて、圧電膜１５２をメンブレン膜と平行な方向に分極させる。

図２１は、本実施形態における圧電トランスをアレイ状に配列させた構造を示す。同図では、平面状の弾性体の上面に複数の低誘電率圧電体２０３、下面にその各低誘電率圧電体２０３に対応する高誘電率圧電体２０２が形成されている。図２１は、平板状の絶縁弾性体で便宜的に図示されているが、この平板はＳｉ基板からなり異方性エッチングされ、その凹部に入力側の圧電膜をメンブレンを介して対向した位置に出力の圧電膜が形成されていることはいうまでもない。なお、図１０の圧電トランスも同様にアレイ状に配列させることもできる。

本実施形態によれば、ＭＥＭＳによる半導体薄膜プロセスを用いて圧電トランスを製造することができるので、より小型化を図ることができる。また、ＭＵＴ（ＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ：マイクロマシンプロセスを用いた超音波トランスデューサ）等のＭＥＭＳアレイ素子に近接配置させて、各アレイを構成するエレメント単位で対応させて制御することも可能である。

＜第７の実施形態＞
本実施形態では、第１の実施形態の圧電トランスに自励発振回路を適用する場合について説明する。

図２２は、本実施形態における圧電トランス素子と配線の側面図である。圧電トランス２２０は、一次側圧電素子２２１、二次側圧電素子２２２、電極２２５，２２８、接地配線２２９、接地線２３０、一次側入力端子２３１、二次側信号出力端子２３２、帰還信号端子２６０から構成される。符号２２３，２２４は分極方向を示す。図２２の圧電トランス２２０は、図１の圧電トランス１の電極４（図２２の二次側信号出力用電極２２８に対応する）に対して、帰還信号端子２６０に接続された配線を接続したものである。

図２３は、図２２の圧電トランスを二次側信号出力用電極２２８側から見た場合を示す。二次側信号出力用電極２２８には、帰還電極２６１が形成されており、この帰還電極２６１と帰還信号端子２６０とが接続されている。

図２４は、本実施形態における圧電トランスに対して自励発振回路に適用したものである。同図の回路は、圧電トランス２２０、位相調整素子２７０、負荷抵抗２７１、トランジスタ２７２から構成される。

電源電圧Ｖcc２７３の端子は、負荷抵抗２７１を介して、圧電トランス２２０の一次側圧電素子信号入力用電極２２５と接続されている。
また、同図において、圧電トランス２２０と、位相調整素子２７０と、トランジスタ２７２と、帰還信号伝送線２７４とにより自励発振回路が構成されている。

この回路の動作について説明する。電源電圧Ｖcc２７３は、バイアス抵抗２７１を介して圧電トランス２２０の一次側圧電素子信号入力用電極２２５に印加する。この瞬間、一次側圧電素子に厚み方向、すなわち矢印方向の変位が起こる。この変位は、ポアソン比を介して横変位に変換されて、境界面で２次側圧電素子にその分極方向の応力を及ぼす。この応力による圧電効果で二次側圧電素子の出力電極２２８と帰還電極２６１に電圧を発生する。

この帰還信号は、帰還信号伝送線２７４を介し、位相調整素子２７０により位相が調整されて、ＦＥＴ２７２のゲート（Ｇ）に入力される。
これにより、自励発振回路は、帰還信号を正帰還させることにより持続的な自励発振を実現でき、安定したトランス機能を実現できるようになる。この振動動作によって安定した出力電圧Ｖ_outを得ることができる。

なお、本実施形態では、第１の実施形態に自励発振回路を適用したが、その他の実施形態の圧電トランスに自励発振回路を適用してもよい。本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を採用ことができる。

第１の実施形態における圧電トランスの側面図である。第１の実施形態における圧電トランスの原理を説明するための図である。第１の実施形態における圧電トランス１と従来の一体型の圧電トランスとの昇圧比の周波数特性を示す。第１の実施形態における圧電トランス１と従来の一体型圧電トランスとの各種特性を比較した表である。第２の実施形態における圧電トランスの側面図である。第３の実施形態における圧電トランスの側面図である。図６のＡａ−Ａｂ断面（高誘電率圧電体５側から見た断面図）である。図６のＢａ−Ｂｂ断面（低誘電率圧電体６側から見た断面図）である。第４の実施形態における圧電トランスの斜視図である。第５の実施形態における圧電トランスの側面図である。第５の実施形態における圧電トランスの製造工程（その１）を示す。第５の実施形態における圧電トランスの製造工程（その２）を示す。第５の実施形態における圧電トランスの製造工程（その３）を示す。第６の実施形態における圧電トランスの側面図である。第６の実施形態における圧電トランスの製造工程の全体の概要図である。図１５のＡで示す部分の底面図である。図１５のＢで示す部分の底面図である。図１５のＣで示す部分の底面図（その１）である。図１５のＣで示す部分の底面図（その２）である。図１５のＥで示す部分の底面図である。第６の実施形態における圧電トランスをアレイ状に配列させた構造を示す。第７の実施形態における圧電トランスの側面図である。図２２の圧電トランスを二次側信号出力用電極２２８側から見た場合を示す。第７の実施形態における圧電トランスに対して自励発振回路に適用したものである。圧電トランスの従来例を示す。

符号の説明

１圧電トランス
２，３，４電極
５高誘電率圧電体
６低誘電率圧電体
９，１０，１２配線
１１接地線
１５高誘電率圧電体部
１６低誘電率圧電体部
３０絶縁性弾性体
５２，５３，５４電極
５５高誘電率圧電体
５６低誘電率圧電体
５８半導体基板
５９絶縁膜メンブレン
６０絶縁膜
６１接地配線電極
６２オーミックコンタクト
６３拡散層
６４ワイヤ
６５中継電極
６６ウェーハ貫通孔
６７貫通配線
６８，６９，７０電極パッド
１０２，１０３，１０４電極
１０５高誘電率圧電体
１０６低誘電率圧電体
１０８半導体基板
１０９絶縁膜メンブレン
１１０絶縁膜
１１１，１２２接地配線電極
１１２オーミックコンタクト
１１３拡散層
１１５，１２１配線
１１６ウェーハ貫通孔
１１７貫通配線
１１８，１１９，１２０電極パッド
２２０圧電トランス
２２１一次側圧電素子
２２２二次側圧電素子
２２５，２２８電極
２２９接地配線
２３０接地線
２３１一次側入力端子
２３２出力側配線
２６０帰還信号端子
２７０位相調整素子
２７１バイアス抵抗
２７２トランジスタ

Claims

電圧を印加して振動を励起すると共に変圧した電圧を出力する圧電トランスにおいて、
入力電圧が印加される一次側に用いられて第１の分極方向に分極された第１の圧電体と、
前記変圧された電圧が出力される二次側に用いられて前記第１の分極方向と異なる第２の分極方向に分極された第２の圧電体と、
を備え、
前記第１の圧電体が有する面と前記第２の圧電体が有する面とが対向するように接続される
ことを特徴とする圧電トランス。
前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが、互いにその誘電体特性が異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス。
前記第１の分極方向と前記第２の分極方向とが略直交するように前記第１の圧電体と前記第２の圧電体が接合されている
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電トランス。
前記第１の圧電体は、前記第２の圧電体よりも比誘電率が高い
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス。
前記第１の圧電体及び前記第２の圧電体のうち少なくとも１つは、ジルコンチタン酸鉛、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、水晶、チタン酸バリウム、ビスマク層状構造強誘電体のいずれかからなる
ことを特徴とする請求項４に記載の圧電トランス。
前記第１の圧電体がジルコンチタン酸鉛セラミクスであり、前記第２の圧電体がチタン酸鉛セラミクスである
ことを特徴とする請求項４に記載の圧電トランス。
前記接合について、低音響減衰特性を有する電気的絶縁性弾性薄板を介して前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが接合されている
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス。
前記接合は、接着材を用いて行われている
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス。
前記接合は、表面活性化常温接合法を用いて行われている
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス。
前記絶縁性弾性薄板は、アルミナ、ジルコニア、酸化ケイ素、窒化珪素のいずれかよりなる
ことを特徴とする請求項７に記載の圧電トランス。
前記第１の圧電体へ信号を入力する信号伝送用配線が前記絶縁性弾性薄板に配されている
ことを特徴とする請求項７に記載の圧電トランス。
前記第１の圧電体及び前記第２の圧電体のうち少なくとも一方が、圧電性薄膜からなる
ことを特徴とする請求項７に記載の圧電トランス。
マイクロマシンプロセスを用いて形成したメンブレンの両面に一対の異なる誘電特性を有する圧電体が形成されてなる構造を有する圧電トランス。
前記メンブレンは、半導体基板をエッチングして得られるシリコン、酸化ケイ素、または窒化珪素からなり、
前記圧電体は、層状に前記メンブレンに形成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の圧電トランス。
前記圧電体は、薄膜である
ことを特徴とする請求項１４に記載の圧電トランス。
請求項１４に記載の圧電トランスを半導体基板上に複数配列したアレイ型マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）圧電トランス。
入力電圧が印加される一次側に用いられて第１の分極方向に分極された第１の圧電体と、前記変圧された電圧が出力される二次側に用いられて前記第１の分極方向と異なる第２の分極方向に分極された第２の圧電体が、前記第１の分極方向と前記第２の分極方向とが略直交するように接合され、前記入力電圧を印加して振動を励起すると共に変圧した電圧を前記第２の圧電体側から出力する圧電トランスの制御方法であって、
前記第１の圧電体の入力電極へ入力された前記電圧信号に基づいて、自励発振を行い、前記圧電トランスを駆動させて昇圧された電圧を提供する
ことを特徴とする圧電トランスの制御方法。
低誘電率圧電体を第１の分極方向に分極させて、所定間隔でダイシングを行うことにより低誘電率圧電体部を作製し、
エッチング処理により半導体基板の所定部分の厚さを薄くしてメンブレンを形成して絶縁膜を形成することにより絶縁部を作製し、
高誘電率圧電体を所定間隔でダイシングを行うことにより高誘電率圧電体部を作製し、
前記メンブレンの一方の面と前記低誘電率圧電体部のダイシング残部とを、電極を介して接合し、
前記メンブレンの他方の面と高誘電率圧電体部のダイシング残部とを接合し、
前記高誘電率圧電体部を前記第１の分極方向に直交する第２の分極方向に分極させる
ことを特徴とする圧電トランスの製造方法。
前記低誘電率圧電体部の作製においては、前記低誘電率圧電体の上面及び下面に電極を形成して該電極間に電圧を印加することにより前記第１の分極方向に分極させて、所定間隔で前記ダイシングを行い、
前記絶縁部の作製においては、前記エッチング処理により半導体基板の所定部分の厚さを薄くしてメンブレンを形成して、酸化膜により半導体基板の表面に絶縁膜を形成して、該エッチング処理されていない側のメンブレンの上面に電極を形成し、
前記高誘電率圧電体部の作製においては、前記高誘電率圧電体を所定間隔でダイシングを行い、該ダイシング面に電極を形成し、
前記メンブレン上面に形成した電極と前記低誘電率圧電体部のダイシング残部の前記電極とを接合し、
前記メンブレンの下面と高誘電率圧電体部のダイシング残部とを接合し、
前記高誘電率圧電体部のダイシング残部の側面に形成された前記電極により、前記第１の分極方向に直交する第２の分極方向に分極させる
ことを特徴とする請求項１７に記載の圧電トランスの製造方法。
マイクロマシンプロセスを用いる圧電トランスの製造方法であって、
半導体基板の一方の面上に第１の圧電層を形成して、所定の間隔でエッチング処理を行い、
前記第１の圧電層の上面に電極層を形成し、
前記半導体基板の他方の面側を所定間隔でエッチングして、該エッチングした部分に第２の圧電層を形成し、
前記第２の圧電層の表面に電極層を形成し、
前記第１の圧電層を第１の分極方向に分極させ、
前記第２の圧電層を前記第１の分極方向と直交する第２の分極方向に分極させる
ことを特徴とする圧電トランスの製造方法。
マイクロマシンプロセスを用いる圧電トランスの製造方法であって、
半導体基板の一方の面上に第１の電極を形成し、該第１の電極の上面に第１の圧電層を形成して、所定の間隔でエッチング処理を行い、
前記第１の圧電層の上面に第２の電極を形成し、
前記半導体基板の他方の面側を所定間隔でエッチングして、該エッチングした部分に第２の圧電層を形成し、
前記第２の圧電層をエッチングして、略立体状形状に切り出し、
前記第２の圧電層の表面の一部にマスク処理を行って前記第２の圧電層の表面に電極層を形成した後に該マスクを除去することにより、該マスクを除去された部分により隔てられた第３の電極と第４の電極とを形成し、
前記第１及び第２の電極を用いて、前記第１の圧電層を第１の分極方向に分極させ、
前記第３及び第４の電極を用いて、前記第２の圧電層を前記第１の分極方向と直交する第２の分極方向に分極させる
ことを特徴とする圧電トランスの製造方法。