JP2012105170A - Piezoelectric type transducer and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric type transducer having excellent sound pressure characteristics in which an elastic film is not easily peeled from a piezoelectric element.SOLUTION: A piezoelectric type transducer (1) includes an elastic film (13) formed by a cured liquid film, a support part (11) connecting with an external end part of the elastic film (13) and supporting the elastic film (13), a diaphragm connecting with the elastic film (13) without having an adhesive therebetween, and a piezoelectric element (10) deforming with the elastic film (13). The elastic film (13) connects with an outer edge part including an end surface of the diaphragm.

Description

本発明は圧電型トランスデューサーに関する。   The present invention relates to a piezoelectric transducer.

従来、振動フィルムと一体の振動板を圧電効果によって駆動することによって音を発生させる圧電型スピーカーなどの圧電型トランスデューサーが知られている。樹脂フィルムからなる弾性膜に圧電素子を含む振動板を結合して圧電型スピーカーを構成すると、最低次モードを含む複数の低次モードで低い周波数帯域の共振が得られるため、低い周波数帯域での音圧レベルが高くなる。特許文献1には樹脂フィルムからなる弾性膜に熱硬化性接着剤によって圧電素子を接着した圧電型トランスデューサーが開示されている。特許文献2には弾性膜となる樹脂フィルムの一面に予め感圧性粘着剤からなる粘着層を形成しておき、樹脂フィルムの粘着層に圧電素子を貼り付けるとともに圧電素子の外周部を熱硬化性接着剤によって結合した圧電型トランスデューサーが開示されている。特許文献2に開示された圧電型トランスデューサーにおいては、弾性膜と圧電素子の間に介在させる熱硬化性接着剤のはみ出しや膜厚のばらつきや接着剤の硬化による音圧特性の劣化を予め形成される粘着層によって解決するとともに、粘着層のみで樹脂フィルムと圧電素子を結合する際の結合力の不足が少量の熱硬化性接着剤によって補われている。   Conventionally, a piezoelectric transducer such as a piezoelectric speaker that generates sound by driving a diaphragm integrated with a vibration film by a piezoelectric effect is known. When a diaphragm including a piezoelectric element is combined with an elastic film made of a resin film to configure a piezoelectric speaker, resonance in a low frequency band is obtained in a plurality of low order modes including the lowest order mode. Sound pressure level increases. Patent Document 1 discloses a piezoelectric transducer in which a piezoelectric element is bonded to an elastic film made of a resin film with a thermosetting adhesive. In Patent Document 2, an adhesive layer made of a pressure-sensitive adhesive is formed in advance on one surface of a resin film serving as an elastic film, and a piezoelectric element is attached to the adhesive layer of the resin film, and the outer peripheral portion of the piezoelectric element is thermosetting. A piezoelectric transducer bonded by an adhesive is disclosed. In the piezoelectric transducer disclosed in Patent Document 2, the thermosetting adhesive that is interposed between the elastic film and the piezoelectric element protrudes, the film thickness varies, and the sound pressure characteristics deteriorate due to the hardening of the adhesive. In addition to solving the problem by the adhesive layer, a small amount of thermosetting adhesive compensates for a lack of bonding force when the resin film and the piezoelectric element are bonded only by the adhesive layer.

特開2002−112391号公報JP 2002-112391 A 特許4203911号公報Japanese Patent No. 4203911

しかし、特許文献2に記載されているようにたとえ熱硬化性接着剤の使用量を低減することによって音圧特性の低下を抑制できるとしても、熱硬化性接着剤を弾性膜に付する以上、音圧特性の低下を避けることはできず、また、熱硬化性接着剤の使用量のばらつきによって音圧特性がばらつくことも否めない。そして接着剤を塗布する工程を追加すれば製造コストが上がる。また、既成品として流通している樹脂フィルムの厚みは選択肢が狭いという問題もある。   However, as described in Patent Document 2, even if the decrease in sound pressure characteristics can be suppressed by reducing the amount of thermosetting adhesive used, as long as the thermosetting adhesive is applied to the elastic film, A decrease in the sound pressure characteristics cannot be avoided, and it cannot be denied that the sound pressure characteristics vary due to variations in the amount of thermosetting adhesive used. And if the process of apply | coating an adhesive agent is added, manufacturing cost will rise. In addition, there is a problem that the options for the thickness of the resin film distributed as a ready-made product are narrow.

本発明は、弾性膜と振動板が剥離しにくく振動特性に優れ簡素な工程で製造できる圧電型トランスデューサーを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoelectric transducer that is difficult to peel off an elastic membrane and a vibration plate and has excellent vibration characteristics and can be manufactured by a simple process.

(1)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーは、液状膜が硬化した弾性膜と、前記弾性膜の外縁部と結合され前記弾性膜を支持する支持部と、接着剤を介さずに前記弾性膜と結合され端面が傾斜している振動板と、前記弾性膜とともに歪む圧電素子と、を備え、前記振動板の端面を含む外縁部に前記弾性膜の中央部が結合している。
本発明によると、液状樹脂を用いることによって振動板と弾性膜とを接着剤を介さずに直接結合できるため振動特性に優れ簡素な工程で製造できる圧電型トランスデューサーを実現できる。また振動板の傾斜した端面と弾性膜とを結合させることによって、結合界面の面積を増大させ、振動板が剥離しにくい圧電型トランスデューサーを実現することができる。
(1) A piezoelectric transducer for achieving the object includes an elastic film in which a liquid film is cured, a support part that is coupled to an outer edge part of the elastic film and supports the elastic film, and without an adhesive. A diaphragm that is coupled to the elastic film and has an inclined end surface and a piezoelectric element that is distorted together with the elastic film, and a central portion of the elastic film is coupled to an outer edge including the end surface of the diaphragm.
According to the present invention, since the diaphragm and the elastic film can be directly coupled without using an adhesive by using a liquid resin, it is possible to realize a piezoelectric transducer that has excellent vibration characteristics and can be manufactured by a simple process. Further, by coupling the inclined end face of the diaphragm and the elastic film, it is possible to realize a piezoelectric transducer in which the area of the coupling interface is increased and the diaphragm is difficult to peel off.

(2)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーは、液状膜が硬化した弾性膜と、前記弾性膜の外縁部と結合され前記弾性膜を支持する支持部と、接着剤を介さずに前記弾性膜と結合され端面が複数の凹凸を有する振動板と、前記弾性膜とともに歪む圧電素子と、を備え、前記振動板の端面を含む外縁部に前記弾性膜が結合している。
本発明によると、液状樹脂を用いることによって振動板と弾性膜とを接着剤を介さずに直接結合できるため振動特性に優れ簡素な工程で製造できる圧電型トランスデューサーを実現できる。また振動板の複数の凹凸を有する端面と弾性膜とを結合させることによって、結合界面の面積を増大させ、振動板が剥離しにくい圧電型トランスデューサーを実現することができる。
(2) A piezoelectric transducer for achieving the object includes an elastic film in which a liquid film is cured, a support part that is coupled to an outer edge of the elastic film and supports the elastic film, and without an adhesive. A vibration plate coupled to the elastic film and having an end surface having a plurality of irregularities, and a piezoelectric element that is distorted together with the elastic film, and the elastic film is coupled to an outer edge including the end surface of the vibration plate.
According to the present invention, since the diaphragm and the elastic film can be directly coupled without using an adhesive by using a liquid resin, it is possible to realize a piezoelectric transducer that has excellent vibration characteristics and can be manufactured by a simple process. Further, by combining the end face having a plurality of irregularities of the diaphragm and the elastic film, it is possible to realize a piezoelectric transducer in which the area of the coupling interface is increased and the diaphragm is difficult to peel off.

(3)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーの製造方法は、一方の主面上にエッチングストッパ層と機能層が順に積層された基板を準備するステップと、前記機能層を前記エッチングストッパ層が露出するまで環状にエッチングすることによって環状溝を形成するステップと、前記環状溝を覆う液状膜を形成するステップと、前記液状膜を硬化させて弾性膜を形成するステップと、前記弾性膜と前記環状溝の内側の前記機能層とが露出するまで前記基板の他方の主面からエッチングするステップと、を含む。
本発明によると、振動板が剥離しにくく振動特性に優れた圧電型トランスデューサーを簡素な工程によって製造することができる。
(3) A method of manufacturing a piezoelectric transducer for achieving the above object includes a step of preparing a substrate in which an etching stopper layer and a functional layer are sequentially laminated on one main surface, and the functional layer is formed as the etching stopper. Forming an annular groove by etching in an annular manner until the layer is exposed; forming a liquid film covering the annular groove; forming an elastic film by curing the liquid film; and the elastic film And etching from the other main surface of the substrate until the functional layer inside the annular groove is exposed.
According to the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric transducer that is difficult to peel off and has excellent vibration characteristics by a simple process.

(4)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーの製造方法において、前記環状溝および前記環状溝の内側を覆う前記液状膜を形成してもよい。
この構成を採用すると、硬化した液状樹脂膜を振動板上に残すことによって、振動板がさらに剥離しにくい圧電型トランスデューサーを製造することができる。
(4) In the piezoelectric transducer manufacturing method for achieving the above object, the annular film and the liquid film covering the inside of the annular groove may be formed.
By adopting this configuration, it is possible to manufacture a piezoelectric transducer in which the diaphragm is more difficult to peel off by leaving the cured liquid resin film on the diaphragm.

(5)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーの製造方法において、前記弾性膜をパターニングすることによって前記環状膜の内側に形成された前記弾性膜の一部を除去するステップ、をさらに含んでもよい。
この構成を採用すると、硬化した液状樹脂膜を振動板上に残す形態を調整することによって、圧電型トランスデューサーの振動特性を調整することができる。
(5) In the method of manufacturing a piezoelectric transducer for achieving the above object, the method further includes the step of removing a part of the elastic film formed inside the annular film by patterning the elastic film. But you can.
When this configuration is adopted, the vibration characteristics of the piezoelectric transducer can be adjusted by adjusting the form in which the cured liquid resin film is left on the vibration plate.

(6)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーの製造方法において、端面が傾斜した前記振動板を形成してもよい。
この構成を採用すると、振動板と樹脂膜の結合界面の面積が増大するため、振動板がさらに剥離しにくい圧電型トランスデューサーを製造することができる。
(6) In the piezoelectric transducer manufacturing method for achieving the above object, the diaphragm having an inclined end face may be formed.
When this configuration is adopted, the area of the bonding interface between the diaphragm and the resin film increases, and therefore a piezoelectric transducer that can further prevent the diaphragm from peeling off can be manufactured.

(7)前記目的を達成するための圧電型トランスデューサーの製造方法において、端面が複数の凹凸を有する前記振動板を形成してもよい。
この構成を採用すると、振動板と樹脂膜の結合界面の面積が増大するため、振動板がさらに剥離しにくい圧電型トランスデューサーを製造することができる。
(7) In the method of manufacturing a piezoelectric transducer for achieving the above object, the diaphragm having an end surface having a plurality of irregularities may be formed.
When this configuration is adopted, the area of the bonding interface between the diaphragm and the resin film increases, and therefore a piezoelectric transducer that can further prevent the diaphragm from peeling off can be manufactured.

なお本明細書において"主面"と"端面"の用語は次の意味において用いられる。すなわち、板状の物体の表面全体が、互いに表裏の関係にあっていずれの"端面"よりも広い2つの"主面"と、2つの"主面"の間をつなぎ環状に連続しそれぞれが"主面"よりも狭い複数の"端面"とで構成されているという認識を前提として、"主面"と"端面"の用語が用いられる。   In this specification, the terms “main surface” and “end surface” are used in the following meaning. That is, the entire surface of the plate-like object is connected to each other in the form of a ring connecting the two “main surfaces” that are wider than any “end surface” and two “main surfaces” in front and back. The terms “principal surface” and “end surface” are used on the premise that they are composed of a plurality of “end surfaces” narrower than the “main surface”.

図1Aは本発明の第一実施例にかかる断面図であって、図1Bに示す1A−1A線断面図である。図1Bは本発明の第一実施例にかかる平面図である。1A is a cross-sectional view according to a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line 1A-1A shown in FIG. 1B. FIG. 1B is a plan view according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 1st Example of this invention. 図10Aは本発明の第二実施例にかかる断面図であって、図10Bに示す10A−10A線断面図である。図10Bおよび図10Cは本発明の第二実施例にかかる平面図である。10A is a cross-sectional view according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line 10A-10A shown in FIG. 10B. 10B and 10C are plan views according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第三実施例にかかる折れ線グラフである。It is a line graph concerning the 3rd example of the present invention. 本発明の第三実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the 3rd Example of this invention. 比較例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning a comparative example. 本発明の他の実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる断面図である。It is sectional drawing concerning the other Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

1.第一実施例
(構成)
図1に本発明の第一実施例にかかる圧電型トランスデューサー1を示す。圧電型トランスデューサー1は半導体製造プロセスを用いて製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)であって、図示しないケースに収容され、携帯型電子機器のスピーカーとして用いられる。圧電型トランスデューサー1は支持部11と弾性膜13と圧電素子10と振動板16とを備える。
1. First Example (Configuration)
FIG. 1 shows a piezoelectric transducer 1 according to a first embodiment of the present invention. The piezoelectric transducer 1 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured using a semiconductor manufacturing process, and is housed in a case (not shown) and used as a speaker of a portable electronic device. The piezoelectric transducer 1 includes a support portion 11, an elastic film 13, a piezoelectric element 10, and a diaphragm 16.

支持部11は孔11aを囲む矩形枠の形態を有する。支持部11は弾性膜13が振動することによっては変形しない程度の十分な剛性を備えている。支持部11は基板層101、エッチングストッパ層としての絶縁層102、機能層106を含む。孔11aの断面は円形でもよい。基板層および機能層としては、単結晶珪素、多結晶珪素、二酸化珪素、セラミックス(ジルコニア、アルミナなど)、ガラス、ガラスセラミックス、金属(銅、ステンレス)などの無機材料や樹脂を用いることができる。エッチングストッパ層としては酸化珪素などを用いることができる。   The support portion 11 has a rectangular frame shape surrounding the hole 11a. The support part 11 has sufficient rigidity so as not to be deformed by the vibration of the elastic film 13. The support portion 11 includes a substrate layer 101, an insulating layer 102 as an etching stopper layer, and a functional layer 106. The hole 11a may have a circular cross section. As the substrate layer and the functional layer, inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, silicon dioxide, ceramics (zirconia, alumina, etc.), glass, glass ceramics, metals (copper, stainless steel), and resins can be used. Silicon oxide or the like can be used as the etching stopper layer.

弾性膜13は液状膜が硬化した弾性膜である。弾性膜13の外縁部13bは支持部11の内縁部に直接結合している。弾性膜13の内縁部13aは振動板16の外縁部に直接結合している。すなわち弾性膜13は、支持部11によって圧電素子10とともに支持され、孔11aの断面形状によってその振動端の形状が決まっている弾性膜である。弾性膜13は、厚さ1μm以上50μm以下で幅100μm以上2000μm以下の環状の形態を有する。弾性膜13は、ポリイミド、PNB(ポリノルボルネン)、BCB(ベンゾシクロブテン)等の熱硬化性樹脂、シリコンエラストマー等の熱可塑性エラストマー、ゴム1等の絶縁性材料からなり、ヤング率が0.01GPa以上10GPa以下の材料が好ましい。 The elastic film 13 is an elastic film obtained by curing a liquid film. The outer edge portion 13 b of the elastic film 13 is directly coupled to the inner edge portion of the support portion 11. The inner edge 13 a of the elastic film 13 is directly coupled to the outer edge of the diaphragm 16. That is, the elastic film 13 is an elastic film that is supported together with the piezoelectric element 10 by the support portion 11 and whose vibration end shape is determined by the cross-sectional shape of the hole 11a. The elastic film 13 has an annular shape with a thickness of 1 μm to 50 μm and a width of 100 μm to 2000 μm. The elastic film 13 is made of a thermosetting resin such as polyimide, PNB (polynorbornene) or BCB (benzocyclobutene), a thermoplastic elastomer such as silicon elastomer, or an insulating material such as rubber 1, and has a Young's modulus of 0.01 GPa. A material of 10 GPa or less is preferable.

圧電素子10は下電極層103および上電極層105に圧電層104が挟み込まれた構造を有し、外周が矩形の板状である。圧電素子10には駆動信号を印加するためのワイヤ15a、15bが接続される。上電極層105および圧電層104にはワイヤ15aを下電極層103に接続するためのコンタクトホール10aが形成されている。コンタクトホール10aの側壁は弾性膜13と同時に形成された弾性膜13と同質の絶縁膜14によって覆われている。コンタクトホール10aの側壁を絶縁膜14で覆うことによってショートを防止できる。また絶縁膜14を弾性膜13と同時に形成することによって製造コストの増大無く絶縁膜14を形成できる。圧電層104はチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム(BaTiO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)などの圧電材料からなり、厚さは例えば3μm程度に設定する。下電極層103および上電極層105はそれぞれが例えば白金(Pt)からなり、厚さは例えば0.1μm程度に設定する。
振動板16は環状の端面からなる外縁部全体において弾性膜13と結合している。振動板16は、例えば縦8mm、横13mm、厚さ10μmの矩形板状とする。振動板16の端面は絶縁層102と機能層106の界面に対して傾斜している。このため振動板16の端面が絶縁層102と機能層106の界面に対して垂直である場合に比べて振動板16と弾性膜13との結合界面が増大し、その結果、振動板16と弾性膜13との結合強度がさらに高まる。
The piezoelectric element 10 has a structure in which a piezoelectric layer 104 is sandwiched between a lower electrode layer 103 and an upper electrode layer 105 and has a rectangular plate shape on the outer periphery. Wires 15 a and 15 b for applying drive signals are connected to the piezoelectric element 10. In the upper electrode layer 105 and the piezoelectric layer 104, a contact hole 10a for connecting the wire 15a to the lower electrode layer 103 is formed. The side wall of the contact hole 10a is covered with an insulating film 14 of the same quality as the elastic film 13 formed simultaneously with the elastic film 13. By covering the side wall of the contact hole 10a with the insulating film 14, a short circuit can be prevented. Further, by forming the insulating film 14 simultaneously with the elastic film 13, the insulating film 14 can be formed without increasing the manufacturing cost. The piezoelectric layer 104 is made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), barium titanate (BaTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), and has a thickness of about 3 μm, for example. Each of the lower electrode layer 103 and the upper electrode layer 105 is made of platinum (Pt), for example, and the thickness is set to about 0.1 μm, for example.
The diaphragm 16 is coupled to the elastic film 13 at the entire outer edge portion formed of an annular end surface. The diaphragm 16 is, for example, a rectangular plate having a length of 8 mm, a width of 13 mm, and a thickness of 10 μm. The end face of the diaphragm 16 is inclined with respect to the interface between the insulating layer 102 and the functional layer 106. For this reason, the coupling interface between the diaphragm 16 and the elastic film 13 is increased as compared with the case where the end face of the diaphragm 16 is perpendicular to the interface between the insulating layer 102 and the functional layer 106. The bond strength with the film 13 is further increased.

(製造方法)
次に図2から図9に基づいて圧電型トランスデューサー1の製造方法を説明する。
はじめに、図2に示すように、基板層101としての厚い単結晶珪素層、絶縁層102としての酸化珪素層および機能層106としての薄い単結晶珪素層からなるSOI(Silicon On Insulator)基板を準備する。続いてSOI基板の第一の主面に、下電極層103、圧電層104、上電極層105をスパッタ法などを用いて順に積層する。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the piezoelectric transducer 1 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 2, an SOI (Silicon On Insulator) substrate comprising a thick single crystal silicon layer as the substrate layer 101, a silicon oxide layer as the insulating layer 102, and a thin single crystal silicon layer as the functional layer 106 is prepared. To do. Subsequently, the lower electrode layer 103, the piezoelectric layer 104, and the upper electrode layer 105 are sequentially stacked on the first main surface of the SOI substrate using a sputtering method or the like.

次に図3に示すようにフォトレジストからなる所定パターンの保護膜R1を上電極層105上に形成する。続いて保護膜R1を用いたエッチングによって上電極層105および圧電層104をパターニングする。   Next, as shown in FIG. 3, a protective film R 1 having a predetermined pattern made of a photoresist is formed on the upper electrode layer 105. Subsequently, the upper electrode layer 105 and the piezoelectric layer 104 are patterned by etching using the protective film R1.

次に図4に示すようにコンタクトホール10aを覆うフォトレジストからなる保護膜R2を形成し、保護膜R2を用いたエッチングによって下電極層103をパターニングすることによって圧電素子10を完成させる。
次に、下電極層103を保護膜として用い、図5に示すようにエッチングストッパ層102が露出するまで機能層106を環状にエッチングすることによって環状溝Tおよび振動板16を形成する。このとき振動板16の端面をエッチングによって傾斜させるには、異方性のウエットエッチング法や表面が傾斜した保護膜を用いるドライエッチング法などを利用すればよい。
Next, as shown in FIG. 4, a protective film R2 made of a photoresist covering the contact hole 10a is formed, and the lower electrode layer 103 is patterned by etching using the protective film R2, thereby completing the piezoelectric element 10.
Next, using the lower electrode layer 103 as a protective film, the annular groove T and the diaphragm 16 are formed by annularly etching the functional layer 106 until the etching stopper layer 102 is exposed as shown in FIG. At this time, in order to incline the end face of the diaphragm 16 by etching, an anisotropic wet etching method or a dry etching method using a protective film having an inclined surface may be used.

次に図6に示すように液状膜R3で環状溝T、振動板16および圧電素子10を覆った後に、液状膜R3を硬化させることによって弾性膜R3を形成する。具体的には例えば、塗布、スピンコーティング、ディッピング、スプレー、蒸着、印刷等によって液状の感光性ポリイミド膜を形成した後に、感光性ポリイミド膜を加熱によってイミド化して硬化させることによって弾性膜R3を形成する。このとき、環状溝Tの側面が傾斜しているため弾性膜R3と下地との間にボイドが形成されにくく、また、ステップカバレッジが良好になる。   Next, as shown in FIG. 6, after the annular groove T, the diaphragm 16 and the piezoelectric element 10 are covered with the liquid film R3, the liquid film R3 is cured to form the elastic film R3. Specifically, for example, after forming a liquid photosensitive polyimide film by coating, spin coating, dipping, spraying, vapor deposition, printing, etc., an elastic film R3 is formed by imidizing and curing the photosensitive polyimide film by heating. To do. At this time, since the side surface of the annular groove T is inclined, a void is hardly formed between the elastic film R3 and the base, and step coverage is improved.

次に図7に示すように、弾性膜R3をパターニングすることによって、支持部11の内縁部と圧電素子10の外縁部とコンタクトホール10aの側壁とに残すべき弾性膜R3の部分を残して除去する。具体的には、感光性ポリイミド膜を露光・現像することによって感光性ポリイミド膜の一部を除去する。   Next, as shown in FIG. 7, by patterning the elastic film R3, the elastic film R3 which should be left on the inner edge part of the support part 11, the outer edge part of the piezoelectric element 10, and the side wall of the contact hole 10a is left and removed. To do. Specifically, a part of the photosensitive polyimide film is removed by exposing and developing the photosensitive polyimide film.

次に図8に示すようにフォトレジストからなる所定パターンの保護膜R4を基板層101の第二の主面(第一の主面の裏側の主面)上に形成する。続いて保護膜R4を用いた基板層101のウェットエッチングやDeep−RIEによって孔11aを形成し、エッチングストッパ層102を露出させる。
次に図9に示すように、エッチングストッパ層102の孔11aから露出した部分を除去し、弾性膜13および振動板16を露出させる。
保護膜R4を除去した後に、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図1に示す圧電型トランスデューサー1が完成する。
Next, as shown in FIG. 8, a protective film R4 having a predetermined pattern made of a photoresist is formed on the second main surface of the substrate layer 101 (the main surface on the back side of the first main surface). Subsequently, the hole 11a is formed by wet etching or deep-RIE of the substrate layer 101 using the protective film R4, and the etching stopper layer 102 is exposed.
Next, as shown in FIG. 9, the exposed portion of the etching stopper layer 102 from the hole 11a is removed, and the elastic film 13 and the diaphragm 16 are exposed.
After the removal of the protective film R4, post-processes such as dicing and packaging are performed to complete the piezoelectric transducer 1 shown in FIG.

(作動)
このようにして製造された圧電型トランスデューサー1は次のように作動する。ワイヤ15a、15bを介して圧電素子10に音声波の駆動信号を印加すると圧電素子10が面内方向(図1Bにおいて紙面と平行な方向)に伸縮する。すると、振動板16が撓んで弾性膜13が振動し、弾性膜13から音が送波される。
(Operation)
The piezoelectric transducer 1 manufactured in this way operates as follows. When an audio wave drive signal is applied to the piezoelectric element 10 via the wires 15a and 15b, the piezoelectric element 10 expands and contracts in an in-plane direction (a direction parallel to the paper surface in FIG. 1B). Then, the diaphragm 16 bends and the elastic film 13 vibrates, and sound is transmitted from the elastic film 13.

圧電型トランスデューサー1は、振動板16と弾性膜13とが接着剤を用いずに直接結合している。したがって接着剤の使用による振動特性の低下や、接着剤の使用量のばらつきによる振動特性のばらつきを防止できるとともに、振動板16と弾性膜13との結合強度を高めることができる。また、弾性膜13の形成と同時に振動板16と弾性膜13とを結合できるため、製造コストを抑制できる。また液状膜を硬化させることによって弾性膜13を形成するため、弾性膜13の厚さを自由に設定して振動特性を幅広く調整することができる。
また、SOI基板の第一の主面に絶縁層を形成してから圧電型トランスデューサ1を製造しても良い。機能層106と下電極層103を電気的に分離することができ、より圧電膜へ効率良く電圧を印加することが可能になる。
In the piezoelectric transducer 1, the diaphragm 16 and the elastic film 13 are directly coupled without using an adhesive. Accordingly, it is possible to prevent the vibration characteristics from being lowered due to the use of the adhesive and the vibration characteristics from being varied due to the variation in the amount of the adhesive used, and the bonding strength between the diaphragm 16 and the elastic film 13 can be increased. In addition, since the diaphragm 16 and the elastic film 13 can be coupled simultaneously with the formation of the elastic film 13, the manufacturing cost can be suppressed. Further, since the elastic film 13 is formed by curing the liquid film, the thickness of the elastic film 13 can be freely set and the vibration characteristics can be widely adjusted.
Alternatively, the piezoelectric transducer 1 may be manufactured after forming an insulating layer on the first main surface of the SOI substrate. The functional layer 106 and the lower electrode layer 103 can be electrically separated, and a voltage can be more efficiently applied to the piezoelectric film.

(第二実施形態)
本発明の第二実施形態にかかる圧電型トランスデューサ2を図10に基づいて説明する。なお、図10Cでは弾性膜13が省略されている。圧電型トランスデューサ2の圧電素子10は弾性膜13よりも外側に設けられている。支持部11は、機能層106の図10Cに示す矢印の領域11bが基板層101よりも内側に突き出ている。4つの圧電素子10のそれぞれの一部は領域11b上に形成され、機能層106は薄く(厚さ10μm)形成されているため、圧電素子10が面内方向(図10Bにおいて紙面と平行な方向)に伸縮すると領域11bが撓む。したがって、4つの圧電素子10を駆動することによって、領域11bに結合されている樹脂膜13と樹脂膜13に結合されている振動板16とを駆動することができる。
圧電型トランスデューサ2は、圧電素子10のパターンと基板層101のパターンが圧電型トランスデューサ1と異なるだけであるから、第一実施形態で説明した方法と同様の方法で製造することができる。
(Second embodiment)
A piezoelectric transducer 2 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10C, the elastic film 13 is omitted. The piezoelectric element 10 of the piezoelectric transducer 2 is provided outside the elastic film 13. In the support portion 11, a region 11 b indicated by an arrow illustrated in FIG. 10C of the functional layer 106 protrudes inward from the substrate layer 101. A part of each of the four piezoelectric elements 10 is formed on the region 11b, and the functional layer 106 is thin (thickness 10 μm), so that the piezoelectric element 10 is in the in-plane direction (a direction parallel to the paper surface in FIG. 10B). ), The region 11b bends. Therefore, by driving the four piezoelectric elements 10, it is possible to drive the resin film 13 coupled to the region 11 b and the diaphragm 16 coupled to the resin film 13.
The piezoelectric transducer 2 can be manufactured by a method similar to the method described in the first embodiment because only the pattern of the piezoelectric element 10 and the pattern of the substrate layer 101 are different from those of the piezoelectric transducer 1.

(第三実施例)
図11に示す実線の折れ線(1)は、図12に示すように弾性膜13に振動板16の端面が接着剤を介さずに弾性膜13に直接結合された圧電型トランスデューサー3の振動特性である。図11に示す折れ線(2)は、図13に示すように弾性膜302と振動板36とが熱硬化性接着剤Bによって結合された比較例としての圧電型トランスデューサー9の振動特性である。比較例9にかかる振動板36は機能層106からなり、比較例9にかかる弾性膜302は既製品の樹脂フィルムからなる。第三実施例としての圧電型トランスデューサー3および比較例としての圧電型トランスデューサー9の寸法設定は次の表1のとおりである。

Figure 2012105170
(Third embodiment)
The solid broken line (1) shown in FIG. 11 shows the vibration characteristic of the piezoelectric transducer 3 in which the end face of the diaphragm 16 is directly coupled to the elastic film 13 without an adhesive as shown in FIG. It is. A broken line (2) shown in FIG. 11 is a vibration characteristic of the piezoelectric transducer 9 as a comparative example in which the elastic film 302 and the vibration plate 36 are bonded together by the thermosetting adhesive B as shown in FIG. The diaphragm 36 according to the comparative example 9 is composed of the functional layer 106, and the elastic film 302 according to the comparative example 9 is composed of a ready-made resin film. The dimensions of the piezoelectric transducer 3 as the third embodiment and the piezoelectric transducer 9 as the comparative example are as shown in Table 1 below.
Figure 2012105170

弾性膜13に振動板16が直接結合している圧電型トランスデューサ3と比較例9とでは、折れ線(1)、(2)が示すようにほぼ全域にわたって圧電型トランスデューサ3の方が大きな音圧を得ることができる。このように、弾性膜13の厚さが既製品の弾性膜302より薄く、接着剤を介さずに弾性膜13と振動板16が直接結合している圧電型トランスデューサ3は、比較例9に比べて優れた振動特性を示すのである。   In the piezoelectric transducer 3 in which the diaphragm 16 is directly coupled to the elastic film 13 and the comparative example 9, the piezoelectric transducer 3 produces a larger sound pressure over almost the entire area as indicated by the broken lines (1) and (2). Obtainable. As described above, the piezoelectric transducer 3 in which the elastic film 13 is thinner than the ready-made elastic film 302 and the elastic film 13 and the diaphragm 16 are directly coupled without using an adhesive is compared with the comparative example 9. Show excellent vibration characteristics.

(他の実施例)
図14に示すように弾性膜13が振動板16の端面にのみ直接結合していてもよい。また、弾性膜13が振動板16の端面にのみ結合していても、図15に示すように振動板16の端面に多数の凹凸を形成することによって十分な結合強度を得ることができる。
また図16に示すように振動板16a、16bを積層しても良い。この場合、それぞれの振動板16a、16bの外周寸法を異ならせることによって振動板16と弾性膜13との結合界面の面積を増大させることができる。
(Other examples)
As shown in FIG. 14, the elastic film 13 may be directly coupled only to the end face of the diaphragm 16. Even if the elastic film 13 is bonded only to the end face of the diaphragm 16, sufficient coupling strength can be obtained by forming a large number of irregularities on the end face of the diaphragm 16 as shown in FIG. 15.
Moreover, you may laminate | stack the diaphragms 16a and 16b as shown in FIG. In this case, the area of the coupling interface between the diaphragm 16 and the elastic film 13 can be increased by making the outer peripheral dimensions of the diaphragms 16a and 16b different.

また図17に示すように樹脂膜R108によって弾性膜13を構成する場合に、振動板16の上に形成した樹脂膜R108を、振動特性を調整するための質量部17として利用しても良い。
また図18に示すように、弾性膜13となる樹脂膜R108の振動板16および支持部11との結合部には応力が集中するため、樹脂膜R108よりも厚い樹脂膜R109を樹脂膜R108の上に積層することによって強度を高めても良い。
また弾性膜は環状に限らず、支持部と振動板とをつなぐ形態であればよく、例えば振動板の4辺のそれぞれに、互いに切り離された4つの弾性膜が結合する形態であっても良い。
As shown in FIG. 17, when the elastic film 13 is constituted by the resin film R108, the resin film R108 formed on the vibration plate 16 may be used as the mass portion 17 for adjusting the vibration characteristics.
Further, as shown in FIG. 18, since stress concentrates on the coupling portion between the vibration plate 16 of the resin film R108 to be the elastic film 13 and the support portion 11, a resin film R109 thicker than the resin film R108 is formed on the resin film R108. You may raise intensity | strength by laminating | stacking on top.
The elastic film is not limited to an annular shape, and may be any form as long as the support part and the diaphragm are connected. For example, four elastic films separated from each other may be coupled to each of the four sides of the diaphragm. .

また図19に示すように、バイモルフ型の圧電素子18自体を振動板としてもよい。バイモルフ型の圧電素子18は、圧電層18a、18bと、これらの間に挟まれた電極層19bと、圧電層16a、16bの表面に結合している電極層19aとからなる。圧電層18a、18bの間に挟まれた電極層19bは圧電層18a、18bの端面から引き出され、折り曲がって圧電層18bの表面に結合している。電極層19bの露出している部分にはワイヤ20bが接続される。電極層19aは、圧電層18aの表面から圧電層18bの表面までを覆うように形成されている。電極層19aにはワイヤ20aが接続される。   Further, as shown in FIG. 19, the bimorph type piezoelectric element 18 itself may be a diaphragm. The bimorph piezoelectric element 18 includes piezoelectric layers 18a and 18b, an electrode layer 19b sandwiched between them, and an electrode layer 19a bonded to the surfaces of the piezoelectric layers 16a and 16b. The electrode layer 19b sandwiched between the piezoelectric layers 18a and 18b is drawn out from the end faces of the piezoelectric layers 18a and 18b, and is bent and bonded to the surface of the piezoelectric layer 18b. A wire 20b is connected to the exposed portion of the electrode layer 19b. The electrode layer 19a is formed so as to cover from the surface of the piezoelectric layer 18a to the surface of the piezoelectric layer 18b. A wire 20a is connected to the electrode layer 19a.

尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施例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において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施例で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。   The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the materials, dimensions, film forming methods, and pattern transfer methods shown in the above-described embodiments are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of process orders that are obvious to those skilled in the art are omitted. ing.

1,2,3…圧電型トランスデューサー、10…圧電素子、10a…コンタクトホール、11…支持部、11a…孔、13…弾性膜、13a…内縁部、13b…外縁部、14…絶縁膜、15a,15b…ワイヤ、16…振動板、17…質量部、18…圧電素子、19a…電極層、19b…電極層、20a…ワイヤ、20b…ワイヤ、36…振動板、101…基板層、102…絶縁層、102…エッチングストッパ層、102…機能層、103…下電極層、104…圧電層、105…上電極層、106…機能層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 3 ... Piezoelectric transducer, 10 ... Piezoelectric element, 10a ... Contact hole, 11 ... Support part, 11a ... Hole, 13 ... Elastic film, 13a ... Inner edge part, 13b ... Outer edge part, 14 ... Insulating film, 15a, 15b ... wire, 16 ... diaphragm, 17 ... mass part, 18 ... piezoelectric element, 19a ... electrode layer, 19b ... electrode layer, 20a ... wire, 20b ... wire, 36 ... diaphragm, 101 ... substrate layer, 102 Insulating layer, 102 Etching stopper layer, 102 Functional layer, 103 Lower electrode layer, 104 Piezoelectric layer, 105 Upper electrode layer, 106 Functional layer

Claims (7)

液状膜が硬化した弾性膜と、
前記弾性膜の外縁部と結合され前記弾性膜を支持する支持部と、
接着剤を介さずに前記弾性膜と結合され端面が傾斜している振動板と、
前記弾性膜とともに歪む圧電素子と、
を備え、
前記振動板の端面を含む外縁部に前記弾性膜の中央部が結合している、
圧電型トランスデューサー。
An elastic film in which the liquid film is cured;
A support portion coupled to an outer edge portion of the elastic membrane and supporting the elastic membrane;
A diaphragm that is coupled to the elastic film without an adhesive and has an inclined end surface;
A piezoelectric element distorted together with the elastic film;
With
A central portion of the elastic membrane is coupled to an outer edge portion including an end face of the diaphragm;
Piezoelectric transducer.
液状膜が硬化した弾性膜と、
前記弾性膜の外縁部と結合され前記弾性膜を支持する支持部と、
接着剤を介さずに前記弾性膜と結合され端面が複数の凹凸を有する振動板と、
前記弾性膜とともに歪む圧電素子と、
を備え、
前記振動板の端面を含む外縁部に前記弾性膜が結合している、
圧電型トランスデューサー。
An elastic film in which the liquid film is cured;
A support portion coupled to an outer edge portion of the elastic membrane and supporting the elastic membrane;
A diaphragm having a plurality of concavities and convexities on the end face that is coupled to the elastic film without using an adhesive;
A piezoelectric element distorted together with the elastic film;
With
The elastic membrane is bonded to an outer edge including the end face of the diaphragm,
Piezoelectric transducer.
一方の主面上にエッチングストッパ層と機能層が順に積層された基板を準備するステップと、
前記機能層を前記エッチングストッパ層が露出するまで環状にエッチングすることによって環状溝を形成するステップと、
前記環状溝を覆う液状膜を形成するステップと、
前記液状膜を硬化させて弾性膜を形成するステップと、
前記基板の他方の主面から前記弾性膜と前記環状溝の内側の前記機能層とが露出するまでエッチングするステップと、
を含む圧電型トランスデューサーの製造方法。
Preparing a substrate in which an etching stopper layer and a functional layer are sequentially laminated on one main surface;
Forming an annular groove by etching the functional layer annularly until the etching stopper layer is exposed;
Forming a liquid film covering the annular groove;
Curing the liquid film to form an elastic film;
Etching until the elastic film and the functional layer inside the annular groove are exposed from the other main surface of the substrate;
A method for manufacturing a piezoelectric transducer comprising:
前記環状溝および前記環状溝の内側を覆う前記液状膜を形成する、
請求項3に記載の圧電型トランスデューサーの製造方法。
Forming the liquid film covering the annular groove and the inside of the annular groove;
A method for manufacturing the piezoelectric transducer according to claim 3.
前記弾性膜をパターニングすることによって前記環状膜の内側に形成された前記弾性膜の一部を除去するステップ、
をさらに含む請求項4に記載の圧電型トランスデューサーの製造方法。
Removing a part of the elastic film formed inside the annular film by patterning the elastic film;
The method for manufacturing a piezoelectric transducer according to claim 4, further comprising:
端面が傾斜した前記振動板を形成する、
請求項3から5のいずれか一項に記載のトランスデューサーの製造方法。
Forming the diaphragm having an inclined end surface;
The method for manufacturing a transducer according to any one of claims 3 to 5.
端面が複数の凹凸を有する前記振動板を形成する、
請求項3から6のいずれか一項に記載のトランスデューサーの製造方法。
Forming the diaphragm having an end surface having a plurality of irregularities;
The manufacturing method of the transducer as described in any one of Claim 3 to 6.
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