JP2013539254A5 - - Google Patents

Description

基板３０上で、薄膜３１が処理される。膜３１は、基板３０から離れた第１の主表面１６と、基板３０に向き合う第２の主表面１７とを持つ。薄膜３１は、適切な材料から作られる。具体例では、薄膜３１は絶縁層である。具体例では、薄膜３１は本来マルチレイヤであり、例えばマルチレイヤの全ての層、又は少なくとも外側の層（基板３０に最も近い層及び最も遠い層）は、絶縁層である。薄膜３１の厚みは、基板３０から少なくとも部分的に解放された後、適切に駆動される場合、膜３１が振動可能であるような厚みである。薄膜３１は、ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤにより例えば処理された、例えば、予め定められた厚み、例えば０．３μｍと２μｍとの間の厚みを持つシリコン窒化物の第１の層であって、当該シリコン窒化物の上に薄いシリコン酸化物層を伴うシリコン窒化物の第１の層から成り、当該シリコン酸化物層は、例えば数μｍから数百μｍまでのオーダーの厚みを持つ。スタックは、シリコン窒化物の下に百ナノメートルから数百ナノメートルまでの厚さを持つシリコン酸化物の薄い層を持つマルチレイヤスタックでもよい。このシリコン酸化層の上に、シリコン窒化物及びシリコン酸化層が堆積される。例えばＬＰＣＶＤプロセスを使用して、０．５―２．５μｍの厚さを持つシリコン窒化膜は、通常は４０―８０ＭＰａ張力応力レベルを持つ最適化されたプロセスで堆積される。シリコン酸化物は、０．５―１．５μｍの厚さを持って、ＴＥＯＳＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤに基づいて堆積できる。−２０から−６０ＭＰａ圧縮の典型的な応力値が付与できる。

本発明の他の実施例において、超音波振動子アレイの単純で低コストのパッケージングは、プリント回路基板に例えば接着することにより支持体４０及び開口部４１に振動子素子を持つアレイを取り付けることにより実現される。プリント回路基板は、ダイ上の振動子素子が位置される位置に穴を有する。機械的損傷からアレイの保護のために、金属メッシュは、支持体側４０上の全ての素子の上のプリント回路基板上に接着される。電極１９が位置される振動子アレイの反対側に、無機又は有機剛体が、電極側１９上の振動子素子を保護するプリント回路上に接着される。剛体は、電極側１９上の超音波振動子素子に触れないように、内部に穴を持つプラスチック、セラミック、ガラス又は金属カバーである。剛体は、内部に超音波吸収材料を有する。

Claims (24)

1. 第１の主表面及び第２の主表面を持ち、力に応じて形状を変化させる膜と、活性部分を持ち、前記膜の第１の主表面の上に形成される圧電層と、第１の電極と第２の電極との間の電界が前記圧電層の機械的動きを決定し、前記圧電層と接触する当該第１の電極及び第２の電極と、前記圧電層の前記活性部分の隣接側で前記膜の第２の主表面に支持構造体とを有し、前記支持構造体の少なくとも一部は、支持構造体側に、前記支持構造体側とは反対側の出力圧に比較して高い出力圧を持つ超音波振動子が得られるように、前記活性部分の下に半開パイプの形状を有する溝を形成するために、第２の主表面に垂直な壁を形成し、第２の主表面と直角をなす前記溝の寸法が前記膜により生成される超音波の共振条件に合っている、振動子。
2. 前記膜がシリコン窒化物層の上に位置されるシリコン酸化層を有するか、又は、前記膜がシリコン酸化層、シリコン窒化層物、シリコン酸化層のスタックを有し、前記圧電層がシリコン酸化層の上に位置される、請求項１に記載の振動子。
3. 障壁層を更に有し、前記圧電層が前記障壁層の上に位置される、請求項１に記載の振動子。
4. 保護層として、シリコン窒化物若しくはシリコン酸化物のような無機層、有機層、又は無機層及び有機層の組合せを更に有する、請求項１に記載の振動子。
5. 前記支持構造体は、前記支持構造体側へ、反対側と比較して高い出力圧を達成するように半開口パイプのように機能し、前記パイプは、前記パイプを通って進む超音波に対する共振条件に合う長さを持つ、請求項１に記載の振動子。
6. 膜の隣の第１のキャビティが第２のキャビティより大きいボリュームを持つように、溝が第２の主表面と平行な方向に異なるサイズを持つ少なくとも２つのキャビティを形成し、前記キャビティは、前記支持構造体側への出力圧が反対側より高いように、ヘルムホルツ共振器を形成する、請求項１に記載の振動子。
7. 溝の第１の部分が基板内に設けられ、溝の第２の部分が前記基板の付加的な層内に備えられ、前記付加的な層がパッケージの一部である、請求項５又は請求項６に記載の振動子。
8. 前記支持構造体は、パッケージ内に実現され、前記パッケージは、プラスチックパッケージ、セラミックパッケージ、ガラスパッケージ、シリコンパッケージ、又はシリコン及びプラスチックパッケージの組合せを有するグループに含まれる、請求項６に記載の振動子。
9. 前記振動子を機械的損傷から保護するために前記支持構造体上にメッシュが位置される、請求項６に記載の振動子。
10. 前記振動子は、動作している素子が配置されるホールを有するプリント回路基板に取り付けられている、請求項６に記載の振動子。
11. 前記振動子が、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属の少なくとも一つからの剛体で電極側をカバーされ、前記剛体は、前記剛体が前記電極側上の振動子に接触しないように形成された穴を有する、請求項１０に記載の振動子。
12. 前記剛体が超音波に対する吸収材料を有する、請求項１１に記載の振動子。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の少なくとも一つの振動子を有する、アレイ。
14. 少なくとも一つの可聴音検出器及び／又は少なくとも一つのパイロ電気センサを更に有する、請求項１３に記載のアレイ。
15. 一列に配置され、少なくとも一つの非アクティブの振動子がアレイの端に配置されている、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の振動子を複数有する、アレイ。
16. アレイが振動子のマトリックスであり、前記振動子のマトリックスが、非アクティブの振動子で囲まれている、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の振動子を複数有する、アレイ。
17. 前記非アクティブの振動子は、前記アレイの他の振動子と同様であり、前記非アクティブの振動子は、電気制御から分離されている、請求項１５又は１６に記載のアレイ。
18. 前記非アクティブの素子が、前記非アクティブの素子の出力電力を阻止するための抑制手段を有する、請求項１５乃至１７の何れか一項に記載のアレイ。
19. 少なくとも一つの開口部が前記アレイの端に配置される、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載のアレイ。
20. 前記振動子の前記支持構造体の側で生成される圧力波がアプリケーションのために使われる、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の振動子、又は請求項１３乃至１９の何れか一項に記載の振動子のアレイの使用。
21. 表側及び裏側を持つ基板を得るステップと、前記基板の表側の上に膜を形成するステップと、前記膜の上に圧電層を形成するステップと、前記圧電層の活性部分と接触する第１及び第２の電極を含む少なくとも一つのパターニングされた導電層を形成するステップと、前記膜に対して垂直又は少なくとも部分的に平行ではない壁を有する支持構造体が、前記圧電層の前記活性部分の隣接する側に得られて、半開パイプの形状を有する溝が、前記活性部分の下に供給されるように、前記裏側から前記基板をパターニングするステップであって、支持構造体側に、前記支持構造体側とは反対側の出力より高い超音波出力を達成するために、第２の主表面に垂直な壁を形成し、第２の主表面と直角をなす前記溝の寸法が前記膜により生成される超音波の共振条件に合うようにするステップを有する前記パターニングするステップとを有する、振動子を形成する方法。
22. 前記膜の上に障壁層を形成するステップを更に有する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記活性部分を実現するために前記圧電層をパターニングするステップを更に有する、請求項２１に記載の方法。
24. 裏側から前記基板をパターニングする前に、前記基板を薄くするステップを更に有する、請求項２１に記載の方法。