JP2021007118A - Piezoelectric transducer and piezoelectric module - Google Patents

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庄司 岡本
Shoji Okamoto
庄司 岡本
健介 水原
Kensuke Mizuhara
健介 水原
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Abstract

To enhance a characteristic in which a first piezoelectric region and a second piezoelectric region convert an AC voltage into vibration or a characteristic in which they convert vibration into an AC voltage.SOLUTION: A frame-shaped support portion 2 having a cavity 23 formed therein and a piezoelectric portion 3 supported by the support portion 2 are provided. At least one region of a first piezoelectric layer 40 of the piezoelectric portion 3 overlaps with at least one region of a second piezoelectric layer 50 of the piezoelectric portion 3 in a direction orthogonal to the thickness direction of the piezoelectric portion 3. A first piezoelectric region R4 is a region in which a first electrode 41, a second electrode 42, and the first piezoelectric layer 40 overlap with the cavity 23 in the thickness direction. A second piezoelectric region R5 is a region in which a third electrode 51, a fourth electrode 52, and the second piezoelectric layer 50 overlap with the cavity 23 in the thickness direction. The second piezoelectric region R5 is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the thickness direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は圧電トランスデューサ及び圧電モジュールに関し、より詳細には、複数の圧電層を含む圧電トランスデューサ及びこの圧電トランスデューサを備える圧電モジュールに関する。 The present invention relates to a piezoelectric transducer and a piezoelectric module, and more particularly to a piezoelectric transducer including a plurality of piezoelectric layers and a piezoelectric module including the piezoelectric transducer.

従来例として特許文献1記載の圧電デバイス(圧電トランスデューサ)を例示する。特許文献1記載の圧電デバイスは、基材と、基材によって支持された上部層(圧電部)とを備える。上部層は、振動部を含み、振動部は、厚み方向に互いに離隔して配置された下部電極、中間電極及び上部電極を含む。上部層は、下部電極及び中間電極によって少なくとも一部が挟み込まれるように配置された第1圧電体層(第一圧電層)と、第1圧電体層に重なるように配置されつつ中間電極及び上部電極によって少なくとも一部が挟み込まれるように配置された第2圧電体層(第二圧電層)とを含む。 As a conventional example, the piezoelectric device (piezoelectric transducer) described in Patent Document 1 will be illustrated. The piezoelectric device described in Patent Document 1 includes a base material and an upper layer (piezoelectric portion) supported by the base material. The upper layer includes a vibrating portion, and the vibrating portion includes a lower electrode, an intermediate electrode, and an upper electrode arranged apart from each other in the thickness direction. The upper layer is a first piezoelectric layer (first piezoelectric layer) arranged so that at least a part is sandwiched between the lower electrode and the intermediate electrode, and the intermediate electrode and the upper layer are arranged so as to overlap the first piezoelectric layer. It includes a second piezoelectric layer (second piezoelectric layer) arranged so that at least a part thereof is sandwiched by the electrodes.

国際公開第2016/175013号International Publication No. 2016/175013

特許文献1記載の圧電デバイスにおいて、上部層が交流電圧を振動に変換する特性又は振動を交流電圧に変換する特性の向上を求められることがあった。 In the piezoelectric device described in Patent Document 1, it may be required to improve the characteristic that the upper layer converts AC voltage into vibration or the characteristic that vibration is converted into AC voltage.

本発明は、圧電部の第一圧電領域及び第二圧電領域が交流電圧を振動に変換する特性又は振動を交流電圧に変換する特性を向上させた圧電トランスデューサ及び圧電モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric transducer and a piezoelectric module in which the first piezoelectric region and the second piezoelectric region of the piezoelectric portion have improved characteristics of converting an AC voltage into vibration or converting vibration into an AC voltage. To do.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る圧電トランスデューサは、支持部と、圧電部と、を備える。前記支持部は、内側に空洞が形成された枠状である。前記圧電部は、前記支持部により支持される。前記圧電部は、前記空洞を厚み方向の一方側から覆う板状である。前記圧電部は、第一電極と、第二電極と、第一圧電層と、第三電極と、第四電極と、第二圧電層と、を含む。前記第一圧電層は、前記厚み方向において前記第一電極と前記第二電極との間に挟まれている。前記第二圧電層は、前記厚み方向において前記第三電極と前記第四電極との間に挟まれている。前記第一圧電層の少なくとも一領域は、前記厚み方向と直交する方向において前記第二圧電層の少なくとも一領域に重なる。前記圧電部は、第一圧電領域、及び、第二圧電領域を含む。前記第一圧電領域は、前記第一電極と前記第二電極と前記第一圧電層とが前記厚み方向において前記空洞に重なる領域である。前記第二圧電領域は、前記第三電極と前記第四電極と前記第二圧電層とが前記厚み方向において前記空洞に重なる領域である。前記第二圧電領域は、前記厚み方向から見て前記第一圧電領域を囲む領域に位置する。 In order to solve the above problems, the piezoelectric transducer according to one aspect of the present invention includes a support portion and a piezoelectric portion. The support portion has a frame shape with a cavity formed inside. The piezoelectric portion is supported by the support portion. The piezoelectric portion has a plate shape that covers the cavity from one side in the thickness direction. The piezoelectric portion includes a first electrode, a second electrode, a first piezoelectric layer, a third electrode, a fourth electrode, and a second piezoelectric layer. The first piezoelectric layer is sandwiched between the first electrode and the second electrode in the thickness direction. The second piezoelectric layer is sandwiched between the third electrode and the fourth electrode in the thickness direction. At least one region of the first piezoelectric layer overlaps with at least one region of the second piezoelectric layer in a direction orthogonal to the thickness direction. The piezoelectric portion includes a first piezoelectric region and a second piezoelectric region. The first piezoelectric region is a region in which the first electrode, the second electrode, and the first piezoelectric layer overlap the cavity in the thickness direction. The second piezoelectric region is a region in which the third electrode, the fourth electrode, and the second piezoelectric layer overlap the cavity in the thickness direction. The second piezoelectric region is located in a region surrounding the first piezoelectric region when viewed from the thickness direction.

本発明の一態様に係る圧電モジュールは、前記圧電トランスデューサを複数備える。 The piezoelectric module according to one aspect of the present invention includes a plurality of the piezoelectric transducers.

本発明の各態様に係る圧電トランスデューサ及び圧電モジュールでは、第一圧電領域及び第二圧電領域が交流電圧を振動に変換する特性又は振動を交流電圧に変換する特性を向上させることができる。 In the piezoelectric transducer and the piezoelectric module according to each aspect of the present invention, it is possible to improve the characteristic that the first piezoelectric region and the second piezoelectric region convert the AC voltage into the vibration or the characteristic that the vibration is converted into the AC voltage.

図1は、一実施形態に係る圧電トランスデューサの平面図である。FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric transducer according to the embodiment. 図2は、同上の圧電トランスデューサを示し、図1のA−A端面図である。FIG. 2 shows the same piezoelectric transducer as above, and is an end view of AA of FIG. 図3は、同上の圧電トランスデューサを示し、図1のB−B端面図である。FIG. 3 shows the same piezoelectric transducer as above, and is a BB end view of FIG. 図4は、同上の圧電トランスデューサを示し、図2のC−C断面に対応するレイアウト図である。FIG. 4 shows the same piezoelectric transducer as above, and is a layout diagram corresponding to the CC cross section of FIG. 図5A〜図5Fは、一実施形態に係る圧電トランスデューサの製造方法を示す端面図である。5A to 5F are end views showing a method of manufacturing a piezoelectric transducer according to an embodiment. 図6A〜図6Dは、同上の圧電トランスデューサの製造方法を示す端面図である。6A to 6D are end views showing a method of manufacturing the same piezoelectric transducer. 図7は、一実施形態に係る圧電モジュールの模式図である。FIG. 7 is a schematic view of the piezoelectric module according to the embodiment.

以下、実施形態に係る圧電トランスデューサ及び圧電モジュールについて、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本発明の様々な実施形態の一部に過ぎない。下記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、図中の構成要素の大きさ及び厚さの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。 Hereinafter, the piezoelectric transducer and the piezoelectric module according to the embodiment will be described with reference to the drawings. However, the embodiments described below are only part of the various embodiments of the present invention. The following embodiments can be variously modified according to the design and the like as long as the object of the present invention can be achieved. Each figure described in the following embodiment is a schematic view, and the ratio of the size and the thickness of the components in the figure does not necessarily reflect the actual dimensional ratio.

(圧電トランスデューサの構成)
図1〜4に示すように、圧電トランスデューサ1は、支持部2と、圧電部3と、を備えている。圧電部3は、第一圧電層40と、第二圧電層50と、第一電極41と、第二電極42と、第三電極51と、第四電極52と、を含む。圧電部3は、保護層6と、絶縁層7と、を更に含む。
(Piezoelectric transducer configuration)
As shown in FIGS. 1 to 4, the piezoelectric transducer 1 includes a support portion 2 and a piezoelectric portion 3. The piezoelectric portion 3 includes a first piezoelectric layer 40, a second piezoelectric layer 50, a first electrode 41, a second electrode 42, a third electrode 51, and a fourth electrode 52. The piezoelectric portion 3 further includes a protective layer 6 and an insulating layer 7.

支持部2は、内側に空洞23が形成された枠状に形成されている。支持部2の外縁は、正方形状である。支持部2は、例えば、半導体基板により形成されている。支持部2は、シリコンを主材料として形成されている。図2、3に示すように、支持部2は、第一面21と、支持部2の厚み方向において第一面21とは反対側の第二面22とを有している。空洞23は、支持部2の厚み方向に貫通した孔である。空洞23は、支持部2の厚み方向から見て、円状に形成されている。支持部2の厚み方向から見て、空洞23の中心は、支持部2の中心付近に位置している。 The support portion 2 is formed in a frame shape in which a cavity 23 is formed inside. The outer edge of the support portion 2 has a square shape. The support portion 2 is formed of, for example, a semiconductor substrate. The support portion 2 is formed of silicon as a main material. As shown in FIGS. 2 and 3, the support portion 2 has a first surface 21 and a second surface 22 on the side opposite to the first surface 21 in the thickness direction of the support portion 2. The cavity 23 is a hole that penetrates the support portion 2 in the thickness direction. The cavity 23 is formed in a circular shape when viewed from the thickness direction of the support portion 2. The center of the cavity 23 is located near the center of the support portion 2 when viewed from the thickness direction of the support portion 2.

圧電部3は、板状に形成されている。圧電部3は、平面視において正方形状に形成されている。圧電部3は、支持部2により支持されている。支持部2の厚み方向と圧電部3の厚み方向とは、一致している。圧電部3は、空洞23を圧電部3の厚み方向の一方側(図2では紙面の上側)から覆っている。 The piezoelectric portion 3 is formed in a plate shape. The piezoelectric portion 3 is formed in a square shape in a plan view. The piezoelectric portion 3 is supported by the support portion 2. The thickness direction of the support portion 2 and the thickness direction of the piezoelectric portion 3 coincide with each other. The piezoelectric portion 3 covers the cavity 23 from one side (upper side of the paper surface in FIG. 2) of the piezoelectric portion 3 in the thickness direction.

圧電トランスデューサ1において、以下、特に断りの無い限り、圧電部3の厚み方向をZ軸方向と規定する。支持部2と圧電部3とは、Z軸方向に並んでいる。Z軸方向において、支持部2側をZ軸の負の側とし、圧電部3側をZ軸の正の側と規定する。また、圧電部3のうち、平面視において隣り合う2辺の方向を、それぞれX軸方向及びY軸方向と規定する。したがって、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに直交する。 In the piezoelectric transducer 1, unless otherwise specified, the thickness direction of the piezoelectric portion 3 is defined as the Z-axis direction. The support portion 2 and the piezoelectric portion 3 are aligned in the Z-axis direction. In the Z-axis direction, the support portion 2 side is defined as the negative side of the Z-axis, and the piezoelectric portion 3 side is defined as the positive side of the Z-axis. Further, the directions of two adjacent sides of the piezoelectric portion 3 in a plan view are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Therefore, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other.

圧電部3の保護層6は、支持部2の第一面21に形成されている。保護層6は、空洞23をZ軸方向の一方側(正の側)から覆うようにして、第一面21の全域に形成されている。保護層6は、例えば、二酸化ケイ素(SiO)により形成されている。 The protective layer 6 of the piezoelectric portion 3 is formed on the first surface 21 of the support portion 2. The protective layer 6 is formed over the entire area of the first surface 21 so as to cover the cavity 23 from one side (positive side) in the Z-axis direction. The protective layer 6 is formed of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ).

第一圧電層40及び第二圧電層50は、圧電体により形成されている。第一圧電層40及び第二圧電層50は、Z軸方向に厚みを有している。第一圧電層40及び第二圧電層50の分極方向は、Z軸方向に沿っている。 The first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 are formed of a piezoelectric material. The first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 have a thickness in the Z-axis direction. The polarization directions of the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 are along the Z-axis direction.

圧電部3は、第二電極42、第一圧電層40及び第一電極41が、支持部2側(Z軸の負の側)からこの順に積層した構造を有している。また、圧電部3は、第四電極52、第二圧電層50及び第三電極51が、支持部2側(Z軸の負の側)からこの順に積層した構造を有している。 The piezoelectric portion 3 has a structure in which the second electrode 42, the first piezoelectric layer 40, and the first electrode 41 are laminated in this order from the support portion 2 side (negative side of the Z axis). Further, the piezoelectric portion 3 has a structure in which the fourth electrode 52, the second piezoelectric layer 50, and the third electrode 51 are laminated in this order from the support portion 2 side (negative side of the Z axis).

第二電極42及び第四電極52は、保護層6のうち支持部2側とは反対側の表面60に形成されている。第二電極42及び第四電極52は、Z軸方向において同じ位置に位置している。要するに、第二電極42及び第四電極52は、Z軸方向と直交する同一の平面上に位置している。第二電極42及び第四電極52は、例えば、白金により形成されている。 The second electrode 42 and the fourth electrode 52 are formed on the surface 60 of the protective layer 6 on the side opposite to the support portion 2 side. The second electrode 42 and the fourth electrode 52 are located at the same position in the Z-axis direction. In short, the second electrode 42 and the fourth electrode 52 are located on the same plane orthogonal to the Z-axis direction. The second electrode 42 and the fourth electrode 52 are formed of, for example, platinum.

図4は、図2をC−C断面から見た図である。ただし、図4では、絶縁層7を図示していない。第二電極42は、円状に形成されている。第二電極42は、Z軸方向から見て圧電部3の中心付近に形成されている。圧電トランスデューサ1は、配線421を更に備えている。配線421は、直線状に形成されており、一端が第二電極42に繋がっており、他端が圧電部3の周縁付近に位置している。ここで、「Z軸方向から見て」とは、圧電トランスデューサ1を透視してZ軸方向から見ることである。以下の説明でも同様に、「Z軸方向から見て」とは、圧電トランスデューサ1を透視してZ軸方向から見ることである。 FIG. 4 is a view of FIG. 2 as viewed from a CC cross section. However, FIG. 4 does not show the insulating layer 7. The second electrode 42 is formed in a circular shape. The second electrode 42 is formed near the center of the piezoelectric portion 3 when viewed from the Z-axis direction. The piezoelectric transducer 1 further includes wiring 421. The wiring 421 is formed in a straight line, one end thereof is connected to the second electrode 42, and the other end is located near the peripheral edge of the piezoelectric portion 3. Here, "viewed from the Z-axis direction" means to see through the piezoelectric transducer 1 and see it from the Z-axis direction. Similarly in the following description, "viewed from the Z-axis direction" means to see through the piezoelectric transducer 1 and see it from the Z-axis direction.

第四電極52は、円弧状に形成されている。第四電極52は、第二電極42を囲むように形成されている。より詳細には、第四電極52は、第二電極42と同心の円弧状に形成されている。第四電極52の互いに対向する両端の間520には、第二電極42に繋がった配線421が位置している。圧電トランスデューサ1は、配線521を更に備えている。配線521は、直線状に形成されており、一端が第四電極52に繋がっており、他端が圧電部3の周縁付近に位置している。 The fourth electrode 52 is formed in an arc shape. The fourth electrode 52 is formed so as to surround the second electrode 42. More specifically, the fourth electrode 52 is formed in an arc shape concentric with the second electrode 42. A wiring 421 connected to the second electrode 42 is located between both ends of the fourth electrode 52 facing each other. The piezoelectric transducer 1 further includes wiring 521. The wiring 521 is formed in a straight line, one end thereof is connected to the fourth electrode 52, and the other end is located near the peripheral edge of the piezoelectric portion 3.

図2に示すように、枠状の支持部2における圧電部3側の面は、第一面21である。第一面21のうち、空洞23側の内縁211は、円状である。第四電極52のうち、径方向において外側の縁(外縁522:図4参照)は、Z軸方向から見て第一面21の内縁211に沿っている。より詳細には、第四電極52の外縁522は、空洞23よりもわずかに直径が大きい円弧状に形成されている。また、第四電極52のうち、径方向において内側の縁(内縁525:図4参照)は、空洞23よりも直径が小さい円弧状に形成されている。すなわち、Z軸方向から見て、第四電極52は、空洞23と支持部2とに跨っている。 As shown in FIG. 2, the surface of the frame-shaped support portion 2 on the piezoelectric portion 3 side is the first surface 21. Of the first surface 21, the inner edge 211 on the cavity 23 side is circular. The outer edge (outer edge 522: see FIG. 4) of the fourth electrode 52 in the radial direction is along the inner edge 211 of the first surface 21 when viewed from the Z-axis direction. More specifically, the outer edge 522 of the fourth electrode 52 is formed in an arc shape having a diameter slightly larger than that of the cavity 23. Further, of the fourth electrode 52, the inner edge (inner edge 525: see FIG. 4) in the radial direction is formed in an arc shape having a diameter smaller than that of the cavity 23. That is, when viewed from the Z-axis direction, the fourth electrode 52 straddles the cavity 23 and the support portion 2.

図2、3に示すように、第一圧電層40は、第二電極42のうち支持部2側とは反対側の表面に、板状に形成されている。第一圧電層40は、第二電極42のうち支持部2側とは反対側の表面の全域に形成されている。すなわち、第一圧電層40は、円状に形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the first piezoelectric layer 40 is formed in a plate shape on the surface of the second electrode 42 opposite to the support portion 2 side. The first piezoelectric layer 40 is formed on the entire surface of the second electrode 42 on the side opposite to the support portion 2 side. That is, the first piezoelectric layer 40 is formed in a circular shape.

第二圧電層50は、第四電極52のうち支持部2側とは反対側の表面に、板状に形成されている。第二圧電層50は、第四電極52のうち支持部2側とは反対側の表面の全域に形成されている。すなわち、第二圧電層50は、円弧状に形成されている。第二圧電層50は、第一圧電層40を囲むように形成されている。より詳細には、第二圧電層50は、第一圧電層40と同心の円弧状に形成されている。 The second piezoelectric layer 50 is formed in a plate shape on the surface of the fourth electrode 52 opposite to the support portion 2 side. The second piezoelectric layer 50 is formed on the entire surface of the fourth electrode 52 on the side opposite to the support portion 2 side. That is, the second piezoelectric layer 50 is formed in an arc shape. The second piezoelectric layer 50 is formed so as to surround the first piezoelectric layer 40. More specifically, the second piezoelectric layer 50 is formed in an arc shape concentric with the first piezoelectric layer 40.

第二圧電層50は、Z軸方向と直交する方向において第一圧電層40に重なっている。より詳細には、Z軸方向において、第二圧電層50の両端は、第一圧電層40の両端に一致している。 The second piezoelectric layer 50 overlaps the first piezoelectric layer 40 in a direction orthogonal to the Z-axis direction. More specifically, in the Z-axis direction, both ends of the second piezoelectric layer 50 coincide with both ends of the first piezoelectric layer 40.

第一電極41は、第一圧電層40のうち支持部2側とは反対側の表面400に形成されている。第一電極41は、第一圧電層40の表面400の全域に形成されている。すなわち、第一電極41は、円状に形成されている。より詳細には、第一電極41は、第一圧電層40よりもわずかに直径が小さい円状に形成されている。第一電極41は、Z軸方向から見て圧電部3の中心付近に形成されている。第一電極41は、例えば、金により形成されている。 The first electrode 41 is formed on the surface 400 of the first piezoelectric layer 40 on the side opposite to the support portion 2 side. The first electrode 41 is formed over the entire surface 400 of the first piezoelectric layer 40. That is, the first electrode 41 is formed in a circular shape. More specifically, the first electrode 41 is formed in a circular shape having a diameter slightly smaller than that of the first piezoelectric layer 40. The first electrode 41 is formed near the center of the piezoelectric portion 3 when viewed from the Z-axis direction. The first electrode 41 is made of, for example, gold.

第三電極51は、第二圧電層50のうち支持部2側とは反対側の表面500に形成されている。第三電極51は、第二圧電層50の表面500の全域に形成されている。すなわち、第三電極51は、円弧状に形成されている。第三電極51は、第一電極41を囲むように形成されている。より詳細には、第三電極51は、第一電極41と同心の円弧状に形成されている。第三電極51の互いに対向する両端の間510(図1参照)には、第一電極41に繋がった後述の第一引出線413が位置している。第三電極51は、例えば、金により形成されている。 The third electrode 51 is formed on the surface 500 of the second piezoelectric layer 50 on the side opposite to the support portion 2 side. The third electrode 51 is formed over the entire surface 500 of the second piezoelectric layer 50. That is, the third electrode 51 is formed in an arc shape. The third electrode 51 is formed so as to surround the first electrode 41. More specifically, the third electrode 51 is formed in an arc shape concentric with the first electrode 41. A first leader line 413, which will be described later, connected to the first electrode 41 is located between both ends of the third electrode 51 facing each other 510 (see FIG. 1). The third electrode 51 is made of, for example, gold.

絶縁層7は、保護層6のうち支持部2側とは反対側の表面60であって第二電極42、第四電極52、配線421及び配線521が形成されていない部分61に形成されている。絶縁層7は、支持部2側とは反対側の表面70が平状に形成されている。絶縁層7の表面70と、第一圧電層40の表面400と、第二圧電層50の表面500とは、略面一である。絶縁層7は、例えば、二酸化ケイ素により形成されている。絶縁層7は、電気絶縁性を有している。第一電極41、第二電極42、第三電極51及び第四電極52は、互いの間にそれぞれ絶縁層7、第一圧電層40及び第二圧電層50のうち少なくとも1つを挟んで、互いに電気的に絶縁されている。絶縁層7は、後述の第一引出線413と配線421との間等、導体間で電気的なカップリングが発生する可能性を低減している。なお、絶縁層7は、例えば、樹脂材料により形成されていてもよい。 The insulating layer 7 is formed on the surface 60 of the protective layer 6 opposite to the support portion 2 side, and is formed on a portion 61 in which the second electrode 42, the fourth electrode 52, the wiring 421 and the wiring 521 are not formed. There is. The surface 70 of the insulating layer 7 on the side opposite to the support portion 2 side is formed flat. The surface 70 of the insulating layer 7, the surface 400 of the first piezoelectric layer 40, and the surface 500 of the second piezoelectric layer 50 are substantially flush with each other. The insulating layer 7 is formed of, for example, silicon dioxide. The insulating layer 7 has electrical insulation. The first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 51, and the fourth electrode 52 sandwich at least one of the insulating layer 7, the first piezoelectric layer 40, and the second piezoelectric layer 50 between them. They are electrically isolated from each other. The insulating layer 7 reduces the possibility of electrical coupling between conductors, such as between the first leader wire 413 and the wiring 421, which will be described later. The insulating layer 7 may be formed of, for example, a resin material.

以下に、各構成の寸法の一例を挙げる。支持部2の厚みは、200μmである。第二電極42及び第四電極52の厚みは、0.4μmである。第二圧電層50の厚みは、2μmである。第一圧電層40の厚みは、2μmである。絶縁層7の厚みは、2μmである。第一電極41及び第二電極42の厚みは、0.2μmである。保護層6の厚みは、2μmである。空洞23の直径は、30μmである。支持部2の一辺の長さは、50μmである。 An example of the dimensions of each configuration is given below. The thickness of the support portion 2 is 200 μm. The thickness of the second electrode 42 and the fourth electrode 52 is 0.4 μm. The thickness of the second piezoelectric layer 50 is 2 μm. The thickness of the first piezoelectric layer 40 is 2 μm. The thickness of the insulating layer 7 is 2 μm. The thickness of the first electrode 41 and the second electrode 42 is 0.2 μm. The thickness of the protective layer 6 is 2 μm. The diameter of the cavity 23 is 30 μm. The length of one side of the support portion 2 is 50 μm.

第一圧電層40は、Z軸方向において第一電極41と第二電極42との間に挟まれている。第二圧電層50は、Z軸方向において第三電極51と第四電極52との間に挟まれている。 The first piezoelectric layer 40 is sandwiched between the first electrode 41 and the second electrode 42 in the Z-axis direction. The second piezoelectric layer 50 is sandwiched between the third electrode 51 and the fourth electrode 52 in the Z-axis direction.

圧電部3は、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5を含む。第一圧電領域R4は、第一圧電層40と第一電極41と第二電極42とがZ軸方向において空洞23に重なっている領域である。第二圧電領域R5は、第二圧電層50と第三電極51と第四電極52とがZ軸方向において空洞23に重なっている領域である。第二圧電領域R5は、Z軸方向から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置している(図1参照)。 The piezoelectric section 3 includes a first piezoelectric region R4 and a second piezoelectric region R5. The first piezoelectric region R4 is a region in which the first piezoelectric layer 40, the first electrode 41, and the second electrode 42 overlap the cavity 23 in the Z-axis direction. The second piezoelectric region R5 is a region in which the second piezoelectric layer 50, the third electrode 51, and the fourth electrode 52 overlap the cavity 23 in the Z-axis direction. The second piezoelectric region R5 is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction (see FIG. 1).

第一圧電領域R4は、第一電極41に沿った円状であり(図1参照)、第二圧電領域R5は、第三電極51に沿った円弧状である。Z軸方向から見て、第二圧電領域R5は、第三電極51が位置する領域に一致している(図2参照)。 The first piezoelectric region R4 has a circular shape along the first electrode 41 (see FIG. 1), and the second piezoelectric region R5 has an arc shape along the third electrode 51. When viewed from the Z-axis direction, the second piezoelectric region R5 coincides with the region where the third electrode 51 is located (see FIG. 2).

上述の通り、Z軸方向から見て、第四電極52は、空洞23と支持部2とに跨っている。また、Z軸方向から見て、第三電極51及び第二圧電層50も、空洞23と支持部2とに跨っている。したがって、Z軸方向から見て、第二圧電領域R5は、空洞23と支持部2とに跨っている。 As described above, the fourth electrode 52 straddles the cavity 23 and the support portion 2 when viewed from the Z-axis direction. Further, when viewed from the Z-axis direction, the third electrode 51 and the second piezoelectric layer 50 also straddle the cavity 23 and the support portion 2. Therefore, when viewed from the Z-axis direction, the second piezoelectric region R5 straddles the cavity 23 and the support portion 2.

また、上述の通り、第四電極52の外縁522(図4参照)は、枠状の支持部2の第一面21の内縁211に沿っている。したがって、Z軸方向から見て、第二圧電領域R5の一部は、第一面21の内縁211に沿っている。また、第三電極51のうち、径方向において外側の縁512(図1参照)、及び、第二圧電層50のうち、径方向において外側の縁も、第一面21の内縁211に沿っている。 Further, as described above, the outer edge 522 (see FIG. 4) of the fourth electrode 52 is along the inner edge 211 of the first surface 21 of the frame-shaped support portion 2. Therefore, when viewed from the Z-axis direction, a part of the second piezoelectric region R5 is along the inner edge 211 of the first surface 21. Further, the outer edge 512 of the third electrode 51 in the radial direction (see FIG. 1) and the outer edge of the second piezoelectric layer 50 in the radial direction are also along the inner edge 211 of the first surface 21. There is.

第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5は、超音波を受波すると交流電圧を発生する。また、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5は、交流電圧が印加されると振動して超音波を送波する。第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5による超音波の受波及び送波は、保護層6を介して行われる。 The first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 generate an AC voltage when receiving ultrasonic waves. Further, the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 vibrate when an AC voltage is applied to transmit ultrasonic waves. The reception and transmission of ultrasonic waves by the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 are performed via the protective layer 6.

第一圧電領域R4の第一圧電層40は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)により形成されている。第二圧電領域R5の第二圧電層50は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)により形成されている。窒化アルミニウムは、チタン酸ジルコン酸鉛と比較して、ヤング率が高くかつ密度が小さい材料である。 The first piezoelectric layer 40 of the first piezoelectric region R4 is formed of, for example, lead zirconate titanate (PZT). The second piezoelectric layer 50 of the second piezoelectric region R5 is formed of, for example, aluminum nitride (AlN). Aluminum nitride is a material having a high Young's modulus and a low density as compared with lead zirconate titanate.

第一圧電層40の圧電定数d31は、第二圧電層50の圧電定数d31よりも大きい。また、第一圧電層40の比誘電率εは、第二圧電層50の比誘電率εよりも大きい。第一圧電層40の比誘電率εは、例えば、1200である。第二圧電層50の比誘電率εは、例えば、10である。 The piezoelectric constant d 31 of the first piezoelectric layer 40 is larger than the piezoelectric constant d 31 of the second piezoelectric layer 50. Further, the relative permittivity ε r of the first piezoelectric layer 40 is larger than the relative permittivity ε r of the second piezoelectric layer 50. The relative permittivity ε r of the first piezoelectric layer 40 is, for example, 1200. The relative permittivity ε r of the second piezoelectric layer 50 is, for example, 10.

第一圧電層40の圧電定数d31が第二圧電層50の圧電定数d31よりも大きいため、第一圧電領域R4は、交流電圧をZ軸方向の振動に変換する特性が第二圧電領域R5よりも良好である。一方、第二圧電層50では、圧電定数d31を比誘電率εで割った値(d31/ε)が第一圧電層40のd31/εよりも大きいため、第二圧電領域R5は、振動を交流電圧に変換する特性が第一圧電領域R4よりも良好である。 Since the piezoelectric constant d 31 of the first piezoelectric layer 40 is larger than the piezoelectric constant d 31 of the second piezoelectric layer 50, a first piezoelectric region R4 is characteristic for converting an AC voltage to the vibration in the Z-axis direction second piezoelectric region Better than R5. On the other hand, in the second piezoelectric layer 50, the value obtained by dividing the piezoelectric constant d 31 by the relative permittivity ε r (d 31 / ε r ) is larger than d 31 / ε r of the first piezoelectric layer 40. The region R5 has a better characteristic of converting vibration into an AC voltage than the first piezoelectric region R4.

図1に示すように、圧電トランスデューサ1は、絶縁層7の表面70に、複数(図1では3つ)の引出線(第一引出線413、第二引出線423及び第四引出線523)と、複数(図1では4つ)のパッド(第一パッド414、第二パッド424、第三パッド514及び第四パッド524)と、を更に備えている。圧電トランスデューサ1は、第三引出線を更に備えていてもよい。各引出線及び各パッドは、導体層として形成されている。 As shown in FIG. 1, the piezoelectric transducer 1 has a plurality of (three in FIG. 1) leader lines (first leader line 413, second leader line 423, and fourth leader line 523) on the surface 70 of the insulating layer 7. And a plurality of pads (four in FIG. 1) (first pad 414, second pad 424, third pad 514, and fourth pad 524) are further provided. The piezoelectric transducer 1 may further include a third leader wire. Each leader and each pad is formed as a conductor layer.

複数のパッドは、絶縁層7の表面70の周縁付近に形成されている。より詳細には、第一パッド414及び第二パッド424は、絶縁層7の表面70のうち、Y軸の正の側の周縁付近であってX軸方向における中心付近に形成されている。第三パッド514及び第四パッド524は、絶縁層7の表面70のうち、Y軸の負の側の周縁付近であってX軸方向における中心付近に形成されている。各パッドは、長方形状に形成されている。なお、各パッドは、正方形状に形成されていてもよい。 The plurality of pads are formed near the peripheral edge of the surface 70 of the insulating layer 7. More specifically, the first pad 414 and the second pad 424 are formed on the surface 70 of the insulating layer 7 near the peripheral edge on the positive side of the Y axis and near the center in the X axis direction. The third pad 514 and the fourth pad 524 are formed on the surface 70 of the insulating layer 7 near the peripheral edge on the negative side of the Y-axis and near the center in the X-axis direction. Each pad is formed in a rectangular shape. In addition, each pad may be formed in a square shape.

第一引出線413は、第一電極41と第一パッド414とを電気的に接続している。 The first leader wire 413 electrically connects the first electrode 41 and the first pad 414.

第二引出線423は、第二電極42に繋がった配線421と第二パッド424とを電気的に接続している。図1、3に示すように、絶縁層7は、開口部72を有している。開口部72の奥(図3では下)には、配線421の一端が位置している。第二引出線423が開口部72の内壁に沿って配線421へ向かって立ち下がり、配線421の一部とZ軸方向に重なって形成されていることにより、第二引出線423と配線421とが接続されている。 The second leader line 423 electrically connects the wiring 421 connected to the second electrode 42 and the second pad 424. As shown in FIGS. 1 and 3, the insulating layer 7 has an opening 72. One end of the wiring 421 is located at the back of the opening 72 (lower in FIG. 3). The second leader line 423 descends toward the wiring 421 along the inner wall of the opening 72, and is formed so as to overlap a part of the wiring 421 in the Z-axis direction, so that the second leader line 423 and the wiring 421 are formed. Is connected.

第三電極51は、第三パッド514に直接繋がることにより、第三パッド514に電気的に接続されている。なお、第三電極51は、絶縁層7の表面70に形成された第三引出線を介して第三パッド514に電気的に接続されていてもよい。 The third electrode 51 is electrically connected to the third pad 514 by being directly connected to the third pad 514. The third electrode 51 may be electrically connected to the third pad 514 via a third leader wire formed on the surface 70 of the insulating layer 7.

第四引出線523は、第四電極52に繋がった配線521と第四パッド524とを電気的に接続している。絶縁層7は、開口部74を有している。開口部74の奥(図3では下)には、配線521の一端が位置している。第四引出線523が開口部74の内壁に沿って配線521へ向かって立ち下がり、配線521の一部とZ軸方向に重なって形成されていることにより、第四引出線523と配線521とが接続されている。 The fourth leader line 523 electrically connects the wiring 521 connected to the fourth electrode 52 and the fourth pad 524. The insulating layer 7 has an opening 74. One end of the wiring 521 is located at the back of the opening 74 (lower in FIG. 3). The fourth leader line 523 descends toward the wiring 521 along the inner wall of the opening 74, and is formed so as to overlap a part of the wiring 521 in the Z-axis direction, so that the fourth leader line 523 and the wiring 521 are formed. Is connected.

(製造方法)
次に、圧電トランスデューサ1の製造方法の一例について、図5A〜5F、図6A〜6Dを参照して説明する。
(Production method)
Next, an example of a method for manufacturing the piezoelectric transducer 1 will be described with reference to FIGS. 5A to 5F and FIGS. 6A to 6D.

まず、図5Aに示すように、圧電トランスデューサ1の支持部2の元になるシリコン基板である基材200の第一面201に、熱酸化膜からなる保護層6を形成する。また、基材200の厚み方向において第一面201とは反対側の第二面202にも、熱酸化膜からなる保護層を形成する。ただし、図5Aでは、第二面202に形成された保護層の図示を省略している。基材200は、円盤状のウェハである。 First, as shown in FIG. 5A, a protective layer 6 made of a thermal oxide film is formed on the first surface 201 of the base material 200, which is a silicon substrate that is the base of the support portion 2 of the piezoelectric transducer 1. Further, a protective layer made of a thermal oxide film is also formed on the second surface 202 opposite to the first surface 201 in the thickness direction of the base material 200. However, in FIG. 5A, the illustration of the protective layer formed on the second surface 202 is omitted. The base material 200 is a disk-shaped wafer.

次に、図5Bに示すように、保護層6の表面60の全域に、白金の第一層91を形成する。第一層91は、後に第二電極42、第四電極52、配線421及び配線521となる層である(図4参照)。第一層91は、例えば、スパッタ法により形成される。 Next, as shown in FIG. 5B, the first layer 91 of platinum is formed over the entire surface 60 of the protective layer 6. The first layer 91 is a layer that later becomes the second electrode 42, the fourth electrode 52, the wiring 421, and the wiring 521 (see FIG. 4). The first layer 91 is formed by, for example, a sputtering method.

次に、図5Cに示すように、第一層91の表面910の全域に、チタン酸ジルコン酸鉛の第二層92を形成する。第二層92は、後に第一圧電層40となる層である。第二層92は、例えば、スパッタ法により形成される。 Next, as shown in FIG. 5C, the second layer 92 of lead zirconate titiate is formed over the entire surface 910 of the first layer 91. The second layer 92 is a layer that will later become the first piezoelectric layer 40. The second layer 92 is formed by, for example, a sputtering method.

次に、図5Dに示すように、第二層92を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターニングする。この工程により、第二層92の一部からなる第一圧電層40を形成する。 Next, as shown in FIG. 5D, the second layer 92 is patterned by a photolithography technique and an etching technique. By this step, the first piezoelectric layer 40 composed of a part of the second layer 92 is formed.

次に、図5Eに示すように、第一層91を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターニングする。この工程により、第一層91の一部からなる第二電極42、第四電極52、配線421(図4参照)及び配線521(図4参照)を形成する。 Next, as shown in FIG. 5E, the first layer 91 is patterned by a photolithography technique and an etching technique. By this step, the second electrode 42, the fourth electrode 52, the wiring 421 (see FIG. 4) and the wiring 521 (see FIG. 4), which are a part of the first layer 91, are formed.

次に、図5Fに示すように、保護層6の表面60であって第二電極42、第四電極52、配線421(図4参照)及び配線521(図4参照)が形成されていない部分61と、第一圧電層40、第四電極52、配線421及び配線521の表面とに、窒化アルミニウムの第三層93を形成する。第三層93は、後に第二圧電層50となる層である。第三層93は、例えば、スパッタ法により形成される。さらに、第三層93を研磨又はエッチングすることにより、第一圧電層40を露出させる。 Next, as shown in FIG. 5F, a portion of the surface 60 of the protective layer 6 on which the second electrode 42, the fourth electrode 52, the wiring 421 (see FIG. 4) and the wiring 521 (see FIG. 4) are not formed. A third layer 93 of aluminum nitride is formed on the surface of 61 and the first piezoelectric layer 40, the fourth electrode 52, the wiring 421, and the wiring 521. The third layer 93 is a layer that will later become the second piezoelectric layer 50. The third layer 93 is formed by, for example, a sputtering method. Further, the first piezoelectric layer 40 is exposed by polishing or etching the third layer 93.

次に、図6Aに示すように、第三層93を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターニングする。この工程により、第三層93の一部からなる第二圧電層50を形成する。 Next, as shown in FIG. 6A, the third layer 93 is patterned by a photolithography technique and an etching technique. By this step, the second piezoelectric layer 50 composed of a part of the third layer 93 is formed.

次に、図6Bに示すように、絶縁層7を、保護層6の表面60のうち電極及び配線が形成されていない部分61に形成する。絶縁層7は、例えば、第一圧電層40及び第二圧電層50を覆うように化学気相成長(CVD)法により形成された後、表面から研磨又はエッチバックされることにより、第一圧電層40の表面400及び第二圧電層50の表面500と面一にされる。 Next, as shown in FIG. 6B, the insulating layer 7 is formed on the surface 60 of the protective layer 6 on the portion 61 where the electrodes and wiring are not formed. The insulating layer 7 is formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method so as to cover the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50, and then is polished or etched back from the surface to cause the first piezoelectric layer 7. It is flush with the surface 400 of the layer 40 and the surface 500 of the second piezoelectric layer 50.

次に、絶縁層7に、開口部72(図3参照)、74(図3参照)を形成する。開口部72、74は、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。 Next, openings 72 (see FIG. 3) and 74 (see FIG. 3) are formed in the insulating layer 7. The openings 72 and 74 are formed using, for example, photolithography and etching techniques.

次に、図6Cに示すように、第一圧電層40の表面400に第一電極41を形成する。第二圧電層50の表面500に第三電極51を形成する。絶縁層7の表面70に第一引出線413、第二引出線423、第四引出線523、第一パッド414、第二パッド424、第三パッド514及び第四パッド524を形成する。第一電極41、第三電極51、各引出線及び各パッドは、金を材料として、メタルマスクを用いて、蒸着法又はスパッタ法により形成される。また、第一電極41、第三電極51、各引出線及び各パッドは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して形成されてもよい。また、第一電極41、第三電極51、各引出線及び各パッドは、フォトリソグラフィ技術、薄膜形成技術及びリフトオフ法を利用して形成されてもよい。 Next, as shown in FIG. 6C, the first electrode 41 is formed on the surface 400 of the first piezoelectric layer 40. A third electrode 51 is formed on the surface 500 of the second piezoelectric layer 50. A first leader wire 413, a second leader wire 423, a fourth leader wire 523, a first pad 414, a second pad 424, a third pad 514, and a fourth pad 524 are formed on the surface 70 of the insulating layer 7. The first electrode 41, the third electrode 51, each leader wire, and each pad are formed of gold as a material by a vapor deposition method or a sputtering method using a metal mask. Further, the first electrode 41, the third electrode 51, each leader wire and each pad may be formed by using a photolithography technique and an etching technique. Further, the first electrode 41, the third electrode 51, each leader wire and each pad may be formed by using a photolithography technique, a thin film forming technique, and a lift-off method.

次に、図6Dに示すように、基材200に空洞23を形成する。これにより、支持部2が形成される。空洞23は、例えば、アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成される。より詳細には、まず、第二面202(図6C参照)に形成されている保護層を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。さらに、パターニングされて残った保護層をエッチングマスクとして用いて、第二面202から基材200の中心部分をエッチングすることにより、空洞23を形成する。保護層6は、エッチングストッパとして機能する。すなわち、保護層6は、アルカリ溶液によりエッチングされ難い。したがって、保護層6の厚さのばらつきが低減される。 Next, as shown in FIG. 6D, the cavity 23 is formed in the base material 200. As a result, the support portion 2 is formed. The cavity 23 is formed, for example, by anisotropic etching with an alkaline solution. More specifically, first, the protective layer formed on the second surface 202 (see FIG. 6C) is patterned by using a photolithography technique and an etching technique. Further, the cavity 23 is formed by etching the central portion of the base material 200 from the second surface 202 using the protective layer remaining after patterning as an etching mask. The protective layer 6 functions as an etching stopper. That is, the protective layer 6 is difficult to be etched by the alkaline solution. Therefore, the variation in the thickness of the protective layer 6 is reduced.

次に、基材200をダイシングする。つまり、1つの圧電トランスデューサ1が占める領域ごとに基材200を分割する。 Next, the base material 200 is diced. That is, the base material 200 is divided for each region occupied by one piezoelectric transducer 1.

以上により、圧電トランスデューサ1が製造される。 As described above, the piezoelectric transducer 1 is manufactured.

(圧電モジュールの構成)
図7に示すように、圧電モジュール10は、圧電トランスデューサ1を複数(図7では16個)備えている。複数の圧電トランスデューサ1は、基板に実装されている。複数の圧電トランスデューサ1は、縦4列、横4列の2次元アレイ状に並んでいる。圧電モジュール10は、第一切替部11と、第二切替部12と、処理部13と、を更に備えている。
(Piezoelectric module configuration)
As shown in FIG. 7, the piezoelectric module 10 includes a plurality of piezoelectric transducers 1 (16 in FIG. 7). The plurality of piezoelectric transducers 1 are mounted on the substrate. The plurality of piezoelectric transducers 1 are arranged in a two-dimensional array having four rows vertically and four rows horizontally. The piezoelectric module 10 further includes a first switching unit 11, a second switching unit 12, and a processing unit 13.

第一切替部11及び第二切替部12はそれぞれ、複数のスイッチを有する。各圧電トランスデューサ1の第一電極41は、第一パッド414と、第一切替部11のスイッチとを介して、外部電源15に接続される。横一列に並んだ4つの圧電トランスデューサ1は、第一切替部11のうち外部電源15に接続された1つのスイッチを共用している。 The first switching unit 11 and the second switching unit 12 each have a plurality of switches. The first electrode 41 of each piezoelectric transducer 1 is connected to the external power supply 15 via the first pad 414 and the switch of the first switching unit 11. The four piezoelectric transducers 1 arranged in a horizontal row share one switch of the first switching unit 11 connected to the external power supply 15.

各圧電トランスデューサ1の第二電極42は、第二パッド424と、第二切替部12のスイッチとを介して、グラウンドに接続される。縦一列に並んだ4つの圧電トランスデューサ1は、第二切替部12のうちグラウンドに接続された1つのスイッチを共用している。 The second electrode 42 of each piezoelectric transducer 1 is connected to the ground via the second pad 424 and the switch of the second switching unit 12. The four piezoelectric transducers 1 arranged in a vertical row share one switch of the second switching unit 12 connected to the ground.

各圧電トランスデューサ1の第三電極51は、第三パッド514と、第二切替部12のスイッチとを介して、処理部13に接続される。縦一列に並んだ4つの圧電トランスデューサ1は、第二切替部12のうち処理部13に接続された1つのスイッチを共用している。 The third electrode 51 of each piezoelectric transducer 1 is connected to the processing unit 13 via the third pad 514 and the switch of the second switching unit 12. The four piezoelectric transducers 1 arranged in a vertical row share one switch of the second switching unit 12 connected to the processing unit 13.

各圧電トランスデューサ1の第四電極52は、第四パッド524と、第一切替部11のスイッチとを介して、グラウンドに接続される。横一列に並んだ4つの圧電トランスデューサ1は、第一切替部11のうちグラウンドに接続された1つのスイッチを共用している。 The fourth electrode 52 of each piezoelectric transducer 1 is connected to the ground via the fourth pad 524 and the switch of the first switching unit 11. The four piezoelectric transducers 1 arranged in a horizontal row share one switch of the first switching unit 11 connected to the ground.

第一切替部11及び第二切替部12は、個々の圧電トランスデューサ1ごとに、圧電トランスデューサ1と外部電源15との接続を切り替える。また、第一切替部11及び第二切替部12は、個々の圧電トランスデューサ1ごとに、圧電トランスデューサ1と処理部13との接続を切り替える。圧電トランスデューサ1が外部電源15に接続されると、第一圧電層40には、外部電源15から交流電圧が印加される。圧電トランスデューサ1は、処理部13に接続されると、第二圧電領域R5で生じる交流電圧を、処理部13に出力する。なお、第一切替部11及び第二切替部12は、複数のスイッチに代えて、複数のリレー又は複数のマルチプレクサを有していてもよい。 The first switching unit 11 and the second switching unit 12 switch the connection between the piezoelectric transducer 1 and the external power supply 15 for each of the piezoelectric transducers 1. Further, the first switching unit 11 and the second switching unit 12 switch the connection between the piezoelectric transducer 1 and the processing unit 13 for each of the piezoelectric transducers 1. When the piezoelectric transducer 1 is connected to the external power source 15, an AC voltage is applied to the first piezoelectric layer 40 from the external power source 15. When the piezoelectric transducer 1 is connected to the processing unit 13, the AC voltage generated in the second piezoelectric region R5 is output to the processing unit 13. The first switching unit 11 and the second switching unit 12 may have a plurality of relays or a plurality of multiplexers instead of the plurality of switches.

処理部13は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、AC−DCコンバータとを含む。AC−DCコンバータは、圧電トランスデューサ1から入力される交流電圧を直流電圧に変換し、プロセッサに出力する。プロセッサは、第一切替部11に電気的に接続されており、第一切替部11の複数のスイッチの開閉を制御する。さらに、プロセッサは、第二切替部12の複数のスイッチの開閉を制御する。 The processing unit 13 includes, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and an AC-DC converter. The AC-DC converter converts the AC voltage input from the piezoelectric transducer 1 into a DC voltage and outputs it to the processor. The processor is electrically connected to the first switching unit 11 and controls the opening and closing of a plurality of switches of the first switching unit 11. Further, the processor controls the opening and closing of a plurality of switches of the second switching unit 12.

(動作)
次に、圧電トランスデューサ1及び圧電モジュール10の動作例を説明する。
(motion)
Next, an operation example of the piezoelectric transducer 1 and the piezoelectric module 10 will be described.

処理部13は、第一切替部11及び第二切替部12のスイッチの開閉を制御して、圧電トランスデューサ1を外部電源15に接続する。圧電トランスデューサ1の第一圧電層40に対して外部電源15から交流電圧が印加されると、第一圧電層40がZ軸方向に振動することにより、第一圧電領域R4は、超音波を送波する。第一電極41及び第二電極42は、第一圧電層40への交流電圧の印加用の電極である。 The processing unit 13 controls the opening and closing of the switches of the first switching unit 11 and the second switching unit 12 to connect the piezoelectric transducer 1 to the external power supply 15. When an AC voltage is applied to the first piezoelectric layer 40 of the piezoelectric transducer 1 from the external power source 15, the first piezoelectric layer 40 vibrates in the Z-axis direction, so that the first piezoelectric region R4 sends ultrasonic waves. Wave. The first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer 40.

処理部13は、第一切替部11及び第二切替部12のスイッチの開閉を制御して圧電トランスデューサ1に接続する。第二圧電領域R5が超音波を受波すると、第二圧電層50がZ軸方向に振動し、第二圧電領域R5は、第二圧電層50のZ軸方向の振動を交流電圧に変換する。第三電極51及び第四電極52は、第二圧電領域R5で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。第三電極51及び第四電極52は、第二圧電領域R5が超音波を受波することにより生じる交流電圧を取り出し、処理部13に出力する。 The processing unit 13 controls the opening and closing of the switches of the first switching unit 11 and the second switching unit 12 and connects to the piezoelectric transducer 1. When the second piezoelectric region R5 receives ultrasonic waves, the second piezoelectric layer 50 vibrates in the Z-axis direction, and the second piezoelectric region R5 converts the vibration of the second piezoelectric layer 50 in the Z-axis direction into an AC voltage. .. The third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the second piezoelectric region R5. The third electrode 51 and the fourth electrode 52 take out the AC voltage generated by the second piezoelectric region R5 receiving ultrasonic waves and output it to the processing unit 13.

第一圧電領域R4は、主として、Z軸の負の向きに超音波を送波する。第二圧電領域R5は、主として、Z軸の負の側から到達した超音波を受波する。すなわち、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5の送波強度が最大となる向き及び受波感度が最大となる向きは、Z軸の負の向きに沿っている。 The first piezoelectric region R4 mainly transmits ultrasonic waves in the negative direction of the Z axis. The second piezoelectric region R5 mainly receives ultrasonic waves arriving from the negative side of the Z axis. That is, the direction in which the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 have the maximum transmission intensity and the direction in which the reception sensitivity is maximum are along the negative directions of the Z axis.

圧電モジュール10は、例えば、自動車に搭載され、自動車の周りの物体との間の距離を測定する超音波センサとして用いられる。圧電モジュール10は、超音波の送波及び受波を行う。圧電モジュール10が超音波を送波してから超音波が物体で反射して戻ってくるまでの時間を処理部13が計測することにより、処理部13は、物体と圧電モジュール10との間の距離を算出することができる。 The piezoelectric module 10 is mounted on an automobile, for example, and is used as an ultrasonic sensor for measuring a distance between an object around the automobile. The piezoelectric module 10 transmits and receives ultrasonic waves. The processing unit 13 measures the time from when the piezoelectric module 10 sends ultrasonic waves until the ultrasonic waves are reflected by the object and returned, so that the processing unit 13 can move the ultrasonic waves between the object and the piezoelectric module 10. The distance can be calculated.

別の例として、圧電モジュール10は、携帯電話等に搭載され、人の指紋を検出するセンサとして用いられる。圧電モジュール10において、複数の圧電トランスデューサ1は、隣り合う圧電トランスデューサ1同士の中心間の間隔が、指紋の凹凸の間隔よりも小さい間隔となるように配置される。複数の圧電トランスデューサ1は、超音波を送波し、人の指で反射した超音波を受波する。指紋の凹部と凸部とで音響インピーダンスが異なるので、処理部13は、複数の圧電トランスデューサ1で受波した超音波の強度に基づいて指紋を検出することができる。 As another example, the piezoelectric module 10 is mounted on a mobile phone or the like and is used as a sensor for detecting a human fingerprint. In the piezoelectric module 10, the plurality of piezoelectric transducers 1 are arranged so that the distance between the centers of the adjacent piezoelectric transducers 1 is smaller than the distance between the unevenness of the fingerprint. The plurality of piezoelectric transducers 1 transmit ultrasonic waves and receive ultrasonic waves reflected by a human finger. Since the acoustic impedance is different between the concave portion and the convex portion of the fingerprint, the processing unit 13 can detect the fingerprint based on the intensity of the ultrasonic waves received by the plurality of piezoelectric transducers 1.

(効果)
仮に、圧電トランスデューサ1において、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とがZ軸方向に重なっている場合は、第一圧電層40が振動するときに、第一圧電層40が歪むことにより、第一圧電層40の近くの第二圧電層50が歪むことがある。また、第二圧電層50が振動するときに、第二圧電層50が歪むことにより、第一圧電層40が歪むことがある。特に、第一圧電層40がZ軸と直交する方向に収縮しようとし、第二圧電層50がZ軸と直交する方向に伸長しようとする場合は、第一圧電層40の歪みと第二圧電層50の歪みとが打ち消し合うように作用することがある。
(effect)
If the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the Z-axis direction in the piezoelectric transducer 1, the first piezoelectric layer 40 is distorted when the first piezoelectric layer 40 vibrates. , The second piezoelectric layer 50 near the first piezoelectric layer 40 may be distorted. Further, when the second piezoelectric layer 50 vibrates, the second piezoelectric layer 50 is distorted, so that the first piezoelectric layer 40 may be distorted. In particular, when the first piezoelectric layer 40 tries to shrink in the direction orthogonal to the Z axis and the second piezoelectric layer 50 tries to expand in the direction orthogonal to the Z axis, the strain of the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 40 It may act to cancel out the distortion of the layer 50.

本実施形態の圧電トランスデューサ1では、第二圧電領域R5は、Z軸方向から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置する。したがって、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とがZ軸方向に重なっている場合と比較して、第一圧電層40の歪みと第二圧電層50の歪みとが互いに影響し合う程度を低減させることができる。これにより、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5の特性(交流電圧を振動に変換する特性又は振動を交流電圧に変換する特性)を向上させることができる。 In the piezoelectric transducer 1 of the present embodiment, the second piezoelectric region R5 is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction. Therefore, the degree to which the strain of the first piezoelectric layer 40 and the strain of the second piezoelectric layer 50 affect each other as compared with the case where the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the Z-axis direction. Can be reduced. Thereby, the characteristics of the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 (characteristics of converting AC voltage into vibration or characteristics of converting vibration into AC voltage) can be improved.

また、仮に、第一圧電領域R4が、Z軸方向において空洞23の全域と重なるようにして配されている場合は、次のような問題が生じ得る。すなわち、第一圧電層40が振動するときに、第一圧電領域R4のうち空洞23の中央側の領域と重なる部分が歪む方向と、第一圧電領域R4のうち空洞23の外周側の領域と重なる部分が歪む方向とが反対となるため、第一圧電領域R4の特性(例えば、交流電圧を振動に変換する効率)が低下することがある。 Further, if the first piezoelectric region R4 is arranged so as to overlap the entire area of the cavity 23 in the Z-axis direction, the following problems may occur. That is, when the first piezoelectric layer 40 vibrates, the direction in which the portion of the first piezoelectric region R4 that overlaps the central region of the cavity 23 is distorted, and the region of the first piezoelectric region R4 on the outer peripheral side of the cavity 23. Since the overlapping portion is distorted in the opposite direction, the characteristics of the first piezoelectric region R4 (for example, the efficiency of converting the AC voltage into vibration) may be lowered.

同様に、仮に、第二圧電領域R5が、Z軸方向において空洞23の全域と重なるようにして配されている場合は、次のような問題が生じ得る。すなわち、第二圧電層50が振動するときに、第二圧電領域R5のうち空洞23の中央側の領域と重なる部分が歪む方向と、第二圧電領域R5のうち空洞23の外周側の領域と重なる部分が歪む方向とが反対となるため、第二圧電領域R5の特性(例えば、受波感度)が低下することがある。 Similarly, if the second piezoelectric region R5 is arranged so as to overlap the entire area of the cavity 23 in the Z-axis direction, the following problems may occur. That is, when the second piezoelectric layer 50 vibrates, the direction in which the portion of the second piezoelectric region R5 that overlaps the central region of the cavity 23 is distorted, and the region of the second piezoelectric region R5 on the outer peripheral side of the cavity 23. Since the overlapping portions are distorted in the opposite direction, the characteristics of the second piezoelectric region R5 (for example, the receiving sensitivity) may be lowered.

そこで、本実施形態のように、第一圧電領域R4を空洞23の中央側の領域と重なる位置に配することで、第一圧電領域R4における歪みの方向を揃えることができる。また、第二圧電領域R5を空洞23の外周側の領域と重なる位置に配することで、第二圧電領域R5における歪みの方向を揃えることができる。これにより、第一圧電領域R4の特性と第二圧電領域R5の特性とが向上する。 Therefore, by arranging the first piezoelectric region R4 at a position overlapping the central region of the cavity 23 as in the present embodiment, the direction of strain in the first piezoelectric region R4 can be aligned. Further, by arranging the second piezoelectric region R5 at a position overlapping the region on the outer peripheral side of the cavity 23, the direction of distortion in the second piezoelectric region R5 can be aligned. As a result, the characteristics of the first piezoelectric region R4 and the characteristics of the second piezoelectric region R5 are improved.

また、仮に、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とがZ軸方向に重なっている場合は、第二電極42と第三電極51とがZ軸方向に向かい合う。この場合は、第二電極42と第三電極51とが互いに容量結合する場合がある。したがって、圧電部3が振動するときに、第二電極42と第三電極51との間で電気的干渉が生じる場合がある。 If the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the Z-axis direction, the second electrode 42 and the third electrode 51 face each other in the Z-axis direction. In this case, the second electrode 42 and the third electrode 51 may be capacitively coupled to each other. Therefore, when the piezoelectric portion 3 vibrates, electrical interference may occur between the second electrode 42 and the third electrode 51.

一方、本実施形態の第二圧電領域R5は、Z軸方向から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置し、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とがZ軸方向に重ならないため、第二電極42と第三電極51との容量結合の発生が抑制される。したがって、第二電極42と第三電極51との間の電気的干渉が抑制される。例えば、第二電極42と第三電極51との間のクロストーク(電気的干渉の一例)が抑制されることにより、圧電トランスデューサ1では、送波強度及び受波感度が向上し、送信信号のノイズ及び受信信号のノイズが低減する。また、送信信号のノイズ及び受信信号のノイズが低減することにより、送信信号のS/N比及び受信信号のS/N比が向上する。 On the other hand, the second piezoelectric region R5 of the present embodiment is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction, and the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 do not overlap in the Z-axis direction. Therefore, the occurrence of capacitive coupling between the second electrode 42 and the third electrode 51 is suppressed. Therefore, electrical interference between the second electrode 42 and the third electrode 51 is suppressed. For example, by suppressing the cross talk (an example of electrical interference) between the second electrode 42 and the third electrode 51, the piezoelectric transducer 1 improves the transmission intensity and the reception sensitivity of the transmitted signal. Noise and noise of the received signal are reduced. Further, by reducing the noise of the transmission signal and the noise of the reception signal, the S / N ratio of the transmission signal and the S / N ratio of the reception signal are improved.

また、本実施形態の第二圧電領域R5は、Z軸方向から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置するので、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とがZ軸方向に重なっている場合と比較して、第一圧電層40及び第二圧電層50の曲げ剛性を低減できる。すなわち、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とがZ軸方向に重なっている場合と比較して、第一圧電層40が第二圧電層50の曲げを妨げたり、第二圧電層50が第一圧電層40の曲げを妨げたりしにくい。これにより、第一圧電領域R4の特性及び第二圧電領域R5の特性(例えば、送波強度及び受波感度)を向上させることができる。 Further, since the second piezoelectric region R5 of the present embodiment is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction, the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the Z-axis direction. The bending rigidity of the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 can be reduced as compared with the case where. That is, as compared with the case where the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the Z-axis direction, the first piezoelectric layer 40 hinders bending of the second piezoelectric layer 50 or the second piezoelectric layer 50. Is less likely to prevent bending of the first piezoelectric layer 40. Thereby, the characteristics of the first piezoelectric region R4 and the characteristics of the second piezoelectric region R5 (for example, transmission intensity and reception sensitivity) can be improved.

(実施形態の変形例)
以下、実施形態の変形例を列挙する。以下の変形例は、適宜組み合わせて実現されてもよい。
(Modified example of embodiment)
Hereinafter, modifications of the embodiment are listed. The following modifications may be realized in appropriate combinations.

Z軸方向において、第一圧電層40の両端は、第二圧電層50の両端に一致していなくてもよい。第一圧電層40の少なくとも一領域が、Z軸方向と直交する方向において第二圧電層50の少なくとも一領域に重なっていればよい。 In the Z-axis direction, both ends of the first piezoelectric layer 40 do not have to coincide with both ends of the second piezoelectric layer 50. At least one region of the first piezoelectric layer 40 may overlap with at least one region of the second piezoelectric layer 50 in a direction orthogonal to the Z-axis direction.

例えば、第一圧電層40よりも第二圧電層50の方が厚みが小さく、Z軸方向において、第一圧電層40の両端の間に第二圧電層50の両端が位置していてもよい。あるいは、第二圧電層50よりも第一圧電層40の方が厚みが小さく、Z軸方向において、第二圧電層50の両端の間に第一圧電層40の両端が位置していてもよい。 For example, the thickness of the second piezoelectric layer 50 may be smaller than that of the first piezoelectric layer 40, and both ends of the second piezoelectric layer 50 may be located between both ends of the first piezoelectric layer 40 in the Z-axis direction. .. Alternatively, the thickness of the first piezoelectric layer 40 may be smaller than that of the second piezoelectric layer 50, and both ends of the first piezoelectric layer 40 may be located between both ends of the second piezoelectric layer 50 in the Z-axis direction. ..

あるいは、第一圧電層40のうちZ軸の正の側の一端付近が、Z軸方向と直交する方向において、第二圧電層50のうちZ軸の負の側の一端付近と重なっていてもよい。あるいは、第一圧電層40のうちZ軸の負の側の一端付近が、Z軸方向と直交する方向において、第二圧電層50のうちZ軸の正の側の一端付近と重なっていてもよい。 Alternatively, even if the vicinity of one end of the first piezoelectric layer 40 on the positive side of the Z axis overlaps the vicinity of one end of the second piezoelectric layer 50 on the negative side of the Z axis in the direction orthogonal to the Z axis direction. Good. Alternatively, even if the vicinity of one end of the first piezoelectric layer 40 on the negative side of the Z axis overlaps the vicinity of one end of the second piezoelectric layer 50 on the positive side of the Z axis in the direction orthogonal to the Z axis direction. Good.

また、保護層6に凸部が設けられていてもよい。第一圧電層40と第二圧電層50とのうち一方が保護層6の凸部に形成されており、他方が保護層6の凸部の周りに形成されていてもよい。この構成によれば、第一圧電層40及び第二圧電層50では、支持部2側の端がZ軸方向において互いに異なる位置に位置することになる。第一圧電層40及び第二圧電層50における支持部2側とは反対側の端は、Z軸方向において同じ位置に位置していてもよいし、互いに異なる位置に位置していてもよい。保護層6にのみ凸部が形成されていてもよいし、支持部2に凸部が形成されており、支持部2の凸部に重なって保護層6の凸部が形成されていてもよい。 Further, the protective layer 6 may be provided with a convex portion. One of the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 may be formed on the convex portion of the protective layer 6, and the other may be formed around the convex portion of the protective layer 6. According to this configuration, in the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50, the ends on the support portion 2 side are located at different positions in the Z-axis direction. The ends of the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 opposite to the support portion 2 side may be located at the same position in the Z-axis direction, or may be located at different positions from each other. The convex portion may be formed only on the protective layer 6, or the convex portion may be formed on the support portion 2, and the convex portion of the protective layer 6 may be formed so as to overlap the convex portion of the support portion 2. ..

また、実施形態の第二圧電領域R5は、Z軸方向から見て第一圧電領域R4を略囲んでいるが、Z軸方向から見て第二圧電領域R5が第一圧電領域R4を囲むことは必須ではない。Z軸方向から見て第二圧電領域R5は、第一圧電領域R4を囲む領域の少なくとも一部に位置していればよい。 Further, the second piezoelectric region R5 of the embodiment substantially surrounds the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction, but the second piezoelectric region R5 surrounds the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction. Is not required. The second piezoelectric region R5 may be located at least a part of the region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the Z-axis direction.

また、支持部2の外縁の形状は、正方形状に限定されない。支持部2の外縁は、例えば、長方形状又は円状に形成されていてもよい。また、空洞23の形状は、円状に限定されない。空洞23は、例えば、正方形状又は長方形状に形成されていてもよい。 Further, the shape of the outer edge of the support portion 2 is not limited to a square shape. The outer edge of the support portion 2 may be formed in a rectangular shape or a circular shape, for example. Further, the shape of the cavity 23 is not limited to a circular shape. The cavity 23 may be formed in a square shape or a rectangular shape, for example.

また、実施形態の支持部2は、周方向に連続した枠状に形成されている。支持部2において、枠状とは、周方向に連続した形状に限らず、周方向の一部が非連続な形状であってもよい。支持部において、枠状とは、圧電部3の厚み方向(Z軸方向)から見て環状である構造のうち、次の2つの部分を含む形状であればよい。すなわち、支持部において、当該2つの部分は、圧電部3の厚み方向から見て第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とのうち少なくとも一方を間に挟んで向かい合っていればよい。当該2つの部分は、繋がっていてもよいし、別体に形成されていてもよい。支持部は、周方向の一部を欠いた形状、例えば、C字状又はU字状であってもよい。また、支持部は、複数の部材に分かれて形成されていて、圧電部3は、複数の部材に架け渡されていてもよい。複数の部材の各々は、例えば、直方体状又は立方体状に形成されていてもよい。 Further, the support portion 2 of the embodiment is formed in a frame shape continuous in the circumferential direction. In the support portion 2, the frame shape is not limited to a shape that is continuous in the circumferential direction, and may be a shape that is partially discontinuous in the circumferential direction. In the support portion, the frame shape may be any shape including the following two portions in the structure which is annular when viewed from the thickness direction (Z-axis direction) of the piezoelectric portion 3. That is, in the support portion, the two portions may face each other with at least one of the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 sandwiched between them when viewed from the thickness direction of the piezoelectric portion 3. The two parts may be connected or may be formed separately. The support portion may have a shape lacking a part in the circumferential direction, for example, a C-shape or a U-shape. Further, the support portion is formed by being divided into a plurality of members, and the piezoelectric portion 3 may be bridged over the plurality of members. Each of the plurality of members may be formed in a rectangular parallelepiped shape or a cube shape, for example.

また、Z軸方向から見て、第四電極52の外縁522は、枠状の支持部2の第一面21の内縁211の一部と重なっていてもよい。また、第三電極51のうち、径方向において外側の縁512が、第一面21の内縁211の一部と重なっていてもよい。また、第二圧電層50のうち、径方向において外側の縁が、第一面21の内縁211の一部と重なっていてもよい。 Further, when viewed from the Z-axis direction, the outer edge 522 of the fourth electrode 52 may overlap with a part of the inner edge 211 of the first surface 21 of the frame-shaped support portion 2. Further, the outer edge 512 of the third electrode 51 in the radial direction may overlap with a part of the inner edge 211 of the first surface 21. Further, the outer edge of the second piezoelectric layer 50 in the radial direction may overlap with a part of the inner edge 211 of the first surface 21.

また、第一圧電層40及び第二圧電層50を形成する方法は、スパッタ法に限定されない。第一圧電層40及び第二圧電層50は例えば、MOCVD(有機金属化学気相成長)法等の化学気相成長(CVD)法、又は、ゾルゲル法により形成されてもよい。 Further, the method for forming the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 is not limited to the sputtering method. The first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 may be formed by, for example, a chemical vapor phase growth (CVD) method such as a MOCVD (organic metal chemical vapor phase growth) method, or a solgel method.

また、第三電極51、第四電極52、第一圧電層40及び第二圧電層50等は、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により形成されるのに代えて、メタルマスク等を用いて、蒸着法又はスパッタ法により形成されてもよい。 Further, the third electrode 51, the fourth electrode 52, the first piezoelectric layer 40, the second piezoelectric layer 50 and the like are formed by a vapor deposition method using a metal mask or the like instead of being formed by a photolithographic technique and an etching technique. Alternatively, it may be formed by a sputtering method.

また、第一圧電層40の材料はチタン酸ジルコン酸鉛に限定されないし、第二圧電層50の材料は窒化アルミニウムに限定されない。例えば、第一圧電層40及び第二圧電層50は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の樹脂、又は、酸化亜鉛(ZnO)を材料として形成されていてもよい。また、第一圧電層40が窒化アルミニウムにより形成されていてもよいし、第二圧電層50がチタン酸ジルコン酸鉛により形成されていてもよい。また、第一圧電層40及び第二圧電層50の材料として、PZTN(:Pb(ZrTiNb)O)、ビスマス(Bi)又はアルカリ金属を主成分とする圧電材料を用いてもよい。 Further, the material of the first piezoelectric layer 40 is not limited to lead zirconate titanate, and the material of the second piezoelectric layer 50 is not limited to aluminum nitride. For example, the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 may be formed of a resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or zinc oxide (ZnO) as a material. Further, the first piezoelectric layer 40 may be formed of aluminum nitride, or the second piezoelectric layer 50 may be formed of lead zirconate titanate. Further, as the material of the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50, a piezoelectric material containing PZTN (: Pb (ZrTiNb) O 3 ), bismuth (Bi) or an alkali metal as a main component may be used.

また、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5が送波又は受波する音波は、超音波に限定されない。例えば、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5は、可聴域の音波を送波又は受波してもよい。 Further, the sound waves transmitted or received by the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 are not limited to ultrasonic waves. For example, the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 may transmit or receive sound waves in the audible region.

また、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5のうち、一方を超音波の送波用に用いて他方を超音波の受波用に用いてもよいし、両方を超音波の送波用に用いてもよいし、両方を超音波の受波用に用いてもよい。すなわち、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電領域R4で生じる交流電圧の取り出し用の電極であって、第三電極51及び第四電極52は、第二圧電層50への交流電圧の印加用の電極であってもよい。あるいは、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電層40への交流電圧の印加用の電極であって、第三電極51及び第四電極52は、第二圧電層50への交流電圧の印加用の電極であってもよい。あるいは、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電領域R4で生じる交流電圧の取り出し用の電極であって、第三電極51及び第四電極52は、第二圧電領域R5で生じる交流電圧の取り出し用の電極であってもよい。 Further, one of the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 may be used for transmitting ultrasonic waves and the other may be used for receiving ultrasonic waves, or both may be used for transmitting ultrasonic waves. It may be used for receiving ultrasonic waves, or both may be used for receiving ultrasonic waves. That is, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for extracting the AC voltage generated in the first piezoelectric region R4, and the third electrode 51 and the fourth electrode 52 are AC to the second piezoelectric layer 50. It may be an electrode for applying a voltage. Alternatively, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer 40, and the third electrode 51 and the fourth electrode 52 are AC to the second piezoelectric layer 50. It may be an electrode for applying a voltage. Alternatively, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the first piezoelectric region R4, and the third electrode 51 and the fourth electrode 52 are AC generated in the second piezoelectric region R5. It may be an electrode for extracting voltage.

また、圧電トランスデューサ1の用途は、音波を送波又は受波する用途に限定されない。例えば、圧電トランスデューサ1の用途は、アクチュエータであってもよい。 Further, the application of the piezoelectric transducer 1 is not limited to the application of transmitting or receiving sound waves. For example, the piezoelectric transducer 1 may be used for an actuator.

また、第一電極41と第三電極51とは、電気的に接続されていてもよい。例えば、絶縁層7の表面70、第一圧電層40の表面400及び第二圧電層50の表面500の全域に、第一電極41と第三電極51とが一体になった電極が形成されていてもよい。同様に、第二電極42と第四電極52とが、電気的に接続されていてもよい。第一電極41と第三電極51とが電気的に接続されている場合、又は、第二電極42と第四電極52とが電気的に接続されている場合に、次のようにして第一圧電層40と第二圧電層50との相互干渉を抑制してもよい。すなわち、第一圧電層40に交流電圧を印加することで圧電トランスデューサ1を送波用に用いるタイミングと、第二圧電層50で生じる交流電圧を取り出すことで圧電トランスデューサ1を受波用に用いるタイミングとを異ならせてもよい。 Further, the first electrode 41 and the third electrode 51 may be electrically connected to each other. For example, an electrode in which the first electrode 41 and the third electrode 51 are integrated is formed over the entire surface 70 of the insulating layer 7, the surface 400 of the first piezoelectric layer 40, and the surface 500 of the second piezoelectric layer 50. You may. Similarly, the second electrode 42 and the fourth electrode 52 may be electrically connected. When the first electrode 41 and the third electrode 51 are electrically connected, or when the second electrode 42 and the fourth electrode 52 are electrically connected, the first electrode is as follows. Mutual interference between the piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 may be suppressed. That is, the timing at which the piezoelectric transducer 1 is used for transmitting waves by applying an AC voltage to the first piezoelectric layer 40 and the timing at which the piezoelectric transducer 1 is used for receiving waves by extracting the AC voltage generated at the second piezoelectric layer 50. May be different.

また、圧電トランスデューサ1が備える圧電層の数は、第一圧電層40と第二圧電層50との2つに限定されない。圧電トランスデューサ1は、3つ以上の圧電層を備えていてもよい。例えば、圧電トランスデューサ1は、圧電層として、実施形態と同一形状の第一圧電層40と、X軸方向において第一圧電層40の両側に第一圧電層40を囲むように配置された2つの円弧状の圧電層と、を備えていてもよい。 Further, the number of piezoelectric layers included in the piezoelectric transducer 1 is not limited to two, that is, the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50. The piezoelectric transducer 1 may include three or more piezoelectric layers. For example, the piezoelectric transducer 1 has two piezoelectric layers, a first piezoelectric layer 40 having the same shape as that of the embodiment, and two piezoelectric layers 40 arranged on both sides of the first piezoelectric layer 40 in the X-axis direction so as to surround the first piezoelectric layer 40. An arcuate piezoelectric layer may be provided.

また、支持部2の元になる基材として、シリコン基板の一の面に凹部が形成されており、凹部の開口を塞ぐように一の面に絶縁膜が形成された基材を用いてもよい。当該基材の絶縁膜上に圧電部3を形成してから、圧電部3とは反対側から当該基材のシリコン基板をエッチングし、一の面の凹部と繋がった空洞を形成することにより、圧電トランスデューサ1を形成してもよい。 Further, as the base material on which the support portion 2 is based, a base material in which a recess is formed on one surface of the silicon substrate and an insulating film is formed on one surface so as to close the opening of the recess may be used. Good. After forming the piezoelectric portion 3 on the insulating film of the base material, the silicon substrate of the base material is etched from the side opposite to the piezoelectric portion 3 to form a cavity connected to the recess on one surface. The piezoelectric transducer 1 may be formed.

(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係る圧電トランスデューサ1は、支持部2と、圧電部3と、を備える。支持部2は、内側に空洞23が形成された枠状である。圧電部3は、支持部2により支持される。圧電部3は、空洞23を厚み方向(Z軸方向)の一方側から覆う板状である。圧電部3は、第一電極41と、第二電極42と、第一圧電層40と、第三電極51と、第四電極52と、第二圧電層50と、を含む。第一圧電層40は、厚み方向において第一電極41と第二電極42との間に挟まれている。第二圧電層50は、厚み方向において第三電極51と第四電極52との間に挟まれている。第一圧電層40の少なくとも一領域は、厚み方向と直交する方向において第二圧電層50の少なくとも一領域に重なる。圧電部3は、第一圧電領域R4、及び、第二圧電領域R5を含む。第一圧電領域R4は、第一電極41と第二電極42と第一圧電層40とが厚み方向において空洞23に重なる領域である。第二圧電領域R5は、第三電極51と第四電極52と第二圧電層50とが厚み方向において空洞23に重なる領域である。第二圧電領域R5は、厚み方向から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置する。
(Summary)
As described above, the piezoelectric transducer 1 according to the first aspect includes a support portion 2 and a piezoelectric portion 3. The support portion 2 has a frame shape in which a cavity 23 is formed inside. The piezoelectric portion 3 is supported by the support portion 2. The piezoelectric portion 3 has a plate shape that covers the cavity 23 from one side in the thickness direction (Z-axis direction). The piezoelectric portion 3 includes a first electrode 41, a second electrode 42, a first piezoelectric layer 40, a third electrode 51, a fourth electrode 52, and a second piezoelectric layer 50. The first piezoelectric layer 40 is sandwiched between the first electrode 41 and the second electrode 42 in the thickness direction. The second piezoelectric layer 50 is sandwiched between the third electrode 51 and the fourth electrode 52 in the thickness direction. At least one region of the first piezoelectric layer 40 overlaps at least one region of the second piezoelectric layer 50 in a direction orthogonal to the thickness direction. The piezoelectric portion 3 includes a first piezoelectric region R4 and a second piezoelectric region R5. The first piezoelectric region R4 is a region in which the first electrode 41, the second electrode 42, and the first piezoelectric layer 40 overlap the cavity 23 in the thickness direction. The second piezoelectric region R5 is a region in which the third electrode 51, the fourth electrode 52, and the second piezoelectric layer 50 overlap the cavity 23 in the thickness direction. The second piezoelectric region R5 is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the thickness direction.

上記の構成によれば、第二圧電領域R5は、圧電部3の厚み方向(Z軸方向)から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置する。したがって、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とが厚み方向に重なっている場合と比較して、第一圧電領域R4の第一圧電層40の歪みにより第二圧電領域R5の第二圧電層50が歪む程度を低減させることができる。また、第二圧電層50の歪みにより第一圧電層40が歪む程度を低減させることができる。これにより、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5が交流電圧を振動に変換する特性又は振動を交流電圧に変換する特性を向上させることができる。 According to the above configuration, the second piezoelectric region R5 is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the thickness direction (Z-axis direction) of the piezoelectric portion 3. Therefore, as compared with the case where the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the thickness direction, the second piezoelectric region R5 of the second piezoelectric region R5 is distorted due to the distortion of the first piezoelectric layer 40 of the first piezoelectric region R4. The degree to which the layer 50 is distorted can be reduced. Further, the degree to which the first piezoelectric layer 40 is distorted due to the distortion of the second piezoelectric layer 50 can be reduced. Thereby, the characteristic that the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 convert the AC voltage into the vibration or the characteristic that the vibration is converted into the AC voltage can be improved.

また、第2の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1の態様において、厚み方向(Z軸方向)において、第一圧電層40の両端の間に第二圧電層50の両端が位置する。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the second aspect, in the first aspect, both ends of the second piezoelectric layer 50 are located between both ends of the first piezoelectric layer 40 in the thickness direction (Z-axis direction).

上記の構成によれば、厚み方向において、第一圧電層40の両端の間に第二圧電層50の両端が位置する。すなわち、第二圧電層50は第一圧電層40よりも厚みが小さく形成される。したがって、第二圧電領域R5の特性(振動を交流電圧に変換する特性又は交流電圧を振動に変換する特性)を向上させることができる。 According to the above configuration, both ends of the second piezoelectric layer 50 are located between both ends of the first piezoelectric layer 40 in the thickness direction. That is, the second piezoelectric layer 50 is formed to have a smaller thickness than the first piezoelectric layer 40. Therefore, the characteristics of the second piezoelectric region R5 (characteristics of converting vibration into AC voltage or characteristics of converting AC voltage into vibration) can be improved.

また、第3の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1又は2の態様において、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電層40への交流電圧の印加用の電極である。第三電極51及び第四電極52は、第二圧電領域R5で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the third aspect, in the first or second aspect, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer 40. The third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the second piezoelectric region R5.

上記の構成によれば、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電層40への交流電圧の印加用の電極である。すなわち、第一圧電領域R4は、交流電圧を振動に変換する。また、第三電極51及び第四電極52は、第二圧電領域R5で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。すなわち、第二圧電領域R5は、振動を交流電圧に変換する。圧電部3が音波を受波する等により、圧電部3に対して、厚み方向(Z軸方向)に力が加えられたとき、第一圧電領域R4よりも、第一圧電領域R4を囲む領域に位置する第二圧電領域R5に応力が集中する可能性が高い。したがって、上記の圧電トランスデューサ1では、第二圧電領域R5が振動を交流電圧に変換する特性を向上させることができる。 According to the above configuration, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer 40. That is, the first piezoelectric region R4 converts the AC voltage into vibration. Further, the third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the second piezoelectric region R5. That is, the second piezoelectric region R5 converts the vibration into an AC voltage. When a force is applied to the piezoelectric portion 3 in the thickness direction (Z-axis direction) due to the piezoelectric portion 3 receiving ultrasonic waves or the like, a region surrounding the first piezoelectric region R4 rather than the first piezoelectric region R4. There is a high possibility that stress will be concentrated in the second piezoelectric region R5 located in. Therefore, in the above-mentioned piezoelectric transducer 1, the characteristic that the second piezoelectric region R5 converts the vibration into an AC voltage can be improved.

また、第4の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1又は2の態様において、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電領域R4で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。第三電極51及び第四電極52は、第二圧電層50への交流電圧の印加用の電極である。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the fourth aspect, in the first or second aspect, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the first piezoelectric region R4. The third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for applying an AC voltage to the second piezoelectric layer 50.

上記の構成によれば、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電領域R4で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。すなわち、第一圧電領域R4は、振動を交流電圧に変換する。また、第三電極51及び第四電極52は、第二圧電層50への交流電圧の印加用の電極である。すなわち、第二圧電領域R5は、交流電圧を振動に変換する。圧電部3が音波を受波する等により、圧電部3に対して、厚み方向(Z軸方向)に力が加えられたとき、第一圧電領域R4よりも、第一圧電領域R4を囲む領域に位置する第二圧電領域R5に応力が集中する可能性が高い。したがって、上記の圧電トランスデューサ1では、第二圧電領域R5が交流電圧を振動に変換する特性を向上させることができる。 According to the above configuration, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the first piezoelectric region R4. That is, the first piezoelectric region R4 converts the vibration into an AC voltage. Further, the third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for applying an AC voltage to the second piezoelectric layer 50. That is, the second piezoelectric region R5 converts the AC voltage into vibration. When a force is applied to the piezoelectric portion 3 in the thickness direction (Z-axis direction) due to the piezoelectric portion 3 receiving ultrasonic waves or the like, a region surrounding the first piezoelectric region R4 rather than the first piezoelectric region R4. There is a high possibility that stress will be concentrated in the second piezoelectric region R5 located in. Therefore, in the above-mentioned piezoelectric transducer 1, the characteristic that the second piezoelectric region R5 converts the AC voltage into vibration can be improved.

また、第5の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1又は2の態様において、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電層40への交流電圧の印加用の電極である。第三電極51及び第四電極52は、第二圧電層50への交流電圧の印加用の電極である。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the fifth aspect, in the first or second aspect, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer 40. The third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for applying an AC voltage to the second piezoelectric layer 50.

上記の構成によれば、第一圧電層40及び第二圧電層50には、交流電圧が印加される。つまり、圧電トランスデューサ1は、第一圧電層40及び第二圧電層50に印加された交流電圧を振動に変換する装置として機能する。すなわち、圧電トランスデューサ1が交流電圧を振動に変換する装置として機能する場合に、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5が交流電圧を振動に変換する特性を向上させることができる。 According to the above configuration, an AC voltage is applied to the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50. That is, the piezoelectric transducer 1 functions as a device that converts the AC voltage applied to the first piezoelectric layer 40 and the second piezoelectric layer 50 into vibration. That is, when the piezoelectric transducer 1 functions as a device for converting an AC voltage into vibration, the characteristics of the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 to convert the AC voltage into vibration can be improved.

また、第6の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1又は2の態様において、第一電極41及び第二電極42は、第一圧電領域R4で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。第三電極51及び第四電極52は、第二圧電領域R5で生じる交流電圧の取り出し用の電極である。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the sixth aspect, in the first or second aspect, the first electrode 41 and the second electrode 42 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the first piezoelectric region R4. The third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrodes for taking out the AC voltage generated in the second piezoelectric region R5.

上記の構成によれば、第一圧電領域R4から交流電圧が取り出され、第二圧電領域R5から交流電圧が取り出される。つまり、圧電トランスデューサ1は、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5において振動を交流電圧に変換する装置として機能する。すなわち、圧電トランスデューサ1が振動を交流電圧に変換する装置として機能する場合に、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5が振動を交流電圧に変換する特性を向上させることができる。 According to the above configuration, the AC voltage is taken out from the first piezoelectric region R4, and the AC voltage is taken out from the second piezoelectric region R5. That is, the piezoelectric transducer 1 functions as a device that converts vibration into an AC voltage in the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5. That is, when the piezoelectric transducer 1 functions as a device for converting vibration into an AC voltage, the characteristics of the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 to convert the vibration into an AC voltage can be improved.

また、第7の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第3の態様において、第一圧電層40の圧電定数d31は、第二圧電層50の圧電定数d31よりも大きい。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the seventh aspect, in the third aspect, the piezoelectric constant d 31 of the first piezoelectric layer 40 is larger than the piezoelectric constant d 31 of the second piezoelectric layer 50.

上記の構成によれば、第一圧電領域R4が交流電圧を振動に変換する特性と、第二圧電領域R5が振動を交流電圧に変換する特性とを向上させることができる。 According to the above configuration, the characteristic that the first piezoelectric region R4 converts the AC voltage into the vibration and the characteristic that the second piezoelectric region R5 converts the vibration into the AC voltage can be improved.

また、第8の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1〜7の態様のいずれかにおいて、第一電極41、第二電極42、第三電極51及び第四電極52は、互いに電気的に絶縁されている。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the eighth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the first electrode 41, the second electrode 42, the third electrode 51 and the fourth electrode 52 are electrically insulated from each other. Has been done.

上記の構成によれば、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とで電気的なカップリングが生じる可能性を低減することができる。 According to the above configuration, the possibility of electrical coupling occurring between the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 can be reduced.

また、第9の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1〜8の態様のいずれかにおいて、厚み方向(Z軸方向)から見て、第二圧電領域R5の少なくとも一部は、支持部2における圧電部3側の面(第一面21)のうち、空洞23側の内縁211に沿っている。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the ninth aspect, in any one of the first to eighth aspects, at least a part of the second piezoelectric region R5 is in the support portion 2 when viewed from the thickness direction (Z-axis direction). Of the surface (first surface 21) on the piezoelectric portion 3 side, it is along the inner edge 211 on the cavity 23 side.

圧電部3が音波を受波する等により、圧電部3に対して、厚み方向(Z軸方向)に力が加えられたとき、支持部2の内縁211付近に応力が集中する可能性が高い。したがって、上記の圧電トランスデューサ1では、第二圧電領域R5の特性(振動を交流電圧に変換する特性又は交流電圧を振動に変換する特性)を向上させることができる。 When a force is applied to the piezoelectric portion 3 in the thickness direction (Z-axis direction) due to the piezoelectric portion 3 receiving ultrasonic waves or the like, there is a high possibility that stress will be concentrated near the inner edge 211 of the support portion 2. .. Therefore, in the above-mentioned piezoelectric transducer 1, the characteristics of the second piezoelectric region R5 (characteristics of converting vibration into AC voltage or characteristics of converting AC voltage into vibration) can be improved.

また、第10の態様に係る圧電トランスデューサ1では、第1〜9の態様のいずれかにおいて、厚み方向(Z軸方向)から見て、第二圧電領域R5は、空洞23と支持部2とに跨っている。 Further, in the piezoelectric transducer 1 according to the tenth aspect, in any one of the first to ninth aspects, the second piezoelectric region R5 is formed in the cavity 23 and the support portion 2 when viewed from the thickness direction (Z-axis direction). Straddling.

圧電部3が音波を受波する等により、圧電部3に対して、厚み方向(Z軸方向)に力が加えられたとき、支持部2の内縁211付近に応力が集中する可能性が高い。したがって、上記の圧電トランスデューサ1では、第二圧電領域R5の特性(振動を交流電圧に変換する特性又は交流電圧を振動に変換する特性)を向上させることができる。 When a force is applied to the piezoelectric portion 3 in the thickness direction (Z-axis direction) due to the piezoelectric portion 3 receiving ultrasonic waves or the like, there is a high possibility that stress is concentrated near the inner edge 211 of the support portion 2. .. Therefore, in the above-mentioned piezoelectric transducer 1, the characteristics of the second piezoelectric region R5 (characteristics of converting vibration into AC voltage or characteristics of converting AC voltage into vibration) can be improved.

また、第11の態様に係る圧電モジュール10は、第1〜10の態様のいずれかに係る圧電トランスデューサ1を複数備える。 Further, the piezoelectric module 10 according to the eleventh aspect includes a plurality of piezoelectric transducers 1 according to any one of the first to tenth aspects.

上記の構成によれば、圧電トランスデューサ1の第二圧電領域R5は、圧電部3の厚み方向(Z軸方向)から見て第一圧電領域R4を囲む領域に位置する。したがって、第一圧電領域R4と第二圧電領域R5とが厚み方向に重なっている場合と比較して、第一圧電領域R4の第一圧電層40の歪みにより第二圧電領域R5の第二圧電層50が歪む程度を低減させることができる。また、第二圧電層50の歪みにより第一圧電層40が歪む程度を低減させることができる。これにより、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5が交流電圧を振動に変換する特性又は振動を交流電圧に変換する特性を向上させることができる。また、圧電モジュール10は、圧電トランスデューサ1を複数備える。これにより、圧電トランスデューサ1を1つのみ用いる場合と比較して、第一圧電領域R4及び第二圧電領域R5が交流電圧を振動に変換することによる出力をより大きくすることができる、又は、振動を交流電圧に変換する感度をより大きくすることができる。 According to the above configuration, the second piezoelectric region R5 of the piezoelectric transducer 1 is located in a region surrounding the first piezoelectric region R4 when viewed from the thickness direction (Z-axis direction) of the piezoelectric portion 3. Therefore, as compared with the case where the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 overlap in the thickness direction, the second piezoelectric region R5 of the second piezoelectric region R5 is distorted due to the distortion of the first piezoelectric layer 40 of the first piezoelectric region R4. The degree to which the layer 50 is distorted can be reduced. Further, the degree to which the first piezoelectric layer 40 is distorted due to the distortion of the second piezoelectric layer 50 can be reduced. Thereby, the characteristic that the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 convert the AC voltage into the vibration or the characteristic that the vibration is converted into the AC voltage can be improved. Further, the piezoelectric module 10 includes a plurality of piezoelectric transducers 1. As a result, as compared with the case where only one piezoelectric transducer 1 is used, the output of the first piezoelectric region R4 and the second piezoelectric region R5 by converting the AC voltage into vibration can be increased, or the vibration can be increased. Can be made more sensitive to convert to AC voltage.

第2〜10の態様に係る構成については、圧電トランスデューサ1に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。 The configuration according to the second to tenth aspects is not an essential configuration for the piezoelectric transducer 1, and can be omitted as appropriate.

1 圧電トランスデューサ
10 圧電モジュール
2 支持部
21 第一面(面)
23 空洞
211 内縁
3 圧電部
40 第一圧電層
41 第一電極
42 第二電極
50 第二圧電層
51 第三電極
52 第四電極
R4 第一圧電領域
R5 第二圧電領域
1 Piezoelectric Transducer 10 Piezoelectric Module 2 Support 21 First Surface (Surface)
23 Cavity 211 Inner edge 3 piezoelectric part 40 First piezoelectric layer 41 First electrode 42 Second electrode 50 Second piezoelectric layer 51 Third electrode 52 Fourth electrode R4 First piezoelectric region R5 Second piezoelectric region

Claims (11)

内側に空洞が形成された枠状の支持部と、
前記支持部により支持され、前記空洞を厚み方向の一方側から覆う板状の圧電部と、を備え、
前記圧電部は、
第一電極と、
第二電極と、
前記厚み方向において前記第一電極と前記第二電極との間に挟まれた第一圧電層と、
第三電極と、
第四電極と、
前記厚み方向において前記第三電極と前記第四電極との間に挟まれた第二圧電層と、を含み、
前記第一圧電層の少なくとも一領域は、前記厚み方向と直交する方向において前記第二圧電層の少なくとも一領域に重なり、
前記圧電部は、
前記第一電極と前記第二電極と前記第一圧電層とが前記厚み方向において前記空洞に重なる第一圧電領域、及び、
前記第三電極と前記第四電極と前記第二圧電層とが前記厚み方向において前記空洞に重なる第二圧電領域を含み、
前記第二圧電領域は、前記厚み方向から見て前記第一圧電領域を囲む領域に位置する
圧電トランスデューサ。
A frame-shaped support with a cavity formed inside,
A plate-shaped piezoelectric portion that is supported by the support portion and covers the cavity from one side in the thickness direction is provided.
The piezoelectric part is
With the first electrode
With the second electrode
A first piezoelectric layer sandwiched between the first electrode and the second electrode in the thickness direction,
With the third electrode
With the 4th electrode
A second piezoelectric layer sandwiched between the third electrode and the fourth electrode in the thickness direction is included.
At least one region of the first piezoelectric layer overlaps with at least one region of the second piezoelectric layer in a direction orthogonal to the thickness direction.
The piezoelectric part is
A first piezoelectric region in which the first electrode, the second electrode, and the first piezoelectric layer overlap the cavity in the thickness direction, and
A second piezoelectric region in which the third electrode, the fourth electrode, and the second piezoelectric layer overlap the cavity in the thickness direction is included.
The second piezoelectric region is a piezoelectric transducer located in a region surrounding the first piezoelectric region when viewed from the thickness direction.
前記厚み方向において、前記第一圧電層の両端の間に前記第二圧電層の両端が位置する
請求項1記載の圧電トランスデューサ。
The piezoelectric transducer according to claim 1, wherein both ends of the second piezoelectric layer are located between both ends of the first piezoelectric layer in the thickness direction.
前記第一電極及び前記第二電極は、前記第一圧電層への交流電圧の印加用の電極であり、
前記第三電極及び前記第四電極は、前記第二圧電領域で生じる交流電圧の取り出し用の電極である
請求項1又は2に記載の圧電トランスデューサ。
The first electrode and the second electrode are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer.
The piezoelectric transducer according to claim 1 or 2, wherein the third electrode and the fourth electrode are electrodes for extracting an AC voltage generated in the second piezoelectric region.
前記第一電極及び前記第二電極は、前記第一圧電領域で生じる交流電圧の取り出し用の電極であり、
前記第三電極及び前記第四電極は、前記第二圧電層への交流電圧の印加用の電極である
請求項1又は2に記載の圧電トランスデューサ。
The first electrode and the second electrode are electrodes for extracting an AC voltage generated in the first piezoelectric region.
The piezoelectric transducer according to claim 1 or 2, wherein the third electrode and the fourth electrode are electrodes for applying an AC voltage to the second piezoelectric layer.
前記第一電極及び前記第二電極は、前記第一圧電層への交流電圧の印加用の電極であり、
前記第三電極及び前記第四電極は、前記第二圧電層への交流電圧の印加用の電極である
請求項1又は2に記載の圧電トランスデューサ。
The first electrode and the second electrode are electrodes for applying an AC voltage to the first piezoelectric layer.
The piezoelectric transducer according to claim 1 or 2, wherein the third electrode and the fourth electrode are electrodes for applying an AC voltage to the second piezoelectric layer.
前記第一電極及び前記第二電極は、前記第一圧電領域で生じる交流電圧の取り出し用の電極であり、
前記第三電極及び前記第四電極は、前記第二圧電領域で生じる交流電圧の取り出し用の電極である
請求項1又は2に記載の圧電トランスデューサ。
The first electrode and the second electrode are electrodes for extracting an AC voltage generated in the first piezoelectric region.
The piezoelectric transducer according to claim 1 or 2, wherein the third electrode and the fourth electrode are electrodes for extracting an AC voltage generated in the second piezoelectric region.
前記第一圧電層の圧電定数d31は、前記第二圧電層の圧電定数d31よりも大きい
請求項3記載の圧電トランスデューサ。
The piezoelectric transducer according to claim 3, wherein the piezoelectric constant d 31 of the first piezoelectric layer is larger than the piezoelectric constant d 31 of the second piezoelectric layer.
前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極及び前記第四電極は、互いに電気的に絶縁されている
請求項1〜7のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。
The piezoelectric transducer according to any one of claims 1 to 7, wherein the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are electrically insulated from each other.
前記厚み方向から見て、前記第二圧電領域の少なくとも一部は、前記支持部における前記圧電部側の面のうち、前記空洞側の内縁に沿っている
請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。
Any one of claims 1 to 8, wherein at least a part of the second piezoelectric region is along the inner edge of the cavity side of the surface of the support portion on the piezoelectric portion side when viewed from the thickness direction. Piezoelectric transducers described in.
前記厚み方向から見て、前記第二圧電領域は、前記空洞と前記支持部とに跨っている
請求項1〜9のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。
The piezoelectric transducer according to any one of claims 1 to 9, wherein the second piezoelectric region straddles the cavity and the support portion when viewed from the thickness direction.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサを複数備える
圧電モジュール。
A piezoelectric module including a plurality of piezoelectric transducers according to any one of claims 1 to 10.
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