JP2022075451A - 圧電素子、圧電装置、および圧電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態の圧電素子1について、図1および図2を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の圧電素子1は、例えば、マイクロフォンとして利用されると好適である。また、図2では、後述する第1電極部81および第2電極部82等を省略して示している。そして、後述の図2に対応する各図においても、第1電極部81および第2電極部82等を適宜省略して示している。
上記第1実施形態の変形例について説明する。上記第1実施形態において、スリット41を形成する場合には、ウェットエッチングを行った後にドライエッチングを行うようにしてもよい。これによれば、ウェットエッチングを行った際にエッチングマスク材200が除去されないため、圧電膜50の膜厚A1に基づいて規定されるエッチングマスク材200の膜厚A2を薄くでき、エッチングマスク材200の膜厚A2で規定されるスリット幅gを狭くできる。したがって、実効幅g/2を狭くでき、感度の向上を図ることができる。
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、スリット41の形状を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、凹部10aと振動部20との境界部分の形状を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対し、下地膜70内に高強度材料を配置したものである。その他に関しては、第3実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第5実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態と第4実施形態を組み合わせたものである。その他に関しては、第3実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第6実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第1電極部81および第2電極部82の配置の仕方を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第6実施形態の変形例について説明する。本実施形態の圧電素子1は、図18に示されるように、電極膜60は、第1領域R1において複数の電荷領域60aに分割されていてもよい。例えば、電極膜60は、各振動領域221~224の第1領域R1において、3つの電荷領域60aに分割されていてもよい。なお、電極膜60となる下層電極膜61、中間電極膜62、および上層電極膜63は、第1領域R1において、それぞれ図18のように電荷領域60aに分割される。この場合、図19に示されるように、圧電素子1は、分割された各電荷領域60aによって構成される容量がそれぞれ直列に接続された状態となる。これによれば、各振動領域221~224内の容量を低減することができ、出力の向上を図ることができる。つまり、検出感度の向上を図ることができる。
第7実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、スリット41の形状を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、第1実施形態に対し、振動領域22および中間電極膜62の形状を調整したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記第7実施形態の変形例について説明する。上記第7実施形態において、振動領域22および電極膜60が中心部Cを基準として点対称となるように配置されていれば、上記7実施形態と同様に、電極膜60から均等に電荷を取り出し易くできる。このため、例えば、図25に示されるように、振動領域22および電極膜60は、振動領域22における相対する一対の辺の中心と中心部Cとを結ぶ仮想線K1上に、電極膜60における相対する一対の頂点が位置するように配置されていてもよい。なお、このような構成とする場合においても、振動領域22および電極膜60は、各角部が仮想線K2上と異なる部分に位置するように形成されることが好ましい。また、図25では、図21と同様に、スリット41の図示を省略している。
第9実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、スリット長さ等を規定したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第10実施形態について説明する。本実施形態は、第9実施形態に対し、スリット41の形状を変更したものである。その他に関しては、第9実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第11実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、接合部材2の形状を規定したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記第11実施形態の変形例について説明する。接合部材2は、図35Aに示されるように、法線方向において正三角形状とされていてもよいし、図35Bに示されるように、法線方向において正八角形状とされていてもよい。また、特に図示しないが、接合部材2は、法線方向において、正六角形状や正十角形状等とされていてもよい。そして、接合部材2は、法線方向において、圧電素子1から突出するように配置されていてもよいし、圧電素子1の内側のみに配置されていてもよい。
第12実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、プリント基板101に突起部を形成したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記第11実施形態の変形例について説明する。上記第12実施形態において、突起部101cは、プリント基板101と別部材で構成されていてもよい。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
20 振動部
21a 支持領域
22 振動領域
22a 一面
22b 他面
22c 側面
41 スリット
42 テーパ部
Claims (17)
- 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、窒化スカンジウムアルミニウムで構成される圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、互いの前記振動領域の間がスリット(41)で分離されており、
前記スリットは、前記振動領域における前記支持体側と反対側の一面(22a)側から当該一面と反対側の他面(22b)側に向かって幅が狭くなるテーパ部(42)が構成される状態で形成され、
前記電極膜は、前記一面に対する法線方向において、前記スリットよりも内側に配置されており、
前記振動領域における前記テーパ部を構成する側面(22c)と、前記一面と平行な面(22b、Sv)との成す角度(θ1)が39~81°とされている圧電素子。 - 前記テーパ部を構成する側面と、前記一面と平行な面との成す角度が63°以下とされている請求項1に記載の圧電素子。
- 前記テーパ部を構成する側面と、前記一面と平行な面との成す角度が45°以上とされている請求項1または2に記載の圧電素子。
- 前記スリットは、前記振動領域の一面側に形成された前記テーパ部と、前記他面側に形成され、幅が一定とされた一定部(43)とが連結された構成とされている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の圧電素子。
- 前記スリットは、前記支持領域側から前記振動領域における前記支持領域側と反対側の端部(21e)側に向かって幅が狭くされたテーパ状とされている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の圧電素子。
- 前記振動領域および前記電極膜は、前記振動領域における前記支持体側と反対側の一面(22a)に対する法線方向において、前記振動領域の中心部(C)に対して点対称となる状態で配置されている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の圧電素子。
- 前記振動領域は、前記支持領域側の領域、および前記中心部を含む領域が第1領域(R1)とされると共に、前記第1領域と異なる領域が第2領域(R2)とされ、
前記圧電膜は、六方晶構造となる材料で構成され、
前記電極膜は、6本の電極膜用スリット(60b)によって分割されており、前記法線方向において、前記第1領域内のそれぞれの前記電極膜用スリットにおける所定箇所を結ぶ仮想形状(KS)が六角形状とされている請求項6に記載の圧電素子。 - 前記支持体は、支持基板(11)と、前記支持基板上に配置され、前記振動部が配置される絶縁膜(12)とを有し、前記振動領域を浮遊させる凹部(10a)が前記支持基板および前記絶縁膜に形成されており、
前記支持基板は、シリコン基板で構成され、
前記振動領域は、前記法線方向において、外形が正八角形状とされている請求項6または7に記載の圧電素子。 - 前記振動部は、前記振動領域における前記支持体側と反対側の一面(22a)に対する法線方向において、外形が多角形状とされており、
前記電極膜および前記振動領域は、前記法線方向において、少なくとも一方が角部を有する多角形状とされ、当該角部が、前記振動部の外形における相対する角部を結ぶ仮想線(K2)上と異なる部分に位置している請求項1ないし8のいずれか1つに記載の圧電素子。 - 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子を備えた圧電装置であって、
請求項1ないし9のいずれか1つに記載の圧電素子と、
前記圧電素子を搭載する被実装部材(101)と、前記圧電素子を収容する状態で前記被実装部材に固定される蓋部(102)と、を有し、外部と連通して前記圧力が導入される貫通孔(101b)が形成されたケーシング(100)と、を備える圧電装置。 - 前記圧電素子は、前記支持体が接合部材(2)を介して前記被実装部材に搭載されており、前記振動領域における前記支持体側と反対側の一面(22a)に対する法線方向において、外形が角部を有する多角形状とされており、
前記接合部材は、前記法線方向において、前記角部と異なる部分に配置されている請求項11に記載の圧電装置。 - 前記接合部材は、前記法線方向において、外形が角部を有する多角形状とされ、当該角部が、前記圧電素子の外形における相対する角部を結ぶ仮想線(K2)上と異なる部分に位置している請求項12に記載の圧電装置。
- 前記被実装部材は、前記接合部材が配置される部分に突起部(101c)が形成されており、
前記接合部材は、前記突起部上に配置されている請求項12または13に記載の圧電装置。 - 支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、窒化スカンジウムアルミニウムで構成される圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた圧力検出信号を出力する振動部(20)と、を備え、
前記複数の振動領域は、互いの前記振動領域の間がスリット(41)で分離されており、
前記スリットは、前記振動領域における前記支持体側と反対側の一面(22a)側から当該一面と反対側の他面(22b)側に向かって幅が狭くなるテーパ部(42)が構成される状態で形成され、
前記電極膜は、前記一面に対する法線方向において、前記スリットよりも内側に配置されており、
前記テーパ部を構成する側面(22c)と、前記一面と平行な面(22b、Sv)との成す角度(θ1)が39~81°とされている圧電素子の製造方法であって、
前記支持体上に、前記圧電膜および前記電極膜を形成することと、
前記圧電膜および前記電極膜上にエッチングマスク材(100)を配置すると共に、前記エッチングマスク材に前記圧電膜のうちの前記スリットが形成される部分を露出させる開口部(101)を形成することと、
前記エッチングマスク材をマスクとしてエッチングを行い、前記圧電膜を貫通して前記支持体に達する前記スリットを形成し、前記テーパ部を有する振動領域構成部分(220)を形成することと、
前記支持体のうちの前記圧電膜側と反対側から凹部(10a)を形成して前記振動領域構成部分を浮遊させることにより、前記複数の振動領域を有する前記振動部を構成することと、を行い、
前記スリットを形成することでは、前記成す角度が39~81°となる前記スリットを形成する圧電素子の製造方法。 - 前記スリットを形成することでは、前記成す角度が63°以下となる前記スリットを形成する請求項15に記載の圧電素子の製造方法。
- 前記スリットを形成することでは、前記成す角度が45°以上となる前記スリットを形成する請求項15または16に記載の圧電素子の製造方法。
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