JP2022091026A - Sound wave speaker - Google Patents

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JP2022091026A JP2020203694A JP2020203694A JP2022091026A JP 2022091026 A JP2022091026 A JP 2022091026A JP 2020203694 A JP2020203694 A JP 2020203694A JP 2020203694 A JP2020203694 A JP 2020203694A JP 2022091026 A JP2022091026 A JP 2022091026A
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伸幸 大竹
Nobuyuki Otake
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Denso Corp
Toyota Motor Corp
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Abstract

To miniaturize a sound wave speaker discharging a sound wave in a wide band.SOLUTION: A sound wave speaker 10 comprises: a plurality of piezoelectric films 21; a vibration part 30; and a support body 40. The vibration part 30 includes a plurality of vibration regions 31 which vibrate in accordance with a telescopic motion of piezoelectric films 21. The support bodies 40 open to main surfaces 40a and are adjacent to the vibration regions 31, and includes a plurality of cavity parts 41 regulating the vibration regions 31 so that resonance frequencies become different from each other by making open areas in the main surfaces 40a difference from each other. Then, a sound wave in a frequency range having a resonance frequency in a first vibration region as the vibration region 31 of which the open area is regulated by the maximum cavity part 41 as a lower limit and a resonance frequency of a second vibration region of which the open area is the vibration region 31 regulated by the minimum cavity part 41 as an upper limit, is discharged from each piezoelectric film 21 side.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この明細書における開示は、音波スピーカに関する。 The disclosure herein relates to a sonic speaker.

特許文献1は、所定の周波数範囲、すなわち広帯域の音波を放射する音波スピーカを開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent Document 1 discloses a sound wave speaker that emits sound waves in a predetermined frequency range, that is, a wide band. The content of the prior art document is incorporated by reference as an explanation of the technical elements in this specification.

特開2003-223174号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-223174

広帯域の音波を放射する音波スピーカの体格は、一般的に大きい。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、音波スピーカにはさらなる改良が求められている。 The physique of a sound wave speaker that emits sound waves in a wide band is generally large. Further improvements are required for sound wave speakers in the above-mentioned viewpoints or in other viewpoints not mentioned.

開示されるひとつの目的は、広帯域の音波を放射する音波スピーカを小型化することにある。 One object disclosed is to miniaturize a sound wave speaker that emits a wide band of sound waves.

ここに開示された音波スピーカは、
複数の圧電膜(21)と、
第1面(30a)と、第1面とは反対の面である第2面(30b)と、第1面上に圧電膜が個別に配置され、圧電膜の伸縮にともなって振動する複数の振動領域(31)と、を有する振動部(30)と、
主面(40a)と、主面に開口して振動領域の第2面に隣接し、主面における開口面積が互いに異なることで、共振周波数が互いに異なるように振動領域を規定する複数の空洞部(41)と、を有し、振動部を主面上に支持する支持体(40)と、
を備え、
複数の空洞部のうち、開口面積が最大の空洞部により規定される振動領域である第1振動領域の共振周波数を下限とし、開口面積が最小の空洞部により規定される振動領域である第2振動領域の共振周波数を上限とする、周波数範囲の音波を圧電膜側から放射する。
The sound wave speaker disclosed here is
With a plurality of piezoelectric films (21),
A plurality of piezoelectric films are individually arranged on the first surface (30a), the second surface (30b) opposite to the first surface, and the first surface, and vibrate as the piezoelectric film expands and contracts. A vibrating portion (30) having a vibrating region (31),
A plurality of cavities that are open to the main surface (40a) and adjacent to the second surface of the vibration region and define the vibration region so that the resonance frequencies are different from each other because the opening areas on the main surface are different from each other. (41), and a support (40) that has and supports the vibrating portion on the main surface.
Equipped with
Of the plurality of cavities, the resonance frequency of the first vibration region, which is the vibration region defined by the cavity having the largest opening area, is set as the lower limit, and the second vibration region defined by the cavity having the smallest opening area. Sound waves in the frequency range with the resonance frequency in the vibration region as the upper limit are radiated from the piezoelectric film side.

開示された音波スピーカによれば、支持体に複数の空洞部を設け、支持体の主面上に振動部を設けている。振動部のうち、圧電膜の伸縮にともなって振動する振動領域は、隣接する空洞部によって規定される。複数の振動領域の共振周波数が互いに異なるように、支持体の主面に開口する空洞部の開口面積を互いに異ならせている。本構造は、MEMS技術により形成される。よって、所定の周波数範囲の音波、すなわち広帯域の音波を放射する音波スピーカを小型化することができる。 According to the disclosed sound wave speaker, a plurality of cavities are provided in the support, and a vibrating portion is provided on the main surface of the support. Of the vibrating portions, the vibrating region that vibrates with the expansion and contraction of the piezoelectric film is defined by the adjacent cavity portion. The opening areas of the cavities that open on the main surface of the support are different from each other so that the resonance frequencies of the plurality of vibration regions are different from each other. This structure is formed by MEMS technology. Therefore, it is possible to miniaturize a sound wave speaker that emits sound waves in a predetermined frequency range, that is, sound waves in a wide band.

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The disclosed embodiments herein employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference numerals in parentheses described in this section exemplify the correspondence with the parts of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope. The objectives, features, and effects disclosed herein will be further clarified by reference to the subsequent detailed description and accompanying drawings.

第1実施形態に係る音波スピーカを示す平面図である。It is a top view which shows the sound wave speaker which concerns on 1st Embodiment. 図1のII-II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line of FIG. 各素子について振動領域の半径と共振周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the radius of the vibration region and the resonance frequency for each element. 定在波を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a standing wave. 振動領域の裏面での反射による定在波を示す図である。It is a figure which shows the standing wave by the reflection on the back surface of the vibration region. 参考例の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the reference example. 周波数と比音響インピーダンスとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a frequency and a specific acoustic impedance. 第2実施形態に係る音波スピーカを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sound wave speaker which concerns on 2nd Embodiment. 変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification. 変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification. 変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification. 第3実施形態に係る音波スピーカを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sound wave speaker which concerns on 3rd Embodiment.

以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. By assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment, duplicate description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other parts of the configuration. Further, not only the combination of the configurations specified in the description of each embodiment but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if the combination is not specified. ..

(第1実施形態)
先ず、図1~図3に基づき、音波スピーカについて説明する。以下においては、振動部と圧電膜(圧電振動子)との積層方向、すなわち支持体(空洞部)の厚み方向をZ方向と示す。Z方向に直交し、複数の振動領域の並び方向をX方向と示す。Z方向およびX方向の両方向に直交する方向を、Y方向と示す。特に断りのない限り、Z方向から平面視した形状、つまりX方向とY方向とにより規定されるXY平面に沿う形状を、単に平面形状と示す。また、Z方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。図1は、本実施形態の音波スピーカを、Z方向において圧電振動子側から見た平面図である。図2は、図1のII-II線に沿う断面図である。図3は、音波スピーカに構成された11種類の素子について、振動領域の半径と共振周波数との関係を示す図である。
(First Embodiment)
First, the sound wave speaker will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the following, the stacking direction of the vibrating portion and the piezoelectric film (piezoelectric vibrator), that is, the thickness direction of the support (cavity portion) is referred to as the Z direction. It is orthogonal to the Z direction, and the arrangement direction of a plurality of vibration regions is indicated as the X direction. The direction orthogonal to both the Z direction and the X direction is referred to as the Y direction. Unless otherwise specified, a shape viewed from the Z direction in a plane, that is, a shape along the XY plane defined by the X and Y directions is simply referred to as a plane shape. Further, the plan view from the Z direction may be simply referred to as a plan view. FIG. 1 is a plan view of the sound wave speaker of the present embodiment as viewed from the piezoelectric vibrator side in the Z direction. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the radius of the vibration region and the resonance frequency for 11 types of elements configured in the sound wave speaker.

図1および図2に示すように、音波スピーカ10は、複数の圧電振動子20と、振動部30と、支持体40と、ベース部材50を備えている。音波スピーカ10は、MEMS技術を用いて、複数の素子が形成されることで、所定周波数域の音波、すなわち広帯域の音波を放射可能に構成されている。MEMSとは、Micro Electro Mechanical Systemsの略称である。音波スピーカ10は、大気中で用いられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the sound wave speaker 10 includes a plurality of piezoelectric vibrators 20, a vibrating portion 30, a support 40, and a base member 50. The sound wave speaker 10 is configured to be able to radiate a sound wave in a predetermined frequency range, that is, a sound wave in a wide band by forming a plurality of elements using the MEMS technique. MEMS is an abbreviation for Micro Electro Mechanical Systems. The sound wave speaker 10 is used in the atmosphere.

複数の圧電振動子20は、振動部30が有する振動領域31を個別に振動可能に設けられている。圧電振動子20は、圧電膜21と、上部電極22と、下部電極をそれぞれ有している。本実施形態の音波スピーカ10は、11個の圧電振動子20を備えている。圧電振動子20は、圧電膜21および上部電極22を個別に有している。つまり、音波スピーカ10は、11個の圧電膜21と11個の上部電極22を有している。 The plurality of piezoelectric vibrators 20 are individually provided with a vibrating region 31 included in the vibrating portion 30 so as to be vibrable. The piezoelectric vibrator 20 has a piezoelectric film 21, an upper electrode 22, and a lower electrode, respectively. The sound wave speaker 10 of the present embodiment includes 11 piezoelectric vibrators 20. The piezoelectric vibrator 20 individually has a piezoelectric film 21 and an upper electrode 22. That is, the sound wave speaker 10 has 11 piezoelectric films 21 and 11 upper electrodes 22.

圧電膜21は、たとえば、ScAlNなどのAlN系材料、チタンジルコン酸鉛(PZT)、ZnOなどの圧電材料を用いて形成された薄膜である。本実施形態の圧電膜21は、ScAlNを材料として、スパッタリング法により形成されている。圧電膜21の厚みは、たとえば1μm程度である。圧電膜21は、平面略真円形状をなしている。11個の圧電振動子20において、圧電膜21の直径、すなわち面積は互いに異なっている。圧電膜21は、振動領域31に応じた面積を有している。複数の圧電膜21は、Y方向において3列配置となっている。真ん中の列では、3つの圧電膜21がX方向に並んで配置されている。Y方向両端の列では、4つの圧電膜21がX方向に並んで配置されている。各列において、圧電膜21は、面積順に並んでいる。 The piezoelectric film 21 is a thin film formed by using, for example, an AlN-based material such as ScAlN, or a piezoelectric material such as lead titanium zirconate (PZT) or ZnO. The piezoelectric film 21 of the present embodiment is formed by a sputtering method using ScAlN as a material. The thickness of the piezoelectric film 21 is, for example, about 1 μm. The piezoelectric film 21 has a substantially perfect circular shape in a plane. In the 11 piezoelectric vibrators 20, the diameters, that is, the areas of the piezoelectric films 21 are different from each other. The piezoelectric film 21 has an area corresponding to the vibration region 31. The plurality of piezoelectric films 21 are arranged in three rows in the Y direction. In the middle row, three piezoelectric films 21 are arranged side by side in the X direction. In the rows at both ends in the Y direction, four piezoelectric films 21 are arranged side by side in the X direction. In each row, the piezoelectric films 21 are arranged in order of area.

上部電極22は、Z方向において圧電膜21の一面上に配置されている。上部電極22は、周知の電極材料を用いて、スパッタリング法、蒸着法などにより形成されている。上部電極22の層構造は、単層でもよいし、多層でもよい。本実施形態の上部電極22は、TiAl合金を材料として形成されている。上部電極22は、平面視において圧電膜21とほぼ一致する形状をなしている。本実施形態の上部電極22は、平面略真円形状をなしている。上部電極22のそれぞれは、駆動電圧を印加する際の上部電極パッドを兼ねている。 The upper electrode 22 is arranged on one surface of the piezoelectric film 21 in the Z direction. The upper electrode 22 is formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like using a well-known electrode material. The layer structure of the upper electrode 22 may be a single layer or a multi-layer structure. The upper electrode 22 of this embodiment is formed of a TiAl alloy as a material. The upper electrode 22 has a shape that substantially matches the piezoelectric film 21 in a plan view. The upper electrode 22 of the present embodiment has a substantially perfect circular shape in a plane. Each of the upper electrodes 22 also serves as an upper electrode pad when a driving voltage is applied.

下部電極は、Z方向において、圧電膜21の他の一面、すなわち上部電極22が配置された面の裏面に配置されている。下部電極は、上部電極22との間に圧電膜21を挟んでいる。本実施形態の下部電極は、後述するように導電性を付与した半導体膜300のうち、平面視において圧電膜21と重なる部分である。半導体膜300の他の部分の少なくとも一部は、たとえば配線として機能する。半導体膜300の上において、圧電膜21とは異なる位置には、下部電極パッド23が形成されている。下部電極パッド23は、振動領域31とは重ならない位置に形成されている。本実施形態の下部電極パッド23は、真ん中の列をなす3つの圧電膜21とともにX方向に並んで配置されている。下部電極パッド23は、上部電極22と同様の電極材料を用いて形成されている。上部電極22と下部電極パッド23との間に駆動電圧を印加すると、電圧が印加された圧電膜21が伸縮する。圧電膜21は、たとえばXY面内方向に伸縮する。 The lower electrode is arranged in the Z direction on the other surface of the piezoelectric film 21, that is, on the back surface of the surface on which the upper electrode 22 is arranged. The lower electrode sandwiches the piezoelectric film 21 between the lower electrode and the upper electrode 22. The lower electrode of the present embodiment is a portion of the semiconductor film 300 imparted with conductivity that overlaps with the piezoelectric film 21 in a plan view, as will be described later. At least a portion of the other portion of the semiconductor film 300 functions, for example, as wiring. The lower electrode pad 23 is formed on the semiconductor film 300 at a position different from that of the piezoelectric film 21. The lower electrode pad 23 is formed at a position that does not overlap with the vibration region 31. The lower electrode pads 23 of the present embodiment are arranged side by side in the X direction together with the three piezoelectric films 21 forming the middle row. The lower electrode pad 23 is formed by using the same electrode material as the upper electrode 22. When a driving voltage is applied between the upper electrode 22 and the lower electrode pad 23, the piezoelectric film 21 to which the voltage is applied expands and contracts. The piezoelectric film 21 expands and contracts in the XY in-plane direction, for example.

もちろん、半導体膜300に導電性を付与せず、半導体膜300とは別に下部電極を設けてもよい。この場合、下部電極は、上部電極22と同様の電極材料を用いて形成される。 Of course, the semiconductor film 300 may not be provided with conductivity, and a lower electrode may be provided separately from the semiconductor film 300. In this case, the lower electrode is formed by using the same electrode material as the upper electrode 22.

振動部30は、第1面30aと、Z方向において第1面30aの裏面である第2面30bを有している。振動部30の第1面30a上に、圧電膜21および下部電極パッド23が配置されている。振動部30は、たとえば、支持体40上に形成された膜により構成されている。振動部30を構成する膜は、単層でもよいし、多層でもよい。このような振動部30は、振動膜、可動膜と称されることがある。本実施形態の振動部30は、半導体膜300と、絶縁膜301を有して構成されている。 The vibrating portion 30 has a first surface 30a and a second surface 30b which is the back surface of the first surface 30a in the Z direction. The piezoelectric film 21 and the lower electrode pad 23 are arranged on the first surface 30a of the vibrating portion 30. The vibrating portion 30 is composed of, for example, a film formed on the support 40. The film constituting the vibrating portion 30 may be a single layer or a multilayer. Such a vibrating portion 30 may be referred to as a vibrating membrane or a movable membrane. The vibrating portion 30 of the present embodiment includes a semiconductor film 300 and an insulating film 301.

半導体膜300は、シリコン(Si)などの半導体材料を用いて形成された膜である。本実施形態の半導体膜300は、不純物がドープされることで、下部電極、配線として機能するのに十分な導電性が付与されている。具体的には、シリコン膜にp型の不純物がドープされることで導電性が付与されている。半導体膜300は、Z方向への振動が可能な厚みを有している。たとえば、20~25μm程度である。 The semiconductor film 300 is a film formed by using a semiconductor material such as silicon (Si). The semiconductor film 300 of the present embodiment is doped with impurities to provide sufficient conductivity to function as a lower electrode and wiring. Specifically, conductivity is imparted by doping the silicon film with p-type impurities. The semiconductor film 300 has a thickness capable of vibrating in the Z direction. For example, it is about 20 to 25 μm.

絶縁膜301は、酸化膜や窒化膜等の電気絶縁性を有する膜である。絶縁膜301は、半導体膜300と支持体40を構成する半導体基板400とを電気的に分離している。本実施形態の絶縁膜301は、酸化シリコン膜である。絶縁膜301は、半導体膜300との積層構造において、Z方向への振動が可能な厚みを有している。 The insulating film 301 is a film having electrical insulating properties such as an oxide film and a nitride film. The insulating film 301 electrically separates the semiconductor film 300 and the semiconductor substrate 400 constituting the support 40. The insulating film 301 of this embodiment is a silicon oxide film. The insulating film 301 has a thickness capable of vibrating in the Z direction in a laminated structure with the semiconductor film 300.

振動部30は、複数の振動領域31を有している。振動領域31は、振動部30のうち、圧電膜21の伸縮にともなってZ方向に振動する領域である。振動領域31は、支持体40が有する空洞部41により規定される。振動領域31において、第2面30bには空洞部41が隣接している。振動領域31を除く部分において、第2面30bには半導体基板400が隣接している。このように、振動領域31の直下には空洞部41が存在するため、振動領域31はZ方向に振動することができる。図2において、一点鎖線で囲まれる領域が、振動領域31である。本実施形態の振動領域31は、上記した半導体膜300と絶縁膜301との2層構造である。振動領域31は、圧電膜21と同数設けられている。 The vibrating unit 30 has a plurality of vibrating regions 31. The vibration region 31 is a region of the vibrating portion 30 that vibrates in the Z direction as the piezoelectric film 21 expands and contracts. The vibration region 31 is defined by the cavity 41 of the support 40. In the vibration region 31, the cavity 41 is adjacent to the second surface 30b. A semiconductor substrate 400 is adjacent to the second surface 30b in a portion other than the vibration region 31. As described above, since the cavity 41 exists directly below the vibration region 31, the vibration region 31 can vibrate in the Z direction. In FIG. 2, the region surrounded by the alternate long and short dash line is the vibration region 31. The vibration region 31 of the present embodiment has a two-layer structure of the semiconductor film 300 and the insulating film 301 described above. The same number of vibration regions 31 are provided as the piezoelectric films 21.

振動部30は、互いに面積が異なる11個の振動領域31を有している。面積とは、平面視した面積である。振動領域31の第1面30a上には、圧電膜21が個別に配置されている。振動領域31は、平面略真円形状をなしている。平面視において、振動領域31の中心と、振動領域31上に配置された圧電膜21の中心とが、略一致している。複数の振動領域31は、円の半径、直径が互いに異なっている。図3に示すように、振動領域31の半径が大きいほど、つまり面積が大きいほど、共振周波数が低くなる。本実施形態では、振動領域31の半径を800μm~1530μmの範囲内で互いに異なる値とすることで、共振周波数を40kHz~130kHzの範囲で設定した。 The vibrating unit 30 has 11 vibrating regions 31 having different areas from each other. The area is an area in a plan view. Piezoelectric films 21 are individually arranged on the first surface 30a of the vibration region 31. The vibration region 31 has a substantially perfect circular shape in a plane. In a plan view, the center of the vibration region 31 and the center of the piezoelectric film 21 arranged on the vibration region 31 substantially coincide with each other. The plurality of vibration regions 31 have different circle radii and diameters. As shown in FIG. 3, the larger the radius of the vibration region 31, that is, the larger the area, the lower the resonance frequency. In the present embodiment, the resonance frequency is set in the range of 40 kHz to 130 kHz by setting the radius of the vibration region 31 to a value different from each other in the range of 800 μm to 1530 μm.

振動領域31は、圧電振動子20とともに、音波を放射する素子を構成している。振動領域31(素子)それぞれの共振周波数が異なるため、音波スピーカ10は、複数の圧電振動子20に対して駆動電圧を印加することにより、所定の周波数範囲の音波を放射することができる。たとえば、11種類の素子の圧電振動子20すべてに駆動電圧を印加することで、図3に示す周波数範囲(40~130kHz)を有する音波を放射することができる。音波スピーカ10は、圧電振動子20側から音波を放射(出射)する。 The vibration region 31 constitutes an element that radiates a sound wave together with the piezoelectric vibrator 20. Since the resonance frequency of each of the vibration regions 31 (elements) is different, the sound wave speaker 10 can radiate a sound wave in a predetermined frequency range by applying a driving voltage to the plurality of piezoelectric vibrators 20. For example, by applying a driving voltage to all the piezoelectric vibrators 20 of 11 types of elements, it is possible to radiate a sound wave having a frequency range (40 to 130 kHz) shown in FIG. The sound wave speaker 10 radiates (exits) sound waves from the piezoelectric vibrator 20 side.

支持体40は、圧電振動子20および振動部30を支持している。支持体40は、主面40aと、Z方向において主面40aと反対の面である裏面40bを有している。支持体40の主面40a上に、振動部30が配置されている。具体的には、支持体40の主面40aに絶縁膜301が配置され、絶縁膜301上に半導体膜300が積層されている。支持体40の平面形状は、特に限定されない。支持体40は、MEMS技術により加工が可能な材料、たとえば半導体、ガラスなどを用いて形成されている。 The support 40 supports the piezoelectric vibrator 20 and the vibrating portion 30. The support 40 has a main surface 40a and a back surface 40b which is a surface opposite to the main surface 40a in the Z direction. The vibrating portion 30 is arranged on the main surface 40a of the support 40. Specifically, the insulating film 301 is arranged on the main surface 40a of the support 40, and the semiconductor film 300 is laminated on the insulating film 301. The planar shape of the support 40 is not particularly limited. The support 40 is formed by using a material that can be processed by the MEMS technique, such as a semiconductor or glass.

本実施形態の支持体40は、半導体基板400を有して構成されている。半導体基板400の一面が主面40aをなし、一面と反対の面が裏面40bをなしている。このような支持体40は、支持基板と称されることがある。半導体基板400、つまり支持体40の厚みは、たとえば300μm程度である。本実施形態の半導体基板400は、シリコン基板である。半導体基板400は、上記した半導体膜300、絶縁膜301とともに、いわゆるSOI基板として提供される。SOIは、Silicon on Insulatorの略称である。支持体40は、平面略矩形状をなしている。 The support 40 of this embodiment is configured to have a semiconductor substrate 400. One side of the semiconductor substrate 400 forms the main surface 40a, and the opposite side to the one side forms the back surface 40b. Such a support 40 may be referred to as a support substrate. The thickness of the semiconductor substrate 400, that is, the support 40 is, for example, about 300 μm. The semiconductor substrate 400 of this embodiment is a silicon substrate. The semiconductor substrate 400 is provided as a so-called SOI substrate together with the semiconductor film 300 and the insulating film 301 described above. SOI is an abbreviation for Silicon on Insulator. The support 40 has a substantially rectangular shape in a plane.

支持体40は、複数の空洞部41を有している。支持体40は、平板に複数の空洞部41を設けた構成を有している。複数の空洞部41のそれぞれは、Z方向に所定の厚み(深さ)を有しており、少なくとも主面40aに開口している。空洞部41は、エッチングにより支持体40に形成されている。複数の空洞部41は、主面40aにおける開口面積が互いに異なっている。主面40aにおける開口面積を、以下では単に開口面積と示すことがある。空洞部41における主面40aの開口部分は、振動部30によって閉塞されている。空洞部41において、主面40aにおける開口部分が、振動領域31を規定している。空洞部41の主面40aにおける開口部分は、振動部30のうち、平面視において重なる部分(一致する部分)を振動領域31として規定する。空洞部41は、振動領域31と同数設けられている。 The support 40 has a plurality of cavities 41. The support 40 has a structure in which a plurality of hollow portions 41 are provided on a flat plate. Each of the plurality of cavities 41 has a predetermined thickness (depth) in the Z direction, and is open to at least the main surface 40a. The cavity 41 is formed in the support 40 by etching. The plurality of cavities 41 have different opening areas on the main surface 40a. The opening area on the main surface 40a may be simply referred to as an opening area below. The opening portion of the main surface 40a in the cavity portion 41 is closed by the vibrating portion 30. In the cavity 41, the opening portion in the main surface 40a defines the vibration region 31. As for the opening portion in the main surface 40a of the cavity portion 41, the overlapping portion (matching portion) in the plan view of the vibrating portion 30 is defined as the vibration region 31. The same number of cavities 41 as the vibration regions 31 are provided.

本実施形態の支持体40(半導体基板400)は、開口面積が互いに異なる11個の空洞部41を有している。そして、空洞部41のそれぞれに、振動領域31が隣接している。空洞部41において、主面40aにおける開口部分は、平面略真円形状をなしている。空洞部41のそれぞれは、Z方向に延び、支持体40の裏面40bに開口している。空洞部41は、平面形状を維持しつつ所定の厚みを有する第1空洞領域41aをそれぞれ有している。第1空洞領域41aは、主面40aからZ方向に所定の厚み(深さ)を有しており、平面形状が厚み方向において一定の領域である。第1空洞領域41aは、主面40aにおける開口部分も含むため、振動領域31を規定する。第1空洞領域41aは、平面略真円の筒状をなしている。本実施形態の第1空洞領域41aは、裏面40bまで延びている。つまり、第1空洞領域41aが、空洞部41に一致する。複数の空洞部41において、第1空洞領域41aの厚みは、互いにほぼ等しい。空洞部41は、反応性イオンエッチング(RIE)などのドライエッチングにより形成されている。 The support 40 (semiconductor substrate 400) of the present embodiment has 11 hollow portions 41 having different opening areas. The vibration region 31 is adjacent to each of the cavity portions 41. In the cavity 41, the opening portion in the main surface 40a has a substantially perfect circular shape in a plane. Each of the cavities 41 extends in the Z direction and opens to the back surface 40b of the support 40. The cavity 41 has a first cavity region 41a having a predetermined thickness while maintaining a planar shape. The first cavity region 41a has a predetermined thickness (depth) in the Z direction from the main surface 40a, and the planar shape is a region having a constant thickness direction. Since the first cavity region 41a also includes the opening portion in the main surface 40a, the vibration region 31 is defined. The first cavity region 41a has a cylindrical shape having a substantially perfect circular plane. The first cavity region 41a of the present embodiment extends to the back surface 40b. That is, the first cavity region 41a corresponds to the cavity portion 41. In the plurality of cavity portions 41, the thicknesses of the first cavity regions 41a are substantially equal to each other. The cavity 41 is formed by dry etching such as reactive ion etching (RIE).

第1空洞領域41aは、図2に示すように厚みt1を有している。本実施形態において、厚みt1は、支持体40をなす半導体基板400の厚みに等しい。厚みt1は、所定の値に設定されている。厚みt1は、λ×1/4未満となるように設定されている。波長λは、音速cを、音波スピーカ10が放射する音波の周波数範囲の上限で除算した値である。上限とは、開口面積がもっとも小さい空洞部41により規定される振動領域31の共振周波数である。たとえば、上記したように40~130kHzの周波数範囲の音波を放射する場合、音速cを130kHzで除算した値が波長λである。 The first cavity region 41a has a thickness t1 as shown in FIG. In the present embodiment, the thickness t1 is equal to the thickness of the semiconductor substrate 400 forming the support 40. The thickness t1 is set to a predetermined value. The thickness t1 is set to be less than λ × 1/4. The wavelength λ is a value obtained by dividing the sound velocity c by the upper limit of the frequency range of the sound wave emitted by the sound wave speaker 10. The upper limit is the resonance frequency of the vibration region 31 defined by the cavity 41 having the smallest opening area. For example, when radiating a sound wave in the frequency range of 40 to 130 kHz as described above, the wavelength λ is the value obtained by dividing the sound velocity c by 130 kHz.

ベース部材50は、圧電振動子20、振動部30、および支持体40の構造体が固定される部材である。ベース部材50は、たとえば、上記構造体を保護するパッケージ、ケースである。本実施形態のベース部材50は、セラミックパッケージである。ベース部材50の一面に、固定部材60を介して支持体40(上記構造体)が固定されている。固定部材60は、支持体40をベース部材50に固定できるものであればよい。固定部材60は、空洞部41を避けて設けられている。 The base member 50 is a member to which the structures of the piezoelectric vibrator 20, the vibrating portion 30, and the support 40 are fixed. The base member 50 is, for example, a package or case that protects the structure. The base member 50 of this embodiment is a ceramic package. The support 40 (the above structure) is fixed to one surface of the base member 50 via the fixing member 60. The fixing member 60 may be any as long as it can fix the support 40 to the base member 50. The fixing member 60 is provided so as to avoid the cavity 41.

本実施形態の固定部材60は、接合材である。図1および図2に示すように、固定部材60は、たとえば支持体40の裏面40bの四隅に配置されている。固定状態で、支持体40の裏面40bは、ベース部材50に対して浮いている。支持体40は、複数の空洞部41の間で気体を流通可能に、ベース部材50に固定されている。空洞部41は、裏面40bとベース部材50との間の隙間を通じて互いに連通している。固定部材60が四隅配置のため、平面視において支持体40の周囲とも気体の流通が可能である。 The fixing member 60 of the present embodiment is a joining material. As shown in FIGS. 1 and 2, the fixing member 60 is arranged at the four corners of the back surface 40b of the support 40, for example. In the fixed state, the back surface 40b of the support 40 is floating with respect to the base member 50. The support 40 is fixed to the base member 50 so that gas can flow between the plurality of cavities 41. The cavities 41 communicate with each other through a gap between the back surface 40b and the base member 50. Since the fixing member 60 is arranged at the four corners, gas can flow around the support 40 in a plan view.

固定部材60の配置は、上記した四隅に限定されない。ベース部材50上に支持体40を安定的に固定できる配置であればよい。たとえば、平面略形状の支持体40に対して、互いに対向する2辺に沿って配置してもよい。 The arrangement of the fixing member 60 is not limited to the four corners described above. Any arrangement may be sufficient as long as the support 40 can be stably fixed on the base member 50. For example, the support 40 having a substantially planar shape may be arranged along two sides facing each other.

<第1実施形態のまとめ>
本実施形態の音波スピーカ10によれば、振動領域31の第1面30a側に圧電膜21を設け、第1面30aとは反対の第2面30b側に空洞部41を設けている。よって、音波スピーカ10は、圧電膜21側から音波を放射する。
<Summary of the first embodiment>
According to the sound wave speaker 10 of the present embodiment, the piezoelectric film 21 is provided on the first surface 30a side of the vibration region 31, and the cavity 41 is provided on the second surface 30b side opposite to the first surface 30a. Therefore, the sound wave speaker 10 radiates sound waves from the piezoelectric film 21 side.

また、支持体40に複数の空洞部41を設け、支持体40の主面40a上に振動部30を設けている。振動部30のうち、圧電膜21の伸縮にともなって振動する振動領域31は、隣接する空洞部41によって規定される。複数の空洞部41は、主面40aの開口面積が互いに異なっている。したがって、所定の周波数範囲の音波、すなわち広帯域の音波を放射することができる。音波スピーカ10は、たとえば、上記した40kHz~130kHzの周波数範囲を有する音波を、圧電膜21側から放射することができる。この場合、半径が1530μmの振動領域31が第1振動領域に相当し、半径が800μmの振動領域31が第2振動領域に相当する。半径1530μmの振動領域31の共振周波数40kHzが、周波数範囲の下限に相当する。半径800μmの振動領域31の共振周波数130kHzが、周波数範囲の上限に相当する。 Further, a plurality of hollow portions 41 are provided in the support 40, and a vibration portion 30 is provided on the main surface 40a of the support 40. Of the vibrating portions 30, the vibrating region 31 that vibrates with the expansion and contraction of the piezoelectric film 21 is defined by the adjacent cavity portion 41. The plurality of cavities 41 have different opening areas of the main surface 40a. Therefore, it is possible to radiate a sound wave in a predetermined frequency range, that is, a sound wave in a wide band. The sound wave speaker 10 can, for example, radiate the above-mentioned sound wave having a frequency range of 40 kHz to 130 kHz from the piezoelectric film 21 side. In this case, the vibration region 31 having a radius of 1530 μm corresponds to the first vibration region, and the vibration region 31 having a radius of 800 μm corresponds to the second vibration region. The resonance frequency of 40 kHz in the vibration region 31 having a radius of 1530 μm corresponds to the lower limit of the frequency range. The resonance frequency of 130 kHz in the vibration region 31 having a radius of 800 μm corresponds to the upper limit of the frequency range.

また、MEMS技術を用いて、音波スピーカ10が形成されている。たとえば、単一の支持体40(半導体基板400)に、開口面積の異なる複数の空洞部41が形成されている。以上より、広帯域の音波スピーカ10を小型化することができる。 Further, the sound wave speaker 10 is formed by using the MEMS technique. For example, a single support 40 (semiconductor substrate 400) is formed with a plurality of cavities 41 having different opening areas. From the above, the wide band sound wave speaker 10 can be miniaturized.

振動領域31および空洞部41の数は、上記した例に限定されない。振動領域31および空洞部41の数は複数であればよい。たとえば、2つの振動領域31と2つの空洞部41を有する構成としてもよい。2つの空洞部41は、主面40aにおける開口面積が互いに異なる。これにより、2つの振動領域31の共振周波数が互いに異なる。開口面積の大きい空洞部41により規定される振動領域31が第1振動領域に相当し、この振動領域31の共振周波数が周波数範囲の下限となる。開口面積の小さい空洞部41により規定される振動領域31が第2振動領域に相当し、この振動領域31の共振周波数が周波数範囲の上限となる。なお、圧電膜21を含む圧電振動子20の数についても同様である。 The number of vibration regions 31 and cavities 41 is not limited to the above example. The number of the vibration region 31 and the cavity 41 may be a plurality. For example, it may be configured to have two vibration regions 31 and two cavity portions 41. The two cavities 41 have different opening areas on the main surface 40a. As a result, the resonance frequencies of the two vibration regions 31 are different from each other. The vibration region 31 defined by the cavity 41 having a large opening area corresponds to the first vibration region, and the resonance frequency of this vibration region 31 is the lower limit of the frequency range. The vibration region 31 defined by the cavity 41 having a small opening area corresponds to the second vibration region, and the resonance frequency of this vibration region 31 is the upper limit of the frequency range. The same applies to the number of piezoelectric vibrators 20 including the piezoelectric film 21.

本実施形態では、音波スピーカ10に構成された11個の素子の圧電振動子20すべてに同じタイミング(通電期間)で駆動電圧を印加し、40kHz~130kHzの周波数範囲を有する音波を放射する例を示した。このように、放射する音波が、可聴周波数を超え、200kHzを上限とする周波数範囲を少なくとも含むと、ハイパーソニック・エフェクトを得るための音波スピーカとして適用することができる。可聴周波数の上限は、一般に20kHzである。 In this embodiment, an example in which a drive voltage is applied to all the piezoelectric vibrators 20 of the 11 elements configured in the sound wave speaker 10 at the same timing (energization period) to emit sound waves having a frequency range of 40 kHz to 130 kHz. Indicated. As described above, when the radiated sound wave exceeds the audible frequency and includes at least a frequency range up to 200 kHz, it can be applied as a sound wave speaker for obtaining a hypersonic effect. The upper limit of the audible frequency is generally 20 kHz.

素子の駆動例は上記した例に限定されない。音波スピーカ10に設けられた素子の一部である複数の素子の圧電振動子20のみに駆動電圧を印加し、所定の周波数範囲の音波を放射してもよい。駆動電圧を印加する素子を切り替えることで、周波数範囲を、経時的に変化させてもよい。一時的にひとつの素子のみに駆動電圧を印加してもよい。 The driving example of the element is not limited to the above-mentioned example. A drive voltage may be applied only to the piezoelectric vibrators 20 of a plurality of elements that are a part of the elements provided in the sound wave speaker 10 to radiate sound waves in a predetermined frequency range. The frequency range may be changed over time by switching the element to which the drive voltage is applied. The drive voltage may be temporarily applied to only one element.

また、すべての素子の共振周波数を、可聴周波数を超える周波数としたが、これに限定されない。複数の素子の一部について、共振周波数を可聴周波数域としてもよい。たとえば、可聴周波数を超え、200kHzを上限とする周波数範囲の音波と、可聴周波数域内の周波数範囲の音波とを出射するように、複数の空洞部41の開口面積を設定してもよい。この場合、ひとつの音波スピーカ10により、ハイパーソニック・エフェクトが期待できる。また、すべての素子の共振周波数を、可聴周波数の範囲内で設定してもよい。複数の空洞部41を共通の支持体40に構成することで、音波スピーカ10の体格を小型化することができる。 Further, the resonance frequency of all the elements is set to a frequency exceeding the audible frequency, but the frequency is not limited to this. The resonance frequency may be set as the audible frequency range for a part of the plurality of elements. For example, the opening area of the plurality of cavities 41 may be set so as to emit sound waves in a frequency range exceeding the audible frequency and having an upper limit of 200 kHz and sound waves in a frequency range within the audible frequency range. In this case, one sound wave speaker 10 can be expected to have a hypersonic effect. Further, the resonance frequencies of all the elements may be set within the range of the audible frequency. By configuring the plurality of cavities 41 in the common support 40, the physique of the sound wave speaker 10 can be miniaturized.

印加する駆動電圧を高めると、音圧を高めることができる。本実施形態では、複数の空洞部41が支持体40の裏面40bにも開口している。そして、支持体40は、複数の空洞部41の間で気体を流通可能に、ベース部材50に固定されている。複数の空洞部41が相互に連通することで、音波を出射する側と反対側に大きな空間を構成する。したがって、空洞部41が互いに連通しない構成に較べて、振動に対する気体の抵抗が小さくなり、音圧を高めることができる。特に本実施形態では、空洞部41が支持体40の周囲の空間とも連通しているため、音圧をより高めやすい。 By increasing the applied drive voltage, the sound pressure can be increased. In the present embodiment, the plurality of cavities 41 are also open to the back surface 40b of the support 40. The support 40 is fixed to the base member 50 so that gas can flow between the plurality of cavities 41. By communicating the plurality of cavities 41 with each other, a large space is formed on the side opposite to the side from which the sound wave is emitted. Therefore, the resistance of the gas to vibration is smaller and the sound pressure can be increased as compared with the configuration in which the cavities 41 do not communicate with each other. In particular, in the present embodiment, since the cavity 41 communicates with the space around the support 40, it is easy to increase the sound pressure.

本実施形態では、空洞部41が、第1空洞領域41aを有している。上記したように、第1空洞領域41aは、主面40aからZ方向に所定の厚み(深さ)を有しており、平面形状が厚み方向において一定の領域である。このように、平面形状を維持したまま所定の厚みを有し、主面40aに開口する領域を有すると、エッチングにより、振動領域31の形状、ひいては面積を規定しやすい。つまり、所望の共振周波数を設定しやすい。 In the present embodiment, the cavity 41 has a first cavity region 41a. As described above, the first cavity region 41a has a predetermined thickness (depth) in the Z direction from the main surface 40a, and the planar shape is a region having a constant thickness direction. As described above, when a region having a predetermined thickness and opening to the main surface 40a is provided while maintaining the planar shape, it is easy to define the shape and the area of the vibration region 31 by etching. That is, it is easy to set a desired resonance frequency.

本実施形態では、第1空洞領域41aが、平面略真円の筒状をなしている。これにより、振動領域31も、平面略真円形状をなしている。真円形状のため、不要振動や周波数ばらつきを抑制し、特定の周波数の振幅を大きくすることができる。つまり、音圧を高めることができる。 In the present embodiment, the first cavity region 41a has a cylindrical shape having a substantially perfect circular plane. As a result, the vibration region 31 also has a substantially perfect circular shape in a plane. Since it has a perfect circular shape, it is possible to suppress unnecessary vibration and frequency variation and increase the amplitude of a specific frequency. That is, the sound pressure can be increased.

図4は、定在波を説明するための図である。一点鎖線が裏面反射による比音響インピーダンスを示し、実線および破線が振幅を示している。振動領域31の第2面30bから出射した音波は、第1空洞領域41aの端部(裏面40b)で反射し、振動領域31に戻る。振動領域31の第2面30bから第1空洞領域41aの端部までの距離がλ/4の奇数倍になると、振動領域31の第2面30bは、出射時と反射との位相がπずれて固定端となる。そして、振動領域31の第2面30bが節、第1空洞領域41aの端部が腹の定在波が生じ、音響インピーダンスが極大となる。これにより、振動領域31の振幅が抑制され、特定周波数の音圧が低下する。 FIG. 4 is a diagram for explaining a standing wave. The alternate long and short dash line shows the specific acoustic impedance due to backside reflection, and the solid line and broken line show the amplitude. The sound wave emitted from the second surface 30b of the vibration region 31 is reflected at the end portion (back surface 40b) of the first cavity region 41a and returns to the vibration region 31. When the distance from the second surface 30b of the vibration region 31 to the end of the first cavity region 41a becomes an odd multiple of λ / 4, the second surface 30b of the vibration region 31 has a phase shift of π between the time of emission and the reflection. Becomes a fixed end. Then, a standing wave is generated at the second surface 30b of the vibration region 31 and at the end of the first cavity region 41a, and the acoustic impedance becomes maximum. As a result, the amplitude of the vibration region 31 is suppressed, and the sound pressure at a specific frequency is lowered.

本実施形態のように、複数の空洞部41が空間的につながった構成では、音波が、振動する振動領域31とは別の振動領域31にも伝わる。音波を放射した振動領域31とは別の振動領域31の第2面30bが反射面となり、定在波が生じ得る。音波を反射した振動領域31の第2面30bから、該振動領域31を規定する空洞部41の第1空洞領域41aの開口端までの距離がλ/4の奇数倍になると、定在波が生じる。図5に示すように、反射した第2面30bと音波を発した第2面30bがともに節、第1空洞領域41aの端部が腹となる。空洞部41の空間が小さいと音響インピーダンスが大きくなり、定在波の影響が大きくなる。特に、開口面積がもっとも小さい空洞部41により規定される振動領域31での反射を考慮する必要がある。図5の一点鎖線は、放射した音波を示している。 In the configuration in which a plurality of cavity portions 41 are spatially connected as in the present embodiment, the sound wave is transmitted to the vibration region 31 different from the vibration region 31 that vibrates. The second surface 30b of the vibration region 31 different from the vibration region 31 that radiates the sound wave becomes a reflection surface, and a standing wave may be generated. When the distance from the second surface 30b of the vibration region 31 reflecting the sound wave to the opening end of the first cavity region 41a of the cavity portion 41 defining the vibration region 31 becomes an odd multiple of λ / 4, a standing wave is generated. Occurs. As shown in FIG. 5, the reflected second surface 30b and the sound wave emitting second surface 30b are both nodes, and the end portion of the first cavity region 41a is the abdomen. If the space of the cavity 41 is small, the acoustic impedance becomes large and the influence of the standing wave becomes large. In particular, it is necessary to consider the reflection in the vibration region 31 defined by the cavity 41 having the smallest opening area. The alternate long and short dash line in FIG. 5 shows the emitted sound wave.

図6は、参考例について周波数と振幅の測定結果を示す図である。参考例では、上記した11種類の素子を個別に設けた。つまり、図6は、各素子に対応する空洞部が互いに連通していない構成の測定結果を示している。図6に示すように、40kHz~130kHzの周波数範囲に、11個のピークが確認できた。複数の空洞部が互いに連通しない構成では、上記した反射のうち、第1空洞領域41aの端部の反射を考慮すればよい。振動領域31の第2面30bから第1空洞領域41aの端部までの距離がλ/4の奇数倍とならないように個別に設計することで、定在波による音圧の低下を抑制することができる。 FIG. 6 is a diagram showing measurement results of frequency and amplitude for a reference example. In the reference example, the above-mentioned 11 types of elements are individually provided. That is, FIG. 6 shows the measurement result of the configuration in which the cavities corresponding to the respective elements do not communicate with each other. As shown in FIG. 6, 11 peaks were confirmed in the frequency range of 40 kHz to 130 kHz. In the configuration in which the plurality of cavities do not communicate with each other, the reflection at the end of the first cavity region 41a may be considered among the above reflections. By individually designing the distance from the second surface 30b of the vibration region 31 to the end of the first cavity region 41a so as not to be an odd multiple of λ / 4, it is possible to suppress a decrease in sound pressure due to a standing wave. Can be done.

図7は、反射による音響インピーダンスの増大を示す図である。図7は、シミュレーション結果である。厚みを考慮せずに複数の空洞部を空間的に繋げた場合、図7に示すように、100kHz付近で音響インピーダンスの増大が確認できた。これは、100kHz付近の音波を放射する際に、開口面積がもっとも小さい空洞部41において定在波発生の条件を満たすことを示している。便宜上図示を省略するが、本実施形態同様、単一の音波スピーカに11種類の素子を設けた構成について周波数と振幅の測定をしたところ、図6に示した100kHz付近の振幅が低下することを確認できた。 FIG. 7 is a diagram showing an increase in acoustic impedance due to reflection. FIG. 7 is a simulation result. When a plurality of cavities were spatially connected without considering the thickness, an increase in acoustic impedance was confirmed at around 100 kHz, as shown in FIG. 7. This indicates that when a sound wave near 100 kHz is emitted, the condition of standing wave generation is satisfied in the cavity 41 having the smallest opening area. Although not shown for convenience, as in the present embodiment, when the frequency and the amplitude are measured for a configuration in which 11 types of elements are provided in a single sound wave speaker, the amplitude near 100 kHz shown in FIG. 6 decreases. It could be confirmed.

本実施形態では、上記知見をもとに、厚みt1が、λ×1/4未満となるように設定されている。波長λは、上記したように、音速cを、音波スピーカ10が放射する音波の周波数範囲の上限、つまり開口面積がもっとも小さい振動領域31の共振周波数で除算した値である。本実施形態では、音速cを130kHzで除算した値である。音速は331m/sであるため、波長λ(最小波長)は、乾燥空気中において2.55mmである。λ×1/4は638μmとなる。上記したように、支持体40の厚みは300μmであり、厚みt1はλ×1/4未満となるように設定されている。 In this embodiment, the thickness t1 is set to be less than λ × 1/4 based on the above findings. As described above, the wavelength λ is a value obtained by dividing the sound velocity c by the upper limit of the frequency range of the sound wave emitted by the sound wave speaker 10, that is, the resonance frequency of the vibration region 31 having the smallest opening area. In this embodiment, it is a value obtained by dividing the sound velocity c by 130 kHz. Since the speed of sound is 331 m / s, the wavelength λ (minimum wavelength) is 2.55 mm in dry air. λ × 1/4 is 638 μm. As described above, the thickness of the support 40 is 300 μm, and the thickness t1 is set to be less than λ × 1/4.

上記したように、波長λは、所定周波数範囲の音波において最小の波長である。よって、t1<λ×1/4を満たすことで、いずれの波長、つまりいずれの周波数においても、定在波が生じるのを抑制することができる。 As described above, the wavelength λ is the smallest wavelength in a sound wave in a predetermined frequency range. Therefore, by satisfying t1 <λ × 1/4, it is possible to suppress the generation of a standing wave at any wavelength, that is, at any frequency.

厚みt1を、λ×1/8以下にするとよい。これによれば、定在波をより効果的に抑制することができる。40kHz~130kHzの周波数範囲を有する音波を放射する場合、λ×1/8は319μmとなる。本実施形態では、支持体40(半導体基板400)の厚みを300μmにしているため、厚みt1がλ×1/8以下となる。 The thickness t1 may be λ × 1/8 or less. According to this, the standing wave can be suppressed more effectively. When emitting a sound wave having a frequency range of 40 kHz to 130 kHz, λ × 1/8 is 319 μm. In the present embodiment, since the thickness of the support 40 (semiconductor substrate 400) is set to 300 μm, the thickness t1 is λ × 1/8 or less.

本実施形態では、振動部30が絶縁膜301を含む例を示したが、これに限定されない。支持体が絶縁膜および半導体基板を含む構成としてもよい。この場合、半導体膜を底として絶縁膜もエッチングされ、半導体基板および絶縁膜にわたって空洞部が形成される。振動部は半導体膜により構成され、半導体膜の裏面に空洞部が隣接する。 In the present embodiment, an example in which the vibrating portion 30 includes the insulating film 301 is shown, but the present invention is not limited thereto. The support may be configured to include an insulating film and a semiconductor substrate. In this case, the insulating film is also etched with the semiconductor film as the bottom, and a cavity is formed over the semiconductor substrate and the insulating film. The vibrating portion is composed of a semiconductor film, and a cavity portion is adjacent to the back surface of the semiconductor film.

(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、第1空洞領域41aが空洞部41に一致していた。これに代えて、空洞部41が、第1空洞領域41aに連なる第2空洞領域41bを有してもよい。
(Second Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be incorporated. In the prior embodiment, the first cavity region 41a coincided with the cavity portion 41. Alternatively, the cavity 41 may have a second cavity region 41b that is continuous with the first cavity region 41a.

図8は、本実施形態の音波スピーカ10を示す断面図である。空洞部41は、第1空洞領域41aと、第2空洞領域41bをそれぞれ有している。第1空洞領域41aは、裏面40bに開口していない。Z方向において、主面40aから空洞部41の途中までが、第1空洞領域41aである。第2空洞領域41bは、第1空洞領域41aに連なり、裏面40bに開口している。第2空洞領域41bは、平面視において第1空洞領域41aを内包している。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing the sound wave speaker 10 of the present embodiment. The cavity 41 has a first cavity region 41a and a second cavity region 41b, respectively. The first cavity region 41a does not open to the back surface 40b. In the Z direction, the area from the main surface 40a to the middle of the cavity 41 is the first cavity region 41a. The second cavity region 41b is connected to the first cavity region 41a and is open to the back surface 40b. The second cavity region 41b includes the first cavity region 41a in a plan view.

本実施形態では、第1空洞領域41aおよび第2空洞領域41bが、ともに平面略真円の筒状をなしている。第2空洞領域41bも、平面形状を維持しつつZ方向に延びている。第2空洞領域41bの裏面40bの開口面積は、第1空洞領域41aの主面40aの開口面積よりも大きい。第1空洞領域41aは縮径領域であり、第2空洞領域41bは第1空洞領域41aよりも直径が長い拡径領域である。空洞部41は、径の異なる第1空洞領域41aと第2空洞領域41bによる段差構造をそれぞれ有している。 In the present embodiment, the first cavity region 41a and the second cavity region 41b both form a cylindrical shape having a substantially perfect circular plane. The second cavity region 41b also extends in the Z direction while maintaining a planar shape. The opening area of the back surface 40b of the second cavity region 41b is larger than the opening area of the main surface 40a of the first cavity region 41a. The first cavity region 41a is a reduced diameter region, and the second cavity region 41b is a diameter-expanded region having a diameter longer than that of the first cavity region 41a. The cavity 41 has a stepped structure with a first cavity region 41a and a second cavity region 41b having different diameters.

また、本実施形態では、振動部30が半導体膜300を有している。半導体膜300の一面が第1面30aをなし、一面とは反対の面が第2面30bをなしている。支持体40は、半導体基板400と絶縁膜401を有している。半導体膜300を底として絶縁膜401もエッチングされ、半導体基板400および絶縁膜401にわたって空洞部41が形成されている。絶縁膜401の一面が主面40aをなしている。半導体膜300のうち、空洞部41(第1空洞領域41a)に隣接する部分が振動領域31をなしている。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。 Further, in the present embodiment, the vibrating portion 30 has the semiconductor film 300. One surface of the semiconductor film 300 forms the first surface 30a, and the surface opposite to the one surface forms the second surface 30b. The support 40 has a semiconductor substrate 400 and an insulating film 401. The insulating film 401 is also etched with the semiconductor film 300 as the bottom, and the hollow portion 41 is formed over the semiconductor substrate 400 and the insulating film 401. One surface of the insulating film 401 forms the main surface 40a. The portion of the semiconductor film 300 adjacent to the cavity 41 (first cavity region 41a) forms the vibration region 31. Other configurations are the same as the configurations described in the prior embodiments.

<第2実施形態のまとめ>
本実施形態では、空洞部41が、上記した第2空洞領域41bを有している。第2空洞領域41bは第1空洞領域41aよりも面積が大きいため、第1空洞領域41aと第2空洞領域41bの界面が音波の反射面となる。この界面が、先行実施形態に記載した第1空洞領域41aの裏面40b側の端部に相当する。図8では、界面を一点鎖線で示している。よって、すべての空洞部41において、第1空洞領域41aの厚みt1をλ×1/4未満とすることで、第1空洞領域41aの端部(界面)での反射による定在波、および、他の振動領域31の第2面30bでの反射による定在波が生じるのを抑制することができる。
<Summary of the second embodiment>
In the present embodiment, the cavity portion 41 has the above-mentioned second cavity region 41b. Since the area of the second cavity region 41b is larger than that of the first cavity region 41a, the interface between the first cavity region 41a and the second cavity region 41b serves as a sound wave reflecting surface. This interface corresponds to the end portion of the first cavity region 41a on the back surface 40b side described in the prior embodiment. In FIG. 8, the interface is shown by a alternate long and short dash line. Therefore, by setting the thickness t1 of the first cavity region 41a to less than λ × 1/4 in all the cavity portions 41, a standing wave due to reflection at the end portion (interface) of the first cavity region 41a and a standing wave and It is possible to suppress the generation of standing waves due to reflection on the second surface 30b of the other vibration region 31.

また、空洞部41が第2空洞領域41bを有することで、支持体40の厚みを、第1空洞領域41aのみ有する構成に較べて厚くすることができる。これにより、定在波を抑制すべく、厚みt1を薄くしても、支持体40の剛性を確保しやすくなる。特に、厚みt1を、λ×1/8以下に設定しやすくなる。 Further, since the cavity portion 41 has the second cavity region 41b, the thickness of the support 40 can be made thicker as compared with the configuration having only the first cavity region 41a. This makes it easier to secure the rigidity of the support 40 even if the thickness t1 is reduced in order to suppress the standing wave. In particular, it becomes easy to set the thickness t1 to λ × 1/8 or less.

また、第2空洞領域41bを有することで、空洞部41の空間が拡大するため、音圧を高めることができる。 Further, by having the second cavity region 41b, the space of the cavity portion 41 is expanded, so that the sound pressure can be increased.

本実施形態では、支持体40が、第1空洞領域41aと第2空洞領域41bによる段差構造を有している。段差構造とすることで、特定の周波数での反射強度を低下させることができる。よって、裏面側の反射による音圧の低下を抑制することができる。 In the present embodiment, the support 40 has a stepped structure formed by the first cavity region 41a and the second cavity region 41b. The stepped structure can reduce the reflection intensity at a specific frequency. Therefore, it is possible to suppress a decrease in sound pressure due to reflection on the back surface side.

<変形例>
支持体40が絶縁膜401を含み、空洞部41が半導体基板400から絶縁膜401にわたって形成される例を示したが、これに限定されない。先行実施形態(図2参照)同様、振動部30が半導体膜300と絶縁膜301を有し、支持体40が半導体基板400のみを有する構成において、上記した第2空洞領域41bを適用してもよい。
<Modification example>
An example is shown in which the support 40 includes the insulating film 401 and the cavity 41 is formed from the semiconductor substrate 400 to the insulating film 401, but the present invention is not limited thereto. Similar to the preceding embodiment (see FIG. 2), in a configuration in which the vibrating portion 30 has the semiconductor film 300 and the insulating film 301 and the support 40 has only the semiconductor substrate 400, even if the above-mentioned second cavity region 41b is applied. good.

第2空洞領域41bが、平面形状を維持しつつZ方向に延びる例を示したが、これに限定されない。図9に示すように、第2空洞領域41bを多段に構成してもよい。図9では、一例として2段となっている。第2空洞領域41bのうち、1段目は裏面40bに開口し、平面形状を維持しつつZ方向に延びている。2段目は、平面形状を維持しつつZ方向に延びている。2段目は、1段目と第1空洞領域41aとに連なっている。1段目は平面視において2段目を内包し、2段目は平面視において第1空洞領域41aを内包している。これによれば、段数が増えるため、特定周波数の反射強度をさらに低下させることができる。なお、第2空洞領域41bの段数は2段に限定されない。3段以上としてもよい。 An example is shown in which the second cavity region 41b extends in the Z direction while maintaining a planar shape, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 9, the second cavity region 41b may be configured in multiple stages. In FIG. 9, there are two stages as an example. Of the second cavity region 41b, the first stage opens in the back surface 40b and extends in the Z direction while maintaining a planar shape. The second stage extends in the Z direction while maintaining the planar shape. The second stage is connected to the first stage and the first cavity region 41a. The first stage contains the second stage in a plan view, and the second stage contains the first cavity region 41a in a plan view. According to this, since the number of stages is increased, the reflection intensity of a specific frequency can be further reduced. The number of stages in the second cavity region 41b is not limited to two. It may be 3 or more steps.

音圧低下を抑制する構造としては、上記した段差構造に限定されない。第2空洞領域41bの少なくとも一部を、裏面40bから主面40a側に向けて連続的に面積が減少するテーパ構造としてもよい。段差構造と同等の効果を期待することができる。 The structure for suppressing the decrease in sound pressure is not limited to the above-mentioned step structure. At least a part of the second cavity region 41b may have a tapered structure in which the area is continuously reduced from the back surface 40b toward the main surface 40a. The same effect as the step structure can be expected.

たとえば、図10に示す例では、空洞部41のうち、絶縁膜401内の部分が第1空洞領域41aをなし、半導体基板400の部分が第2空洞領域41bをなしている。第2空洞領域41bは、その厚み方向の全長においてテーパ構造をなしている。図11に示す例では、裏面40bから半導体基板400の途中まで、第2空洞領域41bが設けられている。第2空洞領域41bは、その厚み方向の全長においてテーパ構造をなしている。また、第2空洞領域41bの途中までテーパ構造としてもよい。上記構造の空洞部41は、たとえば、ドライエッチングと異方性エッチングの組み合わせにより形成することができる。第2空洞領域41bの途中までテーパ構造としてもよい。 For example, in the example shown in FIG. 10, in the hollow portion 41, the portion inside the insulating film 401 forms the first hollow region 41a, and the portion of the semiconductor substrate 400 forms the second hollow region 41b. The second cavity region 41b has a tapered structure in the total length in the thickness direction thereof. In the example shown in FIG. 11, the second cavity region 41b is provided from the back surface 40b to the middle of the semiconductor substrate 400. The second cavity region 41b has a tapered structure in the total length in the thickness direction thereof. Further, a tapered structure may be formed up to the middle of the second cavity region 41b. The cavity 41 having the above structure can be formed, for example, by a combination of dry etching and anisotropic etching. A tapered structure may be formed up to the middle of the second cavity region 41b.

(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、複数の空洞部41において、第2空洞領域41bが互いに独立して設けられていた。これに代えて、第2空洞領域41bの少なくともひとつを、複数の第1空洞領域41aに連なる共通の領域としてもよい。
(Third Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be incorporated. In the prior embodiment, the second cavity regions 41b are provided independently of each other in the plurality of cavity portions 41. Alternatively, at least one of the second cavity regions 41b may be a common region connected to the plurality of first cavity regions 41a.

図12は、本実施形態の音波スピーカ10を示す断面図である。空洞部41は、第2実施形態同様、第1空洞領域41aと第2空洞領域41bを有している。図12に示す例では、第2空洞領域41bが、すべての第1空洞領域41aに連なっている。つまり、第2空洞領域41bは、すべての空洞部41において共通の領域となっている。支持体40は、複数の振動領域31を規定する複数の第1空洞領域41aと、ひとつの第2空洞領域41bを有している。第2空洞領域41bは、平面視においてすべての第1空洞領域41aを内包するように設けられている。上記以外の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the sound wave speaker 10 of the present embodiment. The cavity 41 has a first cavity region 41a and a second cavity region 41b as in the second embodiment. In the example shown in FIG. 12, the second cavity region 41b is continuous with all the first cavity regions 41a. That is, the second cavity region 41b is a common region in all the cavity portions 41. The support 40 has a plurality of first cavity regions 41a defining a plurality of vibration regions 31 and one second cavity region 41b. The second cavity region 41b is provided so as to include all the first cavity regions 41a in a plan view. The configurations other than the above are the same as the configurations described in the prior embodiments.

<第3実施形態のまとめ>
上記したように、第2空洞領域41bの少なくともひとつを、複数の第1空洞領域41aに連なる共通の領域とすると、空洞部41の空間をさらに拡大することができる。これにより、音圧を高めることができる。
<Summary of the third embodiment>
As described above, if at least one of the second cavity regions 41b is a common region connected to the plurality of first cavity regions 41a, the space of the cavity portion 41 can be further expanded. This makes it possible to increase the sound pressure.

図12では、第2空洞領域41bが、平面略真円の筒形状をなしている。これにより、第1空洞領域41aと第2空洞領域41bとにより、段差構造が形成されている。したがって、先行実施形態に記載の効果を奏することができる。共通領域を形成する第2空洞領域41bを、先行実施形態に記載のテーパ構造としてもよい。 In FIG. 12, the second cavity region 41b has a cylindrical shape having a substantially perfect circular plane. As a result, a stepped structure is formed by the first cavity region 41a and the second cavity region 41b. Therefore, the effect described in the preceding embodiment can be obtained. The second cavity region 41b forming the common region may be the tapered structure described in the prior embodiment.

本実施形態では、すべての空洞部41について第2空洞領域41bを共通にする例を示したが、これに限定されない。すべての空洞部41の一部である複数について、第2空洞領域41bを共通にしてもよい。たとえば、X方向に並ぶ空洞部41について、第2空洞領域41bを共通にしてもよい。これによれば、各列で第2空洞領域41bが共通化され、支持体40は3つの第2空洞領域41bを有することとなる。 In the present embodiment, an example in which the second cavity region 41b is common to all the cavity portions 41 is shown, but the present invention is not limited to this. The second cavity region 41b may be common to a plurality of cavity portions 41. For example, the second cavity region 41b may be shared with respect to the cavity portions 41 arranged in the X direction. According to this, the second cavity region 41b is shared in each row, and the support 40 has three second cavity regions 41b.

(他の実施形態)
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The disclosure in this specification, drawings and the like is not limited to the exemplified embodiments. Disclosures include exemplary embodiments and modifications by those skilled in the art based on them. For example, the disclosure is not limited to the parts and / or combinations of elements shown in the embodiments. Disclosure can be carried out in various combinations. The disclosure can have additional parts that can be added to the embodiment. Disclosures include those in which the parts and / or elements of the embodiment are omitted. Disclosures include the replacement or combination of parts and / or elements between one embodiment and another. The technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. Some technical scopes disclosed are indicated by the claims description and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims description.

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 Disclosure in the description, drawings, etc. is not limited by the description of the scope of claims. The disclosure in the description, drawings, etc. includes the technical ideas described in the claims, and further covers a wider variety of technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the description, drawings, etc. without being bound by the description of the scope of claims.

空洞部41が第1空洞領域41aを有する例を示したが、これに限定されない。空洞部41がその厚み方向の全長においてテーパ構造を有してもよい。たとえば、絶縁膜301を底面として半導体基板400に異方性エッチングを施すことで、全長においてテーパ構造をなす空洞部41を形成することができる。この場合、空洞部41の主面40aに開口する形状および振動領域31の平面形状は、略矩形状(長方形)となる。開口面積を互いに異ならせることで、広帯域の音波スピーカ10を小型化することができる。 An example is shown in which the cavity 41 has a first cavity region 41a, but the present invention is not limited thereto. The cavity 41 may have a tapered structure over the entire length in the thickness direction thereof. For example, by performing anisotropic etching on the semiconductor substrate 400 with the insulating film 301 as the bottom surface, it is possible to form the hollow portion 41 having a tapered structure in the entire length. In this case, the shape that opens to the main surface 40a of the cavity 41 and the planar shape of the vibration region 31 are substantially rectangular (rectangular). By making the opening areas different from each other, the wideband sound wave speaker 10 can be miniaturized.

空洞部41が支持体40の裏面40bに開口する例を示したが、これに限定されない。たとえば、振動部30の半導体膜300にエッチングホールを形成し、第1面30a側から絶縁膜401をエッチング(いわゆる犠牲層エッチング)することで、絶縁膜401の一部を除去し、空洞部41を形成してもよい。主面40aに開口する空洞部41の開口面積を互いに異ならせることで、広帯域の音波スピーカ10を小型化することができる。 An example is shown in which the cavity 41 opens in the back surface 40b of the support 40, but the present invention is not limited to this. For example, by forming an etching hole in the semiconductor film 300 of the vibrating portion 30 and etching the insulating film 401 from the first surface 30a side (so-called sacrificial layer etching), a part of the insulating film 401 is removed and the hollow portion 41 is formed. May be formed. By making the opening areas of the cavities 41 that open in the main surface 40a different from each other, the wideband sound wave speaker 10 can be miniaturized.

支持体40上の膜、具体的には半導体膜300、絶縁膜301を振動部30とする例を示したが、これに限定されない。たとえば、半導体基板をエッチングしてダイアフラム(薄肉部)を形成し、ダイアフラムを含む部分を所定厚みの部分を振動部とし、振動部に連なる厚肉部を支持体としてもよい。半導体基板に形成された空洞部は、支持体の主面に開口し、振動領域であるダイアフラムを規定する。 An example is shown in which the film on the support 40, specifically, the semiconductor film 300 and the insulating film 301 are used as the vibrating portion 30, but the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor substrate may be etched to form a diaphragm (thin wall portion), a portion including the diaphragm may be used as a vibrating portion, and a thick portion connected to the vibrating portion may be used as a support. The cavity formed in the semiconductor substrate opens to the main surface of the support and defines a diaphragm which is a vibration region.

複数の空洞部41が、支持体40の周囲、つまり外部雰囲気と連通する例を示したが、これに限定されない。たとえば、支持体40の裏面40bの縁部全周に固定部材60(接合材)を配置し、外部雰囲気と空洞部41とを遮断してもよい。遮断された状態でも、空洞部41を含む空間が広いほど、音圧を高めることができる。 An example is shown in which the plurality of cavities 41 communicate with the surroundings of the support 40, that is, the external atmosphere, but the present invention is not limited thereto. For example, a fixing member 60 (joining material) may be arranged around the entire edge of the back surface 40b of the support 40 to block the external atmosphere from the cavity 41. Even in the blocked state, the wider the space including the cavity 41, the higher the sound pressure can be.

空洞部41内に空気が配置される例を示したが、これに限定されない。空洞部41の内部に、空気よりも高密度の気体が配置されてもよい。この場合、共振周波数が低周波側にシフトする。また、空洞部41の内部に、空気よりも低密度の気体が配置されてもよい。この場合、共振周波数が高周波側にシフトする。空気とは異なる気体を配置することで、定在波が生じないように周波数をシフトさせてもよい。これらの気体を、空洞部41内に封入(封止)してもよい。空洞部41の内部を減圧(真空)にしてもよい。 Although an example in which air is arranged in the cavity 41 is shown, the present invention is not limited to this. A gas having a higher density than air may be arranged inside the cavity 41. In this case, the resonance frequency shifts to the low frequency side. Further, a gas having a density lower than that of air may be arranged inside the cavity 41. In this case, the resonance frequency shifts to the high frequency side. By arranging a gas different from air, the frequency may be shifted so that a standing wave does not occur. These gases may be sealed in the cavity 41. The inside of the cavity 41 may be depressurized (vacuum).

10…音波スピーカ、20…圧電振動子、21…圧電膜、22…上部電極、23…下部電極パッド、30…振動部、300…半導体膜、301…絶縁膜、30a…第1面、30b…第2面、31…振動領域、40…支持体、400…支持基板、401…絶縁膜、40a…主面、40b…裏面、41…空洞部、41a…第1空洞領域、41b…第2空洞領域、50…ベース部材、60…固定部材 10 ... sonic speaker, 20 ... piezoelectric vibrator, 21 ... piezoelectric film, 22 ... upper electrode, 23 ... lower electrode pad, 30 ... vibrating part, 300 ... semiconductor film, 301 ... insulating film, 30a ... first surface, 30b ... Second surface, 31 ... Vibration region, 40 ... Support, 400 ... Support substrate, 401 ... Insulating film, 40a ... Main surface, 40b ... Back surface, 41 ... Cavity, 41a ... First cavity region, 41b ... Second cavity Area, 50 ... base member, 60 ... fixing member

Claims (11)

複数の圧電膜(21)と、
第1面(30a)と、前記第1面とは反対の面である第2面(30b)と、前記第1面上に前記圧電膜が個別に配置され、前記圧電膜の伸縮にともなって振動する複数の振動領域(31)と、を有する振動部(30)と、
主面(40a)と、前記主面に開口して前記振動領域の前記第2面に隣接し、前記主面における開口面積が互いに異なることで、共振周波数が互いに異なるように前記振動領域を規定する複数の空洞部(41)と、を有し、前記振動部を前記主面上に支持する支持体(40)と、
を備え、
前記複数の空洞部のうち、前記開口面積が最大の前記空洞部により規定される前記振動領域である第1振動領域の共振周波数を下限とし、前記開口面積が最小の前記空洞部により規定される前記振動領域である第2振動領域の共振周波数を上限とする、周波数範囲の音波を前記圧電膜側から放射する、音波スピーカ。
With a plurality of piezoelectric films (21),
The piezoelectric film is individually arranged on the first surface (30a), the second surface (30b) which is a surface opposite to the first surface, and the first surface, and the piezoelectric film expands and contracts as the piezoelectric film expands and contracts. A vibrating portion (30) having a plurality of vibrating regions (31), and a vibrating portion (30).
The vibration region is defined so that the resonance frequency is different from each other by opening the main surface (40a) and the main surface adjacent to the second surface of the vibration region and having different opening areas in the main surface. A support (40) having a plurality of cavities (41) and supporting the vibrating portion on the main surface.
Equipped with
Of the plurality of cavities, the resonance frequency of the first vibration region, which is the vibration region defined by the cavity having the largest opening area, is set as the lower limit, and is defined by the cavity having the smallest opening area. A sound wave speaker that emits sound waves in the frequency range from the piezoelectric film side, with the resonance frequency of the second vibration region, which is the vibration region, as the upper limit.
ベース部材(50)をさらに備え、
前記支持体は、前記主面とは反対の面である裏面(40b)を有し、
前記複数の空洞部は、前記裏面にそれぞれ開口し、
前記支持体は、前記複数の空洞部の間で気体を流通可能に、前記ベース部材に固定されている、請求項1に記載の音波スピーカ。
Further equipped with a base member (50)
The support has a back surface (40b) that is the opposite surface to the main surface.
The plurality of cavities are opened on the back surface thereof, respectively.
The sound wave speaker according to claim 1, wherein the support is fixed to the base member so that gas can flow between the plurality of cavities.
前記複数の空洞部は、平面形状を維持しつつ所定の厚みを有し、前記振動領域を規定する第1空洞領域(41a)をそれぞれ有する、請求項2に記載の音波スピーカ。 The sound wave speaker according to claim 2, wherein the plurality of cavities have a predetermined thickness while maintaining a planar shape, and each has a first cavity region (41a) that defines the vibration region. 前記第1空洞領域は、前記平面形状が真円の筒形状をなしており、
前記複数の振動領域は、互いに直径が異なる、請求項3に記載の音波スピーカ。
The first cavity region has a cylindrical shape whose planar shape is a perfect circle.
The sound wave speaker according to claim 3, wherein the plurality of vibration regions have different diameters from each other.
音速を、前記上限を規定する前記第2振動領域の共振周波数で除算した値を波長λとすると、
前記第1空洞領域の厚みは、λ×1/4未満である、請求項3または請求項4に記載の音波スピーカ。
Let the wavelength λ be the value obtained by dividing the speed of sound by the resonance frequency of the second vibration region that defines the upper limit.
The sound wave speaker according to claim 3 or 4, wherein the thickness of the first cavity region is less than λ × 1/4.
前記第1空洞領域の厚みは、λ×1/8以下である、請求項5に記載の音波スピーカ。 The sound wave speaker according to claim 5, wherein the thickness of the first cavity region is λ × 1/8 or less. 前記複数の空洞部は、前記第1空洞領域に連なるとともに前記裏面に開口し、前記厚みの方向からの平面視において前記第1空洞領域を内包する第2空洞領域(41b)をそれぞれ有する、請求項3~6いずれか1項に記載の音波スピーカ。 Claimed that the plurality of cavities are connected to the first cavity region and open to the back surface thereof, and each has a second cavity region (41b) including the first cavity region in a plan view from the direction of the thickness. Item 6. The sound wave speaker according to any one of Items 3 to 6. 前記複数の空洞部は、前記第1空洞領域と前記第2空洞領域とにより構成される段差構造をそれぞれ有する、請求項7に記載の音波スピーカ。 The sound wave speaker according to claim 7, wherein each of the plurality of cavities has a stepped structure composed of the first cavity region and the second cavity region. 前記複数の空洞部は、前記第2空洞領域に設けられ、前記裏面から前記主面側に向けて連続的に面積が減少するテーパ構造をそれぞれ有する、請求項7に記載の音波スピーカ。 The sound wave speaker according to claim 7, wherein the plurality of cavity portions are provided in the second cavity region and each have a tapered structure in which the area is continuously reduced from the back surface side toward the main surface side. 前記第2空洞領域の少なくともひとつは、複数の前記第1空洞領域に連なる共通領域である、請求項7に記載の音波スピーカ。 The sound wave speaker according to claim 7, wherein at least one of the second cavity regions is a common region connected to the plurality of first cavity regions. 前記複数の空洞部の前記開口面積は、前記音波が可聴周波数を超え、200kHzを上限とする周波数範囲を少なくとも含むように設定されている、請求項1~10いずれか1項に記載の音波スピーカ。 The sound wave speaker according to any one of claims 1 to 10, wherein the opening area of the plurality of cavities is set so that the sound wave exceeds an audible frequency and includes at least a frequency range up to 200 kHz. ..
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