JP2022119126A - 圧電素子、圧電装置、および圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の向上を図る。【解決手段】支持体１０と、支持体１０上に配置され、圧電膜５０と、圧電膜５０と接続されて圧電膜５０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、支持体に支持される支持領域２１ａと、支持領域２１ａと繋がっており、支持体１０から浮遊している振動領域２２とを有し、電荷に基づいた圧力検出信号を出力する振動部２０と、を備える。そして、振動領域２２は、支持領域２１ａ側から、振動領域２２における中心部Ｃに向かって複数のスリットが形成されていると共に、支持領域２１ａに対して両持ち支持された状態となるようにする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、振動領域を有する圧電素子、圧電装置、および圧電素子の製造方法に関するものである。

従来より、振動領域を有する圧電素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この圧電素子の振動領域は、圧電膜と、圧電膜と接続された電極膜とを有する構成とされており、片持ち支持されている。そして、このような圧電素子は、音響圧力（以下では、単に音圧ともいう）等によって振動領域が振動することにより、圧電膜が変形して圧電膜に電荷が発生する。このため、電極膜を介して圧電膜に発生した電荷を取り出すことにより、振動領域に印加された音圧が検出される。

特許５９３６１５４号公報

しかしながら、上記のような圧電素子では、検出精度を向上させたいという要望がある。

本発明は上記点に鑑み、検出精度の向上を図ることができる圧電素子、圧電装置、および圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１は、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、支持体上に配置され、圧電膜（５０）と、圧電膜と接続されて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、支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、支持領域と繋がっており、支持体から浮遊している振動領域（２２）とを有し、電荷に基づいた圧力検出信号を出力する振動部と、を備え、振動領域は、支持領域側から、振動領域における中心部（Ｃ）に向かって複数のスリット（４０～４４）が形成されていると共に、支持領域に対して両持ち支持された状態となっている。

これによれば、振動領域が片持ち支持されている場合と比較すると、共振周波数を大きくできる。したがって、検出感度を維持できる周波数を広域化でき、検出精度の向上を図ることができる。

また、請求項１６は、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１５のいずれか１つに記載の圧電素子と、圧電素子を搭載する被実装部材（１０１）と、圧電素子を収容する状態で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、を備えている。

これによれば、共振周波数を大きくできる圧電素子を備えているため、検出感度を維持できる周波数を広域化でき、検出精度の向上を図ることができる。

請求項２２は、上記の圧電素子の製造方法に関するものであり、支持体を用意することと、支持体上に、圧電膜および電極膜を形成することと、圧電膜および電極膜上にエッチングマスク材（２００）を配置すると共に、エッチングマスク材に圧電膜のうちのスリットが形成される部分を露出させる開口部（２０１）を形成することと、エッチングマスク材をマスクとしてエッチングを行い、圧電膜を貫通して支持体に達するスリットを形成し、スリットから露出する側面（２２ｃ）が、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（４５）となる振動領域構成部分（２２０）を形成することと、支持体のうちの圧電膜側と反対側から凹部（１０ａ）を形成して振動領域構成部分を浮遊させることにより、振動領域を有する振動部を構成することと、を行い、圧電膜および電極膜を形成することでは、振動領域構成部分を形成する際に側面から圧電膜のみが露出するように圧電膜および電極膜を形成し、スリットを形成することでは、テーパ部を構成する側面（２２ｃ）と、一面と平行な面（２２ｂ）との成す角度（θ１）が３９～８１°となるスリットを形成する。

これによれば、共振周波数を大きくできる圧電素子を製造することができる。また、成す角度を３９～８１°とすることにより、スリットを形成する際の加工性が低下することを抑制できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態における圧電素子の断面図である。 第１実施形態における圧電素子の断面図である。 第１実施形態における圧電素子の断面図である。 第１実施形態における圧電素子の平面図である。 第１実施形態における第１領域に形成された電極膜の平面図である。 第１実施形態における圧電素子の回路模式図である。 図１Ｃに示す圧電素子の製造方法である。 図４Ａに続く圧電素子の製造方法である。 図４Ｂに続く圧電素子の製造方法である。 第１実施形態における圧電装置の断面図である。 連結長さと圧電素子の共振周波数との関係を示す図である。 振動領域に印加される周波数と出力信号との関係を示す図である。 連結長さと発生応力比との関係を示す図である。 音圧と出力振動との関係を示す図である。 第１実施形態の変形例における圧電素子の平面図である。 第１実施形態の変形例における圧電素子の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における振動領域の平面図である。 第１実施形態の変形例における第１領域に形成された電極膜の平面図である。 図１２に示す電極膜を有する圧電素子の回路模式図である。 第２実施形態における圧電素子の平面図である。 第３実施形態にて説明する振動領域の模式図である。 振動領域における曲げモーメントの大きさを示す模式図である。 振動領域における応力分布を示す図である。 第３実施形態における圧電素子の平面図である。 図１８に示す圧電素子の回路模式図である。 第４実施形態における圧電素子の断面図である。 図２０に示す圧電素子の平面図である。 第５実施形態における圧電素子の断面図である。 図２２に示す圧電素子の平面図である。 第６実施形態における圧電素子の平面図である。 第６実施形態における第１領域に形成された電極膜の平面図である。 第６実施形態における圧電素子の断面図である。 第６実施形態における圧電素子の回路模式図である。 第６実施形態の変形例における圧電素子の平面図である。 第６実施形態の変形例における第１領域に形成された電極膜の平面図である。 第６実施形態の変形例における圧電素子の回路模式図である。 第７実施形態における圧電素子の平面図である。 第７実施形態における圧電装置の断面図である。 第８実施形態における圧電装置の断面模式図である。 振動領域の厚さを一定とした場合の、スリット幅、スリット長さ、および音響抵抗との関係を示す図である。 スリット幅を一定とした場合の、振動領域の厚さ、スリット長さ、および音響抵抗との関係を示す図である。 スリット長さと音響抵抗比率との関係を示す図である。 第９実施形態における圧電素子のスリットの断面図である。 一面側のスリット幅と音響抵抗との関係を示す図である。 第９実施形態の変形例における圧電素子のスリットの断面図である。 第９実施形態の変形例における圧電素子のスリットの断面図である。 第９実施形態の変形例における圧電素子のスリットの断面図である。 第１０実施形態における圧電素子と接合部材との位置関係を示す平面図である。 第１０実施形態の変形例における圧電素子と接合部材との位置関係を示す平面図である。 第１０実施形態の変形例における圧電素子と接合部材との位置関係を示す平面図である。 第１０実施形態の変形例における圧電素子と接合部材との位置関係を示す平面図である。 第１０実施形態の変形例における圧電素子と接合部材との位置関係を示す平面図である。 第１０実施形態の変形例における圧電素子と接合部材との位置関係を示す平面図である。 第１１実施形態における圧電装置の断面図である。 第１２実施形態における圧電素子のスリットの断面図である。 図４３に示す圧電素子の製造工程を示す断面図である。 図４３に続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。 図４３に続く圧電素子の製造工程を示す断面図である。 図４４の製造工程におけるスリットが形成される部分の模式図である。 周波数、感度、実効幅の関係を示す図である。 圧電膜の膜厚に対するエッチングマスク材の膜厚と、成す角度との関係を示す図である。 他の実施形態における圧電装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の圧電素子１について、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、および図２Ｂ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１Ａは、図２Ａ中のIA－IA線に沿った断面図に相当し、図１Ｂは、図２Ａ中のIB－IB線に沿った断面図に相当し、図１Ｃは、図２Ａ中のIC－IC線に沿った断面図に相当している。なお、図２Ａ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。また、後述の図２Ａ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。

本実施形態の圧電素子１は、支持体１０と、振動部２０とを備え、平面形状が矩形状とされている。支持体１０は、一面１１ａおよび他面１１ｂを有する支持基板１１と、支持基板１１の一面１１ａ上に形成された絶縁膜１２とを有している。なお、支持基板１１は、例えば、シリコン基板等で構成され、絶縁膜１２は、酸化膜等で構成されている。

振動部２０は、圧力としての音圧等に応じた圧力検出信号を出力するセンシング部３０を構成するものであり、支持体１０上に配置されている。そして、支持体１０には、振動部２０における内縁側を浮遊させるための凹部１０ａが形成されている。このため、振動部２０は、支持体１０上に配置された支持領域２１ａと、支持領域２１ａと繋がっていると共に凹部１０ａ上で浮遊する浮遊領域２１ｂとを有する構成となっている。なお、本実施形態の凹部１０ａは、振動部２０側の開口端（以下では、単に凹部１０ａの開口端ともいう）の形状が平面矩形状とされている。したがって、浮遊領域２１ｂの全体は、平面矩形状とされている。

そして、浮遊領域２１ｂには、当該浮遊領域２１ｂを厚さ方向に貫通するスリット４０が形成されている。本実施形態では、浮遊領域２１ｂに第１～第４スリット４１～４４が形成されている。第１～第４スリット４１～４４は、平面矩形状とされた浮遊領域２１ｂの各角部から浮遊領域２１ｂの中心部Ｃに向かって延設されている。但し、第１～第４スリット４１～４４は、中心部Ｃに達しないように形成されている。言い換えると、第１～第４スリット４１～４４は、中心部Ｃよりも支持領域２１ａ側で終端するように形成されている。つまり、第１～第４スリット４１～４４は、浮遊領域２１ｂを分割しないように形成されている。

また、本実施形態では、第１～第４スリット４１～４４は、延設方向に沿ったスリット長さＬがそれぞれ等しくなるように形成されている。さらに、本実施形態の第１～第４スリット４１～４４は、振動領域２２の厚さ方向に沿ってスリット幅ｇが一定とされている。そして、このような浮遊領域２１ｂによって振動領域２２が構成され、振動領域２２は、支持領域２１ａに両持ち支持された状態となっている。

なお、第１～第４スリット４１～４４のスリット幅ｇとは、第１～第４スリット４１～４４の延設方向と直交する方向であって、振動領域２２の面方向に沿った方向の長さである。言い換えると、第１～第４スリット４１～４４のスリット幅ｇとは、第１スリット４１～４４によって露出する振動領域２２の側面２２ｃ同士の間隔のことである。

以下、振動領域２２における支持体１０と反対側の面を振動領域２２の一面２２ａとし、振動領域２２における支持体１０側の面を振動領域２２の他面２２ｂとする。同様に、振動領域２２における第１～第４スリット４１～４４から露出する面を振動領域２２の側面２２ｃとする。また、以下では、振動領域２２の一面２２ａに対する法線方向において、振動領域２２の外形を形作る１辺と、各スリット４１～４４に沿って延びる仮想線Ｋ１、Ｋ２で囲まれる領域を第１～第４振動領域２２１～２２４とする。なお、以下では、振動領域２２の一面２２ａに対する法線方向を単に法線方向ともいう。また、振動領域２２の一面２２ａに対する法線方向においてとは、言い換えると、振動領域２２の一面２２ａに対する法線方向から視たときということもできる。

本実施形態では、第１スリット４１および第３スリット４３に沿って延びる仮想線を仮想線Ｋ１とし、第２スリット４２および第４スリット４４に沿って延びる仮想線を仮想線Ｋ２とする。そして、法線方向において、振動領域２２のうちの、第１スリット４１と第２スリット４２との間を含み、仮想線Ｋ１と仮想線Ｋ２とで囲まれる領域を第１振動領域２２１とする。法線方向において、振動領域２２のうちの、第２スリット４２と第２スリット４３との間を含み、仮想線Ｋ１と仮想線Ｋ２とで囲まれる領域を第２振動領域２２２とする。法線方向において、振動領域２２のうちの、第３スリット４３と第４スリット４４との間を含み、仮想線Ｋ１と仮想線Ｋ２とで囲まれる領域を第３振動領域２２３とする。法線方向において、振動領域２２のうちの、第４スリット４４と第１スリット４１との間を含み、仮想線Ｋ１と仮想線Ｋ２とで囲まれる領域を第４振動領域２２４とする。そして、本実施形態の振動領域２２は、第１～第４振動領域２２１～２２４が一体化されて形成されている。

振動部２０は、圧電膜５０、および圧電膜５０と接続される電極膜６０を有する構成とされている。具体的には、圧電膜５０は、下層圧電膜５１と、下層圧電膜５１上に積層される上層圧電膜５２とを有している。電極膜６０は、下層圧電膜５１の下方に配置された下層電極膜６１、下層圧電膜５１と上層圧電膜５２との間に配置された中間電極膜６２、および上層圧電膜５２上に配置された上層電極膜６３を有している。つまり、振動部２０は、下層圧電膜５１が下層電極膜６１と中間電極膜６２とで挟み込まれており、上層圧電膜５２が中間電極膜６２と上層電極膜６３とで挟み込まれたバイモルフ構造とされている。

なお、下層圧電膜５１および上層圧電膜５２は、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の鉛フリーの圧電セラミックス等を用いて構成されている。下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、モリブデン、銅、プラチナ、白金、チタン等を用いて構成されている。

さらに、本実施形態の振動部２０は、下層圧電膜５１および下層電極膜６１が配置される下地膜７０を有している。つまり、支持体１０上には、下地膜７０を介して圧電膜５０および電極膜６０が配置されている。下地膜７０は、必ずしも必要なものではないが、下層圧電膜５１等を成膜する際の結晶成長をし易くするために備えられている。なお、本実施形態では、下地膜７０は窒化アルミニウム等で構成される。また、圧電膜５０は、厚さが１μｍ程度とされており、下地膜７０は、厚さが数十ｎｍ程度とされている。つまり、下地膜７０は、圧電膜５０に対して極めて薄くされている。

また、本実施形態の各振動領域２２は、振動領域２２が振動した際に固定端となる支持領域２１ａ側の部分が第１領域Ｒ１とされ、中心部Ｃ側が第２領域Ｒ２とされている。そして、下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、それぞれ第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２に形成されている。但し、第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３と、第２領域Ｒ２に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３とは、分離されており、絶縁された状態となっている。また、第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、支持領域２１ａまで適宜延設されている。

本実施形態では、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、第１～第４スリット４１～４４に達しないように形成されている。つまり、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、振動領域２２のうちの第１～第４スリット４１～４４から露出する側面２２ｃよりも内側で終端するように形成されている。言い換えると、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、法線方向において、第１～第４スリット４１～４４よりも内側に配置されている。このため、振動領域２２の側面２２ｃは、下層圧電膜５１、上層圧電膜５２、および下地膜７０で構成されている。

振動部２０の支持領域２１ａには、第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１および上層電極膜６３と電気的に接続される第１電極部８１と、第１領域Ｒ１に形成された中間電極膜６２と電気的に接続される第２電極部８２とが形成されている。なお、上記のように、図２Ａでは、第１電極部８１および第２電極部８２を省略して示している。

第１電極部８１は、上層電極膜６３、上層圧電膜５２、下層圧電膜５１を貫通した孔部８１ａに形成され、下層電極膜６１および上層電極膜６３と電気的に接続される貫通電極８１ｂを有している。本実施形態では、貫通電極８１ｂは、第１振動領域２２１に形成された下層電極膜６１および上層電極膜６３と電気的に接続されている。また、第１電極部８１は、貫通電極８１ｂ上に形成されて貫通電極８１ｂと電気的に接続されるパッド部８１ｃを有している。

第２電極部８２は、上層圧電膜５２を貫通して中間電極膜６２を露出させる孔部８２ａに形成され、中間電極膜６２と電気的に接続される貫通電極８２ｂを有している。本実施形態では、貫通電極８２ｂは、第４振動領域２２４に形成された中間電極膜６２と電気的に接続されている。また、第２電極部８２は、貫通電極８２ｂ上に形成されて貫通電極８２ｂと電気的に接続されるパッド部８２ｃを有している。

なお、第１電極部８１および第２電極部８２は、電極膜６０と同様に、モリブデン、銅、白金、チタン、アルミニウム等を用いて構成されている。また、第２領域Ｒ２に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、各電極部８１、８２と電気的に接続されておらず、フローティング状態となっている。このため、第２領域Ｒ２に形成される下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、必ずしも必要ではないが、本実施形態では、下層圧電膜５１および上層圧電膜５２のうちの第２領域Ｒ２に位置する部分を保護するために設けてある。

また、第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、第１～第４振動領域２２１～２２４で分割されている。つまり、第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、第１～第４振動領域２２１～２２４を跨ぐようには形成されていない。そして、各振動領域２２１～２２４の第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、図示しない配線膜等を介して接続されている。

なお、本実施形態の下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、図２Ｂに示されるように、第１領域Ｒ１に形成されている部分の外形が振動領域２２の外形と略等しくなるように形成されており、本実施形態では平面矩形状とされている。但し、下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、上記のように第１～第４振動領域２２１～２２４で分割されている。このため、ここでの下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３の第１領域Ｒ１に形成されている部分の外形とは、下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３における第１領域Ｒ１に位置する部分の外形線および当該外形線の延長線で構成される形状のことである。また、図２Ｂは、断面図ではないが、理解をし易くするため、第１領域Ｒ１に形成されている電極膜６０にハッチングを施してある。さらに、図２Ｂでは電極膜６０を示しているが、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２Ｂの電極膜６０と同様の形状とされている。

そして、本実施形態の圧電素子１は、第１～第４振動領域２２１～２２４における電荷の変化を１つの圧力検出信号として出力するように構成されている。具体的には、各振動領域２２１～２２４は、バイモルフ構造とされており、図３に示されるように、各振動領域２２に形成される各下層電極膜６１、各中間電極膜６２、各上層電極膜６３がそれぞれ並列に接続されつつ、各振動領域２２間が直列に接続されている。そして、圧電素子１は、第１電極ｂ８１と第２電極部８２との電位差を圧力検出信号として出力する。この場合、例えば、第２電極部８２がグランドと接続され、圧電素子１は、グランドと第１電極部８１との電位差を圧力検出信号として出力する。

次に、このような圧電素子１における製造方法について、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを参照して簡単に説明する。なお、図４Ａ～図４Ｃは、図１Ｃに相当する部分の断面図である。

まず、図４Ａに示されるように、支持基板１１および絶縁膜１２を有する支持体１０上に、下地膜７０、圧電膜５０、電極膜６０、第１電極部８１、第２電極部８２等が形成されたものを用意する。つまり、図１Ｃに示す圧電素子１における凹部１０ａおよび第１～第４スリット４１～４４が形成されていないものを用意する。なお、図Ａの工程で構成される圧電膜５０および電極膜６０等は、振動部２０を構成する部分である。このため、図４Ａ中では、振動領域２２の一面２２ａおよび他面２２ｂと同じ符号を付してある。また、第１電極部８１および第２電極部８２は、図４Ａとは別断面に形成されている。

ここで、下地膜７０、圧電膜５０、および電極膜６０等は、一般的なスパッタやエッチング等を適宜行うことによって構成される。この場合、支持体１０上に下地膜７０や電極膜６０としての下層電極膜６１を形成する際、下地膜７０および下層電極膜６１は、下地膜７０および下層電極膜６１の線膨張係数が支持体１０の線膨張係数より大きいため、引張応力が残存する状態で形成される。このため、そのまま圧電膜５０を形成した場合、圧電膜５０は、下地膜７０および下層電極膜６１の引張応力に起因する引張応力が残存した状態で形成され易い。そして、圧電膜５０に引張応力が残存していると、圧電素子１の特性変動が発生し易い。したがって、圧電膜５０を成膜する際には、例えば、次のようにすることが好ましい。

例えば、上層圧電膜５２を成膜する際には、下層圧電膜５１を成膜する際よりも、スパッタ時に印加する電圧を大きくすることにより、上層圧電膜５２に圧縮応力が発生するようにすることが好ましい。これにより、下層圧電膜５１の引張応力と上層圧電膜５２の圧縮応力とが相殺され、圧電膜５０の全体として内部に残存する応力を低減できる。この場合、上層圧電膜５２を複数回のスパッタによって成膜するようにしてもよい。そして、上層圧電膜５２のうちの、下層圧電膜５１側の部分では引張応力が発生するようにすると共に下層圧電膜５１と反対側となる最上層側の部分に圧縮応力が発生するようにすることにより、圧電膜５０として内部に残存する応力を低減するようにしてもよい。

次に、図４Ｂに示されるように、図示しないマスクを用いて異方性ドライエッチングを行い、圧電膜５０を貫通して支持体１０に達する第１～第４スリット４１～４４を形成する。これにより、後述する凹部１０ａを形成することで振動領域２２となる振動領域構成部分２２０が構成される。なお、第２、第３スリット４３、４４は、図４Ｂとは別断面に形成される。また、振動領域構成部分２２０は、凹部１０ａを形成することで振動領域２２となる部分である。このため、図中では、振動領域構成部分２２０の一面、他面、および側面に対して振動領域２２の一面２２ａ、他面２２ｂ、および側面２２ｃと同じ符号を付してある。

続いて、図４Ｃに示されるように、図示しないマスクを用い、支持基板１１の他面１１ｂから絶縁膜１２を貫通して下地膜７０に達するようにエッチングを行って凹部１０ａを形成する。本実施形態では、支持基板１１を異方性ドライエッチングで除去した後、絶縁膜１２を等方性ウェットエッチングで除去して凹部１０ａを形成する。これにより、振動領域構成部分２２０が支持体１０から浮遊して振動領域２２が構成され、図１に示す圧電素子１が製造される。

なお、この工程では、特に図示しないが、上層圧電膜５２や上層電極膜６３を覆う保護レジスト等を配置して凹部１０ａを形成するようにしてもよい。これにより、凹部１０ａを形成する際に振動領域２２が破壊されることを抑制できる。但し、保護レジストは、凹部１０ａが形成された後に除去される。

以上が本実施形態における圧電素子１の構成である。次に、このような圧電素子１を用いた圧電装置Ｓ１０について説明する。

本実施形態の圧電装置は、図５に示されるように、圧電素子１がケーシング１００に収容されて構成されている。ケーシング１００は、圧電素子１および所定の信号処理等を行う回路基板１１０が搭載されるプリント基板１０１と、圧電素子１および回路基板１１０を収容するようにプリント基板１０１に固定される蓋部１０２とを有している。なお、本実施形態では、プリント基板１０１が被実装部材に相当する。

プリント基板１０１は、特に図示しないが、配線部やスルーホール電極等が適宜形成された構成とされており、必要に応じて図示しないコンデンサ等の電子部品等も搭載されている。そして、圧電素子１は、支持基板１１の他面１１ｂが接着剤等の接合部材２を介してプリント基板１０１の一面１０１ａに搭載されている。回路基板１１０は、導電性部材で構成される接合部材１１１を介してプリント基板１０１の一面１０１ａに搭載されている。そして、圧電素子１のパッド部８１ｃと回路基板１１０とは、ボンディングワイヤ１２０を介して電気的に接続されている。なお、圧電素子１のパッド部８２ｃは、図５とは別断面において、ボンディングワイヤ１２０を介して回路基板１１０と電気的に接続されている。蓋部１０２は、金属、プラスチック、または樹脂等で構成されており、圧電素子１および回路基板１１０を収容するように、図示しない接着剤等の接合部材を介してプリント基板１０１に固定されている。

そして、本実施形態では、プリント基板１０１のうちのセンシング部３０と対向する部分に、外部空間と連通した貫通孔１０１ｂが形成されている。具体的には、貫通孔１０１ｂは、略円筒状とされており、法線方向において、中心軸が振動領域２２のうちの中心部Ｃと一致するように形成されている。

以上が本実施形態における圧電装置Ｓ１０の構成である。以下、ケーシング１００内において、貫通孔１０１ｂが形成される部分と振動領域２２との間の空間を受圧面空間Ｓ１とする。また、振動領域２２を挟んで受圧面空間Ｓ１と反対側に位置する空間を含み、当該空間とスリット４０を介さずに連続した空間をバック空間Ｓ２とする。なお、バック空間Ｓ２は、ケーシング１００内の空間において、受圧面空間Ｓ１と異なる空間であるともいうことができ、受圧面空間Ｓ１を除いた空間ということもできる。さらに言い換えると、受圧面空間Ｓ１は、振動領域２２におけるケーシング１００に形成された貫通孔１０１ｂ側の面（すなわち、本実施形態では他面２２ｂ）を押圧するのに影響する空間ともいえる。バック空間Ｓ２は、振動領域２２におけるケーシング１００に形成された貫通孔１０１ｂ側と反対側の面（すなわち、本実施形態では一面２２ａ）を押圧するのに影響する空間ともいえる。

次に、上記圧電装置Ｓ１０における作動および効果について説明する。

本実施形態の圧電装置Ｓ１０では、受圧面空間Ｓ１に圧力としての音圧が導入されて振動領域２２（すなわち、センシング部３０）に音圧が印加されると、振動領域２２が振動する。そして、下層圧電膜５１および上層圧電膜５２には、振動領域２２の変位に応じた応力に基づく電荷が発生する。したがって、このような圧電装置Ｓ１０では、第１電極部８１および第２電極部８２から当該電荷を取り出すことにより、音圧が検出される。

この際、振動領域２２（すなわち、圧電膜５０）に発生する応力は、振動領域２２が支持されている固定端側が中心部Ｃより大きくなり易い。このため、本実施形態の圧電素子１では、上記のように、振動領域２２が、応力が大きくなり易い第１領域Ｒ１と、応力が小さくなり易い第２領域Ｒ２とに分けられている。そして、圧電素子１では、第１領域Ｒ１に配置されている下層電極膜６１、上層電極膜６３、中間電極膜６２が第１、第２電極部８１、８２と接続され、第１領域Ｒ１に位置する下層圧電膜５１および上層圧電膜５２に発生する電荷が取り出されるようにしている。これにより、ノイズの影響が大きくなることを抑制できる。

ここで、圧電素子１における振動領域２２の共振周波数ｆ（以下では、単に圧電素子１の共振周波数ｆともいう）は、梁となる振動領域２２のバネ定数ｋと、振動領域２２の質量ｍに依存し、下記数式１で示される。

この場合、上記のような圧電素子１では、圧電膜５０が１μｍ程度の薄膜とされているため、質量ｍを軽量化することが困難である。このため、本実施形態では、振動領域２２を両持ち支持構造とし、バネ定数ｋを大きくするようにしている。これにより、共振周波数ｆを大きくできる。

例えば、図２Ａに示されるように、第１スリット４１と振動領域２２の中心部Ｃとの間の長さを第１長さＸとし、第２スリット４２と振動領域２２の中心部Ｃとの間の長さを第２長さＹとする。本実施形態では、上記のように第１～第４スリット４１～４４のスリット長さＬが等しくされているため、第１長さＸと第２長さＹとが等しくなる。そして、第１長さＸと第２長さＹとの和を連結長さ（すなわち、Ｘ＋Ｙ）とすると、連結長さと共振周波数ｆとの関係は、図６のように示される。

具体的には、振動領域２２が両持ち支持されている場合、連結長さを長くするほどバネ定数（すなわち、剛性）が大きくなるため、振動領域２２が片持ち支持されている場合と比較すると、共振周波数ｆが大きくなることが確認される。このため、図７に示されるように、連結長さを調整することにより、共振周波数ｆを可聴域である２００００Ｈｚ（すなわち、２０ｋＨｚ）より大きくできる。言い換えると、連結長さを調整することにより、周波数が１０００Ｈｚ（すなわち、１ｋＨｚ）である場合の出力信号を基準（すなわち、０ｄＢ）とすると、出力信号が＋３ｄＢとなる周波数より大きい周波数に共振周波数ｆを存在させることができるようになる。これにより、検出感度を維持できる周波数を広域化できる。但し、本実施形態の振動領域２２は、圧電膜５０の厚さが１μｍ程度とされるため、連結長さが３００μｍ程度となると、共振周波数ｆが２２．５ｋＨｚ程度で飽和する。なお、出力信号が－３ｄＢより小さい周波数に低周波ロールオフ周波数が存在できるようにすることにより、さらに検出感度を維持できる周波数を広域化できる。この低周波ロールオフ周波数については、後述の第８実施形態にて具体的に説明する。

一方、図８に示されるように、連結長さを長くするほどバネ定数が大きくなって振動領域２２が変形し難くなるため、発生応力比が小さくなる。つまり、連結長さを長くするほど感度が低くなる。この場合、図９に示されるように、入力される音圧の周波数が一定であるとすると、感度を低くすることにより、ＡＯＰ（Acoustic Over Pointの略）を大きくできる。したがって、連結長さは、使用される用途に応じて調整されることが好ましい。なお、図８中の発生応力比は、振動領域２２が片持ち支持されている場合の振動領域２２と支持領域２１ａとの境界に発生する応力を基準としている。そして、発生応力比は、当該基準の応力に対する、振動領域２２が両持ち支持されている場合の振動領域２２と支持領域２１ａとの境界に発生する応力の比を示している。

以上説明した本実施形態によれば、圧電素子１は、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、振動領域２２が片持ち支持されている場合と比較すると、共振周波数ｆを大きくできる。したがって、検出感度を維持できる周波数を広域化でき、検出精度の向上を図ることができる。

（１）本実施形態では、圧電素子１の共振周波数ｆを２０ｋＨｚ以上とすることもできる。このため、このような圧電素子１では、共振周波数ｆを可聴域外にすることができ、可聴域での検出感度を維持できる周波数を広域化できる。

（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態の変形例について説明する。上記のように、連結長さは、用途および検出感度との関係に応じて適宜調整されることが好ましい。この場合、図１０Ａに示されるように、第１スリット４１および第３スリット４３と、第２スリット４２および第４スリット４４とのスリット長さＬが異なるように形成されていてもよい。そして、第１長さＸおよび第２長さＹは、同じ距離とされていなくてもよく、第１長さＸが第２長さＹより短くされていてもよい。また、特に図示しないが、第１長さＸおよび第２長さＹは、第１長さＸが第２長さＹより長くされていてもよい。

さらに、第１～第４スリット４１～４４は、図１０Ｂに示されるように、振動領域２２における第１領域Ｒ１のみに形成されていてもよい。また、特に図示しないが、第１～第４スリット４１～４４のスリット長さＬがそれぞれ異なるように形成されていてもよい。

このように、本実施形態の圧電素子１は、第１～第４スリット４１～４４のスリット長さＬが適宜変更可能であり、搭載される製品に応じて変更可能である。したがって、本実施形態の圧電素子１では、搭載される製品の選択性の向上を図ることもできる。

また、振動領域２２における平面形状は、適宜変更可能である。例えば、振動領域２２は、図１１Ａ～図１１Ｇに示されるように、平面形状が、六角形状、八角形上、十角形状、十二角形状、十四角形状、十六角形状、または円形状とされていてもよい。また、特に図示しないが、振動領域２２は、その他の多角形状とされていてもよい。なお、図１１Ａ～図１１Ｇでは、振動領域２２に形成されるスリット４０を省略しているが、振動領域２２には、それぞれスリット４０が形成される。例えば、図１１Ａのように振動領域２２の平面形状が六角形状である場合、スリット４０は、振動領域２２の外形の各角部から中心部Ｃに向かって６本形成される。また、図１１Ｇのように振動領域２２の平面形状が円形状である場合、スリット４０は、所望する複数本が周方向に均等に形成される。

さらに、図１２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１２のように電荷領域６０ａに分割される。この場合、図１３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２実施形態）
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、第１～第４スリット４１～４４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。

本実施形態の圧電素子１では、図１４に示されるように、第１～第４スリット４１～４４は、法線方向において、中心部Ｃに向かってスリット幅ｇが狭くされたテーパ状とされている。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、第１～第４スリット４１～４４が振動領域２２の中心部Ｃに向かってスリット幅ｇが狭くなるテーパ状とされている。このため、振動領域２２に音圧が印加されて振動領域２２が撓んだ際、撓んだ状態での第１～第４スリット４１～４４のスリット幅ｇが均一化し易くなる。言い換えると、振動領域２２が撓んだ際、第１～第４スリット４１～４４は、法線方向において、支持領域２１ａ側の部分と中心部ｃ側の部分とでスリット幅ｇが均一化し易くなる。したがって、第１～第４スリット４１～４４内で局所的な音圧の抜け易さに差が発生し難くなり、ノイズを小さくできる。このため、さらに検出精度の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
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、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との区画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。

本実施形態の圧電素子１は、上記第１実施形態と同様の構成とされてあり、振動領域２２が両持ち支持されている。ここで、図１５に示されるように、振動領域２２の他面２２ｂ側から音圧が印加されたとする。この場合、図１６に示されるように、振動領域２２には、支持領域２１ａ側に最大曲げモーメントＭｍａｘが発生し、中心部Ｃにも大きな曲げモーメントが発生する。なお、圧電膜５０には、図１７に示されるように、下層圧電膜５１と上層圧電膜５２とに反対の応力が発生している。また、圧電膜５０には、支持領域２１側の外縁部分と、中心部Ｃ側の内縁部分とにおいて、反対の応力が発生している。つまり、圧電膜５０には、第１領域Ｒ１に位置する部分と、中心部Ｃ側に位置する部分とにおいて、反対の応力が発生している。

したがって、本実施形態では、図１８に示されるように、振動領域２２の中心部Ｃ、およびその周辺部を含む中心領域２２５も第１領域Ｒ１とし、この中心領域２２５の電荷も取り出すようにしている。なお、中心領域２２５は、第１～第４振動領域２２１～２２４における中心部Ｃ側の領域にて構成される領域ともいえる。

具体的には、本実施形態では、図１９に示されるように、中心領域２２５の電荷が第１～第４振動領域２２１～２２４の電荷と合算して出力されるようにしている。詳しくは、本実施形態の圧電素子１には、第１電極部８１および第２電極部８２に加え、第３電極部８３および第４電極部８４が形成されている。中心領域２２５では、下層電極膜６１および上層電極膜６３が第３電極部８３と電気的に接続され、中間電極膜６２が第４電極部８４と接続されている。なお、中間電極膜６２と接続される第４電極部８２は、第２電極部８２と同様に、例えば、グランドに接続される。また、圧電膜５０には、第１領域Ｒ１に位置する部分と、中心領域２２５に位置する部分とにおいて、反対の応力が発生している。このため、圧電素子１は、第１電極部８１と第２電極部８２との電位差に基づく出力と、第３電極部８３と第４電極部８４との電位差に基づく出力との差分を全体の圧力検出信号として出力する。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、振動領域２２における中心領域２２５の電荷も取り出すようにしている。このため、検出感度の向上を図ることができる。

（第４実施形態）
第４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、振動領域２２の構成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。

本実施形態の圧電素子１では、図２０および図２１に示されるように、第１～第４スリット４１～４４が振動領域２２の中心部Ｃまで延設されている。すなわち、第１～第４スリット４１～４４は、中心部Ｃで交差するように形成されている。このため、第１～第４振動領域２２１～２２４は、第１～第４スリット４１～４４によって区画された状態となっている。なお、図２０は、図２１中のXX－XX線に沿った断面図に相当している。また、図２１は、断面図ではないが、理解をし易くするため、後述する連結部材９０にハッチングを施してある。

そして、本実施形態では、第１～第４スリット４１～４４のうちの中心部Ｃおよびその近傍に連結部材９０が埋め込まれている。本実施形態では、この連結部材９０によって第１～第４振動領域２２１～２２４が一体化され、振動領域２２が支持領域２１ａに両持ち支持された状態となっている。本実施形態の連結部材９０は、圧電膜５０よりも剛性の低い材料で構成され、例えば、イオン液体にポリイミド成分を混ぜた材料が１５０℃程度の熱処理で硬化されたもので構成される。なお、イオン液体とは、イオンのみ（すなわち、アニオンおよびカチオン）から構成される塩の液体化合物のことである。

このような圧電素子１は、例えば、次のように製造される。すなわち、上記図４Ｂの工程で第１～第４スリット４１～４４を形成する際、第１～第４スリット４１～４４が振動領域２２の中心部Ｃで交差するようにする。その後、上層電極膜６３等を覆うようにフォトレジスト等を配置し、連結部材９０が配置される部分に開口部が形成されるようにフォトレジストをパターニングする。次に、スピンコート法等により、第１～第４スリット４１～４４に連結部材９０を埋め込み、加熱処理を行って硬化する。続いて、フォトレジストを除去するリフトオフを行うことにより、第１～第４スリット４１～４４に連結部材９０が配置された状態とする。その後、上記図４Ｃの工程を行うことにより、図２０および図２１に示す圧電素子１が製造される。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のように、連結部材９０によって振動領域２２を両持ち支持するようにしてもよい。

（２）本実施形態では、連結部材９０は、圧電膜５０よりも剛性の低い材料で構成されている。このため、連結部材９０が圧電素子１の検出感度に影響することを抑制できる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、振動領域２２の構成を変更したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の圧電素子１では、図２２および図２３に示されるように、第１～第４スリット４１～４４に連結部材９０が配置されておらず、振動領域２２の一面２２ａ上に連結部材９１が配置されている。なお、図２２は、図２３中のXXII－XXII線に沿った断面図に相当している。また、図２３は、断面図ではないが、理解をし易くするため、後述する連結部材９１にハッチングを施してある。

具体的には、連結部材９１は、振動領域２２の一面２２ａ上において、第１～第４スリット４１～４４のうちの中心部Ｃおよびその近傍の部分を被覆する（すなわち、跨ぐ）ように配置されている。本実施形態では、このようにして第１～第４振動領域２２１～２２４が一体化され、振動領域２２が支持領域２１ａに両持ち支持された状態となっている。なお、連結部材９１は、圧電膜５０よりも剛性の低い材料で構成され、例えば、ポリイミド等によって構成される。より詳しくは、連結部材９０は、ポリジメチルシロキサン（すなわち、ＰＤＭＳ）等によって構成される。

このような圧電素子１は、例えば、次のように製造される。すなわち、第１～第４スリット４１～４４を振動領域２２の中心部Ｃで交差するように形成した後、スピンコート法等によって連結部材９１を配置する。なお、本実施形態では、スピンコート法を行った際に第１～第４スリット４１～４４内に連結部材９１が入り込まないように、連結部材９１の粘性が調整されている。続いて、フォトレジストを用いて連結部材９１をパターニングする。その後、上記図４Ｃの工程を行うことにより、上記図２２および図２３に示す圧電素子１が製造される。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のように、連結部材９１によって振動領域２２を両持ち支持するようにしてもよい。

（２）本実施形態では、連結部材９１が圧電膜５０よりも剛性の低い材料で構成されているため、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
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。

本実施形態の圧電素子１について、図２４Ａおよび図２４Ｂを参照しつつ説明する。なお、図２２では、スリット４０を省略して示している。但し、スリット４０は、実際には、上記第１実施形態と同様に、振動領域２２の平面形状における各角部から中心部Ｃに向かって延設されている。

振動領域２２は、図２４Ａに示されるように、法線方向において、外形が正八角形状とされている。つまり、支持体１０の凹部１０ａは、開口部の形状が正八角形状とされている。以下、振動領域２２が正八角形状とされている理由について説明する。上記のように、本実施形態では、支持基板１１がシリコンで構成されている。このため、凹部１０ａの開口部の形状（すなわち、振動領域２２の外形）を正八角形状とすることにより、支持基板１１における凹部１０ａの開口端（すなわち、振動領域２２の外側端部）の局所箇所に歪が集中することを抑制できる。このため、振動領域２２における支持領域２１ａとの境界部の局所箇所に歪が集中することを抑制できる。

また、本実施形態の電極膜６０は、図２４Ｂに示されるように、法線方向において、第１領域Ｒ１に形成される部分の外形が正八角形状とされている。つまり、電極膜６０は、第１領域において、外縁部が凹部１０ａの開口端と略一致するように形成されている。そして、電極膜６０は、第１領域Ｒ１に形成される部分がスリット４０とは異なる電極膜用スリット６０ｂによって分離されている。具体的には、電極膜用スリット６０ｂは、６本形成されており、各電極膜用スリット６０ｂ内の所定箇所を結んで構成される仮想形状（以下では、単に仮想形状ともいう）ＫＳが六角形状となるように形成されている。より詳しくは、電極膜用スリット６０ｂは、各電極膜用スリット６０ｂと電極膜６０の外形とが交差する部分を結んで構成される仮想形状が六角形状となるように形成されている。

なお、ここでの電極膜６０の第１領域Ｒ１に位置する部分の外形とは、上記のように、電極膜６０における第１領域Ｒ１に位置する部分の外形線および当該外形線の延長線で構成される形状のことである。

以下、電極膜６０の仮想形状ＫＳが六角形状とされている理由について説明する。上記のように、電極膜６０および圧電膜５０は、下層電極膜６１、下層圧電膜５１、中間電極膜６２、上層圧電膜５２、上層電極膜６３の順に積層されて配置されている。そして、下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３を形成する際には、金属膜を成膜した後、マスクを用いたドライエッチング等で金属膜を所望の形状にパターニングする。この際、マスクを用いているものの、下地となる下層圧電膜５１や上層圧電膜５２がエッチングされる可能性がある。この場合、圧電膜５０をＳｃＡｌＮやＡｌＮ等で構成した場合には六方晶構造となるため、電極膜６０の仮想形状ＫＳを六角形状とすることにより、圧電膜５０の表面がエッチングされた際に圧電膜５０の結晶性が崩れることを抑制できる。つまり、電極膜用スリット６０ｂが形成される部分を圧電膜５０の結晶構成に合わせることにより、圧電膜５０の特性が変動することを抑制できる。

そして、本実施形態の圧電素子１は、図２５に示されるように、各電極膜６１～６３の間の容量が接続される。本実施形態では、上記のように、電極膜６０がスリット４０とは別の電極膜用スリット６０ｂによって６個に分割されている。このため、本実施形態の圧電素子１は、６個に分割された領域２２６を有し、各領域２２６の容量に基づいた圧力検出信号を出力する。

なお、本実施形態の電極膜６０は、上記のように電極膜用スリット６０ｂによって分離されており、スリット４０によって分離されていない。このため、図２６に示されるように、電極膜６０は、スリット４０が形成される部分において、繋がった状態となっている。このような圧電素子１は、例えば、図４Ａおよび図４Ｂの工程を行う際、各膜を形成する毎にスリット４０または電極膜用スリット６０ｂを形成することによって製造される。例えば、下地膜７０を形成した後、下地膜７０上に金属膜を形成する。そして、金属膜をパターニングして下層電極膜６１を形成する際に電極膜用スリット６０ｂを形成する。その後、下層電極膜６１上に下層圧電膜５１を形成し、中間電極膜６２を形成する前に、下層圧電膜５１に、下層圧電膜５１のみを貫通するスリット４０を形成すればよい。その後、中間電極膜６２、上層圧電膜５２、および上層電極膜６３も同様に形成することにより、本実施形態の圧電素子１が製造される。

また、本実施形態の電極膜６０は、実際には、中心部Ｃと反対側の外縁端部が第１領域Ｒ１の外側まで形成されていると共に、内縁端部が第２領域Ｒ２内まで形成されている。このため、金属膜を成膜した後に当該金属膜を所望の形状にパターニングして中間電極膜６２や上層電極膜６３を形成する際、電極膜用スリット６０ｂと異なる部分では、圧電膜５０が除去されたとしても、第１領域Ｒ１外の圧電膜５０が除去される。したがって、仮想形状ＫＳを六角形状とすることにより、検出精度が低下することを抑制できる。

また、振動領域２２および電極膜６０の仮想形状ＫＳは、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る。本実施形態では、法線方向において、電極膜６０の仮想形状ＫＳが六角形状とされ、振動領域２２の外形が正八角形状とされている。そして、振動領域２２および電極膜６０は、電極膜６０の仮想形状ＫＳにおける相対する２つの頂点と、振動領域２２の外形における相対する２つの頂点とが一致するように配置されている。言い換えると、振動領域２２における相対する２つの頂点を結ぶ仮想線Ｋ３上に、電極膜６０の仮想形状ＫＳにおける相対する２つの頂点が配置されている。

さらに、本実施形態の圧電素子１（すなわち、振動部２０）は、上記のように平面矩形状とされている。そして、振動領域２２および電極膜６０の仮想形状ＫＳは、圧電素子１の外形における相対する角部を結ぶ仮想線Ｋ４上と異なる部分に各角部が位置するように形成されている。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、法線方向において、振動領域２２および電極膜６０は、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る。このため、振動領域２２に音圧が印加された際、電極膜６０から均等に電荷を取り出し易くできる。したがって、検出感度が低下することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

（２）本実施形態では、振動領域２２および電極膜６０の仮想形状ＫＳは、圧電素子１の外形における相対する角部を結ぶ仮想線Ｋ４上と異なる部分に各角部が位置するように形成されている。このため、検出精度が低下することを抑制できる。すなわち、圧電素子１では、相対する角部を結ぶ仮想線Ｋ４上となる部分が熱応力等によって歪易い。この場合、振動領域２２の角部または電極膜６０の仮想形状ＫＳの角部が仮想線Ｋ４上に位置していると、変形し易い角部に大きな熱応力が印加され易くなり、ノイズが大きくなり易い。したがって、本実施形態のように、振動領域２２および電極膜６０の角部が仮想線Ｋ４上と異なる部分に位置するようにすることにより、検出精度が低下することを抑制できる。

（３）本実施形態では、電極膜６０の仮想形状ＫＳが六角形状とされている。このため、電極膜６０をパターニングして構成する際に圧電膜５０の結晶性が崩れることを抑制できる。したがって、圧電素子１の特性が変動することを抑制できる。

（４）本実施形態では、振動領域２２の外形が正八角形状とされている。このため、振動領域２２の局所箇所に歪が集中することを抑制できる

（第６実施形態の変形例）
上記第６実施形態の変形例について説明する。上記第６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６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２７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Ｋ３上に、電極膜６０における仮想形状ＫＳにおけ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Ｋ４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２７では、図２４Ａと同様に、スリット４０の図示を省略している。

さらに、上記第６実施形態において、第１実施形態の変形例と同様に、電極膜６０は、図２８に示されるように、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。そして、図２９に示されるように、分割された各電荷領域６０ａがそれぞれ直列に接続されるようにしてもよい。なお、電極膜６０をこのように構成する場合、圧電膜５０に形成されるスリット４０によって電極膜６０を形成するようにしてもよい。

（第７実施形態）
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、圧電装置Ｓ１０の貫通孔１０１ｂの形成場所を特定したものである。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。

本実施形態の圧電装置Ｓ１０では、図３０および図３１に示されるように、第１～第４スリット４１～４４は、プリント基板１０１に形成された貫通孔１０１ｂと対向する部分と異なる部分に形成されている。言い換えると、貫通孔１０１ｂは、プリント基板１０１のうちの第１～第４スリット４１～４４と対向する部分と異なる部分に形成されている。なお、図３０では、貫通孔１０１ｂと対向する部分を破線で示している。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、第１～第４スリット４１～４４がプリント基板１０１に形成された貫通孔１０１ｂと対向する部分と異なる部分に形成されている。このため、音圧が第１～第４スリット４１～４４を通じてバック空間Ｓ２にそのまま流れ込むことを抑制できる。これにより、第１～第４スリット４１～４４のブラウン運動に起因するノイズを低減できる。また、第１～第４スリット４１～４４にダスト等の異物が堆積することを抑制できる。

（第８実施形態）
第８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Ｌ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。

本実施形態の圧電装置Ｓ１０は、基本的には第１実施形態と同様であり、図３２に示すように構成とされている。なお、図３２中の圧電素子１は、図１Ｃの圧電素子１に相当している。また、図３２は、後述する音響抵抗Ｒｇ等を模式的に示している。この場合、圧電装置Ｓ１０における感度は、圧電素子１の音響コンプライアンスをＣｍとし、バック空間Ｓ２の音響コンプライアンスをＣｂとすると、１／｛（１／Ｃｍ）＋（１／Ｃｂ）｝で示される。なお、音響コンプライアンスＣｂは、下記数式２で示される。

上記数式２において、Ｖｂはバック空間Ｓ２の容積であり、ρ０は空気密度であり、ｃは音速である。そして、音響コンプライアンスＣｂは、バック空間Ｓ２の容積Ｖｂに比例する。このため、音響コンプライアンスＣｂの感度に対する影響は、バック空間Ｓ２が小さくなるほど小さくなる。そして、現状では、圧電装置Ｓ１０の小型化が望まれており、圧電装置Ｓ１０の小型化を図ることでバック空間Ｓ２も小さくなる。したがって、圧電装置Ｓ１０の感度は、圧電素子１の音響コンプライアンスＣｍの影響が大きくなる。

ここで、上記第１実施形態では、圧電素子１の共振周波数を大きくすることによって感度を維持できる周波数を広域化している。この場合、低周波ロールオフ周波数を小さくすることによっても、感度を維持できる的周波数を広域化できる。このため、本実施形態では、低周波ロールオフ周波数を小さくするようにしている。

まず、低周波ロールオフ周波数ｆｒは、スリット４０（すなわち、第１～第４スリット４１～４４）による音響抵抗（すなわち、空気抵抗）をＲｇとすると、下記数式３で示される。

このため、低周波ロールオフ周波数ｆｒを小さくするためには、音響抵抗Ｒｇまたはバック空間Ｓ２の音響コンプライアンスＣｂを大きくすればよい。但し、音響コンプライアンスＣｂは、上記数式２のように、バック空間Ｓ２の容積Ｖｂに比例する。そして、現状では、圧電装置Ｓ１０の小型化が望まれている。このため、低周波ロールオフ周波数ｆｒを小さくするためには、音響抵抗Ｒｇを大きくすることが好ましい。そして、音響抵抗Ｒｇは、下記数式４で示される。

上記数式４において、μは、空気の摩擦抵抗であり、ｈは振動領域２２の厚さであり、ｇはスリット４０のスリット幅ｇであり、Ｌは各振動領域２２におけるスリット４０のスリット長さＬである。なお、本実施形態では、第１～第４スリット４１～４４のスリット幅ｇが互いに等しいと共に、第１～第４スリット４１～４４のスリット長さＬが互いに等しいとしている。

そして、低周波ロールオフ周波数ｆｒを可聴域外となる２０Ｈｚ以下とするには、下記数式５を満たすようにすればよい。

この場合、数式５を変更すると下記数式６となる。そして、数式６を数式４に基づいて変更すると下記数式７となる。

このため、低周波ロールオフ周波数ｆｒを２０Ｈｚ以下にするためには、スリット長さＬ、スリット幅ｇ、振動領域２２の厚さｈ、バック空間Ｓ２の音響コンプライアンスＣｂが上記数式７を満たすように形成されていればよい。そして、本実施形態では、上記数式７を満たすように、スリット長さＬが調整されている。

ここで、例えば、振動領域２２の厚さｈを１μｍにした場合、図３３に示されるように、音響抵抗Ｒｇは、スリット幅ｇが長くなるにつれて小さくなると共に、スリット長さＬが長くなるにつれて小さくなることが確認される。また、スリット幅ｇを１μｍとした場合、図３４に示されるように、音響抵抗Ｒｇは、振動領域２２の厚さｈを厚くするにつれて小さくなると共に、スリット長さＬが長くなるにつれて小さくなることが確認される。そして、図３５に示されるように、例えば、音響抵抗が１００Ｈｚ程度となるスリット長さＬが７００μｍである場合を基準とすると、スリット長さＬは、１５０μｍ程度であれば、２０Ｈｚ以下とできることが確認される。

なお、図３５では、スリット長さＬが７００μｍである場合を基準としているため、スリット長さＬが７００μｍである場合の音響抵抗比率が１となる。また、図３５は、バック空間Ｓ２の音響コンプライアンスＣｂに影響するバック空間Ｓ２の容積を４×１０^－９ｍ^３としている。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、スリット長さＬ、スリット幅ｇ、振動領域２２の厚さｈ、バック空間Ｓ２の音響コンプライアンスＣｂは、上記数式７を満たすように形成されている。このため、低周波ロールオフ周波数ｆｒを２０Ｈｚ以下にでき、感度を維持できる範囲を広くできる。

（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。本実施形態は、第８実施形態に対し、スリット４０の形状を変更したものである。その他に関しては、第８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８実施形態では、スリット幅ｇが振動領域２２の厚さ方向に沿って一定である構成について説明した。しかしながら、スリット４０は、スリット幅ｇが振動領域２２の厚さ方向に沿って変化するようにしてもよく、例えば、図３６に示されるように、スリット幅ｇが３段階で変化する形状とされていてもよい。具体的には、本実施形態では、スリット４０（すなわち、第１～第４スリット４１～４４）は、振動領域２２の他面２２ｂ側から一面２２ａ側に向かって、スリット幅ｇがｇ１、ｇ２、ｇ３の順に広くなるように形成されている。

この場合、スリット長さＬは、下記数式８で示される。なお、下記数式８では、振動領域２２において、スリット幅がｇ１となる部分の厚さを振動領域２２の厚さｈ１とし、スリット幅がｇ２となる部分の厚さを振動領域２２の厚さｈ２とし、スリット幅がｇ３となる部分の厚さを振動領域２２の厚さｈ３としている。

また、スリット４０は、他面２２ｂ側の幅をｇ１とすると共に一面２２ａ側の幅をｇ３とした場合、他面２２ｂと一面２２ａとの間の変化する段数を変化させると、音響抵抗Ｒｇが図３７に示されるようになる。具体的には、他面２２ｂ側のスリット幅ｇ１と一面２２ａ側のスリット幅ｇ３とが同じである場合、変化する段数が少ない方が音響抵抗Ｒｇが大きくなり易いことが確認される。そして、低周波ロールオフ周波数ｆｒは、上記数式３より、音響抵抗Ｒｇが大きい方が小さくなる。このため、スリット４０のスリット幅ｇを振動領域２２の厚さ方向に沿って変化させる場合には、バック空間Ｓ２の音響コンプライアンスＣｂを考慮して段数を調整することが好ましい。なお、図３７は、他面２２ｂ側のスリット幅ｇ１を０．８μｍとすると共に振動領域２２の全体の厚さｈを１μｍとし、一面２２ａ側のスリット幅ｇ３を変化させた場合の図である。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のように、スリット４０は、振動領域２２の厚さ方向に沿ってスリット幅ｇが一定とされていなくてもよい。

（第１０実施形態の変形例）
上記第１０実施形態の変形例について説明する。上記第１０実施形態において、スリット４０（すなわち、第１～第４スリット４１～４４）の形状は、適宜変更可能である。例えば、図３８Ａに示されるように、第１～第４スリット４１～４４は、他面２２ｂ側のスリット幅ｇが一定とされ、一面２２ａ側のスリット幅ｇが徐々に広くなるテーパ状とされていてもよい。また、図３８Ｂに示されるように、第１～第４スリット４１～４４は、振動領域２２の厚さ方向における中央部でのスリット幅ｇが最も狭くなる構成とされていてもよい。そして、図３８Ｃに示されるように、第１～第４スリット４１～４４は、振動領域２２の厚さ方向において、振動領域２２のスリット幅ｇが狭い部分と広い部分とが交互に形成されるようにしてもよい。

（第１０実施形態）
第１０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。

本実施形態の圧電装置Ｓ１０では、図３９に示されるように、接合部材２は、法線方向において、外形が角部を有する矩形状とされている。そして、接合部材２は、圧電素子１における支持基板１１の他面１１ｂにおいて、圧電素子１の角部となる部分と異なる部分に接合されている。本実施形態では、接合部材２は、法線方向において、圧電素子１における相対するそれぞれの辺部から、接合部材２の各角部が突出するように配置されている。また、接合部材２は、接合部材２の角部が、圧電素子１の外形における相対する角部を結ぶ仮想線Ｋ４上と異なる部分に位置するように配置されている。なお、本実施形態の接合部材２は、外形が予め規定された接合シートを用いて構成されている。

また、本実施形態の電極膜６０および振動領域２２は、上記第６実施形態と同様に、電極膜６０が六角形状とされ、振動領域２２が正八角形状とされている。そして、電極膜６０および振動領域２２は、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る。なお、図３９では、スリット４０を省略して示してある。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、接合部材２は、圧電素子１における外形の角部と異なる部分に配置されている。このため、プリント基板１０１から圧電素子１のうちの変形が大きくなり易い角部に熱応力が伝搬されることを抑制できる。したがって、伝搬された熱応力によって圧電素子１が変形し難くなり、振動領域２２が変形し難くなる。これにより、検出感度が低下することを抑制でき、検出精度の向上を図ることができる。

（２）本実施形態では、接合部材２は、外形が角部を有する矩形状とされている。そして、接合部材２は、法線方向において、角部が仮想線Ｋ４上と異なる部分に位置するように配置されている。このため、圧電素子１の変形によって接合部材２の角部に応力が集中することを抑制でき、接合部材２が剥離する等の不具合が発生することを抑制できる。

（第１０実施形態の変形例）
上記第１０実施形態の変形例について説明する。接合部材２は、図４０Ａ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４０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。

また、接合部材２は、プリント基板１０１に形成される貫通孔１０１ｂを基準として、図４１Ａ～図４１Ｃに示されるように配置されていてもよい。なお、図４１Ａ～図４１Ｃは、圧電素子１および接合部材２を支持基板１１の他面１１ｂ側から視た平面図である。また、図４１Ａ～図４１Ｃでは、振動領域２２を省略して示し、貫通孔１０１ｂと対向する部分を破線で示している。そして、図４１Ａ～図４１Ｃでは、支持基板１１に形成される凹部１０ａは、法線方向において、貫通孔１０１ｂと一致する形状とされている。

例えば、図４１Ａに示されるように、接合部材２は、法線方向において貫通孔１０１ｂを囲む環状とされていてもよい。また、図４１Ｂに示されるように、接合部材２は、法線方向において、一方向に延設された部分と、当該一方向と直交する部分に延設された＋字状とされていてもよい。そして、接合部材２は、図４１Ｃに示されるように、法線方向において、ひし形とされていてもよい。なお、図４１Ｂでは、接合部材２の角部が仮想線Ｋ４上に位置する構成となる。しかしながら、このような構成としても、接合部材２が圧電素子１の角部と異なる部分にのみ接合されることにより、熱応力が圧電素子１の角部に伝搬され難くなり、上記第１０実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第１１実施形態）
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、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。

本実施形態の圧電装置Ｓ１０では、図４２に示されるように、プリント基板１０１に突起部１０１ｃが形成されている。具体的には、突起部１０１ｃは、接合部材２の外形に合わせた形状とされ、プリント基板１０１の一部で構成されている。例えば、本実施形態の突起部１０１ｃは、プリント基板１０１のうちの圧電素子１と対向する部分であって、圧電素子１の角部と対向する部分と異なる部分に形成されている。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、プリント基板１０１に突起部１０１ｃが形成されている。このため、液状の接合部材２を塗布して配置する際、突起部１０１ｃ上に接合部材２を塗布することにより、圧電素子１と接合される接合部材２の外形を容易に調整できる。したがって、接合部材２として液状のものも用いることができ、接合部材２の選択性を向上できる。特に、上記第１０実施形態のように接合部材２の形状を調整する場合においては、容易に接合部材２の外形を調整できる。

（第１１実施形態の変形例）
上記第１１実施形態の変形例について説明する。上記第１１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。

（第１２実施形態）
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、スリット４０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。

本実施形態の圧電素子１では、圧電膜５０がＳｃＡｌＮで構成されている。そして、図４３に示されるように、第１スリット４１および第４スリット４４は、一面２２ａ側から他面２２ｂ側に向かって幅が狭くなるテーパ部４５が構成されるように形成されている。言い換えると、第１スリット４１および第４スリット４４は、側面２２ｃがテーパ部４５となるように形成されている。また、本実施形態の第１スリット４１および第４スリット４４は、一面２２ａ側から他面２２ｂ側に向かって連続的に幅が狭くなる形状とされている。つまり、第１スリット４１は、振動領域２２の側面２２ｃが略平面状となるように形成されている。

また、第１スリット４１および第４スリット４４は、振動領域２２における他面２２ｂと側面２２ｃとの成す角度（以下では、単に振動領域２２の成す角度ともいう）θ１が３９～８１°となるように形成されている。

なお、成す角度θ１は、スリット４０のテーパ角度ともいえる。また、第２スリット４２および第３スリット４３は、図４３とは別断面において、第１スリット４１および第４スリット４４と同様の形状とされている。図４３は、図１中のIC－IC線に沿った断面図に相当している。そして、振動領域２２は、一面２２ａと他面２２ｂとが平行とされている。本実施形態では、他面２２ｂが一面２２ａと平行な面に相当する。

次に、上記圧電素子１の製造方法について、図４４Ａ～図４４Ｃ、図４５、図４６を参照しつつ説明する。なお、図４４Ａ～図４４Ｃは、図１中のIC－IC線に沿った断面図に相当している。また、図４４Ａ～図４４Ｃでは、第１スリット４１および第４スリット４４に関する断面図を示しているが、第２、第３スリット４２、４３についても同様である。

まず、上記図４Ａと同様の工程を行い、第１～第４スリット４１～４４が形成されていないものを用意する。

続いて、図４４Ａに示されるように、上層電極膜６３等を覆うようにフォトレジスト等で構成されるエッチングマスク材２００を配置し、エッチングマスク材２００に、第１～第４スリット４１～４４が形成される部分が開口する開口部２０１を形成する。なお、第２、第３スリット４２、４３は、図４４Ａとは別断面に形成される。以下では、エッチングマスク材２００のうちの上層電極膜６３や上層圧電膜５２を覆う側の面を他面２００ｂとし、エッチングマスク材２００のうちの他面２００ｂと反対側の面を一面２００ａとし、開口部２０１の側面を側面２００ｃとする。

次に、図４４Ｂに示されるように、加熱処理を行うことにより、エッチングマスク材２００の開口部２０１の形状を調整する。具体的には、エッチングマスク材２００は、上層電極膜６３や上層圧電膜５２を覆うように配置されており、これらに固定される他面２００ｂ側の部分と、一面２００ａ側の部分とで熱収縮の仕方が異なる。より詳しくは、加熱処理を行った際、エッチングマスク材２００は、他面２００ｂ側の部分が熱収縮し難くなり、一面２００ａ側の部分が熱収縮し易くなる。このため、加熱処理を行うことにより、エッチングマスク材２００の他面２００ｂと側面２００ｃとの成す角度θ２（以下では、単にエッチングマスク材２００の成す角度θ２ともいう）を所望する振動領域２２の成す角度θ１に合わせて調整する。この場合、圧電膜５０とエッチングマスク材２００とは、別材料で構成されるため、通常は後述する異方性ドライエッチングを行った際のエッチングレートが異なる。したがって、エッチングレート等に基づき、振動領域２２の成す角度θ１が所望の値となるようにエッチングマスク材２００の成す角度θ２を調整する。なお、ここでのエッチングマスク材２００の成す角度θ２は、上記のように調整されるため、振動領域２２の成す角度θ１と一致する場合もあるが、振動領域２２の成す角度θ１と一致しない場合もある。

次に、図４４Ｃに示されるように、エッチングマスク材２００をマスクとして異方性ドライエッチングを行い、圧電膜５０を貫通して支持体１０に達する第１～第４スリット４１～４４を形成する。本実施形態では、テーパ部４５となる側面２２ｃを有する振動領域構成部分２２０が構成されるように第１～第４スリット４１～４４を形成する。

この際、上記のように、エッチングマスク材２００の成す角度θ２が振動領域２２の成す角度θ１に応じて調整されており、振動領域構成部分２２０の成す角度θ１は、３９～８１°とされる。なお、振動領域構成部分２２０は、凹部１０ａを形成することで振動領域２２となる部分である。このため、振動領域構成部分２２０の成す角度θ１と振動領域２２の成す角度θ１とは同じである。そして、図中では、振動領域構成部分２２０の一面、他面、および側面に対して振動領域２２の一面２２ａ、他面２２ｂ、および側面２２ｃと同じ符号を付してある。また、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、第１～第４スリット４１～４４に達しないように形状が調整されている。このため、この工程では、圧電膜５０および下地膜７０が異方性ドライエッチングされる。

その後、上記図４Ｃと同様の工程を行い、支持基板１１の他面１１ｂから絶縁膜１２を貫通して下地膜７０に達するようにエッチングを行って凹部１０ａを形成する。これにより、振動領域構成部分２２０が支持体１０から浮遊して振動領域２２が構成され、図１に示す圧電素子１が製造される。

次に、本実施形態の製造工程における振動領域構成部分２２０（すなわち、振動領域２２）の成す角度θ１について説明する。

まず、本発明者らの検討によれば、ＳｃＡｌＮ等の圧電膜５０を異方性ドライエッチングする場合、成す角度θ１が８１°以上になると、以下の現象が確認された。すなわち、成す角度θ１が８１°以上になると、エッチングされた原子が第１～第４スリット４１～４４の側面２２ｃに再堆積するリデポの影響により、加工性が低下する傾向にあることが確認された。さらに、本発明者らの検討によれば、ＳｃＡｌＮ等の圧電膜５０を異方性ドライエッチングする場合、成す角度θ１が６３°以上になると、以下の現象が確認された。すなわち、成す角度θ１が６３°以上になると、エッチングされた原子が第１～第４スリット４１～４４における一面２２ａ側の開口部の近傍に再堆積して構成されるフェンスの影響により、加工性が低下する傾向にあることが確認された。このため、第１～第４スリット４１～４４を形成する場合、成す角度θ１が６３°以下とされることが好ましい。これにより、フェンス等によって加工性が低下することを抑制できる。

また、圧電膜５０を構成するＳｃＡｌＮは、難エッチング材である。そして、本発明者らの検討によれば、圧電膜５０を貫通する第１～第４スリット４１～４４を形成する場合、圧電膜５０上にエッチングマスク材２００が残存するようにするためには、エッチングマスク材２００の膜厚を圧電膜５０の膜厚の１～５倍にすることが好ましいことが確認された。言い換えると、圧電膜５０を貫通する第１～第４スリット４１～４４を形成する場合、エッチングマスク材２００で覆われる圧電膜５０が異方性ドライエッチングで除去されないようにするためには、エッチングマスク材２００の膜厚を圧電膜５０の膜厚の１～５倍にすることが好ましいことが確認された。つまり、図４５に示されるように、圧電膜５０の膜厚をＡ１とすると、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２は、Ａ１～５Ａ１とされることが好ましい。なお、本実施形態の下地膜７０は、上記のように、圧電膜５０に対して極めて薄く形成されている。このため、下地膜７０の影響を無視している。また、圧電膜５０の膜厚Ａ１は、言い換えると、上記の振動領域２２の厚さｈに相当する。

また、第１～第４スリット４１～４４を形成する場合には、加工装置の露光制約の影響も受ける。本発明者らの検討によれば、現状の一般的な加工装置では、図４５に示されるように、第１～第４スリット４１～４４における一面２２ａ側の幅をスリット幅ｇとした場合、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２に対するスリット幅ｇの解像度は、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２の１／２～１／３が限界となることが確認された。したがって、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２がＡ１～５Ａ１で示されるため、スリット幅ｇは、Ａ１／３～５Ａ１／２の範囲が限界となる。

そして、上記のような圧電素子１では、第１～第４スリット４１～４４から音圧が抜け出る。この場合、図４６に示されるように、第１～第４スリット４１～４４の実効幅が長くなるほど低周波数での感度が低下する。このため、第１～第４スリット４１～４４は、実効幅が狭くなるように形成されることが好ましい。なお、第１～第４スリット４１～４４の実効幅とは、第１～第４スリット４１～４４の平均幅のことである。例えば、本実施形態のように第１～第４スリット４１～４４が一面２２ａから他面２２ｂに向かってスリット幅ｇが連続的に狭くなるテーパ状とされている場合には、一面２２ａ側の幅と他面２２ｂ側の幅との平均となる。

そして、本実施形態の第１～第４スリット４１～４４は、異方性ドライエッチングで形成されるため、側面２２ｃが略平面状となる。このため、感度が低下することを抑制できるように第１～第４スリット４１～４４における他面２２ｂ側の幅を略０と仮定し、圧電膜５０の膜圧をＡ１とし、一面２２ａ側のスリット幅をｇとすると、ｔａｎθ１＝Ａ１／（ｇ／２）となる。なお、ｇ／２は、スリット実効幅ともいえる。したがって、上記のようにスリット幅ｇがＡ１／３～５Ａ１／２であるため、ｔａｎθ１＝６～０．８となり、θ１＝３９～８１°が好適となる。つまり、第１～第４スリット４１～４４を形成する際、振動領域構成部分２２０の成す角度θ１が３９～８１°となるようにすることが好ましい。これにより、これにより、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２に起因して第１～第４スリット４１～４４の加工性が低下することを抑制できる。

なお、圧電膜５０の膜厚Ａ１に対するエッチングマスク材２００の膜厚Ａ２の比（以下では、膜厚比ともいう）と、成す角度との関係をまとめると、図４７に示されるようになる。そして、上記のように、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２に対するスリット幅ｇの解像度は、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２の１／２～１／３が限界となる。このため、成す角度θ１の下限となる３９°は、解像度がエッチングマスク材２００の１／２倍である場合となり、上限は、解像度がエッチングマスク材の１／３倍である場合となる。

ここで、比較例の圧電素子１として、圧電膜５０をＡｌＮ等のエッチングし易い材料を用い、振動領域２２の側面２２ｃが他面２２ｂに対して略垂直とされているものを挙げる。そして、比較例の圧電素子１におけるスリット４０の実効幅をｇとする。この場合、本実施形態の圧電素子１における実効幅がｇ以上となると、第１～第４スリット４１～４４のスリット幅ｇが広がり過ぎ、比較例の圧電素子１よりも感度が低下する可能性がある。

したがって、スリット４０は、実効幅が比較例の圧電素子１におけるスリット４０の実行幅以下となるように形成されることが好ましい。つまり、ｔａｎθ１が１以上となるように構成されることが好ましい。このため、θ１は、４５°以上とされることが好ましい。これにより、感度が低下することも抑制できる。この場合、θ１を６３°以下とすることにより、フェンス等によってスリット４０の加工性が低下することも抑制できる。

以上説明した本実施形態によれば、振動領域２２が両持ち支持されている。このため、圧電素子１の共振周波数ｆを大きくでき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、振動領域２２の成す角度θ１が３９～８１°とされている。このため、エッチングマスク材２００の膜厚Ａ２に起因してスリット４０の加工性が低下することを抑制でき、スリット４０を好適に形成できる。また、成す角度θ１が８１°以下であるため、リデポの影響を低減でき、加工性が低下することを抑制できる。

（２）本実施形態では、振動領域２２の成す角度θが６３°以下とされることにより、フェンスの影響によって加工性が低下することも抑制できる。

（３）本実施形態では、振動領域２２の成す角度θ１が４５°以上とされることにより、検出感度が低下することをさらに抑制できる。

なお、上記第９実施形態のように、振動領域２２の厚さ方向に沿って段階的にスリット４０を形成する場合にも本実施形態を適用できる。この場合は、図３６に示されるように、他面２２ｂ側のスリット４０の開口端部と、一面２２ａ側のスリット４０の開口端部とを結ぶ線と、他面２２ｂとの間の角度を成す角度θ１とすればよい。

また、第６実施形態のように電極膜６０に電極膜用スリット６０ｂを形成する場合には、各圧電膜５１、５２を成膜する毎にスリット４０を形成する。このため、この構成とする場合には、各圧電膜５１、５２における他面２０ｂ側の部分と側面２０ｃとの間の角度を成す角度θ１とすればよい。

（上記第１２実施形態の変形例）
上記第１２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、第１スリット４１～４４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。

（他の実施形態）
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。

例えば、上記各実施形態において、振動部２０は、少なくとも１層の圧電膜５０と、１層の電極膜６０とを有する構成とされていればよい。また、圧電素子１は、平面形状が矩形状ではなく、五角形状や六角形状等の多角形状とされていてもよい。

また、上記各実施形態において、圧電装置Ｓ１０は、図４８に示されるように、蓋部１０２に貫通孔１０２ａが形成された構成とされていてもよい。この場合、図４８に示されるように、受圧面空間Ｓ１は、ケーシング１００のうちの振動領域２２における一面２２ａ側の空間となり、バック空間Ｓ２は、ケーシング１００のうちの振動領域２２における他面２２ｂ側の空間となる。

また、上記各実施形態では、振動領域２２を両持ち支持とすることによって検出精度を向上させた圧電素子１について説明した。しかしながら、例えば、上記第２実施形態では、スリット４０をテーパ形状とすることによって検出精度の向上を図ることができる。上記第６実施形態では、圧電膜５０および電極膜６０の形状によって検出精度の向上を図ることができる。上記第７実施形態では、スリット４０と貫通孔１０１ｂとの位置関係によって検出精度の向上を図ることができる。上記第８実施形態では、低周波ロールオフ周波数を小さくすることにより、圧電素子１の検出精度を向上できる。第１０実施形態では、圧電素子１と接合部材２との位置関係によって検出精度の向上を図ることができる。したがって、これらの圧電素子１または圧電装置Ｓ１０においては、振動領域２２が片持ち支持されていてもよい。つまり、例えば、振動領域２２の外形が平面矩形状であって、振動領域２２に第１～第４スリット４１～４４が形成されている場合には、第１～第４スリット４１～４４が振動領域２２の中心部Ｃで交差するように形成されていてもよい。そして、上記第１２実施形態における製造方法は、スリット４０の形状に関するものであるため、振動領域２２が片持ち支持される圧電素子１の製造方法にも適用できる。

上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第２実施形態を上記第３～第１２実施形態に組み合わせ、スリット４０を中心部Ｃに向かって幅が狭くなるテーパ状としてもよい。上記第３実施形態を上記第４～第１２実施形態に組み合わせ、振動領域２２の中心領域２２５からも電荷を取り出すようにしてもよい。上記第４実施形態または上記第５実施形態を上記第６～第１２実施形態に組み合わせ、連結部材９０または連結部材９１によって振動領域２２を両持ち支持するようにしてもよい。上記第６実施形態を上記第７～第１２実施形態に組み合わせ、振動領域２２および電極膜６０の形状、配置を規定するようにしてもよい。上記第７実施形態を上記第８～第１２実施形態に組み合わせ、貫通孔１０１ｂと対向する部分と異なる部分にスリット４０を形成するようにしてもよい。上記第８実施形態を上記第９～第１２実施形態に組み合わせ、スリット長さＬを規定するようにしてもよい。上記第９実施形態を上記第１０～第１２実施形態に組み合わせ、スリット４０のスリット幅ｇが振動領域２２の厚さ方向に沿って変化するようにされていてもよい。上記第１０実施形態を上記第１１、第１２実施形態に組み合わせ、接合部材２の配置箇所を規定するようにしてもよい。上記第１１実施形態を上記第１２実施形態に組み合わせ、プリント基板１０１に突起部１０１ｃを形成するようにしてもよい。そして、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。

１０ 支持体
２０ 振動部
２１ａ 支持領域
２２ 振動領域
５０ 圧電膜
６０ 電極膜
Ｃ 中心部

Claims (25)

1. 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、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、
   前記振動領域は、前記支持領域側から、前記振動領域における中心部（Ｃ）に向かって複数のスリット（４０～４４）が形成されていると共に、前記支持領域に対して両持ち支持された状態となっている圧電素子。
2. 前記振動領域は、共振周波数が２０ｋＨｚ以上とされている請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記複数のスリットは、前記支持領域側から、前記振動領域における中心部よりも前記支持領域側で終端する状態で形成されている請求項１または２に記載の圧電素子。
4. 前記複数のスリットは、少なくとも一部において、前記スリットの延設方向に沿ったスリット長さ（Ｌ）が異なっている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧電素子。
5. 前記複数のスリットは、前記支持領域側から前記中心部に向かってスリット幅（ｇ）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。
6. 前記複数のスリットは、前記中心部にて互いに交差する状態で形成され、
   前記複数のスリットが交差する部分には、連結部材（９０）が埋め込まれている請求項１または２に記載の圧電素子。
7. 前記複数のスリットは、前記中心部にて互いに交差する状態で形成され、
   前記振動領域には、前記支持体側と反対側の一面（２２ａ）上に、前記複数のスリットが交差する部分を被覆する連結部材（９１）が配置されている請求項１または２に記載の圧電素子。
8. 前記連結部材は、前記圧電膜を構成する材料以下の剛性とされている請求項６または７に記載の圧電素子。
9. 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、
   前記電極膜は、少なくとも前記第１領域に配置されている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の圧電素子。
10. 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９のいずれか１つに記載の圧電素子。
11. 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１０に記載の圧電素子。
12. 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１０または１１に記載の圧電素子。
13. 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（Ｋ４）上と異なる部分に位置している請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の圧電素子。
14. 前記圧電膜は、窒化スカンジウムアルミニウムで構成されており、
    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（４５）が構成される状態で形成されており、
    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）との成す角度（θ１）が３９～８１°とされている請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の圧電素子。
15. 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１４に記載の圧電素子。
16. 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１４または１５に記載の圧電素子。
17. 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部（２０）を有する圧電素子を備えた圧電装置であって、
    請求項１ないし１６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。
18. 前記スリットは、前記振動領域のうちの前記貫通孔と対向する部分と異なる部分に形成されている請求項１７に記載の圧電装置。
19. 前記ケーシング内の空間における前記貫通孔と前記振動部との間に位置する受圧面空間（Ｓ１）と異なる空間をバック空間（Ｓ２）とし、前記バック空間の音響コンプライアンスをＣｂ、前記振動領域の厚さをｈ、前記スリットのスリット幅をｇ、空気抵抗をμとし、前記スリットのスリット長さをＬとすると、前記スリットの長さは、下記数式を満たしている請求項１７または１８に記載の圧電装置。
    

    
20. 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１９に記載の圧電装置。
21. 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（Ｋ４）上と異なる部分に位置している請求項２０に記載の圧電装置。
22. 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２０または２１に記載の圧電装置。
23. 支持体（１０）と、
    前記支持体上に配置され、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、
    前記振動領域は、前記支持領域側から、前記振動領域における中心部（Ｃ）に向かって複数のスリット（４０～４４）が形成されていると共に、前記支持領域に対して両持ち支持された状態となっている圧電素子の製造方法であって、
    前記支持体を用意することと、
    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（２００）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（２０１）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、前記スリットから露出する側面（２２ｃ）が、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（４５）とな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、
    前記圧電膜および前記電極膜を形成することでは、前記振動領域構成部分を形成する際に前記側面から前記圧電膜のみが露出するように前記圧電膜および前記電極膜を形成し、
    前記スリットを形成することでは、前記テーパ部を構成する側面と、前記一面と平行な面（２２ｂ）との成す角度（θ１）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。
24. 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２３に記載の圧電素子の製造方法。
25. 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２３または２４に記載の圧電素子の製造方法。

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