JP6103068B2 - 圧電センサ - Google Patents
圧電センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6103068B2 JP6103068B2 JP2015537633A JP2015537633A JP6103068B2 JP 6103068 B2 JP6103068 B2 JP 6103068B2 JP 2015537633 A JP2015537633 A JP 2015537633A JP 2015537633 A JP2015537633 A JP 2015537633A JP 6103068 B2 JP6103068 B2 JP 6103068B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode layer
- piezoelectric
- amplifier
- signal
- piezoelectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 33
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 110
- 239000010408 film Substances 0.000 description 43
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-2-(4-fluorophenyl)acetate Chemical compound OC(=O)C(N)C1=CC=C(F)C=C1 JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021612 Silver iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940045105 silver iodide Drugs 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/02—Microphones
- H04R17/025—Microphones using a piezoelectric polymer
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/071—Mounting of piezoelectric or electrostrictive parts together with semiconductor elements, or other circuit elements, on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
- H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/08—Mouthpieces; Microphones; Attachments therefor
- H04R1/083—Special constructions of mouthpieces
- H04R1/086—Protective screens, e.g. all weather or wind screens
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
本発明は、圧電センサに関する。
センサおよびアクチュエータ等に用いられる一般的な圧電素子の構造としては、圧電体層を2つの電極層で挟んだ構造が知られている。圧電素子では、圧電素子に加えられた応力等の物理的信号が電気的信号に変換されて(正圧電効果)、電極から出力されるか、あるいは、圧電素子に入力された電気的信号が物理的信号に変換される(逆圧電効果)。
近年、電子機器の小型化に伴い、センサ等に用いられる圧電素子も小型化、軽量化が求められている。この要求に応えるものとして、フィルム状の基材に薄膜化した圧電体層を形成した圧電素子、または圧電性をもつフィルム材料による圧電素子の開発が進められている。
このような圧電素子はインピーダンスが高く、ノイズの影響を受け易いため、電磁ノイズを排除して感度を高めるために、圧電素子のシールド性を高めることが提案されている。
例えば、特許文献1(特開2006−253416号公報)では、圧電体層3、3’および基板2、2’(絶縁性フィルム)を内部電極層4の両側に積層して、それらを外部電極層5、5’でシールドする構造を有するスイッチング素子(圧電素子)が開示されている。なお、外部電極層5’等に穴(通電用窓6)を開けてあけて内部電極層4から信号を引き出している(図2等)。
また、特許文献2(特開平8−75575号公報)では、圧電材9の両面に電極10,11が設けられ、それらが保護層12,13、シールド層14,15および絶縁層16,17でラミネート状にシールドされた構造を有する圧電センサが開示されている。
圧電素子の信号は小さいので、通常、圧電素子の信号電極から出力された電気信号をアンプ(増幅器)で増幅する必要がある。本発明者の検討によると、アンプで増幅された後の信号にノイズが混入しても、センサの測定精度に与える影響は少ない。それに対して、信号電極から出力された後、アンプで増幅される前の信号に電磁ノイズが混入すると、測定値は大きな誤差を含んでしまい、センサの測定精度に大きな影響を与え得る。
そこで、本発明は、圧電素子から出力された信号への電磁ノイズの混入が抑制された高感度な圧電センサを提供することを目的とする。
本発明は、絶縁性フィルム、および、前記絶縁性フィルムの一方の主面に積層された圧電体層を含む圧電フィルム、または、圧電性素材によって作られた圧電フィルム、ならびに、
前記圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層
を含む圧電素子と、
前記信号電極層に電気的に接続されたアンプと、
前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるシールド体とを備え、
前記シールド体の内部に、前記圧電フィルム、前記信号電極層および前記アンプが収容されていることを特徴とする、圧電センサである。
前記圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層
を含む圧電素子と、
前記信号電極層に電気的に接続されたアンプと、
前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるシールド体とを備え、
前記シールド体の内部に、前記圧電フィルム、前記信号電極層および前記アンプが収容されていることを特徴とする、圧電センサである。
前記圧電素子は、さらに、前記圧電フィルムおよび前記信号電極層の少なくとも一部を覆う、前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成される接地電極層を含み、
前記圧電センサは、さらに、前記アンプの少なくとも一部を覆う、前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるアンプケースとを備え、
前記シールド体は、前記接地電極層と前記アンプケースとを含むことが好ましい。
前記圧電センサは、さらに、前記アンプの少なくとも一部を覆う、前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるアンプケースとを備え、
前記シールド体は、前記接地電極層と前記アンプケースとを含むことが好ましい。
前記アンプは、前記信号電極層の前記圧電フィルムと反対側において前記圧電素子に積層されており、
前記接地電極層は、前記信号電極層と前記アンプとを電気的に接続するための開口または切り欠きを有することが好ましい。
前記接地電極層は、前記信号電極層と前記アンプとを電気的に接続するための開口または切り欠きを有することが好ましい。
前記アンプは、プリント基板を介して前記圧電素子に積層されていることが好ましい。
前記プリント基板は、前記圧電素子側の主面に、
前記信号電極層と電気的に接続される信号入力端子と、
前記接地電極層と電気的に接続される接地入力端子とを備え、
前記主面の面内方向において、前記信号入力端子の周囲が前記接地入力端子で囲われていることが好ましい。
前記プリント基板は、前記圧電素子側の主面に、
前記信号電極層と電気的に接続される信号入力端子と、
前記接地電極層と電気的に接続される接地入力端子とを備え、
前記主面の面内方向において、前記信号入力端子の周囲が前記接地入力端子で囲われていることが好ましい。
本発明によれば、圧電素子から出力された信号への電磁ノイズの混入が抑制された高感度な圧電センサを提供することができる。
本発明の圧電センサは、圧電素子とアンプとを備え、その両者が電磁的にシールドされている(圧電素子の信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるシールド体の内部に収容されている)ことを特徴とする。なお、圧電素子の信号電極とアンプとが導体(アンプ接続導体)によって接続されている場合は、このアンプ接続導体も電磁的にシールドされている(シールド体の内部に収容されている)。これにより、圧電体層で生じる信号だけでなく、圧電素子の信号電極から出力された後、アンプで増幅される前の信号にも、電磁ノイズが混入することが抑止されるため、高感度な圧電センサを提供することができる。
本発明において、圧電素子は、少なくとも、絶縁性フィルム、および、絶縁性フィルムの一方の主面に積層された圧電体層を含む「圧電フィルム」と、圧電フィルムの一方の主面に積層された「信号電極層」とを含む。「圧電フィルム」は圧電性を持つフィルム素材によって作られたものでもよい。
圧電センサに用いられる圧電フィルムは薄型(フィルム状)の部材であり、それを含む圧電素子も薄型(フィルム状)であることが好ましい。圧電センサ全体としても、薄型(フィルム状)の圧電センサであることがより好ましい。
圧電センサは、例えば、変位信号、音声信号などの物理信号を計測するためのセンサとして用いられる。圧電センサは、電磁ノイズを排除し感度を高めるために、シールド性の高いものであることが好ましいが、特に、人体で生じる物理信号を計測する場合は、人体が絶縁体であり誘導雑音を帯びているため、特に圧電センサのシールド性を高めることが望ましい。なお、本発明の圧電センサと同様の構成を有する部材をアクチュエータとして用いることもできる。
絶縁性フィルムは、通常は可撓性を有するフィルムであり、軽量で、取り扱い易いといった特徴を有する高分子を主成分とするフィルムであることが好ましい。絶縁性フィルムの主成分として用いられる高分子は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂であり、好ましくは、耐熱性、絶縁破壊強度、機械的強度に優れるポリイミド系樹脂である。
圧電体層の構成材料は、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、例えば、ウルツ鉱型構造を有する化合物やペロブスカイト構造(ABO3)を有する複合酸化物(ペロブスカイト系複合酸化物)を主成分とする材料を用いることができる。
ウルツ鉱型構造を有する化合物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛またはヨウ化銀が挙げられる。
ペロブスカイト系複合酸化物のペロブスカイト構造(ABO3)のAサイトとしては、例えば、Pb,Ba,Ca,Sr,La,LiおよびBiの中から選択される少なくとも1種の元素を採用することができる。ペロブスカイト構造(ABO3)のBサイトとしては、例えば、Ti,Zr,Zn,Ni,Mg,Co,W,Nb,Sb,TaおよびFeの中から選択される少なくとも1種の元素が採用される。
このようなペロブスカイト系複合酸化物の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛[Pb(Zr,Ti)O3](PZTともいう)、ニオブ酸タンタル酸カリウム[K(Ta,Nb)O3]、チタン酸バリウム(BaTiO3)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3[チタン酸鉛(PbTiO3)など]、等が挙げられる。
圧電体層の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、コーティング法や、CVD法、MOCVD法等の化学蒸着法が知られており、その中から好ましいものを適宜選択することができる。
圧電体層の膜厚は、好ましくは0.1〜100μmであり、より好ましくは0.5〜30μmである。すなわち、厚みが0.1μm未満では、例えばセンサやアクチュエータ等に用いた場合に十分な出力が得られにくく、逆に100μmを超えると柔軟性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがある。
信号電極層は、圧電体層で発生した電気信号を出力するための電極からなる膜状の層であり、アンプに電気的に接続される。
信号電極層の材料としては、例えば、Al、Ni、Pt、Au、Ag、Ti、CuまたはSn等の金属やこれらの合金から構成される導電性材料、または、金属酸化物や金属窒化物を含む導電性材料を用いることができる。これらの導電性材料は、シールド体(接地電極層およびアンプケース)を構成する導体の材料としても用いることができる。
信号電極層の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、塗布処理、メッキ法またはスパッタリング法や、真空蒸着法等の物理蒸着法を用いることができる。また、接地電極層も同様の方法で形成することができ、接地電極層は、他にも、例えば、上記材料からなる薄膜を積層することで形成してもよい。
信号電極層に電気的に接続されているアンプは、信号電極層からの電気信号を増幅する機能を有しており、電子回路に用いられる種々公知のアンプ(増幅器)を用いることができる。
シールド体は、信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成される。なお、「接地された導体」とは、基準電位点に接続された導体(電気伝導体)をいう。シールド体の形状は、内部に、圧電フィルム、信号電極層およびアンプを収容することのできる形状であれば特に限定されないが、薄型の形状であることが好ましい。
以下、本発明の圧電素子の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
(実施形態1)
図1は、実施形態1の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
図1は、実施形態1の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
図1を参照して、本実施形態の圧電センサの一部を構成する圧電素子200は、
絶縁性フィルム11、および、絶縁性フィルム11の一方の主面に積層された圧電体層12から構成される圧電フィルム100と、
圧電フィルム100の一方の主面に積層された信号電極層13と、
圧電フィルム100の他方の面に積層された第1の接地電極層14、それに導電性粘着剤層21を介して積層された(電気的に接続された)第2の接地電極層31、および、第2の接地電極層31と導電性粘着剤層21を介して電気的に接続された第3の接地電極層32から構成される「接地電極層」とを含んでいる。なお、第2の接地電極層31および第3の接地電極層32の表面には、さらに、絶縁層41,42が積層されている。
絶縁性フィルム11、および、絶縁性フィルム11の一方の主面に積層された圧電体層12から構成される圧電フィルム100と、
圧電フィルム100の一方の主面に積層された信号電極層13と、
圧電フィルム100の他方の面に積層された第1の接地電極層14、それに導電性粘着剤層21を介して積層された(電気的に接続された)第2の接地電極層31、および、第2の接地電極層31と導電性粘着剤層21を介して電気的に接続された第3の接地電極層32から構成される「接地電極層」とを含んでいる。なお、第2の接地電極層31および第3の接地電極層32の表面には、さらに、絶縁層41,42が積層されている。
信号電極層13と第3の接地電極層32とは、絶縁性粘着剤層22を介して積層されており、信号電極層13と電気的に接続されていない。
このように、本実施形態では、圧電素子は、圧電フィルムおよび信号電極層以外に、さらに、圧電フィルムおよび信号電極層の少なくとも一部を覆うように、信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体(接地電極層14,31,32および導電性粘着剤層21)から構成される「接地電極層」が設けられている。
信号電極層13の表面の一部とアンプ52とは、導電性粘着剤層23a、信号入力端子33aおよびビア導体431aを介して電気的に接続されるが、第3の接地電極層32(および絶縁層42)は、そのための開口を有している。アンプ52は、プリント基板43内の配線(図示せず)を介して信号出力端子34aに電気的に接続され、信号出力端子34aが同軸ケーブル6の内部導体61に電気的に接続され、アンプ52で増幅された信号が同軸ケーブル6を通して出力される。
一方、第3の接地電極層32は、導電性粘着剤層23bを介して接地入力端子33bに電気的に接続されている。接地入力端子33bは、ビア導体431bを介してアンプ52を覆うアンプケース51と電気的に接続されており、さらにプリント基板43内の配線(図示せず)を介して接地出力端子34bに電気的に接続されている。接地出力端子34bは同軸ケーブル6の外部導体63に電気的に接続され、接地される。同軸ケーブル6は絶縁体62,64により絶縁されている。なお、アンプで増幅された後の信号はノイズの影響を受けにくいため、同軸ケーブル6に代えて他の種々の配線を用いてもよい。
このように、本実施形態において、アンプ52は、信号電極層13と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるアンプケース51で覆われている。
以上のとおり、本実施形態においては、接地電極層14,31,32および導電性粘着剤層21から構成される「接地電極層」、アンプケース51、および、「接地電極層」とアンプケース51を電気的に接続する部材(導電性粘着剤層23b、接地入力端子33bおよびビア導体431b)から構成される「シールド体」の内部に、圧電フィルム100、信号電極層13およびアンプ52が収容されている。これにより、圧電体層で生じる信号だけでなく、圧電素子の信号電極から出力された後、アンプで増幅される前の信号にも、電磁ノイズが混入することが抑止される。
なお、接地電極層14,31,32のみで圧電フィルム100および信号電極層13の全体が覆われている必要はなく、また、アンプケース51のみでアンプ52全体が覆われている必要はなく、接地電極層14,31,32とアンプケース51とを含む「シールド体」の内部に、圧電フィルム100、信号電極層13およびアンプ52が収容されていればよい。
別途、圧電素子とアンプとを信号線(ワイヤ等)で接続する場合は、シールド体が大きくなってしまうが、本実施形態では、上述のような構成の圧電素子とアンプとを積層してプリント基板43を介して接続することにより、別途の信号線が必要がなく、安価に、小型(薄型)のシールド一体型の圧電センサを提供することができる。
なお、別々にシールドされた圧電素子とアンプとを用いることも考えられるが、シールドを保ったまま両者を接続するために、電磁シールド効果を有する同軸ケーブルを用いる必要がある。これに対して、本発明では、圧電素子とアンプとの全体(圧電素子とアンプとの接続導体を含む)が電磁的にシールドされているため、圧電素子とアンプとの接続に同軸ケーブル等の特別な配線を用いる必要がなく、プリント基板を介した接続などの多様な形態の接続が可能となり、圧電センサの構成の選択の幅が広がる利点がある。
また、本実施形態では、プリント基板43の主面の面内方向において、信号入力端子33aの周囲が前記接地入力端子33bで囲われているため、よりシールド性が高められる。
また、導電性粘着剤層23aは、リジッドなプリント基板に設けられた信号入力端子33aと接続している。接地入力端子33bが信号入力端子33aを囲むように設けられているので、導電性粘着剤層23aおよび信号入力端子33aからなる信号線に応力が緩和され、断線する危険性が減少するという利点がある。
(実施形態2)
図2は、実施形態2の圧電センサの構成を説明するための模式図である。また、図4は、図2の開口101を含む縦断面を示す模式図である。
図2は、実施形態2の圧電センサの構成を説明するための模式図である。また、図4は、図2の開口101を含む縦断面を示す模式図である。
本実施形態では、図2(a)に示されるように、信号電極層13、圧電体層12、絶縁性フィルム11および接地電極層14がこの順で積層された積層体を、信号電極層13が内側となるように(信号電極層13同士が接触するように)折り曲げることで作製される圧電素子200(図2(b))を用いる。
ここで、上記積層体は開口101を有しており、折り曲げた後の状態で、信号電極層13の一部が開口101により露出した状態となっている(図2(b))。また、圧電フィルム(圧電体層12および絶縁性フィルム11)と信号電極層13は、接地電極層14に覆われている。
図2(b)に示されるように、この圧電素子に、アンプを内蔵したアンプケース51が搭載されたプリント基板43を積層することで、図4に示されるように、アンプケース51内のアンプ52と、信号電極層13の開口101での露出面とが、導電性粘着剤層23aと、プリント基板43に設けられた信号用配線53aおよびビア導体431aとによって、接続される。
一方、接地電極層14は、導電性粘着剤層23bと、プリント基板43に設けられた接地用配線53bおよびビア導体431bとによって、接地される。
本実施形態においても実施形態1と同様の効果が奏される。また、本実施形態のように、圧電フィルムと電極層を含む積層体を折り曲げた後の圧電素子において、外側の接地電極層14が圧電フィルム(絶縁性フィルム11および圧電体層12)と信号電極層13とを覆うような構造を採用することで、圧電素子200の製造における部品点数や組立工数を抑え、製造コストを抑えることができる。
なお、図2(a)に示されるような開口101を有する積層体を折り曲げて得られる圧電素子200(図2(b))に代えて、図3(a)に示すような端部に切り欠きを有する積層体を同様に折り曲げて得られる圧電素子200(図3(b))を用いることもできる。ただし、信号電極層13とアンプとの接続部におけるシールド性をより高めるためには、図2に示すような開口101を有する接地電極層14(および絶縁性フィルム11)を用いることが好ましい。
(実施形態3)
図5は、実施形態3の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
図5は、実施形態3の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
本実施形態では、例えば、実施形態2で図2を用いて説明した圧電素子200と同様の圧電素子が用いられる。図5に示されるように、アンプ52を内蔵したアンプケース51が搭載されたプリント基板43には、圧電素子200の開口101に対応する部分に、導電性のバンプ44が設けられている。バンプ44は、プリント基板43の信号入力端子を兼ねている。
このプリント基板43を圧電素子200の一方の面に積層し、他方の面に導電性粘着テープ7を積層して、熱圧着機で熱圧着する。これにより、圧電素子200の内部の信号電極層とバンプ44とが電気的に接続され、また、圧電素子200の外側の接地電極層とプリント基板43の接地入力端子(または、接地用配線)とが導電性粘着テープ7を介して電気的に接続される。
このように、実施形態2と同様の圧電素子の信号電極層は、導電性のバンプを介して、アンプに電気的に接続させることができる。また、接地電極層は、導電性粘着テープを介してアンプケースと接続させることができる。
本実施形態は、実施形態1に比べて、接続にかかわる熱的なストレスが小さく、圧電フィルムとして耐熱性が低いものでも使用することができるという利点を有している。
(実施形態4)
図6は、実施形態4の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
図6は、実施形態4の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
本実施形態では、例えば、実施形態2で図2を用いて説明した圧電素子200と同様の圧電素子が用いられる。そして、図6に示されるように、アンプ52を内蔵したアンプケース51が搭載されたプリント基板43が、圧電素子200の一方の面に積層され、プリント基板43と圧電素子200とはカシメ9a,9bにより強固に固定されている。
プリント基板43の信号用配線53aが、カシメ9aを介して、圧電素子200の信号電極層13に電気的に接続されている。また、プリント基板43の接地用配線53bは、カシメ9bを介して、圧電素子200の接地電極層14に電気的に接続されている。なお、図6は、断面図であるため、アンプケース51がプリント基板43と離間しているように描かれているが、アンプケース51は、他の部分でプリント基板43の接地用配線53bに接続されている。
さらに、本実施形態では、図6に示すように、アンプケース51と同様のシールドケース54が、圧電素子200の他方の面に積層されている。なお、図6は、断面図であるため、シールドケース54がプリント基板43と離間しているように描かれているが、シールドケース54は、他の部分で圧電素子200の接地電極層14に接続されている。
このように、実施形態2と同様の圧電素子の信号電極層は、カシメを介して、アンプに電気的に接続させることもできる。また、接地電極層も、カシメを介してアンプケースと接続させることができる。
本実施形態は、実施形態1や実施形態3と比べて、接続部の強度が向上するという利点を有している。
(実施形態5)
図7は、実施形態5の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
図7は、実施形態5の圧電センサの構成を説明するための模式図である。
本実施形態では、例えば、実施形態2で図2を用いて説明した圧電素子200と同様の圧電素子が用いられる。そして、本実施形態の圧電センサは、このような圧電素子を、図7に示されるような、アンプ52を内蔵した、複数のプリント基板43が積層されてなる樹脂多層基板に積層することにより得られるものである。
樹脂多層基板に内蔵されたアンプ52は、信号用配線53aおよびビア導体431aを介して、圧電素子の信号電極層に電気的に接続される。また、圧電素子の接地電極層は、樹脂多層基板の接地用配線53bおよびビア導体431bに電気的に接続され、接地される。
本実施形態のように、アンプが内蔵された樹脂多層基板を用いることで、圧電センサをさらに小型化および薄型化することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 圧電素子、1a 開口、11 絶縁性フィルム、12 圧電体層、13 信号電極層、14 (第1の)接地電極層、21,23a,23b 導電性粘着剤層、22 絶縁性粘着剤層、31 (第2の)接地電極層、32 (第3の)接地電極層、33a 信号入力端子、33b 接地入力端子、34a 信号出力端子、34b 接地出力端子、41,42 絶縁層、43 プリント基板、431a,431b ビア導体、44 導電性バンプ、51 アンプケース、52 アンプ、53a 信号用配線、53b 接地用配線、54 シールドケース、6 同軸ケーブル、61 内部導体、62,64 絶縁体、63 外部導体、7 導電性粘着テープ、8 熱圧着機、9a,9b カシメ、100 圧電フィルム、101 開口、200 圧電素子。
Claims (4)
- 絶縁性フィルム、および、前記絶縁性フィルムの一方の主面に積層された圧電体層を含む圧電フィルム、ならびに、
前記圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層
を含む圧電素子と、
前記信号電極層に電気的に接続されたアンプと、
前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるシールド体とを備え、
前記シールド体の内部に、前記圧電フィルム、前記信号電極層および前記アンプが収容されており、
前記シールド体は、
前記圧電フィルムおよび前記信号電極層の少なくとも一部を覆う、前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成される接地電極層と、
前記アンプの少なくとも一部を覆う、前記信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成されるアンプケースとを含むことを特徴とする、圧電センサ。 - 前記アンプは、前記信号電極層の前記圧電フィルムと反対側において前記圧電素子に積層されており、
前記接地電極層は、前記信号電極層と前記アンプとを電気的に接続するための開口または切り欠きを有する、請求項1に記載の圧電センサ。 - 前記アンプは、プリント基板を介して前記圧電素子に積層されている、請求項2に記載の圧電センサ。
- 前記プリント基板は、前記圧電素子側の主面に、
前記信号電極層と電気的に接続される信号入力端子と、
前記接地電極層と電気的に接続される接地入力端子とを備え、
前記主面の面内方向において、前記信号入力端子の周囲が前記接地入力端子で囲われている、請求項3に記載の圧電センサ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013195408 | 2013-09-20 | ||
JP2013195408 | 2013-09-20 | ||
PCT/JP2014/073141 WO2015041049A1 (ja) | 2013-09-20 | 2014-09-03 | 圧電センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2015041049A1 JPWO2015041049A1 (ja) | 2017-03-02 |
JP6103068B2 true JP6103068B2 (ja) | 2017-03-29 |
Family
ID=52688703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015537633A Active JP6103068B2 (ja) | 2013-09-20 | 2014-09-03 | 圧電センサ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10305017B2 (ja) |
JP (1) | JP6103068B2 (ja) |
WO (1) | WO2015041049A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106325626B (zh) * | 2015-07-01 | 2024-03-15 | 安徽精卓光显技术有限责任公司 | 触控显示装置及压力触控单元 |
JP6909705B2 (ja) * | 2017-10-27 | 2021-07-28 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置、圧電素子 |
CN214748552U (zh) * | 2018-06-20 | 2021-11-16 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和按压检测装置 |
DE102018127651A1 (de) * | 2018-11-06 | 2020-05-07 | iNDTact GmbH | Elektromechanischer Wandler mit einem Schichtaufbau |
US20210041287A1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-11 | Apple Inc. | On-Bed Differential Piezoelectric Sensor |
JP7355613B2 (ja) * | 2019-11-18 | 2023-10-03 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
EP4206635A4 (en) * | 2021-05-28 | 2024-02-28 | BOE Technology Group Co., Ltd. | PIEZOELECTRIC SENSOR, PRODUCTION METHOD THEREOF AND DEVICE WITH HAPTIC FEEDBACK |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4310730A (en) * | 1979-07-25 | 1982-01-12 | Aaroe Kenneth T | Shielded piezoelectric acoustic pickup for mounting on musical instrument sounding boards |
US4491051A (en) * | 1980-02-22 | 1985-01-01 | Barcus Lester M | String instrument pickup system |
US4549089A (en) * | 1984-02-21 | 1985-10-22 | General Motors Corporation | Engine cranking motor lock out system |
JP2734997B2 (ja) * | 1994-09-02 | 1998-04-02 | 松下電器産業株式会社 | 圧電センサ |
US6700314B2 (en) * | 2001-06-07 | 2004-03-02 | Purdue Research Foundation | Piezoelectric transducer |
CA2537800C (en) * | 2003-08-08 | 2013-02-19 | Cidra Corporation | Piezocable based sensor for measuring unsteady pressures inside a pipe |
KR20070045228A (ko) * | 2004-08-04 | 2007-05-02 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 침입 검출 장치 |
JP4761186B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2011-08-31 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | スイッチング素子とスイッチング素子を用いた競泳用タッチ板 |
DE102005053765B4 (de) * | 2005-11-10 | 2016-04-14 | Epcos Ag | MEMS-Package und Verfahren zur Herstellung |
DE102005053767B4 (de) * | 2005-11-10 | 2014-10-30 | Epcos Ag | MEMS-Mikrofon, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Einbau |
WO2016088291A1 (ja) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | ソニー株式会社 | センサ素子、ジャイロセンサ及び電子機器 |
-
2014
- 2014-09-03 WO PCT/JP2014/073141 patent/WO2015041049A1/ja active Application Filing
- 2014-09-03 JP JP2015537633A patent/JP6103068B2/ja active Active
-
2016
- 2016-03-18 US US15/074,430 patent/US10305017B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10305017B2 (en) | 2019-05-28 |
US20160204333A1 (en) | 2016-07-14 |
JPWO2015041049A1 (ja) | 2017-03-02 |
WO2015041049A1 (ja) | 2015-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6103068B2 (ja) | 圧電センサ | |
JP6103074B2 (ja) | 圧電センサ | |
JP6489202B2 (ja) | キャパシタ | |
US11145453B2 (en) | Coil component | |
JP2002252297A (ja) | 多層回路基板を用いた電子回路装置 | |
JP5962867B2 (ja) | 圧電センサ | |
US10290425B2 (en) | Composite electronic component | |
JP4736599B2 (ja) | 圧電素子 | |
US20120187581A1 (en) | Semiconductor device and wiring board | |
US20210265555A1 (en) | Mountable electronic component and electronic circuit module | |
JP6112210B2 (ja) | 圧電素子および圧電センサ | |
JP4483904B2 (ja) | 貫通型積層コンデンサ | |
JP4630998B2 (ja) | スピーカ装置又はマイクロフォン装置 | |
JP5958665B2 (ja) | 圧電素子および圧電センサ | |
CN108232391B (zh) | 平衡不平衡转换器 | |
JP6819894B2 (ja) | 電子部品 | |
JP6638825B2 (ja) | 多層基板 | |
JP6280956B2 (ja) | アンテナ装置及びその製造方法 | |
US20230230742A1 (en) | Multilayer coil component | |
US20240079177A1 (en) | Multilayer coil component | |
JPH0521291A (ja) | 固体電解コンデンサ | |
JP4333659B2 (ja) | フレキシブル配線基板 | |
JP2012191006A (ja) | 積層コンデンサ | |
JP3182905B2 (ja) | 磁気センサの製造方法 | |
JP2000133907A (ja) | 容量素子付き回路基板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6103068 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |