JP7124669B2 - 圧電デバイスおよび電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電デバイスおよび電子機器に関する。
従来、振動板上に第１電極、圧電体層および第２電極が順に積層されて成る圧電素子を複数備える超音波デバイスなどの圧電デバイスが知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波デバイスでは、振動板上に複数の圧電素子が配置されており、各圧電素子の第１電極または第２電極に対して、複数の圧電素子毎に共通のバイパス配線（配線部）が電気的に接続されている。このバイパス配線は、振動板に対して圧電素子が配置された振動領域を迂回するように配置されており、各圧電素子の第１電極または第２電極に対して接続配線（接続部）を介して電気的に接続されている。
特許文献１に記載の超音波デバイスでは、振動板上に複数の圧電素子が配置されており、各圧電素子の第１電極または第２電極に対して、複数の圧電素子毎に共通のバイパス配線（配線部）が電気的に接続されている。このバイパス配線は、振動板に対して圧電素子が配置された振動領域を迂回するように配置されており、各圧電素子の第１電極または第２電極に対して接続配線（接続部）を介して電気的に接続されている。
上述した特許文献１に記載の圧電デバイスでは、圧電素子が電圧印加に応じて変形することにより、当該圧電素子が配置された振動板の振動領域が変形する。このとき、振動板において振動領域に隣り合う非振動領域には、振動領域の変形量に応じた応力が作用する。
しかし、振動板上に形成されるバイパス配線は、複数の圧電素子と電気的に接続される設計上、振動領域に隣り合う非振動領域に配置されている。このため、振動領域の変形時、非振動領域に作用する応力がバイパス配線に伝達し、バイパス配線にクラックが生じる恐れがある。
しかし、振動板上に形成されるバイパス配線は、複数の圧電素子と電気的に接続される設計上、振動領域に隣り合う非振動領域に配置されている。このため、振動領域の変形時、非振動領域に作用する応力がバイパス配線に伝達し、バイパス配線にクラックが生じる恐れがある。
本発明の圧電デバイスは、開口部を有する基板と、前記基板と重なるように設けられ、前記基板の厚み方向からみた平面視で前記開口部と重なる振動領域を複数有する振動板と、前記振動領域に設けられた圧電素子と、前記振動板の前記振動領域外に設けられ、複数の前記圧電素子に電気的に接続されるバイパス配線と、を備え、前記バイパス配線には、当該バイパス配線を厚み方向に貫通するスリットが設けられていることを特徴とする。
本発明の圧電デバイスにおいて、前記バイパス配線には、複数の前記スリットが配線方向に沿って断続的に設けられていることが好ましい。
本発明の圧電デバイスにおいて、前記スリットは、前記バイパス配線を幅方向に分断しており、前記バイパス配線には、前記スリットにより分断された部位同士を電気的に接続し、前記バイパス配線よりも柔軟性の高い材料による補助配線が設けられていることが好ましい。
本発明の圧電デバイスにおいて、複数の前記スリットは、前記バイパス配線の幅方向に並んで設けられていることが好ましい。
本発明の電子機器は、上述したいずれかの圧電デバイスと、前記圧電デバイスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を介して前記圧電デバイスを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
［第１実施形態］
本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１０について、図１～図４を参照して説明する。
図１は、圧電デバイス１０の一部を厚み方向から見た平面図であり、図２は、図１の一部を示す拡大図である。図３は、図２のＡ－Ａ線に対応した圧電デバイス１０の断面図であり、図４は、図２のＢ－Ｂ線に対応した圧電デバイス１０の断面図である。
本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１０について、図１～図４を参照して説明する。
図１は、圧電デバイス１０の一部を厚み方向から見た平面図であり、図２は、図１の一部を示す拡大図である。図３は、図２のＡ－Ａ線に対応した圧電デバイス１０の断面図であり、図４は、図２のＢ－Ｂ線に対応した圧電デバイス１０の断面図である。
（圧電デバイスの全体構成）
圧電デバイス１０は、基板１と、基板１の一方側の主面に設けられた振動板２と、振動板２に設けられた複数の圧電素子３と、これらの圧電素子３を覆うように振動板２に接続された封止板４と、を備えている。なお、図１および図２では、封止板４の図示を省略している。
以降の説明にあたり、基板１の厚み方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する２軸方向をそれぞれＹ方向およびＸ方向とする。
圧電デバイス１０は、基板１と、基板１の一方側の主面に設けられた振動板２と、振動板２に設けられた複数の圧電素子３と、これらの圧電素子３を覆うように振動板２に接続された封止板４と、を備えている。なお、図１および図２では、封止板４の図示を省略している。
以降の説明にあたり、基板１の厚み方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する２軸方向をそれぞれＹ方向およびＸ方向とする。
基板１は、シリコン等の半導体基板である。基板１には、基板１をＺ方向に貫通する複数の開口部１１が設けられている。開口部１１は、Ｘ方向に沿って複数配置されており、開口部１１のＹ方向に沿った長さ寸法は、開口部１１のＸ方向に沿った長さ寸法に比べて大きく設定されている。
基板１のうち、開口部１１を囲う部分を壁部１２という。壁部１２は、Ｘ方向に隣り合う開口部１１を区画している。
基板１の開口部１１内、すなわち、壁部１２に囲まれる空間内には、シリコーン樹脂等による減衰層１３が充填されている。この減衰層１３は、後述する振動板２の振動が収束するまでの時間を短縮すると共に、後述する振動領域Ａｒ同士の間の振動伝播（クロストーク）を抑制する機能を有する。
なお、開口部１１に対する減衰層１３の充填量は任意に設定可能であり、減衰層１３が開口部１１の全てを埋めていなくてもよい。または、開口部１１に減衰層１３が充填されていなくてもよい。
基板１の開口部１１内、すなわち、壁部１２に囲まれる空間内には、シリコーン樹脂等による減衰層１３が充填されている。この減衰層１３は、後述する振動板２の振動が収束するまでの時間を短縮すると共に、後述する振動領域Ａｒ同士の間の振動伝播（クロストーク）を抑制する機能を有する。
なお、開口部１１に対する減衰層１３の充填量は任意に設定可能であり、減衰層１３が開口部１１の全てを埋めていなくてもよい。または、開口部１１に減衰層１３が充填されていなくてもよい。
振動板２は、例えば酸化シリコンおよび酸化ジルコニウムによる積層体である。振動板２は、基板１の開口部１１を塞ぐように、基板１の一方側の主面に設けられている。換言すると、振動板２は、基板１の壁部１２により支持されている。振動板２のＺ方向の厚み寸法は、基板１に対して十分小さい厚み寸法となる。
以下、振動板２のうち、Ｚ方向の一方側の面を第１面２Ａとし、Ｚ方向の他方側の面を第２面２Ｂとする。振動板２の第１面２Ａには、基板１が接しており、振動板２の第２面２Ｂには、複数の圧電素子３がアレイ状に設けられている。
封止板４は、振動板２上の複数の圧電素子３を収容するように設けられた複数の溝４１を有しており、複数の圧電素子３毎に周囲の空間を封止している。
また、封止板４には、後述する第１電極端子３１Ｐや第２電極端子３３Ｐに接続する配線部（ＦＰＣ等）を挿通させるための貫通孔（図示略）が設けられている。
また、封止板４には、後述する第１電極端子３１Ｐや第２電極端子３３Ｐに接続する配線部（ＦＰＣ等）を挿通させるための貫通孔（図示略）が設けられている。
封止板４は、溝４１の底部側から振動板２側に突出した複数の隔壁４２を有する。複数の隔壁４２は、それぞれＸ方向に沿って延びており、Ｙ方向に沿って所定間隔をあけて並んでいる。各隔壁４２は、Ｙ方向に隣り合う圧電素子３同士の間において、振動板２の第２面２Ｂに他部材（後述するバイパス配線５１等）を介して接続している。
ここで、振動板２の第１面２Ａ側には、基板１の壁部１２が接続し、振動板２の第２面２Ｂ側には、封止板４の隔壁４２が接続している。これにより、振動板２のうち、Ｚ方向から見た平面視において、開口部１１と重なる領域であって、かつ、平面視において壁部１２および隔壁４２によって周囲を囲われる各領域は、振動可能な振動領域Ａｒとなる。換言すると、振動板２において、Ｙ方向に隣り合う振動領域Ａｒの間に壁部１２が接している一方、Ｘ方向に隣り合う振動領域Ａｒの間に隔壁４２が接している。
圧電素子３は、第１電極３１、圧電体３２および第２電極３３を有しており、これらは、振動板２の振動領域Ａｒの第２面２Ｂ上に順に積層されている。第１電極３１および第２電極３３は、例えばイリジウムやチタン等の導電性層（単層または複層）によって構成され、圧電体３２は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）によって構成される。
圧電素子３は、振動板２の振動領域Ａｒ毎に設けられており、振動領域Ａｒと圧電素子３との組み合わせにより、１つの超音波トランスデューサーＴｒが構成される。本実施形態の圧電デバイス１０には、Ｙ方向およびＸ方向に沿って複数の超音波トランスデューサーＴｒがマトリクス状に配置されている。
超音波トランスデューサーＴｒでは、第１電極３１および第２電極３３の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されることにより、圧電体３２が撓んで振動領域Ａｒが振動し、これにより超音波が送信される。
また、圧電デバイス１０に向かって伝播した超音波が振動板２の振動領域Ａｒを振動させると、当該振動領域Ａｒにおける圧電体３２の上下で電位差が発生する。このため、第１電極３１および第２電極３３間に発生する電位差を検出することにより、受信した超音波を検出することが可能となる。
なお、図１では、便宜上、実際よりも超音波トランスデューサーＴｒの数を減らして示している。
また、圧電デバイス１０に向かって伝播した超音波が振動板２の振動領域Ａｒを振動させると、当該振動領域Ａｒにおける圧電体３２の上下で電位差が発生する。このため、第１電極３１および第２電極３３間に発生する電位差を検出することにより、受信した超音波を検出することが可能となる。
なお、図１では、便宜上、実際よりも超音波トランスデューサーＴｒの数を減らして示している。
（配線の構成）
圧電デバイス１０は、複数の第１電極３１に接続された第１配線５と、複数の第２電極３３に接続された第２配線６とを有している。
以下、第１配線５および第２配線６について説明する。なお、以下では、Ｙ方向に並んだ圧電素子３の列を素子群３Ａとする。
圧電デバイス１０は、複数の第１電極３１に接続された第１配線５と、複数の第２電極３３に接続された第２配線６とを有している。
以下、第１配線５および第２配線６について説明する。なお、以下では、Ｙ方向に並んだ圧電素子３の列を素子群３Ａとする。
第１配線５は、振動板２の第２面２Ｂ上に設けられており、外部の駆動回路等に電気的に接続される第１バイパス配線５１と、各圧電素子３の第１電極３１と第１バイパス配線５１とを接続する第１接続配線５２とを含んでいる。なお、本実施形態では、２つの素子群３Ａ毎に１つの第１配線５が配置されており、各第１配線５では、１つの第１バイパス配線５１に対して複数の第１接続配線５２が接続されている。
第１バイパス配線５１は、振動板２の第２面２Ｂ上における振動領域Ａｒ外に配置されており、Ｙ方向またはＸ方向に沿って延びている。具体的には、第１バイパス配線５１は、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向バイパス配線５１１と、Ｘ方向に沿って形成された複数のＸ方向バイパス配線５１２とを有する。
Ｙ方向バイパス配線５１１は、そのＹ方向の両端部が基板１の周縁部にまで引き出されており、当該両端部には第１電極端子３１Ｐが設けられている。
Ｘ方向バイパス配線５１２は、Ｙ方向に圧電素子３を挟んで複数配置されており、Ｙ方向バイパス配線５１１と交差する部位において、当該Ｙ方向バイパス配線５１１に接続されている。
Ｙ方向バイパス配線５１１は、そのＹ方向の両端部が基板１の周縁部にまで引き出されており、当該両端部には第１電極端子３１Ｐが設けられている。
Ｘ方向バイパス配線５１２は、Ｙ方向に圧電素子３を挟んで複数配置されており、Ｙ方向バイパス配線５１１と交差する部位において、当該Ｙ方向バイパス配線５１１に接続されている。
第１接続配線５２は、圧電素子３の第１電極３１と、当該圧電素子３のＹ方向の一方側に配置されたＸ方向バイパス配線５１２とを接続している。圧電素子３の第１電極３１には、Ｙ方向の両側にそれぞれ、第１接続配線５２が接続されている。
なお、本実施形態において、第１バイパス配線５１および第１接続配線５２は、一体的に形成されるものであり、これらの間に明確な境界は設けられていない。ただし、第１配線５のうち、第１バイパス配線５１の幅方向の端部に対して第１接続配線５２の配線方向の端部が接している位置を、第１バイパス配線５１と第１接続配線５２との境界とみなすことができる。
ここで、配線方向とは、振動板２の第２面２Ｂに平行な方向において配線の長手方向（配線の延伸方向；電流が導通する方向）に相当する方向である。また、配線の幅方向とは、振動板２の第２面２Ｂに平行な方向であってかつ配線方向に対して直交する方向である。配線の幅とは、上述の幅方向における配線の寸法である。
ここで、配線方向とは、振動板２の第２面２Ｂに平行な方向において配線の長手方向（配線の延伸方向；電流が導通する方向）に相当する方向である。また、配線の幅方向とは、振動板２の第２面２Ｂに平行な方向であってかつ配線方向に対して直交する方向である。配線の幅とは、上述の幅方向における配線の寸法である。
第２配線６は、振動板２の第２面２Ｂ上に設けられており、外部の駆動回路等に電気的に接続される第２バイパス配線６１と、各圧電素子３の第２電極３３と第２バイパス配線６１とを接続する第２接続配線６２とを含んでいる。なお、本実施形態では、Ｙ方向において第１配線５と交互に第２配線６が配置されており、各第２配線６では、１つの第２バイパス配線６１に対して複数の第２接続配線６２が接続されている。
第２バイパス配線６１は、振動板２の第２面２Ｂ上における振動領域Ａｒ外に配置されており、Ｙ方向に沿って延びている。バイパス配線６１は、そのＹ方向の両端部が基板１の周縁部にまで引き出されており、当該両端部には第２電極端子３３Ｐが設けられている。
第２接続配線６２は、圧電素子３の第２電極３３と、当該圧電素子３のＸ方向の一方側に配置された第２バイパス配線６１とを接続している。圧電素子３の第２電極３３には、Ｘ方向の一方側に第２接続配線６２が接続されている。
なお、本実施形態では、圧電デバイス１０をＺ方向から見た平面視において、圧電素子３に対する四方側のうち、三方側に第１バイパス配線５１が配置され、他の一方側に第２バイパス配線６１が配置される。これにより、圧電素子３は、第１バイパス配線５１および第２バイパス配線６１によって四方を囲われている。
ここで、第１接続配線５２は、振動領域Ａｒの内外にわたって配置されることにより、振動領域Ａｒの内側に配置された第１電極３１と、振動領域Ａｒの外側に配置された第１バイパス配線５１とを接続している。また、第１接続配線５２は、第２接続配線６２とは異なり、第１電極３１と一体的に振動板２に密着している。このため、仮に、第１接続配線５２が大きな幅を有することにより、第１接続配線５２の可撓性が低くなってしまうと、振動領域Ａｒの振動が阻害される可能性がある。
そこで、本実施形態は、第１接続配線５２の幅を十分に小さな値に設定することにより、第１接続配線５２が振動領域Ａｒの振動を阻害しないように構成されている。
そこで、本実施形態は、第１接続配線５２の幅を十分に小さな値に設定することにより、第１接続配線５２が振動領域Ａｒの振動を阻害しないように構成されている。
また、仮に、第１バイパス配線５１および第２バイパス配線６１の各幅が小さいと、各配線の電気抵抗が大きくなることにより、圧電素子３の特性が低下してしまう。
そこで、本実施形態は、第１バイパス配線５１および第２バイパス配線６１の各幅を十分に大きな値に設定することにより、自身の電気抵抗を抑制し、圧電素子３が十分な特性を発揮できるように構成されている。
そこで、本実施形態は、第１バイパス配線５１および第２バイパス配線６１の各幅を十分に大きな値に設定することにより、自身の電気抵抗を抑制し、圧電素子３が十分な特性を発揮できるように構成されている。
（スリット）
本実施形態では、第１バイパス配線５１に対して複数の第１スリット５４が設けられており、第２バイパス配線６１に対して複数の第２スリット６４が設けられている。
なお、第１スリット５４および第２スリット６４は、互いに同様の構成を有している。以下では、第１スリット５４および第２スリット６４について、スリット５４，６４と記載する場合がある。また、第１バイパス配線５１および第２バイパス配線６１について、バイパス配線５１，６１と記載する場合がある。バイパス配線５１，６１は、それぞれ、本発明のバイパス配線に相当する。
本実施形態では、第１バイパス配線５１に対して複数の第１スリット５４が設けられており、第２バイパス配線６１に対して複数の第２スリット６４が設けられている。
なお、第１スリット５４および第２スリット６４は、互いに同様の構成を有している。以下では、第１スリット５４および第２スリット６４について、スリット５４，６４と記載する場合がある。また、第１バイパス配線５１および第２バイパス配線６１について、バイパス配線５１，６１と記載する場合がある。バイパス配線５１，６１は、それぞれ、本発明のバイパス配線に相当する。
スリット５４，６４は、バイパス配線５１，６１の幅方向の中央部分において、バイパス配線５１，６１を厚み方向（Ｚ方向）に貫通している。バイパス配線５１，６１には、配線方向に沿って、複数のスリット５４，６４が断続的に設けられている。
また、スリット５４，６４は、バイパス配線５１，６１のうち、当該スリット５４，６４が設けられた部位の配線方向に沿って延びた形状を有する。
具体的には、第１バイパス配線５１のうち、Ｙ方向バイパス配線５１１に設けられた第１スリット５４は、Ｙ方向に沿って延びた矩形形状を有し、Ｘ方向バイパス配線５１２に設けられた第１スリット５４は、Ｘ方向に沿って延びた矩形形状を有する。第２バイパス配線６１に設けられた第２スリット６４は、Ｘ方向に沿って延びた矩形形状を有する。また、第１スリット５４および第２スリット６４による矩形形状の各角部は、Ｚ方向から見た平面視において、曲線状に形成されている。
具体的には、第１バイパス配線５１のうち、Ｙ方向バイパス配線５１１に設けられた第１スリット５４は、Ｙ方向に沿って延びた矩形形状を有し、Ｘ方向バイパス配線５１２に設けられた第１スリット５４は、Ｘ方向に沿って延びた矩形形状を有する。第２バイパス配線６１に設けられた第２スリット６４は、Ｘ方向に沿って延びた矩形形状を有する。また、第１スリット５４および第２スリット６４による矩形形状の各角部は、Ｚ方向から見た平面視において、曲線状に形成されている。
なお、本実施形態では、バイパス配線５１，６１に対して、スリット５４，６４を埋めるように補助配線５７，６７が設けられている。補助配線５７，６７は、例えば金配線であり、バイパス配線５１，６１よりも柔軟性の高い材料から構成されている。なお、図１および図２では、補助配線５７，６７の図示を省略している。
（本実施形態の作用効果）
本実施形態において、複数の圧電素子３に電気的に接続されるバイパス配線５１，６１には、バイパス配線５１，６１を厚み方向（Ｚ方向）に貫通するスリット５４，６４が設けられている。このため、バイパス配線５１，６１は、厚み方向に対して直交する方向から作用する力によって撓み易くなっている。
このような構成では、振動板２の振動領域Ａｒが振動したとき、振動板２を介してバイパス配線５１，６１に作用する応力は、スリット５４，６４により緩和される。これにより、バイパス配線５１，６１におけるクラックの発生を抑制することができる。
特に、本実施形態では、バイパス配線５１，６１は、自身の電気的抵抗を低減させるために十分に大きな幅を有しているが、このような構成であっても、スリット５４，６４の存在により、バイパス配線５１，６１におけるクラックの発生が抑制される。
本実施形態において、複数の圧電素子３に電気的に接続されるバイパス配線５１，６１には、バイパス配線５１，６１を厚み方向（Ｚ方向）に貫通するスリット５４，６４が設けられている。このため、バイパス配線５１，６１は、厚み方向に対して直交する方向から作用する力によって撓み易くなっている。
このような構成では、振動板２の振動領域Ａｒが振動したとき、振動板２を介してバイパス配線５１，６１に作用する応力は、スリット５４，６４により緩和される。これにより、バイパス配線５１，６１におけるクラックの発生を抑制することができる。
特に、本実施形態では、バイパス配線５１，６１は、自身の電気的抵抗を低減させるために十分に大きな幅を有しているが、このような構成であっても、スリット５４，６４の存在により、バイパス配線５１，６１におけるクラックの発生が抑制される。
また、本実施形態では、バイパス配線５１，６１が、振動板２において隣り合う２つの振動領域Ａｒの間に設けられており、スリット５４，６４が、当該２つの振動領域Ａｒの間に配置されている。このような構成によれば、ある振動領域Ａｒに発生した振動の一部は、バイパス配線５１，６１におけるスリット５４，６４の断面部分で反射するため、他の振動領域Ａｒに伝達することが抑制される。すなわち、本実施形態では、スリット５４，６４の存在により、振動板２におけるクロストークを抑制することもできる。
本実施形態において、バイパス配線５１，６１には、複数のスリット５４，６４が配線方向に沿って断続的に設けられている。このような構成によれば、バイパス配線５１，６１において、振動領域Ａｒに隣り合う部位毎に、スリット５４，６４を好適に配置できる。また、スリット５４，６４は、バイパス配線５１，６１を完全に分断していないため、バイパス配線５１，６１に対して補助配線５７，６７が設けられずともよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態で説明した圧電デバイス１０を備えた電子機器の一例としての距離センサー１００について説明する。
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態で説明した圧電デバイス１０を備えた電子機器の一例としての距離センサー１００について説明する。
図５に示すように、本実施形態の距離センサー１００は、圧電デバイス１０および駆動回路７を含んだ超音波モジュール１０１と、超音波モジュール１０１を制御する制御部８とにより構成されている。
駆動回路７は、切替回路７１、送信回路７２および受信回路７３を含んでいる。
切替回路７１は、圧電デバイス１０（具体的には第１実施形態における第１電極端子３１Ｐおよび第２電極端子３３Ｐ）と、送信回路７２と、受信回路７３とに接続される。切替回路７１は、スイッチング回路により構成されており、圧電デバイス１０と送信回路７２とを接続する送信接続、および、圧電デバイス１０と受信回路７３とを接続する受信接続を切り替える。
切替回路７１は、圧電デバイス１０（具体的には第１実施形態における第１電極端子３１Ｐおよび第２電極端子３３Ｐ）と、送信回路７２と、受信回路７３とに接続される。切替回路７１は、スイッチング回路により構成されており、圧電デバイス１０と送信回路７２とを接続する送信接続、および、圧電デバイス１０と受信回路７３とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路７２は、切替回路７１および制御部８に接続され、切替回路７１が送信接続に切り替えられた際に、制御部８の制御に基づいて駆動信号を出力し、圧電デバイス１０から超音波を送信させる。
受信回路７３は、切替回路７１および制御部８に接続され、切替回路７１が受信接続に切り替えられた際に、圧電デバイス１０からの受信信号が入力される。この受信回路７３は、リニアノイズアンプおよびＡ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、入力された受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御部８に出力する。
受信回路７３は、切替回路７１および制御部８に接続され、切替回路７１が受信接続に切り替えられた際に、圧電デバイス１０からの受信信号が入力される。この受信回路７３は、リニアノイズアンプおよびＡ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、入力された受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御部８に出力する。
制御部８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成されている。制御部８は、駆動回路７を介して圧電デバイス１０を制御し、圧電デバイス１０による超音波の送受信処理を実施させる。また、制御部８は、圧電デバイス１０から入力される受信信号に基づいて、対象物の位置情報を取得する。例えばＴｏＦ（Time of Flight）法を利用する場合、圧電デバイス１０から超音波を送信した送信タイミングから、受信信号が受信されるまでの時間と、空気中における音速とを用いて、圧電デバイス１０から対象物までの距離を算出できる。
また、制御部８は、その他、距離センサー１００を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。
また、制御部８は、その他、距離センサー１００を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。
［変形例］
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形または改良は、本発明に含まれるものである。
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形または改良は、本発明に含まれるものである。
第１実施形態において、バイパス配線５１，６１は、配線方向に断続的に配置された複数のスリット５４，６４を有するが、スリット５４，６４の数、配置および形状はこれに限られない。
例えば、図６に示すように、第１スリット５４Ａおよび第２スリット６４Ａ（スリット５４Ａ，６４Ａ）は、バイパス配線５１，６１を幅方向に完全に分断するように設けられてもよい。換言すると、スリット５４Ａ，６４Ａは、当該スリット５４Ａ，６４Ａが設けられたバイパス配線５１，６１の部位の配線方向に、バイパス配線５１，６１を貫通していてもよい。
また、図７に示すように、バイパス配線５１，６１を幅方向に完全に分断する第１スリット５４Ｂおよび第２スリット６４Ｂ（スリット５４Ｂ，６４Ｂ）が、バイパス配線５１，６１の幅方向に複数並んで配置されていてもよい。
図６または図７に示すような構成によれば、バイパス配線５１，６１は、その幅方向に応力が作用した場合に、より撓み易くなる。これにより、バイパス配線５１，６１におけるクラックの発生をより好適に抑制することができる。
また、図７に示すように、バイパス配線５１，６１を幅方向に完全に分断する第１スリット５４Ｂおよび第２スリット６４Ｂ（スリット５４Ｂ，６４Ｂ）が、バイパス配線５１，６１の幅方向に複数並んで配置されていてもよい。
図６または図７に示すような構成によれば、バイパス配線５１，６１は、その幅方向に応力が作用した場合に、より撓み易くなる。これにより、バイパス配線５１，６１におけるクラックの発生をより好適に抑制することができる。
なお、図６または図７に示すような構成では、第１実施形態の補助配線５７，６７と同様の補助配線が設けられる。当該補助配線は、バイパス配線５１，６１において、スリット５４Ａ，６４Ａ，５４Ｂ，６４Ｂにより分断された部位同士を電気的に接続する。ここで、補助配線は、バイパス配線５１，６１よりも柔軟性の高い材料により構成されているため、バイパス配線５１，６１は、補助配線に阻害されずに撓むことができる。
また、他の変形例として、バイパス配線５１，６１の配線方向に断続的に配置されたスリット５４，６４が、バイパス配線５１，６１の幅方向に複数並んで配置されていてもよい。あるいは、スリット５４，６４は、バイパス配線５１，６１において千鳥状に配置されてもよい。
また、スリット５４，６４の形状は、矩形形状や直線形状であることに限定されず、丸形状や波形状など、その他の形状であってもよい。
また、スリット５４，６４の形状は、矩形形状や直線形状であることに限定されず、丸形状や波形状など、その他の形状であってもよい。
第１実施形態では、バイパス配線５１，６１の両方が形成されており、バイパス配線５１，６１のそれぞれがスリット５４，６４を有しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、バイパス配線５１またはバイパス配線６１にいずれか一方がスリット５４，６４を有さなくてもよい。あるいは、振動板２上にバイパス配線５１またはバイパス配線６１にいずれか一方が形成されず、その替わりとして、複数の第１電極３１または複数の第２電極３３を構成する直線状の電極層が形成されてもよい。
例えば、バイパス配線５１またはバイパス配線６１にいずれか一方がスリット５４，６４を有さなくてもよい。あるいは、振動板２上にバイパス配線５１またはバイパス配線６１にいずれか一方が形成されず、その替わりとして、複数の第１電極３１または複数の第２電極３３を構成する直線状の電極層が形成されてもよい。
第２実施形態では、圧電デバイス１０を備える電子機器の一例として距離センサー１００を例示したが、これに限定されない。例えば、本発明の圧電デバイスは、圧電素子を駆動させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドや、圧電素子の変位量から圧力媒体の圧力を測定する圧力センサーなどにも利用できる。
１…基板、１１…開口部、１２…壁部、１３…減衰層、２…振動板、２Ａ…第１面、２Ｂ…第２面、３…圧電素子、３１…第１電極、３１Ｐ…第１電極端子、３２…圧電体、３３…第２電極、３３Ｐ…第２電極端子、３Ａ…素子群、４…封止板、４１…溝、４２…隔壁、５…第１配線、５１…第１バイパス配線，５１１…Ｙ方向バイパス配線、５１２…Ｘ方向バイパス配線、５２…第１接続配線，５４…第１スリット，６…第２配線、６１…第２バイパス配線、６２…第２接続配線、６４…第２スリット、５７，６７…補助配線、７…駆動回路、７１…切替回路、７２…送信回路、７３…受信回路、８…制御部、１０…圧電デバイス、１００…距離センサー、１０１…超音波モジュール、Ａｒ…振動領域、Ｔｒ…超音波トランスデューサー。
Claims (5)
- 開口部を有する基板と、
前記基板と重なるように設けられ、前記基板の厚み方向からみた平面視で前記開口部と重なる振動領域を複数有する振動板と、
前記振動領域に設けられた圧電素子と、
前記振動板の前記振動領域外に設けられ、複数の前記圧電素子に電気的に接続されるバイパス配線と、を備え、
前記バイパス配線には、当該バイパス配線を前記厚み方向に貫通するスリットが設けられていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記バイパス配線には、複数の前記スリットが配線方向に沿って断続的に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて
前記スリットは、前記バイパス配線を幅方向に分断しており、
前記バイパス配線には、前記スリットにより分断された部位同士を電気的に接続し、前記バイパス配線よりも柔軟性の高い材料による補助配線が設けられていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項１または請求項２に記載の圧電デバイスにおいて
複数の前記スリットは、前記バイパス配線の幅方向に並んで設けられていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイスと、
前記圧電デバイスを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を介して前記圧電デバイスを制御する制御部と、を備えることを特徴とする電子機器。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013070731A (ja) | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Fujifilm Corp | 超音波探触子およびその製造方法 |
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| JP6617536B2 (ja) * | 2015-11-30 | 2019-12-11 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013070731A (ja) | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Fujifilm Corp | 超音波探触子およびその製造方法 |
| JP2017009567A (ja) | 2014-06-30 | 2017-01-12 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波センサー及びその製造方法 |
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