JP7124669B2 - 圧電デバイスおよび電子機器 - Google Patents
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Description
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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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