WO2020230358A1 - 圧電デバイスおよび音響トランスデューサ - Google Patents

Abstract

基板(１１０)は、第１主面(１１１)および第２主面(１１２)を有している。圧電素子(１２０)は、第１主面(１１１)上に位置している。蓋部(１３０)は、第１主面(１１１)上に位置している。蓋部(１３０)は、第１主面(１１１)側において圧電素子(１２０)から離間して圧電素子(１２０)を覆っている。圧電素子(１２０)は、基部(１２１)とメンブレン部(１２２)とを含んでいる。基部(１２１)は、第１主面(１１１)上に位置して第１主面(１１１)側から見たときに環状の外形を有している。メンブレン部(１２２)は、第１主面(１１１)側から見たときに環状の基部(１２１)の内側に位置している。蓋部(１３０)は、第１貫通孔(１３１)が形成されている。基板(１１０)は、メンブレン部(１２２)と面する位置に、第１主面(１１１)から第２主面(１１２)に達する第２貫通孔(１１７)が形成されている。

Description

圧電デバイスおよび音響トランスデューサ

　本発明は、圧電デバイスおよび音響トランスデューサに関する。

　圧電デバイスの構成を開示した先行技術文献として、米国特許出願公開第２０１７／０１８４７１８号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された圧電デバイスは、基板と、基板に取り付けられた蓋と、駆動可能なメンブレンとを有する、基板上の超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに作用可能に結合された、基板上の集積回路とを備えている。蓋は、超音波トランスデューサと集積回路とを囲っている。基板には、音響開口部が形成されている。超音波トランスデューサは、音響開口部を実質的に覆うように基板に固定されている。

米国特許出願公開第２０１７／０１８４７１８号公報

　従来の圧電デバイスにおいては、基板のうち、メンブレン部と面する部分にのみ貫通孔が形成されている。この圧電デバイスにおいては、メンブレン部が振動することによって発生した音波が、上記貫通孔から放出される。または、貫通孔を通じてメンブレン部に達した音波が、メンブレン部を振動させる。これらの音波は、貫通孔のメンブレン部側とは反対側の開口端から、メンブレン部までの領域で共鳴する。この共鳴によって、圧電デバイスの音圧、感度または帯域などのデバイス特性を向上させることができる。

　しかしながら、周波数のさらに低い音波を上記領域で共鳴させて、デバイス特性を向上させる場合には、基板のメンブレン部側とは反対側の開口端から、メンブレン部までの距離をさらに長くする必要がある。上記の距離を長くすると、圧電デバイス全体の厚さが厚くなる。

　本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、厚さを厚くすることなくデバイス特性を向上できる、圧電デバイスおよび音響トランスデューサを提供することを目的とする。

　本発明に基づく圧電デバイスは、基板と、圧電素子と、蓋部とを備えている。基板は、第１主面および第１主面の反対側に位置する第２主面を有している。圧電素子は、第１主面上に位置している。蓋部は、第１主面上に位置している。蓋部は、第１主面側において圧電素子から離間して圧電素子を覆っている。圧電素子は、基部とメンブレン部とを含んでいる。基部は、第１主面上に位置して第１主面側から見たときに環状の外形を有している。メンブレン部は、第１主面側から見たときに環状の基部の内側に位置している。蓋部には、第１貫通孔が形成されている。基板は、メンブレン部と面する位置に、第１主面から第２主面に達する第２貫通孔が形成されている。

　本発明に基づく音響トランスデューサは、圧電デバイスと、実装基板と、筐体とを備えている。圧電デバイスは、基板と、圧電素子と、蓋部とを含んでいる。基板は、第１主面および第１主面の反対側に位置する第２主面を有している。圧電素子は、第１主面上に位置している。圧電素子は、基部と、メンブレン部とを有している。基部は、第１主面上に位置して第１主面側から見たときに環状の外形を有している。メンブレン部は、第１主面側から見たときに環状の基部の内側に位置している。蓋部は、第１主面側において圧電素子から離間して圧電素子を覆っている。実装基板には、第２主面と面するように圧電デバイスが実装されている。筐体は、圧電デバイスと実装基板とを収容している。筐体は、第１壁部および第２壁部を含んでいる。第１壁部は、圧電デバイスに関して実装基板側とは反対側に位置している。第２壁部は、実装基板に関して圧電デバイスとは反対側に位置している。蓋部には、第１貫通孔が形成されている。基板は、メンブレン部と面する位置に、第１主面から第２主面に達する第２貫通孔が形成されている。実装基板は、第２貫通孔と面する位置に、第３貫通孔が形成されている。第１壁部は、第１貫通孔と面する位置に、第４貫通孔が形成されている。第２壁部は、第３貫通孔と面する位置に、第５貫通孔が形成されている。

　本発明によれば、厚さを厚くすることなくデバイス特性を向上できる。

本発明の実施形態１に係る圧電デバイスの外観を示す平面図である。 図１に示した圧電デバイスをＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図２に示した圧電デバイスをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態１に係る音響トランスデューサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る圧電デバイスを示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電デバイスおよび音響トランスデューサの一部を示す断面図である。 図６に示した圧電デバイスを矢印ＶＩＩ方向から見た図である。 図６に示した圧電デバイスおよび音響トランスデューサの一部を矢印ＶＩＩＩ方向から見た図である。 本発明の実施形態４に係る圧電デバイスおよび音響トランスデューサの一部を示す断面図である。 図９に示した圧電デバイスを矢印Ｘ方向から見た図である。 図９に示した圧電デバイスおよび音響トランスデューサを矢印ＸＩ方向から見た図である。

　以下、本発明の各実施形態に係る圧電デバイスおよび音響トランスデューサについて図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。なお、本明細書においては、「音波」には「超音波」が含まれ、「音響トランスデューサ」には「超音波トランスデューサ」が含まれる。

　(実施形態１)
　まず、本発明の実施形態１に係る圧電デバイスについて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る圧電デバイスの外観を示す平面図である。図２は、図１に示した圧電デバイスをＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３は、図２に示した圧電デバイスをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。

　図１から図３に示すように、圧電デバイス１００は、基板１１０と、圧電素子１２０と、蓋部１３０とを備えている。

　図２に示すように、基板１１０は、第１主面１１１および第１主面１１１の反対側に位置する第２主面１１２を有している。基板１１０は、第１主面１１１と第２主面１１２とを互いに接続する周側面１１３を有している。

　基板１１０には、後述する第１貫通孔とは異なる、第２貫通孔１１７が形成されている。第２貫通孔１１７の詳細については、後述する。

　図２および図３に示すように、本実施形態において、基板１１０は、第１主面１１１の法線方向から見たときに、矩形状の外形を有している。上記法線方向から見たときに、基板１１０の一辺の長さは、たとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。基板１１０の上記法線方向における厚さは、たとえば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

　基板１１０としては、たとえば、ガラスエポキシ基板などの樹脂とガラス繊維とを組み合わせた材料で構成される基板、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low　Temperature　Co-fired　Ceramics）多層基板、または、アルミナなどからなるセラミックス材料で構成される基板などが挙げられる。

　第１主面１１１上には、複数の第１電極１１４の各々が互いに離間して位置している。複数の第１電極１１４は、それぞれ、圧電素子１２０が有する後述の複数の電極と、電気的に互いに接続されている。

　第２主面１１２上には、複数の第２電極１１５の各々が互いに離間して位置している。圧電デバイス１００が実装基板に実装される際は、複数の第２電極１１５の各々が、実装基板に電気的に接続される。複数の第２電極１１５電極の各々が実装基板に接続されるとき、互いに隣り合う複数の第２電極１１５同士の間には、空気が通流可能な流路が形成されている。すなわち、圧電デバイス１００が実装基板に実装される際、第２主面１１２上に位置する空気は、互いに隣り合う複数の第２電極１１５同士の間を通って、基板１１０の周側面１１３より外側の空間に流れることができる。

　本実施形態において、複数の第１電極１１４の各々と、前記複数の第２電極１１５のうちのいずれかの第２電極１１５とは、ビア電極１１６により互いに電気的に接続されている。ビア電極１１６は、基板１１０を、第１主面１１１から第２主面１１２まで達するように貫通して位置している。

　図２および図３に示すように、圧電素子１２０は、第１主面１１１上に位置している。圧電素子１２０は、基部１２１とメンブレン部１２２とを含んでいる。

　図３に示すように、基部１２１は、第１主面１１１上に位置しており、第１主面１１１側から見たときに環状の外形を有している。本実施形態において、第１主面１１１側から見たときに、基部１２１の周側面は、矩形状である。第１主面側から見たときに、基部１２１の周側面は、円形状または多角形状であってもよい。

　メンブレン部１２２は、第１主面１１１側から見たときに環状の基部１２１の内側に位置している。メンブレン部１２２は、基部１２１に支持されている。このため、図２に示すように、圧電素子１２０には、基板１１０側において、基部１２１とメンブレン部１２２とで囲まれた凹部１２３が形成されている。

　メンブレン部１２２には、上記法線方向においてメンブレン部１２２を貫通するようにスリットが形成されていてもよい。このようなスリットが形成されることにより、メンブレン部１２２は、少なくとも一方端が基部１２１に支持される複数の梁部で構成されていてもよい。

　図３に示すように、本実施形態において、メンブレン部１２２は、上記法線方向から見たときに、略円形状の外形を有している。メンブレン部１２２の直径は、たとえば０．５ｍｍ以上１．３ｍｍ以下である。メンブレン部１２２は、上記法線方向から見たときに、矩形状の外形を有していてもよい。メンブレン部１２２の上記法線方向における厚さは、たとえば０．５μｍ以上６．０μｍ以下である。メンブレン部１２２は、上記法線方向から見たときに、多角形状または矩形状の外形を有していてもよい。

　図２および図３に示すように、本実施形態において、メンブレン部１２２は、少なくとも上部電極層１２４と、下部電極層１２５と、圧電体層１２６とを有している。メンブレン部１２２に対して、上記法線方向における基板１１０側を下側、基板１１０側とは反対側を上側として見たときに、上部電極層１２４は、圧電体層１２６の上側に位置している。下部電極層１２５は、圧電体層１２６を挟んで上部電極層１２４の少なくとも一部に対向するように配置されている。

　図３に示すように、上部電極層１２４および下部電極層１２５の各々は、メンブレン部１２２側から基部１２１側に延出するように位置している。上部電極層１２４および下部電極層１２５の各々は、複数のボンディングワイヤ１２７の各々によって複数の第１電極１１４にワイヤボンディングされることで、電気的に接続されている。

　本実施形態において、メンブレン部１２２は、上記のように構成されることで、上記法線方向において振動可能に構成されている。具体的には、メンブレン部１２２は、２０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の低周波領域の超音波において、機械的な共振周波数で上記法線方向に振動するように構成されている。

　図２に示すように、本実施形態において、圧電素子１２０は、基部１２１と第１主面１１１との間に位置するダイボンド材１２８により、基板１１０と互いに接合されている。図２および図３に示すように、本実施形態においては、ダイボンド材１２８によって、上記法線方向から見たときに基部１２１の全周にわたって、基部１２１が、基板１１０の第１主面１１１と隙間なく接合されている。これにより、メンブレン部１２２に対して凹部１２３側の空間と、メンブレン部１２２に対して凹部１２３側とは反対側の空間とを、互いに音響的に分離させることができる。ダイボンド材１２８によって基部１２１の一部と基板１１０の第１主面１１１とが互いに接合されている場合は、基部１２１と基板１１０の第１主面との間に形成された隙間に、追加のダイボンド材、または、その他の部材を追加充填することにより、上記空間同士を互いに音響的に分離させてもよい。

　図３に示すように、本実施形態において、圧電素子１２０は、上記法線方向から見たときに、矩形状の外形を有している。上記法線方向から見たときに、圧電素子１２０の一辺の長さは、たとえば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、圧電素子１２０の上記法線方向における厚さは、たとえば０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

　本実施形態において、圧電素子１２０は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）素子である。本実施形態において、圧電素子１２０は、比較的低い共振周波数でメンブレン部１２２を振動させて、超音波を放出、または、超音波を受信することができる。本実施形態において、これらの超音波の周波数は、具体的にはおよそ２０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下である。

　図１から図３に示すように、蓋部１３０は、第１主面１１１上に位置している。本実施形態において、蓋部１３０は、上記法線方向から見たときに基板１１０の外形と略同一の外形を有している。

　蓋部１３０は、第１主面１１１側において圧電素子１２０から離間して圧電素子１２０を覆っている。蓋部１３０は、複数のボンディングワイヤ１２７の各々と互いに接触しないように構成されている。

　蓋部１３０の厚さは、圧電素子１２０の振動周波数の波長の４分の１より小さくなるように調整される。蓋部１３０の厚さは、たとえば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

　蓋部１３０は、第１貫通孔１３１が形成されている。本実施形態においては、第１貫通孔１３１は、第１貫通孔１３１を通って音波が出入して、後述の共鳴空間で音波が共鳴可能に構成されている。共鳴空間で音波が共鳴することで、圧電デバイス１００の音圧、感度または帯域などのデバイス特性が向上する。本実施形態において、第１貫通孔１３１は、メンブレン部１２２と面する位置に形成されている。上記法線方向から見たときに、第１貫通孔１３１の中心部は、メンブレン部１２２の中心部とは異なる位置に位置していてもよい。上記法線方向から見たときに、第１貫通孔１３１は、メンブレン部１２２と重ならないように位置していてもよい。

　本実施形態において、第１貫通孔１３１は、第１貫通孔１３１の貫通方向から見たとき円形状の外形を有している。第１貫通孔１３１は、第１貫通孔１３１の貫通方向から見たときに矩形状または多角形状の外形を有していてもよい。

　本実施形態において、蓋部１３０は、金属材料または樹脂材料で構成されている。蓋部１３０は、上記材料で構成された部材を切削加工またはプレス加工することにより成形されてもよいし、モールド成形によって成形されてもよい。

　本実施形態において、蓋部１３０は、蓋部１３０と第１主面１１１との間に位置する蓋部接着剤１３２により、基板１１０と互いに接続されている。本実施形態においては、蓋部接着剤１３２により、蓋部１３０が、上記法線方向から見たときに蓋部の外周端の全周にわたって第１主面１１１と隙間なく接合されている。これにより、蓋部１３０と圧電素子１２０とで囲まれた空間である共鳴空間１３４と、圧電デバイス１００の外側の空間とが、実質的に第１貫通孔１３１のみを介して互いに音響的に接続されている。

　本実施形態において、第１貫通孔１３１は、メンブレン部１２２と面するように位置している。なお、共鳴空間１３４と、圧電デバイス１００の外側の空間とが音響的に互いに接続されていれば、第１貫通孔１３１の位置は特に限定されない。

　本実施形態においては、第１貫通孔１３１の貫通方向の長さＬ、第１貫通孔１３１の貫通方向から見たときの面積Ｓ、および、共鳴空間１３４の体積Ｖの各々は、圧電素子１２０によって送受信される音波によって共鳴空間１３４内でヘルムホルツ共鳴が引き起こされるように構成される。具体的には、下記式(１)によって表される共鳴周波数ｆの値が、圧電素子１２０によって送受信される音波の周波数に近づくように、上記長さＬ、上記面積Ｓおよび上記体積Ｖが調整される。なお、下記式(１)中のｃは音速である。

　上記のように、共鳴空間１３４内でヘルムホルツ共鳴が引き起こされるように、第１貫通孔１３１の貫通方向の長さＬ、第１貫通孔１３１の貫通方向から見たときの面積Ｓ、および、共鳴空間１３４の体積Ｖの各々が構成されることにより、圧電デバイス１００の音圧、感度または帯域などのデバイス特性を向上させることができる。なお、上記Ｌの長さは、第１貫通孔１３１の形状を考慮して、開口端補正された長さを用いる。

　本発明の実施形態１に係る圧電デバイス１００においては、複数の第２電極１１５の各々に電圧を印加することにより、複数の第２電極１１５の各々と電気的に接続されている上部電極層１２４と下部電極層１２５との間に電圧が印加される。これにより、上部電極層１２４と下部電極層１２５との間に位置する圧電体層１２６が駆動する。圧電体層１２６が駆動することによりメンブレン部１２２が振動して、音波として超音波が発生する。この超音波は、共鳴空間１３４で共鳴して音圧が増幅された後、第１貫通孔１３１から外部空間に放出される。

　また、超音波などの音波を圧電デバイス１００により受信する場合においては、第１貫通孔１３１から共鳴空間１３４に入った音波は、共鳴空間１３４で共鳴して音圧が増幅された状態で、メンブレン部１２２を振動させる。これにより駆動させられた圧電体層１２６を両側から挟んでいる上部電極層１２４と下部電極層１２５との間に、電位差が生じる。この電位差は、上部電極層１２４および下部電極層１２５の各々に電気的に接続された複数の第２電極１１５で検出することができる。このようにして、本実施形態に係る圧電デバイス１００においては、音波を受信することができる。

　ここで、基板１１０に形成された第２貫通孔１１７の詳細について説明する。図２に示すように、第２貫通孔１１７は、第１主面１１１から第２主面１１２に達するように形成されている。第２貫通孔１１７は、メンブレン部１２２と面する位置に形成されている。これにより、凹部１２３内の空間は、第２貫通孔１１７によって、基板１１０の第２主面１１２側の空間と互いに接続されている。

　仮に、第２貫通孔１１７が形成されていないとすると、凹部１２３は、基板１１０で覆われる。凹部１２３が基板１１０で覆われる場合、メンブレン部１２２が振動したときに、凹部１２３内の空気が、空気ばねとしてメンブレン部１２２に作用する。これにより、メンブレン部１２２の変位量が小さくなる、メンブレン部１２２の共振周波数が高くなる、または、共振周波数の周波数帯域が狭くなる。本実施形態においては、第２貫通孔１１７が設けられているため、凹部１２３内の空気が、空気ばねとしてメンブレン部１２２に作用することを抑制することができる。

　なお、本発明の実施形態１においては、第２貫通孔１１７は、上記法線方向から見たときに、円形状の外形を有している。第２貫通孔１１７の内径は、たとえば０．１ｍｍ以上１．３ｍｍ以下である。なお、第２貫通孔１１７は、上記法線方向から見たときに、矩形状の外形を有していてもよい。また、第２貫通孔１１７は、上記法線方向から見たときに、基部１２１より内側に位置している。

　上記のように、本発明の実施形態１に係る圧電デバイス１００において、蓋部１３０は、第１貫通孔１３１が形成されている。基板１１０は、メンブレン部１２２と面する位置に、第１主面１１１から第２主面１１２に達する第２貫通孔１１７が形成されている。

　上記の構成により、共鳴空間１３４で音波を共鳴させることができるとともに、圧電素子１２０の凹部１２３内の空気が空気ばねとしてメンブレン部１２２に作用することを抑制できる。これにより、圧電デバイス１００の厚さを厚くすることなく、圧電デバイス１００のデバイス特性を向上させることができる。

　次に、本発明の実施形態１に係る音響トランスデューサについて説明する。図４は、本発明の実施形態１に係る音響トランスデューサの構成を示す断面図である。

　図４に示すように、音響トランスデューサ１０は、圧電デバイス１００と、実装基板１１と、筐体１２とを備えている。

　実装基板１１には、第２主面１１２と面するように圧電デバイス１００が実装されている。具体的には、第２主面１１２上に位置している複数の第２電極１１５の各々が、実装基板１１と互いに接合されている。複数の第２電極１１５の各々は、実装基板１１における図示しない配線と互いに電気的に接続されている。

　実装基板１１は、第２貫通孔１１７と面する位置に、第３貫通孔１１ｈが形成されている。

　筐体１２は、圧電デバイス１００と実装基板１１とを収容している。筐体１２は、第１壁部１３および第２壁部１４を含んでいる。第１壁部と第２壁部１４とは、第３壁部１５により互いに接続されている。

　第１壁部１３は、圧電デバイス１００に関して実装基板１１側とは反対側に位置している。第１壁部１３には、第１貫通孔１３１と面する位置に、第４貫通孔１３ｈが形成されている。

　第２壁部１４は、実装基板１１に関して圧電デバイス１００とは反対側に位置している。第２壁部１４には、第３貫通孔１１ｈと面する位置に、第５貫通孔１４ｈが形成されている。

　蓋部１３０と第１壁部１３との間には、第１ガスケット１６が位置している。第１ガスケット１６は、蓋部１３０に対して第１壁部１３の相対的な位置を固定している。第１ガスケット１６は、蓋部１３０と接触している部分および第１壁部１３と接触している部分の各々において、蓋部１３０および第１壁部１３の各々との間に実質的な隙間が形成されないように配置されている。第１ガスケット１６には、第６貫通孔１６ｈが形成されている。第６貫通孔１６ｈは、第１貫通孔１３１と第４貫通孔１３ｈとの間に位置している。すなわち、第１ガスケット１６は、上記法線方向から見たときに、第１貫通孔１３１および第４貫通孔を囲むように位置している。

　実装基板１１と第２壁部１４との間には、第２ガスケット１７が位置している。第２ガスケット１７は、実装基板１１に対して第２壁部１４の相対的な位置を固定している。第２ガスケット１７は、実装基板１１と接触している部分および第２壁部１４と接触している部分の各々において、実装基板１１および第２壁部１４の各々との間に実質的な隙間が形成されないように配置されている。第２ガスケット１７には、第７貫通孔１７ｈが形成されている。第７貫通孔１７ｈは、第３貫通孔１１ｈと第５貫通孔１４ｈとの間に位置している。すなわち、第２ガスケット１７は、上記法線方向から見たときに、第３貫通孔１１ｈおよび第５貫通孔１４ｈを囲むように位置している。

　上記のように、本発明の実施形態１に係る音響トランスデューサ１０においては、実装基板１１は、第２貫通孔１１７と面する位置に、第３貫通孔１１ｈが形成されている。第１壁部１３は、第１貫通孔１３１と面する位置に、第４貫通孔１３ｈが形成されている。第２壁部１４は、第３貫通孔と面する位置に、第５貫通孔１４ｈが形成されている。

　これにより、圧電デバイス１００は、第１貫通孔１３１側、および第２貫通孔１１７側の両方から、音波１を送受信することができる。これにより、本実施形態に係る音響トランスデューサ１０は、一方側のみから音波を送受信する音響トランスデューサと比較して、送受信可能な角度を広くすることができる。

　(実施形態２)
　以下、本発明の実施形態２に係る圧電デバイスについて説明する。本発明の実施形態２に係る圧電デバイスは、第２孔部の構成が主に、本発明の実施形態１に係る圧電デバイスと異なる。よって、本発明の実施形態１に係る圧電デバイス１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図５は、本発明の実施形態２に係る圧電デバイスを示す断面図である。図５においては、図２と同一の断面視にて図示している。

　図５に示すように、本発明の実施形態２に係る圧電デバイス２００においては、第２貫通孔２１７は、第１主面１１１側から第２主面１１２側に向かうにしたがって孔径が小さくなっている。これにより、本発明の実施形態１と同様に第２貫通孔２１７によってデバイス特性の低下を抑制することができるとともに、第１貫通孔１３１側からのみ音波を発信する場合においては、第２貫通孔２１７を通って不要な音波が圧電デバイス２００の外側に放出されることを抑制できる。ひいては、第２貫通孔２１７側から放出される音波が、第１貫通孔１３１から発信される音波に干渉することを抑制することができる。

　本発明の実施形態２に係る圧電デバイス２００においては、第１貫通孔１３１または第２貫通孔２１７の少なくとも一部に、多孔質材２４０が充填されている。これにより、第１貫通孔１３１側または第２貫通孔２１７側のいずれか一方からのみ音波を送受信する場合には、音波を送受信しない方の貫通孔側において、不要な音波を吸収することができる。ひいては、第２貫通孔２１７を通って上記の不要な音波が、圧電デバイス２００によって送受信される音波に干渉することを抑制することができる。

　本実施形態においては、第２貫通孔２１７に多孔質材２４０が充填されている。また、本実施形態においては、多孔質材２４０が、第２貫通孔２１７を埋めるように位置している。多孔質材２４０が、第２貫通孔２１７を埋めるように位置している場合、多孔質材２４０は、連続気泡を有していることが好ましい。

　(実施形態３)
　以下、本発明の実施形態３に係る圧電デバイスおよび音響トランスデューサについて説明する。本発明の実施形態３に係る圧電デバイスは、第２孔部の構成が主に、本発明の実施形態１に係る圧電デバイス１００と異なる。本発明の実施形態３に係る音響トランスデューサは、実装基板の構成が主に、本発明の実施形態１に係る音響トランスデューサ１０と異なる。よって、本発明の実施形態１に係る圧電デバイス１００および音響トランスデューサ１０の各々と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図６は、本発明の実施形態３に係る圧電デバイスおよび音響トランスデューサの一部を示す断面図である。図７は、図６に示した圧電デバイスを矢印ＶＩＩ方向から見た図である。図８は、図６に示した圧電デバイスおよび音響トランスデューサの一部を矢印ＶＩＩＩ方向から見た図である。図６においては、図２と同一の断面視にて図示している。

　図６に示すように、本発明の実施形態３に係る音響トランスデューサにおいては、実装基板３１に、貫通孔が形成されていない。このため、本発明の実施形態３に係る圧電デバイス３００は、第２貫通孔３１７の形状により、凹部１１２内の空気が空気ばねとしてメンブレン部１２２に作用することをさらに抑制できるように構成されている。

　具体的には、本発明の実施形態３に係る圧電デバイス３００においては、第２貫通孔３１７は、第１主面１１１側の孔径より第２主面１１２側の孔径の方が大きい。これにより、凹部１２３が、これと連続する第２貫通孔３１７とともに空気ばねとして作用しにくくなるため、圧電デバイス３００のデバイス特性の低下をさらに抑制できる。

　図６から図８に示すように、本発明の実施形態３に係る音響トランスデューサにおいては、第２主面１１２と実装基板３１とが互いに直接接触しておらず、かつ、第２主面１１２上に位置する複数の第２電極１１５同士が、互いに離間している。このため、凹部１２３および第２貫通孔３１７で構成される空間は、圧電デバイス３００の周側面１１３側の空間と、複数の第２電極１１５同士の隙間を介して互いに接続されている。複数の第２電極１１５の各々の厚さは比較的薄い。これにより、本発明の実施形態３に係る音響トランスデューサにおいては、第２貫通孔３１７側において、複数の第２電極１１５同士の間に、空気の流路２が構成されているとともに、不要な超音波の放出が抑制されている。

　(実施形態４)
　以下、本発明の実施形態４に係る圧電デバイスについて説明する。本発明の実施形態４に係る圧電デバイスは、基板の構成が、本発明の実施形態３に係る圧電デバイスと異なる。よって、本発明の実施形態３に係る圧電デバイス３００と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図９は、本発明の実施形態４に係る圧電デバイスおよび音響トランスデューサの一部を示す断面図である。図１０は、図９に示した圧電デバイスを矢印Ｘ方向から見た図である。図１１は、図９に示した圧電デバイスおよび音響トランスデューサを矢印ＸＩ方向から見た図である。図９においては、図６と同一の断面視にて図示している。

　図９から図１１に示すように、本発明の実施形態４においては、基板１１０は、周側面１１３から第２貫通孔４１７と連通するように延在する連通部４１８を有している。すなわち、第２貫通孔４１７と連通部４１８とによって、凹部１２３内の空間が圧電デバイス４００の外側の空間と互いに連続することで、空気の流路２が形成される。これにより、圧電素子１２０の凹部１２３内の空気が空気ばねとしてメンブレン部１２２に作用することをさらに抑制できる。ひいては、圧電デバイス４００のデバイス特性の低下をさらに抑制することができる。

　本発明の実施形態４において、基板１１０は、複数の連通部４１８を有している。基板１１０を第２主面１１２側から見たときに、四隅に配置された複数の第２電極１１５のうち、互いに隣り合っている第２電極１１５同士の間の各々に、複数の連通部４１８の各々が位置している。

　上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

　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。

　１０　音響トランスデューサ、１１，３１　実装基板、１１ｈ　第３貫通孔、１２　筐体、１３　第１壁部、１３ｈ　第４貫通孔、１４　第２壁部、１４ｈ　第５貫通孔、１５　第３壁部、１６　第１ガスケット、１６ｈ　第６貫通孔、１７　第２ガスケット、１７ｈ　第７貫通孔、１００，２００，３００，４００　圧電デバイス、１１０　基板、１１１　第１主面、１１２　第２主面、１１３　周側面、１１４　第１電極、１１５　第２電極、１１６　ビア電極、１１７，２１７，３１７，４１７　第２貫通孔、１２０　圧電素子、１２１　基部、１２２　メンブレン部、１２３　凹部、１２４　上部電極層、１２５　下部電極層、１２６　圧電体層、１２７　ボンディングワイヤ、１２８　ダイボンド材、１３０　蓋部、１３１　第１貫通孔、１３２　蓋部接着剤、１３４　共鳴空間、２４０　多孔質材、４１８　連通部。

Claims (6)

1. 　第１主面および該第１主面の反対側に位置する第２主面を有する基板と、
   　前記第１主面上に位置する圧電素子と、
   　前記第１主面上に位置し、第１主面側において前記圧電素子から離間して前記圧電素子を覆っている蓋部とを備え、
   　前記圧電素子は、前記第１主面上に位置して前記第１主面側から見たときに環状の外形を有する基部と、前記第１主面側から見たときに環状の前記基部の内側に位置するメンブレン部とを含み、
   　前記蓋部には、第１貫通孔が形成されており、
   　前記基板は、前記メンブレン部と面する位置に、前記第１主面から前記第２主面に達する第２貫通孔が形成されている、圧電デバイス。
2. 　前記第２貫通孔は、前記第１主面側から第２主面側に向かうにしたがって孔径が小さくなっている、請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 　前記第２貫通孔は、前記第１主面側の孔径より第２主面側の孔径の方が大きい、請求項１に記載の圧電デバイス。
4. 　前記基板は、前記第１主面と前記第２主面とを互いに接続する周側面を有しており、
   　前記基板は、前記周側面から前記第２貫通孔と連通するように延在する連通部を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
5. 　前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一部に、多孔質材が充填されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
6. 　第１主面および該第１主面の反対側に位置する第２主面を有する基板と、前記第１主面上に位置する圧電素子と、前記第１主面上に位置し、第１主面側において前記圧電素子から離間して前記圧電素子を覆っている蓋部とを含む圧電デバイスと、
   　前記第２主面と面するように前記圧電デバイスが実装された実装基板と、
   　前記圧電デバイスと前記実装基板とを収容し、前記圧電デバイスに関して実装基板側とは反対側に位置する第１壁部、および、前記実装基板に関して前記圧電デバイスとは反対側に位置する第２壁部を含む筐体とを備え、
   　前記圧電素子は、前記第１主面上に位置して前記第１主面側から見たときに環状の外形を有する基部と、前記第１主面側から見たときに環状の前記基部の内側に位置するメンブレン部とを有し、
   　前記蓋部は、第１貫通孔が形成されており、
   　前記基板は、前記メンブレン部と面する位置に、前記第１主面から前記第２主面に達する第２貫通孔が形成されており、
   　前記実装基板は、前記第２貫通孔と面する位置に、第３貫通孔が形成されており、
   　前記第１壁部は、前記第１貫通孔と面する位置に、第４貫通孔が形成されており、
   　前記第２壁部は、前記第３貫通孔と面する位置に、第５貫通孔が形成されている、音響トランスデューサ。

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