压电元件、压电装置以及压电元件的制造方法与流程

技术特征：
1.一种压电元件，具有输出与压力相应的压力检测信号的振动部(20)，所述压电元件具备：支承体(10)；以及所述振动部，配置于所述支承体上，为包含压电膜(50)、以及与所述压电膜连接而取出通过所述压电膜变形所产生的电荷的电极膜(60)的构成，所述振动部具有被支承于所述支承体的支承区域(21a)、以及与所述支承区域相连并从所述支承体浮动的多个振动区域(22)，所述振动部输出基于所述电荷的所述压力检测信号，所述多个振动区域分别将成为与所述支承区域的边界的一端部(22a)设为固定端，并且将另一端部(22b)设为自由端，所述一端部侧的区域被设为第一区域(r1)，并且所述另一端部侧的区域被设为第二区域(r2)，所述电极膜形成于所述第一区域，所述压电元件具备使所述压力检测信号的检测精度提高的提高部(11c、22、22a、61～63、82、91、92、140、r1、r2、c1、c2)。2.如权利要求1所述的压电元件，所述多个振动区域形成有促进所述第一区域的变形的变形促进构造(c1、c2、22a、82)作为所述提高部。3.如权利要求2所述的压电元件，所述变形促进构造是在所述第一区域之中的从所述支承体浮动的部分形成的角部(c1)。4.如权利要求2或3所述的压电元件，所述变形促进构造通过所述第一区域的一端部为具有角部(c2)的形状而构成。5.如权利要求3或4所述的压电元件，所述角部为具有曲率的弯曲形状。6.如权利要求3～5中任一项所述的压电元件，所述振动区域之中的浮动的区域的外形线上的所述支承区域侧的两个端部，到达所述一端部，所述振动区域，作为所述变形促进构造，被设为所述一端部具有相对于连结所述两个端部彼此之间的虚拟线(k1)向与所述另一端部相反侧鼓起的部分的形状。7.如权利要求2～5中任一项所述的压电元件，所述振动区域之中的浮动的区域的外形线上的所述支承区域侧的两个端部，分别终止于所述浮动的区域，对于所述振动区域而言，作为所述变形促进构造，所述一端部具有相对于连结所述两个端部彼此之间的虚拟线(k2)向与所述另一端部相反侧鼓起的部分。8.如权利要求2～7中任一项所述的压电元件，在所述第二区域形成有孔部(81)，并且在所述孔部配置有与所述压电膜相比杨氏模量高的硬膜(82)作为所述变形促进构造。9.如权利要求8所述的压电元件，所述硬膜被形成为所述另一端部侧比所述第一区域侧密。10.如权利要求8或9所述的压电元件，
所述硬膜由与所述电极膜相同的材料构成。11.如权利要求1～10中任一项所述的压电元件，在所述振动区域形成有输出与温度相应的温度检测信号的温度检测元件(91)、以及由于通电而发热的发热元件(92)，作为所述提高部。12.如权利要求11所述的压电元件，所述温度检测元件以及所述发热元件形成于所述第二区域。13.如权利要求11或12所述的压电元件，所述压电膜从所述支承体侧层叠下层压电膜(51)与上层压电膜(52)而构成，所述温度检测元件以及所述发热元件配置于所述下层压电膜与所述上层压电膜之间。14.如权利要求2～13中任一项所述的压电元件，所述振动区域形成有多个，至少一部分作为所述提高部以相互的共振频率不同的方式而形成。15.如权利要求14所述的压电元件，对于共振频率不同的至少一部分的所述振动区域而言，所述一端部与所述另一端部之间的长度不同。16.如权利要求14所述的压电元件，对于共振频率不同的至少一部分的所述振动区域而言，所述振动区域的厚度不同。17.如权利要求14所述的压电元件，对于共振频率不同的至少一部分的所述振动区域而言，构成所述振动区域的材料不同。18.如权利要求1～17中任一项所述的压电元件，所述支承体具有支承基板(11)、以及配置于所述支承基板上并被配置所述振动部的绝缘膜(12)，使所述振动区域浮动的凹部(10a)形成于所述支承基板以及所述绝缘膜，将在所述支承基板形成的凹部中的与所述绝缘膜侧相反侧的开口部设为第一开口部(11d)、并且将所述绝缘膜侧的开口部设为第二开口部(11e)时，连接所述第一开口部与所述第二开口部的侧面(11c)，作为所述提高部，被设为相对于连结所述第一开口部与所述第二开口部的虚拟线(k3)凹陷的凹陷构造。19.如权利要求18所述的压电元件，所述支承基板为硅基板，所述绝缘膜侧的一面(11a)为(110)面，所述支承基板的侧面为(111)面。20.如权利要求1～19中任一项所述的压电元件，所述电极膜以及所述压电膜以下层电极膜(61)、下层压电膜(51)、中间电极膜(62)、上层压电膜(52)、上层电极膜(63)从所述支承体侧依次层叠的方式而配置，所述中间电极膜，作为所述提高部，被分割为面积相等的多个电荷区域(620、621～623)，并且所述电荷区域以串联的方式连接，所述振动部输出所述压力检测信号，该压力检测信号基于所述下层电极膜与所述中间电极膜的电荷区域之间产生的电荷、以及所述上层电极膜与所述中间电极膜的电荷区域之间产生的电荷。21.如权利要求20所述的压电元件，
所述多个电荷区域被设为成为最大灵敏度的90％以上的数量。22.如权利要求1～21中任一项所述的压电元件，在沿与所述一端部交叉的方向将所述振动区域分割成多个的虚拟区域(m)中，将所述虚拟区域的电容设为c，将该虚拟区域产生的应力的平均值设为σ时，所述多个振动区域中的第一区域以及第二区域，作为所述提高部，通过将各个所述虚拟区域中的c
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σ2成为最大的区域连接的边界线而被划分。23.如权利要求1～21中任一项所述的压电元件，在沿与所述一端部交叉的方向将所述振动区域分割成多个的虚拟区域(m)中，将所述虚拟区域的面积设为s，将所述虚拟区域产生的应力之和设为σsum时，所述多个振动区域中的第一区域以及第二区域，作为所述提高部，通过将各个所述虚拟区域中的(σsum)2/s成为最大的区域连接的边界线而被划分。24.如权利要求1～21中任一项所述的压电元件，所述多个振动区域为平面三角形状，所述多个振动区域中的第一区域以及第二区域，作为所述提高部，以所述一端部成为三等分的方式分割所述振动区域而构成三个三角形，所述多个振动区域中的第一区域以及第二区域通过将三个三角形的重心位置(c)与所述一端部的两端部连接的边界线而被划分。25.如权利要求1～24中任一项所述的压电元件，所述多个振动区域，作为所述提高部，所述另一端部相对于所述一端部翘曲，所述振动部，作为所述提高部，从所述多个振动区域分别输出所述压力检测信号。26.如权利要求1～25中任一项所述的压电元件，所述多个振动区域，作为所述提高部，在所述第二区域配置有与所述压电膜相比反射率高的反射膜(140)。27.如权利要求26所述的压电元件，所述反射膜由与所述压电膜相比杨氏模量低的材料构成。28.如权利要求1～27中任一项所述的压电元件，所述电极膜以及所述压电膜以下层电极膜(61)、下层压电膜(51)、中间电极膜(62)、上层压电膜(52)、上层电极膜(63)从所述支承体侧依次层叠的方式而配置，对于所述下层电极膜、所述中间电极膜、所述上层电极膜而言，作为所述提高部，所述下层电极膜以及所述上层电极膜的膜厚比所述中间电极膜的膜厚薄，所述下层电极膜与所述上层电极膜的刚性相等。29.一种压电元件，具有输出与压力相应的压力检测信号的振动部(20)，所述压电元件具备：支承体(10)；以及所述振动部，配置于所述支承体上，具有压电膜(50)、以及与所述压电膜连接而取出通过所述压电膜变形所产生的电荷的电极膜(60)，所述振动部具有支承于所述支承体的支承区域(21a)、以及与所述支承区域相连并从所述支承体浮动的多个振动区域(22)，所述振动部输出基于所述电荷的所述压力检测信号，多个所述振动区域分别将成为与所述支承区域的边界的一端部(22a)设为固定端，并
且将另一端部(22b)设为自由端，所述一端部侧的区域被设为第一区域(r1)，并且所述自由端侧的区域被设为第二区域(r2)，而且，多个所述振动区域形成为至少一部分的所述振动区域的共振频率相互不同，所述电极膜配置于所述第一区域。30.如权利要求29所述的压电元件，对于共振频率不同的至少一部分的所述振动区域而言，所述一端部与所述另一端部之间的长度不同。31.如权利要求29所述的压电元件，对于共振频率不同的至少一部分的所述振动区域而言，所述振动区域的厚度不同。32.如权利要求29所述的压电元件，对于共振频率不同的至少一部分的所述振动区域而言，构成所述振动区域的材料不同。33.如权利要求29～32中任一项所述的压电元件，在所述振动区域形成有输出与温度相应的温度检测信号的温度检测元件(91)、以及由于通电而发热的发热元件(92)。34.如权利要求33所述的压电元件，所述温度检测元件以及所述发热元件形成于所述第二区域。35.如权利要求33或34所述的压电元件，所述压电膜从所述支承体侧层叠下层压电膜(51)与上层压电膜(52)而构成，所述温度检测元件以及所述发热元件配置于所述下层压电膜与所述上层压电膜之间。36.一种压电装置，具备具有输出与压力相应的压力检测信号的振动部(20)的压电元件，所述压电装置具备：如权利要求1～35中任一项所述的压电元件；以及外壳(130)，具有搭载所述压电元件的被安装部件(131)、以及以收容所述压电元件的状态而被固定于所述被安装部件的盖部(132)，所述外壳形成有与外部连通来导入所述压力的贯通孔(131b、132a)。37.如权利要求36所述的压电装置，具备搭载于所述被安装部件的电路基板(120)，所述压电元件在所述压电膜上形成与所述电极膜电连接的连接焊盘部(701、702)，所述压电元件被倒装芯片安装于所述被安装部件，所述连接焊盘部经由形成于所述被安装部件的布线部(131c)与所述电路基板电连接，所述连接焊盘部配置于所述电路基板侧。38.如权利要求37所述的压电装置，所述压电元件在所述压电膜上具有为浮置状态的虚设焊盘部(703～708)，所述连接焊盘部以及所述虚设焊盘部以所述压电元件中的与所述被安装部件的面方向平行的面的中心为基准，对称地配置。39.如权利要求36～38中任一项所述的压电装置，将所述外壳内的空间中的与位于所述贯通孔与所述振动部之间的受压面空间(s1)不同的空间设为后部空间(s2)，将所述压电元件的声顺设为cm，将所述后部空间的电容设为
cb时，cb/cm为2以下。40.如权利要求36～39中任一项所述的压电装置，在所述振动部形成有划分所述多个振动区域的分离用缝隙(41)，将所述外壳内的空间中的位于所述贯通孔与所述振动部之间的空间设为受压面空间(s1)，并且将与所述受压面空间不同的空间设为后部空间(s2)时，所述压电元件的声顺、所述受压面空间的声顺、所述后部空间的声顺以及所述缝隙的声阻被调整为频率按照低频滚降频率、所述压电元件的共振频率、亥姆霍兹频率的顺序而变大。41.如权利要求40所述的压电装置，所述低频滚降频率为20hz以下，所述亥姆霍兹频率为20khz以上。42.如权利要求41所述的压电装置，所述分离用缝隙的宽度为3μm以下。43.如权利要求36～42中任一项所述的压电装置，将所述受压面空间的声顺设为cf，并且将所述后部空间的声顺设为cb时，cb/cf为14以下。44.如权利要求36～43中任一项所述的压电装置，将所述外壳内的空间中的位于所述贯通孔与所述振动部之间的空间设为受压面空间(s1)，并且将与所述受压面空间不同的空间设为后部空间(s2)时，所述受压面区间的容积与所述后部空间的容积为相等。45.如权利要求36～44中任一项所述的压电装置，具备进行规定的处理的控制部(120a)，对于所述压电元件而言，所述多个振动区域与所述控制部并联连接，并且所述多个振动区域串联连接，所述控制部通过施加规定电压使所述多个振动区域振动，从而进行所述压电元件的自诊断。46.如权利要求45所述的压电装置，所述控制部，作为所述自诊断，以成为基于能够施加于所述压电元件的压力的通常振动的方式，使所述多个振动区域振动，并基于串联连接的所述振动区域之间的电压来进行所述压电元件的异常判定。47.如权利要求45或46所述的压电装置，将所述外壳内的空间中的与位于所述贯通孔与所述振动部之间的空间(s1)不同的空间设为后部空间(s2)，所述控制部，作为所述自诊断，计算两个电压之差来导出共振倍率，并且基于所述共振倍率推断所述后部空间的压力，所述两个电压为，以成为基于能够施加于所述压电元件的压力的通常振动的方式，使所述多个振动区域振动时的所述振动区域之间的电压，和以成为与所述通常振动不同的推断振动的方式使所述多个振动区域振动时的所述振动区域之间的电压，所述控制部基于推断出的所述后部空间的压力，进行所述压力检测信号的校正。48.如权利要求47所述的压电装置，
所述控制部，作为所述推断振动，使所述多个振动区域以共振频率振动。49.一种压电元件的制造方法，所述压电元件具备：支承体(10)；以及振动部(20)，配置于所述支承体上，为包含压电膜(50)、以及与所述压电膜连接而取出通过所述压电膜变形所产生的电荷的电极膜(60)的构成，所述振动部具有支承于所述支承体的支承区域(21a)、以及与所述支承区域相连并从所述支承体浮动的多个振动区域(22)，所述振动部输出基于所述电荷的所述压力检测信号，所述多个振动区域分别将成为与所述支承区域的边界的一端部(22a)设为固定端，并且将另一端部(22b)设为另一端部，所述一端部侧的区域被设为第一区域(r1)，并且所述另一端部侧的区域被设为第二区域(r2)，所述电极膜形成于所述第一区域，所述压电元件形成有提高所述压力检测信号的检测精度的提高部(11c、22、22a、62、82、91、92、140、r1、r2、c1、c2)，所述压电元件的制造方法进行：准备所述支承体；以及在所述支承体上形成所述振动部，在形成所述振动部中，在所述支承体形成使所述振动区域浮动的凹部(10a)。50.如权利要求49所述的压电元件的制造方法，在准备所述支承体中，准备具有由硅基板构成的支承基板(11)、以及配置于所述支承基板上的绝缘膜(12)的所述支承体，在形成所述凹部中，进行：通过进行各向异性干式蚀刻，从而贯通所述支承基板以及所述绝缘膜使所述振动区域浮动；通过进行各向异性湿式蚀刻，从而成为将在所述支承基板形成的凹部中的与所述绝缘膜侧相反侧的开口部设为第一开口部(11d)、并且将所述绝缘膜侧的开口部设为第二开口部(11e)时，连接所述第一开口部与所述第二开口部的侧面(11c)相对于连结所述第一开口部与所述第二开口部的虚拟线(k3)呈凹陷的构成。51.如权利要求49或50所述的压电元件的制造方法，在形成所述振动部中，在所述第二区域配置与所述压电膜相比反射率高的反射膜(140)，在形成所述振动部之后，基于向所述反射膜照射激光束(l)而反射的所述激光束的强度来判定所述振动区域的翘曲。

技术总结
压电元件具备支承体，以及振动部(20)，该振动部配置于支承体上，为包含压电膜、以及与压电膜连接而取出通过压电膜变形所产生的电荷的电极膜的构成，该振动部具有支承于支承体的支承区域(21a)、以及与支承区域(21a)相连并从支承体浮动的多个振动区域(22)，该振动部输出基于电荷的压力检测信号。电极膜形成于第一区域(R1)。而且，形成提高压力检测信号的检测精度的提高部(22)。精度的提高部(22)。精度的提高部(22)。


技术研发人员：马渡和明 酒井峰一 小山友二
受保护的技术使用者：株式会社电装
技术研发日：2020.12.01
技术公布日：2022/7/12