特開 2023-125929 超音波トランスデューサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023125929

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】超音波トランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20230831BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030298

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】河野 満治

(72)【発明者】

【氏名】荒牧 正明

【テーマコード（参考）】

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D019AA21

5D019BB02

5D019BB04

5D019BB13

5D019BB26

(57)【要約】

【課題】受信感度を向上させることが可能な超音波トランスデューサを提供する。
【解決手段】超音波トランスデューサは、基板１０と、基板上に設けられ、前記基板側に位置する第１主面と、第２主面と、を有する圧電層１２と、前記圧電層の中央部を挟み、前記第１主面に設けられる第１送信電極１４ａおよび前記第２主面に設けられる第２送信電極１４ｂと、前記圧電層の前記第２主面に、互いに隣接し、かつ離間して、前記第２送信電極を囲んで設けられる第１受信電極１６ａおよび第２受信電極１６ｂと、前記第１送信電極と前記第２送信電極との間に交流電圧を印加することで、超音波を送信する送信部２４と、前記第１受信電極と前記第２受信電極との間に生じる交流電圧により超音波を検出する検出部２２とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられ、前記基板側に位置する第１主面と、第２主面と、を有する圧電層と、
前記圧電層の中央部を挟み、前記第１主面に設けられる第１送信電極および前記第２主面に設けられる第２送信電極と、
前記圧電層の前記第２主面に、互いに隣接し、かつ離間して、前記第２送信電極を囲んで設けられる第１受信電極および第２受信電極と、
前記第１送信電極と前記第２送信電極との間に交流電圧を印加することで、超音波を送信する送信部と、
前記第１受信電極と前記第２受信電極との間に生じる交流電圧により超音波を検出する検出部と、
を備える超音波トランスデューサ。

【請求項2】

前記基板において、前記第１送信電極および前記第２送信電極はいずれも前記第１受信電極および前記第２受信電極から電気的に分離されている請求項１に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項3】

前記圧電層の厚さ方向から見て、前記第１送信電極と、前記第１受信電極および前記第２受信電極と、は重ならない請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項4】

前記第１送信電極と前記第２送信電極とが挟む前記圧電層の厚さは、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより小さい請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項5】

前記第１送信電極と前記第２送信電極とが挟む前記圧電層の厚さは、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより小さい請求項３に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項6】

前記第１受信電極と前記第２受信電極との間隔は、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより大きい請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項7】

前記第１受信電極と前記第２受信電極との間隔は、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより大きい請求項３に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項8】

前記第１受信電極と前記第２受信電極との間隔は、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより大きい請求項４に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項9】

前記基板と前記圧電層との間に設けられた活性層を備える請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項10】

前記基板は、前記活性層と接する空隙を有し、
前記圧電層の厚さ方向から見て、前記第２送信電極、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域は、前記空隙に重なる請求項９に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項11】

前記第１受信電極は前記第２送信電極を囲むように設けられ、
前記第２受信電極は前記第１受信電極を囲むように設けられ、
前記第２送信電極の外周の少なくとも一部、前記第１受信電極の内側の外周の少なくとも一部、前記第１受信電極の外側の外周の一部、前記第２受信電極の内側の外周の少なくとも一部、および前記第２受信電極の外側の外周の少なくとも一部は、略同じ中心を有する円周の少なくとも一部である請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波トランスデューサに関する。

【背景技術】

【0002】

測距センサや指紋センサ等に圧電体を用いた圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ：Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）が知られている。ｐＭＵＴは逆圧電効果および圧電効果を用い超音波を送信および受信することができる（例えば特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第１０５６６９４９号明細書

【特許文献2】特表２０１８－５０２４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１および２では、１個の超音波トランスデューサを用い超音波の送信および受信を行うため、小型化および低コスト化が可能となる。厚さ方向において圧電層を挟む一対の送信電極および圧電層を挟む一対の受信電極を設ける構造が採用されている。超音波を送信するときには、一対の送信電極間に交流電圧を加えることで超音波を生成する。超音波を受信するときには、一対の受信電極間の交流電圧を検出することで超音波を検出する。しかしながら、この構造では、受信電極間の静電容量が大きくなり、受信感度が低下してしまう。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、受信感度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、前記基板側に位置する第１主面と、第２主面と、を有する圧電層と、前記圧電層の中央部を挟み、前記第１主面に設けられる第１送信電極および前記第２主面に設けられる第２送信電極と、前記圧電層の前記第２主面に、互いに隣接し、かつ離間して、前記第２送信電極を囲んで設けられる第１受信電極および第２受信電極と、前記第１送信電極と前記第２送信電極との間に交流電圧を印加することで、超音波を送信する送信部と、前記第１受信電極と前記第２受信電極との間に生じる交流電圧により超音波を検出する検出部と、を備える超音波トランスデューサである。

【0007】

上記構成において、前記基板において、前記第１送信電極および前記第２送信電極はいずれも前記第１受信電極および前記第２受信電極から電気的に分離されている構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記圧電層の厚さ方向から見て、前記第１送信電極と、前記第１受信電極および前記第２受信電極と、は重ならない構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第１送信電極と前記第２送信電極とが挟む前記圧電層の厚さは、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより小さい構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記第１受信電極と前記第２受信電極との間隔は、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域における前記圧電層の厚さより大きい構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記基板と前記圧電層との間に設けられた活性層を備える構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記基板は、前記活性層と接する空隙を有し、前記圧電層の厚さ方向から見て、前記第２送信電極、前記第１受信電極および前記第２受信電極が設けられた領域は、前記空隙に重なる構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記第１受信電極は前記第２送信電極を囲むように設けられ、前記第２受信電極は前記第１受信電極を囲むように設けられ、前記第２送信電極の外周の少なくとも一部、前記第１受信電極の内側の外周の少なくとも一部、前記第１受信電極の外側の外周の一部、前記第２受信電極の内側の外周の少なくとも一部、および前記第２受信電極の外側の外周の少なくとも一部は、略同じ中心を有する円周の少なくとも一部である構成とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、受信感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る超音波トランスデューサを示す平面図およびブロック図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る超音波トランスデューサの送信動作を説明する図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係る超音波トランスデューサの受信動作を説明する図である。

【図4】図４（ａ）は、比較例における受信電極付近の拡大図、図４（ｂ）は、実施例１における送信電極付近の拡大図である。

【図5】図５（ａ）は、実施例１の変形例１に係る超音波トランスデューサを示す平面図およびブロック図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図6】図６（ａ）は、実施例１の変形例２に係る超音波トランスデューサを示す平面図およびブロック図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図7】図７（ａ）から図７（ｄ）は、それぞれ実施例１の変形例３から６に係る超音波トランスデューサを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例0017】

図１（ａ）は、実施例１に係る超音波トランスデューサを示す平面図およびブロック図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。なお、図１（ｂ）の横方向の寸法は図１（ａ）のＡ－Ａに沿った長さとは必ずしも対応していない。

【0018】

図１（ａ）および図１（ｂ）を用い超音波トランスデューサの構成を説明する。チップ４０には、厚みを有し平面形状が矩形状の基板１０が設けられている。基板１０には、空隙１３が設けられている。基板１０および空隙１３上に活性層１１が設けられている。送信電極１４ａが活性層１１の上面の全面に渡り設けられている。送信電極１４ａ上に圧電層１２が送信電極１４ａの上面の全面に渡り設けられている。活性層１１および圧電層１２はたわみ振動する積層膜２６である。圧電層１２上に送信電極１４ｂ、受信電極１６ａ、１６ｂ、配線１５ｂ、１７ａ、１７ｂおよびパッド１８ａ～１８ｄが設けられている。空隙１３は、活性層および圧電層１２の振動を抑制しないように設けられ、平面視において、送信電極１４ｂ、受信電極１６ａおよび１６ｂを含む領域に重なるように設けられている。なお、空隙１３は、例えば図１（ａ）において破線で示したように、例えば中心３０を中心とする円形状である。空隙１３は、基板１０を貫通していなくてもよい。

【0019】

送信電極１４ｂは平面視において空隙１３の中心３０付近に設けられ、平面形状は例えば円形状である。配線１５ｂは送信電極１４ｂとパッド１８ｄとを電気的に接続する。なお、配線１５ａ、送信電極１４ｂおよびパッド１８ａは、同時に形成された同じ材料からなる金属層であり、互いに接続された構造である。受信電極１６ｂは送信電極１４ｂを囲むように設けられている。受信電極１６ｂの内側の外周３４ｄおよび外側の外周３４ｃは円周状である。配線１７ｂは受信電極１６ｂとパッド１８ｂとを電気的に接続する。

【0020】

受信電極１６ａは受信電極１６ｂを囲むように設けられている。受信電極１６ａの内側の外周３４ｂおよび外側の外周３４ａは円周状である。配線１７ａは受信電極１６ａとパッド１８ａとを電気的に接続する。パッド１８ｃは圧電層１２を貫通する貫通電極１９を介し送信電極１４ａと電気的に接続されている。パッド１８ａおよび１８ｂは検出部２２に接続され、パッド１８ｃおよび１８ｄは送信部２４に接続されている。

【0021】

検出部２２は、パッド１８ａおよび配線１７ａを介し受信電極１６ａに電気的に接続され、パッド１８ｂおよび配線１７ｂを介し受信電極１６ｂに電気的に接続されている。送信部２４は、パッド１８ｃおよび貫通電極１９を介し送信電極１４ａに電気的に接続され、パッド１８ｄおよび配線１５ｂを介し送信電極１４ｂに電気的に接続されている。検出部２２および送信部２４については後述する。

【0022】

基板１０は、例えばシリコン基板またはＳＯＩ（Silicon on insulator）基板（すなわちシリコン基板上にシリコン酸化膜が形成された基板）等である。活性層１１は、多結晶シリコン層等である。活性層１１の厚さは例えば１μｍ～１０μｍである。活性層１１の上面にシリコン酸化膜等の絶縁層を設けてもよいし、設けなくてもよい。送信電極１４ａ、１４ｂ、受信電極１６ａ、１６ｂ、配線１５ｂ、１７ａ、１７ｂ、およびパッド１８ａ～１８ｄは、例えばルテニウム、モリブデン、金、チタン、白金、アルミニウム、銅もしくはクロム等の金属膜またはこれらの中から複数の膜が選択された積層膜である。送信電極１４ａ、１４ｂ、受信電極１６ａ、１６ｂ、配線１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ、およびパッド１８ａ～１８ｄは互いに同じ材料からなる金属膜もよいし、互いに異なる材料からなる金属膜でもよい。

【0023】

圧電層１２の材料は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛)、ＢＴＯ(チタン酸バリウム)、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)、ＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)、ＬｉＮｂＯ_３(ニオブ酸リチウム)、ＬｉＴａＯ_３(タンタル酸リチウム)、ＺｎＯ(酸化亜鉛)またはＫＮＮ(ニオブ酸カリウムナトリウム)である。圧電層１２の厚さは、例えば１μｍ～１０μｍである。

【0024】

送信電極１４ｂの直径は例えば１００μｍ～１０００μｍ、送信電極１４ｂと受信電極１６ｂとの間隔は例えば１０μｍ～１００μｍ、受信電極１６ｂの径方向の幅は例えば１０μｍ～１００μｍ、受信電極１６ａと１６ｂとの間隔は例えば１０μｍ～１００μｍ、受信電極１６ａの径方向の幅は例えば１０μｍ～１００μｍである。空隙１３、送信電極１４ａ、１４ｂ、受信電極１６ａおよび１６ｂの平面形状および面積は適宜設定できる。

【0025】

実施例１における超音波トランスデューサが超音波を送信する動作を説明する。図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る超音波トランスデューサの送信動作を説明する図である。図２（ｂ）は、送信電極１４ａおよび１４ｂ付近の拡大図である。図２（ｃ）および図２（ｄ）は、圧電層１２と活性層１１を図示している。

【0026】

図２（ａ）に示すように、送信部２４は、送信電極１４ａと１４ｂとの間に交流電圧４１を印加する。図２（ｂ）に示すように、送信電極１４ａと１４ｂとの間に交流電圧が加わると、圧電層１２内に厚さ方向の電界４４が加わる。電界４４の向きは、交流電圧４１の電圧の方向に応じ時間とともに交互に反転する。すなわち、送信電極１４ａにマイナスの電圧、送信電極１４ｂにプラスの電圧が加わることと、送信電極１４ａにプラスの電圧、送信電極１４ｂにマイナスの電圧が加わることを繰り返す。逆圧電効果により、圧電層１２内の面方向に歪み４２が生じる。歪み４２の向きは、交流電圧４１の電圧の方向に応じ時間とともに交互に反転する。すなわち、送信電極１４ａにマイナスの電圧、送信電極１４ｂにプラスの電圧が加わっているときに、圧電層１２の面内に外向きの歪みが生じる。送信電極１４ａにプラスの電圧、送信電極１４ｂにマイナスの電圧が加わっているときに、圧電層１２の面内に内向きの歪みが生じる。

【0027】

図２（ｃ）のように、圧電層１２の歪み４２ａが圧電層１２を広げる方向の場合、活性層１１に加わる応力４３ａは圧縮する方向の応力となる。このため、積層膜２６は上方に膨らむようにたわむ。図２（ｄ）のように、圧電層１２の歪み４２ｂが圧電層１２を縮める方向の場合、活性層１１に加わる応力４３ｂは引っ張る方向の応力となる。このため、積層膜２６は下方に膨らむようにたわむ。

【0028】

交流電圧４１の電圧の方向が反転することに対応して、図２（ｃ）の状態および図２（ｄ）の状態が時間とともに交互に生じる。これにより、図２（ａ）の矢印４６のように積層膜２６が厚さ方向に振動するたわみ振動が生じる。たわみ振動により、チップ４０周囲の気体または液体内に、圧電層１２の厚さ方向に伝搬する超音波が送信される。送信電極１４ａと１４ｂとの間に交流電圧が加わったとき、圧電層１２の厚さ方向に大きなたわみ振動が生じることで、送信特性が向上できる。送信電極１４ａと１４ｂとの間の静電容量を大きくすると、送信特性が向上することを、以下の数１を用いて説明する。

【数1】

ここで、Ｗは静電エネルギー[Ｊ]、Ｃは静電容量[Ｆ]、Ｖは電圧[Ｖ]である。送信電極１４ａと１４ｂとの間にある交流電圧４１を与えたときに、静電容量Ｃが大きいほど、静電エネルギーＷが大きくなることがわかる。静電エネルギーＷは、逆圧電効果によって、ほとんどが振動エネルギーに変換される。振動エネルギーが大きいことはすなわち、積層膜２６が厚さ方向に大きなたわみ振動をすることを意味している。このように、超音波を送信するときには、送信電極１４ａと１４ｂとの間に加えた交流電圧４１により、積層膜２６を矢印４６のように駆動させるため、送信電極１４ａと１４ｂとの間の静電容量を大きくすることで送信特性が向上する。

【0029】

実施例１における超音波トランスデューサが超音波を受信する動作を説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係る超音波トランスデューサの受信動作を説明する図である。図３（ｂ）は、受信電極１６ａおよび１６ｂ付近の拡大図である。

【0030】

図３（ａ）に示すように、超音波４８がチップ４０の積層膜２６に伝搬されると、矢印４６のように積層膜２６には厚さ方向に振動するたわみ振動が生じる。積層膜２６にたわみ振動が生じると、図２（ｃ）および図２（ｄ）のように歪みが交互に生じる。これにより、図３（ｂ）に示すように、たわみ振動に起因して圧電層１２に面方向の歪み４２が生じる。電界４４の方向は、たわみ振動に応じ時間とともに交互に反転する。圧電効果により、圧電層１２の面方向に電界４４が生じる。電界４４の方向は、たわみ振動に応じ時間とともに交互に反転する。これにより、受信電極１６ａと１６ｂとの間には、たわみ振動の周波数に対応する周波数を有する交流電圧が生成される。なお、このとき、圧電層１２には、圧電層１２の厚さ方向にも電界が生じるが、送信電極１４ａが受信電極１６ａおよび１６ｂに電気的に接続されていないため、送信電極１４ａの影響は小さい。図３（ａ）のように、検出部２２は、受信電極１６ａと１６ｂとの間の交流電圧４３を検出することで、超音波４８を検出できる。超音波を受信するときには、送信時と同様に、数１を用いて説明する。数１では、静電容量Ｃが小さいほど、ある静電エネルギーＷが圧電層１２に生じたときに圧電層１２が出力する電圧Ｖが大きくなる。このため、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量が小さいと、受信感度が向上する。このように、受信時では、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量を小さくすることが好ましい。

【0031】

図４（ａ）は、比較例における受信電極付近の拡大図、図４（ｂ）は、実施例１における送信電極付近の拡大図である。

【0032】

図４（ａ）に示すように、比較例では、受信電極１６ａと１６ｂは圧電層１２を挟んで設けられている。超音波により、圧電層１２内に面方向の歪み４２が発生する。受信電極１６ａおよび１６ｂには厚さ方向に電界４４が生成し、交流電圧を検出することができる。電界４４を大きくするためには、歪み４２が大きいことが好ましい。歪み４２を大きくするためには、圧電層１２が薄いことが好ましい。圧電層１２の厚さＴ１を薄くすると、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量Ｃ２が大きくなる。これにより、超音波の受信感度が低下してしまう。

【0033】

図４（ｂ）に示すように、実施例１では、受信電極１６ａと１６ｂは圧電層１２上に面方向に並んで設けられている。超音波により、圧電層１２内に面方向の歪み４２が発生する。受信電極１６ａおよび１６ｂは面方向に生成された電界４４による電圧を検出する。実施例１では、圧電層１２の厚さＴ１によらず、受信電極１６ａと１６ｂとの間隔Ｌ１を大きくできる。間隔Ｌ１を大きくすることで、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量Ｃ１を、比較例の静電容量Ｃ２より小さくできる。

【0034】

また、実施例１では、受信電極１６ａと１６ｂとは圧電層１２上に面方向に並んで設けられている。このとき、受信電極１６ａと１６ｂとが挟む誘電体の一部は圧電層１２であり、残りは空気である。このため、比較例のように受信電極１６ａと１６ｂとが圧電層１２を挟んで設けられる場合と比べて、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量が小さくなる。２つの受信電極１６ａと１６ｂとが挟む誘電体のうち圧電層１２以外の部分は、空気でなくてもよく、圧電層１２よりも静電容量が低ければよい。圧電層１２以外の部分は、気体または液体であれば限定されない。以下、別の見方で説明すると、受信電極１６ａと１６ｂとの間に伸びる電気力線の一部は圧電層１２を通過するが、残りの電気力線は空気等の気体または液体中を通過する。一方、比較例では、受信電極１６ａと１６ｂとの間に伸びる電気力線はほとんど全て圧電層１２内を通過する。このため、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量Ｃ１は、比較例の静電容量Ｃ２より小さくできる。

【0035】

実施例１によれば、図２（ａ）および図２（ｂ）のように、送信電極１４ａ（第１送信電極）は、圧電層１２の基板側に位置する第１主面に設けられ、送信電極１４ｂ（第２送信電極）は圧電層１２の第２主面に設けられている。送信電極１４ａおよび１４ｂは、圧電層１２の中央部を挟む。送信部２４は、送信電極１４ａと１４ｂとの間に交流電圧を印加することで、超音波４８を送信する。

【0036】

図３（ａ）および図３（ｂ）のように、受信電極１６ａ（第１受信電極）と１６ｂ（第２受信電極）を、圧電層１２の第２主面に、互いに隣接して設ける。受信電極１６ａと１６ｂは、互いに離間されている。検出部２２は、受信電極１６ａと１６ｂとの間に生じる交流電圧を検知することで、受信された超音波を検出する。これにより、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量Ｃ１を小さくでき、受信感度を向上できる。

【0037】

送信電極１４ａと受信電極１６ａとが電気的に接続されていると、送信電極１４ａと受信電極１６ａとの間には、静電容量が発生せず、送信電極１４ａと受信電極１６ｂとの間の静電容量Ｃ１が加わり、受信感度が低下する。よって、送信電極１４ａおよび１４ｂと受信電極１６ａおよび１６ｂとは電気的に分離されていることが好ましい。

【0038】

図４（ｂ）のように、受信電極１６ａと１６ｂとの間隔を受信電極１６ａおよび１６ｂが設けられた領域における圧電層１２の厚さＴ１より大きくする。これにより、受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量を小さくでき、受信感度を向上できる。間隔Ｌ１は厚さＴ１の２倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましい。

【0039】

活性層１１は、基板１０と圧電層１２との間に設けられている。活性層１１を設けることで、積層膜２６の電気機械結合係数が向上する。圧電層１２に圧縮応力が加わると、活性層１１には逆向きの引張応力が働くので、図２（ｃ）および図２（ｄ）のように、積層膜２６をよりたわませることができる。

【0040】

活性層１１と接する空隙１３は、圧電層１２の厚さ方向から見て、送信電極１４ｂ、受信電極１６ａおよび１６ｂが設けられた領域と重なる。これにより、圧電層１２の振動が基板１０により妨げられることを抑制できる。

【0041】

図１（ａ）のように、空隙１３および送信電極１４ｂの平面形状は円形状であり、空隙１３の円形状の中心と送信電極１４ｂの円形状の中心とは製造誤差程度に略一致している。これにより、中心３０に対し点対称なたわみ振動を積層膜２６に生成することができる。

【0042】

平面視において、送信電極１４ｂから左側に配線１５ｂが延伸している。受信電極１６ａおよび１６ｂは、配線１５ｂが設けられた領域に設けることができないため、送信電極１４ｂを囲む一部に設けられた形状となる。送信電極１４ｂの外周、受信電極１６ａの外周３４ａ、３４ｂ、受信電極１６ｂの外周３４ｃおよび３４ｄは、略同じ中心３０を有する円周のうち配線１５ｂが設けられた領域を除いた一部である。これにより、超音波により積層膜２６に生じた点対称なたわみ振動を、効率よく受信することができる。

【0043】

外周３４ａ～３４ｄは、円周の３／４以上に設けられていることが好ましい。これにより、点対称なたわみ振動を効率よく受信することができる。

【0044】

［実施例１の変形例１］
図５（ａ）は、実施例１の変形例１に係る超音波トランスデューサを示す平面図およびトランスデューサと接続される回路のブロック図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【0045】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、下層の送信電極１４ａは、平面視において、点線で示す空隙１３の内側に設けられ、送信電極１４ｂと重なり、受信電極１６ａおよび１６ｂと重ならないように設けられている。配線１５ａは、圧電層１２の下に設けられている。配線１５ｂおよび送信電極１４ａは、同時に形成された同じ材料からなる金属層であり、互いに接続された構造である。配線１５ａの一端は送信電極１４ａと電気的に接続されている。配線１５ａの他端は、パッドであり、圧電層１２を貫通する貫通電極１９を介しパッド１８ｃに電気的に接続されている。これにより、送信電極１４ａはパッド１８ｃに電気的に接続される。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0046】

実施例１の変形例１によれば、圧電層１２の厚さ方向から見て、送信電極１４ａと受信電極１６ａおよび１６ｂとは重ならない。そうすることで、送信電極１４ａが、受信電極１６ａおよび１６ｂと重なることで生じる、受信電極１６ａおよび１６ｂへの送信電極１４ａからの電界の影響を、抑制できる。よって、受信電極１６ａおよび１６ｂ間にノイズが生じることを抑制できる。これにより、送信電極１４ａを介して受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量が増加することを抑制でき、受信感度を向上できる。

【0047】

実施例１の変形例１では、送信電極１４ａと受信電極１６ａまたは１６ｂとは電気的に分離されているが、送信電極１４ａと受信電極１６ａまたは１６ｂとは電気的に接続されていてもよい。

【0048】

送信電極１４ｂの平面形状が円形状の場合、送信電極１４ｂの円の中心と、送信電極１４ａの円の中心を略一致させる。これにより、中心３０に対し点対称なたわみ振動を生成できる。なお、圧電層１２の上面には、送信電極１４ａの平面形状に対応し上に突出した凸部が形成されている。送信電極１４ｂは、圧電層１２の上面の凸部の上に設けられている。このように、圧電層１２の上面に凸部が形成されていてもよいが、圧電層１２の上面は平坦化されてもよい。

【0049】

[実施例１の変形例２]
図６（ａ）は、実施例１の変形例２に係る超音波トランスデューサを示す平面図およびブロック図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。送信電極１４ｂが設けられた領域３２では、圧電層１２の上面が下に凹んでいる。これにより、領域３２の圧電層１２の厚さＴ２は、受信電極１６ａおよび１６ｂが設けられた領域３３の圧電層１２の厚さＴ１より薄くできる。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。

【0050】

実施例１の変形例２によれば、送信電極１４ａと１４ｂが挟む圧電層１２の厚さＴ２は、受信電極１６ａおよび１６ｂが設けられた領域３３における圧電層１２の厚さＴ１より小さい。これにより、送信電極１４ａと１４ｂとの間の静電容量を大きくできるため、送信特性を向上できる。また、送信電極１４ａを介した受信電極１６ａと１６ｂとの間の静電容量を抑制できるため、受信感度を向上できる。厚さＴ１は厚さＴ２の１．５倍以上が好ましく、２倍以上がより好ましい。

【0051】

実施例１の変形例２では、送信電極１４ａと受信電極１６ａまたは１６ｂとは電気的に分離されているが、送信電極１４ａと受信電極１６ａまたは１６ｂとは電気的に接続されていてもよい。例えば、送信電極１４ａと受信電極１６ａとが電気的に接続されていても、厚さＴ１を大きくすることで、送信電極１４ａと受信電極１６ｂとの静電容量を抑制できる。実施例１の変形例１のように、圧電層１２の厚さ方向から見て、送信電極１４ａと、受信電極１６ａおよび１６ｂとは重なっていなくてもよい。

【0052】

送信電極１４ｂが円形状の場合、領域３２の平面形状を円形状とし、送信電極１４ｂの中心と、領域３２の中心を略一致させる。これにより、中心３０に対し点対称なたわみ振動を生成できる。

【0053】

［実施例１の変形例３］
図７（ａ）は、実施例１の変形例３に係る超音波トランスデューサを示す断面図である。図７（ａ）に示すように、実施例１の変形例３では、上側の送信電極１４ｂと隣り合う受信電極１６ｂとの間に溝３６が設けられている。振動領域は、送信電極１４ｂの形成が形成された領域であり、振動領域の周囲において送信電極１４ａまで溝３６が形成されている。このため、振動領域が振動しやすい構造となる。また、積層膜２６に加わる応力を緩和でき、信頼性を向上できる。なお、配線１５ｂが形成された部分には溝３６は形成されていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0054】

［実施例１の変形例４］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る超音波トランスデューサを示す断面図である。図７（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４では、送信電極１４ｂと受信電極１６ｂとの間において、送信電極１４ｂを囲む一部の領域における圧電層１２、送信電極１４ａおよび活性層１１に貫通孔３８を１または複数個設ける。これにより、積層膜２６に加わる応力を緩和でき、信頼性を向上できる。なお、配線１５ｂおよび１７ｂが形成された部分には貫通孔３８は形成されていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0055】

［実施例１の変形例５］
図７（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る超音波トランスデューサを示す断面図である。図７（ｃ）に示すように、実施例１の変形例５では、送信電極１４ｂの中心付近に送信電極１４ｂおよび積層膜２６を貫通する貫通孔３７が設けられている。積層膜２６に加わる応力を緩和でき、信頼性を向上できる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0056】

［実施例１の変形例６］
図７（ｄ）は、実施例１の変形例６に係る超音波トランスデューサを示す断面図である。図７（ｄ）に示すように、実施例１の変形例６では、圧電層１２ａと圧電層１２ｂとの間に送信電極１４ｃが設けられたバイモルフ構造である。送信電極１４ａと１４ｂとを短絡し、送信電極１４ａおよび１４ｂと送信電極１４ｃとの間に電圧を加えることで、たわみ振動を大きくでき、送信特性を向上できる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0057】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0058】

１０ 基板
１１ 活性層
１２、１２ａ、１２ｂ 圧電層
１３ 空隙
１４ａ～１４ｃ 送信電極
１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ 配線
１６ａ、１６ｂ 受信電極
１８ａ～１８ｄ パッド
２２ 検出部
２４ 送信部
２６ 積層膜
３０ 中心
３２、３３ 領域
３４ａ～３４ｄ 外周
４０ チップ
４２ 歪み
４４ 電界
４８ 超音波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】