超声波传感器及超声波传感器的制造方法与流程

1.本发明涉及超声波传感器及超声波传感器的制造方法。


背景技术：

2.一直以来，已知通过使隔膜振动来发送超声波的超声波传感器(例如，参照专利文献1、专利文献2)。
3.专利文献1记载的超声波传感器在基板设置有开口部，在该开口部的与开口端相反的一侧设置有振动板，在振动板的与开口部相反的一侧的面设置有压电元件。而且，在开口部设置有弹性层，且构成为通过该弹性层的表面弯曲，从开口端侧入射的超声波在弯曲面中折射而被输入到压电元件的位置。
4.专利文献2记载的超声波传感器在基板设置有开口部，在该开口部的与开口端相反的一侧设置有振动板。在将与基板的厚度方向(z方向)正交的方向设为x方向，将与x方向及z方向正交的方向设为y方向，该开口部形成为y方向的长度比x方向的长度长很多的细长状。而且，在振动板中，沿着y方向配置有多个压电元件，在这些压电元件之间设置有在x方向上延伸的分隔壁。由此，振动板被划分为由开口部的沿着y方向的端缘和分隔壁的沿着x方向的端缘围绕的多个有源部，并成为在各区域中分别配置有压电元件的构成。
5.专利文献1：日本特开2020-80497号公报
6.专利文献2：日本特开2015-188208号公报
7.如专利文献1，在对一个开口部配置一个压电元件时，弹性层的表面即便弯曲了，也不会成为大问题。与此相对，如专利文献2，在以细长状形成开口部，并沿着长边方向配置多个压电元件时，如果形成了专利文献1那样的具有弯曲面的弹性层的话，那么在与各压电元件对置的位置处各弹性层的厚度会不同。在该情况下，在各所述有源部的谐振频率中会产生偏差，作为结果，超声波传感器的收发灵敏度会下降。


技术实现要素：

8.本公开的第一方式涉及的超声波传感器具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从所述第一面横跨至所述第二面的开口部；振动板，堵塞所述开口部的所述第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面，且通过第一电极、压电体层及第二电极层叠构成；以及弹性层，在所述开口部中设置为与所述振动板相接，将所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极层叠的方向设为层叠方向，将在从所述层叠方向观察的俯视观察下所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极重叠的部分设为有源部，与一个所述开口部对置地配置多个所述有源部，在相邻的有源部之间在所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面设置有抑制所述振动板的振动的抑制部，从与所述层叠方向正交的方向观察，所述弹性层的厚度在所述基板的厚度的一半以上且小于所述基板的厚度，在各所述有源部处的所述弹性层的厚度均等。
9.本公开的第二方式的超声波传感器的制造方法是一种具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从所述第一面横跨至所述第二面的开口部；振动板，堵塞所述开口部的所述第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面，且通过第一电极、压电体层及第二电极层叠构成；以及弹性层，在所述开口部中设置为与所述振动板相接，将所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极层叠的方向设为层叠方向，将在从所述层叠方向观察的俯视观察下所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极重叠的部分设为有源部，与一个所述开口部对置地配置多个所述有源部，在相邻的有源部之间在所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面设置有抑制所述振动板的振动的抑制部，从与所述层叠方向正交的方向观察，所述弹性层的厚度在所述基板的厚度的一半以上且小于所述基板的厚度，在各所述有源部处的所述弹性层的厚度均等的超声波传感器的制造方法，在所述制造方法中，向在所述第一面设置有所述振动板是所述基板的所述开口部注入形成所述弹性层的树脂材料，使具有与所述第二面平行的平整面的刮铲部件与所述第二面抵接，使所述刮铲部件沿着所述第二面以预定的恒定速度往返移动。
附图说明
10.图1为本实施方式的超声波传感器的示意俯视图。
11.图2为用图1的a-a线切断的超声波传感器的示意截面图。
12.图3为示出在本实施方式中在使弹性层的厚度变化时超声波换能器的谐振频率的图。
13.图4为示出本实施方式的超声波传感器的制造方法的图。
14.图5为示出在比较例的超声波传感器中形成弹性层时的图。
15.图6为示出弹性层的厚度的偏差与超声波换能器的谐振频率的关系的图。
16.附图标记说明
17.1：超声波传感器；10：基板；11：第一面；12：第二面；13：开口部；14：壁部；20：振动板；21：可挠部；30：压电元件；31：第一电极；32：压电体层；33：第二电极；40：密封板；41：分隔壁(抑制部)；50：弹性层；50a：树脂材料；51：外周缘部；52：中央部；60：刮铲部件；61：平整面；131：开口端缘；mv：主动部；tr：超声波换能器。
具体实施方式
18.下面对本实施方式涉及的超声波传感器进行说明。
19.图1为本实施方式的超声波传感器的示意俯视图。图2为用图1的a-a线切断的超声波传感器的示意截面图。
20.本实施方式的超声波传感器1如图2所示，具备基板10、振动板20、压电元件30、密封板40以及弹性层50。
21.在此，将基板10的厚度方向设为z方向，将与z方向正交的方向设为x方向(第一方向)，将与z方向及x方向正交的方向设为y方向(第二方向)。z方向为构成压电元件30的第一电极31、压电体层32及第二电极33的层叠方向。
22.基板10例如由si等的半导体基板构成。该基板10具有第一面11和与第一面11相反
的一侧的第二面12，为从第一面11到第二面12的距离(厚度)均等的板状部件。基板10的厚度形成为20μm以上且200μm以下。
23.在基板10中设置有从第一面11横跨设置至第二面12的开口部13。在本实施方式中，在从z方向观察的俯视观察下，该开口部13的沿着x方向的长度比沿着y方向的长度大，且该开口部13沿着x方向细长地形成。需要说明的是，开口部13的x方向的长度与y方向的长度也可以相同，y方向的长度也可以比x方向的长度长。另外，在图1中，示出了在基板10中仅设置有一个开口部13的图，但是也可以设置有多个开口部13。例如，也可以沿着y方向设置有多个开口部13。
24.在本实施方式中，振动板20设置于基板10的第一面11，开口部13的第一面11由振动板20堵塞。基板10与振动板20接合的部分是壁部14。开口部13通过由壁部14围绕四周(
±
x侧、
±
y侧)而形成。
25.另外，弹性层50形成于开口部13。关于该弹性层50的说明将后述。
26.振动板20例如由sio2、sio2及zro2的层叠体等构成。该振动板20如上所述，通过在基板10的第一面11中支承于壁部14来堵塞开口部13。该振动板20的厚度尺寸相对于基板10为足够小的厚度尺寸。
27.另外，在振动板20的与基板10相反的一侧对置配置有密封板40。
28.另外，细节将后述，该密封板40经由分隔壁41(本公开的抑制部)接合到振动板20。这些分隔壁41包括在俯视观察下沿着y方向延伸设置且在x方向上等间隔地设置有多个的x分割分隔壁41x及沿着x方向延伸设置且在y方向上等间隔地设置有多个的y分割分隔壁41y。
29.然后，振动板20的由这些分隔壁41的缘围绕出四周的区域构成可挠部21。在本实施方式中，为对一个开口部13在x方向及y方向上排列多个可挠部21的构成。而且，在各可挠部21中分别设置有压电元件30。
30.如上所述，相对于各可挠部21的密封板40一侧(与基板10相反的一侧)的面中分别设置有压电元件30。该压电元件30通过第一电极31、压电体层32及第二电极33从振动板20一侧朝向－z侧层叠构成。在以后的说明中，将在俯视观察下第一电极31、压电体层32及第二电极33完全重叠的部分称为有源部mv。
31.第一电极31及第二电极33的具体的电极形状无特别限定。
32.例如，在本实施方式中，在俯视观察下，第一电极31沿着y方向形成为直线状，第二电极33沿着x方向形成为直线状。各第一电极31及各第二电极33分别延伸设置到设置于振动板20的外周部的省略图示的连接区域，并在连接区域中电连接到省略图示的驱动控制电路。
33.第一电极31及第二电极33中的任一方也可以作为公共电极在振动板20上互相接线并延伸设置到连接区域。在该情况下，控制电路部对被设为公共电极的第一电极31及第二电极33中的任一方设定预定基准电位，并对第一电极31及第二电极33中的另一方施加驱动信号。
34.第一电极31及第二电极33只要为具有导电性的部件，其原料无特别限定。作为第一电极31及第二电极33的原料，例如能够使用铂(pt)、铱(ir)、金(au)、铝(al)、铜(cu)、钛(ti)、不锈钢等金属材料、氧化铟锡(ito)、氟掺杂氧化锡(fto)等氧化锡系导电材料、氧化
锌系导电材料、钌酸锶(srruo3)、镍酸镧(lanio3)、元素掺杂钛酸锶等氧化物导电材料、以及导电性聚合物等。
35.压电体层32能够代表性地使用锆钛酸铅(pzt)系钙钛矿结构的复合氧化物。根据此，则会容易确保压电元件30的位移量。需要说明的是，作为压电体层32，也可以使用其他的不含铅的钙钛矿结构的复合氧化物，在该情况下，使用对环境负荷少的非铅系材料能够实现超声波传感器1。
36.然后，通过一个可挠部21和该可挠部21上的压电元件30构成一个超声波换能器tr。在这样的超声波换能器tr中，通过在第一电极31与第二电极33之间施加预定频率的矩形波电压(驱动信号)，压电体层32挠曲且可挠部21振动，超声波被发出。另外，当可挠部21通过从开口部13侧入射的超声波振动时，会在压电体层32的上下产生电位差。由此，通过检测在第一电极31与第二电极33之间产生的电位差，能够检测超声波的接收。
37.密封板40与振动板20对置配置，并被构成为与振动板20相比足够大的厚度。需要说明的是，优选基于通过超声波换能器收发的超声波的中心频率设定密封板40的原料、厚度。
38.分隔壁41接合到密封板40，由此，能够抑制振动板20的振动。也就是说，振动板20的接合分隔壁41的部分的振动被密封板40限制，而振动板20之中由分隔壁41围绕的可挠部21通过压电元件30的驱动而振动。
39.弹性层50在基板10的开口部13中设置为与振动板20相接。该弹性层50由例如树脂等具有弹性的原料构成，并通过抑制振动板20的振动，来抑制可挠部21的振动在相邻的超声波换能器tr之间传播。关于弹性层50的厚度，细节将后述，与各有源部mv对置的弹性层50的厚度成为均等，也就是说，弹性层50的与振动板20相反的一侧的面以成为同一平面的方式形成。另外，如上所述，将基板10的厚度设为20μm以上且200μm以下，与各有源部mv对置的弹性层50的厚度形成为基板10的厚度的一半以上且小于基板10的厚度。例如，当基板10的厚度为70μm时，弹性层50的厚度形成为35μm以上且小于70μm。
40.接下来，对在上述那样的超声波传感器1中超声波换能器tr在开口部13中的配置位置及弹性层50的厚度进行更详细的说明。
41.在本实施方式的超声波传感器1中，在从z方向观察的俯视观察下，各超声波换能器tr配置在开口部13的中央部分。
42.也就是说，设置于开口部13的弹性层50如图1所示，具备从开口部13的开口端缘131到成为预定尺寸a的位置处的外周缘部51和设置于比外周缘部51离开口端缘131更远的一侧(内侧)的中央部52。始自外周缘部51的开口端缘131的尺寸a例如为1mm，在该部分中，弹性层50形成为沿着开口部13的壁部14往上攀，由此弹性层50的与振动板20相反的一侧的面相对于xy平面倾斜而成为弯曲面。
43.另一方面，在中央部52中，为均等的厚度，也就是说，在弹性层50的中央部52中，以成为与基板10的第一面11平行的同一平面的形式形成与振动板20相反的一侧的厚度。
44.然后，在本实施方式中，各有源部mv及超声波换能器tr在俯视观察下配置于与中央部52重叠的位置处。在此，各有源部mv在俯视观察下的面积的总和比开口部13的面积小，占开口部13的面积的60～80％。例如，在俯视观察下的开口部13的开口端缘131的形状为14mm
×
20mm的矩形状，且在外周缘部51距离开口端缘131为1mm的宽度范围的情况下，中央
部52为12mm
×
18mm的大小。在该情况下，由于开口部13的开口面积为280mm2，中央部52的面积为216mm2，故而中央部52约为开口部13的面积的77％。另外，在将在俯视观察下六个一边为5mm的正方形状的有源部mv以2
×
3的布局配置在中央部52的情况下，其总和面积为150mm2，相对于开口部13的面积占53％。
45.在本实施方式中，如上所述，在中央部52中，与各有源部mv对置的弹性层50的厚度形成为基板10的厚度的一半以上且小于基板10的厚度。
46.图3为示出在本实施方式中在将基板10的厚度设为70μm的情况下使弹性层50的厚度变化时超声波换能器tr的谐振频率的图。需要说明的是，这里的弹性层50的厚度为中央部52处的厚度，示出了配置于中央部52的中心点的超声波换能器tr的谐振频率的测量结果。
47.如图3所示，在将弹性层50在中央部52处的厚度设为小于基板10的厚度的一半的情况下，如图3所示，谐振频率的最大值与最小值的差变大。例如，在图3示出的例子中，谐振频率散落在从约600khz到约1100khz的范围f2内。因而，也会在从超声波传感器1输出超声波时，在从各超声波换能器tr输出的超声波的频率中产生偏差。另外，在通过超声波传感器1接收超声波时，无论是否接收到了同一超声波，也会包括接收信号变大的超声波换能器tr、接收信号变小的超声波换能器tr。因此，超声波传感器1中的超声波的收发灵敏度恶化。需要说明的是，在弹性层50的厚度为5μm时，谐振频率的偏差变小了，但是，这示出了由于弹性层50的厚度过小而不能获得抑制振动的效果。
48.与此相对，在将弹性层50在中央部52中的厚度设为基板10的厚度的一半以上的情况下，谐振频率的最大值与最小值的差变小，例如，在图3的例子中，谐振频率的偏差收敛在从约600khz到约750khz的范围f1内。因而，在从超声波传感器1输出超声波时，能够从各超声波换能器tr输出频率均等的超声波。另外，也会在接收超声波的情况下，在通过同一频率接收同一声压的超声波的情况下，能够从各超声波换能器tr输出均等的接收信号。所以，能够提高超声波传感器1中的超声波的收发灵敏度。
49.超声波传感器1的制造方法
50.对上述那样的超声波传感器1的制造方法进行说明。
51.图4为示出超声波传感器1的制造方法的图。
52.在制造超声波传感器1时，对例如si基板的一面侧进行氧化处理以形成soi基板，并将sio2层作为蚀刻阻挡体对si层进行蚀刻处理，由此来形成具有开口部13的基板10。
53.另外，通过在sio2层的与基板10(si层)相反的一侧形成例如zro2层，来如图4的第一部分所示地形成由sio2层及zro2层构成的振动板20。
54.然后，在振动板20的与基板10相反的一侧形成电极层并使用蚀刻等进行图案形成以形成第一电极31。然后，形成压电体膜并使用蚀刻等进行图案形成，由此来形成压电体层32。进一步地，再次形成电极层并使用蚀刻等进行图案形成，由此来形成第二电极33。由此，压电元件30如图4的第二部分所示地形成。
55.这之后，在振动板20的与基板10相反的一侧的面中使用于形成分隔壁41的树脂层(例如抗蚀剂)成膜，并对该树脂层进行图案形成，由此形成分隔壁41，并经由分隔壁41来接合密封板40。由此，图4的第三部分示出的这样的密封板40经由分隔壁41被接合，超声波换能器tr形成。
56.在上面的处理之后，对开口部13形成弹性层50。
57.在弹性层50的形成中，从喷嘴对开口部13射出用于形成弹性层50的树脂材料50a并使所述树脂材料50a填充在所述开口部13中。
58.然后，使具有与基板10的第二面12平行的平整面61的刮铲部件60与第二面12抵接，并如图4的第四部分所示地，使刮铲部件60以预定的恒定速度沿着第二面12的x方向双向地往返移动。同样地，使刮铲部件60沿着第二面12的y方向双向地往返移动。
59.此时，从开口部13的开口端缘131到与刮铲部件60的移动速度对应的预定尺寸a的位置处形成从第二面12的高度位置向振动板20侧变凸的弯曲面，外周缘部51形成，该外周缘部51的内侧的中央部52处的厚度均等。通过上面的处理来制造超声波传感器1。
60.在此，将在一个开口部中设置有一个有源部的现有的超声波传感器作为比较例，来对弹性层的形成进行说明。图5为在比较例的超声波传感器90中形成弹性层93时的图。
61.在比较例的超声波传感器90中，如图5的第一部分所示，将开口部91形成为与一个有源部mv相对应的大小，在各开口部91中配置一个压电元件92。在该情况下，为了形成弹性层93，由于仅对开口部注入树脂材料50a无法使弹性层的厚度均等，故而如图5的第二部分所示，使用刮铲部件60进行平整。但是，由于开口部91小，故而弹性层93的上攀部分与有源部mv重叠，如图5的第三部分所示，无法使弹性层93的与有源部mv对置的厚度均等。
62.图6为示出弹性层的厚度的偏差与超声波换能器的谐振频率的关系的图。
63.在弹性层的厚度的偏差σ为σ＜20时，如图6所示，谐振频率在超声波换能器tr中的偏差也变小，与在图3中示出的范围f1同样，为600khz至750khz。与此相对，在弹性层的偏差σ为σ≥20时，谐振频率的偏差也变大。
64.在通过比较例示出的现有的超声波传感器90中，如上所述，弹性层93的与有源部mv对置的厚度不均等，不能够达成σ＜20，谐振频率的偏差也变大。
65.与此相对，因为在本实施方式中，为对一个开口部13配置多个有源部mv的构成，且通过分隔壁41来规定可挠部21的形状，所以能够增大开口部13的开口面积。因此，如上所述，通过使用刮铲部件60，能够形成中央部52的厚度均等的弹性层50，能够达成σ＜20。由此，能够制造收发灵敏度高的超声波传感器1。
66.需要说明的是，即便在本实施方式中，在使弹性层50的厚度小于基板10的厚度的一半的情况下，也无法使用图4示出的那样的刮铲部件60使厚度精度高且均等地进行平整。即，会在弹性层50的厚度中产生偏差，不能够达成σ＜20，作为结果，如图3所示，在各超声波换能器tr的谐振频率中产生偏差，由此超声波传感器1的超声波的收发灵敏度下降。
67.与此相对，在将弹性层50设为基板的厚度的一半以上且小于基板的厚度的情况下，通过刮铲部件60的移动速度能够控制弹性层50在中央部52中的厚度。由此，如图3所示，能够抑制各超声波换能器tr的谐振频率的偏差，能够提供收发灵敏度高的超声波传感器1。
68.本实施方式的作用效果
69.本实施方式的超声波传感器1具备基板10、振动板20、压电元件30以及弹性层50。基板10具备具有第一面11及第二面12，以及从第一面11横跨至第二面12的开口部13。振动板20堵塞开口部13的第一面11侧。压电元件30设置于振动板20的与开口部13相反的一侧的面，且通过第一电极31、压电体层32及第二电极33朝向－z方向层叠构成。弹性层50在开口部13中设置为与振动板20相接。另外，在本实施方式中，多个有源部mv与一个开口部13对置
配置。而且，从与z方向正交的方向观察，弹性层50的厚度在基板10的厚度的一半以上且小于基板10的厚度，弹性层50在各有源部mv处的厚度均等。
70.由此，在本实施方式中，在与各有源部mv对应的超声波换能器tr的谐振频率中不会产生偏差，能够从各超声波换能器tr输出频率均等的超声波。另外，即便在通过各超声波换能器tr接收超声波的情况下，对同一频率的超声波的接收灵敏度也会均等。由此，能够提高超声波传感器1中的超声波的收发灵敏度。
71.在本实施方式的超声波传感器1中，在俯视观察下配置多个有源部mv的区域的总和面积比开口部13的面积小。另外，在俯视观察下，与一个所述开口部对置配置的多个所述有源部的总和面积相对于一个所述开口部的面积占60～80％。
72.这样的话，通过在一个开口部13内配置较多的有源部mv，能够进一步降低从超声波传感器1输出的超声波的衰减。所以，能够实现发送、接收效率更高的超声波传感器1。并且，在对各有源部设置一个开口部的现有的超声波传感器(例如，通过比较例示出的超声波传感器90)中，由于需要设置较多数量的微小的开口部，故而制造工序变得复杂，而在本实施方式中，能够将开口部形成得比较大，能够实现量产性优异的超声波传感器1。
73.在本实施方式中，弹性层50具备在俯视观察下从开口部13的开口端缘131设置到内侧预定尺寸a的位置处的外周缘部51和设置于比外周缘部51离开口端缘131更远的一侧的中央部52，有源部mv设置于与中央部52重叠的位置处。
74.外周缘部51为在形成弹性层50时树脂材料50a沿着开口部13的开口端缘131往上攀的部分，与振动板20相反的一侧的面形状为弯曲面。也就是说，弹性层在外周缘部51处的厚度会不均等。与此相对，中央部52为厚度均等的部分，通过将有源部mv设置为与该中央部52重叠，能够实现上述那样的收发灵敏度高的超声波传感器1。
75.在本实施方式中，在相邻的有源部mv之间，在振动板20的与开口部13相反的一侧的面中设置有抑制振动板20的振动的抑制部即分隔壁41。
76.由此，能够在开口部13内规定多个超声波换能器tr，能够通过各超声波换能器tr进行超声波收发处理。
77.在本实施方式的超声波传感器1中，有源部mv沿着x方向及y方向配置有多个，在x方向上相邻的有源部mv之间及在y方向上相邻的有源部mv之间分别设置有分隔壁41。
78.也就是说，在本实施方式中，各超声波换能器tr的可挠部21形成为四周由分隔壁41围绕。由此，能够使各个超声波换能器tr的特性均等。
79.另外，通过沿着x方向及y方向矩阵状地配置有源部mv，如上所述，能够在一个开口部13内配置较多数量的超声波换能器tr。
80.在本实施方式中，具备密封板40，所述密封板40配置于振动板20的与基板10相反的一侧，并对压电元件30的周围的空气进行密封，分隔壁41连接到密封板40。
81.在这样的构成中，通过分隔壁41连接到不受振动板20的振动的影响的密封板40，能够抑制分隔壁41因振动板20的振动而在z方向上振动，能够提高通过分隔壁41的抑制振动板20的振动效果。
82.关于本实施方式的超声波传感器1，向在第一面11设置有振动板20的基板10的开口部13注入形成弹性层50的树脂材料50a，并使具有与第二面12平行的平整面61的刮铲部件60在与第二面12抵接的状态下沿着第二面12以预定的恒定速度往返移动，由此来制造超
声波传感器1。
83.由此，能够均等地对弹性层50的中央部52的厚度进行平整，能够制造上述那样的超声波的收发灵敏度高的超声波传感器1。
84.变形例
85.需要说明的是，本发明不限定于上述的实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内也包括下面示出的变形。
86.例如，在上述实施方式中，例示了在开口部13内沿着x方向及y方向配置多个有源部mv的构成，但是并不限定于此。例如，也可以设为仅沿着开口部13的x方向配置多个有源部mv的构成，也可以设为仅沿着开口部13的y方向配置多个有源部mv的构成。
87.另外，也可以在超声波传感器1设置有多个配置多个有源部mv的开口部13。
88.在上述实施方式中，例示了相对于开口部13的面积，有源部mv的总和面积为60～80％的构成，但是并不限定于此。例如，在制造超声波传感器1时，通过控制刮铲部件60的移动速度，能够控制外周缘部51的尺寸a。因此，也可以设为对开口部13配置更多的有源部mv的构成等。
89.在上述实施方式中，如图1所示，示出了分隔壁41仅配置于中央部52的例子，但是也可以是，在俯视观察下，延长设置到与外周缘部51、壁部14重叠的位置。
90.或者也可以是，分隔壁41的原料通过例如抗蚀剂等形成，并形成在振动板20的与基板10相反的一侧的整个面，其中，仅在中央部52的区域内进行图案形成以形成用于划分多个可挠部21的分隔壁41。也就是说，也可以设为如下构成，即在俯视观察下与外周缘部51及壁部14重叠的位置通过与分隔壁41相同的原料的接合层接合到密封板40。
91.本公开的总结
92.本公开的第一方式涉及的超声波传感器具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从所述第一面横跨至所述第二面的开口部；振动板，堵塞所述开口部的所述第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面，且通过第一电极、压电体层及第二电极层叠构成；以及弹性层，在所述开口部中设置为与所述振动板相接，将所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极层叠的方向设为层叠方向，将在从所述层叠方向观察的俯视观察下所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极重叠的部分设为有源部，与一个所述开口部对置地配置多个所述有源部，从与所述层叠方向正交的方向观察，所述弹性层的厚度在所述基板的厚度的一半以上且小于基板的厚度，在各有源部处的所述弹性层的厚度均等。
93.由此，在本方式中，在各有源部中不会在谐振频率中产生偏差，能够从各个有源部输出频率均等的超声波。另外，即便在通过各有源部接收超声波的情况下，在同一频率下的超声波的接收灵敏度也是均等的。因此，能够提高超声波传感器中的超声波的收发灵敏度。
94.在本方式的超声波传感器中，在所述俯视观察下，配置多个所述有源部的区域的面积比所述开口部的面积小。
95.另外，在本方式的超声波传感器中，优选在所述俯视观察下，与一个所述开口部对置配置的多个所述有源部的总和面积相对于一个所述开口部的面积占60～80％。
96.由此，能够对一个开口部配置较多数量的有源部，能够进一步降低从超声波传感器输出的超声波的衰减。
97.在本方式的超声波传感器中，所述弹性层具备在所述俯视观察下从所述开口部的缘设置到预定尺寸内侧的位置的外周缘部和设置于比所述外周缘部离所述开口部的缘更远的一侧的中央部，所述有源部设置于从所述层叠方向观察与所述中央部重叠的位置处。
98.当在外周缘部中形成弹性层时，用于形成弹性层的树脂材料会沿着开口部的壁面往上攀。因此，外周缘部的与振动板相反的一侧的面形状为弯曲面，弹性层的厚度不均等。与此相对，中央部为厚度均等的部分，通过将各有源部设置为与该中央部重叠，能够实现上述那样的收发灵敏度高的超声波传感器。
99.在本方式的超声波传感器中，在相邻的有源部之间在所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面设置有抑制所述振动板的振动的抑制部。
100.由此，振动板被划分为由抑制部围绕的多个区域，且成为被划分出的各区域分别配置有源部的构成。在这样的构成中，通过一个区域和配置于该区域的有源部构成一个超声波换能器，通过该超声波换能器能够实施超声波的收发处理。
101.在本方式的超声波传感器中，将与所述层叠方向正交的方向设为第一方向，将与所述层叠方向及所述第一方向正交的方向设为第二方向，与一个所述开口部对置地沿着所述第一方向及所述第二方向配置有多个所述有源部，在所述第一方向上相邻的所述有源部之间及在所述第二方向上相邻的所述有源部之间分别设置有所述抑制部。
102.在本方式中，通过沿着第一方向及第二方向矩阵状地配置有源部，如上所述，能够在一个开口部内设置较多数量的有源部，能够进一步降低从超声波传感器输出的超声波的衰减。
103.在本方式的超声波传感器中，具备密封板，所述密封板配置于所述振动板的与所述基板相反的一侧，并对所述压电元件的周围的空气进行密封，所述抑制部连接到所述密封板。
104.如此，通过将各抑制部连接到密封板，来利用密封板限制各抑制部的振动。因此，能够抑制整个振动板振动，能够使振动板中的通过抑制部划分且配置有源部的区域分别振动。
105.本公开的第二方式涉及的超声波传感器的制造方法是一种具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从所述第一面横跨至所述第二面的开口部；振动板，堵塞所述开口部的所述第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面，且通过第一电极、压电体层及第二电极层叠构成；以及弹性层，在所述开口部中设置为与所述振动板相接，将所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极层叠的方向设为层叠方向，将在从所述层叠方向观察的俯视观察下所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极重叠的部分设为有源部，与一个所述开口部对置地配置多个所述有源部，从与所述层叠方向正交的方向观察，所述弹性层的厚度在所述基板的厚度的一半以上且小于基板的厚度，在各有源部处的所述弹性层的厚度均等的超声波传感器的制造方法，在所述制造方法中，向在所述第一面设置有所述振动板的所述基板的所述开口部注入形成所述弹性层的树脂材料，使具有与所述第二面平行的平整面的刮铲部件与所述第二面抵接，使所述刮铲部件沿着所述第二面以预定的恒定速度往返移动。
106.这样，通过利用刮铲部件的平整面对注入到开口部的树脂材料进行平整，能够使开口部内的弹性层的厚度形成为基板的厚度的一半以上且小于基板的厚度，并且能够使该
弹性层的表面为平坦面，并形成厚度均等的弹性层。

技术特征：
1.一种超声波传感器，其特征在于，具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从所述第一面横跨至所述第二面的开口部；振动板，堵塞所述开口部的所述第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面，且通过第一电极、压电体层及第二电极层叠构成；以及弹性层，在所述开口部中设置为与所述振动板相接，将所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极层叠的方向设为层叠方向，将在从所述层叠方向观察的俯视观察下所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极重叠的部分设为有源部，与一个所述开口部对置地配置多个所述有源部，从与所述层叠方向正交的方向观察，所述弹性层的厚度在所述基板的厚度的一半以上且小于所述基板的厚度，在各所述有源部处的所述弹性层的厚度均等。2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，在所述俯视观察下，配置多个所述有源部的区域的面积比所述开口部的面积小。3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其特征在于，所述弹性层具备在所述俯视观察下从所述开口部的缘设置到预定尺寸内侧的位置的外周缘部和设置于比所述外周缘部离所述开口部的缘更远的一侧的中央部，所述有源部设置于从所述层叠方向观察与所述中央部重叠的位置处。4.根据权利要求2所述的超声波传感器，其特征在于，在所述俯视观察下，与一个所述开口部对置配置的多个所述有源部的总和面积相对于一个所述开口部的面积占60～80％。5.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，在相邻的有源部之间在所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面设置有抑制所述振动板的振动的抑制部。6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其特征在于，将与所述层叠方向正交的方向设为第一方向，将与所述层叠方向及所述第一方向正交的方向设为第二方向，与一个所述开口部对置地沿着所述第一方向及所述第二方向配置有多个所述有源部，在所述第一方向上相邻的所述有源部之间及在所述第二方向上相邻的所述有源部之间分别设置有所述抑制部。7.根据权利要求5所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器具备密封板，所述密封板配置于所述振动板的与所述基板相反的一侧，并对所述压电元件的周围的空气进行密封，所述抑制部连接到所述密封板。8.一种超声波传感器的制造方法，其特征在于，所述超声波传感器具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从所述第一面横跨至所述第二面的开口部；振动板，堵塞所述开口部的所述第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于所述振动板的与所述开口部相反的一侧的面，且通过
第一电极、压电体层及第二电极层叠构成；以及弹性层，在所述开口部中设置为与所述振动板相接，将所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极层叠的方向设为层叠方向，将在从所述层叠方向观察的俯视观察下所述第一电极、所述压电体层及所述第二电极重叠的部分设为有源部，与一个所述开口部对置地配置多个所述有源部，从与所述层叠方向正交的方向观察，所述弹性层的厚度在所述基板的厚度的一半以上且小于所述基板的厚度，在各所述有源部处的所述弹性层的厚度均等，向在所述第一面设置有所述振动板的所述基板的所述开口部注入形成所述弹性层的树脂材料，使具有与所述第二面平行的平整面的刮铲部件与所述第二面抵接，使所述刮铲部件沿着所述第二面以预定的恒定速度往返移动。

技术总结
本发明提供超声波收发灵敏度高的超声波传感器及超声波传感器的制造方法。超声波传感器具备：基板，所述基板具有第一面及与所述第一面相反的一侧的第二面，且形成有从第一面横跨至第二面的开口部；振动板，堵塞开口部的第一面侧；压电元件，所述压电元件设置于振动板的与开口部相反的一侧的面，且包括第一电极、压电体层及第二电极；以及弹性层，在开口部中设置为与振动板相接，将第一电极、压电体层及第二电极重叠的部分设为有源部，与一个开口部对置地配置多个有源部，弹性层的厚度在基板的厚度的一半以上且小于基板的厚度，在各有源部处的弹性层的厚度均等。处的弹性层的厚度均等。处的弹性层的厚度均等。


技术研发人员：佐佐木美绪 小岛力 泉尾诚治
受保护的技术使用者：精工爱普生株式会社
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/10/19