换能器、电子机器及换能器阵列的制作方法

1.本实施方式涉及一种换能器、电子机器及换能器阵列。


背景技术：

2.以往，已知有一种进行声波或超声波的发送或接收的换能器。例如，提供一种使用应用半导体制造技术的mems(micro-electromechanical systems：微电子机械系统)技术制作，以利用一对电极从两侧夹着压电膜的压电元件驱动振动板的类型的换能器，作为产生声波的扬声器(例如参照专利文献1)。
3.[背景技术文献]
[0004]
[专利文献]
[0005]
[专利文献1]日本专利特开2012-105170号公报


技术实现要素：

[0006]
[发明所要解决的问题]
[0007]
使用mems技术制作且以压电元件驱动振动板的类型的换能器由于振动板的尺寸较小，振动板的振幅也较小，所以有时无法产生用来作为扬声器使用所足够的音量。此外，有时也无法将产生的声波朝特定的方向聚集。
[0008]
本实施方式是鉴于所述实际情况而提出的，目的在于提供一种使用mems技术制作且以压电体驱动振动板的类型的换能器，也就是如产生作为扬声器使用也足够的音量、能将产生的声波朝特定的方向聚集的换能器、具备这种换能器的电子机器及换能器阵列。
[0009]
[解决问题的技术手段]
[0010]
本实施方式的一方面是换能器，包含：衬底；悬臂的多个振动膜，形成在衬底的主表面；及多个压电元件，积层在多个振动膜，产生激励各振动膜的电压；多个振动膜的悬臂在从主表面上的基准点朝向所述悬臂的方向，或从所述悬臂朝向基准点的方向延伸。
[0011]
本实施方式的一方面是电子机器，具备本实施方式的换能器作为扬声器。
[0012]
本实施方式的一方面是换能器阵列，所述换能器包含：衬底；悬臂的多个振动膜，形成在衬底的主表面，在主表面内在一个方向延伸；及多个压电元件，积层在多个振动膜，激励各振动膜，且通过各振动膜的振动产生电压；且包含多个换能器，多个换能器以主表面朝向一侧的方式2维状配置，多个换能器的悬臂在从包含2维状配置的平面上的基准点朝向所述换能器的方向，或从所述换能器朝向基准点的方向延伸。
[0013]
[发明的效果]
[0014]
根据本实施方式，能提供一种使用mems技术制造且以压电体驱动振动板的类型的换能器，也就是如能产生用来作为扬声器使用所足够的音量、能将产生的声波朝特定的方向聚集的换能器。此外，能提供一种如能产生足够的音量、能将产生的声波朝特定的方向聚集的电子机器及换能器阵列。
附图说明
[0015]
图1是本实施方式的换能器的俯视图。
[0016]
图2是本实施方式的换能器的剖视图。
[0017]
图3a是表示从振动膜的悬臂产生的声波的前进方向的示意图。
[0018]
图3b是表示从振动膜的悬臂产生的声波的前进方向的示意图。
[0019]
图3c是表示从振动膜的悬臂产生的声波的前进方向的示意图。
[0020]
图3d是作为比较例，表示从两端梁的振动膜产生的声波的前进方向的示意图。
[0021]
图4是表示本实施方式的换能器的主表面上的振动膜的配置的俯视图。
[0022]
图5是说明从换能器产生的声波的前进方向的剖视图。
[0023]
图6是变化例的换能器的俯视图。
[0024]
图7是表示变化例的换能器中主表面上的振动膜的配置的俯视图。
[0025]
图8是电子机器的框图。
[0026]
图9是构成本实施方式的换能器阵列的换能器的俯视图。
[0027]
图10是本实施方式的换能器阵列的俯视图。
[0028]
图11是说明从换能器阵列产生并收敛的声波的剖视图。
具体实施方式
[0029]
接着，参照附图，对本实施方式进行说明。以下说明的附图的记载中，对同一或类似部分标注同一或类似符号。但是，附图是示意性的，应留意各构成零件的厚度与平面尺寸的关系等与实物不同。因此，具体的厚度或尺寸应参酌以下的说明而判断。此外，当然附图彼此之间也包含彼此的尺寸关系或比例不同的部分。
[0030]
此外，以下所示的实施方式是为了将技术性思想具体化而例示的，并不限定各构成零件的材质、形状、构造、配置等。实施方式能基于权利要求书所规定的构成，施加各种变更。
[0031]
(换能器)
[0032]
假设本实施方式的换能器使用mems技术制造，作为产生声波的扬声器使用。本实施方式的换能器具有如下的构成。
[0033]
本实施方式的换能器包含：衬底；悬臂的多个振动膜，形成在衬底的主表面；及多个压电元件，积层在多个振动膜，产生激励各振动膜的电压；且多个振动膜的悬臂在从主表面上的基准点朝向所述悬臂的方向、或从所述悬臂朝向基准点的方向延伸。能控制从振动膜的悬臂产生的声波的前进方向，能聚集从换能器产生的声波。
[0034]
多个振动膜的悬臂在从基准点朝向所述悬臂的方向延伸，以静止的初始状态朝比主表面更上弯曲，弯曲的大小也可根据所述振动膜从基准点离开而增加。能聚集从振动膜的悬臂产生的声波。
[0035]
多个振动膜的悬臂在从所述悬臂朝向基准点的方向延伸，以静止的初始状态朝比主表面更下弯曲，弯曲的大小也可根据所述振动膜从基准点离开而增加。能聚集从振动膜的悬臂产生的声波。
[0036]
也可在多个压电元件的一对电极层，从供给用来驱动所述振动膜的电压的电极垫分别连接布线。多个压电元件分别由从连接在一对电极层的布线供给的电压驱动。
[0037]
布线也可包含对于多个压电元件的一对电极层共通的布线。能同步驱动连接在共通的布线的压电元件。
[0038]
多个振动膜也可包含组群的至少一个组群，所述组群包含在主表面内配置在绕基准点旋转对称的位置的至少一部分的多个振动膜。利用旋转对称配置的多个振动膜，能有效产生用来收敛的声波。
[0039]
布线也可包含对于各组群的振动膜分别共通的布线。能同步驱动各组群的振动膜。
[0040]
多个振动膜的固有振动数也可为高于可听域的振动数。由于固有振动数不在可听域的频率范围内，所以在可听域中不会产生源于振动膜的固有振动数的音质的劣化。
[0041]
多个振动膜也可在主表面的面内，包含具有相同形状的振动膜。能容易进行换能器的设计、制造等。
[0042]
衬底也可以硅衬底构成。能使用mems技术制作换能器。
[0043]
图1是表示本实施方式的换能器1的俯视图。图2是表示本实施方式的换能器1的剖视图。图2的剖视图表示图1的俯视图中的切断线ii-ii的切断面。本实施方式的换能器1形成在具有平坦的主表面11及与主表面11对向的背面15的衬底10。衬底10是具有特定厚度的大致板状形状的硅衬底，俯视时具有纵向及横向的尺寸大致相等的大致矩形状的形状。另外，衬底10不限于硅衬底，也可由玻璃衬底、有机材料等其它种类的素材构成。
[0044]
在衬底10的背面15，形成着多个凹部16。多个凹部16形成为从主表面11到达特定的深度，以主表面11能在衬底10的厚度方向振动的方式留下特定厚度的衬底10。留下这些特定厚度的衬底10的部分形成多个振动膜12。多个振动膜12具有俯视时大致矩形状的形状，所述大致矩形状的振动膜12仅一边与主表面11连结，其它三边在与主表面11间形成缝隙而分开，形成悬臂，也就是悬臂梁。
[0045]
多个振动膜12的悬臂的延伸方向，也就是从悬臂的固定端朝向自由端的方向设为从位于主表面11的大致中央的基准点o朝向各振动膜12的方向。多个振动膜12在主表面11中形成在大致同一尺寸的大致矩形状的悬臂。此外，由于多个振动膜12的悬臂是为了产生扬声器的声波而使用，所以其固有振动数设为高于可听域的振动数。
[0046]
在多个振动膜12，积层着由下部电极层21及上部电极层23的一对电极层夹着压电体层22而构成的压电元件20。压电元件20通过由未图示的布线层供给的电压，将振动膜12朝衬底10的厚度方向激励。积层在多个振动膜12的压电元件20也依照大致矩形状的悬臂也就是多个振动膜12的形状，同样具有大致矩形状的形状。
[0047]
图3a到图3c是说明从振动膜12的悬臂产生的声波的前进方向的示意图。这些图3a到图3c是示意性描绘个别振动膜12的悬臂的图。振动膜12的悬臂通过供给到压电元件20的电压驱动，振动膜12的悬臂在衬底10的深度方向振动。悬臂的振幅从固定端向自由端逐渐变大，在自由端变得最大。图中描绘了静止的初始状态的悬臂。此外，描绘了通过振动而朝上方向最弯曲的悬臂与朝下方向最弯曲的悬臂。另外，下方向是指衬底10的深度方向，上方向是指从衬底10的主表面11离开的方向。
[0048]
图3a中，静止的初始状态的悬臂位于主表面11的面内，悬臂在上下方向弯曲的振幅大致相同。从振动膜12的悬臂产生的声波朝初始状态的悬臂的法线方向，也就是主表面11的法线方向前进。这种位于主表面11内的悬臂的初始状态能在制造时设定，也能通过施
加在压电元件20的电压控制。
[0049]
图3b中，初始状态的悬臂从主表面11朝上弯曲。从悬臂的初始状态向上下方向的振幅大致相同。从所述振动膜12的悬臂产生的声波以初始状态向从主表面11朝上弯曲的悬臂的法线方向前进，因此，朝从主表面11的法线方向向基准点o倾斜的方向前进。这种从主表面内朝上弯曲的悬臂的初始状态能在制造时设定，也能通过施加在压电元件20的电压控制。悬臂弯曲的大小也能通过施加在压电元件20的电压控制。
[0050]
图3c中，初始状态的悬臂从主表面11朝下弯曲。从悬臂的初始状态向上下方向的振幅大致相同。从所述振动膜12的悬臂产生的声波以初始状态向从主表面11朝下弯曲的悬臂的法线方向前进，因此，向从主表面11的法线方向朝基准点o的相反方向，换句话说，向朝从基准点o离开的方向倾斜的方向前进。这种从主表面内朝下弯曲的悬臂的初始状态能在制造时设定，也能通过施加在压电元件20的电压控制。悬臂弯曲的大小也能通过施加在压电元件20的电压控制。
[0051]
图3d是作为比较例，说明产生两端梁的振动膜的声波的图。两端梁的振动膜由两侧的固定端支撑。振动膜在静止的初始状态下位于包含固定端的平面内，振动膜在上下方向以大致相同的振幅振动。从两端梁的振动膜产生的声波朝包含固定端的平面的法线方向前进。
[0052]
图4是表示换能器1的衬底10的主表面11的振动膜12的配置的俯视图。多个振动膜12具有4个振动膜12，它们与位于主表面11的大致中央的基准点o相邻，以包围基准点o的方式在与基准点o具有特定间隔的周上，也就是相对于基准点o4次旋转对称的位置，配置着固定端。4个振动膜12的悬臂在俯视时沿大致矩形状的衬底10的纵向或横向延伸。将这4个振动膜12称为第1周振动膜121。
[0053]
多个振动膜12具有4个振动膜12，它们在具有大于从基准点o到第1周振动膜121的悬臂的固定端的间隔，小于到第1周振动膜121的悬臂的自由端的间隔的间隔的周上，也就是相对于基准点o4次旋转对称的位置，配置着固定端。4个振动膜12的悬臂的延伸方向与相邻的第1周振动膜121的悬臂的延伸方向形成大致45度的角度。将这4个振动膜12称为第2周振动膜122。
[0054]
多个振动膜12具有4个振动膜12，它们在具有大于从基准点o到第1周振动膜121的悬臂的自由端的间隔，小于到第2周振动膜122的悬臂的自由端的间隔的间隔的周上，也就是相对于基准点o4次旋转对称的位置，配置着固定端。4个振动膜12的悬臂沿衬底10的纵向或横向延伸。4个振动膜12的悬臂的延伸方向与相邻的第2周振动膜122的悬臂的延伸方向形成大致45度的角度。将这4个振动膜12称为第3周振动膜123。
[0055]
多个振动膜12具有12个振动膜12，它们在具有大于从基准点o到第2周振动膜122的悬臂的自由端的间隔，小于到第3周振动膜123的悬臂的自由端的间隔的间隔的周上，也就是相对于基准点o16次旋转对称的位置，在除与第3周振动膜123重叠的4个方向外的12个方向上，配置着固定端。12个振动膜12内4个振动膜12的悬臂延伸的方向与第2周振动膜122延伸的方向相同。剩余8个中的4个振动膜12的悬臂与第3周振动膜123相邻，与相邻的第3周振动膜123的悬臂形成大致22.5度的角度。将这12个振动膜12称为第4周振动膜124。
[0056]
俯视时具有大致矩形状的形状的主表面11的大部分由第1周振动膜121、第2周振动膜122、第3周振动膜123及第4周振动膜124占据。在靠近主表面11的4个顶点未配置振动膜
12的部分，分别沿在衬底10的纵向延伸的一对边，形成多个电极垫14。从这些多个电极垫14朝向驱动配置在主表面11的第1周振动膜121、第2周振动膜122、第3周振动膜122及第4周振动膜124的每一个的振动膜12的压电元件20的布线设为共通，以能独立同步驱动第1周振动膜121、第2周振动膜122、第3周振动膜123及第4周振动膜124的每一个的方式连接。
[0057]
图5是说明从换能器1产生的声波的前进方向的剖视图。形成在衬底10的主表面11的多个振动膜12的悬臂在从主表面11的大致中央的基准点o朝向各振动膜12的方向延伸，随着振动膜12从点o离开，静止的初始状态的悬臂朝比主表面11更上弯曲。例如，图4所示的第1周振动膜121到第4周振动膜124中，各周的初始状态的振动膜12的悬臂依从第1周振动膜121向第4周振动膜124的顺序朝上弯曲的大小逐渐增加。
[0058]
如此，随着振动膜12从基准点o离开，从振动膜12的初始状态的悬臂的主表面11朝上弯曲的大小增加。从振动膜12的悬臂产生的声波朝振动膜12的初始状态的悬臂的法线方向前进，随着振动膜12从基准点o离开，而向朝主表面11的基准点o上的法线倾斜的方向前进。因此，从形成在主表面11的多个振动膜12的悬臂产生的声波以向基准点o上的主表面11的法线收敛的方式前进。收敛的程度能通过控制振动膜12的悬臂弯曲的大小而调整。
[0059]
本实施方式的换能器1中，多个振动膜12的悬臂的延伸方向设为从主表面11的基准点o朝向所述振动膜12的方向，但不限定于此，也可为从振动膜12朝向基准点o的方向。所述情况下，为了使从换能器1的多个振动膜12的悬臂产生的声波以向主表面11的基准点o上的法线收敛的方式前进，形成在主表面11的多个振动膜12的悬臂只要根据振动膜12从基准点o离开，以初始状态从主表面11朝下方向弯曲的大小增加即可。
[0060]
本实施方式的换能器1中，具有大致同一尺寸的大致圆板状悬臂的振动膜12对于包含配置在相对于主表面11的大致中央的基准点o旋转对称的位置的至少一部分的振动膜12的组群，依照从第1周振动膜121到第4周振动膜124这4个组群配置。因此，主表面11的大部分由第1周振动膜121到第4周振动膜124的多个振动膜12占据。通过这种配置，能在主表面11以高密度配置多个振动膜12。因此，主表面11的大部分作为振动膜12有效使用，换能器1能产生足以作为扬声器使用的音量。
[0061]
本实施方式的换能器1中，通过适当设定形成在主表面11的多个振动膜12的悬臂的初始状态下的弯曲的大小，而聚集产生的声波。通过如此使从换能器1产生的声波具有指向性，能有效利用换能器1所产生的声波。此外，由于本实施方式的换能器1使用应用半导体制造技术的mems技术制造，所以能一次以高精度制作多个单片。
[0062]
图6是变化例的换能器2的俯视图。图6所示的变化例的换能器2与图1所示的本实施方式的换能器的不同在于主表面11的振动膜12的悬臂的配置，其它具有相同的构成。因此，对于与本实施方式的换能器1共通的构成要件，为了明确对应关系而标注相同的参照符号。
[0063]
变化例的换能器2中，与本实施方式的换能器1同样，在俯视时具有纵向及横向的尺寸大致相等的大致矩形状的形状的衬底10的主表面11，形成多个振动膜12。多个振动膜12在俯视时具有大致矩形状的形状，所述大致矩形状的振动膜12仅一边与主表面11连结，其它三边在与主表面11间形成缝隙而分开，形成悬臂。振动膜12的悬臂的延伸方向设为从位于主表面11的大致中央的基准点o朝向各振动膜12的方向。多个振动膜12在主表面11中形成在大致同一尺寸的大致矩形状的悬臂。
[0064]
图7是表示变化例的换能器的主表面的振动膜的配置的俯视图。多个振动膜12具有6个振动膜12，它们与位于主表面11的大致中央的基准点o相邻，以包围基准点o的方式在与基准点具有特定间隔的周上，也就是相对于基准点o6次旋转对称的位置，配置着固定端。在6个振动膜12的悬臂内隔着基准点o对向的一对悬臂在俯视时沿大致矩形状的衬底10的纵向延伸。将这6个振动膜12称为第1周振动膜121。
[0065]
多个振动膜12具有12个振动膜12，它们在具有大于从基准点o到第1周振动膜121的悬臂的自由端的间隔的间隔的周上，也就是相对于基准点o12次旋转对称的位置，配置着固定端。在12个振动膜12的悬臂内沿周交替配置的6个振动膜12的悬臂在与第1周振动膜121的6个悬臂相同的方向延伸。将这12个振动膜12称为第2周振动膜122。
[0066]
俯视时具有大致矩形状的形状的主表面11的大部分由第1周振动膜121及第2周振动膜122占据。在靠近主表面11的4个顶点未配置振动膜12的部分，分别沿在衬底10的纵向延伸的一对边形成多个电极垫14。从这些多个电极垫14朝向驱动配置在主表面11的第1周振动膜121及第2周振动膜122的每一个的振动膜12的压电元件20的布线设为共通，以能独立同步驱动第1周振动膜121及第2周振动膜122的每一个的方式连接。
[0067]
形成在衬底10的主表面11的多个振动膜12的悬臂在从主表面的大致中央的基准点o朝向各振动膜12的方向延伸，静止的初始状态的悬臂随着从基准点o离开，而从主表面11朝上弯曲的大小增加。图7所示的第1周振动膜121到第2周振动膜122中，初始状态的振动膜12的悬臂依从第1周振动膜121向第2周振动膜124的顺序从主表面11朝上弯曲的大小逐渐增加。
[0068]
从振动膜12的悬臂产生的声波朝振动膜12的初始状态的悬臂的法线方向前进，随着振动膜12从基准点o离开，而朝从主表面11的法线方向向基准点o倾斜的方向前进。因此，从形成在主表面11的多个振动膜12的悬臂产生的声波以向基准点o上的主表面11的法线收敛的方式前进。收敛的程度能通过控制振动膜12的悬臂弯曲的大小而调整。
[0069]
变化例的换能器2中，多个振动膜12的悬臂的延伸方向设为从主表面11的基准点o朝向所述振动膜12的方向，但不限定于此，也可为从振动膜12朝向基准点o的方向。所述情况下，为了使从换能器2的多个振动膜12的悬臂产生的声波以向主表面11的基准点o上的法线收敛的方式前进，形成在主表面11的多个振动膜12的悬臂只要根据振动膜12从基准点o离开，以初始状态从主表面11朝下方向弯曲的大小增加即可。
[0070]
变化例的换能器2中，主表面11的多个振动膜12的悬臂以与本实施方式的换能器1不同的配置形成。这种变化例的换能器2中，能在主表面11以高密度配置多个振动膜12，换能器2能产生用来作为扬声器使用所足够的音量。此外，与本实施方式的换能器1同样，变化例的换能器2中，也能聚集产生的声波，且具有指向性。而且此外，变化例的换能器2也使用应用半导体制造技术的mems技术制造，所以能一次以高精度制作多个单片。
[0071]
(电子机器)
[0072]
本实施方式的电子机器具备本实施方式的换能器1作为扬声器。本实施的电子机器通过具备本实施的换能器1作为扬声器而产生足够的音量，能聚集产生的声波。
[0073]
图8是表示本实施方式的电子机器的框图。本实施方式的电子机器具备所述本实施方式的换能器1作为扬声器，为了能按照从信号源41输入的声音信号，从换能器1产生一定音质的声波，还具备模拟数字转换器(adc：analog to digital converter)42、数字信号
处理器(dsp：digital signal processor)43、数字模拟转换器(dac：digital to analog converter)44及放大器45。
[0074]
电子机器中，从信号源41作为模拟信号输入的声音信号通过模拟数字转换器42转换成数字信号后，通过数字信号处理器43实施特定的处理。例如，数字信号处理器43补偿换能器1的频率特性，或控制换能器1间的相位，或视需要实施均衡器、环绕等处理。以数字信号处理器43处理后的声音信号以数字模拟转换器44转换成模拟信号后，通过放大器45放大，供给到换能器1。
[0075]
由于本实施方式的电子机器具备本实施方式的换能器1作为扬声器，所以即使扬声器为小型，也能提供足够的音量。此外，能使换能器1所产生的声波聚集并具有指向性。而且此外，由于配备在电子机器的换能器1使用应用半导体制造技术的mems技术制造，所以能一次以高精度制作多个单片。
[0076]
(换能器阵列)
[0077]
本实施方式的换能器阵列包含多个换能器，所述换能器包含：衬底；悬臂的多个振动膜，形成在衬底的主表面，在主表面内在一个方向延伸；及多个压电元件，积层在多个振动膜，激励各振动膜；且多个换能器以主表面朝向一侧的方式2维状配置，多个换能器的悬臂在从包含2维状配置的平面上的基准点朝向所述换能器的方向、或从所述换能器朝向基准点的方向延伸。此处，一侧是指相对于包含2维状配置的多个换能器的平面的一侧。能控制从换能器产生的声波的前进方向，能聚集从换能器产生的声波。
[0078]
多个换能器的振动膜的悬臂在从基准点朝向所述换能器的方向延伸，以静止的初始状态朝比主表面更上弯曲，弯曲的大小也可根据所述换能器从基准点离开而增加。能使从换能器产生的声波聚集。
[0079]
多个换能器的振动膜的悬臂在从所述换能器朝向基准点的方向延伸，以静止的初始状态朝比主表面更下弯曲，弯曲的大小也可根据所述换能器从基准点离开而增加。能使从换能器产生的声波聚集。
[0080]
换能器阵列也可包含组群的至少1个组群，所述组群包含在包含2维状配置的平面内配置在绕基准点旋转对称的位置的至少一部分的多个换能器。利用旋转对称配置的多个换能器，能有效产生用来收敛的声波。
[0081]
图9是构成本实施方式的换能器阵列的换能器的俯视图。构成本实施方式的换能器阵列的换能器3与图1所示的本实施方式的换能器1的不同在于，主表面11的振动膜12的悬臂的配置，其它具有相同的构成。因此，对于与本实施方式的换能器1共通的构成要件，为了明确对应关系而标注相同的参照符号。
[0082]
换能器3中，与本实施方式的换能器1同样，在俯视时具有纵向及横向的尺寸大致相等的大致矩形状的形状的衬底10的主表面11，形成着多个振动膜12。多个振动膜12在俯视时具有大致矩形状的形状，所述大致矩形状的振动膜12仅一边与主表面11连结，其它三边在与主表面11间形成缝隙而分开，形成悬臂。多个振动膜12在主表面11以等间隔在纵向排列6行，在横向排列4列，多个振动膜12的悬臂沿主表面11的横向在一方向延伸。多个振动膜12在主表面11中，形成在大致同一尺寸的大致矩形状的悬臂。
[0083]
俯视时具有大致矩形状的形状的主表面11的大部分由以等间隔在纵向排列6行，在横向排列4列的多个振动膜12占据。在靠近主表面11的4个顶点未配置振动膜12的部分，
分别沿在主表面11的纵向延伸的一对边，形成多个电极垫14。从这些多个电极垫14朝向多个振动膜12的布线设为共通，以能驱动多个振动膜12的方式连接。
[0084]
形成在衬底10的主表面11的多个振动膜12的悬臂沿衬底10的横向在一方向延伸，静止的初始状态的悬臂设定为不论主表面11的振动膜12的位置如何，从主表面11朝上的弯曲都为相同大小。这种悬臂的弯曲能在制造时设定，也能通过施加在压电元件20的电压控制。
[0085]
换能器3中，振动膜12的悬臂从初始状态在上下方向以大致相同的振幅振动，产生声波。从换能器3产生的声波朝特定的方向前进，所述特定的方向是在一方向延伸，以初始状态下从主表面朝上弯曲的方式设定的振动膜12的悬臂的法线方向。
[0086]
图10是表示本实施方式的换能器阵列4的俯视图。图11是表示本实施方式的换能器阵列4的剖视图。图11的剖视图表示图10的俯视图中的切断线xi-xi的切断面。本实施方式的换能器阵列4中，在支撑衬底30的平坦的主表面31，多个换能器3以其主表面11与支撑衬底的主表面31平行，且朝向从支撑衬底30的主表面31离开的一侧的方式2维状配置。
[0087]
如图9所示，换能器3中，多个振动膜12的悬臂在俯视时在大致矩形状的衬底10的主表面11，以等间隔在纵向排列6行，在横向排列4列，但图10中，由2行2列的悬臂代表多个振动膜12的悬臂而表示。支撑衬底30为具有特定厚度的大致板状的形状，俯视时具有纵向及横向的尺寸大致相等的大致矩形状的形状。支撑衬底30与衬底10同样，可为硅衬底，也可以玻璃、有机材料等其它种类的素材构成，也可为印刷衬底。
[0088]
配置在支撑衬底30的主表面31的多个换能器3包含6个换能器3，它们与位于主表面31的大致中央的基准点p相邻，以包围基准点p的方式配置在与基准点p具有特定间隔的周上，也就是相对于基准点p6次旋转对称的位置。此处，换能器3的位置只要为如换能器3的主表面11的重心那样的主表面11上的适当的基准点即可。换能器3的俯视时为大致矩形状的衬底10的横向的边在从支撑衬底30的主表面31的大致中央的基准点p朝向各换能器3的方向延伸，形成在主表面11的多个振动膜12的悬臂也在所述方向延伸。隔着基准点p对向的一对换能器3沿俯视时大致矩形状的支撑衬底30的纵向延伸。将这6个换能器3称为第1周换能器31。
[0089]
配置在支撑衬底30的主表面31的多个换能器3包含12个换能器3，它们以包围第1周换能器31的方式配置，配置在与基准点p具有特定间隔的周上，也就是相对于基准点p12次旋转对称的位置。与第1周换能器31同样，换能器3的俯视时为大致矩形状的衬底10的横向的边在从支撑衬底30的主表面31的大致中央的基准点p朝向各换能器3的方向延伸，形成在主表面11的多个振动膜12的换能器也在所述方向延伸。在12个换能器3内沿周交替配置的6个换能器3在俯视时为大致矩形状的衬底10的横向的边与第1周换能器31的6个换能器3相同的方向延伸，形成在主表面11的多个振动膜12的换能器也在相同方向延伸。将这12个换能器3称为第2周换能器32。
[0090]
配置在支撑衬底30的主表面31的多个换能器3中，多个振动膜12的静止的初始状态的悬臂构成为按照每个换能器3，从主表面31朝上弯曲，随着换能器3的位置从支撑衬底30的主表面31的基准点p离开，悬臂弯曲的大小增加。例如，第1周换能器31到第2周换能器32中，振动膜12的悬臂从第1周换能器31向第2周换能器32，初始状态的弯曲的大小逐渐增加。
[0091]
如此，随着换能器3从支撑衬底30的主表面31的基准点p离开，从各换能器3的振动
膜12的静止的悬臂的主表面11朝上弯曲的大小增加。从换能器3产生的声波朝各换能器3的振动膜12的静止的悬臂的法线方向前进，随着换能器3从基准点p离开，而朝从支撑衬底30的主表面31的法线方向向基准点p倾斜的方向前进。因此，从配置在主表面31的多个换能器3产生的声波以向基准点p的主表面31的法线收敛的方式前进。收敛的程度能通过控制振动膜12的悬臂弯曲的大小而调整。
[0092]
另外，本实施方式的换能器阵列4中，多个换能器3的振动膜12的悬臂的延伸方向设为从支撑衬底30的主表面31的基准点p朝向所述换能器3的方向，但不限定于此，也可为从换能器3朝向基准点p的方向。所述情况下，为了使从换能器阵列4的多个换能器3产生的声波以向主表面11的基准点p的法线收敛的方式前进，配置在支撑衬底30的主表面31的多个换能器3只要振动膜12的悬臂在初始状态下，随着换能器3从基准点p离开，从主表面11朝下方向弯曲的大小增加即可。
[0093]
本实施方式的换能器阵列4中，由于换能器3作为扬声器能产生足够的音量，所以具备多个换能器3的本实施方式的换能器阵列4也能产生足够的音量。此外，本实施方式的换能器阵列4中，通过聚集换能器3产生的声波，能具有指向性。
[0094]
[符号的说明]
[0095]
1,2,3换能器
[0096]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
换能器阵列
[0097]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬底
[0098]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
主表面
[0099]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
振动膜
[0100]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电极垫
[0101]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
背面
[0102]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹部
[0103]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
压电元件。

技术特征：
1.一种换能器，其包含：衬底；悬臂的多个振动膜，形成在所述衬底的主表面；及多个压电元件，积层在所述多个振动膜，产生激励各振动膜的电压；且所述多个振动膜的悬臂在从所述主表面上的基准点朝向所述悬臂的方向，或从所述悬臂朝向所述基准点的方向延伸。2.根据权利要求1所述的换能器，其中所述多个振动膜的悬臂在从所述基准点朝向所述悬臂的方向延伸，在静止的初始状态下朝比所述主表面更上弯曲，弯曲的大小根据所述振动膜从所述基准点离开而增加。3.根据权利要求1所述的换能器，其中所述多个振动膜的悬臂在从所述悬臂朝向所述基准点的方向延伸，在静止的初始状态下朝比所述主表面更下弯曲，弯曲的大小根据所述振动膜从所述基准点离开而增加。4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的换能器，其中在所述多个压电元件的一对电极层，从供给用来驱动所述振动膜的电压的电极垫分别连接着布线。5.根据权利要求4所述的换能器，其中所述布线包含对于所述多个压电元件的一对电极层共通的布线。6.根据权利要求5所述的换能器，其中所述多个振动膜包含组群的至少1个组群，所述组群包含在所述主表面内配置在绕所述基准点旋转对称的位置的至少一部分的多个振动膜。7.根据权利要求6所述的换能器，其中所述布线包含对于各组群的振动膜分别共通的布线。8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的换能器，其中所述多个振动膜的固有振动数为高于可听域的振动数。9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的换能器，其中所述多个振动膜在所述主表面的面内，包含具有相同形状的振动膜。10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的换能器，其中所述衬底以硅衬底构成。11.一种电子机器，其具备权利要求1到10中任一权利要求所述的换能器作为扬声器。12.一种换能器阵列，其包含多个换能器，所述换能器包含：衬底；悬臂的多个振动膜，形成在所述衬底的主表面，在所述主表面内在一个方向延伸；及多个压电元件，积层在所述多个振动膜，激励各振动膜；且所述多个换能器以主表面朝向一侧的方式2维状配置，所述多个换能器的悬臂在从包含所述2维状配置的平面上的基准点朝向所述换能器的方向，或从所述换能器朝向所述基准点的方向延伸。13.根据权利要求12所述的换能器阵列，其中所述多个换能器的振动膜的悬臂在从所述基准点朝向所述换能器的方向延伸，在静止的初始状态下朝比所述主表面更上弯曲，弯曲的大小根据所述换能器从所述基准点离开而增加。14.根据权利要求12所述的换能器阵列，其中所述多个换能器的振动膜的悬臂在从所述换能器朝向所述基准点的方向延伸，在静止的初始状态下朝比所述主表面更下弯曲，弯曲的大小根据所述换能器从所述基准点离开而增加。
15.根据权利要求12到14中任一权利要求所述的换能器阵列，其中所述换能器阵列包含组群的至少1个组群，所述组群包含在包含所述2维状配置的平面内配置在绕所述基准点旋转对称的位置的至少一部分的多个换能器。

技术总结
本发明涉及一种换能器、电子机器及换能器阵列。其设法产生足以作为扬声器使用的音量，并将产生的声波朝特定的方向聚集。换能器(1)包含：衬底(10)；悬臂的多个振动膜(12)，形成在衬底(10)的主表面(11)；及多个压电元件(20)，积层在多个振动膜(12)，激励各振动膜(12)；且多个振动膜(12)的悬臂在从主表面(11)上的基准点(O)朝向所述悬臂的方向延伸，悬臂以静止的初始状态朝比主表面(11)更上弯曲，弯曲的大小根据振动膜(12)从基准点(O)离开而增加。小根据振动膜(12)从基准点(O)离开而增加。小根据振动膜(12)从基准点(O)离开而增加。


技术研发人员：内贵崇 合田贤司
受保护的技术使用者：罗姆股份有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/8/1