压电元件、压电装置及压电元件的制造方法与流程

压电元件、压电装置及压电元件的制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是基于2020年11月3日申请的日本专利申请第2020-184022号以及2021年2月3日申请的日本专利申请第2021-16149号的申请，并将其记载内容通过参照编入于此。
技术领域
3.本公开涉及振动区域被悬臂支承的压电元件、压电装置及压电元件的制造方法。


背景技术：

4.以往，提出过振动区域被支承体悬臂支承的压电元件(例如，参照专利文献1)。具体而言，压电元件具备支承体和配置在支承体上的振动部。振动部被设为具有压电膜和与压电膜连接的电极膜的结构。此外，压电膜使用氮化铝(以下，也简称为aln)构成。
5.在支承体上，形成有使振动部中的内缘侧浮置的凹部。由此，在振动部构成有在凹部上浮置的浮置区域。另外，在该压电元件中，通过在浮置区域形成狭缝，构成了将该浮置区域分割而成的振动区域。即，构成了被支承体悬臂支承的振动区域。
6.这样的压电元件如下进行制造。即，在支承体上形成压电膜及电极膜。接着，在压电膜上形成狭缝而形成振动区域构成部分。之后，在支承体上形成凹部，使振动区域构成部分浮置而成为振动区域，由此，制造出上述压电元件。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本专利第5936154号公报


技术实现要素：

10.另外，在上述压电元件中，正探讨使用压电特性高的氮化钪铝(以下，也简称为scaln)作为压电膜。然而，scaln为难蚀刻材料。因此，若要通过与使用aln作为压电膜的情况同样的制造方法制造压电元件，则在形成狭缝时不能适当地进行该狭缝的形成，振动区域的形状可能有偏差。
11.本公开的目的在于提供适当地形成狭缝的压电元件、压电装置及压电元件的制造方法。
12.根据本公开的一个观点，压电元件具备：支承体；以及振动部，其被设为包含配置在支承体上且使用氮化钪铝构成的压电膜和与压电膜连接并取出通过压电膜变形而产生的电荷的电极膜的结构，具有被支承体支承的支承区域和与支承区域相连且从支承体浮置的多个振动区域，且输出基于电荷的压力检测信号；多个振动区域为，振动区域彼此之间通过狭缝分离，狭缝以构成使宽度从振动区域中的与支承体侧相反的一侧的一面侧向与该一面相反的一侧的另一面侧而变窄的锥部的状态形成，电极膜在对一面而言的法线方向上配置于比狭缝靠内侧的位置，振动区域中的构成锥部的侧面和与一面平行的面所成的角度被设为39
°
～81
°
。
13.据此，振动区域所成的角度被设为39
°
～81
°
。因此，能够抑制形成狭缝时的加工性降低，适当地形成狭缝。因此，能够抑制检测灵敏度降低。
14.另外，根据本公开的另一观点，具备压电元件的压电装置具备：上述本公开的一个观点中的压电元件；以及外壳，其具有搭载压电元件的被安装部件和以容纳压电元件的状态固定于被安装部件的盖部，且形成有与外部连通而导入压力的贯通孔。
15.据此，压电元件中的振动区域所成的角度被设为39
°
～81
°
。因此，能够抑制形成狭缝时的加工性降低，能够抑制检测灵敏度降低。
16.另外，根据本公开的另一观点，在压电元件的制造方法中，进行如下步骤：在支承体上形成压电膜及电极膜的步骤；在压电膜及电极膜上配置蚀刻掩模材料，并且在蚀刻掩模材料上形成使压电膜中的要形成狭缝的部分露出的开口部的步骤；将蚀刻掩模材料作为掩模进行蚀刻，形成贯通压电膜而到达支承体的狭缝，形成具有锥部的振动区域构成部分的步骤；以及通过从支承体中的与压电膜侧相反的一侧形成凹部而使振动区域构成部分浮置，构成具有多个振动区域的振动部的步骤；在形成狭缝的步骤中，形成所成的角度为39
°
～81
°
的狭缝。
17.据此，因为形成振动区域所成的角度为39
°
～81
°
的狭缝，所以可制造能够抑制形成狭缝时的加工性降低、从而能够抑制检测灵敏度降低的压电元件。
18.此外，对各构成要素等标注的带括号的参照附图标记表示该构成要素等和后述的实施方式所记载的具体的构成要素等的对应关系的一例。
附图说明
19.图1是第一实施方式的压电元件的剖视图。
20.图2是图1所示的压电元件的俯视图。
21.图3是图1所示的振动区域的示意图。
22.图4a是表示图1所示的压电元件的制造工序的剖视图。
23.图4b是表示接着图4a的压电元件的制造工序的剖视图。
24.图4c是表示接着图4b的压电元件的制造工序的剖视图。
25.图4d是表示接着图4c的压电元件的制造工序的剖视图。
26.图4e是表示接着图4d的压电元件的制造工序的剖视图。
27.图5是图4d的制造工序中的形成狭缝的部分的示意图。
28.图6是表示频率、灵敏度、有效宽度的关系的图。
29.图7是表示相对于压电膜的膜厚的蚀刻掩模材料的膜厚和所成的角度之间的关系的图。
30.图8是第一实施方式的压电装置的剖视图。
31.图9a是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
32.图9b是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
33.图9c是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
34.图9d是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
35.图9e是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
36.图9f是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
37.图9g是第一实施方式的变形例的振动区域的俯视图。
38.图10是第二实施方式的振动区域的示意图。
39.图11是第三实施方式的压电元件的剖视图。
40.图12是第四实施方式的压电元件的剖视图。
41.图13是第五实施方式的压电元件的剖视图。
42.图14是第六实施方式的压电元件的俯视图。
43.图15a是沿着图14中的xva-xva线的剖视图。
44.图15b是沿着图14中的xvb-xvb线的剖视图。
45.图16是第六实施方式的形成于第一区域的电极膜的俯视图。
46.图17是第六实施方式的压电元件的电路示意图。
47.图18是第六实施方式的变形例的形成于第一区域的电极膜的俯视图。
48.图19是第六实施方式的变形例的压电元件的电路示意图。
49.图20是第七实施方式的压电元件的俯视图。
50.图21是第八实施方式的压电元件的俯视图。
51.图22是第八实施方式的形成于第一区域的电极膜的俯视图。
52.图23是第八实施方式的压电元件的电路示意图。
53.图24是第八实施方式的压电元件的剖视图。
54.图25是第八实施方式的变形例的压电元件的俯视图。
55.图26是第八实施方式的变形例的形成于第一区域的电极膜的俯视图。
56.图27是第八实施方式的变形例的压电元件的电路示意图。
57.图28是第九实施方式的压电装置的剖视示意图。
58.图29是表示将振动区域的厚度设为恒定的情况下的平均狭缝宽度、狭缝长度及声阻的关系的图。
59.图30是表示将平均狭缝宽度设为恒定的情况下的振动区域的厚度、狭缝长度及声阻的关系的图。
60.图31是表示狭缝长度和声阻比率的关系的图。
61.图32是第十实施方式的压电元件的狭缝的剖视图。
62.图33是表示一面侧的狭缝宽度和声阻的关系的图。
63.图34是表示第十一实施方式的压电元件和接合部件的位置关系的俯视图。
64.图35a是表示第十一实施方式的变形例的压电元件和接合部件的位置关系的俯视图。
65.图35b是表示第十一实施方式的变形例的压电元件和接合部件的位置关系的俯视图。
66.图36a是表示第十一实施方式的变形例的压电元件和接合部件的位置关系的俯视图。
67.图36b是表示第十一实施方式的变形例的压电元件和接合部件的位置关系的俯视图。
68.图36c是表示第十一实施方式的变形例的压电元件和接合部件的位置关系的俯视图。
69.图37是第十二实施方式的压电装置的剖视图。
70.图38是其它实施方式的压电装置的剖视图。
具体实施方式
71.以下，基于图对本公开的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式彼此中，对彼此相同或等同的部分标注相同的附图标记进行说明。
72.《第一实施方式》
73.参照图1及图2对第一实施方式的压电元件1进行说明。此外，本实施方式的压电元件1例如优选被用作麦克风。另外，在图2中，省略后述的第一电极部81及第二电极部82等进行表示。而且，在后述的与图2对应的各图中，也适当省略第一电极部81及第二电极部82等进行表示。
74.压电元件1具备支承体10和振动部20，平面形状被设为矩形形状。支承体10具有支承基板11和绝缘膜12，上述支承基板11具有一面11a及另一面11b，上述绝缘膜12形成在支承基板11上。此外，支承基板11例如使用硅基板等构成，绝缘膜12使用氧化膜等构成。
75.振动部20构成输出与作为压力的声压等对应的压力检测信号的传感部30，被配置在支承体10上。而且，在支承体10上形成有用于使振动部20中的内缘侧浮置的凹部10a。因此，振动部20为具有配置在支承体10上的支承区域21a和与支承区域21a相连并且在凹部10a上浮置的浮置区域21b的结构。此外，就本实施方式的凹部10a而言，其振动部20侧的开口端(以下，也称为凹部10a的开口端)的形状被设为平面矩形形状。因此，浮置区域21b整体被设为大致平面矩形形状。
76.本实施方式的浮置区域21b由狭缝41分割以构成四个振动区域22。在本实施方式中，狭缝41以穿过浮置区域21b的中心部c并向浮置区域21b的相对的角部延伸设置的方式形成有两条。换言之，狭缝41形成为从平面矩形形状的浮置区域21b的各角部向中心部c延伸设置，并且各狭缝41在中心部c交叉。由此，浮置区域21b被分离成大致平面三角形形状的四个振动区域22。虽然没有特别限制，但在本实施方式中，将各振动区域22彼此的间隔(即，狭缝41的平均宽度)设为1μm左右。此外，在本实施方式中，狭缝41如后述那样通过各向异性干式蚀刻而形成。
77.在此，对本实施方式的狭缝41的形状进行具体说明。首先，如图1及图3所示，将振动区域22中的与支承体10相反的一侧的面设为一面22a，将振动区域22中的支承体10侧的面设为另一面22b。在该情况下，狭缝41形成为构成使狭缝宽度g从一面22a侧向另一面22b侧而变窄的锥部42。换言之，若将振动区域22中的连结在一面22a和另一面22b之间的面设为侧面22c，则狭缝41以侧面22c成为锥部42的方式形成。另外，本实施方式的狭缝41被设为狭缝宽度g从一面22a侧向另一面22b侧连续变窄的形状。即，狭缝41以振动区域22的侧面22c为大致平面状的方式形成。
78.此外，振动区域22的一面22a和另一面22b被设为平行。另外，狭缝41的狭缝宽度g换句话来说就是对置的振动区域22中的各侧面22c的间隔。振动区域22的侧面22c是由狭缝41形成的面。
79.另外，狭缝41被形成为使振动区域22中的另一面22b和侧面22c所成的角度(以下，也简称为振动区域22所成的角度)θ1为39
°
～81
°
。此外，在本实施方式中，另一面22b相当于
与一面22a平行的面。另外，所成的角度θ1也可以说是狭缝41的锥角。以上为本实施方式的狭缝41的形状。
80.而且，就各振动区域22而言，因为如上述那样分割地构成了浮置区域21b，所以其一端部22d形成被支承体10(即，支承区域21a)支承的固定端，另一端部22e形成作为自由端的悬臂。即，各振动区域22成为与支承区域21a相连的状态，并且成为被悬臂支承的状态。
81.振动部20被设为具有压电膜50以及与压电膜50连接的电极膜60的结构。具体而言，压电膜50具有下层压电膜51和层叠在下层压电膜51上的上层压电膜52。另外，电极膜60具有配置于下层压电膜51的下方的下层电极膜61、配置于下层压电膜51和上层压电膜52之间的中间电极膜62以及配置在上层压电膜52上的上层电极膜63。即，振动部20被设为下层压电膜51由下层电极膜61和中间电极膜62夹持且上层压电膜52由中间电极膜62和上层电极膜63夹持的双压电晶片式结构。
82.而且，本实施方式的振动部20具有配置下层压电膜51及下层电极膜61的基底膜70。即，在支承体10上经由基底膜70配置有压电膜50及电极膜60。基底膜70不是一定需要的，是为了使对下层压电膜51等进行成膜时的晶体生长容易而设置的。
83.下层压电膜51及上层压电膜52使用scaln构成。下层电极膜61、中间电极膜62等使用钼、铜、铂、钛、铝等构成。基底膜70使用aln等构成。另外，压电膜50将厚度设为上千nm左右，基底膜70将厚度设为数十nm左右。即，基底膜70相对于压电膜50而言极薄。
84.另外，就本实施方式的各振动区域22而言，其固定端侧被设为第一区域r1，自由端侧被设为第二区域r2。而且，下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63分别形成于第一区域r1及第二区域r2。但是，形成于第一区域r1的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63和形成于第二区域r2的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63分离，成为绝缘的状态。另外，形成于第一区域r1的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63适当地延伸设置到支承区域21a。
85.此外，下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63形成为不到达狭缝41。即，下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63形成为在比振动区域22的侧面22c靠内侧的位置终止。换言之，下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63在对振动区域22的一面22a而言的法线方向上配置于比狭缝41靠内侧的位置。因此，振动区域22中的侧面22c由下层压电膜51、上层压电膜52及基底膜70构成。以下，也将对振动区域22的一面22a而言的法线方向简称为法线方向。另外，所谓在对振动区域22的一面22a而言的法线方向上，换句话来讲，也可以称为从对振动区域22的一面22a而言的法线方向进行观察时。
86.在振动部20的支承区域21a，形成有与形成于第一区域r1的下层电极膜61及上层电极膜63电连接的第一电极部81和与形成于第一区域r1的中间电极膜62电连接的第二电极部82。此外，图1是沿着图2中的i-i线的剖视图，示出了纸面左侧的振动区域22和纸面右侧的振动区域22存在不同的截面。另外，在图2中，省略第一电极部81及第二电极部82进行表示。
87.第一电极部81具有贯通电极81b，该贯通电极81b形成于贯通上层电极膜63、上层压电膜52、下层压电膜51而使下层电极膜61露出的孔部81a，且与下层电极膜61及上层电极膜63电连接。另外，第一电极部81具有形成在贯通电极81b上且与贯通电极81b电连接的焊盘部81c。第二电极部82具有贯通电极82b，该贯通电极82b形成于贯通上层压电膜52而使中
间电极膜62露出的孔部82a，且与中间电极膜62电连接。另外，第二电极部82具有形成在贯通电极82b上且与贯通电极82b电连接的焊盘部82c。第一电极部81及第二电极部82与电极膜60同样地使用钼、铜、铂、钛、铝等构成。
88.此外，形成于第二区域r2的下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63未与各电极部81、82电连接，成为浮动状态。因此，形成于第二区域r2的下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63不是一定需要的，其在本实施方式中是为了保护下层压电膜51及上层压电膜52中的位于第二区域r2的部分而设置的。
89.另外，形成于第一区域r1的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63在各振动区域22中由狭缝41分割开。即，形成于各振动区域22的第一区域r1的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63不是跨各振动区域22形成的。而且，形成于各振动区域22的第一区域r1的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63经由未图示的配线膜等连接。
90.此外，本实施方式的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63以外形与振动区域22的外形大致相同的方式形成，在本实施方式中被设为平面矩形形状。但是，下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63如上所述是由各振动区域22分割开的。因此，此处的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63的外形是指由下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63的外形线及该外形线的延长线构成的形状。
91.而且，本实施方式的传感部30构成为将四个振动区域22中的电荷的变化作为一个压力检测信号进行输出。即，四个振动区域22被电气性地串联连接。更详细而言，各振动区域22被设为双压电晶片式结构，形成于各振动区域22的各下层电极膜61、各中间电极膜62、各上层电极膜63分别并联连接，并且各振动区域22间串联连接。
92.以上为本实施方式的压电元件1的结构。就这样的压电元件1而言，若向各振动区域22(即，传感部30)施加声压，则各振动区域22振动。在该情况下，例如，在振动区域22的另一端部22e侧(即，自由端侧)向上方位移的情况下，在下层压电膜51上产生拉伸应力，在上层压电膜52上产生压缩应力。因此，通过从第一电极部81及第二电极部82取出该电荷来检测声压。
93.此时，就在振动区域22(即，压电膜50)产生的应力而言，因为在自由端侧(即，另一端部22e侧)应力被释放，所以固定端侧的应力大于自由端侧的应力。即，就自由端侧而言，电荷的产生较少，信号和噪声之比即sn比容易变小。因此，在本实施方式的压电元件1中，如上所述，各振动区域22被分为应力容易变大的第一区域r1和应力容易变小的第二区域r2。而且，在压电元件1中，配置于第一区域r1的下层电极膜61、上层电极膜63、中间电极膜62与第一、第二电极部81、82连接，取出在位于第一区域r1的下层压电膜51及上层压电膜52上产生的电荷。由此，能够抑制噪声的影响变大。
94.接着，参照图4a～图4e、图5、图6对上述压电元件1的制造方法进行说明。
95.首先，如图4a所示，准备在具有支承基板11及绝缘膜12的支承体10上形成有基底膜70、压电膜50、电极膜60、第一电极部81、第二电极部82等的结构体。即，准备未形成图1所示的压电元件1中的凹部10a及狭缝41的结构体。此外，在图4a的工序中构成的压电膜50及电极膜60等是构成振动部20的部分。因此，在图4a中，标注了与振动区域22的一面22a及另一面22b相同的附图标记。另外，将电极膜60调整配置位置，使得其不从要形成狭缝41的部分露出。
96.在此，基底膜70、压电膜50及电极膜60等通过适当进行一般的溅射、蚀刻等而构成。在该情况下，在向支承体10上形成基底膜70、作为电极膜60的下层电极膜61时，因为基底膜70及下层电极膜61的线膨胀系数大于支承体10的线膨胀系数，所以基底膜70及下层电极膜61以残留拉伸应力的状态形成。因此，在原样形成压电膜50的情况下，容易以残留由基底膜70及下层电极膜61的拉伸应力引起的拉伸应力的状态形成压电膜50。而且，若在压电膜50上残留了拉伸应力，则容易产生压电元件1的特性变动。因此，在对压电膜50进行成膜时，例如，优选如下进行。
97.例如，优选的是，在对上层压电膜52进行成膜时，与对下层压电膜51进行成膜时相比，增大在溅射时施加的电压，由此，在上层压电膜52上产生压缩应力。由此，下层压电膜51的拉伸应力和上层压电膜52的压缩应力抵消，能够在压电膜50整体上减小残留于其内部的应力。在该情况下，也可以通过多次的溅射对上层压电膜52进行成膜。而且，也可以在上层压电膜52中的下层压电膜51侧的部分产生拉伸应力并且在上层压电膜52中的成为与下层压电膜51相反的一侧的最上层侧的部分产生压缩应力，由此，作为压电膜50减小残留于其内部的应力。
98.接着，如图4b所示，以覆盖上层电极膜63等的方式配置使用光致抗蚀剂等构成的蚀刻掩模材料200，在蚀刻掩模材料200上形成开口部201，该开口部201开设在要形成狭缝41的部分。以下，将蚀刻掩模材料200中的将上层电极膜63、上层压电膜52覆盖的一侧的面设为另一面200b，将蚀刻掩模材料200中的与另一面200b相反的一侧的面设为一面200a，将开口部201的侧面设为侧面200c。
99.接着，如图4c所示，通过进行加热处理，调整蚀刻掩模材料200的开口部201的形状。具体而言，蚀刻掩模材料200以覆盖上层电极膜63、上层压电膜52的方式配置，在固定于它们上的另一面200b侧的部分和一面200a侧的部分，热收缩的方式不同。更详细而言，在进行加热处理时，蚀刻掩模材料200中，另一面200b侧的部分难以热收缩，一面200a侧的部分容易热收缩。因此，通过进行加热处理，按照所希望的振动区域22所成的角度θ1调整蚀刻掩模材料200的另一面200b和侧面200c所成的角度θ2(以下，也简称为蚀刻掩模材料200所成的角度θ2)。在该情况下，压电膜50和蚀刻掩模材料200因为由不同的材料构成，所以进行后述的各向异性干式蚀刻时的蚀刻速率通常不同。因此，基于蚀刻速率等对蚀刻掩模材料200所成的角度θ2进行调整，以使振动区域22所成的角度θ1成为所希望的值。此外，此处的蚀刻掩模材料200所成的角度θ2因为如上述那样进行调整，所以有时也会与振动区域22所成的角度θ1一致，但有时也会与振动区域22所成的角度θ1不一致。
100.接着，如图4d所示，将蚀刻掩模材料200作为掩模进行各向异性干式蚀刻，形成贯通压电膜50而到达支承体10的狭缝41。在本实施方式中，以构成具有成为锥部42的侧面22c的四个振动区域构成部分220的方式形成狭缝41。
101.此时，如上所述，蚀刻掩模材料200所成的角度θ2根据振动区域22所成的角度θ1进行调整，振动区域构成部分220所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
。此外，振动区域构成部分220为通过形成后述的凹部10a而成为振动区域22的部分。因此，振动区域构成部分220所成的角度θ1和振动区域22所成的角度θ1相同。而且，在图中，对振动区域构成部分220的一面、另一面及侧面标注了与振动区域22的一面22a、另一面22b及侧面22c相同的附图标记。另外，下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63被调整了形状，从而以不到达狭缝41。因此，
在该工序中，对压电膜50及基底膜70进行各向异性干式蚀刻。
102.之后，如图4e所示，使用未图示的掩模以从支承基板11的另一面11b贯通绝缘膜12而到达基底膜70的方式进行蚀刻，形成凹部10a。在本实施方式中，在通过各向异性干式蚀刻去除支承基板11之后，通过各向同性湿式蚀刻去除绝缘膜12，形成凹部10a。由此，振动区域构成部分220从支承体10浮置，构成振动区域22，制造出图1所示的压电元件1。
103.此外，在该工序中，虽然没有特别图示，但也可以配置覆盖上层压电膜52、上层电极膜63的保护抗蚀剂等并形成凹部10a。由此，能够抑制在形成凹部10a时破坏振动区域22。但是，保护抗蚀剂在形成凹部10a后被去除。
104.接着，对本实施方式的制造工序中的振动区域构成部分220(即，振动区域22)所成的角度θ1进行说明。
105.首先，根据本发明人等的探讨，在对scaln等的压电膜50进行各向异性干式蚀刻的情况下，若所成的角度θ1为81
°
以上，则确认到了以下的现象。即，若所成的角度θ1为81
°
以上，则确认到了由于被蚀刻的原子再沉积于狭缝41的侧面22c的再沉积的影响而存在加工性降低的趋势。而且，根据本发明人等的探讨，在对scaln等的压电膜50进行各向异性干式蚀刻的情况下，若所成的角度θ1为63
°
以上，则确认到了以下的现象。即，若所成的角度θ1为63
°
以上，则确认到了由于被蚀刻的原子再沉积于狭缝41中的一面22a侧的开口部附近而构成的围栏的影响而存在加工性降低的趋势。因此，在形成狭缝41的情况下，优选将所成的角度θ1设为63
°
以下。由此，能够抑制由于围栏等而使加工性降低。
106.另外，构成压电膜50的scaln为难蚀刻材料。而且，根据本发明人等的探讨，确认到了：在形成贯通压电膜50的狭缝41的情况下，为了在压电膜50上残留蚀刻掩模材料200，优选将蚀刻掩模材料200的膜厚设为压电膜50的膜厚的3～5倍。换言之，确认到了：在形成贯通压电膜50的狭缝41的情况下，为了使由蚀刻掩模材料200覆盖的压电膜50不被各向异性干式蚀刻去除，优选将蚀刻掩模材料200的膜厚设为压电膜50的膜厚的3～5倍。即，如图5所示，若将压电膜50的膜厚设为a1，将蚀刻掩模材料200的膜厚设为a2，则蚀刻掩模材料200的膜厚a2优选被设为3a1～5a1。此外，如上所述，本实施方式的基底膜70形成为相对于压电膜50而言极薄。因此，忽略了基底膜70的影响。
107.另外，在形成狭缝41的情况下，还会受到加工装置的曝光约束的影响。根据本发明人等的探讨，确认到了：在目前的一般的加工装置中，如图5所示，在将狭缝41中的一面22a侧的宽度设为狭缝宽度g的情况下，就相对于蚀刻掩模材料200的膜厚a2而言的狭缝宽度g的分辨率而言，蚀刻掩模材料200的膜厚a2的1/2～1/3为其极限。因此，因为蚀刻掩模材料200的膜厚a2被表示为3a1～5a1，所以就狭缝宽度g而言，3a1/3～5a1/2的范围为其极限。
108.而且，在如上所述的压电元件1中，声压从狭缝41中传出。在该情况下，如图6所示，狭缝41的有效宽度越长，低频下的灵敏度就越降低。因此，狭缝41优选以有效宽度较窄的方式形成。此外，狭缝41的有效宽度是指狭缝41的平均宽度。例如，在如本实施方式这样将狭缝41设为宽度从一面22a向另一面22b而连续变窄的锥状的情况下，狭缝41的有效宽度为一面22a侧的宽度和另一面22b侧的宽度的平均值。
109.另外，本实施方式的狭缝41因为通过各向异性干式蚀刻而形成，所以侧面22c成为大致平面状。因此，若为了能够抑制灵敏度降低而将狭缝41中的另一面22b侧的宽度大致假定为0，将压电膜50的膜压设为a1，将一面22a侧的狭缝宽度设为g，则tanθ1＝a1/(g/2)。此
外，g/2也可以说是狭缝有效宽度。因此，因为如上述那样狭缝宽度g为3a1/3～5a1/2，所以tanθ1＝2～0.8，优选θ1＝39
°
～63
°
。
110.而且，本发明人等经过进一步的探讨，确认到了：蚀刻掩模材料200的膜厚a2也可以是压电膜50的膜厚a1的1～5倍。即，确认到了：蚀刻掩模材料200的膜厚a2也可以是a1～5a1。因此，就狭缝宽度g而言，a1/3～5a1/2为其极限。因此，根据本发明人等的进一步的探讨，tanθ1＝6～0.8，优选θ1＝39
°
～81
°
。因此，在形成狭缝41时，振动区域构成部分220所成的角度θ1优选为39
°
～81
°
。由此，能够抑制因蚀刻掩模材料200的膜厚a2而使狭缝41的加工性降低。
111.此外，若汇总蚀刻掩模材料200的膜厚a2相对于压电膜50的膜厚a1之比(以下，也称为膜厚比)和所成的角度之间的关系，则如图7所示。而且，如上所述，就相对于蚀刻掩模材料200的膜厚a2而言的狭缝宽度g的分辨率而言，蚀刻掩模材料200的膜厚a2的1/2～1/3为其极限。因此，所成的角度θ1的下限即39
°
为分辨率是蚀刻掩模材料200的1/2倍的情况，上限为分辨率是蚀刻掩模材料的1/3倍的情况。
112.在此，作为比较例的压电元件1，可举出对压电膜50使用aln等容易蚀刻的材料且振动区域22的侧面22c与另一面22b大致垂直的压电元件。而且，将比较例的压电元件1中的狭缝41的有效宽度设为g。在该情况下，若本实施方式的压电元件1中的有效宽度为g以上，则狭缝41的宽度变宽，因此，与比较例的压电元件1相比，灵敏度可能降低。
113.因此，狭缝41优选以有效宽度为比较例的压电元件1中的狭缝41的有效宽度以下的方式形成。即，优选以tanθ1为1以上的方式构成。因此，θ1优选设为45
°
以上，且优选设为45
°
～81
°
。由此，还能够抑制灵敏度降低。在该情况下，通过将θ1设为63
°
以下，还能够抑制由于围栏等而使狭缝41的加工性降低。
114.接着，对使用上述压电元件1的压电装置s10进行说明。
115.如图8所示，本实施方式的压电装置s10是将压电元件1容纳于外壳100而构成的。外壳100具有印刷基板101和盖部102，印刷基板101搭载压电元件1以及进行规定的信号处理等的电路基板110，盖部102以容纳压电元件1及电路基板110的方式固定于印刷基板101。此外，在本实施方式中，印刷基板101相当于被安装部件。
116.虽未特别图示，但印刷基板101被设为适当地形成有配线部、通孔电极等的结构，根据需要还搭载有未图示的电容器等电子器件等。而且，就压电元件1而言，支承基板11的另一面11b经由粘接剂等接合部件2搭载于印刷基板101的一面101a。电路基板110经由使用导电性部件构成的接合部件111搭载于印刷基板101的一面101a。而且，压电元件1的焊盘部82c和电路基板110经由接合线120电连接。此外，压电元件1的焊盘部81c在与图8不同的截面上经由接合线120与电路基板110电连接。盖部102使用金属、塑料或树脂等构成，以容纳压电元件1及电路基板110的方式经由未图示的粘接剂等接合部件固定于印刷基板101。
117.而且，在本实施方式中，在印刷基板101中的与传感部30对置的部分形成有贯通孔101b。具体而言，贯通孔101b被设为大致圆筒状，在法线方向上形成为中心轴与振动区域22中的中心部c一致。
118.以上为本实施方式的压电装置s10的结构。以下，在外壳100内，将形成贯通孔101b的部分和振动区域22之间的空间设为受压面空间s1。另外，将包含隔着振动区域22位于与受压面空间s1相反的一侧的空间在内的、不经由狭缝41即与该空间连续的空间设为后部空
间s2。此外，后部空间s2在外壳100内的空间中可以说是与受压面空间s1不同的空间，也可以说是除受压面空间s1之外的空间。再换言之，受压面空间s1也可以说是对按压振动区域22中的形成于外壳100的贯通孔101b侧的面(即，在本实施方式中是另一面22b)有影响的空间。后部空间s2也可以说是对按压振动区域22中的与形成于外壳100的贯通孔101b侧相反的一侧的面(即，在本实施方式中是一面22a)有影响的空间。
119.而且，在这样的压电装置s10中，通过向受压面空间s1导入作为压力的声压而向振动区域22(即，传感部30)施加声压，如上述那样检测声压。
120.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
。因此，能够抑制因蚀刻掩模材料200的膜厚a2而使狭缝41的加工性降低，能够适宜地形成狭缝41。另外，因为所成的角度θ1为81
°
以下，所以能够减小再沉积的影响，能够抑制加工性降低。
121.(1)在本实施方式中，通过将振动区域22所成的角度θ设为63
°
以下，能够抑制由于围栏的影响而使加工性降低。
122.(2)在本实施方式中，通过将振动区域22所成的角度θ1设为45
°
以上，能够抑制灵敏度降低。
123.《上述第一实施方式的变形例》
124.对上述第一实施方式的变形例进行说明。在上述第一实施方式中，在形成狭缝41的情况下，也可以在进行湿式蚀刻之后进行干式蚀刻。据此，在进行湿式蚀刻时不去除蚀刻掩模材料200。因此，能够减薄基于压电膜50的膜厚a1规定的蚀刻掩模材料200的膜厚a2，能够缩窄由蚀刻掩模材料200的膜厚a2规定的狭缝宽度g。因此，能够缩窄有效宽度g/2，能够实现灵敏度的提高。
125.另外，在上述第一实施方式中，振动区域22的平面形状能够适当地变更。例如，如图9a～图9g所示，振动区域22的平面形状被设为六边形形状、八边形形状、十边形形状、十二边形形状、十四边形形状、十六边形形状或圆形形状。另外，虽未特别图示，但振动区域22也可以设为其它多边形形状。此外，在图9a～图9g中，省略了形成于振动区域22的狭缝41，但在振动区域22是分别形成有狭缝41的。例如，在如图9a那样振动区域22的平面形状为六边形形状的情况下，狭缝41从振动区域22的外形的各角部起以在中心部c交叉的方式形成。另外，在如图9g那样振动区域22的平面形状为圆形形状的情况下，狭缝41以在中心部交叉的方式沿周向均等地形成所希望的多个。
126.《第二实施方式》
127.对第二实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式变更了狭缝41的形状。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
128.在本实施方式的压电元件1中，如图10所示，狭缝41以在一面22a侧构成锥状的锥部42且在另一面22b侧构成宽度恒定的恒定部43的方式形成。即，狭缝41以在另一面22b侧构成侧面22c与该另一面22b垂直的恒定部43的方式形成。而且，狭缝41被设为锥部42和恒定部43连结而成的结构。另外，在本实施方式中，将锥部42和与一面22a平行的假想面sv所成的角度θ1设为39
°
～81
°
。
129.此外，这样的狭缝41例如可以在形成锥部42之后去除蚀刻掩模材料200，配置另外的蚀刻掩模材料并进行各向异性干式蚀刻以形成恒定部43。此外，就在形成恒定部43时形成于另外的蚀刻掩模材料的开口部而言，开口部的侧面和该蚀刻掩模材料的另一面所成的
角度被设为大致90
°
。
130.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
131.(1)在本实施方式中，狭缝41以构成锥状的锥部42以及宽度恒定的恒定部43的方式形成。因此，例如，在与狭缝41中的一面22a侧的宽度以及狭缝41中的另一面22b侧的宽度相同的压电元件1比较的情况下，本实施方式的压电元件1能够缩窄有效宽度。因此，声压难以传出，能够实现灵敏度的提高。
132.《第三实施方式》
133.对第三实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式变更了凹部10a和振动部20的边界部分的形状。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
134.本实施方式的压电元件1如图11所示，将凹部10a的开口端和振动部20的边界部分b设为弯曲形状。在本实施方式中，凹部10a以开口端到达基底膜70的方式形成，基底膜70中的与凹部10a的边界部分b被设为弯曲形状。此外，这样的弯曲形状例如通过利用去除绝缘膜12时的各向同性湿式蚀刻将基底膜70的一部分也去除而形成。
135.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
136.(1)在本实施方式中，凹部10a和振动部20的边界部分b被设为弯曲形状。因此，能够抑制在对振动区域22施加声压时应力集中在凹部10a和振动部20的边界部分b，能够抑制振动区域22被破坏。
137.《第四实施方式》
138.对第四实施方式进行说明。本实施方式相对于第三实施方式在基底膜70内配置了高强度材料。关于其它，由于与第三实施方式相同，因此在此省略说明。
139.如图12所示，本实施方式的压电元件1在基底膜70中的与凹部10a的边界部分b配置有与基底膜70相比以高强度材料构成的保护部件71。保护部件71例如使用氮化膜等构成。
140.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
141.(1)在本实施方式中，在基底膜70中的与凹部10a的边界部分b配置有保护部件71。即，在对振动区域22施加声压时应力容易集中的部分配置有保护部件71。因此，能够抑制在对振动区域22施加声压时振动区域22被破坏。
142.《第五实施方式》
143.对第五实施方式进行说明。本实施方式组合了第三实施方式和第四实施方式。关于其它，由于与第三实施方式相同，因此在此省略说明。
144.如图13所示，本实施方式的压电元件1在基底膜70中的与凹部10a的边界部分b配置有保护部件71。而且，将保护部件71中的与凹部10a的边界部分b设为弯曲形状。
145.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
146.(1)在本实施方式中，在基底膜70中的与凹部10a的边界部分b配置有保护部件71。而且，将保护部件71中的与凹部10a的边界部分b设为弯曲形状。因此，能够进一步抑制振动
区域22被破坏。
147.《第六实施方式》
148.对第六实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式变更了第一电极部81及第二电极部82的配置的方式。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
149.就本实施方式的压电元件1而言，如图14所示，其平面结构与上述第一实施方式相同。而且，在本实施方式中，如图14所示，关于四个振动区域22，将一个振动区域22设为第一振动区域221，从第一振动区域221起沿周向设定第二～第四振动区域222～224。
150.而且，如图15a所示，第一电极部81与形成于第一振动区域221的下层电极膜61及上层电极膜63连接。如图15b所示，第二电极部82与形成于第四振动区域224的中间电极膜62连接。
151.此外，如图16所示，本实施方式的电极膜60以形成于第一区域r1的部分的外形与振动区域22的外形大致相同的方式形成，在本实施方式中被设为平面矩形形状。但是，下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63如上所述是由第一～第四振动区域221～224分割开的。因此，此处的下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63的形成于第一区域r1的部分的外形是指由下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63中的位于第一区域r1的部分的外形线及该外形线的延长线构成的形状。另外，虽然在图17中是作为电极膜60而示出的，而作为电极膜60的下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63在第一区域r1中分别被设为与图17的电极膜60同样的形状。
152.而且，在本实施方式中，如图17所示，成为将各振动区域221～224依次串联连接的电路结构。
153.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
154.(1)在本实施方式中，第一～第四振动区域221～224为被依次串联连接的状态。因此，能够使连接各振动区域221～224的电极膜60的配线部的引绕变得容易。
155.《第六实施方式的变形例》
156.对第六实施方式的变形例进行说明。本实施方式的压电元件1中，如图18所示，电极膜60也可以在第一区域r1中被分割成多个电荷区域60a。例如，电极膜60也可以在各振动区域221～224的第一区域r1中被分割成三个电荷区域60a。此外，作为电极膜60的下层电极膜61、中间电极膜62及上层电极膜63在第一区域r1中分别如图18那样被分割成电荷区域60a。在该情况下，如图19所示，压电元件1为将由所分割的各电荷区域60a构成的电容分别串联连接的状态。据此，能够减小各振动区域221～224内的电容，能够实现输出的提高。即，能够实现检测灵敏度的提高。
157.《第七实施方式》
158.对第七实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式变更了狭缝41的形状。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
159.就本实施方式的压电元件1而言，如图20所示，狭缝41在法线方向上被设为狭缝宽度g从支承区域21a侧向浮置区域21b的中心部c而变窄的锥状。换言之，狭缝41在法线方向上被设为狭缝宽度g从支承区域21a侧向振动区域22的另一端部22e侧而变窄的锥状。
160.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能
够获得与上述第一实施方式同样的效果。
161.(1)在本实施方式中，狭缝41被设为狭缝宽度g朝向浮置区域21b的中心部c而变窄的锥状。因此，在对振动区域22施加声压而使振动区域22发生了挠曲时，挠曲的状态下的各狭缝41的狭缝宽度g容易均匀化。换言之，在振动区域22发生了挠曲时，就各狭缝41而言，在法线方向上，狭缝宽度g在支承区域21a侧的部分和中心部c侧的部分容易均匀化。因此，在各狭缝41内，局部的声压的传出难易度难以产生差异，能够减小噪声。因此，能够进一步实现检测精度的提高。
162.《第八实施方式》
163.在本实施方式中，相对于第一实施方式，调整了振动区域22及中间电极膜62的形状。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
164.参照图21及图22对本实施方式的压电元件1进行说明。此外，在图21中，省略狭缝41进行表示。但是，狭缝41实际上与上述第一实施方式同样地从振动区域22的平面形状中的各角部向中心部c延伸设置。
165.就振动区域22而言，如图21所示，在法线方向上，其外形被设为正八边形形状。即，就支承体10的凹部10a而言，其开口部的形状被设为正八边形形状。以下，对将振动区域22设为正八边形形状的理由进行说明。如上所述，在本实施方式中，支承基板11使用硅构成。因此，通过将凹部10a的开口部的形状(即，振动区域22的外形)设为正八边形形状，能够抑制形变集中在支承基板11中的凹部10a的开口端(即，振动区域22的外侧端部)的局部部位。因此，能够抑制形变集中在振动区域22中的与支承区域21a的边界部的局部部位。
166.另外，就本实施方式的电极膜60而言，如图22所示，在法线方向上，其形成于第一区域r1的部分的外形被设为正八边形形状。即，电极膜60在第一区域中以外缘部与凹部10a的开口端大致一致的方式形成。而且，就电极膜60而言，其形成于第一区域r1的部分由与狭缝41不同的电极膜用狭缝60b分离。具体而言，电极膜用狭缝60b形成有六条，且电极膜用狭缝60b以将各电极膜用狭缝60b内的规定部位连结而构成的假想形状(以下，也简称为假想形状)ks为六边形形状的方式形成。更详细而言，电极膜用狭缝60b以将各电极膜用狭缝60b和电极膜60的外形交叉的部分连结而构成的假想形状为六边形形状的方式形成。
167.此外，此处的电极膜60的位于第一区域r1的部分的外形，如上所述，是指由电极膜60中的位于第一区域r1的部分的外形线及该外形线的延长线构成的形状。
168.以下，对将电极膜60的假想形状ks设为六边形形状的理由进行说明。如上所述，电极膜60及压电膜50按照下层电极膜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的顺序层叠配置。而且，在形成下层电极膜61、中间电极膜62、上层电极膜63时，在对金属膜进行成膜之后，通过使用掩模的干式蚀刻等按照所希望的形状对金属膜进行图形化。此时，虽然使用掩模，但是作为基底的下层压电膜51、上层压电膜52有可能被蚀刻。在该情况下，因为在使用scaln构成压电膜50的情况下成为六方晶结构，所以通过将电极膜60的假想形状ks设为六边形形状，能够抑制在对压电膜50的表面进行蚀刻时压电膜50的结晶性变差。即，通过使形成电极膜用狭缝60b的部分与压电膜50的晶体结构匹配，能够抑制压电膜50的特性变动。
169.而且，如图23所示，本实施方式的压电元件1将各电极膜61～63之间的电容连接。在本实施方式中，如上所述，电极膜60由与狭缝41不同的电极膜用狭缝60b分割成六个。因
此，本实施方式的压电元件1具有被分割成六个的区域226，输出基于各区域226的电容的压力检测信号。
170.此外，本实施方式的电极膜60如上所述由电极膜用狭缝60b分离，未由狭缝41分离。因此，如图24所述，电极膜60在形成狭缝41的部分为相连的状态。这样的压电元件1例如在进行图4a及图4b的工序时通过在每次形成各膜时形成狭缝41或电极膜用狭缝60b来制造。例如，在形成基底膜70之后，在基底膜70上形成金属膜。然后，在对金属膜进行图案化而形成下层电极膜61时形成电极膜用狭缝60b。之后，在下层电极膜61上形成下层压电膜51，在形成中间电极膜62之前，可以在下层压电膜51上形成仅贯通下层压电膜51的狭缝41。之后，通过也同样地形成中间电极膜62、上层压电膜52及上层电极膜63，制造本实施方式的压电元件1。
171.另外，就本实施方式的电极膜60而言，实际上，与中心部c相反的一侧的外缘端部形成到第一区域r1的外侧，并且内缘端部形成到第二区域r2内。因此，在对金属膜进行成膜后按照所希望的形状对该金属膜进行图形化而形成中间电极膜62、上层电极膜63时，在与电极膜用狭缝60b不同的部分，即使去除了压电膜50，第一区域r1外的压电膜50也会被去除。因此，通过将假想形状ks设为六边形形状，能够抑制检测精度降低。
172.另外，振动区域22及电极膜60的假想形状ks被配置为以中心部c为基准成点对称。在本实施方式中，在法线方向上，将电极膜60的假想形状ks设为六边形形状，将振动区域22的外形设为正八边形形状。而且，振动区域22及电极膜60以电极膜60的假想形状ks中的相对的两个顶点和振动区域22的外形中的相对的两个顶点一致的方式配置。换言之，在将振动区域22中的相对的两个顶点连结的假想线k1上，配置有电极膜60的假想形状ks中的相对的两个顶点。
173.而且，本实施方式的压电元件1(即，振动部20)被设为如上所述的平面矩形形状。而且，振动区域22及电极膜60的假想形状ks以各角部位于与将压电元件1的外形中的相对的角部连结的假想线k2上不同的部分的方式形成。
174.根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
175.(1)在本实施方式中，在法线方向上，振动区域22及电极膜60被配置为以中心部c为基准成点对称。因此，在对振动区域22施加声压时，能够容易从电极膜60均等地取出电荷。因此，能够抑制检测灵敏度降低，能够抑制检测精度降低。
176.(2)在本实施方式中，振动区域22及电极膜60的假想形状ks以各角部位于与将压电元件1的外形中的相对的角部连结的假想线k2上不同的部分的方式形成。因此，能够抑制检测精度降低。即，在压电元件1中，处于将相对的角部连结的假想线k2上的部分容易由于热应力等而形变。在该情况下，若振动区域22的角部或电极膜60的假想形状ks的角部位于假想线k2上，则容易对容易变形的角部施加大的热应力，噪声容易变大。因此，通过如本实施方式这样使振动区域22及电极膜60的角部位于与假想线k2上不同的部分，能够抑制检测精度降低。
177.(3)在本实施方式中，将电极膜60的假想形状ks设为六边形形状。因此，能够抑制在对电极膜60进行图形化而构成时压电膜50的结晶性变差。因此，能够抑制压电元件1的特性变动。
178.(4)在本实施方式中，振动区域22的外形被设为正八边形形状。因此，能够抑制形变集中在振动区域22的局部部位。
179.《第八实施方式的变形例》
180.对上述第八实施方式的变形例进行说明。在上述第八实施方式中，如果振动区域22及电极膜60被配置为以中心部c为基准成点对称，则与上述第八实施方式相同，能够容易从电极膜60均等地取出电荷。因此，例如，如图25所示，振动区域22及电极膜60也可以以电极膜60中的相对的一对顶点位于将振动区域22中的相对的一对边的中心和中心部c连结的假想线k3上的方式配置。此外，在设为这样的结构的情况下，振动区域22及电极膜60也优选以各角部位于与假想线k2上不同的部分的方式形成。另外，在图25中，与图21相同，省略了狭缝41的图示。
181.而且，在上述第八实施方式中，与第六实施方式的变形例相同，电极膜60也可以如图26所示那样在第一区域r1中被分割成多个电荷区域60a。而且，如图27所示，也可以将分割出的各电荷区域60a分别串联连接。此外，在这样构成电极膜60的情况下，也可以利用形成于压电膜50的狭缝41来分割电极膜60。
182.《第九实施方式》
183.对第九实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式规定了狭缝长度等。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
184.本实施方式的压电装置s10基本上与第一实施方式相同，如图28所示那样构成。此外，图28示意性地示出了后述的声阻rg等。在该情况下，若将压电元件1的声顺设为cm，将后部空间s2的声顺设为cb，则压电装置s10的灵敏度由1/{(1/cm)+(1/cb)}表示。此外，声顺cb由下述算式1表示。
185.[算式1]
[0186][0187]
在上述算式1中，vb为后部空间s2的容积，ρ0为空气密度，c为音速。而且，声顺cb与后部空间s2的容积vb成比例。因此，后部空间s2越小，声顺cb对灵敏度的影响越小。而且，目前，期望压电装置s10的小型化，通过实现压电装置s10的小型化，后部空间s2也变小。因此，就压电装置s10的灵敏度而言，压电元件1的声顺cm的影响大。
[0188]
在此，在如上所述的压电元件1中，期望将能够维持灵敏度的频率广域化。因此，在本实施方式中，减小低频衰减频率。
[0189]
首先，若将基于狭缝41的声阻(即，空气阻力)设为rg，则低频衰减频率fr由下述算式2表示。
[0190]
[算式2]
[0191][0192]
因此，为了减小低频衰减频率fr，只要增大声阻rg或后部空间s2的声顺cb即可。但是，如上述算式1那样，声顺cb与后部空间s2的容积vb成比例。而且，目前，期望压电装置s10的小型化。因此，为了减小低频衰减频率fr，优选增大声阻rg。而且，声阻rg由下述算式3表示。
[0193]
[算式3]
[0194][0195]
在上述算式3中，μ为空气的摩擦阻力，h为振动区域22的厚度，ga为狭缝41的平均狭缝宽度ga，l为各振动区域22中的狭缝41的狭缝长度l。此外，平均狭缝宽度ga是指狭缝41的沿着厚度方向的宽度的平均值。另外，如图2所示，狭缝长度l是指狭缝41的沿着延伸设置方向的方向的长度，是指从振动区域22的角部至中心部c的长度。换言之，狭缝长度l是指振动区域22的侧面22c上的与厚度方向正交的方向的长度，是指狭缝41的沿着振动区域22的侧面22c的长度。
[0196]
而且，为了将低频衰减频率fr设为听觉区域外的20hz以下，只要满足下述算式4即可。
[0197]
[算式4]
[0198][0199]
在该情况下，如果变更算式4，则成为下述算式5。而且，如果基于算式3变更算式5，则成为下述算式6。
[0200]
[算式5]
[0201][0202]
[算式6]
[0203][0204]
因此，为了将低频衰减频率fr设为20hz以下，只要以狭缝长度l、平均狭缝宽度ga、振动区域22的厚度h、后部空间s2的声顺cb满足上述算式6的方式形成即可。而且，在本实施方式中，调整狭缝长度l等，以满足上述算式6。
[0205]
在此，例如，在将振动区域22的厚度h设为1μm的情况下，如图29所示，可确认到声阻rg随着平均狭缝宽度ga变长而变小，并且随着狭缝长度l变长而变小。另外，在将平均狭缝宽度ga设为1μm的情况下，如图30所示，可确认到声阻rg随着振动区域22的厚度h加厚而变小，并且随着狭缝长度l变长而变小。而且，如图31所示，例如，如果将声阻成为100hz左右的狭缝长度l为700μm的情况作为基准，则可确认到如果狭缝长度l为150μm左右，则声阻能够到20hz以下。
[0206]
此外，在图31中，因为是将狭缝长度l为700μm的情况作为基准，所以狭缝长度l为700μm的情况下的声阻比率为1。另外，图31中，将影响声顺cb的后部空间s2的容积设为4
×
10
－9
m3。
[0207]
根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
[0208]
(1)在本实施方式中，狭缝长度l、平均狭缝宽度ga、振动区域22的厚度h、后部空间s2的声顺cb形成为满足上述算式6。因此，能够将低频衰减频率fr设为20hz以下，能够将可维持灵敏度的范围广域化。
[0209]
《第十实施方式》
[0210]
对第十实施方式进行说明。本实施方式相对于第九实施方式变更了狭缝41的形状。关于其它，由于与第九实施方式相同，因此在此省略说明。
[0211]
在上述第九实施方式中，对狭缝宽度g沿着振动区域22的厚度方向逐渐变窄的锥状的结构进行了说明。然而，就狭缝41而言，也可以使狭缝宽度g沿着振动区域22的厚度方向呈阶梯性地变化，例如，如图32所示，也可以设为狭缝宽度g以三个阶梯变化的形状。具体而言，在本实施方式中，狭缝41形成为使狭缝宽度g从振动区域22的另一面22b侧向一面22a侧而按照g1、g2、g3的顺序变宽。此外，在该结构中，将另一面22b侧的狭缝41的开口端部和一面22a侧的狭缝41的开口端部连结的线与另一面22b之间的角度为所成的角度θ1。
[0212]
在该情况下，狭缝长度l使用平均狭缝宽度ga也是可以求出的，但也可以使用下述算式7求出。此外，在下述算式7中，在振动区域22中，将狭缝宽度为g1的部分的厚度设为振动区域22的厚度h1，将狭缝宽度为g2的部分的厚度设为振动区域22的厚度h2，将狭缝宽度为g3的部分的厚度设为振动区域22的厚度h3。
[0213]
[算式7]
[0214][0215]
另外，就狭缝41而言，在将另一面22b侧的宽度设为g1并且将一面22a侧的宽度设为g3的情况下，若改变另一面22b和一面22a之间的变化阶数，则声阻rg如图33所示。具体而言，可确认到：在另一面22b侧的狭缝宽度g1和一面22a侧的狭缝宽度g3为相同条件的情况下，变化阶数少者声阻rg容易变大。而且，由上述算式2，声阻rg大者低频衰减频率fr变小。因此，在使狭缝41的狭缝宽度g沿着振动区域22的厚度方向变化的情况下，优选考虑后部空间s2的声顺cb来调整阶数。此外，图33是将另一面22b侧的狭缝宽度g1设为0.8μm并且将振动区域22整体的厚度h设为1μm而改变一面22a侧的狭缝宽度g3的情况下的图。
[0216]
根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
[0217]
(1)在本实施方式中，狭缝长度l、平均狭缝宽度ga、振动区域22的厚度h、后部空间s2的声顺cb形成为满足上述算式7。因此，能够将低频衰减频率fr设为20hz以下，能够将可维持灵敏度的范围广域化。
[0218]
《第十一实施方式》
[0219]
对第十一实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式规定了接合部件2的形状。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
[0220]
在本实施方式的压电装置s10中，如图34所示，接合部件2在法线方向上被设为外形具有角部的矩形形状。而且，接合部件2在压电元件1中的支承基板11的另一面11b上被接合于与成为压电元件1的角部的部分不同的部分。在本实施方式中，接合部件2在法线方向上以接合部件2的各角部从压电元件1中的相对的各个边部突出的方式配置。另外，接合部件2以接合部件2的角部位于与将压电元件1的外形中的相对的角部连结的假想线k2上不同的部分的方式配置。此外，本实施方式的接合部件2使用外形被预先规定好的接合片而构成。
[0221]
另外，本实施方式的电极膜60及振动区域22与上述第八实施方式相同，将电极膜
60设为六边形形状，将振动区域22设为正八边形形状。而且，电极膜60及振动区域22被配置为以中心部c为基准成点对称。此外，在图34中，省略狭缝41进行表示。
[0222]
根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
[0223]
(1)在本实施方式中，接合部件2配置于压电元件1中的与外形的角部不同的部分。因此，能够抑制热应力从印刷基板101向压电元件1中的变形容易变大的角部传播。因此，压电元件1难以由于传播来的热应力而变形，振动区域22难以变形。由此，能够抑制检测灵敏度降低，能够实现检测精度的提高。
[0224]
(2)在本实施方式中，接合部件2被设为外形具有角部的矩形形状。而且，接合部件2在法线方向上以角部位于与假想线k2上不同的部分的方式配置。因此，能够抑制由于压电元件1的变形而向接合部件2的角部集中应力，能够抑制产生接合部件2剥离等不良。
[0225]
《第十一实施方式的变形例》
[0226]
对上述第十一实施方式的变形例进行说明。接合部件2可以如图35a所示在法线方向上被设为正三角形形状，也可以如图35b所示在法线方向上被设为正八边形形状。另外，虽未特别图示，但接合部件2也可以在法线方向上被设为正六边形形状、正十边形形状等。而且，接合部件2在法线方向上可以配置为从压电元件1突出，也可以仅配置于压电元件1的内侧。
[0227]
另外，接合部件2也可以以形成于印刷基板101的贯通孔101b为基准而如图36a～图36c所示那样配置。此外，图36a～图36c是从支承基板11的另一面11b侧观察压电元件1及接合部件2的俯视图。另外，在图36a～图36c中，省略振动区域22进行表示，由虚线表示与贯通孔101b对置的部分。而且，在图36a～图36c中，形成于支承基板11的凹部10a在法线方向上被设为与贯通孔101b一致的形状。
[0228]
例如，如图36a所示，接合部件2也可以在法线方向上被设为包围贯通孔101b的环状。另外，如图36b所示，接合部件2也可以在法线方向上被设为+字状，延伸设置出沿一方向延伸设置的部分和与该一方向正交的部分。而且，如图36c所示，接合部件2也可以在法线方向上被设为菱形。此外，在图36b中，成为接合部件2的角部位于假想线k2上的结构。然而，即使设为这样的结构，通过使接合部件2仅接合在压电元件1的与角部不同的部分，也可使热应力难以向压电元件1的角部传播，能够获得与上述第十一实施方式同样的效果。
[0229]
《第十二实施方式》
[0230]
对第十二实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式在印刷基板101上形成有突起部。关于其它，由于与第一实施方式相同，因此在此省略说明。
[0231]
在本实施方式的压电装置s10中，如图37所示，在印刷基板101上形成有突起部101c。具体而言，突起部101c被设为与接合部件2的外形匹配的形状，是使用印刷基板101的一部分构成的。例如，本实施方式的突起部101c形成于如下部分：该部分是印刷基板101中的与压电元件1对置的部分，且是与同压电元件1的角部对置的部分不同的部分。
[0232]
根据以上说明的本实施方式，振动区域22所成的角度θ1被设为39
°
～81
°
，因此能够获得与上述第一实施方式同样的效果。
[0233]
(1)在本实施方式中，在印刷基板101上形成有突起部101c。因此，在涂布配置液状的接合部件2时，通过在突起部101c上涂布接合部件2，能够容易地调整与压电元件1接合的
接合部件2的外形。因此，还能够使用液状的接合部件作为接合部件2，能够提高接合部件2的选择性。特别是，在如上述第十一实施方式那样调整接合部件2的形状的情况下，能够容易地调整接合部件2的外形。
[0234]
《第十二实施方式的变形例》
[0235]
对上述第十二实施方式的变形例进行说明。在上述第十二实施方式中，突起部101c也可以使用与印刷基板101不同的部件构成。
[0236]
《其它实施方式》
[0237]
按照实施方式记述了本公开，但应当理解，本公开并不限定于该实施方式或结构。本公开还包含各种变形例和等同范围内的变形。而且，各种组合或方式、还有在它们中仅包含一个要素、包含更多要素或者更少要素的其它组合或方式也落入本公开的范畴或思想范围。
[0238]
例如，在上述各实施方式中，振动部20只要设为具有至少一层压电膜50和一层电极膜60的结构即可。另外，压电元件1的平面形状也可以不是矩形形状，而是五边形形状或六边形形状等多边形形状。
[0239]
另外，在上述各实施方式中，振动部20中的浮置区域21b可以不分割成四个振动区域22，而是分割成三个以下的振动区域22，也可以分割成五个以上的振动区域22。
[0240]
而且，在上述各实施方式中，如图38所示，压电装置s10也可以设为在盖部102形成有贯通孔102a的结构。在该情况下，如图38所示，受压面空间s1成为外壳100中的振动区域22的一面22a侧的空间，后部空间s2成为外壳100中的振动区域22的另一面22b侧的空间。
[0241]
而且，在上述各实施方式中，狭缝41也可以不形成为在中心部c交叉，振动区域22也可以设为被支承区域21a进行双侧支承的状态。据此，能够提高压电元件1的共振频率，能够将可维持检测灵敏度的频率广域化，能够进一步实现检测精度的提高。
[0242]
还能够将上述各实施方式适当地组合。例如，也可以将上述第二实施方式与上述第三～第十二实施方式组合，将狭缝41设为具有锥部42和恒定部43的结构。也可以将上述第四、第五实施方式与上述第六～第十二实施方式组合，变更凹部10a和振动部20的边界部分b的形状。也可以将上述第六实施方式与上述第七～第十二实施方式组合，变更第一电极部81及第二电极部82的配置位置。也可以将上述第七实施方式与上述第八～第十二实施方式组合，将狭缝41设为狭缝宽度g向中心部c变窄的锥状。也可以将上述第八实施方式与上述第九～第十二实施方式组合，规定振动区域22及电极膜60的形状、配置。也可以将上述第九实施方式与上述第十～第十二实施方式组合，规定狭缝长度l等。也可以将上述第十实施方式与上述第十一、十二实施方式组合，使狭缝41的狭缝宽度g沿着振动区域22的厚度方向变化。也可以将上述第十一实施方式与上述第十二实施方式组合，规定接合部件2的配置部位。此外，也可以将使上述各实施方式组合而成的实施方式彼此进一步组合。

技术特征：
1.一种压电元件，具有输出与压力对应的压力检测信号的振动部(20)，其特征在于，具备：支承体(10)；以及所述振动部，其被设为包含配置在所述支承体上且使用氮化钪铝构成的压电膜(50)和与所述压电膜连接并取出通过所述压电膜变形而产生的电荷的电极膜(60)的结构，具有被所述支承体支承的支承区域(21a)和与所述支承区域相连且从所述支承体浮置的多个振动区域(22)，且输出基于所述电荷的所述压力检测信号；所述多个振动区域为，所述振动区域彼此之间通过狭缝(41)分离，所述狭缝以构成使宽度从所述振动区域中的与所述支承体侧相反的一侧的一面(22a)侧向与该一面相反的一侧的另一面(22b)侧而变窄的锥部(42)的状态形成，所述电极膜在对所述一面而言的法线方向上配置于比所述狭缝靠内侧的位置，所述振动区域中的构成所述锥部的侧面(22c)和与所述一面平行的面(22b、sv)所成的角度(θ1)被设为39
°
～81
°
。2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，构成所述锥部的侧面和与所述一面平行的面所成的角度被设为63
°
以下。3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，构成所述锥部的侧面和与所述一面平行的面所成的角度被设为45
°
以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的压电元件，其特征在于，所述狭缝被设为将形成于所述振动区域的一面侧的所述锥部和形成于所述另一面侧且宽度恒定的恒定部(43)连结而成的结构。5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电元件，其特征在于，所述狭缝被设为宽度从所述支承区域侧向所述振动区域中的与所述支承区域侧相反的一侧的端部(22e)侧而变窄的锥状。6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电元件，其特征在于，在对所述振动区域中的与所述支承体侧相反的一侧的一面而言的法线方向上，所述振动区域及所述电极膜以相对于所述振动区域的中心部(c)成点对称的状态配置。7.根据权利要求6所述的压电元件，其特征在于，所述振动区域中，所述支承区域侧的区域被设为第一区域(r1)，并且与所述第一区域不同的区域被设为第二区域(r2)，所述压电膜使用六方晶结构的材料构成，所述电极膜由六条电极膜用狭缝(60b)分割，在所述法线方向上，连结所述第一区域内的各个所述电极膜用狭缝中的规定部位的假想形状(ks)被设为六边形形状。8.根据权利要求6或7所述的压电元件，其特征在于，所述支承体具有支承基板(11)和配置在所述支承基板上且配置所述振动部的绝缘膜(12)，在所述支承基板及所述绝缘膜上形成有使所述振动区域浮置的凹部(10a)，所述支承基板使用硅基板构成，在所述法线方向上，所述振动区域的外形被设为正八边形形状。9.根据权利要求1～8中任一项所述的压电元件，其特征在于，在对所述振动区域中的与所述支承体侧相反的一侧的一面而言的法线方向上，所述振
动部的外形被设为多边形形状，在所述法线方向上，所述电极膜及所述振动区域中的至少一方被设为具有角部的多边形形状，该角部位于与将所述振动部的外形中的相对的角部连结的假想线(k2)上不同的部分。10.一种压电装置，具备具有输出与压力对应的压力检测信号的振动部(20)的压电元件，其特征在于，具备：权利要求1～9中任一项所述的压电元件；以及外壳(100)，其具有搭载所述压电元件的被安装部件(101)和以容纳所述压电元件的状态固定于所述被安装部件的盖部(102)，且形成有与外部连通而导入所述压力的贯通孔(101b、102a)。11.根据权利要求10所述的压电装置，其特征在于，若将所述外壳内的空间中的与位于所述贯通孔和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)，将所述后部空间的声顺设为cb，将所述振动区域的厚度设为h，将所述狭缝的沿着厚度方向的宽度的平均值即平均狭缝宽度设为ga，将空气阻力设为μ，将所述狭缝的沿着所述振动区域的侧面的狭缝长度设为l，则所述狭缝长度满足下述算式：[算式1]12.根据权利要求11所述的压电装置，其特征在于，所述支承体经由接合部件(2)搭载于所述被安装部件，在对所述振动区域中的与所述支承体侧相反的一侧的一面(22a)而言的法线方向上，所述压电元件的外形被设为具有角部的多边形形状，所述接合部件在所述法线方向上配置于与所述角部不同的部分。13.根据权利要求12所述的压电装置，其特征在于，在所述法线方向上，所述接合部件的外形被设为具有角部的多边形形状，该角部位于与将所述压电元件的外形中的相对的角部连结的假想线(k2)上不同的部分。14.根据权利要求12或13所述的压电装置，其特征在于，所述被安装部件在配置所述接合部件的部分形成有突起部(101c)，所述接合部件配置在所述突起部上。15.一种压电元件的制造方法，其特征在于，所述压电元件具备：支承体(10)；以及振动部(20)，其被设为包含配置在所述支承体上且使用氮化钪铝构成的压电膜(50)和与所述压电膜连接并取出通过所述压电膜变形而产生的电荷的电极膜(60)的结构，具有被所述支承体支承的支承区域(21a)和与所述支承区域相连且从所述支承体浮置的多个振动区域(22)，且输出基于所述电荷的压力检测信号；所述多个振动区域为，所述振动区域彼此之间通过狭缝(41)分离，所述狭缝以构成使宽度从所述振动区域中的与所述支承体侧相反的一侧的一面(22a)
侧向与该一面相反的一侧的另一面(22b)侧而变窄的锥部(42)的状态形成，所述电极膜在对所述一面而言的法线方向上配置于比所述狭缝靠内侧的位置，构成所述锥部的侧面(22c)和与所述一面平行的面(22b、sv)所成的角度(θ1)被设为39
°
～81
°
，所述压电元件的制造方法进行如下步骤：在所述支承体上形成所述压电膜及所述电极膜的步骤；在所述压电膜及所述电极膜上配置蚀刻掩模材料(200)，并且在所述蚀刻掩模材料上形成使所述压电膜中的要形成所述狭缝的部分露出的开口部(201)的步骤；将所述蚀刻掩模材料作为掩模进行蚀刻，形成贯通所述压电膜而到达所述支承体的所述狭缝，形成具有所述锥部的振动区域构成部分(220)的步骤；以及通过从所述支承体中的与所述压电膜侧相反的一侧形成凹部(10a)而使所述振动区域构成部分浮置，构成具有所述多个振动区域的所述振动部的步骤；在形成所述狭缝的步骤中，形成所述所成的角度为39
°
～81
°
的所述狭缝。16.根据权利要求15所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在形成所述狭缝的步骤中，形成所述所成的角度为63
°
以下的所述狭缝。17.根据权利要求15或16所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在形成所述狭缝的步骤中，形成所述所成的角度为45
°
以上的所述狭缝。

技术总结
多个振动区域(22)为，振动区域(22)彼此之间通过狭缝(41)分离，狭缝(41)以构成使宽度从振动区域(22)中的与支承体(10)侧相反的一侧的一面(22a)侧向与该一面(22a)相反的一侧的另一面(22b)侧而变窄的锥部(42)的状态形成。电极膜(60)在对一面(22a)而言的法线方向上配置于比狭缝(41)靠内侧的位置，振动区域(22)中的构成锥部(42)的侧面(22c)和与一面(22a)平行的面(22b、Sv)所成的角度(θ1)为39


技术研发人员：城森知也 阿部竜一郎 小林太辅 樋口贵史 早川裕 酒井峰一 马渡和明 小山友二 田中昌明
受保护的技术使用者：株式会社电装
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2023/8/1