圧電型音響変換器及びその製造方法
【課題】圧電型音響変換器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ダイアフラムの一部に圧電部を形成し、残りの領域に変形膜を形成し、圧電部の圧電変形力が圧電部を直接的に撓ませずに変形膜に曲げる力として作用して、ダイアフラムの振動特性を向上させる圧電型音響変換器である。
【解決手段】ダイアフラムの一部に圧電部を形成し、残りの領域に変形膜を形成し、圧電部の圧電変形力が圧電部を直接的に撓ませずに変形膜に曲げる力として作用して、ダイアフラムの振動特性を向上させる圧電型音響変換器である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電型音響変換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電型音響変換器は、圧電現象を利用して音響エネルギーと電気的エネルギーとを相互に変換させる装置である。圧電型音響変換器としては、電気的エネルギーを音響エネルギーに変換するマイクロスピーカと、音響エネルギーを電気的に変換するマイクロホンとがある。
【０００３】
例えば、従来の圧電型音響変換器は、ダイアフラムに１次電極、圧電膜、２次電極を積層した振動板を有し、第１及び第２電極に電圧を印加することによって圧電膜を膨脹または収縮させて振動板を振動させる。このような圧電型音響変換器は、別途の磁石や駆動コイルなしに振動板を振動させうるので、エレクトロダイナミック型スピーカのような音声コイル方式に比べて、その構造が簡単である。
【０００４】
携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ)のような小型化された電子機器の発達につれて、これに使われる音響変換器を小型化する技術が開発されている。このような点で、その構造が簡単な圧電型音響変換器は、小型化に有利である。特に、微細加工技術(ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を利用して、シリコンウェーハ上で圧電型音響変換器を小型化する技術は、半導体一括工程によって製造が可能であるという点で、製造コストが低減でき、単一チップ内に複数の回路素子を含ませることができるので、音響機器自体を小型化させうる。
【０００５】
このような従来の圧電型音響変換器は、製造工程が比較的簡単で小型化させるのに有利であるが、音声コイル方式の音響変換器に比べて、音響出力や感度が低いという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、サイズが小さく、かつ音響出力が高い、圧電型音響変換器及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態による圧電型音響変換器は、貫通領域が形成された基板と、貫通領域の中央の一部領域に位置し、圧電膜と圧電膜の両面に設けられた第１及び第２電極とを備えた圧電部と、圧電部の外郭と基板とを連結して弾性変形されるものであって、圧電部の平面方向の変形が自身に伝えられるか、または自身の変形が圧電部に伝えられて、圧電部と共に振動する変形膜と、を備える。ここで、第１電極は、圧電膜の下部面に圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、第２電極は、圧電膜の上部面に圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、変形膜は、第２電極の外郭境界領域で貫通領域外郭の基板の上部面にわたって形成される。
【０００８】
本発明の他の実施形態による圧電型音響変換器は、貫通領域が形成された基板と、貫通領域の中央の一部領域に位置して弾性変形される変形膜と、変形膜の外郭と基板とを連結し、自身の平面方向の変形が変形膜に伝えられるか、または変形膜の変形が自身に伝えられて、変形膜と共に振動するものであって、圧電膜と圧電膜の両面に設けられた第１及び第２電極とを備えた圧電部と、を備える。ここで、第１電極は、貫通領域の外郭の基板の上部面で圧電膜の下部面に形成され、第２電極は、圧電膜の上部面に圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、圧電部は、変形膜の外郭境界領域で貫通領域の外郭の基板の上部面にわたって形成される。
【０００９】
圧電部の中心面は、変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に置かれる。
【００１０】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、圧電膜と第１電極との間及び圧電膜と第２電極との間のうち少なくともいずれか一側に介在される圧電部絶縁膜をさらに備える。
【００１１】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、第１及び第２電極にそれぞれ駆動電圧を印加するためのものであって、基板の上部面に設けられる第１及び第２電極端子と、第１及び第２電極と第１及び第２電極端子とをそれぞれ連結するための第１及び第２リード線と、をさらに備える。
【００１２】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、貫通領域の外郭の基板の上部面と第１及び第２電極端子との間に介在された外郭絶縁膜をさらに備える。
【００１３】
変形膜は、パリレン膜またはシリコン窒化膜でありうる。
【００１４】
圧電膜は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴから形成されうる。
【００１５】
第１及び第２電極は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔからなる群から少なくともいずれか一つの金属から形成されうる。
【００１６】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、マイクロスピーカまたはマイクロホンである。
【００１７】
本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法は、基板上に第１電極、第１リード線及び第１電極端子を備える第１電極部を形成する工程と、第１電極上に圧電膜を形成する工程と、圧電膜上に第２電極を形成し、基板上に第２リード線及び第２電極端子を含む第２電極部を形成する工程と、基板の圧電膜が形成されていない領域に変形膜を形成する工程と、圧電膜と変形膜とが置かれた基板の下部をエッチングしてダイアフラムを形成する工程と、を含む。
【００１８】
圧電膜は、基板の一領域に形成され、変形膜は、基板の圧電膜が形成された領域の外郭領域に形成される。
【００１９】
変形膜は、基板の一領域に形成され、圧電膜は、基板の変形膜が形成された領域の外郭領域に形成される。
【００２０】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器の製造方法は、第１電極部を形成する前に基板上に絶縁膜を形成する工程をさらに含みうる。
【００２１】
圧電部の中心面は、変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に位置される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施形態によれば、低い残留応力を有するパリレンまたは低応力非化学量論的シリコン窒化膜をダイアフラムの外郭部にのみ使用することによって、構造剛性を小さくする一方で、低電圧駆動でも大きい変形量を期待しうる。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、サイズも小さく、かつ音響出力も高い圧電型音響変換器を提供しうる。また、低電圧駆動型圧電型音響変換器の具現が可能になり、低周波音声帯域で十分な音圧を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の概略的な上面図である。
【図２Ａ】図１のＡ−Ｂ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【図２Ｂ】図１のＣ−Ｄ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【図２Ｃ】図１のＣ−Ｏ−Ａ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【図３Ａ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図３Ｂ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図４Ａ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図４Ｂ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図５】図１の圧電型音響変換器の変形例を示す図面である。
【図６】本発明の他の実施形態による圧電型音響変換器の概略的な側面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下記に例示される実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜上誇張されている。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の概略的な上面図であり、図２Ａないし図２Ｃは、図１のＡ−Ｂ線、Ｃ−Ｄ線、Ｃ−Ｏ−Ａ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【００２７】
図１及び図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、本実施形態の圧電型音響変換器１００は、貫通領域１１０ａが形成された基板１１０と、貫通領域１１０ａの中央側の一部領域に位置する圧電部と、圧電部の外郭と基板１１０とを連結する変形膜１３０と、を備える。
【００２８】
基板１１０は、通常使われる材質から形成され、例えば、シリコン、ガラスから形成されうる。基板１１０は、貫通領域１１０ａを備える。貫通領域１１０ａは、後述するように、圧電部と変形膜１３０とを上面及び／または下面方向に、空間的に開放して形成することにより、ダイアフラム領域Ｄを定義する。貫通領域１１０ａは、例えば、円形に形成されうる。図１に示された参照番号１００−１は、このようなダイアフラム領域Ｄの境界を表す。
【００２９】
圧電部は、貫通領域１１０ａの中央側の一部領域に位置する。図１の１００−３は、圧電部の外郭の境界を示す。
【００３０】
圧電部は、圧電膜１５０と、圧電膜１５０の両面に設けられた第１及び第２電極１７１,１８１とを備える圧電キャパシタンス構造を有する。
【００３１】
第１電極１７１は、第１リード線１７２及び第１電極端子１７３と共に第１電極部１７０を形成する。第１電極端子１７３は、圧電部の外郭に配設され、第１リード線１７２は、第１電極１７１と第１電極端子１７３とを電気的に連結する。第１電極１７０は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔからなる群から選択される少なくともいずれか一つの金属により形成されうる。例えば、第１電極１７０は、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層または多層の金属膜から形成されうる。
【００３２】
圧電膜１５０は、第１電極１７１を覆うように形成される。すなわち、圧電膜１５０は、第１電極１７１の領域より若干広く第１電極１７１上に形成され、第１電極１７１と第２電極１８１とを絶縁する。圧電膜１５０は、通常の圧電型音響変換器に使われるＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴのような圧電物質から形成されうる。
【００３３】
第２電極１８１は、第２リード線１８２及び第２電極端子１８３と共に第２電極部１８０を形成する。第２電極端子１８３は、圧電部の外郭に配設され、第２リード線１８２は、第２電極１８１と第２電極端子１８３とを電気的に連結する。第２電極部１８０は、例えば、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層または多層の金属膜から形成されうる。第２電極１８１は、圧電膜１５０の領域より若干小さく形成される。第１及び第２電極１７１,１８１は、圧電膜１５０を介して対向するように形成される。図１に示される圧電部外郭の境界１００−３は、圧電膜１５０の外郭の境界を示し、１００−４は、第１及び第２電極１７１,１８１の外郭の境界を示す。
【００３４】
変形膜１３０は、圧電部の外郭と基板１１０とを連結して弾性変形される膜である。変形膜１３０は、例えば、パリレンや低応力非化学量論的シリコン窒化膜(ＳｉｘＮｙ)のような物質から形成されうる。変形膜１３０の材料として、弾性係数が小さく、かつ残留応力が小さな物質を使用することによって、低周波音声帯域における特性を向上させうる。
【００３５】
変形膜１３０は、基板接合部１３１、変形部１３２、及び圧電部接合部１３３を備える。基板接合部１３１は、基板１１０の上面に配設される。図１において、ダイアフラムの境界１００−１は、基板接合部１３１の内側境界を示す。基板接合部１３１の第１及び第２電極端子１７３,１８３が位置する領域は、外部との電気的接触用として上面方向に、空間的に開放して形成される。変形部１３２及び圧電部接合部１３３は、基板１１０の貫通領域１１０ａに配設される。圧電部接合部１３３は、圧電膜１５０及び第２電極１８１の外郭に当接し、上面及び下面方向に開放された圧電部を支持する。図１の１００−５は、圧電部接合部１３３の内側の境界を示す。前述したように、第２電極１８１を圧電膜１５０の領域より若干小さく形成し、圧電膜１５０及び第２電極１８１の外郭を段差状に形成することによって、圧電部接合部１３３と圧電膜１５０/第２電極１８１との結合力を高めうる。変形部１３２は、基板接合部１３１と圧電部接合部１３３とを連結し、自由に弾性変形されうる。圧電部接合部１３３の内側の境界１００−５の内側に変形部１３２が延設されないので、第２電極１８１は、外部に露出される。
【００３６】
変形膜１３０は、圧電膜１５０と所定の高低差Ｈを有するように形成される。このとき、高低差Ｈは、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と、圧電膜１５０の中心面Ｐ１との、平面に垂直な方向の距離に相当する。すなわち、圧電膜１５０の平面断面図における変形力の作用する方向を示す中心線(図３ＡのＦ１または図４ＡのＦ３を参照）が、変形膜の幾何学的な中心面Ｐ２と異なる平面上に置かれるように構成される。変形膜１３０において、構造力学的観点から、基板接合部１３１および圧電部接合部１３３による作用は無視されうるので、変形部１３２の幾何学的な中心面を変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と定義できる。一方、圧電膜１５０には、第１及び第２電極端子１７３,１８３以外に他の膜が積層されない。また、第１及び第２電極１７１,１８１が圧電膜１５０を介して対向して保護するように形成されることにより、圧電膜１５０は膨脹ないし収縮するのみで、曲げられることはない。また、圧電膜１５０の厚さ方向のサイズに比べて、広さ方向のサイズが非常に大きいので、圧電膜１５０の圧電変形は、平面方向の膨脹/収縮によって主に引き起こされる。すなわち、第１及び第２電極１７１,１８１に電圧が印加されれば、圧電膜１５０には、膨脹/収縮による平面方向の変形力が発生する。このような圧電膜１５０の平面方向の変形力の中心線が置かれる平面を、圧電膜１５０の中心面Ｐ１と定義する。前述のように、変形膜１３０を圧電膜１５０と所定の高低差Ｈを有するように形成するために、例えば、第１電極１７１は、変形膜１３０の厚さに比べて所定の厚さをもって形成される。
【００３７】
第１及び第２電極端子１７３,１８３と基板１１０との間には、基板絶縁膜１２０が介在されうる。例えば、基板１００がシリコンのような導電性のある物質で形成された場合、基板絶縁膜１２０は、基板１１０と第１及び第２電極端子１７３,１８３とを電気的に絶縁する。図１の１００−２は、基板絶縁膜１２０の内側の境界を示す。一方、基板１１０に絶縁性を持たせる場合、基板絶縁膜１２０は省略しうる。
【００３８】
次いで、図３Ａないし図４Ｂを参照して、本実施形態の圧電型音響変換器の動作を説明する。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂは、圧電膜１５０に所定の電圧が印加されて圧電膜１５０が膨脹する時、圧電膜１５０の平面方向の膨脹によるダイアフラムの動きを示す。
【００４０】
前述したように、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とは一致していないので、圧電膜１５０で発生する膨脹変形力Ｆ１は、変形膜１３０の反力Ｆ２が同一線上にない。このように、膨脹変形力Ｆ１は、変形膜１３０の反力Ｆ２が同一線上にないので、膨脹変形力Ｆ１は、中心点Ｃを中心として変形部１３２を逆時計回り方向Ｒ１に曲げるトルクとして作用する。結果的に、圧電部は、図３Ｂに示されるように、ダイアフラムを下方へ動かす。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂは、圧電膜１５０に所定の電圧が印加されて圧電膜１５０が収縮するとする時、圧電膜１５０の平面方向の収縮によるダイアフラムの動きを示す。
【００４２】
前述したように、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とは、一致していないので、圧電膜１５０で発生する収縮変形力Ｆ３は、変形膜１３０の反力Ｆ４が同一面上にない。これにより、収縮変形力Ｆ３は、中心点Ｃを中心として変形部１３２を時計回り方向Ｒ２に曲げるトルクとして作用し、圧電部は、図４Ｂに示されるように、ダイアフラムを上方へ動かす。
【００４３】
前述のように、圧電膜１５０の膨脹/収縮によって変形部１３２が撓むことによって、圧電部を備えるダイアフラムは、上下に振動する。このような振動メカニズムは、変形膜１３０をダイアフラムの外郭にのみ使用することによって、構造剛性を小さでき、したがって、低電圧駆動でも大きい上下振動を期待しうる。すなわち、本実施形態の圧電型音響変換器で、圧電部の圧電変形力は、圧電部を直接的に撓ませず、変形膜に曲げる力として作用し、ダイアフラムの振動特性を向上させる。
【００４４】
前述した実施形態では、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とは、一致していない場合を例としたが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とが一致しても、圧電膜１５０の残留応力と変形膜１３０の残留応力とが同一面上に置かれなければ、撓み軸が一致せずに偏心された圧縮力または引張力が作用するので、変形膜１３０、特に変形部１３２の撓みを発生する。
【００４５】
前述した実施形態の圧電型音響変換器の動作は、第１及び第２電極１７１,１８１に電圧を印加する場合、すなわち、マイクロスピーカの場合を例として説明した。しかし、圧電膜１５０における電気的エネルギーと圧電変形エネルギーとの変換は、相互切替えされうるので、本実施形態の圧電型音響変換器は、外部の振動を電気的エネルギーに変えるマイクロホンにも適用しうることは、当業者ならば、十分に理解できる。
【００４６】
図５は、図１の圧電型音響変換器の変形例を示す。本変形例の圧電型音響変換器は、圧電膜１５０と第２電極１８１との間に圧電部絶縁膜１８５をさらに備える。このように、圧電部絶縁膜１８５をさらに備えることによって、パワーが大きい圧電型音響変換器において、圧電膜１５０での絶縁破壊を防止しうる。
【００４７】
図６は、本発明の他の実施形態による圧電型音響変換器を示す。
【００４８】
図６を参照すれば、本実施形態の圧電型音響変換器２００は、貫通領域２１０ａが形成された基板２１０と、貫通領域２１０ａの中央の一部領域に位置する変形膜２３０と、変形膜２３０の外郭と基板２１０とを連結する圧電部と、を備える。
【００４９】
基板２１０の貫通領域２１０ａは、ダイアフラムを定義する領域であって、例えば、円形に形成されうる。
【００５０】
変形膜２３０は、貫通領域２１０ａの中央側の一部領域に位置する。変形膜２３０は、変形部２３１と圧電部接合部２３３とを備える。変形部２３１は、圧電部の膨脹/収縮によって撓みが発生する領域である。圧電部接合部２３３は、変形部２３１と圧電部とを結合させる。
【００５１】
圧電部は、変形膜２３０の外郭に貫通領域２１０ａの内側周りに沿って形成される。圧電部は、圧電膜２５０と圧電膜２５０の両面に設けられた第１及び第２電極２７１,２８１とを備える圧電キャパシタンス構造を有する。変形膜２３０の幾何学的な中心面Ｐ２’と圧電膜２５０の中心面Ｐ１’とは、高低差Ｈ’を有する。第１電極２７１は、第１リード線(図示せず)及び第１電極端子２７３と共に第１電極部２７０を形成し、第２電極２８１は、第２リード線２８２及び第２電極端子２８３と共に第２電極部２８０を形成する。基板２１０と第１及び第２電極端子２７３,２８３との間には、基板絶縁膜２２０が配設されうる。
【００５２】
本実施形態の圧電型音響変換器２００の振動メカニズムは、前述した実施形態と実質的に同一である。すなわち、圧電膜２５０には、前述した実施形態と同様に、電圧が印加されることによって、平面方向に膨脹/収縮する変形力が発生しうる。変形膜２３０の幾何学的な中心平面Ｐ２’と圧電膜２５０の中心平面Ｐ１’との高低差Ｈ’によって、圧電膜２５０で発生する膨脹/収縮する変形力は、変形部２３１を曲げるトルクとして作用し、これにより、ダイアフラムをなす変形膜２３０及び圧電部は、上下に振動する。
【００５３】
次いで、本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する。図７Ａないし図７Ｄは、本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造工程を簡略に示す順序図である。
【００５４】
図７Ａを参照すれば、まず基板１１０を準備する。基板１１０の所定の領域に基板絶縁膜１２０を形成する。基板１１０としてシリコン基板を使用する場合、基板１１０の一面全体にシリコン酸化膜(ＳｉＯ２)を形成した後、これをパターニングして所定領域に絶縁膜１２０を形成しうる。
【００５５】
次いで、図７Ｂを参照すれば、スパッタリングや真空蒸着のような蒸着工程を利用して、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層ないし多層に金属薄膜を形成し、そして第１電極１７１、第１リード線１７２、及び第１電極端子１７３の形状にパターニングすることにより、第１電極部１７０を形成する。次いで、圧電膜１５０を第１電極１７１上に積層する。圧電膜１５０は、第１電極１７１より広く形成して第１電極１７１を覆うように形成される。圧電膜１５０は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴでスパッタリングまたはスピン−コーティングなどの方法で蒸着した後、部分エッチングして形成できる。次いで、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層ないし多層の金属薄膜により、第２電極１８１、第２リード線１８２(図２Ｂ)及び第２電極端子１８３(図２Ｂ)を含む第２電極部１８０を形成する。第２電極部１８０は、蒸着及びエッチング工程やリフトオフ方法により形成しうる。第２電極１８１は、圧電膜１５０より小さく形成される。
【００５６】
次いで、図７Ｃを参照すれば、圧電膜１５０及び第１及び第２電極部１７０,１８０上にパリレンやシリコン窒化物を積層し、一部領域１３０ａ,１３０ｂを選択的にエッチングして変形膜１３０を形成する。例えば、パリレン薄膜の選択的なエッチングは、フォトレジストをエッチングマスクとして使用したＯ２プラズマエッチング法を利用しうる。変形膜１３０は、圧電膜１５０と所定の高低差Ｈを有するように形成するために、例えば、第１電極１７１は、変形膜１３０の厚さに比べて所定の厚さをもって形成される。
【００５７】
次いで、図７Ｄを参照すれば、基板１１０の背面のダイアフラム領域を変形膜の一部及び圧電部の底面が露出されるまでエッチングして、基板１１０に貫通領域１１０ａを形成する。基板１１０の背面のエッチングは、例えば、シリコン基板に対してシリコン・ディープ・エッチング法（Ｓｉ Ｄｅｅｐ ＩＣＰ ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ））を利用できる。このように、変形膜及び圧電部を上面及び下面方向に、空間的に開放させることによってダイアフラムを完成する。
【００５８】
このような本発明の圧電型音響変換器及びその製造方法は、理解を助けるために図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、音響変換関連の技術分野に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 圧電型音響変換器、
１００−１ ダイアフラムの境界、
１００−２ 基板絶縁膜の内側境界、
１００−３ 圧電部の外郭境界、
１００−４ 第１及び第２電極の外郭境界、
１００−５ 圧電部接合部の内側境界、
１３０ 変形膜、
１７２ 第１リード線、
１７３ 第１電極端子、
１８２ 第２リード線、
１８３ 第２電極端子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電型音響変換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電型音響変換器は、圧電現象を利用して音響エネルギーと電気的エネルギーとを相互に変換させる装置である。圧電型音響変換器としては、電気的エネルギーを音響エネルギーに変換するマイクロスピーカと、音響エネルギーを電気的に変換するマイクロホンとがある。
【０００３】
例えば、従来の圧電型音響変換器は、ダイアフラムに１次電極、圧電膜、２次電極を積層した振動板を有し、第１及び第２電極に電圧を印加することによって圧電膜を膨脹または収縮させて振動板を振動させる。このような圧電型音響変換器は、別途の磁石や駆動コイルなしに振動板を振動させうるので、エレクトロダイナミック型スピーカのような音声コイル方式に比べて、その構造が簡単である。
【０００４】
携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ)のような小型化された電子機器の発達につれて、これに使われる音響変換器を小型化する技術が開発されている。このような点で、その構造が簡単な圧電型音響変換器は、小型化に有利である。特に、微細加工技術(ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を利用して、シリコンウェーハ上で圧電型音響変換器を小型化する技術は、半導体一括工程によって製造が可能であるという点で、製造コストが低減でき、単一チップ内に複数の回路素子を含ませることができるので、音響機器自体を小型化させうる。
【０００５】
このような従来の圧電型音響変換器は、製造工程が比較的簡単で小型化させるのに有利であるが、音声コイル方式の音響変換器に比べて、音響出力や感度が低いという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、サイズが小さく、かつ音響出力が高い、圧電型音響変換器及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態による圧電型音響変換器は、貫通領域が形成された基板と、貫通領域の中央の一部領域に位置し、圧電膜と圧電膜の両面に設けられた第１及び第２電極とを備えた圧電部と、圧電部の外郭と基板とを連結して弾性変形されるものであって、圧電部の平面方向の変形が自身に伝えられるか、または自身の変形が圧電部に伝えられて、圧電部と共に振動する変形膜と、を備える。ここで、第１電極は、圧電膜の下部面に圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、第２電極は、圧電膜の上部面に圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、変形膜は、第２電極の外郭境界領域で貫通領域外郭の基板の上部面にわたって形成される。
【０００８】
本発明の他の実施形態による圧電型音響変換器は、貫通領域が形成された基板と、貫通領域の中央の一部領域に位置して弾性変形される変形膜と、変形膜の外郭と基板とを連結し、自身の平面方向の変形が変形膜に伝えられるか、または変形膜の変形が自身に伝えられて、変形膜と共に振動するものであって、圧電膜と圧電膜の両面に設けられた第１及び第２電極とを備えた圧電部と、を備える。ここで、第１電極は、貫通領域の外郭の基板の上部面で圧電膜の下部面に形成され、第２電極は、圧電膜の上部面に圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、圧電部は、変形膜の外郭境界領域で貫通領域の外郭の基板の上部面にわたって形成される。
【０００９】
圧電部の中心面は、変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に置かれる。
【００１０】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、圧電膜と第１電極との間及び圧電膜と第２電極との間のうち少なくともいずれか一側に介在される圧電部絶縁膜をさらに備える。
【００１１】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、第１及び第２電極にそれぞれ駆動電圧を印加するためのものであって、基板の上部面に設けられる第１及び第２電極端子と、第１及び第２電極と第１及び第２電極端子とをそれぞれ連結するための第１及び第２リード線と、をさらに備える。
【００１２】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、貫通領域の外郭の基板の上部面と第１及び第２電極端子との間に介在された外郭絶縁膜をさらに備える。
【００１３】
変形膜は、パリレン膜またはシリコン窒化膜でありうる。
【００１４】
圧電膜は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴから形成されうる。
【００１５】
第１及び第２電極は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔからなる群から少なくともいずれか一つの金属から形成されうる。
【００１６】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器は、マイクロスピーカまたはマイクロホンである。
【００１７】
本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法は、基板上に第１電極、第１リード線及び第１電極端子を備える第１電極部を形成する工程と、第１電極上に圧電膜を形成する工程と、圧電膜上に第２電極を形成し、基板上に第２リード線及び第２電極端子を含む第２電極部を形成する工程と、基板の圧電膜が形成されていない領域に変形膜を形成する工程と、圧電膜と変形膜とが置かれた基板の下部をエッチングしてダイアフラムを形成する工程と、を含む。
【００１８】
圧電膜は、基板の一領域に形成され、変形膜は、基板の圧電膜が形成された領域の外郭領域に形成される。
【００１９】
変形膜は、基板の一領域に形成され、圧電膜は、基板の変形膜が形成された領域の外郭領域に形成される。
【００２０】
本発明の実施形態による圧電型音響変換器の製造方法は、第１電極部を形成する前に基板上に絶縁膜を形成する工程をさらに含みうる。
【００２１】
圧電部の中心面は、変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に位置される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施形態によれば、低い残留応力を有するパリレンまたは低応力非化学量論的シリコン窒化膜をダイアフラムの外郭部にのみ使用することによって、構造剛性を小さくする一方で、低電圧駆動でも大きい変形量を期待しうる。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、サイズも小さく、かつ音響出力も高い圧電型音響変換器を提供しうる。また、低電圧駆動型圧電型音響変換器の具現が可能になり、低周波音声帯域で十分な音圧を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の概略的な上面図である。
【図２Ａ】図１のＡ−Ｂ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【図２Ｂ】図１のＣ−Ｄ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【図２Ｃ】図１のＣ−Ｏ−Ａ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【図３Ａ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図３Ｂ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図４Ａ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図４Ｂ】図１の圧電型音響変換器の動作を説明する図面である。
【図５】図１の圧電型音響変換器の変形例を示す図面である。
【図６】本発明の他の実施形態による圧電型音響変換器の概略的な側面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する順序図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下記に例示される実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜上誇張されている。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の概略的な上面図であり、図２Ａないし図２Ｃは、図１のＡ−Ｂ線、Ｃ−Ｄ線、Ｃ−Ｏ−Ａ線による圧電型音響変換器の側断面図である。
【００２７】
図１及び図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、本実施形態の圧電型音響変換器１００は、貫通領域１１０ａが形成された基板１１０と、貫通領域１１０ａの中央側の一部領域に位置する圧電部と、圧電部の外郭と基板１１０とを連結する変形膜１３０と、を備える。
【００２８】
基板１１０は、通常使われる材質から形成され、例えば、シリコン、ガラスから形成されうる。基板１１０は、貫通領域１１０ａを備える。貫通領域１１０ａは、後述するように、圧電部と変形膜１３０とを上面及び／または下面方向に、空間的に開放して形成することにより、ダイアフラム領域Ｄを定義する。貫通領域１１０ａは、例えば、円形に形成されうる。図１に示された参照番号１００−１は、このようなダイアフラム領域Ｄの境界を表す。
【００２９】
圧電部は、貫通領域１１０ａの中央側の一部領域に位置する。図１の１００−３は、圧電部の外郭の境界を示す。
【００３０】
圧電部は、圧電膜１５０と、圧電膜１５０の両面に設けられた第１及び第２電極１７１,１８１とを備える圧電キャパシタンス構造を有する。
【００３１】
第１電極１７１は、第１リード線１７２及び第１電極端子１７３と共に第１電極部１７０を形成する。第１電極端子１７３は、圧電部の外郭に配設され、第１リード線１７２は、第１電極１７１と第１電極端子１７３とを電気的に連結する。第１電極１７０は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔからなる群から選択される少なくともいずれか一つの金属により形成されうる。例えば、第１電極１７０は、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層または多層の金属膜から形成されうる。
【００３２】
圧電膜１５０は、第１電極１７１を覆うように形成される。すなわち、圧電膜１５０は、第１電極１７１の領域より若干広く第１電極１７１上に形成され、第１電極１７１と第２電極１８１とを絶縁する。圧電膜１５０は、通常の圧電型音響変換器に使われるＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴのような圧電物質から形成されうる。
【００３３】
第２電極１８１は、第２リード線１８２及び第２電極端子１８３と共に第２電極部１８０を形成する。第２電極端子１８３は、圧電部の外郭に配設され、第２リード線１８２は、第２電極１８１と第２電極端子１８３とを電気的に連結する。第２電極部１８０は、例えば、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層または多層の金属膜から形成されうる。第２電極１８１は、圧電膜１５０の領域より若干小さく形成される。第１及び第２電極１７１,１８１は、圧電膜１５０を介して対向するように形成される。図１に示される圧電部外郭の境界１００−３は、圧電膜１５０の外郭の境界を示し、１００−４は、第１及び第２電極１７１,１８１の外郭の境界を示す。
【００３４】
変形膜１３０は、圧電部の外郭と基板１１０とを連結して弾性変形される膜である。変形膜１３０は、例えば、パリレンや低応力非化学量論的シリコン窒化膜(ＳｉｘＮｙ)のような物質から形成されうる。変形膜１３０の材料として、弾性係数が小さく、かつ残留応力が小さな物質を使用することによって、低周波音声帯域における特性を向上させうる。
【００３５】
変形膜１３０は、基板接合部１３１、変形部１３２、及び圧電部接合部１３３を備える。基板接合部１３１は、基板１１０の上面に配設される。図１において、ダイアフラムの境界１００−１は、基板接合部１３１の内側境界を示す。基板接合部１３１の第１及び第２電極端子１７３,１８３が位置する領域は、外部との電気的接触用として上面方向に、空間的に開放して形成される。変形部１３２及び圧電部接合部１３３は、基板１１０の貫通領域１１０ａに配設される。圧電部接合部１３３は、圧電膜１５０及び第２電極１８１の外郭に当接し、上面及び下面方向に開放された圧電部を支持する。図１の１００−５は、圧電部接合部１３３の内側の境界を示す。前述したように、第２電極１８１を圧電膜１５０の領域より若干小さく形成し、圧電膜１５０及び第２電極１８１の外郭を段差状に形成することによって、圧電部接合部１３３と圧電膜１５０/第２電極１８１との結合力を高めうる。変形部１３２は、基板接合部１３１と圧電部接合部１３３とを連結し、自由に弾性変形されうる。圧電部接合部１３３の内側の境界１００−５の内側に変形部１３２が延設されないので、第２電極１８１は、外部に露出される。
【００３６】
変形膜１３０は、圧電膜１５０と所定の高低差Ｈを有するように形成される。このとき、高低差Ｈは、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と、圧電膜１５０の中心面Ｐ１との、平面に垂直な方向の距離に相当する。すなわち、圧電膜１５０の平面断面図における変形力の作用する方向を示す中心線(図３ＡのＦ１または図４ＡのＦ３を参照）が、変形膜の幾何学的な中心面Ｐ２と異なる平面上に置かれるように構成される。変形膜１３０において、構造力学的観点から、基板接合部１３１および圧電部接合部１３３による作用は無視されうるので、変形部１３２の幾何学的な中心面を変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と定義できる。一方、圧電膜１５０には、第１及び第２電極端子１７３,１８３以外に他の膜が積層されない。また、第１及び第２電極１７１,１８１が圧電膜１５０を介して対向して保護するように形成されることにより、圧電膜１５０は膨脹ないし収縮するのみで、曲げられることはない。また、圧電膜１５０の厚さ方向のサイズに比べて、広さ方向のサイズが非常に大きいので、圧電膜１５０の圧電変形は、平面方向の膨脹/収縮によって主に引き起こされる。すなわち、第１及び第２電極１７１,１８１に電圧が印加されれば、圧電膜１５０には、膨脹/収縮による平面方向の変形力が発生する。このような圧電膜１５０の平面方向の変形力の中心線が置かれる平面を、圧電膜１５０の中心面Ｐ１と定義する。前述のように、変形膜１３０を圧電膜１５０と所定の高低差Ｈを有するように形成するために、例えば、第１電極１７１は、変形膜１３０の厚さに比べて所定の厚さをもって形成される。
【００３７】
第１及び第２電極端子１７３,１８３と基板１１０との間には、基板絶縁膜１２０が介在されうる。例えば、基板１００がシリコンのような導電性のある物質で形成された場合、基板絶縁膜１２０は、基板１１０と第１及び第２電極端子１７３,１８３とを電気的に絶縁する。図１の１００−２は、基板絶縁膜１２０の内側の境界を示す。一方、基板１１０に絶縁性を持たせる場合、基板絶縁膜１２０は省略しうる。
【００３８】
次いで、図３Ａないし図４Ｂを参照して、本実施形態の圧電型音響変換器の動作を説明する。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂは、圧電膜１５０に所定の電圧が印加されて圧電膜１５０が膨脹する時、圧電膜１５０の平面方向の膨脹によるダイアフラムの動きを示す。
【００４０】
前述したように、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とは一致していないので、圧電膜１５０で発生する膨脹変形力Ｆ１は、変形膜１３０の反力Ｆ２が同一線上にない。このように、膨脹変形力Ｆ１は、変形膜１３０の反力Ｆ２が同一線上にないので、膨脹変形力Ｆ１は、中心点Ｃを中心として変形部１３２を逆時計回り方向Ｒ１に曲げるトルクとして作用する。結果的に、圧電部は、図３Ｂに示されるように、ダイアフラムを下方へ動かす。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂは、圧電膜１５０に所定の電圧が印加されて圧電膜１５０が収縮するとする時、圧電膜１５０の平面方向の収縮によるダイアフラムの動きを示す。
【００４２】
前述したように、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とは、一致していないので、圧電膜１５０で発生する収縮変形力Ｆ３は、変形膜１３０の反力Ｆ４が同一面上にない。これにより、収縮変形力Ｆ３は、中心点Ｃを中心として変形部１３２を時計回り方向Ｒ２に曲げるトルクとして作用し、圧電部は、図４Ｂに示されるように、ダイアフラムを上方へ動かす。
【００４３】
前述のように、圧電膜１５０の膨脹/収縮によって変形部１３２が撓むことによって、圧電部を備えるダイアフラムは、上下に振動する。このような振動メカニズムは、変形膜１３０をダイアフラムの外郭にのみ使用することによって、構造剛性を小さでき、したがって、低電圧駆動でも大きい上下振動を期待しうる。すなわち、本実施形態の圧電型音響変換器で、圧電部の圧電変形力は、圧電部を直接的に撓ませず、変形膜に曲げる力として作用し、ダイアフラムの振動特性を向上させる。
【００４４】
前述した実施形態では、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とは、一致していない場合を例としたが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、変形膜１３０の幾何学的な中心面Ｐ２と圧電膜１５０の中心面Ｐ１とが一致しても、圧電膜１５０の残留応力と変形膜１３０の残留応力とが同一面上に置かれなければ、撓み軸が一致せずに偏心された圧縮力または引張力が作用するので、変形膜１３０、特に変形部１３２の撓みを発生する。
【００４５】
前述した実施形態の圧電型音響変換器の動作は、第１及び第２電極１７１,１８１に電圧を印加する場合、すなわち、マイクロスピーカの場合を例として説明した。しかし、圧電膜１５０における電気的エネルギーと圧電変形エネルギーとの変換は、相互切替えされうるので、本実施形態の圧電型音響変換器は、外部の振動を電気的エネルギーに変えるマイクロホンにも適用しうることは、当業者ならば、十分に理解できる。
【００４６】
図５は、図１の圧電型音響変換器の変形例を示す。本変形例の圧電型音響変換器は、圧電膜１５０と第２電極１８１との間に圧電部絶縁膜１８５をさらに備える。このように、圧電部絶縁膜１８５をさらに備えることによって、パワーが大きい圧電型音響変換器において、圧電膜１５０での絶縁破壊を防止しうる。
【００４７】
図６は、本発明の他の実施形態による圧電型音響変換器を示す。
【００４８】
図６を参照すれば、本実施形態の圧電型音響変換器２００は、貫通領域２１０ａが形成された基板２１０と、貫通領域２１０ａの中央の一部領域に位置する変形膜２３０と、変形膜２３０の外郭と基板２１０とを連結する圧電部と、を備える。
【００４９】
基板２１０の貫通領域２１０ａは、ダイアフラムを定義する領域であって、例えば、円形に形成されうる。
【００５０】
変形膜２３０は、貫通領域２１０ａの中央側の一部領域に位置する。変形膜２３０は、変形部２３１と圧電部接合部２３３とを備える。変形部２３１は、圧電部の膨脹/収縮によって撓みが発生する領域である。圧電部接合部２３３は、変形部２３１と圧電部とを結合させる。
【００５１】
圧電部は、変形膜２３０の外郭に貫通領域２１０ａの内側周りに沿って形成される。圧電部は、圧電膜２５０と圧電膜２５０の両面に設けられた第１及び第２電極２７１,２８１とを備える圧電キャパシタンス構造を有する。変形膜２３０の幾何学的な中心面Ｐ２’と圧電膜２５０の中心面Ｐ１’とは、高低差Ｈ’を有する。第１電極２７１は、第１リード線(図示せず)及び第１電極端子２７３と共に第１電極部２７０を形成し、第２電極２８１は、第２リード線２８２及び第２電極端子２８３と共に第２電極部２８０を形成する。基板２１０と第１及び第２電極端子２７３,２８３との間には、基板絶縁膜２２０が配設されうる。
【００５２】
本実施形態の圧電型音響変換器２００の振動メカニズムは、前述した実施形態と実質的に同一である。すなわち、圧電膜２５０には、前述した実施形態と同様に、電圧が印加されることによって、平面方向に膨脹/収縮する変形力が発生しうる。変形膜２３０の幾何学的な中心平面Ｐ２’と圧電膜２５０の中心平面Ｐ１’との高低差Ｈ’によって、圧電膜２５０で発生する膨脹/収縮する変形力は、変形部２３１を曲げるトルクとして作用し、これにより、ダイアフラムをなす変形膜２３０及び圧電部は、上下に振動する。
【００５３】
次いで、本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造方法を説明する。図７Ａないし図７Ｄは、本発明の一実施形態による圧電型音響変換器の製造工程を簡略に示す順序図である。
【００５４】
図７Ａを参照すれば、まず基板１１０を準備する。基板１１０の所定の領域に基板絶縁膜１２０を形成する。基板１１０としてシリコン基板を使用する場合、基板１１０の一面全体にシリコン酸化膜(ＳｉＯ２)を形成した後、これをパターニングして所定領域に絶縁膜１２０を形成しうる。
【００５５】
次いで、図７Ｂを参照すれば、スパッタリングや真空蒸着のような蒸着工程を利用して、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層ないし多層に金属薄膜を形成し、そして第１電極１７１、第１リード線１７２、及び第１電極端子１７３の形状にパターニングすることにより、第１電極部１７０を形成する。次いで、圧電膜１５０を第１電極１７１上に積層する。圧電膜１５０は、第１電極１７１より広く形成して第１電極１７１を覆うように形成される。圧電膜１５０は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴでスパッタリングまたはスピン−コーティングなどの方法で蒸着した後、部分エッチングして形成できる。次いで、Ｃｒ/Ａｕ、Ａｕ/Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ/Ｐｔのような単層ないし多層の金属薄膜により、第２電極１８１、第２リード線１８２(図２Ｂ)及び第２電極端子１８３(図２Ｂ)を含む第２電極部１８０を形成する。第２電極部１８０は、蒸着及びエッチング工程やリフトオフ方法により形成しうる。第２電極１８１は、圧電膜１５０より小さく形成される。
【００５６】
次いで、図７Ｃを参照すれば、圧電膜１５０及び第１及び第２電極部１７０,１８０上にパリレンやシリコン窒化物を積層し、一部領域１３０ａ,１３０ｂを選択的にエッチングして変形膜１３０を形成する。例えば、パリレン薄膜の選択的なエッチングは、フォトレジストをエッチングマスクとして使用したＯ２プラズマエッチング法を利用しうる。変形膜１３０は、圧電膜１５０と所定の高低差Ｈを有するように形成するために、例えば、第１電極１７１は、変形膜１３０の厚さに比べて所定の厚さをもって形成される。
【００５７】
次いで、図７Ｄを参照すれば、基板１１０の背面のダイアフラム領域を変形膜の一部及び圧電部の底面が露出されるまでエッチングして、基板１１０に貫通領域１１０ａを形成する。基板１１０の背面のエッチングは、例えば、シリコン基板に対してシリコン・ディープ・エッチング法（Ｓｉ Ｄｅｅｐ ＩＣＰ ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ））を利用できる。このように、変形膜及び圧電部を上面及び下面方向に、空間的に開放させることによってダイアフラムを完成する。
【００５８】
このような本発明の圧電型音響変換器及びその製造方法は、理解を助けるために図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、音響変換関連の技術分野に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 圧電型音響変換器、
１００−１ ダイアフラムの境界、
１００−２ 基板絶縁膜の内側境界、
１００−３ 圧電部の外郭境界、
１００−４ 第１及び第２電極の外郭境界、
１００−５ 圧電部接合部の内側境界、
１３０ 変形膜、
１７２ 第１リード線、
１７３ 第１電極端子、
１８２ 第２リード線、
１８３ 第２電極端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通領域が形成された基板と、
前記貫通領域の中央の一部領域に位置し、圧電膜と前記圧電膜の第１面に設けられた第１電極と前記圧電膜の第２面に設けられた第２電極とを備えた圧電部と、
前記圧電部の外郭と前記基板とを連結して弾性変形されるものであって、前記圧電部の平面方向の変形が自身に伝えられるか、または自身の変形が前記圧電部に伝えられて前記圧電部と共に振動する変形膜と、を備える圧電型音響変換器。
【請求項２】
前記第１電極は、前記圧電膜の下部面に前記圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、
前記第２電極は、前記圧電膜の上部面に前記圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、
前記変形膜は、前記第２電極の外郭境界領域で前記貫通領域外郭の基板の上部面にわたって形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電型音響変換器。
【請求項３】
貫通領域が形成された基板と、
前記貫通領域の中央の一部領域に位置して弾性変形される変形膜と、
前記変形膜の外郭と前記基板とを連結し、自身の平面方向の変形が前記変形膜に伝えられるか、または前記変形膜の変形が自身に伝えられて前記変形膜と共に振動するものであって、圧電膜と前記圧電膜の第１面に設けられた第１電極と前記圧電膜の第２面に設けられた第２電極とを備えた圧電部と、を備える圧電型音響変換器。
【請求項４】
前記第１電極は、前記貫通領域の外郭の基板の上部面で前記圧電膜の下部面に形成され、
前記第２電極は、前記圧電膜の上部面に前記圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、
前記圧電部は、前記変形膜の外郭境界領域で前記貫通領域の外郭の基板の上部面にわたって形成されることを特徴とする請求項３に記載の圧電型音響変換器。
【請求項５】
前記圧電部の中心面が前記変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に置かれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項６】
前記圧電膜と第１電極との間、及び前記圧電膜と第２電極との間のうち少なくともいずれか一側に介在される圧電部絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項７】
前記第１及び第２電極にそれぞれ駆動電圧を印加するために、前記基板の上部面に設けられる第１及び第２電極端子と、
前記第１及び第２電極と第１及び第２電極端子とをそれぞれ連結するための第１及び第２リード線と、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項８】
前記貫通領域の外郭の基板の上部面と前記第１及び第２電極端子との間に介在された外郭絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の圧電型音響変換器。
【請求項９】
前記変形膜は、パリレン膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１０】
前記圧電膜は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴのうち少なくともいずれか一つにより形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１１】
前記第１及び第２電極は、Ｃｒ，Ａｕ、Ａｕ，Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ，Ｐｔからなる群のうち少なくともいずれか一つの金属により形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１２】
前記圧電型音響変換器は、マイクロスピーカまたはマイクロホンであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１３】
基板上に第１電極、第１リード線及び第１電極端子を含む第１電極部を形成する工程と、
前記第１電極上に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜上に第２電極を形成し、前記基板上に第２リード線及び第２電極端子を含む第２電極部を形成する工程と、
前記基板の圧電膜が形成されていない領域に変形膜を形成する工程と、
前記圧電膜と前記変形膜とが置かれた前記基板の下部をエッチングしてダイアフラムを形成する工程と、を含む圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１４】
前記圧電膜は、前記基板の一領域に形成し、前記変形膜は、前記基板の前記圧電膜が形成された領域の外郭領域に形成することを特徴とする請求項１３に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１５】
前記変形膜は、前記基板の一領域に形成し、前記圧電膜は、前記基板の前記変形膜が形成された領域の外郭領域に形成することを特徴とする請求項１３に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１６】
前記第１電極部を形成する前に、前記基板上に絶縁膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１７】
前記圧電膜の中心面を前記変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に置くことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１】
貫通領域が形成された基板と、
前記貫通領域の中央の一部領域に位置し、圧電膜と前記圧電膜の第１面に設けられた第１電極と前記圧電膜の第２面に設けられた第２電極とを備えた圧電部と、
前記圧電部の外郭と前記基板とを連結して弾性変形されるものであって、前記圧電部の平面方向の変形が自身に伝えられるか、または自身の変形が前記圧電部に伝えられて前記圧電部と共に振動する変形膜と、を備える圧電型音響変換器。
【請求項２】
前記第１電極は、前記圧電膜の下部面に前記圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、
前記第２電極は、前記圧電膜の上部面に前記圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、
前記変形膜は、前記第２電極の外郭境界領域で前記貫通領域外郭の基板の上部面にわたって形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電型音響変換器。
【請求項３】
貫通領域が形成された基板と、
前記貫通領域の中央の一部領域に位置して弾性変形される変形膜と、
前記変形膜の外郭と前記基板とを連結し、自身の平面方向の変形が前記変形膜に伝えられるか、または前記変形膜の変形が自身に伝えられて前記変形膜と共に振動するものであって、圧電膜と前記圧電膜の第１面に設けられた第１電極と前記圧電膜の第２面に設けられた第２電極とを備えた圧電部と、を備える圧電型音響変換器。
【請求項４】
前記第１電極は、前記貫通領域の外郭の基板の上部面で前記圧電膜の下部面に形成され、
前記第２電極は、前記圧電膜の上部面に前記圧電膜の領域より小さな領域にわたって形成され、
前記圧電部は、前記変形膜の外郭境界領域で前記貫通領域の外郭の基板の上部面にわたって形成されることを特徴とする請求項３に記載の圧電型音響変換器。
【請求項５】
前記圧電部の中心面が前記変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に置かれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項６】
前記圧電膜と第１電極との間、及び前記圧電膜と第２電極との間のうち少なくともいずれか一側に介在される圧電部絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項７】
前記第１及び第２電極にそれぞれ駆動電圧を印加するために、前記基板の上部面に設けられる第１及び第２電極端子と、
前記第１及び第２電極と第１及び第２電極端子とをそれぞれ連結するための第１及び第２リード線と、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項８】
前記貫通領域の外郭の基板の上部面と前記第１及び第２電極端子との間に介在された外郭絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の圧電型音響変換器。
【請求項９】
前記変形膜は、パリレン膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１０】
前記圧電膜は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ３、またはＰＬＴのうち少なくともいずれか一つにより形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１１】
前記第１及び第２電極は、Ｃｒ，Ａｕ、Ａｕ，Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ，Ｐｔからなる群のうち少なくともいずれか一つの金属により形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１２】
前記圧電型音響変換器は、マイクロスピーカまたはマイクロホンであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器。
【請求項１３】
基板上に第１電極、第１リード線及び第１電極端子を含む第１電極部を形成する工程と、
前記第１電極上に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜上に第２電極を形成し、前記基板上に第２リード線及び第２電極端子を含む第２電極部を形成する工程と、
前記基板の圧電膜が形成されていない領域に変形膜を形成する工程と、
前記圧電膜と前記変形膜とが置かれた前記基板の下部をエッチングしてダイアフラムを形成する工程と、を含む圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１４】
前記圧電膜は、前記基板の一領域に形成し、前記変形膜は、前記基板の前記圧電膜が形成された領域の外郭領域に形成することを特徴とする請求項１３に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１５】
前記変形膜は、前記基板の一領域に形成し、前記圧電膜は、前記基板の前記変形膜が形成された領域の外郭領域に形成することを特徴とする請求項１３に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１６】
前記第１電極部を形成する前に、前記基板上に絶縁膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【請求項１７】
前記圧電膜の中心面を前記変形膜の幾何学的な中心面と異なる面上に置くことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の圧電型音響変換器の製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【公開番号】特開２０１０−１４８１０２（Ｐ２０１０−１４８１０２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８０７０７（Ｐ２００９−２８０７０７）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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