CN106000848B - 超声波传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够实现超声波传感器元件的高密度化，并维持良好的声音特性的超声波传感器。在将相互正交的两个轴设为X轴以及Y轴，并将由X轴以及Y轴形成的平面设为XY平面时，具备：基板(10)，其沿着XY平面；多个空间(12)，它们沿着X轴方向以及Y轴方向的至少一个方向被形成于基板(10)；振动板(50)，其以堵住空间(12)的方式被设置在基板(10)上，且具有基板(10)侧的第一面(50a)以及与该第一面(50a)对置的第二面(50b)；以及压电元件(300)，其被设置在振动板(50)的第二面(50b)侧中与空间(12)对应的部分，并发送和/或接收超声波，空间(12)的至少一部分被形成为交错状。

Description

超声波传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及超声波传感器及其制造方法。
背景技术
以往，有利用了压电元件的电机械转换特性的超声波传感器。例如，存在具备支承部件(沿由X轴以及Y轴形成的XY平面的基板)、被设置在基板上的可动膜(振动板)、被设置在振动板上的电机械转换元件(压电元件)、以及被形成在与振动板的压电元件相反的一侧的基板的开口部(空间)的超声波传感器(参照专利文献1以及2)。专利文献1以及2均使包含上述的压电元件、振动板以及空间的超声波传感器元件沿X轴以及Y轴以网格状有规律地邻接。
在这种超声波传感器中，基于超声波传感器元件的压电元件的位移收发超声波。只要能够实现压电元件的位移特性的提高，则对超声波的收发效率有利，进而还对声音特性的提高有利。
专利文献1：日本特开2011－255024号公报(段落[0047]，图5等)
专利文献2：日本特开2011－259274号公报(段落[0044]，图5等)
然而，近年单方面寻求超声波传感器元件的高密度化，而在专利文献1以及2中，存在虽然实现超声波传感器元件的高密度化，但难以维持良好的声音特性这样的问题。
即，在专利文献1以及2中，由于使超声波传感器元件沿X轴方向以及Y轴方向以网格状有规律地邻接，所以不能够确保超声波传感器元件的空间的壁厚。该情况下，基板整体容易受到各个压电元件的位移的影响，起因于各个压电元件的位移，产生引起振动板的整体的挠曲(结构串扰)的可能性。
若上述的结构串扰产生，则各个压电元件的位移特性产生偏差，另外，压电元件整体的位移效率降低，它们的结果，声音特性容易降低。这样的问题并不限定于专利文献1以及2的超声波传感器，只要是利用了压电元件的电机械转换特性的超声波传感器则同样存在。
发明内容
本发明鉴于上述的情况，目的在于提供一种能够实现超声波传感器元件的高密度化，并维持良好的声音特性的超声波传感器及其制造方法。
解决上述课题的本发明的方式是超声波传感器，其特征在于，在将相互正交的两个轴设为X轴以及Y轴，并将由上述X轴以及上述Y轴形成的平面设为XY平面时，具备：基板，其沿着上述XY平面；多个空间，它们沿着上述X轴方向以及上述Y轴方向的至少一个方向被形成于上述基板；振动板，其以堵住上述空间的方式被设置在上述基板上，且具有上述基板侧的第一面以及与该第一面对置的第二面；以及压电元件，其被设置在上述振动板的上述第二面侧中与空间对应的部分，并发送和/或接收超声波，上述空间的至少一部分被形成为交错状。根据这样的方式，在空间被形成为交错状的部分，能够确保该空间的壁厚。因此，能够抑制基板整体受到各个压电元件的位移的影响，即使在使超声波传感器元件高密度地集合的情况下，也能够防止上述的结构串扰的产生。因此，能够实现超声波传感器元件的高密度化，并维持良好的声音特性。
另外，优选上述压电元件通过包含第一电极、上述第一电极上的压电体层、以及上述压电体层上的第二电极而构成，上述第一电极是能够在上述X轴方向上按照每一列或者多列进行驱动的独立电极，上述第二电极是在上述Y轴方向上延伸的每一列共用的共用电极，上述空间的至少一部分以向上述X轴方向偏移间距的方式被形成。在这样的方式中，在作为独立电极的第一电极延伸的方向，空间的间距被偏移地形成。换句话说，根据这样的方式，容易在振动板的第二面侧中与空间对应的部分配置第一电极。因此，容易构成能够实现超声波传感器元件的高密度化，并能够维持良好的声音特性的超声波传感器。
另外，优选向上述X轴方向上偏移间距而形成的上述空间的处于上述Y轴方向侧的空间在第一方向隔着隔壁被并列设置，在以通过向上述X轴方向上偏移间距而形成的上述空间的中心的方式向Y轴方向描画虚拟线时，上述虚拟线通过上述隔壁。根据这样的方式，在空间被形成为交错状的部分，能够合适地确保该空间的壁厚。因此，能够实现超声波传感器元件的高密度化，并可靠地维持良好的声音特性。
解决上述课题的本发明的其它的方式是超声波传感器的制造方法，其特征在于，其为在将相互正交的两个轴设为X轴以及Y轴，并将由上述X轴以及上述Y轴形成的平面设为XY平面时，具备：基板，其沿着上述XY平面；多个空间，它们沿着上述X轴方向以及上述Y轴方向的至少一个方向被形成于上述基板；振动板，其以堵住上述空间的方式被设置在上述基板上，且具有上述基板侧的第一面以及与该第一面对置的第二面；以及压电元件，其被设置在上述振动板的上述第二面侧中与空间对应的部分，并发送和/或接收超声波的超声波传感器的制造方法，将上述空间的至少一部分形成为交错状。根据这样的方式，能够制造能够实现超声波传感器元件的高密度化，并维持良好的声音特性的超声波传感器。
附图说明
图1是表示超声波设备的构成例的剖视图。
图2是表示超声波传感器的构成例的分解立体图。
图3是表示超声波传感器的构成例的立体图。
图4是说明超声波传感器元件的空间的配置等的俯视图以及剖视图。
图5是说明超声波传感器的空间的配置等的变形例的俯视图。
图6是说明超声波传感器的空间的配置等的变形例的俯视图。
图7是说明超声波传感器的空间的配置等的变形例的俯视图。
图8是说明超声波传感器的制造方法的一个例子的图。
图9是说明超声波传感器的制造方法的一个例子的图。
图10是说明超声波传感器的制造方法的一个例子的图。
图11是表示比较例的构成例的立体图。
图12是表示试验例的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下的说明示出本发明的一方式，在本发明的范围内能够任意地变更。在各图中，附加了相同的符号的部分表示同一部件，并适当地省略说明。
实施方式1
超声波设备
图1是表示安装了超声波传感器的超声波设备的构成例的剖视图。如图示那样，超声波探测器I通过具备超声波传感器1、与超声波传感器1连接的柔性印刷电路基板(FPC基板2)、从装置终端(未图示)引出的电缆3、对FPC基板2以及电缆3进行中继的中继基板4、保护超声波传感器1、FPC基板2以及中继基板4的壳体5、以及被填充在壳体5以及超声波传感器1之间的耐水性树脂6等而构成。
从超声波传感器1发送超声波。另外，从测定对象物反射的超声波被超声波传感器1接收。基于这些超声波的波形信号，在超声波探测器I的装置终端中，检测与测定对象物有关的信息(位置、形状等)。
根据超声波传感器1，如后述那样，能够实现超声波传感器元件的高密度化，并维持良好的声音特性。因此，通过安装超声波传感器1，成为各种特性优异的超声波设备。本发明也能够应用于对超声波的发送最优化的发送专用型、对超声波的接收最优化的接收专用型、对超声波的发送以及接收最优化的收发一体型等任意的超声波传感器。能够安装超声波传感器1的超声波设备并不限定于超声波探测器I。
超声波传感器
整体构成
图2是表示超声波传感器的构成例的分解立体图。图3中的(a)～(b)是表示图2的超声波传感器的构成例的放大图。其中，图3中的(a)是表示图2的超声波传感器元件的构成例的放大图，图3中的(b)是表示图2的基板的构成例的放大图。
超声波传感器1通过包含超声波传感器元件310、声音匹配层13、透镜部件20、以及包围板40而构成。超声波传感器元件310通过包含被形成在基板10的空间12、振动板50、以及压电元件300而构成。
在将相互正交的两个轴设为X轴以及Y轴，将由X轴以及Y轴形成的平面设为XY平面时，基板10沿XY平面。以下，将X轴称为第一方向X，将Y轴称为第二方向Y，将与第一方向X以及第二方向Y均垂直的Z轴称为第三方向Z。
在基板10形成有多个隔壁11。通过多个隔壁11，沿第一方向X以及第二方向Y，划分多个空间12。基板10能够使用Si单晶基板。基板10并不限定于上述的例子，也可以使用SOI基板、玻璃基板等。
空间12形成为交错状。另外，空间12以在第三方向Z贯通基板10的方式形成。空间12从第三方向Z观察时为正方形(第一方向X与第二方向Y的长度的比为1：1)。空间12也可以从第三方向Z观察时为长方形(第一方向X与第二方向Y的长度的比为1：1以外)。
振动板50以堵住空间12的方式被设置在基板10上。以下，将振动板50的基板10侧的面称为第一面50a，将与该第一面50a对置的面称为第二面50b。振动板50由被形成在基板10上的弹性膜51、和被形成在弹性膜51上的绝缘体层52构成。该情况下，由弹性膜51构成第一面50a，由绝缘体层52构成第二面50b。弹性膜51由二氧化硅(SiO2)等构成，绝缘体层52由氧化锆(ZrO2)等构成。弹性膜51也可以不是与基板10独立的部件。也可以将基板10的一部分较薄地进行加工，并将其作为弹性膜使用。
振动板50的第二面50b侧中，在与空间12对应的部分设有压电元件300。压电元件300通过包含第一电极60、第一电极60上的压电体层70、以及压电体层70上的第二电极80而构成。在超声波传感器1中，第一电极60是能够在第一方向X按照每四列进行驱动的独立电极，第二电极80是在第二方向Y延伸的每四列共用的共用电极。根据驱动电路、布线的情况，也可以第一电极为共用电极，第二电极为独立电极。
通过向第一电极60以及第二电极80供给电信号，压电体层70位移。相反，由于压电体层70的位移，从第一电极60以及第二电极80得到电信号。根据这样的压电元件300的位移，从超声波传感器1收发超声波。压电元件300的挠曲区域被空间12确保。
对超声波的收发发挥作用的是被设置在振动板50的第二面50b侧中，与空间12对应的部分的压电元件300。如上述，由于空间12被形成为交错状，所以在超声波传感器1中，对超声波的收发发挥作用的压电元件300也被配置为交错状。
另一方面，与压电元件300相比在第二方向Y侧设有虚拟压电元件300dm。虚拟压电元件300dm通过具备夹在第一电极60以及第二电极80之间的虚拟压电体层70dm而构成。虚拟压电元件300dm被设置在振动板50的第二面50b侧中与隔壁11对应的部分，对超声波的收发实际上不发挥作用。相反来说，即使配置虚拟压电元件300dm，对超声波的收发效率也不产生较大的负面影响。
通过设置虚拟压电元件300dm，在振动板50的第二面50b侧中与隔壁11对应的部分(振动板50的第二面50b侧中不与空间12对应的部分)，能够防止第一电极60与第二电极80通电。
这样，在超声波传感器1中，与空间12对应的压电元件300、和与隔壁11对应(不与空间12对应)的虚拟压电元件300dm混在一起。更具体而言，在超声波传感器1中，沿着第一方向X以及第二方向Y，压电元件300与虚拟压电元件300dm被交替设置。
通过包含被形成在基板10的空间12、振动板50、以及压电元件300构成超声波传感器元件310。通过在超声波传感器元件310设置声音匹配层13、透镜部件20以及包围板40，成为超声波传感器1。
声音匹配层13被设置在空间12内。通过具备声音匹配层13，能够防止在压电元件300以及测定对象物之间声音阻抗急剧变化，其结果，能够防止超声波的传播效率降低。声音匹配层13例如能够由硅树脂构成，但并不限定于上述的例子。
透镜部件20被设置在基板10的与振动板50相反的一侧。这里，上述的声音匹配层13也具有透镜部件20与基板10的粘合功能。使声音匹配层13夹在透镜部件20与基板10(隔壁11)之间，构成超声波传感器1。
包围板40被设置在振动板50的第二面50b侧。通过包围板40，覆盖压电元件300的周围的区域(包括压电元件300的上面以及侧面的区域)。被包围板40覆盖的压电元件300的周围的区域既可以被空气填满，也可以被树脂填满。
超声波传感器1构成为振动板50的与压电元件300相反的一侧成为超声波的通过区域的类型(所谓的CAV面型)。据此，能够实现来自外部的水分极难到达压电元件300的构成，所以成为使用时电安全性优异的超声波传感器1。在压电元件300为薄膜的情况下，也能够使制造时的操作性提高，所以超声波传感器1的处理变得容易。
空间的配置等
图4中的(a)～(b)是详述超声波传感器元件的空间的配置等的俯视图以及剖视图。其中，图4中的(a)是从第三方向Z观察超声波传感器元件的基板的俯视图。图4中的(b)是图4中的(a)的A－A′线剖视图。
空间12被形成为交错状。即，在第一方向X或者第二方向Y并列设置的空间12以在与处于与该并列设置方向相交的方向的空间12之间，在上述的并列设置方向偏移间距的方式形成。例如，在超声波传感器1中，在第一方向X并列设置的空间12以在与该空间12相比处于第二方向Y侧的空间12之间，向第一方向X偏移间距的方式形成。
例如，沿第二方向Y依次将在第一方向X并列设置的空间12的列称为N列、N+1列、N+2列、N+3列···(N为正整数)。第N列的空间12N隔着隔壁11N，沿第一方向X并列设置。同样地，第N+1列的空间12N+1隔着隔壁11N+1，第N+2列的空间12N+2隔着隔壁11N+2，第N+3列的空间12N+3隔着隔壁11N+3，沿第一方向X并列设置。
在与第N+1列的空间12N+1相比第二方向Y的一侧(图4的左侧)有第N列的空间12N。第N+1列的空间12N+1以在与第N列的空间12N之间，向第一方向X偏移间距的方式形成。另外，在与第N+1列的空间12N+1相比第二方向Y的另一侧(图4的右侧)也有第N+2列的空间12N+2。第N+1列的空间12N+1以在与第N+2列的空间12N+2之间，也向第一方向X偏移间距的方式形成。
同样地，第N+3列的空间12N+3以在与第N+2列的空间12N+2之间，向第一方向X偏移间距的方式形成。第N+3列的空间12N+3以在与第N+4列(未图示)的空间之间，也向第一方向X偏移间距的方式形成。
该情况下，例如，划分第N+2列的空间12N+2的隔壁11N+2位于第N+1列的空间12N+1与第N+3列的空间12N+3之间。由此，能够确保第N+1列的空间12N+1与第N+3列的空间12N+3之间的壁厚C。因此，能够抑制基板10整体受到各个压电元件300的位移的影响，即使在使超声波传感器元件310高密度集合的情况下，也能够防止结构串扰的产生。
这里，针对第N列的空间12N，以通过该空间12N的中心的方式向第二方向Y描画虚拟线LN。同样地，针对第N+1列的空间12N+1描画虚拟线LN+1，针对第N+2列的空间12N+2描画虚拟线LN+2，针对第N+3列的空间12N+3描画虚拟线LN+3。该情况下，若虚拟线LN+1向虚拟线LN以及虚拟线LN+2的至少一方偏移(不为同一直线状)，则满足上述的交错状。另外，若虚拟线LN+3向虚拟线LN+2以及虚拟线LN+4(未图示)的至少一方偏移(不为同一直线状)，则满足上述的交错状。
另一方面，在第一方向X并列设置的空间12以第二方向Y的每M列的周期向第一方向X偏移的情况下，虚拟线LN与虚拟线LN+M位于同一直线状(M是正整数)。在第一方向X并列设置的空间12也可以以第二方向Y的每两列、每三列、每四列、或者每个上述以上的列的周期向第一方向X偏移。在超声波传感器1中，在第一方向X并列设置的空间12以第二方向Y的每两列的周期向第一方向X偏移。换句话说，虚拟线LN与虚拟线LN+2处于同一直线状，虚拟线LN+1与虚拟线LN+4(未图示)处于同一直线状。若空间12的偏移周期较小，则相应地，空间12的配置简单化，进而基板10的构成简单化。
这里，优选虚拟线LN+1通过划分第N列的空间12N的隔壁11N、划分第N+2列的空间12N+2的隔壁11N+2。在超声波传感器1中，第N+1列的空间12N+1被形成为相对于第N列的空间12N、第N+2列的空间12N+2，在第一方向X偏移半个间距。换句话说，虚拟线LN+1以在第一方向1：1地分割隔壁11N、隔壁11N+2的方式进行配置。据此，能够合适地确保第N+1列的空间12N+1与第N+3列的空间12N+3之间的壁厚C。
在超声波传感器1中，如上述那样，虚拟线LN与虚拟线LN+2处于同一直线状。因此，能够容易地实现虚拟线LN+1通过隔壁11N、隔壁11N+2的构成。因此，能够可靠地防止结构串扰的产生。
但是，空间12向第一方向X偏移的程度并不限定。只要规定的空间12向第一方向X偏移，则能够与该偏移量对应地确保空间12的壁厚C。空间12的配置能够进行各种变形。
图5～图7是说明超声波传感器的空间的配置等的变形例的俯视图。在图5中的(a)所示的基板10A中，第N+1列的空间12N+1向第一方向X偏移的间距程度较小。即，虚拟线LN+1通过第一列的空间12N、第N+2列的空间12N+2。虽说如此，在该情况下，在空间12被形成为交错状的部分，也能够确保壁厚C。
在图5中的(b)所示的基板10B中，在第一方向X并列设置的空间12以第二方向Y的每三列的周期向第一方向X偏移。第N+1列的空间12N+1被形成为相对于第N列的空间12N，向第一方向X大约偏移1/3间距。而且，第N+2列的空间12N+2被形成为相对于第N列的空间12N，向第一方向X偏移大约2/3间距。在该情况下，在空间12被形成为交错状的部分，也能够确保壁厚C。
在图6所示的基板10C中，第N+1列的空间12N+1的一部分被形成为相对于第N列的空间12N、第N+2列的空间12N+2、以及第N+3列的空间12N+3，向第一方向X偏移。在该情况下，在空间12被形成为交错状的部分，也能够确保壁厚C。
在图7所示的基板10D中，空间12从第三方向Z观察时为长方形(第一方向X与第二方向Y的长度的比例如为1：1以外)。在该情况下，在空间12被形成为交错状的部分，也能够确保壁厚C。
上述的图4的构成与上述的图5～图7的构成能够相互组合。上述的图5～图7的构成彼此也能够相互组合。本发明并不限定于上述的构成例。也可以在第二方向Y并列设置的空间以在与该空间相比处于第一方向X侧的空间之间，向第二方向Y偏移间距的方式形成。在本发明的范围，只要空间12的至少一部分在第一方向X或者第二方向Y被形成为交错状即可。
压电元件等
压电元件300通过包含厚度大约为0.2μm的第一电极60；厚度大约为3.0μm以下，优选厚度大约为0.5～1.5μm的压电体层70；以及厚度大约为0.05μm的第二电极80而构成。在超声波传感器1中，相对于上述的空间12被形成为交错状，而沿第一方向X以及第二方向Y，交替设置压电元件300和虚拟压电元件300dm。虚拟压电体层70dm的构成与压电体层70相同。也可以使虚拟压电体层70dm的构成与压电体层70不同。
基于被设置在振动板50的第二面50b侧中与空间12对应的区域的压电元件300的位移，收发超声波。将第一方向X设为扫描方向，将第二方向Y设为分层方向时，超声波传感器1在扫描方向进行扫描，并且按照在分层方向延伸的每列进行超声波的收发。由此，能够在扫描方向连续获取分层方向的传感检测信息。
在本实施方式中，通过压电体层70的位移，而至少振动板50以及第一电极60位移。即，在本实施方式中，至少振动板50以及第一电极60实际上具有作为振动板的功能。但是，也可以不设置弹性膜51以及绝缘体层52的任意一方，或者双方，而仅第一电极60作为振动板发挥作用。在基板10上直接设置第一电极60的情况下，优选利用绝缘性的保护膜等保护第一电极60。
虽然未图示，但也可以在压电元件300与振动板50之间设置其它的层。例如，也可以在压电元件300与振动板50之间设置用于使紧贴性提高的紧贴层。这样的紧贴层例如，能够由氧化钛(TiOX)层、钛(Ti)层或者氮化硅(SiN)层等构成。
压电元件300从第三方向Z观察时，处于空间12的内侧的区域。即，压电元件300的第一方向X以及第二方向Y均比空间12短。但是，压电元件300的第一方向X比空间12长的情况、压电元件300的第二方向Y比空间12长的情况也包含于本发明。
第一电极60、第二电极80的材料只要是具有导电性的材料则并不限制。作为第一电极60、第二电极80的材料，能够列举金属材料、氧化锡系导电材料、氧化锌系导电材料、氧化物导电材料等。金属材料是白金(Pt)、铱(Ir)、金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、不锈钢等。氧化锡系导电材料是氧化铟锡(ITO)，氟掺杂氧化锡(FTO)等。氧化物导电材料是氧化锌系导电材料、钌酸锶(SrRuO3)，镍酸镧(LaNiO3)、元素掺杂钛酸锶等。第一电极60、第二电极80的材料也可以是导电性聚合物等。
压电体层70按照每个空间12进行图案化来构成，并被上述的第一电极60以及第二电极80夹持。压电体层70例如通过包含具有ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物而构成。作为这样的复合氧化物，若使用抑制了铅的含量的非铅系材料，则能够减少环境负担。作为非铅系材料，例如，能够列举包含钾(K)、钠(Na)以及铌(Nb)的KNN系的复合氧化物等。
ABO3钙钛矿型结构，即，ABO3型结构的A位配位12个氧，另外，B位配位6个氧形成八面体(octahedron)。在使用了KNN系的复合氧化物的例子中，N、Na位于A位，Nb位于B位，其组成式例如表现为(K，Na)NbO3。
KNN系的复合氧化物也可以包含其它的元素。作为其它的元素，能够列举与压电体层70的A位的一部分置换的锂(Li)、铋(Bi)、钡(Ba)、钙(Ca)、锶(Sr)、钐(Sm)、铈(Ce)、与压电体层70的B位的一部分置换的锰(Mn)、锌(Zn)、锆(Zr)、镁(Mg)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、钛(Ti)、等。
虽然优选KNN系的复合氧化物不包含铅，但作为其它的元素，也可以包含与A位的一部分置换的Pb(铅)。其它的元素的例子并不限定于上述，也能够列举钽(Ta)、锑(Sb)、银(Ag)等。这些其它的元素也可以包含两种以上。一般来说，其它的元素的量相对于成为主成分的元素的总量在15％以下，优选在10％以下。有时通过利用其它的元素，能够实现各种特性的提高、构成以及功能等的多样化。即使是利用了其它的元素的复合氧化物的情况下，也优选构成为具有ABO3钙钛矿结构。
作为非铅系材料，除了上述的KNN系的复合氧化物之外，还能够列举包含铋(Bi)以及铁(Fe)的BFO系的复合氧化物、包含铋(Bi)、钡(Ba)、铁(Fe)以及钛(Ti)的BF－BT系的复合氧化物。在使用了BFO系的复合氧化物的例子中，Bi位于A位，Fe、Ti位于B位，其组成式例如表现为BiFeO3。在使用了BF－BT系的复合氧化物的例子中，Bi、Ba位于A位，Fe、Ti位于B位，其组成式例如表现为(Bi，Ba)(Fe，Ti)O3。
BFO系的复合氧化物、BF－BT系的复合氧化物也可以包含其它的元素。其它的元素的例子如上述。另外，也可以在BFO系的复合氧化物、BF－BT系的复合氧化物包含构成KNN系的复合氧化物的元素。
压电体层70也可以以非铅系材料以外的复合氧化物为主成分构成。作为非铅系材料以外的复合氧化物，例如，能够列举锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3；PZT)系的复合氧化物。据此，容易实现压电元件300的位移提高。当然，PZT系的复合氧化物也可以包含其它的元素。其它的元素的例子如上述。
这些具有ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物也包含有由于缺损/过度而从化学计量的组成偏离的复合氧化物、元素的一部分置换为其它的元素的复合氧化物。即，只要能够得到钙钛矿结构，则不用说由于晶格失配、氧缺损等引起的不可避免的组成的偏离，也允许元素的一部分置换等。
制造方法
接下来，对超声波传感器1的制造方法的一个例子进行说明。图8～图10示出超声波传感器的制造方法的各工序。各图分别示出从第三方向Z观察到的俯视图、a－a′线剖视图、以及b－b′线剖视图。a－a′线沿第一方向X，b－b′线沿第二方向Y。
首先，在基板用硅晶圆110(10)的表面通过热氧化等形成由氧化硅构成的弹性膜51。其后，在弹性膜51上使锆成膜，并通过热氧化等形成由氧化锆构成的绝缘体层52。
然后，如图8所示，利用溅射法、蒸镀法等在绝缘体层52上形成第一电极60，第一电极60以成为规定的形状的方式进行图案化。接下来，如图9所示，在第一电极60以及振动板50上层叠压电体层70。压电体层70例如能够使用通过对在溶剂溶解/分散金属络合物后的溶液进行涂覆干燥，并进一步以高温烧制来得到由金属氧化物构成的压电材料的CSD(Chemical Solution Deposition：化学溶液沉积)法形成。并不限定于CSD法，例如，也可以使用溶胶－凝胶法、激光烧蚀法、溅射法、脉冲激光沉积法(PLD法)、CVD法、以及气溶胶沉积法等。
接下来，按照压电元件300对压电体层70进行图案化。接下来，利用溅射法、热氧化等在压电体层70、第一电极60、以及振动板50(振动板50的第二面50b)的表面形成第二电极80。然后，对第二电极80进行图案化，使其按照第二方向Y的每一列分割并且使其按照第一方向X的每一列连续。由此，在振动板50的第二面50b上形成包含第一电极60、压电体层70、以及第二电极80的压电元件300。
并且，在基板用硅晶圆110(10)的与压电元件300相反的一侧的表面设置抗蚀剂(未图示)，以规定形状对该抗蚀剂进行图案化形成掩膜(未图示)。然后，如图10所示，经由该掩膜，对基板用硅晶圆110(10)进行干式蚀刻。由此，在基板10的与压电元件300对置的区域形成空间12。干式蚀刻例如与湿式蚀刻相比，虽然需要加工时间，但能够不在意硅基板的晶面取向而以较高的精度进行加工。根据空间12的长宽比(第一方向X与第二方向Y的长度的比)、形状等，有使用了KOH等碱溶液的各向异性蚀刻(湿式蚀刻)困难的情况。在这样的情况下，根据干式蚀刻，也能够合适地形成空间12等。当然，根据空间12的长宽比(第一方向X与第二方向Y的长度的比)、形状等，也能够进行上述的湿式蚀刻。
在形成掩膜的工序中，也在与虚拟压电元件300dm对置的基板用硅晶圆110(10)的表面的一部分设置掩膜。由此，隔壁11交错状地残留，空间12形成为交错状。
其后，依次设置各部件，制成图2等所示的超声波传感器1。即，通过粘合剂，在超声波传感器元件310侧接合包围板40。然后，在空间12内设置声音匹配层13，并经由该声音匹配层13接合透镜部件20。也可以在设置了声音匹配层13以及透镜部件20之后，在超声波传感器元件310侧接合包围板40。
【实施例】
以下，示出实施例，对本发明进行更具体的说明。但是，本发明并不限定于以下的实施例。
实施例1
制成了按照上述的实施方式的超声波传感器1。第N列的空间12N与第N+2列的空间12N+2之间的壁厚C(CAV壁厚)为57μm。第一电极60在第一方向X上延伸四列，第二电极80在第二方向Y上延伸四列。超声波传感器元件310在每一列被设置29个，即共计设置116个。
比较例1～比较例2
如图11中的(a)～(b)所示，不将空间12形成为交错状(将空间12形成为网格状)，而制成了超声波传感器。
对于比较例1的超声波传感器来说，第N列的空间12N与第N+2列的空间12N+2之间的壁厚C为25.5μm。第一电极60在第一方向X上延伸三列，第二电极80在第二方向Y上延伸三列。超声波传感器元件310在每一列被设置44个，即共计设置132个(现有构成1)。
对于比较例2的超声波传感器来说，第N列的空间12N与第N+2列的空间12N+2之间的壁厚C为9μm。第一电极60在第一方向X上延伸四列，第二电极80在第二方向Y上延伸四列。超声波传感器元件310在每一列被设置59个，即共计设置236个(现有构成2)。
位移测定
针对实施例1以及比较例1～2的超声波传感器，测定了位移。位移的测定使用了NEOARK社制的光外差微振动测定装置(MODEL MLD－230D)。结果如表1以及图12所示。
【表1】
根据表1以及图12的结果，确认了在实施例1中，将空间12形成为交错状，相应地虽然超声波传感器元件310的数目与比较例1～2相比减少，但能够实现位移特性的提高到抵消该减少的量的程度。具体而言，虽然比较例1的超声波传感器与比较例2的超声波传感器相比能够得到两倍的位移量，但实施例1的超声波传感器能够得到该比较例1的超声波传感器的大约1.13倍的位移。这是因为在实施例1中，能够防止结构串扰。
其它的实施方式
以上，对本发明的一实施方式进行了说明。但是，本发明的基本的构成并不限定于上述的方式。例如，作为独立电极的第一电极也可以是能够在X轴方向按照每一列进行驱动的电极。
另外，多个空间12也可以一维状，即、沿第一方向X或者第二方向Y方向被形成在基板。该情况下，空间12以与在其并列设置方向相邻的空间12之间，向与上述的并列设置方向相交的方向偏移(不处于同一直线状)的方式形成即可。在以通过空间12N+1的中心的方式，向空间12的并列设置方向描画虚拟线LN+1时，虚拟线LN+1只要与虚拟线LN以及虚拟线LN+2的至少一方不同，则满足上述的交错状。
本发明也能够应用于发送专用型、接收专用型、收发一体型等任意的超声波传感器。另外，本发明的超声波传感器能够应用于各种超声波设备。特别是CAV面型的超声波传感器与ACT面型的超声波传感器相比，使用时的电安全性优异。因此，CAV面型的超声波传感器也能够合适地使用于从安全性等方面特别厌恶漏电电流的医疗用的设备，例如超声波诊断装置、血压计以及眼压计。
本发明的超声波传感器能够作为各种压力传感器使用。例如，在打印机等液体喷射装置中，也能够作为检测墨水的压力的传感器应用。另外，本发明的超声波传感器的构成也能够合适地应用于超声波马达、压电变压器、振动除尘装置、压力电转换机、超声波发送机以及加速度传感器等。利用这种超声波传感器的构成得到的完成体，例如，安装了上述的超声波传感器的机器人等也包含于超声波设备。
在附图中示出的构成要素，即、各部的形状、大小、层的厚度、相对的位置关系、反复单位等有为了对本发明进行说明而夸张地示出的情况。另外，本说明书的“上”这样的用语并不限定构成要素的位置关系为“正上”。例如，“振动板上的压电元件”这样的表现并不排除在振动板与压电元件之间包含其它的构成要素。
附图标记说明
I…超声波探测器，1…超声波传感器，2…FPC基板，3…电缆，4…中继基板，5…壳体，6…耐水性树脂，10、10A～10D…基板，11…隔壁，12…空间，13…声音匹配层，20…透镜部件，40…包围板，50…振动板，50a…第一面，50b…第二面，51…弹性膜，52…绝缘体层，60…第一电极，70…压电体层，70dm…虚拟压电体层，80…第二电极，300…压电元件，300dm…虚拟压电元件，310…超声波传感器元件。

Claims (3)

1.一种超声波传感器，其特征在于，
在将相互正交的两个轴设为X轴以及Y轴，并将由上述X轴以及上述Y轴形成的平面设为XY平面时，
具备：沿着上述XY平面的基板；
沿着上述X轴方向以及上述Y轴方向的至少一个方向被形成于上述基板的多个空间；
振动板，其以堵住上述空间的方式被设置在上述基板上，且具有上述基板侧的第一面以及与该第一面对置的第二面；以及
压电元件，其被设置在上述振动板的上述第二面侧中与空间对应的部分，并发送和/或接收超声波，
上述空间的至少一部分被形成为交错状，
上述压电元件构成为包含第一电极、上述第一电极上的压电体层、以及上述压电体层上的第二电极，
上述第一电极是能够在上述X轴方向上按照每一列或者多列进行驱动的独立电极，
上述第二电极是在上述Y轴方向上延伸的每一列共用的共用电极，
上述空间的至少一部分以向上述X轴方向偏移间距的方式被形成，
在上述X轴方向上偏移间距而形成的上述空间的处于上述Y轴方向侧的空间在第一方向上隔着隔壁被并列设置，
在上述振动板的上述第二面侧中与上述隔壁对应的部分设置有夹在上述第一电极以及上述第二电极之间的虚拟压电体层。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，
在上述X轴方向上偏移间距而形成的上述空间的处于上述Y轴方向侧的空间在第一方向上隔着隔壁被并列设置，
在以通过在上述X轴方向上偏移间距而形成的上述空间的中心的方式向Y轴方向描画虚拟线时，
上述虚拟线通过上述隔壁。
3.一种超声波传感器的制造方法，其特征在于，
其为在将相互正交的两个轴设为X轴以及Y轴，并将由上述X轴以及上述Y轴形成的平面设为XY平面时，
具备：沿着上述XY平面的基板；
沿着上述X轴方向以及上述Y轴方向的至少一个方向被形成于上述基板的多个空间；
振动板，其以堵住上述空间的方式被设置在上述基板上，且具有上述基板侧的第一面以及与该第一面对置的第二面；以及
压电元件，其被设置在上述振动板的上述第二面侧中与空间对应的部分，并发送和/或接收超声波的超声波传感器的制造方法，
将上述空间的至少一部分形成为交错状，
上述压电元件构成为包含第一电极、上述第一电极上的压电体层、以及上述压电体层上的第二电极，
上述第一电极是能够在上述X轴方向上按照每一列或者多列进行驱动的独立电极，
上述第二电极是在上述Y轴方向上延伸的每一列共用的共用电极，
上述空间的至少一部分以向上述X轴方向偏移间距的方式被形成，
在上述X轴方向上偏移间距而形成的上述空间的处于上述Y轴方向侧的空间在第一方向上隔着隔壁被并列设置，
在上述振动板的上述第二面侧中与上述隔壁对应的部分设置有夹在上述第一电极以及上述第二电极之间的虚拟压电体层。
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