超声波器件以及超声波测量装置制造方法及图纸

提供一种超声波器件以及超声波测量装置，能够在维持超声波的发送接收灵敏度高的同时超声波的发送接收控制容易，并且还能够抑制混响振动。超声波器件具备：振动膜，具有能够通过振动元件振动的振动区域；以及减震层，设置成覆盖所述振动膜的所述振动区域，所述减震层的厚度尺寸为13μm以上且25μm以下。

Ultrasound Devices and Ultrasound Measuring Devices

The invention provides an ultrasonic device and an ultrasonic measuring device, which can maintain the high transmission and reception sensitivity of the ultrasonic wave, at the same time, the transmission and reception control of the ultrasonic wave is easy, and the reverberation vibration can be suppressed. The ultrasonic device has: a vibration film, a vibration region through which the vibration element can vibrate; and a shock absorbing layer, which is arranged to cover the vibration region of the vibration film, and the thickness of the shock absorbing layer is more than 13 micron and less than 25 micron.

【技术实现步骤摘要】
超声波器件以及超声波测量装置
本专利技术涉及超声波器件以及超声波测量装置。
技术介绍
以往，已知有对对象物输出超声波的超声波器件(例如，参照专利文献1)。专利文献1中记载的超声波器件(超声波传感器)具备：振动膜(膜片)，通过蚀刻支承层的局部而形成；以及压电层叠体，在该振动膜上层叠有下部电极、压电膜以及上部电极。而且，在该超声波器件中设置有碳氟化合物的薄膜，以覆盖设置有振动膜的压电层叠体一侧的表面。在这样的超声波器件中，通过对压电层叠体的下部电极及上部电极施加电压，使振动膜振动，该振动膜的振动直接作用于空气产生疏密波从而向空气中发送超声波。为此，在这样的超声波器件中，不需要另外设置用于获得声阻抗匹配的层(声匹配层)等，可实现结构简化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-183437号公报。然而，当设为使振动膜单独振动的构成时，存在如下问题：振动膜自身的Q值变高而超声波的发送接收控制变困难，此外，发送超声波后的混响振动(振动拖尾)也变长，超声波的发送接收精度降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供超声波的发送接收精度高的超声波器件以及超声波测量装置。本专利技术的一个应用例提供一种超声波器件，其特征在于，具备：振动膜，具有能够通过振动元件振动的振动区域；以及减震层，设置成覆盖所述振动膜的所述振动区域，所述减震层的厚度尺寸为13μm以上且25μm以下。在本应用例中，在振动膜上设置有能够通过振动元件振动的振动区域，在覆盖该振动区域的位置设置有厚度尺寸为13μm以上且25μm以下的减震层。在此，当设置于振动膜的减震层的厚度尺寸超过25μm时，振动区域的振动被减震层阻碍。此时，在发送超声波时振动区域无法以足够位移振动，超声波的发送灵敏度(超声波的声压)降低。此外，在接收超声波时，由于接收超声波引起的振动膜位移也变小而接收灵敏度也降低。而且，当设置于振动膜的减震层的厚度尺寸小于13μm时，振动区域振动时的混响振动(振动拖尾)变长，超声波的发送接收精度降低。相对于此，当如上所述那样设置13μm以上且25μm以下的厚度尺寸的减震层时，由于抑制减震层对振动区域的振动阻碍，能够提高超声波的发送接收灵敏度。除此以外，通过减震层还能够抑制混响振动发生，从而能够提高超声波的发送接收灵敏度。此外，由于通过在振动膜设置减震层，还能够降低振动膜自身的Q值，因此超声波的发送接收所涉及的控制也变得容易。在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述减震层由杨氏模量为150MPa以下的原材料构成。在本应用例中，减震层的杨氏模量为150MPa以下。当形成例如由碳氟化合物膜、聚四氟乙烯(PTFE)等杨氏模量高的原材料构成的层作为减震层时，减震层阻碍振动区域的振动。相对于此，通过使用由上述那样的杨氏模量构成的减震层，能够适当地抑制阻碍振动区域振动的不良情况。在本应用例的超声波器件中，优选的是，所述振动元件是压电元件，所述压电元件具备：下部电极，设置于所述振动膜的一表面；压电体层，层叠于所述下部电极；以及上部电极，层叠于所述压电体层，所述减震层设置于所述振动膜的设置所述压电元件的所述一表面。在本应用例中，振动元件由层叠了下部电极、压电体层以及上部电极的压电元件构成。在这样的压电元件中，通过对下部电极和上部电极之间施加电压，能够使压电体层变形，从而能够通过该压电体层的变形使振动区域振动而发送超声波。此外，当超声波输入至振动膜的振动区域时，振动区域位移。由此，在下部电极和上部电极之间产生与设置于振动区域的压电体层的位移量对应的电位差，通过检测该电位差能够检测超声波的接收。而且，在本应用例中，减震层设置于振动膜的配置压电体层的一侧。即，成为通过减震层覆盖压电元件的构成，从而能够保护压电元件。例如，能够抑制发生起因于水滴附着于压电体层的压电体层烧损等。在本应用例的超声波器件中，优选的是，以在通过所述振动元件使所述振动区域振动时发送超声波的方向设为第一方向，所述减震层设置于所述振动膜的与所述第一方向相反一侧的表面。通过本应用例的超声波器件，当在向空气中发送超声波时，在振动膜的成为发生超声波的方向(第一方向)一侧的一表面设置减震层时，超声波经由减震层发送至空气中。此时，超声波被减震层衰减。相对于此，在本应用例中，由于在振动膜的与第一方向相反一侧设置减震层，因此能够使超声波无衰减地发送至空气中，而且能够在振动区域无衰减地接收来自空气中的超声波。本专利技术涉及的一个应用例提供一种超声波测量装置，其特征在于，具备：上述那样的超声波器件；以及控制上述超声波器件的控制部。在本应用例中，如上所述，在超声波器件中设置减震层，由此超声波的发送接收控制变得容易。此外，由于振动区域的振动不受减震层阻碍，因此能够提高超声波的发送接收灵敏度，而且还能够抑制混响振动，从而能够实施高精度的超声波的发送接收处理。因而，在超声波测量装置中，由于控制部能够容易地控制该超声波器件，能够以高发送接收精度进行超声波的发送接收，因此能够实施高精度的超声波测量。附图说明图1是示出第一实施方式的超声波器件的概略构成的俯视图。图2是第一实施方式的超声波器件的局部的截面图。图3是示出超声波器件中的减震层的厚度尺寸与振动部的最大位移量之间的关系的图。图4是示出未设置减震层时混响振动引起的脉冲宽度的图。图5是示出设置有厚度尺寸为20μm的减震层时混响振动引起的脉冲宽度的图。图6是示出开口部的宽度尺寸为170μm、200μm、260μm时减震层的厚度尺寸与脉冲宽度之间的关系的图。图7是示出以图6中减震层的厚度尺寸为0的情况为基准(100％)时脉冲宽度变化的图。图8是示出减震层的杨氏模量与振动部的振动振幅的变形效率之间的关系的图。图9是示出第二实施方式涉及的距离传感器的概略构成的图。图10是示出第一实施方式的变形例涉及的超声波器件的概略构成的截面图。图11是示出第一实施方式的其它变形例涉及的超声波器件的概略构成的截面图。附图标记说明：10、10A超声波器件；11元件基板；12压电元件；13减震层；20控制部；30驱动电路；40运算部；100距离传感器(超声波测量装置)；111基板主体部；111A开口部；111B壁部；112振动膜；112A振动部；121下部电极；122压电体层；123上部电极；Tr超声波转换器。具体实施方式第一实施方式以下，对本专利技术的第一实施方式涉及的超声波器件进行说明。图1是示出超声波器件10的概略构成的俯视图。图2是沿图1的A-A线截取时的超声波器件10的局部的截面图。如图1及图2所示，超声波器件10具备元件基板11、压电元件12以及减震层13(参照图2)而构成。在此，在以下的说明中，以元件基板11的基板厚度方向为Z方向，分别以与Z方向正交的两个轴方向为X方向及Y方向。此外，Z方向(朝向+Z一侧的方向)相当于本专利技术的第一方向，是发送超声波的方向。元件基板11的构成如图2所示，元件基板11具备基板主体部111和设置于基板主体部111的-Z一侧的振动膜112。基板主体部111是支承振动膜112的基板，例如由Si等的半导体基板构成。在此，在从Z方向观察的俯视下，如图1所示，在元件基板11上设置有多个开口部111A，多个开口部111A配置成沿着X方向及Y方向的二维阵列状。在本实施方式中，各开口部11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波器件，其特征在于，具备：振动膜，具有能够通过振动元件振动的振动区域；以及减震层，设置成覆盖所述振动膜的所述振动区域，所述减震层的厚度尺寸为13μm以上且25μm以下。

【技术特征摘要】
2017.10.26 JP 2017-2075771.一种超声波器件，其特征在于，具备：振动膜，具有能够通过振动元件振动的振动区域；以及减震层，设置成覆盖所述振动膜的所述振动区域，所述减震层的厚度尺寸为13μm以上且25μm以下。2.根据权利要求1所述的超声波器件，其特征在于，所述减震层由杨氏模量为150MPa以下的原材料构成。3.根据权利要求1或2所述的超声波器件，其特征在于，所述振动元件是压电元件，所述压电元...

【专利技术属性】
技术研发人员：大泽荣治，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP