压电元件、压电器件、探头、电子设备及超声波图像装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压电元件以及包含该压电元件的压电器件，以及利用该压电器件的探 头、电子设备以及超声波图像装置等。
【背景技术】
[0002] 如专利文献1所公开那样样，普遍知晓薄膜型的超声波换能器元件。超声波换能 器元件具备振膜。在振膜上重叠有压电体膜。在压电体膜的表面上重叠有第1电极和第2 电极。压电体膜以均匀的膜厚形成。
[0003] 现有技术文献 [0004]专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2002 - 271897号公报
【发明内容】
[0006] 发明要解决的课题
[0007] 若压电体容易产生变形，则变形量针对超声波增大，生成电压增大。如果该变形恒 定，则生成电压与被电极所夹的压电体膜的厚度成正比增大。但是，若压电体膜的厚度增 大，则会有在制造过程中容易在压电体膜中产生裂纹这样的问题。
[0008] 鉴于这样的实际情况，期望一种压电元件，其能够避免压电体产生裂纹，最大限度 地发挥压电体的压电效应。
[0009] 用于解决课题的手段
[0010] ⑴本发明的一个实施方式涉及一种压电元件，该压电元件包括：振膜；压电体， 配置在所述振膜上；第1电极，配置在所述压电体上；第2电极，配置在所述压电体上并且 是与所述第1电极隔开的位置上；以及槽，在从所述振膜的厚度方向观察的俯视下，该槽位 于所述第1电极和所述第2电极之间，并将所述压电体的表面分成两个。
[0011] 若超声波作用于振膜，则振膜进行超声波振动。对应于振膜的超声波振动，引起压 电体的变形。压电体的变形根据压电效应而在电极之间产生电压。若在压电体膜上沿水平 方向配置的第1电极和第2电极的距离增大，则即使压电体膜的厚度不增加，生成电压也会 增大。此时，在槽的作用下，压电体的厚度缩小。对应于厚度的缩小，振膜的弯曲阻抗也减 小，电极之间产生的变形变大，因此，产生大的电压。除此之外，压电元件中，与压电体的表 面平行地施加电压，因此和与表面垂直地施加电压的情况相比，在压电体中充分地残留极 化。其结果，在产生压电效应时，能够省略（或者缩小）极化电压的施加。尤其是，由于压 电体利用槽局部减少厚度，所以压电体的变形在第1电极和第2电极之间集中，能够有效地 利用压电效应。
[0012] (2)也可以是，所述槽从所述第1电极和所述第2电极之间向外侧并朝向所述压电 体的边缘延伸，并横切所述压电体的一个面。槽从压电体的边缘向边缘完全横切一个面，因 此压电体的变形最大限度地增大。生成电压最大限度地增大。
[0013] (3)也可以是，所述槽从所述第1电极和所述第2电极之间向外侧并朝向所述压电 体的边缘延伸，并在空间和所述压电体的所述边缘之间中断，该空间为所述第1电极和所 述第2电极之间的空间。这样，槽也可以不完全横切压电体的一个面。由于压电体的厚度 在电极彼此之间局部性减少，所以变形在电极彼此之间增大，能够有效利用压电效应。
[0014] (4)也可以是，所述槽在所述俯视下沿穿过所述振膜的重心的直线延伸。在振膜 中，越靠近重心位置，超声波振动时的弯曲越大。这样，若在容易弯曲的位置配置槽，则生成 电压增大。
[0015] (5)也可以是，所述振膜形成为在所述俯视下呈矩形，所述槽以与所述矩形的任一 边平行的方式延伸设置。振膜的弯曲在距相互平行延伸的两条边等距离的中间位置最大。 这样，若槽在容易弯曲的位置延伸，则生成电压增大。
[0016] (6)也可以是，所述压电体形成为在所述俯视下相对于所述直线呈线对称。压电体 的动作维持对称性。因而，在振膜振动时，压电体的动作稳定。
[0017] (7)也可以是，在所述槽中形成有拉伸弹性模量比所述压电体小的保护膜。这样， 防止压电体受到水等的影响。由于保护膜的拉伸弹性模量比压电体小，所以不妨碍振膜振 动。
[0018] (8)也可以是，所述保护膜填充在所述槽中的声调节层。这样，声调节层能够兼用 作保护膜。
[0019] (9)也可以是，在所述俯视下，所述第1电极的沿所述槽的纵长方向的宽度以及所 述第2电极的沿所述槽的纵长方向的宽度小于所述压电体的沿所述槽的纵长方向的宽度。 能够尽量避免第1电极以及第2电极和振膜的边缘的重叠。第1电极以及第2电极不妨碍 振膜振动。
[0020] (10)也可以是，在所述俯视下，所述压电体仅配置在所述振膜的区域内。压电体不 妨碍振膜振动。
[0021] (11)也可以是，所述压电体的在所述槽处沿所述厚度方向确定的厚度^和所述压 电体的在所述槽以外处沿所述厚度方向确定的厚度t2之间满足下式的关系：
[0022] O
[0023] 根据发明人的检验，确认到如下情况：若这样的关系成立，则变形在槽处集中，能 够实现槽的效果。
[0024] (12)也可以是，所述厚度&和所述厚度12之间满足下式关系：
[0025] O
[0026] 确认到如下情况：若这样的关系成立，则槽64有助于有效提高接收灵敏度。
[0027] (13)也可以是，所述厚度&和所述厚度t2之间满足下式关系：
[0028] O
[0029] 若厚度比设定为0.4以上，则能够最大限度地提高生产率。
[0030] (14)压电元件能够组装到压电器件中行使用。此时，压电器件包括：所述压电元 件；第2振膜；第2压电体，配置在所述第2振膜上；第3电极，配置在所述第2压电体上； 第4电极，配置在所述第2压电体上并且是与所述第3电极隔开的位置上；第2槽，在从所 述第2振膜的厚度方向观察的俯视下，位于所述第3电极和所述第4电极之间，并将所述第 2压电体的表面分成两个；以及导电体部，对所述第2电极和所述第3电极进行电连接。由 于两个压电元件串联，所以由于变形而产生的电压增加，灵敏度上升。
[0031] (15)压电元件能够组装到压电器件中使用。此时，也可以是，压电器件包括：所述 压电元件；第2振膜；第3电极；配置在所述第2振膜上；第2压电体，配置在所述第3电极 上；以及第4电极，配置在所述第2压电体上。由振膜、压电体、第1电极以及第2电极形成 的压电元件能够在接收声波时使用，从而由第2振膜、第2压电体、第3电极以及第4电极 形成的压电元件能够在发送声波时使用。前者的压电元件与后者的压电元件相比具有高的 灵敏度，所以提高了声波的分辨率。
[0032] (16)压电元件能够组装到探头中使用。此时，可以是，探头具有多个所述压电元 件。若在压电体膜上沿水平方向配置的第1电极和第2电极的距离增大，则即使压电体膜 的厚度不增大，生成电压也增大。此时，在槽的作用下，压电体的厚度缩小。对应于厚度的 缩小，振膜的弯曲阻抗减小，在电极间产生的变形变大，因此，产生大的电压。除此之外，在 压电元件中，与压电体的表面平行地施加电压，因此和与表面垂直地施加电压的情况相比， 在压电体中会充分地残留极化。其结果，在产生压电效应时，能够省略（或者缩小）极化电 压的施加。
[0033] (17)压电器件能够组装到探头中使用。此时，可以是，探头具有多个压电器件。在 探头中串联有两个压电元件，因此由于变形而产生的电压增加，灵敏度上升。
[0034] (18)压电器件能够组装到探头中使用。此时，可以是，探头具有多个压电器件。由 振膜、压电体、第1电极以及第2电极形成的压电元件能够在接收声波时使用，从而由第2 振膜、第2压电体、第3电极以及第4电极形成的压电元件能够在发送声波时使用。前者的 压电元件与后者的压电元件相比具有高的灵敏度，因此声波的分辨率上升。
[0035] (19)压电元件能够组装到电子设备中使用。此时，可以是，电子设备具有多个所 述压电元件。若在压电体膜上沿水平方向配置的第1电极和第2电极的距离增大，则即使 压电体膜的厚度不增加，生成电压也增大。此时，在槽的作用下压电体的厚度缩小。对应于 厚度的缩小，振膜的弯曲阻抗减少，在电极间产生的变形变大，因此产生大的电压。除此之 外，在压电元件中，与压电体的表面平行地施加电压，因此与垂直于表面地施加电压的情况 相比，在压电体中会充分地残留极化。其结果，在产生压电效应时，能够省略（或者被缩小 极化电压的施加能够被）。
[0036] (20)压电器件能够组装到电子设备中使用。此时，可以是，电子设备具有多个压电 器件。在电子设备中串联有两个压电元件，因此由于变形而产生的电压增加，灵敏度上升。
[0037] (21)压电器件能够组装到电子设备中使用。此时，可以是，电子设备具有多个压 电器件。由振膜、压电体、第1电极以及第2电极形成的压电元件能够在接收声波时使用， 从而由第2振膜、第2压电体、第3电极以及第4电极形成的压电元件能够在发送声波时使 用。前者的压电元件与后者的压电元件相比具有高的灵敏度，因此提高了声波的分辨率。
[0038] (22)也可以是，电子设备包括：极化电路，与所述压电元件连接，并对所述压电元 件供给极化电压；接收电路，与所述压电元件连接，并根据压电效应从所述压电元件接收电 压；以及开关，切换所述极化电路以及所述接收电路对所述压电元件的连接。这样，压电元 件根据需要适当地极化。由于适当地维持极化状态，因此适当地维持灵敏度。
[0039] (23)压电元件能够组装到超声波图像装置中使用。此时，可以是，超声波图像装置 具有多个所述压电元件。若在压电体膜上沿水平方向配置的第1电极和第2电极的距离增 大，则即使压电体膜的厚度不增加，生成电压也会增大。此时，在槽的作用下，压电体的厚度 缩小。对应于厚度的缩小，振膜的弯曲阻抗减小，在