JPH0476560B2 - - Google Patents

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JPH0476560B2
JPH0476560B2 JP61127335A JP12733586A JPH0476560B2 JP H0476560 B2 JPH0476560 B2 JP H0476560B2 JP 61127335 A JP61127335 A JP 61127335A JP 12733586 A JP12733586 A JP 12733586A JP H0476560 B2 JPH0476560 B2 JP H0476560B2
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JP
Japan
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electrode
vibrating body
ultrasonic
ultrasonic transducer
etching
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JP61127335A
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Japanese (ja)
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Inventor
Kenichiro Suzuki
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は超音波トランスジユーサに関し、特に
産業用ロボツトの近接覚の検出に利用することの
できる高性能かつ小型軽量の静電型空中超音波ト
ランスジユーサの製造方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ultrasonic transducer, and in particular to a high-performance, compact and lightweight electrostatic aerial transducer that can be used for detecting proximity sense in industrial robots. The present invention relates to a method of manufacturing a sonic transducer.

(従来の技術) 従来、産業用ロボツトの分野においては対象物
体の距離、大きさ、形状等の認識にCCD等の可
視光を用いる固体撮像センサが多く用いられてき
た。しかし、可視光を用いるセンサでは、対象物
体が透明であるときやセンサと対象物体との間の
媒体が塵等で汚れているとき等に用いることがで
きないという欠点がある。従つて、近年、可視光
にかわつて超音波を対象物体の認識に利用しよう
とする技術が登場した。超音波トランスジユーサ
においては、一つあるいは複数個のデバイスによ
り超音波の送波および受波を行なうので、超音波
の発振および受振を行なう機械的要素とこれを助
ける発振回路、受信回路等の電気的要素をうまく
組み合せて構成する必要がある。特に、ある面を
振動させて空気中に超音波を放射しようとすると
き、その面に対する空気の手ごたえ(音響インピ
ーダンス)は液体や固体に比べて非常に小さいの
で、大きな強度をもつ超音波の放射が困難であ
る。従つて、先に述べた機械的要素において効率
よく超音波が放射されるように設計することはも
ちろん、電気的要素においても増幅補償回路によ
り小信号を補償して受信する等の工夫が必要であ
る。しかし、現在一般に用いられている超音波ト
ランスジユーサは、この機械的要素の特性のデバ
イス間ばらつきがかなり大きく、必ずしも最適に
設計されているとは言えなかつた。さらに、機械
的要素と電気的要素とが一体の構造にされていな
いため、装置の小型軽量化が困難であるという欠
点も有していた。以下、従来例を図をあげて説明
し、同時にその欠点について述べる。第4図は従
来の超音波トランスジユーサの構成例の断面を示
す図である。図中47は、円形のアルミ合金の板
で、表面に数〜数十μmの深さをもつ複数個の穴
101が機械加工により形成されている。この穴
101の上面には、厚さ6〜20数μmのポリエス
テルの膜48が金属ケース41とアルミ合金の板
47により挾まれて固定されている。ポリエステ
ルの膜48の表面は、アルミ合金の板47と接す
る面と反対の側の表面に、金箔等による電極49
が蒸着されている。図中の43は保護スクリーン
で金属ケース41に固定されており、ポリエステ
ルの膜48が外部より破損されるのを防いでい
る。一方、アルミ合金の板47の裏面には、金属
よりなる板バネ46が取りつけられており、アル
ミ合金の板47を金属ケース41に押しつけてい
る。また、板バネ46はプラスチツクケース42
に固定されている。44,45は電極端子で、4
4は板バネ46と一体に構成されており、一方、
45は金属ケース41と一体に構成されている。
従つて、電極端子44の電位は、板バネ46を介
してアルミ合金の板47と等しく、一方、電極端
子45の電位は、金属ケース41を介して電極4
9と等しい。これより、電極端子44,45に電
圧が印加されるとき、この印加電圧と等しい電圧
がアルミ合金の板47と電極49の間に生じ、静
電気力によりポリエステルの膜48を撓ませる。
従つて、この電極端子44,45に印加する電圧
が交流で変化するとき、ポリエステルの膜48に
働く静電気力も交流で変化して、ポリエステルの
膜48を振動させ、この結果、超音波が前面に放
射される。第5図は、前記第4図で述べた静電型
超音波トランスジユーサの原理を示す図で、振動
をおこす機械的要素51とこれ以外の電気的要素
52から構成されている。機械的要素51は振動
板51aと固定板51bから構成されており、例
えば第4図に示す構造をもつ。一方、電気的要素
52は、超音波の送波の場合にはバイアス電圧5
3、抵抗54、発振回路55から構成される。
今、発振回路55から信号が生じていないときに
は、振動板51aはバイパス電圧53により固定
板51bに引かれ撓んでいる。続いて、発振回路
55にバイアス電圧53よりも小さい交流電圧が
生じた場合には、発振回路55の両端に生ずる電
圧の極性により以下のように変化する。すなわ
ち、発振回路55の両端に生ずる電圧の極性がバ
イアス電圧53と同じときには、これら電圧の和
に等しい電位差が振動板51aと固定板51bに
加わるために、振動板51aの撓みは大きくな
る。一方、発振回路55の電圧の極性がバイアス
電圧53と逆の場合には、これらの電圧の差に等
しい電位差が振動板51aと固定板51bに加わ
るために、振動板51aの撓みは小さくなる。従
つて、発振回路55により発振回路の両端の電圧
を周期的に変化させるとき、振動板51aが振動
し、超音波が前面に放射される。なお、抵抗54
は、振動板51aと固定板51bの間で放電等が
生じた場合に、回路に大きな電流が流れないよう
に回路を保護する機能をもつている。以上超音波
の送波の場合について述べたが、受波の場合に
は、第5図の55を増幅補償等を行なう受信回路
とすれば良い。このとき、外部から侵入した超音
波により、振動板51aが振動して、振動板51
aと固定板51bの間の容量が変化する。従つ
て、受信回路55に交流電流が流れ、これを増幅
補償してやることにより超音波の受波が可能とな
る。
(Prior Art) Conventionally, in the field of industrial robots, solid-state image sensors such as CCDs that use visible light have been widely used to recognize the distance, size, shape, etc. of a target object. However, sensors that use visible light have the disadvantage that they cannot be used when the target object is transparent or when the medium between the sensor and the target object is dirty with dust or the like. Therefore, in recent years, a technology has appeared that attempts to use ultrasonic waves instead of visible light to recognize target objects. In an ultrasonic transducer, ultrasonic waves are transmitted and received by one or more devices, so there are mechanical elements that oscillate and receive ultrasonic waves, as well as oscillating circuits, receiving circuits, etc. that assist in this process. It is necessary to properly combine electrical elements. In particular, when trying to emit ultrasonic waves into the air by vibrating a certain surface, the response (acoustic impedance) of the air to that surface is very small compared to liquids or solids, so ultrasonic waves with high intensity are emitted. is difficult. Therefore, in addition to designing the mechanical elements mentioned above so that ultrasonic waves are emitted efficiently, it is also necessary to devise measures such as using an amplification compensation circuit to compensate for small signals and receive them in the electrical elements. be. However, in the ultrasonic transducers currently in general use, the characteristics of this mechanical element vary considerably between devices, and it cannot be said that they are necessarily optimally designed. Furthermore, since the mechanical and electrical elements are not integrated, it is difficult to reduce the size and weight of the device. Hereinafter, a conventional example will be explained with reference to figures, and at the same time, its drawbacks will be discussed. FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a configuration example of a conventional ultrasonic transducer. In the figure, reference numeral 47 denotes a circular aluminum alloy plate, and a plurality of holes 101 having a depth of several to several tens of micrometers are formed on the surface by machining. On the upper surface of this hole 101, a polyester film 48 having a thickness of 6 to 20-odd micrometers is sandwiched and fixed between a metal case 41 and an aluminum alloy plate 47. The surface of the polyester film 48 has an electrode 49 made of gold foil or the like on the surface opposite to the surface in contact with the aluminum alloy plate 47.
is deposited. A protective screen 43 in the figure is fixed to the metal case 41 to prevent the polyester film 48 from being damaged from the outside. On the other hand, a plate spring 46 made of metal is attached to the back surface of the aluminum alloy plate 47, and presses the aluminum alloy plate 47 against the metal case 41. Further, the leaf spring 46 is attached to the plastic case 42.
is fixed. 44 and 45 are electrode terminals;
4 is constructed integrally with a leaf spring 46, and on the other hand,
45 is constructed integrally with the metal case 41.
Therefore, the potential of the electrode terminal 44 is equal to that of the aluminum alloy plate 47 via the plate spring 46, while the potential of the electrode terminal 45 is equal to that of the electrode 4 via the metal case 41.
Equal to 9. As a result, when a voltage is applied to the electrode terminals 44 and 45, a voltage equal to the applied voltage is generated between the aluminum alloy plate 47 and the electrode 49, causing the polyester film 48 to bend due to electrostatic force.
Therefore, when the voltage applied to the electrode terminals 44 and 45 changes with alternating current, the electrostatic force acting on the polyester membrane 48 also changes with alternating current, causing the polyester membrane 48 to vibrate, and as a result, ultrasonic waves are directed to the front surface. radiated. FIG. 5 is a diagram showing the principle of the electrostatic ultrasonic transducer described in FIG. The mechanical element 51 is composed of a diaphragm 51a and a fixed plate 51b, and has the structure shown in FIG. 4, for example. On the other hand, the electric element 52 has a bias voltage of 5 when transmitting ultrasonic waves.
3, a resistor 54, and an oscillation circuit 55.
Now, when no signal is generated from the oscillation circuit 55, the diaphragm 51a is pulled by the fixed plate 51b by the bypass voltage 53 and is bent. Subsequently, when an AC voltage smaller than the bias voltage 53 is generated in the oscillation circuit 55, the polarity of the voltage generated across the oscillation circuit 55 changes as follows. That is, when the polarity of the voltage generated across the oscillation circuit 55 is the same as the bias voltage 53, a potential difference equal to the sum of these voltages is applied to the diaphragm 51a and the fixed plate 51b, so that the flexure of the diaphragm 51a increases. On the other hand, when the polarity of the voltage of the oscillation circuit 55 is opposite to the bias voltage 53, a potential difference equal to the difference between these voltages is applied to the diaphragm 51a and the fixed plate 51b, so that the deflection of the diaphragm 51a is reduced. Therefore, when the oscillation circuit 55 periodically changes the voltage across the oscillation circuit, the diaphragm 51a vibrates and ultrasonic waves are emitted to the front. In addition, the resistor 54
has a function of protecting the circuit so that a large current does not flow through the circuit when discharge or the like occurs between the diaphragm 51a and the fixed plate 51b. Although the case of ultrasonic wave transmission has been described above, in the case of wave reception, 55 in FIG. 5 may be a receiving circuit that performs amplification compensation, etc. At this time, the diaphragm 51a vibrates due to the ultrasonic waves that entered from the outside, and the diaphragm 51a vibrates.
The capacitance between a and the fixed plate 51b changes. Therefore, an alternating current flows through the receiving circuit 55, and by amplifying and compensating this current, it becomes possible to receive ultrasonic waves.

(発明が解決しようとする問題点) 以上、例を用いて従来の静電型超音波トランス
ジユーサの説明を行なつた。この中で、第4図に
示す穴101を加工する際に、従来の機械加工に
よる方法では穴の寸法や形状に若干のばらつきを
避けることができなかつた。この穴101は、第
5図に示す振動板51aと固定板51bの間の間
隙に対応するもので、その寸法や外形がばらつく
ときには、振動板51aを駆動する力がばらつ
き、結局、超音波の送受諸特性が一定にならない
という欠点があつた。また、先に述べたように、
超音波トランスジユーサにおいて、機械的要素と
電気的要素の組み合せは必要不可避なものであ
り、従来の構造を用いて、さらに高性能のデバイ
スを実現しようとすると、ますますこの電気的要
素の占める領域が大きくなり、装置を大型なもの
にするという傾向があつた。実際、アレイ化され
たトランスジユーサの電極を結ぶ配線は、こぜだ
けでかなりの大きさとなることが知られている。
このように、従来の技術では、さらに高性能のデ
バイスを作製しても、デバイスの小型軽量化をは
かることができないという欠点があつた。
(Problems to be Solved by the Invention) The conventional electrostatic ultrasonic transducer has been described above using examples. Among these, when machining the hole 101 shown in FIG. 4, the conventional machining method could not avoid slight variations in the size and shape of the hole. This hole 101 corresponds to the gap between the diaphragm 51a and the fixing plate 51b shown in FIG. The drawback was that the transmission and reception characteristics were not constant. Also, as mentioned earlier,
In ultrasonic transducers, the combination of mechanical and electrical elements is unavoidable, and as we try to realize even higher performance devices using conventional structures, the proportion of this electrical element will increase. As the area became larger, there was a trend toward larger devices. In fact, it is known that the wiring connecting the electrodes of arrayed transducers can become quite large just by twisting.
As described above, the conventional technology has the disadvantage that even if a device with higher performance is manufactured, it is not possible to reduce the size and weight of the device.

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去
し、特性が均一でしかも高性能、小型軽量の空中
超音波トランスジユーサの製造方法を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and to provide a method for manufacturing an airborne ultrasonic transducer that has uniform characteristics, high performance, small size, and light weight.

(問題点を解決するための手段) 半導体基板の一方の主面に異方性エツチングに
より複数の穴を設け、この穴の表面に絶縁膜を形
成し、この絶縁膜上に第1の電極膜を形成し、一
方の面に第2の電極を有する有機体薄膜を穴のあ
る側の基板表面に張り付けることを特徴とする超
音波トランスジユーサの製造方法が得られる。
(Means for solving the problem) A plurality of holes are formed on one main surface of a semiconductor substrate by anisotropic etching, an insulating film is formed on the surface of the holes, and a first electrode film is formed on the insulating film. A method for manufacturing an ultrasonic transducer is obtained, which comprises forming an organic thin film having a second electrode on one surface and pasting it on the surface of the substrate on the side with the hole.

(作用) 本発明の超音波トランスジユーサは、半導体の
ICプロセス技術に合致した製法と周辺回路の集
積化を可能とした静電型超音波トランスジユーサ
であり、第2図に示すように弾性振動体であるポ
リエステルの膜が、ポリエステル膜の上下の電極
に加えられた電位差の変化に従つて上下に可動
し、超音波を送波するように工夫されている。ま
た、このデバイスを超音波の受波に用いる場合に
は、上記ポリエステル膜が外部超音波により振動
するときポリエステル膜の上下の電極間の電位差
が変化することを利用して、電気回路に流れる電
流の変化として読み出すことができるようになつ
ている。また、本発明の製造方法では、シリコン
基板を用いるため、(1)シリコンの微細エツチング
加工技術を用いてシリコン基板上に精度良く穴を
あけることができ、製造プロセスから生ずるデバ
イスの超音波送受の諸特性のばらつきを抑えるこ
とが可能、(2)発振回路および受信回路をシリコン
ICプロセス技術を用いて集積化することができ、
従つて高性能超音波トランスジユーサを小型軽量
に製造することが可能となつた。
(Function) The ultrasonic transducer of the present invention is a semiconductor
This is an electrostatic ultrasonic transducer that has a manufacturing method compatible with IC process technology and the integration of peripheral circuits.As shown in Figure 2, a polyester film, which is an elastic vibrator, It is designed to move up and down according to changes in the potential difference applied to the electrodes, and to transmit ultrasonic waves. In addition, when this device is used to receive ultrasonic waves, when the polyester membrane is vibrated by external ultrasonic waves, the potential difference between the upper and lower electrodes of the polyester membrane changes. It can now be read out as changes in In addition, since the manufacturing method of the present invention uses a silicon substrate, (1) holes can be made with high accuracy on the silicon substrate using silicon micro-etching processing technology, and ultrasonic transmission and reception of the device resulting from the manufacturing process can be performed. Variations in various characteristics can be suppressed. (2) The oscillation circuit and reception circuit are made of silicon.
Can be integrated using IC process technology,
Therefore, it has become possible to manufacture a high-performance ultrasonic transducer that is small and lightweight.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図および第2図は、本発明の一実施例を示
すものであり、それぞれ平面図および断面図に対
応している。本実施例の超音波の送波および受波
を行なう有機体薄膜のポリエステル膜48の上面
には、金・アルミ等の上部電極49が蒸着されて
いる。このポリエステル膜48は、シリコン基板
1に開けられた未貫通のエツチング穴12の上で
上下に振動して超音波の送受波を行なう。当該ポ
リエステル膜48の主面の両側には、上部電極4
9および下部電極6が配置されていて、ポリエス
テル膜48が振動する際に異なる電位差が印加あ
るいは発生する。なお下部電極6とシリコン基板
1の間には酸化膜3が挿入されており、電極6と
基板1の間に電流が漏れるのを防いでいる。下部
電極6は、これも酸化膜3の上におかれたアルミ
配線21を介してシリコン基板1に作製された駆
動および受信のための集積回路8と電気的に接続
している。なお、前記エツチング穴12は、寸法
および形状を精度良く仕上げるために、例えばシ
リコンの異方性エツチング技術を応用して作製す
る。これは、例えば、主面を(100)方向に持つ
シリコン基板1の一方の面に、一辺が<110>方
向に目合せされた複数個の正方形をフオトレジス
ト技術を用いて焼付けた後、試料をヒドラジン等
の異方性エツチング液中に浸して行なう。この場
合には、ピラミツド型の四面錐の形状をしたエツ
チング穴12ができた段階で、シリコンのエツチ
ングが自動的に停止するという特長がある。ま
た、先に述べたように、フオトレジスト技術を用
いてエツチング穴12の形状を作製するために、
微細な形状を高い精度で形成することができるこ
と、さらに、試料を液中に浸してエツチングを行
なうので、一度に多量の試料を処理することがで
きるという利点がある。
FIG. 1 and FIG. 2 show one embodiment of the present invention, and correspond to a plan view and a sectional view, respectively. An upper electrode 49 made of gold, aluminum, etc. is deposited on the upper surface of the polyester film 48, which is an organic thin film that transmits and receives ultrasonic waves in this embodiment. This polyester film 48 vibrates up and down above the unpierced etched holes 12 made in the silicon substrate 1 to transmit and receive ultrasonic waves. Upper electrodes 4 are provided on both sides of the main surface of the polyester film 48.
9 and a lower electrode 6 are arranged, and different potential differences are applied or generated when the polyester film 48 vibrates. Note that an oxide film 3 is inserted between the lower electrode 6 and the silicon substrate 1 to prevent current from leaking between the electrode 6 and the substrate 1. The lower electrode 6 is electrically connected to an integrated circuit 8 for driving and receiving fabricated on the silicon substrate 1 via an aluminum wiring 21 also placed on the oxide film 3 . The etching holes 12 are made by applying silicon anisotropic etching technology, for example, in order to finish the etching holes 12 with high precision in size and shape. For example, a plurality of squares with one side aligned in the <110> direction are printed on one surface of a silicon substrate 1 whose main surface is in the (100) direction using photoresist technology, and then the sample is This is done by immersing it in an anisotropic etching solution such as hydrazine. This case has the advantage that silicon etching is automatically stopped when the pyramid-shaped etched hole 12 is formed. Furthermore, as mentioned above, in order to create the shape of the etching hole 12 using photoresist technology,
This method has the advantage that minute shapes can be formed with high precision, and since the sample is immersed in a liquid for etching, a large amount of sample can be processed at one time.

第3図は、本発明の実施例をもつ超音波トラン
スジユーサを製造する手順の一例を示したもので
ある。図において、先に本発明の一実施例として
示した第1図および第2図と同一番号は同一構成
要素を示している。同図aは、(100)面をもつシ
リコン基板1の表裏に酸化膜3をつけたものにフ
オトエツチング技術を用いて前記第1図のエツチ
ング穴12と同じ形状の開口30を形成したもの
である。開口30を形成する際には、第1図のエ
ツチング穴12の辺が<110>方向に向くように
配置する必要がある。この試料をEDP(エチレン
ジアミンピロカテコール)あるいはヒドラジン等
の水溶液に浸して、シリコンの異方性エツチング
を行なう(同図b)。EDP、ヒドラジン等の水溶
液は、シリコンの(111)面に対するエツチング
率に比べて(100)面に対するエツチング率が著
しく大きくという性質(異方性)をもつている。
従つて、同図aの試料を前記水溶液に浸すことに
より、同図bに示すエツチング穴12を作製する
ことができる。続いて、エツチング穴12に酸化
膜3をつけるために試料を再び酸化炉に入れ、そ
の後、通常のシリコンICプロセス技術を用いて、
送受信用の集積回路8を形成する(同図c)。続
いて下部電極6および集積回路8に接続するアル
ミ配線21を蒸着等により形成する(同図d)。
FIG. 3 shows an example of a procedure for manufacturing an ultrasonic transducer having an embodiment of the present invention. In the figures, the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, which were previously shown as an embodiment of the present invention, indicate the same components. Figure a shows a silicon substrate 1 having a (100) plane with an oxide film 3 on both sides, and an opening 30 having the same shape as the etching hole 12 shown in Figure 1, using photo-etching technology. be. When forming the opening 30, it is necessary to arrange it so that the sides of the etched hole 12 in FIG. 1 face in the <110> direction. This sample is immersed in an aqueous solution of EDP (ethylene diamine pyrocatechol) or hydrazine to perform anisotropic etching of the silicon (Figure b). Aqueous solutions such as EDP and hydrazine have a property (anisotropy) in that the etching rate for the (100) plane of silicon is significantly higher than the etching rate for the (111) plane.
Therefore, by immersing the sample shown in FIG. 1A in the aqueous solution, the etching hole 12 shown in FIG. Next, the sample is placed in the oxidation furnace again to form an oxide film 3 in the etching hole 12, and then, using normal silicon IC process technology,
An integrated circuit 8 for transmission and reception is formed (c in the same figure). Subsequently, aluminum wiring 21 connected to the lower electrode 6 and the integrated circuit 8 is formed by vapor deposition or the like (d in the same figure).

下部電極は、酸化膜3との接合を良くするため
にCrの下地にAuを上においたものが望ましいが、
必らずしもこれに限定されることなく、アルミ等
の金属で代用しても良い。この後、上部電極49
を蒸着したポリエステル膜48をシリコン基板1
に接着した後、デバイスをパツケージに実装す
る。
The lower electrode preferably has Au on top of a Cr base to improve bonding with the oxide film 3.
The material is not necessarily limited to this, and metals such as aluminum may be used instead. After this, the upper electrode 49
A polyester film 48 deposited on a silicon substrate 1
After bonding the device to the package, the device is mounted on the package.

第6図および第7図は本発明の他の実施例を示
す平面図である。図において、第1図および第2
図と同一番号は同一構成要素を示している。これ
らの実施例において、破線で示された複数の矩形
70は、第1図および第2図に示す同一下部電極
上に含まれる要素を示している。ただし集積回路
8は含まれない。また、当該振動体要素70の上
下面に形成された電極はアルミ配線を介して周辺
回路8の一部と接続されている(図示せず)。第
6図および第7図の実施例に示すように当該振動
体要素70を複数個並べたときに、超音波を前面
の小さな角度に強く放射したり、前面の小さな角
度のみの超音波を強く受信したりすることがで
き、周囲の雑音に惑わされることが少なくなると
いう特長がある。また、先に述べたシリコンの異
方性エツチングの技術を用いると、正確に形状の
等しい振動体要素70を同時に形成することがで
きるため、品質および製造に要する時間の点から
も少しも問題がないという特長がある。ここに示
した実施例の他にも、中央の振動体要素70の面
積を大きくとり、周辺に行くに従つて振動体要素
70の面積を小さくした実施例もある(図示せ
ず)。この場合には、上記した指向性がさらに改
善され、雑音の少ない高品質のデバイスを提供す
ることができるという利点がある。
FIGS. 6 and 7 are plan views showing other embodiments of the present invention. In Figures 1 and 2,
The same numbers as in the figures indicate the same components. In these examples, the dashed rectangles 70 indicate elements included on the same bottom electrode shown in FIGS. 1 and 2. However, the integrated circuit 8 is not included. Further, electrodes formed on the upper and lower surfaces of the vibrating body element 70 are connected to a part of the peripheral circuit 8 via aluminum wiring (not shown). As shown in the embodiments of FIGS. 6 and 7, when a plurality of the vibrating body elements 70 are arranged, it is possible to strongly radiate ultrasonic waves at a small angle on the front surface, or strongly radiate ultrasonic waves only at a small angle on the front surface. It has the advantage of being able to receive signals, and being less distracted by surrounding noise. Furthermore, by using the silicon anisotropic etching technique described above, it is possible to simultaneously form the vibrating body elements 70 with exactly the same shape, so there is no problem in terms of quality and manufacturing time. It has the advantage that there is no In addition to the embodiments shown here, there is also an embodiment (not shown) in which the area of the vibrating body element 70 at the center is increased and the area of the vibrating body element 70 is decreased toward the periphery. In this case, there is an advantage that the above-mentioned directivity is further improved and a high-quality device with less noise can be provided.

第8図も本発明の他の実施例である。図におい
て、第6図と同一番号は同一構成要素を示してい
る。本発明の実施例においては、振動体要素70
に形成された下部電極が各振動体要素70ごとに
分離して配置されており、それぞれアルミ配線を
介して周辺回路8に接続されていることに特徴が
ある。従つて、本実施例の構成をとる超音波トラ
ンスジユーサにおいては、各振動体要素70ごと
に異なつた強度および位相をもつ電圧を印加する
ことが可能となる。特に、各振動体要素70に異
なつた位相をもつ電圧を印加することにより、超
音波の送波および受波の方向を変化させることが
でき、従つて、電気的に走査を行なう高性能な超
音波トランスジユーサを提供できるという特徴が
ある。この実施例においては、振動体要素70の
下面の電極を各振動体要素70について分解した
が、この外に、各振動体要素70の下面の電極を
共通にして、各振動体要素70の上面の電極(図
示せず)を各振動体要素70ごとに分離しても上
と同様の効果をもつデバイスを実現することがで
きる。第8図においては1行5列の超音波トラン
スジユーサアレイを示したが、振動体要素70の
個数について何ら制限される必要はない。例え
ば、前記第7図の実施例において、振動体要素7
0の上下面の電極を各振動体要素70ごとに分離
して配置し、それぞれの電極を周辺回路8に接続
すると二次元の方向に電気的に走査することので
きる二次元超音波トランスジユーサを実現するこ
とができる。また、本実施例で述べた超音波トラ
ンスジユーサアレイにおいては、各振動体要素7
0の下面電極は通常のICプロセス技術を用いて
同時にかつ容易に形成することができるという点
も従来技術に比べて大きな長所である。
FIG. 8 also shows another embodiment of the present invention. In the figure, the same numbers as in FIG. 6 indicate the same components. In the embodiment of the present invention, the vibrating body element 70
The structure is characterized in that lower electrodes formed in the structure are arranged separately for each vibrating body element 70, and each is connected to the peripheral circuit 8 via aluminum wiring. Therefore, in the ultrasonic transducer having the configuration of this embodiment, it is possible to apply voltages having different intensities and phases to each vibrating body element 70. In particular, by applying voltages with different phases to each vibrating body element 70, the directions of ultrasonic wave transmission and reception can be changed. It has the feature of being able to provide a sonic transducer. In this embodiment, the electrodes on the bottom surface of each vibrating body element 70 are disassembled for each vibrating body element 70, but in addition to this, the electrodes on the bottom surface of each vibrating body element 70 are made common, and Even if the electrodes (not shown) are separated for each vibrating body element 70, a device having the same effect as above can be realized. Although FIG. 8 shows an ultrasonic transducer array with one row and five columns, there is no need to limit the number of vibrating body elements 70 at all. For example, in the embodiment shown in FIG.
A two-dimensional ultrasonic transducer that can electrically scan in two-dimensional directions by separately arranging electrodes on the upper and lower surfaces of 0 for each vibrating body element 70 and connecting each electrode to a peripheral circuit 8. can be realized. In addition, in the ultrasonic transducer array described in this embodiment, each vibrator element 7
Another great advantage over the prior art is that the 0 bottom electrode can be formed simultaneously and easily using normal IC process technology.

なお下部電極あるいは上部電極が分離された実
施例において、一つの振動体要素70は第1図、
第2図に示したような複数のエツチング穴を持つ
ものとして説明したがこれに限らず第1図、第2
図中のエツチング穴一個が一つの振動体要素に対
応するものと考えてもよい。
In addition, in the embodiment in which the lower electrode or the upper electrode is separated, one vibrating body element 70 is as shown in FIG.
Although the explanation has been made assuming that the etching hole has a plurality of etching holes as shown in Fig. 2, it is not limited to this.
It may be considered that one etched hole in the figure corresponds to one vibrator element.

以上、本発明について例を挙げ詳細な説明を行
なつた。なお、本発明の構成は、信号として使用
する超音波が連続的に変化するか、あるいは一及
至数個の波長のみでパルス的に変化するか等に関
係なく成り立つものである。また、超音波の波長
が単一かあるいは複数個か等にも関係なく成り立
つものである。また、本発明の実施例において
は、振動体の下の穴中に空気が閉じこめられてい
たが、この構成の他に、穴の底に開口穴を開けて
空気の流動を可能とした構成もある。さらには、
穴の外側にスポンジ等の音を吸収する物質を置く
等の方法によりデバイスの裏側の影響を少なくし
た構成、および振動体の前面にホーンを配置して
感度を高くした構成も本発明に含まれる。
The present invention has been described in detail by giving examples. The configuration of the present invention is applicable regardless of whether the ultrasonic wave used as a signal changes continuously or changes in a pulsed manner with only one or a few wavelengths. This also holds true regardless of whether the ultrasonic wave has a single wavelength or multiple wavelengths. In addition, in the embodiment of the present invention, air was trapped in the hole under the vibrating body, but in addition to this configuration, there is also a configuration in which an opening is made at the bottom of the hole to allow air to flow. be. Furthermore,
The present invention also includes a configuration in which the influence of the back side of the device is reduced by placing a sound-absorbing substance such as a sponge on the outside of the hole, and a configuration in which a horn is placed in front of the vibrating body to increase sensitivity. .

なお、上記実施例において振動体の面積を大き
くしたり、厚さを薄くしたりすることにより超音
波の送波および受波の感度を大きくすることがで
きる。しかし、この場合には、同時にデバイスの
周波数特性等の変化が生ずるので、超音波センサ
を設計する際には、以上の効果を考慮して、感度
および周波特性や電気音響変換効率等を最適にす
るように振動体の寸法を決めなければならない。
Note that in the above embodiments, the sensitivity of ultrasonic wave transmission and reception can be increased by increasing the area of the vibrating body or decreasing its thickness. However, in this case, changes in the frequency characteristics of the device occur at the same time, so when designing an ultrasonic sensor, take the above effects into account and optimize the sensitivity, frequency characteristics, electroacoustic conversion efficiency, etc. The dimensions of the vibrator must be determined so that

(発明の効果) 以上説明したとおり、本発明によれば、特性の
ばらつきの少ない高性能かつ小型軽量の空中用集
積化超音波トランスジユーサを供給することが可
能となつた。その結果、産業用ロボツト等の分野
で近接覚等の検出に高性能な超音波トランスジユ
ーサを利用することができるようになつた。ま
た、本発明の超音波トランスジユーサは従来の半
導体ICプロセス技術と合致した製法で大量に製
造することができるため、製造コストを低減する
ことができる。これらの効果は著しいものであ
り、本発明は有効なものである。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, it has become possible to provide a high-performance, small-sized, lightweight aerial integrated ultrasonic transducer with little variation in characteristics. As a result, it has become possible to utilize high-performance ultrasonic transducers for detecting proximity sense and the like in fields such as industrial robots. Further, since the ultrasonic transducer of the present invention can be manufactured in large quantities using a manufacturing method that is compatible with conventional semiconductor IC process technology, manufacturing costs can be reduced. These effects are remarkable and the present invention is effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図はそれぞれ本発明の一実施
例の平面図および断面図、第3図a〜dは本発明
の実施例を製造する方法の一実施例を示す概念
図、第4図は従来の超音波トランスジユーサの断
面図、第5図は従来の静電型トランスジユーサの
原理図、第6図および第7図は本発明の他の実施
例を示す平面図、第8図は本発明による超音波ト
ランスジユーサアレイの一実施例を示す平面図。 1……シリコン基板、3……酸化膜、6……下
部電極、8……集積回路、21……アルミ配線、
12……エツチング穴、30……開口、41……
金属ケース、42……プラスチツクケース、43
……保護スクリーン、44,45……電極端子、
46……板バネ、47……アルミ合金の板、48
……ポリエステルの膜、49……上部電極、51
……機械的要素、51a……振動板、51b……
固定板、52……電気的要素、53……バイアス
電圧、54……抵抗、55……発信および受信回
路、70……振動体要素。
1 and 2 are a plan view and a sectional view of an embodiment of the present invention, respectively, FIGS. 3 a to d are conceptual diagrams showing an embodiment of a method for manufacturing the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view of a conventional ultrasonic transducer, FIG. 5 is a principle diagram of a conventional electrostatic transducer, FIGS. 6 and 7 are plan views showing other embodiments of the present invention, and FIG. The figure is a plan view showing one embodiment of an ultrasonic transducer array according to the present invention. 1... Silicon substrate, 3... Oxide film, 6... Lower electrode, 8... Integrated circuit, 21... Aluminum wiring,
12...Etching hole, 30...Opening, 41...
Metal case, 42...Plastic case, 43
...protective screen, 44, 45...electrode terminal,
46...Plate spring, 47...Aluminum alloy plate, 48
... Polyester film, 49 ... Upper electrode, 51
... Mechanical element, 51a ... Vibration plate, 51b ...
Fixed plate, 52... Electrical element, 53... Bias voltage, 54... Resistance, 55... Transmission and reception circuit, 70... Vibrating body element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板の一方の主面に異方性エツチング
により複数の穴を設け、この穴の表面に絶縁膜を
形成し、この絶縁膜上に第1の電極膜を形成し、
一方の面に第2の電極を有する有機体薄膜を穴の
ある側の基板表面に張り付けることを特徴とする
超音波トランスジユーサの製造方法。
1. A plurality of holes are formed in one main surface of a semiconductor substrate by anisotropic etching, an insulating film is formed on the surface of the holes, and a first electrode film is formed on the insulating film,
1. A method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: attaching an organic thin film having a second electrode on one surface to the surface of the substrate on the side with the hole.
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