JP2008067549A - アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】温度依存性などによるアクチュエータの信頼性の低下を防ぐ。
【解決手段】本発明の例に関わるアクチュエータは、互いに電気的に絶縁された複数の電極部から構成され、可動部23を駆動する駆動電極25を備え、複数の電極部のうちの一部に選択的に駆動電圧を印加することにより可動部23に作用する静電力の大きさを制御する。
【選択図】図11

Description

本発明は、マイクロマシン又はMEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)を構成するアクチュエータに関し、例えば、スイッチ、可変容量などの可動部を有する素子に使用される。
アクチュエータは、スイッチ、可変容量などの可動部を有する素子の主要部を構成する(例えば、特許文献1参照)。
ここで、アクチュエータのうちの1つに静電タイプがある。この静電アクチュエータには、ブリッジ構造(可動部の両端が支えられている構造)、カンチレバー構造(可動部の一端のみが支えられている構造)などが知られている。
ブリッジ構造は、残留応力による可動部の反りが少なくなるという利点を有するが、同時に、プルイン電圧及びプルアウト電圧の温度依存性が大きくなるという欠点も併せ持つ。
この温度依存性は、基板と可動部(ブリッジ部)との間で熱膨張係数が異なることに起因し、可動部のばね定数kが温度依存性を持つようになることが原因となっているが、これをなくすことは難しい。
しかし、この状態を放置すると、温度依存性によりプルアウト電圧が低下したときに、可動部が電極から離れなくなる現象(スティクション)が発生する。
また、プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動は、いわゆるプロセスばらつきにより、同一又は異なるチップ内の静電アクチュエータ間でも発生する。
従って、このようなプルイン電圧及びプルアウト電圧の変動に起因する静電アクチュエータの信頼性の低下を防止する技術の開発が望まれる。
米国特許第6,483,395号明細書
本発明の例では、プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動に起因するアクチュエータの信頼性の低下を防止する技術を提案する。
本発明の例に関わるアクチュエータは、互いに電気的に絶縁された複数の電極部から構成され、可動部を駆動する駆動電極を備え、複数の電極部のうちの一部に選択的に駆動電圧を印加することにより可動部に作用する静電力の大きさを制御する。
本発明の例によれば、プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動に起因するアクチュエータの信頼性の低下を防止できる。
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
1. 概要
本発明の例では、可動部を駆動する駆動電極を互いに電気的に絶縁された複数の電極部から構成し、複数の電極部のうちの一部に選択的に駆動電圧を印加することにより、プルイン電圧及びプルアウト電圧の温度依存性に起因する悪影響を回避する。
例えば、本発明の例に関わるアクチュエータは、図1に示すように、駆動電極が基板上のn(nは、2以上の自然数)個の電極部から構成される。n個の電極部は、駆動電圧の値や、駆動電圧を印加する電極部の数などを制御するドライバに接続される。
この場合、駆動電極と可動部との間に発生する静電力は、駆動電圧を印加する電極部の数に比例する。
即ち、駆動電圧を印加する電極部の数をmとし、1つの電極部が可動部と対向する部分の面積をSとすると、駆動電極の実効面積Aとしては、A=m×Sとなり、駆動電極と可動部との間に発生する静電力Qは、mに比例することになる。
但し、駆動電圧を印加しない残りの(n−m)個の電極部は、可動部と同電位にする。
このような構成によれば、仮に、温度依存性により、可動部のばね定数kが変化し、プルイン電圧又はプルアウト電圧が変化したとしても、mの値を温度に応じて変化させることにより、その変化を小さくすることができ、アクチュエータの信頼性の低下を防止できる。
具体的には、プルイン電圧及びプルアウト電圧は、√(k/A)に比例するため、kの変化に応じてAを変化させれば、図2に示すように、プルイン電圧Vpi又はプルアウト電圧Vpoの温度依存性を低減できる。
但し、kは、可動部のばね定数である。
また、n個の電極部については、図3に示すように、可動部と対向する部分の面積をバイナリ状に変えれば、可動部と対向する部分の面積が全て同じ場合に比べて、駆動電極の駆動方法が簡略化される。
本発明の例は、温度依存性による特性変動のみならず、同一チップ内のアクチュエータの特性のばらつきや、異なるチップ内のアクチュエータの特性のばらつきなどを補償するに当っても有効である。
即ち、個々のアクチュエータについて特性のテストを行い、そのテスト結果に応じて駆動電圧を印加する電極部の数mを決定することにより、アクチュエータの特性のトリミングを行うこともできる。
2. 実施の形態
(1) 温度依存性
まず、静電アクチュエータのプルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの温度依存性について説明する。
プルイン電圧Vpiとは、可動部をシグナル線にくっつけるために必要な駆動電圧の値のことであり、プルアウト電圧Vpoとは、可動部をシグナル線から離すために必要な駆動電圧の値のことである。
図4は、駆動電圧と容量(可動部とシグナル線との間の容量)との関係を示している。
プルイン電圧Vpiは、プルアウト電圧Vpoよりも大きい。最大容量C2を得るためには、駆動電圧をプルイン電圧Vpiよりも大きな値Vaにする必要があり、最小容量C1を得るためには、駆動電圧をプルアウト電圧Vpoよりも小さな値、例えば、0Vにする必要がある。
ここで、静電アクチュエータを2値可変容量として使用する場合には、図5に示すような駆動電圧を駆動電極に印加する。プルイン後に電圧をVhに下げるのは、電界を緩和してチャージングを抑制するためである。
次に、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoのばらつきについて検討する。このようなばらつきに対しても、静電アクチュエータを安定的に動作させるためには、VpiとVaとのマージンMpi及びVpoとVhとのマージンMpoとを十分な大きさにしなければならない。
しかし、そのばらつきの原因が温度依存性にある場合、図6に示すように、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoは、温度に応じて変動する。即ち、高温では、熱膨張によりばね定数kが小さくなるため、温度の上昇に従い、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoは低下する。
このため、温度によらずに確実に可動部をシグナル線にくっつける(プルインさせる)ためには、想定される最小温度でのプルイン電圧Vpiよりも駆動電圧Vaを大きくする必要がある。
その結果、絶縁層にトラップされるチャージが増え、電圧を0Vにしても電極が離れなくなる、というスティクション不良が起こり易くなる。
(2) 第1実施の形態
図7は、第1実施の形態に関わるMEMSシステムを示している。
このシステムは、MEMS11とドライバ12とから構成される。
MEMS11とドライバ12は、同一チップ内に混載されていてもよいし、異なるチップに形成されていてもよい。
MEMS11は、図1又は図3に示すように、複数の電極部から構成される駆動電極を有する。
ドライバ12は、温度検知回路13、電圧生成回路14、切り替え回路15及びコントロール回路16を有する。
温度検知回路13は、例えば、MEMS11が形成されるチップの温度をモニタし、その温度に応じて、駆動電圧を印加する電極部の数を決定する制御信号S1,S2,…Snを出力する。
電圧生成回路14は、駆動電圧を生成する。
切り替え回路15は、制御信号S1,S2,…Snに基づいて、選択された電極部に駆動電圧を転送するための回路である。
コントロール回路16は、温度検知回路13、電圧生成回路14及び切り替え回路15の動作を制御する。
温度検知回路13は、例えば、図8に示すような回路から構成される。この回路では、抵抗素子R1によって決まる電流I1と、抵抗素子R2とダイオードD1によって決まる電流Irefとの温度特性の違いを利用して温度検知を行う。
具体的には、ダイオードD1の温度依存性を利用してIrefとI1との温度特性に差を持たせる。但し、I1<I2<…Inとする。
例えば、I1,I2,…Inの温度依存性をなくしてもよい。その場合、Vsupplyは、BGR回路で生成した基準電圧を使用する。また、I1,I2,…Inについては、PチャネルMOSトランジスタのゲート幅W1,…Wnにより制御する。
この場合、図9に示すように、Irefの温度特性とI1,I2,…Inの温度特性との交点は、温度T1,T2,…Tnとして定義される。
従って、温度検知回路13から出力される制御信号S1,S2,…Snは、温度に応じて異なる値を示すため、制御信号S1,S2,…Snの値により温度を検知することができる。
尚、温度検知回路13は、温度特性の異なる2つの電流を生成することが重要である。いずれか一方が温度依存性のない電流源になっている必要はない。そのために、図8では、ダイオードと抵抗を利用しているが、それ以外の素子を利用してもよい。
また、図8では、温度特性の異なる2つの電流のうちの一方を生成するのに温度特性を有するダイオードを使用しているが、異なる温度特性の2つのダイオードを使用して2つの電流を生成するようにしてもよい。
図10は、MEMSの構造例を示している。図11は、図10のXI−XI線に沿う断面図である。
この構造例は、ブリッジ構造アクチュエータを使用した2値可変容量であり、シグナル線Lsignalとグランド線Lgndとの間の容量を可動部により制御する点に特徴を有する。
半導体基板21上には、絶縁層22が形成される。絶縁層22上には、シグナル線Lsignal及びグランド線Lgndが形成される。シグナル線Lsignal及びグランド線Lgndは、共に、Y方向に延びる。シグナル線Lsignalは、2つのグランド線Lgndの間に配置される。
シグナル線Lsignalの上部には、X方向に延びる可動部23が形成される。可動部23の両端は、アンカー24により支えられる。可動部23及びアンカー24は、共に導電材料から構成され、グランド線Lgndに電気的に接続される。
シグナル線Lsignal及びグランド線Lgndの間であって可動部23の直下には、駆動電極25が形成される。駆動電極25は、互いに電気的に絶縁された複数の電極部から構成される。
本例では、図7の切り替え回路15から出力される信号をN1,N2,N3の3つとし、駆動電極25の実効面積を8通りに変えられるようにしてある。
但し、これは、一例であって、駆動電極25の実効面積を変える方法がこれに限定されることはない。
シグナル線Lsignal、グランド線Lgnd及び駆動電極25は、それぞれ絶縁層26により覆われる。
このようなMEMSシステムにおいて、例えば、図9に示すように、制御信号S1,S2,…Snが全て”L”のとき、MEMSが形成されるチップの温度は、T1未満と認識される。この場合、可動部23をシグナル線Lignalにプルインさせるために、N1,N2,N3の全てを駆動電圧に設定する。
また、チップ温度が変化し、例えば、図9に示すように、制御信号S1,S2,…Snのうち、S1が”H”、残りの全てS2,…Snが”L”になると、チップ温度は、T1以上、T2未満と認識される。この場合、可動部23をシグナル線Lignalにプルインさせるために、N2,N3を駆動電圧に設定し、N1を接地電位に設定する。
同様に、表1に示すように、温度変化に応じて、駆動電圧を印加する電極部の数を変えることにより、温度変化によりプルイン電圧及びプルアウト電圧が変動しても、静電アクチュエータの信頼性が低下することはない。
Figure 2008067549
即ち、例えば、図12に示すように、温度が上昇してばね定数kが小さくなり、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoが低下したら、これに合わせて、駆動電極の実効面積を段階的に小さくすることにより、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの変動量を小さく抑えることが可能である。
従って、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの温度依存性は実質的になくなったと考えることができ、駆動電圧Va, Vssの差を小さくできる。
温度と制御信号の対応は、表1以外にも種々あり得る。例えば、T<T1のときN1=Vss, N2=Va, N3=Vaとしてもよい。
(3) 第2実施の形態
図13は、第2実施の形態に関わるMEMSの駆動電極を示している。
MEMSシステムは、第1実施の形態と同じであるので、ここでは、その説明を省略する。
第2実施の形態の特徴は、MEMSの駆動電極25を構成する電極部の数にある。即ち、図7の切り替え回路15から出力される信号をN1,N2,N3,N4の4つとし、駆動電極25の実効面積を16通りに変えられるようにしてある。
尚、図13の駆動電極25は、例えば、図10及び図11のMEMSのシグナル線Lsignalとグランド線Lgndとの間の2つのスペースにそれぞれ配置される。
(4) 第3実施の形態
図14は、第3実施の形態に関わるMEMSの駆動電極を示している。
MEMSシステムは、第1実施の形態と同じである。
第3実施の形態が第1実施の形態と異なる点は、駆動電極25を構成する複数の電極部の各々に独立に駆動電圧が印加できることにある。
この場合、図7の切り替え回路15から出力される信号N1,N2,N3,…Nkの数は、駆動電極25の電極部の数に比例して増加する。
尚、図14の駆動電極25は、例えば、図10及び図11のMEMSのシグナル線Lsignalとグランド線Lgndとの間の2つのスペースにそれぞれ配置される。
(5) 第4実施の形態
図15は、第4実施の形態に関わるMEMSの駆動電極を示している。
MEMSシステムは、第1実施の形態と同じである。
第4実施の形態の特徴は、MEMSの駆動電極25を構成する電極部の大きさにある。即ち、複数の電極部の面積は、バイナリ的に増加する。これは、図10及び図11において、同じ信号が印加される電極部を1つに結合させたものと等価である。
この場合、第1実施の形態と同様の温度制御によりMEMSシステムを機能させることができる。
尚、図15の駆動電極25は、例えば、図10及び図11のMEMSのシグナル線Lsignalとグランド線Lgndとの間の2つのスペースにそれぞれ配置される。
(6) 第5実施の形態
図16は、第5実施の形態に関わるMEMSの構造を示している。
MEMSシステムは、第1実施の形態と同じである。
第5実施の形態が第1実施の形態と異なる点は、シグナル線Lsignal上に複数の静電アクチュエータが配置されている点にある。
複数の静電アクチュエータは、同じ構造、例えば、図10及び図11に示す構造を有し、互いに独立に動作する。即ち、駆動電極25に与える信号は、アクチュエータごとに異なる。
上部電極とシグナル線のオーバーラップ面積をバイナリ的に変化させれば、n個のアクチュエータで可変容量の容量値としては2値を実現できる。但し、各々のアクチュエータは、可変容量の容量値として2値を実現するものとする。
(7) 第6実施の形態
第1乃至第5実施の形態では、静電アクチュエータが可変容量を構成していたが、これをスイッチに変えることもできる。
ここでは、第1実施の形態の可変容量をスイッチに変更した場合について説明する。
図17は、第6実施の形態に関わるMEMSの構造を示している。図18は、図17のXVIII−XVIII線に沿う断面図、図19は、図17のXIX−XIX線に沿う断面図である。
MEMSシステムは、第1実施の形態と同じである。
第6実施の形態が第1実施の形態と異なる点は、シグナル線Lsignalが可動部23aの直下で切断されること、シグナル線Lsignalが絶縁層26に覆われないこと、可動部が複数の要素23a,23b,23cから構成されることにある。
可動部23cは、絶縁体から構成され、可動部23a,23bを互いに電気的に絶縁する。可動部23aは、分断された信号線Lsignalを電気的に接続するためのものである。また、可動部23bは、グランド線Lgndに接続され、駆動電極25との間で静電力を発生させるためのものである。
このように、本発明の例は、スイッチにも適用可能である。
(8) 第7実施の形態
第7実施の形態は、静電アクチュエータの可動部の駆動方式に関する。
図20は、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの温度依存性の例を示している。
プルイン電圧Vpiの温度特性とプルアウト電圧Vpoの温度特性とは異なる場合がある。これは、プルアウト電圧Vpoが、可動部と駆動電極との間に発生する静電力以外の力、具体的には、ファンデルワールス力にも依存するためである。
このファンデルワールス力の温度依存性に対しては、プルイン前後において駆動電圧を印加する電極部の数を変えることが有効である。
例えば、プルイン前において駆動電圧が印加される電極部の数がm本である場合には、プルイン後にはその電極部の数を(m−j)本に減らせばよい。
但し、プルイン後に駆動電圧が印加される(m−j)本の電極部は、プルイン前に駆動電圧が印加されていたm本の電極部の一部とする。これは、駆動電圧が印加される電極部の数の切り替え時に一時的に駆動電圧がプルアウト電圧Vpoを下回ることを防止するためである。
(9) 第8実施の形態
第8実施の形態は、駆動電圧の制御方式に関する。
プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの変動に起因する静電アクチュエータの信頼性の低下を防止するためには、既に述べた各実施の形態のように、例えば、温度に応じて駆動電極の実効面積を変え、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの変動幅を小さくする、というアプローチは非常に有効である。
また、これ以外に、プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoの変動に応じて駆動電圧の値を変動させ、プルイン電圧Vpiと駆動電圧VaとのマージンMpi及びプルアウト電圧Vpoと駆動電圧VhとのマージンMpoを略一定にし、静電アクチュエータの信頼性の低下を防止する、というアプローチも存在する。
このアプローチは、特に、高温でのチャージ注入量の増大が、高温での引き剥がし力(プルアウト電圧Vpo)の低下よりも顕著である場合に有効である。
図21は、駆動電圧Va, Vhの温度依存性の例を示している。
プルイン電圧Vpi及びプルアウト電圧Vpoは、例えば、その温度依存性により、温度の上昇に応じて低下する。そこで、これに合わせて、プルインさせるための駆動電圧Va及びホールドさせるための駆動電圧Vhも、温度の上昇に応じて低下させる。
これにより、プルイン電圧Vpiと駆動電圧VaとのマージンMpi及びプルアウト電圧Vpoと駆動電圧VhとのマージンMpoを、温度によらず、常に略一定にすることができるため、駆動電極と可動部との間の絶縁層及びシグナル線と可動部との間の絶縁層に印加される電界が大きくなり過ぎることはなく、静電アクチュエータの信頼性の向上に貢献できる。
図22は、図21の特性を実現するMEMSシステムの例を示している。
このシステムは、MEMS11とドライバ12とから構成される。
MEMS11とドライバ12は、同一チップ内に混載されていてもよいし、異なるチップに形成されていてもよい。
MEMS11の種類及び構造については、第8実施の形態においては特に限定されない。即ち、アクチュエータに関して言えば、温度に応じて特性が変化するもの全てに適用可能である。
例えば、静電アクチュエータ、熱アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータなどに有効である。
熱アクチュエータでは、電流による熱でバイモルフが変形することを利用してアクチュエータ機能を持たせている。しかし、バイモルフは、熱により変形する性質を有するため、この性質を考慮すると、温度に応じてアクチュエータの駆動電圧を変える技術は、熱アクチュエータの性能向上に効果的と考えられる。
圧電アクチュエータについても、同様のことが言える。
また、アクチュエータが静電タイプの場合、上述の各実施の形態で説明したように、アクチュエータの駆動電極については、複数の電極部から構成してもよいし、従来のように、駆動電極の実効面積を一定にしてもよい。
ドライバ12は、温度検知回路13、電圧生成回路14及びコントロール回路16を有する。
温度検知回路13は、例えば、MEMS11が形成されるチップの温度をモニタし、その温度に応じて、駆動電圧の値を決定する制御信号S1,S2,…Snを出力する。電圧生成回路14は、制御信号S1,S2,…Sn、即ち、チップ温度の変化に応じて駆動電圧の値を変化させる。
コントロール回路16は、温度検知回路13及び電圧生成回路14の動作を制御する。
(10) 第9実施の形態
プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動の原因は、温度以外にも存在する。
例えば、MEMSは、ウェハプロセスにより形成されるが、その時、いわゆるプロセスばらつき(素子特性のばらつき)が発生する。プロセスばらつきは、同一チップ内の素子間でも生じるし、異なるチップ内の素子間でも生じる。
本発明の例を適用すれば、このようなプロセスばらつきの変動幅を減らすことができるため、プルインのための駆動電圧とプルアウトのための駆動電圧との差を小さくできる。従って、可動部と駆動電極との間の絶縁層に印加される電圧が緩和され、高信頼性のMEMSシステムを実現できる。
図23は、第9実施の形態に関わるMEMSシステムを示している。
このシステムは、MEMS11とドライバ12とから構成される。
MEMS11とドライバ12は、同一チップ内に混載されていてもよいし、異なるチップに形成されていてもよい。
ドライバ12は、電圧生成回路14、切り替え回路15、コントロール回路16及び記憶回路17を有する。
電圧生成回路14は、駆動電圧を生成する。
切り替え回路15は、MEMS11に与える駆動電圧の値を切り替え、また、MEMS11が図1又は図3に示すような構造を有する場合には、駆動電圧を印加する電極部の数を決定するための回路である。
記憶回路17は、フラッシュメモリや、フューズ素子などの不揮発性メモリから構成される。
コントロール回路16は、電圧生成回路14、切り替え回路15及び記憶回路17の動作を制御する。
このMEMSシステムでは、まず、MEMS11の特性をテストする。
そして、MEMS11の特性に応じて、駆動電圧の値や、駆動電圧を印加する電極部の数などを決定する。
また、これらのデータをテスト結果として記憶回路17に格納する。
通常動作時には、記憶回路17に記憶されたデータを読み出し、そのデータを電圧生成回路14及び切り替え回路15に転送する。電圧生成回路14は、例えば、記録回路17からのデータに基づいて駆動電圧の値を決定する。また、切り替え回路15は、例えば、記録回路17からのデータに基づいて駆動電圧を印加する電極部の数を決定する。
これにより、プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動に起因するアクチュエータの信頼性の低下を防止する。
図24は、テストシーケンスを示している。
このテストシーケンスは、図1又は図3に示すような駆動電極の実効面積を変えることができる静電アクチュエータを対象とする。
まず、駆動電極の実効面積(電極面積)を最小値に設定する(ステップST1)。そして、駆動電極に駆動電圧を印加し、可動部がプルインするか否かを検証する(ステップST2〜ST3)。
プルインしない場合には、駆動電極の実効面積が最大値であるか否かを検証し、最大値でないときには、駆動電極の実効面積を1単位分増やす(ステップST4〜ST5)。例えば、図1の静電アクチュエータの場合には、複数の電極部の面積が全て同じであるから、1単位は、1つの電極部の面積(可動部と対向する部分の面積)に等しい。
そして、再び、駆動電極に駆動電圧を印加し、可動部がプルインするか否かを検証する(ステップST2〜ST3)。
プルインしない場合には、駆動電極の実効面積が最大値でないことを条件に、駆動電極の実効面積をさらに1単位分増やす(ステップST4〜ST5)。
駆動電極の実効面積が最大値でもプルインしない場合は、静電アクチュエータが不良であると判断し、テストを終了する。
可動部がプルインした場合には、そのときの駆動電極の実効面積に関するデータを記憶回路に書き込んで、テストを終了する。
そして、通常動作時には、記憶回路からデータを読み出し、駆動電圧の値及び駆動電圧を印加する電極部の数を決定する。
ところで、第9実施の形態は、温度依存性に関する第1乃至第8実施の形態と組み合わせて使用することも可能である。
図25は、温度依存性及びプロセスばらつきによる特性劣化を同時に解消できるMEMSシステムの例を示している。
電圧生成回路14は、例えば、温度検知回路13及び記録回路17からのデータに基づいて、駆動電圧の値を決定する。また、切り替え回路15は、例えば、温度検知回路13及び記録回路17からのデータに基づいて、駆動電圧を印加する電極部の数を決定する。
これにより、プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動に起因するアクチュエータの信頼性の低下を防止する。
(11) その他
第1乃至第9実施の形態におけるMEMSシステムに関しては、可動部を固定電位(接地電位)にし、駆動電極を基板上の絶縁層上に形成しているが、これに代えて、可動部に駆動電極を形成し、基板上の絶縁層上に固定電位が印加される電極を配置してもよい。
このような構成でも、上述の第1乃至第9実施の形態と同様の動作及び同様の効果を得ることができる。
第1乃至第7実施の形態の静電アクチュエータは、熱型、圧電型、電磁型など、他のタイプのアクチュエータと組み合わされたいわゆるハイブリッド型であっても構わない。
3. まとめ
本発明の例によれば、プルイン電圧及びプルアウト電圧の変動に起因するアクチュエータの信頼性の低下を防止できる。
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の例に関わるアクチュエータの概要を示す図。 図1のアクチュエータのプルイン/プルアウト電圧の温度依存性を示す図。 図1のアクチュエータの変形例を示す図。 静電アクチュエータのCV特性を示す図。 駆動電圧の波形の例を示す図。 プルイン/プルアウト電圧の温度依存性を示す図。 第1実施の形態に関わるMEMSシステムを示す図。 温度検知回路の例を示す図。 図8の温度検知回路の出力信号と温度との関係を示す図。 MEMSの構造を示す平面図。 図10のXI−XI線に沿う断面図。 プルイン/プルアウト電圧の温度依存性を示す図。 第2実施の形態に関わるMEMSの駆動電極を示す図。 第3実施の形態に関わるMEMSの駆動電極を示す図。 第4実施の形態に関わるMEMSの駆動電極を示す図。 第5実施の形態に関わるMEMSの構造を示す平面図。 第6実施の形態に関わるMEMSの構造を示す平面図。 図17のXVIII−XVIII線に沿う断面図。 図17のXIX−XIX線に沿う断面図。 第7実施の形態に関わる温度特性を示す図。 第8実施の形態に関わる温度特性を示す図。 図21の特性を実現するためのMEMSシステムを示す図。 第9実施の形態に関わるMEMSシステムを示す図。 図23のMEMSシステムのテストシーケンスを示す図。 本発明の例に関わるMEMSシステムの変形例を示す図。
符号の説明
11: MEMS、 12: ドライバ、 13: 温度検知回路、 14: 電圧生成回路、 15: 切り替え回路、 16: コントロール回路、 17: 記憶回路、 21: 半導体基板、 22,26: 絶縁層、 23: 可動部、 24: アンカー、 25: 駆動電極、 Lsignal: シグナル線、 Lgnd: グランド線。

Claims (5)

  1. 互いに電気的に絶縁された複数の電極部から構成され、可動部を駆動する駆動電極を具備し、前記複数の電極部に選択的に駆動電圧を印加することにより前記可動部に作用する静電力の大きさを制御することを特徴とするアクチュエータ。
  2. プルイン前後で前記駆動電圧を印加する前記複数の電極部の数が異なることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
  3. 請求項1に記載のアクチュエータと、温度検知回路と、前記駆動電圧を生成する電圧生成回路とを具備し、前記温度検知回路の出力信号に基づいて前記駆動電圧を印加する前記複数の電極部を決定することを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
  4. アクチュエータと、温度検知回路と、前記アクチュエータの駆動電圧を生成する電圧生成回路とを具備し、前記温度検知回路の出力信号に基づいて前記駆動電圧の値を決定することを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
  5. アクチュエータと、記憶回路と、前記アクチュエータの駆動電圧を生成する電圧生成回路とを具備し、前記記憶回路に不揮発に記憶されたデータに基づいて、前記駆動電圧の値及び前記アクチュエータの可動部を駆動する駆動電極の実効面積の少なくとも1つを決定するアクチュエータ駆動システム。
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US11/851,784 US7795778B2 (en) 2006-09-08 2007-09-07 Electrostatic actuator driving system having plural actuators and a temperature detector
US12/845,921 US8044552B2 (en) 2006-09-08 2010-07-29 Actuator driving system in which a drive voltage and number of electrodes parts driven changes in accordance with temperature

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011096726A (ja) * 2009-10-27 2011-05-12 Fujitsu Ltd 可変容量素子、可変容量デバイスおよびその駆動方法
JP2011253623A (ja) * 2010-05-31 2011-12-15 Advantest Corp アクチュエータ装置、試験装置、およびアクチュエータ制御方法
JP2012066346A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Toshiba Corp アクチュエータ
US8339013B2 (en) 2007-11-14 2012-12-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of controlling electrostatic actuator

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4945204B2 (ja) * 2006-09-08 2012-06-06 株式会社東芝 アクチュエータ
JP2011044556A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Toshiba Corp プログラマブルアクチュエータ及びそのプログラミング方法
JP5050022B2 (ja) * 2009-09-16 2012-10-17 株式会社東芝 Memsデバイス
JP5204066B2 (ja) * 2009-09-16 2013-06-05 株式会社東芝 Memsデバイス
US8729412B2 (en) 2009-11-11 2014-05-20 University Of Utah Research Foundation Nanoelectromechanical logic devices
KR102005335B1 (ko) * 2011-09-02 2019-07-30 카벤디시 키네틱스, 인크. 향상된 rf 성능의 mems 가변 커패시터
US9171690B2 (en) 2011-12-29 2015-10-27 Elwha Llc Variable field emission device
US8946992B2 (en) 2011-12-29 2015-02-03 Elwha Llc Anode with suppressor grid
US8810161B2 (en) 2011-12-29 2014-08-19 Elwha Llc Addressable array of field emission devices
US8575842B2 (en) 2011-12-29 2013-11-05 Elwha Llc Field emission device
US8692226B2 (en) 2011-12-29 2014-04-08 Elwha Llc Materials and configurations of a field emission device
US9349562B2 (en) 2011-12-29 2016-05-24 Elwha Llc Field emission device with AC output
US8810131B2 (en) 2011-12-29 2014-08-19 Elwha Llc Field emission device with AC output
US9018861B2 (en) * 2011-12-29 2015-04-28 Elwha Llc Performance optimization of a field emission device
US9646798B2 (en) 2011-12-29 2017-05-09 Elwha Llc Electronic device graphene grid
US8970113B2 (en) 2011-12-29 2015-03-03 Elwha Llc Time-varying field emission device
US8928228B2 (en) 2011-12-29 2015-01-06 Elwha Llc Embodiments of a field emission device
US9331937B2 (en) 2012-04-18 2016-05-03 Nicira, Inc. Exchange of network state information between forwarding elements
WO2013163439A1 (en) * 2012-04-26 2013-10-31 Elwha Llc Variable field emission device
US9659735B2 (en) 2012-09-12 2017-05-23 Elwha Llc Applications of graphene grids in vacuum electronics
US9659734B2 (en) 2012-09-12 2017-05-23 Elwha Llc Electronic device multi-layer graphene grid
US20170000359A1 (en) * 2013-02-22 2017-01-05 Cloud Ds, Inc., a corporation of Delaware Comprehensive body vital sign monitoring system
US8994126B2 (en) * 2013-03-15 2015-03-31 Audio Pixels Ltd Microelectromechanical system and method
CN103440985B (zh) * 2013-07-30 2016-08-10 清华大学 一种多电极线性可调节的mems电容器
JP2015211102A (ja) * 2014-04-25 2015-11-24 株式会社東芝 電子装置
US10418918B2 (en) * 2015-02-18 2019-09-17 Sony Corporation Electrostatic actuator, switch device and power supply device
WO2017037715A1 (en) * 2015-09-02 2017-03-09 Shlomo OREN Security system for solid-state electronics
US10204122B2 (en) 2015-09-30 2019-02-12 Nicira, Inc. Implementing an interface between tuple and message-driven control entities
JP6160800B1 (ja) * 2015-10-30 2017-07-12 株式会社村田製作所 圧電素子駆動回路および流体制御装置
US11019167B2 (en) 2016-04-29 2021-05-25 Nicira, Inc. Management of update queues for network controller
US12091313B2 (en) * 2019-08-26 2024-09-17 The Research Foundation For The State University Of New York Electrodynamically levitated actuator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02114872A (ja) * 1988-10-24 1990-04-26 Olympus Optical Co Ltd 静電アクチュエータ
JP2004111360A (ja) * 2002-07-26 2004-04-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチ
JP2004134370A (ja) * 2002-07-26 2004-04-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチ
WO2004041710A1 (ja) * 2002-11-06 2004-05-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 変位検出機能を備えたマイクロアクチュエータ、および当該マイクロアクチュエータを備えた可変形ミラー
JP2005030499A (ja) * 2003-07-14 2005-02-03 Olympus Corp アクチュエータ
JP2005092175A (ja) * 2003-08-08 2005-04-07 Olympus Corp 光学特性可変光学素子

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5986381A (en) * 1997-03-14 1999-11-16 Hewlett-Packard Company Electrostatic actuator with spatially alternating voltage patterns
US6124765A (en) * 1997-10-24 2000-09-26 Stmicroelectronics, Inc. Integrated released beam oscillator and associated methods
US6307452B1 (en) * 1999-09-16 2001-10-23 Motorola, Inc. Folded spring based micro electromechanical (MEM) RF switch
JP3538109B2 (ja) * 2000-03-16 2004-06-14 日本電気株式会社 マイクロマシンスイッチ
US6646215B1 (en) * 2001-06-29 2003-11-11 Teravicin Technologies, Inc. Device adapted to pull a cantilever away from a contact structure
US6822370B2 (en) * 2002-03-06 2004-11-23 Analog Devices, Inc. Parallel plate electrostatic actuation of MEMS mirrors
US6895161B2 (en) * 2002-09-30 2005-05-17 Rosemount Inc. Variable optical attenuator
US7197225B2 (en) * 2003-05-06 2007-03-27 Rosemount Inc. Variable optical attenuator
JP4487512B2 (ja) * 2003-08-11 2010-06-23 ソニー株式会社 電気機械共振器およびその動作方法
JP4442158B2 (ja) * 2003-08-21 2010-03-31 ソニー株式会社 マイクロ電気機械システムの共振器およびその駆動方法
JP2006149140A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Alps Electric Co Ltd 静電吸引駆動装置
JP2007015067A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Fujifilm Holdings Corp 微小薄膜可動素子及び微小薄膜可動素子アレイ並びに画像形成装置
JP4945204B2 (ja) * 2006-09-08 2012-06-06 株式会社東芝 アクチュエータ
JP4334581B2 (ja) * 2007-04-27 2009-09-30 株式会社東芝 静電型アクチュエータ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02114872A (ja) * 1988-10-24 1990-04-26 Olympus Optical Co Ltd 静電アクチュエータ
JP2004111360A (ja) * 2002-07-26 2004-04-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチ
JP2004134370A (ja) * 2002-07-26 2004-04-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチ
WO2004041710A1 (ja) * 2002-11-06 2004-05-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 変位検出機能を備えたマイクロアクチュエータ、および当該マイクロアクチュエータを備えた可変形ミラー
JP2005030499A (ja) * 2003-07-14 2005-02-03 Olympus Corp アクチュエータ
JP2005092175A (ja) * 2003-08-08 2005-04-07 Olympus Corp 光学特性可変光学素子

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8339013B2 (en) 2007-11-14 2012-12-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of controlling electrostatic actuator
JP2011096726A (ja) * 2009-10-27 2011-05-12 Fujitsu Ltd 可変容量素子、可変容量デバイスおよびその駆動方法
CN102664102A (zh) * 2009-10-27 2012-09-12 富士通株式会社 可变电容元件、可变电容设备和驱动可变电容元件的方法
TWI419186B (zh) * 2009-10-27 2013-12-11 Fujitsu Ltd 可變電容元件、可變電容裝置及用於驅動可變電容元件之方法
CN102664102B (zh) * 2009-10-27 2015-04-15 富士通株式会社 可变电容元件、可变电容设备和驱动可变电容元件的方法
JP2011253623A (ja) * 2010-05-31 2011-12-15 Advantest Corp アクチュエータ装置、試験装置、およびアクチュエータ制御方法
JP2012066346A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Toshiba Corp アクチュエータ
US8873218B2 (en) 2010-09-24 2014-10-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Actuator

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