JP2009053100A - Mems module and method for stabilizing characteristic of same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特定の雰囲気で密封容器に収納され封止されたMEMSデバイス(以降、MEMSモジュールと呼ぶ)及びMEMSモジュールの特性安定化方法に係り、特に、温度特性を有するMEMSデバイスの特性安定化に好適な、温度調節手段を有するMEMSモジュール及びMEMSモジュールの特性安定化方法に関する。 The present invention relates to a MEMS device sealed in a sealed container in a specific atmosphere (hereinafter referred to as a MEMS module) and a method for stabilizing the characteristics of a MEMS module, and more particularly, stabilization of characteristics of a MEMS device having temperature characteristics. It is related with the MEMS module which has a temperature control means suitable for, and the characteristic stabilization method of a MEMS module.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイス(一般には、半導体微細加工技術を応用して作製され、例えばシリコンウェーハ上に機械・電子・光・化学などの複合機能を一体化した微小構造体を有する微小デバイスであり、代表的には、圧力センサ、温度センサ、加速度センサ、角加速度センサ等がある)は、物理量センシング・駆動を行う部分が小型である。例えば特許文献1に記載の静電容量検出センサや静電アクチュエータなどの形状的なギャップは数〜数10μm程度しかない。そのため、周囲温度の変化による熱膨張・収縮に伴う変形が、センサやアクチュエータの特性に大きな影響を与えてしまう。 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices (generally manufactured by applying semiconductor microfabrication technology, for example, microdevices having a microstructure that combines mechanical, electronic, optical, chemical, and other complex functions on a silicon wafer. (Typically, there are a pressure sensor, a temperature sensor, an acceleration sensor, an angular acceleration sensor, and the like), and a part for sensing and driving a physical quantity is small. For example, the shape gaps of the capacitance detection sensor and the electrostatic actuator described in Patent Document 1 are only about several to several tens of μm. For this reason, deformation accompanying thermal expansion / contraction due to a change in ambient temperature greatly affects the characteristics of the sensor or actuator.
このような温度特性を改善するために、IC又はディスクリート回路を用いて温度補償機能を持たせることがなされてきた。 In order to improve such temperature characteristics, a temperature compensation function has been provided by using an IC or a discrete circuit.
又、特許文献2では、温度特性を改善するためではないが、センサにヒータを形成して、センサで計測された静電容量の温度依存性を利用してセンサの故障有無を判別することが提案されている。 Further, in Patent Document 2, although not intended to improve the temperature characteristics, a heater is formed in the sensor, and the presence or absence of a sensor failure can be determined using the temperature dependence of the capacitance measured by the sensor. Proposed.
しかしながら、上記温度補償機能については、以下のような問題点を有している。 However, the temperature compensation function has the following problems.
(1)温度補償機能のためにICを新たに起こす場合には、設計製造に莫大な費用がかかる。 (1) When a new IC is generated for the temperature compensation function, a huge amount of cost is required for designing and manufacturing.
(2)ICを起こす代わりにディスクリート回路を載せると、その分だけ温度補償のための回路基板が大型化する。 (2) When a discrete circuit is mounted instead of causing an IC, the circuit board for temperature compensation is increased by that amount.
(3)温度特性が線形から外れる温度領域では、補正が困難になる。 (3) Correction is difficult in a temperature region where the temperature characteristics deviate from the linearity.
又、温度特性を改善するために、デバイスそのものを小型の恒温槽に入れているものがあるが、恒温槽の分だけモジュールの大きさが大きくなってしまっている。例えば、エプソントヨコム社製の水晶発信器の場合、10〜40MHz程度の発信周波数を持つ発信器において標準的なものは最小で2.5mm×2.0mm×t0.8mm(SG−210シリーズ)、大きくても、5.0mm×3.2mm×t1.0mm(TCO−710xシリーズ)程度なのに対し、恒温槽付発信器TCO−6602は27.2mm×36.2mm×t20mmとSG-210シリーズに対して体積で約5千倍大きくなるという問題点を有している。 In addition, in order to improve temperature characteristics, there are devices in which the device itself is placed in a small thermostat, but the size of the module is increased by the thermostat. For example, in the case of a crystal transmitter manufactured by Epson Toyocom, a standard transmitter having a transmission frequency of about 10 to 40 MHz is a minimum of 2.5 mm × 2.0 mm × t 0.8 mm (SG-210 series), At most, it is about 5.0mm x 3.2mm x t1.0mm (TCO-710x series), whereas the transmitter with constant temperature bath TCO-6602 is 27.2mm x 36.2mm x t20mm and SG-210 series. Therefore, there is a problem that the volume becomes about 5,000 times larger.
なお、特許文献2は、あくまでも故障有無を判別するためのものであり、本発明の特性安定化ということとは、技術思想が異なるので、本発明の特性安定化に適用可能なものではないと考えられる。 Note that Patent Document 2 is merely for determining the presence or absence of a failure, and is not applicable to the characteristic stabilization of the present invention because the technical idea is different from the characteristic stabilization of the present invention. Conceivable.
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、回路基板とMEMSモジュールを大型化することなく、MEMSデバイスの温度特性を改善するMEMSモジュール及びMEMSモジュールの特性を安定化する方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. A MEMS module for improving temperature characteristics of a MEMS device and a method for stabilizing the characteristics of the MEMS module without increasing the size of the circuit board and the MEMS module. It is an issue to provide.
本願の請求項1に係る発明は、MEMSデバイスと、該MEMSデバイスを特定の雰囲気で密封して収納する密封容器と、を有するMEMSモジュールにおいて、前記密封容器中に、MEMSデバイスを周囲温度よりも高い一定の温度に保つ温度調節手段の少なくとも一部を収納することにより、前記課題を解決したものである。 The invention according to claim 1 of the present application is a MEMS module including a MEMS device and a sealed container that seals and stores the MEMS device in a specific atmosphere. In the sealed container, the MEMS device is placed above ambient temperature. By accommodating at least a part of the temperature adjusting means for maintaining a high and constant temperature, the above problem is solved.
すなわち、図1に示す如く、密封容器(例えば中空の構造体)に温度調節手段の一部であるヒータ168とMEMSデバイス112とを特定の雰囲気中(真空又は不活性ガスで置換された空間)に密封封止して、ヒータ168で加熱することで、密封容器内部の温度を安定化させることにより、MEMSデバイス112の温度特性の変化を最小とすることができる。
That is, as shown in FIG. 1, the
本願の請求項2に係る発明は、前記温度調節手段のうち、少なくとも一部がMEMSデバイスに形成されるようにしたものである。 The invention according to claim 2 of the present application is such that at least a part of the temperature adjusting means is formed in the MEMS device.
又、本願の請求項3に係る発明は、前記温度調節手段が、ヒータと、温度センサと、該温度センサの信号を処理する処理回路と、を有するようにしたものである。 The invention according to claim 3 of the present application is such that the temperature adjusting means includes a heater, a temperature sensor, and a processing circuit for processing a signal of the temperature sensor.
本願の請求項4に係る発明は、又、特定の雰囲気である密封容器にMEMSデバイスを封止して、該MEMSデバイスの少なくとも一部を、該密封容器の周囲温度よりも高い一定の温度に保つことを特徴とするMEMSモジュールの特性安定化方法を提供するものである。
In the invention according to
本発明によれば、回路基板とMEMSモジュールを大型化することなく、MEMSデバイスの温度特性の改善を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the temperature characteristics of the MEMS device without increasing the size of the circuit board and the MEMS module.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〈第1実施形態〉
本発明に係る第1実施形態について、図2から図8を用いて説明する。図2は本実施形態に係るMEMSモジュールの断面模式図、図3は同じくMEMSデバイスの断面模式図、図4は同じくMEMSデバイスの分解斜視図、図5は同じく温度制御のための回路ブロックの概略図、図6は同じくMEMSデバイス上面における回路配置の一例の模式図、図7は薄膜抵抗体の形状の模式図、図8は本実施形態の変形例に係るMEMSモジュールの断面模式図を示している。
<First Embodiment>
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a schematic cross-sectional view of the MEMS module according to the present embodiment, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the MEMS device, FIG. 4 is an exploded perspective view of the MEMS device, and FIG. 5 is an outline of a circuit block for temperature control. 6 is a schematic diagram of an example of circuit arrangement on the upper surface of the MEMS device, FIG. 7 is a schematic diagram of the shape of a thin film resistor, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a MEMS module according to a modification of the present embodiment. Yes.
最初に、本実施形態の構成について、図2から図6を用いて詳細に説明する。 First, the configuration of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
図2に示す如く、MEMSモジュール100は、蓋102と、容器104と、MEMSデバイス112と、を有する。そして、本実施形態では、空気分子によるMEMSデバイス112への影響を低減するために、MEMSデバイス112は真空封止されている。なお、蓋102と容器104とから密封容器は構成される。以下、各要素について説明を行う。
As shown in FIG. 2, the MEMS module 100 includes a
前記蓋102は、例えば、容器104の底面積とほぼ同等な大きさであり、熱膨張率を合わせるために、例えば、容器104の材質とほぼ同一のものを使用する。
The
前記容器104は、例えばアルミナ(Al2O3)を主成分としたセラミック容器である。容器104の外側には外部電極106が設けられ、それに電気的に接続された形で容器104の壁を貫通して配線電極108が容器102内部に導かれている。配線電極108からは、MEMSデバイス112の上面の対応する電極にワイヤ110でボンディング接続されている。
The container 104 is a ceramic container mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ), for example. An
前記MEMSデバイス112は、容器104の底面に実装されている。MEMSデバイス112は、図3に示す如く、例えば、大きく3つの層から構成されており、第2層134であるシリコン基板が、その上下面で第1層114、第3層156のガラス基板で挟まれて、陽極接合されている。第2層134には、おもりとなる可動極板136が形成されているので、振動でMEMSデバイス112が上下移動すると、可動極板136が変位し、その変位からその振動を計測することが可能である。
The
以下、各層の構成について、図4を用いて説明する。なお、下記構成要素の加工成形は、半導体微細加工技術(フォトリソグラフィ技術、エッチング技術、成膜技術など)により、容易に行うことができる。 Hereinafter, the configuration of each layer will be described with reference to FIG. It should be noted that the processing and molding of the following components can be easily performed by a semiconductor microfabrication technique (such as a photolithography technique, an etching technique, and a film forming technique).
第1層114は、テーパ形状の貫通孔124〜132を有する。124は、第2層134の可動極板136の電位を取出すために設けられ、126〜132は、第2層134に設けられた電極取出し用島144〜150の電位を取り出すために設けられている。第1層114の第2層134の上面に接する表面(図4の上段図では下面)には、第1の固定極板116と、第1の固定極板116に導通して、電極取出し用島144につながる検出用電極118と、第1の制動用極板120と、第1の制動用極板120に導通して、電極取出し用島150につながる制動用電極122とが、設けられている。
The
第2層134は、おもりとなる可動極板136と、それを第2層134のシリコン基板から支え、上下方向に移動可能とする板ばね構造の弾性部分138と、電極取出し用島の孔140、142と、電気的に絶縁された電極取出し用島144〜150と、ゲッタ用孔152と、ゲッタ154と、を有する。可動極板136と弾性部分138とは、第2層134のシリコン基板にエッチングにより一体的に形成されている。電極取出し用島144〜150は、側面が絶縁処理(例えば、熱酸化膜の形成)されており、電極取出し用島の孔140、142内で互いに接触しても電気的な導通はなされない。ゲッタ154は、例えば、MEMSデバイス112へのガスの影響を低減するためのガス吸着剤である。
The
第3層156は、第2層134の下面に接する表面(図4の下段図では上面)には、第2の固定極板158と、第2の固定極板158に導通して、電極取出し用島146につながる検出用電極160と、第2の制動用極板162と、第2の制動用極板162に導通して、電極取出し用島148につながる制動用電極164とが、設けられている。
The
次に、第1層114の表面に設けた温度制御手段について、図5、図6を用いて説明する。
Next, temperature control means provided on the surface of the
温度制御手段166は、図5に示す如く、ヒータ168と、温度センサ170と、処理回路172と、を有する。そして、処理回路172は、例えば、温度センサ170の出力信号をデジタル信号にするAD変換回路174と、AD変換回路174から出力される信号に対して設定温度との高低を比較してその結果を出力するデジタル回路176と、デジタル回路176の出力信号に基づきヒータ168の電力供給を制御するドライバ回路178と、を有することができる。
As shown in FIG. 5, the temperature control unit 166 includes a
そして、図6の第1層114の上面図に示す如く、可動極板136の真上にあたる第1層114の表面にはヒータ168が配置されている。そして、ヒータ168の近傍に温度センサ170を配置して、温度の変動が迅速に判別できるようにしている。更に、ヒータ168の駆動と温度センサ170の信号とを処理する処理回路172と、容器104から電源等を供給するための電極群180とが設けられている。貫通孔124〜132には、金属薄膜による電極パターン124a〜132aが設けられて、それぞれ、貫通孔124〜132を介して、第2層134の各電極118、122、160、164、並びに、可動極板136と導通している。なお、電極パターン124a〜132aは、第1層114の上面で平坦部分を有しているため、ワイヤにより、容器104の配線電極108とボンディングをすることができる。第1層114は、ガラス基板であるため、その表面に多結晶シリコンを成膜成長させることで、従来の半導体製造プロセスにより、温度センサ170や処理回路172を形成することができる。なお、本実施形態では、処理回路172の近傍にヒータ168が配置されるので、ヒータ168による調整温度域で処理回路172が安定した動作をするように、半導体プロセス条件が適合されて処理回路172が形成されることが好ましい。ヒータ168の材料としては、処理回路172のようにアルミニウム配線を用いるのではなく、高融点金属であるW(タングステン)を用いることができる。ヒータ168の具体的な形状を、図7(a)で示す。ヒータ168aの線間は均一であるので、均一に熱を可動極板136に伝えることが可能である。
Then, as shown in the top view of the
次に、本実施形態の動作について、図2から図4を用いて説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.
MEMSモジュール100に外部から振動が加わると(図2の紙面で言えば、上下方向)、当該振動に起因して、弾性部分138によって中立位置に支持された可動極板136が当該弾性部分138に拘束されながら板厚方向に変位する。これにより、第1の固定極板116(図4)と可動極板136によって形成される可変容量キャパシタの静電容量と、第2の固定極板158(図4)と可動極板136によって形成される可変容量キャパシタの静電容量とが相互に増減し、これに伴って両者の容量差が変動する。すると、図示しない制御部では、当該容量差の変動分に応じた電圧を、外部電極106を介して、MEMSデバイス112の制動用極板120、162(図4)に印加することで、制動用極板120、162(図4)で生じる静電力と可動極板136の慣性力とが相殺されることとなる。すなわち、制御部が各制動用極板120、162(図4)に印加した電圧の大きさから、振動を計測することができる。
When vibration is applied to the MEMS module 100 from the outside (in the vertical direction in FIG. 2), the
このとき、上述の温度制御手段166により、例えば、MEMSモジュール100を使用する周囲温度が60℃を上限として変動する環境であれば、60℃よりも高温の70℃から80℃の間の一定温度にMEMSモジュール100を保つことが可能である。この場合においては、ヒータ168が可動極板136の真上の部分にのみ形成されているので、MEMSモジュール100の可動極板136の近傍の温度を一定に保つことが可能である。すなわち、MEMSデバイス112は、熱的に安定した状態で動作することとなるため、MEMSデバイス112の可動極板136と固定極板116、158とのギャップは一定に保たれ、周囲環境の温度変化が生じてもMEMSデバイス112の特性の変化を少なくすることが可能となる。
At this time, if the ambient temperature in which the MEMS module 100 is used fluctuates with an upper limit of 60 ° C., for example, by the temperature control unit 166 described above, a constant temperature between 70 ° C. and 80 ° C. higher than 60 ° C. It is possible to keep the MEMS module 100 at the same time. In this case, since the
本実施形態では、温度制御手段166をMEMSデバイス112に形成するので、MEMSデバイス112が必要とする雰囲気に封止するための最小の容器104を選択することができるので、MEMSモジュール100を小型にすることが容易である。又、MEMSモジュール100を小型にすることで、ヒータ168の消費電力は少なくすることができる。更に、体積が小さいため、MEMSデバイス112の温度の安定化と制御を容易に行うことが可能である。
In this embodiment, since the temperature control means 166 is formed in the
本実施形態では、第1層114の上面に温度制御手段166を設けたが、これに限定されるものではない。第1層114の下面、第2層134の上面・下面、第3層156の上面・下面のいずれに温度制御手段166を設けてもよいし、或いは温度制御手段166の機能を分けて、各層114、134、156に配置してもよい。なお、MEMSデバイス112の配線パターンとの干渉が生じるのであれば、電気的な短絡を防止するためにその間に絶縁膜が形成可能である。第1層114の下面、第2層134の上面・下面、第3層156の上面にヒータ168及び温度センサ170を配置すれば、可動極板136を間近で温度制御することができるので、より正確に動作の安定性を得ることができる。その際に、シリコン基板を直に加熱することが可能となるので、より消費電力が少なくして温度を制御することが可能である。
In the present embodiment, the temperature control means 166 is provided on the upper surface of the
又、ヒータ168や温度センサ170は1つに限定されるものではなく、それぞれ複数設けてもよい。例えば、温度センサ170を複数個所に配置すれば、より正確な温度測定が可能となり、可動極板136を挟み込むようにヒータ168を複数層に配置すれば、可動極板136の均一且つ十分な加熱が可能となる。
Further, the number of
なお、第3層156の上面に温度調節手段166を構成したときには、第1層114と第2層134を貫通するテーパ状の貫通孔を新たに設けることで、第3層156の上面に容易に電気的導通を取ることが可能である。又、第3層156の下面に温度調節手段166を構成したときには、容器104の底面に配線パターンを構成しておけば、MEMSデバイス112を実装すると同時に配線を行うことが可能となる。
When the temperature adjusting means 166 is formed on the upper surface of the
上記実施形態では、ゲッタ154を有する静電容量型の振動を感知するMEMSデバイス112で説明したが、これに限定されるものではない。例えば、抵抗変化型のMEMSデバイス等であってもよい。更に、温度に対して非線形で応答するようなMEMSデバイスであっても、温度を安定した状態で動作させることが可能となるため、本発明はより有効である。
In the above-described embodiment, the
又、容器104はセラミック容器に限定されるものではなく、図8で示すような金属製の密封容器102a、104aで封止してもよい。金属製の密封容器102a、104aの場合には、加工が容易で、割れや欠けが生じにくいという利点を有する。
The container 104 is not limited to a ceramic container, and may be sealed with metal sealed
又、ヒータ168の材質は、Wだけに限定されるものではなく、Mo(モリブデン)やPt(白金)などであっても良い。特にPtは、高速応答・高精度な温度センサとしても用いることができるので、フォトリソグラフィ技術を用いてヒータ168と温度センサ170を同時に形成できる利点を有する。また、ヒータ168の形状は、図7(a)に限定されるものではなく、例えば、図7(b)の形状であってもよい。また、熱を均一に発生させるのではなく、ヒータ線の密度を中心で高くして中心の発熱量を多くしたものや、逆にヒータ線の密度を中心で低くして中心の発熱量を少なくしたものなど、MEMSデバイス112の構成に即した適切なヒータ形状とすることができる。
The material of the
又、ガラス基板上に処理回路172を形成するために、多結晶シリコンを成膜・成長させることに限定されるものではなく、アモルファスシリコンを成長させて処理回路172を形成しても良い。アモルファスシリコンであれば、多結晶シリコンよりも低コスト化が可能となる。また、シリコン基板上に処理回路172を形成した場合には、電子移動度は、アモルファスシリコンや多結晶シリコンよりも高いため、処理速度が速く複雑な回路を形成することが可能である。
Further, the formation of the
又、処理回路172は、AD変換回路174、デジタル回路176、ドライバ回路178を有するものに限定されるものではない。例えば、温度センサ170の出力値を直接比較器に入力させ、比較結果として二値化された出力に基づいて、ヒータ168の電源をON/OFFするという簡易的な構成をとるものであってもよい。
Further, the
〈第2実施形態〉
本発明に係る第2実施形態について、図9を用いて説明する。図9は本実施形態に係るMEMSモジュールの断面模式図を示している。
Second Embodiment
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the MEMS module according to this embodiment.
本実施形態においては、MEMSデバイス112bに温度センサ170bと処理回路172bを設けて、ヒータ168bは、別途の部材として容器104bの内部に固定したものである。他の構成、動作等については第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
In the present embodiment, the
ヒータ168bは、図9(a)に示す如く、MEMSデバイス112bと容器104bの底面との間に実装されており、ヒータ168bへの電力供給のためのワイヤ111bがボンディングされている。
As shown in FIG. 9A, the
本実施形態においても、ヒータ168bがMEMSデバイス112b近傍にあるため、MEMSデバイス112bは、熱的に安定した状態で動作する。従って、MEMSデバイス112bの可動極板136と固定極板116、158とのギャップは一定に保たれるため、周囲環境の温度変化が生じてもMEMSデバイス112bの特性の変化を少なくすることが可能となる。
Also in this embodiment, since the
更に、この構成によれば、容器104bの大きさはヒータ168bの面積に左右されるが、ヒータ168bはヒータとして別体で成形されるので、MEMSモジュール100bは容易に形成でき、低コストでMEMSモジュール100bを作ることが可能である。そして、ヒータ168bのサイズがMEMSデバイス112bの大きさに制限されないので、MEMSモジュール100bを高温に保つことが可能で、より特性を安定させることを容易としている。
Further, according to this configuration, the size of the
なお、図9(b)は、ヒータ168cをMEMSデバイス112bの上方で、蓋102cの内側に配置させた本実施形態の変形例の構造である。この場合には、ヒータ168cを蓋のようして実装できるので、図9(a)の場合に比べて、容器104cとMEMSデバイス112bとの実装位置の位置あわせが厳格でなくてよいという利点を有する。なお、容器104cの内側の側面に電極パターンを敷設しておき、ヒータ168cの実装の際に、電極パターンと直接導通を取ることで、ワイヤボンディングの手間を省くことが可能である。
FIG. 9B shows a structure of a modification of the present embodiment in which the
〈第3実施形態〉
本発明に係る第3実施形態について、図10を用いて説明する。図10は本実施形態に係るMEMSモジュールの断面模式図を示している。
<Third Embodiment>
A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the MEMS module according to this embodiment.
本実施形態においては、MEMSデバイス112dにヒータ168dを設けて、温度センサ・処理回路171dは、別途の部材として容器104d内部に固定したものである。他の構成、動作等については第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
In this embodiment, the
温度センサ・処理回路171dは、図10(a)に示す如く、MEMSデバイス112dの上面に実装されており、温度センサ・処理回路171dの動作ためのワイヤ111dがボンディングされている。
As shown in FIG. 10A, the temperature sensor /
本実施形態においても、ヒータ168dをMEMSデバイス112dに設けているため、MEMSデバイス112dは、熱的に安定した状態で動作する。従って、MEMSデバイス112dの可動極板136と固定極板116、158とのギャップは一定に保たれるため、周囲環境の温度変化が生じてもMEMSデバイス112dの特性の変化を少なくすることが可能となる。
Also in this embodiment, since the heater 168d is provided in the
更に、この構成によれば、容器104dの大きさはMEMデバイス112dと温度センサ・処理回路171dの実装形態に左右されるが、MEMSデバイス112dには構成の簡単なヒータ168dのみが設けられるので、第1、第2実施形態に比べて容易にMEMSデバイス112dが形成できる。このため、MEMSモジュール100dを、より低コストで作ることが可能である。そして、温度センサ・処理回路171dが別体であることから、温度センサ・処理回路171dは市販のものを使用することが可能であるため、製造数量がそれほど多くなくとも、低コストでMEMSモジュール100dを作ることが可能である。
Furthermore, according to this configuration, the size of the
なお、図10(b)は、温度センサ・処理回路171eをMEMSデバイス112dに並べて配置した本実施形態の変形例の構造である。この構成は、MEMSモジュール100eの厚みを低減する場合や、MEMSデバイス112dの上面の配線パターンの配線自由度の確保を優先する場合に適している。
FIG. 10B shows a structure of a modification of the present embodiment in which the temperature sensor /
〈第4実施形態〉
本発明に係る第4実施形態について、図11を用いて説明する。図11は本実施形に係るMEMSモジュールの断面模式図を示している。
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the MEMS module according to this embodiment.
本実施形態においては、MEMSデバイス112fには温度制御手段166を設けずに、ヒータ168fと温度センサ・処理回路171fは、別途の部材として容器104fの内部に固定したものである。他の構成、動作等については第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
In this embodiment, the
温度センサ・処理回路171fは、図11(a)に示す如く、容器104fの底面とMEMSデバイス112fとの間に実装されたヒータ168f上に、MEMSデバイス112fと並んで実装されており、温度センサ・処理回路171fの動作ためのワイヤ111fがボンディングされている。
As shown in FIG. 11A, the temperature sensor /
本実施形態においても、ヒータ168fがMEMSデバイス112fの近傍にあるため、MEMSデバイス112fは、熱的に安定した状態で動作する。従って、MEMSデバイス112fの可動極板136と固定極板116、158とのギャップは一定に保たれるため、周囲環境の温度変化が生じてもMEMSデバイス112fの特性の変化を少なくすることが可能となる。
Also in this embodiment, since the
更に、この構成によれば、MEMSデバイス112fにはなんら、温度制御手段166が設けられていないので、容易にMEMSデバイス112fを形成することが可能である。そして容器104fの大きさは、ヒータ168fの大きさとMEMSデバイス112fと温度センサ・処理回路171fの実装形態に左右されるが、より低コストでMEMSモジュール100fを作ることが可能である。そして、温度センサ・処理回路171fが別体であることから、温度センサ・処理回路171fは市販のものを使用することが可能である。このため、製造数量がそれほど多くなくとも、低コストでMEMSモジュール100fを作ることが可能である。そして、ヒータ168fのサイズがMEMSデバイス112fの大きさに制限されないので、高温で温度を一定とすることを容易としている。
Furthermore, according to this configuration, the
なお、図11(b)は、ヒータ168gをMEMSデバイス112fの上方で、蓋102gの内側に配置させた本実施形態の変形例の構造である。この場合には、ヒータ168gを蓋のようして実装できるので、図11(a)の場合に比べて、容器104gとMEMSデバイス112fとの実装位置の位置あわせが厳格でなくてよいという利点を有する。なお、容器104gの内側の側面に電極パターンを敷設しておき、ヒータ168gの実装の際に、電極パターンと直接導通を取ることで、ワイヤボンディングの手間を省くことが可能である。
FIG. 11B shows a structure of a modification of the present embodiment in which the
〈第5実施形態〉
本発明に係る第5実施形態について、図12、図13を用いて説明する。図12は本実施形に係るMEMSモジュールの断面模式図、図13はそのMEMSモジュールをプリント基板に実装した模式図を示している。
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a MEMS module according to the present embodiment, and FIG. 13 is a schematic view of the MEMS module mounted on a printed board.
本実施形態においては、図12(a)に示す如く、MEMSデバイス112hには温度制御手段166を設けずに、別体のヒータ168hのみを容器104hの内部に実装している。そして、図13に示す如く、温度センサ・処理回路171hは、別の部材として容器104hの外部のプリント基板182上に取付けたものである。他の構成、動作等については第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
In this embodiment, as shown in FIG. 12A, the
本実施形態においては、MEMSモジュール100hの内部の温度を直接モニタするものではないが、温度センサ・処理回路171hがMEMSモジュール100h近傍に実装されているため、MEMSデバイス112hは、熱的に安定した状態で動作する。従って、MEMSデバイス112hの可動極板136と固定極板116、158とのギャップは一定に保たれるため、周囲環境の温度変化が生じてもMEMSデバイス112hの特性の変化を小さくすることが可能となる。
In this embodiment, the temperature inside the
更に、この構成によれば、MEMSデバイス112hにはなんら、温度制御手段166が設けられていないので、MEMSデバイス112hの形成が容易である。容器104hの大きさは、ヒータ168hの大きさに左右されるが、第1〜4実施形態に比べればより低コストでMEMSモジュール100hを作ることが可能である。そして、温度センサ・処理回路171hが別体で、容器104hの外部に実装されていることから、温度センサ170hと処理回路172hについて小型にするという限定が緩和されるので、価格や性能を重視して市販のものを使用することが可能である。そして、製造数量がそれほど多くなくとも、低コストでMEMSモジュール100hを作ることが可能である。なお、ヒータ168hの大きさはMEMSデバイス112hの大きさに制限されないので、高温で温度を一定に保つことを容易としている。
Further, according to this configuration, since the temperature control means 166 is not provided at all in the
なお、図12(b)は、ヒータ168iの配置違いを示したものであり、ヒータ168iをMEMSデバイス112hの上方で、蓋102iの内側に配置させた本実施形態の変形例の構造である。この場合には、ヒータ168iを蓋のようして実装できるので、図12(a)の場合に比べて、容器104iとMEMSデバイス112hとの実装位置の位置あわせが厳格でなくてよいという利点を有する。なお、容器104iの内側の側面に電極パターンを敷設しておき、ヒータ168iの実装の際に、電極パターンと直接導通を取ることで、ワイヤボンディングの手間を省くことが可能である。
FIG. 12B shows a difference in the arrangement of the heater 168i, which is a structure of a modification of the present embodiment in which the heater 168i is arranged above the
上記のいずれの実施形態でも、温度制御手段166は、ヒータ168と、温度センサ170と、処理回路172と、を有するとしたが、これに限定されるものではない。温度制御手段166は、ヒータ168を少なくとも有することで満足されるものである。
In any of the above-described embodiments, the temperature control unit 166 includes the
又、温度センサ170と処理回路172とは、MEMSデバイス112と別体であるときには、一体化した温度センサ・処理回路171d、171e、171f、171g、171hとして説明したが、本発明はこれに限られるものではない。市販されているもので、温度センサ170や処理回路172を構成する場合には、それぞれ別個のパッケージに分離されているものが多く、本発明はそのような場合を除外するものではない。
Further, when the
又、上記実施形態では、MEMSモジュール100の雰囲気は真空としていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ar(アルゴン)や窒素などの不活性化ガスを封入した雰囲気であっても、本発明は適用されるものである。 Moreover, in the said embodiment, although the atmosphere of the MEMS module 100 was made into the vacuum, this invention is not limited to this. For example, the present invention is applicable even in an atmosphere in which an inert gas such as Ar (argon) or nitrogen is sealed.
100、100a、100b、100d、100f、100h…MEMSモジュール
102、102a〜102i…蓋
104、104a〜104i…容器
106、106a…外部電極
108…配線電極
110、110a〜110i、111a、111b、111d〜111h…ワイヤ
112、112a、112b、112d、112f、112h…MEMSデバイス
114…第1層
116…第1の固定極板
118、160…検出用電極
120…第1の制動用極板
122、164…制動用電極
124〜132…貫通孔
124a〜132a…電極パターン
134…第2層
136…可動極板
138…弾性部分
140、142…電極取出し用島の孔
144〜150…電極取出し用島
152…ゲッタ用孔
154…ゲッタ
156…第3層
158…第2の固定極板
162…第2の制動用極板
166…温度制御手段
168、168a、168b、168c、168f、168g、168h、168i…ヒータ
170…温度センサ
171d、171e、171f、171g、171h…温度センサ・処理回路
172…処理回路
174…AD変換回路
176…デジタル回路
178…ドライバ回路
180…電極群
182…プリント基板
100, 100a, 100b, 100d, 100f, 100h ...
Claims (4)
前記密封容器中に、MEMSデバイスを周囲温度よりも高い一定の温度に保つ温度調節手段の少なくとも一部を収納することを特徴とするMEMSモジュール。 In a MEMS module having a MEMS device and a sealed container for sealing and storing the MEMS device in a specific atmosphere,
The MEMS module, wherein at least a part of temperature adjusting means for keeping the MEMS device at a constant temperature higher than the ambient temperature is housed in the sealed container.
該MEMSデバイスの少なくとも一部を、該密封容器の周囲温度よりも高い一定の温度に保つことを特徴とするMEMSモジュールの特性安定化方法。 Seal the MEMS device in a sealed container that is a specific atmosphere,
A method for stabilizing characteristics of a MEMS module, wherein at least a part of the MEMS device is maintained at a constant temperature higher than an ambient temperature of the sealed container.
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- 2007-08-28 JP JP2007221393A patent/JP2009053100A/en active Pending
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