JP2009094690A - 発振子及び該発振子を有する発振器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X方向に延びるように形成され、X方向に直交するY方向に振動する振動片36と、振動片36の両端を支持する振動子アイランド34a,34bとを有する振動子32と、振動片36に対して所定距離を空けた状態で振動片36を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて振動片36を振動させる電極部33a,33bと、を備え、振動片36は、振動部39と、振動部39を振動子アイランド34a,34bに連結する基端部35a,35bと、で一体的に形成され、振動部39の幅が、基端部35a,35bの幅に比べ広く形成されている発振子30を提供する。
【選択図】図2
Description
このようなMEMS技術を応用した発振子としては、ベース部に基端部を介して支持された振動片を、静電引力を利用して固定電極の間で振動させる発振子がしられている(例えば、非特許文献1参照)。この発振子について図面を参照して簡単に説明する。
Renata Melamud,Bongsang Kim,Matthew A.Hopcroft,S.Chandorkar,M.Agarwal,C.M.Jha,and T.W.kenny"COMPOSITE FLEXURAL−MODE RESONATOR WITH CONTROLLABLE TURNOVER TEMPERATURE,"MEMS 2007,Kobe,Japan, 21−25 January 2007,pp.199−202
ここで、上述した振動片103と電極部104とのギャップは、感度に影響を与えるものである。つまり、ギャップが狭いほど、振動片103と電極部104との距離が接近するので、両者間に作用する静電容量の値が大きくなり、高感度で高性能な発振子100になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。また発振子100の共振周波数は、振動片103の幅及び長さ、ヤング率、密度によって決定される。
本発明に係る発振子は、一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方向に振動する振動片と、該振動片の一端または両端を支持するベース部とを有する振動子と、前記振動片に対して所定距離を空けた状態で前記振動片を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて前記振動片を振動させる電極部と、を備え、前記振動片は、振動部と、前記振動部を前記ベース部に連結する基端部とで一体的に形成され、前記振動部は前記基端部よりも機械的に強固に形成されていることを特徴とするものである。
また本発明に係る発振器によれば、高感度で高性能な発振子を有しているので、発振器自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。低電圧で駆動させることができるため、省電力化を図ることができる。
なお、本実施形態では、携帯電話や携帯情報端末機器等の種々の電子部品に用いられる発振器として説明する。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
図1〜3に示すように、発振器10は、IC基板20と発振子30とを備えている。
IC基板20は、図示しない電気回路を介して外部電源に電気的に接続されており、外部電源から供給される電圧を発振子30に印加して、発振子30の駆動を行うものである。IC基板20の上面には、アルミニウム(Al)や金(Au)等からなる電極パッド21が形成されている。このIC基板20は、後述するシリコン支持層11及びBOX層12上に載置されている。
電極部アイランド40a,40bは、シリコン支持層11上にBOX層12を介して形成されており、振動子32の両側方を囲むように形成されている。電極部アイランド40a,40bの各々は、振動片36の延出方向(X方向)の側面36a,36bそれぞれに対して対向する凸部42a,42bを備え、この凸部42a,42bと振動片36における振動部39の側面39a,39bと対向している領域が略平行にギャップdを有している。なお、振動片36の側面36aが凸部42aの側面48aと対向し、側面36bが凸部42bの側面48bと対向している。
まず、図4に示すように、シリコン支持層11上にBOX層12、シリコン活性層44が順次積層されたSOI基板45を準備し、このSOI基板45上に、後に電極パッド37,41a,41bとなる図示しないメタル層を形成する(メタル層成膜工程)。具体的には、スパッタリング法や真空蒸着法等によりSOI基板45の全面に成膜する。
上述した電極パッド37,41a,41bを形成した後、図6に示すように、シリコン活性層44を上述した形状のフレーム31、電極部アイランド34a,34b及び振動子32に各々分離する(分離工程)。具体的には、フォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、シリコン活性層44を貫通してBOX層12の上面まで到達する凹部を形成する。
まず、図示しない外部電源から電気回路を介してIC基板20に電圧を印加する。すると、IC基板20は、電極パッド21及びワイヤー38,43aを介して振動子32の電極パッド37及び電極部33aの電極パッド41aに電圧を印加する。
よって、電極部33a,33bと振動子32との間に電圧を印加すると、振動部39より軟らかい基端部35a,35bが積極的に撓むこととなる。したがって、振動片36をY方向に振動させる際に、振動部39を撓ませずに基端部35a,35bだけを撓ませた状態で振動させることができる。つまり、振動部39を電極部33a,33b間で平行移動させることができる。そのため、振動部39の領域では電極部33a,33bと振動部39とのギャップが一様で、かつ狭く振動することとなり、振動片36の有効面積を向上させることができる。したがって、広い領域で強い静電引力を発生させることができ、高感度で高性能な発振子30を低電圧で駆動させることができるため、省電力化が可能となる。
そのため、振動部39の対向面積(寸法)の設定を、共振周波数の設定とは無関係に設計することができる。つまり、振動部39の寸法の設定(駆動電圧の設定)を、共振周波数の設定を考慮せずに所望の寸法に設計することができるため、発振子30の設計の自由度を向上させることができる。
次に、図7に基づいて本発明の第2実施形態について説明する。図7は、第2実施形態に係る発振子の斜視図であり、図8は平面図である。なお、本実施形態は、振動子の形状について上記第1実施形態と相違しているため、発振器の構成、その他第1実施形態と同様の構成については同一符号を付し説明は省略する。
次に、図9に基づいて本発明の第3実施形態について説明する。図8は、第3実施形態に係る発振子の斜視図である。なお、本実施形態においても、振動子の形状について上記第1実施形態と相違しているため、発振器の構成、その他第1実施形態と同様の構成については同一符号を付し説明は省略する。
また、第1,2実施形態と第3実施形態を組み合わせるような構成としてもよい。つまり、振動部の形成材料を基端部の形成材料より硬い材料で形成するとともに、基端部の幅を振動部の幅に比べ狭く形成するような構成としても構わない。
Claims (6)
- 一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方向に振動する振動片と、該振動片の一端または両端を支持するベース部とを有する振動子と、
前記振動片に対して所定距離を空けた状態で前記振動片を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて前記振動片を振動させる電極部と、を備え、
前記振動片は、振動部と、前記振動部を前記ベース部に連結する基端部と、で一体的に形成され、前記振動部は前記基端部よりも機械的に強固に形成されていることを特徴とする発振子。 - 前記振動部の幅は、前記基端部の幅に比べ広く形成されていることを特徴とする請求項1記載の発振子。
- 前記基端部は、少なくとも前記他方向に向かって弾性変形自在に形成されていることを特徴とする請求項1記載の発振子。
- 前記振動部は、前記基端部に比べて硬い材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の発振子。
- 前記振動片は、前記ベース部に両端が支持されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発振子。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発振子を有することを特徴とする発振器。
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