JP4760384B2 - Mems振動子 - Google Patents
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Description
そのような提案の中に、無線通信器のメカニカルフィルターとして、MEMS構造体を複数個設けたMEMS振動子が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
ここで、固有振動数とは、複数のMEMS構造体それぞれの共振周波数を意味する。
ここで、多重環状とは、例えば、小型のMEMS構造体の連環の外側または内側に、さらにMEMS構造体の連環を配設する形態を意味する。
さらに、前述したような梁状の支持部材の長さに依存することなくMEMS構造体を基板に接続することができ、多重環状に配設される内側と外側にあるMEMS構造体の間隔を詰めることが可能となる。
図1〜図5は本発明の実施形態1に係るMEMS振動子を示し、図6,7はMEMS構造体の駆動形態、図8は、実施形態1の変形例、図9は実施形態2、図10は実施形態3に係るMEMS振動子を示している。
なお、本発明では、同一基板上に固有振動数が異なる複数個のMEMS構造体を備えることができるが、以降の実施形態では2個のMEMS構造体30,40を備えるMEMS振動子を例示して説明する。
(実施形態1)
なお、上述した製造方法は、MEMS構造体の製造方法の1例を示したもので、これに限定されるものではない。
図3(a)は、本実施形態におけるMEMS構造体30を模式的に示す構成図、(b)は等価回路である。本実施形態のMEMS構造体30の構成は、図3(a)のように表すことができる。両端自由梁31〜34は並列接続に相当する。両端自由梁31〜34に同じ周波数の交流電圧Viが印加され、それぞれから電流ix1〜ix4が流れ、総電流i0が流れるように構成されている。これを図3(b)で等価回路として表す。
つまり、直列抵抗成分Rxは、Rx=(kr/ε0QVDC 2)・(g4/ε0 2A0 2)で表される。
図4は、両端自由梁1個単独の振動形態を示す説明図である。なお、両端自由梁31〜34,41〜44は、共振周波数が異なるものの同じ振動形態を示すので、両端自由梁42を例示して説明する。
図5は、MEMS構造体30の駆動形態を模式的に示す説明図である。図5において、両端自由梁31〜34は、同一周波数の駆動電圧が印加され、所定の共振周波数で振動する。ここで、両端自由梁31,33と両端自由梁32,34とは逆位相の駆動電圧を印加することで、振動の位相も逆位相となる。つまり、両端自由梁31,33は中央部が上方に撓み(矢印F1方向)、先端部(自由端)31a,31b,33a,33bが下方に撓むように振動するとき、両端自由梁32,34は中央部が下方(矢印F2方向)に撓み、先端部(自由端)32a,32b,34a,34bが上方に撓むように振動する。
図7は、MEMS構造体40の駆動形態を模式的に示す説明図である。図7において、両端自由梁41〜44は、同一周波数の駆動電圧が印加され、所定の共振周波数で振動する。ここで、両端自由梁41,43と両端自由梁42,44とは逆位相の駆動電圧を印加することで、振動の位相も逆位相となる。つまり、両端自由梁41,43は中央部が上方に撓み(矢印F1方向)、先端部(自由端)41a,41b,43a,43bが下方に撓むように振動する。また、両端自由梁42,44は中央部が下方(矢印F2方向)に撓み、先端部(自由端)42a,42b,44a,44bが上方に撓むように振動する。つまり、両端自由梁42は、基板20の表面に対して垂直方向に振動する。
(実施形態1の変形例)
図8は、実施形態1の変形例の一つを示し、(a)は平面図、(b)は図8(a)のB−B切断面を示す断面図である。図8(a)、(b)において、支持梁55〜58は、MEMS構造体40の中心部に向かって延在されている。
このような構成のMEMS振動子10は、前述した実施形態1の製造方法で製造することができる。
さらに、内側にあるMEMS構造体40を中心方向(基部40a)に延在する支持梁55〜58で支持する構造であるため、MEMS構造体30とは、支持を分離しているので、それぞれの振動漏れを他のMEMS構造体に伝播させず、振動特性に影響を与えることを、より一層抑制することができる。
(実施形態2)
図9(b)を参照して断面構造について説明する。両端自由梁33を代表して例示している。図9(b)において、両端自由梁33は、基板20の表面に接続される支持柱82,83の上面から長手方向に延在されて形成されている。他の両端自由梁の構成も同様であり説明を省略するが、MEMS構造体30とMEMS構造体40とは、固有振動数(共振周波数)が異なるため、支持柱の長さを変えることがより好ましい。
なお、実施形態2においても、実施形態1と同様な製造方法で形成することが可能である。
さらに、前述したような支持梁の長さに依存することなくMEMS構造体30,40を基板20に接続することができ、多重環状に配設されて内側と外側にあるMEMS構造体の間隔を詰めることが可能となる。
なお、支持柱81〜84の形状は、断面形状が連結部に相当する四角柱でも、中心が振動の節(連結部中央)と一致する円柱でもよく、特に限定されない。
(実施形態3)
なお、支持部を除いてMEMS構造体30,40の構造及び駆動電極の構造は前述した実施形態1または実施形態2と同じであるため、共通部分の説明を省略する。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明しているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成、及び製造工程間の加工方法において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
Claims (5)
- 複数の両端自由梁が、振動の節となる位置を連結部として連環状に交差連結されるMEMS構造体を基板の同一表面上に複数備え、
前記複数の両端自由梁それぞれの長手方向中央部に、前記両端自由梁と空隙を有して交差する駆動電極が前記基板の表面に設けられ、
複数の前記MEMS構造体が前記連結部において、支持部材によって前記基板に連結支持されており、
複数の前記MEMS構造体それぞれを形成する前記複数の両端自由梁が、同時に同じ周波数で、かつ前記基板の表面に対して垂直に駆動されるとともに、
複数の前記MEMS構造体それぞれが異なる固有振動数を有し、所望の固有振動数を有するMEMS構造体を選択的に駆動することを特徴とするMEMS振動子。 - 請求項1に記載のMEMS振動子において、
それぞれが異なる固有振動数を有する複数の前記MEMS構造体が、平面的に多重環状に配設されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 請求項1または請求項2に記載のMEMS振動子において、
多重環状に配設される複数の前記MEMS構造体が、前記連結部の側面から放射状に延在される梁状の前記支持部材によって連結されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 請求項1または請求項2に記載のMEMS振動子において、
複数の前記MEMS構造体それぞれが、前記連結部の平面略中央と前記基板とを柱状の支持部材によって垂直に支持されていることを特徴とするMEMS振動子。 - 請求項1または請求項2に記載のMEMS振動子において、
複数の前記MEMS構造体のうちのいくつかが前記連結部の側面から放射状に延在される前記支持部材によって連結され、
他のMEMS構造体が、前記連結部の平面略中央と前記基板とを支持部材によって垂直に支持されていることを特徴とするMEMS振動子。
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