JP5055596B2 - 発振子及び該発振子を有する発振器 - Google Patents
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Description
このようなMEMS技術を応用した発振子としては、片持ち状態で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,p.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、ギャップを狭くするほど、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。そのため、上述したように可能な限りギャップを狭くすることが望まれている。
本発明に係る発振子は、基端部から先端部に向かって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、前記基端部を介して前記振動片を片持ち状に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他方向に沿って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、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて幅が漸次変化するように形成され、前記電極部は、前記所定距離が前記振動片の前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次狭くなるように形成されていることを特徴とするものである。
よって、スティッキングをより効果的に防止することができる。また、振動片の外形形状が急激に変化しないので、振動片の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
さらに、振動片の先端部に向かうにつれ電極部と振動子との間の所定距離が狭くなるように電極部を形成することで、振動片の先端部側に大きな静電引力を伝えることができる。よって、振動片が振動しやすくなり、低電圧で振動片の大きな振動変位を得ることができる。そのため、振動片の剛性を確保した上で、高感度で高性能な振動子を形成することが可能になる。
また本発明に係る発振器によれば、低電圧で駆動させることができる、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。
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。
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38,42a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。
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。
したがって、振動片36の長手方向に沿う部位でギャップdの変化を少なくすることができるため、基端部35から先端部39に向かういずれの箇所においても、撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。よって、スティッキングをより効果的に防止することができる。また、振動片36の外形形状が急激に変化しないので、振動片36の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
このように、本実施形態の発振器10は、高感度で高性能な発振子30を有しているので、発振器10自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
そして、振動子54の両側方には、ギャップdを介して振動片50の周縁に略平行に一対の電極部53a,53bが配置されている。
そのため、より低電圧で振動片50の大きな振動変位、検出信号を得ることができるため、高感度で高性能な振動子54を形成することが可能になる。したがって、振動片50の性能を維持した上で、安価にスティッキングを防止することができる。
そこで、本実施形態では、振動片36の先端部39に向かうにつれ電極部60a,60bと振動子32との間のギャップが狭くなるように、電極部60a,60bの電極部アイランド61a,61bの幅を設定する構成とした。この構成によれば、振動片36の先端部39側に向かうにつれて大きな静電引力が伝わるため、振動片36が振動しやすくなる。そのため、第1実施形態と同様の効果を奏することに加え、低電圧で振動片36の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。そのため、振動片36の剛性を確保した上で、高感度で高性能な振動子32を形成することが可能になる。
また、第3実施形態では、第1実施形態の振動片を用い、振動片と電極部との間のギャップが先端部に向かうにつれ狭くなるように電極部の幅を設定したが、例えば第2実施形態の振動片と電極部との間のギャップが狭くなるように電極部の幅を設定しても構わない。
Claims (4)
- 基端部から先端部に向かって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、前記基端部を介して前記振動片を片持ち状に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他方向に沿って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、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて幅が漸次変化するように形成され、
前記電極部は、前記所定距離が前記振動片の前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次狭くなるように形成されていることを特徴とする発振子。 - 前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次縮小するよう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。
- 前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次拡大するよう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。
- 請求項1から請求項3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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