JP6457426B2 - 活発に偏向可能な要素を有するマイクロメカニカル装置 - Google Patents
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Description
1つのスペーサ54を示す図3に対してなされる。スペーサ54が積層方向30から横方向12へと傾斜していることに従う傾斜角度αが描写される。図3は、しかしながら、第1と第2の層で及ぼされる引力の場合における状況を示す。したがって、スペーサ54は、一種のS形状で偏向されるように示される。スペーサ54は、サイト104で第1と第2の層の中で応力を誘起する。そこではスペーサ54が表面58と21に取り付けられ、それは第1と第2の層で及ぼされる引力なしにスペーサ54にその形状を再び与える(re−award)傾向がある。図3において点線によって示されるように、これは、回転方向と同じ傾斜角度αへとサイト104で局所的に表面58および21(第1および第2の層)を回転させる傾向がある。言い換えると、図3の場合において、例えば、横方向12が左から右へと向く。図3の場合において、スペーサ54は、この方向へと傾斜する。スペーサ54は、表面21に関して角度αで傾斜され、且つ表面58に関して角度αで傾斜する。引力を及ぼすと同時に、スペーサ54の屈曲は、表面58および21それぞれが、サイト104で、回転方向への傾斜、すなわち、図3の場合において時計回りに回転されるように、第1および第2の層を局所的に屈曲させようとする。すなわち、図2および3のマイクロメカニカル装置は、構造的な類似性が図1a〜1gと比較して図2および3において同じ引用符号の使用を導いたにもかかわらず、図1a〜1gに関して示される構造と比較して異なる手段で動作する。図2および3において層18および20が連続的に形成されるこが留意されるべきである。これらは、平面に形成さえされ得、それによって、平面のギャップ32という結果になる。特に、層18および20は、平行6面体形状であり得、且つ、したがって、実質的に平行6面体形状にされたギャップ32によって互いから分離され得、しかしながら、傾斜角度で横方向12を横断する、またはに垂直である横方向の周りに傾斜するスペーサ54によって、横方向12において、断続的に中断される。スペーサ54は、図2および3において描写されるように、平行6面体形状においてもまた形成され得るが、しかし、そのバリエーションは、多様に考えられ得る。例えば、スペーサ54は、個々のシリンダーで形成され得る。引力が層18および20を共に駆り立てるとすぐに、結果として生じる応力は、偏向可能な要素10を屈曲するであろう方向12に沿って層18および20の長さに全て沿った前述した2つの相対する応力勾配を生成する。図1bに則して、マイクロメカニカル装置は、偏向可能な要素10の外の平面動作を達成するために実装され得る。しかしながら、図1cに従う平面動作もまた達成可能である。
Claims (47)
- マイクロメカニカル装置は、第1の層(18)と第2の層(20)の積層体を含む偏向可能な要素(10)を備え、前記第1の層(18)および第2の層(20)は、前記第1の層(18)が積層方向において前記第2の層(20)から離間するように、複数のスペーサ(54)によって互いに機械的に固定され、
前記複数のスペーサ(54)は、前記積層方向に関して横方向(12)へと傾斜し、
前記偏向可能な要素(10)は、前記積層体を前記第1の層(18)と前記第2の層(20)の間の引力に曝すことを経て、前記横方向(12)に沿って前記積層方向に、または前記積層方向と反対へと偏向され、前記複数のスペーサ(54)は、応力のない状況でも応力が課される状況でも前記積層方向に関して横方向(12)へと傾斜する、マイクロメカニカル装置。 - 前記第1と第2の層の厚さの比率は、0.2以上5以下である、請求項1に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1と第2の層の厚さの比率は、3/4以上と4/3以下である、請求項1に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1と第2の層の間のギャップ(32)は、前記複数のスペーサを無視して、平面形状である、請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記複数のスペーサ(54)は、前記横方向に対して横断する更なる横方向において縦方向に広がり、且つ前記横方向に沿って所定の平均ピッチで分散される、請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記横方向に沿って測定される前記複数のスペーサ(54)の横幅の平均は、前記第1と第2の層の間の距離の0.001と1000倍の間である、請求項1〜5のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記積層体は、平板キャパシタ(14)の電極を形成する前記第1および第2の層を有する前記平板キャパシタを形成する、請求項1〜6のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記複数のスペーサ(54)は、平行6面体または円錐の断面を有する傾斜壁のように形成される、請求項1〜7のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記複数のスペーサ(54)は、少なくとも部分的に、絶縁体から形成される、請求項1〜8のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- スペーサ(54)それぞれは、少なくとも部分的に、前記第1の層(18)に面するそれぞれのスペーサの端が、絶縁体によって、前記第2の層(20)に面するそれぞれのスペーサの端から絶縁されるように、絶縁体から形成される、請求項1〜9のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- スペーサ(54)それぞれは、前記複数のスペーサの中で前記絶縁体に隣接するように前記複数のスペーサ(54)へと広がる前記第1の層(18)および前記第2の層(20)の導電体を有する、前記第1の層(18)および前記第2の層(20)の前記導電体からもまた形成される、請求項9または10に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1の層(18)および前記第2の層(20)の前記導電体は、前記積層体を前記引力に曝すとき、垂直に前記引力に起因して前記複数のスペーサにおいて生じる引張応力場を横断し、且つ前記引力に起因して前記複数のスペーサにおいて生じる前記複数のスペーサにおいて圧縮場の圧縮応力と平行である、表面に沿った前記絶縁体に隣接する、請求項11に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1の層(18)および前記第2の層(20)の前記導電体は、前記複数のスペーサ(54)の前記絶縁体と互いに噛み合わされる、請求項12に記載のマイクロメカニカル装置。
- 複数のセグメント(22)において、前記第1の層(18)および前記第2の層(20)の複数の突起は、互いに櫛歯状に(interdigitally)係合するように前記第1の層と前記第2の層との間のギャップ(32)へと突出する、請求項1〜13のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1の層(18)および前記第2の層(20)の前記複数の突起は、前記複数の突起が突出する前記第1および第2の層の突起に沿った相対方向を実質的に横断する方向において互いに平行に実質的に突出し、前記引力に対する前記積層体の曝露を経て前記偏向要素(10)の前記偏向に対応して互いに関して動く、請求項14に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1の層と前記第2の層との間のギャップ(32)の内面は、前記第1および第2の層が引込み力を超える前記第1の層と前記第2の層の間の前記引力に起因した前記第1と第2の層の機械的な接触の場合でさえ互いから絶縁され続けるために、絶縁フィルムによって少なくとも部分的に覆われる、請求項1〜15のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、基板の厚さ方向において連続する開口によって、前記偏向可能な要素(10)の少なくとも1つのサスペンション・サイトを除いて、隣接する前記基板の一部から形成され、前記積層方向は前記基板の厚さ方向においてである、請求項1〜16のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、基板の厚さ方向において連続する開口によって、前記偏向可能な要素(10)の少なくとも1つのサスペンション・サイトを除いて、隣接する前記基板の一部から形成され、前記積層方向は前記基板に関して側面である、請求項1〜16のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記第1および第2の層のうち一方は停止解除されるが、一方で、前記第1および第2の層の他方は前記偏向可能な要素(10)のサスペンション・サイトのために停止される、請求項1〜18のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 偏向可能な要素(10)を備えるマイクロメカニカル装置であって、前記偏向可能な要素は、偏向方向(30)に沿っておよび前記偏向方向(30)において広がる末端層(18)および基端層を備える積層体として形成され、前記偏向可能な要素の中立軸(16)から離間する、層状のアクチュエータを備え、前記基端層(20)は前記末端層(18)と前記中立軸(16)との間に配置され、且つ前記積層体は横方向(12)に沿って複数のセグメント(22)へと分割され、前記末端層(18)は、前記末端層(18)が前記基端層(20)から離間するために、且つ前記偏向可能な要素(10)が、前記積層体を前記末端層(18)と前記基端層(20)との間の引力へと曝すことを経て、前記横方向(12)に沿って前記偏向方向(30)に、または前記偏向方向(30)と相対して偏向されるために、前記複数のセグメント(22)の間に機械的に固定され、
セグメントそれぞれにおいて、ギャップ(32)を介して前記基端層(20)に面する前記末端層(18)の表面が、前記中立軸(16)に向かってまたは前記中立軸(16)から離間して膨れ出し、前記中立軸(16)から前記表面の最大距離と前記中立軸(16)から前記表面の最小距離との差に対する前記横方向(12)における前記セグメントそれぞれの半分の長さの比率は、sin(1°)以上sin(10°)以下である、マイクロメカニカル装置。 - 前記表面は、丸みを付けられ、角度を付けられ、または階段状にされるセグメントそれぞれにおいて膨れ出す、請求項20に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記積層体は、平板キャパシタの基端電極を形成する前記基端層(20)および前記平板キャパシタの末端電極を形成する前記末端層(18)を有する前記平板キャパシタ(14)を形成する、請求項20または21に記載のマイクロメカニカル装置。
- セグメント(22)それぞれにおいて、前記表面は、前記表面が前記横方向に沿って互いに次に続く少なくとも1つの平面部(581,583,585)および少なくとも2つの斜面部(582,584)を排他的に備えるように形成され、前記少なくとも1つの平面部が前記中立軸(16)に対して平行であり、且つ前記少なくとも2つの斜面部が前記横方向に関して反対に傾斜する前記少なくとも2つの斜面部のうち少なくとも2つを有する前記中立軸に関して傾斜するようになっている、請求項20〜22のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記表面が前記中立軸(16)に対して前記少なくとも2つの斜面部に配置される前記平面の傾斜の角度は、前記偏向可能な要素(10)の2つの結晶面の間の角度に対応し、うち第1の結晶面は前記少なくとも1つの平面部に対して平行であり、且つ第2の結晶面は前記少なくとも2つの斜面部のそれぞれに対して平行である、請求項23に記載のマイクロメカニカル装置。
- セグメント(22)それぞれにおいて、前記表面は、前記横方向(12)において交互に少なくとも3つの平面部(58 1 ,58 3 ,58 5 )と少なくとも2つの斜面部(58 2 ,58 4 )を前記表面が排他的に備えるように形成され、前記少なくとも2つの斜面部(58 2 ,58 4 )のそれぞれが前記少なくとも3つの平面部のうちの2つの間に位置し、且つ前記少なくとも3つの平面部が平行ではあるが前記中立軸(16)に対して異なる距離にあり、且つ前記少なくとも2つの斜面部(582,584)が前記中立軸に関して傾斜するようになっている、請求項20〜22のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記表面が前記中立軸(16)に対して前記少なくとも2つの斜面部に配置される前記平面の傾斜の角度は、前記偏向可能な要素(10)の2つの結晶面の間の角度に対応し、うち第1の結晶面は前記少なくとも3つの平面部に対して平行であり、且つ第2の結晶面は前記少なくとも2つの斜面部のそれぞれに対して平行である、請求項25に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、基板の厚さ方向において連続する開口によって、前記偏向可能な要素(10)の少なくとも1つのサスペンション・サイトを除いて、隣接する前記基板の一部から形成され、前記偏向の方向が前記基板の厚さ方向においてである、請求項20〜26のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 第1の斜面部において第1の傾斜角度で前記中立軸(16)に関して傾斜する平面に対して平行であるように、且つ第2の斜面部において前記第1の傾斜角度と相対する第2の傾斜角度で平面に関して傾斜する平面に対して平行であるように、セグメント(22)それぞれにおいて、前記表面が前記横方向(12)に沿って前記第1および第2の斜面部へと分割され、前記第1および前記第2の傾斜角度は、それぞれ、1°以上10°以下である、請求項20〜22のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、基板の厚さ方向において連続する開口によって、前記偏向可能な要素(10)の少なくとも1つのサスペンション・サイトを除いて、隣接する基板の一部から形成され、前記偏向の方向が前記基板に関して横方向である、請求項20〜22および28のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- セグメント(22)それぞれは、前記セグメントそれぞれにおいて前記表面が前記横方向に横断する平面に関して対称であるように構成される、請求項20〜29のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- セグメント(22)それぞれにおいて、前記最小距離が前記セグメントの境界(24)に位置する、請求項20〜30のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- セグメント(22)それぞれにおいて、前記最大距離が前記セグメントの境界(24)に位置する、請求項20〜30のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記複数のセグメント(22)において、前記末端層および前記基端層の複数の突起は、互いに櫛歯状に係合するように前記ギャップ(32)へと突出する、請求項20〜32のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記末端層(18)は、
前記末端層(18)と前記基端層(20)の間に広がり、且つ前記複数のセグメント(22)の間に横方向に位置するように前記横方向(12)に沿って横方向に分散される、複数の絶縁スペーサによって、若しくは、
前記末端層(18)と前記基端層(20)の間に広がり、前記複数のセグメント(22)の間に横方向に位置するように前記横方向(12)に沿って横方向に分散され、且つ前記末端層および前記基端層のうちの少なくとも1つから絶縁される、複数のスペーサ(54)によって、若しくは、
前記末端層または基端層のうちの1つにおける複数のボイド(60)で、前記末端層または基端層のうちの他の1つが前記複数のボイドで前記偏向可能な要素の絶縁体に固定されるように、または、
前記末端層または基端層のうちの1つが絶縁層を介して前記末端層または基端層のうちの他から絶縁される手段で、前記末端層または基端層の他に対して固定されるために、前記末端層または基端層のうちの他に向かって膨れ出る、前記末端層または基端層のうちの1つにおける複数の膨らみによって、
前記複数のセグメントの間に機械的に固定される、請求項20〜32のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。 - 前記ギャップ(32)の内面は、前記基端層と前記末端層の間の前記引力が引込み力を超えたことに起因して前記末端層と基端層が機械的に接触した場合でさえ、前記末端層と基端層が互いから絶縁され続けるために、絶縁フィルムによって少なくとも部分的に覆われる、請求項20〜34のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記中立軸(16)から前記末端層の表面の前記距離は、セグメント境界それぞれで等しい、請求項20〜35のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- セグメント(22)それぞれにおいて、前記基端層と末端層の間の前記ギャップは、一定の厚さであり、且つ前記表面に準じて形成される、請求項20〜36のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、前記ギャップに準じる前記末端層から離間して面する表面を備える、請求項20〜37のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 偏向可能な要素を備えるマイクロメカニカル装置であって、前記偏向可能な要素(10)は、前記偏向可能な要素(10)の中立軸(16)から離間して、偏向方向(30)に沿って、且つ前記偏向方向(30)において広がる末端層(18)および基端層(20)を備える積層体として形成される層状のアクチュエータ(14)を備え、前記基端層(20)は前記末端層(18)と前記中立軸(16)の間に配置され、且つ前記積層体は横方向に沿って複数のセグメント(22)へと分割され、前記末端層は、前記末端層が前記基端層から離間するために、且つ前記偏向可能な要素が前記積層体を前記基端層と前記末端層の間の引力に曝すことを経て、前記偏向方向へとまたは前記偏向方向と反対に前記横方向に沿って偏向されるために、前記複数のセグメントの間に機械的に固定され、
セグメントそれぞれにおいて、前記基端層と末端層の間のギャップ(32)は非平面であり、且つ前記偏向可能な要素(10)は、前記中立軸の層状のアクチュエータ(14)に対向する側に向かって中立軸(16)から離間し、且つ前記ギャップに準じた前記ギャップから離間して面する表面を備える、マイクロメカニカル装置。 - 前記積層体は、平板キャパシタの基端電極を形成する前記基端層(20)および前記平板キャパシタの末端電極を形成する前記末端層(18)を有する前記平板キャパシタ(14)を形成する、請求項39に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記表面は、前記中立軸(16)を横断する前記ギャップと相対する前記偏向可能な要素(10)の外面である、請求項39に記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、前記偏向可能な要素の前記中立軸(16)から離間して、偏向方向(30)に沿って、且つ前記偏向方向(30)において広がる、前記積層体と相対する、もう1つの積層体を備え、前記表面は、セグメントごとに1つ、前記中立軸に沿って分散される前記偏向可能な要素の内部で、複数の空洞の内面の第1の部分であり、前記複数の空洞の前記内面の第2の部分は、前記他の積層体の前記基端層と末端層の間の前記ギャップに準ずる、請求項39〜41のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、基板の厚さ方向において連続する開口によって、前記偏向可能な要素の少なくとも1つのサスペンション・サイトを除いて、隣接する前記基板の一部から形成され、前記偏向の方向は前記基板の厚さ方向においてである、請求項39〜42のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記偏向可能な要素(10)は、基板の厚さ方向において連続する開口によって、前記偏向可能な要素の少なくとも1つのサスペンション・サイトを除いて、隣接する前記基板の一部から形成され、前記偏向の方向は前記基板に関して横方向である、請求項39〜42のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記複数のセグメント(22)において、前記末端層および前記基端層の複数の突起は、互いに櫛歯状に係合するように、前記ギャップ(32)へと突出する、請求項39〜44のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
- 前記末端層は、
前記末端層と前記基端層の間に広がり、且つ前記複数のセグメントの間に横方向に位置するように前記横方向に沿って横方向に分散される、絶縁スペーサによって、若しくは、
前記末端層と前記基端層の間に広がり、前記複数のセグメントの間に横方向に位置するように前記横方向に沿って横方向に分散され、且つ前記末端層および基端層のうちの少なくとも1つから絶縁される、複数のスペーサ(54)によって、若しくは、
前記末端層または基端層のうちの1つにおける複数のボイド(60)で、前記末端層または基端層のうちの他の1つが前記複数のボイドで前記偏向可能な要素の絶縁体に固定されるように、または、
前記末端層または基端層のうちの1つが絶縁層を介して前記末端層または基端層のうちの他から絶縁される手段で、前記末端層または基端層の他に対して固定されるために、前記末端層または基端層のうちの他に向かって膨れ出る、前記末端層または基端層のうちの1つにおける複数の膨らみによって、
前記複数のセグメント(22)の間に機械的に固定される、請求項39〜45のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。 - 前記ギャップ(32)の内面は、前記末端層および基端層の間の引力が引込み力を超えたことに起因して前記末端層と基端層が機械的に接触した場合でさえ、前記末端層と前記基端層が互いから絶縁され続けるために、絶縁フィルムによって少なくとも部分的に覆われる、請求項39〜46のいずれかに記載のマイクロメカニカル装置。
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