JP7297653B2 - Mems素子及び電気回路 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図1(a)は、図1(b)の矢印AR1からみた平面図である。図1(b)は、図1(a)のA1-A2線断面図である。
図2(a)~図2(c)、図3(a)及び図3(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
これらの図は、第2導電部材22と第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加されたときの、素子部51の変化を例示している。既に説明したように、第1電気信号Sg1は、制御部70により供給される。
これらの図は、実施形態に係るMEMS素子111の一部を例示している。図4(a)は、第1導電部材21を例示する。図4(b)は、第2導電部材22を例示する。
これらの図は、実施形態に係るMEMS素子112の一部を例示している。図5(a)は、第1導電部材21を例示する。図5(b)は、第2導電部材22を例示する。
これらの図は、実施形態に係るMEMS素子113の一部を例示している。図6(a)は、第1導電部材21を例示する。図6(b)は、第2導電部材22を例示する。
これらの図は、実施形態に係るMEMS素子114の一部を例示している。図7(a)は、第1導電部材21を例示する。図7(b)は、第2導電部材22を例示する。
図8(a)に示すように、第2状態ST2において、第1導電部材21の破断部21Bが形成され、第2導電部材22に破断部22Bが形成される。図8(b)は、破断部21Bを例示している。図8(c)は、破断部22Bを例示している。
図9は、実施形態に係るMEMS素子118を例示している。図9は、第1状態ST1を例示している。図9に示すように、MEMS素子118は、第1部材41及び素子部51に加え、第2部材42をさらに含む。第1部材41と第2部材42との間に、第1固定電極11及び第1可動電極20Eがある。第1状態ST1において、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間に第1間隙g1がある。第1状態ST1において、第1可動電極20Eと第2部材42との間に第2間隙g2がある。
図10(a)及び図10(b)は、第2実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図10(a)は、図10(b)の矢印AR2からみた平面図である。図10(b)は、図10(a)のB1-B2線断面図である。
図11(a)~図11(c)、図12(a)及び図12(b)は、第2実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
図11(a)に示す第1状態ST1において、例えば、第2導電部材22及び第1固定電極11の間、及び、第2導電部材22及び第2固定電極12との間に制御のための電気信号が印加されない。第2導電部材22、第1固定電極11及び第2固定電極12は、例えばフローティング状態FLTである。このとき、第1可動電極20Eは、第1固定電極11及び第2固定電極12から離れている。このような第1状態ST1において、第1端子T1及び第2端子T2との間には、電流が流れることが可能である。第1状態ST1において、素子部51は、導通状態(オン状態)である。
図13は、実施形態に係るMEMS素子121を例示している。図13は、第1状態ST1を例示している。図13に示すように、MEMS素子121は、第1部材41、第2部材42及び素子部51を含む。第1部材41と第2部材42との間に、第1固定電極11、第2固定電極12及び第1可動電極20Eがある。第1状態ST1において、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間、及び、第2固定電極12と第1可動電極20Eとの間に第1間隙g1がある。第1状態ST1において、第1可動電極20Eと第2部材42との間に第2間隙g2がある。第1間隙g1及び第2間隙g2があることで、第1可動電極20Eは、Z軸方向に沿って変位できる。
図14(a)は、平面図である。図14(b)は、斜視図である。
図15(a)~図15(c)、図16(a)~図16(c)は、第2実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
これらの図は、図14(a)のB1-B2線断面に対応する。
これらの図は、MEMS素子122における別の動作を例示している。これらの図は、図15(a)~図15(c)に関して説明した動作が行われた後の動作を例示している。
図18は、第3実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図18に示すように、実施形態に係るMEMS素子130は、複数の素子部51を含む。複数の素子部51は、例えば、並列に接続される。複数の素子部51のそれぞれに、制御信号Vppが互いに独立して印加可能である。
第4実施形態は、電気回路に係る。図18は、実施形態に係る電気回路210の構成を例示している。図18に示すように、電気回路210は、第1~第3実施形態に係るMEMS素子(例えばMEMS素子130)と、電気素子55と、を含む。電気素子55は、MEMS素子130と電気的に接続される。電気素子55は、抵抗、容量素子、インダクタ素子、ダイオード及びトランジスタよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。電気素子55に含まれる容量素子は、センサを含んでも良い。例えば、電気素子55は、センサ素子を含んでも良い。例えば、電気素子55は、容量型センサ素子を含んでも良い。
図19に示すように、制御回路310は、昇圧回路321、論理回路322、及び、スイッチングマトリクス323を含む。昇圧回路321には、電源電圧Vccが供給される。昇圧回路321は、スイッチングマトリクス323に高電圧Vhを出力する。論理回路322からスイッチングマトリクス323に供給された信号322aに応じて、スイッチングマトリクス323は、複数の制御信号Vppを出力する。複数の制御信号Vppの1つが、複数の素子部51の1つに供給される。
これらの図は、第1電気信号Sg1の1つの例を示している。これらの図の横軸は、時間tmである。図21(a)の縦軸は、第1電気信号Sg1の電圧Va1である。図21(b)の縦軸は、第1電気信号Sg1の電流Ia1である。
これらの図は、第1電気信号Sg1の別のを示している。これらの図の横軸は、時間tmである。図22(a)の縦軸は、第1電気信号Sg1の電圧Va1である。図22(b)の縦軸は、第1電気信号Sg1の電流Ia1である。
(構成1)
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極に電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極に電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は、前記第1可動電極を前記第1固定電極から離して支持し、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断状態である、MEMS素子。
前記第1導電部材の剛性は、前記第2導電部材の剛性とは異なる、構成1記載のMEMS素子。
前記第1導電部材は、前記第1導電部材及び前記第1可動電極を含む第1電流経路に沿う第1長さと、前記第1電流経路に対して垂直な方向の第1幅と、を有し、
前記第2導電部材は、前記第2導電部材及び前記第1可動電極を含む第2電流経路に沿い、前記第1長さよりも短い第2長さと、前記第2電流経路に対して垂直な方向で前記第1幅よりも大きい第2幅と、の少なくともいずれかを有する、構成1または2に記載のMEMS素子。
前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向において、前記第1導電部材の一部及び第2導電部材の一部の少なくともいずれかは、前記第1固定電極と重なる、構成1~3のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第1導電部材は、第1ノッチ部と、第1非ノッチ部と、を含み、前記第1ノッチ部から前記第1非ノッチ部への方向は、前記第1導電部材及び前記第1可動電極を含む第1電流経路に沿い、
前記第1電流経路に対して垂直な第1交差方向に沿う前記第1ノッチ部の長さは、前記第1交差方向に沿う前記第1非ノッチ部の長さよりも短い、構成1~3のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第1ノッチ部と前記第1可動電極との間の距離は、前記第1導電部材及び前記第1可動電極を含む第1電流経路に沿う、前記第1導電部材の第1長さの1/2以下である、構成5記載のMEMS素子。
前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向において、前記第1ノッチ部は、前記第1固定電極の端部と重なる、構成5または6に記載のMEMS素子。
前記第2導電部材は、第2ノッチ部と、第2非ノッチ部と、を含み、前記第2ノッチ部から前記第2非ノッチ部への方向は、前記第2導電部材及び前記第1可動電極を含む第2電流経路に沿い、
前記第2電流経路に対して垂直な第2交差方向に沿う前記第2ノッチ部の長さは、前記第2交差方向に沿う前記第2非ノッチ部の長さよりも短い、構成5~7のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第2導電部材は、第2ノッチ部と、第2非ノッチ部と、を含み、前記第2ノッチ部から前記第2非ノッチ部への方向は、前記第2導電部材及び前記第1可動電極を含む第2電流経路に沿い、
前記第2電流経路に対して垂直な第2交差方向に沿う前記第2ノッチ部の長さは、前記第2交差方向に沿う前記第2非ノッチ部の長さよりも短く、
前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向において、前記第2ノッチ部は、前記第1固定電極の端部と重なる、構成1~3のいずれか1つに記載のMEMS素子。
第2部材をさらに備え、
前記第1部材と前記第2部材との間に、前記第1固定電極及び前記第1可動電極があり、
前記第1状態において、前記第1固定電極と前記第1可動電極との間に第1間隙があり、
前記第1状態において、前記第1可動電極と前記第2部材との間に第2間隙がある、構成1~9のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加されたときに、前記第1可動電極と前記第1固定電極との間に電流が流れることが可能である、構成1~10のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加されたときに、前記第1可動電極は前記第1固定電極と接する、構成1~11のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記素子部は、前記第1導電部材と電気的に接続された第1容量素子をさらに含む、構成1~12のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記素子部は、前記第1部材に固定された第2固定電極をさらに含み、
前記第1可動電極は、第1電極領域及び第2電極領域を含み、
前記第1電極領域と前記第1導電部材との間の距離は、前記第2電極領域と前記第1導電部材との間の距離よりも短く、
前記第1電極領域は、前記第1固定電極と対向し、
前記第2電極領域は、前記第2固定電極と対向し、
前記第1状態は、前記第2導電部材と前記第2固定電極との間に第2電気信号が印加される前であり、
前記第1状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は、前記第1可動電極を前記第2固定電極から離して支持し、
前記第2状態は、前記第2導電部材と前記第2固定電極との間に前記第2電気信号が印加された後であり、
前記第2状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断状態である、構成1~13のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第2電気信号の印加の開始は、前記第1電気信号の印加の開始の後である、構成14記載のMEMS素子。
前記第2電気信号の前記印加の終了は、前記第1電気信号の前記印加の終了の後である、構成15記載のMEMS素子。
前記第1可動電極は、前記第1電極領域と前記第2電極領域との間の第3電極領域をさらに含み、
前記素子部は、前記第1部材に固定された第1支持部、前記第1部材に固定された第2支持部、及び、前記第1部材に固定された第3支持部を含み、
前記第1支持部は、前記第1導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第2支持部は、前記第2導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第3支持部は、前記第3電極領域の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持する、構成14~16のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第1可動電極は、第1電極領域と、第2電極領域と、第3電極領域と、を含み、前記第1電極領域は、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間にあり、前記第2電極領域は、前記第1電極領域と前記第2導電部材との間にあり、前記第3電極領域は、前記第1電極領域と前記第2電極領域との間にあり、
前記素子部は、前記第1部材に固定された第1支持部、前記第1部材に固定された第2支持部、及び、前記第1部材に固定された第3支持部を含み、
前記第1支持部は、前記第1導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第2支持部は、前記第2導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第3支持部は、前記第3電極領域の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持する、構成1~13のいずれか1つに記載のMEMS素子。
前記第1可動電極は、第1延在領域を含み、
前記第1延在領域は、延在方向に沿って延び、前記延在方向は、前記第1電極領域から前記第2電極領域への方向と交差し前記第1部材の表面に沿い、
前記第1延在領域の一部は、前記第3電極領域と接続され、前記第1延在領域の他の一部は、前記第3支持部と接続された、構成17または18に記載のMEMS素子。
前記第1可動電極は、第2延在領域を含み、
前記延在方向において、前記第1延在領域と前記第2延在領域との間に前記第3電極領域があり、
前記素子部は、前記第1部材に固定された第4支持部をさらに含み、
前記第2延在領域の一部は、前記第3電極領域と接続され、前記第2延在領域の他の一部は、前記第4支持部と接続された、構成19に記載のMEMS素子。
前記第1導電部材及び前記第2導電部材の少なくともいずれかは、Al、Cu、Au、Ti、Pd、Pt及びWよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1~20のいずれか1つに記載のMEMS素子。
複数の前記素子部を備え、
前記複数の素子部の1つに含まれる前記第1導電部材及び前記第2導電部材は、前記複数の素子部の別の1つに含まれる前記第1導電部材及び前記第2導電部材と独立して破断可能である、構成1~21のいずれか1つに記載のMEMS素子。
構成1~22のいずれか1つに記載のMEMS素子と、
前記MEMS素子と電気的に接続された電気素子と、
を備え、
前記電気素子は、抵抗、容量素子、インダクタ素子、ダイオード及びトランジスタよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、電気回路。
構成1~22のいずれか1つに記載のMEMS素子と、
前記MEMS素子と電気的に接続された電気素子と、
を備え、
前記電気素子は、センサ素子を含む、電気回路。
前記MEMS素子は、複数の前記素子部を含み、
前記複数の素子部の少なくとも1つに含まれる前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断されることにより、前記電気回路の特性が制御可能である、構成23または24に記載の電気回路。
Claims (12)
- 第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極に電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極に電気的に接続された第2導電部材と、
前記第1導電部材に電気的に接続された第1端子と、
前記第2導電部材に電気的に接続された第2端子と、
を含み、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は、前記第1可動電極を前記第1固定電極から離して支持し、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断状態であり、
前記第1状態において、前記第1端子と前記第2端子との間に電流が流れることが可能であり、
前記第2状態において、前記第1端子と前記第2端子との間に電流が流れない、MEMS素子。 - 前記第1導電部材の剛性は、前記第2導電部材の剛性とは異なる、請求項1記載のMEMS素子。
- 前記第1導電部材は、前記第1導電部材及び前記第1可動電極を含む第1電流経路に沿う第1長さと、前記第1電流経路に対して垂直な方向の第1幅と、を有し、
前記第2導電部材は、前記第2導電部材及び前記第1可動電極を含む第2電流経路に沿い、前記第1長さよりも短い第2長さと、前記第2電流経路に対して垂直な方向で前記第1幅よりも大きい第2幅と、の少なくともいずれかを有する、請求項1または2に記載のMEMS素子。 - 前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向において、前記第1導電部材の一部及び第2導電部材の一部の少なくともいずれかは、前記第1固定電極と重なる、請求項1~3のいずれか1つに記載のMEMS素子。
- 前記第1導電部材は、第1ノッチ部と、第1非ノッチ部と、を含み、前記第1ノッチ部から前記第1非ノッチ部への方向は、前記第1導電部材及び前記第1可動電極を含む第1電流経路に沿い、
前記第1電流経路に対して垂直な第1交差方向に沿う前記第1ノッチ部の長さは、前記第1交差方向に沿う前記第1非ノッチ部の長さよりも短い、請求項1~3のいずれか1つに記載のMEMS素子。 - 前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向において、前記第1ノッチ部は、前記第1固定電極の端部と重なる、請求項5記載のMEMS素子。
- 前記素子部は、前記第1部材に固定された第2固定電極をさらに含み、
前記第1可動電極は、第1電極領域及び第2電極領域を含み、
前記第1電極領域と前記第1導電部材との間の距離は、前記第2電極領域と前記第1導電部材との間の距離よりも短く、
前記第1電極領域は、前記第1固定電極と対向し、
前記第2電極領域は、前記第2固定電極と対向し、
前記第1状態は、前記第2導電部材と前記第2固定電極との間に第2電気信号が印加される前であり、
前記第1状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は、前記第1可動電極を前記第2固定電極から離して支持し、
前記第2状態は、前記第2導電部材と前記第2固定電極との間に前記第2電気信号が印加された後であり、
前記第2状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断状態である、請求項1~6のいずれか1つに記載のMEMS素子。 - 前記第2電気信号の印加の開始は、前記第1電気信号の印加の開始の後である、請求項7記載のMEMS素子。
- 前記第1可動電極は、前記第1電極領域と前記第2電極領域との間の第3電極領域をさらに含み、
前記素子部は、前記第1部材に固定された第1支持部、前記第1部材に固定された第2支持部、及び、前記第1部材に固定された第3支持部を含み、
前記第1支持部は、前記第1導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第2支持部は、前記第2導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第3支持部は、前記第3電極領域の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持する、請求項7または8に記載のMEMS素子。 - 前記第1可動電極は、第1電極領域と、第2電極領域と、第3電極領域と、を含み、前記第1電極領域は、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間にあり、前記第2電極領域は、前記第1電極領域と前記第2導電部材との間にあり、前記第3電極領域は、前記第1電極領域と前記第2電極領域との間にあり、
前記素子部は、前記第1部材に固定された第1支持部、前記第1部材に固定された第2支持部、及び、前記第1部材に固定された第3支持部を含み、
前記第1支持部は、前記第1導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第2支持部は、前記第2導電部材の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持し、
前記第3支持部は、前記第3電極領域の少なくとも一部を前記第1部材から離して支持する、請求項1~8のいずれか1つに記載のMEMS素子。 - 複数の前記素子部を備え、
前記複数の素子部の1つに含まれる前記第1導電部材及び前記第2導電部材は、前記複数の素子部の別の1つに含まれる前記第1導電部材及び前記第2導電部材と独立して破断可能である、請求項1~10のいずれか1つに記載のMEMS素子。 - 請求項1~11のいずれか1つに記載のMEMS素子と、
前記MEMS素子と電気的に接続された電気素子と、
を備え、
前記電気素子は、抵抗、容量素子、インダクタ素子、ダイオード及びトランジスタよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、電気回路。
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