KR101724488B1 - Mems 공진기 - Google Patents

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Abstract

MEMS 공진기가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기는 중앙에 수용부를 형성하는 메인기판; 상기 메인기판 상의 수용부 중앙에 위치하여 상기 메인기판에 제1탄성부재와 제2탄성부재를 통하여 일단부 및 중앙부의 각 양측이 탄성적으로 지지되는 질량체; 상기 메인기판 상의 수용부 일측에 구성되어 상기 질량체의 일단부 양측에 전압에 의한 구동력을 작용하여 상기 메인기판에 대하여 질량체의 위치를 이동시키는 구동부; 및 상기 제2탄성부재를 기준으로 튜닝유닛이 대칭으로 구비되어 한 쌍을 이루어 상기 질량체의 중앙부 양측에 대응하여 상기 수용부에 각각 구성되며, 각 튜닝유닛의 액추에이팅 작동에 의해 빔부재가 제2탄성부재의 길이를 변화시키며 주파수를 조절하는 튜닝부를 포함한다.

Description

MEMS 공진기{MEMS RESONATOR}
본 발명은 MEMS 공진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액추에이터에 전압을 인가해서 질량체를 지지하는 스프링을 인위적으로 구속함에 따라 강성을 조절하여 공진주파수를 튜닝하는 방식으로, 지속적으로 전압을 인가하지 않아도 튜닝 상태를 유지할 수 있는 MEMS 공진기에 관한 것이다.
일반적으로 MEMS(Micro Electro Mechanical System)는 실리콘이나 수정, 유리 등을 가공하여 초고밀도 집적회로 등의 초미세 기계구조물을 만드는 기술이다.
실리콘 가공기술에서 시작한 MEMS 기술은 구조적으로 증착과 식각 등의 과정을 반복하는 반도체 미세 공정기술을 적용하여 저렴한 비용으로 초소형 제품의 대량생산이 가능하여, 크기와 단가 소비전력을 크게 낮출 수 있는 장점을 갖는다.
특히 MEMS 공진기는 가속도계, 각속도계와 같은 관성 센서, RF 필터, 질량 감지 센서 및 마이크로 렌즈 스캐너 등의 많은 분야에서 사용된다.
이러한 MEMS 공진기는 질량체, 스프링 및 댐퍼 등으로 구성되며, 외부에서 입력된 물리량에 의한 질량체의 진폭, 공진 주파수 등의 변환 계수, 즉 공진 특성을 검출한다.
그러나 상기 MEMS 공진기는 제조공정의 오차 또는 작동 환경, 즉, 외부의 온도나 압력의 변화로 인하여 고유 주파수가 변하게 될 경우 불량이 발생된다.
이를 위해 후속 공정을 통해 주파수를 튜닝하는 방식이 연구되고 있으나, 공정이 복잡하고 추가 비용이 발생되는 문제점이 있으며, 전기적으로 튜닝하는 방식의 경우 지속적이 인가전압이 필요하다는 단점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 액추에이터에 전압을 인가하여 질량체에 연결된 스프링을 구속함에 따라 강성을 조절하여 공진주파수를 튜닝하며, 튜닝이 완료된 후에는 전압을 제거해도 CNT의 마찰력에 의해 튜닝 상태를 유지할 수 있는 MEMS 공진기를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 중앙에 수용부를 형성하는 메인기판; 상기 메인기판 상의 수용부 중앙에 위치하여 상기 메인기판에 제1탄성부재와 제2탄성부재를 통하여 일단부 및 중앙부의 각 양측이 탄성적으로 지지되는 질량체; 상기 메인기판 상의 수용부 일측에 구성되어 상기 질량체의 일단부 양측에 전압에 의한 구동력을 작용하여 상기 메인기판에 대하여 질량체의 위치를 이동시키는 구동부; 및 상기 제2탄성부재를 기준으로 튜닝유닛이 대칭으로 구비되어 한 쌍을 이루어 상기 질량체의 중앙부 양측에 대응하여 상기 수용부에 각각 구성되며, 각 튜닝유닛의 액추에이팅 작동에 의해 빔부재가 제2탄성부재의 길이를 변화시키며 주파수를 조절하는 튜닝부를 포함하는 MEMS 공진기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 튜닝유닛은 상기 질량체의 중앙부에 대응하여 상기 메인기판의 수용부 내부에 구성되는 보조기판; 상기 보조기판과 메인기판 사이의 수용부에 구성되어 인가 전압에 따라 중앙에 위치하는 셔틀에 대하여 양측에 위치되는 각 접촉단이 구동하여 셔틀의 거동을 제어하는 제1액추에이터; 상기 제2탄성부재의 반대측 제1액추에이터의 후면부에 위치되어 상기 셔틀의 후단에 작용하도록 인가 전압에 의해 신장되는 다수개의 전열선 상의 구동빔으로 구성되는 제2액추에이터; 및 상기 보조기판과 메인기판 사이의 수용부 내부에서 상기 제2탄성부재에 접촉 가능하게 위치되어 상기 셔틀의 선단에 고정되는 빔부재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 셔틀은 선단부가 상기 보조기판과 메인기판의 제3탄성부재에 의해 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1액추에이터는 상기 보조기판과 메인기판 사이의 수용부 중앙에 위치되는 셔틀을 포함하며, 상기 셔틀의 양측으로 상기 보조기판과 메인기판에 각각 대응하여 배치되어 각각의 내측단에는 상기 셔틀에 접촉되는 접촉단을 형성하며, 상기 접촉단으로부터 전극과 연결되는 제1빔과 제2빔으로 이루어지는 변형부를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1빔은 셔틀에 대응하는 양측으로 배치되고, 상기 제2빔은 상기 접촉단의 반대측으로 제1빔의 외측에 동일한 두께로 형성되어 배치되며, 상기 제1빔에 비하여 제2빔의 길이가 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1액추에이터의 각 접촉단 및 상기 접촉단에 대응하는 셔틀에 CNT(Carbon Nano Tube)가 도포될 수 있다.
또한, 상기 제2액추에이터는 상기 다수개의 전열선은 양 단부가 지지단에 의해 일체로 연결되며, 각 전열선의 중앙부에 구동빔이 구성되어 각 전열선의 신장 변화량에 의해 구동빔이 상기 셔틀의 후단에 접촉되어 셔틀을 구동시킬 수 있다.
또한, 상기 빔부재는 타원형의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 메인기판은 소이(SOI: Silicon on insulator)기판인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 콤핑커(comb finger) 구동기로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 제2액추에이터에 전압을 인가하여 제1액추에이터의 접촉단과 접촉된 셔틀을 질량체에 연결된 스프링 측으로 이동시킴으로써, 상기 스프링을 구속하여 강성을 조절함에 따라, 공진주파수를 튜닝하는 방식으로, 튜닝이 완료된 후에는 전압의 공급을 제거하여도 접촉단에 도포된 CNT의 마찰력에 의해 튜닝 상태를 유지할 수 있어, 전력 소모 측면에서 매우 유리한 효과가 있다.
이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기의 튜닝유닛을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기의 튜닝유닛의 작동과정을 설명한 작동 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기의 튜닝유닛을 확대한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기(1)는 메인기판(11), 질량체(13), 구동부(15) 및 튜닝부(17)를 포함한다.
먼저, 상기 메인기판(11)은 중앙에 수용부(A)를 형성한다.
이때, 상기 메인기판(11)은 소이(SOI: Silicon On Insulator)기판으로 이루어진다.
이러한 소이기판은 하부의 지지기판과 메인기판(11) 사이에 소정 두께의 매립 절연층에 샌드위치 구조로 적층된 기판을 말한다.
상기 소이기판은 완전한 소자 분리를 이룰 수 있다는 장점이 있다.
그리고 상기 질량체(13)는 상기 메인기판(11) 상의 수용부(S) 중앙에 위치한다.
상기 질량체(13)는 메인기판(11)에 제1탄성부재(S1)를 통하여 일단부가 탄성적으로 지지되며, 제2탄성부재(S2)를 통하여 중앙부가 탄성적으로 지지된다.
그리고 상기 구동부(15)는 메인기판(11) 상의 수용부(A) 일측에 구성된다.
상기 구동부(15)는 서로 마주보고 있는 2개의 구동기로 이루어지며, 상기 2개의 구동기에 교류전압을 인가하여 한방향에 대하여 병진운동을 하도록 구성된다.
이에 따라, 상기 구동부(15)의 병진으로 인하여, 질량체(13)를 구동시키는 것이다.
이러한 구동부(15)는 콤핑거(Comb finger) 구동기로 이루어진다.
그리고 상기 튜닝부(17)는 메인기판(11) 상의 수용부(A)에서 4개의 튜닝유닛(20)으로 이루어진다.
즉, 상기 튜닝부(17)는 제2탄성부재(S2)를 기준으로 튜닝유닛(20)이 대칭으로 구비되어 한쌍을 이루어 질량체(13)의 중앙부 양측에 대응하여 각각 구성된다.
이러한 튜닝부(17)는 각 튜닝유닛(20)의 액추에이팅 작동에 의해 제2탄성부재(S2)를 의도적으로 구속시켜 강성을 변화시킴으로써, 주파수를 조절한다.
이때, 상기 튜닝유닛(20)은, 도 2를 참조하면, 보조기판(21), 제1액추에이터(23), 제2액추에이터(25) 및 빔부재(27)로 구성된다.
상기 보조기판(21)은 질량체(13)의 중앙부에 대응하여 메인기판(11)의 수용부(A) 내부에 구성된다.
그리고 상기 제1액추에이터(23)는 메인기판(11)과 보조기판(21) 사이의 수용부(A)에 구성된다.
이러한 제1액추에이터(23)는 메인기판(11)과 보조기판(21) 사이의 수용부(A) 중앙에 위치되는 셔틀(29)을 포함한다.
이때, 셔틀(29)은 선단부가 메인기판(11)과 보조기판(21) 사이의 제3탄성부재(S3)에 의해 연결된다.
또한, 상기 제1액추에이터(23)는 셔틀(29)의 양측으로 메인기판(11)과 보조기판(21)에 각각 대응하여 배치되어 각각의 내측단에는 셔틀(29)과 접촉되는 접촉단(24)이 형성된다.
여기서, 상기 제1액추에이터(23)의 각 접촉단(24) 및 상기 접촉단(24)에 대응하는 셔틀(29)에는 CNT(Carbon Nano Tube)가 도포된다.
상기 CNT는 철(Fe)을 촉매제로 하여 화학 기상 증착 방식(CVD: Chemical Vapor Deposition)을 이용하며, 약 700℃에서 암모니아(NH3) 가스와 아세틸렌(C2H2)가스를 주입하여 합성된다.
이러한 CNT는 대략 10μm 까지 성장될 수 있다.
또한, 상기 제1액추에이터(23)는 접촉단으로부터 전극과 연결되는 제1빔(B1)과 제2빔(B1)으로 이루어지는 변형부를 가진다.
또한, 상기 제1빔(B1)은 셔틀(29)에 대응하는 양측으로 배치되며, 제2빔(B2)은 접촉단(24)의 반대측으로 제1빔(B1)의 외측에 동일한 두께로 형성된다.
이때, 상기 제2빔(B2)은 제1빔(B1)에 비하여 길이가 짧게 형성된다.
이러한 제1액추에이터(23)는 입력되는 인가전압에 따라 중앙에 위치하는 셔틀(29)에 대하여 양측에 위치되는 각 접촉단(24)이 구동함으로써, 셔틀(29)의 거동을 제어한다.
그리고 상기 제2액추에이터(25)는 제2탄성부재(S2)의 반대측 제1액추에이터(23)의 후면부에 위치된다.
상기 제2액추에이터(25)는 셔틀(29)의 후단에 작용하도록 인가전압에 의해 신장되는 다수개의 전열선(30)이 구성된다.
이때, 상기 다수개의 전열선(30)은 양 단부가 지지단(31)에 의해 일체로 연결되며, 중앙부에는 구동빔(33)이 구성된다.
이러한 제2액추에이터(25)는 각 전열선(30)의 신장 변화량에 의해 구동빔(33)이 셔틀(29)의 후단에 접촉되어 셔틀(29)을 구동시킨다.
상기와 같은 제2액추에이터(25)는 쉐브론 전열 구동기(Chevron thermal actuator)일 수 있다.
그리고 상기 빔부재(27)는 메인기판(11)과 보조기판(21) 사이의 수용부(A) 내부에서 제2탄성부재(S2)에 접촉 가능하게 위치된다.
이러한 빔부재(27)는 타원형의 곡면으로 형성되어 셔틀(29)의 선단에 고정된다.
예를 들어, 상기 빔부재(27)는 활 형상의 빔(bow-shaped beam)으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 공진기의 튜닝유닛의 작동과정을 설명한 작동 상태도이다.
도 3(A)을 참조하면, 상기 튜닝유닛(20)의 초기 상태를 도시한 것으로, 제1액추에이터(23)의 중앙에 위치한 셔틀(29)이 접촉단(24)과 접촉된 상태로, 선단의 빔부재(27)와 연결된다.
이때, 상기 빔부재(27)는 제2탄성부재(S2)와 분리된 상태를 유지한다.
도 3(B)를 참조하면, 상기 튜닝유닛(20)의 제2액추에이터(25)에 전압을 인가한다.
이때, 상기 제2액추에이터(25)에 형성된 다수개의 전열선(30)이 신장 변형되어 상기 전열선(30)의 중앙에 위치한 구동빔(33)이 제1액추에이터(23)의 중앙에 위치한 셔틀(29)의 후단과 접촉되어 셔틀(29)이 제2탄성부재(S2) 측으로 이동한다.
즉, 상기 셔틀(29)의 선단에 고정된 타원형의 빔부재(27)가 제2탄성부재(S2)와 접촉되어 수축하면서 상기 제2탄성부재(S2)의 길이를 변화를 통해 강성을 변화시켜 제2탄성부재(S2)와 연결되는 질량체(13)의 유동을 제어하여 주파수를 튜닝하게 된다.
여기서, 도 3(C)를 참조하면, 상기 빔부재(27)가 제2탄성부재(S2)와 접촉된 상태에서는 제2액추에이터(25)에 인가되던 전압을 제거하여도 상기 셔틀(29)의 양측에 위치된 제1액추에이터(23)의 각 접촉단(24)과의 마찰력에 의해 셔틀(29)은 그 위치를 유지하는 상태가 된다.
이러한 셔틀(29)의 위치가 유지되는 원리는 상기 셔틀(29)과 이에 접촉되는 접촉단(24) 사이에 도포된 CNT의 마찰력에 의해 유지된다.
또한, 도 3(D)를 참조하면, 상기 주파수를 튜닝한 이후에 셔틀(29)을 원위치로 복귀시키기 위해서는 상기 제1액추에이터(23)에 전압을 인가한다.
그러면, 상기 제1액추에이터(23)는 각 변형부의 제1빔(B1) 및 제2빔(B2)의 변형길이 차이에 의해 셔틀(29)의 양측으로 벌어지면서 상기 각 변형부의 선단에 형성된 접촉단(24)이 셔틀(29)로부터 떨어져 CNT에 의한 상호간의 마찰력을 제거해주면, 상기 셔틀(29)이 제2탄성부재(S2)의 탄성력을 이용하여 원위치로 복귀된다.
이때, 상기 변형부는 제1빔(B1)에 비하여 길이가 짧게 형성되는 제2빔(B2)이 제1빔(B1)의 외측에 형성되는 구조로, 상대적으로 길이가 긴 제1빔(B1)에 의해 외측으로 벌어지는 모양으로 변형이 유도된다.
이에 따라, 상기 제2탄성부재(S2)를 구속하던 셔틀(29)이 원위치로 복원되면서, 상기 튜닝부(17)는 초기상태로 복귀된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 ... MEMS 공진기 11 ... 메인기판
13 ... 질량체 15 ... 구동부
17 ... 튜닝부 20 ... 튜닝유닛
21 ... 보조기판 23 ... 제1액추에이터
24 ... 접촉단 25 ... 제2액추에이터
27 ... 빔부재 29... 셔틀
30 ... 전열선 31 ... 지지단
33 ... 구동빔 A ... 수용부
S1, S2, S3 ... 제1탄성부재, 제2탄성부재, 제3탄성부재
B1, B2 ... 제1빔, 제2빔

Claims (10)

  1. 중앙에 수용부를 형성하는 메인기판;
    상기 메인기판 상의 수용부 중앙에 위치하여 상기 메인기판에 제1탄성부재와 제2탄성부재를 통하여 일단부 및 중앙부의 각 양측이 탄성적으로 지지되는 질량체;
    상기 메인기판 상의 수용부 일측에 구성되어 상기 질량체의 일단부 양측에 전압에 의한 구동력을 작용하여 상기 메인기판에 대하여 질량체의 위치를 이동시키는 구동부; 및
    상기 제2탄성부재를 기준으로 튜닝유닛이 대칭으로 구비되어 한 쌍을 이루어 상기 질량체의 중앙부 양측에 대응하여 상기 수용부에 각각 구성되며, 각 튜닝유닛의 액추에이팅 작동에 의해 빔부재가 제2탄성부재의 길이를 변화시키며 주파수를 조절하는 튜닝부;
    를 포함하되,
    상기 튜닝유닛은
    인가전압에 따라 중앙에 위치한 셔틀의 거동을 제어하는 복수개의 액추에이터와, 상기 제2탄성부재와 셔틀 사이에 구성되는 빔부재를 포함하여 상기 복수개의 액추에이터의 작동에 의해 빔부재를 제어하여 제2탄성부재의 길이를 변화시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝유닛은
    상기 질량체의 중앙부에 대응하여 상기 메인기판의 수용부 내부에 구성되는 보조기판;
    상기 보조기판과 메인기판 사이의 수용부에 구성되어 인가 전압에 따라 중앙에 위치하는 셔틀에 대하여 양측에 위치되는 각 접촉단이 구동하여 셔틀의 거동을 제어하는 제1액추에이터;
    상기 제2탄성부재의 반대측 제1액추에이터의 후면부에 위치되어 상기 셔틀의 후단에 작용하도록 인가 전압에 의해 신장되는 다수개의 전열선 상의 구동빔으로 구성되는 제2액추에이터; 및
    상기 보조기판과 메인기판 사이의 수용부 내부에서 상기 제2탄성부재에 접촉 가능하게 위치되어 상기 셔틀의 선단에 고정되는 빔부재;
    로 구성되는 MEMS 공진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셔틀은
    선단부가 상기 보조기판과 메인기판의 제3탄성부재에 의해 연결되는 MEMS 공진기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1액추에이터는
    상기 보조기판과 메인기판 사이의 수용부 중앙에 위치되는 셔틀을 포함하며, 상기 셔틀의 양측으로 상기 보조기판과 메인기판에 각각 대응하여 배치되어 각각의 내측단에는 상기 셔틀에 접촉되는 접촉단을 형성하며, 상기 접촉단으로부터 전극과 연결되는 제1빔과 제2빔으로 이루어지는 변형부를 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1빔은 셔틀에 대응하는 양측으로 배치되고, 상기 제2빔은 상기 접촉단의 반대측으로 제1빔의 외측에 동일한 두께로 형성되어 배치되며, 상기 제1빔에 비하여 제2빔의 길이가 짧게 형성되는 MEMS 공진기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1액추에이터의 각 접촉단 및 상기 접촉단에 대응하는 셔틀에 CNT(Carbon Nano Tube)가 도포되는 MEMS 공진기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2액추에이터는
    상기 다수개의 전열선은 양 단부가 지지단에 의해 일체로 연결되며, 각 전열선의 중앙부에 구동빔이 구성되어 각 전열선의 신장 변화량에 의해 구동빔이 상기 셔틀의 후단에 접촉되어 셔틀을 구동시키는 MEMS 공진기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 빔부재는
    타원형의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 공진기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인기판은
    소이(SOI: Silicon on insulator)기판인 것을 특징으로 하는 MEMS 공진기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는
    콤핑커(comb finger) 구동기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 MEMS 공진기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107255736A (zh) * 2017-06-27 2017-10-17 北京航空航天大学 一种谐振式石墨烯双轴加速度计
CN109029409A (zh) * 2018-06-15 2018-12-18 浙江大学 一种可调谐栅结构微机械陀螺中的参量放大方法及其装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107421526B (zh) * 2017-07-04 2020-05-05 东南大学 一种仿生双轴毛发传感器装置
CN109879239B (zh) * 2019-01-23 2021-01-19 西安交通大学 一种双h型受压梁硅微谐振压力传感器芯片及其制备方法
CN111766402A (zh) * 2020-07-01 2020-10-13 浙江大学 一种微机械加速度计的调谐控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030037615A1 (en) * 2001-08-01 2003-02-27 Madaras Eric I. Non-destructive evaluation of wire insulation and coatings
KR20100096665A (ko) * 2009-02-25 2010-09-02 연세대학교 산학협력단 Ｍｅｍｓ구동기의 기계적 구속에 의한 마이크로 공진기의 고유 주파수 튜닝장치, 이를 구비한 마이크로 공진기, 그 제조방법 및 튜닝방법

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5491604A (en) * 1992-12-11 1996-02-13 The Regents Of The University Of California Q-controlled microresonators and tunable electronic filters using such resonators
US5640133A (en) * 1995-06-23 1997-06-17 Cornell Research Foundation, Inc. Capacitance based tunable micromechanical resonators
US5914553A (en) * 1997-06-16 1999-06-22 Cornell Research Foundation, Inc. Multistable tunable micromechanical resonators
US6291922B1 (en) * 1999-08-25 2001-09-18 Jds Uniphase, Inc. Microelectromechanical device having single crystalline components and metallic components
US6747389B2 (en) * 2001-06-11 2004-06-08 Intel Corporation Apparatus for adjusting the resonance frequency of a microelectromechanical (MEMS) resonator using tensile/compressive strain and applications therefor
US6946693B1 (en) * 2004-04-27 2005-09-20 Wisconsin Alumni Research Foundation Electromechanical electron transfer devices
US7298954B2 (en) * 2005-06-16 2007-11-20 Xerox Corporation Waveguide shuttle MEMS variable optical attenuator
US7834526B2 (en) * 2007-04-10 2010-11-16 Seiko Epson Corporation Contour resonator
JP5167870B2 (ja) * 2008-03-05 2013-03-21 セイコーエプソン株式会社 電子部品実装用基板及び電子部品の実装構造並びに水晶振動子パッケージ
JP5101410B2 (ja) 2008-06-27 2012-12-19 セイコーインスツル株式会社 共振周波数可変ｍｅｍｓ振動子
KR20100083582A (ko) 2009-01-14 2010-07-22 삼성전자주식회사 공진주파수의 조절이 가능한 멤스 미러 스캐너 및 이의 공진주파수 조절방법
US8362853B2 (en) 2009-06-19 2013-01-29 Qualcomm Incorporated Tunable MEMS resonators
US8436698B2 (en) * 2009-11-02 2013-05-07 Harris Corporation MEMS-based tunable filter
JP5593979B2 (ja) * 2009-11-11 2014-09-24 セイコーエプソン株式会社 振動片、振動子、発振器、センサー及び電子機器
US20110198202A1 (en) * 2010-02-18 2011-08-18 Harris Corporation Mems-based ultra-low power devices
KR101239636B1 (ko) 2011-04-08 2013-03-11 국방과학연구소 Ｍｅｍｓ 공진기, 이를 구비하는 센서 및 ｍｅｍｓ 공진기의 제조방법
EP2512031B1 (en) * 2011-04-15 2015-10-07 Nxp B.V. MEMS resonator and method of controlling the same
US8633635B1 (en) * 2011-06-30 2014-01-21 Integrated Device Technology Inc. Microelectromechanical resonators with thermally-actuated frequency tuning beams
EP2544370B1 (en) * 2011-07-06 2020-01-01 Nxp B.V. MEMS resonator
JP2013247569A (ja) * 2012-05-28 2013-12-09 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 弾性波フィルタ
JP6349622B2 (ja) * 2013-03-14 2018-07-04 セイコーエプソン株式会社 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体
CN103281044B (zh) * 2013-04-23 2016-01-13 西安交通大学 一种磁激励压阻拾振式mems谐振器的主动频率调谐方法
JP2015122692A (ja) * 2013-12-25 2015-07-02 セイコーエプソン株式会社 周波数調整装置
CN104218916B (zh) * 2014-08-29 2017-05-31 电子科技大学 具有lc串联谐振电路的mems谐振器
US9584092B2 (en) * 2015-04-14 2017-02-28 International Business Machines Corporation Mechanical resonator with a spring-mass system comprising a phase-change material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030037615A1 (en) * 2001-08-01 2003-02-27 Madaras Eric I. Non-destructive evaluation of wire insulation and coatings
KR20100096665A (ko) * 2009-02-25 2010-09-02 연세대학교 산학협력단 Ｍｅｍｓ구동기의 기계적 구속에 의한 마이크로 공진기의 고유 주파수 튜닝장치, 이를 구비한 마이크로 공진기, 그 제조방법 및 튜닝방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107255736A (zh) * 2017-06-27 2017-10-17 北京航空航天大学 一种谐振式石墨烯双轴加速度计
CN109029409A (zh) * 2018-06-15 2018-12-18 浙江大学 一种可调谐栅结构微机械陀螺中的参量放大方法及其装置

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