TWI355764B - Actuator driving system - Google Patents
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Description
25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第961332〇l號中文說明書無劃線修正本 六、發明說明： 本申請案係基於且主張2006年9月8日申請之先前的 曰本專利申請案第2006-244425號的優先權的權益，該申 請案之全文以引用的方式併入本文。 【發明所屬之技術領域】 本發明疋關於構成微機械（Micromachine)或微機電 系統（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)的致動 器（actuator)驅動系統，例如，用於開關、可變電容等4 有可動部的元件中。 “ 【先前技術】 致動器構成開關、可變電容等具有可動部之元件的主 要部分（例如，參照美國專利第6,483,395號說明書）。 此處，致動器中之一種是靜電型的。該靜電致動器中 眾所周知有橋式構造（支撐可動部之兩端的構造）、懸^構 造（僅支撐可動部之一端的構造）等。 ^ 橋式構造具有由於殘留應力（residual _s)而使可 動部之彎曲減少的優點，同時，也兼有拉人龍^ 以及脫出電壓（pullGutVGltage)的溫度依存性增 «•亥/皿度依存性是因為於基板與可動 =數不同，而導致可動部的二ς: ant) k具有溫度依存性，且難以將其消除。 出電^低該狀態，躲由於溫度依存性而導致脫 電降低時’產生可動部並未脫離電極之現象（靜摩擦 切 5764 25592pifl 修正曰期:2011年7月14日 爲第96丨33201號中文說明書無劃線修正本 (stiction))。 又，由於所謂製程不均而導致於相 的靜電致動器間亦產生拉入電壓 帝 门日日片内 因此’希望開發出防止由於如此拉入電出 =】引起的靜電致動器可靠性降低的技術。 本發明之示例的致動器驅動系統包括： 第一致動器，具有第〖可動部、以及 由電性互相絕、_第〗電極部s而 可動部的第1驅動電極； <第1 第二致動器，具有第2可動部、以及 由電性互相絕緣的第2電極部s而構成且 可動部的第2驅動電極； 勒^第2 溫度檢測電路；以及 生成驅動電壓之電壓生成電路， 其中藉由對該第1及第2電極部選擇性地絲 電展，以分別控制所作用於該第丨及第2可動部之靜= (electrostaticforce)的大小，該第1電極部8之一與;= 2電極部S之-共通連接，且根據該溫度檢測電路的輪 信號’來決定施加該驅動電壓的該第丨及第2電極 數量。 的 【實施方式】 以下將參照附圖詳細描述本發明的一種外觀的致動器 驅動糸統。 1355764 修正日期:2011年7月丨4日 25592pifl Mm 96133201 1.概要 成驅電:相;電極部而構 :^:電壓，藉此避免由溫度變 起的拉人魏以及脫出電制變㈣不良影響。 例如’本發明之示例的致動 驅動電極由基板上的n ( n為2 動系統，如圖1所示， 動St 極部連接於驅動器，該驅動器控制著驅 、、以及施加驅動電壓的電極部的數量等。 此時，產生於驅動電極與可動部 該驅動電壓之電極部的數量錢例。1恤電力與知加 亦即，若將施加有驅動電壓的電極部 可動部對向的部分的面積設:二為 與可，部之間的靜電力Q^m成比例。產生祕動電極 使未施加驅動電壓的其餘的（_)個電極部 成為與可動部電位相同。 動構成’假設’即使由於溫度依存性導致可 =的彈簧常數k變化，且拉人轉或者脫出電壓變化， τΐ:值伴隨溫度而變化’藉此可使該變化減小，且可防 止致動器驅動系統的可靠性降低。 而言’拉入電壓以及脫出電壓與V(k/A)成比例’ A伴隨k的變化而變化’則如圖2所示，可降低 拉入電壓Vpi或者脫出電壓Vpo的溫度依存性。 5 1355764 25592pifl 爲第 96133201 號中 修正日期:2011年7月14日 其中，k是可動部的彈菁常數。 部對二部^ = ^部而言，如圖3所示，若使與可動 不门S曰片内的致動ϋ的特性不均等的情形亦有效。 該測果動器驅動系統進行特性的测試，根據 藉此亦可進行致_驅__特性雕t晴置m， 2.實施例 (1)溫度依存性 首先，就靜電致動器的拉入電壓vpi以及脫中雷廢 P〇的溫度依存性加以說明。 必要壓Vpi’是指為使可動部靠近信號線側所 抑1電壓的值，所謂脫出電壓vP〇 ’是指為使可動 離仏號線侧所必要的驅動電壓的值。 容）驅動電壓與電容（可動部與信號線之間的電 抵入電壓vPi大於脫出電壓Vpo。為了獲得最大電容 ^將驅動電壓設為大於拉人電壓Vpi的值％，$ 了 擭侍取小電容C1，必須將驅動電壓設為小 * 的值，例如，設為0V。 、脫出電壓外〇 25592pifl mm 96133201 修正日期:2011年7月14日 5所示 的驅S壓於靜電致動器中，對驅動電極施加如圖 電 於拉入後將$壓下降至Vh是為了緩和電場以控制充 其次，就拉人電壓Vpi以及脫出電塵外〇料均加以 討論。對於此種不均，亦為了使靜電致動器敎地動作， 而必須將Vpi與Va的範圍(margin)Mpi以及Vp〇與vh的 範圍Mpo設置得足夠大。 ' 一然而，當該不均的原因在於溫度依存性時，如圖6所 示，拉入電壓VPi以及脫出電壓Vpo伴隨溫度而變動。亦 即，於高溫T，由於熱膨脹岐彈簧變小，故而伴 P迎/jia·度的上升，使拉入電壓Vpj以及脫出電壓νρ〇降低。 故而，為了與溫度無關而確實地將可動部靠近信號線 侧（使之拉入），須要使驅動電壓Va增大以使其大於預計 的最小溫度下的拉入電壓Vpi。 其結果為，被絕緣層截留（trap)的電荷增加，即使 將電壓設為0V亦容易引起電極不會離開的所謂靜摩擦 (stiction )不良。 (2 )苐1貫施例 圖7表示第1實施例的MEMS系統。 該系統由MEMS11與驅動器12而構成。 MEMS11與驅動器12可混載於同一晶片内，亦可形 成於不同晶片。 如圖1或者圖3所示，MEMS11具有由多個電極部所 1355764 25592pifl 爲第贿迦號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2〇11年7月14曰 構成的驅動電極。 驅動器12具有溫度檢測電路13、電壓生成電路14、 切換電路15以及控制電路16。 溫度檢測電路13例如監測形成有MEMSU的晶片的 溫度，根據此溫度，以輸出多個決定施加該驅動電壓的電 極部數量的控制信號SI、S2、...sn。 電壓生成電路14生成驅動電壓。 切換電路15是用以根據控制信號SI、S2、...Sn，來 將驅動電壓傳送至經選擇的電極部的電路。 控制電路16控制溫度檢測電路丨3、電壓生成電路14 以及切換電路15的動作。 溫度檢測電路13例如由如圖8所示的電路而構成。該 電路利用由電阻元件R1所決定的電流n、，以及由電 阻元件R2與二極體D1所決定的電流Iref的溫度特性的差 異，而進行溫度檢測。 具體而言，利用二極體D1的溫度依存性，使Iref與 11、...的溫度特性存在差異。 例如，亦可去除η、口、〜In的溫度依存性^此時，
Vsupply使用月匕隙參考電壓（Ban(j 〇叩Reference，BGR ) 電路中所生成的基準電壓。並且，II、12、...In藉由P通 道金屬氧化物半導體（Metal_〇xide Semic〇nduct〇r，M〇s) 電晶體的閘極寬度W1、…Wn來控制。其中，ιι<ΐ2〈…In。 此時，如圖9所示，Iref的溫度特定與n、12、…in 的溫度特性的交點定義為溫度ΤΙ、T2、...Τη。 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 因此 目溫錢㈣路13所輸出的控制信號S卜 S2、...Sn’根據溫度而顯示出不同的值，故
信號SI、S2、…Sn的值來檢测溫度。 佩孜市J 再者，溫度_· 13較為重要的是生成溫度特性不 同的兩個電流。不須要任何—方成為無溫度依存性的電流 源。故而’於圖8巾’利用二極體與電阻，然而亦可利用 除了二極體與電阻以外的元件。
亚且’於圖8中，為了生成溫度特性不同的兩個電流 中之-個而使用具有溫度特性的二極體，然而亦可使用 同溫度特性的兩個二極體而生成兩種電流。 圖10表示MEMS的構造例。圖u是沿著圖1〇的沿_ XI線的剖面圖。 該構造例於下述方面具有賴，，其是使用橋式構 造致動㈣二值可變電容’且藉由可動部而控制信號線 Lsignal與接地線Lgnd之間的電容。 、 於半導體基板21上形成有絕緣層22。於絕緣層”上 形成有信號線Lsignal以及接地線Lgnd。信號線SUignal 以及接地線Lgnd均於Y方向上延伸。信號線Uignal配置 於兩條接地線Lgnd之間。 於信號線Lsignal的上部形成有於χ方向上延伸的可 動部23。可動部23的兩端藉由固定器（anch〇r) 24而支 撐著。可動部23以及固定器24均由導電材料所構成且電 性連接於接地線Lgnd。 於信號線Lsignal以及接地線Lgnd之間，在可動部23 9 1355764 25592pifl 爲第簡迦號中文翻魏_駐本 紙日期:观S 7月Μ曰 的正下方形成有驅動電極25。驅動電極25由相互電性絕 緣的多個電極部所構成。 於本例中，將自圖7的切換電路15所輸出的信號作為 N1 Ν2、Ν3共3個，從而可將驅動電極25的有效面積變 化為8種。 然而’此為一例’改變驅動電極25的有效面積的方法 並不限於此。 #號線Lsigna卜接地線Lgnd以及驅動電極25分別藉 由絕緣層26來覆蓋。 曰 〇於此種MEMS系統中，例如，如圖9所示，當控制信 號SI S2…Sn王部為‘l’’時，被認為形成有MEMS的晶 片的溫度小於Ή。此時，為了使可動部23拉人至信號線 Lignal，而將>Π、Ν2、Ν3均設定為驅動電壓。 並且，晶片溫度變化，例如，如圖9所示，控制信號 S1、S2、…Sn _，S1為“Η”’其餘的S2、…Sn全部為'”， 則確認晶片溫度大於等於了卜小於Τ2ί>此時，為了使可 動部23拉入於信號線Lignal，而將w、NS設定為驅 麈，並將N1設定為接地電位。 同樣地，如表1所示，根據溫度變化而使施加該 電壓的電極㈣數量變化，藉此即使由於溫錢化而使 ^電壓以及脫出電壓變動’靜f致動器的可纽也不會降 [表1] 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2011年7月14曰 表1 溫度 S1 S2 S3 拉入 N1 N2 N3 TCT1 ''L,y 、'L〃 、、L〃 Va Va Va T1芸TCT2 ''L" 、'L〃 Vss Va Va T2^T<T3 、'L〃 、'H" 、'LW Va Vss Va Τ3^Τ<Τ4 Τ ''I/' Vss Vss Va Τ4^Τ<Τ5 、'L〃 、'L〃 、'H〃 Va Va Vss Τ5^Τ<Τ6 、'Η〃 、'L〃 、'H〃 Vss Va Vss Τ6^Τ<Τ7 、、L〃 、、H〃 Va Vss vss
Va:驅動電壓 Vss:接地電壓
亦即，例如，如圖12所示，若溫度上升而使彈簧常數 k變小，拉入電壓Vpi以及脫出電壓Vp〇降低，則伴隨此， 使驅動電極的有效面積階段性地減小，藉此，可抑制拉入 電壓Vpi以及脫出電壓Vp〇的變動量成較小。 因此，可認為拉入電壓Vpi以及脫出電壓Vpo的溫度 依存性實質上消失，從而可降低驅動電壓Va、Vss的差。 度與控制信號的對應除了表1以外亦可存在多種。 例如’亦可為 T<T1 時 N1 =Vss，N2 = Va，N3=Va。 (3)第2實施例 圖13表示第2實施例的MEMS的驅動電極。 MEMS系統與第1實施例相同，故而此處省略其說明。 第2實施例的特徵在於構成MEMS的驅動電極25的 ，極。P的數量13亦即’將自® 7的切換電路15所輸出的信 :作為N1、N2、N3、N4共4個，則可將驅動電極25的 有效面積變化為16種。 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14曰 爲第％1332〇1號中文說明書無劃線修正本 再者’圖13的驅動電極25例如分別配置於圖10以及 圖11的MEMS的信號線Lsignal與接地線Lgnd之間的兩 個空間。 (4) 第3貫施例 圖14表示第3實施例的MEMS的驅動電極。 MEMS系統與第1實施例相同。 第3實施例與第1實施例不同點在於可分別獨立地對 構成驅動電極25的多個電極部施加該驅動電壓。 此時，自圖7的切換電路15所輸出的信號Nl、N2、 N3、...Nk的數量，與驅動電極25的電極部數量成比例地 增加。 再者’圖14的驅動電極25例如分別配置於圖1〇以及 圖11的MEMS的信號線Lsignal與接地線Lgnd之間的兩 個空間。 (5) 第4實施例 圖15表示第4實施例之MEMS的驅動電極。 MEMS系統與第1實施例相同。 苐4實施例的特徵在於構成MEMS的驅動電極25的 電極部的大小。亦即’多個電極部的面積二元地增加。其 與於圖10以及圖11中將施加相同信號的電極部結合成1 個的情形相等價。 此時，可藉由與第1實施例相同的溫度控制，而使 MEMS系統發揮功能。 再者，圖15的驅動電極25例如分別配置於圖丨〇以及 12 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2011年7月丨4日 圖11的MEMS的信|線Lsignal與接地線Lgnd之間的兩 個空間。 (6) 第5實施例 圖16表示第5實施例的MEMS構造。 MEMS系統與第1實施例相同。 第5實施例與第1實施例不同點在於，於信號線 Lsignal上配置有多個靜電致動器。
多個靜電致動器具有相同構造，例如，具有圖1〇以及 圖11所示的構造，且相互獨立地動作。亦即，被施加至驅 動電極25的信號根據各個致動器而不同。 若使上部電極與信號線的重疊（〇verlap)面積一 _ 變化’則可利用η個致動器來實現2n值以作為可元地 電容值。然而，各個致動器實現二值以作為；帝電各的 容值。 &電容的電 (7) 第6實施例 於第1至第5實施例中，靜電致動器構成可户 然而亦可將可變電容變更為開關。 變電裒， 此處，就將第1實施例的可變電容變更兔 加以說明。 ’、、、’關的情形 圖Π表示第6實施例的MEMS的構造。圖18 9 圖Π的XM-XVH[線的剖面圖，圖19是外—是沿等 XIX-XIX線的剖面圖。 17的 MEMS系統與第1實施例相同。 第6實施例與第1實施例不同點在於：卢 s歲線Lsi 13 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 於可動部23a的正下方被切斷，且信號線Lsignal&未被絕 緣層26覆蓋，可動部由多個要素23&、231)、23^而構成。 可動部23c由絕緣體而構成，且使可動部、2% 相互電性絕緣。可動部23a是用以將已斷開的信號線 Lsignal在電性上相連接。 並且’可動部23b連接於接地線Lgnd，且用以使靜電 力產生於與驅動電極25之間的空間中。 如此’本發明的示例亦可應用於開關。 (8 )弟7實施例 第7實施例是關於靜電致動器的可動部的驅動方式。 圖20表示拉入電壓Vpi以及脫出電壓v的溫度依 存性的示例。 有時拉入電壓Vpi的溫度特性與脫出電壓Vp〇的溫度 ^性不同。其原因在於，脫出電壓Vp〇亦依存於除丁產生 於I動部與驅動電極之間的靜電力以外的力，具體而言是 凡得瓦爾力（vanderWaals)。 a針對該凡得瓦爾力的溫度依存性而言，有效的是於拉 月J後可改變施加該驅動電壓的電極部數量。 例如，當於拉入前施加有驅動電壓的電極部的數量為 m根時，於拉入後’亦可使該電極部數量減少為（m_j)根‘。 然而，於拉入後施加有驅動電壓的（m_j)根電極部， ，於拉入前施加有驅動電壓的m根電極部的一部分。這 睹，為了在切換施加有驅動電壓的電極部的數量時防止暫 、使驅動電壓低於脫出電塵Vpo。 25592pifl 舄第96丨332〇1號中文翻書無劃線修正本 修正日期:2〇11年7月14日 (9)第8實施例 第8實施例是關於驅動電壓的控制方式。 為了防止由拉入電壓Vpi以及脫出電壓Vp〇的變動所 弓丨起的靜電致動器的可靠性降低，如已述各實施例般，例 如’以下的接近法（approach)非常有效，即，根據溫度 =改4驅動電極的有效面積，將拉人電壓Vpi以及脫出電 壓Vp〇的變動幅度降低。 β並且，除此以外亦存在以下的接近法，即，根據拉入 電壓Vpi以及脫出電壓Vp〇的變動而使驅動電壓的值變 =’使拉入電壓Vpi與驅動電壓Va的範圍_以及脫出 1壓vPG與驅動電壓Vh的範圍Mp。大致蚊從而防止 靜電致動器的可靠性降低。 盼^接近法尤其於高溫下的電荷注人量增大比高溫刊 離力（脫出電壓Vpo)降低更顯著的情形時較為有效。 圖21表示驅動電壓Va、Vh的溫度依存性的示例。 拉^電壓Vpi以及脫出電壓Vp。，例如由於該溫度你 伴隨溫度的上升叫低。因此，伴隨此，用以拉义 的，電壓Va以及用以保持的驅動電壓^，亦根 的上升而降低。 藉此’可使知拉人電壓Vpi與驅動電壓％的範圍吨 =及脫，電麼Vp 〇與驅動電壓Vh的範圍Mp 〇都與溫度声 a而疋可—直大致固定’故而被施加至驅動電極盘可秉 $間的絕緣層以及信號線與可動部之間的絕緣層^制 ^大從而可對提局靜電致動器的可靠性做出貢獻^ 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2〇11年7月14日 圖22表示實現圖21的特性的MEMS系統的示例。 該系統由MEMS11與驅動器12而構成。 MEMS11與驅動器12可混載於同一晶片内，亦可形 成於不同的晶片。 關於MEMS11的種類以及構造而言，於第8實施例中 並無特別限制。亦即，關於致動器而言，伴隨溫度而使特 性變化的均可適用。 例如，靜電致動器、熱致動器、壓電致動器、電磁致 動器等均較為有效。 熱致動裔利用因電流所產生的熱而使得雙壓電晶片 (bimorph)變形，從而使其具有致動器功能。然而，由於 雙壓電晶片具有因熱而變形的性質，故而考慮到該性質， 伴隨溫度而改變致動器的驅動電壓的技術將被視為可有效 地提高熱致動器的性能。 對於壓電致動器而言亦可謂相同。 並且，當致動器為靜電型時，如上述各實施例中所說 明般，關於致動器的驅動電極，可由多個電極部而構成， 亦可如先前般使驅動電極的有效面積固定。 驅動益12具有溫度檢測電路13、電壓生成電路μ以 及控制電路16。 b溫度檢測電路13例如檢測形成有MEMS11的晶片的 酿度，並根據該溫度而輸出多個決定驅動電壓值的控制信 號SI、S2、...Sn。電壓生成電路14根據控制信號si、 S2〜Sn、即、晶片溫度的變化而使驅動電壓的值變化。 ^55764 25592pifl 爲第⑹3迦號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2〇1丨年7月14日 控制電路16控制溫度檢測電路13以 Η的動作。 路 (10 )弟9實施例 外。拉入電壓以及脫出電壓的變動原因亦存在於溫度以 例t MEMS藉由晶圓製程而形成，此時，產生所謂 衣私不均（元件特㈣不均）。製料均不健生於同一晶 片内的兀件之間，亦產生於不同晶片内的元件之間。尤盆， 當存在犧牲相厚㈣料均時，拉人、職電壓則會不 均。 若應用本發明的示例，則可降低如此製程不均的變動 幅度。亦即，使驅動電愿的有效面積可變而調整驅動電壓 的^不會因溫度依存的降低而消失’故㈣可應用 低製程的不均。 圖23表示第9實施例的MEMS系統。 該系統由MEMS11與驅動器12而構成。 MEMS11與驅動器12可混载於同一晶片内亦可形 成於不同晶片内。 驅動器12具有電壓生成電路14、切換電路15、控制 電路16以及記憶電路17。 電壓生成電路14生成該驅動電壓。 切換電路15是用以切換施加至MEMSU的驅動電壓 的值，並且，當MEMS11具有如圖丨或者圖3所示之構造 時，切換電路15是-種決定施加該驅動電_電 數 17 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第96!332〇l號中文說明書無劃線修正本 量的電路。 記憶電路17由快閃記憶體、以及保險絲元件 性記憶體而構成。 控制電路16控制電壓生成電路14、切換電路i5以 記憶電路17的動作。 該MEMS系統中，首先，測試MEMSU的特性。 並且’根據MEMS11的特性而決定該驅動電值、 以及施加該驅動電壓的電極部的數量等。 並且，將該等資料作為測試結果而儲存於記憶電路口 中〇 於通常動作時，讀出已記憶於記憶電路17 並將該資料傳送至電壓生成電路14以及切換電路的⑴雷 壓生成電路14例如根據來自記憶電路17的 電 驅動電歸。並且，切換電路15例如根據來自 17的-貝料而歧施加該驅動電壓的電極部的數量。隐電路 藉此，防止錄人霞以及脫㈣ ^ 致動器可靠性的降低。 文功所31起的 圖24表示測試序列（test SeqUence)。 該測試序列以可變更如圖！或圖3所示之 有效面積的靜電致動器作為對象。 動電極的 首先將驅動電極的有效面積（電 小值（步驟叫。並且，對驅動電極施加^^定為最 證可動部是否拉入（步驟ST2〜ST3)。°魏動電屢，驗 ;並未拉入時’驗證該驅動電極的有效面積是否為最 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 修正曰期:2011年7月14日 多個電極部的面積全部相同，故而;個: 的面積（與可動部對向的部分的面積）相等。電極 並且，再次對驅動電極施加該驅動電壓，驗證 是否拉入（步驟ST2〜ST3)。 勤#
^並未拉人時，轉動電極的有效面積並非為最 STtST5^將驅動電極的有效面積增加1個單位（步驟 當即使驅動電極的有效面積為最大值也並未拉 則判斷靜電致動器為不良，而結束測試。 於可動部拉人時’將此_與_電極的有效 關的貧料寫入記憶電路中，從而結束測試。 ，且’料常動作時，自記憶電路讀出資料，決定驅 動電壓的值以及施加該驅動電壓的電極部的數量。
然而，第9實施例亦可與溫度依存性有關的第丨至第 8實施例相組合而使用。 圖25表示可同時消除因溫度依存性以及製程不均所 引起的特性不良的MEMS系統的示例。 電壓生成電路14例如根據來自溫度檢測電路13以及 汜憶電路17的資料，而決定該驅動電壓的值。並且，切換 電路15例如根據來自溫度檢測電路13以及記憶電路口 的資料，而決定施加該驅動電壓的電極部的數量。 藉此，可防止因拉入電壓以及脫出電壓的變動所引起 19 1355764 25592ρχΩ 修正日期:20丨1年7月14日 爲第％1332〇1號中文說明書無劃線修正本 的致動器可靠性的降低。 (11)第10實施例 第1〇實施例說明更加具體化的可變電容的形狀。 圖26疋第1〇實施例的可變電容的平面圖。圖表示 =下部電極的第-金屬層的佈局（layQu〇。圖28表示 包含上部電極的第二金屬層的佈局。 ㈣由致動電極32以及抓電極33而構成。RF-ί 電接合部（㈣咖咖⑻（絕緣膜）34而 即致動=32接合。接合部的剖面形狀與圖18相同。亦 '1 '18 23c„〇 固疋器35支撐可動部31。 動電偏壓線36是用以對驅動電極37施加偏壓（驅 ，電壓）的線。於對驅動電極 = 從而驅動抓極（下部電極）37之間纽電仅差， 電容Ξ據it: 33與信號線38的距離而決定電容器的 離變長，則電容值^親’則電容值增大，若兩者的距 線：二IJ圍動電極37 ’將驅動電極37與信號 壓物虎線％帶來所施加至驅動電極37的偏 圖四是驅動電極的放大圖。 方向瞭解到，驅動電極37，於信號線38延伸的v 中相互絕緣，且於與y方向正交的X方向中延伸的y 20 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 若形成為如此的佈局’則將電極33拉近至信號線 38的靜電力_依存於驅動電極37的選擇方法，故而具 有可谷易地實現鬲性能的可變電容的優點。 (12)第11實施例 ” 第11 Λ鉍例是關於ME]vrs晶片包含多個可變電容元 件時的系統。 圖30是第11實施例的系統的概略圖。 MEMS晶丨包含多個可變電容元件VC1、...VCn。並 且，驅動器晶片驅動多個可變電容元件VC1、…vCn的下 部電極。 〜片内除了設置有記憶電路以外，亦適 二所示的溫度檢測電路'電壓生成電路'切 sΪ 1個可變電容元件的下部電㈣W要素而構成， 片ριΊΤ晶片整體而言’驅動電極偏壓線36以及墊 為-Μ固。選擇k.丄去二匕1、Ρη·2、...Pn_k的數量 _曰片^ ί素中的哪個，例如是根據記憶於驅 =二=電路的資料而進行判斷。記憶電路由快 或者，行^、70件轉易失性記紐元件而構成。 ，信:可=;===溫度_ 素時===電容元件、5個下部電極的要 [表2] 21 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文_難酿驗本 修正日期:2(m年7月14日 表2 下部 電極No. 1 2 3 A 5 面積 16S 8S 4.R S 可變 電容 No. VC1 HV HV HV 0 〇 VC2 HV HV HV 0 0 VC3 0 0 0 0 0 VC4 0 0 0 0 0 A:調整下部電極 B i B:選擇下部電極 C:不選擇下部電極 〇:選擇電容 E:不選擇電容 亦即，當選擇可變電容元件vcn、VC2，且選擇不部 電極No.l、2、3時，施加該驅動電壓HV的電極與施加 0V的電極如表2所示。 此處’下部電極（Bottom electrodes) No.l、2、3、4、 5的電極面積分別設定為16S、8S、4S、2S、S (S為基準 面積）。
於第11實施例中，設想使用MEMS晶片與驅動器晶 片的系統級封裝（System-In-Package，SIP )，亦可將MEMS 與驅動器積體化於同一晶片内而構成系統單晶片 (System-〇n-Chip，SoC )。 (13)第12實施例 第12實施例是關於第11實施例的變形例。 於上述第11實施例中，共計須要nxk條驅動電極偏 壓線。於η以及k較小時，晶片面積存在問題的情形較少， 然而若η以及k變大，則驅動電極偏壓線的數量增大，晶 片面積成為問題。 22 1355764 25592pifl 爲第96丨332〇1號中文說明書無割線修正本 修正曰期:2〇11年7月丨4曰 圖31是第12實施例的系統的概略圖。 第12實施例是即使η以及k較大，亦不會增大晶片面 積的實施例。 该實施例的特徵是使多個可變電容元件VCi、 yen 的下部電極（bottom electrodes)中不具有最大面積的電極 (限於具有同一面積）共通連接（共有化），且同時控戶 述電極。
並且，，於多個可變電容元件να…VCn的下部電極 中至少具有最大面積的電極，可獨立地分職制可 兀件 VC1、...VCn。 刀乃,j 丨别…丹韦取大面積的電極耵—丨、En_: 於MPEMS晶片的塾片Ρ1、，··Ρη。並且，關於除 彼此並以外的電極將具有同-面積的電極 二;5亦即’將電極E1-2、共通連接，且 匕連接郎點連接於MEMS晶片的墊片φ。並 =片：共通連接’且將其連接節點連接於 個下部電極的要 表3表示包含4個可變電容元件 素時的驅動電壓的供給方法。 [表3] 23, 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 表3 下部 電極No. 1 2 —a 3 4 5 面積 16S 8S 48 s VC1 HV HV HV 0 0 S 電容 VC2 HV HV HV 0 0 No. VC3 0 HV HV 0 0 VC4 0 HV HV 0 0 -★ 1_ 調整下部電極 選擇下部電極 C:不選擇下部電極 選擇電容 Ε:不選擇電容 關於下部電極的選擇方法以及電極面積的 (tnmming)，與第u實施例的表2的情形相同。乂跫 根據該表可瞭解到，所施加至具有最大面積的 極NCU的電壓，相對於可變電容元件的選擇（HV) /非、^ 擇（〇V)所造成的電壓，使施加至除此以外的下部^ Νο.2-5的電壓藉由電極面積的修整而決定。 此時，對非選擇的可變電容元件VC3、VC4的下部 極No.2-3施加驅動用電壓Hv，下部電極N〇 2_3的面^ 下部電極No.l的面積充分小。 “因此，即使採用本實施例的構成，關於非選擇的可變 電容元件VC3、VC4由於也不會驅動致動器，故而動作上 並不會產生問題。 此與對下部電極Νο.2·5中的多個電極施加驅動電壓 HV的情形亦相同。 右採用本實施例’則驅動電極偏壓線36以及墊片Ρ1、 Pn Q1、...Qk-Ι的數量成為η+ (k-Ι)個。亦即，其數 里與第11實施例的數量nxk個相比較，會大幅度降低， 24 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 電容元件VC卜VCn的下 中的至少1個（限於具有 爲第96133201號中女說明書無劃線修正本 故而可抑制晶片面積的增大。 並且，該效果可藉由將可變 部電極（並不具有最大面積者） 同一面積）共通連接而獲得。 (14)第13實施例 第13實施例是關於對所選擇 電極部施加電壓的施加方法。圖32 3 °以及非選擇的
電極部以及非選擇的電極部施加電^如的 極卜2、3為選擇狀態，驅動電極4、二電 作為可動部的上部電極施加GV，對摆^擇狀態。對 電壓HV。HV例如為20V。對非=擇施加高 其結果為，肢剛幅 之間形成電場，從而可調整上述的拉入電壓。旳了動邻 換言之，該驅動方法的本質在於，將已選擇 的電壓設為與相對於其的電極部的電壓不同的值冲 兩個電極之間形成電場，另-方面，將非選擇 電壓設為與相對於其的電極部的電壓相同的電壓，=。丨的 兩個電極之間形成電場。因此’如圖33所示，對並不於 部的上部電極施加HV，對已選擇的電極部施加、〇^為:= 選擇的電極部施加HV，則亦可獲得與圖32相 2對非 並且’如圖34以及圖35般’即便使非選擇部 浮動，於與上部電極之間也不會形成電場，故而可辑^斑 圖32或圖33的情形相同的效果。 又付/' (15)第14實施例 25 1355764 25592pifl 修正日期:2011年7月14日 爲第961332()1號巾文麵本 圖30的以MEMS系統所表示的實施例是以下的系 統，即，藉由改變驅動電極的有效面積而降低上述拉入電 ，以及脫出電壓的製程不均的影響，另—方面，藉由使電 壓Va、Vh具有溫度依存而消除該拉入電壓以及脫出電壓 的溫度變化的影響《亦即，圖36的MEMS11具有如圖i 般經分割的電極構造，且用於將藉由該分割電極的電壓修 整功能來消除製程不均。每個晶片的製程不均的資訊記憶 於记憶電路中。另一方面，藉由使電壓Va、Vh具有如圖 21般的溫度依存性而消除該拉入電壓以及脫出電壓的溫 度變化的影響。由溫度檢測電路所檢測出的溫度的資訊咢 用於伴隨溫度而使電壓Va、Vh變化。 (16)其他 關於第1至第14實施例的MEMS系統，將可動部設 為固定電位（接地電位）’將驅動電極形成於基板上的絕緣 層上，然而代替此方式，亦可於可動部形成驅動電極，並 配置對基板上的絕緣層上施加固定電位的電極。 _藉由如此構成，亦可獲得與上述第1至第12實施例相 同的動作以及相同的效果。 第1至第7實施例的靜電致動器亦可為與熱型、壓電 型、電磁型等其他類型的致動器相組合的所謂現合 (hybrid)型。 〇 3.總結 根據本發明的示例’可防止因拉入電壓以及脫出電壓 的變動所引起的致動器可靠性的降低。 26 1355764 25592pifl 爲第961332〇l號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2011年7月14日 • 熟習此項技術者將易想到另外優勢以及改質體。因 此，本發明在其更廣闊之態樣中並不限於本文所示以及描 述之特定細節以及代表性實施例。為此，可進行各種修改 而不偏離藉由隨附申請專利範圍以及其等效體所界定之普 遍發明概念的精神或範疇。. 【圖式簡單說明】 圖1是表示本發明之示例的致動器驅動系統的概要 圖。 ® 圖2是表示圖1的致動器驅動系統的拉入/脫出電壓的 溫度依存性的圖。 圖3是表示圖1的致動器驅動系統的變形例的圖。 ' 圖4是表示靜電致動器的CV特性的圖。 圖5是表示驅動電壓的波形範例的圖。 圖6是表示拉入/脫出電壓的溫度依存性的圖。 圖7是表示第1實施例的MEMS系統的圖。 圖8是表示溫度檢測電路之示例的圖。 % 圖9是表示圖8的溫度檢測電路的輸出信號與溫度之 關係的圖。 圖是表示MEMS構造的平面圖。 圖11是沿著圖10的XI-XI線的剖面圖。 圖12是表示拉入/脫出電壓的溫度依存性的圖。 圖13是表示第2實施例的MEMS的驅動電極的圖。 圖14是表示第3實施例的MEMS的驅動電極的圖。 圖b是表示第4實施例的MEMS的驅動電極的圖。 27 1355764 25592pifl 爲第96丨332〇1號中文說明書無劃線修正本 修正曰期:2〇11年7月14日 圖16是表示第5實施例的MEMS的構造的圖。 圖17是表示第6實施例的MEMS的構造的圖。 圖18是沿著圖17的XVID-XVDI線的剖面圖。 圖19是沿著圖17的ΧΚ-ΧΚ線的剖面圖。 圖20是表示第7實施例的溫度特性的圖。 圖21是表示第8實施例的溫度特性的圖。 圖22是表示用以實現圖21的特性的MEMS系統的 圖。 圖23是表示第9實施例之MEMS系統的圖。 圖24是表示圖23的MEMS系統的測試序列的圖。 圖25是表示本發明之示例的MEMS系統的變形例的 圖。 圖26是表示第1〇實施例的可變電容的平面圖。 圖27是表示圖26的第一金屬層的佈局的圖。 圖28是表示圖26的第二金屬層的佈局的圖。 圖29是驅動電極的放大圖。 圖30是表示第u實施例的系統的圖。 圖31是表示第12實施例的系統的圖。 圖32〜圖35是說明第π實施例的圖。 圖36是說明第14實施例的圖。 【主要元件符號說明】 1、2、3、、n :電極部
11 : MEMS 12 :驅動 28 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2011年7月14日 13 :溫度檢測電路 14 :電壓生成電路 15 :切換電路 16 :控制電路 17 :記憶電路 21 :半導體基板 22 :絕緣層 23、23a、23b、23c :可動部 # 24 :固定器 25 :驅動電極 26 :絕緣層 31 :可動部 . 32 :致動電極 33 : RF-電極 34 :介電接合（絕緣膜） 35 :固定器 | 3 6 :驅動電極偏壓線 37 :驅動電極 C1 :最小電容 C2 :最大電容 D1 :二極體 El-1、...En-1 :電極 k :彈簧常數 II、…、In、Iref :電流 29 1355764 25592pifl 爲第9613320U號中文說明書無劃線修正本 修正曰期:2011年7月14日
Lgnd、39 :接地線 Lsignal、38 :信號線 Mpo : Vpo與Vh的範圍 Mpi : Vpi與Va的範圍
Nl、N2、...Nk :切換電路15所輸出的信號
Pl-1、Pl-2、."Pl-k、…、Pn-1、Pn-2、...Pn-k、 Q1、...Qk-1 :墊片 SI、S2、...Sn :控制信號 RJ、R2 :電阻元件 # ΤΙ、T2、…Τη :溫度 VC1、...VCn :可變電容元件
Va、Vh、Vss :驅動電壓 ·
Vpi :拉入電壓 .
Vpo:脫出電壓
Wl、...Wn :閘極寬度 ST1〜ST6:步驟 30
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1355764 25592pifl 爲第96丨332〇1號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2〇[产年?另！ 11%瞭正本 七、申請專利範圍： 1. 一種致動器驅動系統，其包括： 第一致動器’具有第1可動部、以及 由電性互相絕緣的第1電極部S而構成且驅動該第i 可動部的第1驅動電極； 第二致動器’具有第2可動部、以及 由％性互相絕緣的第2電極部s而構成且驅動該第2 可動部的第2驅動電極； 溫度檢測電路；以及 ★生成驅動電壓之電壓生成電路，其中藉由對該第丄及 第2電極部s選擇性地施加該驅動電壓，以分別控制所作 用於該第1及第2可動部之靜電力的大小，該第1電極部 s之與该第2電極部s之一共通連接，且根據該溫度檢 測電路的輸出信號，來決定施加該驅動電壓的該第1及第 2電極部s的數量。 2. 如申請專利範圍第1項所述之致動器驅動系統，其 中 、 於拉入前後被施加有該驅動電壓的該第1及第2電極 部s的數量不同。 3. 如申請專利範圍第1項所述之致動器驅動系統，其 中 ’、 非選擇的該第丨及第2電極部的電壓是與其對向之該 第1及第2可動部的電壓相同。 4. 如申請專利範圍第1頊所述之致動器驅動系統，其 31 號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2011年7月14曰 25592pifi 爲第 96133201 中 非選擇_第1及第2電極縣為浮動狀態。 5·如申請專利範圍第1項所述之致動H軸系統，其 該第1及第2電極部s的對向於該第1及第2可動部 之部分的面積彼此大致相等。 6·如巾請專利翻第丨項所述之致純驅動系統，其 中 該第1及第2電極部s的對向於該第〗及第2可動部 之部分的面積二元地變化。 中7’如申請專利範圍第1項所述之致動器驅動系統，其 該第1及第2致動器分別構成二值可變電容以及開關 8. 如申請專利範圍第i項所述之致動器驅動，立 中 ’、 被施加有該驅動電壓的該第丨及第2電極部s的數量 依存於形成㈣第1及第2致動器之晶片的溫度而變化。 9. 如申請專利範圍第丨項所述之_器驅動系統，立 中根據該溫度檢測電路的輸出錢來決定該驅動電壓^ 值。 10. 如申請專利範圍第i項所述之致動器驅動系統，其 更包括記憶電路，其令 32 1355764 25592pifl 爲第96133201號中文說明書無劃線修正本 修正日期鑛年7月Μ日 根據非揮發性地記憶於該記憶電路之資料，來決定驅 動該第1及第2可動部的驅動電極的有效面積。 11.如申請專利範圍第10項所述之致動器驅動系統， 其中 ' 使該驅動電壓伴隨該溫度的上升而降低。 . I2.如申請專利範圍第1項所述之致動器驅動系統，其 中 该第1及第2致動器是分別自靜電致動器、熱致動器、 • 壓電致動器、以及電磁致動器之群組中選擇的一個致動器。 13.如申凊專利範圍第1〇項所述之致動器驅動系統， 其進而包括執行該第1及第2致動器之測試的控制電路， 且s己憶於該記憶電路之該資料基於該測試結果而作成。 . I4·如申請專利範圍第13項所述之致動器驅動系統， 其中 ~ 該控制電路將該第1及第2驅動電極之該有效面積設 定為最小值，並且施加該驅動電壓，以判斷是否拉入， • 於並未拉入時，增加該第1及第2驅動電極的有效面 積，再次施加該驅動電壓，以判斷是否拉入， 於拉入時，將此時的該有效面積寫入至該記憶電路中。 15.如申請專利範圍第丨項所述之致動器，其進而包括 對向於該第1及第2可動部而配置的信號線， 其中s亥第1及第2電極部s各別相互絕緣的方向是該 信號線延伸的方向。 〇 33 1355764 25592pifl 爲第961332〇l號中文說明書無劃線修正本 修正日期:2011年7月14日 四、 指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：圖（11 )。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 21 :半導體基板 22 :絕緣層 23 :可動部 24 :固定器 25 :驅動電極 26 :絕緣層 Lgnd :接地線 Lsignal :信號線 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵 的化學式： 無
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