TWI656346B - 功能性元件、加速度感測器及開關 - Google Patents

功能性元件、加速度感測器及開關 Download PDF

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TWI656346B
TWI656346B TW103140100A TW103140100A TWI656346B TW I656346 B TWI656346 B TW I656346B TW 103140100 A TW103140100 A TW 103140100A TW 103140100 A TW103140100 A TW 103140100A TW I656346 B TWI656346 B TW I656346B
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秋葉朗
橋本光生
福山宗克
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日商新力股份有限公司
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
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Abstract

本發明揭示一種功能性元件，其包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。

Description

功能性元件、加速度感測器及開關 相關申請案的交叉引用
本申請案主張2013年12月26日申請之日本優先專利申請案JP 2013-268870之權利，該案之完整內容以引用方式併入本文中。
本揭示內容係關於一種使用例如MEMS(微機電系統)技術之功能性元件及各使用此一功能性元件之一加速度感測器及一開關。
MEMS作為達成半導體元件(諸如加速度感測器及高頻開關)之縮小尺寸及高功能性之基本技術已引起關注。MEMS係一種藉由憑藉矽製程技術混合一微機械部件及一電子電路部件而進行結構設計之系統。在一外部衝擊力施加至MEMS時，該MEMS之一可移動區段被一應力破損而造成機械破壞。鑑於此，已提議一種使用所謂的機械止動器之元件結構(例如，日本未審查專利申請公開案(PCT申請案之已公佈日語譯文)第2012-528305號)。
然而，在使用上文描述之MEMS之半導體元件中，非常需要縮小尺寸或在較低電壓(電壓減小)下驅動，且元件結構易於進一步微型化。期望達成能夠回應於此一需要之抗衝擊性。
期望提供一種能夠在保證抗衝擊性的同時，達成縮小尺寸及電壓減小之功能性元件及各使用此一功能性元件之一加速度感測器及一 開關。
根據本揭示內容之一實施例，提供一種功能性元件，其包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。
在根據本揭示內容之實施例之功能性元件中，經結構設計以可在該基板之表面中沿該第一方向移動之可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，且該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱。當一外部衝擊施加至該功能性元件時，在該可移動區段中，該等第一軸件部分中之一移動量相對較大；因此，該可移動區段之微變形可能發生以造成局部過度移動。然而，該等突部提供於該等第一軸件部分之延伸線上；因此，允許有效抑制此過度移動。
根據本揭示內容之一實施例，提供一種具備一功能性元件之加速度感測器，該功能性元件包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。
根據本揭示內容之一實施例，提供一種具備一功能性元件之開關，該功能性元件包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第 一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。
在根據本揭示內容之實施例之功能性元件、加速度感測器及開關中，經結構設計以可在該基板之表面中沿該第一方向移動之可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，且該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱。在此一結構中，該等突部提供於該等第一軸件部分之延伸線上；因此，允許有效抑制在施加一衝擊時該可移動區段之局部過度移動。據此，即使在其中該可移動區段之結構進一步微型化以達成縮小尺寸或電壓減小之一情況中，亦允許抑制電極破壞之發生。因此，在保證抗衝擊性的同時，允許達成縮小尺寸及電壓減小。
應注意，上文描述僅係本揭示內容之實施例之實例。本揭示內容之實施例之效應不限於此處所描述之效應，且可不同於此處所描述之效應或可進一步包含任何其他效應。
應瞭解，上文一般描述及下文詳細描述兩者係例示性的，且意欲於提供如主張之技術之進一步說明。
1‧‧‧微機電系統(MEMS)元件
2‧‧‧微機電系統(MEMS)元件
3‧‧‧微機電系統(MEMS)元件
4‧‧‧加速度感測器
5‧‧‧開關
10‧‧‧基板
10A‧‧‧腔
11‧‧‧固定區段
11a1‧‧‧固定電極
12‧‧‧可移動區段
12A‧‧‧第一軸件部分
12AB‧‧‧連接區段
12a1‧‧‧可移動電極
12B‧‧‧第二軸件部分
12C‧‧‧第三軸件部分
13‧‧‧復位彈簧
14‧‧‧突部
15‧‧‧止動器
15a‧‧‧突部
15b‧‧‧板片彈簧
16‧‧‧突部
16a‧‧‧有機膜
51A‧‧‧輸入線
51B‧‧‧輸出線
52‧‧‧導電部分
53‧‧‧接觸點
102‧‧‧可移動區段
102A‧‧‧第一軸件部分
102a1‧‧‧可移動電極
102B‧‧‧第二軸件部分
102C‧‧‧第三軸件部分
104‧‧‧突部/球形突部
110‧‧‧二氧化矽膜
A-A'‧‧‧線
B-B'‧‧‧線
B‧‧‧寬度
d1‧‧‧間隔
d2‧‧‧間隔
H‧‧‧高度
S1‧‧‧錐形表面
S101‧‧‧球形表面
S2‧‧‧彎曲表面
S3‧‧‧彎曲表面
Z‧‧‧操作軸
△s‧‧‧距離
隨附圖式被包含以提供本技術之進一步瞭解，且被併入本說明書中並構成其部分。該等圖式繪示實施例且連同本說明書用於說明本技術之原理。
圖1係繪示根據本揭示內容之一第一實施例之一功能性元件(一MEMS元件)之一結構之一示意平面圖。
圖2A係繪示圖1中所示之一第一軸件部分及一第二軸件部分之一結構實例(一實質上剛性體)之一示意圖。
圖2B係繪示圖1中所示之第一軸件部分及第二軸件部分之一結構 實例(一實質上剛性體)之一示意圖。
圖2C係繪示圖1中所示之第一軸件部分及第二軸件部分之一結構實例(一實質上剛性體)之一示意圖。
圖2D係繪示圖1中所示之第一軸件部分及第二軸件部分之一結構實例(一實質上剛性體)之一示意圖。
圖3係圖2A至圖2D中所示之第一軸件部分及第二軸件部分之一單元結構之一示意圖。
圖4係繪示一彈性體之一結構實例之一示意圖。
圖5A係用於描述圖1中所示之固定電極及可移動電極之特定結構之一示意平面圖。
圖5B係用於描述圖1中所示之固定電極及可移動電極之特定結構之一示意平面圖。
圖5C係用於描述圖1中所示之固定電極及可移動電極之特定結構之一示意平面圖。
圖6A係沿圖1之一A-A'線所截取之一截面圖。
圖6B係沿圖1之一B-B'線所截取之一截面圖。
圖7係繪示圖1中所示之一突部之一周邊部分之一放大示意圖。
圖8A係繪示突部之另一佈局實例之一示意截面圖。
圖8B係繪示突部之另一形狀實例之一示意截面圖。
圖8C係繪示突部之另一形狀實例之一示意截面圖。
圖8D係繪示突部之另一形狀實例之一示意截面圖。
圖8E係繪示突部之另一實例之一示意截面圖。
圖9係用於描述可移動電極在其額定功率內之一操作期間之一狀態之一示意圖。
圖10A係用於描述在施加一衝擊力(在一可允許範圍內)時可移動電極之一狀態之一示意圖。
圖10B係用於描述在施加一衝擊力(在一可允許範圍外)時可移動電極之一狀態之一示意圖。
圖11A係繪示根據比較實例1-1之藉由一突部之一配置之一制動操作之一示意圖。
圖11B係繪示根據比較實例1-2之藉由一突部之一配置之一制動操作之一示意圖。
圖12A係繪示根據比較實例2之一制動系統之一示意圖。
圖12B係圖12A中所示之制動系統之一部分之一放大圖。
圖13A係用於描述藉由圖1中所示之突部對可移動區段之一制動操作之一示意圖。
圖13B係用於描述藉由圖1中所示之突部對可移動區段之制動操作之一示意圖。
圖13C係用於描述藉由圖1中所示之突部對可移動區段之制動操作之一示意圖。
圖14係繪示根據本揭示內容之一第二實施例之一功能性元件(一MEMS元件)之一結構之一示意平面圖。
圖15係圍繞圖14中所示之一止動器之一示意放大圖。
圖16A係沿圖14之一A-A'線所截取之一截面圖。
圖16B係沿圖14之一B-B'線所截取之一截面圖。
圖17係繪示圖15中所示之一板片彈簧之一實例之一透視圖。
圖18係用於描述圖14中所示之MEMS元件之一效應之一示意圖。
圖19係繪示根據本揭示內容之一第三實施例之一功能性元件(一MEMS元件)之一結構之一示意平面圖。
圖20A係沿圖19之一A-A'線所截取之一截面圖。
圖20B係沿圖19之一B-B'線所截取之一截面圖。
圖21係繪示根據本揭示內容之一第四實施例之一加速度感測器 之一結構之一示意平面圖。
圖22係繪示根據本揭示內容之一第五實施例之一開關之一結構之一示意平面圖。
下文將參考隨附圖式詳細描述本揭示內容之一些實施例。應注意，描述將依以下次序給出。
1.第一實施例(其中一突部經提供以面向一可移動區段之一第一軸件部分之一MEMS元件之實例)
2.第二實施例(其中一突部及一彈簧經提供以面向可移動區段之第一軸件部分之一MEMS元件之實例)
3.第三實施例(其中覆蓋有一有機膜之一突部經提供以面向可移動區段之第一軸件部分之一MEMS元件之實例)
4.第四實施例(應用MEMS元件之任意者之一加速度感測器之實例)
5.第五實施例(應用MEMS元件之任意者之一開關之實例)
(第一實施例)
[結構]
圖1繪示根據本揭示內容之一第一實施例之一功能性元件(一MEMS元件1)之一XY平面結構。MEMS元件1係包含下文將描述之一機械部件及一電部件之一微結構，且可適當地用於例如後文將描述之一加速度感測器、一開關等。
在MEMS元件1中，一可移動區段12懸置於例如一基板10之一腔10A(一內凹區段)中。作用於基板10之可移動區段12上之一部分係一固定區段11。藉由在基板10之一表面上使用微影技術執行三維微製造而共同形成固定區段11及可移動區段12。此外，可移動區段12形成為包含後文將描述之一第一軸件部分12A、一第二軸件部分12B、一第 三軸件部分12C及一可移動電極12a1之所有者之一整合結構。
基板10可由例如一基於Si之半導體(諸如矽(Si)、碳化矽(SiC)、矽鍺(SiGe)及矽鍺碳(SiGeC))製成。替代地，可使用一非基於Si之材料，諸如玻璃、樹脂及塑膠。此外，一SOI(絕緣體上矽)基板等可用作基板10。
腔10A可為例如用於在基板10中固持及移動可移動區段12之一空間。腔10A具有垂直於一XY平面之一壁表面(對應於固定區段11之一側表面)。在此實施例中，如後文將詳細描述，一突部14提供至腔10A之壁表面之一選擇部分。
固定區段11係作用於基板10之可移動區段12上之一部分，且包含複數個固定電極11a1(第二電極)。在固定區段11中，連接至一電子電路之一信號線等(未繪示)經形成以允許一信號通過固定電極11a1之輸入及輸出。
可移動區段12可移動地(包含振動及往復)固持於腔10A中。更具體言之，可移動區段12透過例如一復位彈簧13連接至基板10之固定區段11，且可沿一方向(在本揭示內容之一實施例中係一「第一方向」；在此情況中係一Y方向)移動。
可移動區段12包含複數個(在此情況中兩個)第一軸件部分12A、連接至該複數個第一軸件部分12A之第二軸件部分12B及第三軸件部分12C。複數個第一軸件部分12A經並排配置以沿Y方向延伸且相對於可移動區段12之一操作軸Z(包含一質心點(一重心))彼此線對稱。第二軸件部分12B連接至第一軸件部分12A之一側或兩側上之端。在此情況中，舉例而言，繪示其中第二軸件部分12B連接至第一軸件部分12A之一側上之端(圖中之一底側上之端)之一實例。第三軸件部分12C係作為可移動區段12之一主軸件(一中心軸件)之一部分。第三軸件部分12C支撐第一軸件部分12A及第二軸件部分12B，且連接至復位彈簧 13。此外，在此情況中，第三軸件部分12C配置於操作軸Z上，且兩個第一軸件部分12A經配置以相對於第三軸件部分12C彼此線對稱。
在此情況中，構成MEMS元件1之機械部件通常由一彈性體或一剛性體構成。彈性體可用作可移動區段12之一彈簧部分(例如，復位彈簧13)等。剛性體用作固定區段11，且在可移動區段12中，剛性體用作第一軸件部分12A、第二軸件部分12B、後文將描述之可移動電極12a1等。應注意，彈性體與剛性體之間的一邊界取決於一設計目的而不同。在此實施例中，應注意，通常被視為剛性體之第一軸件部分12A、第二軸件部分12B、可移動電極12a1等在於其等額定功率內之一操作期間不變形，但在施加一衝擊時其等之微變形發生(達約10nm至約10μm)；因此，其等被視為「實質上剛性體」。
例如，第一軸件部分12A、第二軸件部分12B及第三軸件部分12C之各者具有經結構設計以在可移動區段12中具有相對較高剛性而作為實質上剛性體之一結構。此一結構之實例可包含一梯狀結構、一網狀結構及一蜂巢狀結構。該結構之實例繪示於圖2A至圖2D中。應注意，此等圖之各者對應於一XY平面結構。此外，圖3繪示例如圖2A中所示之一單元部分U之尺寸之一實例，且圖4繪示一彈性體部分之尺寸之一實例。在剛性體中，當一截面積增大時，允許藉由如圖3中所示之單元部分U之一組合減小一有效質量之一增大，藉此增強剛性。此外，鑑於處理之簡易性，剛性體(實質上剛性體)及彈性體係在實質上相同的佈局規則(一線、一空間、該線及該空間之一最大值或一最小值、覆蓋範圍、一孔隙比等)下形成。
在第一軸件部分12A之各者中，提供複數個平坦的可移動電極12a1。圖5A至圖5C繪示可移動電極12a1及固定電極11a1之特定結構。
複數個可移動電極12a1之各者係自第一軸件部分12A突出之一部 分，藉此允許其整體形狀具有一梳齒狀形狀。此等可移動電極12a1可例如沿第一軸件部分12A之一延伸方向(Y方向)依固定間隔配置。
複數個固定電極11a1經配置以與可移動電極12a1交替，且固定電極11a1之各者之整體形狀具有一梳齒狀形狀。此等固定電極11a1可例如沿第一軸件部分12A之延伸方向(Y方向)依固定間隔配置。在腔10A中，可移動區段12經固持以允許上文描述之可移動電極12a1及固定電極11a1之梳齒狀形狀彼此接合。
可移動電極12a1及固定電極11a1經配置為在其間具有預定間隙。在一無電壓施加狀態(一中性狀態)下，間隙之大小(間隔d1及d2)可彼此相等或不同。在此情況中，一可移動電極12a1夾置於兩個固定電極11a1之間，且可移動電極12a1與固定電極11a1之一者之間的間隙之大小係d1，且可移動電極12a1與另一固定電極11a1之間的間隙之大小係d2。如圖5A中所示，可移動電極12a1可經配置以允許間隔d1及間隔d2彼此相等，或如圖5B及圖5C中所示，可移動電極12a1可配置於其中間隔d1及間隔d2彼此不同之一位置(自其中間隔d1及d2彼此相等之一位置移位之一位置)中。在圖5B中，可移動電極12a1之位置經偏移以允許間隔d1大於間隔d2，且在圖5C中，可移動電極12a1之位置經偏移以允許間隔d1小於間隔d2。
較佳可適當地取決於可移動區段12之結構、目的等而設定可移動電極12a1在無電壓施加狀態中之位置。例如，在質量等方面，可移動電極12a1之位置較佳可設定至朝向其中連接第二軸件部分12B之一側移位之一位置。因此，在此實施例中，例如，可移動電極12a1之位置偏移，如圖5B中所示。應注意，在其中第二軸件部分12B連接至第一軸件部分12A之兩端或用於一加速度感測器之一情況中，可移動電極12a1之位置較佳無法偏移，但可移動電極12a1可較佳經配置以允許間隔d1及d2彼此相等。
(突部14之結構)
突部14提供於如上文描述之可移動區段12之第一軸件部分12A之延伸線(後文被稱為「實質延伸線」)上。突部14經結構設計以用作所謂的機械止動器，且用於制動可移動區段12。
圖6A繪示沿圖1之一A-A'線所截取之一截面結構，且圖6B繪示沿圖1之一B-B'線所截取之一截面結構。突部14形成於可移動區段12及腔10A(更具體言之，腔10A之壁表面)之一者或兩者中。然而，在其中第二軸件部分12B連接至第一軸件部分12A之一情況中，突部14之各者較佳可經提供以面向第一軸件部分12A與第二軸件部分12B之間的一連接點(一連接區段12AB)。在此實施例中，突部14在第一軸件部分12A之兩側上之端上提供至腔10A之壁表面(固定區段11之一側表面)。更具體言之，突部14配置於面向相對於操作軸Z線對稱地配置之兩個第一軸件部分12A之兩側上之端之總共四個位置中。藉由依類似於此實施例之一方式將突部14提供至固定區段11而增強處理之簡易性。
在此情況中，如上文所描述，第一軸件部分12A之各者係一實質上剛性體，且係可移動區段12中之一可相對較容易移動部分。第一軸件部分12A之操作之簡易性高於其他部分之操作之簡易性。因此，允許藉由在第一軸件部分12A之延伸線上提供突部14而有效制動後文將描述之可移動區段12之移動。然而，所提供突部14之數目不限於四個。例如，突部14可提供至例如面向兩個第一軸件部分12A之一側上之端之總共兩點。換言之，突部14可在第一軸件部分12A之延伸線上提供至第一軸件部分12A之兩側之一者上之端，或正如此實施例，突部14可在第一軸件部分12A之延伸線上提供至第一軸件部分12A之兩側上之端。此外，即使在其中旨在制動之一向量增大之一情況中，允許藉由在一可相對較容易移動軸件部分之一延伸線上形成突部14而改 良抗衝擊性。
例如，如圖6A中所示，突部14與固定區段11(基板10)整合形成。此外，藉由使用微影之蝕刻而使突部14與可移動區段12、腔10A等共同形成。因此，突部14具有自固定區段11之一表面至腔10A之一底面附近之一相等高度H。應注意，此實例具有其中構成固定區段11之一矽層層壓於基板10上(其間具有二氧化矽膜110)之一結構。使用此一層壓結構，允許藉由兩個蝕刻階段形成懸置於腔10A中之可移動區段12。更具體言之，首先，藉由各向異性蝕刻挖掘固定區段11直至二氧化矽膜110之一表面暴露為止，且接著藉由各向同性蝕刻移除該二氧化矽膜110。據此，允許在形成如圖6A及圖6B中所示之可移動區段12之一懸置結構的同時形成突部14。
如上文所描述，突部14提供於第一軸件部分12A之延伸線上，且更具體言之，突部14之各者較佳可提供於自正對第一軸件部分12A之一端之一位置稍微移位之一位置中。圖7示意地繪示突部14之一特定結構。因此，突部14配置於自正對第一軸件部分12A之一位置(即，操作軸Z)朝向質心點移位達一極小距離△s之一位置中。根據一外力之量值、可移動區段12之剛性等，將突部14之一寬度D及高度H設定為適當大小。此係因為外力越大或剛性越小，可移動區段12(例如，第二軸件部分12B)之一曲率(一曲線變形之程度)越大。因此，定性地，突部14與可移動區段12之一大接觸面積較佳可得到保證。作為寬度B之一實例，該寬度B可為約1.0μm至約10.0μm，且作為高度H之一實例，該高度H可為約0.1μm至約3.0μm。此外，極小距離△s可為例如約幾nm至約幾十nm。
經提供以面向一第一軸件部分12A之一端(連接區段12AB)之突部14之數目(提供至一位置之突部14之數目)可為一個、兩個或更多個。在此實施例中，一突部14提供至一位置；然而，例如，如圖8A中所 示，三個突部14可提供至一位置。在此情況中，複數個突部14經提供以允許其高度自接近於質心點之一側依序增大，且在突部14之間提供一高度差。因此，當複數個突部14提供至一位置時，可移動區段12在例如第一軸件部分12A之延伸線上接觸一突部14，且接著接觸定位於該一突部14之外或之內之另一突部14。允許一制動力實質上連續地或離散地作用於可移動區段12之移動及變形。然而，可移動區段12首先接觸之一突部14主要貢獻於本揭示內容之一實施例之效應。應注意，如圖8B中所示，突部14可具有一階式形狀(其中一高度依一階式方式變更之一形狀)，且即使在此情況中，允許獲得類似效應。
突部14之形狀(一XY截面形狀)可為例如一矩形形狀。然而，突部14之形狀不限於矩形形狀，但可為一方形形狀或一圓形形狀，諸如一半圓形狀。此外，突部14可具有一錐形表面S1，如圖8C中所示，或可具有一彎曲表面(一凹形表面)S2，如圖8D中所示。例如，第二軸件部分12B藉由可移動區段12之微變形而稍微彎曲；因此，允許突部14之形狀配合此一第二軸件部分12B之側表面形狀，且可達成更有效制動。替代地，突部14可具有一彎曲表面(一凸形表面)S3，如圖8E中所示。
在MEMS元件1中，上文描述之突部14之位置及形狀可較佳經設計以彼此線對稱。
[功能及效應]
在根據此實施例之MEMS元件1中，在其額定功率內之一操作期間，可移動區段12在基板10之腔10A中之一預定範圍內沿操作軸Z移動。換言之，如圖9中所示，可移動電極12a1接近於固定電極11a1，但未接觸固定電極11a1。應注意，圖9繪示MEMS元件1之僅一部分之一結構。例如，為了用於一致動器(諸如後文將描述之一開關)中，當一電信號透過一信號線(未繪示)施加至例如固定電極11a1及可移動電 極12a1時，由一靜電力驅動可移動區段12，藉此控制一電打開-閉合狀態。替代地，例如，為了用於加速度感測器中，允許量測固定電極11a1與可移動電極12a1之間的電容之變更，藉此藉由基於一量測結果之算術處理而偵測加速度。
在此一MEMS元件1中，當一外力(一衝擊力)施加至其時，該可移動區段12移動。此時，在其中施加一可允許範圍內之一衝擊力之一情況中(如圖10A中所示)，可移動電極12a1可接觸固定電極11a1，但未破損。另一方面，在其中施加超過該可允許範圍之一衝擊力(例如，允許可移動區段12上之一最大應力超過1GPa之一衝擊力)之一情況中(如圖10B中所示)，可移動電極12a1接觸固定電極11a1，且被按壓，藉此因按壓所致之一應力而造成電極破壞。例如，在其中可移動電極12a1係由具有約2μm之一厚度及約70μm之一長度之一矽板構成之一情況中，該可移動電極12a1可受損，諸如在第一軸件部分12A之一基底部分中彎曲或折曲。
因此，在此實施例中，在MEMS元件1中，突部14用作機械止動器以允許施加至可移動區段12之一應力落於一可允許範圍內。可移動區段12藉由突部14制動，且上文描述之電極破壞之發生被抑制。
(比較實例)
已提議各種機械止動器。此外，已提議用作一機械止動器之一突部。然而，在此等機械止動器中，突部之位置未最佳化，且難以充分制動一可移動區段。例如，作為比較實例，圖11A繪示其中一突部104僅配置於一可移動區段102之操作軸Z上之一情況(比較實例1-1)，且圖11B繪示其中突部104配置於可移動區段102之最靠外區段(兩個端區段)中之一情況(比較實例1-2)。在此等比較實例中，一MEMS元件之一可移動區段102包含經並排配置以彼此線對稱之兩個第一軸件部分102A、連接至該兩個第一軸件部分102A之一第二軸件部分102B及 作為一主軸件(一中心軸件)之一第三軸件部分102C。複數個可移動電極102a1依一梳齒形狀自第一軸件部分102A之各者突出。
如圖11A中所示，在比較實例1-1中，在其中突部104配置於例如整個可移動區段102之一質點之一延伸線上之一情況中，允許操作軸Z上之移動(第三軸件部分102C之移動)被制動。例如，移動量可保持為約0.6μm。然而，在可移動區段102在操作軸Z上接觸突部104之後，例如，兩個第一軸件部分102A經移動以向外敞開，且可移動區段102變形。移動量可為例如約0.37μm或更大。因此，無法防止可移動區段102之微變形(局部振動)。
另一方面，如圖11B中所示，在比較實例1-2中，在其中突部104配置於可移動區段102之最靠外區段(兩個端區段)中之情況中，允許制動可移動區段102之兩個端側之移動。例如，移動量可保持為約0.6μm。然而，操作軸Z上之移動量變得過大(例如，約1μm或更大)且移動量變得不均勻，藉此使可移動區段102變形。因此，無法防止可移動區段102之微變形。
在比較實例1-1及1-2中，可移動區段102被設計為一慣性體。替代地，可移動區段102被視為由複數個慣性體構成之一剛性體。換言之，如上文描述之微變形不再是問題，且藉由突部104之制動不充分。此外，在一MEMS機構中，具有一梳齒狀形狀之電極之間的間隔可能極小，例如約1.0μm或更小。因此，當由上文描述之微變形造成可移動電極102a1之局部過度移動時，電極破壞更可能發生。當電極數目增大或電極之間的間隔減小以達成MEMS機構之縮小尺寸及電壓減小時，電極破壞更可能發生。
此外，由於MEMS元件之微型化係藉由電極數目之一增大及電極之間的間隔之減小而進步，故期望高處理精度。然而，在既有電極設計中，不考量一精細表面形狀。當MEMS之微型化(特定言之，電極 之間的間隔之減小)進步時，期望基於處理精度設計一制動機構(突部)。例如，在乾式蝕刻之一製程中，受一弧形缺口等之影響而在一電極表面上形成依約0.05μm或更小之間隔隔開之突點。此意味著在其中電極之間的間隔之一設計值為例如約0.5μm之一情況中，電極之間的間隔可具有約10%之一誤差。同樣地，突部之一制動距離可具有約10%之一誤差。此外，誤差隨距突部之一距離之一增大而線性地增大；因此，例如，在具有約500μm之一寬度之一元件中，即使將突部處之旋轉抑制至+1°，作為定位於距一中心外約250μm之一電極之一移動量，該電極之移動歸因於表面上之突點而仍比突部多約4μm。此係造成該元件之一外端處之應力破壞之一因素。
圖12A繪示作為比較實例2之使用一對球形突部104之一制動機構之一實例。在比較實例2中，藉由該對突部104之球形表面S101之間的接觸制動一可移動區段。然而，在此一制動機構中，就上文描述之處理精度而言，歸因於球形表面S101之突點及中心未對準而微觀地引發一操作軸外之移動(旋轉等)，如圖12B中所示。
因此，本申請案之申請人應注意，實際上發生已被視為「剛性體」之一部分之微變形，且突部14之位置最佳化。因此，允許可移動區段12更有效被制動，且達成能夠回應於微型化之一結構。
更具體言之，在此實施例中，可移動區段12沿Y方向可移動地固持在基板10之腔10A中。此可移動區段12包含經配置以沿Y方向延伸並彼此線對稱之作為實質上剛性體之複數個第一軸件部分12A。在此一可移動區段12中，當一外部衝擊施加至其時，第三軸件部分12C及第一軸件部分12A中之移動量相對較大；因此，可移動區段12之微變形發生。因此，在可移動區段12中，局部過度移動(操作軸Z外(離軸)之移動或超過操作軸Z上之可允許範圍之移動)可能發生。藉由在第一軸件部分12A之延伸線上提供突部14而有效制動可移動區段12，藉此 有效抑制此過度移動。
例如，如圖13A中所示，在自可移動區段12之移動開始之時至可移動區段12接觸突部14之時之一週期中，在該可移動區段12中，作為實質上剛性體之第一軸件部分12A及第三軸件部分12C相對較容易移動。更具體言之，第三軸件部分12C(包含質心點)移動最快。因此，第二軸件部分12B稍微彎曲或折曲以向下凸出(朝向相對於第一軸件部分12A之一側)。此後，如圖13B中所示，當可移動區段12接觸突部14時，該可移動區段12被制動。接著，在接觸之後，如圖13C中所示，第一軸件部分12A朝向其中第一軸件部分12A向外敞開之一方向稍微傾斜(第一軸件部分12A之旋轉移動(旋轉)發生)。此時，第二軸件部分12B稍微彎曲或折曲以向上凸出(朝向第一軸件部分12A之一側)；然而，此移動量小於上文描述之比較實例1-1中之移動量。
因此，在此實施例中，允許藉由微變形之移動量(操作軸Z外之移動量)與上文描述之比較實例相比減小。例如，在此實施例中，即使在其中並排配置之可移動電極12a1之數目係600之一情況中，操作軸Z外之移動量仍可被抑制為例如約40nm或更小。因此，由於突部14定位於第一軸件部分12A之延伸線上，故允許充分控制可移動區段12接觸突部14之前及之後之過度移動。
應注意，圖13A至圖13C中所示之可移動區段12之操作係一實例。例如，接觸之前及之後可移動區段12之形狀可取決於第二軸件部分12B之彈性之微小量值(彈簧性質之量值)而變更。換言之，在其中第二軸件部分12B之彈簧性質相對較弱之一情況中，如圖13A中所示，在可移動區段12接觸突部14之前第二軸件部分12B之形狀易於彎曲為向下凸出。另一方面，在其中第二軸件部分12B之彈簧性質相對較強之一情況中，第二軸件部分12B之形狀易於彎曲為向下內凹。
因此，在此實施例中，即使在其中可移動區段12經微型化以達 成進一步縮小尺寸及進一步電壓減小之一情況中，允許抑制電極破壞之發生。此外，例如，為了用於加速度感測器中，例如，允許據此改良感測諸如一慣性力及角速度之敏感度。替代地，為了用於開關中，允許改良一驅動力。
如上文所描述，在根據此實施例之MEMS元件1中，可在基板10之表面中沿Y方向移動之可移動區段12包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分12A，且該複數個第一軸件部分12A經並排配置以沿Y方向延伸並彼此線對稱。當一外部衝擊施加至MEMS元件1時，可移動區段12之微變形可能發生以造成局部過度移動；然而，由於突部14提供於第一軸件部分12A之延伸線上，故允許有效抑制該可移動區段之此過度移動。因此，可在保證抗衝擊性的同時，達成縮小尺寸及電壓減小。
下文將描述根據上文描述之第一實施例之MEMS元件之其他實施例。應注意，相同組件由相同於上文描述之第一實施例之數字表示且將不再進一步描述。
(第二實施例)
[結構]
圖14繪示根據本揭示內容之一第二實施例之一功能性元件(一MEMS元件2)之一XY平面結構。在MEMS元件2中，正如根據上文描述之第一實施例之MEMS元件1，藉由在基板10上執行三維微製造而共同形成固定區段11及可移動區段12，且可移動區段12可移動地懸置於基板10之腔10A中。此外，可移動區段12包含經並排配置以彼此線對稱之複數個第一軸件部分12A、連接至該等第一軸件部分12A之第二軸件部分12B及第三軸件部分12C。複數個可移動電極12a1提供至可移動區段12之第一軸件部分12A，且對應於可移動電極12a1之複數個固定電極11a1提供至固定區段11。
此外，即使在此實施例中，突部(突部15a)仍提供於上文描述之可移動區段12之第一軸件部分12A之延伸線上。然而，在此實施例中，突部15a之各者配置於固定區段11中，其間具有一板片彈簧15b(突部15a之各者藉由板片彈簧15b懸置於固定區段11中)。突部15a及板片彈簧15b作為機械止動器(止動器15)制動可移動區段12。
圖15繪示圍繞止動器15之一放大圖。圖16A繪示沿圖14之一A-A'線所截取之一截面結構，且圖16B繪示沿圖14之一B-B'線所截取之一截面結構。正如上文描述之第一實施例中之突部14，止動器15可形成於可移動區段12及腔10A(更具體言之，腔10A之壁表面)之一者或兩者中。此外，止動器15之各者較佳可經提供以面向第一軸件部分12A與第二軸件部分12B之間的連接區段12AB。即使在此實施例中，正如上文描述之第一實施例，止動器15仍在第一軸件部分12A之兩側上之端上提供至腔10A之壁表面(固定區段11之側表面)。更具體言之，止動器15配置於面向相對於操作軸Z線對稱地配置之兩個第一軸件部分12A之兩側上之端之總共四個位置中。藉由將止動器15提供至固定區段11而增強處理之簡易性。此係因為與可移動區段12中相比，更易於在固定區段11中保證一佈局空間，且容易設計板片彈簧15b之一彈簧常數。此外，優點在於一整個機構之移動(諸如振動及諧振)藉由吸收彈振而減小及允許最小化可移動區段12之大小。替代地，止動器15可提供至可移動區段12。
止動器15可與固定區段11(基板10)整合形成。換言之，在基板10中藉由使用微影之蝕刻而共同形成突部15a及板片彈簧15b連同可移動區段12、腔10A等。
正如上文描述之第一實施例中之突部14，如上文所描述，突部15a提供於第一軸件部分12A之實質延伸線上，且突部15a之各者較佳可提供於自正對第一軸件部分12A之一端之一位置稍微移位之一位置 中。此外，根據一外力之量值、可移動區段12之剛性等，將突部15a之一寬度B及高度H設定為適當大小。此外，突部15a之數目及形狀可類似於上文描述之第一實施例中之數目及形狀。突部15a之各者取決於可移動區段12之一諧振模式，可配置於板片彈簧15b之中心處，或可配置於自該中心稍微移位之一位置中。此係因為藉由突部15a之一制動效應增強。例如，可移動區段12向外敞開比向內敞開更容易(其中可移動區段12向外敞開之一諧振模式之一有效質量大)；因此，藉由將突部15a配置於中心稍外而允許突部15a之位置回應於由該諧振模式導致之一重心位置之移位。
板片彈簧15b較佳可經形成以固持突部15a且具有在施加一預定衝擊力或更大衝擊力時微變形發生之一程度之彈性。圖17繪示板片彈簧15b之一實例。板片彈簧15b可與基板10(矽)整合形成以具有例如約2μm之一厚度、約66μm之一寬度及約50μm之一深度。在此情況中，板片彈簧15b繪示為所謂的兩端板片彈簧；然而，彈簧結構不限於此。例如，除此之外，可使用一懸臂板片彈簧、一環形彈簧、一曲折彈簧等，或可使用此等彈簧之一組合。此係因為藉由此一彈簧結構，允許共同形成構成可移動區段12等之一板部分及一彈簧部分，允許精確設計彈簧常數，且允許增強再生性。
[功能及效應]
即使在根據此實施例之MEMS元件2中，當一外衝擊力施加至其時，可移動區段12仍移動，且在其中該衝擊力超過可允許範圍之一情況中，仍可能在可移動電極12a1中造成電極破壞。在此實施例中，止動器15(突部15a及板片彈簧15b)用於允許施加至可移動區段12之一應力落於可允許範圍內。允許藉由在第一軸件部分12A之延伸線上提供突部15a而有效控制在可移動區段12接觸突部15a之前及之後可移動區段12之過度移動。因此，即使在其中MEMS元件2經微型化之一情況 中，仍允許抑制在施加一衝擊力時電極破壞之發生。據此，允許獲得類似於上文描述之第一實施例之效應之效應。
此外，在此實施例中，允許藉由憑藉板片彈簧15b固持突部15a而有效抑制接觸之後可移動區段12之特別過度移動(旋轉)(參考圖18)。此外，MEMS元件2具有以下效應。板片彈簧15b之變形時間(必需變形時間)用作一衝擊緩和時間，且允許可移動區段12上之一應力進一步減小。此外，由於允許基於板片彈簧15b之彈簧常數任意地控制接觸之後可移動區段12之移動量(例如，達約10nm至約幾百nm)，故允許更精巧地設計施加一衝擊時之一操作。在上文描述之第一實施例中，藉由第一軸件部分12A及第二軸件部分12B之剛性判定接觸之後可移動區段12之移動量，但另一方面，在此實施例中，藉由使用板片彈簧15b，設計靈活性增強，且容易控制移動量。此外，在MEMS元件2中，可因沿一垂直方向或一水平方向所致之一處理誤差或自一任意方向局部施加之一衝擊造成可移動區段12中之局部移位、旋轉等。即使在其中可移動區段12之此不規則移動發生之一情況中，移動量被提供至各自位置之板片彈簧15b之各者吸收。換言之，允許藉由靈活地回應於可移動區段12之不規則移動等而有效減小施加至可移動區段12之一應力。
(第三實施例)
[結構]
圖19繪示根據本揭示內容之一第三實施例之一功能性元件(MEMS元件3)之一XY平面結構。在MEMS元件3中，正如根據上文描述之第一實施例之MEMS元件1，藉由在基板10上執行三維微製造而共同形成固定區段11及可移動區段12，且可移動區段12可移動地懸置於基板10之腔10A中。此外，可移動區段12包含經並排配置以彼此線對稱之複數個第一軸件部分12A、連接至該等第一軸件部分12A之第 二軸件部分12B及第三軸件部分12C。複數個可移動電極12a1提供至可移動區段12之第一軸件部分12A，且對應於可移動電極12a1之複數個固定電極11a1提供至固定區段11。
即使在此實施例中，突部(突部16)提供於上文描述之可移動區段12之第一軸件部分12A之延伸線上作為機械止動器。然而，在此實施例中，突部16之各者覆蓋有一有機膜16a(突部16之一表面側上之一部分係由該有機膜16a構成)。
圖20A繪示沿圖19之一A-A'線所截取之一截面結構，且圖20B繪示沿圖19之一B-B'線所截取之一截面結構。正如上文描述之第一實施例中之突部14，突部16可形成於可移動區段12及腔10A(更具體言之，腔10A之壁表面)之一者或兩者中。此外，突部16之各者較佳可經提供以面向第一軸件部分12A與第二軸件部分12B之間的連接區段12AB。即使在此實施例中，正如上文描述之第一實施例，突部16在第一軸件部分12A之兩側上之端上提供至腔10A之壁表面(固定區段11之側表面)。更具體言之，突部16配置於面向相對於操作軸Z線對稱地配置之兩個第一軸件部分12A之兩側上之端之總共四個位置中。
有機膜16a可由例如聚矽氧橡膠(諸如PDMS(聚二甲基矽氧烷))製成。允許使用PDMS保證與一矽製程之親和。允許藉由使用一真空黏合元件在基板10上層壓由此PDMS製成之一層壓膜而形成有機膜16a。替代地，可藉由使用一模版遮罩之塗佈而在一選擇性區域上執行塗佈。此外，整個突部16可由此一有機材料製成。
[功能及效應]
即使在根據此實施例之MEMS元件3中，當一外衝擊力施加至其時，可移動區段12移動，且在其中該衝擊力超過可允許範圍之一情況中，可在可移動電極12a1中造成電極破壞。在此實施例中，覆蓋有有機膜16a之突部16用於允許施加至可移動區段12之一應力落於可允許 範圍內。允許藉由在第一軸件部分12A之延伸線上提供突部16而有效控制在可移動區段12接觸突部16之前及之後，可移動區段12之過度移動。因此，即使在其中MEMS元件3經微型化之一情況中，亦允許抑制在施加一衝擊時電極破壞之發生。據此，允許獲得類似於上文描述之第一實施例之效應。
此外，在此實施例中，藉由用有機膜16a覆蓋突部16而增大一時間常數，且允許據此有效減小一應力。特定言之，允許限制接觸之後可移動區段12之旋轉，且允許促進朝向沿操作軸Z之一方向(其中用於移動量之空間最大之一方向)之驅動。
(第四實施例)
圖21繪示根據本揭示內容之一第四實施例之一加速度感測器(加速度感測器4)之一XY平面結構。上文描述之第一實施例中所描述之MEMS元件(例如，MEMS元件1)等適用於根據此實施例之加速度感測器4。加速度感測器4可為例如一電容偵測系統感測器。
在加速度感測器4中，無電壓施加狀態下可移動電極12a1之位置可較佳例如依相等間隔配置(參考圖5A)，如上文所描述。在加速度感測器4中，例如，允許量測通過一信號線(未繪示)之固定電極11a1與可移動電極12a1之間的電容之變更，藉此基於一量測結果藉由算術處理而偵測加速度。在根據上文描述之實施例之任意者之MEMS元件等整合至加速度感測器4中時，在保證抗衝擊性的同時，允許藉由減小電極間隔而改良感測之敏感度。
(第五實施例)
圖22繪示根據本揭示內容之一第五實施例之一開關(一開關5)之一XY平面結構。MEMS元件(例如，MEMS元件1)適用於根據此實施例之開關5。開關5可為例如一靜電驅動系統高頻開關。在開關5中，例如，一輸入線51A及一輸出線51B可提供至固定區段11，且一導電 部分52提供至可移動區段12。導電部分52具有允許接觸輸入線51A及輸出線51B之各者之一接觸點53。
在開關5中，無電壓施加狀態下可移動電極12a1之位置較佳可例如如上文所描述般偏移(參考圖5B)。在開關5中，在無電壓施加狀態下，導電部分52處於其中該導電部分52不接觸輸入線51A及輸出線51B之各者之一狀態；因此，輸入線51A及輸出線51B不電連接至彼此(開關5處於一OFF狀態)。另一方面，例如，當造成通過一信號線(未繪示)之固定電極11a1與可移動電極12a1之間的一電位差時，由一靜電力驅動及移動可移動區段12，且輸入線51A及輸出線51B透過接觸點53接觸彼此。據此，輸入線51A及輸出線52B電連接至彼此(開關5轉至一ON狀態)。在根據上文描述之實施例之任意者之MEMS元件等整合至開關中時，在保證抗衝擊性的同時，允許進一步減小電極之間的間隔，且允許改良一開關驅動力(允許達成較低電壓下之驅動)。
儘管本揭示內容參考實施例及其等之修改實例進行描述，但本揭示內容不限於此，且可進行各種修改。例如，在上文描述之實施例等中，例示其中在可移動區段12中，兩個第一軸件部分12A經並排配置以彼此線對稱之一結構；然而，經配置之第一軸件部分12A之數目不限於兩個(前提是第一軸件部分12A具有線對稱性)，且第一軸件部分12A之數目可為四個或更多個。
此外，上文描述之實施例等中所描述之效應僅係實例；因此，本揭示內容可具有其他效應，或可進一步具有其他效應。
應注意，本揭示內容可具有以下結構。
(1)一種功能性元件，其包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動， 其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。
(2)如(1)之功能性元件，其中該基板具有一內凹區段，該可移動區段可移動地固持於該內凹區段中，且該等突部提供至該可移動區段及該內凹區段之一者或兩者。
(3)如(1)或(2)之功能性元件，其中該等突部之各者由該可移動區段或該基板固持，其間具有一彈簧。
(4)如(3)之功能性元件，其中該等突部及該等彈簧與該基板整合形成。
(5)如(1)至(4)中任一者之功能性元件，其中該等突部之各者之一表面側上之一部分或整體係由一有機膜構成。
(6)如(1)至(5)中任一者之功能性元件，其中該等突部提供於自正對該等第一軸件部分之位置朝向該可移動區段之一質心點移位之位置中。
(7)如(1)至(6)中任一者之功能性元件，其中該可移動區段包含連接至該複數個第一軸件部分之各者之一端或兩端之一第二軸件部分，且該等突部之各者經提供以面向該等第一軸件部分之各者與該第二軸件部分之間的一連接點。
(8)如(1)至(7)中任一者之功能性元件，其中該可移動區段包含支撐該等第一軸件部分及該第二軸件部分之一第三軸件部分，且 該複數個第一軸件部分具有相對於該第三軸件部分之線對稱性。
(9)如(1)至(8)中任一者之功能性元件，其中該等突部提供至該等第一軸件部分之一側或兩側上之端。
(10)如(1)至(9)中任一者之功能性元件，其中該可移動區段包含經提供以自該等第一軸件部分之各者突出之複數個第一電極，且進一步包含複數個第二電極，該等第二電極與該基板整合提供且與該可移動區段之該等第一電極交替地配置。
(11)如(10)之功能性元件，其中該可移動區段由該等第一電極與該等第二電極之間所產生之一靜電力驅動。
(12)一種具備一功能性元件之加速度感測器，該功能性元件包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。
(13)如(12)之加速度感測器，其中該可移動區段包含經提供以自該等第一軸件部分之各者突出之複數個第一電極，且進一步包含複數個第二電極，該等第二電極與該基板整合提供 且與該可移動區段之該等第一電極交替地配置，且該可移動區段經配置以允許在一無電壓施加狀態下該等第一電極與該等第二電極之間的間隔彼此相等。
(14)如(13)之加速度感測器，其中偵測該等第一電極與該等第二電極之間所產生之一電容。
(15)一種具備一功能性元件之開關，該功能性元件包含：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，且經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上。
(16)如(15)之開關，其中該可移動區段包含經提供以自該等第一軸件部分之各者突出之複數個第一電極，且進一步包含複數個第二電極，該等第二電極與該基板整合提供且與該可移動區段之該等第一電極交替地配置，且該可移動區段配置於自其中在一無電壓施加狀態下該等第一電極與該等第二電極之間的間隔彼此相等之一位置沿該第一方向移位之一位置中。
(17)如(16)之開關，其中該可移動區段由該等第一電極與該等第二電極之間所產生之一靜電力驅動。
熟習此項技術者應瞭解，各種修改、組合、子組合及更改可取 決於設計要求及其他因素發生，只要其等在隨附申請專利範圍或其等等效物之範疇內。

Claims (13)

  1. 一種功能性元件，其包括：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，經結構設計以制動該可移動區段之數個突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上，該可移動區段包含連接至該複數個第一軸件部分之各者之一端或兩端之一第二軸件部分，該等突部之各者經提供以面向該等第一軸件部分之各者與該第二軸件部分之間的一連接點該可移動區段包含支撐該等第一軸件部分及該第二軸件部分之一第三軸件部分，且該複數個第一軸件部分具有相對於該第三軸件部分之線對稱性。
  2. 如請求項1之功能性元件，其中該基板具有一內凹區段，該可移動區段可移動地固持於該內凹區段中，且該等突部提供至該可移動區段及該內凹區段之一者或兩者。
  3. 如請求項1之功能性元件，其中該等突部之各者由該可移動區段或該基板固持，其間具有一彈簧。
  4. 如請求項3之功能性元件，其中該等突部及該等彈簧與該基板整合形成。
  5. 如請求項1之功能性元件，其中該等突部之各者之一表面側上之一部分或一整體係由一有機膜構成。
  6. 如請求項1之功能性元件，其中該等突部提供於自正對該等第一軸件部分之位置朝向該可移動區段之一質心點移位之位置中。
  7. 如請求項1之功能性元件，其中該等突部提供至該等第一軸件部分之一側或兩側上之端。
  8. 一種功能性元件，其包括：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，經結構設計以制動該可移動區段之數個突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上，該可移動區段包含經提供以自該等第一軸件部分之各者突出之複數個第一電極，且進一步包含複數個第二電極，該等第二電極與該基板整合提供且與該可移動區段之該等第一電極交替地配置。
  9. 如請求項8之功能性元件，其中該可移動區段由該等第一電極與該等第二電極之間所產生之一靜電力驅動。
  10. 一種具備一功能性元件之加速度感測器，該功能性元件包括：一基板；及 一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，經結構設計以制動該可移動區段之數個突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上，其中該可移動區段包含經提供以自該等第一軸件部分之各者突出之複數個第一電極，且進一步包含複數個第二電極，該等第二電極與該基板整合地提供且與該可移動區段之該等第一電極交替地配置，且該可移動區段經配置以允許在一無電壓施加狀態下該等第一電極與該等第二電極之間的間隔彼此相等。
  11. 如請求項10之加速度感測器，其中偵測該等第一電極與該等第二電極之間所產生之一電容。
  12. 一種具備一功能性元件之開關，該功能性元件包括：一基板；及一可移動區段，其經結構設計以由該基板固持且可在該基板之一表面中沿一第一方向移動，其中該可移動區段包含具有相對較高剛性之複數個第一軸件部分，該複數個第一軸件部分經並排配置以沿該第一方向延伸且彼此線對稱，經結構設計以制動該可移動區段之突部提供於該等第一軸件部分之實質延伸線上， 其中該可移動區段包含經提供以自該等第一軸件部分之各者突出之複數個第一電極，進一步包含複數個第二電極，該等第二電極與該基板整合提供且與該可移動區段之該等第一電極交替地配置，且該可移動區段配置於自其中在一無電壓施加狀態下該等第一電極與該等第二電極之間的間隔彼此相等之一位置沿該第一方向移位之一位置中。
  13. 如請求項12之開關，其中該可移動區段由該等第一電極與該等第二電極之間所產生之一靜電力驅動。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10322926B1 (en) * 2015-10-20 2019-06-18 Mcube, Inc. MEMS device with reduced dynamic stress and methods
US10322925B2 (en) * 2015-12-30 2019-06-18 Mems Drive, Inc. Shock caging features for MEMS actuator structures
US10196259B2 (en) * 2015-12-30 2019-02-05 Mems Drive, Inc. MEMS actuator structures resistant to shock
EP3464168A1 (en) 2016-05-26 2019-04-10 Mems Drive Inc. Shock caging features for mems actuator structures
JP7112876B2 (ja) 2017-07-06 2022-08-04 浜松ホトニクス株式会社 光学デバイス
EP3650919B1 (en) * 2017-07-06 2023-11-29 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
WO2019009392A1 (ja) 2017-07-06 2019-01-10 浜松ホトニクス株式会社 光学デバイス
CN114384686B (zh) 2017-07-06 2024-05-14 浜松光子学株式会社 光学装置
EP3650911B1 (en) * 2017-07-06 2023-08-30 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
JP6922552B2 (ja) * 2017-08-25 2021-08-18 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、電子機器、携帯型電子機器および移動体
WO2019097772A1 (ja) 2017-11-15 2019-05-23 浜松ホトニクス株式会社 光学デバイスの製造方法
CN108469535B (zh) * 2018-03-26 2020-04-24 温州大学 基于静电吸附效应的微加速度计
JP7123881B2 (ja) * 2019-08-28 2022-08-23 株式会社東芝 センサ
JP7185610B2 (ja) * 2019-10-10 2022-12-07 株式会社鷺宮製作所 Ｍｅｍｓ素子および振動発電デバイス
US11634320B2 (en) * 2021-02-22 2023-04-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Micro-electromechanical system device including a precision proof mass element and methods for forming the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6541831B2 (en) * 2000-01-18 2003-04-01 Cornell Research Foundation, Inc. Single crystal silicon micromirror and array
US6865944B2 (en) * 2002-12-16 2005-03-15 Honeywell International Inc. Methods and systems for decelerating proof mass movements within MEMS structures
US20050284222A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Johnson Burgess R MEMS gyroscope with horizontally oriented drive electrodes
TW201037772A (en) * 2008-11-19 2010-10-16 Miradia Inc Method and structure for forming a gyroscope and accelerometer

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5111693A (en) * 1988-01-13 1992-05-12 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Motion restraints for micromechanical devices
US5610335A (en) * 1993-05-26 1997-03-11 Cornell Research Foundation Microelectromechanical lateral accelerometer
DE19526903B4 (de) * 1995-07-22 2005-03-10 Bosch Gmbh Robert Drehratensensor
US5817942A (en) * 1996-02-28 1998-10-06 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Capacitive in-plane accelerometer
US7085445B2 (en) * 2000-08-04 2006-08-01 Seungug Koh Micro-opto-electro-mechanical waveguide switches
DE10116931A1 (de) * 2001-04-05 2002-10-17 Bosch Gmbh Robert Sensor
US6798315B2 (en) * 2001-12-04 2004-09-28 Mayo Foundation For Medical Education And Research Lateral motion MEMS Switch
US6987304B2 (en) * 2003-05-07 2006-01-17 Honeywell International Inc. Methods and apparatus for particle reduction in MEMS devices
US8207004B2 (en) * 2005-01-03 2012-06-26 Miradia Inc. Method and structure for forming a gyroscope and accelerometer
US7562573B2 (en) * 2005-07-21 2009-07-21 Evigia Systems, Inc. Integrated sensor and circuitry and process therefor
US8528885B2 (en) * 2008-04-21 2013-09-10 Formfactor, Inc. Multi-stage spring system
US8138859B2 (en) * 2008-04-21 2012-03-20 Formfactor, Inc. Switch for use in microelectromechanical systems (MEMS) and MEMS devices incorporating same
US8011247B2 (en) * 2008-06-26 2011-09-06 Honeywell International Inc. Multistage proof-mass movement deceleration within MEMS structures
DE102009026476A1 (de) * 2009-05-26 2010-12-02 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Struktur
JP2011112455A (ja) * 2009-11-25 2011-06-09 Seiko Epson Corp Ｍｅｍｓセンサー及びその製造方法並びに電子機器
FR2954505B1 (fr) * 2009-12-22 2012-08-03 Commissariat Energie Atomique Structure micromecanique comportant une partie mobile presentant des butees pour des deplacements hors plan de la structure et son procede de realisation
CN101858931A (zh) * 2010-05-28 2010-10-13 南京理工大学 框架式电容硅微机械加速度计
CN102951593B (zh) * 2012-10-17 2015-05-06 东南大学 一种电热驱动调变齿间隙的微机电梳齿机构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6541831B2 (en) * 2000-01-18 2003-04-01 Cornell Research Foundation, Inc. Single crystal silicon micromirror and array
US6865944B2 (en) * 2002-12-16 2005-03-15 Honeywell International Inc. Methods and systems for decelerating proof mass movements within MEMS structures
US20050284222A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Johnson Burgess R MEMS gyroscope with horizontally oriented drive electrodes
TW201037772A (en) * 2008-11-19 2010-10-16 Miradia Inc Method and structure for forming a gyroscope and accelerometer

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Publication number Publication date
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TW201531709A (zh) 2015-08-16

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