WO2007037150A1

WO2007037150A1 - 共振器及びこれを用いたフィルタ

Info

Publication number: WO2007037150A1
Application number: PCT/JP2006/318525
Authority: WO
Inventors: Akinori Hashimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2007-04-05
Also published as: JP4938652B2; JPWO2007037150A1; US20100109810A1; CN101223692B; CN101223692A; US7902942B2

Abstract

　小型化・高集積化の可能な共振器、及びフィルタを提供する。　本発明では、振動子、支持部、連結部の一部を相互に共用する共振器を構成する。この相互の構成を必要に応じて選択的に換え、同じフィルタ装置で多数の周波数選択が可能な構造を有する。振動子、支持部、連結部のサイズや形状の異なるものを組み合わせることにより、多数の選択周波数を持つフィルタ装置を提供する。

Description

明細書

共振器及びこれを用いたフィルタ

技術分野

[0001] 本発明は、共振器及びこれを用いたフィルタに係り、特に MEMS (Micro Electr o Mechanical Systems)技術を用いて形成した共振器、およびフィルタに関するものである。

背景技術

[0002] 現在では、携帯電話（GSM/UMTS)あるいは携帯電話/無線 LAN (GSM/W LAN)等のデュアルモード無線機が市販されている力 S、今後の対応システムとして、マルチバンド無線機を実現させるためのボトルネックとしては、 RFフィルタ部の小型化が注目されている。このシステムに向けては、超小型化以外に、高 Q、可変フィルタなどがキーとなるが、現状では実現困難である。そこで、近年では、集積化に際して、 ICとの親和性などの観点から、マルチバンド無線機用フィルタには、微小な電気機械共振器を用いたフィルタの適用が期待されている。

[0003] 図 11に一例を示すように、従来の電気機械共振器は、主に共振周波数を選択する振動子 110と、振動子 110を基板から支える支持部 118、振動子 110を励振 '検出する電極で構成されている。又、その電気機械共振器を多数並べ、連結部で機械的に結合する電気機械フィルタの構成も提案されている (非特許文献 1)。

[0004] その例を図 12に示す。この場合、電気機械フィルタの構造としては、最低でも 2つの振動子 110， 112が基板 116から支えられている支持部 118， 120に対して 1つの連結部 134が存在する。さらに、多段フィルタを構成するのには、必要に応じて、振動子の数や連結部の数を増加させる必要がある。

この電気機械フィルタは、以下に示す原理を用いたものである。すなわち、まず RF 信号が励振電極 122に入力されると、振動子 110と励振電極 122のギャップ G間に静電力が発生する。この時、振動子の自己共振周波数と、入力した RF信号の周波数とがー致した場合のみ、振動子 110及びこの振動子 110に連結部 134を介して接続された振動子 112は大きく振動する。振動子 112が振動すれば振動子 112と検出電極 124間の容量が変化するため、電位（DC電圧）を印加しておけば、検出電極 1 24から電流が出力される。このように、振動子の自己共振周波数と RF信号の周波数がー致したときのみ、 RF信号が出力されるため、周波数選択性デバイスすなわちフィルタとして利用できるように構成される。

[0005] 非特許乂 H^l： Bannon, Clark, Nguyen High Frequency Micromecnanical IP Filters

Technical Digest, IEEE International Electron Device Meeting, San Francisco, Cal ifornia 1996 pp.773-776.

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし従来の電気機械共振器、あるいは電気機械フィルタは、構造の各部分ごとに役割が異なり、例えば自己共振周波数を有する振動子、 2つ以上の振動子を連結する連結部、振動子を基板に支持する支持部など各部分において、それぞれ 1つのみの役割を果たしてきた。これによつて、フィルタの小型化が限定されてしまレ、、レ、くら単体の共振器を小型化しても、それを多数並べると、全体の占有面積が拡大するとレ、う問題があった。

又、周波数依存する電気機械フィルタの電気的特性の劣化（Q値)が実用化に向けての大きな課題となっており、現在市販されている携帯電話 '無線 LAN等のデュアルモード無線機を始め、今後の対応システムとしてマルチバンド無線機などには、フィルタの小型化、高 Q値が必須となる。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、小型で高集積化の可能な共振器を提供することを目的とする。また、本発明は、小型でかつ高 Q値を有するフィルタを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために、本発明は、第 1の励振電極と、前記第 1の励振電極によって機械的振動を行う第 1の振動子とを有した第 1の共振器と、第 2の励振電極と、前記第 2の励振電極によって機械的振動を行う第 2の振動子とを有した第 2の共振器とを具備した共振器であって、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 2の振動子を構成する。この構成により、振動子と支持部が 1つで 2つの役目を果たすため、小型化および高集積化が可能となる。また、第 1および第 2の振動子は相互に他方の支持部となるようにすれば、それぞれが 1つ以上の役目を果たすため、さらなる小型化および高集積化が可能となる。

[0008] また本発明は、上記共振器において、前記第 1の振動子の振動の節が、前記第 1 の振動子と前記第 2の振動子との接続部に位置するものを含む。

この構成により、第 1の振動子の振動の節が、前記第 1の振動子と前記第 2の振動子との接続部に位置しているため、第 1の振動子の共振振動時にも、第 1の振動子の節は理想的には不動の状態であるため、第 2の振動子が振動されることを防ぐことができ、支持基板への振動エネルギー散逸を低減することで Q値を改善する。

[0009] また本発明は、上記共振器において、前記第 1の振動子が、前記第 2の振動子よりも共振周波数が低いものを含む。

この構成により、より波長の大きい第 1の振動子の振動時における節が第 2の振動子との接続部を構成しているため、より小さぐ外的要因で影響を受け易い第 2の振動子への影響を低減することが可能となる。

[0010] また本発明は、前記第 1および第 2の振動子は、一方が振動しているとき、他方がプルイン状態となるものを含む。

この構成により、 1つ以上の役目を果たすため、さらなる小型化および高集積化が可能となる上、一方が振動しているとき、他方がプルイン状態となるように構成されているため、当該振動子の振動に他の振動子の振動が影響を与えるのを防ぐことができる。

[0011] また、本発明の共振器は、プルイン状態となるとき、前記第 1の励振電極と前記第 1 の振動子とは、絶縁層を介して当接するように、前記第 1の励振電極と接触する前記第 1の振動子の面の少なくとも 1部に絶縁層が設けられているものを含む。

この構成により、電気的に絶縁された状態でプルイン状態となり、第 1の振動子は第 1の励振電極に固定され、第 2の振動子の支持部として作用するため、第 2の振動子を別途支持部を用いて固定したのと同様の状態を得ることができる。

[0012] また本発明は、前記共振器において、前記第 2の振動子の振動の節が、前記第 2 の振動子と前記第 1の振動子との接続部に位置するものを含む。

この構成により、第 2の振動子の振動の節が、前記第 1の振動子と前記第 2の振動子との接続部に位置しているため、第 2の振動子の共振振動時にも、第 1の振動子が理想的な固定電極に近い状態になるため、第 2の振動子の振動に影響を与えるのを防ぐことができる。

[0013] また本発明は、前記共振器において、前記第 2の振動子の振動はねじり振動であるものを含む。

この構成では、第 2の振動子の両端が振動の節を有するため、前記第 1の振動子の振動を防ぐことで前記第 1の振動子が理想的な固定電極に近い状態となり、前記第 2の振動子が両持ち梁で構成される他、支持基板への振動エネルギー散逸も同時に低減できるとレ、う効果がある。

[0014] また本発明は、前記共振器において、さらに、第 3の励振電極と、前記第 3の励振電極によって機械的振動を行う第 3の振動子とを有した第 3の共振器を有し、前記第 2の振動子の他端で、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 3の振動子を構成するものを含む。

[0015] また本発明は、前記共振器において、さらに、前記第 1乃至第 3の振動子の少なくとも 1つの振動を検出する検出電極を有するものを含む。

[0016] また本発明は、前記共振器において、第 1乃至第 3の共振器は、それぞれ前記第 1 乃至第 3の振動子の振動を検出する第 1乃至第 3の検出電極を有するものを含む。

[0017] また本発明のフィルタは、第 1の励振電極と、前記第 1の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 1の振動子と、第 2の励振電極と、前記第 2の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 2の振動子とを具備したフィルタであって、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 2の振動子を構成する。

フィルタの場合も前記共振器の場合と同様、振動子と支持部が 1つで 2つの役目を果たすため、小型化および高集積化が可能となる。また、第 1および第 2の振動子は相互に他方の支持部となるようにすれば、それぞれが 1つ以上の役目を果たすため、さらなる小型化および高集積化が可能となる。 [0018] また本発明は、前記フィルタにおいて、前記第 1の振動子の振動の節が、前記第 1 の振動子と前記第 2の振動子との接続部に位置するものを含む。

[0019] また本発明は、前記フィルタにおいて、前記第 1の振動子は、前記第 2の振動子よりも共振周波数が低いものを含む。

[0020] また本発明は、前記フィルタにおいて、前記第 1および第 2の振動子は、一方が振動しているとき、他方がプルイン状態となるものを含む。

[0021] また本発明は、前記フィルタにおいて、プルイン状態となるとき、前記第 1の励振電極と前記第 1の振動子とは、絶縁層を介して当接するように、前記第 1の励振電極と接触する前記第 1の振動子の面の少なくとも 1部に絶縁層が設けられているものを含む。

[0022] また本発明は、前記フィルタにおいて、前記第 2の振動子の振動の節が、前記第 2 の振動子と前記第 1の振動子との接続部に位置するものを含む。

[0023] また本発明は、前記フィルタにおいて、前記第 2の振動子の振動はねじれ振動であるものを含む。

[0024] また本発明は、前記フィルタにおいて、さらに、第 3の励振電極と、前記第 3の励振電極によって機械的振動を行う第 3の振動子とを有した第 3のフィルタを有し、前記第 2の振動子の他端で、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 3の振動子を構成するものを含む。

[0025] また本発明は、前記フィルタにおいて、前記第 1乃至第 3の振動子のうちの少なくとも一対の振動子は、連結部を介して連結されており、前記連結部が、振動子を構成したものを含む。

この構成により、連結部がそのまま振動子として作用するため、無駄のない構造となり、小型で信頼性の高い構造となる。

[0026] また本発明は、前記フィルタにおいて、さらに、第 1乃至第 3のフィルタの少なくともひとつは、前記第 1乃至第 3の振動子の少なくともひとつに対して所定の間隔を隔てて配設され、当該振動子のひとつの振動を検出する検出電極を有するものを含む。

[0027] また本発明は、前記フィルタにおいて、第 1乃至第 3のフィルタは、それぞれ前記第

1乃至第 3の振動子の振動を検出する第 1乃至第 3の検出電極を有するものを含む。 [0028] また、望ましくは、前記振動子は、三角断面梁構造及び台形断面構造を有する。この構成により、台形断面構造が振動子の役目を果たす場合、前記振動子を基板力支持する支持部は三角断面構造であるため、支持部から散逸する振動エネルギ一を低減することができ、高 Q値を図ることができる。

[0029] 又、本発明のフィルタは前記共振器を連結部で連結する機械的結合方法と、連結部を使用しない電気的結合方法の二通りの方法で構成される。

この構成により、フィルタの連結部、支持部が共に振動子としても利用されるため、選択的に必要な励振、検出電極に信号が流れ、複数の周波数帯域を有するフィルタの実現が可能となり、小型化、および高集積化も可能となる。

発明の効果

[0030] 本発明の共振器、及び電気機械フィルタによれば、従来、課題となっていた振動子、支持部、連結部が 1つ以上の役目を果たすため、複数の周波数選択が可能なデュアルモードやマルチバンドシステムに適した電気機械フィルタの小型化を実現することができる。又、ある 1つの周波数選択をもつ電気機械フィルタの共振器のサイズが、電気機械フィルタの支持部より比較的微小な三角断面梁を用いることで、支持部からの振動エネルギーの散逸を低減し、高 Q値化を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0031] [図 1]本発明の実施の形態 1を示す電気機械共振器の斜視図

[図 2]本発明の実施の形態 1の電気機械共振器の動作図

[図 3]本発明の実施の形態 1の電気機械共振器の変形例を示す図

[図 4]本発明の実施の形態 1の電気機械共振器の製造工程を示す図

[図 5]本発明の実施の形態 2の電気機械フィルタの斜視図

[図 6]本発明の実施の形態 3の電気機械共振器の斜視図

[図 7]本発明の実施の形態 3の電気機械共振器の有限要素法シミュレーション図 [図 8]本発明の実施の形態 3の電気機械共振器の有限要素法シミュレーション図 [図 9]本発明の実施の形態 3の電気機械共振器の変形例を示す図

[図 10]たわみ振動モードの変位を示す図

[図 11]従来例の電気機械共振器を示す斜視図 [図 12]従来例の電気機械共振器を機械的に 2つ連結した電気機械フィルタを示す斜視図

符号の説明

[0032] 10 梁（台形断面梁型の振動子）

16a, b 三角断面梁型の梁 (支持部'振動子）

20、 21 固定電極

22, 26、 30 励振電極

24, 28、 32 検出電極

40、 42 台形断面梁型の梁 (支持部、振動子）

44 三角断面梁型の梁 (支持部、連結部、振動子）

46、 50、 56 励振電極

48、 52 検出電極

60 固定電極

70 シリコン層

72 BOX層

74 シリコン（SOI)層

76 絶縁膜

78 (111)結晶面

80 犠牲層

82 電極材料

84 頂点

G1、G2、 G3 ギャップ

発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

(実施の形態 1)

本発明の実施の形態 1における電気機械共振器は、図 1に斜視図を示すように、第 1乃至第 3の共振器 C1〜C3からなる 3つの共振器で構成されており、 3つの共振器は、それぞれ入力 Vinl乃至 Vin3、出力 Voutl乃至 Vout3を有する。この構成では、第 1の共振器 CIの振動子（10)を両端から支持する支持部（16a、 16b)がそれぞれ第 2および第 3の共振器 C2、 C3の振動子となっており、複数の周波数選択が可能でデュアルモードやマルチバンドシステムに適した電気機械共振器の小型化を実現するものである。すなわち、第 1共振器 C1の振動子は台形断面梁 10、支持部は三角断面梁 16a、 16b、そして励振電極 22、検出電極 24、ギャップ G1で構成される。又、第 2共振器 C2の振動子は三角断面梁 16a、支持部は固定電極 20と台形断面梁 10、そして励振電極 26、検出電極 28、ギャップ G2で構成される。最後に第 3共振器 C3の振動子は三角断面梁 16b、支持部は固定電極 21と台形断面梁 10、励振電極 30、検出電極 32、ギャップ G3で構成される。

[0034] 第 1の振動子 C1は台形断面梁のバルタ振動、第 2および第 3の振動子 C2， C3は三角断面梁を振動子とするねじり振動で作動するように、励振電極を配置してレ、る。各振動子は相互の節が連結部となるように結合されている。少なくとも第 1共振器の節に支持部との連結部が来るように構成するのが望ましい。図 2 (a)は第 1の共振器 C1のバルタ振動モードを表し、振動の節が構造の中心に存在する。図 2 (b)は第 2 の共振器 C2，第 3の共振器 C3の各振動子がねじり振動モードで共振した場合を表し、振動の節は構造の両端に現れることになる。

[0035] 次にこの共振器 Cの動作にっレ、て説明する。

まず第 1共振器 C1を動作させるために、固定電極 20に電圧 Vplを印加し、振動子を構成する梁 10に電圧をカ卩え、一方、励振電極 22には AC電圧 vinlが印加される。これによつて、ギャップ G1を挟んで励振電極 22に対向する振動子（台形断面梁 10) に静電力が働き、振動子を構成する台形断面梁 10は、特定の振動モードをもって励振される。一方、検出電極 24にはギャップ G1を介して容量の変化が生じ、容量の変化により発生する電流 ioutlが検出電極 24に出力される。又、同様に第 2共振器 C2 、第 3共振器 C3にも、それぞれ励振電極 22,励振電極 30を介して DCバイアス電圧 Vp2、 DCバイアス電圧 Vp3を印加し、三角断面梁 16a、 16bを共振させることにより、第 2及び第 3の共振器 C2、 C3を動作させ、検出電極 28， 32にギャップ G2, G3の変動で生じる容量変化を出力電流 iout2， iout3として出力させる。

[0036] 各共振器は、振動子がもつ固有振動数で動作するため、通常、ある入力信号がこの 3つの共振器の励振電極に同時に入力される場合でも、入力信号の周波数と振動子の固有振動数が一致した共振器のみが動作するため、実施の形態 1では 3つの周波数選択効果を有する共振器が構成される。

[0037] 本発明の実施の形態 1によって、第 1乃至第 3の梁それぞれの共振周波数を持つ共振器すなわち複数の共振周波数を持つ共振器の構成が可能となり、小型で高 Q 値の共振器を提供することが可能となる。

[0038] 図 3は本発明の実施の形態 1の変形例を示す図であり、実施の形態 1において第 1 の共振器を片持ち梁にした場合の構成を示す。この図では第 1の振動子および第 2 の振動子を中心に主要部のみを示した。図 3 (a)で第 2の共振器 (三角断面梁）を励振させる場合、支持部となる片持ち台形断面梁の不要な振動を防止するために、固定電極 21に引きつけて固定するのが理想である。そこでこの発明では、台形断面梁を引きつける固定電極を設けて支持部を固定するようにしたことを特徴とするものである。そのプルイン状態を図 3 (b)に示す。梁の側面の一箇所に絶縁層 50を配したことでプルイン電圧の印加中は第 1の振動子 10が固定電極 21に固定された状態となり、又、電圧を切ると図 3 (c)に示すように静止状態に戻るようになる。この場合、プルイン電圧を第 2の共振器 C2の制御電圧 Vpと同様に設定しておくことで 1つの電圧源を利用して共振器の駆動と支持部の固定の両方の効果が同時に得られることになる。この絶縁層は酸化シリコン膜などで構成され MEMS工程で容易に形成可能である。なおこの例では、固定電極と第 1の振動子とが絶縁層を介して相対向しプルイン電圧の印加中は固定された状態になるように構成したが、励振電極と振動子との間が同様に絶縁層を介して当接するように構成してもよい。

[0039] 次に、本発明の実施の形態 1の共振器装置の製造工程について説明する。ここでは、図 4 (a)〜図 4 (f)に、製造工程を示す。この製造方法を使用することで、実施の形態 1で示す台形断面梁と三角断面梁との構造を、同一のプロセスフローで作製すること力 S可肯となる。

本発明の製造方法では、図 4 (a)に示すように、シリコン基板 70上に酸化シリコン膜 72を介して、シリコン層 74を貼着してなる SOI (silicon_on_insulator)基板を使用する力シリコン層 74は共振器の厚さを決定するとともに、 BOX (buried oxide)層としての酸化シリコン膜 72は、実施の形態 1の犠牲層や絶縁体の役目を果たすため、フィルタ設計に応じて基板の厚さ及び、各層の厚さを決定する必要がある。

[0040] そして、この SOI基板の両面に、 CVD法により窒化シリコン膜 76を形成する。この窒化シリコン膜は、単結晶シリコン層 74をウエットエッチングする時のマスクの役目となり、成膜後は表面側の窒化シリコン膜 76をフォトリソグラフィによりパターユングして形成する。

[0041] 図 4 (a)に示すように、シリコン層 74を、異方性を持つようなエッチング条件でゥエツトエッチングを行レ、、梁状のパターン 10、 16a, 16bを形成する。この場合、異方性を持つように調製された水溶液を使用することで、単結晶シリコンの結晶に応じて形状が形成され、エッチング速度が一番低い結晶面で構成される。シリコンは、結晶方位によってエッチング速度が異なるため、図 4 (a)で示す BOX層などのエッチストップ層を設けた場合、エッチング速度が最小となる（111)結晶面を面としてもつ台形断面が構成される。

[0042] その後、台形断面梁を構成した後も、更に、結晶異方性エッチングを進行させると、

(111)結晶面を残した形状が形成され、図 4 (b)に示す三角断面が現れる。この製造方法により、同じフォトマスクを使用してパターンの幅のみを変更するだけで、図 3 の台形断面の梁 10と三角断面梁 16a、 16bの形成が可能となる。

[0043] 次に、図 4 (c)に示すように、梁を形成後、絶縁膜 76を除去し、形成した各梁の表面に犠牲層 80を堆積する。この犠牲層は、最終的に図 1に示したギャップ G1を形成する役目を果たす。

さらに、図 4 (d)に示すように、多結晶シリコン層などの電極材料 82を堆積し、堆積した電極材料 82をエッチバックして、三角断面梁や台形断面梁の頂点 84を露出し、形成された電極 26, 28、 30、 32のパターユングを行う（図 4 (e) )。

[0044] 最後の図 4 (f)は、共振器構造を基板から開放する工程であるが、ここで同時に犠牲層のエッチングも行レ、、ギャップを形成する。

このようにして寸法精度の高い電気機械共振器を得る事が可能となる。

[0045] (実施の形態 2)

次に本発明の実施の形態 2として、電気機械フィルタについて説明する。前記実施の形態 1で説明した共振器を 2つ連結部 56で連結し電気機械フィルタを構成したものである。すなわち、本実施の形態のフィルタ Fは、第 1の励振電極と、前記第 1の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 1の振動子と、第 2の励振電極と、前記第 2の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 2の振動子と、第 3の励振電極と、前記第 3の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 3の振動子とを具備したフィルタであって、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 2の振動子及び第 3の振動子を構成してレ、る。

[0046] 図 5は、本発明の実施の形態 2における電気機械フィルタの斜視図を示す。図 5では、第 1乃至第 3のフィルタ F1〜F3からなる 3つのフィルタで構成されており、それぞれ入力 Vinl乃至 Vin3、出力 ioutl乃至 iout3を有する。まず第 1のフィルタ F1が、第 1の振動子としての梁 40, 42、支持部 44a〜44d、連結部 44e、第 1の励振電極 4 6、第 1の検出電極 48、 4つの固定電極 60で構成され、ギャップ G11を含む構造を有する。この構造で、第 1の振動子としての梁 40, 42を動作するために、固定電極 6 0に DCバイアス電圧 Vplが印加されて、第 1の振動子を構成する梁 40、 42に電圧を加え、一方、第 1の励振電極 46には AC入力信号 Vinlが印加される。これによつて、ギャップ G11に静電力が働き、第 1の振動子を構成する梁 40は、前記実施の形態 1の共振器と同様のバルタ振動モードをもって、基板に平行に励振される。その時、連結部 44eは梁 40の振動が伝わり、同じ周期で縦振動モードで励振され、その結果、もうひとつの第 1の振動子を構成する梁 42も励振される。梁 42にギャップ G11を介して第 1の検出電極 48が設けられ、容量の変化による周波数特性をもつ電流 iout 1が出力されるようになっている。ここで第 1のフィルタ F1は連結部 44eを用いて 2つの共振器を機械的結合してフィルタを構成した例であり、次に説明する第 2および第 3のフィルタ F2， F3は、それぞれ 2つの共振器を電気的結合したフィルタの構成例を示す。

[0047] 本発明では第 2のフィルタ F2として、第 1のフィルタ F1の第 1の振動子を構成する梁 40, 42と比較して、断面積、長さ共にサイズが微小な 2つの支持部を構成する梁 4 4a、 44bを、第 2のフィルタ F2の振動子として使用することを特徴とする。第 2のフィノレタ F2では、 2つの振動子（第 2の振動子）を構成する梁 44a、 44bの外側に、ギャップ G22を介して第 2の励振電極 50と第 2の検出電極 52とを設け、その励振電極 50、 5 2に AC入力信号 Vin2を印加する。ここで第 2のフィルタ F2は、第 1のフィルタ F1の構成とは異なり、連結部を構成する梁 44eを設けることなぐ検出電極 54を各振動子 44a, 44bに対向した側面に沿って配置する。これにより、第 1のフィルタでは、連結部を構成する梁 44eを伝って、機械的に共振器を結合していたところを、第 2のフィルタ F2では、各振動子を構成する梁 44a、 44bを結合梁としての（検出）電極 54を介して静電気力で電気的に結合して、フィルタを構成している。使用する振動モードとしては梁 44a、 44bの両端が節にあたるねじり振動が望ましい。

[0048] 最後に、図 5の第 3のフイノレタ F3は、第 1のフィルタ F1の連結部を構成する梁 44eと、 2本の支持部を構成する梁 44c、 44dから構成するフィルタを有する。この第 3のフィルタの構造では、第 3の励振電極 56によって梁 44c、 44d、 44eが励振され、出力する所望の電流 iout3は、固定電極 60から直接検出される。又、この第 3のフィルタ F 3を駆動するためには、 DCバイアス電圧 Vp3を固定電極 60に直接、印加する必要があるため、それぞれ L、 C (DCカット用）を固定電極 60に設置して iout3を出力する。この固定電極 60は第 3の検出電極として作用する。

[0049] この構成により、第 1乃至第 3のフィルタを具備したフィルタ装置力 S、各フィルタ間で、連結部あるいは各部分を相互に利用し、 1つのフィルタで連結部や支持部として用いたものを、別のフィルタでは振動子として用いているため、フィルタ装置全体の小型ィ匕、軽量化が可能となり、高機能で微細なフィルタ装置を提供することが可能となる。

[0050] (実施の形態 3)

次に、本発明の実施の形態 3としてねじり振動を行う電気機械共振器の斜視図を示す。この共振器は台形断面梁 10の振動子と 2つの三角断面梁 16a、 16bの支持部とを、ともに同様のねじり振動を行うようにしたものである。

[0051] すなわち、本発明の実施の形態 3の電気機械共振器は、図 6に斜視図を示すように、前記実施の形態 1の電気機械共振器と同様、第 1乃至第 3の共振器 C1〜C3からなる 3つの共振器で構成されており、 3つの共振器は、それぞれ入力 Vinl乃至 Vin 3、出力 Voutl乃至 Vout3を有する。この構成では、第 1の共振器 C1の振動子（10 )がねじり振動をするように中央部を両側から支持する支持部（16a、 16b)がそれぞれ第 2および第 3の共振器 C2、 C3の振動子となっており、複数の周波数選択が可能でデュアルモードやマルチバンドシステムに適した電気機械共振器の小型化を実現するものである。すなわち、第 1の共振器 C1の振動子は台形断面梁 10、支持部は三角断面梁 16a、 16b、そして励振電極 22S、検出電極 24S、ギャップ G1で構成される。又、第 2の共振器 C2の振動子は三角断面梁 16a、支持部は固定電極 20と台形断面梁 10、そして励振電極 26S、検出電極 28S、ギャップ G2で構成される。最後に第 3の共振器 C3の振動子は三角断面梁 16b、支持部は固定電極 21と台形断面梁 1 0、励振電極 30S、検出電極 32S、ギャップ G3で構成される。

[0052] 第 1の共振器 C1は台形断面梁の 2次のねじり振動、第 2及び第 3の共振器 C2， C3 は三角断面梁を振動子とするねじり振動で作動するように、各励振電極を配置している。各振動子は相互の節が連結部となるように結合されている。少なくとも第 1共振器の節に支持部との連結部が来るように構成するのが望ましい。駆動については実施の形態 1と同様である。

[0053] この電気機械共振器では、台形断面梁が 2次のねじり振動をとる場合、振動子の中心部が構造の節を有する。そこで台形断面梁の中心部の両側から三角断面梁の支持部 16a、 16bで支えることにより、振動の散逸を低減することができる。又、三角断面梁の支持部 16a、 16bを振動子として用いた場合も同様のねじり振動で共振させることにより、台形断面梁への振動の散逸を低減できる。これにより、 1つの電気機械共振器力より効率よく複数の周波数選択を行うことが可能となる。

本実施の形態においても、各共振器は、振動子がもつ固有振動数で動作するため、通常、ある入力信号がこの 3つの共振器の励振電極に同時に入力される場合でも、入力信号の周波数と振動子の固有振動数が一致した共振器のみが動作するため、実施の形態 3では 3つの周波数選択効果を有する共振器が構成される。

[0054] 本発明の実施の形態 3によれば、第 1乃至第 3の梁それぞれの共振周波数を持つ共振器すなわち複数の共振周波数を持つ共振器の構成が可能となり、小型で高 Q 値の共振器を提供することが可能となる。

[0055] 図 7は、本発明の実施の形態 3による構造を有限要素法によりシミュレーションした結果を表す。シミュレーション構造の梁の寸法は、台形断面梁の長さが 20 x m、幅 2 μ m、高さ 0· 5 μ mで三角断面梁の長さが 2 μ m、幅 0· 7 μ m、高さ 0· 5 μ mを有する。図 6では台形断面梁を振動子として用いた場合であり、 2次のねじり振動で 47. 6 MHzの共振周波数で共振する。振動の節となる梁の中心部から三角断面梁を用いて固定基板に支持することにより、振動の散逸を低減でき、高い Q値をもつ電気機械共振器が実現する。

[0056] 図 8は本発明の実施の形態 3による構造で図 6の三角断面梁 16a、 16bの支持部を振動子として用いた場合のシミュレーション結果を示す。ここでは台形断面梁 10が三角断面梁 16a、 16bの片側を支える支持部と見なされるため、三角断面梁 16a、 16b はレ、ずれも両持ち梁として共振することになる。図 8では 2つの三角断面梁がレ、ずれも 1次のねじり振動で共振しており、共振周波数は 1GHz付近になる。

[0057] 次に、実施の形態 3の電気機械共振器の変形例について説明する。図 9は本発明の実施の形態 3の電気機械共振器の変形例に相当し、第 1の共振器 C1の第 1の振動子である台形断面梁 10をねじり振動以外で励振する場合の構成を表す。例えば、たわみ振動を用いた場合、振動の節が変わるため、三角断面梁 16a、 16bの支持部の場所を変えるのが、望ましい。図 9では台形断面梁 10がたわみ振動 1次モードで共振した場合の支持部（三角断面梁 16a、 16b)の配置場所を表す。なお、たわみ振動 2次モードの場合は節が振動子 (台形断面梁)の中心に存在するため、図 9の支持構造で成立することになる。図 10 (a)乃至（c)は梁のたわみ振動において、基本モード（1次）と高次モード（2次、 3次）の変位を表した図である。図 10 (a)は基本モード、図 10 (b)は 2次モード、図 10 (c)は 3次モードを示す。

本発明の実施の形態 3によれば、台形断面梁 10が VHF帯 (47. 6MHz)、三角断面梁 16a、 16bが UHF帯（1GHz)でそれぞれ共振するため、 2つの支持部と 1つの振動子を含む共振器の構造から 2つの周波数バンド選択が可能な MEMS共振器が実現する。

[0058] なお前記実施の形態では、静電力で駆動される電気機械共振器および電気機械フィルタについて説明したが、これらに限定されることなぐ圧電駆動、磁場駆動、光電変換を用いた共振器など、他の共振器にも適用可能であることはいうまでもない。

[0059] また前記実施の形態では、三角断面梁、台形断面梁を用いた例について説明した力これらに限定されることなく適宜変更可能である。

産業上の利用可能性

本発明の共振器およびフィルタによれば、振動子、連結部、支持部が相互に他の役割をし、同じフィルタ構造で複数の周波数帯域を有する構成を実現し、モパイル端末の小型化と高 Q値化を実現させることから、デュアルモードやマルチバンド無線機のフィルタなど、種々の機器に適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1の励振電極と、前記第 1の励振電極によって機械的振動を行う第 1の振動子とを有した第 1の共振器と、

第 2の励振電極と、前記第 2の励振電極によって機械的振動を行う第 2の振動子とを有した第 2の共振器とを具備した共振器であって、

前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 2の振動子を構成する共振器。

[2] 請求項 1に記載の共振器であって、

前記第 1の振動子の振動の節が、前記第 1の振動子と前記第 2の振動子との接続部に位置する共振器。

[3] 請求項 2に記載の共振器であって、

前記第 1の振動子は、前記第 2の振動子よりも共振周波数が低い共振器。

[4] 請求項 1に記載の共振器であって、

前記第 1および第 2の振動子は、一方が振動しているとき、他方がプルイン状態となる共振器。

[5] 請求項 1乃至 4のいずれかに記載の共振器であって、

プルイン状態となるとき、前記第 1の励振電極と前記第 1の振動子とは、絶縁層を介して当接するように、前記第 1の励振電極と接触する前記第 1の振動子の面の少なくとも 1部に絶縁層が設けられている共振器。

[6] 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の共振器であって、

前記第 2の振動子の振動の節が、前記第 2の振動子と前記第 1の振動子との接続部に位置する共振器。

[7] 請求項 6に記載の共振器であって、

前記第 2の振動子の振動はねじり振動である共振器。

[8] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の共振器であって、

さらに、第 3の励振電極と、前記第 3の励振電極によって機械的振動を行う第 3の振動子とを有した第 3の共振器を有し、

前記第 2の振動子の他端で、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 3の振動子を構成する共振器。請求項 1乃至 8のいずれかに記載の共振器であって、

さらに、前記第 1乃至第 3の振動子の少なくとも 1つの振動を検出する検出電極を有する共振器。

請求項 9に記載の共振器であって、

第 1乃至第 3の共振器は、それぞれ前記第 1乃至第 3の振動子の振動を検出する第 1乃至第 3の検出電極を有する共振器。

第 1の励振電極と、前記第 1の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 1の振動子と、

第 2の励振電極と、前記第 2の励振電極によって機械的振動を行うように、連結された一対の第 2の振動子とを具備したフィルタであって、

前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 2の振動子を構成するフィルタ。請求項 11に記載のフィルタであって、

前記第 1の振動子の振動の節が、前記第 1の振動子と前記第 2の振動子との接続部に位置するフィルタ。

請求項 12に記載のフィルタであって、

前記第 1の振動子は、前記第 2の振動子よりも共振周波数が低いフィルタ。

請求項 11に記載のフィルタであって、

前記第 1および第 2の振動子は、一方が振動しているとき、他方がプルイン状態となるフイノレタ。

請求項 11乃至 14のいずれかに記載のフィルタであって、

請求項 11乃至 15のいずれかに記載のフィルタであって、

前記第 2の振動子の振動の節が、前記第 2の振動子と前記第 1の振動子との接続部に位置するフィルタ。

請求項 16に記載のフィルタであって、

前記第 2の振動子の振動はねじれ振動であるフィルタ。 [18] 請求項 11乃至 17のいずれかに記載のフィルタであって、

さらに、第 3の励振電極と、前記第 3の励振電極によって機械的振動を行う第 3の振動子とを有した第 3のフィルタを有し、

前記第 2の振動子の他端で、前記第 1の振動子を支持する支持部が、前記第 3の振動子を構成するフィルタ。

[19] 請求項 11乃至 18のいずれかに記載のフィルタであって、

前記第 1乃至第 3の振動子のうちの少なくとも一対の振動子は、連結部を介して連結されており、

前記連結部が、振動子を構成したフィルタ。

[20] 請求項 11乃至 19のいずれかに記載のフィルタであって、

さらに、第 1乃至第 3のフィルタの少なくともひとつは、前記第 1乃至第 3の振動子の少なくともひとつに対して所定の間隔を隔てて配設され、当該振動子のひとつの振動を検出する検出電極を有するフィルタ。

[21] 請求項 20に記載のフィルタであって、

第 1乃至第 3の共振器は、それぞれ前記第 1乃至第 3の振動子の振動を検出する第 1乃至第 3の検出電極を有するフィルタ。