JP7444745B2 - 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2(a)及び図2(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子の一部を例示する模式的平面図である。
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3(a)~図3(c)、図4(a)及び図4(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。
図5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、第1導電部材21及び第2導電部材22の温度上昇についてのシミュレーション結果を例示している。シミュレーションにおいて、第1導電部材21は、図1(a)及び図2(a)に例示したミアンダ構造を有する。シミュレーションにおいて、第2導電部材22の第1導電領域22aの第1幅W22aが一定とされ、第2導電部材22の第2導電領域22bの第2幅W22bが変更される。図5の横軸は、第2幅W22bの第1幅W22aに対する比R1である。図5の縦軸は、温度Tmである。図5には、第1導電部材21の第1可動電極20Eの側の端部21pの温度Tm21pと、第2導電部材22の第2導電領域22bの温度Tm22bと、が示されている。
図6は、実施形態に係るMEMS素子111における第1導電部材21を例示している。MEMS素子111における第1導電部材21の形状以外の構成は、MEMS素子110と同様で良い。
図7(a)は、図7(b)の矢印AR2からみた平面図である。図7(b)は、斜視図である。
これらの図は、図7(a)のB1-B2線断面に対応する。
これらの図は、MEMS素子112における別の動作を例示している。これらの図は、図8(a)~図8(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11(a)及び図11(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11(a)は、図11(b)の矢印AR3からみた平面図である。図11(b)は、斜視図である。
図11(a)及び図11(b)に示すように、第1可動電極20Eは、第1接続部21C及び第2接続部22Cを含む。第1接続部21Cは、第1導電部材21と接続される。第2接続部22Cは、第2導電部材22と接続される。
図12(a)は、角度θ1を変更したときの温度上昇についてのシミュレーション結果を例示している。シミュレーションにおいて、第1導電部材21及び第2導電部材22は、ミアンダ構造を有する。シミュレーションにおいて、側部20Esの角度θ1が変更される。図12(a)の横軸は、角度θ1である。図12(a)の縦軸は、温度Tmである。図12(a)には、第1接続部21Cの温度Tm21C、及び、第2接続部22Cの温度Tm22Cが示されている。
図13に示すように、実施形態におけるMEMS素子121においても、幅W20は、第1可動電極20Eの少なくとも一部において、第1接続部21Cから第2接続部22Cへの向きにおいて増大する。例えば、幅W20は、第1可動電極20Eの少なくとも一部において、第1接続部21Cから第2接続部22Cへの向きにおいて、連続的に増大する。例えば、第1可動電極20Eの上記の少なくとも一部は、側部20Esを含む。側部20Esは、第1方向(X軸方向)に対して傾斜する。MEMS素子121においては、第1導電部材21は、ミアンダ構造を有する。第2導電部材22は、第1導電領域22aと第2導電領域22bとを含む。第2導電領域22bは、第1可動電極20Eと第1導電領域22aとの間にある。図2(b)に関して説明したように、第2方向Dp2に沿う第2導電領域22bの第2幅W22bは、第2方向Dp2に沿う第1導電領域22aの第1幅W22aよりも小さい。このような構成により、例えば、第2導電領域22bにおいて、破断がより生じ易くなる。図1(a)に関して説明したように、第1固定電極11から第1可動電極20Eへの方向(Z軸方向)において、第2導電領域22bは、第1固定電極11の端部11qと重なっても良い。より破断が生じやすくなる。
図14は、実施形態に係るMEMS素子125を例示している。図14は、第1状態ST1を例示している。図14に示すように、MEMS素子125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。MEMS素子125において、素子部51の構成は、第1実施形態または第2実施形態に関して説明した構成を有して良い。
図15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15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。上記の図15は、実施形態に係る電気回路210の構成を例示している。図15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16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。
(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1導電部材は、ミアンダ構造を有し、
前記第2導電部材は、第1導電領域と第2導電領域とを含み、前記第2導電領域は、前記第1可動電極と前記第1導電領域との間にあり、前記第1可動電極から前記第1導電領域への第1方向と交差する第2方向に沿う前記第2導電領域の第2幅は、前記第2方向に沿う前記第1導電領域の第1幅よりも小さい、MEMS素子。
前記第2幅は、前記第1幅の0.1倍以上である、構成1記載のMEMS素子。
前記第1方向に沿う前記第2導電領域の長さは、前記第1方向に沿う前記第1導電領域の長さよりも短い、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可動電極への方向において、前記第2導電領域は、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。
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固定電極から前記第1可動電極への方向において、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する、構成1~6のいずれか1つに記載の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7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1~6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、構成1~9のいずれか1つに記載のMEMS素子。
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1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への第1方向と交差する第2方向に沿う前記第1可動電極の幅は、前記第1可動電極の少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への向きにおいて増大する、MEMS素子。
前記第1可動電極の前記少なくとも一部は、前記第1方向に対して傾斜する側部を含む、構成11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1電極領域の少なくとも一部は、前記第1方向に対して傾斜する側部を含み、
前記第2方向に沿う前記第1電極領域の幅は、前記第1電極領域の前記少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への前記向きにおいて増大する、構成11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13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し、
前記第1電極領域の少なくとも一部は、前記第1方向に対して傾斜する側部を含み、
前記第2方向に沿う前記第1電極領域の幅は、前記第1電極領域の前記少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への前記向きにおいて増大する、構成11記載のMEMS素子。
前記第1導電部材は、ミアンダ構造を有し、
前記第2導電部材は、第1導電領域と第2導電領域とを含み、前記第2導電領域は、前記第1可動電極と前記第1導電領域との間にあり、前記第2方向に沿う前記第2導電領域の第2幅は、前記第2方向に沿う前記第1導電領域の第1幅よりも小さい、構成11~15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可動電極への方向において、前記第2導電領域は、前記第1固定電極の端部と重なる、構成16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16または17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18記載のMEMS素子。
構成1~19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、
を備えた電気回路。
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、
を含み、
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1導電部材は、ミアンダ構造を有し、
前記第2導電部材は、第1導電領域と第2導電領域とを含み、前記第2導電領域は、前記第1可動電極と前記第1導電領域との間にあり、前記第1可動電極から前記第1導電領域への第1方向と交差する第2方向に沿う前記第2導電領域の第2幅は、前記第2方向に沿う前記第1導電領域の第1幅よりも小さく、
前記第1固定電極から前記第1可動電極への方向において、前記第2導電領域は、前記第1固定電極の端部と重なる、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に記載のMEMS素子。 - 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1導電部材は、ミアンダ構造を有し、
前記第2導電部材は、第1導電領域と第2導電領域とを含み、前記第2導電領域は、前記第1可動電極と前記第1導電領域との間にあり、前記第1可動電極から前記第1導電領域への第1方向と交差する第2方向に沿う前記第2導電領域の第2幅は、前記第2方向に沿う前記第1導電領域の第1幅よりも小さく、
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、MEMS素子。 - 前記第1固定電極から前記第1可動電極への方向において、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2または3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する、請求項1~4のいずれか1つに記載のMEMS素子。 - 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1導電部材は、ミアンダ構造を有し、
前記第2導電部材は、第1導電領域と第2導電領域とを含み、前記第2導電領域は、前記第1可動電極と前記第1導電領域との間にあり、前記第1可動電極から前記第1導電領域への第1方向と交差する第2方向に沿う前記第2導電領域の第2幅は、前記第2方向に沿う前記第1導電領域の第1幅よりも小さく、
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導電部材と前記第1固定電極との間に印加された第1電気信号による局所的な温度上昇により前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断する、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5または6に記載のMEMS素子。 - 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1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への第1方向と交差する第2方向に沿う前記第1可動電極の幅は、前記第1可動電極の少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への向きにおいて増大し、
前記第1可動電極を流れる電流により前記第1接続部の温度が局所的に上昇して前記第1接続部が破断する、MEMS素子。 - 前記第1可動電極の前記少なくとも一部は、前記第1方向に対して傾斜する側部を含む、請求項8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1電極領域の少なくとも一部は、前記第1方向に対して傾斜する側部を含み、
前記第2方向に沿う前記第1電極領域の幅は、前記第1電極領域の前記少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への前記向きにおいて増大する、請求項8に記載の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10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、
を備えた電気回路。
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