專利名稱：壓電驅(qū)動(dòng)型mems裝置及便攜終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置及具有該 MEMS裝置的便攜終端。
背景技術(shù)：
作為可變電容元件， 一直以來(lái)釆用利用P/N結(jié)的耗盡層的厚度變化的 變?nèi)荻O管。但現(xiàn)狀是，變?nèi)荻O管由于容量變化幅度只達(dá)到5倍左右， 而且表示損失小的Q值小，約20-30左右，故用途有限。
另一方面，最近引人注意的是用MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)制作的可 變電容。亦即，在皿上架空支持的梁上制作可變電容的可動(dòng)電極(作用 部)，在M上制作與此相對(duì)的可變電容固定電極，用靜電力、熱應(yīng)力、 電磁力、壓電力等驅(qū)動(dòng)梁，改變作用部和固定電極之間的距離，以此構(gòu)成 可變電容。
其中，特別是作為可動(dòng)梁的驅(qū)動(dòng)力，采用壓電逆作用，作用部和固定 電極的間隔可以連續(xù)地發(fā)生巨大的變化，故可以取得大的容量變化率，此 夕卜，由于使用空氣或者氣體作為介質(zhì)，有可以取得非常大的Q值等的優(yōu)點(diǎn)。
此外，原封不動(dòng)地使用該可變電容結(jié)構(gòu)，通過(guò)使作用部和固定電極相 隔極薄介質(zhì)膜而接觸，也可以在高頻(RF)領(lǐng)域起電容型開(kāi)關(guān)的作用。 用這樣的MEMS技術(shù)制作的開(kāi)關(guān)，與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)比較，由于同時(shí)具有接 通電阻低、截止時(shí)的高絕緣分離特性，非常引人注意。
但是，使用壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的MEMS可變電容，架空支持，具有包含 夾著上下電極的壓電層的長(zhǎng)薄梁構(gòu)造，或?qū)掗煹碾姌O構(gòu)造。因此，構(gòu)造梁 或作用部的材料有無(wú)少量殘留應(yīng)力，上下彎曲的問(wèn)題嚴(yán)重。為了應(yīng)對(duì)該問(wèn)
題，本發(fā)明人等提出具有折疊構(gòu)造的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置(例如，參 照專利文獻(xiàn)1及非專利文獻(xiàn)1 )。在具有這種折疊結(jié)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS 裝置中，具備 一端固定在基板上，另一端變?yōu)檫B接端，具有夾在一對(duì)電 極膜之間的壓電膜的第1梁； 一端作為連接端，從該連接端向與第l梁相 反方向延伸，另一端變?yōu)樽饔貌?，具有與笫1梁基本上同一結(jié)構(gòu)及尺寸的 第2梁；以及與上述作用部相對(duì)設(shè)置在基板上的固定電極。就是說(shuō)，通過(guò) 平行地設(shè)置構(gòu)造和形狀相同的2根梁而連接端部彼此的折疊結(jié)構(gòu)，即使在 由于成膜時(shí)殘留的變形使梁彎曲的情況下，由于2根梁同樣地彎曲，有可 能祐:抵消了。因此，壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的作用端和固定在^上的 固定端的距離大體保持一定，故可期待能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的動(dòng)作。 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006-87231號(hào)>5^凈艮
非專利文獻(xiàn)l: Kawakubo et al， "RF國(guó)MEMS T廳ble Capacitor With 3V Operation Using Folded Beam Piezoelectric Bimorph Actuator", Journal of Microelectromechanical Systems, VOL 15, NO. 6， December 2006, pp. 1759-1765
但是，即使在作用端和固定在皿上的固定端大致保持一定的情況下， 連接到作用端端部的作用部照舊呈拋物面狀彎曲，以此使與平面狀的固定 電極接觸時(shí)，接觸面積小，即使壓合在固定電極上，由于呈拋物面狀，不 易變形，所以產(chǎn)生最大電容值小的問(wèn)題。這是妨礙MEMS可變電容工程 應(yīng)用的最大問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上迷情況而進(jìn)行的，其目的是提供可以盡量使作用部 和固定電極的接觸面積增大的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置及具有該壓電驅(qū)動(dòng) 型MEMS裝置的便攜終端。
按照本發(fā)明的第1形態(tài)的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于，具 備基板；支持部，其設(shè)置在上述基板上；固定電極，其設(shè)置在上述M 上；以及執(zhí)行器，其具有第1電極、在上述第1電極上形成的壓電膜和在
上述壓電膜上形成的第2電極，配置為一端經(jīng)過(guò)上述支持部固定在上迷基 板上，另一端與上述固定電極相對(duì)并變?yōu)樽饔貌?；其中，上述作用部，?貫穿上述第1電極、上述壓電膜和上述第2電極的多個(gè)縫隙分割為多個(gè)電 極部，各電極部的至少一部分與相鄰的電極部的一部分連接，各電極部可 以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。
此外，按照本發(fā)明的第2形態(tài)的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在 于，具備基板；第1支持部，其設(shè)置在上述基板上；笫2支持部，其設(shè) 置在上述基板上；執(zhí)行器，其具有第1電極、在上述第1電極上形成的壓 電膜和在上述壓電膜上形成的第2電極， 一端經(jīng)過(guò)上述第1支持部固定在 上述基板上，另一端經(jīng)過(guò)上述第2支持部固定在上述基板上，中央部變?yōu)?作用部；以及固定電極，其以與上述作用部的上述第1電極相對(duì)的方式設(shè) 置在上述基板上；其中，上述作用部，被貫穿上迷第1電極、上述壓電膜 和上述第2電極的多個(gè)縫隙分割為多個(gè)電極部，各電極部的至少一部分與 相鄰的電極部的一部分連接，各電極部可以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。
此外，按照本發(fā)明的第3形態(tài)的便攜終端，其特征在于，具備第l至 第2的形態(tài)中任何一個(gè)記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，作為可變電容或 RF開(kāi)關(guān)。
按照本發(fā)明，可以盡量地增大作用部和固定電極的接觸面積。


圖1:第1實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖2:沿著圖1所示的剖面線A-A剖開(kāi)的第1實(shí)施例的剖面圖3:說(shuō)明第1實(shí)施例的MEMS裝置的動(dòng)作的剖面圖4:表示笫1實(shí)施例的MEMS裝置的驅(qū)動(dòng)電壓和容量關(guān)系的特性圖5:表示第1實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖6:對(duì)比例涉及的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖7:沿著圖6所示的剖面線A-A剖開(kāi)的對(duì)比例的剖面圖8:說(shuō)明對(duì)比例的動(dòng)作的剖面圖9:表示對(duì)比例的驅(qū)動(dòng)電壓和容量的關(guān)系的特性圖10:表示第1實(shí)施例的MEMS裝置的制造方法的剖面圖11:表示第2實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖12:說(shuō)明第2實(shí)施例的動(dòng)作的剖面圖13:表示第3實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖14:說(shuō)明第3實(shí)施例的動(dòng)作的剖面圖15:表示第4實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖16:說(shuō)明第4實(shí)施例的動(dòng)作的剖面圖17:表示第4實(shí)施例的第1變形例MEMS裝置的作用部的平面圖18:表示第1變形例的驅(qū)動(dòng)電壓和容量的關(guān)系的特性圖19:表示第4實(shí)施例的第2變形例MEMS裝置的作用部的平面圖20:表示第5實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖21:表示第6實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖22:表示第7實(shí)施例的MEMS裝置的作用部的平面圖23:第8實(shí)施例的MEMS裝置的平面圖；以及
圖24 :表示第9實(shí)施例涉及的可調(diào)天線的示意圖。
符號(hào)說(shuō)明
1:基板；2:錨固部；3:可動(dòng)梁；4:下部電極；5:壓電膜；6:兼 作支持膜的上部電極；10:作用部；10a:電極部；10b:電極部；10c:電 極部；11:固定電極；12:介質(zhì)膜；13:縫隙；21:犧牲層。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。 第1實(shí)施例
按照本發(fā)明第1實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置如圖1及圖2所示。 圖1是本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖，圖2是沿著圖1所 示的剖面線A-A剖開(kāi)的剖面圖。
本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，是可變電容，具有設(shè)置在基
板1上的錨固部(支持部)2; —端固定在該錨固部2上的可動(dòng)梁(以下亦 稱為執(zhí)行器(actuator)) 3;設(shè)置在M 1上與該可動(dòng)梁3的另一端相對(duì) 的固定電極ll;和以覆蓋固定電極ll的表面的方式設(shè)置的介質(zhì)膜12。可 動(dòng)梁3具有下部電極4、壓電膜5、兼作支持膜的上部電極6的疊層結(jié)構(gòu)。 與固定在可動(dòng)梁3的錨固部2上的固定端相反一側(cè)的端部變?yōu)榕c固定電極 11相對(duì)的作用部(可動(dòng)電極)10。該作用部10，設(shè)置3條縫隙13，由半 圓形縫隙和直線形縫隙組合，從上部電極6貫穿到下部電極4。于是，該 縫隙13把作用部10分割成4個(gè)電極部10a-10d。各電極部10a-10d的端部 分別經(jīng)過(guò)可動(dòng)梁3的作用端以外的部分連接，故可以看成是通過(guò)可動(dòng)梁3 的作用端以外的部分支持的懸臂梁，便可能"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"。以下 在本說(shuō)明書(shū)中，所謂"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"表示，各電極部即使在其它 電極部^C約束而無(wú)法變形的情況下，也可以彎曲變形，意味著使經(jīng)過(guò)介質(zhì)
在這樣構(gòu)造的本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置中，在下部電極4 和上部電極6之間不施加壓電驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，亦即作用部IO保持在空中時(shí)， 作用部10的可動(dòng)梁3在與延伸方向正交的方向上的剖面，如圖3的虛線所 示，向基板側(cè)凸出，作為整體產(chǎn)生拋物線狀彎曲。這是由于與可動(dòng)梁3的 作用部IO相反一側(cè)的端部固定在錨固部上，下部電極4的下表面變?yōu)榧s束 面，與此相對(duì)，上部電極6的上表面變?yōu)樽杂擅?，所以由于梁的殘留?yīng)力， 產(chǎn)生在基板側(cè)凸出的彎曲。此時(shí)的作用部10和固定電極11之間產(chǎn)生的容 量假定為Co。此外，若在下部電極4和上部電極6之間施加壓電驅(qū)動(dòng)電壓， 則壓電膜5伸縮，可動(dòng)梁3在上下方向上彎曲。因此，作用部10和固定電 極ll之間產(chǎn)生的容量如圖4所示，從Q增加。此外，若壓電驅(qū)動(dòng)電壓變 為Vp則作用部10的中央的電極部10a經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極11接 觸。此時(shí)作用部10和固定電極11之間產(chǎn)生的容量，如圖4所示，變?yōu)閐。 處于該狀態(tài)下，若進(jìn)一步把壓電驅(qū)動(dòng)電壓上升到V2，則作用部10的電極 部10b也經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極11接觸。此時(shí)作用部10和固定電極11 之間產(chǎn)生的容量，如圖4所示，變?yōu)镃2。處于該狀態(tài)下，若進(jìn)一步把壓電
驅(qū)動(dòng)電壓上升到V3，則作用部10的電極部10c也經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電 極11接觸。此時(shí)作用部10和固定電極11之間產(chǎn)生的容量，如圖4所示， 變?yōu)镃3。在該狀態(tài)下，若進(jìn)一步把壓電驅(qū)動(dòng)電壓上升到V4，則作用部10 的電極部10d也經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極11接觸。此時(shí)作用部10的可動(dòng) 梁3在與延伸方向正交的方向上的剖面，如圖3的實(shí)線所示，作用部10 和固定電極ll之間產(chǎn)生的容量，如圖4所示，變?yōu)镃t。此時(shí)作用部10的 各電極部，從固定電極11接受的壓力，中央的電極部10a最大，電極部10b、 電極部10c、電極部10d依次減小。該狀態(tài)示于圖5。在圖5中，以與所接 受的壓力的大小成比例地變濃的方式，顯示出級(jí)別。另外，圖3表示沿著 圖5所示的剖面線B-B剖開(kāi)的剖面圖。 對(duì)比例
接著，用作本實(shí)施例的對(duì)比例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置如圖6及圖7 所示。圖6是該對(duì)比例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖，圖7是沿著 圖6所示的剖面線A-A剖開(kāi)的剖面圖。
該對(duì)比例的MEMS裝置，是在第1實(shí)施例中，把作用部IO置換為不 設(shè)置縫隙13的構(gòu)造的作用部50而構(gòu)成的。在該對(duì)比例的MEMS裝置中， 在下部電極4和上部電極6之間不施加壓電驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，和第1實(shí)施例一 樣，如圖8的虛線所示，作用部50產(chǎn)生向上的彎曲。作用部50由于可動(dòng) 梁40經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12壓合在固定電極11上的情況，和笫l實(shí)施例不同，在 作用部50中，是所謂拋物面狀彎曲的殼體構(gòu)造，所以幾乎不產(chǎn)生變形，如 圖8的實(shí)線所示，只有作用部50的中心附近接觸固定電極11。因此，作 用部50的上下電極之間所施加的壓電驅(qū)動(dòng)電壓與作用部50和固定電極11 之間的容量的關(guān)系如圖9所示。
因此，在對(duì)比例中，具有l(wèi)O(Him厚的作用部和固定電極，即4吏在介質(zhì) 膜12使用厚度20nm、相對(duì)介電常數(shù)為10的A1N膜的情況下，最大也只 能得到185fF的容量。
與此相對(duì)，在第1實(shí)施例中，在作用部10被可動(dòng)梁3經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12 壓合在固定電極11的情況下，首先位于中心的電極部10a經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12
接觸固定電極ll而產(chǎn)生變形，接著電極部10b、 10c、 10d經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12而 接觸，所以與對(duì)比例相比，作用部經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12接觸固定電極11的整體 面積大得多。在以與對(duì)比例整體同一尺寸的方式制作的第1實(shí)施例的壓電 驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置中，最大可以得到320fF的容量。
如上所述，在本實(shí)施例中，通過(guò)沿可動(dòng)梁3的延伸方向延伸的多組直 線形縫隙和連接到各組直線形縫隙的半圓形縫隙組合而成的縫隙13，作用 部10被分割成電極部10a， 10b， 10c， 10d，該電極部10a， 10b, 10c， 10d 的每個(gè)即使在其它電極部受約束而無(wú)法變形的情況下也能夠變形。因此，
可動(dòng)梁3即使由于殘留應(yīng)力而彎曲，加大施加在上下電極4， 6之間的電壓， 電極部10a, 10b， 10c， 10d全都可經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12接觸相對(duì)電極。就是說(shuō)， 在本實(shí)施例中，由于電極部能夠分別"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"，作用部和固 定電極經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12的接觸面積能夠盡量地加大，故可盡量加大電容值。 制造方法
接著，參照?qǐng)D10(a)至圖lO(d)說(shuō)明本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS 裝置的制造方法。
首先，如圖10 (a)所示，在絕緣性基板1的表面上形成錨固部2和 覆蓋有介質(zhì)膜12的固定電極ll。錨固部2或介質(zhì)膜12,作為材料采用氮 化硅膜或氧化硅膜等絕緣膜是合適的，可以使用光刻和反應(yīng)性離子蝕刻 (RIE)等眾所周知的方法形成。
接著，如圖10(b)所示，在基板1上形成犧牲層21使之覆蓋錨固部 2及固定電極U，用眾所周知的CMP技^9f磨犧牲層21的表面直到使錨 固部露出進(jìn)行平坦化。作為犧牲層21，對(duì)其它膜材料能夠選擇蝕刻，可以 使用無(wú)機(jī)材料、金屬材料、有機(jī)材料，但是在本實(shí)施例中，使用多晶硅。
接著，如圖10(c)所示，在錨固部2及犧牲層21上依次形成可動(dòng)梁 的下部電極4、壓電膜5、上部電極6。作為下部電極4，使用厚度200nm 的A1，作為壓電膜5使用c軸取向的膜厚500nm的A1N，作為上部電極6 使用膜厚600nm的Al。 A1及A1N，用濺射法制作，用光刻及蝕刻進(jìn)行構(gòu) 圖。
接著，如圖10(d)所示，對(duì)可動(dòng)梁的一部分用光刻及RIE—起進(jìn)行 構(gòu)圖，形成電極部分割用的縫隙13。其后，用XeF2作為蝕刻氣體進(jìn)行選 擇性蝕刻，除去犧牲層21，制成可動(dòng)梁3。
這樣，便可制作具有分割為電極部的作用部的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置。
第2實(shí)施例
接著，按照本發(fā)明的第2實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖 示于圖11 。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，是改變第1實(shí)施例中作 用部10的縫隙13的形狀而構(gòu)造的?？p隙13形成為大致從作用部10的中 心，呈放射線狀延伸，通過(guò)這些縫隙13把作用部10分割成8個(gè)三角形的 電極部10a。各電極部10a的外周部分分別與相鄰的電極部的外周部分連接。 由此，各電極部10a，可以看成是由各自的外周部分支持的懸臂梁，可以"個(gè) 別地產(chǎn)生彎曲變形"。
在本實(shí)施例中，如圖12所示，作用部IO保持在空中的情況下(以虛 線表示)，作為整體產(chǎn)生拋物線狀彎曲。與此相對(duì)，作用部10被可動(dòng)梁3 壓合在固定電極ll的情況下，各自的電極部10a經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電 極接觸產(chǎn)生變形，在寬闊的面積上接觸。因此，如圖12實(shí)線所示，作用部 整體可以以大得多的面積經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極11接觸。另外，圖12 是沿著剖面線A-A剖開(kāi)的剖面圖。此外，在圖ll中，作用部10接觸固定 電極ll時(shí)，從固定電極ll接受的壓力，以與所接受的壓力的大小成比例 地變濃的方式，顯示出級(jí)別。
本實(shí)施例與在第1實(shí)施例說(shuō)明的對(duì)比例，除縫隙13之外整體設(shè)置為同 一尺寸的情況下，最大可以得到285fF的容量。順便指出，對(duì)比例最大得 到了 185fF的容量。
如上所述，按照本實(shí)施例，形成縫隙13,使之從作用部IO的大致中 心呈放射線狀延伸，因而，作用部10被分割成多個(gè)三角形的電極部10a， 各電極部10a，可以"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"，所以作用部和固定電極經(jīng)過(guò) 介質(zhì)膜12的接觸面積得以盡量增大，所以電容值能夠盡量增大。
第3實(shí)施例
接著，按照本發(fā)明的笫3實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的作用部 的平面圖示于圖13。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，是改變第一實(shí) 施例中作用部10的縫隙13的形狀而構(gòu)成的。縫隙13,向作用部10的端 部沿著可動(dòng)梁3的延伸方向延伸以直線狀設(shè)置4條。這些縫隙13把作用部 10分割成5個(gè)矩形的電極部10a。各電極部10a的各自的端部可以看成是 由可動(dòng)梁3支持的懸臂梁，可以"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"。
如圖14所示，作用部10保持在空中時(shí)，如圖中虛線所示，作為整體 產(chǎn)生拋物面狀彎曲。與此相對(duì)，作用部10被可動(dòng)梁3經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12壓合 在固定電極11上的情況下，各自的電極部IOa經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極 ll接觸而產(chǎn)生變形，經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12在寬闊的面積上接觸。因此，如圖14 的實(shí)線所示，作用部整體可以在大得多的面積上經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極 ll接觸。另夕卜，圖14是沿著圖13所示的剖面線A-A剖開(kāi)的剖面圖。此夕卜， 在圖13中，作用部10經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12接觸固定電極11時(shí)，從固定電極ll 接受的壓力，以與所接收的壓力的大小成比例地變濃的方式，顯示出級(jí)別。
本實(shí)施例，與在第1實(shí)施例說(shuō)明的對(duì)比例整體除縫隙13以外設(shè)置為同 一尺寸的情況下，最大可以得到310fF的容量'附帶地"^兌，對(duì)比例最大只 可以得到185fF的容量。
如上所述，按照本實(shí)施例，通過(guò)向著作用部10的端部沿著可動(dòng)梁3 的延伸方向延伸以直線狀設(shè)置的多個(gè)縫隙13,作用部10被分割為多個(gè)矩 形的電極部10a，各個(gè)電極部10a可以"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"。因而，可以 盡量加大作用部和固定電極經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12的接觸面積，電容值便可能盡量 加大。
第4實(shí)施例
接著，按照本發(fā)明的第4實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的作用部 的平面圖示于圖15。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEM4S裝置，是改變第1實(shí) 施例中作用部10的縫隙13形狀而構(gòu)成的。縫隙13，在作用部10的橫向 及縱向呈針腳狀分別設(shè)置多列。就是說(shuō)，縫隙13在作用部10的中央變?yōu)?十字狀，在邊緣則變?yōu)镮字狀或T字狀。這些縫隙13，把作用部10分割 為8個(gè)矩形的電極部10a。各電極部10a只在周邊的至少一部分連接到相鄰 的電極部，連接部占各電極部的周長(zhǎng)的比率最大為25%。因此，各電極部， 能夠以連接部為中心"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"。
如圖16所示，在作用部10保持在空中時(shí)(以虛線表示)，作為整體 產(chǎn)生呈拋物面狀的彎曲。與此相對(duì)，作用部10被可動(dòng)梁3經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12 壓合在固定電極11上時(shí)，各自的電極部10a產(chǎn)生經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12接觸固定 電極ll的變形，以寬闊的面積接觸。因此，如圖16實(shí)線所示，作用部整 體可以經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12以大得多的面積接觸固定電極11。另外，圖16是沿 著圖15所示的剖面線A-A剖開(kāi)的剖面圖。
本實(shí)施例與在第1實(shí)施例說(shuō)明的對(duì)比例，除縫隙13之外整體設(shè)置為同 一尺寸的情況下，最大可以得到355fF的容量。附帶地說(shuō)，對(duì)比例最大只 可以得到185fF的容量。
如上所述，按照本實(shí)施例，呈I字狀或T字狀的縫隙13，把作用部10 分割為多個(gè)矩形的電極部10a,各電極部10a便可以"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變 形"。這樣，作用部和固定電極通過(guò)介質(zhì)膜12的接觸面積得以盡量地增大， 故可能盡量地增大電容值。
第1變形例
按照本實(shí)施例的第1變形例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的作用部的平 面圖示于圖17。本變形例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置這樣構(gòu)成，在第4實(shí) 施方式中，在各電極部10a上至少設(shè)置1個(gè)從上部電極通達(dá)下部電極的孔 14a。此外，在支持作用部10的可動(dòng)梁3設(shè)置多個(gè)孔14a,還在可動(dòng)梁3 的延伸方向設(shè)置多個(gè)短細(xì)的縫隙14b，并且在可動(dòng)梁3的中央沿著可動(dòng)梁3 的延伸方向設(shè)置粗長(zhǎng)的縫隙14c。此外，這些孔14a及縫隙14b, 14c,在 制作MEMS裝置時(shí)，可以在除去犧牲層時(shí)用作抽取孔。
本變形例的MEMS裝置(可變電容)的容量與壓電驅(qū)動(dòng)電壓的測(cè)定 關(guān)系示于圖18。由于作用部10也經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜12與固定電極接觸，由于增 大接觸面積而增加容量。
本變形例也和第4實(shí)施例一樣，由于盡量地增大作用部和固定電極通 過(guò)介質(zhì)膜12接觸的面積，便可以盡量地增大電容值。 第2變形例
接著，按照本實(shí)施例第2變形例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的作用部 的平面圖示于圖19。本變形例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，在除作用部IO 的周邊區(qū)域以外的區(qū)域，形成由縫隙13分割為8個(gè)的電極部10a。各電極 部10a，只有周邊的至少一部分連接到相鄰的電極部，連接部占各電極部 周長(zhǎng)的比率最大為25%。因此，各電極部，以連接部為中心，可以個(gè)別地 產(chǎn)生彎曲變形。
此外，在各電極部10a上至少設(shè)置1個(gè)從上部電極通達(dá)下部電極的孔 14a。此外，構(gòu)成為，在支持作用部10的可動(dòng)梁3上也設(shè)置多個(gè)孔14a， 還在可動(dòng)梁3的延伸方向上設(shè)置多個(gè)短細(xì)的縫隙14b,并且在可動(dòng)梁3的 中夬沿著可動(dòng)梁3的延伸方向設(shè)置粗長(zhǎng)的縫隙14c。此外，這些孔14a及 縫隙14b， 14c,在制作MEMS裝置時(shí)，可以在除去犧牲層時(shí)用作抽取孔。
本變形例也和第4實(shí)施例一樣，由于能夠盡量地增大作用部和固定電 極通過(guò)介質(zhì)膜12的接觸面積，故能夠盡量地增大電容值。
第5實(shí)施例
接著，按照本發(fā)明的第5實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型M4EMS裝置的作用部 的平面圖示于圖20。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，作用部10被3 個(gè)c字形縫隙13a， 13b， 13c分割成小、中、大2組電極部10a， 10b, 10c。 從作用部10的端部側(cè)起，依次形成大電極部10c,中電極部10b和小電極 部10a。大電極部10c和中電極10b被縫隙13c分隔，中電極部10b和小電 極部10a被縫隙13b分隔。小、中、大電極部10a， 10b， 10c，在作用部IO 的中央，分別被沿著可動(dòng)梁3的延伸方向設(shè)置的縫隙13d分割為2組。此 外，縫隙13c配置為在3個(gè)方面包圍中電極部10b,縫隙13b配置為在3 個(gè)方面包圍小電極部10a。另外，縫隙13a配置在小電極部10a的余下的 一方。各電極部10a， 10b, 10c,只在周邊的至少一部分經(jīng)過(guò)連接部連接到 相鄰的電極部，連接部占各電極部周長(zhǎng)的比率最大為25%。因此，各電極
部可以"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"。
此外，在各電極部10a， 10b， 10c上，至少設(shè)置1個(gè)從上部電極通達(dá)下 部電極的孔14a。
此外，構(gòu)成為，在支持作用部10的可動(dòng)梁3上也設(shè)置多個(gè)孔14a，另 外，在可動(dòng)梁3的延伸方向設(shè)置多個(gè)短細(xì)的縫隙14b，并且在可動(dòng)梁3的 中央沿著可動(dòng)梁3的延伸方向設(shè)置粗長(zhǎng)的縫隙14c。此外，這些孔14a及 縫隙14b， 14c，在制作MEMS裝置時(shí)，可以在除去犧牲層時(shí)用作抽取孔。
本實(shí)施例也用縫隙分割的電極部，也能夠"個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形"。從 而，能夠盡量地增大作用部和固定電極通過(guò)介質(zhì)膜12接觸的面積，故能夠 盡量地增大電容值。
第6實(shí)施例
接著，按照本發(fā)明的笫6實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的作用部 的平面圖示于圖21。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，作用部10被3 類縫隙13 a, 13b， 13c分割為8個(gè)電極部10a?？p隙13a在平行于與可動(dòng) 梁3的延伸方向正交的方向上設(shè)置4個(gè)，縫隙13b在作用部10的中央沿著 可動(dòng)梁3的延伸方向設(shè)置，縫隙13c在作用部10的兩側(cè)沿著可動(dòng)梁3的延 伸方向設(shè)置成針腳狀。各電極部10a，只在周邊的至少一部分經(jīng)過(guò)連接部連 接到相鄰的電極部，連接部占各電極部周長(zhǎng)的比率最大為25%。因此，各 電極部可以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。
此外，構(gòu)成為，在支持作用部10的可動(dòng)梁3也設(shè)置多個(gè)孔14a，還在 可動(dòng)梁3的延伸方向上設(shè)置多條短細(xì)的縫隙14b，并且在可動(dòng)梁3的中央 沿著可動(dòng)梁3的延伸方向設(shè)置粗長(zhǎng)的縫隙14c。此外，這些孔14a及縫隙 14b, 14c,在制作MEMS裝置時(shí)，可以在除去犧牲層時(shí)用作抽取孔。
本實(shí)施例也由縫隙分割的電極部也可以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。這樣可 以盡量地增大作用部和固定電極通過(guò)介質(zhì)膜12的接觸面積，故可能盡量地 增大電容值。
第7實(shí)施例
接著，本發(fā)明的第7實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖示于
圖22。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，是可變電容，具有羊次折疊 構(gòu)造的可動(dòng)梁3n 32, 33。第1可動(dòng)梁3" —端固定在設(shè)置于基板的錨固 部2上。第2可動(dòng)梁32， 一端變?yōu)樽饔枚?，變?yōu)樽饔貌俊５趌可動(dòng)梁3i的 另一端通過(guò)第3可動(dòng)梁33與第2可動(dòng)梁32的另一端連接。就是說(shuō)，第3 可動(dòng)梁33變?yōu)檫B接第l可動(dòng)梁&和第2可動(dòng)梁32的連接部。第一至第3 可動(dòng)梁31} 32， 33分別與第1實(shí)施例的可動(dòng)梁3—樣，具有層疊下部電極、 壓電膜和兼作支持膜的上部電極的構(gòu)造。此外，在本實(shí)施例中，在變?yōu)榈?2可動(dòng)梁32的作用端的作用部10，與第2實(shí)施例一樣，設(shè)置從作用部的中 央呈放射狀延伸的縫隙。因此，這些縫隙13把作用部分割為多個(gè)電極部。 此外，與作用部10相對(duì)，在J411上設(shè)置固定電極11,該固定電極ll， 和第1實(shí)施例一樣被介質(zhì)膜12覆蓋。
因此，本實(shí)施例也和第2實(shí)施例一樣，作用部和固定電極通過(guò)介質(zhì)膜 12的接觸面積盡量地增大，故可以盡量地增大電容值。
另外，在第7實(shí)施例中，執(zhí)行器是單次折疊構(gòu)造，但也可以是在梁的
在這些折疊構(gòu)造的情況下，彎曲率大而且可能減小頭部的彎曲應(yīng)力。
另外，在本實(shí)施例中，設(shè)置于作用部10的縫隙與第2實(shí)施例的縫隙相
同，但也可以與第l實(shí)施例、笫3實(shí)施例、第4實(shí)施例、第4實(shí)施例的變
形例、第5實(shí)施例及第6實(shí)施例中的任意一個(gè)的縫隙相同，可以起到同樣
的效果。
第8實(shí)施例
接著，本發(fā)明的第8實(shí)施例壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置的平面圖示于圖 23。本實(shí)施例的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，是可變電容，可動(dòng)梁3的兩端 經(jīng)過(guò)錨固部2p 22固定在基板1上，可動(dòng)梁3的中央部分變?yōu)樽饔貌?0。 可動(dòng)梁3，和第1實(shí)施例的可動(dòng)梁的構(gòu)造相同，就是說(shuō)，具有下部電^l/壓 電膜/上部電極的疊層結(jié)構(gòu)。此外，在作用部10上與第2實(shí)施例一樣，設(shè) 置從作用部10的中央呈放射狀延伸的縫隙13。因此，這些縫隙把作用部 IO分割為多個(gè)電極部。此外，與作用部10相對(duì)，在基板l上設(shè)置固定電 極ll,該固定電極ll和第1實(shí)施例一樣，被介質(zhì)膜12覆蓋。
因此，本實(shí)施例也和第2實(shí)施例一樣，可以盡量地增大作用部和固定
電極通過(guò)介質(zhì)膜12的接觸面積，故可能盡量地增大電容值。
此外，在本實(shí)施例中，設(shè)置在作用部10的縫隙是和第2實(shí)施例相同的
縫隙，但也可以是和笫l實(shí)施例、第3實(shí)施例、第4實(shí)施例、第4實(shí)施例
的變形例、第5實(shí)施例及第6實(shí)施例中任何一個(gè)的縫隙相同的縫隙，也可
以收到一樣的效果。
另外，在上迷第1至第8實(shí)施例中，為了使各電極部能夠"個(gè)別地產(chǎn)
生彎曲變形"，優(yōu)選是從一個(gè)方向支持的懸臂梁構(gòu)造或從至少兩個(gè)方向支持
的梁結(jié)構(gòu)。此外，各電極部的周長(zhǎng)的50%以上的部分優(yōu)選由縫隙等形成為
自由端面。
此外，在上述第l至笫8實(shí)施例中，MEMS裝置是可變電容，但是覆 蓋固定電極ll的介質(zhì)膜12形成得非常薄，減小介質(zhì)膜12的電阻，或若不 形成介質(zhì)膜12， MEMS裝置可以作為RF開(kāi)關(guān)使用。這時(shí)，變?yōu)橥?斷比 大的電容型RF開(kāi)關(guān)。
另外，在上迷第1至第8實(shí)施例中，為了在作用部的下部電極和固定 電極之間使靜電力起作用，還設(shè)置可在作用部的下部電極和固定電極之間 施加電壓的電壓施加部，也可以是用靜電力的同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的混合驅(qū)動(dòng)。 這時(shí)，變?yōu)楦麟姌O部與固定電極更緊密接觸的力起作用的所希望的MEMS 裝置。
此外，在上述第1至第8實(shí)施例中，上部電極兼作支持膜，但是也可 以分別設(shè)置上部電極和支持膜。這時(shí)，執(zhí)行器變?yōu)橄虏侩姌O/壓電膜/上部電 極/支持膜的疊層結(jié)構(gòu)。
此外，在上述第1至笫8實(shí)施例中，作為執(zhí)行器采用下部電極/壓電膜 /上部電極層疊的單壓電片(乇^7 )構(gòu)造，但是也可以采取下部電極/壓電 膜/中間電極/壓電膜/上部電極按該順序?qū)盈B的雙壓電片構(gòu)造。
作為在執(zhí)行器使用的壓電體，宜為氮化鋁(A1N)或氧化鋅(ZnO) 等的纖鋅礦型結(jié)晶體，穩(wěn)定性好，此外也可以使用鋯鈦酸鉛(PZT)或鈥
酸鋇(BTO )等的鉤鈦礦系強(qiáng)介質(zhì)。
此外，作為可動(dòng)梁及固定電極的電極材料，從相對(duì)電阻值和易于制成 薄膜看，優(yōu)選采用鋁(Al)、金(Au)、白金(Pt)、銅(Cu)、銥(Ir)、 鵠(W)、鉬(Mo)等電阻低的金屬。
第9實(shí)施例
現(xiàn)參照?qǐng)D24說(shuō)明按照本發(fā)明的第9實(shí)施例的便攜終端。圖24是可以 用于本實(shí)施例的便攜終端的可調(diào)天線100的示意圖。該可調(diào)天線100稱為 反F型?？烧{(diào)天線100，具有形成為蜿蜒狀的天線元件101和布線皿 (PCB)102。布線J4！ 102還承擔(dān)作為發(fā)射元件的作用。
在連接天線元件101和布線基板102的供電點(diǎn)103上連接高頻電路， 施加收發(fā)信號(hào)。此外，在天線元件101和布線J41102之間，連接與第1 至第7實(shí)施例中任何一個(gè)相關(guān)的可變電容104。天線元件101的尺寸，橫 50mm，縱30mm，布線基板橫50mm,縱90mm?？勺冸娙?04，在驅(qū)動(dòng) 電壓-3V下為0.056pF，在1.5V下為0.350pF，在3V下為0.860pF,具有 非常大的容量可變特性。
在電波暗室中，通過(guò)測(cè)定本實(shí)施例的可調(diào)天線100的效率，具有-3dB 以上的效率的頻率范圍是施加3V時(shí)為390-490MHz，施加1.5V時(shí)為 480-660MHz，施加-3V時(shí)為610-780MHz，確認(rèn)具有非常寬的可變頻率范 圍。
另外，在本實(shí)施例中，雖然是具有與第1至第8實(shí)施例中任何一個(gè)相 關(guān)的可變電容的可調(diào)天線，但是與笫1至第8實(shí)施例中任何一個(gè)相關(guān)的可 變電容，在低電壓工作時(shí)可以得到大的容量可變比，所以不限于可調(diào)天線， 也適用于從便攜式電話等開(kāi)始的移動(dòng)無(wú)線終端的高頻電路部件。舉一示例 來(lái)說(shuō)，是Q值大、具有寬的頻率可變范圍的本機(jī)振蕩器、具有寬的頻率范 圍的可變阻抗匹配電路等。
如上所述，按照本發(fā)明的各實(shí)施例，使用MEMS可變電容構(gòu)造，以 此可以明顯增大可變電容的最大電容值，提供可變比大的可變電容或通/ 斷比大的電容型RF開(kāi)關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于，具備:基板；支持部，其設(shè)置在上述基板上；固定電極，其設(shè)置在上述基板上；以及執(zhí)行器，其具有第1電極、在上述第1電極上形成的壓電膜和在上述壓電膜上形成的第2電極，配置為一端經(jīng)過(guò)上述支持部固定在上述基板上，另一端與上述固定電極相對(duì)并變?yōu)樽饔貌?；其中，上述作用部，被貫穿上述?電極、上述壓電膜和上述第2電極的多個(gè)縫隙分割為多個(gè)電極部，各電極部的至少一部分與相鄰的電極部的一部分連接，各電極部可以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。
2. —種壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于，具備 基板；笫l支持部，其設(shè)置在上述基板上； 第2支持部，其設(shè)置在上述基板上；執(zhí)行器，其具有第1電極、在上述第1電極上形成的壓電膜和在上述 壓電膜上形成的第2電極， 一端經(jīng)過(guò)上述第1支持部固定在上述基板上， 另一端經(jīng)過(guò)上述第2支持部固定在上述基板上，中央部變?yōu)樽饔貌?；以及固定電極，其以與上述作用部的上述第1電極相對(duì)的方式設(shè)置在上述其中，上述作用部，被貫穿上述笫l電極、上述壓電膜和上述第2電 極的多個(gè)縫隙分割為多個(gè)電極部，各電極部的至少一部分與相鄰的電極部 的一部分連接，各電極部可以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于，上 述縫隙的每個(gè)包括在上述執(zhí)行器的延伸方向上形成的直線形狀的一組第1 縫隙部和端部與該第l縫隙部連接的半圓形的第2縫隙部。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1或2記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于， 上述縫隙的每個(gè)是從上述作用部的大致中心呈放射狀延伸的縫隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于，上 述縫隙的每個(gè)是向著上述執(zhí)行器的上述另一端，沿著上述執(zhí)行器的延伸方 向的直線形狀的^t隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于， 上述縫隙包含十字形狀的縫隙。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，其特征在于， 上述縫隙包含C字形狀的縫隙。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置， 其特征在于，上述電極部的周長(zhǎng)的50%以上的部分形成為自由端面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)記栽的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置， 其特征在于，還具備在上述第1電極和上述固定電極之間施加電壓而使 靜電力起作用的靜電力施加部。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置， 其特征在于，上述執(zhí)行器是具有折疊構(gòu)造的可動(dòng)梁。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置， 其特征在于，上述執(zhí)行器具有雙壓電片構(gòu)造。
12. —種便攜終端，其特征在于，具備根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一 項(xiàng)記載的壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置，作為可變電容和RF開(kāi)關(guān)中的至少一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了壓電驅(qū)動(dòng)型MEMS裝置及便攜終端，其使盡量地增大作用部和固定電極的接觸面積成為可能。具備基板(1)；設(shè)置在基板上支持部(2)；設(shè)置在基板上的固定電極(11)；和執(zhí)行器(3)，具有第1電極(4)、第1電極上形成的壓電膜(5)和壓電膜上形成的第2電極(6)，一端經(jīng)過(guò)支持部固定在基板上，另一端配置為與固定電極相對(duì)并變?yōu)樽饔貌?10)，作用部被貫穿第1電極、壓電膜及第2電極的多個(gè)縫隙分割為多個(gè)電極部，各電極部的至少一部分與相鄰電極部的一部分連接，各電極部可以個(gè)別地產(chǎn)生彎曲變形。
文檔編號(hào)H01H57/00GK101373811SQ20081021332
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者川久保隆, 西垣亨彥, 長(zhǎng)野利彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝