(57)【要約】【課題】通信や計測などに用いられる例えば光スイッチ装置等の非常に小型な電子部品装置を提供する。【解決手段】駆動回路２２，センサ回路２４−１，２４−２，メモリ２５，プロセッサ２６を含む集積回路が形成された半導体基板１の上に、ＭＥＭＳを構成するための可動部を備えた複数のユニットをモノリシックに搭載し、各ユニット毎に、プロセッサ２６，メモリ２５，駆動回路２２，センサ回路２４−１，２４−２を有する。【選択図】　図３
2004130507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　第１の電気信号を微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）構造体の物理的運動に変換することができ、かつＭＥＭＳ構造体の物理的運動を第２の電気信号に変換することができる少なくとも１個のＭＥＭＳユニットと、
　電子部品装置の外部から設定された設定値に基づいて前記ＭＥＭＳユニットに前記第１の電気信号を送信し、前記ＭＥＭＳユニットを制御する第１のプロセッサとを少なくとも備えたことを特徴とする電子部品装置。
【請求項２】
　請求項１記載の電子部品装置において、
　前記ＭＥＭＳユニットは、
　微細加工技術により形成されたＭＥＭＳ構造体と、
　このＭＥＭＳ構造体に制御信号を印加する制御電極と、
　この制御電極に前記制御信号を出力する制御回路と、
　前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動を検知するセンサ電極と、
　このセンサ電極の信号に基づいて前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動に応じた第２の電気信号を発生するセンサ回路と、
　前記第１のプロセッサから出力された第１の電気信号と前記センサ回路から出力された第２の電気信号とに基づいて前記制御回路に前記制御信号を発生させる第２のプロセッサとを少なくとも備えたことを特徴とする電子部品装置。
【請求項３】
　請求項１記載の電子部品装置において、
　前記ＭＥＭＳユニットは、
　微細加工技術により形成されたＭＥＭＳ構造体と、
　このＭＥＭＳ構造体に制御信号を印加する制御電極と、
　前記第１のプロセッサから出力された第１の電気信号に基づいて前記制御信号を発生して前記制御電極に出力する制御回路と、
　前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動を検知するセンサ電極と、
　このセンサ電極の信号に基づいて前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動に応じた第２の電気信号を発生するセンサ回路とを少なくとも備え、
　前記第１のプロセッサは、電子部品装置の外部から設定された設定値と前記センサ回路から出力された第２の電気信号とに基づいて前記ＭＥＭＳユニットに前記第１の電気信号を送信することを特徴とする電子部品装置。
【請求項４】
　請求項１記載の電子部品装置において、
　前記ＭＥＭＳユニットと前記第１のプロセッサとを同一基板上に形成したことを特徴とする電子部品装置。
【請求項５】
　請求項１記載の電子部品装置において、
　前記ＭＥＭＳユニットを含む電子部品と前記第１のプロセッサとを異なる基板上に形成したことを特徴とする電子部品装置。
【請求項６】
　請求項１記載の電子部品装置において、
　前記ＭＥＭＳ構造体は、導電性材料からなるミラー基板の開口領域内に形成され、前記ミラー基板に連結部を介して回動可能に連結されかつ電気的に接続された導電性材料からなるミラーであることを特徴とする電子部品装置。
【請求項７】
　集積回路が形成された半導体基板と、この半導体基板の上に形成され、第１の電気信号をもとに物理的な運動を起こす可動部を備えた複数のユニットとを備え、
　前記ユニットは、
　前記可動部に物理的運動を起こさせるための制御信号を印加する制御電極と、
　前記第１の電気信号をもとに前記制御電極に前記制御信号を出力する駆動回路と、
　前記可動部の物理的運動を検知するセンサ電極と、
　前記センサ電極の信号に基づいて前記可動部の物理的運動に応じた第２の電気信号を発生するセンサ回路と、
　外部より入力される設定値を保持するメモリと、
　このメモリに保持されている設定値に基づいて前記第１の電気信号を生成し、生成した第１の電気信号と前記第２の電気信号とに基づいて前記駆動回路の前記制御信号の出力を制御することで前記可動部の動作を制御するプロセッサと
　を少なくとも備え、
　前記駆動回路，センサ回路，メモリ，プロセッサは、前記集積回路の一部で構成されていることを特徴とする電子部品装置。
【請求項８】
　請求項７記載の電子部品装置において、
　前記可動部は、ミラー基板に回転可能に連結されたミラーであり、
　前記ミラー基板は、前記半導体基板の上に層間絶縁層を介して形成された導電性材料からなる支持部材に支持され、
　前記制御電極及び前記センサ電極は、前記ミラーの下部に当たる前記層間絶縁層の上に前記支持部材とは各々絶縁分離して配置され、
　前記ミラーは、前記制御電極及びセンサ電極の上方に所定の距離離間して配置されている
　ことを特徴とする電子部品装置。
【請求項９】
　請求項８記載の電子部品装置において、
　前記センサ電極は、前記ミラーの下部の領域において、前記制御電極より外側に配置されたことを特徴とする電子部品装置。
【請求項１０】
　請求項８記載の電子部品装置において、
　前記制御電極は、前記ミラーの下部の領域において、前記センサ電極より外側に配置されたことを特徴とする電子部品装置。
【請求項１１】
　請求項８記載の電子部品装置において、
　前記制御電極の上面を覆う絶縁性を有する樹脂からなる保護膜を備える
　ことを特徴とする電子部品装置。
【請求項１２】
　請求項８記載の電子部品装置において、
　前記センサ電極の上面を覆う絶縁性を有する樹脂からなる保護膜を備える
　ことを特徴とする電子部品装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、通信や計測などに用いられる例えば光スイッチ装置等の電子部品装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来より、微細加工技術により形成したマイクロマシンを備えたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が知られている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。図１０に、このようなＭＥＭＳの１構成例を示す。図１０に示したＭＥＭＳは、微細加工技術により形成された少なくとも１個のＭＥＭＳ構造体（マイクロマシン）９０１を含む電子部品９０２と、この電子部品９０２を制御するための制御信号を生成する制御装置９０３と、制御信号を電子部品９０２に印加するための制御信号線９０４とから構成されている。
【０００３】
　制御装置９０３は、所定の制御データを送信し、ＭＥＭＳ構造体９０１の動作を制御するプロセッサ９０５と、プロセッサ９０５の制御プログラム及び制御プログラムが必要とするデータを保持しているメモリ９０６と、制御装置９０３の外部との信号の入出力を行うＩ／Ｏ９０７と、プロセッサ９０５から転送された制御データに基づいてＭＥＭＳ構造体９０１に印加する制御信号を生成する駆動回路９０８と、プロセッサ９０５とメモリ９０６とＩ／Ｏ９０７と駆動回路９０８とを相互に接続するデータバス９０９とから構成されている。
【０００４】
　図１０に示したＭＥＭＳが例えばＭＥＭＳ光スイッチの場合、ＭＥＭＳミラー（ＭＥＭＳ構造体９０１）を２軸で回動させるためには最低４個の制御電極（不図示）が必要であり、駆動回路９０８から４本の制御信号線９０４を介して４個の制御電極にそれぞれ制御信号を印加する必要がある。従って、図１０に示したＭＥＭＳが例えば１００個のＭＥＭＳミラーをアレイ状に搭載したＭＥＭＳミラースイッチ部品の場合、少なくとも４００個の駆動回路９０８と４００本の制御信号線９０４が必要である。また、駆動回路は通常制御信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ・コンバーター（ＤＡＣ）とＤＡＣの出力電圧を所定の増幅率で増幅するアンプから構成されるので、個別のＩＣで構成すると、実装には多数のプリント基板が必要である。
【０００５】
　なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】「オプティカルネットワーキング：ＭＥＭＳミラーコントロール(Optical Networking:MEMS Mirror Control)」，アナログデバイスズ(ANALOG DEVICES)，２００２年９月１８日検索，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｎａｌｏｇ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔＳｅｌｅｃｔｉｏｎ／ｓｉｇｎａｌＣｈａｉｎｓ／ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ／ｃｏｍｍｓ＿１７．ｈｔｍｌ＞
【非特許文献２】マダナゴーパル(K.V.Madanagopal）、他２名，「リアルタイムソフトウェアコントロールオブスプリングサスペンデットマイクロエレクトロメカニカルデバイスズフォープレシジョンオプティカルポジショニングアプリケーションズ(Real Time Software Control Of Spring Suspended Micro-Electro-Mechanical(MEM) Devices For Precision Optical Positioning Applications)」，２００２インターナショナルカンファレンスオンオプティカルＭＥＭｓ２００２(2002 International Conference on Optical MEMs 2002)，２００２年８月，ｐ．４１−４２
【非特許文献３】平尾他，「ＭＥＭＳミラーの高速駆動回路検討」，２００２年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会，ｐ．４４５，２００２年９月１１日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　以上のように、従来の電子部品装置であるＭＥＭＳでは、ＭＥＭＳ構造体を小型に製造したとしても、制御装置が大規模な装置となり、またＭＥＭＳ構造体と制御装置とを接続する制御信号線も多数必要となるため、電子部品装置の小型化が難しいという問題点があった。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、非常に小型な電子部品装置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】
　本発明の電子部品装置は、第１の電気信号を微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）構造体の物理的運動に変換することができ、かつＭＥＭＳ構造体の物理的運動を第２の電気信号に変換することができる少なくとも１個のＭＥＭＳユニットと、電子部品装置の外部から設定された設定値に基づいて前記ＭＥＭＳユニットに前記第１の電気信号を送信し、前記ＭＥＭＳユニットを制御する第１のプロセッサとを少なくとも備えるものである。ＭＥＭＳユニットは、ＭＥＭＳ構造体とその制御装置部分とを同一基板上に形成したものである。
【０００８】
　また、本発明の電子部品装置の１構成例において、前記ＭＥＭＳユニットは、微細加工技術により形成されたＭＥＭＳ構造体と、このＭＥＭＳ構造体に制御信号を印加する制御電極と、この制御電極に前記制御信号を出力する制御回路と、前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動を検知するセンサ電極と、このセンサ電極の信号に基づいて前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動に応じた第２の電気信号を発生するセンサ回路と、前記第１のプロセッサから出力された第１の電気信号と前記センサ回路から出力された第２の電気信号とに基づいて前記制御回路に前記制御信号を発生させる第２のプロセッサとを少なくとも備えるものである。第２のプロセッサは、第１の電気信号によって指定されるＭＥＭＳ構造体の物理的運動と第２の電気信号が示すＭＥＭＳ構造体の物理的運動とが一致するように、制御回路に制御信号を発生させる。
【０００９】
　また、本発明の電子部品装置の１構成例において、前記ＭＥＭＳユニットは、微細加工技術により形成されたＭＥＭＳ構造体と、このＭＥＭＳ構造体に制御信号を印加する制御電極と、前記第１のプロセッサから出力された第１の電気信号に基づいて前記制御信号を発生して前記制御電極に出力する制御回路と、前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動を検知するセンサ電極と、このセンサ電極の信号に基づいて前記ＭＥＭＳ構造体の物理的運動に応じた第２の電気信号を発生するセンサ回路とを少なくとも備え、前記第１のプロセッサは、電子部品装置の外部から設定された設定値と前記センサ回路から出力された第２の電気信号とに基づいて前記ＭＥＭＳユニットに前記第１の電気信号を送信するものである。第１のプロセッサは、外部から設定された設定値によって指定されるＭＥＭＳ構造体の物理的運動と第２の電気信号が示すＭＥＭＳ構造体の物理的運動とが一致するように、第１の電気信号を出力する。
【００１０】
　また、本発明の電子部品装置の１構成例は、前記ＭＥＭＳユニットと前記第１のプロセッサとを同一基板上に形成したものである。
　また、本発明の電子部品装置の１構成例は、前記ＭＥＭＳユニットを含む電子部品と前記第１のプロセッサとを異なる基板上に形成したものである。
　また、本発明の電子部品装置の１構成例において、前記ＭＥＭＳ構造体は、導電性材料からなるミラー基板の開口領域内に形成され、前記ミラー基板に連結部を介して回動可能に連結されかつ電気的に接続された導電性材料からなるミラーである。
【００１１】
　本発明に係る電子部品装置は、集積回路が形成された半導体基板と、この半導体基板の上に形成され、第１の電気信号をもとに物理的な運動を起こす可動部を備えた複数のユニットとを備え、各ユニットは、可動部に物理的運動を起こさせるための制御信号を印加する制御電極と、第１の電気信号をもとに制御電極に制御信号を出力する駆動回路と、可動部の物理的運動を検知するセンサ電極と、センサ電極の信号に基づいて可動部の物理的運動に応じた第２の電気信号を発生するセンサ回路と、外部より入力される設定値を保持するメモリと、このメモリに保持されている設定値に基づいて第１の電気信号を生成し、生成した第１の電気信号と第２の電気信号とに基づいて駆動回路の制御信号の出力を制御することで可動部の動作を制御するプロセッサとを少なくとも備え、駆動回路，センサ回路，メモリ，プロセッサは、集積回路の一部で構成されているようにしたものである。
　このように構成した結果、ＭＥＭＳ構造体の可動を制御する大きな制御装置を用いること無く、また、多くの制御信号線を必要とせずに、ＭＥＭＳ構造体である可動部の可動を制御できるようになる。
【００１２】
　上記電子部品装置において、可動部は、ミラー基板に回転可能に連結されたミラーであり、ミラー基板は、半導体基板の上に層間絶縁層を介して形成された導電性材料からなる支持部材に支持され、制御電極及びセンサ電極は、ミラーの下部に当たる層間絶縁層の上に支持部材とは各々絶縁分離して配置され、ミラーは、制御電極及びセンサ電極の上方に所定の距離離間して配置されている。
　また、この電子部品装置において、センサ電極は、ミラーの下部の領域において、制御電極より外側に配置されていてもよく、制御電極が、ミラーの下部の領域において、センサ電極より外側に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
　以上に説明したように、本発明では、駆動回路，センサ回路，メモリ，プロセッサを含む集積回路が形成された半導体基板の上に、ＭＥＭＳを構成するための可動部を備えた複数のユニットをモノリシックに搭載し、各ユニット毎に、プロセッサ，メモリ，駆動回路，センサ回路を有しているようにした。
　従って、本発明によれば、ＭＥＭＳ構造体の可動を制御する大きな制御装置を用いる必要が無く、また、多くの制御信号線を必要としないので、電子部品装置の小型化が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
　以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
［実施の形態１］
　初めに、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態となる電子部品装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す装置は、半導体基板１の上に、ＭＥＭＳユニット２とメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とを備えたシステムが形成されたものである。ＭＥＭＳユニット２は、電気信号をＭＥＭＳ構造体の物理的運動に変換することができ、かつＭＥＭＳ構造体の物理的運動を電気信号に変換するものである。
【００１５】
　また、メモリ３には、システム全体の制御に必要な制御プログラム及びデータが記憶されている。プロセッサ４は、メモリ３に格納された制御プログラム及びデータに従ってシステム全体を制御し、ＭＥＭＳユニット２に制御データを送信すると共に、ＭＥＭＳユニット２からの動作データを受信する。Ｉ／Ｏ５は、上記システムの動作を設定する外部装置（不図示）とデータのやり取りを行う。
【００１６】
　また、ＭＥＭＳユニット２とメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とは、半導体基板１の上に形成されているデータバス６により相互に接続されている。データバス６により、制御プログラムや制御用データ、ＭＥＭＳユニット２への制御データ及びＭＥＭＳユニット２からの動作データの転送が行われる。
【００１７】
　図２は、図１に示したＭＥＭＳユニット２の構成例を示すブロック図である。ＭＥＭＳユニット２は、まず、微細加工技術により形成されたＭＥＭＳ構造体２０を備える。ＭＥＭＳ構造体２０は、スイッチや以降に説明するミラーなどの可動部を備えた構造体である。可動部は、以降に説明するように、制御電極２１に印加された電気信号により可動するものである。また、ＭＥＭＳユニット２は、ＭＥＭＳ構造体２０に制御信号（一般的には数十Ｖから数百Ｖの大きさの電圧）を印加する制御電極２１（２１−１，２１−２）と、ＭＥＭＳユニット２のプロセッサ２６から送信された制御データに応じた制御信号を発生して制御電極２１に出力する駆動回路（制御回路）２２とを備える。
【００１８】
　また、ＭＥＭＳユニット２は、ＭＥＭＳ構造体２０の物理的運動を検知するためのセンサ電極２３（２３−１，２３−２）と、センサ電極２３の信号に基づいてＭＥＭＳ構造体２０の物理的運動に応じた動作データを発生するセンサ回路２４（２４−１，２４−２）とを備える。また、ＭＥＭＳユニット２は、ＭＥＭＳユニット２の制御に必要な制御プログラム及びデータを記憶するメモリ２５と、メモリ２５に格納された制御プログラム及びデータに従ってＭＥＭＳユニット全体を制御し、プロセッサ４から送信された制御データとセンサ回路２４から送信されたＭＥＭＳ構造体２０の動作データとに基づいて、駆動回路２２に送信する制御データとプロセッサ４に送信する動作データとを計算するプロセッサ２６とを備える。
【００１９】
　また、ＭＥＭＳユニット２は、図１に示したデータバス６を介してプロセッサ４とデータのやり取りを行うＩ／Ｏ２７と、駆動回路２２とセンサ回路２４とメモリ２５とプロセッサ２６とＩ／Ｏ２７とを相互に接続し、制御プログラムや制御に要するデータ、動作データ及び制御データを転送するデータバス２８を備える。
【００２０】
　図３（ａ）は、ＭＥＭＳユニット２の構成例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、ミラー基板２０１の構成例を示す平面図である。。図３では、ＭＥＭＳ構造体２０がＭＥＭＳミラーである場合、すなわちＭＥＭＳユニット２がＭＥＭＳミラーユニットである場合について例示している。図３のＭＥＭＳ構造体２０は、導電性材料からなるミラー基板２０１と、ミラー基板２０１の複数の開口領域内にそれぞれ形成され、ミラー基板２０１に連結部を介して回動可能に連結されかつ電気的に接続された導電性材料からなるミラー２０２と、ミラー２０２が制御電極２１及びセンサ電極２３の上に離間して配置されるようにミラー基板２０１を支える支持部材２０３とから構成される。
【００２１】
　ミラー２０２は、トーションバネのように作用する連結部（図３の破線部）により、回動可能な状態でミラー基板２０１に連結されている。また、ミラー基板２０１は、下部の制御電極２１やセンサ電極２３等と離間するとともに所定の空隙を形成するように支持部材２０３に支持されている。
【００２２】
　図３（ｂ）に示すように、ミラー２０２は、ミラー基板２０１の開口領域内に設けられ、また、ミラー２０２とミラー基板２０１との間には可動枠２０５が設けられている。ミラー２０２は、ミラー連結部２０６によって可動枠２０５と連結され、ミラー連結部２０６によって回動可能に支持されている。ミラー連結部２０６は、例えばトーションバネなどのバネ部材であり、ミラー２０２の中心を挟んでその両側に各々一対が設けられている。また、可動枠２０５は、枠体連結部２０４によってミラー基板２０１と連結され、枠体連結部２０４によって回動可能に支持される。
【００２３】
　これらの構成によりまず、一対の枠体連結部２０４を通るミラー基板２０１と平行な軸を回動軸とし、可動枠２０５は回動可能とされている。また、ミラー２０２は、ミラー連結部２０６によって可動枠２０５と連結され、ミラー連結部２０６によって回動可能に支持される。これにより、一対のミラー連結部２０６を通る可動枠２０５と平行な軸を回動軸として、ミラー２０２は回動可能とされている。これらのことにより、ミラー２０２は、一対の枠体連結部２０４を通る軸と一対のミラー連結部２０６を通る軸との２軸を回動軸として回動することができる。図３に示すＭＥＭＳ構造体２０は、光スイッチ装置である。
【００２４】
　ＭＥＭＳ構造体２０は、半導体基板１の上に、層間絶縁層３１を介して形成されている。層間絶縁層３１の下の半導体基板１には集積回路が形成され、この集積回路の一部で、駆動回路２２，センサ回路２４−１，２４−２，メモリ２５，プロセッサ２６，Ｉ／Ｏ２７，データバス２８が構成されている。
【００２５】
　ところで、導電性を有するミラー２０２が制御電極２１に接触した際に導通があると、接触箇所が反応して接合してしまい、ミラー２０２の弾性力による反発では元に戻らなくなる場合がある。この現象はスティッキングや固着などと呼ばれ、ミラー駆動時の問題となる場合がある。この現象の原因は、高い電圧が印加された状態でミラーと制御電極部との接触が、いわゆるスポットウェルダーと全く同様の状況なので、一種の抵抗溶接が起こっているものと推測されている。
【００２６】
　このような、スティッキングによる現象を回避するには、少なくとも一方の接触面を不導体にすれば良い。このために、例えば、制御電極やセンサ電極の上に絶縁物である有機樹脂の薄膜を保護膜として形成すればよい。言い換えると、制御電極やセンサ電極の少なくとも上面が上記保護膜で覆われ、ミラーとの接触面が不導体となっていれば、スティッキング現象を回避できる。
【００２７】
　以下、本実施の形態の電子部品装置の動作例を、図４（ａ）及び図４（ｂ）のフローチャートをもとに、ＭＥＭＳユニット２がＭＥＭＳミラーユニットである場合を例にとって説明する。まず、図１に示すプロセッサ４は、Ｉ／Ｏ５を介し、外部装置から制御対象となるＭＥＭＳユニット２のミラー２０２の角度設定値を受け取ると（ステップＳ１）、受け取った設定値を示す角度制御データをデータバス６を介して制御対象となるＭＥＭＳユニット２に送信する（ステップＳ２）。送信した後、プロセッサ４は、プロセッサ２６からの返信を待つ（ステップＳ３）。
【００２８】
　ＭＥＭＳユニット２のプロセッサ２６は、プロセッサ４からＩ／Ｏ２７及びデータバス２８を介して角度制御データを受信すると（ステップＳ１１）、メモリ２５に格納された制御プログラムの所定のアルゴリズムに従って制御データを計算する（ステップＳ１２）。この計算では、プロセッサ２６は、受信した角度制御データが示す角度だけミラー２０２を回動させるべく、制御電極２１−１，２１−２への印加電圧の値を計算する。この後、プロセッサ２６は、計算した電圧値の電圧制御データをデータバス２８を介して駆動回路２２に送信する（ステップＳ１３）。
【００２９】
　以上のプロセッサ２６の制御により、駆動回路２２は、電圧制御データに応じた制御信号（制御電圧）を発生して制御電極２１−１，２１−２に印加する。ミラー２０２には、駆動回路２２から支持部材２０３及びミラー基板２０１を介して所定の電圧が印加される。従って、制御電極２１−１，２１−２に制御電圧が印加されると、ミラー２０２と制御電極２１−１，２１−２との間に静電力が発生する。
【００３０】
　例えば、ミラー２０２を時計回りに所定角度回動させる角度設定値が設定された場合、プロセッサ２６は、駆動回路２２を通じて制御電極２１−１に電圧を印加する。これにより、ミラー２０２と制御電極２１−１との間に静電力が発生するため、図３に示したミラー２０２の右側が下方向の力を受け、ミラー２０２は、発生した静電力に見合う角度だけ時計回りに回動する。
【００３１】
　このように、ミラー２０２が時計回りに回動すると、ミラー２０２とセンサ電極２３−１との距離が小さくなり、ミラー２０２とセンサ電極２３−１との間に形成される静電容量が大きくなる。一方、ミラー２０２とセンサ電極２３−２との距離は大きくなり、ミラー２０２とセンサ電極２３−２との間に形成される静電容量が小さくなる。
【００３２】
　センサ回路２４−１は、センサ電極２３−１と電気的に接続されると共に、支持部材２０３及びミラー基板２０１を介してミラー２０２と電気的に接続され、ミラー２０２とセンサ電極２３−１との間の静電容量を検出することにより、ミラー２０２とセンサ電極２３−１との距離を検出し、検出した距離を示す動作データ（距離データ）をデータバス２８を介してプロセッサ２６に送信する。
【００３３】
　同様に、センサ回路２４−２は、センサ電極２３−２と電気的に接続されると共に、支持部材２０３及びミラー基板２０１を介してミラー２０２と電気的に接続され、ミラー２０２とセンサ電極２３−２との間の静電容量を検出することにより、ミラー２０２とセンサ電極２３−２との距離を示す動作データをプロセッサ２６に送信する。
【００３４】
　プロセッサ２６は、以上のことによりセンサ回路２４−１，２４−２から動作データを受信し（ステップＳ１４）、受信した動作データに基づいてミラー２０２の回転角度を計算し（ステップＳ１５）、この回転角度を示す動作データ（角度データ）をデータバス２８及びＩ／Ｏ２７を介してプロセッサ４に送信し、プロセッサ４から設定された角度設定値と計算した回転角度とを比較する（ステップＳ１６）。このプロセッサ２６による比較は、ステップＳ１１で受信してある角度制御データをもとに行うようにしてもよい。
【００３５】
　上記比較の結果、角度設定値とミラー２０２の回転角度とが、規定の誤差範囲内で一致すれば、出力中の電圧制御データを維持する。一方、角度設定値とミラー２０２の回転角度が不一致の場合、プロセッサ２６は、角度設定値とミラー２０２の回転角度とを一致させるべく、制御電極２１−１，２１−２への印加電圧の値を計算して修正し（ステップＳ１７）、計算した電圧値の電圧制御データを駆動回路２２に送信する（ステップＳ１３）。こうして、ＭＥＭＳ構造体２０を制御することができる。
【００３６】
　ステップＳ１６で一致すると、プロセッサ２６は、電圧制御データ（印加電圧）をメモリ２５に記録し（ステップＳ１８）、変更が終了した旨をプロセッサ４に送信する（ステップＳ１９）。
【００３７】
　なお、角度制御データが受信されるまで（ステップＳ１１）、プロセッサ２６は、ステップＳ２０〜ステップＳ２５に示すミラー２０２の回転角度の維持制御を継続する。この維持制御で、プロセッサ２６は、まず、ステップＳ２０で、メモリ２５に記録されている電圧制御データを読み出し、ステップＳ２１で読み出した電圧制御データを駆動回路２２に出力する。
【００３８】
　次いで、プロセッサ２６は、ステップＳ２２でセンサ回路から動作データを受信し、ステップＳ２３で受信した動作データに基づいてミラー２０２の回転角度を計算し、ステップＳ２４で、設定されている角度設定値と計算した回転角度とを比較する。この比較の結果、角度設定値とミラー２０２の回転角度とが、規定の誤差範囲内で一致すれば、出力中の電圧制御データを維持する。一方、角度設定値とミラー２０２の回転角度が不一致の場合、プロセッサ２６は、ステップＳ２５に進み、電圧制御データ（印加電圧）を修正する。
【００３９】
　図５は、図１の電子部品装置の１構成例を示す平面図である。図５では、ＭＥＭＳユニット２がＭＥＭＳミラーユニットである場合について例示している。ここでは、図３に示したＭＥＭＳミラーユニット２がマトリクス状に配置され、これらＭＥＭＳミラーユニット２とメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とが、同一の半導体基板１の上に配置され、ＭＥＭＳミラーユニット２とメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とがデータバス６を介して接続されている。
【００４０】
　以上説明したように、本実施の形態によれば、センサ回路２４からの動作データに基づいてＭＥＭＳ構造体２０を制御するため、より精度の高い制御が可能になる。また、ＭＥＭＳ構造体２０とその制御部（制御電極２１、駆動回路２２、センサ電極２３、センサ回路２４、メモリ２５、プロセッサ２６、Ｉ／Ｏ２７及びデータバス２８）とを、同一の半導体基板１の上に形成して一体化したＭＥＭＳユニット２を用いることで、制御部の小型化が可能になる。
【００４１】
　また、図１０に示した従来の装置では、電子部品と制御装置との間に数多くの制御信号線が必要になるのに対し、本実施の形態では、ＭＥＭＳ構造体２０とこの制御部とを同一チップ（半導体装置）上に形成したことにより、半導体チップと外部とを接続する信号線の数を従来に比べて大幅に減らすことができる。その結果、本実施の形態では、ＭＥＭＳ（電子部品装置）の超小型化が可能になる。
【００４２】
　また、通常、センサ電極で検知する静電容量は微小であり、センサ回路を一体化しない場合には信号線の寄生容量の影響により正確な容量の測定は困難である。これに対し、本実施の形態では、センサ回路の一体化により信号線の寄生容量の影響を抑えた精密な測定が可能となり、ミラーなどの微細な可動部の可動制御の高精度化が実現できる。
【００４３】
　なお、上述では、図３に示したように、微細な可動部としてミラーを備えた光スイッチ装置を例に説明したが、本発明の適用例はこれに限るものではない。例えば、ミラーの部分を微細なアンテナとした指向性可変アレイアンテナに、本発明の電子部品装置を適用することも可能である。
【００４４】
［実施の形態２］
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、電子部品装置全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。図６は、本実施の形態のＭＥＭＳユニットの構成を示すブロック図であり、プロセッサ及びメモリがＭＥＭＳユニット内に含まれていない点が図２と異なっている。
【００４５】
　本実施の形態のＭＥＭＳユニット２ａは、次に示す各部分から構成されている。
1.微細加工技術により形成されたＭＥＭＳ構造体２０。
2.ＭＥＭＳ構造体２０に制御信号（一般的には数十Ｖから数百Ｖの大きさの電圧）を印加する制御電極２１（２１−１，２１−２）。
3.ＭＥＭＳユニット２ａの外部から送信された制御データに応じた制御信号を発生して制御電極２１に出力する駆動回路２２。
4.ＭＥＭＳ構造体２０の物理的運動を検知するためのセンサ電極２３（２３−１，２３−２）。
5.センサ電極２３の信号に基づいてＭＥＭＳ構造体２０の物理的運動に応じた動作データを発生してＭＥＭＳユニット２ａの外部に送信するセンサ回路２４（２４−１，２４−２）。
6.データバス６を介してプロセッサ４とデータのやり取りを行うＩ／Ｏ２７。
7.駆動回路２２とセンサ回路２４とＩ／Ｏ２７とを相互に接続し、動作データ及び制御データを転送するデータバス２８。
【００４６】
　図７は、図６に示すＭＥＭＳユニット２ａの１構成例を示す断面図である。図７では、ＭＥＭＳ構造体２０がＭＥＭＳミラーである場合、すなわちＭＥＭＳユニット２ａがＭＥＭＳミラーユニットである場合について例示している。図７に示したＭＥＭＳユニット２ａの構成は、前述のとおりプロセッサ及びメモリがユニット内に含まれていない点を除けば図３と同じである。また、図７の構成においても、スティッキング現象を回避するために、制御電極やセンサ電極が、保護膜で覆われているようにしてもよい。
【００４７】
　以下、本実施の形態の電子部品装置の動作例を、ＭＥＭＳユニット２ａがＭＥＭＳミラーユニットである場合を例にとって説明する。まず、プロセッサ４は、Ｉ／Ｏ５を介して外部装置から、制御対象となるＭＥＭＳユニット２ａのミラー２０２の角度設定値を受け取ると、メモリ３に格納された制御プログラムの所定のアルゴリズムに従って制御データを計算する。すなわち、プロセッサ４は、受信した角度設定値が示す角度だけミラー２０２を回動させるべく、ＭＥＭＳユニット２ａの制御電極２１−１，２１−２への印加電圧の値を計算し、計算した電圧値の電圧制御データをデータバス６を介して制御対象となるＭＥＭＳユニット２ａに送信する。
【００４８】
　ＭＥＭＳユニット２ａの駆動回路２２は、Ｉ／Ｏ２７及びデータバス２８を介して電圧制御データを受信すると、この電圧制御データに応じた制御信号（制御電圧）を発生して制御電極２１−１，２１−２に印加する。第１の実施の形態で説明したとおり、制御電極２１−１，２１−２に制御電圧が印加されると、ミラー２０２と制御電極２１−１，２１−２との間に静電力が発生し、ミラー２０２は、発生した静電力に見合う角度だけ回動する。センサ回路２４−１，２４−２の動作は第１の実施の形態と同じである。
【００４９】
　次に、プロセッサ４は、ＭＥＭＳユニット２ａのセンサ回路２４−１，２４−２から受信した動作データ（距離データ）に基づいて、このＭＥＭＳユニット２ａのミラー２０２の回転角度を計算し、外部装置から設定された角度設定値と計算した回転角度とを比較する。比較の結果、角度設定値とミラー２０２の回転角度とが一致すれば、出力中の電圧制御データを維持する。
【００５０】
　一方、角度設定値とミラー２０２の回転角度が不一致の場合、プロセッサ４は、角度設定値とミラー２０２の回転角度とを一致させるべく、制御電極２１−１，２１−２への印加電圧の値を計算し、計算した電圧値の電圧制御データをＭＥＭＳユニット２ａに送信する。こうして、ＭＥＭＳ構造体２０を制御することができる。本実施形態においても、図７に示すＭＥＭＳミラーユニット２ａを用いて、図５に示すような電子部品装置を構成することができる。
【００５１】
　以上説明したように、本実施の形態によれば、センサ回路２４からの動作データに基づいてＭＥＭＳ構造体２０を制御するため、より精度の高い制御が可能になる。また、ＭＥＭＳ構造体２０とその制御部（制御電極２１、駆動回路２２、センサ電極２３、センサ回路２４、Ｉ／Ｏ２７及びデータバス２８）とを同一基板上に形成して一体化したＭＥＭＳユニット２ａを用いることで、制御部の小型化が可能になると共に、外部からＭＥＭＳに接続される信号線の数を従来に比べて大幅に減らすことができるので、ＭＥＭＳの超小型化が可能になる。
【００５２】
　さらに、通常センサ電極で検知する静電容量は微小であり、センサ回路を一体化しない場合には信号線の寄生容量の影響により正確な容量の測定は困難であるが、本実施の形態では、センサ回路の一体化により信号線の寄生容量の影響を抑えた精密な測定が可能となり、ミラー制御の高精度化が実現できる。
【００５３】
［実施の形態３］
　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態となる電子部品装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、電子部品装置７と、本システムの制御に必要な制御プログラム及びデータを記憶するメモリ３と、メモリ３に格納された制御プログラム及びデータに従ってシステム全体を制御し、電子部品装置７に制御データを送信すると共に、電子部品装置７からの動作データを受信するプロセッサ４と、本システムの動作を設定する外部装置（不図示）とデータのやり取りを行うＩ／Ｏ５と、電子部品装置７とメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とを相互に接続し、制御プログラムや制御用データ、電子部品装置７への制御データ及び電子部品装置７からの動作データを転送するデータバス６とから構成される。
【００５４】
　電子部品装置７は、電気信号をＭＥＭＳ構造体の物理的運動に変換することができ、かつＭＥＭＳ構造体の物理的運動を電気信号に変換することができる少なくとも１個のＭＥＭＳユニット２と、プロセッサ４からの制御データをＭＥＭＳユニット２に送信すると共に、ＭＥＭＳユニット２からの動作データをプロセッサ４に送信するためのＩ／Ｏ８とを同一基板上に形成したものである。
【００５５】
　メモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５は、電子部品装置７とは異なる半導体チップ上に形成され、電子部品装置７と共に例えばプリント基板上に搭載される。このとき、メモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５は、同一半導体チップ上に形成してもよいし、各々異なる半導体チップ上に形成してもよい。また、電子部品装置７にＩ／Ｏ８を搭載せずに、ＭＥＭＳユニット２を直接データバス６に接続してもよい。
【００５６】
　また、図８ではＭＥＭＳユニット２を使用しているが、本実施の形態では、図２に示したＭＥＭＳユニット２、図６に示したＭＥＭＳユニット２ａのいずれでも実現が可能である。従って、ＭＥＭＳ構造体２０がＭＥＭＳミラーの場合、図３または図７に示すＭＥＭＳミラーユニットのいずれでも実現が可能である。本システムの動作は、ＭＥＭＳユニット２を使用する場合は第１の実施の形態と同様であり、ＭＥＭＳユニット２ａを使用する場合は第２の実施の形態と同様である。
【００５７】
　図９は、図８のシステムの構成例を示す平面図である。図９では、ＭＥＭＳユニット２（または２ａ）がＭＥＭＳミラーユニットである場合について例示している。ここでは、図３（または図７）に示した複数のＭＥＭＳミラーユニット２（または２ａ）を同一基板の上にマトリクス状に配置した電子部品装置７と、電子部品装置７とは異なるチップ上に形成したメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とを例えばプリント基板の上に配置し、電子部品装置７とメモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５とをプリント基板上のデータバス６を介して接続している。
【００５８】
　以上説明したように、本実施の形態によれば、センサ回路２４からの動作データに基づいてＭＥＭＳ構造体２０を制御するため、より精度の高い制御が可能になると共に、メモリ３とプロセッサ４とＩ／Ｏ５を、電子部品装置７とは別のチップに形成することで、電子部品装置７の小型化が可能になる。
【００５９】
　上述した実施の形態１〜３によれば、ＭＥＭＳ構造体とその制御部とを一体化したＭＥＭＳユニットを用いることで、非常に小型な半導体装置を提供可能になるという優れた効果が得られる。また、センサ回路から出力される、ＭＥＭＳ構造体の物理的運動に応じた第２の電気信号に基づいてＭＥＭＳ構造体を制御するため、より精度の高い制御が可能になる。なお、上述では、センサ電極を制御電極の外側に配置するようにしたが、これに限るものではなく、ミラーの下部において、制御電極の内側にセンサ電極を配置し、制御電極がセンサ電極の外側となるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる電子部品装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示したＭＥＭＳユニット２の構成例を示すブロック図である。
【図３】ＭＥＭＳユニット２の構成例を示す断面図（ａ）及びミラー基板２０１の構成例を示す平面図（ｂ）である。
【図４】実施の形態の電子部品装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】図１の電子部品装置の１構成例を示す平面図である。
【図６】本実施の形態のＭＥＭＳユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すＭＥＭＳユニット２ａの１構成例を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態となる電子部品装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８のシステムの構成例を示す平面図である。
【図１０】従来よりあるＭＥＭＳの１構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
　１…半導体基板、２…ＭＥＭＳユニット、３…メモリ、４…プロセッサ、５…Ｉ／Ｏ、６…データバス。
【図１】
2004130507.tif 000003
【図２】
2004130507.tif 000004
【図３】
2004130507.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004130507.tif 000008
【図７】
2004130507.tif 000009
【図８】
2004130507.tif 000010
【図９】
2004130507.tif 000011
【図１０】
2004130507.tif 000012