(57)【要約】【課題】電極板を大型化させずにチューニングレンジを拡大できるマイクロマシンキャパシタを提供する。【解決手段】基板１側に設けられた基板側電極板５と、この基板側電極板５と平行にこの基板側電極板５に対して間隔をおいて設置された可動電極板７と、弾性を有して可動電極板７を基板側電極板５方向に変位可能に支持する弾性支持機構と、基板側電極板５及び可動電極板７に各々接続されてこれら２枚の電極板５、７間に電圧を印加するための配線１７、１９とを備え、弾性支持機構は、可動電極板７に連結された第１の弾性部９と、第１の弾性部９と基板１との間に位置し、可動電極板７が基板側電極板５方向へ変位したとき第１の弾性部９が当接する第２の弾性部１３とを有し、第１の弾性部９が第２の弾性部１３に当接することにより、可動電極板７の基板側電極板５方向への変位に応じて剛性が増加する構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板側に設けられた基板側電極板と、該基板側電極板と平行に該基板側電極板に対して間隔をおいて設置された可動電極板と、弾性を有して前記可動電極板を前記基板側電極板方向に変位可能に支持する弾性支持機構と、前記基板側電極板及び前記可動電極板に各々接続されて該２枚の電極板間に電圧を印加するための配線とを備え、
前記弾性支持機構は、前記可動電極板の前記基板側電極板方向への変位に応じて剛性が増加してなるマイクロマシンキャパシタ。
【請求項２】
前記弾性支持機構は、前記可動電極板に連結された第１の弾性部と、該第１の弾性部と前記基板との間に位置し、前記可動電極板が前記基板側電極板方向へ変位したとき前記第１の弾性部が当接する第２の弾性部とを有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項３】
前記弾性支持機構は、前記可動電極板に連結された弾性部と、該弾性部を前記基板と間隔をおいて該基板に連結支持する支持部と、前記弾性部側及び前記基板側の該弾性部に対応する位置のいずれかに突設された突起とを有し、該突起は、前記支持部と前記可動電極板との間に位置し、前記電極板間に電圧が印加されていないときの前記可動電極板の内面と前記基板側の面との間隔よりも長さが短いことを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項４】
前記弾性支持機構は、前記可動電極板に連結された第１の弾性部と、該第１の弾性部とは別に前記可動電極板に連結された第３の弾性部と、該第３の弾性部側及び前記基板側の該第３の弾性部に対応する部分のいずれかに突設されて、前記電極板間に電圧が印加されていないときの前記可動電極板の内面と前記基板側の面との間隔よりも長さが短い突起とを有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項５】
前記突起として、前記弾性部の前記可動電極に近い部分に位置するほど長さが短くなる複数の突起が設けられているか、または複数の前記第３の弾性部に対応する各々長さが異なる複数の突起が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項６】
前記弾性支持機構は、前記可動電極板に連結された弾性部と、該弾性部側及び前記基板側の該弾性部に対応する位置のいずれかに突設されて、前記電極板間に電圧が印加されていないときの前記可動電極板の内面と前記基板側の内面との間隔よりも長さが短い複数の突起と、前記弾性部の外面に積層され、該弾性部よりも残留引張り応力が大きい引張り応力層とを有し、前記突起は、前記引張り応力層の残留引張り応力が作用する方向に沿って並べて突設されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項７】
前記電極板間に電圧を印加して前記可動電極が前記基板側電極板の方向に変位するとき、前記基板側電極板と前記可動電極板の対向する面間の間隔が、該電極板間に電圧を印加していないときの間隔の２／３以上で前記第１の弾性部と前記第２の弾性部とが当接してなることを特徴とする請求項２に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項８】
前記電極板間に電圧を印加して前記可動電極板が前記基板側電極板の方向に変位するとき、前記基板側電極板と前記可動電極板の対向する面間の間隔が、該電極板間に電圧を印加していないときの間隔の２／３以上で前記突起が前記弾性部または前記基板側の面と当接してなることを特徴とする請求項３、４及び６のいずれか１項に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【請求項９】
前記突起が複数設けられているとき、前記電極板間に電圧を印加して前記可動電極板が前記基板側電極板の方向に変位するとき、前記基板側電極板と前記可動電極板の対向する面間の間隔が、前記可動電極板が変位して前記突起に前記弾性部または前記基板側の面が当接したときの前記電極板間の間隔の２／３以上で、前記弾性部または前記基板側の面と現在当接している突起の次に長い前記突起とが当接してなることを特徴とする請求項５または７に記載のマイクロマシンキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング技術を用いて作成したマイクロマシンキャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシニング技術を用いて作成したマイクロマシンキャパシタは、基板上に設けられた基板側電極板、この基板側電極板に対して平行に間隔をおいて設置され、弾性部に支持された可動電極板などを備えている。そして、これら２つの電極板に電圧を印加して２つの電極板間に静電引力を発生させ、２つの電極板間の距離を縮めることで、２つの電極板間の静電容量を変化させるものである（例えば、非特許文献１参照）。また、非特許文献１には、基板側電極板が、電圧を印加するための制御電極と、制御電極よりも可動電極側に突出した信号を通過させるための信号電極とに分割された２段構造のものも報告されている。このようなマイクロマシンキャパシタをバラクタダイオード素子やＰＩＮダイオード素子に代えて用いることによって、バラクタダイオード素子などを用いたときに比べて低損失の回路を構成できる。
【０００３】
【非特許文献１】
ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＭＩＣＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＳ  ＡＮＤ  ＭＩＣＲＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ、ＶＯＬ．１２、２００２年、ｐ．１７７−１８６
【発明が解決しようとする課題】
ところで、マイクロマシンキャパシタは、バラクタダイオード素子などに代えて用いるものであることから、静電容量のチューニングレンジにおいてバラクタダイオード素子などと同等以上の性能を有している必要がある。従来のマイクロマシンキャパシタは、２枚の電極板に印加する電圧を上げることで静電引力を増大させ、２枚の電極間の距離を縮めて静電容量を増加させることができる。しかし、２枚の電極間の距離が縮まったとき、２枚の電極間の間隔が、２枚の電極に電圧を印加していないときの間隔の２／３以下になると、それまでに比べて静電引力が急激に増大し、可動電極板が基板側電極板に張り付いてしまうプルインと呼ばれる現象が生じることが理論的に報告されている。このため、従来のマイクロマシンキャパシタでは、静電容量は最大でも例えば５０％といった程度のチューニングレンジに制限されてしまうことになる。
【０００４】
これに対して、基板側電極板を２段構造とする構成の場合には、基板側電極板が電圧を印加するための制御電極と、信号を通過させるための信号電極とに分けられており、信号電極が制御電極よりも可動電極側に突出していることから、信号電極と可動電極板との間隔が、制御電極と可動電極板との間隔に比較して小さくなり、静電容量のチューニングレンジを拡大させることができる。しかし、電圧を印加する制御電極と信号を通過させる信号電極に分離したため、許容される最小電極板間隔が同じである場合、全体の電極板面積が大きくなり、マイクロマシンキャパシタが大型化してしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明の課題は、電極板を大型化させずにチューニングレンジを拡大することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロマシンキャパシタは、基板側に設けられた基板側電極板と、この基板側電極板と平行にこの基板側電極板に対して間隔をおいて設置された可動電極板と、弾性を有して可動電極板を基板側電極板方向に変位可能に支持する弾性支持機構と、基板側電極板及び可動電極板に各々接続されてこれら２枚の電極板間に電圧を印加するための配線とを備え、弾性支持機構は、可動電極板の基板側電極板方向への変位に応じて剛性が増加してなる構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００７】
このような構成とすることにより、制御電極と信号電極を分離することなく、２枚の電極板間にプルインが生じる電圧を引き上げることができ、静電容量のチューニングレンジを拡大できる。すなわち、大型化させずにチューニングレンジを拡大できる。
【０００８】
また、弾性支持機構は、可動電極板に連結された第１の弾性部と、この第１の弾性部と基板との間に位置し、可動電極板が基板側電極板方向へ変位したとき第１の弾性部が当接する第２の弾性部とを有する構成とする。このような構成とすれば、可動電極板が基板側電極板方向に変位したとき、第１の弾性部が第２の弾性部に当接することで、弾性支持機構の有する剛性が、第１の弾性部の剛性と第２の弾性部の剛性を合わせた剛性に増加するか、または、弾性支持機構の有する剛性が、第１の弾性部の剛性から、より大きな剛性を有する第２の弾性部の剛性に切り替わることなどにより、弾性支持機構が有する剛性を増加できる。
【０００９】
さらに、弾性支持機構は、可動電極板に連結された弾性部と、この弾性部を基板と間隔をおいてこの基板に連結支持する支持部と、弾性部側及び基板側のこの弾性部に対応する位置のいずれかに突設された突起とを有し、この突起は、支持部と可動電極板との間に位置し、電極板間に電圧が印加されていないときの可動電極板の内面と基板側の面との間隔よりも長さが短い構成とする。このような構成とすれば、可動電極板が基板側電極板方向に変位したとき、突起に弾性部または基板側の面が当接することで、弾性部の支点の位置が変わり弾性部の長さが短くなった状態となり弾性部の剛性が増加する。
【００１０】
また、弾性支持機構は、可動電極板に連結された第１の弾性部と、この第１の弾性部とは別に可動電極板に連結された第３の弾性部と、この第３の弾性部側及び基板側のこの第３の弾性部に対応する部分のいずれかに突設されて、電極板間に電圧が印加されていないときの可動電極板の内面と基板側の面との間隔よりも長さが短い突起とを有する構成とする。このような構成とすれば、可動電極板が基板側電極板方向に変位したとき、突起が第３の弾性部または基板側の面に当接すると、可動電極板は、第１の弾性部と第３の弾性部との両方で支持された状態となる。このため、弾性支持機構の有する剛性が、第１の弾性部の剛性と第３の弾性部の剛性を合わせた剛性に増加することなどにより、弾性支持機構が有する剛性を増加できる。
【００１１】
また、突起として、弾性部の可動電極に近い部分に位置するほど長さが短くなる複数の突起が設けられているか、または複数の第３の弾性部に対応する各々長さが異なる複数の突起が設けられている構成とすれば、長さが長い突起から弾性部または基板側の面に順次当接して行くことで、弾性支持機構が有する剛性をより増加できる。
【００１２】
さらに、弾性支持機構は、可動電極板に連結された弾性部と、この弾性部側及び基板側のこの弾性部に対応する位置のいずれかに突設されて、電極板間に電圧が印加されていないときの可動電極板の内面と基板側の内面との間隔よりも長さが短い複数の突起と、弾性部の外面に積層され、この弾性部よりも残留引張り応力が大きい引張り応力層とを有し、突起は、引張り応力層の残留引張り応力が作用する方向に沿って並べて突設されている構成とする。このような構成とすれば、弾性部が基板と反対側に反ることから、弾性部に複数の突起を設けるとき、同じ長さの突起を設けても、突起が弾性部または基板側の面に順次当接して行き、弾性支持機構が有する剛性をより増加できる。
【００１３】
ところで、静電容量は、印加電圧の増加に対して、最初ほとんど変化せず、プルインが生じる電圧に近づくにつれ急激に増加する特性を有している。このため、プルインが生じてから弾性支持機構の有する剛性が増加すると、静電容量の変化が不連続となったり、静電容量の変化にヒステリシスなどが生じるため、静電容量のチューニングレンジを拡大できても、チューニングし難くなる静電容量の値が生じてしまう場合がある。このため、静電容量の変化は、できるだけ連続的な変化に近づける必要がある。
【００１４】
これに対して、電極板間に電圧を印加して可動電極板が基板側電極板の方向に変位するとき、基板側電極板と可動電極板の対向する面間の間隔が、この電極板間に電圧を印加していないときの間隔の２／３以上で第１の弾性部と第２の弾性部とが当接してなる構成とする。
【００１５】
また、弾性支持機構が突起を有する構成の場合、電極板間に電圧を印加して可動電極板が前記基板側電極板の方向に変位するとき、基板側電極板と可動電極板の対向する面間の間隔が、これらの電極板間に電圧を印加していないときの間隔の２／３以上で突起が弾性部または基板側の面と当接する構成とする。
【００１６】
さらに、突起が複数設けられているとき、電極板間に電圧を印加して可動電極板が基板側電極板の方向に変位するとき、基板側電極板と可動電極板の対向する面間の間隔が、可動電極板が変位して突起に弾性部または基板側の面が当接したときの電極板間の間隔の２／３以上で、弾性部または基板側の面と現在当接している突起の次に長い突起とが当接する構成とする。
【００１７】
これにより、プルインが生じる前に、弾性支持機構が有する剛性が増加するため、静電容量の変化を連続的な変化に近づけることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。図３は、印加電圧に対する静電容量と電極板間隔の変化を示す図である。
【００１９】
本実施形態のマイクロマシンキャパシタは、図１及び図２に示すように、マイクロマシニング技術、つまり半導体製造工程の技術を利用して形成されたものであり、基板１の上に各部を形成する層を積層することなどにより形成されたものである。基板１上には、絶縁層３が、そして絶縁層３上には、方形の基板側電極板５が形成されている。基板側電極板５の上方の基板側電極板５に対応する位置には、基板側電極板５の形状に対応する方形の可動電極板７が設けられている。可動電極板７は、可動電極板７と一体に同一の層として形成され、板ばね様の作用を有する第１弾性部９によって支持されている。なお、基板側電極板５と可動電極板７との間隔は、基板側電極板５と可動電極板７の大きさつまり面積と合わせて、要求される静電容量に応じて適宜決定されている。
【００２０】
第１弾性部９は、直角に屈曲した帯板状に形成されており、方形の可動電極板７の各辺となる各縁部分の中央から、各々の縁部分に直角に延在した後、直角に屈曲して可動電極板７の縁部分に沿って延在している。このような第１弾性部９が、基板側電極板５と可動電極板７との平行を保つため、方形の可動電極板７の各縁部分、つまり４つの辺の各々に、同じ方向に屈曲した状態で均等に配置されている。４つの第１弾性部９の可動電極板７に連続する側と反対側の固定端部分９ａは、各々、絶縁層３の各第１弾性部９の固定端部分９ａに対応する位置から垂直に柱状に上方に向けて延在して支持部材となるアンカー１１の上端部分に固定されている。このため、基板側電極板５と可動電極板７との間隔は、アンカー１１の長さによって決まる。
【００２１】
第１弾性部９の可動電極板７に連続する状態で連結された側の連結端部分９ｂと絶縁層３との間には、各々、可動電極板７の各縁部分に沿って延在し、板ばね様の作用を有する帯板状の第２弾性部１３が形成されている。第２弾性部１３の両端部分１３ａ、１３ｂは、各々第１弾性部９の固定端部分９ａと同様に、絶縁層３の各第２弾性部１３の両端部分１３ａ、１３ｂに対応する位置から垂直に柱状に上方に向けて延在するアンカー１５に固定されている。したがって、第２弾性部１３は、２本のアンカー１５の上端部間に梁状に張り渡された状態となっている。
【００２２】
そして、第２弾性部１３の中央部分と第１弾性部９の連結端部分９ｂとが空間をおいて重なった状態となっている。第１弾性部９と第２弾性部１３との対向する面間の間隔は、電圧を印加していないときの基板側電極板５と可動電極板７と間隔、つまり初期の間隔をｄ０とした場合、これらの電極板５、７間に電圧を印加して可動電極板７が基板側電極板５の方向に変位するとき、基板側電極板５と可動電極板７の対向する面間の間隔が、これらの電極板５、７間に電圧を印加していないときの間隔の２／３ｄ０以上で第１弾性部９と第２弾性部１３とが当接する距離となっている。
【００２３】
このように、本実施形態では、第１弾性部９、アンカー１１、第２弾性部１３、そしてアンカー１５などが弾性を有して可動電極板７を変位可能に支持する弾性支持機構を構成している。本実施形態に示したような構成では、第２弾性部１３は、可動電極板７が基板側電極板５方向に変位したとき、つまり基板側電極板５と可動電極板７との間隔が縮小したときに第１弾性部９に接触するように、基板１の上側から見たときに、少なくとも一部が重なるように設ける。さらに、第１弾性部９と第２弾性部１３とが当接した後の可動電極板７の変位に対する第１弾性部９と第２弾性部１３とを合わせた見かけの剛性、つまり弾性支持機構が有する剛性は、当接前の第１弾性部９による剛性に比較して大きくなるように構成されなければならない。
【００２４】
本実施形態では、第２弾性部１３は、第１弾性部９よりも大きな剛性を有しており、第１弾性部９のれん結端部分９ｂが第２弾性部１３に当接する。したがって、弾性支持機構が有する剛性は、第１弾性部９の連結端部分９ｂが第２弾性部１３に当接するまでは、第１弾性部９の剛性となり、当接後は、第２弾性部１３の剛性に切り替わる。
【００２５】
基板側電極板５と可動電極板７とには、各々、外部から電圧を印加し、信号をやり取りするための基板側電極板配線１７と可動電極板配線１９とが接続されている。基板側電極板配線１７は、基板側電極板５に直接接続された状態で形成されている。一方、可動電極板配線１９は、１つの第１弾性部９を支持するアンカー１５の下端部分に接続されており、１つのアンカー１５と第１弾性部９を介して可動電極板７に接続された状態となっている。
【００２６】
基板１は、例えばシリコン、ＧａＡｓ、ガラスなどの半導体または絶縁性の材料で形成されている。基板１自体に絶縁性がある場合、絶縁層３は必要ない。また、基板側電極板５、可動電極板７、そして第１弾性部９は、信号伝達の損失を小さくする観点からＡｕ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属導電性材料を用いるのが望ましい。しかし、例えばポリシリコン、またはポリシリコンに金属導電材料を蒸着・メッキした構造などで形成することもできる。第２弾性部１３は、信号を伝達しないため、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物などといった絶縁性の材料で形成することが望ましい。なお、基板側電極板５と可動電極板７がプルインした際に接着した状態となり、離れなくなることを防ぐため、基板側電極板５の表面または、可動電極板７の内面にシリコン窒化膜などの絶縁性の材料からなる膜を設けることもできる。
【００２７】
本実施形態に示すようなマイクロマシンキャパシタは、絶縁層３、基板側電極板５、第２弾性部１３、さらに可動電極板７及び第１弾性部９を順番に基板上にパターニングして形成する。しかし、基板側電極板５と第２弾性部１３との間、そして第２弾性部１３と可動電極板７及び第１弾性部９との間に所定の間隔を形成するため、基板側電極板５と第２弾性部１３の形成の間、そして第２弾性部１３と可動電極板７及び第１弾性部９の形成の間に、それぞれ例えばポリイミド、ＰＳＧなどで犠牲層をパターニングし、全体構造を形成した後に、犠牲層をリリースすることで所定の間隔を形成する。
【００２８】
このような構成のマイクロマシンキャパシタの動作と本発明の特徴部について説明する。基板側電極配線１７と可動電極板配線１９に電圧を印加することで、基板側電極板５と可動電極板７との間に静電引力が発生し、基板側電極板５と可動電極板７との間隔は、図３に示すように、初期の間隔ｄ０よりも小さくなり、２つの電極板５、７間に発生する静電容量が大きくなる。さらに印加電圧を上げて行くき、基板側電極板５と可動電極板７との間隔が小さくなると、図３に示すように、第１弾性部９と第２弾性部１３とが接触し、見かけ上の弾性支持機構の剛性が増加する。これにより、第１弾性部と第２弾性部とが当接後のプルイン電圧を増加させることができる。
【００２９】
ところで、従来のマイクロマシンキャパシタでは、第２弾性部１３がないため、印加電圧を上げていくと、図４に示すように、基板側電極板５と可動電極板７との間隔が２／３ｄ０となった時点でプルインしてしまう。このため、印加電圧がない状態の静電容量をＣ０とすると、静電容量は、最大でも１．５Ｃ０までしか変化させることができない。これに対して、本実施形態のマイクロマシンキャパシタでは、図３に示すように、静電容量は、１．５Ｃ０よりも拡大している。
【００３０】
このように、本実施形態のマイクロマシンキャパシタでは、第１弾性部９と第２弾性部１３とが当接し、見かけ上の弾性支持機構の剛性が増加するため、第１弾性部と第２弾性部とが当接後のプルイン電圧を増加させることができ、基板側電極板５と可動電極板７との間隔を第２弾性部１３がない場合よりも縮めることができ、静電容量を拡大できる。さらに、従来のマイクロマシンキャパシタのように基板側電極板を制御電極と信号電極に分離する必要がないため、静電容量が拡大しても、電極が大型化することはない。したがって、電極板を大型化させずにチューニングレンジを拡大できる。
【００３１】
ここで、第２弾性部１３を設けていても、基板側電極板５と可動電極板７の間隔が２／３ｄ０以下の時に、第１弾性部９と第２弾性部１３とが当接する状態で設けられている場合、図５に示すように、第２弾性部１３の剛性が作用する前に、第１弾性部９の剛性のみが作用している状態でプルインが生じるため、静電容量が不連続に変化してしまう。
【００３２】
これに対して、本実施形態のマイクロマシンキャパシタでは、基板側電極板５と可動電極板７との初期の間隔をｄ０とした場合、基板側電極板５と可動電極板７の間隔が２／３ｄ０以上の時に互いに当接し、第１弾性部９の剛性のみが作用しているときにプルインが生じるのを抑制することができる。したがって、印加電圧の変化に対する静電容量の変化を連続的な変化に近づけることができる。さらに、これにより、全ての印加電圧の範囲において連続的な静電容量のチューニングが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態では、第１弾性部９と第２弾性部１３とを弾性支持機構として設けているが、第２弾性部と絶縁層３との間に、さらに第２弾性部と同様の構造の弾性部を設ける構成にすることもできる。これにより、基板側電極板と可動電極板の間隔の縮小に伴い、段階的に見かけの弾性支持機構の剛性を増加させることができ、さらにプルインする電圧を上げ、チューニングレンジを拡大できる。このとき、第２弾性部と絶縁層３との間に設けた弾性部と第２弾性部との対向する面の間隔を、可動電極板が第１弾性部に当接したときの可動電極板と基板側電極板との間隔の２／３以上で第２弾性部とさらに設けた弾性部とが当接する距離とすれば、静電容量の変化を一層連続的な変化に近づけることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、第１弾性部９の連結端部９ｂが第２弾性部１３に当接して弾性支持機構としての剛性を増加しているが、第１弾性部９の連結端部９ｂ以外の部分が第２弾性部１３に当接する構成とすることもできる。この場合、第１弾性部９の剛性と第２弾性部１３の剛性とを合わせた剛性に弾性支持機構の見かけ上の剛性が増加する。
【００３５】
また、本実施形態では、基板側電極板５と可動電極板７の対向する面間の間隔は、これらの電極板５、７間に電圧を印加していないときの間隔の２／３ｄ０以上で第１弾性部９と第２弾性部１３とが当接する距離としているが、静電容量のチューニング特性に連続性が要求されない場合などは、このような距離に設定しない構成にできる。
【００３６】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる溶接方法の第２の実施形態について図６乃至図８を参照して説明する。図６は、本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの概略構成を示す平面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。図８は、本実施形態の変形例を示す断面図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する特徴部などについて説明する。
【００３７】
本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、弾性支持機構が、弾性部と突起を有する構成となっていることにある。すなわち、本実施形態のマイクロマシンキャパシタは、図６及び図７に示すように、第１の実施形態の第１弾性部と同様の形態で設けられた弾性部９を有しており、この弾性部９の基板１側の面には、長さが異なる柱状の突起２１、２３が、この弾性部９の基板１側の面から垂下された状態で設けられている。突起２１、２３は、弾性部９の屈曲した部分９ｃと固定端部分９ａとの間部分に、この部分の延在方向に沿って間隔をおいて並んで設置されている。長さが長い方の突起２１は、弾性部９の屈曲した部分９ｃと固定端部分９ａとの間部分に中央寄りに設けられており、長さが短い方の突起２３は、弾性部９の屈曲した部分９ｃ寄りに設けられている。
【００３８】
つまり、突起２１、２３は、弾性部９の可動電極板７に近い部分に位置するほど長さが短くなるように間隔をおいて並べて設置されている。弾性部９の可動電極板７から離れた側の部分に位置する長い方の突起２１は、基板側電極板５と可動電極板７との初期の間隔をｄ０としたとき、基板側電極板５と可動電極板７との間隔が２／３ｄ０以上で、突起２１の下端面が絶縁層３に当接する長さとなっている。一方、弾性部９の可動電極板７に近い側の部分に位置する短い方の突起２３は、長い方の突起２１が絶縁層３に当接したときの基板側電極板５と可動電極板７との間隔をｄ１とすると、２／３ｄ１以上の間隔で絶縁層３に当接する長さとなっている。
【００３９】
なお、突起２１、２３は、図８に示すように、可動電極板７の変位に応じて弾性部９の長さが見かけ上短くなり剛性が増加した状態となればよいため、絶縁層３表面の連結部９に対応する部分に突設することもできる。また、突起の数は、１つの弾性部９に対し２本の突起２１、２３を設けているが、突起は、１つの弾性部に対して１本または３本以上にすることもできる。
【００４０】
このように、本実施形態のマイクロマシンキャパシタでも、基板側電極板５と可動電極板７の間隔が小さくなったときに、弾性部９と絶縁層３とが突起２１、２３を介して当接することにより、見かけ上の弾性支持機構の剛性を増加できる。したがって、大型化させずにチューニングレンジを拡大できる。
【００４１】
さらに、突起２１、２３は、弾性部９の可動電極板７に近い部分に位置するほど長さが短い、つまり弾性部９の可動電極板７に近い部分に位置するほど突起の端面と絶縁層３または連結部９との間隔が拡がる配置としたことで、印加電圧の増大に対し突起が長ものから順次当接し、弾性部の長さが順次短くなった状態となるため、剛性を段階的に増加させることができる。したがって、プルインする電圧をより上昇させ、チューニングレンジをより拡大できる。
【００４２】
加えて、長い方の突起２１は、基板側電極板５と可動電極板７との間隔が２／３ｄ０以上のときに絶縁層３または弾性部９と端面が当接する長さとなっているため、プルインが生じる前に、見かけ上の弾性支持機構の剛性を増加することができる。これにより、印加電圧の変化に対する静電容量の変化を連続的な変化に近づけることができ、印加電圧に対し連続的なチューニングが可能となる。
【００４３】
さらに、複数の突起２１、２３が順番に絶縁層３または弾性部９と当接する場合も、短い方の突起２３は、長い方の突起２１が当接したときの基板側電極板５と可動電極板７との間隔に対し、その２／３以上の間隔で当接する長さになっているため、印加電圧の変化に対する静電容量の変化を一層連続的な変化に近づけることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなる溶接方法の第３の実施形態について図９乃至図１１を参照して説明する。図９は、本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの概略構成を示す平面図である。図１０（ａ）は、図９のＸａ−Ｘａ線での断面図、（ｂ）は、図９のＸｂ−Ｘｂ線での断面図である。図１１は、本実施形態の変形例を示す断面図である。なお、本実施形態では、第１及び図２の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１及び図２の実施形態と相違する特徴部などについて説明する。
【００４５】
本実施形態が第１及び第２の実施形態と相違する点は、弾性支持機構が、第１弾性部、第１弾性部とは別個に可動電極板と一体に形成された第３弾性部、そして第３弾性部に対応する突起を有する構成となっていることにある。すなわち、本実施形態のマイクロマシンキャパシタは、図９及び図１０に示すように、第１の実施形態と同様の形態のアンカー１１を介して基板１側に固定支持された第１弾性部９、第１弾性部９とは別個に形成されて一端が可動電極板７と結合し、基板１側に固定支持されていない２本の第３弾性部２５、２７、そして第３弾性部２５、２７の自由端側に各々設けられた突起２９、３１などを有している。
【００４６】
第３弾性部２５、２７は、直線の帯板状に形成されており、方形の可動電極板７の各辺となる各縁部分の、屈曲した第１弾性部が延在していない側に、各々の縁部分に対して直角に延在した状態で形成されている。柱状の突起２９、３１は、各々、第３弾性部２５、２７の可動電極板７に連結された状態となっている連結端部分２５ａ、２７ａと反対側の自由端部分２５ｂ、２７ｂの基板１側の面に突設され、基板１に向けて垂下された状態で設けられている。突起２９、３１の長さは異なり、長い方の突起２９は、可動電極板７の各辺となる縁部分の中央寄り側に設けられた第３弾性部２５の自由端部分２５ｂに、短い方の突起３１は、可動電極板７の各辺となる縁部分の角寄り側に設けられた第３弾性部２７の自由端部分２７ｂに、各々設けられている。
【００４７】
第３弾性部２５に設けられた長い方の突起２９は、基板側電極板５と可動電極板７との初期の間隔をｄ０としたとき、基板側電極板５と可動電極板７との間隔が２／３ｄ０以上で、突起２９の下端面が絶縁層３に当接する長さとなっている。一方、第３弾性部２７に設けられた短い方の突起３１は、長い方の突起２９が絶縁層３に当接したときの基板側電極板５と可動電極板７との間隔をｄ１とすると、２／３ｄ１以上の間隔で絶縁層３に当接する長さとなっている。これにより、可動電極板７が基板側電極板５方向に変位したとき、突起２９、３１が、順次、絶縁層３と当接する。
【００４８】
なお、突起２９、３１は、図１１に示すように、可動電極板７の変位に応じて順次当接して、第３弾性部２５、２７の剛性が弾性支持機構の剛性として加わり、弾性支持機構の剛性が増加した状態となればよいため、突起２９、３１は、各々、絶縁層３表面の第３連結部２５、２７の自由端部分２５ｂ、２７ｂに対応する部分に突設することもできる。また、第３弾性部の数は、可動電極板７の１つの縁部分に対して１個または３個以上にすることもできる。
【００４９】
このように、本実施形態のマイクロマシンキャパシタでも、基板側電極板５と可動電極板７の間隔が小さくなったときに、２本の第３弾性部２５、２７と絶縁層３とが突起２９、３１を介して当接することにより、見かけ上の弾性支持機構の剛性を増加できる。したがって、大型化させずにチューニングレンジを拡大できる。
【００５０】
さらに、一方の突起３１の長さを他方の突起２９の長さより短く、つまり突起他方の突起２９の端面と絶縁層３または連結部９との間隔を、一方の突起３１の端面と絶縁層３または連結部９との間隔よりも縮める構成としたことで、印加電圧の増大に対し突起２９、３１が長い方から順次当接し、見かけ上の弾性支持機構の剛性が、第１弾性部９だけの剛性から、第１弾性部９の剛性と１本の第３弾性部２５の剛性とを合わせた剛性、さらに、第１弾性部９の剛性と２本の第３弾性部２５、２７の剛性とを合わせた剛性に段階的に増加する。したがって、プルインする電圧をより上昇させ、チューニングレンジをより拡大できる。
【００５１】
加えて、第３弾性部２５に設けられた長い方の突起２９は、基板側電極板５と可動電極板７との間隔が２／３ｄ０以上のときに絶縁層３または弾性部９と当接する長さとなっているため、プルインが生じる前に、見かけ上の弾性支持機構の剛性を増加することができる。これにより、印加電圧の変化に対する静電容量の変化を連続的な変化に近づけることができ、印加電圧に対し連続的なチューニングが可能となる。
【００５２】
さらに、複数の突起２９、３１が順番に絶縁層３または弾性部９と当接する場合も、短い方の突起３１は、長い方の突起２９が当接したときの基板側電極板５と可動電極板７との間隔に対し、その２／３以上の間隔で当接する長さになっているため、印加電圧の変化に対する静電容量の変化を一層連続的な変化に近づけることができる。
【００５３】
（第４の実施形態）
以下、本発明を適用してなる溶接方法の第４の実施形態について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの概略構成を示す平面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線での断面図である。なお、本実施形態では、第１乃至図３の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至図３の実施形態と相違する特徴部などについて説明する。
【００５４】
本実施形態は、弾性支持機構が、弾性部と、弾性部に形成された複数の突起とを有する点は、第２の実施形態と同様であるが、弾性部上に引張り応力層を形成し、複数の突起の長さを同じ長さとした点で第２の実施形態と相違する。すなわち、本実施形態のマイクロマシンキャパシタは、図１２及び図１３に示すように、基板１側の面に複数の突起３３、３５が形成された弾性部９の固定端部９ａと屈曲した部分９ｃとの間の部分の突起３３、３５が形成された側の面と反対側の面に帯状に引張り応力層３７が形成されている。
【００５５】
引張り応力層３７は、可動電極板７及び弾性部９の構成材料と異なる材料で形成されるか、または、プロセス条件を変えるなどの方法により、弾性部９に比較して圧縮方向の残留応力が高く残るように形成される。これにより、犠牲層をリリースした後は、図１３に示すように、引張り応力層３７の残留応力により、弾性部９は、弾性部９の可動電極板７側が、基板１側と反対方向、つまり上方に向かって変位し湾曲する。本実施形態では、弾性部９に設けられた突起３３、３５は同じ長さで作成されている。このため、犠牲層を取り去った後は、引張り応力層３７による弾性部９の湾曲によって、突起３３、３５の端面と絶縁層３との間隔は、弾性部９の可動電極板７により近い部分に位置する突起３５の方が大きくなる。
【００５６】
このように、本実施形態のマイクロマシンキャパシタでも、基板側電極板５と可動電極板７の間隔が小さくなったときに、弾性部９の突起３３、３５が絶縁層３と当接することにより、見かけ上の弾性支持機構の剛性を増加できる。したがって、大型化させずにチューニングレンジを拡大できる。
【００５７】
さらに、弾性部９が基板１側と反対側に湾曲し、可動電極板７寄りの部分の方が基板１との間隔が大きくなった状態となっているため、弾性部９の可動電極板７からより離れた部分に位置する突起３３の端面と絶縁層３との間隔が、弾性部９の可動電極板７により近い部分に位置する突起３５の端面と絶縁層３との間隔よりも小さくなっている。これにより、印加電圧の増大に対し突起３３、３５が順次絶縁層３に当接し、見かけ上の弾性支持機構の剛性が段階的に増加する。したがって、プルインする電圧をより上昇させ、チューニングレンジをより拡大できる。
【００５８】
また、本発明は、第１乃至第４の実施形態に示した構成のようなマイクロマシンキャパシタに限らず、様々な構成のマイクロマシンキャパシタに適用することができる。例えば、可動電極板に連結された弾性部の形態や連結位置は、可動電極板を基板側電極板に平行な状態で均等に支持できれば、様々な形態や連結位置に適宜変更できる。また、各部の材料は、各部の役割に応じた特性を有する材料を適宜選択することができる。さらに、各実施形態に示した構成を適宜組み合わせることもできる。
【発明の効果】
本発明によれば、電極板を大型化させずにチューニングレンジを拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの第１の実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの印加電圧に対する静電容量と電極板間隔の変化を示す図である。
【図４】従来のマイクロマシンキャパシタの印加電圧に対する静電容量と電極板間隔の変化を示す図である。
【図５】本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの、第１弾性部と第２弾性部の間隔を調整していない場合の印加電圧に対する静電容量と電極板間隔の変化を示す図である。
【図６】本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの第２の実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。
【図８】第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの第３の実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は、図９のＸａ−Ｘａ線での断面図、（ｂ）は、図９のＸｂ−Ｘｂ線での断面図である。
【図１１】第３の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明を適用してなるマイクロマシンキャパシタの第４の実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線での断面図である。
【符号の説明】
１  基板
３  絶縁層
５  基板側電極
７  可動電極
９  第１弾性部
１１、１５  アンカー
１３  第２弾性部
１７、１９  配線
【図１】
2004181552.tif 000003
【図２】
2004181552.tif 000004
【図３】
2004181552.tif 000005
【図４】
2004181552.tif 000006
【図５】
2004181552.tif 000007
【図６】
2004181552.tif 000008
【図７】
2004181552.tif 000009
【図８】
2004181552.tif 000010
【図９】
2004181552.tif 000011
【図１０】
2004181552.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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