(57)【要約】【課題】振動モードを利用したＭＥＭＳ共振器において、共振のＱ値を高くする。【解決手段】ＭＥＭＳ共振器１０１は、平坦な主表面１ｕを有する基材１と、主表面１ｕに固定されたアンカ部２と、アンカ部２を介することによって、主表面１ｕから離隔するようにして基材１に固定され、アンカ部２から側方に延在する浮き構造体４とを備える。浮き構造体４は、第１方向９１に延在する第１幹部４１と、第１幹部４１の途中から第１方向９１とは垂直な第２方向９２に延在する１以上の枝部４３とを含む。浮き構造体４とアンカ部２とは、浮き構造体４およびアンカ部２のいずれに比べても断面積が小さくなっている接続部３を介して接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な主表面を有する基材と、
前記主表面に固定されたアンカ部と、
前記アンカ部を介することによって、前記主表面から離隔するようにして前記基材に固定され、前記アンカ部から側方に延在する浮き構造体とを備え、
前記浮き構造体は、第１方向に延在する第１幹部と、前記第１幹部の途中から前記第１方向とは垂直な第２方向に延在する１以上の枝部とを含み、
前記浮き構造体と前記アンカ部とは、前記浮き構造体および前記アンカ部のいずれに比べても断面積が小さくなっている接続部を介して接続されている、ＭＥＭＳ共振器。
【請求項２】
前記接続部は、前記浮き構造体のうち前記接続部に隣接する部分よりも平面的に見て幅が小さくなっている、請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項３】
前記接続部は、前記浮き構造体のうち前記接続部に隣接する部分よりも厚みが小さくなっている、請求項１または２に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項４】
前記接続部の断面積は、前記第１幹部の断面積に比べて小さく、前記接続部は、前記第１幹部の振動時に節となる部位に対して垂直に接続しており、前記接続部の振動時の波長をλとしたとき、前記接続部の長さは、λ／２の整数倍にλ／４を加えた長さである、請求項１から３のいずれかに記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項５】
前記浮き構造体は、前記１以上の枝部のうち少なくともいずれかを介して前記第１幹部と平行に支持される第２幹部を備える、請求項１から４のいずれかに記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項６】
前記アンカ部は、前記接続部に向かうにつれて幅が徐々に細くなっている、請求項１から５のいずれかに記載のＭＥＭＳ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が開発されており、フィルタや共振器への応用が検討されている。
【０００３】
なかでもこのようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器は、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のＲＦ無線に好適に使用される。このようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器を利用したＭＥＭＳフィルタの一例が特開２００６−４１９１１号公報（特許文献１）に開示されている。この文献に記載されたＭＥＭＳフィルタ装置は、共振器を備える。この共振器に含まれる振動子は、正方形の板状のものであって、基板表面と平行で、なおかつ基板から離隔するように配置され、基板表面に連結された円柱で支持されている。共振器の各辺に対して所定間隔を隔てて対向するように形成された固定電極に交流電圧を印加することによって、この振動子と固定電極との間に静電気力が発生し、共振器が振動する仕組みとなっている。この場合、振動子の各辺の中心と角とが水平振動する。共振器同士が連結体で連結されている場合は、連結体は縦振動を伝えることとなる。
【０００４】
また、半導体プロセスと親和性が高いシリコンプロセスを用いたＲＦ−ＭＥＭＳフィルタが、橋村  昭範ら、「ねじり振動を用いたＲＦ−ＭＥＭＳフィルタの開発」，信学技報，社団法人電子情報通信学会発行，IEICE Technical Report MW2005-185(2006-3)（非特
許文献１）で提案されている。この文献では、小型化と高Ｑ値化の両立にねじり振動モードを利用した共振器が有効であることが紹介されている。
【０００５】
ここで例に挙げた共振器のように、ＭＥＭＳ技術を用いて作られる装置を「ＭＥＭＳデバイス」と呼ぶ。ＭＥＭＳデバイスを製造するために、シリコン層をパターニングすることで形成した何らかの構造体と、絶縁性の表面を有する基材とを重ね合わせて接合する場合がある。
【０００６】
ねじり振動モードを利用したＭＥＭＳデバイスとしては、基板上に梁状の振動部材を設置したものが考えられる。その場合、この梁状の振動部材に振動を付与するための電極が、基板の表面に設けられるか、または、基板の表面にある程度の高さで設けられた部材の上面に設けられる。振動部材の下面はこのよう電極に対して離隔して対向するように配置される。
【０００７】
このような構造を作製するためには、まず、振動部材の部分はＳｉで独自に形成される
。一方、別途用意されたガラス基板の表面には導電体膜によって所望の電極パターンや引出配線が形成される。このように別々に作製された振動部材とガラス基板とが互いに陽極接合されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４１９１１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】橋村  昭範ら、「ねじり振動を用いたＲＦ−ＭＥＭＳフィルタの開発」，信学技報，社団法人電子情報通信学会発行，IEICE Technical Report MW2005-185(2006-3)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、ＭＥＭＳデバイスの一種であるＭＥＭＳ共振器を作製する場合、梁状の振動部材はアンカ部と呼ばれる部材を介して支持されることとなる。アンカ部は基板の表面に固定された部材である。ＭＥＭＳ共振器としての動作には、振動部材はねじり振動を起こすが、アンカ部はねじり振動をしない。両者が互いに接続されていることによって、ＭＥＭＳ共振器の使用時には、アンカ部を通じて振動エネルギが失われる。このようなエネルギ損失を「アンカロス」ともいう。ＭＥＭＳ共振器においては、アンカロスによって、共振のＱ値が小さくなってしまうという問題があった。なお、「Ｑ値」とは、一般的な技術用語であるが、念のために説明すると、振動の状態を表す無次元数であり、大きいほど振動が安定していることを意味する。アンカロスによるＱ値の低下の問題はＭＥＭＳ共振器にねじり振動をさせる場合に限らず、ＭＥＭＳ共振器の振動モード全体についていえることである。
【００１１】
そこで、本発明は、振動モードを利用したＭＥＭＳ共振器において、共振のＱ値を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に基づくＭＥＭＳ共振器は、平坦な主表面を有する基材と、上記主表面に固定されたアンカ部と、上記アンカ部を介することによって、上記主表面から離隔するようにして上記基材に固定され、上記アンカ部から側方に延在する浮き構造体とを備え、上記浮き構造体は、第１方向に延在する第１幹部と、上記第１幹部の途中から上記第１方向とは垂直な第２方向に延在する１以上の枝部とを含み、上記浮き構造体と上記アンカ部とは、上記浮き構造体および上記アンカ部のいずれに比べても断面積が小さくなっている接続部を介して接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、浮き構造体が振動をすることによって共振器として動作する際に振動エネルギがアンカ部２に伝達されて失われる度合いを減らすことができ、共振のＱ値を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に基づく実施の形態１におけるＭＥＭＳ共振器の平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１におけるＭＥＭＳ共振器の変形例の平面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態２におけるＭＥＭＳ共振器の平面図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態３におけるＭＥＭＳ共振器の部分平面図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態４におけるＭＥＭＳ共振器の部分平面図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態５におけるＭＥＭＳ共振器の第１の例のアンカ部近傍の平面図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態５におけるＭＥＭＳ共振器の第２の例のアンカ部近傍の平面図である。
【図９】本発明に基づくＭＥＭＳ共振器のさらに他の例の平面図である。
【図１０】本発明に基づくＭＥＭＳ共振器のさらに他の例の平面図である。
【図１１】本発明に基づくＭＥＭＳ共振器のさらに他の例の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
（構成）
図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるＭＥＭＳ共振器について説明する。ＭＥＭＳ共振器の平面図を図１に示す。図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図を図２に示す。本実施の形態におけるＭＥＭＳ共振器１０１は、平坦な主表面１ｕを有する基材１と、主表面１ｕに固定されたアンカ部２と、アンカ部２を介することによって、主表面１ｕから離隔するようにして基材１に固定され、アンカ部２から側方に延在する浮き構造体４とを備える。浮き構造体４は、第１方向９１に延在する第１幹部４１と、第１幹部４１の途中から第１方向９１とは垂直な第２方向９２に延在する１以上の枝部４３とを含む。浮き構造体４とアンカ部２とは、浮き構造体４およびアンカ部２のいずれに比べても断面積が小さくなっている接続部３を介して接続されている。
【００１６】
ＭＥＭＳ共振器１０１は、浮き構造体４から離隔しつつ、浮き構造体４の一部の領域に対して主表面１ｕに近い側から対向している対向部５を備えていてもよい。対向部５の上面は第１幹部４１の下面と空隙を介して対向している。
【００１７】
基材１は、基板であってもよい。アンカ部２の一部または全部と浮き構造体４とは同じ材料で一体的に形成されたものであってもよい。
【００１８】
（作用・効果）
本実施の形態では、浮き構造体４とアンカ部２とは、局所的に断面積が小さくなっている接続部３を介して接続されているので、浮き構造体４が振動をすることによって共振器として動作する際に振動エネルギがアンカ部２へ伝達しにくくなる。したがって、本実施の形態では、アンカロスを小さく抑えることができ、共振のＱ値を高くすることができる。
【００１９】
本実施の形態では、図１に既に示されていたように、接続部３は、浮き構造体４のうち接続部３に隣接する部分よりも平面的に見て幅が小さくなっている。このような構成であれば、パターニングの際のマスク形状をそのように設計するだけで作製することができるので、好ましい。
【００２０】
本発明に基づくＭＥＭＳ共振器は、図３に示すＭＥＭＳ共振器１０２のように、接続部３を長くした構成のものであってもよい。接続部３の長さが浮き構造体４の第１方向９１に沿った長さより長くなっていてもよい。
【００２１】
接続部３が長く柔軟である場合、共振のＱ値を上げることができるという点では好ましいが、接続部３における電気抵抗が大きくなるという点ではデメリットもあるので、接続部の設計の際には最適な長さおよび断面積を考慮すべきである。
【００２２】
なお、ここまでの例では、接続部３は、接続部３に隣接する部分よりも平面的に見て幅が狭いものとして説明してきたが、接続部３は局所的に断面積が小さくなっていればよいのであって、幅を狭くする代わりに、厚みを小さくしてもよい。すなわち、接続部３は、浮き構造体４のうち接続部３に隣接する部分よりも厚みが小さくなっている構成であってもよい。その場合、接続部３は局所的に厚みが薄くなった部分といえる。このような構成であっても、上述したのと同様の効果を得ることができる。接続部３は、浮き構造体４のうち接続部３に隣接する部分に比べて、幅と厚みとの両方が小さくなる構成としてもよい。あるいは、接続部３は、浮き構造体４のうち接続部３に隣接する部分に比べて、幅および厚みのうちいずれか一方については大きくなっていても、他方については小さくなっていることによって、断面積としては小さくなる構成であってもよい。
【００２３】
「第１幹部」とは、浮き構造体の主軸となる部分、または、浮き構造体において振動の入力が行なわれる部分をいう。浮き構造体の中で第１幹部が他の部分に比べて最も長いとは限らない。
【００２４】
なお、「接続部」については、本実施の形態では、単純な直線状の梁状の部材である例を示したが、本発明を適用する上では、接続部はこのような単純な直線状のものに限らない。接続部は、折れ曲がった構造や湾曲した構造を有してもよい。さらに、接続部は、梁状の部材が枝分かれする構造や交差する構造を含んでいてもよい。
【００２５】
（実施の形態２）
（構成）
図４を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるＭＥＭＳ共振器について説明する。本実施の形態におけるＭＥＭＳ共振器１０３は、第１幹部４１がアンカ部３に向かって突出した構造を備えている。接続部３は、第１幹部４１の延長上にあり、第１幹部に比べて局所的に幅が細くなった部分である。
【００２６】
（作用・効果）
本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
（実施の形態３）
（構成）
図５を参照して、本発明に基づく実施の形態３におけるＭＥＭＳ共振器について説明する。図５では、本実施の形態におけるＭＥＭＳ共振器１０４の一部のみを表示している。図５〜図８では主表面１ｕは図示していない。
【００２８】
ＭＥＭＳ共振器１０４においては、第１幹部４１に対して接続部３が垂直に接続している。言い換えれば、第１幹部４１から垂直に枝分かれするように接続部３が延在している。図５に示すように、第１幹部４１は一点鎖線で示される中心線を有し、この中心線を軸として振動するものである。振動の際には、第１幹部４１は部位５を節として振動する。本実施の形態で示すように、接続部３の断面積は、第１幹部４１の断面積に比べて小さく、接続部３は、第１幹部４１の振動時に節となる部位５に対して垂直に接続しており、前記接続部の振動時の波長をλとしたとき、接続部３の長さＬは、λ／２の整数倍にλ／４を加えた長さであることが好ましい。
【００２９】
（作用・効果）
本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。特に本実施の形態では、接続部３は第１幹部４１に比べて断面積が小さくなっており、かつ、接続部３の長さＬがｎλ／２＋λ／４（ｎは整数）となっているので、部位５の動きの許容幅が最大になる。その結果、アンカロスが最小になる。
【００３０】
（実施の形態４）
（構成）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態４におけるＭＥＭＳ共振器について説明する。図６では、本実施の形態におけるＭＥＭＳ共振器１０５の一部のみを表示している。ＭＥＭＳ共振器１０５においては、第１幹部４１からまず枝部４３が垂直に延在しており、接続部３が枝部４３の延長上に延在している。接続部３は、第１幹部４１と枝部４３とのいずれに比べても断面積が小さくなっている。
【００３１】
（作用・効果）
本実施の形態においても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
なお、実施の形態１，２において、浮き構造体４は、１以上の枝部４３のうち少なくともいずれかを介して第１幹部４１と平行に支持される第２幹部４２を備えることが好ましい。図１、図３、図４に示したＭＥＭＳ共振器１０１，１０２，１０３は、この条件を満たした構成となっている。この構成を採用することにより、第１幹部の他に第２幹部においても振動をさせることができるので、優れた共振器とすることができる。
【００３３】
（実施の形態５）
（構成）
図７を参照して、本発明に基づく実施の形態５におけるＭＥＭＳ共振器について説明する。図７では、本実施の形態におけるＭＥＭＳ共振器のアンカ部近傍のみを表示している。アンカ部は、接続部３に向かうにつれて幅が徐々に細くなっていることが好ましい。図７に示した例では、アンカ部２ｉの一部は接続部３に向かうにつれてテーパ状に幅が細くなっているが、図８に示すようにアンカ部２ｊの一部が接続部３に向かうにつれて曲線状に幅が細くなっていく構成であってもよい。
【００３４】
（作用・効果）
アンカ部と接続部との継ぎ目近傍の形状を、本実施の形態で示したようにすれば、アンカロスをより小さくすることができる。
【００３５】
なお、本発明に基づくＭＥＭＳ共振器の全体の構成としては、図９、図１０、図１１に示すようなものであってもよい。
【００３６】
図９に示すＭＥＭＳ共振器１０６の場合、浮き構造体４ｉがＨ形となっている。第１幹部４１からは複数本の枝部４３が垂直に延在しており、枝部４３が第１幹部４１より長くなっている。
【００３７】
図１０に示すＭＥＭＳ共振器１０７の場合、浮き構造体４ｊは片側の１ヶ所のみで支持されている。このように片持ち構造の共振器も考えられ、この場合も本発明が適用可能である。
【００３８】
図１１に示すＭＥＭＳ共振器１０８の場合、浮き構造体４ｋはマトリックス状となっている。浮き構造体４ｋは複数の幹部と複数の枝部とが組み合わさることによって網目状となっている。このような構造においても本発明が適用可能である。
【００３９】
なお、振動がねじり振動である場合に限らず、ねじり振動以外の振動をさせるＭＥＭＳ共振器であっても本発明は適用可能である。
【００４０】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４１】
１  基材、１ｕ  主表面、２，２ｉ，２ｊ  アンカ部、３  接続部、４，４ｉ，４ｊ，４ｋ  浮き構造体、５  （振動の節となる）部位、４１  第１幹部、４２  第２幹部、４３  枝部、９１  第１方向、９２  第２方向、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８  ＭＥＭＳ共振器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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