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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024039416
(43)【公開日】2024-03-22
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳデバイス
(51)【国際特許分類】
G01P 15/08 20060101AFI20240314BHJP
G01P 15/125 20060101ALI20240314BHJP
【ＦＩ】
G01P15/08 102D
G01P15/125 Z
G01P15/08 101A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022143952
(22)【出願日】2022-09-09
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100184343
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 茂雄
(74)【代理人】
【識別番号】100112911
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 晴夫
(72)【発明者】
【氏名】西ノ原 大介
(72)【発明者】
【氏名】橋本 秀明
(72)【発明者】
【氏名】藤田 有真
(57)【要約】
【課題】バンプストップを大型化することなく耐衝撃性を向上させたバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスを提供する。
【解決手段】可動部を備えたＭＥＭＳデバイスは、基板と、基板に設けられた凹部と、凹部内に中空で支持された可動部と、凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップとを含み、バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部とを含む。また、ＭＥＭＳデバイスは、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】可動部を備えたＭＥＭＳデバイスは、基板と、基板に設けられた凹部と、凹部内に中空で支持された可動部と、凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップとを含み、バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部とを含む。また、ＭＥＭＳデバイスは、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含むＭＥＭＳデバイス。
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含むＭＥＭＳデバイス。
【請求項2】
突起部は、可動部の可動方向に延在する請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項3】
衝撃吸収部は、第１端が基板に固定され、第２端が突起部に固定された片持ち梁である請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項4】
衝撃吸収部は、基板に固定された格子状の梁である請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項5】
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含み、
可動部と第１バンプストップとの間隔Ｗ１は、可動部と第２バンプストップとの間隔Ｗ２より小さいＭＥＭＳデバイス。
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含み、
可動部と第１バンプストップとの間隔Ｗ１は、可動部と第２バンプストップとの間隔Ｗ２より小さいＭＥＭＳデバイス。
【請求項6】
第１バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含む請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項7】
第２バンプストップは、基板に固定され、可動部の可動方向に延在する突起部を含む請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はＭＥＭデバイスに関し、特にバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
ＭＥＭＳ構造を用いた加速度センサでは、基板に設けた固定電極とプルーフマスに設けた可動電極とが対向配置された容量素子からなる検出部を形成する。加速度が加わった場合に、固定電極に対して可動電極が相対的に移動し、このときの容量素子の容量変化を測定することで加速度を検出する。加速度センサに加速度が加わり、可動電極が固定電極に接近し過ぎた場合、静電力により可動電極が固定電極に張り付く場合があるために、基板からプルーフマスに向けて突起状のバンプストップを設けて、可動電極と固定電極が一定距離以上に接近しないようにして張り付きを防止していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２００９－５００６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、例えば大きな加速度が加わった場合などは、プルーフマスからバンプストップに対して短時間に大きな力（衝撃力）が加わるため、バンプストップが折れてストッパとしての役目が果たせなくなったり、折れたバンプストップが電極部等に引っかかり故障原因になる等の問題があった。
【0005】
これに対して、バンプストップの断面積を大きくすることによりバンプストップの強度は向上するが、相対的にバンプストップ以外の配置面積が小さくなるという問題があった。また製造工程で基板をエッチングして凹部を形成する場合にエッチャントの回り込みが不十分となり、可動電極やプルーフマスを基板から十分に分離できないという問題もあった。
【0006】
そこで、本発明は、大型化することなく耐衝撃性を向上させたバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一つの形態は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含むＭＥＭＳデバイスである。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含むＭＥＭＳデバイスである。
【0008】
本発明の他の形態は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含み、
可動部と第１バンプストップとの間隔Ｗ１は、可動部と第２バンプストップとの間隔Ｗ２より小さいＭＥＭＳデバイスである。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含み、
可動部と第１バンプストップとの間隔Ｗ１は、可動部と第２バンプストップとの間隔Ｗ２より小さいＭＥＭＳデバイスである。
【発明の効果】
【0009】
本発明にかかるＭＥＭＳデバイスでは、構成を大きくすることなく、耐衝撃性を向上させたバンプストップを備えたＭＥＭＳデバイスの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図である。
【図4】本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図である。
【図6】本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
＜実施の形態１＞
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、ここではＭＥＭＳセンサの一例として加速度センサを示す。
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、ここではＭＥＭＳセンサの一例として加速度センサを示す。
【0012】
ＭＥＭＳセンサ１００は、例えばシリコンからなる基板１０と、基板１０の内部に設けられた凹部２０を含む。凹部２０内には、可動状態で中空に支持されたプルーフマス３０と、これに接続された可動電極４２、４６とを備える。
【0013】
一方、凹部２０内には、基板１０に固定状態で支持される固定電極４４を備える。固定電極４４を挟んで平行に対向配置される２つの可動電極４２、４６は、１組の容量素子４０を構成する。
【0014】
基板１０の上には、可動電極４２、４６および固定電極４４のそれぞれに接続された配線層（図示せず）を備える。
【0015】
ＭＥＭＳセンサ１００では、Ｘ軸方向に加速度が加わった場合、プルーフマス３０に接続された可動電極４２、４６が、基板１０に固定された固定電極４４に対して相対的に移動する。そしてそれぞれの可動電極４２、４６と固定電極４４との間の距離の変化に基づく容量変化を検出することにより、加速度が検出される。
【0016】
【0017】
図２、３に示すように、基板１０には、プルーフマス３０のＸ軸方向の移動を制限するためにバンプストップ５０が設けられている。図１に示すように、バンプストップ５０はプルーフマス３０の両側に設けられる（以下の実施の形態２、３においても同じ）。バンプストップ５０は、基板１０に設けられた凹部２０の上に、基板１０からＹ軸方向に片持ち梁状に延びた衝撃吸収部５１と、衝撃吸収部５１の端部に接続され、Ｘ軸方向に延びた突起部５４とを有する。バンプストップ５０は、基板１０をエッチングして形成され、図３に示すように、基板１０に一端が固定され、中空に保持されている。バンプストップ５０は、基板１０と同様に例えばシリコンから形成される。
【0018】
また、バンプストップ５０とプルーフマス３０とは、配線層１２により接続されて、同一の電位に保たれるのが好ましい。両者の間に斥力が働き、張り付きを防止できるからである。図３では、絶縁膜１４の上に設けられた配線層１２が、ビア１６を介して絶縁膜１４の下にある、シリコンからなる突起部５４に接続されている。
【0019】
ＭＥＭＳセンサ１００では、バンプストップ５０がプルーフマス３０と接触することにより、プルーフマス３０の可動範囲を制限する。これにより、プルーフマス３０に接続された可動電極４２、４６と、固定電極４４とが一定の距離以上に接近しないようにして、可動電極４２、４６と固定電極４４との接触や張り付きを防止できる。
【0020】
さらに、ＭＥＭＳセンサ１００に大きな加速度が印加された場合のように、短時間（例えば１０μｓｅｃ）に大きな力（衝撃力）がＸ軸方向に加わった場合、プルーフマス３０がバンプストップ５０に接触した後に、衝撃吸収部５２がＸ軸方向に撓むことにより衝撃の少なくとも一部を吸収する。これにより、突起部５４に加わる力が低減され、突起部５４の破損や折れを防止できる。
【0021】
このように、本発明の実施の形態１にかかるＭＥＭＳセンサ１００では、バンプストップ５０を衝撃吸収部５２と突起部５４とで構成することにより、バンプストップ５０の耐衝撃性が向上する。
【0022】
ＭＥＭＳセンサ１００（ＭＥＭＳセンサ３００においても同様）では、衝撃吸収部５１を基板１０からＹ軸方向に片持ち梁状に延びた構造としたが、衝撃力を受けた場合にＸ軸方向に撓む構造であれば、凹部２０の上を引き回された梁のような構造等であっても構わない。
【0023】
＜実施の形態２＞
図４は、全体が２００で表される、本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、図５は、図４に破線Ｂで示す、ＭＥＭＳセンサ２００のバンプストップ近傍の拡大平面図である。図４、５中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
図４は、全体が２００で表される、本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、図５は、図４に破線Ｂで示す、ＭＥＭＳセンサ２００のバンプストップ近傍の拡大平面図である。図４、５中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【0024】
図５に示すように、ＭＥＭＳセンサ２００のバンプストップ６０は、基板１０に設けられた凹部２０内に、基板１０からＹ軸方向に張り出した格子状の梁（メッシュ構造）からなる衝撃吸収部６２と、衝撃吸収部６２に接続され、Ｘ軸方向に延びた突起部６４とを有する。上述のバンプストップ５０と同様に、バンプストップ６０は基板１０をエッチングして形成され、基板１０と同様に例えばシリコンから形成される。バンプストップ６０とプルーフマス３０とは配線層１２により同一電位に保たれるのが好ましい。
【0025】
本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサ２００では、ＭＥＭＳセンサ２００に対して衝撃力がＸ軸方向に加わった場合、プルーフマス３０がバンプストップ６０に接触した後に、メッシュ構造の衝撃吸収部６２が撓むことにより衝撃を部分的に吸収する。これにより、突起部６４に加わる衝撃が低減され、突起部６４の破損や折れを防止できる。
【0026】
即ち、図５に示すように、衝撃吸収部６２は、基板１０からＹ軸方向に延びた３本の片持ち梁と、これらの片持ち梁をＸ軸方向に相互に接続する１本の梁からなる格子状の梁となっている。突起部６４に対してＸ軸方向に衝撃力が加わった場合、格子が歪んで弾性変形することで衝撃を緩和し、突起部６４に加わる力を低減する。
【0027】
このように、本発明の実施の形態２にかかるＭＥＭＳセンサ２００では、バンプストップ６０を衝撃吸収部６２と突起部６４とで構成することにより、バンプストップ６０の耐衝撃性が向上する。
【0028】
なお、図５では、衝撃吸収部６２は、Ｙ軸方向に延びた３本の片持ち梁と、これらをＸ軸方向に相互に接続する１本の梁からなるメッシュ構造としたが、Ｘ軸方向に力を受けた場合に弾性変形する格子構造であれば、梁の数はこれらに限定されるものではない。
【0029】
＜実施の形態３＞
図６は、全体が３００で表される、本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、図７は、図６に破線Ｃで示す、ＭＥＭＳセンサ３００のバンプストップ近傍の拡大平面図である。図６、７中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
図６は、全体が３００で表される、本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳセンサのレイアウト図であり、図７は、図６に破線Ｃで示す、ＭＥＭＳセンサ３００のバンプストップ近傍の拡大平面図である。図６、７中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【0030】
図７に示すように、ＭＥＭＳセンサ３００では、衝撃吸収部７２と突起部７４からなる第１バンプストップ７０と、基板１０に固定された第２バンプストップ８０とを有する。第１バンプストップ７０の突起部７４と第２バンプストップ８０は、Ｘ軸方向に平行に配置される。
【0031】
第２バンプストップ８０の突起部７４とプルーフマス３０との間の距離Ｗ１は、第２バンプストップ８０とプルーフマス３０との間の距離Ｗ２より小さくなっている（Ｗ１＜Ｗ２）。このため、プルーフマス３０に、Ｘ軸方向に衝撃力が加わった場合、プルーフマス３０はまず第１バンプストップ７０の突起部７４に接触する。第１バンプストップ７０は、格子構造の梁からなる衝撃吸収部７２を有するため、衝撃吸収部７２が歪んで弾性変形することで衝撃を緩和する。
【0032】
さらにプルーフマス３０がＸ軸方向に移動することで、第２バンプストップ８０に接触するが、突起部７４に加わる衝撃力は衝撃吸収部７２で緩和されているため、第２バンプストップ８０は破損することなく、プルーフマス３０の可動範囲を制限できる。
【0033】
このように、本発明の実施の形態３にかかるＭＥＭＳセンサ３００では、衝撃吸収部７２を有する第１バンプストップ７０と、第２バンプストップ８０を組み合わせることで、第２バンプストップ８０の耐衝撃性が向上する。
【0034】
特に、ＭＥＭＳセンサ３００では、第２バンプストップ８０は基板１０に固定されているため、プルーフマス３０の可動範囲をより正確に制限できる。
【0035】
【0036】
本発明の実施の形態１～３では、加速度センサを例に説明したが、例えばプリンタヘッド、デジタルミラーデバイス、圧力センサ等のバンプストップを有する他のＭＥＭＳデバイスにおいても広く適用することができる。
【0037】
＜付記＞
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップを衝撃吸収部と突起部で構成することにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限するバンプストップと、を含み、
バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含むＭＥＭＳデバイスである。
バンプストップを衝撃吸収部と突起部で構成することにより、バンプストップの耐衝撃性が向上する。
【0038】
本開示では、突起部は、可動部の可動方向に延在する。
かかる構成により、可動部の可動範囲を制限できる。
かかる構成により、可動部の可動範囲を制限できる。
【0039】
本開示では、衝撃吸収部は、第１端が基板に固定され、第２端が突起部に固定された片持ち梁である。
衝撃吸収部を片持ち梁構造とすることで、片持ち梁が変形して、突起部に加わった衝撃力を吸収できる。
衝撃吸収部を片持ち梁構造とすることで、片持ち梁が変形して、突起部に加わった衝撃力を吸収できる。
【0040】
本開示では、衝撃吸収部は、基板に固定された格子状の梁である。
衝撃吸収部を格子状の梁構造とすることで、格子状の梁が変形して、突起部に加わった衝撃力を吸収できる。
衝撃吸収部を格子状の梁構造とすることで、格子状の梁が変形して、突起部に加わった衝撃力を吸収できる。
【0041】
本開示は、
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含み、
可動部と第１バンプストップとの間隔Ｗ１は、可動部と第２バンプストップとの間隔Ｗ２より小さいＭＥＭＳデバイスである。
かかる構成とすることで、第１バンプストップが衝撃力を吸収し、第２バンプストップで可動部の可動範囲を正確に制限できる。
可動部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
基板と、
基板に設けられた凹部と、
凹部内に中空で支持された可動部と、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触して弾性変形することで可動部から加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する第１バンプストップと、
凹部内に中空で支持され、可動部と接触することで可動部の動きを制限する第２バンプストップと、を含み、
可動部と第１バンプストップとの間隔Ｗ１は、可動部と第２バンプストップとの間隔Ｗ２より小さいＭＥＭＳデバイスである。
かかる構成とすることで、第１バンプストップが衝撃力を吸収し、第２バンプストップで可動部の可動範囲を正確に制限できる。
【0042】
本開示では、第１バンプストップは、可動部に接触する突起部と、突起部と基板との間に設けられ、弾性変形することで突起部に加わった衝撃力の少なくとも一部を吸収する衝撃吸収部と、を含む。
かかる構成により、第１バンプストップが可動部からの衝撃力の少なくとも一部を吸収し、第２バンプストップが受ける衝撃力を低減できる。
かかる構成により、第１バンプストップが可動部からの衝撃力の少なくとも一部を吸収し、第２バンプストップが受ける衝撃力を低減できる。
【0043】
本開示では、第２バンプストップは、基板に固定され、可動部の可動方向に延在する突起部を含む。
かかる構成により、第２バンプストップで可動部の可動範囲を正確に制限できる。
かかる構成により、第２バンプストップで可動部の可動範囲を正確に制限できる。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明は、加速度センサや圧力センサ等のＭＥＭＳセンサ、プリンタヘッド、デジタルミラーデバイス等のＭＥＭＳデバイスに適用できる
【符号の説明】
【0045】
１０ 基板
２０ 凹部
３０ プルーフマス
４０ 容量素子
４２、４６ 可動電極
４４ 固定電極
５０、６０、７０ バンプストップ
１００、２００、３００ ＭＥＭＳセンサ
２０ 凹部
３０ プルーフマス
４０ 容量素子
４２、４６ 可動電極
４４ 固定電極
５０、６０、７０ バンプストップ
１００、２００、３００ ＭＥＭＳセンサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】