压电驱动型mems装置及便携终端的制作方法

专利名称：压电驱动型mems装置及便携终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有压电驱动机构的压电驱动型MEMS装置及具有该 MEMS装置的便携终端。
背景技术：
作为可变电容元件， 一直以来釆用利用P/N结的耗尽层的厚度变化的 变容二极管。但现状是，变容二极管由于容量变化幅度只达到5倍左右， 而且表示损失小的Q值小，约20-30左右，故用途有限。
另一方面，最近引人注意的是用MEMS (微机电系统)技术制作的可 变电容。亦即，在皿上架空支持的梁上制作可变电容的可动电极(作用 部)，在M上制作与此相对的可变电容固定电极，用静电力、热应力、 电磁力、压电力等驱动梁，改变作用部和固定电极之间的距离，以此构成 可变电容。
其中，特别是作为可动梁的驱动力，采用压电逆作用，作用部和固定 电极的间隔可以连续地发生巨大的变化，故可以取得大的容量变化率，此 夕卜，由于使用空气或者气体作为介质，有可以取得非常大的Q值等的优点。
此外，原封不动地使用该可变电容结构，通过使作用部和固定电极相 隔极薄介质膜而接触，也可以在高频(RF)领域起电容型开关的作用。 用这样的MEMS技术制作的开关，与半导体开关比较，由于同时具有接 通电阻低、截止时的高绝缘分离特性，非常引人注意。
但是，使用压电驱动机构的MEMS可变电容，架空支持，具有包含 夹着上下电极的压电层的长薄梁构造，或宽阔的电极构造。因此，构造梁 或作用部的材料有无少量残留应力，上下弯曲的问题严重。为了应对该问
题，本发明人等提出具有折叠构造的压电驱动型MEMS装置(例如，参 照专利文献1及非专利文献1 )。在具有这种折叠结构的压电驱动型MEMS 装置中，具备 一端固定在基板上，另一端变为连接端，具有夹在一对电 极膜之间的压电膜的第1梁； 一端作为连接端，从该连接端向与第l梁相 反方向延伸，另一端变为作用部，具有与笫1梁基本上同一结构及尺寸的 第2梁；以及与上述作用部相对设置在基板上的固定电极。就是说，通过 平行地设置构造和形状相同的2根梁而连接端部彼此的折叠结构，即使在 由于成膜时残留的变形使梁弯曲的情况下，由于2根梁同样地弯曲，有可 能祐:抵消了。因此，压电驱动型MEMS装置的作用端和固定在^上的 固定端的距离大体保持一定，故可期待能够产生稳定的动作。 专利文献1:日本特开2006-87231号>5^净艮
非专利文献l: Kawakubo et al， "RF國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况下， 连接到作用端端部的作用部照旧呈抛物面状弯曲，以此使与平面状的固定 电极接触时，接触面积小，即使压合在固定电极上，由于呈抛物面状，不 易变形，所以产生最大电容值小的问题。这是妨碍MEMS可变电容工程 应用的最大问题之一。

发明内容
本发明是考虑到上迷情况而进行的，其目的是提供可以尽量使作用部 和固定电极的接触面积增大的压电驱动型MEMS装置及具有该压电驱动 型MEMS装置的便携终端。
按照本发明的第1形态的压电驱动型MEMS装置，其特征在于，具 备基板；支持部，其设置在上述基板上；固定电极，其设置在上述M 上；以及执行器，其具有第1电极、在上述第1电极上形成的压电膜和在
上述压电膜上形成的第2电极，配置为一端经过上述支持部固定在上迷基 板上，另一端与上述固定电极相对并变为作用部；其中，上述作用部，被 贯穿上述第1电极、上述压电膜和上述第2电极的多个缝隙分割为多个电 极部，各电极部的至少一部分与相邻的电极部的一部分连接，各电极部可 以个别地产生弯曲变形。
此外，按照本发明的第2形态的压电驱动型MEMS装置，其特征在 于，具备基板；第1支持部，其设置在上述基板上；笫2支持部，其设 置在上述基板上；执行器，其具有第1电极、在上述第1电极上形成的压 电膜和在上述压电膜上形成的第2电极， 一端经过上述第1支持部固定在 上述基板上，另一端经过上述第2支持部固定在上述基板上，中央部变为 作用部；以及固定电极，其以与上述作用部的上述第1电极相对的方式设 置在上述基板上；其中，上述作用部，被贯穿上迷第1电极、上述压电膜 和上述第2电极的多个缝隙分割为多个电极部，各电极部的至少一部分与 相邻的电极部的一部分连接，各电极部可以个别地产生弯曲变形。
此外，按照本发明的第3形态的便携终端，其特征在于，具备第l至 第2的形态中任何一个记载的压电驱动型MEMS装置，作为可变电容或 RF开关。
按照本发明，可以尽量地增大作用部和固定电极的接触面积。


图1:第1实施例的压电驱动型MEMS装置的平面图2:沿着图1所示的剖面线A-A剖开的第1实施例的剖面图3:说明第1实施例的MEMS装置的动作的剖面图4:表示笫1实施例的MEMS装置的驱动电压和容量关系的特性图5:表示第1实施例的MEMS装置的作用部的平面图6:对比例涉及的压电驱动型MEMS装置的平面图7:沿着图6所示的剖面线A-A剖开的对比例的剖面图8:说明对比例的动作的剖面图9:表示对比例的驱动电压和容量的关系的特性图10:表示第1实施例的MEMS装置的制造方法的剖面图11:表示第2实施例的MEMS装置的作用部的平面图12:说明第2实施例的动作的剖面图13:表示第3实施例的MEMS装置的作用部的平面图14:说明第3实施例的动作的剖面图15:表示第4实施例的MEMS装置的作用部的平面图16:说明第4实施例的动作的剖面图17:表示第4实施例的第1变形例MEMS装置的作用部的平面图18:表示第1变形例的驱动电压和容量的关系的特性图19:表示第4实施例的第2变形例MEMS装置的作用部的平面图20:表示第5实施例的MEMS装置的作用部的平面图21:表示第6实施例的MEMS装置的作用部的平面图22:表示第7实施例的MEMS装置的作用部的平面图23:第8实施例的MEMS装置的平面图；以及
图24 :表示第9实施例涉及的可调天线的示意图。
符号说明
1:基板；2:锚固部；3:可动梁；4:下部电极；5:压电膜；6:兼 作支持膜的上部电极；10:作用部；10a:电极部；10b:电极部；10c:电 极部；11:固定电极；12:介质膜；13:缝隙；21:牺牲层。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。 第1实施例
按照本发明第1实施例的压电驱动型MEMS装置如图1及图2所示。 图1是本实施例的压电驱动型MEMS装置的平面图，图2是沿着图1所 示的剖面线A-A剖开的剖面图。
本实施例的压电驱动型MEMS装置，是可变电容，具有设置在基
板1上的锚固部(支持部)2; —端固定在该锚固部2上的可动梁(以下亦 称为执行器(actuator)) 3;设置在M 1上与该可动梁3的另一端相对 的固定电极ll;和以覆盖固定电极ll的表面的方式设置的介质膜12。可 动梁3具有下部电极4、压电膜5、兼作支持膜的上部电极6的叠层结构。 与固定在可动梁3的锚固部2上的固定端相反一侧的端部变为与固定电极 11相对的作用部(可动电极)10。该作用部10，设置3条缝隙13，由半 圆形缝隙和直线形缝隙组合，从上部电极6贯穿到下部电极4。于是，该 缝隙13把作用部10分割成4个电极部10a-10d。各电极部10a-10d的端部 分别经过可动梁3的作用端以外的部分连接，故可以看成是通过可动梁3 的作用端以外的部分支持的悬臂梁，便可能"个别地产生弯曲变形"。以下 在本说明书中，所谓"个别地产生弯曲变形"表示，各电极部即使在其它 电极部^C约束而无法变形的情况下，也可以弯曲变形，意味着使经过介质
在这样构造的本实施例的压电驱动型MEMS装置中，在下部电极4 和上部电极6之间不施加压电驱动电压时，亦即作用部IO保持在空中时， 作用部10的可动梁3在与延伸方向正交的方向上的剖面，如图3的虛线所 示，向基板侧凸出，作为整体产生抛物线状弯曲。这是由于与可动梁3的 作用部IO相反一侧的端部固定在锚固部上，下部电极4的下表面变为约束 面，与此相对，上部电极6的上表面变为自由面，所以由于梁的残留应力， 产生在基板侧凸出的弯曲。此时的作用部10和固定电极11之间产生的容 量假定为Co。此外，若在下部电极4和上部电极6之间施加压电驱动电压， 则压电膜5伸缩，可动梁3在上下方向上弯曲。因此，作用部10和固定电 极ll之间产生的容量如图4所示，从Q增加。此外，若压电驱动电压变 为Vp则作用部10的中央的电极部10a经过介质膜12与固定电极11接 触。此时作用部10和固定电极11之间产生的容量，如图4所示，变为d。 处于该状态下，若进一步把压电驱动电压上升到V2，则作用部10的电极 部10b也经过介质膜12与固定电极11接触。此时作用部10和固定电极11 之间产生的容量，如图4所示，变为C2。处于该状态下，若进一步把压电
驱动电压上升到V3，则作用部10的电极部10c也经过介质膜12与固定电 极11接触。此时作用部10和固定电极11之间产生的容量，如图4所示， 变为C3。在该状态下，若进一步把压电驱动电压上升到V4，则作用部10 的电极部10d也经过介质膜12与固定电极11接触。此时作用部10的可动 梁3在与延伸方向正交的方向上的剖面，如图3的实线所示，作用部10 和固定电极ll之间产生的容量，如图4所示，变为Ct。此时作用部10的 各电极部，从固定电极11接受的压力，中央的电极部10a最大，电极部10b、 电极部10c、电极部10d依次减小。该状态示于图5。在图5中，以与所接 受的压力的大小成比例地变浓的方式，显示出级别。另外，图3表示沿着 图5所示的剖面线B-B剖开的剖面图。 对比例
接着，用作本实施例的对比例的压电驱动型MEMS装置如图6及图7 所示。图6是该对比例的压电驱动型MEMS装置的平面图，图7是沿着 图6所示的剖面线A-A剖开的剖面图。
该对比例的MEMS装置，是在第1实施例中，把作用部IO置换为不 设置缝隙13的构造的作用部50而构成的。在该对比例的MEMS装置中， 在下部电极4和上部电极6之间不施加压电驱动电压时，和第1实施例一 样，如图8的虚线所示，作用部50产生向上的弯曲。作用部50由于可动 梁40经过介质膜12压合在固定电极11上的情况，和笫l实施例不同，在 作用部50中，是所谓抛物面状弯曲的壳体构造，所以几乎不产生变形，如 图8的实线所示，只有作用部50的中心附近接触固定电极11。因此，作 用部50的上下电极之间所施加的压电驱动电压与作用部50和固定电极11 之间的容量的关系如图9所示。
因此，在对比例中，具有lO(Him厚的作用部和固定电极，即4吏在介质 膜12使用厚度20nm、相对介电常数为10的A1N膜的情况下，最大也只 能得到185fF的容量。
与此相对，在第1实施例中，在作用部10被可动梁3经过介质膜12 压合在固定电极11的情况下，首先位于中心的电极部10a经过介质膜12
接触固定电极ll而产生变形，接着电极部10b、 10c、 10d经过介质膜12而 接触，所以与对比例相比，作用部经过介质膜12接触固定电极11的整体 面积大得多。在以与对比例整体同一尺寸的方式制作的第1实施例的压电 驱动型MEMS装置中，最大可以得到320fF的容量。
如上所述，在本实施例中，通过沿可动梁3的延伸方向延伸的多组直 线形缝隙和连接到各组直线形缝隙的半圆形缝隙组合而成的缝隙13，作用 部10被分割成电极部10a， 10b， 10c， 10d，该电极部10a， 10b, 10c， 10d 的每个即使在其它电极部受约束而无法变形的情况下也能够变形。因此，
可动梁3即使由于残留应力而弯曲，加大施加在上下电极4， 6之间的电压， 电极部10a, 10b， 10c， 10d全都可经过介质膜12接触相对电极。就是说， 在本实施例中，由于电极部能够分别"个别地产生弯曲变形"，作用部和固 定电极经过介质膜12的接触面积能够尽量地加大，故可尽量加大电容值。 制造方法
接着，参照图10(a)至图lO(d)说明本实施例的压电驱动型MEMS 装置的制造方法。
首先，如图10 (a)所示，在绝缘性基板1的表面上形成锚固部2和 覆盖有介质膜12的固定电极ll。锚固部2或介质膜12,作为材料采用氮 化硅膜或氧化硅膜等绝缘膜是合适的，可以使用光刻和反应性离子蚀刻 (RIE)等众所周知的方法形成。
接着，如图10(b)所示，在基板1上形成牺牲层21使之覆盖锚固部 2及固定电极U，用众所周知的CMP技^9f磨牺牲层21的表面直到使锚 固部露出进行平坦化。作为牺牲层21，对其它膜材料能够选择蚀刻，可以 使用无机材料、金属材料、有机材料，但是在本实施例中，使用多晶硅。
接着，如图10(c)所示，在锚固部2及牺牲层21上依次形成可动梁 的下部电极4、压电膜5、上部电极6。作为下部电极4，使用厚度200nm 的A1，作为压电膜5使用c轴取向的膜厚500nm的A1N，作为上部电极6 使用膜厚600nm的Al。 A1及A1N，用溅射法制作，用光刻及蚀刻进行构 图。
接着，如图10(d)所示，对可动梁的一部分用光刻及RIE—起进行 构图，形成电极部分割用的缝隙13。其后，用XeF2作为蚀刻气体进行选 择性蚀刻，除去牺牲层21，制成可动梁3。
这样，便可制作具有分割为电极部的作用部的压电驱动型MEMS装置。
第2实施例
接着，按照本发明的第2实施例的压电驱动型MEMS装置的平面图 示于图11 。本实施例的压电驱动型MEMS装置，是改变第1实施例中作 用部10的缝隙13的形状而构造的。缝隙13形成为大致从作用部10的中 心，呈放射线状延伸，通过这些缝隙13把作用部10分割成8个三角形的 电极部10a。各电极部10a的外周部分分别与相邻的电极部的外周部分连接。 由此，各电极部10a，可以看成是由各自的外周部分支持的悬臂梁，可以"个 别地产生弯曲变形"。
在本实施例中，如图12所示，作用部IO保持在空中的情况下(以虚 线表示)，作为整体产生抛物线状弯曲。与此相对，作用部10被可动梁3 压合在固定电极ll的情况下，各自的电极部10a经过介质膜12与固定电 极接触产生变形，在宽阔的面积上接触。因此，如图12实线所示，作用部 整体可以以大得多的面积经过介质膜12与固定电极11接触。另外，图12 是沿着剖面线A-A剖开的剖面图。此外，在图ll中，作用部10接触固定 电极ll时，从固定电极ll接受的压力，以与所接受的压力的大小成比例 地变浓的方式，显示出级别。
本实施例与在第1实施例说明的对比例，除缝隙13之外整体设置为同 一尺寸的情况下，最大可以得到285fF的容量。顺便指出，对比例最大得 到了 185fF的容量。
如上所述，按照本实施例，形成缝隙13,使之从作用部IO的大致中 心呈放射线状延伸，因而，作用部10被分割成多个三角形的电极部10a， 各电极部10a，可以"个别地产生弯曲变形"，所以作用部和固定电极经过 介质膜12的接触面积得以尽量增大，所以电容值能够尽量增大。
第3实施例
接着，按照本发明的笫3实施例的压电驱动型MEMS装置的作用部 的平面图示于图13。本实施例的压电驱动型MEMS装置，是改变第一实 施例中作用部10的缝隙13的形状而构成的。缝隙13,向作用部10的端 部沿着可动梁3的延伸方向延伸以直线状设置4条。这些缝隙13把作用部 10分割成5个矩形的电极部10a。各电极部10a的各自的端部可以看成是 由可动梁3支持的悬臂梁，可以"个别地产生弯曲变形"。
如图14所示，作用部10保持在空中时，如图中虚线所示，作为整体 产生抛物面状弯曲。与此相对，作用部10被可动梁3经过介质膜12压合 在固定电极11上的情况下，各自的电极部IOa经过介质膜12与固定电极 ll接触而产生变形，经过介质膜12在宽阔的面积上接触。因此，如图14 的实线所示，作用部整体可以在大得多的面积上经过介质膜12与固定电极 ll接触。另夕卜，图14是沿着图13所示的剖面线A-A剖开的剖面图。此夕卜， 在图13中，作用部10经过介质膜12接触固定电极11时，从固定电极ll 接受的压力，以与所接收的压力的大小成比例地变浓的方式，显示出级别。
本实施例，与在第1实施例说明的对比例整体除缝隙13以外设置为同 一尺寸的情况下，最大可以得到310fF的容量'附带地"^兌，对比例最大只 可以得到185fF的容量。
如上所述，按照本实施例，通过向着作用部10的端部沿着可动梁3 的延伸方向延伸以直线状设置的多个缝隙13,作用部10被分割为多个矩 形的电极部10a，各个电极部10a可以"个别地产生弯曲变形"。因而，可以 尽量加大作用部和固定电极经过介质膜12的接触面积，电容值便可能尽量 加大。
第4实施例
接着，按照本发明的第4实施例的压电驱动型MEMS装置的作用部 的平面图示于图15。本实施例的压电驱动型MEM4S装置，是改变第1实 施例中作用部10的缝隙13形状而构成的。缝隙13，在作用部10的横向 及纵向呈针脚状分别设置多列。就是说，缝隙13在作用部10的中央变为 十字状，在边缘则变为I字状或T字状。这些缝隙13，把作用部10分割 为8个矩形的电极部10a。各电极部10a只在周边的至少一部分连接到相邻 的电极部，连接部占各电极部的周长的比率最大为25%。因此，各电极部， 能够以连接部为中心"个别地产生弯曲变形"。
如图16所示，在作用部10保持在空中时(以虛线表示)，作为整体 产生呈抛物面状的弯曲。与此相对，作用部10被可动梁3经过介质膜12 压合在固定电极11上时，各自的电极部10a产生经过介质膜12接触固定 电极ll的变形，以宽阔的面积接触。因此，如图16实线所示，作用部整 体可以经过介质膜12以大得多的面积接触固定电极11。另外，图16是沿 着图15所示的剖面线A-A剖开的剖面图。
本实施例与在第1实施例说明的对比例，除缝隙13之外整体设置为同 一尺寸的情况下，最大可以得到355fF的容量。附带地说，对比例最大只 可以得到185fF的容量。
如上所述，按照本实施例，呈I字状或T字状的缝隙13，把作用部10 分割为多个矩形的电极部10a,各电极部10a便可以"个别地产生弯曲变 形"。这样，作用部和固定电极通过介质膜12的接触面积得以尽量地增大， 故可能尽量地增大电容值。
第1变形例
按照本实施例的第1变形例的压电驱动型MEMS装置的作用部的平 面图示于图17。本变形例的压电驱动型MEMS装置这样构成，在第4实 施方式中，在各电极部10a上至少设置1个从上部电极通达下部电极的孔 14a。此外，在支持作用部10的可动梁3设置多个孔14a,还在可动梁3 的延伸方向设置多个短细的缝隙14b，并且在可动梁3的中央沿着可动梁3 的延伸方向设置粗长的缝隙14c。此外，这些孔14a及缝隙14b, 14c,在 制作MEMS装置时，可以在除去牺牲层时用作抽取孔。
本变形例的MEMS装置(可变电容)的容量与压电驱动电压的测定 关系示于图18。由于作用部10也经过介质膜12与固定电极接触，由于增 大接触面积而增加容量。
本变形例也和第4实施例一样，由于尽量地增大作用部和固定电极通 过介质膜12接触的面积，便可以尽量地增大电容值。 第2变形例
接着，按照本实施例第2变形例的压电驱动型MEMS装置的作用部 的平面图示于图19。本变形例的压电驱动型MEMS装置，在除作用部IO 的周边区域以外的区域，形成由缝隙13分割为8个的电极部10a。各电极 部10a，只有周边的至少一部分连接到相邻的电极部，连接部占各电极部 周长的比率最大为25%。因此，各电极部，以连接部为中心，可以个别地 产生弯曲变形。
此外，在各电极部10a上至少设置1个从上部电极通达下部电极的孔 14a。此外，构成为，在支持作用部10的可动梁3上也设置多个孔14a， 还在可动梁3的延伸方向上设置多个短细的缝隙14b,并且在可动梁3的 中夬沿着可动梁3的延伸方向设置粗长的缝隙14c。此外，这些孔14a及 缝隙14b， 14c,在制作MEMS装置时，可以在除去牺牲层时用作抽取孔。
本变形例也和第4实施例一样，由于能够尽量地增大作用部和固定电 极通过介质膜12的接触面积，故能够尽量地增大电容值。
第5实施例
接着，按照本发明的第5实施例的压电驱动型M4EMS装置的作用部 的平面图示于图20。本实施例的压电驱动型MEMS装置，作用部10被3 个c字形缝隙13a， 13b， 13c分割成小、中、大2组电极部10a， 10b, 10c。 从作用部10的端部侧起，依次形成大电极部10c,中电极部10b和小电极 部10a。大电极部10c和中电极10b被缝隙13c分隔，中电极部10b和小电 极部10a被缝隙13b分隔。小、中、大电极部10a， 10b， 10c，在作用部IO 的中央，分别被沿着可动梁3的延伸方向设置的缝隙13d分割为2组。此 外，缝隙13c配置为在3个方面包围中电极部10b,缝隙13b配置为在3 个方面包围小电极部10a。另外，缝隙13a配置在小电极部10a的余下的 一方。各电极部10a， 10b, 10c,只在周边的至少一部分经过连接部连接到 相邻的电极部，连接部占各电极部周长的比率最大为25%。因此，各电极
部可以"个别地产生弯曲变形"。
此外，在各电极部10a， 10b， 10c上，至少设置1个从上部电极通达下 部电极的孔14a。
此外，构成为，在支持作用部10的可动梁3上也设置多个孔14a，另 外，在可动梁3的延伸方向设置多个短细的缝隙14b，并且在可动梁3的 中央沿着可动梁3的延伸方向设置粗长的缝隙14c。此外，这些孔14a及 缝隙14b， 14c，在制作MEMS装置时，可以在除去牺牲层时用作抽取孔。
本实施例也用缝隙分割的电极部，也能够"个别地产生弯曲变形"。从 而，能够尽量地增大作用部和固定电极通过介质膜12接触的面积，故能够 尽量地增大电容值。
第6实施例
接着，按照本发明的笫6实施例的压电驱动型MEMS装置的作用部 的平面图示于图21。本实施例的压电驱动型MEMS装置，作用部10被3 类缝隙13 a, 13b， 13c分割为8个电极部10a。缝隙13a在平行于与可动 梁3的延伸方向正交的方向上设置4个，缝隙13b在作用部10的中央沿着 可动梁3的延伸方向设置，缝隙13c在作用部10的两侧沿着可动梁3的延 伸方向设置成针脚状。各电极部10a，只在周边的至少一部分经过连接部连 接到相邻的电极部，连接部占各电极部周长的比率最大为25%。因此，各 电极部可以个别地产生弯曲变形。
此外，构成为，在支持作用部10的可动梁3也设置多个孔14a，还在 可动梁3的延伸方向上设置多条短细的缝隙14b，并且在可动梁3的中央 沿着可动梁3的延伸方向设置粗长的缝隙14c。此外，这些孔14a及缝隙 14b, 14c,在制作MEMS装置时，可以在除去牺牲层时用作抽取孔。
本实施例也由缝隙分割的电极部也可以个别地产生弯曲变形。这样可 以尽量地增大作用部和固定电极通过介质膜12的接触面积，故可能尽量地 增大电容值。
第7实施例
接着，本发明的第7实施例的压电驱动型MEMS装置的平面图示于
图22。本实施例的压电驱动型MEMS装置，是可变电容，具有羊次折叠 构造的可动梁3n 32, 33。第1可动梁3" —端固定在设置于基板的锚固 部2上。第2可动梁32， 一端变为作用端，变为作用部。第l可动梁3i的 另一端通过第3可动梁33与第2可动梁32的另一端连接。就是说，第3 可动梁33变为连接第l可动梁&和第2可动梁32的连接部。第一至第3 可动梁31} 32， 33分别与第1实施例的可动梁3—样，具有层叠下部电极、 压电膜和兼作支持膜的上部电极的构造。此外，在本实施例中，在变为第 2可动梁32的作用端的作用部10，与第2实施例一样，设置从作用部的中 央呈放射状延伸的缝隙。因此，这些缝隙13把作用部分割为多个电极部。 此外，与作用部10相对，在J411上设置固定电极11,该固定电极ll， 和第1实施例一样被介质膜12覆盖。
因此，本实施例也和第2实施例一样，作用部和固定电极通过介质膜 12的接触面积尽量地增大，故可以尽量地增大电容值。
另外，在第7实施例中，执行器是单次折叠构造，但也可以是在梁的
在这些折叠构造的情况下，弯曲率大而且可能减小头部的弯曲应力。
另外，在本实施例中，设置于作用部10的缝隙与第2实施例的缝隙相
同，但也可以与第l实施例、笫3实施例、第4实施例、第4实施例的变
形例、第5实施例及第6实施例中的任意一个的缝隙相同，可以起到同样
的效果。
第8实施例
接着，本发明的第8实施例压电驱动型MEMS装置的平面图示于图 23。本实施例的压电驱动型MEMS装置，是可变电容，可动梁3的两端 经过锚固部2p 22固定在基板1上，可动梁3的中央部分变为作用部10。 可动梁3，和第1实施例的可动梁的构造相同，就是说，具有下部电^l/压 电膜/上部电极的叠层结构。此外，在作用部10上与第2实施例一样，设 置从作用部10的中央呈放射状延伸的缝隙13。因此，这些缝隙把作用部 IO分割为多个电极部。此外，与作用部10相对，在基板l上设置固定电 极ll,该固定电极ll和第1实施例一样，被介质膜12覆盖。
因此，本实施例也和第2实施例一样，可以尽量地增大作用部和固定
电极通过介质膜12的接触面积，故可能尽量地增大电容值。
此外，在本实施例中，设置在作用部10的缝隙是和第2实施例相同的
缝隙，但也可以是和笫l实施例、第3实施例、第4实施例、第4实施例
的变形例、第5实施例及第6实施例中任何一个的缝隙相同的缝隙，也可
以收到一样的效果。
另外，在上迷第1至第8实施例中，为了使各电极部能够"个别地产
生弯曲变形"，优选是从一个方向支持的悬臂梁构造或从至少两个方向支持
的梁结构。此外，各电极部的周长的50%以上的部分优选由缝隙等形成为
自由端面。
此外，在上述第l至笫8实施例中，MEMS装置是可变电容，但是覆 盖固定电极ll的介质膜12形成得非常薄，减小介质膜12的电阻，或若不 形成介质膜12， MEMS装置可以作为RF开关使用。这时，变为通/断比 大的电容型RF开关。
另外，在上迷第1至第8实施例中，为了在作用部的下部电极和固定 电极之间使静电力起作用，还设置可在作用部的下部电极和固定电极之间 施加电压的电压施加部，也可以是用静电力的同时进行驱动的混合驱动。 这时，变为各电极部与固定电极更紧密接触的力起作用的所希望的MEMS 装置。
此外，在上述第1至第8实施例中，上部电极兼作支持膜，但是也可 以分别设置上部电极和支持膜。这时，执行器变为下部电极/压电膜/上部电 极/支持膜的叠层结构。
此外，在上述第1至笫8实施例中，作为执行器采用下部电极/压电膜 /上部电极层叠的单压电片(乇^7 )构造，但是也可以采取下部电极/压电 膜/中间电极/压电膜/上部电极按该顺序层叠的双压电片构造。
作为在执行器使用的压电体，宜为氮化铝(A1N)或氧化锌(ZnO) 等的纤锌矿型结晶体，稳定性好，此外也可以使用锆钛酸铅(PZT)或钬
酸钡(BTO )等的钩钛矿系强介质。
此外，作为可动梁及固定电极的电极材料，从相对电阻值和易于制成 薄膜看，优选采用铝(Al)、金(Au)、白金(Pt)、铜(Cu)、铱(Ir)、 鵠(W)、钼(Mo)等电阻低的金属。
第9实施例
现参照图24说明按照本发明的第9实施例的便携终端。图24是可以 用于本实施例的便携终端的可调天线100的示意图。该可调天线100称为 反F型。可调天线100，具有形成为蜿蜒状的天线元件101和布线皿 (PCB)102。布线J4！ 102还承担作为发射元件的作用。
在连接天线元件101和布线基板102的供电点103上连接高频电路， 施加收发信号。此外，在天线元件101和布线J41102之间，连接与第1 至第7实施例中任何一个相关的可变电容104。天线元件101的尺寸，横 50mm，纵30mm，布线基板横50mm,纵90mm。可变电容104，在驱动 电压-3V下为0.056pF，在1.5V下为0.350pF，在3V下为0.860pF,具有 非常大的容量可变特性。
在电波暗室中，通过测定本实施例的可调天线100的效率，具有-3dB 以上的效率的频率范围是施加3V时为390-490MHz，施加1.5V时为 480-660MHz，施加-3V时为610-780MHz，确认具有非常宽的可变频率范 围。
另外，在本实施例中，虽然是具有与第1至第8实施例中任何一个相 关的可变电容的可调天线，但是与笫1至第8实施例中任何一个相关的可 变电容，在低电压工作时可以得到大的容量可变比，所以不限于可调天线， 也适用于从便携式电话等开始的移动无线终端的高频电路部件。举一示例 来说，是Q值大、具有宽的频率可变范围的本机振荡器、具有宽的频率范 围的可变阻抗匹配电路等。
如上所述，按照本发明的各实施例，使用MEMS可变电容构造，以 此可以明显增大可变电容的最大电容值，提供可变比大的可变电容或通/ 断比大的电容型RF开关。
权利要求
1.一种压电驱动型MEMS装置，其特征在于，具备:基板；支持部，其设置在上述基板上；固定电极，其设置在上述基板上；以及执行器，其具有第1电极、在上述第1电极上形成的压电膜和在上述压电膜上形成的第2电极，配置为一端经过上述支持部固定在上述基板上，另一端与上述固定电极相对并变为作用部；其中，上述作用部，被贯穿上述第1电极、上述压电膜和上述第2电极的多个缝隙分割为多个电极部，各电极部的至少一部分与相邻的电极部的一部分连接，各电极部可以个别地产生弯曲变形。
2. —种压电驱动型MEMS装置，其特征在于，具备 基板；笫l支持部，其设置在上述基板上； 第2支持部，其设置在上述基板上；执行器，其具有第1电极、在上述第1电极上形成的压电膜和在上述 压电膜上形成的第2电极， 一端经过上述第1支持部固定在上述基板上， 另一端经过上述第2支持部固定在上述基板上，中央部变为作用部；以及固定电极，其以与上述作用部的上述第1电极相对的方式设置在上述其中，上述作用部，被贯穿上述笫l电极、上述压电膜和上述第2电 极的多个缝隙分割为多个电极部，各电极部的至少一部分与相邻的电极部 的一部分连接，各电极部可以个别地产生弯曲变形。
3. 根据权利要求1记载的压电驱动型MEMS装置，其特征在于，上 述缝隙的每个包括在上述执行器的延伸方向上形成的直线形状的一组第1 缝隙部和端部与该第l缝隙部连接的半圆形的第2缝隙部。
4. 才艮据权利要求1或2记载的压电驱动型MEMS装置，其特征在于， 上述缝隙的每个是从上述作用部的大致中心呈放射状延伸的缝隙。
5. 根据权利要求1记载的压电驱动型MEMS装置，其特征在于，上 述缝隙的每个是向着上述执行器的上述另一端，沿着上述执行器的延伸方 向的直线形状的^t隙。
6. 根据权利要求1或2记载的压电驱动型MEMS装置，其特征在于， 上述缝隙包含十字形状的缝隙。
7. 根据权利要求1或2记载的压电驱动型MEMS装置，其特征在于， 上述缝隙包含C字形状的缝隙。
8. 根据权利要求1至3中任何一项记载的压电驱动型MEMS装置， 其特征在于，上述电极部的周长的50%以上的部分形成为自由端面。
9. 根据权利要求1至3中任何一项记栽的压电驱动型MEMS装置， 其特征在于，还具备在上述第1电极和上述固定电极之间施加电压而使 静电力起作用的静电力施加部。
10. 根据权利要求1至3中任何一项记载的压电驱动型MEMS装置， 其特征在于，上述执行器是具有折叠构造的可动梁。
11. 根据权利要求1至3中任何一项记载的压电驱动型MEMS装置， 其特征在于，上述执行器具有双压电片构造。
12. —种便携终端，其特征在于，具备根据权利要求1至3中任何一 项记载的压电驱动型MEMS装置，作为可变电容和RF开关中的至少一个。
全文摘要
本发明提供了压电驱动型MEMS装置及便携终端，其使尽量地增大作用部和固定电极的接触面积成为可能。具备基板(1)；设置在基板上支持部(2)；设置在基板上的固定电极(11)；和执行器(3)，具有第1电极(4)、第1电极上形成的压电膜(5)和压电膜上形成的第2电极(6)，一端经过支持部固定在基板上，另一端配置为与固定电极相对并变为作用部(10)，作用部被贯穿第1电极、压电膜及第2电极的多个缝隙分割为多个电极部，各电极部的至少一部分与相邻电极部的一部分连接，各电极部可以个别地产生弯曲变形。
文档编号H01H57/00GK101373811SQ20081021332
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月22日 优先权日2007年8月24日
发明者川久保隆, 西垣亨彦, 长野利彦 申请人:株式会社东芝