Mems傳感器用模塊、振動驅動模塊及mems傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及MEMS傳感器用模塊、振動驅動模塊及MEMS傳感器。 本申請要求基于2013年6月19日在日本提出申請的日本專利申請2013-128966號及日 本專利申請2013-129004號的優先權，并在此沿用其內容。
【背景技術】
[0002] 近年來，開發有具有利用被稱為MEMS(Mic;ro Electro Mechanical Systems:微電 子機械系統）的半導體制造技術而形成的精細的機械元素的裝置，實現為檢測被測定體的 角速度的巧螺傳感器、加速度傳感器。
[0003] 例如，上述巧螺傳感器包括在沿X-Y方向延伸的基板上W可在X方向上振動的方式 被支承的振動驅動模塊、與該振動驅動模塊相連接的移動體及W可在Y方向上彈性位移的 方式被該移動體所支承并檢測Y方向的位移量的靜電電容變化檢測模塊等。
[0004] 上述巧螺傳感器利用振動驅動模塊使移動體及被移動體支承的靜電電容變化檢 測模塊的可動電極始終在X方向上進行往返移動，巧螺傳感器將在W與X-Y平面垂直的Z方 向的軸為中屯、進行旋轉時作用于可動電極的科里奧利力作為可動電極的Y方向的位移來進 行檢測。靜電電容變化檢測模塊的可動電極不僅因巧螺傳感器的朝向變化而作用的科里奧 利力而產生位移，也會因巧螺傳感器的Y方向的速度變化而產生位移。因此，通過獲取兩個 靜電電容變化檢測模塊的可動電極的位移的差分，來抵消施加于巧螺傳感器的Y方向的加 速度，從而僅檢測巧螺傳感器的X-Y平面上的朝向變化。
[0005] 在上述MEMS傳感器所使用的振動驅動模塊中，已知有如下技術:可動電極及固定 電極設有在振動方向上交替突出的突出部，可動電極的梳齒狀電極交替地配置于固定電極 的梳齒狀電極間，從而獲得驅動力，并使振幅及驅動力增大(參照例如日本專利特開2013-96952號公報）。
[0006] 在現有的振動驅動模塊中，為了將可動電極牽引至固定電極側，需要將存在于電 極間的空氣排出到電極的外側或在電極間進行壓縮。上述的空氣阻力成為精細的MEMS中限 制驅動力及振幅的主要原因。若在MEMS傳感器中使用驅動力及振幅不足的振動驅動模塊， 則可能無法獲得角速度的充分的檢測精度。
[0007] 在使用可動電極和固定電極之間的靜電力來產生振動的現有的振動驅動模塊中， 若可動電極發生移動，則固定電極和可動電極之間的位置關系發生變化。因此，現有的振動 驅動模塊具有驅動力根據可動電極的位置而變化的問題。 現有技術文獻 專利文獻
[000引專利文獻1:日本專利特開2013-96952號公報
【發明內容】
發明所要解決的技術問題
[0009]本發明是基于上述情況而完成的，其目的在于提供一種高性能的MEMS傳感器用模 塊，特別提供一種驅動力及振幅較大的振動驅動模塊及使用該振動驅動模塊的MEMS傳感 器。
[0010]此外，本發明W提供一種穩定性優異的MEMS傳感器用模塊、特別提供一種驅動力 的變化較小的振動驅動模塊及使用該振動驅動模塊的MEMS傳感器作為技術問題。 解決技術問題所采用的技術手段
[0011] 為了解決上述問題，本發明的MEMS傳感器用模塊包括：W可振動的方式被支承，并 在振動方向上延伸的可動電極；與所述可動電極大致平行地設置，并在所述振動方向上延 伸的固定電極;在所述可動電極的與所述固定電極相對的相對壁面上沿所述振動方向排列 設置的多個凸部；W及在所述固定電極的與所述可動電極相對的相對壁面上與所述可動電 極的凸部相對的多個凸部。
[0012] 該MEMS傳感器用模塊可W是通過向所述可動電極及所述固定電極之間施加電壓 而產生朝向所述振動方向的振動的振動驅動模塊。所述固定電極的凸部可相對于所述 振動的中屯、線對稱的方式相對于相對的所述可動電極的凸部向所述振動方向偏移。
[0013] 該振動驅動模塊中，可動電極的凸部和固定電極的凸部向振動方向偏移(位置偏 移），因此作用于兩者之間的靜電力包含振動方向的分量。由此，可動電極向與其中屯、軸正 交的方形截面的長度方向移動，因此其移動不會導致可動電極的凸部和固定電極的凸部之 間的距離較大變化，無需從可動電極和固定電極之間將可動電極和固定電極之間的空氣擠 出。因而，該振動驅動模塊中，可動電極移動時的空氣阻力較小，能使驅動力及振幅變大。
[0014] 上述振動驅動模塊中，上述可動電極的凸部的相對面或上述固定電極的凸部的相 對面可W相對于振動方向傾斜。 該振動驅動模塊中，可動電極的凸部的相對面或固定電極的凸部的相對面相對于振動 方向傾斜，因此若可動電極向振動方向移動，則可動電極的凸部的相對面和上述固定電極 的凸部的相對面之間的實際有效距離(靜電間隙）發生變化。該振動驅動模塊中，能使用該 靜電間隙的變化，對因上述可動電極的凸部的相對面和上述固定電極的凸部的相對面之間 的振動方向的偏移而引起的振動方向的吸引力分量的變化進行補充。因此，該振動驅動模 塊中，能使驅動力對應于可動電極的位移的變化變小。 發明效果
[0015] 如上所述，上述振動驅動模塊中，可動電極的空氣阻力較小，動作時的驅動力及振 幅較大。因此，使用了該振動驅動模塊的MEMS傳感器為高精度。
[0016] 因此，該振動驅動模塊中，驅動力對應于可動電極的位移的變化較小。因此，使用 了該振動驅動模塊的MEMS傳感器為高精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1是表示本發明的實施方式1的振動驅動模塊的示意性俯視圖。 圖2是圖1的振動驅動模塊的A-A線處的剖視圖。 圖3是表示使用本發明的實施方式1的振動驅動模塊的巧螺傳感器的示意性俯視圖。 圖4是表示本發明的實施方式2的振動驅動模塊的示意性俯視圖。 圖5是圖4的振動驅動模塊的A-A線處的剖視圖。 圖6是放大顯示處于圖4的振動驅動模塊的振動中屯、的可動電極的凸部和固定電極的 凸部之間的位置關系的示意性俯視圖。 圖7是放大顯示圖4的振動驅動模塊的發生了位移后的可動電極的凸部和固定電極的 凸部之間的位置關系的示意性俯視圖。 圖8是表示實施例2的振動驅動模塊的可動電極的位移量和驅動力之間的關系的曲線 圖。 圖9是表示使用本發明的實施方式2的振動驅動模塊的巧螺傳感器的示意性俯視圖。
【具體實施方式】 [001引 <實施方式1〉 下面，參照附圖詳細說明本發明的實施方式1的振動驅動模塊。
[0019] [振動驅動模塊] 圖1及圖2的振動驅動模塊形成于在X-Y方向上延伸的基板1上，包括在Y方向上排列并 形成為一體的Ξ個振動驅動單元2、與該振動驅動單元2的X方向兩側相連接的兩個彈性體 3。
[0020] < 基板〉 基板1是支承振動驅動單元2及彈性體3的底座，并且形成有用于將電壓施加于振動驅 動單元2的電氣電路。
[0021] 基板1的材質例如能使用娃。
[0022] <振動驅動單元〉 各振動驅動單元2包括:具有與X-Y平面正交的Z軸方向的高度，在X方向上具有長度方 向的長方形框狀的可動電極4;在可動電極4內相對于振動中屯、線C在可動電極4的長度方向 上對稱配置的一對第一及第二固定電極5f及5s。該振動驅動單元2通過將電壓施加到可動 電極4和固定電極5f及5s之間，從而產生朝可動電極4的X方向的振動。
[0023] (可動電極） 可動電極4具有Ξ組相對的長度方向（長邊方向）的內壁。運些長度方向的內壁形成有 與Z軸大致平行的多個凸部6f及6s，該凸部6f及6s配置為在振動方向（X方向）上相對于振動 中屯、線C對稱。凸部6f與第一固定電極5f相對，凸部6s與第二固定電極5s相對。可動電極4 W 與基板1之間具有間隙的方式與基板1形成為一體，被一對彈性體3所支承。
[0024] 由此，可動電極4的凸部對稱地形成于長方形框狀的一對長邊方向的內壁。因此， 通過將兩面設有凸部的固定電極配置在可動電極的內壁的內側，能利用固定電極的兩面所 產生的靜電力的合力使可動電極振動。
[0025] 可動電極4的凸部6f及6s的振動方向的平均長度的下限優選為him,進一步優選為 4μπι。在可動電極4的凸部6f及6s的振動方向的平均長度小于上述下限值的情況下，在振動 方向上能產生強靜電力的范圍變窄，驅動力及振幅可能不足。另一方面，可動電極4的凸部 6f及6s的振動方向的平均長度的上限優選為20皿，進一步優選為15μπι。在上述可動電極4的 凸部6f及6s的振動方向的平均長度超過上述上限值的情況下，面積效率下降，因此振動驅 動模塊的驅動力不足，振動驅動模塊可能會不必要地大型化。
[0026] 可動電極4的凸部6f及6s的振動方向的間隔（間隙）的下限優選為凸部6f及6s的振 動方向的平均長度的1/2,進一步優選為凸部6f及6s的振動方向的平均長度的3/4。在可動 電極4的凸部6f及6s的振動方向的間隔小于上述下限值的情況下，相鄰凸部6f及6s可能會 相互干擾從而導致振動驅動模塊的驅動力及振幅不足。另一方面，上述可動電極4的凸部6f 及6s的振動方向的間隔的上限優選為凸部6f及6s的振動方向的平均長度的2倍，進一步優 選為凸部6f及6s的振動方向的平均長度的3/2。在上述可動電極4的凸部6f及6s的振動方向 的間隔超過上述上限值的情況下，面積效率下降，因此振動驅動模塊的驅動力不足，振動驅 動模塊可能會不必要地大型化。
[0027]上述可動電極4的凸部6f及6s的平均突出長度(Y方向的長度）的下限優選為1WI1， 進一步優選為2μπι。在可動電極4的凸部6f及6s的平均突出長度小于上述下限值的情況下， 可動電極4的凸部6f及6s之間的凹部在固定電極5f及5s之間形成電場，會干擾凸部6f及6s 所形成的電場，由此振動驅動模塊的驅動力及振幅可能不足。另一方面，可動電極4的凸部 6f及6s的平均突出長度的上限優選為20皿，進一步優選為ΙΟμπι。在上述可動電極4的凸部6f 及6s的平均突出長度超過上述上限值的情況下，振動驅動模塊可能會在Y方向上不必要地 大型化。
[00%]可動電極4的材質例如能使用娃。
[0029] (固定電極） 第一及第二固定電極5f及5s固定形成于基板1上。固定電極5f及5s的兩面分別具有多 個凸部7f及7s，該多個凸部7f及7s形成為與可動電極4的凸部6f及6s相對。凸部7f及7s之間 形成為與可動電極4隔開距離的薄板狀。固定電極5f及5s的凸部7f及7s相對于與可動電極4 的長度方向的內壁平行的面向Y軸方向突出。凸部7f及7s形成為相對于振動中屯、線C對稱， 并且形成為相對于可動電極4的凸部6f及6s分別向振動方向振動中屯、C側偏移一定量。
[0030] 上述固定電極5f及5s的凸部7f及7s的振動方向的平均長度的下限優選為Ιμπι，進 一步優選為4皿。在上述固定電極5f及5s的凸部7f及7s的振動方向的平均長度小于上述下 限值的情況下，在振動方向上能產生強靜電力的范圍變窄，驅動力及振幅可能不足。另一方 面，上述固定電極5f及5s的凸部7f及7s的振動方向的平均長度的上限優選為20μπι，進一步 優選為10皿。在上述固定電極5f及5s的凸部7f及7s的振動方向的平均長