[發(fā)明專利]微細機械裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610715076.1
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN106477509B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設計）人: 添田將;石原卓也;關根正志;栃木偉伸
• 申請（專利權）人: 阿自倍爾株式會社
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00
• 代理公司: 上海華誠知識產(chǎn)權代理有限公司31300
• 代理人: 肖華

技術領域

本發(fā)明涉及一種配備微細可動部的微細機械裝置。

背景技術

近年來，在開關或傳感器中，使用通過機械性動作來發(fā)揮功能的微細機械裝置的MEMS(Micro Electro Mechanical System，微電子機械系統(tǒng))受到重視。MEMS已作為壓力傳感器或加速度傳感器而加以使用，與LSI一起逐漸成為重要零件。MEMS具有立體結構，所述立體結構通過使用薄膜形成技術、光刻技術及各種蝕刻技術的微細加工而具備微細的可動結構體。

例如，在靜電電容式壓力傳感器中，如圖8A所示，利用支承部403將由于壓力而發(fā)生位移的微細的膜片(可動部)401以隔開的方式支承并配置在基板402上。在基板402與膜片401之間存在空隙404，在面向空隙404的各部位相對配置電極(未圖示)，形成電容。

如圖8B所示，被測定介質的壓力施加至膜片401的形成電容那一面的相反側那一面，在該壓力施加下，膜片401發(fā)生變形。上述電極間的距離對應于該變化而發(fā)生變化，電極間的電容對應于該變化而發(fā)生變化，成為傳感器輸出。若空隙為真空，則該壓力傳感器可測量絕對壓力。

我們知道，在這種微細機械裝置中，會產(chǎn)生由測量電壓所引起的吸合現(xiàn)象。通常，當對隔著某一距離平行相對的2塊電極間施加電壓時，會產(chǎn)生與距離的平方成反比的引力(由電壓引發(fā)的引力)。因此，在上述靜電電容式壓力傳感器中，當在被施加壓力時發(fā)生了變形的膜片401靠近基板402到極為接近的距離時，由于膜片401與基板402之間的距離極窄，因此由電壓引發(fā)的引力較大，導致膜片401被強力吸引而觸底(吸合)。

此處，剛一觸底，電極間就發(fā)生短路，因此由電壓引發(fā)的引力消失，使得膜片401脫離基板402。不過，剛脫離之后便再次被施加由電壓引發(fā)的引力，因此膜片401被強力吸引而再次觸底。在電極間的距離極小的情況下，這種觸底與脫離會反復發(fā)生。

在靜電電容式壓力傳感器的情況下，為了測量電容，必須施加電壓，從而受到隨之而來的由電壓引發(fā)的引力的影響而產(chǎn)生吸合現(xiàn)象，結果，反復發(fā)生上述觸底與脫離，導致傳感器的輸出與膜片所受到的壓力無關且不穩(wěn)定。該吸合現(xiàn)象在小型且電極間的距離較小、進而基材或電極上的接觸部表面較為平滑的MEMS傳感器中較為明顯。

此外，上述微細機械裝置存在如下情況：因上述觸底等可動部的一部分與基板的接觸而導致它們相接合，而可動部沒有在由彈性力產(chǎn)生的反彈下復原(參考專利文獻1、2、3、4、5、6)。該現(xiàn)象稱為粘連或粘著等，在微細機械裝置中是一個問題。

例如，就像靜電電容式隔膜真空計那樣測量比大氣壓小的壓力的壓力傳感器而言，由于在搬送、安裝時或維護時會暴露在大氣中，因此會頻繁發(fā)生被施加測量范圍以上的過大壓力的狀況。當如此被施加過大壓力時，受壓的膜片401會像圖8C所示那樣超過實際使用范圍而較大程度地彎曲，導致膜片401的一部分接觸到基板402(觸底)。

因膜片401的厚度以及變形區(qū)域的大小還有膜片401的材料等設計參數(shù)的不同，上述觸底的狀態(tài)不一樣，但大多數(shù)情況下，觸底會導致粘連的發(fā)生。尤其是在為了抑制前文所述的吸合現(xiàn)象而設為在接觸部位未形成有電極的構成的情況下，會明顯發(fā)生粘連。認為其原因在于，在為了防止吸合現(xiàn)象而未形成有電極的區(qū)域內(nèi)，在觸底時，構成膜片401及基板402的材料彼此直接接觸。

當發(fā)生粘連時，即便去除壓力，膜片401也不會復原而給出猶如施加有壓力一樣的輸出，從而導致測定的錯誤。尤其是在由表面粗糙度(Rz)為0.1～數(shù)nm的極為平坦的基材制作的微細機械裝置中，是一個大問題。此外，在隔膜真空計的情況下，由于基板與可動部之間維持為真空狀態(tài)，因此存在更容易發(fā)生粘連的傾向。

【現(xiàn)有技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本專利特表平10-512675號公報

【專利文獻2】日本專利特開平11-340477號公報

【專利文獻3】日本專利特開2000-040830號公報

【專利文獻4】日本專利特開2000-196106號公報

【專利文獻5】日本專利特開2002-299640號公報

【專利文獻6】日本專利特開2007-078439號公報

【專利文獻7】日本專利第3668935號公報

發(fā)明內(nèi)容

【發(fā)明要解決的問題】