本發(fā)明涉及一種MEMS諧振器，且更具體地，涉及這樣一種MEMS諧振器：當(dāng)向致動(dòng)器施加電壓來(lái)人為地限制支承質(zhì)量體的彈簧時(shí),上述MEMS諧振器可通過(guò)控制剛度來(lái)調(diào)整諧振頻率的方法在不持續(xù)施加電壓的狀態(tài)下保持調(diào)諧狀態(tài)(tuning state)。

背景技術(shù)：

一般地，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS：Micro-Electro-Mechanical System)技術(shù)用于通過(guò)處理硅、晶體(crystal)、或玻璃來(lái)制造微型機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如超高密度集成電路。

通過(guò)硅處理技術(shù)開(kāi)始的MEMS技術(shù)能夠通過(guò)應(yīng)用半導(dǎo)體精細(xì)加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)以低成本大量生產(chǎn)超小尺寸產(chǎn)品，其中，半導(dǎo)體精細(xì)加工技術(shù)是用于在結(jié)構(gòu)上重復(fù)例如沉積和蝕刻的處理過(guò)程，從而使尺寸、成本和功率損耗都能顯著減少。

具體地，MEMS諧振器廣泛地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，例如，加速系統(tǒng)、慣性傳感器例如角速度系統(tǒng)、RF濾波器、質(zhì)量檢測(cè)傳感器以及微透鏡掃描儀(microlens scanner)。

MEMS諧振器由質(zhì)量體、彈簧以及阻尼器組成，并且檢測(cè)由于從外部輸入的物理量，例如，質(zhì)量體的振幅和諧振頻率，即諧振特性引起的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

然而，當(dāng)MEMS諧振器由于制造過(guò)程的誤差或者操作環(huán)境，即，外部溫度或壓力而導(dǎo)致其自身的頻率發(fā)生變化時(shí)，存在缺陷。

然而，現(xiàn)有的調(diào)整頻率方法是復(fù)雜且昂貴的，并且在電調(diào)諧類(lèi)型中，存在需要持續(xù)施加電壓的缺陷。

上述在背景部分所公開(kāi)的信息僅用于增強(qiáng)本發(fā)明背景的理解，并且因此，其可包括不形成本國(guó)內(nèi)本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種MEMS諧振器配置成在通過(guò)施加電壓至致動(dòng)器來(lái)限制連接至質(zhì)量體的彈簧時(shí)，通過(guò)控制剛度來(lái)調(diào)整諧振頻率，并且在完成調(diào)諧后，甚至當(dāng)電壓被移除時(shí)，通過(guò)碳納米管(CNT：carbon nanotube)的摩擦力仍能保持調(diào)諧狀態(tài)。

在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例中，一種MEMS諧振器包括：主基板，其在主基板的中心形成接收部；質(zhì)量體，其位于主基板上的接收部的中心，并且具有在主基板的兩側(cè)、通過(guò)第一彈性構(gòu)件和第二彈性構(gòu)件彈性地支承的一個(gè)端部和中心部；驅(qū)動(dòng)單元，其配置在主基板上的接收部的一側(cè)，并且通過(guò)施加至質(zhì)量體的一個(gè)端部的兩側(cè)的電壓產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩，從而相對(duì)于主基板移動(dòng)質(zhì)量體的位置；以及，調(diào)諧部，其包括相對(duì)于第二彈性構(gòu)件對(duì)稱(chēng)地設(shè)置為一對(duì)的一對(duì)調(diào)諧單元，上述一對(duì)調(diào)諧單元對(duì)應(yīng)于質(zhì)量體的中心部的兩側(cè)，分別配置在接收部，并且所述調(diào)諧部具有梁構(gòu)件，上述梁構(gòu)件通過(guò)每個(gè)調(diào)諧單元的致動(dòng)操作來(lái)改變第二彈性構(gòu)件的長(zhǎng)度，從而控制頻率。

上述調(diào)諧單元可包括：輔助基板，其對(duì)應(yīng)于質(zhì)量體的中心部，配置在主基板的接收部?jī)?nèi)；第一致動(dòng)器，其配置在輔助基板和主基板之間的接收部中，并且根據(jù)施加電壓驅(qū)動(dòng)相對(duì)于位于接收部的中心的片梭位于兩側(cè)的每個(gè)接觸端，從而控制片梭的移動(dòng)；第二致動(dòng)器，其在第二彈性構(gòu)件的相反側(cè)位于第一致動(dòng)器的后部，并且配置有多個(gè)加熱線(xiàn)上的驅(qū)動(dòng)梁，上述加熱線(xiàn)通過(guò)施加電壓進(jìn)行伸展從而作用在片梭的后端；以及，梁構(gòu)件，其設(shè)置成使其能夠與在輔助基板和主基板之間的接收部?jī)?nèi)的第二彈性構(gòu)件接觸，并且固定于片梭(shuttle)的前端。

上述片梭的前端部可連接至布置在輔助基板和主基板之間的第三彈性構(gòu)件。

上述第一致動(dòng)器可包括位于輔助基板和主基板之間的接收部的中心的片梭，上述第一致動(dòng)器可分別對(duì)應(yīng)于輔助基板和主基板，在片梭的兩側(cè)布置，從而在各自?xún)?nèi)端形成接觸片梭的接觸端，并且上述第一致動(dòng)器可具有由連接至來(lái)自接觸端的電極的第一梁和第二梁制成的變形部。

第一梁可對(duì)應(yīng)于片梭，布置在兩側(cè)，第二梁可以相同的厚度在接觸端的相反側(cè)形成在第一梁的外側(cè)，并且第二梁短于第一梁。

第一致動(dòng)器的各個(gè)接觸端和對(duì)應(yīng)于該接觸端的片梭可以涂布有碳納米管(CNT)。

在第二致動(dòng)器中，多個(gè)加熱線(xiàn)可通過(guò)支承端在兩端整體連接(連接成一體)，驅(qū)動(dòng)梁可配置在各個(gè)加熱線(xiàn)的中心部，并且該驅(qū)動(dòng)梁可通過(guò)各個(gè)加熱線(xiàn)的伸展變化量來(lái)接觸片梭的后端，從而驅(qū)動(dòng)片梭。

梁構(gòu)件可以橢圓形狀的曲面形成。

主基板可以是絕緣體上硅(SOI)基板。

驅(qū)動(dòng)單元可以制成為梳齒驅(qū)動(dòng)器(comb finger driver)。

本發(fā)明的示例性實(shí)施例施加電壓至第二致動(dòng)器來(lái)將與第一致動(dòng)器的接觸端接觸的片梭移動(dòng)至連接至質(zhì)量體的彈簧的側(cè)邊，從而限制彈簧并且控制其剛度，并且因此，通過(guò)調(diào)整諧振頻率的方法，甚至當(dāng)電壓供應(yīng)被移除時(shí)仍可通過(guò)涂布在接觸端的CNT的摩擦力保持調(diào)諧狀態(tài)，從而在功率損耗方面存在非常有益的效果。

此外，能夠從本發(fā)明的示例性實(shí)施例中獲得或者預(yù)期的效果將在下文的詳細(xì)描述中直接或者暗示地進(jìn)行描述。即，在下文詳細(xì)描述中將描述從本發(fā)明的示例性實(shí)施例預(yù)期的各種效果。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器的截面圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器的調(diào)諧單元的放大截面圖。

圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器的調(diào)諧單元的運(yùn)行圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或者其他相似術(shù)語(yǔ)包括一般的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，例如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(chē)(SUV)、公交車(chē)、卡車(chē)、各式商用車(chē)輛在內(nèi)的載客車(chē)輛，包括各種艇和船在內(nèi)的水運(yùn)工具，以及航空器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、插電式混 合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛、氫動(dòng)力車(chē)輛以及其他代用燃料車(chē)輛(例如，從石油以外的資源取得的燃料)。如本文所述，混合動(dòng)力車(chē)輛是同時(shí)具有兩種或多種動(dòng)力源的車(chē)輛，例如，同時(shí)汽油驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛。

本文所使用的專(zhuān)有名詞僅是為了說(shuō)明特定實(shí)施例的目的，而非意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚表明，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”意在也包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，詞語(yǔ)“包括”和/或“包含”規(guī)定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如本文所使用的，詞語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任何或全部組合。

貫穿說(shuō)明書(shū)，除非明確描述與之相反，詞語(yǔ)“包括”以及其變形例如“包含”或者“含有”將理解成意味著包括所述元素但是不排除任意其他元素。此外，在說(shuō)明書(shū)中描述的術(shù)語(yǔ)“單元”、“-者”、“-器”以及“模塊”意味著用于處理至少一個(gè)功能或者操作的單元，并且其可通過(guò)硬件組件或者軟件組件以及其二者聯(lián)合進(jìn)行實(shí)施。

此外，本發(fā)明的控制邏輯可實(shí)施為包含由處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(pán)(CD)-ROM、磁帶、軟盤(pán)、閃存盤(pán)、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可分布在網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以便例如通過(guò)遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)，以分布方式存儲(chǔ)和執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，稍后將進(jìn)行描述的附圖和詳細(xì)說(shuō)明涉及用于有效地說(shuō)明本發(fā)明的特征的若干示例性實(shí)施例中的一個(gè)示例性實(shí)施例。因此，本發(fā)明不僅限于下述附圖和描述。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器的截面圖，并且圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器的調(diào)諧單元的放大截面圖。

參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器1包括主基板11、質(zhì)量體13、驅(qū)動(dòng)單元15、以及調(diào)諧部17。

首先，主基板11在中心形成接收部。

在此情況下，主基板11由絕緣體上硅(SOI：silicon-on-insulator)基板組成。

SOI基板指的是埋入的絕緣層以三明治結(jié)構(gòu)層疊在底層支承基板和主基板11之間的基板。SOI基板配置成形成完全元件分離。

同樣地，質(zhì)量體13位于主基板11上的接收部A的中心。質(zhì)量體13具有在主基板11上通過(guò)第一彈性構(gòu)件S1彈性支承的一個(gè)端部、以及通過(guò)第二彈性構(gòu)件S2彈性支承的中心部。

同樣地，驅(qū)動(dòng)單元15布置在主基板11上的接收部A的一側(cè)。驅(qū)動(dòng)單元15包括彼此面對(duì)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，并且配置成通過(guò)向兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器施加AC電壓來(lái)使其相對(duì)于一個(gè)方向平移移動(dòng)。因此，由于驅(qū)動(dòng)單元15的平移，質(zhì)量體13被驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)單元15由梳齒驅(qū)動(dòng)器制成。

調(diào)諧部17在主基板11上的接收部A中包括四個(gè)調(diào)諧單元20。即，在調(diào)諧部17中，調(diào)諧單元20相對(duì)于第二彈性構(gòu)件S2對(duì)稱(chēng)地形成有一對(duì)，并且分別對(duì)應(yīng)于質(zhì)量體13的中心部的兩側(cè)配置。

調(diào)諧部17通過(guò)執(zhí)行每個(gè)調(diào)諧單元20的操作來(lái)改變其剛度從而有意地限制第二彈性構(gòu)件S2，從而控制頻率。參考圖2，調(diào)諧單元20包括輔助基板21、第一致動(dòng)器23、第二致動(dòng)器25以及梁構(gòu)件(beam member)27。

輔助基板21對(duì)應(yīng)于質(zhì)量體13的中心部，布置在主基板11的接收部A內(nèi)部。同樣地，第一致動(dòng)器23在主基板11和輔助基板21之間布置在接收部A上。第一致動(dòng)器23包括片梭(shuttle)29，其位于主基板11和輔助基板21之間的接收部A的中心。

在此情況下，片梭29的前端連接至布置在主基板11和輔助基板21之間的第三彈性構(gòu)件S3。

同樣地，第一致動(dòng)器23在片梭29的兩側(cè)分別布置成對(duì)應(yīng)于主基板11和輔助基板21，并且在各內(nèi)端形成接觸片梭29的接觸端24。

此處，第一致動(dòng)器23的接觸端24和對(duì)應(yīng)于接觸端24的片梭29涂布有碳納米管(CNT)。

CNT利用鐵(Fe)作為催化劑，使用化學(xué)氣相沉積(CVD：chemical vapor deposition)方法，并且通過(guò)在約700℃下噴射氨(NH3)氣和 乙炔(C2H2)進(jìn)行合成。CNT可以生長(zhǎng)至接近10μm。

第一致動(dòng)器23具有由連接至來(lái)自接觸端的電極的第一梁B1和第二梁B2組成。第一梁B1布置在對(duì)應(yīng)于片梭29的兩側(cè)，并且第二梁B2在接觸端24的相反側(cè)、在第一梁B1的外側(cè)以相同的厚度形成。在此種情況下，第二梁B2具有短于第一梁B1的長(zhǎng)度。

根據(jù)輸入的施加電壓，第一致動(dòng)器23驅(qū)動(dòng)相對(duì)于位于中心的片梭29位于兩側(cè)的每個(gè)接觸端24，從而控制片梭29的移動(dòng)。

第二致動(dòng)器25在第二彈性構(gòu)件S2的相反側(cè)位于第一致動(dòng)器23的后部。第二致動(dòng)器25配置有通過(guò)施加電壓伸展的多個(gè)加熱線(xiàn)30，以作用于片梭29的后端。

在此種情況下，通過(guò)兩端由支承端31將多個(gè)加熱線(xiàn)30連接為一體，并且在中心配置驅(qū)動(dòng)梁33。

由于驅(qū)動(dòng)梁33通過(guò)每個(gè)加熱線(xiàn)30的伸展變化量來(lái)接觸片梭29的后端，第二致動(dòng)器25驅(qū)動(dòng)片梭29。

上述第二致動(dòng)器25可以是人字形(chevron)熱致動(dòng)器。

同樣地，梁構(gòu)件27被設(shè)置成使其在主基板11和輔助基板21之間的接收部A內(nèi)部接觸第二彈性構(gòu)件S2。梁構(gòu)件27可形成橢圓形狀的曲面，以固定于片梭29的前端。例如，梁結(jié)構(gòu)可以由弓形梁制成。

圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS諧振器的調(diào)諧單元的運(yùn)行圖。

圖3(A)示出調(diào)諧單元20的初始狀態(tài)，并且位于第一致動(dòng)器23中心的片梭29與接觸端24接觸，并且在其前端連接至梁構(gòu)件27。在此情況下，梁構(gòu)件與第二彈性構(gòu)件S2保持分離。

參考圖(3B)，將電壓施加至調(diào)諧單元20的第二致動(dòng)器25。在此情況下，在第二致動(dòng)器25中形成的多個(gè)加熱線(xiàn)30伸展以發(fā)生形變，從而使位于加熱線(xiàn)30的中心的驅(qū)動(dòng)梁33接觸位于第一致動(dòng)器23的中心的片梭29的后端，并且片梭29移動(dòng)至第二彈性構(gòu)件S2的側(cè)邊。

即，當(dāng)固定在片梭29的前端的具有橢圓形狀的梁構(gòu)件27與第二彈性構(gòu)件S2接觸并且收縮時(shí)，由于第二彈性構(gòu)件S2的長(zhǎng)度發(fā)生變化，并且其剛度發(fā)生變化，因此可以控制連接至第二彈性構(gòu)件S2的質(zhì)量體13的移動(dòng)，從而使頻率可被調(diào)整。

參考圖3(C)，在梁構(gòu)件27與第二彈性構(gòu)件S2接觸的狀態(tài)下，甚至當(dāng)施加至第二致動(dòng)器25上的電壓被移除時(shí)，通過(guò)片梭29與位于片梭29的兩側(cè)的第一致動(dòng)器23的每個(gè)接觸端24之間的摩擦力，該片梭29仍能保持其位置。片梭29的位置可通過(guò)在片梭29和與其接觸的接觸端24之間涂布的CNT的摩擦力進(jìn)行保持。

參考圖3(D)，在調(diào)整頻率后，為了將片梭29返回至初始位置，將電壓施加至第一致動(dòng)器23上。因此，當(dāng)?shù)谝恢聞?dòng)器23由于每個(gè)變形部的第一梁B1和第二梁B2之間的變形長(zhǎng)度差而分開(kāi)至片梭29的兩側(cè)時(shí)，在每個(gè)變形部的前端形成的接觸端24與片梭29分開(kāi)，并且由CNT引起的彼此的摩擦力被移除，并且因此，通過(guò)使用第二彈性構(gòu)件S2的彈性力將片梭29返回至初始位置。

在此情況下，變形部由具有比第一梁B1更短的長(zhǎng)度的第二梁B2布置在第一梁B1的外側(cè)的結(jié)構(gòu)形成，并且因此，形狀發(fā)生變形，從而使第一致動(dòng)器23由于具有相對(duì)較長(zhǎng)的長(zhǎng)度的第一梁B1而向外傾斜。

因此，當(dāng)已限制第二彈性構(gòu)件S2的片梭29恢復(fù)至初始位置時(shí)，調(diào)諧部17返回至初始狀態(tài)。

盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是具體示例性實(shí)施例的內(nèi)容進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，并且，正相反，其意圖于覆蓋包括在所附權(quán)利要求所主張的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。