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高電圧MEMSドライバ回路基盤技術

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応答速度や一定電圧下での最大変位といったマイクロアクチュエータの特性は,使用できる駆動電圧の大小に左右されます.そのため,研究室レベルでのマイクロアクチュエータ駆動には数十Vの電圧が使われることがおおいのですが,一方,実用化を目指したMEMSデバイスを作ろうとすると,高電圧回路(オペアンプなど)はコストがかさみます.また,システム構成複雑になると,MEMSチップへの電気配線が膨大になります.本研究ではこの問題を解決するために,はじめから高電圧アナログ/デジタル混在回路を作っておいたシリコンチップ上に,あとからMEMSアクチュエータをポストプロセスでモノリシック集積化するためのASIC的な技術を,東芝との共同研究により開発しました.

CMOS-First & MEMS-Last 型集積化

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耐圧40Vの高電圧ドライバ回路のチップを,内部に将来MEMSアクチュエータなどを作り込む空き地 (7 mm x 6 mm)を残したまま製作します.MEMSの構造となるのは,厚さ8umのSOI層で,これはシリコンDRIEによって加工します.もし必要であれば,厚さ625umの基板を裏側から同様にDRIEによって加工することも可能です.高電圧ドライバ回路と低電圧ロジック回路は,チップの周辺部分に配置されています.4組あるうちの1区画には,16ビットのデマルチプレクサ1個,12ビットのデジタル/アナログコンバータ1個,オペアンプ4個が含まれており,オペアンプの出力はサンプル・ホールド回路で電圧維持しています.MEMS部分と回路出力段の接続は,MEMS設計時に自由に決定可能です.

静電駆動くしば型アクチュエータとドライバ回路の集積化(試作)

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試作例として,櫛歯型静電駆動アクチュエータをドライバ回路とモノリシックに集積化し,その駆動に成功しました.ドライバ回路のアンプのゲインは約50倍で,耐圧60V程度あることが分かりました.

Contact Investigator

Reference

  1. K. Takahashi, H. N. Kwon, M. Mita, H. Fujita, H. Toshiyoshi, K. Suzuki, H. Funaki, "Monolithic Integration of High Voltage Driver Circuits and MEMS Actuators by ASIC-like postprocess," Proc. 13th Int. Conf. on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS '05), June 5 - 9, 2005, Seoul, Korea.

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Last-modified: Thu, 08 May 2008 22:46:35 JST (3366d)