JP2000243198A - マイクロサーモスイッチおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型であって応答速度が速く、しかも加工精度
が高く動作温度を精度よく管理することができるマイク
ロサーモスイッチを提供する。 【解決手段】固定接点１１ａ，１１ｂを備えるシリコン
の固定基板１０と、可動接点２３を備えるシリコンの支
持基板２０とを有する。支持基板２０には可動片２２が
形成され、可動片２２の先端部に設けた接点保持部２２
ａの先端面に可動接点２３が設けられる。可動片２２に
はアルミニウムの金属薄膜であるバイメタル素膜２４が
積層され、周囲温度が変化すると可動片２２とバイメタ
ル素膜２４との熱膨張率の差により可動片２２が撓んで
可動接点２３が固定接点１１ａ，１１ｂに離接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイメタルを用い
たマイクロサーモスイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バイメタルを用いたサーモスイ
ッチは、図１０に示すように、固定接点３１を取り付け
た固定接点板３２と、固定接点３１に離接する可動接点
３３を一端部に設けた可動接点板としてのバイメタル３
０とを備える。バイメタル３０の他端部は定位置に固定
される。バイメタル３０は、周知のように膨張係数の異
なる異種の金属板３０ａ，３０ｂを貼り合わせて形成さ
れ、周囲温度の変化に応じて湾曲量が変化するようにな
っている。したがって、図１０に示すサーモスイッチ
は、周囲温度に応じて可動接点３３が固定接点３１に対
して離接する。

【０００３】この種のサーモスイッチでは、バイメタル
３０を構成する両金属板３０ａ，３０ｂの膨張係数の差
が大きいほど、また固定接点３１と可動接点３３との開
放時の距離が小さいほど、温度変化に対する感度が高く
なる。両金属板３０ａ，３０ｂの膨張係数の差を大きく
するために用いられている材料としては、インバー（鉄
−ニッケル合金）と青銅との組み合わせが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したサ
ーモスイッチは、機械加工により製造されるものである
から、バイメタル３０を数ｍｍ×数十ｍｍで約０．５ｍ
ｍの厚みに形成し、固定接点３１と可動接点３３との距
離を数百μｍ程度とするのが小型化の限界になってい
る。すなわち、バイメタル３０の熱容量が比較的大きい
ものであるから、周囲温度の変化に対する応答速度が比
較的遅く、サーモスイッチを構成したときに、周囲温度
の変化に対して固定接点３１と可動接点３３との開閉に
は比較的大きな時間遅れ（タイムラグ）が生じることに
なる。この種のサーモスイッチを、モータの過熱保護や
ヘアドライヤの過昇温の防止などに用いている場合に、
急激な温度変化が生じると上述のような時間遅れにより
固定接点３１と可動接点３３とを開放するタイミングが
遅れ、モータが過熱により焼き切れたり、ヘアドライヤ
によって髪が焦げたりするという問題が生じるおそれが
ある。

【０００５】また、上述のようにサーモスイッチは機械
加工により製造されるから、固定接点３１と可動接点３
３との距離のばらつきが比較的大きく、固定接点３１と
可動接点３３とを離接させるタイミングと温度との関係
を精度よく管理することができないという問題がある。

【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、小型であって応答速度が速く、しか
も加工精度が高く動作温度を精度よく管理することがで
きるようにしたマイクロサーモスイッチを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体よりなる支持基板と、半導体よりなり一端部が支持基
板に機械的に結合された可撓性を有する可動片と、可動
片の他端部において可動片の厚み方向の一面に設けた可
動接点と、可動片の撓みに応じて可動接点が離接する固
定接点と、可動片の少なくとも一部に積層され可動片と
は熱膨張率の異なる金属薄膜により形成されたバイメタ
ル素膜とからなるものである。この構成によれば、半導
体により形成した可動片の撓みにより接点を開閉してお
り、金属薄膜により形成されたバイメタル素膜と半導体
との熱膨張率の差を利用してバイメタルとして動作させ
る構造であるから、半導体装置の製造プロセスによって
精度よく加工することができ、結果的に動作温度を精度
よく管理することができる。しかも、半導体装置の製造
プロセスを用いて微細に加工することができるから、ご
く小型化することができ、結果的に熱容量が少なくな
り、高速に応答することになる。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記可動片がシリコンであり、前記バイメタル素膜
がアルミニウムであって可動接点を設けた面とは反対面
側に積層されているものである。この構成では、可動片
とバイメタル素膜との熱膨張率の差が比較的大きく、薄
肉の可動片で可動片の撓み量を大きくとることができ
る。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記可動片がシリコンであり、前記バイメタル素膜
がニッケルであって可動接点を設けた面とは反対面側に
積層されているものである。この構成では、バイメタル
素膜のヤング率が比較的大きく熱応力が大きくなるか
ら、厚肉の可動片に用いることができる。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記支持基板と前記可動片との間に熱伝導率が可動
片よりも小さい熱絶縁部材が介装されているものであ
る。この構成によれば、バイメタル素膜とともにバイメ
タルを構成する可動片が支持基板に対して熱絶縁される
から、バイメタルの熱容量を小さくすることができ、高
速に応答させることができる。

【００１１】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記可動片における前記他端部には固定接点側に突
出するとともに先端面に可動接点を設けた接点保持部が
形成され、接点保持部が可動接点を設けた面の反対面側
を凹没させた中空に形成されているものである。この構
成によれば、接点保持部が中空であることにより、接点
保持部の熱容量が低減されるとともに、接点保持部が軽
量化されることになり、接点保持部が充実している場合
よりも高速な応答が期待できる。

【００１２】請求項６の発明は、半導体よりなる支持基
板と、半導体よりなり一端部が支持基板に機械的に結合
された可撓性を有する可動片と、可動片の他端部におい
て可動片の厚み方向の一面側に突設され他面側を凹没さ
せた中空の接点保持部と、接点保持部の先端面に設けた
可動接点と、可動片の撓みに応じて可動接点が離接する
固定接点と、可動片の厚み方向における前記他面側に積
層され可動片よりも熱膨張率の大きい金属薄膜により形
成されたバイメタル素膜と、前記支持基板と前記可動片
との間に介装され熱伝導率が可動片よりも小さい熱絶縁
部材とを備えたマイクロサーモスイッチの製造方法であ
って、半導体基板の主表面において熱絶縁部材を設ける
部位に第１の凹所をエッチングにより形成するとともに
半導体基板の裏面のうち少なくとも可動片に対応する部
位に固定接点と可動接点とが開放されているときの距離
を確保する深さの第２の凹所をエッチングにより形成す
る工程と、第１の凹所に熱絶縁部材を形成する材料を埋
め込む工程と、半導体基板の裏面側のエッチングにより
可動片および接点保持部を形成するとともに半導体基板
の主表面側のエッチングにより接点保持部となる部位を
凹没させる工程と、半導体基板の主表面をバイメタル素
膜となる金属薄膜で覆う工程と、可動片に相当する部位
を残して金属薄膜を除去する工程と、熱絶縁部材を除く
部位で可動片を支持基板から分離する工程とを有する。
このプロセスでは、固定接点と可動接点とが開放されて
いるときの距離をエッチングにより形成される第２の凹
所により規定するから、固定接点と可動接点との間の微
小なギャップを高い精度で管理することができる。しか
も、バイメタル素膜をエッチングにより形成するから他
の導電パターンなどを同時に形成することが可能にな
る。

【００１３】請求項７の発明は、半導体よりなる支持基
板と、半導体よりなり一端部が支持基板に機械的に結合
された可撓性を有する可動片と、可動片の他端部におい
て可動片の厚み方向の一面側に突設され他面側を凹没さ
せた中空の接点保持部と、接点保持部の先端面に設けた
可動接点と、可動片の撓みに応じて可動接点が離接する
固定接点と、可動片の厚み方向における前記他面側に積
層され可動片よりも熱膨張率の大きい金属薄膜により形
成されたバイメタル素膜と、前記支持基板と前記可動片
との間に介装され熱伝導率が可動片よりも小さい熱絶縁
部材とを備えたマイクロサーモスイッチの製造方法であ
って、半導体基板の主表面において熱絶縁部材を設ける
部位に第１の凹所をエッチングにより形成するとともに
半導体基板の裏面のうち少なくとも可動片に対応する部
位に固定接点と可動接点とが開放されているときの距離
を確保する深さの第２の凹所をエッチングにより形成す
る工程と、第１の凹所に熱絶縁部材を形成する材料を埋
め込む工程と、半導体基板の裏面側のエッチングにより
可動片および接点保持部を形成するとともに半導体基板
の主表面側のエッチングにより接点保持部となる部位を
凹没させる工程と、半導体基板の主表面のうち可動片に
相当する部位にバイメタル素膜となる金属薄膜をメッキ
により形成する工程と、熱絶縁部材を除く部位で可動片
を支持基板から分離する工程とを有する。このプロセス
では、固定接点と可動接点とが開放されているときの距
離をエッチングにより形成される第２の凹所により規定
するから、固定接点と可動接点との間の微小なギャップ
を高い精度で管理することができる。しかも、バイメタ
ル素膜をメッキにより形成するから材料に無駄が生じな
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本実施形態
におけるサーモスイッチは、図１に示すように、シリコ
ンよりなる固定基板１０の上にシリコンよりなる支持基
板２０を積層した形に形成される。

【００１５】支持基板２０は矩形枠状に形成された枠部
２１と、枠部２１の一辺から枠部２１の中に挿入される
形で連続一体に延設された可動片２２とを備える。すな
わち、可動片２２は支持基板２０に略コ字形のスリット
２０ａを形成することによって支持基板２０に対して片
持ばりとなるように形成される。可動片２２は支持基板
２０の厚み方向において撓みやすくなるように他の部位
よりも薄肉に形成された可撓部２２ａを有し、さらに可
動片２２の先端部には固定基板１０側に突出する形で可
動片２２の他の部位よりも厚肉に形成された接点保持部
２２ｂが形成される。接点保持部２２ｂの先端面には可
動接点２３が設けられる。ここにおいて、枠部２１のう
ち接点保持部２２ｂ側の一辺は固定基板１０と離間して
おり、他辺は固定基板１０と一体に結合されている。

【００１６】一方、固定基板１０には可動接点２３が離
接する一対の固定接点１１ａ，１１ｂを備える。両固定
接点１１ａ，１１ｂは固定基板１０において支持基板２
０側の表面に設けた導電パターン１２の一部として形成
され、この導電パターン１２は固定基板１０と支持基板
２０における枠部２１の一辺との間隙を通して枠部２１
の外に引き出される。

【００１７】ところで、可動片２における可撓部２２ａ
には、固定基板１０とは反対面側でシリコンよりも膨張
係数の大きい金属薄膜により形成されたバイメタル素膜
２４が積層される。バイメタル素膜２４は可撓部２２ａ
とともにバイメタルを構成するものであって、可撓部２
２ａよりも膨張係数が高いから、周囲温度が上昇すれ
ば、可動部２２ａは上に凸になる形で湾曲することにな
る。つまり、接点保持部２２ｂが固定接点１１ａ，１１
ｂに近付くのであって、周囲温度が設定された温度以上
であれば、可動接点２３が固定接点１１ａ，１１ｂに接
触し、両固定接点１１ａ，１１ｂの間が可動接点２３を
介して電気的に接続されることになる。周囲温度が下降
すれば、可動接点２３が固定接点１１ａ，１１ｂから離
れるのは言うまでもない。

【００１８】（第２の実施の形態）第１の実施の形態で
は可動片２２を支持枠２１と連続一体に形成していた
が、本実施形態は、図２に示すように、支持枠２１と可
動片２２とを熱絶縁部材２５を介して連結した構成を有
している。熱絶縁部材２５は可撓部２２ａの厚み寸法に
略等しい厚み寸法を有している。熱絶縁部材２５として
は、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、酸
化シリコンのいずれかが望ましい。

【００１９】熱絶縁部材２５を設けているのは次の理由
による。すなわち、第１の実施の形態のように可動片２
２が支持枠２１に連続一体に形成されている場合に、シ
リコンは熱伝導率が比較的高いものであるから、可動片
２２が支持枠２１に熱的に結合される。つまり、可動片
２２とバイメタル素膜２４とからなるバイメタルの全体
としての熱容量が大きくなり、応答速度の低下につなが
ることになる。

【００２０】そこで、本実施形態では、可動片２２と支
持枠２１との間に熱絶縁部材２５を介在させることによ
って可動片２２と支持枠２１とを熱的に遮断し、バイメ
タルの全体としての熱容量を低減させているのである。
このようにして第１の実施の形態よりも応答速度が高め
られる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様
である。

【００２１】（第３の実施の形態）本実施形態は、第１
の実施の形態よりも応答速度を高めるために、接点保持
部２２ｂにおいて可動接点２３を設けた面と反対側面に
凹所２２ｃを形成することによって接点保持部２２ｂを
中空に形成したものである。つまり、第１の実施の形態
では接点保持部２２ｂが内部の充実した構造になってい
るが、本実施形態では図３に示すように接点保持部２２
ｂを固定基板１０と反対面側に開放された中空に形成し
てある。このような形状を採用することにより、可動片
２２の熱容量が小さくなるとともに、可動片２２が軽量
化されることになり、応答速度が高くなる。他の構成お
よび動作は第１の実施の形態と同様である。

【００２２】（第４の実施の形態）本実施形態は、第２
および第３の実施の形態を合わせた構成であって、熱絶
縁部材２５を有するとともに、接点保持部２２ｂを中空
に形成しているものである。この構造は、図４、図５に
示すプロセスで製造することができる。以下に説明する
プロセスでは、支持基板２０を製造した後に、支持基板
２０を固定基板１０に結合する。しかして、まず支持基
板２０を形成する図４（ａ）のようなシリコン基板４０
の厚み方向の主表面と裏面とにシリコン酸化膜を形成す
る。次に、図４（ｂ）のようにシリコン酸化膜４１のう
ち、熱絶縁部材２５を設ける部位４２と可動片２を設け
る部位４３とについてはシリコン酸化膜４１をエッチン
グにより除去する。その後、図４（ｃ）のように、シリ
コン酸化膜４１をマスクに用いてＫＯＨ等によるエッチ
ングを行い、シリコン基板４０のうち熱絶縁部材２５を
設ける部位４２には可動片２２の厚み寸法に相当する深
さの凹所４４を形成し、シリコン基板４０のうち可動片
２を設ける部位４３には固定接点１１ａ，１１ｂと可動
接点２３とが開放されているときの距離を確保する深さ
を有した凹所４５を形成する。凹所４４，４５の形成後
にはシリコン酸化膜４１を除去する。

【００２３】次に、図４（ｄ）のように、シリコン基板
４０のうち凹所４４が形成されている主表面の全面を熱
絶縁部材２５を形成する材料（フッ素樹脂）４６により
コートし、凹所４４に熱絶縁部材２５を充填する。凹所
４４以外では材料４６は不要であるから、図４（ｅ）の
ように凹所４４を覆い、他の部位の材料４６をエッチン
グ等により除去する。

【００２４】上述のようにして熱絶縁部材２５（４６）
を形成した後、図４（ｆ）のように、シリコン窒化膜４
７によりパターニングし、次に、シリコン基板４０の主
表面と裏面との両面からＫＯＨ等により異方性エッチン
グを行う。この処理によって、図４（ｇ）のように、可
動片２２が形成され、中空の接点保持部２２ｂを形成す
ることができる。ただし、熱絶縁部材２５と可動片２２
との厚み寸法が等しくなるようにエッチングの終了時点
を制御する。

【００２５】エッチングの終了後に、図５（ａ）のよう
にシリコン窒化膜４７を除去し、図５（ｂ）のようにシ
リコン基板４０の主表面にアルミニウムよりなる金属薄
膜４８を必要な厚みだけスパッタにより形成し、可撓部
２２ａとなる部位（つまり、バイメタル素膜２４となる
部位）にレジスト４９を施す。ここで、金属薄膜４８に
エッチングを施してレジスト４９以外の部位を除去する
と、図５（ｃ）のように可撓部２２ａに対応する部位だ
け金属薄膜４８が残る。この工程によってバイメタルが
形成される。バイメタルの形成後、図５（ｄ）のよう
に、シリコン基板４０の裏面で接点保持部２２ｂに対応
する部位にメッキを施して金等により可動接点２３を形
成する。ここにおいて、アルミニウムを用いるとパター
ニングが容易であるから、バイメタル素膜２４だけでは
なく、配線パターンも同時に形成することが可能であ
る。

【００２６】一方、固定基板１０は図５（ｄ）のように
主表面に金等のメッキによる固定接点１１ａ，１１ｂが
形成されており、この固定基板１０に上述のようにして
形成されたシリコン基板４０を陽極接合等により接合す
る。最後にＲＩＥ等によって可動片２２の３辺に跨るス
リット２０ａを形成して可動片２２を枠部２１から分離
すればサーモスイッチが完成する。

【００２７】サーモスイッチは図４に示す工程の後に、
図６に示す工程を採用することによっても製造すること
ができる。ただし、このプロセスではアルミニウムに代
えてニッケルを用いている。熱絶縁部材２５を形成する
工程（図４の工程）までは上述したアルミニウムを用い
るプロセスと同様であるが、バイメタル素膜２４として
ニッケルを用いる場合には、図６（ａ）のようにシリコ
ン窒化膜４７を除去した後に、図６（ｂ）のようにシリ
コン基板４０の主表面にメッキによって必要な厚みのニ
ッケルよりなる金属薄膜４８’を形成する。その後、図
６（ｃ）のように、接点保持部２２ｂに対応する部位で
シリコン基板４０の裏面に金等のメッキを施して可動接
点２３を形成する。以後は、アルミニウムを用いる場合
と同様であって、図６（ｄ）のように、金等によるメッ
キによって固定接点１１ａ，１１ｂを形成した固定基板
１０に陽極接合等によってシリコン基板４０を接合し、
図６（ｅ）のように、ＲＩＥ等によって可動片２２を枠
部２１から分離する。このプロセスでは、アルミニウム
よりなる金属薄膜４８のようなエッチングの工程がな
く、ニッケルに無駄が生じないとともに工程数が低減さ
れる。

【００２８】上述したサーモスイッチに用いたバイメタ
ルについて評価するために、図７のように、シリコン板
１にアルミニウムよりなる金属薄膜２を積層したバイメ
タルを考える。このバイメタルは表面形状が１０００μ
ｍ×１０００μｍの正方形であって、シリコン板１の厚
みが１５μｍ、金属薄膜２の厚みが５μｍのものであ
る。バイメタルの湾曲の程度は、数１に示すチモチェン
コの式で表される。

【００２９】

【数１】 図７に示した構造のバイメタルでは、数１の各値は以下
のようになる。 Ｅ_Al＝６．８６×１０¹⁰Ｎ／ｍ² Ｅ_Si＝１．９０×１０¹¹Ｎ／ｍ² α_Al＝２．３７×１０^-5／Ｋ α_Si＝４．１５×１０^-6／Ｋ ｔ_Al＝５μｍ ｔ_Si＝１５μｍ 図７に示したバイメタルについて温度に対する変位ｗを
数１によって求めたところ、図８において上側にプロッ
トした結果（）が得られた。図８から明らかなよう
に、変位ｗは温度にほぼ比例する。したがって、固定接
点１１ａ，１１ｂと可動接点２３との距離を調節すれ
ば、オンになる温度（動作温度）を容易に調節すること
ができる。たとえば、１００℃で動作させるには、固定
接点１１ａ，１１ｂと可動接点２３との距離を３５μｍ
に設定しておけばよいとわかる。

【００３０】図８において下側にプロットした結果
（）は、金属薄膜２としてアルミニウムに代えてニッ
ケルを用いたものである。ニッケルはアルミニウムより
も膨張係数が小さいから温度に対する変位ｗはアルミニ
ウムよりも少なくなるが、アルミニウムよりもヤング率
が大きいから、アルミニウムよりも大きな熱応力が発生
する。

【００３１】一方、図７におけるシリコン板１の厚みを
変化させたときの変位ｗを数１によって求めたところ、
図９の結果が得られた。図９においては金属薄膜２が
アルミニウムの場合であり、は金属薄膜２がニッケル
の場合である。金属薄膜２は５μｍとし２００℃におけ
る変位ｗを求めた。図９によれば、シリコン板１の厚み
が２０μｍにおいてアルミニウムとニッケルとでの変位
ｗが逆転し、シリコン板１が２０μｍ以上になると、金
属薄膜２にニッケルを用いるほうが変位ｗが大きくなる
ことがわかる。つまり、シリコン板１の厚みが大きい場
合には、金属薄膜２としてアルミニウムよりもニッケル
を用いるほうがよいと言える。

【００３２】次に応答速度について評価する。応答速度
はバイメタルの熱容量に比例する。そこで、図７に示し
たバイメタルの熱容量について検討する。

【００３３】シリコン板１については、密度が２．３３
ｇ／ｃｍ³ 、比熱が０．７５３Ｊ／ｇ℃であるから、シ
リコン板１を１℃上昇させるのに必要な熱量Ｑ１は、以
下のようになる。 Ｑ１＝１０００×１０^-6×１０００×１０^-6×１５×１
０^-6×２．３３×１０⁶×０．７５３≒２．６３×１０
^-5 Ｊ＝２．６３×１０^-2 ｍＪ 一方、金属薄膜２にアルミニウムを用いると、密度が
２．７ｇ／ｃｍ³ 、比熱が０．９００Ｊ／ｇ℃、アルミ
ニウムよりなる金属薄膜２を１℃上昇させるのに必要な
熱量Ｑ２は、以下のようになる。 Ｑ２＝１０００×１０^-6×１０００×１０^-6×５×１０
^-6×２．７×１０⁶×０．９００≒１．２１×１０^-5 Ｊ
＝１．２１×１０^-2 ｍＪ バイメタルの全体を１℃上昇させるのに必要な熱量Ｑ
は、Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＝２．６３×１０^-2 ＋１．２１×
１０^-2 ＝３．８４×１０^-2ｍＪになる。この値は、従
来のバイメタルを１℃上昇させるのに必要な熱量の約１
０００分の１であり、周囲温度の変化に対して図７の構
成のバイメタルは約１０００倍の応答速度が得られると
言える。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明は、半導体よりなる支持
基板と、半導体よりなり一端部が支持基板に機械的に結
合された可撓性を有する可動片と、可動片の他端部にお
いて可動片の厚み方向の一面に設けた可動接点と、可動
片の撓みに応じて可動接点が離接する固定接点と、可動
片の少なくとも一部に積層され可動片とは熱膨張率の異
なる金属薄膜により形成されたバイメタル素膜とからな
るものであり、半導体により形成した可動片の撓みによ
り接点を開閉しており、金属薄膜により形成されたバイ
メタル素膜と半導体との熱膨張率の差を利用してバイメ
タルとして動作させる構造であるから、半導体装置の製
造プロセスによって精度よく加工することができ、結果
的に動作温度を精度よく管理することができるという利
点がある。しかも、半導体装置の製造プロセスを用いて
微細に加工することができるから、ごく小型化すること
ができ、結果的に熱容量が少なくなり、高速に応答する
ことになるという利点がある。

【００３５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、可動片がシリコンであり、バイメタル素膜がアルミ
ニウムであって可動接点を設けた面とは反対面側に積層
されているものであり、可動片とバイメタル素膜との熱
膨張率の差が比較的大きく、薄肉の可動片で可動片の撓
み量を大きくとることができるという利点がある。

【００３６】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、可動片がシリコンであり、バイメタル素膜がニッケ
ルであって可動接点を設けた面とは反対面側に積層され
ているものであり、バイメタル素膜のヤング率が比較的
大きく熱応力が大きくなるから、厚肉の可動片に用いる
ことができるという利点がある。

【００３７】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、支持基板と可動片との間に熱伝導率が可動片よりも
小さい熱絶縁部材が介装されているものであり、バイメ
タル素膜とともにバイメタルを構成する可動片が支持基
板に対して熱絶縁されるから、バイメタルの熱容量を小
さくすることができ、高速に応答させることができると
いう利点がある。

【００３８】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、可動片における他端部には固定接点側に突出すると
ともに先端面に可動接点を設けた接点保持部が形成さ
れ、接点保持部が可動接点を設けた面の反対面側を凹没
させた中空に形成されているものであり、接点保持部が
中空であることにより、接点保持部の熱容量が低減され
るとともに、接点保持部が軽量化されることになり、接
点保持部が充実している場合よりも高速な応答が期待で
きる。

【００３９】請求項６の発明は、半導体よりなる支持基
板と、半導体よりなり一端部が支持基板に機械的に結合
された可撓性を有する可動片と、可動片の他端部におい
て可動片の厚み方向の一面側に突設され他面側を凹没さ
せた中空の接点保持部と、接点保持部の先端面に設けた
可動接点と、可動片の撓みに応じて可動接点が離接する
固定接点と、可動片の厚み方向における他面側に積層さ
れ可動片よりも熱膨張率の大きい金属薄膜により形成さ
れたバイメタル素膜と、支持基板と可動片との間に介装
され熱伝導率が可動片よりも小さい熱絶縁部材とを備え
たマイクロサーモスイッチの製造方法であって、半導体
基板の主表面において熱絶縁部材を設ける部位に第１の
凹所をエッチングにより形成するとともに半導体基板の
裏面のうち少なくとも可動片に対応する部位に固定接点
と可動接点とが開放されているときの距離を確保する深
さの第２の凹所をエッチングにより形成する工程と、第
１の凹所に熱絶縁部材を形成する材料を埋め込む工程
と、半導体基板の裏面側のエッチングにより可動片およ
び接点保持部を形成するとともに半導体基板の主表面側
のエッチングにより接点保持部となる部位を凹没させる
工程と、半導体基板の主表面をバイメタル素膜となる金
属薄膜で覆う工程と、可動片に相当する部位を残して金
属薄膜を除去する工程と、熱絶縁部材を除く部位で可動
片を支持基板から分離する工程とを有し、固定接点と可
動接点とが開放されているときの距離をエッチングによ
り形成される第２の凹所により規定するから、固定接点
と可動接点との間の微小なギャップを高い精度で管理す
ることができるという利点があり、しかも、バイメタル
素膜をエッチングにより形成するから他の導電パターン
などを同時に形成することが可能になるという利点があ
る。

【００４０】請求項７の発明は、半導体よりなる支持基
板と、半導体よりなり一端部が支持基板に機械的に結合
された可撓性を有する可動片と、可動片の他端部におい
て可動片の厚み方向の一面側に突設され他面側を凹没さ
せた中空の接点保持部と、接点保持部の先端面に設けた
可動接点と、可動片の撓みに応じて可動接点が離接する
固定接点と、可動片の厚み方向における他面側に積層さ
れ可動片よりも熱膨張率の大きい金属薄膜により形成さ
れたバイメタル素膜と、支持基板と可動片との間に介装
され熱伝導率が可動片よりも小さい熱絶縁部材とを備え
たマイクロサーモスイッチの製造方法であって、半導体
基板の主表面において熱絶縁部材を設ける部位に第１の
凹所をエッチングにより形成するとともに半導体基板の
裏面のうち少なくとも可動片に対応する部位に固定接点
と可動接点とが開放されているときの距離を確保する深
さの第２の凹所をエッチングにより形成する工程と、第
１の凹所に熱絶縁部材を形成する材料を埋め込む工程
と、半導体基板の裏面側のエッチングにより可動片およ
び接点保持部を形成するとともに半導体基板の主表面側
のエッチングにより接点保持部となる部位を凹没させる
工程と、半導体基板の主表面のうち可動片に相当する部
位にバイメタル素膜となる金属薄膜をメッキにより形成
する工程と、熱絶縁部材を除く部位で可動片を支持基板
から分離する工程とを有し、固定接点と可動接点とが開
放されているときの距離をエッチングにより形成される
第２の凹所により規定するから、固定接点と可動接点と
の間の微小なギャップを高い精度で管理することができ
るという利点があり、しかも、バイメタル素膜をメッキ
により形成するから材料に無駄が生じないという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す一部破断した
斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す一部破断した
斜視図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す一部破断した
斜視図である。

【図４】同上の製造工程の前半部分を示す工程図であ
る。

【図５】同上の製造工程の後半部分を示す工程図であ
る。

【図６】同上の他の製造工程の後半部分を示す工程図で
ある。

【図７】本発明に用いるバイメタルの一例を示す斜視図
である。

【図８】同上の動作説明図である。

【図９】同上の動作説明図である。

【図１０】従来例を示す概略側面図である。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ 固定接点 ２０ 支持基板 ２２ 可動片 ２２ａ 接点保持部 ２３ 可動接点 ２４ バイメタル素膜 ２５ 熱絶縁部材 ４０ シリコン基板 ４４ （第１の）凹所 ４５ （第２の）凹所 ４８ 金属薄膜 ４８’ 金属薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌倉 將有 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 河田 裕志 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5G041 AA02 AA03 AA14 CA01 CC01 CD11 DA20 DC07 DE03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体よりなる支持基板と、半導体より
   なり一端部が支持基板に機械的に結合された可撓性を有
   する可動片と、可動片の他端部において可動片の厚み方
   向の一面に設けた可動接点と、可動片の撓みに応じて可
   動接点が離接する固定接点と、可動片の少なくとも一部
   に積層され可動片とは熱膨張率の異なる金属薄膜により
   形成されたバイメタル素膜とからなることを特徴とする
   マイクロサーモスイッチ。
2. 【請求項２】 前記可動片はシリコンよりなり、前記バ
   イメタル素膜はアルミニウムよりなり可動接点を設けた
   面とは反対面側に積層されていることを特徴とする請求
   項１記載のマイクロサーモスイッチ。
3. 【請求項３】 前記可動片はシリコンよりなり、前記バ
   イメタル素膜はニッケルよりなり可動接点を設けた面と
   は反対面側に積層されていることを特徴とする請求項１
   記載のマイクロサーモスイッチ。
4. 【請求項４】 前記支持基板と前記可動片との間に熱伝
   導率が可動片よりも小さい熱絶縁部材が介装されている
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロサーモスイッ
   チ。
5. 【請求項５】 前記可動片における前記他端部には固定
   接点側に突出するとともに先端面に可動接点を設けた接
   点保持部が形成され、接点保持部は可動接点を設けた面
   の反対面側を凹没させた中空に形成されていることを特
   徴とする請求項１記載のマイクロサーモスイッチ。
6. 【請求項６】 半導体よりなる支持基板と、半導体より
   なり一端部が支持基板に機械的に結合された可撓性を有
   する可動片と、可動片の他端部において可動片の厚み方
   向の一面側に突設され他面側を凹没させた中空の接点保
   持部と、接点保持部の先端面に設けた可動接点と、可動
   片の撓みに応じて可動接点が離接する固定接点と、可動
   片の厚み方向における前記他面側に積層され可動片より
   も熱膨張率の大きい金属薄膜により形成されたバイメタ
   ル素膜と、前記支持基板と前記可動片との間に介装され
   熱伝導率が可動片よりも小さい熱絶縁部材とを備えたマ
   イクロサーモスイッチの製造方法であって、半導体基板
   の主表面において熱絶縁部材を設ける部位に第１の凹所
   をエッチングにより形成するとともに半導体基板の裏面
   のうち少なくとも可動片に対応する部位に固定接点と可
   動接点とが開放されているときの距離を確保する深さの
   第２の凹所をエッチングにより形成する工程と、第１の
   凹所に熱絶縁部材を形成する材料を埋め込む工程と、半
   導体基板の裏面側のエッチングにより可動片および接点
   保持部を形成するとともに半導体基板の主表面側のエッ
   チングにより接点保持部となる部位を凹没させる工程
   と、半導体基板の主表面をバイメタル素膜となる金属薄
   膜で覆う工程と、可動片に相当する部位を残して金属薄
   膜を除去する工程と、熱絶縁部材を除く部位で可動片を
   支持基板から分離する工程とを有することを特徴とする
   マイクロサーモスイッチの製造方法。
7. 【請求項７】 半導体よりなる支持基板と、半導体より
   なり一端部が支持基板に機械的に結合された可撓性を有
   する可動片と、可動片の他端部において可動片の厚み方
   向の一面側に突設され他面側を凹没させた中空の接点保
   持部と、接点保持部の先端面に設けた可動接点と、可動
   片の撓みに応じて可動接点が離接する固定接点と、可動
   片の厚み方向における前記他面側に積層され可動片より
   も熱膨張率の大きい金属薄膜により形成されたバイメタ
   ル素膜と、前記支持基板と前記可動片との間に介装され
   熱伝導率が可動片よりも小さい熱絶縁部材とを備えたマ
   イクロサーモスイッチの製造方法であって、半導体基板
   の主表面において熱絶縁部材を設ける部位に第１の凹所
   をエッチングにより形成するとともに半導体基板の裏面
   のうち少なくとも可動片に対応する部位に固定接点と可
   動接点とが開放されているときの距離を確保する深さの
   第２の凹所をエッチングにより形成する工程と、第１の
   凹所に熱絶縁部材を形成する材料を埋め込む工程と、半
   導体基板の裏面側のエッチングにより可動片および接点
   保持部を形成するとともに半導体基板の主表面側のエッ
   チングにより接点保持部となる部位を凹没させる工程
   と、半導体基板の主表面のうち可動片に相当する部位に
   バイメタル素膜となる金属薄膜をメッキにより形成する
   工程と、熱絶縁部材を除く部位で可動片を支持基板から
   分離する工程とを有することを特徴とするマイクロサー
   モスイッチの製造方法。