JP2002264090A - 熱アクチュエータを備えたマイクロデバイス - Google Patents
熱アクチュエータを備えたマイクロデバイスInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H61/02—Electrothermal relays wherein the thermally-sensitive member is heated indirectly, e.g. resistively, inductively
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H2001/0063—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] having electrostatic latches, i.e. the activated position is kept by electrostatic forces other than the activation force
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H2037/008—Micromechanical switches operated thermally
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H2061/006—Micromechanical thermal relay
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- Electromagnetism (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的小さい熱交換でもって迅速にトリガー
できるマイクロデバイスの提供。 【解決手段】 マイクロデバイスであって、第１高さレ
ベルに配置されるとともに、熱アクチュエータによって
トリガーされる変形可能部材（１１）によって支持され
た、導体（１３）と；第２高さレベルに配置された導体
（４，５）と；を具備し、トリガーによって、導体（１
３）と導体（４，５）との間の距離が変更されるように
なっており、熱アクチュエータが、変形可能部材（１
１）に対して局所位置において当接する電気抵抗（１
４，１５）から構成されている。
できるマイクロデバイスの提供。 【解決手段】 マイクロデバイスであって、第１高さレ
ベルに配置されるとともに、熱アクチュエータによって
トリガーされる変形可能部材（１１）によって支持され
た、導体（１３）と；第２高さレベルに配置された導体
（４，５）と；を具備し、トリガーによって、導体（１
３）と導体（４，５）との間の距離が変更されるように
なっており、熱アクチュエータが、変形可能部材（１
１）に対して局所位置において当接する電気抵抗（１
４，１５）から構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱アクチュエータ
の影響を受けて変形する部材を備えたマイクロデバイス
に関するものである。このマイクロデバイスは、ラジオ
波周波数信号のスイッチングに特に好適なマイクロスイ
ッチを形成することができる。
の影響を受けて変形する部材を備えたマイクロデバイス
に関するものである。このマイクロデバイスは、ラジオ
波周波数信号のスイッチングに特に好適なマイクロスイ
ッチを形成することができる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】マイ
クロスイッチは、最近のエレクトロニクスデバイスにお
いて次第に使用されるようになってきたマイクロデバイ
スである。マイクロスイッチの主要な特徴の１つは、次
第に小型化されているその小さなサイズである。これ
は、特に、携帯電話に好適である。この種の装置に対し
てのマイクロスイッチの構成は、マイクロスイッチを駆
動するための、基板上で利用可能な電力という深刻な問
題に直面する。現在のマイクロスイッチは、低電圧（例
えば３Ｖ）でもって制御できるものでなければならず、
また、非常に短時間で制御できるものでなければならな
い。
クロスイッチは、最近のエレクトロニクスデバイスにお
いて次第に使用されるようになってきたマイクロデバイ
スである。マイクロスイッチの主要な特徴の１つは、次
第に小型化されているその小さなサイズである。これ
は、特に、携帯電話に好適である。この種の装置に対し
てのマイクロスイッチの構成は、マイクロスイッチを駆
動するための、基板上で利用可能な電力という深刻な問
題に直面する。現在のマイクロスイッチは、低電圧（例
えば３Ｖ）でもって制御できるものでなければならず、
また、非常に短時間で制御できるものでなければならな
い。
【０００３】M.A.GRETILLAT 氏他による Transducers '
99, June 7-10, 1999, Sendai,Japan における“Microm
echanical relay with electrostatic actuation andme
tallic contacts” と題する文献は、約２０Ｖという制
御電圧を必要として静電的に制御されるマイクロスイッ
チを開示している。
99, June 7-10, 1999, Sendai,Japan における“Microm
echanical relay with electrostatic actuation andme
tallic contacts” と題する文献は、約２０Ｖという制
御電圧を必要として静電的に制御されるマイクロスイッ
チを開示している。
【０００４】Zhihong LI氏他による J. Micromech. Mic
roeng. 10 (2000), pages 329-333における“Bulk micr
omachined relay with lateral contact” と題する文
献は、広い対向面積を使用した静電制御型リレーを開示
している。これは、気圧の減少を引き起こす。このシス
テムは、減衰していき、スイッチング時間が長くなって
しまう。さらに、活性ラインのコンタクトの技術的製造
が、非常に困難であって、使用している多数の電極が、
活性ラインによって搬送されるラジオ波周波数信号の制
御を妨害してしまう傾向がある。
roeng. 10 (2000), pages 329-333における“Bulk micr
omachined relay with lateral contact” と題する文
献は、広い対向面積を使用した静電制御型リレーを開示
している。これは、気圧の減少を引き起こす。このシス
テムは、減衰していき、スイッチング時間が長くなって
しまう。さらに、活性ラインのコンタクトの技術的製造
が、非常に困難であって、使用している多数の電極が、
活性ラインによって搬送されるラジオ波周波数信号の制
御を妨害してしまう傾向がある。
【０００５】仏国特許出願公開明細書第２ ７７２ ５１
２号には、基板上に構成されるとともに、バイメタル効
果を有した熱アクチュエータによって第１動作状態と第
２動作状態との間のトリガーを得るために使用される、
マイクロスイッチまたはマイクロバルブの製造に特に使
用可能なマイクロシステムが開示されている。熱アクチ
ュエータは、基板の両端に対して取り付けられた変形可
能部材を備えている。これにより、対向基板の表面に対
しての拘束を必要とすることなく、自然的な撓みをもた
らすことができる。この自然的な撓みは、第１動作状態
を決定する。第２動作状態は、熱アクチュエータによっ
て引き起こされる。この場合、熱アクチュエータは、温
度変化の影響を受けて、変形可能部材の変形を引き起こ
す。これにより、撓みを減少させ、圧縮応力を与え、自
然的な撓みとは反対向きのバックリング効果によってト
リガーを引き起こす。このデバイスは、制御のために比
較的大きな熱交換を必要とする。制御用電気抵抗が加熱
されたときには、変形可能部材が、（放射および伝導に
よって）生成される熱の大部分を消費する。このエネル
ギー損失を、バイメタル部材の制御のために印加すべき
エネルギーの計算に際して、考慮しておかなければなら
ない。さらに、構造のトリガー時間は、熱伝導のために
必要な時間の結果として、また、環境に対しての放射損
失を加熱時に補償しなければならないことの結果とし
て、比較的長いものとなってしまう。
２号には、基板上に構成されるとともに、バイメタル効
果を有した熱アクチュエータによって第１動作状態と第
２動作状態との間のトリガーを得るために使用される、
マイクロスイッチまたはマイクロバルブの製造に特に使
用可能なマイクロシステムが開示されている。熱アクチ
ュエータは、基板の両端に対して取り付けられた変形可
能部材を備えている。これにより、対向基板の表面に対
しての拘束を必要とすることなく、自然的な撓みをもた
らすことができる。この自然的な撓みは、第１動作状態
を決定する。第２動作状態は、熱アクチュエータによっ
て引き起こされる。この場合、熱アクチュエータは、温
度変化の影響を受けて、変形可能部材の変形を引き起こ
す。これにより、撓みを減少させ、圧縮応力を与え、自
然的な撓みとは反対向きのバックリング効果によってト
リガーを引き起こす。このデバイスは、制御のために比
較的大きな熱交換を必要とする。制御用電気抵抗が加熱
されたときには、変形可能部材が、（放射および伝導に
よって）生成される熱の大部分を消費する。このエネル
ギー損失を、バイメタル部材の制御のために印加すべき
エネルギーの計算に際して、考慮しておかなければなら
ない。さらに、構造のトリガー時間は、熱伝導のために
必要な時間の結果として、また、環境に対しての放射損
失を加熱時に補償しなければならないことの結果とし
て、比較的長いものとなってしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記欠点を克服するため
に、マイクロデバイスであって、第１高さレベルに配置
されるとともに、バイメタル効果型アクチュエータによ
ってトリガーされる変形可能部材によって支持された、
導体と；第２高さレベルに配置された導体と；を具備
し、トリガーによって、第１高さレベルの導体と第２高
さレベルの導体との間のギャップが変更されるようにな
っており、この場合において、バイメタル効果型アクチ
ュエータが、変形可能部材に対して局所位置において当
接する電気抵抗からなり、電気抵抗は、これら電気抵抗
に制御電流が流されたときには、この制御電流の流通に
よって生成される熱の効果によって十分に膨張すること
ができ、これにより、バイメタル効果によって、電気抵
抗内に生成された熱が変形可能部材の中を伝搬し終わる
よりも前に、変形可能部材をトリガーすることができる
ようになっていることを特徴とするマイクロデバイスが
提供される。
に、マイクロデバイスであって、第１高さレベルに配置
されるとともに、バイメタル効果型アクチュエータによ
ってトリガーされる変形可能部材によって支持された、
導体と；第２高さレベルに配置された導体と；を具備
し、トリガーによって、第１高さレベルの導体と第２高
さレベルの導体との間のギャップが変更されるようにな
っており、この場合において、バイメタル効果型アクチ
ュエータが、変形可能部材に対して局所位置において当
接する電気抵抗からなり、電気抵抗は、これら電気抵抗
に制御電流が流されたときには、この制御電流の流通に
よって生成される熱の効果によって十分に膨張すること
ができ、これにより、バイメタル効果によって、電気抵
抗内に生成された熱が変形可能部材の中を伝搬し終わる
よりも前に、変形可能部材をトリガーすることができる
ようになっていることを特徴とするマイクロデバイスが
提供される。
【０００７】変形可能部材は、好ましくは、部材または
膜とされる。
膜とされる。
【０００８】制御電流が解除されたときに変形可能部材
をスイッチング後の状態に保持するための静電保持手段
を設けることができる。この静電保持手段は、互いに対
向配置された少なくとも１対の電極を備えることがで
き、対をなす電極の一方は、変形可能部材と一体化され
ており、対をなす電極の他方は、変形可能部材がトリガ
ーされたときに対向電極間のギャップが最小となるよう
にして配置される。
をスイッチング後の状態に保持するための静電保持手段
を設けることができる。この静電保持手段は、互いに対
向配置された少なくとも１対の電極を備えることがで
き、対をなす電極の一方は、変形可能部材と一体化され
ており、対をなす電極の他方は、変形可能部材がトリガ
ーされたときに対向電極間のギャップが最小となるよう
にして配置される。
【０００９】変形例においては、静電保持手段は、少な
くとも１対の対向電極を備え、対をなす電極の一方が、
変形可能部材と一体化されており、対をなす電極の他方
が、変形可能部材がトリガーされたときに互いに接触は
するものの電気絶縁体を介することによって短絡はしな
いようにして配置される。
くとも１対の対向電極を備え、対をなす電極の一方が、
変形可能部材と一体化されており、対をなす電極の他方
が、変形可能部材がトリガーされたときに互いに接触は
するものの電気絶縁体を介することによって短絡はしな
いようにして配置される。
【００１０】電気抵抗は、波形の形態で成膜された少な
くとも１つの層を有することができる。これにより、熱
アクチュエータの効率が改良される。
くとも１つの層を有することができる。これにより、熱
アクチュエータの効率が改良される。
【００１１】電気抵抗は、好ましくは、アルミニウム、
マンガン、鉛、金、白金、ニッケル、および、インコネ
ル６００（登録商標）からなるグループの中から選択さ
れた材料から形成される。
マンガン、鉛、金、白金、ニッケル、および、インコネ
ル６００（登録商標）からなるグループの中から選択さ
れた材料から形成される。
【００１２】マイクロデバイスがマイクロテクノロジー
における手法を使用してマイクロ成膜体として製造され
る場合には、変形可能部材は、基板上に成膜された層に
基づいて形成することができる。
における手法を使用してマイクロ成膜体として製造され
る場合には、変形可能部材は、基板上に成膜された層に
基づいて形成することができる。
【００１３】第１実施形態においては、第２高さレベル
上に配置された導体は、第１ラインのコンタクトと、第
２ラインのコンタクトと、を備え、変形可能部材のトリ
ガーによって、第１高さレベルの導体と第２高さレベル
の導体との間の距離が、ゼロにまで縮められ、これによ
り、第１高さレベルの導体が、コンタクトとコンタクト
との間の電気的接続を形成するものとされ、よって、マ
イクロデバイスがマイクロスイッチとして機能する。変
形可能部材によって支持された導体は、理想的には、導
電性ブロックによって構成される。
上に配置された導体は、第１ラインのコンタクトと、第
２ラインのコンタクトと、を備え、変形可能部材のトリ
ガーによって、第１高さレベルの導体と第２高さレベル
の導体との間の距離が、ゼロにまで縮められ、これによ
り、第１高さレベルの導体が、コンタクトとコンタクト
との間の電気的接続を形成するものとされ、よって、マ
イクロデバイスがマイクロスイッチとして機能する。変
形可能部材によって支持された導体は、理想的には、導
電性ブロックによって構成される。
【００１４】第２実施形態においては、第１高さレベル
上の導体と第２高さレベル上の導体とが、それぞれ、コ
ンデンサの第１電極および第２電極を形成し、このコン
デンサが、変形可能部材のスイッチング前においては第
１電気容量値を有し、変形可能部材のスイッチング後に
おいては第２電気容量値を有している。
上の導体と第２高さレベル上の導体とが、それぞれ、コ
ンデンサの第１電極および第２電極を形成し、このコン
デンサが、変形可能部材のスイッチング前においては第
１電気容量値を有し、変形可能部材のスイッチング後に
おいては第２電気容量値を有している。
【００１５】変形例においては、大きな誘電定数を有し
た絶縁層が、コンデンサの第１電極および第２電極を隔
離する。この絶縁層は、厚さが例えば０．１ｍよりも小
さいものとされるものであって、２つの電極のうちの一
方の電極上にまたは双方の電極上に配置することができ
る。
た絶縁層が、コンデンサの第１電極および第２電極を隔
離する。この絶縁層は、厚さが例えば０．１ｍよりも小
さいものとされるものであって、２つの電極のうちの一
方の電極上にまたは双方の電極上に配置することができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】添付図面を参照しつつ、本発明を
限定するものではない例示としての以下の説明を読むこ
とにより、本発明がより明瞭に理解され、他の特徴点や
利点も明瞭となるであろう。
限定するものではない例示としての以下の説明を読むこ
とにより、本発明がより明瞭に理解され、他の特徴点や
利点も明瞭となるであろう。
【００１７】図１（斜視図）および図２，３（断面図）
は、本発明によるマイクロスイッチを示している。
は、本発明によるマイクロスイッチを示している。
【００１８】このマイクロスイッチは、例えばシリコン
やシリカやガラスや石英といったようなものから形成さ
れた基板（１）上に、製造されている。基板（１）は、
コンタクト（４）によって終端する第１ライン（２）
と、コンタクト（５）によって終端する第２ライン
（３）と、を支持している。両コンタクト（４，５）
は、小さな間隔を介して単に離間されている。
やシリカやガラスや石英といったようなものから形成さ
れた基板（１）上に、製造されている。基板（１）は、
コンタクト（４）によって終端する第１ライン（２）
と、コンタクト（５）によって終端する第２ライン
（３）と、を支持している。両コンタクト（４，５）
は、小さな間隔を介して単に離間されている。
【００１９】基板（１）は、電気絶縁材料から形成され
単一の符号（１０）によって示された１つまたは複数の
層を支持している。この層（１０）から、部材（１１）
の形態とされた変形可能部材（例えば窒化シリコンや酸
化シリコンから形成されている）が形成されている。部
材（１１）は、層（１０）のうちの、基板（１）および
コンタクト（４，５）が露出されているキャビティ（１
２）内において変形することができる。部材（１１）
は、キャビティ（１２）側において、部材（１１）がキ
ャビティ（１２）内において撓まされたときにコンタク
ト（４，５）間を電気的に接続し得る導電性ブロック
（１３）を備えている。このマイクロスイッチは、上述
した仏国特許出願公開明細書第２ ７７２ ５１２号に開
示されたプロセスによって得ることができる。
単一の符号（１０）によって示された１つまたは複数の
層を支持している。この層（１０）から、部材（１１）
の形態とされた変形可能部材（例えば窒化シリコンや酸
化シリコンから形成されている）が形成されている。部
材（１１）は、層（１０）のうちの、基板（１）および
コンタクト（４，５）が露出されているキャビティ（１
２）内において変形することができる。部材（１１）
は、キャビティ（１２）側において、部材（１１）がキ
ャビティ（１２）内において撓まされたときにコンタク
ト（４，５）間を電気的に接続し得る導電性ブロック
（１３）を備えている。このマイクロスイッチは、上述
した仏国特許出願公開明細書第２ ７７２ ５１２号に開
示されたプロセスによって得ることができる。
【００２０】部材（１１）（場合によっては、膜）は、
互いに異なる熱膨張係数を有した複数の層を積層するこ
とによって、形成することができる。
互いに異なる熱膨張係数を有した複数の層を積層するこ
とによって、形成することができる。
【００２１】部材（１１）は、この部材（１１）の両端
部に配置された２つの電気抵抗（１４，１５）を支持し
ている。これら電気抵抗は、例えばアルミニウムやマン
ガンや鉛や金や白金やニッケルやインコネル６００（登
録商標）といったような導電材料から成膜することがで
きる。これら電気抵抗は、図示しない接続ラインを介し
て、電流源に対して接続されている。
部に配置された２つの電気抵抗（１４，１５）を支持し
ている。これら電気抵抗は、例えばアルミニウムやマン
ガンや鉛や金や白金やニッケルやインコネル６００（登
録商標）といったような導電材料から成膜することがで
きる。これら電気抵抗は、図示しない接続ラインを介し
て、電流源に対して接続されている。
【００２２】図２は、互いに対向した状態で対をなして
設けられ、静電的に保持された電極を示している。つま
り、第１対をなす電極（１６，１７）と、第２対をなす
電極（１８，１９）と、を示している。電極（１６，１
８）は、部材（１１）によって支持されている。これら
電極（１６，１８）は、また、部材（１１）内に含まれ
ている。電極（１７，１９）は、基板（１）上におい
て、キャビティ（１２）の底部に配置されている。図示
しない接続ラインを介することにより、これら４つの電
極を適切な電圧源に接続することができる。
設けられ、静電的に保持された電極を示している。つま
り、第１対をなす電極（１６，１７）と、第２対をなす
電極（１８，１９）と、を示している。電極（１６，１
８）は、部材（１１）によって支持されている。これら
電極（１６，１８）は、また、部材（１１）内に含まれ
ている。電極（１７，１９）は、基板（１）上におい
て、キャビティ（１２）の底部に配置されている。図示
しない接続ラインを介することにより、これら４つの電
極を適切な電圧源に接続することができる。
【００２３】図２および図３は、休止状態におけるすな
わち熱アクチュエータが駆動されていない状態におけ
る、マイクロスイッチを示している。この状態では、導
電性ブロック（１３）は、コンタクト（４，５）間の電
気的接続を形成していない。
わち熱アクチュエータが駆動されていない状態におけ
る、マイクロスイッチを示している。この状態では、導
電性ブロック（１３）は、コンタクト（４，５）間の電
気的接続を形成していない。
【００２４】電気抵抗（１４，１５）に電流を流すこと
によって熱アクチュエータが駆動されたときには、生成
された熱が、バイメタル効果によって、部材（１１）を
キャビティ（１２）の底面側に向けて撓ませる。これに
より、導電性ブロック（１３）が、コンタクト（４，
５）上に当接することとなり、ライン（２，３）間の電
気的接続を形成する。この様子は、図４に示されてい
る。
によって熱アクチュエータが駆動されたときには、生成
された熱が、バイメタル効果によって、部材（１１）を
キャビティ（１２）の底面側に向けて撓ませる。これに
より、導電性ブロック（１３）が、コンタクト（４，
５）上に当接することとなり、ライン（２，３）間の電
気的接続を形成する。この様子は、図４に示されてい
る。
【００２５】その場合に互いに最小間隔とされる、ある
いは、その場合に互いに接触するものの薄い絶縁層によ
って短絡することは防止されている、第１対をなす電極
（１６，１７）と第２対をなす電極（１８，１９）と
は、電気抵抗（１４，１５）を流れる電流が停止された
ときには、適切な電圧が印加されることによって、撓ん
だ部材（１１）を静電的に保持する。静電的保持電圧
は、熱アクチュエータが部材（１１）を撓ませた後に、
電極（１６，１７，１８，１９）に対して印加すること
ができる。静電的保持電圧は、撓みを加速させ得るよ
う、部材（１１）が撓む前に印加することもできる。
いは、その場合に互いに接触するものの薄い絶縁層によ
って短絡することは防止されている、第１対をなす電極
（１６，１７）と第２対をなす電極（１８，１９）と
は、電気抵抗（１４，１５）を流れる電流が停止された
ときには、適切な電圧が印加されることによって、撓ん
だ部材（１１）を静電的に保持する。静電的保持電圧
は、熱アクチュエータが部材（１１）を撓ませた後に、
電極（１６，１７，１８，１９）に対して印加すること
ができる。静電的保持電圧は、撓みを加速させ得るよ
う、部材（１１）が撓む前に印加することもできる。
【００２６】マイクロスイッチを開放するためには、単
に、静電保持電圧を解除するだけで良い。それにより、
部材（１１）は、休止位置に復帰する。この復帰は、電
気抵抗によって加熱された部材が冷却されるまで待って
いる時間と比較すれば、かなり短時間で起こる。
に、静電保持電圧を解除するだけで良い。それにより、
部材（１１）は、休止位置に復帰する。この復帰は、電
気抵抗によって加熱された部材が冷却されるまで待って
いる時間と比較すれば、かなり短時間で起こる。
【００２７】部材の撓みをできる限り迅速に発生させる
ために、また、できる限り迅速に部材を休止状態に復帰
させるために、熱アクチュエータは、準断熱的な特性を
有していなければならない。この目的のため、部材（１
１）および電気抵抗に関するバイメタル効果は、部材
（１１）の一部に印加されるだけである。部材（１１）
をトリガーするには、これで十分である。
ために、また、できる限り迅速に部材を休止状態に復帰
させるために、熱アクチュエータは、準断熱的な特性を
有していなければならない。この目的のため、部材（１
１）および電気抵抗に関するバイメタル効果は、部材
（１１）の一部に印加されるだけである。部材（１１）
をトリガーするには、これで十分である。
【００２８】電気抵抗（１４，１５）の温度上昇に要す
る時間は、ラジオ波周波数信号のスイッチングという応
用に対しては、十分に短いものでなければならない。一
般的には、１０秒よりも短いものでなければならない。
よって、電気抵抗は、非常に迅速に加熱される材質から
形成されなければならない。よって、ヤング率と熱膨張
係数とが考慮されなければならない。同時に、形状特性
が決定されなければならない。
る時間は、ラジオ波周波数信号のスイッチングという応
用に対しては、十分に短いものでなければならない。一
般的には、１０秒よりも短いものでなければならない。
よって、電気抵抗は、非常に迅速に加熱される材質から
形成されなければならない。よって、ヤング率と熱膨張
係数とが考慮されなければならない。同時に、形状特性
が決定されなければならない。
【００２９】実用的には、材質は、適切であるように選
択される。印加された温度による部材の撓み形状が試験
される。この形状は、実質的に正弦波形状を有してい
る。スイッチの場合には接触が可能とされる温度（ある
いは、可変コンデンサの場合には必要な容量が得られる
温度）が決定される。この後に、正弦波の２つの撓み点
が決定される。電気抵抗にとっての特に有利な長さは、
部材の支持点と撓み点との間の距離に基づいて決定され
る。
択される。印加された温度による部材の撓み形状が試験
される。この形状は、実質的に正弦波形状を有してい
る。スイッチの場合には接触が可能とされる温度（ある
いは、可変コンデンサの場合には必要な容量が得られる
温度）が決定される。この後に、正弦波の２つの撓み点
が決定される。電気抵抗にとっての特に有利な長さは、
部材の支持点と撓み点との間の距離に基づいて決定され
る。
【００３０】部材（１１）の機械的性質は、部材（１
１）の最も適切な厚さと部材（１１）の最も好ましい形
状とを決定するために研究される。その後、トリガー温
度が決定される。
１）の最も適切な厚さと部材（１１）の最も好ましい形
状とを決定するために研究される。その後、トリガー温
度が決定される。
【００３１】撓み制御は、電気抵抗の隣接部材や周囲環
境を加熱することなく電気抵抗だけを加熱することによ
って行う。非撓み位置への復帰に際しては、電気抵抗
は、原理的に、静電保持が解除される前に、周囲温度へ
と復帰していなければならない。
境を加熱することなく電気抵抗だけを加熱することによ
って行う。非撓み位置への復帰に際しては、電気抵抗
は、原理的に、静電保持が解除される前に、周囲温度へ
と復帰していなければならない。
【００３２】図５は、熱アクチュエータの実施形態を示
している。図５は、部材（１１）の一端部の拡大図であ
る。熱アクチュエータを駆動するための電流が電気抵抗
（１５）を通って流れたときには、それによる熱が、電
気抵抗を膨張させ、これにより、部材（１１）を撓ませ
ることができる。
している。図５は、部材（１１）の一端部の拡大図であ
る。熱アクチュエータを駆動するための電流が電気抵抗
（１５）を通って流れたときには、それによる熱が、電
気抵抗を膨張させ、これにより、部材（１１）を撓ませ
ることができる。
【００３３】図６は、本発明において使用可能な電気抵
抗（２５）を斜め上方から見た図である。図６は、電気
抵抗（２５）が、波形形状であることを示している（図
示においてはＵ字形状）。この形状は、熱アクチュエー
タの効率を改良するという利点を有している。
抗（２５）を斜め上方から見た図である。図６は、電気
抵抗（２５）が、波形形状であることを示している（図
示においてはＵ字形状）。この形状は、熱アクチュエー
タの効率を改良するという利点を有している。
【００３４】本発明によるマイクロスイッチは、３Ｖと
いう利用可能な電圧で動作する。この電圧値を最適に使
用するために、２つの電気抵抗が、互いに直列接続され
ていることが好ましい。
いう利用可能な電圧で動作する。この電圧値を最適に使
用するために、２つの電気抵抗が、互いに直列接続され
ていることが好ましい。
【図１】 本発明によるマイクロスイッチを示す斜視図
である。
である。
【図２】 図１において斜視図によって示すマイクロス
イッチの長さ方向断面図である。
イッチの長さ方向断面図である。
【図３】 図１において斜視図によって示すマイクロス
イッチの横方向断面図である。
イッチの横方向断面図である。
【図４】 図２に対応した図であるものの、この場合に
は、熱アクチュエータが駆動されている。
は、熱アクチュエータが駆動されている。
【図５】 図１〜図４に示すマイクロスイッチを拡大し
て示す図であって、熱アクチュエータの実施形態が図示
されている。
て示す図であって、熱アクチュエータの実施形態が図示
されている。
【図６】 本発明によるマイクロスイッチにおいて使用
可能な好ましい電気抵抗を斜め上方から示す図である。
可能な好ましい電気抵抗を斜め上方から示す図である。
１ 基板 ２ 第１ライン ３ 第２ライン ４ コンタクト（導体） ５ コンタクト（導体） １０ 層 １１ 部材（変形可能部材） １３ 導電性ブロック（導体） １４ 電気抵抗（熱アクチュエータ、バイメタル効果型
アクチュエータ） １５ 電気抵抗（熱アクチュエータ、バイメタル効果型
アクチュエータ） １６ 電極（静電保持手段） １７ 電極（静電保持手段） １８ 電極（静電保持手段） １９ 電極（静電保持手段） ２５ 電気抵抗
アクチュエータ） １５ 電気抵抗（熱アクチュエータ、バイメタル効果型
アクチュエータ） １６ 電極（静電保持手段） １７ 電極（静電保持手段） １８ 電極（静電保持手段） １９ 電極（静電保持手段） ２５ 電気抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｈ 59/00 Ｈ０１Ｈ 59/00 // Ｈ０１Ｈ 61/01 61/01 Ｃ Ｆターム(参考） 5G041 AA03 AA13 BB06 CA13 CC01 5G050 AA02 AA03 AA24 AA29 AA33 AA36 BA03 DA10 EA09 FA01
Claims (12)
- 【請求項１】 マイクロデバイスであって、 第１高さレベルに配置されるとともに、バイメタル効果
型アクチュエータによってトリガーされる変形可能部材
（１１）によって支持された、導体（１３）と；第２高
さレベルに配置された導体（４，５）と；を具備し、 前記トリガーによって、前記第１高さレベルの前記導体
（１３）と前記第２高さレベルの前記導体（４，５）と
の間の距離が変更されるようになっており、 この場合において、 前記バイメタル効果型アクチュエータが、前記変形可能
部材（１１）に対して局所位置において当接する電気抵
抗（１４，１５）からなり、 前記電気抵抗（１４，１５）は、これら電気抵抗（１
４，１５）に制御電流が流されたときには、この制御電
流の流通によって生成される熱の効果によって十分に膨
張することができ、これにより、バイメタル効果によっ
て、前記電気抵抗（１４，１５）内に生成された熱が前
記変形可能部材（１１）の中を伝搬し終わるよりも前
に、前記変形可能部材（１１）をトリガーすることがで
きるようになっていることを特徴とするマイクロデバイ
ス。 - 【請求項２】 請求項１記載のマイクロデバイスにおい
て、 前記変形可能部材が、部材（１１）または膜であること
を特徴とするマイクロデバイス。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のマイクロデバイ
スにおいて、 前記制御電流が解除されたときに前記変形可能部材（１
１）をスイッチング後の状態に保持するための静電保持
手段が設けられていることを特徴とするマイクロデバイ
ス。 - 【請求項４】 請求項３記載のマイクロデバイスにおい
て、 前記静電保持手段が、互いに対向配置された少なくとも
１対の電極（１６，１７；１８，１９）を備え、 対をなす電極の一方が、前記変形可能部材（１１）と一
体化されており、 対をなす電極の他方が、前記変形可能部材（１１）がト
リガーされたときに対向電極間の距離が最小となるよう
にして配置されていることを特徴とするマイクロデバイ
ス。 - 【請求項５】 請求項３記載のマイクロデバイスにおい
て、 前記静電保持手段が、少なくとも１対の対向電極を備
え、 対をなす電極の一方が、前記変形可能部材（１１）と一
体化されており、 対をなす電極の他方が、前記変形可能部材（１１）がト
リガーされたときに互いに接触はするものの電気絶縁体
を介することによって短絡はしないようにして配置され
ていることを特徴とするマイクロデバイス。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のマイク
ロデバイスにおいて、 前記電気抵抗が、波形の形態で成膜された少なくとも１
つの層（２５）を有していることを特徴とするマイクロ
デバイス。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載のマイク
ロデバイスにおいて、 前記電気抵抗（１４，１５）が、アルミニウム、マンガ
ン、鉛、金、白金、ニッケル、および、インコネル６０
０からなるグループの中から選択された材料から形成さ
れていることを特徴とするマイクロデバイス。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のマイク
ロデバイスにおいて、 マイクロテクノロジーにおける手法を使用して製造され
ており、 前記変形可能部材（１１）は、基板（１）上に成膜され
た層（１０）から形成されていることを特徴とするマイ
クロデバイス。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載のマイク
ロデバイスにおいて、 前記第２高さレベルに配置された前記導体は、第１ライ
ンのコンタクト（４）と、第２ラインのコンタクト
（５）と、を備え、 前記変形可能部材のトリガーによって、前記第１高さレ
ベルの前記導体（１３）と前記第２高さレベルの前記導
体との間の距離が、ゼロにまで縮められ、これにより、
前記第１高さレベルの前記導体が、前記コンタクト
（４）と前記コンタクト（５）との間の電気的接続を形
成するものとされ、 よって、前記マイクロデバイスがマイクロスイッチとし
て機能することを特徴とするマイクロデバイス。 - 【請求項１０】 請求項９記載のマイクロデバイスにお
いて、 前記変形可能部材によって支持された前記導体が、導電
性ブロック（１３）によって構成されていることを特徴
とするマイクロデバイス。 - 【請求項１１】 請求項１〜８のいずれかに記載のマイ
クロデバイスにおいて、 前記第１高さレベル上の前記導体と前記第２高さレベル
上の前記導体とが、それぞれ、コンデンサの第１電極お
よび第２電極を形成し、 このコンデンサが、前記変形可能部材のスイッチング前
においては第１電気容量値を有し、前記変形可能部材の
スイッチング後においては第２電気容量値を有している
ことを特徴とするマイクロデバイス。 - 【請求項１２】 請求項１１記載のマイクロデバイスに
おいて、 大きな誘電定数を有した絶縁層が、前記コンデンサの前
記第１電極および前記第２電極を隔離していることを特
徴とするマイクロデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0017113 | 2000-12-27 | ||
| FR0017113A FR2818795B1 (fr) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | Micro-dispositif a actionneur thermique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002264090A true JP2002264090A (ja) | 2002-09-18 |
| JP4130736B2 JP4130736B2 (ja) | 2008-08-06 |
Family
ID=8858265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001380702A Expired - Fee Related JP4130736B2 (ja) | 2000-12-27 | 2001-12-13 | 熱アクチュエータを備えたマイクロデバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6703916B2 (ja) |
| EP (1) | EP1220256B1 (ja) |
| JP (1) | JP4130736B2 (ja) |
| DE (1) | DE60126731T2 (ja) |
| FR (1) | FR2818795B1 (ja) |
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| JP2006351296A (ja) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Sony Corp | 可動素子、ならびにその可動素子を内蔵する半導体デバイス、モジュールおよび電子機器 |
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