JP2003136493A - 静電駆動デバイス - Google Patents

静電駆動デバイス

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JP2003136493A
JP2003136493A JP2001327804A JP2001327804A JP2003136493A JP 2003136493 A JP2003136493 A JP 2003136493A JP 2001327804 A JP2001327804 A JP 2001327804A JP 2001327804 A JP2001327804 A JP 2001327804A JP 2003136493 A JP2003136493 A JP 2003136493A
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JP
Japan
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electrode plate
movable electrode
fixed electrode
substrate
electrode substrate
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JP2001327804A
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Inventor
Keiichi Mori
恵一 森
Yoshichika Kato
嘉睦 加藤
Shunei Norimatsu
俊英 則松
Osamu Imaki
理 伊巻
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロマシニング技術を採用して製造した
静電駆動デバイスにおける可動電極板の固定電極基板に
対する張り付きを固定電極基板の可動電極板に対向する
面に絶縁材料より成る微小球を介在させることにより防
止する静電駆動デバイスを提供する。 【解決手段】 固定電極基板8とアンカー部11および
フレクチュア21を介して固定電極基板に取り付け結合
される可動電極板2とを有し、可動電極板2と固定電極
基板8との間に電圧を印加して可動電極板2を静電駆動
する静電駆動デバイスにおいて、固定電極基板8の可動
電極板2に対向する表面に絶縁材料より成る微小球1
3’を介在させ、微小球13’はエポキシ樹脂により構
成した静電駆動デバイス。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電駆動デバイ
スに関し、特に、マイクロマシニング技術を採用して製
造した静電駆動デバイスにおける可動電極板の固定電極
基板に対する張り付きを固定電極基板の可動電極板に対
向する面に絶縁材料より成る微小球を介在させることに
より防止する静電駆動デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】静電駆動デバイスの一態様である光スイ
ッチの従来例を図3を参照して説明する。図3(a)は
従来例を上から視た図、図3(b)は図3(a)の線b
−b’に沿った断面を示す図である。図3において10
は支持フレーム、11はアンカー部、21はフレクチュ
ア、2は可動電極板、8は固定電極基板、83は電極、
84は接地電極である。これらの構成部材はシリコンよ
り成る原材料基板に順次に薄膜成膜技術およびエッチン
グ技術を含むマイクロマシニング技術を適用することに
より製造される。ここで、可動電極板2はフレクチュア
21およびアンカー部11を介して支持フレーム10に
電気機械的に結合している。フレクチュア21は図示さ
れる通りの枠形に構成されている。12は原材料基板を
貫通して形成された座ぐり孔である。即ち、原材料基板
は、図3に示される通りの支持フレーム10に加工さ
れ、支持フレーム10に一体に、左方のアンカー部11
およびフレクチュア21、可動電極板2、右方のフレク
チュア21およびアンカー部11が形成される。そし
て、可動電極板2の上面にミラー3を形成する。別体に
製造された固定電極基板8を表面に形成される酸化被膜
85を介して工程8の支持フレーム10に電気絶縁状態
に接合一体化する。
【0003】図4を参照して以上の従来例の可動電極板
の製造の仕方を具体的に説明する。 (工程1) 上面に酸化シリコン膜6を介して単結晶シ
リコン薄膜7が接合された単結晶シリコン基板より成る
原材料基板1を準備する。 (工程2) 単結晶シリコン薄膜7を可動電極板2、フ
レクチュア21、電極83の形状にパターニングする。 (工程3) 原材料基板1の全表面を酸化して酸化シリ
コン膜6’を形成する。
【0004】(工程4) 原材料基板1の上面の酸化シ
リコン膜6、6’の内の電極83を形成する部分83’
と、下面の酸化シリコン膜6、6’の内の工程7におい
て原材料基板1を貫通エッチングして座ぐり孔12を形
成する部分12’を除去する。 (工程5) 原材料基板1の上面全面に金/クロム2層
膜80を成膜する。 (工程6) 電極83の形状に金/クロム2層膜80を
パターニングする。 (工程7) KOH溶液により原材料基板1を貫通エッ
チングして座ぐり孔12を形成し、原材料基板1から支
持フレーム10が形成される。
【0005】(工程8) 可動電極板2およびフレクチ
ュア21に対応する領域の酸化シリコン膜6、6’を除
去し、フレクチュア21を介して支持フレーム10に取
り付けられた可動電極板2を構成する。なお、ミラー3
の形成工程は省略したが、当該特許出願人の出願に係わ
る特願2000−70570号明細書において、ミラー
の形成をも含めた更に詳細な製造工程の説明がなされて
いる。更に、固定電極基板8を別体に製造し、これを表
面に形成される酸化被膜85を介して工程8において構
成された支持フレーム10に電気絶縁状態に接合一体化
する。
【0006】ここで、先の図3を参照して以上の光スイ
ッチによる光のスイッチング動作を説明する。4は出射
側光ファイバ或は光導波路であり、5および5’は入射
側光ファイバ或いは光導波路である。図示される状態
は、出射側光ファイバ4を介して伝送されてきた光がそ
の端面から出射して空間を伝播し、ミラー3において反
射し、入射側光ファイバ5に入射、伝送される状態を示
す。この状態を定常状態とし、ここで、先の両電極間に
電圧を印加して両電極間に吸引する向きの静電力が発生
すると、可動電極板2は下向きに駆動され、フレクチュ
ア21が変形することにより下方に変位する。可動電極
板2が下方に変位することによりこの上面に形成されて
いるミラー3も下方に変位し、ミラー3は出射側光ファ
イバ4端面から出射する光の光路から下方に変位して外
れる。これにより遮断されていた空間伝播光は直進して
入射側光ファイバ5’に入射し、これを介して伝送され
る。入射側光ファイバ5に対する反射光は消失する。以
上の通り、入射側光ファイバ5と入射側光ファイバ5’
に対して光路の切り替えを光導波路を介することなしに
空間的に実施することができる。
【0007】以上の光スイッチにおいて、可動電極板2
はその板厚が極く薄く、この可動電極板2をアンカー部
11に連結するフレクチュア21の厚さも極く薄くて弾
性復元力が小さい。そして、可動電極板2の下面は平滑
であり、これに対向する固定電極基板8の上面も平滑で
ある。これらの条件の元で、可動電極板2の下面が下方
に変位して固定電極基板8の上面に接触すると、可動電
極板2の下面と固定電極基板8の上面との間にファン・
デル・ワールス力が作用して両者は相互に吸着し、瞬時
には復元せず動作を円滑に行なわない場合が生ずる。即
ち、可動電極板2と固定電極基板8が張り付いた場合、
可動電極板2と固定電極基板8の間の電圧を無印加とし
ても、可動電極板2が元の位置に瞬時には復帰しない張
り付き現象が生起する。
【0008】ところで、対向する面の何れか一方、一例
として固定電極基板8側に突起を形成して可動電極板2
と固定電極基板8の間の接触面積を低減することにより
相互吸着を阻止する先行例、或いは従来例が開発されて
いる。この一例を図5、図6および図7を参照して説明
する。図5(a)は固定電極基板8と可動電極板2とを
接合して構成した静電駆動デバイスを上から視た図、図
5(b)は固定電極基板8を上から視た図である。図6
(a)は図5(b)における線c−c’に沿った断面に
関する図、図6(b)は図5(b)における線b−b’
に沿った断面に関する図である。図7(a)は図5
(b)における線c−c’に沿った断面に関する図、図
7(b)は図5(b)における線b−b’に沿った断面
に関する図である。
【0009】(工程1)原材料基板として上下両面に酸
化シリコン被膜85’を形成した単結晶シリコン基板
8’を準備する。 (工程2)単結晶シリコン基板8’の上面の酸化シリコ
ン被膜85’をエッチング除去して突起13の形状にパ
ターニング13’する。 (工程3)パターニング13’をマスクとして単結晶シ
リコン基板8’の上面をエッチングし、突起13を形成
する。
【0010】(工程4)突起13の上面に残存する酸化
シリコン被膜より成るパターニング13’を除去する。 (工程5)工程4に続いて、単結晶シリコン基板8’の
上下両面に絶縁被膜85を酸化形成する。 (工程6)単結晶シリコン基板8’の上面の絶縁被膜8
5の内の接地電極84を形成する形成領域86を除去す
る。
【0011】(工程7)形成領域86を含む上面の絶縁
被膜85上面に金およびクロムの2層より成る金/クロ
ム薄膜層87’を成膜形成する。 (工程8)金/クロム薄膜層87’をエッチング除去し
て接地電極84の形状にパターニングする。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上の通りにして対向
する面の何れか一方、一例として固定電極基板8側に絶
縁性の突起を形成し、可動電極板2と固定電極基板8の
間の接触面積を低減して両者間の張り付きを防止するこ
とはできる。しかし、固定電極基板の可動電極板に対向
する面に絶縁性突起を形成するには、原材料基板である
単結晶シリコン基板に突起を形成してこれに絶縁膜を形
成する上述した通りの複雑なマイクロマシニング技術を
固定電極基板の原材料基板に適用して形成する必要があ
る。この種の接触面積の低減の仕方に関する文献は特開
平10−256563号公報、特願2000−7057
0号明細書、特願2001−227613号明細書その
他、多数存在する。
【0013】この発明は、固定電極基板の可動電極板に
対向する面に絶縁材料より成る微小球を介在させるとい
う簡易な構成により可動電極板の固定電極基板に対する
張り付きを防止する上述の問題を解消した静電駆動デバ
イスを提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1:固定電極基板
8とアンカー部11およびフレクチュア21を介して固
定電極基板に取り付け結合される可動電極板2とを有
し、可動電極板2と固定電極基板8との間に電圧を印加
して可動電極板2を静電駆動する静電駆動デバイスにお
いて、固定電極基板8の可動電極板2に対向する表面に
絶縁材料より成る微小球13’を介在させた静電駆動デ
バイスを構成した。そして、請求項2:請求項1に記載
される静電駆動デバイスにおいて、微小球13’はエポ
キシ樹脂により構成した静電駆動デバイスを構成した。
【0015】また、請求項3:請求項1および請求項2
の内の何れかに記載される静電駆動デバイスにおいて、
可動電極板2の上面にミラー3を位置決め固定した静電
駆動デバイスを構成した。
【0016】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図1の実
施例を参照して説明する。以下、この発明による固定電
極基板8の製造の仕方について説明する。 (工程1) 上下両表面に酸化シリコン膜6を形成した
単結晶シリコン基板より成る原材料基板1を準備する。 (工程2) 上表面の酸化シリコン膜6の内の接地電極
84を形成すべき形成領域86を除去する。
【0017】(工程3) 形成領域86を含む酸化シリ
コン膜6の上面に金/クロム2層膜87’を成膜形成す
る。 (工程4) 金/クロム2層膜87’を接地電極84の
形状にパターニングする。即ち、金/クロム2層膜8
7’を形成領域86を除いて除去する。 (工程5) 直径3〜20μmのエポキシ樹脂微小球1
3’を混合した揮発性液体を露出せしめられた酸化シリ
コン膜6の表面に噴霧し、乾燥させる。ここで、エポキ
シ樹脂微小球13’は液晶基板作成用のスペーサが利用
され、揮発性液体としては代替フロンが使用される。
【0018】以上の通りにして、表面に従来例の突起1
3に相当するエポキシ樹脂微小球13’が付着せしめら
れた固定電極基板8を製造することができる。ここで、
実施例において、可動電極板2およびフレクチュア21
を含む支持フレーム10は図3および図4を参照して図
示説明された従来例と同様のものを使用する。図2はエ
ポキシ樹脂微小球13’が付着せしめられた固定電極基
板8と支持フレーム10より成る静電駆動デバイスを説
明する図である。図2(a)は支持フレーム10と固定
電極基板8とを接合して構成した静電駆動デバイスを上
から視た図、図2(b)は固定電極基板を上から視た
図、図2(c)は図2(a)における線c−c’に沿っ
た断面を示す図、図2(d)は図2(b)における線a
−a’に沿った断面を示す図、図2(e)は図2(b)
における線e−e’に沿った断面を示す図である。
【0019】図2において、接地電極84は単結晶シリ
コンより成る固定電極基板8に接続している。静電駆動
デバイスは、電極83と接地電極84との間にフレクチ
ュア21を介して電圧を印加して両電極間に吸引する向
きの静電力が発生すると、可動電極板2は下向きに駆動
され、フレクチュア21が変形することにより下方に変
位する。ところで、可動電極板2の上面にミラー3を位
置決め固定することにより静電駆動デバイスを光スイッ
チとすることができる。ここで、固定電極基板8にはそ
の表面にエポキシ樹脂微小球13’が付着形成せしめら
れているので、可動電極板2は固定電極基板8に静電吸
着した時このエポキシ樹脂微小球13’に係合接触す
る。以上の通り、固定電極基板8の表面に絶縁材料より
成る微小球より成る微小突起或いは粗面を形成すること
にっより、可動電極板の固定電極基板に対する張り付き
を確実に阻止することができる。
【0020】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、固定電極基板の可動電極板に対向する表面に絶縁材
料より成る微小球を介在させることにより、従来例にお
いて必要とされた最終的に固定電極基板8となるべき単
結晶シリコン基板より成る原材料基板1に多工程のマイ
クロマシニング技術を適用して突起13を形成し、突起
13表面に絶縁被膜を形成するという煩雑な工程を採用
しないで可動電極板の固定電極基板に対する張り付きを
防止する微小突起或いは粗面を形成することができる。
これにより、固定電極基板8を簡略に加工製造すること
ができるに到った分だけ、静電駆動デバイスの製造コス
トの低減につながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の固定電極基板の製造工程を説明する
図。
【図2】実施例を説明する図。
【図3】従来例の動作を説明する図。
【図4】可動電極板の製造の仕方を説明する図。
【図5】従来例を説明する図。
【図6】従来例の固定電極基板の製造工程を説明する
図。
【図7】図6の続き。
【符号の説明】
11 アンカー部 13’微小球 2 可動電極板 21 フレクチュア 8 固定電極基板
フロントページの続き (72)発明者 則松 俊英 東京都渋谷区道玄坂1丁目21番2号 日本 航空電子工業株式会社内 (72)発明者 伊巻 理 東京都渋谷区道玄坂1丁目21番2号 日本 航空電子工業株式会社内 Fターム(参考) 2H041 AA14 AB14 AC06 AZ08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定電極基板とアンカー部およびフレク
    チュアを介して固定電極基板に取り付け結合される可動
    電極板とを有し、可動電極板と固定電極基板との間に電
    圧を印加して可動電極板を静電駆動する静電駆動デバイ
    スにおいて、 固定電極基板の可動電極板に対向する表面に絶縁材料よ
    り成る微小球を介在させたことを特徴とする静電駆動デ
    バイス。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載される静電駆動デバイス
    において、 微小球はエポキシ樹脂により構成したことを特徴とする
    静電駆動デバイス。
  3. 【請求項3】 請求項1および請求項2の内の何れかに
    記載される静電駆動デバイスにおいて、 可動電極板の上面にミラーを位置決め固定したことを特
    徴とする静電駆動デバイス。
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