JP2005353333A - Microswitch - Google Patents

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Naoki Oyama
直樹 大山
Masaki Esashi
正喜 江刺
Yoshio Egashira
良夫 江頭
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microswitch with low power consumption and high reliability in a state for holding a switch. <P>SOLUTION: Beams 5 for a latch lying at both the adjacent sides of a thin-film heater 6 has a thermal insulation structure, a vertically movable complex 4 moves downward by applying an electrostatic sucking voltage between an electrode layer 7 and a lower substrate electrode 8 under a state electrified to the thin-film heater 6. When power supply to the thin-film heater 6 is stopped after contacting of a lower surface contact electrode 2 on an upper portion and a substrate contact electrode 3 on a lower portion, operation for returning to an original state is generated in the complex 4 that has been extended by heating, and the switch will be held even in a state that the application of the electrostatic sucking voltage is stopped. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロ電気機械式スイッチ及びリレーの構造体に関し、特にマイクロ電気機械システム(MEMS:Micro-Electro-Mechanical Systems) 式の外力、例えば静電力又は電磁力などを利用して動作するスイッチ及びリレーのデバイス(構造体)に関する。   The present invention relates to a structure of a microelectromechanical switch and a relay, and more particularly, a switch that operates using a micro-electro-mechanical system (MEMS) type external force, such as an electrostatic force or an electromagnetic force, and the like. The present invention relates to a relay device (structure).

MEMS及び他のマイクロデバイス装置は、提供されるサイズ、コスト、及び信頼性と言った利点の観点から、広く多様な用途に関して開発されつつある。マイクロギヤ、マイクロモータなど、多数の多様なMEMS装置が製作されてきた。これらのMEMS装置は、MEMSポンプやバルブが利用される水圧応用用途、及びサイズの小型化、軽量化の利点を生かして最近では、携帯電話内のRF電気スイッチや、信号経路指定装置、インピーダンス整合ネットワークへの適用、更には、宇宙向け機器への利用なども注目されている。   MEMS and other microdevice devices are being developed for a wide variety of applications in view of the benefits of offered size, cost, and reliability. Many diverse MEMS devices such as micro gears and micro motors have been manufactured. These MEMS devices are taking advantage of the advantages of water pressure applications where MEMS pumps and valves are used, and the reduction in size and weight. Recently, RF electrical switches in cell phones, signal routing devices, impedance matching, etc. Attention has also been focused on application to networks, and further to use in space equipment.

このようなMEMS式静電気を利用して動作するスイッチ類は、マイクロ波及びミリメートル波集積回路(MMIC)に広く用いられていたPINダイオードなどの複合固体スイッチに比べ、電気的分離性能に優れ、即ち、スイッチ「オン」状態と、スイッチ「オフ」状態でのスイッチの「質」が、機械式スイッチと同等の性能を有する。このように、MEMS技術及び半導体技術を駆使したデバイスとして、例えば、100μm×100μmサイズで厚みが1μm〜10μm程度の微細電気機械スイッチ、マイクロ静電スイッチが提案されている。例えば、直流からRF周波数まで機能するスイッチ(特許文献1参照)、静電気の動作電圧を利用して高電圧を切り替えることが出来るスイッチ(特許文献2参照)等が提案されている。   Such switches that operate using MEMS static electricity are superior in electrical isolation performance compared to composite solid-state switches such as PIN diodes widely used in microwave and millimeter wave integrated circuits (MMICs). The switch “on” state and the “quality” of the switch in the switch “off” state have the same performance as the mechanical switch. As described above, for example, a micro electromechanical switch or a micro electrostatic switch having a size of 100 μm × 100 μm and a thickness of about 1 μm to 10 μm has been proposed as a device using MEMS technology and semiconductor technology. For example, a switch that functions from a direct current to an RF frequency (see Patent Document 1), a switch that can switch a high voltage using an electrostatic operating voltage (see Patent Document 2), and the like have been proposed.

特開平9−17300号公報JP-A-9-17300 特表2003−503816号公報JP-T-2003-503816

上述したような静電気を利用したスイッチは、スイッチを動作させる際に静電力を利用してスイッチ可動部を動作させ、電気接点を接触させることによりスイッチ切り替え動作を実現させる。その後、前述したスイッチ動作を保持させる為には、静電力印加を継続させる必要があり、静電力を継続させる為の電力消費量は多数のスイッチが存在すると多大な電力消費となりシステム運用上効率が悪いものであった。更にスイッチ保持状態において、静電力(静電電圧値)が変化することもあり、電気接続状態の不安定並びに前記不安定に起因しての電気接続部分の接触不良を引き起こす、エレクトロマイグレーションの発生など信頼性低下の要因も隠し切れない。   The switch using static electricity as described above realizes a switch switching operation by operating a switch movable part using an electrostatic force when the switch is operated, and contacting an electrical contact. After that, in order to maintain the above-described switch operation, it is necessary to continue the electrostatic force application, and the power consumption for continuing the electrostatic force is a large amount of power consumption if there are a large number of switches, which increases the efficiency in system operation. It was bad. Furthermore, the electrostatic force (electrostatic voltage value) may change in the switch holding state, causing instability of the electrical connection state and poor contact of the electrical connection part due to the instability, generation of electromigration, etc. The cause of the decline in reliability cannot be hidden.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、低消費電力、高信頼性の微小スイッチを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a micro switch with low power consumption and high reliability.

上記課題を解決する本発明の請求項1に係る微小スイッチは、
一端部が固定され、他端部が外力により往復可動するように構成された梁状のスイッチ本体を備えた微小スイッチにおいて、
前記スイッチ本体は、同スイッチ本体の一部を膨張、収縮させて変形させる手段を具備し、かつ、前記スイッチ本体は、膨張、収縮による変形状態を保持するよう構成されたことを特徴とする。
The micro switch according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problems is
In a micro switch having a beam-shaped switch body configured such that one end is fixed and the other end is reciprocally movable by an external force.
The switch body includes means for expanding and contracting a part of the switch body, and the switch body is configured to maintain a deformed state due to expansion and contraction.

上記課題を解決する本発明の請求項2に係る微小スイッチは、
スイッチ本体は、前記膨張、収縮させて変形させるとして加熱素子を具備し、かつ同加熱素子が取り付けられている部分とその両側隣部分とは熱的に絶縁されていることを特徴とする。
The micro switch according to claim 2 of the present invention for solving the above-described problems is
The switch body includes a heating element that is deformed by being expanded and contracted, and a portion to which the heating element is attached is thermally insulated from adjacent portions on both sides thereof.

上記課題を解決する本発明の請求項3に係る微小スイッチは、
スイッチ本体は、前記膨張、収縮させて変形させるとして冷却素子を具備し、かつ同冷却素子が取り付けられている部分とその両側隣部分とは熱的に絶縁されていることを特徴とする。
The micro switch according to claim 3 of the present invention for solving the above-described problem is
The switch body includes a cooling element that is deformed by expansion and contraction, and a portion to which the cooling element is attached is thermally insulated from adjacent portions on both sides thereof.

上記課題を解決する本発明の請求項4に係る微小スイッチは、
スイッチ本体は、窒化膜及び酸化膜との複合体で構成されていることを特徴とする。
The micro switch according to claim 4 of the present invention for solving the above-described problems is
The switch body is composed of a composite of a nitride film and an oxide film.

上記課題を解決する本発明の請求項5に係る信号経路切替え装置は、
微小スイッチを複数個組み合わせたことを特徴とする。
A signal path switching apparatus according to claim 5 of the present invention for solving the above-described problems is provided.
It is characterized by combining a plurality of micro switches.

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下へ記載されるような効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.

外力、例えば、静電気力又は電磁気力又は熱変形力を排除した状態においても、スイッチ切り替え方向を保持することが出来、前記保持に必要な消費電力の低減及び保持状態においての電極接触部分については、確実なる電気的接続状態とすることが出来る。   Even in the state in which external force, for example, electrostatic force, electromagnetic force, or thermal deformation force is excluded, the switch switching direction can be held, and the electrode contact portion in the holding state is reduced in power consumption required for holding, A reliable electrical connection can be achieved.

また、スイッチ機能においては、ON−OFF切り替えのみではなく、2方向への接続切り替えも可能であるスイッチの提供も出来る。   In addition, in the switch function, it is possible to provide a switch that can switch connection in two directions as well as ON-OFF switching.

更には、MEMS技術及び半導体技術を駆使したデバイスとして、例えば、100μm×100μmサイズで厚みが1μm〜10μm程度の微小スイッチを複数個組み合わせた装置であるので、装置の軽量化、小型化及び高信頼化が実現でき、その具体的な適用先として例えば、携帯電話装置、宇宙用各種機器装置などがある。   Furthermore, as a device that makes full use of MEMS technology and semiconductor technology, for example, it is a device that combines multiple micro switches with a size of 100 μm × 100 μm and a thickness of about 1 μm to 10 μm. Specific application destinations include, for example, mobile phone devices and various space equipment devices.

本発明に係る微小スイッチの実施形態を実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of a micro switch according to the present invention will be described in detail based on examples with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る微小スイッチの実施形態の一例を示す図である。
本実施例の微小スイッチは、マイクロ電子基板101へ下部基板電極8と下部基板接点電極3を有し、その上部には、一方が固定部で他一方が上下移動可能な複合体4で薄膜ヒータ6、電極層7、が複合体内部に形成されており、また、前記複合体表面へは、上部下面接点電極2を有している。更に、前記複合体4は、ラッチ用梁5はピンバネ構造(説明は、後述)となっており、これらの複合体構造は、図13へ示すプレーナ技術、即ち、半導体用のシリコン基板上へ成膜、前記シリコン基板自身及び成膜した膜のエッチング加工を駆使し、所望の形状、性能を有する機能を製作する技術を駆使して製作している。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of a micro switch according to the present invention.
The micro switch of the present embodiment has a lower substrate electrode 8 and a lower substrate contact electrode 3 on a microelectronic substrate 101, and a thin film heater with a composite 4 on the upper side, one of which is a fixed portion and the other is vertically movable. 6, an electrode layer 7 is formed inside the composite, and an upper lower contact electrode 2 is provided on the surface of the composite. Further, in the composite 4, the latch beam 5 has a pin spring structure (the description will be described later). These composite structures are formed on the planar technology shown in FIG. 13, that is, on a silicon substrate for semiconductor. The film, the silicon substrate itself, and the formed film are etched to make full use of a technique for producing a function having a desired shape and performance.

ここで言う、ピンバネ構造とは、「外力を加えることにより、ピンがどちらか一方へバネ機構に類似した作用により、そのピンが半固定される構造体」を言う。また、ラッチ用梁5については、プレーナ技術により製作する際、その製作時の膜厚、成膜時の温度管理など応力設定条件により、通常状態での形状を例えば上向き応力状態又は、下向き応力状態に予め作り込むことも出来る。   Here, the pin spring structure refers to a “structure in which a pin is semi-fixed by applying an external force to one of the pins by an action similar to a spring mechanism”. Further, when the latch beam 5 is manufactured by the planar technology, the shape in the normal state is, for example, an upward stress state or a downward stress state depending on stress setting conditions such as a film thickness at the time of manufacturing and temperature control at the time of film formation. You can also make it in advance.

ここで、スイッチ動作を説明した図2及び薄膜ヒータ6への通電有無、静電吸引電圧印加有無状態及びスイッチの切替状態の時系列動作を示した図3を用いてスイッチ動作の詳細説明を行う。薄膜ヒータ6へ通電すると(状態1→状態2)、薄膜ヒータで熱せられたヒータ周辺部分がその熱により前記複合体4は、伸びを生じる(状態2)。その状態においては、前述した上向き応力状態又は、下向き応力状態の作用はなくなる。また、薄膜ヒータ6の両隣に存在するラッチ用梁5は熱絶縁構造(複合体を部分的にエッチング加工し空洞構造としている)となっており、その両隣の部分へは熱伝導が悪く、従って、前記複合体の熱による伸びは生じにくい。薄膜ヒータ6へ通電した状態で、電極層7と下部基板電極8間に静電吸引電圧(静電力)を印加することにより、上下移動可能な複合体4は下方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触する。(状態3)   Here, the switch operation will be described in detail with reference to FIG. 2 illustrating the switch operation and FIG. 3 illustrating the time series operation of the energization presence / absence of the thin film heater 6, the presence / absence of electrostatic attraction voltage application, and the switch switching state. . When the thin film heater 6 is energized (state 1 → state 2), the composite 4 is elongated by the heat around the heater heated by the thin film heater (state 2). In that state, the action of the upward stress state or the downward stress state described above is eliminated. Further, the latch beams 5 present on both sides of the thin film heater 6 have a heat insulating structure (the composite is partially etched to form a hollow structure), and heat conduction to the adjacent parts is poor. The elongation of the composite due to heat hardly occurs. By applying an electrostatic attraction voltage (electrostatic force) between the electrode layer 7 and the lower substrate electrode 8 while the thin film heater 6 is energized, the vertically movable composite 4 moves downward, and the upper lower contact The electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 are in contact. (State 3)

この状態で、薄膜ヒータ6への通電を停止すると(状態4)、加熱により延びていた複合体4は、元へ戻る作用が発生する。この時、ラッチ用梁5は前述したようにピンバネ構造となっているので、前記複合体4は前記静電吸引電圧にて吸引された移動方向へ半固定された状態となっており、従って、静電吸引電圧の印加を停止した状態においても、スイッチが保持された状態となる(状態5)。   In this state, when energization to the thin film heater 6 is stopped (state 4), the composite 4 that has been extended by heating has a function of returning to the original state. At this time, since the latch beam 5 has a pin spring structure as described above, the composite 4 is semi-fixed in the moving direction attracted by the electrostatic attraction voltage. Even when the application of the electrostatic attraction voltage is stopped, the switch is held (state 5).

その後、薄膜ヒータ6へ通電を開始することにより、加熱により再び複合体4は、伸びが発生する。この時、ラッチ用梁5は前述したようにピンバネ構造となっているので、前記複合体4は、静電吸引力印加をしていないため、元の状態へ戻る力により、スイッチ機能はオープン状態となり、その状態が保持される。(状態6)   Thereafter, by starting energization of the thin film heater 6, the composite 4 is again stretched by heating. At this time, since the latch beam 5 has a pin spring structure as described above, since the composite body 4 is not applied with an electrostatic attraction force, the switch function is opened by the force to return to the original state. And the state is maintained. (State 6)

ここで、前述したプレーナ技術によるシリコン基板上へ成膜し、前記複合体を必要形状に加工し、更に、シリコン基板を選択的にエッチングする一般的な手順について、図13を用いて簡単に説明する。   Here, a general procedure for forming a film on a silicon substrate by the above-described planar technology, processing the composite into a required shape, and selectively etching the silicon substrate will be briefly described with reference to FIG. To do.

図13において、先ず、シリコン基板上へ窒化膜を成膜し、フォトリソグラフィー技術により、成膜した窒化膜をエッチング加工する(図13−1)。次に、酸化膜を同様に成膜、エッチング加工する(図13−2)。更にその上へ、多結晶シリコン膜を成膜、エッチング加工(図13−3)を繰り返し、必要な電極材等を含む複合体として加工してゆく(図13−6)。複合体製作終了後、外部とのインタフェース用電極部分の成膜、加工を経て(図13−7)、最後にシリコン基板自身の選択エッチングなどにより、本発明でのキーとなるラッチ用梁5部分の加工(不要なシリコン基板部分の除去)を行い、完成させる。(図13−8)   In FIG. 13, first, a nitride film is formed on a silicon substrate, and the formed nitride film is etched by photolithography (FIG. 13-1). Next, an oxide film is similarly formed and etched (FIG. 13-2). Further thereon, a polycrystalline silicon film is formed and etched (FIG. 13-3), and processed as a composite containing necessary electrode materials (FIG. 13-6). After the fabrication of the composite body, the electrode portion for interface with the outside is formed and processed (FIG. 13-7), and finally the portion of the latch beam 5 which is a key in the present invention by selective etching of the silicon substrate itself. Is completed (removal of unnecessary silicon substrate portion). (Fig. 13-8)

以上記述したように、静電気力を排除した状態においても、スイッチ切り替え方向を保持することが出来、前記保持に必要な消費電力の低減及び保持状態においての電極接触部分については、確実なる電気的接続状態とする効果がある。   As described above, even when the electrostatic force is eliminated, the switch switching direction can be maintained, and the power consumption necessary for the holding can be reduced, and the electrode contact portion in the holding state can be reliably connected. There is an effect of state.

図4は、本発明に係る微小スイッチの実施形態の他の一例を示す図である。
なお、本実施例において、実施例1と同等の構成のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the embodiment of the micro switch according to the present invention.
In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例の微小スイッチは、複合体4を上下移動させる為の起動力を電磁力とした点である。即ち、マイクロ電子基板101へ磁性材料で製作された下部基板電極10と下部基板接点電極3を有し、その上部には、一方が固定部で他一方が上下移動可能な複合体4で、薄膜ヒータ6、薄膜電磁コイル9、が複合体内部に形成されており、また、前記複合体表面へは、上部下面接点電極2を有している。   The minute switch of the present embodiment is that the starting force for moving the composite 4 up and down is an electromagnetic force. That is, the microelectronic substrate 101 has a lower substrate electrode 10 made of a magnetic material and a lower substrate contact electrode 3, on the upper part of which is a composite 4 in which one is a fixed portion and the other is vertically movable. A heater 6 and a thin film electromagnetic coil 9 are formed inside the composite, and an upper lower contact electrode 2 is provided on the composite surface.

薄膜ヒータ6へ通電すると、薄膜ヒータで熱せられたヒータ周辺部分がその熱により前記複合体4は、伸びを生じる。また、薄膜ヒータ6の両隣に存在するラッチ用梁5は熱絶縁構造となっており、その両隣の部分へは熱伝導が悪く、従って、前記複合体の熱による伸びは生じにくい。薄膜ヒータ6へ通電した状態で、薄膜電磁コイル9へ電圧を印加することにより、前記薄膜電磁コイル9と磁性材料で製作された下部基板電極10間に電磁吸引作用が発生し、上下移動可能な複合体4は下方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触する。   When the thin film heater 6 is energized, the composite 4 is stretched by the heat around the heater heated by the thin film heater. Further, the latching beams 5 existing on both sides of the thin film heater 6 have a heat insulating structure, and heat conduction is poor in the adjacent portions, so that the composite is not easily stretched by heat. By applying a voltage to the thin-film electromagnetic coil 9 while the thin-film heater 6 is energized, an electromagnetic attraction action is generated between the thin-film electromagnetic coil 9 and the lower substrate electrode 10 made of a magnetic material, and is movable up and down. The composite 4 moves downward, and the upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 come into contact with each other.

その後、薄膜ヒータ6へ通電を開始することにより、加熱により再び複合体4は、伸びが発生する。この時、ラッチ用梁5は前述したようにピンバネ構造となっているので、前記複合体4は、電磁力の印加をしていないため、元の状態へ戻る力により、スイッチ機能はオープン状態となり、その状態が保持される。   Thereafter, by starting energization of the thin film heater 6, the composite 4 is again stretched by heating. At this time, since the latch beam 5 has a pin spring structure as described above, since the composite body 4 is not applied with electromagnetic force, the switch function is opened by the force to return to the original state. That state is maintained.

以上のスイッチ動作を説明した図を、図5へ示した。また、薄膜ヒータ6への通電有無、薄膜電磁コイル電圧印加有無状態及びスイッチの切替状態の時系列動作を示した図を、図6へ示した。   FIG. 5 shows a diagram illustrating the above switch operation. Moreover, the figure which showed the time series operation | movement of the presence or absence of electricity supply to the thin film heater 6, the thin film electromagnetic coil voltage application state, and the switch switching state was shown in FIG.

以上記述したように、電磁力を排除した状態においても、スイッチ切り替え方向を保持することが出来、前記保持に必要な消費電力の低減及び保持状態においての電極接触部分については、確実なる電気的接続状態とする効果がある。   As described above, the switch switching direction can be maintained even when the electromagnetic force is eliminated, and the power consumption necessary for the holding is reduced, and the electrode contact portion in the holding state is reliably connected electrically. There is an effect of state.

また、実施例1で述べた、静電気力が使用出来ないような環境下、例えば、静電気に弱いICを使用した装置などにおいての適用に際して効果を奏する。   Further, the present invention is effective when applied to an environment using an IC that is weak against static electricity, for example, in an environment where electrostatic force cannot be used, as described in the first embodiment.

図7は、本発明に係る微小スイッチの実施形態の他の一例を示す図である。
なお、本実施例において、実施例1及び実施例2と同等の構成のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the embodiment of the micro switch according to the present invention.
In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例の微小スイッチは、複合体4を上下移動させる為の起動力を熱膨張係数の異なる合金材(以後、「バイメタル」と言う)を利用した点である。即ち、マイクロ電子基板101へ下部基板接点電極3を有し、その上部には、一方が固定部で他一方が上下移動可能な複合体4で、薄膜ヒータ6、バイメタル上層11、バイメタル下層12、バイメタル上層用薄膜ヒータ110(図示なし)、バイメタル下層用薄膜ヒータ120(図示なし)が複合体内部に形成されており、また、前記複合体表面へは、上部下面接点電極2を有している。   The minute switch of the present embodiment is that the starting force for moving the composite 4 up and down uses an alloy material (hereinafter referred to as “bimetal”) having a different thermal expansion coefficient. That is, the lower substrate contact electrode 3 is provided on the microelectronic substrate 101, and on the upper part is a composite 4 in which one is a fixed portion and the other is movable up and down, a thin film heater 6, a bimetal upper layer 11, a bimetal lower layer 12, A bimetal upper layer thin film heater 110 (not shown) and a bimetal lower layer thin film heater 120 (not shown) are formed inside the composite, and an upper lower surface contact electrode 2 is provided on the surface of the composite. .

薄膜ヒータ6へ通電すると、薄膜ヒータで熱せられたヒータ周辺部分がその熱により前記複合体4は、伸びを生じる。また、薄膜ヒータ6の両隣に存在するラッチ用梁5は熱絶縁構造となっており、その両隣の部分へは熱伝導が悪く、従って、前記複合体の熱による伸びは生じにくい。薄膜ヒータ6へ通電した状態で、バイメタル上層用薄膜ヒータ110へ通電する事により、バイメタル上層11により、下方向への変形が生じ、結果、上下移動可能な複合体4は下方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触する。同様に、バイメタル上層用薄膜ヒータ110へ通電を停止する事により、バイメタル上層11により、上方向への変形が生じ、結果、上下移動可能な複合体4は上方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3がオープン状態となる。   When the thin film heater 6 is energized, the composite 4 is stretched by the heat around the heater heated by the thin film heater. Further, the latching beams 5 existing on both sides of the thin film heater 6 have a heat insulating structure, and heat conduction is poor in the adjacent portions, so that the composite is not easily stretched by heat. By energizing the thin film heater 110 for the bimetal upper layer while energized to the thin film heater 6, the bimetal upper layer 11 causes a downward deformation, and as a result, the vertically movable composite 4 moves downward, The upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 are in contact with each other. Similarly, by stopping energization of the bimetal upper layer thin film heater 110, the bimetal upper layer 11 causes an upward deformation, and as a result, the vertically movable composite 4 moves upward, and the upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 are in an open state.

以上のスイッチ動作を説明した図を、図8へ示した。また、薄膜ヒータ6への通電有無、バイメタル用薄膜ヒータへの電圧印加有無状態及びスイッチの切替状態の時系列動作を示した図を、図9へ示した。   A diagram illustrating the above switch operation is shown in FIG. Further, FIG. 9 shows a time series operation of whether or not the thin film heater 6 is energized, whether or not a voltage is applied to the bimetal thin film heater, and the switch switching state.

なお、バイメタル下層12、バイメタル下層用薄膜ヒータ120の機能については、後述する。   The functions of the bimetal lower layer 12 and the thin film heater 120 for the bimetal lower layer will be described later.

以上記述したように、熱変形力を排除した状態においても、スイッチ切り替え方向を保持することが出来、前記保持に必要な消費電力の低減及び保持状態においての電極接触部分については、確実なる電気的接続状態とする効果がある。   As described above, it is possible to maintain the switch switching direction even when the thermal deformation force is eliminated, and to reduce the power consumption necessary for the holding and to ensure the electrical contact with the electrode contact portion in the holding state. This has the effect of connecting.

また、実施例1及び実施例2で述べた、静電気力及び電磁力が使用出来ないような環境下、例えば、静電気に弱いICを使用した装置及びモータなどの強磁界装置などにおいての適用に際して効果を奏する。   In addition, it is effective in application to the environment described in the first and second embodiments in which the electrostatic force and the electromagnetic force cannot be used, for example, a device using an IC that is weak against static electricity and a strong magnetic field device such as a motor Play.

図10は、本発明に係る微小スイッチの実施形態の他の一例を示す図である。
なお、本実施例は、前述した実施例1で記載した内容を一部改良した内容で、スイッチ切替機能を2系統とした改良内容である。実施例1、実施例2及び実施例3と同等の構成のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 10 is a diagram showing another example of the embodiment of the micro switch according to the present invention.
This embodiment is a content obtained by partially improving the content described in the first embodiment, and is an improved content with two switch switching functions. The same components as those in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

薄膜ヒータ6へ通電すると、薄膜ヒータで熱せられたヒータ周辺部分がその熱により前記複合体4に伸びを生じる。また、薄膜ヒータ6の両隣に存在するラッチ用梁5は熱絶縁構造となっており、その両隣の部分へは熱伝導が悪く、従って、前記複合体の熱による伸びは生じにくい。薄膜ヒータ6へ通電した状態で、電極層7と下部基板電極8間に静電吸引電圧を印加することにより、上下移動可能な複合体4は下方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触し、薄膜ヒータ6への通電を停止してもピンバネ構造により、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触した状態が継続する事は実施例1で述べたとおりである。次に、薄膜ヒータ6へ通電すると、ラッチ用梁5は前記製作応力条件により、通常状態が上向きの場合では、上下移動可能な複合体4は上方向へ移動し、上部上面接点電極20と上部基板接点電極30が接触する。   When the thin film heater 6 is energized, the heater peripheral portion heated by the thin film heater is stretched in the composite 4 due to the heat. Further, the latch beam 5 existing on both sides of the thin film heater 6 has a heat insulating structure, and heat conduction is poor in the adjacent portions, and therefore, the composite is not easily stretched by heat. By applying an electrostatic attraction voltage between the electrode layer 7 and the lower substrate electrode 8 while the thin film heater 6 is energized, the vertically movable composite 4 moves downward, and the upper lower contact electrode 2 and the lower electrode As described in the first embodiment, even when the substrate contact electrode 3 is in contact and the energization to the thin film heater 6 is stopped, the state where the upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 are in contact by the pin spring structure continues. It is. Next, when the thin film heater 6 is energized, the latching beam 5 moves up and down in the normal state when the normal state is upward due to the manufacturing stress condition, and the upper upper contact electrode 20 and the upper upper contact electrode 20 are moved upward. The substrate contact electrode 30 contacts.

このように、2系統のスイッチ機能を有する。   Thus, it has a two-system switch function.

以上記述したように、ON−OFF切り替えのみではなく、2方向への接続切り替え効果も奏する。   As described above, not only ON-OFF switching but also connection switching effect in two directions is achieved.

図11は、本発明に係る微小スイッチの実施形態の他の一例を示す図である。
なお、本実施例は、前述した実施例2で記載した内容を一部改良した内容で、スイッチ切替機能を2系統とした改良内容である。実施例1、実施例2、実施例3及び実施例4と同等の構成のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 11 is a diagram showing another example of the embodiment of the micro switch according to the present invention.
The present embodiment is a content obtained by partially improving the content described in the second embodiment, and is an improved content in which the switch switching function has two systems. The same components as those in the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

薄膜ヒータ6へ通電すると、薄膜ヒータで熱せられたヒータ周辺部分がその熱により前記複合体4に伸びを生じる。また、薄膜ヒータ6の両隣に存在するラッチ用梁5は熱絶縁構造となっており、その両隣の部分へは熱伝導が悪く、従って、前記複合体の熱による伸びは生じにくい。薄膜ヒータ6へ通電した状態で、薄膜電磁コイル9へ電圧を印加することにより、前記薄膜電磁コイル9と磁性材料で製作された下部基板電極10間に電磁吸引現象が発生し、上下移動可能な複合体4は上方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触し、薄膜ヒータ6への通電を停止してもピンバネ構造により、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触した状態が継続する事は実施例2で述べたとおりである。次に、薄膜ヒータ6へ通電すると、ラッチ用梁5は前記製作応力条件により、通常状態が上向きの場合では、上下移動可能な複合体4は上方向へ移動し、上部上面接点電極20と上部基板接点電極30が接触する。   When the thin film heater 6 is energized, the heater peripheral portion heated by the thin film heater is stretched in the composite 4 due to the heat. Further, the latch beam 5 existing on both sides of the thin film heater 6 has a heat insulating structure, and heat conduction is poor in the adjacent portions, and therefore, the composite is not easily stretched by heat. By applying a voltage to the thin-film electromagnetic coil 9 while the thin-film heater 6 is energized, an electromagnetic attraction phenomenon occurs between the thin-film electromagnetic coil 9 and the lower substrate electrode 10 made of a magnetic material, and is movable up and down. The composite 4 moves upward, the upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 come into contact with each other, and even if the energization to the thin film heater 6 is stopped, the upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode are caused by the pin spring structure. As described in the second embodiment, the state in which 3 is in contact continues. Next, when the thin film heater 6 is energized, the latching beam 5 moves up and down in the normal state when the normal state is upward due to the manufacturing stress condition, and the upper upper contact electrode 20 and the upper upper contact electrode 20 are moved upward. The substrate contact electrode 30 contacts.

このように、2系統のスイッチ機能を有する。   Thus, it has a two-system switch function.

以上記述したように、ON−OFF切り替えのみではなく、2方向への接続切り替え効果も奏する。   As described above, not only ON-OFF switching but also connection switching effect in two directions is achieved.

図12は、本発明に係る微小スイッチの実施形態の他の一例を示す図である。
なお、本実施例は、前述した実施例3で記載した内容を一部改良した内容で、スイッチ切替機能を2系統とした改良内容である。実施例1、実施例2、実施例3、実施例4及び実施例5と同等の構成のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 12 is a diagram showing another example of the embodiment of the micro switch according to the present invention.
This embodiment is a content obtained by partially improving the content described in the above-described third embodiment, and is an improved content in which the switch switching function has two systems. The same components as those in the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description is omitted.

薄膜ヒータ6へ通電すると、薄膜ヒータで熱せられたヒータ周辺部分がその熱により前記複合体4に伸びを生じる。また、薄膜ヒータ6の両隣に存在するラッチ用梁5は熱絶縁構造となっており、その両隣の部分へは熱伝導が悪く、従って、前記複合体の熱による伸びは生じにくい。薄膜ヒータ6へ通電した状態で、バイメタル上層用薄膜ヒータ110へ通電する事により、バイメタル上層11により、下方向への変形が生じ、結果、上下移動可能な複合体4は下方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3が接触する。同様に、バイメタル上層用薄膜ヒータ110へ通電を停止する事により、バイメタル上層11により、上方向への変形が生じ、結果、上下移動可能な複合体4は上方向へ移動し、上部下面接点電極2と下部基板接点電極3がオープン状態となる。   When the thin film heater 6 is energized, the heater peripheral portion heated by the thin film heater is stretched in the composite 4 due to the heat. Further, the latch beam 5 existing on both sides of the thin film heater 6 has a heat insulating structure, and heat conduction is poor in the adjacent portions, and therefore, the composite is not easily stretched by heat. By energizing the thin film heater 110 for the bimetal upper layer while energized to the thin film heater 6, the bimetal upper layer 11 causes a downward deformation, and as a result, the vertically movable composite 4 moves downward, The upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 are in contact with each other. Similarly, by stopping energization to the bimetal upper layer thin film heater 110, the bimetal upper layer 11 causes upward deformation, and as a result, the vertically movable composite 4 moves upward, and the upper lower surface contact electrode 2 and the lower substrate contact electrode 3 are in an open state.

同様に、薄膜ヒータ6へ通電した状態で、バイメタル下層用薄膜ヒータ120へ通電する事により、バイメタル下層12により、上方向への変形が生じ、結果、上下移動可能な複合体4は上方向へ移動し、上部上面接点電極20と上部基板接点電極30が接触する。同様に、バイメタル下層用薄膜ヒータ120へ通電を停止する事により、バイメタル下層12により、下方向への変形が生じ、結果、上下移動可能な複合体4は下方向へ移動し、上部上面接点電極20と上部基板接点電極30がオープン状態となる。   Similarly, when the thin film heater 6 is energized, by energizing the thin film heater 120 for the bimetal lower layer, the bimetal lower layer 12 is deformed upward, and as a result, the vertically movable composite 4 is moved upward. The upper upper surface contact electrode 20 and the upper substrate contact electrode 30 come into contact with each other. Similarly, by stopping energization of the thin film heater 120 for the bimetal lower layer, the bimetal lower layer 12 is deformed downward. As a result, the vertically movable composite 4 moves downward, and the upper upper surface contact electrode 20 and the upper substrate contact electrode 30 are in an open state.

また、上述した、バイメタル上層11の動作方向が、バイメタル上層用薄膜ヒータ110へ通電する事により、その動作方向が前述した方向の逆の、上方向でもよい。同様に、バイメタル下層12の動作方向が、バイメタル下層用薄膜ヒータ120へ通電する事により、その動作方向が前述した方向の逆の、下方向でもよい。   In addition, the operation direction of the bimetal upper layer 11 described above may be an upward direction opposite to the aforementioned direction by energizing the thin film heater 110 for the bimetal upper layer. Similarly, the operation direction of the bimetal lower layer 12 may be a downward direction opposite to the aforementioned direction by energizing the thin film heater 120 for the bimetal lower layer.

以上記述したように、ON−OFF切り替えのみではなく、2方向への接続切り替え効果も奏する。   As described above, not only ON-OFF switching but also connection switching effect in two directions is achieved.

実施例2及び実施例5で記載の、薄膜電磁コイル9の代わりに電磁力が発生する素子であれば良く、従って、一般的な磁性材素子の使用も可能である。   Any element that generates electromagnetic force may be used instead of the thin-film electromagnetic coil 9 described in the second and fifth embodiments, and therefore, a general magnetic material element can be used.

更なる小型化及び高信頼性効果も奏する。   Further downsizing and high reliability effect are also achieved.

実施例1から実施例7で記載の、微小スイッチを複数個を含む電子部品とを組み合わせた信号経路切替え装置により小型化及び軽量化が要求される装置への使用が可能である。   The signal path switching device described in the first to seventh embodiments combined with an electronic component including a plurality of micro switches can be used for a device that is required to be reduced in size and weight.

以上記述したように、小型及び高信頼性の装置効果も奏する。   As described above, there are also small and highly reliable device effects.

サイズ、コスト、及び信頼性と言った利点の観点から、広く多様な用途に関して開発されつつある。サイズの小型化、軽量化の利点を生かして、携帯電話内のRF電気スイッチや、信号経路指定装置、インピーダンス整合ネットワークへの適用、更には、宇宙向け機器への利用なども注目されている。   It is being developed for a wide variety of applications in terms of advantages such as size, cost, and reliability. Taking advantage of the reduction in size and weight, application to RF electrical switches in cellular phones, signal routing devices, impedance matching networks, and use in space-oriented equipment is also attracting attention.

本発明に係る静電力を用いた微小スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the micro switch using the electrostatic force which concerns on this invention. 本発明に係る静電力を用いた微小スイッチの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the micro switch using the electrostatic force which concerns on this invention. 本発明に係る静電力を用いた微小スイッチのスイッチ状態遷移を示す図である。It is a figure which shows the switch state transition of the micro switch using the electrostatic force which concerns on this invention. 本発明に係る電磁力を用いた微小スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the micro switch using the electromagnetic force which concerns on this invention. 本発明に係る電磁力を用いた微小スイッチの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the micro switch using the electromagnetic force which concerns on this invention. 本発明に係る電磁力を用いた微小スイッチのスイッチ状態遷移を示す図である。It is a figure which shows the switch state transition of the micro switch using the electromagnetic force which concerns on this invention. 本発明に係る熱変形力を用いた微小スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the micro switch using the thermal deformation force which concerns on this invention. 本発明に係る熱変形力を用いた微小スイッチの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the micro switch using the thermal deformation force which concerns on this invention. 本発明に係る熱変形力を用いた微小スイッチのスイッチ状態遷移を示す図である。It is a figure which shows the switch state transition of the micro switch using the thermal deformation force which concerns on this invention. 本発明に係る静電力を用いた2系統微小スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2 system | strain microswitch using the electrostatic force which concerns on this invention. 本発明に係る電磁力を用いた2系統微小スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2 system | strain microswitch using the electromagnetic force which concerns on this invention. 本発明に係る熱変形力を用いた2系統微小スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2 system | strain microswitch using the thermal deformation force which concerns on this invention. 本発明に係るプレーナ技術を用いた製作プロセスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing process using the planar technique which concerns on this invention. 本発明に係る微小スイッチの鳥瞰図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the bird's-eye view of the micro switch concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 微小スイッチ
2 上部下面接点電極
3 下部基板接点電極
4 複合体
5 ラッチ用梁
6 薄膜ヒータ
7 電極層
8 下部基板電極
9 薄膜電磁コイル
10 下部基板電極(磁性材)
11 バイメタル上層
12 バイメタル下層
20 上部上面接点電極
30 上部基板接点電極
101 マイクロ電子基板
102 マイクロ電子基板
110 バイメタル上層用ヒータ
120 バイメタル下層用ヒータ
150 支持板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Minute switch 2 Upper lower surface contact electrode 3 Lower board contact electrode 4 Composite 5 Latching beam 6 Thin film heater 7 Electrode layer 8 Lower board electrode 9 Thin film electromagnetic coil 10 Lower board electrode (magnetic material)
11 Bimetal upper layer 12 Bimetal lower layer 20 Upper upper surface contact electrode 30 Upper substrate contact electrode 101 Micro electronic substrate 102 Micro electronic substrate 110 Bimetal upper layer heater 120 Bimetal lower layer heater 150 Support plate

Claims (5)

一端部が固定され、他端部が外力により往復可動するように構成された梁状のスイッチ本体を備えた微小スイッチにおいて、
前記スイッチ本体は、同スイッチ本体の一部を膨張、収縮させて変形させる手段を具備し、かつ、前記スイッチ本体は、膨張、収縮による変形状態を保持するよう構成されたことを特徴とする微小スイッチ。
In a micro switch having a beam-shaped switch body configured such that one end is fixed and the other end is reciprocally movable by an external force.
The switch body includes means for expanding and contracting a part of the switch body, and the switch body is configured to maintain a deformed state due to expansion and contraction. switch.
請求項1に記載の微小スイッチにおいて、
前記スイッチ本体は、前記膨張、収縮させて変形させるとして加熱素子を具備し、かつ同加熱素子が取り付けられている部分とその両側隣部分とは熱的に絶縁されていることを特徴とする微小スイッチ。
In the micro switch according to claim 1,
The switch body includes a heating element that is deformed by expansion and contraction, and a portion to which the heating element is attached is thermally insulated from adjacent portions on both sides thereof. switch.
請求項1に記載の微小スイッチにおいて、
前記スイッチ本体は、前記膨張、収縮させて変形させるとして冷却素子を具備し、かつ同冷却素子が取り付けられている部分とその両側隣部分とは熱的に絶縁されていることを特徴とする微小スイッチ。
In the micro switch according to claim 1,
The switch body includes a cooling element that is deformed by expansion and contraction, and a portion to which the cooling element is attached is thermally insulated from adjacent portions on both sides thereof. switch.
請求項1に記載の微小スイッチにおいて、
前記スイッチ本体は、窒化膜及び酸化膜との複合体で構成されていることを特徴とする微小スイッチ。
In the micro switch according to claim 1,
The switch body is composed of a complex of a nitride film and an oxide film, and is a micro switch.
請求項1から請求項5に記載の微小スイッチを複数個組み合わせたことを特徴とする信号経路切替え装置。   6. A signal path switching device comprising a plurality of the micro switches according to claim 1 combined.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011516284A (en) * 2008-04-08 2011-05-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Micromechanical component with inclined structure and corresponding manufacturing method
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