JP2005504415A - マイクロメカニカル・スイッチ及び同スイッチを製造する方法 - Google Patents
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- H01H2001/0078—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] with parallel movement of the movable contact relative to the substrate
Abstract
基板（１０）上で部分的に懸架された導電性ビーム（１４，１４’）、該導電性ビームに近接する少なくとも１つの接点電極（１２，１２’）、及び前記導電性ビームに近接する少なくとも１つの制御電極（１３，１３’）を有し、前記制御電極における電位の印加により、前記ビームは前記基板の面において偏位可能であり、これにより、前記導電性ビームは、該導電性ビームと前記接点電極との間に電気的な経路を作るために、選択的に該接点電極と接触し得るマイクロメカニカル・スイッチが開示される。特に、前記導電性ビームは、前記基板の面において細長くても良く、前記基板に対して垂直な方向の細長い断面を有する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメカニカル・スイッチ及び同スイッチを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許明細書５６５８６９８号は、基板、該基板の上に空間を挟んで懸架されたパターン化ビーム部、及び該基板の上に該ビーム部を懸架するための支持構造、を有する静電アクチュエータのようなマイクロ構造を開示している。前記マイクロ構造は、前記ビーム部と前記基板との間の空間を形成するために除去される犠牲層を使用することによって準備される。前記ビームの偏位は、基板に対して垂直な面において、ゲート／制御電極／へ電位を供給することの結果として、該ビーム部（又は該ビーム部の導電部）とゲート／該ビームに近接して位置付けられた制御電極／との間の静電引力に応じて生じる。
【０００３】
従来の、そのようなスイッチにおいては、カンチレバーキャパシタンスに蓄えられたエネルギーは、ゲート／制御電極／と該カンチレバーとの間の離隔距離によって、急速に変化する。一度十分なエネルギーが蓄えられると、該スイッチが閉じられる時には前記間隙の値が一層小さくなるので、スイッチは突然ヒステリー的に閉じる。「オフ・ツー・オン(off to on)」電圧は、従って、概して「オン・ツー・オフ(on to off)」電圧とは異なる。
【０００４】
米国特許明細書５８１８０９３号は、半導体基板上に懸架されたゲートを有する半導体加速度計装置を開示しており、該ゲートは、基板の面で回動可能に取り付けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改善されたマイクロメカニカル・スイッチ、及び同スイッチを製造する方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、基板上に部分的に懸架された導電性ビームと、前記導電性ビームに近接する少なくとも1つの接点電極と、前記導電性ビームに近接する少なくとも1つの制御電極と、を有するマイクロメカニカル・スイッチであって、前記制御電極の1つにおける電位の印加により、前記ビームは、前記基板の面において偏位可能であり、これにより、前記導電性ビームは、該導電性ビームと接点電極との間に電気的な経路を作るために、選択的に当該接点電極に接触され得るマイクロメカニカル・スイッチが提供される。
【０００７】
このようなスイッチの構成は、前記ビームの偏位に伴う蓄積電気エネルギーの変化が大幅に小さくなるようなスイッチを可能にし、したがって、スイッチングは、より制御し易くされる。
【０００８】
理想的には、前記ビームを、制御電極の引力に対して、より弾力的でなくすために、したがって、前記基板の面において、移動を容易にするために、前記導電性ビームは、前記基板の面において細長く、該基板に対して垂直な方向の細長い断面を有する。
【０００９】
また、本発明によって提供されるものは、基板上に犠牲層を形成し、前記基板上に導電性ビームを形成し、前記基板上に部分的に懸架された前記導電性ビームを残すために、前記犠牲層を除去し、前記導電性ビームに近接して、少なくとも１つの制御電極及び少なくとも１つの接点電極を形成する、マイクロメカニカル・スイッチのような製造方法である。
【００１０】
厚膜印刷技術、薄膜被着技術のどちらでも、又はそれらの結合が、スイッチを製造するために使用され得る。また、プロセス・ステップの数を最小にするために、厚膜の場合には、導電性のビーム及び前記電極の少なくとも１つが同一の印刷ステップの間に厚膜印刷技術によって形成され得、薄膜の場合には、導電層が薄膜の被着技術を使用して被着され、導電性ビーム及び前記電極の少なくとも１つの両者を形成するために、パターン化され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、以下の図を参照することで、例示の態様に過ぎないものとして、開示されるであろう。
【実施例１】
【００１２】
図１ａ、１ｂ，２ａ、２ｂ，３ａ及び３ｂは、それぞれ、本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す、側面及び平面図である。
【００１３】
図４は、本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの代替の構成を示す。
以上の図は、縮尺どおりではないということに留意されるべきである。むしろ、これらの図の寸法及び部分は、明瞭及び本発明の理解を助けるための理由により、大きさの点で、誇張され又は縮小されている。また、同一の符号は、異なる実施例における、対応する又は類似の機構を参照するために使用される。
【００１４】
本発明によるマイクロメカニカル・スイッチは、以下のように製造される。
（１）基板１０（ガラス、シリコン又は他の物質、及びオプションとしてシリコン酸化物又はシリコン窒化物その他同種類のものの層によって覆われたものであり得る。）の上で、図１ａ及び１ｂで示されているように、ポリマーフォトレジストの犠牲層１１が被着され、パターン化される。
【００１５】
（２）次に、図２ａ及び２ｂに示されているように、アルミニウム（又は代替的にアルミニウム合金、クロム、又は他の導体）のような導電層が、基板１０を、部分的に基板を及び部分的に犠牲層１１を、覆うように被着され得る。該導電層は、導電性ビーム１４、１４’と、該ビームに近接して配置された制御及び接点電極と、を形成するためにパターン化され得る。
【００１６】
（３）図３ａ及び３ｂに示されたように、前記犠牲層は、次いで、部分的に基板上で懸架される導電性ビームを残すように、従来技術を使用して除去される。
【００１７】
結果としてのスイッチは、これにより、どちらの制御電極１３又は１３’に供給される電位でも、前記ビームがその電極に引き寄せられる起因となり、結局、対応する接点電極１２又は１２’に接触し、それによって、該ビームと当該接点電極との間の電気的な経路を確立する、という態様で動作する。前記ビームのベースと、接点及び制御電極とは、したがって、外部の回路（図示されていない）と、該回路のためのスイッチとしての動作のために、接続され得る。また、そのようなスイッチのマトリクス配列も使用され得る。
【００１８】
本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの代替的な構成は、図４に示されており、ビーム１４は、ビームのベース１４’に近接したピボット点１５において、より薄い。これは、前記導電性ビームに、前記基板に対して垂直な方向の細長い断面を設け、このため、制御電極の引力に対して、該ビームをより弾力的でなくし、したがって、基板の面において移動を容易にする。
【００１９】
従来型の「カンチレバー」型のマイクロメカニカル・スイッチの製造は、よく知られており、それらを製造するための、精密な作業条件を含む、多くの技術、物質、及び考慮もまた、本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの製造のために関連する。例えば、参考までに示す以下の文書を見て欲しい。「シリコン上のマイクロメカニカル膜スイッチ」Ｋ Ｅ ピーターソン著(IBM J Res.Development, Vol.23, No.4, 1979)、米国特許明細書第５６３８９４６号、及び第５６５８６９８号（特に、犠牲層に関する議論のための第４カラム第３４行から第５カラム第５０行）、及びＰＣＴ特許出願ＷＯ９６／１６４３５。よって、そのような技術、物質、又は考慮は、この文書においては、余すところなく開示されてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す側面図である。
【図１ｂ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す平面図である。
【図２ａ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す側面図である。
【図２ｂ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す平面図である。
【図３ａ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す側面図である。
【図３ｂ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す平面図である。
【図４】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの代替の構成を示す図である。
【０００１】
本発明は、マイクロメカニカル・スイッチ及び同スイッチを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許明細書５６５８６９８号は、基板、該基板の上に空間を挟んで懸架されたパターン化ビーム部、及び該基板の上に該ビーム部を懸架するための支持構造、を有する静電アクチュエータのようなマイクロ構造を開示している。前記マイクロ構造は、前記ビーム部と前記基板との間の空間を形成するために除去される犠牲層を使用することによって準備される。前記ビームの偏位は、基板に対して垂直な面において、ゲート／制御電極／へ電位を供給することの結果として、該ビーム部（又は該ビーム部の導電部）とゲート／該ビームに近接して位置付けられた制御電極／との間の静電引力に応じて生じる。
【０００３】
従来の、そのようなスイッチにおいては、カンチレバーキャパシタンスに蓄えられたエネルギーは、ゲート／制御電極／と該カンチレバーとの間の離隔距離によって、急速に変化する。一度十分なエネルギーが蓄えられると、該スイッチが閉じられる時には前記間隙の値が一層小さくなるので、スイッチは突然ヒステリー的に閉じる。「オフ・ツー・オン(off to on)」電圧は、従って、概して「オン・ツー・オフ(on to off)」電圧とは異なる。
【０００４】
米国特許明細書５８１８０９３号は、半導体基板上に懸架されたゲートを有する半導体加速度計装置を開示しており、該ゲートは、基板の面で回動可能に取り付けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改善されたマイクロメカニカル・スイッチ、及び同スイッチを製造する方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、基板上に部分的に懸架された導電性ビームと、前記導電性ビームに近接する少なくとも1つの接点電極と、前記導電性ビームに近接する少なくとも1つの制御電極と、を有するマイクロメカニカル・スイッチであって、前記制御電極の1つにおける電位の印加により、前記ビームは、前記基板の面において偏位可能であり、これにより、前記導電性ビームは、該導電性ビームと接点電極との間に電気的な経路を作るために、選択的に当該接点電極に接触され得るマイクロメカニカル・スイッチが提供される。
【０００７】
このようなスイッチの構成は、前記ビームの偏位に伴う蓄積電気エネルギーの変化が大幅に小さくなるようなスイッチを可能にし、したがって、スイッチングは、より制御し易くされる。
【０００８】
理想的には、前記ビームを、制御電極の引力に対して、より弾力的でなくすために、したがって、前記基板の面において、移動を容易にするために、前記導電性ビームは、前記基板の面において細長く、該基板に対して垂直な方向の細長い断面を有する。
【０００９】
また、本発明によって提供されるものは、基板上に犠牲層を形成し、前記基板上に導電性ビームを形成し、前記基板上に部分的に懸架された前記導電性ビームを残すために、前記犠牲層を除去し、前記導電性ビームに近接して、少なくとも１つの制御電極及び少なくとも１つの接点電極を形成する、マイクロメカニカル・スイッチのような製造方法である。
【００１０】
厚膜印刷技術、薄膜被着技術のどちらでも、又はそれらの結合が、スイッチを製造するために使用され得る。また、プロセス・ステップの数を最小にするために、厚膜の場合には、導電性のビーム及び前記電極の少なくとも１つが同一の印刷ステップの間に厚膜印刷技術によって形成され得、薄膜の場合には、導電層が薄膜の被着技術を使用して被着され、導電性ビーム及び前記電極の少なくとも１つの両者を形成するために、パターン化され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、以下の図を参照することで、例示の態様に過ぎないものとして、開示されるであろう。
【実施例１】
【００１２】
図１ａ、１ｂ，２ａ、２ｂ，３ａ及び３ｂは、それぞれ、本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す、側面及び平面図である。
【００１３】
図４は、本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの代替の構成を示す。
以上の図は、縮尺どおりではないということに留意されるべきである。むしろ、これらの図の寸法及び部分は、明瞭及び本発明の理解を助けるための理由により、大きさの点で、誇張され又は縮小されている。また、同一の符号は、異なる実施例における、対応する又は類似の機構を参照するために使用される。
【００１４】
本発明によるマイクロメカニカル・スイッチは、以下のように製造される。
（１）基板１０（ガラス、シリコン又は他の物質、及びオプションとしてシリコン酸化物又はシリコン窒化物その他同種類のものの層によって覆われたものであり得る。）の上で、図１ａ及び１ｂで示されているように、ポリマーフォトレジストの犠牲層１１が被着され、パターン化される。
【００１５】
（２）次に、図２ａ及び２ｂに示されているように、アルミニウム（又は代替的にアルミニウム合金、クロム、又は他の導体）のような導電層が、基板１０を、部分的に基板を及び部分的に犠牲層１１を、覆うように被着され得る。該導電層は、導電性ビーム１４、１４’と、該ビームに近接して配置された制御及び接点電極と、を形成するためにパターン化され得る。
【００１６】
（３）図３ａ及び３ｂに示されたように、前記犠牲層は、次いで、部分的に基板上で懸架される導電性ビームを残すように、従来技術を使用して除去される。
【００１７】
結果としてのスイッチは、これにより、どちらの制御電極１３又は１３’に供給される電位でも、前記ビームがその電極に引き寄せられる起因となり、結局、対応する接点電極１２又は１２’に接触し、それによって、該ビームと当該接点電極との間の電気的な経路を確立する、という態様で動作する。前記ビームのベースと、接点及び制御電極とは、したがって、外部の回路（図示されていない）と、該回路のためのスイッチとしての動作のために、接続され得る。また、そのようなスイッチのマトリクス配列も使用され得る。
【００１８】
本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの代替的な構成は、図４に示されており、ビーム１４は、ビームのベース１４’に近接したピボット点１５において、より薄い。これは、前記導電性ビームに、前記基板に対して垂直な方向の細長い断面を設け、このため、制御電極の引力に対して、該ビームをより弾力的でなくし、したがって、基板の面において移動を容易にする。
【００１９】
従来型の「カンチレバー」型のマイクロメカニカル・スイッチの製造は、よく知られており、それらを製造するための、精密な作業条件を含む、多くの技術、物質、及び考慮もまた、本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの製造のために関連する。例えば、参考までに示す以下の文書を見て欲しい。「シリコン上のマイクロメカニカル膜スイッチ」Ｋ Ｅ ピーターソン著(IBM J Res.Development, Vol.23, No.4, 1979)、米国特許明細書第５６３８９４６号、及び第５６５８６９８号（特に、犠牲層に関する議論のための第４カラム第３４行から第５カラム第５０行）、及びＰＣＴ特許出願ＷＯ９６／１６４３５。よって、そのような技術、物質、又は考慮は、この文書においては、余すところなく開示されてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す側面図である。
【図１ｂ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す平面図である。
【図２ａ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す側面図である。
【図２ｂ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す平面図である。
【図３ａ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す側面図である。
【図３ｂ】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチを製造する方法を示す平面図である。
【図４】本発明によるマイクロメカニカル・スイッチの代替の構成を示す図である。
Claims (7)
- 基板上に部分的に懸架された導電性ビームと、
前記導電性ビームに近接する少なくとも1つの接点電極と、
前記導電性ビームに近接する少なくとも1つの制御電極と、を有するマイクロメカニカル・スイッチであって、
前記制御電極の1つにおける電位の印加により、
前記ビームは、前記基板の面において偏位可能であり、これにより、前記導電性ビームは、該導電性ビームと接点電極との間に電気的な経路を作るために、選択的に当該接点電極に接触され得るマイクロメカニカル・スイッチ。 - 請求項１記載のマイクロメカニカル・スイッチであって、
前記導電性ビームは、前記基板の面において細長く、該基板に対して垂直な方向の細長い断面を有するマイクロメカニカル・スイッチ。 - 基板上に犠牲層を形成し、
前記基板上に導電性ビームを形成し、
前記基板上に部分的に懸架された前記導電性ビームを残すために、前記犠牲層を除去し、
前記導電性ビームに近接して、少なくとも１つの制御電極及び少なくとも１つの接点電極を形成する、マイクロメカニカル・スイッチの製造方法であって、
前記制御電極における電位の印加により、前記ビームは前記基板の面において偏位可能であり、これにより、前記導電性ビームは、該導電性ビームと前記接点電極との間に電気的な経路を作るために、選択的に当該接点電極と接触し得るマイクロメカニカル・スイッチの製造方法。 - 請求項３記載のマイクロメカニカル・スイッチの製造方法であって、
前記導電性ビームは、前記基板の面において細長く、該基板に対して垂直な方向の細長い断面を有するマイクロメカニカル・スイッチの製造方法。 - 請求項３記載のマイクロメカニカル・スイッチの製造方法であって、
前記導電性ビーム及び前記電極の少なくとも１つは、同一の印刷ステップの間に、厚膜印刷技術によって形成されるマイクロメカニカル・スイッチの製造方法。 - 請求項３記載のマイクロメカニカル・スイッチの製造方法であって、
導電層は、薄膜被着技術を使用して被着され、前記導電性ビーム及び前記電極の少なくとも１つの両者を形成するためにパターン化されるマイクロメカニカル・スイッチの製造方法。 - 請求項３から請求項６に記載された何れか１つの方法によって製造されるマイクロメカニカル・スイッチ。
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| JP2003531492A Withdrawn JP2005504415A (ja) | 2001-09-21 | 2002-08-29 | マイクロメカニカル・スイッチ及び同スイッチを製造する方法 |
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