JP2005535100A - マイクロマシンイング型のスイッチ - Google Patents

Abstract

マイクロマシニング型のスイッチであって、質量体（１）とばねエレメント（２）とが設けられている形式のものにおいて、第１のばねエレメント（２）の規定の変位度を超過した場合に質量体（１）と接触エレメント（３）とが接触するようになっている。

Description

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載のマイクロマシニング型のスイッチに関する。一般に、質量体がばねエレメントにより弾性的に保持されるマイクロマシニング型のスイッチが公知である。力、例えば加速力が作用した場合には、前記質量体、ひいてはばねエレメントが変位せしめられる。

発明の利点
従来技術に対して、請求項１に記載の特徴を有する本発明によるマイクロマシニング型のスイッチは次のような利点を有している、すなわち、このマイクロマシニング型のスイッチは、製造プロセスで熟知された、表面マイクロマシニング機構の単純な基本エレメントにより実施されているという利点を有している。さらに本発明によるマイクロマシニング型のスイッチは、公知のスイッチに比べて小型化をもたらし、スイッチはね返りの抑制をもたらすという利点を有している。より小さく実施されていることより、著しいコスト節約が可能である。さらに、本発明によるマイクロマシニング型のスイッチでは、拡張された加速度センサシステムに比べて評価機構の節約がもたらされているという利点も見られる。さらに本発明によるマイクロマシニング型のセンサは、有利には電圧供給なしに運転することがで、これにより、実際にはスイッチエレメントとしてのみ機能する。

従属請求項に構成された手段により、請求項１に記載のマイクロマシニング型のスイッチの有利な発展形及び改良形が可能である。

少なくとも１つの接触エレメントが可動であり、かつ第２にばねエレメントに結合されていることは特に有利である。これにより、スイッチはね返りが効果的に減じられる。なぜならば、第２のばねエレメントにより、接触エレメントの所定の押圧力が質量体にもたらされるからである。

さらに第１のばねエレメント及び／又は第２のばねエレメントがＵ字形ばねエレメントを有していることは有利である。これにより、ばねエレメントは簡単な形式で安価に製造することが可能である。

さらに第２のばねエレメントのばね定数が、第１のばねエレメントのばね定数に比べて著しく小さくなっていることは有利である。これにより、質量体と接触エレメントとの接触が同時的に行われた場合の質量体の運動により、質量体の運動が著しく阻止されるか、若しくは変更されることはない。

さらに第３のばねエレメントが設けられており、この第３のばねエレメントが、安定化するように質量体の運動に作用することは有利である。これにより、有利に質量体の運動を行うことが可能である。

さらに第３のばねエレメントのばね定数が、第１のばねエレメントのばね定数に比べて著しく小さくなっていることは有利である。これにより、質量体の運動は第３のばねエレメントにより著しく変更せしめられることはなく、かつ質量体の運動は主に第２のばねエレメントにより規定されていることが可能である。

さらにストッパが設けられており、これにより、第１のばねエレメントの、この第１のばねエレメントの規定の最大変位度を越えた変位が阻止されていることは有利である。これにより、質量体の加速度が大きすぎる場合にマイクロマシニング型のスイッチが破壊されることが阻止される。

実施例の説明
次に本発明の実施例を図面につきさらに詳しく説明する。

図１には、本発明によるマイクロマシニング型のスイッチが示されている。このマイクロマシニング型のスイッチは、可動な質量体１を有している。この可動な質量体１は、特に振動質量体１の形で設けられている。さらに前記マイクロマシニング型のスイッチ（以下には加速度スイッチとして示す）は、ばねエレメント２（以下には第１のばねエレメント２としても示す）を有している。前記質量体１は第１のばねエレメント２に結合されている。さらに質量体１は可動になっており、この場合に、質量体１が運動した場合には第１のばねエレメント２が変位せしめられる。この第１のばねエレメント２が変位することにより、第１のばねエレメント２により質量体１に戻し力が加えられる。本発明によれば、例えば、質量体１は線状の運動方向にのみ可動になっている。この運動方向は、図１には切断線ＡＡに沿って設けられている。しかしながら、本発明によれば、質量体１は複数の運動方向に可動であるように設けることもできる。図１に示した実施例では、さらに第３のばねエレメント４が設けられており、この第３のばねエレメントは、質量体１の運動を安定化するようになっている。本発明によれば、特に第１のばねエレメント２は質量体１の運動方向に沿って質量体１の一方の側に設けられており、かつ第３のばねエレメント４は、質量体１の運動方向に沿って前記第１のばねエレメント２に向かい合った側に設けられている。第１のばねエレメント２及び第３のばねエレメント４は、特にＵ字形ばねエレメントを有している。これらのＵ字形ばねエレメントは、標準的にマイクロマシニングにより製造可能である。

さらに、マイクロマシニング型のスイッチは、少なくとも１つの接触エレメント３を有している。この接触エレメント３は、本発明によれば、特に第２のばねエレメント３０に結合されている。接触エレメント３は、本発明によれば、特に接触質量体の形で設けられており、有利な構成では、第２のばねエレメント３０と一体的に結合されている。本発明によるマイクロマシニング型のスイッチの装置は、次のように、すなわち、質量体１が第１の分だけ運動方向に沿って可動になっており、その間に第１のばねエレメント２が規定された度合まで変位せしめられるようになっている。第１のばねエレメント２の変位がこの規定された度合である場合には、質量体１は接触エレメント３若しくは接触質量体に接触する。本発明によれば、いまや質量体１及び第１のばねエレメント２は次のように、すなわち、第１のばねエレメント２の規定の変位度を越えた質量体１の運動も可能であるようになっている。すなわち、この場合には第１のばねエレメント１は、規定の変位度よりもさらに変位せしめられ、質量体１と接触エレメント３との間の接触は、この運動関与の間は維持される。本発明によれば、特に接触エレメント３を第２のばねエレメント３０に結合し、これにより、質量体１の運動の間に、接触エレメント３と接触して、第１のばねエレメント２の変位に対して付加的に、変位の所定の程度を越えて第２のばねエレメント３０の変位も行われ、これにより、接触エレメント３は特に質量体１に押し付けられるようになっている。

本発明によれば、さらに前記マイクロマシニング型のスイッチはストッパ７を有している。これらのストッパ７は、質量体１が、運動方向の大きすぎる最大限の運動を行うことを阻止する。すなわち、ストッパ７により、第１のばねエレメント２が規定の最大変位度を越えて変位せしめられることが阻止される。第１のばねエレメント２の規定の最大変位度は、本発明によれば、接触エレメント３と質量体１との間の第１の接触付与が行われる、第１のばねエレメント２の規定の変位度よりも上に設定されている。

本発明によれば、マイクロマシニング型のスイッチは、例えばボンドフレーム８、第１のボンドパッド５、すなわち、第１の接続面５、及び前記第１のボンドパッド５を接触エレメント３の懸架部に接触させるための第１の導体路６をも有している。さらに、本発明によるマイクロマシニング型のスイッチは、第２のボンドパッド５ａ並びに導体路６ａをも有している。この導体路６ａは、第２のボンドパッド５ａを第１のばねエレメント２の懸架部に接触させるために働く。さらに、マイクロマシニング型のスイッチは、第３のボンドパッド５ｂと第３の導体路６ｂとを有している。この第２の導体路６ｂは、第３のボンドッド５ｂを別の接触エレメント３ｂの懸架部に接触させるために働く。別の接触エレメント３ｂ及び接触装置（第３のボンドパッド５ｂ及び第３の導体路６ｂ）は選択的に設けられている。スイッチとしての本発明によるマイクロマシニング型のスイッチの機能のためには、少なくとも２つのボンドパッド５，５ａ，５ｂ及び対応した導体路６，６ａ，６ｂにより、少なくとも２つの接触部が提供されており、これらの接触部が、質量体１の対応した運動時には次のように、すなわち、第１のばねエレメント２が規定の変位度を越えて変位せしめられるように、互いに電気的に低抵抗に接触していることが重要である。このためには、本発明によれば、接触付与は、接触エレメント３と、質量体１と、第１のばねエレメント２と、このばねエレメント２の懸架部と間で、第２のボンドパッド５ａの方へ向かって行われるか、又は接触付与は、接触エレメント３から質量体１を介して、別の接触エレメント３ｂ、第３の導体路６ｂ及び第３のボンドパッド５ｂへと行われるか、又は第１の接触エレメント３も別の接触エレメント３ｂも設けられており、振動質量体１が第２のボンドパッド５ａ及び第２の導体路６ａを介して電気的に接続されていることにより、２つのスイッチが同時に実施されているかのいずれかになっていてよい。

第１のばねエレメント２、第２のばねエレメント３０及び第３のばねエレメント４のＵ字形ばねの幅の変化、並びにこれらのＵ字形ばねの間のウェブにより、これらのばね若しくはばねエレメント２，３０，４は、線状又は非線状のばねの形で必要性に適合させることができる。

検出方向に加速度が生じた場合には、質量体１は第１のばねエレメント２の方向に加速される。安定化ばね４又は第３のばねエレメント４も、この場合、図１に示した実施例では、質量体１の運動を極わずかにしか阻止しないように働き、かつ選択されていることが望ましい。このことは、本発明によれば、第３のばねエレメント４のばね定数が、第１のばねエレメント２のばね定数に比べて著しく小さくなっていることにより実施されている。質量体１の所定の位置を越えると、質量体１は、接触エレメント３若しくは接触エレメント３ｂに衝突し、これにより、スイッチは閉じられている、すなわち、コンタクトエレメント３，３ｂと質量体１との間の接触付与部、若しくは接触エレメント３と別の接触エレメント３ｂと、選択的にはさらに質量体１との電気的な接触付与部は閉じられている。質量体１のこの所定の位置には、第１のばねエレメント２の規定の変位度が対応しており、この場合に、質量体と少なくとも１つの接触エレメント３との接触がもたらされている。さらに、第１のばねエレメント２の規定の変位度には、質量体１への所定の力作用が対応する。この力作用は、例えば、マイクロマシニング型のスイッチ全体の所定の加速度により次の形で引き起こされる、すなわち、質量体１が、接触エレメント３の方向に、第１のばねエレメント２の規定の変位度まで変位せしめられている形で引き起こされる。

変位がより大きい場合、若しくは質量体１への加速度がより大きい場合には、接触エレメント３，３ｂは質量体１に結合されたままになる。この場合には、第２のばねエレメントは接触エレメント３を質量体１に押し付ける。これにより、スイッチのはね返りは効果的に抑制されている。接触エレメント３の第２のばねエレメント３０が質量体１の運動をわずかにしか遅延しないことが望ましい。すなわち、スイッチ若しくは質量体は、この質量体１と接触エレメント３とが接触しているのにもかかわらず、さらに第１のばねエレメント２の戻し力に抗していることが望ましい。このことは、本発明によれば、特に第２のばねエレメント３０のばね定数が第１のばねエレメント２のばね定数に比べて著しく小さくなっていることにより保証される。しかしながら、力変化は、質量体１と接触エレメント３との間の接触により線状にはならない。質量体１は、十分な加速度がマイクロマシニング型のスイッチのシステムに印加されているか、又は質量体１が加速度が大きすぎる場合にストッパ７に対して当接した場合には運動状態に保持される。この場合、接触エレメント３の第２のばねエレメント３０は、一方でははね返り防止装置として働き、かつ他方では、加速度スイッチの切換時間を延長するために働く。なぜならば、外的な加速度が低下し、質量体１の運動が第１のばねエレメント２のよりわずかな変位の方向へ反転した場合には、接触は、接触エレメント３の第２のばねエレメント３０が完全に弛緩されるまでは閉じられたままになる。これにより、特により大きい切換時間に基づいて加速度スイッチにより確実な検出が可能であるという利点が生じる。マイクロマシニング型のスイッチの本発明によるこのような特性並びに回路が閉じられているのにも関わらず質量体が運動すること、すなわち、第１のばねエレメント２が規定の変位度を越えて変位した場合の質量体１の運動は、いわば「運動せしめられるスイッチ」として解釈することができる。

図２には、本発明によるマイクロマシニング型のスイッチの、図１の切断線ＡＡによる横断面図が示されている。図１の図面は幾らか拡大されており、図１の図面に比べて幾らか歪んで示されている。図２には、図１のように質量体１と第１のばねエレメント２とが示されている。前記質量体１には、第１のばねエレメント２の向かい側に、図２では第３のばねエレメント４が示されている。さらに図２には、第１のばねエレメント２の懸架部２ａが示されている。この懸架部２ａは、第２の導体路６ａにより第２のボンドパッド５ａに電気的に接続されている。さらに図２には、マイクロマシニング型のスイッチのフレーム８が示されている。このマイクロマシニング型のスイッチ全体は、本発明によれば基板１０に設けられており、マイクロマシニング型のスイッチの可動な部分、すなわち、特に質量体１とばねエレメント２，３０，３，４とは、カバー９によりカバーされている。このカバー９は図１には示されていない。基板１０は、本発明によれば特に半導体基板、例えばシリコン基板の形で設けられている。図２に符号１１により示したマイクロマシニング型のスイッチの機能層の可動なエレメントは、同様に特に半導体材料、例えばシリコンにより形成されている。当然のことながら、本発明によれば、質量体１の材料及び第１のばねエレメント２若しくは第２のばねエレメント３０、若しくは、スイッチの接触付与時に導体として働く一般のエレメント全ての良好な導電性に注目すべきである。

本発明によるマイクロマシニング型のスイッチの平面図である。

本発明によるマイクロマシニング型のスイッチを図１のＡＡ切断線により断面して示す図である。

Claims (7)

1. マイクロマシニング型のスイッチ（１）であって、質量体（１）と第１のばねエレメント（２）とが設けられており、前記質量体（１）が、可動であり、かつ前記第１のばねエレメント（２）に結合されている形式のものにおいて、少なくとも１つの接触エレメント（３）が設けられており、質量体（１）の所定の運動時に、第１のばねエレメント（２）の変位がもたらされ、前記質量体（１）と前記少なくとも１つの接触エレメント（３）とが、第１のばねエレメント（２）の規定の変位度までは互いに分離されており、前記第１のばねエレメント（２）の規定の変位度を越えてからは、質量体（１）と少なくとも１つの接触エレメント（３）との接触がもたらされており、第１のばねエレメント（２）の変位が、規定の変位度よりも大きい場合には、前記質量体（１）と少なくとも１つの接触エレメント（３）との一緒の運動がもたらされているようになっていることを特徴とする、マイクロマシニング型のスイッチ。
2. 少なくとも１つの接触エレメント（３）が、可動であり、かつ第２のばねエレメント（３）に結合されている、請求項１記載のマイクロマシニング型のスイッチ。
3. 第１のばねエレメント（２）及び／又は第２のばねエレメント（３０）が、Ｕ字形ばねエレメントを有している、請求項１又は２記載のマイクロマシニング型のスイッチ。
4. 第２のばねエレメント（３０）のばね定数が、第１のばねエレメント（２）のばね定数に比べて著しく小さくなっている、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型のスイッチ。
5. 第３のばねエレメント（４）が設けられており、該第３のばねエレメント（４）が、安定化するように質量体（１）の運動に作用する、請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型のスイッチ。
6. 第３のばねエレメント（４）のばね定数が、第１のばねエレメント（２）のばね定数に比べて著しく小さくなっている、請求項５記載のマイクロマシニング型のスイッチ。
7. ストッパ（７）が設けられており、これにより、第１のばねエレメント（２）の、該第１のばねエレメント（２）の規定の最大変位度を越えた変位が阻止されるようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型のスイッチ。

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