JP2008517777A - 変形可能なブリッジを含むマイクロシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、終端が基板に接続される変形可能なブリッジ（１）を含むマイクロシステムに関する。本発明によれば、ブリッジ（１）と完全に接続される少なくとも１つの作動電極（６）は、ブリッジの中央（Ｃ）と基板（３）と完全に接続されるカウンタ電極（７）に隣接する終端の一方との間に設けられる。電極（６）は、ブリッジ（１）のより低い面が基板（３）上に形成されるコンタクト素子（４）と接触するように変形可能なブリッジ（１）を変形させることを目的とする。作動電極（６）は、ブリッジ（１）に対して横方向に、ブリッジ上に設けられる中央領域（８）及び少なくとも１つの突出した可撓性のある横方向フランジ（９）を含む。横方向フランジ（９）は、ブリッジの中央（Ｃ）に最も近いフランジ（９）の側部に設けられるより狭い関連領域（１０）を用いて、中央領域（８）と接続される。さらに、各作動電極（６）は、対応する中央領域（８）の片側にそれぞれ設けられる１組の横方向フランジ（９）を含んでも良い。

Description

本発明は、変形可能なブリッジ、及び当該ブリッジの底面が基板上に形成された少なくとも１つのコンタクト素子と接触するように当該変形可能なブリッジを変形させるように構成された作動手段を含み、当該ブリッジは、当該基板の終端を介して取り付けられ、当該作動手段は、当該ブリッジに固定され、当該ブリッジの中央とその終端の１つとの間に配置された少なくとも１つの作動電極を含み、当該基板に固定されたカウンタ電極と対面するマイクロシステムに関する。

例えば、微小機械的な変形可能なブリッジを含むマイクロシステムは、高周波スイッチを製造するため、又は、例えば、能動光学装置内、撮像装置内若しくは光通信装置内の可動ミラーを獲得するために用いられる。

例えば、図１に示されるように、スイッチは、典型的には、基板３の終端２を介して取り付けられる変形可能なブリッジ１を含む。スイッチは、さらに、ブリッジの底面が基板３上に形成される少なくとも１つのコンタクト素子４と接触するように変形可能なブリッジ１を変形させる作動装置を含む。一般的には、ブリッジ１の底面は、電気コンタクトをコンタクト素子４に固定可能にする導電素子５を含む。例えば、２つのコンタクト素子４は、導電素子５によって接続される２つの高周波線部によって形成されても良い。

図１に示される作動装置は、ブリッジ１に固定され、ブリッジ１の中央とその終端２の個々に設けられる２つの作動電極６を含む。各作動電極６は、基板３に固定されるカウンタ電極７に対面するように設けられる。電気的作動電圧が作動電極６とカウンタ電極７との間に印加されるときには、各電極６と対応する電極７との間の引力のある静電気力は、ブリッジ１を変形させ、コンタクトをブリッジ１の底面とコンタクト素子４との間に設置可能にする。

図１では、作動電極６は、ブリッジ１の最上面上に設けられる。このように、ブリッジが変形するときには、作動電極６は、カウンタ電極７に電気的に接触しない。作動電極６は、ブリッジ１の底面上に設けられても良い。後者の場合には、電極６がカウンタ電極７と電気的に接触するのを防ぐために、一般的には、絶縁層がカウンタ電極７上又は作動電極６上に設けられる。

今のところ典型的には、機械的スイッチを作動することが必要とされる電界は約４０Vである。しかしながら、携帯用装置に使用できる電界は約３Ｖである。それ故に、低電界で動作する機械的スイッチを設計することが求められる。

スイッチに必要とされる電界を低減すると、実際には、ブリッジの長さを増加させ、ブリッジの厚さを低減することが可能となるであろう。しかしながら、ブリッジの厚さ及び長さは、ブリッジの自然な振動周波数及びそれによるブリッジの切替時間特性、すなわち、切替処理の速さを画定するので、ブリッジの厚さ及び長さは自由に選択されない。実際には、大きな長さ及び小さな厚さを有するブリッジは、例えば、振動と関連付けられる自己整流によって、期待される動作を害する可能性のある長い切替時間及び大き過ぎる柔軟性を示す。

本発明の目的は、上記問題点を改善し、短い切替時間を示している間に低電圧で動作するマイクロシステムを提供することである。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲、とりわけ、作動電極が、ブリッジの横方向に、ブリッジ上に設けられる中央領域、及び少なくとも１つの突出した可撓性のある横方向フランジを含むという事実によって達成される。

他の利点及び特徴は、限定することのない例としてのみ与えられ、添付の図面に示される本発明の特有の実施例の記載からより明らかになるであろう。

ブリッジ１の２つの終端２を通過するブリッジ１の縦軸Ｌ、及び基板３に対して平行平面内の縦軸Ｌに対して垂直に設けられる横軸Ｔが図３に示される。横軸Ｔと縦軸Ｌの交点は、ブリッジ１の中央Ｃに対応する。図３に示されるスイッチは、２つの作動電極６、特に、図３のブリッジの中央Ｃの左に設けられる第１作動電極６ａ、及び図３のブリッジの中央Ｃの右に設けられる第２作動電極６ｂを含む。２つの作動電極６は、ブリッジの中央Ｃの両側に、それぞれ、上述のように縦方向に設けられる。

各作動電極６は、ブリッジ１の横のブリッジ１上に設けられ、ブリッジ１の横方向に、ブリッジ上に設けられる中央領域８を含む。例えば、中央領域８は、ブリッジ１の上面上又はブリッジ１の底面上に設けられても良い。中央領域８は、ブリッジ１に固定され、好ましくは、ブリッジ１内に埋め込まれるように２つの絶縁層の間に設けられる。

さらに、図３では、各作動電極６がブリッジ１に対して横方向に突出した２つの横方向フランジ８を含み、フランジが１対の横方向フランジを構成する。図３では、各作動電極６の２つの横方向フランジ９が、それぞれ、対応する中央領域８の両側、それによって縦軸の両側に設けられる。作動電極６は、ほぼ平面であり、基板３に対する平行平面に設けられる。各横方向フランジ９は、ブリッジ１の中央Ｃに近接するフランジ９の片側に設けられるより狭い接続領域１０によって対応する中央領域８に接続される。従って、図３では、横方向フランジ９ａを左側の電極６ａの中央領域８ａに接続する接続領域１０ａは、フランジ９ａの右側に設けられ、フランジ９ｂを右側の電極６ｂの中央領域８ｂに接続する接続領域１０ｂがフランジ９ｂの左側に設けられる。

従って、右側の電極６ｂは、大文字Ｅの形状を示す。実際には、図３では、中央電極８ｂ及びフランジ９ｂは、それらの縦軸に対して平行で、大文字Ｅの縦棒を形成する接続領域１０ｂによって接続される３つの矩形を形成する。同様に、左側の電極６ａは、大文字Ｅの後ろ前の形状を示す。

図４に示される特定の実施例では、各作動電極６は、単一の横方向フランジ９を含む。作動電極６ａの横方向フランジ９ａ及び作動電極６ｂの横方向フランジ９ｂは、縦軸Ｌの同側に突出する。

図５に示される作動電極６は、中央領域９の同側に突出する２つの横方向フランジ９を含む。図６に示される作動電極６は、それぞれ中央領域８の両側に２つずつ突出する４つの横方向フランジ９を含む。

図５及び６に示されるように、図５に示される作動電極５及び６は、ブリッジ１の中央Ｃの左に位置するので、接続領域１０は、ブリッジの中央Ｃにより近い対応するフランジの側部、とりわけ、各フランジ９の右側に設けられる。

上記のように図３〜６にそれぞれ示される作動電極６の横方向フランジ９は、ブリッジの中央Ｃからより遠い対応するフランジの側部に配置される自由端を含む。電気的作動電圧が作動電極６とカウンタ電極７の間に印加されるときには、横方向フランジ９の自由端１２は基板３の方向にたわむので、自由端１２での静電気引力が増加する。フランジ９とブリッジ１の間の対応する力が接続領域１０を用いて伝えられるので、自由端１２はさらにたわみ、基板３の下方向にブリッジ１を引っ張る。接続領域１０がブリッジの中央Ｃにより近いフランジ９の側部に設けられるので、撓んだフランジ９によってブリッジ１に印加される機械的なトルクは最大となる。それ故に、本発明に従う横方向フランジ９を追加することは、フランジのない同程度のスイッチの４０Ｖの代わりに、約１５Ｖの電気的作動電圧を有するスイッチを得られるようにする。

自由端１２を含むフランジ９は、２つの固定される終端を有するフランジより低い剛性を自動的に示す。さらに、フランジ９の材料及びフランジ９の厚さの選択は、フランジの剛性を調整可能にする。横方向フランジ９は、好ましくは、２つの絶縁層の間に埋め込まれる。上記絶縁層の厚さは、横方向フランジ９の剛性にも寄与する。好ましくは、横方向フランジ９、中央領域８及び関連付けられる絶縁層によって形成される組立部品は、少なくとも１つの導電層及び絶縁層を含む単一の多層によって形成される。

フランジ９は、いかなる幾何学的形状であっても良い。特に、図７に示されるように、フランジ９は、フランジ９の中央１３の近くに設けられる自由端１２を有するコイルを形成しても良い。前述のように、フランジ９は、フランジ９の側部、特に、図７では、フランジ９の右側に設けられるより狭い接続領域１０によって対応する中央領域８に接続される。この場合には、フランジ９は、全体の大きさを極めて低減するための最大の展開長を有する。コイル形状の複数のフランジ９が１つの電極に関連付けられるように想定されても良い。

全ての場合において、横方向フランジ９は、それらの自由端１２がたわむのを許容するだけの可撓性を示さなければならない。上記の実施例では、可撓性は、より狭い接続領域１０によって本質的に提供される。その他の代替の本発明の実施例では、図８に示されるように、作動電極６は、それぞれが幅よりもかなり大きい長さを有する複数の狭い矩形の横方向フランジ９を含む。ここで、各フランジ９の可撓性は、横方向フランジ９が長くて狭いという事実に起因する。図８では、電極６は、電極６の両側にくし状部を形成する４つの長い中央フランジ９及び４つの短い周辺フランジ９を含む。

フランジ９の可撓性は、Ｅをフランジの材料のヤング率、ｂを基板に対して平行なフランジの面におけるフランジの幅、ｈを基板に対して垂直なフランジの厚さ、Ｆをフランジに対して印加される力、そしてＩを有効長、すなわち、フランジの展開長とすると、固定端及び自由端を有するフランジの合成定数ｋを用いて定量的に特徴付けられる。

Ｅ_ｐはブリッジの材料のヤング率、ｂ_ｐは基板に対して平行なブリッジの面におけるブリッジの幅、ｈ_ｐは基板に対して垂直なブリッジの厚さ、Ｆ_ｐはブリッジに印加される力、そしてＩ_ｐはブリッジの長さとすると、両方の終端に埋め込まれるブリッジ１の剛性定数Ｋは、以下の式に従って画定される。

両方の終端に埋め込まれたブリッジ剛性定数は式２において係数１６を含むのに対して、自由端を有するフランジに関する式１は、係数１／４、すなわち、６４分の１を取る。従って、他のパラメータが全く同じときには、自由端を有するフランジは、終端の両方を組み込む梁よりかなり低い剛性を示す。このことは、特に、フランジ９及びブリッジ１が同じ工程によって製造されるために同じ厚さを示すときに利点がある。

好ましくは、フランジ９は、約１μｍの厚さｈ及び３０μｍと５０μｍの間に含まれる幅ｂを有する。例えば、有効長ｌ、すなわち、フランジ９の展開長は、１５Ｖの電気的作動電圧を有するスイッチに関しては１００μｍと２００μｍの間に含まれる。フランジの有効長が長くなればなるほど、スイッチの電気的作動電圧はより一層低減される。有効長が約５００μｍのときには、３Ｖの電気的作動電圧が想定される。

好ましくは、フランジ９、及び場合によってはブリッジ１は、シリコン酸化膜ＳｉＯ_２又はシリコン窒化膜ＳｉＮから作られる。他の材料、例えば、金属が選択されても良い。後者の場合には、電気絶縁体は、異なる電極のような電気関数を有する素子から金属フランジを絶縁するように設けられなければならない。

本発明は、示された実施例に限定されるものではない。特に、作動電極６はいくつでも良い。例えば、単一の作動電極６であっても十分であるが、ブリッジの中央Ｃの両側に複数の作動電極６を設けることが想定されても良い。さらに、示された異なる作動電極６のいかなる組合せが想定されても良い。さらに、本発明は、変形可能なブリッジ、例えば、スイッチ、可動ミラー等を含むいかなる型のマイクロシステムにも適応する。

先行技術に従うスイッチの線Ａ−Ａに沿った断面図を図示する。 先行技術に従うスイッチの上面図を図示する。 本発明に従うスイッチの２つの特定の実施例の上面図を図示する。 本発明に従うスイッチの２つの特定の実施例の上面図を図示する。 本発明に従うスイッチの作動電極の４つの特定の実施例を図示する。 本発明に従うスイッチの作動電極の４つの特定の実施例を図示する。 本発明に従うスイッチの作動電極の４つの特定の実施例を図示する。 本発明に従うスイッチの作動電極の４つの特定の実施例を図示する。

Claims (7)

1. 変形可能なブリッジ（１）と、前記ブリッジの底面が基板（３）上に形成された少なくとも１つのコンタクト素子（４）に接触するように前記変形可能なブリッジ（１）を変形させるように構成された作動手段と、を含むマイクロシステムであって、
   前記ブリッジは、前記基板（３）に対して終端（２）を介して取り付けられ、
   前記作動手段は、前記ブリッジに固定され、前記ブリッジの中央（Ｃ）とその終端（２）の一方との間に設けられた少なくとも１つの作動電極（６）を含み、前記基板（３）に固定されたカウンタ電極（７）と対面し、
   前記作動電極（６）は、前記ブリッジ（１）上の前記ブリッジ（１）の横方向に設けられた中央領域（８）及び少なくとも１つの突出した可撓性のある横方向フランジ（９）を含むことを特徴とするマイクロシステム。
2. 前記横方向フランジ（９）は、前記ブリッジの中央（Ｃ）により近い前記フランジ（９）の側部に設けられたより狭い接続領域（１０）によって中央領域（８）に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロシステム。
3. 前記横方向フランジ（９）はコイルを形成することを特徴とする請求項２に記載のマイクロシステム。
4. 前記横方向フランジ（９）は、狭い矩形形状を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロシステム。
5. それぞれ、前記ブリッジの中央（Ｃ）の両側に設けられた少なくとも２つの作動電極（６）を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のマイクロシステム。
6. 各作動電極（６）は、前記対応する中央領域（８）の両側にそれぞれ設けられた少なくとも１組の横方向フランジ（９）を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のマイクロシステム。
7. 各作動電極（６）は、前記中央領域（８）の同じ側部上に突出する少なくとも２つの横方向フランジ（９）を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のマイクロシステム。

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