JP2010532276A - 双方向素子を有するmemsデバイス - Google Patents
双方向素子を有するmemsデバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010532276A JP2010532276A JP2010514810A JP2010514810A JP2010532276A JP 2010532276 A JP2010532276 A JP 2010532276A JP 2010514810 A JP2010514810 A JP 2010514810A JP 2010514810 A JP2010514810 A JP 2010514810A JP 2010532276 A JP2010532276 A JP 2010532276A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bidirectional
- cold
- microelectromechanical
- free end
- pair
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 74
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
- B81B3/0024—Transducers for transforming thermal into mechanical energy or vice versa, e.g. thermal or bimorph actuators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/01—Switches
- B81B2201/012—Switches characterised by the shape
- B81B2201/014—Switches characterised by the shape having a cantilever fixed on one side connected to one or more dimples
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/03—Microengines and actuators
- B81B2201/031—Thermal actuators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
- H01H2001/0042—Bistable switches, i.e. having two stable positions requiring only actuating energy for switching between them, e.g. with snap membrane or by permanent magnet
- H01H2001/0047—Bistable switches, i.e. having two stable positions requiring only actuating energy for switching between them, e.g. with snap membrane or by permanent magnet operable only by mechanical latching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H2037/008—Micromechanical switches operated thermally
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H2061/006—Micromechanical thermal relay
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H2061/006—Micromechanical thermal relay
- H01H2061/008—Micromechanical actuator with a cold and a hot arm, coupled together at one end
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
Abstract
本発明は双方向マイクロ電気機械素子、双方向素子を含むマイクロ電気機械スイッチ、及び双方向素子における機械的変形を軽減する方法を提供する。一実施例では、双方向マイクロ電気機械素子は、自由端及びコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有するコールドビームを含む。コールドビームアンカーは基板に取り付けられる。第1のビーム対はコールドビームに自由端テザーによって結合され、それによってコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するよう構成される。第2のビーム対は、第1のビーム対に対してコールドビームの反対側に配置され、第1のビーム対及びコールドビームに自由端テザーによって結合される。第2のビーム対はそれによって上記高温に加熱されると伸張するように構成される。
Description
本発明は、概略として、マイクロ電気機械デバイスに関し、より具体的には、双方向マイクロ電気機械素子を有するスイッチ又はリレーのようなマイクロ電気機械デバイスに関する。
スイッチ又はリレーのようなマイクロ電気機械デバイスは従来の電気機械デバイスの代替物として使用できる。従来の半導体プロセスを用いて構成されたマイクロ電気機械デバイスの有利な点はプログラム可能であること及び小型であることであり、これによってより小さい形成ファクタ及び対応する電力消費、応答時間及びコストの低減を可能とする。
従来のマイクロ電気機械スイッチ及びリレーを使用する1つのアプリケーションとして通信スイッチング装置がある。これらのアプリケーションでは、マイクロ電気機械スイッチ又はリレーは、週から年に及ぶ時間にわたって1つの位置に入っていることができる。外力下の金属は、例えばマイクロ電気機械スイッチ及びリレーの部品に見られるように、外力が除かれると永久的な変形を示すことが知られている。この現象は機械的変形(mechanical creep)として知られる。マイクロ電気機械スイッチ又はリレーを長く閉じることから分かるように、機械的変形によって引き起こされる変形が十分に大きい場合、マイクロ電気機械スイッチ又はリレーはそれ以降使用不能となってしまう。
通信業界において、デバイスの使用寿命を15〜20年として要求する信頼性要件を見かけるのは珍しいことではない。通信業界のこの要件と金属マイクロ電気機械スイッチ及びリレーに内在する機械的変形を鑑みれば、従来のマイクロ電気機械デバイスは通信業界のニーズに応えていないことになる。
従って、この技術で必要なのは、通信業界で見られるような長期間の信頼性要件を満足するマイクロ電気機械スイッチ又はリレーである。
一実施例では、本発明は双方向マイクロ電気機械を提供する。この実施例では、双方向マイクロ電気機械素子は、自由端及びコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有するコールドビーム(梁)を備える。コールドビームアンカーは基板に取り付けられる。第1のビーム対はコールドビームに自由端テザーによって結合され、それによってコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するように構成される。第2のビーム対は第1のビーム対に対してコールドビームの反対側に配置され、第1のビーム対及びコールドビームに自由端テザーによって結合される。第2のビーム対はそれによって高温に加熱されると伸張するように構成される。
他の実施例では、マイクロ電気機械スイッチが提供される。この実施例では、マイクロ電気機械スイッチは、第1の自由端及び第1のコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有する第1のコールドビームを含む単方向マイクロ電気機械素子を備える。第1のコールドビームアンカーは基板に取り付けられる。第1のビーム対は第1の自由端テザーによって第1のコールドビームに結合され、それによって第1のコールドビームの温度よりも高い温度に加熱されると伸張するように構成される。第1の先端部が第1のコールドビームの自由端に取り付けられる。双方向マイクロ電気機械素子は単方向マイクロ電気機械素子に切換可能に連結され、第2の自由端及び第2のコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有する第2のコールドビームを含む。第2のビーム対は第2の自由端テザーによって第2のコールドビームに結合され、それによって第2のコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するように構成される。第3のビーム対は第2のビーム対に対して第2のコールドビームの反対側に配置され、第2の自由端テザーによって第2のビーム対及び第2のコールドビームに結合される。第3のビーム対はそれによって高温に加熱されると伸張するように構成される。
さらに他の実施例では、双方向素子を持つマイクロ電気機械デバイスの機械的変形を戻す方法が提供される。この特定の実施例では、当該方法は、双方向素子を第1の方向に第1の位置まで移動させてから、双方向素子が所定時間にわたって第1の位置に置かれていたかを判断する。双方向素子が所定時間にわたって第1の位置に置かれていたたかの判断に基づいて、当該方法は双方向素子を第1の方向とは逆の第2の方向に第2の位置まで移動させることによって続く。
上記に、当業者が以降の発明の詳細な説明をより良く理解するように本発明の構成を概説した。本発明の特許請求の範囲の主題を構成する本発明の更なる特徴が以降に記載される。当業者であれば、同じ目的を実行するための本発明の他の構造を設計又は修正するための基礎として、開示された概念及び具体的実施例を直ちに使用できることが分かるはずである。また当業者であれば、そのような均等な構成が本発明の精神と範囲から離れないことが分かるはずである。
本発明の完全な理解のために、ここで添付図面との関連で以降の説明について参照がなされる。
図1はコールドビーム110、第1のビーム対120、第2のビーム対130及び自由端テザー140を含む双方向マイクロ電気機械素子100を示す。ある実施例では、コールドビーム110は変化する幅、即ち、テーパー状のビームを有することもできるし、又は異なる幅の2以上のセクションを有することができる。コールドビーム110はコールドビームアンカー112に接続された第1の端部及び自由端114を有する。コールドビーム110の自由端114は従来的な手段によって自由端テザー140に取り付けられる。コールドビームアンカー112は従来的な手段によって基板(不図示)に取り付けられる。コールドビーム110は通常、ニッケルのような金属からなる。双方向マイクロ電気機械素子100の一部は基板(不図示)の溝上に配置される。
第1のビーム対120はコールドビーム110に平行であり、2本の平行部材である第1のビーム部材122及び第2のビーム部材124からなり、各々は第1及び第2の端部を有する。各平行部材の第1の端部はアンカーに取り付けられる。第1のビーム部材122の第1の端部は第1のアンカー126に取り付けられ、第2のビーム部材124の第1の端部は第2のアンカー128に取り付けられる。第1のアンカー126及び第2のアンカー128は従来的な手段によって基板に取り付けられる。第1のビーム部材122の第2の端部及び第2のビーム部材124の第2の端部は閉ループを形成するように接続される。第1のビーム部材122及び第2のビーム部材124の互いに接続された第2の端部は従来的な手段によって自由端テザー140に取り付けられる。第1のビーム部材及び第2のビーム部材とも通常はニッケルのような金属からなる。
第2のビーム対130はコールドビーム110に平行であり、2本の平行部材である第3のビーム部材132及び第4のビーム部材134からなり、各々は第1及び第2の端部を有する。各平行部材の第1の端部はアンカーに取り付けられる。第3のビーム部材132の第1の端部は第3のアンカー136に取り付けられ、第4のビーム部材134の第1の端部は第4のアンカー138に取り付けられる。第3のアンカー136及び第4のアンカー138は従来的な手段によって基板に取り付けられる。第3のビーム部材132の第2の端部及び第4のビーム部材134の第2の端部は閉ループを形成するように接続される。第3のビーム部材132及び第4のビーム部材134の互いに接続された第2の端部は従来的な手段によって自由端テザー140に取り付けられる。第3のビーム部材及び第4のビーム部材とも通常はニッケルのような金属からなる。他の実施例では、ビーム対はコールドビームに対して又は互いに平行でなくてもよい。さらに、他の実施例では、ビーム部材は変化する幅、即ち、テーパー状のビーム部材を有していてもよいし、異なる幅の2以上のセクションを有していてもよいし、異なる形状/構成を有していてもよい。
自由端テザー140は、コールドビーム110の自由端114、第1のビーム対120の第1のビーム部材122の第2の端部及び第2のビーム部材124の第2の端部、並びに第3のビーム対130の第3のビーム部材132の第2の端部及び第4のビーム部材134の第2の端部を機械的に結合する。自由端テザー140は通常、(しばしば全体的に)誘電体材料からなる。ある実施例では、誘電体は「SU−8」のようなフォトレジスト材料である。SU−8は(Shell Chemical社の)EPON SU−8エポキシ樹脂に基づくネガティブエポキシタイプ近紫外線フォトレジストである。なお、他のフォトレジストは、設計要件に従って他のフォトレジストが同様に使用されてもよい。他の可能な適当な材料として、ポリイミド、スピンオングラス又は他のポリマー等がある。さらに、異なる材料を組み合わせることも可能である。自由端テザー140をコールドビーム110並びに第1及び第2のビーム対120及び130に設けることは、上述の材料の使用を可能とし、その利益としてテザー材料に更なる柔軟性及び高い信頼性を与えるので有利である。
第1のビーム対120及び第2のビーム対130双方とも、第1、第2、第3又は第4のビーム部材122、124、132又は134のうちの1つの第1の端部に応力軽減部を有していてもよい。図1に示すような一実施例では、第1のビーム部材122の第1の端部に応力軽減部125、第4のビーム部材134の第1の端部に応力軽減部135がある。これらの応力軽減部は第1のビーム対120及び第2のビーム対130の堅さを低減する。もちろん、応力軽減部を含む他の構成素子も可能である。ある実施例では、応力軽減部は異なる態様で配置若しくは成形され又は使用されなくてもよい。
各ビーム対120、130はまた、ビーム部材アンカー126、128、136、138と自由端テザー140の間でビーム対120、130に沿ういずれかの場所に配置された少なくとも1つのビーム対テザーを含む。図1は、第1のビーム対120が第1のビーム部材122の第1の端部及び第2のビーム部材124の第1の端部に横断的に設置されるとともに従来的な手段で固着されたビーム対テザー150を含むような実施例を示す。図1の実施例はまた、第2のビーム対130の第3のビーム部材132の第1の端部及び第4のビーム部材134の第1の端部に横断的に設置されるとともに従来的に固着されたビーム対テザー152を示す。ビーム対テザー150、152は通常、自由端テザー140について上述したようなフォトレジストの誘電体テザーである。
さらに、図1の実施例では、少なくとも1つの追加テザー160が第1のビーム対120、コールドビーム110及び第2のビーム対130にかけて横断的に設置されるとともに従来的に固着され、自由端テザー140とコールドビームアンカー112の間に配置される。ここでも、追加テザーは通常、自由端140とビーム対テザー150、152について上述したようなフォトレジストである。追加テザー160は機械的に第1のビーム対120、コールドビーム110及び第2のビーム対130を、これらが曲げられても互いの相対位置を維持するように結合する。
先端部170がコールドビームの自由端114に取り付けられる。先端部170は通常、金のような導電性金属からなり、従来的な技術でコールドビーム110の自由端114に取り付けられる。図1の実施例に示すように、先端部170は単一の突起172を有する。他の実施例では、先端部170の端部に2以上の突起172を有していてもよい。
図2は、図1の双方向マイクロ電気機械部材100と同一の双方向マイクロ電気機械部材200による実施例を示す。双方向部材200はコールドビーム210、第1のビーム対220、第2のビーム対230、並びにコールドビーム210、第1のビーム対220及び第2のビーム対230を機械的に結合する自由端テザー240を含む。コールドビーム210、第1のビーム対220及び第2のビーム対230は、図1の実施例で示すようにアンカーを介して基板(不図示)に取り付けられる。第1のビーム対220及び第2のビーム対230は加熱されると伸張するように構成される。ビーム対のいずれかがコールドビーム210よりも高温に加熱されると、加熱されたビーム対がコールドビーム210よりも大きく伸張するので、基板に対して一端で固定されるとともに基板の溝上に配置されて自由端テザー240によって機械的に結合された双方向部材200は曲がる。
図2に示す実施例では、第1のビーム対220がコールドビーム210及び第2のビーム対230よりも高温に加熱されると、双方向部材200は矢印290で示す方向に曲がる。逆に、第2のビーム対230がコールドビーム210及び第1のビーム対220よりも高温に加熱されると、双方向部材200は矢印280で示す方向に曲がる。図1及び2で示す実施例では、ビーム対の加熱はビーム対の一方のビーム部材に他方から電流を流すことによって達成される。例えば、第1のビーム対220の第1のビーム部材に第2のビーム部材から通電される電流によって第1のビーム対220が加熱及び伸張し、双方向素子200は矢印290で示す方向に曲がる(自由端テザー240はコールドビーム210、第1のビーム対220及び第2のビーム対230を機械的に結合し、コールドビーム210、第1のビーム対220及び第2のビーム対230が基板に固定され、双方向素子200の基板に平行な移動を可能とする基板の溝上に双方向部材200の一部が配置されるため)。当業者であれば、双方向素子200は、双方向素子の湾曲が基板に向かう方向又はそこから離れる方向となるような平面外構成で使用され得ることが分かるはずである。
図3にマイクロ電気機械スイッチ300の実施例を示す。マイクロ電気機械スイッチ300は双方向素子302を含み、これは図1に示す実施例の双方向素子100であり、さらに、単方向素子304を含む。マイクロ電気機械スイッチ300は従来のマイクロ電気機械スイッチをここで採用されるように代替するのに使用できる。従来のマイクロ電気機械スイッチの機能に加えて、マイクロ電気機械スイッチ300は2つのラッチ位置の機能が加えられる。さらに、マイクロ電気機械スイッチ300は機械的変形に対する補償を提供する。
図示する実施例では、単方向素子304はコールドビーム310及びビーム対320を含む。コールドビーム310はコールドビームアンカー312に接続された第1の端部及び自由端314を有する。コールドビーム310の自由端314は従来的な態様で自由端テザー340に取り付けられる。コールドビームアンカー312は基板(不図示)に従来的に取り付けられる。コールドビーム310は通常、ニッケルのような金属からなる。単方向素子304の一部は基板(不図示)の溝上に配置される。
ビーム対320はコールドビーム310に対して平行であり、2本の平行部材である第1のビーム部材322及び第2のビーム部材324からなり、各々は第1及び第2の端部を有する。第1のビーム部材322の第1の端部は第1のアンカー326に従来的に取り付けられ、第2のビーム部材324の第1の端部は第2のアンカー328に従来的に取り付けられる。第1のアンカー326及び第2のアンカー328は従来的な手段によって基板に取り付けられる。第1のビーム部材322の第2の端部及び第2のビーム部材324の第2の端部は自由端テザー340に従来的な手段で取り付けられる。第1のビーム部材322及び第2のビーム部材324双方とも通常はニッケルのような金属からなる。
自由端テザー340はコールドビーム310の自由端314並びに第1のビーム部材322の第2の端部及び第2のビーム部材324の第2の端部を機械的に結合する。図1に示した実施例の自由端テザー140の場合のように、自由端テザー340は通常、SU−8のようなフォトレジストからなる。
ビーム対320は第1のビーム部材322又は第2のビーム部材324(不図示)の一方の第1の端部に応力軽減部を有していてもよい。図1に示した実施例の応力軽減部135の場合のように、応力軽減部(不図示)はビーム対320の硬さを低減する。ビーム対320は、ビーム部材アンカー326、328と自由端テザー340の間でビーム対320に沿ういずれかの場所に横断的に設置され従来的な手段で固着される少なくとも1つのビーム対テザー350を含み得る。ビーム対テザー350は通常、誘電体テザー340について上述したフォトレジストである。
さらに、図3に示す実施例では、少なくとも1つの追加テザー360が、コールドビーム310の自由端314とコールドビームアンカー312の間に、ビーム対320及びコールドビーム310にかけて横断的に設置され従来的態様で固着される。ここでも、追加テザー360は通常、自由端テザー340について上述したようにフォトレジストである。
第1の先端部370がコールドビーム310の自由端314に取り付けられる。第1の先端部370は通常、金のような導電性金属からなり、従来的な技術でコールドビーム310の自由端314に取り付けられる。第1の先端部370は2つの突起372を有する。他の実施例では、第1の先端部素子370の端部に単一の突起372又は複数の突起372が設けられる。第1の先端部370は双方向マイクロ電気機械素子302の第2の先端部素子376と切換可能に連結できる。
図2に記載した実施例と同様に、双方向素子304のビーム対320は加熱されると伸張するように構成される。ビーム対320がコールドビーム310よりも高温に加熱されると、加熱ビーム対320がコールドビーム310よりも大きく伸張するので、基板の一端に固定されるとともに基板の溝上に配置されて誘電体テザー340で機械的に結合された単方向部材304は曲がる。ビーム対320がコールドビーム310よりも高温に加熱されると、単方向マイクロ電気機械部材304は双方向素子302から離れる方向に曲がる。ビーム対320の加熱は、第1のビーム対320の第1のビーム部材322に第2のビーム対324から電流を流すことによって達成され、これによりビーム対320が加熱して伸張する。
ある実施例では、双方向素子302は平面外構成で実施できる。これらの実施例では、双方向素子302は基板に平行な方向ではなく、基板に向かう方向又は離れる方向に移動する。これらの実施例においては、双方向素子302は単方向素子304に切換可能に連結できないが、異なる平面(単数)又は平面(複数)にあるコンタクトに切り換えられる。例えば、コンタクトは基板内に、又は基板上のレイヤー(単数)若しくはレイヤー(複数)内に存在し得る。また、これらの実施例では、コールドビームを移動させる機構は、機械的に結合された隣接する加熱ビーム対からの伸張に加えて、静電気又は容量的機構のような他の機構であってもよい。本発明によって構成される双方向素子は、2001年12月、IEEEマイクロ波マガジンにおける論文、Gabriel M. Rebeiz、その他によるタイトル「RF MEMS Switches and Switch Circuits」(その全体が参照としてここに取り込まれる)に開示されるように、RFマイクロ電気機械スイッチにおいて採用できる。
図4は、本発明の原理によって実施される、双方向素子を有するマイクロ電気機械デバイスにおける変形(creep)を低減する方法400の実施例を示す。双方向素子を有するマイクロ電気機械における変形を低減することを意図する方法400はステップ405で始まる。
開始後、ステップ410において、マイクロ電気機械デバイスの単方向素子をその初期位置から離れる方向に移動させるように電流が単方向素子に通電される。単方向素子のコールドビームを初期位置から、マイクロ電気機械デバイスの双方向素子から離れる方向に移動させるように、電流が単方向素子のビーム対に通電される。単方向素子を初期位置から移動させるよう電流が単方向素子に通電された後に、ステップ415において、マイクロ電気機械デバイスの双方向素子を第1の方向で初期位置から第1の位置に移動させるために、今度は電流がマイクロ電気機械デバイスの双方向素子に通電される。電流は、双方向素子のコールドビームを初期位置から移動させるように双方向素子のビーム対に通電される。ステップ420において、単方向素子への通電が停止され、単方向素子がその初期位置に戻ることを可能とする。これは単方向素子のビーム対から電流を除去することによって達成できる。単方向素子を初期位置に戻すように単方向素子への通電が停止されると、ステップ425において、マイクロ電気機械デバイスの双方向素子への通電が停止される。これは双方向素子のビーム対から電流を除去することによって達成できる。
ステップ425において、双方向素子への通電が停止された後に、双方向素子はその初期位置に戻ろうとする。しかし、単方向素子の先端部の突起が、双方向素子の先端部の突起と接触することによって、双方向素子がその初期位置に戻ることを阻止する。双方向素子の突起は、電流が通電されたときにずらされており、双方向素子がその初期位置に戻ることを阻止する単方向素子の突起と接触する。この位置において、双方向素子は変形され、電気的接触が単方向素子と双方向素子の間で形成される。単方向素子の突起、先端部及びコールドビームは電気導電性であり、水平にずらされた電気導電性の双方向素子の突起、先端部及びコールドビームと接触状態にある。この位置において、マイクロ電気機械デバイスを介して電気信号を搬送できる導電経路が形成される。
通信アプリケーションのような多数のアプリケーションでは、スイッチ又はリレーのようなマイクロ電気機械デバイスは週から月単位の長い期間にわたって閉位置に留まる必要がある。相当な時間にわたって外力下にある金属は、その外力が除去されても永久的な変形を呈し、機械的変形をもたらすことが知られている。スイッチ又はリレーのような通常のマイクロ電気機械デバイスでは、スイッチ素子が動作するために移動しなければならない合計距離は数ミクロンのオーダーとなり得る。マイクロ電気機械デバイスが相当な時間にわたって1つの位置に保持されると、機械的変形に起因するスイッチ素子のずれは3〜4ミクロンのオーダーとなり、マイクロ電気機械デバイスを動作不能としてしまうのに十分に大きいものとなり得る。このように、マイクロ電気機械デバイスが動作不能となるまで1つの位置に双方向部材を保持できる最大時間に基づいて所定時間が設定される。従って、方法400はステップ430に進み、マイクロ電気機械スイッチが所定時間にわたってある位置に留まっていたかを判断する。マイクロ電気機械スイッチの双方向部材が動作不能となる相当量だけ変形するまで保持されることができる所定時間は、例えば、履歴的データ、スイッチ素子が移動しなければならない合計距離等の双方向素子及び単方向素子の構成部材の寸法等のマイクロ電気機械スイッチの設計事項、双方向素子及び単方向素子が組成される材料、並びにマイクロ電気機械デバイスの周囲温度のような多数の要因に基づく。当業者であれば、双方向素子を1つの位置に保持する最大時間の判断を支援する他のパラメータがあることが分かるはずである。マイクロ電気機械スイッチに関連付けられるコントローラはマイクロ電気機械スイッチに関連付けられる上述のパラメータを記憶及び利用し、いつ所定時間になったかを判断できる。コントローラはマイクロ電気機械スイッチの単方向素子及び双方向素子に電気的に結合された従来的デバイスであればよい。
ステップ430において、スイッチが所定時間にわたって1つの位置に留まっていた場合、方法はステップ435に進み、ここでは単方向素子をその初期位置及び双方向素子から離れる方向に移動させるように電流を単方向素子に通電する。ある実施例では、ステップ435に進む前に、電流が双方向素子に通電されて単方向素子との接触を断つのを補助する。スイッチが所定時間にわたって1つの位置に留まっていなかった場合、方法400はステップ430に戻る。単方向素子への電流がそれを初期位置から離れる方向に移動させるよう通電されると、ステップ440において、双方向素子を反対方向に移動させるとともに、水平にずらされた先端素子の第2の突起を先端素子の第1の突起の反対側に単方向素子の突起を超えて移動させるように電流が通電される。電流が双方向素子に通電されると、ステップ445において、単方向素子への電流が停止されて単方向素子がその初期位置に戻ることを可能とする。
ステップ445で単方向素子への電流が停止された後に、ステップ450で双方向素子への電流が停止される。ステップ425におけるように、双方向素子はその初期位置に戻ろうとする。再び、双方向素子の先端要素の第1の突起の反対側に水平にずらされた双方向素子の先端要素の第2の突起が単方向素子の先端要素の突起に接触して双方向素子の移動を止めるので、単方向素子の先端部の突起は双方向素子がその初期位置に戻るのを阻止する。この位置において、双方向素子は反対方向に曲げられ、以前の位置で充分な時間にわたって保持されていた場合に双方向部材でもたらされた機械的変形を戻すことになる。前述のように、単方向素子のコールドビーム、先端部及び突起は電気的に結合され、マイクロ電気機械デバイスを介して電気信号を流す回路を形成する。
双方向素子を反対の位置に移動させた後に、方法400はステップ430に戻り、前述の通り続く。素子の長期的な曲げでもたらされた機械的変形の同様の回復を達成する、単方向素子及び双方向素子の先端の突起の他の構成は本発明の範囲内であるがここには記載されない。
本発明が詳細に記載されたが、当業者であれば、本発明の最も広い形態の精神と範囲から離れることなく種々の変更例、代替例及び変形例を構成することができることが分かるはずである。
Claims (10)
- 双方向マイクロ電気機械素子であって、
自由端及びコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有するコールドビームであって、該コールドビームアンカーが基板に取り付けられた、コールドビーム、
前記コールドビームに自由端テザーによって結合され、それによって前記コールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するよう構成された第1のビーム対、及び
前記第1のビーム対に対して前記コールドビームの反対側に配置され、前記第1のビーム対及び前記コールドビームに前記自由端テザーによって結合され、それによって前記高温に加熱されると伸張するように構成された第2のビーム対
を備えた双方向マイクロ電気機械素子。 - 請求項1記載の双方向マイクロ電気機械素子において、前記第1のビーム対は第1のアンカーに接続された第1の端部を有する第1のビーム部材及び第2のアンカーに接続された第1の端部を有する第2のビーム部材を含み、前記第1及び第2のアンカーが前記基板に取り付けられ、前記第1のビーム部材は前記第2のビーム部材の第2の端部に接続された第2の端部を有する双方向マイクロ電気機械素子。
- 請求項2記載の双方向マイクロ電気機械素子において、前記第1のビーム部材がさらに、前記第1の端部に応力軽減部を備えた双方向マイクロ電気機械素子。
- 請求項1記載の双方向マイクロ電気機械素子であって、さらに、前記第1及び第2のビーム部材にかけて横断的に設置された少なくとも1つのビーム対テザーを備えた双方向マイクロ電気機械素子。
- 請求項1記載の双方向マイクロ電気機械素子であって、さらに、前記第1及び第2のビーム対並びに前記コールドビームにかけて横断的に設置された少なくとも1つの追加テザーを備え、前記少なくとも1つの追加テザーが前記自由端テザーと前記コールドビームアンカーの間に配置された双方向マイクロ電気機械素子。
- マイクロ電気機械スイッチであって、
単方向マイクロ電気機械素子であって、
第1の自由端及び第1のコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有する第1のコールドビームであって、該第1のコールドビームが基板に取り付けられた、第1のコールドビーム、
自由端テザーで前記コールドビームに結合され、それによって前記第1のコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するよう構成された第1のビーム対、及び
前記第1のコールドビームの前記自由端に取り付けられた第1の先端部
を含む単方向マイクロ電気機械素子、並びに
前記単方向マイクロ電気機械素子に切換可能に連結された双方向マイクロ電気機械素子であって、
第2の自由端及び第2のコールドビームアンカーに接続された第1の端部を有する第1のコールドビームであって、該第2のコールドビームが基板に取り付けられた、第2のコールドビーム、
前記第2のコールドビームに第2の自由端テザーによって結合され、それによって前記第2のコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するように構成された第2のビーム対、及び
前記第2のビーム対に対して前記第2のコールドビームの反端側に配置され、前記第2のビーム対及び前記第2のコールドビームに前記第2の自由端テザーによって結合された第3のビーム対であって、それによって前記高温に加熱されると伸張するように構成された第3のビーム対
を含む双方向マイクロ電気機械素子
を備えたマイクロ電機機械スイッチ。 - 双方向素子を有するマイクロ電機機械デバイスにおける機械的変形を軽減する方法であって、
双方向素子を第1の方向に第1の位置まで移動させるステップ、
前記双方向素子が所定時間にわたって前記第1の位置に置かれていたかを判断するステップ、及び
前記判断に基づいて、前記双方向素子を前記第1の方向とは逆の第2の方向に第2の位置まで移動させるステップ
を備える方法。 - 請求項7記載の方法であって、さらに、
前記双方向素子を前記第1の方向に移動させる前に、前記マイクロ電気機械デバイスの単方向素子を初期位置から移動させるステップ、及び
前記双方向素子を前記第1の方向に移動させた後に、前記マイクロ電気機械デバイスの単方向素子を前記初期位置まで移動させるステップ
を備える方法。 - 請求項7記載の方法において、前記双方向素子を前記第1の位置まで移動させるステップが、第1のビーム対に電流を通電するステップからなり、前記双方向素子を前記第2の位置まで移動させるステップが、第2のビーム対に電流を通電するステップからなる方法。
- 請求項7記載の方法において、前記判断するステップが、
履歴データ、
前記双方向素子の組成、
前記双方向素子の設計事項、及び
前記マイクロ電気機械デバイスの周囲温度
からなるグループから選択されたパラメータに基づく、方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/772,039 US7760065B2 (en) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | MEMS device with bi-directional element |
PCT/US2008/007944 WO2009005683A1 (en) | 2007-06-29 | 2008-06-26 | A mems device with bi-directional element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010532276A true JP2010532276A (ja) | 2010-10-07 |
Family
ID=39773076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010514810A Pending JP2010532276A (ja) | 2007-06-29 | 2008-06-26 | 双方向素子を有するmemsデバイス |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7760065B2 (ja) |
EP (1) | EP2162894A1 (ja) |
JP (1) | JP2010532276A (ja) |
KR (1) | KR20100041710A (ja) |
CN (1) | CN101689438A (ja) |
WO (1) | WO2009005683A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2600081C (en) * | 2005-03-18 | 2014-12-30 | Simpler Networks Inc. | Mems actuators and switches |
US20090033454A1 (en) * | 2007-08-01 | 2009-02-05 | Simpler Networks Inc. | MEMS actuators with even stress distribution |
DE102007052048A1 (de) * | 2007-10-31 | 2009-05-14 | Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale | Doppelintegrationsschema für Metallschicht mit geringem Widerstand |
DE102008011175B4 (de) * | 2008-02-26 | 2010-05-12 | Nb Technologies Gmbh | Mikromechanischer Aktuator und Verfahren zu seiner Herstellung |
US20110063068A1 (en) * | 2009-09-17 | 2011-03-17 | The George Washington University | Thermally actuated rf microelectromechanical systems switch |
FR2998417A1 (fr) * | 2012-11-16 | 2014-05-23 | St Microelectronics Rousset | Procede de realisation d'un element pointu de circuit integre, et circuit integre correspondant |
EP2749890A1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-02 | Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | A composite beam having an adjustable stiffness. |
US9153483B2 (en) * | 2013-10-30 | 2015-10-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method of semiconductor integrated circuit fabrication |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6268635B1 (en) * | 1999-08-04 | 2001-07-31 | Jds Uniphase Inc. | Dielectric links for microelectromechanical systems |
US6624730B2 (en) * | 2000-03-28 | 2003-09-23 | Tini Alloy Company | Thin film shape memory alloy actuated microrelay |
US6407478B1 (en) * | 2000-08-21 | 2002-06-18 | Jds Uniphase Corporation | Switches and switching arrays that use microelectromechanical devices having one or more beam members that are responsive to temperature |
US6708491B1 (en) * | 2000-09-12 | 2004-03-23 | 3M Innovative Properties Company | Direct acting vertical thermal actuator |
US6608714B2 (en) * | 2001-06-28 | 2003-08-19 | Southwest Research Institute | Bi-directional, single material thermal actuator |
US6679055B1 (en) * | 2002-01-31 | 2004-01-20 | Zyvex Corporation | Electrothermal quadmorph microactuator |
US6718764B1 (en) * | 2002-06-28 | 2004-04-13 | Zyvex Corporation | System and method for microstructure positioning using metal yielding |
US6904191B2 (en) * | 2003-03-19 | 2005-06-07 | Xerox Corporation | MXN cantilever beam optical waveguide switch |
US7036312B2 (en) * | 2003-04-22 | 2006-05-02 | Simpler Networks, Inc. | MEMS actuators |
CA2600081C (en) | 2005-03-18 | 2014-12-30 | Simpler Networks Inc. | Mems actuators and switches |
US20070096860A1 (en) | 2005-11-02 | 2007-05-03 | Innovative Micro Technology | Compact MEMS thermal device and method of manufacture |
US7548145B2 (en) * | 2006-01-19 | 2009-06-16 | Innovative Micro Technology | Hysteretic MEMS thermal device and method of manufacture |
US7872432B2 (en) * | 2006-03-20 | 2011-01-18 | Innovative Micro Technology | MEMS thermal device with slideably engaged tether and method of manufacture |
US7688167B2 (en) * | 2006-10-12 | 2010-03-30 | Innovative Micro Technology | Contact electrode for microdevices and etch method of manufacture |
US20080197964A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-21 | Simpler Networks Inc. | Mems actuators and switches |
-
2007
- 2007-06-29 US US11/772,039 patent/US7760065B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-06-26 EP EP08779783A patent/EP2162894A1/en not_active Withdrawn
- 2008-06-26 WO PCT/US2008/007944 patent/WO2009005683A1/en active Application Filing
- 2008-06-26 CN CN200880022718A patent/CN101689438A/zh active Pending
- 2008-06-26 JP JP2010514810A patent/JP2010532276A/ja active Pending
- 2008-06-26 KR KR1020097027214A patent/KR20100041710A/ko not_active Application Discontinuation
-
2010
- 2010-03-26 US US12/732,752 patent/US7973637B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20090002118A1 (en) | 2009-01-01 |
US7973637B2 (en) | 2011-07-05 |
KR20100041710A (ko) | 2010-04-22 |
WO2009005683A8 (en) | 2010-01-28 |
WO2009005683A1 (en) | 2009-01-08 |
US7760065B2 (en) | 2010-07-20 |
CN101689438A (zh) | 2010-03-31 |
EP2162894A1 (en) | 2010-03-17 |
US20100182120A1 (en) | 2010-07-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010532276A (ja) | 双方向素子を有するmemsデバイス | |
CN101147223B (zh) | 具有挠性和自由开关膜的rf mems开关 | |
US6512322B1 (en) | Longitudinal piezoelectric latching relay | |
US8098120B2 (en) | Spring structure for MEMS device | |
TW517041B (en) | Direct acting vertical thermal actuator | |
US20050189204A1 (en) | Microengineered broadband electrical switches | |
WO2002050874A2 (en) | Mems device having an actuator with curved electrodes | |
JP2005510990A (ja) | 多方向熱アクチュエータ | |
KR20080019577A (ko) | Mems 액츄에이터 및 mems 스위치 | |
JP2004509368A (ja) | 組合せ縦横型熱アクチュエータ | |
KR20060017499A (ko) | Mems 액추에이터 | |
US8528885B2 (en) | Multi-stage spring system | |
US6903492B2 (en) | Wetting finger latching piezoelectric relay | |
US6739132B2 (en) | Thermal micro-actuator based on selective electrical excitation | |
US20070247018A1 (en) | Electrostatic actuation method and electrostatic actuator with integral electrodes for microelectromechanical systems | |
US20080011593A1 (en) | Microswitch with a first actuated portion and a second contact portion | |
US6927529B2 (en) | Solid slug longitudinal piezoelectric latching relay | |
US6762378B1 (en) | Liquid metal, latching relay with face contact | |
US6903493B2 (en) | Inserting-finger liquid metal relay | |
JP2004319479A (ja) | 高周波屈曲式ラッチングリレー | |
EP2168908A1 (en) | Micromechanical thermal actuator | |
Yu et al. | A novel bistable thermally actuated snap-through actuator for out-of-plane deflection |