JP4089160B2 - 半導体マイクロアクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体マイクロアクチュエータおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造プロセスによって製造される極小型の半導体マイクロアクチュエータが各種提案されている。この種の半導体マイクロアクチュエータは、一般に半導体からなる枠状の支持基板の内側に可動子を配置し、支持基板の厚み方向に可撓性を有する可撓部材を介して支持基板と可動子とを連結した構造を有している。したがって、可撓部材を支持基板の厚み方向に撓ませることによって可動子を支持基板の厚み方向に変位させることができる。可撓部材を撓ませる構成としては、例えば、熱膨張係数の異なる複数の撓み層を積み重ねてバイメタルを形成し、このバイメタルを直熱式（バイメタル自身にヒータを持つ形式）または傍熱式（バイメタルとは別にヒータを持つ形式）で加熱する構成が一般的である。
【０００３】
この種の半導体マイクロアクチュエータとしては、例えば図２２および図２３に示すように、周縁が矩形状に形成されている可動子２の４辺に可撓部材としての腕片３を連結し、腕片３を介して可動子２をシリコンよりなる枠状の支持基板１に連結した構成のものが考えられている。腕片３は、可動子２と支持基板１との間にシリコンよりなる撓み層６と金属膜からなる撓み層７とを積層して形成したバイメタルを備える可撓部８を有し、可撓部８における撓み層６にはバイメタルを加熱するヒータとしての加熱部（図示せず）が拡散抵抗により形成されている。また、腕片３において支持基板１側の端部には可撓部８と支持基板１との間の熱絶縁をする熱絶縁性材料よりなる熱絶縁部４が設けられている。熱絶縁部４はフッ素化系樹脂やポリイミド樹脂などの熱絶縁性能がシリコンよりも高い合成樹脂を用いて形成されている。なお、上述の拡散抵抗よりなる加熱部は支持基板１に形成された配線（図示せず）を介して支持基板１に設けられたパッド（図示せず）に接続されている。また、熱絶縁部４の材料として例えば感光性のポリイミド樹脂を使用する場合、熱絶縁部４を形成する工程は、ポリイミド樹脂の塗布→露光→現像→ベーキング（以下、キュアと称す）の流れで行われている。
【０００４】
ところで、図２２および図２３に示した半導体マイクロアクチュエータは、マイクロバルブやマイクロリレーなどに用いられている。図２２および図２３に示した半導体マイクロアクチュエータを用いたマイクロバルブの一例を図２４に示す。図２４に示すマイクロバルブは、シリコン基板よりなるベース１０に形成した弁口１１を開閉する弁体として上記可動子２を利用するものであり、可動子２を弁口１１の開口面に直交する方向に移動させることで弁口１１を開閉する。可動子２は四角錐台状に形成されており、弁口１１との対向面は平面になっている。ここに、可動子２の平面形状は長方形状になっている。また、弁口１１の周部において可動子２との対向面には他の部位よりも突出する弁座１２が形成され、弁座１２の先端面は可動子２が密着して弁口１１を確実に閉止できるように平面状に仕上げられている。しかして、弁口１１は矩形状に開口してある。
【０００５】
図２４に示したマイクロバルブでは、腕片３が伸縮することによって可動子２が支持基板１の厚み方向に変位する際に、各腕片３の伸縮量が等しければ可動子２を平行に移動させることができ、弁口１１に可動子２を隙間なく密着させることができる。
【０００６】
また、上述の半導体マイクロアクチュエータを用いたマイクロリレーでは、例えば、可動子２の一面（図２２における下面）に可動接点が設けられ、可動子２の変位により上記可動接点が接離する固定接点を設けたベースを支持基板１と接合して構成したものが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の半導体マイクロアクチュエータでは、可撓部８が熱膨張係数の異なる撓み層６と撓み層７とを積層して形成されているので、上述の加熱部に通電していない場合でも可撓部８に内部応力に起因した反りが発生してしまう。また、腕片３において可撓部８と支持基板１との間に熱絶縁部４を設けてあるが、熱絶縁部４を形成する材料がキュア工程において硬化する際に収縮するので、腕片３に反りが発生してしまう。したがって、上述の半導体マイクロアクチュエータでは、上述の加熱部に通電していない状態で腕片３に反りが発生しており、反り量の制御が難しいので、マイクロバルブに用いた場合には可動子２と弁座１２との間の隙間寸法の制御が困難で流量制御が難しいという問題があり、マイクロリレーに用いた場合には所望の接点圧が得られない場合があるという問題があった。
【０００８】
また、上述した半導体マイクロアクチュエータでは、可動子２を中心として４方向に可撓部材（腕片３）が形成されており、多数の方向から可動子２が拘束されているから、可動子２を変位させるために比較的大きなエネルギを要することになる。つまり、消費電力が比較的大きくなってしまう。しかも、可撓部８のバイメタルの特性ばらつきにより、可動子２が平行に変位しない（つまり、可動子２が傾いて変位する）ことがあり、マイクロバルブに用いた場合にあっては弁口１１を閉止できない恐れがあり、マイクロリレーに用いた場合にあっては所望の接点圧が得られない恐れがあるとともに摩耗故障が起こりやすくなってしまう恐れがあった。
【０００９】
また、消費電力を低減するために支持基板１と可動子２とを連結する腕片３を１本だけにすることも考えられるが、可動子２が平行に変位しないので、マイクロバルブに用いた場合にあっては弁口１１を閉止できない、マイクロリレーに用いた場合にあっては所望の接点圧が得られないとともに摩耗故障が起こりやすいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動子が傾くことなく変位可能で且つ従来よりも低消費電力化が可能な半導体マイクロアクチュエータおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなることを特徴とするものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片により可動子と支持部とが連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部を備え、押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位し、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができる。
【００１２】
また、請求項１の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項１の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記連結片を４つ備え、前記各連結片が前記厚み方向に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、前記可動子を中心に十字状に配置されてなるので、前記連結片を撓みやすくしながらも前記可動子を平行に変位させることができ、しかも、平面形状が単純であるから半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が前記支持部に連結された第２片との他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されてなるので、請求項２の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になり、さらに低消費電力化を図ることができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、第１片の他端部に一端部が連結され前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片と、第２片の他端部に一端部が連結されるとともに第２片に対して第１片と同じ側に形成されて他端部が前記支持部に連結された第３片とを有するので、請求項２および請求項３の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより一層大きくすることが可能になり、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００１７】
請求項５の発明は、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを支持部の厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなることを特徴とするものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片によって可動子と支持部とが前記厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位し、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができる。また、可動子と支持部とが厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されているので、請求項２ないし請求項４の発明に比べて容易に製造することが可能となる。
【００１８】
また、請求項５の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができる。
【００１９】
また、請求項５の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記腕片は、前記押圧部を片持ちで支持するので、前記押圧部を拘束する方向が１方向になるから、前記押圧部を拘束する方向が複数ある場合に比べて低エネルギで前記押圧部を変位させることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、半導体よりなる枠状の第１枠部の内側に前記可動子および前記連結片が一体に形成された第１の半導体基板と、半導体よりなる枠状の第２枠部の内側に前記押圧部および前記腕片が一体に形成された第２の半導体基板とを備え、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが第１枠部と第２枠部とを重ねた形で接合され、第１枠部と第２枠部とで前記支持部が構成されてなるので、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを別々に形成し第１の半導体基板と第２の半導体基板とを接合すればよいから、容易に製造することができる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記支持部および前記可動子および前記連結片および前記押圧部および前記腕片が１つの半導体基板に一体に形成されてなるので、前記厚み方向における前記可動子と前記押圧部との位置精度を請求項７の発明に比べて高めることが可能になるとともに、材料コストを低減することが可能になる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記腕片において前記押圧部側の端部に設けられ前記押圧部との間の熱絶縁をする第１の熱絶縁部と、前記腕片において前記支持部側の端部に設けられ前記支持部との間の熱絶縁をする第２の熱絶縁部とを備えるので、比較的小さな熱エネルギで前記腕片を撓ませることができ、供給エネルギに対する前記押圧部の変位量を大きくすることができるから、結果的に供給エネルギに対する前記可動子の変位量を大きくすることができ、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記突部を前記可動子における前記押圧部との対向面から突設してなるので、前記突部を前記押圧部における前記可動子との対向面から突設する場合に比べて、半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記突部は、先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくしてなるので、前記突部と前記突部の対向面との接触面積を小さくすることができ、前記可動子に均等に押圧力を作用させることが可能となり、前記押圧部による押圧力の損失を少なくすることができるから、低消費電力化を図ることができる。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１の発明において、前記断熱性の高い材料としてポリイミド樹脂を用いてなるので、半導体製造プロセスとの整合性が良く、半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００２７】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロバルブを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、弁口を通る流体の流量の制御が容易になるとともに、弁口を前記可動子により確実に閉止することができる。
【００２８】
請求項１４の発明は、請求項１ないし請求項１３の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロリレーを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、可動接点と固定接点との接点圧を安定させることができるとともに摩耗故障の発生を少なくすることができる。
【００２９】
請求項１５の発明は、請求項１１記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法であって、前記突部に対応した部位にのみ熱絶縁材性料よりなる絶縁層を積層することで所望の突出寸法の絶縁層からなる突部を形成するようにし、最後に積層する絶縁層における前記厚み方向に直交する断面の面積を他の絶縁層に比べて小さくすることを特徴とし、所望の厚みの絶縁層からなる突部を先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積が他の部分に比べて小さくなるような形状に容易に製造することができ、可動子が傾くことなく変位可能で低消費電力化が可能な半導体マイクロアクチュエータを提供することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本参考例の半導体マイクロアクチュエータは図１および図２に示すように構成されており、図３に示すように、シリコン基板よりなるベース１０に形成した弁口１１を開閉する弁体としてのシリコンよりなる可動子２２を備え、可動子２２を弁口１１の開口面に直交する方向に移動させることで弁口１１を開閉する。可動子２２は四角錐台状に形成されており、弁口１１との対向面は平面になっている。ここに、可動子２２の平面形状は矩形状になる。弁口１１の周部において可動子２２との対向面には他の部位よりも突出する弁座１２が形成され、弁座１２の先端面は可動子２２が密着して弁口１１を確実に閉止できるように平面状に仕上げられている。しかして、本参考例では弁口１１は矩形状に開口する。
【００３１】
可動子２２は、ベース１０に重ねて接合された半導体（例えば、シリコン）よりなる第１枠部２１に対して可撓部材としての連結片２３を介して結合されている。第１枠部２１は矩形枠状に形成されており、可動子２２は第１枠部２１の内側に配置される。また、第１枠部２１と可動子２２とを連結する連結片２３は本参考例では２本設けられており、周縁が矩形状に形成されている可動子２２の２辺に可撓部材としての連結片２３の一端部が連結され、連結片２３の他端部が第１枠部２１に連結されている。ここにおいて、第１枠部２１および可動子２２および連結片２３は第１の半導体基板（例えば、シリコン基板）２０に一体に形成されている。なお、ベース１０と半導体基板２０とは陽極接合や金共晶接合などにより結合（接合）すればよい。
【００３２】
ところで、２本の連結片２３は、第１枠部２１の厚み方向（図３の上下方向）に可撓性を有し且つ第１枠部２１の厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されている。しかして、可動子２２を傾くことなく上記厚み方向へ平行に変位させることができる。なお、連結片２３の本数は２本に限定されるものではない。
【００３３】
また、本参考例の半導体マイクロアクチュエータは、可動子２２を押圧可能な半導体（例えば、シリコン）よりなる押圧部３２を備え、押圧部３２を上記厚み方向（図３の上下方向）に移動させることで弁口１１を可動子２２により開閉させる。すなわち、押圧部３２を図３における下方向に移動させることで押圧部３２により可動子２２が押圧され、可動子２２と弁座１２とが密着するように押圧させることで、弁口１１を閉止することができる。ここに、押圧部３２は四角錘台状に形成されており、可動子２２との対向面は平面になっている。また、押圧部３２の平面形状は矩形状になる。
【００３４】
押圧部３２は、半導体（例えば、シリコン）よりなる第２枠部３１に対して可撓部材としての腕片３３を介して結合されている。第２枠部３１は矩形枠状に形成されており、押圧部３２は第２枠部３１の内側に配置される。また、第２枠部３１と押圧部３２とを連結する腕片３３は本参考例では１本であり、腕片３３は押圧部３２を片持ちで支持している。ここにおいて、第２枠部３１および押圧部３２および腕片３３は第２の半導体基板（シリコン基板）３０に一体に形成されている。また、第２の半導体基板３０と上述の第１の半導体基板２０とは第２枠部３１と第１枠部２１とを重ねた形で接合されている。本参考例では、第１枠部２１と第２枠部３１とで半導体よりなる矩形枠状の支持部を構成している。
【００３５】
腕片３３は、押圧部３２と第２枠部３１との間に半導体（例えば、シリコン）よりなる撓み層３６と金属膜（例えば、アルミニウム、ニッケルなど）からなる撓み層３７とを積層して形成したバイメタルを備える可撓部３８を有し、可撓部３８における撓み層３６にはバイメタルを加熱するヒータとしての加熱部（図示せず）が拡散抵抗により形成されている。つまり、可撓部３８は直熱型のバイメタルとして機能する。ここに、撓み層３７の構成材料の撓み層３６への拡散を防止したり、撓み層３６と撓み層３７との結合力を高めたり、加熱部と撓み層３７とを電気的に絶縁したりするために、図４に示すように撓み層３６と撓み層３７との間に薄い絶縁膜（例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜など）を介在させるのが望ましい。なお、図４において撓み層３６の表面側に形成された拡散抵抗４１は上述の加熱部を構成し、第２の半導体基板３０の主表面（第１の半導体基板２０との接合面と反対側の面）側に設けられたパッド４２に配線４３を介して接続されている。
【００３６】
ところで、腕片３３において第２枠部３１側の端部には可撓部３８と第１枠部３１との間の熱絶縁をする熱絶縁性材料（例えば、感光性のポリイミド樹脂）よりなる熱絶縁部３４ａを設け、腕片３３において押圧部３２側の端部には可撓部３８と押圧部３２との間の熱絶縁をする熱絶縁性材料（例えば、感光性のポリイミド樹脂）よりなる熱絶縁部３４ｂを設けている。また、図示していないが腕片３３は熱絶縁部３４ａが形成された部位において幅方向の端部にシリコンよりなる部分を設けてある。ここに、熱絶縁部３４ａが形成された部位において幅方向に設けられたシリコンよりなる部分は上述の配線４３と加熱部との電気的接続に用いることができる。なお、熱絶縁部３４ａ，３４ｂは、例えば、腕片３３における熱絶縁部３４ａ，３４ｂの形成部位に対応した部位にそれぞれ幅の異なる溝を形成した後、例えばポリイミド樹脂を塗布して、続いてポリイミド樹脂をパターニングすることにより形成することができる。
【００３７】
腕片３３を上述の構造としたことによって、加熱部に通電すれば、撓み層３６と撓み層３７との熱膨張率の差によって可撓部３８が熱的膨張収縮により腕片３３の撓み量を変化させることになる。一般に、金属はシリコンよりも熱膨張係数が大きいから、本参考例のように撓み層３６に対してベース１０とは反対面側に撓み層３７を形成している場合には、常温では押圧部３２が可動子２２から離れるように寸法を設定し、可動子２２が弁口１１から離れるように寸法を設定しておくことによって、撓み層３６への通電時に押圧部３２を可動子２２に近づけて押圧することにより可動子２２を弁口１１に近づけて弁口１１を閉じることが可能になる。つまり、本参考例は常開型のマイクロバルブを構成している。
【００３８】
さらに腕片３３の両端部には熱絶縁性材料からなる熱絶縁部３４ａ，３４ｂを形成しているから、撓み層３６および撓み層３７よりなるバイメタルと第２枠部３１および押圧部３２とは熱絶縁をされていることになり、撓み層３６で発生した熱を第２枠部３１や押圧部３２に逃がさず、ほとんどの熱を腕片３３を撓ませるために利用することができる。その結果、加熱部への通電量に対する腕片３３の撓み量を大きくとることができる。換言すれば、低電力で押圧部３２を所望の変位量だけ変位させることができ、結果的に可動子２２を所望量だけ変位させることができる。
【００３９】
ところで、上述したように、可動子２２の２辺から連結片２３が１本ずつ延設されており且つ２本の連結片２３は一直線上に配置されており、可動子２２は図１の左右方向には拘束されていなものである。ここに、２本の連結片２３は、上述のように第１枠部２１の厚み方向（図３の上下方向）に可撓性を有し且つ上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されており、可動子２２が傾くことなく平行に変位することになる。また、腕片３３は押圧部３２を片持ちで支持しているので、押圧部３２を拘束する方向が一方向になるから、押圧部３２を拘束する方向が複数ある場合に比べて低エネルギで押圧部３２を変位させることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子２２の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になる。つまり、従来構成よりも低消費電力化を図ることが可能となる。しかも、可動子２２と第１枠部２１とを連結する２本の連結片２３には従来構成のようなバイメタルや熱絶縁部４（図２４参照）は形成されていないから、熱絶縁部４の形成に伴う反りをなくすことができて可動子２２と弁座１２との間の寸法を容易に設定することが可能となり、流量制御が容易になるとともに弁口１１を確実に閉止することが可能となる。また、図２２ないし図２４に示した従来構成では、支持基板１と可動子２とを連結している４本の腕片３にバイメタルが形成されており、バイメタルの特性のばらつきにより可動子２が傾く恐れがあったが、本参考例では、可動子２２と第１枠部２１とを連結している２本の連結片２３にバイメタルを形成していないから、バイメタルの特性のばらつきによる可動子２２の傾きという問題は発生しない。したがって、可動子２２を拘束している連結片２３の撓みをアクチュエータとしての理想的な撓みに近づけることができる。
【００４０】
なお、上述の例ではベース１０をシリコン基板としているが、ガラス基板を用いてもよい。
【００４１】
（参考例２）
本参考例の半導体マイクロアクチュエータの基本構成は参考例１と略同じであって、図５ないし図９に示すように、第１の半導体基板２０に４本の連結片２３（図７参照）を一体に形成し、各連結片２３が第１枠部３１の厚み方向（図６の上下方向）に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、可動子２２を中心として十字状に配置している点が相違する。要するに、本参考例では、周縁が矩形状に形成されている可動子２２の４辺に可撓部材としての連結片２３の一端部が連結され、連結片２３の他端部が第１枠部２１に連結されている。ここにおいて、４本の連結片２３は、上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されている。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。ここに、図８および図９は参考例１と同様のマイクロバルブを構成している。
【００４２】
しかして、本参考例では、参考例１と同様に、可動子２２を傾くことなく平行に変位させることが可能になるとともに従来構成に比べて低消費電力化を図ることができる。また、参考例１のように２本の連結片２３により可動子２２を支持している場合に比べて可動子２２の傾く可能性を小さくすることができ、より確実に可動子２２を平行に変位させることが可能となる。なお、第１の半導体基板２０には第１枠部２１および可動子２２および４本の連結片２３が一体に形成されているが、平面形状は単純であるから半導体製造プロセスで容易に製造することができる。
【００４３】
（参考例３）
本参考例の半導体マイクロアクチュエータの基本構成は参考例１と略同じであって、図１０ないし図１３に示すように、第１の半導体基板２０に４本の連結片２３（図１２参照）を一体に形成し、各連結片２３が第１枠部３１の厚み方向に直交する面内でそれぞれＬ字状に形成されている点が相違する。ここにおいて、各連結片２３は、可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が可動子２２に連結された第１片２３ａと、可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が第１枠部２１に連結された第２片２３ｂとの他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されている。要するに、本参考例では、周縁が矩形状に形成されている可動子２２の４辺に可撓部材としての連結片２３の一端部が連結され、連結片２３の他端部が第１枠部２１に連結されている。ここにおいて、４本の連結片２３は、上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されている。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。ここに、図１３は参考例１と同様のマイクロバルブを構成している。
【００４４】
しかして、本参考例では、参考例１と同様に、可動子２２を傾くことなく平行に変位させることが可能になるとともに従来構成に比べて低消費電力化を図ることができる。また、参考例１のように２本の連結片２３により可動子２２を支持している場合に比べて可動子２２の傾く可能性を小さくすることができ、より確実に可動子２２を平行に変位させることが可能となる。また、本参考例では、各連結片２３をＬ字状に形成してあるので、参考例２のように直線状の形状に形成する場合に比べて連結片２３の長さを長くすることができて連結片２３が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子２２の変位量をより一層大きくすることが可能になる。
【００４５】
なお、本参考例では、各連結片２３をＬ字状に形成してあるが、図１４に示すような形状に形成してもよい。図１４における各連結片２３は、可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が可動子２２に連結された第１片２３ａと、第１片２３ａの他端部に一端部が連結され可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片２３ｂと、第２片２３ｂの他端部に一端部が連結されるとともに第２片２３ｂに対して第１片２３ａと同じ側に形成されて他端部が第１枠部２１に連結された第３片２３ｃとを有する。ここにおいて、４本の連結片２３は、上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として回転対称性を有するように配置されている。各連結片２３を図１４に示すような形状に形成すれば、連結片２３の長さをより長くすることができて連結片２３をさらに撓みやすくすることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子２２の変位量をさらに大きくすることができる。
【００４６】
（実施形態１）
ところで、参考例３の半導体マイクロアクチュエータにおいては加熱部に通電していない初期状態において可動子２２と押圧部３２とが接触しないように可動子２２と押圧部３２との対向面間に隙間を形成してある。しかしながら、押圧部３２と第２枠部３１とを連結している腕片３３の両端部に熱絶縁部３４ａ，３４ｂを設けているので、腕片３３に反りが生じてしまう恐れがある。例えば、熱絶縁部３４ａ，３４ｂの材料としてポリイミド樹脂を用いている場合、上述のキュア工程において硬化する際に収縮して腕片３３に反りが生じてしまう恐れがある。このような反りが生じた場合には、押圧部３２と可動子２２との間の隙間が大きくなり、弁口１１を可動子２２により閉止させるために変位させる押圧部３２の変位量が大きくなるから、消費電力が増大してしまう恐れがある。
【００４７】
これに対して、本実施形態の半導体マイクロアクチュエータでは、図１５に示すように、押圧部３２における可動子２２との対向面に押圧部３２と可動子２２との対向面間（２面間）の距離を他の部位よりも小さくする突部５０が突設されているので、腕片３３に反りが生じている場合でも参考例３に比べて押圧部３２と可動子２２との間の距離が小さくなり、低消費電力化を図ることが可能となる。ここにおいて、突部５０の材料としては、断熱性を有する熱絶縁性材料（例えば、ポリイミド樹脂）を用いることが望ましい。突部５０を熱絶縁性材料により形成すれば、押圧部３２と可動子２２との間で突部５０を介して熱が伝わるのを防止することができ、供給エネルギに対する押圧部３２の変位量が低下することを防止することができる。なお、参考例３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態の半導体マイクロアクチュエータの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１６に示すように、押圧部３２と可動子２２との対向面間の距離を他の部位よりも小さくする突部５０を可動子２２における押圧部３２との対向面上に突設している点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
しかして、本実施形態においても実施形態１と同様、腕片３３に反りが生じている場合でも参考例３に比べて押圧部３２と可動子２２との間の距離が小さくなり、低消費電力化を図ることが可能となる。また、本実施形態では、可動子２２における押圧部３２との対向面上に突部５０を突設しているので、実施形態１のように押圧部３２における可動子２２との対向面に突部５０を突設する場合に比べて半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００５０】
ところで、突部５０を図１７に示すように、先端部において上記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくすれば、突部５０と押圧部３２との接触面積をより小さくすることができ、可動子２２により均等に押圧力を作用させることが可能となり、押圧部３２による押圧力の損失を少なくすることができるから、さらに低消費電力化を図ることができる。
【００５１】
図１７に示すような形状の突部５０を形成するには、例えば、図１８（ａ）に示すように、可動子２２上に熱絶縁性材料（例えば、ポリイミド樹脂）よりなる絶縁層５１を形成した後、絶縁層５１上に熱絶縁性材料（例えば、ポリイミド樹脂）よりなる絶縁層５２を積層すればよい。ここにおいて、最終的に積層する絶縁層５２は、上記先端部を構成するものであって、上記厚み方向における断面の面積が絶縁層５１に比べて小さくなっている。また、絶縁層５２は絶縁層５１の中央部上に形成されている。上述のように絶縁層５１上に絶縁層５２を積層するような製造方法を採用することによって、図１７に示すような形状の突部５０を容易に形成することができる。なお、絶縁層５１の厚さが比較的厚い場合には、ポリイミド樹脂の塗布→露光→現像→キュアの工程を複数回繰り返して所望の厚さの絶縁層５１を形成するようにして、最終的に所望の突出寸法の突部５０が形成されるようにすればよい。
【００５２】
（参考例４）
本参考例では参考例２と同様の半導体マイクロアクチュエータを用いた図１９および図２０に示す構成のマイクロリレーを例示する。半導体マイクロアクチュエータの基本構成は参考例２と略同じであって、図１９および図２０に示すように、ガラス基板よりなるベース８０の一表面上に形成した固定接点７１，７２に接離する可動接点６０を可動子２２におけるベース８０との対向面側に備えており、可動子２２を第１枠部２１の厚み方向（図２０における上下方向）に移動させることで可動接点６０を固定接点７１，７２に接離させる。つまり、本参考例は常開型のマイクロリレーを構成している。なお、ベース８０は第１枠部２１に結合（接合）されている。
【００５３】
しかして、本参考例のマイクロリレーでは、可動子２２が傾くことなく変位するから、可動接点６０と固定接点７１，７２との接点圧を安定させることができるとともに摩耗故障を起こりにくくすることができる。また、参考例２と同様に半導体マイクロアクチュエータでの消費電力を従来構成に比べて少なくすることができる。
【００５４】
ところで、上記各実施形態および上記各参考例では、複数本の連結片２３を設けていたが、図２１に示すように、連結片２３が可動子２２と第１枠部２１とを第１枠部２１の厚み方向に直交する面内で可動子２２の全周にわたって連結するようにしてもよく、このような構造を採用すれば複数本の連結片２３を形成する場合に比べて、製造が容易になるとともに、可動子２２が変位する際に傾くのをより一層確実に防止することができる。
【００５５】
また、上記各実施形態および上記各参考例では、第１枠部２１および可動子２２および連結片２３が一体に形成された第１の半導体基板２０と、第２枠部３１および押圧部３２および腕片３３が一体に形成された第２の半導体基板３０とを第１枠部２１と第２枠部３１とを重ね合わせた形で接合しているが、第１枠部２１と第２枠部３１とからなる支持部および可動子２２および連結片２３および押圧部３２および腕片３３を１つの半導体基板に一体に形成するようにすれば、上記厚み方向における可動子２２と押圧部３２との位置精度を高めることが可能になるとともに、材料コストを低減することが可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片により可動子と支持部とが連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部を備え、押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位するという効果があり、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００５７】
また、請求項１の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができるという効果がある。
【００５８】
また、請求項１の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できるという効果がある。
【００５９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記連結片を４つ備え、前記各連結片が前記厚み方向に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、前記可動子を中心に十字状に配置されているので、前記連結片を撓みやすくしながらも前記可動子を平行に変位させることができ、しかも、平面形状が単純であるから半導体製造プロセスでの製造が容易になるという効果がある。
【００６０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が前記支持部に連結された第２片との他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されているので、請求項２の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になり、さらに低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００６１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、第１片の他端部に一端部が連結され前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片と、第２片の他端部に一端部が連結されるとともに第２片に対して第１片と同じ側に形成されて他端部が前記支持部に連結された第３片とを有するので、請求項２および請求項３の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより一層大きくすることが可能になり、より一層の低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００６２】
請求項５の発明は、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを支持部の厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片によって可動子と支持部とが前記厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位するという効果があり、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができるという効果がある。また、可動子と支持部とが厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されているので、請求項２ないし請求項４の発明に比べて容易に製造することが可能となる。
【００６３】
また、請求項５の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができるという効果がある。
【００６４】
また、請求項５の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できるという効果がある。
【００６５】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記腕片は、前記押圧部を片持ちで支持するので、前記押圧部を拘束する方向が１方向になるから、前記押圧部を拘束する方向が複数ある場合に比べて低エネルギで前記押圧部を変位させることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になるという効果がある。
【００６６】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、半導体よりなる枠状の第１枠部の内側に前記可動子および前記連結片が一体に形成された第１の半導体基板と、半導体よりなる枠状の第２枠部の内側に前記押圧部および前記腕片が一体に形成された第２の半導体基板とを備え、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが第１枠部と第２枠部とを重ねた形で接合され、第１枠部と第２枠部とで前記支持部が構成されてなるので、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを別々に形成し第１の半導体基板と第２の半導体基板とを接合すればよいから、容易に製造することができるという効果がある。
【００６７】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記支持部および前記可動子および前記連結片および前記押圧部および前記腕片が１つの半導体基板に一体に形成されているので、前記厚み方向における前記可動子と前記押圧部との位置精度を請求項７の発明に比べて高めることが可能になるとともに、材料コストを低減することが可能になるという効果がある。
【００６８】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記腕片において前記押圧部側の端部に設けられ前記押圧部との間の熱絶縁をする第１の熱絶縁部と、前記腕片において前記支持部側の端部に設けられ前記支持部との間の熱絶縁をする第２の熱絶縁部とを備えるので、比較的小さな熱エネルギで前記腕片を撓ませることができ、供給エネルギに対する前記押圧部の変位量を大きくすることができるから、結果的に供給エネルギに対する前記可動子の変位量を大きくすることができ、より一層の低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００６９】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記突部を前記可動子における前記押圧部との対向面から突設してなるので、前記突部を前記押圧部における前記可動子との対向面から突設する場合に比べて、半導体製造プロセスでの製造が容易になるという効果がある。
【００７０】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記突部は、先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくしてあるので、前記突部と前記突部の対向面との接触面積を小さくすることができ、前記可動子に均等に押圧力を作用させることが可能となり、前記押圧部による押圧力の損失を少なくすることができるから、低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００７１】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１の発明において、前記断熱性の高い材料としてポリイミド樹脂を用いてなるので、半導体製造プロセスとの整合性が良く、半導体製造プロセスでの製造が容易になるという効果がある。
【００７２】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロバルブを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、弁口を通る流体の流量の制御が容易になるとともに、弁口を前記可動子により確実に閉止することができるという効果がある。
【００７３】
請求項１４の発明は、請求項１ないし請求項１３の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロリレーを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、可動接点と固定接点との接点圧を安定させることができるとともに摩耗故障の発生を少なくすることができるという効果がある。
【００７４】
請求項１５の発明は、請求項１１記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法であって、前記突部に対応した部位にのみ熱絶縁材性料よりなる絶縁層を積層することで所望の突出寸法の絶縁層からなる突部を形成するようにし、最後に積層する絶縁層における前記厚み方向に直交する断面の面積を他の絶縁層に比べて小さくすることを特徴とし、所望の厚みの絶縁層からなる突部を先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積が他の部分に比べて小さくなるような形状に容易に製造することができ、可動子が傾くことなく変位可能で低消費電力化が可能な半導体マイクロアクチュエータを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１を示す概略平面図である。
【図２】 同上の一部破断した概略分解斜視図である。
【図３】 同上を用いたマイクロバルブの概略断面図である。
【図４】 同上の要部断面図である。
【図５】 参考例２を示し、一部破断した概略斜視図である。
【図６】 同上の概略断面図である。
【図７】 同上に用いる第１の半導体基板の概略平面図である。
【図８】 同上を用いたマイクロバルブの一部破断した概略斜視図である。
【図９】 同上を用いたマイクロバルブの概略断面図である。
【図１０】 参考例３を示し、一部破断した概略分解斜視図である。
【図１１】 同上の概略平面図である。
【図１２】 同上に用いる第１の半導体基板の概略平面図である。
【図１３】 同上を用いたマイクロバルブの一部破断した概略斜視図である。
【図１４】 同上に用いる第１の半導体基板の他の構成例を示す概略平面図である。
【図１５】 実施形態１を示し、一部破断した概略分解斜視図である。
【図１６】 実施形態２を示し、一部破断した概略分解斜視図である。
【図１７】 同上における突部の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１８】 同上の突部の形成方法の説明図である。
【図１９】 参考例４を示し、一部破断した概略斜視図である。
【図２０】 同上の概略断面図である。
【図２１】 第１の半導体基板の他の構成例の概略平面図である。
【図２２】 従来例を示し、一部破断した概略斜視図である。
【図２３】 同上の概略平面図である。
【図２４】 同上を用いたマイクロバルブを示し、一部破断した概略斜視図である。
【符号の説明】
２１ 第１枠部
２２ 可動子
２３ 連結片
３１ 第２枠部
３２ 押圧部
３３ 腕片
３４ａ，３４ｂ 熱絶縁部
３６ 撓み層
３７ 撓み層
３８ 可撓部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体マイクロアクチュエータおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造プロセスによって製造される極小型の半導体マイクロアクチュエータが各種提案されている。この種の半導体マイクロアクチュエータは、一般に半導体からなる枠状の支持基板の内側に可動子を配置し、支持基板の厚み方向に可撓性を有する可撓部材を介して支持基板と可動子とを連結した構造を有している。したがって、可撓部材を支持基板の厚み方向に撓ませることによって可動子を支持基板の厚み方向に変位させることができる。可撓部材を撓ませる構成としては、例えば、熱膨張係数の異なる複数の撓み層を積み重ねてバイメタルを形成し、このバイメタルを直熱式（バイメタル自身にヒータを持つ形式）または傍熱式（バイメタルとは別にヒータを持つ形式）で加熱する構成が一般的である。
【０００３】
この種の半導体マイクロアクチュエータとしては、例えば図２２および図２３に示すように、周縁が矩形状に形成されている可動子２の４辺に可撓部材としての腕片３を連結し、腕片３を介して可動子２をシリコンよりなる枠状の支持基板１に連結した構成のものが考えられている。腕片３は、可動子２と支持基板１との間にシリコンよりなる撓み層６と金属膜からなる撓み層７とを積層して形成したバイメタルを備える可撓部８を有し、可撓部８における撓み層６にはバイメタルを加熱するヒータとしての加熱部（図示せず）が拡散抵抗により形成されている。また、腕片３において支持基板１側の端部には可撓部８と支持基板１との間の熱絶縁をする熱絶縁性材料よりなる熱絶縁部４が設けられている。熱絶縁部４はフッ素化系樹脂やポリイミド樹脂などの熱絶縁性能がシリコンよりも高い合成樹脂を用いて形成されている。なお、上述の拡散抵抗よりなる加熱部は支持基板１に形成された配線（図示せず）を介して支持基板１に設けられたパッド（図示せず）に接続されている。また、熱絶縁部４の材料として例えば感光性のポリイミド樹脂を使用する場合、熱絶縁部４を形成する工程は、ポリイミド樹脂の塗布→露光→現像→ベーキング（以下、キュアと称す）の流れで行われている。
【０００４】
ところで、図２２および図２３に示した半導体マイクロアクチュエータは、マイクロバルブやマイクロリレーなどに用いられている。図２２および図２３に示した半導体マイクロアクチュエータを用いたマイクロバルブの一例を図２４に示す。図２４に示すマイクロバルブは、シリコン基板よりなるベース１０に形成した弁口１１を開閉する弁体として上記可動子２を利用するものであり、可動子２を弁口１１の開口面に直交する方向に移動させることで弁口１１を開閉する。可動子２は四角錐台状に形成されており、弁口１１との対向面は平面になっている。ここに、可動子２の平面形状は長方形状になっている。また、弁口１１の周部において可動子２との対向面には他の部位よりも突出する弁座１２が形成され、弁座１２の先端面は可動子２が密着して弁口１１を確実に閉止できるように平面状に仕上げられている。しかして、弁口１１は矩形状に開口してある。
【０００５】
図２４に示したマイクロバルブでは、腕片３が伸縮することによって可動子２が支持基板１の厚み方向に変位する際に、各腕片３の伸縮量が等しければ可動子２を平行に移動させることができ、弁口１１に可動子２を隙間なく密着させることができる。
【０００６】
また、上述の半導体マイクロアクチュエータを用いたマイクロリレーでは、例えば、可動子２の一面（図２２における下面）に可動接点が設けられ、可動子２の変位により上記可動接点が接離する固定接点を設けたベースを支持基板１と接合して構成したものが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の半導体マイクロアクチュエータでは、可撓部８が熱膨張係数の異なる撓み層６と撓み層７とを積層して形成されているので、上述の加熱部に通電していない場合でも可撓部８に内部応力に起因した反りが発生してしまう。また、腕片３において可撓部８と支持基板１との間に熱絶縁部４を設けてあるが、熱絶縁部４を形成する材料がキュア工程において硬化する際に収縮するので、腕片３に反りが発生してしまう。したがって、上述の半導体マイクロアクチュエータでは、上述の加熱部に通電していない状態で腕片３に反りが発生しており、反り量の制御が難しいので、マイクロバルブに用いた場合には可動子２と弁座１２との間の隙間寸法の制御が困難で流量制御が難しいという問題があり、マイクロリレーに用いた場合には所望の接点圧が得られない場合があるという問題があった。
【０００８】
また、上述した半導体マイクロアクチュエータでは、可動子２を中心として４方向に可撓部材（腕片３）が形成されており、多数の方向から可動子２が拘束されているから、可動子２を変位させるために比較的大きなエネルギを要することになる。つまり、消費電力が比較的大きくなってしまう。しかも、可撓部８のバイメタルの特性ばらつきにより、可動子２が平行に変位しない（つまり、可動子２が傾いて変位する）ことがあり、マイクロバルブに用いた場合にあっては弁口１１を閉止できない恐れがあり、マイクロリレーに用いた場合にあっては所望の接点圧が得られない恐れがあるとともに摩耗故障が起こりやすくなってしまう恐れがあった。
【０００９】
また、消費電力を低減するために支持基板１と可動子２とを連結する腕片３を１本だけにすることも考えられるが、可動子２が平行に変位しないので、マイクロバルブに用いた場合にあっては弁口１１を閉止できない、マイクロリレーに用いた場合にあっては所望の接点圧が得られないとともに摩耗故障が起こりやすいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動子が傾くことなく変位可能で且つ従来よりも低消費電力化が可能な半導体マイクロアクチュエータおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなることを特徴とするものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片により可動子と支持部とが連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部を備え、押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位し、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができる。
【００１２】
また、請求項１の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項１の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記連結片を４つ備え、前記各連結片が前記厚み方向に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、前記可動子を中心に十字状に配置されてなるので、前記連結片を撓みやすくしながらも前記可動子を平行に変位させることができ、しかも、平面形状が単純であるから半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が前記支持部に連結された第２片との他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されてなるので、請求項２の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になり、さらに低消費電力化を図ることができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、第１片の他端部に一端部が連結され前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片と、第２片の他端部に一端部が連結されるとともに第２片に対して第１片と同じ側に形成されて他端部が前記支持部に連結された第３片とを有するので、請求項２および請求項３の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより一層大きくすることが可能になり、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００１７】
請求項５の発明は、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを支持部の厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなることを特徴とするものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片によって可動子と支持部とが前記厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位し、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができる。また、可動子と支持部とが厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されているので、請求項２ないし請求項４の発明に比べて容易に製造することが可能となる。
【００１８】
また、請求項５の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができる。
【００１９】
また、請求項５の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記腕片は、前記押圧部を片持ちで支持するので、前記押圧部を拘束する方向が１方向になるから、前記押圧部を拘束する方向が複数ある場合に比べて低エネルギで前記押圧部を変位させることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、半導体よりなる枠状の第１枠部の内側に前記可動子および前記連結片が一体に形成された第１の半導体基板と、半導体よりなる枠状の第２枠部の内側に前記押圧部および前記腕片が一体に形成された第２の半導体基板とを備え、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが第１枠部と第２枠部とを重ねた形で接合され、第１枠部と第２枠部とで前記支持部が構成されてなるので、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを別々に形成し第１の半導体基板と第２の半導体基板とを接合すればよいから、容易に製造することができる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記支持部および前記可動子および前記連結片および前記押圧部および前記腕片が１つの半導体基板に一体に形成されてなるので、前記厚み方向における前記可動子と前記押圧部との位置精度を請求項７の発明に比べて高めることが可能になるとともに、材料コストを低減することが可能になる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記腕片において前記押圧部側の端部に設けられ前記押圧部との間の熱絶縁をする第１の熱絶縁部と、前記腕片において前記支持部側の端部に設けられ前記支持部との間の熱絶縁をする第２の熱絶縁部とを備えるので、比較的小さな熱エネルギで前記腕片を撓ませることができ、供給エネルギに対する前記押圧部の変位量を大きくすることができるから、結果的に供給エネルギに対する前記可動子の変位量を大きくすることができ、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記突部を前記可動子における前記押圧部との対向面から突設してなるので、前記突部を前記押圧部における前記可動子との対向面から突設する場合に比べて、半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記突部は、先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくしてなるので、前記突部と前記突部の対向面との接触面積を小さくすることができ、前記可動子に均等に押圧力を作用させることが可能となり、前記押圧部による押圧力の損失を少なくすることができるから、低消費電力化を図ることができる。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１の発明において、前記断熱性の高い材料としてポリイミド樹脂を用いてなるので、半導体製造プロセスとの整合性が良く、半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００２７】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロバルブを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、弁口を通る流体の流量の制御が容易になるとともに、弁口を前記可動子により確実に閉止することができる。
【００２８】
請求項１４の発明は、請求項１ないし請求項１３の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロリレーを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、可動接点と固定接点との接点圧を安定させることができるとともに摩耗故障の発生を少なくすることができる。
【００２９】
請求項１５の発明は、請求項１１記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法であって、前記突部に対応した部位にのみ熱絶縁材性料よりなる絶縁層を積層することで所望の突出寸法の絶縁層からなる突部を形成するようにし、最後に積層する絶縁層における前記厚み方向に直交する断面の面積を他の絶縁層に比べて小さくすることを特徴とし、所望の厚みの絶縁層からなる突部を先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積が他の部分に比べて小さくなるような形状に容易に製造することができ、可動子が傾くことなく変位可能で低消費電力化が可能な半導体マイクロアクチュエータを提供することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本参考例の半導体マイクロアクチュエータは図１および図２に示すように構成されており、図３に示すように、シリコン基板よりなるベース１０に形成した弁口１１を開閉する弁体としてのシリコンよりなる可動子２２を備え、可動子２２を弁口１１の開口面に直交する方向に移動させることで弁口１１を開閉する。可動子２２は四角錐台状に形成されており、弁口１１との対向面は平面になっている。ここに、可動子２２の平面形状は矩形状になる。弁口１１の周部において可動子２２との対向面には他の部位よりも突出する弁座１２が形成され、弁座１２の先端面は可動子２２が密着して弁口１１を確実に閉止できるように平面状に仕上げられている。しかして、本参考例では弁口１１は矩形状に開口する。
【００３１】
可動子２２は、ベース１０に重ねて接合された半導体（例えば、シリコン）よりなる第１枠部２１に対して可撓部材としての連結片２３を介して結合されている。第１枠部２１は矩形枠状に形成されており、可動子２２は第１枠部２１の内側に配置される。また、第１枠部２１と可動子２２とを連結する連結片２３は本参考例では２本設けられており、周縁が矩形状に形成されている可動子２２の２辺に可撓部材としての連結片２３の一端部が連結され、連結片２３の他端部が第１枠部２１に連結されている。ここにおいて、第１枠部２１および可動子２２および連結片２３は第１の半導体基板（例えば、シリコン基板）２０に一体に形成されている。なお、ベース１０と半導体基板２０とは陽極接合や金共晶接合などにより結合（接合）すればよい。
【００３２】
ところで、２本の連結片２３は、第１枠部２１の厚み方向（図３の上下方向）に可撓性を有し且つ第１枠部２１の厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されている。しかして、可動子２２を傾くことなく上記厚み方向へ平行に変位させることができる。なお、連結片２３の本数は２本に限定されるものではない。
【００３３】
また、本参考例の半導体マイクロアクチュエータは、可動子２２を押圧可能な半導体（例えば、シリコン）よりなる押圧部３２を備え、押圧部３２を上記厚み方向（図３の上下方向）に移動させることで弁口１１を可動子２２により開閉させる。すなわち、押圧部３２を図３における下方向に移動させることで押圧部３２により可動子２２が押圧され、可動子２２と弁座１２とが密着するように押圧させることで、弁口１１を閉止することができる。ここに、押圧部３２は四角錘台状に形成されており、可動子２２との対向面は平面になっている。また、押圧部３２の平面形状は矩形状になる。
【００３４】
押圧部３２は、半導体（例えば、シリコン）よりなる第２枠部３１に対して可撓部材としての腕片３３を介して結合されている。第２枠部３１は矩形枠状に形成されており、押圧部３２は第２枠部３１の内側に配置される。また、第２枠部３１と押圧部３２とを連結する腕片３３は本参考例では１本であり、腕片３３は押圧部３２を片持ちで支持している。ここにおいて、第２枠部３１および押圧部３２および腕片３３は第２の半導体基板（シリコン基板）３０に一体に形成されている。また、第２の半導体基板３０と上述の第１の半導体基板２０とは第２枠部３１と第１枠部２１とを重ねた形で接合されている。本参考例では、第１枠部２１と第２枠部３１とで半導体よりなる矩形枠状の支持部を構成している。
【００３５】
腕片３３は、押圧部３２と第２枠部３１との間に半導体（例えば、シリコン）よりなる撓み層３６と金属膜（例えば、アルミニウム、ニッケルなど）からなる撓み層３７とを積層して形成したバイメタルを備える可撓部３８を有し、可撓部３８における撓み層３６にはバイメタルを加熱するヒータとしての加熱部（図示せず）が拡散抵抗により形成されている。つまり、可撓部３８は直熱型のバイメタルとして機能する。ここに、撓み層３７の構成材料の撓み層３６への拡散を防止したり、撓み層３６と撓み層３７との結合力を高めたり、加熱部と撓み層３７とを電気的に絶縁したりするために、図４に示すように撓み層３６と撓み層３７との間に薄い絶縁膜（例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜など）を介在させるのが望ましい。なお、図４において撓み層３６の表面側に形成された拡散抵抗４１は上述の加熱部を構成し、第２の半導体基板３０の主表面（第１の半導体基板２０との接合面と反対側の面）側に設けられたパッド４２に配線４３を介して接続されている。
【００３６】
ところで、腕片３３において第２枠部３１側の端部には可撓部３８と第１枠部３１との間の熱絶縁をする熱絶縁性材料（例えば、感光性のポリイミド樹脂）よりなる熱絶縁部３４ａを設け、腕片３３において押圧部３２側の端部には可撓部３８と押圧部３２との間の熱絶縁をする熱絶縁性材料（例えば、感光性のポリイミド樹脂）よりなる熱絶縁部３４ｂを設けている。また、図示していないが腕片３３は熱絶縁部３４ａが形成された部位において幅方向の端部にシリコンよりなる部分を設けてある。ここに、熱絶縁部３４ａが形成された部位において幅方向に設けられたシリコンよりなる部分は上述の配線４３と加熱部との電気的接続に用いることができる。なお、熱絶縁部３４ａ，３４ｂは、例えば、腕片３３における熱絶縁部３４ａ，３４ｂの形成部位に対応した部位にそれぞれ幅の異なる溝を形成した後、例えばポリイミド樹脂を塗布して、続いてポリイミド樹脂をパターニングすることにより形成することができる。
【００３７】
腕片３３を上述の構造としたことによって、加熱部に通電すれば、撓み層３６と撓み層３７との熱膨張率の差によって可撓部３８が熱的膨張収縮により腕片３３の撓み量を変化させることになる。一般に、金属はシリコンよりも熱膨張係数が大きいから、本参考例のように撓み層３６に対してベース１０とは反対面側に撓み層３７を形成している場合には、常温では押圧部３２が可動子２２から離れるように寸法を設定し、可動子２２が弁口１１から離れるように寸法を設定しておくことによって、撓み層３６への通電時に押圧部３２を可動子２２に近づけて押圧することにより可動子２２を弁口１１に近づけて弁口１１を閉じることが可能になる。つまり、本参考例は常開型のマイクロバルブを構成している。
【００３８】
さらに腕片３３の両端部には熱絶縁性材料からなる熱絶縁部３４ａ，３４ｂを形成しているから、撓み層３６および撓み層３７よりなるバイメタルと第２枠部３１および押圧部３２とは熱絶縁をされていることになり、撓み層３６で発生した熱を第２枠部３１や押圧部３２に逃がさず、ほとんどの熱を腕片３３を撓ませるために利用することができる。その結果、加熱部への通電量に対する腕片３３の撓み量を大きくとることができる。換言すれば、低電力で押圧部３２を所望の変位量だけ変位させることができ、結果的に可動子２２を所望量だけ変位させることができる。
【００３９】
ところで、上述したように、可動子２２の２辺から連結片２３が１本ずつ延設されており且つ２本の連結片２３は一直線上に配置されており、可動子２２は図１の左右方向には拘束されていなものである。ここに、２本の連結片２３は、上述のように第１枠部２１の厚み方向（図３の上下方向）に可撓性を有し且つ上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されており、可動子２２が傾くことなく平行に変位することになる。また、腕片３３は押圧部３２を片持ちで支持しているので、押圧部３２を拘束する方向が一方向になるから、押圧部３２を拘束する方向が複数ある場合に比べて低エネルギで押圧部３２を変位させることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子２２の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になる。つまり、従来構成よりも低消費電力化を図ることが可能となる。しかも、可動子２２と第１枠部２１とを連結する２本の連結片２３には従来構成のようなバイメタルや熱絶縁部４（図２４参照）は形成されていないから、熱絶縁部４の形成に伴う反りをなくすことができて可動子２２と弁座１２との間の寸法を容易に設定することが可能となり、流量制御が容易になるとともに弁口１１を確実に閉止することが可能となる。また、図２２ないし図２４に示した従来構成では、支持基板１と可動子２とを連結している４本の腕片３にバイメタルが形成されており、バイメタルの特性のばらつきにより可動子２が傾く恐れがあったが、本参考例では、可動子２２と第１枠部２１とを連結している２本の連結片２３にバイメタルを形成していないから、バイメタルの特性のばらつきによる可動子２２の傾きという問題は発生しない。したがって、可動子２２を拘束している連結片２３の撓みをアクチュエータとしての理想的な撓みに近づけることができる。
【００４０】
なお、上述の例ではベース１０をシリコン基板としているが、ガラス基板を用いてもよい。
【００４１】
（参考例２）
本参考例の半導体マイクロアクチュエータの基本構成は参考例１と略同じであって、図５ないし図９に示すように、第１の半導体基板２０に４本の連結片２３（図７参照）を一体に形成し、各連結片２３が第１枠部３１の厚み方向（図６の上下方向）に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、可動子２２を中心として十字状に配置している点が相違する。要するに、本参考例では、周縁が矩形状に形成されている可動子２２の４辺に可撓部材としての連結片２３の一端部が連結され、連結片２３の他端部が第１枠部２１に連結されている。ここにおいて、４本の連結片２３は、上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されている。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。ここに、図８および図９は参考例１と同様のマイクロバルブを構成している。
【００４２】
しかして、本参考例では、参考例１と同様に、可動子２２を傾くことなく平行に変位させることが可能になるとともに従来構成に比べて低消費電力化を図ることができる。また、参考例１のように２本の連結片２３により可動子２２を支持している場合に比べて可動子２２の傾く可能性を小さくすることができ、より確実に可動子２２を平行に変位させることが可能となる。なお、第１の半導体基板２０には第１枠部２１および可動子２２および４本の連結片２３が一体に形成されているが、平面形状は単純であるから半導体製造プロセスで容易に製造することができる。
【００４３】
（参考例３）
本参考例の半導体マイクロアクチュエータの基本構成は参考例１と略同じであって、図１０ないし図１３に示すように、第１の半導体基板２０に４本の連結片２３（図１２参照）を一体に形成し、各連結片２３が第１枠部３１の厚み方向に直交する面内でそれぞれＬ字状に形成されている点が相違する。ここにおいて、各連結片２３は、可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が可動子２２に連結された第１片２３ａと、可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が第１枠部２１に連結された第２片２３ｂとの他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されている。要するに、本参考例では、周縁が矩形状に形成されている可動子２２の４辺に可撓部材としての連結片２３の一端部が連結され、連結片２３の他端部が第１枠部２１に連結されている。ここにおいて、４本の連結片２３は、上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として対称性（回転対称性）を有するように配置されている。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。ここに、図１３は参考例１と同様のマイクロバルブを構成している。
【００４４】
しかして、本参考例では、参考例１と同様に、可動子２２を傾くことなく平行に変位させることが可能になるとともに従来構成に比べて低消費電力化を図ることができる。また、参考例１のように２本の連結片２３により可動子２２を支持している場合に比べて可動子２２の傾く可能性を小さくすることができ、より確実に可動子２２を平行に変位させることが可能となる。また、本参考例では、各連結片２３をＬ字状に形成してあるので、参考例２のように直線状の形状に形成する場合に比べて連結片２３の長さを長くすることができて連結片２３が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子２２の変位量をより一層大きくすることが可能になる。
【００４５】
なお、本参考例では、各連結片２３をＬ字状に形成してあるが、図１４に示すような形状に形成してもよい。図１４における各連結片２３は、可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が可動子２２に連結された第１片２３ａと、第１片２３ａの他端部に一端部が連結され可動子２２と第１枠部２１との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片２３ｂと、第２片２３ｂの他端部に一端部が連結されるとともに第２片２３ｂに対して第１片２３ａと同じ側に形成されて他端部が第１枠部２１に連結された第３片２３ｃとを有する。ここにおいて、４本の連結片２３は、上記厚み方向に直交する面内で可動子２２を中心として回転対称性を有するように配置されている。各連結片２３を図１４に示すような形状に形成すれば、連結片２３の長さをより長くすることができて連結片２３をさらに撓みやすくすることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子２２の変位量をさらに大きくすることができる。
【００４６】
（実施形態１）
ところで、参考例３の半導体マイクロアクチュエータにおいては加熱部に通電していない初期状態において可動子２２と押圧部３２とが接触しないように可動子２２と押圧部３２との対向面間に隙間を形成してある。しかしながら、押圧部３２と第２枠部３１とを連結している腕片３３の両端部に熱絶縁部３４ａ，３４ｂを設けているので、腕片３３に反りが生じてしまう恐れがある。例えば、熱絶縁部３４ａ，３４ｂの材料としてポリイミド樹脂を用いている場合、上述のキュア工程において硬化する際に収縮して腕片３３に反りが生じてしまう恐れがある。このような反りが生じた場合には、押圧部３２と可動子２２との間の隙間が大きくなり、弁口１１を可動子２２により閉止させるために変位させる押圧部３２の変位量が大きくなるから、消費電力が増大してしまう恐れがある。
【００４７】
これに対して、本実施形態の半導体マイクロアクチュエータでは、図１５に示すように、押圧部３２における可動子２２との対向面に押圧部３２と可動子２２との対向面間（２面間）の距離を他の部位よりも小さくする突部５０が突設されているので、腕片３３に反りが生じている場合でも参考例３に比べて押圧部３２と可動子２２との間の距離が小さくなり、低消費電力化を図ることが可能となる。ここにおいて、突部５０の材料としては、断熱性を有する熱絶縁性材料（例えば、ポリイミド樹脂）を用いることが望ましい。突部５０を熱絶縁性材料により形成すれば、押圧部３２と可動子２２との間で突部５０を介して熱が伝わるのを防止することができ、供給エネルギに対する押圧部３２の変位量が低下することを防止することができる。なお、参考例３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態の半導体マイクロアクチュエータの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１６に示すように、押圧部３２と可動子２２との対向面間の距離を他の部位よりも小さくする突部５０を可動子２２における押圧部３２との対向面上に突設している点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
しかして、本実施形態においても実施形態１と同様、腕片３３に反りが生じている場合でも参考例３に比べて押圧部３２と可動子２２との間の距離が小さくなり、低消費電力化を図ることが可能となる。また、本実施形態では、可動子２２における押圧部３２との対向面上に突部５０を突設しているので、実施形態１のように押圧部３２における可動子２２との対向面に突部５０を突設する場合に比べて半導体製造プロセスでの製造が容易になる。
【００５０】
ところで、突部５０を図１７に示すように、先端部において上記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくすれば、突部５０と押圧部３２との接触面積をより小さくすることができ、可動子２２により均等に押圧力を作用させることが可能となり、押圧部３２による押圧力の損失を少なくすることができるから、さらに低消費電力化を図ることができる。
【００５１】
図１７に示すような形状の突部５０を形成するには、例えば、図１８（ａ）に示すように、可動子２２上に熱絶縁性材料（例えば、ポリイミド樹脂）よりなる絶縁層５１を形成した後、絶縁層５１上に熱絶縁性材料（例えば、ポリイミド樹脂）よりなる絶縁層５２を積層すればよい。ここにおいて、最終的に積層する絶縁層５２は、上記先端部を構成するものであって、上記厚み方向における断面の面積が絶縁層５１に比べて小さくなっている。また、絶縁層５２は絶縁層５１の中央部上に形成されている。上述のように絶縁層５１上に絶縁層５２を積層するような製造方法を採用することによって、図１７に示すような形状の突部５０を容易に形成することができる。なお、絶縁層５１の厚さが比較的厚い場合には、ポリイミド樹脂の塗布→露光→現像→キュアの工程を複数回繰り返して所望の厚さの絶縁層５１を形成するようにして、最終的に所望の突出寸法の突部５０が形成されるようにすればよい。
【００５２】
（参考例４）
本参考例では参考例２と同様の半導体マイクロアクチュエータを用いた図１９および図２０に示す構成のマイクロリレーを例示する。半導体マイクロアクチュエータの基本構成は参考例２と略同じであって、図１９および図２０に示すように、ガラス基板よりなるベース８０の一表面上に形成した固定接点７１，７２に接離する可動接点６０を可動子２２におけるベース８０との対向面側に備えており、可動子２２を第１枠部２１の厚み方向（図２０における上下方向）に移動させることで可動接点６０を固定接点７１，７２に接離させる。つまり、本参考例は常開型のマイクロリレーを構成している。なお、ベース８０は第１枠部２１に結合（接合）されている。
【００５３】
しかして、本参考例のマイクロリレーでは、可動子２２が傾くことなく変位するから、可動接点６０と固定接点７１，７２との接点圧を安定させることができるとともに摩耗故障を起こりにくくすることができる。また、参考例２と同様に半導体マイクロアクチュエータでの消費電力を従来構成に比べて少なくすることができる。
【００５４】
ところで、上記各実施形態および上記各参考例では、複数本の連結片２３を設けていたが、図２１に示すように、連結片２３が可動子２２と第１枠部２１とを第１枠部２１の厚み方向に直交する面内で可動子２２の全周にわたって連結するようにしてもよく、このような構造を採用すれば複数本の連結片２３を形成する場合に比べて、製造が容易になるとともに、可動子２２が変位する際に傾くのをより一層確実に防止することができる。
【００５５】
また、上記各実施形態および上記各参考例では、第１枠部２１および可動子２２および連結片２３が一体に形成された第１の半導体基板２０と、第２枠部３１および押圧部３２および腕片３３が一体に形成された第２の半導体基板３０とを第１枠部２１と第２枠部３１とを重ね合わせた形で接合しているが、第１枠部２１と第２枠部３１とからなる支持部および可動子２２および連結片２３および押圧部３２および腕片３３を１つの半導体基板に一体に形成するようにすれば、上記厚み方向における可動子２２と押圧部３２との位置精度を高めることが可能になるとともに、材料コストを低減することが可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片により可動子と支持部とが連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部を備え、押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位するという効果があり、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００５７】
また、請求項１の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができるという効果がある。
【００５８】
また、請求項１の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できるという効果がある。
【００５９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記連結片を４つ備え、前記各連結片が前記厚み方向に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、前記可動子を中心に十字状に配置されているので、前記連結片を撓みやすくしながらも前記可動子を平行に変位させることができ、しかも、平面形状が単純であるから半導体製造プロセスでの製造が容易になるという効果がある。
【００６０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が前記支持部に連結された第２片との他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されているので、請求項２の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になり、さらに低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００６１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、第１片の他端部に一端部が連結され前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片と、第２片の他端部に一端部が連結されるとともに第２片に対して第１片と同じ側に形成されて他端部が前記支持部に連結された第３片とを有するので、請求項２および請求項３の発明に比べて連結片の長さを長くすることができて連結片が撓みやすくなるから、供給エネルギに対する可動子の変位量をより一層大きくすることが可能になり、より一層の低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００６２】
請求項５の発明は、半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを支持部の厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるものであり、支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片によって可動子と支持部とが前記厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されており、支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と支持部とを連結する腕片の熱的膨張収縮により押圧部が前記厚み方向に変位するから、可動子が傾くことなく平行に変位するという効果があり、しかも、可動子と支持部とを連結している連結片を熱的膨張収縮させる必要がなく、押圧部と支持部とを連結する腕片は前記押圧部を平行に変位させる必要がなくて少なくとも１本あればよいから、従来構成よりも低エネルギで可動子を変位させることが可能になり、供給エネルギに対する可動子の変位量を従来構成よりも大きくすることが可能になるので、低消費電力化を図ることができるという効果がある。また、可動子と支持部とが厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結されているので、請求項２ないし請求項４の発明に比べて容易に製造することが可能となる。
【００６３】
また、請求項５の発明は、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなるので、腕片や連結片などの反りに起因して可動子と押圧部との間の距離が大きくなるような場合に消費電力の増大を抑制することができるという効果がある。
【００６４】
また、請求項５の発明は、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなるので、腕片から押圧部および前記突部を介して可動子へ熱が伝わるのを防ぐことができ、供給エネルギに対する押圧部の変位量が低下することを防止できるという効果がある。
【００６５】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記腕片は、前記押圧部を片持ちで支持するので、前記押圧部を拘束する方向が１方向になるから、前記押圧部を拘束する方向が複数ある場合に比べて低エネルギで前記押圧部を変位させることができ、結果的に供給エネルギに対する可動子の変位量をより大きくすることが可能になるという効果がある。
【００６６】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、半導体よりなる枠状の第１枠部の内側に前記可動子および前記連結片が一体に形成された第１の半導体基板と、半導体よりなる枠状の第２枠部の内側に前記押圧部および前記腕片が一体に形成された第２の半導体基板とを備え、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが第１枠部と第２枠部とを重ねた形で接合され、第１枠部と第２枠部とで前記支持部が構成されてなるので、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを別々に形成し第１の半導体基板と第２の半導体基板とを接合すればよいから、容易に製造することができるという効果がある。
【００６７】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記支持部および前記可動子および前記連結片および前記押圧部および前記腕片が１つの半導体基板に一体に形成されているので、前記厚み方向における前記可動子と前記押圧部との位置精度を請求項７の発明に比べて高めることが可能になるとともに、材料コストを低減することが可能になるという効果がある。
【００６８】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記腕片において前記押圧部側の端部に設けられ前記押圧部との間の熱絶縁をする第１の熱絶縁部と、前記腕片において前記支持部側の端部に設けられ前記支持部との間の熱絶縁をする第２の熱絶縁部とを備えるので、比較的小さな熱エネルギで前記腕片を撓ませることができ、供給エネルギに対する前記押圧部の変位量を大きくすることができるから、結果的に供給エネルギに対する前記可動子の変位量を大きくすることができ、より一層の低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００６９】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記突部を前記可動子における前記押圧部との対向面から突設してなるので、前記突部を前記押圧部における前記可動子との対向面から突設する場合に比べて、半導体製造プロセスでの製造が容易になるという効果がある。
【００７０】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０の発明において、前記突部は、先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくしてあるので、前記突部と前記突部の対向面との接触面積を小さくすることができ、前記可動子に均等に押圧力を作用させることが可能となり、前記押圧部による押圧力の損失を少なくすることができるから、低消費電力化を図ることができるという効果がある。
【００７１】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１の発明において、前記断熱性の高い材料としてポリイミド樹脂を用いてなるので、半導体製造プロセスとの整合性が良く、半導体製造プロセスでの製造が容易になるという効果がある。
【００７２】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロバルブを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、弁口を通る流体の流量の制御が容易になるとともに、弁口を前記可動子により確実に閉止することができるという効果がある。
【００７３】
請求項１４の発明は、請求項１ないし請求項１３の発明において、前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されているので、マイクロリレーを構成しており、前記可動子が従来構成に比べて低消費電力で前記厚み方向に傾くことなく平行に変位されるから、可動接点と固定接点との接点圧を安定させることができるとともに摩耗故障の発生を少なくすることができるという効果がある。
【００７４】
請求項１５の発明は、請求項１１記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法であって、前記突部に対応した部位にのみ熱絶縁材性料よりなる絶縁層を積層することで所望の突出寸法の絶縁層からなる突部を形成するようにし、最後に積層する絶縁層における前記厚み方向に直交する断面の面積を他の絶縁層に比べて小さくすることを特徴とし、所望の厚みの絶縁層からなる突部を先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積が他の部分に比べて小さくなるような形状に容易に製造することができ、可動子が傾くことなく変位可能で低消費電力化が可能な半導体マイクロアクチュエータを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１を示す概略平面図である。
【図２】 同上の一部破断した概略分解斜視図である。
【図３】 同上を用いたマイクロバルブの概略断面図である。
【図４】 同上の要部断面図である。
【図５】 参考例２を示し、一部破断した概略斜視図である。
【図６】 同上の概略断面図である。
【図７】 同上に用いる第１の半導体基板の概略平面図である。
【図８】 同上を用いたマイクロバルブの一部破断した概略斜視図である。
【図９】 同上を用いたマイクロバルブの概略断面図である。
【図１０】 参考例３を示し、一部破断した概略分解斜視図である。
【図１１】 同上の概略平面図である。
【図１２】 同上に用いる第１の半導体基板の概略平面図である。
【図１３】 同上を用いたマイクロバルブの一部破断した概略斜視図である。
【図１４】 同上に用いる第１の半導体基板の他の構成例を示す概略平面図である。
【図１５】 実施形態１を示し、一部破断した概略分解斜視図である。
【図１６】 実施形態２を示し、一部破断した概略分解斜視図である。
【図１７】 同上における突部の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１８】 同上の突部の形成方法の説明図である。
【図１９】 参考例４を示し、一部破断した概略斜視図である。
【図２０】 同上の概略断面図である。
【図２１】 第１の半導体基板の他の構成例の概略平面図である。
【図２２】 従来例を示し、一部破断した概略斜視図である。
【図２３】 同上の概略平面図である。
【図２４】 同上を用いたマイクロバルブを示し、一部破断した概略斜視図である。
【符号の説明】
２１ 第１枠部
２２ 可動子
２３ 連結片
３１ 第２枠部
３２ 押圧部
３３ 腕片
３４ａ，３４ｂ 熱絶縁部
３６ 撓み層
３７ 撓み層
３８ 可撓部
Claims (15)
- 半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有し且つ前記厚み方向に直交する面内で可動子を中心として回転対称性を有するように配置された複数の連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなることを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記連結片を４つ備え、前記各連結片が前記厚み方向に直交する面内でそれぞれ直線状に形成され、前記可動子を中心に十字状に配置されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が前記支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成され一端部が前記支持部に連結された第２片との他端部同士が連結されたＬ字状の形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記支持部が矩形枠状であって、前記可動子の周縁が前記支持部の各辺に平行な矩形状を有し、前記各連結片は、前記可動子と前記支持部との対向する２辺に直交する方向に形成され一端部が前記可動子に連結された第１片と、第１片の他端部に一端部が連結され前記可動子と前記支持部との対向する２辺に平行な方向に形成された第２片と、第２片の他端部に一端部が連結されるとともに第２片に対して第１片と同じ側に形成されて他端部が前記支持部に連結された第３片とを有することを特徴とする請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 半導体よりなる枠状の支持部と、支持部の内側に配置され支持部の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と支持部とを支持部の厚み方向に直交する面内で可動子の全周にわたって連結するとともに支持部の厚み方向に可撓性を有する連結片と、支持部の内側で支持部の厚み方向において可動子に重なる部位に配置され可動子を押圧可能な押圧部と、互いに熱膨張係数の異なる層が重なり押圧部と支持部とを連結するとともに熱的膨張収縮により押圧部を前記厚み方向に変位させる腕片とを備えてなり、押圧部と可動子との互いの対向面の一方に２面間の距離を他の部位に比べて小さくする突部が突設されてなり、前記突部を可動子および押圧部よりも断熱性の高い材料により形成してなることを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記腕片は、前記押圧部を片持ちで支持することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 半導体よりなる枠状の第１枠部の内側に前記可動子および前記連結片が一体に形成された第１の半導体基板と、半導体よりなる枠状の第２枠部の内側に前記押圧部および前記腕片が一体に形成された第２の半導体基板とを備え、第１の半導体基板と第２の半導体基板とが第１枠部と第２枠部とを重ねた形で接合され、第１枠部と第２枠部とで前記支持部が構成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記支持部および前記可動子および前記連結片および前記押圧部および前記腕片が１つの半導体基板に一体に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記腕片において前記押圧部側の端部に設けられ前記押圧部との間の熱絶縁をする第１の熱絶縁部と、前記腕片において前記支持部側の端部に設けられ前記支持部との間の熱絶縁をする第２の熱絶縁部とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記突部を前記可動子における前記押圧部との対向面から突設してなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記突部は、先端部において前記厚み方向に直交する断面の面積を他の部分に比べて小さくしてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記断熱性の高い材料としてポリイミド樹脂を用いてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記可動子の前記厚み方向への変位により開閉される弁口を形成したベースが前記支持部に結合されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 前記可動子における前記押圧部との対向面と反対側の面に可動接点が設けられ、前記可動子の前記厚み方向への変位により前記可動接点と接離する固定接点を設けたベースが前記支持部に結合されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
- 請求項１１記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法であって、前記突部に対応した部位にのみ熱絶縁性材料よりなる絶縁層を積層することで所望の突出寸法の絶縁層からなる突部を形成するようにし、最後に積層する絶縁層における前記厚み方向に直交する断面の面積を他の絶縁層に比べて小さくすることを特徴とする半導体マイクロアクチュエータの製造方法。
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