JPH0786002A - Method of manufacturing actuator - Google Patents

Method of manufacturing actuator

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JPH0786002A
JPH0786002A JP5231117A JP23111793A JPH0786002A JP H0786002 A JPH0786002 A JP H0786002A JP 5231117 A JP5231117 A JP 5231117A JP 23111793 A JP23111793 A JP 23111793A JP H0786002 A JPH0786002 A JP H0786002A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
flexible thin
actuator
semiconductor substrate
shape memory
Prior art date
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Pending
Application number
JP5231117A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Kaneko
新二 金子
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0786002A publication Critical patent/JPH0786002A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a manufacturing method of stably manufacturing an actuator having very thin substrate at low cost. CONSTITUTION:A structure manufactured by respective steps including the forming step of an aperture part 14 is provided with a semiconductor substrate 12 leaving a framed shape intact. At this time, a flexible thin film 16 extends over the whole surface of the semiconductor substrate 12 in such a way as to cover the aperture part 14 wherein an actuator 10 is constituted. This actuator 10 is composed of a flexible thin film 16, shape memory alloys 20 provided on the surface of the thin film 16 and electronic circuits 18 provided on the rear surface thereof as well as wirings 22 and electrothermal converters 26 provided inside the flexible thin film 16. This structure 10 is cut down out of the structure by properly cutting off this flexible thin film 16. Furthermore, this actuator 10 is electrically connected to outer elements by forming an aperture part in the flexible thin film 16 on the part of the electrode forming regions 24 in the end parts of the wirings 22.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアクチュエーター、特に
マイクロアクチュエーターの製造方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing an actuator, in particular a microactuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロマシン技術に関心が集ま
っており、医療用マイクロロボットなどへの適用が期待
されている。これには微小化されたマイクロアクチュエ
ーターの実現が必須である。これに関連して、例えば形
状記憶合金を利用した多関節マニピュレーターが特開昭
63−136014に開示されている。このマニピュレ
ーターにも利用されている形状記憶合金アクチュエータ
ーは、変位量と単位体積当たりの発生力量が大きく、マ
イクロアクチュエーターとして有望視されている。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on micromachine technology, and its application to medical microrobots is expected. For this, it is essential to realize a miniaturized microactuator. In this regard, for example, an articulated manipulator using a shape memory alloy is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-136014. The shape memory alloy actuator that is also used in this manipulator has a large displacement amount and a generated force amount per unit volume, and is regarded as a promising microactuator.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このようなマニピュレ
ーターでは、形状記憶合金を加熱するための電力を熱に
変換する電熱変換素子やフィードバック用のセンサーが
関節毎に設けられるため、関節数が多くなるとこれに伴
なって配線数が非常に多くなる。これを避けるには、形
状記憶合金を制御するための電子回路を関節毎に設けな
ければならない。これらの微小な構成要素を個別に作成
し組み立てることは、小型化にとって大きな障害である
と共に製造コストの増大につながる。このような理由か
ら、組み立ての必要のない新規な製造技術の確立が望ま
れている。
In such a manipulator, an electrothermal conversion element for converting electric power for heating the shape memory alloy into heat and a feedback sensor are provided for each joint, so that the number of joints increases. Along with this, the number of wirings becomes very large. To avoid this, an electronic circuit for controlling the shape memory alloy must be provided for each joint. Individually creating and assembling these minute components is a major obstacle to miniaturization and leads to an increase in manufacturing cost. For these reasons, it is desired to establish a new manufacturing technology that does not require assembly.

【0004】このようなマイクロアクチュエーターを従
来の技術で実現する方法としては、フレキシブル基板を
製造する技術の応用が考えられる。一般にフレキシブル
基板は、銅などの配線材をポリイミドなどの可撓性材料
で挟んで作られ、この配線材の電極領域のポリイミドに
開口部を設け、集積回路や各種電子部品が実装される。
この手法を応用し、フレキシブル基板に制御用の電子回
路や電熱変換素子、センサー、変位素子などを実装する
ことによって、マイクロアクチュエーターを実現するこ
とができる。この方法では各種の機能要素を個別にフレ
キシブル基板上に実装しなければならない。この実装に
必要な空間的領域は小型化にとって障害となる。また、
工程数が多いため製造コストの面で不利である。さら
に、フレキシブル基板の薄膜化も100μm程度が限界
である。本発明は、基板が非常に薄い形状記憶合金アク
チュエーターを安定かつ安価に製造する方法を提供する
ことを目的とする。
As a method of realizing such a microactuator by a conventional technique, application of a technique for manufacturing a flexible substrate can be considered. Generally, a flexible substrate is made by sandwiching a wiring material such as copper with a flexible material such as polyimide. An opening is provided in the polyimide in the electrode region of the wiring material to mount an integrated circuit and various electronic components.
By applying this method and mounting a control electronic circuit, an electrothermal conversion element, a sensor, a displacement element, or the like on a flexible substrate, a microactuator can be realized. In this method, various functional elements must be individually mounted on a flexible substrate. The spatial area required for this implementation is an obstacle to miniaturization. Also,
Since there are many steps, it is disadvantageous in terms of manufacturing cost. Furthermore, the thinning of the flexible substrate is limited to about 100 μm. It is an object of the present invention to provide a method for stably and inexpensively manufacturing a shape memory alloy actuator having a very thin substrate.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、可撓性薄膜
と、可撓性薄膜上に設けた温度に応じて変形する形状記
憶合金と、形状記憶合金を加熱するための可撓性薄膜内
に設けた電熱変換素子と、電熱変換素子を外部回路と電
気的に接続するための可撓性薄膜内に設けた配線とを有
しているアクチュエーターの製造方法であり、電熱変換
素子と配線を内部に有している可撓性薄膜を半導体基板
の第一主面の全面に形成する工程と、可撓性薄膜上に形
状記憶合金を設ける工程と、半導体基板のアクチュエー
ター形成領域内に位置する部分を第一主面の反対側の第
二主面から選択的に除去して可撓性薄膜を露出させる基
板除去工程とを有している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a flexible thin film, a shape memory alloy provided on the flexible thin film that deforms in response to temperature, and a flexible thin film for heating the shape memory alloy. A method for manufacturing an actuator, comprising: an electrothermal conversion element provided inside; and a wiring provided inside a flexible thin film for electrically connecting the electrothermal conversion element to an external circuit. Forming a flexible thin film having the inside thereof on the entire first main surface of the semiconductor substrate, providing a shape memory alloy on the flexible thin film, and arranging the flexible thin film in the actuator formation region of the semiconductor substrate. And a substrate removing step of exposing the flexible thin film by selectively removing the portion to be etched from the second main surface opposite to the first main surface.

【0006】あるいは、本発明は、可撓性薄膜と、可撓
性薄膜上に設けた温度に応じて変形する形状記憶合金
と、形状記憶合金を加熱するための可撓性薄膜内に設け
た電熱変換素子と、電熱変換素子を制御するための電子
回路と、電熱変換素子と電子回路を外部回路と電気的に
接続するための可撓性薄膜内に設けた配線とを有してい
るアクチュエーターの製造方法であり、半導体基板の第
一主面上に電子回路を形成する工程と、電熱変換素子と
配線を内部に有している可撓性薄膜を半導体基板の第一
主面の全面に形成する工程と、可撓性薄膜上に形状記憶
合金を設ける工程と、半導体基板のアクチュエーター形
成領域内に位置する部分を第一主面の反対側の第二主面
から選択的に除去して可撓性薄膜と電子回路を露出させ
る基板除去工程とを有している。
Alternatively, according to the present invention, the flexible thin film, the shape memory alloy provided on the flexible thin film, which deforms depending on the temperature, and the flexible thin film for heating the shape memory alloy are provided. An actuator having an electrothermal conversion element, an electronic circuit for controlling the electrothermal conversion element, and wiring provided in a flexible thin film for electrically connecting the electrothermal conversion element and the electronic circuit to an external circuit A method of manufacturing an electronic circuit on the first main surface of the semiconductor substrate, and a flexible thin film having an electrothermal conversion element and wiring inside, on the entire first main surface of the semiconductor substrate. A step of forming, a step of providing a shape memory alloy on the flexible thin film, and a portion of the semiconductor substrate located in the actuator forming region is selectively removed from the second main surface opposite to the first main surface. The flexible thin film and the substrate removal process that exposes the electronic circuit It is.

【0007】[0007]

【作用】本発明では、半導体製造技術を利用して、アク
チュエーターをいったん半導体基板上に製造する。その
後、アクチュエーターの周囲に枠となる部分を残して半
導体基板を選択的に除去する。この結果、アクチュエー
ターの周囲が残った半導体基板によって支持された状態
の構造体が得られる。アクチュエーターは、使用時に、
可撓精薄膜を適当に切断することにより構造体から切り
放され、他の構造体等に実装される。
In the present invention, the actuator is once manufactured on the semiconductor substrate by utilizing the semiconductor manufacturing technology. After that, the semiconductor substrate is selectively removed while leaving a frame portion around the actuator. As a result, a structure is obtained in which the periphery of the actuator is supported by the semiconductor substrate. When using the actuator,
By appropriately cutting the flexible thin film, it is cut off from the structure and mounted on another structure or the like.

【0008】次に、本発明の工程を経て得られる構造体
について図1を参照しながら説明する。図1において、
(A)は構造体の上面図、(B)は構造体を(A)の1
B−1B線で切った断面図である。構造体は、半導体基
板を選択的に除去して開口部14を形成した結果として
枠状に残った半導体基板12を有している。この半導体
基板12の上には、開口部14を覆う可撓性薄膜16が
全面に渡って設けられている。開口部14の箇所にアク
チュエーター10が構成されている。アクチュエーター
は、可撓性薄膜16と、可撓性薄膜16の上面に設けた
形状記憶合金20と、形状記憶合金20を加熱するため
の電熱変換素子(ヒーター)26と、可撓性薄膜16の
下面に設けた電子回路18と、可撓性薄膜16の内部に
設けた配線22とで構成される。このアクチュエーター
は、使用時に、可撓性薄膜16を適当に切断することに
より、所望の形状で切り放される。また、外部の回路と
の接続は、配線22の端部の電極形成領域24の部分に
おいて、可撓性薄膜16に開口を形成して行なう。
Next, the structure obtained through the steps of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG.
(A) is a top view of the structure, (B) is the structure of (A) 1
It is sectional drawing cut | disconnected by the B-1B line. The structure has the semiconductor substrate 12 remaining in a frame shape as a result of selectively removing the semiconductor substrate and forming the opening 14. A flexible thin film 16 covering the opening 14 is provided over the entire surface of the semiconductor substrate 12. The actuator 10 is formed at the opening 14. The actuator includes a flexible thin film 16, a shape memory alloy 20 provided on the upper surface of the flexible thin film 16, an electrothermal conversion element (heater) 26 for heating the shape memory alloy 20, and a flexible thin film 16. It is composed of an electronic circuit 18 provided on the lower surface and a wiring 22 provided inside the flexible thin film 16. This actuator is cut off in a desired shape by appropriately cutting the flexible thin film 16 during use. The connection with an external circuit is made by forming an opening in the flexible thin film 16 in the electrode forming region 24 at the end of the wiring 22.

【0009】このアクチュエーターを実装してマニピュ
レーターとした湾曲管を図2に示す。湾曲管30は、回
転軸34を有する複数の湾曲コマ32から構成されてい
る。湾曲コマ32は三つで一つの湾曲部を構成してい
る。図には第一湾曲部36と第二湾曲部38を示してあ
る。第一湾曲部36と第二湾曲部38は、それを構成し
ている湾曲コマ32の回転軸34が直交しており、互い
に直交する方向に湾曲する。湾曲管30には、図1に示
したアクチュエーター10が実装されており、一つの湾
曲部に一つの形状記憶合金20が配置されている。形状
記憶合金20は、湾曲部に長手方向に延びている凹部4
0と、その上方に設けたガイド42との間に、摺動可能
に挿入されている。この構成により、形状記憶合金20
の変形に応じて、各湾曲部が所定の方向に曲がる。
FIG. 2 shows a bending tube in which this actuator is mounted and used as a manipulator. The bending tube 30 is composed of a plurality of bending pieces 32 having a rotating shaft 34. The three bending pieces 32 form one bending portion. In the figure, a first bending portion 36 and a second bending portion 38 are shown. The first bending portion 36 and the second bending portion 38 are curved in directions in which the rotating shafts 34 of the bending pieces 32 forming the first bending portion 36 and the second bending portion 38 are orthogonal to each other. The actuator 10 shown in FIG. 1 is mounted on the bending tube 30, and one shape memory alloy 20 is arranged on one bending portion. The shape memory alloy 20 has a concave portion 4 extending in the longitudinal direction in the curved portion.
It is slidably inserted between 0 and the guide 42 provided above it. With this configuration, the shape memory alloy 20
Each bending portion bends in a predetermined direction according to the deformation of the.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の第一実施例について図3〜図7を参
照しつつ説明する。図3に示すように、半導体基板10
2の両面に減圧化学気相成長法によってシリコン窒化膜
104と106を形成する。下面のシリコン窒化膜10
6に対して、通常の集積回路製造技術で用いるリソグラ
フィー工程を用いて、所定領域をエッチングして開口部
108を形成する。上面のシリコン窒化膜104の上に
ポリイミド膜110を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 10
Silicon nitride films 104 and 106 are formed on both surfaces of No. 2 by low pressure chemical vapor deposition. Lower surface silicon nitride film 10
6, a predetermined region is etched to form the opening 108 by using a lithography process used in a general integrated circuit manufacturing technique. A polyimide film 110 is formed on the silicon nitride film 104 on the upper surface.

【0011】図4に示すように、ポリイミド膜110の
上に、配線として機能するアルミ薄膜パターン112、
のちに設ける形状記憶合金を加熱するためのヒーター
(電熱変換素子)として機能するチタン薄膜パターン1
16、コンスタンタン薄膜パターン118と銅薄膜パタ
ーン120を形成する。コンスタンタン薄膜パターン1
18と銅薄膜パターン120は端部が電気的に接続され
ていて、温度センサーとして機能する熱電対を構成して
いる。アルミ薄膜パターン112、コンスタンタン薄膜
パターン118、銅薄膜パターン120は、いずれも端
部に電極形成領域114を有している。これは、外部と
の電気的な接続を図る目的でコンタクトホールを形成す
る際に役に立つ。上述した金属薄膜パターンは、例えば
レーザーアシストCVDやスパッタ蒸着とリソグラフィ
ー技術を用いて形成される。リソグラフィー技術を適用
する場合には必要に応じてポリイミドによる層間絶縁膜
の形成とリソグラフィー技術によるコンタクトホールの
形成を行なう。
As shown in FIG. 4, on the polyimide film 110, an aluminum thin film pattern 112 functioning as wiring,
Titanium thin film pattern 1 that functions as a heater (electrothermal conversion element) for heating a shape memory alloy to be provided later
16. A constantan thin film pattern 118 and a copper thin film pattern 120 are formed. Constantan thin film pattern 1
The ends of 18 and the copper thin film pattern 120 are electrically connected to each other to form a thermocouple that functions as a temperature sensor. Each of the aluminum thin film pattern 112, the constantan thin film pattern 118, and the copper thin film pattern 120 has an electrode formation region 114 at the end. This is useful when forming a contact hole for the purpose of establishing an electrical connection with the outside. The metal thin film pattern described above is formed by using, for example, laser assisted CVD, sputter deposition, and a lithography technique. When the lithography technique is applied, an interlayer insulating film made of polyimide and a contact hole are made by the lithography technique as needed.

【0012】図5に示すように、これらの金属薄膜パタ
ーン112、116、118、120の上にポリイミド
膜121を形成する。ポリイミド膜121のチタン薄膜
パターン116の上に当たる部分の上に形状記憶合金膜
122をスパッタ蒸着とリソグラフィー技術により形成
する。このとき、スパッタ時の温度を例えば450℃程
度の比較的高温度に設定することにより、特別な溶体化
処理を施すことなく形状記憶合金として機能させること
ができる。
As shown in FIG. 5, a polyimide film 121 is formed on these metal thin film patterns 112, 116, 118 and 120. A shape memory alloy film 122 is formed on a portion of the polyimide film 121 corresponding to the titanium thin film pattern 116 by sputter deposition and a lithography technique. At this time, by setting the temperature during sputtering to a relatively high temperature of, for example, about 450 ° C., it is possible to function as a shape memory alloy without performing a special solution treatment.

【0013】図6に示すように、上述の工程により半導
体基板102の上に作製した積層構造体124の上にワ
ックス126を塗り、これをガラス板128に接触さ
せ、半導体基板102をガラス板128に固定する。こ
れを有機アルカリ水溶液に浸し、シリコン窒化膜106
(図3参照)をマスクとして、半導体基板102を下面
からエッチングする。エッチングは、図7に示すよう
に、積層構造体124が露出するまで行なう。半導体基
板102のシリコン窒化膜106がある部分はエッチン
グされずに残る。エッチング後に残った構造体を加熱に
よりガラス板128から取り外し、残っているワックス
124を有機溶剤で洗い流す。
As shown in FIG. 6, a wax 126 is applied on the laminated structure 124 formed on the semiconductor substrate 102 by the above-mentioned process, and the wax 126 is brought into contact with the glass plate 128 to make the semiconductor substrate 102 a glass plate 128. Fixed to. This is dipped in an organic alkali aqueous solution to form a silicon nitride film 106.
The semiconductor substrate 102 is etched from the lower surface using (see FIG. 3) as a mask. The etching is performed until the laminated structure 124 is exposed, as shown in FIG. The portion of the semiconductor substrate 102 where the silicon nitride film 106 is present remains without being etched. The structure remaining after etching is removed from the glass plate 128 by heating, and the remaining wax 124 is washed away with an organic solvent.

【0014】このように形成された構造体では、最終的
に残った半導体基板102が骨組みとなってポリイミド
膜110と121を四方から支持している状態となって
いる。目的であるアクチュエーターは、骨組み(半導体
基板102)の間に支持された、各種金属薄膜パターン
112、116、118、120を内蔵しているポリイ
ミド膜110と121と、その上に形成された形状記憶
合金膜122とで構成されている。このアクチュエータ
ーは、ポリイミド膜を適当な位置で切断することによ
り、半導体基板102から分離される。このようなアク
チュエーターは、各電極形成領域を電源と測定器を含む
外部回路に接続し、ヒーターに流す電流を熱電対から得
られた温度によってフィードバック制御する構成にした
上で、リンク機構などを有する別の構造体に実装するこ
とにより、二関節のマニピュレーターを構成することが
できる。
In the structure thus formed, the semiconductor substrate 102, which is finally left, serves as a framework for supporting the polyimide films 110 and 121 from all sides. The target actuators are polyimide films 110 and 121 having various metal thin film patterns 112, 116, 118, 120 supported between frames (semiconductor substrate 102) and shape memory formed thereon. It is composed of an alloy film 122. This actuator is separated from the semiconductor substrate 102 by cutting the polyimide film at an appropriate position. Such an actuator has a link mechanism after connecting each electrode forming region to an external circuit including a power source and a measuring device and performing feedback control of the current flowing through the heater by the temperature obtained from the thermocouple. By mounting on another structure, a two-joint manipulator can be constructed.

【0015】上の説明において、図3〜図7には一つの
構造体のみを示したが、この構造体は非常に小さく、実
際には一枚のシリコン基板上に一度に多数作製される。
本実施例によれば、アクチュエーターの基板となる可撓
性薄膜は、半導体基板の全面にポリイミド膜を形成し、
のちに半導体基板を除去して得られるので、非常に薄く
形成することができる。その膜厚は数ミクロン程度まで
薄膜化が可能である。また、最終的に残った半導体基板
102がポリイミド膜110と121を支持する骨組み
として機能するので、エッチングやガラス板から分離す
る際の損傷防止に効果がある。これに関連してポリイミ
ド膜を数ミクロン程度という非常に薄い膜厚で形成する
ことができる。また、センサー、ヒーター、関節間の配
線を全て一体形成しているため、これらの組立が不要な
ので大幅な微小化が可能でなる。また、一枚の基板で多
くのアクチュエーターを作製することができるので、製
造コストの面でも好ましい。
Although only one structure is shown in FIGS. 3 to 7 in the above description, this structure is very small, and many structures are actually manufactured on one silicon substrate at a time.
According to the present embodiment, the flexible thin film serving as the substrate of the actuator is a polyimide film formed on the entire surface of the semiconductor substrate,
Since it is obtained by removing the semiconductor substrate later, it can be formed very thin. The film thickness can be reduced to several microns. In addition, since the semiconductor substrate 102 that finally remains functions as a framework for supporting the polyimide films 110 and 121, it is effective in preventing damage when etching or separating from the glass plate. In this connection, the polyimide film can be formed with a very thin film thickness of about several microns. In addition, since the sensor, heater, and wiring between joints are all integrally formed, it is not necessary to assemble them, so it is possible to make them significantly smaller. In addition, many actuators can be manufactured with one substrate, which is also preferable in terms of manufacturing cost.

【0016】次に本発明の第二実施例について図8〜図
13を用いて説明する。図8に示すように、p型半導体
基板202の下面にシリコン窒化膜204を設け、所定
領域に開口部208を形成する。また、p型半導体基板
202の上面に島状の比較的深いn型拡散領域204を
形成し、この中に所定の電子回路を構成するCMOSデ
バイスを通常の半導体製造技術を用いて内部配線層も含
めて形成する。以下、特に図示しないがn型拡散領域2
04には内部配線層も含めたCMOS半導体回路が形成
されているものとする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, a silicon nitride film 204 is provided on the lower surface of the p-type semiconductor substrate 202, and an opening 208 is formed in a predetermined area. In addition, an island-shaped relatively deep n-type diffusion region 204 is formed on the upper surface of the p-type semiconductor substrate 202, and a CMOS device forming a predetermined electronic circuit is formed in the inner wiring layer by using a normal semiconductor manufacturing technique. It forms including. Hereinafter, although not particularly shown, the n-type diffusion region 2
In 04, a CMOS semiconductor circuit including an internal wiring layer is formed.

【0017】図9に示すように、n型拡散領域(電子回
路)204を形成した半導体基板202の上面にポリイ
ミド膜210を形成し、所定の位置に電子回路204に
設けた電極形成領域に対応した開口部212を形成す
る。ここで、特に図には示さないがポリイミド膜210
の下層には、電子回路の製造工程で形成されたシリコン
酸化膜が存在する。
As shown in FIG. 9, a polyimide film 210 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 202 on which the n-type diffusion region (electronic circuit) 204 is formed, and corresponds to an electrode formation region provided on the electronic circuit 204 at a predetermined position. The opening 212 is formed. Here, although not particularly shown in the drawing, the polyimide film 210
In the lower layer, there is a silicon oxide film formed in the manufacturing process of the electronic circuit.

【0018】図10に示すように、電子回路204を相
互に電気的に接続する配線となるアルミ薄膜パターン2
14を形成する。アルミ薄膜パターン214は、上述し
た開口部212を介して電子回路204に接続されてい
る。なお、アルミ薄膜パターンの一つである配線パター
ン214aは、電子回路を構成している素子ではなく、
n型拡散領域を相互に電気的に接続している。アルミ薄
膜パターン214の端部には外部回路との接続のための
電極形成領域216が設けられている。アルミ薄膜パタ
ーン214につなげて、のちに設ける形状記憶合金を加
熱するためのヒーターとなるチタン薄膜パターン218
を形成する。チタン薄膜パターン218はアルミ薄膜パ
ターン214を介して電子回路204に接続されてい
る。
As shown in FIG. 10, an aluminum thin film pattern 2 which serves as wiring for electrically connecting the electronic circuits 204 to each other.
14 is formed. The aluminum thin film pattern 214 is connected to the electronic circuit 204 through the opening 212 described above. The wiring pattern 214a, which is one of the aluminum thin film patterns, is not an element forming an electronic circuit,
The n-type diffusion regions are electrically connected to each other. An electrode formation region 216 for connection with an external circuit is provided at an end of the aluminum thin film pattern 214. A titanium thin film pattern 218 which is connected to the aluminum thin film pattern 214 and serves as a heater for heating a shape memory alloy provided later.
To form. The titanium thin film pattern 218 is connected to the electronic circuit 204 via the aluminum thin film pattern 214.

【0019】図11に示すように、ポリイミド膜210
の上面に、アルミ薄膜パターン214とチタン薄膜パタ
ーン218を覆うポリイミド膜220を形成する。ポリ
イミド膜220には、外部回路との接続のため、アルミ
薄膜パターン214の電極形成領域の部分に開口部を形
成する。チタン薄膜パターン218の上方に位置する、
ポリイミド膜220上の所定領域に、予め形状記憶処理
を施した形状記憶合金膜222を形成する。
As shown in FIG. 11, the polyimide film 210
A polyimide film 220 covering the aluminum thin film pattern 214 and the titanium thin film pattern 218 is formed on the upper surface of the. An opening is formed in the polyimide film 220 in the electrode formation region of the aluminum thin film pattern 214 for connection with an external circuit. Located above the titanium thin film pattern 218,
A shape memory alloy film 222, which has been subjected to shape memory processing in advance, is formed in a predetermined region on the polyimide film 220.

【0020】図12に示すように、上述の工程により作
製した積層構造体を覆う保護膜224を設け、有機アル
カリ溶液226に浸す。有機アルカリ溶液226中に配
置した電極228と、アルミ薄膜パターン214aを電
源230に接続し、電極228に対して正のバイアス電
圧をアルミ薄膜パターン214に印加する。このように
して、シリコン窒化膜226をマスクにしてp型半導体
基板202を下面から有機アルカリ溶液226によりエ
ッチングする。シリコン窒化膜は有機アルカリではエッ
チングされないので、エッチングは、ポリイミド膜21
0の下層のシリコン窒化膜(図示せず)が露出した時点
で止まる。また、電子回路を形成したn型拡散領域20
4はバイアスされているため、エッチングの最中にこの
領域204が露出した時点で陽極酸化が起きるので、n
型拡散領域204はエッチングされずに残る。この結
果、図13に示すように、n型拡散領域204とポリイ
ミド膜が残るように、p型半導体基板202に開口部2
32が形成される。その後、下面に露出したシリコン窒
化膜と保護膜224を除去する。
As shown in FIG. 12, a protective film 224 is provided to cover the laminated structure manufactured by the above-mentioned process, and it is dipped in an organic alkaline solution 226. The electrode 228 arranged in the organic alkaline solution 226 and the aluminum thin film pattern 214a are connected to the power supply 230, and a positive bias voltage is applied to the aluminum thin film pattern 214 with respect to the electrode 228. In this way, the p-type semiconductor substrate 202 is etched from the lower surface with the organic alkali solution 226 using the silicon nitride film 226 as a mask. Since the silicon nitride film is not etched with organic alkali, the etching is performed on the polyimide film 21.
It stops when the silicon nitride film (not shown) under 0 is exposed. In addition, the n-type diffusion region 20 in which an electronic circuit is formed
Since 4 is biased, anodization occurs when this region 204 is exposed during etching, so n
The mold diffusion region 204 remains without being etched. As a result, as shown in FIG. 13, the opening 2 is formed in the p-type semiconductor substrate 202 so that the n-type diffusion region 204 and the polyimide film remain.
32 is formed. Then, the silicon nitride film and the protective film 224 exposed on the lower surface are removed.

【0021】このように作製した構造体では、目的であ
るアクチュエーターが残った半導体基板202に支持さ
れた状態となっている。アクチュエーターは、第一実施
例と同様にポリイミド膜を適当に切断することにより切
り離され、別の構造体に実装される。
The structure thus manufactured is in a state of being supported by the semiconductor substrate 202 on which the intended actuator remains. The actuator is cut off by appropriately cutting the polyimide film as in the first embodiment, and mounted on another structure.

【0022】本実施例において、チタン薄膜パターン2
18はヒーターとして機能すると共に、形状記憶合金2
22の変形による歪みを抵抗値の変化として検出する歪
みセンサーとしても機能する。このヒーターが接続され
た電子回路204は、この抵抗値変化を検出するのに必
要なブリッジ回路やアンプを含んでいる。また電子回路
204は、外部から与えられた所定の駆動信号パルスに
よって各ヒーターに対する出力を規定する機能と、ヒー
ターの抵抗値を順次外部に接続されたコントローラーに
伝達する機能を有している。これによってコントローラ
ーに適当な駆動信号パルスを生成することによってマニ
ピュレーターをフィードバック制御する。
In this embodiment, the titanium thin film pattern 2 is used.
18 functions as a heater, and shape memory alloy 2
It also functions as a strain sensor that detects strain due to deformation of 22 as a change in resistance value. The electronic circuit 204 to which this heater is connected includes a bridge circuit and an amplifier necessary for detecting this change in resistance value. Further, the electronic circuit 204 has a function of defining an output to each heater by a predetermined drive signal pulse given from the outside and a function of sequentially transmitting the resistance value of the heater to a controller connected to the outside. By this, the manipulator is feedback-controlled by generating an appropriate drive signal pulse in the controller.

【0023】本実施例のアクチュエーターは、一つの形
状記憶合金に対して一個の電子回路が設けられているの
で、関節数の多いマニピュレーターへの適用に適してい
る。また、センサーの近くに検出回路が配置されている
ので高精度のフィードバック制御を行なうことが可能で
ある。電子回路を、関節間配線、ヒーター、アクチュエ
ーター、センサーと一体的に形成しているので、これら
の組立が不要になることから大幅な小型化と製造コスト
の低減が可能となる。
Since the actuator of this embodiment is provided with one electronic circuit for one shape memory alloy, it is suitable for application to a manipulator having a large number of joints. Further, since the detection circuit is arranged near the sensor, highly accurate feedback control can be performed. Since the electronic circuit is integrally formed with the inter-joint wiring, the heater, the actuator, and the sensor, it is not necessary to assemble them, so that it is possible to greatly reduce the size and reduce the manufacturing cost.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、半導体製造技術を利用
して製造するので、アクチュエーターを非常の小さく安
価に一度に大量に製造することができる。特に本発明の
工程を経た構造体では、アクチュエーターが最終的に残
った半導体基板によって支持された状態となっているの
で、アクチュエーターを安定に製造することができる。
According to the present invention, since the semiconductor manufacturing technique is utilized, the actuator can be manufactured in a large amount at a time at a very small size and at a low cost. In particular, in the structure that has undergone the steps of the present invention, the actuator is supported by the finally remaining semiconductor substrate, so that the actuator can be stably manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の工程を経て得られる構造体の上面図
(A)と1B−1B線断面図(B)である。
FIG. 1 is a top view (A) and a sectional view taken along line 1B-1B (B) of a structure obtained through a process of the present invention.

【図2】図1に示したアクチュエーターを実装した湾曲
管の斜視図(A)と2B−2B線断面図(B)である。
FIG. 2 is a perspective view (A) and a sectional view taken along the line 2B-2B (B) of a bending tube in which the actuator shown in FIG. 1 is mounted.

【図3】第一実施例の製造方法の最初の工程を説明する
ための図である。
FIG. 3 is a drawing for explaining the first step of the manufacturing method of the first embodiment.

【図4】第一実施例の製造方法の第二の工程を説明する
ための図である。
FIG. 4 is a drawing for explaining the second step of the manufacturing method of the first embodiment.

【図5】第一実施例の製造方法の第三の工程を説明する
ための図である。
FIG. 5 is a drawing for explaining the third step of the manufacturing method of the first embodiment.

【図6】第一実施例の製造方法の第四の工程を説明する
ための図である。
FIG. 6 is a drawing for explaining the fourth step of the manufacturing method according to the first embodiment.

【図7】第一実施例の製造方法の最後の工程を説明する
ための図である。
FIG. 7 is a drawing for explaining the final step of the manufacturing method of the first embodiment.

【図8】第二実施例の製造方法の最初の工程を説明する
ための図である。
FIG. 8 is a drawing for explaining the first step of the manufacturing method of the second embodiment.

【図9】第二実施例の製造方法の第二の工程を説明する
ための図である。
FIG. 9 is a drawing for explaining the second step of the manufacturing method of the second embodiment.

【図10】第二実施例の製造方法の第三の工程を説明す
るための図である。
FIG. 10 is a drawing for explaining the third step of the manufacturing method of the second embodiment.

【図11】第二実施例の製造方法の第四の工程を説明す
るための図である。
FIG. 11 is a drawing for explaining the fourth step of the manufacturing method of the second embodiment.

【図12】第二実施例の製造方法において基板のエッチ
ング工程を説明するための図である。
FIG. 12 is a drawing for explaining the etching step of the substrate in the manufacturing method of the second embodiment.

【図13】図12において、エッチングが終了した状態
を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a state in which etching is completed in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…半導体基板、14…開口部、16…可撓性薄膜、
20…形状記憶合金、22…配線、26…電熱変換素
子。
12 ... Semiconductor substrate, 14 ... Opening part, 16 ... Flexible thin film,
20 ... Shape memory alloy, 22 ... Wiring, 26 ... Electrothermal conversion element.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可撓性薄膜と、可撓性薄膜上に設けた温
度に応じて変形する形状記憶合金と、形状記憶合金を加
熱するための可撓性薄膜内に設けた電熱変換素子と、電
熱変換素子を外部回路と電気的に接続するための可撓性
薄膜内に設けた配線とを有しているアクチュエーターの
製造方法であり、 電熱変換素子と配線を内部に有している可撓性薄膜を半
導体基板の第一主面の全面に形成する工程と、 可撓性薄膜上に形状記憶合金を設ける工程と、 半導体基板のアクチュエーター形成領域内に位置する部
分を第一主面の反対側の第二主面から選択的に除去して
可撓性薄膜を露出させる基板除去工程とを有しているア
クチュエーターの製造方法。
1. A flexible thin film, a shape memory alloy provided on the flexible thin film and deformable according to temperature, and an electrothermal conversion element provided in the flexible thin film for heating the shape memory alloy. A method of manufacturing an actuator having a wiring provided in a flexible thin film for electrically connecting an electrothermal conversion element to an external circuit, wherein the electrothermal conversion element and the wiring may be internally provided. The step of forming a flexible thin film on the entire first main surface of the semiconductor substrate, the step of providing a shape memory alloy on the flexible thin film, and the portion of the semiconductor substrate located in the actuator formation region on the first main surface A substrate removing step of selectively removing the flexible thin film from the opposite second main surface to expose the flexible thin film.
【請求項2】 可撓性薄膜と、可撓性薄膜上に設けた温
度に応じて変形する形状記憶合金と、形状記憶合金を加
熱するための可撓性薄膜内に設けた電熱変換素子と、電
熱変換素子を制御するための電子回路と、電熱変換素子
と電子回路を外部回路と電気的に接続するための可撓性
薄膜内に設けた配線とを有しているアクチュエーターの
製造方法であり、 半導体基板の第一主面上に電子回路を形成する工程と、 電熱変換素子と配線を内部に有している可撓性薄膜を半
導体基板の第一主面の全面に形成する工程と、 可撓性薄膜上に形状記憶合金を設ける工程と、 半導体基板のアクチュエーター形成領域内に位置する部
分を第一主面の反対側の第二主面から選択的に除去して
可撓性薄膜と電子回路を露出させる基板除去工程とを有
しているアクチュエーターの製造方法。
2. A flexible thin film, a shape memory alloy provided on the flexible thin film and deformable according to temperature, and an electrothermal conversion element provided in the flexible thin film for heating the shape memory alloy. A method for manufacturing an actuator having an electronic circuit for controlling an electrothermal conversion element, and wiring provided in a flexible thin film for electrically connecting the electrothermal conversion element and the electronic circuit to an external circuit. And a step of forming an electronic circuit on the first main surface of the semiconductor substrate, and a step of forming a flexible thin film having an electrothermal conversion element and wiring inside on the entire first main surface of the semiconductor substrate. , A step of providing a shape memory alloy on the flexible thin film, and a portion of the semiconductor substrate located in the actuator formation region is selectively removed from the second main surface opposite to the first main surface to form the flexible thin film. And a substrate removing step for exposing the electronic circuit. Manufacturing method of Eta.
【請求項3】 基板除去工程が、 半導体基板の第二主面上に、アクチュエーター形成領域
に開口を有するマスクを形成する工程と、 電子回路領域に電圧を印加した状態で、半導体基板をア
ルカリ溶液に浸す工程とを有している請求項2に記載の
アクチュエーターの製造方法。
3. The substrate removing step comprises a step of forming a mask having an opening in an actuator formation region on the second main surface of the semiconductor substrate, and an alkaline solution of the semiconductor substrate with a voltage applied to the electronic circuit region. The method for manufacturing an actuator according to claim 2, further comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002068318A1 (en) * 2001-02-28 2002-09-06 Sony Corporation Heat transport device
JP2009282149A (en) * 2008-05-20 2009-12-03 Sharp Corp Actuator, optical unit, lens unit, imaging apparatus, electronic apparatus, and manufacturing method for actuator

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