KR20040032950A - 스냅작동식 열 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MEMS 기술들을 사용하는 실리콘, 유리, 실리콘 산화물, 텅스텐및 그 밖의 재료들과 같은 비연성 재료들로 부터 조립되어지는 이 모드 열 액츄에이터를 갖는 간단한 구조의 스냅 작동식 미세 기계가공의 열 스위치를 제공한다.

Description

스냅작동식 열 스위치{SNAP ACTION THERMAL SWITCH}

다양한 온도 센서들이 당업계에 공지되어 있다. 이러한 센서들은 다양한 측정및 제어 응용에 사용된다. 예를 들면, 열전쌍, 저항식 열장치(RTDs)및 더미스터등이 다양한 응용예의 온도를 측정하기 위하여 사용된다. 이러한 센서들은 전기적인 아날로그 신호들을, 온도의 함수로서 변화하는 전압 또는 저항으로서 제공한다. 모놀리틱(Monolithic) 온도 센서들도 알려져 있다. 예를 들면, 다이오드 연결식 양극 트랜지스터가 온도검지에 사용될 수 있다. 보다 상세히는, 표준형의 양극 트랜지스터는 서로 단락된 베이스와 에미터(emitter)등을 구비하여 구성될 수 있다. 이러한 구성으로서, 베이스 콜렉터 접합부는 다이오드를 형성한다. 전원이 인가되면, 상기 베이스 콜렉터 접합부를 가로지르는 전압 강하는 온도의 함수로서 상대적으로 선형적으로 변위한다. 따라서, 이러한 다이오드 연결식 양극 트랜지스터는 온도검지를 위하여 다양한 집적회로내에 수용되는 것으로 알려져 있다.

비록, 상기 설명된 장치가 상대적으로 정확한 온도 측정을 제공하는 것으로유용하지만, 통상적으로 그것들은 전기장치를 제어하기 위한 제어 응용예에 사용되지는 않는다. 이러한 제어 응용예에서는 다양한 타입의 정밀한 온도측정장치가 사용된다. 열스위치는 특정 온도에서 히터, 팬 및 다른 장치들을 온/오프 절환하기 위한 제어응용예에 사용되어지는 정밀한 온도측정장치의 한가지 형태이다. 이러한 온도 스위치는 전형적으로 열의 함수로서 변위를 제공하는 검지 요소와 한쌍의 전기적 접점들(contacts)을 포함한다. 상기 검지 요소는 전형적으로 상기 전기적 접점 쌍들과 기계적으로 연동(interlock)되어 사전에 설정된 온도 설정 점으로 전기적 접점들을 이루거나 혹은 분리시키는 것이다. 상기 온도설정점들은 활용되어지는 특정 검지 요소에 의해서 한정된다.

다양한 타입의 검지 요소들은 온도의 함수로서 변위를 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 수은 전구, 자석및 바이 메탈 요소(bi-metallic elements)들이 이러한 온도 스위치에 사용되는 것으로 알려져 있다.

수은 전구식 열 센서들은 수은이 충전된 전구와 팽창실로서 작용하는 이에 부착된 유리제의 모세관을 갖고 있다. 2개의 전기 전도체들이 일정거리 떨어져서 상기 모세관의 내측에 배치된다. 상기 전기 전도체들은 개방 접점으로서 작용한다. 온도가 증가하면, 상기 수은은 모세관내에서 팽창하여 상기 전기 전도체들이 수은에 의해서 단락(short)되어 연속적인 전기적인 통로를 형성한다. 이러한 수은이 전기 전도체들을 단락시키는 온도는 전도체들의 분리 간격의 함수이다.

자기 리드식(magnetic reed) 스위치들도 다양한 열 스위치에서 온도 센서로서 사용되어 왔다. 이러한 리드 스위치 센서들은 통상적으로 페라이트컬러(ferrite collar)와 한쌍의 리드 접점들에 의해서 분리된 한쌍의 환형 자석들을 갖는다. 큐리에 점(Curie point)으로 알려진 임계 온도에서, 상기 페라이트 컬러는 낮은 자기저항 상태에서 높은 자기 저항 상태로 변화하여 상기 리드 접점들이 개방하도록 한다.

수은 전구와 자기 리드식 열 스위치들은 그것들에 관련된 문제점들이 있는 것으로 알려져 왔다. 특히, 그러한 많은 스위치들은 통상적으로 진동이나 가속력등과 같은 외력에 내구력이 없는 것으로 알려져 왔다. 결과적으로, 그러한 열 스위치들은 다양한 응용예 예를 들면, 항공기등에 사용하기에는 부적합한 것들이다.

바이 메탈식 열 스위치 요소들은 전형적으로 서로 다른 열팽창율을 갖는 2개의 재료 스트립들이 하나의 바이 메탈식 디스크 형상의 요소로서 합쳐진 것을 포함한다. 이러한 디스크 요소의 물리적인 정확한 형상화와 두 재료사이의 동일하지 않은 팽창작용이 상기 요소로 하여금 사전에 설정된 설정 온도점에서 급속하게 그 형상을 변화시킨다. 따라서, 이러한 바이 메탈 디스크의 형상 변화는 기계적 스위치를 동작시킨다. 상기 바이 메탈 디스크 요소는 한쌍의 전기 접점들에 기계적으로 연동되어 이러한 형상의 급속 변화는 전기적 접점의 하나 혹은 두개를 변위시켜 전기적 회로를 활성화하거나 단락시키도록 사용된다.

이와 같은 중요한 바이 메탈식 디스크 요소는 예측가능한 열절환 특성을 유지한 채로 고효율로 제작하기가 어려운 것이다. 이러한 비예측성은 각각의 개별적인 디스크 요소의 설정 점과 이력(hysteretic) 절환 특성들을 결정하기 위한 고가의 광범위한 시험들을 필요로 하는 결과를 초래한다. 그리고, 바이메탈식 디스크요소들은 변형가능한 또는 연성의 금속을 가압하여 그 재료의 영구적인 변형을 일으키는 그 탄성 한계에 도달하도록 하여 조립될 수도 있는 것이다. 그 응력이 제거되면, 상기 재료는 그 가압이전의 상태로 천천히 회복하여 그 온도 반응 특성을 변경하는 것이다. 따라서, 온도절환 특성에서의 변화(drift) 또는 "크립(creep)"등은 시간 초과를 초래할 수 있다. 열 스위치의 다음 세대의 시장은 향상된 신뢰성과 안정성을 갖는 제품을 필요로 할 것이다.

그리고, 상기 바이 메탈식 디스크 요소는 본래 상대적으로 큰 것이다.

따라서, 이러한 열 스위치들은 상대적으로 큰 것이고, 공간이 제한되어지는 다양한 응용예에서 사용되기에는 부적합한 것이다. 다음 세대의 열 스위치들은 현재의 상태보다 그 크기가 작은 것들을 필요로 할 것이다.

그리고, 상기에서 설명된 바와 같은 다양한 검지 요소들에 의해서 작동되어지는 열 스위치들은 통상적으로 분리된 부품들로 부터 조립된다. 따라서, 상기 온도 스위치들의 조립 비용은 전체 제작 비용을 증가시킨다.

이러한 종래의 열 스위치들에 관련된 다른 문제점들은 칼리브레이션(calibration)에 관한 것이다. 특히, 이러한 종래의 열 스위치들은 최종 사용자에 의해서 통상적으로 조정될 수 없다. 따라서, 이러한 종래의 온도 스위치들은, 만일 칼리브레이션이 특성변화(drift)되면, 제거되고 교체되어야 하며, 그에 따라서 최종 사용자에게 비용을 분담시키는 것이다.

모놀리식(monolithic) 미세가공된 열 스위치들도 종래에 개발되어 분리된 부품들을 조립할 필요성이 없도록 되어 왔다. 이러한 모놀리식 미세 가공 구조들은열 스위치가 상대적으로 작은 패케이지내에 배치되도록 한다. 일례로서, 1995. 10. 31자로 Brian Norling에게 특허된 Micromachined Thermal Switch 명칭의 공동 소유의 미국 특허 5,463,233호에 기재된 열 스위치가 있으며, 이는 여기에 참조로 기재된 것이고, 여기서는 열 스위치가 한쌍의 전기 접점들에 작동가능하게 결합된 바이 메탈식의 외팔보 빔 요소를 포함하고 있다. 정전기력과 같은 바이어스력(biasing force)이 상기 스위치에 인가되어 개방 및 폐쇄방향 모두에서 전기적 접점의 스냅작용을 제공하게 되어 정전기력의 바이어스 전압을 변경시킴으로써 온도 설정점이 조절될 수 있도록 하고 있다.

비록 많은 이같은 종래의 열 스위치들이 현재의 응용예에서 사용가능하지만, 다음 세대의 응용예는 현 상태의 능력보다 우수한 향상된 신뢰도와 안정성을 갖고소형의 크기를 갖는 제품을 필요로 할 것이다.

본 발명은 스냅 작동식 열측정장치와 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 미세 가공된 전자기계적 구조(MEMS)로서 형성된 스냅 작동식 열측정장치에 관한 것이다.

본 발명에 대해 앞에서 설명한 것과 부가한 잇점들은 다음의 상세한 설명에 의하여 보다 잘 이해될 것이고, 이에 첨부된 도면은 다음과 같다.

도 1은 제 1 안정상태에서 배열된 다층의 열 작동 장치(thermal actuation)로 실시된 본 발명에 다른 이 모드 열 작동 장치(thermal actuation device)의 도면이다.

도 2는 도 1에서 도시된 다층의 열 액츄에이터로 실시된 본 발명에 따른 이모드 열 작동 장치를 도시하고 상기 제 1 상태에서 반대로 된 제 2 안정상태를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 열 스위치로 사용되는 바이폴러 트랜지스터를 개략도로 도시하고 있다.

도 4는 본 발명의 열 스위치로 사용되는 전계효과 트랜지스터(FET)를 개략도로 도시하고 있다.

도 5A-5D는 통상의 반도체 제작 기술을 이용한 제조 MEMS 기기용의 알려진 디졸브 웨이퍼 공정(DWP)을 도시하고 있다.

도 6A-6F는 통상의 반도체 제작 기술을 이용한 제조 MEMS 기기용의 알려진 다른 디졸브 웨이퍼 공정(DWP)를 도시하고 있다.

도 7은 알려진 DWP 제작 기술을 이용한 MEMS 기기로서 제작된 본 발명의 열 스위치를 도시하고 있다

도 8은 본 발명의 미세가공된 지지판을 이용하여 도 1에서 도시한 다층의 열 액츄에이터로 실시된 본 발명의 이 모드 열 작동 장치의 조립상태를 도시하고 있다.

도 9는 2 갈래의 중앙 접촉부분들을 갖는 이중 접촉 열 스위치로서 본 발명 실시예의 MEMS 열 스위치와 제 1 안정 상태에서의 본 발명의 이 모드 열 작동 장치를 도시하고 있다.

도 10은 도 9에서 실시되고 제 1 상태에서 전환로 된 제 2 안정상태의 본 발명의 이 모드 열 작동 장치를 포함하는 본 발명의 MEMS 열 스위치를 도시하고 있다.

도 11은 외팔보 작동되는 이 모드 열 작동장치를 갖는 단일 접촉 열 스위치로 실시된 본 발명의 바람직한 MEMS 열 스위치를 도시하고 있다.

본 발명은 소형이고 저가의 스냅작동식 열측정장치를 제공하며, 이는 종래의 장치와 방법과는 다르게 비연성 재료로 조립된 열 스위치 액츄에이터를 제공함으로써 그 최초 설정점을 오랜 작동 수명동안 그리고 큰 온도 편위(excursions)를 유지할 수 있다.

본 발명의 장치와 방법은 간략화된 스냅 작동식 미세가공된 열 스위치를 제공하며, 아크(arcing)를 방지하는 전기적 바이어스에 대한 어떠한 필요도 없는 것이다. 본 발명의 장치는 상기에서 설명한 바와 같은 바이 메탈식 디스크 열 액츄에이터를 대체하는 MEMS 기술을 활용하는 실리콘, 유리, 실리콘 산화물, 텅스텐및 그밖의 적절한 재료들과 같은 비연성(non-ductile) 재료들로 부터 조립된 열 스위치 액츄에이터가다. 비연성 재료들의 사용은 사용기간중의 크립(creep) 문제들을 해소하고, MEMS로 제작된 센서들의 사용은 크기와 비용문제를 해소한다. 그 결과적인 열 스위치는 다르게는 고체 릴레이 또는 트랜지스터를 구동하도록 구성된다.

본 발명의 일 견지에 따르면, 이 모드(bimodal) 열 액츄에이터는 제 1열 팽창계수를 갖는 제 1 비연성 재료로 형성되고, 상대 이동부와 그로 부터 연장된 안정된 장착부를 구비하여 형성된 액츄에이터 베이스 구조체; 제 2 비연성 재료로 이루어지고 상기 제 1열 팽창계수와는 다른 제 2열 팽창계수를 가지며, 상기 엑튜에이터 베이스 구조체의 이동부의 적어도 일부분에 결합되어지는 상호 작용하는 열 구동기 조립체;및 상기 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부상에 형성된 전기 전도체부;를 포함한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 상기 이 모드 열 액츄에이터의 제 1및 제 2 비연성 재료들 중의 적어도 하나는 높은 극한 강도와 높은 탄성 전단율(shear modulus)을 갖는 재료들 군으로 부터 선택되어진다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 상기 이 모드 열 액츄에이터의 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부는 아치형상으로 형성된다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 상기 이 모드 열 액츄에이터의 상호 작용하는 열 구동기 구조체는 상기 안정된 장착부에 인접하는 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부에 연결되는 제 2 비연성 재료의 박층으로서 형성된다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 상기 이 모드 열 액츄에이터의 전기 전도체부는 전기 전도 재료로서 도프(doped)된 이동부의 일부분으로서 형성된다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 상기 이 모드 열 액츄에이터의 전기 전도체부는 상기 이동부의 중앙부에 위치된 금속 전극으로서 형성된다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 본 발명은 미세 기계가공된 열 스위치를 제공하며, 이는 일표면상에 형성된 직립 메사(mesa)와 전극을 갖는 지지대 베이스를 추가 포함하고; 그리고 상기 이 모드 열 액츄에이터의 장착부는 상기 지지대 베이스상의 전극에 정렬된 이동부의 전기 전도체부를 구비하고 상기 메사에 결합되어진다. 본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 상기 지지대 베이스는 그들 사이의 표면상에서 형성된 전극을 구비한 2개의 직립 메사들을 포함한다. 상기 이 모드 열 액츄에이터는 상기 지지대 베이스상의 전극에 정렬된 이동부의 중앙에 제공되는 전기 전도체부를 구비하고 상기 2개의 메사로 부터 현수된다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 본 발명은 온도측정방법을 제공하며, 상기 방법은 장착부에 대하여 이동가능한 작동부를 갖고, 그 일측 표면에서 위치된 전기 전도 영역을 갖는 이 모드 열 액츄에이터내에서 서로 다른 열 팽창 계수들을 갖는 2개의 비연성 재료들을 하나의 공통 표면을 따라서 서로 결합시키는 것을 제공하고; 그리고 상기 상대적인 이동식 작동부는 검지된 온도의 함수로서 상기 장착부에 대해 다수의 안정된 관계로 계속하여 추가적으로 배치되고, 상기 장착부에 대한 상기 상대적인 이동식 작동부의 제 1 안정된 관계는 상기 전기 전도 영역을 전극에 접촉하여 위치시키고, 그리고 상기 장착부에 대한 상기 상대적인 이동식 작동부의 제 2 안정된 관계는 상기 전극으로 부터 상기 전기 전도영역을 멀어지도록 이격시키는것을 포함한다.

본 발명의 방법의 다른 견지에 따르면, 상기 제 1 안정된 관계는 상기 상대적인 이동식 작동부의 상기 전기 전도 영역을 상기 장착부의 제 1측에 위치시키고, 그리고 상기 제 2 안정된 관계는 상기 제 1측에 대향하는 상기 장착부의 제 2측상에 상기 상대적인 이동식 작동부의 전기 전도 영역을 위치시킨다.

본 발명의 방법의 다른 견지에 따르면, 상기 방법은 전극을 포함하는 지지 구조체에 관하여 상기 이 모드 열 액츄에이터의 장착부를 연결시키는 것을 제공한다.

본 발명의 방법의 또 다른 견지에 따르면, 상기 방법은 상기 장착부로 부터 연장하는 호형 구조의 상기 상대적인 이동식 작동부를 형성하는 것을 제공한다.

본 발명의 방법의 또 다른 견지에 따르면, 상기 방법은 한쌍의 이격된 장착부들로서 상기 장착부를 형성하고; 그리고 상기 이격된 한쌍의 장착부들 사이로 연장하는 호형 구조로 상기 상대적인 이동식 작동부를 형성하는 것들을 제공한다.

본 발명은 하나 또는 그 이성의 직립 메사(mesas)와 전기적인 접점으로 형성된 지지판(support plate)으로 겹합된 상태의 하나의 이 모드 열 엑츄에이터를 갖는 소형이며 저가의 스냅 작동형 열 측정 장치를 장치 및 방법에 관한 것인데, 상기 이 모드(bimodal) 열 엑츄에이터는 상기 지지판의 전기적인 접점으로 정렬되는 전기적인 도체부분을 갖는 상기 지지판의 하나 또는 그 이상의 메사와 결합되어, 감지된 온도의 기능과 같이 상기 전기적인 도체부분은 상기 지지판의 전기적인 접점에서부터 이격된 위치에 있거나 또는 상기 전기 접점으로서 전기적인 연결을 가능하게 한다.

상기 이 모드 열 액츄에이터는 실질적으로는 제 1 열 팽창계수를 갖는 제 1 비-연성 재질로 형성된 액츄에이터 베이스 구조체를 갖고, 상대적으로 이동하는 부분과 실질적으로 이들로부터 신장하는 안정된 고정부; 실질적으로 제 2 비-연성 재질로 형성되고 제 1 열챙창 계수와 다른 제 2 열팽창계수를 갖춘 열 드라이버 구조체; 그리고 상기 엑츄에이터의 이동부위에 형성되는 전기적인 도체부분을 갖는 2중(쌍) 안정(bi-stable) 요소이다.

도면들은 열 측정 미세 가공된 전기 기계적인 센서(MEMS) 10의 구동을 위한 이 모드 스냅 작동 열 작동 장치로서 실시된 본 발명의 열 작동 장치를 도시하고있다.

도 1 및 도 2는 다른 열 반응 특성들을 갖는 재질들의 결합으로 형성된 열 엑츄에이터 12로 실시된 본 발명의 이 모드 열 작동 장치를 도시하고 있다. 상기 이 모드 열 엑츄에이터 12의 각 결합요소(combination)들은 높은 신장율 또는 항복강도(ultimate strength)와 강도 계수로 알려진 높은 전단 탄성계수를 갖는 재질들의 군(family)에서 선택된 강하고 실질적으로는 비-연성 재질로 형성된다. 즉 상기 열 엑츄에이터 12의 구성부분들로 형성되어 사용되는 재질들은 높은 응력 하중이 가해질 때 매우 미세한 탄성 변형이나 뒤틀림이 나타나고, 상기 비틀임 응력이 줄거나 없어지면 초기-응력(pre-stressed)의 상태나 형태로 복원한다. 이와는 반대로 통상적인 바이-메탈 열 엑츄에이터들은 연성재질을 사용하여 제작하는 것으로 알려져 있는데, 이 연성재질은 비교적 큰 소성 변형이나 응력하에서 신장이 이루어 지고 이에 따라 상기 비틀림 응력이 감소된 후 어느 정도의 변형이 유지되고, 결국 시간이나 사용범위 이상에서도 계속 이완상태로 있게 된다. 따라서 본 발명의 상기 이 모드 열 엑츄에이터 12를 형성하는 데에 사용하기 위한 적당한 재질은 비-연성 재질 예를 들어 실리콘,유리, 실리콘 산화물, 텅스텐 그리고 높은 전단 탄성계수를 갖는 다른 재질들을 포함하는 비-연성 재질들이다.

본 발명의 일 실시예에 다르면, 상기 이 모드의 열 작동 장치 또는 열 엑츄에이터 12는 상호 협력하는 열 드라이버 구조체 16과 전기 컨덕터 18로서 결합된 얇고, 구부러지거나 만곡된 형태의 엑츄에이터 베이스 구조체 14를 포함한다. 상기 베이스 구조체 14의 재질은 강하고 위에서 언급한 실질적으로는 비-연성 재질이며제 1 또는 베이스 열 팽창 율을 갖는 재질의 군으로부터 선택된다. 예를 들어 상기 베이스 재질은 에피택셜(epitaxial) 실리콘 또는 알려진 마이크로제작 기술로 구할 수 있는 다른 적당한 비-연성 재질중 하나일 수 있다. 다음에 설명하는 하나 이상의 공정 기술들을 사용함으로서, 상기 구부러지거나 만곡된 형태의 베이스 구조체 14는 예를 들어, 얇은 빔, 시트, 디스크 또는 다른 적당한 형태 즉, 처음에는 중앙 이동 아치형 작동부 20로 나타난 적당한 형태중 하나인데, 상기 중앙 이동 아치형 작동부 20은 외곽측 또는 테두리 에지부분에서 실제로는 평탄한 고정 플랜지 22로서 테두리가 압박되고, 상기 테두리부 22의 평면 P에서부터 일정길이 이격된 위치의 내측 또는 오목한 면 24를 구비한다.

상기 상호 협력하는 드라이버 구조체 16은 상기 베이스 구조체 14의 아치형 또는 만곡형 작동부 20의 내측 또는 오목면 24와 접촉하는 열 드라이버 재질의 일부분이다. 예를 들어 상기 열 드라이버 재질은 상기 베이스 구조체 14의 외측 에지에서 상기 고정 플랜지 22 에 근접한 상기 아치 20의 내측부 주변에 얇은 층으로 적층되거나 그렇지 않으면 접착 또는 부착되어 있다. 상기 열 드라이버 재질은 위에서 언급한 강하고 높은 전단 탄성계수를 갖는 실질적으로는 비-연성 재질들의 군으로부터 선택된 다른 재질이며, 상기 베이스 구조체 14로서 사용되는 적당한 재질일 수 있다. 더하여 상기 드라이버 재질은 상기 베이스 구조체 14로 형성되어 사용되는 특정 재질과는 다르고 상기 베이스 열 팽창율과는 다른 드라이버 열 팽창율로 되어 지는 제 2 또는 드라이버 열 팽창계수를 갖는다. 예를 들어 상기 베이스 구조체 14가 실리콘으로 형성되는 경우, 상기 드라이버 구조체 16은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 텅스턴 또는 강하고 실질적으로는 비-연성 재질이며 실리콘과는 다른 열 팽창계수를 갖는 위에서 언급한 군으로부터 선택된 다른 적당한 재질일 수 있다.

도 1 및 도 2에서 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 베이스 구조체 14의 상기 이동 아치형 또는 만곡형 작동부 20는 그 외곽 테두리부 22에서 압박되는데, 예를 들어 빔-형태의 베이스 구조체의 양단부 또는 디스크-형태의 베이스 구조체 주변 링부의 외곽 테두리부에서 압박되어 진다. 상기 이 모드 열 엑츄에이터 12의 주위 온도가 변하면, 상기 서로 다른 베이스와 드라이버 재질들의 다른 열 팽창 특성들은 상기 베이스 구조체 14가 도 1에서 도시된 제 1 안정상태에서 도 2에서 도시된 제 2 안정상태로 변하게 하는 응력을 발생시키도록 상기 테두리부 22에서 압박되는 힘들을 결합시킨다. 따라서 서로 다른 팽창에 의한 응력과 압박된 힘들은 상기 이동 중심 아치부 20의 형태를 변하게 하는데, 예를 들어 납작한 형태가 되게 한다. 주위 온도가 상승함에 따라 상기 베이스와 드라이버 재질들사이의 열팽창간 차이에 의한 응력은 증대하고, 미리 설정된 설정 점 작동 온도에서 이와 같은 응력은 너무 커서 상기 베이스 구조체 14의 아치부 20은 도 2에서 도시된 바와 같이, "역아치" 형태의 아치 또는 만곡된 형태로 상기 테두리부 22를 "스냅 통과"한다. 따라서 상기 이 모드 열 엑츄에이터 12의 중앙 엑츄에이터 부 20은 그 테두리를 따르는 실질적으로는 안정된 고정 플랜지 22에 대하여 감지된 온도의 작용으로서 대응하여 이동한다.

상기 열 엑츄에이터 12는 바람직하게는 위 또는 아래 공간에서의 주위 온도인 설정 점 작용 온도에서 작용하도록 배열된다. 상기 열 엑츄에이터 12가 주위온도 이상의 설정 점(set-point) 온도에서 작용한다면, 상기 엑츄에이터 베이스 구조체 14는 가장 낮은 팽창 율의 부분이고 더 낮은 열 팽창계수를 갖는 재질로 형성되고, 상기 열 드라이버 구조체 16은 가장 높은 팽창 율의 부분이고 상기 베이스 구조체 14 보다 다 높은 열 팽창 계수를 갖는 드라이버 재질로 형성된다. 반대로 상기 열 엑츄에이터 12가 공간내 주위 온도이하로 설정 점 온도에서 작동되면, 상기 열 엑츄에이터 12는 상기 베이스 구조체 14와는 반대로 더 높은 팽창율의 재질로 형성되고 가장 높은 팽창 부분인 반면에, 상기 드라이버 구조체 16은 가장 낮은 팽창율의 부분이고 상기 베이스 구조체 14보다 더 낮은 열팽창 계수를 갖는 드라이버 재질로 형성된다. 단지 설명만을 위하여, 상기 열 액튜에이터 12는 여기서 실내온도이상의 설정 점 온도에서 작동하는 것으로 기재하기로 한다. 따라서 도 1에서 도시된 바와 같이, 설정 점 온도 보다 낮는 온도에서 상기 열 엑츄에이터 12는 위로 오목한 상태의 중앙 아치부 20과 내측으로 오목한 면 24로 배열된다. 위에서 언급한 바와 같이, 도 1에서 도시된 위로 오목한 형상을 설명을 위하여 목적으로 제 1 안정 상태라 한다.

상기 열 엑츄에이터 12의 온도가 그 상한 설정 점 작동 온도까지 올라가면, 상기 드라이버 구조체 16에서 가장 팽창이 큰 베이스 재질이 신장되게 되고, 상기 엑츄에이터 베이스 구조체 14의 더 낮은 팽창 율의 드라이버 재질은 비교적 안정하게 유지된다. 가장 높은 팽창율의 드라이버 재질이 팽창하거나 성장함에 따라, 비교적 더 늦게 변화하는 더 낮은 팽창율의 베이스 재질과 상기 주변부 22에서 발생되는 압박에 의한 팽창은 자제된다. 상기 열 엑츄에이터 12의 더 높고 낮은 팽창율의 부분 16,14는 열적으로 발생되는 응력과 외측 고정부 22에 의하여 유지되는 압박력에 의하여 팽창되고 뒤틀리게 된다.

상기 열 엑츄에이터 12의 온도가 그 상한으로 설정된 설정 점 작용 온도에 도달하면, 상기 베이스 구조체 14의 중앙 이동 아치 또는 만곡부 20은 압박되는 외곽 고정부 22를 통하여 아랫 방향으로 스냅-작동하여 이동하고 이때, 상기 중앙 이동부 20의 내측 오목면 24은 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 테두리 플랜지 22의 반대쪽 평면 P 에서부터 일정길이 이격된 위치의 볼록한 면 24로 반대형태(역 아치형태)가 된다.

상기 열 엑츄에이터 12의 온도가 가장 높은 온도에서 설정된 설정 점 작동 온도로 더 낮은 온도까지 감소되면, 비교적 큰 열 팽창 계수를 갖는 상기 드라이버 구조체 16의 드라이버 재질은 또한 비교적 적은 열 팽창 계수를 갖는 상기 베이스 구조체 14의 베이스 재질보다 더 급속하게 수축되거나 오그라든다.

가장 높은 팽창율의 드라이버 재질이 수축되면, 비교적 더 늦게 변화하고 낮은 팽창율의 베이스 재질에 의하여 수축이 자제된다. 상기 열 엑츄에이터 12의 가장 높고 낮은 팽창율의 부분 16,14는 열적으로 유발하는 응력과 상기 외곽의 고정부 22에 의하여 유지되는 압박력에 의하여 팽창되고 비틀린다. 상기 열 드라이버 12가 더 낮은 설정 점 온도에 도달하면, 상기 중앙의 신장부 20은 도 1에서 도시된 바와 같이 제 1 안정상태까지 상기 압박되는 외곽 고정부 22를 통하여 뒤로 스냅된다.

비-연성 재질들을 사용하는 것은 상기 베이스와 드라이버 재질을 위한 비교적 연성 재질을 사용하는 임의의 통상적인 바이-메탈 열 엑츄에이터들에 비하여 수명이 적어지는 것을 방지시킨다. 이와 같은 비-연성 재질의 높은 전단 탄성계수 또는 강도 계수는 본 발명의 이 모드 열 엑츄에이터 12의 어떤 성분도 그 항복점 이상까지 응력을 받지 않게 한다, 따라서 상기 이 모드 열 엑츄에이터 12의 구조는 비틀림 응력이 감소하거나 없어질 때 초기 응력 상태나 형태로 복귀한다.

도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 미리 조정된 초기 또는 설정 점의 온도에서 다른 오목 상태로 스냅하는 상기 열 엑츄에이터 12의 특성들은 설정 점에 도달되고 있는 신호에 전기적으로 접촉하거나 다른 표시기들을 개,폐시키는 열 스위치로 사용될 수 있다. 상기 바이-메탈 디스크 엑츄에이터 12가 상태를 변하게 하는 속도는 통상 "스냅 속도(snap rate)"이라고 알려져 있다. 하나의 바이-안정 상태에서부터 다른 상태로의 변화는 정상적으로 순간에 발생되지는 않지만 측정은 가능하다. 낮은 스냅 속도는 상태 변화가 낮은 비율의 속도로 발생되는 것을 의미하고, 반대로 빠른 스냅속도는 상태변화가 높은 비율의 속도로 발생되는 것을 의미한다. 낮은 스냅속도는 종래 기술의 통상적인 바이-메탈 열 엑츙이터와 마찬가지의 문제가 있다. 따라서 전기 스위치나 표시 장치에서 알려진 바이-메탈 열 엑츄에이터를 사용하면 작동되는 전기적인 접점사이에서 아킹을 발생시키는 원인을 제공하는 낮은 스냅 속도를 초래한다. 따라서 늦은 스냅 속도들은 열 스위치가 표시장치의 전류 인가 캐패시티을 제한한다. 반대로 빠른 스냅 속도는 그 상태에서의 변화가 급속하게 발생되는 것을 의미하므로, 아킹없이 열 스위치 또는 표시장치의 전류량을증가시키는 것을 가능하게 한다. 온도 변화 율은 상기 스냅 속도에 영향을 미친다. 보다 낮은 온도에서의 변화 율은 상기 스탭 속도를 낮추게 하지만, 반대로 보다 빠른 온도에서의 변화율은 보다 바른 스냅 속도를 가능하게 한다. 어떤 조건이 빠른 온도 비율을 제공하면, 다른 많은 경우에 스위치들과 표시장치들은 매우 늦은 온도 변화율 나타내게 된다. 어떤 경우에, 온도 변화율이 분당 1℉ 또는 이보다 낮게 될 수 있다. 장시간의 신뢰를 위하여 상기 장치는 아킹없이 매우 늦은 온도 적용 변화율에서 작동하여야 한다. 본 발명의 상기 열 엑츄에이터 12의 베이스 와 드라이버 재질 모두를 위한 비-연성 재질들의 사용은 어떤 일반적인 바이-메탈 엑츄에이터의 사용에 따른 수명을 단축시키는 것을 방지시킨다.

도 1 및 2 에서 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 열 엑츄에이터 12 는 간단한 스냅-작동식의 미세기계가공된 열 스위치 26를 제공한다. 본 발명의 상기 열 엑츄에이터 12가 상기 열 스위치 26를 실행시킬때, 이 제 2 전환된 형태에서 아치형 20의 전도체부 18 는 미세기계가공된 지지판 28에서 형성된 하나 또는 그 이상의 전기접점과 접촉된다. 상기 열 엑츄에이터 12는 전기신호와 결합된 하나 또는 그 이상의 전기접점 30을 갖는 상기 미세기계가공된 지지 판 28과 조합을 제공한다. 상기 지지판 28은 예를 들면, 대체로 평면구조, 즉 대체로 상면 및 하면에 반대로 오프셋된 평면 및 평행한 구조로 형성된다. 상기 기판은 상기에서 설명된, 적어도 실리콘, 유리, 산화실리콘, 텅스텐을 포함하는, 강하고 대체로 비-연성 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 구비하는 대부분의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 판 재료는 알려진 미세구조 기술을 사용하여 제조되는 유리 또는 또다른 적합한 비-연성 재료이다. 더욱이, 상기 지지판 재료는 상기 열엑츄에이터 12의 엑츄에이터 기본구조 14로 형성되는 상기 엑츄에이터 기본재료의 열팽창율과 거의 동일하거나 유사한 열팽창율을 갖는 재료로 임의로 형성되어서, 상기 지지 28의 열팽창 특성이 대립하지 않고 또는 반대로 상기 열 엑츄에이터 12의 작동에 영향을 끼치지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 28은 상기 열 엑츄에이터 12의 기본구조 14를 형성하기 위해 사용되는 기본 재료와 유사하게, 대체로 평면구조에서 단일결정체 실리콘 재료로 형성된다. 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 지지 28은 파이렉스(Pyrex) RTM과 같은 유리재료로 형성된다.

상기 지지판 28은 상기 접점 30의 일측상에 내부표면 또는 바닥 위로 돌출되는 메사 32로 형성된다. 상기 접점 30은 상기 바닥 34위로 유사하게 돌출되는 꼭대기 또다른 메사 36로 형성될 수 있으나, 측면에 위치하거나 주위를 둘러싸는 메사 32 보다 더 낮은 높이로 형성될 수 있다. 하나 또는 그이상의 도체선 38은 상기 바닥 34에 상기 지지 28의 내부표면상에 형성된다. 대안적으로, 상기 지지 28은 붕소, 인듐 또는 알루미늄과 같은 전기적으로 도체 재료로 도핑되거나, 또는 실리콘, 갈륨 비화물, 게르마늄 또는 셀레니움과 같은 반도체 재료로 형성된다.

상기 열 엑츄에이터 12는 기본구조의 중앙 이동부 20가 상기 지지판 28의 상기 메사 32에 외부 경계부 22에 속박되도록 상기 지지판 28에 결합된다. 상기 속박은 예를 들면, 통상적으로 부착 또는 화학결합이다. 상기 메사 32에 연결됨은 상기에서 설명된 바와 같이 중앙 이동부 20를 구동시키기 위해 열적으로 유발된 응력과조합되어 작동하는 외부 장착 플랜지 22에 기계적 속박이 제공된다.

전기도체부 18의 작동에서 전기접점 30과 접촉하거나 접촉이 깨어짐으로써 전기회로가 완성되거나 차단된다. 상기 전기 도체부 18는 예를 들면, 중앙 전극 18a 및 상기 엑츄에이터 12의 중앙 이동부 20의 내부의 오목한 표면 24상에 형성된 하나 또는 그 이상의 도체선 18b, 회로에서 연결을 위한 외부 장착부 22를 이끄는상기 도체선 18b을 제공한다. 대안적으로 상기 전기 도체부 18은 제공된다. 엑츄에이터 기본 구조 14를 붕소, 인듐, 탈륨 또는 알루미늄과 같은 전기적으로 도체 재료로 적절하게 도핑하거나, 또는 실리콘, 갈륨 비화물, 게르마늄 또는 셀레니움과 같은 반도체 재료로 형성한다.

상기 열엑츄에이터 12는 상기 바닥 34상에 돌출되는 하나 또는 그 이상의 전기접점 30과 접촉하는 상기 중앙 이동부 20의 전극 18a를 나타내기 위해 상기 지지판 28에 결합된다. 상기 전도체부 18의 전극부 18a는 중앙 이동부 20의 배치가 상기 지지판 28을 향하여 전기 접점(들) 30과 접촉하여 전극부 18a를 가져오도록 상기 하나 또는 그 이상의 전기 접점 30의 각각이 정렬됨으로써 전기회로가 차단된다. 본 발명의 상기 열스위치 26의 일 실시예에 따르면, 상기 열 엑츄에이터 12는 중앙도체부 18과 외부 가장자리부 22사이에 전도체 수단을 구비한다. 예를 들면 하나 또는 그 이상의 도체선 18b는 상기 기본 구조 14의 내부 표면상에 형성되거나; 또는 상기 기본 구조 14의 부분은 붕소, 인듐, 탈륨 또는 알루미늄과 같은 전기적으로 도체 재료로 도핑된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기본 구조 14는 실리콘, 갈륨 비화물, 게르마늄 또는 셀레니움과 같은 반도체 재료로 형성한다. 상기 메사 32의 상부 또는 평면 부는 상기 지지 28로부터 열엑츄에이터 12가 전기적으로 절연되기 위한, 실리콘과 같은 전기적으로 절연된 재료의 필름 또는 층 39을 구비한다. 상기 절연층 39은 상기 지지판 28의 도체부 38과 상기 열엑츄에12의 도체부 18b사이에 제공된다. 그밖에 상기 도체부 38는 상기 메사 32의 접점 표면아래 놓인다.

도 2는 제 2 안정상태에서 배치된 상기 열엑츄에이터 12를 갖는 열스위치 26이 도시되고, 여기서 상기 중앙 이동부 20의 내부 오목 표면 24은 상기 가장자리부 22의 평면 P로부터 이격된 외부 볼록 표면 24으로 역전된다. 이 제 2 역전형태에서 중앙 이동부 20 및 전도체부 18의 전극부 18a는 상기 지지구조 28의 전기컨덕트 30과 접촉되게 됨으로써, 회로가 차단된다. 예를 들어 회로 차단은 곧이어 작은 부하를 전환할 수 있고, 또는 전환 수단과 함께 고체상태 중계기40로 큰 부하를 전환할 수 있다. 대안적으로 전력트랜지스터는 비교적 큰 전류를 전환할 수 있다. 이하에서 더 상세하게 설명될 상기 온도 스위치 26는 단일리튬 칩과 같이 미세하게 기계가공됨으로써 형성되도록 적용된다. 상기에서 설명된 상기 고체 상태 중계기 40와 이하에서 설명될 대안적인 전력트랜지스터 또는 전기장효과 트랜지스터(FET)는 완전한 회로를 형성하기 위한 온도 스위치 26로서 동일한 칩상에 쉽고 저렴하게 통합시킬 수 있다.

따라서, 도 3에서 도시된 양극 트랜지스터 42 또는 도 4에서 도시된 전기장효과트랜지스터(FET) 44는 상기 열 스위치 26와 동일한 칩으로 통합될 수 있다. 도 3에서, 하측 전환은 개략적으로 도시된 바와 같이 양극 트랜지스터 42와 양의 전압원, +V 사이의 상기 온도 스위치 26에 연결됨으로써 달성된다. 완전하게 형성된 전류제한 저항기 46는 상기 베이스와 상기 그라운드 48 사이에 연결될 수 있다. 그러한 적용에서 전류는 온도 스위치 26이 아니라 전력트랜지스터 42에 의해서 전환된다. 작동에 있어서, 상기 온도 스위치 26가 차단될때, 전류는 전류제한저항기 46를 통해 전력트랜지스터 42상으로 방향을 바꿔서 흐른다. 그래서, 상기 전환된 출력은 단자들 50 및 48사이에서 감지될 수 있다.

도 4에서 도시된 대안적인 실시예에 따르면, 상기 온도 스위치 26는 전지장효과 트랜지스터(FET) 44를 상측으로 전환시키기 위해 제조되고, 상기 온도 스위치 26을 따라 동일한 칩으로 통합된다. 따라서, 상기 온도 스위치 26는 게이트와 상기 FET의 배출 단자 사이에 연결되고, 반면 상기 전류제한저항기 46는 상기 게이트와 출력단자 52 사이에 연결된다. 작동에 있어서, 상기 온도 스위치 26이 차단될 때, 상기 전류제한저항기 46를 교차한 전압 강하는 전력트랜지스터 44를 켠다. 상기 전환된 출력은 상기 단자들 52 및 54 사이에 있다.

상기 열 스위치 26는 또한 상측-하부 즉, 전환된 열 엑츄에이터 12를 갖고 정해진 높여진 세트포인트 온도에서 회로를 개방하기위해 조립될 수 있다.

기계적 및/또는 전자-기계적 시스템의 세밀화는 최근 수년에 작은 경량의 제조로서 반도체 제조기술에 의해 제조된 미세기계가공 전자-기계적 구조(MEMS)가 일반적으로 잘 알려지게 되었다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 열 스위치 76는 잘 알려진 반도체제조기술을 사용하여 MEMS 기기로 제조된다.

MEMS장치 제조공정의 일 예는 Greiff 등에 의한 미국특허 5,650,568호Gimballed Vibrating Wheel Gyroscope Having Strain Relief Features에서 설명되며, 여기서 참조된다. Greiff에 의한 '568호 특허는 경량으로 형성되기 위한 분해된 웨이퍼 공정(DWP), 진동 휠 자이로스코프 장치의 수평을 유지하는 세밀화된 MEMS을 설명한다. 상기 DWP는 다양한 자이로스코프의 기계 및/또는 전자-기계의 부분을 형성하는 MEMS장치를 제조하기 위해 통상적인 반도체 기술을 이용한다. 상기 반도체 재료의 전기특성은 상기 자이로스코프에 전력을 제공하고 상기 자이로스코프로부터 신호를 받는다.

도 5A-5D는 통상적인 반도체제조기술을 사용한 MEMS장치의 제조에 대한 Greiff의 '568호 특허에서 설명된 DWP를 도시한다. 도 5A에서, 실리콘 기판 60과 지지 기판 62이 보여진다. 전형적인 MEMS장치에서, 상기 실리콘 기판 60은 상기 장치의 기계적 및/또는 전자-기계적 부재가 형성되기 위해 식각된다. 상기 기계적 및/또는 전자-기계적 부재는 상기 기계적 및/또는 전자-기계적 부재가 이동의 자유를 갖도록 일반적으로 상기 지지 기판 62 위에서 지지된다. 상기 지지 기판 62는 통상적으로 Pyrex RTM 유리와 같은 절연재료로 제조된다.

지지 부재 64는 실리콘 기판 60의 내부표면 66으로부터 초기에 식각된다. 이러한 지지부재 64는 보통 메사로서 알려지고 그리고 충분한 높이의 메사 64가 형성될 때까지 포토레지스터 68의 고유 패턴층을 통해 드러난 상기 실리콘 기판 60의 내부 표면 66이 예컨대 칼륨수산화물(KOH)로 식각에 의해서 형성된다.

도 5B에서, 상기 실리콘 기판 60의 식각된 내부표면 66은 실리콘 기판 60이 도핑 영역 70과 비도핑 영역 72 모두를 갖도록 미리정해진 깊이의 도핑 영역을 제공하기 위해 예컨대 붕소로 도핑된다. 도 5C에서, 트렌치(trench) 74는 예컨대 반응성 이온 식각(RIE) 또는 깊은 반응성 이온 식각(DRIE) 기술에 의해서 형성되고, 상기 실리콘 기판 60의 도핑 영역 70을 통해 확장된다. 이 트렌치 74는 상기 MEMS 기기의 기계적 및/또는 전자-기계적 부재로 형성된다.

도 5A-5C에서 도시된 바와 같이, 상기 지지 기판 62는 역시 초기에 식각되고, 금속전극 76과 도체선(미도시)는 상기 지지 기판 62의 내부표면에 형성된다. 이 전극 76과 도체선은 이어서 상기 MEMS 기기의 다양한 기계적 및/또는 전자-기계적 부재로 전기적 연결을 제공한다.

도 5D에서, 상기 지지 기판 62은 상기 전극 76 및 도체선들로부터 가공되고, 상기 실리콘 기판 60과 상기 지지 기판 62은 함께 결합된다. 상기 실리콘 및 지지 기판 60, 62은 상기 메사 64위에 접점 표면들 78에 예컨대 양극본드(anodic bond)에 의해 함께 결합된다. 상기 실리콘 기판 60의 도핑되지 않은 희생 영역 72은 단지 MEMS 기기의 기계적 및/또는 전자-기계적 부재인 도핑 영역 70이 남도록 떨어져서 식각된다. 상기 실리콘 기판 60으로부터 바깥으로 확장된 상기 메사 64는 상기 부재가 이동이 자유롭도록 상기 지지 기판 62 위에 기계적 및/또는 전자-기계적 부재를 지지한다. 더욱이, 상기 지지 기판 62위에 형성된 상기 전극 76은 상기 전극 76을 갖는 상기 메사 64의 접촉을 통해 기계적 및/또는 전자-기계적 부재로 전기적 연결을 제공한다.

상기 MEMS장치를 제조하기 위한 DWP의 또다른 예는 Hays에 의한 미국특허 6,143,583호, Dissolved Wafer Fabrication Process And AssociatedMicroelectromechanical Device Having A Support Substrate With Spacing Mesas에서 설명되고, 여기서 참조된다. Hays에 의한 '583호 특허의 방법은 기계적 및/또는 전자-기계적 부재가 분리될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 정확하고 신뢰성있게 형성될 수 있도록 부분 희생 기판의 내부 표면의 평면성을 유지함으로써 정밀하게 한정된 기계적 및/또는 전자-기계적 부재를 갖는 MEMS장치의 제조를 가능케한다.

도 6A-6F는 Hays에 의한 '583호 특허에 따른 DWP의 한 실시예를 도시한다. 상기 방법은 내부 및 외부 표면 80a, 80b을 갖는 부분 희생 기판 80을 제공한다. 상기 부분 희생 기판 80은 예를 들면 실리콘이며, 그러나 갈륨 비화물, 게르마늄 또는 셀레니움, 및 다른 것들과 같은 도핑 영역 82로부터 도핑될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 부분 희생 기판 80은 내부 표면 80a에 인접한 도핑 영역 82과 외부 표면 80b에 인접한 비도핑 희생 영역 84을 포함하도록 부분 도핑된다. 부분 희생 기판 80은 도펀트(dopant)가 내부 표면에 대해 미리 정해진 깊이 예컨대 10 마이크론으로 도핑된다. 도펀트는 해당 분야에 공지된 확산법에 의해 부분 희생 기판 80 안으로 주입될 수 있다. 하지만, 도핑은 이 기술로 한정되지 않으므로, 부분 희생 기판 80의 내부 표면 80a에 인접한 도핑 영역 82은 해당 분야에 공지된 어떠한 방법으로 형성해도 된다. 또한, 부분 희생 기판 80은 그 내부에 도핑 영역을 형성하는 모든 다른 도펀트 상의 붕소 도펀트로 도핑될 수 있다.

MEMS 기기를 절연시키도록 파이렉스 RTM 글래스와 같은 유전체로 지지 기판 86을 형성할 수도 있다. 하지만, 지지 기판 86은 반도체 재료를 비롯하여 모든 바람직한 재료로 형성될 수 있다. Greiff 등의 '658 특허에 기재된 DWP와 대조적으로, Hays의 '583 특허에 따르면, 지지 기판 86의 섹션은 지지 기판 86의 내부 표면 86a에서 외측으로 연장된 메사 88가 형성되도록 식각된다. 식각은 메사 88가 원하는 높이에 이를 때까지 계속된다.

도 6B와 6C는 지지 기판 86 상에 메사 88가 형성된 이후 금속 재료를 지지 가판 86의 내부 표면 86a와 메사 88 상에 증착시켜 전극 90을 형성하는 것을 보여준다. 메사 88는 금속이 증착될 수 있는 만입 영역을 형성하도록 일차로 선택적으로 식각되어, 증착 금속 전극 90이 메사 88의 표면 위로 너무 연장되지 않도록 할 수 있다. 도 6B에서, 지지 기판 86의 내부 표면 86a의 노출 부분은 미리 정해진 패턴으로 만입 영역 92을 형성하도록 예컨대 BOE에 의해 식각된다.

도 6C에서, 금속 전극 재료가 식각된 오목부 92에 증착되어 전도성 트레이스(conductive trace, 도시 생략)를 형성하며 접점 94는 메사 88 위로 돌출한다. 해당 분야에 공지된 바와 같이, 접점 94, 전극 90 및 트레이스는 티타늄, 백금 및 금의 다층 증착물과 같은 전도체로 형성될 수 있으며 스퍼터링 등의 적절한 기법에 의해 증착될 수 있다.

도 6C에서, 부분 희생 기판 80의 내부 표면 80a은 식각되어 결과물인 MEMS 기기의 기계적 및/또는 전기-기계적 부재를 분리하거나 형성한다. 메사 88를 지지 기판 86에 형성하면, 부분 희생 기판 80의 내부 표면 80a에서 적어도 이들 부분은 평탄해져서 결과물인 MEMS 기기의 정밀 형성을 촉진한다.

도 6C와 도 6D는 물질(94)의 감광층을 구비한 부분적 희생기판(sacrificial substrate)(80)의 내측면(80a)을 코팅함으로써 형성된 결과적으로 얻어진 MEMS 기기의 기계적 및/또는 전자-기계적 부재들을 도시하고 있다. 노광후에, 상기 감광층(94)의 일부분(96)은 에칭되지 않은 상기 부분적 희생기판(80)의 내측면(80a) 영역을 보호하기 위해 상기 감광층의 잔여부분(98)을 남기고 제거된다.

도 6E는 상기 부분적 희생기판(80) 내측면(80a)의 노광된 부분이 상기 부분적 희생기판(80)의 도프처리된 영역(82)을 통해 트렌치(trench)들을 형성하기 위해 RIE 에칭등에 의해 에칭된 것을 도시한 것이다. 아래에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치들 사이에서 신장한 상기 부분적 희생기판(80)의 도프처리된 영역(82)은 상기 MEMS 기기의 결과적으로 얻어진 기계적 및/또는 전자-기계적 부재(들)을 형성할 것이다. 상기 MEMS 기기의 기계적 및/또는 전자-기계적 부재들은 에칭된 트렌치들에 의해 형성된 후, 헤이스 583특허(Hays '583 patent)의 방법으로 상기 부분적 희생기판(80)의 내측면(80a)으로부터 잔여 감광물질(98)을 제거한다.

도 6F는 메사들의 표면에 배치된 접촉전극(94)들을 포함하는 상기 부분적 희생기판(80)의 내측면(80a)을 메사(mesa)(88)들과 접촉하여 위치시키는 것을 도시한 것이다. 견고한 결합을 제공하는 양극본드(anodic bond) 또는 다른 타입의 본드(bond)는 상기 부분적 희생기판(80)과 메사(88)들의 사이에 형성되어 있다.

상기 부분적 희생기판(80)의 도프처리되지 않은 희생영역(84)은 상기 기계적 및/또는 전자-기계적 부재들이 회전,이동,구부러질 수 있도록 제거될 수 있다. 이러한 기술은 일반적으로 용융 웨이퍼 공정(dissolved wafer process,DWP)으로 불린다. 상기 도프처리되지 않은 희생영역(84)의 제거는 에틸렌디아민파이로카테콜(ethylenediamine pyrocatechol,EDP) 에칭공정등으로 에칭함으로써 전형적으로 이루어지나, 다른 도핑-선별 에칭(doping-selective etching) 과정이 사용될 수 있다.

상기 부분적 희생기판(80)의 도프처리되지 않은 희생영역(84)의 제거는 상기 도프처리된 영역(82)으로부터 에칭된 상기 기계적 및/또는 전자-기계적 부재들이 상기 지지기판(86)에 대해 이동하거나 구부러지도록 자유롭게 움직일수 있게 한다. 추가적으로, 상기 도프처리되지 않은 희생영역(84)의 제거는 상기 도프처리된 영역을 통해 에칭된 트렌치의 외부에 있는 상기 부분적 희생기판(80)의 도프처리된 영역(82)의 잔류물로부터 상기 기계적 및/또는 전자-기계적 부재들을 분리시킨다.

도 6A와 도 6F에 도시된 바와 같이, 상기 메사(88)들은 경사질 수 있는 한 세트의 측벽(100)들 사이에 신장한 접촉전극 표면(94)을 구비하고 있고, 상기 접촉면(94)에 상기 측벽(100) 위쪽으로 금속을 "스테핑(stepping)"함으로써 금속전극들(90)이 접촉면 양측과 적어도 상기 메사(88)의 일측벽에 배치되도록 할 수 있다. 비록 상기 경사진 측벽(100)들이 상기 경사진 측벽들의 한쌍 세트로 도시되어 있지만, 몇몇 응용예들에서 상기 세트의 단지 측벽(100)들중의 하나만이 경사질 수 있다. 상기 메사(88)들은 프러스토 피라미드 형상(frusto pyramidal shape)과 같은 어떠한 기하형태로 가정할 수 있으나, 육각형, 팔각형, 실린더형, 또는 특정한 응용예에서 필요한 다른 유용한 형상과 같은 단면형상을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, MEMS 기기들은 매우 다양한 응용예들에 사용된다. 알려진 MEMS 기기들에 추가적으로, 본 발명의 열 스위치(thermal switch)(26)는 또한 여기서 설명된 DWP로부터 얻어진 MEMS 기기이다.

도 7은 예를들면 여기서 설명된 DWP 제조기술들을 이용한 MEMS 기기로 제조된 열 스위치(26)를 도시하고 있다. DWP를 이용한 MEMS 기기로 형성할 때, 본 발명의 상기 결과적으로 얻어진 MEMS 열 스위치 기기(26)는 제 1내측면상의 에피택셜(epitaxial) 실리콘층(110a)과 도프처리되지 않은 희생영역(110b)에 최초로 형성된 액츄에이터(actuator) 베이스 구조체(14)를 구비한 반도체 기판(110)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 상기 반도체 기판(110)은 실리콘, 비화갈륨(gallium arsenide),게르마늄, 셀레늄등으로 형성될 수 있다. 상기 액츄에이터 베이스 구조체(14)는 예를들면, 가열, 일면에 다른 금속을 붙이거나 선택적으로 도프처리함으로써 아치모양으로 굽거나 만곡되도록 초기에 형성된 에피택셜 빔이다. 상기 액츄에이터 베이스 구조체(14)가 선택적인 도프처리에 의해 아치모양으로 굽거나 만곡될 때, 상기 도프처리된 층은 기판에 도펀트(dopant)를 확산시키기 보다는 상기 제 1기판(110)상에서 에피택셜 성장한다. 선택적으로, 그러한 도프처리는 종래의 열확산 기술(thermal diffusion techniques)들에 의해 이루어질 수 있다. 그러나, 필요한 만큼 깊거나 짙게 상기 기판을 도프처리하는 것은 종종 어려우므로 상기 층들의 조성과 경계들은 쉽게 조절되지 않는다. 상기 도펀트는 붕소나 인듐, 탈륨, 또는 알루미늄과 같은 다른 도펀트이다.

상기 액츄에이터 베이스 구조체(14)가 상기 반도체 기판(110)의 에피택셜 층(110a)으로 형성된 후에, 상기 두가지 모드를 가진 써멀 액츄에이터(12)는 상기 협력 열 드라이버 구조체(16)를 상기 빔형 에피택셜 액츄에이터 베이스 구조체(14)에 부착하도록 형성된다. 상술한 바와 같이, 상기 열 드라이버 재질은 산화물, 질화물, 또는 텅스텐중의 하나이고, 요구되는 열적반응의 작용으로 선택된다. 상기 반도체 에피택셜 빔(14)의 바디가 회로내에서 연결을 위해 외측장착부(22)로의 전도성 경로(18b)로 작동하는 동안, 적어도 상기 베이스 에피택셜 빔(14)의 중앙부에는 상기 열 드라이버(16)를 형성하고 중앙전극(18a)으로 작동하는 재질이 존재하지 않는다. 상기 베이스 에피택셜 빔(14)은 상기 중앙전극(18a)과 상기 도전성 경로(18b)를 형성하기 위해 붕소나 인듐, 탈륨, 또는 알루미늄과 같은 전기적 도전성 재질로 도프처리될 수 있다. 선택적으로, 다층으로 증착된 티타늄, 백금 및 금과 같은 금속 전극 재질은 상기 중앙 전극(18a)과 상기 도전성 트레이스(trace)(18b)들을 형성하기 위해 중앙 이동부(20)의 내측 오목면(24)에 증착되어 있다.

본 발명의 상기 MEMS 열 스위치 기기(26)는 미세기계가공된 지지판(28)가 형성된 지지기판(112)을 추가로 포함한다. 상기 지지기판은 상기 반도체 기판(110)에 의해 형성된 상기 미세기계가공된 부분들이 상기 제 1,2안정상태 사이에서의 "스내핑(snapping)"을 위해 더 잘 이동하거나 구부러지도록 상기 반도체 기판(110)을 매다는 역할을 한다. 그러나, 상기 MEMS 열 스위치 기기(26)에서 상기 지지기판(112)은 상기 MEMS 열 스위치 기기(26)의 전기기계부품들을 전기적으로 절연시키는 기능도 수행한다. 따라서 상기 지지기판(112)은 파이렉스(Pyrex) RTM 유리와 같은 유전체 재질로 형성된다.

본 발명의 상기 MEMS 열 스위치 기기(26), 보다 상세하게는 상기지지기판(112)의 잔유물로부터 바깥쪽으로 신장하고 상기 반도체 기판(110)을 지지하는 역할을 하는 상기 지지기판(112)은 적어도 한 쌍의 메사(32)를 추가로 포함한다. 상술한 바와 같이, 상기 메사(32)들이 상기 반도체 기판(110)과 마주보는 상기 지지기판(112), 예를들면 미세기계가공된 지지판(28)상에 형성되어 있기 때문에, 상기 반도체 기판(110)의 내측면은 상기 도프처리된 영역(110a)을 통해 정밀도와 상기 트렌치들의 조절된 에칭을 촉진하는 높은 평면도를 유지한다. 상술한 바와 같이, 상기 메사(32)들은 상기 반도체 기판이 상기 지지기판(32)의 잔유물을 통해 매달려 있도록 상기 반도체 기판(110)의 내측면(110a)을 지지하는 접촉면(34)을 각각 포함한다.

상기 접촉전극(30)과 도체(38)(들)은 각각 상기 써멀 액츄에이터(12)의 상기 중앙전극(18a)과 전기연결 경로의 전기적인 연결을 제공한다. 선택적으로, 상기 지지기판(112)의 상기 내측면(112a)은 붕소, 인듐, 탈륨, 또는 알루미늄과 같은 전기 도전성 재질로 도프처리되어 있거나, 상기 지지기판(112)은 실리콘, 비화갈륨, 게르마늄, 또는 셀레늄과 같은 반도체 재질로 형성된다.

상기 메사(36)는 상기 써멀 액츄에이터(12)의 중앙전극(18a)과 정렬된 접촉면(114)에 형성된 전극(30)과 접촉하여 상기 지지기판(112)의 내측면(112a)에 선택적으로 형성된다. 상기 메사(36)는 상기 제 1,2안정상태 사이에서 구부러지는 상기 써멀 액츄에이터(12)를 위한 공간을 제공하기 위해 상기 지지메사(32)들의 약간 아래에 이격되어 있을 수 있으나, 상기 써멀 액츄에이터(12)가 상기 제 2안정상태에 배치될 때 상기 전극부(18a)와의 접촉이 확보되도록 상기 메사(32)들의 평면에 충분히 근접해 있어서, 상기 중앙 이동부(20)의 상기 내측 오목면(24)은 상기 가장자리부(22)의 평면(P)로부터 이격된 외측 볼록면(24)으로 전환된다.

상기 메사(32,36)는 상기 지지기판(112)의 내측면(112a)과 상기 지지기판(34,114)들 사이에서 신장한 하나 이상의 경사진 측벽(116)들을 각각 선택적으로 포함한다. 상기 전극들은 접촉면(114,34)들과 상기 중앙메사(36)의 적어도 하나의 경사진 측벽(116)들과 적어도 하나의 지지메사(32)들에 증착된다. 그러므로 상기 전기적 도체(38)(들)를 형성하는 결과적으로 얻어진 전극들은 그들과의 전기적인 연결을 형성하기 위해서 상기 각각의 메사들의 측벽에 노광된다. 상기 접촉전극(30)이 상기 중앙메사(36)의 표면에 노광되는 동안, 상기 메사(32)(들)는 전기적인 도체(들)를 형성하는 상기 증착된 금속전극들이 상기 메사(32)(들)위로 신장되지 않도록 우선 상기 전극금속이 증착되는 오목영역들을 형성하기 위해 선택적으로 에칭된다. 도시된 바와 같이, 상기 지지기판(112)의 내측면(112a)의 노광된 부분들은 미리정해진 패턴으로 오목영역(118)들을 형성하기 위해 BOE에 의해서와 같이 에칭된다. 상술한 바와 같이, 상기 메사(32)들의 접촉면(34)들은 상기 반도체 기판(110)의 내측면(110a), 예를들면 상기 써멀 액츄에이터(12)의 가장자리부(22)를 지지한다.

도 8에서, 상기 두 가지 모드를 가진 써멀 액츄에이터(12)가 형성된 후, 상기 메사(32)들의 접촉면(34)들과 상기 반도체 기판(110)의 내측면은 상기 써멀 액츄에이터(12)의 가장자리부(22)에서 상기 미세기계가공된 지지판(28)에서 상기 접촉전극(30)과 정렬된 중앙전극(18a)과 결합되거나 그렇지 않으면 연결된다. 예를들면, 상기 메사(32)들의 접촉면(34)들과 상기 반도체 기판(110)의 내측면은 양극본드등에 의해 결합될 수 있다.

사용시 상기 스위치(26)는 상기 MEMS 열 스위치 액츄에이터(12)가 그 제 1,2안정상태 사이에서 전환할 때 상대적으로 높은 부하를 전환시키기 위한 전환수단, 예를들면 반도체 계전기(solid-state relay)(40)를 구동시키기 위해 연결된다. 상기 MEMS 열 스위치 액츄에이터(12)와 반도체 계전기(40)는 비용과 크기를 줄이기 위해 함께 제작된다.

이중-재료 시스템(bi-material system)이 요구되는 산화물층을 사용하는 실리콘-온-옥사이드(Silicon-On-Oxide,SOI) 제조와 같은 Honeywell SIMMA^TH가속도계를 제조하기 위해 사용되는 것들과 유사한 다른 대량 미세-가공 공정들도 사용될 수 있다.

도 9는 플로어(floor)(34)에 상기 지지판(28)의 내측면에 형성되고 각각 서로 절연된 도전성의 트레이스(38a,38b)에 각각 독립적으로 연결되고, 상기 전기적 도체(38a,38b)들을 형성하는 증착된 금속전극들이 상기 메사(32a,32b)들의 표면위로 신장하지 않도록 상기 전극금속이 증착되는 오목영역들에서 상기 각각의 메사(32a,32b)들을 이끌어내는 서로 절연된 전기접점(30a,30b)을 구비한 두 갈래의 중앙메사(36)를 갖는 이중 접촉 열 스위치(200)로써의 본 발명의 대체 실시예의 상기 MEMS 열 스위치를 도시하고 있다. 선택적으로, 상기 지지판(28)는 붕소, 인듐, 탈륨, 또는 알루미늄과 같은 전기 도전성 재질과 유사한 패턴으로 도프처리되거나,실리콘, 비화갈륨, 게르마늄, 또는 셀레늄과 같은 반도체 재질로 형성된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 적당한 전기 도전성 재질로 형성될 때, 상기 드라이버 구조체(16)는 상기 액츄에이터(12)의 상기 중앙 이동부(20)에 있는 접촉전극(18a)을 또한 제공한다. 상기 액츄에이터(12)는 상기 액츄에이터(12)가 그 전환상태를 통해 스냅 결합할(snap) 때, 상기 두개의 서로 절연된 전기 접촉전극(30a,30b)들을 접촉시키도록 충분히 큰 적어도 중앙 접촉전극(18a)이 제공되어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 두개의 전기 접촉전극(30a,30b)들 사이에서 브레이크(break)에 의해 단절된 회로를 폐쇄시킨다.

도 11은 상기 지지판에 형성된 메사(312)에 고정되고 상기 지지판(314)에 형성된 제 2접촉 메사(316)와 정렬된 외팔보형 써멀 액츄에이터(310)를 가지며 상기 외팔보형 지지메사(312)로부터 이격된 단일 접촉 열 스위치(300)로써의 본 발명의 대체 실시예의 상기 MEMS 열 스위치를 도시한 것이다. 상기 외팔보형 써멀 액츄에이터(310)는 열 드라이버 구조체(320)와 상기 외팔보 연결의 반대쪽에 있는 전기 도체부(322)와 함께 조합되어 만곡되거나 아치모양으로 굽은 빔 형상의 액츄에이터 베이스 구조체(318)를 포함한다. 액츄에이터 베이스 구조체(318)의 재질은 상술한 강하고 실질적으로 비연성이며 제 1또는 베이스 열팽창률을 갖는 재질군으로부터 선택된다. 예를들면, 상기 베이스 재질은 알려진 미세구조기술들을 사용하여 형성되는 에피택셜 실리콘이나 다른 적당한 비연성재료이다. 상술한 많은 공정기술중의 하나를 사용하면, 상기 베이스 구조체(318)는 장착부(326)에 의해 일단에 접하고 도체전극(322)에 의해 다른 끝단에서 접하는 중앙 이동 아치 또는 만곡부(324)를갖는 구조로 초기에 형성된다. 상기 열 드라이버 구조체(320)는 요구되는 특정 열적반응에 의존하여 상기 베이스 구조체(318)의 상기 아치 또는 만곡부(324)의 오목 또는 볼록면중의 하나에 얇은 층으로 증착되는 열 드라이버 재질의 응용에 의해 제공된다. 예를들면, 드라이버 재료의 얇은 층은 상기 베이스 구조체(318)의 외측 에지(edge)에서 상기 가장자리들, 예를들면 상기 전극 및 장착부(322,326)들 사이에서 중앙 이동부(324)에 증착된다.

상기 열 드라이버 재질은 상술한 바와 같이 높은 전단탄성계수를 갖고 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)를 형성하는데 사용하기 알맞은 강하고 실질적으로 비연성인 재질군으로부터 선택된다. 더우기, 상기 드라이버 재질은 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)를 형성하는데 사용하는 특정재질과 다르고, 상기 베이스 열팽창률과 다른 열팽창률을 초래하는 제 2또는 드라이버 열팽창계수를 갖는다. 예를들면, 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)가 에피택셜 실리콘으로 형성될 때, 상기 써멀 드라이브 구조체(320)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 에피택셜 실리콘과 다른 열팽창계수를 갖는 다른 적당한 물질로 형성된다.

상기 도체전극(322)과 하나 이상의 도전성 트레이스(328)들은 회로와 함께 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)의 내측 볼록면에 형성된다. 선택적으로 트레이스(328)들은 연결을 위해 외부장착부(326)로 안내되고, 상기 전기도체부(322,328)들은 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)를 붕소, 인듐, 탈륨, 또는 알루미늄과 같은 전기 도전성 재질로 적당하게 도프처리하도록 제공된다.

에피택셜 실리콘, 비화갈륨, 게르마늄, 또는 셀레늄과 같은 반도체 재질로상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)을 형성하는 것은 분리된 전기도체부(322,328)들을 제공할 필요가 없다.

상기 지지판(314)는 예를들면 유리기판, 상술한 바와 같이 상기 지지메사(312)와 접촉메사(316)를 구비한 지지기판에 형성된다. 상기 접촉메사(312)는 상기 외팔보형 써멀 액츄에이터(310)의 도체전극(322)과 정렬되고 전기회로에서 전기신호를 전송하기 위해 연결된 접촉전극(330)을 포함한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제 1안정상태에서 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)의 아치부(324)는 상기 지지판(314)의 접촉전극(330)으로부터 상기 접촉부(322)를 이격시킨다. 상기 두개의 모드를 가진 액츄에이터(310)가 미리 정해진 설정온도에 다다를 때, 열팽창계수의 차이에 의해 발생된 응력은 상기 액츄에이터 베이스 구조체(318)의 중앙이동부(324)가 제 2안정상태(미도시)로 통해 스냅결합하며 오목형태로 변환된 볼록커브를 갖추며 결합하게 한다. 이러한 제 2안정상태에 따르면, 상기 중앙 이동부(324)의 변환된 오목형태는 상기 써멀 액츄에이터(310)의 도체부(322)가 상기 지지판(314)의 접촉전극(330)과 전기적으로 접촉하게 하여, 폐회로가 되게 한다. 미리 정해진 스레시홀드(threshold)나 설정온도에서 오목한 다른 상태로 스내핑하는 상기 써멀 액츄에이터(310)의 특징은 설정점에 이르는 신호로 전기접촉전극(322,330)을 개폐하기 위해서 열 스위치(300)를 사용하는 데에 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변화될 수 있음을 알아야 한다.

본 발명은 미세 가공된 전자기계적 구조(MEMS)로서 형성된 스냅 작동식 열측정장치를 제공한다.

Claims (28)

1. 제 1열 팽창계수를 갖는 제 1 비연성 재료로 형성되고, 상대 이동부와 그로 부터 연장된 안정된 장착부를 구비하여 형성된 액츄에이터 베이스 구조체;

   제 2 비연성 재료로 이루어지고 상기 제 1열 팽창계수와는 다른 제 2열 팽창계수를 가지며, 상기 엑튜에이터 베이스 구조체의 이동부의 적어도 일부분에 결합되어지는 상호 작용하는 열 구동기 조립체;및

   상기 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부상에 형성된 전기 전도체부;를 포함하는 이 모드(bimodal) 열 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1및 제 2 비연성 재료들 중의 적어도 하나는 높은 극한 강도와 높은 탄성 전단율(shear modulus)을 갖는 재료들 군으로 부터 선택되어짐을 특징으로 하는 이 모드 열 액츄에이터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부는 호형상으로 형성됨을 특징으로 하는 이 모드 열 액츄에이터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 상호 작용하는 열 구동기 구조체는 상기 안정된 장착부에 인접하는 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부에 연결되는 제 2 비연성 재료의 박층으로서 형성됨을 특징으로 하는 이 모드 열 액츄에이터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전기 전도체부는 전기 전도 재료로서 도프(doped)된 이동부의 일부분으로서 형성됨을 특징으로 하는 이 모드 열 액츄에이터.
6. 제 1항에 있어서, 상기 전기 전도체부는 상기 이동부의 중앙부에 위치된 금속 전극으로서 형성됨을 특징으로 하는 이 모드 열 액츄에이터.
7. 제 1항에 있어서, 일표면상에 형성된 직립 메사(mesa)와 전극을 갖는 지지대 베이스를 추가 포함하고; 그리고 상기 이 모드 열 액츄에이터의 장착부는 상기 지지대 베이스상의 전극에 정렬된 이동부의 전기 전도체부를 구비하고 상기 메사에 결합되어짐을 특징으로 하는 이 모드 열 액츄에이터.
8. 서로 다른 제 1및 제 2 열팽창율들을 갖는 다른 결합된 제 1및 제 2 비연성 재료들, 일측 모서리를 따르는 평편 플랜지부와 그로부터 연장하는 상대적인 이동 호형부를 갖추어 형성되고 일측 표면을 따라서 배치된 전기 전도부를 갖는 상기 제 1재료 층과, 상기 호형부의 일부분에 연결되어지는 제 2재료층을 포함하고; 그리고

   상기 상대적인 이동식 호형부는 상기 플랜지부에 대해 다수의 안정된 관계로서 계속하여 배치되고,

   상기 플랜지부에 대한 상기 상대적인 이동식 호형부의 하나의 안정된 관계는 상기 평편한 플랜지부의 제 1측상에 전기 전도부를 갖는 상기 표면을 위치시키고,그리고

   상기 플랜지부에 대한 상기 상대적인 이동식 호형부의 다른 안정된 관계는 상기 제 1측에 대향하는 상기 평편한 플랜지부의 제 2측상에 상기 전기 전도부를 갖는 표면을 위치시키는 쌍 안정(bi-stable) 열 액츄에이터.
9. 제8항에 있어서, 상기 제 1및 제 2 비연성 재료들 각각은 유리, 실리콘, 실리콘 산화물및, 텅스텐을 포함하는 재료들의 군으로 부터 선택되어짐을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
10. 제8항에 있어서, 상기 제 2재료층은 상기 평편형 플랜지에 인접하는 호형부의 일부분에 연결되어짐을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
11. 제8항에 있어서, 상기 제 1재료층은 재료의 에피택셜(epitaxial) 층으로서 형성되어짐을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
12. 제11항에 있어서, 상기 전기 전도부는 전기 전도성 재료로서 도프되어짐을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
13. 제8항에 있어서, 전기 접점을 구비하여 형성된 베이스부와 상기 전기 접점에 정렬된 전기 전도부를 갖는 쌍 안정 열 액츄에이터의 플랜지부를 고정하는 수단을추가 포함하고; 그리고

    상기 상대적인 이동식 호형부는 상기 베이스부에 대해 다수의 안정된 관계로서 계속하여 배치되며,

    상기 베이스부에 대한 상기 상대적인 이동식 호형부의 하나의 안정된 관계는 상기 전기 접점으로 부터 멀어지도록 상기 전기 전도부를 위치시키고, 그리고

    상기 베이스부에 대한 상기 상대적인 이동식 호형부의 다른 안정된 관계는 상기 베이스부의 전기 접점에 접촉하도록 상기 전기 전도부를 위치시키는 것을특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
14. 제13항에 있어서, 상기 제 1 재료층은 상기 상대적인 이동식 호형부의 양측상에 2개의 모서리들 각각을 따르는 평편형 플랜지부를 추가 포함하고; 그리고 상기 전기 전도부는 상기 2개의 모서리들의 중간에 위치함을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
15. 에피택셜 실리콘층으로 형성되고, 평편한 테두리부로 부터 연장하는 중앙 이동부를 구비하여 형성되고, 전기 전도성 재료로 도프된 표면 영역을 갖는 액츄에이터 베이스 구조체;와

    상기 액츄에이터 베이스 구조체의 이동부 표면에 연결되고, 비연성 재료의 군으로 부터 선택되어지며 상기 에피택셜 실리콘과는 다른 열팽창율을 갖는 구동기 재료층;을 포함하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
16. 제15항에 있어서, 상기 이동부는 온도의 함수로서 상기 테두리부에 대해 다수의 안정된 관계로서 계속하여 추가적으로 배치되고,

    상기 테두리부에 대한 상기 이동부의 제 1 안정된 관계는 상기 테두리부의 제 1측상에 도프된 영역을 갖는 표면을 위치시키고, 그리고

    상기 테두리부에 대한 상기 이동부의 제 2 안정된 관계는 상기 제 1측에 대향하는 상기 테두리부의 제 2측상에 상기 도프된 영역을 갖는 표면을 위치시키는 것을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
17. 제16항에 있어서, 거의 평편하고 평행으로 마주하여 오프셋된 상부및 하부표면들,상기 상부 표면으로 부터 연장하는 직립 메사및 상기 메사로 부터 이격된 전극을 갖는 유리 기판을 추가 포함하고; 그리고

    상기 액츄에이터 베이스 구조체의 테두리부는 상기 전기 접점에 정렬된 이동부의 도프된 영역을 구비하고 상기 메사에 접착되어 상기 이동부가 상기 테두리부에 대해 제 1의 안정된 관계에 있을 때에, 상기 도프된 영역이 전극으로 부터 이격되고,

    그리고 상기 도프된 영역은 상기 이동부가 상기 테두리부에 대해 제 2의 안정된 관계에 있을 때, 상기 전극에 전기적 접촉이 이루어짐을 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
18. 제17항에 있어서, 상기 유리 기판은 상부 표면으로 부터 연장하는 제 2 직립 메사를 추가 포함하여 상기 제 1및 제 2메사의 중간에 이격된 전극을 구비하고; 그리고

    상기 액츄에이터 베이스 구조체는 제 2의 평편형 테두리부를 추가 포함하여 상기 제 1및 제 2테두리부들의 중간에 이격된 도프 영역을 구비하며, 상기 제 2테두리부는 제 2메사에 접착되어짐을 특징으로 하는 특징으로 하는 쌍 안정 열 액츄에이터.
19. 직립 메사와 전기 접점을 구비하여 형성된 지지판;

    서로 다른 제 1및 제 2 열팽창율들을 갖는 결합된 비연성 재료의 제 1및 제 2층으로 형성되고, 상기 제 1층은 전기 전도부를 갖는 상대적인 이동 호형부를 갖추고 평편부에 의해서 경계지워지며, 상기 평편부는 상기 지지판의 메사에 연결되고, 상기 전기 전도부는 상기 지지판의 전기 접점에 정렬되어지는 쌍안정 요소;를 포함하고, 그리고

    상기 쌍안정 요소의 상대적인 이동부는 상기 전기전도부를 갖는 상기 지지판이 상기 전기 접점으로 부터 이격되어지는 상태의 하나의 안정된 관계에 배치되고, 그리고 상기 전기 전도부가 상기 전기 접점에 전기적 연결을 이루는 다른 안정된 관계에 배치되어지는 열 스위치.
20. 제19항에 있어서, 상기 쌍 안정 요소의 제 1층은 에피택셜로 성장된 재료층임을 특징으로 하는 열 스위치.
21. 제19항에 있어서, 상기 쌍 안정 요소의 제 1층은 알려진 미세구조 가공기술을 사용하여 형성가능한 재료들의 군으로 부터 선택되어진 재료층임을 특징으로 하는 열 스위치.
22. 제19항에 있어서, 상기 제 2층은 상기 이동부의 일부분을 따라서 상기 제 1층에 결합된 것임을 특징으로 하는 열 스위치.
23. 제19항에 있어서, 상기 지지판은 상기 전기 접점의 각각의 측상에서 이격된 제 1및 제 2 직립 메사들을 추가 포함하고; 그리고

    상기 쌍 안정 요소의 이동부는 2개의 상대적인 평편부들에 의해서 경계지워지고,

    상기 전기 전도부가 그들 사이의 중앙에 배치되며, 그리고 상기 평편부들은 상기 제 1및 제 2 직립 메사들의 각각의 하나에 결합되어지는 것을 특징으로 하는 열 스위치.
24. 장착부에 대하여 이동가능한 작동부를 갖고, 그 일측 표면에서 위치된 전기 전도 영역을 갖는 이 모드 열 액츄에이터내에서 서로 다른 열 팽창 계수들을 갖는 2개의 비연성 재료들을 하나의 공통 표면을 따라서 서로 결합시키는 것을 제공하고; 그리고

    상기 상대적인 이동식 작동부는 검지된 온도의 함수로서 상기 장착부에 대해 다수의 안정된 관계로 계속하여 추가적으로 배치되고,

    상기 장착부에 대한 상기 상대적인 이동식 작동부의 제 1 안정된 관계는 상기 전기 전도 영역을 전극에 접촉하여 위치시키고, 그리고

    상기 장착부에 대한 상기 상대적인 이동식 작동부의 제 2 안정된 관계는 상기 전극으로 부터 상기 전기 전도영역을 멀어지도록 이격시키는 것을 포함하는 온도측정방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 제 1 안정된 관계는 상기 상대적인 이동식 작동부의 상기 전기 전도영역을 상기 장착부의 제 1측에 위치시키고, 그리고

    상기 제 2 안정된 관계는 상기 제 1측에 대향하는 상기 장착부의 제 2측상에 상기 상대적인 이동식 작동부의 전기 전도 영역을 위치시키는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제24항에 있어서, 상기 전극을 포함하는 지지 구조체에 관하여 상기 이 모드 열 액츄에이터의 장착부를 연결시키는 것을 추가 포함함을 특징으로 하는 방법.
27. 제24항에 있어서, 상기 장착부로 부터 연장하는 호형 구조의 상기 상대적인 이동식 작동부를 형성하는 것을 추가 포함함을 특징으로 하는 방법.
28. 제24항에 있어서, 상기 한쌍의 이격된 장착부들로서 상기 장착부를 형성하고; 그리고

    상기 이격된 한쌍의 장착부들 사이로 연장하는 호형 구조로 상기 상대적인 이동식 작동부를 형성하는 것들을 추가 포함함을 특징으로 하는 방법.