JP2001179699A - 二重マイクロ−電子機械アクチュエータ装置 - Google Patents
二重マイクロ−電子機械アクチュエータ装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
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Abstract
(57)【要約】
【課題】二重動作が可能なマイクロ電子機械アクチュエ
ータ装置を提供する。 【解決手段】 第１基板１２と、前記第１基板１２上に
形成された第１作動電極２０と、前記第１基板から離間
して形成された第２基板５２と、前記第１作動電極とは
離間した位置で前記第２基板上に形成された第２作動電
極５４と、前記第１作動電極２０と第２作動電極５４の
間に配置されたマイクロマシーン１４とからなり、前記
第１作動電極は、前記マイクロマシーンを前記第１基板
の方向の第１位置に移動させるために前記第１作動電極
に選択的に印加された電圧に応答して前記マイクロマシ
ーンに静電気引力を加え、前記第２作動電極は、前記マ
イクロマシーンを前記第２基板の方向の第２位置に移動
させるために前記第２作動電極に選択的に印加された電
圧に応答して前記マイクロマシーンに静電気引力を加え
ることを特徴とする。
ータ装置を提供する。 【解決手段】 第１基板１２と、前記第１基板１２上に
形成された第１作動電極２０と、前記第１基板から離間
して形成された第２基板５２と、前記第１作動電極とは
離間した位置で前記第２基板上に形成された第２作動電
極５４と、前記第１作動電極２０と第２作動電極５４の
間に配置されたマイクロマシーン１４とからなり、前記
第１作動電極は、前記マイクロマシーンを前記第１基板
の方向の第１位置に移動させるために前記第１作動電極
に選択的に印加された電圧に応答して前記マイクロマシ
ーンに静電気引力を加え、前記第２作動電極は、前記マ
イクロマシーンを前記第２基板の方向の第２位置に移動
させるために前記第２作動電極に選択的に印加された電
圧に応答して前記マイクロマシーンに静電気引力を加え
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ電子機械
システム（micro-electromechanical systems(ＭＥＭ
Ｓ）に関し、特にフリップチップ結合の形態をとるＭＥ
ＭＳデバイスの静電気による作動化技術に関する。
システム（micro-electromechanical systems(ＭＥＭ
Ｓ）に関し、特にフリップチップ結合の形態をとるＭＥ
ＭＳデバイスの静電気による作動化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）
は、特に交換機能、リレー機能、波長ルーティング機能
を実行する通信システムで幅広く用いられている。静電
気による作動機能を用いて、上記のデバイスで用いられ
る薄い膜に相対的な動きを与えている。薄い膜が、広い
面積に亘って接触するようになると、膜は、表面引力に
より互いにくっつき合うようになる。一旦接触すると表
面対体積比が大きいことおよび薄い膜が柔軟性があるた
めに膜を分離することが困難となる。
は、特に交換機能、リレー機能、波長ルーティング機能
を実行する通信システムで幅広く用いられている。静電
気による作動機能を用いて、上記のデバイスで用いられ
る薄い膜に相対的な動きを与えている。薄い膜が、広い
面積に亘って接触するようになると、膜は、表面引力に
より互いにくっつき合うようになる。一旦接触すると表
面対体積比が大きいことおよび薄い膜が柔軟性があるた
めに膜を分離することが困難となる。
【０００３】機械的デバイスが多結晶シリコンのような
薄い構造体デバイスのプレートを構成するような表面の
マイクロマシーンデバイスにおいては、この現象は、ス
ティクション（stiction）と称する。静電気による作動
力のみが引力をあたえるために、一旦マイクロマシーン
が基板に接着すると、デバイスを元に戻したり、例えば
リセットすることが困難となる。元に戻す唯一の方法
は、梁状プルーブでもってマイクロマシーンを基板から
機械的に取り外すことである。
薄い構造体デバイスのプレートを構成するような表面の
マイクロマシーンデバイスにおいては、この現象は、ス
ティクション（stiction）と称する。静電気による作動
力のみが引力をあたえるために、一旦マイクロマシーン
が基板に接着すると、デバイスを元に戻したり、例えば
リセットすることが困難となる。元に戻す唯一の方法
は、梁状プルーブでもってマイクロマシーンを基板から
機械的に取り外すことである。
【０００４】公知のＭＥＭＳリレーデバイスは、電気的
接続を行うために２枚の膜を互いに接触するよう動かす
ような静電気作動力を用いている。通常のリレー装置
は、２つの表面間に電気的絶縁が必要とされた場合に
は、２つの表面を分離するために機械的回復力あるいは
スプリングの力に依存している。例えば、公知のＭＥＭ
Ｓデバイス１０を図１に示す。同図において、ＭＥＭＳ
デバイス１０は基板１２と可動マイクロマシーン、例え
ば基板１２に取り付けられる固定端１６と可動端１８と
を有する片持ち梁１４を有する。片持ち梁１４は、電圧
を片持ち梁１４と作動電極プレート２０との間に加えた
ときに、可動端１８を基板１２の方向に動かすために片
持ち梁１４に静電気の引っ張り力を与えるような作動電
極プレート２０を作動させることにより制御される。
接続を行うために２枚の膜を互いに接触するよう動かす
ような静電気作動力を用いている。通常のリレー装置
は、２つの表面間に電気的絶縁が必要とされた場合に
は、２つの表面を分離するために機械的回復力あるいは
スプリングの力に依存している。例えば、公知のＭＥＭ
Ｓデバイス１０を図１に示す。同図において、ＭＥＭＳ
デバイス１０は基板１２と可動マイクロマシーン、例え
ば基板１２に取り付けられる固定端１６と可動端１８と
を有する片持ち梁１４を有する。片持ち梁１４は、電圧
を片持ち梁１４と作動電極プレート２０との間に加えた
ときに、可動端１８を基板１２の方向に動かすために片
持ち梁１４に静電気の引っ張り力を与えるような作動電
極プレート２０を作動させることにより制御される。
【０００５】接触用電極２２は片持ち梁１４の下に配置
され、可動端１８が第１位置ある時にスイッチを閉にし
（「オン」状態）、可動端１８が第２状態にあるときス
イッチを開にする（「オフ」状態）にする切り換え接点
として機能する。ＭＥＭＳデバイス１０をオンの位置に
維持しておくためには、電圧は作動電極に常に印加され
ていなければならない。電圧が印加されなくなる（即
ち、スイッチが切られる）と片持ち梁内の力が基板１２
を第２位置に戻すよう機能する。
され、可動端１８が第１位置ある時にスイッチを閉にし
（「オン」状態）、可動端１８が第２状態にあるときス
イッチを開にする（「オフ」状態）にする切り換え接点
として機能する。ＭＥＭＳデバイス１０をオンの位置に
維持しておくためには、電圧は作動電極に常に印加され
ていなければならない。電圧が印加されなくなる（即
ち、スイッチが切られる）と片持ち梁内の力が基板１２
を第２位置に戻すよう機能する。
【０００６】距離ｄだけ離れた面積Ａの２枚の平行な金
属プレート（例えば、膜）が、真空（空気）中に配置さ
れたときには、２枚のプレートの間のキャパシタンスＣ
は次式で与えられる。 Ｃ＝ε0Ａ／ｄ ここで、ε0 は真空の誘電率で、Ａ＞＞ｄ2 の場合に
は、Ｖの電圧差がこれらの２枚のプレートにかけられる
と、引っ張り力Ｆは次式で与えられる。
属プレート（例えば、膜）が、真空（空気）中に配置さ
れたときには、２枚のプレートの間のキャパシタンスＣ
は次式で与えられる。 Ｃ＝ε0Ａ／ｄ ここで、ε0 は真空の誘電率で、Ａ＞＞ｄ2 の場合に
は、Ｖの電圧差がこれらの２枚のプレートにかけられる
と、引っ張り力Ｆは次式で与えられる。
【０００７】Ｆ＝−ＣＶ2／ｄ この力が２枚のプレートを互いの方向に引き合う。この
力を用いて金属製のマイクロマシーンを作動させるが、
電圧を加えるだけで力が得られるために、実行すること
が非常に容易である。さらにまたマイクロマシーンが移
動しない限りパワーは消滅しない、その理由は電流はデ
バイス内を実際には流れないからである。
力を用いて金属製のマイクロマシーンを作動させるが、
電圧を加えるだけで力が得られるために、実行すること
が非常に容易である。さらにまたマイクロマシーンが移
動しない限りパワーは消滅しない、その理由は電流はデ
バイス内を実際には流れないからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この作動メカニズム
は、多くの利点があるが制約もある。最も重要な制約
は、引っ張り力しか与えることができず、その結果動き
は一方向のみとなる。他の制約は、接点材料が摩耗した
ときには、表面引力が増加する点である。同時に図１に
示したデバイスにおいては、機械的な片持ち梁が疲労す
ると、復元力も減少する。これらの影響が組み合わさっ
て、マイクロリレーはくっつき合い、デバイスの動作が
不可能となる。このような故障は、接着が機械部品の動
きを止めるような多くのＭＥＭＳデバイスで共通のこと
である。
は、多くの利点があるが制約もある。最も重要な制約
は、引っ張り力しか与えることができず、その結果動き
は一方向のみとなる。他の制約は、接点材料が摩耗した
ときには、表面引力が増加する点である。同時に図１に
示したデバイスにおいては、機械的な片持ち梁が疲労す
ると、復元力も減少する。これらの影響が組み合わさっ
て、マイクロリレーはくっつき合い、デバイスの動作が
不可能となる。このような故障は、接着が機械部品の動
きを止めるような多くのＭＥＭＳデバイスで共通のこと
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ダイヤ
フラムあるいは片持ち梁のようなマイクロマシーンに第
１方向と第２方向の両方に制御した動きを加えることの
できる二重動作が可能なマイクロ電子機械アクチュエー
タが得られる。このアクチュエータは、第１作動電極が
その上に形成される第１基板とこの第１基板から離れて
第２作動電極がその上に形成される第２基板とを有す
る。マイクロマシーンが第１作動電極と第２作動電極と
の間に配置される。作動電極の一方が選択的に活性化さ
れると、例えば電圧を加えることにより、静電気の引っ
張り力がマイクロマシーンと活性化された電極との間に
発生し、マイクロマシーンを活性化された電極の方向
に、即ち第１基板あるいは第２基板のいずれかの方向に
動かす。
フラムあるいは片持ち梁のようなマイクロマシーンに第
１方向と第２方向の両方に制御した動きを加えることの
できる二重動作が可能なマイクロ電子機械アクチュエー
タが得られる。このアクチュエータは、第１作動電極が
その上に形成される第１基板とこの第１基板から離れて
第２作動電極がその上に形成される第２基板とを有す
る。マイクロマシーンが第１作動電極と第２作動電極と
の間に配置される。作動電極の一方が選択的に活性化さ
れると、例えば電圧を加えることにより、静電気の引っ
張り力がマイクロマシーンと活性化された電極との間に
発生し、マイクロマシーンを活性化された電極の方向
に、即ち第１基板あるいは第２基板のいずれかの方向に
動かす。
【００１０】このような作動メカニズムをＭＥＭＳリレ
ーで用いる。リレーの実施例の場合においては、マイク
ロマシーンは片持ち梁として形成され、その一端は第１
基板に取り付けられ、他端は第１基板と第２基板の間で
移動可能である。一対の接点用電極も含まれる。この接
点用電極の一方は第２基板により支持され、他方はマイ
クロマシーンにより支持される。マイクロマシーンが第
２基板の方向に移動すると、接点用電極との間に電気的
な接触が発生し、そしてマイクロマシーンが第１基板の
方向に移動すると、接点用基板の間での電気的接触が切
られる。
ーで用いる。リレーの実施例の場合においては、マイク
ロマシーンは片持ち梁として形成され、その一端は第１
基板に取り付けられ、他端は第１基板と第２基板の間で
移動可能である。一対の接点用電極も含まれる。この接
点用電極の一方は第２基板により支持され、他方はマイ
クロマシーンにより支持される。マイクロマシーンが第
２基板の方向に移動すると、接点用電極との間に電気的
な接触が発生し、そしてマイクロマシーンが第１基板の
方向に移動すると、接点用基板の間での電気的接触が切
られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図２に本発明による二重静電力ア
クチュエータの一般的概念を示し、この構成は、離間し
平行に配置された３枚の導電性のプレート、即ち上部作
動電極プレート４２、下部作動電極プレート４４、中間
電極プレート４６を有する。上部作動電極プレート４２
と下部作動電極プレート４４は異なる基板（図示せず）
に取り付けられ、中間電極プレート４６は上部作動電極
プレート４２と下部作動電極プレート４４に対し機械的
に移動可能である。中間電極プレート４６は、マイクロ
マシーンと称し、例えばダイヤフラム、片持ち梁あるい
は他のタイプの可動素子として構成される。第１電圧源
が電圧Ｖ1 を上部作動電極プレート４２と中間電極プレ
ート４６との間にかけ、第２電圧源が電圧Ｖ2 を下部作
動電極プレート４４と中間電極プレート４６との間にか
ける。
クチュエータの一般的概念を示し、この構成は、離間し
平行に配置された３枚の導電性のプレート、即ち上部作
動電極プレート４２、下部作動電極プレート４４、中間
電極プレート４６を有する。上部作動電極プレート４２
と下部作動電極プレート４４は異なる基板（図示せず）
に取り付けられ、中間電極プレート４６は上部作動電極
プレート４２と下部作動電極プレート４４に対し機械的
に移動可能である。中間電極プレート４６は、マイクロ
マシーンと称し、例えばダイヤフラム、片持ち梁あるい
は他のタイプの可動素子として構成される。第１電圧源
が電圧Ｖ1 を上部作動電極プレート４２と中間電極プレ
ート４６との間にかけ、第２電圧源が電圧Ｖ2 を下部作
動電極プレート４４と中間電極プレート４６との間にか
ける。
【００１２】中間電極プレート４６を上部作動電極プレ
ート４２の方向、即ち図では上方向に移動させるために
は、正（または負）電圧Ｖ1 をかけ、一方Ｖ2 は０であ
る。中間電極プレート４６を下部作動電極プレート４４
の図では下側に移動させるためには、正（または負）電
圧がＶ2にかけられ、一方電圧Ｖ1は０である。かくして
所望の方向の動きに依存して、正の作動力を選択したい
ずれかの方法（例えば上方向または下方向）にマイクロ
マシーンにかけることができる。
ート４２の方向、即ち図では上方向に移動させるために
は、正（または負）電圧Ｖ1 をかけ、一方Ｖ2 は０であ
る。中間電極プレート４６を下部作動電極プレート４４
の図では下側に移動させるためには、正（または負）電
圧がＶ2にかけられ、一方電圧Ｖ1は０である。かくして
所望の方向の動きに依存して、正の作動力を選択したい
ずれかの方法（例えば上方向または下方向）にマイクロ
マシーンにかけることができる。
【００１３】この実施例においては、上部作動電極プレ
ート４２、下部作動電極プレート４４、中間電極プレー
ト４６の大きさは、一側が１−１０，０００μｍで、そ
の厚さは０．０１−１０μｍである。プレート間のスペ
ースは、０．５−５００μｍである。この範囲において
は、電圧Ｖ1とＶ2の値は、０．１−５００Ｖである。
ート４２、下部作動電極プレート４４、中間電極プレー
ト４６の大きさは、一側が１−１０，０００μｍで、そ
の厚さは０．０１−１０μｍである。プレート間のスペ
ースは、０．５−５００μｍである。この範囲において
は、電圧Ｖ1とＶ2の値は、０．１−５００Ｖである。
【００１４】図３はＭＥＭＳリレーの実施例を表す。図
１の従来技術と同様にこのデバイスは、基板１２と可動
マイクロマシーン、例えば片持ち梁１４を有し、この片
持ち梁１４は可動端１８と基板１２に取り付けられた固
定端１６とを有する。片持ち梁１４は作動電極プレート
２０を作動させることにより制御され、これにより電圧
が片持ち梁１４と作動電極プレート２０との間にかけら
れたときには可動端１８を基板１２の下方向に動かすた
めに片持ち梁１４に対し静電気の引っ張り力を与える。
接触用電極２２が片持ち梁１４の上に配置され、スイッ
チ接点として機能する。
１の従来技術と同様にこのデバイスは、基板１２と可動
マイクロマシーン、例えば片持ち梁１４を有し、この片
持ち梁１４は可動端１８と基板１２に取り付けられた固
定端１６とを有する。片持ち梁１４は作動電極プレート
２０を作動させることにより制御され、これにより電圧
が片持ち梁１４と作動電極プレート２０との間にかけら
れたときには可動端１８を基板１２の下方向に動かすた
めに片持ち梁１４に対し静電気の引っ張り力を与える。
接触用電極２２が片持ち梁１４の上に配置され、スイッ
チ接点として機能する。
【００１５】図３ＡのＭＥＭＳデバイス１０と共に使用
される第２アクチュエータ部分５０を図３Ｂに示す。こ
の第２アクチュエータ部分５０は第２基板５２と第２作
動電極５４と第２接触用電極５６とを有し、この第２接
触用電極５６は電極ヘッド５８を有する。第２作動電極
５４は電圧がかけられたときには図２の上部作動電極プ
レート４２として機能し、第２作動電極５４の近傍に配
置された片持ち梁１４に静電気の引っ張り力がかかる。
第２アクチュエータ部分５０を図３ＡのＭＥＭＳデバイ
ス１０と組み合わせたときに、図４−６に示すように二
重アクチュエータデバイス６０が構成される。図を明瞭
にするために、第２基板５２は図４には示していない。
される第２アクチュエータ部分５０を図３Ｂに示す。こ
の第２アクチュエータ部分５０は第２基板５２と第２作
動電極５４と第２接触用電極５６とを有し、この第２接
触用電極５６は電極ヘッド５８を有する。第２作動電極
５４は電圧がかけられたときには図２の上部作動電極プ
レート４２として機能し、第２作動電極５４の近傍に配
置された片持ち梁１４に静電気の引っ張り力がかかる。
第２アクチュエータ部分５０を図３ＡのＭＥＭＳデバイ
ス１０と組み合わせたときに、図４−６に示すように二
重アクチュエータデバイス６０が構成される。図を明瞭
にするために、第２基板５２は図４には示していない。
【００１６】二重アクチュエータデバイス６０は片持ち
梁１４を移動マイクロマシーン作動部材として用いた機
械的リレーである。片持ち梁１４は、導電材料製あるい
は導電材料が堆積された絶縁材料製である。片持ち梁１
４の固定端１６は基板１２に取り付けられ、第１作動電
極は下部基板と片持ち梁１４との間に配置される。接触
用電極２２が片持ち梁１４の上に形成され、この実施例
ではリレースイッチの一部として機能する。上記したよ
うに、電圧が作動電極プレート２０に加えられると引っ
張り力が生成され片持ち梁１４を固定端１６の周囲に回
転させ、その結果可動端１８が基板１２の方向に引きつ
けられる。
梁１４を移動マイクロマシーン作動部材として用いた機
械的リレーである。片持ち梁１４は、導電材料製あるい
は導電材料が堆積された絶縁材料製である。片持ち梁１
４の固定端１６は基板１２に取り付けられ、第１作動電
極は下部基板と片持ち梁１４との間に配置される。接触
用電極２２が片持ち梁１４の上に形成され、この実施例
ではリレースイッチの一部として機能する。上記したよ
うに、電圧が作動電極プレート２０に加えられると引っ
張り力が生成され片持ち梁１４を固定端１６の周囲に回
転させ、その結果可動端１８が基板１２の方向に引きつ
けられる。
【００１７】第２アクチュエータ部分５０、特に第２接
触用電極５６をその上に有する第２作動電極５４を図４
に示すように、片持ち梁１４から離間して配置する。接
触用電極２２と第２接触用電極５６の間で電気的接続を
行うために正電圧が第２作動電極５４と片持ち梁１４と
の間に加えられ、それに応答して片持ち梁１４を第２基
板５２の方向に引きつける（静電気）力を生成する。そ
してこれが次に片持ち梁１４の上に配置された接触用電
極２２を第２接触用電極５６に電気的に接触させるが、
これは片持ち梁１４の本来有しているバネ力に依存せず
に行われる。
触用電極５６をその上に有する第２作動電極５４を図４
に示すように、片持ち梁１４から離間して配置する。接
触用電極２２と第２接触用電極５６の間で電気的接続を
行うために正電圧が第２作動電極５４と片持ち梁１４と
の間に加えられ、それに応答して片持ち梁１４を第２基
板５２の方向に引きつける（静電気）力を生成する。そ
してこれが次に片持ち梁１４の上に配置された接触用電
極２２を第２接触用電極５６に電気的に接触させるが、
これは片持ち梁１４の本来有しているバネ力に依存せず
に行われる。
【００１８】電気的接触を維持するために、正電圧は第
２作動電極５４に継続してかけられる。接触用電極２２
と第２接触用電極５６との間の電気的接触がその後必要
でない場合には、電圧は第２作動電極５４にはかけず、
その代わり作動電極プレート２０と片持ち梁１４との間
にかけて、片持ち梁１４を基板１２の方向に移動させ、
接触用電極２２と第２接触用電極５６との間を物理的に
分離する。
２作動電極５４に継続してかけられる。接触用電極２２
と第２接触用電極５６との間の電気的接触がその後必要
でない場合には、電圧は第２作動電極５４にはかけず、
その代わり作動電極プレート２０と片持ち梁１４との間
にかけて、片持ち梁１４を基板１２の方向に移動させ、
接触用電極２２と第２接触用電極５６との間を物理的に
分離する。
【００１９】リレーの別の好ましい特性は、開状態の最
大電圧特性が高いことである。この特性は、リレーの状
態を変化させずあるいはリレーそのものに損傷を与えず
にスイッチが開放状態のときにリレーの接点電極にかか
る電圧を意味する。静電気のアクチュエータにおいて
は、接点電極間に係る電圧は、作動力として機能する、
即ち２つの接点電極間にかけられた電圧は、接点電極を
互いに引き合いスイッチを閉じる傾向にある。
大電圧特性が高いことである。この特性は、リレーの状
態を変化させずあるいはリレーそのものに損傷を与えず
にスイッチが開放状態のときにリレーの接点電極にかか
る電圧を意味する。静電気のアクチュエータにおいて
は、接点電極間に係る電圧は、作動力として機能する、
即ち２つの接点電極間にかけられた電圧は、接点電極を
互いに引き合いスイッチを閉じる傾向にある。
【００２０】そのため作動電圧を低減させる最適のデザ
インでは、静電気により作動するＭＥＭＳリレーの開状
態の最大電圧を減らしている。本発明の二重アクチュエ
ータデバイス６０の別の利点は、第２作動電極５４は接
点電極間の大きな電位差により生成される力に対向する
ために、開状態の間バイアスがかけられる点である。こ
れによりさらに開状態の最大電圧を増加させることがで
きる。
インでは、静電気により作動するＭＥＭＳリレーの開状
態の最大電圧を減らしている。本発明の二重アクチュエ
ータデバイス６０の別の利点は、第２作動電極５４は接
点電極間の大きな電位差により生成される力に対向する
ために、開状態の間バイアスがかけられる点である。こ
れによりさらに開状態の最大電圧を増加させることがで
きる。
【００２１】二重アクチュエータデバイス６０の好まし
い実施例では、フリップチップ結合形態を用いている。
この形態においては、作動電極プレート２０と片持ち梁
１４は単一基板（例、基板１２）上に表面マイクロマシ
ーン技術を用いて形成され、一方第２作動電極５４は第
２基板５２の上に形成される。適正に動作させるため
に、第２作動電極５４は片持ち梁１４と作動電極プレー
ト２０に対し、プロップチップ結合手段により適宜の場
所に組み立てられ、その結果得られた静電気作動力が適
正に方向付けられる。
い実施例では、フリップチップ結合形態を用いている。
この形態においては、作動電極プレート２０と片持ち梁
１４は単一基板（例、基板１２）上に表面マイクロマシ
ーン技術を用いて形成され、一方第２作動電極５４は第
２基板５２の上に形成される。適正に動作させるため
に、第２作動電極５４は片持ち梁１４と作動電極プレー
ト２０に対し、プロップチップ結合手段により適宜の場
所に組み立てられ、その結果得られた静電気作動力が適
正に方向付けられる。
【００２２】正しく測定された厚さを有するスペーサ
（図示せず）を上部基板と下部基板との間に配置して片
持ち梁１４と第２作動電極５４との間のギャップ即ちス
ペースを制御することができる。片持ち梁１４と第２作
動電極５４との間のスペース即ちギャップがある電圧に
対する上部作業電極により生成される力の大きさを決定
する。
（図示せず）を上部基板と下部基板との間に配置して片
持ち梁１４と第２作動電極５４との間のギャップ即ちス
ペースを制御することができる。片持ち梁１４と第２作
動電極５４との間のスペース即ちギャップがある電圧に
対する上部作業電極により生成される力の大きさを決定
する。
【００２３】様々な導電性素子の間の電気的絶縁を確保
するために、本発明の好ましい実施例では絶縁層６４，
６５，６６を有する。これらの絶縁層は、二酸化シリコ
ンまたは窒化シリコン製である。図５，６に示すよう
に、絶縁層６４は第２基板５２を第２作動電極５４から
絶縁し、絶縁層６５は片持ち梁１４を接触用電極２２か
ら絶縁し、絶縁層６６は基板１２を作動電極プレート２
０から絶縁している。
するために、本発明の好ましい実施例では絶縁層６４，
６５，６６を有する。これらの絶縁層は、二酸化シリコ
ンまたは窒化シリコン製である。図５，６に示すよう
に、絶縁層６４は第２基板５２を第２作動電極５４から
絶縁し、絶縁層６５は片持ち梁１４を接触用電極２２か
ら絶縁し、絶縁層６６は基板１２を作動電極プレート２
０から絶縁している。
【００２４】本発明の好ましい実施例においては、作動
電極プレート２０、第２作動電極５４と片持ち梁１４と
の間の電気的短絡を回避しなければならないが、その理
由は作動させるのに必要な高電圧が微細なマイクロマシ
ーン構成素子のスパーク溶接を引き起こすからである。
電気的短絡は、作動電極を絶縁層６８（二酸化シリコン
製または窒化シリコン製）の下に埋め込むことにより、
あるいは作動電極とマイクロマシーンとの間の接点領域
の電位がゼロとなるように整形することにより回避する
ことができる。
電極プレート２０、第２作動電極５４と片持ち梁１４と
の間の電気的短絡を回避しなければならないが、その理
由は作動させるのに必要な高電圧が微細なマイクロマシ
ーン構成素子のスパーク溶接を引き起こすからである。
電気的短絡は、作動電極を絶縁層６８（二酸化シリコン
製または窒化シリコン製）の下に埋め込むことにより、
あるいは作動電極とマイクロマシーンとの間の接点領域
の電位がゼロとなるように整形することにより回避する
ことができる。
【図１】従来技術に係るマイクロ電子機械リレーを表す
図
図
【図２】本発明による二重静電気アクチュエータを表す
図
図
【図３】本発明の一実施例で用いられる二重アクチュエ
ータの一部を表す図
ータの一部を表す図
【図４】本発明の一実施例による二重アクチュエータに
よるマイクロ電子機械リレーを表す図
よるマイクロ電子機械リレーを表す図
【図５】図４の線Ａ−Ａ′に沿った断面図
【図６】図４の線Ｂ−Ｂ′に沿った断面図
１０ ＭＥＭＳデバイス １２ 基板 １４ 片持ち梁 １６ 固定端 １８ 可動端 ２０ 作動電極プレート ２２ 接触用電極 ２４ 電極ヘッド ４２ 上部作動電極プレート ４４ 下部作動電極プレート ４６ 中間電極プレート ５０ 第２アクチュエータ部分 ５２ 第２基板 ５４ 第２作動電極 ５６ 第２接触用電極 ５８ 電極ヘッド ６０ 二重アクチュエータデバイス ６４，６５，６６，６８ 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デビッド ジョン ビショップ アメリカ合衆国、07901 ニュージャージ ー、サミット、オーク クノル ロード ７ (72)発明者 クリスチャン エー．ボレ アメリカ合衆国、07060 ニュージャージ ー、ノース プレイン フィールド、ウェ スターベルト アベニュー 114、アパー トメント 31 (72)発明者 ジュンサン キム アメリカ合衆国、07920 ニュージャージ ー、バスキング リッジ、モナーク サー クル 46
Claims (11)
- 【請求項１】 （Ａ） 第１基板（１２）と、 （Ｂ） 前記第１基板（１２）上に形成された第１作動
電極（２０）と、 （Ｃ） 前記第１基板から離間して形成された第２基板
（５２）と、 （Ｄ） 前記第１作動電極とは離間した位置で前記第２
基板上に形成された第２作動電極（５４）と、 （Ｅ） 前記第１作動電極（２０）と第２作動電極（５
４）の間に配置されたマイクロマシーン（１４）とから
なり、 前記第１作動電極は、前記マイクロマシーンを前記第１
基板の方向の第１位置に移動させるために前記第１作動
電極に選択的に印加された電圧に応答して前記マイクロ
マシーンに静電気引力を加え、 前記第２作動電極は、前記マイクロマシーンを前記第２
基板の方向の第２位置に移動させるために前記第２作動
電極に選択的に印加された電圧に応答して前記マイクロ
マシーンに静電気引力を加えることを特徴とする二重マ
イクロ電子機械アクチュエータ装置。 - 【請求項２】（Ｆ） 前記マイクロマシーンに支持され
た第１接触電極（２２）と、 （Ｇ） 前記第２基板により支持された第２接触電極
（５６）と、 をさらに有し、 前記マイクロマシーンによりマイクロマシーンが第２方
向に移動したときに、前記第１接触電極と第２接触電極
と間を電気的に接触させ、 前記マイクロマシーンが第１位置に移動したときに、前
記第１接触電極と第２接触電極との間を絶縁することを
特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項３】 前記マイクロマシーンは、ダイアフラム
を有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項４】 前記マイクロマシーンは、前記第１基板
により支持された固定端（１６）と、前記第１位置と第
２位置との間を移動可能な可動端（１８）とを有する片
持ち梁（１４）を有することを特徴とする請求項１記載
のデバイス。 - 【請求項５】 前記マイクロマシーンは、前記第１基板
により支持された固定端と、前記第１位置と第２位置と
の間を移動可能な可動端とを有する片持ち梁を有するこ
とを特徴とする請求項２記載のデバイス。 - 【請求項６】 （Ｈ） 前記第１基板（１２）と第１作
動電極（２０）との間および前記第２基板（５２）と第
２作動電極（５４）との間に絶縁材料（６６、６４）を
有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項７】 前記第１基板（１２）と第１作動電極
（２０）との間および前記第２基板（５２）と第２作動
電極（５４）との間および前記マイクロマシーン（１
８）と第１接触電極（２２）との間に絶縁材料（６６、
６４、６５）を有することを特徴とする請求項２記載の
デバイス。 - 【請求項８】 （Ｉ） 前記マイクロマシーンと第１作
動電極との間および前記マイクロマシーンと第２作動電
極との間が直接接触するのを阻止する手段（６８）をさ
らに有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項９】 前記（Ｉ）の直接接触を阻止する手段
は、 前記マイクロマシーンと第１作動電極との間および前記
マイクロマシーンと第２作動電極との間に絶縁材料を有
することを特徴とする請求項８記載のデバイス。 - 【請求項１０】 前記マイクロマシーンと第１作動電極
は、前記第１基板上に形成されることを特徴とする請求
項１記載のデバイス。 - 【請求項１１】 前記第２作動電極と第２基板とは前記
第１基板と第１作動電極にフリップチップ接合されるこ
とを特徴とする請求項１記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US41942299A | 1999-10-15 | 1999-10-15 | |
| US09/419422 | 1999-10-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001179699A true JP2001179699A (ja) | 2001-07-03 |
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ID=23662195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000315660A Pending JP2001179699A (ja) | 1999-10-15 | 2000-10-16 | 二重マイクロ−電子機械アクチュエータ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1093142A2 (ja) |
| JP (1) | JP2001179699A (ja) |
| CA (1) | CA2323189A1 (ja) |
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| KR100492004B1 (ko) * | 2002-11-01 | 2005-05-30 | 한국전자통신연구원 | 미세전자기계적 시스템 기술을 이용한 고주파 소자 |
| KR100599115B1 (ko) | 2004-07-20 | 2006-07-12 | 삼성전자주식회사 | 진동형 멤스 스위치 및 그 제조방법 |
| JP2007242607A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Toshiba Corp | 半導体集積回路、ｍｅｍｓ及び静電型アクチュエータの駆動方法 |
| JP2010515207A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-05-06 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | スイッチを駆動する方法および装置 |
| US7885051B2 (en) | 2006-02-09 | 2011-02-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor integrated circuit including circuit for driving electrostatic actuator, micro-electro-mechanical systems, and driving method of electrostatic actuator |
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| JP3818176B2 (ja) | 2002-03-06 | 2006-09-06 | 株式会社村田製作所 | Ｒｆｍｅｍｓ素子 |
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| KR20050083929A (ko) * | 2002-11-19 | 2005-08-26 | 바오랍 마이크로시스템스 에스.엘. | 소형화된 전기-광학 장치 및 대응하는 용도 |
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| US8018307B2 (en) | 2003-06-26 | 2011-09-13 | Nxp B.V. | Micro-electromechanical device and module and method of manufacturing same |
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| US9261694B2 (en) | 2005-02-23 | 2016-02-16 | Pixtronix, Inc. | Display apparatus and methods for manufacture thereof |
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2000
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- 2000-10-16 EP EP20000203564 patent/EP1093142A2/en not_active Withdrawn
- 2000-10-16 JP JP2000315660A patent/JP2001179699A/ja active Pending
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| Publication number | Publication date |
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