(57)【要約】関連回路を使用して微小電子機械式スイッチの性能を強化する方法および回路において、この方法の実施形態の１つは、閉じたスイッチの制御要素に時間的に変化する電圧を印加することを含む接触状態調節プロセスである。別の実施形態では、スイッチの制御要素に印加する電圧プロフィールを調整して、スイッチの作動速度または信頼性を向上させることができる。別の方法の実施形態では、性能パラメータを測定することによってスイッチの性能を評価し、スイッチの性能が改善を要すると判定される場合には、是正措置を開始する。微小電子機械式スイッチの性能を維持する回路の実施形態は、第１、第２の信号線ノードと、これらの信号線ノードに接続され、かつスイッチの性能パラメータ値を感知する感知回路と、このスイッチの少なくとも１つの端子に動作可能に接続された制御回路とを含む。
2005536854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチの性能パラメータを測定し、
スイッチの性能が所定のレベル未満であることが検出された場合に、是正措置を開始する、微小電子機械式スイッチの性能を維持する方法。
【請求項２】
前記性能パラメータが、前記スイッチが閉じているときの前記スイッチの抵抗値である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記性能パラメータが、前記スイッチが開いているときの前記スイッチの容量、前記スイッチを閉じるのに必要とされる制御電圧、または前記スイッチの開閉に必要とされる時間である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記性能パラメータが、前記スイッチが実施した開閉サイクルの累積数である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定することを周期的に繰り返す請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記是正措置を開始することが、スイッチの接触状態調節手順を開始することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記接触状態調節手順が、閉じているスイッチに印加する制御電圧を変化させることを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記開始することが、前記スイッチを開閉するのに、変形した制御電圧プロフィールを印加することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記開始することが、前記スイッチを使用することをやめ、代替スイッチの使用を開始することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の性能レベルが、前記スイッチの使用者によって設定可能である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
第１、第２の信号線に動作可能にそれぞれが接続された第１、第２の信号線ノードを備え、スイッチが閉じるときに、前記第１、第２の信号線が互いに接続され、さらに、
前記スイッチの少なくとも１つの端子に接続され、前記スイッチの性能パラメータ値を感知する感知回路と、
前記少なくとも１つの端子に動作可能に接続され、前記感知された性能パラメータ値を評価し、スイッチの性能が所定のレベル未満であることが検出された場合に、是正措置を開始する制御回路と
を備える微小電子機械式スイッチの性能を維持する回路。
【請求項１２】
前記性能パラメータが、前記スイッチの任意の２つの端子間の抵抗値または容量である請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノードをさらに備える請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
前記性能パラメータが、前記スイッチを閉じるのに必要とされる制御要素電圧、または前記スイッチの開閉に必要とされる時間である請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記制御回路が、前記感知された性能パラメータ値と、記憶した閾パラメータ値とを比較するようになっている請求項１１に記載の回路。
【請求項１６】
前記制御回路が前記制御ノードに接続され、前記是正措置が、前記制御要素に可変制御電圧を印加して、こする動作を実現すること含む請求項１３に記載の回路。
【請求項１７】
前記制御回路が前記制御ノードに接続され、前記是正措置が、前記制御要素に変形した制御電圧シーケンスを印加すること含む請求項１３に記載の回路。
【請求項１８】
代替スイッチに動作可能に接続された代替制御ノードをさらに備え、前記制御回路が前記制御ノードと代替制御ノードに接続され、前記是正措置が、前記スイッチを非活動状態にし、前記代替スイッチを活動化させることを含み得る請求項１３に記載の回路。
【請求項１９】
前記制御回路と前記スイッチの制御要素の間に動作可能に接続された電圧変換回路をさらに備え、前記電圧変換回路が、前記制御回路から出力される電圧を、前記スイッチを作動させるのに必要とされる比較的高い電圧に変換させるようになっている請求項１１に記載の回路。
【請求項２０】
前記スイッチの制御要素と前記スイッチの外部からアクセス可能な端子との間に接続された静電気放電保護回路をさらに備える請求項１１に記載の回路。
【請求項２１】
前記回路が集積回路の少なくとも一部を形成する請求項１１に記載の回路。
【請求項２２】
スイッチが閉じられた後に、そのスイッチの制御要素に時間的に変化する電圧プロフィールを印加し、その電圧プロフィールが、スイッチの第１接触面の、スイッチの第２接触面に対する動きを誘起するようになっている、微小電子機械式スイッチの接触面の状態調節を行う方法。
【請求項２３】
前記スイッチが、前記印加の継続時間全体にわたって閉じたままである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記時間的に変化する電圧プロフィールが周期的なプロフィールを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記周期的なプロフィールの各点における前記印加電圧の大きさが、前記スイッチの最小作動電圧の大きさよりも大きい請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記周期的なプロフィールが、正弦波形状、鋸歯状波形状、または方形波形状を有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記状態調節を、前記スイッチの動作寿命の間、ある間隔で繰り返す請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記間隔が所定の長さの時間を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記間隔が前記スイッチの所定の回数の開閉サイクルを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノードと、
前記スイッチが閉じられた時点で、前記制御ノードに時間的に変化する電圧を印加する信号生成回路と、
前記信号生成回路に動作可能に接続され、前記状態調節を開始する制御回路と
を備える、微小電子機械式スイッチの接触面の状態調節を行う回路。
【請求項３１】
前記信号生成回路が周期的な電圧信号を生成するようになっている請求項３０に記載の回路。
【請求項３２】
前記制御回路に動作可能に接続された感知回路をさらに備え、その感知回路が、前記スイッチの作動電圧を決定するようになっている請求項３０に記載の回路。
【請求項３３】
前記信号生成回路と前記制御ノードの間に接続された電圧変換回路をさらに備え、前記電圧変換回路が、前記信号生成回路から出力される電圧を、前記スイッチを作動させるのに必要とされる比較的高い電圧に変換するようになっている請求項３０に記載の回路。
【請求項３４】
前記スイッチの前記制御要素と前記スイッチの外部からアクセス可能な端子との間に接続された静電気放電保護回路をさらに備える請求項３０に記載の回路。
【請求項３５】
少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールを、前記スイッチの制御要素に印加することを含む、微小電子機械式スイッチを作動させる方法。
【請求項３６】
前記作動させることが前記スイッチを閉じることを含み、前記電圧プロフィールが、
ゼロでない初期レベルと、
その後で印加される、前記スイッチの作動電圧よりも大きい電圧を有する動作レベルとを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記初期レベルが、前記スイッチの前記作動電圧未満の電圧を有するあらかじめバイアスされたレベルを含み、前記動作レベルが前記初期レベルの電圧よりも大きい電圧を有する請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記初期レベルが前記スイッチの前記作動電圧か、あるいはそれよりもわずかに大きい電圧を有し、前記動作レベルが前記初期レベルの電圧よりも大きい電圧を有する請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記初期レベルが高電圧パルスを含み、前記動作レベルが前記初期レベルの電圧未満の電圧を有する請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記高電圧パルスの継続時間が前記パルスに応答して前記スイッチが物理的に閉じるのに必要とされる時間よりも短い請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記ゼロでない電圧レベルの一方または両方の電圧が漸進的に傾斜している請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記ゼロでない電圧レベルの１つまたは複数への移行が電圧の傾斜を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
スイッチが閉じている間に、電気、熱、または磁気による刺激を印加して、前記スイッチが開いている別の期間に先だって、前記スイッチの接点の状態調節を行うことを含む、微小電子機械式スイッチの性能を維持する方法。
【請求項４４】
スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノードと、
その制御ノードに少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールを印加する信号生成回路と、
その信号生成回路に動作可能に接続され、電圧プロフィールの前記印加を開始して前記スイッチを作動させるようにされた制御回路と
を備える、微小電子機械式スイッチを作動させる回路。
【請求項４５】
前記スイッチを作動させることが前記スイッチを閉じることを含み、前記電圧プロフィールが、
ゼロでない初期レベルと、
その後で印加される、前記スイッチの作動電圧よりも大きい電圧を有する動作レベルとを含む請求項４４に記載の回路。
【請求項４６】
前記制御回路に動作可能に接続された感知回路をさらに備え、その感知回路が、前記スイッチの前記作動電圧を決定するようになっている請求項４５に記載の回路。
【請求項４７】
前記信号生成回路と前記制御ノードとの間に接続された電圧変換回路をさらに備え、その電圧変換回路が、前記信号生成回路から出力される電圧を前記スイッチを作動させるのに必要とされる比較的高い電圧に変換する請求項４４に記載の回路。
【請求項４８】
前記スイッチの前記制御要素と、前記スイッチの外部からアクセス可能な端子の間に接続された静電気放電保護回路をさらに備える請求項４４に記載の回路。
【請求項４９】
コンピュータが使用可能なキャリア媒体であって、
微小電子機械式スイッチの性能パラメータの測定値を受け取り、
前記受け取った値と記憶した所定のパラメータ値とを比較し、
スイッチの性能が前記所定の値に対応するレベル未満であることが検出されると是正措置を開始する、計算デバイスによって実行可能なプログラム命令を含むキャリア媒体。
【請求項５０】
前記性能パラメータの測定値が、前記スイッチが閉じているときのそのスイッチの抵抗値、前記スイッチが開いているときのそのスイッチの容量、前記スイッチを閉じるのに必要とされる制御電圧、前記スイッチの開閉に必要とされる時間、または前記スイッチが実施した開閉サイクルの回数を含む請求項４９に記載のキャリア媒体。
【請求項５１】
前記是正措置が、接触状態調節手順、前記スイッチを開閉するための変形した制御電圧プロフィール、または代替スイッチの使用を含む請求項４９に記載のキャリア媒体。
【請求項５２】
微小電子機械式スイッチと、
第１、第２の信号線とを備え、前記第１、第２の信号線が、前記スイッチが閉じるときに前記線が互いに接続されるように、前記スイッチに近接して配置され、さらに、
前記信号線に接続され、前記スイッチの性能パラメータを感知する感知回路と、
前記スイッチの少なくとも１つの端子に接続され、スイッチの性能が所定のレベル未満であるときに是正措置を開始する制御回路と
を備える、微小電子機械式スイッチ・モジュール。
【請求項５３】
制御要素と接触面を有する微小電子機械式スイッチと、
そのスイッチが閉じているときに前記スイッチの接点の状態調節を行うのに十分に、電気、熱、または磁気により前記スイッチを作動させる信号生成回路と
を備える、微小電子機械式スイッチ・モジュール。
【請求項５４】
制御要素を有する微小電子機械式スイッチと、
前記制御要素に少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールを印加する信号生成回路と、
前記信号生成回路に動作可能に接続され、電圧プロフィールの前記印加を開始して前記スイッチを作動させる制御回路と
を備える、微小電子機械式スイッチ・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電子機械式スイッチに関し、より詳細には、制御回路を使用してスイッチの性能と信頼性を高めることに関する。
【背景技術】
【０００２】
この項目に含めまれているからといって以下の説明や実施例は従来技術であるとは限らない。
【０００３】
微小電子機械式スイッチ、すなわちＭＥＭＳ（微小電子機械システム）技術を利用して作製されたスイッチは、それらが、１つには、高品質のスイッチとＩＣ（集積回路）技術を利用して形成された回路とを一体化し得る潜在的な可能性をもつために興味深いものである。例えば、従来方式のＩＣ技術によって形成されたトランジスタ・スイッチと比べると、ＭＥＭＳ接点スイッチは、損失がより低くなり、オフ時のインピーダンスとオン時のインピーダンスの比がより高くなる。（「ＭＥＭＳスイッチ」と「微小電子機械式スイッチ」は、頭文字が厳密には一致しないが、本明細書では交換可能に使用する。）しかし、ＭＥＭＳスイッチの機械的な性質により、いくつかの性能上の問題が生じる。例えば、スイッチが閉じられた状態でのスイッチの抵抗値が、スイッチの接触面の経年変化または劣化によって大きくなることがある。この経年変化または劣化は、湿気その他の汚染物に曝されることによって生じる。また、このような汚染により、スイッチのくっつきが生じ、スイッチを開く際の難点になることがある。さらに、ＭＥＭＳスイッチの切替えスピードは一般に、トランジスタ・スイッチの切替えスピードよりも遅い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＭＳスイッチの動作に固有なトレードオフによって、上記問題への対処が難しくなる。例えば、スイッチを閉じる性能を改善する変形により、スイッチを開く性能が悪くなることがある。例えば、カンチレバー・スイッチの場合、スイッチを閉じる時間を短縮する手法は、カンチレバービームの剛性を小さくし、ビームの接触要素とその下にある接触パッドの隙間を狭くすることである。遺憾ながら、これらの設計変更は一般に、スイッチを開くことをより難しくするように働く。一般に、ＭＥＭＳカンチレバー・スイッチの設計では、印加電圧を使用してスイッチを閉じ、この印加電圧が取り除かれたときのビームのばね力に頼ってスイッチを開くことが多い。スイッチを開く際、ビームのばね力すなわち復元力は一般に、しばしば「静摩擦」と呼ぶものに対抗しなければならない。静摩擦は、ファン・デル・ワールス力、表面間の湿気によって生じる表面張力、および／または表面間の結合など、２つの表面を互いにくっつける傾向がある様々な力を指す。また、一般的に、スイッチの閉じる時間が短くなるように働く設計変更をスイッチに対して行うと、スイッチが開くのをより難しくする傾向があり、その結果、開く時間が長くなるか、あるいは、スイッチが確実に開かないことがある。したがって、スイッチ自体の機械的な設計とは無関係に、スイッチの性能と信頼性を向上させる方法を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記で概略を示した問題は、関連回路を使用してＭＥＭＳスイッチの性能を強化することによって部分的に対処し得る。本明細書で説明する方法の実施態様の１つは、閉じたスイッチの制御要素に時間的に変化する電圧を印加することにより、スイッチのビームの接触端に、それに対応する接触パッドをこする動作を行わせる接触状態調節プロセスである。本明細書の定義では、この状態調節プロセスは、接触区域（すなわち、ビームと接触パッドの間の接触領域）の状態に応じていくつかの異なる目的を含む。以前に接触が行われていない場合、状態調節は、こする動作によって実際に接点を形成することを含む。接触区域が大きく劣化していない場合には、状態調節は、単にこの接触区域から性能を損なう材料を取り除くことを含む。しかし、接触区域がより劣化している場合には、状態調節は、この接触区域を形成し直すか、あるいは補って元の性能レベルに戻すことを含む。こする動作にも異なる目的があり、それぞれ接触区域の状態調節に含めることができる。例えば、こすることは、接触パッドに平行で、かつ接触パッドに接触する面に沿ったビームの前後（横）の動きを含む。こすることは、ビームが接触パッドを実際に「たたく」動きを含めて、ビームの少なくとも一部が接触パッドに直交して上下に動くことをも含む。この時間的に変化する電圧により、横の変位（すなわち動き）だけでなく、接触パッドに接触するビームの量も増加する。電圧を大きくすると、この横の動きとビームが接触パッドに接触する度合いが大きくなり、それによって、ビームが接触パッドをこする度合いが大きくなる。また、こする動作を実施するのに用いる刺激は、電気的（または機械的）なものに限定されるものではない。例えば、時間的に変化する磁界または時間的に変化する熱エネルギーをスイッチに印加することによっても、所望の状態調節プロセスを行うことができる。
【０００６】
別の実施態様では、スイッチの作動速度を向上させるために、あるいは、スイッチを接触させる力を変更するために、静電気、磁気、または熱による刺激を調整することができ、その結果、スイッチの信頼性が向上する。例えば、刺激が電圧を含む場合、この電圧のプロフィールを調整して、「シーソー」スイッチなどのアクティブ・オープン型スイッチの場合の静摩擦に打ち勝つことができる。
【０００７】
別の方法の実施態様では、スイッチの性能を、スイッチが閉じているときのスイッチの抵抗値など、ある種の性能パラメータを測定することによって評価する。スイッチの性能が改善を要すると判定される場合には、是正措置を取る。このような是正措置の例は、上記で説明した接触状態調節プロセス、または刺激プロフィールの調整である。スイッチの物理的な構造を変形すると、ある面では性能が強化されるが、他の面では性能が悪くなることがある。そうではなくて、本明細書で説明する手法を用いることにより、関連回路を使用してスイッチの性能を強化することができる。
【０００８】
微小電子機械式スイッチの接触面の状態調節を行う方法は、スイッチが閉じられた後で、このスイッチの制御要素に時間的に変化する電圧プロフィールを印加することを含む。この電圧プロフィールは、第１スイッチ接触面の、第２スイッチ接触面に対する動きを誘起するようにされる。ある実施態様では、スイッチは、電圧プロフィールが印加される時間全体にわたって閉じたままである。ある実施態様では、この電圧プロフィールは、正弦波形状、鋸歯状波形状、または方形波形状を有するものなど、周期的なプロフィールを含んでもよい。この状態調節は、スイッチの動作寿命の間、ある間隔で繰り返すことができる。このような間隔の例には、所定の長さの時間、または所定の回数のスイッチ開閉サイクルを含めることができる。
【０００９】
微小電子機械式スイッチを作動させる方法は、少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールをスイッチの制御要素に印加することを含む。この方法の実施態様では、これらゼロでない電圧レベルの一方または両方の電圧を漸進的に傾斜させることができ、これらの電圧レベルの１つまたは複数に、電圧を傾斜させて移行させることができる。スイッチを閉じるための実施態様では、この電圧プロフィールは、ゼロでないあらかじめバイアスされた初期レベルと、その後で印加される、スイッチの作動電圧よりも大きい電圧の動作レベルとを含む。代替実施態様では、この初期レベルの電圧は、スイッチの作動電圧か、あるいはそれよりもわずかに大きい電圧とすることができ、動作レベルの電圧は、この初期レベルの電圧よりも大きい。別の実施態様では、この初期レベルは、高電圧パルスを含むことができ、動作レベルの電圧は、初期レベルの電圧未満とすることができる。このような実施態様では、高電圧パルスの継続時間は、このパルスに応答してスイッチが物理的に閉じる（接触する）のに必要とされる時間よりも短くし得る。
【００１０】
本明細書で説明する、微小電子機械式スイッチの性能を維持する方法は、スイッチの性能パラメータを測定し、スイッチの性能が所定のレベル未満であることが検出された場合には是正措置を開始することを含む。この性能パラメータは、例えば、スイッチが閉じているときのスイッチの抵抗値、スイッチが開いているときのスイッチの容量、スイッチを閉じるのに必要とされる制御電圧、スイッチの開閉に必要とされる時間、または、スイッチが実施した開閉サイクルの回数を含む。是正措置は、例えば、接触状態調節手順を開始すること、スイッチを開閉するのに、変形した制御電圧プロフィールを印加すること、あるいは、このスイッチを使用することをやめ、代替スイッチの使用を開始することをも含む。
【００１１】
本明細書では、上記で説明したような方法を実装する回路も説明する。微小電子機械式スイッチの性能を維持する回路は、それぞれ第１、第２の信号線に動作可能に接続された第１、第２の信号線ノードを含む。これら第１、第２の信号線は、スイッチが閉じられるときに互いに接続される。この回路はさらに、これらの信号線ノードに接続され、かつスイッチの性能パラメータ値を感知するようにされた感知回路と、このスイッチの少なくとも１つの端子に動作可能に接続された制御回路とを含む。この制御回路は、感知された性能パラメータ値を評価し、スイッチの性能が所定のレベル未満であることが検出された場合には是正措置を開始するようになっている。この性能パラメータは、例えば、第１信号線ノードと第２信号線ノードの間の抵抗値または容量を含む。ある実施態様では、この回路はさらに、スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノードを含む。このような実施態様では、この制御ノードに感知回路を接続することができ、性能パラメータは、スイッチを閉じるのに必要とされる制御要素電圧、あるいはスイッチの開閉に必要とされる時間を含む。ある実施態様では、制御回路は、感知された性能パラメータ値と記憶した閾パラメータ値を比較するように適合させることができる。ある実施態様では、制御回路を、スイッチの制御要素に動作可能に接続することができる。このような実施態様では、是正措置は、例えば、この制御要素に可変制御電圧を印加してこする動作を実現するか、あるいは、この制御要素に変形した制御電圧シーケンスを印加すること含む。ある実施態様では、制御回路はさらに、代替スイッチの制御要素に接続することができる。このような実施態様では、是正措置は、スイッチを非活動状態にし、代替スイッチを活動化させることを含む。ある種の実施態様では、この回路は、制御回路とスイッチの制御要素の間に動作可能に接続された電圧変換回路を含む。この電圧変換回路は、制御回路から出力される電圧を、スイッチを活動化させるのに必要とされる比較的高い電圧に変換するようになている。ある種の実施態様では、この回路は、スイッチの制御要素と、このスイッチの外部からアクセス可能な端子の間に接続された静電気放電保護回路も含む。ある実施態様では、この回路は、集積回路の少なくとも一部を形成する。
【００１２】
微小電子機械式スイッチの接触面の状態調節を行う回路は、スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノードと、スイッチが閉じられた時点でこの制御ノードに時間的に変化する電圧を印加するようにされた信号生成回路と、この信号生成回路に動作可能に接続され、かつ状態調節を開始するようにされた制御回路とを含む。ある実施態様では、この信号生成回路は、周期的な電圧信号を生成するようにされる。ある実施態様では、この回路はさらに、信号生成回路と制御ノードの間に接続された感知回路を含む。この感知回路は、スイッチの作動電圧を決定するようになっている。ある種の実施態様では、この回路はさらに、上記で説明したものと類似の電圧変換回路および／または静電気放電保護回路を含む。
【００１３】
微小電子機械式スイッチを作動させる回路は、スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノードと、この制御ノードに少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールを印加するようにされた信号生成回路と、この信号生成回路に動作可能に接続された制御回路とを含む。この制御回路は、電圧プロフィールの印加を開始してスイッチを作動させる。スイッチを閉じるための実施態様では、この電圧プロフィールは、ゼロでない初期レベルと、その後で印加される、スイッチの作動電圧よりも大きい電圧の動作レベルとを含む。ある実施態様では、この回路はさらに、制御回路に動作可能に接続され、かつスイッチの作動電圧を決定するようにされた感知回路を含む。ある種の実施態様では、この回路はさらに、上記で説明したものと類似の電圧変換回路および／または静電気放電保護回路を含む。
【００１４】
本明細書では、上記で説明した方法および回路に加えて、微小電子機械式スイッチ・モジュールが企図されている。ある実施態様では、スイッチ・モジュールは、微小電子機械式スイッチと、第１、第２の信号線とを含む。この第１、第２の信号線は、スイッチが閉じられるときにこれらの線が互いに接続されるように、このスイッチに近接して配置される。このモジュールはさらに、これら第１、第２の信号線に接続され、かつこのスイッチの性能パラメータを感知するようにされた感知回路と、このスイッチの少なくとも１つの端子に接続され、かつスイッチの性能が所定のレベル未満であるときに是正措置を開始するようにされた制御回路とを含む。別の実施態様では、スイッチ・モジュールは、制御要素と接触面を有する微小電子機械式スイッチと、この接触面に対する状態調節手順の一部として、スイッチが閉じられた時点で制御要素に時間的に変化する電圧を印加するようにされた信号生成回路とを含む。スイッチ・モジュールの追加の実施態様は、制御要素を有する微小電子機械式スイッチと、この制御要素に少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールを印加するようにされた信号生成回路と、この信号生成回路に動作可能に接続され、かつ電圧プロフィールの印加を開始してスイッチを作動させるようにされた制御回路とを含む。
【００１５】
本明細書では、上記で説明した方法、回路、およびモジュールに加えて、コンピュータが使用可能なキャリア媒体が企図されている。このキャリア媒体は、磁気ディスクまたは光ディスク、磁気テープ、あるいはメモリなどの記憶媒体である。さらに、このキャリア媒体は、データまたはプログラム命令を送信する導線、ケーブル、または無線媒体などの送信媒体、あるいは、このような導線、ケーブル、または無線媒体に沿ってデータまたはプログラム命令をキャリアする信号とし得る。このキャリア媒体は、本明細書で説明する方法の実施態様を実施するための実行可能なプログラム命令を含む。例えば、キャリア媒体は、微小電子機械式スイッチの性能パラメータの測定値を受け取り、この受け取った値と記憶した所定のパラメータ値とを比較し、スイッチの性能がこの所定の値に対応するレベル未満であることが検出された場合に、是正措置を開始する、計算デバイスによって実行可能なプログラム命令を含む。
【００１６】
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、様々な変形形態と代替形態をとる余地があるが、本発明の特定の実施形態を図面で例として示し、本明細書で詳細に説明する。ただし、図面や図面に関する詳細な説明は、開示する特定の形態に本発明を限定するためのものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨と範囲に含まれるすべての変形形態、均等物、代替形態を包含することを意図していることを理解されたい。
【００１８】
図１Ａに、ＭＥＭＳカンチレバー・スイッチ１０の断面図を示す。導電性のビーム１２は、一方の端部のところで接触パッド１４に固定されている。ビーム１２の他方の端部は、図１のように、このスイッチが開いているときには第２接触パッド１６の上に離間した状態で存在する。ゲート電極すなわち制御要素１８は、ビーム１２の下にあり、これら２つの接触パッドの間にある。図１の静電スイッチでは、ゲート電極１８とビーム１２の間に静電電位差を印加すると、これらの間に静電引力が生じ、それによってビーム１２が下向きに移動する。そのため、ビーム１２の端部の接触要素２０が接触パッド１６に結合して、信号が接触パッド１４と１６の間をビーム１２に沿って流れることができる。このスイッチは、電位が印加されている限り閉じたままになる。この印加電位を取り除くと、カンチレバービーム１２のばね力がビームを上に引き戻すはずであり、その結果、スイッチが開く。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、ならびに本明細書で提供される他の斜視図や断面図では、垂直寸法は説明の都合上誇張されていることに留意されたい。例えば、ビーム１２と電極１８の隙間２３は、１ミクロン程度である。カンチレバー１２の幅は、数１０〜数１００ミクロン程度で、一方、このカンチレバーの長さは、数１０〜数１００ミクロン程度である。
【００１９】
図１Ａのスイッチ１０は基板１１上に形成される。少なくとも基板１１の上面は絶縁されている。そのためこの基板は、例えば、導電基板または半導体基板上に形成された高抵抗性の半導体または絶縁層を含むことができる。図１Ａの実施形態では、信号線２４、２２はそれぞれ接触パッド１４、１６に接続されている。信号線２２、２４、導電要素１８、接触パッド１４、１６、ビーム１２は、いくつかの導電層で形成することができる（１つの層をビーム１２に用い、その下にある層を他の要素に用いる）。あるいは、これらの要素の１つまたは複数を多層構造にしすることもできる。ただし、各要素の少なくとも一部は導電性としなければならず、それによって、スイッチ１０が閉じたときに信号線２４と信号線２２の間で連続した導電経路が形成される。ある実施形態では、スイッチ１０は、シリコンなどの半導体基板上に金属で形成される。
【００２０】
図１Ｂに、代替スイッチ構成の斜視図を示す。導電性のビームが、このビームの両側の接触パッドを電気的に接続する代わりに、スイッチ２５のビームは、その自由端が固定端から絶縁されている。ビームの導電性部分２６は、制御要素１８の上に配置された導電区域を含み、それによって、要素１８に電圧を印加すると、このスイッチを閉じるのに必要とされる静電気力が得られる。ただし、この導電区域は、絶縁部分２８により接触要素２０から分離されている。この実施形態では、スイッチを閉じると、図１Ａの場合のようにビームの長さを介してではなく、導電要素２０を介して信号線３０、３２が互いに接続される。図１Ｂでは、線３０、３２を直角に配置して示すが、これらは当然のことながら、各線の一部が接触要素２０の下にある限り、直線または他のいかなる向きにでも配置し得る。さらに、絶縁部分２８の形状は、図に示すものと異なっていてもよい。例えば、絶縁層は、ビームのほとんどの部分に沿って延び、その絶縁層の上下に形成される導電層により、導電部分２６と導電要素２０が形成される。さらに、絶縁部分２８は、導電要素２０が導電部分２６に接触し得るように、ビームの自由端の近くではなく、固定端の近くに設けることもできる。ただし、こうすると、閉じられたスイッチの近傍でつながった信号線が望ましくないほど広くなるであろう。図１Ｂの実施形態では、制御要素１８の上全体にわたって導電区域を配置し、かつビームの固定端に発生する信号から導電要素２０を分離することが好ましい。
【００２１】
図１Ｃに、スイッチの追加の実施形態の断面図を示す。スイッチ３３は、支点式すなわち「シーソー」スイッチである。このスイッチのビームは、このビームの中心近くの固定位置３４ｂのところにあるねじれ支持部３４ａの周りで回転するように取り付けられている。ビームの左側部分３８は、制御要素４４を使用して動かし、右側部分３６は、制御要素４６を使用して動かす。作動電圧を要素４４に印加し、要素４６には印加しない場合、接触要素４２は下にある接触パッド５０と接触し、接触パッド４０は下にある接触パッド４８の上に留まる。これらの制御要素の電圧を反転させると、シーソー式に、接触要素４０が下がり、要素４２が上がる。スイッチ３３は、図１Ａの場合と同様に導電性のビームで作製され、その結果、接触パッド３４に接続された信号線は、パッド５０またはパッド４８のいずれかに接続された線に結合される。あるいは、図１Ｂのように、ビームの固定端から接触パッド４０および／または４２を分離し、その分離されたパッドを使用して２本の信号線を互いに接続することもできる。
【００２２】
図１Ａ〜図１Ｃに示すスイッチは、本明細書で説明する回路と方法を適用できるスイッチの単なる例である。他の適切なスイッチ設計も可能である。例えば、図１Ａや図１Ｂに示すカンチレバー・スイッチの、２つの端部をもつ構成（「メンブレン」または「ストラップ」構成とも称する）を利用することもできる。このような構成では、要素２０などの接触要素は、両端が固定されたビームの長さに沿った（しばしば中間の点の）ところにあることになる。この場合、接触要素のいずれの側にも、この要素と各端部の間に１つまたは複数の制御ゲートを配置する。別の例として、ある種の実施形態では、図１Ａと図１Ｂの信号線構成の形態を組み合わせることができる。こうすると、ビームの固定点における信号を、ビームの自由端の下にある２つ以上の信号線に接続でき、その結果、同じ信号を多数の線に供給し得る。これらのスイッチの特定の形状と構造も、図１Ａ〜図１Ｃに示すものと異なるものにし得る。例えば、パッド１４、３４など、図に示すビームの固定端のところの接触パッドは、ある種の実施形態では、ビーム自体と一体化することもできるし、割愛することもできる。
【００２３】
図２Ａに、図１に示すようなスイッチの性能を維持するための回路の実施形態を示すブロック図を示す。この実施形態では、感知回路５２が、１対の信号線ノード５４の間に接続される。ノード５４はそれぞれ、性能を維持すべきスイッチに関連する第１、第２の信号線に動作可能に接続される。本明細書で用いる「動作可能に接続される」とは、対象とする回路の動作時に接続されていることを意味する。動作中のこのような接続を、ノード５４から延びる破線で示す。ただし図２Ａには信号線は示さない。第１、第２の信号線は、図１Ａ〜図１Ｃに示すような線である。好ましくは、第１、第２の信号線は、スイッチが閉じるときに互いに接続される線である。このような線は、例えば、図１Ａの線２４、２２や図１Ｂの線３０、３２を含む。感知回路５２は、スイッチの性能パラメー値を感知するようにされているので、この回路は、感知回路の接続によって感知される値が変化しないように信号線に接続すべきである。ある実施形態では、ノード５４は、それぞれの信号パッドに、これらのパッドが大きな値の抵抗によってそれぞれの第１、第２の信号線から分離された状態で接続される。あるいは、またはそれに加えて、感知回路５２は、ノード５４から見て高い入力抵抗値を含む。
【００２４】
感知回路５２は、スイッチの１つまたは複数の性能パラメータを感知するようになっている。ある実施形態では、この性能パラメータはノード５４間の抵抗値である。スイッチが閉じているとき、ノード５４に接続された信号線間の抵抗値は、このスイッチによる電気的な接触の量を示す。抵抗値の増加は、例えば、接触表面の劣化または汚染を示す。ある種の実施形態では、感知回路５２は、ノード５４間の容量を感知するようにすることができる。スイッチが開いているとき、ノード５４に接続された信号線間の容量によって、このスイッチが正しく開く途中であるか、あるいは、正しい初期位置に戻る途中であるかなど、スイッチの位置を示することができる。ある種の実施形態では、感知回路５２を、（ノード５６から延びる破線で示唆されるように）スイッチの制御要素に動作可能に接続された制御ノード５６に接続することもできる。
【００２５】
図２Ａの実施形態では、感知回路５２は、制御回路５８を介して制御ノード５６に接続される。このような実施形態では、感知回路５２を、時間の関数としてスイッチに印加される制御電圧を感知するようにすることができる。この電圧信号を、スイッチの両端間の抵抗値および／または容量に関する情報と組み合わせることにより、スイッチを閉じるのに必要とされる制御要素電圧、またはスイッチを閉じるのに必要とされる時間などの性能パラメータを感知できる。制御回路５８は、感知回路５２によって感知された性能パラメータ値を評価し、スイッチの性能が所定のレベル未満である場合には、是正措置を開始するようになっている。
【００２６】
ある実施形態では、制御回路５８は、感知された性能パラメータ値と記憶した閾値６０とを比較して、この感知された性能パラメータ値を評価するようになっている。記憶した閾値６０は、感知する性能パラメータに応じて、例えば、抵抗値、容量、またはスイッチの開閉時間などの許容可能な値を含む。閾値６０は、メモリ・セルまたはレジスタなど、様々な記憶素子を使用して記憶される。ある種の実施形態では、制御回路５８は、スイッチを含むより大きなシステムを制御するシステム制御回路６２に接続される。図２Ａに、実線でこの接続を示す。ある種の実施形態では、制御回路５８によって開始される是正措置は、制御ノード５６に特定の電圧シーケンスを印加することを含む。この電圧シーケンスは、信号生成回路すなわち状態調節回路６４を使用するか、あるいは、動作電圧を変更して生成される。あるいは、またはそれに加えて、是正措置は、代替スイッチの制御要素に動作可能に接続された代替制御ノード６６を使用して代替スイッチを活動化させることを含む。
【００２７】
ある種の実施形態では、スイッチの性能を維持するための回路が電圧変換回路６８を含む。電圧変換回路６８を使用して、感知回路、制御回路、信号生成回路で使用する電圧レベルから、スイッチを作動させるのに使用する電圧レベルに変換することができる。シリコン・ベースの集積回路を使用して感知回路、制御回路、信号生成回路を実施する実施形態では、例えば、これらの回路が使用する論理レベルは約０Ｖと約３Ｖである。一方、ＭＥＭＳスイッチの作動に必要とされる電圧は、数１０Ｖ程度であることがある。できる限り低電圧でこの回路を実装することが有利と考えられるが、ある種の実施形態では、電圧変換回路６８を制御ノード５６、６６から比較的遠くに離して配置し、それによって、信号生成回路または制御回路の一部を、スイッチの作動と同等の電圧で実装できる。
【００２８】
あるいは、またはそれに加えて、この回路は、ＥＳＤ（静電気放電）保護回路７０を含む。図２Ａの実施形態では、回路７０は、制御ノード５６と外部端子７２の間に接続されている。外部端子７２から、制御ノード５６にアクセスすることができ、そのため、スイッチの制御要素にアクセスすることができる。この静電気放電回路は、静電荷がスイッチのゲートに意図せずに印加されるのを防ぐ。スイッチが複数のゲートを有する実施形態では、各ゲートごとにＥＳＤ保護を設けることができる。同様に、代替スイッチに対応する代替制御ノードを含む図２Ａのような実施形態では、この代替スイッチにＥＳＤ保護を設けることができる。あるいは、またはノード５６／６６に対するＥＳＤ保護に加えて、ノード５４および／または図に示す１つまたは複数の端子にＥＳＤ保護を適用し得る。
【００２９】
図２Ａおよび本明細書で示す他のすべてのブロック図では、各ブロックは、特定の構造ではなく機能を示すためのものである。図２Ａには、電源などの実施形態の細部の一部は明示的に示していない。本明細書で説明する「回路」や「回路構成」は、適宜ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装できる。感知回路、制御回路、信号生成／状態調節回路、または電圧変換回路のいずれか、またはすべては、例えばマイクロプロセッサを含むことができる。ここで示された回路を、回路構成および／またはソフトウェアを使用して実装するには、複数のブロックを組み合わせて１つの回路にするか、複数の回路を組み合わせてあるブロックの機能を実現することを必要とこともある。さらに、本明細書で説明するシステムと方法は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの様々な組合せを使用して、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの様々な異なるレベルの１つまたは複数のレベルで実装し得る。図２Ａの回路のハードウェアの態様は、単一の集積回路に含ませることから、離散コンポーネント回路を有する回路まで、さらにはベンチ・トップ機器を寄せ集めることも含めて、様々なやり方で実装することができる。
【００３０】
本明細書では、上記で説明した回路に加えて、微小電子機械式スイッチ・モジュールが企図されている。このモジュールは、スイッチと、このスイッチを維持または制御する回路の組合せである。図２Ｂに、このようなスイッチ・モジュールの実施形態の例のブロック図を示す。図２Ａを参照して説明した回路を、１対のＭＥＭＳスイッチ７４に接続して示す。例えば、制御ノード５６は、スイッチ７８の制御要素７６に結合されるように示され、代替制御ノード６６は、代替スイッチ８２の制御要素８０に結合されている。ここでは、スイッチ７８、８２を概略形態で単一の制御要素を伴うように示してある。図１の考察において上記で述べたように、様々なＭＥＭＳスイッチを形成することができる。複数の制御要素を備えたスイッチでは、図２Ａ、図２Ｂの回路は、それらに対応する複数の制御ノードを含むことになる。図２Ｂの実施形態では、感知回路５２は、２組の感知ノード５４ａ、５４ｂに接続される。各組の信号ノードの一方は信号線８６に接続され、他方は信号線８４に接続される。これら２組の感知ノードは、抵抗値測定を実施するのに有用である。例えば、一方の組のノードを使用して電圧を印加し、他方の組を使用して得られた電流を測定する。線８４、８６は、スイッチ７８、８２のいずれかの端部に接続され、それによって、これらのスイッチの一方を閉じると、これらの信号線が互いに接続される。スイッチ７８またはスイッチ８２のいずれを使用するかは、制御要素８０、７６のいずれに通電するかによって決まる。
【００３１】
図２Ｂのスイッチ構成は単なる例である。例えば、図１Ｂに示すものなど、他の構成の信号線を使用することができる。図２Ｂのスイッチ・モジュールは、例えば、これらのスイッチに関連する信号線および／または制御ゲートに信号を提供するのに使用し得るいくつかの外部端子７２の例を含む。電源端子など、図示しない他の端子も含めることができる。さらに、ある種の実施形態では、図２Ｂに示す端子７２をすべて必要とするとは限らない。例えば、ＥＳＤ回路７０を介して制御ノード５６や代替制御ノード６６に接続された外部端子を使用して、スイッチ７８、８２の制御要素７６、８０にそれぞれ信号を印加し得る。ただし、他の実施形態では、これらの制御要素に外部信号を印加することが、制御回路５８を介して行うことができ、それによって、本明細書で説明する方法に従って任意の印加信号を変化させてスイッチの性能を維持することができる。
【００３２】
図３Ａに、微小電子機械式スイッチを作動させるか、あるいはこのスイッチの接触面の状態調節を行う回路の実施形態を示すブロック図を示す。図３Ａの実施形態は、信号生成回路すなわち状態調節回路６４と電圧変換回路６８を介して制御回路５８に接続された制御ノード５６を含む。ＥＳＤ回路７０が制御ノード５６と外部端子７２の間に接続されている。図２Ａ、図２Ｂにおける電圧変換回路６８、ＥＳＤ回路７０の場合と同様に、他の実施形態では、これらの要素を割愛することができる。図３Ａの回路を使用して微小電子機械式スイッチを作動させる実施形態では、信号生成／状態調節回路６４は、少なくとも２つのゼロでない電圧レベルを含む電圧プロフィールを制御ノード５６に提供するようになっている。
【００３３】
この回路をスイッチの接触面の状態調節を行うのに用いる実施形態では、信号生成／状態調節回路は、スイッチが閉じられた時点で制御ノードに時間的に変化する電圧を提供するようになっている。このような電圧プロフィールを提供する方法は、回路６４によってプロフィールを生成するか、あるいは、制御回路５８または外部から提供されるプロフィールを回路６８によって変形することを含む。以下の図４、図５の説明で、提供し得る特定の電圧プロフィールの例を論じる。制御回路５８は、信号生成回路によって提供される電圧プロフィールを制御ノードに印加することを開始する。ある種の実施形態では、この制御回路は、図２の説明において上記で論じたように、性能パラメータの評価に応答して、特定の電圧プロフィールの印加を開始するようになっている。
【００３４】
あるいは、この回路をスイッチの接点の状態調節を行うのに用いる実施形態では特に、制御回路５８は、何らかの指定された時間またはスイッチ・サイクル数が経過した後で、このプロフィールの印加を開始するようになっている。この制御回路は、図２Ａの回路６２などのシステム制御回路からのコマンド、または何らかの他の外部コマンドに応答して、電圧プロフィールの印加を開始するようにも適合させることができる。
【００３５】
図３Ｂに、図３Ａの回路を組み込んだスイッチ・モジュールのブロック図を示す。図３Ｂの実施形態では、制御ノード５６は、スイッチ７８の制御要素７６に接続され、スイッチ７８を閉じると、信号線８６、８４が互いに接続される。図２Ｂの説明において上記で述べたように、図３Ｂなどのモジュール内で、スイッチ、信号線、外部端子の多くの構成が可能であり、企図されている。図２Ｂまたは図３Ｂなどのモジュールは、スイッチ単体の代わりにより大型のシステムで使用するのに適している。このモジュールは、この場合には、単にＭＥＭＳスイッチ単体の特性によってではなく、関連回路によって追加の性能がもたらされるより高性能なスイッチとして働くこともできる。
【００３６】
図４Ａ、図４Ｂに、スイッチの接触面を清浄化するために、このスイッチの制御要素に印加し得る電圧波形の例のグラフを示す。図４Ａ、図４Ｂのグラフは、状態調節プロセスの例の電圧と時間の関係をグラフにしたものである。各グラフは、制御要素に印加される電圧を示す。この電圧は、「オフ」の値８８（ここでは約０Ｖ）から、ゼロでない「オン」の値９０まで変化し、「オン」の値９０は、スイッチが閉じる値である「作動」値９２よりも大きい。（いくらかの過渡的な時間は無視して）電圧が作動値９２またはそれよりも大きい期間は、スイッチが閉じている期間である。場合によっては、スイッチが閉じるのに、電圧の印加後、数１０〜数１００ミリ秒かかることがある。スイッチを閉じるのに必要とされる電圧よりも大きい電圧が印加されると、ＭＥＭＳスイッチのビームは全体的にある程度水平に動くので、このスイッチが閉じているときに時間的に変化する電圧を印加すると、ビームの接触面がその下にある接触パッドをこする動作が生じることがある。このこする動作により、図４Ｃ、図４Ｄの抵抗値と電圧の関係のグラフが示すように、これら２つの表面間の接触が改善する。図４Ｃの線９４は、印加電圧が作動電圧（この場合には約４２Ｖ）を通過するときにスイッチ接点の両端間の抵抗値が急激に下がることを示している。これは、このスイッチが閉じたことを示す。電圧が約６５Ｖの「オン」の値まで増加するにつれ、抵抗値は徐々に下がり続ける。図４Ｄの拡大図に、電圧が約６９Ｖと約５９．５Ｖの間で繰り返し変化するときに抵抗値がさらに下がることを示す。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｄに示すように、状態調節の全サイクル中は、印加電圧が作動電圧よりも大きいままに保たれるように、電圧が変化することが好ましい。ただし、ある種の実施形態では、電圧変動の間、一部でスイッチのビームが接触パッドから持ち上がる場合でさえ、このこする動作が効果的なことがある。すなわち、場合によっては、図４Ａの正弦曲線の最も低い部分が作動電圧９２未満に落ちる状態調節プロセスも効果的である。この時間的に変化する電圧は、図４Ａの場合と同様な正弦曲線、図４Ｂの場合と同様な三角波、または、方形波など何らかの他の時間的に変化する形状である。この時間的に変化する電圧は、周期的である必要もないし、振幅の振れが等しい必要もないが、生成するのに周期的な波形が好都合である。この時間的に変化する電圧プロフィールは、図４Ａの場合と同様にスイッチがオンの期間全体にわたって印加することもできるし、図４Ｂの場合と同様にこの期間の一部の間だけ印加することもできる。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｄに、スイッチを作動させるために、このスイッチの制御要素に印加できる電圧プロフィールの例のグラフを示す。図５Ａ〜図５Ｄのプロフィールはそれぞれ、少なくとも２つのゼロでない印加電圧値を含む。図５Ａのプロフィールでは、「オフ」電圧８８が、０Ｖに設定されておらず、作動電圧９２未満の非ゼロ値に設定されている。このように「オフ」の値をゼロでない値にすると、スイッチを閉じるのに必要とされる時間が短くなるか、あるいは、少なくとも閉じる時間の再現性がより良好になる。ある種の実施形態では、ビームとその下にある接触パッドまたは制御ゲートの間の容量を測定してビームの位置を求め、この位置を、ゼロでない「オフ」の値を調整することによって制御することができる。図５Ａのプロフィールに対する変形では、このゼロでないオフ電圧はスイッチを閉じる（「オン」電圧に変わる）前に印加し得るが、この印加電圧をゼロに戻してスイッチを再度開くことができる。まっすぐに０Ｖに下げてスイッチを開くことによって、スイッチが完全に開き、くっつきの可能性が小さくなるようにすることができる。
【００３９】
図５Ｂのプロフィールでは、ｔ0の間継続して、印加電圧を、最終的な「オン」の値９０よりも大きい値にもっていく。スイッチを閉じる際にこのように「オーバーシュート」させると、スイッチを閉じるスピードが改善され、また、図１Ｃに示すものなどの「シーソー」スイッチのすでに閉じた側のくっつきに打ち勝つことができる。好ましくは、この高い値に電圧を保つ時間ｔ0は、この電圧の印加に応答して、スイッチのビームが、その下にある接触パッドに接触するのに必要とされる時間よりも短く保つ。すなわち、閉じる途中のスイッチが実際に接触を行う前に、この印加電圧を安定状態の「オン」の値９０に下げることが好ましい。こうすると、接点を損傷することになる力、あるいは、開くときにスイッチがくっつく可能性がより大きくなる力でスイッチが閉じるのを防ぐことができる。
【００４０】
ある種の実施形態では、図５Ｂの最初に過剰に切替えを行うことを、図５Ａのオフの状態をゼロにしないバージョンと組み合わせることができる。一般に、スイッチが開く電圧は、図５Ａ〜図５Ｄに示す「オフ」電圧と「作動」電圧の間のどこかにある。さらに、図５Ｂに示す電圧を継続時間ｔ0の後で減少させる度合いは、作動電圧よりも大きくすることもできるし、小さくすることもできる。ただし、図５Ｂに示す量は、作動電圧よりも大きい電圧レベルに留まるように示す。重要なのは、電圧を「下げる」量が、（作動電圧未満になることがある）スイッチが開く電圧よりも大きいままに留まることである。
【００４１】
図５Ｃに、スイッチを再度開くときに、閉じたスイッチのくっつきを少なくする別の印加電圧プロフィールを示す。図５Ｃのプロフィールでは、まず、作動電圧よりもわずかに大きい電圧を印加し、次いで、この印加電圧を安定状態の「オン」の値９０に増加させることによってスイッチを閉じる。このようなプロフィールにより、スイッチのビームを接触パッド上に「軟着陸」させることができ、それによって、接点の損傷および／またはその後のくっつきの程度が小さくなる。ある種の実施形態では、このタイプのプロフィールは、図５Ａのオフ電圧をゼロにしないバージョンと組み合わせることができる。図５Ｄのプロフィールは、電圧が作動電圧を通過してゆっくりと傾斜して変化するので、スイッチがさらに漸進的に閉じる点を除き図５Ｃのものに類似している。上記で説明した電圧プロフィールのいずれかにおいて、電圧を急激に振ること、あるいは、電圧を平坦な状態にすることのいずれかまたはすべての代わりに、それらを傾斜して変化させることもできる。
【００４２】
図６に、スイッチの性能を維持する方法の実施形態を示す流れ図を示す。この流れ図は、スイッチの性能パラメータの測定から始まる（ボックス９４）。この測定は、おそらくは図２Ａの制御回路５８などの回路の指示の下で、図２Ａの感知回路５２などの回路によって実施し得る。あるいは、人間が図６の方法を実行する実施形態では、診断用のハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用する人間が、この測定を行うことができる。スイッチの性能が所定のレベル未満である場合（ボックス９６）、是正措置の試みが開始される（ボックス１００）。この性能が是正措置を必要としない場合、何らかの時間待った後で、例えば、所定の時間または促されるまで待った後で（ボックス９８）、スイッチの性能パラメータを再確認する（ボックス９４）。この再確認は、例えば、再確認することを人間が決定することによって、あるいは、このスイッチを含む全体システムの動作中の利用可能な時間によって促すことができる。ある実施形態では、是正措置を必要とするかどうかに関する決定は、図２Ａの回路などの回路によって、例えば、図２Ａの制御回路５８に関連するマイクロプロセッサによって下すことができる。あるいは、この決定は、この方法を実施する人間が下すことができる。回路が決定を下す場合、性能パラメータの測定値と、この性能パラメータに関する所定の閾値とを比較することが必要になる。ある種の実施形態では、この所定の値は、スイッチの使用者によって設定可能かつ変更可能とすることができ、この回路に関連する記憶位置に記憶する。
【００４３】
是正措置（または少なくとも是正措置の試み）の開始は、是正すべきスイッチの性能の特定の状況に応じて、様々な動作を必要とする。例えば、スイッチの接触抵抗値が大きすぎる場合、接点状態調節または形成あるいは状態調節の手順を開始する。このような手順は、スイッチが閉じたときに、図４の説明において上記で論じたものなどの時間的に変化する電圧プロフィールをスイッチの制御要素に印加することを含む。別の例として、開いているスイッチの容量が好ましい範囲から外れている場合、この開いているスイッチに印加する電圧を調整する。スイッチの開閉に必要とされる時間が好ましい範囲から外れている場合、あるいは、ビームが接触パッドに過度に強く当たっているように見える場合、スイッチを作動させるのに用いる電圧プロフィールに調整を加えることができる。上記の図５に、使用し得るプロフィールの変化のタイプの例を示す。是正措置により問題が解決される場合（決定ボックス１０２）、性能パラメータ値を再確認する時点になるまで、さらなる措置はとらない（ボックス９８）。試みられた是正措置の効果がない場合、さらなる是正措置をとる（ボックス１０４）。追加の是正措置は、（接触状態調節手順の場合に行うことがあり得るように）単に前の措置を繰り返すこともあるし、（例えば、スイッチを作動させるのに用いた電圧プロフィールの以前の変更の効果がなかった場合）前に取った措置に対する変更を伴うこともある。
【００４４】
図６に示し、かつ本明細書で説明したような方法を実施するプログラム命令は、キャリア媒体を介して送信するか、あるいはキャリア媒体に記憶させることができる。このキャリア媒体は、導線、ケーブル、または無線送信リンクなどの送信媒体、あるいは、このような導線、ケーブル、またはリンクなどに沿って伝播する信号である。このキャリア媒体は、揮発性または不揮発性のメモリ（例えば、読出し専用メモリまたはランダム・アクセス・メモリ）、磁気ディスクまたは光ディスク、あるいは磁気テープなどの記憶媒体とすることもできる。
【００４５】
本発明により、ＭＥＭＳスイッチの性能を維持し、ＭＥＭＳスイッチを作動させ、ＭＥＭＳスイッチの接触面の状態調節を行う回路と方法が提供されると考えられることが、この開示の利益を受けた当業者には理解されよう。状態調節プロセスを実施するのに用いる刺激は、電気的（電圧または電流）、磁気的、または熱的な供給源から生じる。この説明に鑑みて、当業者には、本発明の様々な形態のさらなる変形形態および代替実施形態が明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲は、すべてのこのような変形形態および変更形態を包含すると解釈すべきであり、したがって、本明細書および図面は、限定的にではなく例示的に考えるべきであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】Ａ：導電性ビーム式カンチレバー・スイッチを示す断面図である。  Ｂ：ビームの自由端が、ビームの固定端から電気的に絶縁されたカンチレバー・スイッチを示す斜視図である。  Ｃ：「シーソー」スイッチを示す断面図である。
【図２】Ａ：微小機械式スイッチの性能を維持する回路を示すブロック図である。  Ｂ：図２Ａの回路を含むスイッチ・モジュールを示すブロック図である。
【図３】Ａ：微小電子機械式スイッチを作動させるか、あるいはこのスイッチの接触面の状態調節を行う回路を示すブロック図である。  Ｂ：図３Ａの回路を含むスイッチ・モジュールを示すブロック図である。
【図４】Ａ，Ｂ：スイッチの接触面を清浄化するのに適用し得る電圧波形の実施形態の例を示すグラフである。  Ｃ：例示的接触状態調節手順中のスイッチの抵抗値と印加電圧の関係を示すグラフである。  Ｄ：図４Ｃのグラフの接触状態調節部分を示す拡大図である。
【図５】スイッチを作動させるのに適用し得る電圧波形の例を示すグラフである。
【図６】微小電子機械式スイッチの性能を維持する方法を示す流れ図である。
【図１】
2005536854.tif 000003
【図２】
2005536854.tif 000004
【図３】
2005536854.tif 000005
【図４】
2005536854.tif 000006
【図５】
2005536854.tif 000007
【図６】
2005536854.tif 000008
【国際調査報告】
2005536854.tif 000009
2005536854.tif 000010
2005536854.tif 000011
2005536854.tif 000012
2005536854.tif 000013
2005536854.tif 000014