(57)【要約】本発明は双方向マイクロ電気機械素子、双方向素子を含むマイクロ電気機械スイッチ、及び双方向素子における機械的変形を軽減する方法を提供する。一実施例では、双方向マイクロ電気機械素子は、自由端及びコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有するコールドビームを含む。コールドビームアンカーは基板に取り付けられる。第１のビーム対はコールドビームに自由端テザーによって結合され、それによってコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するよう構成される。第２のビーム対は、第１のビーム対に対してコールドビームの反対側に配置され、第１のビーム対及びコールドビームに自由端テザーによって結合される。第２のビーム対はそれによって上記高温に加熱されると伸張するように構成される。
2010532276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向マイクロ電気機械素子であって、
自由端及びコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有するコールドビームであって、該コールドビームアンカーが基板に取り付けられた、コールドビーム、
前記コールドビームに自由端テザーによって結合され、それによって前記コールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するよう構成された第１のビーム対、及び
前記第１のビーム対に対して前記コールドビームの反対側に配置され、前記第１のビーム対及び前記コールドビームに前記自由端テザーによって結合され、それによって前記高温に加熱されると伸張するように構成された第２のビーム対
を備えた双方向マイクロ電気機械素子。
【請求項２】
請求項１記載の双方向マイクロ電気機械素子において、前記第１のビーム対は第１のアンカーに接続された第１の端部を有する第１のビーム部材及び第２のアンカーに接続された第１の端部を有する第２のビーム部材を含み、前記第１及び第２のアンカーが前記基板に取り付けられ、前記第１のビーム部材は前記第２のビーム部材の第２の端部に接続された第２の端部を有する双方向マイクロ電気機械素子。
【請求項３】
請求項２記載の双方向マイクロ電気機械素子において、前記第１のビーム部材がさらに、前記第１の端部に応力軽減部を備えた双方向マイクロ電気機械素子。
【請求項４】
請求項１記載の双方向マイクロ電気機械素子であって、さらに、前記第１及び第２のビーム部材にかけて横断的に設置された少なくとも１つのビーム対テザーを備えた双方向マイクロ電気機械素子。
【請求項５】
請求項１記載の双方向マイクロ電気機械素子であって、さらに、前記第１及び第２のビーム対並びに前記コールドビームにかけて横断的に設置された少なくとも１つの追加テザーを備え、前記少なくとも１つの追加テザーが前記自由端テザーと前記コールドビームアンカーの間に配置された双方向マイクロ電気機械素子。
【請求項６】
マイクロ電気機械スイッチであって、
単方向マイクロ電気機械素子であって、
第１の自由端及び第１のコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有する第１のコールドビームであって、該第１のコールドビームが基板に取り付けられた、第１のコールドビーム、
自由端テザーで前記コールドビームに結合され、それによって前記第１のコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するよう構成された第１のビーム対、及び
前記第１のコールドビームの前記自由端に取り付けられた第１の先端部
を含む単方向マイクロ電気機械素子、並びに
前記単方向マイクロ電気機械素子に切換可能に連結された双方向マイクロ電気機械素子であって、
第２の自由端及び第２のコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有する第１のコールドビームであって、該第２のコールドビームが基板に取り付けられた、第２のコールドビーム、
前記第２のコールドビームに第２の自由端テザーによって結合され、それによって前記第２のコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するように構成された第２のビーム対、及び
前記第２のビーム対に対して前記第２のコールドビームの反端側に配置され、前記第２のビーム対及び前記第２のコールドビームに前記第２の自由端テザーによって結合された第３のビーム対であって、それによって前記高温に加熱されると伸張するように構成された第３のビーム対
を含む双方向マイクロ電気機械素子
を備えたマイクロ電機機械スイッチ。
【請求項７】
双方向素子を有するマイクロ電機機械デバイスにおける機械的変形を軽減する方法であって、
双方向素子を第１の方向に第１の位置まで移動させるステップ、
前記双方向素子が所定時間にわたって前記第１の位置に置かれていたかを判断するステップ、及び
前記判断に基づいて、前記双方向素子を前記第１の方向とは逆の第２の方向に第２の位置まで移動させるステップ
を備える方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、さらに、
前記双方向素子を前記第１の方向に移動させる前に、前記マイクロ電気機械デバイスの単方向素子を初期位置から移動させるステップ、及び
前記双方向素子を前記第１の方向に移動させた後に、前記マイクロ電気機械デバイスの単方向素子を前記初期位置まで移動させるステップ
を備える方法。
【請求項９】
請求項７記載の方法において、前記双方向素子を前記第１の位置まで移動させるステップが、第１のビーム対に電流を通電するステップからなり、前記双方向素子を前記第２の位置まで移動させるステップが、第２のビーム対に電流を通電するステップからなる方法。
【請求項１０】
請求項７記載の方法において、前記判断するステップが、
履歴データ、
前記双方向素子の組成、
前記双方向素子の設計事項、及び
前記マイクロ電気機械デバイスの周囲温度
からなるグループから選択されたパラメータに基づく、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略として、マイクロ電気機械デバイスに関し、より具体的には、双方向マイクロ電気機械素子を有するスイッチ又はリレーのようなマイクロ電気機械デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチ又はリレーのようなマイクロ電気機械デバイスは従来の電気機械デバイスの代替物として使用できる。従来の半導体プロセスを用いて構成されたマイクロ電気機械デバイスの有利な点はプログラム可能であること及び小型であることであり、これによってより小さい形成ファクタ及び対応する電力消費、応答時間及びコストの低減を可能とする。
【０００３】
従来のマイクロ電気機械スイッチ及びリレーを使用する１つのアプリケーションとして通信スイッチング装置がある。これらのアプリケーションでは、マイクロ電気機械スイッチ又はリレーは、週から年に及ぶ時間にわたって１つの位置に入っていることができる。外力下の金属は、例えばマイクロ電気機械スイッチ及びリレーの部品に見られるように、外力が除かれると永久的な変形を示すことが知られている。この現象は機械的変形（mechanical creep）として知られる。マイクロ電気機械スイッチ又はリレーを長く閉じることから分かるように、機械的変形によって引き起こされる変形が十分に大きい場合、マイクロ電気機械スイッチ又はリレーはそれ以降使用不能となってしまう。
【０００４】
通信業界において、デバイスの使用寿命を１５〜２０年として要求する信頼性要件を見かけるのは珍しいことではない。通信業界のこの要件と金属マイクロ電気機械スイッチ及びリレーに内在する機械的変形を鑑みれば、従来のマイクロ電気機械デバイスは通信業界のニーズに応えていないことになる。
【０００５】
従って、この技術で必要なのは、通信業界で見られるような長期間の信頼性要件を満足するマイクロ電気機械スイッチ又はリレーである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施例では、本発明は双方向マイクロ電気機械を提供する。この実施例では、双方向マイクロ電気機械素子は、自由端及びコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有するコールドビーム（梁）を備える。コールドビームアンカーは基板に取り付けられる。第１のビーム対はコールドビームに自由端テザーによって結合され、それによってコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するように構成される。第２のビーム対は第１のビーム対に対してコールドビームの反対側に配置され、第１のビーム対及びコールドビームに自由端テザーによって結合される。第２のビーム対はそれによって高温に加熱されると伸張するように構成される。
【０００７】
他の実施例では、マイクロ電気機械スイッチが提供される。この実施例では、マイクロ電気機械スイッチは、第１の自由端及び第１のコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有する第１のコールドビームを含む単方向マイクロ電気機械素子を備える。第１のコールドビームアンカーは基板に取り付けられる。第１のビーム対は第１の自由端テザーによって第１のコールドビームに結合され、それによって第１のコールドビームの温度よりも高い温度に加熱されると伸張するように構成される。第１の先端部が第１のコールドビームの自由端に取り付けられる。双方向マイクロ電気機械素子は単方向マイクロ電気機械素子に切換可能に連結され、第２の自由端及び第２のコールドビームアンカーに接続された第１の端部を有する第２のコールドビームを含む。第２のビーム対は第２の自由端テザーによって第２のコールドビームに結合され、それによって第２のコールドビームの温度よりも高温に加熱されると伸張するように構成される。第３のビーム対は第２のビーム対に対して第２のコールドビームの反対側に配置され、第２の自由端テザーによって第２のビーム対及び第２のコールドビームに結合される。第３のビーム対はそれによって高温に加熱されると伸張するように構成される。
【０００８】
さらに他の実施例では、双方向素子を持つマイクロ電気機械デバイスの機械的変形を戻す方法が提供される。この特定の実施例では、当該方法は、双方向素子を第１の方向に第１の位置まで移動させてから、双方向素子が所定時間にわたって第１の位置に置かれていたかを判断する。双方向素子が所定時間にわたって第１の位置に置かれていたたかの判断に基づいて、当該方法は双方向素子を第１の方向とは逆の第２の方向に第２の位置まで移動させることによって続く。
【０００９】
上記に、当業者が以降の発明の詳細な説明をより良く理解するように本発明の構成を概説した。本発明の特許請求の範囲の主題を構成する本発明の更なる特徴が以降に記載される。当業者であれば、同じ目的を実行するための本発明の他の構造を設計又は修正するための基礎として、開示された概念及び具体的実施例を直ちに使用できることが分かるはずである。また当業者であれば、そのような均等な構成が本発明の精神と範囲から離れないことが分かるはずである。
【００１０】
本発明の完全な理解のために、ここで添付図面との関連で以降の説明について参照がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の原理に従って構成された双方向マイクロ電気機械素子の実施例の図である。
【図２】図２は本発明の原理に従って構成された双方向マイクロ電気機械素子の実施例の図である。
【図３】図３は本発明の原理に従って構成されたマイクロ電気機械スイッチの実施例の図である。
【図４】図４は本発明の技術を採用する双方向素子を有するマイクロ電気機械デバイスの機械的変形を戻すための方法の一実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１はコールドビーム１１０、第１のビーム対１２０、第２のビーム対１３０及び自由端テザー１４０を含む双方向マイクロ電気機械素子１００を示す。ある実施例では、コールドビーム１１０は変化する幅、即ち、テーパー状のビームを有することもできるし、又は異なる幅の２以上のセクションを有することができる。コールドビーム１１０はコールドビームアンカー１１２に接続された第１の端部及び自由端１１４を有する。コールドビーム１１０の自由端１１４は従来的な手段によって自由端テザー１４０に取り付けられる。コールドビームアンカー１１２は従来的な手段によって基板（不図示）に取り付けられる。コールドビーム１１０は通常、ニッケルのような金属からなる。双方向マイクロ電気機械素子１００の一部は基板（不図示）の溝上に配置される。
【００１３】
第１のビーム対１２０はコールドビーム１１０に平行であり、２本の平行部材である第１のビーム部材１２２及び第２のビーム部材１２４からなり、各々は第１及び第２の端部を有する。各平行部材の第１の端部はアンカーに取り付けられる。第１のビーム部材１２２の第１の端部は第１のアンカー１２６に取り付けられ、第２のビーム部材１２４の第１の端部は第２のアンカー１２８に取り付けられる。第１のアンカー１２６及び第２のアンカー１２８は従来的な手段によって基板に取り付けられる。第１のビーム部材１２２の第２の端部及び第２のビーム部材１２４の第２の端部は閉ループを形成するように接続される。第１のビーム部材１２２及び第２のビーム部材１２４の互いに接続された第２の端部は従来的な手段によって自由端テザー１４０に取り付けられる。第１のビーム部材及び第２のビーム部材とも通常はニッケルのような金属からなる。
【００１４】
第２のビーム対１３０はコールドビーム１１０に平行であり、２本の平行部材である第３のビーム部材１３２及び第４のビーム部材１３４からなり、各々は第１及び第２の端部を有する。各平行部材の第１の端部はアンカーに取り付けられる。第３のビーム部材１３２の第１の端部は第３のアンカー１３６に取り付けられ、第４のビーム部材１３４の第１の端部は第４のアンカー１３８に取り付けられる。第３のアンカー１３６及び第４のアンカー１３８は従来的な手段によって基板に取り付けられる。第３のビーム部材１３２の第２の端部及び第４のビーム部材１３４の第２の端部は閉ループを形成するように接続される。第３のビーム部材１３２及び第４のビーム部材１３４の互いに接続された第２の端部は従来的な手段によって自由端テザー１４０に取り付けられる。第３のビーム部材及び第４のビーム部材とも通常はニッケルのような金属からなる。他の実施例では、ビーム対はコールドビームに対して又は互いに平行でなくてもよい。さらに、他の実施例では、ビーム部材は変化する幅、即ち、テーパー状のビーム部材を有していてもよいし、異なる幅の２以上のセクションを有していてもよいし、異なる形状／構成を有していてもよい。
【００１５】
自由端テザー１４０は、コールドビーム１１０の自由端１１４、第１のビーム対１２０の第１のビーム部材１２２の第２の端部及び第２のビーム部材１２４の第２の端部、並びに第３のビーム対１３０の第３のビーム部材１３２の第２の端部及び第４のビーム部材１３４の第２の端部を機械的に結合する。自由端テザー１４０は通常、（しばしば全体的に）誘電体材料からなる。ある実施例では、誘電体は「ＳＵ−８」のようなフォトレジスト材料である。ＳＵ−８は（Shell Chemical社の）ＥＰＯＮ  ＳＵ−８エポキシ樹脂に基づくネガティブエポキシタイプ近紫外線フォトレジストである。なお、他のフォトレジストは、設計要件に従って他のフォトレジストが同様に使用されてもよい。他の可能な適当な材料として、ポリイミド、スピンオングラス又は他のポリマー等がある。さらに、異なる材料を組み合わせることも可能である。自由端テザー１４０をコールドビーム１１０並びに第１及び第２のビーム対１２０及び１３０に設けることは、上述の材料の使用を可能とし、その利益としてテザー材料に更なる柔軟性及び高い信頼性を与えるので有利である。
【００１６】
第１のビーム対１２０及び第２のビーム対１３０双方とも、第１、第２、第３又は第４のビーム部材１２２、１２４、１３２又は１３４のうちの１つの第１の端部に応力軽減部を有していてもよい。図１に示すような一実施例では、第１のビーム部材１２２の第１の端部に応力軽減部１２５、第４のビーム部材１３４の第１の端部に応力軽減部１３５がある。これらの応力軽減部は第１のビーム対１２０及び第２のビーム対１３０の堅さを低減する。もちろん、応力軽減部を含む他の構成素子も可能である。ある実施例では、応力軽減部は異なる態様で配置若しくは成形され又は使用されなくてもよい。
【００１７】
各ビーム対１２０、１３０はまた、ビーム部材アンカー１２６、１２８、１３６、１３８と自由端テザー１４０の間でビーム対１２０、１３０に沿ういずれかの場所に配置された少なくとも１つのビーム対テザーを含む。図１は、第１のビーム対１２０が第１のビーム部材１２２の第１の端部及び第２のビーム部材１２４の第１の端部に横断的に設置されるとともに従来的な手段で固着されたビーム対テザー１５０を含むような実施例を示す。図１の実施例はまた、第２のビーム対１３０の第３のビーム部材１３２の第１の端部及び第４のビーム部材１３４の第１の端部に横断的に設置されるとともに従来的に固着されたビーム対テザー１５２を示す。ビーム対テザー１５０、１５２は通常、自由端テザー１４０について上述したようなフォトレジストの誘電体テザーである。
【００１８】
さらに、図１の実施例では、少なくとも１つの追加テザー１６０が第１のビーム対１２０、コールドビーム１１０及び第２のビーム対１３０にかけて横断的に設置されるとともに従来的に固着され、自由端テザー１４０とコールドビームアンカー１１２の間に配置される。ここでも、追加テザーは通常、自由端１４０とビーム対テザー１５０、１５２について上述したようなフォトレジストである。追加テザー１６０は機械的に第１のビーム対１２０、コールドビーム１１０及び第２のビーム対１３０を、これらが曲げられても互いの相対位置を維持するように結合する。
【００１９】
先端部１７０がコールドビームの自由端１１４に取り付けられる。先端部１７０は通常、金のような導電性金属からなり、従来的な技術でコールドビーム１１０の自由端１１４に取り付けられる。図１の実施例に示すように、先端部１７０は単一の突起１７２を有する。他の実施例では、先端部１７０の端部に２以上の突起１７２を有していてもよい。
【００２０】
図２は、図１の双方向マイクロ電気機械部材１００と同一の双方向マイクロ電気機械部材２００による実施例を示す。双方向部材２００はコールドビーム２１０、第１のビーム対２２０、第２のビーム対２３０、並びにコールドビーム２１０、第１のビーム対２２０及び第２のビーム対２３０を機械的に結合する自由端テザー２４０を含む。コールドビーム２１０、第１のビーム対２２０及び第２のビーム対２３０は、図１の実施例で示すようにアンカーを介して基板（不図示）に取り付けられる。第１のビーム対２２０及び第２のビーム対２３０は加熱されると伸張するように構成される。ビーム対のいずれかがコールドビーム２１０よりも高温に加熱されると、加熱されたビーム対がコールドビーム２１０よりも大きく伸張するので、基板に対して一端で固定されるとともに基板の溝上に配置されて自由端テザー２４０によって機械的に結合された双方向部材２００は曲がる。
【００２１】
図２に示す実施例では、第１のビーム対２２０がコールドビーム２１０及び第２のビーム対２３０よりも高温に加熱されると、双方向部材２００は矢印２９０で示す方向に曲がる。逆に、第２のビーム対２３０がコールドビーム２１０及び第１のビーム対２２０よりも高温に加熱されると、双方向部材２００は矢印２８０で示す方向に曲がる。図１及び２で示す実施例では、ビーム対の加熱はビーム対の一方のビーム部材に他方から電流を流すことによって達成される。例えば、第１のビーム対２２０の第１のビーム部材に第２のビーム部材から通電される電流によって第１のビーム対２２０が加熱及び伸張し、双方向素子２００は矢印２９０で示す方向に曲がる（自由端テザー２４０はコールドビーム２１０、第１のビーム対２２０及び第２のビーム対２３０を機械的に結合し、コールドビーム２１０、第１のビーム対２２０及び第２のビーム対２３０が基板に固定され、双方向素子２００の基板に平行な移動を可能とする基板の溝上に双方向部材２００の一部が配置されるため）。当業者であれば、双方向素子２００は、双方向素子の湾曲が基板に向かう方向又はそこから離れる方向となるような平面外構成で使用され得ることが分かるはずである。
【００２２】
図３にマイクロ電気機械スイッチ３００の実施例を示す。マイクロ電気機械スイッチ３００は双方向素子３０２を含み、これは図１に示す実施例の双方向素子１００であり、さらに、単方向素子３０４を含む。マイクロ電気機械スイッチ３００は従来のマイクロ電気機械スイッチをここで採用されるように代替するのに使用できる。従来のマイクロ電気機械スイッチの機能に加えて、マイクロ電気機械スイッチ３００は２つのラッチ位置の機能が加えられる。さらに、マイクロ電気機械スイッチ３００は機械的変形に対する補償を提供する。
【００２３】
図示する実施例では、単方向素子３０４はコールドビーム３１０及びビーム対３２０を含む。コールドビーム３１０はコールドビームアンカー３１２に接続された第１の端部及び自由端３１４を有する。コールドビーム３１０の自由端３１４は従来的な態様で自由端テザー３４０に取り付けられる。コールドビームアンカー３１２は基板（不図示）に従来的に取り付けられる。コールドビーム３１０は通常、ニッケルのような金属からなる。単方向素子３０４の一部は基板（不図示）の溝上に配置される。
【００２４】
ビーム対３２０はコールドビーム３１０に対して平行であり、２本の平行部材である第１のビーム部材３２２及び第２のビーム部材３２４からなり、各々は第１及び第２の端部を有する。第１のビーム部材３２２の第１の端部は第１のアンカー３２６に従来的に取り付けられ、第２のビーム部材３２４の第１の端部は第２のアンカー３２８に従来的に取り付けられる。第１のアンカー３２６及び第２のアンカー３２８は従来的な手段によって基板に取り付けられる。第１のビーム部材３２２の第２の端部及び第２のビーム部材３２４の第２の端部は自由端テザー３４０に従来的な手段で取り付けられる。第１のビーム部材３２２及び第２のビーム部材３２４双方とも通常はニッケルのような金属からなる。
【００２５】
自由端テザー３４０はコールドビーム３１０の自由端３１４並びに第１のビーム部材３２２の第２の端部及び第２のビーム部材３２４の第２の端部を機械的に結合する。図１に示した実施例の自由端テザー１４０の場合のように、自由端テザー３４０は通常、ＳＵ−８のようなフォトレジストからなる。
【００２６】
ビーム対３２０は第１のビーム部材３２２又は第２のビーム部材３２４（不図示）の一方の第１の端部に応力軽減部を有していてもよい。図１に示した実施例の応力軽減部１３５の場合のように、応力軽減部（不図示）はビーム対３２０の硬さを低減する。ビーム対３２０は、ビーム部材アンカー３２６、３２８と自由端テザー３４０の間でビーム対３２０に沿ういずれかの場所に横断的に設置され従来的な手段で固着される少なくとも１つのビーム対テザー３５０を含み得る。ビーム対テザー３５０は通常、誘電体テザー３４０について上述したフォトレジストである。
【００２７】
さらに、図３に示す実施例では、少なくとも１つの追加テザー３６０が、コールドビーム３１０の自由端３１４とコールドビームアンカー３１２の間に、ビーム対３２０及びコールドビーム３１０にかけて横断的に設置され従来的態様で固着される。ここでも、追加テザー３６０は通常、自由端テザー３４０について上述したようにフォトレジストである。
【００２８】
第１の先端部３７０がコールドビーム３１０の自由端３１４に取り付けられる。第１の先端部３７０は通常、金のような導電性金属からなり、従来的な技術でコールドビーム３１０の自由端３１４に取り付けられる。第１の先端部３７０は２つの突起３７２を有する。他の実施例では、第１の先端部素子３７０の端部に単一の突起３７２又は複数の突起３７２が設けられる。第１の先端部３７０は双方向マイクロ電気機械素子３０２の第２の先端部素子３７６と切換可能に連結できる。
【００２９】
図２に記載した実施例と同様に、双方向素子３０４のビーム対３２０は加熱されると伸張するように構成される。ビーム対３２０がコールドビーム３１０よりも高温に加熱されると、加熱ビーム対３２０がコールドビーム３１０よりも大きく伸張するので、基板の一端に固定されるとともに基板の溝上に配置されて誘電体テザー３４０で機械的に結合された単方向部材３０４は曲がる。ビーム対３２０がコールドビーム３１０よりも高温に加熱されると、単方向マイクロ電気機械部材３０４は双方向素子３０２から離れる方向に曲がる。ビーム対３２０の加熱は、第１のビーム対３２０の第１のビーム部材３２２に第２のビーム対３２４から電流を流すことによって達成され、これによりビーム対３２０が加熱して伸張する。
【００３０】
ある実施例では、双方向素子３０２は平面外構成で実施できる。これらの実施例では、双方向素子３０２は基板に平行な方向ではなく、基板に向かう方向又は離れる方向に移動する。これらの実施例においては、双方向素子３０２は単方向素子３０４に切換可能に連結できないが、異なる平面（単数）又は平面（複数）にあるコンタクトに切り換えられる。例えば、コンタクトは基板内に、又は基板上のレイヤー（単数）若しくはレイヤー（複数）内に存在し得る。また、これらの実施例では、コールドビームを移動させる機構は、機械的に結合された隣接する加熱ビーム対からの伸張に加えて、静電気又は容量的機構のような他の機構であってもよい。本発明によって構成される双方向素子は、２００１年１２月、ＩＥＥＥマイクロ波マガジンにおける論文、Gabriel M. Rebeiz、その他によるタイトル「RF MEMS Switches and Switch Circuits」（その全体が参照としてここに取り込まれる）に開示されるように、ＲＦマイクロ電気機械スイッチにおいて採用できる。
【００３１】
図４は、本発明の原理によって実施される、双方向素子を有するマイクロ電気機械デバイスにおける変形（creep）を低減する方法４００の実施例を示す。双方向素子を有するマイクロ電気機械における変形を低減することを意図する方法４００はステップ４０５で始まる。
【００３２】
開始後、ステップ４１０において、マイクロ電気機械デバイスの単方向素子をその初期位置から離れる方向に移動させるように電流が単方向素子に通電される。単方向素子のコールドビームを初期位置から、マイクロ電気機械デバイスの双方向素子から離れる方向に移動させるように、電流が単方向素子のビーム対に通電される。単方向素子を初期位置から移動させるよう電流が単方向素子に通電された後に、ステップ４１５において、マイクロ電気機械デバイスの双方向素子を第１の方向で初期位置から第１の位置に移動させるために、今度は電流がマイクロ電気機械デバイスの双方向素子に通電される。電流は、双方向素子のコールドビームを初期位置から移動させるように双方向素子のビーム対に通電される。ステップ４２０において、単方向素子への通電が停止され、単方向素子がその初期位置に戻ることを可能とする。これは単方向素子のビーム対から電流を除去することによって達成できる。単方向素子を初期位置に戻すように単方向素子への通電が停止されると、ステップ４２５において、マイクロ電気機械デバイスの双方向素子への通電が停止される。これは双方向素子のビーム対から電流を除去することによって達成できる。
【００３３】
ステップ４２５において、双方向素子への通電が停止された後に、双方向素子はその初期位置に戻ろうとする。しかし、単方向素子の先端部の突起が、双方向素子の先端部の突起と接触することによって、双方向素子がその初期位置に戻ることを阻止する。双方向素子の突起は、電流が通電されたときにずらされており、双方向素子がその初期位置に戻ることを阻止する単方向素子の突起と接触する。この位置において、双方向素子は変形され、電気的接触が単方向素子と双方向素子の間で形成される。単方向素子の突起、先端部及びコールドビームは電気導電性であり、水平にずらされた電気導電性の双方向素子の突起、先端部及びコールドビームと接触状態にある。この位置において、マイクロ電気機械デバイスを介して電気信号を搬送できる導電経路が形成される。
【００３４】
通信アプリケーションのような多数のアプリケーションでは、スイッチ又はリレーのようなマイクロ電気機械デバイスは週から月単位の長い期間にわたって閉位置に留まる必要がある。相当な時間にわたって外力下にある金属は、その外力が除去されても永久的な変形を呈し、機械的変形をもたらすことが知られている。スイッチ又はリレーのような通常のマイクロ電気機械デバイスでは、スイッチ素子が動作するために移動しなければならない合計距離は数ミクロンのオーダーとなり得る。マイクロ電気機械デバイスが相当な時間にわたって１つの位置に保持されると、機械的変形に起因するスイッチ素子のずれは３〜４ミクロンのオーダーとなり、マイクロ電気機械デバイスを動作不能としてしまうのに十分に大きいものとなり得る。このように、マイクロ電気機械デバイスが動作不能となるまで１つの位置に双方向部材を保持できる最大時間に基づいて所定時間が設定される。従って、方法４００はステップ４３０に進み、マイクロ電気機械スイッチが所定時間にわたってある位置に留まっていたかを判断する。マイクロ電気機械スイッチの双方向部材が動作不能となる相当量だけ変形するまで保持されることができる所定時間は、例えば、履歴的データ、スイッチ素子が移動しなければならない合計距離等の双方向素子及び単方向素子の構成部材の寸法等のマイクロ電気機械スイッチの設計事項、双方向素子及び単方向素子が組成される材料、並びにマイクロ電気機械デバイスの周囲温度のような多数の要因に基づく。当業者であれば、双方向素子を１つの位置に保持する最大時間の判断を支援する他のパラメータがあることが分かるはずである。マイクロ電気機械スイッチに関連付けられるコントローラはマイクロ電気機械スイッチに関連付けられる上述のパラメータを記憶及び利用し、いつ所定時間になったかを判断できる。コントローラはマイクロ電気機械スイッチの単方向素子及び双方向素子に電気的に結合された従来的デバイスであればよい。
【００３５】
ステップ４３０において、スイッチが所定時間にわたって１つの位置に留まっていた場合、方法はステップ４３５に進み、ここでは単方向素子をその初期位置及び双方向素子から離れる方向に移動させるように電流を単方向素子に通電する。ある実施例では、ステップ４３５に進む前に、電流が双方向素子に通電されて単方向素子との接触を断つのを補助する。スイッチが所定時間にわたって１つの位置に留まっていなかった場合、方法４００はステップ４３０に戻る。単方向素子への電流がそれを初期位置から離れる方向に移動させるよう通電されると、ステップ４４０において、双方向素子を反対方向に移動させるとともに、水平にずらされた先端素子の第２の突起を先端素子の第１の突起の反対側に単方向素子の突起を超えて移動させるように電流が通電される。電流が双方向素子に通電されると、ステップ４４５において、単方向素子への電流が停止されて単方向素子がその初期位置に戻ることを可能とする。
【００３６】
ステップ４４５で単方向素子への電流が停止された後に、ステップ４５０で双方向素子への電流が停止される。ステップ４２５におけるように、双方向素子はその初期位置に戻ろうとする。再び、双方向素子の先端要素の第１の突起の反対側に水平にずらされた双方向素子の先端要素の第２の突起が単方向素子の先端要素の突起に接触して双方向素子の移動を止めるので、単方向素子の先端部の突起は双方向素子がその初期位置に戻るのを阻止する。この位置において、双方向素子は反対方向に曲げられ、以前の位置で充分な時間にわたって保持されていた場合に双方向部材でもたらされた機械的変形を戻すことになる。前述のように、単方向素子のコールドビーム、先端部及び突起は電気的に結合され、マイクロ電気機械デバイスを介して電気信号を流す回路を形成する。
【００３７】
双方向素子を反対の位置に移動させた後に、方法４００はステップ４３０に戻り、前述の通り続く。素子の長期的な曲げでもたらされた機械的変形の同様の回復を達成する、単方向素子及び双方向素子の先端の突起の他の構成は本発明の範囲内であるがここには記載されない。
【００３８】
本発明が詳細に記載されたが、当業者であれば、本発明の最も広い形態の精神と範囲から離れることなく種々の変更例、代替例及び変形例を構成することができることが分かるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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