(57)【要約】積層電気機械システムおよび積層電気機械構造の組み立ておよび製造のための方法およびシステムが説明される。可動要素が形成されている少なくとも１つの構造層（１０８）を含む複数の構造層（１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４）が形成される。これら複数の構造層（１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４）が、積み重ねられ、整列させられてスタック（１１６）となる。スタックの各構造層は、スタックの隣接する構造層に貼り付けられている。
2006524880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層電気機械構造の組み立て方法であって、
（ａ）可動要素が形成されてなる第１の構造層を有する複数の構造層を、スタックを形成すべく積み重ねる工程、および
（ｂ）該スタックの各構造層を、該スタックの隣接する構造層に貼り付ける工程
からなる方法。
【請求項２】
工程（ａ）が、
前記構造層を前記スタック中で整列させる工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記積み重ね工程が、
永久磁石を有するさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記積み重ね工程が、
高透磁率の磁性材料を有するさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記積み重ね工程が、
電磁石の少なくとも一部を有するさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記積み重ね工程が、
電気コンタクト領域が少なくとも１つ形成されてなるさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記積み重ね工程が、
前記可動要素を有する前記第１の構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記積み重ね工程が、
開口を有する第２の構造層を、空洞を形成すべく前記スタック中に配置する工程
をさらに含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の構造層を配置する工程が、
前記可動要素の動作時に該可動要素が前記空洞中を運動できるよう、該第２の構造層を、前記スタック中に前記第１の構造層と隣接して配置する工程
を含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記形成工程が、
前記可動要素が前記第１の構造層と同一平面である平面内で運動できるように前記第１の構造層に前記可動要素を形成する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記形成工程が、
前記可動要素が前記第１の構造層と同一平面である平面の外へと運動できるように前記第１の構造層に前記可動要素を形成する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｂ）が、
工程（ａ）に先立ち、前記スタックの隣り合う構造層の組のそれぞれの対向する表面の少なくとも一方に接着材料を塗布する工程
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記接着材料がエポキシであり、前記塗布工程が、
前記スタックの隣り合う構造層の組のそれぞれの対向する表面の少なくとも一方に該エポキシを塗布する工程
を含んでいる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ｂ）が、
工程（ａ）の後に、前記スタックの隣り合う構造層の組のそれぞれの対向する表面の少なくとも一方に塗布された前記エポキシを硬化させる工程
をさらに含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記硬化工程が、
前記エポキシを硬化させるべく前記スタックを加熱する工程
を含んでいる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
（ｃ）工程（ａ）に先立って、前記複数の構造層を形成する工程
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
工程（ｃ）が、
永久磁石を含んでいる構造層を形成する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｃ）が、
高透磁率の磁性材料を含んでいる構造層を形成する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｃ）が、
電磁石の少なくとも一部を含んでいる構造層を形成する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｃ）が、
構造層の表面に少なくとも１つの電気コンタクト領域を形成する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｃ）が、
開口を有する構造層を形成する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
工程（ｃ）が、
前記可動要素を有している前記第１の構造層を形成する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の構造層を形成する工程が、
前記第１の構造層に前記可動要素を形成する工程、および
前記第１の構造層に、前記可動要素に機械的に接続された少なくとも１つの可撓部分を形成する工程
を含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の構造層を形成する工程が、
前記第１の構造層に、前記可動要素に電気的に接続された少なくとも１つのコンタクト領域を形成する工程
を含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記積層電気機械構造が、係止付きのスイッチを含んでおり、
工程（ｃ）が、
前記複数の構造層のうちの或る構造層の表面に、少なくとも１つの電子部品を形成する工程、および
該少なくとも１つの電子部品を、前記係止付きスイッチへと電気的に接続する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの電子部品が、インダクタ、キャパシタ、および抵抗器の少なくとも１つを含んでおり、
前記電子部品の形成工程が、
前記インダクタ、キャパシタ、および抵抗器の少なくとも１つを、前記複数の構造層のうちの前記或る構造層の表面に形成する工程
を含んでいる請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記積層電気機械構造が、係止付きのスイッチを含んでおり、
工程（ｃ）が、
前記複数の構造層のうちの或る構造層の表面に、アンテナ・パターンを形成する工程、および
該アンテナ・パターンを、前記係止付きスイッチへと電気的に接続する工程
を含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１に記載の方法によって組み立てられた係止付きマイクロ磁気スイッチ。
【請求項２９】
請求項１に記載の方法によって組み立てられた複数の係止付きマイクロ磁気スイッチ。
【請求項３０】
請求項１に記載の方法によって組み立てられた係止付き磁気スイッチ。
【請求項３１】
請求項１に記載の方法によって組み立てられた複数の係止付き磁気スイッチ。
【請求項３２】
請求項１に記載の方法によって製造された積層されてなる複数の係止付き磁気スイッチ。
【請求項３３】
請求項１に記載の方法によって製造された横方向に離間してなる複数の係止付き磁気スイッチ。
【請求項３４】
積層マイクロ機械構造の組み立て方法であって、
（ａ）可動要素が形成されてなる第１の構造層を有する複数の構造層を、スタックを形成すべく積み重ねる工程、および
（ｂ）該スタックの各構造層を、該スタックの隣接する構造層に貼り付ける工程
からなる方法。
【請求項３５】
工程（ａ）が、
前記構造層を前記スタック中で整列させる工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記積み重ね工程が、
永久磁石を有するさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記積み重ね工程が、
高透磁率の磁性材料を有するさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記積み重ね工程が、
電磁石の少なくとも一部を有するさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記積み重ね工程が、
電気コンタクト領域が少なくとも１つ形成されてなるさらなる構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記積み重ね工程が、
前記可動要素を有する前記第１の構造層を、前記スタック中に配置する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記積み重ね工程が、
開口を有する第２の構造層を、空洞を形成すべく前記スタック中に配置する工程
をさらに含んでいる請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の構造層を配置する工程が、
前記可動要素の動作時に該可動要素が前記空洞中を運動できるよう、該第２の構造層を、前記スタック中に前記第１の構造層と隣接して配置する工程
を含んでいる請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記形成工程が、
前記可動要素が前記第１の構造層と同一平面である平面内で運動できるように前記第１の構造層に前記可動要素を形成する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記形成工程が、
前記可動要素が前記第１の構造層と同一平面である平面の外へと運動できるように前記第１の構造層に前記可動要素を形成する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項４５】
工程（ｂ）が、
工程（ａ）に先立ち、前記スタックの隣り合う構造層の組のそれぞれの対向する表面の少なくとも一方に接着材料を塗布する工程
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項４６】
前記接着材料がエポキシであり、前記塗布工程が、
前記スタックの隣り合う構造層の組のそれぞれの対向する表面の少なくとも一方に該エポキシを塗布する工程
を含んでいる請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
工程（ｂ）が、
工程（ａ）の後に、前記スタックの隣り合う構造層の組のそれぞれの対向する表面の少なくとも一方に塗布された前記エポキシを硬化させる工程
をさらに含んでいる請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記硬化工程が、
前記エポキシを硬化させるべく前記スタックを加熱する工程
を含んでいる請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
（ｃ）工程（ａ）に先立って、前記複数の構造層を形成する工程
をさらに含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項５０】
工程（ｃ）が、
永久磁石を含んでいる構造層を形成する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
工程（ｃ）が、
高透磁率の磁性材料を含んでいる構造層を形成する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
工程（ｃ）が、
電磁石の少なくとも一部を含んでいる構造層を形成する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
工程（ｃ）が、
構造層の表面に少なくとも１つの電気コンタクト領域を形成する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５４】
工程（ｃ）が、
開口を有する構造層を形成する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
工程（ｃ）が、
前記可動要素を有している前記第１の構造層を形成する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１の構造層を形成する工程が、
前記第１の構造層に前記可動要素を形成する工程、および
前記第１の構造層に、前記可動要素に機械的に接続された少なくとも１つの可撓部分を形成する工程
を含んでいる請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１の構造層を形成する工程が、
前記第１の構造層に、前記可動要素に電気的に接続された少なくとも１つのコンタクト領域を形成する工程
を含んでいる請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記積層マイクロ機械構造が、係止付きのスイッチを含んでおり、
工程（ｃ）が、
前記複数の構造層のうちの或る構造層の表面に、少なくとも１つの電子部品を形成する工程、および
該少なくとも１つの電子部品を、前記係止付きスイッチへと電気的に接続する工程
を含んでいる請求項４９に記載の方法。
【請求項５９】
前記少なくとも１つの電子部品が、インダクタ、キャパシタ、および抵抗器の少なくとも１つを含んでおり、
前記電子部品の形成工程が、
前記インダクタ、キャパシタ、および抵抗器の少なくとも１つを、前記複数の構造層のうちの前記或る構造層の表面に形成する工程
を含んでいる請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記積層マイクロ機械構造が、係止付きのスイッチを含んでおり、
工程（ｃ）が、
前記複数の構造層のうちの或る構造層の表面に、アンテナ・パターンを形成する工程、および
該アンテナ・パターンを、前記係止付きスイッチへと電気的に接続する工程
を含んでいる請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
請求項３４に記載の方法によって組み立てられた係止付きマイクロ磁気スイッチ。
【請求項６２】
請求項３４に記載の方法によって組み立てられた複数の係止付きマイクロ磁気スイッチ。
【請求項６３】
請求項３４に記載の方法によって製造された積層されてなる複数の係止付きマイクロ磁気スイッチ。
【請求項６４】
請求項３４に記載の方法によって製造された横方向に離間してなる複数の係止付きマイクロ磁気スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（技術分野）
本発明は、電気機械システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、係止付き磁気スイッチなどの形成のための層の積層による電気機械システムの組み立てに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
スイッチは通常、電気的に制御される２状態の装置であり、電気回路または光学回路内の装置の動作をもたらすべく接点を開閉する。例えば、リレーが通常、電気装置、光学装置またはその他の装置の或る部分を動作させ、あるいは非動作にさせるスイッチとして機能する。リレーは、電気通信、無線（ＲＦ）通信、携帯用電子機器、民生用および産業用電子機器、航空宇宙産業、およびその他のシステムを含む多数の用途に広く使用されている。さらに近年では、オプティカル・スイッチ（ここでは、「オプティカル・リレー」、または単に「リレー」とも称する）が、光信号（光通信システムにおけるものなど）を或る経路から別の経路へと切り替えるために使用されてきている。
【０００３】
最も初期のリレーは、機械的な装置または半導体デバイスであったが、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術およびマイクロエレクトロニクスの製造における近年の進歩によって、マイクロ静電リレーおよびマイクロ磁気リレーが可能になった。そのようなマイクロ磁気リレーは、通常、電気接点を断続すべく電機子を動かす電磁石を備えている。磁石にエネルギが与えられていないとき、典型的にはばねまたはその他の機械力が、電機子を静止位置へと復帰させる。しかしながら、このようなリレーは通常、安定な出力をただ１つ（すなわち、静止状態）しか有さないことが一般的であって、係止が行なわれない（すなわち、リレーへの電力が絶たれたとき、一定の出力が保持されない）といった注目すべきいくつかの欠点を呈している。さらに、従来のマイクロ磁気リレーはばねを必要とするが、このばねが時間とともに劣化または破損する可能性がある。
【０００４】
係止なしのマイクロ磁気リレーが知られている。このリレーは、永久磁石と、この永久磁石によって作られる磁界に対向する磁界を時々に生成するための電磁石とを有している。このリレーは、出力状態のうちの少なくとも１つを維持するために電磁石において電力を消費せざるを得ない。さらに、対向磁界を生成するために必要な電力がかなり大きくなり、その結果、このリレーが、宇宙、携帯用電子機器、およびその他の低消費電力を必要とする用途での使用に望ましくないものとなっている。
【０００５】
係止付きマイクロ磁気スイッチの基本的な構成要素には、永久磁石、基板、コイル、および少なくとも一部が軟磁性材料で作られた片持ち梁が含まれる。最適な構成においては、永久磁石が、片持ち梁の水平面にほぼ直交する静磁界を生成する。しかしながら、通常の規則的な形状（円板、矩形、など）を有する永久磁石の生み出す磁力線は、とくに磁石の縁において、平面に対して必ずしも直交しない。したがって、永久磁石による磁界の水平成分が、双安定状態のうちの一方をなくしてしまう可能性があり、あるいは片持ち梁を或る１つの状態から他方の状態へと切り替えるために必要な電流を大きく増大させてしまう可能性がある。片持ち梁を永久磁石の磁界の正しい位置（通常は中央付近）に配置すべく、永久磁石を片持ち梁に対して注意深く整列させることにより、双安定が可能になり、切り替えのための電流を最少にできるであろう。しかしながら、整列における誤差の許容範囲が小さい場合、スイッチの大量生産が困難かつ不経済なものになる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
係止付きマイクロ磁気スイッチを含む電気機械デバイスであって、信頼性が高く、設計が簡潔であり、コストが低く、製造が容易なデバイスが望まれている。ゆえに、電気機械デバイスを製造するための優れた方法およびシステムも望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
積層電気機械システム、構造、およびデバイスの組み立ておよび製造のための方法およびシステムが、ここに説明される。第１の態様においては、電気機械構造の組み立てシステムおよび方法が提供される。構造層からなるスタックが整列させられる。スタックは、可動要素が形成されてなる構造層を少なくとも１つ含んでいる。スタックの各構造層は、スタックの隣接する構造層に貼り付けられている。
【０００８】
多数の種類の構造層を、スタックに配置することができる。或る態様においては、永久磁石を含んでいる構造層がスタックに配置される。他の態様においては、高透磁率の磁性材料を含んだ構造層がスタックに配置される。別の態様においては、電磁石の少なくとも一部を含んでいる構造層がスタックに配置される。他の態様においては、電気コンタクト領域が少なくとも１つ形成されてなる構造層がスタックに配置される。さらなる種類の構造層を、スタックに配置することが可能である。
【０００９】
可動要素は、マイクロ機械可動要素であってよい。さらなる態様においては、マイクロ機械可動要素を含んでいる第１の構造層が、スタックに配置される。
【００１０】
さらなる態様においては、可動要素を有している構造層を、開口が設けられてなる第２の構造層と開口が設けられてなる第３の構造層との間に配置することによって、スタックに空洞を形成することができる。空洞は、可動要素の動作の際に可動要素が空洞内で運動できるように形成できる。
【００１１】
さらに他の態様においては、複数の構造層が形成される。
【００１２】
別の態様においては、１つ以上の積層電気機械構造が、ここに記載の方法およびシステムによって組み立てまたは製造される。これらの構造は、互いに垂直に重ねることができ、さらに／あるいは水平方向に離間して配置することができるデバイスを形成する。いずれの場合においても、デバイスを回路を構成すべく電気的および／または光学的に組み合わせることができる。あるいは、それらを、他の独立した回路または集積回路へと（電気的および／または光学的に）組み合わせることができる。
【００１３】
これらの目的、利点および特徴、ならびに他の目的、利点および特徴は、以下の本発明の詳細な説明に照らし、容易に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】
【００１４】
以下、本発明を添付の図面を参照しつつ説明する。図面においては、類似の参照番号は、同一または機能的に同種である要素を示している。さらに、参照番号の最も左側の桁は、その参照番号が最初に登場した図面を示している。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
（はじめに）
ここに示して説明する特定の実装が、あくまで本発明の例であって、いかなるかたちでも本発明の技術的範囲を限定しようとするものではないことを、理解しなければならない。実際、簡潔さのため、システムの通常の電子機器、製造、積層による電気機械およびＭＥＭＳ技術、ならびに他の機能的側面（およびシステムの個々の動作部品の構成部品）については、ここでは詳細には説明しない。さらに、説明を簡潔にするため、ここでは本発明をしばしば、電気または電子システムにおいて使用するマイクロ電子機械リレーに関するものとして説明する。ここで説明する製造技法を、機械リレー、光リレー、他の任意のスイッチング・デバイス、ならびに他の種類の構成部品の製造に使用できることを、理解すべきである。また、この技術は、電気システム、光システム、民生用電気機器、産業用電気機器、無線システム、宇宙用途、またはその他の任意の用途への適用に好適である。
【００１６】
チップ、集積回路、モノリシック・デバイス、半導体デバイス、およびマイクロ電子デバイスといった用語は、この分野において置き換え可能に使用されることがしばしばである。本発明は、この分野で通常理解されるとおりにおいて、以上のすべてに適用可能である。
【００１７】
金属線、伝送線、相互接続線、軌跡、ワイヤ、導体、信号経路および信号媒体といった用語は、すべて同類である。上記に列挙した同類の用語は、一般に置き換え可能であるが、具体的な用語から汎用的な用語へと並べられている。この分野において金属線は、軌跡、ワイヤ、線、相互接続、あるいは単に金属と称されるときもある。金属線は、通常はアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、またはＡｌとＣｕの合金であって、電気回路を接続または相互接続するための信号経路をもたらす導体である。金属でない導体も、マイクロ電子デバイスにおいて利用可能である。ドープされた多結晶シリコン、ドープされた単結晶シリコン（そのようなドーピングが熱拡散によって実現されるのか、あるいはイオン打ち込みによって実現されるのかにかかわらず、単に拡散と称されることも多い）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、および耐熱金属スーサイドなどの材料が、他の導体の例である。
【００１８】
コンタクトおよびヴィアという用語は、両方とも、異なる相互接続レベルにある導体の電気的接続のための構造を指している。これらの用語は、この技術分野においては時々、当該構造を作り込むため絶縁体に設けられた穴、および作り上げられた当該構造そのものの両者を表現すべく使用される。ここでの開示の目的においては、コンタクトおよびヴィアは、仕上がった構造を指すものとする。
【００１９】
垂直という用語は、ここで使用されるとき、基板の表面に事実上直交することを意味する。さらに、ここでなされる空間的な記載（例えば、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「上部」、「底部」、など）は、単に例示のためのものであり、現実の係止付きリレーは、任意の方向またはやり方で空間的に配置可能であることを、理解すべきである。
【００２０】
上記係止付きマイクロ磁気スイッチは、Ｓｈｅｎらの国際特許出願公開第０１／５７８９９号パンフレット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｌａｔｃｈｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｌａｙ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｅという名称）、および第０１／８４２１１号パンフレット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｌａｔｃｈｉｎｇ  Ｓｗｉｔｃｈｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｅという名称）に、さらに説明されている。これらの特許出願公開は、係止付きマイクロ磁気スイッチについて充分な背景をもたらしている。さらに、第０１／５７８９９号パンフレットおよび第０１／８４２１１号パンフレットに開示されているスイッチの詳細は、以下に説明するとおり、本発明のスイッチの実施の形態を実装するために適用可能である。
【００２１】
（積層による電気機械システム）
本発明は、積層による電気機械システム（ＬＥＭＳ）および構造に関する。本発明の積層による電気機械システム（ＬＥＭＳ）および構造においては、所定のパターンを有する種々の材料の層が形成される。これらの層が、お互いに対して整列され、多層構造すなわちスタックを形成すべく一体に積層され、すなわち積み重ねられる。可動機械要素は、スタックの１つ以上の層において生成されることができる。可動要素が、スタック内に空洞を生成することによるスタック内の運動のための空間を有して設けられている。空洞を生成するため、開口を有する層が、可動要素を有する層の片側または両側に整列される。可動要素は、種々の層を一体に積層した後、形成された空洞内で自由に動くことができる。
【００２２】
本発明は、可動機械要素の運動を制御するため、任意の形式の駆動機構を備えることができる。適用可能な駆動機構の例には、電気、静電、磁気、熱、および圧電駆動機構が含まれる。例示の目的のため、ここでは磁気駆動機構を有する係止付きマイクロ機械スイッチを、積層による電気機械システムまたは構造として製造されるものとして説明することに注意すべきである。ここでの教示から、他の駆動機構を有するスイッチも、積層による電気機械システムまたは構造として製造できることを理解すべきである。
【００２３】
積層による本発明の電気機械システムおよび構造は、多くの利点をもたらす。本発明の利点の１つには、低コストがある。本発明の各層に使用される材料は、比較的安価な通常の材料である。各層にパターンを形成するため、スクリーン印刷、エッチング（例えば、フォトリソグラフィまたは化学）、インクジェット印刷、およびその他の技法を含む従来からの技法を使用することができる。さらに、層を一体に貼り付けるため、従来からの積層技法を使用することができる。
【００２４】
本発明の他の利点は、製造が比較的容易な点にある。本発明の各層が形成される。次いで各層を、整列させて一体に貼り付けるだけでよい。複雑な取り付け機構は不要である。前述のとおり、各層を貼り付けるために従来からの技法を使用することができる。さらに、積層による電気機械システムおよび構造は、多数のデバイスを含む大きなシートにて製造することができ、規模の利益がもたらされる。
【００２５】
本発明の他の利点は、積層による電気機械システムおよび構造をその他の電子部品（例えば、インダクタ、キャパシタ、抵抗器、アンテナ・パターン、フィルタ）と容易に一体化できる点にある。その他の電子部品は、例えば各層をスタックへの配置に先立って前形成するときに、１つ以上の層に形成することができる。
【００２６】
本発明のさらに別の利点は、さまざまなレベルの力をより良好に取り扱うため、積層による電気機械システムおよび構造の寸法を容易に拡大または縮小できる点にある。例えば、積層による電気機械システムおよび構造を、マイクロマシン構造およびデバイスのレベルに合わせて縮小することができる。そのようなマイクロマシン構造およびデバイスは、小さい量の力しか必要としない。また、積層による電気機械システムおよび構造を、より大きい寸法の構造およびデバイスに合わせて拡大することも可能である。
【００２７】
（本発明による積層電気機械構造の組み立て）
本発明による積層電気機械システムおよび構造の製造および組み立ての例を、以下に詳しく説明する。ここで説明するこれらの実装例は、例示を目的とするものであって、本発明を限定するものではない。本発明による積層電気機械システムおよび構造は、この節で説明するとおり、いくつかの方法で組み立てることができ、それらは、ここでの教示から当業者によって自明である。
【００２８】
図１Ａ〜１Ｃは、本発明の一実施の形態による積層電気機械システム１００の図である。図１Ａは、積層電気機械システム１００の平面図を示している。図１Ｂおよび１Ｃは、積層電気機械システム１００の断面図を示している。例示の目的のため、積層電気機械システム１００は、係止付きマイクロ磁気スイッチを含むものとして示されている。しかしながら、ここで説明するとおり本発明が、他の駆動機構を備える係止付きスイッチの製造にも適用可能であり、他のより大きい規模のマイクロマシン・デバイス種の製造にも適用可能であることに注意すべきである。
【００２９】
図１Ａ〜１Ｃに示すとおり、積層電気機械システム１００は、高透磁率（例えば、パーマロイ）層１、接点２１および２２を有する電磁石またはコイル２、底部コンタクト３１および３２、永久磁石４、片持ち梁組立体５、ならびにさらなる積層層を備えている。片持ち梁組立体５は、接点５３および５４、片持ち梁本体５２（例えば、パーマロイなどの軟磁性材料で作られている）、ならびにコンタクト端５５および５６を備えており、ねじれ屈曲部５１によって支持されている。片持ち梁本体５２は、空洞１０２内に位置する可動の要素であり、係止付きスイッチの動作において接点３１および３２の間で自由に切り替わることができる。係止付きスイッチの動作の例については、さらに先に説明した。
【００３０】
図１Ａ〜１Ｃに示した係止付きスイッチを製造するため、まず種々のパターンおよび開口が、構造用の各積層層に規定および形成され、あるいは他の材料で積み上げられる。これらの構造層が図１Ａ〜１Ｃに示されており、さらに、積層電気機械システム１００を分解したかたちで示した図２Ａにも示されている。図１Ｂおよび２Ａに示すように、積層電気機械システム１００は、実質的に永久磁石４で形成された構造層、第１の基板層１０４、第１のスペーサ層１０６、可動要素層１０８、第２のスペーサ層１１０、コイル層１１２、および第２の基板層１１４を備えている。図２Ｂは、片持ち梁組立体５の平面図を示している。
【００３１】
構造層は、さまざまな材料から形成することができる。例えば、一実施の形態においては、構造層を、少なくともある程度撓むことができ、大きな表面積を有している薄いフィルムから形成することができる。あるいは、構造層を、他の材料から形成することもできる。構造層は、電気導電性であることができ、あるいは非導電性でもよい。例えば、構造層を、プラスチック、ガラス、ポリマー、絶縁材料、など、無機または有機の基板材料から形成することができる。有機基板材料の例としては、ビスマレイミドトリアジンと呼ばれる樹脂を含んでいる「ＢＴ」、耐熱エポキシ樹脂−ガラスクロスの積層材料である「ＦＲ−４」、および／または他の材料がある。構造層が電気導電性である実施の形態においては、構造層を金属または金属／合金の組み合わせから形成でき、あるいは他の電気導電性材料から形成することができる。
【００３２】
図１Ｂに示すように、構造層が、スタック１１６を形成すべく整列され、一体に積層される。構造層は、スタックにおいて、接着材料（図示されていない）によって互いに貼り合わされる。接着材料は、粘着テープであってよく、あるいは構造層の間に塗布／配置されたエポキシ（例えば、Ｂステージ・エポキシ）など、界面の接着層であってよい。接着材料が熱硬化などの硬化を必要とする場合、スタック１１６を、接着材料を硬化させるための適切な温度まで加熱し、構造層を一体に貼り付けることができる。
【００３３】
図１Ｂおよび１Ｃに示すように、空洞１０２が、第１および第２のスペーサ層１０６および１１０の開口を可動要素層１０８の両側に整列させて形成されている。空洞１０２は、図１Ａに示したコンタクト３１および３２など、１つ以上の電気コンタクトと接するべく、可動要素層１０８の可動要素（例えば、片持ち梁本体５２）が自由に動けるようにしている。図１Ａ〜１Ｃの例では、コンタクト３１および３２が、コイル層１１２上に形成されている。
【００３４】
システム１００内の要素とシステム１００の外部の要素との間の電気的連絡を可能にするため、１つ以上のヴィアを構造層に形成してもよい。例えば、図１Ｂに示すとおり、ヴィア４１および４２が、それぞれコンタクト領域３１および３２を、第２の基板層１１４の表面に形成されたコンタクト・パッド１１８および１２０に電気的に接続している。さらに、図１Ｃに示されているとおり、ヴィア１２２および１２４が、コンタクト５３および５４を、第２の基板層１１４の表面に形成されたコンタクト・パッド１１２６および１２８に電気的に接続している。ヴィアは、１つ以上の構造層の任意の数に形成することができる。複数の層を通過するヴィアを、あらゆる構造層間の電気的接続を可能にすべく整列させることができる。
【００３５】
図１Ａ〜１Ｃの実施の形態においては、ただ１つの係止付きスイッチしか示されていないが、複数のマイクロ機械デバイスを積層層にパターン形成して、バッチ生産が可能であることを、理解すべきである。複数のマイクロ機械デバイスは、そのまま一緒に残されてもよく、あるいは切断によって分離させてもよい。
【００３６】
図３Ａは、本発明のさらなる例の実施の形態による積層電気機械システム３００の各層を分離して示しており、可動要素のための空洞を形成するべく組み立てることができる。図３Ｂは、本発明の一例の実施の形態による図３Ａに示した分離各層について、積層電気機械システム３００を形成するための一体接合を示している。
【００３７】
さらに、スイッチ、インダクタ、キャパシタ、抵抗器、アンテナ・パターン、およびその他を含むさまざまな電子デバイスまたは部品を、ここに示したプロセスと同様にして製造できることに注意すべきである。例えば、図７Ａおよび７Ｂは、インダクタ７０４および接地面７０２が存在してなる構造層を備えた積層電気機械システム７００を示している。図７Ａに示すように、インダクタ７０４が空洞７０８内に位置している。空洞７０８の開放部分が、第１および第２のスペーサ層７１０および７１２によって形成されている。図７Ｂに示すとおり、インダクタ７０４が平面コイルとして形成されている。接地面７０２は、接地面７０２およびインダクタ７０４が位置する構造層の平面において、インダクタ７０４から絶縁され、インダクタ７０４を取り囲んでいる。複数のヴィア７０６ａ〜７０６ｄが、インダクタ７０４の両端および接地面７０４の一部を、積層電気機械システム７００の１つ以上の表面上に位置する外部から利用できるコンタクト・パッドへと電気的に接続するために使用されている。図７Ａに示すとおり、インダクタ７０４の一部は宙に浮いている。このような宙吊り構成においては、インダクタ７０４が高い品質ファクタを有する。さらに、インダクタ７０４の平面構成によって、インダクタ７０４のコストが低下する。
【００３８】
さらに、スイッチ、インダクタ、キャパシタ、抵抗器、アンテナ・パターン、およびその他を含むさまざまな電子デバイスまたは部品を、本発明の実施の形態と統合することができる。例えば、図４は、本発明の積層組み立てプロセスによって形成され、インダクタまたはアンテナ・パターン４０２およびキャパシタ４０４を統合してなる積層電気機械システム４００を示している。システム４００の係止付きスイッチの電気コンタクト領域を、システムに一体化された電気部品へと、１つ以上のヴィア、導体線、および／または他のやり方によって電気的に接続することができ、同じ１つの構造上に回路を形成することができる。例えば、本発明の実施の形態を、設定変更が可能なフィルタ、設定変更が可能なアンテナ、およびその他のデバイスを生み出すべく、電気部品および／またはデバイスと組み合わせることができる。さらに、本発明の実施の形態を、液晶表示装置および他の種類の表示装置とともに使用してもよい。例えば、積層電気機械システムおよび構造を、電気部品およびデバイスに電気的および／または光学的に結合させることができる。
【００３９】
無線周波数伝送線などの伝送線を、本発明の積層電気機械システムに収容することができる。例えば、一実施の形態において、本発明の積層電気機械システム内に形成された無線周波数（ＲＦ）スイッチが、一対の導電線または軌跡を有する無線周波数伝送線に接続することができる。一実施の形態においては、無線周波数伝送線の導電線または軌跡を、スタックの或る１つの構造層上に平行に形成することができる。他の実施の形態においては、無線周波数伝送線の第１の導電線または軌跡を、スタックの第１の構造層に形成し、無線周波数伝送線の第２の導電線または軌跡を、スタックの第２の構造層に形成することができる。スタックにおいて、絶縁または電気的に導電性でない構造層を、前記第１および第２の導電線または軌跡の間に配置することができる。
【００４０】
積層電気機械システム１００、３００、および４００の可動要素のためのコンタクト領域を、さまざまな位置に配置できる点に注目できる。例えば、図５は、本発明の組み立てプロセスによって形成され、係止付きスイッチを統合してなる構造またはシステム５００を示している。片持ち梁本体５２が、空洞１０２の上側内表面に位置するコンタクト領域５０２および５０４と接触すべく切り替わる。さらに、コンタクト領域が、１つのシステムの上面および下面に位置していてもよい。
【００４１】
片持ち梁本体５２の上側および下側の両者にコイル２を設けることができる点に、注目すべきである。さらに、２つの層のコイル線を接続することによって、ソレノイド・コイルを製造することができる。図５に示すように、コイル２を片持ち梁本体５２の接触から保護するため、コイル２を絶縁体５０６で被覆してもよい。
【００４２】
さらに、可動要素を、当該可動要素が形成されている構造層の平面内で運動できるように形成することができる。換言すれば、自身が位置する構造層の平面と同一平面でない自由度を有している図５に示した可動要素と対照的に、可動要素が、自身が位置している構造層の平面と同一平面内の自由度を有するように形成されてもよい。
【００４３】
例えば、図１２Ａは、可動要素１２０４を有する一例の可動要素層１２０２を示しており、可動要素１２０４が可動要素層１２０２内を横方向に移動することができる。可動要素１２０４は、１つ以上のコンタクト領域１２０６と接するべく移動することができる。図１２Ｂは、可動要素層１２０２を備える積層電気機械システム１２００の断面図を示している。図１２Ｂに示すように、磁石および／またはコイル１２０８が、可動要素層１２０２の平面における可動要素１２０４の運動を生じさせるために使用されている。図１２Ａおよび１２Ｂに示したような実施の形態は、可動要素が可動要素の位置する構造層の平面の外へと移動しうるものよりも、空洞の寸法に対する要求が小さいかもしれない。
【００４４】
或る実施の形態において、構造層を、積層電気機械システムのスタックにおいて、スタックの一部またはすべての要素の気密封止をもたらすように構成することができる。例えば、或る実施の形態において、図１Ａ〜１Ｃ、２Ａ、および２Ｂに示した片持ち梁組立体５のものなど、可動要素および関連のコンタクトをスタック１１６内に気密に封止することが望まれるかもしれない。そのような実施の形態においては、片持ち梁組立体５の上方または下方の１つ以上の構造層を、湿気および／またはその他の環境上の有害物を事実上通さない材料から形成することができる。例えば、層１０４、１０６、１１０、１１２、および１１４の１つ以上を、ガラス材料から作ることができ、あるいは本明細書のどこかで述べられ、さもなければ公知である他の適切な気密封止材料から作ることができる。例えば、このようにして気密に封止された空洞１０２を形成することができる。気密封止の構造層は、可動要素、関連するコンタクト、コイル、回路要素（例えば、キャパシタ、抵抗器、インダクタ）、磁石、および／または他の要素を含むスタック１１６の気密封止を必要とするあらゆる要素の周囲に形成することができる。コイル、パーマロイ層、コンタクト、回路要素、またはデバイスの他の層／要素を含む積層電気機械システムの任意の要素／層を、気密封止の構造層上に形成することができることに注目すべきである。
【００４５】
本発明に従い、複数の積層電気機械システムを、垂直に離間した構成または積層された構成、あるいは水平に離間した構成または同一面の構成にて、製造または組み立てできる点に注目すべきである。例えば、図６は、本発明の組み立てプロセスによって形成され、本発明の実施の形態に従って複数のマイクロ機械システム６０２を垂直に積層または一体化して備えている構造６００が示されている。スイッチおよび他の要素（インダクタ、キャパシタ、など）の多重積層を、垂直および水平に統合することができる。
【００４６】
図８は、本発明のマイクロ機械構造を製作するための工程を記載したフローチャート８００を示している。図８の各工程は、本明細書の教示にもとづき当業者にとっては自明であるが、必ずしも図示の順序で生じる必要はない。
【００４７】
本明細書の説明のとおり、多数の種類の電気および機械デバイスを、本発明の積層電気機械システムおよび構造に従って製作することができる。それらの装置は、小規模マイクロ機械デバイスおよびより大きい規模のデバイスを含む幅広い範囲の寸法で製作することができる。さらに、それらのデバイスを、係止付きスイッチなどの可動の要素を含むように製作することができる。以下の節では、本発明の積層電気機械システムおよび構造に従って形成することができる係止付きマイクロ機械スイッチの一例の構造および動作について、詳細を説明する。しかしながら、この説明が例証の目的で行なわれるものであって、本発明がここに示す実施の形態に限られるわけではないことに注意すべきである。すでに述べたように、本発明は、多数の種類のデバイスに適用可能である。
【００４８】
（係止付きスイッチの概要）
図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ係止付きスイッチの側面図および上面図を示している。ここで、スイッチおよびデバイスという用語は、本発明の構造を説明するため置き換え可能に使用される。図９Ａおよび９Ｂを参照すると、一例としての係止付きリレー９００が、磁石９０２、基板９０４、導体９１４を収容した絶縁層９０６、コンタクト９０８、および台座層９１０によって基板の上方に配置または支持された片持ち梁（可動要素）９１２を適切に備えている。
【００４９】
磁石９０２は、以下でさらに詳しく説明するように、永久磁石、電磁石、または磁界Ｈ０９３４を生成することができる他のあらゆる種類の磁石など、任意の種類の磁石である。あくまで例であってこれに限るわけではないが、磁石９０２は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州ＦｒｅｍｏｎｔのＤｅｘｔｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から市販されている５９−Ｐ０９２１３Ｔ００１型磁石であってよく、もちろん他の種類の磁石を使用することも可能である。磁界９３４は、任意のやり方で生成でき、約１エルステッドから１０４エルステッド以上など、任意の大きさで生成できる。磁界の強さは、片持ち梁を所与の状態に保つために必要な力によって決まり、すなわち実装例に依存する。図９Ａに示した一例としての実施の形態においては、磁界Ｈ０９３４をＺ軸とほぼ平行に、約３７０エルステッドの次元の大きさで生成することができるが、他の実施の形態は、磁界９３４に関して異なる向きおよび大きさを使用するであろう。さまざまな実施の形態において、共通の基板９０４を共有するいくつかのリレー９００に関して、ただ１つの磁石９０２を使用することができる。
【００５０】
基板９０４は、シリコン、ガリウムヒ素、ガラス、プラスチック、金属または他に適切な任意の基板材料など、あらゆる種類の基板材料で形成される。さまざまな実施の形態において、基板９０４を、絶縁材料（酸化物など）で被覆することができ、平坦化処理を行なうことができ、あるいは他の方法で平坦にすることができる。さまざまな実施の形態において、いくつかの係止付きリレー９００が、１つの基板９０４を共有することができる。あるいは、他のデバイス（トランジスタ、ダイオード、または他の電子デバイスなど）を、例えば通常の集積回路製造技術を使用して、１つ以上のリレー９００と一緒に基板９０４上に形成することができる。あるいは、磁石９０２を基板として使用することができ、以下に述べるさらなる部品を、磁石９０２の上に直接形成することができる。そのような実施の形態においては、基板９０４を別個に設ける必要がないかもしれない。
【００５１】
絶縁層９０６は、酸化物などの任意の材料、または薄膜絶縁体などの他の絶縁体で形成される。例示のための実施の形態では、絶縁層が、Ｐｒｏｂｉｍｉｄｅ７５１０材で形成されている。絶縁層９０６は、導体９１４を適切に収容している。導体９１４は、図９Ａおよび９Ｂにおいては、両端９２６および９２８を有し、コイル状のパターンに配置された単一の導体として示されている。導体９１４の他の実施の形態は、屈曲パターン、蛇行パターン、ランダム・パターン、または他の任意のパターンなど、適切なあらゆるパターンに配置された１つまたは複数の導電片を使用する。導体９１４は、金、銀、銅、アルミニウム、金属など、電気を通すことができる任意の材料で形成されている。導体９１４が電気を導くとき、以下でさらに詳しく説明するように、導体９１４の周囲に磁界が生成される。
【００５２】
片持ち梁（可動要素）９１２は、磁力によって影響を受けることができる任意の電機子、延長部、露出部または部材である。図９Ａに示した実施の形態においては、片持ち梁９１２は、磁性層９１８および導電層９２０を適切に備えている。磁性層９１８は、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金など）または他の任意の磁気感受性材料で調製することができる。導電層９２０は、金、銀、銅、アルミニウム、金属、または他の任意の導電材料で調製することができる。さまざまな実施の形態において、片持ち梁９１２は、以下でさらに詳しく説明するとおり、リレー９００の「開」または「閉」に対応する２つの状態を呈する。多くの実施の形態において、リレー９００は、導電層９２０が台座層９１０をコンタクト９０８へと接続しているとき、「閉」であると称される。対照的に、リレーは、片持ち梁９１２がコンタクト９０８に電気的に接触してはいないとき、「開」であると称される。片持ち梁９１２が、物理的に移動してコンタクト９０８と接触し離れるため、片持ち梁９１２の種々の実施の形態は、片持ち梁９１２を適切に曲げることができるよう、可撓性にされるであろう。可撓性は、片持ち梁（または、片持ち梁の種々の構成層）の厚さを変化させることによって、パターン処理やその他の方法で片持ち梁に穴または切り欠きを設けることによって、あるいはますます柔軟な材料を使用することによって、生み出すことができる。
【００５３】
あるいは、片持ち梁９１２を「ヒンジ付き」の構成にすることができる。もちろん、片持ち梁９１２の寸法は、或る実装例から他の実装例へときわめて劇的に変化しうるが、マイクロ磁気リレー９００における使用に適した一例としての片持ち梁９１２は、長さが１０〜１０００ミクロンの次元にあり、厚さが１〜４０ミクロンの次元にあり、幅が２〜６００ミクロンの次元にあることができる。例えば、図９Ａおよび９Ｂに示した実施の形態による一例としての片持ち梁は、約６００ミクロン×１０ミクロン×５０ミクロン、または１０００ミクロン×６００ミクロン×２５ミクロン、あるいは他の任意の適切な寸法を有することができる。
【００５４】
コンタクト９０８および台座層９１０は、必要に応じ、絶縁層９０６上に配置される。さまざまな実施の形態において、台座層９１０が片持ち梁９１２を絶縁層９０６の上方に支持して、真空であってよく、空気または他のガスあるいは油などの液体で満たされてもよい空隙９１６を形成している。空隙９１６の寸法は実装例が異なると幅広く変化するが、一例としての空隙９１６は、約２０ミクロンなど、１〜１００ミクロンの次元にあることができる。コンタクト９０８は、以下で説明するとおり、リレー９００が閉状態であるとき片持ち梁９１２を受け止める。コンタクト９０８および台座層９１０は、金、金合金、銀、銅、アルミニウム、金属など、任意の導電材料で形成することができる。さまざまな実施の形態において、コンタクト９０８および台座層９１０は、同種の導電材料で形成され、片持ち梁９１２が台座層９１０とコンタクト９０８の間の回路を完成させているとき、リレーが「閉」じていると考えられる。片持ち梁９１２が電気を通さない或る実施の形態においては、台座層９１０を、Ｐｒｏｂｉｍｉｄｅ材、酸化物、または他の任意の材料など、非導電材料で調製することができる。さらに、他の実施の形態は、片持ち梁９１２が他の方法で絶縁層９０６の上方に支持される場合には、台座層９１０を必要としないかもしれない。
【００５５】
（係止付きスイッチの動作原理）
「下方」位置にあるとき、片持ち梁が下部の導体と電気的に接触し、すなわちスイッチが「オン」である（「閉」状態ともいう）。コンタクト端が「上方」にあるとき、スイッチは「オフ」である（「開」状態ともいう）。これら２つの安定状態が、片持ち梁要素の運動によって切り替え機能を生む。切り替え後、永久磁石が片持ち梁を「上方」または「下方」のいずれかの位置に保持し、この装置を係止付きリレーにする。２つの状態の間での移行のために、電流が、短い（一時的な）期間の間だけコイルを通過して流れる（例えば、コイルにエネルギーが与えられる）。
【００５６】
（ｉ）双安定を生じさせるための方法
双安定を生じさせるための原理を、図２を参照して説明する。パーマロイ片持ち梁９１２の長さＬが、自身の厚さｔおよび幅（ｗ、図示されていない）よりもはるかに大きい場合、長軸Ｌに沿った方向が、磁化のための好ましい方向（「容易軸」ともいう）になる。片持ち梁の主たる中央部分が、均一な永久磁界中に置かれたとき、片持ち梁にトルクが加わる。このトルクは、片持ち梁の磁界に対する初期位置に応じて、時計回りまたは反時計回りのいずれかでありうる。片持ち梁の軸（ξ）と外部磁界（Ｈ０）との間の角度（α）が９０°よりも小さいとき、トルクは反時計回りであり、αが９０°よりも大きいとき、トルクは時計回りである。片持ち梁の双方向の磁化（すなわち、図１０に示すように、磁化ベクトル「ｍ」が或る方向または逆の方向を向く）によって（α＜９０°のとき、ｍが左から右を向き、α＞９０°のとき右から左を向く）、双方向のトルクが生じる。このトルクのため、片持ち梁が外部磁界（Ｈ０）に整列しようとする。しかしながら、機械的な力（片持ち梁の弾性によるトルク、物理的なストッパ、など）が、Ｈ０への完全な整列を先取りし、スイッチの係止の基礎を構成する２つの安定位置（「上方」または「下方」）が利用可能になる。
【００５７】
（ｉｉ）電気的な切り替え
Ｈ０から生じる片持ち梁の容易軸に沿った双方向の磁化を、（Ｈ０）の影響に打ち勝つべく第２の磁界を加えることによって瞬時に反転させることができ、したがって、切り替え可能な係止付きリレーを実現することができる。この筋書きは、必要とされる一時的な切り替え用磁界を生成するため、片持ち梁の下方または上方に平面コイルを置くことによって実現される。平面であるコイル形状は、比較的製造が簡単であるという理由で選ばれており、他の構造（包み込みの三次元型など）ももちろん可能である。コイルを巡る短い電流パルスによって、磁力（Ｈｃｏｉｌ）線が生成される。片持ち梁の磁化（磁化ベクトル「ｍ」）の方向を変えるために使用されるのは、主としてこの磁界のξ成分（片持ち梁に沿う方向、図１０を参照）である。コイルの電流の向きが、正または負のいずれのξ磁界成分が生成されるかを決定する。複数のコイルを使用することも可能である、切り替えの後、永久磁界が片持ち梁を、次の切り替え事象に遭遇するまでこの状態に保つ。コイルによって生成される磁界のξ成分（Ｈｃｏｌｉ−ξ）が、瞬間的にのみ永久磁界のξ成分［Ｈ０ξ〜Ｈ０ｃｏｓα＝Ｈ０ｓｉｎ（ψ）、α＝９０°−ψ］を上回ればよく、ψは通常はきわめて小さいため（例えば、ψ≦５°）、切り替えのための電流および電力をきわめて小さくすることができ、これはマイクロ・リレーの設計において重要な検討材料である。
【００５８】
動作原理は、次のようにまとめることができる。すなわち、均一な磁界（実際には、磁界はほぼ均一なだけであるが）中のパーマロイ片持ち梁は、自身の長軸（容易軸Ｌ）と磁界との間の角度に応じて、時計回りまたは反時計回りのトルクを有しうる。２つの双安定状態は、他の力が死トルクと平行できる場合に可能である。片持ち梁に沿った磁化の向き（ベクトルｍ）を切り替えて、片持ち梁を２つの状態の間で切り替えるため、コイルによって一時的な磁界が生成される。
【００５９】
（磁石の寛大な配置）
磁石の整列についての要件を緩和するという問題を解決するため、本発明の発明者らは、片持ち梁の周囲の比較的広い領域に直交磁界を生成するための技法を開発した。この発明は、低透磁率の媒体（例えば、空気）中において磁力線が、きわめて高透磁率な材料（例えば、パーマロイなどの容易に磁化される材料）の表面に基本的に直交するという事実にもとづいている。片持ち梁が、そのような表面に近接して配置され、かつ片持ち梁の水平面が、高透磁率材料の表面と平行であるとき、前記目的を、少なくとも部分的に実現できる。大まかな仕組みは、以下のとおりであり、本発明の例示のための実施の形態はこれに従う。
【００６０】
磁束密度（Ｂ）および磁界（Ｈ）についての境界条件は、以下の関係に従う。
【００６１】
Ｂ２・ｎ＝Ｂ１・ｎ      Ｂ１×ｎ＝（μ２／μ１）Ｂ１×ｎ
または、
Ｈ２・ｎ＝（μ１／μ１）Ｈ１・ｎ      Ｈ２×ｎ＝Ｈ１×ｎ
μ１＞＞μ２である場合、図１１に示すとおり、Ｈ２の法線成分は、Ｈ１の法線成分よりもはるかに大きい。極限（μ１／μ２）→∞をとると、磁界Ｈ２は、Ｈ１の方向と無関係に境界面に直交する（Ｈ１が界面に対し正確に平行である例外的な場合でなければ）。第２の媒体が空気（μ２＝１）であり、したがってＢ２＝μ０Ｈ２である場合、磁束線Ｂ２もまた表面に直交するであろう。この特性が、係止付きマイクロ磁気スイッチにおいて片持ち梁の水平面に直交する磁界の生成に利用され、永久磁石の整列の要件を緩和するために利用される。
【００６２】
磁界が高透磁率材料の境界表面に直交するというこの特性、および水平面を高透磁率材料の表面と平行にしてなる片持ち梁（すなわち、軟磁性）の配置を、種々ある多数の構成において、永久磁石の整列の要件を緩和するために利用できる。
【００６３】
（結論）
以上、本発明の種々の実施の形態を説明したが、それらがあくまで例として示されたものであり、本発明を限定するものではないことを、理解すべきである。本発明の技術的思想および技術的範囲を離れることなく、形態および細部において多数の変更が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の広がりおよび技術的範囲は、前記例示した実施の形態のいずれによっても制限されるべきものではなく、以下の特許請求の範囲およびその均等物に従ってのみ定められるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
ここに組み込まれて本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明を図解するものであり、さらに本明細書と一体となって本発明の原理を説明し、当業者が本発明を製作および利用できるようにするものである。
【図１】図１Ａ〜１Ｃは、本発明の実施の形態による積層電気機械システムの図を示している。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａ〜１Ｃに示した積層電気機械システムの個々の層の側面図を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａ〜１Ｃに示した積層電気機械システムの片持ち梁組立体の上面図を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態による積層電気機械システムについて、可動要素のための空洞を形成すべく組み立てることができる個々の層を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一例の実施の形態による図３Ａに示した個々の層の一体接合を示している。
【図４】図４は、本発明の組み立てプロセスによって形成された構造を示しており、スイッチが他の部品と統合されている。
【図５】図５は、本発明の組み立てプロセスによって形成された構造を示しており、スイッチが上側内表面のコンタクトと統合されている。
【図６】図６は、本発明の組み立てプロセスによって形成された構造を示しており、本発明の実施の形態によって複数のスイッチおよび／または他の要素を垂直に統合して備えている。
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の一例の実施の形態による積層電気機械システムに使用することができるインダクタ層の側面および上面図を示している。
【図８】図８は、本発明の一例の実施の形態による積層電気機械構造の製造または組み立てについてのフローチャートを示している。
【図９】図９Ａおよび９Ｂは、一例としてのスイッチの実施の形態のそれぞれ側面図および上面図である。
【図１０】図１０は、双安定が生み出される原理を示している。
【図１１】図１１は、異なる透磁率（１＞＞２）を有する２つの材料間の境界における磁界（Ｈ）についての境界条件を示している。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施の形態による可動要素層の例を示しており、可動要素層内で横方向に運動することができる可動要素を備えている。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の実施の形態による積層電気機械システムの断面図を示しており、図１２Ａに示した可動要素層を備えている。
【図１】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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