(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電気力により駆動されるＭＥＭＳ装置であって、
平面状表面（１２）を形成する超小形電子基板（１０）と、
前記基板（１０）の表面上に層を形成する基板電極（２０）と、
前記基板電極（２０）を電気的に絶縁する基板絶縁体（３０）と、
前記基板電極（２０）に上重ねされ、かつ可動電極（４０）と偏倚層（６０）、下重ねされた前記基板（１０）に前記基板電極（２０）と前記可動電極（４０）の双方に接触している前記基板絶縁体（３０）を介して取付けられている固定部分（７０）、および前記基板電極（２０）に対して可動の遠位部分（１００）を有する位置的に偏倚された可動複合体（５０）と、
前記可動複合体（５０）に取付けられている少なくとも１つの複合体接点（２７，２３）をそれぞれ有する第１および第２の接点組（２２，２３および２６，２７）と、を含んで成り、
前記各接点組（２２，２３および２６，２７）は、前記可動複合体（５０）の遠位部分（１００）が前記基板（１０）に引きつけられた場合に電気的に接続されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
前記接点組のうちの１つの接点組（２２，２３）は、静電気力が前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）に印加されないときに該可動複合体が偏倚位置をとる場合、前記可動複合体（５０）の遠位部分（１００）により近く位置することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の遠位部分（１００）は、前記超小形電子基板（１０）に対して位置的に偏倚されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
前記第１の接点組（２２，２３）内の少なくとも１つの接点（２２，２３）は、表面から突出する接点部と、該表面と略面一の接点部と、略滑らかな表面を有する接点と、略粗い表面を有する接点とから成る群から選択される１つの接点を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記第２の接点組（２６，２７）内の少なくとも１つの接点（２６，２７）は、表面から突出する接点と、該表面と略面一の接点と、略滑らかな表面を有する接点と、略粗い表面を有する接点とから成る群から選択される１つの接点を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）は、該可動複合体の遠位部分（１００）が前記超小形電子基板（１０）に引付けられた場合に、該基板（１０）の表面に従うことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の前記可動電極（４０）および前記偏倚層（６０）は、１つ以上の略可撓性の材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
前記第１の接点組（２２，２３）は、前記第２の接点組（２６，２７）に比して、前記位置的に偏倚された可動複合体の遠位部分（１００）により近位に位置することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９】
前記第２の接点組（２６，２７）は、前記第１の接点組（２２，２３）に比して、前記位置的に偏倚された可動複合体の固定部分（７０）により近位に位置することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０】
前記第１の接点組（２２，２３）は、前記第２の接点組（２６，２７）が接続解除される前に電気的に接続解除されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１１】
前記第２の接点組（２６，２７）は、少なくとも２つの接点組の配列を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１２】
前記第２の接点組（２６，２７）は、前記複合体の遠位部分（１００）が前記基板（１０）から分離すると、前記第２の接点組内のすべての接点を略同時に電気的に接続解除するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１３】
前記第２の接点組（２６，２７）は、少なくとも２つの接点組の線形配列を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１４】
前記第１の接点組（２２，２３）は、単一の接点組を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１５】
前記第１の接点組（２２，２３）は、前記第２の接点組（２６，２７）に電気的に並列接続されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１６】
前記第２の接点組（２６，２７）の電気抵抗は、前記第１の接点組（２２，２３）の電気抵抗に比してより大きいことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１７】
各接点組は、前記基板（１０）に取付けられている少なくとも１つの基板接点（２２，２６）を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１８】
前記第１の接点組および前記第２の接点組のうちの少なくとも１つは、前記基板（１０）に取付けられている一対の接点（２２，２６）と、前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）に取付けられている１つの接点（２３，２７）を含んで成り、これにより、前記基板（１０）に取付けられている前記一対の接点を電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１９】
前記第１および前記第２の接点組（２２，２３および２６，２７）は、少なくとも１つの共通の接点を共有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２０】
前記１つの共通の接点は、前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）に取付けられていることを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２１】
前記第２の接点組（２６，２７）内の前記接点が、電気的に直列接続されている請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２２】
前記第２の接点組（２６，２７）内の各接点は、電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２３】
前記接点組のうちの少なくとも一つの接点組は、前記基板電極（２０）から電気的に絶縁されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２４】
前記偏倚層（６０）は、前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の遠位部分（１００）が略カールして前記基板（１０）から遠ざかることを強制することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２５】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の偏倚層（６０）および可動電極（４０）が異なる熱膨張係数を有して、前記可動複合体（５０）がカールすることを強制することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２６】
前記偏倚層（６０）は、少なくとも２つの重合体フィルムを含んで成り、前記重合体フィルムのうちの少なくとも一つは、前記可動電極（４０）と異なる熱膨張係数を有して、位置的に偏倚された可動複合体（５０）がカールするのを強制することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２７】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の前記遠位部分（１００）は、前記基板電極（２０）と前記可動複合体（５０）の可動電極（４０）との間にいかなる静電気力も形成されていない場合にカールして、前記基板（１０）の表面（１２）により規定される平面状表面（３２）から出ることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２８】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の接点（２３，２７）のうちの少なくとも一つは、前記可動複合体（５０）の可動電極（４０）から電気的に絶縁されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項２９】
さらに、電気エネルギー源（１３５）と、前記第１および前記第２の接点組（２２，２３および２６，２７）に電気的に接続されている切換え可能装置（１３７）とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項３０】
超小形電子基板（１０）と、下重ねされた基板に該基板に設けられた基板絶縁体（３０）を介して取付けられている固定部分（７０）および可動遠位部分（１００）を有する位置的に偏倚された可動複合体（５０）と、この可動複合体（５０）および前記基板上に位置する接点を有する第１および第２の接点組（２２，２３および２６，２７）とを有するＭＥＭＳ装置を使用する方法であって、
前記基板へ向かって前記可動複合体の遠位部分を動かすステップと、
前記第１および第２の接点組の接点を電気的に接続するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
さらに、前記電気的に接続するステップの後に、前記第１の接点組内の接点の接続と前記第２の接点組内の接点の接続を順次解除するステップを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＭＥＭＳ装置は、さらに、前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）内に位置する可動電極（４０）と、前記超小形電子基板（１０）内に位置する基板電極（２０）とを有し、前記可動複合体（５０）は、前記基板電極（２０）と該可動複合体（５０）の前記可動電極（４０）との間に形成される静電気力に応答して可動であり、前記基板電極（２０）と、前記可動複合体（５０）の前記可動電極（４０）との間に静電気力を選択的に発生させるステップを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を動かすステップは、前記可動複合体（５０）のカールを解除して、該可動複合体（５０）を前記基板（１０）に略平行に位置させるステップを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記接点を順次に接続解除するステップは、前記基板（１０）から前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を分離するステップを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記基板（１０）から前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を分離するステップは、略枢転による変位で前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を動かして、該複合体（５０）を前記基板から遠ざけることを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を前記基板（１０）から分離する前記ステップは、前
記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を動かして前記基板（１０）から遠ざけることにより、前記固定部分（７０）から最も離れた前記遠位部分（１００）を前記基板から分離させ、次いで、前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）の残りを前記基板から分離することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の接点組および前記第２の接点組（２２，２３および２６，２７）内の接点を順次に接続解除するステップは、前記第１の接点組（２２，２３）の接点を電気的に接続解除し、次いで、前記第２の接点組（２６，２７）を電気的に接続解除することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１および第２の接点組（２２，２３および２６，２７）内の接点を順次に接続解除するステップは、前記第２の接点組内の複数の接点を同時モードで接続解除することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１および第２の接点組（２２，２３および２６，２７）内の接点を順次に接続解除するステップは、前記第１の接点組内の単一の接点対を接続解除することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１および第２の接点組（２２，２３および２６，２７）内の接点を順次に接続解除するステップは、前記第１の接点組（２２，２３）内の接点を接続解除し、次いで、前記第２の接点組（２６，２７）内のすべての接点を同時モードで接続解除することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）を前記基板（１０）から分離するステップは、前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）をカールさせて前記基板（１０）から遠ざけることを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
前記位置的に偏倚された可動複合体（５０）をカールさせて前記基板（１０）から遠ざけるステップは、さらに、前記第１の接点組（２２，２３）内の接点を順次に接続解除し、次いで、前記第２の接点組（２６，２７）内の接点を接続解除することを含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、マイクロエレクトロメカニカルスイッチおよびリレー構造に関し、より詳細には、耐アーク性を有する、静電的に作動される光電圧スイッチおよびリレー構造に関する。
【０００２】
発明の背景
薄膜技術の進歩は、高性能集積回路の開発を可能にした。この高度半導体技術は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ＝マイクロエレクトロメカニカルシステム）構造を形成するためにも利用された。ＭＥＭＳ構造は、通常、運動することまたは力を印加することが可能である。マイクロセンサ、マイクロギア、マイクロモータおよび他のマイクロ工学による装置を含む、多数の異なる変形のＭＥＭＳ装置が形成された。ＭＥＭＳ装置は、多様な用途のために開発された。何故ならばこれらの装置は、低コスト、高信頼性及び超小型サイズの利点を提供するからである。
【０００３】
ＭＥＭＳ装置の技術者に与えられる設計での自由度により、ミクロ構造内で所望の運動を引起こすのに必要な力を提供するための様々な技術および構造の開発が行われた。例えば、マイクロカンチレバーは、マイクロ機械加工されたばねおよびギアを回転するために、機械的回転力を印加するのに使用された。マイクロモータを駆動するのに電磁界が使用された。圧電力も、マイクロ機械加工構造を制御下で動かすのに成功裡に使用された。アクチュエーターまたは他のＭＥＭＳ構成要素を制御下で熱膨張させることが、マイクロ装置を駆動するための力を発生させるのに使用された。１つのこのような装置は、米国特許第５，４７５，３１８号に見出され、この装置は、マイクロ装置を動かすのに熱膨張を利用する。加熱されると、バイモルフ層が異なる度合で弓形に湾曲し、これにより、マイクロカンチレバーを相応して動かす。米国特許第５，４６３，２３３号に記載のように、同様のメカニズムがマイクロ機械加工された熱スイッチを作動するのに使用される。
【０００４】
静電気力も、構造を動かすのに使用された。従来の静電式装置は、プラスチックまたはマイラー材料からカット形成される積層フィルムから構成された。可撓性電極が前記フィルムに取付けられ、別の１つの電極がベース構造物に固定された。それぞれの前記電極を電気的に付勢すると、それらの電極が互いに引き合うかまたは互いに反発して遠ざかるようにする静電気力が発生された。これらの装置の１つのそれぞれの例が、米国特許第４，２６６，３９９号に見出される。これらの装置は、通常の原動的用途のためには良好に働く。しかし、これらの装置は、小形化集積回路、生物医学的用途、またはＭＥＭ構造に適する寸法で構成することができない。
【０００５】
電気的スイッチおよびリレーを操作するために静電気力を使用するマイクロ機械加工ＭＥＭＳ静電式装置が、形成された。電気的接続を形成および解除するために、下重ねに位置する基板から分離された比較的剛性のカンチレバー部材を使用する様々なＭＥＭＳリレーおよびスイッチが開発された。通常、これらのＭＥＭＳ装置内のカンチレバーの自由端に位置する接点は、電気的接続が選択的に確立されることが可能であるように、カンチレバーが反ると動く。それ自体として、上記接点がこれらのＭＥＭＳ装置内で接続されると、カンチレバーの大部分は、下重ねに位置する基板から分離されたままである。例えば、Ｂｕｃｋらの米国特許第５，３６７，１３６号、第５，２５８，５９１号および第５，２６８，６９６号と、Ｉｃｈｉｙａらの米国特許第５，５４４，００１号、Ｋａｓａｎｏらの米国特許第５，２７８，３６８号、Ｙａｏらの米国特許第５，５７８，９７６号およびＡｌｌｅｎらの米国特許第４，７３７，６６０号は、このクラスのマイクロ工学によるスイッチおよびリレー装置の代表的なものである。
【０００６】
別の１つのクラスのマイクロ機械加工ＭＥＭＳスイッチおよびリレー装置は、電気的接続を形成するための湾曲状カンチレバー様部材を含む。例えば、Ｓｃｈｌａａｋらの米国特許第５，６２９，５６５号および第５，６７３，７８５号に記載のマイクロカンチレバーは、このマイクロカンチレバーの固定端から分離するようにカールし、次いで、略真直ぐになる。静電的に基板電極に吸引されると、このＳｃｈｌａａｋ装置は、それぞれの電気的接点が相互接続する場所以外、基板表面にほぼ従う（conform）。加えて、Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙとの題名のＩｇｎａｚ  Ｓｃｈｉｅｌｅらの技術論文も、丸まったカンチレバー部材を有するマイクロ機械加工静電式リレーを説明する。このＳｃｈｉｅｌｅカンチレバーは、最初は、カンチレバーが固定端から分離する際に、下重ねに位置する基板に対して平行に延び、次いで、カールして基板から遠ざかる。接点を有するカンチレバー部材は、多層複合体を含んで成るが、可撓性重合体フィルムは、この多層複合体内で使用されていない。それ自体として、説明されているＳｃｈｉｅｌｅ装置では、カンチレバー部材が、静電的に弓形に湾曲するのに応答して、下重ねされた基板にほぼ従うことはない。
【０００７】
ＭＥＭＳ静電式スイッチおよびリレーは、それらの超小型サイズに起因して、様々な用途で使用される。電荷と電荷との間の電界に起因する静電気力は、ＭＥＭＳ装置内に小さい電極分離が内在することを前提として、比較的大きい力を発生させることが可能である。しかし、これらの小形化装置が、高電圧の用途で使用される場合、問題が発生することがある。ＭＥＭＳ装置は、ミクロンの尺度の寸法だけ互いに分離されている複数の構造物を含むので、高電圧が電気的アークおよび他の関連問題を発生させることがある。実際、ＭＥＭＳリレーおよびスイッチ内の接点と接点とが互いに密に近傍に位置すると、これらの高電圧問題の厳しさは数倍になる。加えて、ＭＥＭＳリレーおよびスイッチ内の電気的接点が小さいことから、高電圧アークが接点に穴をあけて侵食する傾向を有する。ＭＥＭＳ装置内で高電圧問題を解決するのは困難であるので、従来の装置は、動作中に低圧を使用することにより、この問題を回避することを試みる。それ自体として、従来のＭＥＭＳ静電式スイッチおよびリレー装置は、高電圧スイッチングの用途に良好には適さない。
【０００８】
高電圧で高信頼性で動作するように設計された静電式ＭＥＭＳスイッチおよびリレー装置を提供することが好ましい。加えて、アーク形成および高電圧動作問題のうちの少なくともいくつかに対処することが可能であるＭＥＭＳ静電式スイッチング装置を提供することが好ましい。高電圧を高信頼性でスイッチングするための改善されたＭＥＭＳ記装置であって、前記装置内の静電気力を利用するＭＥＭＳ装置を開発する必要性が依然として存在する。このようなＭＥＭＳ装置により、ＭＥＭＳ静電式装置のための既存の用途がより良好に支援される。加えて、好ましい新規の装置および用途が、新規のＭＥＭＳ構造内で静電気力を利用することにより形成される。
【０００９】
発明の概要
本発明の１つの目的は、比較的高い電圧をスイッチングするように設計されているＭＥＭＳ静電式スイッチおよびリレーを提供することにある。
【００１０】
加えて、本発明の１つの目的は、高電圧に関連するアーク形成および他の問題のうちの少なくともいくつかを克服するように設計されているＭＥＭ静電式スイッチ及びリレーアクチュエーターを提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の１つの目的は、改善されたＭＥＭＳ静電式スイッチおよびリレーを提供することにある。
【００１２】
本発明は、高電圧で耐アーク性スイッチまたはリレーとして動作することが可能である改善されたＭＥＭＳ静電式装置を提供する。加えて、本発明によるＭＥＭＳ静電式装置を使用するための方法が提供される。本発明は、前述の問題のうちの少なくともいくつかを解決し、一方、列挙された目的のうちの少なくともいくつかを満足する。
【００１３】
静電気力により駆動される本発明のＭＥＭＳ装置は、超小形電子基板（microelectronic substrate）と、基板電極と、可動複合体と、第１の接点組および第２の接点組と、絶縁体とを含んで成る。超小形電子基板が形成する平面状表面上に、ＭＥＭＳ装置が構成される。基板電極は、超小形電子基板の表面上に層を形成する。可動複合体は、基板電極に上重ねに位置する。横断面において、可動複合体は、可動電極および偏倚層を含んで成る。可動複合体は、その長さにわたり、下重ねに位置する基板に取付けられている固定部分と、基板電極に対して可動の遠位部分とを含んで成る。加えて、ＭＥＭＳ装置は、第１の接点組および第２の接点組を含み、各接点組は、可動複合体に取付けられている少なくとも１つの複合体接点を有する。さらに、２つの接点組のうちの１つは、他方の接点組に比して、可動複合体の遠位部分により近くに位置する。絶縁体は、可動複合体の可動電極から基板電極を電気的に絶縁および分離する。基板電極と、可動複合体の可動電極との間に電圧差を印加すると静電気力が発生し、この静電気力は、上記遠位部分を動かし、下重ねに位置する平面状表面からの分離を起こさせる。それ自体として、第１および第２の接点組は、可動複合体の遠位部分が下重ねされた超小形電子基板に吸引されると、電気的に接続される。
【００１４】
１つの群の実施例は、第１および第２の接点組の様々な実施を説明する。いくつかの実施例では、第１の接点組または第２の接点組は、他方の接点組に比して、可動複合体の遠位部分に比較的より近く位置する。さらに、第１の接点組は、可動の遠位部分が、下重ねされた基板から分離する際に、第１の接点組より前に順次に接続解除するように配置されることも可能である。１つの実施例では、第２の接点組は、代替的に、少なくとも２つの接点組の１つの配列、または、少なくとも２つの接点組１つの線形の配列を含んで成る。さらに、第２の接点組は、可動複合体の遠位部分が基板から分離する際、第２の接点組内のすべての接点を電気的に接続解除するように配置されることが可能である。他の実施例は、単一の接点組から成る第１の接点組を含むか、または、第２の接点組に電気的に並列接続されている第１の接点組を提供する。１つの実施例では、第２の接点組は、第１の接点組に比してより大きい電気抵抗を有する。さらに、１つの実施例は、各接点に、超小形電子基板に取付けられている少なくとも１つの基板接点を設ける。１つの実施例が提供する静電式ＭＥＭＳ装置では、第１の接点組と第２の接点組とが、少なくとも１つの共通の接点を共有し、この接点は、可動複合体に取付けられていることも、取付けられないこともある。さらなる実施例は、直列にまたは代替的に並列に電気的に接続されている、第２の接点組内の接点を提供する。
【００１５】
１つの付加的な群の実施例は、可動複合体および、可動複合体内の層の様々な代替的な実施を説明する。本発明によるＭＥＭＳ静電式装置の１つの実施例は、１つ以上の略可撓性の材料から可動複合体の可動電極および偏倚（bias）層を形成する。複合体を形成する層は、可動複合体の遠位部分が超小形電子基板に吸引されるときに、可動複合体が超小形電子基板の表面にほぼ従うように選択される。加えて、可動複合体を形成する層は、遠位部分が超小形電子基板に対して位置的に偏倚できるように選択されることが可能である。
【００１６】
１つの実施例では、可動複合体の遠位部分が、略カールして、下重ねに位置する基板から遠ざかるのを強制（urge）する偏倚層が含まれている。他の実施例は、異なる熱膨張係数を提供し、これにより、可動複合体がカールするのを引起こす。異なる熱膨張係数は、可動複合体内で使用されることも可能であり、すなわち例えば、偏倚層と可動電極との間で使用されることも可能であり、代わりに、可動電極として使用される１つ以上の重合体フィルムと偏倚層との間で使用されることも可能である。１つの実施例が提供する、可動複合体の遠位部分は、カールして、静電気力の欠如下で基板表面により形成される平面から出る。
【００１７】
本発明は、さらに、電気エネルギー源と、第１の接点組および第２の接点組に電気的に接続されている切換え可能な装置とを含む、前述の静電式ＭＥＭＳ装置も提供する。加えて、本発明は、基板電極と可動複合体の可動電極との間に静電気力を選択的に発生させるステップと、超小形電子基板へ向かって可動複合体を動かすステップと、第１の接点組の接点と第２の接点組の接点とを電気的に接続するステップとを含んで成る、前述のＭＥＭＳ装置を使用する方法を提供する。加えて、本方法の１つの実施例は、静電気力を中断するステップと、下重ねに位置する超小形電子基板から可動複合体を分離するステップと、第１の接点組および第２の接点組に所属する接点を順次に接続解除するステップとを含んで成る。さらなる実施例は、前述の方法ステップの代替的な提示および向上を提供する。
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明は、本発明の実施例が示されている添付図面を参照して、以下、より詳細に説明される。本発明は、しかし、多数の異なる形で実施されることが可能であり、本明細書に記載の実施例に制限されない。これらの実施例は、この開示が完璧かつ完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供される。図中、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００１９】
図１において、本発明は、少なくともある程度のアーク形成および関連問題を克服する一方で、高電圧を切換えることが可能である、静電気力により駆動されるＭＥＭＳ装置を提供する。第１の実施例においては、静電式ＭＥＭＳ装置は、複数の層の構造で、超小形電子基板１０、基板電極２０、基板絶縁体３０、および可動複合体５０を含んで成る。可動複合体５０は、略平面状であり、超小形電子基板１０および基板電極２０に上重ねに位置する。前記層は垂直に配置および示され、一方、前記各部分は、可動複合体５０に沿って水平に配置されている。横断面において、可動複合体５０は、少なくとも１つの可動電極４０および少なくとも１つの偏倚層６０を含む複数の層を含んで成る。可動複合体５０は、その長さに沿って、固定部分７０、中間部分８０、および遠位部分１００を有する。固定部分７０は、下重ねされた超小形電子基板１０または中間層にほぼ固定されている。中間部分８０および遠位部分１００は、下重ねされた基板１０から解放され、動作中、好ましくは、双方の部分８０，１００は、下重ねされた基板１０および基板電極２０に対して可動である。中間部分８０は、固定部分７０から延び、静電気力を印加することなしに、適所に偏倚または保持される。遠位部分１００は、中間部分８０から延び、同様に、静電気力を印加することなしに、適所に偏倚または保持される。しかし、いくつかの実施例では、中間部分８０は、遠位部分１００のみが、動作中に運動する自由を有するように、静電気力が印加されるされないとは無関係に適所に保持されることが可能である。空隙１２０が、中間部分８０と、遠位部分１００と、下に位置する超小形電子基板１０の平面状表面３２との間に形成される。最近開発されたＭＥＭＳ静電式装置は、空隙の形状を事前決定することにより、より低くより不規則的でない動作電圧で動作することが可能である。例えば、発明人Ｇｏｏｄｗｉｎ−Ｊｏｈａｎｓｓｏｎの名前で、１９９９年５月２７日出願され、かつ本発明の譲受人であるＭＣＮＣに譲渡されたこれらの改善された静電式装置を説明する、"Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ａｉｒ  Ｇａｐ"との題名の米国特許第０９／３２０，８９１号は、引用することにより本願明細書の一部を成すものとする。
【００２０】
可動複合体５０および下重ねされた基板層を含む、この静電式ＭＥＭＳ装置は、公知の集積回路材料およびマイクロ工学技術を使用して構成される。当業者は、異なる材料、様々な数の層、および多数の配置の層も、下重ねに位置する基板層を形成するのに使用されることが分かる。図示されているＭＥＭＳ装置は、製造の詳細を説明するために、１つの例として使用されているにもかかわらず、この説明は、別記の無いかぎり、本発明により提供されるすべてのＭＥＭＳ装置に等しく当てはまる。図１において、超小形電子基板１０が形成する平面状の表面３２上に静電式ＭＥＭＳ装置が構成される。好ましくは、超小形電子基板１０は、シリコンウェーハを含んで成るが、平面状表面を有する任意の適切な基板材料を使用することが可能である。他の半導体、ガラス、プラスチック、または他の適切な材料を基板１０として用いることが可能である。絶縁層１４は、超小形電子基板１０の平面状表面に上重ねに位置して、電気的絶縁を提供する。絶縁層１４は、好ましくは、非酸化ベースの絶縁体または重合体、例えばポリイミドまたは窒化物を含んで成る。この場合、酸化物ベースの絶縁体は、ある特定の酸が解放層（release layer）を除去するために処理中に使用されるとき、使用できない。他の絶縁体は、酸化物ベースの絶縁体であっても、解放層材料および和合性酸（compatible acid）または腐食剤が解放層を除去するのに使用される場合には、使用することが可能である。例えば、二酸化珪素は、フッ化水素酸を含まない腐食剤が使用される場合、絶縁層のために使用することが可能である。絶縁層１４は、好ましくは、超小形電子基板１０の平面状表面上に適切な材料を被着させることにより形成される。基板電極２０は、下重ねされた絶縁層１４の表面の少なくとも一部に固定される略平面状の層として配置される。基板電極２０は、好ましくは、絶縁層１４の上面に被着された金層を含んで成る。基板電極２０が金の層から形成される場合、選択的にクロムの薄層が基板電極２０の層上に被着され、これにより、絶縁層１４および任意の隣接する材料への接着をより良好にすることが可能となる。代替的に、他の金属または導電性材料を、それらが解放層処理動作により侵食されないかぎり使用することができる。
【００２１】
好ましくは、基板絶縁体３０が基板電極２０上に被着され、これにより、基板電極２０を電気的に絶縁し、電気的短絡を阻止する。特に、基板絶縁体３０は、可動複合体５０の可動電極４０から基板電極を分離する。さらに、基板絶縁体３０が、基板電極２０と、可動電極４０を含む可動複合体５０との間に所定厚さの誘電層を提供する。基板絶縁体３０は、好ましくは、ポリイミドを含んで成るが、解放層処理に対して耐性の他の誘電性絶縁体または重合体を使用することが可能である。基板絶縁体３０は、平面状表面３２を有する。
【００２２】
図示されていない解放層が、最初に、空隙１２０として示されている空間を占める、上重ねに位置する可動複合体５０の中間部分８０および遠位部分１００の下方に位置する領域内の平面状表面３２上に被着される。解放層は、下に位置する平面状表面３２に固定されていない可動複合体５０部分の下方に位置する領域のみに適用される。好ましくは、解放層は、酸が使用された場合に、腐食除去することが可能である酸化物または他の適切な材料を含んで成る。上重ねに位置する層が被着された後、解放層は、標準のマイクロ工学酸腐蝕技術、例えばフッ化水素酸腐食により除去することが可能である。解放層が除去されると、可動複合体５０の中間部分８０および遠位部分１００が、下重ねされた平面状表面３２から分離され、これにより、それらの間に空隙１２０が形成される。空隙１２０の形状は、静電気力が印加されない際、可動複合体５０の遠位部分１００および／または中間部分８０に適用される偏倚に従って決定される。１つの実施例では、図７に示されているように、空隙１２０は減少して、可動複合体５０の固定部分７０が下重ねされた基板に接触する場所で徐々に終端する。別の１つの実施例では、図８に示されているように、空隙１２０は減少して、略一定の幅を有し、次いで、上記固定部分７０が、下重ねされた基板に接触する場所で急に終端する。この図の中間部分は、上記固定部分７０の近傍の基板に上重ねされた略カンチレバー形の部分を有する。
【００２３】
可動複合体５０の層は、平面状表面３２に略上重ねに位置する。公知の集積回路製造プロセスが、可動複合体５０を形成する層を構成するのに使用される。最小で、２つの層が、可動複合体５０を形成する。すなわち、可動電極４０のそれぞれの側に配置される、可動電極４０を形成する１つの層と、偏倚層６０を形成する重合体フィルムの１つの層とである。重合体フィルムの層は、好ましくは、静電気力の欠如下で、下重ねされた平面状表面３２に対して所与の位置に可動複合体５０を保持するのに使用される偏倚層６０を形成する。好ましくは、可動複合体５０を形成する複数の層のうちの少なくとも１つの層が、可撓性材料から形成され、例えば、可撓性重合体５０および／または可撓性導電体の使用が可能である。重合フィルムの第１の層が選択的に適用されて、解放層と露出平面状表面３２により形成される領域の少なくとも一部に上重ねすることが可能であり、これにより、下重ねされた基板から可動電極４０を絶縁する。例えば、重合体フィルムの層例えば可動複合体５０の最上層として示されている偏倚層６０を、重合体フィルムの第１の層として使用することが可能である。ポリイミドが偏倚層６０のために優先される一方、解放層製造プロセスに適する多数の他の可撓性重合体を、使用することが可能である。
【００２４】
好ましくは、可撓性導電体材料の層を形成する可動電極４０が、平面状表面３２に上重ねに配置される。可動電極４０は、必要に応じて平面状表面３２上に直接に配置されるか、または、重合体フィルムの選択的（optional）な第１の層を覆って配置されることが可能である。可動電極４０は、好ましくは金を含んで成るが、他の酸耐性で可撓性でもある導電体、例えば導電性重合体フィルムを使用することも可能である。可動電極４０の表面領域および／または構造形態は、必要に応じて変化することが可能であり、これにより、高電圧ＭＥＭＳ装置を作動するのに必要な静電気力を発生させることが可能である。重合体フィルムからなる偏倚層６０の第２の層が選択的に適用されて、可動電極４０の少なくとも一部に上重ねされる。前と同様に、ポリイミドなどの可撓性重合体が、第２の重合体フィルム層のために優先される。可動電極４０を形成するのに金が使用される場合、クロムの薄層が可動電極上に配置され、これにより、金層が、例えば重合体フィルムの１つ以上の層などの隣接する材料により良好に接着することが可能になる。
【００２５】
層の数、層の厚さ、層の配置、および、可動複合体５０内で使用される材料の選択は、必要に応じて可動複合５０を偏倚させるように選択される。特に、遠位部分１００および／または中間部分８０は、偏倚することが可能である。何故ならば、それらは固定部分７０から延びるからである。中間部分８０および遠位部分１００の偏倚位置は、個別にまたは集合的にカストマイズされることが可能であり、これにより、下重ねに位置する平面状表面３２および基板電極２０からの所望の分離を提供することが可能となる。
【００２６】
遠位部分１００および中間部分８０は、下重ねされる平面状表面３２に対して平行を維持するように偏倚させることが可能である。代替的に、遠位部分１００および中間部分８０が偏倚され、これにより、カールして下重ねされた平面状表面３２へ向かって接近するか、または、下重ねされた平面状表面３２から遠ざかることにより、下重ねされた平面状表面３２からの分離を変化させることが可能となる。好ましくは、遠位部分１００および選択的に中間部分８０が偏倚され、これにより、カールして、下重ねされた基板から遠ざかって、その基板からの分離を変化させる。当業者は、１つ以上の重合体フィルムの使用が可能であること、およびフィルムを可動電極４０のいずれかの側または両側に配置することが可能であることを認識する。
【００２７】
可動複合体５０を形成する複数の層のうちの少なくとも１つが、必要に応じて該可動複合体５０を偏倚させるか、または、可動複合体５０がカールするのを強制するのに使用される複合偏倚層として機能することが可能である。好ましくは、解放層が除去された後、中間部分８０および遠位部分１００が偏倚され、これにより、カールして、下重ねされた表面３２から遠ざかる。可動複合体５０を形成する複数の層のそれぞれに異なる熱膨張係数を付与することにより、偏倚を発生させることが可能である。温度が上昇すると仮定すると、可動複合体５０は、カールして、より小さい熱膨張係数を有する層へ向かって接近する、何故ならば複数の層は、相応して異なる速度で膨張するからである。それ自体として、異なる熱膨張係数を有する２つの層を有する可動複合体５０は、温度が上昇すると、カールして、より小さい熱膨張係数を有する層へ向かって接近する。加えて、異なる熱膨張係数を有する２つの重合体フィルム層を可動電極４０と並列で使用することが可能であり、これにより、必要に応じて可動複合体５０を偏倚させることが可能となる。
【００２８】
勿論、可撓性を有する可動複合体５０をカールするのに他の技術を使用することも可能である。例えば、固有応力を発生させるのに異なる被着プロセスステップを使用することが可能である。さらに、可動複合体５０は、該複合体５０内に含まれている複数の層内に機械的固有応力を発生させることにより、カールすることが可能である。加えて、可動複合体５０を丸めるのに順次の温度変化を使用することが可能である。例えば、重合体フィルムを液体として被着し、次いで、上昇された温度でキュア（cure）することによって、重合体フィルムが固体重合体層を形成することが可能である。好ましくは、可動電極４０に比してより大きい熱膨張係数を有する重合体が使用可能である。次いで、重合体層および可動電極４０が冷却され、これにより、熱膨張係数の差に起因した応力が発生される。可動複合体５０は、重合体層が可動電極４０に比してより急速に収縮することからカールする。
【００２９】
さらに、可動複合体５０を形成する複数の層の相対的厚さと、層が配置される順序とを、偏倚を発生させるように選択することが可能である。加えて、偏倚の目的のために異なる厚さを有する２つ以上の重合体フィルムを可動電極４０のいずれかの側に使用することが可能である。例えば、可動電極４０の厚さも、偏倚を付与するように選択することが可能である。それ自体として、中間部分８０および遠位部分１００は、位置的に偏倚され、超小形電子基板１０および基板電極２０に対してカールするのを強制される。１つの実施例では、可動複合体５０の一部分は、静電気力が基板電極２０と複合体５０の可動電極４０との間に発生されない場合、カールして、可動複合体５０の上面により形成される面から出る。さらに、中間部分８０、遠位部分１００、または双方が偏倚されて、例えば、可変または一定の曲率半径などのような、前記部分のスパン幅に沿って任意の選択された曲率半径でカールすることが可能である。
【００３０】
上記ＭＥＭＳ装置は、さらに、耐アーク性である、静電的に作動される高電圧スイッチまたはリレーとして機能することが可能である。第１および第２の接点組がＭＥＭＳ装置内に設けられ、それぞれの接点組は、１つ以上の対のかみ合い（mounting）接点を含んで成り、一方、接点組２６および２７は、別の１つの接点対を含んで成る。それぞれの接点組は、可動複合体５０に取付けられている少なくとも１つの複合体接点すなわち複合体接点２３および２７と、基板に取付けられ、電気回路を閉じるために、対応する複合体接点とかみ合うように配置されている少なくとも１つの基板接点すなわち基板接点２２および２６とを有する。
【００３１】
接点組のうちの１つ、すなわち第１の接点組２２、２３は、図１に示されているように、他方の接点組２６、２７に比して、可動複合体５０の遠位部分１００により近く位置して配置される。１つの好ましい実施例では、第１の接点組２２、２３は、可動複合体５０の遠位部分１００により近く位置し、第２の接点組は、可動複合体５０の固定部分１００により近く位置する。従って、第１の接点組２２、２３は、可動複合体５０が、下重ねされた基板の平面状表面３２に吸引されて、平面状表面３２上に静止すると、時間的に最後に電気的に接続される接点組であり、可動複合体５０が、カールして、平面状表面３２から遠ざかり、図１に示されている偏倚位置を再びとると、時間的に最初に電気的に接続解除される。
【００３２】
１つの実施例では、第２の接点組が、少なくとも２つの接点組の１つの配列を含んで成る。図２および図３に示されているように、複数の接点を、１つの接点組内に設けることが可能である。接点２７、２８および２９は、可動複合体５０が基板表面３２に吸引されて基板表面３２に接触すると、それぞれ接点２６、２４および２５と接続されることが可能である。選択的に、第２の接点組は、少なくとも２つの接点組から成るいくつかの異なる配列を含むことが可能である。加えて、第２の接点組は、可動複合体５０が基板表面３２から離れると、接点組内のすべての接点を略同時に電気的に接続解除するように配置される。図２に示されている配置は、この実施例であり、この場合、複合体接点が短絡棒として働くように２つの基板接点と２つの複合体接点とから成る群が相互接続される。接点から成る複数の群が、直列および並列に組合せられ、これにより、必要に応じて、比較的順次にまたは比較的同時に接点を接続する。勿論、短絡棒として使用される接点は、特定の用途に用いられために、互いに電気的に絶縁されるか、または、互いに電気的に接続されることが可能である。図１の接点対は、隣接する複合体接点が、電気回路のための帰路を提供するために利用できない場合、各複合体接点への配線による相互接続を実現することを要する。
【００３３】
他の代替実施例は、第２の接点組内の接点が、直列、並列、または双方で接続が可能であることを提供する。１つの実施例では、第１の接点組は、１つの単一の接点対を含んで成る。別の１つの好ましい実施例は、図４〜６に示されているように、第２の接点組と並列に電気的に接続されている第１の接点組を提供する。第２の接点組内の複数の接点接続は、より高い電気抵抗を有することもあるが、より低い抵抗を有する第１の接点組と並列に接続されると、並列の第１の接点組と第２の接点組との実効「オン」抵抗は、可動複合体５０が、下重ねされた基板に吸引されて、該基板に接触した時に低められる。さらに、１つの実施例では、第１の接点組および第２の接点組のうちの少なくとも１つが、基板に取付けられている一対の接点を含んで成る。接点組は、さらに、可動複合体５０に取付けられている１つの単一の大型接点の接続または電気的に接続されている複数の接点の接続を含み、このようにして、基板に取付けられている前記一対の接点は、可動複合体接点により電気的に接続されることが可能である。図４〜８に示されている１つの例では、可動複合体５０上に配置されている、図４〜５の１つの単一の接点１２４と、図７〜８の１つの単一の接点１２２が、２つ以上の基板接点を相互接続するための短絡接点棒として用いられることが可能である。例えば、図５のＴ形複合体接点である単一の接点１２４は、基板接点２２および２６を相互接続するか、または、図２に示されている基板接点の１つの配列を相互接続する。
【００３４】
前述のように、第１および第２の接点組を形成する各接点は、可動複合体５０、基板、または双方上に配置されることもある。１つの接点組内において、各基板接点は、好ましくは例えば金などの金属化層から形成される。代替的に、金接点が使用される場合、クロムの薄層が金接点上に配置されことも可能であり、これにより、金層を、隣接する材料により良好に接着することが可能となる。しかし、他の金属または導電性材料を、それらが解放層を除去するのに使用される処理により腐食されないかぎり、使用することが可能である。好ましくは、接点組のうちの少なくとも１つは、基板電極２０およびいかなる他の基板接点からも電気的に絶縁され、このようにして、アーク形成および他の高電圧問題が最小化される。例えば、絶縁層１４が、図１に示されているように、基板接点２２および２６を包囲し絶縁するために設けられる。絶縁層１４が優先されるが、空気または他の絶縁体も使用することが可能である。加えて、基板電極２０は、好ましくは、各基板接点の周りの絶縁間隙の少なくとも一部を包囲し、このようにして、可動複合体５０が基板接点の表面領域全体にわたり静電的に吸引されて、前記表面領域全体にしっかりと接触する。
【００３５】
接点組が、複合体接点を含む場合、好ましくは、各複合体接点は可動電極４０の層内に配置され、かつ可動複合体５０に取付けられている。図１に示されているように、１つ以上の複合体接点が可動複合体５０に形成される。絶縁間隙、例えば４１、４２および４３は、可動複合体５０から複合体接点を電気的に絶縁するのに用いられる。絶縁間隙は、好ましくは、空気により充填されるが、多数の他の適切な絶縁体も使用可能である。さらに、重合体フィルム６０の層が絶縁体として用いられる。同様に、１つの接点組内の複合体接点のうちの少なくとも１つが、基板電極２０から電気的に絶縁される。１つ以上の絶縁体が、相応して、１つまたは複数の複合体接点を電気的に絶縁するために、組合せで使用されることが可能である。例えば、基板絶縁体３０、重合体フィルムからなる偏倚層６０、または双方は、下重ねされた基板電極２０から可動複合体５０または１つ以上の複合体接点を電気的に絶縁するために、必要に応じて、選択的に適用することが可能である。
【００３６】
選択的に、複合体接点は、重合体フィルムからなる偏倚層６０を貫通して延びることが可能である。図１に示されているように、複合体接点２３および２７の少なくとも一部が偏倚層６０を越えて上方へ突出し、これにより、１つ以上の電気的接続を提供する。図５に示されているように、複合体短絡棒としての単一の接点１２４が重合体フィルムからなる偏倚層６０を貫通して突出し、これにより、接点組と接点組との間の電気的接続を提供し、一方、各接点組の構成要素としても機能する。金属線が、相互接続のために配置されることも可能である。
【００３７】
基板接点と複合体接点との相対的な配置は、必要に応じて、異なるスイッチまたはリレー用途のために、変化することがある。図１に示されているように、２つ以上のからみ合い接点組が、可動複合体５０の（固定部分から遠位部分へ）長さに沿って配置されることが可能であり、このようにして、いくつかの接点組は、可動複合体５０が基板に吸引されると、他の接点組より前にからみ合わせられる。例えば、図１において、基板接点２６は、可動複合体５０が、下重ねされた基板に吸引されると、基板接点２２の前に基板接点２６が複合体接点とかみ合う。しかし、２つ以上の接点組が、可動複合体５０の幅に沿って配置されることが可能であり、このようにして、１つの接点組内の２つ以上の接点が、略同時にからみ合わせられる。例えば、図２に示されているように、基板接点２４、２５および２６は、可動複合体５０が基板に吸引されると、基板接点２２より前に、それらの複合体接点と略同時にからみ合う。さらに、図３に示されているように、基板内の複数の接点組は、可動複合体５０が基板に吸引されると、並列および直列の双方でからみ合うように配置されることが可能である。
【００３８】
本発明によるＭＥＭＳ装置のいくつかの実施例は、さらに、電気エネルギー源と、選択的にスイッチング装置とを含んで成る。図４の例を参照されたい。電気エネルギー源は、任意の電圧源、電流源、または蓄電池等の電気的貯蔵装置、荷電コンデンサ、付勢されたインダクタなどであることが可能である。スイッチング装置は、電気的接続を選択的に形成および中断するのに使用される任意の電気的スイッチまたは他の半導体装置であることが可能である。１つの実施例では、電気エネルギー源１３０は、ＭＥＭＳ装置の基板電極、複合体電極、または双方に接続されている。スイッチング装置１３３も、１つの回路内で、電気エネルギー源と接続されている。動作中、静電気力が印加されない場合、図１に示されているように可動複合体５０の遠位部分１００および選択的に中間部分が、偏倚されて、１つの開位置に到達する。基板電極２０および可動電極４０に電荷を印加すると、それらの間に静電気力が発生され、これにより、図４に示されているように、可動電極４０が基板電極２０に吸引される。これは、偏倚された１つまたは複数の部分が、カールを解除して超小形電子基板１０の表面３２に従い、これにより、各接点組内の１つまたは複数の複合体接点と１つまたは複数の基板接点とを相互接続する。図７および８に示されているように、複合体短絡棒としての接点１２２は、重合体フィルム層を貫通して突出することが可能であり、これにより、電気的接続１２３を形成する。
【００３９】
別の１つの実施例では、電気エネルギー源１３５が、１３７として示されている例えばＤ１などの１つ以上の装置と１つの回路内で接続されているＭＥＭＳ装置の基板接点、複合体接点、または双方に接続されることが可能である。それ自体として、電気エネルギー源及び、例えばＤ１などの１つ以上の装置は、１つまたは複数の基板接点および１つまたは複数の複合体接点が静電気力の印加に応答して電気的に接続される場合に選択的に接続することが可能である。好ましくは、電気負荷が基板接点に接続され、かつ複合体接点が電気負荷を相互接続するための短絡棒として使用される。当業者は、電気エネルギー源、スイッチング装置、および電気的装置すなわち電気負荷が、本発明から逸脱することなしに、種々の方法で相互接続し得ることを理解できるであろう。
【００４０】
可動複合体５０の遠位部分１００に対する個所に依存して、固定部分７０により近く位置する接点組が時間的に最初に接続される。図１に示されている位置にあるＭＥＭＳ装置から開始して、可動複合体５０が持上げられ、接点すべてが開かれる。静電気力が基板電極２０と、可動電極４０との間に発生されると、可動複合体５０がカールを解除して、接点２６および２７が接続され、次いで、接点２２および２３が接続される。いったん静電気力が基板極２０と可動電極４０との間に印加されなくなると、可動複合体５０の遠位部分１００および中間部分８０は、偏倚位置を再びとることが可能である。遠位部分１００がカールして遠ざかると、接点２２および２３が最初に離され、次いで接点２６および２７が離される。本発明によるＭＥＭＳ静電式スイッチおよびリレーは、０．１ボルトから４００ボルトへ電圧を切換えることが可能であり、その一方で、３０〜８０ボルトの範囲内の静電圧で動作する。切換えられる電流量と装置の外形(device geometry)とに依存して、他のスイッチング装置および動作電圧も提供することが可能である。
【００４１】
図２〜８は、接点組の抵抗も最小化する一方で、接点の数を増加することによってアーク形成を最小化すべく、並列に複数の接点組を使用することを示す。図２および３において、そして、図６に示されている詳細において、基板接点２４Ａ〜２４Ｂ、２５Ａ〜２５Ｂ、および２６Ａ〜２６Ｂは、直列接続され、かつ可動複合体５０が図示のように偏倚されてその持上げ位置をとる場合、通常は開いている。複合体接点２７、２８および２９は、基板接点を電気的に閉じる短絡接点である。これは、アーク形成を低減させる。何故ならば各アークは、発生するのに約１６ボルトを必要とし、複数の接点接続は、アークを形成するために、比例的により高い電圧を必要とするからである。図２および６により示されるスイッチは、接点から成る６つの組を含んでいるので、アーク形成するために約９６ボルトを必要とする。好ましくは、第２の接点組（すなわち２４〜２６）のすべてが、ほぼ同時に開き、これは、このＭＥＭＳ装置において有望である。望ましくは、図示のように、可動複合体５０が上方へカールする際、可動複合体５０内に形成されているトラフに対して略平行に位置する方向で、可動複合体５０の遠位端に対して平行に接点組を配向する。
【００４２】
接点の数を増加すると、スイッチの直列抵抗が増加する潜在的可能性がある。この問題を最小化しなおかつ耐アーク性を維持するために、接点２２Ａ〜２２Ｂの単一の接点組は、前記複数の接点組に対して電気的に並列にかつ物理的に平行に配置され、これにより、前記単一の接点組２２Ａ〜２２Ｂが、前記複数の接点組２４〜２６の開閉に後続して開閉することを保証する。図２および６に示されているように、前記単一の接点組２２Ａ〜２２Ｂは、可動複合体５０の遠位端により近く位置する。可動複合体５０がその持上げ位置からカールを解除すると、複数の接点組２４，２５，２６が最初に閉じ、次いで直ちに接点組２２が閉じる。これは、図６のパッド３４、３５により示されているように、スイッチ全体の抵抗を低める。シーケンスを逆にすれば、可動複合体５０がカールを始めると、単一の接点組２２が最初に開き、次いで、複数の接点組２４〜２６が開く。これは、アーク形成を最小化する一方で、低い接点抵抗を提供する。図５に示されている絡棒としての単一の接点１２４は、図６に示されている基板接点と同一のシーケンス的態様で使用することが可能である。
【００４３】
ＭＥＭＳ装置を使用するための方法は、基板電極２０と、可動複合体５０の可動電極との間に静電気力を選択的に発生させるステップを含んでいる。加えて、前記方法が、超小形電子基板１０へ向かって可動複合体５０を動かすステップを含んでいる。さらに、前記方法は、第１の接点組および第２の接点組内の接点を電気的に接続するステップを含むことができる。電気的に接続するステップの後、前記方法は、静電気力を中断するステップと、基板から可動複合体５０を分離するステップと、第１の接点組および第２の接点組内の接点を順次に接続解除するステップとを含んで成る。
【００４４】
静電気力を選択的に発生させるステップは、基板電極２０と、可動複合体５０の可動電極４０との間に電位を印加することを含むことができる。可動複合体５０を動かすステップは、可動複合体５０のカールを解除して、可動複合体５０が、超小形電子基板１０に対して略平行に位置するようにすることを含んでよい。選択的に、電気的に接続するステップは、可動複合体５０上の接点を、基板上の接点と電気的に接続することを含むことができる。可動複合体５０を基板から分離するステップは、枢転およびカールによる変位により可動複合体５０を動かして、この可動複合体５０が基板から遠ざかるようにすることを含むことができる。
【００４５】
可動複合体５０が、下に位置する基板に取付けられている固定部分７０と、基板電極２０に対して可動の遠位部分１００とを有する場合、本方法は、第１の接点組および第２の接点組が接続解除される際、複数のステップを提供する。可動複合体５０を基板から分離するステップは、可動複合体５０を動かして基板から遠ざけることを含むこともあり、この場合、遠位部分１００が基板から分離し、次いで、可動複合体５０の残りの部分が基板から分離する。順次に接続解除するこのステップは、第１の組の接点を電気的に接続解除し、次いで、第２の接点組の接点を電気的に接続解除することを含むことが可能である。選択的に、順次に接続解除するステップは、第１の接点組および第２の接点組の接点を略同時に接続解除することを含むことも可能であり、この場合、第２の接点組は、複数の接点接続を含む。しかし、第１の接点組および第２の接点組を順次に接続解除するステップは、第１の接点組内の単一の接点組を接続解除することを含むことができる。さらに、順次に接続解除するステップは、第１の接点組内の接点を接続解除し、次いで、第２の接点組内のすべての接点を略同時に接続解除することを含むことが可能である。代替的に、可動複合体５０を基板から分離するステップは、この可動複合体５０をカールして基板から遠ざけることを含むことが可能である。この場合、カールするステップは、さらに、第１の接点組の接点を順次に接続解除し、次いで、第２の接点組の接点を接続解除することを含む。
【００４６】
本発明の多数の変更および他の実施例が、前述の説明および関連図面に示されている教示を受益する、本発明に関連する当業者には明らかになる。従って、本発明は、開示された特定の実施例に制限されず、変更および他の実施例は、添付の請求の範囲内に含まれるものとする。特定的な用語が本明細書において採用されたが、前記用語は、一般的かつ説明的な意味にのみ使用され、いかなる面でも本発明の範囲を制限する目的のために使用されていない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図２の１−１切断線に沿って切断して示す本発明の１つの実施例の横断面図である。
【図２】  本発明による１つの実施例の斜視図である。
【図３】  本発明による１つの実施例の上面図である。
【図４】  図５の４−４切断線に沿って切断して示す本発明による１つの代替実施例の横断面図である。
【図５】  本発明による１つの代替実施例の上面図である。
【図６】  図２に示されている基板接点の上面図である。
【図７】  本発明の１つの代替実施例の横断面図である。
【図８】  本発明の１つの代替実施例の横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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