(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロデバイスであって、
第１高さレベルに配置されるとともに、バイメタル効果型アクチュエータによってトリガーされる変形可能部材（１１）によって支持された、導体（１３）と；第２高さレベルに配置された導体（４，５）と；を具備し、
前記トリガーによって、前記第１高さレベルの前記導体（１３）と前記第２高さレベルの前記導体（４，５）との間の距離が変更されるようになっており、
この場合において、
前記バイメタル効果型アクチュエータが、前記変形可能部材（１１）に対して局所位置において当接する電気抵抗（１４，１５）からなり、
前記電気抵抗（１４，１５）は、これら電気抵抗（１４，１５）に制御電流が流されたときには、この制御電流の流通によって生成される熱の効果に基づくバイメタル効果によって膨張することができ、これにより、前記変形可能部材（１１）をトリガーすることができるようになっており、
前記制御電流が解除されたときに前記変形可能部材（１１）をスイッチング後の状態に保持するための静電保持手段が設けられていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロデバイスにおいて、
前記変形可能部材が、部材（１１）または膜であることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロデバイスにおいて、
前記静電保持手段が、互いに対向配置された少なくとも１対の電極（１６，１７；１８，１９）を備え、
対をなす電極の一方が、前記変形可能部材（１１）と一体化されており、
対をなす電極の他方が、前記変形可能部材（１１）がトリガーされたときに対向電極間の距離が最小となるようにして配置されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロデバイスにおいて、
前記静電保持手段が、少なくとも１対の対向電極を備え、
対をなす電極の一方が、前記変形可能部材（１１）と一体化されており、
対をなす電極の他方が、前記変形可能部材（１１）がトリガーされたときに互いに接触はするものの電気絶縁体を介することによって短絡はしないようにして配置されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロデバイスにおいて、
前記電気抵抗が、波形形状で成膜された少なくとも１つの層（２５）を有していることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロデバイスにおいて、
前記電気抵抗（１４，１５）が、アルミニウム、マンガン、鉛、金、白金、ニッケル、および、インコネル６００からなるグループの中から選択された材料から形成されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロデバイスにおいて、
マイクロテクノロジーにおける手法を使用して製造されており、
前記変形可能部材（１１）は、基板（１）上に成膜された層（１０）から形成されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロデバイスにおいて、
前記第２高さレベルに配置された前記導体は、第１ラインのコンタクト（４）と、第２ラインのコンタクト（５）と、を備え、
前記変形可能部材のトリガーによって、前記第１高さレベルの前記導体（１３）と前記第２高さレベルの前記導体との間の距離が、ゼロにまで縮められ、これにより、前記第１高さレベルの前記導体が、前記コンタクト（４）と前記コンタクト（５）との間の電気的接続を形成するものとされ、
よって、前記マイクロデバイスがマイクロスイッチとして機能することを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項９】
請求項８記載のマイクロデバイスにおいて、
前記変形可能部材によって支持された前記導体が、導電性ブロック（１３）によって構成されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロデバイスにおいて、
前記第１高さレベル上の前記導体と前記第２高さレベル上の前記導体とが、それぞれ、コンデンサの第１電極および第２電極を形成し、
このコンデンサが、前記変形可能部材のスイッチング前においては第１電気容量値を有し、前記変形可能部材のスイッチング後においては第２電気容量値を有していることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項１１】
請求項１０記載のマイクロデバイスにおいて、
絶縁層が、前記コンデンサの前記第１電極および前記第２電極を隔離していることを特徴とするマイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱アクチュエータの影響を受けて変形する部材を備えたマイクロデバイスに関するものである。このマイクロデバイスは、ラジオ波周波数信号のスイッチングに特に好適なマイクロスイッチを形成することができる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
マイクロスイッチは、最近のエレクトロニクスデバイスにおいて次第に使用されるようになってきたマイクロデバイスである。マイクロスイッチの主要な特徴の１つは、次第に小型化されているその小さなサイズである。これは、特に、携帯電話に好適である。この種の装置に対してのマイクロスイッチの構成は、マイクロスイッチを駆動するための、基板上で利用可能な電力という深刻な問題に直面する。現在のマイクロスイッチは、低電圧（例えば３Ｖ）でもって制御できるものでなければならず、また、非常に短時間で制御できるものでなければならない。
【０００３】
M.A.GRETILLAT 氏他による Transducers '99, June 7-10, 1999, Sendai,Japan における“Micromechanical relay with electrostatic actuation andmetallic contacts” と題する文献は、約２０Ｖという制御電圧を必要として静電的に制御されるマイクロスイッチを開示している。
【０００４】
Zhihong LI氏他による J. Micromech. Microeng. 10 (2000), pages 329-333 における“Bulk micromachined relay with lateral contact” と題する文献は、広い対向面積を使用した静電制御型リレーを開示している。これは、気圧の減少を引き起こす。このシステムは、減衰していき、スイッチング時間が長くなってしまう。さらに、活性ラインのコンタクトの技術的製造が、非常に困難であって、使用している多数の電極が、活性ラインによって搬送されるラジオ波周波数信号の制御を妨害してしまう傾向がある。
【０００５】
仏国特許出願公開明細書第２ ７７２ ５１２号には、基板上に構成されるとともに、バイメタル効果を有した熱アクチュエータによって第１動作状態と第２動作状態との間のトリガーを得るために使用される、マイクロスイッチまたはマイクロバルブの製造に特に使用可能なマイクロシステムが開示されている。熱アクチュエータは、基板の両端に対して取り付けられた変形可能部材を備えている。これにより、対向基板の表面に対しての拘束を必要とすることなく、自然的な撓みをもたらすことができる。この自然的な撓みは、第１動作状態を決定する。第２動作状態は、熱アクチュエータによって引き起こされる。この場合、熱アクチュエータは、温度変化の影響を受けて、変形可能部材の変形を引き起こす。これにより、撓みを減少させ、圧縮応力を与え、自然的な撓みとは反対向きのバックリング効果によってトリガーを引き起こす。このデバイスは、制御のために比較的大きな熱交換を必要とする。制御用電気抵抗が加熱されたときには、変形可能部材が、（放射および伝導によって）生成される熱の大部分を消費する。このエネルギー損失を、バイメタル部材の制御のために印加すべきエネルギーの計算に際して、考慮しておかなければならない。さらに、構造のトリガー時間は、熱伝導のために必要な時間の結果として、また、環境に対しての放射損失を加熱時に補償しなければならないことの結果として、比較的長いものとなってしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記欠点を克服するために、マイクロデバイスであって、第１高さレベルに配置されるとともに、バイメタル効果型アクチュエータによってトリガーされる変形可能部材によって支持された、導体と；第２高さレベルに配置された導体と；を具備し、トリガーによって、第１高さレベルの導体と第２高さレベルの導体との間のギャップが変更されるようになっており、この場合において、バイメタル効果型アクチュエータが、変形可能部材に対して局所位置において当接する電気抵抗からなり、電気抵抗は、これら電気抵抗に制御電流が流されたときには、この制御電流の流通によって生成される熱の効果によって十分に膨張することができ、これにより、バイメタル効果によって、電気抵抗内に生成された熱が変形可能部材の中を伝搬し終わるよりも前に、変形可能部材をトリガーすることができるようになっていることを特徴とするマイクロデバイスが提供される。
【０００７】
変形可能部材は、好ましくは、部材または膜とされる。
【０００８】
制御電流が解除されたときに変形可能部材をスイッチング後の状態に保持するための静電保持手段を設けることができる。この静電保持手段は、互いに対向配置された少なくとも１対の電極を備えることができ、対をなす電極の一方は、変形可能部材と一体化されており、対をなす電極の他方は、変形可能部材がトリガーされたときに対向電極間のギャップが最小となるようにして配置される。
【０００９】
変形例においては、静電保持手段は、少なくとも１対の対向電極を備え、対をなす電極の一方が、変形可能部材と一体化されており、対をなす電極の他方が、変形可能部材がトリガーされたときに互いに接触はするものの電気絶縁体を介することによって短絡はしないようにして配置される。
【００１０】
電気抵抗は、波形の形態で成膜された少なくとも１つの層を有することができる。これにより、熱アクチュエータの効率が改良される。
【００１１】
電気抵抗は、好ましくは、アルミニウム、マンガン、鉛、金、白金、ニッケル、および、インコネル６００（登録商標）からなるグループの中から選択された材料から形成される。
【００１２】
マイクロデバイスがマイクロテクノロジーにおける手法を使用してマイクロ成膜体として製造される場合には、変形可能部材は、基板上に成膜された層に基づいて形成することができる。
【００１３】
第１実施形態においては、第２高さレベル上に配置された導体は、第１ラインのコンタクトと、第２ラインのコンタクトと、を備え、変形可能部材のトリガーによって、第１高さレベルの導体と第２高さレベルの導体との間の距離が、ゼロにまで縮められ、これにより、第１高さレベルの導体が、コンタクトとコンタクトとの間の電気的接続を形成するものとされ、よって、マイクロデバイスがマイクロスイッチとして機能する。変形可能部材によって支持された導体は、理想的には、導電性ブロックによって構成される。
【００１４】
第２実施形態においては、第１高さレベル上の導体と第２高さレベル上の導体とが、それぞれ、コンデンサの第１電極および第２電極を形成し、このコンデンサが、変形可能部材のスイッチング前においては第１電気容量値を有し、変形可能部材のスイッチング後においては第２電気容量値を有している。
【００１５】
変形例においては、大きな誘電定数を有した絶縁層が、コンデンサの第１電極および第２電極を隔離する。この絶縁層は、厚さが例えば０．１ｍよりも小さいものとされるものであって、２つの電極のうちの一方の電極上にまたは双方の電極上に配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照しつつ、本発明を限定するものではない例示としての以下の説明を読むことにより、本発明がより明瞭に理解され、他の特徴点や利点も明瞭となるであろう。
【００１７】
図１（斜視図）および図２，３（断面図）は、本発明によるマイクロスイッチを示している。
【００１８】
このマイクロスイッチは、例えばシリコンやシリカやガラスや石英といったようなものから形成された基板（１）上に、製造されている。基板（１）は、コンタクト（４）によって終端する第１ライン（２）と、コンタクト（５）によって終端する第２ライン（３）と、を支持している。両コンタクト（４，５）は、小さな間隔を介して単に離間されている。
【００１９】
基板（１）は、電気絶縁材料から形成され単一の符号（１０）によって示された１つまたは複数の層を支持している。この層（１０）から、部材（１１）の形態とされた変形可能部材（例えば窒化シリコンや酸化シリコンから形成されている）が形成されている。部材（１１）は、層（１０）のうちの、基板（１）およびコンタクト（４，５）が露出されているキャビティ（１２）内において変形することができる。部材（１１）は、キャビティ（１２）側において、部材（１１）がキャビティ（１２）内において撓まされたときにコンタクト（４，５）間を電気的に接続し得る導電性ブロック（１３）を備えている。このマイクロスイッチは、上述した仏国特許出願公開明細書第２ ７７２ ５１２号に開示されたプロセスによって得ることができる。
【００２０】
部材（１１）（場合によっては、膜）は、互いに異なる熱膨張係数を有した複数の層を積層することによって、形成することができる。
【００２１】
部材（１１）は、この部材（１１）の両端部に配置された２つの電気抵抗（１４，１５）を支持している。これら電気抵抗は、例えばアルミニウムやマンガンや鉛や金や白金やニッケルやインコネル６００（登録商標）といったような導電材料から成膜することができる。これら電気抵抗は、図示しない接続ラインを介して、電流源に対して接続されている。
【００２２】
図２は、互いに対向した状態で対をなして設けられ、静電的に保持された電極を示している。つまり、第１対をなす電極（１６，１７）と、第２対をなす電極（１８，１９）と、を示している。電極（１６，１８）は、部材（１１）によって支持されている。これら電極（１６，１８）は、また、部材（１１）内に含まれている。電極（１７，１９）は、基板（１）上において、キャビティ（１２）の底部に配置されている。図示しない接続ラインを介することにより、これら４つの電極を適切な電圧源に接続することができる。
【００２３】
図２および図３は、休止状態におけるすなわち熱アクチュエータが駆動されていない状態における、マイクロスイッチを示している。この状態では、導電性ブロック（１３）は、コンタクト（４，５）間の電気的接続を形成していない。
【００２４】
電気抵抗（１４，１５）に電流を流すことによって熱アクチュエータが駆動されたときには、生成された熱が、バイメタル効果によって、部材（１１）をキャビティ（１２）の底面側に向けて撓ませる。これにより、導電性ブロック（１３）が、コンタクト（４，５）上に当接することとなり、ライン（２，３）間の電気的接続を形成する。この様子は、図４に示されている。
【００２５】
その場合に互いに最小間隔とされる、あるいは、その場合に互いに接触するものの薄い絶縁層によって短絡することは防止されている、第１対をなす電極（１６，１７）と第２対をなす電極（１８，１９）とは、電気抵抗（１４，１５）を流れる電流が停止されたときには、適切な電圧が印加されることによって、撓んだ部材（１１）を静電的に保持する。静電的保持電圧は、熱アクチュエータが部材（１１）を撓ませた後に、電極（１６，１７，１８，１９）に対して印加することができる。静電的保持電圧は、撓みを加速させ得るよう、部材（１１）が撓む前に印加することもできる。
【００２６】
マイクロスイッチを開放するためには、単に、静電保持電圧を解除するだけで良い。それにより、部材（１１）は、休止位置に復帰する。この復帰は、電気抵抗によって加熱された部材が冷却されるまで待っている時間と比較すれば、かなり短時間で起こる。
【００２７】
部材の撓みをできる限り迅速に発生させるために、また、できる限り迅速に部材を休止状態に復帰させるために、熱アクチュエータは、準断熱的な特性を有していなければならない。この目的のため、部材（１１）および電気抵抗に関するバイメタル効果は、部材（１１）の一部に印加されるだけである。部材（１１）をトリガーするには、これで十分である。
【００２８】
電気抵抗（１４，１５）の温度上昇に要する時間は、ラジオ波周波数信号のスイッチングという応用に対しては、十分に短いものでなければならない。一般的には、１０秒よりも短いものでなければならない。よって、電気抵抗は、非常に迅速に加熱される材質から形成されなければならない。よって、ヤング率と熱膨張係数とが考慮されなければならない。同時に、形状特性が決定されなければならない。
【００２９】
実用的には、材質は、適切であるように選択される。印加された温度による部材の撓み形状が試験される。この形状は、実質的に正弦波形状を有している。スイッチの場合には接触が可能とされる温度（あるいは、可変コンデンサの場合には必要な容量が得られる温度）が決定される。この後に、正弦波の２つの撓み点が決定される。電気抵抗にとっての特に有利な長さは、部材の支持点と撓み点との間の距離に基づいて決定される。
【００３０】
部材（１１）の機械的性質は、部材（１１）の最も適切な厚さと部材（１１）の最も好ましい形状とを決定するために研究される。その後、トリガー温度が決定される。
【００３１】
撓み制御は、電気抵抗の隣接部材や周囲環境を加熱することなく電気抵抗だけを加熱することによって行う。非撓み位置への復帰に際しては、電気抵抗は、原理的に、静電保持が解除される前に、周囲温度へと復帰していなければならない。
【００３２】
図５は、熱アクチュエータの実施形態を示している。図５は、部材（１１）の一端部の拡大図である。熱アクチュエータを駆動するための電流が電気抵抗（１５）を通って流れたときには、それによる熱が、電気抵抗を膨張させ、これにより、部材（１１）を撓ませることができる。
【００３３】
図６は、本発明において使用可能な電気抵抗（２５）を斜め上方から見た図である。図６は、電気抵抗（２５）が、波形形状であることを示している（図示においてはＵ字形状）。この形状は、熱アクチュエータの効率を改良するという利点を有している。
【００３４】
本発明によるマイクロスイッチは、３Ｖという利用可能な電圧で動作する。この電圧値を最適に使用するために、２つの電気抵抗が、互いに直列接続されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるマイクロスイッチを示す斜視図である。
【図２】  図１において斜視図によって示すマイクロスイッチの長さ方向断面図である。
【図３】  図１において斜視図によって示すマイクロスイッチの横方向断面図である。
【図４】  図２に対応した図であるものの、この場合には、熱アクチュエータが駆動されている。
【図５】  図１〜図４に示すマイクロスイッチを拡大して示す図であって、熱アクチュエータの実施形態が図示されている。
【図６】  本発明によるマイクロスイッチにおいて使用可能な好ましい電気抵抗を斜め上方から示す図である。
【符号の説明】
１  基板
２  第１ライン
３  第２ライン
４  コンタクト（導体）
５  コンタクト（導体）
１０  層
１１  部材（変形可能部材）
１３  導電性ブロック（導体）
１４  電気抵抗（熱アクチュエータ、バイメタル効果型アクチュエータ）
１５  電気抵抗（熱アクチュエータ、バイメタル効果型アクチュエータ）
１６  電極（静電保持手段）
１７  電極（静電保持手段）
１８  電極（静電保持手段）
１９  電極（静電保持手段）
２５  電気抵抗
【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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