專利名稱：靜電微觸點(diǎn)通斷器及其制造方法、使用該通斷器的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過靜電引力使觸點(diǎn)之間接觸或分離從而對電路進(jìn)行通斷的靜電微觸點(diǎn)通斷器及其制造方法，以及使用靜電微觸點(diǎn)通斷器的裝置。本發(fā)明特別涉及靜電微觸點(diǎn)通斷器中的致動器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
參照圖40～圖45說明作為靜電微觸點(diǎn)通斷器的一種的靜電微繼電器的現(xiàn)有例。圖40表示現(xiàn)有的靜電微繼電器的概要。靜電微繼電器100構(gòu)成為具有基座101、以及致動器111，其一部分被固定在基座101的上面，而另一部分與基座101分開。另外，圖中對相同的部件標(biāo)以相同的標(biāo)號。
在基座101的上面設(shè)有固定電極102和兩個信號線103、104。兩個信號線103、104在同一直線上稍微分開而配置，信號線103、104的相對部分分別為固定觸點(diǎn)103a、104a。
致動器111構(gòu)成為具有支撐部112、梁部113、可動電極114、以及可動觸點(diǎn)部115。支撐部112豎立地設(shè)置在基座101的上面，支撐梁部113、可動電極114、以及可動觸點(diǎn)部115。梁部113從支撐部112向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部118彈性地支撐可動電極114，并且彈性地支撐可動觸點(diǎn)部115。在梁部113的末端設(shè)置可動觸點(diǎn)部115，在梁部113的兩側(cè)經(jīng)由連接部118、118設(shè)有可動電極114、114。另外，連接部118的厚度和梁部113以及可動電極114的厚度相同。
可動電極114、114被設(shè)在與基座101的固定電極102相對的位置上。另外，為了防止固定電極102和可動電極114的短路而在固定電極102上形成有絕緣膜105?？蓜佑|點(diǎn)部115設(shè)置在與從固定觸點(diǎn)103a到固定觸點(diǎn)104a為止的區(qū)域相對的位置上，在可動觸點(diǎn)部115的下面設(shè)有可動觸點(diǎn)116。可動觸點(diǎn)116與各固定觸點(diǎn)103a、104a相對，通過兩個固定觸點(diǎn)103a、104a閉合，將信號線103、104互相電連接。
圖41(a)、(b)表示在固定電極102和可動電極114之間沒有施加電壓的狀態(tài)。在該情況下，如圖所示，可動觸點(diǎn)116和固定觸點(diǎn)103a、104a分開，信號線103、104互相電分離。
圖42(a)、(b)表示在固定電極102和可動電極114之間施加了電壓的狀態(tài)。在該情況下，如圖所示，由于施加上述電壓而產(chǎn)生的靜電引力，可動電極114向固定電極102側(cè)驅(qū)動。由此，可動觸點(diǎn)116和固定觸點(diǎn)103a、104a接觸，將信號線103、104互相電連接。此時，需要通過上述靜電引力對可動觸點(diǎn)部115提供使可動觸點(diǎn)116和固定觸點(diǎn)103a、104a之間的接觸電阻穩(wěn)定的接觸力。
接著，如果解除固定電極102和可動電極104之間的電壓，則靜電引力消失，致動器111通過梁部113以及可動電極114的復(fù)原力而返回圖41(a)、(b)所示的原始的位置。此時，需要對可動觸點(diǎn)部115提供比可動觸點(diǎn)116和固定觸點(diǎn)103a、104a之間的附著力更大的復(fù)原力。另外，以下將作用于可動觸點(diǎn)部115的復(fù)原力稱為‘回復(fù)力’。該回復(fù)力由梁部113的彈性常數(shù)、連接部118的彈性常數(shù)、可動觸點(diǎn)115以及固定觸點(diǎn)103a、104a的觸點(diǎn)間距離確定。
接著，參照圖43以及圖44說明通過施加電壓而產(chǎn)生的可動電極的動作。圖43表示圖40所示的現(xiàn)有的靜電微繼電器100的要部。此外，圖44(a)～(d)是沿圖43所示的R-R線、即從可動電極114到可動觸點(diǎn)部115剖開的圖，表示可動電極114通過靜電引力移動的情況。
現(xiàn)有的可動電極114的動作如下所述。即，在無電壓施加時，可動電極114為圖44(a)所示的配置。然后，當(dāng)施加電壓時，首先如同圖44(b)所示，可動電極114的外側(cè)因靜電引力而向固定電極102側(cè)撓曲。電極間的靜電引力Fele由下式表示。
Fele＝(C×Vs2)/(2×d)…(11)這里，C是電容，Vs是施加電壓，d是電極間的距離。
由于可動電極114撓曲，可動電極114以及固定電極102之間的距離減小，根據(jù)上述式(11)，靜電引力增大。由此，如同圖44(c)所示，可動電極114以及可動觸點(diǎn)部115向基座101側(cè)移動。
通過可動電極114向基座101側(cè)移動，可動電極114和固定電極102之間的距離進(jìn)一步減小，根據(jù)上述式(11)，靜電引力進(jìn)一步增大。由此，如該圖44(d)所示，可動電極114以及可動觸點(diǎn)部115進(jìn)一步向基座101側(cè)移動，從而可動觸點(diǎn)116與固定觸點(diǎn)103a接觸。
接著，參照圖45說明通過電壓的施加產(chǎn)生的致動器111的位移量。圖45表示對現(xiàn)有的致動器111施加了電壓的情況下的位移量的仿真結(jié)果。在圖示中，用等高線連接位移量相等的點(diǎn)，并用點(diǎn)的密度表示由可動電極114的輪廓和等高線包圍的區(qū)域中的位移量的概要。即，沒有點(diǎn)的區(qū)域表示位移量大致為零的狀態(tài)，點(diǎn)的密度最高的區(qū)域表示可動電極114與固定電極102接合的狀態(tài)。
參照圖45，可以理解，現(xiàn)有的可動電極114的位移量少，大部分沒有與固定電極102接合。
日本特開平11-111146號公報(1999年4月23日公開)[專利文獻(xiàn)2]日本特開平11-134998號公報(1999年5月21日公開)如上所述，為了使靜電微繼電器100正常地工作，需要足夠的接觸力和回復(fù)力。為了增大接觸力，只要增大通過在固定電極102和可動電極114之間施加電壓而發(fā)生的靜電引力即可。靜電引力的增大考慮下述的三種方法。即，(方法a)關(guān)于梁部113以及可動電極114，在不改變平面視圖中的形狀的情況下減小厚度來減小彈性常數(shù)，從而盡可能地減小電壓施加時的固定電極102和可動電極114之間的距離。
(方法b)加大所施加的電壓。
(方法c)擴(kuò)大固定電極102以及可動電極114的尺寸。
但是，通過方法a來減小彈性常數(shù)時，回復(fù)力也減小，因此存在即使在停止了電壓施加之后，可動觸點(diǎn)116和固定觸點(diǎn)103a、104a仍維持接合的弊端。此外，在方法b以及方法c的情況下，與低電壓化和小型化的技術(shù)進(jìn)步的潮流相悖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供可以維持回復(fù)力，并實現(xiàn)接觸力的提高、施加電壓的降低、和/或電極尺寸的減小的靜電微觸點(diǎn)通斷器等。
本發(fā)明的靜電微觸點(diǎn)通斷器通過在設(shè)置于基座上的固定電極和致動器的可動電極之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動所述可動電極，使設(shè)置于所述致動器上的可動觸點(diǎn)與設(shè)置于所述基座上的固定觸點(diǎn)接觸或分離，從而對電路進(jìn)行通斷，其特征在于，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，該梁部從所述支撐部側(cè)開始以所述可動電極和所述可動觸點(diǎn)的順序進(jìn)行彈性支撐，在連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部上，從所述支撐部側(cè)開始形成有狹縫，以解決上述課題。
如果采用上述結(jié)構(gòu)，由于在連接部上形成有狹縫，因此連接部中的實際的連接部分、即實際連接梁部和可動電極的部分的長度變得比以往短。由此，由梁部支撐的連接部的彈性常數(shù)減小，所以靜電引力所導(dǎo)致的可動電極的位移量增大，可動電極和固定電極之間的距離縮短，靜電引力進(jìn)一步增大。此外，由于靜電引力增大，可動電極經(jīng)由連接部對梁部施加的力增大，由梁部支撐的可動觸點(diǎn)對固定觸點(diǎn)施加的接觸力增大。
從而，可以在維持回復(fù)力的同時減小連接部的彈性常數(shù)，從而增大靜電引力。由此，可以確保與以往同等的回復(fù)力并提高接觸力。另外，由于在接觸力與以往同等的情況下，可以降低靜電引力，所以可以降低施加電壓，且/或可以縮小電極的尺寸。
另外，在所述狹縫的長度至少為所述連接部的長度的37％的情況下，接觸力顯著增大，所以較為理想。此外，在所述狹縫的長度至少為所述連接部的長度的60％的情況下，由于接觸力在最大附近，所以特別理想。而且，在所述狹縫的長度為所述連接部的長度的70％至90％的情況下，從確保制造時的偏差或連接部的實際連接部分處的強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，最為理想。
本發(fā)明的靜電微觸點(diǎn)通斷器的特征在于，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，該梁部從所述支撐部側(cè)開始以所述可動電極和所述可動觸點(diǎn)的順序進(jìn)行彈性支撐，連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部的彈性常數(shù)小于將所述梁部或所述可動電極延伸而形成的所述連接部，以解決上述課題。
如果采用上述結(jié)構(gòu)，由于連接部與將梁部或可動電極延伸而形成的現(xiàn)有的連接部相比，其彈性常數(shù)小，所以容易撓曲。由此，靜電引力所產(chǎn)生的可動電極的位移量增大，可動電極和固定電極之間的距離縮短，靜電引力進(jìn)一步增大。此外，由于靜電引力增大，可動電極經(jīng)由連接部對梁部施加的力增大，由梁部支撐的可動觸點(diǎn)對固定觸點(diǎn)施加的接觸力增大。
從而，通過在維持回復(fù)力的同時減小連接部的彈性常數(shù)，可以增大靜電引力。由此，可以確保與以往同等的回復(fù)力并提高接觸力。另外，由于在接觸力與以往同等的情況下可以降低靜電引力，所以可以降低施加電壓，且/或可以縮小電極的尺寸。
另外，為了使連接部的彈性常數(shù)比上述現(xiàn)有的連接部的彈性常數(shù)小，而考慮了使連接部比梁部和可動電極薄。
此外，也可以是，所述連接部與所述梁部和所述可動電極相比，材質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)不同。在該情況下，由于可以容易地變更連接部的寬度或厚度，所以提高了連接部的設(shè)計自由度。
另外，為了制造具有上述結(jié)構(gòu)的連接部的靜電微觸點(diǎn)通斷器，將作為所述致動器的SOI(Silicon On Insulator，硅絕緣體)晶片接合在作為所述基座的玻璃基板上，對所述SOI晶片進(jìn)行蝕刻而露出氧化硅膜，對與所述連接部對應(yīng)的區(qū)域以外的區(qū)域進(jìn)行蝕刻，從而除去氧化硅膜即可?；蛘?，對所述SOI晶片進(jìn)行蝕刻而形成所述支撐部，在與所述連接部對應(yīng)的區(qū)域上形成金屬膜即可?；蛘邔λ鯯OI晶片進(jìn)行蝕刻而形成所述支撐部，對于所述SOI晶片，在與所述連接部對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行蝕刻而露出氧化硅膜，在與所述連接部對應(yīng)的區(qū)域上形成金屬膜即可。
此外，為了進(jìn)行電路的通斷，也可以通過具有上述結(jié)構(gòu)的靜電微觸點(diǎn)通斷器的裝置，來起到上述的作用效果。另外，作為上述裝置的例子，可以舉出無線通信機(jī)，其將上述結(jié)構(gòu)的靜電微觸點(diǎn)通斷器設(shè)置為對天線和內(nèi)部電路之間的信號線進(jìn)行通斷；計測器，其將上述結(jié)構(gòu)的靜電微觸點(diǎn)通斷器設(shè)置為對測量對象體和內(nèi)部電路之間的信號線進(jìn)行通斷；溫度管理裝置，其將上述結(jié)構(gòu)的靜電微觸點(diǎn)通斷器設(shè)置為基于對象裝置的溫度來對至該裝置的內(nèi)部電路的供電線進(jìn)行通斷；以及便攜信息終端，其將上述結(jié)構(gòu)的靜電微觸點(diǎn)通斷器設(shè)置為對內(nèi)部的電信號進(jìn)行通斷。
如上所述，本發(fā)明的靜電微觸點(diǎn)通斷器通過在連接部上形成狹縫，或使連接部的彈性常數(shù)比以往的連接部小，可以增大由靜電引力引起的可動電極的位移量，所以起到可以確保與以往同等的回復(fù)力，并實現(xiàn)接觸力的提高、施加電壓的降低、和/或電極尺寸的減小的效果。


圖1是表示作為本發(fā)明的一種實施方式的靜電微繼電器的概要的平面圖。
圖2表示在上述靜電微繼電器中，在固定電極和可動電極之間未施加電壓的狀態(tài)，該圖(a)是沿圖1的A-A線剖開、向箭頭方向觀察的圖，該圖(b)是沿圖1的B-B線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖3表示在上述靜電微繼電器中，在固定電極和可動電極之間施加了電壓的狀態(tài)，該圖(a)是沿圖1的A-A線剖開、向箭頭方向觀察的圖，該圖(b)是沿圖1的B-B線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖4是表示上述靜電微繼電器的要部的平面圖。
圖5(a)～(d)是沿圖4的C-C線剖開、向箭頭方向觀察的圖，是表示可動電極由于靜電引力而移動的情況的圖。
圖6是表示上述靜電微繼電器的致動器中的位移量的仿真結(jié)果的圖。
圖7是表示上述靜電微繼電器的實施例和比較例中的施加電壓和接觸力之間的關(guān)系的曲線圖。
圖8是以表格表示在上述靜電微繼電器的實施例中，狹縫的長度和接觸力之間的關(guān)系的圖。
圖9是表示在上述靜電微繼電器的實施例中，狹縫的長度和接觸力之間的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示作為本發(fā)明的另一種實施方式的靜電微繼電器的概要的平面圖。
圖11是表示上述靜電微繼電器中的致動器的位移量的仿真結(jié)果的圖。
圖12是表示本發(fā)明的又一種實施方式的靜電微繼電器的概要的平面圖。
圖13(a)、(b)是表示上述靜電微繼電器中的基座的制造步驟的一例的剖面圖。
圖14(a)、(b)是表示上述靜電微繼電器中的致動器的制造步驟的一例的剖面圖。
圖15(a)～(c)是表示上述基座以及上述致動器的連接步驟的一例的剖面圖。
圖16(a)～(c)是表示上述致動器的制造步驟的另一個例子的剖面圖。
圖17(a)、(b)是表示上述基座以及上述致動器的連接步驟的另一個例子的剖面圖。
圖18(a)～(c)是表示上述致動器的制造步驟的又一個例子的剖面圖。
圖19(a)、(b)是表示上述基座以及上述致動器的連接步驟的另一個例子的剖面圖。
圖20表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的靜電微繼電器的結(jié)構(gòu)，該圖(a)是平面圖，該圖(b)是沿該圖(a)的D-D線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖21是表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的靜電微繼電器的概要的平面圖。
圖22是表示在上述靜電微繼電器中，在固定電極和可動電極之間未施加電壓的狀態(tài)，該圖(a)是沿圖21的E-E線剖開、向箭頭方向觀察的圖，該圖(b)是沿圖21的F-F線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖23是表示在上述靜電微繼電器中，在固定電極和可動電極之間施加了電壓的狀態(tài)，該圖(a)是沿圖21的E-E線剖開、向箭頭方向觀察的圖，該圖(b)是沿圖21的F-F線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖24是表示上述靜電微繼電器的要部的平面圖。
圖25(a)至(d)是沿圖24的G-G線剖開、向箭頭方向觀察的圖，是表示可動電極由于靜電引力而移動的情況的圖。
圖26是表示作為本發(fā)明的另一種實施方式的靜電微繼電器的概要的平面圖。
圖27是表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的靜電微繼電器的結(jié)構(gòu)的剖面圖，該圖(a)表示在固定電極和可動電極之間未施加電壓的狀態(tài)，該圖(b)表示施加了上述電壓的狀態(tài)。
圖28(a)、(b)是表示上述靜電微繼電器中的基座的制造步驟的一例的剖面圖。
圖29(a)～(c)是表示上述靜電微繼電器中的致動器的制造步驟的一例的剖面圖。
圖30(a)、(b)是表示上述基座以及上述致動器的連接步驟的一例的剖面圖。
圖31(a)、(b)是表示上述致動器的制造步驟的又一個例子的剖面圖。
圖32(a)、(b)是表示上述基座以及上述致動器的連接步驟的另一個例子的剖面圖。
圖33(a)～(c)是表示上述致動器的制造步驟的又一個例子的剖面圖。
圖34(a)、(b)是表示上述基座以及上述致動器的連接步驟的又一個例子的剖面圖。
圖35表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的靜電微繼電器的結(jié)構(gòu)，該圖(a)是平面圖，該圖(b)是沿該圖(a)的H-H線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖36是表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的無線通信機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖37是表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的計測器的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖38是表示作為本發(fā)明的又一種實施方式的溫度管理裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖39是表示作為本發(fā)明的其它實施方式的便攜信息終端的要部結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖40是表示現(xiàn)有的靜電微繼電器的概要的平面圖。
圖41是表示在上述靜電微繼電器中，在固定電極和可動電極之間未施加電壓的狀態(tài)，該圖(a)是沿圖40的P-P線剖開、向箭頭方向觀察的圖，該圖(b)是沿圖40的Q-Q線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖42表示在上述靜電微繼電器中，在固定電極和可動電極之間施加了電壓的狀態(tài)，該圖(a)是沿圖40的P-P線剖開、向箭頭方向觀察的圖，該圖(b)是沿圖40的Q-Q線剖開、向箭頭方向觀察的圖。
圖43是表示上述靜電微繼電器的要部的平面圖。
圖44(a)～(d)是沿圖43的R-R線剖開、向箭頭方向觀察的圖，是表示可動電極由于靜電引力而移動的情況的圖。
圖45是表示上述可動電極的位移量的仿真結(jié)果的圖。
具體實施例方式參照圖1～圖5說明本發(fā)明的一種實施方式。圖1表示本實施方式的靜電微繼電器(靜電微觸點(diǎn)通斷器)的概要。靜電微繼電器10具有基座11、以及一部分被固定在基座11的上面、另一部分與基座11分開的致動器21。另外，對圖中相同的部件標(biāo)以相同的標(biāo)號。此外，在附圖中，為了使本發(fā)明容易理解，對所需要的部分強(qiáng)調(diào)而進(jìn)行記載。因此，附圖所示的靜電微繼電器10的各種尺寸不一定反映了實際的靜電微繼電器10的各種尺寸。
基座11由派拉克斯玻璃(Pyrex，注冊商標(biāo))等的玻璃基板構(gòu)成。在基座11的上面，由金、銅、鋁等的導(dǎo)體形成有固定電極12和兩個信號線13、14。兩個信號線13、14在同一直線上稍微分開而配置，信號線13、14的相對部分分別成為固定觸點(diǎn)13a、14a。此外，在固定電極12上形成有絕緣膜15，以防止固定電極12和可動電極24之間的短路。
致動器21由硅等的半導(dǎo)體基板構(gòu)成，具有支撐部22、梁部23、可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25。支撐部22豎立地設(shè)置在基座11的上面，用于支撐梁部23、可動電極24、以及可動觸點(diǎn)部25。梁部23從支撐部22向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部28彈性地支撐可動電極24，同時彈性地支撐可動觸點(diǎn)部25。在梁部23的末端設(shè)置了可動觸點(diǎn)部25，在梁部23的兩側(cè)經(jīng)由連接部28、28設(shè)有可動電極24、24。另外，在本實施方式中，連接部28的厚度與梁部23以及可動電極24的厚度相同。
可動電極24、24被設(shè)在與基座11的固定電極12相對的位置上。在本實施方式中，在可動電極24、24和梁部23之間的連接部28上，從支撐部22側(cè)開始形成有狹縫27、27。從而，可動電極24、24和梁部23在可動觸點(diǎn)部25側(cè)是連接的。
可動觸點(diǎn)部25設(shè)置在與從固定觸點(diǎn)13a到固定觸點(diǎn)14a為止的區(qū)域相對的位置上。此外，在可動觸點(diǎn)部25的下面形成了絕緣膜(未圖示)，在該絕緣膜上設(shè)有由導(dǎo)體構(gòu)成的可動觸點(diǎn)26。可動觸點(diǎn)26與各固定觸點(diǎn)13a、14a相對，通過與兩個固定觸點(diǎn)13a、14a閉合，將信號線13、14互相電連接。
這樣，本實施方式的靜電微繼電器10構(gòu)成了可動觸點(diǎn)26與兩處的固定觸點(diǎn)13a、14a接觸或分離的雙斷結(jié)構(gòu)。此外，由于本實施方式中的致動器21從一側(cè)支撐可動觸點(diǎn)部25，所以稱為‘懸臂型(cantilever型)致動器’。
圖2(a)、(b)表示在固定電極12和可動電極24之間未施加電壓的狀態(tài)。在該情況下，如圖所示，可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a分開，使信號線13、14互相電分離。
圖3(a)、(b)表示在固定電極12和可動電極24之間施加了電壓的狀態(tài)。在該情況下，如圖所示，通過由上述電壓的施加而產(chǎn)生的靜電引力，可動電極24向固定電極12側(cè)驅(qū)動。由此，可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a接觸，將信號線13、14互相電連接。
在本實施方式中，梁部23和可動電極24、24在可動觸點(diǎn)部25側(cè)是連接的，在支撐部22側(cè)通過狹縫27而分開。由此，如圖3(a)、(b)所示，可動電極24、24在除了可動觸點(diǎn)部25側(cè)的大部分上，隔著絕緣膜15與固定電極12接合。在該情況下，可動電極24和固定電極12間的靜電引力與可動電極24和固定電極12之間的距離的平方成反比，因此顯著增大。由此，即使增大梁部23的彈性常數(shù)，也可以增大提供給可動觸點(diǎn)部25的接觸力，并可以穩(wěn)定可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a之間的接觸電阻。
接著，如果解除固定電極12和可動電極24之間的電壓，則靜電引力消失，致動器21通過梁部23及可動電極24的復(fù)原力而返回到圖2(a)、(b)所示的原始位置上。在本實施方式中，如上所述，由于可以增大梁部23的彈性常數(shù)，所以可以增大梁部23提供給可動觸點(diǎn)部25的回復(fù)力，可以防止可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a之間的附著。
接著，研究本實施方式中的可動電極24的各種特性。由電壓的施加產(chǎn)生的可動電極24的位移量取決于連接梁部23和可動電極24的連接部28的彈性常數(shù)。連接部28的彈性常數(shù)k由下式表示。
k∝W×H3/L3 …(1)這里，W是在連接部28中，連接可動電極24和梁部23的實際連接部分28a的長度，L是實際連接部分28a中的可動電極24和梁部23之間的寬度，H是可動電極24的厚度。在圖1中示出了記號W、L，圖2·(b)中示出了記號H。
另外，作為表示為了將可動電極24充分地吸附到固定電極12上所需的施加電壓的指標(biāo)，有拉入(Pull in)電壓。拉入電壓是使可動平行平板電極的電極間距離為小于等于初期的2/3的電壓。當(dāng)拉入電壓低時，將可動電極24的大部分與固定電極12接合所需的施加電壓也降低。
上述的拉入(Pull in)電壓Vpi用下式表示。
Vpi＝((8×k×d03)/(27×ε×S))1/2 …(2)這里，d0是無電壓施加時的電極間的距離，ε是電極間的介電常數(shù)，S是電極面積。
此外，電極間的靜電引力Fele用下式表示。
Fele＝(C×Vs2)/(2×d) …(3)這里，C是電容，Vs是施加電壓，d是電極間的距離。
比較圖1和圖2(b)、圖40和圖41(b)時，可以理解的是在本實施方式的靜電微繼電器10中，與現(xiàn)有的靜電微繼電器100相比，雖然寬度L和厚度H相等，但實際連接部分28a的長度W比現(xiàn)有的實際連接部分的長度、即現(xiàn)有的連接部118的長度W短。從而，根據(jù)上述式(1)，本實施方式的連接部28與現(xiàn)有的連接部118相比，可以減小彈性常數(shù)。進(jìn)而，根據(jù)上述式(2)，可以在不增大可動電極24的尺寸的情況下降低拉入電壓。
接著，參照圖4以及圖5說明電壓的施加產(chǎn)生的可動電極24的動作。圖4表示圖1所示的本實施方式的靜電微繼電器10的要部。此外，圖5(a)～(d)是沿圖4所示的C-C線、即經(jīng)由可動電極24到可動觸點(diǎn)部25剖開的圖，表示可動電極24通過靜電引力移動的情況。
本實施方式的可動電極24的動作如下所述。即，在無電壓施加時，可動電極24為圖5(a)所示的配置。然后，在施加電壓時，首先如該圖5(b)所示，可動電極24的外側(cè)由于靜電引力而向固定電極12側(cè)移位。此時，如上所述，連接部28的彈性常數(shù)小、撓曲量多，所以可動電極24的位移量大，末端部隔著絕緣膜15與固定電極12接合。
由于可動電極24的位移量大，從而可動電極24和固定電極12之間的距離減小，根據(jù)上述式(3)，靜電引力增大。由此，如該圖5(c)所示，可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25向基座11側(cè)移動。此時，由于連接部28的撓曲量大，因此上述電極之間的距離的減少量大，靜電引力的增大量大。因此，可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25的位移量大，可動電極24的一半隔著絕緣膜15與固定電極12接合，同時可動觸點(diǎn)26與固定觸點(diǎn)13a接觸。
由于可動電極24向基座11側(cè)移動，從而可動電極24和固定電極12之間的距離進(jìn)一步減小，根據(jù)上述式(3)，靜電引力進(jìn)一步增大。由此，如該圖5(d)所示，可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25向基座11側(cè)進(jìn)一步移動。由此，可動電極24的大部分隔著絕緣膜15與固定電極12接合，所以作用于可動電極24的靜電引力顯著增大，可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a之間的接觸力增大，接觸電阻穩(wěn)定。
從而，通過在維持回復(fù)力的同時減小連接部28的彈性常數(shù)，從而可以增大靜電引力。由此，可以確保與以往同等的回復(fù)力并提高接觸力。另外，由于在接觸力與以往同等的情況下可以降低靜電引力，所以可以降低施加電壓，或縮小可動電極24的尺寸。
另外，在本實施方式中，在梁部23的兩側(cè)設(shè)有可動電極24、24，但如圖4所示，也可以僅在梁部23的一側(cè)設(shè)置可動電極24。但是，為了使可動觸點(diǎn)部25在不相對于基座11傾斜的情況下移動，優(yōu)選為在梁部23的兩側(cè)設(shè)置可動電極24、24。
(實施例1)接著，參照圖6～圖9說明本實施方式的靜電微繼電器10的具體例。另外，以下，將梁部23的長度方向作為縱向，將寬度方向作為橫向。在本實施例的靜電微繼電器10中，基座11由玻璃基板構(gòu)成，固定電極12、信號線13、14由Au形成，致動器21由硅半導(dǎo)體基板構(gòu)成，可動觸點(diǎn)26由Au形成。
此外，本實施例的靜電微繼電器10中的各種尺寸如下。即，在梁部23中，長度(縱向的長度)為450μm，寬度(橫向的長度)為120μm。此外，可動電極24的長度為410μm，寬度為500μm。此外，連接部28的長度為與可動電極24相同的410μm，寬度為40μm。連接部28中、狹縫27的長度為310μm，實際連接部分28a的長度W為100μm。此外，梁部23、可動電極24、可動觸點(diǎn)部25以及連接部28的厚度H為21.15μm。此外，在無電壓施加時，固定電極12及可動電極24之間的距離為1.2μm，固定觸點(diǎn)13a、14a以及可動觸點(diǎn)26之間的距離為1.0μm。
圖6表示關(guān)于本實施例的靜電微繼電器10，施加了20V的電壓的情況下的致動器21的位移量的仿真結(jié)果。在圖示中，用等高線連接位移量相等的點(diǎn)，并用點(diǎn)的密度表示由可動電極24的輪廓和等高線包圍的區(qū)域中的位移量的概要。即，沒有點(diǎn)的區(qū)域表示位移量大致為零的狀態(tài)，點(diǎn)的密度最高的區(qū)域表示可動電極24與固定電極12接合的狀態(tài)。
參照圖6，可以理解，本實施方式的可動電極24的位移量大，幾乎都與固定電極12接合。從而，可以理解，通過固定電極12及可動電極24之間的靜電引力，可動觸點(diǎn)26按壓固定觸點(diǎn)13a、14a的力比以往大，所以接觸力增大。
接著，參照圖7～圖9更詳細(xì)地研究本實施例以及比較例的接觸力。另外，比較例是圖40所示的現(xiàn)有的靜電微繼電器100，除了狹縫27外具有與本實施例的上述尺寸同樣的尺寸。另外，為了使本實施例和比較例的回復(fù)力一致，在比較例的靜電微繼電器100中，將梁部113、可動電極114以及可動觸點(diǎn)部115的厚度設(shè)為19.46μm。即，在本實施例的靜電微繼電器10中，增大了梁部23、可動電極24、可動觸點(diǎn)部25以及連接部28的厚度H，以確保與以往相同程度的回復(fù)力。
圖7是表示本實施例的靜電微繼電器10和比較例的靜電微繼電器100中的施加電壓和接觸力之間的關(guān)系的曲線圖。參照該圖，可以理解，本實施例的靜電微繼電器10在回復(fù)力與以往相同程度的情況下，接觸力與以往相比顯著地提高到9倍左右。
此外，接觸力變得比零大是表示固定觸點(diǎn)13a、14a和可動觸點(diǎn)26接觸、靜電微繼電器10成為接通的狀態(tài)。從而，參照圖7，可以理解，在比較例中，在施加電壓為17V處成為接通狀態(tài)，相對于此，在本實施例中，在施加電壓為15V處成為接通狀態(tài)。即，可以理解本實施例的靜電微繼電器10在比以往低的施加電壓下成為接通狀態(tài)。
此外，參照圖7，施加電壓為15V時的本實施例的接觸力大于施加電壓為20V時的比較例的接觸力。從而，在可以維持與以往相同程度的接觸力(0.21mN)的情況下，可以將施加電壓從約20V到約15V減少約25％。這等價于使電極面積成為大約一半。其結(jié)果是，可以實現(xiàn)能夠比以往小型化和/或低電壓化的靜電微繼電器10。
另外，如上述式(3)這樣，靜電引力與靜電電容成正比，但本實施例中的靜電電容為29.31pF，比較例中的靜電電容為7.16pF。從而，可以理解本實施例的靜電微繼電器10與現(xiàn)有的靜電微繼電器100相比，在相同的施加電壓下靜電引力顯著提高。
圖8以及圖9分別以表格以及曲線圖表示在本實施例的靜電微繼電器10中，狹縫27的長度和接觸力之間的關(guān)系。參照圖9的曲線圖，可以理解，從狹縫27的長度為150μm的位置開始，接觸力急劇地上升。從而，狹縫27的長度優(yōu)選為大于等于150μm、即至少為可動電極24的長度的37％。
進(jìn)而，參照圖9的曲線圖，可以理解，在狹縫27的長度為250μm的情況下，接觸力最大，此后接觸力大致相同。從而，使狹縫27的長度為大于等于250μm、即至少為可動電極24的長度的60％在確保穩(wěn)定的接觸力上是更理想的。其中，考慮制造時的偏差或?qū)嶋H連接部分28a處的強(qiáng)度時，狹縫27的長度特別優(yōu)選為可動電極24的長度的70～90％的280～370μm。
接著參照圖10說明本發(fā)明的另一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，其不同之處僅在于在信號線13、14的兩側(cè)設(shè)有固定電極12，以及在可動觸點(diǎn)部25的兩側(cè)設(shè)有支撐部22、梁部23、可動電極24、以及連接部28，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖10是表示本實施方式的靜電微繼電器10的概要的圖。另外，圖示的致動器21從兩側(cè)支撐可動觸點(diǎn)部25，因此稱為‘雙支撐型致動器’。
本實施方式的靜電微繼電器10可以起到與圖1所示的靜電微繼電器10同樣的作用效果。進(jìn)而，本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，在信號線13、14的兩側(cè)需要載置固定電極12等的空間，但由于可以使可動觸點(diǎn)部25相對于基座11維持大致平行狀態(tài)，并向垂直方向移動，因此可以使可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a之間的接觸穩(wěn)定。此外，可以抑制接觸部分的不均勻磨損。
(實施例2)接著，參照圖11說明本實施方式的靜電微繼電器10的具體例。本實施例的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10的實施例相比，其不同點(diǎn)僅在于在信號線13、14的兩測設(shè)有固定電極12，以及在可動觸點(diǎn)部25的兩側(cè)設(shè)有支撐部22、梁部23、可動電極24、以及連接部28，構(gòu)成要素的材質(zhì)或各種尺寸是同樣的。
圖11表示關(guān)于本實施例的靜電微繼電器10，施加了20V的電壓的情況下的可動電極24的位移量的仿真結(jié)果。另外，圖示的等高線或點(diǎn)表示與圖6同樣的意義。
參照圖11，可以理解，本實施例的可動電極24的位移量大，幾乎都與固定電極12接合。從而，可以理解，通過固定電極12及可動電極24之間的靜電引力，使可動觸點(diǎn)26按壓固定觸點(diǎn)13a、14a的力比以往大，所以接觸力增大。
接著，參照圖12～圖19說明本發(fā)明的又一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，其不同之處僅在于連接部28中的實際連接部分，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖12是表示本實施方式的靜電微繼電器10的概要的圖。如圖所示，本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，連接部28中的實際連接部分28b中的材質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)與梁部23及可動電極24中的材質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)不同。由此，根據(jù)實際連接部分28b的材質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)，可以容易地變更實際連接部分28b的寬度或厚度，所以實際連接部分28b的設(shè)計的自由度提高。
另外，作為實際連接部分28b的結(jié)構(gòu)例，可以舉出將實際連接部分28b作為層疊膜的結(jié)構(gòu)，或?qū)嶋H連接部分28b填充導(dǎo)電物之后削為單層的結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖13～圖15說明上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10的制造方法。
圖13(a)、(b)表示基座11的制造步驟的一例。首先，如該圖13(a)所示，準(zhǔn)備派拉克斯玻璃(Pyrex，注冊商標(biāo))等的玻璃基板11a。接著，如該圖13(b)所示，在玻璃基板11a上形成金屬膜，構(gòu)圖形成固定電極12以及信號線13、14。另外，也可以與此同時，構(gòu)圖形成其它的印刷配線以及連接用焊盤。然后，通過在固定電極12上形成絕緣膜15，完成基座11。另外，如果使用相對介電常數(shù)為3～4的氧化硅膜或相對介電常數(shù)為7～8的氮化硅膜作為絕緣膜15，則可以得到大的靜電引力，增大接觸力。
圖14(a)、(b)表示致動器21的制造步驟的一例。首先，如該圖14(a)所示，準(zhǔn)備SOI(Silicon On Insulator)晶片30。接著，如該圖14(b)所示，例如，進(jìn)行將氧化硅膜作為掩模的通過TMAH(Tetramethylammonium hydroxide，四甲基氫氧化銨)實現(xiàn)的濕式蝕刻，形成支撐部22。然后，形成絕緣膜以及金屬膜，構(gòu)圖形成可動觸點(diǎn)26。
圖15(a)～(c)表示基座11以及致動器21的連接步驟的一例。首先，如該圖15(a)所示，通過陽極接合將SOI晶片30與基座11接合為一體。接著，如該圖15(b)所示，用TMAH、KOH等的堿性蝕刻液將SOI晶片30的上面蝕刻到氧化硅(SiO2)膜31，使其變薄。進(jìn)而，如該圖15(c)所示，用氟類蝕刻液除去與連接部28的實際連接部分28b對應(yīng)的區(qū)域以外的氧化硅膜31，從而露出梁部23、可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25。接著，進(jìn)行使用了RIE(Reactive Ion Etching，反應(yīng)離子蝕刻)等的干式蝕刻，形成狹縫27、27和各種切口部(未圖示)，完成靜電微繼電器10。
從而，如圖15(c)所示，通過圖13～圖15所示的制造方法制造出的連接部28的實際連接部分28b成為在與梁部23及可動電極24同樣的硅層上形成了壓縮應(yīng)力膜的氧化硅膜31的層疊結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖16以及圖17說明上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10的另一種制造方法。另外，基座11的制造步驟與圖13所示的制造步驟是同樣的，所以省略其說明。
圖16(a)～(c)表示致動器21的制造步驟的一例。首先，如該圖16(a)所示，準(zhǔn)備SOI晶片30。接著，如該圖16(b)所示，從SOI晶片30的上面開始，例如，進(jìn)行將氧化硅膜作為掩模的通過TMAH實現(xiàn)的濕式蝕刻，形成支撐部22。然后，如該圖16(c)所示，形成絕緣膜以及金屬膜，構(gòu)圖形成可動觸點(diǎn)26。與此同時，在與連接部28的實際連接部分28b對應(yīng)的區(qū)域中也構(gòu)圖形成金屬膜。
圖17(a)、(b)表示基座11以及致動器21的連接步驟的一例。首先，如該圖17(a)所示，通過陽極接合將SOI晶片30與基座11接合為一體。接著，如該圖17(b)所示，用TMAH、KOH等的堿性蝕刻液將SOI晶片30的上面蝕刻到氧化硅膜31，使其變薄，進(jìn)而用氟類蝕刻液除去氧化硅膜31而露出梁部23、可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25。接著，進(jìn)行使用了RIE等的干式蝕刻，形成狹縫27、27和各種切口部(未圖示)，完成靜電微繼電器10。
從而，如圖17(b)所示，通過圖16以及圖17所示的制造方法制造出的連接部28的實際連接部分28b成為由與梁部23及可動電極24同樣的硅層和在基座11側(cè)形成的金屬膜32構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖18以及圖19說明上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10的其它制造方法。另外，基座11的制造步驟與圖13所示的制造步驟是同樣的，所以省略其說明。
圖18(a)～(c)表示致動器21的制造步驟的一例。首先，如該圖18(a)所示，準(zhǔn)備SOI晶片30。接著，如該圖18(b)所示，從SOI晶片30的上面開始，例如，進(jìn)行將氧化硅膜作為掩模的通過TMAH實現(xiàn)的濕式蝕刻，形成支撐部22。進(jìn)而對與連接部28的實際連接部分28b對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行蝕刻，從而露出氧化硅膜31。然后，如該圖18(c)所示，形成絕緣膜以及金屬膜，構(gòu)圖形成可動觸點(diǎn)26。與此同時，在與連接部28的實際連接部分28b對應(yīng)的凹部中也構(gòu)圖形成金屬膜33。
圖19(a)、(b)表示基座11以及致動器21的連接步驟的一例。首先，如該圖19(a)所示，通過陽極接合將SOI晶片30與基座11接合為一體。接著，如該圖19(b)所示，用TMAH、KOH等的堿性蝕刻液將SOI晶片30的上面蝕刻到氧化硅膜31，使其變薄，進(jìn)而，用氟類蝕刻液除去氧化硅膜31，從而露出梁部23、可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25。接著，進(jìn)行使用了RIE等的干式蝕刻，形成狹縫27、27和各種切口部(未圖示)，完成靜電微繼電器10。
從而，如圖19(b)所示，通過圖18以及圖19所示的制造方法制造出的連接部28的實際連接部分28b成為由材質(zhì)與梁部23及可動電極24不同的金屬膜33構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖20說明本發(fā)明的又一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，其不同之處僅在于將觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)為單斷(single break)結(jié)構(gòu)，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖20表示本實施方式的靜電微繼電器10的概要。如圖所示，本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，基座11上的信號線13、14夾著固定電極12，與梁部23設(shè)在同一直線上。另外，信號線13中的與信號線14相對的部分為固定觸點(diǎn)13a。
此外，在從致動器21的支撐部22的中央經(jīng)由梁部23到可動觸點(diǎn)部25為止的下表面上，隔著絕緣膜(未圖示)形成有由導(dǎo)體構(gòu)成的信號線35。信號線35與基座11的信號線14電連接，可動觸點(diǎn)部25的下面部分、即與信號線13的固定觸點(diǎn)13a的相對部分為可動觸點(diǎn)35a。
在上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10中，在可動電極24和固定電極12間施加電壓時，可動觸點(diǎn)部25移動，從而可動觸點(diǎn)35a和固定觸點(diǎn)13a接觸。由此，信號線13、14經(jīng)由信號線35電連接。這樣，在本實施方式中，是可動觸點(diǎn)35a與一處的固定觸點(diǎn)13a接觸或分離的單斷結(jié)構(gòu)。本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，觸點(diǎn)的數(shù)量少，因此提高了接觸可靠性。
接著，參照圖21～圖25說明本發(fā)明的又一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，不同之處僅為連接部28的結(jié)構(gòu)，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖21表示本實施方式的靜電微繼電器10的概要。如圖所示，本實施方式的靜電微繼電器10與圖1所示的靜電微繼電器10相比，不同點(diǎn)僅在于在可動電極24、24和梁部23之間的連接部28、28上形成有凹部50、50。
圖22(a)、(b)表示在固定電極12和可動電極24之間未施加電壓的狀態(tài)。在該情況下，如圖所示，可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a分開，使信號線13、14互相電分離。
圖23(a)、(b)表示在固定電極12和可動電極24之間施加了電壓的狀態(tài)。在該情況下，如圖所示，通過由上述電壓的施加產(chǎn)生的靜電引力，可動電極24向固定電極12側(cè)驅(qū)動。由此，可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a接觸，將信號線13、14互相電連接。
在本實施方式中，在連接部28上形成有凹部50、50。由于凹部50比梁部23及可動電極24薄，所以彈性常數(shù)比以往小，容易撓曲。從而，如圖23(a)、(b)所示，通過在凹部50、50中較大地?fù)锨蓜与姌O24、24在除了接近梁部23的區(qū)域之外的大部分區(qū)域中隔著絕緣膜15與固定電極12接合。在該情況下，可動電極24和固定電極12間的靜電引力與可動電極24和固定電極12之間的距離的平方成反比，因此顯著增大。由此，即使增大梁部23的彈性常數(shù)，仍可以增大提供給可動觸點(diǎn)部25的接觸力，可以使可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a之間的接觸電阻穩(wěn)定。
然后，如果解除固定電極12和可動電極24之間的電壓，則靜電引力消失，致動器21通過梁部23、可動電極24以及凹部50的復(fù)原力而返回到圖22(a)、(b)所示的原始的位置上。
接著，參照圖24以及圖25說明電壓的施加所產(chǎn)生的可動電極24的動作。圖24表示圖21所示的本實施方式的靜電微繼電器10的要部。此外，圖25(a)～(d)是沿圖24所示的C-C線、即經(jīng)由可動電極24到可動觸點(diǎn)部25剖開的圖，表示可動電極24通過靜電引力而移動的情況。
本實施方式的可動電極24的動作如下。即，在無電壓施加時，可動電極24成為圖25(a)所示的配置。然后，在施加電壓時，首先如該圖25(b)所示，可動電極24由于靜電引力而向固定電極12側(cè)移位。此時，如上所述，本實施方式的凹部50的彈性常數(shù)比以往小，所以撓曲量大。因此，可動電極24的位移量大，可動電極24的末端隔著絕緣膜15與固定電極12接合。
由于可動電極24的位移量大，可動電極24和固定電極12之間的距離減小，根據(jù)上述式(3)，靜電引力增大。由此，如該圖25(c)所示，可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25向基座11側(cè)移動。此時，由于本實施方式的凹部50的撓曲量大，因此上述電極之間的距離的減少量大，靜電引力的增大量大。因此，可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25的位移量大，可動電極24的一半隔著絕緣體15與固定電極12接合，同時可動觸點(diǎn)26與固定觸點(diǎn)13a接觸。
由于可動電極24向基座11側(cè)移動，可動電極24和固定電極12之間的距離進(jìn)一步減小，根據(jù)上述式(3)，靜電引力進(jìn)一步增大。由此，如該圖25(d)所示，可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25進(jìn)一步向基座11側(cè)移動。由此，可動電極24的大部分隔著絕緣膜15與固定電極12接合，所以作用于可動電極24的靜電引力顯著增大，可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a之間的接觸力增大，接觸電阻穩(wěn)定。
從而，通過在維持回復(fù)力的同時減小連接部28的彈性常數(shù)，從而可以增大靜電引力。由此，可以確保與以往同等的回復(fù)力并提高接觸力。另外，在接觸力與以往同等的情況下可以降低靜電引力，所以可以降低施加電壓，或縮小可動電極24的尺寸。
另外，在本實施方式中，在梁部23的兩側(cè)設(shè)有可動電極24、24，但也可以如圖24所示，僅在梁部23的一側(cè)設(shè)置可動電極24。但是，為了使可動觸點(diǎn)部25在不相對于基座11傾斜的情況下移動，優(yōu)選為在梁部23的兩側(cè)設(shè)置可動電極24、24。
接著，參照圖26說明本發(fā)明的另一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，不同點(diǎn)僅在于在信號線13、14的兩側(cè)設(shè)有固定電極12，以及在可動觸點(diǎn)部25的兩側(cè)設(shè)有支撐部22、梁部23、可動電極24以及連接部28，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖26表示本實施方式的靜電微繼電器10的概要。另外，圖示的致動器21是從兩側(cè)支撐可動觸點(diǎn)部25的雙支撐型致動器。
本實施方式的靜電微繼電器10可以起到與圖21所示的靜電微繼電器10同樣的作用效果。進(jìn)而，本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，在信號線13、14的兩側(cè)需要載置固定電極12等的空間，但由于可以使可動觸點(diǎn)部25相對于基座11維持大致平行狀態(tài)，并向垂直方向移動，因此可以使可動觸點(diǎn)26和固定觸點(diǎn)13a、14a之間的接觸穩(wěn)定。此外，可以抑制接觸部分的不均勻磨損。
接著，參照圖27～圖34說明本發(fā)明的另一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，不同之處僅為連接部的結(jié)構(gòu)，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖27(a)、(b)表示本實施方式的靜電微繼電器10的結(jié)構(gòu)。如圖所示，本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，梁部23和可動電極24、24之間的連接部51為梁部23或可動電極24延伸而成的、彈性常數(shù)比以往的連接部小的導(dǎo)體或半導(dǎo)體。由此，根據(jù)連接部51的材質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)，可以容易地變更連接部51的寬度或厚度，所以連接部51的設(shè)計的自由度提高。另外，作為連接部51的結(jié)構(gòu)例，可以舉出將連接部51設(shè)為層疊膜的結(jié)構(gòu)、或在對連接部51填充了導(dǎo)電物之后削為單層的結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖28～圖30說明上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10的制造方法。
圖28(a)、(b)表示基座11的制造步驟的一例。首先，如該圖28(a)所示，準(zhǔn)備派拉克斯玻璃(Pyrex，注冊商標(biāo))等的玻璃基板11a。接著，如該圖28(b)所示，在玻璃基板11a上形成金屬膜，構(gòu)圖形成固定電極12以及信號線13、14。另外，也可以與此同時，構(gòu)圖形成其它的印刷配線以及連接用焊盤。然后，通過在固定電極12上形成絕緣膜15，完成基座11。另外，如果使用相對介電常數(shù)為3～4的氧化硅膜或相對介電常數(shù)為7～8的氮化硅膜作為絕緣膜15，則可以得到大的靜電引力，增大接觸力。
圖29(a)～(c)表示致動器21的制造步驟的一例。首先，如該圖29(a)所示，準(zhǔn)備SOI晶片30。接著，如該圖29(b)所示，從SOI晶片30的上面起，例如，進(jìn)行將氧化硅膜作為掩模的通過TMAH實現(xiàn)的濕式蝕刻，形成支撐部22。進(jìn)而，對與連接部51對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行蝕刻，從而露出氧化硅膜31。然后，如該圖29(c)所示，形成絕緣膜以及金屬膜，構(gòu)圖形成可動觸點(diǎn)26。與此同時，在與連接部51對應(yīng)的區(qū)域中也構(gòu)圖形成金屬膜60。
圖30(a)、(b)表示基座11以及致動器21的連接步驟的一例。首先，如該圖30(a)所示，通過陽極接合將SOI晶片30與基座11接合為一體。接著，如該圖30(b)所示，用TMAH、KOH等的堿性蝕刻液將SOI晶片30的上面蝕刻到氧化硅膜31，使其變薄，進(jìn)而，用氟類蝕刻液除去氧化硅膜31，從而露出梁部23、可動電極24、可動觸點(diǎn)部25以及連接部51。接著，進(jìn)行使用了RIE等的干式蝕刻，形成各種切口部(未圖示)，完成靜電微繼電器10。
從而，如圖30(b)所示，通過圖28～圖30所示的制造方法制造出的連接部51成為由材質(zhì)與梁部23及可動電極24不同的金屬膜60構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖31以及圖32說明上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10的另一種制造方法。另外，基座11的制造步驟與圖28所示的制造步驟是同樣的，所以省略其說明。
圖31(a)、(b)表示致動器21的制造步驟的一例。首先，如該圖31(a)所示，準(zhǔn)備SOI晶片30。接著，如該圖31(b)所示，例如，進(jìn)行將氧化硅膜作為掩模的通過TMAH實現(xiàn)的濕式蝕刻，形成支撐部22。然后，形成絕緣膜以及金屬膜，構(gòu)圖形成可動觸點(diǎn)26。
圖32(a)、(b)表示基座11以及致動器21的連接步驟的一例。首先，如該圖32(a)所示，通過陽極接合將SOI晶片30與基座11接合為一體。接著，如該圖32(b)所示，用TMAH、KOH等的堿性蝕刻液將SOI晶片30的上面蝕刻到氧化硅(SiO2)膜31，使其變薄，進(jìn)而，用氟類蝕刻液除去與連接部51對應(yīng)的區(qū)域以外的氧化硅膜31，從而露出梁部23、可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25。接著，進(jìn)行使用了RIE等的干式蝕刻，形成各種切口部(未圖示)，完成靜電微繼電器10。
從而，如圖32(b)所示，通過圖31以及圖32所示的制造方法制造出的連接部51成為在與梁部23及可動電極24同樣的硅層上形成了壓縮應(yīng)力膜的氧化硅膜31的層疊結(jié)構(gòu)。
接著，參照圖33以及圖34說明上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10的另一種制造方法。另外，基座11的制造步驟與圖28所示的制造步驟是同樣的，所以省略其說明。
圖33(a)、(b)表示致動器21的制造步驟的一例。首先，如該圖33(a)所示，準(zhǔn)備SOI晶片30。接著，如該圖33(b)所示，從SOI晶片30的上面起，例如，進(jìn)行將氧化硅膜作為掩模的通過TMAH實現(xiàn)的濕式蝕刻，形成支撐部22。然后，形成絕緣膜以及金屬膜，構(gòu)圖形成可動觸點(diǎn)26。與此同時，在與連接部51對應(yīng)的區(qū)域中也構(gòu)圖形成作為拉伸應(yīng)力膜的金屬膜62。
圖34(a)、(b)表示基座11以及致動器21的連接步驟的一例。首先，如該圖34(a)所示，通過陽極接合將SOI晶片30與基座11接合為一體。接著，如該圖34(b)所示，用TMAH、KOH等的堿性蝕刻液將SOI晶片30的上面蝕刻到氧化硅膜31，使其變薄，進(jìn)而，用氟類蝕刻液除去氧化硅膜31，從而露出梁部23、可動電極24以及可動觸點(diǎn)部25。接著，進(jìn)行使用了RIE等的干式蝕刻，形成各種切口部(未圖示)，完成靜電微繼電器10。
從而，如圖34(b)所示，通過圖33以及圖34所示的制造方法制造出的連接部51成為由與梁部23及可動電極24同樣的硅層和在基座11側(cè)形成的金屬膜62構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)。另外，也可以使用SiN等其它的拉伸應(yīng)力膜來代替金屬膜62。
接著，參照圖35說明本發(fā)明的又一種實施方式。本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，其不同之處僅在于將觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)為單斷結(jié)構(gòu)，其它的結(jié)構(gòu)是同樣的。另外，對于與上述實施方式中所說明的結(jié)構(gòu)具有同樣的功能的結(jié)構(gòu)標(biāo)以同一標(biāo)號，省略其說明。
圖35表示本實施方式的靜電微繼電器10的概要。如圖所示，本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，基座11上的信號線13、14夾著固定電極12，與梁部23設(shè)在同一直線上。另外，信號線13中的與信號線14相對的部分為固定觸點(diǎn)13a。
此外，在從致動器21的支撐部22的中央經(jīng)由梁部23到可動觸點(diǎn)部25為止的下表面上，隔著絕緣膜(未圖示)形成有由導(dǎo)體構(gòu)成的信號線35。信號線35與基座11的信號線14電連接，可動觸點(diǎn)部25的下面部分、即與信號線13的固定觸點(diǎn)13a的相對部分成為可動觸點(diǎn)35a。
在上述結(jié)構(gòu)的靜電微繼電器10中，在可動電極24和固定電極12之間施加電壓時，可動觸點(diǎn)部25移動，從而可動觸點(diǎn)35a和固定觸點(diǎn)13a接觸。由此，信號線13、14經(jīng)由信號線35電連接。這樣，在本實施方式中，是可動觸點(diǎn)35a與一處的固定觸點(diǎn)13a接觸或分離的單斷結(jié)構(gòu)。本實施方式的靜電微繼電器10與圖21所示的靜電微繼電器10相比，觸點(diǎn)的數(shù)量少，因此提高了接觸可靠性。
接著，參照圖36說明本發(fā)明的又一種實施方式。圖36表示本實施方式的無線通信機(jī)71的概略結(jié)構(gòu)。在無線通信機(jī)71中，靜電微繼電器72連接在內(nèi)部處理電路73和天線74之間。通過將靜電微繼電器72接通、斷開，在內(nèi)部處理電路73可通過天線74進(jìn)行發(fā)送或接收的狀態(tài)和不能發(fā)送或接收的狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
在本實施方式中，對于靜電微繼電器72利用了圖1～圖35所示的靜電微繼電器10。由此，在靜電微繼電器72中可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的降低以及小型化，所以可以實現(xiàn)無線通信機(jī)71的低功率化以及小型化。
接著，參照圖37說明本發(fā)明的又一種實施方式。圖37表示本實施方式的計測器75的概略結(jié)構(gòu)。在計測器75中，多個靜電微繼電器72分別連接在從一個內(nèi)部處理電路76到多個測量對象體78的多個信號線77的中間。通過將各個靜電微繼電器72接通、斷開，從而內(nèi)部處理電路76可以切換要進(jìn)行發(fā)送或接收的測量對象體78。
在本實施方式中，對于靜電微繼電器72利用了圖1～圖35所示的靜電微繼電器10。由此，在靜電微繼電器72中可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的降低以及小型化，所以可以實現(xiàn)計測器75的低功率化以及小型化。
接著，參照圖38說明本發(fā)明的又一種實施方式。圖38表示本實施方式的溫度管理裝置(溫度傳感器)81的概略結(jié)構(gòu)。溫度管理裝置81例如安裝在電源裝置、控制設(shè)備等的需要對于溫度的安全功能的裝置(以下稱為‘對象裝置’)82中，用于管理對象裝置82的溫度。如圖所示，溫度管理裝置81具有靜電微繼電器72，其用于基于對象裝置82的溫度來接通、斷開向?qū)ο笱b置82的內(nèi)部電路83的供電。
例如，在對象裝置82的使用極限為在大于等于100℃的溫度下、不超過一小時的情況下，溫度管理裝置81計測對象裝置82的溫度，如果檢測到對象裝置82在大于等于100℃的溫度下工作了一小時，則溫度管理裝置81內(nèi)的靜電微繼電器72斷開對內(nèi)部裝置82的內(nèi)部電路83的供電。
在本實施方式中，對于靜電微繼電器72利用了圖1～圖35所示的靜電微繼電器10。由此，在靜電微繼電器72中可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的降低以及小型化，所以可以實現(xiàn)溫度管理裝置81的低功率化以及小型化。
接著，參照圖39說明本發(fā)明的另一個實施方式。圖39表示本實施方式的便攜信息終端85的要部結(jié)構(gòu)。在便攜信息終端85中，利用了兩個靜電微繼電器72a、72b。一個靜電微繼電器72a作用為在內(nèi)部天線86和外部天線87之間進(jìn)行切換，另一個靜電微繼電器72b在發(fā)送電路側(cè)的功率放大器88和接收電路側(cè)的低噪聲放大器89之間切換信號流。
在本實施方式中，對于靜電微繼電器72a、72b利用了圖1～圖35所示的靜電微繼電器10。由此，在靜電微繼電器72a、72b中可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的降低以及小型化，所以可以實現(xiàn)便攜信息終端85的低功率化以及小型化。
如上所述，本實施方式的靜電微繼電器10可以確保與以往同等的回復(fù)力，并實現(xiàn)接觸力的提高、施加電壓的降低、和/或電極尺寸的縮小，所以例如通過在無線通信機(jī)、計測器、溫度管理裝置、便攜信息終端等的各種裝置中采用本實施方式的靜電微繼電器10，可以實現(xiàn)裝置的低功率化以及小型化。
本發(fā)明不限于上述的各種實施方式，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更，對于組合不同實施方式中分別公開的技術(shù)手段而得到的實施方式，也包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
例如，在上述實施方式中，說明了靜電微繼電器，但可以對于靜電微開關(guān)等的通過靜電引力使觸點(diǎn)之間接觸或分離而對電路進(jìn)行通斷的任意的靜電微觸點(diǎn)通斷器應(yīng)用本發(fā)明。
此外，上述實施方式中，使可動觸點(diǎn)部25的寬度比梁部23的寬度寬，但這是為了強(qiáng)調(diào)可動觸點(diǎn)部25和梁部23之間的不同。從而，也可以使可動觸點(diǎn)部25的寬度與梁部23的寬度相等，還可以在梁部23的寬度以下。
此外，在上述實施方式中，梁部23的大部分與固定電極12相對，在梁部23和固定電極12之間施加電壓時，由于靜電引力而向固定電極12側(cè)驅(qū)動。從而，在梁部23中與固定電極12相對的部分具有作為可動電極24的功能。
如上所述，由于本發(fā)明的靜電微觸點(diǎn)通斷器可以確保與以往同等的回復(fù)力，并實現(xiàn)接觸力的提高、施加電壓的降低、和/或電極尺寸的縮小，所以也可以應(yīng)用于要求低功率化以及小型化的其它的MEMS元件。
權(quán)利要求
1.一種靜電微觸點(diǎn)通斷器，通過在設(shè)置于基座上的固定電極和致動器的可動電極之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動所述可動電極，使設(shè)置于所述致動器上的可動觸點(diǎn)與設(shè)置于所述基座上的固定觸點(diǎn)接觸或分離，從而對電路進(jìn)行通斷，其特征在于，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，該梁部從所述支撐部側(cè)開始以所述可動電極和所述可動觸點(diǎn)的順序進(jìn)行彈性支撐，在連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部上，從所述支撐部側(cè)開始形成有狹縫。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電微觸點(diǎn)通斷器，其特征在于，所述狹縫的長度至少為所述連接部的長度的37％。
3.如權(quán)利要求2所述的靜電微觸點(diǎn)通斷器，其特征在于，所述狹縫的長度至少為所述連接部的長度的60％。
4.如權(quán)利要求3所述的靜電微觸點(diǎn)通斷器，其特征在于，所述狹縫的長度為所述連接部的長度的70％至90％。
5.一種靜電微觸點(diǎn)通斷器，通過在設(shè)置于基座上的固定電極和致動器的可動電極之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動所述可動電極，使設(shè)置于所述致動器上的可動觸點(diǎn)與設(shè)置于所述基座上的固定觸點(diǎn)接觸或分離，從而對電路進(jìn)行通斷，其特征在于，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，該梁部從所述支撐部側(cè)開始以所述可動電極和所述可動觸點(diǎn)的順序進(jìn)行彈性支撐，連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部的彈性常數(shù)小于按照與所述梁部同樣的材質(zhì)和厚度、或者與所述可動電極同樣的材質(zhì)和厚度形成的結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的靜電微觸點(diǎn)通斷器，其特征在于，所述連接部比所述梁部和所述可動電極薄。
7.如權(quán)利要求1至6中的任意一項所述的靜電微觸點(diǎn)通斷器，其特征在于，所述連接部與所述梁部和所述可動電極相比，其材質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)不同。
8.具有如權(quán)利要求1至6中的任意一項所述的靜電微觸點(diǎn)通斷器以進(jìn)行電路的通斷的裝置。
9.一種靜電微觸點(diǎn)通斷器的制造方法，所述靜電微觸點(diǎn)通斷器通過在設(shè)置于基座上的固定電極和致動器的可動電極之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動所述可動電極，使設(shè)置于所述致動器上的可動觸點(diǎn)與設(shè)置于所述基座上的固定觸點(diǎn)接觸或分離，從而對電路進(jìn)行通斷，其中，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，所述靜電微觸點(diǎn)通斷器的制造方法的特征在于，將作為所述致動器的SOI晶片接合在作為所述基座的玻璃基板上，對所述SOI晶片進(jìn)行蝕刻而露出氧化硅膜，對與連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部對應(yīng)的區(qū)域以外的區(qū)域進(jìn)行蝕刻，來除去氧化硅膜。
10.一種靜電微觸點(diǎn)通斷器的制造方法，所述靜電微觸點(diǎn)通斷器通過在設(shè)置于基座上的固定電極和致動器的可動電極之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動所述可動電極，使設(shè)置于所述致動器上的可動觸點(diǎn)與設(shè)置于所述基座上的固定觸點(diǎn)接觸或分離，從而對電路進(jìn)行通斷，其中，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，所述靜電微觸點(diǎn)通斷器的制造方法的特征在于，對作為所述致動器的SOI晶片進(jìn)行蝕刻而形成所述支撐部，在與連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部對應(yīng)的區(qū)域中形成金屬膜。
11.一種靜電微觸點(diǎn)通斷器的制造方法，所述靜電微觸點(diǎn)通斷器通過在設(shè)置于基座上的固定電極和致動器的可動電極之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動所述可動電極，使設(shè)置于所述致動器上的可動觸點(diǎn)與設(shè)置于所述基座上的固定觸點(diǎn)接觸或分離，從而對電路進(jìn)行通斷，其中，所述致動器具有支撐部，其豎立地設(shè)置在所述基座上；以及梁部，其從該支撐部向側(cè)方延伸，經(jīng)由連接部彈性地支撐所述可動電極，并且彈性地支撐所述可動觸點(diǎn)，所述靜電微觸點(diǎn)通斷器的制造方法的特征在于，對作為所述致動器的SOI晶片進(jìn)行蝕刻而形成所述支撐部，針對所述SOI晶片，對與連接所述梁部和所述可動電極的所述連接部對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行蝕刻而露出氧化硅膜，在與所述連接部對應(yīng)的區(qū)域上形成金屬膜。
全文摘要
靜電微觸點(diǎn)通斷器及其制造方法、使用該通斷器的裝置。本發(fā)明的靜電微繼電器(10)通過在設(shè)于基座(11)上的固定電極(12)和致動器(21)的可動電極(24)之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電引力來驅(qū)動可動電極(24)，使設(shè)于致動器(21)上的可動觸點(diǎn)26與設(shè)于基座(11)上的固定觸點(diǎn)(13a、14a)接觸或分離而對電路進(jìn)行通斷。致動器(21)具有支撐部(22)，其豎立地設(shè)置于基座(11)上；以及梁部(23)，其從支撐部(22)向側(cè)方延伸、彈性地支撐可動電極(24)以及可動觸點(diǎn)(26)。梁部(23)從支撐部(22)側(cè)開始以可動電極(24)和可動觸點(diǎn)(26)的順序進(jìn)行彈性支撐。連接梁部(23)和可動電極(24)的連接部(28)從支撐部(22)側(cè)開始形成有狹縫(27)。
文檔編號H01H59/00GK1848344SQ200610064810
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者增田貴弘, 積知范 申請人:歐姆龍株式會社