JP2001179699A - Double microelectronic machine actuator device - Google Patents
Double microelectronic machine actuator deviceInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ電子機械
システム（micro-electromechanical systems(ＭＥＭ
Ｓ）に関し、特にフリップチップ結合の形態をとるＭＥ
ＭＳデバイスの静電気による作動化技術に関する。The present invention relates to micro-electromechanical systems (MEM)
With regard to S), in particular ME in the form of flip-chip bonding
The present invention relates to a technology for activating an MS device by static electricity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）
は、特に交換機能、リレー機能、波長ルーティング機能
を実行する通信システムで幅広く用いられている。静電
気による作動機能を用いて、上記のデバイスで用いられ
る薄い膜に相対的な動きを与えている。薄い膜が、広い
面積に亘って接触するようになると、膜は、表面引力に
より互いにくっつき合うようになる。一旦接触すると表
面対体積比が大きいことおよび薄い膜が柔軟性があるた
めに膜を分離することが困難となる。2. Description of the Related Art Microelectromechanical systems (MEMS)
Is widely used especially in communication systems that perform switching functions, relay functions, and wavelength routing functions. The electrostatic actuation function is used to impart relative movement to the thin films used in the above devices. As thin films come into contact over a large area, the films become stuck together due to surface attraction. Once in contact, it is difficult to separate the membrane due to the large surface to volume ratio and the flexibility of the thin membrane.
【０００３】機械的デバイスが多結晶シリコンのような
薄い構造体デバイスのプレートを構成するような表面の
マイクロマシーンデバイスにおいては、この現象は、ス
ティクション（stiction）と称する。静電気による作動
力のみが引力をあたえるために、一旦マイクロマシーン
が基板に接着すると、デバイスを元に戻したり、例えば
リセットすることが困難となる。元に戻す唯一の方法
は、梁状プルーブでもってマイクロマシーンを基板から
機械的に取り外すことである。In surface micromachine devices where the mechanical device constitutes a plate of a thin structure device such as polycrystalline silicon, this phenomenon is called stiction. Once the micromachine has adhered to the substrate, it is difficult to return the device to the original state or to reset the device, for example, because only the operation force due to static electricity gives an attractive force. The only way to undo is to mechanically remove the micromachine from the substrate with a beam probe.
【０００４】公知のＭＥＭＳリレーデバイスは、電気的
接続を行うために２枚の膜を互いに接触するよう動かす
ような静電気作動力を用いている。通常のリレー装置
は、２つの表面間に電気的絶縁が必要とされた場合に
は、２つの表面を分離するために機械的回復力あるいは
スプリングの力に依存している。例えば、公知のＭＥＭ
Ｓデバイス１０を図１に示す。同図において、ＭＥＭＳ
デバイス１０は基板１２と可動マイクロマシーン、例え
ば基板１２に取り付けられる固定端１６と可動端１８と
を有する片持ち梁１４を有する。片持ち梁１４は、電圧
を片持ち梁１４と作動電極プレート２０との間に加えた
ときに、可動端１８を基板１２の方向に動かすために片
持ち梁１４に静電気の引っ張り力を与えるような作動電
極プレート２０を作動させることにより制御される。[0004] Known MEMS relay devices use an electrostatic actuation force to move two membranes into contact with each other to make an electrical connection. Conventional relay devices rely on mechanical resilience or spring force to separate the two surfaces if electrical insulation is required between the two surfaces. For example, a known MEM
The S device 10 is shown in FIG. In FIG.
The device 10 has a substrate 12 and a movable micromachine, for example a cantilever 14 having a fixed end 16 and a movable end 18 attached to the substrate 12. The cantilever 14 provides an electrostatic pull on the cantilever 14 to move the movable end 18 toward the substrate 12 when a voltage is applied between the cantilever 14 and the working electrode plate 20. It is controlled by activating the appropriate working electrode plate 20.
【０００５】接触用電極２２は片持ち梁１４の下に配置
され、可動端１８が第１位置ある時にスイッチを閉にし
（「オン」状態）、可動端１８が第２状態にあるときス
イッチを開にする（「オフ」状態）にする切り換え接点
として機能する。ＭＥＭＳデバイス１０をオンの位置に
維持しておくためには、電圧は作動電極に常に印加され
ていなければならない。電圧が印加されなくなる（即
ち、スイッチが切られる）と片持ち梁内の力が基板１２
を第２位置に戻すよう機能する。A contact electrode 22 is located below the cantilever 14 to close the switch when the movable end 18 is in the first position ("on" state) and to switch when the movable end 18 is in the second state. Acts as a switching contact to open ("off" state). In order to keep the MEMS device 10 in the ON position, a voltage must be constantly applied to the working electrode. When no voltage is applied (ie, when the switch is turned off), the force in the cantilever beam will
To return to the second position.
【０００６】距離ｄだけ離れた面積Ａの２枚の平行な金
属プレート（例えば、膜）が、真空（空気）中に配置さ
れたときには、２枚のプレートの間のキャパシタンスＣ
は次式で与えられる。 Ｃ＝ε0Ａ／ｄ ここで、ε0 は真空の誘電率で、Ａ＞＞ｄ2 の場合に
は、Ｖの電圧差がこれらの２枚のプレートにかけられる
と、引っ張り力Ｆは次式で与えられる。When two parallel metal plates (eg, films) of area A separated by a distance d are placed in a vacuum (air), the capacitance C between the two plates
Is given by the following equation. C = ε 0 A / d where ε 0 is the dielectric constant of a vacuum, and in the case of A >> d 2 , when a voltage difference of V is applied to these two plates, the tensile force F becomes Given by
【０００７】Ｆ＝−ＣＶ2／ｄ この力が２枚のプレートを互いの方向に引き合う。この
力を用いて金属製のマイクロマシーンを作動させるが、
電圧を加えるだけで力が得られるために、実行すること
が非常に容易である。さらにまたマイクロマシーンが移
動しない限りパワーは消滅しない、その理由は電流はデ
バイス内を実際には流れないからである。F = -CV 2 / d This force pulls the two plates toward each other. Using this force to operate a metal micromachine,
It is very easy to implement, since the power is obtained by simply applying a voltage. Furthermore, power does not disappear unless the micromachine moves, since no current actually flows through the device.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この作動メカニズム
は、多くの利点があるが制約もある。最も重要な制約
は、引っ張り力しか与えることができず、その結果動き
は一方向のみとなる。他の制約は、接点材料が摩耗した
ときには、表面引力が増加する点である。同時に図１に
示したデバイスにおいては、機械的な片持ち梁が疲労す
ると、復元力も減少する。これらの影響が組み合わさっ
て、マイクロリレーはくっつき合い、デバイスの動作が
不可能となる。このような故障は、接着が機械部品の動
きを止めるような多くのＭＥＭＳデバイスで共通のこと
である。While this actuation mechanism has many advantages, it also has limitations. The most important constraint is that only a pulling force can be applied, so that the movement is only in one direction. Another limitation is that as the contact material wears, the surface attraction increases. At the same time, in the device shown in FIG. 1, when the mechanical cantilever fatigues, the restoring force also decreases. These effects combine to make microrelays stick together and render the device inoperable. Such failures are common in many MEMS devices where bonding stops the movement of mechanical components.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ダイヤ
フラムあるいは片持ち梁のようなマイクロマシーンに第
１方向と第２方向の両方に制御した動きを加えることの
できる二重動作が可能なマイクロ電子機械アクチュエー
タが得られる。このアクチュエータは、第１作動電極が
その上に形成される第１基板とこの第１基板から離れて
第２作動電極がその上に形成される第２基板とを有す
る。マイクロマシーンが第１作動電極と第２作動電極と
の間に配置される。作動電極の一方が選択的に活性化さ
れると、例えば電圧を加えることにより、静電気の引っ
張り力がマイクロマシーンと活性化された電極との間に
発生し、マイクロマシーンを活性化された電極の方向
に、即ち第１基板あるいは第２基板のいずれかの方向に
動かす。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a dual operation capable of applying controlled movement in both a first direction and a second direction to a micromachine such as a diaphragm or cantilever is possible. A micro-electro-mechanical actuator is obtained. The actuator has a first substrate on which a first working electrode is formed, and a second substrate on which a second working electrode is formed remote from the first substrate. A micromachine is located between the first working electrode and the second working electrode. When one of the working electrodes is selectively activated, for example, by applying a voltage, an electrostatic pulling force is generated between the micromachine and the activated electrode, causing the micromachine to activate the activated electrode. In the direction of the first substrate or the second substrate.
【００１０】このような作動メカニズムをＭＥＭＳリレ
ーで用いる。リレーの実施例の場合においては、マイク
ロマシーンは片持ち梁として形成され、その一端は第１
基板に取り付けられ、他端は第１基板と第２基板の間で
移動可能である。一対の接点用電極も含まれる。この接
点用電極の一方は第２基板により支持され、他方はマイ
クロマシーンにより支持される。マイクロマシーンが第
２基板の方向に移動すると、接点用電極との間に電気的
な接触が発生し、そしてマイクロマシーンが第１基板の
方向に移動すると、接点用基板の間での電気的接触が切
られる。[0010] Such an operating mechanism is used in a MEMS relay. In the case of the relay embodiment, the micromachine is formed as a cantilever, one end of which is the first.
Attached to the substrate, the other end is movable between the first substrate and the second substrate. A pair of contact electrodes is also included. One of the contact electrodes is supported by the second substrate, and the other is supported by the micromachine. When the micromachine moves in the direction of the second substrate, electrical contact occurs between the micromachine and the contact substrate, and when the micromachine moves in the direction of the first substrate, the electrical contact between the contact substrate occurs. Is cut off.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図２に本発明による二重静電力ア
クチュエータの一般的概念を示し、この構成は、離間し
平行に配置された３枚の導電性のプレート、即ち上部作
動電極プレート４２、下部作動電極プレート４４、中間
電極プレート４６を有する。上部作動電極プレート４２
と下部作動電極プレート４４は異なる基板（図示せず）
に取り付けられ、中間電極プレート４６は上部作動電極
プレート４２と下部作動電極プレート４４に対し機械的
に移動可能である。中間電極プレート４６は、マイクロ
マシーンと称し、例えばダイヤフラム、片持ち梁あるい
は他のタイプの可動素子として構成される。第１電圧源
が電圧Ｖ1 を上部作動電極プレート４２と中間電極プレ
ート４６との間にかけ、第２電圧源が電圧Ｖ2 を下部作
動電極プレート４４と中間電極プレート４６との間にか
ける。FIG. 2 shows the general concept of a dual electrostatic actuator according to the present invention, which comprises three spaced apart and parallel conductive plates, namely an upper working electrode plate 42. , A lower working electrode plate 44 and an intermediate electrode plate 46. Upper working electrode plate 42
And the lower working electrode plate 44 are different substrates (not shown)
And the intermediate electrode plate 46 is mechanically movable with respect to the upper working electrode plate 42 and the lower working electrode plate 44. Intermediate electrode plate 46 is referred to as a micromachine and is configured, for example, as a diaphragm, cantilever, or other type of movable element. The first voltage source is a voltages V 1 applied between the upper working electrode plate 42 and the intermediate electrode plate 46, the second voltage source applies a voltage V 2 between the lower working electrode plates 44 and the intermediate electrode plate 46.
【００１２】中間電極プレート４６を上部作動電極プレ
ート４２の方向、即ち図では上方向に移動させるために
は、正（または負）電圧Ｖ1 をかけ、一方Ｖ2 は０であ
る。中間電極プレート４６を下部作動電極プレート４４
の図では下側に移動させるためには、正（または負）電
圧がＶ2にかけられ、一方電圧Ｖ1は０である。かくして
所望の方向の動きに依存して、正の作動力を選択したい
ずれかの方法（例えば上方向または下方向）にマイクロ
マシーンにかけることができる。To move the intermediate electrode plate 46 in the direction of the upper working electrode plate 42, ie, upward in the figure, a positive (or negative) voltage V 1 is applied, while V 2 is zero. The intermediate electrode plate 46 is connected to the lower working electrode plate 44.
In the diagram in order to move to the lower side, the positive (or negative) voltage is applied to V 2, whereas voltages V 1 is 0. Thus, depending on the movement in the desired direction, a positive actuation force can be applied to the micromachine in any selected way (eg, upward or downward).
【００１３】この実施例においては、上部作動電極プレ
ート４２、下部作動電極プレート４４、中間電極プレー
ト４６の大きさは、一側が１−１０，０００μｍで、そ
の厚さは０．０１−１０μｍである。プレート間のスペ
ースは、０．５−５００μｍである。この範囲において
は、電圧Ｖ1とＶ2の値は、０．１−５００Ｖである。In this embodiment, the size of the upper working electrode plate 42, the lower working electrode plate 44, and the intermediate electrode plate 46 is 1-10000 μm on one side, and the thickness is 0.01-10 μm. . The space between the plates is 0.5-500 μm. In this range, the value of the voltage V 1 and V 2 is 0.1-500V.
【００１４】図３はＭＥＭＳリレーの実施例を表す。図
１の従来技術と同様にこのデバイスは、基板１２と可動
マイクロマシーン、例えば片持ち梁１４を有し、この片
持ち梁１４は可動端１８と基板１２に取り付けられた固
定端１６とを有する。片持ち梁１４は作動電極プレート
２０を作動させることにより制御され、これにより電圧
が片持ち梁１４と作動電極プレート２０との間にかけら
れたときには可動端１８を基板１２の下方向に動かすた
めに片持ち梁１４に対し静電気の引っ張り力を与える。
接触用電極２２が片持ち梁１４の上に配置され、スイッ
チ接点として機能する。FIG. 3 shows an embodiment of the MEMS relay. As in the prior art of FIG. 1, the device has a substrate 12 and a movable micromachine, for example, a cantilever 14, which has a movable end 18 and a fixed end 16 attached to the substrate 12. . The cantilever 14 is controlled by actuating the working electrode plate 20 so as to move the movable end 18 downwardly of the substrate 12 when a voltage is applied between the cantilever 14 and the working electrode plate 20. An electrostatic tension is applied to the cantilever 14.
A contact electrode 22 is arranged on the cantilever 14 and functions as a switch contact.
【００１５】図３ＡのＭＥＭＳデバイス１０と共に使用
される第２アクチュエータ部分５０を図３Ｂに示す。こ
の第２アクチュエータ部分５０は第２基板５２と第２作
動電極５４と第２接触用電極５６とを有し、この第２接
触用電極５６は電極ヘッド５８を有する。第２作動電極
５４は電圧がかけられたときには図２の上部作動電極プ
レート４２として機能し、第２作動電極５４の近傍に配
置された片持ち梁１４に静電気の引っ張り力がかかる。
第２アクチュエータ部分５０を図３ＡのＭＥＭＳデバイ
ス１０と組み合わせたときに、図４−６に示すように二
重アクチュエータデバイス６０が構成される。図を明瞭
にするために、第２基板５２は図４には示していない。A second actuator portion 50 for use with the MEMS device 10 of FIG. 3A is shown in FIG. 3B. The second actuator part 50 has a second substrate 52, a second working electrode 54, and a second contact electrode 56, and the second contact electrode 56 has an electrode head 58. The second working electrode 54 functions as the upper working electrode plate 42 in FIG. 2 when a voltage is applied, and a static force is applied to the cantilever 14 disposed near the second working electrode 54.
When the second actuator portion 50 is combined with the MEMS device 10 of FIG. 3A, a dual actuator device 60 is configured as shown in FIGS. 4-6. For clarity, the second substrate 52 is not shown in FIG.
【００１６】二重アクチュエータデバイス６０は片持ち
梁１４を移動マイクロマシーン作動部材として用いた機
械的リレーである。片持ち梁１４は、導電材料製あるい
は導電材料が堆積された絶縁材料製である。片持ち梁１
４の固定端１６は基板１２に取り付けられ、第１作動電
極は下部基板と片持ち梁１４との間に配置される。接触
用電極２２が片持ち梁１４の上に形成され、この実施例
ではリレースイッチの一部として機能する。上記したよ
うに、電圧が作動電極プレート２０に加えられると引っ
張り力が生成され片持ち梁１４を固定端１６の周囲に回
転させ、その結果可動端１８が基板１２の方向に引きつ
けられる。The dual actuator device 60 is a mechanical relay that uses the cantilever 14 as a moving micromachine actuating member. The cantilever 14 is made of a conductive material or an insulating material on which a conductive material is deposited. Cantilever 1
The fixed end 16 of 4 is attached to the substrate 12 and the first working electrode is arranged between the lower substrate and the cantilever 14. A contact electrode 22 is formed on the cantilever 14 and in this embodiment functions as part of a relay switch. As described above, when a voltage is applied to the working electrode plate 20, a pulling force is generated, causing the cantilever 14 to rotate about the fixed end 16, thereby pulling the movable end 18 toward the substrate 12.
【００１７】第２アクチュエータ部分５０、特に第２接
触用電極５６をその上に有する第２作動電極５４を図４
に示すように、片持ち梁１４から離間して配置する。接
触用電極２２と第２接触用電極５６の間で電気的接続を
行うために正電圧が第２作動電極５４と片持ち梁１４と
の間に加えられ、それに応答して片持ち梁１４を第２基
板５２の方向に引きつける（静電気）力を生成する。そ
してこれが次に片持ち梁１４の上に配置された接触用電
極２２を第２接触用電極５６に電気的に接触させるが、
これは片持ち梁１４の本来有しているバネ力に依存せず
に行われる。FIG. 4 shows a second actuator portion 50, in particular a second working electrode 54 having a second contacting electrode 56 thereon.
As shown in FIG. A positive voltage is applied between the second working electrode 54 and the cantilever 14 to make an electrical connection between the contact electrode 22 and the second contact electrode 56, and in response, the cantilever 14 It generates a (static) force that is attracted in the direction of the second substrate 52. This then causes the contact electrode 22 disposed on the cantilever 14 to be in electrical contact with the second contact electrode 56,
This is performed without depending on the inherent spring force of the cantilever 14.
【００１８】電気的接触を維持するために、正電圧は第
２作動電極５４に継続してかけられる。接触用電極２２
と第２接触用電極５６との間の電気的接触がその後必要
でない場合には、電圧は第２作動電極５４にはかけず、
その代わり作動電極プレート２０と片持ち梁１４との間
にかけて、片持ち梁１４を基板１２の方向に移動させ、
接触用電極２２と第２接触用電極５６との間を物理的に
分離する。A positive voltage is continuously applied to the second working electrode 54 to maintain electrical contact. Contact electrode 22
If electrical contact between the second contact electrode 56 and the second contact electrode 56 is not required thereafter, no voltage is applied to the second working electrode 54,
Instead, the cantilever 14 is moved in the direction of the substrate 12 between the working electrode plate 20 and the cantilever 14,
The contact electrode 22 and the second contact electrode 56 are physically separated.
【００１９】リレーの別の好ましい特性は、開状態の最
大電圧特性が高いことである。この特性は、リレーの状
態を変化させずあるいはリレーそのものに損傷を与えず
にスイッチが開放状態のときにリレーの接点電極にかか
る電圧を意味する。静電気のアクチュエータにおいて
は、接点電極間に係る電圧は、作動力として機能する、
即ち２つの接点電極間にかけられた電圧は、接点電極を
互いに引き合いスイッチを閉じる傾向にある。Another preferred characteristic of the relay is that the open-circuit maximum voltage characteristic is high. This characteristic means the voltage applied to the contact electrode of the relay when the switch is open without changing the state of the relay or damaging the relay itself. In an electrostatic actuator, the voltage between the contact electrodes functions as an actuation force,
That is, the voltage applied between the two contact electrodes tends to attract the contact electrodes together and close the switch.
【００２０】そのため作動電圧を低減させる最適のデザ
インでは、静電気により作動するＭＥＭＳリレーの開状
態の最大電圧を減らしている。本発明の二重アクチュエ
ータデバイス６０の別の利点は、第２作動電極５４は接
点電極間の大きな電位差により生成される力に対向する
ために、開状態の間バイアスがかけられる点である。こ
れによりさらに開状態の最大電圧を増加させることがで
きる。Therefore, in an optimal design for reducing the operating voltage, the maximum voltage in the open state of the MEMS relay operated by static electricity is reduced. Another advantage of the dual actuator device 60 of the present invention is that the second actuation electrode 54 is biased during the open state to oppose the force created by the large potential difference between the contact electrodes. Thereby, the maximum voltage in the open state can be further increased.
【００２１】二重アクチュエータデバイス６０の好まし
い実施例では、フリップチップ結合形態を用いている。
この形態においては、作動電極プレート２０と片持ち梁
１４は単一基板（例、基板１２）上に表面マイクロマシ
ーン技術を用いて形成され、一方第２作動電極５４は第
２基板５２の上に形成される。適正に動作させるため
に、第２作動電極５４は片持ち梁１４と作動電極プレー
ト２０に対し、プロップチップ結合手段により適宜の場
所に組み立てられ、その結果得られた静電気作動力が適
正に方向付けられる。The preferred embodiment of the dual actuator device 60 uses a flip-chip bonding configuration.
In this configuration, the working electrode plate 20 and the cantilever 14 are formed on a single substrate (eg, the substrate 12) using surface micromachine technology, while the second working electrode 54 is formed on the second substrate 52. It is formed. For proper operation, the second working electrode 54 is assembled in place with the cantilever 14 and working electrode plate 20 by means of a prop tip coupling means so that the resulting electrostatic actuation force is properly oriented. Can be
【００２２】正しく測定された厚さを有するスペーサ
（図示せず）を上部基板と下部基板との間に配置して片
持ち梁１４と第２作動電極５４との間のギャップ即ちス
ペースを制御することができる。片持ち梁１４と第２作
動電極５４との間のスペース即ちギャップがある電圧に
対する上部作業電極により生成される力の大きさを決定
する。A spacer (not shown) having a correctly measured thickness is placed between the upper and lower substrates to control the gap or space between the cantilever 14 and the second working electrode 54. be able to. The space or gap between the cantilever 14 and the second working electrode 54 determines the magnitude of the force generated by the upper working electrode for a given voltage.
【００２３】様々な導電性素子の間の電気的絶縁を確保
するために、本発明の好ましい実施例では絶縁層６４，
６５，６６を有する。これらの絶縁層は、二酸化シリコ
ンまたは窒化シリコン製である。図５，６に示すよう
に、絶縁層６４は第２基板５２を第２作動電極５４から
絶縁し、絶縁層６５は片持ち梁１４を接触用電極２２か
ら絶縁し、絶縁層６６は基板１２を作動電極プレート２
０から絶縁している。In order to ensure electrical insulation between the various conductive elements, the preferred embodiment of the present invention provides an insulating layer 64,
65, 66. These insulating layers are made of silicon dioxide or silicon nitride. As shown in FIGS. 5 and 6, the insulating layer 64 insulates the second substrate 52 from the second working electrode 54, the insulating layer 65 insulates the cantilever 14 from the contact electrode 22, and the insulating layer 66 The working electrode plate 2
Insulated from zero.
【００２４】本発明の好ましい実施例においては、作動
電極プレート２０、第２作動電極５４と片持ち梁１４と
の間の電気的短絡を回避しなければならないが、その理
由は作動させるのに必要な高電圧が微細なマイクロマシ
ーン構成素子のスパーク溶接を引き起こすからである。
電気的短絡は、作動電極を絶縁層６８（二酸化シリコン
製または窒化シリコン製）の下に埋め込むことにより、
あるいは作動電極とマイクロマシーンとの間の接点領域
の電位がゼロとなるように整形することにより回避する
ことができる。In the preferred embodiment of the present invention, an electrical short circuit between the working electrode plate 20, the second working electrode 54 and the cantilever 14 must be avoided because of the need for actuation. This is because a high voltage causes spark welding of minute micro-machine components.
Electrical shorting is achieved by embedding the working electrode under the insulating layer 68 (made of silicon dioxide or silicon nitride).
Alternatively, it can be avoided by shaping the contact region between the working electrode and the micromachine so that the potential is zero.
【図１】従来技術に係るマイクロ電子機械リレーを表す
図FIG. 1 shows a micro electromechanical relay according to the prior art.
【図２】本発明による二重静電気アクチュエータを表す
図FIG. 2 illustrates a double electrostatic actuator according to the present invention.
【図３】本発明の一実施例で用いられる二重アクチュエ
ータの一部を表す図FIG. 3 is a diagram showing a part of a double actuator used in an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施例による二重アクチュエータに
よるマイクロ電子機械リレーを表す図FIG. 4 is a diagram illustrating a micro-electromechanical relay with dual actuators according to one embodiment of the present invention.
【図５】図４の線Ａ−Ａ′に沿った断面図FIG. 5 is a sectional view taken along line AA 'of FIG. 4;
【図６】図４の線Ｂ−Ｂ′に沿った断面図FIG. 6 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 4;
１０ ＭＥＭＳデバイス １２ 基板 １４ 片持ち梁 １６ 固定端 １８ 可動端 ２０ 作動電極プレート ２２ 接触用電極 ２４ 電極ヘッド ４２ 上部作動電極プレート ４４ 下部作動電極プレート ４６ 中間電極プレート ５０ 第２アクチュエータ部分 ５２ 第２基板 ５４ 第２作動電極 ５６ 第２接触用電極 ５８ 電極ヘッド ６０ 二重アクチュエータデバイス ６４，６５，６６，６８ 絶縁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 MEMS device 12 Substrate 14 Cantilever 16 Fixed end 18 Movable end 20 Working electrode plate 22 Contact electrode 24 Electrode head 42 Upper working electrode plate 44 Lower working electrode plate 46 Intermediate electrode plate 50 Second actuator part 52 Second substrate 54 Second working electrode 56 Second contact electrode 58 Electrode head 60 Dual actuator device 64, 65, 66, 68 Insulating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デビッド ジョン ビショップ アメリカ合衆国、07901 ニュージャージ ー、サミット、オーク クノル ロード ７ (72)発明者 クリスチャン エー．ボレ アメリカ合衆国、07060 ニュージャージ ー、ノース プレイン フィールド、ウェ スターベルト アベニュー 114、アパー トメント 31 (72)発明者 ジュンサン キム アメリカ合衆国、07920 ニュージャージ ー、バスキング リッジ、モナーク サー クル 46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Jersey 07974-0636 U.S.A. S. A. (72) The Inventor David John Bishop, United States, 07901 New Jersey, Summit, Oak Knoll Road 7 (72) The Inventor Christian A. Bole United States, 07060 New Jersey, North Plainfield, Westerbelt Avenue 114, Apartment 31 (72) Inventor Junsan Kim United States, 07920 New Jersey, Basking Ridge, Monarch Circle 46
Claims (11)
電極（２０）と、 （Ｃ） 前記第１基板から離間して形成された第２基板
（５２）と、 （Ｄ） 前記第１作動電極とは離間した位置で前記第２
基板上に形成された第２作動電極（５４）と、 （Ｅ） 前記第１作動電極（２０）と第２作動電極（５
４）の間に配置されたマイクロマシーン（１４）とから
なり、 前記第１作動電極は、前記マイクロマシーンを前記第１
基板の方向の第１位置に移動させるために前記第１作動
電極に選択的に印加された電圧に応答して前記マイクロ
マシーンに静電気引力を加え、 前記第２作動電極は、前記マイクロマシーンを前記第２
基板の方向の第２位置に移動させるために前記第２作動
電極に選択的に印加された電圧に応答して前記マイクロ
マシーンに静電気引力を加えることを特徴とする二重マ
イクロ電子機械アクチュエータ装置。(A) a first substrate (12); (B) a first working electrode (20) formed on the first substrate (12); and (C) a distance from the first substrate. (D) the second substrate at a position separated from the first working electrode.
A second working electrode (54) formed on the substrate; (E) the first working electrode (20) and the second working electrode (5).
4) a micro-machine (14) disposed between the first working electrode and the first micro-machine.
Applying a static attraction to the micromachine in response to a voltage selectively applied to the first working electrode to move the micromachine to the first position in the direction of the substrate; Second
A dual micro-electro-mechanical actuator device, wherein an electrostatic attraction is applied to the micro-machine in response to a voltage selectively applied to the second working electrode to move to a second position in the direction of the substrate.
た第１接触電極（２２）と、 （Ｇ） 前記第２基板により支持された第２接触電極
（５６）と、 をさらに有し、 前記マイクロマシーンによりマイクロマシーンが第２方
向に移動したときに、前記第１接触電極と第２接触電極
と間を電気的に接触させ、 前記マイクロマシーンが第１位置に移動したときに、前
記第１接触電極と第２接触電極との間を絶縁することを
特徴とする請求項１記載のデバイス。(F) a first contact electrode (22) supported by the micromachine; and (G) a second contact electrode (56) supported by the second substrate. When the micro machine is moved in the second direction by the micro machine, the first contact electrode and the second contact electrode are brought into electrical contact with each other. The device of claim 1, wherein insulation is provided between the contact electrode and the second contact electrode.
を有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。3. The device according to claim 1, wherein the micromachine has a diaphragm.
により支持された固定端（１６）と、前記第１位置と第
２位置との間を移動可能な可動端（１８）とを有する片
持ち梁（１４）を有することを特徴とする請求項１記載
のデバイス。4. The cantilever having a fixed end (16) supported by the first substrate and a movable end (18) movable between the first position and the second position. Device according to claim 1, characterized in that it has a beam (14).
により支持された固定端と、前記第１位置と第２位置と
の間を移動可能な可動端とを有する片持ち梁を有するこ
とを特徴とする請求項２記載のデバイス。5. The micromachine has a cantilever having a fixed end supported by the first substrate and a movable end movable between the first position and the second position. 3. The device according to claim 2, wherein
動電極（２０）との間および前記第２基板（５２）と第
２作動電極（５４）との間に絶縁材料（６６、６４）を
有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。6. An insulating material (66) between the first substrate (12) and the first working electrode (20) and between the second substrate (52) and the second working electrode (54). , 64).
（２０）との間および前記第２基板（５２）と第２作動
電極（５４）との間および前記マイクロマシーン（１
８）と第１接触電極（２２）との間に絶縁材料（６６、
６４、６５）を有することを特徴とする請求項２記載の
デバイス。7. The micromachine (1) between the first substrate (12) and the first working electrode (20), between the second substrate (52) and the second working electrode (54), and the micromachine (1).
8) and the first contact electrode (22) between the insulating material (66,
64. A device according to claim 2, comprising:
動電極との間および前記マイクロマシーンと第２作動電
極との間が直接接触するのを阻止する手段（６８）をさ
らに有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。(I) A means (68) for preventing direct contact between the micro machine and the first working electrode and between the micro machine and the second working electrode. The device of claim 1, wherein
は、 前記マイクロマシーンと第１作動電極との間および前記
マイクロマシーンと第２作動電極との間に絶縁材料を有
することを特徴とする請求項８記載のデバイス。9. The means for preventing the direct contact of (I) includes an insulating material between the micro machine and the first working electrode and between the micro machine and the second working electrode. 9. The device according to claim 8, wherein
は、前記第１基板上に形成されることを特徴とする請求
項１記載のデバイス。10. The device according to claim 1, wherein the micromachine and the first working electrode are formed on the first substrate.
第１基板と第１作動電極にフリップチップ接合されるこ
とを特徴とする請求項１記載のデバイス。11. The device according to claim 1, wherein the second working electrode and the second substrate are flip-chip bonded to the first substrate and the first working electrode.
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100492004B1 (en) * | 2002-11-01 | 2005-05-30 | 한국전자통신연구원 | Radio frequency device using microelectronicmechanical system technology |
| KR100599115B1 (en) | 2004-07-20 | 2006-07-12 | 삼성전자주식회사 | Vibration type MEMS switch and fabricating method thereof |
| JP2007242607A (en) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Toshiba Corp | Semiconductor integrated circuit, mems, and driving method of electrostatic actuator |
| JP2010515207A (en) * | 2006-12-22 | 2010-05-06 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | Method and apparatus for driving a switch |
| US7885051B2 (en) | 2006-02-09 | 2011-02-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor integrated circuit including circuit for driving electrostatic actuator, micro-electro-mechanical systems, and driving method of electrostatic actuator |
| JP2011040385A (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | General Electric Co <Ge> | Switch structure |
| US8411281B2 (en) | 2010-11-24 | 2013-04-02 | Denso Corporation | Fabry-perot interferometer having an increased spectral band |
| JP2016517543A (en) * | 2013-03-14 | 2016-06-16 | クゥアルコム・メムス・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＱＵＡＬＣＯＭＭ ＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． | Electromechanical system device with segmented electrodes |
| KR101823329B1 (en) * | 2016-04-04 | 2018-01-30 | 주식회사 풍산 | Micro-Electro-Mechanical-System relay for electric exploding initiator safety and Detonator using the relay |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100387239B1 (en) * | 2001-04-26 | 2003-06-12 | 삼성전자주식회사 | MEMS Relay and fabricating method thereof |
| JP3818176B2 (en) * | 2002-03-06 | 2006-09-06 | 株式会社村田製作所 | RFMEMS element |
| EP1343190A3 (en) | 2002-03-08 | 2005-04-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Variable capacitance element |
| KR20050083929A (en) * | 2002-11-19 | 2005-08-26 | 바오랍 마이크로시스템스 에스.엘. | Miniature electro-optic device and corresponding uses thereof |
| US7417782B2 (en) | 2005-02-23 | 2008-08-26 | Pixtronix, Incorporated | Methods and apparatus for spatial light modulation |
| EP1642311A2 (en) | 2003-06-26 | 2006-04-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Micro-electromechanical device and module and method of manufacturing same |
| ES2217988B1 (en) * | 2003-11-18 | 2005-09-16 | Baolab Microsystems S.L. | REGULATING CIRCUIT AND CORRESPONDING USES. |
| CA2564473A1 (en) | 2004-05-19 | 2005-11-24 | Baolab Microsystems S.L. | Regulator circuit and corresponding uses |
| US9229222B2 (en) | 2005-02-23 | 2016-01-05 | Pixtronix, Inc. | Alignment methods in fluid-filled MEMS displays |
| US7999994B2 (en) | 2005-02-23 | 2011-08-16 | Pixtronix, Inc. | Display apparatus and methods for manufacture thereof |
| US9158106B2 (en) | 2005-02-23 | 2015-10-13 | Pixtronix, Inc. | Display methods and apparatus |
| US20070205969A1 (en) | 2005-02-23 | 2007-09-06 | Pixtronix, Incorporated | Direct-view MEMS display devices and methods for generating images thereon |
| US9261694B2 (en) | 2005-02-23 | 2016-02-16 | Pixtronix, Inc. | Display apparatus and methods for manufacture thereof |
| US8519945B2 (en) | 2006-01-06 | 2013-08-27 | Pixtronix, Inc. | Circuits for controlling display apparatus |
| US8482496B2 (en) | 2006-01-06 | 2013-07-09 | Pixtronix, Inc. | Circuits for controlling MEMS display apparatus on a transparent substrate |
| US7746529B2 (en) | 2005-02-23 | 2010-06-29 | Pixtronix, Inc. | MEMS display apparatus |
| US9082353B2 (en) | 2010-01-05 | 2015-07-14 | Pixtronix, Inc. | Circuits for controlling display apparatus |
| US8310442B2 (en) | 2005-02-23 | 2012-11-13 | Pixtronix, Inc. | Circuits for controlling display apparatus |
| US8159428B2 (en) | 2005-02-23 | 2012-04-17 | Pixtronix, Inc. | Display methods and apparatus |
| US8526096B2 (en) | 2006-02-23 | 2013-09-03 | Pixtronix, Inc. | Mechanical light modulators with stressed beams |
| US9176318B2 (en) | 2007-05-18 | 2015-11-03 | Pixtronix, Inc. | Methods for manufacturing fluid-filled MEMS displays |
| US8169679B2 (en) | 2008-10-27 | 2012-05-01 | Pixtronix, Inc. | MEMS anchors |
| CN101510486B (en) * | 2009-03-24 | 2011-01-05 | 中北大学 | Micro actuation switch |
| US8115989B2 (en) | 2009-09-17 | 2012-02-14 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Anti-stiction electrode |
| CN102834763B (en) | 2010-02-02 | 2015-07-22 | 皮克斯特罗尼克斯公司 | Methods for manufacturing cold seal fluid-filled display apparatus |
| EP2531997A1 (en) | 2010-02-02 | 2012-12-12 | Pixtronix Inc. | Circuits for controlling display apparatus |
| FR2997247B1 (en) | 2012-10-22 | 2016-12-09 | Commissariat Energie Atomique | ELECTRICITY GENERATOR AND ENERGY RECOVERY |
| US9134552B2 (en) | 2013-03-13 | 2015-09-15 | Pixtronix, Inc. | Display apparatus with narrow gap electrostatic actuators |
| CN112038091B (en) * | 2020-08-04 | 2022-08-19 | 厚元技术（香港）有限公司 | Adjustable capacitor based on MEMS structure |
-
2000
- 2000-10-13 CA CA 2323189 patent/CA2323189A1/en not_active Abandoned
- 2000-10-16 EP EP20000203564 patent/EP1093142A2/en not_active Withdrawn
- 2000-10-16 JP JP2000315660A patent/JP2001179699A/en active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100492004B1 (en) * | 2002-11-01 | 2005-05-30 | 한국전자통신연구원 | Radio frequency device using microelectronicmechanical system technology |
| KR100599115B1 (en) | 2004-07-20 | 2006-07-12 | 삼성전자주식회사 | Vibration type MEMS switch and fabricating method thereof |
| JP4703585B2 (en) * | 2006-02-09 | 2011-06-15 | 株式会社東芝 | Semiconductor integrated circuit and driving method of electrostatic actuator |
| JP2007242607A (en) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Toshiba Corp | Semiconductor integrated circuit, mems, and driving method of electrostatic actuator |
| US7885051B2 (en) | 2006-02-09 | 2011-02-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor integrated circuit including circuit for driving electrostatic actuator, micro-electro-mechanical systems, and driving method of electrostatic actuator |
| US8169770B2 (en) | 2006-02-09 | 2012-05-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor integrated circuit including circuit for driving electrostatic actuator, micro-electro-mechanical systems, and driving method of electrostatic actuator |
| JP2010515207A (en) * | 2006-12-22 | 2010-05-06 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | Method and apparatus for driving a switch |
| JP4723033B2 (en) * | 2006-12-22 | 2011-07-13 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | Method and apparatus for driving a switch |
| US8194382B2 (en) | 2006-12-22 | 2012-06-05 | Analog Devices, Inc. | Method and apparatus for driving a switch |
| JP2011040385A (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | General Electric Co <Ge> | Switch structure |
| US8411281B2 (en) | 2010-11-24 | 2013-04-02 | Denso Corporation | Fabry-perot interferometer having an increased spectral band |
| JP2016517543A (en) * | 2013-03-14 | 2016-06-16 | クゥアルコム・メムス・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＱＵＡＬＣＯＭＭ ＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． | Electromechanical system device with segmented electrodes |
| KR101823329B1 (en) * | 2016-04-04 | 2018-01-30 | 주식회사 풍산 | Micro-Electro-Mechanical-System relay for electric exploding initiator safety and Detonator using the relay |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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