Heat arched beam micro-electro-mechanical equipment and related production method

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ＜関連出願＞ 本願は、１９９６年１２月１６日出願の米国特許出願第０８／７６７１９２号の一部係属出願であり、後者の明細書の全内容は、明示的に本明細書の一部を成すものとする。

【０００２】 ＜発明の分野＞ 本発明は、一般的に、マイクロ電子機械装置に関し、より詳細には、熱的アーチ状ビームアクチュエータを含むマイクロ電子機械装置および関連の製造方法に関する。

【０００３】 ＜発明の背景＞ マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）は、最近、リレー、アクチュエータ、
弁およびセンサなどの従来の電気機械装置に対する代替として開発された。 ＭＥ
ＭＳ装置は、マイクロ電子製造技術の使用に起因して、潜在的に低コストである。 ＭＥＭＳ装置は、従来の電気機械装置に比して大幅に小さいので、新規の機能性を提供するものである。

【０００４】 ＭＥＭＳ技術の多数の潜在的用途は、ＭＥＭアクチュエータを用いたものである。 例えば、多くのセンサ、弁およびポジショナーは、動きのためにアクチュエータを使用する。 適切に設計されている場合、ＭＥＭＳアクチュエータは、有用な力および変位を供給することができる、一方、電力消費量は比較的小さい。 多くの形態のＭＥＭＳアクチュエータが、提案されている。 例えば、”Ｍｉｃｒｏ
ｐｒｏｂｅ”との題名のＭａｒｃｕｓらの米国特許第５４７５３１８号明細書には、片持式バイモルフマイクロプローブおよび二重支持形ビームバイモルフマイクロプローブが開示されている。さらに、１９９５年５月にＳｔｏｋｈｏｌｍ，
Ｓｗｅｄｅｎで開催されたＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｄａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ
，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓで提出された、Ｅｒｎｏ Ｈ． Ｋｌａａｓｅｎらの論文”Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｆｕｓｉｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｅｐ Ｒｅ
ａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ； Ａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”は、一対のサポートの間で延びている一対のアーチ状ビームを有する熱的アクチュエータを開示している。アーチ状ビームを流れる電流により、アーチ状ビームは膨張して、さらにアーチ状に湾曲される。Ｋｌａａｓｓｅｎ論文に記載の熱的アクチュエータも、複数のアーチ状ビームを接続する中心柱を含み、ワークピースに当接して押すのに用いられる。Ｋｌａａｓｓｅｎ論文は、複数の互いに組み合せられたフィンガの間の間隔を変化させるために熱的アクチュエータを利用する容量形加速度計も開示している。

【０００５】 それにもかかわらず、これまで提案されたＭＥＭＳアクチュエータや、多数の既存のおよび勘案されたＭＥＭＳシステム、例えばリレー、アクチュエータ、弁およびセンサについては、有用な力および変位を供給し、しかも実質的に小電力しか消費しない、より洗練されたアクチュエータを必要とされている。 結果として得られるＭＥＭＳシステムは、バッチ処理で製造されるのことが望ましいので、結果として得られるＭＥＭＳシステムを製造するためのマイクロ電子製造技術が、経済的に実現可能であり、繰り返し可能であり、高信頼性であることが好ましい。

【０００６】 ＜発明の要約＞ 本発明のＭＥＭＳ装置は、特に好ましいＭＥＭＳアクチュエータと、１つ以上のＭＥＭＳアクチュエータを含む、一群の他のＭＥＭＳ装置、例えばリレー、スイッチングアレイおよび弁を含む。 さらに、ＭＥＭＳアクチュエータの製造方法も、本発明により提供される。

【０００７】 本発明では、以下においてＭＥＭＳアクチュエータと呼ばれるＭＥＭＳ構造は、基板上の互いに間隔を置いて配置されているサポートと、互いに間隔を置いて配置されているサポートの間で延びている金属アーチ状ビームとを含む。 ＭＥＭ
Ｓアクチュエータは、ビームがさらにアーチ状に湾曲するように、アーチ状ビームを加熱する手段も含む。 好ましくは、加熱手段は、第１および第２の互いに対向して位置する端部の間で延びている加熱器を含み、端部はマイクロ電子基板上に配置されている。

【０００８】 加熱器から金属アーチ状ビームへ効率的に熱を伝達するために、金属アーチ状ビームは、加熱器により発生される熱により金属アーチ状ビームがさらに湾曲するように加熱器を跨って延び、かつ、加熱器から僅かではあるが間隔を置いて配置されている。 それ自体として、この好ましい実施例のＭＥＭＳアクチュエータは、加熱器により発生される熱を、金属アーチ状ビームの機械的運動に効率的に変換する。 本明細書に記載されているように、多くのＭＥＭＳ装置に、本発明のＭＥＭＳアクチュエータを内蔵させることができ、大電力を消費すること無しに、制御可能な力および変位を供給させることができる。

【０００９】 好ましくは、加熱器は、少なくとも部分的に、高抵抗導電性材料、例えばポリシリコン、チタンまたはタングステンを含み、この材料は、絶縁性材料、例えば窒化ケイ素また二酸化ケイ素などにより包囲されている。 少なくとも部分的に導電性の材料を包囲する絶縁性材料は、金属アーチ状ビームと加熱器との間に形成されている空隙と共働して、少なくとも部分的に導電性の材料から、金属アーチ状ビームを電気的に絶縁する。 効果的に、加熱器により発生される熱エネルギーを、金属アーチ状ビームへ伝達するために、空隙は、好ましくは、狭く、例えば、約５ミクロンより狭く、より好ましくは、約１〜２ミクロンである。 同様に、
絶縁性材料も、好ましくは、比較的薄く、１つの好ましい実施例では、約０．５
ミクロンの厚さを有する。

【００１０】 ＭＥＭＳアクチュエータも、好ましくは、長さ方向に延びているアクチュエータを含み、アクチュエータは、金属アーチ状ビームに接続され、第１の方向で外方へ延びている。 １つの好ましい実施例では、加熱器はアクチュエータ部材に下重なりし、第１の方向でアクチュエータ部材と位置合せされている。 この位置合せの結果、この実施例の加熱器により発生される熱は、さらに効率的にアクチュエータ部材に伝達され、さらに、金属アーチ状ビームに伝達されて、アーチ状ビームをさらにアーチ状に湾曲させる。

【００１１】 有用な力および変位を供給し、しかも電力消費量が小さい多くのＭＥＭＳ装置も、本発明により開発されている。 例えば、本発明のＭＥＭＳリレーは、マイクロ電子基板、基板上の第１対のコンタクトと、前記対のコンタクトの間の電気的コンタクトを制御可能に形成するための、基板上の第１のＭＥＭＳアクチュエータとを含む。 ＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材は、好ましくはアーチ状ビームに結合されている、長さ方向に延びている部分と、第１対のコンタクトとのコンタクトを形成するために、長さ方向に延びている部分の運動に応答する、拡大されたコンタクト部分とを含む。 １つの実施例では、長さ方向に延びている部分および拡大されたコンタクト部分を含むアクチュエータ部材は、一体的構造である。 別の１つの実施例では、しかし、長さ方向に延びている部分および拡大されたコンタクト部分は、アーチ状ビームの加熱に応答して長さ方向に延びている部分が運動すると、拡大されたコンタクト部分と接触するように動き、これにより、拡大されたコンタクト部分は第２対のコンタクトと接触するように強制的に動かされる。

【００１２】 本発明のＭＥＭＳリレーが作動されると、アクチュエータ部材は、アクチュエータ部材が第１対のコンタクトから間隔を置いて位置するようにする開き位置と、アクチュエータ部材が前記第１対のコンタクトとコンタクトして、それらの間の電気的接続を形成するようにする閉じ位置との間で動かされる。 ＭＥＭＳリレーの電力消費量をさらに低減させるために、ＭＥＭＳリレーは、好ましくは、アーチ状ビームの加熱と、アクチュエータ部材の運動とに続いて、ある位置にアクチュエータ部材を保持する手段を含む。 保持手段は、アクチュエータ部材と基板との間に静電力を印加する手段を含み、これによりアクチュエータ部材の少なくとも一部を基板に当接させて保持する。

【００１３】 ＭＥＭＳリレーは、基板上の少なくとも１つの係止手段も含み、係止手段は、
いったんアクチュエー部材がアーチ状ビームのコア熱に応答して動かされると、
アクチュエータ部材に下重なりするように位置決めされている。 この好ましい実施例では、アクチュエータ部材は基板に面する下面も含み、下面はアクチュエータブレーキングアシスタント前記が例えば静電力などによりある位置に保持されている際、それぞれの係止手段を協調的に収容するための少なくとも１つの凹部を有する。

【００１４】 代替的に、ＭＥＭＳリレーは、アーチ状ビームの加熱およびアクチュエータ部材の運動に続いて、ある位置にアクチュエータ部材をラッチするラッチ手段を含む。 ある位置にアクチュエータ部材をラッチすることにより、電気的コンタクトが、ＭＥＭＳアクチュエータの作動を継続することなしに、第１対のコンタクトの間に維持され、これにより、ＭＥＭＳリレーの電力消費量がさらに低減される。 １つの好ましい実施例では、ラッチ手段は、アクチュエータ部材から外方へ延びている突出部と、ＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、外方へ延びている突出部と協調的に係合させる対応ラッチ手段とを含む。 この実施例のＭＥＭＳリレーはリセット手段も含み、リセット手段は、通常、第２ＭＥＭＳアクチュエータを含み、第２のＭＥＭＳアクチュエータは、外方へ延びている突出部からラッチ部材を係合解除し、これによりＭＥＭＳリレーが静止位置に戻ることを可能にするラッチ部材を含むアクチュエータ部材を有する。

【００１５】 改善された過電圧保護を提供するために、ＭＥＭＳリレーは、それぞれ、第１
対のコンタクトのそれぞれのコンタクトに電気的に接続されている第１および第２のフィールド強化構造も含む。 第１および第２のフィールド強化構造は、互いに対向して位置するように配置されて、空隙を形成する。 好ましくは、各フィールド強化構造は少なくとも１つの尖鋭突出部を含み、尖鋭突出部は他方のフィールド強化構造へ向かって延びて放電間隙をより正確に形成する。

【００１６】 １つの実施例では、ＭＥＭＳリレーは、基板の、第１対のコンタクトに対して第１のＭＥＭＳアクチュエータに対向して位置する部分上の第２のＭＥＭＳアクチュエータを含む。 第２のＭＥＭＳアクチュエータは、第１対のコンタクトを再び開くために、第１対のコンタクトから、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材を制御可能に係合解除するように設計されている。 第２のＭＥＭ
Ｓアクチュエータのアクチュエータ部材のアーチ状ビームを加熱すると、第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材は、好ましくは、第１のＭＥＭＳ
アクチュエータのアクチュエータ部材とコンタクトして、第１対のコンタクトから、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材を係合解除するように、動く。

【００１７】 別の１つの好ましい実施例のＭＥＭＳリレーは、第１および第２対のコンタクトを接続させる。 この実施例のＭＥＭＳリレーは、基板、基板上の第１および第２対のコンタクト、および基板上の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータを含む。 ＭＥＭＳアクチュエータは、第１のＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材が、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材と協調的に係合するように、位置決めされている。 いったん係合されると、電気的コンタクトが、いずれのＭＥＭＳアクチュエータもさらには作動されずに、第１対のコンタクトの間に形成される。 これに対して、電気的コンタクトは、第１のＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、
第２対のコンタクトの間に形成される。

【００１８】 第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の端部部分は、好ましくは、第２のＭＥＭＳアクチュエータの端部の開口を貫通するスリーブを含む。 これに対応して、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の端部部分は、好ましくは、第１のＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、スリーブの端部を貫通して挿入される係合部分を含む。 それ自体として、第１および第２のＭ
ＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材は、第１のＭＥＭＳアクチュエータの作動に続いて、協調的に係合されているままである。

【００１９】 前述のＭＥＭＳリレーを基礎として、基板と、複数の第１ＭＥＭＳアクチュエータがそれぞれの行素子を形成し、複数の第２のアクチュエータが、それぞれの列素子を形成するように基板上に位置決めされている複数の第１および第２のＭ
ＥＭＳアクチュエータとを含むＭＥＭＳスイッチングアレイも設けられている。
この実施例では、各ＭＥＭＳアクチュエータは、それぞれのアクチュエータ部材に沿って互いに間隔を置いて配置され、そこから外方へ延びている複数のコンタクト部材も含む。 一対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータを作動すると、それぞれのアクチュエータ部材は動かされてそれぞれのコンタクト部材の間に電気的コンタクトを形成して、前記対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータの間に連続的電気経路を形成する。

【００２０】 ＭＥＭＳスイッチングアレイは、それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータの作動に続いて、ある位置にそれぞれの対の第１および第２のＭＥ
ＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材をラッチするラッチ手段も含む。 それ自体として、電気的コンタクトは、それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータの作動を継続する必要なしに、それぞれのコンタクト部材の間に維持され、これにより、ＭＥＭＳスイッチングアレイの電力消費量が、さらに低減される。 １つの好ましい実施例では、ラッチ手段は、それぞれのアクチュエータ部材から外方へ延びているラッチ部材と、複数のアンカー部材とを含む。 各アンカー部材は、それぞれのＭＥＭＳアクチュエータと対応され、それぞれのＭＥＭ
Ｓアクチュエータが作動されると、ラッチ部材と協調的に係合するように、基板上に位置決めされている。

【００２１】 ＭＥＭＳスイッチングアレイは、それぞれのコンタクト部材が、分離し、それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータのさらなる作動の欠如下で、電気的コンタクトをもはや形成しないように、それぞれの対の第１および第２
のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材をラッチ解除するリセット手段も含む。 好ましくは、リセット手段は、それぞれ、複数の第１ＭＥＭＳアクチュエータと、複数の第２のＭＥＭＳアクチュエータとをリセットする第１および第２のリセットアクチュエータを含む。 さらに、各リセットアクチュエータは、好ましくは、アクチュエータブレーキングアシスタント前記を含み、アクチュエータ部材は、アクチュエータ部材に沿って互いに間隔を置いて配置されている複数のリセット部材を有する。 複数のリセット部材は、リセットアクチュエータが作動されると、第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータのそれぞれのアクチュエータ部材と係合して、それぞれのアンカー部材から、アクチュエータ部材のラッチ部分を係合解除する。

【００２２】 本発明の別の１つの態様では、開口を有する基板と、基板上のＭＥＭＳアクチュエータとを含むＭＥＭＳ弁が設けられ、弁は、弁プレートを有し、弁プレートは、アーチ状ビームに、直接的にまたはアクチュエータ部材を介して、操作可能に結合され、アクチュエータ部材は、基板内の開口を少なくとも部分的に覆う。
それ自体として、開口の、弁プレートにより覆われている部分は、ＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、基板に対して弁プレートを動かすことにより、正確に制御される。 本発明のＭＥＭＳ弁の電力消費量をさらに低減するために、ＭＥ
ＭＳ弁は、アーチ状ビームをさらに作動する必要なしに、開口に対してある位置に弁プレートを保持する手段も含む。

【００２３】 ＭＥＭＳ弁の流速を増加させるために、基板は、好ましくは、複数の開口を有し、ＭＥＭＳアクチュエータは、これに対応して、複数の弁プレートを含み、弁プレートは、アーチ状ビームに操作可能に結合され、複数の開口のそれぞれの開口を少なくとも部分的に覆う。 開口のサイズを増加させて、ＭＥＭＳ弁の流速をさらに増加させるために、弁プレートは、好ましくは、アーチ状ビームが、開口の、弁プレートにより覆われている部分を制御可能に調整するために加熱される際、通常は、基板から外方へ延びる支承柱により形成されている、枢転中心点を中心として枢転する細長プレートとして設計されている。 この実施例では、基板内の開口は、好ましくは、支承柱を中心として角度的に互いに間隔を置いて配置されている。 それ自体として、この実施例のＭＥＭＳ弁は、ファンの概観を有し、枢転する弁プレートが、ファンブレードとして機能する。 この実施例のＭＥＭ
Ｓ弁は、通常は開かれているかまたは通常は閉じられているように設計されている。

【００２４】 本発明は、加熱器に上重なりし、加熱器から間隔を置いて配置されている、例えばＭＥＭＳアクチュエータなどのＭＥＭＳ構造を製造する好ましい方法も提供する。 この方法では、犠牲的めっきベースが、最初に、マイクロ電子基板の第１
の表面上に下ろし置かれる。 次いで、ホトレジスト層が、犠牲的めっきベース上に下ろし置かれ、パターン化されて、犠牲的めっきプレートへの１つ以上のウィンドウを開く。 ウィンドウは、好ましくは、互いに間隔を置いて配置されているサポートと、結果として得られるＭＥＭＳアクチュエータの互いに間隔を置いて配置されているサポートの間で延びているアーチ状ビームとの対に対応する。 次いで、ニッケルなどの金属が、ホトレジスト層により形成されているウィンドウ内に電気めっきされて、互いに間隔を置いて配置されているサポートと、互いに間隔を置いて配置されているサポートの間で延びているアーチ状ビームとの対を形成する。 ホトレジスト層は、次いで、除去され、犠牲的めっきベースの部分が、エッチングされて、基板からアーチ状ビームを解放する。

【００２５】 アーチ状ビームを解放するために、アーチ状ビームに下重なりのめっきプレートのすべてを除去する代りに、酸化層が形成およびパターン化されてアーチ状ビームに下重なりするが、互いに間隔を置いて配置されているサポートには下重なりしないことも可能である。 それ自体として、この酸化層の除去は、基板からアーチ状ビームを解放する。

【００２６】 犠牲的めっきベースを基板上に置く前に、加熱器が基板の第１の表面上に形成される。 さらに、通常は、ホトレジスト層の除去と、犠牲的めっきベースおよび／または酸化層のエッチングに続いて、キャビティが加熱器の金属部分が基板から熱的にさらに絶縁されるように、基板の加熱器に下重なりの部分内にエッチングされる。

【００２７】 本発明の方法によりＭＥＭＳ構造を製造することにより、大きいアスペクト比を有する金属アーチ状ビームを、加熱器を跨って電気めっきすることが可能であり、この場合、比較的小さい通常は５ミクロン以下の間隔または空隙が加熱器と上重なりの金属アーチ状ビームとの間に形成される。 その結果、加熱器により発生される熱は、効果的に金属アーチ状ビームに伝達されて、アーチ状ビームの機械的運動に変換される。 さらに、前述のように、ＭＥＭＳアクチュエータの製造と同時に、本発明の方法は、本発明のＭＥＭＳ構造の他の部分、例えばＭＥＭＳ
スイッチングアレイおよびＭＥＭＳ弁も同時に製造する。

【００２８】 前述のように、ＭＥＭＳアクチュエータを含む、本発明のＭＥＭＳ構造は、大きい力および変位を供給し、しかも電力消費量が小さい。 特に、本発明のＭＥＭ
Ｓアクチュエータの設計は、加熱器により発生される熱の、上重なりの金属アーチ状ビームへの効率的な熱伝達を提供して、金属アーチ状ビームをさらにアーチ状に湾曲させる。 本発明のＭＥＭＳアクチュエータの効率的な動作を利用するために、多数のＭＥＭＳ装置、例えば様々なＭＥＭＳリレー、ＭＥＭＳスイッチングアレイおよびＭＥＭＳ弁も、好ましくは、提供される。

【００２９】 ＜好ましい実施例の詳細な説明＞ 本発明は、次に、本発明の好ましい実施例が示されている添付図面を参照して、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でき、本明細書に記載の実施例に制限されず、これらの実施例は、この開示が完全なものとなり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えることができるよう提供される。 同一の参照番号は、本明細書全体にわたり同一の部分を示す。

【００３０】 図１において、本発明のＭＥＭＳ構造の第１の実施例が、示されている。 ＭＥ
ＭＳ構造は、検出および作動を含む、様々な目的のために採用されることが可能であるが、ＭＥＭＳ構造は、以下において、分かりやすいように、ＭＥＭＳアクチュエータ３０と呼ばれる。 ＭＥＭＳアクチュエータは、マイクロ電子基板３２
と、基板上の一対の互いに間隔を置いて配置されているサポート３４とを含む。
基板は、様々な材料から成ることが可能であるが、基板は、通常は、シリコン、
ガラスおよび石英から成る。

【００３１】 互いに間隔を置いて配置されているサポート３４は、好ましくは、以下に説明されるように、高いアスペクト比を有するために、電気めっきプロセスにより、
基板３２上に被着される。 当業者に知られているように、電気めっき技術は、「
ＬＩＧＡ」技術を含むが、これに制限されない。

【００３２】 ＭＥＭＳアクチュエータ３０は、少なくとも１つの、より好ましくは、複数のアーチ状ビーム３６をも含み、アーチ状ビームは、互いに間隔を置いて配置されているサポート３４の間を延びている。 ＭＥＭＳアクチュエータは、任意の数および任意のサイズのアーチ状ビームを有することが可能であるが、１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータは、幅５μｍ、高さ３０μｍ、長さ２ｍｍの５つのアーチ状ビームを含む。 アーチ状ビームは、通常は、導電性材料から成り、導電性材料は、正の熱膨張係数を有し、従ってアーチ状ビームは、アーチ状ビームが加熱されると、膨張する。 特に、アーチ状ビームは、好ましくは、金属から成り、
より好ましくは、ニッケルまたはニッケル・リン合金から成る。 互いに間隔を置いて配置されているサポートに関連して前述のように、アーチ状ビームも、好ましくは電気めっきにより形成され、従って、高いアスペクト比を有する。 例えば、アーチ状ビームのアスペクト比は、好ましくは、１．５：１より大きく、より好ましくは約３：１である。 図１に示されているように、アーチ状ビームは、好ましくは基板３２に平行に延びる方向でアーチ状に湾曲されている。 アーチ状ビームは、通常、以下に説明されるように、解放層およびウェットエッチングにより基板から解放されるが、アーチ状ビームは互いに間隔を置いて配置されているサポートに係留されたままであり、所望のまたは所定の運動方向へアーチ状に湾曲されている。

【００３３】 ＭＥＭＳアクチュエータ３０は、アーチ状ビーム３６に熱を印加する手段も含む。 印加熱により、ビームの膨張に起因して、ビームはさらにアーチ状に湾曲される。 ビームのアーチ状湾曲は、好ましくは、所定の運動方向で生じ、これによりアーチ状ビームの変位が生じる。 様々な技術が、アーチ状ビームを加熱するのに採用されることが可能であるが、図示の実施例のＭＥＭＳアクチュエータは、
外部加熱器３８を含む。 外部加熱器は、第１および第２の互いに対向して位置する端部の間で延び、これらの端部は、加熱器との電気的コンタクトを形成するためのコンタクトパッドとして、一緒に用いられる。 図１に示されているように、
１つの好ましい実施例の加熱器は、曲がりくねった加熱器により発生される熱が、比較的均一に金属アーチ状ビームを加熱するように、金属アーチ状ビームの下方で、曲がりくねって行き来して、曲がりくねった経路を形成している。

【００３４】 加熱器３８の第１および第２の端部は、基板３２上に配置されているが、基板の、加熱器の残りの部分すなわち加熱器の中間部分に下重なりの部分は、以下に説明されるように、そして、図２に示されているように、基板から、加熱器をさらに熱的に絶縁するために、エッチングされるまたは他の方法で除去されることが可能である。 図１に示されているように、加熱器は、片持式に、基板内に形成されているキャビティ３２ａを跨って延びるか、代替的に、基板により形成されているキャビティは、窒化ケイ素などの絶縁性材料から成るダイヤフラムによりカバーされ、これにより、加熱器は、構造的に支持され、一方、加熱器と基板との間の熱的絶縁は、充分に維持される。 図示されていないが、加熱器の、基板内に形成されているキャビティを跨って延びている中間部分は、通常、同様に窒化ケイ素などの絶縁性材料から成り、加熱器と、基板の他の部分との間を橋絡するリンクによりさらに支持されている。

【００３５】 以下に説明されるように、加熱器３８は、一般に、例えば少なくとも５×１０
−６Ω＊ｃｍの抵抗値などの高抵抗値を有する、少なくとも部分的に導電性の材料から成るコア３８ａと、前記少なくとも部分的に導電性の材料を包囲する絶縁性材料から成るコーティング３８ｂとを含む。 １つの実施例では、加熱器は、窒化ケイ素または酸化ケイ素のコーティングにより包囲されている、ポリシリコン、チタンまたはタングステンのコアを含む。 図２の横断面図に示されているように、アーチ状ビーム３６は、空隙４０と加熱器の絶縁性コーティングとの組み合せにより、前記少なくとも部分的に導電性のコアから、電気的に絶縁されている。 加熱器により発生される熱を、アーチ状ビームに、最も効率的に伝達するために、空隙は、好ましくは、可及的最大に狭くされ、しかも充分な電気的絶縁度、
例えば１つの例示的実施例では１０００Ｖの絶縁度を維持する。 １つの好ましい実施例では、空隙は、５ミクロンより狭く、より好ましくは、１〜２ミクロンである。 空隙が１〜２ミクロンの実施例では、前記少なくとも部分的に導電性の材料の、アーチ状ビームに面する部分をカバーする絶縁性材料は、約０．５ミクロンの厚さを有する。

【００３６】 本発明のＭＥＭＳアクチュエータ３０も、好ましくはアーチ状ビーム３６に結合されそこから外方へ延びている長さ方向に延びているアクチュエータ部材４２
を含む。 アクチュエータ部材は、図１に示されているように、互いに間隔を置いて配置されているサポート３４の間の点で、複数のアーチ状ビームを機械的に結合させる。 それ自体として、所定の方向にアーチ状ビームをさらに湾曲するとことは、アクチュエータを同一の所定の方向に変位させることをもたらす。 複数のアーチ状ビームをアレイに配置することにより、結果として得られるＭＥＭＳアクチュエータは力を増倍させることができ、これにより、大きい力および大きい変位を提供することが可能となる。 さらに、複数のビームをアクチュエータ部材と機械的に結合することにより、結果として得られるＭＥＭＳアクチュエータは、剛性化効果を得、これにより独立的に動作する同一の数のアーチ状ビームにより得られるさらに高い程度の力を提供することが可能となる。

【００３７】 本発明のＭＥＭＳアクチュエータ３０は、好ましくは、前述のように、そして、図１に示されているように、外部加熱器３８により加熱されるが、ＭＥＭＳアクチュエータも、アーチ状ビーム３６に電流を通すことにより、または外部加熱器により発生される熱とアーチ状ビームに電流を流すこととの組み合せにより、
加熱されることも可能である。 例えば、外部熱は、ＭＥＭＳアクチュエータの初期変位を提供し、１つ以上のアーチ状ビームを通過する電流により発生される内部熱は、微細な運動制御を提供する。 さらに、ＭＥＭＳアクチュエータは、外部加熱手段、例えばホットプレート、オーブン、赤外線、輻射などにより加熱されることが可能である。 それ自体として、本発明のＭＥＭＳアクチュエータは、温度センサおよび温度スイッチとして容易に利用できる。

【００３８】 当業者には自明なように、加熱器３８は、様々な形状、例えば図１および２に示されている曲がりくねった加熱器などの形状をとることが可能である。 図３および４に示されている、１つの好ましい実施例では、しかし、加熱器はアクチュエータ部材４２に下重なりし、アクチュエータ部材４２と位置合せされている。
前述のように、加熱器の、互いに対向して位置する端部は、基板３２上に配置されている。 しかし、加熱器の第１と第２の互いに対向して位置する端部の間の中間部分に下重なりしている基板は、好ましくは、エッチングされるかまたは他の方法で除去されて、基板から加熱器をさらに熱的に絶縁する。 図４参照。 前述と同様に、加熱器に電流を通過させて、熱を発生させ、熱はアーチ状ビームに効率的に伝達されて、アクチュエータ部材を所定の方向にさらにアーチ状に湾曲させて変位させることが可能である。

【００３９】 本発明では、前述され、図１〜４に示されている、金属アーチ状ビーム３６を有するＭＥＭＳアクチュエータ３０などのＭＥＭＳ構造を形成するための製造技術も、提供される。 様々なＭＥＭＳ構造が、本発明の方法により製造されることが可能であるが、基板の、加熱器３８に下重なりの部分がエッチングされるかまたは他の方法で除去される図１および２に示されているＭＥＭＳアクチュエータが、例示的説明のために、以下において説明される。 図１および２のＭＥＭＳアクチュエータの基板により形成されているキャビティ３２ａは開いているが、キャビティは、所望の場合、加熱器をさらに支持するために窒化ケイ素などの絶縁性材料から成るダイヤフラムによりカバーされることが可能である。

【００４０】 図５Ａに示されているように、窒化ケイ素のマスキング層４４は最初に基板３
２上に被着され、パターン化されて、最終的に基板内に形成されるキャビティに対応するウィンドウを開く。 本明細書において、層またはエレメントが、別の層およびエレメント「上に」あるとは、層の直接上に、上面に、底面または側面領域に形成されているか、または１つ以上の中間層が、それらの層の間に配置されていることを意味することは、当業者には自明である。

【００４１】 酸化層４６を被着させた後、加熱器３８が次いで製造される。 これに関して、
窒化ケイ素層４８が被着およびパターン化される。 次いで、結果として得られる加熱器のコア３８ａを形成するポリシリコン層５０が窒化ケイ素層上に被着され、第２の窒化ケイ素層５２がポリシリコン層を覆って被着され、これにより、図５Ａに示されているように、窒化ケイ素によりポリシリコン層をカプセル状に包囲する。

【００４２】 いったん加熱器３８が製造されると、犠牲的めっきベース５４が図５Ｂに示されているように被着される。 犠牲的めっきベースは、当業者には自明である様々なめっきベース、例えばチタンと銅とチタンから成る３層構造などのうちの任意のものでよい。 めっきベースの被着に続いて、ホトレジスト５６の厚い層が被着され、リトグラフィ的にパターン化されて犠牲的めっきベースへの複数のウィンドウを開く。 図５Ｃ参照。 ホトレジスト内に開かれたウィンドウは、結果として得られるＭＥＭＳ構造の様々な金属コンポーネント、例えば、ＭＥＭＳアクチュエータ３０の、互いに間隔を置いて配置されているサポート３４および複数のアーチ状ビーム３６などに対応する。 本発明のＭＥＭＳアクチュエータを含む、リレー、スイッチングアレイおよび弁などの装置の製造の間、他の金属構造、例えばコンタクトなどに対応する、付加的なウィンドウが、ホトレジスト内で開かれることが可能である。 パターン化されたホトレジストにより形成されているウィンドウ内で露出されている上部チタン層が、次いで、エッチングされる。 次いで、金属５８、例えばニッケル、銅または金などが、ホトレジストにより形成されているウィンドウ内で電気めっきされて、図５Ｃの中間構造を形成する。 電気めっきされることが可能である様々な金属の任意のものが、特に好ましい、何故ならばニッケルは、比較的大きい熱膨張係数を有し、ニッケルは、小さい内部応力で被着されて、結果として得られる構造をさらに剛性化して、平面からそらすからである。 小さい内部応力のニッケル層の電気めっきは、”Ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅ
ｔｉｅｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ
Ａｌｌｏｙｓ，”Ｈ．Ｗ．Ｓａｐｒａｎｅｒ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｐｌａｔｅｒｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｏｃｉ
ｅｔｙ，ｐｐ． ２９５−３１５（１９８６）に記載され、その内容全体は、本明細書の一部を成すものとする。

【００４３】 いったん金属５８が、電気めっきされると、ホトレジスト５０は、除去される。 図５Ｄに示されているように、めっきベース５４の残りの層、すなわち銅層および下部チタン層が、除去されて、基板３２からアーチ状ビーム３６を解放する。 この実施例では、めっきベースのエッチングの持続時間は好ましくは制御され、これにより、めっきベースのアーチ状ビームに下重なりの部分はアーチ状ビームは基板から解放されるが、互いに間隔を置いて配置されているサポートは基板から解放されないように、互いに間隔を置いて配置されているサポート３４を除去することなしに除去される。 キャビティ３２ａが、基板の加熱器３８に下重なりの部分内で形成される実施例では、酸化層４６もエッチングされて、基板へのウィンドウ、すなわちマスキング領域４４により形成されているウィンドウを開く。 通常はＫＯＨで基板を異方性でエッチングすることにより、キャビティが加熱器の下方に形成されて、基板から加熱器をさらに絶縁する。 図５Ｅ参照。

【００４４】 本発明により、ＭＥＭＳアクチュエータ３０などのＭＥＭＳ構造を製造する代替方法が、図６Ａ−６Ｆに示されている。 いったん加熱器３８が図６Ａに示されているように、そして前述のように製造されると、第２の酸化層５３が、図６Ｂ
に示されているように被着される。 ウィンドウが、次いで互いに間隔を置いて配置されているサポート３４に対応する、互いに間隔を置いて配置されている個所で、第１および第２の酸化層内に形成およびエッチングされる。 図６Ｃおよび６
Ｄに示されているように、金属層５５、例えばクロムおよび／または銅が、次いで、めっきベース５４の被着の前にこれらのウィンドウ内に被着される。 いったん金属コンポーネント、例えばアーチ状ビームおよび互いに間隔を置いて配置されているサポートが前述のようにリトグラフィ的に形成および電気めっきされると、めっきベースの露出部分はエッチングされて、金属コンポーネントを大幅にアンダーカットすることなしに第２の酸化層を露出させる。 図６Ｅ参照。 次いで、第１および第２の酸化層がエッチングされるかまたは他の方法で除去されて、
図６Ｆに示されているように、基板３２から、アーチ状ビーム３６および加熱器を解放するが、互いに間隔を置いて配置されているサポートは開放しない。

【００４５】 この実施例では、アーチ状ビーム３６は、めっきベースの、アーチ状ビームに下重なりの部分が、めっきベースの、互いに間隔を置いて配置されているサポート３４に下重なりの大きい部分を除去することなしに除去されるように、めっきベース５４のエッチングを正確に時間調整する必要なしに、解放される。 さらに、この好ましい実施例の方法は、解放されるべき金属コンポーネントが基板３２
により支持される金属コンポーネントより大きいＭＥＭＳ構造、例えば以下において説明されるＭＥＭＳ弁などを形成するのに特に適する。

【００４６】 前述の好ましい方法により、ＭＥＭＳアクチュエータ３０を製造することにより、アスペクト比が比較的大きい、例えば１．５：１以上などの金属アーチ状ビーム３６を形成することが可能である。 比較的大きいアスペクト比を有することにより、アーチ状ビームは平面内での運動を可能にするが、平面外では比較的剛性である。 本発明の製造法により、基板３２の金属アーチ状ビームに下重なりの部分上に外部加熱器３８を形成することを可能にし、そして、外部加熱器３８が、加熱器により発生される熱がアーチ状ビームに効率的に伝達されるように、狭い空隙だけ、金属アーチ状ビームから正確に間隔を置いて配置されることを可能にする。 さらに、前述のように、ＭＥＭＳアクチュエータの製造と同時に、本発明の方法は、本発明のＭＥＭＳ構造の他の部分、例えばＭＥＭＳリレー、ＭＥＭ
ＳスイッチングアレイおよびＭＥＭＳ弁も同時に製造し、これにより、製造プレス成形の効率をさらに高めることができる。

【００４７】 多数のＭＥＭＳ装置は前述のＭＥＭＳアクチュエータ３０を含み、これにより、ＭＥＭＳアクチュエータ３０の効率的な動作特性を利用することが可能となる。 例えば、ＭＥＭＳリレー６０も、本発明の１つの実施例では設けられている。
図７Ａに示されているように、ＭＥＭＳリレーは、マイクロ電子基板６２、基板上の第１対のコンタクト６４、および第１対のコンタクトの間の電気的コンタクトを制御可能に形成するためのアクチュエータメンバー６８を含むＭＥＭＳアクチュエータ６６を含む。 通常、第１対のコンタクトは、結合パッドとしても用いられる金属パッドである。 当業者には自明なように、第１対のコンタクトは、好ましくは、絶縁性材料、例えば窒化ケイ素などにより、基板から間隔を置いて配置されて、基板から第１対のコンタクトを電気的に絶縁する。 さらに、コンタクトは、様々な導電性材料のうちの任意のものでよいが、１つの好ましいボディのコンタクトはニッケルから成り、貴金属、例えば金またはロジウムなどによりコーティングされ、貴金属は、その上に酸化層が形成されるのに抗する。

【００４８】 図７Ａの実施例では、ＭＥＭＳリレー６０は通常は開いている。 すなわち、Ｍ
ＥＭＳリレーは、ＭＥＭＳアクチュエータ６６が作動されず、アーチ状ビーム７
０がさらにアーチ状に湾曲されない場合、開き位置にある。 例えば、加熱器７２
に電流を通すことにより、アーチ状ビームを加熱すると、アーチ状ビームはさらにアーチ状に湾曲し、これにより、アクチュエータ部材６８は第１対のコンタクト６４へ向かって動かされる。 １つの好ましい実施例では、アクチュエータ部材は、アーチ状ビームに結合されている長さ方向に延びる部分６８ａと、第１対のコンタクトとコンタクトするための、拡大されたコンタクト部分６８ｂとを含む。 拡大されたコンタクト部分の１つの実施例が、図７Ａに示されているが、拡大されたコンタクト部分は、様々な形状およびサイズを有することが可能である。
図８Ａに示されているように、アーチ状ビームがさらにアーチ状に湾曲されると、アクチュエータ部材の拡大されたコンタクト部分は、第１対のコンタクトの間のコンタクトを形成させて、コンタクトを閉じる。

【００４９】 他の力の欠如下で、図７および８の”通常は開いている”ＭＥＭＳリレー６０
は、アーチ状ビーム７０が、加熱器７２に電流を通すことを停止することにより、もはや加熱されないと、開き位置へ戻される。 いったんアーチ状ビームが、もはや加熱されないと、図８Ａに示されているように、閉じ位置にＭＥＭＳリレーを係止するために、そして、ＭＥＭＳリレーの振動／衝撃抵抗性を改善するために、ＭＥＭＳリレーは、ＭＥＭＳアクチュエータ６６のさらなる作動の欠如下で、例えば閉じ位置などの位置に、アクチュエータ部材６８の拡大されたコンタクト部分６８ｂを保持する手段を含むことも可能である。 ある位置にアクチュエータ部材を保持する手段は、アクチュエータ部材と基板６２との間に静電力を印加する手段を含み、これにより、アクチュエータ部材と、より好ましくは、アクチュエータ部材の拡大されたコンタクト部分とが、基板へ向かって引張られ、アクチュエータ部材の少なくとも一部が、基板に当接して保持される。 基板にアクチュエータ部材を当接して保持することにより、アクチュエータ部材が、一般的に、基板の表面に被着された、通常は絶縁層を含む１つ以上の層に当接して保持されることが意図される。

【００５０】 図７Ｂ、７Ｃ、８Ｂおよび８Ｃに示されているように、静電力を印加する手段は、好ましくは、基板６２の表面に配置されている電極７４を含む。 図示のように、電極の少なくとも一部は、好ましくは、第１対のコンタクト６４の間で、基板上に配置されている。 電極は基板内に埋込まれることも可能であるが、図示の実施例の電極は基板上に配置され、通常は窒化ケイ素から成る絶縁層７６により基板から分離されている。 プルダウン電圧を電極に印加すると、アクチュエータ部材６８の、拡大されたヘッド部分６８ｂは、下方へ引張られて、電極へ向かう。 図示のように、電極も、一般に、絶縁層、例えば窒化ケイ素により覆われて、
アクチュエータ部材の拡大ヘッド部分から電極を絶縁する。 アクチュエータ部材の拡大ヘッド部分と電極との間の空隙は、好ましくは十分に狭く、１０００〜３
０００オングストロームのオーダであり、従って、僅か約２０〜３０Ｖで、基板に拡大ヘッド部分をクランプできる。

【００５１】 いったんクランプされると、ＭＥＭＳアクチュエータ６６は、加熱器７２を流れる電流を停止することにより、作動停止でき、ＭＥＭＳリレー６０は、閉じ位置にあるままである。 静電力を印加することにより、閉じ位置にＭＥＭＳリレーを保持することにより、ＭＥＭＳの電力消費量は、ＭＥＭＳアクチュエータを連続的に作動するのに必要な電力量に比して、大幅に減少される。

【００５２】 閉じ位置にＭＥＭＳリレー６０を維持するのを支援するために、ＭＥＭＳリレーは、基板６２の、アクチュエータ部材６８に下重なりの部分にわたり延びる、
少なくとも１つの、より通常には、２つ以上の係止部材８０も含むこともある。
例えば、図示の実施例の係止部材は、アクチュエータ部材の拡大ヘッド部分の幅の一部にわたり延びる細長部材である。 図７Ｂ、７Ｃ、８Ｂおよび８Ｃに示されているように、アクチュエータの、基板に面する下面は、好ましくは、１つ以上の凹部８２、例えば１つ以上の溝を含み、凹部８２は、いったんＭＥＭＳリレーが、閉じ位置となり、アクチュエータ部材が、電極７４により印加されたクランプダウン電圧により、基板へ向かって、下方へ湾曲されると、係止部材のそれぞれのものを収容する。 係止部材は、アクチュエータ部材に機械的に係合するのに用いられ、これにより、電極により印加された静電力が、アクチュエータ部材が基板に対してクランプされたままであるかぎり、閉じ位置にＭＥＭＳリレーを保持するのを支援する。

【００５３】 次いで、ＭＥＭＳリレー６０を開くために、電極７４により印加されたクランプダウン電圧が除去されて、アクチュエータ部材６８は基板６２の表面から上方へ上がる。 アクチュエータ部材は、次いで、図７Ａ〜７Ｃに示されているように、アーチ状ビーム７０により供給される復元力により、開き位置に引っ込められる。 図７および８のＭＥＭＳリレーは、前述のように、通常は開いているリレーであるが、ＭＥＭＳリレーは、通常は閉じており、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、例えばアーチ状ビームを加熱することにより、ＭＥＭＳアクチュエータ６６を作動する場合のみ、開かれる。

【００５４】 本発明のＭＥＭＳリレー６０は、静電的または磁気的に作動されるマイクロリレーに比して、多数の利点を有する。 本発明のＭＥＭＳアクチュエータ６６により提供される大きい変位の結果として、より大きい分離が、第１対のコンタクト６４の間に維持されることが可能であり、これにより、ＭＥＭＳリレーのスタンドオフ電圧能力を増加する。 さらに、メチルメタクリレートアクチュエータにより提供される比較的大きい力は、良好なリレーまたはスイッチの閉じ状態を提供し、これにより、小さいコンタクト抵抗値を保証する。

【００５５】 前述のＭＥＭＳリレー６０のアクチュエータ部材６８は、図７および８に示されているように、一体的構造であることも可能であるが、長さ方向に延びる部分６８ａおよび拡大ヘッド部分６８ｂは、図９Ａ〜９Ｃに示されているように、別個の構造であることも可能である。 この実施例では、アクチュエータ部材の、長さ方向に延びる部分は、複数のアーチ状ビーム７０に接続されている。 しかし、
拡大ヘッド部分は、アクチュエータの、長さ方向に延びる部分に接続されていない。 その代りに、拡大ヘッド部分は、図９Ａに示されているように、一対のばね８４により、第１対のコンタクト６４に隣接して、吊られている。 通常、ばねは、電気めっきステップの間に、例えばニッケルなどの金属から形成される。 ばねは、拡大ヘッド部分の、互いに対向して位置するエッジから、基板６２から上方へ延びる、それぞれのアンカー部材８６へ延びる。 通常、アンカー部材は、めっきベースおよび／または絶縁層により、基板から間隔を置いて配置されている。

【００５６】 アンカー部材８６の基板６２への取り付け以外、拡大ヘッド部分６８ｂの残りの部分は、基板から解放されている。 それ自体として、加熱器７２に電流を通し、アーチ状ビーム７０をさらにアーチ状に湾曲することにより、長さ方向に延びる部分６８ａの端部部分は、拡大ヘッド部分の背面に接触し、拡大ヘッド部分を、第１対のコンタクト６４と、強制的に接触させる。 図９Ｂ参照。 図７および８
に関連して前述のように、この実施例のＭＥＭＳリレー６０は、いったん電流が、加熱器から除去され、アクチュエータ部材の、長さ方向に延びる部分が、図９
Ｃに示されているように、休止位置または中立位置に戻ると、ある位置にアクチュエータ部材の拡大ヘッド部分を保持する手段も含むことが可能である。 図９Ａ
〜９Ｃに示されているように、保持手段は、前述のように、静電的クランプダウン力を印加する電極７４を含むことも可能である。

【００５７】 いったん、クランプダウン力が除去されると、しかし、拡大ヘッド部分は、ばね８４により供給される復元力に起因して、図９Ａに示されているように、開き位置に戻る。

【００５８】 図７および８のＭＥＭＳリレーに関連して前述のように、図９のＭＥＭＳリレー６０は、通常は開いているＭＥＭＳリレーに関連して説明された。 しかし、この実施例のＭＥＭＳリレーは、その代りに、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、所望の場合、通常は閉じていることも可能である。

【００５９】 いずれの実施例においても、ＭＥＭＳリレー６０は、過電圧保護を提供する第１および第２のフィールド強化構造を含むことも可能である。 図１０に示されているように、第１および第２のフィールド強化構造は、第１対のコンタクト６４
のうちのそれぞれのコンタクトに電気的に接続され、互いに面して配置されている。 より詳細には、各フィールド強化構造は、好ましくは、他方のフィールド強化構造へ向かって延びる、少なくとも１つの尖鋭突出部９０を含む。 それ自体として、第１対のコンタクトにわたり形成される過電圧は、アクチュエータ部材の拡大ヘッド部分６８ｂと、第１対のコンタクトとの間に、スパークおよび降伏を発生しない。 その代りに、第１および第２のフィールド強化構造は、アクチュエータ部材の拡大ヘッド部分と、第１対のコンタクトとの間にいかなる降伏が発生する前に、過電圧条件下で降伏する放電間隙を形成することにより、ヒューズとして用いられる。

【００６０】 通常、フィールド強化構造８８は、ニッケルなどの金属から成り、窒化ケイ素などの絶縁層により、基板６２から分離されている。 さらに、各フィールド強化構造の尖鋭突出部９０は、図１０に示されているように、延びて一点に到達する略円錐形突出部である。 しかし、フィールド強化構造は、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、他のタイプの突出部を含むことも可能である。

【００６１】 ＭＥＭＳリレー６０は、アーチ状ビーム７０の加熱およびアクチュエータ部材の運動に続いて、ある位置にアクチュエータ部材６８をラッチするラッチ手段も含むことが可能である。 ＭＥＭＳリレーの１つの実施例のアーチ状ビームを加熱すると、ＭＥＭＳリレーが、図１に示されているように、通常は開いている位置から、アクチュエータ部材が、コンタクト部材６４と電気的に接触している閉じ位置に動かされる。 これに関連して、アクチュエータ部材は、コンタクト部材とスライド的接触を行い、これにより、少なくとも部分的に、コンタクト部材上に形成されたいかなる酸化層も、除去する。 図示されていないが、ＭＥＭＳリレーは、所望の場合、通常は閉じている。

【００６２】 図１１のＭＥＭＳリレー６０のラッチ手段は、アクチュエータ部材の運動が、
外方へ延びる突出部を前進させて、ラッチ手段を越えさせるように、ラッチ部材６９と、アクチュエータ部材から外方へ延びる、対応する突出部６８ｃとを含む。 図示のように、外方へ延びている突出部は、好ましくは、先細りされて、ラッチ手段に対する、外方へ延びる突出部の運動を容易にする。 いったん、アクチュエータ部材の、外方へ延びる突出部が、ラッチ手段を越えて前進すると、ラッチ手段は、好ましくは、アクチュエータ部材が、いったんＭＥＭＳリレーがもはや作動されないと位置に残るように、突出部により形成されている肩部と係合する。 ある位置にアクチュエータ部材をラッチすることにより、電気的コンタクトが、ＭＥＭＳリレーの作動を継続することなしに、コンタクト部材６４の間に維持され、これにより、ＭＥＭＳリレーの電力消費量がさらに低減される。

【００６３】 この実施例のＭＥＭＳリレー６０は、ラッチ部材６９から反対側に、アクチュエータ部材６８に隣接して、基板６２上に位置決めされている支承部材７３を含むことも可能である。 支承部材は、アングル状支承面７３ａを有し、支承面７３
ａは、アクチュエータ部材により形成されている支承面６８ｄと共働して、外方へ延びる突出部６８ｃの肩部が、いったん突出部がラッチ手段を越えて前進されると、ラッチ部材と係合することを保証する。

【００６４】 この実施例のＭＥＭＳリレー６０は、好ましくは、ＭＥＭＳリレーが休止位置に戻ることが可能となるように、ラッチ部材６９と、外方へ延びる突出部６８ｃ
とを係合解除するリセット手段も含む。 図１１に示されているように、リセット手段は、ラッチ部材を含むアクチュエータ部材を有する第２のＭＥＭＳアクチュエータ７１を含むことも可能である。 それ自体として、第２のＭＥＭＳアクチュエータの作動により、ラッチ部材は、ラッチ部材と突出部とが係合解除されて、
さらなる作動の欠如下で、ＭＥＭＳリレーが休止位置、すなわちこの実施例では開き位置に戻ることが可能となるよに。 外方へ延びる突出部から、動いて離れる。

【００６５】 別の１つの実施例のＭＥＭＳリレー９２が、図１２に示されている。 この実施例のＭＥＭＳリレーは、第１対のコンタクト９６の反対側で、基板９４上に配置されている第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータを含む。 第１対のコンタクトの間の電気的コンタクトを形成するために、第１のＭＥＭＳアクチュエータ９
８が、例えば、加熱器１００に電流を通すことにより、作動される。 作動されると、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材１０２の端部部分１０
２ａは、第１対のコンタクトの間に挿入され、これにより、それらの間に電気的コンタクトが形成される。

【００６６】 図１２に示されているように、第１対のコンタクト９６は、好ましくは、一対の外方へ延びるコンタクトアーム９６ａを含み、コンタクトアーム９６ａは、基板から解放されており、片持式に基板を跨って延びている。 同様に図示のように、第１対のコンタクトのコンタクトアームは、第１のＭＥＭＳアクチュエータ９
８のアクチュエータ部材１０２の先細り端部部分１０２ａの幅より僅かに狭い幅を有する間隙を形成する。 従って明らかなように、Ａ／Ｄ１のＭＥＭＳアクチュエータが作動されて、第１対のコンタクトの間に開く部の先細り端部部分が挿入されると、それぞれのコンタクトアームは、強制的に離される。 その結果、コンタクトアームの内方への復元力は、ＭＥＭＳリレーが閉じ位置にあるままでる、
すなわち、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の先細り端部部分が、第１のＭＥＭＳアクチュエータが作動停止された後でさえも、第１のコンタクトの間に保持されたままであるように、コンタクトアームの間にアクチュエータ部材を係合するのに用いられる。

【００６７】 第１のコンタクトの間にアクチュエータ部材１０２を挿入するのを容易にするために、第１のＭＥＭＳアクチュエータ９８のアクチュエータ部材１０２は、好ましくは、先細り端部部分１０２ａを有する。 図１２参照。 さらに、第１のＭＥ
ＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材を収容して電気的に接触するコンタクトアーム９６ａのエッジ表面は、好ましくは、対応して先細りされている。 それ自体として、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の先細り端部部分は、第１対のコンタクトの間にぴったりとはまり係合する。

【００６８】 この好ましい実施例のＭＥＭＳリレー９２を開くために、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１０４は、好ましくは、作動されて、それぞれのアクチュエータ部材１０６を前進させる。 第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材が前進すると、アクチュエータ部材の端部部分は、第１のＭＥＭＳアクチュエータ９
８のアクチュエータ部材１０２の先細り端部部分１０２ａと接触して、第１対のコンタクト９６から、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の先細り端部部分を係合解除する。 いったん係合解除されると、アーチ状ビーム９９
により供給される復元力は、図１２に示されている中立位置に、第１のＭＥＭＳ
アクチュエータのアクチュエータ部材を引っ込めて到達させる。

【００６９】 第１のＭＥＭＳアクチュエータ９８のアクチュエータ部材１０２との接触を容易にするために、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１０４のアクチュエータ部材１
０６の端部部分は、好ましくは、コンタクトアーム９６ａの間の間隙より狭い幅を有する狭幅部分１０６ａを含む。 それ自体として、第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の狭幅部分は、第１対のコンタクトと接触するまたは他の方法で係合することなしに、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材と接触することが可能である。

【００７０】 第１のＭＥＭＳアクチュエータ９８のアクチュエータ部材１０２は、比較的長いので、ＭＥＭＳリレー９２は、アクチュエータ部材の端部部分１０２ａに接続されているサスペンションばね１０８も含むことも可能である。 サスペンションばねは、第１対のコンタクト９６に対して、アクチュエータ部材の先細り端部部分をより正確に位置決めし、中立位置に、第１のＭＥＭＳアクチュエータの先細り端部部分が戻るのを支援するのに用いられる。

【００７１】 図１３は、交互に第１および第２対のコンタクトを接続するための、さらに別の１つの実施例ｎＭＥＭＳリレー１１０を示す。 この実施例では、ＭＥＭＳリレーは、基板１１２と、基板上の第１および第２対のコンタクトとを含む。 前述のように、コンタクトは、好ましくは、例えば、例えば窒化ケイ素などから成る、
絶縁層などにより、基板から絶縁される。

【００７２】 この実施例のＭＥＭＳリレー１１０は、第１および第２対のコンタクトの反対側で、基板１１２上に配置されている第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータも含む。 図１３に示されているように、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１１４のアクチュエータ部材１１６は、第１および第２対のコンタクトへ向かって延び、
第１および第２対のコンタクトの間に配置されている拡大ヘッド部分１１６ａを含む。 第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材は、アクチュエータ部材の端部部分に取り付けられ、この端部部分の端部１１６ｃの開口を通り抜けるスリーブも含む。 これに対応して、第１のＭＥＭＳアクチュエータ１１８のアクチュエータ部材１２０は、第１のＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、アクチュエータ部材が、第２のＭＥＭＳアクチュエータへ向かって前進して、係合部分を、スリーブの端部を通り抜けさせて係合させるように、やや拡大された係合部分１２０ａを含む。

【００７３】 図１４に詳細に示されているように、スリーブ１６ｂの開放端１１６ｃは、好ましくは、内方に延びるフランジ１１６ｄを含む。 さらに、第１のＭＥＭＳアクチュエータ１１８のアクチュエータ部材１２０の係合部分１２０ａは、好ましくは、テーパ状またはフレア状に形成されて、係合部分を、スリーブの開放端を通り抜けさせて挿入することを容易にする。 同様に図１４に示されているように、
第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の係合部分は、好ましくは、スリーブの開放端の、内方に延びるフランジと協調的に係合する肩部１２０ｂ
を有する。 それ自体として、第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材は、第１のＭＥＭＳアクチュエータの作動停止に続いて、協調的に係合されたままである。

【００７４】 いったん、第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材が、協調的に係合されると、第１のＭＥＭＳアクチュエータ１１８のアーチ状ビーム１２２の復元力は、いずれのＭＥＭＳアクチュエータも作動されない場合、第１対のコンタクト１２４と、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１１４のアクチュエータ部材１１６の拡大ヘッド部分１１６ａを引張って接触させる。 それ自体として、第１対のコンタクトは、”通常は開じている”コンタクトと呼ばれ、第２対のコンタクト１２６は、”通常は開いている”コンタクトと呼ばれる。 例えば、
第２のＭＥＭＳアクチュエータのアーチ状ビーム１３０に下重なりの加熱器１２
８に電流を通すことにより、または、第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータを同時に作動することにより、第２のＭＥＭＳアクチュエータを作動することにより、拡大ヘッド部分は、第１対のコンタクトから係合解除されることが可能であり、その代りに、第２対のコンタクトと電気的に接触されることが可能である。 いったん第２のＭＥＭＳアクチュエータが、作動停止されると、前述のように、第１対のコンタクトとの接触が再形成される。

【００７５】 図１５に示されている本発明の別の態様では、複数のＭＥＭＳアクチュエータが、組立てられて、ＭＥＭＳスイッチングアレイ１４０を形成する。 この実施例では、複数の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータが、第１のＭＥＭＳアクチュエータ１４４が、それぞれの行要素を形成し、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１４６が、それぞれの列要素を形成するように、基板１４２上に配置されている。 例えば、図１５に示されているように、第１の集合の４つのＭＥＭＳアクチュエータは、４つの行要素（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３）を形成し、第２の集合の４つのＭＥＭＳアクチュエータは、４つの列要素（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２およびＣ３）を形成し、これにより、４×４スイッチングアレイが、形成される。 明らかなように、この実施例のスイッチングアレイは、同一の数の行要素および列要素を有する必要はなく、実際、所望の任意の数の行要素および列要素を有することが可能である。 後述のように、それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、それぞれのアクチュエータ部材が動かされ、それぞれのコンタクト部材の間に電気的接触が、形成される。 その結果、連続的電気経路が、それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータの間に形成される。

【００７６】 各ＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材１４８は、好ましくは、アクチュエータ部材に沿って互いに間隔を置いて配置され、そこから外方へ延びる、
複数のコンタクト部材１５０を含む。 それぞれの行要素を形成するＭＥＭＳアクチュエータにおいて、アクチュエータ部材は、好ましくは、列要素と同一の数のコンタクト部材を含む。 例えば、図１５に示されているように、各アクチュエータ部材は、アクチュエータ部材に沿って互いに間隔を置いて配置され、そこから外方へ延びる４つのコンタクト部材を含む。 それ自体として、本発明のスイッチングアレイは、スイッチングアレイの各スイッチのために１つの別個のアクチュエータを必要とせず、これにより、いくつかの従来のスイッチングアレイに比して、スイッチ設計が、簡単化される。

【００７７】 各ＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材１４８は、アレイ全体にわたり延びる。 第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータアクチュエータ部材が交差するのを可能にするために、各第１のＭＥＭＳアクチュエータ１４４のアクチュエータ部材は、好ましくは、複数のアーチ状部材１５２を含み、これにより、アクチュエータ部材が、図１６に示されているように、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１４６のアクチュエータ部材と交差することが可能となる。 明らかなように、しかし、各第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材は、その代りに、複数のアーチ状部材を含み、これにより、アクチュエータ部材が、所望の場合、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材と交差することが可能となる。 図１６に示されているように、アクチュエータ部材のアーチ状部材の幅は、好ましくは、各アクチュエータ部材が、完全に自由に運動することを可能にし、充分な絶縁層分離を提供するのに十分である。 それ自体として、それぞれの行要素を形成する、第１のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材と、それぞれの列要素を形成する、第２のＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材とは、互いに対して自由に動くことが可能である。 好ましくは、アクチュエータ部材のアーチ状部材は、前の電気めっきステップで被着されたアクチュエータ部材の残りの部分を接続する、例えばニッケルなどの金属の第２の層を電気めっきすることにより、形成される。

【００７８】 例として、第１の行要素（Ｒ０）を形成する第１のＭＥＭＳアクチュエータ１
４４と、第３の列要素（Ｃ２）を形成する第２のＭＥＭＳアクチュエータ（Ｃ２
）とが、電気的接触が、図１７で円形により示されているように、それぞれのコンタクト部材１５０の間に形成されるように、作動された。 特に、コンタクト部材は、好ましくは、拭き取りタイプ動作で、互いに接触されて、それぞれのコンタクト部材の表面上に形成されていることもあるいかなる酸化層も除去する。 しかし、２つ以上の対の行要素および列要素は、第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータのうちの付加的なアクチュエータを作動して、所望の場合、”１対多数”接続を形成することにより、同時に接続されることが可能である。

【００７９】 それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータが、連続的に作動されている必要なしに、コンタクト部材１５０の間の出電気的接触を維持されるために、１つの好ましい実施例のＭＥＭＳスイッチングアレイ１４０は、それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエーのアクチュエータ部材１４８を作動することに続いて、アクチュエータ部材１４８をラッチするラッチ手段を含む。 それぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータは、次いで、作動停止され、それぞれのコンタクト部材は、電気的に接触されているままである。 図１５および１７に示されているように、１つの好ましい実施例のラッチ手段は、
各それぞれのアクチュエータ部材の端部部分から外方へ延びる、例えば先細り突出部などのラッチ手段１５４を含む。 この実施例のラッチ手段は、基板１４２上に形成されているアンダーカット部材上に形成されている複数のアンカー部材１
５６も含み、１つのアンカー部材は、各それぞれのＭＥＭＳアクチュエータのラッチ手段に対応する。 図示のように、アンカー部材は、好ましくは、外方へ延びる先細り突出部１５６ａを含む。 アンカー部材の先細り突出部は、アクチュエータ部材が、前進されて、ラッチ部材がアンカー部材を越えて前進されるように、
アクチュエータ部材の端部部分を、僅かであるが偏向させる際、それぞれのアクチュエータ部材のラッチ部材と共働する。 いったんラッチ部材が、それぞれのアンカー部材を越えて前進されると、アンカー部材は、例えばＭＥＭＳアクチュエータが作動停止されると、アンカー部材のラッチ部材との協調的係合に起因して、ラッチ部材が引っ込められることを阻止するのに用いられる。

【００８０】 アンカー部材１５６は、通常、例えば窒化ケイ素、および／またはめっきベースなどの絶縁層により、基板１４２から分離されている、ニッケルなどの電気めっき金属から成る。 それぞれのアクチュエータ部材１４８の端部部分が、基板から遠ざかる方向に明示的に偏向することを阻止するために、アンカー部材は、好ましくは、一対の直交アクチュエータ部材に関連して、図１６に示されたのと同様の方法で、アクチュエータ部材の端部部分と交差するアーチ状部材１５６ｂも含む。 図１５および１７に示されているように、アンカー部材に対して反対側に位置する、アーチ状部材の端部は、好ましくは、別のサポート１５８に取付けられている。 １つの好ましい実施例では、この他方のサポートも、通常、例えば窒化ケイ素および／またはめっきベースなどの絶縁層により、基板から分離されている、たば電気めっきニッケルなどの金属から成る。

【００８１】 ラッチ手段を含むＭＥＭＳスイッチングアレイ１４０の実施例において、ＭＥ
ＭＳスイッチングアレイは、好ましくは、それぞれのコンタクト部材１５０が分離し、もはや、ＭＥＭＳアクチュエータのそれぞれのアクチュエータのさらなる作動の欠如下で、電気的接触を形成しないように、アクチュエータ部材１４８をラッチ解除するリセット手段を含む。 図１５および１７に示されているように、
リセット手段は、好ましくは、それぞれ、複数の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータをリセットする第１および第２のリセットＭＥＭＳアクチュエータを含む。 図示のように、第１のリセットＭＥＭＳアクチュエータ１６０のアクチュエータ部材１６２は、好ましくは、第１のＭＥＭＳアクチュエータ１４４のアクチュエータ部材のそれぞれのアクチュエータ部材の端部部分に隣接しかつこれにほぼ垂直に、長さ方向に延びる。 同様に、第２のリセットＭＥＭＳアクチュエータ１６４のアクチュエータ部材１６６は、好ましくは、第２のＭＥＭＳアクチュエータ１４６のアクチュエータ部材の各アクチュエータ部材の端部部分に隣接しかつこれにほぼ垂直に、長さ方向に延びる。

【００８２】 第１のリセットＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材１６２の端部部分が、基板１４２から遠ざかる方向に明示的に偏向することを阻止するために、
アーチ状部材１６２ａは、好ましくは、アーチ状部材が、一対の直交アクチュエータ部材に関連して図１６に示されているのと同様の方法で、第１のリセットＭ
ＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材の端部部分と交差するように、基板上に位置決めされている、一対のアンカー部材の間で延びる。 同様に、別のアーチ状部材１６６ａは、好ましくは、アーチ状部材が、第１のリセットＭＥＭＳアクチュエータ１６４のアクチュエータ部材１６６の端部部分と交差するように、
基板上に位置決めされている、第２対のアンカー部材の間で延びる。

【００８３】 第１および第２のリセットＭＥＭＳアクチュエータの各アクチュエータのアクチュエータ部材は、アクチュエータ部材に沿って互いに間隔を置いて配置され、
そこから、スイッチングアレイ１４０へ向かう方法に、外方へ延びる、複数のリセット手段１６８を含む。 特に、リセット手段の間隔は、リセット手段によりリセットされるそれぞれのアクチュエータ部材の間隔と同一である。 １つの好ましい実施例では、リセット手段は、それぞれのリセットＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材にほぼ垂直の方向に、外方へ延びる柱である。

【００８４】 動作中、リセットＭＥＭＳアクチュエータは、作動されて、リセット手段１６
８が、ラッチされたそれぞれのＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材と係合するように、それぞれのアクチュエータ部材を動かす。 図１５および１７において、例えば、第１のリセットＭＥＭＳアクチュエータ１６０が作動されると、それぞれのアクチュエータ部材１６２は、下方へ動かされ、一方、第２のリセットＭＥＭＳアクチュエータ１６４が作動されると、それぞれのアクチュエータ部材１６６は、左方へ動かされる。 いったん係合されると、リセットＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材がさらに動かされると、それぞれのＭＥＭＳ
アクチュエータのアクチュエータ部材の端部部分が、それぞれのアンカー部材から遠ざかる方向に偏向されて、アクチュエータ部材が係合解除される。 それぞれのＭＥＭＳアクチュエータのアーチ状ビームにより供給される復元力により、次いで、アクチュエータ部材は、図１５に示されているように、ラッチされていない中立位置に戻る。

【００８５】 それ自体として、ＭＥＭＳスイッチングアレイ１４０により、個々の行要素および列要素を形成するそれぞれの対の第１および第２のＭＥＭＳアクチュエータの間で、電気的接触がそれぞれ確実に形成されることが可能となる。 次いで、電気信号が、それぞれの対の相互接続されているＭＥＭＳアクチュエータの金属部分を介して、伝送されることが可能である。 例えば、相互接続ＭＥＭＳアクチュエータのうちの１つのアクチュエータの、互いに間隔を置いて配置されているサポートのうちの１つのサポートで導入された電気信号が、それぞれの対のＭＥＭ
Ｓアクチュエータのアクチュエータ部材およびコンタクト部材を介して、相互接続ＭＥＭＳアクチュエータの他方のアクチュエータのサポートのうちの１つのサポートに伝送される。 このようにして、本発明のＭＥＭＳスイッチングアレイは、電気通信および他のスイッチング用途に特に有用である。

【００８６】 本発明の別の１つの実施例では、少なくとも１つの開口１７２ａが、通常はバルクシリコンマイクロマシーニングまたは他の従来のプロセスにより、基板１７
２により形成されているＭＥＭＳ弁１７０が、設けられている。 この実施例では、ＭＥＭＳ弁は、アーチ状ビームをさらにアーチ状に湾曲することにより弁プレートが、基板に対して制御可能に動かされるまたは位置決めされるように、アーチ状ビーム１７に操作可能に結合されている、より好ましくは、アクチュエータ部材１８０に操作可能に結合されている弁プレート１７６を有するＭＥＭＳアクチュエータ１７４を含む。 通常、弁プレートは、例えばニッケルなどの電気めっき金属から成る。

【００８７】 図１８に示されているように、ＭＥＭＳアクチュエータ１７４は、好ましくは、弁プレート１７６が、ＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、少なくとも部分的に開口をカバーし、より好ましくは、開口を完全にカバーして、”通常は開いている”弁を形成するように、開口１７２ａに対して、基板１７２上に位置決めされている。 代替的に、ＭＥＭＳアクチュエータは、弁プレートが、作動の欠如下で、開口をカバーし、ＭＥＭＳアクチュエータが作動された場合のみ、開口から除去され、これにより”通常は閉じている”弁を形成するように、開口に対して、基板上に位置決めされていることが可能である。

【００８８】 例えば加熱器１８２に電流を通すことにより、図１８の”通常は開いている”
ＭＥＭＳアクチュエータ１７４を作動すると、弁プレート１７６は、基板１７２
内の開口１７２ａを跨いで動かされて、図１９Ｂに示されているように、開口を閉じる。 ＭＥＭＳリレーに関連して前述のように、ＭＥＭＳ弁１７０は、好ましくは、ＭＥＭＳアクチュエータの作動に続いて、開口に対してある位置に弁プレートを保持する手段も含む。 例えば、ある位置に弁プレートを保持する手段は、
弁プレートと基板との間に静電力を印加する手段を含むことも可能である。 静電力に起因して、弁プレートは、基板へ向かって偏向されて、クランプされて下降されて開口を覆い、これにより、開口を通り抜ける液体流を制限するかまたは阻止する。 静電力を印加するために、電圧差が、弁プレートと基板との間に印加されるか、または、代替的に、弁プレートと電極１８０との間に印加され、電極１
８０は、ＭＥＭＳリレーに関連して前述の方法と同様の方法で開口に隣接し、かつ、いくつかの実施例では、開口を包囲する、基板の部分上または中に形成される。 静電力を印加することを継続することにより、弁プレートは、ＭＥＭＳアクチュエータが作動停止されても、基板により形成されている開口の上で、閉じ位置に保持されることが可能であり、これにより、弁プレートの電力消費量がさらに低減される。 しかし、例えば弁プレートと基板との間に電圧差を可能にすることにより、弁プレートを解放すると、ＭＥＭＳアクチュエータは、開口がカバーされていない、図１８および１９Ａに示されている中立位置に戻る。

【００８９】 液体流を増加するために、複数の開口１７２ａが、図１８に示されている基板１７２により形成されることが可能である。 この好ましい実施例では、ＭＥＭＳ
アクチュエータ１７４は、好ましくは、基板により形成されている開口の数に等しい数の複数の弁プレート弁プレート１７６を含む。 弁プレートのそれぞれは、
好ましくは、アーチ状ビームが動かされると、弁プレートが、開口のうちのそれぞれの開口に対して動かされるように、アーチ状ビーム１７８に操作可能に結合され、より好ましくは、ＭＥＭＳアクチュエータのアクチュエータ部材１８０に結合されている。 例えば、図１８の実施例では、ＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、対の弁プレートは、基板により形成されている開口のそれぞれの開口を跨いで動かされ、一方、ＭＥＭＳアクチュエータが作動停止されると、弁プレートは、開口がカバーされていない休止位置または中立位置に戻る。

【００９０】 基板１７２内に形成されている、より大きい開口１７２ａを通り抜ける液体流をさらに増加させるＭＥＭＳ弁１７０の別の１つの実施例が、図２０および２１
に示されている。 この実施例では、ＭＥＭＳアクチュエータ１７４は、弁プレート１７６のそれぞれが、アーチ状ビーム１８４が加熱されると、枢転点を中心として枢転する、ファンタイプ構造を有する。 図示のように、枢転点は、通常、基板から外方へ延びる支承柱１８６により形成されている。 この好ましい実施例の基板により形成されている開口は、おおよそ、中心柱を中心として角度的に互いに間隔を置いて配置されているので、複数の弁プレートが、好ましくは、枢転点を中心として枢転する中心プレート１８８に結合されている。 図示のように、中心プレートは、通常、基板の上方に、ばね１８９により吊られている。

【００９１】 さらに図２０および２１に示されているように、ＭＥＭＳアクチュエータ１７
４のアクチュエータ部材１９０の端部部分は、好ましくは、枢転点からオフセットされている点で、中心プレート１８８に接続されている。 それ自体として、Ｍ
ＥＭＳアクチュエータが作動され、これにより、アクチュエータ部材が動かされると、弁プレートが、支承柱を中心として枢転し、これにより、弁プレートは、
基板１７２により形成されているそれぞれの開口１７２ａに対して、動かされる。

【００９２】 図２０のファンタイプＭＥＭＳ弁１７０の実施例では、ＭＥＭＳ弁は、通常は開いている。 それ自体として、ＭＥＭＳアクチュエータ１７４が作動されると、
弁プレート１７６が回転されて、基板により形成されている開口１７２ａのうちのそれぞれの開口を、少なくとも部分的にカバーする。 代替的に、ファンタイプＭＥＭＳ弁は、ＭＥＭＳアクチュエータが作動されると、弁プレートと回転されて、基板により形成されている開口のそれぞれの開口を少なくとも部分的にカバー除去するかまたは開くように、図２１に示されているように、通常は閉じている。 図２０および２１に示されているように、ＭＥＭＳ弁は、弁プレートの過剰な回転を阻止するために、ＭＥＭＳ弁が作動されるとそれぞれのプレートに接触するために、基板上に位置決めされている少なくとも１つのストップ１７７を含むことが可能である。

【００９３】 前述のように、この実施例のＭＥＭＳ弁１７０は、ＭＥＭＳアクチュエータが作動停止された後でさえも、それぞれの開口１７２ａに対してある位置に弁プレート１７６のそれぞれを保持する手段も含み、これにより、ＭＥＭＳ弁の電力消費量がされに低減される。 図示されていないが、保持手段は、好ましくは、それぞれの開口を包囲するか又は少なくとも隣接する、基板１７２の部分上に位置決めされている電極を含む。 それ自体として、弁プレートは、好ましくは、弁プレートが、開口を完全にカバーし、充分な静電力が、下重なりの電極と、弁プレートとの間に発生されて、開口を貫流する液体流を制限するかまたは阻止するように、それぞれの開口より僅かに大きい。

【００９４】 本発明のＭＥＭＳ弁１７０の様々な実施例は、基板内に形成されている１つ以上の開口１７２ａを通過する液体流を確実に制御する。 複数の開口を制御可能にカバーおよびカバー除去することにより、本発明のＭＥＭＳ弁により支持される全液体流も、対の開口をカバーおよびカバー除去するほかの設計に対して、増加される、何故ならばＭＥＭＳ弁によりカバーされることが可能である開口のサイズは、なかんずく、アーチ状ビームが印加できる最大変位により、一般に、制限されているからである。 さらに、ファンタイプ設計を採用することにより、アクチュエータ部材１９０の運動により供給される変位量は、レバーアームの長さａ
に対する弁プレート１７６の長さｂの比、すなわち、中心プレート１８８へのアクチュエータ部材の端部部分の接続が、枢転点からオフセットされている距離と乗算される。 この比は、通常、１より大きいので、本発明のファンタイプ弁は、
弁プレートがカバーおよびカバー除去できる開口のサイズを増加させることが可能である。

【００９５】 本発明のＭＥＭＳアクチュエータを含むＭＥＭＳ構造は、かなりの力および変位を供給し、しかも電力消費量が比較的小さい。 前述のように、本発明のＭＥＭ
Ｓアクチュエータの設計は、加熱器により発生される熱の上重なりの金属アーチ状ビームへの充分な伝達を実現し、これにより、金属アーチ状ビームはさらにアーチ状に湾曲される。 本発明のＭＥＭＳアクチュエータの充分な動作を利用するために、多数のＭＥＭＳ装置、例えば様々なＭＥＭＳリレー、ＭＥＭＳスイッチングアレイおよびＭＥＭＳ弁も提供される。

【００９６】 前述の説明および関連図面を参考にして、当業者は本発明の多数の変更および他の実施例を想到することができる。 従って、本発明は開示されている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である。 特定の用語が、本明細書において採用されたが、これらの用語は、一般的かつ説明的な意味で使用され、制限を目的とするものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ビームをさらにアーチ状に湾曲させる加熱器を含む、本発明の１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータの上面図である。

【図２】 破線は、曲がりくねった加熱器の複数の分岐を示し、それらの分岐のうちの２
つの分岐が、説明のために示されている、２−２切断線に沿って切断して示す、
図１のＭＥＭＳアクチュエータの横断面図である。

【図３】 アクチュエータ部材に下重なりの加熱器を有する、本発明の別の１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータである。

【図４】 ４−４切断線に沿って切断して示す、図３のＭＥＭＳアクチュエータの横断面図である。

【図５Ａ〜５Ｅ】 本発明の１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータの製造の間に行われる操作を示す横断面図である。

【図６Ａ〜６Ｆ】 本発明の別の１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータの製造の間に行われる操作を示す横断面図である。

【図７Ａ】 ＭＥＭＳリレーが、本発明の１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータを含む、
開き位置におけるＭＥＭＳリレーの上面図、図７Ｂおよび７Ｃは、対応する横断面図である。

【図９Ａ〜９Ｃ】 ＭＥＭＳリレーを開くおよび閉じるために行われるシーケンス的操作を示す、
本発明の別の１つの実施例のＭＥＭＳアクチュエータを含むＭＥＭＳリレーの上面図である。

【図１０】 過電圧保護を提供する第１および第２のフィールド強化構造を含む、本発明の１つの実施例のＭＥＭＳリレーの一部の上面図である。

【図１１】 ラッチ手段およびリセット手段を含む、本発明の別の１つの実施例のＭＥＭＳ
リレーの上面図である。

【図１２】 本発明の別の１つの好ましい実施例のＭＥＭＳリレーの上面図である。

【図１３】 本発明のさらに別の１つの好ましい実施例のＭＥＭＳリレーの上面図である。

【図１４】 ラッチ手段の１つの好ましい実施例を示す、図１３のＭＥＭＳリレーの一部の拡大平面図である。

【図１５】 本発明の１つの好ましい実施例の開き位置における４×４スイッチングアレイの上面図である。

【図１６】 第１および第２のアクチュエータのアクチュエータ部材が互いに交差するのを可能にする１つの技術を示す、図１５のスイッチングアレイの一部の拡大斜視図である。

【図１７】 電気的コンタクトが、第１の行と第３の列との間に形成されている、図１５のスイッチングアレイの上面図である。

【図１８】 本発明の１つの実施例のＭＥＭＳ弁の上面図である。

【図１９】 それぞれ、開き位置および閉じ位置における１９−１９切断線に沿って切断して示す、図１８の横断面図である。

【図２０】 本発明の別の１つの好ましい実施例の、通常は開いているファンタイプＭＥＭ
Ｓ弁の上面図である。

【図２１】 本発明の別の１つの好ましい実施例の、通常は閉じているファンタイプＭＥＭ
Ｓ弁の上面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年３月２４日（２０００．３．２４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５Ｅ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５Ｅ】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６Ｃ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６Ｃ】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁷識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｈ 65/00 Ｈ０１Ｈ 65/00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 マハデヴァン，ラマスワミ アメリカ合衆国ノースカロライナ州27514, チャペル・ヒル，ルクレール・ストリート 1310 Ｆターム(参考） 5K073 CC00