JPH0213411B2 - - Google Patents
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- JPH0213411B2 JPH0213411B2 JP58133567A JP13356783A JPH0213411B2 JP H0213411 B2 JPH0213411 B2 JP H0213411B2 JP 58133567 A JP58133567 A JP 58133567A JP 13356783 A JP13356783 A JP 13356783A JP H0213411 B2 JPH0213411 B2 JP H0213411B2
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- JP
- Japan
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- switch
- substrate
- heating element
- thin film
- strip
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H61/02—Electrothermal relays wherein the thermally-sensitive member is heated indirectly, e.g. resistively, inductively
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
- B81B3/0086—Electrical characteristics, e.g. reducing driving voltage, improving resistance to peak voltage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/01—Switches
- B81B2201/012—Switches characterised by the shape
- B81B2201/014—Switches characterised by the shape having a cantilever fixed on one side connected to one or more dimples
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
- H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
- H01H1/20—Bridging contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H2061/006—Micromechanical thermal relay
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
- Manufacture Of Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、薄膜電熱可動装置、特に薄膜電熱ス
イツチ及び他の電熱で動作する超小型装置に関す
る。
イツチ及び他の電熱で動作する超小型装置に関す
る。
背景技術とその問題点
ハイブリツド電子回路及びそれに含まれる受動
電気素子（抵抗、容量素子、インダクタ）を製造
するために、これまで薄膜被着及びパターン形成
を用いてきた。また、電界効果トランジスタ等の
ある種の能動素子も、薄膜技術を用いて製造され
る。しかし、その回路スイツチングは、従来の機
械又は電子機械装置若しくは固体素子（solid
state）スイツチのいずれかを用いて行わなけれ
ばならない。前者は通常、大きすぎるので薄膜回
路基板に設置することができず、且つ、他の回路
素子と接続するために長い導線を必要とするので
高周波動作のときは非常に不利であり、更に薄膜
回路素子と比較して高価である。又、後者は特性
上、機械スイツチのようにオン状態とオフ状態の
インピーダンス比率が大きくなく、多くの用途に
おいて望ましくない大きな値のオン状態接触抵抗
及びオフ状態結合容量を有する。
電気素子（抵抗、容量素子、インダクタ）を製造
するために、これまで薄膜被着及びパターン形成
を用いてきた。また、電界効果トランジスタ等の
ある種の能動素子も、薄膜技術を用いて製造され
る。しかし、その回路スイツチングは、従来の機
械又は電子機械装置若しくは固体素子（solid
state）スイツチのいずれかを用いて行わなけれ
ばならない。前者は通常、大きすぎるので薄膜回
路基板に設置することができず、且つ、他の回路
素子と接続するために長い導線を必要とするので
高周波動作のときは非常に不利であり、更に薄膜
回路素子と比較して高価である。又、後者は特性
上、機械スイツチのようにオン状態とオフ状態の
インピーダンス比率が大きくなく、多くの用途に
おいて望ましくない大きな値のオン状態接触抵抗
及びオフ状態結合容量を有する。
種々の薄膜回路技術において、要求されること
は、低廉であり且つ導電路、接触パツド及び受動
回路素子を形成するために用いる方法と同様の薄
膜被着及びパターン形成工程を用いて、従来のハ
イブリツド回路基板上に超小型スイツチ装置を製
造することである。
は、低廉であり且つ導電路、接触パツド及び受動
回路素子を形成するために用いる方法と同様の薄
膜被着及びパターン形成工程を用いて、従来のハ
イブリツド回路基板上に超小型スイツチ装置を製
造することである。
本発明の出願人に譲渡されたレイモンド・
A.・ザンドナツチによる米国特許第3763454号明
細書はハイブリツド固体素子回路用の熱動式安全
スイツチを開示している。このスイツチは回路基
板上で一対の導電体にまたがる湾曲した重ね板ば
ねを有する。この板ばねは一つの導電体に溶接さ
れ、緊張状態で、低融点はんだで他の導電体に連
結される。ザンドナツトによるスイツチは、薄膜
ハイブリツド回路に利用するには有効であるが、
その構造が薄膜回路又は他の一般的利用に、不適
当である。
A.・ザンドナツチによる米国特許第3763454号明
細書はハイブリツド固体素子回路用の熱動式安全
スイツチを開示している。このスイツチは回路基
板上で一対の導電体にまたがる湾曲した重ね板ば
ねを有する。この板ばねは一つの導電体に溶接さ
れ、緊張状態で、低融点はんだで他の導電体に連
結される。ザンドナツトによるスイツチは、薄膜
ハイブリツド回路に利用するには有効であるが、
その構造が薄膜回路又は他の一般的利用に、不適
当である。
IBM J.リサーチ・デベロツプの1973年７月No.
４ vol23に掲載されたK.E.ピーターセンによる
文献「マイクロメカニカル・メンブレイン・スイ
ツチ・オン・シリコン」は、従来のフオトエツチ
ング法及び集積回路処理技術を用いて製造した幾
つかの超小型機械スイツチ装置を開示している。
このスイツチ装置は一端がシリコン基板上に接着
された薄膜を絶縁する薄い（0.35μｍ）金属被膜
で形成された片持ち梁部を有する。この梁部は基
板の異方性エツチングにより形成される浅い矩形
溝上に架張される。薄膜上の金属被膜及び溝の底
部の高濃度ドーピング処理したシリコン層間に直
流電圧を印加することで動作する。これは、片持
ち梁に静電力を生じさせ、梁を下に曲げ、遊端の
板状金属突起を下にある固定電極と接触させる。
４ vol23に掲載されたK.E.ピーターセンによる
文献「マイクロメカニカル・メンブレイン・スイ
ツチ・オン・シリコン」は、従来のフオトエツチ
ング法及び集積回路処理技術を用いて製造した幾
つかの超小型機械スイツチ装置を開示している。
このスイツチ装置は一端がシリコン基板上に接着
された薄膜を絶縁する薄い（0.35μｍ）金属被膜
で形成された片持ち梁部を有する。この梁部は基
板の異方性エツチングにより形成される浅い矩形
溝上に架張される。薄膜上の金属被膜及び溝の底
部の高濃度ドーピング処理したシリコン層間に直
流電圧を印加することで動作する。これは、片持
ち梁に静電力を生じさせ、梁を下に曲げ、遊端の
板状金属突起を下にある固定電極と接触させる。
ピーターセンによる超小型機械スイツチは、非
常に小さいが薄膜ハイブリツド回路への集積化に
は適さない。また、このスイツチは、比較的高電
圧（60〜70V）のスイツチング電圧が装置を動作
させるために必要であり、低電圧及び低電流駆動
半導体回路に兼用できない。
常に小さいが薄膜ハイブリツド回路への集積化に
は適さない。また、このスイツチは、比較的高電
圧（60〜70V）のスイツチング電圧が装置を動作
させるために必要であり、低電圧及び低電流駆動
半導体回路に兼用できない。
発明の目的
従つて、本発明の目的は薄膜ハイブリツド回路
に用いることができる薄膜電熱可動装置を提供す
ることである。
に用いることができる薄膜電熱可動装置を提供す
ることである。
本発明の他の目的は、基板上の他の構成素子と
製造工程を兼用できる薄膜電熱可動装置を提供す
ることである。
製造工程を兼用できる薄膜電熱可動装置を提供す
ることである。
本発明の他の目的は、集積化し且つ消費電力が
少ない超小型スイツチを提供することである。
少ない超小型スイツチを提供することである。
発明の概要
本発明の薄膜電熱可動装置は、薄膜ハイブリツ
ド回路を形成するための工程と同等の工程で製造
できる。即ち、本発明による薄膜電熱可動装置
は、絶縁支持面を有する基板と、第１位置で基板
表面に固着した第１導電体と、基板表面からその
上に離間して配置し、第２位置で基板表面に固着
した、絶縁材料からなる弾性屈曲可能な帯状体
と、この帯状体に固定し、この帯状体により基板
表面方向及びその逆方向に移動する第２導体と、
帯状体に接合し、電流が流れると帯状体を曲げる
ように作用する抵抗素子を有する。
ド回路を形成するための工程と同等の工程で製造
できる。即ち、本発明による薄膜電熱可動装置
は、絶縁支持面を有する基板と、第１位置で基板
表面に固着した第１導電体と、基板表面からその
上に離間して配置し、第２位置で基板表面に固着
した、絶縁材料からなる弾性屈曲可能な帯状体
と、この帯状体に固定し、この帯状体により基板
表面方向及びその逆方向に移動する第２導体と、
帯状体に接合し、電流が流れると帯状体を曲げる
ように作用する抵抗素子を有する。
本発明による金属接点及び片持ち型操作子を有
する電熱可動型超小型スイツチは、次の工程で設
けられる。(1)ハイブリツド回路基板上に第１金属
接点及び関連する導電路を形成する。(2)第１接点
を含む基板の所定領域上に、一時的且つ除去可能
な第１パターン層を形成する。(3)第１接点上にの
つた一時的層上に第２金属接点を形成する。(4)絶
縁材料から成り、一端を基板上で固着し、他端を
第２接点に固着した細長い帯状構造の第２パター
ン層を基板、除去可能第１層及び第２接点上に形
成する。(5)帯状第２層上に、抵抗性加熱素子を形
成する。(6)一時的層を除去する。
する電熱可動型超小型スイツチは、次の工程で設
けられる。(1)ハイブリツド回路基板上に第１金属
接点及び関連する導電路を形成する。(2)第１接点
を含む基板の所定領域上に、一時的且つ除去可能
な第１パターン層を形成する。(3)第１接点上にの
つた一時的層上に第２金属接点を形成する。(4)絶
縁材料から成り、一端を基板上で固着し、他端を
第２接点に固着した細長い帯状構造の第２パター
ン層を基板、除去可能第１層及び第２接点上に形
成する。(5)帯状第２層上に、抵抗性加熱素子を形
成する。(6)一時的層を除去する。
本発明の種々の特徴及び効果については、以下
の詳細な説明及び添付図面を参照して明らかにな
ろう。
の詳細な説明及び添付図面を参照して明らかにな
ろう。
実施例
第１図を参照して、本発明を電熱可動型超小型
スイツチに適用した実施例を説明するに、番号１
０はこのスイツチを示す。スイツチ１０は通常薄
膜ハイブリツド回路に使用する絶縁基板の上面１
２に形成する。例えば、基板は高密度アルミナ
（Al2O3）又はベリリア（BeO）の如きセラミツ
ク材料、若しくは、石英ガラスの如きガラス質材
料でできた平面板でよい。固い誘電体材料の薄い
片持ち帯状体１４を基板表面から離間して配置す
る。この材料は窒化珪素（Si3N4）が最も好適で
ある。帯状体１４は基板に固着した固定端部、即
ち脚部１４ａ及び基板表面１２に離間した分枝
部、即ち胴部１４ｂを有する。望ましくは金であ
る低抵抗金属の長方形金属板１６は、帯状体１４
とその帯状体１４の遊端部で接合し、帯状体１４
の横手方向外側に延びて一対の電気的接点１７及
び１９を形成する。これに対向する低抵抗金属の
一対の固定接点１８及び２０を接点１７及び１９
の下の基板表面に直接に固着する。固定接点は表
面１２上に金属化した回路導電路、即ちラン
（run）２２及び２４の端部に設ける。
スイツチに適用した実施例を説明するに、番号１
０はこのスイツチを示す。スイツチ１０は通常薄
膜ハイブリツド回路に使用する絶縁基板の上面１
２に形成する。例えば、基板は高密度アルミナ
（Al2O3）又はベリリア（BeO）の如きセラミツ
ク材料、若しくは、石英ガラスの如きガラス質材
料でできた平面板でよい。固い誘電体材料の薄い
片持ち帯状体１４を基板表面から離間して配置す
る。この材料は窒化珪素（Si3N4）が最も好適で
ある。帯状体１４は基板に固着した固定端部、即
ち脚部１４ａ及び基板表面１２に離間した分枝
部、即ち胴部１４ｂを有する。望ましくは金であ
る低抵抗金属の長方形金属板１６は、帯状体１４
とその帯状体１４の遊端部で接合し、帯状体１４
の横手方向外側に延びて一対の電気的接点１７及
び１９を形成する。これに対向する低抵抗金属の
一対の固定接点１８及び２０を接点１７及び１９
の下の基板表面に直接に固着する。固定接点は表
面１２上に金属化した回路導電路、即ちラン
（run）２２及び２４の端部に設ける。
加熱素子２６は帯状体１４の上面に図示する様
に、蛇行する如く曲がりくねつた形状に被着した
細い金属帯である。帯状体１４の脚部のタブ
（tab）２６ａ及び２６ｂは、加熱素子２６を隣接
するラン２８及び３０に接続し、電流を素子２６
に供給する。加熱素子２６は帯状体１４を形成す
る材料よりも熱膨張係数が大きい材料で形成す
る。加熱素子２６としては、電着したニツケルを
使用すると好適である。
に、蛇行する如く曲がりくねつた形状に被着した
細い金属帯である。帯状体１４の脚部のタブ
（tab）２６ａ及び２６ｂは、加熱素子２６を隣接
するラン２８及び３０に接続し、電流を素子２６
に供給する。加熱素子２６は帯状体１４を形成す
る材料よりも熱膨張係数が大きい材料で形成す
る。加熱素子２６としては、電着したニツケルを
使用すると好適である。
第２図に示す様に、スイツチ１０は通常、開状
態であり、加熱素子２６に電流を流すことにより
固定接点１８及び２０を相互接続する両頭スイツ
チである。スイツチ３２を閉じると、電源３４
（第２図中、電池で示す）からの電流が金属素子
に流れ、金属素子が加熱されて膨脹する。素子２
６及び誘電体帯状体１４の膨脹率の差により、図
中で鎖線で示す様に、片持ち部材は曲がつて下側
に偏倚し、対向する接点に接触する。スイツチ３
２を開いて、素子２６への電流を遮断すると、固
定接点１８及び２０間の接続が絶たれる。加熱素
子が冷えて、収縮するにつれて、片持ち部材はま
つすぐに伸び、接点１７及び１９を固定接点の上
方に移動される。
態であり、加熱素子２６に電流を流すことにより
固定接点１８及び２０を相互接続する両頭スイツ
チである。スイツチ３２を閉じると、電源３４
（第２図中、電池で示す）からの電流が金属素子
に流れ、金属素子が加熱されて膨脹する。素子２
６及び誘電体帯状体１４の膨脹率の差により、図
中で鎖線で示す様に、片持ち部材は曲がつて下側
に偏倚し、対向する接点に接触する。スイツチ３
２を開いて、素子２６への電流を遮断すると、固
定接点１８及び２０間の接続が絶たれる。加熱素
子が冷えて、収縮するにつれて、片持ち部材はま
つすぐに伸び、接点１７及び１９を固定接点の上
方に移動される。
第３乃至７図を参照して、本発明による薄膜電
熱可動型超小型スイツチの製法を説明する。初め
に、セラミツク又はガラス平板の支持基板４０の
上面４１に薄いTi／Pd／Au基層４２を被着す
る。基層４２は、市販の真空装置内に基板４０を
設置して、電子ビーム蒸着により表面４１上に順
次チタニウム、パラジウム及び金を被着して形成
する。チタニウム被覆は基板に基層を確実に接着
させ、一方、パラジウムは、後に被着する金がチ
タニウムと合金化しないようにする。基層４２の
３つの層の適当な厚さはTiが400±50Å、Pdが
800±50Å、Auが2000±100Åである。
熱可動型超小型スイツチの製法を説明する。初め
に、セラミツク又はガラス平板の支持基板４０の
上面４１に薄いTi／Pd／Au基層４２を被着す
る。基層４２は、市販の真空装置内に基板４０を
設置して、電子ビーム蒸着により表面４１上に順
次チタニウム、パラジウム及び金を被着して形成
する。チタニウム被覆は基板に基層を確実に接着
させ、一方、パラジウムは、後に被着する金がチ
タニウムと合金化しないようにする。基層４２の
３つの層の適当な厚さはTiが400±50Å、Pdが
800±50Å、Auが2000±100Åである。
Ti／Pd／Au基層を形成後、更に固定接点（ス
イツチ１０の接点１８及び２０）及び金属ラン２
２，２４，２８及び３０を形成するために金を所
定位置に被着する。これを形成するため、フオト
レジスト層４４を金属膜を設けた基板上に付着さ
せ、処理し、所望位置に開口４５を設ける。次
に、電気めつきにより開口４５内に金を約２乃至
4μｍの厚さに被着し、その後、フオトレジスト
層４４を除去し、金めつきした以外の領域の金属
膜をエツチングにより取除く。エツチングによる
除去は、市販の剥離剤を用いて層４２の各層につ
いて行ない、例えば金についてはテクニツク社の
「テクニストリツプ」、パラジウムについてはヨウ
化カリウムとヨウ素の溶液（１あたりKIが400
ｇ、ヨウ素100ｇ）、チタニウムについては濃度28
％のNH4OH及び30％のH2O2の１：１の混合液
がよい。
イツチ１０の接点１８及び２０）及び金属ラン２
２，２４，２８及び３０を形成するために金を所
定位置に被着する。これを形成するため、フオト
レジスト層４４を金属膜を設けた基板上に付着さ
せ、処理し、所望位置に開口４５を設ける。次
に、電気めつきにより開口４５内に金を約２乃至
4μｍの厚さに被着し、その後、フオトレジスト
層４４を除去し、金めつきした以外の領域の金属
膜をエツチングにより取除く。エツチングによる
除去は、市販の剥離剤を用いて層４２の各層につ
いて行ない、例えば金についてはテクニツク社の
「テクニストリツプ」、パラジウムについてはヨウ
化カリウムとヨウ素の溶液（１あたりKIが400
ｇ、ヨウ素100ｇ）、チタニウムについては濃度28
％のNH4OH及び30％のH2O2の１：１の混合液
がよい。
次に、部分選択して除去可能な金属の厚さ約２
乃至3μｍの膜を基板の金属パターンを設けた面
に付着し、次にマスク及びエツチング処理によ
り、超小型スイツチ１６の片持ち状胴部１４ｂ及
び可動接点１６が後に形成される位置の上なるよ
うに一時スペイサ４６（第４図）を形成する。除
去可能な材料は選択的なエツチング処理に都合の
良い銅が好適である。このスペイサ４６として
は、重合体（ポリマー）材料、特にポリイミドが
よい。ポリイミド樹脂（例えば、チバ・ガイギー
社のXU218HPをアセトンで溶解した溶液）又
は、Ｎ−メチル−２−ピロリジンのポリアミノ酸
溶液であるデユポン社製「ピレム・Ｌ（pyrem、
L.）」の如きポリイミド・プレカーサ
（precursor：前駆物質）の溶媒液をスピニング又
は噴霧して、ポリイミド膜を塗布してよい。プレ
カーサを使用するなら、それは加熱又は化学環化
剤を用いた処理で相当するポリイミドに変換しな
ければならない。スペイサ４６を形成するポリイ
ミドの所定部分をマスクした後、残留物をプラズ
マ・エツチングで除去する。第４図は、フオトレ
ジスト・マスクを一時スペイサから剥離した状態
を示す。
乃至3μｍの膜を基板の金属パターンを設けた面
に付着し、次にマスク及びエツチング処理によ
り、超小型スイツチ１６の片持ち状胴部１４ｂ及
び可動接点１６が後に形成される位置の上なるよ
うに一時スペイサ４６（第４図）を形成する。除
去可能な材料は選択的なエツチング処理に都合の
良い銅が好適である。このスペイサ４６として
は、重合体（ポリマー）材料、特にポリイミドが
よい。ポリイミド樹脂（例えば、チバ・ガイギー
社のXU218HPをアセトンで溶解した溶液）又
は、Ｎ−メチル−２−ピロリジンのポリアミノ酸
溶液であるデユポン社製「ピレム・Ｌ（pyrem、
L.）」の如きポリイミド・プレカーサ
（precursor：前駆物質）の溶媒液をスピニング又
は噴霧して、ポリイミド膜を塗布してよい。プレ
カーサを使用するなら、それは加熱又は化学環化
剤を用いた処理で相当するポリイミドに変換しな
ければならない。スペイサ４６を形成するポリイ
ミドの所定部分をマスクした後、残留物をプラズ
マ・エツチングで除去する。第４図は、フオトレ
ジスト・マスクを一時スペイサから剥離した状態
を示す。
次に、スイツチの可動接点を先に形成した固定
接点の上のスペイサ４６上に形成する。約1000乃
至2000Åの金被膜４８をスペイサ４６及び基板４
０の周囲に蒸着し、金被膜４８の上にフオトレジ
スト層５０を設ける。フオトレジスト層５０を露
光及び現像して、所望形状の開口５１即ち固定接
点上の接点板１６を設けるための開口を形成す
る。次に、開口５１内の金膜の上に更に金を電着
して、厚さを約2μｍにする。その後、層５０を
剥離し、接点板１６以外の金被膜４８の領域を金
用のエツチング剤で除去する。
接点の上のスペイサ４６上に形成する。約1000乃
至2000Åの金被膜４８をスペイサ４６及び基板４
０の周囲に蒸着し、金被膜４８の上にフオトレジ
スト層５０を設ける。フオトレジスト層５０を露
光及び現像して、所望形状の開口５１即ち固定接
点上の接点板１６を設けるための開口を形成す
る。次に、開口５１内の金膜の上に更に金を電着
して、厚さを約2μｍにする。その後、層５０を
剥離し、接点板１６以外の金被膜４８の領域を金
用のエツチング剤で除去する。
スペイサ４６上に接点板１６を形成した後、厚
さ2μｍの窒化珪素層をプラズマ被着により基板
の上面全体に設け、一時スペイサ４６及び接点板
１６を覆う。次に窒化珪素層上に保護フオトレジ
スト・マスクを形成して、片持ち帯状体１４の脚
部及び胴部を構成する部分を覆う。窒化珪素の残
余のマスクされていない部分をプラズマ・エツチ
ングで削除して、誘電体帯状片を形成し、その後
フオトレジスト・マスクを除去する。
さ2μｍの窒化珪素層をプラズマ被着により基板
の上面全体に設け、一時スペイサ４６及び接点板
１６を覆う。次に窒化珪素層上に保護フオトレジ
スト・マスクを形成して、片持ち帯状体１４の脚
部及び胴部を構成する部分を覆う。窒化珪素の残
余のマスクされていない部分をプラズマ・エツチ
ングで削除して、誘電体帯状片を形成し、その後
フオトレジスト・マスクを除去する。
次の工程では、まず基板表面４１、スペイサ４
６及び帯状体１４上にTiW／Pd／TiWの３層構
造の金属接着層を被着して、誘電体帯状体上に抵
抗性加熱素子の形成を開始する。この様な層は、
TiW合金（チタニウム10％、タングステン90％）
及びパラジウムを順次、市販のマグネトロン型ス
パツタリング装置を用いた陰極スパツタリング法
で被着して設ける。約2500ÅのTiW合金を初め
に被着し、続いて約400Åのパラジウム及び約200
ÅのTiW合金を被着する。次に、フオトレジス
ト層を接着層に付着し、誘電体帯状体１４上の金
属膜の曲がりくねつた領域及び加熱素子に電流を
供給する導電路に相当する部分が露出するように
処理する。次に、一番上のTiWの被膜をH2O2を
用いてマスクされていない領域から除去し、下層
のパラジウムを露出する。次にニツケルをパラジ
ウム表面に厚さが約２乃至4μｍになるまでめつ
きする。ニツケルめつきはスルフアミン酸塩溶液
で電着したニツケルの如き比較的内部応力が低く
なければならない。
６及び帯状体１４上にTiW／Pd／TiWの３層構
造の金属接着層を被着して、誘電体帯状体上に抵
抗性加熱素子の形成を開始する。この様な層は、
TiW合金（チタニウム10％、タングステン90％）
及びパラジウムを順次、市販のマグネトロン型ス
パツタリング装置を用いた陰極スパツタリング法
で被着して設ける。約2500ÅのTiW合金を初め
に被着し、続いて約400Åのパラジウム及び約200
ÅのTiW合金を被着する。次に、フオトレジス
ト層を接着層に付着し、誘電体帯状体１４上の金
属膜の曲がりくねつた領域及び加熱素子に電流を
供給する導電路に相当する部分が露出するように
処理する。次に、一番上のTiWの被膜をH2O2を
用いてマスクされていない領域から除去し、下層
のパラジウムを露出する。次にニツケルをパラジ
ウム表面に厚さが約２乃至4μｍになるまでめつ
きする。ニツケルめつきはスルフアミン酸塩溶液
で電着したニツケルの如き比較的内部応力が低く
なければならない。
接着層からフオトレジスト・マスクを剥離し、
濃度30％のH2O2を用いてめつきしていない領域
をエツチングして、TiW被膜を除去し、ヨウ化
カリウム及びヨウ素溶液でパラジウムを溶解する
ことにより、超小型スイツチが完成する。この工
程の構造を第６図に示す。最後に、一時スペイサ
４６を適当なエツチング剤で除去する。適当なポ
リイミド材料に対し、アライド・ケミカルＡ−20
の如きフオトレジスト剥離剤又はシプレイＭ−
150の如きポリイミド剥離剤を用いても良い。化
学的剥離後、ポリマー材料の残留物を短時間の酸
素プラズマ露出を用いて除去する。
濃度30％のH2O2を用いてめつきしていない領域
をエツチングして、TiW被膜を除去し、ヨウ化
カリウム及びヨウ素溶液でパラジウムを溶解する
ことにより、超小型スイツチが完成する。この工
程の構造を第６図に示す。最後に、一時スペイサ
４６を適当なエツチング剤で除去する。適当なポ
リイミド材料に対し、アライド・ケミカルＡ−20
の如きフオトレジスト剥離剤又はシプレイＭ−
150の如きポリイミド剥離剤を用いても良い。化
学的剥離後、ポリマー材料の残留物を短時間の酸
素プラズマ露出を用いて除去する。
第７図は、完成した超小型スイツチを示す。帯
状体１４及び加熱素子２６で形成した片持ち部分
は、通常は図に示す様に基板表面から上方に向つ
て曲つている。加熱素子を形成するめつきしたニ
ツケル被着の圧縮応力又は上昇した温度（例にあ
げたスルフアミン溶液の場合は約60゜）で被着し
た後の加熱素子の収縮のいずれか一方又は両方の
結果、片持ち部分の湾曲が生じると考えられる。
状体１４及び加熱素子２６で形成した片持ち部分
は、通常は図に示す様に基板表面から上方に向つ
て曲つている。加熱素子を形成するめつきしたニ
ツケル被着の圧縮応力又は上昇した温度（例にあ
げたスルフアミン溶液の場合は約60゜）で被着し
た後の加熱素子の収縮のいずれか一方又は両方の
結果、片持ち部分の湾曲が生じると考えられる。
第１図の薄膜電熱可動型スイツチは上述の工程
を用いて製造した幅約120μｍ、長さ約400乃至
600μｍの窒化珪素片持ち帯状体で構成される。
このスイツチは、非常に少ない電力で動作し、通
常、約50乃至100ｍＷで接点が閉じる。閉じたス
イツチの接触抵抗値は、通常、約150乃至200ｍΩ
であり、低レベル信号のスイツチングに好適であ
る。更に、加熱素子を200ｍＡのパルスで駆動す
るとき、スイツチは完全な開状態から完全な閉状
態間を30Hz以上のスイツチング速度で動作する。
本発明によるスイツチは、ハイブリツド回路を形
成するために用いる工程と、兼用できる薄膜被着
及びパターン形成工程を用いて製造でき、スイツ
チを回路に直接に集積化できる。更には、スイツ
チを薄膜技術を用いて製造するので、一個につい
て、スイツチを大量に、且つ比較的安価にでき
る。例えば、5.08×5.08cmの基板に500個のスイ
ツチが形成できる。
を用いて製造した幅約120μｍ、長さ約400乃至
600μｍの窒化珪素片持ち帯状体で構成される。
このスイツチは、非常に少ない電力で動作し、通
常、約50乃至100ｍＷで接点が閉じる。閉じたス
イツチの接触抵抗値は、通常、約150乃至200ｍΩ
であり、低レベル信号のスイツチングに好適であ
る。更に、加熱素子を200ｍＡのパルスで駆動す
るとき、スイツチは完全な開状態から完全な閉状
態間を30Hz以上のスイツチング速度で動作する。
本発明によるスイツチは、ハイブリツド回路を形
成するために用いる工程と、兼用できる薄膜被着
及びパターン形成工程を用いて製造でき、スイツ
チを回路に直接に集積化できる。更には、スイツ
チを薄膜技術を用いて製造するので、一個につい
て、スイツチを大量に、且つ比較的安価にでき
る。例えば、5.08×5.08cmの基板に500個のスイ
ツチが形成できる。
スイツチの構造及び接点の構成は、変更が可能
である。第８図では、加熱素子２６′を片持ち帯
状体１４の下側に形成することにより片持ち型超
小型スイツチは通常、閉状態になる。電流を加熱
素子に供給すると、加熱素子は誘電体帯状体より
も急速に膨脹し、帯状体を上側に曲げて、スイツ
チを開く。
である。第８図では、加熱素子２６′を片持ち帯
状体１４の下側に形成することにより片持ち型超
小型スイツチは通常、閉状態になる。電流を加熱
素子に供給すると、加熱素子は誘電体帯状体より
も急速に膨脹し、帯状体を上側に曲げて、スイツ
チを開く。
接点の移動の程度は加熱素子に供給する電流量
で制御できるので、本発明の電熱可動装置は、ス
イツチング動作でない使用条件でも有効である。
例えば、片持ち部分の遊端の金属板の位置及び移
動は、金属板と下方の固定接点間のキヤパシタン
スを測定し、それに応じて加熱素子への入力電流
を適当に変化させることにより、正確に操作でき
る。
で制御できるので、本発明の電熱可動装置は、ス
イツチング動作でない使用条件でも有効である。
例えば、片持ち部分の遊端の金属板の位置及び移
動は、金属板と下方の固定接点間のキヤパシタン
スを測定し、それに応じて加熱素子への入力電流
を適当に変化させることにより、正確に操作でき
る。
上記の説明は本発明の好適な実施例について行
つたが、本発明の要旨を逸脱することなく、構造
及び製法について種々の変更及び変形を成し得る
ことは、当業者には明らかである。
つたが、本発明の要旨を逸脱することなく、構造
及び製法について種々の変更及び変形を成し得る
ことは、当業者には明らかである。
発明の効果
本発明による薄膜電熱可動装置は、熱膨張係数
の異なる弾性帯状体及び加熱素子が、互いに被着
して一体になつているので、小型化及び高密度実
装が可能となり、熱応答性も良く、周囲の雰囲気
の影響を受け難く、しかも制御が正確となる。
の異なる弾性帯状体及び加熱素子が、互いに被着
して一体になつているので、小型化及び高密度実
装が可能となり、熱応答性も良く、周囲の雰囲気
の影響を受け難く、しかも制御が正確となる。
又、本発明による薄膜電熱可動装置は、接点板
と加熱素子とが絶縁され、加熱素子への給電は、
制御対象である接点の開閉とは別の回路にて行わ
れるようになされているので、閉成状態から開成
状態への制御のみならず、開成状態から閉成状態
への制御を能動的に行うことも可能となる。
と加熱素子とが絶縁され、加熱素子への給電は、
制御対象である接点の開閉とは別の回路にて行わ
れるようになされているので、閉成状態から開成
状態への制御のみならず、開成状態から閉成状態
への制御を能動的に行うことも可能となる。
第１図は本発明による薄膜電熱可動装置の一例
である超小型スイツチの斜視図、第２図は第１図
の超小型スイツチ及びその関連回路を示す簡単な
構成図、第３乃至７図は第１図のスイツチの製造
工程を順次表わす断面図、第８図は超小型スイツ
チの他の実施例を表わす断面図である。
である超小型スイツチの斜視図、第２図は第１図
の超小型スイツチ及びその関連回路を示す簡単な
構成図、第３乃至７図は第１図のスイツチの製造
工程を順次表わす断面図、第８図は超小型スイツ
チの他の実施例を表わす断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁表面を有する基板と、 該基板の上記絶縁表面上に離間して設けられた
１対の固定接点と、 一端を上記基板に固着し、他端が上記１対の固
定接点へ延びた弾性帯状体と、 該弾性帯状体の上記１対の固定接点と対向する
側の端部に設けられ、上記１対の固定接点と接触
可能な接点板と、 上記弾性帯状体に被着し、上記接点板とは絶縁
され、該弾性帯状体とは異なる熱膨張率を有する
加熱素子とを具え、 該加熱素子に電流を供給して上記帯状体を屈曲
させ、上記接点板により上記１対の固定接点を選
択的に開閉させるようにしたことを特徴とする薄
膜電熱可動装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/400,331 US4423401A (en) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | Thin-film electrothermal device |
| US400331 | 1982-07-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5973826A JPS5973826A (ja) | 1984-04-26 |
| JPH0213411B2 true JPH0213411B2 (ja) | 1990-04-04 |
Family
ID=23583171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58133567A Granted JPS5973826A (ja) | 1982-07-21 | 1983-07-21 | 薄膜電熱可動装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4423401A (ja) |
| JP (1) | JPS5973826A (ja) |
Families Citing this family (141)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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