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JP2001150392A - Semiconductor micro-actuator - Google Patents

Semiconductor micro-actuator

Info

Publication number
JP2001150392A
JP2001150392A JP33355599A JP33355599A JP2001150392A JP 2001150392 A JP2001150392 A JP 2001150392A JP 33355599 A JP33355599 A JP 33355599A JP 33355599 A JP33355599 A JP 33355599A JP 2001150392 A JP2001150392 A JP 2001150392A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mover
movable element
semiconductor
flexible
support substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP33355599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimiaki Saito
公昭 齊藤
Hironori Katayama
弘典 片山
Kenji Toyoda
憲治 豊田
Keiko Fujii
圭子 藤井
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Hiroshi Kawada
裕志 河田
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
Masaari Kamakura
將有 鎌倉
Kazuji Yoshida
和司 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP33355599A priority Critical patent/JP2001150392A/en
Publication of JP2001150392A publication Critical patent/JP2001150392A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor micro-actuator capable of reducing the energy necessary for displacing a movable element. SOLUTION: A movable element 2 having a rectangular peripheral edge is mounted inside of a frame-like supporting base 1 displaceably in the thickness direction of the supporting base 1. The supporting base 1 and the movable element 2 are connected through an arm member 3 capable of displacing the movable element 2 by its thermal expansion and contraction. The arm member 3 has a flexible part 8 obtained by stacking a flexible layer 7 on a flexible layer 6, and the flexible part 8 is deflected by the heat generated in accompany with the energization to the flexible layer 7, whereby displacing the movable element 2. The arm member 3 is connected to two sides along the longitudinal direction of the movable element, and extended in parallel with a central line along the lateral direction of the movable element 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体マイクロア
クチュエータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor microactuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体製造プロセスによって
製造される極小型の半導体マイクロアクチュエータが各
種提案されている。この種の半導体マイクロアクチュエ
ータは、一般に半導体からなる枠状の支持基板の内側に
可動子を配置し、支持基板の厚み方向に可撓性を有する
可撓部材を介して支持基板と可動子とを連結した構造を
有している。したがって、可撓部材を支持基板の厚み方
向に撓ませることによって可動子を支持基板の厚み方向
に変位させることができる。可撓部材を撓ませる構成と
しては、熱膨張率の異なる複数の撓み層を重ねてバイメ
タルを形成し、このバイメタルを直熱式(バイメタル自
身にヒータを持つ形式)または傍熱式(バイメタルとは
別にヒータを持つ形式)で加熱する構成が一般的であ
る。
2. Description of the Related Art Various miniature semiconductor microactuators manufactured by a semiconductor manufacturing process have been proposed. In this type of semiconductor microactuator, a movable element is generally arranged inside a frame-shaped support substrate made of a semiconductor, and the support substrate and the movable element are connected to each other via a flexible member having flexibility in a thickness direction of the support substrate. It has a linked structure. Therefore, the movable member can be displaced in the thickness direction of the support substrate by bending the flexible member in the thickness direction of the support substrate. As a configuration to bend the flexible member, a bimetal is formed by laminating a plurality of bending layers having different coefficients of thermal expansion, and the bimetal is directly heated (the bimetal itself has a heater) or indirectly heated (the bimetal is a bimetal). A configuration in which heating is performed using a separate heater is common.

【0003】この種の半導体マイクロアクチュエータに
は、特表平4−506392号公報に記載されたものの
ように可撓部材が可動子の全周にわたって形成されたも
のや、特開平5−187574号公報に記載されたもの
のように可撓部材が放射状に形成されたものがある。ま
た、図4および図5に示すように、周縁が矩形状に形成
されている可動子2の4辺に可撓部材としての腕片3を
連結し、腕片3を介して可動子2を枠状の支持基板1に
連結した構成も考えられている。図4および図5に示す
ような各腕片3が直線状のものでは可動子2を中心とし
て十字状をなすように腕片3が形成されることになる。
さらに、腕片3を長く形成することによって腕片3を撓
みやすくするために、各腕片3を略L字状に形成するこ
とも考えられる。この場合には、可動子を中心として卍
字状をなす。
A semiconductor microactuator of this type has a flexible member formed over the entire circumference of a mover, such as that described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392, and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-187574. The flexible member is radially formed as described in the above. As shown in FIGS. 4 and 5, an arm piece 3 as a flexible member is connected to four sides of the mover 2 having a peripheral edge formed in a rectangular shape, and the mover 2 is connected via the arm piece 3. A configuration connected to the frame-shaped support substrate 1 is also considered. When each arm 3 is linear as shown in FIGS. 4 and 5, the arm 3 is formed so as to form a cross with the movable element 2 as a center.
Furthermore, in order to make the arm piece 3 easily bendable by forming the arm piece 3 long, it is also conceivable to form each arm piece 3 into a substantially L-shape. In this case, a swastika shape is formed around the mover.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
マイクロアクチュエータでは、可動子2を中心として4
方向以上に可撓部材が形成されており、多数の方向から
可動子2が拘束されているから、可動子2を変位させる
ために比較的大きなエネルギを要することになる。たと
えば、腕片3を十字状に配置している場合であれば、腕
片3の熱膨張は腕片3の延長方向だけではなく幅方向に
も生じるから、幅方向への膨張によって可動子2と腕片
3との結合部位は微視的に見れば腕片3の幅方向に沿っ
て湾曲することになる。その結果、腕片3は撓みにくく
なり、可動子2を変位させるためのエネルギが増大する
のである。
In the conventional semiconductor microactuator described above, the movable element 2 is
Since the movable member 2 is restrained from a number of directions since the flexible member is formed in more than the direction, relatively large energy is required to displace the movable member 2. For example, when the arm pieces 3 are arranged in a cross shape, the thermal expansion of the arm pieces 3 occurs not only in the extending direction of the arm pieces 3 but also in the width direction. The joint between the arm piece 3 and the arm piece 3 is curved along the width direction of the arm piece 3 when viewed microscopically. As a result, the arm 3 is less likely to bend, and the energy for displacing the mover 2 increases.

【0005】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、可動子を変位させるのに要するエネ
ルギを従来よりも低減した半導体マイクロアクチュエー
タを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor microactuator that requires less energy to displace a mover than before.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、半導
体よりなる枠状の支持基板と、支持基板の内側に配置さ
れ支持基板の厚み方向に変位可能な半導体よりなる可動
子と、可動子と支持基板とを連結するとともに支持基板
の厚み方向に可撓性を有し熱的膨張収縮により可動子を
変位させる腕片とを備え、腕片が可動子の1つの中心線
に平行に延長されているものである。この構成によれ
ば、腕片が可動子の1つの中心線に平行に延長されてい
ることによって可動子からは1方向ないし2方向に腕片
が延設されることになり、可動子を拘束する方向が従来
構成よりも少なくなるから、従来よりも低エネルギで可
動子を変位させることが可能になる。言い換えると、供
給エネルギに対する可動子の変位量が従来構成よりも大
きくなる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a frame-shaped support substrate made of a semiconductor, a movable element made of a semiconductor disposed inside the support substrate and capable of being displaced in the thickness direction of the support substrate, and Arm for connecting the armature and the support substrate, and having flexibility in the thickness direction of the support substrate and displacing the armature by thermal expansion and contraction, wherein the arm arm is parallel to one center line of the armature. It has been extended. According to this configuration, since the arm piece extends in parallel with one center line of the mover, the arm piece extends in one or two directions from the mover, and the mover is restrained. Since the direction of movement is smaller than in the conventional configuration, the mover can be displaced with lower energy than in the conventional configuration. In other words, the displacement of the mover with respect to the supplied energy is larger than in the conventional configuration.

【0007】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記支持基板が矩形枠状であって、前記可動子の周
縁が支持基板の各辺に平行な矩形状を有し、前記腕片が
可動子の対向する2辺にそれぞれ連結され他の2辺に平
行な方向に延長されているものである。この構成によれ
ば、平面形状が単純であるから半導体製造プロセスでの
製造が容易になる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the support substrate has a rectangular frame shape, and a periphery of the movable element has a rectangular shape parallel to each side of the support substrate. The piece is connected to two opposing sides of the mover and extends in a direction parallel to the other two sides. According to this configuration, since the planar shape is simple, manufacturing in a semiconductor manufacturing process is facilitated.

【0008】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、前記腕片が前記可動子の各辺に2本ずつ連結され、
可動子の1つの中心線に対して線対称に配置されている
ものである。この構成によれば、各方向2本の腕片を有
しているから可動子を平行に移動させることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, two arm pieces are connected to each side of the mover,
It is arranged symmetrically with respect to one center line of the mover. According to this configuration, since the arm has two pieces in each direction, the mover can be moved in parallel.

【0009】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、前記可動子の周縁のうち前記腕片が連結されていな
い2辺に摺接して可動子の移動方向を規制するガイドを
設けたものである。この構成によれば、可動子の移動方
向がガイドにより規制されて移動方向が安定する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, there is provided a guide for restricting the moving direction of the movable element by slidingly contacting two sides of the periphery of the movable element to which the arm pieces are not connected. Things. According to this configuration, the moving direction of the mover is regulated by the guide, and the moving direction is stabilized.

【0010】請求項5の発明は、請求項1ないし請求項
4の発明において、前記腕片が、熱膨張率の異なる複数
の撓み層を重ねた可撓部と、可撓部と支持基板とを連結
するとともに熱絶縁をする連結部とからなるものであ
る。この構成によれば、可撓部がバイメタルとして機能
して撓み量を大きくとることができる。しかも、可撓部
は支持基板とは熱絶縁をされるから、比較的小さな熱エ
ネルギで可撓部を撓ませることができる。すなわち、供
給エネルギに対する可動子の変位量を大きくすることが
可能になる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the arm has a flexible portion in which a plurality of flexible layers having different coefficients of thermal expansion are stacked, And a connecting portion for thermal insulation. According to this configuration, the flexible portion functions as a bimetal, and the amount of bending can be increased. Moreover, since the flexible portion is thermally insulated from the support substrate, the flexible portion can be bent with relatively small heat energy. That is, the displacement amount of the mover with respect to the supplied energy can be increased.

【0011】請求項6の発明は、請求項5の発明におい
て、前記可撓部が、半導体よりなる撓み層と金属膜より
なる第2の撓み層とを重ねたバイメタルと、バイメタル
を加熱する加熱部とを備え、加熱部への通電量に応じて
撓み量を変化させるものである。この構成によれば直熱
型のバイメタルで可撓部を撓ませるから、小型化するこ
とが可能であり、しかも熱エネルギを可撓部に効率よく
伝達することができ、小さい供給エネルギで可動子を変
位させることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the flexible portion includes a bimetal in which a flexible layer made of a semiconductor and a second flexible layer made of a metal film are overlapped, and a heating section for heating the bimetal. And a bending section that changes the amount of bending according to the amount of current supplied to the heating section. According to this configuration, since the flexible portion is flexed by the direct heat type bimetal, the size can be reduced, and the heat energy can be efficiently transmitted to the flexible portion. Can be displaced.

【0012】請求項7の発明は、請求項6の発明におい
て、前記可動子と前記可撓部との間の熱絶縁をする熱絶
縁部を腕片に設けたものである。この構成によれば、可
撓部と可動子とが熱絶縁をされるから、供給された熱エ
ネルギを可撓部に効率よく作用させて可撓部を撓ませる
ことができる。すなわち、供給エネルギに対する可動子
の変位をより大きくすることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention of the sixth aspect, a heat insulating portion for thermally insulating the movable element and the flexible portion is provided on the arm piece. According to this configuration, since the flexible portion and the mover are thermally insulated, the supplied thermal energy can efficiently act on the flexible portion to bend the flexible portion. That is, the displacement of the mover with respect to the supplied energy can be further increased.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に示す実施の形態では半導体
マイクロアクチュエータを用いたマイクロバルブを例示
するが、マイクロアクチュエータの用途はマイクロバル
ブに限定されるものではなく、スイッチの接点を開閉駆
動する駆動源として用いることも可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the embodiments described below, a microvalve using a semiconductor microactuator is exemplified. However, the application of the microactuator is not limited to the microvalve. It can also be used as a source.

【0014】(第1の実施の形態)本実施形態の半導体
マイクロアクチュエータは、図1に示すように、シリコ
ン基板よりなるベース10に形成した弁口11を開閉す
る弁体としてのシリコンよりなる可動子2を備え、可動
子2を弁口11の開口面に直交する方向に移動させるこ
とで弁口11を開閉する。可動子2は四角錐台状に形成
されており、弁口11との対向面は平面になっている。
ここに、可動子2の平面形状は図2に示すように長方形
状になる。弁口11の周部において可動子2との対向面
には他の部位よりも突出する弁座12が形成され、弁座
12の先端面は可動子2が密着して弁口11を確実に閉
止できるように平面状に仕上げられている。しかして、
本実施形態では弁口11は矩形状に開口する。
(First Embodiment) As shown in FIG. 1, a semiconductor microactuator according to the present embodiment is a movable member made of silicon as a valve element for opening and closing a valve port 11 formed in a base 10 made of a silicon substrate. The valve port 11 is opened and closed by moving the mover 2 in a direction perpendicular to the opening surface of the valve port 11. The mover 2 is formed in a truncated quadrangular pyramid shape, and a surface facing the valve port 11 is flat.
Here, the plane shape of the mover 2 is rectangular as shown in FIG. A valve seat 12 protruding from other parts is formed on a surface of the valve port 11 facing the mover 2 at a position facing the mover 2. Finished flat so that it can be closed. Then
In the present embodiment, the valve port 11 is opened in a rectangular shape.

【0015】可動子2は、ベース10に重ねて接合され
た支持基板1に対して可撓部材としての腕片3を介して
結合されている。支持基板1は矩形枠状に形成されてお
り、可動子2は支持基板1の内側に配置される。また、
支持基板1と可動子2とを結合する腕片3は本実施形態
では4本設けられ、可動子2の周縁のうち可動子2の長
手方向に沿った2片に各2本の腕片3が連結される(図
2参照)。各腕片3は可動子2の短手方向に沿った中心
線を対称線とする線対称になるように配置される。した
がって、腕片3が伸縮することによって可動子2が支持
基板1の厚み方向に変位する際に、各腕片3の伸縮量が
等しければ可動子2を平行に移動させることができ、弁
口11に可動子2を隙間なく密着させることができる。
The mover 2 is connected to a support substrate 1 which is overlapped and joined to a base 10 via an arm 3 as a flexible member. The support substrate 1 is formed in a rectangular frame shape, and the mover 2 is arranged inside the support substrate 1. Also,
In the present embodiment, four arm pieces 3 that couple the support substrate 1 and the mover 2 are provided, and two arm pieces 3 are provided on two of the peripheral edges of the mover 2 along the longitudinal direction of the mover 2. Are connected (see FIG. 2). Each arm 3 is arranged so as to be symmetric with respect to the center line along the lateral direction of the mover 2. Therefore, when the movable element 2 is displaced in the thickness direction of the support substrate 1 due to the expansion and contraction of the arm piece 3, the movable element 2 can be moved in parallel if the amount of expansion and contraction of each arm piece 3 is equal. The mover 2 can be brought into close contact with 11 without any gap.

【0016】ところで、腕片3において支持基板1側の
端部には連結部4を設け、腕片3において可動子2側の
端部には熱絶縁部5を設けている。連結部4は主として
ポリイミド樹脂などの熱絶縁性能がシリコンよりも高い
合成樹脂を用いて形成され、幅方向の端部においてはシ
リコンよりなる部分を設けてある。シリコンよりなる部
分は後述する加熱部との電気的接続に用いることができ
る。また、熱絶縁部5はポリイミド樹脂などの熱絶縁性
能がシリコンよりも高い合成樹脂を用いて形成される。
また、腕片3において連結部4と熱絶縁部5との間の部
位は、シリコンよりなる撓み層6とアルミニウムまたは
ニッケルの金属膜からなる撓み層7とを積層して形成し
たバイメタルを備える可撓部8であり、可撓部8におけ
る撓み層6にはバイメタルを加熱するヒータとしての加
熱部(図示せず)が拡散抵抗により形成される。つま
り、可撓部8は直熱型のバイメタルとして機能する。こ
こに、撓み層7の撓み層6への拡散を防止したり、撓み
層6と撓み層7との結合力を高めたり、加熱部と撓み層
7とを絶縁したりするために、撓み層6と撓み層7との
間に適宜材料を介在させるのが望ましい。
A connecting portion 4 is provided at an end of the arm piece 3 on the support substrate 1 side, and a heat insulating section 5 is provided at an end of the arm piece 3 on the movable element 2 side. The connecting portion 4 is mainly formed using a synthetic resin such as a polyimide resin having a higher thermal insulation performance than silicon, and a portion made of silicon is provided at an end in the width direction. The portion made of silicon can be used for electrical connection with a heating section described later. The heat insulating portion 5 is formed using a synthetic resin such as a polyimide resin having a higher heat insulating performance than silicon.
The portion of the arm piece 3 between the connecting portion 4 and the heat insulating portion 5 may be provided with a bimetal formed by laminating a flexible layer 6 made of silicon and a flexible layer 7 made of a metal film of aluminum or nickel. A heating section (not shown) as a heater for heating the bimetal is formed on the flexible layer 8 of the flexible section 8 by diffusion resistance. That is, the flexible portion 8 functions as a direct heat type bimetal. Here, in order to prevent the flexible layer 7 from diffusing into the flexible layer 6, to increase the bonding force between the flexible layer 6 and the flexible layer 7, and to insulate the heating section from the flexible layer 7, It is desirable that a material be appropriately interposed between the flexible layer 6 and the flexible layer 7.

【0017】腕片3を上述の構造としたことによって、
加熱部に通電すれば、撓み層6と撓み層7との膨張率の
差によって可撓部8が熱的膨張収縮により腕片3の撓み
量を変化させることになる。一般に、金属はシリコンよ
りも膨張率が大きいから、本実施形態のように撓み層6
に対してベース10とは反対面側に撓み層7を形成して
いる場合には、常温では可動子2が弁口11から離れる
ように寸法を設定しておくことによって、撓み層7への
通電時に可動子2を弁口11に近付けて弁口11を閉じ
ることが可能になる。つまり、本実施形態は常開型のマ
イクロバルブを構成している。
The arm 3 has the above-described structure,
When the heating section is energized, the flexible section 8 changes the amount of bending of the arm piece 3 due to thermal expansion and contraction due to a difference in expansion coefficient between the flexible layer 6 and the flexible layer 7. Generally, metal has a larger expansion coefficient than silicon, and therefore, as in this embodiment, the flexible layer 6
When the flexible layer 7 is formed on the side opposite to the base 10, the size is set so that the mover 2 is separated from the valve port 11 at normal temperature, so that the flexible layer 7 It is possible to close the valve port 11 by bringing the mover 2 close to the valve port 11 during energization. That is, the present embodiment constitutes a normally-open microvalve.

【0018】さらに、腕片3の一端部には主として合成
樹脂からなる連結部4を形成し、他端部には合成樹脂か
らなる熱絶縁部5を形成しているから、撓み層6および
撓み層7よりなるバイメタルと支持基板1および可動子
2とは熱絶縁をされていることになり、撓み部6で発生
した熱を支持基板1や可動子2に逃がさず、ほとんどの
熱を腕片3を撓ませるために利用することができる。そ
の結果、加熱部への通電量に対する腕片3の撓み量を大
きくとることができる。換言すれば、低電力で可動子2
を所望量だけ変位させることができる。
Further, a connecting portion 4 mainly made of synthetic resin is formed at one end of the arm piece 3 and a heat insulating portion 5 made of synthetic resin is formed at the other end, so that the bending layer 6 and the bending The bimetal composed of the layer 7 is thermally insulated from the support substrate 1 and the movable element 2, so that the heat generated in the bending portion 6 does not escape to the support substrate 1 and the movable element 2, and most of the heat is transferred to the arm piece. 3 can be used to flex. As a result, it is possible to increase the amount of bending of the arm piece 3 with respect to the amount of electricity supplied to the heating unit. In other words, the mover 2 can be operated with low power.
Can be displaced by a desired amount.

【0019】ところで、上述したように可動子2の長手
方向に沿った2辺から腕片3が2本ずつ延設されており
かつ各腕片3は平行であるから、可動子2は図2の左右
方向には拘束されていないものである。したがって、加
熱部への通電量に対して可撓部8の変形量にばらつきが
あっても、変形量の少ない可撓部8によって可動子2は
ほとんど拘束されず、比較的小さい力で可動子2を変位
させることが可能になる。つまり、供給エネルギに対す
る可動子2の変位量を従来構成よりも大きくすることが
可能になる。
By the way, as described above, two arms 3 are extended from two sides along the longitudinal direction of the mover 2 and each arm 3 is parallel. Are not constrained in the left-right direction. Therefore, even if there is a variation in the amount of deformation of the flexible portion 8 with respect to the amount of electricity supplied to the heating section, the movable element 2 is hardly restrained by the flexible portion 8 having a small amount of deformation, and the movable element 2 2 can be displaced. That is, the displacement amount of the mover 2 with respect to the supplied energy can be made larger than in the conventional configuration.

【0020】なお、上述の例ではベース10をシリコン
基板としているが、ガラス基板を用いてもよい。
In the above example, the base 10 is a silicon substrate, but a glass substrate may be used.

【0021】(第2の実施の形態)本実施形態は、図3
に示すように、可動子2の周縁のうち短手方向に沿った
2辺にそれぞれ摺接するガイド9を設け、ガイド9によ
って可動子2の移動方向を規制するものである。ガイド
9は支持基板1に結合してあり、可動子2の移動を妨げ
ないように滑りのよい材料によって形成される。
(Second Embodiment) In this embodiment, FIG.
As shown in (1), guides 9 are provided to be in sliding contact with two sides of the periphery of the mover 2 along the lateral direction, and the guide 9 regulates the moving direction of the mover 2. The guide 9 is connected to the support substrate 1 and is formed of a material with good slip so as not to hinder the movement of the mover 2.

【0022】このようにガイド9を設けて可動子2の移
動方向を規制しているから、腕片3の撓み量にばらつき
があっても可動子2が傾かずに移動し、弁口11を確実
に閉止することができる。他の構成および動作は第1の
実施の形態と同様である。
As described above, since the guide 9 is provided to regulate the moving direction of the movable element 2, the movable element 2 moves without tilting even if the bending amount of the arm piece 3 varies, and the valve port 11 is closed. It can be securely closed. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

【0023】[0023]

【発明の効果】請求項1の発明は、半導体よりなる枠状
の支持基板と、支持基板の内側に配置され支持基板の厚
み方向に変位可能な半導体よりなる可動子と、可動子と
支持基板とを連結するとともに支持基板の厚み方向に可
撓性を有し熱的膨張収縮により可動子を変位させる腕片
とを備え、腕片が可動子の1つの中心線に平行に延長さ
れているものであり、腕片が可動子の1つの中心線に平
行に延長されていることによって可動子からは1方向な
いし2方向に腕片が延設されることになり、可動子を拘
束する方向が従来構成よりも少なくなるから、従来より
も低エネルギで可動子を変位させることが可能になると
いう利点がある。言い換えると、供給エネルギに対する
可動子の変位量が従来構成よりも大きくなる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a frame-shaped support substrate made of a semiconductor, a movable element made of a semiconductor disposed inside the support substrate and capable of being displaced in a thickness direction of the support substrate, a movable element and the support substrate. And an arm that is flexible in the thickness direction of the support substrate and displaces the mover by thermal expansion and contraction, the arm extending parallel to one center line of the mover. The arm piece extends in one or two directions from the mover by extending the arm piece in parallel with one center line of the mover, and the direction in which the mover is restrained. Is smaller than in the conventional configuration, so that there is an advantage that the mover can be displaced with lower energy than in the conventional configuration. In other words, the displacement of the mover with respect to the supplied energy is larger than in the conventional configuration.

【0024】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記支持基板が矩形枠状であって、前記可動子の周
縁が支持基板の各辺に平行な矩形状を有し、前記腕片が
可動子の対向する2辺にそれぞれ連結され他の2辺に平
行な方向に延長されているものであり、平面形状が単純
であるから半導体製造プロセスでの製造が容易になると
いう利点がある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the support substrate has a rectangular frame shape, and a periphery of the movable element has a rectangular shape parallel to each side of the support substrate. The armature is connected to two opposing sides of the mover and is extended in a direction parallel to the other two sides. The simple shape of the plane makes it easy to manufacture in a semiconductor manufacturing process. is there.

【0025】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、前記腕片が前記可動子の各辺に2本ずつ連結され、
可動子の1つの中心線に対して線対称に配置されている
ものであり、各方向2本の腕片を有しているから可動子
を平行に移動させることができるという利点がある。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, two arm pieces are connected to each side of the mover.
Since the armature is arranged symmetrically with respect to one center line of the armature and has two arm pieces in each direction, there is an advantage that the armature can be moved in parallel.

【0026】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、前記可動子の周縁のうち前記腕片が連結されていな
い2辺に摺接して可動子の移動方向を規制するガイドを
設けたものであり、可動子の移動方向がガイドにより規
制されて移動方向が安定するという利点がある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, there is provided a guide for restricting the moving direction of the mover by slidingly contacting two sides of the periphery of the mover to which the arm pieces are not connected. This has the advantage that the moving direction of the mover is regulated by the guide and the moving direction is stabilized.

【0027】請求項5の発明は、請求項1ないし請求項
4の発明において、前記腕片が、熱膨張率の異なる複数
の撓み層を重ねた可撓部と、可撓部と支持基板とを連結
するとともに熱絶縁をする連結部とからなるものであ
り、可撓部がバイメタルとして機能して撓み量を大きく
とることができ、しかも、可撓部は支持基板とは熱絶縁
をされるから、比較的小さな熱エネルギで可撓部を撓ま
せることができるという利点がある。すなわち、供給エ
ネルギに対する可動子の変位量を大きくすることが可能
になる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the arm piece has a flexible portion in which a plurality of flexible layers having different coefficients of thermal expansion are stacked; And a connecting portion for heat insulation. The flexible portion functions as a bimetal to increase the amount of bending, and the flexible portion is thermally insulated from the supporting substrate. Therefore, there is an advantage that the flexible portion can be bent with relatively small heat energy. That is, the displacement amount of the mover with respect to the supplied energy can be increased.

【0028】請求項6の発明は、請求項5の発明におい
て、前記可撓部が、半導体よりなる撓み層と金属膜より
なる第2の撓み層とを重ねたバイメタルと、バイメタル
を加熱する加熱部を備え、加熱部への通電量に応じて撓
み量を変化させるものであり、直熱型のバイメタルで可
撓部を撓ませるから、小型化することが可能であり、し
かも熱エネルギを可撓部に効率よく伝達することがで
き、小さい供給エネルギで可動子を変位させることがで
きるという利点がある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the flexible portion includes a bimetal in which a flexible layer made of a semiconductor and a second flexible layer made of a metal film are stacked, and a heating section for heating the bimetal. The flexible part is bent by the direct heat type bimetal, so that it is possible to reduce the size and to use heat energy. There is an advantage that the movable member can be displaced with a small supply energy, because the movable member can be efficiently transmitted to the flexible portion.

【0029】請求項7の発明は、請求項6の発明におい
て、前記可動子と前記可撓部との間の熱絶縁をする熱絶
縁部を腕片に設けたものであり、可撓部と可動子とが熱
絶縁をされるから、供給された熱エネルギを可撓部に効
率よく作用させて可撓部を撓ませることができるという
利点がある。すなわち、供給エネルギに対する可動子の
変位をより大きくすることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention of the sixth aspect, a heat insulating portion for thermally insulating the movable element and the flexible portion is provided on the arm piece. Since the movable element is thermally insulated, there is an advantage that the supplied thermal energy can efficiently act on the flexible portion to bend the flexible portion. That is, the displacement of the mover with respect to the supplied energy can be further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す一部破断した
斜視図である。
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】同上の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the same.

【図3】本発明の第2の実施の形態を示す平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】従来例を示す一部破断した斜視図である。FIG. 4 is a partially broken perspective view showing a conventional example.

【図5】同上の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持基板 2 可動子 3 腕片 4 連結部 5 熱絶縁部 6 撓み層 7 撓み層 8 可撓部 9 ガイド REFERENCE SIGNS LIST 1 support substrate 2 mover 3 arm piece 4 connecting part 5 heat insulating part 6 flexible layer 7 flexible layer 8 flexible part 9 guide

フロントページの続き (72)発明者 豊田 憲治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 藤井 圭子 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 友成 恵昭 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 河田 裕志 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 吉田 仁 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 鎌倉 將有 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 吉田 和司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内Continued on the front page (72) Inventor Kenji Toyoda 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Keiko Fujii 1048 Odaka Kadoma Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Invention Person Yoshiaki Tomonari 1048 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture (72) Inventor Hiroshi Kawada 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Jin Yoshida Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Inventor Masayu Kamakura, Kazumasa Kamakura, Osaka, Japan 1048 Matsushita Electric Works Co., Ltd., Kazumasa Yoshida Kazushi Yoshida 1048, Matsushita Electric Works, Kazuma, Kadoma, Osaka Prefecture Within a stock company

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体よりなる枠状の支持基板と、支持
基板の内側に配置され支持基板の厚み方向に変位可能な
半導体よりなる可動子と、可動子と支持基板とを連結す
るとともに支持基板の厚み方向に可撓性を有し熱的膨張
収縮により可動子を変位させる腕片とを備え、腕片が可
動子の1つの中心線に平行に延長されていることを特徴
とする半導体マイクロアクチュエータ。
1. A frame-shaped support substrate made of a semiconductor, a movable element made of a semiconductor disposed inside the support substrate and capable of being displaced in a thickness direction of the support substrate, a movable element and the support substrate being connected to each other. An arm piece having flexibility in the thickness direction and displacing the mover by thermal expansion and contraction, wherein the arm piece is extended in parallel with one center line of the mover. Actuator.
【請求項2】 前記支持基板が矩形枠状であって、前記
可動子の周縁が支持基板の各辺に平行な矩形状を有し、
前記腕片が可動子の対向する2辺にそれぞれ連結され他
の2辺に平行な方向に延長されていることを特徴とする
請求項1記載の半導体マイクロアクチュエータ。
2. The method according to claim 1, wherein the supporting substrate has a rectangular frame shape, and a periphery of the movable element has a rectangular shape parallel to each side of the supporting substrate.
2. The semiconductor microactuator according to claim 1, wherein the arm pieces are respectively connected to two opposing sides of the mover and extend in a direction parallel to the other two sides.
【請求項3】 前記腕片が前記可動子の各辺に2本ずつ
連結され、可動子の1つの中心線に対して線対称に配置
されていることを特徴とする請求項2記載の半導体マイ
クロアクチュエータ。
3. The semiconductor according to claim 2, wherein two arm pieces are connected to each side of the mover, and are arranged symmetrically with respect to one center line of the mover. Micro actuator.
【請求項4】 前記可動子の周縁のうち前記腕片が連結
されていない2辺に摺接して可動子の移動方向を規制す
るガイドを設けたことを特徴とする請求項3記載の半導
体マイクロアクチュエータ。
4. The semiconductor micro-device according to claim 3, wherein a guide is provided to regulate the moving direction of the mover by slidingly contacting two sides of the periphery of the mover to which the arm pieces are not connected. Actuator.
【請求項5】 前記腕片が、熱膨張率の異なる複数の撓
み層を重ねた可撓部と、可撓部と支持基板とを連結する
とともに熱絶縁をする連結部とからなることを特徴とす
る請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の半導体マ
イクロアクチュエータ。
5. The arm piece comprises: a flexible portion in which a plurality of flexible layers having different coefficients of thermal expansion are stacked; and a connecting portion which connects the flexible portion and the support substrate and thermally insulates the flexible portion. The semiconductor microactuator according to any one of claims 1 to 4, wherein
【請求項6】 前記可撓部が、半導体よりなる第1の撓
み層と金属膜よりなる第2の撓み層とを重ねたバイメタ
ルと、バイメタルを加熱する加熱部とを備え、加熱部へ
の通電量に応じて撓み量を変化させることを特徴とする
請求項5記載の半導体マイクロアクチュエータ。
6. The heating device according to claim 6, wherein the flexible portion includes a bimetal in which a first flexible layer made of a semiconductor and a second flexible layer made of a metal film are stacked, and a heating portion that heats the bimetal. 6. The semiconductor microactuator according to claim 5, wherein the amount of deflection is changed according to the amount of current.
【請求項7】 前記可動子と前記可撓部との間の熱絶縁
をする熱絶縁部を腕片に設けたことを特徴とする請求項
5または請求項6記載の半導体マイクロアクチュエー
タ。
7. The semiconductor microactuator according to claim 5, wherein a heat insulating portion for thermally insulating between the mover and the flexible portion is provided on the arm piece.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003016204A1 (en) * 2001-08-21 2003-02-27 Advantest Corporation Actuator and switch
RU168462U1 (en) * 2016-07-01 2017-02-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" HEAT MICROMECHANICAL ACTUATOR

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