▶ ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-26
(45)【発行日】2023-02-03
(54)【発明の名称】装置及び装置を製造する方法
(51)【国際特許分類】
H02H 5/04 20060101AFI20230127BHJP
B81B 7/02 20060101ALI20230127BHJP
【ＦＩ】
H02H5/04 140
B81B7/02
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021565323
(86)(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-07
(86)【国際出願番号】 JP2020015258
(87)【国際公開番号】W WO2020246126
(87)【国際公開日】2020-12-10
【審査請求日】2021-07-20
(31)【優先権主張番号】19305731.2
(32)【優先日】2019-06-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】503163527
【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100110423
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道治
(74)【代理人】
【識別番号】100111648
【弁理士】
【氏名又は名称】梶並 順
(74)【代理人】
【識別番号】100122437
【弁理士】
【氏名又は名称】大宅 一宏
(74)【代理人】
【識別番号】100147566
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100161171
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 潤一郎
(72)【発明者】
【氏名】ブランデレロ、ジュリオ・セザール
(72)【発明者】
【氏名】エヴァンチュク、ジェフリー
(72)【発明者】
【氏名】モロヴ、ステファン
【審査官】右田 勝則
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２１５０３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７５８０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５００６５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５４６３２３３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０４１５８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２８２９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００６－５１８９２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３３３７５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８８９８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－０８６７０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｈ ５／０４
Ｂ８１Ｂ ７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゲートパッドと、ソースパッドと、受動アクチュエータとを備え、前記受動アクチュエータは、前記受動アクチュエータの温度が閾値を超えた場合にのみ、前記ゲートパッドと前記ソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成され、
所定レベルを上回るアクチュエータ電圧が印加されると、前記受動アクチュエータの温度を前記閾値よりも高い温度で維持する加熱手段を更に備える、装置。
【請求項2】
前記受動アクチュエータは、前記受動アクチュエータの温度が前記閾値を超えたときに少なくとも前記ソースパッドから前記ゲートパッドまで伸長する熱伸長性導電性材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記受動アクチュエータは、前記ソースパッドに恒久的に接続されるとともに熱的に結合されている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項4】
前記ゲートパッド及び前記ソースパッドを支持する基板を更に備え、前記受動アクチュエータは、前記基板から延在している、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項5】
前記受動アクチュエータは前記ソースパッドから延在している、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
前記受動アクチュエータは、微小電気機械システム技術を用いて製造されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記ゲートパッドと前記ソースパッドとの接続状態を検出し、前記接続状態に基づいて信号を発生させる外部回路を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
前記受動アクチュエータは、２つのアームを備え、各アームは第１の端部及び第２の端部を有し、前記各アームの前記第１の端部は互いに接続され、前記各アームの前記第２の端部は、それぞれ、前記ソースパッドの互いに異なる箇所に接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項9】
前記加熱手段は、ジュール効果を通して前記受動アクチュエータを加熱する抵抗を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
前記加熱手段は、ジュール効果を通して前記受動アクチュエータを加熱する抵抗を有し、前記受動アクチュエータの前記２つのアームのうちの少なくとも１つのアームは、ジュール効果を通して前記受動アクチュエータを加熱する前記抵抗は所定の幅を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項11】
前記加熱手段は、ジュール効果を通して前記受動アクチュエータを加熱する抵抗を有し、前記受動アクチュエータの前記２つのアームのうちの少なくとも１つのアームは、４μｍ～４０μｍの幅を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項12】
前記受動アクチュエータは複数備えられ、各前記受動アクチュエータは、各前記受動アクチュエータの温度が前記受動アクチュエータごとに異なるそれぞれの閾値を超えた場合にのみ、前記ゲートパッドと前記ソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項13】
ゲートパッドと、ソースパッドと、受動アクチュエータとを備え、前記受動アクチュエータは、前記受動アクチュエータの温度が閾値を超えた場合にのみ、前記ゲートパッドと前記ソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されている装置を製造する方法であって、前記装置は所定レベルを上回るアクチュエータ電圧が印加されると、前記受動アクチュエータの温度を前記閾値よりも高い温度で維持する加熱手段を更に備え、
トランジスタ領域を備える装置を準備することと、
前記トランジスタ領域の表面の一部に犠牲酸化物を埋め込むことと、
埋め込まれた犠牲酸化物を含む前記トランジスタ領域の表面をメタライズして、前記ゲートパッドと、前記ソースパッドと、前記受動アクチュエータとを形成し、前記受動アクチュエータは前記犠牲酸化物の少なくとも一部の上に延在することと、
前記犠牲酸化物を除去することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子スイッチの分野に関する。
【0002】
より正確には、本発明は、過熱状態から電子スイッチを保護する装置に関する。
【0003】
本発明は、さらに、こうした装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0004】
本明細書における本発明の背景の論述は、本発明の背景事情を説明するために含まれている。これは、参照した資料のいずれもが、請求項のうちのいずれかの優先日において、公開されていたか、既知であったか、又は一般的な知識の一部であったということを容認するものとして、解釈されるべきではない。
【0005】
電子スイッチは、或る最大ジャンクション温度の下で動作するように作製されている（例えば、特許文献１）。この温度を超えて動作すると、熱暴走が発生し、デバイスに不可逆的な致命的故障に至る可能性がある。いくつかの過熱状態では、電子スイッチの温度は、約１０μｓの時間内において６００℃を超える温度に上昇するものもある。
【0006】
過熱状態は、冷却システムの不良、電子スイッチから遠い箇所の短絡、誤った制御命令による脚部構成の短絡、又は装置の仕様外の動作など、種々の状況で発生する可能性がある。
【0007】
過熱状態に対する反応は、通常、過熱状態の原因を検出することに基づく。過熱状態の原因を検出する方法としては、ヒューズ、不飽和回路、ゲート電流若しくはゲート／エミッタ間電圧の監視、又はジャンクション温度センサが知られている。
【0008】
この手法では、それぞれの環境に対して多数のセンサ及びアクチュエータを必要とし、様々な誤動作を発生させる可能性がある。さらに、この手法では、電子スイッチを効率的に保護するために必要な迅速な動作と適合しない固有の遅延が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】米国特許５４６３２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従来技術では、過熱状態から電子スイッチを確実に保護する一方で、過熱状態の原因が修復されたときに電子スイッチを再び動作させることができる検出手段はなかった。
【0011】
本発明の目的は、上述した欠点を克服する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
このため、本発明は、ゲートパッドと、ソースパッドと、受動アクチュエータとを備え、受動アクチュエータは、受動アクチュエータの温度が閾値を超えた場合にのみ、ゲートパッドとソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されている、装置を提案する。
【0013】
有利なことに、本発明による装置は、過熱状態の原因にかかわらず、受動アクチュエータによって過熱状態から電子スイッチを保護することができる。実際、受動アクチュエータの温度が閾値を超えたときはいつでも、ゲートパッドとソースパッドとの間に機械的且つ電気的接続が形成される。
【0014】
有利なことに、本発明による装置は、過熱状態の原因が修復されると再び電子スイッチを動作可能にすることができる。実際、機械的且つ電気的接続は可逆的であり、受動アクチュエータの温度が閾値を超えた場合にのみ形成される。したがって、アクチュエータの温度が上記閾値未満であるとき、ゲートパッドとソースパッドとの間に機械的且つ電気的接続はない。
【0015】
単独で又は組み合わせて考慮することができる更なる実施の形態によれば、本発明による装置は、任意の採り得る組合せに従って、以下の特徴のうちの１つ又はいくつかを更に備えることができる。
－ 受動アクチュエータは、受動アクチュエータの温度が閾値を超えたときに、少なくともソースパッドからゲートパッドまで伸長する熱伸長性の導電性材料を備えること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータは、ソースパッドに恒久的に接続されるとともに熱的に結合されていること、及び／又は、
－ ゲートパッド及びソースパッドを支持する基板であって、受動アクチュエータが基板から延在しているもの、及び／又は、
－ 受動アクチュエータはソースパッドから延在していること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータは、微小電気機械システム技術を用いて製造されていること、及び／又は、
－ ゲートパッドとソースパッドとの接続状態を検出し、その接続状態に基づいて信号を発生させる外部回路、及び／又は、
－ 受動アクチュエータは、２つのアームを備え、各アームは第１の端部及び第２の端部を有し、各アームの第１の端部は互いに接続され、各アームの第２の端部は、それぞれ、ソースパッドの互いに異なる箇所に接続されている、及び／又は、
－ 所定レベルを上回るアクチュエータ電圧が印加されると、受動アクチュエータの温度を閾値よりも高い温度で維持する加熱手段、及び／又は、
－ 加熱手段は、ジュール効果を通して受動アクチュエータを加熱する抵抗を有していること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータの少なくとも１つのアームは、ジュール効果を通してアクチュエータを加熱する抵抗は所定の幅を有していること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータの少なくとも１つのアームの幅は４μｍ～４０μｍであること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータが複数あること、及び／又は、
－ 各受動アクチュエータは、受動アクチュエータの温度が受動アクチュエータごとに異なるそれぞれの閾値を超えた場合にのみ、ゲートパッドとソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されていること。
－ 受動アクチュエータは、受動アクチュエータの温度が閾値を超えたときに、少なくともソースパッドからゲートパッドまで伸長する熱伸長性の導電性材料を備えること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータは、ソースパッドに恒久的に接続されるとともに熱的に結合されていること、及び／又は、
－ ゲートパッド及びソースパッドを支持する基板であって、受動アクチュエータが基板から延在しているもの、及び／又は、
－ 受動アクチュエータはソースパッドから延在していること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータは、微小電気機械システム技術を用いて製造されていること、及び／又は、
－ ゲートパッドとソースパッドとの接続状態を検出し、その接続状態に基づいて信号を発生させる外部回路、及び／又は、
－ 受動アクチュエータは、２つのアームを備え、各アームは第１の端部及び第２の端部を有し、各アームの第１の端部は互いに接続され、各アームの第２の端部は、それぞれ、ソースパッドの互いに異なる箇所に接続されている、及び／又は、
－ 所定レベルを上回るアクチュエータ電圧が印加されると、受動アクチュエータの温度を閾値よりも高い温度で維持する加熱手段、及び／又は、
－ 加熱手段は、ジュール効果を通して受動アクチュエータを加熱する抵抗を有していること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータの少なくとも１つのアームは、ジュール効果を通してアクチュエータを加熱する抵抗は所定の幅を有していること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータの少なくとも１つのアームの幅は４μｍ～４０μｍであること、及び／又は、
－ 受動アクチュエータが複数あること、及び／又は、
－ 各受動アクチュエータは、受動アクチュエータの温度が受動アクチュエータごとに異なるそれぞれの閾値を超えた場合にのみ、ゲートパッドとソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されていること。
【0016】
本発明は、更に、ゲートパッドと、ソースパッドと、受動アクチュエータとを備え、受動アクチュエータは、受動アクチュエータの温度が閾値を超えた場合にのみ、ゲートパッドとソースパッドとの可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されている、装置を製造する方法であって、
－ トランジスタ領域を備える装置を準備することと、
－ トランジスタ領域の表面の一部に犠牲酸化物を埋め込むことと、
－ 埋め込まれた犠牲酸化物を含むトランジスタ領域の表面をメタライズして、ゲートパッドと、ソースパッドと、受動アクチュエータとを形成し、受動アクチュエータは犠牲酸化物の少なくとも一部の上に延在することと、
－ 犠牲酸化物を除去することと、
を含む、方法に関する。
－ トランジスタ領域を備える装置を準備することと、
－ トランジスタ領域の表面の一部に犠牲酸化物を埋め込むことと、
－ 埋め込まれた犠牲酸化物を含むトランジスタ領域の表面をメタライズして、ゲートパッドと、ソースパッドと、受動アクチュエータとを形成し、受動アクチュエータは犠牲酸化物の少なくとも一部の上に延在することと、
－ 犠牲酸化物を除去することと、
を含む、方法に関する。
【0017】
本明細書において提供される説明とその利点とがより完全に理解されるように、ここで、添付図面及び詳細な説明に関連して、以下の簡単な説明を参照する。ここで、同様の参照番号は同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1A】本発明の一実施形態による装置の概略図である。
【図1B】通常動作温度での本発明の一実施形態による装置の上面図である。
【図1C】通常動作温度での本発明の一実施形態による装置の側面図である。
【図2A】通常動作温度での本発明の一実施形態による装置の上面図である。
【図2C】通常動作温度状態と過熱状態とにおける本発明の一実施形態による装置の一部をそれぞれ示す、２つの上面図を模式的に重ね合せた図である。
【図3A】本発明の一実施形態による方法のステップを示す図である。
【図3B】本発明の一実施形態による方法のステップを示す図である。
【図3C】本発明の一実施形態による方法のステップを示す図である。
【図4】本発明の一実施形態による装置における過熱状態の前と過熱状態中とにおいて、ゲート／ソース間電圧、ゲート電流及び温度の時間変化を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態による方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図における要素は、明確に且つ簡潔にするために、又は情報を提供する目的で、全体的な又は概略的な形態で示す場合がある。図における要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。例えば、図における要素のうちのいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解を促進するのに役立つように、他の要素に対して誇張されている場合がある。
【0020】
以下、様々な実施形態の作成及び使用について詳細に論述するが、本明細書に記載するように、多種多様な状況で具現化することができる多くの発明の概念が提供されることが理解されるべきである。本明細書で論述する実施形態は、単に代表的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。当業者であれば、プロセスに関して定義される技術的特徴の全てを、個々に又は組み合わせて装置に置き換えることができ、逆に、装置に関する技術的特徴の全てを、個々に又は組み合わせてプロセスに置き換えることができることも明らかとなろう。
【0021】
【0022】
本発明の意味では、ゲートパッド１０及びソースパッド２０は、電子スイッチのゲートとソース又はエミッタとにそれぞれ対応するか、又は機械的に且つ電気的に接続された物理的要素である。ゲートパッド１０及び／又はソースパッド２０は、基板４０の上に形成することができる。
【0023】
本発明の実施形態は、少なくとも３つの端子、すなわち、それぞれソース、ゲート及びドレイン、又はエミッタ、ゲート及びコレクタを有する、電界効果トランジスタ等、様々な種類の電子スイッチに適用することができる。電子スイッチは、開状態と閉状態との間で動作可能に切換えられる。閉状態とは、ゲート端子とソース又はエミッタ端子との間の電圧がゼロになることに対応する。
【0024】
実施形態では、装置は、上記に定義したような電子スイッチを備えるトランジスタ領域１００を備えることができる。有利には、受動アクチュエータ３０は、過熱状態から電子スイッチを自己保護する手段である。
【0025】
本発明の意味で、受動アクチュエータ３０は、装置を制御するように適合された物理的コンポーネント又は機構を指す。
【0026】
「受動アクチュエータ３０」という用語は、入力電気信号又は電源の必要なしに、且つアクチュエータを起動するためにいかなる種類の外部センサ又はアクショナーに接続する必要もなく、装置を動作させ且つ制御するように適合されたアクチュエータを指す。受動アクチュエータ３０は、それ自体の温度によって作動する。
【0027】
受動アクチュエータ３０は、受動アクチュエータ３０の温度が閾値を超えた場合にのみ、ゲートパッド１０とソースパッド２０との可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されている。
【0028】
言い換えれば、受動アクチュエータ３０の温度が閾値以下である限り、ゲートパッド１０及びソースパッド２０は、互いに機械的に又は電気的に接続されない。
【0029】
受動アクチュエータ３０の温度が、閾値以下である第１の値から閾値を上回る第２の値まで上昇した場合、受動アクチュエータ３０は、ゲートパッド１０とソースパッド２０との間の機械的又は物理的接続と電気的接続とを同時に確立する。この機械的且つ電気的接続は、受動アクチュエータ３０の温度が閾値よりも高い状態である限り、存続する。
【0030】
その後、受動アクチュエータ３０の温度が閾値未満に低下した場合、受動アクチュエータ３０によってそれまでに形成された機械的且つ電気的接続は切断される。
【0031】
したがって、受動アクチュエータ３０は、オン／オフセンサとして機能する。このとき、オン状態は閾値温度を超えた状態であり、オフ状態は、閾値温度以下の状態である。
【0032】
有利には、機械的且つ電気的接続が閾値温度を上回って受動的に形成される結果、電子スイッチは、過熱から確実に保護される。実際に、電子スイッチは、不飽和化される。
【0033】
さらに、受動アクチュエータ３０の温度が閾値を上回って上昇するとすぐに、電子スイッチの保護はいかなる外部回路なしに実現される。反対に、既知のシステム及び方法では、最初に過熱状態の原因を検出し、その後に保護を作動させることに関する時間要件を必要とする。
【0034】
さらに、受動アクチュエータ３０は温度にのみ応答するため、誤作動のリスクが非常に低くなる。
【0035】
有利なことに、機械的且つ電気的接続が可逆的であるため、温度のいかなる検出を必要とすることなく、電子スイッチは、過熱状態の後に自動的に回復することができる。
【0036】
実施形態では、閾値は、電子スイッチの動作温度よりも著しく高く、且つ、クリープ温度、変形温度、熱暴走活性化温度又は溶融温度等、電子スイッチの故障を表す温度よりも低いように、あらかじめ決定される。閾値は、例えば、２５０℃～５００℃の範囲であってよい。中間的な値としては、３００℃、３５０℃、４００℃又は４５０℃が挙げられる。
【0037】
受動アクチュエータ３０は、熱膨張の増幅により動きを発生させるデバイスであるタイプの電熱アクチュエータとすることができる。こうしたアクチュエータは、アクチュエータを流れる電流から自己加熱することができ、それにより、自己の動きを可能にする。
【0038】
受動アクチュエータ３０は、アルミニウム、チタン、金、銅、銀又は別の金属等、加熱により伸長する、熱伸長性材料３６を含むことができる。
【0039】
熱伸長性材料３６は、導電性であり、受動アクチュエータの温度が閾値を超えた場合にのみ、ソースパッド２０からゲートパッド１０まで少なくとも伸長するように構成することができる。
【0040】
受動アクチュエータ３０は、ソースパッド２０に恒久的に接続することができる。受動アクチュエータ３０は、ゲートパッド１０の方向においてソースパッド２０から延在することができる。言い換えれば、受動アクチュエータ３０及びソースパッド２０は、モノリシックとすることができる。言い換えれば、ソースパッド２０自体が、受動アクチュエータ３０を構成することができる。その位置を考慮すると、受動アクチュエータ３０の温度が閾値を上回るとき、受動アクチュエータ３０の熱伸長性材料３６は、ゲートパッド１０と物理的に又は機械的に接触するようにゲートパッド１０に向かって十分に伸長する。また、熱伸長性材料３６が導電性でもあるとすれば、ゲートパッド１０とソースパッド２０との間に、電気的接続が同時に形成される。
【0041】
実施形態では、閾値未満の定格動作温度において、受動アクチュエータ３０の熱膨張を制限して、ゲートパッド１０に面している受動アクチュエータ３０の端部における電界集中によるいかなる絶縁破壊も生じないように、受動アクチュエータ３０とゲートパッド１０との間の距離をあらかじめ決定された値に少なくとも維持する。
【0042】
実施形態では、装置は、ゲートパッド１０に面している受動アクチュエータ３０の端部における電界集中を制限する手段を更に備える。こうした手段は、受動アクチュエータ３０の表面におけるＳＹＬＧＡＲＤ（商標）５２７Ｈシリコーン誘電体ゲル等の誘電体ゲルの塗布を含むことができる。
【0043】
実施形態では、受動アクチュエータ３０は、ソースパッド２０及び／又はゲートパッド１０と同じ基板４０上に形成することができる。実施形態では、受動アクチュエータ３０は、基板４０から延在することができる。有利なことに、同じ製造チェーンを用いて、電子スイッチ及び受動アクチュエータ３０を製造することができる。
【0044】
受動アクチュエータ３０は、ソースパッド２０に熱的に結合することができる。実施形態では、熱的結合は、何らかの既知の熱伸長性導電性材料の熱特性により、アクチュエータ３０とソースパッド２０との直接接触によって達成することができる。したがって、受動アクチュエータ３０の温度はいつでも、実質的に、均一であるとともに、ソースパッド２０の温度、そのため電子スイッチと実質的に等しい。有利なことに、受動アクチュエータ３０は、電子スイッチの温度に直接反応する。
【0045】
受動アクチュエータ３０は、動きをもたらすことができる微細なデバイスである、ＭＥＭＳサーマルアクチュエータ、すなわち、微小電気機械（Micro-Electro-Mechanical）システム技術またはＭＥＭＳを用いて製造されたサーマルアクチュエータのタイプとすることができる。このような平面構造のアクチュエータは、平面内の動きをもたらすことができ、他の微小電気機械システムコンポーネントと容易に統合することができる。
【0046】
有利なことに、ＭＥＭＳ技術を用いることにより、受動アクチュエータ３０の製造は、電子スイッチを製造する方法に含まれるステップとすることができる。特に、受動アクチュエータ３０は、電子スイッチのゲート及びソースと同じ金属から形成することができ、したがって、単純な製造ステップが可能になる。
【0047】
図２Ｃに示すように、受動アクチュエータ３０は、ばねアクチュエータＭＥＭＳのタイプとすることができる。ばねアクチュエータＭＥＭＳは、少なくとも第１のアーム７０及び第２のアーム８０を備え、各アーム７０、８０は、熱伸長性材料３６から作製されている。第１のアーム７０は、２つの端部７２、７４を有する。第２のアーム８０は、２つの端部８２、８４を有する。第１のアームの第１の端部７２及び第２のアームの第１の端部８２は、直接又は間接的に互いに接続されている。第１のアームの第２の端部７４及び第２のアームの第２の端部８４は、ともにソースパッド２０に接続されている。ソースパッド２０に接続された第１のアーム７０の第２の端部７４と第２のアーム８０の第２の端部８４との間の距離は、ｄと示され、全ての温度に対して固定されている。有利なことに、２点固定から作成された三角形状により、熱伸長は１つの方向のみに発生する。
【0048】
図２Ｃによって示すように、受動アクチュエータ３０は、第１のアーム７０の第１の端部７２と第２のアーム８０の第１の端部８２との間の接合部を形成する第３のアーム９０を備えることができる。それにより、電界を低減し、その結果接点バウンスを低減することができる。
【0049】
実施形態では、装置は、ゲートパッド１０に接続された外部回路５０（図示せず）を更に備えることができる。外部回路５０は、受動アクチュエータ３０の温度又は温度範囲が導出可能であるパラメータを少なくとも検知するように適合されている。外部回路５０は、ソースパッド２０に更に接続することができる。外部回路５０は、例えば、ゲートパッド１０を流れる電流、又は、ゲートパッド１０とソースパッド２０等の回路の別の基準点との間の電圧、又はワット数を、検知又は監視することができる。
【0050】
外部回路５０は、ゲートパッド１０とソースパッド２０との接続状態を検出するとともに、その接続状態に基づいて信号を発生させるように構成することができる。例えば、受動アクチュエータ３０が、ゲートパッド１０とソースパッド２０との電気的接続を形成したとき、ゲートパッド１０とソースパッド２０との接続状態はオンである。
【0051】
実施形態では、電子スイッチ不飽和状態を、外部回路５０により、ゲートを通る過電流として検出することができる（ユーザに対するフォールトフィードバック状態を可能にする）。このようにして、外部電流から発生するいかなる熱源の可能性を排除し、電子スイッチは、過熱状態の原因が修復されると、その後の動作を継続するために安全モードになる。
【0052】
図４に、過熱状態の検出を可能にする外部回路５０の可能な実施態様を示す。図４は、
－ ゲートパッド１０とソースパッド２０との間に印加される、通常動作状態で用いられる標準的な制御に対応する矩形波電圧に対応するゲート／ソース間電圧ＧＳＶの時間ｔに対する変化と、
－ ゲート／ソース間電圧ＧＳＶを印加することによって生じる、ゲートパッド１０を流れる電流に対応するゲート電流ＧＣの時間ｔに対する変化と、
－ 電子スイッチに熱的に結合された受動アクチュエータ３０の温度値ＴＥＭＰの時間ｔに対する変化と、
を同時に示している。
－ ゲートパッド１０とソースパッド２０との間に印加される、通常動作状態で用いられる標準的な制御に対応する矩形波電圧に対応するゲート／ソース間電圧ＧＳＶの時間ｔに対する変化と、
－ ゲート／ソース間電圧ＧＳＶを印加することによって生じる、ゲートパッド１０を流れる電流に対応するゲート電流ＧＣの時間ｔに対する変化と、
－ 電子スイッチに熱的に結合された受動アクチュエータ３０の温度値ＴＥＭＰの時間ｔに対する変化と、
を同時に示している。
【0053】
瞬間ｔ１において、受動アクチュエータ３０の温度値は閾値を超え、受動アクチュエータ３０は、ゲートパッド１０とソースパッド２０との間に機械的且つ電気的接続を形成する。
【0054】
ゲートを流れる電流は、或る特定の値ＧＣＰで固定される。値ＧＣＰは、ゲート／ソース間電圧と、ゲートパッド１０の抵抗値と、受動アクチュエータ３０の抵抗値との組合せに関連する。言い換えれば、外部回路５０は、ゲートパッド１０を流れるゲート電流の形状におけるプラトーを検知し、そのプラトーを、信号をアクティベートするトリガーとみなすことができる。
【0055】
外部回路５０によって生成される信号は、メインコントローラへの電気信号、すなわち、過熱状態の結果として電子スイッチが安全モードに置かれたという音声及び／又は視覚的警告を表示するための信号を含むことができる。
【0056】
代替的に又はさらに、外部回路５０によって生成される信号は、電子スイッチに印加されたゲート／ソース間電圧を遮断するために外部スイッチをアクティベートするコマンド信号を含むことができる。
【0057】
この意味で、受動アクチュエータ３０が過熱故障により電子スイッチを自動的にオフにすることに対応して、ユーザに故障状態であることを通知することができる。
【0058】
実施形態では、装置は、加熱手段６０（図示せず）を更に備えることができる。加熱手段６０は、所定レベルを上回るアクチュエータ電圧が印加されると、受動アクチュエータ３０を、閾値温度よりも高く維持するように適合されている。有利なことに、受動アクチュエータ３０は、電子スイッチを安全モード又はオフ状態で維持するように制御することができる。この安全モードは、例えば、外部回路５０が電子スイッチをオフにすることにより検知信号に応答するまで、維持することができる。
【0059】
加熱手段６０は、値がジュール加熱による加熱の所定出力を発生させるように適合される抵抗を有することができる。
【0060】
実施形態では、受動アクチュエータ３０は、加熱手段６０を備えることができる。実際には、受動アクチュエータ３０は、抵抗を有することができる。抵抗の値は、ゲート／ソース間電圧値に基づき、アクチュエータと環境との間の熱抵抗に更に基づき、受動アクチュエータ３０が製造される材料の導電性に更に基づき、受動アクチュエータ３０の形状を表す幾何学的パラメータに更に基づき、あらかじめ決定することができる。
【0061】
受動アクチュエータ３０が、図２Ｃに示すように複数のアーム７０、８０を備える実施形態では、受動アクチュエータ３０の少なくとも１つのアーム７０は、ジュール加熱を通して受動アクチュエータ３０を加熱する抵抗に関連する所定の幅を有することができる。
【0062】
例えば、アルミニウム、チタン、金、銅又は銀で作製された受動アクチュエータ３０に対する好適な幅対長さ比は、０．５％～５％の範囲である。中間的な値としては、１％、２％、３％及び４％を採ることができる。
【0063】
実施形態では、受動アクチュエータ３０の少なくとも１つのアーム７０、８０は、４μｍ～４０μｍの幅を有する。中間的な値としては、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ及び３５μｍを採ることができる。有利なことに、アーム７０、８０の特定の構成によって、ジュール効果を通して受動アクチュエータ３０を加熱することにより、用途の必要に応じて機械的且つ電気的接続を維持することができる。
【0064】
有利なことに、過熱状態の場合に電子スイッチを確実に安全モードに維持するために、受動アクチュエータ３０以外の追加の手段は不要であり、その結果、単純な設計となり、製造コストは最小限に維持される。
【0065】
実施形態によれば、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、装置は、複数の受動アクチュエータ３０、３２、３４を更に備えることができる。各受動アクチュエータ３０、３２、３４は、上記受動アクチュエータ３０、３２、３４の温度が閾値を超えた場合にのみ、ゲートパッド１０とソースパッド２０との可逆的な機械的且つ電気的接続を形成するように構成されている。
【0066】
各受動アクチュエータ３０、３２、３４は、ゲートパッド１０を包囲するように、ソースパッド２０の複数の箇所に恒久的に接続するとともに熱的に結合することができる。
【0067】
第１の受動アクチュエータ３０は、第１の閾値を超える任意の温度においてのみソースパッド２０とゲートパッド１０とを接続するように構成することができる。
【0068】
第２の受動アクチュエータ３２は、第１の閾値よりも高い第２の閾値を超える任意の温度においてのみ、ソースパッド２０とゲートパッド１０とを接続するように構成することができる。
【0069】
この実施形態では、電子スイッチの温度が、第１の閾値を超えるが第２の閾値を超えない場合、ゲート電流の時間変化は、第１の値でプラトーに達する。しかしながら、電子スイッチの温度が第２の閾値を超えると、ゲート電流の時間変化は、第２の値でプラトーに達する。
【0070】
有利なことに、電子スイッチ温度は、ゲート電流のプラトーの振幅に基づいて、外部回路５０等により、別個の方法で推定することができる。
【0071】
実施形態によれば、各受動アクチュエータ３０、３２、３４は、異なる抵抗を有する。
【0072】
図５に示すように、本発明はまた、上記装置を製造する方法に関する。
【0073】
本方法は、以下を含む。
－ ステップ「ＰＲＯＶ ＤＥＶ」において、トランジスタ領域１００を備える装置が準備され、
－ ステップ「ＩＭＰＬ ＳＡＣＲ」において、図３Ａに示すように、トランジスタ領域１００の表面の一部の上に犠牲酸化物１１０が埋め込まれ、
－ ステップ「ＳＵＲＦ ＭＥＴＡＬＬ」において、埋め込まれた犠牲酸化物１１０を含むトランジスタ領域１００の表面がメタライズされて、ゲートパッド１０、ソースパッド２０及び受動アクチュエータ３０が形成され、受動アクチュエータ３０は、図３Ｂに示すように、犠牲酸化物１１０の少なくとも一部の上に延在し、
－ ステップ「ＲＥＭ ＳＡＣＲ」において、図３Ｃに示すように、犠牲酸化物が例えば化学的侵食により除去される。
－ ステップ「ＰＲＯＶ ＤＥＶ」において、トランジスタ領域１００を備える装置が準備され、
－ ステップ「ＩＭＰＬ ＳＡＣＲ」において、図３Ａに示すように、トランジスタ領域１００の表面の一部の上に犠牲酸化物１１０が埋め込まれ、
－ ステップ「ＳＵＲＦ ＭＥＴＡＬＬ」において、埋め込まれた犠牲酸化物１１０を含むトランジスタ領域１００の表面がメタライズされて、ゲートパッド１０、ソースパッド２０及び受動アクチュエータ３０が形成され、受動アクチュエータ３０は、図３Ｂに示すように、犠牲酸化物１１０の少なくとも一部の上に延在し、
－ ステップ「ＲＥＭ ＳＡＣＲ」において、図３Ｃに示すように、犠牲酸化物が例えば化学的侵食により除去される。
【0074】
本方法は、フォトリソグラフィ等、２層（two-level）ＭＥＭＳ技術によって実施することができる。
【実施例】
【0075】
本明細書における実施例は、図２Ｃに示すより全体的な実施形態に対応する。受動アクチュエータ３０は、ばねアクチュエータＭＥＭＳのタイプであり、第１のアーム７０と、第２のアーム８０と、第３のアーム９０とを備える。各アーム７０、８０、９０は、導電性でもある熱伸長性材料３６であるアルミニウムから作製されている。
【0076】
第１のアーム７０は、２つの端部７２、７４を有する。
【0077】
第２のアーム８０は、２つの端部８２、８４を有する。
【0078】
第１のアームの第１の端部７２及び第２のアームの第１の端部８２は、第３のアーム９０によって互いに接続されている。
【0079】
第１のアームの第２の端部７４及び第２のアームの第２の端部８４は、ともにソースパッド２０に接続されている。
【0080】
周囲温度Ｔ１では、第１のアーム７０及び第２のアーム８０の長さはＬで示され、第３のアーム９０の長さはｐで示され、受動アクチュエータ３０の高さはｈｉで示されている。受動アクチュエータ３０の温度が所与の温度Ｔ２まで上昇すると、δＬで示す、第１のアーム７０及び第２のアーム８０の対応する伸長と、δｐで示す、第３のアーム９０の伸長とが発生する。熱伸長δＬは、温度変化ΔＴ＝Ｔ２－Ｔ１と、初期長さＬと、材料による線形膨張係数αとの線形関係を用いて、計算することができる。熱膨張δＬはまた、第３のアーム９０の初期長さｐからも計算することができる。次いで、所与の温度における受動アクチュエータ３０の最終高さｈｆは、以下の式（１）によって定義することができる。
【数1】
【0081】
この例では、ゲートパッド１０とソースパッド２０との間の距離は、１５０μｍである。ゲートパッド１０の長さは１５００μｍである。受動アクチュエータ３０は、２４ｅ－６／Ｋの熱膨張係数αを有するアルミニウムで作製されている。距離ｄは１４５０μｍである。距離ｐは２０μｍである。初期高さｈｉは、Ｔ１＝２５℃で１２７μｍであり、Ｔ２＝３００℃ではｈｆは１５０μｍであり、その結果、ゲートパッド１０及びソースパッド２０は互いに接続される。
【0082】
１５０℃の定格動作温度下では、受動アクチュエータ３０とゲートパッド１０との間の距離は１１μｍと十分に大きく、１７Ｖ／μｍの誘電強度を考慮すると、受動アクチュエータ３０のアーム７０の第１の端部７２及びアーム８０の第１の端部８２における電界集中によるいかなる絶縁破壊も回避することができる点にも留意するべきである。
【0083】
アーム７０、８０の幅は、受動アクチュエータ３０の温度が閾値を超えるとともに、受動アクチュエータ３０がゲートパッド１０とソースパッド２０とを接続するとき、自己加熱による受動アクチュエータ３０の温度上昇ΔＴの関数で計算される。
【0084】
温度上昇は、ｗで示す、アーム７０、８０の幅によって制御することができる。この幅は、次式（２）により、或る特定のゲートドライバ電圧Ｖと、アーム７０、８０の或る特定の厚さεと、アーム７０、８０の材料抵抗率ρと、アーム７０、８０の長さｌと、アーム７０、８０の熱抵抗Ｒｔｈとによって求めることができる。
【数2】
【0085】
４０℃の温度上昇は、バウンス効果を低減させて受動アクチュエータ３０の電気的接続を維持するのに十分である。以下の値：５００ｍＫ／Ｗ～５０ｍＫ／Ｗの熱抵抗と、１５Ｖのゲート電圧と、１．５９×１０－８Ω．ｍの抵抗率と、１０μｍの厚さと、７２５μｍの長さとを考慮すると、アーム７０、８０の幅は、次式（３）により、４μｍ～４０μｍに含まれる。
【数3】
【0086】
本発明について、全体的な発明の概念を限定することなく実施形態を用いて上述した。さらに、本発明の実施形態は、いかなる制限もなしに組み合わせることができる。
【0087】
上記例示の実施形態を参照すると、当業者には、多くの更なる変更形態及び変形形態が想起される。なお、上記例示の実施形態は、専ら例としてのみ与えられ、本発明の範囲を限定することを意図するものはなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ画定される。
【0088】
特許請求の範囲において、「備える／含む」という用語は、他の要素もステップも除外するものではなく、個数が指定されていないものは、単数及び複数のものを含む。異なる特徴が互いに異なる従属請求項に列挙されていることのみをもって、これらの特徴の組合せを有利に用いることができないことを示すものではない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
