CN1771575B - 微继电器 - Google Patents

Abstract

一种微继电器，包括底基板(3)、电枢块(5)、以及盖子(7)。底基板(3)具有用于容纳电磁装置(1)的凹部(41)。该凹部由穿过底基板(3)的通孔(41a)和贴附于底基板的一个表面从而封闭该孔的开口的薄膜凹部盖(41b)形成。电磁装置(1)通过凹部盖(41b)与接触机构隔开，由此增加接触的可靠性。电磁装置(1)包括磁轭(10)、缠绕在磁轭(10)周围从而根据激励电流产生磁通的线圈(11)、以及附着于磁轭(10)并产生通过电枢(51)和磁轭(10)的磁通的永磁体(12)。通过将永磁体(12)贴附于磁轭(10)，可以降低继电器的厚度。

Description

微继电器

技术领域

本发明涉及一种借助半导体微加工技术制造的微继电器。

背景技术

日本未审查专利公开No.5-114347公开了一种借助半导体微加工技术制造的微继电器。这种微继电器是使用电磁装置的电磁力开合触点的电磁继电器，且包括具有电磁装置的底基板、经垫片固定于底基板的框架、以及具有永磁体且设置在框架内的电枢(armature)。与使用库仑力开合触点的静电继电器相比，这种电磁继电器可以具有较大的驱动力，使得这样的电磁继电器可以通过增加接触压力来提高继电器的可靠性。

然而，在上述微继电器中，因为永磁体固定于电枢，所以必须通过相对较大的垫片连接电枢和底基板，从而在电枢与底基板之间形成间隙。因此，存在继电器厚度大的问题。

发明内容

从上述问题考虑，本发明的目的在于提供一种可以降低厚度并提高可靠性的微继电器。

根据本发明的一种微继电器包括底基板、电枢块和盖子。底基板具有电磁装置，且在其一个表面上具有固定触点。电枢块包括固定于底基板的该表面的框架，设置在框架内并可旋转地由框架支撑的活动板、以及由活动板支撑并具有活动触点的活动触点基座。活动板与设置在其表面上的磁性材料一起定义电枢，并由电磁装置驱动从而接通/切断固定触点与活动触点之间的连接。盖子结合于框架。盖子形成了由框架围绕并封闭在底基板与盖子之间从而容纳电枢和固定触点的空间。本发明的特征在于底基板具有用于容纳电磁装置的存储凹部，存储凹部包括从底基板的该一个表面延伸至其背表面的孔和固定在底基板的该一个表面上从而封闭孔的薄存储凹部盖，电磁装置包括磁轭、缠绕在磁轭周围从而响应激励电流产生磁通的线圈、以及固定于磁轭从而产生流经电枢和磁轭的磁通的永磁体。

对于本发明的微继电器，不必在电枢与底基板之间设置垫片，因为永磁体固定于磁轭。由此，此微继电器可以降低厚度。另外，由于包括诸如线圈的有机材料的电磁装置设置在存储凹部中且电磁装置通过存储凹部盖与触点隔开，因此可以改善触点的可靠性。另外，因为存储凹部包括孔和存储凹部盖，所以存储凹部的高度可以在底基板的有限高度内最大化，使得可以使用更大的电磁装置。再另外，可以最小化电磁装置与电枢之间的磁间隙。

优选地，磁轭包括板状横向构件和从横向构件的两端竖起的一对脚片(leg piece)，永磁体具有一高度，且其在高度方向上的两个相对的面被磁化为相反的磁极，永磁体的一个磁极面固定于该对脚片之间的横向构件的纵向中心，线圈在永磁体的两侧缠绕在横向构件周围，脚片的顶端面响应流向线圈的激励电流而被激励为相反的磁极。在此情况下，由于永磁体设置在横向构件的中心且线圈缠绕在永磁体的两侧，所以电磁装置可以构造得很薄。另外，电枢可绕该永磁体旋转，使得可以增加抗冲击性和抗震性。

更优选地，横向构件具有凹入部分，永磁体放置于凹入部分内。通过设置凹入部分，微继电器可以更薄地构造。或者，可以在有限空间内使用更大的永磁体，从而增加继电器的可靠性。另外，可以容易地完成永磁体的定位。

优选，横向构件具有用于防止线圈脱落的凸起部分。通过设置凸起部分，在微继电器的制造过程中防止线圈移动到脚片并从横向构件脱落。更加优选地，突出部分形成在横向构件下表面上的四个角处。在此情况下，在微继电器的组装过程中，当运输电磁装置时，突出部分可以用作用于定位电磁装置的标记。

优选，磁轭的暴露表面和永磁体的表面以树脂涂覆。在此情况下，磁轭与永磁体电隔离，且防止其锈蚀。另外，保护线圈绕组免受磁轭和永磁体的边缘的毛刺的损伤。

优选，抛光脚片的顶端面和永磁体的顶端面从而去除树脂涂层，脚片的顶端面和永磁体的顶端面处于相同平面。在此情况下，防止了电磁装置与电枢之间的磁间隙增大。

优选，每个脚片的横截面积比横向构件的大。在此情况下，可以确保磁路径的预定横截面积，即使脚片的边缘在加工磁轭时被变圆。因此，可以确保预定的吸力。

对于底基板的材料，在底基板由玻璃制成且存储凹部盖由硅制成时，存储凹部盖可以通过抛光或蚀刻被薄薄地加工。另外，在存储凹部盖由通过从包括硅衬底和形成在硅衬底的绝缘层上的薄膜硅层的SOI衬底选择性地去除硅衬底和绝缘层形成的硅层制成时，存储凹部盖不仅可以薄薄地还可以精确地加工。

优选，盖子紧密结合于框架从而形成由框架围绕并封闭在底基板与盖子之间的封闭空间，底基板具有从底基板的一个表面延伸至其背表面的固定触点通孔、形成在底基板背表面上的固定触点电极、形成在固定触点通孔内表面上用于固定触点与固定触点电极之间的电连接的固定触点导电层、以及设置在底基板的该一个表面上从而封闭固定触点通孔的薄膜通孔盖。在此情况下，可以构造封闭的微继电器，因此可以改善触点的可靠性。另外，易于电连接固定触点至外部电路，同时保持封闭的空间。另外，因为通孔盖与存储凹部盖处于相同的平面，所以可以同时形成通孔盖和存储凹部盖。作为通孔盖的替代，底基板可以具有埋在通孔中从而封闭通孔的金属材料。在此情况下，可以降低固定触点与固定触点电极之间的电阻。

优选，底基板在它的该一个表面上具有电连接至固定触点的引线(wiringtrace)和接地的接地线(ground trace)，引线和接电线彼此相对一定间隔地平行延伸。在此情况下，可以通过适当设计引线与接地线之间的距离设置引线的特征阻抗至期望值。

在封闭的微继电器具有接地线时，优选的是，底基板具有从底基板的该一个表面延伸至其背表面的接地通孔，形成在底基板的背表面上用于接地的接地电极，形成在接地通孔内表面上用于接地电极与接地线之间的电连接的接地导电层，以及用于封闭接地通孔的接地通孔封闭装置。在此情况下，易于在保持封闭空间的同时将接地线接地。

对于触点构造，通过在底基板的纵向方向上的两端设置两对固定触点并在电枢上设置对应于两对固定触点的两个活动触点，可以构造具有一个常开触点和一个常闭触点的DPST(双极单掷)微继电器。当在此构造的基础上该两对固定触点中的一对固定触点接地时，可以构造具有一个常开触点或一个常闭触点的SPST(单极单掷)微继电器。在此情况下，若两个活动触点通过导电路径彼此电连接，则可以改善该继电器的高频特性(隔离特性)，因为活动触点在未接地的另一对固定触点打开时接地。

优选，活动板经具有弹性形变性的支撑簧片由框架支撑，活动触点基座经压簧片由活动板支撑，框架、活动板、活动触点基座、支撑簧片、以及压簧片由一个半导体衬底形成。在此情况下，可以通过半导体微加工技术容易地最小化电枢和框架，另外，可以增加电枢与框架之间物理连接部件等的寿命。

优选，活动板在面对底基板的表面上在活动板的纵向中心处具有支撑突起，支撑突起的顶点与底基板接触从而允许活动板围绕顶点进行枢转运动，活动板在面对底基板的表面上在纵向方向上的两端处还具有阻挡突起，每个阻挡突起的顶点与底基板接触，从而在活动板进行枢转运动时调整活动板的枢转运动。通过设置支撑突起，活动板可以容易地进行枢转运动。且，通过设置阻挡突起，可以精确控制电枢的行程。

优选，支撑突起的顶点和每个阻挡突起的顶点在相同的平面内。在此情况下，支撑突起和阻挡突起可以同时在相同条件下形成。可以形成支撑突起、阻挡突起、以及活动触点基座，使得它们的顶点处于相同平面。在此情况下，更容易加工它们。

优选地，从支撑突起到活动触点基座的距离比从支撑突起到电枢的被吸引到电磁装置的部分的距离长。在此情况下，可以确保活动触点的大行程，使得可以确保活动触点的足够的接触压力。

优选，从支撑突起到活动触点基座的距离比从支撑突起到每个阻挡突起的距离大。在此情况下，可以通过阻挡突起在活动触点与固定触点接触后限制电枢的旋转。

优选，压簧片具有弯折的弯折部分。通过设置弯折部分，延长了压簧片的长度，使得作用在压簧片上的压力减轻。

优选，活动板由半导体衬底制成并具有从上表面延伸至下表面的孔，磁性材料设置在活动板的一个表面上使得其封闭孔的一端，电枢块还具有第二磁性材料或金属部件，第二磁性材料或金属部件被设置从而其封闭孔的另一端，磁性材料和第二磁性材料或金属部件通过激光焊接在孔内彼此连接，活动板夹在磁性材料与第二磁性材料或金属部件之间。在此情况下，可以抑制由于活动板与磁性材料之间的热膨胀系数差异导致的活动板的翘曲等。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的微继电器的分解透视图；

图2为由底侧观察该微继电器的透视图；

图3为该微继电器主体的分解透视图；

图4为该微继电器的截面图；

图5为该微继电器中所用的磁轭的透视图；

图6为该微继电器的电磁装置的正视图；

图7为该微继电器的另一种构造的局部放大图示；

图8为该微继电器的另一种构造的局部放大图示；

图9A为该微继电器的电枢块的平面图；

图9B为该微继电器的电枢块的底视图；

图10为该微继电器的电枢块的分解透视图；

图11为由底侧观察的该微继电器的盖子的透视图；

图12为示出该微继电器的磁轭的另一种构造的视图；

图13为示出该微继电器的电磁装置的另一种构造的视图；

图14A为示出该微继电器的曲折部分的另一种构造的视图；

图14B为示出该微继电器的曲折部分的另一种构造的视图；

图14C为示出该微继电器的曲折部分的另一种构造的视图；

图14D为示出该微继电器的曲折部分的另一种构造的视图；

图14E为示出该微继电器的曲折部分的另一种构造的视图；

图14F为示出该微继电器的曲折部分的另一种构造的视图；

图15A为示出该微继电器的压簧片的另一种构造的视图；

图15B为示出该微继电器的压簧片的另一种构造的视图；

图16为示出该微继电器的支撑凸起的另一种构造的视图；

图17为示出该微继电器的阻挡突起的另一种构造的视图；

图18为示出该微继电器的盖子的另一种构造的视图；

图19A为微继电器的另一种构造的局部放大图示；

图19B为微继电器的另一种构造的局部放大图示；

图20A为微继电器的另一种构造的局部放大图示；

图20B为微继电器的另一种构造的局部放大图示；

图21为根据本发明第二实施例的微继电器的分解透视图；以及

图22为示出由底侧观察、磁性材料被去除的该微继电器的电枢模块的视图。

具体实施方式

以下，将参照附图更加详细地介绍本发明。

(第一实施例)

图1示出了根据本发明第一实施例的微继电器。该微继电器包括电磁装置1、底基板3、电枢块5、以及盖子7。如图2所示，底基板3在底侧具有用于容纳电磁装置1的存储凹部41，如图3所示，底基板3在其上表面具有两对固定触点30、31。电枢块5包括固定于底基板上表面的框架50、设置在框架50内并经支撑簧片54可转动地被框架50支撑的活动板51a、以及在其底面具有活动触点53并经压簧片55被活动板51a支撑的活动触点基座52。如图4所示，活动板51a与设置在其下表面上的磁性材料51b一起定义电枢51，且被电磁装置1驱动从而接通/切断活动触点53与所述对固定触点30、31之间的连接。盖子7紧密结合于框架5的上表面。即，本实施例的微继电器为密封的微继电器，其中电枢51、活动触点53、以及所述对固定触点30、31容纳在由框架5包围并封闭在底基板3与盖子7之间的密封空间中。

电磁装置1包括磁轭10、卷绕在磁轭10周围并响应激励电流产生磁通的线圈11、以及连接于磁轭10并产生流经电枢51和磁轭10的磁通的永磁体12.更加详细而言，如图5所示，磁轭10具有大致U形的构造，且其包括线圈11围绕其卷绕的板状横向构件10a和一对由横向构件10a的两端竖起的脚片10b.磁轭10借助例如弯曲工艺、锻造工艺或冲压工艺由铁板制成，诸如软磁铁片.每个脚片10b的截面为矩形.横向构件10a在纵向中心处具有用于放置永磁体12的凹入部分10c.永磁体为具有一高度的长方体，其高度方向上的相对面被磁化为相反的磁极，且如图6所示，一个磁极面12b被结合于凹入部分10c.通过设置凹入部分10c，可以降低电磁装置1的高度.或者，可以使用具有等于凹部10c的深度的额外高度的大永磁体，从而增加吸力.线圈11在永磁体12的两侧直接缠绕于横向构件10a周围，使得脚片10b的顶端面响应线圈11的激励电流而被激励为相反的磁极.在缠绕线圈11时，脚片10b以及永磁体12的侧面充当线圈绕筒的端板(flange).横向构件10a在横向构件10a的两个纵向侧面的每一个的两端处具有凸起部分10d，从而防止线圈11从磁轭10上脱落.即，凸起部分10d可以防止线圈11从磁轭10上脱落，并可以在制造微继电器时防止产品故障.

在将永磁体12结合于磁轭10后，磁轭10和永磁体12以树脂涂覆，诸如聚酰亚胺、含氟树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚对苯二甲撑、及其混合物。涂层可以隔离磁轭10和永磁体12。涂层还可以防止磁轭10和永磁体12生锈。另外，涂层可以防止线圈绕组在缠绕线圈时被磁轭和永磁体12的毛刺弄断，因为涂层覆盖了磁轭和永磁体12表面上的毛刺。为防止线圈绕组折断，磁轭的边缘和永磁体12顶端表面的四个角可以被圆化。为了圆化磁轭10的边缘，可以使用化学腐蚀。

另外，脚片10b的顶端面和永磁体12的磁极面12a同时被抛光，且这三个表面，即脚片10b的顶端面和永磁体的磁极面12a处于相同的平面。结果，防止了电磁装置1与电枢51之间的磁间隙增大，使得磁间隙稳定且吸力稳定。

如图6所示，每个脚片10b的厚度(t2)形成得比横向构件10a的厚度(t1)厚，使得每个脚片10b的横截面积变得比横向构件10a的更大。结果，可以确保用于磁路的预定横截面积，即使脚片的边缘在加工磁轭时被圆化，因此可以确保预定的吸力而无磁通量的饱和。

如图2所示，线圈接线端块13沿着垂直于横向构件10a的纵向方向的方向固定在横向构件10a下表面的中心。线圈接线端块13在下表面的两端具有导线(conductive trace)13a，且线圈11的每一端电连接至每根导线13a。另外，第一凸块(线圈电极)13b结合于每根导线13a，用于印刷电路板上的电路与线圈之间的电连接，该印刷电路板用于承载微继电器。取代凸块13b，可以形成用于连接引线的电极焊垫。

底基板3由耐热玻璃制成，诸如派热克斯玻璃(R)，并且形成为矩形形状。如图3所示，固定触点对30包括相对彼此间隔设置的固定触点30a和30b，且固定触点对30在底基板3的纵向一个端部处设置于底基板3的上表面上。固定触点对31包括相对彼此间隔设置的固定触点31a和31b，并且设置在底基板的纵向另一个端部处底基板3的上表面上。底基板3在其四个角附近具有从底基板3的上表面延伸至其下表面的固定触点通孔32。每个通孔32的每一端的周围形成有焊盘33。每个固定触点通过形成在底基板3上表面上的线形引线36电连接于底基板3上表面上的邻近焊盘33。每个通孔32两端处的焊盘33通过由导电材料形成在每个通孔32内表面上的固定触点导电层彼此电连接。每个通孔32的开口呈圆形，且底基板3上表面侧上的每个通孔的开口被由硅薄膜形成的第一盖(通孔盖)34封闭。第二凸块35固定于底基板3下表面侧上的每个焊盘33上，作为固定触点电极。之后，每个固定触点通过引线36和固定触点导电层电连接于每个第二凸块(固定触点电极)35。

另外，底基板3在纵向方向上的两端具有从底基板3的上表面延伸至其下表面的接地通孔37.焊盘33也形成在每个接地通孔37每一端的周围，且每个接地通孔37两端的焊盘33通过形成在每个接地通孔37内表面上的接地导电层(未示出)彼此电连接.每个接地通孔37的开口呈圆形，且底基板3上表面侧上的每个接地通孔37的开口被由硅薄膜形成的第二盖(接地通孔盖)38封闭.第三凸块39固定于底基板3下表面侧上的每个焊盘33，作为接地电极.每个接地通孔37在垂直于纵向方向的方向上位于底基板3的中心处，且在垂直于底基板3的纵向方向的方向上在接地通孔两侧，接地线40形成在底基板3的上表面上.每根接地线40电连接至接地通孔37的焊盘33，且每根接地线40通过接地导电层连接至第三凸起(接地电极)39.接地线40具有线形构造，且以固定间隔(t3)平行于引线36延伸.引线36的特征阻抗可以通过适当地改变间隔(t3)而设置为期望值，从而改善微继电器的高频特性.

固定触点和引线36以及接地线40和焊盘33可以由导电材料制成，例如Cr、Ti、Pt、Co、Cu、Ni、Au或其合金。第一凸块13b、第二凸块35和第三凸块39可以由诸如Au、Ag、Cu、以及焊料的导电材料制成。每个通孔32、37可以通过喷沙、蚀刻、钻孔、超声加工等形成。每个通孔的导电层由诸如Cu、Cr、Ti、Pt、Co、Ni、Au或其合金的导电材料制成，且借助电镀、沉积、溅镀等形成。

取代使用第一盖(通孔盖)34和第二盖(接地通孔封闭装置)38封闭通孔，可以通过在通孔中埋入金属材料43封闭每个通孔，如图7所示。金属材料43可以通过电镀形成。在此情况下，可以改善密封空间的气密性。若使用具有高电导性的材料，诸如Cu、Ag、以及焊料作为该电镀的材料，可以降低固定触点与第二凸块(固定触点电极)35之间或接地线40与第三凸块(接地电极)39之间的电阻。如图8所示，可以在通孔内形成狭窄部分44，且可以仅在狭窄部分44附近埋入金属材料43。在此情况下，电镀通孔变得容易。另外，金属材料43的量可以减少。

如上所述，基体在底基板3底侧的中心具有用于容纳电磁装置1的存储凹部41。如图3所示，存储凹部41包括从底基板3的上表面延伸至其下表面的孔41a、以及由硅薄膜制成并固定于底基板3的上表面从而封闭孔41a的第三盖(存储凹部盖)41b。孔41a的开口呈十字形状，存储凹部41形成为锥形形状，其中朝向底基板3的下表面侧，孔41a的开口面积逐渐变大，从而减小底基板3上表面侧上的存储凹部41的开口面积并使得容易由底基板3的下表面侧向孔中插入电磁装置。电磁装置1容纳在存储凹部41中，脚片10b的顶端面向上。如图6所示，定位坑41c形成在第三盖(存储凹部盖)41b的下表面中，电磁机构1设置在存储凹部41中，且脚片10b的顶端面和永磁体12的磁极面12a安装在定位坑41c中，从而精确地将电磁装置1设置在存储凹部41中。在电磁装置1容纳在存储凹部41中时，电磁装置1通过第三盖(存储凹部盖)41b与所述对固定触点30和31以及活动触点53隔开。即，包括诸如线圈的有机材料的电磁装置1通过第三盖(存储凹部盖)41b与触点隔开。因此，可以改善触点的可靠性。另外，因为存储凹部41包括孔41a和第三盖(存储凹部盖)41b，所以存储凹部41的高度可以在底基板3的有限高度内最大化。由此，可以使用更大的电磁装置。再另外，因为第三盖(存储凹部盖)41b由硅薄膜制成，可以最小化电磁装置与电枢之间的磁间隙。

在将电磁装置1容纳于存储凹部41中后，存储凹部41中的空隙以灌注化合物(potting compound)填充，如图4所示，从而将电磁装置1固定于底基板3.作为灌注化合物，即使固化后也具有弹性形变性的硅树脂是优选的.电磁装置1的高度设计为使得在电磁装置1容纳在存储凹部41中时，线圈接线端块13的下表面与底基板3的下表面处于相同的平面.

第一盖34、第二盖38和第三盖41b通过利用抛光、蚀刻等薄薄地加工硅衬底来形成，且每个盖的厚度设置为20μm。每个盖的厚度不限于20μm，其可以在约5μm与约50μm之间适当地设置。或者，第一盖34、第二盖38和第三盖41b可由硅层制成，该硅层通过从包括硅衬底和形成在硅衬底的绝缘层上的薄膜硅层的SOI衬底选择性地去除硅衬底和绝缘层而形成。在此情况下，每个盖可以不仅薄而且精确地被加工。或者，可以将通过利用抛光、蚀刻等薄薄地加工玻璃衬底形成的玻璃薄膜用于盖。

除磁性材料51b外的电枢块5(即框架50、活动板51a、活动触点基座52、支撑簧片54、以及压簧片55)通过利用半导体微加工技术加工一块半导体衬底来形成。作为半导体衬底，优选具有约50μm至约300μm优选约200μm厚度的硅衬底。如图9A、9B和10所示，电枢块5的框架50为具有与底基板3大致相同周长的矩形框。活动板51a为平板形，且在活动板51a的每个纵向侧的中心具有第一突出部件56，且在其四个角处具有第二突出部件57。每个第一突出部件56在底基板3侧具有呈平截头四棱锥体的支撑突起58，且每个第二突起部件57在底基板3侧具有呈平截头四棱锥体的阻挡突起59。加工支撑突起58和阻挡突起59，使得支撑突起58的顶点和阻挡突起59的顶点处于相同平面。在将电枢块5结合于底基板3后，每个支撑突起58的顶点总是与第三盖(存储凹部盖)41b的上表面接触，且定义电枢51的支点。支撑突起58允许电枢稳定地进行枢转运动。在电枢51进行枢转运动时，每个阻挡突起59的顶点与底基板3的上表面(并非第三盖41b的上表面)接触，且其规定了电枢51的枢转运动。由此，可以通过控制从活动板51突出的支撑突起58和阻挡突起59的部件的尺寸精确控制电枢51的行程。因为电枢块5借助半导体微加工技术制造，所以支撑突起58和阻挡突起59的部件的尺寸的控制即使在微继电器很小时仍很容易。另外，因为支撑突起58和阻挡突起59的顶点处于相同平面，因此支撑突起58和阻挡突起59可以在相同的条件下同时形成。因此，容易制造微继电器。支撑突起58的形状和阻挡突起59的形状不限于平截头四棱锥体，而是可以为例如四棱柱形。

每个第一突出部件56在面对框架50的侧面上具有突出部分56a，框架50在框架50的面对突出部分56a的内表面上具有第三突起部件60，其每一个具有凹入部分60a。在与框架50相同的平面内，每个突出部分56a啮合在对应的凹入部分60a中，且突出部分56a和凹入部分60a定义约束电枢51的水平运动的运动约束部分61。因为在突出部分56a与凹入部分60a之间存在间隙，所以运动约束部分61不干扰电枢51的枢转运动。

磁性材料51b固定在活动板51a的在底基板3侧的表面上，从而与活动板51a一同定义电枢51。磁性材料51b由例如软磁铁、磁性不锈钢、坡莫合金、42合金等借助机械加工、蚀刻、电镀等制成。在厚度上，磁性材料51b被设计得比框架薄，从而在电枢块5结合于底基板3时在磁性材料51b与第三盖(存储凹部盖)41b之间形成预定的间隙。

活动板51a经具有弹性形变性的支撑簧片54可旋转地被框架50支撑.支撑簧片54在活动板51a每个纵向侧上的彼此隔开的两位置处形成.每个支撑簧片54的一端一体地连接于框架50，其另一端一体地连接于活动板51a.支撑簧片54在电枢51旋转时向电枢51提供回复力.在其一端与其另一端之间，每个支撑簧片54具有在一个平面内弯折的弯折部分54a.通过提供弯折部分54a，支撑簧片54延长，由此可以分散活动板51a转动时作用在支撑簧片54上的压力.由此，弯折部分54a可以防止支撑簧片54损坏.

活动触点基座52在电枢51的两个纵向端部处设置在电枢51与框架50之间。每个活动触点基座52的下表面突出到电枢51的下表面之下。由导电材料制成的活动触点53固定在每个活动触点基座52的下表面上。优选，为方便制造，加工活动触点基座52，使得每个活动触点基座52的顶点与每个支撑突起58的顶点和每个阻挡突起59的顶点处于相同的平面。每个活动触点基座52经具有弹性形变性并且为活动触点53提供接触压力的两个压簧片55被活动板51a支撑。形成每个压簧片55使得其绕在第二突出部件57周围，且每个压簧片55的一端一体地连接于活动触点基座52的侧面，而其另一端一体地连接于活动板51a的侧面。每个压簧片55在其中部具有弯折部分55a。通过设置弯折部分55a，延长了每个压簧片55，使得可以分散活动板51a旋转时作用在压簧片55上的压力。由此，可以降低压簧片55的弹簧常数而不改变压簧片55的垂直于压簧片55延伸方向的横截面积。或者，可以通过增加压簧片55的横截面积改善压簧片55的强度而不改变弹簧常数。通过改变活动触点基座52的厚度和/或活动触点53的厚度，可以将活动触点53与固定触点分开时一个活动触点53与对应的固定触点之间的距离设置为期望距离。

在此实施例中，因为每个活动触点基座52设置在电枢51的纵向端部与框架50之间，所以从一个支撑突起58到一个活动触点基座52的距离比从支撑突起58到磁性材料51b的被吸引至电磁装置1的部分(即磁性材料51b的面对磁轭10的脚片10b的部分)的距离长。因此，电枢51响应电磁装置1的吸力旋转时，活动触点基座52的行程比电枢51的行程大。因此，可以确保活动触点53的大行程，即使微继电器较小，由此可以确保活动触点的足够的接触压力。

另外，因为每个阻挡突起59位于支撑突起58与活动触点基座52之间，所以从一个支撑突起58到一个活动触点基座52的距离比从支撑突起58到一个阻挡突起59的距离大。因此，在电枢51旋转时，在活动触点53与固定触点接触并获得足够的接触压力后，可以通过阻挡突起59限制电枢的旋转。

盖子7由耐热玻璃制成，诸如派热克斯玻璃(R)，且如图11所示，其在电枢块侧的表面具有凹部70，凹部70用于形成用于电枢51的枢转运动的空间。盖子7具有约与框架50和底基板3相同的周长，且盖子7、框架50、以及底基板3在彼此结合时形成一个长方体。

为了将底基板3和框架50彼此结合，用于结合的金属薄膜42形成在底基板3的上表面外周的整个周长上，用于结合的金属薄膜62a形成在框架50的下表面的外周的整个周长上.另外，为了将框架50和盖子7彼此结合，用于结合的金属薄膜62a形成在框架50上表面外周的整个周长上，用于结合的金属薄膜71形成在盖子7下表面外周的整个周长上.底基板3和电枢块5通过金属薄膜42与金属薄膜62a之间的压力结合而彼此紧密结合，电枢块5和盖子7通过金属薄膜62b与金属薄膜71之间的压力结合而彼此紧密结合.因为存储凹部41的孔41a、固定触点通孔32、以及接地通孔37分别被盖41b、盖34、以及盖38封闭，所以形成了由框架50围绕并封闭在底基板3与盖子7之间的空间，且电枢51、所述对固定触点30、31、以及活动触点53容纳在密封的空间内.因此，防止了外来异物进入微继电器内并降低触点的可靠性.为了防止固定触点和活动触点53的表面氧化和退化，密封空间内可以抽成真空，或者可以封装入惰性气体.这些金属薄膜42、62a、62b和71可以由例如Au、Ai-Si、Al-Cu等形成.

在如上构造的微继电器安装于印刷电路板上时，首先，在底基板3的下表面上借助焊球形成第一凸块13b、第二凸块35和第三凸块39，如图2所示。第一凸块(线圈电极)13b连接至形成在印刷电路板上的驱动导线，第二凸块(固定触点电极)35连接至形成在印刷电路板上的信号导线，第三凸块(接地电极)39连接至形成在印刷电路板上的接地导线。或者，微继电器可以按相反状态(即图2所示状态)安装在印刷电路板上，这些凸块13b、35、39可以借助引线焊接结合于印刷电路板。

其后，将介绍微继电器的运动。在线圈11被激励时，由线圈11产生的磁通在磁轭10的一个脚片10b处在与永磁体12的磁通相同的方向上流动，在另一个脚片10b处在与永磁体12的磁通相反的方向上流动。由此，在该一个脚片10b的顶端面与磁性材料51b之间产生吸力，使得磁性材料51b的一个纵向端被吸引至该一个脚片10b的顶端面，电枢51开始绕两个支撑突起58转动。此时，活动触点基座52开始随电枢51一起旋转，固定在一个活动触点基座52上的活动触点53与相应的固定触点对30(或31)接触，从而电连接固定触点30a(或31a)和30b(或31b)。

在活动触点53与固定触点对30(或31)接触的时刻，阻挡突起59的顶点未与底基板3相接触，电枢51进一步旋转(换言之，电枢51过度行进)。压簧片55由于此过度行进而弯曲，且在活动触点53与固定触点对30(或31)之间产生对应于电枢51的过度行进的量(换言之，活动触点53与固定触点对30(或31)相接触后的电枢51的行进量)的接触压力。其后，阻挡突起59的顶点与底基板3相接触，从而限制电枢51的旋转。即使在此条件下停止线圈11的激励，活动触点53与固定触点对30(或31)之间的连接仍通过永磁体12产生的磁通保持。

当在相反方向激励线圈11时，磁性材料51b被吸引至磁轭10的另一个脚片10b，电枢51开始旋转，且固定在另一个活动触点基座52上的活动触点53与对应的固定触点对31(或30)相接触。并且，由于电枢51的过度行进产生接触压力，然后阻挡突起33a限制电枢51的旋转。即使在此条件下停止线圈11的激励，活动触点53与固定触点对31(或30)之间的连接仍通过永磁体12产生的磁通保持。

如上所述，本实施例的微继电器不必在电枢与底基板之间提供垫片，因为永磁体12固定于磁轭10，因此可以降低微继电器的厚度。整个微继电器的厚度由底基板3的厚度、框架50的厚度、以及盖子7的厚度的总和来限定。另外，因为电磁装置1容纳在存储凹部41中且通过第三盖(存储凹部盖)41b与触点隔开，所以微继电器具有高可靠性。

尽管在本实施例中底基板3和盖子7分别由玻璃衬底制成，但底基板3和盖子7之一、或者底基板3和盖子7两者可以由硅衬底制成。若底基板3和盖子7分别由玻璃衬底制成且电枢块5由硅衬底制成，则底基板3和电枢块5、以及电枢块5和盖子7可以通过阳极结合(anodic bonding)直接结合。在此情况下，可以省略用于结合的金属薄膜42、62a、62b、71。

对于电磁装置1，尽管在本实施例中用于防止线圈11脱落的凸起部分10d形成在横向构件10a的每个纵向侧面的两端，但该凸起部分10d可以形成在横向构件10a下表面的四个角处，如图12所示.在此情况下，凸起部分10d不仅可以用以防止线圈11脱落，还可以在组装微继电器的工艺中运输电磁装置时或在通过零件进给器传输电磁装置时用于确定电磁装置的位置.如图13所示，可以在线圈接线端块13的两个纵向端部处形成缺口14，从而容易地将线圈11的端部缠绕在线圈接线端块13上.

对于电枢块5，支撑簧片54的弯折部分54a和压簧片55的弯折部分55a可以具有图14A至14F所示的形状。如图15A所示，压簧片55的一端可以一体地连接于第二突出部件57。或者，如图15B所示，压簧片55可以设置在活动板51a的纵向侧面的旁边。如图16所示，支撑突起58可以形成在第三盖(存储凹部盖)41b的上表面上，而不是形成在第一突起部件56上。另外，如图17所示，阻挡突起59可以形成在第三盖(存储凹部盖)41b的上表面上，取代形成在第二突起部件57上。尽管，在本实施例中，确定支撑簧片54的弹簧常数使得永磁体12的吸力比支撑簧片54的回复力大，但也可以确定支撑簧片54的弹簧常数使得永磁体12的吸力比支撑簧片54的回复力小。

对于盖子7，如图18所示，优选的是，金属薄膜71固定于盖子的上表面，金属薄膜71通过激光标记装置标记有批号、商标名等。在此情况下，即使微继电器很小，仍可以改善批号、商标名等的可视性。

以下，将简单介绍本实施例的微继电器的制造方法。该制造方法包括电枢块形成过程、密封过程、以及电磁装置安装过程。在电枢块形成过程中，借助半导体微加工技术，即诸如光刻技术和蚀刻技术的微加工技术加工硅衬底，从而形成框架50、活动板51a、活动触点基座52、支撑簧片54、以及压簧片55。然后，磁性材料51b被固定在活动板51a的在底基板3侧的表面上，且活动触点53结合于活动触点基座52。在密封过程中，电枢块5、底基板3、以及盖子7借助压力结合或阳极结合彼此结合，从而形成由底基板3、盖子7、以及电枢块5的框架50围绕的密封空间。在电磁装置安装过程中，电磁装置1被容纳在底基板3的存储凹部41中，随后将电磁装置1固定于底基板3。

为形成底基板3，首先在作为用于底基板3的基础的玻璃衬底中通过蚀刻或喷砂形成存储凹部41的孔41a和通孔32和37，随后借助溅镀、电镀、蚀刻形成焊盘33、固定触点对30和31、引线36、接地线40、导电层等。随后，孔41a和通孔32、37分别被第三盖41b、第一盖34、以及第二盖38封闭。

为形成盖子7，首先在作为用于盖子7的基础的玻璃衬底中通过蚀刻、喷砂等形成凹部70，随后形成金属薄膜71。

其中形成有多个电枢块5的晶片、其中形成有多个底基板3的晶片、以及其中形成有多个盖子7的晶片可以通过压力结合或阳极结合来结合，随后可以通过划片过程等将该些晶片分割为独立的微继电器。

对于活动板51a与磁性材料51b之间的结合方法，优选的是如图19A所示，活动板具有从活动板的上表面延伸至其下表面的孔63，磁性材料设置在活动板51a的下表面上使得其封闭孔63的一端，电枢块5具有设置在活动板51a上表面上的第二磁性材料(或金属部件)64使得其封闭孔63的另一端，磁性材料51b和第二磁性材料64通过以激光L照射第二磁性材料64的激光焊接在孔63内彼此连接，如图19B所示，活动板51a夹在磁性材料51b与第二磁性材料64之间。在此情况下，因为活动板51a仅在孔63附近的部分处结合于磁性材料51b，所以可以抑制由活动板51a与磁性材料51b之间的热膨胀系数差异导致的诸如卷曲和应变的活动板的形变。如图20A和20B所示，用于放入第二磁性材料64的凹陷65可以形成在活动板51a的上表面，使得电枢51更薄。

(第二实施例)

图21示出了根据本发明第二实施例的微继电器。本实施例的基本构成与第一实施例相同，除了底基板和电枢块外，因此这些实施例中类似的部件由相同的附图标记表示，且此处不再赘述。

在本实施例中，第一实施例的固定触点对31与接地线40合并并接地。且如图22所示，两个活动触点53通过形成在活动板51a下表面上的导线66彼此连接。即，本实施例的微继电器为具有一个常开或闭触点的SPST(单极单掷)微继电器。另外，支撑簧片54的弯折部件54a的形状与第一实施例的形状不同，且压簧片55不具有弯折部件。

在本实施例中，在固定触点对30打开时，一个活动触点53与接地线40相接触。此时，因为两个活动触点通过导线66彼此电连接，因此面对固定触点对30的另一个活动触点53也电连接于接地线40。因此，可以改善微继电器的高频特性(隔离特性)。

如上所述，因为可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下形成本发明的多种明显不同的实施例，因此应理解，本发明不限于具体的实施例而由所附权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种微继电器，包括：

具有电磁装置(1)的底基板(3)，所述底基板(3)在其一个表面上具有固定触点(30，31)；

电枢块(5)，包括固定于所述底基板(3)的该表面的框架(50)、设置在所述框架内并经具有弹性形变性的支撑簧片(54)可旋转地由所述框架(50)支撑的活动板(51a)、以及经压簧片(55)由所述活动板(51a)支撑并具有活动触点(53)的活动触点基座(52)，所述活动板(51a)与设置在所述活动板(51a)的表面上的磁性材料一起定义电枢(51)并由所述电磁装置驱动从而接通或切断所述固定触点与所述活动触点之间的连接；

结合于所述框架(50)的盖子(7)，所述盖子形成了由所述框架(50)围绕并封闭在所述底基板(3)与盖子(7)之间从而容纳所述电枢和所述固定触点的空间；

其特征在于

所述底基板(3)具有用于容纳所述电磁装置的存储凹部(41)，所述存储凹部包括从所述底基板(3)的该一个表面延伸至其背表面的孔和固定在所述底基板(3)的该一个表面上从而封闭所述孔的薄存储凹部盖(41b)，

所述电磁装置包括磁轭(10)、缠绕在所述磁轭上从而响应激励电流产生磁通的线圈(11)、以及固定于所述磁轭(10)从而产生流经所述电枢和所述磁轭(10)的磁通的永磁体(12)，并且其中

所述底基板(3)在它的该一个表面上具有引线(36)和接地线(40)，引线(36)电连接至所述固定触点，接地线(40)接地，

所述引线和所述接地线相对于彼此以隔开的关系平行地延伸。

2.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述磁轭(10)包括板状横向构件(10a)和从所述横向构件(10a)的两端竖起的一对脚片(10b)，

所述永磁体具有高度，且其在高度方向上的相对面被磁化为相反的磁极，所述永磁体的一个磁极面固定于所述对脚片(10b)之间所述横向构件(10a)的纵向中心，

所述线圈(11)在所述永磁体(12)的两侧缠绕在所述横向构件(10a)上，

所述一对脚片(10b)的顶端面响应流至所述线圈的激励电流而被激励为具有彼此相反的磁极。

3.如权利要求2所述的微继电器，其中

所述横向构件(10a)具有凹入部分(10c)，所述永磁体放入该凹入部分(10c)。

4.如权利要求2所述的微继电器，其中

所述横向构件(10a)具有用于防止所述线圈脱落的凸起部分(10d)。

5.如权利要求4所述的微继电器，其中

所述凸起部分(10d)形成在所述横向构件(10a)的每个纵向侧面的两端。

6.如权利要求2所述的微继电器，其中

所述磁轭(10)的暴露表面和所述永磁体的表面以树脂涂覆。

7.如权利要求6所述的微继电器，其中

所述一对脚片(10b)的顶端面和所述永磁体的顶端面被抛光从而去除树脂涂层，所述一对脚片(10b)的顶端面和所述永磁体的该顶端面处于相同平面。

8.如权利要求2所述的微继电器，其中

每个所述脚片(10b)的横截面积比所述横向构件(10a)的大。

9.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述存储凹部盖(41b)由硅层制成，该硅层通过从包括硅衬底和形成在该硅衬底的绝缘层上的薄膜硅层的SOI衬底选择性地去除该硅衬底和该绝缘层形成。

10.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述盖子(7)紧密结合于所述框架(50)从而形成由所述框架(50)围绕并封闭在所述底基板(3)与所述盖子(7)之间的封闭空间，

所述底基板(3)具有从该底基板(3)的该一个表面延伸至它的背表面的固定触点通孔(32)、形成在该底基板(3)的背表面上的固定触点电极(35)、形成在所述固定触点通孔(32)的内表面上用于所述固定触点与所述固定触点电极之间的电连接的固定触点导电层、以及设置在所述底基板(3)的该一个表面上从而封闭所述固定触点通孔的薄膜通孔盖(34)。

11.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述盖子(7)紧密结合于所述框架(50)从而形成由所述框架(50)围绕并封闭在所述底基板(3)与所述盖子(7)之间的封闭空间，

所述底基板(3)具有从该底基板(3)的该一个表面延伸至它的背表面的固定触点通孔、形成在该底基板(3)的背表面上的固定触点电极、形成在所述固定触点通孔(32)的内表面上用于所述固定触点与所述固定触点电极(35)之间的电连接的固定触点导电层、以及埋在该通孔中从而封闭该通孔的金属材料(43)。

12.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述盖子(7)紧密结合于所述框架(50)从而形成由所述框架(50)围绕并封闭在所述底基板(3)与所述盖子(7)之间的封闭空间，

所述底基板(3)具有从该底基板(3)的该一个表面延伸至其背表面的接地通孔(37)、形成在该底基板(3)的背表面上用于接地的接地电极(39)，

形成在所述接地通孔(37)的内表面上用于所述接地电极(39)与所述接地线(40)之间的电连接的接地导电层、以及用于封闭所述接地通孔的接地通孔封闭装置(38)。

13.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述底基板(3)在该底基板(3)的纵向方向上的每端分别具有一对固定触点，

该两对固定触点中的一对固定触点(30，31)接地，

所述电枢(51)具有两个活动触点(53)，每个活动触点对应于一对固定触点，

所述活动触点通过导电线路彼此电连接。

14.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述活动触点基座(52)经压簧片(55)由所述活动板(51a)支撑，

所述框架(50)、所述活动板(51a)、所述活动触点基座(52)、所述支撑簧片(54)、以及所述压簧片(55)由一个半导体衬底形成。

15.如权利要求14所述的微继电器，其中

所述活动板(51a)在面对所述底基板(3)的表面上在该活动板(51a)的纵向中心处具有支撑突起(58)，

所述支撑突起(58)的顶点与所述底基板(3)接触从而允许所述活动板(51a)绕所述顶点进行枢转运动，

所述活动板(51a)在面对所述底基板(3)的该表面上在纵向方向上的两端处还具有阻挡突起(59)，

每个所述阻挡突起(59)的顶点与所述底基板(3)接触，从而在所述活动板(51a)进行枢转运动时限制该活动板(51a)的枢转运动。

16.如权利要求15所述的微继电器，其中

所述支撑突起(58)的顶点和每个所述阻挡突起(59)的顶点在相同的平面内。

17.如权利要求15所述的微继电器，其中

所述支撑突起(58)的顶点、每个所述阻挡突起(59)的顶点、以及所述活动触点基座(52)的顶点在相同的平面内。

18.如权利要求15所述的微继电器，其中

从所述支撑突起(58)到所述活动触点基座(52)的距离比从所述支撑突起(58)到所述电枢的面对磁轭(10)的脚片的部分的距离大。

19.如权利要求15所述的微继电器，其中

从所述支撑突起(58)到所述活动触点基座(52)的距离比从所述支撑突起(58)到每个所述阻挡突起(59)的距离大。

20.如权利要求14所述的微继电器，其中

所述压簧片(55)具有弯折的弯折部分。

21.如权利要求1所述的微继电器，其中

所述活动板(51a)由半导体衬底制成并具有从上表面延伸至下表面的孔(63)，

所述磁性材料(51b)设置在所述活动板(51a)的一个表面上使得其封闭所述活动板(51a)的所述孔的一端，

所述电枢块(5)还具有第二磁性材料或金属部件，所述第二磁性材料或所述金属部件设置在所述活动板(51a)的另一表面上使得其封闭所述活动板(51a)的所述孔的另一端，

所述磁性材料和所述第二磁性材料、或所述磁性材料和所述金属部件通过激光焊接而在所述活动板(51a)的所述孔内彼此接合，

所述活动板(51a)夹在所述磁性材料与所述第二磁性材料之间或所述磁性材料与所述金属部件之间。

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