JP2000311572A - 静電リレー - Google Patents
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Abstract
で動作する上、接点間の転移やバウンスの発生を抑制可
能な静電リレーを提供する。 【解決手段】 固定基板1にキャップ部材3を設けるこ
とにより内部空間を封止する。そして、内部空間の内圧
を、大気圧よりも小さく、かつ、電子の平均自由行程が
接点間距離よりも短くなる値とする。
Description
動電極を駆動して接点を開閉する静電リレーに関するも
のである。
に示すものがある(特開平4―58428号公報等参
照)。この静電リレーは、ベース200、固定電極ブロ
ック201、可動電極ブロック202及びケース203
からなる。ベース200の上面には凹所204が形成さ
れている。固定電極ブロック201は、この凹所204
に配設され、固定電極部205と固定接点206とを有
する。可動電極ブロック202は、可動電極部207
と、その両側に配設され、先端下面に可動接点を備えた
可動接点部208とを有する。ケース203は、前記ベ
ース200に一体化され、内部空間に前記固定電極ブロ
ック201及び可動電極ブロック202を封止する。内
部空間は、真空引き(例えば、10‐ 3Torr)又は
高圧の不活性ガスを封入されている。
静電リレーは小型化するに従って接点間距離も小さくな
る。例えば、一辺2mm程度まで小型化した場合、接点
間距離は約10μmとなる。このため、真空引きする
と、次式で示される電子の平均自由工程λeが無視でき
なくなる。
に、真空度(Vacuum)と電子の平均自由工程λeとの間
には、図6に示す関係が成立する。このため、真空引き
により、電子の平均自由工程λeが長くなって接点間距
離を超えると、接点間で電子の転移が発生しやすくな
り、絶縁性が阻害される。また、真空状態であれば、可
動電極部がバウンスしやすくなる。
の粘性の影響が無視できなくなる。一般に、リレーの動
作速度は、図7に示すように、駆動電圧に対する信号電
圧の遅延時間(ton又はtoff)で表されるが、図8に
示すように、内圧(Pressure)を高圧にすればする程、
不活性ガスの粘性が大きく影響し、応答性が悪化する。
可動電極部207の剛性を高めることも考えられる。し
かし、剛性を高めた可動電極部207を固定電極部20
5に吸引するためには、大きな駆動電圧が必要となり好
ましくない。また、可動電極部207自身も厚肉に形成
する必要が生じ、大型化が避けられない。
に優れ、低い駆動電圧で動作する上、接点間の転移やバ
ウンスの発生を抑制可能な静電リレーを提供することを
課題とする。
決するための手段として、固定電極を有する固定基板
に、可動電極を有する可動基板を対向配設し、両電極間
に電圧を印加して静電引力を発生させることにより可動
基板を駆動し、該可動基板に設けた可動接点を、前記固
定基板に設けた固定接点に閉成するようにした静電リレ
ーにおいて、前記固定基板にキャップ部材を設けること
により封止した内部空間の内圧を、大気圧よりも小さ
く、かつ、電子の平均自由行程が接点間距離よりも短く
なる値としたものである。
も小さいが、電子の平均自由行程が接点間距離に及ばな
いような減圧状態に維持される。したがって、接点間で
の電子の転移が抑制され、所望の絶縁性が確保される。
また、可動電極の駆動に適度な抵抗が与えられ、バウン
スが発生することもなく、スムーズに動作する。
密封止すると共に、接点間距離が10μm以下、内圧が
27〜500Torrとすればよい。なお、不活性ガス
としては、電離電圧の高いHe(ヘリウム)を使用する
のが好ましい。
付図面に従つて説明する。
レーを示す。この静電リレーは,固定基板1、可動基板
2及びキャップ部材3から構成されるもので、一辺2m
mの非常に小型の矩形状に形成されている。
ガラス基板4の上面に、スパッタリング、蒸着、メッ
キ、スクリーン印刷等により信号線5a,5b、固定電
極6及びパッド7a,7b,7c,7dを形成したもの
である。信号線5a,5bは所定間隔で並設され、その
一端部は固定接点8a,8b、他端部はパッド7a,7
bとなっている。固定電極6は、前記両信号線5a,5
bを囲むように配設され、前記パッド7cに接続されて
いる。また、固定電極6の表面は絶縁膜9によって被覆
されている。なお、パッド7dは、後述する可動電極1
2に電気接続されている。また、各パッド7a,7b,
7c,7dには図示しない引出線が接続されている。
シリコン基板から形成され、アンカ10、第一薄板梁部
11及び可動電極12を有する。アンカ10は、前記固
定基板1の上面周囲部に立設される一部切欠枠形のもの
である。第一薄板梁部11は、アンカ10の上面内縁部
からアンカ10に沿って4箇所から側方に延在する。可
動電極12は、前記第一薄板梁部11に弾性支持されて
いる。可動電極12の中央には、スリット13a,13
bにより第二薄板梁部14(図2(a))が形成され、
その下面中央には絶縁膜15(図2(b))を介して可
動接点16が設けられている。可動接点16は前記固定
接点8a,8bに接離可能に対向している。本実施形態
では、接点間距離を10μmに設定してある。
に、その下面に矩形状の凹所17を設け、前記固定基板
1に接合させることにより、可動基板2を収容する内部
空間を気密状態に封止する。
ーの製造方法を説明する。
ガラス基板4に、図3(b)に示すように固定電極6、
固定接点8a,8bを形成する。また同時に、信号線5
a,5b、及び、接続パッド7a,7b,7c,7dを
それぞれ形成する。そして、前記固定電極6に絶縁膜9
を形成することにより、図3(c)に示す固定基板1を
完成する。
のシリコン酸化膜あるいは比誘電率7〜8のシリコン窒
化膜を用いれば、大きな静電引力が得られ、接触荷重を
増加させることができる。
らシリコン層101,酸化シリコン層102及びシリコ
ン層103からなるS01ウエハ100を準備する。そ
して、前記シリコンウェハ100の下面に、接点間ギャ
ップを形成するため、例えば、シリコン酸化膜をマスク
とするTMAHによるウエットエッチングを行い、図3
(e)に示すように、下方側に突出するアンカ10を形
成する。そして、図3(f)に示すように、絶縁膜15
を設けた後、可動接点16を形成する。
定基板1に前記SOIウエハ↓00を陽極接合で接合一
体化する。そして、図3(h)に示すように、SOIウ
エハ100の上面をTMAH,KOH等のアルカリエツ
チング液で酸化膜である酸化シリコン層102までシン
ニングする。さらに、フツ素系エッチング液で前記酸化
シリコン層102を除去して、図3(i)に示すように
シリコン層103すなわち可動電極12を露出させる。
そして、反応性イオンエッチング法(RIE)等を用い
たドライエッチングで型抜きエッチングを行い、切欠部
及びスリット13a,13b(図2参照)を形成して第
一,第二薄板梁部11,14(図2参照)を切り出し、
可動基板2を完成する。
ず、少なくとも上面を絶縁膜9で被覆した単結晶シリコ
ン基板で形成してもよい。
極接合して一体化することにより、可動基板2を封止す
る。なお、信号線5a,5b等の導電部との間では陽極
接合できないため、ガラスフリット等の低融点ガラスを
介在させる。
であり、接点間距離が10μmに過ぎない。したがっ
て、内部空間を減圧しなければ、可動電極12の動作が
気体の粘性により妨げられ、応答性が悪くなる。この場
合、内部空間を真空状態とすれば、接点間で電子の転移
が起こりやすくなり、又、可動電極12のバウンスも発
生する。電子の転移は、前記(数1)で示される電子の
平均自由行程λeが接点間距離を超える場合に発生す
る。また、可動電極12のバウンスは、内圧が約0.7
5Torr(1HPa)以下で発生する。
は、不活性ガスの雰囲気中で、かつ、減圧状態で行う。
不活性ガスとしては、ヘリウム(He)ガスを使用し、
その圧力を27〜500Torrに維持する。Heを使
用したのは、電離電圧が高いため、電子の転移防止に有
効だからである。但し、アルゴン(Ar)ガス等の他の
不活性ガスの使用も可能である。また、維持する圧力を
27〜500Torrとしたのは、前記(数1)で示す
ように、電子の平均自由行程λeが10μmの接点間距
離を超えないようにすると共に、可動電極12のバウン
スの発生を防止するためである。
をシリコンウェハ単体で形成すると共に、左右点対称,
断面線対称となるように形成されているため、可動電極
12に反りや握りが生じにくい。したがって、動作不
能,動作特性のバラツキを効果的に防止できると共に、
円滑な動作特性を確保可能となる。
ーの動作を図4に示す模式図を参照して説明する。
圧を印加していない場合、図2(b)及び図4(a)に
示すように、固定電極6と可動電極12とは平行状態を
維持し、可動接点16が固定接点8a,8bから開離し
ている。この場合、接点間距離は10μmに過ぎない
が、不活性ガスの存在、及び、電子の平均自由行程が接
点間距離を越えないように設定した内圧により、接点間
で電子が転移することはない。したがって、接点開放時
に所望の絶縁性を確保して安定した状態に維持すること
が可能となる。
圧が印加されると、図4(b)に示すように、電極6,
12間に生じた静電引力によって可動電極12が固定電
極6に吸引される。このため、第一薄板梁部11が撓
み、可動電極12が固定電極6に接近する。この結果、
間隙が狭まるので、可動電極12が固定電極6により一
層強い静電引力で吸引され、可動接点16が固定接点8
a,8bに当接する。このとき、内圧は減圧されている
ので、可動電極12がスムーズに動作する。
した後、図4(c)に示すように第一薄板梁部11に加
えて第二薄板梁部14が撓み、可動電極12が固定電極
6に吸着される。可動接点16は、その周囲の可動電極
12が固定電極6に吸着されることにより、第二薄板梁
部14を介して固定接点8a,8bに押し付けられる。
このため、片当たりが発生せず、良好な接触信頼性が得
られる。
が可動電極12を上方に引張る力をFs1,Fs2、絶
縁膜9を介した可動電極12と固定電極6との間の静電
引力をFe、絶縁膜9の表面からの抗力をFnとすると
次の関係がある。
バネ係数、可動電極12と固定電極6との初期ギャッ
プ、接点の厚み等を調整することによりFn、Fs1を
小さくし、Fs2、すなわち接触荷重の(理想モデルか
らの)低下を抑えることが可能である。
と、第二薄板梁部14及び第一薄板梁部11の弾性力に
より、可動電極12が固定電極6から離れる。次いで、
第一薄板梁部11の弾性力だけで可動接点16が固定接
点8a,8bから開離し、可動電極12が元の状態に復
帰する。
した静電リレーについて試作を行った。
10mA(24V,100Hz駆動)で、接点の開閉回
数は106回を超えるものとなった。また、このときの
遅延時間は、0.5msec以下であった。なお、内圧
を大気圧とした場合の遅延時間は2〜3msecであっ
た。
に係る静電リレーによれば、内部空間の内圧を、大気圧
よりも小さく、かつ、電子の平均自由行程が接点間距離
よりも短くなる値としたので、接点間での電子の転移が
なく、可動電極がスムーズに動作し、応答性のより良好
な状態を得ることが可能となる。
る。
を示す平面図(a)及びその断面図(b)である。
面図である。
である。
ラフ図である。
である。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 固定電極を有する固定基板に、可動電極
を有する可動基板を対向配設し、両電極間に電圧を印加
して静電引力を発生させることにより可動基板を駆動
し、該可動基板に設けた可動接点を、前記固定基板に設
けた固定接点に閉成するようにした静電リレーにおい
て、 前記固定基板にキャップ部材を設けることにより封止し
た内部空間の内圧を大気庄よりも小さく、かつ、電子の
平均自由行程が接点間距離よりも短くなる値としたこと
を特徴とする静電リレー。 - 【請求項2】 前記内部空間に不活性ガスを気密封止す
ると共に、接点間距離が10μm以下、内圧が27〜5
00Torrとしたことを特徴とする請求項1に記載の
静電リレー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11975499A JP2000311572A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 静電リレー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11975499A JP2000311572A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 静電リレー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000311572A true JP2000311572A (ja) | 2000-11-07 |
Family
ID=14769343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11975499A Pending JP2000311572A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 静電リレー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000311572A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-04-27 JP JP11975499A patent/JP2000311572A/ja active Pending
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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