JP2001023497A - 静電マイクロリレー - Google Patents

静電マイクロリレー

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JP2001023497A
JP2001023497A JP11194448A JP19444899A JP2001023497A JP 2001023497 A JP2001023497 A JP 2001023497A JP 11194448 A JP11194448 A JP 11194448A JP 19444899 A JP19444899 A JP 19444899A JP 2001023497 A JP2001023497 A JP 2001023497A
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JP
Japan
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electrode
movable electrode
movable
base board
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JP11194448A
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English (en)
Inventor
Yoshiyuki Furumura
由幸 古村
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.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次側配線と可動電極との間に発生する静電
引力を遮蔽し、静電引力による可動電極の誤動作を防止
できる静電マイクロリレーを提供することにある。 【解決手段】 可動電極23に対向する固定接点25の
プリント配線14a,15aに、絶縁膜16aを介して
少なくとも一層の導電性薄膜16を積層した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電引力で可動電
極を駆動し、接点を開閉するマイクロリレーに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、静電マイクロリレーとしては、
例えば、図8ないし図11に示すものが考えられ、出願
中である。すなわち、対向する固定電極16および可動
電極23間に電圧を印加すると、両者間に生じた静電引
力で固定電極16が絶縁膜24を介して可動電極23を
吸引する。そして、固定基板10の上面に設けた一対の
固定接点12,13に、前記可動電極23の対向面に設
けた可動接点25を接触させ、電気回路を閉成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
成の静電マイクロリレーでは、固定電極16と可動電極
23との間の一次側駆動電圧によって静電引力が生じる
だけでなく、固定接点12,13の引き出し線であるプ
リント配線14a,15aと、可動電極23との間の二
次側駆動電圧によっても静電引力が生じる。そして、こ
の二次側駆動電圧による静電引力が大きいと、可動電極
23が誤動作し、電気回路が常時閉成状態になるという
問題点がある。
【0004】本発明は、前記問題点に鑑み、引き出し線
であるプリント配線と可動電極との間に発生する静電引
力を遮蔽し、可動電極の誤動作を防止する静電マイクロ
リレーを提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる静電マイ
クロリレーは、前記課題を解決するための手段として、
固定基板に設けた固定電極と可動基板に設けた可動電極
とを対向配設し、前記固定電極と可動電極との間に電圧
を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、こ
の可動電極の対向面に設けた可動接点を前記固定接点に
接離し、電気的に開閉する静電マイクロリレーにおい
て、前記可動電極に対向する前記固定接点の二次側配線
の少なくとも一部に、絶縁膜を介して少なくとも一層の
導電性薄膜を積層した構成としてある。
【0006】この構成により、可動電極と二次側配線と
の間に位置する導電性薄膜が、両者を遮蔽することにな
る。
【0007】さらに、前記導電性薄膜は、前記固定電
極、あるいは、前記可動電極に接続してもよい。また、
前記導電性薄膜は、浮遊電極であってもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態を図
1ないし図7の添付図面に従って説明する。
【0009】図1ないし図5は、本発明の第1実施形態
に係る静電マイクロリレーを示す。この静電マイクロリ
レーは、ガラス基板11からなる固定基板10の上面に
可動基板20を対向させて一体化したものである。
【0010】前記固定基板10には、ガラス基板11の
上面に一対の固定接点12,13を並設してある。この
固定接点12,13は、プリント配線14a,15aを
介し、前記ガラス基板11の上面縁部に設けた接続パッ
ド14,15にそれぞれ接続されている。さらに、前記
ガラス基板11の上面には、略方形の固定電極23が形
成されている。この固定電極16は、その中央部に方形
の開口部を設け、前記固定接点12,13を露出させて
いるとともに、絶縁膜16a(図1)を介して前記プリ
ント配線14a,15aに積層されている。
【0011】前記可動基板20は、前記固定基板10の
上面縁部に立設可能な枠形のアンカ21と、このアンカ
21の内側縁部から側方に延在する4本の薄板梁部22
に支持された可動電極23とからなるものである。そし
て、前記薄板梁部22の下面に絶縁膜24が形成されて
いる。さらに、前記可動電極23の下面中央に絶縁膜2
4を介して可動接点25が形成されている。
【0012】前記アンカ21は、図3に示すように、そ
の一辺の下面に、固定基板10の上面に設けた後述する
プリント配線17aとの重なりを避けるための切り欠き
部21a、および、プリント配線14a,15aとの重
なりを避けるための切り欠き部21bが設けられてい
る。さらに、後述するプリント配線18aに接続するた
めの接続部21cを形成してある。
【0013】次に、前記構成からなる静電マイクロリレ
ーの製造方法を説明する。まず、図5(a)に示すパイ
レックス等のガラス基板11にスパッタリングを行い、
1000/30000ÅのCr/Auの薄膜を形成す
る。そして、写真工程およびメタルエッチングを行うこ
とにより、図5(b)に示すように一対の固定接点1
2,13、接続パッド14,15、および、プリント配
線14a,15aをそれぞれ形成する。そして、100
0Åの酸化膜をスパッタリングし、絶縁膜16aをパタ
ーニングする。さらに、1000ÅのCr薄膜をスパッ
タリングし、固定電極16(浮遊電極を含む)をメタル
エッチングで形成する。これによりに、絶縁膜16a、
固定電極16を形成できるととともに、接続パッド1
7,18、プリント配線17a,18aをそれぞれ形成
でき、図5(c)に示す固定基板10が完成する。
【0014】なお、前記絶縁膜16aとして比誘電率3
〜4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。
【0015】一方、図5(d)に示すように、上面側か
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SOIウエハ100の下面に、接点
間ギャップを形成するため、例えば、1000Åの熱酸
化膜を形成する。そして、この熱酸化膜にパターンニン
グを行い、シリコンエッチングのマスクとする。つい
で、このマスクを利用し、温度70℃のTMAHによる
異方性エッチングで5.0μmのキャビティを形成し、
図5(e)に示すように、下方側に突出するアンカ2
1、切り欠き部21a,21bを形成する。この際、異
方性エッチングを2段階で実施し、3.0μmのキャビ
ティーからなる接続部21cを形成する。その後、前記
熱酸化膜をフッ酸で全面除去する。そして、1000Å
の窒化膜を形成し、写真工程を経て前記窒化膜をエッチ
ングし、絶縁膜24を形成する。さらに、スパッタリン
グで1000/10000ÅのCr/Au薄膜を形成
し、写真工程でメタルエッチングを行い、可動接点25
を形成する(図5(f))。
【0016】次いで、図5(g)に示すように、前記固
定基板10に前記SOIウエハ100を温度400℃、
電圧400V、処理時間30分の陽極接合で接合一体化
する。そして、図5(h)に示すように、SOIウエハ
100の上面をTMAH,KOH等のアルカリエッチン
グ液で酸化シリコン層102までエッチングして薄くす
る。さらに、フッ素系エッチング液で前記酸化シリコン
層102を除去して、シリコン層103、すなわち、可
動電極23を露出させる。そして、写真工程でレジスト
マスクを形成し、ドライエッチングで可動電極23およ
び薄板梁部22を型抜きすると同時に、ワイヤボンディ
ングパッド14,15,17,18上のシリコンを除去
する(図5(i))。そして、マスクとして用いたレジ
ストを酸素アッシングで除去する。最後に、得られたウ
ェハをダイシングすることにより、本発明に係る静電マ
イクロリレーが完成する。
【0017】なお、固定基板10はガラス基板11に限
らず、少なくとも上面を絶縁膜で被覆した単結晶シリコ
ン基板で形成してもよい。
【0018】前記実施形態では、可動基板20全体をシ
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。このため、可動電
極25に反りや捩りが生じにくい。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。
【0019】次に、前記構成からなる静電マイクロリレ
ーの動作を説明する。まず、固定電極16および可動電
極23間に電圧を印加していない場合、図1に示すよう
に、固定電極16と可動電極23とは平行状態を維持
し、可動接点25は固定接点12,13から開離してい
る。
【0020】次に、可動電極16および固定電極23間
に電圧を印加すると、電極16,23間に生じた静電引
力により、可動電極23が固定電極16に吸引される。
このため、薄板梁部22が撓み、可動電極23が固定電
極16に接近する。この結果、間隙が狭まるので、可動
電極23が固定電極16により一層強い静電引力で吸引
される。そして、可動接点25が固定接点12,13に
当接した後、可動電極23が絶縁膜24を介して固定電
極16に吸着する。このため、可動接点25が固定接点
12,13に押し付けられ、所望の接点圧が得られる。
【0021】そして、前述の電圧の印加を停止すると、
薄板梁部22のバネ力により、可動電極23が固定電極
16から離れ、可動接点25が固定接点12,13から
開離した後、可動電極23が元の状態に復帰する。
【0022】本実施形態によれば、絶縁膜16aの上方
に位置する固定電極16の一部が、残る他の固定電極1
6と導通し、固定電極として機能するので、先行例より
も大きな静電引力が得られるという利点がある。
【0023】第2実施形態は、図6に示すように、プリ
ント配線14a,15aの上面に、絶縁膜(図示せず)
を介し、固定電極16と別体の導電性薄膜からなる浮遊
電極19を設けた場合である。前記浮遊電極19は電気
的に全く独立している。このため、容量カップリングを
無くすことができ、高周波特性が向上するという利点が
ある。他は前述の第1実施形態と同様であるので,説明
を省略する。
【0024】第3実施形態は、図7に示すように、プリ
ント配線14a,15aの上面全体を、絶縁膜(図示せ
ず)を介し、導電性薄膜からなる浮遊電極19で被覆し
た場合である。この浮遊電極19は、プリント配線19
a,18aを介して接続パッド18に接続されている。
このため、浮遊電極19は可動電極23と同電位とな
り、プリント配線14a,15aと可動電極23との間
における静電引力の発生を防止する。この結果、2次側
駆動電圧が大きくなっても、可動電極23の誤動作を確
実に防止できるという利点がある。
【0025】また、前記実施形態では、可動基板を4本
の第1薄板梁部で支持するようにしたが、3本あるいは
2本の第1薄板梁部で支持するようにしてもよい。これ
により、面積効率の良い静電マイクロリレーを得ること
が可能となる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項1に係る静電マイクロリレーによれば、二次側
配線と可動電極との間に絶縁膜を介して導電性薄膜を形
成し、両者を遮蔽している。このため、二次側駆動電圧
による静電引力を抑制でき、可動電極の誤動作を防止で
きる。
【0027】請求項2によれば、前記導電性薄膜を固定
電極に接続してあるので、固定電極と可動電極との対向
面積が増大する。このため、より大きな静電引力が得ら
れ、駆動電圧を低減できる。
【0028】請求項3によれば、可動電極と固定電極と
を、浮遊電極である導電性薄膜で完全に分離してある。
このため、両者間の容量カップリングを無くすことがで
き、高周波特性が向上する。
【0029】請求項4によれば、二次側配線上に設けた
導電性薄膜を可動電極に電気接続して同電位としてあ
る。このため、二次側駆動電圧による静電引力を完全に
無くすことができ、誤動作を防止できるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る静電マイクロリ
レーの断面図である。
【図2】 本発明の第1実施形態に係る静電マイクロリ
レーの平面図である。
【図3】 図2に示した可動基板の底面図である。
【図4】 図2に示した固定基板の平面図である。
【図5】 本実施形態にかかる静電マイクロリレーの製
造工程を説明するための工程図である。
【図6】 本発明の第2実施形態にかかる固定基板の平
面図である。
【図7】 本発明の第3実施形態にかかる固定基板の平
面図である。
【図8】 先行例に係る静電マイクロリレーの断面図で
ある。
【図9】 先行例に係る静電マイクロリレーの平面図で
ある。
【図10】 図9に示した可動基板の底面図である。
【図11】 図9に示した固定基板の平面図である。
【符号の説明】
10…固定基板 11…ガラス基板 12,13…固定接点 14,15,17,18…接続パッド 14a,15a,17a,18a…プリント配線(二次
側配線) 16…固定電極 16a…絶縁膜 19…浮遊電極 20…可動基板 21…アンカ 21a,21b…切り欠き部 21c…接続部 22…薄板梁部 23…可動電極 24…絶縁膜 25…可動接点

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定基板に設けた固定電極と可動基板に
    設けた可動電極とを対向配設し、前記固定電極と可動電
    極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電
    極を駆動し、この可動電極の対向面に設けた可動接点を
    前記固定接点に接離し、電気的に開閉する静電マイクロ
    リレーにおいて、 前記可動電極に対向する前記固定接点の二次側配線の少
    なくとも一部に、絶縁膜を介して少なくとも一層の導電
    性薄膜を積層したことを特徴とする静電マイクロリレ
    ー。
  2. 【請求項2】 前記導電性薄膜を、前記固定電極に電気
    接続したことを特徴とする請求項1に記載の静電マイク
    ロリレー。
  3. 【請求項3】 前記導電性薄膜を、浮遊電極としたこと
    を特徴とする請求項1に記載の静電マイクロリレー。
  4. 【請求項4】 前記導電性薄膜を、前記可動電極に電気
    接続したことを特徴とする請求項1に記載の静電マイク
    ロリレー。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004024618A1 (ja) * 2002-09-13 2004-03-25 Advantest Corporation マイクロデバイス及び製造方法
US7477003B2 (en) 2004-09-01 2009-01-13 Advantest Corporation Bimorph element, bimorph switch, mirror element, and method for manufacturing these
US7554136B2 (en) 2002-09-13 2009-06-30 Advantest Corporation Micro-switch device and method for manufacturing the same
US7671397B2 (en) 2005-05-10 2010-03-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Switching element

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