JP2003178663A

JP2003178663A - マトリックスリレー

Info

Publication number: JP2003178663A
Application number: JP2002238566A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sakata; 稔坂田; Takuya Nakajima; 卓哉中島; Tomonori Seki; 知範積; Teruhiko Fujiwara; 照彦藤原
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2003-06-27
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JP3815405B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超小型で組立が容易なマトリックスリレーを
提供することにある。【解決手段】単結晶からなる薄板状基材１２５に圧電
素子１２８を設け、かつ、片面に可動接点１３０を設け
た第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２
３，１２４を絶縁状態で並設するとともに、その両端を
ベース１１０にそれぞれ固定支持し、前記圧電素子１２
８を介して前記可動片１２１，１２２，１２３，１２４
を個々に湾曲させることにより、前記可動接点１３０
を、前記ベース１１０の上方に位置するカバー１４０の
天井面に形成した固定接点１４５，１４６に接離させて
複数の電気回路を開閉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマトリックスリレ
ー、特に、単結晶の薄板状基材からなる可動片を湾曲さ
せて接点を開閉するマトリックスリレーに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、マ
トリックスリレーとしては、例えば、特開平７−２９４
７３号公報に記載のものがある。

【０００３】すなわち、固定接点コアにソレノイドを捲
装した所要数の電磁石からなる電磁石列で、帯板に設け
た可動ばね接点を駆動することにより、接点を開閉する
ものである。

【０００４】しかしながら、前述のマトリックスリレー
は、固定接点コアにソレノイドを捲装した電磁石を構成
部品とするので、装置の小型化、特に、薄型化に限界が
ある。また、構成部品の大部分が偏平でなく、一方向か
ら積み重ねることができないので、組立に手間がかか
り、生産性が低いという問題点がある。

【０００５】本発明は、前記問題点に鑑み、超小型で組
立が容易なマトリックスリレーを提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるマトリッ
クスリレーは、前記目的を達成するため、単結晶からな
る薄板状基材に駆動手段を設け、かつ、片面に可動接点
を設けた複数の可動片を絶縁状態で並設するとともに、
その両端をベースにそれぞれ固定支持し、前記駆動手段
を介して前記可動片を個々に湾曲させることにより、前
記可動接点を、前記ベースの上方に位置するカバーの天
井面に形成した固定接点に接離させて複数の電気回路を
開閉する構成としてある。

【０００７】前記駆動手段は、前記薄板状基材の片面に
積層した圧電素子であってもよく、また、前記薄板状基
材の片面に形成したヒータ層であってもよい。さらに、
前記駆動手段は、前記薄板状基材の片面に形成したヒー
タ層と、このヒータ層に絶縁膜を介して金属材を積層し
て形成した駆動層とからなるものであってもよい。

【０００８】本願発明によれば、単結晶の薄板状基材か
らなる可動片を湾曲させて接点を開閉できるので、装置
の小型化が容易である。また、前記可動片の慣性力が小
さいので、疲労破壊じ生じにくくなり、寿命が伸びる。
さらに、前記可動片は、その両端を固定支持してあるの
で、外部振動等の影響を受けにくく、安定した動作特性
を有するマトリックスリレーが得られる。特に、駆動手
段に金属材からなる駆動層を設けてあるので、動作特性
が俊敏になり、応答特性が向上する。

【０００９】また、前記駆動手段は、前記カバーに設け
たスルーホールを介し、前記カバーの表面において電気
接続可能としてもよい。また、前記固定接点は、前記カ
バーに設けたスルーホールを介し、前記カバーの表面に
おいて電気接続可能としてもよい。本実施形態によれ
ば、内部構成部品の電気接続をカバーの表面で行うこと
ができ、接続作業が容易になる。

【００１０】また、前記カバーの表面に露出するスルー
ホールの上端部を、前記カバーの表面に形成したプリン
ト配線を介し、前記カバーの表面に設けた接続パッドに
電気接続しておいてもよい。本実施形態によれば、カバ
ーの表面に設けた接続パッドを介して所望の位置で外部
機器に接続できるので、便利であるという効果がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる実施形態を
図１ないし図４７の添付図面に従って説明する。第１実
施形態にかかるマイクロリレーは、図１に示すように、
上面に可動片２０の両端を固定支持した可動接点ブロッ
ク１０と、この可動接点ブロック１０に陽極接合された
固定接点ブロック３０とで形成されている。そして、前
記可動片２０の上面に設けた可動接点２５は、前記固定
接点ブロック３０の天井面に形成した一対の固定接点３
８，３９に接離可能に対向している。

【００１２】すなわち、図２Ａないし図２Ｃに示すよう
に、前記可動接点ブロック１０を構成するベース１１
は、シリコン，ガラス等のウエハからなるものである。

【００１３】前記可動片２０は、シリコン等の単結晶か
らなる薄板状基材２１の上面に、絶縁膜を介し、厚さ方
向に湾曲させるための駆動手段を一体に設けたものであ
る。そして、この駆動手段は、圧電素子２４の表裏面に
駆動用下部電極，上部電極２２，２３を積層して構成さ
れている。

【００１４】前記固定接点ブロック３０は、ガラス，シ
リコン等のウエハ３１からなるもので、入出力用スルー
ホール３２，３５および駆動用スルーホール３３，３４
が形成されている。

【００１５】前記入出力用スルーホール３２，３５は、
ウエハ３１の下面に形成されたプリント配線３６，３７
を介して固定接点３８，３９にそれぞれ電気接続されて
いる。さらに、前記入出力用スルーホール３２，３５
は、プリント配線３６，３７との接続信頼性を高めるた
め、その下端部に導電材からなる接続パッド３２ａ（図
示せず），３５ａを設けてある。

【００１６】一方、駆動用スルーホール３３，３４は、
その下端部に導電材からなる接続パッド３３ａ，３４ａ
を設けることにより、前記駆動用下部，上部電極２２，
２３にそれぞれ接続可能としてある。

【００１７】本実施形態によれば、スルーホール３２な
いし３５を介し、接続ポイントが同一平面上に揃ってい
るので、接続が容易なるという利点がある。

【００１８】次に、前述のマイクロリレーの製造方法に
ついて説明する。本実施形態では、図２Ａないし図２Ｃ
に示すように、可動接点ブロック１０と、固定接点ブロ
ック３０とを別工程で製造した後、両者を陽極接合で一
体化して組み立てる方法を採用している。なお、説明の
便宜上、図３Ａないし図１０Ｃにおいては、重要な部分
のみを示す部分断面図とした。

【００１９】まず、可動接点ブロック１０は、図３Ａな
いし図３Ｅに示すように、ベース１１となる厚さ４００
μｍ，結晶方位１００の第１シリコンウエハ１１ａの表
裏面に、後述するＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモ
ニウム）エッチングのマスク材となる熱酸化膜（therma
l SiO２）を形成する。そして、レジスト（resist）を
塗布し、フォトリソグラフィによってＴＭＡＨエッチン
グするためのパターンを形成する。ついで、熱酸化膜を
エッチングした後、レジストを除去する。

【００２０】つぎに、図４Ａないし図４Ｃに示すよう
に、ＴＭＡＨでシリコンウエハ１１にエッチングを施し
てキャビティ（cavity）を形成した後、その表裏面にマ
スク材となるシリコン窒化膜を積層する。そして、表面
側のシリコン窒化膜および熱酸化膜をドライエッチング
および酸化膜エッチングで除去する。

【００２１】一方、厚さ４００μｍ，結晶方位１００の
シリコンウエハの片面に、厚さ２μｍの高濃度のＢ（ホ
ウ素），Ｇｅ（ゲルマニウム）層をエピタキシャル成長
で形成する。さらに、その表面に２０μｍの通常濃度の
Ｂ層をエピタキシャル成長で形成し、薄板状基材２１を
形成するための第２シリコンウエハ２１ａを得た。そし
て、この第２シリコンウエハ２１ａのＢ層を前記第１シ
リコンウエハ１１ａの上面に載置し、直接接合で一体化
する（図４Ｄ）。

【００２２】そして、図５Ａないし図５Ｄに示すよう
に、第２シリコンウエハ２１ａの表面をＴＭＡＨでエッ
チングしてシンニング（thining）する。これによっ
て、エピタキシャル成長で形成した高濃度のＢ，Ｇｅ層
でエッチングが停止し、エピタキシャル成長で形成した
通常濃度のＢ層が露出し、薄板状基材２１が形成され
る。ついで、露出したＢ層の表面に後述する下部電極２
２の保護膜であるＬＴＯ（低温成長酸化膜）を形成す
る。そして、チタン（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）をスパ
ッタリングで順次積層することにより、下部電極２２を
形成する。さらに、スパッタリングでチタン酸ジルコン
酸鉛等の圧電薄膜（ＰＺＴ）をスパッタリングで形成す
る。

【００２３】ついで、図６Ａないし図６Ｄに示すよう
に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィで圧電薄膜
のパターンを形成する。そして、ＲＩＥ（反応性イオン
エッチング）でエッチングした後、レジストを除去する
ことにより、圧電素子２４が形成される。ついで、ＳＯ
Ｇ（Spin On Glass）塗布によって絶縁膜を形成する。
ＳＯＧを使用するのは、圧電薄膜は加熱されると、その
特性が変化するおそれがあるので、加熱せずに絶縁膜を
形成するためである。そして、レジストを塗布し、フォ
トリソグラフィでパターンを形成する。さらに、絶縁膜
の中央部を除去して圧電素子２４を露出させた後、上部
電極２３となる白金（Pt）薄膜をスパッタリングで蒸着
する。

【００２４】ついで、図７Ａないし図７Ｄに示すよう
に、白金薄膜にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ
によって上部電極２３のパターンを形成する。そして、
不要な白金をエッチングして上部電極２３を形成し、レ
ジストを除去する。さらに、レジストを塗布し、フォト
リソグラフィで上部電極２２，下部電極２３間のＳＯＧ
による絶縁膜をエッチングするためのパターンを形成す
る。

【００２５】ついで、図８Ａないし図８Ｄに示すよう
に、フォトリソグラフィによってＳＯＧによる絶縁膜を
エッチングして除去し、上部電極２２，下部電極２３間
の絶縁膜のパターンを形成した後、フォトレジストを除
去する。そして、上部電極２３と後述する可動接点２５
との間を絶縁する絶縁膜ＳｉＯ_２をスパッタリングまた
はＬＴＯによる方法で形成する。さらに、可動接点材料
ＣｒおよびＡｕをスパッタリングで順次積層する。

【００２６】そして、図９Ａないし図９Ｃに示すよう
に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィによってパ
ターンを形成する。ついで、不要な可動接点材料をエッ
チングすることにより、可動接点２５および接続台部２
６を形成した後、レジストを除去する。

【００２７】さらに、図１０Ａないし図１０Ｃに示すよ
うに、レジストを塗布し、フォトリソグラフィによって
パターンを形成する。そして、絶縁膜を除去して下部電
極２２，上部電極２３の一端を露出させた後、レジスト
を除去することにより、可動片２０を備えた可動接点ブ
ロック１０が完成する。

【００２８】固定接点ブロック３０は、図１１Ａないし
図１１Ｅに示すように、ガラスウエハ３１に出入力用ス
ルーホール３２，３５および駆動用スルーホール３３，
３４を形成する。そして、動作空間を確保するための凹
部３１ａおよび固定接点３８，３９を配置するための凹
部３１ｂを順次形成する。ついで、ガラスウエハ３１の
凹部３１ａ，３１ｂに導電材を蒸着し、フォトリソグラ
フィによって不要な導電材をエッチングしてプリント配
線３６，３７を形成する。さらに、導電材を蒸着し、フ
ォトリソグラフィでエッチングすることにより、固定接
点３８，３９および接続パッド３２ａ（図示せず），３
３ａ，３４ａ，３５ａを形成し、固定接点ブロック３０
が完成する。なお、接続パッド３３ａは、下部電極２２
に電気接続するために肉厚となっている。

【００２９】最後に、図２Ａないし図２Ｃに示すよう
に、可動接点ブロック１０に固定接点ブロック３０を載
置し、陽極接合することにより、組み立てが完了する。

【００３０】本実施形態によれば、可動接点ブロック１
０に設けた接続台部２６に、固定接点ブロック３０に設
けたスルーホール３５の接続パッド３５ａが圧接する。
このため、スルーホール３５と接続パッド３５ａとの接
続が確実となり、接触信頼性が向上するという利点があ
る。なお、スルーホール３２も同様な構造となってい
る。

【００３１】この第１実施形態にかかるマイクロリレー
の動作について説明する。まず、圧電素子２４に電圧が
印加されていない場合、可動片２０は平坦なままであ
り、可動接点２５が一対の固定接点３８，３９から開離
している。

【００３２】ついで、上部電極２２，下部電極２３を介
して圧電素子２４に電圧を印加すると、前記圧電素子２
４が上方に湾曲する。このため、可動片２０が湾曲して
可動接点２５を押し上げ、この可動接点２５が一対の固
定接点３８，３９に接触して電気回路を閉成する。

【００３３】そして、前記圧電素子２４に対する電圧の
印加を解除すると、薄板状基材２１のばね力により、可
動片２０が元の状態復帰し、可動接点２５が固定接点３
８，３９から開離する。

【００３４】なお、前記圧電素子としては、前述のもの
に限らず、電圧を印加すると、厚さ方向に変形し、電圧
の印加を解除しても、その変形状態を維持する形状記憶
圧電素子を利用してもよい。

【００３５】また、前述の実施形態において、駆動を開
始する臨界値近傍の圧縮応力を、シリコン酸化膜，シリ
コン窒化膜等のシリコン化合物膜から得られるように設
計しておけば、小さな入力で大きな変位を得ることがで
きるという利点がある。ただし、シリコン化合物膜を形
成する位置は、薄板状基材の片面に直接形成する場合に
限らず、任意の位置に形成してもよい。

【００３６】第２実施形態は、図１２Ａないし図１９に
示すように、薄板状基材２１の熱膨張率と、その上面に
金属材を積層して形成される駆動層２８の熱膨張率との
差を利用して可動片２０を湾曲させ、接点を開閉する場
合である。したがって、第２実施形態は、第１実施形態
が圧電素子２４の厚さ方向の湾曲を利用して接点を開閉
する点において第１実施形態と異なる。

【００３７】ただし、第２実施形態は、前述の第１実施
形態と同様、可動片２０を両端支持した可動接点ブロッ
ク１０と、固定接点ブロック３０とを陽極接合すること
により、組み立てられる。

【００３８】可動接点ブロック１０を構成するベース１
１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。

【００３９】可動片２０は、薄板状基材２１の表層部内
に形成したヒータ層２７に、絶縁膜を介し、金属材を積
層して駆動層２８を形成し、さらに、絶縁膜を介して可
動接点２５を形成したものである。そして、前記ヒータ
層２７の両端部には接続パッド２７ａ，２７ｂが露出し
ている。

【００４０】固定接点ブロック３０は、前述の第１実施
形態と同様、ガラスウエハ３１に入出力用スルーホール
３２，３５および駆動用スルーホール３３，３４を形成
したものである。そして、前記入出力用スルーホール３
２，３５はプリント配線３６，３７を介して固定接点３
８，３９に電気接続されている。さらに、スルーホール
３２，３３，３４，３５の下端部には、導電材からなる
接続パッド３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａがそれぞれ
形成されている。ただし、接続パッド３２ａ，３５ａは
図示されていない。

【００４１】次に、前述の構造を有するマイクロリレー
の製造方法について説明する。なお、説明の便宜上、図
１３Ａないし図１９には、重要な部分のみを示す部分断
面図とした。さらに、図１３Ａないし図１４Ｄに示すよ
うに、ベース１１に薄板状基材２１を形成するまでの工
程は、前述の第１実施形態と同様であるので、説明を省
略する。

【００４２】したがって、図１５Ａないし図１５Ｄに示
すように、薄板状基材２１にレジストを塗布してフォト
リソグラフィでヒータ層２７となる部分のパターンを形
成する。さらに、露出する薄板状基材２１の表層部内に
Ｂ（ホウ素）イオンを注入する。ついで、フォトレジス
トを除去した後、注入したＢイオンを電気的に活性化し
て電気抵抗を増大させるために加熱する。

【００４３】そして、図１６Ａないし図１６Ｄに示すよ
うに、ヒータ層２７を絶縁するためにＬＴＯ（低温成長
酸化膜）を積層する。さらに、レジストを塗布し、フォ
トリソグラフィによってコンタクトホールのパターンを
形成する。ついで、不要な酸化膜を除去してヒータ層２
７のコンタクトホールを形成した後、レジストを除去す
る。ついで、その表面に駆動層２８および接続部２７
ａ，２７ｂを形成する金属薄膜をスパッタリングで積層
する。

【００４４】さらに、図１７Ａないし図１７Ｄに示すよ
うに、レジストを塗布し、フォトリソグラフィで駆動層
２８および接続部２７ａ，２７ｂを形成するためのパタ
ーンを形成する。そして、不要な金属薄膜をエッチング
で除去して駆動層２８および接続部２７ａ，２７ｂを形
成し、レジストを除去する。ついで、低温成長酸化膜か
らなる絶縁膜およびスパッタリングによる金属薄膜を順
次積層する。

【００４５】ついで、図１８Ａないし図１８Ｄに示すよ
うに、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィで
可動接点２５および接続台部２６のパターンを形成し、
金属薄膜の不要な部分をエッチングで除去した後、レジ
ストを除去する。さらに、フォトレジストを塗布し、フ
ォトリソグラフィでヒータ層２７に接続するためのコン
タクトホールのパターンを形成する。そして、絶縁膜の
パターンニングにより、コンタクトホール上に位置する
絶縁膜を除去し、接続部２７ａ，２７ｂを露出させる。

【００４６】そして、図１９に示すように、フォトレジ
ストを除去することにより、可動片２０を両端支持した
可動接点ブロック１０が完成する。

【００４７】一方、固定接点ブロック３０は、前述の第
１実施形態とほぼ同様に処理して形成されるので、詳細
な説明は省略する。

【００４８】最後に、図１２Ｂに示すように、可動接点
ブロック１０に固定接点ブロック３０を載置し、陽極接
合で接合一体化することにより、組立作業が完了する。

【００４９】本実施形態によれば、可動接点ブロック１
０に設けた接続台部２６に、図示しないスルーホール３
５の下端部に設けた接続パッド３５ａが圧接する。この
ため、スルーホール３５とプリント配線３７との接続が
確実になり、接続信頼性が向上するという利点がある。
なお、スルーホール３３も同様な構造となっている。

【００５０】この第２実施形態の動作について説明す
る。まず、ヒータ層２７に電圧が印加されていない場
合、ヒータ層２７が発熱しない。このため、可動片２０
は平坦なままであり、可動接点２５が一対の固定接点３
８，３９から開離している。

【００５１】ついで、接続部２７ａ，２７ｂを介してヒ
ータ層２７に電圧を印加して加熱すると、前記ヒータ層
２７の発熱によって駆動層２８が加熱され、膨張する。
この駆動層２８は薄板状基材２１よりも熱膨張率が大き
い。このため、可動片２０は上面が凸部となるように湾
曲し、可動接点２５が一対の固定接点３８，３９に接触
して電気回路を閉成する。

【００５２】そして、前記ヒータ層２７に対する電圧の
印加を解除し、発熱を停止すると、駆動層２８が収縮す
る。このため、薄板状基材２１のばね力によって可動片
２０が元の状態に復帰し、可動接点２５が固定接点３
８，３９から開離する。

【００５３】本実施形態によれば、ヒータ層２７の発熱
に基づいて膨張する駆動層２８の熱膨張率は、薄板状基
材２１の熱膨張率よりも極めて大きい。このため、本実
施形態によれば、応答特性がよく、大きな接点圧力が得
られるという利点がある。

【００５４】第３実施形態は、図２０Ａないし図２０Ｃ
に示すように、薄板状基材２１の熱膨張率と、前記薄板
状基材２１の表層部内に形成したヒータ層２７の熱膨張
率との差を利用する場合である。このため、第３実施形
態は、第２実施形態が薄板状基材２１の熱膨張率と金属
材からなる駆動層２８の熱膨張率との差を利用した点に
おいて前述の第２実施形態と異なる。なお、絶縁膜２９
は、可動接点３０をヒータ層２７から絶縁するためのも
のである。

【００５５】本実施形態の製造は、金属材からなる駆動
層２８を設けない点を除き、前述の第２実施形態とほぼ
同様であるので、説明を省略する。

【００５６】この第３実施形態の動作について説明す
る。まず、ヒータ層２７に電圧が印加されていない場
合、ヒータ層２７が発熱しないので、可動片２０は平坦
なままであり、可動接点２５が一対の固定接点３８，３
９から開離している。

【００５７】ついで、接続部２７ａ，２７ｂを介してヒ
ータ層２７に電圧を印加すると、前記ヒータ層２７が発
熱する。このため、ヒータ層２７自体が膨張するととも
に、このヒータ層２７に加熱されて薄板状基材２１が膨
張する。しかし、ヒータ層２７は、薄板状基材２１より
も熱膨張率が大きいので、可動片２０は上面が凸部とな
るように湾曲する。このため、可動接点２５が一対の固
定接点３８，３９に接触して電気回路を閉成する。

【００５８】そして、前記ヒータ層２７に対する電圧の
印加を解除し、ヒータ層２７の発熱を停止すると、ヒー
タ層２７が収縮する。このため、薄板状基材２１のばね
力によって可動片２０が元の状態に復帰し、可動接点２
５が固定接点３８，３９から開離する。

【００５９】本実施形態によれば、第２実施形態のよう
に金属材からなる駆動層２８を設ける必要がなく、ヒー
タ層２７を駆動層に兼用できる。このため、第２実施形
態よりも生産工程が少なく、生産性の高いマイクロリレ
ーが得られるという利点がある。

【００６０】前述の実施形態では、ヒータ層２７を薄板
状基材２１の表層部内に形成する場合について説明した
が、必ずしもこれに限らず、薄板状基材２１の表面にプ
ラチナ，チタン等の金属材あるいはポリシリコンを積層
して形成してもよい。

【００６１】第４実施形態は、図２１に示すように、シ
リコン製ハンドルウエハ４０からなる箱形ベース４１の
開口縁部に、シリコン製デバイスウエハ５０からなるカ
バー５１を接合一体化したものである。

【００６２】前記箱形ベース４１は、熱酸化膜４３を形
成した凹所４２の底面に、接続パッド４４、プリント配
線４５および固定接点４６を左右対称に形成したもので
ある。

【００６３】一方、表裏面に酸化膜５２，５３を形成し
た前記カバー５１は、一対の平行なスリット５４，５４
を形成することにより、可動片５５が切り出されてい
る。この可動片５５には、平面略コ字形状の拡散抵抗か
らなるヒータ部５６が形成されている。このヒータ部５
６の両端部は、前記酸化膜５２から露出する接続パッド
５７，５７に接続されている。また、前記可動片５５の
下面には、前記固定接点４６，４６に接離する可動接点
５８が設けられている。さらに、前記カバー５１は、前
記接続パッド４４，４４に対応する位置に接続用開口部
５９，５９が形成されている。

【００６４】次に、第４実施形態にかかるマイクロリレ
ーの製造方法を、図２３Ａないし図２６Ｆについて説明
する。なお、図２３Ａないし図２６Ｆにおいて左側に示
した断面図は図２２の２３Ａ−２３Ａ線断面図であり、
右側に示した断面図は図２２の２３Ｂ−２３Ｂ線断面図
を示す。

【００６５】図２３Ａないし図２３Ｊに示すように、箱
形ベース４１となるハンドルウエハ４０は、不純物タイ
プで面方位が任意なものであり、このハンドルウエハ４
０の下面にアライメントマーク４７をウェットエチング
あるいはドライエッチングで形成する（図２３Ｃ，２３
Ｄ）。ついで、前記アライメントマーク４７をエッチン
グマスクに位置決めし、前記ハンドルウエハ４０の上面
に凹所４２をウェットエチングあるいはドライエッチン
グで形成する（図２３Ｅ，２３Ｆ）。さらに、前記ウエ
ハを熱酸化して酸化膜を形成した後、その外側面および
下面の熱酸化膜を除去する（図２３Ｇ，２３Ｈ）。残存
する酸化膜４３は、固定接点４６を絶縁するとともに、
後述する低温接合を容易にするためのものである。そし
て、前記凹所４２の底面に位置する酸化膜４３の上面に
接続パッド４４，プリント配線４５および固定接点４６
を形成し、箱形ベース４１を得る（図２３Ｉ，２３
Ｊ）。

【００６６】前記固定接点４６等の形成方法としては、
スパッタリング、蒸着等の半導体プロセス処理の他、ス
クリーン印刷法，鍍金法も可能である。なお、前記スク
リーン印刷法は比較的厚い金属膜（１０μｍ前後）を形
成できるので、固定接点４６等の形成には有利である。
ただし、スクリーン印刷法では９００℃前後の焼結処理
を必要とする。

【００６７】また、前記固定接点４６等の材料として
は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｄの単
体またはこれらの化合物が挙げられる。一方、図２４Ａ
ないし図２４Ｈに示すように、可動片５５を形成するた
め、デバイスウエハ５０としてｐ型ＳＯＩウエハを使用
する。まず、デバイスウエハ５０の下面側の薄いシリコ
ン層にリンイオンを打ち込み、埋設された酸化膜５２に
到達するまで拡散させることにより、ヒータ部５６を形
成する（図２４Ｃ，２４Ｄ）。さらに、前記ウエハ５０
全体に熱酸化膜を形成した後、下面の熱酸化膜５３だけ
を残して他の熱酸化膜を除去する（図２４Ｅ，２４
Ｆ）。下面に残存する熱酸化膜５３は可動接点５８を絶
縁するとともに、後述する低温接合を容易にするもので
ある。そして、前記固定接点４６，４６と同様に、スパ
ッタリング，蒸着等で前記酸化膜５３の下面に可動接点
５８を形成する（図２４Ｇ，２４Ｈ）。

【００６８】そして、図２５Ａおよび図２５Ｂに示すよ
うに、前記箱形ベース４１に前記デバイスウエハ５０を
接合一体化する。

【００６９】従来、約１０００℃の接合温度でシリコン
同士を直接接合一体化していたが、本実施形態では、熱
酸化膜４３，５３を介して接合一体化するので、４５０
℃以下の低温で接合一体化できる。このため、例えば、
Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ等の低融点の金属を接点材料に
使用でき、設計の自由度が広がるという利点がある。

【００７０】ついで、デバイスウエハ５０の上面に位置
するシリコンをＴＭＡＨあるいはＫＯＨ等のアルカリエ
ッチング液で除去する。このアルカリエッチング液は酸
化膜エッチレートがシリコンエッチレートよりも極端に
小さい。このため、膜厚精度の高い酸化膜／シリコン／
酸化膜のサンドイッチ構造が得られる（図２５Ｃ，２５
Ｄ）。

【００７１】さらに、酸化膜５２のうち、接続パッド５
７，５７を形成する部分を除去し、前記ヒータ部５６の
端部を露出させる（図２５Ｅ，２５Ｆ）。そして、図２
６Ａおよび図２６Ｂに示すように、ヒータ部５６と接続
パッド５７との間におけるオーミック接触を得るため、
露出させたヒータ部の端部にリンを打ち込む。ついで、
Ａｌ，Ａｕ等で接続パッド５７，５７を形成する（図２
６Ｃ，２６Ｄ）。最後に、前記酸化膜／シリコン／酸化
膜を部分的に除去し、平行な一対のスリット５４，５４
を形成して可動片５５を切り出すとともに（図２６Ｅ，
２６Ｆ）、接続用開口部５９，５９を形成する（図２
１）。この接続用開口部５９を介して接続パッド４４，
４４がワイヤボンディングで外部に接続可能となる。

【００７２】次に、前述の構造を有するマイクロリレー
の動作について説明する。駆動用接続パッド５７，５７
に電流を入力していない場合には、ヒータ部５６が発熱
せず、可動片５５が真直であるので、可動接点５８が固
定接点４６，４６から開離している。

【００７３】そして、前記駆動用接続パッド５７，５７
に電流を入力すると、ヒータ部５６が発熱して可動片５
５を加熱して膨張させる。このため、可動片５５が座屈
して湾曲し、可動接点５８が固定接点４６，４６に接触
する。

【００７４】ついで、前述の電流の入力を除去すると、
可動片５５の温度が低下して収縮する。このため、可動
片５５が元の形状に復帰し、可動接点５８が固定接点４
６，４６から開離する。

【００７５】本実施形態によれば、ヒータ部５６が可動
片５５の内部に形成され、さらに、その表裏面が酸化膜
５２，５３で被覆されているので、熱損失が少ない。こ
のため、応答特性が高いとともに、消費電力の少ないマ
イクロリレーが得られる。

【００７６】本願発明の第５実施形態は、図２７に示す
ように、可動片５５の基部にアール５５ａを形成した場
合である。応力集中を緩和し、耐久性が向上するという
利点がある。

【００７７】第６実施形態は、図２８および図２９に示
すように、可動片５５を除いたカバー５１の上面にドラ
イエッチングで冷却用フィン５１ａを形成した場合であ
る。例えば、多数のマイクロリレーを並設した場合に、
外部からの熱の干渉を防止し、動作特性にバラツキが生
じるのを防止できるという利点がある。

【００７８】なお、可動片５５の上面だけにフィン５１
ａを設けてもよく、あるいは、カバー５１の上面全体に
フィン５１ａを設けてもよい。

【００７９】第７実施形態は、図３０に示すように、可
動片５５に、可動接点５８を囲む一対の略コ字形のスリ
ット５５ｂ，５５ｂを設けることにより、一対のヒンジ
部５５ｃ，５５ｃを形成し、前記可動接点５８を回動可
能に支持する場合である。

【００８０】本実施形態によれば、前記可動接点５８が
固定接点４６，４６に接触するときに、前記ヒンジ部５
５ｃ，５５ｃを介して可動接点５８が回転する。このた
め、固定接点４６，４６に対する可動接点５８の片当た
りがなくなり、接触信頼性が向上するという利点があ
る。

【００８１】第８実施形態によれば、図３１に示すよう
に、可動片５５の基部をシリコン酸化物，シリコン窒化
物からなるシリコン化合物部５５ｄ，５５ｅで仕切る場
合である。このため、本実施形態では、接続パッド５
７，５７がシリコン化合物部５５ｅの上面を乗り越えて
ヒータ部５６まで延在している。

【００８２】一般に、シリコン，シリコン酸化膜，シリ
コン窒化膜の熱伝導率は、それぞれ１．４１２Ｗ／（ｃ
ｍＫ），０．０１４Ｗ／（ｃｍＫ），０．１８５Ｗ／
（ｃｍＫ）である。シリコン酸化膜，シリコン窒化膜の
熱伝導率はシリコンの熱伝導率よりも極めて小さい。こ
のため、可動片５５のヒータ部５６が発熱しても、前記
シリコン化合物部５５ｄ，５５ｅが外部への熱伝導によ
る熱の拡散を防止する。この結果、応答特性に優れ、節
電型のマイクロリレーが得られるという利点がある。

【００８３】第９実施形態は、図３２に示すように、可
動片５５の基部近傍にシリコン化合物部５５ｄ，５５ｅ
を形成した場合である。特に、接続パッド５７近傍のシ
リコン化合物部５５ｅは不連続となっている。

【００８４】第１０実施形態は、図３３に示すように、
接続用開口部５９，５９の内側面から露出するシリコン
層を絶縁膜５９ａでそれぞれ被覆した場合である。

【００８５】本実施形態によれば、信号用接続パッド４
４，４４にワイヤボンディングしたワイヤがカバー５１
のシリコン層に接触することがなく、駆動用電源に干渉
されないという利点がある。第１１実施形態は、図３４
に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同様であり、
異なる点は、可動片２０の表裏面に可動接点２５，２５
を設けた場合である。他は前述の実施形態とほぼ同様で
あるので、説明を省略する。

【００８６】第１２実施形態は、図３５に示すように、
前述の第１実施形態とほぼ同様である。異なる点は、可
動片２０を固定接点３８，３９側に予め湾曲するように
付勢することにより、可動接点２５を固定接点３８，３
９に接触させ、常時閉成のマイクロリレーとした点であ
る。

【００８７】このため、復帰状態で可動接点２５が一対
の固定接点３８，３９に常時接触している。そして、前
述の実施形態のように駆動手段を駆動すると、付勢力に
抗して可動片２０が反転し、可動接点２５が固定接点３
８，３９から開離する。ついで、駆動手段の駆動を停止
すると、可動片２０自身の付勢力によって可動片２０が
反転し、可動接点２５が固定接点３８，３９に接触して
元の状態に復帰する。

【００８８】本実施形態によれば、動作していない場合
であっても、可動接点２５が固定接点３８，３９に接触
しているので、消費電力が少ない節電型マイクロリレー
が得られる。

【００８９】なお、可動接点２５を可動片２０の表裏面
に設けることにより、複数の電気回路を交互に開閉して
もよい。

【００９０】第１３実施形態は、図３６に示すように、
基材２０の表面に設けた２つの可動接点２５ａ，２５ｂ
で異なる電気回路を交互に開閉する場合である。すなわ
ち、可動片２０を構成する薄板状基材２１の両側縁部の
略中央部から同一軸心上に回動軸２１ｂ，２１ｂを突設
し、さらに、この回動軸２１ｂ，２１ｂをベース１１に
一体化してある。

【００９１】そして、可動片２０の片側半分２０ａが下
方に凸形状となるように予め湾曲させて付勢してある一
方、残る片側半分２０ｂが上方に凸形状となるように予
め湾曲させて付勢してある。

【００９２】したがって、駆動手段の駆動前においては
可動接点２５ａが一対の固定接点３８ａ，３９ａから開
離している一方、可動接点２５ｂが一対の固定接点３８
ｂ，３９ｂに接触している。

【００９３】そして、駆動手段を駆動すると、可動片２
０の片側半分２０ａが上方に凸形となるように反転し、
可動接点２５ａが一対の固定接点３８ａ，３９ａに接触
する。これと同時に、可動片２０の片側半分２０ｂが下
方に凸形となるように反転し、可動接点２５ｂが一対の
固定接点３８ｂ，３９ｂから開離する。

【００９４】さらに、前記駆動手段の駆動を停止する
と、可動片２０が自己のばね力によって元の状態に復帰
する。このため、可動接点２５ａが一対の固定接点３８
ａ，３９ａから開離する。一方、可動接点２５ｂが一対
の固定接点３８ｂ，３９ｂに接触する。

【００９５】なお、本実施形態は、可動片２０の上面に
２個の可動接点２５ａ，２５ｂを配置した場合である
が、必ずしもこれに限らない。可動片２０の表裏面に２
個ずつ可動接点を設けることにより、４つの電気回路を
同時に開閉してもよい。

【００９６】前述の第１実施形態から第１３実施形態に
おける駆動手段としては、通常の圧電素子、形状記憶圧
電素子、ヒータ層単体、ヒータ層と金属材からなる駆動
層との組み合わせ、あるいは、拡散抵抗からなるヒータ
部のいずれかを、必要に応じて選択できることは勿論で
ある。

【００９７】また、前述の実施形態によれば、可動接点
にプリント配線を施す必要がなく、固定接点のみにプリ
ント配線を形成するだけでよい。このため、製造工数が
少なく、生産性の高いマイクロリレーが得られる。さら
に、前述の実施形態によれば、可動片にプリント配線を
行う必要がなく、可動片に反りが生じても、プリント配
線に断線が生じないので、寿命が長い。そして、前述の
実施形態では、接点構造がいわゆるダブルブレイクとな
るので、絶縁特性が良いという利点がある。

【００９８】ついで、前記可動片は真空中あるいはネオ
ン，アルゴン等の不活性ガスを充填した雰囲気中におい
て駆動することにより、接点開閉時に生じる絶縁物の発
生を防止してもよい。

【００９９】（実施例１）可動片を構成するシリコンウ
エハからなる厚さ２０μｍの薄板状基材の上面に、厚さ
１．４μｍの酸化膜、厚さ０．３μｍの下部電極、厚さ
２μｍの圧電素子、および、厚さ０．３μｍの上部電極
を順次積層し、全体厚さ２４μｍ、スパン４ｍｍ、巾
０．８ｍｍの大きさを有する可動片からなるマイクロリ
レーについて、印加電圧に対する接触荷重および変位量
を計算した。計算結果を図３７Ａおよび図３７Ｂに示
す。図３７Ａおよび図３７Ｂによれば、圧電素子に対す
る印加電圧を制御するだけで所定の接点圧力，変位が得
られることが判る。

【０１００】（実施例２）可動片を構成するシリコンウ
エハからなる厚さ２０μｍの薄板状基材の表層部内に深
さ３μｍのヒータ層を形成し、かつ、このヒータ層の上
面に厚さ１．１μｍの絶縁性酸化膜を形成し、全体厚さ
２１．１μｍ、スパン４ｍｍ、巾０．８ｍｍの大きさを
有する可動片からなるマイクロリレーについて、印加電
圧に対する接触荷重および変位量を計算した。計算結果
を図３８Ａおよび図３８Ｂに示す。

【０１０１】図３８Ａおよび図３８Ｂによれば、印加電
圧を制御し、ヒータ層の発熱を調整するだけで所定の変
位，接点圧力が得られることが判る。

【０１０２】次に、第２の目的を達成するマトリックス
リレーを示す第１４ないし第１７実施形態を図３９Ａな
いし図４５の添付図面に従って説明する。第１４実施形
態は、図３９Ａないし図４１Ｂに示すように、ベース１
１０に、可動片ユニット１２０、および、カバー１４０
を順次積み重ね、接合一体化したマトリックスリレーで
ある。

【０１０３】前記ベース１１０は、シリコンウエハ１１
０ａの上面に４本の浅溝１１１，１１２，１１３，１１
４を所定のピッチで並設したものである。

【０１０４】前記可動片ユニット１２０は、方形枠状シ
リコンウエハ１２０ａに第１，第２，第３，第４可動片
１２１，１２２，１２３，１２４を架け渡すように形成
することにより、絶縁状態で並設したものである。そし
て、第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１
２３，１２４は単結晶の薄板状基材１２５の上面に絶縁
膜１２６を積層し、さらに、下部電極１２７、圧電素子
１２８および上部電極１２９を順次積層してある。ま
た、前記絶縁膜１２６の中央部には可動接点１３０が絶
縁状態で配置されている。

【０１０５】そして、前記ベース１１０に可動片ユニッ
ト１２０を積み重ねて接合一体化することにより、前記
第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２
３，１２４は前記浅溝１１１，１１２，１１３，１１４
の上方に位置するとともに、その両端を前記ベース１１
０の開口縁部にそれぞれ固定支持されることになる。

【０１０６】なお、図３９Ｂにおいて、下部電極１２
７、圧電素子１２８および上部電極１２９が、可動接点
１３０で分断されているように図示されているが、左右
の下部電極１２７、圧電素子１２８および上部電極１２
９はそれぞれ電気接続されている。

【０１０７】前記カバー１４０は、ガラスウエハ１４０
ａの下面に内部空間となる深溝１４１，１４２，１４
３，１４４を所定のピッチで並設し、この深溝１４１，
１４２，１４３，１４４の天井面のうち、前記可動接点
１３０に対応する位置に一対の固定接点１４５，１４６
をそれぞれ設けてある。

【０１０８】各固定接点１４５は、前記ガラスウエハ１
４０ａの下面に沿って形成したプリント配線（図示せ
ず）を介し、ガラスウエハ１４０ａに設けたスルーホー
ル１６１ａ，１６２ａ，１６３ａ，１６４ａにそれぞれ
接続され、カバー１４０の表面に引き出されている。

【０１０９】同様に、各固定接点１４６は、前記ガラス
ウエハ１４０ａの下面に沿って形成したプリント配線１
５１，１５２，１５３，１５４を介し、ガラスウエハ１
４０ａに設けたスルーホール１６１ｂ，１６２ｂ，１６
３ｂ，１６４ｂにそれぞれ接続され、カバー１４０の表
面において電気接続可能となっている。

【０１１０】そして、前記スルーホール１６１ａ，１６
２ａはプリント配線１５５を介して入力用第１接続パッ
ド１７０に電気接続され、前記スルーホール１６３ａ，
１６４ａはプリント配線１５６を介して入力用第２接続
パッド１７１に電気接続されている。さらに、前記スル
ーホール１６１ｂ，１６３ｂはプリント配線１５７を介
して出力用第１接続パッド１７２に電気接続されてい
る。また、前記スルーホール１６２ｂ，１６４ｂはプリ
ント配線１５８を介して出力用第２接続パッド１７３に
電気接続されている。

【０１１１】また、４つの下部電極１２７は、カバー１
４０に設けた駆動用共通スルーホール１８０に電気接続
されている。一方、４つの上部電極１２９は、カバー１
４０に設けた駆動用スルーホール１８１，１８２，１８
３，１８４にそれぞれ電気接続されている。

【０１１２】したがって、図４１Ａ，４１Ｂの回路図に
おける入力１，２、および、出力１，２が、前記接続パ
ッド１７０，１７１、および、接続パッド１７２，１７
３にそれぞれ対応する。

【０１１３】また、図４１Ａ，４１ＢにおけるＲｙ１，
２，３，４が、前記第１，第２，第３，第４可動片１２
１，１２２，１２３，１２４からなるリレーにそれぞれ
対応する。

【０１１４】次に、前述の構造を有するマトリックスリ
レーの動作について説明する。まず、第１可動片１２１
の下部電極１２７，上部電極１２９に電圧が印加されて
いない場合、圧電素子１２８が励起されず、第１可動片
１２１は平坦なままであり、その可動接点１３０は固定
接点１４５，１４６から開離している。

【０１１５】そして、駆動用共通スルーホール１８０お
よび駆動用スルーホール１８１を介し、圧電素子１２８
が上方に湾曲するように電圧を印加すると、薄板状基材
１２５のばね力に抗して第１可動片１２１が上方に湾曲
する。このため、可動接点１３０が固定接点１４５，１
４６に接触し、スルーホール１６１ａ，１６１ｂからプ
リント配線１５５，１５７を介し、接続パッド１７０，
１７２が相互に導通する。

【０１１６】さらに、前述の電圧の印加を解除すると、
薄板状基材１２５のばね力によって第１可動片１２１が
元の状態に復帰し、可動接点１３０が固定接点１４５，
１４６から開離する。

【０１１７】以後、同様に、スルーホール１８０，１８
２を介し、第２可動片１２２の圧電素子１２８が上方に
湾曲するように電圧を印加すると、第２可動片１２２が
上方に湾曲する。このため、可動接点１３０が固定接点
１４５，１４６に接触し、スルーホール１６２ａ，１６
２ｂからプリント配線１５５，１５８を介し、接続パッ
ド１７０，１７３が相互に導通する。

【０１１８】また、スルーホール１８０，１８３を介
し、第３可動片１２３の圧電素子１２８が上方に湾曲す
るように電圧を印加すると、第３可動片１２３が上方に
湾曲する。このため、可動接点１３０が固定接点１４
５，１４６に接触し、スルーホール１６３ａ，１６３ｂ
からプリント配線１５６，１５７を介し、接続パッド１
７１，１７２が相互に導通する。

【０１１９】さらに、スルーホール１８０，１８４を介
し、第４可動片の圧電素子１２８が上方に湾曲するよう
に電圧を印加すると、第４可動片１２４が上方に湾曲す
る。このため、可動接点３０が固定接点１４５，１４６
に接触し、スルーホール１６４ａ，１６４ｂからプリン
ト配線１５６，１５８を介し、接続パッド１７１，１７
３が相互に導通する。

【０１２０】前述の第１４実施形態では、印加電圧を解
除すると、元の状態に復帰する通常の圧電素子１２８を
利用する場合について説明した。しかし、必ずしもこれ
に限らず、印加電圧を解除しても、変形状態を維持し、
逆方向に電圧を印加した場合に元の状態に復帰する形状
記憶圧電素子を使用することにより、いわゆるラッチン
グタイプのマトリックスリレーとしてもよい。

【０１２１】第１５実施形態は、図４２Ａ，図４２Ｂお
よび図４３に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同
様であり、異なる点は、第１実施形態が圧電素子２８の
変形を利用する場合であるのに対し、第１，第２，第
３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４の熱膨
張による変形を利用する点である。

【０１２２】すなわち、第１，第２，第３，第４可動片
１２１，１２２，１２３，１２４は、単結晶からなる薄
板状基材１２５の表面にホウ素等を打ち込んで電気抵抗
を大きくしたヒータ層１３１と、絶縁膜１３２を介し、
金属材を積層して形成した駆動層１３３とからなるもの
である。そして、前記絶縁膜１３２の中央部には、可動
接点１３０が絶縁状態で配置されている。

【０１２３】次に、第１５実施形態にかかるマトリック
スリレーの動作について説明する。例えば、図４２Ａお
よび図４２Ｂに示すように、第３可動片１２３のヒータ
層１３１に電流が流れていない場合、ヒータ層１３１が
発熱しないので、駆動層１３３は膨張しない。このた
め、第１可動片１２１は平坦なままであり、その可動接
点１３０は固定接点１４５，１４６から開離している。

【０１２４】そして、駆動用共通スルーホール１８０お
よび駆動用スルーホール１８３を介してヒータ層１３１
に電流を流すと、ヒータ層１３１が発熱し、薄板状基材
１２５および駆動層１３３を加熱する。しかし、薄板状
基材１２５の熱膨張係数よりも駆動層１３３の熱膨張係
数の方が極めて大きいので、薄板状基材１２５のばね力
に抗して第３可動片１２３が上方に湾曲する。このた
め、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６に接触す
る。この結果、スルーホール１６３ａ，１６３ｂからプ
リント配線１５６，１５７を介して接続パッド１７０，
１７２が相互に導通する。

【０１２５】さらに、前述の電圧の印加を解除すると、
薄板状基材１２５のばね力によって第３可動片１２３が
元の状態に復帰し、可動接点１３０が固定接点１４５，
１４６から開離する。

【０１２６】なお、他の第１，第２，第４可動片１２
１，１２２，１２４の動作は、前述の第１４実施形態と
同様であるので、説明を省略する。

【０１２７】また、各可動片は駆動手段としてヒータ層
だけを形成してもよい。さらに、前記ヒータ層は、薄板
状基材の表面にプラチナ，チタン等の金属材あるいはポ
リシリコンを積層して形成してもよい。

【０１２８】前述の実施形態では、４つの可動片を並設
したマトリックスリレーについて説明したが、必ずしも
これに限らず、図４４に示す第１６実施形態あるいは図
４５に示す第１７実施形態のように、４つ以上の可動片
を並設したマトリックスリレーに適用してもよいことは
勿論である。この場合における各固定接点の接続方法と
しては、例えば、カバーに設けたスルーホールを介し、
カバーの表面に多層構造のプリント配線を形成して接続
する方法がある。

【０１２９】次に、第３の目的を達成する電子部品を示
す第１８実施形態を、図４６および図４７の添付図面に
従って説明する。本実施形態はマイクロリレーに適用し
た場合であり、マイクロリレーチップ２１０と、箱形の
基台２３０と、ヒートシンク２４０とからなるものであ
る。

【０１３０】前記マイクロリレーチップ２１０は、並設
した５つの接点機構を内蔵するもので、片面に凹部２１
２を形成したシリコン単結晶からなるベース２１１と、
このベース２１１の開口縁部に両端を固定支持した可動
片２１３と、前記ベース２１１に陽極接合で一体化した
ガラスウエハ２２１からなるカバー２２０とで構成され
ている。

【０１３１】前記可動片２１３は、シリコン単結晶から
なる薄板状基材２１４の片側表層部内にホウ素等を打ち
込んで電気抵抗値を大きくしたヒータ層２１５に、絶縁
膜２１６を介し、金属材からなる駆動層２１７を積層し
たものである。さらに、前記絶縁膜２１６の中央部に
は、可動接点２１８が絶縁状態で配置されている。

【０１３２】カバー２２０は、ガラスウエハ２２１の片
面に設けた凹部２２２の底面に、一対の固定接点２２
３，２２４を形成したものである。

【０１３３】前記固定接点２２３，２２４は、図示しな
い入出力用スルーホールを介してガラスウエハ２２１の
表面に引き出され、その表面に設けたプリント配線２２
５，２２６を介して基台２３０の入出力用外部端子２３
１，２３２（図４６中、奥側に位置する外部端子２３１
は図示せず）に電気接続されている。

【０１３４】さらに、ガラスウエハ２２１には、前記可
動片２１３のヒータ層２１５に電気接続するスルーホー
ル２２７，２２８が形成されている。このスルーホール
２２７，２２８は後述する基台２３０の駆動用入力端子
２３３，２３４にそれぞれ電気接続される。

【０１３５】次に、本実施形態にかかるマイクロリレー
の組立方法について説明する。まず、図示しないリード
フレームにプレス加工を施し、入出力用外部端子２３１
および駆動用外部端子２３３を交互に櫛歯状に打ち抜く
とともに、入出力用外部端子２３２および駆動用外部端
子２３４も同様に形成する。そして、前記外部端子２３
１ないし２３４の自由端部に、マイクロチップ２１０の
図示しない入出力用スルーホールおよび駆動用スルーホ
ール２２７，２２８をそれぞれ位置決めし、電気接続す
る。

【０１３６】ついで、一対の金型でマイクロリレーチッ
プ２１０を挾持し、ベース２１１の底面が露出するよう
に基台２３０を一体成形する。

【０１３７】さらに、前記基台２３０の上面に形成した
環状段部２３５に、熱伝導率の大きい銅，アルミニウ
ム，真鍮等の板状ヒートシンク２４０を嵌め込んだ後、
前記外部端子２３１ないし２３４をリードフレームから
切り離した後、その先端部を屈曲することにより、組立
作業が完了する。

【０１３８】前述の構成からなるマイクロリレーの動作
について説明する。駆動用外部端子２３３，２３４から
可動片２１３のヒータ層２１５に電流が流れていない場
合、可動片２１３は平坦なままであり、可動接点２１８
は一対の固定接点２２３，２２４から開離している。

【０１３９】ついで、駆動用外部端子２３３，２３４を
介して駆動用スルーホール２２７，２２８からヒータ層
２１５に電流が流れると、ヒータ層２１５が発熱し、薄
板状基材２１４および駆動層２１７が熱膨張する。そし
て、駆動層２１７の熱膨張率は薄板状基材２１４の熱膨
張率よりも極めて大きいので、可動片２１３は固定接点
２２３，２２４側に湾曲する。ついで、可動接点２１８
が一対の固定接点２２３，２２４に接触して電気回路を
閉成する。

【０１４０】そして、前述の電流を断ってヒータ層２１
５の発熱を停止すると、薄板状基材２１４および駆動層
２１７が冷えて収縮する。このため、可動片２１３が元
の状態に復帰し、可動接点２１８が固定接点２２３，２
２４から開離する。

【０１４１】前述の実施形態では、外部端子２３１，２
３２，２３３，２３４と、ヒートシンク２４０とを部材
で構成する場合について説明した。しかし、必ずしもこ
れに限らず、リードフレームから外部端子およびヒート
シンクを同時に打ち抜いて屈曲し、外部端子とヒートシ
ンクとの間にマイクロリレーチップを位置決めし電気接
続した後、樹脂モールドしてもよい。

【０１４２】また、前述の実施形態ではマイクロリレー
チップに適用する場合について説明した。しかし、必ず
しもこれに限らず、内部構成部品が発熱する他の電子部
品チップに適用してもよいことは勿論である。

【０１４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかるマトリックスリレーによれば、単結晶の薄板状
基材からなる可動片を湾曲させて接点を開閉できるの
で、装置の小型化が容易であるとともに、可動片の慣性
力が小さいので、疲労破壊じ生じにくくなり、寿命が伸
びるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明にかかるマイクロリレーの
第１実施形態を示す概略断面図である。

【図２】図２Ａは、図１に示したマイクロリレーの詳
細な平面図、図２Ｂは、その分解断面図、図２Ｃは、接
合した状態を示す図２Ａの２Ｃ−２Ｃ線断面図である。

【図３】図３Ａないし図３Ｅは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図４】図４Ａないし図４Ｄは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図５】図５Ａないし図５Ｄは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図６】図６Ａないし図６Ｄは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図７】図７Ａないし図７Ｄは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図８】図８Ａないし図８Ｄは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図９】図９Ａないし図９Ｃは、図１で示した可動接
点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図１０】図１０Ａないし図１０Ｃは、図１で示した
可動接点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図１１】図１１Ａないし図１１Ｅは、図１で示した
固定接点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図１２】図１２Ａは、本願発明にかかるマイクロリ
レーの第２実施形態を示す平面図、図１２Ｂは、その分
解断面図、図１２Ｃは、その接合した状態を示す図１２
Ａの１２Ｃ−１２Ｃ線断面図である。

【図１３】図１３Ａないし図１３Ｅは、図１２Ａない
し図１２Ｃで示した可動接点ブロックの製造工程を示す
断面図である。

【図１４】図１４Ａないし図１４Ｄは、図１２Ａない
し図１２Ｃで示した可動接点ブロックの製造工程を示す
断面図である。

【図１５】図１５Ａないし図１５Ｄは、図１２Ａない
し図１２Ｃで示した可動接点ブロックの製造工程を示す
断面図である。

【図１６】図１６Ａないし図１６Ｄは、図１２Ａない
し図１２Ｃで示した可動接点ブロックの製造工程を示す
断面図である。

【図１７】図１７Ａないし図１７Ｄは、図１２Ａない
し図１２Ｃで示した可動接点ブロックの製造工程を示す
断面図である。

【図１８】図１８Ａないし図１８Ｄは、図１２Ａない
し図１２Ｃで示した可動接点ブロックの製造工程を示す
断面図である。

【図１９】図１９は、図１２Ａないし図１２Ｃで示し
た可動接点ブロックの製造工程を示す断面図である。

【図２０】図２０Ａは、本願発明にかかるマイクロリ
レーの第３実施形態を示す平面図、図２０Ｂは、その分
解断面図、図２０Ｃは、その接合した状態を示す図２０
Ａの２０Ｃ−２０Ｃ線断面図である。

【図２１】図２１は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第４実施形態を示す斜視図である。

【図２２】図２２は、図２１で示したマイクロリレー
の平面図である。

【図２３】図２３Ａないし図２３Ｊは、図２１で示し
たマイクロリレーのハンドルウエハの製造工程を示す断
面図である。

【図２４】図２４Ａないし図２４Ｈは、図２１で示し
たマイクロリレーのデバイスウエハの製造工程を示す断
面図である。

【図２５】図２５Ａないし図２５Ｆは、図２３Ａない
し図２４Ｊに示したウエハを接合した後の製造工程を示
す断面図である。

【図２６】図２６Ａないし図２６Ｆは、図２３Ａない
し図２４Ｊに示したウエハを接合した後の製造工程を示
す断面図である。

【図２７】図２７は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第５実施形態を示す平面図である。

【図２８】図２８は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第６実施形態を示す斜視図である。

【図２９】図２９は、図２８で示したフィンの拡大斜
視図である。

【図３０】図３０は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第７実施形態を示す平面図である。

【図３１】図３１は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第８実施形態を示す平面図である。

【図３２】図３２は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第９実施形態を示す平面図である。

【図３３】図３３は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第１０実施形態を示す斜視図である。

【図３４】図３４は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第１１実施形態を示す断面図である。

【図３５】図３５は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第１２実施形態を示す断面図である。

【図３６】図３６は、本願発明にかかるマイクロリレ
ーの第１３実施形態を示す断面図である。

【図３７】図３７Ａは、圧電素子を利用したマイクロ
リレーの理論的動作特性、特に、印加電圧と接触荷重と
の関係を示を示すグラフ図であり、図３７Ｂは、印加電
圧と変位との関係を示すグラフ図である。

【図３８】図３８Ａは、ヒータ層を駆動層に兼用した
マイクロリレーの理論的動作特性、特に、温度上昇と接
触荷重との関係を示すグラフ図であり、図３８Ｂは、温
度上昇と変位との関係を示すグラフ図である。

【図３９】図３９Ａは、マトリックスリレーであるマ
イクロリレーの第１４実施形態を示す平面図、図３９Ｂ
は、図３９Ａの３９Ｂ−３９Ｂ線断面図である。

【図４０】図４０は、図３９Ａの４０−４０線断面図
である。

【図４１】図４１Ａは、図３９Ａおよび図３９Ｂのマ
トリックスリレーの回路を示すマトリックス回路図、図
４１Ｂは図４１Ａを見やすくするために書き換えた回路
図である。

【図４２】図４２Ａは、本願発明にかかるマトリック
スリレーの第１５実施形態を示す平面図、図４２Ｂは、
図４２Ａの４２Ｂ−４２Ｂ線断面図である。

【図４３】図４３は、図４２Ａの４３−４３線断面図
である。

【図４４】図４４は、マトリックスリレーを構成する
並設した多数の可動片を示す第１６実施形態の斜視図で
ある。

【図４５】図４５は、多数のリレー素子からなる第１
７実施形態にかかるマトリックスリレーの回路図であ
る。

【図４６】図４６は、本願発明にかかる電子部品を示
す第１８実施形態の斜視図である。

【図４７】図４７は、図４６に示した電子部品の横断
面図である。

【符号の説明】

１１０…ベース、１２０…可動片ユニット、１２１，１
２２，１２３，１２４…第１，第２，第３，第４可動
片、１２５…薄板状基材、１２６…絶縁膜、１２７，１
２９…下部，上部電極、１２８…圧電素子、１３０…可
動接点、１３１…ヒータ層、１３２…絶縁膜、１３３…
駆動層、１４０…カバー、１５１〜１５８…プリント配
線、１６１ａ，１６１ｂ〜１６４ａ，１６４ｂ…入出力
用スルーホール、１７０〜１７３…接続パッド、１８０
…駆動用共通スルーホール、１８１〜１８４…駆動用ス
ルーホール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ 41/18 Ｄ // Ｂ８１Ｃ 1/00 41/18 １０１Ｚ (72)発明者積知範京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地オムロン株式会社内 (72)発明者藤原照彦京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 5G041 DC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶からなる薄板状基材に駆動手段を
設け、かつ、片面に可動接点を設けた複数の可動片を絶
縁状態で並設するとともに、その両端をベースにそれぞ
れ固定支持し、前記駆動手段を介して前記可動片を個々
に湾曲させることにより、前記可動接点を、前記ベース
の上方に位置するカバーの天井面に形成した固定接点に
接離させて複数の電気回路を開閉することを特徴とする
マトリックスリレー。
【請求項２】前記駆動手段が、前記薄板状基材の片面
に積層した圧電素子であることを特徴とする請求項１に
記載のマトリックスリレー。
【請求項３】前記駆動手段が、前記薄板状基材の片面
に形成したヒータ層からなることを特徴とする請求項１
に記載のマトリックスリレー。
【請求項４】前記駆動手段が、前記薄板状基材の片面
に形成したヒータ層と、このヒータ層に絶縁膜を介して
金属材を積層して形成した駆動層とからなることを特徴
とする請求項１に記載のマトリックスリレー。
【請求項５】前記駆動手段を、前記カバーに設けたス
ルーホールを介し、前記カバーの表面において電気接続
可能としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
か１項に記載のマトリックスリレー。
【請求項６】前記固定接点を、前記カバーに設けたス
ルーホールを介し、前記カバーの表面において電気接続
可能としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
か１項に記載のマトリックスリレー。
【請求項７】前記カバーの表面に露出するスルーホー
ルの上端部を、前記カバーの表面に形成したプリント配
線を介し、前記カバーの表面に設けた接続パッドに電気
接続したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
１項に記載のマトリックスリレー。