JP2008218023A - Switching device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロリレー等のスイッチング素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a switching element such as a micro relay and a manufacturing method thereof.
従来から、シリコン基板上にマイクロマシニング技術を利用して形成されて電気回路のスイッチングを行なうマイクロリレーが知られており、例えば特許文献1に開示されている。この種のマイクロリレーは、例えば図4に示すように、第一のシリコン基板100の表面(図4における上面)に形成された金属製の一対の固定接点101,101と、前記第一のシリコン基板100と対向するように配置される第二のシリコン基板102の表面(図4における下面)に形成されて固定接点101,101と対向する金属製の可動接点103とから成る金属接点部を有し、電磁力や静電引力によって固定接点101,101と可動接点103とを接離させることで固定接点101,101間の導通・非導通を切り替えて接点の開閉を行うものである。
しかしながら、上記従来例では、固定接点101,101及び可動接点103各々において互いに接離する接触面が柔らかい場合、接点の開閉を重ねると接点同士が固着する虞があった。これを解決するために固定接点101及び可動接点103の接触面を硬化させることが考えられるが、この場合には接触面に凹凸が生じることで接触面積が小さくなり、数百万回程度開閉して凹凸が少なくなるまでの間は接触抵抗が高いという問題があった。
However, in the above conventional example, when the contact surfaces contacting and separating each other in each of the
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、接触抵抗を増大することなく接点同士の固着を防止することのできるスイッチング素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a switching element that can prevent contact points from sticking without increasing contact resistance and a method for manufacturing the same.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、固定接点及び可動接点から成る金属接点部を有し、固定接点及び可動接点を接離させることで接点を開閉するスイッチング素子の製造方法であって、金属接点部を形成する第一の工程と、形成された金属接点部における固定接点と可動接点との互いに対向する何れかの表面に無数の微細な金属製の球状粒子を噴射する第二の工程とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a method of manufacturing a switching element having a metal contact portion composed of a fixed contact and a movable contact, and opening and closing the contact by moving the fixed contact and the movable contact. A first step of forming a metal contact portion, and injecting countless fine metal spherical particles onto any surface of the formed metal contact portion facing each other of the fixed contact and the movable contact. And a second step.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、第一の工程は、金属接点部をウェハ上に形成する工程であることを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は、請求項2の発明において、第一の工程と第二の工程との間において、金属接点部が形成されるウェハの一面において金属接点部を除いた全面にレジストを形成する第三の工程を備えたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, between the first step and the second step, a resist is formed on the entire surface excluding the metal contact portion on one surface of the wafer on which the metal contact portion is formed. The third step is provided.
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れか1項の発明において、球状粒子は、金属接点部に用いられる金属材料との間で合金を形成し難い金属材料から成ることを特徴とする。
The invention of claim 4 is the invention of any one of
請求項5の発明は、請求項1乃至3の何れか1項の発明において、球状粒子は、球状粒子を噴射させる対象となる接点に用いられる金属材料から成ることを特徴とする。 A fifth aspect of the invention is characterized in that, in the invention of any one of the first to third aspects, the spherical particles are made of a metal material used for a contact to which the spherical particles are to be injected.
請求項6の発明は、請求項1乃至3の何れか1項の発明において、球状粒子は、球状粒子を噴射させる対象となる接点と対向する接点に用いられる金属材料から成ることを特徴とする。
The invention of
請求項7の発明は、請求項1乃至3の何れか1項の発明において、球状粒子は、高い硬度を有し且つ比重の大きい金属材料から成ることを特徴とする。
The invention of claim 7 is the invention of any one of
請求項8の発明は、請求項1乃至7の何れか1項のスイッチング素子の製造方法を用いて製造されることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is manufactured using the method for manufacturing a switching element according to any one of
請求項1の発明によれば、固定接点及び可動接点の互いに対向する何れかの表面に無数の微細な金属製の球状粒子を噴射する工程を備えたので、接点の表面が硬化するとともに接点表面の凹凸を低減することができ、したがって接触抵抗を増大させることなく接点同士の固着を防ぐことができる。 According to the first aspect of the present invention, since the step of injecting countless fine metal spherical particles onto any one of the surfaces of the fixed contact and the movable contact facing each other is provided, the surface of the contact is cured and the contact surface The unevenness of the contacts can be reduced, and therefore, contact between the contacts can be prevented without increasing the contact resistance.
請求項3の発明によれば、金属接点部が形成されるウェハの一面において金属接点部を除いた全面にレジストを形成したので、金属接点部のみに球状粒子を噴射することができて不必要な加工が為されないようにすることができる。 According to the invention of claim 3, since the resist is formed on the entire surface of the wafer where the metal contact portion is formed except for the metal contact portion, spherical particles can be sprayed only on the metal contact portion, which is unnecessary. Can be prevented from being processed.
請求項4の発明によれば、球状粒子が金属接点部に用いられる金属材料との間で合金を形成し難い金属材料から成るので、球状粒子と接点との合金化による接触抵抗の増大を防ぐことができる。 According to invention of Claim 4, since spherical particle | grains consist of a metal material which cannot form an alloy easily with the metal material used for a metal contact part, the increase in contact resistance by alloying with spherical particle | grains and a contact is prevented. be able to.
請求項5の発明によれば、球状粒子が球状粒子を噴射させる対象となる接点に用いられる金属材料から成るので、球状粒子と接点との合金化による接触抵抗の増大を防ぐことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the spherical particles are made of the metal material used for the contact to which the spherical particles are to be injected, an increase in contact resistance due to alloying of the spherical particles and the contacts can be prevented.
請求項6の発明によれば、球状粒子が球状粒子を噴射させる対象となる接点と対向する接点に用いられる金属材料から成るので、接点表面の凹凸の状態を接点の開閉を所定の回数だけ行った場合の凹凸の状態に近づけることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the spherical particles are made of a metal material used for the contact opposite to the contact for which the spherical particles are to be ejected, the contact surface unevenness is opened and closed a predetermined number of times. It can be close to the uneven state of the case.
請求項7の発明によれば、球状粒子が高い硬度を有し且つ比重の大きい金属材料から成るので、球状粒子の径を小さくしても加工に必要な運動エネルギーを十分に得ることができ、したがって接点の表面の凹凸を更に低減することができる。 According to the invention of claim 7, since the spherical particles are made of a metal material having a high hardness and a large specific gravity, the kinetic energy necessary for processing can be sufficiently obtained even if the diameter of the spherical particles is reduced, Therefore, the unevenness of the contact surface can be further reduced.
請求項8の発明によれば、請求項1乃至7の何れか1項の効果を奏するスイッチング素子を提供することができる。
According to invention of Claim 8, the switching element which has an effect of any one of
以下、本発明に係るスイッチング素子の実施形態について図面を用いて説明する。但し、以下の説明では、図1における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、従来例と同様に、ガラス材料から成る第一の基板1の上面に形成された金属製の一対の固定接点10,10と、第一の基板1と対向するように配置される第二の基板2の下面に形成されて固定接点10,10と対向する金属製の可動接点20とから成る金属接点部を有し、電磁力や静電引力によって固定接点10,10と可動接点20とを接離させることで固定接点10,10間の導通・非導通を切り替えて接点の開閉を行うものである。本実施形態の固定接点10,10の第一の基板1側の金属層は例えば金から形成され、最表層10aはロジウムから形成される。また、可動接点20の最表層(図1における下面)はルテニウムから形成される。
Hereinafter, embodiments of a switching element according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, in the following description, the vertical direction in FIG. 1 is defined as the vertical direction. In the present embodiment, like the conventional example, a pair of metal
尚、本実施形態は従来技術で説明したマイクロリレーに本発明の技術思想を適用したものであり、その基本的構造は周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。但し、本発明の技術思想はマイクロリレー以外のスイッチング素子にも適用可能であることは言うまでもない。以下では本発明の要旨であるスイッチング素子の製造方法について説明する。 In this embodiment, the technical idea of the present invention is applied to the microrelay described in the prior art, and the basic structure thereof is well known, so detailed description thereof is omitted here. However, it goes without saying that the technical idea of the present invention can be applied to switching elements other than micro relays. Below, the manufacturing method of the switching element which is the summary of this invention is demonstrated.
先ず、図2(a)に示すように、第一の基板1の下面をサンドブラスト法で加工することによって貫通孔11を厚み方向に貫設し、該貫通孔11の内面に例えば銅めっきを施した後に、貫通孔11の上側に固定接点10,10を形成する。次に、図2(b)に示すように、固定接点10,10のみが露出するように固定接点10,10を除いた第一の基板1上面全体にレジスト12を形成する。尚、第一の基板1の厚み寸法は約数百μmm〜数mm、貫通孔11の直径は約数十μmm〜数百μmmで形成されるのが望ましい。
First, as shown in FIG. 2A, the lower surface of the
その後、図2(c)に示すように、レジスト12が形成された第一の基板1の上面に対して、無数の微細な金属製の球状粒子3を噴射する、所謂ショットピーニング加工を施すことで固定接点10,10の表面を改質硬化させるとともに表面の凹凸を低減させる。ここで、ショットピーニング加工とは、ショット材と言われる微細な金属製の球状粒子3をショット加速装置(図示せず)で加速させて対象物に噴射することで、対象物の表面を改質硬化させる加工法である。本実施形態では、空圧を利用することでショット材である球状粒子3を加速させており、空圧は約1.5atm〜5atmである。また、本実施形態の球状粒子3はロジウムから成り、その直径は約数百nm〜数十μmである。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), so-called shot peening is performed on the upper surface of the
上述のように、固定接点10,10の表面に無数の微細な金属製の球状粒子3を噴射することで、固定接点10,10の表面を硬化させるとともに表面の凹凸を低減させることができるので、接触抵抗を増大させることなく接点同士の固着を防ぐことができる。また、球状粒子3を構成する金属材料を固定接点10,10の最表層10aを構成するロジウムとしたので、球状粒子3と固定接点10,10の最表層10aとが合金化するのを防ぐことができ、接触抵抗の増大を防止できる。更に、第一の基板1の固定接点10,10を除いた全面にレジスト12を形成したので、固定接点10,10のみにショットピーニング加工を施すことができ、不必要な加工が為されないようにすることができる。
As described above, by injecting countless fine metal spherical particles 3 onto the surfaces of the
ところで、本実施形態の球状粒子3は、固定接点10,10の最表層10aを構成する金属材料と同じ金属材料で形成されているが、固定接点10,10の最表層10aと合金化し難い他の金属材料で形成されても構わない。また、球状粒子3を可動接点20の最表層の金属材料(ここではルテニウム)と同じ金属材料で形成してもよく、この場合は固定接点10,10の表面の凹凸の状態を接点の開閉を所定の回数(例えば数百万回)行った場合の凹凸の状態に近づけることができる。
By the way, the spherical particles 3 of the present embodiment are formed of the same metal material as that of the
更には、球状粒子3を例えばイリジウム等の高硬度で且つ比重の大きい金属材料で形成しても構わない。この場合は、図3に示すように、球状粒子3の直径を小さくしてもショットピーニング加工に必要な運動エネルギーを十分に得ることができるので、球状粒子3を小さくした分だけ固定接点10,10の表面の凹凸を更に低減することができる。 Furthermore, the spherical particles 3 may be formed of a metal material having high hardness and high specific gravity, such as iridium. In this case, as shown in FIG. 3, even if the diameter of the spherical particles 3 is reduced, sufficient kinetic energy required for the shot peening process can be obtained. The unevenness on the surface of 10 can be further reduced.
尚、本実施形態では固定接点10,10にショットピーニング加工を施した場合について説明しているが、可動接点20に上述のショットピーニング加工を施しても良く、固定接点10,10に加工を施した場合と同様の効果を奏することができる。
In this embodiment, the case where the fixed
1 第一の基板(ウェハ)
10 固定接点
2 第二の基板(ウェハ)
20 可動接点
3 球状粒子
1 First substrate (wafer)
10
20 Moving contact 3 Spherical particles
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