JP2012252878A - Contact point, switch and mems relay - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contact point, a switch and an MEMS relay that can reduce contact resistance and enhance resistance to sticking.SOLUTION: In an MEMS relay as a kind of switch, a contact point 5 comprises nano-period multi-layer film obtained by alternately laminating a first conductive layer 5a and a second conductive layer 5b. The uppermost layer is the first conductive layer 5a. The first conductive layer 5a is formed of a first material selected from the group consisting of Au, Au alloy, Ag, Ag alloy, a composite material of Au or Ag and a different kind of metal, a composite material of Au or Ag and metal oxide, a composite material of Au or Ag and metal nitride, a composite material of Au or Ag and metal sulfide and a composite material of Au or Ag and metal borate, and the second conductive layer 5b is formed of a second material selected from the group consisting of W, Ru, Ir, Rh, IrO, TiB, TiC, ZrB, ZrC, NbC and WC.

Description

本発明は、接点、開閉器およびMEMS(micro electro mechanicalsystems)リレーに関するものである。   The present invention relates to contacts, switches, and MEMS (micro electro mechanical systems) relays.

従来から、電磁石装置を備えた電磁式のマイクロリレーが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, an electromagnetic microrelay provided with an electromagnet device has been known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1には、厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたベース基板と、固定接点に接離可能な可動接点が設けられたアーマチュアブロックと、カバーとを備えたマイクロリレーが開示されている。   Patent Document 1 discloses a microrelay including a base substrate provided with a fixed contact on one surface side in the thickness direction, an armature block provided with a movable contact that can be moved toward and away from the fixed contact, and a cover. ing.

ここで、特許文献1には、固定接点の材料として、Cr,Ti,Pt,Co,Cu,Ni,Au,あるいはこれらの合金などの導電性材料を採用すればよいことが記載されている。   Here, Patent Document 1 describes that a conductive material such as Cr, Ti, Pt, Co, Cu, Ni, Au, or an alloy thereof may be employed as a material for the fixed contact.

また、従来から、単層膜に比べて摩擦耐久性の優れた積層膜として、異なる物質をnmサイズで交互に積み重ねた構造の積層膜であるナノ周期積層膜や、固体潤滑効果が期待できる薄膜の膜厚をnmサイズとして積層させた積層膜であるナノ周期積層固体潤滑膜が知られている(非特許文献1,2)。   Conventionally, as a laminated film with excellent friction durability compared to a single layer film, a nano-period laminated film that is a laminated film having a structure in which different substances are alternately stacked in nm size, and a thin film that can be expected to have a solid lubricating effect Nano-periodic laminated solid lubricating films, which are laminated films having a thickness of 1 nm, are known (Non-Patent Documents 1 and 2).

非特許文献1には、ナノ周期積層膜によれば、弾性率および硬さを、積層させた各物質の単層膜よりも増大させることができる旨が記載されている。また、非特許文献1には、Au膜とAg膜とをnm周期で積層した導電性潤滑膜や、Au膜とDLC膜とをnm周期で積層した導電性潤滑膜が記載されている。   Non-Patent Document 1 describes that according to the nano-period laminated film, the elastic modulus and hardness can be increased as compared with the single-layer film of each laminated material. Non-Patent Document 1 describes a conductive lubricating film in which an Au film and an Ag film are stacked with a nm period, and a conductive lubricating film in which an Au film and a DLC film are stacked with a nm period.

特開2005−216541号公報JP 2005-216541 A

三宅正二郎、外1名,「ナノ周期積層固体潤滑膜」,トライボロジスト,2008年,第53巻,第11号,p.725−730Shojiro Miyake, 1 other, “Nano-periodic laminated solid lubricating film”, tribologist, 2008, 53, 11, p. 725-730 野城淳一、外2名,「WS2/MoS2/C固体潤滑膜の形成とそのトライボロジー特性」,トライボロジスト,2004,第49巻,第11号,p.894−900Junichi Nojo, two others, “Formation of WS2 / MoS2 / C Solid Lubricating Film and Its Tribological Properties”, Tribologist, 2004, Vol. 49, No. 11, p. 894-900

上述のマイクロリレーでは、耐スティキング性の評価を行うために開閉試験を行った際に、可動接点が固定接点に付着するスティッキングが発生してしまうことがあった。   In the above-described micro relay, when an open / close test is performed in order to evaluate sticking resistance, sticking in which the movable contact adheres to the fixed contact may occur.

そこで、本願発明者は、非特許文献1に記載されたAu膜とAg膜とをnm周期で積層した導電性潤滑膜や、Au膜とDLC膜とをnm周期で積層した導電性潤滑膜について、上述のマイクロリレーの可動接点や固定接点への適用の可否について検討した。   Therefore, the inventor of the present application relates to a conductive lubricating film in which an Au film and an Ag film described in Non-Patent Document 1 are stacked with a nm period, and a conductive lubricating film in which an Au film and a DLC film are stacked with a nm period. The applicability of the above-described micro relay to movable contacts and fixed contacts was examined.

しかしながら、本願発明者は、これらの導電性潤滑膜をマイクロリレーの可動接点や固定接点に採用するのは不適当であるという結論に至った。   However, the inventor of the present application has come to the conclusion that it is inappropriate to employ these conductive lubricating films for the movable contact and the fixed contact of the micro relay.

何故ならば、上述のマイクロリレーにおいて、Au膜とAg膜とをnm周期で積層した導電性潤滑膜を可動接点および固定接点に採用した場合には、開閉動作時に発生する熱に起因してAuとAgとが合金化してしまい、積層構造が保てなくなってしまうという実験結果が得られたからである。   This is because, in the above-described micro relay, when a conductive lubricating film in which an Au film and an Ag film are laminated with a period of nm is adopted as a movable contact and a fixed contact, the Au generated due to heat generated during the opening / closing operation. This is because an experimental result has been obtained that the alloy structure of Ag and Ag becomes impossible and the laminated structure cannot be maintained.

この点について更に説明すれば、本願発明者は、開閉試験を行った後のマイクロリレーと、開閉試験を行わずに、450℃での加熱を行った後のマイクロリレーとの両方について、可動接点および固定接点を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、前者のマイクロリレーでは、AuAg合金の粒成長が起こっていることが確認され、後者のマイクロリレーでは、AuAg合金の粒成長が起こっていないことが確認された。また、AuやAgなどの金属材料では、融点の8割位の温度で粒成長が起こることが知られている。そこで、本願発明者は、上述のマイクロリレーでは、開閉時に、可動接点および固定接点の温度が800℃〜900℃程度に上昇しているものと推定した。また、上述のマイクロリレーにおいて、Au膜とDLC膜とをnm周期で積層した導電性潤滑膜を可動接点および固定接点に採用した場合には、DLC膜の耐熱温度が400℃程度であり、開閉動作時に発生する熱に起因してDLCが分解してしまい、機械的特性が変化してしまうからである。   If this point is further demonstrated, this inventor will be able to carry out a movable contact about both the micro relay after performing a switching test, and the micro relay after heating at 450 degreeC, without performing a switching test. The stationary contact was observed with a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that grain growth of AuAg alloy occurred in the former microrelay, and that grain growth of AuAg alloy did not occur in the latter microrelay. In addition, it is known that a metal material such as Au or Ag grows at a temperature of about 80% of the melting point. Therefore, the inventor of the present application estimated that in the above-described micro relay, the temperature of the movable contact and the fixed contact rose to about 800 ° C. to 900 ° C. during opening and closing. In addition, in the above-described micro relay, when a conductive lubricating film in which an Au film and a DLC film are laminated with a period of nm is adopted as a movable contact and a fixed contact, the heat resistance temperature of the DLC film is about 400 ° C. This is because DLC is decomposed due to heat generated during operation, and mechanical characteristics change.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能な接点、開閉器およびMEMSリレーを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a contact, a switch, and a MEMS relay capable of reducing contact resistance and improving sticking resistance. .

本発明の接点は、第1導電層と第2導電層とが交互に積層されたナノ周期積層膜からなる接点であって、最表層が第1導電層であり、前記第1導電層は、Au、Au合金、Ag、Ag合金、Au若しくはAgと異種金属との複合材料、Au若しくはAgと金属酸化物との複合材料、Au若しくはAgと金属窒化物との複合材料、Au若しくはAgと金属硫化物との複合材料、Au若しくはAgと金属ホウ化物との複合材料の群から選択される第1材料により形成され、前記第2導電層は、W、Ru、Ir、Rh、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの群から選択される第2材料により形成されてなることを特徴とする。 The contact of the present invention is a contact made of a nano-period laminate film in which the first conductive layer and the second conductive layer are alternately stacked, and the outermost layer is the first conductive layer, and the first conductive layer is Au, Au alloy, Ag, Ag alloy, composite material of Au or Ag and dissimilar metal, composite material of Au or Ag and metal oxide, composite material of Au or Ag and metal nitride, Au or Ag and metal The second conductive layer is formed of a first material selected from the group consisting of a composite material of sulfide, a composite material of Au or Ag and a metal boride, and the second conductive layer is formed of W, Ru, Ir, Rh, IrO 2 , TiB. 2 , TiC, ZrB 2 , ZrC, NbC, WC, and a second material selected from the group.

この接点において、前記Au合金は、Auと、Ag、Ni、Cu、Pd、Pt、Co、Znの群から選択された少なくとも1種の金属との合金であり、前記Ag合金は、Agと、Au、Ni、Cu、Pdの群から選択された少なくとも1種の金属との合金であることが好ましい。   In this contact, the Au alloy is an alloy of Au and at least one metal selected from the group of Ag, Ni, Cu, Pd, Pt, Co, and Zn, and the Ag alloy is Ag, An alloy with at least one metal selected from the group consisting of Au, Ni, Cu and Pd is preferable.

この接点において、前記第1導電層および前記第2導電層は、スパッタ法により形成されてなることが好ましい。   In this contact, the first conductive layer and the second conductive layer are preferably formed by sputtering.

本発明の開閉器は、可動接点と前記可動接点が接離する固定接点とを備え、前記可動接点と前記固定接点との少なくとも一方が、前記接点からなることを特徴とする。   The switch according to the present invention includes a movable contact and a fixed contact at which the movable contact comes into contact with or separates, and at least one of the movable contact and the fixed contact includes the contact.

本発明のMEMSリレーは、厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたベース基板と、前記ベース基板の前記一表面側に対向配置されたカバー基板と、前記ベース基板と前記カバー基板との一方に収納された電磁石装置と、前記ベース基板と前記カバー基板との間に配置された可動部形成基板とを備え、前記可動部形成基板は、前記ベース基板と前記カバー基板との間に介在するフレーム部と、前記フレーム部の内側に配置され前記フレーム部に第1ばね部を介して揺動自在に支持された可動部と、前記可動部に設けられ前記電磁石装置とともに磁気回路を構成するアーマチュアと、前記可動部に支持され前記アーマチュアの揺動に伴って前記固定接点に接離する可動接点が設けられた接点保持部とを有し、前記可動接点と前記固定接点との少なくとも一方が、前記接点からなることを特徴とする。   The MEMS relay according to the present invention includes a base substrate provided with a fixed contact on one surface side in the thickness direction, a cover substrate disposed opposite to the one surface side of the base substrate, and the base substrate and the cover substrate. An electromagnet device housed in one side and a movable part forming substrate disposed between the base substrate and the cover substrate, wherein the movable part forming substrate is interposed between the base substrate and the cover substrate A frame portion, a movable portion disposed inside the frame portion and supported by the frame portion so as to be swingable via a first spring portion, and a magnetic circuit provided with the electromagnet device provided in the movable portion. An armature, and a contact holding portion provided with a movable contact supported by the movable portion and contacting and leaving the fixed contact as the armature swings, the movable contact and the fixed contact, At least one, characterized in that it consists of the contact.

本発明の接点においては、低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。   In the contact according to the present invention, it is possible to reduce the contact resistance and improve the sticking resistance.

本発明の開閉器においては、低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。   In the switch of the present invention, it is possible to reduce the contact resistance and improve the sticking resistance.

本発明のMEMSリレーにおいては、低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。   In the MEMS relay of the present invention, the contact resistance can be reduced and the sticking resistance can be improved.

(a)は実施形態のMEMSリレーを示す概略分解斜視図、(b)は接点の概略断面図である。(A) is a schematic exploded perspective view which shows the MEMS relay of embodiment, (b) is a schematic sectional drawing of a contact. 実施形態のMEMSリレーにおける可動部形成基板の概略分解斜視図である。It is a general | schematic disassembled perspective view of the movable part formation board | substrate in the MEMS relay of embodiment. 実施形態のMEMSリレーにおける可動部形成基板の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the movable part formation board | substrate in the MEMS relay of embodiment. (a)は実施形態のMEMSリレーにおける可動部形成基板の概略平面図、(b)は可動部形成基板の要部概略断面図、(c)は可動部形成基板の要部概略下面図である。(A) is a schematic top view of the movable part formation board | substrate in the MEMS relay of embodiment, (b) is a principal part schematic sectional drawing of a movable part formation board | substrate, (c) is a principal part schematic bottom view of a movable part formation board | substrate. . 実施形態のMEMSリレーを示し、ベース基板側から見た概略斜視図である。It is the schematic perspective view which showed the MEMS relay of embodiment and was seen from the base substrate side.

本実施形態では、開閉器の一種であるリレーについて例示するが、ここで例示するリレーはMEMSリレーである。以下、MEMSリレーについて図1〜図5を参照しながら説明する。   In the present embodiment, a relay that is a type of switch is illustrated, but the relay illustrated here is a MEMS relay. Hereinafter, the MEMS relay will be described with reference to FIGS.

MEMSリレーは、ベース基板1と、ベース基板1の一表面側に対向配置されたカバー基板3と、ベース基板1に形成された収納部16に収納された電磁石装置4と、ベース基板1とカバー基板3との間に配置された可動部形成基板2とを備えている。このMEMSリレーは、可動部形成基板2に設けられた磁性体板からなるアーマチュア24を電磁石装置4によって動かすことにより、ベース基板1の上記一表面側に設けられた固定接点14と可動部形成基板2に設けられた可動接点27とが接離する電磁駆動式のリレーである。なお、本実施形態のMEMSリレーでは、ベース基板1およびカバー基板3の外形サイズを、可動部形成基板2の外形サイズと同じ外形サイズに設定してある。   The MEMS relay includes a base substrate 1, a cover substrate 3 arranged to face one surface of the base substrate 1, an electromagnet device 4 stored in a storage portion 16 formed on the base substrate 1, the base substrate 1 and the cover. And a movable part forming substrate 2 disposed between the substrate 3 and the substrate 3. In this MEMS relay, the armature 24 made of a magnetic plate provided on the movable part forming substrate 2 is moved by the electromagnet device 4, whereby the fixed contact 14 provided on the one surface side of the base substrate 1 and the movable part forming substrate. 2 is an electromagnetically driven relay that comes in contact with and separates from the movable contact 27 provided in 2. In the MEMS relay of this embodiment, the outer sizes of the base substrate 1 and the cover substrate 3 are set to the same outer size as that of the movable part forming substrate 2.

以下、MEMSリレーの各構成要素について詳細に説明する。   Hereinafter, each component of the MEMS relay will be described in detail.

ベース基板1は、絶縁性基板の一種であるガラス基板からなる第1の基板10を用いて形成されている。第1の基板10は、ガラス基板に限らず、例えば、高抵抗率のシリコン基板や、低温同時焼成セラミック基板(Low Temperature Co-fired Ceramic Substrate:LTCC基板)を用いてもよい。第1の基板10として用いるガラス基板のガラス材料としては、硼珪酸ガラスを採用しているが、これに限らず、ソーダガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。硼珪酸ガラスとしては、例えば、パイレックス(登録商標)やテンパックス(登録商標)を採用することができる。また、高抵抗率のシリコン基板としては、例えば、MEMSリレーを高周波信号の伝送用に用いる場合、抵抗率がより高い方が好ましく、例えば、伝送対象の高周波信号の周波数が6GHzであれば、抵抗率が100Ωcm以上であることが好ましく、1000Ωcm以上であることがより好ましい。また、伝送対象の高周波信号の周波数が高いほど、抵抗率が高い方が好ましい。   The base substrate 1 is formed using a first substrate 10 made of a glass substrate which is a kind of insulating substrate. The first substrate 10 is not limited to a glass substrate, and for example, a high resistivity silicon substrate or a low temperature co-fired ceramic substrate (LTCC substrate) may be used. The glass material of the glass substrate used as the first substrate 10 is borosilicate glass, but is not limited thereto, and soda glass, alkali-free glass, quartz glass, or the like may be used. As the borosilicate glass, for example, Pyrex (registered trademark) or Tempax (registered trademark) can be employed. Moreover, as a high resistivity silicon substrate, for example, when a MEMS relay is used for transmission of a high frequency signal, it is preferable that the resistivity is higher. For example, if the frequency of the high frequency signal to be transmitted is 6 GHz, The rate is preferably 100 Ωcm or more, and more preferably 1000 Ωcm or more. Further, the higher the frequency of the high-frequency signal to be transmitted, the higher the resistivity is preferable.

上述のベース基板1は、矩形板状に形成されており、上記一表面側において第1の基板10の長手方向の両端部それぞれに一対の信号線13,13が形成されている。ここで、各一対の信号線13,13は、ベース基板1の上記一表面側において第1の基板10の短手方向に沿って配置されている。また、ベース基板1は、各信号線13それぞれの一端部に、上述の固定接点14が設けられ、各信号線13それぞれの他端部が、第1の基板10の厚み方向に貫設された貫通孔配線15と電気的に接続されている。   The above-described base substrate 1 is formed in a rectangular plate shape, and a pair of signal lines 13 and 13 are formed at both ends in the longitudinal direction of the first substrate 10 on the one surface side. Here, each pair of signal lines 13 and 13 is arranged along the short direction of the first substrate 10 on the one surface side of the base substrate 1. Further, the base substrate 1 is provided with the fixed contact 14 described above at one end of each signal line 13, and the other end of each signal line 13 is penetrated in the thickness direction of the first substrate 10. It is electrically connected to the through-hole wiring 15.

また、信号線13は、金属層(例えば、Au層)により構成されている。信号線13の材料としては、Auを採用しているが、Auに限らず、例えば、Au、Ni、Cu、Pd、Rh、Pt、Ir、Osの群から選択される1種あるいはこれらの合金を採用してもよい。   The signal line 13 is configured by a metal layer (for example, an Au layer). The signal line 13 is made of Au, but is not limited to Au. For example, one type selected from the group of Au, Ni, Cu, Pd, Rh, Pt, Ir, and Os, or an alloy thereof. May be adopted.

また、ベース基板1において上述の貫通孔配線15が内側に設けられた貫通孔12(図5参照)は、ベース基板1の上記一表面から上記他表面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ形状に形成されている。ここで、貫通孔配線15は、貫通孔12の内面に沿って形成されベース基板1の上記一表面側において貫通孔12を閉塞している。   Further, the through-hole 12 (see FIG. 5) in which the above-described through-hole wiring 15 is provided inside the base substrate 1 is a taper whose opening area gradually increases as it approaches the other surface from the one surface of the base substrate 1. It is formed into a shape. Here, the through-hole wiring 15 is formed along the inner surface of the through-hole 12 and closes the through-hole 12 on the one surface side of the base substrate 1.

また、ベース基板1は、上述のように電磁石装置4を収納する収納部16が形成されている。ここで、ベース基板1は、第1の基板10の中央部に、厚み方向に貫通し電磁石装置4が挿入される開口部17が形成されている。また、ベース基板1は、第1の基板10における可動部形成基板2側の一表面側に、開口部17を閉塞する薄膜状の蓋体部18が接合されている。要するに、ベース基板1は、開口部17の内周面と蓋体部18とで囲まれた空間が収納部16を構成している。これにより、本実施形態のMEMSリレーは、ベース基板1と可動部形成基板2のフレーム部21とカバー基板3とで囲まれた空間を、気密空間とすることが可能となっている。なお、蓋体部18の材料としては、Siを採用している。蓋体部18の厚さは、電磁石装置4からアーマチュア24に作用させる吸引力などの観点から5μm〜50μm程度が好ましく、蓋体部18の機械的強度などの観点から20μm〜30μm程度がより好ましい。   Further, the base substrate 1 is formed with a storage portion 16 for storing the electromagnet device 4 as described above. Here, in the base substrate 1, an opening portion 17 that penetrates in the thickness direction and into which the electromagnet device 4 is inserted is formed in the central portion of the first substrate 10. In the base substrate 1, a thin film lid 18 that closes the opening 17 is bonded to one surface of the first substrate 10 on the movable part forming substrate 2 side. In short, in the base substrate 1, the space surrounded by the inner peripheral surface of the opening 17 and the lid body 18 constitutes the storage portion 16. Thereby, the MEMS relay of this embodiment can make the space enclosed by the base substrate 1, the frame part 21 of the movable part forming substrate 2 and the cover substrate 3 an airtight space. Note that Si is used as the material of the lid 18. The thickness of the lid 18 is preferably about 5 μm to 50 μm from the viewpoint of the attractive force that acts on the armature 24 from the electromagnet device 4, and more preferably about 20 μm to 30 μm from the viewpoint of the mechanical strength of the lid 18. .

上述の開口部17は、第1の基板10の上記一表面から他表面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ形状となっている。しかして、ベース基板1は、可動部形成基板2側とは反対側から電磁石装置4を挿入し易く、且つ、第1の基板10の上記一表面における開口部17の開口面積を比較的小さくすることができる。なお、上述の開口部17および貫通孔12は、例えば、サンドブラスト法やエッチング法などによって形成すればよい。   The opening 17 has a tapered shape in which the opening area gradually increases as the distance from the one surface of the first substrate 10 approaches the other surface. Thus, the base substrate 1 is easy to insert the electromagnet device 4 from the side opposite to the movable part forming substrate 2 side, and the opening area of the opening 17 on the one surface of the first substrate 10 is relatively small. be able to. In addition, what is necessary is just to form the above-mentioned opening part 17 and the through-hole 12 by the sandblasting method, the etching method, etc., for example.

電磁石装置4は、U字状のヨーク40と、ヨーク40に巻回された2つのコイル42,42とを備えている。ヨーク40は、両コイル42,42が直接巻回される細長の矩形板状のコイル巻回部40aと、コイル巻回部40aの長手方向の両端部それぞれからコイル巻回部40aの厚み方向に延設された側片40b,40bとを有している。そして、ヨーク40は、コイル42,42への励磁電流に応じて一対の側片40b,40bの互いの先端面が異極に励磁される。なお、ヨーク40は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工、鋳造加工、プレス加工などにより加工することによって形成されており、両側片40b,40bの断面が矩形状となっている。   The electromagnet device 4 includes a U-shaped yoke 40 and two coils 42 and 42 wound around the yoke 40. The yoke 40 has an elongated rectangular plate-shaped coil winding portion 40a around which both coils 42 and 42 are directly wound, and both ends in the longitudinal direction of the coil winding portion 40a in the thickness direction of the coil winding portion 40a. It has extended side pieces 40b and 40b. In the yoke 40, the tip surfaces of the pair of side pieces 40b, 40b are excited to have different polarities according to the excitation current to the coils 42, 42. The yoke 40 is formed by processing an iron plate such as electromagnetic soft iron by bending, casting, pressing, or the like, and the cross sections of both side pieces 40b, 40b are rectangular.

また、電磁石装置4は、ヨーク40の両側片40b,40bの間でコイル巻回部40aの長手方向の中央部に重ねて配置された矩形板状の永久磁石41を備えている。しかして、電磁石装置4は、永久磁石41とヨーク40の側片40b,40bとによって、コイル巻回部40aの長手方向への各コイル42,42の移動が規制される。   In addition, the electromagnet device 4 includes a rectangular plate-like permanent magnet 41 that is disposed between both side pieces 40b, 40b of the yoke 40 so as to overlap the central portion in the longitudinal direction of the coil winding portion 40a. Thus, in the electromagnet device 4, the movement of the coils 42 and 42 in the longitudinal direction of the coil winding portion 40 a is restricted by the permanent magnet 41 and the side pieces 40 b and 40 b of the yoke 40.

上述の電磁石装置4は、2つのコイル42,42に励磁電流を通電したときに電磁力を発生するものであり、当該電磁力によって、矩形板状のアーマチュア24の長手方向の両端部のうちの一方を吸引する吸引力、当該両端部のうちの他方を反発する反発力を発生させることができる。   The above-described electromagnet device 4 generates an electromagnetic force when an excitation current is applied to the two coils 42 and 42, and the electromagnetic force causes the rectangular plate-shaped armature 24 to have a longitudinal direction. A suction force for sucking one side and a repulsive force for repelling the other of the both end portions can be generated.

永久磁石41は、厚み方向の両面それぞれの磁極面が異極に着磁されており、一方の磁極面がヨーク40のコイル巻回部40aに当接し、他方の磁極面がヨーク40の両側片40b,40bの先端面と同一平面上に位置するように厚み寸法を設定してある。ここにおいて、上述の電磁石装置4は、ヨーク40の両側片40b,40bの各先端面および永久磁石41の上記他方の磁極面が蓋体部18に当接する形で収納部16に収納されている。しかして、電磁石装置4における永久磁石41の上記他方の磁極面とヨーク40の両側片40b,40bの先端面とを同一平面上に位置させることができるので、電磁石装置4とアーマチュア24との間のギャップ長の精度を高めることが可能となる。   In the permanent magnet 41, the magnetic pole surfaces on both sides in the thickness direction are magnetized differently, one magnetic pole surface is in contact with the coil winding portion 40a of the yoke 40, and the other magnetic pole surface is on both side pieces of the yoke 40. The thickness dimension is set so as to be located on the same plane as the tip surfaces of 40b and 40b. Here, the above-described electromagnet device 4 is housed in the housing portion 16 in such a manner that the front end surfaces of the both side pieces 40b, 40b of the yoke 40 and the other magnetic pole surface of the permanent magnet 41 abut against the lid body portion 18. . Thus, the other magnetic pole surface of the permanent magnet 41 in the electromagnet device 4 and the front end surfaces of the both side pieces 40b, 40b of the yoke 40 can be positioned on the same plane, so that there is a gap between the electromagnet device 4 and the armature 24. It is possible to improve the accuracy of the gap length.

また、電磁石装置4は、細長の矩形板状に形成されたプリント基板43を備えている。このプリント基板43は、絶縁性基板43aの一表面における長手方向の両端部それぞれに導体パターン43b,43bが形成されており、各導体パターン43b,43bにおいて円形状に形成された部位が外部接続用電極43ba,43baを構成し、矩形状に形成された部位がコイル接続部43bb,43bbを構成している。ここにおいて、コイル接続部43bb,43bbには、コイル42,42の端末が接続される。コイル42,42は、外部接続用電極43ba,43ba間に電源を接続してコイル42,42へ励磁電流を流したときにヨーク40の両側片40b,40bの先端面が互いに異なる磁極となるように接続されている。   In addition, the electromagnet device 4 includes a printed circuit board 43 formed in an elongated rectangular plate shape. In the printed circuit board 43, conductor patterns 43b and 43b are formed at both ends in the longitudinal direction on one surface of the insulating substrate 43a, and the circularly formed portions of the conductor patterns 43b and 43b are for external connection. The electrodes 43ba and 43ba are configured, and the portions formed in a rectangular shape configure the coil connection portions 43bb and 43bb. Here, the terminal of the coils 42 and 42 is connected to the coil connection parts 43bb and 43bb. The coils 42, 42 are configured such that the tip surfaces of the side pieces 40 b, 40 b of the yoke 40 have different magnetic poles when a power source is connected between the external connection electrodes 43 ba, 43 ba and an excitation current is passed through the coils 42, 42. It is connected to the.

可動部形成基板2は、シリコン基板からなる半導体基板20を用いて形成されている。半導体基板20は、シリコン基板に限らず、例えば、シリコン層/絶縁層(SiO層)/シリコン層の3層構造を有するSOI(Silicon On Insulator)基板や、シリコン層/絶縁層(SiO層)/シリコン層/絶縁層(SiO層)/シリコン層の5層構造(ダブルSOI構造)を有するダブルSOI基板などを用いてもよい。 The movable part forming substrate 2 is formed using a semiconductor substrate 20 made of a silicon substrate. The semiconductor substrate 20 is not limited to a silicon substrate, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a three-layer structure of silicon layer / insulating layer (SiO 2 layer) / silicon layer, or silicon layer / insulating layer (SiO 2 layer). A double SOI substrate having a five-layer structure (double SOI structure) of /) / silicon layer / insulating layer (SiO 2 layer) / silicon layer may be used.

可動部形成基板2は、ベース基板1とカバー基板3との間に介在するフレーム部21と、フレーム部21の内側に配置されフレーム部21に4つの第1ばね部(支持ばね部)22を介して揺動自在に支持された可動部23とを有している。また、可動部形成基板2は、可動部23における一面側(電磁石装置4側)に配置され電磁石装置4とともに磁気回路を構成する上述のアーマチュア24と、アーマチュア24の中央部との間に可動部23を挟んで配置されたプレート25とを有している。ここで、プレート25は、可動部23の厚み方向に貫通した貫通孔29を通してアーマチュア24に溶接されている。プレート25をアーマチュア24に溶接するにあたっては、可動部23の上記一面側にアーマチュア24を配置し他面側にプレート25を配置した状態で、プレート25において貫通孔29に対応する部分にレーザ光を照射してプレート25を局所的に溶融させてアーマチュア24に溶接させるようにしている。要するに、プレート25は、アーマチュア24にレーザ溶接法により溶接されている。なお、レーザ溶接法により溶接する際のレーザ光源としては、例えば、YAGレーザを用いればよいが、これに限定するものではなく、例えば、プレート25の材料に応じて適宜変更してもよい。   The movable portion forming substrate 2 includes a frame portion 21 interposed between the base substrate 1 and the cover substrate 3, and four first spring portions (support spring portions) 22 arranged on the inner side of the frame portion 21. And a movable portion 23 supported so as to be freely swingable. In addition, the movable part forming substrate 2 is arranged between the above-described armature 24 that is arranged on one surface side (electromagnet apparatus 4 side) of the movable part 23 and forms a magnetic circuit together with the electromagnet apparatus 4, and the central part of the armature 24. 23, and a plate 25 arranged with 23 therebetween. Here, the plate 25 is welded to the armature 24 through a through hole 29 penetrating in the thickness direction of the movable portion 23. When the plate 25 is welded to the armature 24, the laser beam is applied to the portion corresponding to the through hole 29 in the plate 25 in a state where the armature 24 is disposed on the one surface side of the movable portion 23 and the plate 25 is disposed on the other surface side. Irradiation causes the plate 25 to be locally melted and welded to the armature 24. In short, the plate 25 is welded to the armature 24 by a laser welding method. In addition, as a laser light source at the time of welding by the laser welding method, for example, a YAG laser may be used. However, the laser light source is not limited thereto, and may be appropriately changed according to the material of the plate 25, for example.

アーマチュア24を構成する磁性体板の材料としては、鉄−コバルト合金からなる磁性体材料を採用しているが、これに限らず、例えば、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどの磁性体材料であればよい。   As the material of the magnetic plate constituting the armature 24, a magnetic material made of an iron-cobalt alloy is adopted, but not limited to this, for example, a magnetic material such as electromagnetic soft iron, electromagnetic stainless steel, and permalloy may be used. That's fine.

また、プレート25の材料としては、フェライト系ステンレス鋼の一種であるSUS430を採用しているが、これに限らず、例えば、SUS430以外のステンレス鋼や、金属、合金などを採用してもよい。   Further, as a material of the plate 25, SUS430 which is a kind of ferritic stainless steel is adopted, but not limited thereto, for example, stainless steel other than SUS430, metal, alloy or the like may be adopted.

可動部形成基板2は、可動部23の厚みがフレーム部21の厚みよりも薄く、アーマチュア24の厚み寸法を、可動部形成基板2とベース基板1とを固着した状態においてアーマチュア24とベース基板1との間に適宜の空隙が形成されるように設定してある。また、プレート25の厚み寸法は、可動部23とカバー基板3との間に適宜の空隙が形成されるように設定されている。   In the movable part forming substrate 2, the thickness of the movable part 23 is smaller than the thickness of the frame part 21, and the thickness of the armature 24 is set so that the movable part forming substrate 2 and the base substrate 1 are fixed. An appropriate gap is formed between the two. The thickness dimension of the plate 25 is set so that an appropriate gap is formed between the movable portion 23 and the cover substrate 3.

本実施形態では、フレーム部21の厚さを200μm、可動部23の厚さを50μm、アーマチュア24の厚さを100μm、プレート25の厚さを100μmに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。例えば、半導体基板20としてシリコン基板を用いる場合、このシリコン基板の基礎となるシリコンウェハの厚さに応じて適宜変更してもよく、例えば、50μm〜1000μm程度の範囲で設定してもよく、半導体基板20の厚さ寸法に基づいて、可動部23の厚さ、アーマチュア24の厚さ、およびプレート25の厚さ、それぞれを適宜変更すればよい。ただし、アーマチュア24の厚さ寸法は、電磁石装置4による所望の吸引力を確保するように設定する必要がある。これに対して、可動部23およびプレート25それぞれの厚さ寸法は、MEMSリレーの小型化を図るなどの観点からは小さい方が好ましい。   In the present embodiment, the thickness of the frame portion 21 is set to 200 μm, the thickness of the movable portion 23 is set to 50 μm, the thickness of the armature 24 is set to 100 μm, and the thickness of the plate 25 is set to 100 μm. There is no particular limitation. For example, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 20, it may be appropriately changed according to the thickness of the silicon wafer that is the basis of the silicon substrate, and may be set within a range of, for example, about 50 μm to 1000 μm. Based on the thickness dimension of the substrate 20, the thickness of the movable portion 23, the thickness of the armature 24, and the thickness of the plate 25 may be appropriately changed. However, the thickness dimension of the armature 24 needs to be set so as to ensure a desired attractive force by the electromagnet device 4. On the other hand, the thickness of each of the movable part 23 and the plate 25 is preferably small from the viewpoint of reducing the size of the MEMS relay.

上述の可動部形成基板2は、フレーム部21が、矩形枠状に形成され、可動部23が、矩形板状に形成されている。また、アーマチュア24は、可動部23よりも小さな矩形板状に形成されている。また、プレート25は、長手方向の寸法が可動部23の短手方向の寸法よりもやや大きな細長の板状に形成されており、長手方向の両端部が先細り状の形状となっている。そして、プレート25は、可動部23の長手方向の中央部において、当該プレートの長手方向を可動部23の短手方向に合わせて配置されている。なお、プレート25の形状は、特に限定するものではなく、例えば、長方形状でもよいし、菱形状でもよい。   In the movable part forming substrate 2 described above, the frame part 21 is formed in a rectangular frame shape, and the movable part 23 is formed in a rectangular plate shape. The armature 24 is formed in a rectangular plate shape that is smaller than the movable portion 23. The plate 25 is formed in an elongated plate shape whose longitudinal dimension is slightly larger than the lateral dimension of the movable portion 23, and both end portions in the longitudinal direction are tapered. The plate 25 is arranged at the center in the longitudinal direction of the movable part 23 so that the longitudinal direction of the plate is aligned with the short direction of the movable part 23. In addition, the shape of the plate 25 is not specifically limited, For example, a rectangular shape may be sufficient and a rhombus shape may be sufficient.

第1ばね部22は、可動部23の短手方向の両側縁側の各々において可動部23の長手方向に離間した2箇所に形成されている。各第1ばね部22は、一端部が可動部23に連結され他端部がフレーム部21の内周面に連結されている。各第1ばね部22は、平面形状において上記一端部と上記他端部との間の部位を同一面内で蛇行した形状に形成することにより長さ寸法を長くしてある。これにより、可動部形成基板2は、可動部23が揺動する際に各第1ばね部22の各々に発生する応力を各々で分散させることが可能となり、各第1ばね部22が破損するのを抑制することが可能となる。   The first spring portion 22 is formed at two locations spaced apart in the longitudinal direction of the movable portion 23 on each side edge side of the movable portion 23 in the lateral direction. Each first spring portion 22 has one end connected to the movable portion 23 and the other end connected to the inner peripheral surface of the frame portion 21. Each of the first spring portions 22 has a long dimension by forming a portion between the one end portion and the other end portion in a planar shape so as to meander in the same plane. Thereby, the movable part forming substrate 2 can disperse the stress generated in each of the first spring parts 22 when the movable part 23 swings, and the first spring parts 22 are damaged. Can be suppressed.

また、可動部形成基板2は、可動部23の短手方向の両側縁それぞれの中央部から矩形状の第1突片23aが1つずつ延設されている。また、可動部形成基板2は、フレーム部21の内周面において可動部23の各第1突片23aの各々に対応する各部位から、矩形状の第2突片21aが1つずつ延設されている。すなわち、可動部形成基板2は、1対1で対応する第1突片23aと第2突片21aとの、互いの先端面同士が対向している。ここにおいて、可動部23から延設された各第1突片23aの各々の先端面には、凸部23bが形成されている。一方、フレーム部21から延設された各第2突片21aの各々の先端面には、凸部23bが入り込む凹部21bが形成されている。したがって、可動部形成基板2は、凸部23bが凹部21bの内周面に当接することにより、フレーム部21の厚み方向に直交する面内における可動部23の移動が規制される。可動部23の同一の側縁側にある2つの第1ばね部22は、同一の側縁から延設されている第1突片23aの両側に位置している。   Further, the movable part forming substrate 2 is provided with one rectangular first projecting piece 23 a extending from the central part of each side edge of the movable part 23 in the short direction. The movable part forming substrate 2 has one rectangular second projecting piece 21 a extending from each part corresponding to each first projecting piece 23 a of the movable part 23 on the inner peripheral surface of the frame part 21. Has been. That is, the movable portion forming substrate 2 has the front end surfaces of the first projecting piece 23a and the second projecting piece 21a corresponding to each other one-to-one. Here, a convex portion 23 b is formed on each tip surface of each first protruding piece 23 a extending from the movable portion 23. On the other hand, a concave portion 21b into which the convex portion 23b enters is formed on each tip surface of each second protruding piece 21a extending from the frame portion 21. Therefore, in the movable part forming substrate 2, the movement of the movable part 23 in the plane orthogonal to the thickness direction of the frame part 21 is restricted by the convex part 23b coming into contact with the inner peripheral surface of the concave part 21b. The two first spring portions 22 on the same side edge side of the movable portion 23 are located on both sides of the first projecting piece 23a extending from the same side edge.

可動部形成基板2は、可動部23の各第1突片23aにおけるベース基板1との対向面に、支点突起23c(図2参照)が突設されている。この支点突起23cは、可動部23が当該可動部23に一体化されているアーマチュア24とともに揺動(回動)する際の支点として機能する。要するに、可動部形成基板2は、可動部23の短手方向において離間して配置された2つの支点突起23cがベース基板1の上記一表面に当接しており、一対の支点突起23c,23cを結ぶ直線を回動軸として回動可能となっている。   The movable part forming substrate 2 is provided with a fulcrum protrusion 23c (see FIG. 2) on the surface of the first protruding piece 23a of the movable part 23 facing the base substrate 1. The fulcrum protrusion 23 c functions as a fulcrum when the movable part 23 swings (rotates) together with the armature 24 integrated with the movable part 23. In short, in the movable part forming substrate 2, two fulcrum protrusions 23c arranged apart from each other in the short direction of the movable part 23 are in contact with the one surface of the base substrate 1, and the pair of fulcrum protrusions 23c and 23c are connected to each other. The connecting straight line can be turned around a turning axis.

また、可動部形成基板2は、可動部23の4隅から当該可動部23の短手方向の両側に向かって矩形状の第3突片23dが延設され、各第3突片23dにおけるベース基板1との対向面には、可動部23の揺動範囲を規制するストッパ部23e(図2参照)が形成されている。これらのストッパ部23eは、ベース基板1の上記一表面と接触することにより、可動部23の変位量を制限する。これにより、MEMSリレーは、アーマチュア24と蓋体部18とが接触することを回避することが可能となり、アーマチュア24や蓋体部18が破損するのを防止することが可能となる。   Further, the movable part forming substrate 2 is provided with rectangular third protrusions 23d extending from the four corners of the movable part 23 toward both sides of the movable part 23 in the short direction, and a base in each third protrusion 23d. A stopper portion 23e (see FIG. 2) that restricts the swing range of the movable portion 23 is formed on the surface facing the substrate 1. These stopper portions 23 e limit the amount of displacement of the movable portion 23 by coming into contact with the one surface of the base substrate 1. As a result, the MEMS relay can avoid contact between the armature 24 and the lid portion 18, and can prevent the armature 24 and the lid portion 18 from being damaged.

また、可動部形成基板2は、可動部23の長手方向の両側に接点保持部28,28が配置されている。各接点保持部28は、一対の第2ばね部(接圧ばね部)26,26を介して可動部23に支持されている。各接点保持部28には、ベース基板1の厚み方向において対向する一対の固定接点14,14に接離する可動接点27(図2参照)が設けられている。   In the movable part forming substrate 2, contact holding parts 28 and 28 are arranged on both sides of the movable part 23 in the longitudinal direction. Each contact holding portion 28 is supported by the movable portion 23 via a pair of second spring portions (contact pressure spring portions) 26 and 26. Each contact holding portion 28 is provided with a movable contact 27 (see FIG. 2) that contacts and separates a pair of fixed contacts 14 and 14 that face each other in the thickness direction of the base substrate 1.

各接点保持部28の厚さ寸法は、フレーム部21の厚さ寸法よりも小さく且つ可動部23の厚さ寸法よりも小さな値に設定してある。また、接点保持部28の厚み方向において重なる接点保持部28と可動接点27とを合わせた厚さ寸法も、このような条件を満たす値に設定してある。各接点保持部28は、平面視形状が細長の矩形状であり、短手方向が可動部23の長手方向に一致するように配置されている。   The thickness dimension of each contact holding part 28 is set to a value smaller than the thickness dimension of the frame part 21 and smaller than the thickness dimension of the movable part 23. Further, the thickness dimension of the contact holding portion 28 and the movable contact 27 that overlap in the thickness direction of the contact holding portion 28 is also set to a value that satisfies such a condition. Each contact holding part 28 has a rectangular shape in plan view, and is arranged such that the short side direction coincides with the longitudinal direction of the movable part 23.

各第2ばね部26は、一端部が可動部23の長手方向に沿った側縁に連結され、他端部が接点保持部28の短手方向に沿った側縁に連結されており、上記一端部と上記他端部との間の中間部の一部を、可動部23の厚み方向に直交する面内で蛇行した形状としてある。また、各第2ばね部26の長さは、同じとしてある。しかして、本実施形態のMEMSリレーでは、各第2ばね部26の長さを適当な長さとして各第2ばね部26のばね力を適宜設定することにより、各可動接点27と対応する一対の固定接点14,14との接点圧を所望の大きさに設定することが可能となり、各可動接点27と対応する一対の固定接点14,14との接触信頼性を向上させることが可能となる。   Each second spring part 26 has one end connected to the side edge along the longitudinal direction of the movable part 23 and the other end connected to the side edge along the short direction of the contact holding part 28. A part of the intermediate part between the one end and the other end is meandered in a plane perpendicular to the thickness direction of the movable part 23. Moreover, the length of each 2nd spring part 26 is made the same. Thus, in the MEMS relay of the present embodiment, the pair of springs corresponding to each movable contact 27 is set by appropriately setting the spring force of each second spring part 26 with the length of each second spring part 26 being an appropriate length. The contact pressure with the fixed contacts 14 and 14 can be set to a desired magnitude, and the contact reliability between each movable contact 27 and the corresponding pair of fixed contacts 14 and 14 can be improved. .

可動部形成基板2は、フレーム部21が、ベース基板1およびカバー基板3と接合されている。これにより、可動部形成基板2は、各可動接点27が、対応する一対の固定接点14,14に対向し当該一対の固定接点14,14間を短絡する位置と開放する位置との間で変位可能となっている。ここで、説明を簡単にするために、図1(a)において右側に位置している一対の固定接点14,14を一対の第1固定接点14a,14a、第1固定接点14a,14aに対応する可動接点27を第1可動接点27a、図1(a)において左側に位置している一対の固定接点14,14を一対の第2固定接点14b,14b、第2固定接点14b,14bに対応する可動接点27を第2可動接点27bと称することもある。   In the movable portion forming substrate 2, the frame portion 21 is bonded to the base substrate 1 and the cover substrate 3. Thereby, the movable part forming substrate 2 is displaced between a position where each movable contact 27 faces the corresponding pair of fixed contacts 14, 14 and short-circuits between the pair of fixed contacts 14, 14 and an open position. It is possible. Here, for simplicity of explanation, the pair of fixed contacts 14 and 14 positioned on the right side in FIG. 1A corresponds to the pair of first fixed contacts 14a and 14a and the first fixed contacts 14a and 14a. The movable contact 27 to be operated corresponds to the first movable contact 27a, and the pair of fixed contacts 14 and 14 located on the left side in FIG. 1A corresponds to the pair of second fixed contacts 14b and 14b and the second fixed contacts 14b and 14b. The movable contact 27 to be performed may be referred to as a second movable contact 27b.

可動部形成基板2は、アーマチュア24の動作(揺動)に伴って、第1可動接点27aが一対の第1固定接点14a,14a間を短絡し且つ第2可動接点27bが一対の第2固定接点14b,14b間を開放した第1状態と、第1可動接点27aが一対の第1固定接点14a,14a間を開放し且つ第2可動接点27bが一対の第2固定接点14b,14b間を短絡した第2状態とが交互に現われる。   In the movable part forming substrate 2, the first movable contact 27 a short-circuits between the pair of first fixed contacts 14 a and 14 a and the second movable contact 27 b is a pair of second fixed as the armature 24 operates (swings). The first state where the contacts 14b and 14b are opened, the first movable contact 27a opens between the pair of first fixed contacts 14a and 14a, and the second movable contact 27b extends between the pair of second fixed contacts 14b and 14b. The short-circuited second state appears alternately.

ここで、可動部形成基板2の基礎となる半導体基板20として、上述のダブルSOI基板を用いれば、可動部23とベース基板1との距離をベース基板1側のシリコン層の厚みによって規定することが可能となる。これにより、MEMSリレーは、可動接点27と対応する一対の固定接点14,14とが開放されている状態での可動接点27と一対の固定接点14,14との間の距離(絶縁距離)を高精度に設定することが可能となり、また、アーマチュア24と電磁石装置4との距離(磁気ギャップ長)を高精度に設定することが可能となる。   Here, if the above-described double SOI substrate is used as the semiconductor substrate 20 that is the basis of the movable portion forming substrate 2, the distance between the movable portion 23 and the base substrate 1 is defined by the thickness of the silicon layer on the base substrate 1 side. Is possible. As a result, the MEMS relay sets the distance (insulating distance) between the movable contact 27 and the pair of fixed contacts 14 and 14 in a state where the pair of fixed contacts 14 and 14 corresponding to the movable contact 27 are opened. It becomes possible to set with high accuracy, and it becomes possible to set the distance (magnetic gap length) between the armature 24 and the electromagnet device 4 with high accuracy.

また、カバー基板3は、ガラス基板からなる第2の基板30を用いて形成されているが、第2の基板30は、第1の基板10と同様に、ガラス基板に限らず、高抵抗率のシリコン基板や、LTCC基板を用いてもよい。   Further, the cover substrate 3 is formed by using the second substrate 30 made of a glass substrate. However, the second substrate 30 is not limited to the glass substrate, but has a high resistivity, like the first substrate 10. Alternatively, a silicon substrate or an LTCC substrate may be used.

カバー基板3は、可動部形成基板2との対向面に可動部23の揺動空間を確保する凹所(図示せず)が形成されている。   The cover substrate 3 is provided with a recess (not shown) that secures a swinging space for the movable portion 23 on the surface facing the movable portion forming substrate 2.

ここで、本実施形態のMEMSリレーの動作について説明する。   Here, the operation of the MEMS relay of this embodiment will be described.

本実施形態のMEMSリレーでは、コイル42,42への通電が行われると、磁化の向きに応じてアーマチュア24の長手方向の一端部がヨーク40の一方の側片40bに吸引される。これにより、MEMSリレーは、アーマチュア24の上記一端部に近い可動接点27が対応する一対の固定接点14,14に接触し、且つ、アーマチュア24の他端部に近い可動接点27が対応する一対の固定接点14,14から離れた状態となる。この状態では、コイル42,42への通電を停止しても、永久磁石41の発生する磁束により、アーマチュア24の上記一端部に対する吸引力が維持され、アーマチュア24の上記一端部に近い可動接点27と対応する一対の固定接点14,14とが接触した状態が保持される。   In the MEMS relay of this embodiment, when the coils 42 are energized, one end portion in the longitudinal direction of the armature 24 is attracted to one side piece 40 b of the yoke 40 according to the direction of magnetization. As a result, the MEMS relay contacts the pair of fixed contacts 14, 14 corresponding to the movable contact 27 near the one end of the armature 24, and the pair of movable contacts 27 corresponding to the other end of the armature 24. It will be in the state away from the fixed contacts 14 and 14. In this state, even if energization of the coils 42, 42 is stopped, the attractive force to the one end of the armature 24 is maintained by the magnetic flux generated by the permanent magnet 41, and the movable contact 27 close to the one end of the armature 24. And a pair of corresponding fixed contacts 14 and 14 are kept in contact with each other.

また、本実施形態のMEMSリレーでは、コイル42,42への通電方向を逆向きにすると、アーマチュア24の長手方向の上記他端部がヨーク40の他方の側片40bに吸引され、アーマチュア24の上記他端部に近い可動接点27が対応する一対の固定接点14,14に接触し、且つ、アーマチュア24の上記一端部に近い可動接点27が対応する一対の固定接点14,14から離れた状態となる。この状態では、コイル42,42への通電を停止しても、永久磁石41の発生する磁束により、アーマチュア24の上記他端部に対する吸引力が維持され、アーマチュア24の上記他端部に近い可動接点27と対応する一対の固定接点14,14とが接触した状態が保持される。   Further, in the MEMS relay of the present embodiment, when the energization direction to the coils 42 is reversed, the other end portion in the longitudinal direction of the armature 24 is attracted to the other side piece 40b of the yoke 40, and the armature 24 The movable contact 27 close to the other end contacts the corresponding pair of fixed contacts 14 and 14, and the movable contact 27 close to the one end of the armature 24 leaves the corresponding pair of fixed contacts 14 and 14. It becomes. In this state, even if energization of the coils 42 and 42 is stopped, the attractive force to the other end of the armature 24 is maintained by the magnetic flux generated by the permanent magnet 41, and the armature 24 is movable close to the other end. The state where the contact 27 and the corresponding pair of fixed contacts 14 and 14 are in contact with each other is maintained.

なお、本実施形態のMEMSリレーは、アーマチュア24を動かす電磁石装置4として、永久磁石41を備えた有極型の電磁石装置を用いているので、ラッチング型のリレー(マイクロリレー)を構成している。ただし、MEMSリレーは、電磁石装置4として永久磁石41を備えていない無極型の電磁石装置を用いてもよい。   Note that the MEMS relay of this embodiment uses a polarized electromagnet device having a permanent magnet 41 as the electromagnet device 4 that moves the armature 24, and therefore constitutes a latching type relay (micro relay). . However, the MEMS relay may use a non-polar electromagnet device that does not include the permanent magnet 41 as the electromagnet device 4.

上述の可動部形成基板2のフレーム部21とベース基板1およびカバー基板3とは、それぞれ、陽極接合法により接合されている。   The frame portion 21 of the above-described movable portion forming substrate 2 is bonded to the base substrate 1 and the cover substrate 3 by an anodic bonding method.

また、可動部23には、上述の貫通孔29が2つ形成されている。これら2つの貫通孔29は、可動部23の長手方向の中央部において可動部23の短手方向に沿った中心線上で並んで形成されている。また、各貫通孔29は、円形状の開口形状となっている。これに対して、プレート25は、長手方向の寸法が、可動部23の短手方向の寸法よりも大きな値に設定されている。また、プレート25は、長手方向の中間部における短手方向の寸法が、貫通孔29の内径よりも大きな値に設定されている。なお、各貫通孔29の開口形状は特に限定するものではない。要するに、プレート25の短手方向の寸法は、可動部23の上記他面における貫通孔29の最大寸法(可動部23の長手方向における貫通孔29の最大寸法)よりも大きな値であればよい。   The movable portion 23 has two through holes 29 described above. These two through holes 29 are formed side by side on the center line along the short direction of the movable part 23 at the center in the longitudinal direction of the movable part 23. Each through-hole 29 has a circular opening shape. On the other hand, the dimension of the longitudinal direction of the plate 25 is set to a value larger than the dimension of the movable part 23 in the lateral direction. Further, the plate 25 is set such that the dimension in the short direction at the intermediate portion in the longitudinal direction is larger than the inner diameter of the through hole 29. In addition, the opening shape of each through-hole 29 is not specifically limited. In short, the dimension in the short direction of the plate 25 may be a value larger than the maximum dimension of the through hole 29 on the other surface of the movable part 23 (maximum dimension of the through hole 29 in the longitudinal direction of the movable part 23).

そして、プレート25は、可動部23の各貫通孔29を通してアーマチュア24に溶接されている。要するに、プレート25は、アーマチュア24に2箇所が溶接されている。なお、溶接箇所は、2箇所に限定するものではない。   The plate 25 is welded to the armature 24 through each through hole 29 of the movable portion 23. In short, the plate 25 is welded to the armature 24 at two locations. In addition, a welding location is not limited to two locations.

ところで、可動部形成基板2は、可動部23とアーマチュア24とプレート25とを含む部分が、可動部23の短手方向に沿った中心線に対して対称となり、且つ、可動部23の長手方向に沿った中心線に対して対称となるように、可動部23の上記一面におけるアーマチュア24の配置領域を規定し、可動部23の上記他面におけるプレート25の配置領域を規定している。要するに、本実施形態のMEMSリレーでは、可動部23の重心とアーマチュア24およびプレート25各々の重心とが一直線上に位置するように上記各配置領域を規定している。さらに、可動部形成基板2は、フレーム部21の内側のブロック全体が、可動部23の短手方向に沿った中心線に対して対称となり、且つ、可動部23の長手方向に沿った中心線に対して対称となるように、各第1ばね部22、各第2ばね部26、各接点保持部28の形状および配置を規定してある。   By the way, in the movable part forming substrate 2, the part including the movable part 23, the armature 24, and the plate 25 is symmetric with respect to the center line along the short direction of the movable part 23, and the longitudinal direction of the movable part 23. The arrangement area of the armature 24 on the one surface of the movable part 23 is defined so as to be symmetric with respect to the center line along the center line, and the arrangement area of the plate 25 on the other surface of the movable part 23 is defined. In short, in the MEMS relay of the present embodiment, the above-described arrangement regions are defined so that the center of gravity of the movable portion 23 and the center of gravity of each of the armature 24 and the plate 25 are positioned on a straight line. Further, in the movable part forming substrate 2, the entire block inside the frame part 21 is symmetrical with respect to the center line along the short direction of the movable part 23, and the center line along the longitudinal direction of the movable part 23. The shape and arrangement of each first spring part 22, each second spring part 26, and each contact holding part 28 are defined so as to be symmetrical with respect to each other.

また、可動部形成基板2は、可動部23に、可動部23の上記一面から突設されアーマチュア24を位置決めする第1突起23gと、可動部23の上記他面から突設されプレート25を位置決めする第2突起23fとが一体に設けられている。   Further, the movable part forming substrate 2 positions the movable part 23 on the movable part 23 from the one surface of the movable part 23 and positions the armature 24, and projects from the other surface of the movable part 23 to position the plate 25. The second protrusion 23f is integrally provided.

第1突起23gの突出寸法は、第1突起23gがアーマチュア24の揺動範囲を狭めないように、アーマチュア24の厚さ寸法よりも小さい方が好ましい。例えば、アーマチュア24の厚さ寸法が100μmの場合、第1突起23gの突出寸法は、10μm程度であれば十分である。なお、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。   The protrusion dimension of the first protrusion 23g is preferably smaller than the thickness dimension of the armature 24 so that the first protrusion 23g does not narrow the swing range of the armature 24. For example, when the thickness dimension of the armature 24 is 100 μm, it is sufficient that the projecting dimension of the first protrusion 23 g is about 10 μm. These numerical values are merely examples, and are not particularly limited.

また、第2突起23fの突出寸法は、第2突起23fがプレート25の揺動範囲を狭めないように、プレート25の厚さ寸法よりも小さい方が好ましい。例えば、プレート25の厚さ寸法が100μmの場合、第2突起23fの突出寸法は、10μm程度であれば十分である。なお、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。   The projecting dimension of the second protrusion 23 f is preferably smaller than the thickness dimension of the plate 25 so that the second protrusion 23 f does not narrow the swing range of the plate 25. For example, when the thickness dimension of the plate 25 is 100 μm, it is sufficient that the projecting dimension of the second protrusion 23 f is about 10 μm. These numerical values are merely examples, and are not particularly limited.

また、可動部形成基板2は、第1突起23gおよび第2突起23fの各々を複数備え、複数の第1突起23gが、可動部23の上記一面側においてアーマチュア24の規定の配置領域を囲むように配置され、複数の第2突起23fが、可動部23の上記他面側においてプレート25の規定の配置領域を囲むように配置されていることが好ましい。要するに、可動部形成基板2は、複数の第1突起23gが、アーマチュア24の外周に沿って配置され、複数の第2突起23fが、プレート25の外周に沿って配置されている。本実施形態では、第1突起23gの数を8個、第2突起23fの数を6個としてあるが、これらの数は特に限定するものではない。ただし、第1突起23gは、可動部23の上記一面側において、可動部23の短手方向に沿った中心線に対して線対称に配置され、且つ、可動部23の長手方向に沿った中心線に対して線対称に配置されていることが好ましい。また、第2突起23fは、可動部23の上記他面側において、可動部23の短手方向に沿った中心線に対して線対称に配置され、且つ、可動部23の長手方向に沿った中心線に対して線対称に配置されていることが好ましい。各第1突起23gおよび各第2突起23fは、各々、平面形状を矩形状としてあるが、これらの形状は矩形状に限らず、例えば、円形状、三角形状、多角形状でもよい。また、複数の第1突起23gは、全てが同じ形状である必要はない。また、複数の第2突起23fは、全てが同じ形状である必要はない。また、第1突起23gについては、可動部23の上記一面側においてアーマチュア24の規定の配置領域を囲む枠状の形状として1個だけにしてもよい。また、第2突起23fについては、可動部23の上記他面側においてプレート25の規定の配置領域を囲む枠状の形状として1個だけにしてもよい。また、第1突起23gは、アーマチュア24の規定の配置領域との間に所定の第1隙間(例えば、10μm程度)を設けるように形成位置を設計してある。これにより、アーマチュア24の配置が容易になるとともに、アーマチュア24の寸法公差などに起因してアーマチュア24を配置できないような不具合の発生を抑制することが可能となる。また、第2突起23fは、プレート25の規定の配置領域との間に所定の第2隙間(例えば、10μm程度)を設けるように形成位置を設計してある。これにより、プレート25の配置が容易になるとともに、プレート25の寸法公差などに起因してプレート25を配置できないような不具合の発生を抑制することが可能となる。   Further, the movable part forming substrate 2 includes a plurality of first protrusions 23g and second protrusions 23f, and the plurality of first protrusions 23g surround a prescribed arrangement region of the armature 24 on the one surface side of the movable part 23. It is preferable that the plurality of second protrusions 23f are arranged so as to surround a prescribed arrangement region of the plate 25 on the other surface side of the movable portion 23. In short, in the movable part forming substrate 2, the plurality of first protrusions 23 g are arranged along the outer periphery of the armature 24, and the plurality of second protrusions 23 f are arranged along the outer periphery of the plate 25. In the present embodiment, the number of the first protrusions 23g is eight and the number of the second protrusions 23f is six. However, these numbers are not particularly limited. However, the first protrusion 23g is arranged symmetrically with respect to the center line along the short direction of the movable portion 23 on the one surface side of the movable portion 23, and the center along the longitudinal direction of the movable portion 23. It is preferable that they are arranged symmetrically with respect to the line. Further, the second protrusions 23f are arranged symmetrically with respect to the center line along the short direction of the movable part 23 on the other surface side of the movable part 23 and along the longitudinal direction of the movable part 23. It is preferable that they are arranged symmetrically with respect to the center line. Each first protrusion 23g and each second protrusion 23f has a rectangular planar shape, but these shapes are not limited to a rectangular shape, and may be, for example, a circular shape, a triangular shape, or a polygonal shape. Further, the plurality of first protrusions 23g need not all have the same shape. Further, the plurality of second protrusions 23f need not all have the same shape. Further, the first protrusion 23g may be only one as a frame shape surrounding the prescribed arrangement region of the armature 24 on the one surface side of the movable portion 23. Further, the second protrusion 23f may be only one as a frame-like shape surrounding the prescribed arrangement region of the plate 25 on the other surface side of the movable portion 23. Further, the formation position of the first protrusion 23g is designed so as to provide a predetermined first gap (for example, about 10 μm) between the first protrusion 23g and a predetermined arrangement region of the armature 24. As a result, the armature 24 can be easily arranged, and it is possible to suppress the occurrence of a problem that the armature 24 cannot be arranged due to the dimensional tolerance of the armature 24 or the like. Further, the formation position of the second protrusion 23 f is designed so as to provide a predetermined second gap (for example, about 10 μm) between the second protrusion 23 f and a predetermined arrangement region of the plate 25. Thereby, the arrangement of the plate 25 is facilitated, and it is possible to suppress the occurrence of a problem that the plate 25 cannot be arranged due to the dimensional tolerance of the plate 25 or the like.

上述のアーマチュア24およびプレート25については、各々、打ち抜き加工などの機械加工技術を利用して形成してある。なお、アーマチュア24およびプレート25は、真空チャックなどにより、可動部23に対して配置する。   The above-described armature 24 and plate 25 are each formed using a machining technique such as punching. The armature 24 and the plate 25 are arranged with respect to the movable part 23 by a vacuum chuck or the like.

一方、可動部形成基板2は、アーマチュア24およびプレート25以外の構成要素を、マイクロマシニング技術を利用して形成してある。つまり、可動部形成基板2のフレーム部21、可動部23、各第1ばね部22、各第1突片23a、第2突片21a、各第2ばね部26、各接点保持部28、各第1突起23gおよび各第2突起23fは、半導体基板20(半導体基板20の基礎となるウェハ)を、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術などの半導体プロセス技術を利用して加工することにより形成してある。したがって、可動部23に対する各第1突起23gの位置精度は、主に、各第1突起23gをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成する際の、露光工程における重ね合わせ検出マークの重ね合わせ精度(overlay accuracy)と、エッチング工程での寸法シフト(measureshift)とにより決まる。   On the other hand, the movable part forming substrate 2 is formed by using the micromachining technique for components other than the armature 24 and the plate 25. That is, the frame part 21 of the movable part formation board 2, the movable part 23, each 1st spring part 22, each 1st protrusion piece 23a, the 2nd protrusion piece 21a, each 2nd spring part 26, each contact holding | maintenance part 28, each The first protrusions 23g and the respective second protrusions 23f are formed by processing the semiconductor substrate 20 (the wafer serving as the basis of the semiconductor substrate 20) using a semiconductor process technique such as a photolithography technique or an etching technique. . Therefore, the positional accuracy of each first protrusion 23g with respect to the movable portion 23 is mainly due to the overlay of the overlay detection mark in the exposure process when each first protrusion 23g is formed using a photolithography technique and an etching technique. It depends on the accuracy (overlay accuracy) and the dimensional shift (measureshift) in the etching process.

アーマチュア24とプレート25とを溶接するためには、例えば、まず、可動部23に対して先にアーマチュア24を位置決めしてから、真空チャックなどによってアーマチュア24あるいは可動部23を吸引し、その後、可動部23に対してプレート25を位置決めする。続いて、プレート25において可動部23の貫通孔29に対応した部位にレーザ光を照射してプレート25を局所的に溶融させてプレート25とアーマチュア24とを溶接すればよい。   In order to weld the armature 24 and the plate 25, for example, the armature 24 is first positioned with respect to the movable portion 23, and then the armature 24 or the movable portion 23 is sucked by a vacuum chuck or the like, and then movable. The plate 25 is positioned with respect to the portion 23. Subsequently, a portion of the plate 25 corresponding to the through hole 29 of the movable portion 23 may be irradiated with laser light to locally melt the plate 25 and weld the plate 25 and the armature 24.

ところで、上述の固定接点14および可動接点27の各々は、図1(b)に示すように、第1導電層5aと第2導電層5bとが交互に積層されたナノ周期積層膜からなる接点5により構成されている。   By the way, each of the above-mentioned fixed contact 14 and movable contact 27 is a contact comprising a nano-period laminated film in which the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b are alternately laminated as shown in FIG. 5.

接点5は、最表層が第1導電層5aであり、第1導電層5aが、Au、Au合金、Ag、Ag合金、Au若しくはAgと異種金属との複合材料、Au若しくはAgと金属酸化物との複合材料、Au若しくはAgと金属窒化物との複合材料、Au若しくはAgと金属硫化物との複合材料、Au若しくはAgと金属ホウ化物との複合材料の群から選択される第1材料により形成され、第2導電層5bが、W、Ru、Ir、Rh、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの群から選択される第2材料により形成されている。ここで、第2材料は、AuやAgと合金化せず、且つ、電気伝導性を有する無機材料であればよく、上述の群に含まれない材料を採用することも可能である。 The contact 5 has the first conductive layer 5a as the outermost layer, and the first conductive layer 5a is Au, Au alloy, Ag, Ag alloy, composite material of Au or Ag and dissimilar metal, Au or Ag and metal oxide. A first material selected from the group consisting of: a composite material of Au or Ag and a metal nitride; a composite material of Au or Ag and a metal sulfide; a composite material of Au or Ag and a metal boride The second conductive layer 5b is formed of a second material selected from the group consisting of W, Ru, Ir, Rh, IrO 2 , TiB 2 , TiC, ZrB 2 , ZrC, NbC, and WC. Here, the second material may be an inorganic material that is not alloyed with Au or Ag and has electrical conductivity, and a material that is not included in the above group may be employed.

上述のAu合金は、Auと、Ag、Ni、Cu、Pd、Pt、Co、Znの群から選択された少なくとも1種の金属との合金であることが好ましく、また、上述のAg合金は、Agと、Au、Ni、Cu、Pdの群から選択された少なくとも1種の金属との合金であることが好ましい。これらのAu合金を採用することにより、他のAu合金を採用する場合に比べて、硬度が高くなり、耐スティッキング性を向上させることが可能となる。また、これらのAg合金を採用することにより、他のAg合金を採用する場合に比べて、硬度が高くなり、耐スティッキング性を向上させることが可能となる。   The Au alloy described above is preferably an alloy of Au and at least one metal selected from the group of Ag, Ni, Cu, Pd, Pt, Co, and Zn. An alloy of Ag and at least one metal selected from the group consisting of Au, Ni, Cu, and Pd is preferable. By adopting these Au alloys, the hardness becomes higher and the sticking resistance can be improved as compared with the case of employing other Au alloys. Further, by employing these Ag alloys, the hardness is increased and sticking resistance can be improved as compared with the case of employing other Ag alloys.

第1導電層5aおよび第2導電層5bの厚みは、1分子層の厚さ〜10nmの範囲内で設定することが好ましい。第1導電層5a・第2導電層5b間に発生するひずみエネルギーの群が、ナノ周期積層膜の厚み方向の全体に及ぶようになり、ナノ周期積層膜の硬度および弾性率が第1導電層5a単体あるいは第2導電層5b単体の場合よりも高くなり、耐スティッキング性が向上する。   The thickness of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b is preferably set within the range of the thickness of one molecular layer to 10 nm. A group of strain energy generated between the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b extends over the whole thickness direction of the nano-period multilayer film, and the hardness and elastic modulus of the nano-period multilayer film are the first conductive layer. It becomes higher than the case of 5a alone or the second conductive layer 5b alone, and the sticking resistance is improved.

第1導電層5aおよび第2導電層5bそれぞれの1分子層の厚さについては、第1導電層5aおよび第2導電層5bそれぞれが単体の金属により構成されている場合、各金属それぞれの原子の直径と同じ値とすることが好ましい。第1導電層5aおよび第2導電層5bの厚みが、1分子層の厚さよりも薄く設定されていると、第1導電層5aおよび第2導電層5bの各々が膜になりにくく、ひずみエネルギーの作用がナノ周期積層膜の厚み方向の全体に及ばなくなる。このため、ナノ周期積層膜の硬度および弾性率が第1導電層5a単体あるいは第2導電層5b単体の場合よりも高くなるという効果が得られなくなる可能性が高くなる。   Regarding the thickness of each molecular layer of each of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b, when each of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b is composed of a single metal, each atom of each metal It is preferable to make it the same value as the diameter. If the thickness of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b is set to be thinner than the thickness of one molecular layer, each of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b is unlikely to be a film, and strain energy Does not reach the entire thickness of the nano-period laminate film. For this reason, there is a high possibility that the effect that the hardness and elastic modulus of the nano-period multilayer film are higher than those of the first conductive layer 5a alone or the second conductive layer 5b alone cannot be obtained.

また、第1導電層5aおよび第2導電層5bの厚みが、10nmよりも厚く設定されていると、ひずみエネルギーがナノ周期積層膜の厚み方向の全体に及ばなくなる。このため、ナノ周期積層膜の硬度および弾性率が第1導電層5a単体あるいは第2導電層5b単体の場合よりも高くなるという効果が得られなくなる可能性が高くなる。また、第1導電層5aおよび第2導電層5bの温度上昇により金属粒が成長するような場合、ナノ周期積層膜の厚み方向における金属粒の大きさは、第1導電層5aおよび第2導電層5bそれぞれの厚みが限界値となる。要するに、上述のMEMSリレーでは、可動接点27と固定接点14とで構成される接点部の開閉に伴う温度上昇による第1導電層5a、第2導電層5bそれぞれの厚み方向への金属材料の粒成長が、第1導電層5a、第2導電層5bそれぞれの厚みで制限される。また、接点5は、第2導電層5bが、W、Ru、Ir、Rh、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの群から選択される第2材料により形成されているので、上述の第1材料により形成された第1導電層5a中に拡散しにくく、温度が上昇した場合でも、ナノ周期積層膜の積層構造が保たれる。したがって、接点5は、金属材料組織の粒子間強度の低下が抑制され、剪断による転移を起こしにくくなる。これに対し、第1導電層5aおよび第2導電層5bの少なくも一方の厚みが10μmを超えると、粒子間強度の低下が大きくなり、金属材料組織の剪断破壊の抑制が難しくなる。 Further, when the thickness of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b is set to be thicker than 10 nm, the strain energy does not reach the entire thickness of the nano-period laminated film. For this reason, there is a high possibility that the effect that the hardness and elastic modulus of the nano-period multilayer film are higher than those of the first conductive layer 5a alone or the second conductive layer 5b alone cannot be obtained. Further, when metal grains grow due to the temperature rise of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b, the size of the metal grains in the thickness direction of the nano-period laminated film is the first conductive layer 5a and the second conductive layer. The thickness of each layer 5b becomes a limit value. In short, in the above-described MEMS relay, the particles of the metal material in the thickness direction of each of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b due to a temperature rise caused by the opening and closing of the contact portion constituted by the movable contact 27 and the fixed contact 14 are performed. Growth is limited by the thickness of each of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b. Also, the contact 5, the second conductive layer 5b is, W, Ru, Ir, Rh , IrO 2, TiB 2, TiC, ZrB 2, ZrC, NbC, are formed by a second material selected from the group of WC Therefore, it is difficult to diffuse into the first conductive layer 5a formed of the above-mentioned first material, and the laminated structure of the nano-period laminated film is maintained even when the temperature rises. Therefore, the contact 5 is suppressed from lowering the interparticle strength of the metal material structure, and is less likely to cause transition due to shearing. On the other hand, when the thickness of at least one of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b exceeds 10 μm, the interparticle strength decreases greatly, and it becomes difficult to suppress the shear fracture of the metal material structure.

また、第2導電層5bは、上述の第2材料により形成されており、W、Ru、Ir、Rh、Ti、Zr、Nb、Wの電気抵抗率がAuやAgの電気抵抗率に比べて高いが、厚みが10nm以下であり、薄いので、トンネル効果で厚み方向へ電子が流れる。したがって、接点5は、ナノ周期積層膜の厚み方向における電気抵抗率を低減することが可能となる。ここで、第2導電層5bの厚みが10nmを超えると、トンネル効果が小さくなり、接点5の電気抵抗率が高くなってしまう。   The second conductive layer 5b is made of the second material described above, and the electrical resistivity of W, Ru, Ir, Rh, Ti, Zr, Nb, and W is higher than that of Au or Ag. Although it is high, the thickness is 10 nm or less, and since it is thin, electrons flow in the thickness direction by the tunnel effect. Therefore, the contact 5 can reduce the electrical resistivity in the thickness direction of the nano-period laminated film. Here, when the thickness of the second conductive layer 5b exceeds 10 nm, the tunnel effect is reduced and the electrical resistivity of the contact 5 is increased.

また、第2導電層5bは、上述のように、W、Ru、Ir、Rh、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの群から選択される第2材料により形成することが好ましい。要するに、第2導電層5bは、W、Ru、Ir、Rhのうちの少なくとも1種からなる金属により形成してもよいし、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの1種からなる金属化合物により形成してもよい。第2導電層5bを金属化鉱物により形成する場合には、金属により形成する場合に比べて、第2導電層5b・第1導電層5a間のひずみエネルギーが大きくなり、硬度および弾性率も高くなり、耐スティキング性のより一層の向上を期待できる。 The second conductive layer 5b, as described above, to form W, Ru, Ir, Rh, IrO 2, TiB 2, TiC, ZrB 2, ZrC, NbC, the second material selected from the group of WC It is preferable. In short, the second conductive layer 5b may be formed of a metal made of at least one of W, Ru, Ir, and Rh, or IrO 2 , TiB 2 , TiC, ZrB 2 , ZrC, NbC, and WC. You may form with the metal compound which consists of 1 type. When the second conductive layer 5b is formed of a metallized mineral, the strain energy between the second conductive layer 5b and the first conductive layer 5a is larger, and the hardness and elastic modulus are higher than when formed by a metal. Therefore, further improvement in sticking resistance can be expected.

また、接点5は、第1導電層5aが上述の第1材料により形成されており、ナノ周期積層膜の最表層が第1導電層5aとなっているので、低接触抵抗化を図れる。   In the contact 5, the first conductive layer 5a is formed of the first material described above, and the outermost layer of the nano-period multilayer film is the first conductive layer 5a, so that the contact resistance can be reduced.

第1導電層5aおよび第2導電層5bは、スパッタ法により形成されていることが好ましい。第1導電層5aおよび第2導電層5bをスパッタ法により形成するようにすれば、蒸着法や電気めっき法などにより形成する場合に比べて、第1導電層5aおよび第2導電層5bそれぞれの厚みの制御が容易となり、ナノ周期積層膜の作製が容易となる。接点5は、第1導電層5aおよび第2導電層5bがスパッタ法により形成されていることにより、蒸着法や電気めっき法などにより形成されている場合に比べて、第1導電層5aおよび第2導電層5bそれぞれの厚みの精度を高めることが可能となる。なお、第1導電層5aおよび第2導電層5bをスパッタ法により形成する場合は、ターゲットと基板ホルダとの間にあるシャッタの開閉速度や、基板ホルダの回転速度を制御することにより、ナノ周期積層膜からなる接点5を形成することが可能となる。   The first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b are preferably formed by sputtering. If the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b are formed by sputtering, each of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b is compared with the case where they are formed by vapor deposition or electroplating. The thickness can be easily controlled and the nano-period laminated film can be easily manufactured. Since the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b are formed by the sputtering method, the contact 5 has the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5a compared to the case where the contact 5 is formed by a vapor deposition method or an electroplating method. It becomes possible to improve the accuracy of the thickness of each of the two conductive layers 5b. In addition, when forming the 1st conductive layer 5a and the 2nd conductive layer 5b by sputtering method, nano period is controlled by controlling the opening and closing speed of the shutter between the target and the substrate holder, and the rotation speed of the substrate holder. It becomes possible to form the contact 5 made of a laminated film.

以下、第1材料と第2材料との組み合わせや、第1導電層5aと第2導電層5bとの厚みの組み合わせを種々異ならせた実施例1〜8および比較例1〜3の接点5について耐スティッキング性と、接触抵抗とを評価した結果を下記表1に示す。なお、接点5は、下地材料をシリコン、膜厚を4μm、平面サイズを1mm□とした。   Hereinafter, the contacts 5 of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 in which the combination of the first material and the second material and the combination of the thicknesses of the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b are variously changed. Table 1 shows the results of evaluating the sticking resistance and the contact resistance. The contact 5 was made of silicon as a base material, a film thickness of 4 μm, and a plane size of 1 mm □.

Figure 2012252878
Figure 2012252878

耐スティッキング性の評価にあたっては、同じ実施例の接点5同士で構成される接点部の開閉を行い、スティッキング発生(スティック発生)の有無をマイクロスコープで観察した。ここにおいて、開閉条件は、電流無負荷で、速度を0.01m/s、開閉レートを10Hz、接点荷重を0.1mgとした。   In evaluating the sticking resistance, the contact portion constituted by the contacts 5 of the same example was opened and closed, and the presence or absence of sticking (stick generation) was observed with a microscope. Here, the switching conditions were no current load, speed of 0.01 m / s, switching rate of 10 Hz, and contact load of 0.1 mg.

また、接触抵抗の評価にあたっては、接点部の開閉を1000回行った後に、接点5同士が接触した状態で、接点部の抵抗を測定し、その測定結果から配線抵抗を差し引いた値を接触抵抗とした。   In the evaluation of contact resistance, after the contact part was opened and closed 1000 times, the contact part resistance was measured in a state where the contacts 5 were in contact with each other, and the value obtained by subtracting the wiring resistance from the measurement result was used as the contact resistance. It was.

表1から、実施例1〜8の接点5では、比較例1〜3の接点5に比べて、耐スティッキング性が向上していることが分かる。また、実施例1〜8では、比較例3に比べて低接触抵抗化を図れることが分かる。また、比較例2と比較例3との比較から、第2導電層5bの厚みが上述の範囲内で設定された比較例2では、範囲外で設定された比較例3に比べて、低接触抵抗化を図れることが分かる。   From Table 1, it can be seen that the sticking resistance of the contacts 5 of Examples 1 to 8 is improved as compared to the contacts 5 of Comparative Examples 1 to 3. Moreover, in Examples 1-8, compared with the comparative example 3, it turns out that low contact resistance can be aimed at. Further, from the comparison between the comparative example 2 and the comparative example 3, in the comparative example 2 in which the thickness of the second conductive layer 5b is set within the above-mentioned range, compared with the comparative example 3 set outside the range, the low contact It can be seen that resistance can be achieved.

以上説明した本実施形態における接点5は、第1導電層5aと第2導電層5bとが交互に積層されたナノ周期積層膜からなり、最表層が第1導電層5aであり、第1導電層5aが、Au、Au合金、Ag、Ag合金、Au若しくはAgと異種金属との複合材料、Au若しくはAgと金属酸化物との複合材料、Au若しくはAgと金属窒化物との複合材料、Au若しくはAgと金属硫化物との複合材料、Au若しくはAgと金属ホウ化物との複合材料の群から選択される第1材料により形成され、第2導電層5bが、W、Ru、Ir、Rh、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの群から選択される第2材料により形成されている。しかして、この接点5においては、低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。 The contact 5 in the present embodiment described above is composed of a nano-period laminated film in which the first conductive layer 5a and the second conductive layer 5b are alternately stacked, the outermost layer is the first conductive layer 5a, and the first conductive layer Layer 5a is made of Au, Au alloy, Ag, Ag alloy, Au or a composite material of Ag and a dissimilar metal, Au or a composite material of Ag and a metal oxide, a composite material of Au or Ag and a metal nitride, Au Or formed of a first material selected from the group consisting of a composite material of Ag and a metal sulfide, a composite material of Au or Ag and a metal boride, and the second conductive layer 5b includes W, Ru, Ir, Rh, The second material is selected from the group consisting of IrO 2 , TiB 2 , TiC, ZrB 2 , ZrC, NbC, and WC. Therefore, in the contact 5, it is possible to reduce the contact resistance and improve the sticking resistance.

また、本実施形態のMEMSリレーは、厚み方向の一表面側に固定接点14が設けられたベース基板1と、ベース基板1の上記一表面側に対向配置されたカバー基板3と、ベース基板1に収納された電磁石装置4と、ベース基板1とカバー基板3との間に配置された可動部形成基板2とを備えている。また、このMEMSリレーは、可動部形成基板2が、ベース基板1とカバー基板3との間に介在するフレーム部21と、フレーム部21の内側に配置されフレーム部21に第1ばね部22を介して揺動自在に支持された可動部23と、可動部23に設けられ電磁石装置4とともに磁気回路を構成するアーマチュア24と、可動部23に支持されアーマチュア24の揺動に伴って固定接点14に接離する可動接点27が設けられた接点保持部28とを有している。そして、このMEMSリレーは、可動接点27および固定接点14の各々が、上述の接点5により構成されている。しかして、本実施形態のMEMSリレーでは、可動接点27と固定接点14とで構成される接点部の低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。本実施形態のMEMSリレーでは、可動接点27と固定接点14との両方を上述の接点5により構成してあるが、少なくも一方を上述の接点5により構成することにより、接点部の低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。また、このMEMSリレーに限らず、可動接点と固定接点とを備えた開閉器において、可動接点と固定接点との少なくとも一方を上述の接点5により構成することによって、接点部の低接触抵抗化を図れ且つ耐スティッキング性の向上を図ることが可能となる。   Further, the MEMS relay of the present embodiment includes a base substrate 1 provided with a fixed contact 14 on one surface side in the thickness direction, a cover substrate 3 disposed to face the one surface side of the base substrate 1, and the base substrate 1. And a movable part forming substrate 2 disposed between the base substrate 1 and the cover substrate 3. Further, in this MEMS relay, the movable part forming substrate 2 is disposed between the base substrate 1 and the cover substrate 3, the frame part 21 is disposed inside the frame part 21, and the first spring part 22 is provided on the frame part 21. A movable part 23 supported by the movable part 23, an armature 24 provided on the movable part 23 and constituting a magnetic circuit together with the electromagnet device 4, and the fixed contact 14 supported by the movable part 23 as the armature 24 swings. And a contact holding portion 28 provided with a movable contact 27 that contacts and separates from the contact. In the MEMS relay, each of the movable contact 27 and the fixed contact 14 is constituted by the contact 5 described above. Therefore, in the MEMS relay of this embodiment, it is possible to reduce the contact resistance of the contact portion constituted by the movable contact 27 and the fixed contact 14 and to improve the sticking resistance. In the MEMS relay of the present embodiment, both the movable contact 27 and the fixed contact 14 are configured by the above-described contact 5, but at least one of them is configured by the above-described contact 5, thereby reducing the low contact resistance of the contact portion. And the sticking resistance can be improved. In addition to this MEMS relay, in a switch provided with a movable contact and a fixed contact, at least one of the movable contact and the fixed contact is configured by the contact 5 described above, thereby reducing the contact resistance of the contact portion. It is possible to improve sticking resistance.

上述のMEMSリレーでは、ベース基板1に電磁石装置4を収納する収納部16を形成してあるが、これに限らず、例えば、カバー基板3に、電磁石装置4を収納する収納部を形成した構成としてもよい。カバー基板3に電磁石装置4を収納する収納部を形成したMEMSリレーでは、ベース基板1に電磁石装置4を収納する収納部16を設けた場合に比べて、電磁石装置4と信号線13,13との距離を長くすることができるから、電磁石装置4が発生する磁束の影響で伝送損失が生じるのを抑制することが可能となる。また、カバー基板3に収納部を形成したMEMSリレーによれば、ベース基板1に電磁石装置4を収納する場合に比べて、ベース基板1の厚さ寸法を小さくすることが可能となり、貫通孔配線15の長さを短くすることが可能となるから、高周波特性を向上させることが可能となる。   In the above-described MEMS relay, the storage unit 16 that stores the electromagnet device 4 is formed on the base substrate 1. However, the present invention is not limited to this. For example, the storage unit that stores the electromagnet device 4 is formed on the cover substrate 3. It is good. In the MEMS relay in which the storage unit for storing the electromagnet device 4 is formed on the cover substrate 3, the electromagnet device 4 and the signal lines 13 and 13 are compared with the case where the storage unit 16 for storing the electromagnet device 4 is provided on the base substrate 1. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of transmission loss due to the influence of the magnetic flux generated by the electromagnet device 4. In addition, according to the MEMS relay in which the housing portion is formed on the cover substrate 3, the thickness dimension of the base substrate 1 can be reduced as compared with the case where the electromagnet device 4 is accommodated in the base substrate 1. Since the length of 15 can be shortened, the high frequency characteristics can be improved.

上述の実施形態で説明したMEMSリレーは、2つの可動接点27と、各可動接点27の各々に対して対応する一対の固定接点14,14が設けられているが、対応する可動接点27と固定接点14との数は1対2に限らず、例えば、1対1でもよい。また、可動接点27と対応する固定接点14との組も2組に限らず、1組でもよい。   In the MEMS relay described in the above-described embodiment, two movable contacts 27 and a pair of fixed contacts 14 and 14 corresponding to each movable contact 27 are provided. The number of contacts 14 is not limited to 1: 2, but may be, for example, 1: 1. Further, the number of sets of the movable contact 27 and the corresponding fixed contact 14 is not limited to two, and may be one.

また、上述の実施形態では、MEMSリレーとして、電磁駆動式のMEMSリレーを例示したが、これに限らず、例えば、静電駆動式のMEMSリレーや、圧電駆動式のMEMSリレーでもよい。また、リレーは、MEMSリレーに限定するものではない。   In the above-described embodiment, the electromagnetic drive type MEMS relay is exemplified as the MEMS relay. However, the present invention is not limited to this, and for example, an electrostatic drive type MEMS relay or a piezoelectric drive type MEMS relay may be used. Moreover, a relay is not limited to a MEMS relay.

また、開閉器は、リレーに限らず、例えば、MEMSスイッチや電気スイッチなどでもよい。   Moreover, a switch is not restricted to a relay, For example, a MEMS switch, an electrical switch, etc. may be sufficient.

1 ベース基板
2 可動部形成基板
3 カバー基板
4 電磁石装置
5 接点
5a 第1導電層
5b 第2導電層
14 固定接点
21 フレーム部
22 第1ばね部
23 可動部
24 アーマチュア
26 第2ばね部
27 可動接点
28 接点保持部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base board | substrate 2 Movable part formation board 3 Cover board | substrate 4 Electromagnet apparatus 5 Contact 5a 1st conductive layer 5b 2nd conductive layer 14 Fixed contact 21 Frame part 22 1st spring part 23 Movable part 24 Armature 26 2nd spring part 27 Movable contact 28 Contact holding part

Claims (5)

第1導電層と第2導電層とが交互に積層されたナノ周期積層膜からなる接点であって、最表層が第1導電層であり、前記第1導電層は、Au、Au合金、Ag、Ag合金、Au若しくはAgと異種金属との複合材料、Au若しくはAgと金属酸化物との複合材料、Au若しくはAgと金属窒化物との複合材料、Au若しくはAgと金属硫化物との複合材料、Au若しくはAgと金属ホウ化物との複合材料の群から選択される第1材料により形成され、前記第2導電層は、W、Ru、Ir、Rh、IrO、TiB、TiC、ZrB、ZrC、NbC、WCの群から選択される第2材料により形成されてなることを特徴とする接点。 The contact point is composed of a nano-periodic laminated film in which the first conductive layer and the second conductive layer are alternately stacked, and the outermost layer is the first conductive layer, and the first conductive layer includes Au, Au alloy, Ag , Ag alloy, composite material of Au or Ag and dissimilar metal, composite material of Au or Ag and metal oxide, composite material of Au or Ag and metal nitride, composite material of Au or Ag and metal sulfide , Au or Ag and a metal boride, and the second conductive layer is made of W, Ru, Ir, Rh, IrO 2 , TiB 2 , TiC, ZrB 2. A contact formed by a second material selected from the group consisting of ZrC, NbC, and WC. 前記Au合金は、Auと、Ag、Ni、Cu、Pd、Pt、Co、Znの群から選択された少なくとも1種の金属との合金であり、前記Ag合金は、Agと、Au、Ni、Cu、Pdの群から選択された少なくとも1種の金属との合金であることを特徴とする請求項1記載の接点。   The Au alloy is an alloy of Au and at least one metal selected from the group of Ag, Ni, Cu, Pd, Pt, Co, and Zn. The Ag alloy includes Ag, Au, Au, Ni, 2. The contact according to claim 1, wherein the contact is an alloy with at least one metal selected from the group consisting of Cu and Pd. 前記第1導電層および前記第2導電層は、スパッタ法により形成されてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の接点。   The contact according to claim 1, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are formed by a sputtering method. 可動接点と前記可動接点が接離する固定接点とを備え、前記可動接点と前記固定接点との少なくとも一方が、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の接点からなることを特徴とする開閉器。   A movable contact and a fixed contact on which the movable contact comes into contact with and away from each other are provided, and at least one of the movable contact and the fixed contact includes the contact according to any one of claims 1 to 3. And a switch. 厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたベース基板と、前記ベース基板の前記一表面側に対向配置されたカバー基板と、前記ベース基板と前記カバー基板との一方に収納された電磁石装置と、前記ベース基板と前記カバー基板との間に配置された可動部形成基板とを備え、前記可動部形成基板は、前記ベース基板と前記カバー基板との間に介在するフレーム部と、前記フレーム部の内側に配置され前記フレーム部に第1ばね部を介して揺動自在に支持された可動部と、前記可動部に設けられ前記電磁石装置とともに磁気回路を構成するアーマチュアと、前記可動部に支持され前記アーマチュアの揺動に伴って前記固定接点に接離する可動接点が設けられた接点保持部とを有し、前記可動接点と前記固定接点との少なくとも一方が、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の接点からなることを特徴とするMEMSリレー。   A base substrate provided with a fixed contact on one surface side in the thickness direction, a cover substrate disposed opposite to the one surface side of the base substrate, and an electromagnet device housed in one of the base substrate and the cover substrate And a movable portion forming substrate disposed between the base substrate and the cover substrate, the movable portion forming substrate including a frame portion interposed between the base substrate and the cover substrate, and the frame A movable part that is arranged on the inner side of the frame part and is swingably supported by the frame part via a first spring part, an armature that is provided in the movable part and forms a magnetic circuit together with the electromagnet device, and a movable part A contact holding portion provided with a movable contact that is supported and movable toward and away from the fixed contact as the armature swings, and at least one of the movable contact and the fixed contact is a claim. Or MEMS relay, characterized in that it consists of contacts according to any one of claims 3.
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