JP3669207B2 - マイクロリレー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロリレー、特に、ダブルブレイク接点構造を有する静電マイクロリレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロリレーとしては、図９に示す静電マイクロリレーがある（特開平２─１００２２４号公報参照）。
すなわち、この静電マイクロリレーでは、固定基板１の上面両側縁部に配置した２本の棒状のスペーサ手段２，２を介して可動基板３を組み付けたものである。そして、前記固定基板１に設けた固定電極４ａ，４ｂに、静電引力で、前記可動基板３の可動電極５ａ，５ｂを交互にそれぞれ吸着させることにより、枢支部６を支点に可動電極５ａ，５ｂを回動させる。そして、前記可動電極５ａ，５ｂの下面先端縁部に設けた可動接点７ａおよび７ｂを、前記固定基板１に設けた２対の固定接点８ａ，８ｂおよび９ａ，９ｂに交互に接触させ、開閉していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記静電マイクロリレーでは、例えば、可動接点７ａが固定接点８ａ，８ｂに接触する場合に、可動接点７ａが一方の固定接点８ａだけに片当たりし、接触状態が安定しないという問題点があった。これは、接点の膜厚を均一に形成することが容易でなく、膜厚にバラツキが生じるためである。さらに、固定基板１においては、プロセス中の温度変化、金属を付着させることによる内部応力の発生によって反りが生じるからである。
【０００４】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、接触安定性の高い静電マイクロリレーを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロリレーは、前記課題を解決するための手段として、固定基板に対して可動基板が平行に対向し、固定基板の上面に並設した一対の固定接点に、対向方向に平行に往復移動する前記可動基板に設けた可動接点を接離させて開閉するダブルブレーク接点構造を有するマイクロリレーにおいて、
前記固定基板の上面のうち、前記固定接点の間に、前記固定接点の対向する先端縁部がはみ出す凹部を形成する一方、前記可動接点の厚さ寸法を漸次変化させることにより、前記可動接点の接触面を、前記固定接点の対向する先端縁部に最初に当接する傾斜面とした構成としてある。
【０００６】
また、固定基板に対して可動基板が平行に対向し、固定基板の上面に並設した一対の固定接点に、対向方向に平行に往復移動する前記可動基板に設けた可動接点を接離させて開閉するダブルブレーク接点構造を有するマイクロリレーにおいて、
前記固定基板の上面のうち、前記固定接点の間に、前記固定接点の対向する先端縁部がはみ出す凹部を形成する一方、前記固定接点の少なくともいずれか一方の厚さ寸法を漸次変化させることにより、前記固定接点の接触面を、前記可動接点の下面に最初に当接する先端縁部を有する傾斜面とした構成であってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
第１実施形態に係る静電マイクロリレーは、図１ないし図６に示すように、固定基板１０の上面に可動基板２０を積み重ねたものである。
【０００８】
前記固定基板１０には、単結晶シリコン基板１１の上面に絶縁膜１５を介して固定電極１２および固定接点１３，１４が形成されている。また、前記固定電極１２および固定接点１３，１４は、プリント配線１６ａおよび１７ａ，１８ａを介して接続パッド１６および１７，１８にそれぞれ接続されている。そして、前記固定電極１２およびプリント配線１６ａ，１７ａ，１８ａの表面が絶縁膜１５で被覆されている。また、前記固定基板の略中央に凹部１１ａが形成され、この凹部１１ａに前記固定接点１３，１４の対向する先端縁部が迫り出している（図３（ａ））。
【０００９】
前記可動基板２０は、前記固定基板１０の上面に立設した４本の支持部２１の上面縁部から側方にそれぞれ延在する第１梁部２２で、可動電極２３を均等に支持したものである。そして、前記支持部２１の１本は、前記固定基板１０の上面に設けたプリント配線１９ａを介して接続パッド１９に接続されている。一方、前記可動電極２３には、その中央に一対のスリット２４，２４を設けることにより、第２梁部２５が形成されている。第２梁部２５の下面中央には絶縁膜２６を介して可動接点２７が設けられている。この可動接点２７は前記固定接点１３，１４に接離可能に対向するテーパ面２７ａ，２７ｂを有している。
【００１０】
次に、前述の構成からなる静電マイクロリレーの製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）のシリコン基板１１に図４（ｂ）に示すように絶縁膜１５を介して固定電極１２および固定接点１３，１４を形成する。これと同時に、接続パッド１６，１７，１８，１９、および、プリント配線１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａをそれぞれ形成する。そして、固定電極１２およびプリント配線１６ａ，１７ａ，１８ａを絶縁膜１５で被覆する。さらに、前記固定接点１３，１４の間に凹部１１ａを形成することにより、固定接点１３，１４の対向する先端縁部が凹部１１ａ内に迫り出し、固定基板１０が完成する（図４（ｃ））。
【００１１】
なお、前記絶縁膜１５として比誘電率３〜４のシリコン酸化膜あるいは比誘電率７〜８のシリコン窒化膜を用いれば、大きな静電引力が得られ、接触荷重を増加させることができる。
【００１２】
一方、図５（ａ）に示すように、上面側からシリコン層３１，酸化シリコン層３２およびシリコン層３３からなるＳＯＩウエハ３０の下面に、接点間ギャップを形成するため、ウェットエッチングを行う。ウェットエッチングとしては、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨによる方法がある。この結果、図５（ｂ）に示すように、下方側に突出する支持部２１を形成できる。そして、図５（ｃ）に示すように、絶縁膜２６を設けた後、可動接点２７を形成し、ついで、不要な絶縁膜２６を除去する（図５（ｄ））。
【００１３】
次に、図６（ａ）に示すように、前記固定基板１０に前記ＳＯＩウエハ３０を所定の位置に接合一体化する。そして、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン層３２までエッチングし、薄くする。さらに、フッ素系エッチング液で前記酸化シリコン層３２を除去し、図６（ｂ）に示すようにシリコン層３３、すなわち可動電極２３を露出させる。そして、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、切欠部およびスリット２４，２４を形成することにより、第１，第２梁部２２，２５を切り出し、可動基板２０が完成する。
【００１４】
なお、固定基板１０は単結晶シリコン基板１１に限らず、ガラス基板で形成してもよい。
【００１５】
次に、前記構成からなる静電マイクロリレーの動作について説明する。
両電極１２，２３間に電圧を印加せず、静電引力を発生させていない状態では、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、第１梁部２２は弾性変形せず、支持部２１から水平に延びた状態を維持する。このため、可動基板２０は固定基板１０と所定間隔で対向し、可動接点２７は両固定接点１３，１４から開離している。
【００１６】
ここで、両電極１２，２３間に電圧を印加して静電引力を発生させると、第１梁部２２が弾性変形し、可動電極２３が固定電極１２に接近する。前記静電引力は、電極間距離が小さくなるに従って増加する傾向にある。そして、可動基板１０が固定基板２０に当接直前まで接近すると、両電極１２，２３間に作用する静電引力は急激に増大し、可動接点２７のテーパ面２７ａ，２７ｂが固定接点１３，１４の先端縁部にそれぞれ接触する。そして、可動電極２３が固定電極１２に絶縁膜１５を介して吸着される。このため、可動接点２７が第２梁部２５を介して固定接点１３，１４に押し付けられる。このとき、可動接点２７の表面はテーパ面２７ａ，２７bを有している。一方、固定接点１３，１４の対向する先端縁部が凹部１１ａ内に迫り出している。このため、可動接点２７が固定接点１３，１４に接触した後も、固定接点１３，１４を凹部１１ａ内に押し込む。この結果、固定接点１３，１４の膜厚にバラツキがあっても、可動接点２７が固定接点１３，１４に確実に接触し、安定した接触状態を確保できる。
【００１７】
その後、両電極１２，２３間の印加電圧を除去すると、第１，第２梁部２２，２５の弾性力が接点開離力として作用する。このため、可動電極２３が固定電極１２から開離し、可動接点２７が固定接点１３，１４から開離し、元の状態に復帰する。
【００１８】
また、本実施形態では、可動基板２０全体をシリコンウェハ単体で形成すると共に、点対称，断面線対称となるように形成してある。このため、可動電極２３に反りや捩りが生じにくい。したがって、動作不能および動作特性のバラツキを効果的に防止でき、円滑な動作特性を確保できる。
【００１９】
本発明に係る静電マイクロリレーの第２実施形態は、図７に示すように、固定接点１３，１４の表面にテーパ面１３ａ，１４ａをそれぞれ形成する一方、可動接点２７の下面を平滑とした場合である。
この静電マイクロリレーによれば、可動接点２７が下降して固定接点１３，１４に接触すると、可動接点２７はテーパ面１３ａ，１４ａの対向する先端縁部に接触する。ついで、固定接点１３，１４は弾性変形し、凹１１ａ内に押し込まれる（図７（ｂ））。このため、可動接点２７または固定接点１３，１４の膜厚にバラツキがあっても、可動接点２７が固定接点１３，１４に確実に接触し、接触信頼性が高いという利点がある。
他は前述の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２０】
第３実施形態は、図８に示すように、一対の固定接点１３，１４のうち、一方の固定接点１３の上面を平滑にする一方、残る固定接点１４の上面にテーパ面１４ａを形成した場合である。
この静電マイクロリレーによれば、可動接点２７が下降して固定接点１３，１４に接触すると、可動接点２７はテーパ面１４ａの先端縁部に接触する。ついで、固定接点１４を弾性変形させながら、可動接点２７が固定接点１３に接触する（図８（ｂ））。このため、第２実施形態と同様、可動接点２７が固定接点１３，１４に確実に接触する。
【００２１】
なお、前記実施形態では、可動基板を４本の第１梁部２２で支持するようにしたが、３本あるいは２本の第１梁部２２で支持するようにしてもよい。これにより、面積効率の良い静電マイクロリレーを得ることが可能となる。
また、前記可動接点および固定接点の接触面に形成するのは、テーパ面に限らず、円弧面であってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１に記載の静電マイクロリレーによれば、可動接点の傾斜面が固定接点の対向する先端縁部に当接した後、固定接点を弾性変形させつつ、固定基板の凹部に嵌合する。このため、可動接点が固定接点に確実に接触し、接触信頼性の高いマイクロリレーが得られる。
【００２３】
請求項２によれば、一対の固定接点のうち、少なくともいずれか一方の固定接点に傾斜面を形成してある。このため、可動接点が固定接点に設けた傾斜面の先端縁部に当接した後、その固定接点を弾性変形させて凹部内に押し込む。このため、可動接点と固定接点との接触が確実になり、接触信頼性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る静電マイクロリレーの平面図（ａ）、および、その断面図（ｂ），（ｃ）である。
【図２】 図１の固定基板の平面図（ａ）、および、その可動基板の底面図（ｂ）である。
【図３】 図１にかかる可動接点の動作前後を示す拡大断面図（ａ），（ｂ）である。
【図４】 図１にかかる固定基板のプロセス工程を示す断面図である。
【図５】 図１にかかる可動基板のプロセス工程を示す断面図である。
【図６】 図１にかかる固定基板および可動基板の接合後のプロセス工程を示す断面図である。
【図７】 本発明の第２実施形態に係る静電マイクロリレーの可動接点の動作前後を示す拡大断面図（ａ），（ｂ）である。
【図８】 本発明の第３実施形態に係る静電マイクロリレーの可動接点の動作前後を示す拡大断面図（ａ），（ｂ）である。
【図９】 従来例に係る静電マイクロリレーの分解斜視図（ａ）、および、断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０…固定基板、１１…シリコン基板、１１ａ…凹部、１２…固定電極、１３，１４…固定接点、１３ａ，１４ａ…テーパ面、１５…絶縁膜。
２０…可動基板、２１…支持部、２２…第１梁部、２３…可動電極、２４…スリット、２５…第２梁部、２６…絶縁膜、２７…可動接点、２７ａ，２７ｂ…テーパ面。

Claims (2)

1. 固定基板に対して可動基板が平行に対向し、固定基板の上面に並設した一対の固定接点に、対向方向に平行に往復移動する前記可動基板に設けた可動接点を接離させて開閉するダブルブレーク接点構造を有するマイクロリレーにおいて、
   前記固定基板の上面のうち、前記固定接点の間に、前記固定接点の対向する先端縁部がはみ出す凹部を形成する一方、前記可動接点の厚さ寸法を漸次変化させることにより、前記可動接点の接触面を、前記固定接点の対向する先端縁部に最初に当接する傾斜面としたことを特徴とするマイクロリレー。
2. 固定基板に対して可動基板が平行に対向し、固定基板の上面に並設した一対の固定接点に、対向方向に平行に往復移動する前記可動基板に設けた可動接点を接離させて開閉するダブルブレーク接点構造を有するマイクロリレーにおいて、
   前記固定基板の上面のうち、前記固定接点の間に、前記固定接点の対向する先端縁部がはみ出す凹部を形成する一方、前記固定接点の少なくともいずれか一方の厚さ寸法を漸次変化させることにより、前記固定接点の接触面を、前記可動接点の下面に最初に当接する先端縁部を有する傾斜面としたことを特徴とするマイクロリレー。

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