JP4020081B2

JP4020081B2 - マイクロリレー

Info

Publication number: JP4020081B2
Application number: JP2004018957A
Authority: JP
Inventors: 健橋本; 勉下村; 英樹榎本; 慎一岸本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2005216543A

Description

本発明は、マイクロリレーに関するものである。

従来から、静電駆動型のマイクロリレーに比べて駆動力を大きくできるマイクロリレーとして、電磁石装置の電磁力を利用してアーマチュアを駆動し接点を開閉するようにしたマイクロリレーが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に開示されたマイクロリレーは、厚み方向の一表面側において長手方向の両端部に各一対の固定接点が設けられ且つ２つの電磁石装置が挿入される２つの挿入孔が長手方向に離間して形成された矩形板状のセラミック基板からなるベース基板と、矩形枠状のフレーム部およびフレーム部の内側に配置されて一対の枢支部を介してフレーム部に揺動自在に支持され各電磁石装置に対向する部位それぞれに永久磁石が設けられたアーマチュアおよびアーマチュアの両端部に固着された可動接点を有するアーマチュアブロックと、ベース基板の周部とアーマチュアブロックのフレーム部との間に介在する矩形枠状のスペーサとを備えている。なお、上記特許文献１に開示されたマイクロリレーでは、静電駆動型のマイクロリレーに比べて駆動力を大きくできるので、接点圧を大きくできて耐衝撃性および信頼性を高めることができるという利点や、アーマチュアの駆動ストロークを大きくできて接点開成時の可動接点と固定接点との間の距離を大きくすることができて高周波特性（アイソレーション特性）の向上を図れるという利点や、低電圧駆動が可能となるという利点などがある。
特開平５−１１４３４７号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたマイクロリレーでは、アーマチュアにおいて各電磁石装置との対向面に２つの永久磁石を設けてあり、ベース基板の周部とアーマチュアブロックのフレーム部との間に厚み寸法の比較的大きなスペーサを介在させる必要があるので、リレー全体としての厚み寸法が大きくなってしまう。また、上記特許文献１に開示されたマイクロリレーでは、アーマチュアおよび固定接点および可動接点が外気に曝されて酸化したり固定接点と可動接点との間に異物などが侵入する恐れがあるので、アーマチュアブロックにおけるベース基板とは反対側にカバーを設けることが考えられる。しかしながら、上記特許文献１に開示されたマイクロリレーでは、各電磁石装置それぞれのコイルの両端部をベース基板に貫設された上記挿入孔から外部へ引き出す必要があるので、気密性が低くなる恐れがある。

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、アーマチュアおよび固定接点および可動接点が密閉空間内に配置され且つリレー全体としての小型化が可能なマイクロリレーを提供することにある。

請求項１の発明は、ヨークに巻回されたコイルへの励磁電流に応じて磁束を発生する電磁石装置を収納する収納部が形成され且つ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、ベース基板の前記一表面側に固着される枠状のフレーム部およびフレーム部の内側に配置されて支持ばね部を介してフレーム部に揺動自在に支持され電磁石装置により駆動されるアーマチュアおよびアーマチュアに接圧ばね部を介して支持され可動接点が設けられた可動接点基台部を有するアーマチュアブロックと、アーマチュアブロックにおけるベース基板とは反対側で周部がフレーム部に固着されたカバーとを備え、電磁石装置は、永久磁石を備え、ベース基板の収納部内にベース基板の厚み方向の他表面側から挿入されて収納部の内周面との間の隙間に充填されるポッティング樹脂によりベース基板に固着されてなり、収納部は、ベース基板において厚み方向に貫設した収納孔とベース基板の前記一表面側において収納孔を閉塞するようにベース基板に固着された薄膜からなる蓋体とで囲まれる空間よりなり、電磁石装置は、磁極面が蓋体に密着する形で収納部に収納されてなることを特徴とする。

この発明によれば、アーマチュアブロックにおけるベース基板とは反対側で周部がフレーム部に固着されたカバーを備え、電磁石装置は、ベース基板の収納部内にベース基板の厚み方向の他表面側から挿入されてポッティング樹脂によりベース基板に固着されているので、アーマチュアおよび固定接点および可動接点が密閉空間内に配置され、しかも、従来のようにアーマチュアブロックとベース基板との間にスペーサを介在させる必要がなく、リレー全体の薄型化が可能となって小型化を図れる。

また、この発明によれば、固定接点および可動接点を電磁石装置から空間的に隔離した場所に配置することができるので、電磁石装置が固定接点および可動接点に悪影響を与える有機ガスを発生するような材料により形成された構成要素を備えている場合でも、接点信頼性を確保することができる。また、電磁石装置の磁極面を蓋体に密着させているので、電磁石装置とアーマチュアとの間のギャップ長の精度を高めることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記蓋体は、シリコン基板上の絶縁層上に薄膜状のシリコン層が形成されたＳＯＩ基板からシリコン基板および絶縁層を選択的に除去することで残したシリコン層よりなることを特徴とする。

この発明によれば、前記蓋体の厚み寸法を小さくしながらも当該厚み寸法の精度を高めることができ、前記電磁石装置と前記アーマチュアとの間のギャップ長の精度をより一層高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ベース基板は、絶縁性を有するガラス基板により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、特別な絶縁構造を設けることなく前記固定接点を前記ベース基板の前記一表面側に設けることが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ベース基板は、表面が絶縁膜により覆われたシリコン基板により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記収納孔を誘導結合型のエッチング装置や反応性イオンエッチング装置などの垂直深堀加工が可能なエッチング装置を利用して精度良く形成することができるから、請求項３の発明に比べて前記収納孔の開口面積を小さくすることができ、前記ベース基板の平面サイズを小さくすることができるから、リレー全体のより一層の小型化が可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ベース基板は、前記一表面側に形成され前記固定接点に連続した配線パターンと、前記他表面側に形成された信号線用電極と、厚み方向に貫設した信号線用スルーホールの内周面に被着され配線パターンと信号線用電極とを電気的に接続する信号線用導体層と、信号線用スルーホールを閉塞するスルーホール用蓋体とが設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ベース基板の前記一表面側に信号線用電極を設ける場合に比べて前記ベース基板の平面サイズを小さくすることができてリレー全体の小型化を図れ、その上、前記ベース基板と前記カバーと前記フレーム部とで囲まれる空間の気密性を損なうこともない。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ベース基板は、前記一表面側に形成されたグランドパターンと、前記他表面側に形成されたグランド電極と、厚み方向に貫設したグランド用スルーホールの内周面に被着されグランドパターンとグランド電極とを電気的に接続するグランド用導体層と、グランド用スルーホールを閉塞するグランドスルーホール用蓋体とが設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記配線パターンとグランドパターンとの相対的な位置関係を適宜設計することにより、前記配線パターンの特性インピーダンスを所望の値に設計することが可能となり、高周波特性の向上を図れる。

請求項１の発明では、アーマチュアおよび固定接点および可動接点が密閉空間内に配置され、しかも、従来のようにアーマチュアブロックとベース基板との間にスペーサを介在させる必要がなく、リレー全体の薄型化が可能となって小型化を図れるという効果がある。また、請求項１の発明では、固定接点および可動接点を電磁石装置から空間的に隔離した場所に配置することができるので、電磁石装置が固定接点および可動接点に悪影響を与える有機ガスを発生するような材料により形成された構成要素を備えている場合でも、接点信頼性を確保することができる。また、電磁石装置の磁極面を蓋体に密着させているので、電磁石装置とアーマチュアとの間のギャップ長の精度を高めることができる。

以下、本実施形態のマイクロリレーについて図１〜図９を参照しながら説明する。

本実施形態のマイクロリレーは、ヨーク２０に巻回されたコイル２２，２２への励磁電流に応じて磁束を発生する電磁石装置２と、絶縁性を有する矩形板状のガラス基板からなり厚み方向の一面側において長手方向の両端部それぞれに各一対の固定接点１４が設けられたベース基板１と、ベース基板１の上記一表面側に固着される枠状（矩形枠状）のフレーム部３１およびフレーム部３１の内側に配置されて４本の支持ばね部３２を介してフレーム部３１に揺動自在に支持され電磁石装置２により駆動されるアーマチュア３０およびアーマチュア３０にそれぞれ２本の接圧ばね部３５を介して支持されそれぞれ可動接点３９が設けられた２つの可動接点基台部３４を有するアーマチュアブロック３と、アーマチュアブロック３におけるベース基板１とは反対側で周部がフレーム部３１に固着された絶縁性を有する矩形板状のガラス基板からなるカバー４とを備えている。

電磁石装置２におけるヨーク２０は、２つのコイル２２，２２が直接巻回される細長の矩形板状のコイル巻回部２０ａと、コイル巻回部２０ａの長手方向の両端部それぞれからアーマチュア３０に近づく向きに延設されコイル２２，２２への励磁電流に応じて互いの先端面が異極に励磁される一対の脚片２０ｂ，２０ｂと、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの間でコイル巻回部２０ａ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２１と、細長の矩形板状であってヨーク２０のコイル巻回部２０ａにおける永久磁石２１との対向面とは反対側でコイル巻回部２０ａと直交するようにコイル巻回部２０ａに固着されるプリント基板２３とを備えている。なお、ヨーク２０は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鋳造加工することにより形成されており、両脚片２０ｂ，２０ｂの断面が矩形状に形成されている。

永久磁石２１は、コイル巻回部２０ａとの重ね方向（厚み方向）の両面それぞれの磁極面２１ａ，２１ｂが異極に着磁されており、一方の磁極面２１ｂがヨーク２０のコイル巻回部２０ａに当接し、他方の磁極面２１ａがヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂ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。なお、図６中の矢印Ａは磁化方向を示している。

また、各コイル２２，２２はそれぞれ、永久磁石２１とヨーク２０の脚片２０ｂ，２０ｂとによって口軸方向（つまり、コイル巻回部２０ａの長手方向）への移動が規制される。プリント基板２３は、絶縁基板２３ａの一表面における長手方向の両端部に導体パターン２３ｂが形成されており、各導体パターン２３ｂにおいて円形状に形成された部位が外部接続用電極を構成し、矩形状に形成された部位がコイル接続部を構成している。ここにおいて、コイル接続部には、コイル２２，２２の端末が接続されるが、コイル２２，２２は、外部接続用電極間に電源を接続してコイル２２，２２へ励磁電流を流したときにヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂ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。なお、各導体パターン２３ｂにおける外部接続用電極には、導電性材料（例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，半田など）からなるバンプ２４が適宜固着されるが、バンプ２４を固着する代わりに、ボンディングワイヤをボンディングしてもよい。

ベース基板１は、パイレックス（Ｒ）のような耐熱ガラスにより形成されており、外周形状が矩形状であって、中央部には厚み方向に貫通し電磁石装置２を収納する収納孔１６が貫設され、四隅の各近傍には厚み方向に貫通する信号線用スルーホールたるスルーホール１０ａが貫設され、長手方向の両端部における短手方向の略中央には厚み方向に貫通するグランド用スルーホールたるスルーホール１０ｂが貫設されている。また、ベース基板１の厚み方向の両面であって各スルーホール１０ａ，１０ｂそれぞれの周縁にはランド１２が形成されている。ここに、ベース基板１の厚み方向において重なるランド１２同士はスルーホール１０ａ，１０ｂの内周面に被着された導電性材料（例えば、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｕ，あるいはこれらの合金など）からなる導体層（図示せず）により電気的に接続されている。また、ベース基板１の厚み方向の他表面側において各スルーホール１０ａ，１０ｂ周縁のランド１２にはバンプ１３ａ，１３ｂが適宜固着されており、バンプ１３ａ，１３ｂをランド１２に固着することによって、ベース基板１の上記他表面側ではスルーホール１０ａ，１０ｂの開口面がバンプ１３ａ，１３ｂにより覆われる。スルーホール１０ａ，１０ｂの開口面は円形状であって、ベース基板１の上記一表面には、それぞれスルーホール１０ａ，１０ｂの開口面およびランド１２を覆うシリコン薄膜からなる蓋体１９ａ，１９ｂが固着されている。

また、上述の各一対の固定接点１４は、ベース基板１の長手方向の両端部においてベース基板１の短手方向に離間して形成された２つのスルーホール１０ａの間で上記短手方向に並設されており、上記短手方向において隣り合うスルーホール１０ａの周縁に形成されたランド１２と固定接点１４に連続した配線パターン１８を介して電気的に接続されている。また、ベース基板１の長手方向の両端部には上記短手方向を長手方向とするグランドパターン１１がスルーホール１０ｂを挟むように形成されスルーホール１０ｂの周縁に形成されたランド１２と連続している。グランドパターン１１は、配線パターン１８と略一定の間隔ｔ（図５参照）となるように配線パターン１８との相対的な位置関係が設定され、この間隔ｔを適宜設定することによって配線パターン１８の特性インピーダンスを所望の値（通常は、５０Ωあるいは７５Ω）に設定する。ここに、固定接点１４および配線パターン１８およびグランドパターン１１およびランド１２の材料としては、例えば、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く、バンプ１３の材料としては、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，半田などの導電性材料を採用すればよい。なお、上述のスルーホール１０ａ，１０ｂおよび収納孔１６は、例えば、サンドブラスト法、エッチング法、ドリル加工法、超音波加工法などによって形成すればよく、上述の導体層は、例えば、めっき法、蒸着法、スパッタ法などによって形成すればよい。なお、本実施形態では、ベース基板１の上記他表面側に形成されたランド１２のうちスルーホール１０ａの周縁に形成されたランド１２が信号線用電極を構成し、スルーホール１０ｂの周縁に形成されたランド１２がグランド用電極を構成している。また、上述の導体層のうちスルーホール１０ａの内周面に被着された導体層が信号線用導体層を構成し、スルーホール１０ｂの内周面に被着された導体層がグランド用導体層を構成している。また、蓋体１９ａが信号線用スルーホールたるスルーホール１０ａを閉塞するスルーホール用蓋体を構成し、蓋体１９ｂがグランド用スルーホールたるスルーホール１０ｂを閉塞するグランドスルーホール用蓋体を構成している。

また、収納孔１６の開口面は十字状であって、ベース基板１の上記一表面側には、収納孔１６を閉塞するシリコン薄膜からなる蓋体１７が固着されている。蓋体１７には電磁石装置２におけるヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｃそれぞれの先端部を位置決めする位置決め部１７ｆ，１７ｆと、永久磁石２１を位置決めする位置決め部１７ｅとが形成されており、両脚片２０ｂ，２０ｂの各先端面および永久磁石２１の磁極面２１ａが蓋体１７と密着している。すなわち、電磁石装置２は、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの各先端面が蓋体１７と対向する形で収納孔１６に挿入される。なお、本実施形態では、収納孔１６の内周面と蓋体１７とで囲まれる空間が電磁石装置２を収納する収納部を構成しており、電磁石装置２０は、永久磁石２１がベース基板１の厚み寸法内でアーマチュア３０とヨーク２０とにより形成される磁路中に設けられ、プリント基板２３における絶縁基板２３ａの表面がベース基板１の上記他表面と略面一となっている。ここにおいて、電磁石装置２は、ベース基板１の収納部内にベース基板１の厚み方向の上記他表面側から挿入されて収納部の内周面との間の隙間に充填されるポッティング樹脂によりベース基板１に固着されており、図１中の２５は上記ポッティング樹脂からなる封止部を示している。

なお、蓋体１７，１９ａ，１９ｂは、シリコン基板をエッチングや研磨などで薄膜化することにより形成したシリコン薄膜により構成されており、厚み寸法を２０μｍに設定してある。ここに、蓋体１７の厚み寸法は２０μｍに限定するものではなく、例えば、５μｍ〜５０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。また、蓋体１７，１９ａ，１９ｂは、シリコン基板上の絶縁層上に薄膜状のシリコン層が形成された所謂ＳＯＩ基板からシリコン基板および絶縁層を選択的に除去することで残したシリコン層からなるシリコン薄膜により構成してもよく、このようなシリコン薄膜を採用すれば、蓋体１７，１９ａ，１９ｂの厚み寸法を小さくしながらも当該厚み寸法の精度を高めることができ、電磁石装置２とアーマチュア３０との間のギャップ長の精度をより一層高めることができる。このことは電磁石装置２の吸引力の安定化につながり、本マイクロリレー製造時の歩留まりを向上することができる。

収納孔１６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徐々に開口面積が大きくなるテーパ形状となっており、ベース基板１の上記他表面側から電磁石装置２を挿入しやすく、且つ、ベース基板１の上記一表面における収納孔１６の開口面積を比較的小さくすることができる。

アーマチュアブロック３は、シリコン基板からなる半導体基板を半導体微細加工プロセスにより加工することによって、上述の矩形枠状のフレーム部３１と、上述の４本の支持ばね３２と、フレーム部３１の内側に配置されアーマチュア３０の一部を構成する矩形板状の可動基台部３０ａと、上述の４本の接圧ばね３５と、上述の２つの可動接点基台部３４とを形成してあり、可動基台部３０ａと、可動基台部３０ａにおけるベース基板１との対向面に固着された磁性体（例えば、軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなど）からなる矩形板状の磁性体部３０ｂとでアーマチュア３０を構成している。したがって、アーマチュア３０が４本の支持ばね部３２を介してフレーム部３１に揺動自在に支持されている。なお、可動基台部３０ａはフレーム部３１よりも薄肉であり、アーマチュア３０の厚み寸法は、アーマチュアブロック３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３０の磁性体部３０ｂと蓋体１７との間に所定のギャップが形成されるように設定されている。

上述の支持ばね部３２は、可動基台部３０ａの短手方向の両側面側で可動基台部３０ａの長手方向に離間して２箇所に形成されている。各支持ばね部３２は、一端部がフレーム部３１に連続一体に連結され他端部が可動基台部３０ａに連続一体に連結されている。なお、各支持ばね部３２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り、アーマチュア３０が揺動する際に各支持ばね部３２にかかる応力を分散させることができ、各支持ばね部３２が破損するのを防止することができる。

また、可動基台部３０ａは、短手方向の両側縁の中央部から矩形状の突片３６が連続一体に延設され、フレーム部３１の内周面において突片３６に対応する部位からも矩形状の突片３７が連続一体に延設されている。すなわち、可動基台部３０ａから延設された突片３６とフレーム部３１から延設された突片３７とは互いの先端面同士が対向している。ここに、可動基台部３０ａから延設された各突片３６の先端面には凸部３６ａが形成されており、フレーム部３１から延設された各突片３７の先端面には、凸部３６ａが入り込む凹部３７ａが形成されている。したがって、凸部３６ａが凹部３７ａの内周面に当接することでフレーム部３１の厚み方向に直交する面内におけるアーマチュア３０の移動が規制される。なお、アーマチュア３０の同一の側縁側に配設される２つの支持ばね部３２は、突片３６の両側に位置している。

また、アーマチュアブロック３は、アーマチュア３０の長手方向においてアーマチュア３０の両端部とフレーム部３１との間にそれぞれ可動接点基台部３４が配置されており、各可動接点基台部３４におけるベース基板１との対向面に導電性材料からなる可動接点３９が固着されている。ここに、可動接点基台部３４は上述の２本の接圧ばね部３５を介して可動基台部３０ａに支持されている。なお、可動基台部３０ａは上述のように矩形板状に形成されており、磁性体部３０ｂの変位量を制限するストッパ部３３が四隅それぞれから連続一体に延設されており、接圧ばね部３５の平面形状は、ストッパ部３３の外周縁の３辺に沿ったコ字状に形成されている。このストッパ部３３は、ベース基板１の上記一表面と接触することにより磁性体部３０ｂの変位量を制限する。

なお、アーマチュアブロック３は、上述の説明から分かるように、フレーム部３１、可動基台部３０ａ、支持ばね部３２、可動接点保持部３４、接圧ばね部３５が上述の半導体基板の一部により構成されている。半導体基板としては、例えば厚み寸法が２００μｍ程度のシリコン基板を用いればよいが、当該厚み寸法は特に限定するものではなく、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。

また、可動接点基台部３４の厚み寸法と可動接点３９の厚み寸法との合計寸法についても、接点開成状態において可動接点３９と固定接点１４との間の距離が所定距離となるように設定されている。

カバー４は、パイレックス（Ｒ）のような耐熱ガラスにより構成されており、アーマチュアブロック３との対向面にアーマチュア３０の揺動空間を確保する凹所４ａが形成されている。

ところで、上述のアーマチュアブロック３のフレーム部３１におけるベース基板１との対向面の周部およびカバー４との対向面の周部にはそれぞれ全周に亙って接合用金属薄膜（図示せず）が形成されている。また、ベース基板１におけるアーマチュアブロック３との対向面の周部にも全周に亙って接合用金属薄膜（図示せず）が形成され、カバー４におけるアーマチュアブロック３との対向面の周部にも全周に亙って接合用金属薄膜（図示せず）が形成されている。したがって、アーマチュアブロック３とベース基板１およびカバー４とを圧接または陽極接合により気密的に接合することができ、ベース基板１とカバー４とフレーム部３１とで囲まれる空間の気密性を向上できる。

その結果、本実施形態のマイクロリレーは、ベース基板１と、カバー４と、ベース基板１とカバー４との間に介在するフレーム部３１とで囲まれる気密空間内に、アーマチュア３０、可動接点３３、固定接点１４が収納される。なお、上述の各接合用金属薄膜の材料としては、例えば、Ａｕ，Ａｌ−Ｓｉを採用すればよい。

以上説明した本実施形態のマイクロリレーをプリント基板のような実装基板に実装する際には、例えばベース基板１の上記他表面側において露出した２個のバンプ２４を上記実装基板の一表面側に形成された電磁石装置駆動用の導体パターンに接続し、４個のバンプ１３ａを上記実装基板の一表面側に形成された信号線用の導体パターンに接続し、２個のバンプ１３ｂを上記実装基板の一表面側に形成されたグランド用の導体パターンに接続すればよい。

次に、本実施形態のマイクロリレーの製造方法について簡単に説明する。

本実施形態のマイクロリレーの製造にあたっては、半導体基板たるシリコン基板をリソグラフィ技術、エッチング技術などの半導体微細加工プロセス（マイクロマシンニング技術）により加工してフレーム部３１、支持ばね部３２、接圧ばね部３５、可動接点基台部３４、アーマチュア３０の一部を構成する可動基台部３０ａを形成した後で可動基台部３０ａにおいてベース基板１側となる一面に磁性体からなる磁性体部３０ｂを固着し且つ可動接点基台部３４に可動接点３９を固着することでアーマチュアブロック３を形成するアーマチュアブロック形成工程と、アーマチュアブロック形成工程にて形成したアーマチュアブロック３とベース基板１およびカバー４を圧接または陽極接合により固着することでベース基板１とカバー４とアーマチュアブロック３のフレーム部３１とで囲まれる空間を密封する密封工程と、密封工程の後でベース基板１の収納部に電磁石装置２を収納してベース基板１に固定する電磁石装置配設工程とを備えている。

ここにおいて、ベース基板１の形成にあたっては、ベース基板１の基礎となる基板たるガラス基板において収納部に対応する部位に厚み方向に貫通する収納孔１６を形成するとともにスルーホール１０ａ，１０ｂを形成した後、ランド１２、固定接点１４、配線パターン１８、グランドパターン１１、導体層などを形成してから、上記ガラス基板において固定接点１４を設けた側の表面に収納孔１６およびスルーホール１０ａ，１０ｂを覆う蓋体１７および蓋体１９ａ，１９ｂを設ければよい。なお、収納孔１６およびスルーホール１０ａ，１０ｂはガラス基板におけるそれぞれの形成予定部位をエッチング法やサンドブラスト法などにより加工すればよい。スルーホール１０ａの形成にあたっては、ガラス基板の厚み方向の両面から加工を行うようにすれば、スルーホール１０ａの断面形状を図１０に示すような形状とすることができ、ガラス基板の一表面側からのみ加工を行う場合に比べてベース基板１の上記一表面における開口面の直径（穴径）ｄを比較的小さくすることができ、ガラス基板の一表面側からの加工による加工深さ寸法ｈを小さくすることにより上記直径ｄの寸法精度を高めることができる。また、スルーホール１０ａをドリル加工や超音波加工により形成するようにすれば、内径寸法が略一定のスルーホール１０ａを形成することができ、図１０に示したような形状となる場合に比べてベース基板１の上記一表面および上記他表面それぞれの開口面の直径を小さくする（つまり、開口面積を小さくする）ことができるから、ベース基板１の小型化を図れ、リレー全体のより一層の小型化を図ることが可能となる。

また、カバー４の形成にあたっては、カバー４の基礎となる基板たるガラス基板において凹所４ａを形成した後、接合用金属薄膜４２を形成すればよい。ここに、凹所４ａはエッチング法やサンドブラスト法などにより形成すればよい。

本実施形態では、ベース基板１およびカバー４それぞれが絶縁性を有するガラス基板を加工することにより形成されているが、ベース基板１とカバー４との一方あるいは両方を、表面が絶縁膜により覆われたシリコン基板を加工することにより形成してもよい。ここに、絶縁性を有するガラス基板を加工してベース基板１を形成する場合には、特別な絶縁構造を設けることなく固定接点１４、配線パターン１８、グランドパターン１１、ランド１２をベース基板１の上記一表面側に設けることが可能となる。また、ベース基板１およびカバー４をそれぞれガラス基板に限定し、アーマチュアブロック３の元となる半導体基板をシリコン基板に限定すれば、上記接合用金属薄膜を設けなくてもアーマチュアブロック３とベース基板１およびカバー４とを陽極接合によって気密的に接合することも可能である。これに対して、表面が絶縁膜により覆われたシリコン基板を加工することによりベース基板１を形成する場合には、収納孔１６を誘導結合型のエッチング装置や反応性イオンエッチング装置などの垂直深堀加工が可能なエッチング装置を利用して精度良く形成することができるので、図１１に示すように収納孔１６の穴径を深さ位置にかかわらず一様とすることができるとともに収納孔１６の開口面積を小さくすることができ、ベース基板１の平面サイズを小さくすることができるから、リレー全体のより一層の小型化が可能となる。

なお、上述のアーマチュアブロック３を多数形成したウェハと、上述のベース基板１を多数形成したウェハおよび上述のカバー４を多数形成したウェハとを圧接または陽極接合により固着してからダイシング工程などによって個々のマイクロリレーに分割してもよいことは勿論である。

以下、本実施形態のマイクロリレーの動作について説明する。

本実施形態のマイクロリレーでは、コイル２２，２２への通電が行われると、磁化の向きに応じて磁性体部３０ｂの長手方向の一端部がヨーク２０の一方の脚片２０ｂに吸引されてアーマチュア３０が揺動しアーマチュア３０の一端側の可動接点基台部３４に固着された可動接点３９が対向する一対の固定接点１４，１４に所定の接点圧で接触する。この状態で通電を停止しても、永久磁石２１の発生する磁束により、吸引力が維持され、そのままの状態が保持される。

また、コイル２２，２２への通電方向を逆向きにすると、アーマチュア３０の磁性体部３０ｂがヨーク２０の他方の脚片２０ｂに吸引されてアーマチュア３０が揺動しアーマチュア３０の他端側の可動接点基台部３４に保持された可動接点３９が対向する一対の固定接点１４，１４に所定の接点圧で接触する。この状態で通電を停止しても、永久磁石２１の発生する磁束により、吸引力が維持され、そのままの状態が保持される。

なお、本実施形態のマイクロリレーは、永久磁石２１による磁性体部３０ｂの吸引力が支持ばね３２による復帰力よりも強くなるように支持ばね３２のばね定数を設定してあるが、永久磁石２１による磁性体部３０ｂの吸引力が支持ばね３２による復帰力よりも弱くなるように支持ばね３２のばね定数を設定してもよい。

以上説明した本実施形態のマイクロリレーによれば、アーマチュアブロック３におけるベース基板１とは反対側で周部がフレーム部３１に固着されたカバー４を備え、電磁石装置２は、ベース基板１の収納部内にベース基板１の厚み方向の上記他表面側から挿入されてポッティング樹脂によりベース基板１に固着されているので、アーマチュア３０および固定接点１４および可動接点３９が密閉空間内に配置され、しかも、従来のようにアーマチュアブロックとベース基板との間にスペーサを介在させる必要がなく、リレー全体の薄型化が可能となって小型化を図れる。すなわち、リレー全体の厚み寸法をベース基板１の厚み寸法とアーマチュアブロック３のフレーム部３１の厚み寸法とカバー４の厚み寸法との合計寸法によって規定することができ、ベース基板１とカバー４とフレーム部３１とで構成される器体の薄型化が可能となる。

また、本実施形態のマイクロリレーでは、ベース基板１に上述の蓋体１７，１９ａ，１９ｂを固着していることにより、固定接点１４および可動接点３９を電磁石装置２から空間的に隔離した場所に配置することができるので、電磁石装置２が固定接点１４および可動接点３９に悪影響を与える有機ガスを発生するような材料により形成された構成要素を備えている場合でも、接点信頼性を確保することができる。要するに、外部から不要な気体や異物が収納孔１６やスルーホール１０ａ，１０ｂを通って内部空間へ侵入するのを防ぐことができ、固定接点１４、可動接点３９の表面の酸化や異物の侵入による接点信頼性の低下を防止することができる。また、電磁石装置２の磁極面を蓋体１７に密着させているので、電磁石装置２とアーマチュア３０との間のギャップ長の精度を高めることができる。また、電磁石装置２の磁極面を蓋体１７に密着させているので、電磁石装置２とアーマチュア３０との間のギャップ長の精度を高めることができる。また、ベース基板１の上記一表面側に設けた各固定接点１４それぞれにスルーホール１０ａの内周面に被着された上記導体層を介して電気的に接続される信号線用電極たるランド１２をベース基板１の上記他表面側に設けているので、ベース基板１の上記一表面側に信号線用電極を設ける場合に比べてベース基板１の平面サイズを小さくすることができてリレー全体の小型化を図れる。

また、本実施形態のマイクロリレーでは、上述のグランドパターン１１の配置を適宜設計することにより、配線パターン１８の特性インピーダンスを所望の値に設計することが可能となり、高周波特性の向上を図れる。

また、本実施形態のマイクロリレーでは、永久磁石２１がコイル巻回部２０ａの長手方向の中央部におけるアーマチュア３０側に重ねて配置され重ね方向の両面が異極に着磁されているので、アーマチュア３０の長手方向の中心部を中心としてアーマチュア３０が揺動可能となり、耐衝撃性が向上する。また、アーマチュア３０の可動基台部３０ａから延設した各突片３６におけるベース基板１との対向面から支点突起３６ｂを突設してあるので、このような一対の支点突起３６ｂを設けることでアーマチュア３０の揺動動作をより安定させることができる。

ところで、上述のマイクロリレーにおいて、突片３６に支点突起３６ｂを設ける代わりに、図１２に示すようにアーマチュア３０が揺動自在に載置される一対の錘状の支点突起１７ｂを蓋体１７に突設してもよく、このような一対の支点突起１７ｂを設けることでアーマチュア３０の揺動動作をより安定させることができる。

また、上述のマイクロリレーにおいて、図１１に示すように、アーマチュア３０の変位量を制限するストッパ１７ｃを、蓋体１７において磁性体部３０ｂの両端部に対応する部位に突設するようにしてもよく、このようなストッパ１７ｃを設けた場合にも、磁性体部３０ｂが蓋体１７に衝突して磁性体部３０ｂや蓋体１７が破損するのを防止することができる。

また、上述の例ではアーマチュア３０の磁性体部３０ｂが永久磁石２１の磁気吸引力によって蓋体１７に衝突して磁性体部３０ｂや蓋体１７が破損するのを防止するためにアーマチュア３０における可動基台部３０ａの四隅からストッパ部３３を延設してあるが、図１３に示すように、蓋体１７において磁性体部３０ｂの両端部に対向する部位上に金属膜からなるストッパ１７ｄを形成してもよい。なお、ストッパ１７ｄを構成する金属膜の材料としては、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｕなどの金属あるいはこれらの合金などを採用すればよい。

また、上述のマイクロリレーにおいて、図１４に示すように、プリント基板２３における絶縁基板２３ａの長手方向の両端部に幅寸法を他の部位に比べて小さくする切欠部２３ｃ，２３ｃを設けることにより、コイル２２，２２の末端を巻きつける処理が容易になる。

また、上述のマイクロリレーでは、、電磁石装置２におけるヨーク２０としてコ字状の形状のものを用いていたが、コ字状に限らず、図１５に示すようなＨ字状の形状のものを用いてもよい。

実施形態を示す断面図である。同上を示す分解斜視図である。同上を示す斜視図である。同上を示す断面図である。同上の要部分解斜視図である。同上の要部拡大図である。同上におけるアーマチュアブロックの分解斜視図である。同上におけるアーマチュアブロックを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。同上に用いるカバーの斜視図である。同上の要部説明図である。同上の他の構成例の断面図である。同上の他の構成例の断面図である。同上の他の構成例の要部説明図である。同上の他の構成例の要部斜視図である。同上の他の構成例の要部説明図である。

符号の説明

１ベース基板
２電磁石装置
３アーマチュアブロック
４カバー
１０ａスルーホール
１０ｂスルーホール
１４固定接点
１６収納孔
１７蓋体
２０ヨーク
２０ａコイル巻回部
２０ｂ脚片
２１永久磁石
２２コイル
２３プリント基板
２５封止部
３０アーマチュア
３０ａ可動基台部
３０ｂ磁性体部
３１フレーム部
３４可動接点基台部
３９可動接点

Claims

ヨークに巻回されたコイルへの励磁電流に応じて磁束を発生する電磁石装置を収納する収納部が形成され且つ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、ベース基板の前記一表面側に固着される枠状のフレーム部およびフレーム部の内側に配置されて支持ばね部を介してフレーム部に揺動自在に支持され電磁石装置により駆動されるアーマチュアおよびアーマチュアに接圧ばね部を介して支持され可動接点が設けられた可動接点基台部を有するアーマチュアブロックと、アーマチュアブロックにおけるベース基板とは反対側で周部がフレーム部に固着されたカバーとを備え、電磁石装置は、永久磁石を備え、ベース基板の収納部内にベース基板の厚み方向の他表面側から挿入されて収納部の内周面との間の隙間に充填されるポッティング樹脂によりベース基板に固着されてなり、収納部は、ベース基板において厚み方向に貫設した収納孔とベース基板の前記一表面側において収納孔を閉塞するようにベース基板に固着された薄膜からなる蓋体とで囲まれる空間よりなり、電磁石装置は、磁極面が蓋体に密着する形で収納部に収納されてなることを特徴とするマイクロリレー。
前記蓋体は、シリコン基板上の絶縁層上に薄膜状のシリコン層が形成されたＳＯＩ基板からシリコン基板および絶縁層を選択的に除去することで残したシリコン層よりなることを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
前記ベース基板は、絶縁性を有するガラス基板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記載のマイクロリレー。
前記ベース基板は、表面が絶縁膜により覆われたシリコン基板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記載のマイクロリレー。
前記ベース基板は、前記一表面側に形成され前記固定接点に連続した配線パターンと、前記他表面側に形成された信号線用電極と、厚み方向に貫設した信号線用スルーホールの内周面に被着され配線パターンと信号線用電極とを電気的に接続する信号線用導体層と、信号線用スルーホールを閉塞するスルーホール用蓋体とが設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のマイクロリレー。
前記ベース基板は、前記一表面側に形成されたグランドパターンと、前記他表面側に形成されたグランド電極と、厚み方向に貫設したグランド用スルーホールの内周面に被着されグランドパターンとグランド電極とを電気的に接続するグランド用導体層と、グランド用スルーホールを閉塞するグランドスルーホール用蓋体とが設けられてなることを特徴とする請求項５記載のマイクロリレー。