JP4059199B2 - マイクロリレー - Google Patents

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などにより劣化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。また、固定接点を外部と接続するためには、ベース基板の外形寸法をアーマチュアブロックの外形寸法よりも大きく設定し、ベース基板の上記一表面上に固定接点と連続し外部に露出する外部接続用の導体パターンを設ける必要があり、リレーのサイズが比較的大きくなってしまう。

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、固定接点および可動接点の劣化防止を図れ且つリレー全体としての小型化を図れる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、厚み方向の一表面側に固定接点が設けられ且つ他表面側に電磁石装置を収納する収納部が形成されたベース基板と、ベース基板の前記一表面側に全周に亙って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可動接点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アーマチュアブロックの少なくともアーマチュアおよび支持ばね部および可動接点を覆うように周部が全周に亙ってフレーム部に固着されたカバーとを備え、ベース基板は、厚み方向に貫通するスルーホールの内周面に被着された金属配線を介して固定接点に電気的に接続される導体パターンが前記他表面側に形成され、スルーホールを閉塞する閉塞手段が設けられてなり、前記閉塞手段は、前記ベース基板の前記一表面において前記スルーホールの周縁に形成された環状の金属薄膜と、金属薄膜の表面の全周に亙って接合された前記スルーホールを閉塞する薄膜状の蓋体とからなり、前記金属薄膜および前記蓋体は少なくとも互いの接合面近傍の部分が同種の金属材料により形成されてなり、前記蓋体は、前記金属材料からなり前記金属薄膜に接合された接合用金属薄膜と接合用金属薄膜に積層されたシリコン薄膜との積層膜からなり、前記シリコン薄膜は、低抵抗であって、前記ベース基板の前記一表面側に前記金属薄膜および前記接合用金属薄膜を介して形成され、前記接合用金属薄膜とは反対側の表面に前記固定接点が積層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全周に亙ってフレーム部に固着されたカバーおよびスルーホールを閉塞する閉塞手段を備えていることにより、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るので、密閉空間内を真空としたり密閉空間内に不活性ガスを封入しておくことが可能となり、固定接点および可動接点の劣化防止を図れ、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い上にベース基板の一表面上に外部に露出する外部接続用の導体パターンを設ける必要もないので、アーマチュアおよび固定接点および可動接点を密閉空間内に配置しながらもリレー全体の小型化を図れる。

また、この発明によれば、前記ベース基板の前記一表面において前記スルーホールの周縁に形成された環状の金属薄膜を利用して前記スルーホールを閉塞することができるので、蓋体を前記ベース基板の前記一表面に接合する場合に比べて気密性を高めることができる。

また、この発明によれば、前記金属薄膜および前記蓋体は少なくとも互いの接合面近傍の部分が同種の金属材料により形成されてなるので、前記金属薄膜と前記蓋体との接合強度を高めることができる。また、この発明によれば、前記蓋体は、前記金属材料からなり前記金属薄膜に接合された接合用金属薄膜と接合用金属薄膜に積層されたシリコン薄膜との積層膜からなるので、前記蓋体を前記金属薄膜に容易に接合することができ且つ前記蓋体の機械的な強度を高めることができる。また、この発明によれば、前記シリコン薄膜は、低抵抗であって、前記ベース基板の前記一表面側に前記金属薄膜および前記接合用金属薄膜を介して形成され、前記接合用金属薄膜とは反対側の表面に前記固定接点が積層されてなるので、前記固定接点と前記可動接点とが離れた状態における前記固定接点と前記可動接点との間の距離を小さくできて前記アーマチュアの動作角を低減させることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記金属材料が金であることを特徴とする。

この発明によれば、２５０℃〜４００℃程度の比較的低温で前記金属薄膜と前記蓋体とを接合することが可能となるので、製造時に前記金属薄膜と前記蓋体とを接合する接合工程において、他の部材ならびに部材間の接合箇所に生じる応力歪を小さくすることができる。

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、前記シリコン薄膜は、前記ベース基板側へ突出し前記金属薄膜の周囲を全周に亙って囲む環状のストッパ突起が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、製造時に前記蓋体を前記金属薄膜に接合する際の圧力を均一にできるとともに所望の値に保つことができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記収納部が前記ベース基板において厚み方向に貫設した収納孔と前記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前記ベース基板に固着された閉塞用薄膜とで囲まれる空間よりなり、前記蓋体と前記閉塞用薄膜とが同一平面上に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、製造時に収納孔を前記閉塞用薄膜にて閉塞するのと同時に前記スルーホールを前記蓋体により閉塞することが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記収納部が前記ベース基板において厚み方向に貫設した収納孔と前記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前記ベース基板に固着された閉塞用薄膜とで囲まれる空間よりなり、前記蓋体と前記閉塞用薄膜とは前記ベース基板の前記一表面側に同時に固着されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記蓋体と前記閉塞用薄膜とを別々の工程で固着する場合に比べて工程数を削減できて製造プロセスの簡略化および低コスト化を図れる。

請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明において、前記ベース基板は、ガラス基板により形成され、前記閉塞用薄膜としてのシリコン膜が陽極接合により固着されてなることを特徴とする。

この発明によれば、製造時に前記蓋体および前記閉塞用薄膜を同時に前記ベース基板の前記一表面側へ陽極接合により固着することが可能となる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記金属薄膜および前記接合用金属薄膜の一部は、前記ベース基板に形成された凹部であって且つ内底面に前記スルーホールの開口面が形成された凹部内に設けられ、前記シリコン薄膜の周部は凹部の周縁に重なっていることを特徴とする。

この発明によれば、製造時に前記蓋体を前記金属薄膜に接合する際に圧力をかけた場合に前記シリコン薄膜の周部が前記ベース基板における凹部の周縁に当接することでストッパとして機能し、接合時の圧力を均一にできるとともに所望の値に保つことができる。

請求項８の発明は、厚み方向の一表面側に固定接点が設けられ且つ他表面側に電磁石装置を収納する収納部が形成されたベース基板と、ベース基板の前記一表面側に全周に亙って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可動接点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アーマチュアブロックの少なくともアーマチュアおよび支持ばね部および可動接点を覆うように周部が全周に亙ってフレーム部に固着されたカバーとを備え、ベース基板は、厚み方向に貫通するスルーホールの内周面に被着された金属配線を介して固定接点に電気的に接続される導体パターンが前記他表面側に形成され、アーマチュアブロックは、ベース基板の前記一表面側でスルーホールを閉塞する蓋体がフレーム部から連続一体に延設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全周に亙ってフレーム部に固着されたカバーおよびスルーホールを閉塞する蓋体を備えていることにより、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るので、密閉空間内を真空としたり密閉空間内に不活性ガスを封入しておくことが可能となり、固定接点および可動接点の劣化防止を図れ、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い上にベース基板の一表面上に外部に露出する外部接続用の導体パターンを設ける必要もないので、アーマチュアおよび固定接点および可動接点を密閉空間内に配置しながらもリレー全体の小型化を図れる。また、スルーホールを閉塞する蓋体がフレーム部から連続一体に延設されているので、請求項１の発明に比べて部品点数を削減することができるとともに製造プロセスの簡略化を図れるという利点がある。

請求項１，８の発明では、固定接点および可動接点の劣化防止を図れ且つリレー全体としての小型化を図ることが可能となるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態のマイクロリレーについて図１〜図６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、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。

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スルーホール１０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１０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１０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１１（図６（ｃ）参照）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の各ランド１２にはバンプ１３が適宜固着されており、バンプ１３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１０の開口面がバンプ１３により覆われる（つまり、ベース基板１の上記他表面側でスルーホール１０の開口面がバンプ１３により閉塞される）。スルーホール１０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１０の開口面およびランド１２を覆う４枚の薄板状の蓋体１９（図１および図６参照）が固着されている。なお、蓋体１９については後述する。

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１０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１０の周縁に形成されたランド１２と導電パターン１８を介して電気的に接続されている。ここに、固定接点１４および導電パターン１８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１０および収納孔１６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く、上述の導体層１１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の上記一表面側においてスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２からなる環状の金属薄膜と蓋体１９とで、スルーホール１０の開口面を閉塞する閉塞手段を構成し、導体層１１がスルーホール１０内に被着された金属配線を構成し、ベース基板１の上記他表面側におけるランド１２が金属配線を介して固定接点１４に電気的に接続された導体パターンを構成している。

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。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２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。なお、蓋体１７は、シリコン基板をエッチングや研磨などで薄くすることにより形成したシリコン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は、シリコン膜に限らず、ガラス基板をエッチングや研磨などで薄くすることにより形成したガラス膜により構成してもよい。

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。

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層（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層（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層（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（密閉空間）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。ここにおいて、上記密閉空間内を真空としたり、上記密閉空間内に不活性ガスを封入するようにすれば、可動接点３３および固定接点１４の酸化などによる劣化を防止することができる。なお、上述の各接合用金属層の材料としては、例えば、Ａｕ，Ａｌ−Ｓｉなどを採用すればよい。

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および４個のバンプ１３それぞれを上記実装基板の一表面側に形成された導体パターンに接続すればよい。

本実施形態のマイクロリレーの製造プロセスは、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、ベース基板１の基礎となる基板たるガラス基板に収納孔１６およびスルーホール１０を形成した後で蓋体１７，１９を固着してベース基板を形成するベース基板形成工程と、カバー４の基礎となるガラス基板に凹所４ａを設けてカバー４を形成するカバー形成工程と、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ガラス基板の四隅近傍に厚み方向に貫通するスルーホール１０を形成した後、ランド１２、固定接点１４、導電パターン１８、導体層１１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を覆う蓋体１７およびスルーホール１０の覆う蓋体１９を陽極接合により固着すればよい。なお、収納孔１６およびスルーホール１０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。

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、上記接合用金属層を形成すればよい。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。

なお、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、シリコン基板を加工することにより形成してもよい。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、上記接合用金属層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。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。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。

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全周に亙ってフレーム部３１に固着されたカバー４およびスルーホール１０を閉塞する閉塞手段を備えていることにより、アーマチュア３０および固定接点１４および可動接点３９が上記密閉空間内に配置されるので、上記密閉空間内を真空としたり密閉空間内に不活性ガスを封入しておくことが可能となり、固定接点１４および可動接点３９の劣化防止を図れ、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い上にベース基板の一表面上に外部に露出する外部接続用の導体パターンを設ける必要もないので、アーマチュア３０および固定接点１４および可動接点３９を上記密閉空間内に配置しながらもリレー全体の小型化を図れる。

また、本実施形態では、図６（ｃ）に示したように、ベース基板１の上記一表面においてスルーホール１０の周縁に形成された環状の金属薄膜たるランド１２と、ランド１２の表面の全周に亙って接合されたスルーホール１０を閉塞する薄膜状の蓋体１９とで閉塞手段を構成しており、ベース基板１の上記一表面においてスルーホール１０の周縁に形成された環状の金属薄膜を利用してスルーホール１０を閉塞することができるので、蓋体１９をベース基板１の上記一表面に接合する場合に比べて気密性を高めることができる。なお、図６に示したスルーホール１０は、ベース基板１の基礎となるガラス基板を厚み方向の両方からサンドブラスト法やエッチング法などにより加工することで形成されており、スルーホール１０の内周面は、ベース基板１の上記一表面から離れるほど徐々に内径が小さくなる第１のテーパ面と、ベース基板１の上記他表面から離れるほど徐々に内径が小さくなる第２のテーパ面とで構成されている。

また、図６に示した例では、薄膜状の蓋体１９を金属材料により形成してあるが、金属薄膜たるランド１２と同種の金属材料（例えば、Ａｕなど）により形成すれば、ランド１２と蓋体１９とを容易に接合することができるとともに、ランド１２と蓋体１９との接合強度を高めることができる。

ところで、スルーホール１０を閉塞する閉塞手段は、図６に示した例に限らず、例えば、図７〜図１５のいずれかに示す構成を採用してもよい。

ここにおいて、図７に示した例では、蓋体１９が、金属薄膜たるランド１２に接合された接合用金属薄膜１９ａと接合用金属薄膜１９ａに積層されたシリコン薄膜１９ｂとの積層膜により構成されており、蓋体１９をランド１２に容易に接合することができ且つ蓋体１９の機械的な強度を高めることができる。なお、金属薄膜（ランド１２）および蓋体１９に関しては、少なくとも互いの接合面近傍の部分が同種の金属材料（例えば、Ａｕなど）により形成されていれば、金属薄膜と蓋体１９との接合強度を高めることができる。また、上記金属材料としてＡｕを採用すれば、２５０℃〜４００℃程度の比較的低温で金属薄膜と蓋体１９とを接合することが可能となるので、製造時に金属薄膜と蓋体１９とを接合する接合工程において、他の部材ならびに部材間の接合箇所に生じる応力歪を小さくすることができる。

また、図８に示した例では、蓋体１９が、金属薄膜たるランド１２に接合された接合用金属薄膜１９ａと接合用金属薄膜１９ａに積層されたシリコン薄膜１９ｂとの積層膜により構成され、シリコン薄膜１９ｂには、ベース基板１側へ突出し金属薄膜１２の周囲を全周に亙って囲む環状のストッパ突起１９ｃが設けられている。したがって、製造時に蓋体１９を金属薄膜たるランド１２に接合する際の圧力を均一にできるとともに所望の値に保つことができる。なお、ストッパ突起１９ｃは、シリコン薄膜１９ｂに凹所を形成することで当該凹所の周壁により構成されている。

また、図９に示した例では、蓋体１９が、金属薄膜たるランド１２に接合された接合用金属薄膜１９ａと接合用金属薄膜１９ａに積層された低抵抗のシリコン薄膜１９ｂとの積層膜により構成され、シリコン薄膜１９ｂにおける接合用金属薄膜１９ａとは反対側の表面に固定接点１４が積層されている。したがって、固定接点１４と可動接点３９とが離れた状態における固定接点１４と可動接点３９との間の距離を小さくできてアーマチュア３０の動作角（固定接点１４と可動接点３９とが離れた状態におけるアーマチュア３０と、可動接点３９が固定接点１４に接触した状態におけるアーマチュア３０とのなす角度）を低減させることができる。

なお、上述の各例では、ベース基板１の上記他表面側に形成された収納部が、ベース基板１において厚み方向に貫設した収納孔１６とベース基板１の上記一表面側において収納孔１６を閉塞するようにベース基板１に固着された閉塞用薄膜たる蓋体１７とで囲まれる空間により構成されているが、蓋体１７と蓋体１９とが同一平面上に配置されているので、製造時に収納孔１６を蓋体１９にて閉塞するのと同時にスルーホール１０を蓋体１９により閉塞することが可能となる。ここにおいて、製造時に蓋体１７と閉塞用薄膜たる蓋体１９とをベース基板１の上記一表面側に同時に固着するようにすれば、蓋体１７と蓋体１９とを別々の工程で固着する場合に比べて工程数を削減できて製造プロセスの簡略化および低コスト化を図れる。

また、図１０に示した例では、蓋体１９が、金属薄膜たるランド１２に接合された接合用金属薄膜１９ａと接合用金属薄膜１９ａに積層されたシリコン薄膜１９ｂとの積層膜により構成され、ランド１２および接合用金属薄膜１９ａの一部が、ベース基板１の上記一表面に形成された凹部であって且つ内底面にスルーホール１０の開口面が形成された凹部１５内に設けられ、シリコン薄膜１９ｂの周部が凹部１５の周縁に重なっている。したがって、製造時に蓋体１９をランド１２に接合する際に圧力をかけた場合にシリコン薄膜１９ｂの周部がベース基板１における凹部１５の周縁に当接することでストッパとして機能し、接合時の圧力を均一にできるとともに所望の値に保つことができる。

また、図１１に示した例では、スルーホール１０を閉塞する閉塞手段が、スルーホール１０内の全体に亙って埋設された金属からなる封止部５１により構成されている。したがって、上記密閉空間の気密性を上述の各例に比べてより高めることができ、固定接点１４および可動接点３９の劣化をより確実に防止することが可能となり、しかも、ベース基板１の上記一表面側に形成された固定接点１４と上記他表面側に形成された導体パターンたるランド１２との間の電気抵抗を低減できる。なお、封止部５１は、導電層１１およびランド１２をシード層としてめっきにより形成されており、製造時に封止部５１を固定接点１４と同時に形成するようにすれば、製造プロセスの簡略化を図れる。

また、図１２に示した例では、スルーホール１０の内径寸法が略一定となるような形状に形成されて、スルーホール１０内の全体に亙って埋設された金属からなる封止部５１により閉塞手段が構成されており、スルーホール１０の開口面積を図１１に示した例に比べて小さくでき、ベース基板１の平面サイズを小さくすることが可能であり、リレー全体のより一層の小型化を図れる。

また、図１３に示した例では、スルーホール１０を閉塞する閉塞手段が、ベース基板１の厚み方向における上記第１のテーパ面と上記第２のテーパ面との境界近傍にてスルーホール１０に埋設された金属からなる封止部５１により構成されているので、図１１に示した例のようにスルーホール１０内の全体に亙って埋設された金属からなる封止部５１に比べて封止部５１に用いる金属の量を少なくでき、低コスト化を図れる。なお、図１３に示した例では、ベース基板１の上記一表面におけるスルーホール１０の開口面の直径をｄ１、上記他表面におけるスルーホール１０の開口面の直径をｄ２、上記第１のテーパ面と上記第２のテーパ面との境界におけるスルーホール１０の内径をｄ３とすれば、ｄ３＜ｄ１＜ｄ２となっている。

また、図１４に示した例では、スルーホール１０を閉塞する閉塞手段が、ベース基板１の上記一表面側および上記他表面側それぞれでスルーホール１０を閉塞する一対の薄膜状の蓋体１９（図１４では上記一表面側の蓋体１９のみ示してある）と、当該一対の蓋体１９とスルーホール１０の内周面とで囲まれる空間内に充填された液体金属５２とで構成されている。したがって、図１４に示した例においても、図１１に示した例と同様に、固定接点１４および可動接点３９の劣化をより確実に防止することが可能となるという利点、ベース基板１の上記一表面側に形成された固定接点１４と上記他表面側に形成された導体パターンたるランド１２との間の電気抵抗を低減できるという利点がある。また、図１１に示した封止部５１をめっき法やスパッタ法などにより形成した場合にはスルーホール１０内に隙間が形成される可能性があるが、図１４に示したようにスルーホール１０内に液体金属５２を気泡が残らないように充填した場合にはスルーホール１０内に隙間が形成されるのを防止することができ、より一層の低抵抗化を図ることができる。なお、液体金属５２としては、例えば水銀などの常温付近で液体となる金属を用いればよい。

また、図１５に示した例では、スルーホール１０を閉塞する閉塞手段が、スルーホール１０内の全体に亙って埋設されたガラスからなる封止部５３により構成されている。したがって、図１１に示した例と同様に、上記密閉空間の気密性をより高めることができ、固定接点１４および可動接点３９の劣化をより確実に防止することが可能となる。また、図１１に示した例に比べて封止部５３の材料コストを低減でき、低コスト化を図れるという利点がある。なお、封止部５３のガラスとして低融点のものを用いることで他の部材ならびに部材間の接合箇所に生じる応力歪を小さくすることができる。なお、図１３に示した封止部５１をガラスにより形成するようにしてもよい。

（実施形態２）
本実施形態のマイクロリレーの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１６に示すように、ベース基板１の上記一表面側でスルーホール１０を閉塞する蓋体１９が、アーマチュアブロック３のフレーム部３１から連続一体に延設されている点に特徴がある。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態のマイクロリレーにおいても、実施形態１と同様に、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全周に亙ってフレーム部３１に固着されたカバー４およびスルーホール１０を閉塞する蓋体１９を備えていることにより、アーマチュア３０および固定接点１４（図１参照）および可動接点３９が密閉空間内に配置されるので、密閉空間内を真空としたり密閉空間内に不活性ガスを封入しておくことが可能となり、固定接点１４および可動接点３９の劣化防止を図れ、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い上にベース基板の一表面上に外部に露出する外部接続用の導体パターンを設ける必要もないので、アーマチュア３０および固定接点１４および可動接点３９を密閉空間内に配置しながらも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、スルーホール１０を閉塞する蓋体１９がフレーム部３１から連続一体に延設されているので、実施形態１に比べて部品点数を削減することができるとともに製造プロセスの簡略化を図れるという利点がある。すなわち、アーマチュアブロック３のフレーム部３１とベース基板１とを陽極接合などにより固着するのと同時に蓋体１９をランド１２に固着すればよい。

（参考例）
本参考例のマイクロリレーの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１７に示すように、カバー４の周部が、アーマチュアブロック３のフレーム部３１ではなくてベース基板１の上記一表面側に固着され、ベース基板１の上記一表面側でスルーホール１０を閉塞する蓋体１９が、カバー４の周部から連続一体に延設されている点に特徴がある。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本参考例のマイクロリレーでは、アーマチュアブロック３におけるベース基板１とは反対側でアーマチュアブロック３を覆うように周部が全周に亙ってベース基板１の上記一表面側に固着されたカバー４およびスルーホール１０を閉塞する蓋体１９を備えていることにより、アーマチュア３０および固定接点１４（図１参照）および可動接点３９が密閉空間内に配置されるので、密閉空間内を真空としたり密閉空間内に不活性ガスを封入しておくことが可能となり、固定接点１４および可動接点３９の劣化防止を図れ、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い上にベース基板の一表面上に外部に露出する外部接続用の導体パターンを設ける必要もないので、アーマチュア３０および固定接点１４および可動接点３９を密閉空間内に配置しながらもリレー全体の小型化を図れる。また、スルーホール１０を閉塞する蓋体１９がカバー４から連続一体に延設されているので、実施形態１に比べて部品点数を削減することができるとともに製造プロセスの簡略化を図れるという利点がある。

実施形態１を示す分解斜視図である。 同上を示す斜視図である。 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。 同上におけるカバーの斜視図である。 同上におけるベース基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 同上の他の構成例の要部断面図である。 実施形態２を示す概略断面図である。 参考例を示す概略断面図である。

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
１０ スルーホール
１４ 固定接点
１６ 収納孔
１７ 蓋体
１９ 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
３０ アーマチュア
３０ａ 可動基台部
３０ｂ 磁性体部
３１ フレーム部
３２ 支持ばね部
３４ 可動接点基台部
３５ 接圧ばね部

Claims (8)

1. 厚み方向の一表面側に固定接点が設けられ且つ他表面側に電磁石装置を収納する収納部が形成されたベース基板と、ベース基板の前記一表面側に全周に亙って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可動接点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アーマチュアブロックの少なくともアーマチュアおよび支持ばね部および可動接点を覆うように周部が全周に亙ってフレーム部に固着されたカバーとを備え、ベース基板は、厚み方向に貫通するスルーホールの内周面に被着された金属配線を介して固定接点に電気的に接続される導体パターンが前記他表面側に形成され、スルーホールを閉塞する閉塞手段が設けられてなり、前記閉塞手段は、前記ベース基板の前記一表面において前記スルーホールの周縁に形成された環状の金属薄膜と、金属薄膜の表面の全周に亙って接合された前記スルーホールを閉塞する薄膜状の蓋体とからなり、前記金属薄膜および前記蓋体は少なくとも互いの接合面近傍の部分が同種の金属材料により形成されてなり、前記蓋体は、前記金属材料からなり前記金属薄膜に接合された接合用金属薄膜と接合用金属薄膜に積層されたシリコン薄膜との積層膜からなり、前記シリコン薄膜は、低抵抗であって、前記ベース基板の前記一表面側に前記金属薄膜および前記接合用金属薄膜を介して形成され、前記接合用金属薄膜とは反対側の表面に前記固定接点が積層されてなることを特徴とするマイクロリレー。
2. 前記金属材料が金であることを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
3. 前記シリコン薄膜は、ベース基板側へ突出し前記金属薄膜の周囲を全周に亙って囲む環状のストッパ突起が設けら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。
4. 前記収納部が前記ベース基板において厚み方向に貫設した収納孔と前記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前記ベース基板に固着された閉塞用薄膜とで囲まれる空間よりなり、前記蓋体と前記閉塞用薄膜とが同一平面上に配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロリレー。
5. 前記収納部が前記ベース基板において厚み方向に貫設した収納孔と前記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前記ベース基板に固着された閉塞用薄膜とで囲まれる空間よりなり、前記蓋体と前記閉塞用薄膜とは前記ベース基板の前記一表面側に同時に固着されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロリレー。
6. 前記ベース基板は、ガラス基板により形成され、前記閉塞用薄膜としてのシリコン膜が陽極接合により固着されてなることを特徴とする請求項４または請求項５記載のマイクロリレー。
7. 前記金属薄膜および前記接合用金属薄膜の一部は、前記ベース基板に形成された凹部であって且つ内底面に前記スルーホールの開口面が形成された凹部内に設けられ、前記シリコン薄膜の周部は凹部の周縁に重なっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のマイクロリレー。
8. 厚み方向の一表面側に固定接点が設けられ且つ他表面側に電磁石装置を収納する収納部が形成されたベース基板と、ベース基板の前記一表面側に全周に亙って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可動接点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アーマチュアブロックの少なくともアーマチュアおよび支持ばね部および可動接点を覆うように周部が全周に亙ってフレーム部に固着されたカバーとを備え、ベース基板は、厚み方向に貫通するスルーホールの内周面に被着された金属配線を介して固定接点に電気的に接続される導体パターンが前記他表面側に形成され、アーマチュアブロックは、ベース基板の前記一表面側でスルーホールを閉塞する蓋体がフレーム部から連続一体に延設されてなることを特徴とするマイクロリレー。

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