JP4059204B2

JP4059204B2 - マイクロリレー

Info

Publication number: JP4059204B2
Application number: JP2004018970A
Authority: JP
Inventors: 勉下村; 健橋本; 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: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2005216552A

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枠内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（段落番号〔００３３〕−〔００３６〕、図１１−図１３参照）

ところで、上記特許文献１に開示されたマイクロリレーの接点構成は、常開接点と常閉接点とを１極ずつ備えた双極単投型の接点構成であるが、１極の常開接点或いは常閉接点からなる単極単投型の接点構成のものや、１極の切替接点からなる単極双投型の接点構成のものを製作する場合に電磁石装置により駆動されるアーマチュアブロックなどの機構部品を変更していたため、接点構成のバリエーションを増やすと、それに応じて機構部品（アーマチュアブロック）の種類が増え、設計費の増加や部品の管理費の増加などでコストアップを招くという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、接点構成の異なる複数種類のリレーで機構部品を共通化したマイクロリレーを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ヨークに巻回されたコイルおよび前記ヨークの両磁極間に介装される永久磁石を有し前記コイルへの励磁電流に応じて前記ヨークの両磁極が異極に励磁される電磁石装置と、当該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枠内に配置され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を有するアーマチュアブロックと、ベース基板の上記一表面側において前記アーマチュアの揺動方向における両端部にそれぞれ対向して固着された各一対の固定接点と、前記アーマチュアの揺動方向における少なくとも一方の端部に一方の対の固定接点と対向して設けられ、前記アーマチュアの揺動に応じて一対の固定接点と接離する可動接点と、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、何れか一方の対の固定接点を回路のグランドに電気的に接続される導電部に電気的に接続するとともに、前記収納部を、ベース基板の厚み方向に貫通し電磁石装置を収納する収納孔の内周面とベース基板の前記一表面側で収納孔を閉塞する薄膜からなる蓋体とで囲まれる空間により構成し、前記ヨークは、前記コイルが巻回される細長のコイル巻回部と、当該コイル巻回部の両端部それぞれから前記アーマチュアに近づく向きに延設され前記コイル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とを備え、前記永久磁石は、コイル巻回部の長手方向の中央部におけるアーマチュア側に重ねて配置され重ね方向の両面が異極に着磁され、一方の磁極面がヨークのコイル巻回部に当接し、他方の磁極面がヨークの両脚片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り、永久磁石の前記他方の磁極面およびヨークの両脚片の先端面を蓋体に接触させたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記可動接点が前記アーマチュアの揺動方向における両方の端部にそれぞれ設けられ、両可動接点の間を電気的に接続する導電路を前記アーマチュアブロックに設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、ヨークに巻回されたコイルおよび前記ヨークの両磁極間に介装される永久磁石を有し前記コイルへの励磁電流に応じて前記ヨークの両磁極が異極に励磁される電磁石装置と、当該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枠内に配置され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当該アーマチュアの揺動方向における両端部にベース基板と対向して設けられた一対の可動接点を有するアーマチュアブロックと、ベース基板の上記一表面側に各可動接点にそれぞれ対向して固着され、各可動接点を介して導通する各一対の固定接点と、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、一方の対の固定接点の内の１つと、他方の対の固定接点の内の１つとを電気的に接続する導電路をベース基板に形成するとともに、前記収納部を、ベース基板の厚み方向に貫通し電磁石装置を収納する収納孔の内周面とベース基板の前記一表面側で収納孔を閉塞する薄膜からなる蓋体とで囲まれる空間により構成し、前記ヨークは、前記コイルが巻回される細長のコイル巻回部と、当該コイル巻回部の両端部それぞれから前記アーマチュアに近づく向きに延設され前記コイル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とを備え、前記永久磁石は、コイル巻回部の長手方向の中央部におけるアーマチュア側に重ねて配置され重ね方向の両面が異極に着磁され、一方の磁極面がヨークのコイル巻回部に当接し、他方の磁極面がヨークの両脚片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り、永久磁石の前記他方の磁極面およびヨークの両脚片の先端面を蓋体に接触させたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載の発明において、上記導電路を、ベース基板におけるアーマチュアブロックと反対側の面に形成したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１つに記載の発明において、前記アーマチュアは、前記フレーム部の枠内に配置され前記支持ばね部を介して前記フレーム部に支持された薄板状の可動基台部と、可動基台部において前記電磁石装置側に固着された磁性体材料からなる薄板状の磁性体部とで構成され、前記アーマチュアブロックは、前記フレーム部、前記支持ばね部、前記可動基台部が１枚の半導体基板を加工することにより形成されてなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、何れか一方の対の固定接点を回路のグランドに電気的に接続される導電部に電気的に接続しているので、マイクロリレーが１極ずつ備える常開接点又は常閉接点の何れか一方の機能を失わせることで、マイクロリレーの接点構成を１極の常開接点又は１極の常閉接点とすることができる。したがって、常開接点および常閉接点を１極ずつ備える基本構成のマイクロリレーとアーマチュアブロックの構造を変更することなく、１極の常開接点又は１極の常閉接点を実現でき、接点構成が異なる異種のマイクロリレーでアーマチュアブロックを共通化することで、設計費や製造コストを削減することができる。また機能を失わせた固定接点は回路のグランドに電気的に接続されるので、静電ノイズを遮蔽する効果が向上し、高周波特性を改善できる。

請求項２の発明によれば、アーマチュアの揺動方向における両端部に可動接点が設けられ、両可動接点の間をアーマチュアブロックに設けた導電路で電気的に接続しているので、何れか一方の可動接点が回路のグランドに電気的に接続された固定接点に接続されると、アーマチュアブロックに設けた導電路と２つの可動接点とが回路のグランドに接続されることになり、静電ノイズを遮蔽する効果がさらに向上する。

請求項３、４の発明によれば、一方の対の固定接点の内の１つと、他方の対の固定接点の内の１つとを電気的に接続する導電路をベース基板に形成しており、各対の固定接点の内の１つを導電路を介して電気的に接続することにより１極の切替接点を構成することができる。したがって、常開接点および常閉接点を１極ずつ備える基本構成のマイクロリレーとアーマチュアブロックの構造を変更することなく、１極の切替接点を実現でき、接点構成が異なる異種のマイクロリレーでアーマチュアブロックを共通化することで、設計費や製造コストを削減することができる。

請求項５の発明によれば、半導体基板に対して半導体微細加工プロセスを行うことによってアーマチュアブロックの大部分を形成することができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

先ず本発明に係るマイクロリレーの基本構成を図１〜図５に基づいて説明する。こ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表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の枠内に配置されて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のヨーク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とで構成され、このヨーク２０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、コイル２２，２２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とを電磁石装置２は備えている。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。

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（図３参照）。ここにおいて、各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、収納孔１６を挟んで長手方向両端部には厚み方向に貫通する各３個のスルーホール１０が短手方向に並べて貫設されている。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（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。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６枚のシリコン薄膜からなる蓋体１９が固着されている。

また、上述した各一対の固定接点１４は、ベース基板１の長手方向両端部においてベース基板１の短手方向における両側部に形成された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、これら２つのスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２と導電パターン１８ａを介して電気的に接続されている。またベース基板１の長手方向両端部には、固定接点１４よりも外側にベース基板１の短手方向に沿って延びる導電パターン１８ｂが形成されており、この導電パターン１８ｂは、ベース基板１の短手方向の中央部に形成されたスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２に電気的に接続されている。このマイクロリレーを実装基板に実装する際には導電パターン１８ｂがスルーホール１０およびランド１２を介して実装基板に形成されたグランドパターンに電気的に接続されるので、静電ノイズを遮断してマイクロリレーの高周波特性を向上させることができる。ここに、固定接点１４および導電パターン１８ａ，１８ｂ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、このマイクロリレーでは、蓋体１９がスルーホール１０の開口面を閉塞する閉塞手段を構成し、ベース基板１の上記他表面側におけるランド１２が接続用電極を構成している。

また収納孔１６の開口面は十字状であって、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。また収納孔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いるので、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。

ここで電磁石装置２は、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの各先端面（磁極面）が蓋体１７と対向する形で収納孔１６に挿入される。なお、このマイクロリレーでは収納孔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１７，１９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で構成されており、厚み寸法を２０μｍに設定してある。ここに蓋体１７，１９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１７，１９は、シリコン薄膜に限らず、ガラス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ガラス薄膜により構成してもよい。

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（ＭＥＭＳ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の枠内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とを形成してある。ここで、アーマチュア３０は可動基台部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とで構成され、アーマチュア３０は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で、各支持ばね部３２の破損を防止している。

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。また各突片３６におけるベース基板１との対向面には支点突起３６ｂを突設してあり、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。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が配置されている。各可動接点基台部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。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、可動接点基台部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。

一方、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におけるカバー４との対向面の周部には全周に亙って接合用金属薄膜３８が形成され、ベース基板１との対向面の周部には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１５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。而し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が向上する。すなわちアーマチュア３０、可動接点３９、固定接点１４などを収納する空間（この空間を接点チャンバと言う）の気密性を高めることができる。なお接合用金属薄膜１５，３８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６個のバンプ１３をそれぞれ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。

次に、このマイクロリレーの製造方法について簡単に説明する。こ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長手方向両端部に厚み方向に貫通する各３個のスルーホール１０を短手方向に並べて形成した後、ランド１２、固定接点１４、導電パターン１８ａ，１８ｂ、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１０の両方を覆う薄膜（例えば、シリコン薄膜、ガラス薄膜など）を固着し、当該薄膜をパターニングすることによって収納孔１６およびスルーホール１０それぞれの開口面を個別に閉塞する蓋体１７，１９を形成すればよい。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、このマイクロリレーはベース基板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で形成されているが、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、上記接合用金属薄膜１５，３８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とを陽極接合により気密的に接合することができる。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。

次にマイクロリレーの動作について簡単に説明する。こ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の先端面（磁極面）に吸着されてアーマチュア３０が揺動し、ヨーク２０→磁性体部３０ｂ→永久磁石２１→ヨーク２０の閉磁路が形成されて、長手方向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し、一対の固定接点１４，１４の間が可動接点３９を介して導通するとともに、アーマチュア３０の長手方向他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から開離し、一対の固定接点１４，１４の間が開放される。この状態でコイル２２，２２への通電が停止されると、永久磁石２１の発生する磁束によって上記閉磁路がそのまま維持され、磁性体部３０ｂの長手方向一端側がヨーク２０の一方の脚片２０ｂに吸着された状態が保たれる。

またコイル２２，２２への通電方向を逆向きにすると、磁性体部３０ｂの長手方向の他端部がヨーク２０の他方の脚片２０ｂの先端面（磁極面）に吸着されてアーマチュア３０が反対側に揺動し、一対の固定接点１４，１４に接触していた可動接点３９が開離すると共に、アーマチュア３０の長手方向他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し、一対の固定接点１４，１４の間が可動接点３９を介して導通する。この状態においてもコイル２２，２２への通電を停止すると、永久磁石２１の発生する磁束によって吸着力が維持されて、そのままの状態が保持され、いわゆる双安定動作が行われる。すなわち、このマイクロリレーは常開接点と常閉接点とを１極ずつ備えた双極単投型（所謂１ａ１ｂ接点）の接点構成を有している。

なお、上述した基本構成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とは反対側で周部がフレーム部３１に固着されたカバー４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が密閉空間内に配置され、電磁石装置２は、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永久磁石２１を設けてあるので、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。

（実施形態１）
以下では、上述した双極単投型（所謂１ａ１ｂ接点）のマイクロリレーと共通の機構部で、１極の常開接点又は常閉接点からなる単極単投型のマイクロリレーを実現した実施形態について図１及び図６〜図８を参照して説明する。尚、上述した基本構成のマイクロリレーと共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

上述した基本構成のマイクロリレーでは、ベース基板１の長手方向における両端部にそれぞれ固定接点１４，１４を２個ずつ形成して、各固定接点１４と、ベース基板１の四隅に設けたスルーホール１０の周縁のランド１２との間を導電パターン１８ａを介して電気的に接続し、さらにベース基板１の長手方向における両端部に中央のスルーホール１０の周縁に設けたランド１２に電気的に接続され、且つ回路のグランドに接続される導電パターン１８ｂを形成しているのに対して、本実施形態ではベース基板１の長手方向一端側に幅広のグランドパターン１８ｃを形成し、このグランドパターン１８ｃを介して３個のスルーホール１０の周縁のランド１２を電気的に接続している。またベース基板１における他面側において、グランドパターン１８ｃを形成した側の長手方向一端部には、幅広のグランドパターン４２ｃを短手方向に沿って端から端まで形成して、３個のスルーホール１０の周縁に設けたランド１２を電気的に接続してあり、長手方向他端部には、３個のスルーホール１０の周縁に設けたランド１２にそれぞれ電気的に接続される導電パターン４２ａ，４２ｂ，４２ａを短手方向に沿って形成してある。また更に、アーマチュアブロック３の２つの可動接点基台部３４にそれぞれ固着した可動接点３９の間は、可動接点基台部３４と接圧ばね部３５とアーマチュア３０の可動基台部３０ａとの裏面側（ベース基板１側の面）に形成した導電路としての導電パターン４０（図６（ａ）中の斜線部）を介して電気的に接続してある。

このように本実施形態では、ベース基板１の長手方向一端側に幅広のグランドパターン１８ｃを形成することによって、長手方向の両端部に一対ずつ設けた固定接点１４，１４の内、一方の対の固定接点１４，１４をグランドパターン１８ｃにより短絡しているので、基本構成のマイクロリレーが１極ずつ備える常開接点又は常閉接点の何れか一方の機能を失わせて、マイクロリレーの接点構成を１極の常開接点又は１極の常閉接点とすることができる。すなわち基本構成のマイクロリレーとアーマチュアブロック３の構造を変更することなく、１極の常開接点又は１極の常閉接点を実現でき、接点構成が異なる異種のマイクロリレーでアーマチュアブロック３を共通化することで、設計費や製造コストを削減することができる。

またコイル２２，２２への通電に応じてアーマチュア３０が揺動し、一方の可動接点基台部３４に固着された可動接点３９がグランドパターン１８ｃに弾接すると、可動接点基台部３４と接圧ばね部３５とアーマチュア３０の可動基台部３０ａとの裏面側に形成した導電パターン４０と２つの可動接点３９とが回路のグランドに接続されるので、静電ノイズを確実に遮蔽して高周波特性をさらに改善することができる。

なお、固定接点１４および導電パターン１８ａ〜１８ｃ，４１ａ〜４１ｃ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、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。

（実施形態２）
次に、上述した双極単投型（所謂１ａ１ｂ接点）のマイクロリレーと共通の機構部で、１極の切替接点からなる単極双投型のマイクロリレーを実現した実施形態について図９〜図１１を参照して説明する。尚、上述した基本構成のマイクロリレーと共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

上述した基本構成のマイクロリレーでは、ベース基板１の長手方向における両端部にそれぞれ固定接点１４，１４を２個ずつ形成して、各固定接点１４と、ベース基板１の四隅に設けたスルーホール１０の周縁のランド１２との間を導電パターン１８ａを介して電気的に接続するとともに、アーマチュア３０の可動接点基台部３４，３４に各一対の固定接点１４にそれぞれ対向する可動接点３９，３９を形成することで、常閉接点及び常開接点を１極ずつ設けてある。それに対して本実施形態では、基本構成のマイクロリレーにおいて長手方向の両端部にそれぞれ設けた各一対の固定接点１４，１４の内、図９（ａ）中左側の固定接点１４，１４の間を、ベース基板１の長手方向に沿う側部の一表面側に形成した導電パターン１８ｄを介して電気的に接続してあり、常閉接点および常開接点の一方の固定接点１４，１４を共通接続することで切替接点を構成してある。ここでベース基板１における他表面側にはスルーホール１０の周縁のランド１２にそれぞれ導電パターン４１ａ，４１ｂが形成してあり、ベース基板１の四隅に形成された４つの導電パターン４１ａの内、共通接続された固定接点１４に電気的に接続される２つの導電パターン４１ａ（すなわち図１１中右側の２つの導電パターン４１ａ）が共通端子（ＣＯＭ端子）となり、他の２つの固定接点１４に電気的に接続される２つの導電パターン４１ａ（図１１中左側の２つの導電パターン４１ａ）が切替端子となる。

このように本実施形態では、ベース基板１の長手方向両端部に各一対の固定接点１４を形成するとともに、各対の固定接点１４の内の一方を導電パターン１８ｄを介して電気的に接続することにより、１極の切替接点を構成しているので、基本構成のマイクロリレーと共通の機構部で１極の切替接点を実現できる。すなわち基本構成のマイクロリレーとアーマチュアブロック３の構造を変更することなく、１極の切替接点を実現でき、接点構成が異なる異種のマイクロリレーでアーマチュアブロック３を共通化することで、設計費や製造コストを削減することができる。

なお本実施形態では各対の固定接点１４の内の一方をベース基板１の一表面側に形成した導電パターン１８ｄを介して電気的に接続しているが、図１２に示すように各対の固定接点１４の内の一方に電気的に接続された導電パターン４１ａ，４１ａの間を、ベース基板１の他表面側に形成された導電パターン４１ｄを介して電気的に接続しても良い。

なお、固定接点１４および導電パターン１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，４１ａ，４１ｂ，４１ｄ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、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。

以上説明したように、上述の各実施形態では常開接点および常閉接点を１極ずつ備える基本構成のマイクロリレーと共通の機構部（アーマチュアブロック３）を使用して、１極の常開接点又は常閉接点を備えるマイクロリレーや、１極の切替接点を備えるマイクロリレーを実現しているので、機構部の構造を変更することなく接点構成のバリエーションを増やすことができるから、複数種類の接点構成のマイクロリレーで機構部品を共通化することによって、機構部品の設計費や製造コストを削減できる。

実施形態１の分解斜視図である。同上の基本構成を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。同上の基本構成を示し、裏側から見た外観斜視図である。同上の基本構成を示す側断面図である。同上の基本構成を示し、ベース基板上にアーマチュアブロックを載置した状態を上側から見た図である。実施形態１を示し、（ａ）はアーマチュアブロックの裏面図、（ｂ）はベース基板上にアーマチュアブロックを載置した状態を上側から見た図である。同上のアーマチュアブロックの分解斜視図である。同上の裏面図である。実施形態２のベース基板を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。同上の分解斜視図である。同上のベース基板の裏面図である。同上の別の構成を示し、ベース基板の裏面図である。

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
１４固定接点
１８ｃグランドパターン
３０アーマチュア
３１フレーム部
３２支持ばね部

Claims

ヨークに巻回されたコイルおよび前記ヨークの両磁極間に介装される永久磁石を有し前記コイルへの励磁電流に応じて前記ヨークの両磁極が異極に励磁される電磁石装置と、当該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枠内に配置され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を有するアーマチュアブロックと、ベース基板の上記一表面側において前記アーマチュアの揺動方向における両端部にそれぞれ対向して固着された各一対の固定接点と、前記アーマチュアの揺動方向における少なくとも一方の端部に一方の対の固定接点と対向して設けられ、前記アーマチュアの揺動に応じて一対の固定接点と接離する可動接点と、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、何れか一方の対の固定接点を回路のグランドに電気的に接続される導電部に電気的に接続するとともに、前記収納部を、ベース基板の厚み方向に貫通し電磁石装置を収納する収納孔の内周面とベース基板の前記一表面側で収納孔を閉塞する薄膜からなる蓋体とで囲まれる空間により構成し、前記ヨークは、前記コイルが巻回される細長のコイル巻回部と、当該コイル巻回部の両端部それぞれから前記アーマチュアに近づく向きに延設され前記コイル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とを備え、前記永久磁石は、コイル巻回部の長手方向の中央部におけるアーマチュア側に重ねて配置され重ね方向の両面が異極に着磁され、一方の磁極面がヨークのコイル巻回部に当接し、他方の磁極面がヨークの両脚片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り、永久磁石の前記他方の磁極面およびヨークの両脚片の先端面を蓋体に接触させたことを特徴とするマイクロリレー。
上記可動接点が前記アーマチュアの揺動方向における両方の端部にそれぞれ設けられ、両可動接点の間を電気的に接続する導電路を前記アーマチュアブロックに設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
ヨークに巻回されたコイルおよび前記ヨークの両磁極間に介装される永久磁石を有し前記コイルへの励磁電流に応じて前記ヨークの両磁極が異極に励磁される電磁石装置と、当該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枠内に配置され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当該アーマチュアの揺動方向における両端部にベース基板と対向して設けられた一対の可動接点を有するアーマチュアブロックと、ベース基板の上記一表面側に各可動接点にそれぞれ対向して固着され、各可動接点を介して導通する各一対の固定接点と、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、一方の対の固定接点の内の１つと、他方の対の固定接点の内の１つとを電気的に接続する導電路をベース基板に形成するとともに、前記収納部を、ベース基板の厚み方向に貫通し電磁石装置を収納する収納孔の内周面とベース基板の前記一表面側で収納孔を閉塞する薄膜からなる蓋体とで囲まれる空間により構成し、前記ヨークは、前記コイルが巻回される細長のコイル巻回部と、当該コイル巻回部の両端部それぞれから前記アーマチュアに近づく向きに延設され前記コイル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とを備え、前記永久磁石は、コイル巻回部の長手方向の中央部におけるアーマチュア側に重ねて配置され重ね方向の両面が異極に着磁され、一方の磁極面がヨークのコイル巻回部に当接し、他方の磁極面がヨークの両脚片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り、永久磁石の前記他方の磁極面およびヨークの両脚片の先端面を蓋体に接触させたことを特徴とするマイクロリレー。
上記導電路を、ベース基板におけるアーマチュアブロックと反対側の面に形成したことを特徴とする請求項３記載のマイクロリレー。
前記アーマチュアは、前記フレーム部の枠内に配置され前記支持ばね部を介して前記フレーム部に支持された薄板状の可動基台部と、可動基台部において前記電磁石装置側に固着された磁性体材料からなる薄板状の磁性体部とで構成され、前記アーマチュアブロックは、前記フレーム部、前記支持ばね部、前記可動基台部が１枚の半導体基板を加工することにより形成されてなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載のマイクロリレー。