JPH04370622A - 静電リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静電力（クーロン力
）を利用して接点の接離を行う静電リレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】静電リレーは、電磁リレーとは違って電
磁コイルを必要とせず、より小型化が図れることから、
開発が盛んに進められている。素子サイズ１０ｍｍ□以
下のものが可能である。図４および図５は、従来の静電
リレーをあらわす。この静電リレー１９１では、可動側
基体Ａの裏側に設けられた可動接点１９４と固定側基体
Ｂの表側に設けられた固定接点１９７が対面するように
して前記可動側基体Ａと固定側基体Ｂが配置されている
。これら両基体Ａ，ＢはスペーサＣを介して接合されて
いる。

【０００３】可動側基体Ａは裏面に可動接点１９４を備
えた可動板（可動部）１９２とこの可動板１９２を可動
接点１９４と固定接点１９７が接離する変位可能に支持
する支持部（枠部）１９３からなる。そして、可動側基
体Ａの駆動電極を兼ねる可動板１９２と固定側基体Ｂの
駆動電極１９８の間への駆動電圧印加により発生する静
電力で前記可動板１９２が固定側基体Ｂに近づいて前記
両接点１９４，１９７が接触し、静電力の消滅に伴い前
記可動板１９２が自身のバネ性で元の水平状態に復元す
ることにより固定側基体Ｂから遠ざかり前記両接点１９
４，１９７が離れるようになっている。

【０００４】可動基体Ａはシリコン基板を選択エッチン
グ等の微細加工手段で加工することにより必要な構造部
分の作り込みがなされており、一方、固定側基体Ｂはガ
ラス基板である。可動接点１９４や固定接点１９７、あ
るいは、固定側駆動電極１９８は、金属薄膜形成・パタ
ーンニング等により形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構造およ
び動作から分かるように、静電リレーは、写真製版技術
や微細加工技術等の半導体素子の製造技術を利用して製
造することができるので、極めて小型のものが製造でき
、従来の電磁リレーに比べて体積を１／１０以下にする
ことも可能になり、また、高速動作が可能で、使用時の
発熱が非常に小さく、低コストで大量生産することがで
きる等の利点がある。

【０００６】しかしながら、上記の静電リレーは、外部
の電磁界に影響されやすいという問題や熱衝撃に弱いと
いう問題がある。上記の静電リレーは、固定側基体Ｂの
ガラス基板が絶縁材であるため、外部からの電磁誘導が
強く影響する場や強電界の場に静電リレーが置かれた場
合、駆動電圧による静電力が変動して誤動作するのであ
る。

【０００７】また、可動側基体Ａのシリコン基板と固定
側基体Ｂのガラス基板は熱膨係数が大きく異なっており
、熱衝撃を受けた際の両基体Ａ，Ｂの寸法変動量の差が
大きく大きな歪みや応力が発生するため、破損してしま
うのである。この発明は、上記事情に鑑み、外部の電磁
界に影響され難く、しかも、熱衝撃に強い静電リレーを
提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、請求項１〜５記載の静電リレーは、可動側基体の裏側
に設けられた可動接点と固定側基体の表側に設けられた
固定接点が対面するようにして前記可動側基体と固定側
基体とが配置され、前記可動側基体が裏面に前記可動接
点を有する可動部とこの可動部を可動接点と固定接点が
接離する変位可能に支持する支持部とを備えており、前
記両基体間への駆動電圧印加により発生する静電力で前
記可動部が変位して接点の接離がなされるようになって
いる構成において、前記可動側基体と固定側基体とがと
もに導電性材料からなる基体を用いるようにしている。

【０００９】導電性材料からなる基体としては、例えば
、請求項２のように、シリコン基板が挙げられる。可動
側・固定側の具体的形態例としては、請求項３のように
、可動側基体の表面には絶縁膜が形成されていて、その
上に可動接点と可動側駆動電極が形成されており、固定
側基体の表面には絶縁膜が形成されていて、その上に固
定接点と固定側駆動電極が形成されている態様が挙げら
れる。さらに、請求項４のように、可動側駆動電極と固
定側駆動電極のうちの一方が基体自体に形成されている
（他方は基体表面の絶縁膜の上に形成されている）、す
なわち、導電性の基体の一部または全部が一方の駆動電
極を兼ねている態様が挙げられるのである。また、請求
項５のように、可動側基体と固定側基体が電気的に接続
され同電位にある態様が好ましい。

【００１０】

【作用】この発明の静電リレーでは、可動側基体と固定
側基体の両方ともが導電性材料である。そのため、熱膨
張率の差が小さく熱衝撃を受けた際に生ずる歪みや応力
が小さくなるために熱衝撃に対し強く、両導電性基体に
挟まれた区間は電気的シールド区間となるために外部の
電磁界の影響が軽減され外的要因による誤動作が起り難
い。

【００１１】可動側基体と固定側基体が共にシリコン基
板であれば、両基体の熱膨張率が同一であるため、熱衝
撃を受けた際の歪みや応力の極めて僅かであるため、熱
衝撃に対し著しく強くなる。可動・固定の両接点および
両駆動電極が基体の表面の絶縁膜上に形成されている場
合、両接点および両駆動電極を導電性の両基体で十分に
電気的シールドすることができるため、外部の電磁界の
影響が極めて少なくなり、その結果、外的要因による誤
動作が非常に起り難くなる。

【００１２】可動・固定の両駆動電極のうちの一方が基
体自体に形成されている場合、駆動電極やその上を覆う
絶縁膜の形成工程が省けるため、製造工程の簡素化・コ
ストダウンが図れるという利点がある。可動側基体と固
定側基体が同電位にある場合、両基体の間は常に電界が
かからない状態が維持されることになるため、非常に安
定性が高い。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照しな
がら詳しく説明する。この発明は、下記の実施例に限ら
ないことは言うまでもない。図１は、実施例にかかる静
電リレーの要部構成をあらわす。図２は、実施例の静電
リレー全体を上方からみた状態をあらわす。図３は、図
２のＸ−Ｘ断面をあらわす。

【００１４】実施例の静電リレー１では、可動側基体Ａ
の裏側に設けられた可動接点２と固定側基体Ｂの表側に
設けられた固定接点３が対面するようにして、両基体Ａ
，Ｂが配置されている。これら両基体Ａ，Ｂは接合面Ｄ
で電気的導通がとれるようにして結合されている。この
場合、接合面Ｄに金とシリコンの合金層を形成しておい
て、両基体Ａ，Ｂを圧着・加熱して接合する金共晶法を
用いた。

【００１５】基体の結合方法としては、例えば、導電性
ペーストによる接着方法、高電界と温度を同時に基体Ａ
，Ｂ間にかけて直接接合させる方法、低融点ガラスを間
に挟み常温で高電界をかけて接合するなど方法もある。 ただ、電気的導通がとれない結合方法を用いた場合は、
結合の後で電気的導通をとる処理を基体Ａ，Ｂに対して
行うようにする。

【００１６】可動側基体Ａは裏面に可動接点２を備えた
可動板（可動部）１２とこの可動板１２を可動接点２と
固定接点３が接離する変位可能に支持する支持部（枠部
）１３からなる。可動板１２はＴ字型連結部１４で支持
部１３とつながって変位可能な支持状態が実現されてい
るのである。可動板１２は、例えば、厚み３０μｍであ
って、支持部１３の底から僅かに窪んだ位置、例えば２
０μｍ引っ込んだ位置にある。

【００１７】可動側基体Ａは（１００）面を表面にもつ
シリコン単結晶基板からなり、上記のような構造は、水
酸化カリウムの水溶液エッチャントとマスク材料として
窒化シリコン膜を用いることで比較的容易に作ることが
できる。可動板１２の裏面（固定側基体Ｂ側の面）は絶
縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５上の先端域には
金属薄膜からなる可動接点２がパターン形成され、中央
域には金属薄膜からなる可動側駆動電極１６がパターン
形成されている。この駆動電極１６は絶縁膜１７で被覆
されていて、必要な電気的絶縁が確保されている。駆動
電極１６からは接続ライン１６ａが延びており、この接
続ライン１６ａも絶縁膜１７で覆われているが、絶縁膜
１７は固定側基体Ｂの駆動電圧導入端子２９との接続部
分Ｅは電気的接続のために覆わないパターンとされてい
る。なお、接続部分Ｅでの接続は上記の金共晶法で行っ
た。

【００１８】可動接点２、絶縁膜１５，１７、可動側駆
動電極１６は、よく知られている薄膜形成プロセス、半
導体プロセス、フォトリソグラフィー技術等を用いて形
成できる。また、それらの材料も、目的に応じて種々選
択できる。可動接点２と可動側駆動電極１６は、真空蒸
着法による厚み５０００Åの金薄膜をフォトリソグラフ
ィー技術でパターン化したものである。絶縁膜１５，１
７は、プラズマＣＶＤ法で厚み１μｍの酸化シリコン薄
膜を堆積しフォトリソグラフィー技術でパターン化した
ものである。

【００１９】固定側基体Ｂもシリコン単結晶基板からな
り、可動板１２と対面する箇所に絶縁膜２１が形成され
ていて、この絶縁膜２１の先端域に金属薄膜からなる固
定接点３がパターン形成されており、中央域には金属薄
膜からなる固定側駆動電極２２がパターン形成されてい
る。固定接点３は可動接点２と対面し、固定側駆動電極
２２は可動側駆動電極１６と対面するパターンで形成さ
れているのである。固定側駆動電極２２も絶縁膜２３で
被覆され必要な電気的絶縁が確保されている。駆動電極
２２からは接続ライン２２ａが延びており、この接続ラ
イン２２ａも絶縁膜２３で覆われている。接続ライン２
２ａの先端には駆動電圧導入端子２８があるが、この導
入端子２８は絶縁膜２３で覆われていない。なお、固定
接点３の先端には接続端子３０、３０がそれぞれ設けら
れている。

【００２０】固定接点３、絶縁膜２１，２３、可動側駆
動電極２２、端子２８〜３０は、やはり、よく知られて
いる薄膜形成プロセス、半導体プロセス、フォトリソグ
ラフィー技術等を用いて形成できる。また、それらの材
料も、目的に応じて種々選択できる。固定接点３と固定
側駆動電極２２は、真空蒸着法による厚み５０００Åの
金薄膜をフォトリソグラフィー技術でパターン化したも
のである。絶縁膜２１，２３は、プラズマＣＶＤ法で厚
み１μｍの酸化シリコン薄膜を堆積しフォトリソグラフ
ィー技術でパターン化したものである。接続端子２８〜
３０は、真空蒸着法による厚み１μｍの金薄膜をフォト
リソグラフィー技術でパターン化したものである。

【００２１】最後に静電リレーの動作を説明する。可動
側基体Ａの駆動電極１６と固定側基体Ｂの駆動電極２２
の間に駆動電圧を印加すると静電力が発生し前記可動板
１２が固定側基体Ｂに近づいて接点２、３が接触する。 駆動電圧がなくなり静電力が消滅すれば、可動板１２が
自身のバネ性で元の水平状態に復元することにより固定
側基体Ｂから遠ざかり接点２、３が離れる。

【００２２】

【発明の効果】以上に述べたように、請求項１〜５記載
の発明にかかる静電リレーでは、熱衝撃を受けた際の歪
みや応力が小さくなるために熱衝撃に対し強くなり、外
部の電磁界の影響が軽減されるために外的要因による誤
動作が起り難くなっていて、大変に実用性が高い。

【００２３】請求項２記載の静電リレーの場合は、熱衝
撃を受けた際の歪みや応力が極めて小さくなるため、熱
衝撃に対し著しく強いという利点がある。請求項３記載
の静電リレーの場合は、外部の電磁界の影響が極めて少
なく外的要因による誤動作が非常に起り難くなるという
利点がある。請求項４記載の静電リレーの場合は、駆動
電極やその上を覆う絶縁膜の形成工程が省けるため、製
造工程の簡素化・コストダウンが図れるという利点があ
る。

【００２４】請求項５記載の静電リレーの場合は、両基
体の間が常に電界がかからない状態が維持されるため、
非常に安定性が高いという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例にかかる静電リレーの要部構成をあらわ
す断面図である。

【図２】実施例の静電リレー全体を上方からみた状態を
あらわす平面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。

【図４】従来の静電リレーをあらわす平面図である。

【図５】従来の静電リレーをあらわす断面図である。

【符号の説明】

１　　静電リレー ２　　可動接点 ３　　固定接点 １２　　可動部 １３　　支持部 １６　　可動側駆動電極 ２２　　固定側駆動電極 Ａ　　可動側基体 Ｂ　　固定側基体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　可動側基体の裏側に設けられた可動接
   点と固定側基体の表側に設けられた固定接点が対面する
   ようにして前記可動側基体と固定側基体とが配置され、
   前記可動側基体が裏面に前記可動接点を有する可動部と
   この可動部を可動接点と固定接点が接離する変位可能に
   支持する支持部とを備えており、前記両基体間への駆動
   電圧印加により発生する静電力で前記可動部が変位して
   接点の接離がなされるようになっている静電リレーにお
   いて、前記可動側基体と固定側基体とがともに導電性材
   料からなることを特徴とする静電リレー。
2. 【請求項２】　　可動側基体と固定側基体がシリコン基
   板である請求項１記載の静電リレー。
3. 【請求項３】　　可動側基体の表面には絶縁膜が形成さ
   れていて、その上に可動接点と可動側駆動電極とが形成
   されており、固定側基体の表面には絶縁膜が形成されて
   いて、その上に固定接点と固定側駆動電極とが形成され
   ている請求項１または２記載の静電リレー。
4. 【請求項４】　　可動側駆動電極と固定側駆動電極のう
   ちの一方が基体自体に形成されている請求項１または２
   記載の静電リレー。
5. 【請求項５】　　可動側基体と固定側基体が電気的に接
   続され同電位となっている請求項１から４までのいずれ
   かに記載の静電リレー。