JPH06267383A

JPH06267383A - マイクロリレーおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH06267383A
Application number: JP5582993A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Inui; 哲也乾; Susumu Hirata; 進平田; Yorishige Ishii; 頼成石井; Zenjiro Yamashita; 善二郎山下; Kenji Ota; 賢司太田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で集積化が可能なリレーを製作する。【構成】それぞれフォトリソグラフィにより形成され
た、バイメタル１０２とヒータ回路１０４ａと下部電極
１０５と上部電極１０６とを、基板１０１の上に積層す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロマシン特に電
気回路のスイッチングを行なうマイクロリレーの構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体の分野ではドライエッ
チング、フォトリソグラフィ、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ
等の手法を用いて、微小な電子回路を高密度に構成し、
集積化する技術が開発されてきた。これらはいわゆる電
子回路を構成するものであるが、最近これらの技術を応
用して微小な機械要素を構成し、従来にないような微小
な機械、いわゆるマイクロマシンを作製しようとする試
みがなされ始めている。

【０００３】一般的には、半導体リソグラフィの手法を
用いて、静電式のマイクロモータ、リンク機構、アクチ
ュエータ、あるいはＳｉの異方性エッチングを用いて微
小な大きさの構造体を形成するなどして、バネ要素を形
成するなどが開発されている。

【０００４】これらの応用としては、特許公開公報平４
−２６９４１６、あるいは“AnElectrostatic Microact
uator For Electro-Mechanical Relay ” IEEE MicroEl
ectro Mechanical Systems 1989 pp149 〜151 （以下文
献１という）に記載されているような、静電引力を用い
たマイクロリレーや、“電気的に作動するノーマルクロ
ーズダイヤフラムバルブ” センサ技術１９９２年７
月号 Vol. 12,No.8, pp66 〜71（以下文献２という）
に記載されたバイメタル方式によるマイクロバルブ等が
公知である。

【０００５】これらはいずれも半導体プロセスなどを取
り入れて、基板上に一度に多数の素子を作製してコスト
の削減を図り、同時に小型の素子を集積化しようとする
ものである。

【０００６】このうち、前述の特許公開公報および文献
１に記載されているような静電引力を駆動力に用いた方
式は、静電力を発生させるための電極を構成するだけで
よいので、構造が簡単であるという利点がある。しか
し、静電力は原理的に発生力が小さく、リレーのように
電気の導通をとるために電極を互いに押しつける必要が
あるものには不適である。また駆動電圧は１００〜数１
００ボルトが必要で特別な駆動電源を必要とする。

【０００７】また、文献２にはバイメタルを用いて、微
小なバルブを開閉する機構が記載されている。これに記
載されているようなバイメタルを用いた駆動力の発生方
式は、発生力が静電力を用いた場合より、より大きくと
れる。しかし、文献２に記載されている方式，構造で
は、基板としてＳｉの単結晶を用いており、発生力や設
計の自由度に制約があり、リレーへの応用は難しい。た
とえば、バイメタルを形成する場合、３層以上の構成に
したり、異種の材料を用いた組合せにして異なる特性を
得たりすることができず、より高機能な特性を与えるに
は不十分で、マイクロリレーの構造に応用するには不十
分なものであった。また、構造上バイメタルの膜厚を厚
くできず、発生する駆動力に限りがある。

【０００８】特にバイメタルを用いた場合、周囲の温度
が上昇すると、バイメタルを意図して加熱していないに
もかかわらず、変形が生じて誤動作を生じる可能性があ
った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、微小な
大きさのリレーを構成する際に、静電方式を用いた場合
には駆動力が小さくリレーとしての動作を安定に行なう
ことができない。また、静電力で力を発生させようとす
ると、駆動電圧が高く、特別な駆動電源が必要となり使
いにくい。

【００１０】Ｓｉ単結晶を用いたバイメタルは、比較的
駆動力が得られるが、設計に自由度がなく、大きな力を
発生させるような構造にすることが難しく、リレーに用
いるような駆動力を発生することが困難である。また外
気温度の変化に対しての安定性が保てない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロリレー
においては、リレーの駆動力を発生させる発生源として
バイメタルを用い、そのバイメタルの構成要素として電
鋳により積層した金属膜を用いる。また外気温度に対す
る補償として、異なる順序に積層した２種のバイメタル
を結合した構造にして外気温度による変形が生じないよ
うな構造を用いる。

【００１２】

【作用】フォトリソグラフィによって形成されたバイメ
タルにより小型のリレーを作製することができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明による第１の実施例の斜視図で
ある。

【００１４】基板１０１上にバイメタル１０２が構成さ
れている。バイメタル１０２は２種の異なる金属膜１０
２ａ，１０２ｂが積層されている。バイメタル１０２は
絶縁膜１０３を介して積層されたヒータ回路１０４ａに
ヒータ回路端子１０４ｂおよび１０４ｃから電流を流し
込むことで加熱される。ここで金属膜１０２ａの材質と
して金属膜１０２ｂより熱膨張率の高い材料を用いる
と、加熱によりバイメタル１０２は下方向に変形し、基
板１０１上に形成された下部電極１０５と上部電極１０
６が接触して電気的な導通がとれる。電流を流すことを
やめると、バイメタル１０２は放熱により冷却され、温
度が下がって変形は元に戻り、リレーは断の状態にな
る。上部電極１０６の下部電極１０５に相対する部分１
０６ａは、基板１０１から通常は浮いた状態にあり、そ
の根元部分１０６ｂは基板１０１に密着して構成されて
いる。このためバイメタル１０２の加熱により上下に動
いて下部電極１０５と接触，離脱してリレーとして動作
することが可能である。

【００１５】図２（ａ）〜（ｇ）および図３（ａ）〜
（ｆ）は図１のマイクロリレーを作製する方法の各工程
の略断面図である。

【００１６】図２（ａ）に示すように、基板１０１上に
下部電極１０５を構成する。基板１０１としてはガラ
ス，石英，Ｓｉ基板などを用いることが可能である。下
部電極１０５はＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｕ，
もしくはそれらの合金を用いることができる。下部電極
１０５はスパッタ，蒸着，印刷などの方法で形成し、フ
ォトリソグラフィの技術を用いて所望のパターンに形成
する。

【００１７】次に、図２（ｂ）に示すように犠牲層２０
３ａ，２０３ｂ，２０３ｃを形成する。これらの犠牲層
の材料としては、通常のポジあるいはネガタイプのフォ
トレジスト、感光性ポリイミド、ＰＳＧ（Phospherized
Silica Glass)等を用いることが可能であるが、感光性
ポリイミドを用いると、ＰＳＧを用いるより厚く積層す
ることが可能で、しかも後の工程で温度が上昇しても、
耐熱性があるため犠牲層が変質せず、最後に犠牲層を除
去するときに残渣が残らず好都合である。犠牲層として
は図に示すように下部電極１０５の一部にかかって、バ
イメタルのギャップを形成する部分２０３ａおよびバイ
メタル素子の分離を図る部分２０３ｂおよび２０３ｃを
形成する。また、犠牲層の厚さは、バイメタルの構造，
材質により異なるが、たとえば５〜５０μｍの間の厚さ
に設定するのが望ましい。

【００１８】次に、図２（ｃ）に示すように上部電極１
０６を形成する。上部電極１０６の材料としては、下部
電極１０５と同様の材料を用いることが可能である。こ
こで上部電極１０６は図に示すように、斜め方向から蒸
着し、犠牲層のそれぞれの一方の側面２０５ａ，２０５
ｂ，２０５ｃに付着しないようにする。斜め蒸着を行な
うのは、最後の工程で犠牲層を除去するとき、除去液が
側面から入り込んでいくようにするためである。

【００１９】次に図２（ｄ）に示すように電解めっきに
より電鋳パターン２０６ａ，２０６ｂを形成する。電鋳
パターン２０６ａ，２０６ｂはフォトレジスト，感光性
ポリイミドを用いることが可能である。電鋳パターンの
厚さは１０〜２００μｍの間に設定するのが望ましい。
電鋳パターン２０６ａ，２０６ｂは犠牲層２０３ａの上
部および上部電極１０６が基板１０１に接している部分
を含む部分に、開口部２０７がくるようパターニングす
る。

【００２０】次に図２（ｅ）に示すように、開口部２０
７に電鋳で、露出している上部電極１０６を陰極として
バイメタル１０２を形成する。ここで下部の金属膜１０
２ｂは、上部の金属膜１０２ａより熱膨張率が小さいも
のを用いる。バイメタル１０２の材料としては下記のも
のが用いられる。金属膜１０２ａとしては、Ｚｎ，Ｃ
ｄ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｂ，またはこれらの合金を用
いることができる。特に、亜鉛，銅−亜鉛合金は熱膨張
率が大きく、良い特性が得られる。金属膜１０２ｂとし
ては、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，またはそれらの合金を
用いることが可能である。特にＦｅ−Ｎｉの合金を用い
ると熱膨張率が小さく、良い特性が得られる。また、バ
イメタル１０２の厚さは、１０〜２００μｍの間に設定
するのが好ましい。下記の表１に、金属の組合せ（それ
ぞれ厚さ５０μｍ、バイメタルを長さ１．５ｍｍ×幅
１．５ｍｍの片持ち梁としたときと、そのときの変位
（５０℃昇温したとき）および最大発生力（変位０のと
き）を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】このように、大きさが１．５×１．５ｍｍ
角程度で数ｇの接点荷重が得られる。また、接点荷重を
変えて接触抵抗の値を測定する実験を行なうと、ほぼ５
ｇで接触抵抗の値が安定する結果が得られた。このこと
から、接点荷重としてはほぼ５ｇ（１接点当り）必要と
いうことがわかる。

【００２３】したがって、表１の結果から、バイメタル
を用いると必要な接点荷重がほぼ得られるということが
わかり、従来より非常に小さなリレーが構成できること
がわかる。

【００２４】また、表１の組合せのうち、上部（高膨張
率側）にＣｄを用いるものは概して特性が良い。しかし
Ｃｄは毒性があり使用に際しては特別の注意が必要とな
る。また下部（低膨張率側）にＣｒを用いるものも特性
が良いが、Ｃｒも毒性があり問題が多い。したがって、
毒性，安全性を考慮すると、バイメタルの組合せではＺ
ｎ／Ｎｉ，Ａｌ／Ｎｉの組合せがより好ましい。

【００２５】次に図２（ｆ）に示すように、電鋳が終わ
った後、全面に絶縁膜１０３を構成する。絶縁膜１０３
の材料としては、各種金属の酸化物，窒化物を用いるこ
とができ、特にＳｉＯ，ＳｉＯ₂，ＡｌＮ，ＳｉＮ，Ａ
ｌ₂Ｏ₃，等を用いるのが好ましい。絶縁膜１０３の厚
さは１０〜１０００ｎｍの間に設定するのが好ましい。

【００２６】次に図２（ｇ）に示すように、絶縁膜１０
３上にヒータ層１０４−１を構成する。ヒータ層１０４
−１の材料は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏまたはこれらの
合金を用いることが可能である。

【００２７】次に図３（ａ）に示すように、ヒータ層１
０４−１上に回路パターン２１１を構成する。回路パタ
ーン２１１の形状は図１のヒータ回路１０４ａの形状の
ように構成する。回路パターン２１１はフォトレジス
ト，感光性ポリイミドを用いることが可能である。

【００２８】次に図３（ｂ）に示すように、回路パター
ン２１１をマスクとしてヒータ層１０４−１をエッチン
グし、ヒータ層１０４−１を回路パターン２１１と同じ
型に形成する。エッチング方法はエッチング液を用いる
ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでも
よい。

【００２９】次に図３（ｃ）に示すように、エッチング
した後回路パターン２１１を除去する。これによりヒー
タ回路１０４ａが形成される。

【００３０】次に図３（ｄ）に示すように、露出してい
る絶縁膜１０３を除去する。これには全面にイオンを照
射し、絶縁膜１０３を取り去ってもよいし、エッチング
によってもよい。また、図３（ｂ）の工程で行なうエッ
チングで絶縁膜１０３を同時に取り去ってもよい。この
工程により、電鋳パターン２０６ａ，２０６ｂ、犠牲層
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃが露出することになり、
除去することが可能になる。

【００３１】次に図３（ｅ）に示すように、電鋳パター
ン２０６ａ，２０６ｂおよび犠牲層２０３ａ，２０３
ｂ，２０３ｃをすべて除去する。これにより、ギャップ
２１１が形成され、バイメタル１０２が上下に動くこと
が可能になる。

【００３２】次に図３（ｆ）に示すように、上部電極１
０６，下部電極１０５，ヒータ回路１０４ａにそれぞれ
信号線２１２，２１３，２１４ａ，２１４ｂをワイヤボ
ンドで配線する。リレーを動作させるには、信号線２１
４ａ，ｂに電流を流してヒータ回路１０４ａを加熱し、
バイメタル１０２を下向きに変形させ、上部電極１０６
と下部電極１０５を接触させて導通させる。

【００３３】図４は、本発明による第２の実施例の斜視
図であり、これは図５について後述されるように、他の
同様なものと組合せて使用される。

【００３４】図４において、基板３０１上にバイメタル
３０２が構成されている。バイメタル３０２は２種の異
なる金属膜３０２ａ，３０２ｂが積層されている。バイ
メタル３０２は絶縁膜３０３，導電膜３０７を介してヒ
ータ回路３０４ａ上に積層され、ヒータ回路端子３０４
ｂ，３０４ｃから電流を流し込むことで加熱される。こ
こで金属膜３０２ａの材質として、金属膜３０２ｂより
熱膨張率の低い材料を用いると、加熱によりバイメタル
３０２は上方向に変形する。ここで、図５のように、図
４のような素子を２個向かい合わせにスペーサ４０１を
用いて貼り合わせておくと、下部の電極３０６が上部の
電極３０６に接触して電気的な導通がとれる。電流を流
すことをやめると、バイメタル３０２は放熱により冷却
され、温度が下がって変形は元に戻り、リレーは断の状
態になる。電極３０６の下部は基板３０１から浮いた状
態にするため、基板３０１には凹部３０８が設けてあ
り、根元部分は基板３０１に密着して構成されている。
このためバイメタル３０２の加熱により上下に動いてリ
レーとして動作することが可能である。

【００３５】図６（ａ）〜（ｆ）および図７（ａ）〜
（ｄ）は、図４のマイクロリレーを作製する各工程の略
断面図である。

【００３６】まず図６（ａ）に示すように、基板３０１
上に凹部３０８を構成する。基板３０１としてはガラ
ス，石英，Ｓｉ基板などを用いることが可能である。凹
部３０８はエッチングにより行なうことが可能である。
次にこの凹部３０８の中に犠牲層５０３を形成する。犠
牲層５０３の材料としては通常のポジあるいはネガタイ
プのフォトレジスト，感光性ポリイミド，ＰＳＧ等を用
いることが可能であるが、感光性ポリイミドを用いる
と、ＰＳＧを用いるより厚く積層することが可能で、し
かも後の工程で温度が上昇しても、耐熱性があるため犠
牲層が変質せず、最後に犠牲層５０３を除去するときに
残渣が残らず好都合である。犠牲層としては図のよう
に、ちょうど凹部３０８の中に入り込むように形成す
る。また、犠牲層の厚さは、たとえば０．５〜５０μｍ
の間の厚さに設定するのが望ましい。

【００３７】次に図６（ｂ）に示すように、ヒータ回路
３０４ａを構成する。ヒータ回路３０４ａの材料は、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏまたはこれらの合金を用いること
が可能である。ヒータ回路３０４ａの構成方法として
は、まずヒータ層を形成した上に回路パターンを構成す
る。回路パターンの形状は図１のヒータ回路１０４ａの
形状のように構成する。回路パターンはフォトレジス
ト，感光性ポリイミドを用いることが可能である。次に
回路パターンをマスクとしてヒータ層をエッチングし、
ヒータ層を回路パターンと同じ形に形成する。エッチン
グ方法はエッチング液を用いるウェットエッチングでも
よいし、ドライエッチングでもよい。エッチング後、回
路パターンを除去するとヒータ回路３０４ａが得られ
る。

【００３８】次に図６（ｃ）に示すように、全面に電気
の絶縁膜３０３を構成する。絶縁膜３０３の材料として
は、各種金属の酸化物，窒化物を用いることができ、特
にＳｉＯ，ＳｉＯ₂，ＡｌＮ，ＳｉＮ，Ａｌ₂Ｏ₃等を
用いるのが好ましい。絶縁膜３０３の厚さは１０〜１０
００ｎｍの間に設定するのが好ましい。次に導電膜３０
７を構成する。導電膜３０７は次の電鋳工程で電鋳の陰
極にするためのもので、材料としてはＮｉ，Ｃｕを用い
ることが可能であるが、好ましくは次の工程で用いる電
鋳材料と同じ材料にすると電鋳の形成が容易である。電
鋳膜５９０の厚さは１０〜５００ｎｍの間に設定するの
が好ましい。

【００３９】次に図６（ｄ）に示すように、電鋳パター
ン５０６ａ，５０６ｂを形成する。この電鋳パターンは
フォトレジスト，感光性ポリイミドを用いることが可能
である。電鋳パターンの厚さは１０〜２００μｍの間に
設定するのが好ましい。電鋳パターン５０６ａ，５０６
ｂはヒータ回路５１０の上部およびヒータ回路５１０が
基板５０１に接している部分を含む部分に開口部５０７
がくるようパターニングする。

【００４０】次に図６（ｅ）に示すように、開口部５０
７に、露出している導電膜３０７を陰極としてバイメタ
ル３０２を電鋳により形成する。ここで上部金属膜３０
２ａは下部金属膜３０２ｂより熱膨張率が小さいものを
用いる。バイメタル３０２の材料としては、下記のもの
が用いられる。下部の金属膜３０２ｂとしては、Ｚｎ，
Ｃｄ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｂ，またはこれらの合金を
用いることができる。特に亜鉛、銅−亜鉛合金は熱膨張
率が大きく、良い特性が得られる。上部の金属膜３０２
ａとしては、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，またはそれらの
合金を用いることが可能である。特にＦｅ−Ｎｉの合金
を用いると熱膨張率が小さく、良い特性が得られる。ま
たバイメタル３０２の厚さは１０〜２００μｍの間に設
定するのが好ましい。バイメタル材料の組合せとその特
性については表１に示したものと、上部，下部が逆にな
るだけで同じである。

【００４１】次に図６（ｆ）に示すように、電鋳が終わ
ると電鋳パターン５０６ａ，５０６ｂを除去する。

【００４２】次に図７（ａ）に示すように、電極パター
ン５８９ａおよび５８９ｂを形成した後、電極３０６を
形成する。電極３０６はＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，もしくはそれらの合金を用いることができ
る。ここで電極３０６は図に示すように、斜め方向から
蒸着し、バイメタル３０２の側面５８８に電極材料が付
着しやすくする。電極パターン５８９ａ，５８９ｂの上
にも電極材料が付着する。

【００４３】次に図７（ｂ）に示すように、電極パター
ン５８９ａ，５８９ｂを除去する。電極パターン５８９
ａ，５８９ｂの上に形成されていた電極材料は、電極パ
ターンが除去されるのに伴ってリフトオフされ、パター
ンが形成される。

【００４４】次に図７（ｃ）に示すように、再度レジス
ト層５８７ａ，５８７ｂ，５８７ｃを形成し、ヒータコ
ンタクト穴５８６および犠牲層除去孔５８５をパターニ
ングし、その下部の導電膜３０７，絶縁膜３０３を除去
する。これには全面にイオンを照射し、導電膜３０７，
絶縁膜３０３を取り去ってもよいし、エッチングによっ
てもよい。この工程により、犠牲層５０３が露出するこ
とになり除去することが可能になる。

【００４５】次に図７（ｄ）に示すように、レジスト層
５８７ａ，５８７ｂ，５８７ｃおよび犠牲層５０３をす
べて除去する。これにより凹部３０８が形成され、バイ
メタル３０２が上下に動くことが可能になる。

【００４６】その後、電極３０６，ヒータ回路３０４ａ
にそれぞれ信号線５１２，３０４ｂ，３０４ｃをワイヤ
ボンドで配線する。そして図５のように２個の素子を向
かい合わせに接着する。リレーを動作させるには、信号
線３０４ｂ，３０４ｃに電流を流してヒータ回路３０４
ａを加熱し、バイメタル３０２を上向きに変形させるこ
とにより行なう。

【００４７】図８は本発明による第３の実施例の斜視図
である。基板６０１上にはバイメタル６０２が構成され
ている。バイメタル６０２には２つのスリット６０７
ａ，６０７ｂが設けられており、バイメタル６０２を３
つの部分６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃに分けている。
ヒータ回路６０４ａは中央部分６０８ｂ上に設けられて
いる。

【００４８】バイメタル６０２は金属膜６０２ａ，６０
２ｂ，６０２ｃ，６０２ｄがずらして積層されている
が、ここで６０２ａと６０２ｃ，６０２ｄは同じ材質で
あり、６０２ｂとは異なる。バイメタル６０２は絶縁膜
６０３を介して積層されたヒータ回路６０４ａに、ヒー
タ回路端子６０４ｂ，６０４ｃから電流を流し込むこと
で加熱される。

【００４９】金属膜６０２ａの材質として金属膜６０２
ｂより熱膨張率の低い材料を用いると、加熱により、中
央部６０８ｂのみが加熱されるので下向きの力を発生
し、その結果バイメタル６０２全体は下方向に変形し、
基板上に形成された下部電極６０５と上部電極６０６が
接触し電気的な導通がとれる。

【００５０】電流を流すことをやめると、バイメタル６
０２は放熱により冷却され、温度が下がって変形は元に
戻り、リレーは断の状態になる。上部電極６０６の下部
電極６０５に相対する部分６０６ａは、基板６０１から
通常は浮いた状態にあり、その根元部分６０６ｂは基板
６０１に密着して構成されている。このためバイメタル
６０２の加熱により上下に動いて下部電極６０５と接
触，離脱してリレーとして動作することが可能である。

【００５１】ここで、バイメタル６０２の中央部分６０
８ｂとバイメタルの側方部分６０８ａ，６０８ｃの幅の
比は２対１に設定するのが好ましい。このような幅の比
に設定すると、中央部分６０８ｂと側方部分６０８ａ，
６０８ｃとはバイメタル構成順序が逆なので、外部温度
の変化に対して互いに逆方向に同じ大きさの力が働きバ
イメタル６０２は変形を生じない作用がある。

【００５２】また、スリット６０７ａおよび６０７ｂは
中央部分６０８ｂのみを加熱し、その他の部分に熱を伝
えない作用があるが、先端部分は結合されているので、
外気の温度変化によって生じる逆方向への力は互いに相
殺し合うような作用がある。

【００５３】図９（ａ）はバイメタル部分の拡大斜視図
であり、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。

【００５４】図１０（ａ）〜（ｃ）は図８のバイメタル
の構造を得るための各工程の略断面図である。この工程
は図２（ｄ）以降のプロセスに対応するもので、バイメ
タルを先端から根元方向に見たものである。

【００５５】まず図１０（ａ）に示すように上部電極６
０６の上に、レジスト層８０５ａ，８０５ｂを形成し、
中央部に開口部８０６をフォトリソグラフィで形成す
る。そして、その開口部８０６の中に、露出した上部電
極６０６の上に、電鋳層８０７を設ける。電鋳層８０７
はバイメタルの下部の金属膜に用いる熱膨張率の小さい
金属を用いる。電鋳が完了すればレジスト層８０５ａ，
８０５ｂを除去する。

【００５６】次に、図１０（ｂ）に示すように、レジス
ト層８０８ａ，８０８ｂ，８０８ｃを形成し、パターニ
ングを行なう。パターニングは、図６のスリット６０７
ａ，６０７ｂに対応する部分８０８ｂ，８０８ｃと、両
側の部分８０８ａ，８０８ｄを形成する。そして、第２
の電鋳層８０９ａ，８０９ｂ，８０９ｃを設ける。電鋳
層８０９ａ，８０９ｂ，８０９ｃは熱膨張率の大きな材
料で行なう。電鋳が完了すれば、レジスト８０８ａ，８
０８ｂ，８０８ｃ，８０８ｄを除去する。

【００５７】次に、図１０（ｃ）に示すように、レジス
ト層８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃを形成しパターニン
グを行なう。パターニングは両側の部分のみ電鋳層が形
成するような形に行なう。そして電鋳層８１１ａ，８１
１ｂを形成する。電鋳層８１１ａ，８１１ｂは電鋳層８
０７と同じ熱膨張率の小さな材料で行なう。

【００５８】このように形成した後図２（ｆ）以降のプ
ロセスを行なえば、図８に示したような構造のリレーが
得られる。

【００５９】図１１は本発明による第４の実施例の斜視
図である。これは図８に示した第３の実施例とほぼ同様
の構造をしており、バイメタル９０２がスリット９０７
ａおよび９０７ｂによって３つの部分に分けられ、両側
の部分のバイメタルは中央の部分のバイメタルと逆の順
序で積層されている。ここで図８の構造と異なるのは、
３つに分けられたバイメタル９０２の上に、それぞれに
対応して３つのヒータ６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃが
設けられ、それぞれ独立に加熱できるよう信号線９０
７，９０８，９０９を有している点である。このような
構造をとることで、バイメタル９０２は図８で上方向，
下方向のどちらにも変形させることが可能である。

【００６０】すなわち、信号線９０７に通電してバイメ
タル９０２の中央部分のみを加熱すると、バイメタル９
０２は下方向に変形する。信号線９０８，９０９に通電
するとバイメタル９０２は上方向に変形する。

【００６１】これらの図８および図１１のような構造の
バイメタルを用いると、環境温度の変化によっても変形
しない安定なリレーを得ると同時に、特性の改善を行な
うことが可能である。

【００６２】これは、上部電極と下部電極の初期ギャッ
プ長を非常に小さく（あるいはゼロに）設定しておくこ
とで実施できる。これは最初の犠牲層２０３の厚さを調
節することで得られる。このようにすると、リレーをオ
ンにしたときの接点が押しつけられる力（接点荷重）を
大きくすることができる。

【００６３】図１２（ａ）はバイメタルのギャップ長と
発生力を表わしたグラフである。同図（ｂ）はギャップ
長の説明図である。通常、リレーの初期ギャップ長Ｇ１
は図１２（ａ）に示すように、そのバイメタルが一定の
昇温温度によって変形する最大変形量Ｇ_maxの半分程度
に設定する。これは環境温度の上昇によっても接点が導
通せず、かつ環境温度の減少によっても確実に接点の導
通がとれるようにするためである。すなわち図１２
（ａ）で、環境温度にΔ−、Δ＋の変動があると、ギャ
ップはＧΔ_-、ＧΔ₊に変化する。バイメタルによる発
生力は、ギャップすなわち変形量が小さいほど大きく、
最大に変形してしまった状態（Ｇ_max）では発生力は生
じない。このような設定にする必要があるため、室温で
の発生力は最大発生力ｆ₀の約半分に低下する。

【００６４】ここで、初期ギャップを非常に小さくＧ₂
と設定すると、発生力はｆ₂と大きくできる。ここで、
図８および図１１のような環境温度によって変形しない
バイメタル構造の場合には、初期ギャップを小さくして
も環境温度による変形が生じないのでこのような設定が
可能になる。

【００６５】ただ、あまり初期ギャップを小さくし過ぎ
ると、外部振動によりバイメタルが動いて接点が導通し
たりするので、この場合には、図１１のような構造にし
て、導通をとらないときは、反対方向に変形させておく
とよい。これは図１１の両側のヒータ６０４ｂ，６０４
ｃに通電して加熱を行なうことで達成できる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、リレーの構造体や駆動
源を半導体リソグラフィの技術で構成することができる
ので、極めて小さいリレーを構成することができる。ま
た、一度にこれらの小型の素子を作製でき、集積化する
ことも容易である。

【００６７】また、バイメタルを駆動源に用いているの
で、定電圧で動作させることができ、静電方式のように
高い電圧を必要とすることがない。また、静電方式より
大きな発生力を得ることができ、確実な動作が可能にな
る。

【００６８】さらに、環境温度に対する安定性も、逆に
積層したバイメタルを組合せることによって達成でき、
この場合には接点荷重をさらに大きくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｇ）は図１の構造を得るための各工
程の略断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｆ）は図１の構造を得るための各工
程の略断面図である。

【図４】本発明による第２の実施例の斜視図である。

【図５】図４の構造を組合せた側面図である。

【図６】（ａ）〜（ｆ）は図４の構造を得るための各工
程の略断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は図４の構造を得るための各工
程の略断面図である。

【図８】本発明による第３の実施例の斜視図である。

【図９】（ａ）は図８のバイメタルの拡大斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は図８のバイメタルの作製の
各工程の略断面図である。

【図１１】本発明による第４の実施例の斜視図である。

【図１２】（ａ）はバイメタルによる電極間のギャップ
長と発生力との関係を示すグラフであり、（ｂ）はギャ
ップ長の説明図である。

【符号の説明】

１０１，３０１基板１０４ａ，３０４ａヒータ回路１０５下部電極１０６上部電極１０３，３０３絶縁膜３０７導電膜２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，５０３犠牲層２０６ａ，２０６ｂ，５０６ａ，５０６ｂ電鋳パター
ン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下善二郎大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者太田賢司大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトリソグラフィにより形成されたバ
イメタルと、フォトリソグラフィにより形成されたバイ
メタル加熱用のヒータ回路と、フォトリソグラフィによ
り形成されたバイメタルにより駆動される電極とを１枚
の基板に積層したことを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２】バイメタルは複数の領域に分割され、各
領域のバイメタルを構成する金属の積層順序が異なって
いることを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
【請求項３】フォトリソグラフィによりパターンを形
成し、そのパターンによって異種の金属を電解めっき法
によって積層してバイメタルを構成する工程を有するマ
イクロリレーの製造方法。