JPH09147720A

JPH09147720A - リレーおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH09147720A
Application number: JP7299765A
Authority: JP
Inventors: Takuya Nakajima; 卓哉中島; Sumio Horiike; 純夫堀池; Toshihiko Omi; 俊彦近江; Yoichi Nakanishi; 陽一仲西
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】接点がオンするときの抵抗が小さく、耐振
性，周波数特性，絶縁性に優れた機械的接点機構を有す
る超小型のリレーおよびその製造方法を提供することに
ある。【解決手段】上面に凹所１２を設けたシリコンウエハ
の開口縁部に、上面略中央部に可動接点１４を設け、か
つ、印加電圧に基づいて厚さ方向に変形可能な可動片１
３の両端部を架け渡した可動接点ブロック１０と、ガラ
スウエハの下面に固定接点３２を設け、かつ、この固定
接点３２を前記可動ブロック１０の可動接点１４に接離
可能に対向させた固定接点ブロック３０と、からなるこ
とを特徴とするリレー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リレー、特に、半
導体基板であるシリコンウエハにスパッタリング，エッ
チング処理等を施して製造できる超小型リレー、さら
に、前記超小型リレーを利用したマトリックスリレー、
および、それらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、リ
レーとしては、例えば、電磁石を利用した電磁式リレー
があるが、機械的構成部品を必要とするので、小型化が
困難であるとともに、機械的構成部品のうち、可動部品
の慣性力が大きいため、耐振性に乏しいという問題点が
ある。一方、小型リレーとしては、半導体スイッチング
素子からなるものもあるが、接点がオンするときの抵抗
が大きく、周波数特性が低いとともに、入出力間や同極
端子間の絶縁性が低いという問題点がある。

【０００３】本発明は、前記問題点に鑑み、接点がオン
するときの抵抗が小さく、耐振性，周波数特性，絶縁性
に優れた機械的接点機構を有する超小型のリレーおよび
その製造方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、上面に凹所を設けた半導体
基板の開口縁部に、上面略中央部に可動接点を設け、か
つ、外部信号に基づいて厚さ方向に変形可能な可動片の
両端部を架け渡した可動接点ブロックと、絶縁体基板の
下面に設けた固定接点を前記可動接点ブロックの可動接
点に接離可能に対向させた固定接点ブロックと、からな
ることを特徴とするものである。ここで、前記可動片
は、圧電体の表裏面に駆動電極を積層一体化したもので
あってもよい。また、前記可動接点は、その下方側に位
置する駆動電極および圧電体に設けた切除部の直上に、
前記駆動電極および圧電体に重ならないように配置され
ているものであってもよい。さらに、前記可動接点に導
通する配線パターンの引出部は、その下方側に位置する
駆動電極および圧電体に設けた切除部の直上に、前記駆
動電極および圧電体に重ならないように配置されている
ものであってもよい。

【０００５】そして、前記可動片は、薄膜ヒータの表裏
面に熱膨張率の異なる絶縁性薄膜を積層一体化したもの
であってもよく、前記可動接点は、その下方側に位置す
るヒータに設けた切除部の直上に、前記ヒータに重なら
ないように配置されていてもよい。

【０００６】請求項７記載の発明は、前記可動接点ブロ
ックの上面縁部に、前記固定接点ブロックの下面縁部を
接合一体化し、前記可動接点と前記固定接点とを密封し
たことを特徴とするものである。

【０００７】請求項８記載の発明は、前記可動片の上面
に形成した略門型変位拡大板の水平部上面に、前記可動
接点を設けたことを特徴とするものであり、前記変位拡
大板の水平部は、下方側に凸面の弓形であることを特徴
とするものであってもよく、また、前記変位拡大板の水
平部は、下方側に付勢されているものであってもよい。

【０００８】請求項１１記載の発明は、半導体基板の上
面に駆動電極，圧電体および駆動電極を順次積層一体化
し、ついで、半導体基板が露出する深さ寸法を有する一
対の開口部を並設して可動片を切り出し、この可動片の
上面略中央部に絶縁層を介して可動接点を設けた後、前
記開口部を相互に連通する凹所を設けて可動片を変形可
能とすることを特徴とするリレーの製造方法である。

【０００９】請求項１２記載の発明は、半導体基板の上
面に、絶縁性薄膜，薄膜ヒータおよび絶縁性薄膜を順次
積層一体化し、ついで、半導体基板が露出する深さ寸法
を有する平面略コ字形の開口部を設けて可動片を切り出
し、この可動片の上面先端部に可動接点を設けた後、前
記開口部および前記可動片の下方側に凹所を設けて可動
片を変形可能としたことを特徴とするリレーの製造方法
である。

【００１０】請求項１３記載の発明は、複数個の可動接
点ブロックを一枚の半導体基板に集積した可動接点集積
プレートの上面縁部に、複数個の固定接点ブロックを一
枚の絶縁体基板に集積した固定接点集積プレートの下面
縁部を接合一体化し、各可動接点ブロックの可動接点
と、これに対応する固定接点ブロックの固定接点とを接
離可能に対向せしめたことを特徴とするリレーである。

【００１１】前記絶縁体基板の下面縁部に設けた前記固
定接点ブロックの引出電極は、スルーホールを介し、前
記絶縁体基板の上面縁部に設けた接続電極に電気接続し
てもよい。また、可動接点集積プレートの上面縁部に設
けた前記可動接点ブロックの引出電極は、固定接点集積
プレートの上面縁部に設けた接続電極にスルーホールを
介して電気接続し、かつ、前記固定接点集積プレートの
下面縁部に設けた中継電極に、接合して電気接続しても
よい。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる実施の形態
を図１ないし図２８の添付図面に従って説明する。第１
の実施形態は、図１ないし図７に示すように、大略、可
動接点ブロック１０と、図示しないスペーサと、固定接
点ブロック３０とからなるものである。

【００１３】可動接点ブロック１０は、表面中央部に凹
所（キャビティ）１２を形成したシリコンウエハ１１の
開口縁部に、表裏面に駆動電極１７，２０を積層一体化
した圧電薄膜１８からなる可動片１３の両端部をそれぞ
れ架け渡すように配して両端支持構造とするとともに、
この可動片１３の上面中央部に可動接点１４を設けたも
のである。

【００１４】固定接点ブロック３０は、図３に示すよう
に、絶縁材であるガラスウエハ３１からなる基板の下面
にＡｕあるいはＡｇメッキを施すことにより、前記可動
接点ブロック１０の可動接点１４に接離可能な帯状固定
接点３２を形成したものである。なお、固定接点ブロッ
ク３０の基板は、絶縁性を有するものであれば、ガラス
ウエハ３１に限らないことは勿論である。

【００１５】次に、リレーの製造方法について説明す
る。まず、可動接点ブロック１０は、図４に示すよう
に、シリコンウエハ１１の表裏面に熱酸化膜１５を形成
した後、減圧ＣＶＤで窒化シリコン膜１６を形成する
（図４（ａ），（ｂ））。ついで、電子ビーム加熱（以
下、「ＥＢ」という。）蒸着で、Ｔｉ薄膜，Ｐｔ薄膜を
順次積層して駆動電極１７を形成した後、その表面にＰ
ＺＴ薄膜あるいはＰＬＺＴ薄膜からなる圧電薄膜１８を
スパッタリングで設ける（図４（ｃ），（ｄ））。な
お、前記ＰＺＴ薄膜は、強誘電体材料であるＰｂ（Ｚｒ
_xＴｉ_1-x）Ｏ₃からなる薄膜であり、これはＰｂＴｉＯ₃
とＰｂＺｒＯ₃との共晶体である。また、前記ＰＬＺＴ
薄膜は、Ｐｂ_xＬａ_1-x（Ｚｒ_yＴｉ_1-Y）Ｏ₃からなる強
誘電体薄膜であり、前記ＰＺＴのうち、Ｐｂの一部をＬ
ａ（ランタン）で置換したものである。

【００１６】ついで、駆動電極相互の絶縁性を確保する
ため、前記圧電薄膜１８の周辺縁部を被覆する酸化膜１
９を減圧ＣＶＤで形成しした後（図５（ａ），
（ｂ））、露出する圧電薄膜１８を被覆するようにＰｔ
薄膜からなる駆動電極２０をＥＢ蒸着で設ける（図５
（ｃ），（ｄ））。

【００１７】入出力間の絶縁性を確保するため、酸化膜
２１を減圧ＣＶＤで上面全面に形成した後、Ｃｒ薄膜，
Ａｕ薄膜を、順次、ＥＢ蒸着させて配線パターン２２を
設け（図６（ａ），（ｂ））、ついで、配線パターン２
２の引出部２２ａの両側をエッチングすることにより、
後述する凹所１２を形成するための開口部２３，２３を
形成する（図６（ｃ），（ｄ））。

【００１８】前記引出部２２ａの先端部にＡｕあるいは
Ａｇメッキを施して可動接点１４を形成した後（図７
（ａ），（ｂ））、シリコンウエハ１１をエッチングし
て凹所１２を形成することにより、可動接点ブロック１
０が完成する（図７（ｃ），（ｄ））。

【００１９】そして、前記可動接点ブロック１０の上面
縁部に載置した図示しない平面方形の環状スペーサを介
して固定接点ブロック３０を積み重ね、両者を接合一体
化することにより、所定の接点間距離で可動接点１４が
固定接点３２に接離可能に対向する。なお、シール性を
高めるため、シリコンウエハ１１およびガラスウエハ３
１の片方あるいは両方の対向面縁部に環状溝を設け、こ
れに環状スペーサを嵌合し、両者を陽極接合で接合一体
化してもよい。また、上半分がシリコンからなり、か
つ、下半分がガラスからなるスペーサを介してシリコン
ウエハ１１およびガラスウエハ３１を陽極接合してもよ
い。

【００２０】次に、前述の構造を有するリレーの動作に
ついて説明する。駆動電極１７，２０に電圧を印加しな
い場合、圧電薄膜１８には反りが生じず、可動接点１４
は固定接点３２から開離している。

【００２１】そして、駆動電極１７，２０に電圧を印加
すると、圧電薄膜１８の上面が凸面となる反りを生じ、
可動片１３が可動接点１４を押し上げ、可動接点１４が
固定接点３２に接触して電気回路を閉じる。本実施形態
によれば、可動片１３全体が薄いので、低い駆動電圧で
も駆動できるという利点がある。

【００２２】ついで、電圧の印加を解除すると、可動片
１３が、それ自身のばね力によって元の状態に復帰し、
可動接点１４が固定接点３２から開離して電気回路を開
く。なお、前記可動片１３の最下面に設けた窒化シリコ
ン膜１６は、可動片１３を下方側に常時付勢するように
形成しておいてもよい。これにより、復帰動作が俊敏に
なるという利点がある。

【００２３】第２の実施形態は、図８ないし図１２に示
すように、前述の第１実施形態が可動接点１４を駆動電
極１７，２０および圧電薄膜１８の上方で重なるように
配置した場合であるのに対し、可動片１３を構成する駆
動電極１７，２０および圧電薄膜１８に切除部２４を設
け、この切除部２４の直上に配線パターン２２の引出部
２２ａおよび可動接点１４を、駆動電極１７，２０およ
び圧電薄膜１８に重ならないように配置し、絶縁特性お
よび高周波特性の向上を図るものである。

【００２４】次に、第２の実施形態にかかる可動接点ブ
ロック１０の製造方法について説明する。まず、図９に
示すように、シリコンウエハ１１の表裏面に熱酸化膜１
５を形成した後、減圧ＣＶＤで窒化シリコン膜１６を形
成する（図９（ａ），（ｂ））。ついで、ＥＢ蒸着で、
Ｔｉ薄膜，Ｐｔ薄膜を順次積層して駆動電極１７を形成
した後、その表面にＰＺＴ薄膜あるいはＰＬＺＴ薄膜か
らなる圧電薄膜１８をスパッタリングで形成する（図９
（ｃ），（ｄ））。このとき、後述する配線パターン２
２の引出部２２ａおよび可動接点１４が圧電薄膜１８に
重ならないようにするため、切除部２４を設けておく。
なお、前記ＰＺＴ薄膜，前記ＰＬＺＴ薄膜は、前述の第
１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する
が、ＰＺＴ薄膜は、Ｔｉ薄膜，Ｐｔ薄膜上に形成した場
合に、最も圧電定数が高くなるように配向するので、都
合が良い。

【００２５】ついで、駆動電極１７，２０相互の絶縁性
を確保するため、前記圧電薄膜１８の外辺部だけを被覆
する酸化膜１９を、前記圧電薄膜１８が露出するように
減圧ＣＶＤで形成し（図１０（ａ），（ｂ））、露出し
た圧電薄膜１８を被覆するＰｔ薄膜からなる駆動電極２
０をＥＢ蒸着で形成する（図１０（ｃ），（ｄ））。こ
のときも、前述と同様、切除部２４を設けておく。

【００２６】入出力間の絶縁性を確保するため、酸化膜
２１を減圧ＣＶＤで上面全面に形成した後、Ｃｒ薄膜，
Ａｕ薄膜を、順次、ＥＢ蒸着させて配線パターン２２を
設ける（図１１（ａ），（ｂ））。このとき、配線パタ
ーン２２のうち、引出部２２ａは前記切除部２４の直上
に位置し、かつ、その下方側で形成された前記駆動電極
１７，２０および圧電薄膜１８に重ならないように設け
る。ついで、前記引出部２２ａの両側近傍に、後述する
凹所１２を形成するための開口部２３，２３を形成する
（図１１（ｃ），（ｄ））。なお、前記酸化膜２１は、
必ずしも酸化膜１９の上面全面に形成する必要はなく、
引出部２２ａを除いた配線パターン２２の下面のみに帯
状となるように設けておいてもよい。

【００２７】前記引出部２２ａの先端にＡｕあるいはＡ
ｇメッキを施して可動接点１４を形成した後（図１２
（ａ），（ｂ））、シリコンウエハ１１をエッチング処
理して凹所１２を形成することにより、可動接点ブロッ
ク１０が完成する（図１２（ｃ），（ｄ））。

【００２８】なお、固定接点ブロック３０およびリレー
の組立方法および動作は前述の第１の実施形態と同様で
あるので、説明を省略する。

【００２９】第３の実施形態は、図１３に示すように、
前述の実施形態が、可動片１３の上面中央部に可動接点
１４を直接設けた場合であるのに対し、配線パターン２
２と一体な略門型の変位拡大板２５を介して可動接点１
４を可動片１３に設けた場合である。

【００３０】本実施形態にかかるリレーの製造方法は、
第１実施形態の製造方法とほぼ同様であり、異なる点
は、酸化膜２１の上面に図示しない犠牲層を設けた後、
配線パターン２２と一体な変位拡大板２５を積層し、つ
いで、エッチングで前記犠牲層を除去する前あるいは除
去した後、可動接点１４を形成する点である。

【００３１】前記変位拡大板２５は、可動片１３が動作
していない場合、その水平部２５ａが下方側に凸面とな
っており、駆動電極１７，２０に電圧を印加して圧電薄
膜１８を駆動すると、変位拡大板２５の水平部２５ａが
反転して上方側に凸面となり、可動接点１４をより高く
押し上げて固定接点３２に接触させるものである。した
がって、圧電薄膜１８の変位が小さくとも、接点を開閉
できるので、低い印加電圧で操作でき、消費電力を節約
できるとともに、所望の接点間距離，接点圧を確保で
き、絶縁特性が向上するという利点がある。なお、前記
変位拡大板２５を、常時、下方側の付勢力が生じるよう
に形成しておけば、復帰動作が俊敏となり、動作特性が
向上する。また、前記変位拡大板２５は、第２実施形態
と同様、可動片１３に設けた切除部２４の直上に配置し
てもよいことは勿論である。

【００３２】第４実施形態は、図１４ないし図１９に示
すように、前述の実施形態では、圧電薄膜１８からなる
可動片１３を両端支持した場合であるのに対し、バイモ
ルフからなる可動片４３を片持支持した場合である。す
なわち、表面中央部に凹所４２を形成したシリコンウエ
ハ４１の開口縁部に、中層に薄膜ヒータ４６ａを積層一
体化したバイモルフからなる可動片４３の一端部を設け
て片持支持するとともに、この可動片４３の上面先端部
に可動接点４４を設けてある。

【００３３】次に、第４実施形態にかかる可動接点ブロ
ックの製造方法について説明する。まず、図１６
（ａ），（ｂ）に示すように、シリコンウエハ４１の表
裏面に窒化シリコン膜４５を減圧ＣＶＤで形成した後、
その片面に減圧ＣＶＤで多結晶シリコン膜からなる配線
パターン４６およびこれと一体な屈曲した薄膜ヒータ４
６ａを形成する。このとき、薄膜ヒータ４６ａに切除部
５３を設けておく。ついで、残留応力による反りの発生
を防止するため、減圧ＣＶＤで低温成長のシリコン酸化
膜４７を形成した後、前記配線パターン４６に導通する
スルーホール４８を設ける（図１６（ｃ），（ｄ））。
本実施形態によれば、薄膜ヒータ４６ａは、配線パター
ン４６と一体に形成されるので、生産工数が少なく、生
産性が高いという利点がある。なお、薄膜ヒータ４６ａ
は配線パターン４６と同一巾寸法である必要はなく、配
線パターンよりも細くして電気抵抗を大きくすることに
より、発熱させてもよい。また、薄膜ヒータ４６ａの不
純物濃度を配線パターン４６よりも低くすることによ
り、発熱させてもよい。

【００３４】さらに、アルミニウムをスパッタリングし
て前記スルーホール４８を介して配線パターン４６に導
通する入力用配線パターン４９を設け（図１７（ａ），
（ｂ））、ついで、減圧ＣＶＤで低温成長のシリコン酸
化膜からなる絶縁層５０をシリコン酸化膜４７の上面全
面に形成した後、Ｃｒ薄膜，Ａｕ薄膜をＥＢ蒸着で順次
形成し、配線パターン５１を設ける（図１７（ｃ），
（ｄ））。このとき、配線パターン５１の引出部５１ａ
は前記薄膜ヒータ４６ａに重ならないように細くし、か
つ、切除部５３の直上に配置してある。

【００３５】ついで、前記引き出し線５１ａの周辺近傍
に、後述する凹所４２を形成するための平面略コ字形の
開口部５２をエッチングで形成して可動片４３を切り出
し（図１８（ａ），（ｂ））、前記引出部５１ａの先端
部にＡｕあるいはＡｇをメッキして可動接点４４を形成
した後（図１８（ｃ），（ｄ））、シリコンウエハ４１
をエッチングして凹所４２を形成し、可動片４３を変形
可能とすることにより、可動接点ブロック４０が完成す
る（図１９（ａ），（ｂ））。なお、可動接点４４は、
絶縁性確保のため、切除部５３の直上に配し、薄膜ヒー
タ４６ａに出来るだけ重ならないように配置することが
好ましい。

【００３６】固定接点ブロックは、前述の固定接点ブロ
ック３０と同様であるので、説明を省略する。

【００３７】したがって、前述の実施形態と同様、前記
可動接点ブロック４０の上方に図示しない平面方形の環
状スペーサを介して固定接点ブロック３０を積み重ね、
接合一体化することにより、可動接点４４が固定接点３
２に所定の接点間距離で接離可能に対向する。

【００３８】次に、前述の構造を有するリレーの動作に
ついて説明する。配線パターン４６，４９を介して薄膜
ヒータ４６ａに通電しない場合、薄膜ヒータ４６ａが加
熱されないので、熱膨張率の異なる窒化シリコン膜４
５，シリコン酸化膜４７からなる可動片１３には反りが
生じず、可動接点４４は固定接点３２から開離してい
る。

【００３９】そして、配線パターン４６，４９に通電し
て薄膜ヒータ４６ａを加熱すると、薄膜ヒータ４６ａが
発熱して熱膨張率の異なる窒化シリコン膜４５，シリコ
ン酸化膜４７を加熱し、これによってバイモルフである
可動片１３が上方に反りを生じ、可動接点４４が固定接
点ブロック４０の固定接点３２に接触して電気回路を閉
じる。

【００４０】ついで、前述の通電を断つと、薄膜ヒータ
４６ａの発熱が停止し、可動片１３が元の状態に復帰
し、可動接点４４が固定接点４２から開離して電気回路
を開く。

【００４１】本実施形態によれば、片持支持構造となっ
ているので、可動片１３が、両端支持構造の場合よりも
板厚方向に変形しやすい。このため、可動片１３をより
低い印加電圧で駆動でき、消費電力を節約できるという
利点がある。

【００４２】なお、前述の実施形態では、両端支持構造
のリレーに圧電薄膜からなる可動片１３を使用する場
合、あるいは、片持支持構造の場合にバイモルフからな
る可動片１３を使用する場合について説明したが、両端
支持構造のリレーにバイモルフからなる可動片を使用し
てもよく、片持支持構造のリレーに圧電薄膜からなる可
動片を使用してもよい。また、前述の実施形態では、常
時開成のリレーに適用した場合について説明したが、常
時閉成のリレーに適用してもよいことは勿論である。

【００４３】第５実施形態は、図２０ないし図２４示す
ように、前述の実施形態がリレーを個々に製造，使用す
る場合であるのに対し、複数個、例えば、６４個のリレ
ーを同時に製造，使用する場合であり、大略、可動接点
集積プレート６０、平面方形の環状スペーサ７０、およ
び、固定接点集積プレート８０から構成されている。

【００４４】可動接点集積プレート６０は、前述の実施
形態にかかる６４個の可動接点ブロック１０を１枚のシ
リコンウエハ６１に形成したものであり、図２０に示す
ように、一列８個の可動接点ブロック１０にかかる駆動
電極１７，２０、および、可動接点１４を、それぞれ一
つの引出電極６２，６３，６４に電気接続してある（図
２２）。

【００４５】スペーサ７０は、可動接点１４と固定接点
３２との接点間距離を確保するとともに、可動接点集積
プレート６０と固定接点集積プレート８０とで形成され
る空間をシールするためのものであり、上半分がシリコ
ン、下半分がガラスにて形成されている。なお、スペー
サ７０は単なる環状のものである必要はなく、例えば、
リレーを個々に仕切る格子状のものであってもよい。

【００４６】固定接点集積プレート８０は、個々の可動
接点１４に対応する６４個の帯状固定接点３２が１枚の
ガラスウエハ８１に設けられたものであり、一列８個の
固定接点３２を、ガラスウエハ８１の下面縁部に設けた
一つの引出電極８５ａ（図示せず）に電気接続してあ
る。そして、この引出電極８５ａはスルーホール８５ｂ
を介して接続電極８５ｃに導通している（図２０）。一
方、前記ガラスウエハ８１の裏面のうち、引出電極６
２，６３および引出電極６４と対応する位置に設けた中
継電極８２ａ，８３ａおよび中継電極８４ａ（図示せ
ず）は、スルーホール８２ｂ，８３ｂおよびスルーホー
ル８４ｂを介し、接続電極８２ｃ，８３ｃおよび接続電
極８４ｃにそれぞれ導通している（図２０）。

【００４７】したがって、図２０に示すように、可動接
点集積プレート６０、スペーサ７０および固定接点集積
プレート８０を順次積み重ね、陽極接合で一体化するこ
とにより、可動接点集積プレート６０の上面縁部に設け
た各引出電極６２，６３，６４が、固定接点集積プレー
ト８０の下面縁部に設けた中継電極８２ａ，８３ａおよ
び中継電極８４ａ（図示せず）を介し、接続電極８２
ｃ，８３ｃ，８４ｃにそれぞれ電気接続され、マトリッ
クスリレーチップ９０の組立作業が完了する。本実施形
態によれば、一度の組立作業で複数個のリレーからなる
マトリックスリレーチップ９０を製造でき、生産性が高
いという利点がある。

【００４８】そして、図２３に示すように、入力端子群
１−１ないし１−８のいずれかの入力端子１−ｍと、入
力端子群２−１ないし２−８のいずれかの入力端子２−
ｎとの間に駆動信号を印加することにより、出力端子群
１−１ないし１−８のいずれかの出力端子１−ｍと、出
力端子群２−１ないし２−８のいずれかの出力端子２−
ｎとに接続された可動接点１４および固定接点３２から
なるリレーの可動片１３が駆動して接点を開閉し、出力
端子群１および出力端子群２の任意の出力端子を接続で
きる。なお、試験的に製造した８×８個（＝６４個）の
リレーで構成された５×５ｍｍ角のマトリックスリレー
チップでは、１０Ｖの駆動電圧で任意の接点を開閉で
き、入出力の耐電圧は約５００Ｖであった。

【００４９】なお、使用する個々のリレーは、前述のよ
うな圧電素子からなる可動片を有するものに限らず、ヒ
ータを備えたバイモルフからなる可動片を有するもの
（図２４）であってもよく、あるいは、これらを組み合
わせたものであってもよい。

【００５０】第６実施形態は、図２５に示すように、マ
トリックスリレーチップ９０を、ピン端子９１を有する
ステム９２上に載置した後、接続電極を各ピン端子９１
にワイヤーボンディグで電気接続する。ついで、前記ス
テム９２にケースカバー９３を装着して密閉する。その
際に内部空間を真空にしたり、不活性ガスを充填しても
よい。なお、端子の下端部は前述の形状のものに限ら
ず、プリント基板に表面実装可能な半円球状であっても
よい。

【００５１】第７実施形態は、図２６に示すように、第
６実施形態がマトリックスリレーチップをカンケースに
装着する場合であったのに対し、接続電極を各端子にワ
イヤーボンディグした後（図２７）、樹脂モールドで密
封した場合である。なお、端子は、図２８に示すよう
に、その下端部をプリント基板に表面実装できるように
屈曲したものであってもよい（第８実施形態）。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１，２に記載の発明によれば、半導体基板の上面に形成
した可動片の両端部を支持して板厚方向に駆動させるこ
とにより、前記可動片の上面に設けた可動接点を、その
上方に配した固定接点に接離させて接点を機械的に開閉
できるので、接点をオンするときの抵抗が半導体スイッ
チング素子よりも小さく、周波数特性が高いとともに、
入出力間の同極端子間の絶縁性が高い。また、前記可動
片は、半導体基板に写真製版技術を利用して形成できる
ので、従来の電磁式リレーよりも高精度となり、小型化
が容易であるとともに、可動片を小型化できるので、そ
の慣性力が小さく、耐振性に優れている。特に、可動片
は、その両端部が支持され、外部振動によって板厚方向
に振れることが少ないので、動作特性が安定している。
請求項３，４に記載の発明によれば、可動接点，配線パ
ターンが駆動電極，圧電体に重ならないので、耐電圧が
高くなり、絶縁特性が向上する。請求項５に記載の発明
によれば、薄膜ヒータに通電して加熱し、可動片を板厚
方向に変形させることにより、前記可動片の上面に設け
た可動接点が、その上方に配した固定接点に機械的に接
離するので、接点をオンするときの抵抗が半導体スイッ
チング素子よりも小さく、周波数特性が高いとともに、
入出力間の同極端子間の絶縁性が高い。また、前記可動
片は、半導体基板に写真製版技術を利用して形成できる
ので、従来の電磁式リレーよりも高精度となり、小型化
が容易であるとともに、可動片を小型化できるので、そ
の慣性力が小さく、耐振性に優れている。特に、可動片
は、その両端部が支持され、外部振動によって板厚方向
に振れることが少ないので、動作特性が安定している。
請求項６に記載の発明によれば、可動接点，配線パター
ンの引出部がヒータに重ならないので、耐電圧が高くな
り、絶縁特性が向上する。請求項７に記載の発明によれ
ば、可動接点と固定接点とが密閉空間内で接離可能に対
向するので、塵埃の侵入を防止でき、接触信頼性が向上
するという利点がある。請求項８，９に記載の発明によ
れば、略門型変位拡大板の水平部上面に設けた可動接点
が、その上方に設けた固定接点に接離可能に対向してい
る。そして、可動片が板厚方向に駆動した場合に、変位
拡大板の水平部上面が上下方向に大きく変位するので、
可動片の変位が小さくとも、可動接点の変位が拡大さ
れ、所定の接点間距離，接点圧を確保できる。請求項１
０に記載の発明によれば、変位拡大板の水平部が、下方
側に付勢されているので、復帰動作が俊敏なリレーが得
られる。請求項１１に記載の発明によれば、両端支持さ
れた可動片を有するリレーが得られる。請求項１２に記
載の発明によれば、片持支持された可動片を有するリレ
ーが得られる。請求項１３に記載の発明によれば、少な
い組立工数で多数個の超小型リレーからなるマトリック
スリレーチップが得られることになる。請求項１４，１
５に記載の発明によれば、可動接点集積プレートおよび
固定接点集積プレートを積み重ねて接合一体化すること
により、多数個の超小型リレーからなるマトリックスリ
レーチップが得られ、自動組立が容易になるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１実施形態の可動接点ブロ
ックを示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）の
Ｂ−Ｂ線断面図を示す。

【図２】第１の実施形態の配線状態を示し、図（ａ）
は圧電薄膜を露出させた平面透視図であり、図（ｂ）は
駆動電極を露出させた平面透視図である。

【図３】本発明にかかる第１実施形態の固定接点ブロ
ックを示し、図（ａ）は底面図、図（ｂ）は横断面図を
示す。

【図４】第１実施形態の製造方法を示し、図（ａ）は
第１工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第２工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図５】第１実施形態の製造方法を示し、図（ａ）は
第３工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第４工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図６】第１実施形態の製造方法を示し、図（ａ）は
第５工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第６工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図７】第１実施形態の製造方法を示し、図（ａ）は
第７工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第８工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図８】第２実施形態の配線状態を示し、図（ａ）は
圧電薄膜を露出させた平面透視図であり、図（ｂ）は駆
動電極を露出させた平面透視図である。

【図９】第２実施形態の製造方法を示し、図（ａ）は
第１工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第２工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１０】第２実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第３工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第４工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１１】第２実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第５工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第６工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１２】第２実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第７工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第８工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１３】本発明にかかる第３実施形態の可動接点ブ
ロックを示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は横断面図
である。

【図１４】本発明にかかる第４実施形態の可動接点ブ
ロックを示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）
のＢ−Ｂ線断面図、図（ｃ）は図（ａ）のＣ−Ｃ線断面
図である。

【図１５】本発明にかかる第４実施形態の配線状態を
示す平面透視図である。

【図１６】第４実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第１工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第２工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１７】第４実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第３工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第４工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１８】第４実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第５工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図、図
（ｃ）は第６工程の平面図、図（ｄ）は図（ｃ）の断面
図である。

【図１９】第４実施形態の製造方法を示し、図（ａ）
は第７工程の平面図、図（ｂ）は図（ａ）の断面図であ
る。

【図２０】本発明にかかる第５実施形態のマトリック
スリレーの分解斜視図である。

【図２１】第５実施形態の要部拡大斜視図である。

【図２２】第５実施形態の他の要部拡大斜視図であ
る。

【図２３】第５実施形態を圧電体で構成した場合の配
線図である。

【図２４】第５実施形態をヒータを有するバイモルフ
で構成した場合の配線図である。

【図２５】第６実施形態にかかるリレーの分解斜視図
である。

【図２６】第７実施形態にかかる樹脂モールドされる
マトリックスリレーの斜視図である。

【図２７】第７実施形態にかかるマトリックスリレー
チップの接続状態を示す平面図である。

【図２８】第８実施形態にかかる樹脂モールドした表
面実装可能なマトリックスリレーの斜視図である。

【符号の説明】

１０…可動接点ブロック、１１…シリコンウエハ、１２
…凹所、１３…可動片、１４…可動接点、１７，２０…
駆動電極、１８…圧電薄膜、２２…配線パターン、２２
ａ…引出部、２３…開口部、２４…切除部、２５…変位
拡大板、２５ａ…水平部、３０…固定接点ブロック、３
１…ガラスウエハ、３２…固定接点、４０…可動接点ブ
ロック、４１…シリコンウエハ、４２…凹所、４３…可
動片、４４…可動接点、４６…配線パターン、４６ａ…
薄膜ヒータ、５１…配線パターン、５１ａ…引出部、５
２…開口部、５３…切除部、６０…可動接点集積プレー
ト、６１…シリコンウエハ、６２，６３，６４…引出電
極、７０…スペーサ、８０…固定接点集積プレート、８
１…ガラスウエハ、８２ａ〜８５ａ…中継電極、８２ｂ
〜８５ｂ…スルーホール、８２ｃ〜８５ｃ…接続電極、
９０…マイクロリレーチップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者仲西陽一京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に凹所を設けた半導体基板の開口縁
部に、上面略中央部に可動接点を設け、かつ、外部信号
に基づいて厚さ方向に変形可能な可動片の両端部を架け
渡した可動接点ブロックと、絶縁体基板の下面に設けた固定接点を前記可動接点ブロ
ックの可動接点に接離可能に対向させた固定接点ブロッ
クと、からなることを特徴とするリレー。
【請求項２】前記可動片が、圧電体の表裏面に駆動電
極を積層一体化したものであることを特徴とする請求項
１に記載のリレー。
【請求項３】前記可動接点が、その下方側に位置する
駆動電極および圧電体に設けた切除部の直上に、前記駆
動電極および圧電体に重ならないように配置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載のリレー。
【請求項４】前記可動接点に導通する配線パターンの
引出部が、その下方側に位置する駆動電極および圧電体
に設けた切除部の直上に、前記駆動電極および圧電体に
重ならないように配置されていることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか１項に記載のリレー。
【請求項５】前記可動片が、薄膜ヒータの表裏面に熱
膨張率の異なる絶縁性薄膜を積層一体化したものである
ことを特徴とする請求項１に記載のリレー。
【請求項６】前記可動接点が、その下方側に位置する
ヒータに設けた切除部の直上に、前記ヒータに重ならな
いように配置されていることを特徴とする請求項５に記
載のリレー。
【請求項７】前記可動接点ブロックの上面縁部に、前
記固定接点ブロックの下面縁部を接合一体化し、前記可
動接点と前記固定接点とを密封したことを特徴とする請
求項１ないし６のいずれか１項に記載のリレー。
【請求項８】前記可動片の上面に形成した略門型変位
拡大板の水平部上面に、前記可動接点を設けたことを特
徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のリレ
ー。
【請求項９】前記変位拡大板の水平部が、下方側に凸
面の弓形であることを特徴とする請求項１ないし８のい
ずれか１項に記載のリレー。
【請求項１０】前記変位拡大板の水平部が、下方側に
付勢されていることを特徴とする請求項１ないし９のい
ずれか１項に記載のリレー。
【請求項１１】半導体基板の上面に駆動電極，圧電体
および駆動電極を順次積層一体化し、ついで、半導体基
板が露出する深さ寸法を有する一対の開口部を並設して
可動片を切り出し、この可動片の上面略中央部に絶縁層
を介して可動接点を設けた後、前記開口部を相互に連通
する凹所を設けて可動片を変形可能とすることを特徴と
するリレーの製造方法。
【請求項１２】半導体基板の上面に、絶縁性薄膜，薄
膜ヒータおよび絶縁性薄膜を順次積層一体化し、つい
で、半導体基板が露出する深さ寸法を有する平面略コ字
形の開口部を設けて可動片を切り出し、この可動片の上
面先端部に可動接点を設けた後、前記開口部および前記
可動片の下方側に凹所を設けて可動片を変形可能とした
ことを特徴とするリレーの製造方法。
【請求項１３】複数個の可動接点ブロックを一枚の半
導体基板に集積した可動接点集積プレートの上面縁部
に、複数個の固定接点ブロックを一枚の絶縁体基板に集
積した固定接点集積プレートの下面縁部を接合一体化
し、各可動接点ブロックの可動接点と、これに対応する
固定接点ブロックの固定接点とを接離可能に対向せしめ
たことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項
に記載のリレー。
【請求項１４】絶縁体基板の下面縁部に設けた前記固
定接点ブロックの引出電極を、スルーホールを介し、前
記絶縁体基板の上面縁部に設けた接続電極に電気接続し
たことを特徴とする請求項１３に記載のリレー。
【請求項１５】可動接点集積プレートの上面縁部に設
けた前記可動接点ブロックの引出電極と、固定接点集積
プレートの上面縁部に設けた接続電極にスルーホールを
介して電気接続し、かつ、前記固定接点集積プレートの
下面縁部に設けた中継電極と、を接合して電気接続した
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載のリレ
ー。