JPH09198983A

JPH09198983A - 小型デバイス

Info

Publication number: JPH09198983A
Application number: JP8355400A
Authority: JP
Inventors: Raymond Vuilleumier; レイモン・ヴィルーミエ
Original assignee: C S Uu M Centre Swiss Electron E De Mikurotekuniku SA Rech E Dev; Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Current assignee: C S Uu M Centre Swiss Electron E De Mikurotekuniku SA Rech E Dev; Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1997-07-31
Also published as: FR2742917A1; DE69606760T2; FR2742917B1; EP0780858A1; DE69606760D1; EP0780858B1; US5889452A

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィまたは同様な技法を使用
して基板に対してマイクロ加工を施すことによって得ら
れる小型リレーを提供する。【解決手段】可動接点（２６）が、基板（１）から張
り出すようにして取り付けられた弾性レバー（１９）に
よって支持される。レバー（１９）は、揺動部材を形成
し、変形可能な接続部によって基板（１）に取り付けら
れる。レバーの各自由端部に、磁気回路の電機子（２
０、２１）が設けられ、磁気回路は、それ自体によって
生成される、レバー（１９）の弾性変形によって生成さ
れる力とは反対の磁力を用いて電機子を接触させること
ができる座を画定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の機能を実行
する、集積回路を製造するために従来使用されている技
法によって得られる小型デバイスに関する。この種のデ
バイスは特に、マイクロリレーの分野で使用することが
できる。

【０００２】

【従来の技術】磁気回路、励磁コイル、接点、ばね、必
要に応じて永久磁石など個別の構成要素で構成された小
型リレーを製造することは以前から知られている。これ
らの構成要素は、高性能ロボットを使用して組み立てら
れ、そのため、製造業者は非常に低コストのリレーを供
給することができる。

【０００３】しかし、集積回路の使用法が絶えず向上し
ているため、このような電磁リレーの寸法をさらに減少
させ、このような回路の寸法と同様な寸法を与え、それ
によってこのようなリレーを直接、集積制御回路と組み
合わせる必要があると考えられている。しかし、前述の
従来型の製造技法は、この種の高度な小型化の助けとは
ならない。

【０００４】したがって、そのような目的を達成するた
めの様々な提案がなされている。たとえば「Journal of
Microelectromechanical Systems 」（第２巻、第１
号、１９９３年３月、Chong H.Ahn and Mark G.Allen）
に発表された論文で、Ａｌｌｅｎは、磁気回路と、この
磁気回路上に「巻かれた」コイルと、固定接点と、可動
接点が集積された基板を含むマイクロ加工された小型リ
レーについて説明している。この可動接点は、コイルを
励磁することによって可動接点を固定接点上に接触させ
ることができるように弾性変形できるレバーの自由端に
設けられる。このコイルの「巻き線」は、複数の集積レ
ベルにわたって延びる導電トラックによって作製され
る。

【０００５】他の同様な提案は、「Transducers '95-Eu
rosensors IX」（３２０ページないし３２３ページ）に
発表された論文でB. Rogge等によってなされた。

【０００６】一般に、マイクロリレーを、たとえば通信
やその他の分野で実際に使用できるようにするには、い
くつかの機械的基準および電気的基準を満たさなければ
ならない。下記の表１は、たとえば製品が自動試験機器
（ＡＴＥセキュリティ）に関して規定された標準および
通信分野の標準を満たすようにするためにリレー製造業
者が遵守しなければならないいくつかの値を記載し示し
たものである。

【０００７】表１特性ＡＴＥＴＥＬＥＣＯＭコイルと接点との間の絶縁（ｋＶ）０．５〜１．５１．５〜２．５接点間の絶縁（ｋＶ）０．５〜１．５１．０〜１．５接点間の距離（μｍ）４０〜２１０２１０〜４４０接触力（ｇ） ≦４．５ ≧４．５接触抵抗（Ω）１０〜０．１０．０２〜０．０５１０ｍＡ〜１Ａ１Ａ制御電力（Ｗ） ≦０．１ ≦０．１サイクル数１０⁷〜１０⁶ １０⁶ 切替時間（ｍｓ） ≦２ ≦２

【０００８】これらの要件は極めて厳しいものであり、
基本的に、集積回路の従来の寸法に匹敵する大きさの範
囲外であるように思われる。このような要件のうちで、
接点間の絶縁および接触力に関係する要件は特に満たす
のが困難である。

【０００９】一方、規定された絶縁値では、接点間の距
離を大きくする必要があり、他方では、下記の表２から
分かるように、接触力に関して、電機子と磁気回路との
間のエアギャップ中に非常に高い磁気誘導Ｂ₀を生成す
る必要がある。

【００１０】表２Ｂ₀（Ｔ）０．２０．３０．４０．５Ｐ₀（ｇ／ｍｍ²）１．６３．６６．４９．９Ｎi／ｄ₀（Ａ−／μｍ）０．１６０．２４０．３２０．４０この表で、ｐ₀ は、エアギャップの単位面積当たりに生
成される力である。

【００１１】この表は、エアギャップｄ₀がわずか１０
マイクロメートルの場合でも制御コイルのアンペア回数
Ｎiを非常に高くすべきであり、制御力が１００ｍＷよ
りも低い値に限られ、コイルが長い期間にわたって励磁
されたままにする場合には数百回あるいは場合によって
は数千回の巻きが必要であることを示している。そのよ
うな要件は現在、マイクロテクノロジーの範囲内で得ら
れる技術的可能性の範囲外である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マイ
クロ加工によって製造され、前述の要件を満たすと共に
集積制御回路と密に組み合わせることができる小型デバ
イスを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
所定の機能を実行する小型デバイスであり、このデバイ
スは、エレクトロフォーミング、またはフォトリソグラ
フィ、または特に小型マイクロリレーを製造するための
同様な技法、あるいはそれらの組合せを使用して基板に
対してマイクロ加工を施すことによって得られる。ま
た、磁気回路を形成する手段と、少なくとも１つの励磁
コイルと、磁気回路の作用下で上記の機能を実行する手
段とを備えている。このデバイスでは、すべてのこれら
の要素が、集積回路を製造するために使用される工程と
同様な集積工程によって前記基板上に得られる。上記の
機能を実行する手段は、基板から張り出すように基板に
取り付けられた弾性変形可能なレバーによって少なくと
も部分的に構成される。そのレバーは、揺動部材を形成
し、レバーのほぼ中央部が、変形可能な接続部によって
基板に取り付けられ、レバーの各自由端部に、磁気回路
を形成する手段の一部となる磁気電機子が設けられてい
る。磁気回路は、レバーの弾性変形によって生成される
力とは反対の、それ自体によって生成される第１の磁力
を用いて磁気電機子を接触させることができる座を構成
し、各磁気回路に結合されたコイルが、選択的に励磁可
能であり、かつ磁気回路の磁力とは反対の第２の磁力を
生成することができ、このコイルに結合された電機子が
座に接触したときに、レバーを傾斜させることによっ
て、この電機子を解放し他方の電機子を座に接触させる
ことができる。

【００１４】これらの特徴によって、特にこのデバイス
をマイクロリレーへの応用において使用すると、マイク
ロリレーは、前述の厳しい動作条件を満たすことがで
き、同時に集積回路技法を使用して製造することができ
る。

【００１５】したがって、本発明の特に有利な応用によ
れば、デバイスは、基板上に設けられた少なくとも１つ
の固定接点と、揺動部材を形成するレバーによって支持
される少なくとも１つの可動接点とを備えるマイクロリ
レーを形成する。この可動接点は電機子を座に接触させ
るときに前記固定接点に接触させるものである。

【００１６】したがって、レバーは、その固有の弾性に
よって、可動接点と固定接点が開くときに可動接点を固
定接点から十分遠くに離し、必要な絶縁を確保すること
ができる。また、これらの接点が閉じるとき、永久磁束
は、動作要件に対応する接触抵抗を確保するのに十分な
圧力を用いて可動接点を固定接点上に接触させる。この
ため、コイルをデバイスの安定な位置で常に励磁された
ままにしておく必要はない。

【００１７】本発明の他の特徴および利点は、添付の図
面を参照しながら、単に一例として与えた下記の説明を
読めば明らかになろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に説明する本発明によるデバイ
スは、「オンチップ」技法を使用して製造される。した
がって、この技法によって、デバイスは、好ましくはシ
リコンからなる基板１の上方に作製される（図１ないし
図３）。

【００１９】この基板の面２をこの説明の残りの部分全
体にわたって「上面」と呼ぶ。また、図面をより明確に
するために、いくつかの寸法は大幅に誇張してある。

【００２０】当業者は、マイクロリレーを機械加工する
ために使用されるフォトエッチング技法およびフォトリ
ソグラフィ技法を知っており、この機械加工に必要な一
連の処理ステップをどのように実施するかが分かること
に留意されたい。

【００２１】実際の例として、デバイスの長手方向寸法
を約２ｍｍないし３ｍｍとして選択することができる。

【００２２】基板１の下面３は２つのキャビティ４およ
び５を有し、これらのキャビティは、基板がシリコンか
らなる場合には、異方性腐食によって機械加工すること
ができる。これらのキャビティはそれぞれ、永久磁石６
ａおよび６ｂを収容するものである。これらの磁石６ａ
および６ｂは、それぞれのキャビティに固定されたペレ
ットでよく、又は適当な基板に付着させることによって
得ることもできる。これらの磁石はそれぞれ、上面２の
近くに北極および南極を有する。図のケースでは、これ
らの磁石はデバイスの長手方向寸法に沿って延びる（す
なわち、図１の平面）。各キャビティの底部は、キャビ
ティが形成された後も残る基板１の材料の層７で形成さ
れる。

【００２３】上面２は、絶縁体８、たとえば酸化ケイ素
の多層で覆われる。この多層８は、コイル構成を絶縁す
る３層（個別に図示されてはいない）で構成され、その
ため、この構成の各巻きは、それを囲む巻きから分離さ
れる。これらのコイルの中心に、基板１の面２から開口
部９が形成され、この開口部は絶縁体多層８内で延び
る。

【００２４】より厳密に言えば、コイル構成は、適当な
形状の金属付着物、たとえばアルミニウムで製造され、
絶縁体層８に埋め込まれた２組１０および１１の２つの
フラット・コイル１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂを含
む。図１ないし図３は、フラット・コイルの位置を太線
で示す。図の実施形態では、各コイルはほぼ矩形であ
る。

【００２５】１２および１３の２組の極片１２ａ、１２
ｂおよび１３ａ、１３ｂは、開口部９に挿入され、絶縁
体多層８からわずかに突出して延びる矩形のＦｅＮｉ付
着物で形成される。各極片は、対応するコイルによって
囲まれ、磁気回路の一部を構成しているとともに、同様
に磁気回路の一部となっている電機子２０の座ともなっ
ている。

【００２６】図１および図２は、磁石と、１組のコイル
と、１組の極片とで形成されたアセンブリどうしが、デ
バイスの長手方向寸法に沿って互いにある距離だけ分離
されることを示す。これらのアセンブリは、２つのメサ
１５および１６で形成された支持装置１４に対して、こ
の長手方向寸法に垂直な平面に対して対称的に構成され
る。互いに面する側で、これらのメサは、デバイスのほ
ぼ全長にわたって延びる二重レバー１９との変形可能な
接続部を形成するそれぞれのねじりアーム１７、１８を
備える。ねじりアームは、この目的に適した弾性変形可
能な材料、すなわちＦｅＮｉまたは酸化ケイ素からな
り、ほぼ矩形である。

【００２７】このレバー１９の自由端にそれぞれ、磁束
閉鎖片または電機子２０および２１が設けられる。電機
子は、ＦｅＮｉで構成し、対応する１組の極片に接触さ
せたときにそれらの極片を覆うことができるように寸法
付けることが好ましい。

【００２８】図３は、レバー１９の一方の端部の断面図
を示し、特に、本発明によるデバイスの設計対象である
機能を実行するための手段の構成を示す。本明細書で説
明するケースでは、これらの手段は電気接触装置を備
え、そのためデバイスはマイクロリレーである。したが
って、このマイクロリレー用の切替接点を電気的に形成
することができるレバー１９の各端部にそれぞれ、２つ
の二重接点２２および２３が設けられる。

【００２９】図３に戻ると分かるように、マイクロリレ
ーの好ましい実施形態は２つの固定二重接点２２および
２３を備える。図３は、二重接点２２を示しており、接
点２３はまったく同じものである。レバー１９は、この
ように形成されたスイッチの可動接点を支持する。

【００３０】各電機子２０、２１は、レバー１９の端部
に、一体に形成された弾性変形可能なクロス・ピース２
４および２５を備える。高導電性を有する金属、たとえ
ば金のパッド２６が、これらの伸長部のそれぞれの端部
に設けられ、極片、この場合は１２ａおよび１３ｂのう
ちの一方のどちらかの側に付着させた固定接点２７と相
互作用する。図１で、極片１３ｂの後方に一方の固定接
点２７を見ることができる。

【００３１】一変形例によれば、クロス・ピース２４お
よび２５は、それに結合された電機子とは異なる材料で
構成することができる。しかし、機械的応力の下で接触
パッド２６と接点２７を互いに接触させ、それによって
可能な磨耗を補償できるようにするにはこれらの伸長部
の弾性が極めて重要であることが認識されよう。これら
の伸長部の弾性変形によって、接点上に加えられる力
は、接点が開くときに接点上に加えられる力とは反対の
力学的力を生成する機械的位置エネルギーの形で蓄積さ
れる。このような力学的力は、接点の接着力に打ち勝つ
ために使用される。

【００３２】コイル１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ
は、フラット・タイプのものであることが好ましく、数
１０回の巻きを備えることができる。磁石６ａおよび６
ｂの磁気特性は、本発明によるマイクロリレーの動作に
とって極めて重要である。まず、第１動作モードについ
て説明すると、この実施形態では、サマリウムコバルト
や、プラチナムコバルトや、フェライトストロンチウム
や、その他の同様な材料など「非常に硬質」の材料から
なる磁石が使用される。「非常に硬質の材料」の語は、
製造時に後磁化され、勾配がμｏに近い線形曲線（図４
の直線Ｂ（Ｈ）を参照されたい）を有する材料を意味す
る。

【００３３】磁気回路のパーミアンスＡの値は下記の表
記法を使用して書くことができる。Ａ_a 磁石の断面ｌ_a 磁石の長さＡ_p 極片１２ａまたは１２ｂまたは１３ａまたは１３
ｂ（ＦｅＮｉ）の断面ｌ_p1 電機子２０または２１が伸長部２４および２５に
よって対応する接点上に接触したときに極片１２ａおよ
び１２ｂまたは１３ａおよび１３ｂと電機子２０または
２１との間の和で構成されるエアギャップｌ_p0 デバイスを傾斜させた後に電機子が極片から分離
したときの同じエアギャップ

【数１】

【００３４】Ａ₁、Ａ、Ａはそれぞれ、電機子が接触し
たときと接触していないときのパーミアンスと、漏れパ
ーミアンスである。

【００３５】このような条件の下で、電機子を接触させ
ると、磁石の２つの極によって生成される接触力は次式
で表される。

【数２】曲線（図４）上の仕事点はＰ₁ になる。

【００３６】一方、電機子が極片から分離されたとき
に、２つの極によって生成される力は次式で表される。

【数３】

【００３７】Ｆ₁＞＞Ｆ₀＋Ｆ_m（Ｆ_mは機械的力、すなわ
ちレバー自体の取り付けおよび弾性変形によってレバー
１９上に加えられる力の和）なので、当該の時間に極片
上に接触した電機子は、対応するコイルが作用を受けな
いかぎり接触したままである。

【００３８】マイクロリレーを傾斜させるには、電機子
が極片上に接触している側に、コイルを通じて電流を流
す必要がある。この電流は、Ｎｉ／ｌ_a（Ｎは、当該の
コイルの巻き数である）に等しい消磁界を生成し、それ
によって仕事点がＰ₁からＰ₁'に変位する。このような
条件の下では、Ｐ₁'で次式が成立する。Ｆ₁'＜Ｆ₀＋Ｆ_m これによって、レバー１９が傾斜し、マイクロリレーが
反対の位置になる。

【００３９】しかし、消磁界は、磁石が消磁されない
（言い換えれば、Ｐ_pが、真っ直ぐな消磁線に沿って点
Ｐ₀を越えた位置まで移動できる）ような値に制限しな
ければならない。

【００４０】しかし、非常に硬質の磁器材料には、イン
ダクションＢで十分なエクスカージョンを得て、接点上
で必要な力を生成できるようにするためにかなり多数の
アンペア回数Ｎｉが必要であることに留意されたい。

【００４１】硬度の低い磁石は、反転磁界が存在する際
に、下記の非線形インダクション曲線Ｂ（Ｈ）に追従す
ることによって消磁することが知られている。したがっ
て、Ｎｉのより好都合な値を得るにはこのような材料を
選択することが好ましい。しかし、その場合、この制御
機構によって磁化パルスおよび消磁パルスを生成する必
要があるので、コイル１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ
の駆動がわずかに複雑になる。

【００４２】硬磁気材料および半硬磁気材料は、現在知
られている電解プロセスを使用して付着させることが容
易な点でも有利である。また、これらの材料は製造時に
磁化する必要がない。特に、コバルトタングステン、コ
バルト鉄、コバルトニッケルリンがこの使用法に適して
いることに留意されたい。

【００４３】本発明に関して構想される応用例で好まし
い材料は、たとえば１０ｋＡ／ｍ程度、すなわち約１２
５エルステッドのかなり小さな保磁力を有する材料であ
る。したがって、このような材料は、マイクロリレーの
関連するリレー中の電流の方向を適切に選択することに
よって磁化または消磁することができる。本発明では、
磁界に適切なインダクション値は、保磁力の２倍ないし
３倍であってよい。

【００４４】図５は、例示したこのケースで使用される
磁化／消磁曲線を表す。図の例では、エアギャップがほ
とんどなく、そのため漏れを最小限に抑えることができ
ると仮定している。これは技術的に可能であり、したが
って、エアギャップの効果を無視することができる（ｔ
ａｎαθ＝０）。

【００４５】また任意に、図１および図２の左側に配置
された電機子２０がすでに、対応する極片１２ａおよび
１２ｂ上に接触していると仮定する。このためには、適
当な方向の電流をコイル１０ａおよび１０ｂを通過させ
ることによってＮｉ／ｌ_a中の磁界を磁石６ａに印加す
る必要があった。これは、持続時間が数ミリ秒の電流パ
ルスでよい。この結果、この磁石の仕事点は、図５の曲
線上のＰ１になる。

【００４６】その場合、生成される接触力は、上記の数
式（４）で定義したとおりである。図４のケースとは異
なり、磁石６ｂが弱く磁化されるに過ぎないのでデバイ
スの右側に対する力Ｆ₀は零である。したがって、Ｆ₁＞
＞Ｆｍなので、左側の電機子２０は、左側が磁化された
後でも極片１２ａおよび１２ｂ上に接触したままであ
る。

【００４７】デバイスを傾斜させるには、所定の振幅お
よび持続時間を有する消磁電流を左側コイル１０ａおよ
び１０ｂを通過させ、同時に、振幅が消磁電流よりも２
倍ないし３倍だけ大きいが持続時間が消磁電流と同じで
ある電流を右側コイル１１ａおよび１１ｂを通過させる
必要がある。

【００４８】これは、左側では下記の効果を有する。 −磁石の仕事点が曲線上のＰ₁からＰ₁'へ移動する。こ
の場合、Ｆ₁'＝Ｆ_mである。 −Ｆ_mと、クロス・ピース２４および２５に蓄積されて
いる機械的位置エネルギーの解放との同時作用を受け
て、左側接点が開く。 −電機子２０と極片１２ａおよび１２ｂとの間のエアギ
ャップがかなり増大し、それによって図５の図中の真っ
直ぐな仕事線の勾配（ｔａｎα₀ ）が大幅に減少する。
点Ｐ₁'がＰ₀ へ移動し、次いでアンペア回数Ｎｉが零に
なったときに、点Ｐ₀が点Ｐ₀'へ移動する。右側では下
記の効果を有する。点ＰαがＰμへ移動し、次いでアン
ペア回数Ｎｉが零になったときに、点Ｐμが点Ｐ₁へ移
動する。

【００４９】図１で、レバー１９が、電機子２０および
２１を形成する２つの厚い領域と、この２つの電機子を
結合する薄いストリップ２８とを有することが理解され
るであろう。ねじりアーム１７および１８は、このスト
リップ２８のほぼ中間に取り付けられる。

【００５０】電機子２０および２１の厚さは、これらの
電機子を通過できなければならない磁束によって決定さ
れる。図１に表したように、この厚さは、ストリップ２
８の厚さと比べて比較的大きい。この結果、電機子２０
および２１は比較的剛性である。

【００５１】さらに、すでに指摘したように、接点が開
いているときには、必要な電気絶縁を確保するために接
点間にある距離（＞１００μｍ）を維持しなければなら
ない。電機子がかなり剛性なので、領域２８は可とう性
をもつ必要がある。そうすることによって、他の利点、
すなわち、ねじりアーム１７および１８と電機子２０お
よび２１の外端との間の移動を増幅するという利点が与
えられる。

【００５２】図６を参照すると分かるように、この増幅
は理論的には、下記のように説明することができる。

【００５３】ストリップ２８を変形するには、高さｈ_a
に設置されたねじりアーム１７および１８が、力Ｐ_a＝
３ＥＩ（ｈ_s／ｌ³）ならびにｌ＝（ｈ³ｂ／１２）を維
持しなければならない。これは、可とう性ストリップの
慣性のモーメントであり、ｂおよびｈはそれぞれ幅およ
び厚さである。Ｅは、このストリップの弾性係数であ
る。Ｐ_a＜＜Ｆ_1p、Ｆ_1p＝Ｆ₁／２が単一の磁極の力であ
ることに留意されたい。

【００５４】接点が開いたときの接点の距離ｈｅは次式
から求めることができる。

【数４】のときｈ_c＝ｈ_s＋ｔａｎα_s（ｌ＋ｌ_R）したがって、

【数５】

【００５５】一例として、ｌ_R＝１を選択した場合、ｈ_c
＝４ｈ_sである。これは、絶縁要件を満たすうえで実施
可能な値である。

【００５６】図７ないし図９は、本発明によるマイクロ
リレーの他の実施形態を示す。この実施形態は、図１な
いし図３の実施形態とは接点の構成が異なる。具体的に
は、各クロス・ピース２４および２５は、この場合、絶
縁体層３０によって固定された支持ブリッジ２９を自由
端に有する。支持ブリッジ２９は、たとえばＦｅＮｉか
らなり、それぞれ、基板１の絶縁層８内に形成された、
２つの接点３３および３４と相互作用するものである。
接点は、絶縁層からある距離だけ延びる。

【００５７】したがって、この実施形態では、絶縁層３
０が存在することによって二重レバー１９から絶縁され
る４つの電気回路をそれぞれ、単一の動作で開閉するこ
とができる。

【００５８】図１０および図１１は、本発明によるマイ
クロリレーの他の実施形態を示す。この実施形態では、
それ自体が、互いに平行に延びる２枚のストリップ３６
および３７で形成された、二重レバー３５が設けられ
る。

【００５９】これらのストリップは、２つのメサ１５お
よび１６により、ねじりアーム１７および１８によって
支持される。これらのストリップは、それぞれ、ねじり
アーム１７および１８と同じレベル、ならびに平行なス
トリップ３６および３７の２つの端部に設けられた、３
つの接続ブロック３８、３９、４０によって互いに固定
される。これらのブロックはたとえば、ＦｅＮｉからな
り、それぞれの絶縁層４１、４２、４３によってストリ
ップから絶縁される。

【００６０】ストリップはまた、それぞれ、それぞれの
極片１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと相互作用する、
別々の電機子４４および４５を端部で支持する。また、
各ストリップは、２つの横材４６、４７を支持し、絶縁
体層８中の固定接点５１、５２と相互作用する支持ブリ
ッジ４８およびパッド４９、５０を固定する。したがっ
て、これらのアセンブリがメークまたはブレークするこ
とができる回路は互いに電気的に分離される。

【００６１】図１２および図１３は、本発明によるマイ
クロリレーの他の実施形態を示す。この場合、基板６０
は、一面を絶縁体層６１で覆われ、他方の面にキャビテ
ィ６２の開口部を有する。

【００６２】このマイクロリレーは２つのメサ６３、６
４も含み、これらのメサからねじりアーム６５および６
６が延び、二重フォークの形のストリップ６７を支持す
る。図面には一方のフォーク６７Ａしか表していない。

【００６３】磁石６８が、キャビティ６２内に構成さ
れ、基板６０に形成された開口部７０および絶縁体層６
１を通過する２つの極片６９および７０と相互作用す
る。これらの極片はそれぞれ、絶縁体層６１に埋め込ま
れたコイル７１および７２によって囲まれる。

【００６４】フォーク６７Ａの枝の自由端は、支持ブリ
ッジ自体の端部に設けられた接触パッド７４、７５を備
える支持ブリッジ７３を支持する。これらのパッドは固
定接点７６、７７と相互作用する。

【００６５】支持ブリッジ７３は、フォーク状ストリッ
プ６７と一体に形成されると共に、支持ブリッジ７３か
ら内側へフォーク６７Ａの枝間で延びる３つの接続タブ
７８と一体に形成される。機械的な観点からは、これら
の接続タブは、この実施形態において、ストリップ６７
が、それ自体に折り重ねられるとみなすことができ、同
時に、前の実施形態に関連して説明したストリップと同
じ機能を実行するように、これらの枝間で延びる。この
折り重ねストリップ構成の主な利点は、デバイスが基板
上で占める空間が全体的に、前述のデバイスよりも小さ
いことである。

【００６６】接続タブは電機子プレート７９に取り付け
られる。電機子プレート７９は、対応する側の接点７６
および７７が閉じたときに、支持ブリッジ７３によって
極片６９および７０上に接触する。この閉鎖位置では、
接続タブ７８が、フォーク６７Ａと同じ方向に作用する
弾性応力を受けることに留意されたい。これは、図１２
で明確に分かる。したがって、フォーク６７Ａおよびタ
ブ７８に応力を与える弾性力は、生成された磁界によっ
て電機子７９がはじかれ接点が開くときのアセンブリの
動作を向上させる。

【００６７】図１２は、本発明がマイクロリレーへの応
用に限らないことも示す。

【００６８】実際、制限を含まず、前述のすべての変形
例で構想することができる異なる応用例では、固定接点
および可動接点の代わりに、あるいはこれらの接点を使
用すると共に、光線ＦＬを遮断し、傾斜レバーの位置に
応じて選択的にターゲット（図示せず）に反射すること
ができる反射層ＣＲ（一点鎖線で示す）で磁石の可動要
素を被覆することができる。もちろん、同じ可動要素
は、ビームを反射せずに単に遮断することもできる。そ
の場合、反射層は不要である。

【００６９】さらにマイクロリレー専用に応用すること
ができる本発明の他の変形例によれば、単一の二重接点
（図１参照）を設けるだけでよい。その場合、リレーは
単なるスイッチに過ぎない。他の変形例によれば、電気
接点は、レバー１９のどちらかの側で重複することなし
に単一接点とすることができる。

【００７０】マイクロリレーへの応用では、レバー１９
の一方の側または両方の側に一対の絶縁接点を設け、次
いでそのような接点をリレーの対応する位置でブリッジ
することもできる。

【００７１】最後に、前述のすべての実施形態で、基板
自体を磁気材料で構成し、それによって、コイルの下側
の基板の領域が局部的に磁化され強力な永久磁石の代わ
りとなるようにすることもできる。

【００７２】したがって、上記の説明によれば、本発明
は、所定の機能を実行するデバイスを提供し、特に、現
代の集積回路チップと同様な寸法を有し、特に、現在高
性能技法で使用されているリレーの厳しい要件を満たせ
るようにするマイクロリレーを提供するものであること
が分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるデバイスが、マイクロリレーへ
の応用において機械加工された基板の部分断面図であ
る。

【図２】マイクロリレーの平面図である。

【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ってとられ、特
に１組の二重接点を示すマイクロリレーのわずかに大き
なスケールの断面図である。

【図４】マイクロリレーの磁気動作を示す図である。

【図５】マイクロリレーの磁気動作を示す図である。

【図６】本発明によるマイクロリレーの機械的動作を
示す図である。

【図７】本発明の他の実施形態によるマイクロリレー
の断面図である。

【図８】図７のマイクロリレーの平面図である。

【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸに沿ってとった、図７お
よび８のマイクロリレーの断面である。

【図１０】本発明の他の実施形態の断面図である。

【図１１】図１０のマイクロリレーの平面図である。

【図１２】他の実施形態によって構成された本発明に
よるマイクロリレーの縦断面図である。

【図１３】特に特定の応用例を示す、本発明によるデ
バイスの他の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１基板４、５キャビティ６ａ、６ｂ永久磁石９開口部１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂフラット・コイル１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ極片１４支持装置１５、１６メサ１７、１８ねじりアーム１９レバー２０、２１電機子２２、２３二重接点２４、２５弾性変形可能なクロス・ピース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の機能を実行する小型デバイスであ
り、このデバイスが、フォトリソグラフィ、または特に
小型マイクロリレーを製造するための同様な技法、ある
いはそれらの両方を使用して基板（１）に対してマイク
ロ加工を施すことによって得られ、磁気回路を形成する
手段（６ａ、６ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、
２０、２１、４４、４５、６８、６９、７０、７９）
と、少なくとも１つの励磁コイル（１０ａ、１０ｂ、１
１ａ、１１ｂ、７１、７２）と、前記磁気回路の作用下
で前記機能を実行する手段（２５、２６、２７、２９、
３１ないし３４、４６ないし５１、７４ないし７７、Ｃ
Ｒ）とを備え、すべてのこれらの要素が、集積回路を製
造するために使用される工程と同様な集積工程によって
前記基板（１）上に得られ、前記機能を実行する前記手
段が、前記基板（１）から張り出すように前記基板
（１）に取り付けられた弾性変形可能なレバー（１９、
３５、６７）によって少なくとも部分的に支持され、前
記レバー（１９、３５、６７）が、揺動部材を形成し、
レバーのほぼ中央部が、変形可能な接続部（１７、１
８、６５、６６）によって基板に取り付けられ、前記レ
バー（１９、３５、６７）の各自由端部に、磁気回路
（６ａ、６ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、２
０、２１、４４、４５、６８、６９、７０、７９）を形
成する前記手段の一部となる磁気電機子（２０、２１、
４４、４５、７９）が設けられ、磁気回路は、前記レバ
ー（１９、３５、６７）の弾性変形によって生成される
力とは反対の磁気回路によって生成される第１の磁力を
用いて前記電機子を接触させることができる座を構成
し、各磁気回路に結合されたコイル（１０ａ、１０ｂ、
１１ａ、１１ｂ、７１、７２）が、選択的に励磁可能で
あり、かつ磁気回路の磁力とは反対の第２の磁力を生成
することができ、このコイルに結合された電機子（２
０、２１、４４、４５、７９）が座に接触したときに、
前記レバー（１９、３５、６７）を傾斜させることによ
って、この電機子を解放し他方の電機子を座に接触させ
ることを特徴とするデバイス。
【請求項２】前記デバイスが、マイクロリレーを形成
し、前記機能を実行する前記手段が、前記基板に設けら
れた少なくとも１つの固定接点（２７、３３、３４、５
１、５２、７６、７７）と、揺動部材を形成する前記レ
バー（１９、３５、６７）によって支持された少なくと
も１つの可動接点（２６、３１、３２、４９、５０、７
４、７５）とを備え、この可動接点が、前記電機子（２
０、２１、４４、４５、７９）が座に接触したときに前
記固定接点に接触するものであることを特徴とする請求
項１に記載のデバイス。
【請求項３】各磁気回路が、非常に硬質の磁気材料か
らなる永久磁石（６ａ、６ｂ、６８）を備えることを特
徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】各磁気回路が、硬磁気材料または半硬磁
気材料からなる永久磁石（６ａ、６ｂ、６８）を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項５】前記磁石が、基板上に取り付けられたペ
レットの形を有することを特徴とする請求項３または４
に記載のデバイス。
【請求項６】前記基板が、磁気材料からなり、前記磁
石が、前記基板の磁化領域で形成されることを特徴とす
る請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項７】前記コイル（１０ａ、１０ｂ、１１ａ、
１１ｂ、７１、７２）が、前記第１の磁力を生成するた
めに励磁されるようにも設計されることを特徴とする請
求項４ないし６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】前記レバー（１９、３５、６７）の各端
部に、少なくとも１つの可動電気接点（２６、３１、３
２、４９、５０、７４、７５）が設けられることを特徴
とする請求項２ないし７のいずれか一項に記載のデバイ
ス。
【請求項９】前記各可動電気接点（２６、３１、３
２、４９、５０、７４、７５）が、前記レバーに固定さ
れ、前記レバーに対して横方向へ延びる接続要素（２
４、２５、４６、４７、７３）によって支持されること
を特徴とする請求項２ないし８のいずれか一項に記載の
デバイス。
【請求項１０】前記接続要素（２４、２５、４６、４
７）が、前記可動接点（２６、３１、３２、４９、５
０）が前記第１の力の作用下で前記固定接点（２７、３
３、３４、５１）に接触したときに弾性変形することが
でき、かつ弾性応力を受けることを特徴とする請求項９
に記載のデバイス。
【請求項１１】前記接続要素（２４、２５）が、前記
レバーから電気的に絶縁されることを特徴とする請求項
９または１０に記載のデバイス。
【請求項１２】前記レバー（３５）の少なくとも一方
の端部に、少なくとも２つの可動接点（３１、３２）が
設けられ、レバー（３５）が、互いに平行に延び、互い
に電気的に絶縁された２つの縦長部分からなることを特
徴とする請求項８ないし１０のいずれか一項に記載のデ
バイス。
【請求項１３】前記レバー（３５）が、前記基板から
電気的に絶縁されることを特徴とする請求項８ないし１
２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】前記レバー（６１）が、レバー自体の
前記基板（１）との取り付け点のどちらかの側でレバー
自体に折り重ねられることを特徴とする請求項１ないし
１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】前記磁気回路が、対応する電機子（２
０、２１、４４、４５、７９）の接触座を形成する極片
（１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、６９、７０）を備
えることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一
項に記載のデバイス。
【請求項１６】前記各極片（１２ａ、１２ｂ、１３
ａ、１３ｂ、６９、７０）が、励磁コイル（１０ａ、１
０ｂ、１１ａ、１１ｂ、７１、７２）によって囲まれる
ことを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】前記レバー（１９、３５、６７）が、
少なくとも１つのねじりアーム（１７、１８、６５、６
６）によって前記基板（１）に取り付けられることを特
徴とする請求項１ないし１６のいずれか一項に記載のデ
バイス。
【請求項１８】前記基板（１）が、前記磁石（６ａ、
６ｂ、６８）を収納するためのキャビティ（４、６２）
を一面（３）に含み、各磁気回路の残りの部分が、前記
基板（１）の対向面（２）上に構成されることを特徴と
する請求項５に記載のデバイス。
【請求項１９】前記基板（１）の前記対向面（２）上
に絶縁体層（８）が設けられ、前記コイル（１０ａ１０
ｂ、１１ａ、１１ｂ、７１、７２）および前記極片（１
２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、６９）が前記絶縁体層
に埋め込まれることを特徴とする、請求項１５と請求項
１６のどちらかに従属する請求項１８に記載のデバイ
ス。
【請求項２０】前記機能が、光線（ＦＬ）に作用する
ことからなり、前記磁気回路が、前記ビームを遮断し、
あるいは前記レバー（６７）の位置の関数として反射
し、あるいはその両方を行うことができる可動電機子
（７９）を備えることを特徴とする請求項１、５ないし
７、１４ないし１８のいずれか一項に記載のデバイス。