KR20060100928A - 정전 마이크로 접점 개폐기 및 그 제조 방법, 및 정전마이크로 접점 개폐기를 이용한 장치 - Google Patents

정전 마이크로 접점 개폐기 및 그 제조 방법, 및 정전마이크로 접점 개폐기를 이용한 장치 Download PDF

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KR20060100928A
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타카히로 마스다
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서, 접촉력의 향상, 인가 전압의 저감, 및/또는, 전극의 치수의 축소를 실현하기 위한 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 해결 수단에 있어서, 정전 마이크로 릴레이(10)는, 베이스(11)에 마련한 고정 전극(12)과, 액추에이터(21)의 가동 전극(24) 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 가동 전극(24)을 구동하고, 베이스(11)에 마련한 고정 접점(13a·14a)에 액추에이터(21)에 마련한 가동 접점(26)을 접리시켜서 전기 회로를 개폐한다. 액추에이터(21)는, 베이스(11)에 마련한 지지부(22)와, 지지부(22)로부터 측방으로 연재되고, 가동 전극(24) 및 가동 접점(26)을 탄성 지지하는 들보부(23)를 구비한다. 들보부(23)는, 지지부(22)의 측으로부터 가동 전극(24) 및 가동 접점(26)의 순번으로 탄성 지지하고 있다. 들보부(23)와 가동 전극(24)을 접속하는 접속부(28)는, 지지부(22)의 측으로부터 슬릿(27)이 형성되어 있다.
정전 마이크로 접점 개폐기

Description

정전 마이크로 접점 개폐기 및 그 제조 방법, 및 정전 마이크로 접점 개폐기를 이용한 장치{ELECTROSTATIC MICRO CONTACT BREAKING SWITCH, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, AND DEVICE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 한 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시한 평면도.
도 2는 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서, 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시하고 있고, 동 도(a)는 도 1의 A-A선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면, 동 도(b)는 도 1의 B-B선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 3은 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서, 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있고, 동 도(a)는 도 1의 A-A선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면, 동 도(b)는 도 1의 B-B선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 4는 상기 정전 마이크로 릴레이의 주요부를 도시한 평면도.
도 5(a) 내지 5(d)는, 도 4의 C-C선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면이고, 가동 전극이 정전 인력에 의해 이동하는 양상을 도시한 도면.
도 6은 상기 정전 마이크로 릴레이의 액추에이터에 있어서의 변위량의 시뮬 레이션 결과를 도시한 도면.
도 7은 상기 정전 마이크로 릴레이의 실시예와 비교예에 있어서의 인가 전압과 접촉력과의 관계를 도시한 그래프.
도 8은 상기 정전 마이크로 릴레이의 실시예에 있어서, 슬릿의 길이와 접촉력과의 관계를 표 형식으로 도시한 도면.
도 9는 상기 정전 마이크로 릴레이의 실시예에 있어서, 슬릿의 길이와 접촉력과의 관계를 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시한 평면도.
도 11은 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서의 액추에이터의 변위량의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 또다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시한 평면도.
도 13(a)·13(b)는, 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서의 베이스의 제조 공정의 한 예를 도시한 단면도.
도 14(a)·14(b)는, 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서의 액추에이터의 제조 공정의 한 예를 도시한 단면도.
도 15(a) 내지 15(c)는, 상기 베이스 및 상기 액추에이터의 접속 공정의 한 예를 도시한 단면도.
도 16(a) 내지 16(c)는, 상기 액추에이터의 제조 공정의 다른 예를 도시한 단면도.
도 17(a)·17(b)는, 상기 베이스 및 상기 액추에이터의 접속 공정의 다른 예를 도시한 단면도.
도 18(a) 내지 18(c)는, 상기 액추에이터의 제조 공정의 또다른 예를 도시한 단면도.
도 19(a)·19(b)는, 상기 베이스 및 상기 액추에이터의 접속 공정의 또다른 예를 도시한 단면도.
도 20은 본 발명의 또다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 구조를 도시하고 있고, 동 도(a)는 평면도, 동 도(b)는 동 도(a)의 D-D선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 21은 본 발명의 또다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시한 평면도.
도 22는 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서, 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시하고 있고, 동 도(a)는 도 21의 E-E선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면, 동 도(b)는 도 21의 F-F선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 23은 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서, 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있고, 동 도(a)는 도 21의 E-E선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면, 동 도(b)는 도 21의 F-F선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 24는 상기 정전 마이크로 릴레이의 주요부를 도시한 평면도.
도 25(a)부터 25(d)는, 도 24의 G-G선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면으로서, 가동 전극이 정전 인력에 의해 이동하는 양상을 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시한 평면도.
도 27은 본 발명의 또다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 구조를 도시한 단면도이고, 동 도(a)는 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시한 도면, 동 도(b)는 상기 전압을 인가한 상태를 도시한 도면.
도 28(a)·28(b)는, 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서의 베이스의 제조 공정의 한 예를 도시한 단면도.
도 29(a) 내지 29(c)는, 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서의 액추에이터의 제조 공정의 한 예를 도시한 단면도.
도 30(a)·30(b)는, 상기 베이스 및 상기 액추에이터의 접속 공정의 한 예를 도시한 단면도.
도 31(a)·31(b)는, 상기 액추에이터의 제조 공정의 다른 예를 도시한 단면도.
도 32 (a)·32(b)는, 상기 베이스 및 상기 액추에이터의 접속 공정의 다른 예를 도시한 단면도.
도 33 (a)·33(b)는, 상기 액추에이터의 제조 공정의 또다른 예를 도시한 단면도.
도 34 (a)·34(b)는, 상기 베이스 및 상기 액추에이터의 접속 공정의 또다른 예를 도시한 단면도.
도 35는 본 발명의 또다른 실시 형태인 정전 마이크로 릴레이의 구조를 도시하고 있고, 동 도(a)는 평면도, 동 도(b)는 동 도(a)의 H-H선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 36은 본 발명의 또다른 실시 형태인 무선 통신기의 개략 구성을 도시한 블록도.
도 37은 본 발명의 또다른 실시 형태인 계측기의 개략 구성을 도시한 블록도.
도 38은 본 발명의 또다른 실시 형태인 온도 관리 장치의 개략 구성을 도시한 블록도.
도 39는 본 발명의 다른 실시 형태인 휴대 정보 단말의 주요부 구성을 도시한 회로도.
도 40은 종래의 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시한 평면도.
도 41은 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서, 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시하고 있고, 동 도(a)는 도 40의 P-P선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면, 동 도(b)는 도 40의 Q-Q선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 42는 상기 정전 마이크로 릴레이에 있어서, 고정 전극과 가동 전극 사이에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있고, 동 도(a)는 도 40의 P-P선을 단면으로 하 여 화살표 방향으로 본 도면, 동 도(b)는 도 40의 Q-Q선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면.
도 43은 상기 정전 마이크로 릴레이의 주요부를 도시한 평면도.
도 44 (a) 내지 44(d)는, 도 43의 R-R선을 단면으로 하여 화살표 방향으로 본 도면이고, 가동 전극이 정전 인력에 의해 이동하는 양상을 도시한 도면.
도 45는 상기 가동 전극의 변위량의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.
<부호의 설명>
10 : 정전 마이크로 릴레이(정전 마이크로 접점 개폐기) 11 : 베이스 12 : 고정 전극 13a·14a : 고정 접점 21 : 액추에이터 22 : 지지부 23 : 들보부 24 : 가동 전극 26 : 가동 접점 27 : 슬릿 28·51 : 접속부 28a·28b : 접속부에 있어서의 실제의 접속 부분 50 : 오목부
기술분야
본 발명은, 정전(靜電) 인력에 의해 접점끼리를 접리(接離)시킴에 의해 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기 및 그 제조 방법, 및 정전 마이크로 접점 개폐기를 이용한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 정전 마이크로 접점 개폐기에 있어서의 액추에이터의 구조에 관한 것이다.
종래기술
정전 마이크로 접점 개폐기의 일종인 정전 마이크로 릴레이의 종래예에 관해, 도 40 내지 도 45를 참조하면서 설명한다. 도 40은, 종래의 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시하고 있다. 정전 마이크로 릴레이(100)는, 베이스(101)와, 일부가 베이스(101)의 윗면에 고정되고, 타부(他部)가 베이스(101)로부터 이간하여 있는 액추에이터(111)를 구비하는 구성이다. 또한, 도면중 같은 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
베이스(101)의 윗면에는, 고정 전극(102)과, 2개의 신호선(103·104)이 마련되어 있다. 2개의 신호선(103·104)은, 동일 직선상에 약간 이간하여 배치되고, 신호선(103·104)의 대향 부분이 각각 고정 접점(103a·104a)으로 된다.
액추에이터(111)는, 지지부(112), 들보부(梁部)(113), 가동 전극(114), 및 가동 접점부(115)를 구비하는 구성이다. 지지부(112)는, 베이스(101)의 윗면에 세워 마련되고, 들보부(113), 가동 전극(114), 및 가동 접점부(115)를 지지하는 것이다. 들보부(113)는, 지지부(112)로부터 측방으로 연재되고, 접속부(118)를 통하여 가동 전극(114)을 탄성 지지함과 함께, 가동 접점부(115)를 탄성 지지하는 것이다. 들보부(113)의 선단에는 가동 접점부(115)가 마련되고, 들보부(113)의 양측에는 접속부(118·118)를 통하여 가동 전극(114·114)이 마련된다. 또한, 접속부(118)의 두께와, 들보부(113) 및 가동 전극(114)의 두께와 같다.
가동 전극(114·114)은, 베이스(101)의 고정 전극(102)과 대향하는 위치에 마련된다. 또한, 고정 전극(102)과 가동 전극(114)과의 단락을 방지하기 위해, 고정 전극(102)상에 절연막(105)이 형성되어 있다. 가동 접점부(115)는, 고정 접점 (103a)부터 고정 접점(104a)까지의 영역에 대향하는 위치에 마련되고, 가동 접점부(115)의 하면에는 가동 접점(116)이 마련된다. 가동 접점(116)은, 각 고정 접점(103a, 104a)과 대향하고, 양 고정 접점(103a, 104a)과 폐성(閉成)함에 의해, 신호선(103, 104)을 서로 전기적으로 접속하도록 되어 있다.
도 41(a)·(b)는, 고정 전극(102)과 가동 전극(114) 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도시한 바와 같이, 가동 접점(116)과 고정 접점(103a·104a)이 이간하여 있고, 신호선(103, 104)을 서로 전기적으로 분리하고 있다.
도 42(a)·(b)는, 고정 전극(102)과 가동 전극(114) 사이에 전압을 인가하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도시한 바와 같이, 상기 전압의 인가에 의해 발생하는 정전 인력으로, 가동 전극(114)이 고정 전극(102)측으로 구동된다. 이로써, 가동 접점(116)과 고정 접점(103a·104a)이 접촉하여, 신호선(103, 104)을 서로 전기적으로 접속한다. 이 때, 가동 접점(116)과 고정 접점(103a·104a) 사이의 접촉 저항을 안정시키는 접촉력을, 상기 정전 인력에 의해 가동 접점부(115)에 줄 필요가 있다.
다음에, 고정 전극(102)과 가동 전극(114) 사이의 전압을 없애면, 정전 인력이 소멸하고, 들보부(113) 및 가동 전극(114)의 복원력에 의해, 액추에이터(111)는, 도 41(a)·(b)에 도시한 원래의 위치로 되돌아온다. 이 때, 가동 접점(116)과 고정 접점(103a·104a)과의 부착력보다도 큰 복원력을 가동 접점부(115)에 줄 필요가 있다. 또한, 이하에서는, 가동 접점부(115)에 작용하는 복원력을 「복귀력」이 라고 칭한다. 이 복귀력은, 들보부(113)의 탄성 정수(定數)와, 접속부(118)의 탄성 정수와, 가동 접점(115) 및 고정 접점(103a, 104a)의 접점 사이 거리에 의해 정해지는 것이다.
다음에, 전압의 인가에 의한 가동 전극의 동작에 관해, 도 43 및 도 44를 참조하면서 설명한다. 도 43은, 도 40에 도시한 종래의 정전 마이크로 릴레이(100)의 주요부를 도시하고 있다. 또한, 도 44(a) 내지 44(d)는, 도 43에 도시한 R-R선, 즉, 가동 전극(114)으로부터 가동 접점부(115)에 걸쳐서 단면(斷面)한 도면으로서, 가동 전극(114)이 정전 인력에 의해 이동하는 양상을 도시하고 있다.
종래의 가동 전극(114)의 동작은 하기한 바와 같다. 즉, 전압 무인가시에는, 가동 전극(114)은 도 44(a)에 도시한 배치로 된다. 그리고, 전압을 인가하면, 우선 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(114)의 외측이 정전 인력에 의해 고정 전극(102)측으로 휜다. 전극 사이의 정전 인력(Fele)은 다음 식으로 표시된다.
Fele=(C×Vs2)/(2×d) … (11).
여기서, C는 전기 용량이고, Vs은 인가 전압이고, d는 전극 사이의 거리이다.
가동 전극(114)이 휨에 의해, 가동 전극(114) 및 고정 전극(102) 사이의 거리가 작아저서, 상기 식(11)으로부터 정전 인력이 증가한 것이 된다. 이로써, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(114) 및 가동 접점부(115)가 베이스(101)의 측으로 이동한다.
가동 전극(114)이 베이스(101)측으로 이동함에 의해, 가동 전극(114) 및 고 정 전극(102) 사이의 거리가 더욱 작아저서, 상기 식(11)으로부터 정전 인력이 더욱 증가하게 된다. 이로써, 동 도(d)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(114) 및 가동 접점부(115)가 베이스(101)의 측으로 더욱 이동하여, 가동 접점(116)이 고정 접점(103a)과 접촉한다.
다음에, 전압의 인가에 의한 액추에이터(111)의 변위량에 관해 도 45를 참조하면서 설명한다. 도 45는, 종래의 액추에이터(111)에 대해 전압을 인가한 경우의 변위량의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 도시에 있어서, 변위량이 동등한 점을 등고선으로 연결하고 있고, 가동 전극(114)의 윤곽과 등고선으로 둘러싸인 영역에서의 변위량의 개요를 도트의 밀도로 나타내고 있다. 즉, 도트가 없는 영역은, 변위량이 거의 제로인 상태를 나타내고 있고, 도트의 밀도가 가장 높은 영역은, 가동 전극(114)이 고정 전극(102)에 접착하여 있는 상태를 나타내고 있다
도 45를 참조하면, 종래의 가동 전극(114)은, 변위량이 적고, 대부분이 고정 전극(102)에 접착하지 않는 것을 이해할 수 있다.
[특허 문헌 1] 특개평11-111146호 공보(1999년 4월 23일 공개)
[특허 문헌 2] 특개평11-134998호 공보(1999년 5월 21일 공개)
상술한 바와 같이, 정전 마이크로 릴레이(100)를 정상적으로 동작시키는 데는, 충분한 접촉력과 복귀력이 필요하다. 접촉력을 크게 하는 데는, 고정 전극(102) 및 가동 전극(114)의 사이에서 전압을 인가함에 의해 발생하는 정전 인력을 크게 하면 좋다. 정전 인력을 크게 하는 데는, 하기와 같은 3개의 방법이 고려된 다.
즉, (방법 a) 들보부(113) 및 가동 전극(114)에 관해, 평면으로 본 때의 형상을 바꾸는 일 없이 두께를 얇게 함에 의해 탄성 정수를 작게 하여, 전압 인가시의 고정 전극(102) 및 가동 전극(114) 사이의 거리를 가능한 한 작게 한다.
(방법 b) 인가하는 전압을 상승한다.
(방법 c) 고정 전극(102) 및 가동 전극(114)의 치수를 확대한다.
그러나, 방법 a에 의해 탄성 정수를 작게 하면, 복귀력도 작아지기 때문에, 전압의 인가를 ㅁ넘춘 후에도, 가동 접점(116)과 고정 접점(103a·104a)이 계속 부착할 우려가 있다. 또한, 방법 b 및 방법 c의 경우, 저전압화 및 소형화라는 기술적 진보의 흐름에 역행하는 것으로 된다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 복귀력을 유지하면서, 접촉력의 향상, 인가 전압의 저감, 및/또는, 전극의 치수의 축소를 실현할 수 있는 정전 마이크로 접점 개폐기 등을 제공하는데 있다.
본 발명에 관한 정전 마이크로 접점 개폐기는, 베이스에 마련한 고정 전극과, 액추에이터의 가동 전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 상기 가동 전극을 구동하고, 상기 베이스에 마련한 고정 접점에 상기 액추에이터에 마련한 가동 접점을 접리시켜서 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기에 있어서, 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하고 있고, 상기 들보부는, 상기 지지부의 측으로부터 상기 가동 전극 및 상기 가동 접점의 순번으로 탄성 지지하고 있고, 상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부에는, 상기 지지부의 측으로부터 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 의하면, 접속부에 슬릿이 형성되어 있기 때문에, 접속부에 있어서의 실제의 접속 부분, 즉 들보부와 가동 전극을 실제로 접속하고 있는 부분의 길이가 종래보다도 짧아진다. 이로써, 들보부에 의해 지지된 접속부의 탄성 정수가 작아지기 때문에, 정전 인력에 의한 가동 전극의 변위량이 커지고, 가동 전극 및 고정 전극 사이의 거리가 짧아저서, 정전 인력이 더욱 증대한다. 또한, 정전 인력이 증대함에 의해, 가동 전극이 접속부를 통하여 들보부에 가하는 힘이 증대하고, 들보부에 지지된 가동 접점이, 고정 접점에 가하는 접촉력이 증대한다.
따라서 복귀력을 유지한 채로, 접속부의 탄성 정수를 작게 하여, 정전 인력을 증대시킬 수 있다. 이로써, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서 접촉력을 향상할 수 있다. 또한, 접촉력이 종래와 동등하면 좋은 경우에는, 정전 인력을 저감할 수 있기 때문에, 인가 전압을 저감할 수 있고, 또한/또는, 전극의 치수를 축소할 수 있다.
또한, 상기 슬릿의 길이가 상기 접속부의 길이의 약 37% 이상인 경우, 접촉력이 현저하게 증대하기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 슬릿의 길이가 상기 접속부의 길이의 약 60% 이상인 경우, 접촉력이 최대 부근으로 되기 때문에 특히 바람직하다. 그리고, 상기 슬릿의 길이가 상기 접속부의 길이의 약 70% 내지 약 90%인 경우, 제조시의 편차나 접속부에 있어서의 실제의 접속 부분에서의 강도를 확보하는 관점에서 가장 바람직하다.
본 발명에 관한 정전 마이크로 접점 개폐기는, 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하고 있고, 상기 들보부는, 상기 지지부의 측으로부터 상기 가동 전극 및 상기 가동 접점의 순번으로 탄성 지지하고 있고, 상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부는, 상기 들보부 또는 상기 가동 전극을 연재하여 형성한 상기 접속부에 비하여, 탄성 정수가 작은 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 의하면, 접속부는, 들보부 또는 가동 전극을 연재하여 형성한 종래의 접속부에 비하여, 탄성 정수가 작기 때문에 휘기 쉽다. 이로써, 정전 인력에 의한 가동 전극의 변위량이 커지고, 가동 전극 및 고정 전극 사이의 거리가 짧아저서, 정전 인력이 더욱 증대한다. 또한, 정전 인력이 증대함에 의해, 가동 전극이 접속부를 통하여 들보부에 가하는 힘이 증대하고, 들보부에 지지된 가동 접점이, 고정 접점에 가하는 접촉력이 증대한다.
따라서 복귀력을 유지한 채로, 접속부의 탄성 정수를 작게 함에 의해, 정전 인력을 증대시킬 수 있다. 이로써, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서 접촉력을 향상할 수 있다. 또한, 접촉력이 종래와 동등하면 좋은 경우에는, 정전 인력을 저감할 수 있기 때문에, 인가 전압을 저감할 수 있고, 또한/또는, 전극의 치수를 축 소할 수 있다.
또한, 접속부의 탄성 정수를, 상기 종래의 접속부의 탄성 정수에 비하여 작게 하는 데는, 들보부 및 가동 전극에 비하여 접속부를 얇게 하는 것이 고려된다.
또한, 상기 접속부는, 상기 들보부 및 상기 가동 전극에 비하여, 재질 및/또는 구조가 달라도 좋다. 이 경우, 접속부의 폭이나 두께를 용이하게 변경할 수 있기 때문에, 접속부의 설계의 자유도가 향상한다.
또한, 상기 구성의 접속부를 갖는 정전 마이크로 접점 개폐기를 제조하는 데는, 상기 베이스가 되는 유리 기판에, 상기 액추에이터가 되는 SOI 웨이퍼를 접합하고, 상기 SOI 웨이퍼를 에칭하여 산화 실리콘막을 노출시키고, 상기 접속부에 대응하는 영역 이외의 영역을 에칭하여, 산화 실리콘막을 제거하면 좋다. 또는, 상기 SOI 웨이퍼에 대해 에칭을 행하여 상기 지지부를 형성하고, 상기 접속부에 대응하는 영역에 금속막을 패턴 형성하면 좋다. 또는, 상기 SOI 웨이퍼에 대해 에칭을 행하여 상기 지지부를 형성하고, 상기 SOI 웨이퍼에 대해, 상기 접속부에 대응하는 영역에 에칭을 행하여 산화 실리콘막을 노출시키고, 상기 접속부에 대응하는 영역에 금속막을 형성하면 좋다.
또한, 전기 회로의 개폐를 행하기 위해, 상기 구성의 정전 마이크로 접점 개폐기를 구비한 장치로도, 상술한 작용 효과를 이룰 수 있다. 또한, 상기 장치의 예로서는, 상기 구성의 정전 마이크로 접점 개폐기를, 안테나와 내부 회로 사이의 신호선을 개폐하도록 마련한 무선 통신기, 상기 구성의 정전 마이크로 접점 개폐기를, 측정 대상물과 내부 회로 사이의 신호선을 개폐하도록 마련한 계측기, 상기 구 성의 정전 마이크로 접점 개폐기를, 대상 장치의 온도에 의거하여, 상기 장치의 내부 회로에의 급전선을 개폐하도록 마련한 온도 관리 장치, 및, 상기 구성의 정전 마이크로 접점 개폐기를, 내부의 전기 신호를 개폐하도록 마련한 휴대 정보 단말을 들 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 정전 마이크로 접점 개폐기는, 접속부에 슬릿을 형성하거나, 접속부의 탄성 정수를 종래의 접속부에 비하여 작게 하거나 함에 의해, 정전 인력에 의한 가동 전극의 변위량을 크게 할 수 있기 때문에, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서, 접촉력의 향상, 인가 전압의 저감, 및/또는, 전극의 치수의 축소를 실현할 수 있다는 효과를 이룬다.
[실시의 형태 1]
본 발명의 한 실시 형태에 관해 도 1 내지 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(정전 마이크로 접점 개폐기)의 개요를 도시하고 있다. 정전 마이크로 릴레이(10)는, 베이스(11)와, 일부가 베이스(11)의 윗면에 고정되고, 타부가 베이스(11)로부터 이간하여 있는 액추에이터(21)를 구비하는 구성이다. 또한, 도면중 같은 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 도면에서는, 본원 발명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 필요한 부분을 강조하여 기재하고 있다. 이 때문에, 도면에 기재된 정전 마이크로 릴레이(10)의 각종 치수는, 실제의 정전 마이크로 릴레이(10)의 각종 치수를 반영하고 있다고는 할 수 없다.
베이스(11)는, 파이렉스(등록상표) 등의 유리 기판에 의해 구성된다. 베이스 (11)의 윗면에는, 금, 구리, 알루미늄 등의 도전체에 의해, 고정 전극(12)과, 2개의 신호선(13·14)이 형성되어 있다. 2개의 신호선(13·14)은, 동일 직선상에 약간 이간하여 배치되고, 신호선(13·14)의 대향 부분이 각각 고정 접점(13a·14a)으로 된다. 또한, 고정 전극(12)과 가동 전극(24)과의 단락을 방지하기 위해, 고정 전극(12)상에 절연막(15)이 형성되어 있다.
엑추에이터(21)는, 실리콘 등의 반도체 기판에 의해 구성되고, 지지부(22), 들보부(23), 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)를 구비하는 구성이다. 지지부(22)는, 베이스(11)의 윗면에 세워 마련되고, 들보부(23), 가동 전극(24), 및 가동 접점부(25)를 지지하는 것이다. 들보부(23)는, 지지부(22)로부터 측방으로 연재되고, 접속부(28)를 통하여 가동 전극(24)을 탄성 지지함과 함께, 가동 접점부(25)를 탄성 지지하는 것이다. 들보부(23)의 선단에는 가동 접점부(25)가 마련되고, 들보부(23)의 양측에는 접속부(28·28)를 통하여 가동 전극(24·24)이 마련된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 접속부(28)의 두께와, 들보부(23) 및 가동 전극(24)의 두께는 같다.
가동 전극(24·24)은, 베이스(11)의 고정 전극(12)과 대향하는 위치에 마련된다. 본 실시 형태에서는, 가동 전극(24·24)과 들보부(23) 사이의 접속부(28)에는, 지지부(22)측으로부터 슬릿(27·27)이 형성되어 있다. 따라서, 가동 전극(24·24)과 들보부(23)는, 가동 접점부(25)측에서 접속하게 된다.
가동 접점부(25)는, 고정 접점(13a)부터 고정 접점(14a)까지의 영역에 대향하는 위치에 마련된다. 또한, 가동 접점부(25)의 하면에는, 절연막(도시 생략)이 형성되고, 상기 절연막상에, 도전체로 이루어지는 가동 접점(26)이 마련된다. 가동 접점(26)은, 각 고정 접점(13a·14a)과 대향하고, 양 고정 접점(13a·14a)과 폐성함에 의해, 신호선(13·14)을 서로 전기적으로 접속하도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 가동 접점(26)이 2개소의 고정 접점(13a·14a)과 접리하는 더블 브레이크 구조로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 액추에이터(21)는, 가동 접점부(25)를 편측에서 지지하고 있기 때문에, 「편지형(片持型)(캔틸레버 형) 액추에이터」라고 불리고 있다.
도 2(a)·2(b)는, 고정 전극(12)과 가동 전극(24) 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도시한 바와 같이, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a)이 이간하여 있고, 신호선(13, 14)을 서로 전기적으로 분리하고 있다.
도 3(a)·3(b)는, 고정 전극(12)과 가동 전극(24) 사이에 전압을 인가하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도시한 바와 같이, 상기 전압의 인가에 의해 발생하는 정전 인력으로, 가동 전극(24)이 고정 전극(12)측으로 구동된다. 이로써, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a)이 접촉하고, 신호선(13, 14)을 서로 전기적으로 접속한다.
본 실시 형태에서는, 들보부(23)와 가동 전극(24·24)은, 가동 접점부(25)측에서 접속하고 있고, 지지부(22)측에서 슬릿(27)에 의해 이간하여 있다. 이로써, 도 3(a)·3(b)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24·24)은, 가동 접점부(25)측을 제외한 대부분에서, 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)과 접착하게 된다. 이 경우, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12)에 있어서의 정전 인력은, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이의 거리의 2승에 반비례하기 때문에, 현저하게 커진다. 이로써, 들보부(23)의 탄성 정수를 크게 하여도, 가동 접점부(25)에 주는 접촉력을 크게 할 수 있고, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a) 사이의 접촉 저항을 안정시킬 수 있다.
다음에, 고정 전극(12)과 가동 전극(24) 사이의 전압을 없애면, 정전 인력이 소멸하고, 들보부(23) 및 가동 전극(24)의 복원력에 의해, 액추에이터(21)는, 도 2(a)·2(b)에 도시한 원래의 위치로 되돌아온다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 들보부(23)의 탄성 정수를 크게 할 수 있기 때문에, 들보부(23)가 가동 접점부(25)에 주는 복귀력을 크게 할 수 있고, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a)과의 부착을 방지할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에 있어서의 가동 전극(24)의 각종 특성에 관해 검토한다. 전압의 인가에 의한 가동 전극(24)의 변위량은, 들보부(23)와 가동 전극(24)을 접속하는 접속부(28)의 탄성 정수에 의존한다. 접속부(28)의 탄성 정수(k)는 다음 식으로 표시된다.
k∝W×H3/L3 … (1).
여기서, W는, 접속부(28)에 있어서 가동 전극(24)과 들보부(23)를 접속하는 실제의 접속 부분(28a)의 길이이고, L은, 실제의 접속 부분(28a)에 있어서의 가동 전극(24)과 들보부(23) 사이의 폭이고, H는, 가동 전극(24)의 두께이다. 도 1에는, 기호 W·L을 기재하고 있고, 도 2(b)에는, 기호 H를 기재하고 있다.
그런데, 고정 전극(12)에 가동 전극(24)을 충분히 끌어당기는데 필요한 인가 전압을 나타내는 지표로서, 풀 인(Pull in) 전압이 있다. 풀 인 전압은, 가동 평행 평판 전극의 전극 사이 거리가 초기의 2/3 이하로 되는 전압을 말한다. 풀 인 전압이 낮으면, 고정 전극(12)에 가동 전극(24)의 대부분을 접착하는데 필요한 인가 전압도 낮아진다.
상기한 풀 인(Pull in) 전압(Vpi)은 다음 식으로 표시된다.
Vpi=((8×k×d03)/(27×ε×S))1/2 … (2).
여기서, d0은 전압 무인가시의 전극 사이의 거리이고, ε는 전극 사이의 유전율이고, S는 전극 면적이다.
또한, 전극 사이의 정전 인력(Fele)은 다음 식으로 표시된다.
Fele=(C×Vs2)/(2×d) … (3).
여기서, C는 전기 용량이고, Vs은 인가 전압이고, d는 전극 사이의 거리이다.
도 1 및 도 2(b)와, 도 40 및 도 41(b)를 비교하면, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)에서는, 종래의 정전 마이크로 릴레이(100)에 비하여, 폭(L) 및 두께(H)가 동등하지만, 실제의 접속 부분(28a)의 길이(W)가, 종래의 실제의 접속 부분의 길이, 즉 종래의 접속부(118)의 길이(W)보다 짧은 것을 이해할 수 있다. 따라서, 상기 식(1)으로부터, 본 실시 형태의 접속부(28)는, 종래의 접속부(118)에 비하여, 탄성 정수를 작게 할 수 있다. 또한, 상기 식(2)으로부터, 가동 전극(24)의 치수를 크게 하는 일 없이, 풀 인 전압을 내릴 수 있다.
다음에, 전압의 인가에 의한 가동 전극(24)의 동작에 관해, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는, 도 1에 도시한 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 주요부를 도시하고 있다. 또한, 도 5(a) 내지 5(d)는, 도 4에 도시한 C-C선, 즉, 가동 전극(24)으로부터 가동 접점부(25)에 걸쳐서 단면한 도면이고, 가동 전극(24)이 정전 인력에 의해 이동하는 양상을 도시하고 있다.
본 실시 형태의 가동 전극(24)의 동작은 하기한 바와 같다. 즉, 전압 무인가시에서는, 가동 전극(24)은 도 5(a)에 도시한 배치로 된다. 그리고, 전압을 인가하면, 우선 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24)의 외측이 정전 인력에 의해 고정 전극(12)측으로 변위한다. 이 때, 상술한 바와 같이, 접속부(28)는, 탄성 정수가 작고, 휘는 량이 많기 때문에, 가동 전극(24)은, 변위량이 크고, 선단부가 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)에 접착한다.
가동 전극(24)의 변위량이 큼에 의해, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이의 거리가 작아저서, 상기 식(3)에 의해 정전 인력이 증가한다. 이로써, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)가 베이스(11)의 측으로 이동한다. 이 때, 접속부(28)의 휘는 량이 많기 때문에, 상기 전극 사이의 거리의 감소량이 많고, 정전 인력의 증가량이 많다. 이 때문에, 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)의 변위량이 많고, 가동 전극(24)의 반분이 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)에 접착함과 함께, 가동 접점(26)이 고정 접점(13a)과 접촉한다.
가동 전극(24)이 베이스(11)측으로 이동함에 의해, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이의 거리가 더욱 작아지고, 상기 식(3)에 의해 정전 인력이 더욱 증가한다. 이로써, 동 도(d)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)가 베이스(11)의 측으로 더욱 이동한다. 이로써, 가동 전극(24)은, 대부분이 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)에 접착하기 때문에, 가동 전극(24)에 작용하는 정전 인력이 현저하게 커지고, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a)과의 접촉력이 커저서, 접촉 저항이 안정된다.
따라서 복귀력을 유지한 채로, 접속부(28)의 탄성 정수를 작게 함에 의해, 정전 인력을 증대시킬 수 있다. 이로써, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서 접촉력을 향상할 수 있다. 또한, 접촉력이 종래와 동등하면 좋은 경우에는, 정전 인력을 저감할 수 있기 때문에, 인가 전압을 저감하거나, 가동 전극(24)의 치수를 축소하거나 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 들보부(23)의 양측에 가동 전극(24·24)을 마련하고 있지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 들보부(23)의 편측만에 가동 전극(24)을 마련하여도 좋다. 그러나, 가동 접점부(25)를 베이스(11)에 대해 기울어지는 일 없이 이동시키기 위해, 들보부(23)의 양측에 가동 전극(24·24)을 마련하는 것이 바람직하다.
(실시예 1)
다음에, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 구체적인 예에 관해 도 6 내지 도 9를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는, 들보부(23)의 길이 방향을 종방향으로 하고, 짧은변 방향을 폭방향으로 한다. 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)에서는, 베이스(11)는 유리 기판에 의해 구성되고, 고정 전극(12), 신호선(13·14)은, Au에 의해 형성되고, 액추에이터(21)는 실리콘 반도체 기판에 의해 구 성되고, 가동 접점(26)은 Au에 의해 형성되어 있다.
또한, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)에 있어서의 각종 치수는 이하와 같다. 즉, 들보부(23)에서는, 길이(종방향의 길이)가 450㎛이고, 폭(폭방향의 길이)이 120㎛이다. 또한, 가동 전극(24)은, 길이가 410㎛이고, 폭이 500㎛이다. 또한, 접속부(28)는, 길이가 가동 전극(24)과 같은 410㎛이고, 폭이 40㎛이다. 접속부(28)중, 슬릿(27)의 길이가 310㎛이고, 실제의 접속 부분(28a)의 길이(W)가 100㎛이다. 또한, 들보부(23), 가동 전극(24), 가동 접점부(25), 및 접속부(28)의 두께(H)는 21.15㎛이다. 또한, 전압의 무인가시에 있어서, 고정 전극(12) 및 가동 전극(24) 사이의 거리는 1.2㎛이고, 고정 접점(13a·14a) 및 가동 접점(26) 사이의 거리는 1.0㎛이다.
도 6은, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)에 관해, 20V의 전압을 인가한 경우에 있어서의 액추에이터(21)의 변위량의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 도시에 있어서, 변위량이 동등한 점을 등고선으로 연결하고 있고, 가동 전극(24)의 윤곽과 등고선으로 둘러싸인 영역에 있어서의 변위량의 개요를 도트의 밀도로 나타내고 있다. 즉, 도트가 없는 영역은, 변위량이 거의 제로인 상태를 나타내고 있고, 도트의 밀도가 가장 높은 영역은, 가동 전극(24)이 고정 전극(12)에 접착하여 있는 상태를 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시 형태의 가동 전극(24)은, 변위량이 많고, 거의 전부가 고정 전극(12)에 접착하여 있는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 고정 전극(12) 및 가동 전극(24) 사이의 정전 인력에 의해, 가동 접점(26)이 고정 접점(13a·14a) 을 가압한 힘이 종래에 비하여 커지기 때문에, 접촉력이 커지는 것을 이해할 수 있다.
다음에, 본 실시예 및 비교예의 접촉력에 관해, 도 7 내지 도 9를 참조하면서, 보다 상세히 검토하다. 또한, 비교예는, 도 40에 도시된 종래의 정전 마이크로 릴레이(100)이고, 슬릿(27)을 제외한 본 실시예의 상기 치수와 같은 치수를 갖는 것이다. 또한, 본 실시예와 비교예와의 복귀력을 정돈하기 위해, 비교예의 정전 마이크로 릴레이(100)에서는, 들보부(113), 가동 전극(114), 및 가동 접점부(115)의 두께(H)를 19.46㎛로 하고 있다. 즉, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)에서는, 종래와 같은 정도의 복귀력을 확보하기 위해, 들보부(23), 가동 전극(24), 가동 접점부(25), 및 접속부(28)의 두께(H)를 증가시키고 있다.
도 7은, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)와 비교예의 정전 마이크로 릴레이(100)에 있어서의 인가 전압과 접촉력과의 관계를 도시한 그래프이다. 동 도면을 참조하면, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 종래와 같은 정도의 복귀력으로, 접촉력이 종래보다도 9배 정도로 현저하게 향상하는 것을 이해할 수 있다.
또한, 접촉력이 제로보다도 커진다는 것은, 고정 접점(13a·14a)과 가동 접점(26)이 접촉하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 온 상태로 되는 것을 의미하고 있다. 따라서 도 7을 참조하면, 비교예에서는 인가 전압이 17V에서 온 상태로 됨에 대해, 본 실시예에서는 인가 전압이 15V에서 온 상태로 되는 것을 이해할 수 있다. 즉, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 종래보다도 낮은 인가 전압에서 온 상태로 되는 것을 이해할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 인가 전압이 15V인 경우의 본 실시예의 접촉력은, 인가 전압이 20V인 경우의 비교예의 접촉력보다도 크다. 따라서 종래와 같은 정도의 접촉력(0.21mN)으로 좋은 경우에는, 인가 전압을 약 20V로부터 약 15V로 약 25% 감소할 수 있다. 이것은, 전극 면적을 약 반분으로 하는 것과 등가이다. 그 결과, 종래보다도 소형화 및/또는 저전압화가 가능한 정전 마이크로 릴레이(10)를 실현할 수 있다.
또한, 상기 식(3)과 같이, 정전 인력은 정전 용량에 비례하지만, 본 실시예로의 정전 용량은 29.31㎊이고, 비교예에서의 정전 용량은 7.16㎊이였다. 따라서 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 종래의 정전 마이크로 릴레이(100)에 비하여, 같은 인가 전압으로 정전 인력이 현저하게 향상하는 것을 이해할 수 있다.
도 8 및 도 9는, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)에 있어서, 슬릿(27)의 길이와 접촉력과의 관계를 각각 표 형식 및 그래프로 도시하고 있다. 도 9의 그래프를 참조하면, 슬릿(27)의 길이가 150㎛인 위치에서 접촉력이 급격하게 상승하는 것을 이해할 수 있다. 따라서 슬릿(27)의 길이는, 150㎛ 이상, 즉 가동 전극(24)의 길이의 약 37% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 도 9의 그래프를 참조하면, 슬릿(27)의 길이가 250㎛인 경우에, 접촉력이 최대로 되고, 그 이후는 접촉력이 거의 같은 것을 이해할 수 있다. 따라서 슬릿(27)의 길이는, 250㎛ 이상, 즉 가동 전극(24)의 길이의 약 60% 이상인 것이, 안정된 접촉력을 확보하는데 보다 바람직하다. 그 중에서도 제조시의 편차나 실제의 접속 부분(28a)에서의 강도를 고려하면, 슬릿(27)의 길이는, 가동 전극(24)의 길이의 약 70 내지 약 90%인 280 내지 370㎛인 것이 특히 바람직하다.
[실시의 형태 2]
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태에 관해, 도 10을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 신호선(13·14)의 양측에 고정 전극(12)을 마련하고 있는 점과, 가동 접점부(25)의 양측에 지지부(22), 들보부(23), 가동 전극(24), 및 접속부(28)를 마련하고 있는 점만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 10은, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 개요를 도시한 것이다. 또한, 도시한 액추에이터(21)는, 가동 접점부(25)를 양측에서 지지하기 때문에, 「양지형(兩持型) 액추에이터」라고 불리고 있다.
본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)와 같은 작용 효과를 이룰 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 신호선(13·14)의 양측에 고정 전극(12) 등을 재치하는 스페이스를 필요로 하지만, 가동 접점부(25)를, 베이스(11)에 대해 거의 평행 상태를 유지하면서, 수직 방향으로 이동시킬 수 있기 위해, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a)과의 접촉을 안정화시킬 수 있다. 또한, 접촉부분의 편마모(片摩耗)를 억제할 수 있다.
(실시예 2)
다음에, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 구체적인 예에 관해 도 11을 참조하면서 설명한다. 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)의 실시예에 비하여, 신호선(13·14)의 양측에 고정 전극(12)을 마련하고 있는 점과, 가동 접점부(25)의 양측에 지지부(22), 들보부(23), 가동 전극(24), 및 접속부(28)를 마련하고 있는 점만이 다르고, 구성 요소의 재질이나 각종 치수는 같다.
도 11은, 본 실시예의 정전 마이크로 릴레이(10)에 관해, 20V의 전압을 인가한 경우에 있어서의 가동 전극(24)의 변위량의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 또한, 도시한 등고선이나 도트는 도 6과 같은 의미이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 가동 전극(24)은, 변위량이 많고, 거의 전부가 고정 전극(12)에 접착하여 있는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 고정 전극(12) 및 가동 전극(24) 사이의 정전 인력에 의해, 가동 접점(26)이 고정 접점(13a·14a)을 가압하는 힘이 종래에 비하여 커지기 때문에, 접촉력이 커지는 것을 이해할 수 있다.
[실시의 형태 3]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해, 도 12 내지 도 19를 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접속부(28)에 있어서의 실제의 접속 부분만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 12는, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 개요를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접속부(28)에 있어서의 실제의 접속 부분(28b)에서의 재질 및/또는 구조가, 들보부(23) 및 가동 전극(24)에 있어서의 재질 및/또는 구조와는 다르다. 이로써, 실제의 접속 부분(28b)의 재질 및/또는 구조에 응하여, 실제의 접속 부분(28b)의 폭이나 두께를 용이하게 변경할 수 있기 때문에, 실제의 접속 부분(28b)의 설계의 자유도가 향상한다.
또한, 실제의 접속 부분(28b)의 구성예로서는, 실제의 접속 부분(28b)을 적층막으로 하는 것이나, 실제의 접속 부분(28b)에 도전물을 충전한 후 단층으로 깎는 것 등을 들 수 있다.
다음에, 상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)의 제조 방법에 관해 도 13 내지 도 15를 참조하면서 설명한다.
도 13(a)·13(b)는, 베이스(11)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 파이렉스(등록상표) 등의 유리 기판(11a)을 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(11a)에 금속막을 형성하고, 고정 전극(12) 및 신호선(13·14)을 패턴 형성한다. 또한, 이와 동시에, 그 밖의 프린트 배선 및 접속용 패드를 각각 패턴 형성하여도 좋다. 그리고, 고정 전극(12)에 절연막(15)을 형성함에 의해, 베이스(11)가 완성된다. 또한, 절연막(15)으로서 비유전율 3 내지 4의 실리콘 산화막 또는 비유전율 7 내지 8의 실리콘 질화막 을 이용하면, 큰 정전 인력을 얻을 수 있어서, 접촉력을 증가시킬 수 있다.
도 14(a)·14(b)는, 액추에이터(21)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼(30)를 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 실리콘 산화막을 마스크로 하는 TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide)에 의한 웨트 에칭을 행하여, 지지부(22)를 형성한다. 그리고, 절연막 및 금속막을 형성하여, 가동 접점(26)을 패턴 형성한다.
도 15(a) 내지 15(c)는, 베이스(11) 및 액추에이터(21)의 접속 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 베이스(11)에 SOI 웨이퍼(30)를 양극접합(陽極接合)으로 접합 일체화한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면을 TMAH, KOH 등의 알칼리 에칭액으로 산화 실리콘(SiO2)막(31)까지 에칭하여 얇게 한다. 또한, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 접속부(28)의 실제의 접속 부분(28b)에 대응하는 영역 이외의 산화 실리콘막(31)을 불소계 에칭액으로 제거하여 들보부(23), 가동 전극(24), 및 가동 접점부(25)를 노출시킨다. 다음에, RIE(Reactive Ion Etching) 등을 이용한 드라이 에칭으로 틀빼기(型拔) 에칭을 행하여, 슬릿(27·27)이나 여러가지의 노치부(도시 생략)를 형성하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 완성된다.
따라서 도 13 내지 도 15에 도시한 제조 방법에 의해 제조된 접속부(28)의 실제의 접속 부분(28b)은, 도 15(c)에 도시한 바와 같이, 들보부(23) 및 가동 전극(24)과 같은 실리콘층상에, 압축 응력막의 산화 실리콘막(31)이 형성된 적층 구조 로 된다.
다음에, 상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)의 다른 제조 방법에 관해 도 16 및 도 17을 참조하면서 설명한다. 또한, 베이스(11)의 제조 공정은 도 13에 도시한 제조 공정과 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 16(a) 내지 16(c)는, 액추에이터(21)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)를 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면으로부터, 예를 들면, 실리콘 산화막을 마스크로 한 TMAH에 의한 웨트 에칭을 행하여, 지지부(22)를 형성한다. 그리고, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 절연막 및 금속막을 형성하여, 가동 접점(26)을 패턴 형성한다. 이와 함께, 접속부(28)의 실제의 접속 부분(28b)에 대응하는 영역에도, 금속막을 패턴 형성한다.
도 17(a)·17(b)는, 베이스(11) 및 액추에이터(21)의 접속 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 베이스(11)에 SOI 웨이퍼(30)를 양극접합으로 접합 일체화한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면을 TMAH, KOH 등의 알칼리 에칭액으로 산화 실리콘막(31)까지 에칭하여 얇게 하고, 또한, 불소계 에칭액으로 산화 실리콘막(31)을 제거하여 들보부(23), 가동 전극(24), 및 가동 접점부(25)를 노출시킨다. 다음에, RIE 등을 이용한 드라이 에칭으로 틀빼기 에칭을 행하여, 슬릿(27·27)이나 여러가지의 노치부(도시 생략)를 형성하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 완성된다.
따라서 도 16 및 도 17에 도시한 제조 방법에 의해 제조된 접속부(28)의 실 제의 접속 부분(28b)은, 도 17(b)에 도시한 바와 같이, 들보부(23) 및 가동 전극(24)과 같은 실리콘 층과, 베이스(11)측에 형성된 금속막(32)으로 이루어지는 적층 구조로 된다.
다음에, 상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)의 다른 제조 방법에 관해 도 18 및 도 19를 참조하면서 설명한다. 또한, 베이스(11)의 제조 공정은 도 13에 도시한 제조 공정과 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 18(a) 내지 18(c)는, 액추에이터(21)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)를 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면으로부터, 예를 들면, 실리콘 산화막을 마스크로 한 TMAH에 의한 웨트 에칭을 행하여, 지지부(22)를 형성한다. 또한, 접속부(28)의 실제의 접속 부분(28b)에 대응하는 영역에 에칭을 행하여, 산화 실리콘막(31)을 노출시킨다. 그리고, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 절연막 및 금속막을 형성하여, 가동 접점(26)을 패턴 형성한다. 이와 함께, 접속부(28)의 실제의 접속 부분(28b)에 대응하는 오목부에도, 금속막(33)을 패턴 형성한다.
도 19(a)·19(b)는, 베이스(11) 및 액추에이터(21)의 접속 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 베이스(11)에 SOI 웨이퍼(30)를 양극접합으로 접합 일체화한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면을 TMAH, KOH 등의 알칼리 에칭액으로 산화 실리콘막(31)까지 에칭하여 얇게 하고, 또한, 불소계 에칭액으로 산화 실리콘막(31)을 제거하여 들보부(23), 가동 전극(24), 및 가동 접점부(25)를 노출시킨다. 다음에, RIE 등을 이용한 드라이 에칭으로 틀빼기 에칭을 행하고, 슬릿(27·27)이나 여러가지의 노치부(도시 생략)를 형성하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 완성된다.
따라서 도 18 및 도 19에 도시한 제조 방법에 의해 제조된 접속부(28)의 실제의 접속 부분(28b)은, 도 19(b)에 도시한 바와 같이, 들보부(23) 및 가동 전극(24)과 재질이 다른 금속막(33)으로 이루어지는 단층 구조로 된다.
[실시의 형태 4]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해, 도 20을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접점 구조를 싱글 브레이크 구조로 한 점만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 20은, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 개요를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 베이스(11)상의 신호선(13·14)이, 고정 전극(12)을 끼우도록, 들보부(23)와 동일 직선상에 마련되어 있다. 또한, 신호선(13)에 있어서의 신호선(14)과의 대향 부분이 고정 접점(13a)으로 된다.
또한, 액추에이터(21)의 지지부(22)의 중앙으로부터 들보부(23)를 통하여 가동 접점부(25)까지의 하면에는, 절연막(도시 생략)을 사이에 두고, 도전체로 이루어지는 신호선(35)이 형성되어 있다. 신호선(35)은, 베이스(11)의 신호선(14)과 전기적으로 접속하여 있고, 가동 접점부(25)의 하면의 부분, 즉 신호선(13)의 고정 접점(13a)과의 대향 부분이 가동 접점(35a)으로 된다.
상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)에 있어서, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이에 전압을 인가하면, 가동 접점부(25)가 이동하여 가동 접점(35a)과 고정 접점(13a)이 접촉한다. 이로써, 신호선(13·14)이, 신호선(35)을 통하여 전기적으로 접속하게 된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 가동 접점(35a)이 1개소의 고정 접점(13a)과 접리하는 싱글 브레이크 구조이다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접점의 수가 적기 때문에, 접촉 신뢰성이 향상한다.
[실시의 형태 5]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해, 도 21 내지 도 25를 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접속부(28)의 구성만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 21은, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이의 개요를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 1에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 가동 전극(24·24)과 들보부(23) 사이의 접속부(28·28)에 오목부(50·50)가 형성되어 있는 점이 다르다.
도 22(a)·22(b)는, 고정 전극(12)과 가동 전극(24) 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도시한 바와 같이, 가동 접점(26)과 고정 접 점(13a·14a)이 이간하여 있고, 신호선(13, 14)을 서로 전기적으로 분리하고 있다.
도 23(a)·23(b)는, 고정 전극(12)과 가동 전극(24) 사이에 전압을 인가하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도시한 바와 같이, 상기 전압의 인가에 의해 발생한 정전 인력으로, 가동 전극(24)을 고정 전극(12)측으로 구동한다. 이로써, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a)이 접촉하여, 신호선(13, 14)을 서로 전기적으로 접속한다.
본 실시 형태에서는, 접속부(28)에 오목부(50·50)가 형성되어 있다. 오목부(50)는, 들보부(23) 및 가동 전극(24)에 비하여 얇기 때문에, 탄성 정수가 종래보다도 작고 휘기 쉽다. 따라서, 도 23(a)·23(b)에 도시한 바와 같이, 오목부(50·50)에서 크게 휨에 의해, 가동 전극(24·24)은, 들보부(23)에 가까운 영역을 제외한 대부분에서, 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)과 접착하게 된다. 이 경우, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12)에 있어서의 정전 인력은, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이의 거리의 2승에 반비례하기 때문에, 현저하게 커진다. 이로써, 들보부(23)의 탄성 정수를 크게 하여도, 가동 접점부(25)에 주는 접촉력을 크게 할 수 있고, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a) 사이의 접촉 저항을 안정시킬 수 있다.
그리고, 고정 전극(12)과 가동 전극(24) 사이의 전압을 없애면, 정전 인력이 소멸하고, 들보부(23), 가동 전극(24), 및 오목부(50)의 복원력에 의해, 액추에이터(21)는 도 22(a)·22(b)에 도시한 원래의 위치로 되돌아온다.
다음에, 전압의 인가에 의한 가동 전극(24)의 동작에 관해, 도 24 및 도 25 를 참조하면서 설명한다. 도 24는, 도 21에 도시한 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 주요부를 도시하고 있다. 또한, 도 25(a) 내지 25(d)는, 도 24에 도시한 C-C선, 즉, 가동 전극(24)부터 가동 접점부(25)에 걸쳐서 단면한 도면으로서, 가동 전극(24)이 정전 인력에 의해 이동하는 양상을 도시하고 있다.
본 실시 형태의 가동 전극(24)의 동작은 하기한 바와 같다. 즉, 전압 무인가시에는, 가동 전극(24)은 도 25(a)에 도시한 배치로 된다. 그리고, 전압을 인가하면, 우선 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24)이 정전 인력에 의해 고정 전극(12)측으로 변위한다. 이 때, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 오목부(50)는 탄성 정수가 종래보다도 작기 때문에, 휘는 량이 많다. 이 때문에, 가동 전극(24)의 변위량이 많아지고, 가동 전극(24)의 선단이 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)에 접착한다.
가동 전극(24)의 변위량이 많음에 의해, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이의 거리가 작아저서, 상기 식(3)에 의해 정전 인력이 증가한다. 이로써, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)가 베이스(11)의 측으로 이동한다. 이 때, 본 실시 형태의 오목부(50)는, 휘는 량이 많기 때문에, 상기 전극 사이의 거리의 감소량이 많고, 정전 인력의 증가량이 많다. 이 때문에, 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)의 변위량이 많고, 가동 전극(24)의 반분이 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)에 접착함과 함께, 가동 접점(26)이 고정 접점(13a)과 접촉한다.
가동 전극(24)이 베이스(11)측으로 이동함에 의해, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이의 거리가 더욱 작아지고, 상기 식(3)에 의해 정전 인력이 더욱 증가한다. 이로써, 동 도(d)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(24) 및 가동 접점부(25)가 베이스(11)의 측으로 더욱 이동한다. 이로써, 가동 전극(24)은, 대부분이 절연막(15)을 사이에 두고 고정 전극(12)에 접착하기 때문에, 가동 전극(24)에 작용하는 정전 인력이 현저하게 커지고, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a)과의 접촉력이 커지고, 접촉 저항이 안정된다.
따라서 복귀력을 유지한 채로, 접속부(28)의 탄성 정수를 작게 함에 의해, 정전 인력을 증대시킬 수 있다. 이로써, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서 접촉력을 향상할 수 있다. 또한, 접촉력이 종래와 동등하면 좋은 경우에는, 정전 인력을 저감할 수 있기 때문에, 인가 전압을 저감하거나, 가동 전극(24)의 치수를 축소하거나 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 들보부(23)의 양측에 가동 전극(24·24)을 마련하고 있지만, 도 24에 도시한 바와 같이, 들보부(23)의 편측만에 가동 전극(24)을 마련하여도 좋다. 그러나, 가동 접점부(25)를 베이스(11)에 대해 기울어지는 일 없이 이동시키기 위해, 들보부(23)의 양측에 가동 전극(24·24)을 마련하는 것이 바람직하다.
[실시의 형태 6]
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태에 관해, 도 26을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 신호선(13·14)의 양측에 고정 전극(12)을 마련하고 있는 점과, 가동 접점부(25)의 양측에 지지부(22), 들보부(23), 가동 전극(24), 및 접속부(28)를 마련하고 있는 점만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 26은, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 개요를 도시한 것이다. 또한, 도시한 액추에이터(21)는, 가동 접점부(25)를 양측에서 지지하는 양지형 액추에이터이다.
본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)와 같은 작용 효과를 이룰 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 신호선(13·14)의 양측에 고정 전극(12) 등을 재치하는 스페이스를 필요로 하지만, 가동 접점부(25)를, 베이스(11)에 대해 거의 평행 상태를 유지하면서, 수직 방향으로 이동시킬 수 있기 때문에, 가동 접점(26)과 고정 접점(13a·14a)과의 접촉을 안정화시킬 수 있다. 또한, 접촉부분의 편마모를 억제할 수 있다.
[실시의 형태 7]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해, 도 27 내지 도 34를 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접속부의 구성만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 27(a)·27(b)는, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 구조를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 들보부(23)와 가동 전극(24·24)과의 접속부(51)가, 들보부(23) 또는 가동 전극(24)을 연재항 종래의 접속부보다도 탄성 정수가 작은 도전체 또는 반도체로 하고 있다. 이로써, 접속부(51)의 재질 및/또는 구조에 응하여, 접속부(51)의 폭이나 두께를 용이하게 변경할 수 있기 때문에, 접속부(51)의 설계의 자유도가 향상한다. 또한, 접속부(51)의 구성예로서는, 접속부(51)를 적층막으로 하는 것이나, 접속부(51)에 도전물을 충전한 후 단층으로 깎는는 것 등을 들 수 있다.
다음에, 상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)의 한 제조 방법에 관해 도 28 내지 도 30을 참조하면서 설명한다.
도 28(a)·28(b)는, 베이스(11)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 파이렉스(등록상표) 등의 유리 기판(11a)을 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(11a)에 금속막을 형성하고, 고정 전극(12) 및 신호선(13·14)을 패턴 형성한다. 또한, 이와 동시에, 그 밖의 프린트 배선 및 접속용 패드를 각각 패턴 형성하여도 좋다. 그리고, 고정 전극(12)에 절연막(15)을 형성함에 의해, 베이스(11)가 완성된다. 또한, 절연막(15)으로서 비유전율 3 내지 4의 실리콘 산화막 또는 비유전율 7 내지 8의 실리콘 질화막을 이용하면, 큰 정전 인력을 얻을 수 있어서, 접촉력을 증가시킬 수 있다.
도 29(a) 내지 29(c)는, 액추에이터(21)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있 다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)를 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면으로부터, 예를 들면, 실리콘 산화막을 마스크로 한 TMAH에 의한 웨트 에칭을 행하여, 지지부(22)를 형성한다. 또한, 접속부(51)에 대응하는 영역에 에칭을 행하여, 산화 실리콘막(31)을 노출시킨다. 그리고, 동 도(c)에 도시한 바와 같이, 절연막 및 금속막을 형성하여, 가동 접점(26)을 패턴 형성한다. 이와 동시에, 접속부(51)에 대응하는 영역에도, 금속막(60)을 패턴 형성한다.
도 30(a)·30(b)는, 베이스(11) 및 액추에이터(21)의 접속 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 베이스(11)에 SOI 웨이퍼(30)를 양극접합으로 접합 일체화한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면을 TMAH, KOH 등의 알칼리 에칭액으로 산화 실리콘막(31)까지 에칭하여 얇게 하고, 또한, 불소계 에칭액으로 산화 실리콘막(31)을 제거하여 들보부(23), 가동 전극(24), 가동 접점부(25), 및 접속부(51)를 노출시킨다. 다음에, RIE 등을 이용한 드라이 에칭으로 틀빼기 에칭을 행하여, 여러가지의 노치부(도시 생략)를 형성하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 완성된다.
따라서 도 28 내지 도 30에 도시한 제조 방법에 의해 제조된 접속부(51)는, 도 30(b)에 도시한 바와 같이, 들보부(23) 및 가동 전극(24)과 재질이 다른 금속막(33)으로 이루어지는 단층 구조로 된다.
다음에, 상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)의 다른 제조 방법에 관해 도 31 및 도 32를 참조하면서 설명한다. 또한, 베이스(11)의 제조 공정은 도 28에 도 시한 제조 공정과 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 31(a)·31(b)는, 액추에이터(21)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)를 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 실리콘 산화막을 마스크로 한 TMAH에 의한 웨트 에칭을 행하여, 지지부(22)를 형성한다. 그리고, 절연막 및 금속막을 형성하여, 가동 접점(26)을 패턴 형성한다.
도 32(a)·32(b)는, 베이스(11) 및 액추에이터(21)의 접속 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 베이스(11)에 SOI 웨이퍼(30)를 양극접합으로 접합 일체화한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면을 TMAH, KOH 등의 알칼리 에칭액으로 산화 실리콘(SiO2)막(31)까지 에칭하여 얇게 하고, 또한, 접속부(51)에 대응하는 영역 이외의 산화 실리콘막(31)을 불소계 에칭액으로 제거하여 들보부(23), 가동 전극(24), 및 가동 접점부(25)를 노출시킨다. 다음에, RIE 등을 이용한 드라이 에칭으로 틀빼기 에칭을 행하여, 여러가지의 노치부(도시 생략)를 형성하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 완성된다.
따라서 도 31 및 도 32에 도시한 제조 방법에 의해 제조된 접속부(51)는, 도 32(b)에 도시한 바와 같이, 들보부(23) 및 가동 전극(24)과 같은 실리콘층상에, 압축 응력막의 산화 실리콘막(31)이 형성된 적층 구조로 된다.
다음에, 상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)의 다른 제조 방법에 관해 도 33 및 도 34를 참조하면서 설명한다. 또한, 베이스(11)의 제조 공정은 도 28에 도 시한 제조 공정과 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 33(a)·33(b)는, 액추에이터(21)의 제조 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)를 준비한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면으로부터, 예를 들면, 실리콘 산화막을 마스크로 한 TMAH에 의한 웨트 에칭을 행하여, 지지부(22)를 형성한다. 그리고, 절연막 및 금속막을 형성하여, 가동 접점(26)을 패턴 형성한다. 이와 함께, 접속부(51)에 대응하는 영역에도, 인장 응력막으로 이루어지는 금속막(62)을 패턴 형성한다.
도 34(a)·34(b)는, 베이스(11) 및 액추에이터(21)의 접속 공정의 한 예를 도시하고 있다. 우선, 동 도(a)에 도시한 바와 같이, 베이스(11)에 SOI 웨이퍼(30)를 양극접합으로 접합 일체화한다. 다음에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이, SOI 웨이퍼(30)의 윗면을 TMAH, KOH 등의 알칼리 에칭액으로 산화 실리콘막(31)까지 에칭하여 얇게 하고, 또한, 불소계 에칭액으로 산화 실리콘막(31)을 제거하여 들보부(23), 가동 전극(24), 및 가동 접점부(25)를 노출시킨다. 다음에, RIE 등을 이용한 드라이 에칭으로 틀빼기 에칭을 행하여, 여러가지의 노치부(도시 생략)를 형성하여, 정전 마이크로 릴레이(10)가 완성된다.
따라서 도 33 및 도 34에 도시한 제조 방법에 의해 제조된 접속부(51)는, 도 34(b)에 도시한 바와 같이, 들보부(23) 및 가동 전극(24)과 같은 실리콘층과, 베이스(11)측에 형성된 금속막(62)으로 이루어지는 적층 구조로 된다. 또한, 금속막(62) 대신에, SiN 등 그 밖의 인장 응력막을 사용하여도 좋다.
[실시의 형태 8]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해, 도 35를 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접점 구조를 싱글 브레이크 구조로 한 점만이 다르고, 그 밖의 구성은 같다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 구성과 같은 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 35는, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)의 개요를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 베이스(11)상의 신호선(13·14)이, 고정 전극(12)을 끼우도록, 들보부(23)와 동일 직선상에 마련되어 있다. 또한, 신호선(13)에 있어서의 신호선(14)과의 대향 부분이 고정 접점(13a)으로 된다.
또한, 액추에이터(21)의 지지부(22)의 중앙으로부터 들보부(23)를 통하여 가동 접점부(25)까지의 하면에는, 절연막(도시 생략)을 사이에 도고, 도전체로 이루어지는 신호선(35)이 형성되어 있다. 신호선(35)은, 베이스(11)의 신호선(14)과 전기적으로 접속하고 있고, 가동 접점부(25)의 하면의 부분, 즉 신호선(13)의 고정 접점(13a)과의 대향 부분이 가동 접점(35a)으로 된다.
상기 구성의 정전 마이크로 릴레이(10)에 있어서, 가동 전극(24) 및 고정 전극(12) 사이에 전압을 인가하면, 가동 접점부(25)가 이동하여 가동 접점(35a)과 고정 접점(13a)이 접촉한다. 이로써, 신호선(13·14)이, 신호선(35)을 통하여 전기적으로 접속하게 된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 가동 접점(35a)이 1개소의 고정 접점(13a)과 접리하는 싱글 브레이크 구조이다. 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 도 21에 도시한 정전 마이크로 릴레이(10)에 비하여, 접점의 수가 적기 때문에, 접촉 신뢰성이 향상한다.
[실시의 형태 9]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해 도 36을 참조하면서 설명한다. 도 36은, 본 실시 형태의 무선 통신기(71)의 개략 구성을 도시하고 있다. 무선 통신기(71)에서는, 정전 마이크로 릴레이(72)가 내부 처리 회로(73)와 안테나(74) 사이에 접속되어 있다. 정전 마이크로 릴레이(72)를 온, 오프함에 의해, 내부 처리 회로(73)가 안테나(74)를 통하여 송신 또는 수신 가능한 상태와, 송신 또는 수신 불능한 상태로 전환되도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 정전 마이크로 릴레이(72)에, 도 1 내지 도 35에 도시된 정전 마이크로 릴레이(10)를 이용하고 있다. 이로써, 정전 마이크로 릴레이(72)에 있어서 구동 전압의 저감 및 소형화를 실현할 수 있기 때문에, 무선 통신기(71)의 저전력화 및 소형화를 실현할 수 있다.
[실시의 형태 10]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해 도 37을 참조하면서 설명한다. 도 37은, 본 실시 형태의 계측기(75)의 개략 구성을 도시하고 있다. 계측기(75)에서는, 복수의 정전 마이크로 릴레이(72)가, 하나의 내부 처리 회로(76)로부터 복수의 측정 대상물(78)에 이르는 복수의 신호선(77)의 도중에 각각 접속되어 있다. 각 정전 마이크로 릴레이(72)를 온, 오프함에 의해, 내부 처리 회로(76)가 송신 또는 수신하여야 할 측정 대상물(78)을 전환하도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 정전 마이크로 릴레이(72)에, 도 1 내지 도 35에 도시된 정전 마이크로 릴레이(10)를 이용하고 있다. 이로써, 정전 마이크로 릴레이(72)에 있어서 구동 전압의 저감 및 소형화를 실현할 수 있기 때문에, 계측기(75)의 저전력화 및 소형화를 실현할 수 있다.
[실시의 형태 11]
다음에, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관해 도 38을 참조하면서 설명한다. 도 38은, 본 실시 형태의 온도 관리 장치(온도 센서)(81)의 개략 구성을 도시하고 있다. 온도 관리 장치(81)는, 예를 들면 전원 장치, 제어 기기 등, 온도에 대한 안전 기능을 필요로 하는 장치(이하, 「대상(對象) 장치」라고 칭한다)(82)에 부착하고, 대상 장치(82)의 온도를 관리하는 것이다. 도시한 바와 같이, 온도 관리 장치(81)는, 대상 장치(82)의 온도에 의거하여, 대상 장치(82)의 내부 회로(83)에의 급전을 온·오프하기 위한 정전 마이크로 릴레이(72)를 구비한다.
예를 들면, 대상 장치(82)의 사용 한계가 100℃ 이상의 온도로 1시간 이내인 경우, 온도 관리 장치(81)는, 대상 장치(82)의 온도를 계측하고, 대상 장치(82)가 100℃ 이상의 온도로 1시간 동작하고 있는 것을 검지하면, 온도 관리 장치(81) 내의 정전 마이크로 릴레이(72)가 대상 장치(82)의 내부 회로(83)에의 급전을 차단한다.
본 실시 형태에서는, 정전 마이크로 릴레이(72)에, 도 1 내지 도 35에 도시된 정전 마이크로 릴레이(10)를 이용하고 있다. 이로써, 정전 마이크로 릴레이(72) 에 있어서 구동 전압의 저감 및 소형화를 실현할 수 있기 때문에, 온도 관리 장치(81)의 저전력화 및 소형화를 실현할 수 있다.
[실시의 형태 12]
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태에 관해 도 39를 참조하면서 설명한다. 도 39는, 본 실시 형태의 휴대 정보 단말(85)의 주요부 구성을 도시하고 있다. 휴대 정보 단말(85)에서는, 2개의 정전 마이크로 릴레이(72a, 72b)가 이용되어 있다. 한쪽의 정전 마이크로 릴레이(72a)는, 내부 안테나(86)와 외부 안테나(87)를 전환하는 작용을 하고 있고, 다른쪽의 정전 마이크로 릴레이(72b)는, 신호의 흐름을 송신 회로측의 전력 증폭기(88)와 수신 회로측의 저노이즈 증폭기(89)로 전환되도록 하고 있다.
본 실시 형태에서는, 정전 마이크로 릴레이(72a, 72b)에, 도 1 내지 도 35에 도시된 정전 마이크로 릴레이(10)를 이용하고 있다. 이로써, 정전 마이크로 릴레이(72a, 72b)에 있어서 구동 전압의 저감 및 소형화를 실현할 수 있기 때문에, 온도 관리 장치(81)의 저전력화 및 소형화를 실현할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)는, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서, 접촉력의 향상, 인가 전압의 저감, 및/또는 전극의 치수의 축소를 실현할 수 있기 때문에, 예를 들면, 무선 통신기, 계측기, 온도 관리 장치, 휴대 정보 단말 등의 각종 장치에 본 실시 형태의 정전 마이크로 릴레이(10)를 채용함에 의해, 장치의 저전력화 및 소형화를 실현할 수 있다.
본 발명은 상술한 각 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러가지의 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합시켜서 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 정전 마이크로 릴레이에 관해 설명하고 있지만, 정전 마이크로 스위치 등, 정전 인력에 의해 접점끼리를 접리시킴에 의해 전기 회로를 개폐하는 임의의 정전 마이크로 접점 개폐기에 대해 본원 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가동 접점부(25)의 폭을 들보부(23)의 폭보다도 넓게 하고 있지만, 이것은, 가동 접점부(25)와 들보부(23)와의 차이를 강조하기 위해서이다. 따라서, 가동 접점부(25)의 폭을 들보부(23)의 폭과 동등하게 하여도 좋고, 그 이하라도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 들보부(23)의 대부분은, 고정 전극(12)과 대향하고 있고, 들보부(23)와 고정 전극(12) 사이에 전압을 인가하면, 정전 인력에 의해 고정 전극(12)측으로 구동된다. 따라서 들보부(23)에 있어서 고정 전극(12)과 대향하는 부분은, 가동 전극(24)으로서의 기능을 갖는 것으로 된다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 정전 마이크로 접점 개폐기는, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서, 접촉력의 향상, 인가 전압의 저감, 및/또는 전극의 치수의 축소를 실현할 수 있기 때문에, 저전력화 및 소형화가 요구되는 그 밖의 MEMS 소자에도 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 정전 마이크로 접점 개폐기는, 접속부에 슬릿을 형성하거나, 접속부의 탄성 정수를 종래의 접속부에 비하여 작게 하거나 함에 의해, 정전 인력에 의한 가동 전극의 변위량을 크게 할 수 있기 때문에, 종래와 동등한 복귀력을 확보하면서, 접촉력의 향상, 인가 전압의 저감, 및/또는, 전극의 치수의 축소를 실현할 수 있다는 효과를 이룬다.

Claims (11)

  1. 베이스에 마련한 고정 전극과, 액추에이터의 가동 전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 상기 가동 전극을 구동하고, 상기 베이스에 마련한 고정 접점에 상기 액추에이터에 마련한 가동 접점을 접리시켜서 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기에 있어서,
    상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하고 있고,
    상기 들보부는, 상기 지지부의 측으로부터 상기 가동 전극 및 상기 가동 접점의 순번으로 탄성 지지하고 있고,
    상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부에는, 상기 지지부의 측으로부터 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬릿의 길이는, 상기 접속부의 길이의 약 37% 이상인 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 슬릿의 길이는, 상기 접속부의 길이의 약 60% 이상인 것을 특징으로 하 는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 슬릿의 길이는, 상기 접속부의 길이의 약 70% 내지 약 90%인 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  5. 베이스에 마련한 고정 전극과, 액추에이터의 가동 전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 상기 가동 전극을 구동하고, 상기 베이스에 마련한 고정 접점에 상기 액추에이터에 마련한 가동 접점을 접리시켜서 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기에 있어서,
    상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하고 있고,
    상기 들보부는, 상기 지지부의 측으로부터 상기 가동 전극 및 상기 가동 접점의 순번으로 탄성 지지하고 있고,
    상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부는, 상기 들보부와 같은 재질 및 두께, 또는, 상기 가동 전극과 같은 재질 및 두께로 형성된 것에 비하여, 탄성 정수가 작은 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 접속부는, 상기 들보부 및 상기 가동 전극에 비하여, 얇게 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속부는, 상기 들보부 및 상기 가동 전극에 비하여, 재질 및/또는 구조가 다른 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기.
  8. 전기 회로의 개폐를 행하기 위해, 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 기재된 정전 마이크로 접점 개폐기를 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 베이스에 마련한 고정 전극과, 액추에이터의 가동 전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 상기 가동 전극을 구동하고, 상기 베이스에 마련한 고정 접점에 상기 액추에이터에 마련한 가동 접점을 접리시켜서 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기로서, 상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하는 정전 마이크로 접점 개폐기의 제조 방법에 있어서,
    상기 베이스가 되는 유리 기판에, 상기 액추에이터가 되는 SOI 웨이퍼를 접합하고,
    상기 SOI 웨이퍼를 에칭하여 산화 실리콘막을 노출시키고,
    상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부에 대응하는 영역 이외의 영역을 에칭하여, 산화 실리콘막을 제거하는 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기의 제조 방법.
  10. 베이스에 마련한 고정 전극과, 액추에이터의 가동 전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 상기 가동 전극을 구동하고, 상기 베이스에 마련한 고정 접점에 상기 액추에이터에 마련한 가동 접점을 접리시켜서 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기로서, 상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하는 정전 마이크로 접점 개폐기의 제조 방법에 있어서,
    상기 액추에이터가 되는 SOI 웨이퍼에 대해 에칭을 행하여 상기 지지부를 형성하고, 상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부에 대응하는 영역에 금속막을 패턴 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기의 제조 방법.
  11. 베이스에 마련한 고정 전극과, 액추에이터의 가동 전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 정전 인력으로 상기 가동 전극을 구동하고, 상기 베이스에 마련한 고정 접점에 상기 액추에이터에 마련한 가동 접점을 접리시켜서 전기 회로를 개폐하는 정전 마이크로 접점 개폐기로서, 상기 액추에이터는, 상기 베이스에 세워 마련 하는 지지부와, 상기 지지부로부터 측방으로 연재되고, 접속부를 통하여 상기 가동 전극을 탄성 지지함과 함께, 상기 가동 접점을 탄성 지지하는 들보부를 구비하는 정전 마이크로 접점 개폐기의 제조 방법에 있어서,
    상기 액추에이터가 되는 SOI 웨이퍼에 대해 에칭을 행하여 상기 지지부를 형성하고,
    상기 SOI 웨이퍼에 대해, 상기 들보부와 상기 가동 전극을 접속하는 상기 접속부에 대응하는 영역에 에칭을 행하여 산화 실리콘막을 노출시키고,
    상기 접속부에 대응하는 영역에 금속막을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 마이크로 접점 개폐기의 제조 방법.
KR1020060016569A 2005-03-14 2006-02-21 정전 마이크로 접점 개폐기 및 그 제조 방법, 및 정전 마이크로 접점 개폐기를 이용한 전자 장치 KR100799454B1 (ko)

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