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JP4223246B2 - Micro relay and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP4223246B2
JP4223246B2 JP2002232182A JP2002232182A JP4223246B2 JP 4223246 B2 JP4223246 B2 JP 4223246B2 JP 2002232182 A JP2002232182 A JP 2002232182A JP 2002232182 A JP2002232182 A JP 2002232182A JP 4223246 B2 JP4223246 B2 JP 4223246B2
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H01H2059/0027—Movable electrode connected to ground in the open position, for improving isolation

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はいわゆるマイクロリレーに関する。マイクロリレーは半導体製造技術を応用して製造できる。マイクロリレーは従来型のリレーと比較して小型化を促進できる等、多くの利点があり最近、注目されているデバイスの１つである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロリレーの一般的な構造は、固定基板に対向するように可動板を備えている。マイクロリレーには、固定基板と可動板との間で所定電圧を供給したときに発生する静電引力（静電気力）を利用するものがある。このようなマイクロリレーでは、静電引力で可動板を固定板側に変移させることで接点を導通させる。また、電圧供給を解除することで接点の遮断を行う。この種のマイクロリレーについては、従来から複数の提案がある。例えば、特開平５−２４２７８８号公報では一対の固定基体の間に可動板を配設したマイクロリレーが開示されている。この公報では、微小なマイクロリレーが温度変化による歪を受け易いこと、接続電極の形成が一般に困難であること等を課題とし、これを解決した構造を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報で開示する技術は、配線を外部に引出すためにマイクロリレー内部の密封性が確保されていない。リレーの特性として接点オン（ＯＮ）時での接触抵抗が低く安定していることが要求される。これは、接触抵抗は接点周囲の雰囲気に影響を受けので、密封構造となっていることが望ましいからである。特に、マイクロリレーは半導体製造技術を用いてウェハ上にマイクロチップを多数形成し、これらをダイシングして個別化することで大量生産できるという大きなメリットがある。よって、このダイシングの際に用いる水や磨耗粉から、マイクロリレー内部の微細な駆動部や接点等を守る必要がある。しかし、特開平５−２４２７８８号公報で開示するマイクロリレーでは、ダイシング前に内部の密封構造が確保されていない、よって、好ましいリレー特性を保証できないという問題がある。
【０００４】
マイクロリレーは上記のように密封構造が好ましい他、さらに以下に列挙するように解決すべき複数の課題があり、これらの課題をより多く解決した構造のマイクロリレーであることがより望ましいと言える。
【０００５】
▲１▼ マイクロリレーの駆動方式として静電気力を用いることは、構造が比較的簡単で低消費電力を実現できるという利点がある。その際、接点間距離をできる限り大きく取ることがアイソレーション（開離接点間での信号漏洩量を抑制すること）を向上させる上で重要である。ところが、可動板を駆動させる静電引力は、印加電圧の２乗に比例し、電極間距離の２乗に反比例する。さらにマイクロリレーで実用上使用できる駆動印加電圧（１０Ｖ程度まで）やマイクロリレー自体の大きさを考慮すると、接点間距離は数μｍ程度と極めて小さくなる。よって、マイクロリレーに関して、接点間距離を大きく取った構造とすること自体が困難である。なお、ここでの接点間距離とは固定側の接点と可動板の接点とが開離したときの距離である。
【０００６】
▲２▼ マイクロリレーは静電引力、接点サイズ、接点間距離の小ささから従来のリレーのような電力切替えよりも微弱な信号切替えに向いている。このようにマイクロリレーは、信号ラインを簡単に形成でき接点も小さいので、高周波信号切替えリレー（高周波リレー）に適している。高周波リレーでは特にアイソレーション特性を向上させることが重要であり、そのためには開離接点間の静電容量を小さくすることが必要である。このように接点間の静電容量抑制には、対向接点の面積を小さくし、前記と同様に接点間の距離を大きく取ることが有効である。
【０００７】
しかし、接点の対向面積を小さくすると接点の接触面積が小さくなるので接触抵抗が大きくなってしまう。また、接点間距離は前述したように大きく取ることができない。よって、満足できる高周波特性を備えたマイクロリレーを設計することは容易ではない。
【０００８】
▲３▼ さらに、静電引力を用いるマイクロリレーでは接点とは別に駆動用の電極が固定基板及び可動板に存在する。この電極間距離が小さくなれば成る程、静電引力に基づく発生力が大きくなる。そのために、接点部以外で可動板が固定電極と接触し、電極間電荷残留（チャージアップ）により、可動板が固定電極に張付いて（強固に密着して）動かなくなるとう事態が発生する場合がある。このような事態になると、マイクロリレーとしての機能を果たせなくなる。
【０００９】
▲４▼ またさらには、マイクロリレーで用いる静電気力に基づいた接触力は小さい。しかし、リレー一般としては、接触力を大きくとり接触抵抗を小さく安定化させることが望ましい。よって、低電圧駆動ではあるが大きい接触力があるマイクロリレーが求められるが、相反する要求でありこのようなマイクロリレーの実現は困難である。さらに、マイクロリレーに関しては、電極間距離の精度を高めて製造上の歩留まりを向上させることが求められ、ワイヤボンディング等の外部接続を廃止してパッケージサイズの小型化や信号ラインでの低抵抗化について配慮した構造が求められている。
【００１０】
したがって、本発明の主な目的はアイソレーション特性を備えると共に密封性にも優れたマイクロリレーを提供すること、さらには上記他の課題も合わせて解決できるより好ましい構造を備えたマイクロリレーを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項１に記載の如く、それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、
前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前記固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記一対の固定基板間を移動し、
前記可動電極と前記固定電極とに電圧が印加されていない状態では、前記可動接点は前記一対の固定基板の前記固定接点に接することなく前記固定接点の間に位置し、
前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から開離する場合、前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から離れた後にグランド電位に設定された前記一対の固定基板の他方の固定接点に接触することを特徴とするマイクロリレーにより達成される。
【００１２】
請求項１記載に発明によれば、可動電極と定電極との間で生じる静電引力に基づいて、可動部が一対の固定基板の間を移動することにより接点の閉成、開離が行われる。この構造のマイクロリレーは半導体製造技術を用いて微小に形成できる。
【００１３】
本発明のマイクロリレーは固定電極間と可動部との距離を短くすることができるので可動部を駆動するための駆動電圧を低く抑制することができる。その一方で、固定基板の双方に可動部を静電吸引するための固定電極が存在するので、可動部が一方の固定電極に吸引された状態となっているときには、他方の固定基板と可動部との距離を略２倍にすることができる。よって、可動接点と固定接点との距離を拡大できるので微小な空間内でもアイソレーションを向上させることもできる。
【００１４】
すなわち、本発明のマイクロリレーは低電圧駆動を実現しつつ、アイソレーションの向上も図った構造を実現している。
【００１５】
そして、請求項２に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部及び前記一対の固定基板は密封を持って接合されていることが望ましい。本発明のように、接合部の密封性が高いと、可動部の移動する空間を外気から遮蔽することができる。この空間には接点、電極等が露出しているので汚染や腐食を防止することができる。よって、ウェハ上に本マイクロリレーを多数形成して、ダイシングするような工程があっても、信頼性あるマイクロリレーとして提供できる。
【００１６】
また、請求項３に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部は前記一対の固定基板と陽極接合されることで簡単に密封接合できる。
【００１７】
また、請求項４に記載のように請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記一対の固定基板それぞれに形成した固定接点は、一方が信号接続用の接点であり、他方がグランド接続用の接点とした構造を採用できる。本発明によると可動接点が信号用の接点に接触したときに閉成して信号ラインはオン状態となる。その逆にオフ状態であるときには、可動接点がグランド接続用接点に接触することでグランド側に外乱となる電荷を外部にリークできる。
【００１８】
その一方、請求項５に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定接点は、前記可動接点により接続される信号接続用の接点を含む構成とすることができる。
【００１９】
また、請求項６に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定基板から外部への破線の引出しはスルーホールを介して行われている構造とするのが好ましい。本発明によると、外部に配線を引出してワイヤで接続する必要がなくなるので、マイクロリレー外側の配線を最小減にして小型化を図ることができる。また、配線が基板内を通るので腐食等の問題を抑制することもできる。
【００２０】
また、請求項７に記載するように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動板から外部への配線の引出しは、前記固定基板に形成したスルーホールを介して行う構造としてもよい。本発明によると、配線を簡素化して小型化を図ることができる。
【００２１】
また、請求項８に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定基板から外部への引出し配線が、固定基板の表面と同一面となるように配設した構造を採用してもよい。本発明によると、配線が基板中に埋設された状態で表面が一致しているとので邪魔にならない。また、前述した陽極接合を同様に行うことができる。
【００２２】
また、請求項９に記載するように、請求項に記載のマイクロリレーにおいて、前記一対の固定基板及び可動板に共用の配線路を前記固定基板及び可動板に溝状に設けた構造としてもよい。本発明では、溝状の配線が共用となるので構造を簡素化できる。このような溝状の配線は、例えばダイシングして個別化されるマイクロリレーチップ間にスルーホールを形成しておき、これを切断することで簡単に作成できる。このような溝部はサイドキャスティングラインと称される場合がある。
【００２３】
また、請求項１０に記載のように、請求項に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定電極が前記固定接点よりも高く形成した形態を採用することができる。本発明では、固定電極の高さが十分にあるので、可動部下に可動接点が突出した状態でも可動電極と固定電極との電極間距離を狭めることができる。よって、駆動電圧を抑制できる。また、可動接点の高さと固定接点の高さを調整することで、可動電極と固定電極とが接触することがないように調整することもできる。
【００２４】
また、請求項１１に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動接点が複数並設され、前記固定接点は前記可動接点の数に対応して分岐された構造としてもよい。本発明では１つの固定接点が複数の可動接点に接触できるように分岐されている。よって、接点の接触信用性が向上する。
【００２５】
また、請求項１２に記載するように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動接点が複数並設され、該可動接点の数に対応した独立の固定接点が並存するようにしてもよい。この構造では、複数の可動接点と同数の独立固定接点が存在する。本発明によると、接点の接触信用性が向上すると共に、信号ラインが複数存在することになるので設計の自由度も増す。
【００２６】
また、請求項１３に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部は、前記固定基板の表面対して垂直方向で該可動部を移動可能とする弾性部材を介して、前記枠部に接続されている構造とすることができる。本発明では、枠部と可動部との間に弾性部材が存在するので、可動部の移動が許容される。
【００２７】
そして、請求項１４に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、可動部は複数のヒンジバネを介して前記枠部に接続されている構成とすることができる。本発明は半導体製造で用いられている薄膜形成、薄膜加工技術を応用して実施できる。例えば、ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）等のエッチング技術を用いることができる。
【００２８】
また、請求項１５に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部は対称位置に設けたヒンジバネで前記枠部に接続された構造とすることができる。本発明によると可動部の移動をスムーズにすることができる。
【００２９】
また、請求項１６に記載するように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部の対向する２辺にヒンジバネが接続された構造としてもよい。本発明によると可動部の支持が対称となるので、よりスムーズに可動部が移動できるようになる。
【００３０】
また、請求項１７に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部は対向する位置に配置されたヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネの全てのバネ係数は異なるように構成してもよい。本発明によると可動接点が固定接点に対して擦るように接触することになる。よって、接点表面を新しい状態に維持することができる。
【００３１】
また、請求項１８に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネは前記枠部及び可動部より薄く形成されてている構造を採用してもよい。可動部と枠部は厚みを増すことにより剛性が向上するが、ヒンジ部の厚みが増すとスチフネスが大きくなる。よって、本発明によるとヒンジ部のスチフネスを適当にし、かつ、可動部等の剛性を向上させた構造を実現できる。
【００３２】
さらに、請求項１９に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、前記枠部、前記可動部及びヒンジバネは同一の導電性部材で形成されていてもよい。本発明はシリコンに不純物をドープした後にエッチング法等で処理することで実現できる。このような工程は半導体製造工程で広く採用されているので、従来の設備を流用して製造できる。
【００３３】
また、請求項２０に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部及び可動部の少なくとも一方に可動部の面内方向での移動を規制するストッパを備えていてもよい。本発明によると、可動部の移動方向とは異なる方向への動きを抑制できる。
【００３４】
また、請求項２１に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部の厚みにより前記可動部と前記固定基板との間のギャップが設定されている構成とすることができる。一対の固定基板が枠部を挟む構造であるので、枠部の厚みにより固定基板間のギャップが特定される。固定基板間のギャップを前提に固定電極と可動電極との間のギャップ、固定接点と可動接点との間のギャップが確定する。よって、枠部の厚みに基づいてギャップを調整することができる。例えば、シリコン単結晶から可動板を作成する場合には、エッチング処理により高精度に枠部を形成できるので、ギャップも精度良く設定することができる。
【００３５】
また、請求項２２に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部と前記固定基板との間のギャップが形成され、該ギャップは前記枠部に設けたスペーサで調整されている構成とすることができる。請求項２１に記載の発明では所望ギャップ相当の厚みを有するシリコン基板をエッチング処理して可動板を加工する。しかし、エッチング処理には一般に時間を要する。このため、薄い単結晶シリコンを用いて可動板を形成した場合、枠部の厚みが所望厚みにならない場合がある。このような場合には、本発明のようにスペーサにより厚み調整すればよい。このようなスペーサはポリシリコン、Ａｌ等をスパッタリング法等を用いて堆積して形成することができる。
【００３６】
また、請求項２３に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備える構造を採用してもよい。
【００３７】
また、請求項２４に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、該凸部は、前記可動接点が前記固定接点に接触したときに、前記可動電極と前記固定電極とを少なくとも接触させない高さを備えている構成とすることができる。この構成により、可動部が固定基板に張付くことが確実に抑制できる。
【００３８】
また、請求項２５に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に、電荷を除去するための電荷除去手段を備えた構成とすることができる。本発明によるとマイクロリレー内に不要な電荷が残存した場合にこれを除去できるので、正確な動作を保証できる。
【００３９】
また、請求項２６に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に接続された放電抵抗を有する構成とすることができる。本発明によると、配線上に放電抵抗を設けるという簡単な構成で可動部或いは固定基板側に残る無用な電荷を除去できる。
【００４０】
また、請求項２７に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、該凸部は該凸部は放電抵抗を含み、電荷を除去する電荷除去手段である。本発明では、可動部と固定基板との張付きを防止するストッパとして作用する凸部が、さらに電荷除去も行うのでより確実に張付きが抑制でき、静電気等の外乱を除いた高精度なデバイスとして提供できる。
【００４１】
また、請求項２８に記載のように、請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板を含む構成とすることができる。これにより、外部との接続が容易となる。この場合、請求項２９に記載のように、ベース基板上のパッドと可動電極及び固定電極とを接続する手段が設けられる。
【００４２】
また、請求項３０に記載のように、請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板と、該ベース基板上のパッドと前記可動電極及び固定電極とを接続する手段と、前記固定基板及び可動板を封止する樹脂とを有する構成とすることができる。樹脂で内部は封止されているので、周囲の環境の影響を受け難くすることができる。
【００４３】
そして、本明細書で開示する発明には、請求項３１に記載する如く、それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前記固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記一対の固定基板間を移動し、前記可動電極と前記固定電極とに電圧が印加されていない状態では、前記可動接点は前記一対の固定基板の前記固定接点に接することなく前記固定接点の間に位置し、前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から開離する場合、前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から離れた後にグランド電位に設定された前記一対の固定基板の他方の固定接点に接触するマイクロリレーの製造方法であって、
前記一対の固定基板と前記枠部とを陽極接合により接合する工程を少なくとも含むことを特徴とするマイクロリレーの製造方法も含んでいる。
【００４４】
本発明の製造方法によると、固定基板と前記枠部とを簡易かつ確実に接合できる。一般に固定基板はガラス等の絶縁性を有し表面平滑性のある素材を選定することが望ましい。枠部を含む可動板は単結晶シリコンを用いることが推奨され、これに不純物をドーピングすることで導電性が付与される。
【００４５】
そして、請求項３２に記載の如く、請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、前記接合は減圧雰囲気下で実行されることが望ましい。
【００４６】
また、請求項３３に記載の如く、請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、前記接合は不活性ガス雰囲気中で実行されることがより望ましい。請求項２９及び３０に記載の発明によると、固定基板と前記枠部とを接合するときに内部にリレー動作に影響する物質を残すことなく、良好な雰囲気にして内部を密閉できる。よって、信頼性の高いマイクロリレーを製造できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００４８】
〔第１実施例〕
図１から図３は第１実施例に係るマイクロリレーを示した図である。図１はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図２はこのマイクロリレーチップ５を完成品としてのマイクロリレーディバイス１に仕上げる様子を順に示した図、図３はマイクロリレーチップ５の断面構成例を模式的に示した図である。本第１実施例の説明では、まず図１及び図２を用いて実施例に係るマイクロリレーの概要を説明し、さらに図３を用いてより詳細に内部構成を説明する。
【００４９】
本マイクロリレーチップ５は、対向配置した上側の固定基板１０（以下、キャップ基板１０と称する）と下側の固定基板３０との間に可動板２０を挟んだ基本構造を有している。
【００５０】
可動板２０は例えばシリコン単結晶のような半導体材料を基材にして形成されている。この可動板２０は、環状に形成した枠部２５と、この枠部２５に対しその枠内で上下動する可動部２１とを含んでいる。可動部２１が上下動する方向は、キャップ基板１０及び固定基板３０の板面に垂直な方向となる。可動部２１を上下動可能とするために、可動部２１は弾性変形するヒンジバネ２２により枠部２５に接続されている。図１で例示する枠部２５は矩形であるがこれに限らず、線対称型の形状であればよい。この枠部２５の対称位置に複数のヒンジバネ２２を設けて可動部２１が保持されている。本実施例では枠部２５の四隅にヒンジバネ２２を配置して可動部２１を保持している。後述するように、可動部２１には静電引力が作用して上下動される。その際、静電引力を有効に用いて可動部２１が平行状態を維持しながら上下運動するように４本のヒンジバネ２２が設定されている。
【００５１】
可動部２１には可動電極及び可動接点を含んでいる。図１の中段に示すように、可動部２１は外観では２枚の長方形板の間に小さな突起２３を介して接続したような形状を成している。突起２３は可動接点２３であり、長方形板は可動電極である。可動部２１の大部分は可動電極であり、その中央の一部に可動接点２３が存在するという形態となる。よって、本実施例では可動部２１が実質的に可動電極となっている。可動接点２３と可動電極（可動接点２３以外の部分）とは電気的に絶縁されている。例えば、可動部２１の基材はシリコン単結晶であり、その表面に絶縁膜を形成して、可動接点２３と絶縁されている。後に詳述するが、この可動接点２３は可動部２１に設けたスルーホールを介して、可動部２１の表裏一体に存在している。この可動接点２３自身或いは少なくともその表面は、金、白金、銅等の導電性材料で形成されている。
【００５２】
キャップ基板１０及び固定基板３０は、上記可動板２０を上下から挟み込むように配置される。より具体的にその構造を説明すると、可動板２０の枠部２５がキャップ基板１０及び固定基板３０に接合され、その内部に形成された空間で可動部２１が上下動可能となっている。キャップ基板１０及び固定基板３０は、例えば基材が絶縁性部材であり、それぞれが固定電極及び固定接点を有している。図１では、固定基板３０側の固定電極３１と固定接点３３とが示されているが、キャップ基板１０の下面にも同様に固定電極及び固定接点が形成されている。これら固定電極及び固定接点は、可動部２１の場合と同様に電気的に絶縁されている。
【００５３】
キャップ基板１０及び固定基板３０の固定電極は可動電極として機能する可動部２１に、キャップ基板１０及び固定基板３０の固定接点は可動部２１の可動接点に対応するように配置されている。なお、図１で確認できる可動部２１の上側の可動接点２３はキャップ基板１０に対応するものである。この図１では確認できないが可動部２１は裏面側にも固定基板３０に対応する下側の可動接点２３を有している。上側の可動接点２３と下側の可動接点２３はスルーホールで接続されており一体である。固定基板３０に関して説明すると、固定接点３３は２つの電極が離間された構造である。可動部２１が下がると、可動接点２３が一対の固定接点３３を導通させて信号ラインをオンするようになっている。
【００５４】
また、本実施例ではキャップ基板１０及び固定基板３０の内部からの電気配線の引出しはスルーホール１９を介して行うようになっている。よって、キャップ基板１０及び固定基板３０と枠部２５との接合に気密性がある場合には内部の密封性を維持できる。なお、キャップ基板１０上面には電極パッド１６、１７が形成されスルーホール１９で内部側と導通している。電極パッド１６は図示しないキャップ基板１０の固定電極と、電極パッド１７は固定接点と接続されている。電極パッド１７は製品化されたときに接地される。
【００５５】
そして、図２に示すように、密封性を備えたマイクロリレーチップ５をベース基板４０に固定し、樹脂４５で封止すれば好ましいマイクロリレーとなる。なお、図２の（Ｂ）において参照符号４２で示すのはベース基板４０上の電極パッド、４１はマイクロリレーチップとこの電極パッド４２を接続するボンディングワイヤである。また、可動板２０は外部に接続パッド２６を有しており、マイクロリレー５は段状になっている。接続パッド２６もワイヤ４６で電極パッド４７に接続されている。なお、上記ベース基板４０に替えてリードフレームを用いてもよい。
【００５６】
ところで、キャップ基板１０及び固定基板３０と可動板２０の枠部２５とを気密性を持って接合させた構造は、例えば可動板２０を単結晶シリコンとし、キャップ基板１０及び固定基板３０にガラスを用いることにより実現できる。シリコンとガラスとは陽極接合により簡単かつ強固な接合を得ることができる。陽極接合は所定温度以下で平坦なガラスとシリコンの面を接触させ、ガラス側をマイナス（−）極、シリコン側をグランド（ＧＮＤ）に接続して、直流高電圧を印加する接合方法である。キャップ基板１０及び固定基板３０用のガラスとしてはパイレックス（登録商標）ガラスを用いることが推奨される。このガラスはシリコンと熱膨張係数が近いので熱的にも安定である。シリコンの他、金属を用いても陽極接合を行うことが可能であるので、可動板２０の枠部２５に陽極接合できる金属を用いてもよい。この陽極接合では、接着剤や接合面の一部を溶融することなどが必要でない。よって、設計した寸法の精度を高くすることができる。マイクロリレーでは可動部２１と固定基板１０、２０との間（ギャップ）の寸法精度が高いことが望ましいので、陽極接合による構造はこのような要求に応えることができる。なお、陽極接合による接合時には酸素ガスが発生する。密封後の内部に酸素ガスが残留していると、内圧の上昇によりリレー動作への影響や密封破壊の原因となることも想定される。よって、陽極接合は不活性ガス内の減圧環境下で実行することが望ましい。
【００５７】
図２で（Ａ）の状態から（Ｂ）のベース基板４０上にマイクロリレーチップ５を接続する際には、フィリップチップ接合を用いるとワイヤボンディングよる構造と比較してマイクロリレーの小型化を図ることができる。また、後述するがキャップ基板１０及び固定基板３０と可動板２０で共用する接続線として外周に溝状のサイドキャスティングラインを形成することによっても小型化を図ることができる。
【００５８】
図３は、図１及び図２で示したマイクロリレーチップ５の断面構成を模式的に示した図である。この図３では、図１及び図２で説明したマイクロリレーチップ５内の構成部の位置関係が確認し易いように模式的に示している。例えば図１では一対の固定接点３３は各々が左右両端まで延在しているが、固定電極３１を表すために短く表示している。この図を用いてさらに詳細に本実施例のマイクロリレーを説明する。この図ではキャップ基板１０及び固定基板３０並びに可動板２０の構成が詳細に確認できる。この図３には、図１及び図２では確認できなかったキャップ基板１０の固定電極１１及び固定接点１３が示されている。
【００５９】
下側の固定基板３０の固定電極３１及び固定接点３３と、上記固定電極１１及び固定接点１３とは、実質的に可動電極として機能する可動部２１及び可動接点２４のそれぞれに対応する位置に形成されている。前述したように固定基板３０側に設けた一対の固定接点３３は信号ライン用の接点であり、可動接点２３が降下して接触したときに離間している固定接点３３を導通させる。これに対し、キャップ基板１０側の固定接点１３は１つである。この固定接点１３は電極パッド１７を介してグランド（ＧＮＤ）に接続されている。可動接点２３が下側の固定接点３３と開離したときに、この上側の固定接点１３と接することで静電容量結合を解除できるようになっている。このような構造とすることで接点間のアイソレーションを向上させることができる。そのために、図３で確認できるように、可動部２１の両面に形成される可動接点２３はスルーホール１９を介して一体化されている。
【００６０】
また、キャップ基板１０の固定電極１１と固定基板３０の固定電極３１は、可動電極として機能する可動部２１との間で所定電圧が印加されるようになっている。固定電極１１及び固定電極３１の各々はスルーホール１９を介して裏面側に引出されている。可動板２０は前述したように例えばシリコンで形成され、ここに不純物をドーピングさせて導電性が付与されている。なお、スルーホール１９の内部は導体で充填若しくは内壁に導体メッキが施されている。よって、キャップ基板１０及び固定基板３０並びに可動板２０の枠部２５で形成する内部空間の密封が破壊されない構造が確保されている。
【００６１】
この図３では、可動板２０と上記固定電極１１及び固定電極３１の接続線は図示されていないが、これらはスイッチを介して導通及び遮断ができるようになっている。
【００６２】
可動板２０は枠部２５及び可動部２１がヒンジバネ２２を含んでいるが、これらはシリコンを基材にして一体に形成することができる。シリコンに不純物をドープしておくことで、枠部２５から可動部２１の導電性も簡単に確保できる。ただし、可動部２１の構成は係る形態に限定すべきものではなく、例えばその表面に金属製の電極を形成した形態でもよい。なお、可動接点２３と電気的な絶縁を形成するために、可動部２１の表面には絶縁膜２９が形成されている。
【００６３】
そして、先の図１で確認できるように、可動部２１は枠部２５の四隅に設けたヒンジバネ２２により上下動可能に支持されている。より具体的には、可動部２１が、上記固定電極１１或いは固定電極３１との間で電圧が印加されると静電引力作用によりキャップ基板１０側又は固定基板３０側に移動する。すなわち、静電引力により、可動部２１はキャップ基板１０と固定基板３０との間を上下動する。その際に、可動接点２３が上昇したときにはキャップ基板１０の固定接点１３と接触し、可動接点２３が下降したときには固定基板３０の固定接点３３と接触するという状態が形成できる。よって、信号ラインの固定接点３３に対して可動接点２３が接触して閉成及び離れて開離するというリレーの動作を実現する。
【００６４】
図３では固定接点３３と可動部２１に電圧の印加がされていない中立状態（ニュートラル）である。シリコン単結晶基板からなる可動板２０はエッチング処理を施すことで図示するような形状とすることができる。固定電極３１と可動部２１（可動電極）若しくはキャップ基板１０の固定電極１１と可動部２１のいずれかに電圧が印加されると可動部２１は静電引力により下方（又は上方）へ移動した後その状態が保持される。この状態で開離している可動接点と固定接点との接点間距離（接点ギャップＧＡＰ）はニュートラル時の略２倍になり所定量の間隙が確保できる。よって、本実施例のマイクロリレーでは電極間距離は片方にのみ固定電極がある場合と比較して、実質的に接点間の距離を狭めることができる。そのために、本マイクロリレーの駆動電圧を小さくすることができる。
【００６５】
なお、図３ではより好ましい一つの形態として、可動部２１の一部に上下双方に突出する凸部２４を備えている。この凸部２４はストッパとして機能している。可動部２１が上又は下に移動して固定接点１３又は３３と閉成した後に、可動部２１が静電引力により更に引き寄せられる場合があってもこのように凸部２４を設けることで可動部２１と固定接点１３或いは３３とが張付くことを防止できる。図３では上側の凸部２４に対応した位置の固定電極１１に凹部１５が、下側の凸部２４に対応した位置の固定電極３１に凹部３５が形成されている。この場合、少なくとも凸部２４の高さは凹部１５及び３５の深さより大きくなるように形成して、可動部２１が固定電極１１、３１と強固に密着することが抑制するようにしておくことが望ましい。なお、固定電極１１、３１側に上記のように凹部を設けず、比較的低い凸部２４を設ける形態としてもよい。
【００６６】
図４及び図５は、前記第１実施例の変形例について示した図である。図１〜３では各基板１０、３０において外部への配線の引出しをスルーホール１９により行っていた。しかし、各基板からの電気配線の引出しはスルーホールを用いず、基板１０、３０と可動板の枠部２５との接合面の平坦性が確保されるように一致させて配線を埋め込んだ構造としてもよい。本変形例はこのような構造例を示している。
【００６７】
図４は可動板２０と固定基板３０との間で埋め込み配線を用いた場合の分解斜視図、図５は図４で示すマイクロリレー５を側部断面で模式的に示している。図４で固定電極３１からの引出し配線３６及び固定接点３３からの引出し配線３７は、共に固定基板の表面と同一になるように埋め込まれている。このように固定基板３０の表面を平坦にしておくことで、先に説明したと同様の陽極接合を行うこと内部の密封性を確保してマイクロリレーを製造できる。なお、この構造を採用する場合には引出し配線３６，３７が接触する枠部２５に、固定基板３０との電気的絶縁を確保するために絶縁膜２７を形成することが必要である。なお、キャップ基板１０にいても同様の配線構造を採用することができる。
【００６８】
図６は第１実施例のマイクロリレーを作動させた様子を示した図である。同図にはマイクロリレーを駆動させる駆動回路６０が示されている。スイッチ６５を接点６１と接続すると、キャップ基板１０の固定電極１１と可動板２０側が導通される。また、スイッチ６５を切替えて接点６２と接続すると、固定基板３０の固定電極３１と可動板２０側間に電圧が生じる。なお、図６では、中段には可動板２０に電圧を印加させない中立（ニュートラル）状態を示し、上下に電圧を印加させる固定電極を切替えた場合を示している。
【００６９】
固定基板３０の固定電極３１は予めＧＮＤ（グランド）電位にされており、キャップ基板１０の固定電極１１は予め正極電位が印加されている。図６の下段に示すように、可動板２０を正極電位にすると可動部２１は固定電極３１側に引き付けられる。可動接点２３が固定接点３３と接触する。可動接点２３が固定接点３３に接触した後も、可動部２１は固定電極３１によりさらに大きな力で引き付けられる。よって、図示のように可動部２１は撓みを生じ可動接点２３と固定接点３３との接触力がさらに向上する。従って、接点の接触抵抗を低減することができる。
【００７０】
また、本実施例では好ましい形態として可動部２１の表面に、ストッパとして機能する凸部２４が形成されているので、可動部２１と固定電極３１との面接触を確実に防止できるようになっている。よって、可動部２１が固定電極３１に張付くという問題を生じない。なお、本実施例では可動部２１の表面を絶縁膜２９で被覆しているので、可動部２１が固定電極３１に接触してもショートの問題はない。しかし、凸部２４で可動部２１と固定電極３１との接触を確実に防止できるようにすれば、この部分の絶縁膜を省略することが可能である。
【００７１】
一方、図６の上段に示すように、スイッチ６５を切替えて接点６１と接続すると、可動板２０はＧＮＤ電位となる。この場合には可動部２１はキャップ基板１０側の固定電極１１に引付けられる。よって、下側の固定電極３１から可動部２１を強制的に離間させることができる。この後、可動接点２３は固定接点１３（ＧＮＤ接点）と接触する。従って、可動接点２３と固定接点３３との間の接点ギャップが大きくなるばかりでなく、接点間の静電容量が小さくなる。よって、接点間の高周波信号の漏れを小さくできる。すなわち、本マイクロリレーではアイソレーションを向上させることができる。
【００７２】
〔第２実施例〕
図７は、第２実施例のマイクロリレーについて示した図である。第１実施例の可動板２０はエッチング処理により形成されていた。可動板２０の枠部２５の高さは前述した接点ギャップを規定することになるので、高精度に加工することが望ましい。本第２実施例はスペーサを用いてギャップを形成した場合のマイクロリレーを例示するものである。なお、本実施例のマイクロリレーの基本構成は前述した第１実施例の構造と同様であるので、同じ部位には同一の符号を付すことで重複する説明は省略する。
【００７３】
本実施例の枠部２５はスペーサ２８を用いて形成されている。このスペーサ２８は多結晶シリコン（ポリシリコン）や金属を堆積させることで形成できる。堆積には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの方法を採用できる。このように形成したスペーサ２８も陽極接合することできるので、本実施例でも内部密封型のマイクロリレーを製造できる。エッチング処理によって高い寸法精度でギャップを形成できるが、本実施例のようにスペーサを用いた場合にも同様にギャップを形成することもできる。一般にエッチング処理には時間を要するので、スペーサによりギャップを用いてギャップを形成する本実施例によると、工程を短時間化することができる。
【００７４】
〔第３実施例〕
図８及び図９は第３実施例のマイクロリレーにいて示した図である。本実施例は、キャップ基板１０及び固定基板３０並びに可動板２０で共用する配線路を設けた点に特徴があるマイクロリレーである。本実施例でも第１実施例のマイクロリレーと同様の部位には同一の符号を付している。これ以後の実施例についても同様とする。
【００７５】
図８に示す本実施例のマイクロリレーチップ５もキャップ基板１０と固定基板３０の間に可動板２０を挟んで陽極接合されて製造される点は同様である。しかし、同図の矢印Ｘで示すように各板１０．２０．３０の周形状が整いすっきりとした外観となっている。そして、本実施例の場合も固定基板３０及びキャップ基板１０の内部側から電気配線は各々スルーホール１９により反対側（外側）に取り出される。この構成は第１実施例と同様である。
【００７６】
しかし、本実施例のマイクロリレー５は、図９に示すように、外周部にキャップ基板１０及び固定基板３０と可動板２０を接続する三層貫通の共通配線路（サイドキャステレーション）４８が形成されている。なお、図９の上段に示したマイクロリレー５は右側にその裏面側を示している。この裏面側は固定基板３０の底面が示される。この底面には固定基板３０のグランドパッド５１、電極接続パッド５２さらには可動板２０との接続パッド５５が示されている。また、ここには、後述する放電抵抗５０が示されている。
【００７７】
このマイクロリレーチップ５は、中段に示すように半田ボールなどでベース基板４０にフィリップチップボンディングされてマイクロリレーアッセンブリを形成する。本実施例の構成を採用することで、ワイヤボンディングが不要となる。よって、図２の場合と比較すると明らかであるがワイヤボンディングのためのベース基板面を小型化でき、ワイヤによる導体抵抗の増加を除去できる。さらに、マイクロリレーチップに接続パッドを設けるための段差を形成する必要がない。よって、３枚同じ外形状の板を貼り合わせて３層貫通するスルーホールを形成して導電性の材料を充填しておき、これをダイシング工程の際にカットすればサイドキャステレーション４８を外部に備えた構造のマイクロリレーを簡単に作製できる。
【００７８】
なお、本実施例のマイクロリレーチップの表面（キャップ基板裏面側）を適当な保護膜等で被覆すれば、ベース基板実装や樹脂モールドを成形することなくマイクロリレーチップ５の状態そのままで、実装可能なデバイスとなり得る。この場合には更なる小型化が促進できることが明らかである。
【００７９】
〔第４実施例〕
図１０及び図１１は第４実施例のマイクロリレーについて示している。図１０はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図１１はマイクロリレーチップ５の断面構成例を模式的に示した図である。第１実施例と比較した本実施例の特徴は、キャップ基板２０側の固定接点１３がグランド（ＧＮＤ）に接続される接点から信号ラインの接点に変更された点にある。
【００８０】
即ち、固定基板３０側の一対の固定接点３３と同様に、キャップ基板１０側の固定接点が１３−１，１３−２の一対となって形成されている。図１０に示すようにこれに伴って、キャップ基板上の電極パッド１７も１７−１，１７−２の一対に変更されている。本実施例のマイクロリレーは２系統の信号ラインを有するので接点構成を多様化でき、またリレーの数を低減できる。例えば、従来において１系統のリレーを２つセットしていた箇所では、本実施例のマイクロリレー１つで対応できる場合がある。
【００８１】
図１２は上記第４実施例のマイクロリレーの変形例について示している。この変形例は第３実施例で示したサイドキャステレーション４８を利用して、固定基板３０とキャップ基板１０との共通端子ＣＯＭ４８を設けている。このような構成によっても接点構成を多様化できる。
【００８２】
〔第５実施例〕
図１３は第５実施例のマイクロリレーについて示している。このマイクロリレーでは可動部２１を厚めに形成している。本実施例では可動部２１が静電引力を受けて移動し、下段に示すように可動接点２３が固定接点３３に接触した後に撓むことがない剛性を備える程度に可動部２１の厚みが設計されている。前述した第１実施例では可動部２１が撓むことに配慮しており、可動部２１と固定電極１１，３１との張付きを防止するために凸部２４を形成していた。しかし、本実施例の場合には可動部２１が静電引力により撓むことがないので凸部を設ける必要がない。よって、第１実施例と比較して工程を簡素化できる。なお、本実施例の当然の構成として、可動接点２３が固定接点１３，３３に接触したときに、可動部２１が接触しない高さで固定電極１１、３１が形成されている。
【００８３】
図１４は上記第５実施例の改良例を示した図である。第５実施例のように可動板２１の厚みを増すと円で囲んで示すヒンジバネ２２の領域の剛性も増加することになる。しかし、ヒンジバネ２２の剛性が可動部２１と共に増すと、スチフネスが大きくなり可動部２１が上下動し難くなる。そこで、本改良例はヒンジバネ２２の部分を可動部２１より薄くしてスチフネスを小さくし、上下動し易くしている。本例によると、撓みを抑制した可動部２１を確実に上下動させることができる。
【００８４】
〔第６実施例〕
図１５は第６実施例のマイクロリレーについて示した図である。この実施例では可動板２０のヒンジバネ２２の部分に特徴を有している。（Ａ）はヒンジバネ２２がつづら折で折り返しをされる範囲ＴＷを広くしてスチフネスを小さくした場合、（Ｂ）はヒンジバネ２２で折り返し回数を増加させてスチフネスを小さくした場合を示している。このようにヒンジバネ２２に改良を加えることによって可動部２１の上下動が円滑に行えるようにできる。この構造は特に第５実施例の剛性を向上させた可動部２１を上下動させるのに有効である。
【００８５】
〔第７実施例〕
図１６は、第７実施例のマイクロリレーについて示した図である。この実施例も可動板２０のヒンジバネの部分に特徴を有している。（Ａ）は４つのヒンジバネ２２−１〜２２−４を枠部２５の４辺各々と接続して可動部２１を保持する構造である。この構造によっても可動部２１を上下動させることができる。しかし、この構造の場合、円内ＴＥＲの部分での変移量が比較的大きくなる傾向があり、可動部２１の円滑な上下動に支障が出る場合もある。
【００８６】
そこで、（Ｂ）或いは（Ｃ）に示すように、枠部２５の互いに対向する辺にヒンジバネ２２を接続する。（Ｂ）では左辺にヒンジバネ２２−１，２２−４、右辺にヒンジバネ２２−２，２２−３を接続している。（Ｃ）の場合は上下の辺に同様に接続している。このようにヒンジバネを対称配置した構造とすると、可動部２１のバランスが良くなるので、スムーズに上下動を行えるようになる。また、この構造の可動板２０は安定性が増すので、第１実施例で可動部２１に設けたストッパの凸部２４を省略してもよい。
【００８７】
〔第８実施例〕
図１７は、第８実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例はヒンジバネのバネ係数のバランスを変更することで、可動接点と固定接点との間で極微小な摩擦を発生させるような構造を含んでいる。第１実施例の場合には可動部２１の水平状態を維持しながら上下動させるようにしていた。しかし、本実施例では、積極的にヒンジバネのバネ係数を変更するようにした点で異なっている。図１７で４つのヒンジバネ２２−１から２２−４は異なるバネ係数に設定されている。ヒンジバネ２２の長さ、幅、厚さを適宜調整することでバネ係数を変更することができる。
【００８８】
各ヒンジバネ２２−１から２２−４のバネ係数を異なるものとし、（Ａ）で示すニュートラルな状態から静電引力を作用させると先ずバネ係数の小さい側が先導して動き、（Ｂ）で示すように可動部２１の片側のみが固定電極３１に強く吸引された状態となる。その後更に（Ｃ）で示すように徐々に可動部２１と固定電極３１との間の距離が小さくなりバネ係数の大きい側も吸引される。最終的には第１実施例の場合と同様に可動部２１の両側が吸引された状態となる。しかし、状態（Ｂ）から（Ｃ）となる動作の途中では、可動接点２３と固定接点３３との接触時に僅かな擦れ（ワイピングと称される）が生じる。このとき、接点表面では僅かな擦れが生じるため、接点表面の新しい面が現れる。すなわち、接点同士の擦れ合いで接点表面に絶縁性の被膜が形成されることや、絶縁性の物質が付着することが抑制される、本実施例ではこのように常に新しい表面が形成された状態を保持できるので接触抵抗が安定する。その結果、マイクロリレーの信頼性が向上する。
【００８９】
なお、ヒンジバネ２２−１から２２−４はバネ係数が全て異なるように設定してもよいが、ヒンジバネをグループに分けてグループ間でバネ係数を変更するようにしてもよい。例えば図１６に示したヒンジバネ２２−１、２２−４とヒンジバネ２２−２、２２−３とでバネ係数が異なるように設定してもよい。
【００９０】
〔第９実施例〕
図１８は第９実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定電極３１及び可動部２１の剛性を高め、この両者の間で生じる静電引力を大きくできる構造例を示している。本実施例で示す可動部２１は、第１実施例で示したものとは異なり一枚板となっている。この板の中央部に一対の打抜き穴１８が形成されている。可動部２１の裏面で、打抜き穴１８の間の部分に可動接点２３が形成されている。よって、第１実施例で示したように２枚の板を可動接点２３で接続した構造より剛性が高くなっている。また、可動部２１の面積が増加するので、発生させる静電引力を大きくすることもできる。
【００９１】
一方、固定基板３０側では固定接点３３の長さが短縮され、スルーホール１９を介して裏面側に引出される配線に接続されている。この固定基板３０は第１実施例の場合と比較して、固定接点３３長さを短縮し、固定電極３１の面積が拡大されている。この構造によっても固定電極３１の剛性を向上させ、可動部２１に作用させる静電引力を増加させることができる。よって、本実施例では可動部２１及び固定電極３１の構造を堅牢にしつつ静電引力を大きくして駆動効率を高めたマイクロリレーを実現できる。
【００９２】
なお、本実施例の固定電極３１及び可動部２１は何れか一方を採用した場合にも本実施例に準じた効果を得ることができる。また、図１０に示した第４実施例のようにキャップ基板１０の固定接点１３を信号ライン用の接点とするような場合には、本実施例の固定電極３１の構造をキャップ基板１０の固定電極１１にも同様に採用できる。
【００９３】
〔第１０実施例〕
図１９は第１０実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定電極３１及び可動部２１の電荷を除去する構造を具備したマイクロリレーである。図１９はマイクロリレーを駆動する駆動回路６０の周部構成を示している。（Ａ）は放電抵抗が無いときに発生する可能性がある障害状態を示した図である。電源６６がＯＦＦ状態になると固定電極３１及び可動部２１に電荷が残存する。これにより可動部２１が保持される事態或いは漏れ電流により徐々に放電されて可動部２１がニュートラルな状態に戻るという事態が生じる。さらに、残存する電荷の影響で可動部２１の移動が不安定な状態となる場合もある。
【００９４】
一方、（Ｂ）は電源６６−グランド（ＧＮＤ）間に放電抵抗５０がある場合、（Ｃ）は電源６６−可動部２１、グランド−可動部２１のそれぞれに放電抵抗５０−１、５０−２がある場合を例示している。電源−グランド間に放電抵抗が存在する（Ｂ）の場合、電源ＯＦＦとなったときに放電抵抗５０を介して電流７が流れるので電荷が残らず可動部２１を速やかにニュートラル状態に復帰させることができる。
【００９５】
更に、電源−可動部間、グランド−可動部間のそれぞれに放電抵抗５０−１、５０−２を配置している場合（Ｃ）には、可動部２１の切替えスイッチ（ＳＷ）６５がニュートラルな状態にある時に外界から静電気などの外乱８により可動部２１が作動したとしても、放電抵抗５０を介して電流７が流れるので、外乱を受けた状態を保持することなく迅速に正常な状態に復帰できる。
【００９６】
〔第１１実施例〕
図２０は可動部に設けた凸部に放電抵抗機能を付加した第１１実施例のマイクロリレーについて示した図である。前述したように可動部２１に設けた凸部２４は、可動部２１が固定電極１１、３１に張付くことを防止するストッパとして機能している。この凸部２４が更に前述した放電抵抗としても作用すれば残留電荷を除去するので張付きをより効率的に防止できる。
【００９７】
凸部２４の表面には、例えばシリコンやポリシリコンに不純物をドーピングして抵抗を形成すればよい。図２０は、可動部２１が下に移動する場合を例示している。ニュートラル状態（Ａ）からスイッチ６５が切替えられて可動部２１が固定電極３１に電気吸引される。この動作は、（Ｂ）の状態のように可動接点２３が固定接点３３に接触して閉成する。このとき下側の凸部２４ＤＷはまだ固定電極３１に接触していない。さらに、可動部２１が吸引されて凸部２４ＤＷが固定電極３１に押付けられる。このとき凸部２４は張付きを防止しつつ、可動部２１とグランドとの間の放電抵抗として作用して電荷が残留することを防止する。よって、接点閉成後の過度な静電吸引を低減できるので、可動部２１の張付きを効果的に抑制できる。なお、本実施例の構造を採用する場合には時定数と可動部２１の共振周波数を考慮し、振動が生じないように設計することが求められる。
【００９８】
〔第１２実施例〕
図２１は、接点を複数個有する構造に改良した第１２実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では可動部２１の可動接点が２３−１、２３−２の２つとなっている。また、これに対応して固定基板３０側に設けたそれぞれの固定接点３３は分岐して略コ字状とされている。よって、本実施例の場合には接点構造が並列に複数存在するので一方の接点に不都合が生じたとしても信号ラインの接続、遮断を行うというリレーの機能を担保できる。図２１では可動接点を２つとした場合を例示したが、もちろん３つ以上の複数としてもよい。また、図１０に示した第４実施例のようにキャップ基板１０の固定接点１３を信号ライン用の接点とするような場合には、本実施例の構造をキャップ基板１０の固定接点１３にも同様に採用できる。
【００９９】
図２２は、上記第１２実施例の変更例を示した図である。図２１では２つの可動接点２３−１、２３−２に接触できるように１つの固定接点３３を分岐した構造であったが、本例では固定接点３３側も独立した２つの固定接点３３−１、３３−２としている。本構造の場合には信号ラインも独立して複数となるのでリレーの機能をより確実に担保できるようになる。
【０１００】
〔第１３実施例〕
図２３は、第１３実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定基板に形成する好ましい固定電極の構造を提案している。（Ａ）及び（Ｂ）は比較のための構造例を示した図、（Ｃ）が本実施例の構造を示した図である。（Ａ）では固定基板３０の固定電極３１と固定接点３３が略同じ高さである。このように両者が同じ高さであると、固定電極３１と可動電極として作用する可動部２１との電極間距離が大きくなる。よって、所定の静電引力を得ようとする場合には高い電圧駆動が必要となる。この対処法として、（Ｂ）に示すように可動部２１を掘り込んで可動接点２３を上方に移動させた構造も考えられる。しかし、（Ｂ）の構造は加工が困難であり、しかも工程数が増すのでコストアップにもなる。
【０１０１】
そこで、（Ｃ）で示すように、本実施例では固定電極３１の高さが固定接点３３の高さより、高くなるように形成する。ここで、固定電極３１と固定接点３３の高さの差が、可動接点２３の高さより僅かに小さいように設定することが望ましい。本実施例によると簡単な構造で、可動部２１を確実に吸引できる。
【０１０２】
なお、本図では可動部２１上側の絶縁膜やキャップ基板１０側の構成は簡略化して示しているが、キャップ基板１０側に設ける固定電極に関しても同様に構成することが望ましい。
【０１０３】
〔第１４実施例〕
図２４は、可動板２０の好ましい配線構造を備えた第１４実施例のマイクロリレーについて示した図である。本構造では、可動板２０の配線を固定基板３０にスルーホール１９−２を設けて裏面側に引出す構造である。このスルーホール１９−２は、可動板２０の配線を固定基板３０用のスルーホール１９−１を形成するときに同時に形成することができる。よって、別途に可動板２０用の配線を設ける場合と比較して工程を簡素化することができる。ここでは、固定基板３０側にスルーホール１９−２を設ける例を示したが、キャップ基板１０側にスルーホール１９−２を設けても勿論良い。なお、図２４では可動部周辺及びキャップ基板１０側の構成は簡略化して示している。
【０１０４】
〔第１５実施例〕
図２５は好ましい可動板２０を有する第１５実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では、可動部２１の外周と枠部２５との間に所定の隙間５７を確保し、可動部２１の周部から枠部２５の内面に向けて突出させた外周ストッパ５８を複数設けている。このような構造であれば可動部２１の横方向（可動部の面内方向）への動きを規制できる。この外周ストッパ５８は可動部２１と一体に成形してもよいが、弾性に優れた部材を付加すれば特に耐衝撃性にも優れた構造とすることができる。
【０１０５】
この外周ストッパ５８は可動部２１の周部の対称となる位置に設けることが望ましい。また、外周ストッパ５８は部分的な凸部であるので、空気流が可動部２１が上下動することの障害となることはない。また、可動部２１と一体に形成する場合には工程の増加を伴うことなく簡単に形成できる。
【０１０６】
図２５では、可動部２１側に外周ストッパ５８を設けた例を示したが、枠部２５側、或いは可動部２１及び枠部２５の双方に設けてもよい。
【０１０７】
なお、図示は省略するが、前述したマイクロリレーに関する複数の実施例に関して、キャップ基板１０の表面（可動板２０とは反対の面）全体に接地したグランドパッドを設けると、信号ラインのシールド性を向上させることができると共に、静電引力に及ぼす静電気等の外乱に対するシールド性も向上した誤動作のない構造とすることができる。マイクロリレーチップの積層構造の側面に、絶縁膜を介して金属層を設けた構造とした場合にもこれと同様の効果を得ることができる。また、前述した可動接点２３及び固定接点１３、３３は、例えば下層にＡｕを配した上にＲｈ、Ｒｕ、Ｐｄのいずれかで表層を形成した構造とすることが推奨される。下層のＡｕは所定のクッション効果を備え、接点表面には硬度の高い金属を有するので、粘着し難い接点とすることができる。
【０１０８】
さらに、図２６から図２９を参照して、スペーサを用いてギャップを形成している第２実施例のマイクロリレーチップ５の製造工程を説明する。図２６は固定基板３０の製造工程、図２７はキャップ基板１０の製造工程、図２８は可動板２０の製造工程、図２９はこれらを組み付けたマイクロリレーチップを完成するまでの製造工程を示している。これらの工程は半導体製造技術を使用しており、成膜、露光、エッチング等の技術が利用されている。
【０１０９】
図２６に示した工程により、固定基板３０が製造される。０．２〜０．４ｍｍ程度の厚みのガラス基板を準備する（▲１▼）。このガラス基板としてはパイレックス（登録商標）ガラスを用いることが推奨される。後述するように、可動板に単結晶シリコンを用いたときに熱膨張係数が近く、精度良く接合ができるからである。
【０１１０】
この基板に、スルーホール形成用の穴を設ける（▲２▼）。この様な穴はレーザ、サンドブラスト等を用いて作成することができる。この穴（スルーホール）にメッキ等を用いて導電性材料を充填する（▲３▼）。導電性材料として、例えば金、銅、アルミ等を用いることができる。
【０１１１】
さらに、スパッタリング法等により固定電極３１、固定接点３３を形成する（▲４▼）。これらを形成する材料としては、金、白金等を用いることができる。下層に金をひいてその上に白金系の元素Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等を載せてもよい。特に可動接点と接する固定接点３３は、耐磨耗がある白金系の金属を表面に有していることが望ましく、その下に弾性ある金が存在するとクッションとして機能したり、導体抵抗が小さくなるので、より好適な構造となる。ガラス基板上に固定電極３１、固定接点３３が形成されて、固定基板３０となる。最下段▲５▼に示すように、固定電極表面にＣＶＤ等を用いてＳｉ３Ｎ４等による保護膜を必要により、適宜形成してもよい。なお、図２７はキャップ基板１０の製造工程を示している。キャップ基板１０は図２６で示した固定基板３０の場合と同様に製造できる。
【０１１２】
図２８は可動板２０の製造工程を示している。ただし、可動板２０は固定基板３０と接合されてから最終形態に加工されるので、図２９では半完成状態までの工程を示している。まず、ＳＯＩ基板が準備される（▲１▼）。このＳＯＩ基板は、厚い支持層７１上にＳｉＯ２等による酸化膜７２を介して単結晶シリコン等による活性層７３が積層された構造を有している。
【０１１３】
このＳＯＩ基板に可動接点２３を形成するためのスルーホール１９用の穴が形成される（▲２▼）。前述したように可動接点２３は可動部２１の両面に突出するので、スルーホール１９を介して一体化されている。穴の周部をエッチングして可動接点２３を形成できるように拡大する（▲３▼）。そして、活性層７３に不純物をドーピングして導電性を付与する（▲４▼）。さらに、その表面にスパッタリング等により例えばＳｉＯ２の絶縁膜を形成する（▲５▼）。この絶縁膜は可動電極となる可動板２１とその中に形成する可動接点２３との電気的に絶縁するために形成している。
【０１１４】
その後、スルーホール１９にメッキ法或いはスパッタリング法等を用いて導電性金属材料を充填して可動接点２３の半分を形成する（▲６▼）。そして、可動板２０の枠部２５に相当する外環部分にギャップ形成用のポリシリコンを堆積させてスペーサ２８を形成する。また、ストッパ用の凸部２４も形成する。
【０１１５】
図２９は、上記のように作製した固定基板３０、キャップ基板１０及び可動板２０を積層状態に組み付けてマイクロリレーを製造する様子を示している。図２９で、先ず、固定基板３０上に半完成状態の可動板２０を接合する（▲１▼）。図２８に示した未完成の可動板２０をひっくり返した状態にして固定基板３０上に配置して、接合する。この接合には陽極接合を用いることが望ましい。固定基板３０側にマイナス（−）、可動板２０側をグランド電位として陽極接合すると、簡易に両者を密着させて接合できる。
【０１１６】
続いて、半完成状態にある可動板２０の残り半分の構造を完成させる工程を継続する。その前に、まず支持層７１、酸化膜７２を除去する（▲２▼）。その後は図２８で示したと同様の処理をここでも繰り返す。すなわち、反対側の可動接点２３を形成するためにスルーホール１９の上部を同様にエッチングし（▲３▼）、不純物をドーピングして導電性を付与する（▲４▼）。さらに、表面に絶縁膜を形成し（▲５▼）、可動接点の半分を形成して可動接点２３の全体を完成させる（▲６▼）。さらに、枠部２５に相当する部分に同様にポリシリコン等を堆積してスペーサ２８を設け、凸部２４も形成する（▲７▼）。
【０１１７】
この後、可動板２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２５と可動部２１とが弾性のあるヒンジバネ２２で接続された構造を作製する（▲８▼）。特に可動板２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理により枠部２と可動部２１とがつづら折り状に形成したヒンジバネ２２を簡単に形成できる。
【０１１８】
最後に、可動板２０の上にキャップ基板１０を載せて、固定基板３０の場合と同様に陽極接合する。この陽極接合の際には、減圧雰囲気、より好ましくは不活性ガスの雰囲気で実行する。これにより、内部に不要なガスを残留させずにマイクロリレーを密封できる。よって、このように製造されたマイクロリレーチップをさらにダイシング工程で個片化しても、内部が影響を受けることが無いので信頼性のあるマイクロリレーチップを製造できる。このようなマイクロリレーチップは、さらに前記図２で示したものと同様の工程を経て製品としてのマイクロリレーディバイス１にされる。
【０１１９】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明のマイクロリレーは、固定電極間の距離を短くすることができるので可動部を駆動するための駆動電圧を低く抑制することができる。その一方で、固定基板の双方に可動部を静電吸引するための固定電極が存在するので、可動部が一方の固定電極に吸引された状態となっているときには、他方の固定基板と可動部との距離を略２倍にすることができる。よって、可動接点と固定接点との距離を拡大できるので微小な空間内でもアイソレーションを向上させたマイクロリレーとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図である。
【図２】図１のマイクロリレーチップを完成品としてのマイクロリレーディバイスに仕上げる様子を順に示した図である。
【図３】図１のマイクロリレーチップの断面構成例を模式的に示した図である。
【図４】第１実施例の変形例で、可動板と固定基板との間で埋め込み配線を用いた場合の分解斜視図である。
【図５】図４で示したマイクロリレーの側部断面を模式的に示した図である。
【図６】第１実施例のマイクロリレーを作動させた様子を示した図である。
【図７】第２実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図８】第３実施例のマイクロリレーにいて示した図である。
【図９】第３実施例のマイクロリレーにいて示した図である。
【図１０】第４実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１１】第４実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１２】第４実施例のマイクロリレーの変形例について示した図である。
【図１３】第５実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１４】第５実施例の改良例を示した図である。
【図１５】第６実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１６】第７実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１７】第８実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１８】第９実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１９】第１０実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２０】第１１実施例のマイクロリレーについて示した図である
【図２１】第１２実施例のマイクロリレーについて示した図である
【図２２】第１２実施例の変更例を示した図である。
【図２３】第１３実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２４】第１４実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２５】第１５実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２６】実施例の固定基板の製造工程を示した図である。
【図２７】実施例のキャップ基板の製造工程を示した図である。
【図２８】実施例の可動板の製造工程を示した図である。
【図２９】マイクロリレーチップを完成するまでの製造工程を示した図である。
【符号の説明】
１ マイクロリレーディバイス
５ マイクロリレーチップ
１０ キャップ基板（固定基板）
１１ 固定電極
１３ 固定接点
１９ スルーホール
２０ 可動板
２１ 可動部、可動電極
２２ ヒンジバネ（弾性部材）
２３ 可動接点
２４ 凸部
２５ 枠部
３０ 固定基板
３１ 固定電極
３３ 固定接点
５０ 放電抵抗
６０ 駆動回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a so-called micro relay. Micro relays can be manufactured by applying semiconductor manufacturing technology. A micro relay is one of devices that have recently been attracting attention because it has many advantages such as being able to promote downsizing compared to a conventional relay.
[0002]
[Prior art]
The general structure of the micro relay includes a movable plate so as to face the fixed substrate. Some micro relays use electrostatic attraction (electrostatic force) generated when a predetermined voltage is supplied between a fixed substrate and a movable plate. In such a micro relay, the contact is made conductive by moving the movable plate to the fixed plate side by electrostatic attraction. Also, the contact is cut off by releasing the voltage supply. There have been several proposals for this type of microrelay. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-242788 discloses a micro relay in which a movable plate is disposed between a pair of fixed bases. This publication has a structure in which minute micro relays are subject to distortion due to temperature change and formation of connection electrodes is generally difficult, and the structure is solved.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique disclosed in the above publication does not ensure the sealing performance inside the micro relay in order to draw the wiring to the outside. As a characteristic of the relay, the contact resistance when the contact is on (ON) is required to be low and stable. This is because the contact resistance is affected by the atmosphere around the contact, and therefore it is desirable to have a sealed structure. In particular, the microrelay has a great merit that it can be mass-produced by forming a large number of microchips on a wafer using a semiconductor manufacturing technique and dicing them individually. Therefore, it is necessary to protect the minute driving part, the contact, and the like inside the micro relay from water and abrasion powder used in the dicing. However, the micro relay disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-242788 has a problem that an internal sealing structure is not secured before dicing, so that preferable relay characteristics cannot be guaranteed.
[0004]
The microrelay preferably has a sealed structure as described above, and further has a plurality of problems to be solved as listed below, and it can be said that a microrelay having a structure that solves many of these problems is more desirable.
[0005]
(1) The use of electrostatic force as a driving method of the micro relay has an advantage that the structure is relatively simple and low power consumption can be realized. At that time, it is important to increase the distance between the contacts as much as possible in order to improve the isolation (to suppress the amount of signal leakage between the open contacts). However, the electrostatic attractive force that drives the movable plate is proportional to the square of the applied voltage and inversely proportional to the square of the distance between the electrodes. Furthermore, considering the drive applied voltage (up to about 10 V) that can be practically used in the microrelay and the size of the microrelay itself, the distance between the contacts is extremely small, about several μm. Therefore, it is difficult for the micro relay to have a structure with a large distance between the contacts. Here, the distance between the contacts is a distance when the contact on the fixed side and the contact on the movable plate are separated.
[0006]
(2) Micro relays are suitable for signal switching that is weaker than power switching as in conventional relays because of electrostatic attraction, contact size, and small distance between contacts. As described above, the micro relay is suitable for a high frequency signal switching relay (high frequency relay) because a signal line can be easily formed and a contact point is small. In high frequency relays, it is particularly important to improve the isolation characteristics. For this purpose, it is necessary to reduce the capacitance between the breaking contacts. Thus, in order to suppress the capacitance between the contacts, it is effective to reduce the area of the opposed contacts and increase the distance between the contacts as described above.
[0007]
However, if the facing area of the contacts is reduced, the contact area of the contacts is reduced, and the contact resistance is increased. Further, the distance between the contacts cannot be made large as described above. Therefore, it is not easy to design a micro relay having satisfactory high frequency characteristics.
[0008]
(3) Further, in the micro relay using electrostatic attraction, driving electrodes exist on the fixed substrate and the movable plate separately from the contacts. The smaller the distance between the electrodes, the greater the generated force based on the electrostatic attractive force. Therefore, when the movable plate comes into contact with the fixed electrode at other than the contact point, and the movable plate sticks to the fixed electrode (sticks tightly) due to residual charge (charge up) between the electrodes, and the situation occurs. There is. In such a situation, the micro relay function cannot be performed.
[0009]
(4) Furthermore, the contact force based on the electrostatic force used in the micro relay is small. However, as a general relay, it is desirable to stabilize the contact resistance by increasing the contact force. Therefore, a micro relay having a large contact force although it is driven at a low voltage is required, but it is a conflicting requirement and it is difficult to realize such a micro relay. In addition, with regard to micro relays, it is required to improve the manufacturing yield by improving the accuracy of the distance between electrodes, and the external connection such as wire bonding is abolished to reduce the package size and the resistance of signal lines. A structure that takes into account
[0010]
Therefore, the main object of the present invention is to provide a microrelay having an isolation characteristic and an excellent sealing property, and further providing a microrelay having a more preferable structure that can solve the above-mentioned other problems together. That is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The object as described in claim 1 is provided with a pair of fixed substrates each having a fixed contact and a fixed electrode and arranged opposite to each other, and a movable plate disposed between the fixed substrates,
  The movable plate includes a frame part and a movable part provided to be movable with respect to the frame part,
  The frame portion is bonded between the pair of fixed substrates,
  The movable part includes a movable contact at a position corresponding to the movable electrode facing the fixed electrode and the fixed contact, and the movable electrodeAboveMove between the pair of fixed substrates based on electrostatic attraction generated between the fixed electrodesAnd
In a state in which no voltage is applied to the movable electrode and the fixed electrode, the movable contact is located between the fixed contacts without contacting the fixed contacts of the pair of fixed substrates,
When the movable contact is separated from one fixed contact of the pair of fixed substrates, the movable contact of the pair of fixed substrates set to the ground potential after being separated from the one fixed contact of the pair of fixed substrates. Contact the other fixed contactThis is achieved by a microrelay characterized in that.
[0012]
According to the first aspect of the present invention, the moving part moves between the pair of fixed substrates based on the electrostatic attractive force generated between the movable electrode and the constant electrode, thereby closing and releasing the contact. Is called. The micro relay having this structure can be minutely formed using a semiconductor manufacturing technique.
[0013]
In the microrelay of the present invention, the distance between the fixed electrodes and the movable part can be shortened, so that the driving voltage for driving the movable part can be suppressed low. On the other hand, since there is a fixed electrode for electrostatically attracting the movable part on both of the fixed substrates, when the movable part is attracted to one fixed electrode, the other fixed substrate and the movable part Can be approximately doubled. Therefore, since the distance between the movable contact and the fixed contact can be increased, the isolation can be improved even in a minute space.
[0014]
That is, the micro relay of the present invention realizes a structure that achieves low voltage driving and also improves isolation.
[0015]
And as described in Claim 2, in the microrelay described in Claim 1, it is desirable that the frame portion and the pair of fixed substrates are joined in a sealed manner. As in the present invention, when the sealing performance of the joint portion is high, the space in which the movable portion moves can be shielded from the outside air. Since contacts, electrodes and the like are exposed in this space, contamination and corrosion can be prevented. Therefore, even if there is a process of forming a large number of the present microrelays on a wafer and performing dicing, it can be provided as a reliable microrelay.
[0016]
Further, as described in claim 3, in the micro relay according to claim 1, the frame portion can be easily hermetically sealed by being anodically bonded to the pair of fixed substrates.
[0017]
Further, in the micro relay according to claim 1, one of the fixed contacts formed on each of the pair of fixed substrates is a signal connection contact and the other is a ground connection contact. Can be adopted. According to the present invention, when the movable contact comes into contact with the signal contact, it is closed and the signal line is turned on. In contrast, when the movable contact is in contact with the ground connection contact, electric charges that cause disturbance on the ground side can be leaked to the outside.
[0018]
  On the other hand, as described in claim 5, in the micro relay according to claim 1, the fixed contact isConnected by the movable contactSignal connection contactsCan be configured to include.
[0019]
Further, as described in claim 6, in the microrelay described in claim 1, it is preferable that a broken line is drawn out from the fixed substrate to the outside through a through hole. According to the present invention, since it is not necessary to draw out the wiring to the outside and connect it with the wire, it is possible to reduce the size by minimizing the wiring outside the micro relay. Further, since the wiring passes through the substrate, problems such as corrosion can be suppressed.
[0020]
Further, as described in claim 7, in the micro relay according to claim 1, the wiring from the movable plate to the outside may be drawn through a through hole formed in the fixed substrate. According to the present invention, the wiring can be simplified and the size can be reduced.
[0021]
Further, as described in claim 8, in the micro relay according to claim 1, a structure is adopted in which the lead-out wiring from the fixed substrate to the outside is flush with the surface of the fixed substrate. May be. According to the present invention, since the surfaces coincide with each other in a state where the wiring is embedded in the substrate, it does not get in the way. Further, the anodic bonding described above can be performed in the same manner.
[0022]
Further, as described in claim 9, in the microrelay described in claim 9, the common wiring path may be provided in the fixed substrate and the movable plate in a groove shape in the pair of fixed substrate and the movable plate. . In the present invention, since the groove-like wiring is shared, the structure can be simplified. Such a groove-shaped wiring can be easily created by forming a through hole between micro relay chips to be individualized by dicing, for example, and cutting the through hole. Such a groove may be referred to as a side casting line.
[0023]
Further, as described in claim 10, in the micro relay according to claim, a form in which the fixed electrode is formed higher than the fixed contact can be adopted. In the present invention, since the fixed electrode is sufficiently high, the distance between the movable electrode and the fixed electrode can be reduced even when the movable contact protrudes under the movable part. Therefore, the drive voltage can be suppressed. Moreover, it can also adjust so that a movable electrode and a fixed electrode may not contact by adjusting the height of a movable contact and the height of a fixed contact.
[0024]
In addition, as described in claim 11, in the micro relay according to claim 1, a plurality of the movable contacts may be arranged in parallel, and the fixed contacts may be branched according to the number of the movable contacts. . In the present invention, one fixed contact is branched so as to contact a plurality of movable contacts. Therefore, contact reliability of the contact is improved.
[0025]
Further, as described in claim 12, in the micro relay according to claim 1, a plurality of the movable contacts may be provided in parallel, and independent fixed contacts corresponding to the number of the movable contacts may be provided in parallel. . In this structure, there are as many independent fixed contacts as there are a plurality of movable contacts. According to the present invention, the contact reliability of the contacts is improved, and a plurality of signal lines are present, so that the degree of freedom in design is increased.
[0026]
Further, as described in claim 13, in the micro relay according to claim 1, the movable part is arranged via an elastic member that can move the movable part in a direction perpendicular to the surface of the fixed substrate. It can be set as the structure connected to the said frame part. In the present invention, since the elastic member exists between the frame portion and the movable portion, the movement of the movable portion is allowed.
[0027]
And as described in Claim 14, in the microrelay described in Claim 1, the movable part can be configured to be connected to the frame part via a plurality of hinge springs. The present invention can be implemented by applying thin film formation and thin film processing techniques used in semiconductor manufacturing. For example, an etching technique such as RIE (reactive ion etching) can be used.
[0028]
Further, as described in claim 15, in the microrelay described in claim 1, the movable portion can be structured to be connected to the frame portion by a hinge spring provided at a symmetrical position. According to the present invention, the movable part can be moved smoothly.
[0029]
Further, as described in claim 16, in the micro relay according to claim 1, a structure in which a hinge spring is connected to two opposite sides of the frame portion may be adopted. According to the present invention, since the support of the movable part is symmetric, the movable part can move more smoothly.
[0030]
  In addition, as described in claim 17, in the micro relay according to claim 1, the movable portion is connected to the frame portion by a hinge spring disposed at an opposing position, and the hinge springAll ofYou may comprise so that a spring coefficient may differ. According to the present invention, the movable contact comes into contact with the fixed contact. Therefore, the contact surface can be maintained in a new state.
[0031]
Further, as described in claim 18, in the micro relay according to claim 1, the movable portion is connected to the frame portion by a hinge spring, and the hinge spring is formed thinner than the frame portion and the movable portion. A structure may be adopted. The rigidity of the movable part and the frame part is improved by increasing the thickness, but the stiffness is increased when the thickness of the hinge part is increased. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a structure in which the stiffness of the hinge part is appropriate and the rigidity of the movable part is improved.
[0032]
Furthermore, as described in claim 19, in the micro relay according to claim 1, the movable portion is connected to the frame portion by a hinge spring, and the frame portion, the movable portion, and the hinge spring are the same conductive member. It may be formed. The present invention can be realized by performing an etching method or the like after doping silicon with impurities. Since such a process is widely adopted in the semiconductor manufacturing process, it can be manufactured by diverting conventional equipment.
[0033]
In addition, as described in claim 20, in the micro relay according to claim 1, at least one of the frame part and the movable part may be provided with a stopper for restricting movement of the movable part in the in-plane direction. . According to the present invention, the movement of the movable part in a direction different from the moving direction can be suppressed.
[0034]
In addition, as described in claim 21, in the micro relay according to claim 1, a gap between the movable portion and the fixed substrate can be set by the thickness of the frame portion. . Since the pair of fixed substrates sandwich the frame portion, the gap between the fixed substrates is specified by the thickness of the frame portion. The gap between the fixed electrode and the movable electrode and the gap between the fixed contact and the movable contact are determined based on the gap between the fixed substrates. Therefore, a gap can be adjusted based on the thickness of a frame part. For example, when the movable plate is formed from a silicon single crystal, the frame portion can be formed with high accuracy by the etching process, so that the gap can also be set with high accuracy.
[0035]
In addition, as described in claim 22, in the micro relay according to claim 1, a gap is formed between the movable portion and the fixed substrate, and the gap is adjusted by a spacer provided in the frame portion. It can be set as the structure which has. According to the twenty-first aspect of the present invention, the movable plate is processed by etching a silicon substrate having a thickness corresponding to the desired gap. However, the etching process generally requires time. For this reason, when the movable plate is formed using thin single crystal silicon, the thickness of the frame portion may not be a desired thickness. In such a case, the thickness may be adjusted by a spacer as in the present invention. Such a spacer can be formed by depositing polysilicon, Al or the like using a sputtering method or the like.
[0036]
In addition, as described in claim 23, in the micro relay according to claim 1, the movable portion or the fixed substrate has a convex portion for preventing the movable portion and the fixed substrate from sticking to each other. You may employ | adopt the structure provided.
[0037]
Further, as described in claim 24, in the micro relay according to claim 1, the movable portion or the fixed substrate has a convex portion for preventing the movable portion and the fixed substrate from sticking to each other. The projecting portion may have a height that prevents at least the movable electrode and the fixed electrode from contacting each other when the movable contact contacts the fixed contact. With this configuration, it is possible to reliably suppress the movable portion from sticking to the fixed substrate.
[0038]
In addition, as described in claim 25, in the microrelay described in claim 1, at least one of the movable part and the fixed electrode may be provided with a charge removing means for removing charges. . According to the present invention, when an unnecessary charge remains in the micro relay, it can be removed, so that an accurate operation can be guaranteed.
[0039]
Further, as described in claim 26, in the microrelay described in claim 1, it can be configured to have a discharge resistance connected to at least one of the movable part and the fixed electrode. According to the present invention, useless charges remaining on the movable portion or the fixed substrate can be removed with a simple configuration in which a discharge resistor is provided on the wiring.
[0040]
  Further, as described in claim 27, in the micro relay according to claim 1, the movable portion or the fixed substrate has a convex portion for preventing the movable portion and the fixed substrate from sticking to each other. The convex portion is provided with the convex portionIncluding discharge resistance,It is a charge removing means for removing charges. In the present invention, the convex portion that acts as a stopper that prevents the movable portion and the fixed substrate from sticking further performs charge removal, so that the sticking can be more reliably suppressed, and a high-accuracy device that eliminates disturbances such as static electricity Can be provided as.
[0041]
In addition, as described in claim 28, the micro relay according to any one of claims 1 to 27 may further include a base substrate that supports the fixed substrate. This facilitates connection to the outside. In this case, as described in claim 29, means for connecting the pad on the base substrate to the movable electrode and the fixed electrode is provided.
[0042]
In addition, as described in claim 30, the micro relay according to any one of claims 1 to 27 further includes a base substrate that supports the fixed substrate, a pad on the base substrate, the movable electrode, and a fixed electrode. It can be set as the structure which has a means to connect an electrode, and resin which seals the said fixed board | substrate and a movable plate. Since the inside is sealed with resin, it can be made less susceptible to the influence of the surrounding environment.
[0043]
  And, in the invention disclosed in this specification, as described in claim 31,Each includes a pair of fixed substrates facing each other with a fixed contact and a fixed electrode, and a movable plate disposed between the fixed substrates, the movable plate moving relative to the frame portion and the frame portion The frame portion is joined between the pair of fixed substrates, and the movable portion includes a movable contact facing the fixed electrode and a movable contact at a position corresponding to the fixed contact. The movable contact is moved between the pair of fixed substrates based on an electrostatic attractive force generated between the movable electrode and the fixed electrode, and no voltage is applied to the movable electrode and the fixed electrode. Is positioned between the fixed contacts without contacting the fixed contacts of the pair of fixed substrates, and when the movable contact is separated from one fixed contact of the pair of fixed substrates, the movable contact is the pair of fixed substrates. One fixed contact on the fixed board Microrelay contacts the other fixed contact of the pair of the fixed substrate that is set to the ground potential after leavingA manufacturing method of
  SaidA pair ofThe fixed substrate and the frame partBy anodic bondingA method for manufacturing a microrelay including at least a bonding step is also included.
[0044]
According to the manufacturing method of the present invention, the fixed substrate and the frame portion can be joined easily and reliably. In general, it is desirable to select a material having insulating properties such as glass and surface smoothness for the fixed substrate. It is recommended to use single crystal silicon for the movable plate including the frame portion, and conductivity is imparted by doping impurities therein.
[0045]
And, as described in claim 32, in the method for manufacturing a microrelay described in claim 31, it is desirable that the joining is performed in a reduced pressure atmosphere.
[0046]
In addition, as described in claim 33, in the method for manufacturing a microrelay described in claim 31, it is more preferable that the joining is performed in an inert gas atmosphere. According to the invention described in claims 29 and 30, the inside can be sealed in a good atmosphere without leaving a substance that affects relay operation inside when the fixed substrate and the frame portion are joined. Therefore, a highly reliable micro relay can be manufactured.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0048]
[First embodiment]
1 to 3 are views showing a micro relay according to a first embodiment. FIG. 1 is an exploded perspective view of a chip portion of a micro relay, FIG. 2 is a diagram showing in sequence how the micro relay chip 5 is finished into a micro relay device 1 as a finished product, and FIG. 3 is a cross-sectional configuration of the micro relay chip 5 It is the figure which showed the example typically. In the description of the first embodiment, first, the outline of the micro relay according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2, and the internal configuration will be described in more detail with reference to FIG.
[0049]
The micro relay chip 5 has a basic structure in which a movable plate 20 is sandwiched between an upper fixed substrate 10 (hereinafter referred to as a cap substrate 10) and a lower fixed substrate 30 which are arranged to face each other.
[0050]
The movable plate 20 is formed using a semiconductor material such as a silicon single crystal as a base material. The movable plate 20 includes an annular frame portion 25 and a movable portion 21 that moves up and down within the frame relative to the frame portion 25. The direction in which the movable portion 21 moves up and down is a direction perpendicular to the plate surfaces of the cap substrate 10 and the fixed substrate 30. In order to allow the movable portion 21 to move up and down, the movable portion 21 is connected to the frame portion 25 by a hinge spring 22 that is elastically deformed. Although the frame part 25 illustrated in FIG. 1 is a rectangle, the shape is not limited to this, and may be a line-symmetric shape. A plurality of hinge springs 22 are provided at symmetrical positions of the frame portion 25 to hold the movable portion 21. In this embodiment, hinge springs 22 are arranged at the four corners of the frame portion 25 to hold the movable portion 21. As will be described later, the movable portion 21 is moved up and down by an electrostatic attractive force. At that time, the four hinge springs 22 are set so that the movable portion 21 moves up and down while effectively using the electrostatic attractive force.
[0051]
The movable part 21 includes a movable electrode and a movable contact. As shown in the middle part of FIG. 1, the movable portion 21 has a shape such that it is connected via a small protrusion 23 between two rectangular plates. The protrusion 23 is a movable contact 23, and the rectangular plate is a movable electrode. Most of the movable part 21 is a movable electrode, and the movable contact 23 exists in a part of the center. Therefore, in this embodiment, the movable portion 21 is substantially a movable electrode. The movable contact 23 and the movable electrode (portion other than the movable contact 23) are electrically insulated. For example, the base material of the movable portion 21 is a silicon single crystal, and an insulating film is formed on the surface thereof to be insulated from the movable contact 23. As will be described in detail later, the movable contact 23 exists on the front and back sides of the movable portion 21 through a through hole provided in the movable portion 21. The movable contact 23 itself or at least the surface thereof is formed of a conductive material such as gold, platinum, or copper.
[0052]
The cap substrate 10 and the fixed substrate 30 are arranged so as to sandwich the movable plate 20 from above and below. The structure will be described more specifically. The frame portion 25 of the movable plate 20 is joined to the cap substrate 10 and the fixed substrate 30, and the movable portion 21 can be moved up and down in a space formed therein. For example, the base material of the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 is an insulating member, and each has a fixed electrode and a fixed contact. In FIG. 1, the fixed electrode 31 and the fixed contact 33 on the fixed substrate 30 side are shown, but the fixed electrode and the fixed contact are similarly formed on the lower surface of the cap substrate 10. These fixed electrodes and fixed contacts are electrically insulated as in the case of the movable portion 21.
[0053]
The fixed electrodes of the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 are arranged on the movable portion 21 that functions as a movable electrode, and the fixed contacts of the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 are arranged so as to correspond to the movable contacts of the movable portion 21. Note that the movable contact 23 on the upper side of the movable portion 21 that can be confirmed in FIG. 1 corresponds to the cap substrate 10. Although not confirmed in FIG. 1, the movable portion 21 has a lower movable contact 23 corresponding to the fixed substrate 30 on the back side. The upper movable contact 23 and the lower movable contact 23 are connected to each other through a through hole. Referring to the fixed substrate 30, the fixed contact 33 has a structure in which two electrodes are separated from each other. When the movable portion 21 is lowered, the movable contact 23 conducts the pair of fixed contacts 33 to turn on the signal line.
[0054]
In the present embodiment, the electrical wiring is drawn out from the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 through the through hole 19. Therefore, when the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 are bonded to the frame portion 25 with airtightness, the internal sealing performance can be maintained. Electrode pads 16 and 17 are formed on the upper surface of the cap substrate 10 and are electrically connected to the inside through through holes 19. The electrode pad 16 is connected to a fixed electrode of the cap substrate 10 (not shown), and the electrode pad 17 is connected to a fixed contact. The electrode pad 17 is grounded when commercialized.
[0055]
Then, as shown in FIG. 2, it is preferable to fix the micro relay chip 5 having a sealing property to the base substrate 40 and seal it with a resin 45 to obtain a preferable micro relay. In FIG. 2B, reference numeral 42 indicates an electrode pad on the base substrate 40, and 41 indicates a bonding wire for connecting the micro relay chip and the electrode pad 42. The movable plate 20 has a connection pad 26 on the outside, and the micro relay 5 has a step shape. The connection pad 26 is also connected to the electrode pad 47 by a wire 46. A lead frame may be used instead of the base substrate 40.
[0056]
By the way, the structure in which the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 and the frame portion 25 of the movable plate 20 are joined with airtightness is, for example, the movable plate 20 is made of single crystal silicon, and the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 are made of glass. It can be realized by using. Silicon and glass can be easily and firmly bonded by anodic bonding. Anodic bonding is a bonding method in which a flat glass and a silicon surface are brought into contact with each other at a predetermined temperature or less, a glass side is connected to a negative (−) electrode, and a silicon side is connected to a ground (GND) to apply a DC high voltage. It is recommended to use Pyrex (registered trademark) glass as the glass for the cap substrate 10 and the fixed substrate 30. This glass is thermally stable because it has a thermal expansion coefficient close to that of silicon. Since metal can be used for anodic bonding in addition to silicon, a metal that can be anodic bonded to the frame portion 25 of the movable plate 20 may be used. In this anodic bonding, it is not necessary to melt an adhesive or a part of the bonding surface. Therefore, the accuracy of the designed dimension can be increased. In the micro relay, since it is desirable that the dimensional accuracy between the movable portion 21 and the fixed substrates 10 and 20 (gap) is high, the structure by anodic bonding can meet such a requirement. Note that oxygen gas is generated during anodic bonding. If oxygen gas remains inside after sealing, it is assumed that an increase in internal pressure may affect relay operation and cause sealing failure. Therefore, it is desirable to perform anodic bonding under a reduced pressure environment in an inert gas.
[0057]
When the microrelay chip 5 is connected from the state (A) to the base substrate 40 (B) in FIG. 2, the microrelay can be miniaturized by using Philip chip bonding as compared to the structure by wire bonding. be able to. As will be described later, it is also possible to reduce the size by forming a groove-shaped side casting line on the outer periphery as a connection line shared by the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 and the movable plate 20.
[0058]
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of the micro relay chip 5 shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 3 schematically shows the positional relationship of the components in the micro relay chip 5 described with reference to FIGS. 1 and 2 so that it can be easily confirmed. For example, in FIG. 1, each of the pair of fixed contacts 33 extends to both left and right ends, but is shown short to represent the fixed electrode 31. The microrelay of this embodiment will be described in more detail with reference to this figure. In this figure, the configurations of the cap substrate 10, the fixed substrate 30, and the movable plate 20 can be confirmed in detail. FIG. 3 shows the fixed electrode 11 and the fixed contact 13 of the cap substrate 10 that could not be confirmed in FIGS. 1 and 2.
[0059]
The fixed electrode 31 and the fixed contact 33 of the lower fixed substrate 30 and the fixed electrode 11 and the fixed contact 13 are formed at positions substantially corresponding to the movable part 21 and the movable contact 24 that function as movable electrodes. Has been. As described above, the pair of fixed contacts 33 provided on the fixed substrate 30 side are contacts for signal lines, and when the movable contact 23 descends and comes into contact, the fixed contacts 33 that are separated are brought into conduction. On the other hand, there is one fixed contact 13 on the cap substrate 10 side. The fixed contact 13 is connected to the ground (GND) via the electrode pad 17. When the movable contact 23 is separated from the lower fixed contact 33, the capacitive coupling can be released by contacting the upper fixed contact 13. With such a structure, the isolation between the contacts can be improved. Therefore, as can be confirmed in FIG. 3, the movable contacts 23 formed on both surfaces of the movable portion 21 are integrated through the through hole 19.
[0060]
A predetermined voltage is applied between the fixed electrode 11 of the cap substrate 10 and the fixed electrode 31 of the fixed substrate 30 between the movable portion 21 functioning as a movable electrode. Each of the fixed electrode 11 and the fixed electrode 31 is drawn out to the back side through the through hole 19. As described above, the movable plate 20 is made of silicon, for example, and is given conductivity by doping impurities. The inside of the through hole 19 is filled with a conductor or the inner wall is plated with a conductor. Accordingly, a structure is ensured in which the sealing of the internal space formed by the cap substrate 10, the fixed substrate 30, and the frame portion 25 of the movable plate 20 is not broken.
[0061]
In FIG. 3, connection lines between the movable plate 20, the fixed electrode 11 and the fixed electrode 31 are not shown, but these can be connected and disconnected via a switch.
[0062]
The movable plate 20 includes a frame portion 25 and a movable portion 21 including a hinge spring 22, which can be integrally formed using silicon as a base material. By doping impurities into silicon, the conductivity from the frame portion 25 to the movable portion 21 can be easily secured. However, the structure of the movable part 21 should not be limited to the form which concerns, for example, the form which formed metal electrodes on the surface may be sufficient. An insulating film 29 is formed on the surface of the movable portion 21 in order to form electrical insulation with the movable contact 23.
[0063]
As can be confirmed in FIG. 1, the movable portion 21 is supported by the hinge springs 22 provided at the four corners of the frame portion 25 so as to be movable up and down. More specifically, when a voltage is applied between the movable part 21 and the fixed electrode 11 or the fixed electrode 31, the movable part 21 moves to the cap substrate 10 side or the fixed substrate 30 side by electrostatic attraction. That is, the movable portion 21 moves up and down between the cap substrate 10 and the fixed substrate 30 by electrostatic attraction. At this time, it is possible to form a state in which the movable contact 23 contacts the fixed contact 13 of the cap substrate 10 when the movable contact 23 is raised, and the fixed contact 33 contacts the fixed substrate 30 when the movable contact 23 is lowered. Therefore, the relay operation is realized in which the movable contact 23 comes into contact with the fixed contact 33 of the signal line to be closed and separated.
[0064]
FIG. 3 shows a neutral state (neutral) in which no voltage is applied to the fixed contact 33 and the movable portion 21. The movable plate 20 made of a silicon single crystal substrate can be shaped as shown in the figure by performing an etching process. When a voltage is applied to either the fixed electrode 31 and the movable portion 21 (movable electrode) or the fixed electrode 11 and the movable portion 21 of the cap substrate 10, the movable portion 21 moves downward (or upward) due to electrostatic attraction. That state is maintained. In this state, the distance (contact gap GAP) between the movable contact and the fixed contact that are separated from each other is approximately twice that in the neutral state, and a predetermined amount of gap can be secured. Therefore, in the microrelay of this embodiment, the distance between the contacts can be substantially reduced as compared with the case where the distance between the electrodes is fixed on only one side. Therefore, the driving voltage of this micro relay can be reduced.
[0065]
In FIG. 3, as a more preferable form, the movable portion 21 is provided with a convex portion 24 protruding upward and downward. The convex portion 24 functions as a stopper. Even when the movable part 21 moves up or down and closes with the fixed contact 13 or 33, even if the movable part 21 may be further attracted by electrostatic attraction, the movable part 21 can be provided by providing the convex part 24 in this way. 21 and the fixed contact 13 or 33 can be prevented from sticking to each other. In FIG. 3, a concave portion 15 is formed in the fixed electrode 11 at a position corresponding to the upper convex portion 24, and a concave portion 35 is formed in the fixed electrode 31 at a position corresponding to the lower convex portion 24. In this case, at least the height of the convex portion 24 is formed so as to be larger than the depth of the concave portions 15 and 35 so that the movable portion 21 is prevented from being firmly adhered to the fixed electrodes 11 and 31. desirable. In addition, it is good also as a form which provides the comparatively low convex part 24 instead of providing a recessed part on the fixed electrode 11 and 31 side as mentioned above.
[0066]
4 and 5 are diagrams showing a modification of the first embodiment. In FIG. 1 to FIG. 3, the wirings to the outside are drawn out through the through holes 19 in each of the substrates 10 and 30. However, the electrical wiring is drawn out from each substrate without using a through hole, and the wiring is embedded so that the flatness of the joining surface between the substrates 10 and 30 and the frame portion 25 of the movable plate is ensured. Also good. This modification shows such a structural example.
[0067]
4 is an exploded perspective view in the case where a buried wiring is used between the movable plate 20 and the fixed substrate 30, and FIG. 5 schematically shows the microrelay 5 shown in FIG. In FIG. 4, the lead-out wiring 36 from the fixed electrode 31 and the lead-out wiring 37 from the fixed contact 33 are both embedded to be the same as the surface of the fixed substrate. Thus, by making the surface of the fixed substrate 30 flat, anodic bonding similar to that described above can be performed to ensure the internal sealing performance and manufacture the micro relay. In the case of adopting this structure, it is necessary to form an insulating film 27 in the frame portion 25 in contact with the lead wirings 36 and 37 in order to ensure electrical insulation from the fixed substrate 30. Note that a similar wiring structure can be adopted even in the cap substrate 10.
[0068]
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the micro relay of the first embodiment is operated. In the figure, a drive circuit 60 for driving the micro relay is shown. When the switch 65 is connected to the contact 61, the fixed electrode 11 and the movable plate 20 side of the cap substrate 10 are electrically connected. When the switch 65 is switched and connected to the contact 62, a voltage is generated between the fixed electrode 31 of the fixed substrate 30 and the movable plate 20 side. In FIG. 6, a neutral state in which no voltage is applied to the movable plate 20 is shown in the middle stage, and a case where the fixed electrodes to which the voltage is applied is switched up and down is shown.
[0069]
The fixed electrode 31 of the fixed substrate 30 is set to GND (ground) potential in advance, and the positive electrode potential is applied to the fixed electrode 11 of the cap substrate 10 in advance. As shown in the lower part of FIG. 6, when the movable plate 20 is set to a positive potential, the movable part 21 is attracted to the fixed electrode 31 side. The movable contact 23 comes into contact with the fixed contact 33. Even after the movable contact 23 comes into contact with the fixed contact 33, the movable portion 21 is attracted by the fixed electrode 31 with a larger force. Therefore, as shown in the figure, the movable portion 21 is bent and the contact force between the movable contact 23 and the fixed contact 33 is further improved. Therefore, the contact resistance of the contact can be reduced.
[0070]
Moreover, since the convex part 24 which functions as a stopper is formed in the surface of the movable part 21 as a preferable form in a present Example, the surface contact of the movable part 21 and the fixed electrode 31 can be prevented reliably. Yes. Therefore, the problem that the movable part 21 sticks to the fixed electrode 31 does not occur. In the present embodiment, since the surface of the movable portion 21 is covered with the insulating film 29, there is no short circuit problem even if the movable portion 21 contacts the fixed electrode 31. However, if the convex portion 24 can reliably prevent the movable portion 21 and the fixed electrode 31 from contacting each other, the insulating film at this portion can be omitted.
[0071]
On the other hand, as shown in the upper part of FIG. 6, when the switch 65 is switched and connected to the contact 61, the movable plate 20 becomes the GND potential. In this case, the movable portion 21 is attracted to the fixed electrode 11 on the cap substrate 10 side. Therefore, the movable portion 21 can be forcibly separated from the lower fixed electrode 31. Thereafter, the movable contact 23 comes into contact with the fixed contact 13 (GND contact). Therefore, not only the contact gap between the movable contact 23 and the fixed contact 33 is increased, but also the capacitance between the contacts is decreased. Therefore, high-frequency signal leakage between the contacts can be reduced. That is, this microrelay can improve isolation.
[0072]
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing the microrelay of the second embodiment. The movable plate 20 of the first embodiment was formed by an etching process. Since the height of the frame portion 25 of the movable plate 20 defines the contact gap described above, it is desirable to process it with high accuracy. The second embodiment exemplifies a micro relay when a gap is formed using a spacer. Since the basic configuration of the microrelay of this embodiment is the same as the structure of the first embodiment described above, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0073]
The frame portion 25 of this embodiment is formed by using a spacer 28. The spacer 28 can be formed by depositing polycrystalline silicon (polysilicon) or metal. For the deposition, a method such as CVD (Chemical Vapor Deposition) can be employed. Since the spacer 28 formed in this way can also be anodically bonded, an internal sealed microrelay can be manufactured also in this embodiment. Although the gap can be formed with high dimensional accuracy by the etching process, the gap can be formed similarly when the spacer is used as in the present embodiment. In general, since the etching process takes time, according to this embodiment in which the gap is formed using the gap by the spacer, the process can be shortened.
[0074]
[Third embodiment]
8 and 9 are views showing the microrelay of the third embodiment. This embodiment is a micro relay characterized in that a wiring path shared by the cap substrate 10, the fixed substrate 30, and the movable plate 20 is provided. In this embodiment, the same reference numerals are assigned to the same parts as those of the micro relay of the first embodiment. The same applies to the following embodiments.
[0075]
The micro relay chip 5 of this embodiment shown in FIG. 8 is also similar in that it is manufactured by anodic bonding with the movable plate 20 between the cap substrate 10 and the fixed substrate 30. However, as shown by the arrow X in the figure, the circumferential shape of each plate 10.20.30 is arranged and has a clean appearance. Also in the case of the present embodiment, the electrical wiring is taken out from the inner side of the fixed substrate 30 and the cap substrate 10 to the opposite side (outside) through the through holes 19 respectively. This configuration is the same as in the first embodiment.
[0076]
However, in the microrelay 5 of this embodiment, as shown in FIG. 9, a three-layer through common wiring path (side castellation) 48 that connects the cap substrate 10, the fixed substrate 30, and the movable plate 20 is formed on the outer peripheral portion. Has been. The micro relay 5 shown in the upper part of FIG. 9 shows the back side on the right side. On the back side, the bottom surface of the fixed substrate 30 is shown. On the bottom surface, a ground pad 51 of the fixed substrate 30, an electrode connection pad 52, and a connection pad 55 with the movable plate 20 are shown. Here, a discharge resistor 50 described later is shown.
[0077]
The micro relay chip 5 is Philip chip bonded to the base substrate 40 with solder balls or the like as shown in the middle stage to form a micro relay assembly. By adopting the configuration of this embodiment, wire bonding becomes unnecessary. Therefore, as is clear from the case of FIG. 2, the base substrate surface for wire bonding can be reduced in size, and an increase in conductor resistance due to the wire can be eliminated. Furthermore, it is not necessary to form a step for providing connection pads on the micro relay chip. Therefore, if three plates with the same outer shape are bonded together to form through-holes that pass through three layers and filled with a conductive material, and this is cut during the dicing process, the side castellation 48 is exposed to the outside. A microrelay with a structure provided can be easily manufactured.
[0078]
In addition, if the surface of the micro relay chip of this embodiment (the back side of the cap substrate) is covered with an appropriate protective film or the like, the micro relay chip 5 can be mounted as it is without forming a base substrate or a resin mold. Device. In this case, it is clear that further downsizing can be promoted.
[0079]
[Fourth embodiment]
10 and 11 show the microrelay of the fourth embodiment. FIG. 10 is an exploded perspective view of the chip portion of the micro relay, and FIG. 11 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration example of the micro relay chip 5. The feature of this embodiment compared with the first embodiment is that the fixed contact 13 on the cap substrate 20 side is changed from a contact connected to the ground (GND) to a contact of a signal line.
[0080]
That is, like the pair of fixed contacts 33 on the fixed substrate 30 side, the fixed contacts on the cap substrate 10 side are formed as a pair of 13-1 and 13-2. As shown in FIG. 10, the electrode pad 17 on the cap substrate is also changed to a pair of 17-1 and 17-2. Since the micro relay of this embodiment has two signal lines, the contact configuration can be diversified, and the number of relays can be reduced. For example, in a place where two relays of one system are conventionally set, one micro relay of this embodiment may be able to cope with it.
[0081]
FIG. 12 shows a modification of the micro relay of the fourth embodiment. This modification uses the side castellation 48 shown in the third embodiment to provide a common terminal COM48 for the fixed substrate 30 and the cap substrate 10. Such a configuration can also diversify the contact configuration.
[0082]
[Fifth embodiment]
FIG. 13 shows a microrelay of the fifth embodiment. In this micro relay, the movable portion 21 is formed thicker. In this embodiment, the movable portion 21 is moved by receiving an electrostatic attraction, and the thickness of the movable portion 21 is designed so that the movable contact 23 has rigidity that does not bend after the movable contact 23 contacts the fixed contact 33 as shown in the lower part. Has been. In the first embodiment described above, the movable portion 21 is considered to be bent, and the convex portion 24 is formed to prevent the movable portion 21 and the fixed electrodes 11 and 31 from sticking to each other. However, in the case of the present embodiment, the movable portion 21 does not bend due to electrostatic attraction, so that it is not necessary to provide a convex portion. Therefore, the process can be simplified as compared with the first embodiment. In addition, as a natural configuration of the present embodiment, the fixed electrodes 11 and 31 are formed at such a height that the movable portion 21 does not contact when the movable contact 23 contacts the fixed contacts 13 and 33.
[0083]
FIG. 14 is a diagram showing an improved example of the fifth embodiment. When the thickness of the movable plate 21 is increased as in the fifth embodiment, the rigidity of the region of the hinge spring 22 surrounded by a circle is also increased. However, when the rigidity of the hinge spring 22 is increased together with the movable portion 21, the stiffness is increased and the movable portion 21 is difficult to move up and down. Therefore, in this improved example, the hinge spring 22 is made thinner than the movable portion 21 to reduce the stiffness and facilitate vertical movement. According to this example, the movable part 21 which suppressed bending can be moved up and down reliably.
[0084]
[Sixth embodiment]
FIG. 15 is a view showing a microrelay of the sixth embodiment. This embodiment is characterized by the hinge spring 22 portion of the movable plate 20. (A) shows a case where the stiffness is reduced by widening the range TW where the hinge spring 22 is folded back and folded, and (B) shows a case where the stiffness is reduced by increasing the number of times of folding by the hinge spring 22. Thus, by improving the hinge spring 22, the movable part 21 can be smoothly moved up and down. This structure is particularly effective for moving the movable part 21 with improved rigidity in the fifth embodiment up and down.
[0085]
[Seventh embodiment]
FIG. 16 is a diagram showing a micro relay according to a seventh embodiment. This embodiment is also characterized by the hinge spring portion of the movable plate 20. (A) is a structure which holds the movable part 21 by connecting four hinge springs 22-1 to 22-4 to each of the four sides of the frame part 25. With this structure, the movable portion 21 can be moved up and down. However, in the case of this structure, there is a tendency that the amount of shift at the portion of the TER in the circle is relatively large, and there are cases where the vertical movement of the movable portion 21 is hindered.
[0086]
Therefore, as shown in (B) or (C), the hinge springs 22 are connected to the opposite sides of the frame portion 25. In (B), hinge springs 22-1 and 22-4 are connected to the left side, and hinge springs 22-2 and 22-3 are connected to the right side. In the case of (C), the upper and lower sides are similarly connected. When the hinge springs are arranged symmetrically in this way, the balance of the movable portion 21 is improved, so that the vertical movement can be performed smoothly. Further, since the movable plate 20 having this structure is more stable, the convex portion 24 of the stopper provided on the movable portion 21 in the first embodiment may be omitted.
[0087]
[Eighth embodiment]
FIG. 17 is a view showing a microrelay of the eighth embodiment. The present embodiment includes a structure that generates a very small amount of friction between the movable contact and the fixed contact by changing the balance of the spring coefficient of the hinge spring. In the case of the first embodiment, the movable portion 21 is moved up and down while maintaining the horizontal state. However, the present embodiment is different in that the spring coefficient of the hinge spring is positively changed. In FIG. 17, the four hinge springs 22-1 to 22-4 are set to different spring coefficients. The spring coefficient can be changed by appropriately adjusting the length, width, and thickness of the hinge spring 22.
[0088]
When the spring coefficients of the hinge springs 22-1 to 22-4 are different and an electrostatic attractive force is applied from the neutral state shown in (A), first, the side having the smaller spring coefficient moves leading, as shown in (B). In addition, only one side of the movable portion 21 is strongly attracted to the fixed electrode 31. Thereafter, as shown in (C), the distance between the movable portion 21 and the fixed electrode 31 gradually decreases, and the side with the larger spring coefficient is also attracted. Ultimately, both sides of the movable portion 21 are sucked in the same manner as in the first embodiment. However, in the middle of the operation from the state (B) to (C), a slight rubbing (referred to as wiping) occurs when the movable contact 23 and the fixed contact 33 are in contact with each other. At this time, since a slight rubbing occurs on the contact surface, a new surface of the contact surface appears. That is, it is possible to suppress the formation of an insulating film on the contact surface due to friction between the contacts and the adhesion of the insulating material. In this embodiment, a state where a new surface is always formed in this way. The contact resistance is stable. As a result, the reliability of the micro relay is improved.
[0089]
The hinge springs 22-1 to 22-4 may be set so as to have different spring coefficients, but the hinge springs may be divided into groups and the spring coefficients may be changed between the groups. For example, the hinge springs 22-1 and 22-4 and the hinge springs 22-2 and 22-3 shown in FIG. 16 may be set to have different spring coefficients.
[0090]
[Ninth embodiment]
FIG. 18 is a view showing a microrelay of the ninth embodiment. The present embodiment shows an example of a structure that can increase the rigidity of the fixed electrode 31 and the movable portion 21 and increase the electrostatic attractive force generated between them. Unlike the one shown in the first embodiment, the movable part 21 shown in this embodiment is a single plate. A pair of punched holes 18 are formed in the center of the plate. A movable contact 23 is formed in a portion between the punched holes 18 on the back surface of the movable portion 21. Therefore, the rigidity is higher than the structure in which the two plates are connected by the movable contact 23 as shown in the first embodiment. Moreover, since the area of the movable part 21 increases, the electrostatic attractive force to generate can also be enlarged.
[0091]
On the other hand, on the fixed substrate 30 side, the length of the fixed contact 33 is shortened and connected to the wiring drawn out to the back side through the through hole 19. Compared to the case of the first embodiment, the fixed substrate 30 has a shorter fixed contact 33 length, and the area of the fixed electrode 31 is enlarged. Also with this structure, the rigidity of the fixed electrode 31 can be improved and the electrostatic attractive force acting on the movable portion 21 can be increased. Therefore, in this embodiment, it is possible to realize a micro relay in which the structure of the movable portion 21 and the fixed electrode 31 is made robust and the electrostatic attraction is increased to increase the driving efficiency.
[0092]
In addition, the effect according to the present embodiment can be obtained even when either one of the fixed electrode 31 and the movable portion 21 is employed. When the fixed contact 13 of the cap substrate 10 is used as a signal line contact as in the fourth embodiment shown in FIG. 10, the structure of the fixed electrode 31 of this embodiment is fixed to the cap substrate 10. The same can be applied to the electrode 11.
[0093]
[Tenth embodiment]
FIG. 19 shows the microrelay of the tenth embodiment. This embodiment is a microrelay having a structure for removing charges from the fixed electrode 31 and the movable portion 21. FIG. 19 shows a peripheral configuration of a drive circuit 60 that drives the micro relay. (A) is the figure which showed the failure state which may generate | occur | produce when there is no discharge resistance. When the power supply 66 is turned off, charges remain in the fixed electrode 31 and the movable portion 21. As a result, a situation in which the movable part 21 is held or a situation in which the movable part 21 is gradually discharged due to a leakage current and the movable part 21 returns to the neutral state occurs. Furthermore, the movement of the movable part 21 may become unstable due to the influence of the remaining charge.
[0094]
On the other hand, when (B) shows the discharge resistor 50 between the power source 66 and the ground (GND), (C) shows the discharge resistors 50-1 and 50-2 on the power source 66 and the movable portion 21, respectively. The case where there is. In the case of (B) in which a discharge resistance exists between the power supply and the ground, since the current 7 flows through the discharge resistance 50 when the power supply is turned off, no charge remains and the movable portion 21 is quickly returned to the neutral state. Can do.
[0095]
Further, when the discharge resistors 50-1 and 50-2 are arranged between the power source and the movable portion and between the ground and the movable portion, respectively (C), the changeover switch (SW) 65 of the movable portion 21 is neutral. Even if the movable part 21 is activated by the external disturbance 8 such as static electricity from the outside when in the state, the current 7 flows through the discharge resistor 50, so that the normal state can be quickly returned to the normal state without maintaining the external state. it can.
[0096]
[Eleventh embodiment]
FIG. 20 is a view showing a microrelay of an eleventh embodiment in which a discharge resistance function is added to the convex portion provided on the movable portion. As described above, the convex portion 24 provided on the movable portion 21 functions as a stopper that prevents the movable portion 21 from sticking to the fixed electrodes 11 and 31. If the convex portion 24 further acts as the above-described discharge resistance, the residual charge is removed, so that sticking can be prevented more efficiently.
[0097]
For example, silicon or polysilicon may be doped with impurities to form a resistor on the surface of the protrusion 24. FIG. 20 illustrates a case where the movable part 21 moves downward. The switch 65 is switched from the neutral state (A), and the movable portion 21 is electrically attracted to the fixed electrode 31. In this operation, the movable contact 23 comes into contact with the fixed contact 33 and closes as in the state (B). At this time, the lower convex portion 24DW is not yet in contact with the fixed electrode 31. Further, the movable portion 21 is sucked and the convex portion 24DW is pressed against the fixed electrode 31. At this time, the convex portion 24 acts as a discharge resistance between the movable portion 21 and the ground while preventing sticking, and prevents the electric charge from remaining. Therefore, since excessive electrostatic attraction after the contact is closed can be reduced, sticking of the movable portion 21 can be effectively suppressed. In addition, when adopting the structure of the present embodiment, it is required to design so as not to generate vibration in consideration of the time constant and the resonance frequency of the movable portion 21.
[0098]
[Twelfth embodiment]
FIG. 21 is a view showing a microrelay of a twelfth embodiment improved to a structure having a plurality of contacts. In the present embodiment, the movable part 21 has two movable contacts 23-1, 23-2. Correspondingly, each fixed contact 33 provided on the fixed substrate 30 side is branched into a substantially U-shape. Therefore, in the case of the present embodiment, since a plurality of contact structures exist in parallel, the relay function of connecting and disconnecting signal lines can be ensured even if a problem occurs in one contact. Although FIG. 21 illustrates the case where there are two movable contacts, it is needless to say that there may be three or more. When the fixed contact 13 of the cap substrate 10 is used as a signal line contact as in the fourth embodiment shown in FIG. 10, the structure of this embodiment is applied to the fixed contact 13 of the cap substrate 10 as well. Similarly, it can be adopted.
[0099]
FIG. 22 shows a modification of the twelfth embodiment. In FIG. 21, the structure is such that one fixed contact 33 is branched so that the two movable contacts 23-1 and 23-2 can be contacted. However, in this example, the fixed contact 33 side also has two independent fixed contacts 33-1. 33-2. In the case of this structure, since there are a plurality of signal lines independently, the function of the relay can be secured more reliably.
[0100]
[Thirteenth embodiment]
FIG. 23 is a diagram showing a microrelay of a thirteenth embodiment. This embodiment proposes a preferred fixed electrode structure formed on a fixed substrate. (A) And (B) is the figure which showed the structural example for a comparison, (C) is the figure which showed the structure of the present Example. In (A), the fixed electrode 31 and the fixed contact 33 of the fixed substrate 30 have substantially the same height. Thus, when both are the same height, the distance between electrodes of the fixed part 31 and the movable part 21 which acts as a movable electrode will become large. Therefore, a high voltage drive is required to obtain a predetermined electrostatic attractive force. As a countermeasure, a structure in which the movable portion 21 is dug and the movable contact 23 is moved upward as shown in FIG. However, the structure (B) is difficult to process, and the number of steps increases, resulting in an increase in cost.
[0101]
Therefore, as shown in FIG. 3C, in this embodiment, the fixed electrode 31 is formed so that the height thereof is higher than the height of the fixed contact 33. Here, it is desirable to set so that the height difference between the fixed electrode 31 and the fixed contact 33 is slightly smaller than the height of the movable contact 23. According to the present embodiment, the movable portion 21 can be reliably sucked with a simple structure.
[0102]
In this figure, the insulating film on the upper side of the movable part 21 and the configuration on the cap substrate 10 side are shown in a simplified manner, but it is desirable that the fixed electrode provided on the cap substrate 10 side is also configured in the same manner.
[0103]
[14th embodiment]
FIG. 24 is a view showing a micro relay of a fourteenth embodiment provided with a preferable wiring structure of the movable plate 20. In this structure, the wiring of the movable plate 20 is a structure in which a through hole 19-2 is provided in the fixed substrate 30 and is drawn out to the back surface side. The through hole 19-2 can be formed simultaneously with the wiring of the movable plate 20 when the through hole 19-1 for the fixed substrate 30 is formed. Therefore, a process can be simplified compared with the case where wiring for movable plate 20 is provided separately. Here, an example in which the through hole 19-2 is provided on the fixed substrate 30 side is shown, but it is of course possible to provide the through hole 19-2 on the cap substrate 10 side. In FIG. 24, the configuration around the movable part and the cap substrate 10 side is shown in a simplified manner.
[0104]
[Fifteenth embodiment]
FIG. 25 is a view showing a microrelay of a fifteenth embodiment having a preferable movable plate 20. In the present embodiment, a predetermined gap 57 is secured between the outer periphery of the movable portion 21 and the frame portion 25, and a plurality of outer peripheral stoppers 58 are provided that protrude from the peripheral portion of the movable portion 21 toward the inner surface of the frame portion 25. ing. With such a structure, the movement of the movable part 21 in the lateral direction (in-plane direction of the movable part) can be restricted. The outer peripheral stopper 58 may be formed integrally with the movable portion 21. However, if a member having excellent elasticity is added, a structure having particularly excellent impact resistance can be obtained.
[0105]
It is desirable that the outer peripheral stopper 58 is provided at a position that is symmetrical with the peripheral portion of the movable portion 21. Moreover, since the outer periphery stopper 58 is a partial convex part, an air flow does not become an obstacle to the movable part 21 moving up and down. Moreover, when forming integrally with the movable part 21, it can form easily without accompanying the increase in a process.
[0106]
In FIG. 25, an example in which the outer peripheral stopper 58 is provided on the movable part 21 side is shown, but it may be provided on the frame part 25 side or both the movable part 21 and the frame part 25.
[0107]
Although not shown in the drawings, regarding the above-described embodiments of the microrelay, if a ground pad is provided on the entire surface of the cap substrate 10 (the surface opposite to the movable plate 20), the signal line can be shielded. It is possible to improve the shielding performance against disturbances such as static electricity affecting the electrostatic attractive force, and to make a structure without malfunction. Similar effects can be obtained when a metal layer is provided on the side surface of the laminated structure of the micro relay chip via an insulating film. In addition, it is recommended that the movable contact 23 and the fixed contacts 13 and 33 described above have a structure in which, for example, Au is disposed in the lower layer and a surface layer is formed of any one of Rh, Ru, and Pd. The lower Au layer has a predetermined cushioning effect and has a metal with high hardness on the contact surface, so that it is possible to make the contact difficult to adhere.
[0108]
Furthermore, with reference to FIGS. 26 to 29, the manufacturing process of the micro relay chip 5 of the second embodiment in which the gap is formed using the spacer will be described. 26 shows the manufacturing process of the fixed substrate 30, FIG. 27 shows the manufacturing process of the cap substrate 10, FIG. 28 shows the manufacturing process of the movable plate 20, and FIG. 29 shows the manufacturing process until the micro relay chip assembled with these is completed. Yes. These processes use semiconductor manufacturing techniques, and techniques such as film formation, exposure, and etching are used.
[0109]
The fixed substrate 30 is manufactured by the process shown in FIG. A glass substrate having a thickness of about 0.2 to 0.4 mm is prepared ((1)). It is recommended to use Pyrex (registered trademark) glass as the glass substrate. This is because, as will be described later, when single crystal silicon is used for the movable plate, the coefficient of thermal expansion is close and bonding can be performed with high accuracy.
[0110]
A hole for forming a through hole is provided in this substrate ((2)). Such holes can be created using a laser, sandblast, or the like. The hole (through hole) is filled with a conductive material using plating or the like (3). As the conductive material, for example, gold, copper, aluminum or the like can be used.
[0111]
Further, the fixed electrode 31 and the fixed contact 33 are formed by sputtering or the like (4). Gold, platinum, or the like can be used as a material for forming these. Gold may be applied to the lower layer and a platinum-based element Rh, Ru, Pd, Pt or the like may be placed thereon. In particular, the fixed contact 33 in contact with the movable contact preferably has a platinum-based metal with wear resistance on its surface, and if there is elastic gold below it, it functions as a cushion or reduces the conductor resistance. Therefore, it becomes a more suitable structure. A fixed electrode 31 and a fixed contact 33 are formed on the glass substrate to form the fixed substrate 30. As shown in the bottom row (5), Si is formed on the surface of the fixed electrode using CVD or the like.3N4If necessary, a protective film may be formed as appropriate. FIG. 27 shows a manufacturing process of the cap substrate 10. The cap substrate 10 can be manufactured in the same manner as the fixed substrate 30 shown in FIG.
[0112]
FIG. 28 shows a manufacturing process of the movable plate 20. However, since the movable plate 20 is joined to the fixed substrate 30 and then processed into the final form, FIG. 29 shows the process up to the semi-finished state. First, an SOI substrate is prepared ((1)). This SOI substrate is formed on a thick support layer 71 with SiO.2An active layer 73 made of single crystal silicon or the like is stacked via an oxide film 72 made of or the like.
[0113]
A hole for the through hole 19 for forming the movable contact 23 is formed in the SOI substrate ((2)). As described above, since the movable contact 23 protrudes on both surfaces of the movable portion 21, it is integrated through the through hole 19. The periphery of the hole is etched so that the movable contact 23 can be formed (3). Then, the active layer 73 is doped with impurities to impart conductivity ((4)). Further, for example, SiO2 is formed on the surface by sputtering or the like.2An insulating film is formed (5). This insulating film is formed to electrically insulate the movable plate 21 serving as the movable electrode and the movable contact 23 formed therein.
[0114]
Thereafter, the through hole 19 is filled with a conductive metal material using a plating method or a sputtering method to form a half of the movable contact 23 ((6)). Then, the spacer 28 is formed by depositing polysilicon for gap formation on the outer ring portion corresponding to the frame portion 25 of the movable plate 20. Further, a convex portion 24 for a stopper is also formed.
[0115]
FIG. 29 shows a state where the microrelay is manufactured by assembling the fixed substrate 30, the cap substrate 10 and the movable plate 20 manufactured as described above in a laminated state. In FIG. 29, first, the semi-finished movable plate 20 is bonded onto the fixed substrate 30 ((1)). The unfinished movable plate 20 shown in FIG. 28 is turned over and placed on the fixed substrate 30 to be joined. It is desirable to use anodic bonding for this bonding. If anodic bonding is performed with the minus (−) on the fixed substrate 30 side and the movable plate 20 side as the ground potential, the two can be easily brought into close contact.
[0116]
Subsequently, the process of completing the remaining half of the movable plate 20 in the semi-finished state is continued. Before that, first, the support layer 71 and the oxide film 72 are removed ((2)). Thereafter, the same processing as shown in FIG. 28 is repeated here. That is, in order to form the movable contact 23 on the opposite side, the upper portion of the through hole 19 is similarly etched ((3)), and conductivity is imparted by doping impurities ((4)). Further, an insulating film is formed on the surface (5), and half of the movable contact is formed to complete the entire movable contact 23 (6). Further, polysilicon or the like is similarly deposited on the portion corresponding to the frame portion 25 to provide a spacer 28, and the convex portion 24 is also formed (7).
[0117]
Thereafter, the slit of the movable plate 20 is formed. With this slit formation, a structure is produced in which the frame portion 25 and the movable portion 21 are connected by an elastic hinge spring 22 ((8)). In particular, if single crystal silicon is used for the movable plate 20, the hinge spring 22 in which the frame portion 2 and the movable portion 21 are formed in a folded shape by RIE processing can be easily formed.
[0118]
Finally, the cap substrate 10 is placed on the movable plate 20 and anodic bonded as in the case of the fixed substrate 30. The anodic bonding is performed in a reduced pressure atmosphere, more preferably in an inert gas atmosphere. As a result, the micro relay can be sealed without leaving unnecessary gas inside. Therefore, even if the micro relay chip manufactured in this way is further separated into pieces in the dicing process, the interior is not affected, and thus a reliable micro relay chip can be manufactured. Such a micro relay chip is made into a micro relay device 1 as a product through the same process as shown in FIG.
[0119]
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. It can be changed.
[0120]
【The invention's effect】
As is clear from the above detailed description, the microrelay of the present invention can shorten the distance between the fixed electrodes, so that the drive voltage for driving the movable portion can be kept low. On the other hand, since there is a fixed electrode for electrostatically attracting the movable part on both of the fixed substrates, when the movable part is attracted to one fixed electrode, the other fixed substrate and the movable part Can be approximately doubled. Therefore, since the distance between the movable contact and the fixed contact can be increased, the micro relay has improved isolation even in a minute space.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a chip portion of a microrelay according to a first embodiment.
FIGS. 2A and 2B are diagrams sequentially illustrating how the micro relay chip of FIG. 1 is finished into a micro relay device as a finished product.
3 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration example of the micro relay chip of FIG. 1;
FIG. 4 is an exploded perspective view in the case where embedded wiring is used between the movable plate and the fixed substrate in a modification of the first embodiment.
5 is a diagram schematically showing a side cross section of the microrelay shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the micro relay of the first embodiment is operated.
FIG. 7 is a view showing a microrelay of a second embodiment.
FIG. 8 is a view showing a micro relay according to a third embodiment.
FIG. 9 is a view showing a micro relay according to a third embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a micro relay according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a view showing a micro relay according to a fourth embodiment.
FIG. 12 is a view showing a modification of the micro relay of the fourth embodiment.
FIG. 13 is a view showing a microrelay of a fifth embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an improved example of the fifth embodiment.
FIG. 15 is a view showing a micro relay according to a sixth embodiment.
FIG. 16 is a view showing a micro relay according to a seventh embodiment.
FIG. 17 is a view showing a microrelay of an eighth embodiment.
FIG. 18 is a view showing a microrelay of a ninth embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a micro relay of a tenth embodiment.
FIG. 20 is a diagram showing a micro relay of an eleventh embodiment.
FIG. 21 is a view showing a microrelay of a twelfth embodiment.
FIG. 22 is a diagram showing a modified example of the twelfth embodiment.
FIG. 23 is a view showing a micro relay according to a thirteenth embodiment.
FIG. 24 is a view showing a micro relay according to a fourteenth embodiment.
FIG. 25 is a view showing a micro relay according to a fifteenth embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing manufacturing steps of the fixed substrate in the example.
FIG. 27 is a view showing a manufacturing process of the cap substrate of the example.
FIG. 28 is a diagram showing a manufacturing process of the movable plate of the example.
FIG. 29 is a diagram showing a manufacturing process until a micro relay chip is completed.
[Explanation of symbols]
1 Micro relay device
5 Micro relay chip
10 Cap substrate (fixed substrate)
11 Fixed electrode
13 Fixed contacts
19 Through hole
20 Movable plate
21 Movable parts, movable electrodes
22 Hinge spring (elastic member)
23 Movable contact
24 Convex
25 Frame
30 Fixed substrate
31 Fixed electrode
33 Fixed contact
50 Discharge resistance
60 Drive circuit

Claims (33)

それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、
前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前記固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記一対の固定基板間を移動し、
前記可動電極と前記固定電極とに電圧が印加されていない状態では、前記可動接点は前記一対の固定基板の前記固定接点に接することなく前記固定接点の間に位置し、
前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から開離する場合、前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から離れた後にグランド電位に設定された前記一対の固定基板の他方の固定接点に接触することを特徴とするマイクロリレー。A pair of fixed substrates, each having a fixed contact and a fixed electrode, and a movable plate disposed between the fixed substrates;
The movable plate includes a frame part and a movable part provided to be movable with respect to the frame part,
The frame portion is bonded between the pair of fixed substrates,
It said movable portion includes a movable contact at a position corresponding to the movable electrode and the fixed contact which faces the fixed electrode, the pair of the fixed substrate on the basis of electrostatic attraction generated between the movable electrode and the stationary electrode move between,
In a state in which no voltage is applied to the movable electrode and the fixed electrode, the movable contact is located between the fixed contacts without contacting the fixed contacts of the pair of fixed substrates,
When the movable contact is separated from one fixed contact of the pair of fixed substrates, the movable contact of the pair of fixed substrates set to the ground potential after being separated from the one fixed contact of the pair of fixed substrates. A microrelay that contacts the other fixed contact . 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部及び前記一対の固定基板は密封性を持って接合されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the frame portion and the pair of fixed substrates are joined with a sealing property. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部は、前記一対の固定基板と陽極接合されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the frame portion is anodically bonded to the pair of fixed substrates. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記一対の固定基板それぞれに形成した固定接点は、一方が信号接続用の接点であり、他方がグランド接続用の接点であることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
One of the fixed contacts formed on each of the pair of fixed substrates is a signal connection contact, and the other is a ground connection contact. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定接点は、前記可動接点により接続される信号接続用の接点を含むことを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The fixed contact is microrelay characterized in that it comprises a contact for signals connected by the movable contact connection. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定基板から外部への配線の引出しはスルーホールを介して行われていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The microrelay is characterized in that the wiring from the fixed substrate to the outside is performed through a through hole. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動板から外部への配線の引出しは、前記固定基板に形成したスルーホールを介して行われていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the lead-out of the wiring from the movable plate is performed through a through hole formed in the fixed substrate. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定基板から外部への引出し配線が、固定基板の表面と同一面となるように配設されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A microrelay wherein the lead-out wiring from the fixed substrate to the outside is arranged so as to be flush with the surface of the fixed substrate. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記一対の固定基板及び可動板に共用の配線路を前記固定基板及び可動板に溝状に設けたことを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A microrelay characterized in that a common wiring path is provided in the fixed substrate and the movable plate in a groove shape on the pair of fixed substrate and the movable plate. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定電極が前記固定接点よりも高く形成されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The microrelay characterized in that the fixed electrode is formed higher than the fixed contact. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動接点が複数並設され、前記固定接点は前記可動接点の数に対応して分岐されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A plurality of the movable contacts are arranged side by side, and the fixed contacts are branched according to the number of the movable contacts. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動接点が複数並設され、該可動接点の数に対応した独立の固定接点が並存することを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A microrelay comprising a plurality of the movable contacts arranged in parallel, and independent fixed contacts corresponding to the number of the movable contacts. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は、前記固定基板の表面に対して垂直な方向に該可動部を移動可能とする弾性部材を介して、前記枠部に接続されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the movable portion is connected to the frame portion via an elastic member that allows the movable portion to move in a direction perpendicular to the surface of the fixed substrate. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は複数のヒンジバネを介して前記枠部に接続されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the movable part is connected to the frame part via a plurality of hinge springs. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は対称位置に設けたヒンジバネで前記枠部に接続されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the movable part is connected to the frame part by a hinge spring provided at a symmetrical position. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部の対向する２辺にヒンジバネが接続されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A hinge relay is connected to two opposing sides of the frame portion. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は対向する位置に配置されたヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネの全てのバネ係数は異なることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the movable part is connected to the frame part by a hinge spring disposed at an opposing position, and all the spring coefficients of the hinge spring are different. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネは前記枠部及び可動部より薄く形成されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the movable part is connected to the frame part by a hinge spring, and the hinge spring is formed thinner than the frame part and the movable part. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、前記枠部、前記可動部及びヒンジバネは同一の導電性部材で形成されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The movable portion is connected to the frame portion by a hinge spring, and the frame portion, the movable portion, and the hinge spring are formed of the same conductive member. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
更に前記枠部及び可動部の少なくとも一方に可動部の面内方向での移動を規制するストッパを備えていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The microrelay further comprises a stopper for restricting movement of the movable part in the in-plane direction on at least one of the frame part and the movable part. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部の厚みにより前記可動部と前記固定基板との間のギャップが設定されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A gap between the movable part and the fixed substrate is set by the thickness of the frame part. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部と前記固定基板との間のギャップが形成され、該ギャップは前記枠部に設けたスペーサで調整されていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A microrelay wherein a gap is formed between the movable portion and the fixed substrate, and the gap is adjusted by a spacer provided in the frame portion. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備えることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The micro relay according to claim 1, wherein the movable portion or the fixed substrate includes a convex portion for preventing the movable portion and the fixed substrate from sticking to each other. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、
該凸部は、前記可動接点が前記固定接点に接触したときに、前記可動電極と前記固定電極とを少なくとも接触させない高さを備えていることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The movable portion or the fixed substrate includes a convex portion for preventing the movable portion and the fixed substrate from sticking,
The convex portion has a height that prevents at least the movable electrode and the fixed electrode from contacting each other when the movable contact contacts the fixed contact. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に、電荷を除去するための電荷除去手段を備えたことを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A microrelay characterized in that at least one of the movable part and the fixed electrode is provided with charge removing means for removing charges. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に接続された放電抵抗を有することを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
A microrelay having a discharge resistance connected to at least one of the movable part and the fixed electrode. 請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、
該凸部は放電抵抗を含み、電荷を除去する電荷除去手段であることを特徴とするマイクロリレー。The micro relay according to claim 1,
The movable portion or the fixed substrate includes a convex portion for preventing the movable portion and the fixed substrate from sticking,
The microrelay characterized in that the convex portion includes a discharge resistor and is a charge removing means for removing charges. 前記マイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板を含むことを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレー。  The micro relay according to any one of claims 1 to 27, further comprising a base substrate that supports the fixed substrate. 前記マイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板と、該ベース基板上のパッドと前記可動電極及び固定電極とを接続する手段とを有することを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレー。  28. The micro relay further comprises a base substrate that supports the fixed substrate, and means for connecting the pad on the base substrate to the movable electrode and the fixed electrode. The micro relay according to one item. 前記マイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板と、該ベース基板上のパッドと前記可動電極及び固定電極とを接続する手段と、前記固定基板及び可動板を封止する樹脂とを有することを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレー。  The micro relay further includes a base substrate that supports the fixed substrate, a pad that connects the pad on the base substrate to the movable electrode and the fixed electrode, and a resin that seals the fixed substrate and the movable plate. 28. The microrelay according to claim 1, wherein それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前記固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記一対の固定基板間を移動し、前記可動電極と前記固定電極とに電圧が印加されていない状態では、前記可動接点は前記一対の固定基板の前記固定接点に接することなく前記固定接点の間に位置し、前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から開離する場合、前記可動接点が前記一対の固定基板の一方の固定接点から離れた後にグランド電位に設定された前記一対の固定基板の他方の固定接点に接触するマイクロリレーの製造方法であって、
前記一対の固定基板と前記枠部とを陽極接合により接合する工程を少なくとも含むことを特徴とするマイクロリレーの製造方法。 Each includes a pair of fixed substrates facing each other with a fixed contact and a fixed electrode, and a movable plate disposed between the fixed substrates, the movable plate moving relative to the frame portion and the frame portion The frame portion is joined between the pair of fixed substrates, and the movable portion includes a movable contact facing the fixed electrode and a movable contact at a position corresponding to the fixed contact. The movable contact is moved between the pair of fixed substrates based on an electrostatic attractive force generated between the movable electrode and the fixed electrode, and no voltage is applied to the movable electrode and the fixed electrode. Is positioned between the fixed contacts without contacting the fixed contacts of the pair of fixed substrates, and when the movable contact is separated from one fixed contact of the pair of fixed substrates, the movable contact is the pair of fixed substrates. One fixed contact on the fixed board A method of manufacturing a micro relay in contact with the other fixed contact of the pair of the fixed substrate that is set to the ground potential after leaving,
A method of manufacturing a micro relay, comprising at least a step of joining the pair of fixed substrates and the frame portion by anodic bonding . 請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、 前記接合は減圧雰囲気下で実行されることを特徴とするマイクロリレーの製造方法。  32. The microrelay manufacturing method according to claim 31, wherein the joining is performed in a reduced pressure atmosphere. 請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、
前記接合は不活性ガス雰囲気中で実行されることを特徴とするマイクロリレーの製造方法。In the manufacturing method of the micro relay of Claim 31,
The method of manufacturing a micro relay, wherein the joining is performed in an inert gas atmosphere.
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