JP2006294591A - 静電マイクロ接点開閉器およびその製造方法、ならびに静電マイクロ接点開閉器を用いた装置 - Google Patents

静電マイクロ接点開閉器およびその製造方法、ならびに静電マイクロ接点開閉器を用いた装置 Download PDF

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Abstract

【課題】従来と同等の復帰力を確保しつつ、接触力の向上、印加電圧の低減、および／または、電極の寸法の縮小を実現する。
【解決手段】静電マイクロリレー１０は、ベース１１に設けた固定電極１２と、アクチュエータ２１の可動電極２４との間に電圧を印加して生じる静電引力で可動電極２４を駆動し、ベース１１に設けた固定接点１３ａ・１４ａにアクチュエータ２１に設けた可動接点２６を接離させて電気回路を開閉する。アクチュエータ２１は、ベース１１に立設する支持部２２と、支持部２２から側方に延在し、可動電極２４および可動接点２６を弾性支持する梁部２３とを備える。梁部２３は、支持部２２の側から可動電極２４および可動接点２６の順番で弾性支持している。梁部２３と可動電極２４とを接続する接続部２８は、支持部２２の側からスリット２７が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電引力によって接点どうしを接離させることにより電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器およびその製造方法、ならびに静電マイクロ接点開閉器を用いた装置に関するものである。特に、本発明は、静電マイクロ接点開閉器におけるアクチュエータの構造に関するものである。
静電マイクロ接点開閉器の一種である静電マイクロリレーの従来例について、図４０〜図４５を参照しつつ説明する。図４０は、従来の静電マイクロリレーの概要を示している。静電マイクロリレー１００は、ベース１０１と、一部がベース１０１の上面に固定され、他部がベース１０１から離間しているアクチュエータ１１１とを備える構成である。なお、図中同じ部材には同じ符号を付している。
ベース１０１の上面には、固定電極１０２と、２つの信号線１０３・１０４とが設けられている。２つの信号線１０３・１０４は、同一直線上に僅かに離間して配置され、信号線１０３・１０４の対向部分がそれぞれ固定接点１０３ａ・１０４ａとなる。
アクチュエータ１１１は、支持部１１２、梁部１１３、可動電極１１４、および可動接点部１１５を備える構成である。支持部１１２は、ベース１０１の上面に立設され、梁部１１３、可動電極１１４、および可動接点部１１５を支持するものである。梁部１１３は、支持部１１２から側方に延在し、接続部１１８を介して可動電極１１４を弾性支持すると共に、可動接点部１１５を弾性支持するものである。梁部１１３の先端には可動接点部１１５が設けられ、梁部１１３の両側には接続部１１８・１１８を介して可動電極１１４・１１４が設けられる。なお、接続部１１８の厚さと、梁部１１３および可動電極１１４の厚さとは同じである。
可動電極１１４・１１４は、ベース１０１の固定電極１０２と対向する位置に設けられる。なお、固定電極１０２と可動電極１１４との短絡を防止するため、固定電極１２上に絶縁膜１０５が形成されている。可動接点部１１５は、固定接点１０３ａから固定接点１０４ａまでの領域に対向する位置に設けられ、可動接点部１１５の下面には可動接点１１６が設けられる。可動接点１１６は、各固定接点１０３ａ，１０４ａと対向し、両固定接点１０３ａ，１０４ａと閉成することにより、信号線１０３，１０４を互いに電気的に接続するようになっている。
図４１（ａ）・（ｂ）は、固定電極１０２と可動電極１１４との間に電圧を印加していない状態を示している。この場合、図示のように、可動接点１１６と固定接点１０３ａ・１０４ａとが離間しており、信号線１０３，１０４を互いに電気的に分離している。
図４２（ａ）・（ｂ）は、固定電極１０２と可動電極１１４との間に電圧を印加している状態を示している。この場合、図示のように、上記電圧の印加により発生する静電引力で、可動電極１１４が固定電極１０２側に駆動される。これにより、可動接点１１６と固定接点１０３ａ・１０４ａとが接触して、信号線１０３，１０４を互いに電気的に接続する。このとき、可動接点１１６と固定接点１０３ａ・１０４ａとの間の接触抵抗を安定させるような接触力を、上記静電引力により可動接点部１１５に与える必要がある。
次に、固定電極１０２と可動電極１１４との間の電圧を無くすと、静電引力が消滅し、梁部１１３および可動電極１１４の復元力により、アクチュエータ１１１は、図４１（ａ）・（ｂ）に示す元の位置に戻る。このとき、可動接点１１６と固定接点１０３ａ・１０４ａとの付着力よりも大きな復元力を可動接点部１１５に与える必要がある。なお、以下では、可動接点部１１５に働く復元力を「復帰力」と称する。この復帰力は、梁部１１３の弾性定数と、接続部１１８の弾性定数と、可動接点１１５および固定接点１０３ａ、１０４ａの接点間距離とによって決まるものである。
次に、電圧の印加による可動電極の動作について、図４３および図４４を参照しつつ説明する。図４３は、図４０に示す従来の静電マイクロリレー１００の要部を示している。また、図４４（ａ）〜（ｄ）は、図４３に示すＲ−Ｒ線、すなわち、可動電極１１４から可動接点部１１５にかけて断面した図であり、可動電極１１４が静電引力により移動する様子を示している。
従来の可動電極１１４の動作は下記の通りである。すなわち、電圧無印加時では、可動電極１１４は図４４（ａ）に示す配置となる。そして、電圧を印加すると、まず同図（ｂ）に示すように、可動電極１１４の外側が静電引力により固定電極１０２側に撓む。電極間の静電引力Ｆｅｌｅは次式で表される。
Ｆｅｌｅ＝（Ｃ×Ｖs２）／（２×ｄ） ・・・（１１）。
ここで、Ｃは電気容量であり、Ｖsは印加電圧であり、ｄは電極間の距離である。
可動電極１１４が撓むことにより、可動電極１１４および固定電極１０２間の距離が小さくなって、上記式（１１）から静電引力が増加することになる。これにより、同図（ｃ）に示すように、可動電極１１４および可動接点部１１５がベース１０１の側に移動する。
可動電極１１４がベース１０１側に移動することにより、可動電極１１４および固定電極１０２間の距離がさらに小さくなって、上記式（３）から静電引力がさらに増加することになる。これにより、同図（ｄ）に示すように、可動電極１１４および可動接点部１１５がベース１０１の側にさらに移動して、可動接点１１６が固定接点１０３ａと接触する。
次に、電圧の印加によるアクチュエータ１１１の変位量について図４５を参照しつつ説明する。図４５は、従来のアクチュエータ１１１に対し電圧を印加した場合における変位量のシミュレーション結果を示している。図示において、変位量の等しい点を等高線で結んでおり、可動電極１１４の輪郭と等高線とで囲まれた領域における変位量の概要をドットの密度で示している。すなわち、ドットの無い領域は、変位量がほぼゼロである状態を示しており、ドットの密度が最も高い領域は、可動電極１１４が固定電極１０２に接着している状態を示している。
図４５を参照すると、従来の可動電極１１４は、変位量が少なく、大部分が固定電極１０２に接着していないことが理解できる。
特開平１１−１１１１４６号公報（１９９９年４月２３日公開） 特開平１１−１３４９９８号公報（１９９９年５月２１日公開）
上述のように、静電マイクロリレー１００を正常に動作させるには、十分な接触力と復帰力とが必要である。接触力を大きくするには、固定電極１０２および可動電極１１４の間で電圧を印加することによって発生する静電引力を大きくすればよい。静電引力を大きくするには、下記の３つの方法が考えられる。すなわち、
（方法ａ）梁部１１３および可動電極１１４に関して、平面視したときの形状を変えること無く厚さを薄くすることにより弾性定数を小さくして、電圧印加時の固定電極１０２および可動電極１１４間の距離をできる限り小さくする。
（方法ｂ）印加する電圧を上昇する。
（方法ｃ）固定電極１０２および可動電極１１４の寸法を拡大する。
しかしながら、方法ａによって弾性定数を小さくすると、復帰力も小さくなるため、電圧の印加を止めた後でも、可動接点１１６と固定接点１０３ａ・１０４ａとが付着し続ける虞がある。また、方法ｂおよび方法ｃの場合、低電圧化および小型化という技術的進歩の流れに逆行することになる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、復帰力を維持しつつ、接触力の向上、印加電圧の低減、および／または、電極の寸法の縮小を実現することができる静電マイクロ接点開閉器などを提供することにある。
本発明に係る静電マイクロ接点開閉器は、ベースに設けた固定電極と、アクチュエータの可動電極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、前記ベースに設けた固定接点に前記アクチュエータに設けた可動接点を接離させて電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器において、上記課題を解決するため、前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備えており、該梁部は、前記支持部の側から前記可動電極および前記可動接点の順番で弾性支持しており、前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部には、前記支持部の側からスリットが形成されていることを特徴としている。
上記の構成によると、接続部にスリットが形成されているから、接続部における実際の接続部分、すなわち梁部と可動電極とを実際に接続している部分の長さが従来よりも短くなる。これにより、梁部によって支持される接続部の弾性定数が小さくなるので、静電引力による可動電極の変位量が大きくなり、可動電極および固定電極間の距離が短くなって、静電引力がさらに増大する。また、静電引力が増大することにより、可動電極が接続部を介して梁部に加える力が増大し、梁部に支持された可動接点が、固定接点に加える接触力が増大する。
従って、復帰力を維持したまま、接続部の弾性定数を小さくして、静電引力を増大させることができる。これにより、従来と同等の復帰力を確保しつつ接触力を向上することができる。なお、接触力が従来と同等でよい場合には、静電引力を低減できるので、印加電圧を低減することができ、かつ／または、電極の寸法を縮小することができる。
なお、前記スリットの長さが前記接続部の長さの約３７％以上である場合、接触力が著しく増大するので好ましい。また、前記スリットの長さが前記接続部の長さの約６０％以上である場合、接触力が最大付近となるので特に好ましい。そして、前記スリットの長さが前記接続部の長さの約７０％乃至約９０％である場合、製造時のばらつきや接続部における実際の接続部分での強度を確保する観点から最も好ましい。
本発明に係る静電マイクロ接点開閉器は、上記課題を解決するため、前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備えており、該梁部は、前記支持部の側から前記可動電極および前記可動接点の順番で弾性支持しており、前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部は、前記梁部または前記可動電極を延在して形成した前記接続部に比べて、弾性定数が小さいことを特徴としている。
上記の構成によると、接続部は、梁部または可動電極を延在して形成した従来の接続部に比べて、弾性定数が小さいから撓み易い。これにより、静電引力による可動電極の変位量が大きくなり、可動電極および固定電極間の距離が短くなって、静電引力がさらに増大する。また、静電引力が増大することにより、可動電極が接続部を介して梁部に加える力が増大し、梁部に支持された可動接点が、固定接点に加える接触力が増大する。
従って、復帰力を維持したまま、接続部の弾性定数を小さくすることにより、静電引力を増大させることができる。これにより、従来と同等の復帰力を確保しつつ接触力を向上することができる。なお、接触力が従来と同等でよい場合には、静電引力を低減できるので、印加電圧を低減することができ、かつ／または、電極の寸法を縮小することができる。
なお、接続部の弾性定数を、上記従来の接続部の弾性定数に比べて小さくするには、梁部および可動電極に比べて接続部を薄くすることが考えられる。
また、前記接続部は、前記梁部および前記可動電極に比べて、材質および／または構造が異なってもよい。この場合、接続部の幅や厚みを容易に変更できるので、接続部の設計の自由度が向上する。
なお、上記構成の接続部を有する静電マイクロ接点開閉器を製造するには、前記ベースとなるガラス基板に、前記アクチュエータとなるＳＯＩウエハを接合し、前記ＳＯＩウエハをエッチングして酸化シリコン膜を露出させ、前記接続部に対応する領域以外の領域をエッチングして、酸化シリコン膜を除去すればよい。或いは、前記ＳＯＩウエハに対しエッチングを行って前記支持部を形成し、前記接続部に対応する領域に金属膜をパターン形成すればよい。或いは、前記ＳＯＩウエハに対しエッチングを行って前記支持部を形成し、前記ＳＯＩウエハに対し、前記接続部に対応する領域にエッチングを行って酸化シリコン膜を露出させ、前記接続部に対応する領域に金属膜を形成すればよい。
また、電気回路の開閉を行うために、上記構成の静電マイクロ接点開閉器を備えた装置でも、上述の作用効果を奏することができる。なお、上記装置の例としては、上記構成の静電マイクロ接点開閉器を、アンテナと内部回路との間の信号線を開閉するように設けた無線通信機、上記構成の静電マイクロ接点開閉器を、測定対象物と内部回路との間の信号線を開閉するように設けた計測器、上記構成の静電マイクロ接点開閉器を、対象装置の温度に基づいて、該装置の内部回路への給電線を開閉するように設けた温度管理装置、および、上記構成の静電マイクロ接点開閉器を、内部の電気信号を開閉するように設けた携帯情報端末が挙げられる。
以上のように、本発明に係る静電マイクロ接点開閉器は、接続部にスリットを形成したり、接続部の弾性定数を従来の接続部に比べて小さくしたりすることにより、静電引力による可動電極の変位量を大きくできるので、従来と同等の復帰力を確保しつつ、接触力の向上、印加電圧の低減、および／または、電極の寸法の縮小を実現することができるという効果を奏する。
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図５を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の静電マイクロリレー（静電マイクロ接点開閉器）の概要を示している。静電マイクロリレー１０は、ベース１１と、一部がベース１１の上面に固定され、他部がベース１１から離間しているアクチュエータ２１とを備える構成である。なお、図中同じ部材には同じ符号を付している。また、図面では、本願発明を理解し易くするため、所要の部分を強調して記載している。このため、図面に記載の静電マイクロリレー１０の各種寸法は、実際の静電マイクロリレー１０の各種寸法を反映しているとは限らない。
ベース１１は、パイレックス（登録商標）などのガラス基板によって構成される。ベース１１の上面には、金、銅、アルミニウムなどの導電体により、固定電極１２と、２つの信号線１３・１４とが形成されている。２つの信号線１３・１４は、同一直線上に僅かに離間して配置され、信号線１３・１４の対向部分がそれぞれ固定接点１３ａ・１４ａとなる。また、固定電極１２と可動電極２４との短絡を防止するため、固定電極１２上に絶縁膜１５が形成されている。
アクチュエータ２１は、シリコンなどの半導体基板によって構成され、支持部２２、梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を備える構成である。支持部２２は、ベース１１の上面に立設され、梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を支持するものである。梁部２３は、支持部２２から側方に延在し、接続部２８を介して可動電極２４を弾性支持すると共に、可動接点部２５を弾性支持するものである。梁部２３の先端には可動接点部２５が設けられ、梁部２３の両側には接続部２８・２８を介して可動電極２４・２４が設けられる。なお、本実施形態では、接続部２８の厚さと、梁部２３および可動電極２４の厚さとは同じである。
可動電極２４・２４は、ベース１１の固定電極１２と対向する位置に設けられる。本実施形態では、可動電極２４・２４と梁部２３との間の接続部２８には、支持部２２側からスリット２７・２７が形成されている。従って、可動電極２４・２４と梁部２３とは、可動接点部２５側で接続することになる。
可動接点部２５は、固定接点１３ａから固定接点１４ａまでの領域に対向する位置に設けられる。また、可動接点部２５の下面には、絶縁膜（図示せず）が形成され、該絶縁膜上に、導電体からなる可動接点２６が設けられる。可動接点２６は、各固定接点１３ａ・１４ａと対向し、両固定接点１３ａ・１４ａと閉成することにより、信号線１３・１４を互いに電気的に接続するようになっている。
このように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、可動接点２６が２箇所の固定接点１３ａ・１４ａと接離するダブルブレイク構造となっている。また、本実施形態におけるアクチュエータ２１は、可動接点部２５を片側から支持しているので、「片持ち型（カンチレバー型）アクチュエータ」と呼ばれている。
図２（ａ）・（ｂ）は、固定電極１２と可動電極２４との間に電圧を印加していない状態を示している。この場合、図示のように、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとが離間しており、信号線１３，１４を互いに電気的に分離している。
図３（ａ）・（ｂ）は、固定電極１２と可動電極２４との間に電圧を印加している状態を示している。この場合、図示のように、上記電圧の印加により発生する静電引力で、可動電極２４が固定電極１２側に駆動される。これにより、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとが接触して、信号線１３，１４を互いに電気的に接続する。
本実施形態では、梁部２３と可動電極２４・２４とは、可動接点部２５側で接続しており、支持部２２側でスリット２７により離間している。これにより、図３（ａ）・（ｂ）に示すように、可動電極２４・２４は、可動接点部２５側を除く大部分で、絶縁膜１５を介して固定電極１２と接着することになる。この場合、可動電極２４および固定電極１２における静電引力は、可動電極２４および固定電極１２間の距離の２乗に反比例するから、著しく大きくなる。これにより、梁部２３の弾性定数を大きくしても、可動接点部２５に与える接触力を大きくでき、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとの間の接触抵抗を安定させることができる。
次に、固定電極１２と可動電極２４との間の電圧を無くすと、静電引力が消滅し、梁部２３および可動電極２４の復元力により、アクチュエータ２１は、図２（ａ）・（ｂ）に示す元の位置に戻る。本実施形態では、上述のように、梁部２３の弾性定数を大きくできるので、梁部２３が可動接点部２５に与える復帰力を大きくでき、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとの付着を防止することができる。
次に、本実施形態における可動電極２４の各種特性について検討する。電圧の印加による可動電極２４の変位量は、梁部２３と可動電極２４とを接続する接続部２８の弾性定数に依存する。接続部２８の弾性定数ｋは次式で表される。
ｋ∝Ｗ×Ｈ３／Ｌ３ ・・・（１）。
ここで、Ｗは、接続部２８において可動電極２４と梁部２３とを接続する実際の接続部分２８ａの長さであり、Ｌは、実際の接続部分２８ａにおける可動電極２４と梁部２３との間の幅であり、Ｈは、可動電極２４の厚さである。図１には、記号Ｗ・Ｌを記載しており、図２（ｂ）には、記号Ｈを記載している。
ところで、固定電極１２に可動電極２４を十分に引き付けるのに必要な印加電圧を示す指標として、プルイン（Pull in）電圧がある。プルイン電圧は、可動平行平板電極の電極間距離が初期の２／３以下になる電圧をいう。プルイン電圧が低いと、固定電極１２に可動電極２４の大部分を接着するのに必要な印加電圧も低くなる。
上記のプルイン（Pull in）電圧Ｖpiは次式で表される。
Ｖpi＝（（８×ｋ×ｄ０ ３）／（２７×ε×Ｓ））１／２ ・・・（２）。
ここで、ｄ０は電圧無印加時の電極間の距離であり、εは電極間の誘電率であり、Ｓは電極面積である。
また、電極間の静電引力Ｆｅｌｅは次式で表される。
Ｆｅｌｅ＝（Ｃ×Ｖs２）／（２×ｄ） ・・・（３）。
ここで、Ｃは電気容量であり、Ｖsは印加電圧であり、ｄは電極間の距離である。
図１および図２（ｂ）と、図４０および図４１（ｂ）とを比較すると、本実施形態の静電マイクロリレー１０では、従来の静電マイクロリレー１００に比べて、幅Ｌおよび厚さＨが等しいが、実際の接続部分２８ａの長さＷが、従来の実際の接続部分の長さ、すなわち従来の接続部１１８の長さＷよりも短いことが理解できる。従って、上記式（１）より、本実施形態の接続部２８は、従来の接続部１１８に比べて、弾性定数を小さくすることができる。さらに、上記式（２）より、可動電極２４の寸法を大きくすることなく、プルイン電圧を下げることができる。
次に、電圧の印加による可動電極２４の動作について、図４および図５を参照しつつ説明する。図４は、図１に示す本実施形態の静電マイクロリレー１０の要部を示している。また、図５（ａ）〜（ｄ）は、図４に示すＣ−Ｃ線、すなわち、可動電極２４から可動接点部２５にかけて断面した図であり、可動電極２４が静電引力により移動する様子を示している。
本実施形態の可動電極２４の動作は下記の通りである。すなわち、電圧無印加時では、可動電極２４は図５（ａ）に示す配置となる。そして、電圧を印加すると、まず同図（ｂ）に示すように、可動電極２４の外側が静電引力により固定電極１２側に変位する。このとき、上述のように、接続部２８は、弾性定数が小さく、撓み量が多いので、可動電極２４は、変位量が大きく、先端部が絶縁膜１５を介して固定電極１２に接着する。
可動電極２４の変位量が大きいことにより、可動電極２４および固定電極１２間の距離が小さくなって、上記式（３）により静電引力が増加する。これにより、同図（ｃ）に示すように、可動電極２４および可動接点部２５がベース１１の側に移動する。このとき、接続部２８の撓み量が多いため、上記電極間の距離の減少量が多く、静電引力の増加量が多い。このため、可動電極２４および可動接点部２５の変位量が多く、可動電極２４の半分が絶縁膜１５を介して固定電極１２に接着するとともに、可動接点２６が固定接点１３ａと接触する。
可動電極２４がベース１１側に移動することにより、可動電極２４および固定電極１２間の距離がさらに小さくなって、上記式（３）により静電引力がさらに増加する。これにより、同図（ｄ）に示すように、可動電極２４および可動接点部２５がベース１１の側にさらに移動する。これにより、可動電極２４は、大部分が絶縁膜１５を介して固定電極１２に接着するので、可動電極２４に働く静電引力が著しく大きくなり、可動接点２６と固定接点１３ａとの接触力が大きくなって、接触抵抗が安定する。
従って、復帰力を維持したまま、接続部２８の弾性定数を小さくすることにより、静電引力を増大させることができる。これにより、従来と同等の復帰力を確保しつつ接触力を向上することができる。なお、接触力が従来と同等でよい場合には、静電引力を低減できるので、印加電圧を低減したり、可動電極２４の寸法を縮小したりすることができる。
なお、本実施形態では、梁部２３の両側に可動電極２４・２４を設けているが、図４に示すように、梁部２３の片側のみに可動電極２４を設けても良い。しかしながら、可動接点部２５をベース１１に対して傾くことなく移動させるために、梁部２３の両側に可動電極２４・２４を設けることが望ましい。
（実施例１）
次に、本実施形態の静電マイクロリレー１０の具体例について図６〜図９を参照しつつ説明する。なお、以下では、梁部２３の長手方向を縦方向とし、短手方向を幅方向とする。本実施例の静電マイクロリレー１０では、ベース１１はガラス基板によって構成され、固定電極１２、信号線１３・１４は、Ａｕによって形成され、アクチュエータ２１はシリコン半導体基板によって構成され、可動接点２６はＡｕによって形成されている。
また、本実施例の静電マイクロリレー１０における各種寸法は以下の通りである。すなわち、梁部２３では、丈（縦方向の長さ）が４５０μｍであり、幅（幅方向の長さ）が１２０μｍである。また、可動電極２４は、丈が４１０μｍであり、幅が５００μｍである。また、接続部２８は、丈が可動電極２４と同じ４１０μｍであり、幅が４０μｍである。接続部２８のうち、スリット２７の丈が３１０μｍであり、実際の接続部分２８ａの丈Ｗが１００μｍである。また、梁部２３、可動電極２４、可動接点部２５、および接続部２８の厚さＨは２１．１５μｍである。また、電圧の無印加時において、固定電極１２および可動電極２４間の距離は１．２μｍであり、固定接点１３ａ・１４ａおよび可動接点２６間の距離は１．０μｍである。
図６は、本実施例の静電マイクロリレー１０に関して、２０Ｖの電圧を印加した場合におけるアクチュエータ２１の変位量のシミュレーション結果を示している。図示において、変位量の等しい点を等高線で結んでおり、可動電極２４の輪郭と等高線とで囲まれた領域における変位量の概要をドットの密度で示している。すなわち、ドットの無い領域は、変位量がほぼゼロである状態を示しており、ドットの密度が最も高い領域は、可動電極２４が固定電極１２に接着している状態を示している。
図６を参照すると、本実施形態の可動電極２４は、変位量が多く、ほぼ全てが固定電極１２に接着していることが理解できる。従って、固定電極１２および可動電極２４間の静電引力により、可動接点２６が固定接点１３ａ・１４ａを押圧する力が従来に比べて大きくなるので、接触力が大きくなることが理解できる。
次に、本実施例および比較例の接触力について、図７〜図９を参照しつつ、より詳細に検討する。なお、比較例は、図４０に示される従来の静電マイクロリレー１００であって、スリット２７を除く本実施例の上記寸法と同様の寸法を有するものである。なお、本実施例と比較例との復帰力を揃えるために、比較例の静電マイクロリレー１００では、梁部１１３、可動電極１１４、および可動接点部１１５の厚さＨを１９．４６μｍとしている。すなわち、本実施例の静電マイクロリレー１０では、従来と同程度の復帰力を確保するために、梁部２３、可動電極２４、可動接点部２５、および接続部２８の厚さＨを増加させている。
図７は、本実施例の静電マイクロリレー１０と比較例の静電マイクロリレー１００とにおける印加電圧と接触力との関係を示すグラフである。同図を参照すると、本実施例の静電マイクロリレー１０は、従来と同程度の復帰力で、接触力が従来よりも９倍程度と著しく向上することが理解できる。
また、接触力がゼロよりも大きくなるということは、固定接点１３ａ・１４ａと可動接点２６とが接触して、静電マイクロリレー１０がオン状態となることを意味している。したがって、図７を参照すると、比較例では印加電圧が１７Ｖでオン状態になるのに対し、本実施例では印加電圧が１５Ｖでオン状態になることが理解できる。すなわち、本実施例の静電マイクロリレー１０は、従来よりも低い印加電圧でオン状態になることが理解できる。
また、図７を参照すると、印加電圧が１５Ｖである場合の本実施例の接触力は、印加電圧が２０Ｖである場合の比較例の接触力よりも大きい。したがって、従来と同程度の接触力（０．２１ｍＮ）でよい場合には、印加電圧を約２０Ｖから約１５Ｖに約２５％減少することができる。これは、電極面積を約半分にすることと等価である。その結果、従来よりも小型化および／または低電圧化が可能な静電マイクロリレー１０を実現することができる。
なお、上記式（３）のように、静電引力は静電容量に比例するが、本実施例での静電容量は２９．３１ｐＦであり、比較例での静電容量は７．１６ｐＦであった。したがって、本実施例の静電マイクロリレー１０は、従来の静電マイクロリレー１００に比べて、同じ印加電圧で静電引力が著しく向上することが理解できる。
図８および図９は、本実施例の静電マイクロリレー１０において、スリット２７の丈と接触力との関係をそれぞれ表形式およびグラフで示している。図９のグラフを参照すると、スリット２７の丈が１５０μｍである位置から接触力が急激に上昇することが理解できる。したがって、スリット２７の丈は、１５０μｍ以上、すなわち可動電極２４の丈の約３７％以上であることが好ましい。
さらに、図９のグラフを参照すると、スリット２７の丈が２５０μｍである場合に、接触力が最大となり、それ以降は接触力がほぼ同じであることが理解できる。したがって、スリット２７の丈は、２５０μｍ以上、すなわち可動電極２４の丈の約６０％以上であることが、安定した接触力を確保する上でより好ましい。その中でも製造時のばらつきや実際の接続部分２８ａでの強度を考慮すると、スリット２７の丈は、可動電極２４の丈の約７０〜約９０％である２８０〜３７０μｍであることが特に好ましい。
〔実施の形態２〕
次に、本発明の別の実施形態について、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、信号線１３・１４の両側に固定電極１２を設けている点と、可動接点部２５の両側に支持部２２、梁部２３、可動電極２４、および接続部２８を設けている点のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１０は、本実施形態の静電マイクロリレー１０の概要を示すものである。なお、図示のアクチュエータ２１は、可動接点部２５を両側から支持するため、「両持ち型アクチュエータ」と呼ばれている。
本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０と同様の作用効果を奏することができる。さらに、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、信号線１３・１４の両側に固定電極１２などを載置するスペースを必要とするが、可動接点部２５を、ベース１１に対して略平行状態を維持しつつ、垂直方向に移動させることができるため、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとの接触を安定化させることができる。また、接触部分の偏摩耗を抑制することができる。
（実施例２）
次に、本実施形態の静電マイクロリレー１０の具体例について図１１を参照しつつ説明する。本実施例の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０の実施例に比べて、信号線１３・１４の両側に固定電極１２を設けている点と、可動接点部２５の両側に支持部２２、梁部２３、可動電極２４、および接続部２８を設けている点のみが異なり、構成要素の材質や各種寸法は同様である。
図１１は、本実施例の静電マイクロリレー１０に関して、２０Ｖの電圧を印加した場合における可動電極２４の変位量のシミュレーション結果を示している。なお、図示の等高線やドットは図６と同様の意味である。
図１１を参照すると、本実施例の可動電極２４は、変位量が多く、ほぼ全てが固定電極１２に接着していることが理解できる。従って、固定電極１２および可動電極２４間の静電引力により、可動接点２６が固定接点１３ａ・１４ａを押圧する力が従来に比べて大きくなるので、接触力が大きくなることが理解できる。
〔実施の形態３〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１２〜図１９を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接続部２８における実際の接続部分のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１２は、本実施形態の静電マイクロリレー１０の概要を示すものである。図示のように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接続部２８における実際の接続部分２８ｂにおける材質および／または構造が、梁部２３および可動電極２４における材質および／または構造とは異なっている。これにより、実際の接続部分２８ｂの材質および／または構造に応じて、実際の接続部分２８ｂの幅や厚みを容易に変更できるので、実際の接続部分２８ｂの設計の自由度が向上する。
なお、実際の接続部分２８ｂの構成例としては、実際の接続部分２８ｂを積層膜にすることや、実際の接続部分２８ｂに導電物を充填した後単層に削ることなどが挙げられる。
次に、上記構成の静電マイクロリレー１０の製造方法について図１３〜図１５を参照しつつ説明する。
図１３（ａ）・（ｂ）は、ベース１１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、パイレックス（登録商標）等のガラス基板１１ａを用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、ガラス基板１１ａに金属膜を形成し、固定電極１２および信号線１３・１４をパターン形成する。なお、これと同時に、その他のプリント配線および接続用パッドをそれぞれパターン形成してもよい。そして、固定電極１２に絶縁膜１５を形成することにより、ベース１１が完成する。なお、絶縁膜１５として比誘電率３〜４のシリコン酸化膜あるいは比誘電率７〜８のシリコン窒化膜を用いれば、大きな静電引力が得られ、接触力を増加させることができる。
図１４（ａ）・（ｂ）は、アクチュエータ２１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ３０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）によるウェットエッチングを行い、支持部２２を形成する。そして、絶縁膜および金属膜を形成して、可動接点２６をパターン形成する。
図１５（ａ）〜（ｃ）は、ベース１１およびアクチュエータ２１の接続工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ベース１１にＳＯＩウエハ３０を陽極接合で接合一体化する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜３１までエッチングして薄くする。さらに、同図（ｃ）に示すように、接続部２８の実際の接続部分２８ｂに対応する領域以外の酸化シリコン膜３１をフッ素系エッチング液で除去して梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を露出させる。次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、スリット２７・２７や種々の切欠き部（図示せず）を形成し、静電マイクロリレー１０が完成する。
従って、図１３〜図１５に示す製造方法により製造された接続部２８の実際の接続部分２８ｂは、図１５（ｃ）に示すように、梁部２３および可動電極２４と同様のシリコン層上に、圧縮応力膜の酸化シリコン膜３１が形成された積層構造となる。
次に、上記構成の静電マイクロリレー１０の別の製造方法について図１６および図１７を参照しつつ説明する。なお、ベース１１の製造工程は図１３に示す製造工程と同様であるので、その説明を省略する。
図１６（ａ）〜（ｃ）は、アクチュエータ２１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面から、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨによるウェットエッチングを行い、支持部２２を形成する。そして、同図（ｃ）に示すように、絶縁膜および金属膜を形成して、可動接点２６をパターン形成する。これと同時に、接続部２８の実際の接続部分２８ｂに対応する領域にも、金属膜をパターン形成する。
図１７（ａ）・（ｂ）は、ベース１１およびアクチュエータ２１の接続工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ベース１１にＳＯＩウエハ３０を陽極接合で接合一体化する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン膜３１までエッチングして薄くし、さらに、フッ素系エッチング液で酸化シリコン膜３１を除去して梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を露出させる。次に、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、スリット２７・２７や種々の切欠き部（図示せず）を形成し、静電マイクロリレー１０が完成する。
従って、図１６および図１７に示す製造方法により製造された接続部２８の実際の接続部分２８ｂは、図１７（ｂ）に示すように、梁部２３および可動電極２４と同様のシリコン層と、ベース１１側に形成された金属膜３２とからなる積層構造となる。
次に、上記構成の静電マイクロリレー１０の他の製造方法について図１８および図１９を参照しつつ説明する。なお、ベース１１の製造工程は図１３に示す製造工程と同様であるので、その説明を省略する。
図１８（ａ）〜（ｃ）は、アクチュエータ２１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面から、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨによるウェットエッチングを行い、支持部２２を形成する。さらに、接続部２８の実際の接続部分２８ｂに対応する領域にエッチングを行って、酸化シリコン膜３１を露出させる。そして、同図（ｃ）に示すように、絶縁膜および金属膜を形成して、可動接点２６をパターン形成する。これと同時に、接続部２８の実際の接続部分２８ｂに対応する凹部にも、金属膜３３をパターン形成する。
図１９（ａ）・（ｂ）は、ベース１１およびアクチュエータ２１の接続工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ベース１１にＳＯＩウエハ３０を陽極接合で接合一体化する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン膜３１までエッチングして薄くし、さらに、フッ素系エッチング液で酸化シリコン膜３１を除去して梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を露出させる。次に、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、スリット２７・２７や種々の切欠き部（図示せず）を形成し、静電マイクロリレー１０が完成する。
従って、図１８および図１９に示す製造方法により製造された接続部２８の実際の接続部分２８ｂは、図１９（ｂ）に示すように、梁部２３および可動電極２４と材質の異なる金属膜３３からなる単層構造となる。
〔実施の形態４〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図２０を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接点構造をシングルブレイク構造とした点のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２０は、本実施形態の静電マイクロリレー１０の概要を示すものである。図示のように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、ベース１１上の信号線１３・１４が、固定電極１２を挟むように、梁部２３と同一直線上に設けられている。なお、信号線１３における信号線１４との対向部分が固定接点１３ａとなる。
また、アクチュエータ２１の支持部２２の中央から梁部２３を介して可動接点部２５までの下面には、絶縁膜（図示せず）を介して、導電体から成る信号線３５が形成されている。信号線３５は、ベース１１の信号線１４と電気的に接続しており、可動接点部２５の下面の部分、すなわち信号線１３の固定接点１３ａとの対向部分が可動接点３５ａとなる。
上記構成の静電マイクロリレー１０において、可動電極２４および固定電極１２間に電圧を印加すると、可動接点部２５が移動して可動接点３５ａと固定接点１３ａとが接触する。これにより、信号線１３・１４が、信号線３５を介して電気的に接続することになる。このように、本実施形態では、可動接点３５ａが１箇所の固定接点１３ａと接離するシングルブレイク構造である。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接点の数が少ないため、接触信頼性が向上する。
〔実施の形態５〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図２１〜図２５を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接続部２８の構成のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２１は、本実施形態の静電マイクロリレーの概要を示している。図示のように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、可動電極２４・２４と梁部２３との間の接続部２８・２８に凹部５０・５０が形成されている点が異なる。
図２２（ａ）・（ｂ）は、固定電極１２と可動電極２４との間に電圧を印加していない状態を示している。この場合、図示のように、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとが離間しており、信号線１３，１４を互いに電気的に分離している。
図２３（ａ）・（ｂ）は、固定電極１２と可動電極２４との間に電圧を印加している状態を示している。この場合、図示のように、上記電圧の印加により発生する静電引力で、可動電極２４を固定電極１２側に駆動する。これにより、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとが接触して、信号線１３，１４を互いに電気的に接続する。
本実施形態では、接続部２８に凹部５０・５０が形成されている。凹部５０は、梁部２３および可動電極２４に比べて薄いので、弾性定数が従来よりも小さく撓みやすい。従って、図２３（ａ）・（ｂ）に示すように、凹部５０・５０にて大きく撓むことにより、可動電極２４・２４は、梁部２３に近い領域を除く大部分で、絶縁膜１５を介して固定電極１２と接着することになる。この場合、可動電極２４および固定電極１２における静電引力は、可動電極２４および固定電極１２間の距離の２乗に反比例するから、著しく大きくなる。これにより、梁部２３の弾性定数を大きくしても、可動接点部２５に与える接触力を大きくでき、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとの間の接触抵抗を安定させることができる。
そして、固定電極１２と可動電極２４との間の電圧を無くすと、静電引力が消滅し、梁部２３、可動電極２４、および凹部５０の復元力により、アクチュエータ２１は図２２（ａ）・（ｂ）に示す元の位置に戻る。
次に、電圧の印加による可動電極２４の動作について、図２４および図２５を参照しつつ説明する。図２４は、図２１に示す本実施形態の静電マイクロリレー１０の要部を示している。また、図２５（ａ）〜（ｄ）は、図２４に示すＣ−Ｃ線、すなわち、可動電極２４から可動接点部２５にかけて断面した図であり、可動電極２４が静電引力により移動する様子を示している。
本実施形態の可動電極２４の動作は下記の通りである。すなわち、電圧無印加時では、可動電極２４は図２５（ａ）に示す配置となる。そして、電圧を印加すると、まず同図（ｂ）に示すように、可動電極２４が静電引力により固定電極１２側に変位する。このとき、上述のように、本実施形態の凹部５０は弾性定数が従来よりも小さいため、撓み量が多い。このため、可動電極２４の変位量が多くなり、可動電極２４の先端が絶縁膜１５を介して固定電極１２に接着する。
可動電極２４の変位量が多いことにより、可動電極２４および固定電極１２間の距離が小さくなって、上記式（３）により静電引力が増加する。これにより、同図（ｃ）に示すように、可動電極２４および可動接点部２５がベース１１の側に移動する。このとき、本実施形態の凹部５０は、撓み量が多いため、上記電極間の距離の減少量が多く、静電引力の増加量が多い。このため、可動電極２４および可動接点部２５の変位量が多く、可動電極２４の半分が絶縁膜１５を介して固定電極１２に接着するとともに、可動接点２６が固定接点１３ａと接触する。
可動電極２４がベース１１側に移動することにより、可動電極２４および固定電極１２間の距離がさらに小さくなって、上記式（３）により静電引力がさらに増加する。これにより、同図（ｄ）に示すように、可動電極２４および可動接点部２５がベース１１の側にさらに移動する。これにより、可動電極２４は、大部分が絶縁膜１５を介して固定電極１２に接着するので、可動電極２４に働く静電引力が著しく大きくなり、可動接点２６と固定接点１３ａとの接触力が大きくなって、接触抵抗が安定する。
従って、復帰力を維持したまま、接続部２８の弾性定数を小さくすることにより、静電引力を増大させることができる。これにより、従来と同等の復帰力を確保しつつ接触力を向上することができる。なお、接触力が従来と同等でよい場合には、静電引力を低減できるので、印加電圧を低減したり、可動電極２４の寸法を縮小したりすることができる。
なお、本実施形態では、梁部２３の両側に可動電極２４・２４を設けているが、図２４に示すように、梁部２３の片側のみに可動電極２４を設けても良い。しかしながら、可動接点部２５をベース１１に対して傾くことなく移動させるために、梁部２３の両側に可動電極２４・２４を設けることが望ましい。
〔実施の形態６〕
次に、本発明の別の実施形態について、図２６を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、信号線１３・１４の両側に固定電極１２を設けている点と、可動接点部２５の両側に支持部２２、梁部２３、可動電極２４、および接続部２８を設けている点のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２６は、本実施形態の静電マイクロリレー１０の概要を示すものである。なお、図示のアクチュエータ２１は、可動接点部２５を両側から支持する両持ち型アクチュエータである。
本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０と同様の作用効果を奏することができる。さらに、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、信号線１３・１４の両側に固定電極１２などを載置するスペースを必要とするが、可動接点部２５を、ベース１１に対して略平行状態を維持しつつ、垂直方向に移動させることができるため、可動接点２６と固定接点１３ａ・１４ａとの接触を安定化させることができる。また、接触部分の偏摩耗を抑制することができる。
〔実施の形態７〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図２７〜図３４を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接続部の構成のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２７（ａ）・（ｂ）は、本実施形態の静電マイクロリレー１０の構造を示すものである。図示のように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、梁部２３と可動電極２４・２４との接続部５１が、梁部２３または可動電極２４を延在した従来の接続部よりも弾性定数の小さい導電体または半導体としている。これにより、接続部５１の材質および／または構造に応じて、接続部５１の幅や厚みを容易に変更できるので、接続部５１の設計の自由度が向上する。なお、接続部５１の構成例としては、接続部５１を積層膜にすることや、接続部５１に導電物を充填した後単層に削ることなどが挙げられる。
次に、上記構成の静電マイクロリレー１０の一製造方法について図２８〜図３０を参照しつつ説明する。
図２８（ａ）・（ｂ）は、ベース１１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、パイレックス（登録商標）等のガラス基板１１ａを用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、ガラス基板１１ａに金属膜を形成し、固定電極１２および信号線１３・１４をパターン形成する。なお、これと同時に、その他のプリント配線および接続用パッドをそれぞれパターン形成してもよい。そして、固定電極１２に絶縁膜１５を形成することにより、ベース１１が完成する。なお、絶縁膜１５として比誘電率３〜４のシリコン酸化膜あるいは比誘電率７〜８のシリコン窒化膜を用いれば、大きな静電引力が得られ、接触力を増加させることができる。
図２９（ａ）〜（ｃ）は、アクチュエータ２１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面から、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨによるウェットエッチングを行い、支持部２２を形成する。さらに、接続部５１に対応する領域にエッチングを行って、酸化シリコン膜３１を露出させる。そして、同図（ｃ）に示すように、絶縁膜および金属膜を形成して、可動接点２６をパターン形成する。これと同時に、接続部５１に対応する領域にも、金属膜６０をパターン形成する。
図３０（ａ）・（ｂ）は、ベース１１およびアクチュエータ２１の接続工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ベース１１にＳＯＩウエハ３０を陽極接合で接合一体化する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン膜３１までエッチングして薄くし、さらに、フッ素系エッチング液で酸化シリコン膜３１を除去して梁部２３、可動電極２４、可動接点部２５、および接続部５１を露出させる。次に、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、種々の切欠き部（図示せず）を形成し、静電マイクロリレー１０が完成する。
従って、図２８〜図３０に示す製造方法により製造された接続部５１は、図３０（ｂ）に示すように、梁部２３および可動電極２４と材質の異なる金属膜３３からなる単層構造となる。
次に、上記構成の静電マイクロリレー１０の別の製造方法について図３１および図３２を参照しつつ説明する。なお、ベース１１の製造工程は図２８に示す製造工程と同様であるので、その説明を省略する。
図３１（ａ）・（ｂ）は、アクチュエータ２１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨによるウェットエッチングを行い、支持部２２を形成する。そして、絶縁膜および金属膜を形成して、可動接点２６をパターン形成する。
図３２（ａ）・（ｂ）は、ベース１１およびアクチュエータ２１の接続工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ベース１１にＳＯＩウエハ３０を陽極接合で接合一体化する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜３１までエッチングして薄くし、さらに、接続部５１に対応する領域以外の酸化シリコン膜３１をフッ素系エッチング液で除去して梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を露出させる。次に、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、種々の切欠き部（図示せず）を形成し、静電マイクロリレー１０が完成する。
従って、図３１および図３２に示す製造方法により製造された接続部５１は、図３２（ｂ）に示すように、梁部２３および可動電極２４と同様のシリコン層上に、圧縮応力膜の酸化シリコン膜３１が形成された積層構造となる。
次に、上記構成の静電マイクロリレー１０の他の製造方法について図３３および図３４を参照しつつ説明する。なお、ベース１１の製造工程は図２８に示す製造工程と同様であるので、その説明を省略する。
図３３（ａ）・（ｂ）は、アクチュエータ２１の製造工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面から、例えば、シリコン酸化膜をマスクとするＴＭＡＨによるウェットエッチングを行い、支持部２２を形成する。そして、絶縁膜および金属膜を形成して、可動接点２６をパターン形成する。これと同時に、接続部５１に対応する領域にも、引張応力膜となる金属膜６２をパターン形成する。
図３４（ａ）・（ｂ）は、ベース１１およびアクチュエータ２１の接続工程の一例を示している。まず、同図（ａ）に示すように、ベース１１にＳＯＩウエハ３０を陽極接合で接合一体化する。次に、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０の上面をＴＭＡＨ，ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で酸化シリコン膜３１までエッチングして薄くし、さらに、フッ素系エッチング液で酸化シリコン膜３１を除去して梁部２３、可動電極２４、および可動接点部２５を露出させる。次に、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで型抜きエッチングを行い、種々の切欠き部（図示せず）を形成し、静電マイクロリレー１０が完成する。
従って、図３３および図３４に示す製造方法により製造された接続部５１は、図３４（ｂ）に示すように、梁部２３および可動電極２４と同様のシリコン層と、ベース１１側に形成された金属膜６２とからなる積層構造となる。なお、金属膜６２の代わりに、ＳiＮなどその他の引張応力膜を使用しても良い。
〔実施の形態８〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図３５を参照しつつ説明する。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接点構造をシングルブレイク構造とした点のみが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図３５は、本実施形態の静電マイクロリレー１０の概要を示すものである。図示のように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、ベース１１上の信号線１３・１４が、固定電極１２を挟むように、梁部２３と同一直線上に設けられている。なお、信号線１３における信号線１４との対向部分が固定接点１３ａとなる。
また、アクチュエータ２１の支持部２２の中央から梁部２３を介して可動接点部２５までの下面には、絶縁膜（図示せず）を介して、導電体から成る信号線３５が形成されている。信号線３５は、ベース１１の信号線１４と電気的に接続しており、可動接点部２５の下面の部分、すなわち信号線１３の固定接点１３ａとの対向部分が可動接点３５ａとなる。
上記構成の静電マイクロリレー１０において、可動電極２４および固定電極１２間に電圧を印加すると、可動接点部２５が移動して可動接点３５ａと固定接点１３ａとが接触する。これにより、信号線１３・１４が、信号線３５を介して電気的に接続することになる。このように、本実施形態では、可動接点３５ａが１箇所の固定接点１３ａと接離するシングルブレイク構造である。本実施形態の静電マイクロリレー１０は、図２１に示す静電マイクロリレー１０に比べて、接点の数が少ないため、接触信頼性が向上する。
〔実施の形態９〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について図３６を参照しつつ説明する。図３６は、本実施形態の無線通信機７１の概略構成を示している。無線通信機７１では、静電マイクロリレー７２が内部処理回路７３とアンテナ７４との間に接続されている。静電マイクロリレー７２をオン，オフすることによって、内部処理回路７３がアンテナ７４を通じて送信または受信可能な状態と、送信または受信不能な状態とに切り替えられるようになっている。
本実施形態では、静電マイクロリレー７２に、図１〜図３５に示される静電マイクロリレー１０を利用している。これにより、静電マイクロリレー７２において駆動電圧の低減および小型化を実現できるので、無線通信機７１の低電力化および小型化を実現できる。
〔実施の形態１０〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について図３７を参照しつつ説明する。図３７は、本実施形態の計測器７５の概略構成を示している。計測器７５では、複数の静電マイクロリレー７２が、１つの内部処理回路７６から複数の測定対象物７８に至る複数の信号線７７の途中にそれぞれ接続されている。各静電マイクロリレー７２をオン、オフすることにより、内部処理回路７６が送信または受信すべき測定対象物７８を切り替えられるようになっている。
本実施形態では、静電マイクロリレー７２に、図１〜図３５に示される静電マイクロリレー１０を利用している。これにより、静電マイクロリレー７２において駆動電圧の低減および小型化を実現できるので、計測器７５の低電力化および小型化を実現できる。
〔実施の形態１１〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について図３８を参照しつつ説明する。図３８は、本実施形態の温度管理装置（温度センサ）８１の概略構成を示している。温度管理装置８１は、例えば電源装置、制御機器など、温度に対するセーフティ機能を必要とする装置（以下、「対象装置」と称する）８２に取り付けて、対象装置８２の温度を管理するものである。図示のように、温度管理装置８１は、対象装置８２の温度に基づいて、対象装置８２の内部回路８３への給電をオン・オフするための静電マイクロリレー７２を備える。
例えば、対象装置８２の使用限界が１００℃以上の温度で１時間以内である場合、温度管理装置８１は、対象装置８２の温度を計測し、対象装置８２が１００℃以上の温度で１時間動作していることを検知すると、温度管理装置８１内の静電マイクロリレー７２が対象装置８２の内部回路８３への給電を遮断する。
本実施形態では、静電マイクロリレー７２に、図１〜図３５に示される静電マイクロリレー１０を利用している。これにより、静電マイクロリレー７２において駆動電圧の低減および小型化を実現できるので、温度管理装置８１の低電力化および小型化を実現できる。
〔実施の形態１２〕
次に、本発明の他の実施形態について図３９を参照しつつ説明する。図３９は、本実施形態の携帯情報端末８５の要部構成を示している。携帯情報端末８５では、２つの静電マイクロリレー７２ａ，７２ｂが利用されている。一方の静電マイクロリレー７２ａは、内部アンテナ８６と外部アンテナ８７とを切り替える働きをしており、他方の静電マイクロリレー７２ｂは、信号の流れを送信回路側の電力増幅器８８と受信回路側の低ノイズ増幅器８９とに切り替えられるようにしている。
本実施形態では、静電マイクロリレー７２ａ，７２ｂに、図１〜図３５に示される静電マイクロリレー１０を利用している。これにより、静電マイクロリレー７２ａ，７２ｂにおいて駆動電圧の低減および小型化を実現できるので、温度管理装置８１の低電力化および小型化を実現できる。
以上のように、本実施形態の静電マイクロリレー１０は、従来と同等の復帰力を確保しつつ、接触力の向上、印加電圧の低減、および／または電極の寸法の縮小を実現することができるので、例えば、無線通信機、計測器、温度管理装置、携帯情報端末などの各種装置に本実施形態の静電マイクロリレー１０を採用することにより、装置の低電力化および小型化を実現することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上記実施形態では、静電マイクロリレーについて説明しているが、静電マイクロスイッチなど、静電引力によって接点どうしを接離させることにより電気回路を開閉する任意の静電マイクロ接点開閉器に対して本願発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、可動接点部２５の幅を梁部２３の幅よりも広くしているが、これは、可動接点部２５と梁部２３との違いを強調するためである。従って、可動接点部２５の幅を梁部２３の幅と等しくても良いし、それ以下でも良い。
また、上記実施形態では、梁部２３の大部分は、固定電極１２と対向しており、梁部２３と固定電極１２との間に電圧を印加すると、静電引力により固定電極１２側に駆動される。したがって、梁部２３において固定電極１２と対向する部分は、可動電極２４としての機能を有することになる。
以上のように、本発明に係る静電マイクロ接点開閉器は、従来と同等の復帰力を確保しつつ、接触力の向上、印加電圧の低減、および／または電極の寸法の縮小を実現することができるので、低電力化および小型化が要求されるその他のＭＥＭＳ素子にも適用することができる。
本発明の一実施形態である静電マイクロリレーの概要を示す平面図である。 上記静電マイクロリレーにおいて、固定電極と可動電極との間に電圧を印加していない状態を示しており、同図（ａ）は、図１のＡ−Ａ線で断面し、矢印方向に見た図であり、同図（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線で断面し、矢印方向に見た図である。 上記静電マイクロリレーにおいて、固定電極と可動電極との間に電圧を印加した状態を示しており、同図（ａ）は、図１のＡ−Ａ線で断面し、矢印方向に見た図であり、同図（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線で断面し、矢印方向に見た図である。 上記静電マイクロリレーの要部を示す平面図である。 同図（ａ）〜（ｄ）は、図４のＣ−Ｃ線で断面し、矢印方向に見た図であり、可動電極が静電引力により移動する様子を示す図である。 上記静電マイクロリレーのアクチュエータにおける変位量のシミュレーション結果を示す図である。 上記静電マイクロリレーの実施例と比較例とにおける印加電圧と接触力との関係を示すグラフである。 上記静電マイクロリレーの実施例において、スリットの丈と接触力との関係を表形式で示す図である。 上記静電マイクロリレーの実施例において、スリットの丈と接触力との関係を示すグラフである。 本発明の別の実施形態である静電マイクロリレーの概要を示す平面図である。 上記静電マイクロリレーにおけるアクチュエータの変位量のシミュレーション結果を示す図である。 本発明のさらに別の実施形態である静電マイクロリレーの概要を示す平面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記静電マイクロリレーにおけるベースの製造工程の一例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記静電マイクロリレーにおけるアクチュエータの製造工程の一例を示す断面図である。 同図（ａ）〜（ｃ）は、上記ベースおよび上記アクチュエータの接続工程の一例を示す断面図である。 同図（ａ）〜（ｃ）は、上記アクチュエータの製造工程の別の例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記ベースおよび上記アクチュエータの接続工程の別の例を示す断面図である。 同図（ａ）〜（ｃ）は、上記アクチュエータの製造工程のさらに別の例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記ベースおよび上記アクチュエータの接続工程のさらに別の例を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態である静電マイクロリレーの構造を示しており、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＤ−Ｄ線で断面し、矢印方向に見た図である。 本発明のさらに別の実施形態である静電マイクロリレーの概要を示す平面図である。 上記静電マイクロリレーにおいて、固定電極と可動電極との間に電圧を印加していない状態を示しており、同図（ａ）は、図２１のＥ−Ｅ線で断面し、矢印方向に見た図であり、同図（ｂ）は、図２１のＦ−Ｆ線で断面し、矢印方向に見た図である。 上記静電マイクロリレーにおいて、固定電極と可動電極との間に電圧を印加した状態を示しており、同図（ａ）は、図２１のＥ−Ｅ線で断面し、矢印方向に見た図であり、同図（ｂ）は、図２１のＦ−Ｆ線で断面し、矢印方向に見た図である。 上記静電マイクロリレーの要部を示す平面図である。 同図（ａ）から（ｄ）は、図２４のＧ−Ｇ線で断面し、矢印方向に見た図であり、可動電極が静電引力により移動する様子を示す図である。 本発明の別の実施形態である静電マイクロリレーの概要を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施形態である静電マイクロリレーの構造を示す断面図であり、同図（ａ）は、固定電極と可動電極との間に電圧を印加していない状態を示しており、同図（ｂ）は、上記電圧を印加した状態を示している。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記静電マイクロリレーにおけるベースの製造工程の一例を示す断面図である。 同図（ａ）〜（ｃ）は、上記静電マイクロリレーにおけるアクチュエータの製造工程の一例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記ベースおよび上記アクチュエータの接続工程の一例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記アクチュエータの製造工程の別の例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記ベースおよび上記アクチュエータの接続工程の別の例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記アクチュエータの製造工程のさらに別の例を示す断面図である。 同図（ａ）・（ｂ）は、上記ベースおよび上記アクチュエータの接続工程のさらに別の例を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態である静電マイクロリレーの構造を示しており、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＨ−Ｈ線で断面し、矢印方向に見た図である。 本発明のさらに別の実施形態である無線通信機の概略構成を示すブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態である計測器の概略構成を示すブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態である温度管理装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態である携帯情報端末の要部構成を示す回路図である。 従来の静電マイクロリレーの概要を示す平面図である。 上記静電マイクロリレーにおいて、固定電極と可動電極との間に電圧を印加していない状態を示しており、同図（ａ）は、図４０のＰ−Ｐ線で断面し、矢印方向に見た図であり、同図（ｂ）は、図４０のＱ−Ｑ線で断面し、矢印方向に見た図である。 上記静電マイクロリレーにおいて、固定電極と可動電極との間に電圧を印加した状態を示しており、同図（ａ）は、図４０のＰ−Ｐ線で断面し、矢印方向に見た図であり、同図（ｂ）は、図４０のＱ−Ｑ線で断面し、矢印方向に見た図である。 上記静電マイクロリレーの要部を示す平面図である。 同図（ａ）〜（ｄ）は、図４３のＲ−Ｒ線で断面し、矢印方向に見た図であり、可動電極が静電引力により移動する様子を示す図である。 上記可動電極の変位量のシミュレーション結果を示す図である。
符号の説明
１０ 静電マイクロリレー（静電マイクロ接点開閉器）
１１ ベース
１２ 固定電極
１３ａ・１４ａ 固定接点
２１ アクチュエータ
２２ 支持部
２３ 梁部
２４ 可動電極
２６ 可動接点
２７ スリット
２８・５１ 接続部
２８ａ・２８ｂ 接続部における実際の接続部分
５０ 凹部

Claims (11)

  1. ベースに設けた固定電極と、アクチュエータの可動電極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、前記ベースに設けた固定接点に前記アクチュエータに設けた可動接点を接離させて電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器において、
    前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備えており、
    該梁部は、前記支持部の側から前記可動電極および前記可動接点の順番で弾性支持しており、
    前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部には、前記支持部の側からスリットが形成されていることを特徴とする静電マイクロ接点開閉器。
  2. 前記スリットの長さは、前記接続部の長さの約３７％以上であることを特徴とする請求項１に記載の静電マイクロ接点開閉器。
  3. 前記スリットの長さは、前記接続部の長さの約６０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の静電マイクロ接点開閉器。
  4. 前記スリットの長さは、前記接続部の長さの約７０％乃至約９０％であることを特徴とする請求項３に記載の静電マイクロ接点開閉器。
  5. ベースに設けた固定電極と、アクチュエータの可動電極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、前記ベースに設けた固定接点に前記アクチュエータに設けた可動接点を接離させて電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器において、
    前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備えており、
    該梁部は、前記支持部の側から前記可動電極および前記可動接点の順番で弾性支持しており、
    前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部は、前記梁部と同様の材質および厚さ、または、前記可動電極と同様の材質および厚さで形成されたものに比べて、弾性定数が小さいことを特徴とする静電マイクロ接点開閉器。
  6. 前記接続部は、前記梁部および前記可動電極に比べて、薄くなっていることを特徴とする請求項５に記載の静電マイクロ接点開閉器。
  7. 前記接続部は、前記梁部および前記可動電極に比べて、材質および／または構造が異なることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の静電マイクロ接点開閉器。
  8. 電気回路の開閉を行うために、請求項１ないし７の何れか１項に記載の静電マイクロ接点開閉器を備えた装置。
  9. ベースに設けた固定電極と、アクチュエータの可動電極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、前記ベースに設けた固定接点に前記アクチュエータに設けた可動接点を接離させて電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器であって、前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備える静電マイクロ接点開閉器の製造方法において、
    前記ベースとなるガラス基板に、前記アクチュエータとなるＳＯＩウエハを接合し、
    前記ＳＯＩウエハをエッチングして酸化シリコン膜を露出させ、
    前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部に対応する領域以外の領域をエッチングして、酸化シリコン膜を除去することを特徴とする静電マイクロ接点開閉器の製造方法。
  10. ベースに設けた固定電極と、アクチュエータの可動電極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、前記ベースに設けた固定接点に前記アクチュエータに設けた可動接点を接離させて電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器であって、前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備える静電マイクロ接点開閉器の製造方法において、
    前記アクチュエータとなるＳＯＩウエハに対しエッチングを行って前記支持部を形成し、
    前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部に対応する領域に金属膜をパターン形成することを特徴とする静電マイクロ接点開閉器の製造方法。
  11. ベースに設けた固定電極と、アクチュエータの可動電極との間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動電極を駆動し、前記ベースに設けた固定接点に前記アクチュエータに設けた可動接点を接離させて電気回路を開閉する静電マイクロ接点開閉器であって、前記アクチュエータは、前記ベースに立設する支持部と、該支持部から側方に延在し、接続部を介して前記可動電極を弾性支持するとともに、前記可動接点を弾性支持する梁部とを備える静電マイクロ接点開閉器の製造方法において、
    前記アクチュエータとなるＳＯＩウエハに対しエッチングを行って前記支持部を形成し、
    前記ＳＯＩウエハに対し、前記梁部と前記可動電極とを接続する前記接続部に対応する領域にエッチングを行って酸化シリコン膜を露出させ、
    前記接続部に対応する領域に金属膜を形成することを特徴とする静電マイクロ接点開閉器の製造方法。
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