JP2009081149A - マイクロリレー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備え、前記可動板は枠部と可動部とを含み、可動部は前記固定基板及び前記キャップ基板の表面対して垂直方向に移動可能とする弾性部材を介して前記枠部に接続され、前記枠部は前記固定基板と前記キャップ基板との間で密封接合され、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、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記固定基板と前記キャップ基板との間を移動する。
【選択図】 図1
Description
上記構成において、前記弾性部材は複数のヒンジバネであり、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。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。
上記構成において、対向する位置に配置された前記ヒンジバネのバネ係数が異なる構成とすることができる。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。
上記構成において、前記ヒンジバネのバネ係数が対向する辺に接続されたグループ毎に異なる構成とすることができる。
上記構成において、前記ヒンジバネが、前記枠部及び可動部より薄く形成されている構成とすることができる。可動部の剛性を上げるために可動部の厚みを増したときには、本発明のようにヒンジバネの部分を薄く形成することで可動部を円滑に移動させることができる。
上記構成において、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る構成とすることができる。この構成により、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。
上記構成において、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。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。
上記構成において、前記電荷除去手段は、前記可動部と固定電極との間の配線上に設けた放電抵抗である構成とすることができる。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。
上記構成において、前記可動部は前記固定基板に張付くことを防止するための凸部を備えた構成とすることができる。凸部を設けたことにより、可動部が固定基板に張付くことが確実に抑制できる。
上記構成において、前記凸部が電荷除去手段となっている構成とすることができる。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。
上記構成において、前記枠部は,前記固定基板及び前記キャップ基板との間の少なくとも一方でスペーサを介して密封接合されている構成とすることができる。スペーサでキャップ基板と可動部とのクリアランスが確保されているので、可動部の円滑な移動が保証される。
上記構成において、前記スペーサは、製造工程で堆積処理されたポリシリコン又は金属を含む構成とすることができる。ポリシリコン等はスパッタリング法等を用いて堆積させるので、シリコンをエッチングするより効率的にスペーサ構造を形成できる。
上記構成において、前記キャップ基板は、前記固定基板に対向して配置されキャビティを備えた構成とすることができる。キャップ基板が可動部の移動を許容するキャビティを備えているので、製造工程を簡素化できる。
上記構成において、前記キャビティ側の前記枠部と可動部とが同一面上に形成されている構成とすることができる。キャップ基板側と可動部とのクリアランスを考慮しなくてもよいので、製造工程を簡素化できる。
(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について示した図である。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205を完成品としてのマイクロリレーディバイス200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205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。
不活性ガス内の減圧環境下で実行することが望ましい。
に電圧を印加させた状態を示している。
(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220は全てエッチング処理等の掘削加工により形成されている。可動板220における枠部225の下側の高さ(厚み)は接点間のギャップを規定し、またその上側の厚みは可動部221のキャップ基板210とのクリアランスを規定することになる。よって、枠部225は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枠部225の厚みを調整する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。
でも内部密封型のマイクロリレーを製造できる。本実施例のようにスペーサを用いた場合にも同様に、エッチング処理による場合と同様に高い寸法精度で枠部225の厚み調整が可能である。一般にエッチング処理には時間を要するので、スペーサ228を用いて枠部225の厚み調整をする本実施例によると、工程時間の短縮化を図ることができる。
(第3実施例)
図8は第3実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例のキャップ基板210は下側に開放したキャビティ215を有した蓋形状に形成されている。このような形状のキャップ基板210は例えばガラス等の絶縁材料から成る平板状基板の中央部をエッチング処理等により掘削して、予め蓋状に加工しておけばよい。このようなキャップ基板210を用いると、図8で示すように可動板220側の枠部225の形状を簡素化できる。図8に示す例では、枠部225が可動部221とほぼ同一面に形成されているが、キャビティ215の存在によって可動部221とキャップ基板210のクリアランスが確保されている。本実施例のようにキャビティ215を有したキャップ基板210を用いると、枠部225の上側の厚み確保する為の工程を省略できるのでエッチング処理、スペーサ形成といった工程を簡素化できる。
(第4実施例)
図9は、第4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の固定接点を片持ち梁の形状にした点に特徴がある。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。
(第5実施例)
図10及び図11は、第5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210及び固定基板230並びに可動板220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。図10に示す本実施例のマイクロリレーチップ205もキャップ基板210と固定基板230の間に可動板220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210、220、230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230の内部側からの電気配線は各々スルーホール219により反対側(外側)に取り出されている。この構成は第1実施例と同様である。
(第6実施例)
図12は第6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221を厚めに形成している。本実施例では可動部221が静電引力を受けて移動し、下段に示すように可動接点223が固定接点233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221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221が撓むことを配慮しており、可動電極221と固定電極231との張付きを防止するための好ましい変形例として凸部124を設けている。しかし、本実施例の場合には可動部221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実施例の場合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223が固定接点233に接触したときに、可動部221が接触しない高さで固定電極231が形成されている。
(第7実施例)
図14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。この実施例では可動板220のヒンジバネ222の部分に特徴を有している。(A)はヒンジバネ222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222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222に改良を加えることによって可動部221の移動が円滑に行える。この構造は特に第5実施例の剛性を向上させた可動部221を上下動させるのに有効である。
(第8実施例)
図15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。この実施例も可動板220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222−1〜222−4を枠部225の4辺各々と接続して可動部221を保持する構造である。この構造によっても可動部221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221の円滑な上下動に支障が出る場合もある。
(第9実施例)
図16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221が初期位置から水平状態を維持しながら下方へ移動するようになっている。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16で4つのヒンジバネ222−1から222−4は異なるバネ係数に設定されている。ヒンジバネ222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。 各ヒンジバネ222−1から222−4のバネ係数を異なるものとし、(A)で示す初期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221の片側のみが固定電極231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板221と固定電極231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221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223と固定接点233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。
(第10実施例)
図17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231及び可動部221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221は、第1実施例で示したものとは異なり一枚板に近い形状となっている。この板の中央部に一対の打抜き穴218が形成されている。可動部221の裏面で、打抜き穴218の間の部分に可動接点223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、可動部223を下に有する接続部249で連結したような構造よりも剛性が高くなっている。また、可動電極として機能する可動部221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。
(第11実施例)
図18は第11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231及び可動部221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18はマイクロリレーを駆動する駆動回路260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266がOFF状態になると固定電極231及び可動部221に電荷が残存する。これにより可動部221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221が初期位置に状態に戻るといった事態が生じる。さらに、残存する電荷の影響で可動部221の移動が不安定な状態となる場合
もある。
(第12実施例)
図19は可動部に設けた凸部に放電抵抗機能を付加した第12実施例のマイクロリレーについて示した図である。前述したように可動部221に設けた凸部224は、可動部221が固定電極231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224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。
(第13実施例)
図20は、接点を複数個有する構造に改良した第13実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では可動部221の可動接点が223−1、223−2の2つとなっている。また、これに対応して固定基板230側に設けたそれぞれの固定接点233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20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。
(第14実施例)
図22は、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230の固定電極231と固定接点233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231と可動電極として作用する可動部221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221を掘り込んで可動接点223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。
(第15実施例)
図23は、可動板220の好ましい配線構造を備えた第15実施例のマイクロリレーについて示した図である。本構造では、可動板220の配線を固定基板230にスルーホール219−2を設けて裏面側に引出す構造である。このスルーホール219−2は、可動板220の配線を固定基板230用のスルーホール219−1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220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230側にスルーホール219−2を設ける例を示したが、キャップ基板210側にスルーホール219−2を設けても勿論良い。(第16実施例)
図24は好ましい可動板220を有する第16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221の外周と枠部225との間に所定の隙間257を確保し、可動部221の周部から枠部225の内面に向けて突出させた外周ストッパ258を複数設けている。このような構造であれば可動部221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258は可動部221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。
。 図25に示した工程により、固定基板230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。
Zin: スタブの入力インピーダンス
Zo : 伝送路の特性インピーダンス
β= 2π/λ
λ: 伝送線路上の波長
l: スタブ長さ
βl : 電気長
周波数が高く、スタブ長が大きくなるほど、影響が大きくなり、インピーダンスの不整合のため、反射が発生して挿入損失が大きくなったり、波形を遅らせるなどの原因となる場合がある。フィルタや高周波回路などでは、特定の周波数に絞り、スタブを利用する場合がある。しかし、リレーではDCから高周波信号まで広い帯域で使用するため、できる限りスタブを含まない構造とすることが好ましい。
(第17実施例)
図34及び図35は、第17実施例に係るマイクロリレーについて示した図である。図34はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図35は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。この実施例は図33で示したマイクロリレーの構造をより詳細に示すものである。図33で示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
(第18実施例)
図37及び図38は、第18実施例に係るマイクロリレーについて示した図である。図37はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図38は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。この第18実施例では2つの可動部、すなわち第1可動部321と第2可動部323とが電気的に絶縁された構造となっているのが前記第17実施例と異なっている。また、このマイクロリレーでは、キャップ基板310が固定基板330に接合される点も異なっている。なお、本実施例でも図33で示した部分と対応する部分には同一符号を付している。
(第19実施例)
図40は、第19実施例に係るマイクロリレーについて示した分解した斜視図である。この図でも前述した実施例と同様部位には同一の符号を付している。本実施例のマイクロリレーでは、コモン端子335の位置を第1固定接点333と第2固定接点334の直線上に配置して、信号ラインを一直線としている。このように信号ラインを一直線にすると、固定基板330の面積を小さくすることができるので好ましい。
(第20実施例)
図41は第20実施例に係るマイクロリレーについて示した図である。この実施例は図40の実施例に関連した供給ラインの配置に関するものである。図41(A)は両固定接点333,334からの距離が等しくなるようにコモン端子335を設けた場合、(B)は一方の固定接点334側に偏移させてコモン端子335を設けた場合を示している。(A)の場合はスタブ308が同じになるので、マイクロリレーの高周波特性を平等にすることができる。また、(B)の場合は固定接点333を閉成した場合のスタブ308が短くなるので一方の出力の高周波特性を重視した構造にできる。
(第21実施例)
図42は、可動部の横方向の動きを抑制する第21実施例について示した図である。図42は図37で示した支持部351,352で支持される可動部321、323を改良した場合を示している。支持部351,352に凸部381を設け、これに対応する凹部382が可動部321、323に形成されている。このように凹部及び凸部を設けた構造することで横方後方の動きを規制し、マイクロリレーの耐衝撃性を向上させることができる。
数に関係なくどちらの形態のマイクロリレーにも適用できる実施例が含まれていることを付言しておく。
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。
ーとすることができる。
205 マイクロリレーチップ
210 キャップ基板
215 キャビティ
219 スルーホール
220 可動板
221 可動部
222 ヒンジバネ(弾性部材)
223 可動接点
224 凸部
225 枠部
230 固定基板
231 固定電極
233 固定接点
250 放電抵抗
260 駆動回路
310 キャップ基板
315 キャビティ
320 可動板
321 第1可動部
322 第1可動接点
323 第2可動部
324 第2可動接点
325 枠部
327 ヒンジバネ
330 固定基板
331 第1固定電極
332 第2固定電極
333 第1固定接点
334 第2固定接点
355 固定電極
Claims (14)
- 固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は枠部と可動部とを含み、可動部は前記固定基板及び前記キャップ基板の表面に対して垂直方向に移動可能とする弾性部材を介して前記枠部に接続され、
前記枠部は前記固定基板と前記キャップ基板との間で密封接合され、
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固定基板と前記キャップ基板との間を移動することを特徴とするマイクロリレー。 - 請求項1に記載のマイクロリレーにおいて、
前記弾性部材は複数のヒンジバネであり、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。 - 請求項2に記載のマイクロリレーにおいて、
対向する位置に配置された前記ヒンジバネのバネ係数が異なることを特徴とするマイクロリレー。 - 請求項3に記載のマイクロリレーにおいて
前記ヒンジバネのバネ係数が対向する辺に接続されたグループ毎に異なることを特徴とするマイクロリレー。 - 請求項2に記載のマイクロリレーにおいて、
前記ヒンジバネが、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。 - 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ることを特徴とするマイクロリレー。 - 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請求項1記載のマイクロリレー。
- 請求項7に記載のマイクロリレーにおいて、
前記電荷除去手段は、前記可動部と固定電極との間の配線上に設けた放電抵抗であることを特徴とするマイクロリレー。 - 前記可動部は前記固定基板に張付くことを防止するための凸部を備えたことを特徴とする請求項1記載のマイクロリレー。
- 請求項9に記載のマイクロリレーにおいて、
前記凸部が電荷除去手段となっていることを特徴とするマイクロリレー。 - 前記枠部は,前記固定基板及び前記キャップ基板との間の少なくとも一方でスペーサを介して密封接合されていることを特徴とする請求項1記載のマイクロリレー。
- 請求項11に記載のマイクロリレーにおいて、
前記スペーサは、製造工程で堆積処理されたポリシリコン又は金属を含むことを特徴とするマイクロリレー。 - 前記キャップ基板は、前記固定基板に対向して配置されキャビティを備えたことを特徴とする請求項1記載のマイクロリレー。
- 請求項13に記載のマイクロリレーにおいて、
前記キャビティ側の前記枠部と可動部とが同一面上に形成されていることを特徴とするマイクロリレー。
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