JPH11260178A

JPH11260178A - 電気回路開閉装置用接点及び電気回路開閉装置

Info

Publication number: JPH11260178A
Application number: JP8275998A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Shirakawa; 幸彦白川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1998-03-14
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】接点層と基体との間に介在する層の材質を工
夫することで、接点表面における不良導体層の形成を防
止し、低接点抵抗特性を達成し、ひいては装置の小型
化、消費電力の低減等を可能とする。【解決手段】絶縁性又は導電性の基体１上に形成され
た接点層３が、貴金属乃至白金族金属又は貴金属乃至白
金族金属の合金で構成されている場合に、前記基体１と
前記接点層３との間に白金族金属の酸化物を主成分とす
る金属酸化物層を接着層２として介在させて、機械的接
触の有無により電気回路の開閉を行う電気回路開閉装置
用接点を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１対設
けられて機械的に接触、開放することにより電気回路の
開閉を行う電気回路開閉装置用接点及びこれを用いた電
気回路開閉装置に係り、特に外部からの電気的入力によ
って電気接点の開閉を行うリレー、例えば微小な駆動力
を電気接点開閉の動力源として用いる小型低消費電力型
リレーに適用可能な電気回路開閉装置用接点及び電気回
路開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械的な電気接点の接触、解放に
より電気回路の開閉を行う電気回路開閉装置としては、
電磁石を用いた電磁式リレーや、リードリレー、圧電バ
イモルフを利用したリレー、静電リレー等が知られてい
る。

【０００３】このような、電気回路開閉装置は、サイリ
スタやＭＯＳＦＥＴ等の半導体を用いた電気回路開閉装
置と比べて、入出力間（回路を開閉する制御入力と、開
閉される信号間）の高い絶縁性や、回路を開いたときの
絶縁性、回路と閉じたときの低い抵抗（挿入損失）等に
極めて優れた特徴があり、広く実用化されてきた。

【０００４】最も一般に実用化されている電磁式リレー
は、駆動力として電磁石の吸引力を用い、可動接点を駆
動し、固定接点と接触、開放を行うことで、両接点間の
電気的接続を開閉する物である。

【０００５】機械的に電気接点の接触、開放により電気
回路の開閉を行う装置は、基本的にその駆動力として用
いる方法の違いを除けば、この電磁式リレーと同様に、
接点間の機械的接触の有無により電気回路の開閉を行う
物であり、何れの装置でも、その接点表面の特性は接点
を閉じたときの接点抵抗等の電気的特性を左右する。例
えば卑金属を接点に用いた場合、使用雰囲気によって接
点表面に絶縁性や低電気伝導性の酸化物等が形成される
ため、接点抵抗不良を生じる（オムロン株式会社カタロ
グ第１２版、カタログ番号ＳＡＡＯ−００５、１９９４
年６月、Ｐ９８２、９８３）。

【０００６】このため、接点材料は絶縁性酸化物等の不
良導体が形成されにくい、金、白金、銀、イリジウム等
の貴金属乃至白金族の金属、あるいはそれらの合金を用
いている。

【０００７】更に、可動接点と固定接点を接触させる時
に十分大きい接点圧力を加えることで、機械的に接点表
面の不良導体層を破壊、除去させて接点抵抗不良を防い
でいる。

【０００８】更に、電気的に前記の不良導体層を破壊す
るために、実用上、接点に流れる電流値は最低でも一定
の電流値が必要で、これを最小適用負荷として規定して
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】接点表面に形成される
不良導体層の発生原因としては、（１）接点材料と使用
中の周辺雰囲気中の汚染ガスとの反応によって形成され
る不良導体層、（２）接点材料（及びその中の不純物）
と使用中の周辺雰囲気もしくは製造工程中の酸素との反
応による酸化物不良導体層、の２種類に分類可能であ
る。

【００１０】（１）に属する不良導体層としては、例え
ばＨ₂Ｓ，ＳＯ₂ガスと銀系接点材料間で形成されるＡｇ
₂Ｓ層や、有機ガスと白金、パラジウム系接点材料で形
成されるポリマー層、窒素酸化物やＨ₂Ｓと金系接点材
料で形成される硫酸アンモニウム等が知られている。

【００１１】しかし、（１）に属する不良導体層は、清
浄雰囲気で接点を気密封止すれば解決可能な問題であ
り、従来からハーメチックシール等の方法で十分な対応
が取られている。

【００１２】（２）に属する不良導体層としては、
（ａ）接点材料の酸化物、（ｂ）接点材料中に含まれる
不純物の酸化物、（ｃ）接点材料がその製造工程や使用
中に周辺材料の拡散によって含むことになった不純物の
酸化物、が挙げられる。

【００１３】この内、（ａ），（ｂ）の酸化物に関して
は、通常使用温度もしくは製造工程での熱履歴で酸化が
生じない十分に高純度な金、白金、イリジウム等の貴金
属乃至白金族の金属やこれらの合金を用い、十分な製造
工程管理を行えば問題が生じない。

【００１４】しかしながら、（ｃ）の接点の周辺材料の
拡散及び長期使用中でのその酸化層形成を回避すること
は、極めて困難である。

【００１５】接点が保持される基体部は、通常、絶縁体
材料や卑金属材料から構成される。これらの材料は、貴
金属乃至白金族金属の接点部分と直接接触していれば、
容易に貴金属乃至白金族金属の接点内部から接点表面ま
で拡散し、最終的に接点表面で不良導体である酸化物層
を形成してしまう。

【００１６】更に、接点材料として貴金属乃至白金族金
属を用いる場合、貴金属乃至白金族金属が不活性である
ため、接点の基体となる絶縁体材料や卑金属材料と直接
接合しても十分な接着強度が取れない。

【００１７】このため、実用上、貴金属乃至白金族金属
材料を用いて十分な接着強度を持つ接点を形成するため
には、基体が金属材料である場合は基体と貴金属乃至白
金族金属間を相互拡散させるか、それが不可能な場合
は、相互に拡散可能もしは反応可能な中間層、即ち接着
層を挿入する必要がある。

【００１８】この接着層として、例えばＣｒ，Ｔｉ等の
卑金属が用いられているが、これらの接着層や相互拡散
層は、それ自体、接点表面上まで拡散し、不良導体であ
る酸化物層を形成してしまう。

【００１９】通常こういった拡散の問題を避けるために
は、Ｎｉ等の拡散防止層を接点材料としての貴金属乃至
白金族金属と卑金属もしくは絶縁体間に挿入し、貴金属
乃至白金族金属への拡散防止を図る事が考えられる。

【００２０】しかしながら、この拡散防止層自体が卑金
属材料であるため、長時間の使用や温度負荷が掛かった
場合、拡散防止層自体が部分的に貴金属乃至白金族金属
材料中を拡散し、貴金属乃至白金族金属接点表面に不良
導体である酸化物層を形成してしまう。

【００２１】従って、従来のいかなる構成をとっても、
接点表面に形成される不良導体層の形成は避けがたく、
接点抵抗不良を生じやすいため、貴金属乃至白金族金属
系の材料を用いた接点を使用し、更に十分大きな機械的
圧力と、十分な接点通過電流を流すことで不良導体層を
破壊する事が必要であった。

【００２２】従って、リレーとして可動接点を駆動する
ためには、十分な機械的圧力を発生可能なアクチュエー
ターが必要であった。

【００２３】例えば電磁式リレーの場合、駆動力源とし
て電磁石を用いたアクチュエーターが用いられるのであ
るが、電磁石として大きな物を使用し、かつ十分なコイ
ル電流を流さねばならない。

【００２４】このことは、電気回路開閉装置の小型化、
消費電力低減を図る上で大きな障害となっており、電子
部品の小型化、低消費電力化の流れの中で、電磁式リレ
ーは目立って体積と消費電力の大きい部品となってい
る。

【００２５】更に、電気的に前記の不良導体層を破壊す
るために必要な下限電流値（最小適用負荷）があるた
め、従来の電気回路開閉装置を微小信号の切り替え等に
使用する場合、問題を生じやすく、現在の低消費電力化
された電子回路では使用が難しい部品となっている。

【００２６】近年、このような従来の電気回路開閉装
置、特にリレーの小型化、低消費電力化のために、半導
体微細加工技術を応用した、いわゆるマイクロマシーニ
ング技術を用い、超小型電磁石や静電アクチュエータ
ー、圧電アクチュエーターを形成し、これを駆動源とし
て、可動接点を固定接点に機械的に接触させる、マイク
ロマシンリレーが実用化に向けて研究されている。例え
ば、論文「Minoru Sakata,An Electrostatic Microactu
ator for Electro-Mechanical Relay, IEEEMicro Elect
ro Mechanical Systems, 1989.2, p149-151」には、接
点として金、及び接着層としてＣｒを用いた積層膜を形
成してなる静電アクチュエーターを駆動源としたマイク
ロマシンリレーが開示されている。

【００２７】しかしながら、これらの微小駆動力源を用
いたマイクロマシンリレーでは、上述した接点表面の不
良導体層を破壊するに至る十分な接点圧力を発生し得な
いため、実用性のある低接点抵抗特性を達成できず、ま
た、この問題を解決するために駆動力を増大するために
は、消費電力や駆動電圧の増加、部品体積の増大等の問
題が生じてしまうため、実用性に乏しいという問題点が
あった。また、最小適用負荷の問題を解決することもで
きなかった。

【００２８】以上のように、機械的に接点を接触、開放
することにより電気回路の開閉を行う装置の電気接点の
表面に形成される不良導体層の発生を防止すれば、電気
回路開閉装置の小型化、低消費電力化が可能となり、更
に最小適用負荷の問題も解決が可能となるが、従来の技
術ではたとえマイクロマシンリレーを用いてもこれらの
問題点を解決することが出来なかった。

【００２９】本発明は、このような従来の、機械的に接
点を接触、開放することにより電気回路の開閉を行う装
置における接点部分の問題点を解決するためになされた
ものであり、接点層と基体との間に介在する接着層又は
拡散防止層あるいは両者の材質を工夫することで、接点
表面における不良導体層の形成を防止し、低接点抵抗特
性を達成し、ひいては装置の小型化、消費電力の低減等
を可能とする電気回路開閉装置用接点及び電気回路開閉
装置を提供することを目的とする。

【００３０】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電気回路開閉装置用接点は、絶縁性又は導
電性基体上に形成された接点層が、貴金属乃至白金族金
属又は貴金属乃至白金族金属の合金で構成され、機械的
接触の有無により電気回路の開閉を行う構成において、
前記基体と前記接点層との間に白金族金属の酸化物を主
成分とする金属酸化物層が介在していることを特徴とし
ている。

【００３２】前記電気回路開閉装置用接点において、前
記基体と前記接点層との間に接着層及び拡散防止層が積
層状態で介在しており、いずれか一方又は両方が前記白
金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物層であって
もよい。あるいは、前記基体と前記接点層との間に接着
層又は拡散防止層が介在しており、該接着層又は拡散防
止層が前記白金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化
物層であってもよい。

【００３３】前記白金族金属の酸化物が、イリジウム酸
化物もしくはルテニウム酸化物であってもよい。

【００３４】本発明の電気回路開閉装置は、絶縁性又は
導電性基体上に形成された接点層が貴金属乃至白金族金
属又は貴金属乃至白金族金属の合金で構成されていて、
機械的接触の有無により電気回路の開閉を行う接点を、
少なくとも１対有する構成において、前記接点における
前記基体と前記接点層との間に白金族金属の酸化物を主
成分とする金属酸化物層が介在していることを特徴とし
ている。

【００３５】前記電気回路開閉装置において、静電引力
を駆動力源として、前記少なくとも１対の接点を機械的
に開閉する構成としてもよい。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電気回路開閉
装置用接点及び電気回路開閉装置の実施の形態を図面に
従って説明する。

【００３７】図１は本発明の第１の実施の形態であり、
電気回路開閉装置用接点の基本構成を示す。この図にお
いて、卑金属や非金属（導電性、絶縁性のいずれでもよ
い）の基体１上に接着層２を介して貴金属乃至白金族金
属若しくはこれらの合金からなる接点層３が形成されて
いる。ここで、接着層２は接点層３の基体１に対する接
着力を増大させるために設けているもので、後述するよ
うに、白金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物層
で形成されている。

【００３８】本発明者は、貴金属乃至白金族金属若しく
はこれらの合金からなる接点層３に拡散する周辺材料の
拡散防止作用を有し更に卑金属や非金属の基体１と接点
層３間に介在して接着力を増大させる作用を有する接着
層２として、十分な導電性を持ち、かつ接点層中に拡散
してその表面に不良導体層を形成しない材料を種々検討
した。

【００３９】その結果、白金酸化物、イリジウム酸化
物、パラジウム酸化物、ルテニウム酸化物等の白金族金
属の酸化物が金、白金等の貴金属乃至白金族金属と銅や
ニッケル等の卑金属や酸化珪素やシリコン、シリコンナ
イトライド等の非金属との間の接着層として十分な特性
を持ち、更に、拡散防止層として用いた場合も上記のよ
うな卑金属材料や非金属材料に対し極めて良好な拡散防
止効果を持つことを見いだした。

【００４０】更にこれらの白金族金属の酸化物は、何れ
も良好な電気伝導性を持ち、拡散防止層もしくは接着層
として用いても、貴金属乃至白金族金属接点層と外部と
の電気的接続を妨害しない。

【００４１】白金族金属の酸化物が、このような良好な
接着、拡散防止効果を持つ理由は現時点では十分明らか
ではない。しかし、白金族金属の酸化物は何れも酸素と
金属原子間の結合が弱く、分解温度が通常の卑金属酸化
物と比べて低いという特徴がある。このため白金族金属
の酸化物層と接点層に用いられる貴金属乃至白金族金属
層との界面では、白金族金属の酸化物層が一部還元さ
れ、白金族金属の酸化物と貴金属乃至白金族金属の相互
拡散領域が形成されやすく、接着強度が高いと考えられ
る。

【００４２】白金族金属の酸化物層と卑金属層との間で
は、更に部分的に卑金属層を酸化し酸化物間の接着領域
も形成され高い接着強度が得られると考えれる。

【００４３】また、非金属との間では、非金属が酸化物
の場合、この酸化物と白金族金属の酸化物間は、酸化物
同士であり接着強度が得やすく、非金属が非酸化物であ
る場合にはこの非酸化物と白金族金属の酸化物間では非
酸化物を白金族金属の酸化物が部分的に酸化する事によ
り接着強度が得られると考えられる。

【００４４】また、拡散防止効果が良好な理由として
は、従来拡散防止層として用いられていたニッケル等の
金属と比較して、基本的に酸化物中では金属等の物質の
拡散が殆どないことが原因と考えられる。

【００４５】前記白金族金属の酸化物層としては、白金
酸化物、イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物、パラジ
ウム酸化物がそれぞれの金属ターゲットを酸素雰囲気中
でスパッタリングする反応性スパッタリング法により容
易に形成可能であること、及びこれらの酸化物が良好な
電気伝導性を持つことから使用しやすい。特にイリジウ
ム酸化物とルテニウム酸化物は導電性が高く接点層と外
部の電気的接続の妨げにならない点と、分解温度が
（１,０００℃）と高いため、製造工程中での不用意な
還元等の問題が起こりにくい点から望ましい。

【００４６】また、白金族金属の酸化物として、これら
の単一元素の酸化物だけではなく、合金の酸化物でも良
く、例えば金系の貴金属接点材料の接点層３に対し金を
含む白金族金属合金の酸化物層を接着層２として用いれ
ば、より高い接着効果が期待できる。また、卑金属酸化
物を一定量、望ましくは５０％以下の体積量で含んでも
良い。

【００４７】次に、白金族金属の酸化物からなる接着層
の接着強度評価を以下の通り行った。

【００４８】基体としての酸化シリコン基板上に膜厚２
０ｎｍのイリジウム酸化物、パラジウム酸化物、ルテニ
ウム酸化物及び白金酸化物をそれぞれ接着層に用い、そ
の上に２μｍの金薄膜を接点層として形成し、ＡＳＴＭ
（Ｄ３３５９−８７）クロスハッチテープテストに準拠
した付着強度試験を行った。

【００４９】各白金族金属の酸化物は、それぞれの白金
族金属ターゲットをマグネトロンスパッタ装置のカソー
ドに装着し、ＡｒとＯ₂の混合ガス中で反応性スパッタ
リングを行うことで形成し、更に引き続いて金２μｍを
同じくマグネトロンスパッタ装置にて通常のスパッタ法
により形成した。

【００５０】比較のため、接着層として、Ｃｒ及びＴｉ
膜をそれぞれ２０ｎｍ形成したサンプル、接着層無しに
直接金の膜を形成したサンプルを作成し、同様に付着強
度試験を行った。

【００５１】付着強度試験結果を表１に示す。

【００５２】表１構成結果判定Ａｕ単層膜ＯＢＡｕ／Ｃｒ５ＢＡｕ／Ｔｉ５ＢＡｕ／イリジウム酸化物５ＢＡｕ／ルテニウム酸化物５ＢＡｕ／白金酸化物４ＢＡｕ／パラジウム酸化物４Ｂ判定基準５Ｂ剥離無し４Ｂ５％以下の格子のエッジ沿いに小さな剥離発生３Ｂ５から１５％の格子のエッジ沿いに小さな剥離発生２Ｂ１５から３５％の格子のエッジ沿いに剥離が発生１Ｂ全ての格子に剥離が発生し、３５から６５％に大きな剥離０Ｂ６５％以上の格子が剥離

【００５３】表１から明らかなように、金単膜では密着
力が全く取れていないのに対し、白金族金属の酸化物層
を接着層として用いることで、通常接着層として用いら
れているＣｒやＴｉ層と同等もしくはそれに近い密着力
が得られている。

【００５４】次に、白金族金属酸化物層の拡散防止層と
しての効果を調べるために、基体としてのＳｉ基板上に
イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物層をそれぞれ約２
０ｎｍ形成後、その上に金２μｍを接点層として形成し
たサンプルと、比較のために拡散防止層としてＮｉを約
２０ｎｍ形成したサンプル、拡散防止層の代わりに接着
層Ｃｒ及びＴｉ膜をそれぞれ２０ｎｍ形成したサンプル
及び拡散防止層のない直接金２μｍを形成したサンプル
を作成し、それぞれを空気中６００℃で熱処理後、金表
面をオージェ（Ａｕｇｅｒ）電子分光法で評価した。ま
た、各層の形成方法は、上記表１と同様スパッタリング
法を用いた。

【００５５】表面組成分析結果を表２に示す。

【００５６】表２構成表面組成分析結果Ａｕ／Ｓｉ基板金シリサイド及びＳｉＯ₂層Ａｕ／Ｎｉ／Ｓｉ基板金シリサイド及びＳｉＯ₂、酸化Ｎｉ層Ａｕ／イリジウム酸化物／Ｓｉ基板清浄金表面Ａｕ／ルテニウム酸化物／Ｓｉ基板清浄金表面Ａｕ／Ｃｒ／酸化シリコン基板酸化Ｃｒ層Ａｕ／Ｔｉ／酸化シリコン基板酸化Ｔｉ層

【００５７】表２からも明らかなように、従来用いられ
ていたＮｉ等の拡散防止層や、Ｃｒ、Ｔｉ等の接着層
は、十分な拡散防止効果が得られない上に、それ自体が
金表面に析出し不良導体層を形成してしまう。これに対
し、本実施の形態にて示した白金族金属の酸化物である
イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物からなる接着層
は、拡散防止層としての作用も良好であり、本実施の形
態に係る接点構成では、従来の拡散防止層では阻止でき
なかった、基体材料や卑金属材料を完全に拡散防止する
ことが可能であり、これを電気回路開閉装置の接点に用
いることで、接点表面に形成される不良導体層の発生を
完全に阻止することが可能である。

【００５８】なお、上記表１、表２の例では基体として
シリコン及び酸化シリコンの例を示したが、基体として
はこれに限るものではなく、銅や燐青銅、ステンレス等
の卑金属基体を用いた場合も、白金族金属の酸化物を主
成分とする金属酸化物の接着層は同様の接着効果及び拡
散防止効果が得られる。さらに接点層として金等の貴金
属以外に白金、イリジウム、パラジウム等の白金族金属
やそれらの合金を用いた場合も全く同様の接着効果及び
拡散防止効果が得られる。

【００５９】この第１の実施の形態に示した電気回路開
閉装置用接点によれば、次の通りの効果を得ることがで
きる。

【００６０】(1) 白金族金属の酸化物を主成分とする
金属酸化物層で形成された接着層２を、基体１と貴金属
乃至白金族金属若しくはこれらの合金からなる接点層３
との間に介在させているから、従来避け得なかった、接
点周辺材料からの拡散により形成されてしまう接点表面
の不良導体層が発生しないため、完全な清浄金属表面を
維持したままの接点表面を構成可能である。

【００６１】(2) このため、従来のように、接点間に
物理的に強い圧力を加え、更に大きな接点電流を流すこ
とで機械的、電気的に接点表面の不良導体層を破壊する
必要がない。

【００６２】(3) 大きな接点圧力を得るために必要で
あった、発生力の大きいアクチュエーターを使用する必
要が無く、電気回路開閉装置の小型化、低消費電力化が
容易に図れる。

【００６３】(4) 従来の電気回路開閉装置の使用範囲
を狭めていた、最小適用負荷の制限が無くなり、微小信
号の開閉が容易に出来る。特に、従来、大きな接点圧力
を得ることが出来ず低い接点抵抗が得られないため実用
性に欠けていた静電アクチュエーター等の微小駆動力を
用いたマイクロマシンリレーの問題を解決し、実用性を
著しく向上させることが可能となる。

【００６４】上記第１の実施の形態では、基体１と接点
層３間の接着層２は、白金族金属の酸化物を主成分とす
る金属酸化物層の接着作用と拡散防止作用を利用したも
のであるが、接着層と拡散防止層の２層に分けた構成と
してもよく、この場合を本発明の第２の実施の形態とし
て図２に示す。

【００６５】図２の第２の実施の形態において、１は基
体であり、その上に接着層４、拡散防止層５が順次積層
形成され、その上に接点層３が形成されている。ここ
で、基体１は卑金属や非金属（導電性、絶縁性のいずれ
でもよい）、接着層４は一般的なＣｒ、Ｔｉ等でよく、
拡散防止層５は白金族金属の酸化物を主成分とする金属
酸化物であり、接点層３は第１の実施の形態と同様に貴
金属乃至白金族金属若しくはこれらの合金からなる。

【００６６】この場合、基体１に対する接着性をいっそ
う高める目的で接着層４を形成し、拡散防止作用を主目
的として白金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物
からなる拡散防止層５を設けている。

【００６７】ここで、卑金属の接着層を用いたときの白
金族金属の酸化物層の拡散防止層５としての効果を調べ
るために、酸化シリコン基板上に、Ｃｒ及びＴｉ接着層
を約２０ｎｍ形成後、イリジウム酸化物、ルテニウム酸
化物層を拡散防止層５として約２０ｎｍ形成後、接点層
３としての金２μｍを形成したサンプルと、比較のため
に拡散防止層として約２０ｎｍのＮｉを形成したサンプ
ル及び拡散防止層のない直接金２μｍを接着層上に形成
したサンプルを作成し、それぞれを空気中６００℃で熱
処理後、金表面をオージェ（Ａｕｇｅｒ）電子分光法で
評価した。また、各層の形成方法は、前記表１と同様ス
パッタリング法を用いた。

【００６８】表面組成分析結果を表３に示す。

【００６９】表３構成表面組成分析結果Ａｕ／Ｃｒ／酸化シリコン基板酸化Ｃｒ層Ａｕ／Ｔｉ／酸化シリコン基板酸化Ｔｉ層Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒ／酸化シリコン基板酸化Ｃｒ層Ａｕ／イリジウム酸化物／Ｃｒ／酸化シリコン基板清浄金表面Ａｕ／イリジウム酸化物／Ｔｉ／酸化シリコン基板清浄金表面Ａｕ／ルテニウム酸化物／Ｃｒ／酸化シリコン基板清浄金表面Ａｕ／ルテニウム酸化物／Ｔｉ／酸化シリコン基板清浄金表面

【００７０】表３からも明らかなように、従来用いられ
ていたＮｉ等の拡散防止層や、Ｃｒ、Ｔｉ等の接着層
は、十分な拡散防止効果が得られない上に、それ自体が
金表面に析出し不良導体層を形成してしまう。これに対
し、本実施の形態で示した白金族金属の酸化物であるイ
リジウム酸化物、ルテニウム酸化物からなる拡散防止層
を用いた接点構成では、従来の拡散防止層では阻止でき
なかった、基体材料や接着層の卑金属材料を完全に拡散
防止することが可能であり、これを電気回路開閉装置の
接点に用いることで、接点表面に形成される不良導体層
の発生を完全に阻止することが可能である。

【００７１】この第２の実施の形態によれば、基体１と
接点層３との間に接着層４と拡散防止層５の２層を介在
させており、接着層４として基体１の材質に配慮した接
着性改善効果の高い材料を選択でき、また拡散防止層５
としては拡散防止効果の高い材料を個別に選択できる利
点がある。その他の作用効果は前述の第１の実施の形態
と同様である。

【００７２】なお、上記表３の例では基体として酸化シ
リコンの例を示したが、基体としてはこれに限るもので
はなく、銅や燐青銅、ステンレス等の卑金属基体を用い
てもよく、この場合も白金族金属の酸化物を主成分とす
る金属酸化物の拡散防止層は同様の拡散防止効果が得ら
れる。さらに接点層として金等の貴金属以外に白金、イ
リジウム、パラジウム等の白金族金属やそれらの合金を
用いた場合も全く同様の拡散防止効果及び接着効果が得
られる。また、接着層４にはＣｒ、Ｔｉ等の従来一般的
な材料を用いることができるが、接着層４も拡散防止層
５とは別の白金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化
物層で形成することも可能である。

【００７３】図３及び図４は、本発明の第３の実施の形
態であって、少なくとも１対の電気回路開閉装置用接点
を有する電気回路開閉装置の例として静電アクチュエー
ターを駆動源としたマイクロリレー（静電リレー）を構
成した場合を示している。

【００７４】これらの図において、マイクロリレーは、
絶縁性基板１０と、基板１０上に立設、固定されたアン
カー構造体１２と、アンカー構造体１２で基板１０から
空隙を持って保持された両持ち梁状のねじれ弾性部１３
と、ねじれ弾性部１３による弾性支持によって回転自在
な静電リレー構造体２０とを有している。つまり、静電
リレー構造体２０は、アンカー構造体１２及びねじれ弾
性部１３を介して基板１０から空隙を持って保持され、
かつ基板１０に対し両持ち梁状のねじれ弾性部１３のね
じれ弾性により回転動作可能となっている。この静電リ
レー構造体２０は、両持ち梁接続部２１、静電アクチュ
エーター可動電極支持部２２及び可動接点支持部２３か
ら構成されている。

【００７５】静電リレー構造体２０における可動接点支
持部２３の基板対向側には可動接点２４が形成され、静
電アクチュエーター可動電極支持部２２の表面側には静
電アクチュエーター可動電極２５が配置される。これら
に対向する位置の基板１０上には固定接点１４及び静電
アクチュエーター固定電極１５が形成、配置される。絶
縁性基板１０上に固定された固定電極１５と可動電極支
持部２２に固定された可動電極２５とは両者間に印加さ
れた電圧により静電引力を発生する静電アクチュエータ
ーを構成する部分であり、静電アクチュエーター固定電
極１５と可動電極２５は図示しない配線により外部電源
に接続される。

【００７６】前記固定接点１４及び可動接点２４は本発
明の第２の実施の形態で示した如き接点構造を有するも
のである。つまり、固定接点１４は、厚さ１μｍのＡｕ
からなる接点層３０を、イリジウム酸化物２０ｎｍから
なる拡散防止層３１とＣｒ１０ｎｍからなる接着層３２
を介して基体としての基板１０上に積層形成したもので
ある。可動接点２４は、５００ｎｍのＡｕからなる接点
層４０を、約２０ｎｍのイリジウム酸化物層からなる拡
散防止層４１、Ｃｒ１０ｎｍの接着層４２、約２０ｎｍ
のＳｉＮ反応防止層４３を介して静電リレー構造体側の
可動接点支持部２３下面に積層形成したものである。な
お、固定電極１５も固定接点１４と同時に作製するた
め、同様の積層構造となり、固定接点１４と同じ層に同
一符号を付した。

【００７７】次に、本実施の形態に示したマイクロリレ
ーの製造方法を述べる。

【００７８】まず、熱酸化法により厚さ約１μｍのＳｉ
Ｏ₂絶縁層を形成した単結晶Ｓｉ基板を基板１０として
用い、スパッタリング法により厚さ１μｍのＡｕ層から
なる接点層３０を、イリジウム酸化物２０ｎｍからなる
拡散防止層３１とＣｒ１０ｎｍからなる接着層３２を介
して基板全面に形成した。次にフォトエッチングを用
い、静電アクチュエーター固定電極１５とリレーの固定
接点１４をそれぞれパターニングした。

【００７９】次にＣＶＤ法を用い、成膜時の基板温度約
４００℃にて基板全面に犠牲層となるＳｉＯ₂膜を約２
μｍ堆積した。

【００８０】それから、フォトエッチング法により犠牲
層上で可動接点２４となる部分のＳｉＯ₂膜を約５００
ｎｍエッチングした後、スパッタリング法を用いて基板
全面に約５００ｎｍのＡｕ膜を接点層４０として形成
し、更に拡散防止層４１として約２０ｎｍのイリジウム
酸化物層とＣｒ１０ｎｍの接着層４２、約２０ｎｍのＳ
ｉＮ反応防止層４３を形成した。

【００８１】ここで形成したＡｕ／イリジウム酸化物／
Ｃｒ／ＳｉＮ層を可動接点２４の形状にフォトエッチン
グでパターニングしてアクチュエーター可動接点２４を
形成した。この後、静電リレー構造体２０を支持するア
ンカー構造体１２に相当する部分の犠牲層のＳｉＯ₂膜
をフォトエッチングを用いて選択除去する。

【００８２】次にスパッタリング法を用い、基板全面に
Ｓｉ膜を約６μｍ形成し、膜の応力を開放するために７
００℃にて熱処理した。このＳｉ膜を以下に述べる静電
リレー構造体２０の形状にＲＩＥ法によりパターニング
した。

【００８３】両持ち梁状のねじれ弾性部１３は、アンカ
ー構造体１２から長さａが約１００μｍ、幅約１０μｍ
であり、静電リレー構造体２０は長さｂが約１００μｍ
の接続部２１、幅ｃが約２００μｍ、長さｄが約２００
μｍの静電アクチュエーター可動電極支持部２２、及び
長さｅが約５０μｍの可動接点支持部２３から構成され
る。

【００８４】静電リレー構造体２０を形成後、更に構造
体上部に可動電極２５として、約１０ｎｍのＳｉＮ絶縁
層５０を介して約１００ｎｍのＡｕ膜５１を形成し、静
電アクチュエーター可動電極２５の形状にフォトエッチ
ングによりパターニングした。

【００８５】最後にＳｉＯ₂犠牲層をフッ酸にてエッチ
ングをし、静電リレー構造体２０のリリースを行い、所
定の配線を行い、マイクロリレーとして完成した。

【００８６】本マイクロリレーは静電リレーであり、ア
クチュエーター構造体全体が、両持ち梁状のねじれ弾性
部１３のねじれ弾性により回転可能な可動構造体とな
り、静電アクチュエーターの可動電極２５と固定電極１
５間に電圧を印加することで、アクチュエーター電極間
に静電引力が働き、可動接点２４と固定接点１４が機械
的に接触し、電気回路を閉じる。

【００８７】本実施の形態では、静電アクチュエーター
電極間に約２０Ｖ弱の動作電圧を印加することにより、
接点が閉じ、この時の接点抵抗は約０．５Ωであった。
更にこの接点抵抗は、１００℃、１０００時間の信頼性
試験後でも全く変わらなかった。

【００８８】比較例として、同様の構造で酸化イリジウ
ム拡散防止層３１，４１を省いた静電リレーを作成し、
評価した結果、同じく動作電圧は約２０Ｖ弱ではある
が、接点抵抗は１００ｋΩ〜１００ＭΩ以上の極めて高
い値を示した。更に本実施の形態と比較例で形成した静
電リレーの固定接点表面をオージェ電子分光法で評価し
た結果、本実施の形態の接点表面は清浄金表面であった
が、比較例ではほぼ完全に酸化Ｃｒ層によって覆われて
いることが分かった。

【００８９】以上からも明らかなように、本発明の第３
の実施の形態で示したマイクロリレーは、従来不可能で
あった低接点抵抗を実現しており、実用性が高く、従来
不可能であった電気回路開閉装置の小型化、低消費電力
化、高信頼性化を容易に図ることが出来る。

【００９０】第３の実施の形態では基板と接点層との間
に接着層と拡散防止層の２層が介在する接点構造とした
が、第１の実施の形態で示した如く基板と接点層との間
に白金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物の接着
層が介在する構成でもよい。

【００９１】なお、本実施の形態では、薄膜形成技術を
用いて静電リレー構造体を形成した例を示したが、本発
明の電気回路開閉装置としての静電リレーの構成方法は
これに限るものではなく、例えば静電リレー構造体とし
て単結晶Ｓｉ基板に本実施の形態にあるような白金族金
属の酸化物を主成分とする金属酸化物の拡散防止、接着
層を用いた可動接点と可動電極を形成し、異方性エッチ
ング等の技術を用いて所定の構造に形成後、同じく白金
族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物の拡散防止、
接着層を用いた固定接点と固定電極を形成した絶縁基板
上にスペーサーを介して貼り付けても良い。

【００９２】このような場合でも、従来の構造と比較し
て、容易に低接点抵抗で信頼性が高い静電リレーを得る
ことが可能である。

【００９３】また、静電リレー構造体として、表面に絶
縁加工をした金属薄板を用いることも可能である。この
ような方法で形成された静電リレーは、薄膜形成技術を
用いた静電リレーと比較して、より大きな接点電流を流
す用途に適用可能である。

【００９４】また、接点の構成として、ここでは酸化イ
リジウム層を拡散防止層として用いたが、酸化ルテニウ
ム層を用いても全く同様の効果が得られ、その他の白金
族金属の酸化物層である酸化白金、酸化パラジウム層を
用いた場合も、それぞれの分解温度以下の範囲で製造プ
ロセスを設定すれば、同様の拡散防止、接着効果が得ら
れ、低接点抵抗特性を得ることが可能となる。

【００９５】なお、本実施の形態では可動接点の駆動力
源として静電アクチュエーターを用いた静電リレーを例
に挙げたが、本発明の接点及びこれを用いた電気回路開
閉装置の駆動源として、静電アクチュエーターに限定す
るものではなく、例えば微小磁気駆動回路や圧電バイモ
ルフアクチュエーター等の微小駆動力を可動電極の駆動
源として用いることが可能で、従来の電磁型リレー等と
比較して小型化、低消費電力化を図った結果、十分な接
点圧力が発生困難な小型電気回路開閉装置全てに適用可
能である。更に従来型の電気回路開閉装置に本発明の接
点構成を用いれば、従来の最小適用負荷の問題を容易に
解決可能である。

【００９６】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電気
回路開閉装置用接点によれば、基体と接点層との間に白
金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物からなる接
着層乃至拡散防止層を介在させることで、従来の拡散防
止層では阻止できなかった、基体材料や接着層の卑金属
材料を完全に拡散防止することが可能であり、接点表面
に形成される不良導体層の発生を完全に阻止することが
可能である。従って、従来のように接点を接触させる際
に、機械的圧力や過大な接点電流によって接点表面の不
良導体層を破壊する必要がない。このため、接点を機械
的に駆動するアクチュエーターの発生力を小さくして
も、接点抵抗不良の問題は発生せず、最小適用負荷の制
限のない電気回路開閉装置が実現可能となる。

【００９８】特に、本発明に係る電気回路開閉装置用接
点を用いた電気回路開閉装置の構成とすれば、従来、大
きな接点圧力を得ることが出来ず低い接点抵抗が得られ
ないため実用性に欠けていた静電アクチュエーター等の
微小駆動力を用いたマイクロマシンリレーの問題を解決
し、実用性を著しく向上させることが可能となる。つま
り、従来不可能であった、低接点抵抗、小型化、低消費
電力化、高信頼性化を容易に図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であって、電気回路
開閉装置用接点の１例を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態であって、電気回路
開閉装置用接点の他の例を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態であって、電気回路
開閉装置としてのマイクロリレーを示す正断面図であ
る。

【図４】同平面図である。

【符号の説明】

１基体２，４，３２，４２接着層３，３０，４０接点層５，３１，４１拡散防止層１０基板１２アンカー構造体１３両持ち梁状のねじれ弾性部１４固定接点１５静電アクチュエータ固定電極２０静電リレー構造体２１両持ち梁接続部２２静電アクチュエーター可動電極支持部２３可動接点支持部２４可動接点２５静電アクチュエーター可動電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性又は導電性基体上に形成された接
点層が、貴金属乃至白金族金属又は貴金属乃至白金族金
属の合金で構成され、機械的接触の有無により電気回路
の開閉を行う電気回路開閉装置用接点において、前記基体と前記接点層との間に白金族金属の酸化物を主
成分とする金属酸化物層が介在していることを特徴とす
る電気回路開閉装置用接点。
【請求項２】前記基体と前記接点層との間に接着層及
び拡散防止層が積層状態で介在しており、いずれか一方
又は両方が前記白金族金属の酸化物を主成分とする金属
酸化物層である請求項１記載の電気回路開閉装置用接
点。
【請求項３】前記基体と前記接点層との間に接着層又
は拡散防止層が介在しており、該接着層又は拡散防止層
が前記白金族金属の酸化物を主成分とする金属酸化物層
である請求項１記載の電気回路開閉装置用接点。
【請求項４】前記白金族金属の酸化物が、イリジウム
酸化物もしくはルテニウム酸化物である請求項１，２又
は３記載の電気回路開閉装置用接点。
【請求項５】絶縁性又は導電性基体上に形成された接
点層が貴金属乃至白金族金属又は貴金属乃至白金族金属
の合金で構成されていて、機械的接触の有無により電気
回路の開閉を行う接点を、少なくとも１対有する電気回
路開閉装置において、前記接点における前記基体と前記接点層との間に白金族
金属の酸化物を主成分とする金属酸化物層が介在してい
ることを特徴とする電気回路開閉装置。
【請求項６】静電引力を駆動力源として、前記少なく
とも１対の接点を機械的に開閉する請求項５記載の電気
回路開閉装置。