JP4069870B2

JP4069870B2 - マイクロリレー

Info

Publication number: JP4069870B2
Application number: JP2004019000A
Authority: JP
Inventors: 英樹榎本; 健橋本; 勉下村; 慎一岸本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2005216562A

Description

本発明は、少なくとも一部の構成要素が半導体微細加工技術を用いて形成されるマイクロリレーに関するものである。

従来から、小型のリレーとして、構成要素のうちの少なくとも一部を半導体微細加工技術により形成するマイクロリレーが提案されている。マイクロリレーでは、接点装置を開閉させる駆動力に、クーロン力を用いる静電駆動型のもののほか、電磁石装置を備え磁力を用いる電磁駆動型のものが知られている。電磁駆動型のマイクロリレーは、静電駆動型に比較すると同体積で大きな駆動力が得られる特長がある（たとえば、特許文献１参照）。

上述したように、電磁駆動型のマイクロリレーは、静電駆動型のマイクロリレーに比較すると、同体積で大きな駆動力が得られるものであるから、大きな接点圧を得ることができ耐衝撃性を比較的高くすることができる。また、アマチュアのストロークを大きくとることができるから、接点装置の開極時において可動接点と固定接点との距離を大きくすることができ、開極時における信号漏洩を低減して高周波特性を比較的高くすることができる。
特開平５−１１４３４７号公報

ところで、上述した電磁駆動型のマイクロリレーでは、半導体微細加工技術を用いてアマチュアを製造するために、アマチュアを、半導体材料からなる可動基板と、電磁石装置との間で磁力を作用させる磁性体材料からなる接極子板とにより形成している。したがって、可動基板と接極子板とは異なる材料により形成され、熱膨張率が異なるから、使用環境の温度によってはアマチュアに反りが生じることがある。アマチュアに反りが生じると電磁石装置との距離が変化したり、接点装置を開閉させる駆動力に変化が生じ、マイクロリレーの動作特性（たとえば、感動電圧や開放電圧）が変化するという問題を生じる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、環境温度によるアマチュアの反りの発生を抑制したマイクロリレーを提供することにある。

請求項１の発明は、コイルを巻装したヨークを備えケースに収納される電磁石装置と、ケースに固定される枠状のフレームを有するとともにフレームと一体であってフレームの内側に配置され電磁石装置との間に作用する磁力により規定の支点の回りでシーソ動作するアマチュアを有したアマチュアブロックと、ケースの定位置に設けた固定接点とアマチュアの端部の移動により固定接点に離接する可動接点とからなりアマチュアのシーソ動作により開閉する接点装置とを有し、アマチュアは、フレームと連続一体に形成される半導体材料からなる可動基板と、可動基板の厚み方向の少なくとも一面に積層され電磁石装置との間に磁力を作用させる磁性体材料からなる接極子板とを有し、可動基板が、アマチュアのシーソ動作の支点を設け、かつ接極子板に接合される中央板と、アマチュアの両端部に配置し、かつ接極子板にそれぞれ接合される２枚の端部板と、可動基板を接極子板の熱膨張による伸縮に追随して伸縮させるように可動基板の面内で中央板と各端部板との間をそれぞれ連結するリング状に形成された弾性部である伸縮部とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、コイルを巻装したヨークを備えケースに収納される電磁石装置と、ケースに固定される枠状のフレームを有するとともにフレームと一体であってフレームの内側に配置され電磁石装置との間に作用する磁力により規定の支点の回りでシーソ動作するアマチュアを有したアマチュアブロックと、ケースの定位置に設けた固定接点とアマチュアの端部の移動により固定接点に離接する可動接点とからなりアマチュアのシーソ動作により開閉する接点装置とを有し、アマチュアは、フレームと連続一体に形成される半導体材料からなる可動基板と、可動基板の厚み方向の少なくとも一面に積層され電磁石装置との間に磁力を作用させる磁性体材料からなる接極子板とを有し、可動基板が、アマチュアのシーソ動作の支点を設け、かつ接極子板に接合される中央板と、アマチュアの両端部に配置し、かつ接極子板にそれぞれ接合される２枚の端部板と、可動基板を接極子板の熱膨張による伸縮に追随して伸縮させるように可動基板の面内で中央板と各端部板との間をそれぞれ連結する蛇行状に形成された弾性部である伸縮部とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、アマチュアのシーソ動作の支点と可動接点とを結ぶ方向において可動基板を伸縮させる伸縮部を設けているので、接極子板の伸縮に追従して可動基板を伸縮させることができ、結果的に、アマチュアにおいてシーソ動作の支点と可動接点とを結ぶ方向での反りの発生を抑制することができるという利点がある。つまり、接点装置の開極時における可動接点と固定接点との距離が環境温度によって変化せず、感動電圧や開放電圧のような動作特性の変化を抑制することができるという利点がある。しかも、伸縮部は、アマチュアのシーソ動作の支点を設け、かつ接極子板に接合される中央板と、アマチュアの両端部に配置し、かつ接極子板にそれぞれ接合される２枚の端部板との間をそれぞれ可動基板の面内で連結するリング状または蛇行状に形成されており、弾性部の設計条件によって伸縮部の特性を任意に設定することができるから、アマチュアの反りを確実に防止することができる。

本実施形態のマイクロリレーを説明する前に、図１ないし図１０を用いてマイクロリレーの基本構成を説明する。図１に示すように、直方体状のケースＡを有し、上方に開放されたコ字状のヨーク２０に２個のコイル２２を巻装した電磁石装置２と、電磁石装置２との間で作用する磁力によりシーソ動作する矩形板状のアマチュア３０を備えたアマチュアブロック３と、ケースＡの定位置に設けた固定接点１４とアマチュア３０の端部に設けた可動接点３９とからなりアマチュアのシーソ動作により開閉する接点装置とを備える。

ケースＡは、矩形板状のベース基板１と、アマチュアブロック３の一部であってアマチュア３０の全周を囲む矩形枠状のフレーム３１と、フレーム３１を介してベース基板１に積層されベース基板１との間にアマチュア３０がシーソ動作する空間を形成するカバー４とにより形成される。すなわち、フレーム３１はケースＡに固定される。また、カバー４はアマチュア３０がシーソ動作する空間を確保するために、ベース基板１との対向面の略全面に、図７のような動作用凹所４ａを形成してある。ベース基板１およびカバー４はパイレックス（登録商標）のような耐熱ガラスを用いて形成され、アマチュアブロック３は単結晶シリコンからなる半導体基板を用いて形成される。したがって、ベース基板１とフレーム３１とカバー４とは互いの対向面にそれぞれ接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２（図１、図５、図７参照）が形成され、接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２を接合させることによって互いに固着される。接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２については後述する。ベース基板１とフレーム３１とカバー４とは外周形状が略同寸法の矩形状に形成されており、互いに接合することによって直方体状になる。

ベース基板１は、図３に示すように、平面視が十字状でありベース基板１の厚み方向に貫通する収納孔１６を中央部に有し、円形に開口しベース基板１の厚み方向に貫通するスルーホール１０を四隅にそれぞれ有している。また、ベース基板１の厚み方向の両面においてスルーホール１０の開口周部にはそれぞれ円形のランド１２（図２、図３参照）が形成される。１個のスルーホール１０についてベース基板１の厚み方向の両面に形成される２個のランド１２は、スルーホール１０の内周面に被着した導電層を介して電気的に接続される。ベース基板１の厚み方向においてカバー４に対向しない面では、各ランド１２にそれぞれバンプ１３が固着され、スルーホール１０の開口面がバンプ１３により閉塞される。ベース基板１の厚み方向においてカバー４に対向する一面の長手方向の両端部では、ベース基板１の幅方向に並ぶ各一対のスルーホール１０の間の部位に、ベース基板１の長手方向に延長された各一対の固定接点１４が形成される。各ランド１２は各固定接点１４の長手方向の一端部と導電パターン１８を介して接続され、各バンプ１３が各固定接点１４にそれぞれ一対一に接続される。また、ベース基板１のこの一面ではスルーホール１０の開口面がそれぞれランド１２を覆うシリコン薄板の蓋板１９により閉塞される。つまり、スルーホール１０の各開口面は、バンプ１３と蓋板１９とにより閉塞される。ここに、スルーホール１０の内周面に被着した導電層と、ランド１２、固定接点１４、導電パターン１８とを形成する導電性材料は、たとえば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、もしくはこれらの合金から選択される。バンプ１３を形成する導電性材料は、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、半田から選択される。

なお、スルーホール１０と収納孔１６とは、たとえば、サンドブラスト法、エッチング法から選択した方法により形成し、上述の導電層は、たとえば、めっき法、蒸着法、スパッタ法から選択した方法により形成する。

ところで、ベース基板１の厚み方向においてカバー４に対向する一面にはシリコン薄板からなり収納孔１６を閉塞する蓋板１７が固着されている。収納孔１６の内周面と蓋板１７とにより囲まれる空間は電磁石装置２を収納する収納室になり、収納室に電磁石装置２を収納した後に収納室にポッティングなどによって樹脂を充填することにより、電磁石装置２の保護と固定とがなされる。収納孔１６に充填する樹脂には、硬化後にも弾性を持つシリコン樹脂などを用いるのが望ましい。収納孔１６の内周面は、蓋板１７により閉塞される一方の開口面から他方の開口面に向かって開口面積を拡げるテーパ状に形成されており、蓋板１７で閉塞される一方の開口面の開口面積を比較的小さくしながらも、他方の開口面からの電磁石装置２の挿入作業が容易になるようにしてある。つまり、前記一方の開口面において収納孔１６の周囲にはランド１２のほか固定接点１４や導電パターン１８を形成する必要があるから、収納孔１６の開口面積が小さいほうが固定接点１４や導電パターン１８の配置に余裕ができ、結果的に小型化につながる。

なお、蓋板１７，１９には、シリコン基板をエッチングまたは研磨により薄厚化することにより形成したシリコン薄板を用い、厚み寸法はたとえば２０μｍに設定される。なお、蓋板１７の厚み寸法は２０μｍに限らず、５μｍ〜５０μｍ程度の範囲内で適宜に設定される。また、蓋板１７，１９として、シリコン薄板に代えてガラス基板をエッチングや研磨などで薄厚化することにより形成したガラス薄板を用いてもよい。

電磁石装置２は、図４に示すように、２個のコイル２２（図１参照）が巻装される矩形板状のコイル巻片２０ａの長手方向の両端部にそれぞれ脚片２０ｂを延設したコ字状のヨーク２０を備える。コイル巻片２０ａおよび脚片２０ｂは断面矩形状に形成される。各コイル２２は、コイル巻片２０ａの長手方向の各端部にコイルボビンを用いずに直に巻装される。また、コイル巻片２０ａの長手方向の中央部であって両コイル２２の間には直方体状の永久磁石２１が配置される。各コイル２２はそれぞれ、永久磁石２１とヨーク２０の脚片２０ｂとによってコイル巻片２０ａの長手方向への移動が規制される。

永久磁石２１は図４の上下方向に着磁されており、永久磁石２１の下側の磁極はコイル巻片２０ａに磁気結合される。永久磁石２１の上端面は脚片２０ｂの上端面と高さ位置が等しく、蓋板１７に脚片２０ｂの先端面（図４の上端面）を当接させるように電磁石装置２を収納室（収納孔１６）に収納すると、永久磁石２１の一端面（図４の上端面）も蓋板１７に当接する。

コイル巻片２０ａを介して永久磁石２１の反対側にはプリント基板からなる接続基板２３が配置され、接続基板２３はコイル巻片２０ａに固着される。接続基板２３は矩形板状であり、接続基板２３の長手方向はコイル巻片２０ａの長手方向に直交する。接続基板２３は、図２に示すように、絶縁基板２３ａの一面における長手方向の両端部にそれぞれ独立した導体パターン２３ｂが形成されたものであり、各導体パターン２３ｂのうちの円形部分に外部回路が接続され、矩形部分にコイル２２の末端が接続される。外部回路を接続する部位には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、半田から選択した材料からなるバンプ２４が固着される。

上述した２個のコイル２２は接続基板２３に設けた導体パターン２３ｂのうちの矩形部分に接続され直列または並列に接続される。言い換えると、両コイル２２の一方に通電すれば他方にも通電されるのであって、両コイル２２はヨーク２０の両脚片２０ｂの先端面が互いに異極に励磁されるように接続されている。したがって、永久磁石２１で生じている磁束に対して、一方のコイル２２で生じる磁束は同向きになり、他方のコイル２２で生じる磁束は逆向きになるから、一方の脚片２０ｂの先端面の周囲では磁束密度が大きくなり、他方の脚片２０ｂの先端面の周囲では磁束密度が小さくなる。どちらの脚片２０ｂにおいて磁束密度を大きくするかは、コイル２２に流す電流の向きにより選択される。

上述の例では接続基板２３の導体パターン２３ｂにバンプ２４を固着しているが、バンプ２４に代えてボンディングワイヤを接続するための電極パッドを設けてもよい。なお、ヨーク２０は、電磁軟鉄のような軟磁性材料の板材を曲げ加工するか、軟磁性材料を鋳造加工するか、プレス加工することにより形成される。

アマチュアブロック３は、単結晶シリコンのシリコン基板からなる半導体基板を半導体微細加工技術で加工することによって形成されるものであり、図５および図６に示すように、矩形枠状のフレーム３１の内側に矩形板状のアマチュア３０を配置してある。アマチュア３０は、半導体基板から形成された可動基板３０ａと、可動基板３０ａの厚み方向のうちベース基板１に設けた蓋板１７と対向する一面に積層され電磁石装置２との間で磁力が生じる磁性体材料からなる接極子板３０ｂとで形成される。接極子板３０ｂの材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、その合金、または、これらの材料に微量のＳｉ、Ｍｏ、Ｖなどを添加した材料であって、たとえば軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ、４２アロイ、パーメンジュールなどから選択される。フレーム３１と可動基板３０ａとは４本の支持ばね３２により一体に連結される。支持ばね３２については後述する。

可動基板３０ａの長手方向に沿った各側縁の両端部および各側縁の中央部には、それぞれ突片３３，３６が突設される。各突片３３において蓋板１７との対向面には先細りになった四角錐台状のストッパ突起３３ａが突設され、各突片３６において蓋板１７との対向面には先細りになった四角錐台状の支点突起３６ｂが突設される。支点突起３６ｂの先端はつねに蓋板１７に当接し、アマチュア３０がシーソ動作する際の支点を規定する機能を有する。また、ストッパ突起３３ａの先端はアマチュア３０がシーソ動作したときにベース基板１またはベース基板１に固着した部材に先端が当接することによってアマチュア３０の移動範囲を規制する機能を有する。なお、ストッパ突起３３ａおよび支点突起３６ｂは四角錐台状にかぎらず四角柱状でもよい。

各支持ばね３２は可動基板３０ａと略同面内で可動基板３０ａの幅方向に往復する蛇行状に形成してあり、一端部が可動基板３０ａに連続し他端部がフレーム３１に連続する。すなわち、可動基板３０ａの長手方向に沿った各側縁において突片３６の両側にそれぞれ支持ばね３２の一端が連続し、支持ばね３２の前記一端に対して可動基板３０ａの幅方向に離間した部位でフレーム３１に支持ばね３２の他端が連続する。支持ばね３２は、アマチュア３０が上述した支点の回りでシーソ動作すると復帰力を生じさせる。また、復帰ばね３２を蛇行状に形成することにより長さ寸法を確保しているから、アマチュア３０がシーソ動作する際に支持ばね３２に生じる応力を分散させることができ、支持ばね３２の破損を防止することができる。

上述したように、ベース基板１にフレーム３１が接合され、かつ支点突起３６ｂの先端が蓋板１７に当接した状態でアマチュア３０がシーソ動作するのであるから、当然ながら可動基板３０ａはフレーム３１よりも薄肉であり、アマチュア３０の厚み寸法は、アマチュアブロック３とベース基板１とを固着した状態において、アマチュア３０に設けた接極子板３０ｂと蓋板１７との間にアマチュア３０のシーソ動作が可能となる程度のギャップが形成されるように設定されている。

ところで、フレーム３１の内周面であって可動基板３０ａの各側縁に突設された突片３６の先端縁に対向する部位には、フレーム３１から連続一体に突片３７が突設されている。すなわち、可動基板３０ａに突設した突片３６とフレーム３１に突設した突片３７とは互いの先端面同士が対向する。可動基板３０ａ側の各突片３６の先端縁には平面視で先端縁から凹没する移動規制突部３６ａが形成され、フレーム３１側の各突片３７の先端縁には平面視で先端縁から凹没して移動規制突部３６ａが入る移動規制凹部３７ａが形成される。したがって、移動規制突部３６ａが移動規制凹部３７ａにより位置規制され、フレーム３１の厚み方向に直交する面内におけるアマチュア３０の移動が規制される。なお、移動規制凹部３７ａと移動規制突部３６ａとの間にはあそびがあり、アマチュア３０のシーソ動作が移動規制突部３６ａおよび移動規制凹部３７ａによって妨げられることはない。

アマチュアブロック３には、アマチュア３０の長手方向における各端縁とフレーム３１との間にそれぞれ可動接点基台３４が設けられる。各可動接点基台３４におけるベース基板１との対向面（図１における下面）はアマチュア３０の下面よりも下方に突出し、各可動接点基台３４の下面には、それぞれ導電性材料からなる可動接点３９が固着される。可動接点基台３４の厚み寸法（上下寸法）と可動接点３９の厚み寸法との合計寸法は、接点装置の開極時に可動接点３９と固定接点１４との間の距離が所望の絶縁距離を保つように設定される。

各可動接点基台３４はそれぞれ２本の接圧ばね３５を介して可動基板３０ａに連結されている。すなわち、１つの可動接点基台３４の各側縁にそれぞれ接圧ばね３５の一端部が一体に連続し、１つの可動接点基台３４に連続する各接圧ばね３５の他端部は可動基板３０ａの長手方向の端部における各側縁にそれぞれ一体に連続する。上述したように、可動基板３０ａの四隅には突片３３が突設されているから、接圧ばね３５は突片３３を迂回する形状（図示例では平面視でＪ字状）に形成されている。

上述の説明から明らかなように、アマチュアブロック３を構成する要素のうち、フレーム３１、可動基板３０ａ、支持ばね３２、可動接点基台３４、接圧ばね部３５は、半導体基板から半導体微細加工技術によって形成される。半導体基板としては、厚み寸法が５０μｍ〜３００μｍ程度の厚み寸法、望ましくは２００μｍ程度の厚み寸法のシリコン基板を用いる。

アマチュアブロック３のフレーム３１は、ベース基板１およびカバー４と接続する必要があるから、アマチュアブロック３のフレーム３１において、ベース基板１との対向面の周部には全周に亘って接合用金属薄膜３８ｂが形成され、カバー４との対向面の周部には全周に亘って接合用金属薄膜３８ａが形成される。また、ベース基板１におけるアマチュアブロック３との対向面の周部には接合用金属薄膜３８ｂに接合される接合用金属薄膜１５が全周に亘って形成され、カバー４におけるアマチュアブロック３との対向面の周部には接合用金属薄膜３８ａに接合される接合用金属薄膜４２が全周に亘って形成される。したがって、接合用金属薄膜３８ｂと接合用金属薄膜１５とを接合するとともに、接合用金属薄膜３８ａと接合用金属薄膜４２とを接合することによって、ベース基板１とアマチュアブロック３とカバー４とを圧接または陽極接合により気密的に接合することができ、しかも収納孔１６およびスルーホール１０を蓋板１７，１９で閉塞しているから、ベース基板１とカバー４とフレーム３１とにより囲まれアマチュア３０および接点装置（固定接点１４と可動接点３９）が収納される空間を気密的に封止することができる。なお、接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２の材料は、Ａｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕから選択される。

次に、上述したマイクロリレーの動作を説明する。上述したマイクロリレーは、２個のコイル２２を備えているが、両コイル２２は直列または並列に接続されているから１個のコイルを設けている場合と等価である。図８に示すように、アマチュア３０に設けた接極子板３０ｂは、長手方向の中央部において永久磁石２１の一方の磁極に蓋板１７を介して対向し、長手方向の両端部においてヨーク２０の各脚片２０ｂの先端面に蓋板１７を介して対向している。コイル２２に通電すると、コイル２２により生じた磁束は、ヨーク２０の一方の脚片２０ｂでは永久磁石２１により生じている磁束と同じ向きになり、他方の脚片２０ｂでは永久磁石２１により生じている磁束と逆向きになるから、前記一方の脚片２０ｂの先端面と接極子板３０ｂとの間に吸引力が作用し、接極子板３０ｂの長手方向の端部が前記一方の脚片２０ｂの先端面に吸引される。つまり、両支点突起３６ｂの先端間を結ぶ直線付近を支点としてアマチュア３０が傾く。このとき、アマチュア３０の長手方向の各端部に対応する部位に設けた可動接点基台３４のうちヨーク２０の脚片２０ｂからの吸引力を受けた一端部側の可動接点基台３４がベース基板１に近付くから、この可動接点基台３４に設けた可動接点３９が対向する一対の固定接点１４に接触し、両固定接点１４間を可動接点３９で短絡する。

可動接点３９が固定接点１４に接触した時点ではストッパ突起３３ａの先端はベース基板１（またはベース基板１に固着した蓋板１９）には当接せず、アマチュア３０がさらに傾くことによって接圧ばね３５が撓み、可動接点３９と固定接点１４との間にオーバトラベル量（可動接点３９が固定接点１４に接触した後のアマチュア３０の移動量）に応じた接点圧が生じる。その後、ストッパ突起３３ａの先端がベース基板１または蓋板１９に当接してアマチュア３０の移動が規制される。この状態でコイル２２への通電を停止しても、永久磁石２１によって接極子板３０ｂは脚片２０ｂに吸引された状態に保たれ、可動接点３９が固定接点１４に接触した状態が維持される。

アマチュア３０の長手方向の一方の可動接点３９を対応する固定接点１４から開極させるには、コイル２２に対して上述した向きとは逆向きの電流を通電する。コイル２２に通電する電流の向きが逆になれば、コイル２２により生じた磁束は、ヨーク２０の他方の脚片２０ｂで永久磁石２１により生じている磁束を同じ向きになるから、他方の脚片２０ｂに接極子板３０ｂが吸引され、アマチュア３０の長手方向の他端部に対応する可動接点基台３４に設けた可動接点３９が対向する一対の固定接点１４に接触する。この場合も、接圧ばね３５により接点圧が生じ、ストッパ突起３３ａによりアマチュア３０の移動が規制される。また、この構成例は双安定に動作するものであって、この位置でも永久磁石２１の磁力により接極子板３０ｂが他方の脚片２０ｂに吸引された状態に保たれ、可動接点３９が固定接点１４に接触した状態が維持される。

ところで、上述のように、アマチュア３０は、単結晶シリコンからなる可動基板３０ａと金属材料である接極子板３０ｂとを積層して貼り合わせて形成されているから、使用する環境温度が変化すると可動基板３０ａと接極子板３０ｂとの熱膨張率の差によってアマチュア３０に反りが生じるおそれがある。アマチュア３０に反りが生じると、接点装置の開極時において固定接点１４から可動接点３９までの距離が変化するから、オーバトラベル量が変化して接触圧が変化し、結果的に感動電圧や開放電圧が変化する。そこで、可動基板３０ａと接極子板３０ｂとの熱膨張率の差に起因するアマチュア３０の反りを抑制するために、可動基板３０ａの長手方向（図１に矢印ｄで示す方向）をシリコン基板の＜１００＞方向に一致させている。シリコン基板では＜１００＞方向が他の方向に比較してもっとも伸縮性が高いから（柔らかいから）、接極子板３０ｂが伸縮した場合に、ある程度は追随して伸縮することができ、結果的にアマチュア３０の反りの発生を抑制することができる。要するに、可動基板３０ａを形成するシリコン基板の結晶軸の方向を選択することにより接極子板３０ｂにおいて伸縮部を実現していることになる。

なお、上述の例では蓋板１７をシリコン薄板により形成しているが、蓋板１７は比較的大きく開口した収納孔１６を閉塞するものであり、また蓋板１７には支点突起３６ｂの先端が当接し、アマチュア３０のシーソ動作による荷重が作用するとともに支点突起３６ｂとの間で摩擦が生じるから、蓋板１７の厚み寸法を大きくして強度を維持することが要求される。しかしながら、蓋板１７の厚み寸法を大きくするとケースＡの厚み寸法の増加につながる。

そこで、ケースＡの厚み寸法の増加を抑制しながらも蓋板１７の強度を増す必要があるときには、図９に示すように、蓋板１７をシリコン薄板１７ａと金属膜１７ｂとの積層体とし、支点突起３６ｂに金属膜１７ｂが接触するのが望ましい。金属膜１７ｂは気相メッキなどの技術を用いて形成すればよい。この構成を採用すれば、蓋板１７の強度が大きくなり、また支点突起３６ｂとの接触部位の耐摩耗性も向上する。また、蓋板１７にシリコン薄板を用いずに金属薄板で形成するようにすれば、強度を保ちながら厚み寸法をさらに小さくすることが可能である。

上述したマイクロリレーをプリント基板のような実装基板に実装する際には、ケースＡ（ベース基板１）の外側面に露出している四隅の４個のバンプ１３と中央部の２個のバンプ２４とをそれぞれ実装基板に形成した導体パターンに接続すればよい。ここで、図１０に示すように、電磁石装置２を保護および固定するために収納孔１６に充填される樹脂５の一部を、ベース基板１におけるバンプ１３，２４が突出する面から盛り上げておくのが望ましい。ベース基板１からの樹脂５の最大突出寸法はバンプ１３，２４の突出寸法程度にしておく。この構成によって、実装基板６にマイクロリレーを実装すると、ケースＡと実装基板６との間に樹脂５が介在し、実装基板６に衝撃力や振動力が作用しても樹脂５の弾性によって緩和されるから、衝撃力や振動力がアマチュア３０に伝達されにくくなり、耐衝撃性が向上する。あるいはまた、実装基板にカバー４の先端面を当接させた形でケースＡを実装基板に固定し、ケースＡから露出しているバンプ１３，２４を実装基板に対してワイヤボンディングにより接続することも可能である。

なお、上述の構成例では、ベース基板１およびカバー４をそれぞれガラス基板の加工により形成しているが、ベース基板１とカバー４との一方あるいは両方をシリコン基板の加工により形成してもよい。ただし、ベース基板１およびカバー４をそれぞれガラス基板で形成し、アマチュアブロック３に用いる半導体基板をシリコン基板とする場合には、アマチュアブロック３とベース基板１およびカバー４とを陽極接合によって気密的に接合することが可能であるから、接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２を省略することが可能である。上述したマイクロリレーは、アマチュアブロック３を多数形成したウェハと、ベース基板１を多数形成したウェハと、カバー４を多数形成したウェハとの接合後に、ダイシング工程などによって個々のマイクロリレーに分割して製造することが可能である。

上述した基本構成では、可動基板３０ａの長手方向、つまりアマチュア３０のシーソ動作の支点と可動接点３９とを結ぶ方向を、シリコン基板の＜１００＞方向に一致させることによって、可動基板３０ａと接極子板３０ｂとの熱膨張率の差によるアマチュア３０の反りを抑制する構成を採用しているが、本実施形態では、図１１または図１２に示す構成の可動基板３０ａを採用することにより、アマチュア３０の反りを抑制する。なお、図１１、図１２においては、アマチュアブロック２の構成のうち、フレーム３１、支持ばね３２、突片３６の図示を省略している。

図１１に示す構成では、可動基板３０ａの面内でアマチュア３０のシーソ動作の支点と各可動接点３９との間の部位に、それぞれリング状の弾性部５２を伸縮部として形成してある。すなわち、可動基板３０ａが、支持ばね３２を連結し支点突起３６ｂを設けるために必要な中央板５０と、接圧ばね３５を連結しストッパ突起３３ａを設けるために必要な２枚の端部板５１と、各端部板５１と中央板５０との間をそれぞれ連結する２個の弾性部５２とで構成される。弾性部５２は平面視において可動基板３０ａの幅方向に長い楕円状であって、短径方向の両端部から外向きに延設された連結片５２ａを介して中央板５０および端部板５１に一体に連続する。すなわち、弾性部５２は可動基板３０ａの長手方向において撓みやすい形状を有している。図１１に示す可動基板３０ａは上述した可動基板３０ａと同様にシリコン基板に半導体微細加工技術を適用して形成することができる。接極子板３０ｂは、可動基板３０ａに対して図１１に×印で示す位置で接合される。言い換えると、接極子板３０ｂは、中央板５０と各端部板５１とに接合される。

一方、図１２に示す構成では、伸縮部としての弾性部５２がリング状ではなく蛇行状に形成されている。すなわち、弾性部５２は可動基板３０ａの幅方向に往復するように蛇行し、可動基板３０ａの長手方向において伸縮しやすくなっている。図１２に示す可動基板３０ａもシリコン基板に半導体微細加工技術を適用して形成することができ、また接極子板３０ｂは可動基板３０ａに対して図１２に×印で示す位置で接合される。

図１１、図１２に示した本実施形態の構成は、いずれも弾性部５２が可動基板３０ａの長手方向に伸縮するから、接極子板３０ｂの伸縮に対して可動基板３０ａが追随して伸縮し、結果的にアマチュア３０に反りが生じるのを防止することができる。他の構成および動作は基本構成と同様である。

基本構成を示す分解斜視図である。同上の斜視図である。同上に用いるベース基板および蓋板を示す分解斜視図である。同上に用いるヨークと永久磁石と蓋板との関係を示す側面図である。同上に用いるアマチュアブロックを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。同上に用いるアマチュアブロックを示す分解斜視図である。同上に用いるカバーを示す斜視図である。同上の断面図である。同上に用いるベース基板と蓋板との他例を示す断面図である。同上の実装基板への実装状態を示す側面図である。実施形態に用いるアマチュアブロックの一例を示す斜視図である。実施形態に用いるアマチュアブロックの他例を示す斜視図である。

符号の説明

２電磁石装置
３アマチュアブロック
１４固定接点
２０ヨーク
２２コイル
３０アマチュア
３０ａ可動基板
３０ｂ接極子板
３１フレーム
３６ｂ支点突起
３９可動接点
５２弾性部
Ａケース

Claims

コイルを巻装したヨークを備えケースに収納される電磁石装置と、ケースに固定される枠状のフレームを有するとともにフレームと一体であってフレームの内側に配置され電磁石装置との間に作用する磁力により規定の支点の回りでシーソ動作するアマチュアを有したアマチュアブロックと、ケースの定位置に設けた固定接点とアマチュアの端部の移動により固定接点に離接する可動接点とからなりアマチュアのシーソ動作により開閉する接点装置とを有し、アマチュアは、フレームと連続一体に形成される半導体材料からなる可動基板と、可動基板の厚み方向の少なくとも一面に積層され電磁石装置との間に磁力を作用させる磁性体材料からなる接極子板とを有し、可動基板が、アマチュアのシーソ動作の支点を設け、かつ接極子板に接合される中央板と、アマチュアの両端部に配置し、かつ接極子板にそれぞれ接合される２枚の端部板と、可動基板を接極子板の熱膨張による伸縮に追随して伸縮させるように可動基板の面内で中央板と各端部板との間をそれぞれ連結するリング状に形成された弾性部である伸縮部とを備えることを特徴とするマイクロリレー。
コイルを巻装したヨークを備えケースに収納される電磁石装置と、ケースに固定される枠状のフレームを有するとともにフレームと一体であってフレームの内側に配置され電磁石装置との間に作用する磁力により規定の支点の回りでシーソ動作するアマチュアを有したアマチュアブロックと、ケースの定位置に設けた固定接点とアマチュアの端部の移動により固定接点に離接する可動接点とからなりアマチュアのシーソ動作により開閉する接点装置とを有し、アマチュアは、フレームと連続一体に形成される半導体材料からなる可動基板と、可動基板の厚み方向の少なくとも一面に積層され電磁石装置との間に磁力を作用させる磁性体材料からなる接極子板とを有し、可動基板が、アマチュアのシーソ動作の支点を設け、かつ接極子板に接合される中央板と、アマチュアの両端部に配置し、かつ接極子板にそれぞれ接合される２枚の端部板と、可動基板を接極子板の熱膨張による伸縮に追随して伸縮させるように可動基板の面内で中央板と各端部板との間をそれぞれ連結する蛇行状に形成された弾性部である伸縮部とを備えることを特徴とするマイクロリレー。