JPH11219652A - 静電マイクロリレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の絶縁特性を確保しつつ、駆動電圧が低
く、接触信頼性の高い静電マイクロリレーを提供するこ
とにある。 【解決手段】 ベース１０の上面に設けた小キャビティ
１３の底面に固定接点１５，１６を配置する。一方、ア
クチュエータ２０の下面に設けた小キャビティ２２の天
井面に可動接点２４を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電マイクロリレ
ーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電マイクロリレーとしては、特
開平６−１２９６２号公報に記載の静電駆動型リレーが
ある。すなわち、固定電極を形成するシリコンウェハか
らなる２つの固定片と、可動電極を形成するシリコンウ
ェハからなり、かつ、前記固定片によってサンドイッチ
状に挟まれ、前記可動電極が移動可能に支持された可動
片とで構成され、前記両固定片の各固定電極上にエレク
トレットを形成し、可動片と固定片とには可動片の移動
により互いに接離する接点を設けたことを特徴とする静
電駆動型リレーが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
静電駆動型リレーは、固定電極および固定接点が下部固
定片の上面に配置されている一方、可動電極の表面に絶
縁膜を介して可動接点が設けられている。このため、所
望の絶縁特性を確保すべく、固定接点と可動接点との接
点間距離を大きくすると、固定電極と可動電極との間隙
が大きくなり、駆動電圧が高くなる。一方、駆動電圧を
低くするために固定電極と可動電極との間隙を狭くする
と、可動接点と固定接点とが接近しすぎるため、所望の
絶縁特性が得られない。また、均一な厚さを有する下部
固定片の上面に固定接点が設けられ、これに均一な厚さ
を有する可動片に設けた可動接点が当接する。このた
め、両接点はほぼ面接触するが、接点同士では摺動しな
い。このため、接点溶着が生じやすく、接触信頼性が低
いという問題点がある。

【０００４】本発明は、前記問題点に鑑み、所望の絶縁
特性を確保しつつ、駆動電圧が低く、接触信頼性の高い
静電マイクロリレーを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる静電マイ
クロリレーは、前記目的を達成するため、ベースの上面
に固定接点を配置する一方、前記ベースの上方で略平行
に対向するアクチュエータを形成する可動接触片の下面
に、前記固定接点に接離可能に対向する可動接点を配置
するとともに、前記可動接触片および前記ベースの対向
面のうち、少なくともいずれか一方に可動電極を形成
し、前記ベースおよび可動接触片間に電圧を印加して生
じる静電引力で前記可動接触片を駆動し、前記可動接点
を前記固定接点に接離する静電マイクロリレーにおい
て、前記ベースの上面および前記可動接触片の下面う
ち、少なくともいずれか一方に設けた凹部の底面に、前
記接点を配置した構成としたものである。

【０００６】また、前記固定接点および前記可動接点の
うち、少なくともいずれか一方を薄肉部に配置しておい
てもよい。

【０００７】さらに、前記アクチュエータの可動接触片
は、その両端部を支持された両端支持梁形状であっても
よく、あるいは、その周辺縁部を支持したダイヤフラム
形状であってもよい。

【０００８】前記ベースは、シリコンウェハからなる固
定電極であってもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる一実施形態
を図１ないし図６の添付図面に従って説明する。本実施
形態にかかる静電マイクロリレーは、ベース１０と、ア
クチュエータ２０と、カバー３０とで構成されている。
ベース１０は、シリコンウェハ１１の上面に形成した大
キャビティ１２の中央に小キャビティ１３を設けたもの
である。そして、前記シリコンウェハ１１の上面全面
に、接続用露出孔１１ａを除き、絶縁膜１４ａを形成し
てある一方、その裏面に絶縁膜１４ｂを形成してある。
前記小キャビティ１３の底面には一対の固定接点１５，
１６を設けてある。また、前記大キャビティ１２の開口
縁部には、金等の低融点の導電材からなる帯状接合パッ
ド１７，１８が不連続に形成されている。さらに、前記
シリコンウェハ１１の上面片側縁部には、接続パッド１
５ａ，１７ａ，１６ａが前記接続用露出孔１１ａと同一
直線上に設けられている。そして、接続パッド１５ａ，
１６ａはプリント配線１５ｂ，１６ｂを介して固定接点
１５，１６にそれぞれ電気接続されている。一方、接続
パッド１７ａはプリント配線１７ｂを介して接合パッド
１７に電気接続されている。また、前記小キャビティ１
３の下方側に凹所１９が設けられ、薄肉部１３ａが形成
されている。

【００１０】アクチュエータ２０は、薄板状に形成した
シリコンウェハ２１の下面中央に小キャビティ２２を設
けて薄肉部２２ａを形成してある。さらに、シリコンウ
ェハ２１の下面全面には、絶縁膜２３を形成してある。
そして、前記小キャビティ２２の天井面には可動接点２
４を設けてある。また、小キャビティ２２の周囲には、
前記ベース１０の大キャビティ１２に対向する略口字形
の可動電極２５を設けてある。さらに、前記アクチュエ
ータ２０は、一対のスリット２６，２６を設けて可動接
触片２７を切り出してある。そして、アクチュエータ２
０は、その下面周辺縁部を前記ベース１０の帯状接合パ
ッド１７，１８に接合一体化して密閉してある。このた
め、固定接点１５，１６に可動接点２４が接離可能に対
向するとともに、可動電極２５が接合パッド１７および
プリント配線１７ｂを介して接続パッド１７ａに電気接
続される。

【００１１】カバー３０は、薄板状シリコンウェハ３１
の下面に、前記アクチュエータ２０を被覆できる平面長
方形の凹所３２を形成したものである。そして、カバー
３０は、その下面開口縁部に設けた絶縁膜３３を介し、
前記ベース１０の上面周辺縁部に接合一体化してある。
このため、前記ベース１０の上面片側縁部から接続パッ
ド１５ａ，１７ａ，１６ａおよび接続用露出孔１１ａが
露出している。

【００１２】次に、前述の構成を有する静電マイクロリ
レーの製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に
示すシリコンウェハ１１にエッチング加工を施して大キ
ャビティ１２を形成した後（図３（ｂ））、さらに、そ
の中央に小キャビティ１３を形成する。前記大キャビテ
ィ１２の深さは後述する可動接触片２７の動作範囲を決
定する。そして、シリコンウェハ１１の上面に酸化膜を
絶縁膜１４ａとして形成するとともに、その下面に絶縁
膜１４ｂを同様に形成する（図３（ｃ））。さらに、絶
縁膜１４ａの一部をエッチングで取り除き、前記シリコ
ンウェハ１１に直接電気接続するための接続用露出孔１
１ａを形成する。ついで、小キャビティ１３の底面に固
定接点１５，１６を設けるとともに、これらにそれぞれ
電気接続する接続パッド１５ａ，１６ａおよびプリント
配線１５ｂ，１６ｂを絶縁膜１４ａの上面に形成する。
さらに、前記大キャビティ１２の縁部周辺に不連続な帯
状接合パッド１７，１８を形成する（図３（ｄ），
（ｅ））。なお、前記固定接点１５，１６の上端面は絶
縁膜１４ａの表面よりも若干高い位置にある。

【００１３】ついで、図４（ａ）に示すシリコンウェハ
２１の下面に小キャビティ２２を形成した後（図４
（ｂ））、酸化膜を絶縁膜２３として形成する。そし
て、前記小キャビティ２２の天井面に可動接点２４を形
成するとともに、その周辺に可動電極２５を形成する。
このとき、可動接点２４の下端面と可動電極２５の表面
とはほぼ面一となっている（図４（ｃ））。

【００１４】そして、図５（ａ）に示すように、ベース
１０となるシリコンウェハ１１にアクチュエータ２０と
なるシリコンウェハ２１を積み重ねた後、可動電極２５
の周辺縁部と接合パッド１７，１８とを温度３９０℃で
溶融接合する。このため、接合パッド１７およびプリン
ト配線１７ｂを介して可動電極２５が接続パッド１７ａ
に電気接続されるとともに、可動接点２４が固定接点１
５，１６に接離可能に対向する。さらに、ベース１０の
裏面に形成した絶縁膜１４ｂをパターンニングしてエッ
チングマスクを形成する。そして、接合一体化したシリ
コンウェハ１１，２１をエッチングマスクが露出する治
具に位置決めしてエッチングし、凹所１９を形成するこ
とにより、固定接点１５，１６の下方側に薄肉部１３ａ
を形成する（図５（ｂ））。

【００１５】ついで、アクチュエータ２０となるシリコ
ンウェハ２１をラッピングすることにより、可動接触片
２７として必要な厚さまで薄くし、小キャビティ２２の
上方に薄肉部２２ａを形成する（図６（ａ））。さら
に、このシリコンウェハ２１の周囲にエッチングを施す
ことにより、接続パッド１５ａ，１７ａ，１６ａおよび
接続用露出孔１１ａを露出させるとともに、一対のスリ
ット２６，２６を形成して可動接触片２７を切り出す
（図６（ｂ））。

【００１６】一方、カバー３０となるシリコンウェハ３
１の下面全面に絶縁膜３３を形成した後、その中央部に
エッチングを施して凹所３２を形成する。ついで、この
カバー３０を前記ベース１０の周辺縁部に接合一体化す
ることにより、固定接点１５，１６および可動接点２４
を密封する。最後に、図示しないリードフレームに位置
決めし、ワイヤボンディングで接続した後、樹脂モール
ドで密封する。

【００１７】次に、前述の構成からなる静電マイクロリ
レーの動作について説明する。まず、接続用露出孔１１
ａおよび接続パッド１７ａを介してベース１０および可
動電極２５の間に電圧が印加されていない場合には、可
動接点２４が固定接点１５，１６から開離している（図
６（ｃ））。

【００１８】そして、前記ベース１０および可動電極２
５の間に電圧を印加すると、両者間に静電引力が生じ
る。このため、アクチュエータ２０の可動電極２５が吸
引されて可動接触片２７が下方側に撓む。そして、可動
接点２４が固定接点１５，１６に接触した後、可動電極
２５が絶縁膜１４ａを介してベース１０に吸着する。こ
のとき、可動接点２４および固定接点１５，１６を設け
た薄肉部２２ａ，１３ａが撓むので、可動接点２４が固
定接点１５，１６と擦り合う。このため、接点溶着の発
生を防止でき、接触信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態では、薄肉部２２ａ，１３ａの肉厚を
調整することにより、接点圧を簡単に調整できるという
利点がある。

【００１９】前述の実施形態では、可動接触片に可動電
極を設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限
らず、ベースの上面だけに固定電極を形成してもよく、
あるいは、可動接触片およびベースの対向面のそれぞれ
に電極を形成してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項１にかかる静電マイクロリレーによれば、ベー
スの上面および可動接触片の下面うち、少なくともいず
れか一方に設けた凹部の底面に、固定接点あるいは可動
接点を配置してある。このため、駆動電圧を低くするた
めに固定電極と可動電極とを接近させても、所望の接点
間距離を確保でき、絶縁特性に優れた静電マイクロリレ
ーが得られる。

【００２１】請求項２によれば、可動接点および固定接
点のうち、少なくともいずれか一方を薄肉部に設けてあ
る。このため、可動接点が固定接点に接触した後、可動
接触片がベースに吸着すると、前記薄肉部が撓んで接点
同士が擦り合う状態となる。この結果、接点溶着が生じ
にくくなり、接触信頼性の高い静電マイクロリレーが得
られる。また、薄肉部を形成することにより、アクチュ
エータを構成する可動接触片のバネ係数を非線形にでき
る。このため、静電引力の吸引力特性に沿ったバネ力を
有する可動接触片が得られ、所望の動作特性を有する静
電マイクロリレーが得られる。

【００２２】請求項３によれば、可動接触片が両端支持
梁形状となっているので、安定した動作特性を有する静
電マイクロリレーが得られる。請求項４によれば、シー
ルド性に優れた静電マイクロリレーが得られる。請求項
５によれば、ベース自体を固定電極に兼用でき、固定電
極を新たに設ける必要がないので、より生産性の高い静
電マイクロリレーが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる静電マイクロリレーの一実施
形態を示す平面図である。

【図２】 図１にかかる静電マイクロリレーのベースを
示す平面図である。

【図３】 図１で示したベースの半導体プロセスを示す
断面図である。

【図４】 図１で示したアクチュエータの半導体プロセ
スを示す断面図である。

【図５】 図３および図４で示したシリコンウェハの半
導体プロセスを示す断面図である。

【図６】 図３および図４で示したシリコンウェハの半
導体プロセスを示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ベース、１１…シリコンウェハ、１２…大キャビ
ティ、１３…小キャビティ、１３ａ…薄肉部、１５，１
６…固定接点、１７，１８…接合パッド、２０…アクチ
ュエータ、２１…シリコンウェハ、２２…小キャビテ
ィ、２２ａ…薄肉部、２４…可動接点、２５…可動電
極、２６…スリット、２７…可動接触片。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースの上面に固定接点を配置する一
   方、前記ベースの上方で略平行に対向するアクチュエー
   タを形成する可動接触片の下面に、前記固定接点に接離
   可能に対向する可動接点を配置するとともに、前記可動
   接触片および前記ベースの対向面のうち、少なくともい
   ずれか一方に可動電極を形成し、前記ベースおよび可動
   接触片間に電圧を印加して生じる静電引力で前記可動接
   触片を駆動し、前記可動接点を前記固定接点に接離する
   静電マイクロリレーにおいて、前記ベースの上面および
   前記可動接触片の下面うち、少なくともいずれか一方に
   設けた凹部の底面に、前記接点を配置したことを特徴と
   する静電マイクロリレー。
2. 【請求項２】 前記固定接点および前記可動接点のう
   ち、少なくともいずれか一方を薄肉部に配置したことを
   特徴とする請求項１に記載の静電マイクロリレー。
3. 【請求項３】 前記アクチュエータの可動接触片が、そ
   の両端部を支持された両端支持梁形状であることを特徴
   とする請求項１または２に記載の静電マイクロリレー。
4. 【請求項４】 前記アクチュエータの可動接触片が、そ
   の周辺縁部を支持したダイヤフラム形状であることを特
   徴とする請求項１または２に記載の静電マイクロリレ
   ー。
5. 【請求項５】 前記ベースが、シリコンウェハからなる
   固定電極であることを特徴とする請求項１ないし４のい
   ずれか１項に記載の静電マイクロリレー。