接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレー
【課題】接点表面同士の固着を軽減し、開閉動作を安定的に行うことができる接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーを提供する。
【解決手段】固定接点１と可動接点２とを含むマイクロリレーの接点構造８であって、少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部３を下地として、凸状部３を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部４を形成し、複数の凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている。
【解決手段】固定接点１と可動接点２とを含むマイクロリレーの接点構造８であって、少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部３を下地として、凸状部３を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部４を形成し、複数の凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の接点を有する接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）リレーでは、ガラスやシリコンの基板上へ接点材料を蒸着する等によって接点を形成していた。しかし、蒸着等によって接点を形成すると、接点表面は鏡面状態となり、接点表面同士が固着しやすく、接点の開閉応答性が低下するという問題点があった。そこで、接点表面にエッチング等の微細加工を施すことによって、接点表面同士の固着を低減するものもある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７３３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この場合、接点材料の種類によってエッチング手法の変更を行う必要性や、接点材料の変更を行う必要性があるため、製造工程上の制約があった。
【０００５】
本発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたもので、その課題は、接点表面同士の固着を軽減し、開閉動作を安定的に行うことができる接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーでは、固定接点と可動接点とを含む接点構造であって、少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部を下地として、前記凸状部を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部を形成し、複数の前記凸状接点部は、平面視における接点表面の中心を通る軸に対して三回対称となる位置に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、この接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、前記凸状部と前記凸状部を覆う接点材料で形成される前記凸状接点部は、断面視において一方の接点へ向かって凸曲線であることが好ましい。
【０００８】
また、この接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、前記基板を加工して複数の凸状部を形成する工程と、前記凸状部を下地として凸状接点部を形成する工程と、を備えることが好ましい。
【０００９】
また、この接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、マイクロリレーは、前述の接点構造を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部を下地として、前記凸状部を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部を形成する。これより、接触同士の接触部において接触面積が小さいため、接点表面同士の固着が低減しやすい。また、複数の前記凸状接点部は、平面視における接点表面の中心を通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている。これより、開閉動作を安定的に行いやすくなり、接点信頼性をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す接点構造の概略を示し、（ａ）および（ｂ）はＡ−Ａ´断面における概略断面視図、（ｃ）はＡ−Ａ´断面における概略平面視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す接点構造の製造工程を示したＡ−Ａ´断面における概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの一部を切り欠いた斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの分解斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーにおける機能部を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。
【図７】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの一部を切り欠いた斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーにおける機能部の基礎となる半導体基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１及び２は、本発明の一実施形態である接点構造８及びその製造方法を示している。接点構造８は、固定接点１と可動接点２とを含む構造であって、少なくとも一方の接点（図１の場合、固定接点１を示している）は、シリコン又はガラスの基板（図１の場合、下部接点形成基板６ａを示している）を用いて形成される複数の凸状部３を下地として、凸状部３を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部４を形成している。また、複数の凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている。また、凸状部３と凸状部３を覆う接点材料で形成される凸状接点部４は、断面視において一方の接点へ向かって凸曲線５であってもよい。また、接点構造８の製造方法は、基板を加工して複数の凸状部３を形成する工程と、凸状部３を下地として凸状接点部４を形成する工程と、を備えている。なお、ここで述べる三回対称は、平面視における接点表面７の中心Xを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されていることを指す。
【００１３】
以下、本実施形態における接点構造８及びその製造方法ついて具体的詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態の接点構造８は、図１の（ａ）に示されるように、一対となる基板を備えていて、固定接点１を備える基板を下部接点形成基板６ａとし、可動接点２を備える基板を上部接点形成基板６ｂとする。
【００１５】
下部接点形成基板６ａおよび上部接点形成基板６ｂは、シリコンやガラス等の基板材料を用いて形成されていて、閉成時には上部接点形成基板６ｂが撓むことで、固定接点１と可動接点２とが接触する。なお、下部接点形成基板６ａおよび上部接点形成基板６ｂは、シリコン基板、ガラス基板、ＳＯＩ基板等を用いる。
【００１６】
固定接点１は、下部接点形成基板６ａの表面に接点材料を蒸着する等の手段用いて形成されている。同様に、可動接点２は、上部接点形成基板６ｂの表面に接点材料を蒸着する等の手段を用いて形成されている。そして、固定接点１と可動接点２とは、閉成時には接触し、互いに向き合うように上下部接点形成基板に形成されている。なお、接点材料は、ＣｕやＡｕ等の導電性の良好な金属を用いる。
【００１７】
そして、図１の（ａ）および（ｂ）に示されるように、下部接点形成基板６ａを微細加工することによって、凸状部３が形成されている。その凸状部３が形成された下部接点形成基板６ａは、その表面を接点材料によって被覆することで凸状接点部４を有する固定接点１を形成する。
【００１８】
また、図１の（ｂ）に示すように、固定接点１の凸状接点部４の先端は、凸曲線５にしてもよく、これは、前述接点構造８より、さらに良い効果を示す。下部接点形成基板６ａを微細加工する際に、マスクを凸状となるように変化させたグレーマスクを用いることで、固定接点１の凸状部３の先端は凸曲線５に形成される。そして、その凸曲線５を形成した凸状部３に接点材料を被覆することで、凸曲線５を先端に備える凸状接点部４が形成される。
【００１９】
また、この凸状接点部４は、図１の（ｃ）に示されるように、固定接点１の上部接点形成基板６ｂ側である接点表面７に、三つ形成されている。この三つの凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となるように形成している。
【００２０】
なお、以上に述べた接点構造８の例は、固定接点１ではなく、可動接点２に形成してもよく、また、固定接点１および可動接点２が共に備えるようにしてもよい。
【００２１】
以下、本実施形態の接点構造８の製造方法について、図２を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
まず、図２の（ａ）に示すように、下部接点形成基板６ａを準備する。なお、今回、接点形成基板は、下部接点形成基板６ａで説明しているが、それに限らず上部接点形成基板６ｂであってもよい。
【００２３】
次に、下部接点形成基板６ａの表面（上部接点形成基板６ｂ側の表面）にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることで、フォトレジストとなるマスクを形成し、図２の（ｂ）に示す構造を得る。
【００２４】
次に、図２の（ｃ）に示すように、下部接点形成基板６ａは、エッチング技術を利用して凸状部３を形成する。エッチング技術は、複数の凸状部３の間にある凹部に求められる形状に応じて、ドライエッチング、またはウェットエッチングを用いる。
【００２５】
そして、マスクを除去することで、図２の（ｄ）に示す構造を得る。
【００２６】
続いて、凸状部３の表面にスパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法等を利用して、接点材料を被覆することで、凸状接点部４を形成し、図２の（ｅ）に示す構造を得る。接点材料としては、ＣｕやＡｕ等の導電性の良好な金属を用いる。
【００２７】
以上述べた本実施形態において、接点構造８は、少なくとも一方の接点をシリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部３を下地として、凸状部３接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部４を形成する。これより、接点表面同士の固着が低減しやすい。
【００２８】
また、複数の凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている場合、開閉動作が安定的に行いやすくなり、接点信頼性をさらに向上することを可能にする。
【００２９】
また、凸状部３と凸状部３を覆う接点材料で形成される凸状接点部４は、断面視において一方の接点に向かって凸曲線５で形成される場合、接点表面同士の固着現象が低減しやすく、接点同士の接触部が一定となることで、接点安定性を向上することを可能にする。
【００３０】
また、基板を加工して複数の凸状部３を形成する工程と、凸状部３を下地として成膜する工程と、を備える。これより、接点材料の種類に応じてエッチング方法を変更することなく、凸状接点部４を形成することできるので、製造工程を簡略化しやすくなる。
【００３１】
なお、これら固定接点１および可動接点２は、シリコンやガラス等から形成される二枚の基板で気密に封止されていてもよく、これは、外部雰囲気からの影響から接点部を保護し、接点信頼性が向上することを可能にする。
【００３２】
また、その気密に封止されている気密内部は、真空状態または不活性ガスの充填でもよく、これは、接点表面の汚染を抑制し、接点抵抗を安定させ、接点信頼性を向上することを可能にする。
【００３３】
また、前記二枚の基板における気密内部部位を金属膜で成膜してもよく、これは、例えば不活性ガスのアルゴン、または窒素ガスを充填したとき、気密内部から不活性ガスが基板を透過して抜けることを抑制でき、気密内部の雰囲気の変動を無くし、接点信頼性を向上することを可能にする。
【００３４】
次に、接点構造８を用いることができるマイクロリレー９に関して、図３乃至図８に基づいて具体的詳細に説明する。
【００３５】
マイクロリレー９は、基板よりなり厚み方向の一面側に一対の固定接点１２が形成されたベース１０と、一対の固定接点１２それぞれに接触した際にこの一対の固定接点１２間を短絡する可動接点２１２および磁性材料よりなるアーマチュア５０が設けられベース１０の上記一面側に揺動自在に配置された可動部２１と、ベース１０の上記一面側に設けられ可動部２１が開口内に配置される枠状のフレーム２２と、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側に設けられフレーム２２の開口２３を閉塞するカバー３０と、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１を有し可動接点２１２が一対の固定接点１２に対して接離するように可動部２１を揺動させる駆動装置４０と、を備え、駆動装置４０は、カバー３０に設けられ、ベース１０の厚み方向の他面側には、駆動装置４０の電磁石装置４１に通電するための駆動電極１３が形成され、ベース１０とフレーム２２とカバー３０には、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。
【００３６】
図３乃至図６に示すように、マイクロリレー９は、主として、ベース１０と、ベース１０の厚み方向の一表面側（図５における上面側）に設けられる機能部２０と、機能部２０におけるベース１０側とは反対側（図５における上面側）に設けられるカバー３０と、駆動装置４０と、を備えている。なお、本実施形態のマイクロリレー９は、例えば、常開接点と常閉接点とを備えた所謂ラッチング型リレーである。
【００３７】
ベース１０は、例えば、直方体状のガラス基板により形成されている。ベース１０の上記一面側における長手方向両端側それぞれには、一対の伝送線路１１が形成されている。伝送線路１１は直線状に形成されており、伝送線路１１の長さ方向はベース１０の短手方向と一致している。また、一対の伝送線路１１は、ベース１０の短手方向において一直線上に並んでいる。ここで、ベース１０の厚み方向の他表面側（図５における下面側）における長手方向両端側それぞれには、一対の外部接続電極（図示せず）が形成されている。当該一対の外部接続電極それぞれは、一対の伝送線路１１それぞれと、ベース１０を厚み方向に貫通する貫通孔配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００３８】
また、ベース１０の上記一面側には、伝送線路１１に電気的に接続される複数の固定接点１２が形成されている。各固定接点１２は、各伝送線路１１においてベース１０の内側となる端部に接続されている。よって、ベース１０の長手方向の両端側それぞれには、固定接点１２が一対ずつ形成されている。なお、各伝送線路１１においてベース１０の外側となる端部は、上述した貫通孔配線を介して上記外部接続電極に電気的に接続されている。また、固定接点１２は、例えば、ＣｕやＡｕなどの導電性が良好な金属材料からなる金属薄膜であって、スパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。さらに、固定接点１２は、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ層と、Ａｕ層とベース１０との間に介在されるＴｉ層とからなる多層構造であってもよい。
【００３９】
機能部２０は、図５に示すように、主として、可動部２１と、フレーム２２と、を有する。
【００４０】
フレーム２２は、矩形枠状に形成されている。このフレーム２２の開口２３内には、可動部２１が配置される。ここで、開口２３は、フレーム２２の中央部に設けられた矩形状の第一の開口部２３０と、フレーム２２の長手方向の両端側それぞれに設けられた第二の開口部２３１と、を含む。第二の開口部２３１それぞれは、フレーム２２の短手方向の中央部において第一の開口部２３０と連通している。なお、フレーム２２における第二の開口部２３１それぞれと第一の開口部２３０との間の部位が、フレーム２２の長手方向に沿った方向への可動部２１の移動を規制する規制突起を構成している。また、フレーム２２の外形サイズは、ベース１０の外形サイズと等しくしてある。可動部２１は、フレーム２２の第一の開口部２３０内に配置される本体部２１０を有している。本体部２１０は、矩形板状に形成されている。本体部２１０は、本体部２１０の長手方向をフレーム２２の長手方向に沿わせた形で、第一の開口部２３０内に配置される。
【００４１】
この本体部２１０の長手方向の両端部それぞれの中央部には、接点用突片２１１が突設されている。接点用突片２１１の先端部は、第二の開口部２３１に配置されている。接点用突片２１１におけるベース２０との対向面（図６（ｂ）参照）には可動接点２１２が設けられている。可動接点２１２は、一対の固定接点１２それぞれに接触した際に、その一対の固定接点１２間を短絡するように構成されている。なお、可動接点２１２は、固定接点１２と同様に、ＣｕやＡｕなどの導電性が良好な金属材料からなる金属薄膜であり、スパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。また、可動接点２１２は、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ層と、Ａｕ層と接点用突片２１１との間に介在されるＴｉ層とからなる多層構造であってもよい。
【００４２】
一方、本体部２１０の短手方向の両端部それぞれの中央部には、支点用突片２１３が突設されている。この支点用突片２１３におけるカバー３０との対向面（図６（ａ）参照）には支点突起２１４が設けられている。支点突起２１４は、可動部２１の揺動動作（シーソ動作）の支点として用いられる。
【００４３】
このような可動部２１は、複数（図示例では４つ）の支持片２４によりフレーム２２と一体に連結されている。支持片２４は、フレーム２２の第一の開口部２３０の長手方向における内側面と、本体部２１０の短手方向の外側面とを一体に連結するように構成されている。４つの支持片２４は、本体部２１０の中心に対して点対称となるように配置されている。また、支持片２４は、厚み方向に直交する面内で本体部２１０の長手方向に沿った方向に進むように蛇行した形状に形成されている。これによって、可動部２１がフレーム２２に揺動自在に支持されるようにしている。このように支持片２４を蛇行した形状に形成することで、支持片２４の長さを長くできる。そのため、可動部２１が揺動動作する際に支持片２４がねじられることで生じるばね力のばね定数を適切に小さくでき、支持片２４に加えられる応力も分散できる。
【００４４】
上述した機能部２０において、可動部２１とフレーム２２と支持片２４とは、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度、好ましくは２００μｍ程度の厚みの基板２５（図８参照）をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などの半導体微細加工技術を利用してパターニングすることにより一体に形成されている。
【００４５】
ここで、基板２５は、図７に示すように、第一乃至第三の半導体層２５０，２５２，２５４と、第一および第二の絶縁層２５１，２５３とで構成されている。第一の半導体層２５０は、ベース１０との接合に用いられる（すなわち、第一の半導体層２５０は、ベース１０の上記一面側に接合される）。第一の絶縁層２５１は、第一の半導体層２５０におけるベース１０側とは反対側に設けられている。第二の半導体層２５２は、第一の絶縁層２５１における第一の半導体層２５０側とは反対側に設けられている。第二の絶縁層２５３は、第二の半導体層２５２における第一の絶縁層２５１側とは反対側に設けられている。第３の半導体層２５４は、第二の絶縁層２５３における第二の半導体層２５２側とは反対側に設けられている。ここで、第一乃至第三の半導体層２５０，２５２，２５４は、シリコンよりなり、第一および第二の絶縁層２５１，２５３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる。すなわち、基板２５は、シリコン層と、酸化シリコン層とが交互に積層されたＳＯＩ（二層ＳＯＩ）基板である。
【００４６】
このような基板２５では、第一の絶縁層２５１を第一の半導体層２５０を除去する際のエッチングストッパとして、第二の絶縁層２５３を第三の半導体層２５４を除去する際のエッチングストッパとして用いることができる。
【００４７】
そこで、本実施形態における機能部２０では、図７に示すように、第一の絶縁層２５１と、第二の半導体層２５２と、第二の絶縁層２５３とを用いて、可動部２１および支持片２４を形成している。また、第一の半導体層２５０と、第一の絶縁層２５１と、第二の半導体層２５２と、第二の絶縁層２５３と、第３の半導体層２５４との全て用いてフレーム２２を構成している。なお、絶縁層２５１，２５３は、半導体層２５０，２５２，２５４に比べて厚みが非常に薄いから、図７では図示を省略している。
【００４８】
そのため、可動部２１とベース１０との距離を第一の半導体層２５０の厚みによって決定することができる。また、可動部２１と駆動装置４０との距離を第３の半導体層２５４の厚みによって決定することができる。
【００４９】
このように、本実施形態のマイクロリレー９では、可動部２１とベース１０との距離が第一の半導体層２５０の厚みによって決定され、また、可動部２１と駆動装置４０との距離が第３の半導体層２５４の厚みによって決定される。よって、磁気ギャップ（アーマチュア５０と電磁石装置４１との距離）と、接点ギャップ（開放時の固定接点１２と可動接点２１２との距離）とを高精度に設定することができる。
【００５０】
上述したように、機能部２０は、ベース１０の上記一面側に揺動自在に配置された可動部２１と、ベース１０の上記一面側に設けられ可動部２１が開口２３内に配置される枠状のフレーム２２とを備えている。
【００５１】
ここで、可動部２１の本体部２１０におけるカバー３０との対向面（図５における上面）には、アーマチュア５０が設けられている。アーマチュア５０は、駆動装置４０の電石装置４１が発生する磁場により可動部２１を揺動させるために用いられる。アーマチュア５０は、例えば、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどの磁性材料を機械加工して矩形板状に形成され、接着、溶接、熱着、ロウ付けなどの方法で、本体部２１０に接合されている。また、可動部２１におけるベース１０との対向面（図５における下面）側には、レシジュアル（レシジャル）６０が設けられている。このレシジュアル６０は、可動部２１とベース１０との距離を好適な距離に設定するために使用される。
【００５２】
このような機能部２０は、可動接点２１２と一対の固定接点１２とがそれぞれ対向する形で、フレーム２２をベース１０に接合することによって、ベース１０の上記一面側に取り付けられる。
【００５３】
カバー３０は、絶縁性材料、例えば、ガラス基板により形成されている。カバー３０の外形サイズは、ベース１０の外形サイズと等しくしてある。このようにカバー３０は、フレーム２２の開口２３を閉塞できる大きさの板状に形成されている。カバー３０におけるフレーム２２側とは反対側の面（図５における上面）の中央部には、カバー３０を厚み方向に貫通する開孔部３１が形成されている。開孔部３１は、駆動装置４０を収容できる大きさに形成されている。このカバー３０におけるフレーム２２側の面（図５における下面）には、開孔部３１全体を閉塞する閉塞板３２が密着接合されている。カバー３０では、開孔部３１の内周面と閉塞板３２とで囲まれる空間部が駆動装置４０の収納室を構成している。上述の閉塞板３２は、例えば、厚みが５〜５０μｍ程度（好ましくは２０μｍ程度）に形成されたシリコン板やガラス板などの薄板からなる。このようなカバー３０は、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側の面（図５における上面）に接合される。
【００５４】
駆動装置４０は、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１と、可動部２１をラッチするための永久磁石４２とを備えている。
【００５５】
電磁石装置４１は、主として、ヨーク４３と、一対のコイル４４とを備えている。ヨーク４３は、長尺矩形板状の主片４３０と、主片４３０の表面側（図５における下面側）の長手方向両端部それぞれに突設された矩形板状の脚片４３１とを一体に備えている。このようなヨーク４３は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鍛造加工することにより形成されている。永久磁石４２は、直方体状に形成され、厚み方向の一面側と他面側とが互いに異極となるように着磁されている。この永久磁石４２は、上記他面をヨーク４３の主片４３０の上記表面における長手方向中央部に当接させるようにして、ヨーク４３に取り付けられる。一対のコイル４４は、主片４３０における各脚片４３１と永久磁石４２との間の部位それぞれに配置される。
【００５６】
また、駆動装置４０には、一対のコイル端子４５が設けられている。一対のコイル端子４５間に電圧を印加することで、両コイル４４に電流が流れる。このような駆動装置４０は、カバー３０の上記収納室に収納される。ここで、カバー３０における機能部２０側とは反対側の面には、略Ｚ字状の配線パターン３３が形成されている。配線パターン３３の一端部には、コイル端子４５が半田付けなどによって電気的に接続される。
【００５７】
ところで、本実施形態のマイクロリレー９では、ベース１０の上記他面側に、コイル４４に通電するための駆動電極１３が形成されている。
【００５８】
本実施形態のマイクロリレー９には、ベース１０とフレーム２２とカバー３０とを厚み方向に貫通する貫通孔７１が形成されている。この貫通孔７１は、ベース１０を厚み方向に貫通する貫通孔（第一の貫通孔）１５と、フレーム２２を厚み方向に貫通する貫通孔（第二の貫通孔）２７と、カバー３０を厚み方向に貫通する貫通孔（第三の貫通孔）３５とで構成されている。ここで、第一の貫通孔１５は、駆動電極１３と厚み方向で重なる位置に形成されている。また、第三の貫通孔３５は、配線パターン３３の他端部と厚み方向で重なる位置に形成されている。
【００５９】
そして、第一の貫通孔１５内には貫通孔配線（第一の貫通孔配線）１４が形成され、第二の貫通孔２７内には貫通孔配線（第二の貫通孔配線）２６が形成され、第三の貫通孔３５内には貫通孔配線（第三の貫通孔配線）３４が形成されている。
【００６０】
これら貫通孔配線１４，２６，３４は相互に電気的に接続されている。これによって、駆動電極１３が、配線パターン３３を介して、コイル端子４５に電気的に接続される。
【００６１】
すなわち、本実施形態のマイクロリレー９では、ベース１０とフレーム２２とカバー３０に、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。そして、この配線路７０は、ベース１０を厚み方向に貫通する貫通孔配線１４と、フレーム２２を厚み方向に貫通する貫通孔配線２６と、カバー３０を厚み方向に貫通する貫通孔配線３４とで構成されている。
【００６２】
上述したように本実施形態のマイクロリレー９は、基板（本実施形態ではガラス基板）よりなるベース１０を備えている。このベース１０の上記一面側には、一対の固定接点１２が形成されている。また、ベース１０の厚み方向の一面側には、可動部２１が揺動自在に配置されている。この可動部２１には、一対の固定接点１２それぞれに接触した際に当該一対の固定接点１２間を短絡する可動接点２１２と、磁性材料よりなるアーマチュア５０とが設けられている。さらに、ベース１０の上記一面側には、枠状のフレーム２２が設けられている。このフレーム２２の開口２３内には、可動部２１が配置されている。また、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側には、開口２３を閉塞するカバー３０が設けられている。このカバー３０には、駆動装置４０が設けられている。駆動装置４０は、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１を有し、可動接点２１２が一対の固定接点１２に対して接離するように可動部２１を揺動させる。
【００６３】
さらに、ベース１０の上記他面側には、駆動装置４０の電磁石装置４１に通電するための駆動電極１３が形成されている。そして、ベース１０とフレーム２２とカバー３０には、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。
【００６４】
以上述べた本実施形態において、接点構造８を用いることができるマイクロリレー９によれば、駆動装置４０をベース１０に設ける場合に比べれば、ベース１０の厚みを薄くできる。そのため、固定接点１２をベース１０の上記他面側に形成する電極（上記外部接続電極）に接続するための上記貫通孔配線を短くすることができる。よって、高周波特性を向上することができる。特に、ベース１０の厚みをカバー３０の厚みより薄くすることが可能になり、これによって、高周波特性の向上を図ることができる。また、駆動装置４０と固定接点１２との距離を離すことができるから、駆動装置４０の電磁石装置４１が発生する磁場による影響を低減することができる。
【００６５】
特に、ベース１０とフレーム２２とカバー４０とを土台に利用して、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０を形成している。そのため、バンプを配置できる程度のスペースを確保する必要がなくなり、小型化が図れる。また、バンプのように自立するためにある程度の強度を確保したり、電気接続の信頼性を考慮して高さを設定したりしなくて済む。したがって、バンプを用いる場合に比べれば、容易に作製することができる。さらに、ベース１０に対してカバー３０が揺れることによって、配線路７０が断線してしまう可能性を低くすることができる。
【００６６】
特に本実施形態では、配線路７０は、ベース１０とフレーム２２とカバー３０を厚み方向に貫通する貫通孔配線（貫通孔配線１４，２６，３４）により形成されている。そのため、配線路７０を容易に形成することができる。
【００６７】
ところで、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９では、可動部２１におけるカバー３０側の面に、支点突起２１４が形成されている。すなわち、可動部２１の揺動時の支点は、可動部２１とカバー３０との間に介在されている。ここで、本実施形態では、カバー３０に駆動装置４０が設けられているため、可動部２１はカバー３０側に吸引されることになる。そのため、駆動時には、可動部２１は支点突起２１４によってカバー３０に支持される。よって、支点突起２１４が可動部２１とベース１０との間に介在されている場合に比べれば、可動部２１を安定して揺動動作させることができるようになる。
【００６８】
ところで、フレーム２２にカバー３０を接合するにあたっては、金属層を用いることができる。すなわち、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９は、フレーム２２とカバー３０との間には、フレーム２２とカバー３０との接合用の金属層（第一の金属層）が介在されている構成とすることができる。この場合、上記第一の金属層をグラウンドパターンや、配線、貫通孔のランドなどに利用することができる。よって、製造工程を簡素化することができる。
【００６９】
また、同様に、ベース１０にフレーム２２を接合するにあたっては、金属層を用いることができる。すなわち、本実施形態のマイクロリレー９は、ベース１０とフレーム２２との間には、ベース１０とフレーム２２との接合用の金属層（第二の金属層）が介在されている構成とすることができる。この場合、上記第二の金属層をグラウンドパターンや、配線、貫通孔のランドなどに利用することができる。よって、製造工程を簡素化することができる。
【００７０】
さらに、カバー３０におけるフレーム２２側の面（好ましくは全面）に、シールド層を形成してもよい。このシールド層は、非磁性体を用いて形成される。このようなシールド層を形成すれば、電磁石装置４１が発生する磁場の影響が、固定接点１２や可動接点２１２に及んでしまうことを抑制することができる。よって、高周波特性を向上することができる。なお、当然ながら、前記シールド層は、カバー３０とフレーム２２との間の電気接続に悪影響がでないように形成される。
【００７１】
また、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９では、ベース１０はガラス基板より形成されている。このようにベース１０に、比較的誘電率が低い物質であるガラスを用いることで、高周波特性を向上させることができる。
【００７２】
ところで、ベース１０は、シリコン基板より形成されていてもよい。この場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術といった半導体微細加工技術を利用することができるから、ガラス基板を用いる場合に比べて、ベース１０の加工を容易に行うことができる。特に、機能部２０は、シリコンを用いて形成されているから、機能部２０とベース１０との線膨張係数をおおよそ等しくすることができる。そのため、線膨張係数の差に起因する応力を低減することができる。なお、シリコン基板としては、高抵抗のシリコンを用いた高抵抗シリコン基板を用いることが好ましい。この場合には、高周波特性（特にスローウェーブモードでの高周波特性）を向上することができる。
【００７３】
また、ベース１０は、低温同時焼成セラミックス基板（ＬＴＣＣ基板）より形成されていてもよい。低温同時焼成セラミックス基板は、ガラス基板に比べれば、直径が一様な円形状の貫通孔や、内部配線（例えばグラウンド層）などを容易に形成することができる。ここで、貫通孔の直径が一様である場合には、貫通孔の直径が一様でない場合（例えばベース１０の厚み方向の一面側から他面側に向かうにつれて直径が大きくなる場合）に比べて、高周波特性が向上する。また、ベース１０の内部にグラウンド層を設けることで、インピーダンスを調整でき、インピーダンス設計（高周波設計）が容易になる。よって、高周波特性を向上させることができる。このように、ベース１０に低温同時焼成セラミックス基板を用いる場合、ガラス基板を用いる場合に比べれば、高周波特性を向上させることができる。
【００７４】
本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９では、カバー３０はガラス基板より形成されている。このようにカバー３０に、比較的誘電率が低い物質であるガラスを用いることで、高周波特性を向上させることができる。ところで、カバー３０は、シリコンにより形成されていてもよい。この場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術といった半導体微細加工技術を利用することができるから、ガラス基板を用いる場合に比べて、カバー３０の加工を容易に行うことができる。特に、機能部２０は、シリコンを用いて形成されているから、機能部２０とカバー３０との線膨張係数をおおよそ等しくすることができる。そのため、線膨張係数の差に起因する応力を低減することができる。また、カバー３０は、低温同時焼成セラミックスにより形成されていてもよい。このようにすれば、ガラス基板を用いる場合に比べれば、配線路を設けるためのスペースを小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９は、アーマチュア５０を駆動する駆動装置４０として、永久磁石４２を用いた有極型の電磁石装置４１を用いている。しかしながら、駆動装置４０としては、永久磁石４２を用いない無極型の電磁石装置４１を用いてもよい。また、本実施形態では、ラッチング型のリレーを例示しているが、これに限定する趣旨ではない。
【００７６】
また、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９における二つの固定接点１２および可動接点２１２は、接点部位にそれぞれにおいて、固定接点１および可動接点２の構造を用いることができる。一組の接点構造８において、可動接点２１２は、一つであるが、三回対称である三つの凸状接点部４を一組備えるではなく、固定接点１２それぞれとの対応位置に備えてもよい。また、固定接点１２と可動接点２１２との両方に、凸状接点部４を備えている場合、凸状接点部４は、向かい合うそれぞれが接触するように形成されてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１ 固定接点
２ 可動接点
３ 凸状部
４ 凸状接点部
５ 凸曲線
６ａ 下部接点形成基板
６ｂ 上部接点形成基板
７ 接点表面
８ 接点構造
９ マイクロリレー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の接点を有する接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）リレーでは、ガラスやシリコンの基板上へ接点材料を蒸着する等によって接点を形成していた。しかし、蒸着等によって接点を形成すると、接点表面は鏡面状態となり、接点表面同士が固着しやすく、接点の開閉応答性が低下するという問題点があった。そこで、接点表面にエッチング等の微細加工を施すことによって、接点表面同士の固着を低減するものもある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７３３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この場合、接点材料の種類によってエッチング手法の変更を行う必要性や、接点材料の変更を行う必要性があるため、製造工程上の制約があった。
【０００５】
本発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたもので、その課題は、接点表面同士の固着を軽減し、開閉動作を安定的に行うことができる接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーでは、固定接点と可動接点とを含む接点構造であって、少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部を下地として、前記凸状部を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部を形成し、複数の前記凸状接点部は、平面視における接点表面の中心を通る軸に対して三回対称となる位置に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、この接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、前記凸状部と前記凸状部を覆う接点材料で形成される前記凸状接点部は、断面視において一方の接点へ向かって凸曲線であることが好ましい。
【０００８】
また、この接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、前記基板を加工して複数の凸状部を形成する工程と、前記凸状部を下地として凸状接点部を形成する工程と、を備えることが好ましい。
【０００９】
また、この接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、マイクロリレーは、前述の接点構造を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の接点構造及びその製造方法及び同接点構造を用いたマイクロリレーにおいて、少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部を下地として、前記凸状部を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部を形成する。これより、接触同士の接触部において接触面積が小さいため、接点表面同士の固着が低減しやすい。また、複数の前記凸状接点部は、平面視における接点表面の中心を通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている。これより、開閉動作を安定的に行いやすくなり、接点信頼性をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す接点構造の概略を示し、（ａ）および（ｂ）はＡ−Ａ´断面における概略断面視図、（ｃ）はＡ−Ａ´断面における概略平面視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す接点構造の製造工程を示したＡ−Ａ´断面における概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの一部を切り欠いた斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの分解斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーにおける機能部を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。
【図７】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーの一部を切り欠いた斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態を示すマイクロリレーにおける機能部の基礎となる半導体基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１及び２は、本発明の一実施形態である接点構造８及びその製造方法を示している。接点構造８は、固定接点１と可動接点２とを含む構造であって、少なくとも一方の接点（図１の場合、固定接点１を示している）は、シリコン又はガラスの基板（図１の場合、下部接点形成基板６ａを示している）を用いて形成される複数の凸状部３を下地として、凸状部３を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部４を形成している。また、複数の凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている。また、凸状部３と凸状部３を覆う接点材料で形成される凸状接点部４は、断面視において一方の接点へ向かって凸曲線５であってもよい。また、接点構造８の製造方法は、基板を加工して複数の凸状部３を形成する工程と、凸状部３を下地として凸状接点部４を形成する工程と、を備えている。なお、ここで述べる三回対称は、平面視における接点表面７の中心Xを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されていることを指す。
【００１３】
以下、本実施形態における接点構造８及びその製造方法ついて具体的詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態の接点構造８は、図１の（ａ）に示されるように、一対となる基板を備えていて、固定接点１を備える基板を下部接点形成基板６ａとし、可動接点２を備える基板を上部接点形成基板６ｂとする。
【００１５】
下部接点形成基板６ａおよび上部接点形成基板６ｂは、シリコンやガラス等の基板材料を用いて形成されていて、閉成時には上部接点形成基板６ｂが撓むことで、固定接点１と可動接点２とが接触する。なお、下部接点形成基板６ａおよび上部接点形成基板６ｂは、シリコン基板、ガラス基板、ＳＯＩ基板等を用いる。
【００１６】
固定接点１は、下部接点形成基板６ａの表面に接点材料を蒸着する等の手段用いて形成されている。同様に、可動接点２は、上部接点形成基板６ｂの表面に接点材料を蒸着する等の手段を用いて形成されている。そして、固定接点１と可動接点２とは、閉成時には接触し、互いに向き合うように上下部接点形成基板に形成されている。なお、接点材料は、ＣｕやＡｕ等の導電性の良好な金属を用いる。
【００１７】
そして、図１の（ａ）および（ｂ）に示されるように、下部接点形成基板６ａを微細加工することによって、凸状部３が形成されている。その凸状部３が形成された下部接点形成基板６ａは、その表面を接点材料によって被覆することで凸状接点部４を有する固定接点１を形成する。
【００１８】
また、図１の（ｂ）に示すように、固定接点１の凸状接点部４の先端は、凸曲線５にしてもよく、これは、前述接点構造８より、さらに良い効果を示す。下部接点形成基板６ａを微細加工する際に、マスクを凸状となるように変化させたグレーマスクを用いることで、固定接点１の凸状部３の先端は凸曲線５に形成される。そして、その凸曲線５を形成した凸状部３に接点材料を被覆することで、凸曲線５を先端に備える凸状接点部４が形成される。
【００１９】
また、この凸状接点部４は、図１の（ｃ）に示されるように、固定接点１の上部接点形成基板６ｂ側である接点表面７に、三つ形成されている。この三つの凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となるように形成している。
【００２０】
なお、以上に述べた接点構造８の例は、固定接点１ではなく、可動接点２に形成してもよく、また、固定接点１および可動接点２が共に備えるようにしてもよい。
【００２１】
以下、本実施形態の接点構造８の製造方法について、図２を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
まず、図２の（ａ）に示すように、下部接点形成基板６ａを準備する。なお、今回、接点形成基板は、下部接点形成基板６ａで説明しているが、それに限らず上部接点形成基板６ｂであってもよい。
【００２３】
次に、下部接点形成基板６ａの表面（上部接点形成基板６ｂ側の表面）にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることで、フォトレジストとなるマスクを形成し、図２の（ｂ）に示す構造を得る。
【００２４】
次に、図２の（ｃ）に示すように、下部接点形成基板６ａは、エッチング技術を利用して凸状部３を形成する。エッチング技術は、複数の凸状部３の間にある凹部に求められる形状に応じて、ドライエッチング、またはウェットエッチングを用いる。
【００２５】
そして、マスクを除去することで、図２の（ｄ）に示す構造を得る。
【００２６】
続いて、凸状部３の表面にスパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法等を利用して、接点材料を被覆することで、凸状接点部４を形成し、図２の（ｅ）に示す構造を得る。接点材料としては、ＣｕやＡｕ等の導電性の良好な金属を用いる。
【００２７】
以上述べた本実施形態において、接点構造８は、少なくとも一方の接点をシリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部３を下地として、凸状部３接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部４を形成する。これより、接点表面同士の固着が低減しやすい。
【００２８】
また、複数の凸状接点部４は、平面視における接点表面７の中心Ｘを通る軸に対して三回対称となる位置に形成されている場合、開閉動作が安定的に行いやすくなり、接点信頼性をさらに向上することを可能にする。
【００２９】
また、凸状部３と凸状部３を覆う接点材料で形成される凸状接点部４は、断面視において一方の接点に向かって凸曲線５で形成される場合、接点表面同士の固着現象が低減しやすく、接点同士の接触部が一定となることで、接点安定性を向上することを可能にする。
【００３０】
また、基板を加工して複数の凸状部３を形成する工程と、凸状部３を下地として成膜する工程と、を備える。これより、接点材料の種類に応じてエッチング方法を変更することなく、凸状接点部４を形成することできるので、製造工程を簡略化しやすくなる。
【００３１】
なお、これら固定接点１および可動接点２は、シリコンやガラス等から形成される二枚の基板で気密に封止されていてもよく、これは、外部雰囲気からの影響から接点部を保護し、接点信頼性が向上することを可能にする。
【００３２】
また、その気密に封止されている気密内部は、真空状態または不活性ガスの充填でもよく、これは、接点表面の汚染を抑制し、接点抵抗を安定させ、接点信頼性を向上することを可能にする。
【００３３】
また、前記二枚の基板における気密内部部位を金属膜で成膜してもよく、これは、例えば不活性ガスのアルゴン、または窒素ガスを充填したとき、気密内部から不活性ガスが基板を透過して抜けることを抑制でき、気密内部の雰囲気の変動を無くし、接点信頼性を向上することを可能にする。
【００３４】
次に、接点構造８を用いることができるマイクロリレー９に関して、図３乃至図８に基づいて具体的詳細に説明する。
【００３５】
マイクロリレー９は、基板よりなり厚み方向の一面側に一対の固定接点１２が形成されたベース１０と、一対の固定接点１２それぞれに接触した際にこの一対の固定接点１２間を短絡する可動接点２１２および磁性材料よりなるアーマチュア５０が設けられベース１０の上記一面側に揺動自在に配置された可動部２１と、ベース１０の上記一面側に設けられ可動部２１が開口内に配置される枠状のフレーム２２と、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側に設けられフレーム２２の開口２３を閉塞するカバー３０と、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１を有し可動接点２１２が一対の固定接点１２に対して接離するように可動部２１を揺動させる駆動装置４０と、を備え、駆動装置４０は、カバー３０に設けられ、ベース１０の厚み方向の他面側には、駆動装置４０の電磁石装置４１に通電するための駆動電極１３が形成され、ベース１０とフレーム２２とカバー３０には、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。
【００３６】
図３乃至図６に示すように、マイクロリレー９は、主として、ベース１０と、ベース１０の厚み方向の一表面側（図５における上面側）に設けられる機能部２０と、機能部２０におけるベース１０側とは反対側（図５における上面側）に設けられるカバー３０と、駆動装置４０と、を備えている。なお、本実施形態のマイクロリレー９は、例えば、常開接点と常閉接点とを備えた所謂ラッチング型リレーである。
【００３７】
ベース１０は、例えば、直方体状のガラス基板により形成されている。ベース１０の上記一面側における長手方向両端側それぞれには、一対の伝送線路１１が形成されている。伝送線路１１は直線状に形成されており、伝送線路１１の長さ方向はベース１０の短手方向と一致している。また、一対の伝送線路１１は、ベース１０の短手方向において一直線上に並んでいる。ここで、ベース１０の厚み方向の他表面側（図５における下面側）における長手方向両端側それぞれには、一対の外部接続電極（図示せず）が形成されている。当該一対の外部接続電極それぞれは、一対の伝送線路１１それぞれと、ベース１０を厚み方向に貫通する貫通孔配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００３８】
また、ベース１０の上記一面側には、伝送線路１１に電気的に接続される複数の固定接点１２が形成されている。各固定接点１２は、各伝送線路１１においてベース１０の内側となる端部に接続されている。よって、ベース１０の長手方向の両端側それぞれには、固定接点１２が一対ずつ形成されている。なお、各伝送線路１１においてベース１０の外側となる端部は、上述した貫通孔配線を介して上記外部接続電極に電気的に接続されている。また、固定接点１２は、例えば、ＣｕやＡｕなどの導電性が良好な金属材料からなる金属薄膜であって、スパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。さらに、固定接点１２は、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ層と、Ａｕ層とベース１０との間に介在されるＴｉ層とからなる多層構造であってもよい。
【００３９】
機能部２０は、図５に示すように、主として、可動部２１と、フレーム２２と、を有する。
【００４０】
フレーム２２は、矩形枠状に形成されている。このフレーム２２の開口２３内には、可動部２１が配置される。ここで、開口２３は、フレーム２２の中央部に設けられた矩形状の第一の開口部２３０と、フレーム２２の長手方向の両端側それぞれに設けられた第二の開口部２３１と、を含む。第二の開口部２３１それぞれは、フレーム２２の短手方向の中央部において第一の開口部２３０と連通している。なお、フレーム２２における第二の開口部２３１それぞれと第一の開口部２３０との間の部位が、フレーム２２の長手方向に沿った方向への可動部２１の移動を規制する規制突起を構成している。また、フレーム２２の外形サイズは、ベース１０の外形サイズと等しくしてある。可動部２１は、フレーム２２の第一の開口部２３０内に配置される本体部２１０を有している。本体部２１０は、矩形板状に形成されている。本体部２１０は、本体部２１０の長手方向をフレーム２２の長手方向に沿わせた形で、第一の開口部２３０内に配置される。
【００４１】
この本体部２１０の長手方向の両端部それぞれの中央部には、接点用突片２１１が突設されている。接点用突片２１１の先端部は、第二の開口部２３１に配置されている。接点用突片２１１におけるベース２０との対向面（図６（ｂ）参照）には可動接点２１２が設けられている。可動接点２１２は、一対の固定接点１２それぞれに接触した際に、その一対の固定接点１２間を短絡するように構成されている。なお、可動接点２１２は、固定接点１２と同様に、ＣｕやＡｕなどの導電性が良好な金属材料からなる金属薄膜であり、スパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。また、可動接点２１２は、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ層と、Ａｕ層と接点用突片２１１との間に介在されるＴｉ層とからなる多層構造であってもよい。
【００４２】
一方、本体部２１０の短手方向の両端部それぞれの中央部には、支点用突片２１３が突設されている。この支点用突片２１３におけるカバー３０との対向面（図６（ａ）参照）には支点突起２１４が設けられている。支点突起２１４は、可動部２１の揺動動作（シーソ動作）の支点として用いられる。
【００４３】
このような可動部２１は、複数（図示例では４つ）の支持片２４によりフレーム２２と一体に連結されている。支持片２４は、フレーム２２の第一の開口部２３０の長手方向における内側面と、本体部２１０の短手方向の外側面とを一体に連結するように構成されている。４つの支持片２４は、本体部２１０の中心に対して点対称となるように配置されている。また、支持片２４は、厚み方向に直交する面内で本体部２１０の長手方向に沿った方向に進むように蛇行した形状に形成されている。これによって、可動部２１がフレーム２２に揺動自在に支持されるようにしている。このように支持片２４を蛇行した形状に形成することで、支持片２４の長さを長くできる。そのため、可動部２１が揺動動作する際に支持片２４がねじられることで生じるばね力のばね定数を適切に小さくでき、支持片２４に加えられる応力も分散できる。
【００４４】
上述した機能部２０において、可動部２１とフレーム２２と支持片２４とは、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度、好ましくは２００μｍ程度の厚みの基板２５（図８参照）をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などの半導体微細加工技術を利用してパターニングすることにより一体に形成されている。
【００４５】
ここで、基板２５は、図７に示すように、第一乃至第三の半導体層２５０，２５２，２５４と、第一および第二の絶縁層２５１，２５３とで構成されている。第一の半導体層２５０は、ベース１０との接合に用いられる（すなわち、第一の半導体層２５０は、ベース１０の上記一面側に接合される）。第一の絶縁層２５１は、第一の半導体層２５０におけるベース１０側とは反対側に設けられている。第二の半導体層２５２は、第一の絶縁層２５１における第一の半導体層２５０側とは反対側に設けられている。第二の絶縁層２５３は、第二の半導体層２５２における第一の絶縁層２５１側とは反対側に設けられている。第３の半導体層２５４は、第二の絶縁層２５３における第二の半導体層２５２側とは反対側に設けられている。ここで、第一乃至第三の半導体層２５０，２５２，２５４は、シリコンよりなり、第一および第二の絶縁層２５１，２５３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる。すなわち、基板２５は、シリコン層と、酸化シリコン層とが交互に積層されたＳＯＩ（二層ＳＯＩ）基板である。
【００４６】
このような基板２５では、第一の絶縁層２５１を第一の半導体層２５０を除去する際のエッチングストッパとして、第二の絶縁層２５３を第三の半導体層２５４を除去する際のエッチングストッパとして用いることができる。
【００４７】
そこで、本実施形態における機能部２０では、図７に示すように、第一の絶縁層２５１と、第二の半導体層２５２と、第二の絶縁層２５３とを用いて、可動部２１および支持片２４を形成している。また、第一の半導体層２５０と、第一の絶縁層２５１と、第二の半導体層２５２と、第二の絶縁層２５３と、第３の半導体層２５４との全て用いてフレーム２２を構成している。なお、絶縁層２５１，２５３は、半導体層２５０，２５２，２５４に比べて厚みが非常に薄いから、図７では図示を省略している。
【００４８】
そのため、可動部２１とベース１０との距離を第一の半導体層２５０の厚みによって決定することができる。また、可動部２１と駆動装置４０との距離を第３の半導体層２５４の厚みによって決定することができる。
【００４９】
このように、本実施形態のマイクロリレー９では、可動部２１とベース１０との距離が第一の半導体層２５０の厚みによって決定され、また、可動部２１と駆動装置４０との距離が第３の半導体層２５４の厚みによって決定される。よって、磁気ギャップ（アーマチュア５０と電磁石装置４１との距離）と、接点ギャップ（開放時の固定接点１２と可動接点２１２との距離）とを高精度に設定することができる。
【００５０】
上述したように、機能部２０は、ベース１０の上記一面側に揺動自在に配置された可動部２１と、ベース１０の上記一面側に設けられ可動部２１が開口２３内に配置される枠状のフレーム２２とを備えている。
【００５１】
ここで、可動部２１の本体部２１０におけるカバー３０との対向面（図５における上面）には、アーマチュア５０が設けられている。アーマチュア５０は、駆動装置４０の電石装置４１が発生する磁場により可動部２１を揺動させるために用いられる。アーマチュア５０は、例えば、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどの磁性材料を機械加工して矩形板状に形成され、接着、溶接、熱着、ロウ付けなどの方法で、本体部２１０に接合されている。また、可動部２１におけるベース１０との対向面（図５における下面）側には、レシジュアル（レシジャル）６０が設けられている。このレシジュアル６０は、可動部２１とベース１０との距離を好適な距離に設定するために使用される。
【００５２】
このような機能部２０は、可動接点２１２と一対の固定接点１２とがそれぞれ対向する形で、フレーム２２をベース１０に接合することによって、ベース１０の上記一面側に取り付けられる。
【００５３】
カバー３０は、絶縁性材料、例えば、ガラス基板により形成されている。カバー３０の外形サイズは、ベース１０の外形サイズと等しくしてある。このようにカバー３０は、フレーム２２の開口２３を閉塞できる大きさの板状に形成されている。カバー３０におけるフレーム２２側とは反対側の面（図５における上面）の中央部には、カバー３０を厚み方向に貫通する開孔部３１が形成されている。開孔部３１は、駆動装置４０を収容できる大きさに形成されている。このカバー３０におけるフレーム２２側の面（図５における下面）には、開孔部３１全体を閉塞する閉塞板３２が密着接合されている。カバー３０では、開孔部３１の内周面と閉塞板３２とで囲まれる空間部が駆動装置４０の収納室を構成している。上述の閉塞板３２は、例えば、厚みが５〜５０μｍ程度（好ましくは２０μｍ程度）に形成されたシリコン板やガラス板などの薄板からなる。このようなカバー３０は、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側の面（図５における上面）に接合される。
【００５４】
駆動装置４０は、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１と、可動部２１をラッチするための永久磁石４２とを備えている。
【００５５】
電磁石装置４１は、主として、ヨーク４３と、一対のコイル４４とを備えている。ヨーク４３は、長尺矩形板状の主片４３０と、主片４３０の表面側（図５における下面側）の長手方向両端部それぞれに突設された矩形板状の脚片４３１とを一体に備えている。このようなヨーク４３は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鍛造加工することにより形成されている。永久磁石４２は、直方体状に形成され、厚み方向の一面側と他面側とが互いに異極となるように着磁されている。この永久磁石４２は、上記他面をヨーク４３の主片４３０の上記表面における長手方向中央部に当接させるようにして、ヨーク４３に取り付けられる。一対のコイル４４は、主片４３０における各脚片４３１と永久磁石４２との間の部位それぞれに配置される。
【００５６】
また、駆動装置４０には、一対のコイル端子４５が設けられている。一対のコイル端子４５間に電圧を印加することで、両コイル４４に電流が流れる。このような駆動装置４０は、カバー３０の上記収納室に収納される。ここで、カバー３０における機能部２０側とは反対側の面には、略Ｚ字状の配線パターン３３が形成されている。配線パターン３３の一端部には、コイル端子４５が半田付けなどによって電気的に接続される。
【００５７】
ところで、本実施形態のマイクロリレー９では、ベース１０の上記他面側に、コイル４４に通電するための駆動電極１３が形成されている。
【００５８】
本実施形態のマイクロリレー９には、ベース１０とフレーム２２とカバー３０とを厚み方向に貫通する貫通孔７１が形成されている。この貫通孔７１は、ベース１０を厚み方向に貫通する貫通孔（第一の貫通孔）１５と、フレーム２２を厚み方向に貫通する貫通孔（第二の貫通孔）２７と、カバー３０を厚み方向に貫通する貫通孔（第三の貫通孔）３５とで構成されている。ここで、第一の貫通孔１５は、駆動電極１３と厚み方向で重なる位置に形成されている。また、第三の貫通孔３５は、配線パターン３３の他端部と厚み方向で重なる位置に形成されている。
【００５９】
そして、第一の貫通孔１５内には貫通孔配線（第一の貫通孔配線）１４が形成され、第二の貫通孔２７内には貫通孔配線（第二の貫通孔配線）２６が形成され、第三の貫通孔３５内には貫通孔配線（第三の貫通孔配線）３４が形成されている。
【００６０】
これら貫通孔配線１４，２６，３４は相互に電気的に接続されている。これによって、駆動電極１３が、配線パターン３３を介して、コイル端子４５に電気的に接続される。
【００６１】
すなわち、本実施形態のマイクロリレー９では、ベース１０とフレーム２２とカバー３０に、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。そして、この配線路７０は、ベース１０を厚み方向に貫通する貫通孔配線１４と、フレーム２２を厚み方向に貫通する貫通孔配線２６と、カバー３０を厚み方向に貫通する貫通孔配線３４とで構成されている。
【００６２】
上述したように本実施形態のマイクロリレー９は、基板（本実施形態ではガラス基板）よりなるベース１０を備えている。このベース１０の上記一面側には、一対の固定接点１２が形成されている。また、ベース１０の厚み方向の一面側には、可動部２１が揺動自在に配置されている。この可動部２１には、一対の固定接点１２それぞれに接触した際に当該一対の固定接点１２間を短絡する可動接点２１２と、磁性材料よりなるアーマチュア５０とが設けられている。さらに、ベース１０の上記一面側には、枠状のフレーム２２が設けられている。このフレーム２２の開口２３内には、可動部２１が配置されている。また、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側には、開口２３を閉塞するカバー３０が設けられている。このカバー３０には、駆動装置４０が設けられている。駆動装置４０は、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１を有し、可動接点２１２が一対の固定接点１２に対して接離するように可動部２１を揺動させる。
【００６３】
さらに、ベース１０の上記他面側には、駆動装置４０の電磁石装置４１に通電するための駆動電極１３が形成されている。そして、ベース１０とフレーム２２とカバー３０には、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。
【００６４】
以上述べた本実施形態において、接点構造８を用いることができるマイクロリレー９によれば、駆動装置４０をベース１０に設ける場合に比べれば、ベース１０の厚みを薄くできる。そのため、固定接点１２をベース１０の上記他面側に形成する電極（上記外部接続電極）に接続するための上記貫通孔配線を短くすることができる。よって、高周波特性を向上することができる。特に、ベース１０の厚みをカバー３０の厚みより薄くすることが可能になり、これによって、高周波特性の向上を図ることができる。また、駆動装置４０と固定接点１２との距離を離すことができるから、駆動装置４０の電磁石装置４１が発生する磁場による影響を低減することができる。
【００６５】
特に、ベース１０とフレーム２２とカバー４０とを土台に利用して、駆動電極１３と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０を形成している。そのため、バンプを配置できる程度のスペースを確保する必要がなくなり、小型化が図れる。また、バンプのように自立するためにある程度の強度を確保したり、電気接続の信頼性を考慮して高さを設定したりしなくて済む。したがって、バンプを用いる場合に比べれば、容易に作製することができる。さらに、ベース１０に対してカバー３０が揺れることによって、配線路７０が断線してしまう可能性を低くすることができる。
【００６６】
特に本実施形態では、配線路７０は、ベース１０とフレーム２２とカバー３０を厚み方向に貫通する貫通孔配線（貫通孔配線１４，２６，３４）により形成されている。そのため、配線路７０を容易に形成することができる。
【００６７】
ところで、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９では、可動部２１におけるカバー３０側の面に、支点突起２１４が形成されている。すなわち、可動部２１の揺動時の支点は、可動部２１とカバー３０との間に介在されている。ここで、本実施形態では、カバー３０に駆動装置４０が設けられているため、可動部２１はカバー３０側に吸引されることになる。そのため、駆動時には、可動部２１は支点突起２１４によってカバー３０に支持される。よって、支点突起２１４が可動部２１とベース１０との間に介在されている場合に比べれば、可動部２１を安定して揺動動作させることができるようになる。
【００６８】
ところで、フレーム２２にカバー３０を接合するにあたっては、金属層を用いることができる。すなわち、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９は、フレーム２２とカバー３０との間には、フレーム２２とカバー３０との接合用の金属層（第一の金属層）が介在されている構成とすることができる。この場合、上記第一の金属層をグラウンドパターンや、配線、貫通孔のランドなどに利用することができる。よって、製造工程を簡素化することができる。
【００６９】
また、同様に、ベース１０にフレーム２２を接合するにあたっては、金属層を用いることができる。すなわち、本実施形態のマイクロリレー９は、ベース１０とフレーム２２との間には、ベース１０とフレーム２２との接合用の金属層（第二の金属層）が介在されている構成とすることができる。この場合、上記第二の金属層をグラウンドパターンや、配線、貫通孔のランドなどに利用することができる。よって、製造工程を簡素化することができる。
【００７０】
さらに、カバー３０におけるフレーム２２側の面（好ましくは全面）に、シールド層を形成してもよい。このシールド層は、非磁性体を用いて形成される。このようなシールド層を形成すれば、電磁石装置４１が発生する磁場の影響が、固定接点１２や可動接点２１２に及んでしまうことを抑制することができる。よって、高周波特性を向上することができる。なお、当然ながら、前記シールド層は、カバー３０とフレーム２２との間の電気接続に悪影響がでないように形成される。
【００７１】
また、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９では、ベース１０はガラス基板より形成されている。このようにベース１０に、比較的誘電率が低い物質であるガラスを用いることで、高周波特性を向上させることができる。
【００７２】
ところで、ベース１０は、シリコン基板より形成されていてもよい。この場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術といった半導体微細加工技術を利用することができるから、ガラス基板を用いる場合に比べて、ベース１０の加工を容易に行うことができる。特に、機能部２０は、シリコンを用いて形成されているから、機能部２０とベース１０との線膨張係数をおおよそ等しくすることができる。そのため、線膨張係数の差に起因する応力を低減することができる。なお、シリコン基板としては、高抵抗のシリコンを用いた高抵抗シリコン基板を用いることが好ましい。この場合には、高周波特性（特にスローウェーブモードでの高周波特性）を向上することができる。
【００７３】
また、ベース１０は、低温同時焼成セラミックス基板（ＬＴＣＣ基板）より形成されていてもよい。低温同時焼成セラミックス基板は、ガラス基板に比べれば、直径が一様な円形状の貫通孔や、内部配線（例えばグラウンド層）などを容易に形成することができる。ここで、貫通孔の直径が一様である場合には、貫通孔の直径が一様でない場合（例えばベース１０の厚み方向の一面側から他面側に向かうにつれて直径が大きくなる場合）に比べて、高周波特性が向上する。また、ベース１０の内部にグラウンド層を設けることで、インピーダンスを調整でき、インピーダンス設計（高周波設計）が容易になる。よって、高周波特性を向上させることができる。このように、ベース１０に低温同時焼成セラミックス基板を用いる場合、ガラス基板を用いる場合に比べれば、高周波特性を向上させることができる。
【００７４】
本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９では、カバー３０はガラス基板より形成されている。このようにカバー３０に、比較的誘電率が低い物質であるガラスを用いることで、高周波特性を向上させることができる。ところで、カバー３０は、シリコンにより形成されていてもよい。この場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術といった半導体微細加工技術を利用することができるから、ガラス基板を用いる場合に比べて、カバー３０の加工を容易に行うことができる。特に、機能部２０は、シリコンを用いて形成されているから、機能部２０とカバー３０との線膨張係数をおおよそ等しくすることができる。そのため、線膨張係数の差に起因する応力を低減することができる。また、カバー３０は、低温同時焼成セラミックスにより形成されていてもよい。このようにすれば、ガラス基板を用いる場合に比べれば、配線路を設けるためのスペースを小さくすることができ、小型化を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９は、アーマチュア５０を駆動する駆動装置４０として、永久磁石４２を用いた有極型の電磁石装置４１を用いている。しかしながら、駆動装置４０としては、永久磁石４２を用いない無極型の電磁石装置４１を用いてもよい。また、本実施形態では、ラッチング型のリレーを例示しているが、これに限定する趣旨ではない。
【００７６】
また、本実施形態の接点構造８を用いることができるマイクロリレー９における二つの固定接点１２および可動接点２１２は、接点部位にそれぞれにおいて、固定接点１および可動接点２の構造を用いることができる。一組の接点構造８において、可動接点２１２は、一つであるが、三回対称である三つの凸状接点部４を一組備えるではなく、固定接点１２それぞれとの対応位置に備えてもよい。また、固定接点１２と可動接点２１２との両方に、凸状接点部４を備えている場合、凸状接点部４は、向かい合うそれぞれが接触するように形成されてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１ 固定接点
２ 可動接点
３ 凸状部
４ 凸状接点部
５ 凸曲線
６ａ 下部接点形成基板
６ｂ 上部接点形成基板
７ 接点表面
８ 接点構造
９ マイクロリレー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接点と可動接点とを含むマイクロリレーの接点構造であって、
少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部を下地として、前記凸状部を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部を形成し、
複数の前記凸状接点部は、平面視における接点表面の中心を通る軸に対して三回対称となる位置に形成されていることを特徴とする接点構造。
【請求項２】
前記凸状部と前記凸状部を覆う接点材料で形成される前記凸状接点部は、断面視において一方の接点に向かって凸曲線であることを特徴とする請求項１に記載の接点構造。
【請求項３】
前記基板を加工して複数の凸状部を形成する工程と、
前記凸状部を下地として凸状接点部を形成する工程と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の接点構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の接点構造を備えることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１】
固定接点と可動接点とを含むマイクロリレーの接点構造であって、
少なくとも一方の接点は、シリコン又はガラスの基板を用いて形成される複数の凸状部を下地として、前記凸状部を接点材料で覆うように成膜することで凸状接点部を形成し、
複数の前記凸状接点部は、平面視における接点表面の中心を通る軸に対して三回対称となる位置に形成されていることを特徴とする接点構造。
【請求項２】
前記凸状部と前記凸状部を覆う接点材料で形成される前記凸状接点部は、断面視において一方の接点に向かって凸曲線であることを特徴とする請求項１に記載の接点構造。
【請求項３】
前記基板を加工して複数の凸状部を形成する工程と、
前記凸状部を下地として凸状接点部を形成する工程と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の接点構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の接点構造を備えることを特徴とするマイクロリレー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８４２９１（Ｐ２０１２−８４２９１Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２８１２８（Ｐ２０１０−２２８１２８）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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