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JP2560629B2 - シリコン超小形リレー - Google Patents

シリコン超小形リレー

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JP2560629B2
JP2560629B2 JP5308238A JP30823893A JP2560629B2 JP 2560629 B2 JP2560629 B2 JP 2560629B2 JP 5308238 A JP5308238 A JP 5308238A JP 30823893 A JP30823893 A JP 30823893A JP 2560629 B2 JP2560629 B2 JP 2560629B2
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00Details of electromagnetic relays
    • H01H50/005Details of electromagnetic relays using micromechanics
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    • H01H50/005Details of electromagnetic relays using micromechanics
    • H01H2050/007Relays of the polarised type, e.g. the MEMS relay beam having a preferential magnetisation direction

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は通信機,計測機,産業機
器等の分野において、特に微弱な電気信号の開閉を行な
う極めて小形の電磁リレーに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鉄心に絶縁導線を巻回した電磁石
により可動鉄片を吸引し、これに係合した絶縁体で接点
ばねを変位させて、接点ばねに設けられた接点を開閉す
る電磁リレーが使用されてきた。そして、それらをさら
に小形化し低価格で供給することが求めらている。これ
に対し、図7に示すように、2個の嵌合孔12,13を
有し、かつこの嵌合孔の周囲に渦巻状に形成されたプリ
ントコイル14,15と固定接点16,17を有する基
板1に、ほぼコ字形状の鉄心2を嵌合孔に嵌合して両端
21,22を突出させ、鉄心の一端22に磁性接点ばね
3の一端35を固着し、コイルに通電することにより磁
性接点ばねの中間部を吸引させ、自由端に設けられた可
動接点33,34を固定接点16,17と接触又は困難
させるようにした波形リレーなどが考案されている(例
えば、特開平1−292725号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現在、各種用途におい
て電磁リレーが使用されているが、従来から小形化,低
価格化することが強く要請されている。
【0004】小形化のためには、接点ばね,鉄心,プリ
ント基板などの精密加工が要求されるが、現状は機械加
工で得られる微小寸法,及び精度の限界に近い。一方、
製造面では、これらはリレー毎に種々の部品を組立てる
個別組立方式とせざると得ないため、量産における能率
が低く、低価格化が困難である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では、従来の金属
に代えてシリコンを用いてリレーと構成し、半導体デバ
イス製造に用いられている微細フォトリソグラフィー技
術と異方性エッチング技術を応用して微細加工を行な
い、リレーの超小形化を実現するとともに、ウェハ単位
で多数のリレーを一括組立てする方式を採用することに
より、量産性を大幅に向上し、低価格化の実現が可能な
リレー構造としている。
【0006】具体的には、金属蒸着や高濃度の不純物イ
オン打込み等によって、シリコン表面に微細な渦巻状の
平面コイルを形成するとともに、シリコンの異方性エッ
チング加工によって可動コイル,接点ばね,ヒンジばね
の微細な形状を形成する構造として超小形化を実現す
る。
【0007】さらに、これらの可動コイル,可動接点,
固定接点を多数形成したウェハを接合し、一括組立てし
た後、スクライビング分割することにより量産性を向上
して低価格化と実現する。
【0008】
【実施例】本発明の第1の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0009】図1(a)はリレーの可動接点の上面図
(b),(c)は図1(a)のA−A′,B−B′断面
図である。可動接点基板1は金属の蒸着又は高濃度の不
純物イオンの打込み等によって形成された渦巻状コイル
14,先端に可動接点33,34を有し、可動コイル部
10に連結して形成された可動接点ばね3,3′、これ
らを囲む枠4,可動コイル部と可動接点ばねを回転可能
な状態で支持し、枠に固定する捩りヒンジばね5,5′
から成る。コイル及び可動接点はヒンジばねを通る配線
61〜64によって、枠に形成されたワイヤボンディン
グパッド71〜74に接続される。可動接点基板の可動
コイル部,可動接点ばね,ヒンジばねはシリコンの異方
性エッチングにより形成される。
【0010】図2は固定接点基板の下面図である。固定
接点基板1′の下面には、可動接点に対向する位置に固
定接点16,17が形成されており、配線65,66に
より接続パッド77′,78′に接続されている。固定
接点基板はその下面が可動接点基板の上面と対向するよ
うに枠部において接着され、同時に固定接点は配線及び
接続パッドを通して可動接点基板上の接続パッド77,
78及び配線65,66を経てボンディングパッド7
5,76に導びかれる。
【0011】図3はリレー組立後における、図1(a)
のA−A′,B−B′位置の断面図である。接着された
二つの基板はパッケージのリードフレーム8上にマウン
トされ、可動接点基板上のボンディングパッドからリー
ドフレームにワイヤボンド接続される。接合された基板
の両側には永久磁石9,9′が配置される。
【0012】図3(a)の断面図はコイルに駆動電流が
導電され、リレーの動作した状態を示している。永久磁
石は渦巻状矩形コイル面に平行な磁界を生ずるので、コ
イルに駆動電流を流すと、コイルのY方向の二辺には互
いに逆方向の電流が流れるため、フレミングの左手法則
に従ってコイル面に垂直で互いに逆方向の電磁力が発生
する。コイルのX方向の辺では磁界と電流の方向が一致
するので電磁力は発生しない。従って、コイルにはY方
向の軸のまわりの回転トルクが作用し、コイルはヒンジ
ばねを捩るように回転する。これに伴なってコイル部に
固定された可動接点ばねも回転し、先端の可動接点34
が固定接点17に接触する。駆動電流を断てば電磁力は
消滅し、コイル及び可動接点はヒンジばねの復元力によ
り復旧し、閉成していた接点は開離する。駆動電流の方
向の逆転すれば可動接点33が固定接点16に接触す
る。
【0013】本発明の第二の実施例について説明する。
【0014】図4(a)は可動接点基板の上面図
(b),(c)はA−A′及びB−B′断面図である。
可動接点基板1は中央の可動部10に連結した二本の梁
5,5′、一端を梁に固定された可動接点ばね3,
3′、梁を固定する枠4から成る。梁の上面には渦巻状
平面コイルの一部14,15が形成され、可動接点ばね
の先端には可動接点33,34が形成されている。また
枠にはワイヤボンディングパッド71〜76,接続パッ
ド77,78が形成され、コイル及び可動接点は梁を通
る配線61,63等によってこれらのパッドに接続され
る。可動接点基板の可動部,可動接点ばね,梁はシリコ
ンの異方性エッチングによって形成される。
【0015】固定接点基板,組立方法,永久磁石の配置
については第一の実施例と同様である。
【0016】図5(a)はリレー組立後における図4
(a)のB−B′の位置の断面図で、コイルに駆動電流
が通電され、リレーが動作している状態を示す。
【0017】永久磁石はコイル面に平行なX方向の磁界
を生ずるので、コイルに図示の向きの駆動電流に流す
と、梁の表面に形成された二つのコイル部分には同方向
の電流が流れ、コイル面に垂直で互いに同じ方向の電磁
力が生ずる。これによって、梁中央の可動部10に連結
した可動接点ばねはコイルに垂直で上向きの方向に変位
して、先端の可動接点は固定接点に接触する。コイルの
電流を断てば電磁力は消滅し、梁の復元力によってコイ
ルは復旧し、接点は開離する。
【0018】本発明の第三の実施例について説明する。
【0019】図6(a)は可動接点基板の上面図
(b),(c)は図6(a)のA−A′及びB−B′断
面図である。可動接点基板1は先端に可動接点33を有
する可動部10と、これを両側から支える多数の梁5a
〜5lと、これらの梁を固定する枠4とから成る。可動
部と梁の表面には渦巻状の矩形コイルの一部分14が形
成されている。枠には固定接点16,配線6,ワイヤボ
ンディングパッド71〜74が形成されている。
【0020】可動接点基板は上下方向に着磁された永久
磁石9の磁極面に接着され、さらにリードフレームにマ
ウント後パッケージされる。
【0021】永久磁石はコイル面に垂直な方向の磁界を
生ずるので、コイルに駆動電流を流すと、コイル面に平
行なY方向の電磁力を生じ、可動部はY方向に変位す
る。このため、可動部先端の可動接点は枠に設けられた
固定接点に接触する。駆動電流を断てば、可動部は梁の
復元力によって復旧し、閉じていた接点は開離する。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はシリコン
を用いてリレーを構成し、微細フォトリソグラフィー技
術を用いてその表面にコイルを形成し、さらに異方性エ
ッチングにより可動部,それを支持するばね,可動接点
ばね等を形成することによって超力形のリレーが実現で
きる。
【0023】また、ウェハ単位で多数のリレーを一括組
立できるので、量産性が高く、リレーの低価格化が実現
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のリレーの可動接点基板
を示し、(a)は上面図、(b),(c)は断面図を示
す。
【図2】本発明の第1の実施例のリレーの固定接点基板
を示し、(a)は下面図、(b),(c)は断面図を示
す。
【図3】本発明の第1の実施例のリレーの組立断面図を
示し、(a)は動作状態に設けるX方向断面図,(b)
はY方向断面図を示す。
【図4】本発明の第2の実施例のリレーの可動接点基板
を示し、(a)は上面図、(b),(c)は断面図を示
す。
【図5】本発明の第2の実施例のリレー動作状態におけ
る組立断面図を示す。
【図6】本発明の第3の実施例のリレーの可動接点基板
を示し、(a)は上面図、(b),(c)は断面図を示
す。
【図7】従来の電磁リレーの分解斜視図を示し、(a)
は基板、(b)は鉄心、(c)は接点ばね、(d)は端
子をそれぞれ示す、
【符号の説明】
1 可動接点基板 1′ 固定接点基板 2 鉄心 3,3′ 可動接点ばね 4 枠 5,5′、5a〜5l 復旧ばね(ヒンジばね,梁) 61〜66 配線 71〜78 パッド 10 可動部 12,13 嵌合穴 14,15 渦巻状コイル 16,17 固定接点 21,22 端部 33,34 可動接点 35 端部 8 リードフレーム 9,9′ 永久磁石

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンをエッチング加工して形成され
    る超小形リレーにおいて、表面に渦巻状コイルの全部又
    は一部を有する可動コイル部と、可動コイル部に固定さ
    れて連動し、かつ可動接点と可動接点への配線を有する
    可動接点ばね部と、可動コイル部及び可動接点部を支
    え、コイル及び可動接点への配線を有する支持ばね部
    と、支持ばね部の一端を固定し、表面に配線及び接続用
    及びワイヤボンディング用のパッドを有する枠部とを有
    する可動接点基板と、前記可動接点に対向する固定接
    点,配線,接続パッドとを有し、可動接点基板に対向接
    合される固定接点基板と、接合された両基板に近接して
    配置される永久磁石と、これらを搭載する基板又はリー
    ドフレームとを備えたことを特徴とするシリコン超小形
    リレー。
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