JPH07161274A - シリコン超小形リレー - Google Patents
シリコン超小形リレーInfo
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- JPH07161274A JPH07161274A JP5308238A JP30823893A JPH07161274A JP H07161274 A JPH07161274 A JP H07161274A JP 5308238 A JP5308238 A JP 5308238A JP 30823893 A JP30823893 A JP 30823893A JP H07161274 A JPH07161274 A JP H07161274A
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- JP
- Japan
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- movable
- coil
- movable contact
- contact
- substrate
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H50/00—Details of electromagnetic relays
- H01H50/005—Details of electromagnetic relays using micromechanics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H50/00—Details of electromagnetic relays
- H01H50/005—Details of electromagnetic relays using micromechanics
- H01H2050/007—Relays 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)
Abstract
(57)【要約】
【目的】シリコン材料を用いて、フォトリソグラフィー
や異方性エッチング，ウェハ接着等により一括形成・組
立できる超力形で、量産性に富む低価格なリレーを実現
する。 【構成】シリコン基板１に深い梁５で支えられた可動部
１０を形成し、可動部の表面に渦巻状コイル１４を形成
するとともに可動部に連結して先端に可動接点３３を有
する可動接点ばね３を形成する。この基板に対向して固
定接点を有する基板を接着し、接合した二枚の基板の両
側に永久磁石を配置する。コイルに通電することにより
コイルを有する可動部とそれに連結した可動接点ばねが
回転し、接点の接触が行なわれる。この構成により極め
て子形で低価格な電磁リレーが実現できる。
や異方性エッチング，ウェハ接着等により一括形成・組
立できる超力形で、量産性に富む低価格なリレーを実現
する。 【構成】シリコン基板１に深い梁５で支えられた可動部
１０を形成し、可動部の表面に渦巻状コイル１４を形成
するとともに可動部に連結して先端に可動接点３３を有
する可動接点ばね３を形成する。この基板に対向して固
定接点を有する基板を接着し、接合した二枚の基板の両
側に永久磁石を配置する。コイルに通電することにより
コイルを有する可動部とそれに連結した可動接点ばねが
回転し、接点の接触が行なわれる。この構成により極め
て子形で低価格な電磁リレーが実現できる。
Description
【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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
は基板、（ｂ）は鉄心、（ｃ）は接点ばね、（ｄ）は端
子をそれぞれ示す、
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)
- 【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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5308238A JP2560629B2 (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | シリコン超小形リレー |
| US08/354,102 US5557132A (en) | 1993-12-08 | 1994-12-06 | Semiconductor relay unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5308238A JP2560629B2 (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | シリコン超小形リレー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161274A true JPH07161274A (ja) | 1995-06-23 |
| JP2560629B2 JP2560629B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17978602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5308238A Expired - Fee Related JP2560629B2 (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | シリコン超小形リレー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5557132A (ja) |
| JP (1) | JP2560629B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003181799A (ja) * | 2001-12-14 | 2003-07-02 | Omron Corp | 接点支持機構、接点開閉器、計測装置及び無線機 |
| CN113821923A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-21 | 安徽理工大学 | 一种两端固定深梁力学解的方法 |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3465940B2 (ja) * | 1993-12-20 | 2003-11-10 | 日本信号株式会社 | プレーナー型電磁リレー及びその製造方法 |
| FR2742917B1 (fr) * | 1995-12-22 | 1998-02-13 | Suisse Electronique Microtech | Dispositif miniature pour executer une fonction predeterminee, notamment microrelais |
| US5945898A (en) * | 1996-05-31 | 1999-08-31 | The Regents Of The University Of California | Magnetic microactuator |
| JP2998680B2 (ja) * | 1997-02-27 | 2000-01-11 | 日本電気株式会社 | 高周波リレー |
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