專利名稱：微型繼電器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件例如微型繼電器，特別涉及微型繼電器、矩陣?yán)^電器和微型繼電器芯片，其具有的觸點是通過單晶薄片狀基片構(gòu)成的可動片的彎曲來開啟和關(guān)閉的。
背景技術(shù)：
通常，作為繼電器例如有使用電磁鐵的電磁繼電器。但是，必須使用機(jī)械部件的繼電器很難減小尺寸。而且，具有很大慣性力的機(jī)械部件的可動部件會產(chǎn)生不利的疲勞斷裂并且缺乏耐用性。
作為一種小尺寸繼電器，還有半導(dǎo)體開關(guān)器件，但是該器件不利的是在接通其觸點時有很大的電阻，頻率特性退化以及其輸入和輸出之間的和其各同極接線端之間的絕緣特性降低。
針對上述問題，本發(fā)明的第一目的在于提供一種超小型微型繼電器，在接通其觸點時的電阻較小，同時具有期望的抗震性、頻率特性和絕緣性能。
通常，作為矩陣?yán)^電器例如有在日本專利申請公開平7-29473的已有技術(shù)中公開的一種。該矩陣?yán)^電器是由所需數(shù)量的電磁鐵構(gòu)成的電磁鐵陣列，電磁鐵是通過圍繞固定的接觸鐵心卷繞螺線管獲得的，其中通過驅(qū)動設(shè)置在簧片上的可動彈簧接觸來實現(xiàn)觸點的開啟和關(guān)閉。
但是，上述矩陣?yán)^電器具有通過圍繞固定的接觸鐵心卷繞螺線管獲得的電磁鐵作為部件，這對器件的小型化、特別是在厚度的降低上存在限制。
多數(shù)部件不是平坦的，這意味著不能在一個方向上疊置，這造成了組裝麻煩及生產(chǎn)率低的問題。
針對上述問題，本發(fā)明的第二目的在于提供一種可以容易低組裝的超小型矩陣?yán)^電器。
而且，通常作為微型繼電器芯片的電子部件，有日本專利申請公開平7-299765中的圖27和圖28所示的。亦即，電子部件是微型繼電器，是通過把微型繼電器芯片的連接電極與引線框架的外接線端布線鍵合并且用樹脂進(jìn)行封裝所獲得的。
但是，根據(jù)上述電子部件，微型繼電器芯片的整體已被樹脂封裝，因此，難以實現(xiàn)熱輻射。所以，由于內(nèi)部件的發(fā)熱，往往導(dǎo)致故障，工作特性被改變。
上述電子部件需要各個連接，這是通過把微型繼電器芯片的每個連接電極與形成在引線框架上的外接線端布線鍵合。為此原因，需要大量的加工工藝，所以生產(chǎn)率低。此外，因震動等原因會導(dǎo)致布線斷路，這造成了可靠性低的問題。
針對上述問題，本發(fā)明的第三目的在于提供一種電子部件，能夠避免由于加熱而產(chǎn)生的故障和工作特性的改變，具有高的生產(chǎn)率和可靠性。
發(fā)明概述為了實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明的第一方案是微型繼電器，其特征在于，設(shè)置具有驅(qū)動裝置的由單晶組成的薄片狀基片，在底座上支撐可動片的兩端，可動片的至少一個表面設(shè)置有至少一個可動觸點，并且借助于驅(qū)動裝置使可動片彎曲，從而使可動觸點與面對可動觸點的固定觸點接觸和脫離接觸，以便接通和斷開電路。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，通過彎曲單晶構(gòu)成的薄片狀基片使觸點開啟和關(guān)閉，因此該器件可以容易地小型化。而且，由薄片狀基片構(gòu)成的可動片的慣性力較小，所以不容易發(fā)生疲勞故障，從而可以獲得具有優(yōu)異的耐用性的微型繼電器。
可動片具有被支撐的兩端，因此可以獲得不容易受外部震動等影響的微型繼電器，具有穩(wěn)定的工作特性。
而且，可以獲得的微型繼電器，與半導(dǎo)體開關(guān)器件相比，其接通觸點時的電阻極小，并且具有高的頻率特性，其輸入與輸出之間的絕緣性能和其各同極接線端之間絕緣性能均較高。
第二方案是一種微型繼電器，其中，器件晶片通過絕緣膜與處理晶片構(gòu)成的盒狀底座的開口邊緣部位相連接及集成，通過切出一對貫通器件晶片的槽而形成可動片。
根據(jù)第二方案，可動片形成在與處理晶片的盒狀底座相連接及集成的器件晶片上。這種配置可以利用半導(dǎo)體制造技術(shù)整體地實現(xiàn)該制造工藝。
處理晶片和器件晶片通過絕緣膜相互連接和集成，因此可以在比直接連接和集成硅物體低的溫度下，使各晶片彼此連接和集成。為此原因，可以使用低熔點的材料作為固定觸點和可動觸點，以使涉及自由度得以擴(kuò)展。
第三方案是一種微型繼電器，其中，在與設(shè)置在處理晶片底表面上的固定觸點的連接焊盤相對的位置，器件晶片形成有連接用開口部位。
根據(jù)第三方案，利用借助設(shè)置在器件晶片的連接用開口部位的布線鍵合，可以實現(xiàn)與外部的連接。這樣可使微型繼電器本身的布線結(jié)構(gòu)簡化，易于制造。
第四方案是一種微型繼電器，其中，連接用開口部位的內(nèi)表面被絕緣膜覆蓋。
根據(jù)第四方案，連接用開口部位的內(nèi)表面被絕緣膜覆蓋。因此，即使進(jìn)行布線鍵合時，布線也不會與硅層接觸，不受驅(qū)動用電源的干擾。
第五方案是一種微型繼電器，其中在器件晶片的上表面上形成散熱片。
根據(jù)第五方案，從可動片產(chǎn)生的熱量，借助形成在器件晶片上表面上的散熱片，快速地散射到外部。這樣改善了在復(fù)原階段的工作特性。
即使微型繼電器彼此集成，散熱片也能有效地輻射熱量，因此可以避免因過熱產(chǎn)生的故障。
第六方案是一種微型繼電器，其中，對可動片預(yù)先使之彎曲和加荷，以便使設(shè)置在其一個表面上的可動觸點與面對可動觸點的固定觸點接觸。
根據(jù)第六方案，薄片狀基片預(yù)先彎曲，使可動觸點與固定觸點接觸，因此可以獲得自保持式微型繼電器，可以顯著地降低功耗。
第七方案是一種微型繼電器，其中，在底座上支撐一對共軸設(shè)置的樞軸，該軸大致從可動觸點的兩側(cè)邊緣部位之間的中央部位突出，預(yù)先使薄片狀基片的一半側(cè)向上彎曲和加荷，對另一半側(cè)預(yù)先使之向下彎曲和加荷，借助于驅(qū)動裝置使各一半側(cè)同時反向地彎曲，從而使兩個電路交替地接通和斷開。
根據(jù)第七方案，薄片狀基片的一半側(cè)可以同時反向地彎曲，以便開啟和關(guān)閉觸點，這樣可使多個電路同時接通和斷開。
第八方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是在薄片狀基片一個表面上層疊的壓電元件。
根據(jù)第八方案，利用壓電元件使可動片彎曲，這樣可以獲得能夠節(jié)省因發(fā)熱產(chǎn)生的功耗的微型繼電器，具有良好的能量效率。
第九方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是形成薄片狀基片一個表面上的加熱層。
根據(jù)第九方案，僅利用加熱層使可動片彎曲，這樣可以獲得所需制造工藝數(shù)量減少的微型繼電器，具有高的生產(chǎn)率。
第十方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置包括形成在薄片狀基片一個表面上的加熱層和在加熱層上經(jīng)過絕緣膜層疊金屬材料形成的驅(qū)動層。
根據(jù)第十方案，通過層疊具有高熱膨脹系數(shù)的金屬材料形成驅(qū)動層，這樣可以獲得具有良好響應(yīng)特性和較大觸點壓力的微型繼電器。
第十一方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置的加熱層由經(jīng)過絕緣膜在薄片狀基片一個表面上層疊金屬材料例如鉑或鈦或者多晶硅組成。
根據(jù)第十一方案，通過在薄片狀基片一個表面上層疊金屬材料或多晶硅，形成加熱層，這樣可以獲得尺寸精度高的加熱層。因此，可以獲得具有均勻工作特性的微型繼電器。
第十二方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是由在薄片狀基片內(nèi)部形成的擴(kuò)散電阻組成的加熱段。
根據(jù)第十二方案，驅(qū)動裝置是在單晶薄片狀基片內(nèi)部形成的擴(kuò)散電阻。因此可以有效地利用產(chǎn)生的熱量，這樣可以獲得日熱損耗小的微型繼電器。
第十三方案是一種微型繼電器，其中，在可動片的正表面或背表面中至少一個上形成絕緣膜，該表面形成有可動觸點。
根據(jù)第十三方案，絕緣膜保證了絕緣特性，防止產(chǎn)生于驅(qū)動裝置的熱量的泄漏。
第十四方案是一種微型繼電器，其中，在可動片的正表面和背表面上形成硅化合物膜，該膜是由氧化硅膜、氮化硅膜等制成并具有不同的厚度值。
根據(jù)第十四方案，硅化合物膜形成在可動片的正表面和背表面上，這樣防止了從可動片產(chǎn)生的熱量泄漏，可以獲得具有良好熱效率的微型繼電器。
第十五方案是一種微型繼電器，其中，由氧化硅膜、氮化硅膜等組成的硅化合物膜，用于在可動片的至少一側(cè)給出接近開始驅(qū)動的臨界值的壓應(yīng)力。
根據(jù)第十五方案，可以從硅化合物膜獲得接近開始驅(qū)動的臨界值的壓應(yīng)力，這樣可以獲得具有良好響應(yīng)特性的微型繼電器。
第十六方案是一種微型繼電器，其中，靠近可動片兩端部位形成至少一個絕熱槽。
根據(jù)第十六方案，靠近可動片兩端部位形成絕熱槽。因此，熱傳導(dǎo)面積變小，可以防止從可動片兩端部位的熱傳導(dǎo)。結(jié)果，可以有效地利用能量，從而可以改善響應(yīng)特性。
第十七方案是一種微型繼電器，其中，用熱導(dǎo)率低的聚合物材料填充絕熱槽。
根據(jù)第十七方案，用熱導(dǎo)率低的聚合物材料填充絕熱槽。按此布置，可以更有效地利用能量，從而可以改善響應(yīng)特性。
第十八方案是一種微型繼電器，其中，借助形成在可動片兩端部位的絕熱硅化合物部位，可動片在底座上延伸。
根據(jù)第十八方案，熱量很難從可動片兩端部位傳導(dǎo)至底座，因而可以實現(xiàn)能量的利用和工作特性的改善。
第十九方案是一種微型繼電器，其中，可動片在可動觸點附近設(shè)置有槽，共軸地形成用于樞軸地支撐可動觸點的一對鉸接部分。
根據(jù)第十九方案，可動觸點被樞軸地支撐，這樣消除了固定觸點對可動觸點一側(cè)的撞擊，提高了接觸可靠性。
第二十方案是一種微型繼電器，其中，可動片根部設(shè)置有用于減輕應(yīng)力聚集的倒圓。
根據(jù)第二十方案，通過在可動片根部設(shè)置倒圓，很難發(fā)生因應(yīng)力聚集產(chǎn)生的疲勞故障，從而延長了使用壽命。
第二十一方案是一種微型繼電器的制造方法，其特征在于，使器件晶片經(jīng)過絕緣膜與處理晶片組成的盒狀底座的開口邊緣部位連接和集成，然后從器件晶片切出一對平行槽，從而形成可動片。
根據(jù)第二十一方案，可以獲得的效果是可以全部利用半導(dǎo)體制造工藝來生產(chǎn)微型繼電器，并且具有高的尺寸精確度。
此外，為了實現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明的第二十二方案是一種矩陣?yán)^電器，其特征在于，提供具有驅(qū)動裝置的單晶組成的薄片狀基片，以絕緣狀態(tài)平行地配置多個可動片，其一個表面設(shè)置有可動觸點，可動片的兩端被固定和支撐在底座上，借助驅(qū)動裝置分別使可動片彎曲，從而使可動觸點與位于上述底座上的蓋罩的頂表面上所形成的固定觸點接觸和脫離接觸，用于接通和斷開電子電路。
第二十三方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是在薄片狀基片一個表面上層疊的壓電元件。
第二十四方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置由在薄片狀基片一個表面上形成的加熱層組成。
第二十五方案是一種微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置由形成在薄片狀基片一個表面上的加熱層和在加熱層上經(jīng)過絕緣膜層疊金屬材料形成的驅(qū)動層構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第二十二、二十三、二十四和二十五方案，通過使由單晶薄片狀基片構(gòu)成的可動片彎曲，可以開啟和關(guān)閉觸點，這樣可以容易地使器件小型化。
此外，由于可動片的慣性力小，所以很難發(fā)生疲勞故障，延長了使用壽命。
此外，可動片的兩端被固定和支撐，這樣可以獲得不易受外部震動等影響的微型繼電器，具有穩(wěn)定的工作特性。
特別是，根據(jù)第二十五方案，提供由金屬材料制成的驅(qū)動層，因此加快了工作特性，改善了響應(yīng)特性。
第二十六方案是一種矩陣?yán)^電器，其中，驅(qū)動裝置經(jīng)過設(shè)置在蓋罩中的通孔可電連接于蓋罩表面上。
第二十七方案是一種矩陣?yán)^電器，其中，固定觸點經(jīng)過設(shè)置在蓋罩中的通孔可電連接于蓋罩的正表面上。
根據(jù)第二十六和二十七方案，可以在蓋罩表面上進(jìn)行內(nèi)部部件的電連接，這樣可使連接工作容易。
第二十八方案是一種矩陣?yán)^電器，其中，暴露于蓋罩表面的通孔上端部位，借助形成在蓋罩表面上的印刷布線，與蓋罩表面上設(shè)置的連接焊盤電連接。
根據(jù)第二十八方案，借助蓋罩表面上設(shè)置的連接焊盤，可以在要求的位置進(jìn)行與外部器件的連接，這樣具有便利的效果。
為了實現(xiàn)上述第三目的，本發(fā)明的第二十九方案是一種電子部件，其特征在于，使玻璃材料制成的蓋罩與硅材料制成的底座連接和集成，對與基片上的內(nèi)部部件組裝的電子部件芯片進(jìn)行樹脂封裝，從而用模塑覆蓋蓋罩，暴露底座底表面。
根據(jù)第二十九方案，由熱導(dǎo)率高于玻璃材料的硅材料制成的底座底表面，暴露于基片之外。這樣可以獲得易于輻射熱量的電子部件，并且能夠防止發(fā)生故障和工作特性的改變。
第三十方案是一種電子部件，其中，借助設(shè)置在蓋罩的通孔，內(nèi)部部件與基片的外接線端電連接。
根據(jù)第三十方案，與已有技術(shù)的例子相反，無需通過布線鍵合進(jìn)行各個電連接，借助設(shè)置在蓋罩的通孔，內(nèi)部部件與基片的外接線端電連接。這種配置簡化了連接工作，提高了生產(chǎn)率和連接可靠性。特別是，如果外接線端由引線框架形成，則加工工序數(shù)量進(jìn)一步減少，提高了生產(chǎn)率。
第三十一方案是一種電子部件，其中，在暴露于基片之外的底座底表面上設(shè)置散熱片。
根據(jù)第三十一方案，通過用于輻射熱量的散熱片可以提高熱輻射效率。這種配置具有更有效地防止因發(fā)熱產(chǎn)生的故障和工作特性的改變的效果。
附圖的簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微型繼電器的剖面示意圖。
圖2A是圖1所示微型繼電器的細(xì)節(jié)平面圖。
圖2B是切開的微型繼電器剖面圖。
圖2C是沿圖2A中的線2C-2C截取的剖面圖，展示了集成狀態(tài)。
圖3A-圖3E是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖4A-圖4D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖5A-圖5D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖6A-圖6D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖7A-圖7D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖8A-圖8D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖9A-圖9D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖10A-圖10D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖11A-圖11D是展示圖1所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖12A是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微型繼電器的平面圖。
圖12B是切開的微型繼電器剖面圖。
圖12C是沿圖12A中的線12C-12C截取的剖面圖，展示了集成狀態(tài)。
圖13A-圖13E是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖14A-圖14D是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖15A-圖15D是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖16A-圖16D是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖17A-圖17D是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖18A-圖18D是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖19是展示圖12A-圖12C所示可動觸點塊的制造工藝的剖面圖。
圖20A是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的微型繼電器的平面圖。
圖20B是切開的微型繼電器剖面圖。
圖20C是沿圖20A中的線20C-20C截取的剖面圖，展示了集成狀態(tài)。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的微型繼電器的透視圖。
圖22是圖21所示微型繼電器的平面圖。
圖23A-圖23J是展示圖21所示微型繼電器的處理晶片的制造工藝的剖面圖。
圖24A-圖24H是展示圖21所示微型繼電器的器件晶片的制造工藝的剖面圖。
圖25A-圖25F是展示圖23A-圖24J所示晶片連接之后的制造工藝的剖面圖。
圖26A-圖26F是展示圖23A-圖24J所示晶片連接之后的制造工藝的剖面圖。
圖27是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的微型繼電器剖面圖。
圖28是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的微型繼電器的透視圖。
圖29是圖28所示散熱片的放大透視圖。
圖30是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的微型繼電器的平面圖。
圖31是根據(jù)本發(fā)明第八實施例的微型繼電器的平面圖。
圖32是根據(jù)本發(fā)明第九實施例的微型繼電器的平面圖。
圖33是根據(jù)本發(fā)明第十實施例的微型繼電器的透視圖。
圖34是根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的微型繼電器的剖面圖。
圖35是根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的微型繼電器的剖面圖。
圖36是根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的微型繼電器的剖面圖。
圖37A是使用壓電元件的微型繼電器的理論工作特性的曲線圖，具體是施加電壓與接觸負(fù)載之間的關(guān)系。
圖37B是施加電壓與位移之間關(guān)系的曲線圖。
圖38A是同時使用加熱層用做驅(qū)動層的微型繼電器的理論工作特性的曲線圖，具體是溫升與接觸負(fù)載之間的關(guān)系。
圖38B是溫升與位移之間關(guān)系的曲線圖。
圖39A是作為矩陣?yán)^電器的第十四實施例的微型繼電器\的平面圖。
圖39B是沿圖39A的線39B-39B截取的剖面圖。
圖40是沿圖39A的線40-40截取的剖面圖。
圖41A是展示圖39A和圖39B的矩陣?yán)^電器的電路的矩陣電路圖。
圖41B是為提供圖41A的更好視圖而重繪的電路圖。
圖42A是根據(jù)本發(fā)明第十五實施例的矩陣?yán)^電器的平面圖。
圖42B是沿圖42A的線42B-42B截取的剖面圖。
圖43是沿圖42A的線43-43截取的剖面圖。
圖44是第十六實施例的透視圖，展示了用于構(gòu)成矩陣?yán)^電器而平行配置的大量可動片。
圖45是由大量繼電器元件構(gòu)成的根據(jù)第十七實施例的矩陣?yán)^電器的電路圖。
圖46是根據(jù)本發(fā)明第十八實施例的電子部件的透視圖。
圖47是圖46所示電子部件的剖面圖。
實施本發(fā)明的最佳模式以下將參考圖1-圖47說明本發(fā)明的實施例。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微型繼電器由可動觸點塊10和固定觸點塊30形成，可動片20的兩端固定和支撐在可動觸點塊的上表面，固定觸點塊30陽極地鍵合在此可動觸點塊10上。這樣，設(shè)置在可動片20上表面的可動觸點25，面對形成在固定觸點塊30的頂表面上的一對固定觸點38和39，同時能夠與固定觸點接觸和脫離接觸。
亦即，如圖2A-2C所示，構(gòu)成可動觸點塊10的底座11由硅晶片、玻璃等制成。
通過把用于在厚度方向使可動片彎曲的驅(qū)動裝置，經(jīng)過絕緣膜與單晶硅等制成的薄片狀基片21上表面集成，由此設(shè)置可動片20。這樣，通過在壓電元件24的正背表面上層疊驅(qū)動用下電極和上電極22和23，構(gòu)成此驅(qū)動裝置。
固定觸點塊30由玻璃、硅等晶片構(gòu)成，形成有輸入和輸出用通孔32和35以及驅(qū)動用通孔33和34。
借助形成在晶片31下表面的印刷布線36和37，輸入和輸出用通孔32和35分別與固定觸點38和39電連接。而且，輸入和輸出用通孔32和35設(shè)置有連接焊盤32a(未示出)和35a，是由導(dǎo)電材料構(gòu)成的并且位于它們的下端部位，以便提高與印刷布線36和37的連接可靠性。
另一方面，驅(qū)動用通孔33和34設(shè)置有連接焊盤33a和34a，由導(dǎo)電材料構(gòu)成并且位于它們的下端部位，從而通孔可以連接在驅(qū)動用下電極22和上電極23。
根據(jù)本發(fā)明，借助通孔32和35在同一平面對準(zhǔn)連接點，這樣提供了易于連接的優(yōu)點。
以下說明上述微型繼電器的制造方法。
如圖2A-2C所示，本實施例采用通過不同工藝制造可動觸點塊10和固定觸點塊30然后利用陽極鍵合使其相互集成的組裝方法。
應(yīng)注意為了方便說明起見，圖3A-圖10C僅展示了重要的部分的局部剖面圖。
首先，對于如圖3A-3E所示的可動觸點塊10，在用做底座11的第一硅晶片11a的正背表面上，形成熱氧化膜(熱SiO2)，成為用于TMAH(氫氧化四甲銨)腐蝕的掩模材料，第一硅晶片的厚度是400μm并且具有100的結(jié)晶取向。然后，涂敷光刻膠，通過光刻法形成用于進(jìn)行TMAH腐蝕的圖形。接著，腐蝕熱氧化膜，然后去除光刻膠。
接著，如圖4A-4C所示，利用TMAH腐蝕硅晶片11，從而形成空腔，然后在其正背表面上層疊成為掩模材料的氮化硅膜。然后利用干法腐蝕和氧化膜腐蝕，去除在正表面?zhèn)壬系牡枘ず蜔嵫趸ぁ?br> 另一方面，在厚度是400μm以及100結(jié)晶取向的硅晶片的一個表面上，外延生長厚2μm的高濃度B(硼)和Ge(鍺)層。在其表面上外延生長厚20μm的正常濃度B層，從而獲得用于形成薄片狀基片21的第二硅晶片21a。然后，把此第二硅晶片21a的B層放在第一硅晶片11a的上表面，利用直接鍵合與其集成(見圖4D)。
然后如圖5A-5D所示，通過用于減薄的TMAH腐蝕第二硅晶片21a的表面。通過此工藝，在已經(jīng)外延生長的高濃度B和Ge層停止腐蝕，暴露已經(jīng)外延生長的正常濃度B層，從而形成薄片狀基片21。接著，在暴露的B層正表面上形成用做下電極22的保護(hù)膜的LTO(低溫氧化膜)膜，以下將說明。然后利用濺射依次層疊鈦(Ti)和鉑(Pt)，形成下電極22。而且，利用濺射形成鋯鈦酸鉛等的壓電元件(PZT)。
接著，如圖6A-6D所示，涂敷光刻膠，利用光刻法形成壓電膜圖形。然后，利用RIE(反應(yīng)離子腐蝕)腐蝕之后，去除光刻膠，從而形成壓電元件24。然后，利用SOG(在玻璃上的旋涂)涂敷形成絕緣膜。使用SOG的原因是壓電膜被加熱時其性能可能變化，不加熱時趨于形成絕緣膜。然后，涂敷光刻膠，通過光刻法形成圖形。而且，通過去除絕緣膜的中央部位暴露壓電元件24之后，通過濺射淀積成為上電極23的鉑(Pt)薄膜。
接著，如圖7A-7D所示，在鉑薄膜上涂敷光刻膠，通過光刻法形成上電極23的圖形。然后，腐蝕掉不必要的鉑，形成上電極23，去除光刻膠。而且，涂敷光刻膠，通過光刻法形成用于腐蝕位于下電極22和上電極23之間的SOG絕緣膜的圖形。
接著，如圖8A-8D所示，利用光刻法腐蝕SOG的絕緣膜，用于形成下電極22和上電極23之間的絕緣膜的圖形，之后去除光刻膠。然后，利用濺射或采用LTO的方法，形成用于使上電極23和可動觸點25之間絕緣的絕緣膜SiO2，以下將說明。而且，通過濺射依次層疊可動觸點材料Cr和Au。
然后，如圖9A-9C所示，涂敷光刻膠，通過光刻法形成圖形。接著，利用腐蝕去除不必要的可動觸點材料，用于形成可動觸點25和連接底座26，之后去除光刻膠。
而且，如圖10A-10C所示，涂敷光刻膠并且通過光刻法形成圖形。然后，去除絕緣膜，暴露下電極22和上電極23的一端，之后去除光刻膠，從而完成設(shè)置有可動片20的可動觸點塊10。
對于如圖11A-11E所示固定觸點塊30，通過玻璃晶片31形成輸出和輸入用通孔32和35以及驅(qū)動用通孔33和34。然后，依次形成保證工作空間的凹入部位31a和配置固定觸點38和39的凹入部位31b。然后，在玻璃晶片31的凹入部位31a和31b上淀積導(dǎo)電材料，通過光刻法腐蝕掉不必要的導(dǎo)電材料，從而形成印刷布線36和37。而且，通過淀積導(dǎo)電材料并且通過光刻法對其腐蝕，形成固定觸點38和39以及連接焊盤32a(未示出)、33a、34a和35a，從而完成固定觸點塊30。應(yīng)注意連接焊盤33a具有較厚的膜厚，用于與下電極22的電連接。
最后，如圖2A-2C所示，通過把固定觸點塊30放在可動觸點塊10上，使其陽極鍵合，完成組裝。
根據(jù)本實施例，設(shè)置在固定觸點塊30上的通孔35的連接焊盤35a，與設(shè)置在可動觸點塊10上的連接底座26壓力接觸。按此布置，保證了通孔35和連接焊盤35a之間的連接，提供了提高連接可靠性的優(yōu)點。應(yīng)注意通孔32具有相同的結(jié)構(gòu)。
以下將說明此第一實施例的微型繼電器的工作。
首先，如果對壓電元件24未施加電壓，則可動片20保持平坦，可動觸點25與一對固定觸點38和39分離。
接著，如果通過下電極22和上電極23對壓電元件24施加電壓，則壓電元件24向上彎曲。通過此操作，可動片20被彎曲，上推可動觸點25，此可動觸點25與一對固定觸點38和39接觸，從而接通電路。
然后，如果斷開施加在壓電元件24的電壓，則通過薄片狀基片21的彈性力，可動片20被恢復(fù)到初始狀態(tài)，可動觸點25與固定觸點38和39分離。
應(yīng)注意壓電元件不限于上述一種，可以使用形狀記憶壓電元件，施加電壓時在厚度方向形變，即使斷開電壓也保持其形變狀態(tài)。
此外，采用如下設(shè)計，即從上述實施例中的硅化合物膜例如氧化硅膜或氮化硅膜，獲得接近驅(qū)動開始時臨界值的壓應(yīng)力，可以提供通過小輸入獲得大位移的優(yōu)點。應(yīng)注意形成硅化合物膜的位置不限于在薄片狀基片上直接形成的情況，可以在隨機(jī)位置形成該膜。
如圖12A-19所示，構(gòu)成第二實施例，以便利用薄片狀基片21的熱膨脹系數(shù)和通過層疊金屬材料在其上表面形成的驅(qū)動層28的熱膨脹系數(shù)之間的差的優(yōu)點，使可動片20彎曲，從而開啟和關(guān)閉觸點。因此，第二實施例與第一實施例不同之處在于，利用在第一實施例中的壓電元件24厚度方向的彎曲的優(yōu)點開啟和關(guān)閉觸點。
應(yīng)注意第二實施例的組裝是通過使可動觸點塊10與固定觸點塊30陽極鍵合，可動觸點塊10的兩端被可動片20支撐，與第一實施例相同。
構(gòu)成可動觸點塊10的底座11與上述第一實施例相同，因此不再對其說明。
在薄片狀基片21的表面層內(nèi)形成的加熱層27上，經(jīng)過絕緣膜層疊金屬材料，形成驅(qū)動層28，并且再經(jīng)過絕緣膜形成可動觸點25，由此提供可動片20。然后，在加熱層27的兩端部位暴露出連接焊盤27a和27b。
通過在玻璃晶片31上形成輸入和輸出用通孔32和35以及驅(qū)動用通孔33和34，提供固定觸點塊30，與上述第一實施例相同。然后，通過印刷布線36和37使輸入和輸出用通孔32和35與固定觸點38和39電連接。而且，在通孔32、33、34和35的下端部位，分別形成由導(dǎo)電材料形成的連接焊盤32a、33a、34a和35a。應(yīng)注意未示出連接焊盤32a和35a。
以下，將說明具有上述結(jié)構(gòu)的微型繼電器的制造方法。
應(yīng)注意為了便于說明，圖13A-19是僅展示了重要部分的局部剖面圖。而且，如圖13A-14D所示，在底座11上形成薄片狀基片21的工藝與第一實施例的相同，因此未對其進(jìn)行說明。
因此，如圖15A-15D所示，在薄片狀基片21上涂敷光刻膠，通過光刻法形成成為加熱層27的部位圖形。而且，對暴露的薄片狀基片21的表面層注入B(硼)離子。接著，去除光刻膠，進(jìn)行加熱激活注入的B離子，提高電阻。
然后，如圖16A-16D所示，層疊LTO(低溫氧化膜)以便使加熱層27絕緣。另外，涂敷光刻膠，通過光刻法形成用于接觸孔的圖形。隨后，去除不必要的氧化膜，形成加熱層27的接觸孔，之后去除光刻膠。接著，通過濺射在其表面上層疊用于形成驅(qū)動層28和連接部位27a和27b的金屬薄膜。
如圖17A-17D所示，涂敷光刻膠，通過光刻法形成用于形成驅(qū)動層28和連接部位27a和27b的圖形。然后，通過腐蝕去除不必要的金屬薄膜，形成驅(qū)動層28和連接部位27a和27b，去除光刻膠。接著，依次層疊低溫氧化膜構(gòu)成的絕緣膜和濺射形成的金屬薄膜。
接著，如圖18A-18D所示，涂敷光刻膠，通過光刻法形成用于可動觸點25和連接底座26的圖形。通過腐蝕去除金屬薄膜的不必要部位之后，去除光刻膠。而且，涂敷光刻膠，通過光刻法形成用于與加熱層27連接的接觸孔的圖形。然后，通過對絕緣膜布圖去除接觸孔上的絕緣膜，從而暴露連接部位27a和27b。
然后，通過去除如圖19所示的光刻膠，完成支撐可動片20兩端的可動觸點塊10。
另一方面，幾乎與上述第一實施例相同地形成第一固定觸點塊30，因此不再對其進(jìn)行說明。
最后，如圖12B所示，把固定觸點塊30放在可動觸點塊10之上，通過陽極鍵合使它們相互連接和集成，完成組裝工作。
根據(jù)本實施例，設(shè)置在通孔35(未示出)下端部位的連接焊盤35a，與為可動觸點塊10設(shè)置的連接底座部位26加壓接觸。這種配置保證了通孔35與印刷布線37的連接，提供了連接可靠性提高的優(yōu)點。應(yīng)注意通孔33具有相同的結(jié)構(gòu)。
以下說明第二實施例的工作。
首先，如果對加熱層27未加電壓，則加熱層27不發(fā)熱。為此原因，可動片20保持平坦，可動觸點25與固定觸點38和39分離。
接著，如果通過連接部位27a和27b對加熱層27加電壓，以便對其加熱，利用加熱層27的發(fā)熱對驅(qū)動層28加熱，以便膨脹。此驅(qū)動層28具有的熱膨脹系數(shù)大于薄片狀基片21的。為此原因，可動片20被彎曲，從而其上表面成為曲面，可動觸點25與一對固定觸點38和39接觸，從而接通電路。
然后，如果斷開加在加熱層27上的電壓，以便停止發(fā)熱，然后驅(qū)動層收縮。通過此操作，利用薄片狀基片21的彈性力使可動片20復(fù)位到初始狀態(tài)，可動觸點25與固定觸點38和39分離。
根據(jù)本實施例，因加熱層27發(fā)熱而膨脹的驅(qū)動層28的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于薄片狀基片21的熱膨脹系數(shù)。為此原因，本實施例具有響應(yīng)特性良好以及可以獲得大的接觸壓力的優(yōu)點。
如圖20A-20C所示，構(gòu)成第三實施例，以便利用薄片狀基片21的熱膨脹系數(shù)和形成在薄片狀基片21的表面層部位內(nèi)的加熱層27的熱膨脹系數(shù)之間的差。為此原因，第三實施例與上述第二實施例的不同之處在于，第二實施例利用薄片狀基片21的熱膨脹系數(shù)和金屬材料制成的驅(qū)動層28的熱膨脹系數(shù)之間的差。應(yīng)注意絕緣膜29是用于使可動觸點25與加熱層27絕緣。
本實施例的制造幾乎與上述第二實施例相同，只是未設(shè)置金屬材料制成的驅(qū)動層28，因此對其不進(jìn)行說明。
以下將說明此第三實施例的操作。
首先，如果對加熱層27不加電壓，則加熱層27不發(fā)熱。因此，可動片20保持平坦，可動觸點25與一對固定觸點38和39分離。
接著，如果通過連接板問27a和27b對加熱層27加電壓，則加熱層27發(fā)熱。為此原因，加熱層27本身膨脹，薄片狀基片21因被此加熱層27加熱而膨脹。但是，加熱層27具有的熱膨脹系數(shù)大于薄片狀基片21的，可動片20形變，從而其上表面成為曲面。為此原因，可動觸點25與一對固定觸點38和39接觸，從而接通電路。
然后，如果斷開對加熱層27施加的電壓，從而停止加熱層27的發(fā)熱，則加熱層27收縮。通過此操作，利用薄片狀基片21的彈性力可動片20復(fù)位到初始狀態(tài)，可動觸點25與固定觸點38和39分離。
根據(jù)本實施例，與第二實施例不同，無需設(shè)置金屬材料制成的驅(qū)動層28，加熱層27可以同時地用做驅(qū)動層。這種配置具有的優(yōu)點是微型繼電器的制造工藝數(shù)量少于第二實施例的制造工藝數(shù)量，可以獲得高的生產(chǎn)率。
雖然根據(jù)薄片狀基片21的表面層部位內(nèi)的加熱層27的形成，已經(jīng)說明了上述實施例，但是本發(fā)明并不總是限于此，可以在薄片狀基片21表面上層疊鉑、鈦等金屬材料，用于層的形成。
如圖21所示，如下構(gòu)成第四實施例，以使硅器件晶片50構(gòu)成的蓋罩51與硅處理晶片40構(gòu)成的盒狀底座41的開口邊緣部位連接和集成。
在其中形成了熱氧化膜43的凹入部位42的底表面上，橫向?qū)ΨQ地形成連接焊盤44、印刷布線45和固定觸點46，設(shè)置上述盒狀底座41。
另一方面，其正背表面形成有氧化膜52和53的蓋罩51，通過切割一對平行槽54和54，處理成可動片55。此可動片55形成有由具有大致為托架狀平面形狀的擴(kuò)散電阻器構(gòu)成的加熱段56。加熱段56的兩端與從上述氧化膜52暴露的連接焊盤57和57連接。而且，與固定觸點46和46接觸和脫離接觸的可動觸點58設(shè)置在可動片55的下表面。而且，蓋罩51在對應(yīng)于連接焊盤44和44的位置形成有連接用開口部位59和59。
接著，以下將參考圖23A-26F說明根據(jù)第四實施例的微型繼電器的制造方法。
應(yīng)注意圖23A-26F的左側(cè)所示的剖面圖是沿圖22中的線23A-23A截取的剖面圖，而圖23A-26F的右側(cè)所示的剖面圖是沿圖22中的線23B-23B截取的剖面圖。
如圖23A-23J所示，成為盒狀底座41的處理晶片40是摻雜型并且具有隨機(jī)的取向。利用濕法腐蝕或者干法腐蝕在此處理晶片40的下表面形成對準(zhǔn)掩模47(圖23C和23D)。隨后，對準(zhǔn)掩模47相對于腐蝕掩模定位，利用濕法腐蝕或者干法腐蝕在此處理晶片40的上表面形成凹入部位42(圖23E和23F)。而且，對晶片進(jìn)行熱氧化形成氧化膜，之后去除位于外側(cè)表面和下表面的熱氧化膜(圖23G和23H)。剩余氧化膜43用于絕緣固定觸點46并且有助于以下所述的低溫鍵合。然后，在位于凹入部位42底表面上的氧化膜43的上表面，形成連接焊盤44、印刷布線45和固定觸點46，從而獲得盒狀底座41(圖23I和23J)。
作為形成固定觸點46等的方法，除了濺射、淀積等半導(dǎo)體工藝之外還可以使用絲網(wǎng)印刷法和電鍍法。應(yīng)注意上述絲網(wǎng)印刷法可以形成相對厚的金屬膜(達(dá)約10μm的厚度)，這種配置有利于形成固定觸點46等。應(yīng)注意絲網(wǎng)印刷法必需在約900℃溫度的燒結(jié)工藝。
作為固定觸點46等的材料，可以列舉例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd或Cd的單一物質(zhì)和這些物質(zhì)的化合物。
另一方面，如圖24A-24H所示，使用p-型SOI晶片作為形成可動片55的器件晶片50。首先，通過向位于器件晶片50下表面?zhèn)壬系墓璞幼⑷肓纂x子，使離子擴(kuò)散直到它們達(dá)到掩埋絕緣膜52，形成加熱段56(圖24C和24D)。而且，在器件晶片50的整體上形成熱氧化膜，因此去除其它熱氧化膜，而僅保留下表面上的熱氧化膜53(圖24E和24F)。留在下表面的熱氧化膜53用于絕緣可動觸點58，并且有利于下述的低溫鍵合。然后，與上述固定觸點46和46相同，利用濺射、淀積等在熱氧化膜53下表面上形成可動觸點58(圖24G和24H)。
然后，如圖25A和25B所示，使器件晶片50與盒狀底座41連接集成。
通常，硅物件在約1000℃的結(jié)溫相互直接連接集成。與此相反，根據(jù)本實施例，它們借助熱氧化膜43和53相互連接集成。因此，它們可以在不大于450℃的低溫相互連接集成。為此原因，例如可以使用具有低熔點的Au、Ag、Pt、Pd等金屬用做觸點材料，這樣提供了擴(kuò)展設(shè)計自由度的優(yōu)點。
接著，采用TMAH、KOH等堿性腐蝕溶液，去除器件晶片50上表面上的硅。此堿性腐蝕溶液具有的氧化膜腐蝕速率遠(yuǎn)小于硅腐蝕速率。為此原因，可以獲得膜厚準(zhǔn)確度高的氧化膜/硅/氧化膜的夾層結(jié)構(gòu)(圖25C和25D)。
此外，去除屬于絕緣膜52并且形成連接焊盤57和57的部位，從而暴露加熱段56的邊緣部位(圖25E和25F)。然后，如圖26A和26B所示，向暴露的加熱段的邊緣部位注入磷離子，以便在加熱段56和連接焊盤57之間獲得歐姆接觸。隨后，連接焊盤57和57由Al、Au等形成(圖26C和26D)。最后，部分去除氧化膜/硅/氧化膜，切出一對平行槽54和54，從而形成可動片55(圖26E和26F)，并且形成連接用開口部位59和59(圖21)?？梢酝ㄟ^借助連接用開口部位59的布線鍵合，使連接焊盤44和44與外部連接。
以下說明具有上述結(jié)構(gòu)的微型繼電器的工作。
如果不對驅(qū)動用連接焊盤57和57施加電流，則加熱段56不發(fā)熱。由于可動片55是平直的，所以可動觸點58與固定觸點46和46分離。
如果對驅(qū)動用連接焊盤57和57施加電流，則加熱段56發(fā)熱，使可動片55因加熱而膨脹。由此操作，可動片55彎翹，可動觸點58與固定觸點46和46接觸。
隨后，如果停止上述電流輸入，則可動片55的溫度降低而收縮。由此操作，可動片55恢復(fù)到初始狀態(tài)，可動觸點58與固定觸點46和46分離。
根據(jù)本實施例，在可動片55內(nèi)形成加熱段56，其正和背表面也覆蓋氧化膜52和53，因此加熱損耗小。為此原因，可以獲得響應(yīng)特性高、功耗小的微型繼電器。
如圖27所示，構(gòu)成本發(fā)明的第五實施例，以使可動片55其根部設(shè)置有倒圓55a。這種配置具有的優(yōu)點是緩和了應(yīng)力聚集并且提高了耐用性。
如圖28和29所示，構(gòu)成第六實施例，以便在除可動片55之外的蓋罩51的上表面上，通過干法腐蝕形成散熱片51a。這種配置提供的優(yōu)點例如是在平行配置大量微型繼電器的情況下，避免來自外部熱干擾，防止工作特性發(fā)生變化。
還可以僅在可動片55上表面上設(shè)置散熱片51a，或者在蓋罩51整個表面上設(shè)置散熱片51a。
如圖30所示，構(gòu)成第七實施例，對可動片55設(shè)置圍繞可動觸點58的一對大致為懸架狀槽55b和55b，用于形成一對鉸接部位55c和55c，從而樞軸地支撐可動觸點58。
根據(jù)本實施例，可動觸點58與固定觸點46和46接觸時，可動觸點58借助鉸接部位55c和55c樞軸旋轉(zhuǎn)。這種配置具有的優(yōu)點是避免了可動觸點58的一側(cè)撞擊固定觸點46和46，從而提高了接觸可靠性。
根據(jù)第八實施例，如圖31所示，可動片55的底部被氧化硅或氮化硅制成的硅化合物部分55d和55e分隔。按此配置，根據(jù)本實施例，連接焊盤57和57在遠(yuǎn)離加熱段56的硅化合物部分55e的上表面延伸。
通常，硅、氧化硅膜和氮化硅膜的熱導(dǎo)率分別是1.412W/(cmK)、0.014W/(cmK)、0.185W/(cmK)。氧化硅膜和氮化硅膜的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)小于硅的熱導(dǎo)率。為此原因，即使可動片55的加熱段56發(fā)熱，硅化合物部分55d和55e也可防止起因于向外導(dǎo)熱的熱消耗。結(jié)果，優(yōu)點是可以獲得具有優(yōu)異的響應(yīng)特性的節(jié)能型微型繼電器。
如圖32所示，構(gòu)成第九實施例，靠近可動片55的底部形成硅化合物部分55d和55e。特別是，靠近連接焊盤57的硅化合物部分55e是斷續(xù)的。
如圖33所示，構(gòu)成第十實施例，以使連接用開口部位59和59的內(nèi)表面的向外暴露的硅層均被絕緣膜59a覆蓋。
根據(jù)本實施例，其優(yōu)點是與信號連接焊盤44和44鍵合的布線不與蓋罩51的硅層接觸，不受驅(qū)動用電源的干擾。
如圖34所示，第十一實施例幾乎與上述第一實施例相同，不同之處在于可動觸點25和25設(shè)置在可動片20的正和背表面上。其它部分幾乎與上述實施例相同，因此未對其進(jìn)行說明。
如圖35所示，第十二實施例幾乎與上述第一實施例相同。不同之處在于通過預(yù)先使可動片20向固定觸點38和39側(cè)彎曲，可動觸點25與固定觸點38和39接觸，提供常閉的微型繼電器。
按此配置，在復(fù)位狀態(tài)可動觸點25總是與一對固定觸點38和39接觸。如果如上述實施例對驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動，則可動片20抵抗負(fù)荷力反向彎翹，與固定觸點38和39分離。如果停止對驅(qū)動裝置的驅(qū)動，則可動片20被可動片20本身的負(fù)荷力反向彎翹，從而可動觸點25恢復(fù)到初始狀態(tài)，同時與固定觸點38和39接觸。
根據(jù)本實施例，即使在非工作狀態(tài)可動觸點25也與固定觸點38和39接觸，因此，可以獲得功耗小的節(jié)能型微型繼電器。
還可以在可動片20的正和背表面上設(shè)置可動觸點25，從而交替地與多個道路接通和斷開。
如圖36所示，構(gòu)成第十三實施例，利用設(shè)置在底座材料20表面上的兩個可動觸點25a和25b，使不同電路交替開啟和閉合。
亦即，樞軸21b和21b大致地從構(gòu)成可動片20的薄片狀基片21的兩端部位的中央部位突出共軸設(shè)置，樞軸21b和21b與底座11集成。
然后，可動片20的一半側(cè)20a預(yù)先彎曲負(fù)荷，以便具有向下彎曲的形狀，而另一一半側(cè)20b預(yù)先彎曲負(fù)荷，以便具有向上彎曲的形狀。
因此，在對驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動之前，可動觸點25a與一對固定觸點38a和39a分離，而可動觸點25b與一對固定觸點38b和39b接觸。
如果對驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動，則可動片20的一半側(cè)20a反向彎翹，從而具有向上彎曲形狀，以使可動觸點25a與固定觸點38a和39a接觸。同時，可動片20的一半側(cè)20b反向彎翹，從而具有向下彎曲形狀，以使可動觸點25b與固定觸點38b和39b分離。
而且，如果停止對驅(qū)動裝置的驅(qū)動，則可動片20利用其本身的彈性力恢復(fù)到初始狀態(tài)。通過這種操作，可動觸點25a與一對固定觸點38a和39a分離。另一方面，可動觸點25b與固定觸點38b和39b接觸。
雖然本實施例中兩個可動觸點25a和25b配置在可動片20的上表面，但是本發(fā)明并不總是限于此。還可以通過在可動片20的正和背表面均設(shè)置兩個可動觸點，由此同時接通和斷開四個電路。
對于上述第一實施例到第十三實施例的驅(qū)動裝置，當(dāng)然可以根據(jù)需要選擇普通壓電元件的組合、形狀記憶壓電元件、加熱層的單體、由加熱層和金屬材料構(gòu)成的驅(qū)動層或者由擴(kuò)散電阻器構(gòu)成加熱段。
此外，根據(jù)上述實施例，無需為可動觸點設(shè)置印刷布線，僅需要為固定觸點形成印刷布線。為此原因，可以獲得制造工藝數(shù)量少并且生產(chǎn)率高的微型繼電器。
此外，根據(jù)上述實施例，無需為可動片設(shè)置印刷布線。即使可動片發(fā)生翹曲也不會出現(xiàn)印刷布線的斷路，保證了長的使用壽命。
根據(jù)上述實施例，觸點結(jié)構(gòu)成為所謂雙斷的，這樣具有絕緣特性良好的優(yōu)點。
而且，還可以避免當(dāng)通過在真空中或者充有惰性氣體例如氖或氬氣的環(huán)境中驅(qū)動可動片使觸點開啟和關(guān)閉之時產(chǎn)生絕緣物質(zhì)。
(第一實例)在由構(gòu)成可動片的硅晶片構(gòu)成的厚度為20μm的薄片狀基片上表面上，依次層疊厚1.4μm的氧化膜、厚0.3μm的下電極、厚2μm的壓電元件和厚0.3μm的上電極，獲得由可動片構(gòu)成的微型繼電器，整體厚度是24μm，跨度是4mm，寬度是0.8mm，計算觸點負(fù)載和相對于所加電壓的形變量。計算結(jié)果如圖37A和37B所示。
根據(jù)圖37A和圖37B，可以看出僅通過對壓電元件施加電壓的控制就可獲得特定的觸點壓力和位移。
(第二實例)在由構(gòu)成可動片的硅晶片構(gòu)成的厚度為20μm的薄片狀基片表面層部位內(nèi)，形成深度為3μm的加熱層，在加熱層的上表面形成厚1.1μm的絕緣氧化膜，獲得由可動片構(gòu)成的微型繼電器，整體厚度是21.1μm，跨度是4mm，寬度是0.8mm，計算觸點負(fù)載和相對于所加電壓的形變量。計算結(jié)果如圖38A和38B所示。
根據(jù)圖38A和38B，可以看出僅通過控制所加電壓調(diào)節(jié)加熱層的發(fā)熱量，即可獲得特定的位移和觸點壓力。
以下將參考圖39A-圖45說明用于實現(xiàn)第二目的的第十四到第十七實施例的矩陣?yán)^電器。
如圖39A和41B所示，第十四實施例是矩陣?yán)^電器，是在底座110上依次層疊可動片單元120和蓋罩140并且使其彼此連接集成而形成的。
通過在硅晶片110a上表面按特定間距配置平行的四個淺槽111、112、113和114，獲得底座110。
通過配置絕緣狀態(tài)平行的第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124，使其在矩形框架狀硅晶片120a上延伸，獲得可動片單元120。通過在單晶薄片狀基片125的上表面層疊絕緣膜126，再依次層疊下電極127、壓電元件128和上電極129，由此形成第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124。在絕緣膜26中央部位配置絕緣狀態(tài)的可動觸點130。
然后，通過在底座110上堆疊可動片單元120，并且使其彼此連接集成，第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124定位在淺槽111、112、113和114上，其兩端固定和支撐在底座110的開口邊緣部位。
在圖39B中示出的下電極127、壓電元件128和上電極129似乎是被可動觸點130所分隔開，但是，位于左側(cè)和右側(cè)的下電極127、壓電元件128和上電極129與各自對應(yīng)部分電連接。
通過在玻璃晶片140a的下表面上按特定間距配置成為內(nèi)部空間的平行的深槽141、142、143和144，形成蓋罩140，在深槽141、142、143和144對應(yīng)于可動觸點130的位置的頂表面上，設(shè)置一對固定觸點145和146。
借助沿玻璃晶片140a的下表面形成的印刷布線(未示出)，固定觸點145與設(shè)置在玻璃晶片140a上的各個通孔161a、162a、163a和164a連接，引導(dǎo)到蓋罩140的表面。
同樣，借助沿玻璃晶片140a的下表面形成的印刷布線151、152、153和154，固定觸點146與設(shè)置在玻璃晶片140a上的各個通孔161b、162b、163b和164b連接，可以形成與蓋罩140表面的電連接。
然后，通孔161a和162a借助印刷布線155與輸入用第一連接焊盤170電連接，而通孔163a和164a借助印刷布線156與輸入用第二連接焊盤171電連接。并且，通孔161b和163b借助印刷布線157與輸出用第一連接焊盤172電連接。通孔162b和164b借助印刷布線158與輸出用第二連接焊盤173電連接。
四個下電極127與設(shè)置在蓋罩140的驅(qū)動用公共通孔180電連接。另一方面，四個上電極129與設(shè)置在蓋罩140的驅(qū)動用通孔181、182、183和184電連接。
因此，圖41A和41B的電路圖中的輸入端1和2以及輸出端1和2分別對應(yīng)于連接焊盤170和171以及連接焊盤172和173。
圖41A和41B中的Ry1、2、3和4分別對應(yīng)于由上述第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124構(gòu)成的繼電器。
以下將說明具有上述構(gòu)成的矩陣?yán)^電器的工作。
首先，如果對第一可動片121的下電極127和上電極129不施加電壓，則壓電元件128不被激勵，當(dāng)?shù)谝豢蓜悠?21保持平坦，可動觸點130與固定觸點145和146分離。
如果借助驅(qū)動用公共通孔180和驅(qū)動用通孔181施加電壓，從而壓電元件128向上彎曲，則第一可動片121向上彎曲抵抗薄片狀基片125的彈性力。通過此操作，可動觸點130與固定觸點145和146接觸，連接焊盤170和172借助印刷布線155和157從通孔161a和161b相互延續(xù)。
并且，如果中斷上述電壓施加，則在薄片狀基片125的彈性力作用下，第一可動片121恢復(fù)到初始狀態(tài)，可動觸點130與固定觸點145和146分離。
接著，如果借助通孔180和182同樣施加電壓，從而第二可動片122的壓電元件128向上彎曲，則第二可動片122向上彎曲。通過此操作，可動觸點130與固定觸點145和146接觸，連接焊盤170和173借助印刷布線155和158從通孔162a和162b相互延續(xù)。
如果借助通孔180和183施加電壓，從而第三可動片123的壓電元件128向上彎曲，則第三可動片123向上彎曲。通過此操作，可動觸點130與固定觸點145和146接觸，連接焊盤171和172借助印刷布線156和157從通孔163a和163b相互延續(xù)。
而且，如果借助通孔180和184施加電壓，從而第四可動片124的壓電元件128向上彎曲，則第四可動片124向上彎曲。通過此操作，可動觸點130與固定觸點145和146接觸，連接焊盤171和173借助印刷布線156和158從通孔164a和164b相互延續(xù)。
雖然以上根據(jù)普通壓電元件128的使用已經(jīng)說明了第四實施例，其中中斷施加電壓時壓電元件恢復(fù)到初始狀態(tài)。但是，本發(fā)明并不總是限于這種情況，還可以使用形狀記憶壓電元件，即使中斷所加電壓也保持其形變狀態(tài)，當(dāng)在相反方向施加電壓時其恢復(fù)到初始狀態(tài)，以便提供所謂閉鎖式矩陣?yán)^電器。
如圖42A、圖42B和圖43所示，第十五實施例幾乎與上述第一實施例相同，不同之處在于，使用依靠第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124的熱膨脹的形變，與使用壓電元件28的形變的第一實施例不同。
亦即，第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124由加熱層131和驅(qū)動層133構(gòu)成，通過向單晶制成的薄片狀基片125的表面注入硼等，提高加熱層的電阻，驅(qū)動層133是經(jīng)過絕緣膜132層疊金屬材料來形成。然后，在絕緣狀態(tài)下在絕緣膜132的中央部位配置可動觸點130。
以下說明第十五實施例的矩陣?yán)^電器的工作。
例如，如圖42A和42B所示，如果第三可動片123的加熱層131不流過電流，則加熱層131不發(fā)熱，因此，驅(qū)動層133不膨脹。為此原因，第一可動片121保持平坦，其可動觸點130與固定觸點145和146分離。
如果借助驅(qū)動用公共通孔180和驅(qū)動用通孔183在加熱層131流過電流，則加熱層131發(fā)熱，從而對薄片狀基片125和驅(qū)動層133加熱。但是，驅(qū)動層133的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于薄片狀基片125的熱膨脹系數(shù)，因此第三可動片123向上彎曲抵抗薄片狀基片125的彈性力。通過此操作，可動觸點130與固定觸點145和146接觸。接著，連接焊盤170和172借助印刷布線156和157從通孔163a和163b相互延續(xù)。
而且，如果中斷上述所加電壓，則第三可動片123抵抗薄片狀基片125的彈性力恢復(fù)到初始狀態(tài)，可動觸點130與固定觸點145和146分離。
應(yīng)注意其它第一、第二、第三和第四可動片121、122、123和124的工作與第十四實施例的相同，因此不再對其說明。
每個可動片可以僅由作為驅(qū)動裝置的加熱層形成。此外，可以通過在薄片狀基片表面上層疊鉑、鈦等金屬材料或者多晶硅形成加熱層。
雖然根據(jù)平行配置四個可動片的矩陣?yán)^電器，已經(jīng)說明了上述實施例，但是本發(fā)明并不總是限于這種情況。如第十六實施例的圖44或者第十七實施例的圖45所示，本發(fā)明當(dāng)然還可以應(yīng)用于平行配置多于四個可動片的矩陣?yán)^電器。作為這種情況中的固定觸點的連接方法，例如有借助設(shè)置在蓋罩的通孔在蓋罩表面上形成多層結(jié)構(gòu)的印刷布線的連接方法。
以下將參考圖46和47說明根據(jù)用于實現(xiàn)第三目的的第十八實施例的電子部件。
本實施例是針對微型繼電器的應(yīng)用，微型繼電器由微型繼電器芯片210、盒狀基體230和散熱片240構(gòu)成。
微型繼電器芯片210具有平行配置的內(nèi)裝5個觸點機(jī)構(gòu)，并且其構(gòu)成包括其一個表面形成有凹入212的單晶硅制成的底座211、其兩端固定和支撐在此底座211的開口邊緣部位的可動片213、和通過陽極鍵合與底座211集成的玻璃晶片221所構(gòu)成的蓋罩220。
在加熱層215上經(jīng)過絕緣膜216層疊金屬材料制成的驅(qū)動層217，形成可動片213，通過向單晶硅制成的薄片狀基片214的一側(cè)表面層注入硼等來提高加熱層的電阻。并且，在絕緣膜216的中央部位按絕緣狀態(tài)配置可動觸點218。
在設(shè)置于玻璃晶片221一側(cè)上的凹入部位222的底表面，通過形成一對固定觸點223和224，獲得蓋罩220。
借助輸入/輸出用通孔(未示出)把固定觸點223和224引導(dǎo)到玻璃晶片221的表面，借助印刷布線225和226與基體230的輸入/輸出用外接線端231和232(位于圖46中未示出的背側(cè)上的外接線端231)電連接。
并且，玻璃晶片221形成有通孔227和228，用于與可動片213的加熱層215的電連接。通孔227和228與驅(qū)動用輸入接線端233和234電連接，以下將說明。
以下將說明本實施例的微型繼電器的組裝方法。
首先，對引線框架(未示出)進(jìn)行沖壓加工，以便交替地沖壓出梳齒狀輸入/輸出用外接線端231和驅(qū)動用外接線端233，按相同方式形成輸入/輸出用外接線端232和驅(qū)動用外接線端234。然后，定位微芯片210的輸入/輸出用通孔(未示出)和驅(qū)動用通孔227和228，并與外接線端231和234的自由端部位電連接。
接著，微型繼電器芯片210保持在一對金屬模之間，集成地形成基體230，從而暴露出底座211的底表面。
而且，在形成于基體230上表面的環(huán)狀臺階部位235中，裝入熱導(dǎo)率大的銅、鋁、黃銅等制成的板狀散熱片240，之后從引線框架切下外接線端231-234。然后通過彎曲接線端的頂端部位，完成組裝工作。
以下將說明具有上述構(gòu)成的微型繼電器的工作。
如果沒有電流從驅(qū)動用外接線端233和234流向可動片213的加熱層215，則可動片213保持平坦，可動觸點218與一對固定觸點223和224分離。
接著，如果借助驅(qū)動用外接線端233和234，電流從驅(qū)動用通孔227和228流向加熱層215，則加熱層215發(fā)熱，使薄片狀基片214和驅(qū)動層217熱膨脹。驅(qū)動層217的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于薄片狀基片214的熱膨脹系數(shù)，因此可動片213向固定觸點223和224側(cè)彎曲。接著，可動觸點218與一對固定觸點223和224接觸，從而接通電路。
如果中斷上述電流，停止加熱層215的發(fā)熱，則薄片狀基片214和驅(qū)動層217冷卻收縮。通過此操作，可動片213恢復(fù)到初始狀態(tài)，可動觸點218與固定觸點223和224分離。
雖然根據(jù)外接線端231、232、233和234以及由部件構(gòu)成的散熱片240，對上述實施例進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明并不總是限于這種情況，還可以同時從引線框架沖壓和彎曲外接線端和散熱片，把微型繼電器芯片定位在外接線端和散熱片之間，之后用樹脂對它們進(jìn)行封裝。
根據(jù)針對微型繼電器芯片的應(yīng)用已經(jīng)說明了上述實施例。但是，本發(fā)明并不總是限于這種情況，本發(fā)明當(dāng)然還可以應(yīng)用于其內(nèi)部部件發(fā)熱的其它電子部件。
工業(yè)實用性本發(fā)明的微型繼電器不僅可以應(yīng)用于上述實施例，而且還可以應(yīng)用于其它電子部件，例如矩陣?yán)^電器和微型繼電器芯片。
權(quán)利要求
1．一種微型繼電器，其特征在于，設(shè)置具有驅(qū)動裝置的由單晶組成的薄片狀基片，在底座上支撐可動片的兩端，可動片的至少一個表面設(shè)置有至少一個可動觸點，并且借助于驅(qū)動裝置使可動片彎曲，從而使可動觸點與面對可動觸點的固定觸點接觸和脫離接觸，以便接通和斷開電路。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的微型繼電器，其中，器件晶片通過絕緣膜與處理晶片構(gòu)成的盒狀底座的開口邊緣部位相連接及集成，通過切出一對貫通器件晶片的槽而形成可動片。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的微型繼電器，其中，在與設(shè)置在處理晶片底表面上的固定觸點的連接焊盤相對的位置，器件晶片形成有連接用開口部位。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的微型繼電器，其中，連接用開口部位的內(nèi)表面被絕緣膜覆蓋。
5．根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項的微型繼電器，其中，在器件晶片的上表面上形成散熱片。
6．根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的微型繼電器，其中，對可動片預(yù)先施加彎曲負(fù)荷，以便使設(shè)置在其一個表面上的可動觸點與面對可動觸點的固定觸點接觸。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的微型繼電器，其中，在底座上支撐一對共軸設(shè)置的樞軸，該軸大致從可動觸點的兩側(cè)邊緣部位之間的中央部位突出，預(yù)先對薄片狀基片的一半側(cè)施加向上彎曲負(fù)荷，對另一半側(cè)預(yù)先施加向下彎曲負(fù)荷，借助于驅(qū)動裝置使各一半側(cè)同時反向地彎曲，從而使兩個電路交替地接通和斷開。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是在薄片狀基片一個表面上層疊的壓電元件。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是形成在薄片狀基片一個表面上的加熱層。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置包括形成在薄片狀基片一個表面上的加熱層和在加熱層上經(jīng)過絕緣膜層疊金屬材料形成的驅(qū)動層。
11．根據(jù)權(quán)利要求9或10的微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置的加熱層由經(jīng)過絕緣膜層疊在薄片狀基片一個表面上的金屬材料例如鉑或鈦或者多晶硅組成。
12．根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的微型繼電器，其中，驅(qū)動裝置是由在薄片狀基片內(nèi)部形成的擴(kuò)散電阻組成的加熱段。
13．根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的微型繼電器，其中，在可動片的正表面或背表面中至少一個上形成絕緣膜，該表面形成有可動觸點。
14．根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項的微型繼電器，其中，在可動片的正表面和背表面上形成硅化合物膜，該膜是由氧化硅膜、氮化硅膜等制成并具有不同的厚度值。
15．根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項的微型繼電器，其中，由氧化硅膜、氮化硅膜等組成的硅化合物膜，用于在可動片的至少一側(cè)給出接近開始驅(qū)動的臨界值的壓應(yīng)力。
16．根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項的微型繼電器，其中，靠近可動片兩端部位形成至少一個絕熱槽。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的微型繼電器，其中，用熱導(dǎo)率低的聚合物材料填充絕熱槽。
18．根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項的微型繼電器，其中，經(jīng)過形成在可動片兩端部位的絕熱硅化合物部位，可動片在底座上延伸。
19．根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項的微型繼電器，其中，可動片在可動觸點附近設(shè)置有槽，共軸地形成用于樞軸地支撐可動觸點的一對鉸接部分。
20．根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項的微型繼電器，其中，可動片根部設(shè)置有用于減輕應(yīng)力聚集的倒圓。
21．一種微型繼電器的制造方法，其特征在于，使器件晶片經(jīng)過絕緣膜與處理晶片組成的盒狀底座的開口邊緣部位連接和集成，然后從器件晶片切出一對平行槽，從而形成可動片。
22．一種矩陣?yán)^電器，其特征在于，提供具有驅(qū)動裝置的單晶組成的薄片狀基片，以絕緣狀態(tài)平行地配置多個可動片，其一個表面設(shè)置有可動觸點，可動片的兩端被固定和支撐在底座上，借助驅(qū)動裝置分別使可動片彎曲，從而使可動觸點與位于上述底座上的蓋罩的頂表面上所形成的固定觸點接觸和脫離接觸，以便接通和斷開電子電路。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的矩陣?yán)^電器，其中，驅(qū)動裝置是在薄片狀基片一個表面上層疊的壓電元件。
24．根據(jù)權(quán)利要求22的矩陣?yán)^電器，其中，驅(qū)動裝置由在薄片狀基片一個表面上形成的加熱層組成。
25．根據(jù)權(quán)利要求22的矩陣?yán)^電器，其中，驅(qū)動裝置由形成在薄片狀基片一個表面上的加熱層和在加熱層上經(jīng)過絕緣膜層疊金屬材料形成的驅(qū)動層構(gòu)成。
26．根據(jù)權(quán)利要求22-25中任一項的矩陣?yán)^電器，其中，驅(qū)動裝置經(jīng)過設(shè)置在蓋罩的通孔可電連接于蓋罩表面上。
27．根據(jù)權(quán)利要求22-26中任一項的矩陣?yán)^電器，其中，固定觸點經(jīng)過設(shè)置在蓋罩的通孔可電連接于蓋罩的正表面上。
28．根據(jù)權(quán)利要求22-27中任一項的矩陣?yán)^電器，其中，暴露于蓋罩表面的通孔上端部位，借助形成在蓋罩表面上的印刷布線，與蓋罩表面上設(shè)置的連接焊盤電連接。
29．一種電子部件，其特征在于，使玻璃材料制成的蓋罩與硅材料制成的底座連接和集成，對與基片上的內(nèi)部部件組裝的電子部件芯片進(jìn)行樹脂模塑，從而用模塑覆蓋蓋罩，暴露底座底表面。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的電子部件，其中，借助設(shè)置在蓋罩的通孔，內(nèi)部部件與基片的外接線端電連接。
31．根據(jù)權(quán)利要求29或30的電子部件，其中，在暴露于基片之外的底座底表面上設(shè)置散熱片。
全文摘要
由單晶制成的薄片狀基片21設(shè)置有壓電元件24,其一個表面設(shè)置有可動觸點25的可動片20的兩端固定和支撐在底座11。然后,通過借助電壓元件24使可動片20彎曲,可動觸點25與面對可動觸點的一對固定觸點38和39接觸和脫離接觸。按此配置,可以獲得超小型微型繼電器,其具有的機(jī)械接觸機(jī)理在接通其觸點時的電阻較小,同時具有期望的抗震性、頻率特性和絕緣性能。
文檔編號H01H1/00GK1233343SQ9719865
公開日1999年10月27日 申請日期1997年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月27日
發(fā)明者坂田稔, 中島卓哉, 積知范, 藤原照彥, 竹內(nèi)司 申請人:歐姆龍株式會社