(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイであって、
バイア構造をその内部に含まない第１の導電性基板（２２）と、
前記第１の導電性基板（２２）の第１の表面上に配置された第１の表面を有する電気的絶縁層（２４）と、
前記電気的絶縁層（２４）の前記第１の表面の反対側の前記電気的絶縁層（２４）の第２の表面に近接して配置された可動アクチュエータ（２６）と、
前記可動アクチュエータ（２６）に電気的に結合され、前記電気的絶縁層（２４）を貫通し、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に切り替えられる電流の流れが確立するようにする少なくとも１つの基板コンタクト（２８）と、
少なくとも導電性基板領域を含む第２の基板（５０）と、
前記第１の基板（２２）の第２の表面上に配置されたオーミック界面（３２）と、
切り替えられる電流フローを通すための前記第２の基板（５０）の第１の表面上に配置されるオーミック界面（５４）と
を備え、
前記第１の導電性基板（２２）の少なくとも導電性基板領域が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記第２の基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定める、ＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイであって、
前記ＭＥＭＳスイッチアレイの少なくとも一部によって共有され、バイア構造をその内部に含まない第１の導電性基板（２２）と、
前記第１の導電性基板（２２）の第１の表面上に配置された第１の表面を有する電気的絶縁層（２４）と、
前記電気的絶縁層（２４）の前記第１の表面の反対側の前記電気的絶縁層（２４）の第２の表面に近接して配置された複数の可動アクチュエータ（２６）と、
前記複数の可動アクチュエータ（２６）の少なくとも１つに電気的に結合され、前記電気的絶縁層（２４）を貫通して、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に切り替えられる電流の流れが確立するようにする少なくとも１つの基板コンタクト（２８）と、
少なくとも導電性基板領域を含むカバー基板（５０）と、
前記第１の基板（２２）の第２の表面上に配置されたオーミック界面（３２）と、
切り替えられる電流フローを通すための前記カバー基板（５０）の第１の表面上に配置されるオーミック界面（５４）と
を備え、
前記第１の導電性基板（２２）の少なくとも導電性基板領域が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記カバー基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定める、ＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイであって、
前記ＭＥＭＳスイッチアレイの少なくとも一部によって共有され、バイア構造をその内部に含まない導電性のキャリア基板（２２）と、
前記キャリア基板（２２）の第１の表面上に配置された第１の表面を有する電気的絶縁層（２４）と、
前記電気的絶縁層（２４）の前記第１の表面の反対側の前記電気的絶縁層（２４）の第２の表面に近接して配置された複数の可動アクチュエータ（２６）と、
前記複数の可動アクチュエータ（２６）の少なくとも１つに電気的に結合され、前記電気的絶縁層（２４）を貫通して、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に切り替えられる電流の流れが確立するようにする少なくとも１つの基板コンタクト（２８）と、
バイア構造をその内部に含まない導電性のカバー基板（５０）と、
前記第１の基板（２２）の第２の表面上に配置されたオーミック界面（３２）と、
切り替えられる電流フローを通すための前記カバー基板（５０）の第１の表面上に配置されるオーミック界面（５４）と
を備え、
前記第１の導電性基板（２２）の少なくとも導電性基板領域が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記カバー基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定め、
前記キャリア基板（２２）が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記カバー基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定める、ＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項４】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイであって、
バイア構造をその内部に含まない第１の導電性基板（２２）と、
前記第１の導電性基板（２２）の第１の表面上に配置された第１の表面を有する電気的絶縁層（２４）と、
前記電気的絶縁層（２４）の前記第１の表面の反対側の前記電気的絶縁層（２４）の第２の表面に近接して配置された可動アクチュエータ（２６）と、
前記可動アクチュエータ（２６）に電気的に結合され、前記電気的絶縁層（２４）を貫通し、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に切り替えられる電流の流れが確立するようにする少なくとも１つの基板コンタクト（２８）と、
少なくとも導電性基板領域を含む第２の基板（５０）と、
を備え、
前記界面コンタクトが、前記第１の基板（２２）を前記第２の基板（５０）に電気的に結合するよう配置された少なくとも１つの基板間コンタクト（５２）を含み、
前記第１の導電性基板（２２）の少なくとも導電性基板領域が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記第２の基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定める、ＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項５】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイであって、
前記ＭＥＭＳスイッチアレイの少なくとも一部によって共有され、バイア構造をその内部に含まない第１の導電性基板（２２）と、
前記第１の導電性基板（２２）の第１の表面上に配置された第１の表面を有する電気的絶縁層（２４）と、
前記電気的絶縁層（２４）の前記第１の表面の反対側の前記電気的絶縁層（２４）の第２の表面に近接して配置された複数の可動アクチュエータ（２６）と、
前記複数の可動アクチュエータ（２６）の少なくとも１つに電気的に結合され、前記電気的絶縁層（２４）を貫通して、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に切り替えられる電流の流れが確立するようにする少なくとも１つの基板コンタクト（２８）と、
少なくとも導電性基板領域を含むカバー基板（５０）と、
を備え、
前記界面コンタクトが、前記第１の基板（２２）を前記カバー基板（５０）に電気的に結合するよう配置された少なくとも１つの基板間コンタクト（５２）を含み、
前記第１の導電性基板（２２）の少なくとも導電性基板領域が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記カバー基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定める、ＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項６】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイであって、
前記ＭＥＭＳスイッチアレイの少なくとも一部によって共有され、バイア構造をその内部に含まない導電性のキャリア基板（２２）と、
前記キャリア基板（２２）の第１の表面上に配置された第１の表面を有する電気的絶縁層（２４）と、
前記電気的絶縁層（２４）の前記第１の表面の反対側の前記電気的絶縁層（２４）の第２の表面に近接して配置された複数の可動アクチュエータ（２６）と、
前記複数の可動アクチュエータ（２６）の少なくとも１つに電気的に結合され、前記電気的絶縁層（２４）を貫通して、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に切り替えられる電流の流れが確立するようにする少なくとも１つの基板コンタクト（２８）と、
バイア構造をその内部に含まない導電性のカバー基板（５０）と、
を備え、
前記界面コンタクトが、前記第１の基板（２２）を前記カバー基板（５０）に電気的に結合するよう配置された少なくとも１つの基板間コンタクト（５２）を含み、
前記第１の導電性基板（２２）の少なくとも導電性基板領域が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記カバー基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定め、
前記キャリア基板（２２）が、界面コンタクト（５２、６０）を介して前記カバー基板（５０）の少なくとも導電性領域に電気的に結合されて、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定める、ＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項７】
前記第１の基板（２２）がＭＥＭＳキャリア基板を含み、前記第２の基板（５０）がカバー基板を含み、
前記導電経路が、前記第１及び第２の基板のそれぞれの厚みを越えて延びて、前記電流の流れが前記第１及び第２の基板のそれぞれの厚みを越えて通過する、請求項１または４に記載のＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項８】
前記界面コンタクト（５２、６０）が、前記第２の基板（５０）の第１の表面上に配置される少なくとも１つのビームコンタクト（６０）を含み、前記少なくとも１つのビームコンタクト（６０）が、前記ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に前記複数の可動アクチュエータ（２６）の少なくとも１つの自由端を前記第２の基板（５０）に電気的に結合するよう配置されている、請求項１、４、７のいずれかに記載のＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項９】
前記ＭＥＭＳスイッチアレイが、交流（ＡＣ）パワースイッチングアレイ又は、直流（ＤＣ）パワースイッチングアレイを含む、請求項１乃至８のいずれかに記載のＭＥＭＳスイッチアレイ。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳスイッチアレイの幾つかのＭＥＭＳスイッチを作動させるよう結合されたゲートライン（６４）を更に備え、前記ゲートライン（６４）が、該ゲートライン（６４）に結合された幾つかのＭＥＭＳスイッチの直列及び／又は並列回路相互接続構成の所望の組み合わせを作動させるように自由に配線される、請求項１乃至９のいずれかに記載のＭＥＭＳスイッチアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体的に、パワースイッチングアレイに関し、より詳細には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチングアレイに関し、更により詳細には、アレイ構成要素の実装密度及び／又は柔軟な相互接続性を向上させるのに好適とすることができるような導通機能を備えて構成された１つ又はそれ以上の基板を有するＭＥＭＳスイッチングアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳスイッチを接続してスイッチングアレイを形成することは公知である。単一のＭＥＭＳスイッチでは十分な電流を導通させること、及び／又は十分な電圧をホールドオフすることができない可能性があるので、所与のスイッチング用途で必要とされるのと同様にスイッチアレイを必要とする場合がある。
【０００３】
図１は、複数のＭＥＭＳスイッチ１２を含む公知のＭＥＭＳスイッチングアレイ１０の平面図である。ＭＥＭＳアレイ１０内外でのそれぞれの電流路を形成するために、それぞれの入力パッド１６に電気的に結合された複数の金属トレース１４、及び複数の出力パッド１８に電気的に結合された複数の金属トレース１７は、基板の上面など、ＭＥＭＳアレイ１０の基板の表面上に配置することができる。すなわち、このような入力及び出力電流路は、基板上の同じ表面を共用するよう配置される。
【０００４】
図１から理解できるように、ダイ面積の比較的大きな部分は、所与のＭＥＭＳスイッチアレイが所望の定格電流及び定格電圧を得ることができるようにこのような金属トレース及びパッドを同じ表面上に収容することを必要とする場合がある。同じ表面上に配置されたトレースにおける発熱（例えば、Ｉ2Ｒ損失）は、発生した熱が適切に放熱できるように、所与のダイ面積に収容できるＭＥＭＳスイッチの数を制限する傾向がある点は更に理解されるであろう。この制限は、スイッチングアレイの単位面積当たりのビーム実装密度を低減し、すなわち、不都合なことに、ＭＥＭＳスイッチングアレイの通電能力を低下させる場合がある。
【０００５】
トレース１４、１７が物理的に存在することによって、ＭＥＭＳスイッチ１２を作動させるゲートドライバ１８に結合されるゲートラインの柔軟性のある配線が妨げられる可能性がある点は、図１において更に理解されるであろう。例えば、トレース１４、１７との干渉を避けるために、それぞれのトレース１４、１７の端部を越えて配置されるループ１９を用いてゲートラインを配線しなければならない場合がある。このような配線上の制約の結果として、設計者は、ＭＥＭＳスイッチの比較的長い布設を直列回路において相互接続しなければならない場合があり、特定の状況下では、スイッチングアレイの電気的性能に影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
上記の考慮事項に照らして、上記で検討した欠点を解消又は軽減する改善されたＭＥＭＳスイッチングアレイを提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７６８３４５３号明細書
【発明の概要】
【０００８】
１つの例示的な実施形態において、本発明の態様は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチに関する。スイッチは、少なくとも導電性基板領域を有する第１の基板を含むことができる。電気的絶縁層は、基板の第１の表面上に配置することができる。基板コンタクトは、可動アクチュエータ及び第１の基板の導電性領域に電気的に結合されて、切り替えられる電流の流れがスイッチの電気的閉止状態の間に確立されるようにする。第１の基板の導電性基板領域が、電流の流れの導電経路を定める。
【０００９】
別の態様において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイが提供される。第１の基板は、ＭＥＭＳスイッチアレイの少なくとも一部により共有される少なくとも導電性基板領域を含む。電気的絶縁層は、第１の基板の第１の表面上に配置することができる。複数の可動アクチュエータが提供される。少なくとも１つの基板コンタクトは、複数の可動アクチュエータ及び第１の基板の導電性領域の少なくとも１つに電気的に結合され、切り替えられる電流の流れは、ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に確立されるようになる。第１の基板の導電性領域は、電流の流れの導電経路を定める。
【００１０】
更に別の態様において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイが提供される。キャリア基板は、ＭＥＭＳスイッチアレイの少なくとも一部により共用される少なくとも導電性基板領域を含む。電気的絶縁層は、キャリア基板の第１の表面上に配置することができる。複数の可動アクチュエータが提供される。少なくとも１つの基板コンタクトは、複数の可動アクチュエータの少なくとも１つに電気的に結合され、切り替えられる電流の流れは、ＭＥＭＳスイッチアレイの電気的閉止状態の間に確立されるようになる。カバー基板は、少なくとも導電性基板領域を含む。キャリア基板の導電性領域は、界面コンタクトを介してカバー基板の導電性領域に電気的に結合されて、スイッチングアレイの電気的閉止状態の間に電流の流れの導電経路を定めるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】アレイへの入力電流を受け入れ、アレイからの出力電流を供給するための導電性構造（例えば、パッド及び導電トレース）がアレイの基板の共通表面上に配置された、従来技術のＭＥＭＳスイッチアレイの上面図。
【図２】本発明の態様を具現化する例示的なＭＥＭＳスイッチの断面図。
【図３】本発明の態様を具現化する別の例示的なＭＥＭＳスイッチの断面図。
【図４】アレイへの入力電流を受け入れ、アレイからの出力電流を供給するのに通常使用される導電性構造（例えば、パッド及び導電トレース）の少なくとも一部を除去することができる、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチングアレイの上面図。
【図５】本発明の態様を具現化する第１の基板（例えば、キャリア基板）及び第２の基板（例えば、キャップ基板）を有するＭＥＭＳスイッチの１つの実施例の断面図。
【図６】本発明の態様を具現化する第１及び第２の基板を有するＭＥＭＳスイッチの別の実施例の断面図。
【図７】アレイへの入力電流を受け入れ、アレイからの出力電流を供給するための導電性構造（例えば、パッド及び導電トレース）が効果的に除去された、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチングアレイの上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の態様によれば、本明細書において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチに基づくスイッチングアレイにおいて、キャリア基板又はキャッピング基板、或いはその両方など、１つ又はそれ以上の基板のそれぞれの厚みを通る電流フローを確立するのに用いることができるような、構造上及び／又は作動上の関係が記載される。１つ又はそれ以上の基板を通る電流フローにより、有利には、例えば基板の上面など、基板の共通面上に一般に構成される導電トレース及びパッドの少なくとも一部（又は本質的に全て）を除去することができる。導電トレース及びパッドのこの低減又は除去は、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチングアレイのビーム実装密度及び／又は相互接続性の改善につながる。
【００１３】
現在のところ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は一般に、例えば、機械要素、電気機械要素、センサ、アクチュエータ、及び電子部品など、微細加工技術によって多数の要素を統合することができるミクロン規模の構造体を指す。しかしながら、ＭＥＭＳデバイスで現在利用可能な多くの技術及び構造体は、わずか２、３年の間に、ナノテクノロジーベースのデバイス（例えば１００ナノメートル未満のサイズとすることができる構造体）により利用可能なることが企図される。従って、本明細書を通じて記載した例示的な実施形態は、ＭＥＭＳベースのデバイスと呼ことができるが、本発明の態様は、広範囲に構成すべきであり、ミクロンサイズのデバイスに限定すべきではないと考えられる。
【００１４】
以下の詳細な説明において、本発明の種々の実施形態を十分に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載される。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施することができ、図示の実施形態に限定されず、多様な代替の実施形態で実施することができる点は当業者には理解されるであろう。換言すると、場合によっては、公知の方法、手順、及び構成要素は詳細に説明していない。
【００１５】
更に、記載の順序は、これらの工程が提示された順序で実施される必要があること、又は同等の順序に依存していることを意味するものと解釈するべきではない。その上、繰り返し使用している表現「１つの実施形態において」は、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではないが、同じ実施形態を指すことも可能である。本明細書で使用される用語「備える」、「含む」、「有する」、及び同様のものは、別途記載のない限り同じ意味とみなされる。
【００１６】
形容詞「最上部の」及び「底部の」は、例えば図面を参照しながら説明するのを容易にするのに用いることができるが、このような形容詞の使用は、空間的制限を示唆するものとして構成すべきではない。例えば、実際の実施形態において、スイッチングアレイの構造的特徴部及び／又は構成要素は、一部は１つの向きで、一部は別の向きで配列することができる。文言上の制約を避けるために、形容詞「第１の」及び「第２の」は、形容詞「最上部の」及び「底部の」の代わりに用いることができるが、用語「第１の」及び「第２の」はまた、順序の意味で用いることもできる。
【００１７】
図２は、本発明の態様を具現化する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ２０の断面図である。ＭＥＭＳスイッチ２０は、電気的閉止（電気的導通）状態で図２から３及び５から６に示されている。１つの例示的な実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０は、少なくとも第１の基板２２（例えば、ＭＥＭＳキャリア基板）を含むことができる。
【００１８】
第１の基板２２は、シリコン及びゲルマニウムのような十分にドープされた半導体材料から形成できるような、電気的に導通することができ、その結果、半導体が半導体ではなく導体のように作用する（いわゆる縮退半導体）ようになる。１つの代替の例示的な実施形態において、第１の基板２２は金属基板とすることができる。第１の基板２２の第１の表面（例えば、上面）上に電気的絶縁層２４を配置することができる。電気的絶縁層２４は、シリコン窒化物、シリコン酸化物、及びアルミニウム酸化物から形成することができる。可動アクチュエータ２６（ビームと呼ばれることも多い）が設けられる。
【００１９】
基板コンタクト２８が可動アクチュエータ２６及び第１の基板２２に電気的に結合（オーミックコンタクト）され、スイッチの電気的閉止状態の間に電流の流れ（実線３０で概略的に表される）が確立される。例えば、ＭＥＭＳスイッチ２０のアンカー４８は、導電トレース（図示せず）に電気的に結合されて、ＭＥＭＳスイッチ２０により切り替えられる電流を受けることができる。線３０に示す矢印とは反対方向の矢印３１は、電流フローを双方向とすることができることを記号で示すのに用いられる。例えば、１つの例示的な応用において、切り替えられる電流は、可動アクチュエータ２６を介してコンタクト２８を通り、更に下方向に第１の基板２２を通って外部電気負荷（図示せず）に流れることができる。別の例示的な応用において、電流は、上方向に第１の基板２２を介してコンタクト２８を通り、更に可動アクチュエータ２６に流れることができる。
【００２０】
可動アクチュエータ２６の下方の絶縁層２４上に位置付けられる制御電極２９（ゲートとも呼ばれる）の影響で、可動アクチュエータ２６をコンタクト２８に向かって移動させることができる。当業者には理解されるように、可動アクチュエータ２６は、静電引力、磁気力及び反発力、又は熱誘起伸び差のような印加力により曲がり、ビームの自由端とコンタクト２８との間のギャップを閉鎖する可撓性ビームとすることができる。
【００２１】
本発明の態様によれば、第１の基板２２は、電流が流れるための基板内の導電経路を定めることができる。第１の基板２２にオーミックコンタクトを提供するよう構成できる界面層３２は、第１の基板２２の第２の表面（例えば、底面）上に配置することができる。１つの実施形態において、基板の第２の表面は、基板の第２の表面とは反対側に位置付けられる。金属基板の例示的なケースでは、界面層３２により提供されるオーミックコンタクト機能は、このような金属基板の底面により直接提供できるので、界面層３２は必要ではない場合がある。
【００２２】
図２に示すように、導電経路は、第１の基板２２の厚み（文字「ｔ」で表記された線で表すことができる）を越えて延び、電流の流れが基板厚みを越えて界面層３２に通ることができるようになる。１つの実施形態において、基板における導電経路は、約１オーム−ｃｍから約１０Ｅ−６オーム−ｃｍの範囲の導電率を含むことができる。
【００２３】
例えば、基板コンタクト２８の下方にあり且つ基板の厚みを越えて延びるようなそれぞれの基板領域だけは電気的に導通するよう配置できることは企図されるので、基板２２全体が導電性基板である必要はない点は理解されるであろう。従って、１つの例示的な実施形態において、比較的高ドープの領域（例えば、基板コンタクト２８の下方にあり、基板の厚みを通る導電性領域）を含めるように基板２２を設計することができる。以下でより詳細に説明するように、第１の基板２２により提供される導電経路は、必ずしも図２に示す例示的な構成に限定されない点は理解されるであろう。
【００２４】
図３は、基板コンタクト２８がアンカー４８及び第１の基板２２に電気的に結合（オーミックコンタクト）され、スイッチの電気的閉止状態の間に電流の流れ（実線３０で概略的に表される）が確立されるようになる例示的な実施形態を示す。同様に、実線３０で示す矢印とは反対方向の矢印３１は、電流フローを双方向とすることができることを記号で示すのに用いられる。例えば、１つの例示的な応用において、電流は、アンカー４８及びコンタクト２８を通り、更に下方向に第１の基板２２を通って流れることができる。別の例示的な応用において、電流は、上方向に第１の基板２２を介してコンタクト２８及びアンカー２８を通り、更に可動アクチュエータ２６に流れることができる。この例示的な実施形態において、ビームコンタクト３３は、導電トレース（図示せず）に電気的に結合することができる。
【００２５】
図４は、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチアレイの平面図である。１つの例示的な実施形態において、複数の導電トレース４０及びパッド４２は、複数の可動アクチュエータ２６に電気的に結合される。複数の導電トレース４０及びパッド４２は、基板の第１の面（例えば、上面）の電気的絶縁層上に配置することができる。
【００２６】
１つの例示的な実施形態において、基板の上面上に位置付けられた導電トレース４０及びパッド４２は、電流フローに対するそれぞれの入力経路として配置することができ、基板の底面上に位置付けられた界面層３２（図２及び３）は、電流フローに対する出力経路を提供することができる。すなわち、この例示的な実施形態は、有利には、基板の上面で通常は使用される出力導電トレース及び／又はパッドが除去されることになる。別の例示的な実施形態では、基板の上面上に位置付けられた導電トレース４０及びパッド４２は、電流フローに対するそれぞれの出力経路として配置することができ、界面層３２は、電流フローに対する入力経路を提供することができる。すなわち、この例示的な実施形態では、有利には、基板の上面で通常は使用される入力導電トレース及び／又はパッドが除去されることになる。
【００２７】
例証として、導電性基板において確立される厚み方向の電流フローにより、有利には、スイッチングアレイに入力／出力電流を通すために基板の上面でこれまで使用されていた構造的特徴部（導電性トレース／パッド）が約半分に縮小可能になる。比較の目的で、図４及び図１の単純な目視比較は、入力パッド及び関連トレースと出力パッド及び関連トレースとが基板の同じ表面上に配置される（図１）場合には使い果たしていたダイ面積が実質的に縮小される（図４）のを観察者が評価できるはずである。
【００２８】
以下の説明は、第１の基板（例えば、キャリア基板）の例示的な関連においてこれまで説明された概念を構築している。より詳細には、以下の説明は、ＭＥＭＳスイッチングアレイにつながる例示的な実施形態を示しており、ここではＭＥＭＳキャリア基板は、第２の基板（例えば、キャッピング又はカバー基板）で配置される。キャリア基板及びキャッピング基板を使用することができる、ＭＥＭＳデバイスのシーリング及びパッケージングと関連して一般的な背景情報を望む読み手のために、本発明と同一出願人であり、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第７，６０５，４６６を参照する。
【００２９】
図５は、第１の基板２２（例えば、キャリア基板）により保持され、第２の基板５０（例えば、キャッピング基板）により覆われる（例えば、気密シールされる）ことが可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の実施例の断面図である。この例示的な実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０が電気的閉止状態であるときには、可動アクチュエータ２６は、基板間コンタクト５２に電気的に結合されたビームコンタクト３３を係合する。すなわち、基板間コンタクト５２は、第２の基板５０に第１の基板２２を電気的に結合するよう配置されたコンタクトであり、該第２の基板５０は、（本質的に第１の基板２２の関連で説明されたように）導電性基板とすることができ、或いは、基板間コンタクト５２の上方にあり且つ基板５０の厚みを越えて延びるようなそれぞれの導電性基板領域だけを含めて電流の流れを維持するよう設計することができる。界面層５４は、第２の基板５０に対する好適なオーミックコンタクトを提供するために、第２の基板５０の上面に配置することができる。金属キャッピング基板の例示的なケースにおいて、界面層５４により提供されるオーミックコンタクト機能は、このような金属キャッピング基板の上面により直接提供できるので、界面層３２は必要ではない場合がある。
【００３０】
本発明の態様によれば、第１の基板２２及び第２の基板５０が協働して、電流の流れ（実線５６で概略的に表される）の導電経路を共に定め、これにより有利には、全ての入力／出力パッド１６、１８及び金属トレース１４、１７（図１）を本質的に除去することができる。線５６に示す矢印とは反対方向の矢印５８は、電流フローを双方向とすることができることを記号で示すのに用いられる。例えば、１つの例示的な応用において、切り替えられる電流は、垂直方向に第１の基板２２を通り、基板コンタクト２８、可動アクチュエータ２６、基板間コンタクト５２を介して、垂直方向に第２の基板５０に流れることができる。別の例示的な応用において、電流は、下方向に第１の基板５００を通り、基板間コンタクト５２を介して可動アクチュエータ２６を通り、更に第１の基板２２に流れることができる。
【００３１】
図６は、本発明の態様を具現化する例示的な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ２０の断面図である。この例示的な実施形態はまた、図５に関連して検討するように、第１の基板２２（例えば、キャリア基板）及び第２の基板５０（例えば、キャッピング基板）を含む。この例示的な実施形態において、基板間コンタクト５２の代わりに、ビームコンタクト６０を第２の基板５０の底面上に配置してもよく、ＭＥＭＳスイッチ２０が電気的閉止状態であるときに、可動アクチュエータ２６の自由端部が上方に移動してビームコンタクト６０を係合するようにし、該ビームコンタクト６０は、第２の基板５０に電気的に結合されており、実線５６で概略的に示すような電流フローを確立することができる。線５６に示す矢印とは反対方向の矢印５８は、電流フローを双方向とすることができることを記号で示すのに用いられる。例えば、１つの例示的な応用において、切り替えられる電流は、垂直方向に第１の基板２２を通り、基板コンタクト２８、可動アクチュエータ２６、ビームコンタクト６０を介して、垂直方向に第２の基板５０に流れることができる。別の例示的な応用において、電流は、下方向に第２の基板５０を通り、ビームコンタクト６０を介して可動アクチュエータ２６を通り、更に第１の基板２２に流れることができる。
【００３２】
図７は、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチングの上面図であり、ここでは、図４及び５に関連して説明したように、第１の基板２２及び第２の基板５０が協働して、電流の流れの導電経路を共に定める。可視化を簡素にするために、キャッピング基板は、図７に示す図から取り除かれている。本質的に、基板コンタクト２８、基板間コンタクト５２、又は基板コンタクト６０のような、基板接続手段と組み合わせて第１の基板２２及び第２の基板５０によってそれぞれ提供される導電経路は、アレイへの入力電流を受け入れ、アレイからの出力電流を供給する導電構造（例えば、入力／出力パッド及び導電トレース）を効果的に除去できるようにする。矩形体６６は、基板コンタクト２８のような、第１の基板２２に電気的に結合された基板接続手段の概念的表現である。矩形体６８は、基板間コンタクト５２又は基板コンタクト６０のような、第２の基板５０に電気的に結合された基板接続手段の概念的表現である。
【００３３】
図７は更に、スイッチアレイの幾つかのＭＥＭＳスイッチの可動アクチュエータ２６を作動させるために、ゲートライン６４を通じて結合されてそれぞれのゲート電極を駆動するゲートドライバ６２を示している。ここで、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチングアレイが設計者に対して実質的に相互接続の柔軟性を提供できることは、当業者には理解されるであろう。例えば、トレース１４、１７（図１）を除去することにより、設計者は、ゲートライン６４の煩わしい再配線（例えば、ループ構成）をする必要なしに、こうしたゲートラインを柔軟に配線可能になる。更に、このような相互接続の柔軟性の結果として、設計者は、所与のスイッチング応用で使用されるＭＥＭＳスイッチのサイズ及び／又は相互接続構成をより微細に選択することができる。例えば、図１に示す例示的な従来技術の回路において、設計者は、ゲートラインとトレース１４、１７との干渉を避けるために、直列接続のＭＥＭＳスイッチ（例えば、スイッチングアレイの縦列に配置されたスイッチは、直列回路において互いに接続されることになる）の比較的長い布設を用いることが余儀なくされる場合がある。ある特定の状況における直列接続のＭＥＭＳスイッチの比較的長い布設は、スイッチングアレイの電気的性能に影響を及ぼす可能性がある。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、設計者は、ゲートライン６４を柔軟に配線し、スイッチングアレイのＭＥＭＳスイッチの直列及び／又は並列回路相互接続の何らかの所望の組み合わせを作動させることができる。すなわち、図７に示す例示的な実施形態にはトレース１４、１７がないので、設計者は、例として破線のゲートライン７０、７２を概念的に可視化できるような、ゲートライン６４を自由に配線して、ゲートラインに結合された幾つかのＭＥＭＳスイッチの直接及び／又は並列回路相互接続構成の所望の組み合わせを作動させることができる。
【００３５】
本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチアレイの非限定的な実施例の応用は、交流（ＡＣ）パワースイッチとすることができ、ここで切り替えられる電流の周波数の値は、６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ（例えば、比較的低周波、非無線周波数）のような電源周波数を含む。本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチアレイの別の実施例の応用は、直流（ＤＣ）パワースイッチとすることができる。
【００３６】
このようなパワースイッチング応用は、本発明の態様を具現化するＭＥＭＳスイッチアレイからの恩恵を特に受けることができる。例えば、基板の導電経路の各々は、ＭＥＭＳスイッチアレイにより切り替えられる電流全体の一部を伝送する。基板の厚み方向の伝導率は、基板において一般に構成されている垂直バイア構造とは類似すべきではなく、ここでこうしたバイア構造は通常、互いに電気的に絶縁されて、このようなバイアにより伝達される信号に対する信号絶縁を提供する。本発明の態様によれば、基板の導電経路が各々、ＭＥＭＳスイッチアレイにより切り替えられる電流全体のそれぞれの部分を伝達するので、このような信号絶縁は必要とされない。
【００３７】
本発明の種々の実施形態を図示し本明細書で説明してきたが、このような実施形態は単に例証として提供されていることは理解されるであろう。本明細書の発明から逸脱することなく、多くの変形形態、変更、及び置き換えを実施することができる。従って、本発明は、添付の請求項の技術的思想及び範囲によってのみ限定されるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ＭＥＭＳスイッチングアレイ
１２  ＭＥＭＳスイッチ
１４  金属トレース
１６  入力パッド
１７  金属トレース
１８  出力パッド
１９  ループ
２０  ＭＥＭＳスイッチ
２２  第１の基板
２４  電気的絶縁層
２６  可動アクチュエータ
２８  基板コンタクト
２９  制御電極
３０  電流の流れ
３２  界面層
３３  ビームコンタクト
４０  導電トレース
４２  パッド
４８  アンカー
５０  第２の基板
５２  基板間コンタクト
５４  界面層
６０  ビームコンタクト
６２  ゲートドライバ
６４  ゲートライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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