(57)【要約】【課題】スイッチに用いられるヒータの熱効率を向上させ、低消費電力で高速なスイッチングを行うことができるヒータを提供する。【解決手段】空洞（１１５）の内側に配置されており、かつマイクロ回路（１１０）の構造に取付けられたヒータ（１００）であって、前記マイクロ回路（１１０）の前記構造に対する前記ヒータ（１００）の取付け部の面積（４１０）が、前記ヒータ（１００）の前記取付け部以外の面積（４１５）より実質的に小さいヒータ（１００）を備えたマイクロ回路（１１０）の空洞（１１５）におけるガス（１３５）を加熱する装置（３００）により上記課題を解決する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞（１１５）の内側に配置されており、かつマイクロ回路（１１０）の構造に取付けられたヒータ（１００）であって、前記マイクロ回路（１１０）の前記構造に対する前記ヒータ（１００）の取付け部の面積（４１０）が、前記ヒータ（１００）の前記取付け部以外の面積（４１５）より実質的に小さいヒータ（１００）を備えたマイクロ回路（１１０）の空洞（１１５）におけるガス（１３５）を加熱する装置（３００）。
【請求項２】
前記ヒータ（１００）が、液体金属マイクロスイッチ（１０５）の部品であることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【請求項３】
前記ヒータ（１００）が、前記マイクロ回路（１１０）の前記構造における開口（３２５）上に中空状態で保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（３００）。
【請求項４】
前記マイクロスイッチ（１１０）の導体層（３１０）と前記ヒータ（１００）における接点（１０１，１０２）との間において、ワイヤボンディング（３３５）によって電気的な結合が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【請求項５】
前記ヒータ（１００）の前記接点（１０１，１０２）が、前記マイクロスイッチ（１１０）の導体層（３１０）に物理的にかつ電気的に接触して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【請求項６】
前記ヒータ（１００）が、モノリシックヒータ（１００）であることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線周波及びマイクロ波マイクロ回路モジュール技術に関し、特にこのようなモジュールに利用される液体金属マイクロスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
あらゆる構造タイプの電子回路は、スイッチ及びリレーの必要となることが多い。典型的なコンパクトな機械的な接触タイプのリレーは、リードリレーである。リードリレーは、リードスイッチを含み、このリードスイッチ内において、小型ガラス容器の内側に不活性ガスとともに、磁気合金からなる２つのリードが収容されている。電磁駆動のためのコイルは、リードスイッチの回りに巻かれており、かつ２つのリードは、ガラス容器内において接触又は非接触のいずれかとして設置される。
【０００３】
リードリレーは、乾式リードリレー及び湿式リードリレーを含む。通常は乾式リードリレーを用い、リードの端部（接点）は、銀、タングステン、ロジウム、又はこれらのいずれかを含む合金からなり、かつ接点の表面は、ロジウム、金等によってめっきされている。乾式リードリレーでは、接点の接触抵抗が高く、かつ、接点にかなりの磨耗が発生する。接点において接触抵抗が高い場合、又は接点にかなりの磨耗が存在する場合、信頼性は低下するので、これらの接点の表面を処理するために種々の試みが行なわれてきた。
【０００４】
接点の信頼性は、湿式リードリレーにより水銀を利用することによって高めることができる。とくに水銀によってリードの接点表面を覆うことによって、接点における接触抵抗は低下し、かつ接点の磨耗は減少し、その結果、信頼性が改善される。リードのスイッチ動作は、曲げのために機械的な疲労を伴うので、数年使用されたリードは、誤動作を起こすことがある。
【０００５】
さらに新しいタイプのスイッチ機構は、電気的に絶縁する細長いシールされた通路の内壁に沿って特定の位置に複数の電極が露出するように構成されている。この通路は、短い液体柱を形成するように小さな容積の電気的に導通する液体によって満たされている。２つの電極を電気的に閉じるようにするとき、液体柱は、同時に両方の電極に接触する位置に動かされる。２つの電極を開くようにするとき、液体柱は、同時に両方の電極に接触しない位置に動かされる。
【０００６】
液体柱を動かすために、特許文献１は、液体柱にわたって圧力差を発生することを開示している。圧力差は、ダイヤフラムによるように、液体柱のいずれかの側に配置されたガス区画の容積を変化することによって発生される。
【０００７】
別の先行技術として、特許文献２及び特許文献３は、ガス区画にヒータを設けることによって、液体柱にわたって圧力差を発生することを開示している。ヒータは、液体柱の一方の側に配置されたガス区画におけるガスを加熱する。特許文献３（マイクロリレー要素に関する）に開示された技術は、集積回路にも適用することができる。その他の態様は、非特許文献１においてＪ．サイモン他によって議論されている。開示は、“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｂｒｅａｋｅｒ　Ｓｗｉｔｃｈ，Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｂｒｅａｋｅｒ　Ｓｗｉｔｃｈ　，ａｎｄ　ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔａｃｔ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ”と題する特許文献４においてヨウ．コンドー他によっても行なわれている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭４７−２１６４５号公報
【特許文献２】
特公昭３６−１８５７５号公報
【特許文献３】
特開平９−１６１６４０号公報
【非特許文献１】
Ｊ．Ｓｉｍｏｎ他著、論文“Ａ　Ｌｉｑｕｉｄ−Ｆｉｌｌｅｄ　Ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｍｏｖｉｎｇ　Ｍｅｒｃｕｒｙ　Ｄｒｏｐ”、「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ」、第６巻、第３号、１９９７年９月
【特許文献４】
米国特許第６３２３４４７号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この後者のタイプのスイッチにおいて有効なスイッチ動作を維持するために、ガスに伝達される熱を最大にすることが重要であり、それによりなんらかの別の熱伝達を最小にする。発生した熱の９５％以上は、基板に伝達してガスを膨張するために利用することができないことがわかった。熱損失が大きくなると、スイッチ動作のために必要な電力は大きくなり、かつその動作は遅くなる。したがってこのようなヒータから熱損失を減少するための手段を設けることは重要である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
代表的な構成において、マイクロ回路の空洞内におけるガスを加熱する装置が開示されている。装置はヒータからなる。ヒータは、マイクロ回路の空洞の内側に配置されており、かつその構造に取付けられている。マイクロ回路の構造に対するヒータの取付け範囲は、ヒータの後面積より実質的に小さい。アドオンされたサスペンドヒータは、ここに説明される発明の実施の形態に開示されている。
【００１１】
本発明のその他の態様及び利点は、例として本発明の基本方式を図解する添付図面に関連して行なわれる次の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１２】
添付の図面は、本発明をさらに完全に説明するために利用される視覚的な表示を提供し、かつ本発明及びその固有の利点をさらに良好に理解するために当業者によって利用することができる。これらの図面において、同様な参照符号は、対応する要素を識別するためのものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
例示のために図面に示すように、本特許明細書は、マイクロ回路に利用するために液体金属マイクロスイッチにヒータを取付けるための技術に関する。結果として生じる構造は、回路を製造した基板への熱損失を少なくしたため、増加した熱効率を有するヒータを提供する。
【００１４】
以下の詳細な説明及び図面のいくつかの図において、同様な要素は、同様な参照符号によって識別されている。
【００１５】
図１Ａは、マイクロ回路１１０におけるヒータ１００駆動の液体金属マイクロスイッチ１０５の平面図の図面である。図１Ａのマイクロ回路１１０は、さらに一般的に電子回路１１０と称する。図１Ａの電子回路１１０は、望ましくは薄膜堆積技術及び／又は厚膜遮蔽技術を利用して製造されており、これらの技術は、単層又は多層いずれかのセラミック回路基板を含む。図１Ａにおけるマイクロ回路１１０に示す唯一の部品は、液体金属マイクロスイッチ１０５であるが、一方マイクロ回路１１０の一部としてその他の部品を製造することができることは、当業者にとって明らかであろう。図１Ａにおいて液体金属マイクロスイッチ１０５は、分離した空洞１１５内に配置された２つのヒータ１００を含む。ヒータ１００は、例えば通常のシリコン集積回路方法を利用して製造されるモノリシックヒータ１００であることができる。空洞１１５は、それぞれ分離した補助通路１２５を介して主通路１２０に接続されている。主通路１２０は、典型的には水銀１３０である液体金属１３０によって部分的に満たされている。空洞１１５、補助通路１２５、及び液体金属１３０によって満たされていない主通路１２０のその部分は、例えば窒素１３５のような不活性ガスであることができるガス１３５によって満たされている。図１Ａに示すスイッチ状態において、水銀１３０は、異なる容積の２つの部分に分割されている。図１Ａにおける左側の容積は右側の容積より大きいことに注意されたい。液体金属マイクロスイッチ１０５の動作は後述する。
【００１６】
図１Ｂは、図１Ａの断面Ａ−Ａにおけるヒータ１００起動される液体金属マイクロスイッチ１０５の側面図の図面である。断面Ａ−Ａは、ヒータ１００を通る平面に沿ってとられている。図１Ｂにおいて、ヒータ１００は、マイクロ回路１１０を製造した基板１４０に取付けられている。対になった表面１５０においてシールされた蓋１４５は、液体金属マイクロスイッチ１０５を覆っている。電気的な接触は、それぞれのヒータ１００への第１及び第２のヒータ接点１０１、１０２を介して、ヒータ１００に分離して行なわれる。左側のヒータ１００を通る電流は、左側の空洞１１５におけるガス１３５を膨張させる。この膨張によって、ガスの一部が左側の補助通路１２５を介して主通路１２０に入る。
【００１７】
図１Ｃは、図１Ａの断面Ｂ−Ｂにおけるヒータ１００起動される液体金属マイクロスイッチ１０５の側面図の図面である。断面Ｂ−Ｂは、主通路１２０を通る平面に沿ってとられている。右側におけるものよりも大きな容積を有する図１Ｃの左側における液体金属１３０は、液体金属マイクロスイッチ１０５の第１及び第２のマイクロスイッチ接点１０６、１０７を互いに電気的に短絡しているが、一方図１Ｃの右側における液体金属１３０の容積は一層小さく、図１Ｃの右側における第３のマイクロスイッチ接点１０８も、開いた回路を形成している。
【００１８】
図２Ａは、マイクロ回路１１０におけるヒータ１００起動される液体金属マイクロスイッチ１０５の平面図の別の図面である。図２Ａは、左側ヒータ１００が起動された直後における液体金属マイクロスイッチ１０５の状態を示している。この状態において、左側の空洞１１５におけるガス１３５は、主通路１２０と左側補助通路１２５との間の境界面において、主通路１２０の左側における液体金属１３０の一部を主通路１２０の右側に向かって移動し始めるためにちょうど十分であるように加熱されている。
【００１９】
図２Ｂは、マイクロ回路１１０におけるヒータ１００起動される液体金属マイクロスイッチ１０５の平面図のさらに別の図面である。図２Ｂは、左側ヒータ１００が完全に起動された後における液体金属マイクロスイッチ１０５の状態を示している。この状態において、左側の空洞１１５におけるガス１３５は、初めに主通路１２０の左側にあった液体金属１３０の一部を主通路１２０の右側に移動するために十分に加熱されている。
【００２０】
図２Ｃは、図２Ｂの断面Ｃ−Ｃにおけるヒータ１００起動される液体金属マイクロスイッチ１０５の側面図の図面である。断面Ｃ−Ｃは、主通路１２０を通る平面に沿ってとられている。この時、図２Ｃの右側における液体金属１３０は、液体金属マイクロスイッチ１０５の第２及び第３のマイクロスイッチ接点１０７、１０８を電気的に短絡するが、一方図２Ｃの左側における第１のマイクロスイッチ接点１０６は、この時、開いた回路を形成している。
【００２１】
図３は、本発明の実施例において説明するサスペンディッド型ヒータ３００の図面である。図３において、サスペンディッド型ヒータ３００は、ヒータ１００を含み、このヒータは、例えばモノリシック集積回路１００であることができ、この集積回路は、基板１４０における導体層３１０に取付けることによって、基板１４０における開口３２５の上に中空状態で保持されている。ヒータ１００は、ビア３４０及び導体層３１０によって、第１及び第２のヒータ接点１０１、１０２に電気的に接続されている。マイクロ回路１１０の構造は、種々の導体層３１０及び図面に示されていない誘電体層３１５を含むことができる。電気回路のある種の電気的な遮蔽は、上側及び下側のアース平面３１８、３２０によって提供することができる。導体層３１０へのヒータ１００の取付けは、例えば接着剤又はその他の材料又は圧力を介して導体層３１０にヒータ１００をボンディングするような種々の手段によって行なうことができる。ヒータ１００のカバーは、対になった表面１５０における構造の下側部分に取付けられる蓋１４５である。
【００２２】
図４は、図３における基板１４０へのサスペンディッド型ヒータ３００の取付け部４１０の拡大した図面である。図４において、取付け部４１０は、ヒータ１００の取付部以外の面積４１５より小さい。この代表的な実施例において、ヒータ１００が取付けられた構造は、基板１４０に取付けられた導体層３１０である。
【００２３】
図５は、本発明の実施例において説明するような別のサスペンディッド型ヒータ３００の図面である。図５において、サスペンディッド型ヒータ３００は、ヒータ１００を含み、このヒータは、例えばモノリシック集積回路１００であることができ、この集積回路は、取付けパッド３３０において基板１４０に取付けることによって、基板１４０における開口３２５の上に中空状態で保持されている。ヒータ１００は、導体層３１０及びビア３４０へのワイヤボンディング３３５によって、第１及び第２のヒータ接点１０１、１０２に電気的に接続されている。ここでも必要がない典型的な誘電体層３１５は、図５に含まれていない。電気回路のある種の電気的な遮蔽は、上側及び下側のアース平面３１８、３２０によって提供することができる。図５のヒータも図４と同様に、取付け部４１０は、ヒータ１００の取付部以外の部分の面積４１５より実質的に小さい。この代表的な実施例において、ヒータ１００が取付けられる構造は、基板１４０に取付けられた導体層３１０である。ヒータ１００のカバーは、対になった表面１５０における構造の下側部分に取付けられる蓋１４５である。
【００２４】
ここに開示された実施例は、回路基板１４０にアドオンされたサスペンディッド型ヒータ１００を取付けることができる手段を提供する。基板１４０は、例えばセラミックから製造することができる。ヒータ１００は、基板１４０における開口３２５の上に中空状態で保持され、したがって基板１４０への熱損失を減少する。ヒータ１００は、通常のマイクロ回路接着剤によって取付けられ、又は圧力を介して所定の位置に押込まれ、かつ基板１４０における開口３２５の上に中空状態で保持される。この開口は、基礎セラミックの頂部における厚膜誘電体又は誘電体テープにパターン形成することによって製造することができる。空洞も、例えばレーザによってセラミック内に切り込むことができる。このような実施例は、ガラス通路基板１４０を利用して製造された液体金属マイクロスイッチ１０５の空洞１１５や、セラミック／誘電体通路基板１４０とともに利用することができる。
【００２５】
マイクロ回路１１０におけるヒータ１００を取付けるための従来の技術を越えるここに記載したような実施例の効果は、ヒータ１００から基板１４０へ起こる熱損失の低損失化にある。したがってヒータ１００の空洞１１５内におけるガス１３５を加熱しかつ膨張するために、一層多くの熱が利用でき、その結果、ヒータ１００のために必要な電力が少なくてすみ、一層高速スイッチが可能なマイクロスイッチ１０５が提供できる。
【００２６】
本発明をその有利な実施例に関連して詳細に説明したが、一方記載した実施例は、本発明を限定するものではない。記載した実施例の形及び細部に種々の変更を行なうことができ、その結果、添付の特許請求の範囲の権利範囲内に含まれる均等な実施例が生じることは、当業者にとって明らかであろう。
【００２７】
最後に、本発明の代表的な実施態様を列挙する。
（実施態様１）
空洞（１１５）の内側に配置されており、かつマイクロ回路（１１０）の構造に取付けられたヒータ（１００）であって、前記マイクロ回路（１１０）の前記構造に対する前記ヒータ（１００）の取付け部の面積（４１０）が、前記ヒータ（１００）の前記取付け部以外の面積（４１５）より実質的に小さいヒータ（１００）を備えたマイクロ回路（１１０）の空洞（１１５）におけるガス（１３５）を加熱する装置（３００）。
【００２８】
（実施態様２）
前記ヒータ（１００）が、液体金属マイクロスイッチ（１０５）の部品であることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【００２９】
（実施態様３）
前記ヒータ（１００）が、前記マイクロ回路（１１０）の前記構造における開口（３２５）上に中空状態で保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（３００）。
【００３０】
（実施態様４）
前記マイクロスイッチ（１１０）の導体層（３１０）と前記ヒータ（１００）における接点（１０１，１０２）との間において、ワイヤボンディング（３３５）によって電気的な結合が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【００３１】
（実施態様５）
前記ヒータ（１００）の前記接点（１０１，１０２）が、前記マイクロスイッチ（１１０）の導体層（３１０）に物理的にかつ電気的に接触して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【００３２】
（実施態様６）
前記ヒータ（１００）が、モノリシックヒータ（１００）であることを特徴とする請求項１に記載の装置（３００）。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】マイクロ回路におけるヒータ起動される液体金属マイクロスイッチの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの断面Ａ−Ａにおけるヒータ起動される液体金属マイクロスイッチの側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの断面Ｂ−Ｂにおけるヒータ起動される液体金属マイクロスイッチの側面図である。
【図２Ａ】マイクロ回路におけるヒータ起動される液体金属マイクロスイッチの別の平面図である。
【図２Ｂ】マイクロ回路におけるヒータ起動される液体金属マイクロスイッチのさらに別の平面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂの断面Ｃ−Ｃにおけるヒータ起動される液体金属マイクロスイッチの側面図である。
【図３】本発明の代表的な実施例において記載したペンディッド型ヒータの図である。
【図４】図３におけるような基板へのペンディッド型ヒータの取付け部を拡大して示す図である。
【図５】本発明のの代表的な実施例において記載したような別のペンディッド型ヒータの図である。
【符号の説明】
１００　ヒータ
１０１　接点
１０２　接点
１０５　マイクロスイッチ
１１０　マイクロ回路
１１５　空洞
１３５　ガス
３００　装置
３１０　導体層
３２５　開口
３３５　ワイヤボンディング
４１０　取付け部
４１５　取付部以外の部分
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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