(57)【要約】【課題】機能を改善し、電力消費量を削減し、信頼性と他回路との相互接続性を向上させた電気スイッチングアセンブリを提供する。【解決手段】上記課題は、第１非導電性基板と、第１非導電性基板の第１表面上に堆積され、ヒーター空洞、液体金属チャネル、及びヒーター空洞を液体金属チャネルに沿う位置に接続する通路を生成するべくパターン化された第１誘電材料レイヤと、第２非導電性基板と、第２非導電性基板の第１表面上に堆積され、少なくとも第１誘電材料レイヤのヒーター空洞と一致するべくパターン化された第２誘電材料レイヤと、第２誘電材料レイヤ上に堆積され、第１誘電材料レイヤのパターンと一致するべくパターン化された接着剤レイヤとを有し、第１及び第２非導電性基板の表面は、互いに対向しており、介在する第１及び第２誘電材料レイヤと接着剤レイヤを介して接触状態にあることを特徴とする電気スイッチングアセンブリにより解決される。【選択図】図８
2004335456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気スイッチングアセンブリであって
第１及び第２表面を有する第１非導電性基板と、
前記第１非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、ヒーター空洞、液体金属チャネル、及び前記ヒーター空洞を前記液体金属チャネルに沿う位置に接続する通路を生成するべくパターン化された第１誘電材料レイヤと、
第１表面を有する第２非導電性基板と、
前記第２非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、少なくとも前記第１誘電材料レイヤの前記ヒーター空洞と一致するべくパターン化された第２誘電材料レイヤと、
前記第２誘電材料レイヤ上に堆積され、前記第１誘電材料レイヤの前記パターンと一致するべくパターン化された接着剤レイヤとを有し、
前記第１及び第２非導電性基板の表面は、互いに対向しており、介在する前記第１及び第２誘電材料レイヤと前記接着剤レイヤを介して接触状態にあることを特徴とする電気スイッチングアセンブリ。
【請求項２】
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項３】
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、セラミックからなることを特徴とする請求項１記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項４】
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記ヒーター空洞内に位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項５】
前記バイアを覆う前記ヒーター空洞内のパッドと、前記パッド間に空中位置されたヒーター抵抗体を更に有する請求項４記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項６】
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記液体金属チャネル内に位置している請求項１から５のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項７】
前記第１及び第２誘電材料レイヤは、厚膜技法によって堆積されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項８】
電気スイッチングアセンブリであって、
第１及び第２表面を有する第１非導電性基板と、
前記第１非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、ヒーター空洞、液体金属チャネル、及び前記ヒーター空洞を前記液体金属チャネルに沿う位置に接続する通路を生成するべくパターン化された誘電材料レイヤと、
前記第１誘電材料レイヤの少なくとも前記ヒーター空洞と一致するべくパターン化された第１表面を有する第２非導電性基板と、
前記第２非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、前記誘電材料レイヤの前記パターンと一致するべくパターン化された接着剤レイヤとを有し、
前記第１及び第２非導電性基板の表面は、互いに対向しており、介在する前記誘電材料レイヤと前記接着剤レイヤを介して接触状態にあることを特徴とする電気スイッチングアセンブリ。
【請求項９】
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、ガラスからなることを特徴とする請求項８記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、セラミックからなることを特徴とする請求項８記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記ヒーター空洞内に位置している請求項８から１０のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項１２】
前記バイアを覆う前記ヒーター空洞内のパッドと、前記パッド間の空中に配置されたヒーター抵抗体を更に有する請求項１１記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記液体金属チャネル内に位置している請求項８から１２のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１及び第２誘電材料レイヤは、厚膜技法によって堆積される請求項８から１３のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
移動可能な液体金属−金属間接点を有し、電気的なインパルスによって作動する非常に小さなスイッチの分野において、最近、様々な開発が行われている。即ち、それらは、実際には、それぞれＳＰＳＴ又はＳＰＤＴであるが、組み合わせることによってＤＰＤＴなどのその他のスイッチングトポロジーを形成可能な小型のラッチリレーである（以降、本明細書においては、最近の習慣に従い、これらのスイッチをＬＩＭＭＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｗｉｔｃｈ：液体金属マイクロスイッチ）と呼ぶ）。以下においては、まず、図１〜図４を参照し、これらデバイスの一分野の背後に存在する一般的な考え方について簡単に説明した後に、本発明者らにとって最大の関心の対象であるテーマ、即ち、基板上に製造されるそれらのスイッチに必要なチャネル及び空洞を形成するための改善された技法について説明するものとする。
【０００２】
まず、図１Ａを参照すれば、ガラスなどの適切な材料からなるカバーブロック１内に配列された各要素の平面断面図が示されている。このカバーブロック１は、端部が閉鎖されたチャネル７をその内部に有しており、チャネルの内部には、移動可能な水銀などの導電性液体金属の小さな膨張小滴（１２、１３）が２つ存在している。チャネル７は、そのサイズが比較的小さく、且つ水銀の小滴にとっては毛細管のようになっており、この結果、水銀の動作の決定において、表面張力が大きな役割を演じるようになっている。小滴の１つは、長くなっており、チャネル内に延長する２つの隣接する電気接点間を短絡し、もう１つの小滴は、短く、１つの電気接点のみと接触している。２つの空洞５及び６も存在しており、これらの内部には、それぞれヒーター３及び４が存在し、これらのそれぞれは、窒素などのそれぞれ密封された適切なガスの雰囲気（１０、１１）によって包まれている。空洞５は、チャネルの端部から、その長さの約１／３又は１／４のところでチャネル７内に開口する小さな通路８によってチャネル７に結合している。同様に、類似の通路９が空洞６をチャネルの反対側の端部に接続している。この構成の意図するところは、ヒーターの中の１つの温度が上昇することにより、ヒーターを包んでいるガスが膨張し、この結果、長い水銀小滴が分離して一部が移動し、この分離した部分が短い小滴に結合するというものである。これは、相補的な物理構成（即ち、鏡像）を形成しており、この段階で、大きな小滴は、チャネルのもう一方の端部に位置することになる。この結果、３つの電気接点の中の共に短絡される２つのものが切り替わる。そして、この変化の後にヒーターは冷却するが、水銀小滴は、もう一方のヒーターが加熱され、この新しい長い小滴の一部がもう一方の方向に押し戻される時点までは、表面張力により、それぞれの新しい場所において維持される。この構成全体が極めて小さいことから、これらすべての変化は、非常に高速に（例えば、１ミリ秒以下のレベルで）実行される。又、その小さなサイズは、マイクロ波領域における動作に適した回路アセンブリの一部であるインピーダンスが制御された伝送ライン構造に使用するのにも適している。
【０００３】
次に、図１Ｂを参照すれば、ヒーター３及び４の中間において取得した図１Ａの側面断面図が示されている。この図における新しい要素は、底部基板２であり、これは、薄膜、厚膜、又はシリコンダイコンポーネントを有するハイブリッド回路の製造に一般的に使用されているものなどの適切なセラミック材料から構成することができる。シーリング接着剤レイヤ１４が、カバーブロック１を基板２に接合すると共に、空洞５及び６、通路８及び９、及びチャネル７を形成しており、これらのそれぞれは、適度な気密性を保持している（又、水銀に対する耐性をも有している）。このレイヤ１４は、ＣＹＴＯＰと呼ばれる材料から構成可能である（これは、旭硝子株式会社の登録商標であり、デラウエア州ウィルミントンに所在するベレックスインターナショナル社（Ｂｅｌｌｅｘ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐ．，  ｏｆ  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，  Ｄｅｌａｗａｒｅ）から入手可能である）。又、バイア１５〜１８も新しく図示されており、これらは、気密性を有すると共に、基板２を貫通し、ヒーター３及び４の端部に対する電気的な接続を提供している。従って、バイア１５及び１６間に電圧を印加することにより、ヒーター３を非常に迅速に高温に加熱することができる。この結果、通路８を通じてガス１０の領域が膨張し、図２に示されているように、長い水銀小滴１２が分離を開始する。この時点では（及び、ヒーター３の加熱が始まる前の時点では）、長い水銀小滴１２は、図１Ｃに示されている形態で、接点バイア１９及び２０を物理的に繋ぎ、これらを電気的に接続している。そして、接点バイア２１は、この時点では、小さな水銀小滴１３と物理的且つ電気的な接触状態にあるが、小滴１２及び１３間に存在する空隙のために、バイア２０に対しては電気的に接続されていない。
【０００４】
次に、図３Ａを参照すれば、加熱されたガス１０により、それまで長い水銀小滴１２であったものが２つの部分に分離し、分離した水銀の右手側（であり、且つ主要な）部分が、それまで小さな小滴１３であったものに結合していることが観察される。この段階では、小滴１３が大きな小滴となり、小滴１２は小さなものになっている。図３Ｂを参照すれば、この段階で、水銀によって繋がれ、従って、電気的に互いに接続されているのは、接点バイア２０及び２１であり、接点バイア１９は、この段階では、電気的に絶縁されていることに留意されたい。
【０００５】
以上のＬＩＭＭＳ技法は、いくつかの興味深い特性を有しているため、それらのいくつかについて、次に説明しておく。これらのスイッチは、表面張力が水銀小滴を定位置に保持するため、優れたラッチリレーになっている。これらは、あらゆる姿勢において動作し、衝撃に対してかなりの抵抗力を有している。そして、これらの電力消費量は適度なものであり、それらは小型である（幅が１／１０インチ未満であり、高さは、２０／１０００又は３０／１０００インチ程度に過ぎない）。これらは、優れた絶縁性を有しており、非常に高速であって、接点の跳ね返りも最小限のものである。又、加熱によって膨張するガスの代わりに、圧電素子によって容積の変化を実現する形態のものも存在している。又、チャネルや通路における膨らみやくびれなど、しばしば有用であると考えられる特定の改良例も存在している。このような改良の詳細については、これらの領域で継続的な研究が行われていることから、特許文献を参照されたい。例えば、特許文献１を参照されたい。
【０００６】
次に、現時点における本発明者らの関心の対象であるＬＩＭＭＳ技術の出発点に関する本発明者らの簡潔な調査内容を要約するべく、まず、図４、次に図５を参照されたい。図４においては、部品の配列がわずかに異なる分解図３２が示されている（但し、この動作は、図１〜図３に関連して説明したものとまったく同一である）。特に、この配列においては、ヒーター（３、４）とそれらの空洞（５、６）がそれぞれチャネル７の反対側に位置していることに留意されたい。この図４において特筆するべき更なる新しい要素は、接点電極２２、２３、及び２４の存在である。これらは、（それぞれ、１９、２０、及び２１の）バイアに電気的に接続されている金属の堆積物である（薄膜であることが好ましい）。これらは、液体金属の小滴との良好なオーム接触を確保するべく機能するだけでなく、液体金属が湿潤するための領域にもなっており、小滴を移動させるのに必要な圧力における一定のヒステリシスを提供している。これは、加熱（及び膨張）した作動媒体が冷却することによって発生する収縮により、元の場所に向かって小滴が吸引されないようにするのに有用である。尚、この図には、液体金属の小滴は示されていない。
【０００７】
接点電極２２〜２４を薄膜プロセスによって製造する場合には、通常、（残りの図の多くに関連して実行されているように）、基板上に誘電材料の厚膜を形成した「後」に、これらの接点電極を製造することが必要となる。この工程の順序は、形成する厚膜材料の硬化に高い焼成温度が必要とされる場合に必要となるものである（これらの温度は、薄膜金属のレイヤが耐えることができる温度を簡単に上回るからである）。又、薄膜金属のレイヤが、基板表面から出発し、チャネルの側部を上昇している場合には、その遷移が余り急激なものでないほうが有用であろう。
【０００８】
図５は、ヒーター空洞、液体金属チャネル、及びそれらの相互接続通路を、カバーブロック内の凹部としてではなく、２つの基板間の誘電材料のレイヤ内に形成したＬＩＭＭＳデバイスの概略分解図２５である。この図は、基板２６の一部を示すものであり、この基板は、セラミック又はガラスであってよく、ＬＩＭＭＳデバイスを製造する基材として機能している。様々な金属導電体２７〜３１（これらは、金であってよい）を基板２６の上部表面上に堆積することが可能であり、或いは、これらは、基板の表面上に元々存在していた金属シート全体をパターン化によって除去し、残ったものであってもよい。後者の場合は、導電体の中のいくつかが、接地面の存在と共に形成された同一平面伝送ラインとなる事例にうまく適合するものである。但し、水銀は、金と融合し、十分な水銀が存在する場合には、金を溶解してしまう。従って、クロミウムやモリブデンなどの別の金属によって金を覆い、保護することが望ましい（組立の際に水銀が汚れる可能性があるため、正常な動作において水銀小滴又はスラグの金への接触が予想される露出パッドのみを覆うだけでなく、すべての金を完全に覆うことが望ましい）。この図においては、導電体２７及び２８は、それぞれヒーター抵抗体３４及び３５の駆動ラインである。そして、導電体２９、３０、及び３１は、交換信号ラインであり、これらは、インピーダンスが制御された伝送ライン構造の一部であってもよい。
【０００９】
次に、パターン化されたレイヤ３６に留意されたい。これは、様々な導電体２７〜３１上に適用されたものであり、ヘレウス社（Ｈｅｒａｅｕｓ）のＫＱ１５０又はＫＱ１１５厚膜誘電材料、又はデュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）の４１４１Ａ／Ｄ厚膜コンポジションであってよい。これらは、ペーストとして塗布した後に、規定の温度で規定の時間にわたって加熱することにより、硬化する材料である。個別の材料に応じて、これらは、均一なシートとして適用し、硬化させた後に、（例えば、レーザー又は化学的エッチングによって）パターン化することが可能であり、或いは、最初の適用段階において、（スクリーニングプロセスによって）パターン化することも可能である。いずれにしても、このパターン化により、ヒーター空洞４４及び４５、液体金属チャネル４６、及びそれらの相互接続通路が生成される。
【００１０】
パターン化された誘電材料レイヤの印刷に使用する従来の厚膜プロセスによれば、硬化した誘電材料レイヤの最終的な厚さを相当程度に（例えば、５／１０００〜１０／１０００インチの範囲で）制御することが可能であり、十分な厚さの均一性を実現することは、それほど難しいことではない。しかしながら、印刷された硬化していないレイヤをどれほど薄く及びどれほど厚くできるか、に関しては限度が存在しており、レイヤ３６の全体としての特定の深さを実現するには、複数のレイヤを適用（印刷）することが必要になろう。ステンレス鋼の微細なメッシュ（スクリーン）を使用して印刷するＫＱ材料の場合には、印刷された硬化していないレイヤの厚さは、１／１０００〜２／１０００インチのレベルである。ＫＱ材料は、硬化プロセスにおいて、厚さが約３０％程度収縮する。いくつかの硬化していないレイヤを順番に印刷した後に、それらすべてを焼成するか、或いは、適用の順序を印刷−焼成−印刷−焼成とするか、さもなければ、印刷−印刷．．．印刷−焼成−印刷−印刷．．．とすることも可能である。硬化していない印刷されたレイヤを硬化させるための焼成においては、急峻な側壁と相対的に鋭いエッジは、それぞれ、傾斜し、丸くなってしまう。この結果生成される液体金属チャネル４６の台形の断面形状は、レイヤ３６の望ましい厚さの決定に対して大きな影響を与えることになる。この観点においては、図５に示されている図は、相当程度に単純化されており、図面を簡略化するべく、ヒーター空洞４４、４５、液体金属チャネル４６、及びそれらの相互接続通路（図５においては、符号が付加されていないが、図１及び図２においては、８及び９として示されている）は、すべて急峻な側壁と鋭いエッジを有するものとして描かれている。この結果、図面の基本的な主題を容易に理解できるようになっている。しかしながら、印刷されたＫＱを使用する場合には、実際の状況は、図６〜図９に示されているものに格段に近いものになる。様々なパターン化された誘電材料レイヤの側壁が傾斜していることに留意されたい。急峻な側壁と鋭いエッジは、必ずしも悪いものではなく、その他の製造技法によって生成することは可能であるが、それらの急峻な側壁を上昇する４１〜４３などの金属化領域の生成に使用する方法に影響を与えることにもなろう。
【００１１】
レイヤ３６の形成及びパターン化が完了すると、金属性領域４１〜４３を堆積させる。これらは、図４の金属性接点２２〜２４に対応するものであり、液体金属との電気的な接触を改善すると共に、液体金属が（ラッチのために）湿潤することができる表面を提供するべく機能するものである。領域４１〜４３は、薄膜技法によって堆積可能であり、その場合には、誘電レイヤ３６の硬化に必要な高温による焼成を既にすべて実施済みであることが重要になろう。
【００１２】
望ましい場合には、金属のストリップ３７をＬＩＭＭＳデバイスの外辺部の周りに適用することも可能である。このようなストリップ３７は、カバープレート３８との密封シーリングの一部を構成するものであり、ハンダ又はガラスフリットから形成する。この密封シーリングには、カバープレート３８の外辺部に沿う面取りされたエッジ３９の存在も必要となる。カバープレート３８は、セラミックから製造することが好ましいが、ガラスも同様に使用可能であろう。カバープレートの裏面上には、ＣＹＴＯＰなどの接着剤のパターン化されたレイヤ４０を適用する。この接着剤レイヤ４０のパターンは、張り合わせる対象である誘電レイヤ３６のパターンと一致するものであり、破線によって示されている。又、破線により、金属化領域４７、４８、及び４９も示されており、これらは、チャネル４６内に形成されている領域４１〜４３に対応している。金属化領域４７〜４９は、液体金属が様々な位置において湿潤するための更なる表面を提供するものであり、これも、薄膜技法によって堆積させることができる。
【００１３】
図５の図２５に示されているＬＩＭＭＳを組み立てるには、チャネル４６内に液体金属の小滴（図示されてはいない）を入れ、窒素などの適当なガスの雰囲気中において、パターン化された誘電材料レイヤ３６を有する基板２６にカバープレート３８を張り付けることになる。そして、密封シーリングを形成することになろう。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，３２３，４４７Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明者らは、デバイスの機能を改善し、デバイスの製造費用を削減し、デバイスを周囲の回路に接続することに関連する費用を削減し、デバイスの電力消費量を削減し、デバイスの信頼性とその他の回路との様々な相互接続性を向上させる技法に対して常に関心を持っている。ヒーター抵抗体と接触状態にある作動ガスが多ければ多いほど、そして、基板に吸収されるヒーター抵抗体の熱が少なければ少ないほど、ＬＩＭＭＳの動作速度と電力消費量に有利に作用することになろう。基板上に形成されたトレース又はパッドに直接張り付けられたヒーター抵抗体は、基板に非常に近接しており、ガスを加熱するのに利用可能な抵抗体の領域が減少すると共に、基板を加熱することによって電力を浪費することになる。又、セラミック又はガラスのシート内に凹部を形成するのは、面倒な作業であり、取り扱いが容易ではない厄介な化学物質も必要となる。又、この種の形成には、それ以外の場合には必要とされないプロセス技術が必要とされており、これに代えて、別の既存のプロセスを使用することができるならば、製造の計画／実施を単純化することができよう。更には、既存のプロセスを再使用すれば、その結果生成される構造は、その他の構造と完全な互換性を有する熱膨張特性を有することになるという裏付けも存在している。これらの理由から、本発明者らは、ヒーターの取付方法を再度検討すると共に、できることなら、カバーブロック内に形成する凹部を除去することにしたい。空洞、チャネル、及び相互接続通路を形成するパターン化された誘電体レイヤを底部基板上において使用することは、魅力的な出発点となろう。しかし、その後、どのようにすればよいのであろうか。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
ＬＩＭＭＳデバイス内のチャネル及び空洞を効率的に製造する問題に対する魅力的な解決策は、これらの要素を、それぞれが個々の上部又は下部構造上に堆積されたパターン化された厚膜誘電材料レイヤとして生成された一致する上部及び下部部分として形成することである。パターン化された接着剤レイヤにより、これら２つの部分を互いに接着し、外辺部の周りにおいて密封シーリングする。ヒーター抵抗体は、下部レイヤ上に取り付けられ、従って、これらは基板から離隔し浮いた状態にあり、その表面領域のより多くの部分が露出している。ヒーターと交換信号接点用の導電体を下部基板を貫通してルーティングし、接触パッドアレイ上のハンダボールを使用する表面実装技法と協働させるべく、バイアを使用することができる。通常、このようなバイアは密封されてはいないが、これらをパターン化された誘電材料レイヤ内に配置することにより、密封することができる。望ましい場合には、内部に凹部が形成された従来の平らな基板により、この上部基板とパターン化された誘電レイヤを置換することも可能であろう。
【００１７】
この構想は、適当な誘電材料の使用に依存したものであり、この誘電材料は、丈夫でなければならず、基板への接着性が良好であり、汚染物質に対する不浸透性を有し、パターン化が可能でなければならず、且つ、望ましい場合には、ハンダ付けのために金属化することもできるものである。又、この材料は、誘電体としても、十分に制御された適切な特性を有している必要がある。選択可能な場合には、誘電率（Ｋ）が低いもののほうが高いものよりも好ましい。ペーストとして堆積させた後に硬化させることができる適当な厚膜誘電材料には、ヘレウス社（Ｈｅｒａｅｕｓ）のＫＱ１５０及びＫＱ１１５厚膜誘電体とデュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）の４１４１Ａ／Ｄ厚膜コンポジションが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図６を参照すれば、基板５０の上方に浮いたヒーター抵抗体６６によって構築されたＬＩＭＭＳデバイスのヒーター空洞において取得した断面の概略表現３３が示されている。基板５０は、セラミック又はガラスであってよく、ヒーター抵抗体６６を駆動する電気信号を搬送する導電体用のバイアとして機能するべく内部にドリル又はその他の方法によって開けられた孔５４及び５５を有している。この意図するところは、更に大きな配列を実現する可能性であって（それ自体は図示されていない）、（基板上に複数の完全な回路アセンブリを取り付けて、所謂、ハイブリッド回路を形成した後に）、処理対象である導電体を合計で多数備える多くのその他のＬＩＭＭＳデバイス又はその他の回路要素を基板５０によって保持することができ、この結果、より大きな外部環境にそれらの導電体を接続するべく、ボールグリッド表面実装技法を使用することが望ましくなるようにすることである。但し、その一方で、本発明者らは、導電体の数は、それほど大きくないが（或いは、場合によっては小さいが）、なんらかのその他の理由により、表面実装ボールグリッド技法を採用することが望ましいという可能性も排除しているわけではない（これらの理由には、大きな部品（ハイブリッド）を構築するために表面実装プロセスの製造環境が既に存在しているケース、ハンダボールによる方法を優先しワイヤイヤボンディングを嫌悪しているケース、及びハイブリッドの密度が余りに高く、部品間の相互接続に要する表面領域を極小化することが望ましいケースが含まれる（但し、これらに限定されるものではない））。いずれにしても、読者は、その理由を問わず、バイアの適用が、基板の一方の側からもう一方の側への信号伝達に有効な方法であることを理解するであろう。
【００１９】
再び図６を参照すれば、基板５０の裏面には、パターン化された金属レイヤ（これは、金から構成される可能性が高い）を有しており、領域５１、５２、５３、５８、及び５９がその代表例である。要素５１〜５３は、単に接地面であるか、或いは、同一平面伝送ラインなどのインピーダンスが制御された伝送ライン構造の一部として機能することも可能である。この代わりに、５１〜５３の１つ又は複数のものが存在していなくてもよい。要素５８及び５９は、金属性プラグ５６及び５７にそれぞれ接続しているパッドである。これらのプラグは、孔５４及び５５内に形成されており、基板５０の一方の側からもう一方の側へのバイアの実際の電気接続として機能するものである。パッド５８及び５９は、表面実装ボールグリッド技法の中心であるハンダボール６０及び６１を保持している（これらは、図６の部分を保持することになる更に大きな部分（図示されてはいない）に対して図６の部分を（ハンダ付けによって）付着させるプロセスにおいて、熱を印加した際に、取り付けパッドの一致するパターンに対してリフローする）。尚、取り付けの後に、５１〜５３と、その他の近接する導電性表面の間における望ましくない接続を回避するのに有用なハンダレジストのレイヤ（図示されてはいない）を設けることも可能であることが理解されよう。
【００２０】
次は、興味深いトピックである。領域５１〜５３は、基板５０の底部表面全体を元々覆っていた（そして、エッチングによってパターン化された）均一なシートの残存部分であってよいが、これに続いて、プラグ／パッドの組み合わせ（５４／５８、５７／５９）を形成する方法は、次のとおりである。即ち、まず、関連する孔を開け、この孔を金などの金属を含む粉末状のコンポジションによって充填する（塞ぐ）。次いで、焼結と同様に、熱の印加によって硬化させ、型崩れしないようにする。焼結すると、プラグは、その軸に沿った長手方向と直径方向の両方において、ある程度収縮する。直径方向の収縮により、非密封シーリングが生成され、これは、プラグの多孔性により、更にその度合いが増すことになる。
【００２１】
プラグを形成した後に、例えば、ＰｔＰｄＡｇの粉末状の厚膜コンポジションを使用し、底部パッド（５８、５９）を印刷し、次いで、焼結させる。このプラグ及びパッドは、その緊密な近接性によって電気的に接続されることになる。硬化の後に、このＰｔＰｄＡｇは、バイアの（底部の）端部において効果的な密封シーリングを形成する。このＰｔＰｄＡｇパッドは薄く、バイアプラグの近接領域においてハンダ付けを行うと、パッドを通じてハンダ内にバイアプラグの金属が浸出する可能性がある。この結果、ハンダがもろくなり、信頼性問題が発生することになる。このため、本発明者らは、大きな（又は、長い）パッドを使用しており、ハンダボールの位置をプラグの位置からずらしている。
【００２２】
更なる密封保護のために、本発明者らは、バイアが基板から表面に現れる（又は、基板内に入る）部分におけるそれぞれのバイアの上部端部をも個々にシーリングしたいと思う。更には、本発明者らは、これらのバイアに関連するヒーター抵抗体６６を浮かせるようにもしたい。但し、処理段階が増加すれば、所要コストが増加するという点に留意し、本発明者らは、両方の目標に共通する段階を細かく調べることにより、これら２つの目標を実現する方法について検討をおこなった。
【００２３】
その結果、本発明者らは、バイアとそのパッド５８及び５９を形成した後に、パターン化された厚膜誘電材料の領域６２及び６３を適用した。この適用作業とは、例えば、（「課題を解決するための手段」の節において前述した）ヘレウス社（Ｈｅｒａｅｕｓ）のＫＱ材料又はデュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）の製品と関連する印刷及び焼結段階のことである（尚、領域６２及び６３の傾斜した側部に留意されたい。これらは、「背景技術」の節において前述したように、複数の印刷された誘電材料レイヤを硬化させる焼結の際に生じるものである）。次いで、本発明者らは、金又は銀を有するパッド６４及び６５をバイアからそれぞれ領域６２及び６３の上部表面に印刷し、焼結させた。そして、これらを水銀又は水銀蒸気に対する保護のために必要な保護用の金属性レイヤ（クロミウム又はモリブデン）によって覆った。これらのパッドは密封されている。スロープ上では印刷が完全に可能であるが、急峻な遷移の垂直部分に沿って印刷することは困難であり、この点において、バイアに向かって下降する傾斜した側部は有用である。次に、誘電体の領域６７及び６８を形成し、それぞれパッド６４及び６５の傾斜部分にまで延長させる。バイアの上部全体が誘電材料によって囲まれていることに留意されたい。これは、硬化すると、ガラスのような物質になり、密封シーリングに完全に適するものである。この結果、水銀からの作用に対して不浸透性を有するパッドの良好な密封シーリングが生成され、その表面は、（浮いたヒーター抵抗体６６を張り付けるべく）基板よりも十分上方に位置している。
【００２４】
続いて、ヒーター抵抗体６６を定位置に張り付ける。適当な抵抗体としては、既知の半導体複合材料やその他の既知の材料が含まれ、これらをパッド（６４、６５）に電気的及び物理的に付着させる既知の方法として様々なものが存在している。そして、（ヒーター空洞と、恐らく液体金属チャネル、並びにそれらの相互接続通路用の）適当な凹部を有すると共に、ＣＹＴＯＰの一致するパターンを有するカバープレート７０を付着させる（これは、ガラス、或いは、恐らくセラミックであってよい）。このカバープレートとＣＹＴＯＰレイヤのパターンを形成する１つの方法は、ＣＹＴＯＰのレイヤをカバープレートの裏面に適用した後に、吹き付け加工プロセスを使用して、両方を同時にパターン化する方法である。そして、既知の技法を使用し、カバープレート７０の外辺部と基板５０間の更なる密封シーリングを実現することもできる。
【００２５】
次に図７を参照すれば、図６の断面３３に類似した断面７９が示されているが、バイアと誘電材料のレイヤが多少異なる方法によって形成されている点が相違している。この違いは、バイアのために孔７１及び７２を開ける前に、単一のパターン化された誘電材料のレイヤ７１を形成する点にある。そして、これらの孔を開ける際には、基板５０と誘電体レイヤ７１の両方を貫通してまっすぐに形成する。次に、本発明者らは、長いバイアプラグ７５及び７６を形成した。次いで、位置をずらした底部パッド５８及び５９を形成し、上部パッド７３及び７４も同様に形成する。その他のすべての側面においては、図６及び図７は、本質的に同一である。
【００２６】
次に、本発明者らは、更なる改善のための出発点として、この図７を使用することとする。本発明者らは、内部に凹んだ空洞及び／又はチャネルを有する上部カバープレート７０を省略したいと思う。以下、この実現方法について、図８及び図９との関連で図示及び説明する。
【００２７】
まず、図８を参照すれば、下部（接着剤レイヤ６９及び抵抗体６６から下の部分）は、図７のものと同一であるものの、凹んだ上部カバープレート７０が含まれてはいない断面８０が示されている。その代わりに、パターン化された誘電材料レイヤ７７（これは、ヘレウス社（Ｈｅｒａｅｕｓ）のＫＱ材料又はデュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）の製品であってよい）を有する上部基板７８が存在している。そして、カバープレート７０内に存在していた凹部、チャネル、通路、及び空洞と一致する誘電体レイヤ７７のパターンが、代わりに使用されている。上部基板及びパターン化された誘電体レイヤ７７は、以前と同様に、パターン化された接着剤レイヤ６９によって付着している。当然のことながら、この図８の技法（上部基板上にパターン化された誘電体レイヤ内における凹部、チャネル、通路、及び空洞の形成）を図６の技法と共に使用し、カバープレート７０を置換可能であることも理解されよう。
【００２８】
最後に、図９を参照すれば、図８の方法において製造されたＬＩＭＭＳデバイスの断面８１が示されており、この断面図は、移動可能な液体金属小滴（又は、スラグ）を格納するチャネルにおいて取得した断面である。この図において、基板５０は、堆積された後にパターン化された誘電体レイヤ７１を有していることが理解されよう（このレイヤは、図８のヒーター抵抗体６６の下方において、空間を含んでいるが、図９に示されているヒーターチャネルの部分には、そのような空間を有してはいない（但し、有することも可能である））。基板５０の裏面は、図８の５１〜５３に対応するパターン化された金属性領域８３〜８７を有することができる。同一の方法により、図９の３つのバイアは、プラグ９１〜９３を格納し、パッド９４〜９６とそれぞれオーム接触状態にあると共に、パッド１００〜１０２ともそれぞれオーム接触状態にある孔８８〜９０によって形成されている。ハンダボール９７〜９９は、それぞれの個々のプラグ９１〜９３とは位置がずれている。上部基板７８は、任意選択により、接地遮蔽、接地面、又は信号導電体として機能するパターン化された金属の残存物８２及び８３を有することができる。
【００２９】
ここで、金属性領域１０３〜１０５に留意されたい。これらは、前述のように、移動可能な金属性小滴に対して湿潤機能を提供するべく意図された堆積物である。これらは、電気的な接触を提供するべく、そこに存在しているのではなく、従って、本発明者らは、例えば、領域１０３をパッド１００に接触させてはいない。領域１０３は、レイヤ７７のリップ上をＣＹＴＯＰのレイヤ６９が占有している領域まで延長していないため、これは接触していない。但し、領域１０３が左に延長し、ＣＹＴＯＰによって覆われていたとしても、なんらの問題も発生しないであろう（ＣＹＴＯＰには弾力性があり、領域１０３を形成する金属のレイヤは薄いものである）。
【００３０】
尚、移動可能な金属が水銀であって、パッド１００〜１０２及びその関連領域１０３〜１０５が金（又は、水銀と反応する別の金属）で製造されている場合には、例えば、クロミウムやモリブデンなどからなる適当な保護用のカバーレイヤにより、融合と分解に対して、それらの金の表面を保護しなければならないことを思い出して頂きたい。
【００３１】
最後に、本発明の代表的な実施態様を以下に示す。
（実施態様１）
電気スイッチングアセンブリであって、第１及び第２表面を有する第１非導電性基板と、前記第１非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、ヒーター空洞、液体金属チャネル、及び前記ヒーター空洞を前記液体金属チャネルに沿う位置に接続する通路を生成するべくパターン化された第１誘電材料レイヤと、第１表面を有する第２非導電性基板と、前記第２非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、少なくとも前記第１誘電材料レイヤの前記ヒーター空洞と一致するべくパターン化された第２誘電材料レイヤと、前記第２誘電材料レイヤ上に堆積され、前記第１誘電材料レイヤの前記パターンと一致するべくパターン化された接着剤レイヤとを有し、前記第１及び第２非導電性基板の表面は、互いに対向しており、介在する前記第１及び第２誘電材料レイヤと前記接着剤レイヤを介して接触状態にあることを特徴とする電気スイッチングアセンブリ。
【００３２】
（実施態様２）
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、ガラスからなることを特徴とする実施態様１記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００３３】
（実施態様３）
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、セラミックからなることを特徴とする実施態様１記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００３４】
（実施態様４）
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記ヒーター空洞内に位置していることを特徴とする実施態様１から３のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００３５】
（実施態様５）
前記バイアを覆う前記ヒーター空洞内のパッドと、前記パッド間に空中位置されたヒーター抵抗体を更に有する実施態様４記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００３６】
（実施態様６）
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記液体金属チャネル内に位置している実施態様１から５のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００３７】
（実施態様７）
前記第１及び第２誘電材料レイヤは、厚膜技法によって堆積されることを特徴とする実施態様１から６のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００３８】
（実施態様８）
電気スイッチングアセンブリであって、第１及び第２表面を有する第１非導電性基板と、前記第１非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、ヒーター空洞、液体金属チャネル、及び前記ヒーター空洞を前記液体金属チャネルに沿う位置に接続する通路を生成するべくパターン化された誘電材料レイヤと、前記第１誘電材料レイヤの少なくとも前記ヒーター空洞と一致するべくパターン化された第１表面を有する第２非導電性基板と、前記第２非導電性基板の前記第１表面上に堆積され、前記誘電材料レイヤの前記パターンと一致するべくパターン化された接着剤レイヤとを有し、前記第１及び第２非導電性基板の表面は、互いに対向しており、介在する前記誘電材料レイヤと前記接着剤レイヤを介して接触状態にあることを特徴とする電気スイッチングアセンブリ。
【００３９】
（実施態様９）
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、ガラスからなることを特徴とする実施態様８記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００４０】
（実施態様１０）
前記第１及び第２非導電性基板の少なくとも１つは、セラミックからなることを特徴とする実施態様８記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００４１】
（実施態様１１）
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記ヒーター空洞内に位置している実施態様８から１０のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００４２】
（実施態様１２）
前記バイアを覆う前記ヒーター空洞内のパッドと、前記パッド間の空中に配置されたヒーター抵抗体を更に有する実施態様１１記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００４３】
（実施態様１３）
前記第１非導電性基板及び第１誘電材料レイヤを貫通する導電性バイアを更に有し、それぞれの導電性バイアの端部は、前記液体金属チャネル内に位置している実施態様８から１２のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【００４４】
（実施態様１４）
前記第１及び第２誘電材料レイヤは、厚膜技法によって堆積される実施態様８から１３のいずれかに記載の電気スイッチングアセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】従来技術によるＳＰＤＴ液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）の断面図であり、これらの図においては、利便のために、それぞれのヒーターがチャネルの反対側の端部に位置すると共に、同一の側に位置するものとして示されている。
【図１Ｂ】図１ＡのＳＰＤＴ液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）の１Ｂ面における断面図である。
【図１Ｃ】図１ＡのＳＰＤＴ液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）の１Ｃ面における断面図である。
【図２】従来技術によるＳＰＤＴ液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）の断面図であり、動作サイクルの開始時点における断面図である。
【図３Ａ】図２において開始した動作の終了時点におけるＬＩＭＭＳの断面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＳＰＤＴ液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）の３Ｂ面における断面図である。
【図４】従来技術によるＳＰＤＴ液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）の分解図である。
【図５】パターン化された厚膜誘電体レイヤ上に配設されたセラミックカバープレートによって製造された従来技術によるＬＩＭＭＳデバイスの概略分解図である。
【図６】凹んだカバーブロックと、ヒーター空洞を形成するのみならず下部基板からヒーター抵抗体を浮かせるべく機能する順番に適用された複数のパターン化された誘電材料レイヤと、を有し、バイアと上昇パッドを使用して下部基板の底部表面上から抵抗体の電気接続を取り出し、ハンダボールアレイによる表面実装を可能にしたＬＩＭＭＳデバイスの概略断面図である。
【図７】凹んだカバーブロックと、ヒーター空洞を形成するのみならず下部基板からヒーター抵抗体を浮かせるべく機能するパターン化された誘電材料レイヤと、を有し、一体成形のバイアを使用して、誘電体レイヤ及び基板の組み合わせを貫通して抵抗体の電気接続を下部基板の底部表面上に取り出し、ハンダボールアレイによる表面実装を可能にしたＬＩＭＭＳデバイスの概略断面図である。
【図８】パターン化された誘電材料レイヤ内に形成されたチャネルと空洞を有する上部基板により、凹んだカバーブロックが置換されているＬＩＭＭＳデバイスの概略断面図である。
【図９】液体金属チャネルが存在するＬＩＭＭＳデバイスの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
３３、７９、８０、８１  電気スイッチングアセンブリ
５０  第１非導電性基板
５６、５７、７５、７６、９１、９２、９３  導電性バイア
６２、６３、６７、６８、７１、７７  誘電材料レイヤ
６４、６５、７３、７４  パッド
６６  ヒーター抵抗体
６９  接着剤レイヤ
７０、７８  第２非導電性基板
【図１Ａ】
2004335456.tif 000003
【図１Ｂ】
2004335456.tif 000004
【図１Ｃ】
2004335456.tif 000005
【図２】
2004335456.tif 000006
【図３Ａ】
2004335456.tif 000007
【図３Ｂ】
2004335456.tif 000008
【図４】
2004335456.tif 000009
【図５】
2004335456.tif 000010
【図６】
2004335456.tif 000011
【図７】
2004335456.tif 000012
【図８】
2004335456.tif 000013
【図９】
2004335456.tif 000014