(57)【要約】【課題】アイソレーション特性を備えると共に密封性にも優れたマイクロリレーを提供する。【解決手段】第１固定接点及び固定電極を有する第１固定基板と、第２固定接点を有し前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、前記可動板は枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、前記可動部は前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固定接点及び固定電極を有する第１固定基板と、第２固定接点を有し前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点と接触する位置に前記第２固定接点が配置されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、
前記第１固定接点は信号接続用の接点であり、前記第２固定接点はグランド接続用の接点であることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、
前記第１、第２固定接点は、共に信号接続用の接点であることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、
前記第１固定基板の固定電極が前記固定接点よりも高く形成されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、
前記第１固定接点が片持ち梁状に形成されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動接点が複数並設され、前記第１固定接点は前記可動接点の数に対応して分岐されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動接点が複数並設され、該可動接点の数に対応して独立の第１固定接点が前記第１固定基板に並存することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項９】
第１固定接点及び固定電極を備えた第１固定基板と、第２固定接点を備え前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は枠部と可動部とを含み、可動部は前記第１、第２固定基板の表面対して垂直方向に移動可能とする弾性部材を介して前記枠部に接続され、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１０】
請求項９に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配設されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のマイクロリレーにおいて、
前記弾性部材は複数のヒンジバネであり、前記可動部は対称位置に設けたヒンジバネで前記枠部に接続されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載のマイクロリレーにおいて、
前記弾性部材は複数のヒンジバネであり、前記可動部は対称位置に設けたヒンジバネで前記枠部に接続されている、対向する位置に配置された前記ヒンジバネのバネ係数が異なることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１３】
請求項９又は１０に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部及び可動部の少なくとも一方に可動部の面内方向での移動を規制するストッパを備えていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１４】
第１固定接点及び固定電極を備えた第１固定基板と、第２固定接点を備え前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に、電荷を除去するための電荷除去手段を備え、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１５】
請求項１４に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配設されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１６】
請求項１４に記載のマイクロリレーにおいて、
前記電荷除去手段は、前記可動部と固定電極との間の配線上に設けた放電抵抗であることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１７】
第１固定接点及び固定電極を備えた第１固定基板と、第２固定接点を備え前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、前記可動部は前記第１固定基板に張付くことを防止するための凸部を備え、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１８】
請求項１７に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配設されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１９】
請求項１７に記載のマイクロリレーにおいて、
前記凸部が電荷除去手段となっていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれかに記載のマイクロリレーをベース上に固定し、樹脂材で封止したマイクロリレーディバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はいわゆるマイクロリレーに関する。マイクロリレーは半導体製造技術を応用して製造できる。マイクロリレーは従来型のリレーと比較して小型化を促進できる等、多くの利点があり最近、注目されているデバイスの１つである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロリレーの一般的な構造は、固定基板に対向するように可動板を備えている。マイクロリレーには、固定基板と可動板との間で所定電圧を供給したときに発生する静電引力（静電気力）を利用するものがある。このようなマイクロリレーでは、静電引力で可動板を固定板側に変移させることで接点を導通させる。また、電圧供給を解除することで接点の遮断を行う。この種のマイクロリレーについては、従来から複数の提案がある。例えば、特開平５−２４２７８８号公報では一対の固定基体の間に可動板を配設したマイクロリレーが開示されている。この公報では、微小なマイクロリレーが温度変化による歪を受け易いこと、接続電極の形成が一般に困難であること等を課題とし、これを解決した構造を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報で開示する技術は、配線を外部に引出すためにマイクロリレー内部の密封性が確保されていない。リレーの特性として接点オン（ＯＮ）時での接触抵抗が低く安定していることが要求される。これは、接触抵抗が接点周囲の雰囲気に影響を受けので、密封構造となっていることが望ましいからである。特に、マイクロリレーは半導体製造技術を用いてウェハ上にマイクロチップを多数形成し、これらをダイシングして個別化することで大量生産できるという大きなメリットがある。よって、このダイシングの際に用いる水や磨耗粉から、マイクロリレー内部の微細な駆動部や接点等を守る必要がある。しかし、特開平５−２４２７８８号公報で開示するマイクロリレーでは、ダイシング前に内部の密封構造が確保されていない、よって、好ましいリレー特性を保証できないという問題がある。
【０００４】
マイクロリレーは上記のように密封構造が好ましい他、さらに以下に列挙するように解決すべき複数の課題があり、これらの課題をより多く解決した構造のマイクロリレーであることがより望ましいと言える。
【０００５】
▲１▼　マイクロリレーの駆動方式として静電気力を用いることは、構造が比較的簡単で低消費電力を実現できるという利点がある。その際、接点間距離をできる限り大きく取ることがアイソレーション（開離接点間での信号漏洩量を抑制すること）を向上させる上で重要である。ところが、可動板を駆動させる静電引力は、印加電圧の２乗に比例し、電極間距離の２乗に反比例する。さらにマイクロリレーで実用上使用できる駆動印加電圧（１０Ｖ程度まで）やマイクロリレー自体の大きさを考慮すると、接点間距離は数μｍ程度と極めて小さくなる。よって、マイクロリレーに関して、接点間距離を大きく取った構造とすること自体が困難である。なお、ここでの接点間距離とは固定側の接点と可動板の接点とが開離したときの距離である。
【０００６】
▲２▼　マイクロリレーは静電引力、接点サイズ、接点間距離の小ささから従来のリレーのような電力切替えよりも微弱な信号切替えに向いている。このようにマイクロリレーは、信号ラインを簡単に形成でき接点も小さいので、高周波信号切替えリレー（高周波リレー）に適している。高周波リレーでは特にアイソレーション特性を向上させることが重要であり、そのためには開離接点間の静電容量を小さくすることが必要である。このように接点間の静電容量抑制には、対向接点の面積を小さくし、前記と同様に接点間の距離を大きく取ることが有効である。
【０００７】
しかし、接点の対向面積を小さくすると接点の接触面積が小さくなるので接触抵抗が大きくなってしまう。また、接点間距離は前述したように大きく取ることができない。よって、満足できる高周波特性を備えたマイクロリレーを設計することは容易ではない。
【０００８】
▲３▼　さらに、静電引力を用いるマイクロリレーでは接点とは別に駆動用の電極が固定基板及び可動板に存在する。この電極間距離が小さくなれば成る程、静電引力に基づく発生力が大きくなる。そのために、接点部以外で可動板が固定電極と接触し、電極間電荷残留（チャージアップ）により、可動板が固定電極に張付いて（強固に密着して）動かなくなるとう事態が発生する場合がある。このような事態になると、マイクロリレーとしての機能を果たせなくなる。
【０００９】
▲４▼　またさらには、マイクロリレーで用いる静電気力に基づいた接触力は小さい。しかし、リレー一般としては、接触力を大きく取り接触抵抗を小さく安定化させることが望ましい。よって、低圧駆動ではあるが大きい接触力があるマイクロリレーが求められるが、相反する要求でありこのようなマイクロリレーの実現は困難である。さらに、マイクロリレーに関しては、電極間距離の精度を高めて製造上の歩留まりを向上させることが求められ、ワイヤボンディング等の外部接続を廃止してパッケージサイズの小型化や信号ラインでの低抵抗化について配慮した構造が求められている。
【００１０】
したがって、本発明の主な目的はアイソレーション特性を備えると共に密封性にも優れたマイクロリレーを提供すること、さらには上記他の課題も合わせて解決できるより好ましい構造を備えたマイクロリレーを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項１に記載の如く、第１固定接点及び固定電極を有する第１固定基板と、第２固定接点を有し前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動するマイクロリレーにより達成される。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、可動電極と定電極との間で生じる静電引力に基づいて、可動部が第１、第２の固定基板の間を移動することにより接点の閉成、開離が行われる。この構造のマイクロリレーは半導体製造技術を用いて微小に形成できる。そして、前記枠部及び固定基板は密封接合されているので、可動部の移動する空間を外気から遮蔽することができる。この空間には接点、電極等が露出しているので汚染や腐食を防止することができる。よって、ウェハ上に本マイクロリレーを多数形成して、ダイシングするような工程があっても、信頼性あるマイクロリレーとして提供できる。密封接合は、第１、第２固定基板と枠部とを陽極接合されることで簡単に実現できる。また、第２固定基板側に第２固定接点を備えているので、マイクロリレーの接点構成の多様化を図ることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載するように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配置されている構造とすることが望ましい。本発明によると、可動部を駆動する電圧の供給がないときには可動接点が常に第２固定接点と接触することになる。すなわち、本マイクロリレーは電圧供給のない非駆動時にも、可動接点と第２固定接点とを接続できる構造となるので従来と比較して接点構成の自由度を増すことができる。
【００１４】
そして、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、前記第１固定接点は信号接続用の接点であり、前記第２固定接点はグランド接続用の接点とすることができる。本発明によれば、可動部が静電引力を受け可動接点が信号用の第１固定接点に接触したときに信号ラインはオン状態となる。その逆に可動部が静電引力を受けていないオフ状態であるときには、可動接点がグランド接続用の第２固定接点に接触する。このような構造であれば、オフ時に必ず可動接点がグランド接続された第２固定接点に接触するので、可動接点と第１固定接点との静電容量結合を切ることができる。そのため、可動接点と第１固定接点との距離を短くすることができる。よって、可動部を駆動するための駆動電圧を低く抑制することができる。また、オフ時には可動接点がグランド接続されるので接点距離を短くしてもアイソレーションを向上させることもできる。本発明のマイクロリレーは低電圧駆動を実現しつつ、アイソレーションの向上も図った構造を実現している。
【００１５】
また、請求項４に記載のように、請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、前記第１、第２固定接点は、共に信号接続用の接点として採用してもよい。本発明によると、信号ラインを２系統にできるので、接点構成を多様化することがきる。例えば２つのリレーを配置した部分に本マイクロリレー１つで対応できる。
【００１６】
また、請求項５に記載のように、請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、前記第１固定基板の固定電極が前記固定接点よりも高く形成してもよい。本発明では、固定電極の高さが十分にあるので、可動部下に可動接点が突出した状態でも可動電極と固定電極との電極間距離を狭めることができる。よって、駆動電圧を抑制できる。また、可動接点の高さと固定接点の高さを調整することで、可動電極と固定電極とが接触することがないように調整することもできる。
【００１７】
また、請求項６に記載のように、請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、前記第１固定接点が片持ち梁状に形成してもよい。本発明では、第１固定接点が片持ち梁状であるので、静電引力により可動部が第１固定基板側に吸引されたときに可動接点が第１固定接点を押すので梁が撓む。その一方、静電引力が無くなった時（オフ時）には撓んだ梁が元に復帰しようとするので、可動接点を押し返す。よって、オフ時に可動接点を第１固定接点から確実に開離させることができる。
【００１８】
また、請求項７に記載のように、請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動接点が複数並設され、前記第１固定接点は前記可動接点の数に対応して分岐された構造としてもよい。本発明では１つの第１固定接点が複数の可動接点に接触できるように分岐されている。よって、接点の接触信用性が向上する。
【００１９】
また、請求項８に記載のように、請求項１又は２に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動接点が複数並設され、該可動接点の数に対応して独立の第１固定接点が前記第１固定基板に並存させた構造としてもよい。この構造では、複数の可動接点と同数の独立第１固定接点が存在する。本発明によると、接点の接触信用性が向上すると共に、信号ラインが複数存在することになるので設計の自由度も増す。
【００２０】
また、上記目的は、請求項９に記載のように、第１固定接点及び固定電極を備えた第１固定基板と、第２固定接点を備え前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は枠部と可動部とを含み、可動部は前記第１、第２固定基板の表面対して垂直方向に移動可能とする弾性部材を介して前記枠部に接続され、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動するマイクロリレーによっても達成できる。
【００２１】
請求項９に記載の発明によれば、枠部と可動部との間に弾性部材が存在するので、可動部の移動が保証される。また、第１、第２固定基板及び可動板は密封接合されているので、可動部の移動する空間を外気から遮蔽することができる。
【００２２】
そして、請求項１０に記載のように、請求項９に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配設されていることが望ましい。請求項１０の本発明では、弾性部材が可動部を当初の位置に復帰させると常に可動接点と第２固定接点とを接触させることができる。
【００２３】
また、請求項１１に記載のように、請求項９又は１０に記載のマイクロリレーにおいて、前記弾性部材は複数のヒンジバネであり、前記可動部は対称位置に設けたヒンジバネで前記枠部に接続されている構造とすることができる。本発明は半導体製造で用いられている薄膜形成、薄膜加工技術を応用して実施できる。例えば、ＲＩＥ（リアクティブ　イオン　エッチング）等のエッチング技術を用いることができる。本発明によると可動部の移動をスムーズにすることができる。
【００２４】
また、請求項１２に記載のように、請求項９又は１０に記載のマイクロリレーにおいて、対向する位置に配置された前記ヒンジバネのバネ係数が異なるように設定してもよい。本発明によると可動接点が固定接点に対して擦るように接触することになる。よって、接点表面を新しい状態に維持することができる。
【００２５】
また、請求項１３に記載のように、請求項９又は１０に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部及び可動部の少なくとも一方に可動部の面内方向での移動を規制するストッパを備えている構造としてもよい。本発明によると、可動部の移動方向とは異なる方向への動きを抑制できる。
【００２６】
また、上記目的は、請求項１４に記載の如く、第１固定接点及び固定電極を備えた第１固定基板と、第２固定接点を備え前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に、電荷を除去するための電荷除去手段を備え、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動するマイクロリレーによっても達成することができる。本発明によるとマイクロリレー内に不要な電荷が残存した場合にこれを除去できるので、正確な動作を保証できる。
【００２７】
また、請求項１５に記載のように、請求項１４に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配設されている構造としてもよい。本発明によると、さらに接点構成を多様化できる。
【００２８】
また、請求項１６に記載のように、請求項１４に記載のマイクロリレーにおいて、前記電荷除去手段は、前記可動部と固定電極との間の配線上に設けた放電抵抗とすることができる。本発明によると、配線上に放電抵抗を設けるという簡単な構成で可動部或いは固定基板側に残る無用な電荷を除去できる。
【００２９】
また、上記目的は、請求項１７に記載の如く、第１固定接点及び固定電極を備えた第１固定基板と、第２固定接点を備え前記第１固定基板に対向して配置した第２固定基板と、前記第１、第２固定基板の間に配置した可動板とを備え、
前記可動板は、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含み、前記可動部は前記第１固定基板に張付くことを防止するための凸部を備え、
前記枠部は前記第１、第２の固定基板間で密封接合され、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極及び前記第１、第２固定接点に対応する位置に可動接点を備え、前記可動電極と前固定電極との間で生じる静電引力に基づいて前記第１、第２固定基板間を移動するマイクロリレーによっても達成できる。本発明によると、凸部を設けたことにより、可動部が固定基板に張付くことが確実に抑制できる。
【００３０】
また、請求項１８に記載のように、請求項１７に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部が前記静電引力を受けていないときに、前記可動接点が接触する位置に前記第２固定接点が配設されている構造としてもよい。本発明によると、接点構成を多様化できるようになる。
【００３１】
また、請求項１９に記載のように、請求項１７に記載のマイクロリレーにおいて、前記凸部が電荷除去手段となっている構造であること望ましい。本発明では、可動部と固定基板との張付きを防止するストッパとして作用する凸部が、さらに電荷除去も行うのでより確実に張付きが抑制でき、静電気等の外乱を除いた高精度なデバイスとして提供できる。
【００３２】
さらに、開示する本発明の範疇には請求項２０に記載するように、請求項１から１９のいずれかに記載マイクロリレーをベース上に固定し、樹脂材で封止したマイクロリレーディバイスも含むものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００３４】
〔第１実施例〕
図１から図３は、第１実施例に係るマイクロリレーについて示した図である。図１はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図２はこのマイクロリレーチップ１０５を完成品としてのマイクロリレーディバイス１００に仕上げる様子を順に示した図、図３はマイクロリレーチップ５の断面構成例を模式的に示した図である。本第１実施例の説明では、まず図１及び図２を用いて実施例に係るマイクロリレーの概要を説明し、さらに図３を用いてより詳細に内部構成を説明する。
【００３５】
本マイクロリレーチップ１０５は、第１固定基板となる下側の固定基板１３０（以下、単に固定基板１３０と称する）と第２の固定基板となる上側の固定基板１１０（以下、キャップ基板１１０と称する）との間に可動板１２０を挟んだ基本構造を有している。
【００３６】
可動板１２０は例えばシリコン単結晶のような半導体材料を基材にして形成されている。この可動板１２０は、環状に形成した枠部１２５と、この枠部１２５に対しその枠内で上下動する可動部１２１とを含んでいる。可動部１２１が上下動する方向は、キャップ基板１１０及び固定基板１３０の板面に垂直な方向となる。可動部１２１を上下動可能とするために、可動部１２１は弾性変形するヒンジバネ１２２により枠部１２５に接続されている。図１で例示する枠部１２５は矩形であるがこれに限らず、線対称型の形状であればよい。この枠部１２５の対称位置に複数のヒンジバネ１２２を設けて可動部１２１が保持されている。本実施例では枠部１２５の四隅にヒンジバネ１２２を配置して可動部１２１を保持している。後述するように、可動部１２１には静電引力が作用して上下動される。その際、静電引力を有効に用いて可動部１２１が平行状態を維持しながら上下運動するように４本のヒンジバネ１２２が設定されている。
【００３７】
可動部１２１には可動電極及び可動接点を含んでいる。図１の中段に示すように、可動部１２１は外観では２枚の長方形板の間に小さな突起１２３を介して接続したような形状を成している。この突起１２３は可動接点１２３であり、長方形板は可動電極である。可動部１２１の大部分は可動電極であり、その中央の一部に可動接点１２３が存在するという形態となる。よって、本実施例では可動部１２１が実質的に可動電極となっている。可動接点１２３と可動電極（可動接点１２３以外の部分）とは電気的に絶縁されている。例えば、可動部１２１の基材はシリコン単結晶であり、その表面に絶縁膜を形成して、可動接点１２３と絶縁されている。後に詳述するが、この可動接点１２３は可動部１２１に設けたスルーホールを介して、可動部１２１の表裏一体に存在している。この可動接点１２３自身或いは少なくともその表面は、金、白金、銅等の導電性材料で形成されている。
【００３８】
キャップ基板１１０及び固定基板１３０は、上記可動板１２０を上下から挟み込むように配置される。より具体的にその構造を説明すると、可動板１２０の枠部１２５がキャップ基板１１０及び固定基板１３０に密封接合され、その内部に形成された空間で可動部１２１が上下動可能となっている。キャップ基板１１０及び固定基板１３０は、例えば基材がガラス等の絶縁性部材である。固定基板１３０は固定電極１３１及び第１固定接点１３３を有している。キャップ基板１１０は第２固定接点を有している。図１では固定基板１３０側の固定電極１３１と第１固定接点１３３とが示されているが、キャップ基板１１０の下面に存在する第２固定接点はここでは図示されていない。固定基板１３０の固定電極１３１と第１固定接点１３３は、可動部１２１の場合と同様に電気的に絶縁されている。
【００３９】
固定基板１３０の固定電極１３１は可動電極として機能する可動部１２１に、またキャップ基板１１０及び固定基板１３０の第１、第２固定接点は可動部１２１の可動接点に対応するように配置されている。なお、図１で確認できる可動部１２１の上側の可動接点１２３はキャップ基板１１０に対応するものである。この図１では確認できないが可動部１２１は裏面側にも固定基板１３０に対応する下側の可動接点１２３を有している。上側の可動接点１２３と下側の可動接点１２３はスルーホールで接続されており一体である。固定基板１３０に関して説明すると、固定接点１３３は２つの電極が離間された構造である。可動部１２１が下がると、可動接点１２３が一対の固定接点１３３を導通させて信号ラインをオンするようになっている。
【００４０】
また、本実施例ではキャップ基板１１０及び固定基板１３０の内部からの電気配線の引出しはスルーホール１１９を介して行うようになっている。よって、キャップ基板１１０及び固定基板１３０と枠部１２５との接合に気密性がある場合には内部の密封性を維持できる。なお、キャップ基板１１０上面には電極パッド１１７が形成されスルーホール１１９で内部側と導通している。電極パッド１１７は図示しないキャップ基板１１０の第２固定接点と接続されている。電極パッド１１７は製品化されたときに接地される。
【００４１】
そして、図２に示すように、密封性を備えたマイクロリレーチップ１０５をベース基板１４０に固定し（Ｂ）、樹脂１４５で封止すれば好ましいマイクロリレーとなる（Ｃ）。なお、図２の（Ｂ）において可動板１２０は外部に接続パッド１２６を有しており、マイクロリレー１０５は段状になっている。接続パッド１２６はワイヤ１４６で電極パッド１４７に接続されている。上記ベース基板１４０に替えてリードフレームを用いてもよい。
【００４２】
ところで、キャップ基板１１０及び固定基板１３０と可動板１２０の枠部１２５とを気密性を持って密封接合させた構造は、例えば可動板１２０を単結晶シリコンとし、キャップ基板１１０及び固定基板１３０にガラスを用いることにより実現できる。シリコンとガラスとは陽極接合により簡単かつ強固な接合を得ることができる。陽極接合は所定温度以下で平坦なガラスとシリコンの面を接触させ、ガラス側をマイナス（−）極、シリコン側をグランド（ＧＮＤ）に接続して、直流高電圧を印加する接合方法である。キャップ基板１１０及び固定基板１３０用のガラスとしてはパイレックス（登録商標）ガラスを用いることが推奨される。このガラスはシリコンと熱膨張係数が近いので熱的にも安定である。シリコンの他、金属を用いても陽極接合を行うことが可能であるので、可動板１２０の枠部１２５に陽極接合できる金属を用いてもよい。この陽極接合では、接着剤や接合面の一部を溶融することなどが必要でない。よって、設計した寸法の精度を高くすることができる。マイクロリレーでは可動部１２１と固定基板１１０、１３０との間（ギャップ）の寸法精度が高いことが望ましいので、陽極接合による構造はこのような要求に応えることができる。なお、陽極接合による接合時には酸素ガスが発生する。密封後の内部に酸素ガスが残留していると、内圧の上昇によりリレー動作への影響や密封破壊の原因となることも想定される。よって、陽極接合は不活性ガス内の減圧環境下で実行することが望ましい。
【００４３】
図２で（Ａ）の状態から（Ｂ）のベース基板１４０上にマイクロリレーチップ１０５を接続する際には、フィリップチップ接合を用いるとワイヤボンディングよる構造と比較してマイクロリレーの小型化を図ることができる。また、後述するがキャップ基板１１０及び固定基板１３０と可動板１２０で共用する接続線として外周に溝状のサイドキャスティングラインを形成することによっても小型化を図ることができる。
【００４４】
図３は、図１及び図２で示したマイクロリレーチップ１０５の断面構成を模式的に示した図である。この図３では、図１及び図２で説明したマイクロリレーチップ１０５内の構成部の位置関係が確認し易いように模式的に示している。例えば図１では一対の固定接点１３３は各々が左右両端まで延在しているが、固定電極１３１を表すために短く表示している。この図を用いてさらに詳細に本実施例のマイクロリレーを説明する。この図ではキャップ基板１１０及び固定基板１３０並びに可動板１２０の構成が詳細に確認できる。この図３には、図１及び図２では確認できなかったキャップ基板１１０の第２固定接点１１３が示されている。
【００４５】
下側の固定基板１３０の固定電極１３１と実質的に可動電極として機能する可動部１２１は対応する位置に形成されている。また、固定基板１３０の第１固定接点１３３とキャップ基板１１０の固定接点１１３は可動接点１２３に上下で対応する位置に形成されている。前述したように固定基板１３０側に設けた一対の第１固定接点１３３は信号ライン用の接点であり、可動接点１２３が降下して接触したときに離間している第１固定接点１３３を導通させる。これに対し、キャップ基板１１０側の第２固定接点１１３は１つである。この第２固定接点１１３は電極パッド１１７を介してグランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【００４６】
特に、本実施例の第２固定接点１１３は、固定電極１３１側に静電吸引されていない可動接点１２３と接触する位置となるように配設されている。すなわち本マイクロリレーでは、可動部１２１と固定電極１３１とが電気的に導通されていないときには、ヒンジバネ１２２により可動部１２１が初期状態に維持される。このように可動部１２１が初期位置にあるときの可動接点１２３が接触する位置に、第２固定接点１１３が配置されている。よって、駆動電圧の供給がオフとされて可動接点１２３が下側の第１固定接点１３３から開離したときには、上側の第２固定接点１１３と接することになるので静電容量結合を確実に解除できる。このような構成を採用することで接点間のアイソレーションを向上させることができる。そのために、図３で確認できるように、可動部１２１の両面に形成される可動接点１２３はスルーホール１１９を介して一体化されている。
【００４７】
また、固定基板１３０の固定電極１３１は、可動電極として機能する可動部１２１との間で所定電圧が印加されるようになっている。固定電極１３１の各々はスルーホール１１９を介して裏面側に引出されている。可動板１２０は前述したように例えばシリコンで形成され、ここに不純物をドーピングさせて導電性が付与されている。なお、スルーホール１１９の内部は導体で充填若しくは内壁に導体メッキが施されている。よって、固定基板１３０及び可動板１２０の枠部１２５で形成する内部空間の密封が破壊されない構造が確保されている。
【００４８】
この図３では、可動板１２０と固定電極１３１の接続線は図示されていないが、スイッチを介して導通及び遮断ができるようになっている。
【００４９】
可動板１２０は枠部１２５及び可動部１２１がヒンジバネ１２２を含んでいるが、これらはシリコンを基材にして一体に形成することができる。シリコンに不純物をドープしておくことで、枠部１２５から可動部１２１の導電性も簡単に確保できる。ただし、可動部１２１の構成は係る形態に限定すべきものではなく、例えばその表面に金属製の電極を形成した形態でもよい。なお、可動接点１２３と電気的な絶縁を形成するために、可動部１２１の表面には絶縁膜１２９が形成されている。
【００５０】
そして、先の図１で確認できるように、可動部１２１は枠部１２５の四隅に設けたヒンジバネ１２２により上下動可能に支持されている。より具体的には、可動部１２１が、上記固定電極１３１との間で電圧が印加されると静電引力作用により固定基板１３０側に移動する。すなわち、静電引力により、可動部１２１は電圧供給のない初期位置と固定基板１３０との間を上下動する。その際に、可動接点１２３が下降したときには固定基板１３０の第１固定接点１３３と接触し、可動部１２１が初期位置にあるときには可動接点１２３はキャップ基板１１０の第２固定接点１１３と接触するという状態が形成できる。よって、信号ラインの固定接点１３３に対して可動接点１２３が接触して閉成及び離れて開離するというリレーの動作を実現する。
【００５１】
図４及び図５は、前記第１実施例の変形例について示した図である。図１〜３では各基板１１０、１３０において外部への配線の引出しをスルーホール１１９により行っていた。しかし、各基板からの電気配線の引出しはスルーホールを用いず、基板１１０、１３０と可動板の枠部１２５との接合面の平坦性が確保されるように一致させて配線を埋め込んだ構造としてもよい。本変形例はこのような構造例を示している。
【００５２】
図４は可動板１２０と固定基板１３０との間で埋め込み配線を用いた場合の分解斜視図、図５は図４で示すマイクロリレー１０５を側部断面で模式的に示している。図４で固定電極１３１からの引出し配線１３６及び第１固定接点１３３からの引出し配線１３７は、共に固定基板の表面と同一になるように埋め込まれている。このように固定基板１３０の表面を平坦にしておくことで、先に説明したと同様の陽極接合を行うこと内部の密封性を確保してマイクロリレーを製造できる。なお、この構造を採用する場合には引出し配線１３６、１３７が接触する枠部１２５に、固定基板１３０との電気的絶縁を確保するために絶縁膜１２７を形成することが必要である。キャップ基板１１０にいても同様の配線構造を採用することができる。
【００５３】
また、図５ではより好ましい一つの形態として、可動部１２１の下面の一部に下方に突出する凸部１２４を備えている。この凸部１２４はストッパとして機能している。可動部１２１が下に移動して可動接点１２３が第１固定接点１３３と閉成した後に、さらに可動部１２１が静電引力により更に引き寄せられる場合があってもこのように凸部１２４を設けることで可動部１２１と固定電極１３３とが張付くことを防止できる。図５では上側の凸部１２４に対応した位置の固定電極１３１に凹部１３５が形成されている。この場合、少なくとも凸部１２４の高さは凹部１３５の深さより大きくなるように形成して、可動部１２１が固定電極１３１と強固に密着することが抑制するようにしておくことが望ましい。なお、固定電極１３１側に上記のように凹部を設けず、比較的低い凸部１２４を設ける形態としてもよい。
【００５４】
図６は、図５で示した凸部１２４を備えた第１実施例のマイクロリレーを作動させた様子を示した図である。同図にはマイクロリレーを駆動させる駆動回路１６０が示されている。スイッチ１６５を接点１６１と接続すると、固定基板１３０の固定電極１３１と可動板１２０側間に電圧が生じる。なお、図６では、上段には可動板１２０に電圧を印加させない初期状態を示し、下段には可動板１２０に電圧を印加させた状態を示している。
【００５５】
固定基板１３０の固定電極１３１は予めＧＮＤ（グランド）電位にされている。図６の下段に示すように、可動板１２０を正極電位にすると可動部１２１は固定電極１３１側に引き付けられる。可動接点１２３が第１固定接点１３３と接触する。可動接点１２３が第１固定接点１３３に接触した後も、可動部１２１は固定電極１３１によりさらに大きな力で引き付けられる。よって、図示のように可動部１２１は撓みを生じ可動接点１２３と第１固定接点１３３との接触力がさらに向上する。従って、接点の接触抵抗を低減することができる。
【００５６】
また、本実施例では好ましい形態として可動部１２１の表面に、ストッパとして機能する凸部１２４が形成されているので、可動部１２１と固定電極１３１との面接触を確実に防止できるようになっている。よって、固定部１２１が固定電極１３１に張付くという問題を生じない。なお、本実施例では可動部１２１の表面を絶縁膜１２９で被覆しているので、可動部１２１が固定電極１３１に接触してもショートの問題はない。しかし、凸部１２４で可動部１２１と固定電極１３１との接触を確実に防止できるようにすれば、この部分の絶縁膜を省略することが可能である。
【００５７】
一方、図６の上段に示すように、スイッチ１６５を切替えて接点１６１との接続を切ると、可動部１２１は初期位置に復帰して可動接点１２３は第２固定接点１１３（ＧＮＤ接点）と接触する。従って、可動接点１２３と第１固定接点１３３との間の静電容量が小さくなる。よって、接点間の高周波信号の漏れを小さくできる。すなわち、本マイクロリレーではアイソレーションを向上させることができる。
【００５８】
〔第２実施例〕
図７は、第２実施例のマイクロリレーについて示した図である。第１実施例の可動板１２０はエッチング処理により形成されていた。可動板１２０の枠部１２５の高さは前述した接点ギャップを規定することになるので、高精度に加工することが望ましい。本第２実施例はスペーサを用いてギャップを形成した場合のマイクロリレーを例示するものである。なお、本実施例のマイクロリレーの基本構成は前述した第１実施例の構造と同様であるので、同じ部位には同一の符号を付すことで重複する説明は省略する。
【００５９】
本実施例の枠部１２５はスペーサ１２８を用いて形成されている。このスペーサ１２８は多結晶シリコン（ポリシリコン）や金属を堆積させることで形成できる。堆積には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を採用できる。このように形成したスペーサ１２８も陽極接合することできるので、本実施例でも内部密封型のマイクロリレーを製造できる。エッチング処理によって高い寸法精度でギャップを形成できるが、本実施例のようにスペーサを用いた場合にも同様にギャップを形成することもできる。一般にエッチング処理には時間を要するので、スペーサによりギャップを用いてギャップを形成する本実施例によると、工程時間の短縮化を図ることができる。
【００６０】
〔第３実施例〕
図８は、第３実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定基板の第１固定接点を片持ち梁の形状にした点に特徴がある。本実施例でも第１実施例のマイクロリレーと同様の部位には同一の符号を付している。これ以後の実施例についても同様とする。なお、この図８では特徴的部分を図示しており、キャップ基板１１０側の第２固定接点等の構成は図示を省略している。
【００６１】
本実施例の第１固定接点１３３は片持ち梁状に形成され、自由端側に降下した可動接点１２３が接触する構造となっている。よって、上段に示す初期状態から駆動電圧が供給されて静電引力を受けた可動部１２１が下降すると、可動接点１２３が第１固定接点１３３の自由端側を押し下げながら接触してオン状態とする。この後、駆動電源が遮断されたときには、変形した第１固定接点１３３が復元しようとするので可動接点１２３を押し返す。よって、駆動電源がオフとされたときにはヒンジバネ１２２の戻り力に加えて、片持ち梁計形状とされた第１固定接点１３３からの復元力が加わるので、接点の開離力が高くなる。よって、本実施例のマイクロリレーでは、オフ時での接点開離を確実に行える。
【００６２】
〔第４実施例〕
図９及び図１０は、第４実施例のマイクロリレーにいて示した図である。本実施例は、キャップ基板１１０及び固定基板１３０並びに可動板１２０で共用する配線路を設けた点に特徴があるマイクロリレーである。図９に示す本実施例のマイクロリレーチップ１０５もキャップ基板１１０と固定基板１３０の間に可動板１２０を挟んで陽極接合されて製造される点は同様である。しかし、同図の矢印Ｘで示すように各板１１０、１２０、１３０の周形状が整いすっきりとした外観となっている。そして、本実施例の場合も固定基板１３０及びキャップ基板１１０の内部側から電気配線は各々スルーホール１１９により反対側（外側）に取り出されている。この構成は第１実施例と同様である。
【００６３】
しかし、本実施例のマイクロリレー１０５は、図１０に示すように、外周部にキャップ基板１１０及び固定基板１３０と可動板１２０を接続する三層貫通の共通配線路（サイドキャステレーション）１４８が形成されている。なお、図１０の上段に示したマイクロリレー１０５は右側にその裏面側を示している。この裏面側は固定基板１３０の底面が示される。この底面には固定基板１３０のグランドパッド１５１、電極接続パッド１５２さらには可動板１２０との接続パッド１５５が示されている。また、ここには、後述する放電抵抗１５０が示されている。
【００６４】
このマイクロリレーチップ１０５は、中段に示すように半田ボールなどでベース基板１４０にフィリップチップボンディングされてマイクロリレーアッセンブリを形成する。本実施例の構成を採用することで、ワイヤボンディングが不要となる。よって、図２の場合と比較すると明らかであるがワイヤボンディングのためのベース基板面を小型化でき、ワイヤによる導体抵抗の増加を除去できる。さらに、マイクロリレーチップに接続パッドを設けるための段差を形成する必要がない。よって、３枚同じ外形状の板を貼り合わせて３層貫通するスルーホールを形成して導電性の材料を充填しておき、これをダイシング工程の際にカットすればサイドキャステレーション１４８を外部に備えた構造のマイクロリレーを簡単に作製できる。
【００６５】
なお、本実施例のマイクロリレーチップの表面（キャップ基板裏面側）を適当な保護膜等で被覆すれば、ベース基板実装や樹脂モールドを成形することなくマイクロリレーチップ１０５の状態そのままで、実装可能なデバイスとなり得る。この場合には更なる小型化が促進できることが明らかである。
【００６６】
〔第５実施例〕
図１１及び図１２は、第５実施例のマイクロリレーについて示している。図１１はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図１２はマイクロリレーチップ１０５の断面構成例を模式的に示した図である。第１実施例と比較した本実施例の特徴は、キャップ基板１１０側の第２固定接点１１３がグランド（ＧＮＤ）に接続される接点から信号ラインの接点に変更された点にある。
【００６７】
即ち、固定基板１３０側の一対となっている第１固定接点１３３と同様に、キャップ基板１１０側の第２固定接点が１１３−１，１１３−２の一対となって形成されている。図１１に示すようにこれに伴って、キャップ基板上の電極パッド１１７も１１７−１、１１７−２の一対に変更されている。本実施例のマイクロリレーは２系統の信号ラインを有するので接点構成を多様化でき、またリレーの数を低減できる。例えば、従来において１系統のリレーを２つセットしていた箇所では、本実施例のマイクロリレー１つで対応できる場合がある。
【００６８】
図１３及び図１４は、上記第５実施例のマイクロリレーの変形例について示している。図１３は固定基板１３０の第１固定接点１３３の一方とキャップ基板１１０の一方の第２固定接点１１３−１とを接続して共通にしている。このような構成を取ることによっても接点構成を多様化できる。さらに図１４は前述したサイドキャステレーション１４８を利用して図１３に示した配線を具現化する好ましい構造例である。固定基板１３０とキャップ基板１１０との共通配線を前述したサイドキャステレーション１４８で実現して端子の共通化を図っている。このようにサイドキャステレーションを用いると共通配線を簡単に作製できる。
【００６９】
〔第６実施例〕
図１５は第６実施例のマイクロリレーについて示している。このマイクロリレーでは可動部１２１を厚めに形成している。本実施例では可動部１２１が静電引力を受けて移動し、下段に示すように可動接点１２３が固定接点１３３に接触した後に撓むことがない剛性を備える程度に可動部１２１の厚みが設計されている。前述した第１実施例では可動部１２１が撓むことに配慮しており、可動電極１２１と固定電極１３１との張付きを防止するため好ましい変形例で凸部１２４を形成していた。しかし、本実施例の場合には可動部１２１が静電引力により撓むことがないので凸部を設ける必要がない。よって、第１実施例と比較して工程を簡素化できる。なお、本実施例の当然の構成として、可動接点１２３が第１固定接点１３３に接触したときに、可動部１２１が接触しない高さで固定電極１３１が形成されている。
【００７０】
図１６は上記第６実施例の改良例を示した図である。第６実施例のように可動板１２１の厚みを増すと円で囲んで示すヒンジバネ１２２の領域の剛性も増加することになる。しかし、ヒンジバネ１２２の剛性が可動部１２１と共に増すと、ヒンジバネ１２２のスチフネスが大きくなるため、可動部１２１が初期位置から下へ移動し難くなる。そこで、本改良例はヒンジバネ１２２の部分を可動部１２１より薄くしてスチフネスを小さくし、動き易くしている。本例によると、撓みを抑制した可動部１２１を確実に初期位置から下へ移動させることができる。
【００７１】
〔第７実施例〕
図１７は第７実施例のマイクロリレーについて示した図である。この実施例では可動板１２０のヒンジバネ１２２の部分に特徴を有している。（Ａ）はヒンジバネ１２２がつづら折で折り返しをされる範囲ＴＷを広くしてスチフネスを小さくした場合、（Ｂ）はヒンジバネ１２２で折り返し回数を増加させてスチフネスを小さくした場合を示している。このようにヒンジバネ１２２に改良を加えることによって可動部１２１の移動が円滑に行える。この構造は特に第６実施例の剛性を向上させた可動部１２１を上下動させるのに有効である。
【００７２】
〔第８実施例〕
図１８は、第８実施例のマイクロリレーについて示した図である。この実施例も可動板１２０のヒンジバネの部分に特徴を有している。（Ａ）は４つのヒンジバネ１２２−１〜１２２−４を枠部１２５の４辺各々と接続して可動部１２１を保持する構造である。この構造によっても可動部１２１を上下動させることができる。しかし、この構造の場合、円内ＴＥＲの部分での変移量が比較的大きくなる傾向があり、可動部１２１の円滑な上下動に支障が出る場合もある。
【００７３】
そこで、（Ｂ）或いは（Ｃ）に示すように、枠部１２５の互いに対向する辺にヒンジバネ１２２を接続する。（Ｂ）では左辺にヒンジバネ１２２−１，１２２−４、右辺にヒンジバネ１２２−２，１２２−３を接続している。（Ｃ）の場合は上下の辺に同様に接続している。このようにヒンジバネを対称配置した構造とすると、可動部１２１のバランスが良くなるので、スムーズに上下動を行えるようになる。また、この構造の可動板１２０は安定性が増すので、第１実施例の変形例で示した凸部１２４の追加を考慮しなくとも良い。
【００７４】
〔第９実施例〕
図１９は、第９実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例はヒンジバネのバネ係数のバランスを変更することで、可動接点と第１固定接点との間で極微小な摩擦を発生させるような構造を含んでいる。第１実施例の場合には可動部１２１の水平状態を維持しながら初期位置から下方へ移動させるようにしていた。しかし、本実施例では、積極的にヒンジバネのバネ係数を変更するようにした点で異なっている。図１９で４つのヒンジバネ１２２−１から１２２−４は異なるバネ係数に設定されている。ヒンジバネ１２２の長さ、幅、厚さを適宜調整することでバネ係数を変更することができる。
【００７５】
各ヒンジバネ１２２−１から１２２−４のバネ係数を異なるものとし、（Ａ）で示す初期状態から静電引力を作用させると先ずバネ係数の小さい側が先導して動き、（Ｂ）で示すように可動部１２１の片側のみが固定電極１３１に強く吸引された状態となる。その後更に（Ｃ）で示すように徐々に可動板１２１と固定電極１３３との間の距離が小さくなりバネ係数の大きい側も吸引される。最終的には第１実施例の場合と同様に可動部１２１の両側が吸引された状態となる。しかし、状態（Ｂ）から（Ｃ）となる動作の途中では、可動接点１２３と第１固定接点１３３との接触時に僅かな擦れ（ワイピングと称される）が生じる。このとき、接点表面では僅かな擦れが生じるため、接点表面の新しい面が現れる。すなわち、接点同士の擦れ合いで接点表面に絶縁性の被膜が形成されることや、絶縁性の物質が付着することが抑制される、本実施例ではこのように常に新しい表面が形成された状態を保持できるので接触抵抗が安定する。その結果、マイクロリレーの信頼性が向上する。
【００７６】
なお、ヒンジバネ１２２−１から１２２−４はバネ係数が全て異なるように設定してもよいが、ヒンジバネをグループに分けてグループ間でバネ係数を変更するようにしてもよい。例えば図１８に示したヒンジバネ１２２−１、１２２−４とヒンジバネ１２２−２、１２２−３とでバネ係数が異なるように設定してもよい。
【００７７】
〔第１０実施例〕
図２０は第１０実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定電極１３１及び可動部１２１の剛性を高め、この両者の間で生じる静電引力を大きくできる構造例を示している。本実施例で示す可動部１２１は、第１実施例で示したものとは異なり一枚板となっている。この板の中央部に一対の打抜き穴１１８が形成されている。可動部１２１の裏面で、打抜き穴１１８の間の部分に可動接点１２３が形成されている。よって、第１実施例で示したように２枚の板を可動部１２３の位置で連結したような構造よりも剛性が高くなっている。また、可動部１２１の面積が増加するので、発生させる静電引力を大きくすることもできる。
【００７８】
一方、固定基板１３０側では第１固定接点１３３の長さが短縮され、スルーホール１１９を介して裏面側に引出される配線に接続されている。この固定基板１３０は第１実施例の場合と比較して、第１固定接点１３３の長さを短縮し、固定電極１３１の面積が拡大されている。この構造によっても固定電極１３１の剛性を向上させ、可動部１２１に作用させる静電引力を増加させることができる。よって、本実施例では可動部１２１及び固定電極１３１の構造を堅牢にしつつ静電引力を大きくして駆動効率を高めたマイクロリレーを実現できる。
【００７９】
なお、本実施例の固定電極１３１及び可動部１２１は何れか一方を採用した場合にも本実施例に準じた効果を得ることができる。
【００８０】
〔第１１実施例〕
図２１は第１１実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定電極１３１及び可動部１２１の電荷を除去する構造を具備したマイクロリレーである。図２１はマイクロリレーを駆動する駆動回路１６０の周部構成を示している。（Ａ）は放電抵抗が無いときに発生する可能性がある障害状態を示した図である。電源１６６がＯＦＦ状態になると固定電極１３１及び可動部１２１に電荷が残存する。これにより可動部１２１が保持される事態或いは漏れ電流により徐々に放電されて可動部１２１が初期位置に状態に戻るといった事態が生じる。さらに、残存する電荷の影響で可動部１２１の移動が不安定な状態となる場合もある。
【００８１】
一方、（Ｂ）は、固定電極１３１と可動部１２１とを接続する配線上に放電抵抗１５０を設けた場合を例示している。この例の場合、固定電極１３１及び可動部１２１と並列に放電抵抗１５０が配設され、電源１６６−グランド（ＧＮＤ）間に放電抵抗１５０が存在した形態となる。このように電源１６６−グランド間に放電抵抗１５０が存在する（Ｂ）の場合、電源ＯＦＦとなったときに放電抵抗１５０を介して電流１０７が流れるので電荷が残らず可動部１２１を速やかに初期の状態に復帰させることができる。上記放電抵抗１５０として数１００ｋΩ〜数ＭΩのものを用いることが好ましい。
【００８２】
〔第１２実施例〕
図２２は可動部に設けた凸部に放電抵抗機能を付加した第１２実施例のマイクロリレーについて示した図である。前述したように可動部１２１に設けた凸部１２４は、可動部１２１が固定電極１３１に張付くことを防止するストッパとして機能している。この凸部１２４が更に前述した放電抵抗としても作用すれば残留電荷を除去するので張付きをより効率的に防止できる。
【００８３】
凸部１２４の表面には、例えばシリコンやポリシリコンに不純物をドーピングしたて抵抗を形成すればよい。図２２は、可動部１２１が順次下に移動する様子を示している。電源がオフの初期状態（Ａ）からスイッチ１６５が切替えられて、電源オンとなると可動部１２１が固定電極１３１に電気吸引される。この動作は、（Ｂ）の状態のように可動接点１２３が第１固定接点１３３に接触して閉成する。このとき下側にも受けた凸部１２４はまだ固定電極１３１に接触していない。さらに、可動部１２１が吸引されて凸部１２４が固定電極１３１に押付けられる。このとき凸部１２４は張付きを防止しつつ、可動部１２１とグランドとの間の放電抵抗として作用して電荷が残留することを防止する（Ｃ）。よって、接点閉成後の過度な静電吸引を低減できるので、可動部１２１の張付きを効果的に抑制できる。なお、本実施例の構造を採用する場合には時定数と可動部１２１の共振周波数を考慮し、振動が生じないように設計することが求められる。
【００８４】
〔第１３実施例〕
図２３は、接点を複数個有する構造に改良した第１３実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では可動部１２１の可動接点が１２３−１、１２３−２の２つとなっている。また、これに対応して固定基板１３０側に設けたそれぞれの第１固定接点１３３は分岐して略コ字状とされている。よって、本実施例の場合には接点構造が並列に複数存在するので一方の接点に不都合が生じたとしても信号ラインの接続、遮断を行うというリレーの機能を担保できる。図２３では可動接点を２つとした場合を例示したが、もちろん３つ以上の複数としてもよい。また、図１１及び図１２に示した第５実施例のようにキャップ基板１１０の固定接点１１３を信号ライン用の接点とするような場合には、本実施例の構造をキャップ基板１１０の第２固定接点１１３にも同様に採用できる。
【００８５】
図２４は、上記第１３実施例の変形例を示した図である。図２３では２つの可動接点１２３−１、１２３−２に接触できるように１つの第１固定接点１３３を分岐した構造であったが、本例では第１固定接点１３３側も独立した２つの固定接点１３３−１、１３３−２としている。本構造の場合には信号ラインも独立して複数となるのでリレーの機能をより確実に担保できるようになる。
【００８６】
〔第１４実施例〕
図２５は、第１４実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例は固定基板に形成する好ましい固定電極の構造を提案している。（Ａ）及び（Ｂ）は比較のための構造例を示した図、（Ｃ）が本実施例の構造を示した図である。（Ａ）では固定基板１３０の固定電極１３１と第１固定接点１３３が略同じ高さである。このように両者が同じ高さであると、固定電極１３１と可動電極として作用する可動部１２１との電極間距離が大きくなる。よって、所定の静電引力を得ようとする場合には高い電圧駆動が必要となる。この対処法として、（Ｂ）に示すように可動部１２１を掘り込んで可動接点１２３を上方に移動させた構造も考えられる。しかし、（Ｂ）の構造は加工が困難であり、しかも工程数が増すのでコストアップにもなる。
【００８７】
そこで、（Ｃ）で示すように、本実施例では固定電極１３１の高さが第１固定接点１３３の高さより、高くなるように形成する。ここで、固定電極１３１と第１固定接点１３３の高さの差が、可動接点１２３の高さより僅かに小さいように設定することが望ましい。本実施例によると簡単な構造で、可動部１２１を確実に吸引できる。
【００８８】
なお、本図では可動部１２１上側の絶縁膜やキャップ基板１１０側の構成は簡略化して示している。
【００８９】
〔第１５実施例〕
図２６は、可動板１２０の好ましい配線構造を備えた第１５実施例のマイクロリレーについて示した図である。本構造では、可動板１２０の配線を固定基板１３０にスルーホール１１９−２を設けて裏面側に引出す構造である。このスルーホール１１９−２は、可動板１２０の配線を固定基板１３０用のスルーホール１１９−１を形成するときに同時に形成することができる。よって、別途に可動板１２０用の配線を設ける場合と比較して工程を簡素化することができる。ここでは、固定基板１３０側にスルーホール１１９−２を設ける例を示したが、キャップ基板１１０側にスルーホール１１９−２を設けても勿論良い。なお、本図２６では可動部周辺及びキャップ基板１１０側の構成は簡略化して示している。
【００９０】
〔第１６実施例〕
図２７は好ましい可動板１２０を有する第１６実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では、可動部１２１の外周と枠部１２５との間に所定の隙間１５７を確保し、可動部１２１の周部から枠部１２５の内面に向けて突出させた外周ストッパ１５８を複数設けている。このような構造であれば可動部１２１の横方向（可動部の面内方向）への動きを規制できる。この外周ストッパ１５８は可動部１２１と一体に成形してもよいが、弾性に優れた部材を付加すれば特に耐衝撃性にも優れた構造とすることができる。
【００９１】
この外周ストッパ１５８は可動部１２１の周部の対称となる位置に設けることが望ましい。また、外周ストッパ１５８は部分的な凸部であるので、空気流が可動部１２１が上下動することの障害となることはない。また、可動部１２１と一体に形成する場合には工程の増加を伴うことなく簡単に形成できる。
【００９２】
この図２７では、可動部１２１側に外周ストッパ１５８を設けた例を示したが、枠部１２５側、或いは可動部１２１及び枠部１２５の双方に設けてもよい。
【００９３】
なお、前述したマイクロリレーに関する複数の実施例に関して、図１の上段に示したようにキャップ基板１１０の表面（可動板１２０とは反対の面）全体に接地したグランドパッドを設けると、信号ラインのシールド性を向上させることができると共に、静電引力に及ぼす静電気等の外乱に対するシールド性も向上した誤動作のない構造とすることができる。図示は省略するが、マイクロリレーチップの積層構造の側面に、絶縁膜を介して金属層を設けた構造とした場合にもこれと同様の効果を得ることができる。また、前述した可動接点１２３及び第１固定接点１３３及び第２固定接点１１３は、例えば下層にＡｕを配した上にＲｈ、Ｒｕ、Ｐｄのいずれかで表層を形成した構造とすることが推奨される。下層のＡｕは所定のクッション効果を備え、接点表面には硬度の高い金属を有するので、張付き難い接点とすることができる。
【００９４】
さらに、図２８から図３１を参照して、スペーサを用いてギャップを形成している第２実施例のマイクロリレーチップ１０５の製造工程を説明する。図２８は固定基板１３０の製造工程、図２９はキャップ基板１１０の製造工程、図３０は可動板１２０の製造工程、図３１はこれらを組み付けたマイクロリレーチップを完成するまでの製造工程を示している。これらの工程は半導体製造技術を使用しており、成膜、露光、エッチング等の技術が利用されている。
【００９５】
図２８に示した工程により、固定基板１３０が製造される。０．２〜０．４ｍｍ程度の厚みのガラス基板を準備する（▲１▼）。このガラス基板としてはパイレックス（登録商標）ガラスを用いることが推奨される。後述するように、可動板に単結晶シリコンを用いたときに熱膨張係数が近く、精度良く接合ができるからである。
【００９６】
この基板に、スルーホール形成用の穴を設ける（▲２▼）。この様な穴はレーザ、サンドブラスト等を用いて作成することができる。この穴（スルーホール）にメッキ等を用いて導電性材料を充填する（▲３▼）。導電性材料として、例えば金、銅、アルミ等を用いることができる。
【００９７】
さらに、スパッタリング法等により固定電極１３１、第１固定接点１３３を形成する（▲４▼）。これらを形成する材料としては、金、白金等を用いることができる。下層に金をひいてその上に白金系の元素Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等を載せてもよい。特に可動接点と接する第１固定接点１３３は、耐磨耗がある白金系の金属を表面に有していることが望ましく、その下に弾性ある金が存在するとクッションとして機能したり、導体抵抗が小さくなるのでより好適な構造となる。ガラス基板上に固定電極１３１、第１固定接点１３３が形成されて、固定基板１３０となる。最下段▲５▼に示すように、固定電極表面にＣＶＤ等を用いてＳｉ３Ｎ４等による保護膜を必要により、適宜形成してもよい。図２９はキャップ基板１１０の製造工程を示している。キャップ基板１１０は図２８で示した固定基板１３０の場合と比較して電極形成を省いて同様に製造できる。
【００９８】
図３０は可動板１２０の製造工程を示している。ただし、可動板１２０は固定基板１３０と接合されてから最終形態に加工されるので、図３０では半完成状態までの工程を示している。まず、ＳＯＩ基板が準備される（▲１▼）。このＳＯＩ基板は、厚い支持層１７１上にＳｉＯ２等による酸化層１７２を介して単結晶シリコン等による活性層１７３が積層された構造を有している。
【００９９】
このＳＯＩ基板に可動接点１２３を形成するためのスルーホール１１９用の穴が形成される（▲２▼）。前述したように可動接点１２３は可動部１２１の両面に突出するので、スルーホール１１９を介して一体化されている。穴の周部をエッチングして可動接点１２３を形成できるように拡大する（▲３▼）。そして、活性層１７３に不純物をドーピングして導電性を付与する（▲４▼）。さらに、その表面にスパッタリング等により例えばＳｉＯ２の絶縁膜を形成する（▲５▼）。この絶縁膜は可動電極となる可動板１２１とその中に形成する可動接点１２３との電気的に絶縁するために形成している。
【０１００】
その後、スルーホール１１９にメッキ法或いはスパッタリング法等を用いて導電性金属材料を充填して可動接点１２３の半分を形成する（▲６▼）。そして、可動板１２０の枠部１２５に相当する外環部分にギャップ形成用のポリシリコンを堆積させてスペーサ１２８を形成する。また、ストッパ用の凸部１２４もここで形成する。
【０１０１】
図３１は、上記のように作製した固定基板１３０、キャップ基板１１０及び可動板１２０を積層状態に組み付けてマイクロリレーを製造する様子を示している。図３１で、先ず、固定基板１３０上に半完成状態の可動板１２０を接合する（▲１▼）。図３０に示した未完成の可動板１２０をひっくり返した状態にして固定基板１３０上に配置して、密封接合する。この接合には陽極接合を用いることが望ましい。固定基板１３０側にマイナス（−）、可動板１２０側をグランド電位として陽極接合すると、簡易に両者を密着させて接合できる。
【０１０２】
続いて、半完成状態にある可動板１２０の残り半分の構造を完成させる工程を継続する。その前に、まず支持層１７１、酸化膜１７２を除去する（▲２▼）。その後は図３０で示したと同様の処理をここでも繰り返す。すなわち、反対側の可動接点１２３を形成するためにスルーホール１１９の上部を同様にエッチングし（▲３▼）、不純物をドーピングして導電性を付与する（▲４▼）。さらに、表面に絶縁膜を形成し（▲５▼）、可動接点の半分を形成して可動接点１２３の全体を完成させる（▲６▼）。さらに、枠部１２５に相当する部分に同様にポリシリコン等を堆積してスペーサ１２８を設ける（▲７▼）。
【０１０３】
この後、可動板１２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部１２５と可動部１２１とが弾性のあるヒンジバネ１２２で接続された構造を作製する（▲８▼）。特に可動板１２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理により枠部１２５と可動部１２１とが、つづら折り状に形成したヒンジバネ１２２で接続された構造を簡単に形成できる。
【０１０４】
最後に、可動板１２０の上にキャップ基板１１０を載せて、固定基板１３０の場合と同様に陽極接合する。この陽極接合の際には、減圧雰囲気、より好ましくは不活性ガスの雰囲気で実行する。これにより、内部に不要なガスを残留させずにマイクロリレーを密封できる。よって、このように製造されたマイクロリレーチップをさらにダイシング工程で個片化しても、内部が影響を受けることが無いので信頼性のあるマイクロリレーチップを製造できる。このようなマイクロリレーチップは、さらに前記図２で示したものと同様の工程を経て製品としてのマイクロリレーディバイス１００にされる。
【０１０５】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明のマイクロリレーは、半導体製造技術を用いて微小に形成できる。そして、前記枠部及び固定基板は密封接合されているので、可動部の移動する空間を外気から遮蔽することができる。この空間には接点、電極等が露出しているので汚染や腐食を防止することができる。よって、ウェハ上に本マイクロリレーを多数形成して、ダイシングするような工程があっても、信頼性あるマイクロリレーとして提供できる。また、第２固定基板側に第２固定接点を備えているので、マイクロリレーの接点構成の多様化を図ることができる。
【０１０７】
特に、第２固定接点をグランド接続しておき、電源オフ時には可動接点が第２可動接点に接触する構造としておくと、可動接点と第１固定接点との静電容量結合を確実に切ることができる。これにより、可動接点と第１固定接点との距離を短くすることができる。よって、可動部を駆動するための駆動電圧を低く抑制することができる。また、電源がオフの時には可動接点がグランド接続されるので接点距離を短くしてもアイソレーションを向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図である。
【図２】図１のマイクロリレーチップを完成品としてのマイクロリレーディバイスに仕上げる様子を順に示した図である。
【図３】図１のマイクロリレーチップの断面構成例を模式的に示した図である。
【図４】第１実施例の変形例で、可動板と固定基板との間で埋め込み配線を用いた場合の分解斜視図である。
【図５】図４で示したマイクロリレーの側部断面を模式的に示した図である。
【図６】第１実施例のマイクロリレーを作動させた様子を示した図である。
【図７】第２実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図８】第３実施例のマイクロリレーにいて示した図である。
【図９】第４実施例のマイクロリレーにいて示した図である。
【図１０】第４実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１１】第５実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１２】第５実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１３】第５実施例のマイクロリレーの変形例について示した図である。
【図１４】第５実施例のマイクロリレーの変形例について示した図である。
【図１５】第６実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１６】第６実施例の改良例を示した図である。
【図１７】第７実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１８】第８実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１９】第９実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２０】第１０実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２１】第１１実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２２】第１２実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２３】第１３実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２４】第１３実施例の変形例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２５】第１４実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２６】第１５実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２７】第１６実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２８】実施例の固定基板の製造工程を示した図である。
【図２９】実施例のキャップ基板の製造工程を示した図である。
【図３０】実施例の可動板の製造工程を示した図である。
【図３１】マイクロリレーチップを完成するまでの製造工程を示した図である。
【符号の説明】
１００　　　　　　マイクロリレーディバイス
１０５　　　　　　マイクロリレーチップ
１１０　　　　　　キャップ基板（固定基板）
１１３　　　　　　第２固定接点
１１９　　　　　　スルーホール
１２０　　　　　　可動板
１２１　　　　　　可動部、可動電極
１２２　　　　　　ヒンジバネ（弾性部材）
１２３　　　　　　可動接点
１２４　　　　　　凸部
１２５　　　　　　枠部
１３０　　　　　　固定基板
１３１　　　　　　固定電極
１３３　　　　　　第１固定接点
１５０　　　　　　放電抵抗
１６０　　　　　　駆動回路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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