(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】それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、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、前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、さらに前記可動部は、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一対の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】
それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、
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、
前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、
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一対の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、
前記枠部及び前記一対の固定基板は密封性を持って接合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に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部は、前記一対の固定基板と陽極接合されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項４】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記一対の固定基板それぞれに形成した固定接点は、一方が信号接続用の接点であり、他方が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５】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記一対の固定基板それぞれに形成した固定接点は、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６】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定基板から外部への配線の引出しはスルーホールを介して行わ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に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動板から外部への配線の引出しは、前記固定基板に形成したスルーホールを介して行わ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に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定基板から外部への引出し配線が、固定基板の表面と同一面となるように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９】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記一対の固定基板及び可動板に共用の配線路を前記固定基板及び可動板に溝状に設けたことを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１０】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記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１１】
請求項１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１２】
請求項１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た独立の固定接点が並存することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１３】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は、前記固定基板の表面に対して垂直な方向に該可動部を移動可能とする弾性部材を介して、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１４】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は複数のヒンジバネを介して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１５】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
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１６】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部の対向する２辺にヒンジバネが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１７】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部は対向する位置に配置されたヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネのバネ係数は異なることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１８】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネは前記枠部及び可動部より薄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１９】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、前記枠部、前記可動部及びヒンジバネは同一の導電性部材で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２０】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
更に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２１】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記枠部の厚みにより前記可動部と前記固定基板との間のギャップが設定されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２２】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部と前記固定基板との間のギャップが形成され、該ギャップは前記枠部に設けたスペーサで調整されていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２３】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備えることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２４】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、
該凸部は、前記可動接点が前記固定接点に接触したときに、前記可動電極と前記固定電極とを少なくとも接触させない高さを備えていることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２５】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
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たことを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２６】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に接続された放電抵抗を有することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２７】
請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、
該凸部は電荷を除去する電荷除去手段であることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２８】
前記マイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板を含むことを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレー。
【請求項２９】
前記マイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板と、該ベース基板上のパッドと前記可動電極及び固定電極とを接続する手段とを有することを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレー。
【請求項３０】
前記マイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板と、該ベース基板上のパッドと前記可動電極及び固定電極とを接続する手段と、前記固定基板及び可動板を封止する樹脂とを有することを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレー。
【請求項３１】
枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含む可動板を、一対の固定基板の間に配置した構造を備えるマイクロリレーの製造方法であって、
前記固定基板と前記枠部とを接合する工程を少なくとも含むことを特徴とするマイクロリレーの製造方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、
前記接合は減圧雰囲気下で実行されることを特徴とするマイクロリレーの製造方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、
前記接合は不活性ガス雰囲気中で実行されることを特徴とするマイクロリレーの製造方法。
【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、接触抵抗は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、接触力を大きくと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、低電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、それぞれが固定接点及び固定電極を有し対向配置された一対の固定基板と、前記固定基板の間に配置される可動板とを備え、
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、
前記枠部は前記一対の固定基板間に接合され、
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一対の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記載に発明によれば、可動電極と定電極との間で生じる静電引力に基づいて、可動部が一対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。
【００１３】
本発明のマイクロリレーは固定電極間と可動部との距離を短くすることができるので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。その一方で、固定基板の双方に可動部を静電吸引するための固定電極が存在するので、可動部が一方の固定電極に吸引された状態となっているときには、他方の固定基板と可動部との距離を略２倍にすることができる。よって、可動接点と固定接点との距離を拡大できるので微小な空間内でもアイソレーションを向上させることもできる。
【００１４】
すなわち、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】
そして、請求項２に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部及び前記一対の固定基板は密封を持って接合されていることが望ましい。本発明のように、接合部の密封性が高いと、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。
【００１６】
また、請求項３に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部は前記一対の固定基板と陽極接合されることで簡単に密封接合できる。
【００１７】
また、請求項４に記載のように請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記一対の固定基板それぞれに形成した固定接点は、一方が信号接続用の接点であり、他方がグランド接続用の接点とした構造を採用できる。本発明によると可動接点が信号用の接点に接触したときに閉成して信号ラインはオン状態となる。その逆にオフ状態であるときには、可動接点がグランド接続用接点に接触することでグランド側に外乱となる電荷を外部にリークできる。
【００１８】
その一方、請求項５に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記一対の固定基板それぞれに形成した固定接点は、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リレー１つで対応できる。
【００１９】
また、請求項６に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定基板から外部への破線の引出しはスルーホールを介して行われている構造とするのが好ましい。本発明によると、外部に配線を引出してワイヤで接続する必要がなくなるので、マイクロリレー外側の配線を最小減にして小型化を図ることができる。また、配線が基板内を通るので腐食等の問題を抑制することもできる。
【００２０】
また、請求項７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、前記可動板から外部への配線の引出しは、前記固定基板に形成したスルーホールを介して行う構造としてもよい。本発明によると、配線を簡素化して小型化を図ることができる。
【００２１】
また、請求項８に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定基板から外部への引出し配線が、固定基板の表面と同一面となるように配設した構造を採用してもよい。本発明によると、配線が基板中に埋設された状態で表面が一致しているとので邪魔にならない。また、前述した陽極接合を同様に行うことができる。
【００２２】
また、請求項９に記載するように、請求項に記載のマイクロリレーにおいて、前記一対の固定基板及び可動板に共用の配線路を前記固定基板及び可動板に溝状に設けた構造としてもよい。本発明では、溝状の配線が共用となるので構造を簡素化できる。このような溝状の配線は、例えばダイシングして個別化されるマイクロリレーチップ間にスルーホールを形成しておき、これを切断することで簡単に作成できる。このような溝部はサイドキャスティングラインと称される場合がある。
【００２３】
また、請求項１０に記載のように、請求項に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定電極が前記固定接点よりも高く形成した形態を採用することができる。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。
【００２４】
また、請求項１１に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動接点が複数並設され、前記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。
【００２５】
また、請求項１２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、前記可動接点が複数並設され、該可動接点の数に対応した独立の固定接点が並存するようにしてもよい。この構造では、複数の可動接点と同数の独立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。
【００２６】
また、請求項１３に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部は、前記固定基板の表面対して垂直方向で該可動部を移動可能とする弾性部材を介して、前記枠部に接続されている構造とすることができる。本発明では、枠部と可動部との間に弾性部材が存在するので、可動部の移動が許容される。
【００２７】
そして、請求項１４に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、可動部は複数のヒンジバネを介して前記枠部に接続されている構成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。
【００２８】
また、請求項１５に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部は対称位置に設けたヒンジバネで前記枠部に接続された構造とすることができる。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。
【００２９】
また、請求項１６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、前記枠部の対向する２辺にヒンジバネが接続された構造としてもよい。本発明によると可動部の支持が対称となるので、よりスムーズに可動部が移動できるようになる。
【００３０】
また、請求項１７に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部は対向する位置に配置されたヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネのバネ係数は異なるように構成してもよい。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。
【００３１】
また、請求項１８に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、該ヒンジバネは前記枠部及び可動部より薄く形成されてている構造を採用してもよい。可動部と枠部は厚みを増すことにより剛性が向上するが、ヒンジ部の厚みが増すとスチフネスが大きくなる。よって、本発明によるとヒンジ部のスチフネスを適当にし、かつ、可動部等の剛性を向上させた構造を実現できる。
【００３２】
さらに、請求項１９に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部はヒンジバネで前記枠部に接続され、前記枠部、前記可動部及びヒンジバネは同一の導電性部材で形成されていてもよい。本発明はシリコンに不純物をドープした後にエッチング法等で処理することで実現できる。このような工程は半導体製造工程で広く採用されているので、従来の設備を流用して製造できる。
【００３３】
また、請求項２０に記載のように、請求項１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。
【００３４】
また、請求項２１に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記枠部の厚みにより前記可動部と前記固定基板との間のギャップが設定されている構成とすることができる。一対の固定基板が枠部を挟む構造であるので、枠部の厚みにより固定基板間のギャップが特定される。固定基板間のギャップを前提に固定電極と可動電極との間のギャップ、固定接点と可動接点との間のギャップが確定する。よって、枠部の厚みに基づいてギャップを調整することができる。例えば、シリコン単結晶から可動板を作成する場合には、エッチング処理により高精度に枠部を形成できるので、ギャップも精度良く設定することができる。
【００３５】
また、請求項２２に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部と前記固定基板との間のギャップが形成され、該ギャップは前記枠部に設けたスペーサで調整されている構成とすることができる。請求項２１に記載の発明では所望ギャップ相当の厚みを有するシリコン基板をエッチング処理して可動板を加工する。しかし、エッチング処理には一般に時間を要する。このため、薄い単結晶シリコンを用いて可動板を形成した場合、枠部の厚みが所望厚みにならない場合がある。このような場合には、本発明のようにスペーサにより厚み調整すればよい。このようなスペーサはポリシリコン、Ａｌ等をスパッタリング法等を用いて堆積して形成することができる。
【００３６】
また、請求項２３に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備える構造を採用してもよい。
【００３７】
また、請求項２４に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部又は前記固定基板は、該可動部と前記固定基板とが張付くことを防止するための凸部を備え、該凸部は、前記可動接点が前記固定接点に接触したときに、前記可動電極と前記固定電極とを少なくとも接触させない高さを備えている構成とすることができる。この構成により、可動部が固定基板に張付くことが確実に抑制できる。
【００３８】
また、請求項２５に記載のように、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た構成とすることができる。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。
【００３９】
また、請求項２６に記載のように、請求項１に記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部及び固定電極の少なくとも一方に接続された放電抵抗を有する構成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。
【００４０】
また、請求項２７に記載のように、請求項１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てもよい。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。
【００４１】
また、請求項２８に記載のように、請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板を含む構成とすることができる。これにより、外部との接続が容易となる。この場合、請求項２９に記載のように、ベース基板上のパッドと可動電極及び固定電極とを接続する手段が設けられる。
【００４２】
また、請求項３０に記載のように、請求項１から２７のいずれか一項記載のマイクロリレーは更に、前記固定基板を支持するベース基板と、該ベース基板上のパッドと前記可動電極及び固定電極とを接続する手段と、前記固定基板及び可動板を封止する樹脂とを有する構成とすることができる。樹脂で内部は封止されているので、周囲の環境の影響を受け難くすることができる。
【００４３】
そして、本明細書で開示する発明には、請求項３１に記載する如く、枠部と該枠部に対して移動可能に設けた可動部とを含む可動板を、一対の固定基板の間に配置した構造を備えるマイクロリレーの製造方法であって、
前記固定基板と前記枠部とを接合する工程を少なくとも含むマイクロリレーの製造方法も含んでいる。
【００４４】
本発明の製造方法によると、固定基板と前記枠部とを簡易かつ確実に接合できる。一般に固定基板はガラス等の絶縁性を有し表面平滑性のある素材を選定することが望ましい。枠部を含む可動板は単結晶シリコンを用いることが推奨され、これに不純物をドーピングすることで導電性が付与される。
【００４５】
そして、請求項３２に記載の如く、請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、前記接合は減圧雰囲気下で実行されることが望ましい。
【００４６】
また、請求項３３に記載の如く、請求項３１に記載のマイクロリレーの製造方法において、前記接合は不活性ガス雰囲気中で実行されることがより望ましい。請求項２９及び３０に記載の発明によると、固定基板と前記枠部とを接合するときに内部にリレー動作に影響する物質を残すことなく、良好な雰囲気にして内部を密閉できる。よって、信頼性の高いマイクロリレーを製造できる。
【００４７】
【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。
【００４８】
〔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を示した図である。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５を完成品としてのマイクロリレーディバイス１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。
【００４９】
本マイクロリレーチップ５は、対向配置した上側の固定基板１０（以下、キャップ基板１０と称する）と下側の固定基板３０との間に可動板２０を挟んだ基本構造を有している。
【００５０】
可動板２０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２０は、環状に形成した枠部２５と、この枠部２５に対しその枠内で上下動する可動部２１とを含んでいる。可動部２１が上下動する方向は、キャップ基板１０及び固定基板３０の板面に垂直な方向となる。可動部２１を上下動可能とするために、可動部２１は弾性変形するヒンジバネ２２により枠部２５に接続されている。図１で例示する枠部２５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２５の対称位置に複数のヒンジバネ２２を設けて可動部２１が保持されている。本実施例では枠部２５の四隅にヒンジバネ２２を配置して可動部２１を保持している。後述するように、可動部２１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２１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２２が設定されている。
【００５１】
可動部２１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２１は外観では２枚の長方形板の間に小さな突起２３を介して接続したような形状を成している。突起２３は可動接点２３であり、長方形板は可動電極である。可動部２１の大部分は可動電極であり、その中央の一部に可動接点２３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２１が実質的に可動電極となっている。可動接点２３と可動電極（可動接点２３以外の部分）とは電気的に絶縁されている。例えば、可動部２１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２３と絶縁されている。後に詳述するが、この可動接点２３は可動部２１に設けたスルーホールを介して、可動部２１の表裏一体に存在している。この可動接点２３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。
【００５２】
キャップ基板１０及び固定基板３０は、上記可動板２０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２０の枠部２５がキャップ基板１０及び固定基板３０に接合され、その内部に形成された空間で可動部２１が上下動可能となっている。キャップ基板１０及び固定基板３０は、例えば基材が絶縁性部材であり、それぞれが固定電極及び固定接点を有している。図１では、固定基板３０側の固定電極３１と固定接点３３とが示されているが、キャップ基板１０の下面にも同様に固定電極及び固定接点が形成されている。これら固定電極及び固定接点は、可動部２１の場合と同様に電気的に絶縁されている。
【００５３】
キャップ基板１０及び固定基板３０の固定電極は可動電極として機能する可動部２１に、キャップ基板１０及び固定基板３０の固定接点は可動部２１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２１の上側の可動接点２３はキャップ基板１０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２１は裏面側にも固定基板３０に対応する下側の可動接点２３を有している。上側の可動接点２３と下側の可動接点２３はスルーホールで接続されており一体である。固定基板３０に関して説明すると、固定接点３３は２つの電極が離間された構造である。可動部２１が下がると、可動接点２３が一対の固定接点３３を導通させて信号ラインをオンするようになっている。
【００５４】
また、本実施例ではキャップ基板１０及び固定基板３０の内部からの電気配線の引出しはスルーホール１９を介して行うようになっている。よって、キャップ基板１０及び固定基板３０と枠部２５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１０上面には電極パッド１６、１７が形成されスルーホール１９で内部側と導通している。電極パッド１６は図示しないキャップ基板１０の固定電極と、電極パッド１７は固定接点と接続されている。電極パッド１７は製品化されたときに接地される。
【００５５】
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５をベース基板４０に固定し、樹脂４５で封止すれば好ましいマイクロリレーとなる。なお、図２の（Ｂ）において参照符号４２で示すのはベース基板４０上の電極パッド、４１はマイクロリレーチップとこの電極パッド４２を接続するボンディングワイヤである。また、可動板２０は外部に接続パッド２６を有しており、マイクロリレー５は段状になっている。接続パッド２６もワイヤ４６で電極パッド４７に接続されている。なお、上記ベース基板４０に替えてリードフレームを用いてもよい。
【００５６】
ところで、キャップ基板１０及び固定基板３０と可動板２０の枠部２５とを気密性を持って接合させた構造は、例えば可動板２０を単結晶シリコンとし、キャップ基板１０及び固定基板３０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１０及び固定基板３０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２０の枠部２５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２１と固定基板１０、２０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。
【００５７】
図２で（Ａ）の状態から（Ｂ）のベース基板４０上にマイクロリレーチップ５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１０及び固定基板３０と可動板２０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。
【００５８】
図３は、図１及び図２で示したマイクロリレーチップ５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５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３３は各々が左右両端まで延在しているが、固定電極３１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１０及び固定基板３０並びに可動板２０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１０の固定電極１１及び固定接点１３が示されている。
【００５９】
下側の固定基板３０の固定電極３１及び固定接点３３と、上記固定電極１１及び固定接点１３とは、実質的に可動電極として機能する可動部２１及び可動接点２４のそれぞれに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３０側に設けた一対の固定接点３３は信号ライン用の接点であり、可動接点２３が降下して接触したときに離間している固定接点３３を導通させる。これに対し、キャップ基板１０側の固定接点１３は１つである。この固定接点１３は電極パッド１７を介してグランド（ＧＮＤ）に接続されている。可動接点２３が下側の固定接点３３と開離したときに、この上側の固定接点１３と接することで静電容量結合を解除できるようになっている。このような構造と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２１の両面に形成される可動接点２３はスルーホール１９を介して一体化されている。
【００６０】
また、キャップ基板１０の固定電極１１と固定基板３０の固定電極３１は、可動電極として機能する可動部２１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１１及び固定電極３１の各々はスルーホール１９を介して裏面側に引出されている。可動板２０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１９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、キャップ基板１０及び固定基板３０並びに可動板２０の枠部２５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。
【００６１】
この図３では、可動板２０と上記固定電極１１及び固定電極３１の接続線は図示されていないが、これらは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。
【００６２】
可動板２０は枠部２５及び可動部２１がヒンジバネ２２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２５から可動部２１の導電性も簡単に確保できる。ただし、可動部２１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２３と電気的な絶縁を形成するために、可動部２１の表面には絶縁膜２９が形成されている。
【００６３】
そして、先の図１で確認できるように、可動部２１は枠部２５の四隅に設けたヒンジバネ２２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２１が、上記固定電極１１或いは固定電極３１との間で電圧が印加されると静電引力作用によりキャップ基板１０側又は固定基板３０側に移動する。すなわち、静電引力により、可動部２１はキャップ基板１０と固定基板３０との間を上下動する。その際に、可動接点２３が上昇したときにはキャップ基板１０の固定接点１３と接触し、可動接点２３が下降したときには固定基板３０の固定接点３３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３３に対して可動接点２３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。
【００６４】
図３では固定接点３３と可動部２１に電圧の印加がされていない中立状態（ニュートラル）である。シリコン単結晶基板からなる可動板２０はエッチング処理を施すことで図示するような形状とすることができる。固定電極３１と可動部２１（可動電極）若しくはキャップ基板１０の固定電極１１と可動部２１のいずれかに電圧が印加されると可動部２１は静電引力により下方（又は上方）へ移動した後その状態が保持される。この状態で開離している可動接点と固定接点との接点間距離（接点ギャップＧＡＰ）はニュートラル時の略２倍になり所定量の間隙が確保できる。よって、本実施例のマイクロリレーでは電極間距離は片方にのみ固定電極がある場合と比較して、実質的に接点間の距離を狭めることができる。そのために、本マイクロリレーの駆動電圧を小さくすることができる。
【００６５】
なお、図３ではより好ましい一つの形態として、可動部２１の一部に上下双方に突出する凸部２４を備えている。この凸部２４はストッパとして機能している。可動部２１が上又は下に移動して固定接点１３又は３３と閉成した後に、可動部２１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２４を設けることで可動部２１と固定接点１３或いは３３とが張付くことを防止できる。図３では上側の凸部２４に対応した位置の固定電極１１に凹部１５が、下側の凸部２４に対応した位置の固定電極３１に凹部３５が形成されている。この場合、少なくとも凸部２４の高さは凹部１５及び３５の深さより大きくなるように形成して、可動部２１が固定電極１１、３１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１１、３１側に上記のように凹部を設けず、比較的低い凸部２４を設ける形態としてもよい。
【００６６】
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１０、３０において外部への配線の引出しをスルーホール１９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１０、３０と可動板の枠部２５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。
【００６７】
図４は可動板２０と固定基板３０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５を側部断面で模式的に示している。図４で固定電極３１からの引出し配線３６及び固定接点３３からの引出し配線３７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３０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３６，３７が接触する枠部２５に、固定基板３０との電気的絶縁を確保するために絶縁膜２７を形成することが必要である。なお、キャップ基板１０にいても同様の配線構造を採用することができる。
【００６８】
図６は第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６０が示されている。スイッチ６５を接点６１と接続すると、キャップ基板１０の固定電極１１と可動板２０側が導通される。また、スイッチ６５を切替えて接点６２と接続すると、固定基板３０の固定電極３１と可動板２０側間に電圧が生じる。なお、図６では、中段には可動板２０に電圧を印加させない中立（ニュートラル）状態を示し、上下に電圧を印加させる固定電極を切替えた場合を示している。
【００６９】
固定基板３０の固定電極３１は予めＧＮＤ（グランド）電位にされており、キャップ基板１０の固定電極１１は予め正極電位が印加されている。図６の下段に示すように、可動板２０を正極電位にすると可動部２１は固定電極３１側に引き付けられる。可動接点２３が固定接点３３と接触する。可動接点２３が固定接点３３に接触した後も、可動部２１は固定電極３１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２１は撓みを生じ可動接点２３と固定接点３３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。
【００７０】
また、本実施例では好ましい形態として可動部２１の表面に、ストッパとして機能する凸部２４が形成されているので、可動部２１と固定電極３１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、可動部２１が固定電極３１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２１の表面を絶縁膜２９で被覆しているので、可動部２１が固定電極３１に接触してもショートの問題はない。しかし、凸部２４で可動部２１と固定電極３１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。
【００７１】
一方、図６の上段に示すように、スイッチ６５を切替えて接点６１と接続すると、可動板２０はＧＮＤ電位となる。この場合には可動部２１はキャップ基板１０側の固定電極１１に引付けられる。よって、下側の固定電極３１から可動部２１を強制的に離間させることができる。この後、可動接点２３は固定接点１３（ＧＮＤ接点）と接触する。従って、可動接点２３と固定接点３３との間の接点ギャップが大きくなるばかりでなく、接点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。
【００７２】
〔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２０はエッチング処理により形成されていた。可動板２０の枠部２５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。
【００７３】
本実施例の枠部２５はスペーサ２８を用いて形成されている。このスペーサ２８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２８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、工程を短時間化することができる。
【００７４】
〔第３実施例〕
図８及び図９は第３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１０及び固定基板３０並びに可動板２０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。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。
【００７５】
図８に示す本実施例のマイクロリレーチップ５もキャップ基板１０と固定基板３０の間に可動板２０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１０．２０．３０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３０及びキャップ基板１０の内部側から電気配線は各々スルーホール１９により反対側（外側）に取り出される。この構成は第１実施例と同様である。
【００７６】
しかし、本実施例のマイクロリレー５は、図９に示すように、外周部にキャップ基板１０及び固定基板３０と可動板２０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）４８が形成されている。なお、図９の上段に示したマイクロリレー５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３０の底面が示される。この底面には固定基板３０のグランドパッド５１、電極接続パッド５２さらには可動板２０との接続パッド５５が示されている。また、ここには、後述する放電抵抗５０が示されている。
【００７７】
このマイクロリレーチップ５は、中段に示すように半田ボールなどでベース基板４０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４８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。
【００７８】
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５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。
【００７９】
〔第４実施例〕
図１０及び図１１は第４実施例のマイクロリレーについて示している。図１０はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図１１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。第１実施例と比較した本実施例の特徴は、キャップ基板２０側の固定接点１３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。
【００８０】
即ち、固定基板３０側の一対の固定接点３３と同様に、キャップ基板１０側の固定接点が１３−１，１３−２の一対となって形成されている。図１０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１７も１７−１，１７−２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。
【００８１】
図１２は上記第４実施例のマイクロリレーの変形例について示している。この変形例は第３実施例で示したサイドキャステレーション４８を利用して、固定基板３０とキャップ基板１０との共通端子ＣＯＭ４８を設けている。このような構成によっても接点構成を多様化できる。
【００８２】
〔第５実施例〕
図１３は第５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２１を厚めに形成している。本実施例では可動部２１が静電引力を受けて移動し、下段に示すように可動接点２３が固定接点３３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２１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２１が撓むことに配慮しており、可動部２１と固定電極１１，３１との張付きを防止するために凸部２４を形成していた。しかし、本実施例の場合には可動部２１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２３が固定接点１３，３３に接触したときに、可動部２１が接触しない高さで固定電極１１、３１が形成されている。
【００８３】
図１４は上記第５実施例の改良例を示した図である。第５実施例のように可動板２１の厚みを増すと円で囲んで示すヒンジバネ２２の領域の剛性も増加することになる。しかし、ヒンジバネ２２の剛性が可動部２１と共に増すと、スチフネスが大きくなり可動部２１が上下動し難くなる。そこで、本改良例はヒンジバネ２２の部分を可動部２１より薄くしてスチフネスを小さくし、上下動し易くしている。本例によると、撓みを抑制した可動部２１を確実に上下動させることができる。
【００８４】
〔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た図である。この実施例では可動板２０のヒンジバネ２２の部分に特徴を有している。（Ａ）はヒンジバネ２２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２２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２２に改良を加えることによって可動部２１の上下動が円滑に行えるようにできる。この構造は特に第５実施例の剛性を向上させた可動部２１を上下動させるのに有効である。
【００８５】
〔第７実施例〕
図１６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。この実施例も可動板２０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２２−１〜２２−４を枠部２５の４辺各々と接続して可動部２１を保持する構造である。この構造によっても可動部２１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２１の円滑な上下動に支障が出る場合もある。
【００８６】
そこで、（Ｂ）或いは（Ｃ）に示すように、枠部２５の互いに対向する辺にヒンジバネ２２を接続する。（Ｂ）では左辺にヒンジバネ２２−１，２２−４、右辺にヒンジバネ２２−２，２２−３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２１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２０は安定性が増すので、第１実施例で可動部２１に設けたストッパの凸部２４を省略してもよい。
【００８７】
〔第８実施例〕
図１７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。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２１の水平状態を維持しながら上下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１７で４つのヒンジバネ２２−１から２２−４は異なるバネ係数に設定されている。ヒンジバネ２２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。
【００８８】
各ヒンジバネ２２−１から２２−４のバネ係数を異なるものとし、（Ａ）で示すニュートラルな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２１の片側のみが固定電極３１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部２１と固定電極３１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２１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２３と固定接点３３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。
【００８９】
なお、ヒンジバネ２２−１から２２−４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１６に示したヒンジバネ２２−１、２２−４とヒンジバネ２２−２、２２−３とでバネ係数が異なるように設定してもよい。
【００９０】
〔第９実施例〕
図１８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。本実施例は固定電極３１及び可動部２１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２１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１８が形成されている。可動部２１の裏面で、打抜き穴１８の間の部分に可動接点２３が形成されている。よって、第１実施例で示したように２枚の板を可動接点２３で接続した構造より剛性が高くなっている。また、可動部２１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。
【００９１】
一方、固定基板３０側では固定接点３３の長さが短縮され、スルーホール１９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３０は第１実施例の場合と比較して、固定接点３３長さを短縮し、固定電極３１の面積が拡大されている。この構造によっても固定電極３１の剛性を向上させ、可動部２１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２１及び固定電極３１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。
【００９２】
なお、本実施例の固定電極３１及び可動部２１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。また、図１０に示した第４実施例のようにキャップ基板１０の固定接点１３を信号ライン用の接点とするような場合には、本実施例の固定電極３１の構造をキャップ基板１０の固定電極１１にも同様に採用できる。
【００９３】
〔第１０実施例〕
図１９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３１及び可動部２１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１９はマイクロリレーを駆動する駆動回路６０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６６がＯＦＦ状態になると固定電極３１及び可動部２１に電荷が残存する。これにより可動部２１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２１がニュートラルな状態に戻るという事態が生じる。さらに、残存する電荷の影響で可動部２１の移動が不安定な状態となる場合もある。
【００９４】
一方、（Ｂ）は電源６６−グランド（ＧＮＤ）間に放電抵抗５０がある場合、（Ｃ）は電源６６−可動部２１、グランド−可動部２１のそれぞれに放電抵抗５０−１、５０−２がある場合を例示している。電源−グランド間に放電抵抗が存在する（Ｂ）の場合、電源ＯＦＦとなったときに放電抵抗５０を介して電流７が流れるので電荷が残らず可動部２１を速やかにニュートラル状態に復帰させることができる。
【００９５】
更に、電源−可動部間、グランド−可動部間のそれぞれに放電抵抗５０−１、５０−２を配置している場合（Ｃ）には、可動部２１の切替えスイッチ（ＳＷ）６５がニュートラルな状態にある時に外界から静電気などの外乱８により可動部２１が作動したとしても、放電抵抗５０を介して電流７が流れるので、外乱を受けた状態を保持することなく迅速に正常な状態に復帰できる。
【００９６】
〔第１１実施例〕
図２０は可動部に設けた凸部に放電抵抗機能を付加した第１１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２１に設けた凸部２４は、可動部２１が固定電極１１、３１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２４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。
【００９７】
凸部２４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て抵抗を形成すればよい。図２０は、可動部２１が下に移動する場合を例示している。ニュートラル状態（Ａ）からスイッチ６５が切替えられて可動部２１が固定電極３１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２３が固定接点３３に接触して閉成する。このとき下側の凸部２４ＤＷはまだ固定電極３１に接触していない。さらに、可動部２１が吸引されて凸部２４ＤＷが固定電極３１に押付けられる。このとき凸部２４は張付きを防止しつつ、可動部２１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。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２１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２１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。
【００９８】
〔第１２実施例〕
図２１は、接点を複数個有する構造に改良した第１２実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では可動部２１の可動接点が２３−１、２３−２の２つとなっている。また、これに対応して固定基板３０側に設けたそれぞれの固定接点３３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２１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１０に示した第４実施例のようにキャップ基板１０の固定接点１３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１０の固定接点１３にも同様に採用できる。
【００９９】
図２２は、上記第１２実施例の変更例を示した図である。図２１では２つの可動接点２３−１、２３−２に接触できるように１つの固定接点３３を分岐した構造であったが、本例では固定接点３３側も独立した２つの固定接点３３−１、３３−２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。
【０１００】
〔第１３実施例〕
図２３は、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３０の固定電極３１と固定接点３３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３１と可動電極として作用する可動部２１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２１を掘り込んで可動接点２３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。
【０１０１】
そこで、（Ｃ）で示すように、本実施例では固定電極３１の高さが固定接点３３の高さより、高くなるように形成する。ここで、固定電極３１と固定接点３３の高さの差が、可動接点２３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２１を確実に吸引できる。
【０１０２】
なお、本図では可動部２１上側の絶縁膜やキャップ基板１０側の構成は簡略化して示しているが、キャップ基板１０側に設ける固定電極に関しても同様に構成することが望ましい。
【０１０３】
〔第１４実施例〕
図２４は、可動板２０の好ましい配線構造を備えた第１４実施例のマイクロリレーについて示した図である。本構造では、可動板２０の配線を固定基板３０にスルーホール１９−２を設けて裏面側に引出す構造である。このスルーホール１９−２は、可動板２０の配線を固定基板３０用のスルーホール１９−１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２０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３０側にスルーホール１９−２を設ける例を示したが、キャップ基板１０側にスルーホール１９−２を設けても勿論良い。なお、図２４では可動部周辺及びキャップ基板１０側の構成は簡略化して示している。
【０１０４】
〔第１５実施例〕
図２５は好ましい可動板２０を有する第１５実施例のマイクロリレーについて示した図である。本実施例では、可動部２１の外周と枠部２５との間に所定の隙間５７を確保し、可動部２１の周部から枠部２５の内面に向けて突出させた外周ストッパ５８を複数設けている。このような構造であれば可動部２１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５８は可動部２１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。
【０１０５】
この外周ストッパ５８は可動部２１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５８は部分的な凸部であるので、空気流が可動部２１が上下動することの障害となることはない。また、可動部２１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。
【０１０６】
図２５では、可動部２１側に外周ストッパ５８を設けた例を示したが、枠部２５側、或いは可動部２１及び枠部２５の双方に設けてもよい。
【０１０７】
なお、図示は省略するが、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、キャップ基板１０の表面（可動板２０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。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２３及び固定接点１３、３３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、粘着し難い接点とすることができる。
【０１０８】
さらに、図２６から図２９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５の製造工程を説明する。図２６は固定基板３０の製造工程、図２７はキャップ基板１０の製造工程、図２８は可動板２０の製造工程、図２９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。
【０１０９】
図２６に示した工程により、固定基板３０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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
さらに、スパッタリング法等により固定電極３１、固定接点３３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固定接点３３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３１、固定接点３３が形成されて、固定基板３０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。なお、図２７はキャップ基板１０の製造工程を示している。キャップ基板１０は図２６で示した固定基板３０の場合と同様に製造できる。
【０１１２】
図２８は可動板２０の製造工程を示している。ただし、可動板２０は固定基板３０と接合されてから最終形態に加工されるので、図２９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７１上にＳｉＯ２等による酸化膜７２を介して単結晶シリコン等による活性層７３が積層された構造を有している。
【０１１３】
このＳＯＩ基板に可動接点２３を形成するためのスルーホール１９用の穴が形成される（▲２▼）。前述したように可動接点２３は可動部２１の両面に突出するので、スルーホール１９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２３を形成できるように拡大する（▲３▼）。そして、活性層７３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２１とその中に形成する可動接点２３との電気的に絶縁するために形成している。
【０１１４】
その後、スルーホール１９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２３の半分を形成する（▲６▼）。そして、可動板２０の枠部２５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２８を形成する。また、ストッパ用の凸部２４も形成する。
【０１１５】
図２９は、上記のように作製した固定基板３０、キャップ基板１０及び可動板２０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２９で、先ず、固定基板３０上に半完成状態の可動板２０を接合する（▲１▼）。図２８に示した未完成の可動板２０をひっくり返した状態にして固定基板３０上に配置して、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３０側にマイナス（−）、可動板２０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。
【０１１６】
続いて、半完成状態にある可動板２０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７１、酸化膜７２を除去する（▲２▼）。その後は図２８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２３を形成するためにスルーホール１９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２３の全体を完成させる（▲６▼）。さらに、枠部２５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２８を設け、凸部２４も形成する（▲７▼）。
【０１１７】
この後、可動板２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２５と可動部２１とが弾性のあるヒンジバネ２２で接続された構造を作製する（▲８▼）。特に可動板２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理により枠部２と可動部２１とがつづら折り状に形成したヒンジバネ２２を簡単に形成できる。
【０１１８】
最後に、可動板２０の上にキャップ基板１０を載せて、固定基板３０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１にされる。
【０１１９】
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。
【０１２０】
【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、固定電極間の距離を短くすることができるので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。その一方で、固定基板の双方に可動部を静電吸引するための固定電極が存在するので、可動部が一方の固定電極に吸引された状態となっているときには、他方の固定基板と可動部との距離を略２倍にすることができる。よって、可動接点と固定接点との距離を拡大できるので微小な空間内でもアイソレーションを向上させたマイクロリレーとなる。
【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３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４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４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１３】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１４】第５実施例の改良例を示した図である。
【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７実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】第１２実施例の変更例を示した図である。
【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１４実施例のマイクロリレーについて示した図である。
【図２５】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２６】実施例の固定基板の製造工程を示した図である。
【図２７】実施例のキャップ基板の製造工程を示した図である。
【図２８】実施例の可動板の製造工程を示した図である。
【図２９】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】
１　　　　　　　マイクロリレーディバイス
５　　　　　　　マイクロリレーチップ
１０　　　　　　キャップ基板（固定基板）
１１　　　　　　固定電極
１３　　　　　　固定接点
１９　　　　　　スルーホール
２０　　　　　　可動板
２１　　　　　　可動部、可動電極
２２　　　　　　ヒンジバネ（弾性部材）
２３　　　　　　可動接点
２４　　　　　　凸部
２５　　　　　　枠部
３０　　　　　　固定基板
３１　　　　　　固定電極
３３　　　　　　固定接点
５０　　　　　　放電抵抗
６０　　　　　　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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