JP2004079288A - 液体金属を用いた電気接点開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型にして開閉動作が速く、その動作の安定性を保証することのできる電気接点開閉装置を提供すること。
【解決手段】電気接点開閉装置５０は、気体と液体金属とが密封された密封空間内で、加熱によって気体の体積を膨張させ液体金属を移動させることで電気パスを変更することのできる電気接点開閉装置であり、特に、気体を加熱するためのヒータを備えた加熱室を有する第１の基板１０と、第１の基板１０に対して密封して固着され、加熱室に連通する通路７１が設けられ、液体金属と協働して高周波信号を伝送する電気パスを構成する複数の電極が形成される第２の基板２０と、第２の基板２０に密封して固着され、通路の他端に連通して液体金属が移動可能とされるチャネル６１を第２の基板との固着面に沿って形成する第３の基板３０とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気接点開閉装置の構造に関し、特に高周波信号の伝送が可能である液体金属を用いた電気接点開閉装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的な小型の機械接点式リレーとして、リードリレーが挙げられる。リードリレーは、磁性合金からなる２枚のリードを微小なガラス容器内部に、不活性気体と共に封じ込めたリードスイッチを備えている。リードスイッチの周囲には、電磁駆動用のコイルが巻回され、２枚のリードは、ガラス容器内で、接触または非接触となるように配置されている。通常、この種のリードリレーは、非駆動状態では、コイルには電流が流されず、各リードの先端同士は排斥し合って非接触となり、駆動状態では、コイルに電流が流され、各リードの先端同士は吸引し合って接触する。
【０００３】
この種のリードリレーの問題は、寸法が大型であること、及び寿命が比較的短く動作の信頼性が低い点である。前者に関して、それが組み込まれる装置内で大きな体積を必要とすることに加えて、特に高周波信号を伝送する場合に十分な性能を持たせるための設計が困難である。また、後者に関して、リードリレーに使用されるリードが屈曲に伴う機械疲労を生じ、経年の使用により正常に動作しなくなることがあり、またロジウム、金等でめっき処理された銀、タングステン、ロジウム等からなる接点が磨耗を生じるからである。もっともリードリレーのうちで、ウェットリレーと呼ばれる、接点表面が水銀で被覆された型のものは接点の問題については改善されているが、機械疲労の問題は残ったままである。
【０００４】
これらの問題を解決するべく、水銀等の液体金属を利用した電気接点開閉装置が提案されており、その例は、特開平９−１６１６４０号公報、特開２０００−１９５３８９号公報に記載されている。これらの技術によれば、電気接点開閉装置は更に小型化され、高周波の信号に対応できる。また、前者の構成によれば、各電極表面がチャネル内の気体に含まれる成分等により腐食を受け動作信頼性が低下することが懸念されるものの、後者の構成によれば、水銀接点を利用することにより、長寿命化、高信頼性化が可能となる。更に、両者ともに、重力依存（姿勢依存）性が無い状態で液体金属を利用できるという利点を有する点にも注目すべきである。
【０００５】
特開平９−１６１６４０号公報、或いは、特開２０００−１９５３８９号公報に実施例として記載される電気開閉装置は、典型的には２枚の基板を接合して得られる。例えば、特開平９−１６１６４０号公報に記載される如き電気接点開閉装置では、基板としてガラスや半導体（シリコンなど）が提案され、また、特開２０００−１９５３８９号公報に記載される如き電気接点開閉装置では、基板としてガラス、半導体（シリコンなど）、セラミックを利用することが指摘されている。
【０００６】
【発明の解決すべき課題】
このような電気接点開閉装置において、基板としてシリコンもしくはガラスが用いられた場合にはエッチングなどの方法を利用してヒータをサスペンド（浮遊）状態にすることが可能である。サスペンド（床面より浮遊した）ヒータとは、ヒータとなる材料層の下部、もしくはヒータ材料を支える薄い構造体層の下部が空洞状態にある形状を意味し、ヒータの平面的な形状としては特開平９−１６１６４０号公報のようなカンチレバー（複数の橋のような）形状、あるいは網目形状、ハニカム形状、また、平面的にはパターンを有しないメンブレン形状も含まれる。このようなサスペンドヒータの利点はガスを加熱する効率が高く、ヒータで発生した熱のほとんどがガスを加熱することに費やされることである。これは、サスペンド構造のためにヒータ面がガスに接触する表面積が大きく、且つ基板に伝導する経路であるところの構造体が基板に接触する部分が狭く薄いため、ガスに効率良く熱を伝えることができる一方で、基板への熱伝導はある程度抑えることができるからである。
【０００７】
サスペンドヒータを工業的に実現するもっとも好適な方法は基板にシリコンを用いて、その表面に薄膜ヒータを形成し、異方性エッチングによりヒータ床面部分をエッチングしてヒータ構造をサスペンド状態にするものである。ガラスを用いても可能であるが、ガラスの場合には等方性エッチングとなるので、床面の空洞部分の形状制御が難しいという欠点がある。その他、工業的に床面エッチングが可能な材料、例えば水晶やＧａＡｓでも同様のことが可能である。しかし、これらの材料については、現在のところ残念ながらフィルドビアやビアホールを含む多層基板技術が工業的に利用可能ではなく、表面配線のみの回路形成となってしまう。従って、これらの基板を用いた電気接点開閉装置によれば高周波特性には限界があり、また、フィルドビアを作成して、低い接続抵抗を実現するのは困難である。
【０００８】
一方で、基板としてセラミックを用いた場合には、工業用に広く用いられているセラミック多層基板の技術を用いることによって、接点電極をフィルドビア構造にすることが可能であり、
この結果、低い接続抵抗と好適な高周波特性を実現することができる。しかし、セラミック上にサスペンドヒータを作成することは工業的には困難であり、セラミック上に直接薄膜ヒータなどを形成することになる。この場合にはヒータによる熱は、そのかなりの部分が直接基板に伝導してしまい、ガスを加熱する効率は低くなる。結果として低パワーで速いスイッチング駆動が可能な電気接点開閉装置を実現するのは困難である。
【０００９】
そこで本発明は、閉時の接続抵抗が低く、高周波信号についての減衰が小さい電気接点開閉装置であって、特に、開閉に必要なパワーが少なく且つ開閉の速度が速いという性能上の利点を保証でき、製造も容易に行うことができる小型の構成を有する電気接点開閉装置を提供することをその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック等の多層基板と接合することによってその接合面に液体金属の形状を保持するためのチャネルを形成するガラス等からなる基板と、サスペンドヒータを形成したシリコン等の基板とを、ともにセラミック多層基板に接合して液体金属を含む電気接点開閉装置を構成するものである。両者間を連絡して駆動ガスが移動可能とするビアホール又は他の形状の通路が少なくとも多層基板の一部に設けられる。回路配線を含む多層基板は、主に高周波信号に対しての電気的特性を良好にする材料として選択することができ、サスペンドヒータを含む基板とは異なる材料とすることができる。開閉信号が導通する線路としては、セラミック多層基板のフィルドビア、若しくは厚膜配線が用いられる。このため、閉時の接続抵抗を低くすることができ、また、セラミック多層基板の回路設計にインピーダンス整合を取り入れることによって高周波信号の伝送が可能となる。更に、サスペンドヒータを用いているため、開閉に必要なパワーが少なく、開閉の速度が速い液体金属を用いた混成基板型の電気接点開閉装置を提供することができる。
【００１１】
即ち、本発明は、気体と液体金属とが密封された密封空間内で、加熱によって前記気体の体積を膨張させ前記液体金属を移動させることで電気パスを変更することのできる電気接点開閉装置において、前記気体を加熱するためのヒータを備えた第１の基板と、前記液体金属と協働して高周波信号を伝送する前記電気パスを構成する複数の電極が形成される第２の基板と、該第２の基板に密封して固着され、前記通路の他端に連通して前記液体金属が移動可能とされるチャネルを前記第２の基板との固着面に沿って形成する第３の基板とを有することを特徴とする電気接点開閉装置を提供する。
【００１２】
好ましくは、前記第２の基板又は前記第３の基板は、加熱される前記気体を前記液体金属の位置まで導くことのできる通路を含む。
【００１３】
好ましくは、前記第２の基板は、高周波信号を少ない減衰で通過させるセラミックもしくはガラスセラミック基板からなる。
【００１４】
好ましくは、前記第２の基板は、多層基板とされる。
【００１５】
好ましくは、前記第２の基板は、接地面を含む。
【００１６】
好ましくは、前記第３の基板は、ガラス基板から成り、１又は複数の部品から構成される。
【００１７】
好ましくは、前記第１の基板及び第３の基板は、前記第２の基板の対向主要面側に固着される。この場合、前記通路は、厚さ方向に貫通するように形成される。
【００１８】
好ましくは、前記第１の基板及び第３の基板は、前記第２の基板の同一主要面側に固着され、前記第１の基板は、前記第３の基板に包囲されるように置かれる。この場合、前記通路の少なくとも一部は前記主要面の面内方向に沿って延びるよう構成される。
【００１９】
好ましくは、前記第１の基板は前記第２の基板に対して、バンプにより接続される。
【００２０】
好ましくは、前記第１の基板は、前記ヒータを浮遊状態にして支持する基体を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して本発明の好適実施形態となる電気接点開閉装置について詳細に説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本発明の第１の好適実施形態となる電気接点開閉装置の全体の構成を示す図であり、図２には平面図を示し、図１には図２中の線Ａ−Ａに沿う位置の断面図を示す。図２は、後述のガラス基板（第３の基板）からそれを透かしてセラミック多層基板（第２の基板）の表面を見たものであり、破線によってチャネル及び通路の形状を示している。
【００２３】
装置５０は、第１の基板１０、第２の基板２０、及び第３の基板３０の３種類の基板を含む。第１の基板１０は、シリコン基板を含み、後述の如く密封された気体を加熱するためのサスペンドヒータ９１を有する。第２の基板２０は、セラミック多層基板から成り、電気的な配線を内層及び外層に含むものである。第３の基板３０は、ガラス基板であり、後述の如く液体金属６を収容するためのチャネルを構成するための凹溝を有する。凹溝の形成のためには、ガラス加工のために知られている様々な方法が使用され得るが、例えば、サンドブラストによる加工が望ましい。尚、本実施形態では、第１の基板１０、第２の基板２０、及び第３の基板３０のサイズは、それぞれ、１．５　ｘ　１．５　ｘ　０．２　ｍｍ、５　ｘ　４　ｘ　０．４　ｍｍ、及び５　ｘ　４　ｘ　１　ｍｍとされる。
【００２４】
図２の概略平面図から理解されるように、装置５０は、液体金属６を移動可能にして収容するチャネル６１、及びチャネル６１に対して長さ方向の中途の２箇所で交わる通路６２、６３を有する。通路６２、６３は、チャネル６１から第２の基板２０に形成される一対の貫通した通路孔７１、７２の位置まで延び、両者を連通させる。チャネル６１の径寸法に対して、通路６２、６３の径寸法を十分小さく設定し、これにより、液体金属６は、通路６２、６３内に入り込むことなく、チャネル６１内に維持される。尚、通路孔７１、７２の近傍では、通路６２、６３は若干幅広とされうる。
【００２５】
チャネル６１は、長さ方向に沿って離間して設けられる３つの電極８１、８２、８３を有する。液体金属６は、チャネル６１の全体を略充填するが、通路６２、６３のいずれか一方との結合部分近傍でのみ分離されるように置かれ、これにより、隣接する一対の電極間を電気的に導通しつつ、他の一つの電極を分離するようにする。図２では、電極８１、８２、８３は、フィルドビア８４、８５、８６によって第２の基板２０の対向する面に形成される３つの電極２１のそれぞれに対して電気的に導通される。
【００２６】
通路孔７１、７２は、第２の基板２０を貫通し、第１の基板１０のサスペンドヒータ９１が置かれる位置まで延びる（図１参照）。第１の基板上のサスペンドヒータ９１に面する位置には、通路孔７１、７２に連通するように凹部７３、７４が形成される。凹部７３、７４は、第１の基板１０の凹部１２と協働してサスペンドヒータによる気体の加熱室の一部を構成する。
【００２７】
サスペンドヒータ９１を含む第１の基板１０は、基体となるシリコン基板１１を含む。シリコン基板１１は、前述のサスペンドヒータ９１が設けられる位置に凹部１２を有する。シリコン基板１１は、サスペンドヒータ９１の部分が金属バンプ１９の手法によって第２の多層基板２０の電極パッド７５に接続されることにより、電気的及び機械的に第２の基板２０に結合される。更に、第１の基板１０と第２の基板２０のバンプ接続部分の周囲とその外側には封止樹脂１４を含浸、硬化させ、ヒータキャビティを気密化すると共に、金属バンプ１９によるバンプ接合を補強してある。本実施形態では封止樹脂１４として、気密性に優れたテフロン系樹脂（Ｒ）を選択したが、エポキシ樹脂等でも可能である。このように封止樹脂１４を配置することにより、第１乃至第３の基板１０、２０、３０を利用した密封空間が装置５０の内部に実現され、従来技術として示した特開平９−１６１６４０号公報、特開２０００−１９５３８９号公報に記載される装置と同様に、サスペンドヒータ９１の加熱によってチャネル６１内の液体金属６を移動させ、スイッチ動作させることが可能となる。また、電極パッド７５は、フィルドビア７７、７８及び内層配線７９を利用して、第２の多層基板２０の裏面に形成される他の電極７６に電気的に接続される。
【００２８】
即ち、例えば、図２において、通路孔７２に対応するサスペンドヒータ９１を加熱すれば、膨張した気体が通路６２からチャネル６１に入り込み、連続した液体金属６をチャネル６１内の通路６２近傍で分離し、一方で通路６３との結合部近傍でこれを結合する。従って、サスペンドヒータ９１の動作前における電極８１、８２が相互に接続されて電極８３が分離された状態は、動作後には電極８１が電気的に分離されて電極８２、８３が相互接続される状態となることが理解される。その後、同様にして通路孔７１に対応するサスペンドヒータを加熱すると、逆の動作が生じ、動作後には図２に示す状態が再生される。前述のように、スイッチングに関わる電気的な経路はフィルドビアとバルクの液体金属によって形成されているため、閉時の接続抵抗を低くすることができる。
【００２９】
尚、図示していないが、セラミック多層基板である第２の基板２０の表面層、裏面層あるいは内層に適当な接地パターンを形成することによって、信号のインピーダンスマッチングを行うことが可能であり、これによって高周波信号を少ない減衰で導通させることができる。
【００３０】
図３は、第１の基板の構成を示す図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿う位置の断面図、（ｃ）が（ａ）中の線Ｃ−Ｃに沿う位置の断面図である。
【００３１】
第１の基板１０は、上述のようにシリコン基板１１を基体としており、その一面、即ち第２の基板に接着される側の面上には、サスペンドヒータ９１を構成すべく櫛形パターンのポリシリコン層１８が形成される。基体１１は、シリコン以外の材料でも良いが、特にヒータをサスペンド構造にしない場合等には、ガラス等の比較的熱伝導率の小さな材料から形成され得る。基体１１の形状・寸法は、スイッチ動作時間、即ちヒータ加熱によってスイッチを動作させるための時間、及びその後にヒータの冷却が冷却されるまでの時間の双方を最適化するようにして決定される。ポリシリコン層の下部は、異方性エッチングにより取り除かれたキャビティ構造になっており、従って、ヒータの櫛形パターンはサスペンド（浮遊）状態とされる。本実施形態では、サスペンドヒータとして、０．１ミクロン厚のポリシリコン膜を用いたが、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒなどの金属層を用いることもできる。その際には金属層を液体金属の蒸気と反応しない材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ等でコーティングし、雰囲気と金属が直接接触しないようにする必要がある。
【００３２】
ところで、電気接点開閉装置の駆動エンジンとしてヒータを設計する場合には、このヒータ周囲の空間の体積を正確に規定する必要がある。本実施形態の構造では、ヒータ下部については第１の基板（シリコン基板含む）１０のプロセスである異方性エッチングによって、そのキャビティ、即ち、凹部１２の深さをコントロールすることが可能である。本実施形態においては、キャビティの深さを０．０８　ｍｍとしている。一方、第１の基板１０の表面と第２の基板（セラミック多層基板）２０の表面の間隙については、バンプ１９によってその高さを制御することが可能である。本実施形態ではバンプ１９の高さを０．０２　ｍｍとし、更に第２の基板２０上に予め深さ０．０６　ｍｍのキャビティ、即ち、凹部７３、７４を形成しておくことによって、ヒータ上部、下部とも、良くコントロールされた正確な寸法の０．０８　ｍｍの間隙を得ることができた。特に、このようにヒータ９１の上下に間隙を設けたことにより、ヒータからシリコン基板１１への熱伝導が極力抑えられ、効率良く気体に伝えられる点に注意すべきである。この点は、安定したスイッチング動作を保証する上で利点となる。
【００３３】
加えて、本発明では、第１の基板１０と第２の基板２０のバンプ接続部分の周囲とその外側には封止樹脂１４を含浸、硬化させ、ヒータキャビティを気密化し、バンプ接合を補強している。かかる封止樹脂１４は、第１及び第２の基板間の正確な寸法の間隙と合わせて、正確な体積の加熱空間又は加熱室を実現できる。本実施形態においては、封止樹脂１４として気密性に優れたテフロン系樹脂を選択したが、エポキシ樹脂等でも可能である。これによって、ヒータが駆動すべきガスの体積はチャネル６１とスルーホールを除けば、ヒータの外形をほぼ投影したエリアで上下に０．０８　ｍｍの空間を持つ体積のみに正確に決定することができる。
【００３４】
図４及び図５は、本発明による第２の好適実施形態を説明するためのそれぞれ断面図及び平面図である。図５は、後述のガラス基板（第３の基板）からそれを透かしてセラミック多層基板（第２の基板）の表面を見たものであり、破線によってチャネルの形状を示すが、図４では、図５における線Ｄ−Ｄに沿う位置、及び線Ｅ−Ｅに沿う位置の断面を説明の便宜上合成して示す。
【００３５】
第２の実施形態は、フィルドビア１８４、１８５、１８６に導通する３つの電極１８１、１８２、１８３が、液体金属１０６の変形、移動により開閉されるという基本構成においては、第１の実施形態と共通するが、サスペンドヒータ９１が形成された第１の基板１０と、ガラス基板たり得る第３の基板１３０とが、セラミック多層基板１２０の同表面に接合されている点で第１の実施形態と相違する。使用される第１の基板１０については、第１の実施形態において説明したものと同様であるので、同一の参照番号を付して詳しい説明を省略する。
【００３６】
第２の実施形態となる装置１５０においても、第１の基板１０は、やはり金属バンプ１９を利用した手法で第２の基板１２０上の電極パッド１７１に実装される。このとき、電極パッド１７１は、フィルドビア１７２を介して第２の基板１２０の対向する面に形成される電極パッド１７３に電気的に導通する。更に、第１の基板１０は、第１の実施形態と同様に、封止樹脂１１４を用いて第２の基板１２０に対して密封して接着される。その後、液体金属１０６を収容するためのチャネル１６１が形成された第３の基板１３０が第２の基板に重ねて接着接続され、このとき一対の第１の基板１０は、第３の基板１３０と第２の基板１２０との接合面に形成されるキャビティ１５１、１５２のそれぞれに収容される。キャビティ１５１、１５２は、溝１６１の形成と同様のプロセスで形成される。
【００３７】
第１の基板１０においてサスペンドヒータ９１が形成される凹部１２と、液体金属１０６が配置されるチャネル１６１とは、高さ方向に延びる通路孔１７７、１７９と、板面方向に延びる通路孔１７８とによって相互に連通される。第１の実施形態同様に、サスペンドヒータ９１に面する部分には、凹部１７４、１７５が形成される。
【００３８】
本実施形態の通路孔は、グリーンシートによる多層基板技術を用いて第２の基板、即ちセラミック多層基板１２０の内部に形成され得る。通常、セラミック多層基板１２０はグリーンシートと呼ばれる焼成前セラミックシートに、パンチング（金型を用いる場合とレーザによる加工がある）により丸穴や長方形の穴を作成し、それを複数枚重ねて焼成することにより作成される。本実施形態では、焼成後寸法で５０ミクロン厚のグリーンシートに７０ミクロン幅、１ミリ長さの長方形の穴をパンチングしてチャネル１７８を作成し、別のグリーンシートに通路孔１７７と１７９形成のための穴をパンチングして、チャネル１７８と通路孔１７７および１７９を重ねて加圧する段階で位置合せし、その後焼成することにより実現できる。
【００３９】
他の方法として、図４中の破線部分で示すセラミック多層基板１９０を別部品として作成し、予め溝が形成されたセラミック多層基板１２０の本体に貼り合わせることによって内部チャネルを形成することもできる。前者の方法に比べて後者の方法ではグリーンシートの厚みや、パンチングによる加工幅の自由度が比較的大きく、より小さな断面積のチャネルを形成できるが、一方で密閉性に劣るという欠点がある。
【００４０】
第１の実施形態によれば、信号の取り出しを裏面から行う際に、その取り出し方法に若干の制約がある。すなわち、バンプによる実装を採用した場合にはシリコン基板の高さよりも大きなバンプを用いるか、実装する相手の基板にキャビティを形成するなどの工夫が必要となる。これに対して第２の実施形態では裏面側が平坦であるため、このような制約が発生しない。一方、第１の実施形態は第２の実施形態に比較すると、第１の基板のサスペンドヒータとチャネルとの間の距離を比較的自由に設計できるだけでなく、第３の基板であるガラス基板の厚みもより薄くできる可能性がある。従って、第１の実施形態の方がより小型化に向いている。
【００４１】
図６及び図７は、本発明による第３の好適実施形態を説明するためのそれぞれ断面図及び平面図である。図７は、後述のガラス基板（第３の基板）からそれを透かしてセラミック多層基板（第２の基板）の表面を見たものであり、破線によってチャネルの形状を示すが、図６では、図７における線Ｆ−Ｆに沿う位置、及び線Ｇ−Ｇに沿う位置の断面を説明の便宜上合成して示す。尚、使用される第１の基板１０については、第１、第２の実施形態において説明したものと同様であるので、同一の参照番号を付して詳しい説明を省略する。
【００４２】
第３の好適実施形態による装置２５０では、フィルドビア２８４、２８５、２８６に導通する３つの電極２８１、２８２、２８３が、液体金属２０６の移動により開閉されるという基本構成においては、第１、第２の実施形態と共通するが、それらの実施形態においてガラス基板たり得るとして説明した第３の基板２３０が、２枚の基板２３１、２３２（以後、それぞれ外層基板、内層基板ともいう。）から構成されている点で相違している。
【００４３】
第２の基板（多層基板）２２０に重ねておかれる内層基板２３２は、第１の基板１０を支持し、かつ液体金属２０６の収容のために利用される。即ち、第１の基板１０を支持する内層基板２３２は、第１の基板１０と第２の基板２２０内部の回路との間の電気的な相互接続に利用される第１の貫通孔２４１、第１の基板１０に設けられるサスペンドヒータ９１に連通する気体の通路の一部を構成する第２の貫通孔２４２、及び第１の基板１０と第２の基板の両者と協働して液体金属２０６を収容するためのチャネル２６１を含む。
【００４４】
図示されるように、第１の貫通孔２４１内には、相互接続手段２４４が配置される。相互接続手段２４４は、第１の基板１０に形成される電極パッド（図示せず）と、多層基板２２０の一面に設けられる電極パッド２９４とを相互接続するものであり、例えば、半田接続手段、金属バンプ手段、又は他の弾性変形可能な導電性材料等が利用可能である。但し、金属バンプの場合には、定形を有しなくても第１の貫通孔２４１によって形状が制限されるので、液体金属の如く常温で固体でない物質も適用可能である。即ち、金属バンプは、一例としてチャネル２６１内に位置する液体金属２０６と同じ材料から構成し得る。尚、電極パッド２９４は多層基板である第２の基板２２０内部のフィルドビア構造２９５を利用して対向する底面側の外部接続用パッド２９８に電気的に接続される。
【００４５】
第２の貫通孔２４２は、サスペンドヒータ９１に対応する位置に重なるように形成される。これにより、第２の貫通穴２４２と第１の基板１０におけるサスペンドヒータ９１が形成された凹部１２は、互いに協働してヒータキャビティを形成する。図示されるように、内層基板２３２に接する側の、第２の基板２２０の面には、２つの第１の基板１０それぞれに対応する第２の貫通孔２４２と、チャネル２６１とを連通する通路を構成するための溝２２８、２２９が形成される。溝２２８、２２９は、液体金属２０６が入り込まない程度に十分狭幅にして形成され、チャネル２６１を交差するように延びる。前述の実施形態同様に、２つの第１の基板のいずれかのヒータが動作されるとき、この交差部分に気体が入り込むことによって、隣接する２つの電極間の電気的な導通がオン・オフ制御される。
【００４６】
外層基板２３１は、内層基板２３２に接着して固定される。このとき、外層基板２３１は、キャビティ２５１、２５２のそれぞれに第１の基板１０を収容して、これを外部環境から保護する。更に、外層基板２３１は、液体金属２０６を収容するチャネル２６１の頂壁を構成する。外層基板２３１は、液体金属と反応しないガラス等の材料から成るが、チャネル２６１に重なる位置の表面材料をガラスとして、基板の主要部を他の材料によって形成しても良い。
【００４７】
尚、第２の基板２２０上にチャネル２６１に連通するように設けられる溝２２８、２２９は、グリーンシートによる多層基板技術、もしくはレーザによる加工技術を用いて第２の基板、即ちセラミック多層基板２２０の頂面に形成され得る。特に、後者のレーザによる方法の例としては、エキシマレーザにより、マスクを用いてパターンを焼き付ける方法、ＹＡＧレーザによって直接ビーム描画する方法等が挙げられる。グリーンシートによる方法は、セラミック多層基板の作製工程の中で同時に行うことが可能であり、一度に大量に作成するのに有利であるが、パターンの微細化に限界がある。これに対し、レーザによる方法は、工程が増えるが、微細化の点では有利である。また、ＹＡＧレーザはマスクを必要としないが、深さのコントロールが難しく、大量生産には不利な面がある。一方、エキシマレーザはこれに比較すると、深さのコントロールが容易で、マスクを用いれば大量生産にも対応可能である。生産量やパターンによってこれらの方法から最適なものを選択して用いることが可能である。
【００４８】
図示されるように、電気的接続のスイッチングのために使用するようチャネル２６１に沿って形成されるところの電極２８１、２８２、２８３は、チャネル２２０の幅よりも広幅にして（図７参照）、第２の基板２２０上のチャネル２６１に沿う面に形成される。電極２８１、２８２、２８３は、フィルドビア構造２８４、２８５、２８６によってそれぞれに対応する外部接続用パッド２９６に導通するように構成される（図６参照）。ここで、外層基板２３１には、これらの電極２８１、２８２、２８３と対向するようにしてパッド２８１’、２８２’、２８３’が設けられる点に注意すべきである。これにより、断面が略台形又は矩形とされるチャネル２２０の内表面に沿って液体金属が十分な濡れ性をもって広がり、ヒータを動作させたときに熱によって生じる気体の膨張力を高率良く液体金属２０６に伝え、液体金属２０６の変形又は移動の確実性を高め、スイッチング動作の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
第１と第２の実施形態では、第１の基板１０は、第２の基板２０に対して金属バンプによって電気的及び機械的に接合され、バンプ結合部分の周囲とその外側には封止樹脂１４を含浸硬化させ、ヒータキャビティを気密化してバンプ接合を補強している。これに対して、第３の実施形態によれば、第１の基板１０は、プレーナ型にして直接的に内層基板２３２に接着されるため、接着用の樹脂以外の特段の封止樹脂は必要とされない。従って、基板の全数が増えるとう不利な点はあるものの、第１及び第２の実施形態によるものとは異なり、樹脂を含浸し硬化させる工程を省略することができ、樹脂の硬化状態による気密性に対する信頼度を高めることができ、更にヒータのキャビティ体積をより正確に設計できる点等が利点となる。
【００５０】
以上のように、本発明の好適実施形態となる電気接点開閉装置について詳細に説明したが、これはあくまでも例示的なものであり、当業者によって更に様々な変形・変更が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明を実施することによって、少ない減衰で高周波信号の開閉が可能であり、閉時の接続抵抗が低く、しかも、開閉に必要なパワーが少なく、開閉の速度が速い液体金属を用いた混成基板型の電気接点開閉装置を現在利用可能な工業的な方法によって容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の好適実施形態となる電気接点開閉装置を示す、図２中の線Ａ−Ａに沿う位置の断面図。
【図２】本発明の第１の好適実施形態となる電気接点開閉装置を示す概略平面図。
【図３】本発明に使用される第１の基板の構造を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿う位置の断面図、及び（ｃ）は（ａ）中の線Ｃ−Ｃに沿う位置の断面図。
【図４】本発明の第２の好適実施形態となる電気接点開閉装置を示す、図５中の線Ｄ−Ｄに沿う位置、及び線Ｅ−Ｅに沿う位置の断面図を合成して示す図。
【図５】本発明の第２の好適実施形態となる電気接点開閉装置を示す概略平面図。
【図６】本発明の第３の好適実施形態となる電気接点開閉装置を示す、図７中の線Ｅ−Ｅに沿う位置、及び線Ｆ−Ｆに沿う位置の断面図を合成して示す図。
【図７】本発明の第３の好適実施形態となる電気接点開閉装置を示す概略平面図。
【符号の説明】
５０；１５０；２５０　　電気接点開閉装置
１２、７３、７４；１２、１７３、１７４；１２、２４２　　加熱室（ヒータキャビティ）
１０　　第１の基板
２０；１２０；２２０　　第２の基板
３０；１３０；２３０　　第３の基板
６１；１６１；２６１　　チャネル
６２、６３、７１、７２；１７７、１７８、１７９；２２８　　通路
８１、８２、８３；１８１、１８２、１８３；２８１、２８２、２８３　　電極

Claims (10)

1. 気体と液体金属とが密封された密封空間内で、加熱によって前記気体の体積を膨張させ前記液体金属を移動させることで電気パスを変更することのできる電気接点開閉装置において、
   前記気体を加熱するためのヒータを備えた第１の基板と、
   前記液体金属と協働して高周波信号を伝送する前記電気パスを構成する複数の電極が形成される第２の基板と、
   該第２の基板に密封して固着され、前記通路の他端に連通して前記液体金属が移動可能とされるチャネルを前記第２の基板との固着面に沿って形成する第３の基板とを有することを特徴とする電気接点開閉装置。
2. 前記第２の基板又は前記第３の基板は、加熱される前記気体を前記液体金属の位置まで導くことのできる通路を含むことを特徴とする、請求項１の電気接点開閉装置。
3. 前記第２の基板は、高周波信号を少ない減衰で通過させるセラミックもしくはガラスセラミック基板からなることを特徴とする、請求項１の電気接点開閉装置。
4. 前記第２の基板は、多層基板とされることを特徴とする、請求項３の電気接点開閉装置。
5. 前記第２の基板は、接地面を含むことを特徴とする、請求項４の電気接点開閉装置。
6. 前記第３の基板は、ガラス基板から成り、１又は複数の部品から構成されることを特徴とする請求項１の電気接点開閉装置。
7. 前記第１の基板及び第３の基板は、前記第２の基板の対向主要面側に固着されることを特徴とする、請求項１の電気接点開閉装置。
8. 前記第１の基板及び第３の基板は、前記第２の基板の同一主要面側に固着され、前記第１の基板は、前記第３の基板に包囲されるように置かれることを特徴とする、請求項１の電気接点開閉装置。
9. 前記第１の基板は前記第２の基板に対して、バンプにより接続されることを特徴とする、請求項１の電気接点開閉装置。
10. 前記第１の基板は、前記ヒータを浮遊状態にして支持する基体を有することを特徴とする、請求項１の電気接点開閉装置。

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