JP2010225359A - マイクロリレー - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が図れ、容易に作成することができるマイクロリレーを提供する。
【解決手段】固定接点が形成されたベースと、固定接点それぞれに接触した際に固定接点短絡する可動接点が設けられ前記ベースの前記一面側に揺動自在に配置された可動部と、前記ベースの前記一面側に設けられ前記可動部が開口内に配置される枠状のフレームと、前記フレームにおけるベース側とは反対側に設けられ前記フレームの前記開口を閉塞するカバーと、前記カバーに設けられ前記可動接点が上記一対の固定接点に対して接離するように前記可動部を揺動させる駆動装置とを、備えるマイクロリレーであって、前記可動部と前記フレームとは、第１の半導体基板を加工することにより形成され、前記ベースは、その外周部が前記一面側に突出して形成され、この突出した外周部が前記フレーム部と接合されるものであるようにした。
【選択図】図１

Description

本願発明は、マイクロリレーに関するものである。

従来から、高周波用小型リレーとして、半導体微細加工技術を利用して形成されたＭＥＭＳリレーなどのマイクロリレーが提案されている。
例えば、特許文献１に記載されたマイクロリレーは、接点基板と、接点基板の一面側に設けられるアーマチュアブロックと、アーマチュアブロックにおける接点基板側とは反対側に設けられるコイル基板と、を備えている。接点基板は、ガラス基板からなり、上記一面側に一対の固定接点が形成されている。アーマチュアブロックは、半導体基板（シリコン基板）からなり、アーマチュア基板と、アーマチュア基板を揺動自在に支持するフレームとを一体に備えている。アーマチュア基板における接点基板との対向面には、一対の固定接点と接離する可動接点が形成されている。また、アーマチュア基板におけるコイル基板との対向面には、磁性体が設けられている。コイル基板は、アーマチュア基板を覆うカバーとなるものである。このようなコイル基板は、ガラス基板からなりアーマチュア基板側の面に、一対のコイルが形成されている。
上記特許文献１に示すものでは、コイル基板に形成されたコイルに通電することによって、アーマチュア基板をシーソー動作させて、接点の開閉を行うことができる。

特開２００５−５０７６７号公報

ところで、上述したマイクロリレーでは、コイル基板におけるアーマチュア側の面に、一対のコイルに通電するための一対の電極パッド（第１の電極パッド）が形成されている。これに対して、接点基板の一面側には、一対の第１の電極パッドそれぞれに対向する一対の電極パッド（第２の電極パッド）が設けられている。この第２の電極パッドは、接点基板を厚み方向に貫通する貫通孔配線により、接点基板の他面側の一対のランドに電気的に接続されている。また、接点基板においては、一対の固定接点が接点基板を厚み方向に貫通する貫通孔配線により、接点基板の他面側の別の一対のランドに電気的に接続されている。そして、コイル基板の一対の第１の電極パッドと接点基板の一対の第２の電極パッドとは、バンプによって接続されている。そのため、接点基板の他面側の一対のランド間に電圧を印加することで、コイル基板のコイルに通電することができる。

このように、上記特許文献１に示すマイクロリレーは、ワイヤボンディング実装方法ではなく、フリップチップ実装方法を用いて実装基板に実装することができるように構成されている。これは、実装にかかるコストと、比較的細いワイヤがコイルに流す電流に耐えられるかという点とを考慮したためである。

しかしながら、上記特許文献１に示すマイクロリレーでは、コイル基板の第１の電極パッドと接点基板の第２の電極パッドとをバンプによって接続している。

そのため、アーマチュアブロックには、バンプを配置できる程度のスペースを確保する必要があり、マイクロリレーが大型化してしまうという問題があった。また、第１の電極と第２の電極とが信頼性良く接続されるように、バンプを形成する必要があり、バンプの製法上の困難さもあいまって、バンプの設計が難しく、作製が難しいという問題があった。 本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、小型化が図れ、容易に作製することができるマイクロリレーを提供することにある。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、厚み方向の一面側に一対の固定接点が形成されたベースと、前記一対の固定接点それぞれに接触した際に前記一対の固定接点間を短絡する可動接点が設けられ前記ベースの前記一面側に揺動自在に配置された可動部と、前記ベースの前記一面側に設けられ前記可動部が開口内に配置される枠状のフレームと、前記フレームにおけるベース側とは反対側に設けられ前記フレームの前記開口を閉塞するカバーと、前記カバーに設けられ前記可動接点が上記一対の固定接点に対して接離するように前記可動部を揺動させる駆動装置と、を備えるマイクロリレーであって、前記可動部と前記フレームとは、第１の半導体基板を加工することにより形成され、前記第１の半導体基板は、前記ベースの前記一面側に位置される第１の半導体層と、前記第１の半導体層における前記ベース側とは反対側に設けられた絶縁層と、前記絶縁層における前記第１の半導体層側とは反対側に設けられた第２の半導体層とを有し、前記フレームは、前記第１の半導体基板の第１の半導体層と絶縁層と第２の半導体層との全層により構成され、前記可動部は、前記絶縁層をエッチングストッパ層として前記第２の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも第１の半導体層により構成され、前記ベースは、その外周部が前記一面側に突出して形成され、この突出した外周部が前記フレーム部と接合されるものであることを特徴とした。

又、本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載のマイクロリレーにおいて、前記ベースは、前記一面側に位置する半導体層と、その反対側に位置する支持層とにより構成された基板を加工することにより形成され、前記基板の前記一面側に前記半導体層の厚みを深さとする凹部を設けることにより前記一面側に突出する前記外周部を形成し、前記外周部は前記半導体層からなることを特徴とした。

又、本願請求項３記載の発明では、上記請求項１記載のマイクロリレーにおいて、前記ベースはガラス基板からなり前記ガラス基板の前記一面側に凹部を設けることにより前記一面側に突出する前記外周部を形成することを特徴とした。

又、本願請求項４記載の発明では、厚み方向の一面側に一対の固定接点が形成されたベースと、前記一対の固定接点それぞれに接触した際に前記一対の固定接点間を短絡する可動接点が設けられ前記ベースの前記一面側に揺動自在に配置された可動部と、前記ベースの前記一面側に設けられ前記可動部が開口内に配置される枠状のフレームと、前記フレームにおけるベース側とは反対側に設けられ前記フレームの前記開口を閉塞するカバーと、前記カバーに設けられ前記可動接点が上記一対の固定接点に対して接離するように前記可動部を揺動させる駆動装置とを、備えるマイクロリレーであって、前記可動部と前記フレームとは、第２の半導体基板を加工することにより形成され、前記第２の半導体基板は、前記ベースの前記一面側に位置される第１の半導体層と、前記第１の半導体層における前記ベース側とは反対側に設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層における前記第１の半導体層側とは反対側に設けられた第２の半導体層と、前記第２の半導体層における前記第１の絶縁層側とは反対側に設けられた第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層における前記第２の半導体層側とは反対側に設けられた第３の半導体層とを有し、前記フレームは、前記第２の半導体基板の前記第１の半導体層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の半導体層と、前記第２の絶縁層と、前記第３の半導体層との全層により構成され、前記可動部は、前記第１の絶縁層をエッチングストッパ層として前記第１の半導体層をエッチングし、前記第２の絶縁層をエッチングストッパ層として前記第３の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも第２の半導体層により構成されるものであることを特徴とした。

本願請求項１記載の発明のマイクロリレーにおいては、前記フレームは、前記第１の半導体基板の第１の半導体層と絶縁層と第２の半導体層との全層により構成され、前記可動部は、前記絶縁層をエッチングストッパ層として前記第２の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも第１の半導体層により形成されるため、可動部と駆動装置との距離が略第２の半導体層の厚みによって決定され、この距離を高精度に設定することができる。

また、ベースは、その外周部が前記一面側に突出して形成され、前記外周部が前記フレーム部と接合するため、ベースと可動部の間に可動部が揺動する空間を確保することができる。

又、本願請求項２記載の発明のマイクロリレーにおいては、特に、前記ベースは支持層と前記支持層の前記一面側に設けられた半導体層とにより構成された基板を加工することにより形成され、前記基板の前記一表面側に前記半導体層の厚みを深さとする凹部を設けることにより前記一表面側に突出する前記外周部が形成されるので、可動部とベースとの距離が略半導体層の厚みによって決定され、この距離を高精度に設定することができる。

又、本願請求項３記載の発明のマイクロリレーにおいては、特に、前記ベースはガラス基板からなり前記ガラス基板の前記一表面側に凹部を設けることにより前記一表面側に突出する前記外周部を形成するので、ベースと可動部の間に可動部が揺動する空間を確保することができる。

又、本願請求項４記載の発明のマイクロリレーにおいては、特に、前記フレームは、前記第２の半導体基板の前記第１の半導体層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の半導体層と、前記第２の絶縁層と、前記第３の半導体層との全層により構成され、前記可動部は、前記第１の絶縁層をエッチングストッパ層として前記第１の半導体層をエッチングし、前記第２の絶縁層をエッチングストッパ層として前記第３の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも第２の半導体層により形成されるので、可動部とベースとの第１の距離が略第１の半導体層の厚みによって決定され、可動部と駆動装置との第２の距離が略第３の半導体層の厚みによって決定されるので、第１の距離及び第２の距離を高精度に設定することができる。

実施形態１のマイクロリレーの一部を切り欠いた斜視図である。 同上のマイクロリレーの斜視図である。 同上のマイクロリレーの分解斜視図である。 同上における機能部を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。 同上におけるベースを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’の概略断面図である。 同上における機能部を示し（ａ）は機能部の基礎となる半導体基板の概略断面図、（ｂ）乃至（ｆ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面における機能部の製造過程を示す説明図である。 実施形態２のベースの断面における製造過程を示す説明図である。 実施形態３の機能部の断面における製造過程を示す説明図である。

（実施形態１）
本実施形態のマイクロリレーは、図１〜図５に示すように、主として、ベース１０と、ベース１０の厚み方向の一面（一表面）側（図３における上面側）に設けられる機能部２０と、機能部２０におけるベース１０側とは反対側（図３における上面側）に設けられるカバー３０と、駆動装置４０とを備えている。なお、本実施形態のマイクロリレーは、例えば、常開接点と常閉接点とを備えた所謂ラッチング型リレーである。

ベース１０の上記一面側における長手方向両端側それぞれには、一対の伝送線路１１が形成されている。伝送線路１１は直線状に形成されており、伝送線路１１の長さ方向はベース１０の短手方向と一致している。また、一対の伝送線路１１は、ベース１０の短手方向において一直線上に並んでいる。ここで、ベース１０の厚み方向の他面（他表面）側（図３における下面側）における長手方向両端側それぞれには、一対の外部接続電極１２が形成されている。当該一対の外部接続電極１２それぞれは、一対の伝送線路１１それぞれと、ベース１０を厚み方向に貫通する外部接続電極用貫通孔配線１３を介して電気的に接続されている。
また、ベース１０の上記一面側には、伝送線路１１に電気的に接続される複数の固定接点１４が形成されている。各固定接点１４は、各伝送線路１１においてベース１０の内側となる端部に接続されている。よって、ベース１０の長手方向の両端側それぞれには、固定接点１４が一対ずつ形成されている。なお、各伝送線路１１においてベース１０の外側となる端部は、上述した外部接続電極用貫通孔配線１３を介して上記外部接続電極１２に電気的に接続されている。
また、ベース１０の上記一面側の外周部においてベース１０の厚み方向に突出する凸部１５が形成されている
上述したベース１０は、基板１６を加工することにより形成されている。基板１６は上記一面側に位置する半導体層１６１とその反対側に位置する支持層１６２とで構成されており、半導体層１６１はシリコンよりなり、支持層１６２はガラスからなる。なお、ガラスからなる支持層１６２に外部接続電極用貫通孔配線１３のための外部接続電極用貫通孔１７をブラスト加工により形成した後、この支持層１６２にシリコンからなる半導体層１６１を接合（例えば、陽極接合または常温接合）によりに貼り合わせ、貼り合わせた半導体層１６１を調厚研磨することにより、その厚さを５０μｍ程度として基板１６はあらかじめ形成されている
この基板１６の上記他面側から外部接続電極用貫通孔１７の内部に金属層を形成することにより、上記外部接続電極用貫通孔配線１３および外部接続電極１２が形成されている。さらに、基板１６の上記一面側から半導体層１６１をその外周部を残して、エッチングすることにより、半導体層１６１の厚みを深さとする凹部を設け、基板１６の外周部に凸部１５が形成された後、固定接点１４が形成される。固定接点１４は、例えば、ＣｕやＡｕなどの導電性が良好な金属材料からなる金属薄膜であって、スパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。さらに、固定接点１４は、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ層と、Ａｕ層とベース１０との間に介在されるＴｉ層とからなる多層構造であってもよい。

機能部２０は、図４に示すように、主として、可動部２１と、フレーム２２とを有する。

フレーム２２は、矩形枠状に形成されている。このフレーム２２の開口２３内には、可動部２１が配置される。ここで、開口２３は、フレーム２２の中央部に設けられた矩形状の第１の開口部２３０と、フレーム２２の長手方向の両端側それぞれに設けられた第２の開口部２３１とを含む。第２の開口部２３１それぞれは、フレーム２２の短手方向の中央部において第１の開口部２３０と連通している。なお、フレーム２２における第２の開口部２３１それぞれと第１の開口部２３０との間の部位が、フレーム２２の長手方向に沿った方向への可動部２１の移動を規制する規制突起を構成している。詳細は後述するが、フレーム２２には駆動装置４０へ電気的に接続する第２の駆動電極用貫通孔配線２６のための第２の駆動電極用貫通孔２７が、複数（図示例では４つ）形成されている。また、フレーム２２外形サイズは、ベース１０の外形サイズを等しくしてある。

可動部２１は、フレーム２２の第１の開口部２３０内に配置される本体部２１０を有している。本体部２１０は、矩形板状に形成されている。本体部２１０は、本体部２１０の長手方向をフレーム２２の長手方向に沿わせた形で、第１の開口部２３０内に配置される。

この本体部２１０の長手方向の両端部それぞれの中央部には、接点用突片２１１が突設されている。接点用突片２１１の先端部は、第２の開口部２３１に配置されている。接点用突片２１１におけるベース２０との対向面（図４（ｂ）参照）には可動接点２１２が設けられている。可動接点２１２は、一対の固定接点１４それぞれに接触した際に当該一対の固定接点１４間を短絡するように構成されている。なお、可動接点２１２は、固定接点１４と同様に、ＣｕやＡｕなどの導電性が良好な金属材料からなる金属薄膜であり、スパッタ法や、電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。また、可動接点２１２は、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ層と、Ａｕ層と接点用突片２１１との間に介在されるＴｉ層とからなる多層構造であってもよい。

一方、本体部２１０の短手方向の両端部それぞれの中央部には、支点用突片２１３が突設されている。この支点用突片２１３におけるカバー３０との対向面（図４（ａ）参照）には支点突起２１４が設けられている。支点突起２１４は、可動部２１の揺動動作（シーソ動作）の支点として用いられる。

このような可動部２１は、複数（図示例では４つ）の支持片２４によりフレーム２２と一体に連結されている。支持片２４は、フレーム２２の第１の開口部２３０の長手方向における内側面と、本体部２１０の短手方向の外側面とを一体に連結するように構成されている。４つの支持片２４は、本体部２１０の中心に対して点対称となるように配置されている。また、支持片２４は、厚み方向に直交する面内で本体部２１０の長手方向に沿った方向に進むように蛇行した形状に形成されている。これによって、可動部２１がフレーム２２に揺動自在に支持されるようにしている。このように支持片２４を蛇行した形状に形成することで、支持片２４の長さを長くできる。そのため、可動部２１が揺動動作する際に支持片２４がねじられることで生じるばね力のばね定数を適切に小さくでき、支持片２４に加えられる応力も分散できる。

上述した機能部２０において、可動部２１とフレーム２２と支持片２４とは、例えば、１００μｍ〜４００μｍ程度、好ましくは３００μｍ程度の厚みの半導体基板２５（図６参照）をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などの半導体微細加工技術を利用してパターニングすることにより一体に形成されている。

ここで、半導体基板２５は、図６（ａ）に示すように、第１および第２の半導体層２５０、２５２、絶縁層２５１とで構成されている。第１の半導体層２５０は、ベース１０との接合に用いられる（すなわち、第１の半導体層２５０は、ベース１０の上記一面側に接合される）。絶縁層２５１は、第１の半導体層２５０におけるベース１０側とは反対側に設けられている。第２の半導体層２５２は、絶縁層２５１における第１の半導体層２５０側とは反対側に設けられている。ここで、第１および第２の半導体層２５０、２５２は、シリコンよりなり、絶縁層２５１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる。

次に、この半導体基板２５の加工方法について図６を参照して説明する。まず、半導体基板２５の両面に第２の絶縁層２５３、第３の絶縁層２５４を形成する（図６（ｂ）参照）。ここで、第２の絶縁層２５３は、第１の半導体層２５０側に、第３の絶縁層２５４は第２の半導体層２５２側に形成されており、第２および第３の絶縁層２５３、２５４は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなるが、第２および第３の絶縁層２５３、２５４には窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を用いてもよい。

次に、第２の絶縁層２５３の表面にパターンマスクを形成し、第２の絶縁層２５３、第１の半導体層２５０、絶縁層２５１、第２の半導体層２５２の順にエッチングを施してその直径が１０μｍ〜５０μｍ程度の第２の駆動電極用貫通孔２７を形成する（図６（ｃ）参照）。
次に、第２の絶縁層２５３および第３の絶縁層２５４を除去したのち金属層２５５（例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどからなる）を第２の半導体層２５２上に形成し、第２の駆動電極用貫通孔２７の内部に、めっき工程により金属部材（例えばＣｕ、Ａｕなどからなる）を充填し、第２の駆動電極用貫通孔配線２６を形成する（図６（ｄ）参照）。
次に、第２の駆動電極用貫通孔２７より突出した金属部材をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）研磨により、平坦化させ、金属層２５５を除去する（図６（ｅ）参照）。
次に、絶縁層２５１をエッチングストッパ層として第２の半導体層２５２の外周部を残して、エッチング行い半導体基板２５に凹部を設ける。この凹部は、可動部２１（支店突起２１４を除く）、開口２３、支持片２４が形成される位置と対応する位置に設けられる。すなわち、外周部の形状がフレーム２２の形状と一致することになる（図６（ｆ）参照）。
次に、絶縁層２５１および第１の半導体層２５０の所定箇所をエッチングすることにより開口２３を設け、可動部２１、フレーム２２、支持片２４が形成される。
ここで、本実施形態における機能部２０では、絶縁層２５１と、第１の半導体層２５０と、を用いて、可動部２１および支持片２４を形成している。また、第１の半導体層２５０と、絶縁層２５１と、第２の半導体層２５２と、の全て用いてフレーム２２を構成している。また、本実施形態におけるベース１０には半導体層１６１の厚みを深さとする凹部が設けられている。

そのため、可動部２１とベース１０との距離を半導体層１６１の厚みによって決定することができる。また、可動部２１と駆動装置４０との距離を第２の半導体層２５３の厚みによって決定することができる。

このように、本実施形態のマイクロリレーでは、可動部２１とベース１０との距離が半導体層１６１の厚みによって決定され、また、可動部２１と駆動装置４０との距離が第２の半導体層２５２の厚みによって決定される。よって、磁気ギャップ（アーマチュア５０と電磁石装置４１との距離）と、接点ギャップ（開放時の固定接点１４と可動接点２１２との距離）とを高精度に設定することができる。

上述したように、機能部２０は、ベース１０の上記一面側に揺動自在に配置された可動部２１と、ベース１０の上記一面側に設けられ可動部２１が開口２３内に配置される枠状のフレーム２２とを備えている。

ここで、可動部２１の本体部２１０におけるカバー３０との対向面（図３における上面）には、アーマチュア５０が設けられている。アーマチュア５０は、駆動装置４０の電磁石装置４１が発生する磁場により可動部２１を揺動させるために用いられる。アーマチュア５０は、例えば、ＦｅＮｉなどの磁性体をめっき工程により本体部２１０に形成される。また、他の手段として、例えば、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどの磁性材料を機械加工して矩形板状に形成され、接着、溶接、熱着、ロウ付けなどの方法で、本体部２１０に接合してもよい。

このような機能部２０は、可動接点２１２と一対の固定接点１４とがそれぞれ対向する形で、フレーム２２をベース１０に接合することによって、ベース１０の上記一面側に取り付けられる。

カバー３０は、絶縁性材料、例えば、ガラス基板により形成されている。カバー３０の外形サイズは、ベース１０の外形サイズと等しくしてある。このようにカバー３０は、フレーム２２の開口２３を閉塞できる大きさの板状に形成されている。カバー３０におけるフレーム２２側とは反対側の面（図３における上面）の中央部には、カバー３０を厚み方向に貫通する開孔部３１が形成されている。開孔部３１は、駆動装置４０を収容できる大きさに形成されている。このカバー３０におけるフレーム２２側の面（図３における下面）には、開孔部３１全体を閉塞する閉塞板３２が密着接合されている。カバー３０では、開孔部３１の内周面と閉塞板３２とで囲まれる空間部が駆動装置４０の収納室を構成している。上述の閉塞板３２は、例えば、厚みが５〜５０μｍ程度（好ましくは２０μｍ程度）に形成されたシリコン板やガラス板などの薄板からなる。このようなカバー３０は、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側の面（図３における上面）に接合される。

駆動装置４０は、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１と、可動部２１をラッチするための永久磁石４２とを備えている。

電磁石装置４１は、主として、ヨーク４３と、一対のコイル４４とを備えている。ヨーク４３は、長尺矩形板状の主片４３０と、主片４３０の表面側（図３における下面側）の長手方向両端部それぞれに突設された矩形板状の脚片４３１とを一体に備えている。このようなヨーク４３は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鍛造加工することにより形成されている。永久磁石４２は、直方体状に形成され、厚み方向の一面側と他面側とが互いに異極となるように着磁されている。この永久磁石４２は、上記他面をヨーク４３の主片４３０の上記表面における長手方向中央部に当接させるようにして、ヨーク４３に取り付けられる。一対のコイル４４は、主片４３０における各脚片４３１と永久磁石４２との間の部位それぞれに配置される。

また、駆動装置４０には、一対のコイル端子４５が設けられている。一対のコイル端子４５間に電圧を印加することで、両コイル４４に電流が流れる。このような駆動装置４０は、カバー３０の上記収納室に収納される。ここで、カバー３０における機能部２０側とは反対側の面には、略Ｚ字状の配線パターン３３が形成されている。配線パターン３３の一端部には、コイル端子４５が半田付けなどによって電気的に接続される。

ところで、本実施形態のマイクロリレーでは、ベース１０の上記他面側に、コイル４４に通電するための駆動電極１８が形成されている。

本実施形態のマイクロリレーには、ベース１０とフレーム２２とカバー３０とを厚み方向に貫通する駆動電極用貫通孔７１が形成されている。この駆動電極用貫通孔７１は、ベース１０を厚み方向に貫通する第１の駆動電極用貫通孔１９と、フレーム２２を厚み方向に貫通する第２の駆動電極用貫通孔２７と、カバー３０を厚み方向に貫通する第３の駆動電極用貫通孔３５とで構成されている。ここで、第１の駆動電極用貫通孔１９は、駆動電極１８と厚み方向で重なる位置に形成されている。また、第の３駆動電極用貫通孔３５は、配線パターン３３の他端部と厚み方向で重なる位置に形成されている。

そして、第１の駆動電極用貫通孔１９内には第１の駆動電極用貫通孔配線１ａが形成され、第２の駆動電極用貫通孔２７内には第２の駆動電極用貫通孔配線２６が形成され、第３の駆動電極用貫通孔３５内には第３の駆動電極用貫通孔配線３４が形成されている。

これら第１、第２、第３の駆動電極用貫通孔配線１ａ、２６、３４は相互に電気的に接続されている。これによって、駆動電極１８が、配線パターン３３を介して、コイル端子４５に電気的に接続される。

すなわち、本実施形態のマイクロリレーでは、ベース１０とフレーム２２とカバー３０に、駆動電極１８と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。そして、この配線路７０は、ベース１０を厚み方向に貫通する第１の駆動電極用貫通孔配線１ａと、フレーム２２を厚み方向に貫通する第２の駆動電極用貫通孔配線２６と、カバー３０を厚み方向に貫通する第３の駆動電極用貫通孔配線３４とで構成されている。

上述したように本実施形態のマイクロリレーは、基板１６よりなるベース１０を備えている。このベース１０の上記一面側には、一対の固定接点１４が形成されている。また、ベース１０の厚み方向の一面側には、可動部２１が揺動自在に配置されている。この可動部２１には、一対の固定接点１４それぞれに接触した際に当該一対の固定接点１４間を短絡する可動接点２１２と、磁性材料よりなるアーマチュア５０とが設けられている。さらに、ベース１０の上記一面側には、枠状のフレーム２２が設けられている。このフレーム２２の開口２３内には、可動部２１が配置されている。また、フレーム２２におけるベース１０側とは反対側には、開口２３を閉塞するカバー３０が設けられている。このカバー３０には、駆動装置４０が設けられている。駆動装置４０は、アーマチュア５０を吸引する磁場を発生させる電磁石装置４１を有し、可動接点２１２が一対の固定接点１４に対して接離するように可動部２１を揺動させる。

さらに、ベース１０の上記他面側には、駆動装置４０の電磁石装置４１に通電するための駆動電極１８が形成されている。そして、ベース１０とフレーム２２とカバー３０には、駆動電極１８と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０が形成されている。

以上述べた本実施形態のマイクロリレーによれば、駆動装置４０をベース１０に設ける場合に比べれば、ベース１０の厚みを薄くできる。そのため、固定接点１４をベース１０の上記他面側に形成する外部接続電極１２に接続するための外部接続電極用貫通孔配線１３を短くすることができる。よって、高周波特性を向上することができる。特に、ベース１０の厚みをカバー３０の厚みより薄くすることが可能になり、これによって、高周波特性の向上を図ることができる。また、駆動装置４０と固定接点１４との距離を離すことができるから、駆動装置４０の電磁石装置４１が発生する磁場による影響を低減することができる。

特に、ベース１０とフレーム２２とカバー４０とを土台に利用して、駆動電極１８と電磁石装置４１とを電気的に接続する配線路７０を形成している。そのため、バンプを配置できる程度のスペースを確保する必要がなくなり、小型化が図れる。また、バンプのように自立するためにある程度の強度を確保したり、電気接続の信頼性を考慮して高さを設定したりしなくて済む。したがって、バンプを用いる場合に比べれば、容易に作製することができる。さらに、ベース１０に対してカバー３０が揺れることによって、配線路７０が断線してしまう可能性を低くすることができる。

特に本実施形態では、配線路７０は、ベース１０とフレーム２２とカバー３０を厚み方向に貫通する第１、第２、第３の駆動電極用貫通孔配線１ａ、２６、３４により形成されている。そのため、配線路７０を容易に形成することができる。

ところで、本実施形態のマイクロリレーでは、可動部２１におけるカバー３０側の面に、支点突起２１４が形成されている。すなわち、可動部２１の揺動時の支点は、可動部２１とカバー３０との間に介在されている。ここで、本実施形態では、カバー３０に駆動装置４０が設けられているため、可動部２１はカバー３０側に吸引されることになる。そのため、駆動時には、可動部２１は支点突起２１４によってカバー３０に支持される。よって、支点突起２１４が可動部２１とベース１０との間に介在されている場合に比べれば、可動部２１を安定して揺動動作させることができるようになる。

ところで、フレーム２２にカバー３０を接合するにあたっては、金属層を用いることができる。すなわち、本実施形態のマイクロリレーは、フレーム２２とカバー３０との間には、フレーム２２とカバー３０との接合用の第１の金属層が介在されている構成とすることができる。この場合、上記第１の金属層をグラウンドパターンや、配線、貫通孔のランドなどに利用することができる。よって、製造工程を簡素化することができる。

また、同様に、ベース１０にフレーム２２を接合するにあたっては、金属層を用いることができる。すなわち、本実施形態のマイクロリレーは、ベース１０とフレーム２２との間には、ベース１０とフレーム２２との接合用の第２の金属層が介在されている構成とすることができる。この場合、上記第２の金属層をグラウンドパターンや、配線、貫通孔のランドなどに利用することができる。よって、製造工程を簡素化することができる。

さらに、カバー３０におけるフレーム２２側の面（好ましくは全面）に、シールド層を形成してもよい。当該シールド層は、非磁性体を用いて形成される。このようなシールド層を形成すれば、電磁石装置４１が発生する磁場の影響が、固定接点１４や可動接点２１２に及んでしまうことを抑制することができる。よって、高周波特性を向上することができる。なお、当然ながら、上記シールド層は、カバー３０とフレーム２２との間の電気接続に悪影響がでないように形成される。

また、本実施形態のマイクロリレーでは、ベース１０は略ガラスからなる支持層１６２によって主に構成されている。このようにベース１０に、比較的誘電率が低い物質であるガラスを用いることで、高周波特性を向上させることができる。

本実施形態のマイクロリレーでは、カバー３０はガラス基板より形成されている。このようにカバー３０に、比較的誘電率が低い物質であるガラスを用いることで、高周波特性を向上させることができる。ところで、カバー３０は、シリコンにより形成されていてもよい。この場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術といった半導体微細加工技術を利用することができるから、ガラス基板を用いる場合に比べて、カバー３０の加工を容易に行うことができる。特に、機能部２０は、シリコンを用いて形成されているから、機能部２０とカバー３０との線膨張係数をおおよそ等しくすることができる。そのため、線膨張係数の差に起因する応力を低減することができる。また、カバー３０は、低温同時焼成セラミックスにより形成されていてもよい。このようにすれば、ガラス基板を用いる場合に比べれば、配線路を設けるためのスペースを小さくすることができ、小型化を図ることができる。

なお、本実施形態のマイクロリレーは、アーマチュア５０を駆動する駆動装置４０として、永久磁石４２を用いた有極型の電磁石装置４１を用いている。しかしながら、駆動装置４０としては、永久磁石４２を用いない無極型の電磁石装置４１を用いてもよい。また、本実施形態では、ラッチング型のリレーを例示しているが、これに限定する趣旨ではない。

（実施形態２）
本実施形態のマイクロリレーでは、ベース１０の構成が実施形態１と異なっている。なお、本実施形態のマイクロリレーの他の構成については、実施形態１と同様である。よって、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態におけるベース１０は、ガラス基板１ｂを加工することにより形成されている。次に、このガラス基板１ｂの加工方法について図７を参照して説明する。
まず、ガラス基板１ｂにおける、機能部２０側に位置する一面側において、外部接続電極用貫通孔１７を設ける位置の周囲にブラスト加工により第１の凹部１ｂ１を設ける（図７（ａ）参照）。
次に、前記一面側と反対側の他面側から外部接続電極用貫通孔１７を設ける位置に第２の凹部１ｂ２を設ける。この第２の凹部１ｂ２はその底面と、前記一面側におけるガラス基板１ｂの表面との間に厚み部１ｂ３を残すように形成されるが、厚み部１ｂ３の厚さは第１の凹部１ｂ１の深さ以下になるように形成されている（図７（ｂ）参照）。
次に、ガラス基板１ｂの上記一面側からその表面に、外周部を残して、ブラスト加工を施し第３の凹部１ｂ４を設ける。この第３の凹部１ｂ４の深さは、厚み部１ｂ３の厚さ以上で、第１の凹部１ｂ１の深さ以下であり、好ましくは５０μｍ程度である（図７（ｃ）参照）。すなわち、この第３の凹部１ｂ４を形成することにより厚み部１ｂ２が除かれ、外部接続電極用貫通孔１７が形成されるとともに、ガラス基板１ｂの外周部に凸部１５が形成される。
次に、この外部接続電極用貫通孔１７の内部に金属層を形成することにより、外部接続電極用貫通孔配線１３および外部接続用電極１２を形成し、ガラス基板１ｂの上記一面側に固定接点１４が設けられる。

したがって本実施形態のマイクロリレーによれば、可動部２１とベース１０との距離を第３の凹部１ｂ４の深さによって決定することができ、接点ギャップ（開放時の固定接点１４と可動接点２１２との距離）を高精度に設定することができる。

（実施形態３）
本実施形態のマイクロリレーでは、ベース１０および機能部２０の構成が実施形態１と異なっている。なお、本実施形態のマイクロリレーの他の構成については、実施形態１と同様である。よって、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のベース１０は、実施形態１のベース１０と異なり、その外周部に凸部１５を備えていない構成となっている。すなわち本実施形態のベース１０は矩形板状に構成されている。

本実施形態の機能部２０において、可動部２１とフレーム２２と支持片２４とは、例えば、１００μｍ〜４００μｍ程度、好ましくは３００μｍ程度の厚みの第２の半導体基板２８をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などの半導体微細加工技術を利用してパターニングすることにより一体に形成されている。

ここで、第２の半導体基板２８は、図８（ａ）に示すように、第１〜第３の半導体層２８０、２８２、２８４と、第１および第２の絶縁層２８１、２８３とで構成されている。第１の半導体層２８０は、ベース１０との接合に用いられる（すなわち、第１の半導体層２８０は、ベース１０の上記一面側に接合される）。第１の絶縁層２８１は、第１の半導体層２８０におけるベース１０側とは反対側に設けられている。第２の半導体層２８２は、第１の絶縁層２８１における第１の半導体層２８０側とは反対側に設けられている。第２の絶縁層２８３は、第２の半導体層２８２における第１の絶縁層２８１側とは反対側に設けられている第３の半導体層２８４は、第２の絶縁層２８３における第２の半導体層側とは反対側に設けられている。ここで、第１〜第３の半導体層２８０、２８２、２８４は、シリコンよりなり、第１および第２の絶縁層２８１、２８３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる。

次に、この第２の半導体基板２８の加工方法について図８を参照して説明する。まず、半導体基板２８の両面に第３の絶縁層２８５、第４の絶縁層２８６を形成する（図８（ｂ）参照）。ここで、第３の絶縁層２８５は、第１の半導体層２８０側に、第４の絶縁層２８６は第３の半導体層２８４側に形成されており、第３および第４の絶縁層２８５、２８６は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなるが、第３および第４の絶縁層２８５、２８６には窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を用いてもよい。

次に、第３の絶縁層２８５の表面にパターンマスクを形成し、第３の絶縁層２８５、第１の半導体層２８０、第１の絶縁層２８１、第２の半導体層２８２、第２の絶縁層２８３、第３の半導体層２８４の順にエッチングを施してその直径が１０μｍ〜５０μｍ程度の第２の駆動電極用貫通孔２７を形成する（図８（ｃ）参照）。
次に、第３の絶縁層２８５および第４の絶縁層２８６を除去したのち金属層２８７（例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどからなる）を第３の半導体層２８４上に形成し、第２の駆動電極用貫通孔２７の内部に、めっき工程により金属部材（例えば例えばＣｕ、Ａｕなどからなる）を充填し、第２の駆動電極用貫通孔配線２６を形成する（図８（ｄ）参照）。
次に、第２の駆動電極用貫通孔２７より突出した金属部材をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）研磨により、平坦化させ、金属層２８７を除去する（図８（ｅ）参照）。
次に、第２の絶縁層２８３をエッチングストッパ層として第３の半導体層２８４の外周部を残して、エッチング行い第３の半導体基板２８４に凹部を設ける。この凹部は、可動部２１（支点突起２１４を除く）、開口２３、支持片２４が形成される位置と対応する位置に設けられる。すなわち、外周部の形状がフレーム２２の形状と一致することになる（図８（ｆ）参照）。
次に、第１の絶縁層２８１をエッチングストッパ層として第１の半導体層２８０の外周部を残して、エッチング行い第１の半導体基板２８０に凹部を設ける。この凹部は、可動部２１、開口２３、支持片２４が形成される位置と対応する位置に設けられる。すなわち、外周部の形状がフレーム２２の形状と一致することになる（図８（ｇ）参照）。
次に、第１の絶縁層２８１、第２の半導体層２８２、第２の絶縁層２８３の所定箇所をエッチングすることにより開口２３を設け、可動部２１、フレーム２２、支持片２４が形成される。
ここで、本実施形態における機能部２０では、第１の絶縁層２８１と、第２の半導体層２８２と、第２の絶縁層２８３を用いて、可動部２１および支持片２４を形成している。また、第１の半導体層２８０と、第１の絶縁層２８１と、第２の半導体層２８２と、第２の絶縁層２８３と、第３の半導体層２８４の全て用いてフレーム２２を構成している。

そのため、可動部２１とベース１０との距離を第１の半導体層２８０の厚みによって決定することができる。また、可動部２１と駆動装置４０との距離を第３の半導体層２８４の厚みによって決定することができる。

このように、本実施形態のマイクロリレーでは、可動部２１とベース１０との距離が第１の半導体層２８０の厚みによって決定され、また、可動部２１と駆動装置４０との距離が第３の半導体層２８４の厚みによって決定される。よって、磁気ギャップ（アーマチュア５０と電磁石装置４１との距離）と、接点ギャップ（開放時の固定接点１２と可動接点２１２との距離）とを高精度に設定することができる。

１０ ベース
１１ 伝送線路
１２ 外部接続電極
１３ 外部接続電極用貫通孔配線
１４ 固定接点
１５ 凸部
１６ 基板
１７ 外部接続電極用貫通孔
１８ 駆動電極
１９ 第１の駆動電極用貫通孔
１ａ 第１の駆動電極用貫通孔配線
１ｂ ガラス基板
２０ 機能部
２１ 可動部
２２ フレーム
２３ 開口
２４ 支持片
２５ 半導体基板
２６ 第２の駆動電極用貫通孔配線
２７ 第２の駆動電極用貫通孔
２８ 第２の半導体基板
３０ カバー
３５ 第３の駆動電極用貫通孔
４０ 駆動装置
４１ 電磁石装置
４２ 永久磁石
４３ ヨーク
５０ アーマチュア
７０ 配線路
７１ 駆動電極用貫通孔
１６１ 半導体層
１６２ 支持層
１ｂ１ 第１の凹部
１ｂ２ 第２の凹部
１ｂ３ 厚み部
１ｂ４ 第３の凹部
２１０ 本体部
２１１ 接点用突片
２１２ 可動接点
２１３ 支店用突片
２１４ 支店突起
２３０ 第１の開口部
２３１ 第２の開口部
２５０ 第１の半導体層
２５１ 絶縁層
２５２ 第２の半導体層
２５３ 第２の絶縁層
２５４ 第３の絶縁層
２８０ 第１の半導体層
２８１ 第１の絶縁層
２８２ 第２の半導体層
２８３ 第２の絶縁層
２８４ 第３の半導体層
２８５ 第３の絶縁層
２８６ 第４の絶縁層

Claims (4)

1. 厚み方向の一面側に一対の固定接点が形成されたベースと、前記一対の固定接点それぞれに接触した際に前記一対の固定接点間を短絡する可動接点が設けられ前記ベースの前記一面側に揺動自在に配置された可動部と、前記ベースの前記一面側に設けられ前記可動部が開口内に配置される枠状のフレームと、前記フレームにおけるベース側とは反対側に設けられ前記フレームの前記開口を閉塞するカバーと、前記カバーに設けられ前記可動接点が上記一対の固定接点に対して接離するように前記可動部を揺動させる駆動装置とを、備えるマイクロリレーであって、
   前記可動部と前記フレームとは、第１の半導体基板を加工することにより形成され、
   前記第１の半導体基板は、前記ベースの前記一面側に位置される第１の半導体層と、前記第１の半導体層における前記ベース側とは反対側に設けられた絶縁層と、前記絶縁層における前記第１の半導体層側とは反対側に設けられた第２の半導体層とを有し、
   前記フレームは、前記第１の半導体基板の第１の半導体層と絶縁層と第２の半導体層との全層により構成され、
   前記可動部は、前記絶縁層をエッチングストッパ層として前記第２の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも第１の半導体層により構成され、
   前記ベースは、その外周部が前記一面側に突出して形成され、この突出した外周部が前記フレーム部と接合されるものであることを特徴とするマイクロリレー。
2. 前記ベースは、前記一面側に位置する半導体層と、その反対側に位置する支持層とにより構成された基板を加工することにより形成され、
   前記基板の前記一面側に前記半導体層の厚みを深さとする凹部を設けることにより前記一面側に突出する前記外周部を形成し、前記外周部は前記半導体層からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
3. 前記ベースはガラス基板からなり前記ガラス基板の前記一面側に凹部を設けることにより前記一面側に突出する前記外周部を形成することを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
4. 厚み方向の一面側に一対の固定接点が形成されたベースと、前記一対の固定接点それぞれに接触した際に前記一対の固定接点間を短絡する可動接点が設けられ前記ベースの前記一面側に揺動自在に配置された可動部と、前記ベースの前記一面側に設けられ前記可動部が開口内に配置される枠状のフレームと、前記フレームにおけるベース側とは反対側に設けられ前記フレームの前記開口を閉塞するカバーと、前記カバーに設けられ前記可動接点が上記一対の固定接点に対して接離するように前記可動部を揺動させる駆動装置とを、備えるマイクロリレーであって、
   前記可動部と前記フレームとは、第２の半導体基板を加工することにより形成され、
   前記第２の半導体基板は、前記ベースの前記一面側に位置される第１の半導体層と、前記第１の半導体層における前記ベース側とは反対側に設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層における前記第１の半導体層側とは反対側に設けられた第２の半導体層と、前記第２の半導体層における前記第１の絶縁層側とは反対側に設けられた第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層における前記第２の半導体層側とは反対側に設けられた第３の半導体層とを有し、
   前記フレームは、前記第２の半導体基板の前記第１の半導体層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の半導体層と、前記第２の絶縁層と、前記第３の半導体層との全層により構成され、
   前記可動部は、前記第１の絶縁層をエッチングストッパ層として前記第１の半導体層をエッチングし、前記第２の絶縁層をエッチングストッパ層として前記第３の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも第２の半導体層により構成されるものであることを特徴とするマイクロリレー。

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