JP4182861B2 - 接点開閉器および接点開閉器を備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、接点開閉器および接点開閉器を備えた装置に関し、特に、高周波信号のスイッチング素子として用いられるマイクロリレーに適用して好適なものである。

従来、接点開閉器の一形態である静電マイクロリレーとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来技術による静電マイクロリレーを図８に示す。なお、図８において、静電マイクロリレーの斜視図を図８Ａに示し、ｂ−ｂ線に沿った断面図を図８Ｂに示す。

図８Ａに示すように、静電マイクロリレーは、主に、ガラス基板や絶縁体基板からなる固定基板２０１と、シリコン（Ｓｉ）などの半導体からなる可動基板２０２とから構成されている。

一方の固定基板２０１には、絶縁膜２０３が被覆された固定電極２０４と、高周波信号の通路となる２本の信号線２０５とが主に設けられている。これらの信号線２０５は、所定間隔を隔てて設けられており、これらの信号線２０５の端部により、一組の固定接点２０６が構成されている。

他方の可動基板２０２は、固定基板２０１に対向するように、この固定基板２０１に接合させるアンカ２０７を介して固定されている。また、可動基板２０２上において、固定電極２０４に対向する位置に可動電極２０８が設けられているとともに、固定接点２０６に対向する位置に可動電極２０８と電気的に絶縁された可動接点２０９が設けられている。

そして、アンカ２０７と可動電極２０８との間に切り欠きにより構成された第１の弾性支持部２１１が形成され、可動電極２０８を弾性的に支持しているとともに、可動電極２０８と可動接点２０９との間に、切り欠きにより構成された第２弾性支持部２１２が形成され、可動接点２０７を弾性的に支持している。

次に、以上のように構成された、この従来技術による静電マイクロリレーの動作について説明する。

すなわち、図８Ｂに示すように、固定電極２０４と可動電極２０８との間に電圧を印加せず、静電引力が発生していない状態においては、第１弾性支持部２１１および第２の弾性支持部２１２は弾性変形することなく、アンカ２０７から水平に延びた状態が維持される。

その後、固定電極２０４と可動電極２０８との間に電圧を印加することによって、これらの間に静電引力を生じさせる。これにより、可動電極２０８が固定電極２０４に引き寄せられる。

このように、可動電極２０８に静電引力が作用すると、まず、第２弾性支持部２１２に比して弾性力が小さい第１弾性支持部２１１が弾性変形して、可動電極２０８および可動接点２０９が、平行状態を保ちつつ、それぞれ固定電極２０４および固定接点２０６に接近する。そして、可動接点２０９が固定接点２０６に接触して、２本の信号線２０５が電気的に接続される。

さらに、静電引力により可動電極２０８が引き寄せられ、固定電極２０４に吸着される。これにより、第２弾性支持部２１２に弾性変形が生じる。そして、第２弾性支持部２１２の変形によるばね弾性により、可動接点２０９が固定接点２０６に押しつけられる。

このように、静電マイクロリレーにおいては、閉成時において、第１の弾性支持部２１１がまず弾性変形した後、第２の弾性支持部２１２が弾性変形する、いわゆる２段階の弾性変形により可動接点２０９と固定接点２０６との閉成が行われる。

この電圧印加を遮断すると、静電引力が消失する。これによって、第１の弾性支持部２１１および第２の弾性支持部２１２の復元力により、可動基板２０２が固定基板２０１から離間されて元の状態に復帰する。さらに、この復元力により、可動接点２０９が垂直に持ち上げられ、固定接点２０６から開離されて２本の信号線２０５の電気的接続が遮断される。

また、可動基板２０２を外部の粉塵などの異物から保護するために、ガラスから形成されたキャップ２１０が、接着層（図示せず）を介して固定基板２０１の上面に接着されている。
特開２０００−１１３７９２号公報

しかしながら、上述した従来技術による静電マイクロリレーのような接点開閉器においては、次のような問題があった。

すなわち、接点開閉器におけるばね設計は、Ｆ＝ｋｘ（ｋ：弾性係数、ｘ：ストローク量）により表される。そのため、上述したようなマイクロリレーの場合、必要なストローク量は、可動接点２０９と固定接点２０６との間の接点間ギャップ量によって規定される。

この接点間ギャップ量は、接点開閉器のデバイス製造プロセスにおいて、固定接点２０６における成膜の膜厚ばらつき、可動電極２０８から可動接点２０９を絶縁するための絶縁体や、可動接点２０９を構成するための導電体における厚さのばらつき、および接点を加工する際の加工精度に影響を受ける。

この点に関して、本発明者が行った種々の実験に基づく知見によれば、上述したばらつきのうちで精度ばらつきが最も大きくなるところは、最も厚い膜によって形成される固定接点２０６の部分（図８中、波線円内）である。

一方、信号線２０５は、高周波信号を可能な限り低損失で伝達させるために、その配線の厚さについて、表皮効果を考慮し、表皮深さ以上の膜厚を確保する必要がある。

接点間ギャップ量のばらつきが生じると、静電マイクロリレーにおける可動接点２０９と固定接点２０６との接触信頼性が影響を受ける。

具体的には、接点間のギャップ量が設計値よりも大きい場合、可動接点２０９と固定接点２０６とが閉成し接触した時点における可動電極２０８および固定電極２０４との間の間隔（電極ギャップ間距離）が設計値より小さくなる。

これにより、接点間が閉成した状態から固定電極２０４と可動電極２０８とが静電引力
により接触する時までの可動電極２０８の変位量が小さくなり、接点が閉成した状態からばね変形を始める第２の弾性支持部２１２の変形量も小さくなる。ここで、第２の弾性支持部２１２の変形は、接点が閉成した状態から電極が接触するまでの間に生じるため、第２の弾性支持部２１２により可動接点２０９に作用される力も、接点の閉成時の状態を基準とした変位量に基づいて、上述と同様のばね設計により表される。

そして、このばね設計に基づくと、可動電極２０８の変位量が小さくなるのに起因して、第２の可動接点２０９に作用する弾性力が小さくなってしまう。これにより、可動接点２０９を固定接点２０６に十分に押しつけることができず、接触信頼性を確保できなくなるという問題が生じる。

他方、接点間ギャップ量が設計値よりも小さい場合、可動接点２０９と固定接点２０６とが閉成し接触した時点における可動電極２０８および固定電極２０４の間の電極ギャップ間距離が設計値よりも大きくなる。

これにより、可動電極２０８に作用する固定電極２０４側に向いた静電引力が小さくなってしまう。そして、この静電引力が第１の弾性支持部２１１および第２の弾性支持部２１２による弾性力の和より小さくなると、固定電極２０４と可動電極２０８とが接触しないという現象が生じてしまう。

固定電極２０４と可動電極２０８とが接触しない場合、第２の弾性支持部２１２の弾性変形量が小さくなるため、上述したばね設計に基づくと、第２の弾性支持部２１２により可動接点２０９を固定接点２０６に十分に押しつけることができなくなり、この場合も、接点間の接触信頼性を確保できなくなるという問題が生じる。

本発明は、従来技術が有する上述の課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接点の部分における膜厚ばらつきを、簡単な構造変更で低減することにより、接点間ギャップ量のばらつきを低減して、接点閉成時の接点間の接触信頼性を確保し、動作の安定化を図ることができる接点開閉器および接点開閉器を備えた装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、高周波特性を向上させることができ、高周波信号の伝搬における損失を低減可能な接点開閉器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の接点開閉器は、絶縁性基板上に導電性薄膜からなる一対の第１の導電層を形成し、これら一対の第１の導電層上に、第１の導電層の端部を露出させた状態で第２の導電層をそれぞれ積層配置するとともに、第１の導電層と第２の導電層とで信号線を構成し、一対の第１の導電層の露出部分のそれぞれを第１の接点とし、一対の第１の接点と閉成および開離を行う第２の接点を構成する導電層を備える可動基板を絶縁性基板上に対向配置し、第１の接点と第２の接点の閉成時には、第２の接点を構成する導電層が、一対の第１の接点に接触するよう構成された高周波信号用の接点開閉器であって、一対の第１の接点と第２の接点を閉成したとき、第２の接点を構成する導電層の上面と、一対の信号線の上面とがほぼ同一の高さとなり、かつ、第２の接点を構成する導電層と、一対の信号線とが同一直線上に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、高周波信号が伝搬する際のインピーダンスのミスマッチングを防止でき、高周波信号の損失を最小限に抑えることができる。

本発明の一実施態様においては、第１の導電層と第２の導電層とが異なる材料から構成されていても良い。

さらに、第１の接点を構成する導電材料に、絶縁体との密着性を確保可能な材料を用いて、その上層に信号線を主に構成する導電材料として、通常の配線材料が用いることができる。

本発明の別の実施態様においては、第１の接点の膜厚と第２の接点の膜厚との合計が、信号線を通過する電気信号の周波数に依存する表皮深さ以上となるように膜厚を定めている。さらに、第１の接点の膜厚が、信号線を通過する電気信号の周波数に依存する表皮深さ未満となるように定めても良い。

このような構成によれば、膜厚のばらつきを最小限に設定可能にするとともに、高周波信号を低損失で伝搬させることができるようになる。

本発明のさらに別の実施態様においては、一対の第１の接点の間に、第２の接点と絶縁された電極が配設され、第２の接点が、第１の接点と第２の接点との閉成時に、第２の接点と電極との絶縁状態を維持可能な形状に形成されている。

このような構成によれば、基板上の複数の第１の接点の間に、第２の接点と絶縁された電極が配設されていても、第１の接点と第２の接点と閉成動作の際に、所望の設計値の接触力を発揮し、かつ高周波信号を低損失で伝搬させることができる。

本発明の接点開閉器を備えた装置は、絶縁性基板上に導電性薄膜からなる一対の第１の導電層を形成し、これら一対の第１の導電層上に、第１の導電層の端部を露出させた状態で第２の導電層をそれぞれ積層配置するとともに、第１の導電層と第２の導電層とで信号線を構成し、一対の第１の導電層の露出部分のそれぞれを第１の接点とし、一対の第１の接点と閉成および開離を行う第２の接点を構成する導電層を備える可動基板を絶縁性基板上に対向配置し、第１の接点と第２の接点の閉成時には、第２の接点を構成する導電層が、一対の第１の接点に接触するよう構成された高周波信号用の接点開閉器であって、一対の第１の接点を第２の接点と閉成したとき、第２の接点を構成する導電層の上面と、一対の信号線の上面とがほぼ同一の高さとなり、かつ、第２の接点を構成する導電層と、一対の信号線とが同一直線上に配置される接点開閉器を備え、接点開閉器の開閉により信号の開閉を行うことを特徴とする。

この接点開閉器を用いた装置は、無線通信機や計測器などの高周波信号の開閉を行う装置を含むものである。

この構成によれば、高周波信号の伝搬損失が低減できるので、応答性に優れ、かつ高周波信号を長期間に渡って信頼性を維持しつつ安定して開閉する装置を提供することができる。

本発明の技術的思想は、必ずしも上述の組み合わせに限定されるものではなく、上述した複数の発明を、適宜、任意に組み合わせることにより実現される技術的思想をも包含するものである。

以上説明したように、本発明の接点開閉器によれば、接点の部分における膜厚ばらつきを、簡単な構造変更で低減することができ、その結果、接点間のギャップ量のばらつきを低減して、接点閉成時の接点間の接触信頼性を確保し、動作の安定化を図ることができるとともに、高周波特性を向上させ、高周波信号の伝搬における損失の低減を図ることができる。

また、本発明の接点開閉器を備えた装置によれば、本発明による接点開閉器を、無線通信機や計測器などの、外部信号と内部回路との伝達素子として用いることにより、長期間に渡り安定したスイッチング機能を維持することができ、直流信号のみならず、特に高周波信号を長期間に渡って信頼性を維持しつつ安定して開閉することができる装置として提供することができ、これらの装置において、低損失かつ小型で、低消費電力による高効率化を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。

まず、本発明の第１の実施形態による接点開閉器について説明する。図１に、この第１の実施形態による接点開閉器としてのマイクロリレーを示す。

図１に示すように、この第１の実施形態による静電マイクロリレーは、固定基板１の一面に、所定の間隔を保って、可動基板１０を一体化した構成を有し、さらに、この可動基板１０を覆うようにして、キャップ２０が設けられている。

固定基板１は、ガラス基板２の上面に、少なくとも固定電極３と２本の信号線４，５とが設けられて構成されている。

信号線４，５は、同一直線上（図１中、２点鎖線）に配置されている。そして、固定電極３は、信号線４，５の周辺領域に、これを囲むようにして所定の距離を隔てて設けられており、その表面が絶縁膜７により被覆されている。固定電極３は、信号線４，５を伝送する高周波信号のＧＮＤ電極（接地電極）と兼用されることによって、コプレナ構造を構成している。

すなわち、これらの信号線４，５に高周波信号を流したときに発生する電気力線は、後述する固定接点４ａ，５ａ間のＧＮＤ電極において終端される。そのため、アイソレーション特性を向上させることができる。なお、アイソレーション特性とは、接点開放時、信号線間における高周波信号の漏れがどの程度存在するのかを示すものである。また、アイソレーション特性の向上とは、高周波信号の漏れの低減を意味する。

また、それぞれの信号線４，５の外側に向いた一端部が、接続パッド３ｂ₁，３ｂ₂，３ｂ₃，３ｂ₄に電気的に接続されている。

また、これらの信号線４，５における固定基板１の中心近傍（図１中、点線円内部）の一端部が、所定間隔を隔てた固定接点４ａ，５ａを構成している。これらの固定接点４ａ，５ａは、信号線４，５の膜厚より小さい膜厚に構成されている。具体的には、これらの信号線４，５および固定接点４ａ，５ａは、固定基板１の中心部において、凹部となるような段差形状を有して構成されている。

このように、固定接点４ａ，５ａの膜厚を小さくすることにより、固定接点４ａ，５ａの膜厚ばらつきを低減することができる。一般に誤差量は、加工量（基準寸法）に対する割合で決められるため、膜厚が小さく基準寸法が小さくなると、その誤差量の絶対値を小さくすることができ、膜厚ばらつきを低減することができる。

そして、信号線４，５における固定接点４ａ，５ａの部分を段差形状にするために、この第１の実施形態による固定接点４ａ，５ａは、固定電極３と同一の製造プロセスにおいて成膜された第１導電層が、信号線４，５から固定接点４ａ，５ａの部分だけはみ出した形状にパターンニングされている。

信号線４，５は、第１導電層の上層に第２導電層を積層配置して構成される。第２導電層は、例えば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などからなり、この第２導電層が第１導電層と導通可能に設けられ、信号線４，５の一端部の固定接点４ａ，５ａの部分のみ第１導電層が露出されている。これらの露出部分は、後述する可動基板１０の可動接点１８と閉成可能な形状となっている。

より具体的に、この第１の実施形態においては、これらの固定接点４ａ，５ａは、固定電極３と同様の導電性薄膜から構成されており、その上層に第２導電層が形成された信号線４，５は、信号線４，５を主に構成する導電材料（第２導電層の材料）の導電率σ（ｓ／ｍ）と、信号線４，５を通過する電気信号の周波数ν（ＧＨｚ）とから下の（１）式により決定される表皮深さδ（μｍ）以上になるように、成膜されている。

なお、この第１の実施形態における信号線４，５に用いられる代表的な配線材料に関して、所定の周波数信号を伝搬させるために必要な表皮深さを表１に示す。表１は、表皮深さが、信号線の材質や信号線を通過する電気信号の周波数に依存することを示している。

この第１の実施形態においては、信号線４，５を主に構成する配線材料と、この接点開閉器が備えられる装置に用いられる信号の周波数とに応じて定められる表皮深さ以上の膜厚となるように、信号線４，５の膜厚を定めることにより、高周波信号を低損失で伝搬させることができる。なお、固定接点４ａ，５ａの膜厚は、表皮深さ未満であっても、後述する可動接点１８と閉成した際に固定接点４ａ，５ａと可動接点１８の膜厚の和が表皮深さ以上であれば、低損失で高周波信号を伝搬させることが可能となる。

このように、信号線４，５の固定接点４ａ，５ａの部分を段差形状にすることにより、固定接点４ａ，５ａの膜厚を、表皮深さの制限を受けることなく小さく設定することができるため、従来に比してばらつき量の低減を図ることができる。

また、そのほかの信号線４，５や配線部６ａ、接続パッド３ｂ₁〜３ｂ₄，６ｂにおける、膜厚確保のための多層膜構成においては、接点間ギャップ量への影響がなくなることにより、膜厚ばらつきに対して自由度が増える。そのため、これらの導電層の形成においては、一般的な成膜方法を採用することが可能であるとともに、表皮効果を考慮した十分な膜厚を確保することが可能となる。

なお、表１に例示したような導電材料は、ガラス基板２などの絶縁材料と密着性が低い場合が多い。そのため、この第１の実施形態のようにガラス基板２などの絶縁材料からなる基板を用いる場合には、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、または導電性化合物などの導電材料から構成される密着層を第１導電層とし、この密着層上に、第２導電層を構成する導電材料を配置することが好ましい。

さらに、この密着層と第２導電層を各々構成する導電材料との間の相互拡散を防止するために、ニッケル（Ｎｉ）やルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などからなる拡散防止層を、第２導電層と密着層との間に設けた構造を採用することも可能である。

そして、このような密着層や、密着層および拡散防止層からなる積層膜を第１導電層とし、これらを固定電極３および固定接点４ａ，５ａに用いることにより、固定電極３および固定接点４ａ，５ａを同一の製造工程において成膜することが可能となる。そのため、信号線４，５を形成後、さらに段差形状を形成する工程を新たに追加することなく、配線などのパターニングのマスク形状を変更する程度で、固定接点４ａ，５ａを形成することが可能になる。

他方、可動基板１０は、シリコン（Ｓｉ）基板が加工されて、アンカ１１ａ，１１ｂ、第１弾性支持部１２、可動電極１３、第２弾性支持部１４、可動接点部１５が形成されて
構成されている。

すなわち、この可動基板１０においては、固定基板１の上面縁部に接合されるアンカ１１ａ，１１ｂから側方に延在する２本の第１梁部としての第１弾性支持部１２に、可動電極１３が支持されている。

アンカ１１ａ，１１ｂは、互いに可動接点部１５に対してほぼ点対称となる位置に設けられており、固定基板１の上面における２箇所の位置に、それぞれ立設可能に構成されている。なお、一方のアンカ１１ｂは、固定基板１の上面に設けられた配線部６ａを介して、接続パッド６ｂに電気的に接続されている。

また、第１弾性支持部１２は、アンカ１１ａ，１１ｂの上端部が延長された形状に形成されたスリット１２ａにより構成されている。また、この第１弾性支持部１２は、アンカ１１ａ，１１ｂに比して厚さが小さく、固定基板１との間において、所定の間隔に隔てられている。

また、可動電極１３は、アンカ１１ａ，１１ｂに対して第１弾性支持部１２の反対側の端部により支持されており、固定電極３に対して、所定の間隔を有しつつ対向するように配置されている。

これにより、固定電極３と可動電極１３との間に電圧を印加することにより発生する静電引力によって、可動電極１３が固定電極３側に引き寄せられるように構成されている。

また、可動電極１３には、その中央部に、一対の連結部からなる第２梁部としての第２弾性支持部１４が形成されている。そして、可動基板１０は、弾性支持された可動電極１３の中央部に、第２弾性支持部１４を介して可動接点部１５が弾性支持されて構成されている。

これらの第２弾性支持部１４および可動接点部１５は、可動基板１０の両端縁部中央から中央部に向かって設けた切欠部１６により切り欠かれた分の残部から構成される。第２弾性支持部１４は、可動電極１３と可動接点部１５とを連結する幅狭の梁であり、接点閉成時において、第１弾性支持部１２よりも大きな弾性力を確保可能に構成されている。また、可動接点部１５は、固定接点４ａ，５ａの膜厚減少分だけ第２弾性支持部１４より厚くなるようにアンカ１１ａ，１１ｂ側に突出している。

また、可動接点部１５の固定基板１側の面の中央には、絶縁膜１７を介して可動接点１８が設けられている。この可動接点１８は、固定接点４ａ，５ａに対向して、接離可能に設けられている。そして、この可動接点１８が、分離したそれぞれの固定接点４ａ，５ａと閉成されて、信号線４，５を、互いに電気的に接続するように構成されている。

また、図２に示すように、可動接点１８の固定基板１側における、固定電極３に対向する部分（固定電極３に接触する可能性のある部分）には、絶縁膜７の高さに所定のクリアランス分を加えた窪みからなる凹部１８ａが設けられている。すなわち、ダブルブレークの可動接点１８が少なくとも２段の高さに構成され、可動接点１８と固定接点４ａ，５ａとの閉成時に、凹部１８ａが信号線４，５の間の空間位置に配置されるように構成されている。

これにより、可動接点１８と固定接点４ａ，５ａとの開閉動作において、可動接点１８が固定電極３に接触することを防止することができ、高周波信号における雑音の増加などの影響を回避することができる。

また、可動電極１３においては、少なくとも信号線４，５に対向する部分が切欠部１６により除去されている。したがって、可動電極１３と信号線４，５と間に容量結合を低減できるため、アイソレーション特性を向上させることができる。

さらに、これらの固定基板１上に可動基板１０が固定された状態で、キャップ２０により可動基板１０が封止されて、この第１の実施形態によるマイクロリレーが構成されている。

次に、上述のように構成されたマイクロリレーの動作について説明する。図３に、この第１の実施形態によるマイクロリレーの動作状態を示す。

まず、図３Ａに示すように、固定電極３と可動電極１３との間に電圧を印加せず、静電引力が発生していない状態では、第１弾性支持部１２は、弾性変形することなく、アンカ１１ａ，１１ｂから水平に延びた状態を維持する。これにより、可動基板１０は、固定基板１と所定間隔を保って対向する。このとき、可動接点１８は、固定接点４ａ，５ａから開離している。

それぞれの固定電極３および可動電極１３の間に電圧を印加することによって、静電引力を発生させると、図３Ｂに示すように、まず、第２弾性支持部１４に比して弾性力が小さい第１弾性支持部１２が弾性変形し、可動電極１３が固定電極３に接近する。このとき、可動接点１８は、その周囲の可動電極１３が固定電極３に引き寄せられることにより、固定接点４ａ，５ａに接触される。

続いて、図３Ｃに示すように、可動電極１３が、固定電極３を被覆する絶縁膜７に吸着する。これにより、第２弾性支持部１４が弾性変形を生じ、この第２弾性支持部１４によるばね弾性により、可動接点１８が固定接点４ａ，５ａに押圧される。

固定電極３と可動電極１３との間の印加電圧を遮断すると、接点開離力として、第１弾性支持部１２および第２弾性支持部１４の弾性復元力が生じる。そして、固定電極３と可動電極１３とが開離する場合は、図３Ｃに示す状態から、図３Ｂに示す状態を経て、図３Ａに示す状態となり、互いに所定間隔を隔てる位置まで復帰する。

以上のように動作するマイクロリレーにおいては、図３Ａに示す状態の時に信号が遮断された状態となり、図３Ｂおよび図３Ｃに示す状態の時に信号が伝搬される状態となって、これにより、信号の伝搬と遮断が実行される。

次に、以上のように構成されたこの第１の実施形態によるマイクロリレーの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。図４に、この第１の実施形態によるマイクロリレーの製造プロセスを示す。

すなわち、まず一方の固定基板１において、図４Ａに示すガラス基板２に、図４Ｂに示すように、密着層や拡散防止層となる導電層を形成した後、パターン形成を行うことにより、固定電極３および固定接点４ａ，５ａを含む信号線４，５の下層導電層（第１導電層）を形成する。続いて、図４中図示省略した、プリント配線、接続パッドおよび、信号線上層（第２導電層）をそれぞれ形成する。

その後、固定電極３上に、絶縁膜７を形成する。以上により、図４Ｃに示す固定基板１が形成される。ここで、この絶縁膜７としては、例えば、比誘電率が３〜４のシリコン酸化（ＳｉＯ₂）膜や、比誘電率が７〜８のシリコン窒化（ＳｉＯＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄）膜などが
用いられる。これらの絶縁材料を用いることにより、接点および電極における開閉において、大きな静電引力を得ることができ、接触力を増加させることが可能となる。

他方、可動基板１０においては、図４Ｄに示すように、上面側から、シリコン（Ｓｉ）層２１ａ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層２１ｂ、およびＳｉ層２１ｃが順次積層されたＳ
ＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハの一面に対して、所定のパターン形状のＳｉＯ₂層
からなるエッチングマスク２２を形成する。なお、エッチングマスクとしては、通常のレジストパターンなどを用いてもよい。

その後、このエッチングマスク２２をマスクとしてＳｉ層２１ｃのエッチングを行う。これにより、図４Ｅに示すように、下方側に突出するアンカ１１ａ，１１ｂが形成される。また、これとともに、Ｓｉ層２１ｃの可動接点部１５となる部分のエッチング量を減らすことにより、凸部２１ｄを形成する。

その後、図４Ｆに示すように、ＳＯＩ基板２１の一面の接点間の所定間隔を隔てた凸部２１ｄの領域に、選択的に絶縁膜１７が形成される。続いて、この絶縁膜１７上の部分に可動接点１８が形成される。ここで、この可動接点１８においては、凸部２１ｄが形成されていることにより、従来と可動接点の膜厚を同等に維持しつつ、接点間のギャップ量を同じ大きさにしている。

次に、図４Ｇに示すように、陽極接合法により、一方のベースとなる可動基板１０と他方の固定基板１とを、可動接点１８と固定接点４ａ，５ａとの位置合わせを行いつつ、接合させて一体化する。

その後、図４Ｈに示すように、ＳＯＩ基板２１の上面を、例えば、水酸化カリウムなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチング法により、ＳｉＯ₂層２１ｂをエッ
チングストップ層として、エッチングを行うことにより薄膜化する。

次に、フッ素系エッチング液を用いて、ＳｉＯ₂層２１ｂを除去することにより、図３
Ｉに示すように、Ｓｉ層２１ｃからなる、可動電極１３が形成された可動基板１０を露出させる。

その後、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチング法により、型抜きエッチングを行う。これにより、切欠部および連結部が形成され、第１弾性支持部１２および第２弾性支持部１４が切り出されて、可動基板１０が完成する。

最後に、レーザやカッターを用いたダイシングが行われて、個々のマイクロリレーに裁断され、この第１の実施形態によるマイクロリレーが製造される。

以上説明したように、この第１の実施形態によれば、信号線４，５の固定接点４ａ，５ａの部分を段差形状にして膜厚を薄くしていることにより、従来に比して接点間ギャップのばらつきの低減を図ることができる。さらに、そのほかの信号線４，５や配線部６ａ、接続パッド３ｂ₁〜３ｂ₄などの信号伝達部においては、その膜厚を接点間ギャップ量に関係なく定めることができるため、膜厚ばらつきに対して自由度が増し、表皮効果を考慮した十分な膜厚を確保することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５に、この第２の実施形態によるマイクロリレーの閉成時の断面図および上面図を示す。

図５Ａに示すように、この第２の実施形態によるマイクロリレーにおいては、可動接点
１８と固定接点４ａ，５ａとの閉成時において、可動接点１８の上面の高さと信号線４，５の上面の高さとが、ほぼ同一の高さになるように構成されている。

さらに、この第２の実施形態においては、図５Ａの信号線４，５および可動接点１８の上面図である図５Ｂに示すように、可動接点１８の信号線４，５の長手方向に垂直な方向の幅（以下、幅）と信号線４，５の幅とが、ほぼ同一の幅になるように構成されている。これにより、従来技術に比して大幅にミスマッチングを抑制することができる。

この第２の実施形態によるマイクロリレーのそのほかの構成については、第１の実施形態におけると同様であるので、説明を省略する。

以上説明したように、この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、従来技術による接点開閉器を高周波信号の開閉に用いる場合には、図９に示すように、接点部分において、高周波信号の伝搬が屈曲させられ、インピーダンスのミスマッチングが発生し、高周波信号の損失が生じてしまうのに対し、この第２の実施形態による接点開閉器によれば、固定接点４ａ，５ａと可動接点１８との閉成時における高周波信号の損失を、より高い周波数の信号においても低減することができるので、接点部分におけるインピーダンスのミスマッチングをより一層改善させることが可能となり、高周波信号の損失をより低減することができる。

次に、本発明の第３の実施形態において、本発明によるマイクロリレーを備えた装置について説明する。この第３の実施形態によるマイクロリレー搭載装置の例として、図６に無線通信機を示し、図７に計測器を示す。

すなわち、本発明によるマイクロリレーは、その構造特性により、特に高周波信号に関して、低損失で良好に伝達する特性を得ることができる。

そこで、これらの特性を活用して、例えば、図６に示すように、無線通信機４０において、本発明によるマイクロリレー１００が内部処理回路４１と送受信アンテナ４２との間に接続して設けられる。そして、本発明によるマイクロリレー１００を、送受信アンテナ４２から高周波信号を受け取って内部処理回路４１に供給したり、内部処理回路４１から送受信アンテナ４２に信号を供給したりする箇所に用いて、アンテナスイッチとして利用することが可能である。

このように、本発明によるマイクロリレー１００をアンテナスイッチとして採用することにより、従来の素子に比して、特に高周波信号の損失を低減可能となるので、内部回路に用いられる増幅器などの負担を低減することができるとともに、低損失かつ小型、低消費電力による高効率化を実現可能となる。

また、図７に示すように、計測器５０においては、マイクロリレー１００を、内部処理回路５１から測定対象物５２に至る、それぞれの信号線の途中に接続する。このように、本発明によるマイクロリレー１００を、計測器５０の測定対象物５２と内部処理回路５１との間の信号の出力・供給用リレーとして用いることにより、低損失の伝達特性により従来技術によるスイッチング素子に比して、精度よく信号の伝達を実行することが可能となる。

また、上述した無線通信機４０や計測器５０においては、複数個の伝達素子が使用されることが多い。そのため、小型、低消費電力であることにより、スペース効率やエネルギー消費効率の観点においても大きな利点を得ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば上述の第１の実施形態においては、固定電極３および固定接点４ａ，５ａを構成する第１導電層を単一材料からなる単層の導電層から形成しても良いし、固定電極３および固定接点４ａ，５ａを構成する導電層を、異なる導電層を積層させた多層膜構成とすることも可能である。

また、上述の第１の実施形態においては、信号線４，５を主に形成する第２導電層としてＡｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＡｌなどの材料を例示したが、この信号線４，５を、必ずしも単一の材料から構成する場合に限定するものではなく、複数種類の材料を積層させた多層膜構成とすることが可能であり、さらに、用いられる配線材料についても、上述の金属材料に限定されるものでもない。

また、例えば上述の第１の実施形態においては、Ｓｉ基板を加工することにより、可動基板１０を構成しており、これにより、可動基板１０そのものが導電体となり可動電極を兼ねた構成としているが、可動電極１３を、ベースとなる基板に導電体を設けて構成することも可能である。

また、例えば上述の第１〜第３の実施形態においては、本発明を、静電マイクロリレー（静電アクチュエータ）に適用する例について説明したが、必ずしも静電アクチュエータに限定するものではなく、本発明を、圧電アクチュエータや、熱アクチュエータに適用することも可能である。

本発明の第１の実施形態による接点開閉器としてのマイクロリレーを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による接点開閉器としてのマイクロリレーの閉成時を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態による接点開閉器としてのマイクロリレーの動作を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態による接点開閉器としてのマイクロリレーの製造プロセスを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による接点開閉器としてのマイクロリレーの閉成時における接点部および高周波信号の伝搬状態を示す断面図および平面図である。 本発明の第３の実施形態による、本発明の接点開閉器を備えた装置の一例としての無線通信装置を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態による、本発明の接点開閉器を備えた装置の一例としての計測装置を示すブロック図である。 従来技術による接点開閉器としてのマイクロリレーの構造を示す斜視図およびその動作を示す断面図である。 従来技術による接点開閉器における高周波信号の伝搬に関する問題点を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 固定基板
２ ガラス基板
３ 固定電極
３ｂ₁，３ｂ₂，３ｂ₃，３ｂ₄，６ｂ 接続パッド
４，５ 信号線
４ａ，５ａ 固定接点
６ａ 配線部
７，１７ 絶縁膜
１０ 可動基板
１１ａ，１１ｂ アンカ
１２ 第１弾性支持部
１２ａ スリット
１３ 可動電極
１４ 第２弾性支持部
１５ 可動接点部
１６ 切欠部
１８ 可動接点
１８ａ 凹部
２０ キャップ
２１ ＳＯＩ基板
２１ａ，２１ｃ Ｓｉ層
２１ｂ 酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層
２１ｄ 凸部
２２ エッチングマスク
４０ 無線通信機
４１ 内部処理回路
４２ 送受信アンテナ
５０ 計測器
５１ 内部処理回路
５２ 測定対象物
１００ マイクロリレー

Claims (6)

1. 絶縁性基板上に導電性薄膜からなる一対の第１の導電層を形成し、これら一対の第１の導電層上に、第１の導電層の端部を露出させた状態で第２の導電層をそれぞれ積層配置するとともに、上記第１の導電層と上記第２の導電層とで信号線を構成し、上記一対の第１の導電層の露出部分のそれぞれを第１の接点とし、上記一対の第１の接点と閉成および開離を行う第２の接点を構成する導電層を備える可動基板を上記絶縁性基板上に対向配置し、上記第１の接点と上記第２の接点の閉成時には、上記第２の接点を構成する導電層が、上記一対の第１の接点に接触するよう構成された高周波信号用の接点開閉器であって、
   上記一対の第１の接点と上記第２の接点を閉成したとき、上記第２の接点を構成する導電層の上面と、上記一対の信号線の上面とがほぼ同一の高さとなり、かつ、上記第２の接点を構成する導電層と、上記一対の信号線とが同一直線上に配置される
   ことを特徴とする接点開閉器。
2. 上記第１の導電層と上記第２の導電層とが異なる材料から構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の接点開閉器。
3. 上記第１の接点の膜厚と上記第２の接点の膜厚との合計が、上記信号線を通過する電気信号の周波数に依存する表皮深さ以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の接点開閉器。
4. 上記第１の接点の膜厚が、上記信号線を通過する電気信号の周波数に依存する表皮深さ未満である
   ことを特徴とする請求項３記載の接点開閉器。
5. 上記一対の第１の接点の間に、上記第２の接点と絶縁された電極が配設され、
   上記第２の接点が、上記第１の接点と上記第２の接点との閉成時に、上記第２の接点と上記電極との絶縁状態を維持可能な形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の接点開閉器。
6. 絶縁性基板上に導電性薄膜からなる一対の第１の導電層を形成し、これら一対の第１の
   導電層上に、第１の導電層の端部を露出させた状態で第２の導電層をそれぞれ積層配置するとともに、上記第１の導電層と上記第２の導電層とで信号線を構成し、上記一対の第１の導電層の露出部分のそれぞれを第１の接点とし、上記一対の第１の接点と閉成および開離を行う第２の接点を構成する導電層を備える可動基板を上記絶縁性基板上に対向配置し、上記第１の接点と上記第２の接点の閉成時には、上記第２の接点を構成する導電層が、上記一対の第１の接点に接触するよう構成された高周波信号用の接点開閉器であって、
   上記一対の第１の接点を上記第２の接点と閉成したとき、上記第２の接点を構成する導電層の上面と、上記一対の信号線の上面とがほぼ同一の高さとなり、かつ、上記第２の接点を構成する導電層と、上記一対の信号線とが同一直線上に配置される接点開閉器を備え、
   上記接点開閉器の開閉により信号の開閉を行う
   ことを特徴とする接点開閉器を備えた装置。
   

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