JP4278960B2 - マイクロリレー及びマイクロリレーの製造方法 - Google Patents
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Description
【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るので、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）を向上させる上が重要である。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▼ また、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。
【０００７】
▲４▼ 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。
【０００８】
したがって、本発明の主な目的は密封性に優れ、製造工程を簡素化できる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。
【０００９】
【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、固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板と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２つの可動部とを含み、
前記枠部は前記固定基板と前記キャップ基板との間で密封接合され、
前記２つの可動部はそれぞれ、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固定基板と前記キャップ基板との間を移動し、
前記２つの可動部に対応する前記固定接点は、それぞれ前記固定基板に設けられた外部接続用の第１及び第２のラインに接続される第１の接点と、当該第１の接点に挟まれるように前記固定基板に設けられた直線状の共通ラインで電気的に接続された第２の接点とを有し、
前記第１の接点と、前記第２の接点と、前記共通ラインとは一直線状に配置されており、
前記共通ラインには、前記固定基板に設けられた外部接続用のコモン端子が接続されていることを特徴とするマイクロリレーにより達成される。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、可動電極と固定電極との間で生じる静電引力に基づいて、可動部が固定基板とキャップ基板と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、効率よく製造できる。そして、前記枠部は両基板の間に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、両基板と枠部とを陽極接合することで簡単に実現できる。
【００１１】
また、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いることが望ましい。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。
【００１２】
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、前記固定接点が片持ち梁状に形成されていてもよい。本発明では、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固定基板側に吸引されたときに可動接点が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固定接点から確実に開離させることができる。
【００１３】
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。
【００１４】
また、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固定接点が前記固定基板に並存した構造であってもよい。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。
【００１５】
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配線の引出しはスルーホールを介して行われている構造を採用することが望ましい。本発明によるとマイクロリレー内の密封性を確保しつつ構造を簡素化できる。
【００１６】
また、請求項７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てもよい。本発明によってもマイクロリレー内の密封性を確保しつつ構造を簡素化できる。
【００１７】
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された形態を採用してもよい。本発明によってもマイクロリレー内の密封性を確保しつつ構造を簡素化できる。
【００４４】
また、請求項３５に記載のように、請求項１から３４のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部と前記枠部に、互いに遊嵌する少なくとも一対の凸部と凹部とを設けた構造を採用することが望ましい。本発明によると、可動部への横方向への動きを確実に抑制できる。
【００４５】
また、請求項３６に記載のように、請求項１から３４のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部と前記枠部とは、同一の厚みを持って形成してもよい。また、請求項３７に記載のように、請求項３６に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定基板の前記固定電極及び固定接点を設けた部分が、外周部よりも低く段状に形成することができる。請求項３６及び３７の発明によると可動板の製造を簡素化できる。
【００４６】
ただし、請求項３８に記載のように、請求項１から３４のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部が前記枠部より薄く形成されている構造を採用してもよい。
【００４７】
さらに、開示する本発明の範疇には請求項３９に記載するように、請求項１から３８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。
【００４８】
また、さらには請求項４０に記載の如く、固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備えるマイクロリレーの製造方法であって、
ＳＯＩ基板の絶縁層内に、前記キャップ基板に設けるキャビティに対応した形状にターニングするパターニング工程と、
前記ＳＯＩ基板の活性層をエッチングして前記可動板の概形に加工する工程と、
エッチング後の活性層上に絶縁膜を形成する絶縁処理工程と、
前記絶縁膜上に可動接点を形成する接点形成工程と、
前記活性層の周部をエッチングして、前記可動板及び前記キャップ基板を一体に備えた合体構造体を形成する構造体作製工程とを含むマイクロリレーの製造方法によっても上記目的を達成できる。
【００４９】
本発明によると、可動板とキャップ基板とが一体化した構造体を作製して、固定基板に接合するので工程が簡素化できる。また、キャップ基板となる部分は、本来可動板の支持板であるので無駄を省くことができる。
【００５０】
よって、請求項４１に記載のように、請求項４０に記載のマイクロリレー製造方法において、前記構造体と前記固定基板とを陽極接合することにより密封構造が実現されているマイクロリレーを簡易に製造することができる。
【００５１】
また、請求項４２に記載のように、請求項４１に記載のマイクロリレー製造方法において、予め所望のパターンを有する絶縁層を備えたＳＯＩ基板を用いることにより、前記パターニング工程を省略してもよい。設計要求を満たすＳＯＩ基板を予め準備しておくと、工程数を減らすことができる。
【００５２】
さらに、請求項４３に記載のように、少なくとも１つの固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備えるマイクロリレーの製造方法であって、
可動板形成用のＳＯＩ基板の活性層上に酸化膜を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜を形成した側にキャビティを形成したキャップ基板を接合する工程と、
前記ＳＯＩの支持層を除去し、露出した酸化層上に前記固定接点の数に対応した可動接点を形成すると共に、エッチング処理を施して少なくとも１つの可動部を形成したキャップ−可動板接合体を得る工程と、
前記固定接点及び固定電極を形成する部分を外周部よりも低く段状に形成した前記固定基板を、前記キャップ−可動板接合体に接合する工程とを含むマイクロリレーの製造方法によっても上記目的を達成できる。
【００５３】
【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。
【００５４】
(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２０５を完成品としてのマイクロリレーディバイス２００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２０５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。
【００５５】
本マイクロリレーチップ２０５は、固定基板２３０とキャップ基板２１０との間に可動板２２０を挟んだ基本構造を有している。
【００５６】
可動板２２０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２２０は、環状に形成した枠部２２５と、この枠部２２５に対しその枠内で上下動する可動部２２１とを含んでいる。可動部２２１が上下動する方向は、キャップ基板２１０及び固定基板２３０の板面に垂直な方向となる。可動部２２１を上下動可能とするために、可動部２２１は弾性変形するヒンジバネ２２２により枠部２２５に接続されている。図１で例示する枠部２２５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２２５の対称位置に複数のヒンジバネ２２２を設けて可動部２２１が保持されている。本実施例では枠部２２５の四隅にヒンジバネ２２２を配置して可動部２２１を保持している。後述するように、可動部２２１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２２１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２２２が設定されている。
【００５７】
可動部２２１には可動電極及び可動接点を含んでいる。また、本実施例の可動部２２１は、図１の中段に示すように、外観では２枚の長方形板の間を小さな接続部２４９を介して接続したような形状を成している。この接続部２４９の下には、ここでは確認できないが下方に突出するよう形成した可動接点２２３が存在している。また、長方形板は可動電極である。すなわち、可動部２２１の大部分は可動電極であり、その中央の一部に下向きの可動接点２２３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２２１が実質的に可動電極となっている。可動接点２２３と可動電極（可動接点２２３以外の部分）とは電気的に絶縁されている。例えば、可動部２２１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２２３と絶縁されている。可動接点２２３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。
【００５８】
キャップ基板２１０及び固定基板２３０は、上記可動板２２０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２２０の枠部２２５がキャップ基板２１０及び固定基板２３０に密封接合され、その内部に形成された空間で可動部２２１が上下動可能となっている。キャップ基板２１０及び固定基板２３０は、例えば基材がガラス等の絶縁性部材である。
【００５９】
上記固定基板２３０は固定電極２３１及び固定接点２３３を有している。また、キャップ基板２１０は平板状或いは内部にキャビティを有した蓋形状のものを用いることができる。キャップ基板２１０下の可動部２２１が、円滑に上下動できるようにクリアランスを確保する必要がある。枠部２２５が適度な厚みを持って形成されたときには、このクリアランスが確保されているのでキャップ基板２１０を平板状に形成しても問題がない。しかし、枠部２２５の厚みが十分に確保できなかったときには、キャップ基板２１０の下面を掘り上げて、即ち下向きに開放したキャビティを形成して可動部２２１とのクリアランスを確保することが必要である。
【００６０】
図１では、固定基板２３０側の固定電極２３１と固定接点２３３とが示されている。固定基板２３０の固定電極２３１と固定接点２３３は、可動部２２１の場合と同様に電気的に絶縁されている。固定電極２３１は可動電極として機能する可動部２２１に、また固定基板２３０の固定接点は可動部２２１の可動接点に対応するように配置されている。この図１では確認できないが可動部２２１は下面側に固定基板２３０に対応する可動接点２２３を有している。固定基板２３０に関して説明すると、固定接点２３３は２つの電極が離間された構造である。可動部２２１が下がると、可動接点２２３が一対の固定接点２３３を導通させて信号ラインをオンするようになっている。
【００６１】
また、本実施例では固定基板２３０の内部からの電気配線の引出しはスルーホール２１９を介して行うようになっている。よって、固定基板２３０と枠部２２５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。
【００６２】
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２０５をベース基板２４０に固定し（Ｂ）、樹脂２４５で封止すれば好ましいマイクロリレーディバイスとなる（Ｃ）。なお、図２の（Ｂ）において可動板２２０は外部に接続パッド２２６を有しており、マイクロリレー２０５は段状になっている。接続パッド２２６はワイヤ２４６で電極パッド２４７に接続されている。上記ベース基板２４０に替えてリードフレームを用いてもよい。
【００６３】
ところで、キャップ基板２１０及び固定基板２３０と可動板２２０の枠部２２５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２２０を単結晶シリコンとし、キャップ基板２１０及び固定基板２３０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、直流高圧電圧を印加する接合方法である。キャップ基板２１０及び固定基板２３０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２２０の枠部２２５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２２１と固定基板２３０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。
【００６４】
図２で（Ａ）の状態から（Ｂ）のベース基板２４０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２１０及び固定基板２３０と可動板２２０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。
【００６５】
図３は、図１及び図２で示したマイクロリレーチップ２０５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２０５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２３３は各々が左右両端まで延在しているが、固定電極２３１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２１０及び固定基板２３０並びに可動板２２０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本実施例のキャップ基板２１０が平板状であることが示されている。この可動板２２０はエッチング加工により、その枠部２２５の上下方向に十分な厚みが形成されている。そのため可動部２２１とキャップ基板２１０との間にクリアランスが確保できているので、キャップ基板２１０を平板状とすることができる。
【００６６】
下側の固定基板２３０の固定電極２３１と実質的に可動電極として機能する可動部２２１は対応する位置に形成されている。また、固定基板２３０の固定接点２３３は可動接点２２３下の対応する位置に形成されている。固定基板２３０側に設けた一対の固定接点２３３は信号ライン用の接点であり、可動接点２２３が降下して接触したときに離間している固定接点２３３を導通させる。
【００６７】
可動接点２２３は、可動部２２１の下面に突出するように配置している。この可動接点２２３は、例えば導電性の可動部２２１を形成した後にその表面に絶縁膜２２９を成膜し、その上に導電性材料をスパッタリング処理或いはメッキ処理して形成されている。
【００６８】
上記固定基板２３０の固定電極２３１は、可動電極として機能する可動部２２１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２３１の各々はスルーホール２１９を介して裏面側に引出されている。可動板２２０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。この図３では、可動板２２０と固定電極２３１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。なお、スルーホール２１９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２３０及び可動板２２０の枠部２２５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。
【００６９】
可動板２２０は枠部２２５及び可動部２２１がヒンジバネ２２２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２２５から可動部２２１の導電性も簡単に確保できる。ただし、可動部２２１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、前述したように可動接点２２３と電気的な絶縁を形成するために、可動部２２１の表面には絶縁膜２２９が形成されている。
【００７０】
そして、先の図１で確認できるように、可動部２２１は枠部２２５の四隅に設けたヒンジバネ２２２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２２１が、上記固定電極２３１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２３０側に移動する。すなわち、静電引力により、可動部２２１は電圧供給のない初期位置と固定基板２３０との間を上下動する。その際に、可動接点２２３が下降したときには固定基板２３０の固定接点２３３と接触する。電圧の供給が無くなったときには、ヒンジバネ２２２の復元力で可動部２２１は初期位置に復帰する。よって、信号ラインの固定接点２３３に対して可動接点２２３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できる。
【００７１】
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では固定基板２３０において外部への配線の引出しをスルーホール２１９により行っていた。しかし、固定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２３０と可動板の枠部２２５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。
【００７２】
図４は固定基板２３０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２０５を側部断面で模式的に示している。図４で固定電極２３１からの引出し配線２３６及び固定接点２３３からの引出し配線２３７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２３０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なって内部の密封性を確保した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２３０との電気的絶縁を確保するために絶縁膜２２７を形成することが必要である。
【００７３】
また、図５ではより好ましい一つの形態として、可動部２２１の下面の一部に下方に突出する凸部２２４を備えている。この凸部２２４はストッパとして機能している。可動部２２１が下に移動して可動接点２２３が固定接点２３３と閉成した後に、さらに可動部２２１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２２４を設けることで可動部２２１と固定電極２３１とが張付くことを防止できる。図５では凸部２２４に対応した位置の固定電極２３１に凹部２３５が形成されている。この場合、少なくとも凸部２２４の高さは凹部２３５の深さより大きくなるように形成して、可動部２２１が固定電極２３１と強固に密着することが抑制されるようにしておくことが望ましい。なお、固定電極２３１側に上記のように凹部を設けず、比較的低い凸部２２４を設ける形態としてもよい。
【００７４】
図６は、図５で示した凸部２２４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２６０が示されている。スイッチ２６５を接点２６１と接続すると、固定基板２３０の固定電極２３１と可動板２２０との間に電圧が生じる。なお、図６では、上段は可動板２２０に電圧を印加させない初期状態を示し、下段には可動板２２０に電圧を印加させた状態を示している。
【００７５】
固定基板２３０の固定電極２３１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２２０を正極電位にすると可動部２２１は固定電極２３１側に引き付けられる。可動接点２２３が固定接点２３３と接触する。可動接点２２３が固定接点２３３に接触した後も、可動部２２１は固定電極２３１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２２１は撓みを生じ可動接点２２３と固定接点２３３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。
【００７６】
また、本実施例では好ましい形態として可動部２２１の表面に、ストッパとして機能する凸部２２４が形成されているので、可動部２２１と固定電極２３１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２２１が固定電極２３１に張付くという問題を生じない。なお、本実施例では図３で示したように可動部２２１の表面を絶縁膜２２９で被覆しているので、可動部２２１が固定電極２３１に接触してもショートの問題はない。しかし、凸部２２４で可動部２２１と固定電極２３１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。なお、図６の上段に示すように、スイッチ２６５を切替えて接点２６１との接続を切ると、ヒンジバネ２２２の復元力により可動部２２１は初期位置に復帰する。
【００７７】
（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２２０は全てエッチング処理等の掘削加工により形成されている。可動板２２０における枠部２２５の下側の高さ（厚み）は接点間のギャップを規定し、またその上側の厚みは可動部２２１のキャップ基板２１０とのクリアランスを規定することになる。よって、枠部２２５は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枠部２２５の厚みを調整する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。
【００７８】
本実施例の枠部２２５はスペーサ２２８を用いて形成されている。このスペーサ２２８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２２８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。本実施例のようにスペーサを用いた場合にも同様に、エッチング処理による場合と同様に高い寸法精度で枠部２２５の厚み調整が可能である。一般にエッチング処理には時間を要するので、スペーサ２２８を用いて枠部２２５の厚み調整を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。
【００７９】
（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。本実施例のキャップ基板２１０は下側に開放したキャビティ２１５を有した蓋形状に形成されている。このような形状のキャップ基板２１０は例えばガラス等の絶縁材料から成る平板状基板の中央部をエッチング処理等により掘削して、予め蓋状に加工しておけばよい。このようなキャップ基板２１０を用いると、図８で示すように可動板２２０側の枠部２２５の形状を簡素化できる。図８に示す例では、枠部２２５が可動部２２１とほぼ同一面に形成されているが、キャビティ２１５の存在によって可動部２２１とキャップ基板２１０のクリアランスが確保されている。本実施例のようにキャビティ２１５を有したキャップ基板２１０を用いると、枠部２２５の上側の厚み確保する為の工程を省略できるのでエッチング処理、スペーサ形成といった工程を簡素化できる。
【００８０】
（第４実施例）
図９は、第４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。
【００８１】
本実施例の固定接点２３３は片持ち梁状に形成され、自由端側に降下した可動接点２２３が接触する構造となっている。よって、上段に示す初期位置から駆動電圧が供給され静電引力を受けた可動部２２１が下降すると、可動接点２２３が一対の固定接点２３３の自由端側を押し下げながら接触して信号ラインをオン状態とする。この後、駆動電源が遮断されたときには、変形した固定接点２３３が復元しようとするので可動接点２２３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の復元力に加えて、片持ち梁計形状とされた固定接点２３３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。
【００８２】
（第５実施例）
図１０及び図１１は、第５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２１０及び固定基板２３０並びに可動板２２０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１０に示す本実施例のマイクロリレーチップ２０５もキャップ基板２１０と固定基板２３０の間に可動板２２０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２１０、２２０、２３０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２３０の内部側からの電気配線は各々スルーホール２１９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。
【００８３】
しかし、本実施例のマイクロリレー２０５は、図１１に示すように、外周部にキャップ基板２１０、可動板２２０及び固定基板２３０の三層を貫通する共通配線路（サイドキャステレーション）２４８が形成されている。なお、図１１の上段に示したマイクロリレー２０５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２３０の底面が示される。この底面には固定基板２３０のグランドパッド２５１、電極接続パッド２５２さらには可動板２２０との接続パッド２５５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。
【００８４】
本実施例のキャップ基板２１０は電極や接点を有さないシンプルな構造である。よって、キャップ基板２１０内と外部との配線は原則として考慮する必要がない。しかし、図１０及び図１１に示すように、各板２１０、２２０、２３０の大きさを整え、同時に外周に配線を設ける加工を行えば効率的である。さらに、キャップ基板２１０の外周にサイドキャステレーション２４８を設けておけばキャップ基板２１０の上面に配線を設けることもできるので設計の自由度を増すことができる。
【００８５】
本実施例のマイクロリレーチップ２０５は、図１１の中段に示すように半田ボールなどでベース基板２４０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２００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２４８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。
【００８６】
なお、本実施例のマイクロリレーチップの表面（キャップ基板上面側）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２０５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。
【００８７】
（第６実施例）
図１２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２２１を厚めに形成している。本実施例では可動部２２１が静電引力を受けて移動し、下段に示すように可動接点２２３が固定接点２３３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２２１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２２１が撓むことを配慮しており、可動電極２２１と固定電極２３１との張付きを防止するための好ましい変形例として凸部１２４を設けている。しかし、本実施例の場合には可動部２２１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実施例の場合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２２３が固定接点２３３に接触したときに、可動部２２１が接触しない高さで固定電極２３１が形成されている。
【００８８】
図１３は上記第６実施例の改良例を示した図である。上記第６実施例のように可動板２２１の厚みを増すと円で囲んで示すヒンジバネ２２２の領域の剛性も増加することになる。しかし、ヒンジバネ２２２の剛性が可動部２２１と共に増すと、バネ性が低下して可動部２２１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２２２の部分を可動部２２１より薄くしてスチフネスを小さくして動き易くしている。本例によると、撓みを抑制した可動部２２１を確実に初期位置から下へ移動させることができる。
【００８９】
（第７実施例）
図１４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２２０のヒンジバネ２２２の部分に特徴を有している。（Ａ）はヒンジバネ２２２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２２２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２２２に改良を加えることによって可動部２２１の移動が円滑に行える。この構造は特に第５実施例の剛性を向上させた可動部２２１を上下動させるのに有効である。
【００９０】
（第８実施例）
図１５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２２０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２２２−１〜２２２−４を枠部２２５の４辺各々と接続して可動部２２１を保持する構造である。この構造によっても可動部２２１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２２１の円滑な上下動に支障が出る場合もある。
【００９１】
そこで、（Ｂ）或いは（Ｃ）に示すように、枠部２２５の互いに対向する辺にヒンジバネ２２２を接続する。（Ｂ）では左辺にヒンジバネ２２２−１，２２２−４、右辺にヒンジバネ２２２−２，２２２−３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２２１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２２０は安定性が増すので、第１実施例の変形例で示した凸部２２４の追加を考慮しなくとも良い。
【００９２】
（第９実施例）
図１６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２２１が初期位置から水平状態を維持しながら下方へ移動するようになっている。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１６で４つのヒンジバネ２２２−１から２２２−４は異なるバネ係数に設定されている。ヒンジバネ２２２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。
【００９３】
各ヒンジバネ２２２−１から２２２−４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２２１の片側のみが固定電極２３１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２２１と固定電極２３１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２２１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２２３と固定接点２３３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。
【００９４】
なお、ヒンジバネ２２２−１から２２２−４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１５に示した対抗する辺に接続されたヒンジバネ２２２−１、２２２−４とヒンジバネ２２２−２、２２２−３とでバネ係数が異なるように設定してもよい。
【００９５】
（第１０実施例）
図１７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２３１及び可動部２２１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２２１は、第１実施例で示したものとは異なり一枚板に近い形状となっている。この板の中央部に一対の打抜き穴２１８が形成されている。可動部２２１の裏面で、打抜き穴２１８の間の部分に可動接点２２３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２２３を下に有する接続部２４９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、可動電極として機能する可動部２２１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。
【００９６】
一方、固定基板２３０側では固定接点２３３の長さが短縮され、スルーホール２１９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２３０は第１実施例の場合と比較して、固定接点２３３の長さを短縮し、固定電極２３１の面積が拡大されている。この構造によっても固定電極２３１の剛性を向上させ、可動部２２１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２２１及び固定電極２３１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。
【００９７】
なお、本実施例の固定電極２３１及び可動部２２１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。
【００９８】
（第１１実施例）
図１８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２３１及び可動部２２１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１８はマイクロリレーを駆動する駆動回路２６０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２６６がＯＦＦ状態になると固定電極２３１及び可動部２２１に電荷が残存する。これにより可動部２２１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２２１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２２１の移動が不安定な状態となる場合もある。
【００９９】
一方、（Ｂ）は、固定電極２３１と可動部２２１とを接続する配線上に放電抵抗２５０を設けた場合を例示している。この例の場合、固定電極２３１及び可動部２２１と並列に放電抵抗１５０が配設され、電源２６６−グランド（ＧＮＤ）間に放電抵抗２５０が存在した形態となる。このように電源２６６−グランド間に放電抵抗２５０が存在する（Ｂ）の場合、電源ＯＦＦとなったときに放電抵抗２５０を介して電流２０７が流れるので電荷が残らず可動部２２１を速やかにニュートラル状態（初期の状態）に復帰させることができる。上記放電抵抗２５０として数１００ｋΩ〜数ＭΩのものを用いることが好ましい。
【０１００】
（第１２実施例）
図１９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２２１に設けた凸部２２４は、可動部２２１が固定電極２３１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２２４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。
【０１０１】
凸部２２４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１９は、可動部２２１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２６５が切替えられて、電源オンとなると可動部２２１が固定電極２３１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２２３が固定接点２３３に接触して閉成する。このとき下側に設けた凸部２２４はまだ固定電極２３１に接触していない。さらに、可動部２２１が吸引されて凸部２２４が固定電極２３１に押付けられることで電流２０７が流れる。このように、凸部２２４は張付きを防止しつつ、可動部２２１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２２１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２２１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。
【０１０２】
（第１３実施例）
図２０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２２１の可動接点が２２３−１、２２３−２の２つとなっている。また、これに対応して固定基板２３０側に設けたそれぞれの固定接点２３３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２０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。
【０１０３】
図２１は、上記第１３実施例の変形例を示した図である。図２０では２つの可動接点２２３−１、２２３−２に接触できるように１つの固定接点２３３を分岐した構造であったが、本例では固定接点２３３側も独立した２つの固定接点２３３−１、２３３−２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。
【０１０４】
（第１４実施例）
図２２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２３０の固定電極２３１と固定接点２３３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２３１と可動電極として作用する可動部２２１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２２１を掘り込んで可動接点２２３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。
【０１０５】
そこで、（Ｃ）で示すように、本実施例では固定電極２３１の高さが固定接点２３３の高さより、高くなるように形成する。ここで、固定電極２３１と固定接点２３３の高さの差が、可動接点２２３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２２１を確実に吸引できる。
【０１０６】
(第１５実施例)
図２３は、可動板２２０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２２０の配線を固定基板２３０にスルーホール２１９−２を設けて裏面側に引出す構造である。このスルーホール２１９−２は、可動板２２０の配線を固定基板２３０用のスルーホール２１９−１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２２０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２３０側にスルーホール２１９−２を設ける例を示したが、キャップ基板２１０側にスルーホール２１９−２を設けても勿論良い。
【０１０７】
（第１６実施例）
図２４は好ましい可動板２２０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２２１の外周と枠部２２５との間に所定の隙間２５７を確保し、可動部２２１の周部から枠部２２５の内面に向けて突出させた外周ストッパ２５８を複数設けている。このような構造であれば可動部２２１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２５８は可動部２２１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。
【０１０８】
この外周ストッパ２５８は可動部２２１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２５８は部分的な凸部であるので、周辺の空気流により可動部２２１が上下動することについて障害を受けることはない。また、可動部２２１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。
【０１０９】
この図２４では、可動部２２１側に外周ストッパ２５８を設けた例を示したが、枠部２２５側、或いは可動部２２１及び枠部２２５の双方に設けてもよい。
【０１１０】
なお、図示することは省略するが、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２１０の表面（可動板２２０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。また、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２２３及び固定接点２３３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。
【０１１１】
さらに、図２５から図２８を参照して、スペーサを用いて枠部の高さ調整している第２実施例のマイクロリレーチップ２０５の製造工程を説明する。図２５は固定基板２３０の製造工程を示す図、図２６はキャップ基板２１０につい示す図、図２７は可動板２２０の製造工程を示す図、図２８はこれらを組み付けて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。
【０１１２】
図２５に示した工程により、固定基板２３０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。
【０１１３】
このガラス基板に、スルーホール形成用の穴２１９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製することができる。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。
【０１１４】
さらに、スパッタリング法、メッキ法等により固定電極２３１、固定接点２３３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２３３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、導体抵抗が小さくのでより好適な構造となる。ガラス基板上に固定電極２３１、固定接点２３３が形成されて、固定基板２３０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。
【０１１５】
図２６はキャップ基板２１０について示している。本実施例で用いるキャップ基板２１０は（Ａ）に示す平板状である。この形状のキャップ基板を用いるときには、前述したようにクリアランスを確保するため可動板２２０の枠部２２５の部分にある程度の厚みを設けることが必要である。本製造例では枠部２２５の部分にスペーサを形成して可動部２２１とキャップ基板２１０とのクリアランスを確保する。
【０１１６】
なお、（Ｂ）に示す蓋状のキャップ基板は予めキャビティ２１５が形成されている。このキャップ基板を用いる場合には枠部２２５上側の厚みを考慮する必要なくなるので工程を簡素化できる。この（Ｂ）で示すキャップ基板２１０を用いて製造したのが、先に図８で示した、第３実施例のマイクロリレーである。この（Ｂ）を用いての製造法の方がより簡易である。ここでは、工程数が多い（Ａ）のキャップ基板を用いた製造法を説明する。この基本的な製造法を説明することで、（Ｂ）のキャップ基板を用いた場合の利点が合わせて理解できる。
【０１１７】
図２７は可動板２２０の製造工程を示している。ただし、可動板２２０は固定基板２３０と接合されてから最終形態に加工されるので、図２７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、厚い絶縁性の支持層２７１上にＳｉＯ２等からなる酸化層（絶縁層）２７２を介して単結晶シリコン等による活性層２７３が積層された構造を有している。
【０１１８】
このＳＯＩ基板の活性層２７３に不純物をドーピングして導電性を付与する（▲２▼）。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２７９を形成する（▲３▼）。この絶縁膜は可動電極となる可動板２２１とその中に形成する可動接点２２３との電気的に絶縁するために形成している。続いて、絶縁膜２７９上に、スパッタリング、メッキ法で導電材料を成膜して可動接点２２３を形成する（▲４▼）。
【０１１９】
その後、可動板２２０の枠部２２５に相当する外環部分（周部）に厚さ調整用のポリシリコンや金属を堆積させてスペーサ２２８を形成する。また、前述した張付き防止用のストッパとなる凸部２２４も必要によりこの工程で作製する（▲５▼）。
【０１２０】
図２８は、上記のように作製した固定基板２３０、キャップ基板２１０及び可動板２２０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２８で、先ず、固定基板２３０上に半完成状態の可動板２２０を接合する（▲１▼）。図２７で示す工程で作製して未完成状態の可動板２２０を上下ひっくり返して固定基板２３０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２３０側にマイナス（−）、可動板２２０側にグランド（ＧＮＤ）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。
【０１２１】
続いて、可動板２２０の残りの構造を完成させる。その前に、まず不要部となる支持層２７１、酸化層２７２を除去する（▲２▼）。その後は、図２７で示したと同様の処理をここでも繰り返す。すなわち、不純物をドーピングして導電性を付与する（▲３▼）。さらに、表面に絶縁膜２７９を形成し（▲４▼）、さらに、枠部２２５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２２８を設ける（▲５▼）。ここで堆積させたスペーサ２２８により、前述した可動部２２１の為のクリアランスが確保される。すなわち、この工程▲５▼では、可動板２２０の上に接合するキャップ基板２１０と可動部２２１とのクリアランスを確保する為に、枠部２２５の厚みを調整している。よって、図２６（Ｂ）のキャップ基板を用いた場合にはこの工程▲５▼は省略できる。
【０１２２】
この後、可動板２２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２２５と可動部２２１とが弾性のあるヒンジバネ２２２で接続された構造を作製する（▲６▼）。特に可動板２２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理により枠部２２５と可動部２２１とが、つづら折り状に形成したヒンジバネ２２２で接続された構造を簡単に形成できる。
【０１２３】
最後に、可動板２２０の上にキャップ基板２１０を載せて、固定基板２３０の場合と同様に陽極接合する（▲７▼）。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２００にされる。
【０１２４】
さらに、図２９及び図３０により、工程を簡素化したマイクロリレーの製造例を示す。前述までの説明では、キャップ基板２１０と可動板２２０とは別体であり、これを接合することで後に一体化する例を示した。ところで、図２７で示したように、可動板２２０を作製する際にはＳＯＩ基板を準備している。このＳＯＩ基板は、Ｓｉ等よりなる絶縁性の支持層２７１及びＳｉＯ２等よりなる絶縁性酸化層２７２上にシリコン単結晶等の活性層２７３を有している。そして、図２８で説明したように工程中で、支持層２７１及び酸化層２７２は除去されてしまう。
【０１２５】
図２９及び図３０で示す製造例では、上記支持層２７１及び酸化層２７２を有効に用いてキャップ基板を可動板に一体化した構造体を製作して工程を簡素化する。図２９でのＳＯＩ基板は、予めパターニングして内部にキャビティ３１５を含んだ酸化層２７２を備えている（▲１▼）。なお、このキャビティ３１５は、前述した可動部とのクリアランスを確保するためにキャップ基板側に設けるキャビティ２１５を想定して設計されている。
全面に酸化層２７２が存在するＳＯＩ基板をパターニングしてキャビティ３１５を形成するこの▲１▼工程前に実行してもよいが、このように予め酸化層２７２がパターニングされた基板を用いるとより工程を簡素化できる。
【０１２６】
上記ＳＯＩ基板の活性層２７３側の中央を掘削し、枠部２２５に相当する部分を高くするようにエッチング加工する（▲２▼）。この活性層２７３の表面にＳｉＯ２等の絶縁膜２７９を形成する（▲３▼）。絶縁膜２７９上にメッキ法、スパッタリング法等を用いて導電性材料を成膜して可動接点２２３を形成する。そして、ドライエッチング等により可動板２２０周部にスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２２５と可動部２２１とが弾性のあるヒンジバネ２２２で接続された構造が完成する（▲５▼）。この工程▲５▼により作製された構造体は、支持層２７１部分がキャップ基板２１０に、酸化層２７２がスペーサとなり可動板２２０と一体的な構造となっている。すなわち、図２９で示した可動板２２０の製造工程ではキャップ部（板）付きの可動板（合体構造体３００という）が製造される。
【０１２７】
なお、ＳＯＩ基板のキャビティ３１５内に充填材、例えば有機系のフォトレジストを充填しておき、後に除去するようにしてもよい。このように、キャビティ３１５に充填材を充満させておくことで、加工工程での可動板の変形を確実に抑制できる。
【０１２８】
そして、図３０の上段に示すように、合体構造物３００を固定基板２３０に載せて接合面２９０で陽極接合すれば、固定基板２３０まで含んで密封接合したマイクロリレー構造を実現する。さらには、図３０下段に示すように固定基板２３０の裏面に配線パターン２９１を形成すればマイクロリレーチップ２００が得られる。前述した説明から明らかなように、図２９、図３０の工程では、より簡易にマイクロリレーを製造できる。なお、図３０の工程で用いた固定基板２３０は、先に説明した図２５の工程により同様に製造できるので、ここでの重複する説明は省略する。
【０１２９】
前述までの実施例では、可動板の枠部内に可動部を１個だけ備えたマイクロリレーの構造例を示した。しかし、このようなマイクロリレーは電子機器の回路内で、複数が隣接配置されて用いられる場合も多い。この場合には回路内でのスタブの発生が問題となる場合がある。以下では、複数の可動部を備えた構造とすることにより、さらに高周波特性に優れたマイクロリレーの構造例を示す。このマイクロリレーは、信号伝送路（信号ライン）上の不要な突出部（スタブ）を抑制できる構造となる。
【０１３０】
まず、マイクロリレーを複数用いた場合の回路内でのスタブについて簡単に説明しておく。上記までに説明した、可動板に１つの可動部を有する基本的なマイクロリレーは、２つの隔たれた一対の固定端子（接点端子と称している）を、１つの可動接点で架橋閉成する。これはアイソレーション特性や製造が簡易である等で有利である。しかし、この基本的な構造のマイクロリレーを複数用いて回路を形成すると、スタブが形成されてしまう。スタブの入力インピーダンスは式（Ｉ）に示すように波長とスタブ長さにより決まる。
【０１３１】
Ｚｉｎ＝−ｊ Ｚｏ ｃｏｔβｌ ・・・式（Ｉ）
Ｚｉｎ： スタブの入力インピーダンス
Ｚｏ ： 伝送路の特性インピーダンス
β＝ ２π／λ
λ： 伝送線路上の波長
ｌ： スタブ長さ
βｌ ： 電気長
【０１３２】
周波数が高く、スタブ長が大きくなるほど、影響が大きくなり、インピーダンスの不整合のため、反射が発生して挿入損失が大きくなったり、波形を遅らせるなどの原因となる場合がある。フィルタや高周波回路などでは、特定の周波数に絞り、スタブを利用する場合がある。しかし、リレーではＤＣから高周波信号まで広い帯域で使用するため、できる限りスタブを含まない構造とすることが好ましい。
【０１３３】
図３１はマイクロリレーを２個用いた場合のスタブについて示した模式図である。図３１では、コモン３０１を共通にして第１のライン３０２と第２のライン３０３からそれぞれ出力１と出力２を生成できる回路を示している。この回路では、第１のマイクロリレー３０４と第２のマイクロリレー３０５とが配設され、これらが交互に閉成、開離される。図３１では、第１のマイクロリレー３０４を閉成、第２のマイクロリレー３０５を開離させて、出力１として高周波信号３０６を流した状態を示している。この場合には、参照符号３０８で示す部分がスタブとなり、第２の回路側にスタブによる反射３０７が発生してしまう。
【０１３４】
図３２は、（Ａ）で２個のマイクロリレーを並列した場合のスタブの発生、（Ｂ）でマイクロリレーの上下に接点を形成した場合のスタブの発生を構造的に示した図である。図３２（Ａ）では、２つのマイクロリレーを分岐点３０９で接続した構造を示している。左側のマイクロリレーが閉成している場合には、参照符号３０８で示す箇所がスタブとして作用してしまう。また、図３２（Ｂ）のように１つのマイクロリレーの上下に接点を設けても、参照符号３０８で示す箇所がスタブとして作用してしまう。このように実質的に２つのマイクロリレーを含む構造を隣接して設けるとスタブが発生して問題となる。以下で示すマイクロリレーはこのスタブを削減できる構造を備えている。
【０１３５】
図３３は、可動板に２つの可動部を有するマイクロリレーの概要構成例を示した図である。図３３で示すマイクロリレーも固定基板３３０とキャップ基板３１０の間に可動板３２０を設けた構造を有している。しかし、この可動板３２０内には２つの可動部３２１、３２３が形成されている。第１可動部３２１、第２可動部３２３のそれぞれは第１可動接点３２２、第２可動接点３２４を有している。第１可動部３２１及び第２可動部３２３の他の部分は、実質的に可動電極を構成している。このような各可動部の構成は前述したマイクロリレーの場合と同様である。
【０１３６】
固定基板３３０側には第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４が形成されている。第１固定接点３３３は第１可動接点３２２に、第２固定接点３３４は第２の可動板３２４に対応している。この図３３で示す構造では、固定接点３３３、３３４の片方側の信号ラインは共通のコモン端子３３５となっている。よって、図示のように第１可動部３２１が下がり第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成したときには、前述した場合と同様に参照符号３０８で示す共通ラインの半分がスタブとなる。しかしながら、このライン３０８はマイクロリレー内の極めて短い配線であるので、図３２で示した構造と比較して悪影響を発生させることがない。なお、図３３では固定接点３３３，３３４の周部に存在している固定電極の図示を省略している。固定電極の構成についてはこの後の実施例で詳述する。
【０１３７】
（第１７実施例）
図３４及び図３５は、第１７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３４はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図３５は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。この実施例は図３３で示したマイクロリレーの構造をより詳細に示すものである。図３３で示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【０１３８】
キャップ基板３１０にはキャビティ３１５を有している。このキャビティにより下部の可動部とのクリアランスが確保されている。可動板３２０は枠部３２５内に２つの第１可動部３２１と第２可動部３２３を有している。第１可動部３２１は下面には第１可動接点３２２を有している。また、第２可動部３２３には下面に第２可動接点３２４を有している。
【０１３９】
各可動部３２１、３２４は枠部３２５にヒンジバネ３２７を介して接続され上下動できるようになっている。この可動板３２０は、例えばシリコン単結晶のような半導体材料にドーピングして導電性を付与した基材を用いて形成されている。この基材をエッチングして枠部３２５内に、ヒンジバネ３２７を介して２つの可動部３２１、３２３を形成できる。この構造では、第１可動部３２１と第２可動部３２３とが電気的に導通した構造となる。これら可動部３２１、３２３は実質的に可動電極として機能する。
【０１４０】
固定基板３３０は、第１可動部３２１及び第２可動部３２３に対向するように２つの固定電極が形成されている。これらの第１固定電極３３１と第２固定電極３３２は、電気的に絶縁されている。これら固定電極３３１，３３２は各スルーホール３３８を介して外部側から給電されている。
【０１４１】
また、第１可動部３２１の第１可動接点３２２、第２可動部３２３の第２可動接点３２４が対向する位置には、それぞれ端子を隔てて形成した第１固定接点３３３と第２固定接点３３４が形成されている。これら固定接点３３３，３３４は各スルーホール３３６を介して外部配線と接続されている。第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４の一方の端子は、コモン端子３３５に接続されている。このコモン端子３３５はスルーホール３３３７を介して外部配線と接続されている。
【０１４２】
本実施例の構造例では、キャビティ３１５を有したキャップ基板３１０を用いると共に、可動部３２１、３２３の下側の移動を確保するために固定接点３３３、３３４を形成した部分を周部より低くした段状の固定基板３３０を用いている。よって、可動板３２０は枠部３２５及び可動部３２１，３２３を平坦に形成されている。このような可動板３２０の形態は、加工が容易となる。ただし、図３４で示す場合とは異なり、固定基板３３０側を平坦として可動板３２０の枠部に厚みを持たせた形態でもよい。可動板３２０側の枠部３２５に厚みを持たせた構造は可動部が１つである場合を説明した前述実施例で多く例示している。
【０１４３】
図３５は、図３４示したマイクロリレーの断面構成を模式的に示した図である。本実施例のマイクロリレーは、可動板３２０の枠部３２５が固定基板３３０の周部枠上に乗り、さらにその上からキャップ基板３１０が載置された構造である。固定基板３３０の周部には可動板の枠部３２５に電源を供給するためのスルーホール３３９が形成されている。可動板３２０はこの給電用スルーホール３３９を介して外部電源と接続されている。この枠部３２５から可動電極となる第１可動部３２１及び第２可動部３２３に電圧が供給される。
【０１４４】
本マイクロリレーでは第１固定電極３３１と第１可動部３２１との間、又は第２固定電極３３２と第２可動部３２３との間で、静電引力を発生させる。これにより、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成し、又、第２可動接点３２４が第２固定接点３３４を閉成するの。その際、一方の固定接点が閉成したときに、他方の固定接点の端子からコモン端子３３５の距離が極短いのでスタブ発生の影響を受けることが殆ど無い。
【０１４５】
図３６は、図３５で示した第１７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及び外部制御スイッチ３６０が示されている。このスイッチ３６０は２つの接点３６１と３６２とを有している。ここで、上段に示すように、スイッチ３６０を接点３６１と接続すると、固定基板３３０の第１固定電極３３１と第１可動部３２１との間に電圧が生じる。よって、第１可動部３２１が下がり、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成する。このとき、第２可動接点３２４と第２固定接点３３４は開離状態となる。
【０１４６】
また、中段で示すようにスイッチ３６０を両接点３６１及び３６２から離すと、第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４が開離したニュートラル状態を形成できる。さらに、下段に示すように、スイッチ３６０を接点３６２と接続すると、第２固定電極３３２と第２可動部３２３との間に電圧が生じる。よって、第２可動部３２３が下がり、第２可動接点３２４が第２固定接点３３４を閉成する。
【０１４７】
上記のように本実施例のマイクロリレーでは固定接点３３３、３３４を交互に閉成して所望の信号ラインの切り替えができる。その際のスタブの影響は殆ど無い。ただし、図３６に示した回路構成では、第１固定電極３３１はＧＮＤ（グランド）電位、第２固定電極３３２は正電位にされている。可動板３２０に正電位又はＧＮＤ電位を与え、２つの固定電極３３１、３３２を別々の制御スイッチで独立に制御してもよい。この場合には第１可動部３２１及び第２可動部３２３を同時に閉成した状態を形成することもできる。
【０１４８】
（第１８実施例）
図３７及び図３８は、第１８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３７はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図３８は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。この第１８実施例では２つの可動部、すなわち第１可動部３２１と第２可動部３２３とが電気的に絶縁された構造となっているのが前記第１７実施例と異なっている。また、このマイクロリレーでは、キャップ基板３１０が固定基板３３０に接合される点も異なっている。なお、本実施例でも図３３で示した部分と対応する部分には同一符号を付している。
【０１４９】
本実施例の可動板３２０は完全に分離された第１可動部３２１と第２可動部３２３とで構成されている。第１可動部３２１は、その前後がヒンジバネ３２７を介して支持部３５１により支持されている。この支持部３５１は前述までの枠部の一部と見ることができる。同様に第２可動部３２３も、その前後がヒンジバネ３２７を介して支持部３５２により支持されている。
【０１５０】
本マイクロリレーを組み立てる際には、上記支持部３５１、３５２は固定基板３３０の外周部３３９の一部に乗るように配置する。外周部３３９の支持部３５１、３５２を載せる位置には給電用のスルーホール３５６が形成されている。この第１可動部３２１及び第２可動部３２３を内部空間に包むように上部からキャップ基板３１０が載置されて図３８で示す状態となる。ここで図示は省略しているが、キャップ基板３１０の外周部３１９には固定基板３３０の外周部３３９との間で支持部３５１、３５２を挟む為の段部が形成されている。
【０１５１】
また、本実施例の固定基板３３０では１つの固定電極３５５が、第１可動部３２１及び第２可動部３２３に対応している。すなわち、前述した第１７実施例の場合とは異なり、第１可動部３２１と第２可動部３２３に対向する固定電極が電気的に導通した構成である。このような構成の違いによる動作の相違はこの後の説明で明らかとする。なお、図３７に示した例では可動部３２１、３２３に対応する大きさに形成されているが、独立した固定電極を２つ配置して電気的に導通状した構造としてもよい。
【０１５２】
図３９は、図３８で示した第１８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及び２個の外部制御スイッチ３７０及び３７５が示されている。これらのスイッチ３７０及び３７５は、それぞれ２つの接点を有している。スイッチ３７０は接点３７１、３７２を備え、スイッチ３７５は接点３７６、３７７を備えている。
【０１５３】
図３９の第１段に示すように、スイッチ３７０を接点３７１と接続し、スイッチ３７５を接点３７６と接続すると固定電極３３５と第１可動部３２１との間に電圧が生じる。よって、第１可動部３２１が下がり、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成する。このとき、第２可動接点３２４と第２固定接点３３４は開離状態となっている。
【０１５４】
次に第２段で示すように、第１段で示したスイッチの状態からスイッチ３７５を接点３７７に切替えて接続すると固定電極３３５と第１可動部３２１との間の供給ラインが切れて、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３から開離する。このとき、第２可動接点３２４と第２固定接点３３４は開離状態を維持しており、ニュートラル状態となる。
【０１５５】
次に第３段で示すように、第２段で示したスイッチの状態からスイッチ３７０を接点３７１に切替えて接続すると固定電極３３５と第２可動部３２３との間に電圧が発生して、第２可動接点３２４が第２固定接点３３４を閉成する。このとき、第１可動接点３２２と第１固定接点３３３は開離状態を維持している。
【０１５６】
さらに、最下の第４段で示すように、第３段で示したスイッチの状態からスイッチ３７５を接点３７６に切替えて接続すると、固定電極３３５と第１固定接点３２１及び第２可動部３２３との間に電圧が発生して、両可動接点３２２、３２４が両定接点３３３、３３４を閉成する。上記のように本実施例のマイクロリレーでは、固定接点３３３、３３４を交互に閉成したり、両方の固定接点を同時に閉成して所望の信号ラインの切り替えを行うことできる。その際のスタブの影響は殆ど無い。
【０１５７】
上記のように図３９に示した回路構成では、２つの可動部３２１と３２３とが互いに絶縁されており、独立して制御が可能である。このように固定電極３５５を予めＧＤＮ電位とし、２つのスイッチ３７０，３７５を切替えることで所望の信号を供給できる。なお、一方の可動部にＧＮＤ（グランド）電位、他方の可動部に正電位を供給する構成を採用してもよい。ただし、この場合には図３９の最下段に示すように両固定接点３３３，３３４を同時に閉成することはできない。
【０１５８】
（第１９実施例）
図４０は、第１９実施例に係るマイクロリレーについて示した分解した斜視図である。この図でも前述した実施例と同様部位には同一の符号を付している。本実施例のマイクロリレーでは、コモン端子３３５の位置を第１固定接点３３３と第２固定接点３３４の直線上に配置して、信号ラインを一直線としている。このように信号ラインを一直線にすると、固定基板３３０の面積を小さくすることができるので好ましい。
【０１５９】
ところで、本実施例の可動板３２０は枠部３２５の内部に電気的に絶縁された２つの可動部３２１，３２３を配置させた構造例を合わせて示している。この構造では枠部３２５も第１可動部３２１及び第２可動部３２３から分離している。この枠部３２５はスペーサとして機能しており、固定基板３３０とキャップ基板３１０の間に可動板３２０がを挟んだ構造となる。
【０１６０】
ところで、図３４で示した第１７実施例のマイクロリレーは枠部３２５が第１可動部３２１及び第２可動部３２３と電気的に接続され、固定基板３３０とキャップ基板３１０の間に可動板３２０を挟んだ構造である。一方、図３７で示した第１８実施例のマイクロリレーは枠部が無く、第１可動部３２１と第２可動部３２３とが電気的に絶縁され、固定基板３３０とキャップ基板３１０が接続された構造である。よって、図４０で示す構造は第１７、第１８実施例で示した構造の中間的な構造が例示されていることになる。
【０１６１】
（第２０実施例）
図４１は第２０実施例に係るマイクロリレーについて示した図である。この実施例は図４０の実施例に関連した供給ラインの配置に関するものである。図４１（Ａ）は両固定接点３３３，３３４からの距離が等しくなるようにコモン端子３３５を設けた場合、（Ｂ）は一方の固定接点３３４側に偏移させてコモン端子３３５を設けた場合を示している。（Ａ）の場合はスタブ３０８が同じになるので、マイクロリレーの高周波特性を平等にすることができる。また、（Ｂ）の場合は固定接点３３３を閉成した場合のスタブ３０８が短くなるので一方の出力の高周波特性を重視した構造にできる。
【０１６２】
（第２１実施例）
図４２は、可動部の横方向の動きを抑制する第２１実施例について示した図である。図４２は図３７で示した支持部３５１，３５２で支持される可動部３２１、３２３を改良した場合を示している。支持部３５１，３５２に凸部３８１を設け、これに対応する凹部３８２が可動部３２１、３２３に形成されている。このように凹部及び凸部を設けた構造することで横方後方の動きを規制し、マイクロリレーの耐衝撃性を向上させることができる。
【０１６３】
図４３は、上記第２１実施例の変形例について示した図である。図４３（Ａ）は可動部の平面図、（Ｂ）は斜視図を示している。図示のように細いヒンジバネ３２８に変更している。このようなヒンジバネ３２８によりばねのスチフネスを小さくでき可動部を動き易くすることができる。
【０１６４】
さらに、図４４から図４６を参照して、枠部内に電気的に絶縁された２つの可動部を有する第１９実施例のマイクロリレーを製造する場合の工程例を説明する。図４４は可動板３２０をキャップ基板３１０に接合してキャップ−可動板接合体を製造する工程、図４５はこのキャップ−可動板接合体を示す斜視図、また図４６は固定基板を製造し、上記キャップ−可動板接合体に組み付けて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。
【０１６５】
図４４ではキャップ−可動板接合体を完成する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、厚いシリコンからなる支持層３９１上にＳｉＯ２等からなる酸化膜層（絶縁層）３９２を介して単結晶シリコン等による活性層３９３が積層された構造を有している。このＳＯＩ基板の活性層３９３に不純物をドーピングして導電性を付与する。さらに、その表面にスパッタリング等により例えばＳｉＯ２の酸化膜層３９４を形成する（▲２▼）。
【０１６６】
続いて、酸化膜層３９４上にガラス、半導体基板等の基材にキャビティ３１５を備えたキャップ基板３１０を接合する（▲３▼）。これを反転させて、不要な支持層３９１を除去する（▲４▼）。続いて、酸化膜層３９２上に、スパッタリング、メッキ法等により所定間隔を持って導電材料を成膜し、第１可動接点３２２及び第２可動接点３２４を形成する（▲５▼）。
【０１６７】
この後、可動板３２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２２５並びに、第１可動部３２１及び第２可動部３２３を分離させて形成する。そして、支持部３５１と第１可動部３２１を弾性のあるヒンジバネで接続された構造及び支持部３５２と第２可動部３２３を弾性のあるヒンジバネで接続された構造された構造を作製する（▲６▼）。ただし、この▲６▼では支持部３５１、３５２は図示されていない。
【０１６８】
図４４の工程により、図４５に示すようなマイクロリレーの半完成体としてキャップ−可動板接合体が作製される。図４４で示す断面は図４５のＣＲＳ断面で示している。この図４５により、枠部５２５及び支持部３５１、３５２で支持される第１可動部３２１及び第２可動部３２３の配置が確認することができる。可動板３２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理によりこのような構造を簡単に形成できる。
【０１６９】
続いて図４６に示した工程により、先ず固定基板３３０が製造される。０．２〜０．４ｍｍ程度の厚みのガラス或いはシリコン基板を準備する（▲１▼）。前述したと同様にガラス基板ではパイレックス（登録商標）ガラスを用いることが推奨される。この基板の外周部を残し、この後に形成される固定電極、固定接点が形成される領域をエッチングして段状に形成する（▲２▼）。このように固定基板３３０側を段状に形成することにより可動部３２１，３２３が移動するクリアランスを形成する。可動部３２１，３２３が移動する為のクリアランスを確保する構造としては、他に固定基板３３０側を平坦に形成して、可動板の枠部を厚く形成してもよい。
【０１７０】
このガラス基板に、スルーホール形成用の穴３３６、３３７、３３８を設ける（▲２▼）。スルーホール３３６は第１固定接点及び第２固定接点の端子から配線を外部に引き出し、スルーホール３３７はコモン端子から配線を外部に引き出し、またスルーホール３３８は固定電極３５５から配線を外部に引き出すために形成される。この様な穴はレーザ、サンドブラスト等を用いて作製することができる。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。
【０１７１】
さらに、スパッタリング法、メッキ法等により固定電極３３５、第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４を形成する。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、導体抵抗が小さくのでより好適な構造となる。さらに、底面側に配線パターンが形成されて固定接点３３０が完成する（▲４▼）。
【０１７２】
最後に図４６の最下段に示すように、図４４のキャップ−可動板接合体と上記固定基板３３０を積層状態に組み付けてマイクロリレーを製造する半完成状態のキャップ−可動板接合体を上下ひっくり返して固定基板３３０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３３０側にマイナス（−）、可動板３２０側にグランド（ＧＮＤ）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。
【０１７３】
上記接合の際には、減圧雰囲気、より好ましくは不活性ガス（Ｎ２等）や耐絶縁性の高いガス（ＳＦ６等）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、接点表面酸化防止や絶縁性能向上が期待できる。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２００にされる。
【０１７４】
さらに図４７から図４９は、上記のような２つの固定接点を備えるマイクロリレーの採用例について示した図である。図４７は、上記実施例で示した２つの接点を有するマイクロリレーを多数個組み合わせて基板上に実装した無反射形リレーモジュール例を回路図で示している。無反射形リレーモジュール内の最小単位は、いわゆる１ｃ構成の接点であり、使用しない出力を終端抵抗に接続する。通常のリレーで構成すると構造が大きくなるが、本マイクロリレー多数組み合わせたリレー４０１を用いることにより全体を小型化できる。なお、参照符号４０２で示すのは終端抵抗である。
【０１７５】
そして、図４８に示すように同軸コネクタの付いた同軸スイッチの内部化回路としてこのモジュールを組み入れることで同軸スイッチの小型化が可能になる。また、図示するようにモジュール内に昇圧回路４０３を組込むことで低電圧化を図ることができる。また、多数のリレーを論理的に駆動する制御回路４０４を搭載してもよい。なお、接点構成としては、ＳＰＤＴ（１ｃ）、ＳＰ４Ｔ、ＳＰ６Ｔ型等の種々のタイプを採用できる。
【０１７６】
上記採用例と同様に、２つの固定接点を備えるマイクロリレーを多数個組み合わせたステップアッテネータ例を図４９に示した。アッテネータ４１０は、減衰器で、入力した信号を任意のアッテネータ回路の組み合わせで、小さい信号として出力する。これにも本マイクロリレーを多数、組合わせたリレー４０１を用いて構成できる。上記具体例については、一つのウェハでリレーを集積することも考えられるが、リレーモジュールやアッテネータでは多様な組み合わせに対応し難い場合が多い。特にアッテネータでは精度の高い抵抗が作り難いなどの問題があるため、本マイクロリレーおよび抵抗等を多数個、基板上に実装してモジュール化した構造が有利である。
【０１７７】
上記実施例では可動部を２つ設けた例を示したが３以上の複数としてもよい。この場合には各可動部を一直線状に配置するばかりでなく、平面内に配置するようにしてもよい。なお、図３０までの実施例では可動部が１つである基本的なマイクロリレーの構造を説明した。また、図３１以後の実施例では可動部を複数設けたマイクロリレーの構造例について説明した。しかし、これらの実施例には、可動部の設定数に関係なくどちらの形態のマイクロリレーにも適用できる実施例が含まれていることを付言しておく。
【０１７８】
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。
【０１７９】
【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、可動部が固定基板とキャップ基板と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、効率よく製造できる。そして、前記枠部は両基板の間に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。
【０１８０】
また、予めキャビティを備えたキャップ基板を用いることにより、本発明のマイクロリレーは工程を簡素化して製造できる。また、複数の可動部を含んだ構造とすることによりスタブによる影響を抑制し、高周波特性に優れたマイクロリレーとすることができる。
【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５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６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６実施例のマイクロリレーの改良例について示した図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】第１３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２２】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２３】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２４】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２５】実施例の固定基板の製造工程を示した図である。
【図２６】実施例のキャップ基板について示した図である。
【図２７】実施例の可動板の製造工程を示した図である。
【図２８】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。
【図２９】工程を簡素化したマイクロリレーの製造例について示した図である。
【図３０】工程を簡素化したマイクロリレーの製造例について示した図である。
【図３１】マイクロリレーを２個用いた場合のスタブについて示した模式図である。
【図３２】（Ａ）で２個のマイクロリレーを並列した場合のスタブの発生、（Ｂ）でマイクロリレーの上下に接点を形成した場合のスタブの発生を構造的に示した図である。
【図３３】可動板に２つの可動部を有するマイクロリレーの概要構成例を示した図である。
【図３４】第１７実施例に係るマイクロリレーの分解斜視図である。
【図３５】図３４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３６】第１７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３７】第１８実施例に係るマイクロリレーの分解斜視図である。
【図３８】図３７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３９】第１８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４０】第１９実施例に係るマイクロリレーの分解斜視図である。
【図４１】第２０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４２】可動部の横方向の動きを抑制する第２１実施例について示した図である。
【図４３】第２１実施例の変形例について示した図である。
【図４４】可動板をキャップ基板に接合してキャップ−可動板接合体を製造する工程を示した図である。
【図４５】キャップ−可動板接合体を示す斜視図である。
【図４６】固定基板を製造し、キャップ−可動板接合体に組み付けて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。
【図４７】実施例で示した２つの接点を有するマイクロリレーを多数個組み合わせて基板上に実装した無反射形リレーモジュール例を示した回路図である。
【図４８】同軸コネクタの付いた同軸スイッチの内部化回路としてマイクロリレーを含むモジュールを採用した例を示す図である。
【図４９】ステップアッテネータにマイクロリレーを採用した例を示す図である。
【符号の説明】
２００ マイクロリレーディバイス
２０５ マイクロリレーチップ
２１０ キャップ基板
２１５ キャビティ
２１９ スルーホール
２２０ 可動板
２２１ 可動部
２２２ ヒンジバネ（弾性部材）
２２３ 可動接点
２２４ 凸部
２２５ 枠部
２３０ 固定基板
２３１ 固定電極
２３３ 固定接点
２５０ 放電抵抗
２６０ 駆動回路
３１０ キャップ基板
３１５ キャビティ
３２０ 可動板
３２１ 第１可動部
３２２ 第１可動接点
３２３ 第２可動部
３２４ 第２可動接点
３２５ 枠部
３２７ ヒンジバネ
３３０ 固定基板
３３１ 第１固定電極
３３２ 第２固定電極
３３３ 第１固定接点
３３４ 第２固定接点
３５５ 固定電極
【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るので、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）を向上させる上が重要である。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▼ また、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。
【０００７】
▲４▼ 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。
【０００８】
したがって、本発明の主な目的は密封性に優れ、製造工程を簡素化できる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。
【０００９】
【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、固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板と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２つの可動部とを含み、
前記枠部は前記固定基板と前記キャップ基板との間で密封接合され、
前記２つの可動部はそれぞれ、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固定基板と前記キャップ基板との間を移動し、
前記２つの可動部に対応する前記固定接点は、それぞれ前記固定基板に設けられた外部接続用の第１及び第２のラインに接続される第１の接点と、当該第１の接点に挟まれるように前記固定基板に設けられた直線状の共通ラインで電気的に接続された第２の接点とを有し、
前記第１の接点と、前記第２の接点と、前記共通ラインとは一直線状に配置されており、
前記共通ラインには、前記固定基板に設けられた外部接続用のコモン端子が接続されていることを特徴とするマイクロリレーにより達成される。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、可動電極と固定電極との間で生じる静電引力に基づいて、可動部が固定基板とキャップ基板と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、効率よく製造できる。そして、前記枠部は両基板の間に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、両基板と枠部とを陽極接合することで簡単に実現できる。
【００１１】
また、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いることが望ましい。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。
【００１２】
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、前記固定接点が片持ち梁状に形成されていてもよい。本発明では、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固定基板側に吸引されたときに可動接点が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固定接点から確実に開離させることができる。
【００１３】
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。
【００１４】
また、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固定接点が前記固定基板に並存した構造であってもよい。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。
【００１５】
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配線の引出しはスルーホールを介して行われている構造を採用することが望ましい。本発明によるとマイクロリレー内の密封性を確保しつつ構造を簡素化できる。
【００１６】
また、請求項７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てもよい。本発明によってもマイクロリレー内の密封性を確保しつつ構造を簡素化できる。
【００１７】
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された形態を採用してもよい。本発明によってもマイクロリレー内の密封性を確保しつつ構造を簡素化できる。
【００４４】
また、請求項３５に記載のように、請求項１から３４のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部と前記枠部に、互いに遊嵌する少なくとも一対の凸部と凹部とを設けた構造を採用することが望ましい。本発明によると、可動部への横方向への動きを確実に抑制できる。
【００４５】
また、請求項３６に記載のように、請求項１から３４のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部と前記枠部とは、同一の厚みを持って形成してもよい。また、請求項３７に記載のように、請求項３６に記載のマイクロリレーにおいて、前記固定基板の前記固定電極及び固定接点を設けた部分が、外周部よりも低く段状に形成することができる。請求項３６及び３７の発明によると可動板の製造を簡素化できる。
【００４６】
ただし、請求項３８に記載のように、請求項１から３４のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、前記可動部が前記枠部より薄く形成されている構造を採用してもよい。
【００４７】
さらに、開示する本発明の範疇には請求項３９に記載するように、請求項１から３８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。
【００４８】
また、さらには請求項４０に記載の如く、固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備えるマイクロリレーの製造方法であって、
ＳＯＩ基板の絶縁層内に、前記キャップ基板に設けるキャビティに対応した形状にターニングするパターニング工程と、
前記ＳＯＩ基板の活性層をエッチングして前記可動板の概形に加工する工程と、
エッチング後の活性層上に絶縁膜を形成する絶縁処理工程と、
前記絶縁膜上に可動接点を形成する接点形成工程と、
前記活性層の周部をエッチングして、前記可動板及び前記キャップ基板を一体に備えた合体構造体を形成する構造体作製工程とを含むマイクロリレーの製造方法によっても上記目的を達成できる。
【００４９】
本発明によると、可動板とキャップ基板とが一体化した構造体を作製して、固定基板に接合するので工程が簡素化できる。また、キャップ基板となる部分は、本来可動板の支持板であるので無駄を省くことができる。
【００５０】
よって、請求項４１に記載のように、請求項４０に記載のマイクロリレー製造方法において、前記構造体と前記固定基板とを陽極接合することにより密封構造が実現されているマイクロリレーを簡易に製造することができる。
【００５１】
また、請求項４２に記載のように、請求項４１に記載のマイクロリレー製造方法において、予め所望のパターンを有する絶縁層を備えたＳＯＩ基板を用いることにより、前記パターニング工程を省略してもよい。設計要求を満たすＳＯＩ基板を予め準備しておくと、工程数を減らすことができる。
【００５２】
さらに、請求項４３に記載のように、少なくとも１つの固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備えるマイクロリレーの製造方法であって、
可動板形成用のＳＯＩ基板の活性層上に酸化膜を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜を形成した側にキャビティを形成したキャップ基板を接合する工程と、
前記ＳＯＩの支持層を除去し、露出した酸化層上に前記固定接点の数に対応した可動接点を形成すると共に、エッチング処理を施して少なくとも１つの可動部を形成したキャップ−可動板接合体を得る工程と、
前記固定接点及び固定電極を形成する部分を外周部よりも低く段状に形成した前記固定基板を、前記キャップ−可動板接合体に接合する工程とを含むマイクロリレーの製造方法によっても上記目的を達成できる。
【００５３】
【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。
【００５４】
(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２０５を完成品としてのマイクロリレーディバイス２００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２０５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。
【００５５】
本マイクロリレーチップ２０５は、固定基板２３０とキャップ基板２１０との間に可動板２２０を挟んだ基本構造を有している。
【００５６】
可動板２２０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２２０は、環状に形成した枠部２２５と、この枠部２２５に対しその枠内で上下動する可動部２２１とを含んでいる。可動部２２１が上下動する方向は、キャップ基板２１０及び固定基板２３０の板面に垂直な方向となる。可動部２２１を上下動可能とするために、可動部２２１は弾性変形するヒンジバネ２２２により枠部２２５に接続されている。図１で例示する枠部２２５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２２５の対称位置に複数のヒンジバネ２２２を設けて可動部２２１が保持されている。本実施例では枠部２２５の四隅にヒンジバネ２２２を配置して可動部２２１を保持している。後述するように、可動部２２１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２２１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２２２が設定されている。
【００５７】
可動部２２１には可動電極及び可動接点を含んでいる。また、本実施例の可動部２２１は、図１の中段に示すように、外観では２枚の長方形板の間を小さな接続部２４９を介して接続したような形状を成している。この接続部２４９の下には、ここでは確認できないが下方に突出するよう形成した可動接点２２３が存在している。また、長方形板は可動電極である。すなわち、可動部２２１の大部分は可動電極であり、その中央の一部に下向きの可動接点２２３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２２１が実質的に可動電極となっている。可動接点２２３と可動電極（可動接点２２３以外の部分）とは電気的に絶縁されている。例えば、可動部２２１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２２３と絶縁されている。可動接点２２３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。
【００５８】
キャップ基板２１０及び固定基板２３０は、上記可動板２２０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２２０の枠部２２５がキャップ基板２１０及び固定基板２３０に密封接合され、その内部に形成された空間で可動部２２１が上下動可能となっている。キャップ基板２１０及び固定基板２３０は、例えば基材がガラス等の絶縁性部材である。
【００５９】
上記固定基板２３０は固定電極２３１及び固定接点２３３を有している。また、キャップ基板２１０は平板状或いは内部にキャビティを有した蓋形状のものを用いることができる。キャップ基板２１０下の可動部２２１が、円滑に上下動できるようにクリアランスを確保する必要がある。枠部２２５が適度な厚みを持って形成されたときには、このクリアランスが確保されているのでキャップ基板２１０を平板状に形成しても問題がない。しかし、枠部２２５の厚みが十分に確保できなかったときには、キャップ基板２１０の下面を掘り上げて、即ち下向きに開放したキャビティを形成して可動部２２１とのクリアランスを確保することが必要である。
【００６０】
図１では、固定基板２３０側の固定電極２３１と固定接点２３３とが示されている。固定基板２３０の固定電極２３１と固定接点２３３は、可動部２２１の場合と同様に電気的に絶縁されている。固定電極２３１は可動電極として機能する可動部２２１に、また固定基板２３０の固定接点は可動部２２１の可動接点に対応するように配置されている。この図１では確認できないが可動部２２１は下面側に固定基板２３０に対応する可動接点２２３を有している。固定基板２３０に関して説明すると、固定接点２３３は２つの電極が離間された構造である。可動部２２１が下がると、可動接点２２３が一対の固定接点２３３を導通させて信号ラインをオンするようになっている。
【００６１】
また、本実施例では固定基板２３０の内部からの電気配線の引出しはスルーホール２１９を介して行うようになっている。よって、固定基板２３０と枠部２２５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。
【００６２】
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２０５をベース基板２４０に固定し（Ｂ）、樹脂２４５で封止すれば好ましいマイクロリレーディバイスとなる（Ｃ）。なお、図２の（Ｂ）において可動板２２０は外部に接続パッド２２６を有しており、マイクロリレー２０５は段状になっている。接続パッド２２６はワイヤ２４６で電極パッド２４７に接続されている。上記ベース基板２４０に替えてリードフレームを用いてもよい。
【００６３】
ところで、キャップ基板２１０及び固定基板２３０と可動板２２０の枠部２２５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２２０を単結晶シリコンとし、キャップ基板２１０及び固定基板２３０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、直流高圧電圧を印加する接合方法である。キャップ基板２１０及び固定基板２３０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２２０の枠部２２５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２２１と固定基板２３０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。
【００６４】
図２で（Ａ）の状態から（Ｂ）のベース基板２４０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２１０及び固定基板２３０と可動板２２０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。
【００６５】
図３は、図１及び図２で示したマイクロリレーチップ２０５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２０５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２３３は各々が左右両端まで延在しているが、固定電極２３１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２１０及び固定基板２３０並びに可動板２２０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本実施例のキャップ基板２１０が平板状であることが示されている。この可動板２２０はエッチング加工により、その枠部２２５の上下方向に十分な厚みが形成されている。そのため可動部２２１とキャップ基板２１０との間にクリアランスが確保できているので、キャップ基板２１０を平板状とすることができる。
【００６６】
下側の固定基板２３０の固定電極２３１と実質的に可動電極として機能する可動部２２１は対応する位置に形成されている。また、固定基板２３０の固定接点２３３は可動接点２２３下の対応する位置に形成されている。固定基板２３０側に設けた一対の固定接点２３３は信号ライン用の接点であり、可動接点２２３が降下して接触したときに離間している固定接点２３３を導通させる。
【００６７】
可動接点２２３は、可動部２２１の下面に突出するように配置している。この可動接点２２３は、例えば導電性の可動部２２１を形成した後にその表面に絶縁膜２２９を成膜し、その上に導電性材料をスパッタリング処理或いはメッキ処理して形成されている。
【００６８】
上記固定基板２３０の固定電極２３１は、可動電極として機能する可動部２２１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２３１の各々はスルーホール２１９を介して裏面側に引出されている。可動板２２０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。この図３では、可動板２２０と固定電極２３１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。なお、スルーホール２１９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２３０及び可動板２２０の枠部２２５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。
【００６９】
可動板２２０は枠部２２５及び可動部２２１がヒンジバネ２２２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２２５から可動部２２１の導電性も簡単に確保できる。ただし、可動部２２１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、前述したように可動接点２２３と電気的な絶縁を形成するために、可動部２２１の表面には絶縁膜２２９が形成されている。
【００７０】
そして、先の図１で確認できるように、可動部２２１は枠部２２５の四隅に設けたヒンジバネ２２２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２２１が、上記固定電極２３１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２３０側に移動する。すなわち、静電引力により、可動部２２１は電圧供給のない初期位置と固定基板２３０との間を上下動する。その際に、可動接点２２３が下降したときには固定基板２３０の固定接点２３３と接触する。電圧の供給が無くなったときには、ヒンジバネ２２２の復元力で可動部２２１は初期位置に復帰する。よって、信号ラインの固定接点２３３に対して可動接点２２３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できる。
【００７１】
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では固定基板２３０において外部への配線の引出しをスルーホール２１９により行っていた。しかし、固定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２３０と可動板の枠部２２５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。
【００７２】
図４は固定基板２３０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２０５を側部断面で模式的に示している。図４で固定電極２３１からの引出し配線２３６及び固定接点２３３からの引出し配線２３７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２３０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なって内部の密封性を確保した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２３０との電気的絶縁を確保するために絶縁膜２２７を形成することが必要である。
【００７３】
また、図５ではより好ましい一つの形態として、可動部２２１の下面の一部に下方に突出する凸部２２４を備えている。この凸部２２４はストッパとして機能している。可動部２２１が下に移動して可動接点２２３が固定接点２３３と閉成した後に、さらに可動部２２１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２２４を設けることで可動部２２１と固定電極２３１とが張付くことを防止できる。図５では凸部２２４に対応した位置の固定電極２３１に凹部２３５が形成されている。この場合、少なくとも凸部２２４の高さは凹部２３５の深さより大きくなるように形成して、可動部２２１が固定電極２３１と強固に密着することが抑制されるようにしておくことが望ましい。なお、固定電極２３１側に上記のように凹部を設けず、比較的低い凸部２２４を設ける形態としてもよい。
【００７４】
図６は、図５で示した凸部２２４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２６０が示されている。スイッチ２６５を接点２６１と接続すると、固定基板２３０の固定電極２３１と可動板２２０との間に電圧が生じる。なお、図６では、上段は可動板２２０に電圧を印加させない初期状態を示し、下段には可動板２２０に電圧を印加させた状態を示している。
【００７５】
固定基板２３０の固定電極２３１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２２０を正極電位にすると可動部２２１は固定電極２３１側に引き付けられる。可動接点２２３が固定接点２３３と接触する。可動接点２２３が固定接点２３３に接触した後も、可動部２２１は固定電極２３１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２２１は撓みを生じ可動接点２２３と固定接点２３３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。
【００７６】
また、本実施例では好ましい形態として可動部２２１の表面に、ストッパとして機能する凸部２２４が形成されているので、可動部２２１と固定電極２３１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２２１が固定電極２３１に張付くという問題を生じない。なお、本実施例では図３で示したように可動部２２１の表面を絶縁膜２２９で被覆しているので、可動部２２１が固定電極２３１に接触してもショートの問題はない。しかし、凸部２２４で可動部２２１と固定電極２３１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。なお、図６の上段に示すように、スイッチ２６５を切替えて接点２６１との接続を切ると、ヒンジバネ２２２の復元力により可動部２２１は初期位置に復帰する。
【００７７】
（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２２０は全てエッチング処理等の掘削加工により形成されている。可動板２２０における枠部２２５の下側の高さ（厚み）は接点間のギャップを規定し、またその上側の厚みは可動部２２１のキャップ基板２１０とのクリアランスを規定することになる。よって、枠部２２５は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枠部２２５の厚みを調整する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。
【００７８】
本実施例の枠部２２５はスペーサ２２８を用いて形成されている。このスペーサ２２８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２２８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。本実施例のようにスペーサを用いた場合にも同様に、エッチング処理による場合と同様に高い寸法精度で枠部２２５の厚み調整が可能である。一般にエッチング処理には時間を要するので、スペーサ２２８を用いて枠部２２５の厚み調整を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。
【００７９】
（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。本実施例のキャップ基板２１０は下側に開放したキャビティ２１５を有した蓋形状に形成されている。このような形状のキャップ基板２１０は例えばガラス等の絶縁材料から成る平板状基板の中央部をエッチング処理等により掘削して、予め蓋状に加工しておけばよい。このようなキャップ基板２１０を用いると、図８で示すように可動板２２０側の枠部２２５の形状を簡素化できる。図８に示す例では、枠部２２５が可動部２２１とほぼ同一面に形成されているが、キャビティ２１５の存在によって可動部２２１とキャップ基板２１０のクリアランスが確保されている。本実施例のようにキャビティ２１５を有したキャップ基板２１０を用いると、枠部２２５の上側の厚み確保する為の工程を省略できるのでエッチング処理、スペーサ形成といった工程を簡素化できる。
【００８０】
（第４実施例）
図９は、第４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。
【００８１】
本実施例の固定接点２３３は片持ち梁状に形成され、自由端側に降下した可動接点２２３が接触する構造となっている。よって、上段に示す初期位置から駆動電圧が供給され静電引力を受けた可動部２２１が下降すると、可動接点２２３が一対の固定接点２３３の自由端側を押し下げながら接触して信号ラインをオン状態とする。この後、駆動電源が遮断されたときには、変形した固定接点２３３が復元しようとするので可動接点２２３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の復元力に加えて、片持ち梁計形状とされた固定接点２３３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。
【００８２】
（第５実施例）
図１０及び図１１は、第５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２１０及び固定基板２３０並びに可動板２２０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１０に示す本実施例のマイクロリレーチップ２０５もキャップ基板２１０と固定基板２３０の間に可動板２２０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２１０、２２０、２３０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２３０の内部側からの電気配線は各々スルーホール２１９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。
【００８３】
しかし、本実施例のマイクロリレー２０５は、図１１に示すように、外周部にキャップ基板２１０、可動板２２０及び固定基板２３０の三層を貫通する共通配線路（サイドキャステレーション）２４８が形成されている。なお、図１１の上段に示したマイクロリレー２０５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２３０の底面が示される。この底面には固定基板２３０のグランドパッド２５１、電極接続パッド２５２さらには可動板２２０との接続パッド２５５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。
【００８４】
本実施例のキャップ基板２１０は電極や接点を有さないシンプルな構造である。よって、キャップ基板２１０内と外部との配線は原則として考慮する必要がない。しかし、図１０及び図１１に示すように、各板２１０、２２０、２３０の大きさを整え、同時に外周に配線を設ける加工を行えば効率的である。さらに、キャップ基板２１０の外周にサイドキャステレーション２４８を設けておけばキャップ基板２１０の上面に配線を設けることもできるので設計の自由度を増すことができる。
【００８５】
本実施例のマイクロリレーチップ２０５は、図１１の中段に示すように半田ボールなどでベース基板２４０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２００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２４８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。
【００８６】
なお、本実施例のマイクロリレーチップの表面（キャップ基板上面側）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２０５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。
【００８７】
（第６実施例）
図１２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２２１を厚めに形成している。本実施例では可動部２２１が静電引力を受けて移動し、下段に示すように可動接点２２３が固定接点２３３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２２１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２２１が撓むことを配慮しており、可動電極２２１と固定電極２３１との張付きを防止するための好ましい変形例として凸部１２４を設けている。しかし、本実施例の場合には可動部２２１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実施例の場合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２２３が固定接点２３３に接触したときに、可動部２２１が接触しない高さで固定電極２３１が形成されている。
【００８８】
図１３は上記第６実施例の改良例を示した図である。上記第６実施例のように可動板２２１の厚みを増すと円で囲んで示すヒンジバネ２２２の領域の剛性も増加することになる。しかし、ヒンジバネ２２２の剛性が可動部２２１と共に増すと、バネ性が低下して可動部２２１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２２２の部分を可動部２２１より薄くしてスチフネスを小さくして動き易くしている。本例によると、撓みを抑制した可動部２２１を確実に初期位置から下へ移動させることができる。
【００８９】
（第７実施例）
図１４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２２０のヒンジバネ２２２の部分に特徴を有している。（Ａ）はヒンジバネ２２２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２２２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２２２に改良を加えることによって可動部２２１の移動が円滑に行える。この構造は特に第５実施例の剛性を向上させた可動部２２１を上下動させるのに有効である。
【００９０】
（第８実施例）
図１５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２２０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２２２−１〜２２２−４を枠部２２５の４辺各々と接続して可動部２２１を保持する構造である。この構造によっても可動部２２１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２２１の円滑な上下動に支障が出る場合もある。
【００９１】
そこで、（Ｂ）或いは（Ｃ）に示すように、枠部２２５の互いに対向する辺にヒンジバネ２２２を接続する。（Ｂ）では左辺にヒンジバネ２２２−１，２２２−４、右辺にヒンジバネ２２２−２，２２２−３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２２１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２２０は安定性が増すので、第１実施例の変形例で示した凸部２２４の追加を考慮しなくとも良い。
【００９２】
（第９実施例）
図１６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２２１が初期位置から水平状態を維持しながら下方へ移動するようになっている。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１６で４つのヒンジバネ２２２−１から２２２−４は異なるバネ係数に設定されている。ヒンジバネ２２２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。
【００９３】
各ヒンジバネ２２２−１から２２２−４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２２１の片側のみが固定電極２３１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２２１と固定電極２３１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２２１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２２３と固定接点２３３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。
【００９４】
なお、ヒンジバネ２２２−１から２２２−４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１５に示した対抗する辺に接続されたヒンジバネ２２２−１、２２２−４とヒンジバネ２２２−２、２２２−３とでバネ係数が異なるように設定してもよい。
【００９５】
（第１０実施例）
図１７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２３１及び可動部２２１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２２１は、第１実施例で示したものとは異なり一枚板に近い形状となっている。この板の中央部に一対の打抜き穴２１８が形成されている。可動部２２１の裏面で、打抜き穴２１８の間の部分に可動接点２２３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２２３を下に有する接続部２４９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、可動電極として機能する可動部２２１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。
【００９６】
一方、固定基板２３０側では固定接点２３３の長さが短縮され、スルーホール２１９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２３０は第１実施例の場合と比較して、固定接点２３３の長さを短縮し、固定電極２３１の面積が拡大されている。この構造によっても固定電極２３１の剛性を向上させ、可動部２２１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２２１及び固定電極２３１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。
【００９７】
なお、本実施例の固定電極２３１及び可動部２２１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。
【００９８】
（第１１実施例）
図１８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２３１及び可動部２２１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１８はマイクロリレーを駆動する駆動回路２６０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２６６がＯＦＦ状態になると固定電極２３１及び可動部２２１に電荷が残存する。これにより可動部２２１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２２１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２２１の移動が不安定な状態となる場合もある。
【００９９】
一方、（Ｂ）は、固定電極２３１と可動部２２１とを接続する配線上に放電抵抗２５０を設けた場合を例示している。この例の場合、固定電極２３１及び可動部２２１と並列に放電抵抗１５０が配設され、電源２６６−グランド（ＧＮＤ）間に放電抵抗２５０が存在した形態となる。このように電源２６６−グランド間に放電抵抗２５０が存在する（Ｂ）の場合、電源ＯＦＦとなったときに放電抵抗２５０を介して電流２０７が流れるので電荷が残らず可動部２２１を速やかにニュートラル状態（初期の状態）に復帰させることができる。上記放電抵抗２５０として数１００ｋΩ〜数ＭΩのものを用いることが好ましい。
【０１００】
（第１２実施例）
図１９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２２１に設けた凸部２２４は、可動部２２１が固定電極２３１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２２４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。
【０１０１】
凸部２２４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１９は、可動部２２１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２６５が切替えられて、電源オンとなると可動部２２１が固定電極２３１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２２３が固定接点２３３に接触して閉成する。このとき下側に設けた凸部２２４はまだ固定電極２３１に接触していない。さらに、可動部２２１が吸引されて凸部２２４が固定電極２３１に押付けられることで電流２０７が流れる。このように、凸部２２４は張付きを防止しつつ、可動部２２１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２２１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２２１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。
【０１０２】
（第１３実施例）
図２０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２２１の可動接点が２２３−１、２２３−２の２つとなっている。また、これに対応して固定基板２３０側に設けたそれぞれの固定接点２３３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２０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。
【０１０３】
図２１は、上記第１３実施例の変形例を示した図である。図２０では２つの可動接点２２３−１、２２３−２に接触できるように１つの固定接点２３３を分岐した構造であったが、本例では固定接点２３３側も独立した２つの固定接点２３３−１、２３３−２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。
【０１０４】
（第１４実施例）
図２２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２３０の固定電極２３１と固定接点２３３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２３１と可動電極として作用する可動部２２１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２２１を掘り込んで可動接点２２３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。
【０１０５】
そこで、（Ｃ）で示すように、本実施例では固定電極２３１の高さが固定接点２３３の高さより、高くなるように形成する。ここで、固定電極２３１と固定接点２３３の高さの差が、可動接点２２３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２２１を確実に吸引できる。
【０１０６】
(第１５実施例)
図２３は、可動板２２０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２２０の配線を固定基板２３０にスルーホール２１９−２を設けて裏面側に引出す構造である。このスルーホール２１９−２は、可動板２２０の配線を固定基板２３０用のスルーホール２１９−１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２２０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２３０側にスルーホール２１９−２を設ける例を示したが、キャップ基板２１０側にスルーホール２１９−２を設けても勿論良い。
【０１０７】
（第１６実施例）
図２４は好ましい可動板２２０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２２１の外周と枠部２２５との間に所定の隙間２５７を確保し、可動部２２１の周部から枠部２２５の内面に向けて突出させた外周ストッパ２５８を複数設けている。このような構造であれば可動部２２１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２５８は可動部２２１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。
【０１０８】
この外周ストッパ２５８は可動部２２１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２５８は部分的な凸部であるので、周辺の空気流により可動部２２１が上下動することについて障害を受けることはない。また、可動部２２１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。
【０１０９】
この図２４では、可動部２２１側に外周ストッパ２５８を設けた例を示したが、枠部２２５側、或いは可動部２２１及び枠部２２５の双方に設けてもよい。
【０１１０】
なお、図示することは省略するが、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２１０の表面（可動板２２０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。また、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２２３及び固定接点２３３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。
【０１１１】
さらに、図２５から図２８を参照して、スペーサを用いて枠部の高さ調整している第２実施例のマイクロリレーチップ２０５の製造工程を説明する。図２５は固定基板２３０の製造工程を示す図、図２６はキャップ基板２１０につい示す図、図２７は可動板２２０の製造工程を示す図、図２８はこれらを組み付けて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。
【０１１２】
図２５に示した工程により、固定基板２３０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。
【０１１３】
このガラス基板に、スルーホール形成用の穴２１９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製することができる。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。
【０１１４】
さらに、スパッタリング法、メッキ法等により固定電極２３１、固定接点２３３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２３３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、導体抵抗が小さくのでより好適な構造となる。ガラス基板上に固定電極２３１、固定接点２３３が形成されて、固定基板２３０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。
【０１１５】
図２６はキャップ基板２１０について示している。本実施例で用いるキャップ基板２１０は（Ａ）に示す平板状である。この形状のキャップ基板を用いるときには、前述したようにクリアランスを確保するため可動板２２０の枠部２２５の部分にある程度の厚みを設けることが必要である。本製造例では枠部２２５の部分にスペーサを形成して可動部２２１とキャップ基板２１０とのクリアランスを確保する。
【０１１６】
なお、（Ｂ）に示す蓋状のキャップ基板は予めキャビティ２１５が形成されている。このキャップ基板を用いる場合には枠部２２５上側の厚みを考慮する必要なくなるので工程を簡素化できる。この（Ｂ）で示すキャップ基板２１０を用いて製造したのが、先に図８で示した、第３実施例のマイクロリレーである。この（Ｂ）を用いての製造法の方がより簡易である。ここでは、工程数が多い（Ａ）のキャップ基板を用いた製造法を説明する。この基本的な製造法を説明することで、（Ｂ）のキャップ基板を用いた場合の利点が合わせて理解できる。
【０１１７】
図２７は可動板２２０の製造工程を示している。ただし、可動板２２０は固定基板２３０と接合されてから最終形態に加工されるので、図２７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、厚い絶縁性の支持層２７１上にＳｉＯ２等からなる酸化層（絶縁層）２７２を介して単結晶シリコン等による活性層２７３が積層された構造を有している。
【０１１８】
このＳＯＩ基板の活性層２７３に不純物をドーピングして導電性を付与する（▲２▼）。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２７９を形成する（▲３▼）。この絶縁膜は可動電極となる可動板２２１とその中に形成する可動接点２２３との電気的に絶縁するために形成している。続いて、絶縁膜２７９上に、スパッタリング、メッキ法で導電材料を成膜して可動接点２２３を形成する（▲４▼）。
【０１１９】
その後、可動板２２０の枠部２２５に相当する外環部分（周部）に厚さ調整用のポリシリコンや金属を堆積させてスペーサ２２８を形成する。また、前述した張付き防止用のストッパとなる凸部２２４も必要によりこの工程で作製する（▲５▼）。
【０１２０】
図２８は、上記のように作製した固定基板２３０、キャップ基板２１０及び可動板２２０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２８で、先ず、固定基板２３０上に半完成状態の可動板２２０を接合する（▲１▼）。図２７で示す工程で作製して未完成状態の可動板２２０を上下ひっくり返して固定基板２３０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２３０側にマイナス（−）、可動板２２０側にグランド（ＧＮＤ）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。
【０１２１】
続いて、可動板２２０の残りの構造を完成させる。その前に、まず不要部となる支持層２７１、酸化層２７２を除去する（▲２▼）。その後は、図２７で示したと同様の処理をここでも繰り返す。すなわち、不純物をドーピングして導電性を付与する（▲３▼）。さらに、表面に絶縁膜２７９を形成し（▲４▼）、さらに、枠部２２５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２２８を設ける（▲５▼）。ここで堆積させたスペーサ２２８により、前述した可動部２２１の為のクリアランスが確保される。すなわち、この工程▲５▼では、可動板２２０の上に接合するキャップ基板２１０と可動部２２１とのクリアランスを確保する為に、枠部２２５の厚みを調整している。よって、図２６（Ｂ）のキャップ基板を用いた場合にはこの工程▲５▼は省略できる。
【０１２２】
この後、可動板２２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２２５と可動部２２１とが弾性のあるヒンジバネ２２２で接続された構造を作製する（▲６▼）。特に可動板２２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理により枠部２２５と可動部２２１とが、つづら折り状に形成したヒンジバネ２２２で接続された構造を簡単に形成できる。
【０１２３】
最後に、可動板２２０の上にキャップ基板２１０を載せて、固定基板２３０の場合と同様に陽極接合する（▲７▼）。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２００にされる。
【０１２４】
さらに、図２９及び図３０により、工程を簡素化したマイクロリレーの製造例を示す。前述までの説明では、キャップ基板２１０と可動板２２０とは別体であり、これを接合することで後に一体化する例を示した。ところで、図２７で示したように、可動板２２０を作製する際にはＳＯＩ基板を準備している。このＳＯＩ基板は、Ｓｉ等よりなる絶縁性の支持層２７１及びＳｉＯ２等よりなる絶縁性酸化層２７２上にシリコン単結晶等の活性層２７３を有している。そして、図２８で説明したように工程中で、支持層２７１及び酸化層２７２は除去されてしまう。
【０１２５】
図２９及び図３０で示す製造例では、上記支持層２７１及び酸化層２７２を有効に用いてキャップ基板を可動板に一体化した構造体を製作して工程を簡素化する。図２９でのＳＯＩ基板は、予めパターニングして内部にキャビティ３１５を含んだ酸化層２７２を備えている（▲１▼）。なお、このキャビティ３１５は、前述した可動部とのクリアランスを確保するためにキャップ基板側に設けるキャビティ２１５を想定して設計されている。
全面に酸化層２７２が存在するＳＯＩ基板をパターニングしてキャビティ３１５を形成するこの▲１▼工程前に実行してもよいが、このように予め酸化層２７２がパターニングされた基板を用いるとより工程を簡素化できる。
【０１２６】
上記ＳＯＩ基板の活性層２７３側の中央を掘削し、枠部２２５に相当する部分を高くするようにエッチング加工する（▲２▼）。この活性層２７３の表面にＳｉＯ２等の絶縁膜２７９を形成する（▲３▼）。絶縁膜２７９上にメッキ法、スパッタリング法等を用いて導電性材料を成膜して可動接点２２３を形成する。そして、ドライエッチング等により可動板２２０周部にスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２２５と可動部２２１とが弾性のあるヒンジバネ２２２で接続された構造が完成する（▲５▼）。この工程▲５▼により作製された構造体は、支持層２７１部分がキャップ基板２１０に、酸化層２７２がスペーサとなり可動板２２０と一体的な構造となっている。すなわち、図２９で示した可動板２２０の製造工程ではキャップ部（板）付きの可動板（合体構造体３００という）が製造される。
【０１２７】
なお、ＳＯＩ基板のキャビティ３１５内に充填材、例えば有機系のフォトレジストを充填しておき、後に除去するようにしてもよい。このように、キャビティ３１５に充填材を充満させておくことで、加工工程での可動板の変形を確実に抑制できる。
【０１２８】
そして、図３０の上段に示すように、合体構造物３００を固定基板２３０に載せて接合面２９０で陽極接合すれば、固定基板２３０まで含んで密封接合したマイクロリレー構造を実現する。さらには、図３０下段に示すように固定基板２３０の裏面に配線パターン２９１を形成すればマイクロリレーチップ２００が得られる。前述した説明から明らかなように、図２９、図３０の工程では、より簡易にマイクロリレーを製造できる。なお、図３０の工程で用いた固定基板２３０は、先に説明した図２５の工程により同様に製造できるので、ここでの重複する説明は省略する。
【０１２９】
前述までの実施例では、可動板の枠部内に可動部を１個だけ備えたマイクロリレーの構造例を示した。しかし、このようなマイクロリレーは電子機器の回路内で、複数が隣接配置されて用いられる場合も多い。この場合には回路内でのスタブの発生が問題となる場合がある。以下では、複数の可動部を備えた構造とすることにより、さらに高周波特性に優れたマイクロリレーの構造例を示す。このマイクロリレーは、信号伝送路（信号ライン）上の不要な突出部（スタブ）を抑制できる構造となる。
【０１３０】
まず、マイクロリレーを複数用いた場合の回路内でのスタブについて簡単に説明しておく。上記までに説明した、可動板に１つの可動部を有する基本的なマイクロリレーは、２つの隔たれた一対の固定端子（接点端子と称している）を、１つの可動接点で架橋閉成する。これはアイソレーション特性や製造が簡易である等で有利である。しかし、この基本的な構造のマイクロリレーを複数用いて回路を形成すると、スタブが形成されてしまう。スタブの入力インピーダンスは式（Ｉ）に示すように波長とスタブ長さにより決まる。
【０１３１】
Ｚｉｎ＝−ｊ Ｚｏ ｃｏｔβｌ ・・・式（Ｉ）
Ｚｉｎ： スタブの入力インピーダンス
Ｚｏ ： 伝送路の特性インピーダンス
β＝ ２π／λ
λ： 伝送線路上の波長
ｌ： スタブ長さ
βｌ ： 電気長
【０１３２】
周波数が高く、スタブ長が大きくなるほど、影響が大きくなり、インピーダンスの不整合のため、反射が発生して挿入損失が大きくなったり、波形を遅らせるなどの原因となる場合がある。フィルタや高周波回路などでは、特定の周波数に絞り、スタブを利用する場合がある。しかし、リレーではＤＣから高周波信号まで広い帯域で使用するため、できる限りスタブを含まない構造とすることが好ましい。
【０１３３】
図３１はマイクロリレーを２個用いた場合のスタブについて示した模式図である。図３１では、コモン３０１を共通にして第１のライン３０２と第２のライン３０３からそれぞれ出力１と出力２を生成できる回路を示している。この回路では、第１のマイクロリレー３０４と第２のマイクロリレー３０５とが配設され、これらが交互に閉成、開離される。図３１では、第１のマイクロリレー３０４を閉成、第２のマイクロリレー３０５を開離させて、出力１として高周波信号３０６を流した状態を示している。この場合には、参照符号３０８で示す部分がスタブとなり、第２の回路側にスタブによる反射３０７が発生してしまう。
【０１３４】
図３２は、（Ａ）で２個のマイクロリレーを並列した場合のスタブの発生、（Ｂ）でマイクロリレーの上下に接点を形成した場合のスタブの発生を構造的に示した図である。図３２（Ａ）では、２つのマイクロリレーを分岐点３０９で接続した構造を示している。左側のマイクロリレーが閉成している場合には、参照符号３０８で示す箇所がスタブとして作用してしまう。また、図３２（Ｂ）のように１つのマイクロリレーの上下に接点を設けても、参照符号３０８で示す箇所がスタブとして作用してしまう。このように実質的に２つのマイクロリレーを含む構造を隣接して設けるとスタブが発生して問題となる。以下で示すマイクロリレーはこのスタブを削減できる構造を備えている。
【０１３５】
図３３は、可動板に２つの可動部を有するマイクロリレーの概要構成例を示した図である。図３３で示すマイクロリレーも固定基板３３０とキャップ基板３１０の間に可動板３２０を設けた構造を有している。しかし、この可動板３２０内には２つの可動部３２１、３２３が形成されている。第１可動部３２１、第２可動部３２３のそれぞれは第１可動接点３２２、第２可動接点３２４を有している。第１可動部３２１及び第２可動部３２３の他の部分は、実質的に可動電極を構成している。このような各可動部の構成は前述したマイクロリレーの場合と同様である。
【０１３６】
固定基板３３０側には第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４が形成されている。第１固定接点３３３は第１可動接点３２２に、第２固定接点３３４は第２の可動板３２４に対応している。この図３３で示す構造では、固定接点３３３、３３４の片方側の信号ラインは共通のコモン端子３３５となっている。よって、図示のように第１可動部３２１が下がり第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成したときには、前述した場合と同様に参照符号３０８で示す共通ラインの半分がスタブとなる。しかしながら、このライン３０８はマイクロリレー内の極めて短い配線であるので、図３２で示した構造と比較して悪影響を発生させることがない。なお、図３３では固定接点３３３，３３４の周部に存在している固定電極の図示を省略している。固定電極の構成についてはこの後の実施例で詳述する。
【０１３７】
（第１７実施例）
図３４及び図３５は、第１７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３４はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図３５は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。この実施例は図３３で示したマイクロリレーの構造をより詳細に示すものである。図３３で示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【０１３８】
キャップ基板３１０にはキャビティ３１５を有している。このキャビティにより下部の可動部とのクリアランスが確保されている。可動板３２０は枠部３２５内に２つの第１可動部３２１と第２可動部３２３を有している。第１可動部３２１は下面には第１可動接点３２２を有している。また、第２可動部３２３には下面に第２可動接点３２４を有している。
【０１３９】
各可動部３２１、３２４は枠部３２５にヒンジバネ３２７を介して接続され上下動できるようになっている。この可動板３２０は、例えばシリコン単結晶のような半導体材料にドーピングして導電性を付与した基材を用いて形成されている。この基材をエッチングして枠部３２５内に、ヒンジバネ３２７を介して２つの可動部３２１、３２３を形成できる。この構造では、第１可動部３２１と第２可動部３２３とが電気的に導通した構造となる。これら可動部３２１、３２３は実質的に可動電極として機能する。
【０１４０】
固定基板３３０は、第１可動部３２１及び第２可動部３２３に対向するように２つの固定電極が形成されている。これらの第１固定電極３３１と第２固定電極３３２は、電気的に絶縁されている。これら固定電極３３１，３３２は各スルーホール３３８を介して外部側から給電されている。
【０１４１】
また、第１可動部３２１の第１可動接点３２２、第２可動部３２３の第２可動接点３２４が対向する位置には、それぞれ端子を隔てて形成した第１固定接点３３３と第２固定接点３３４が形成されている。これら固定接点３３３，３３４は各スルーホール３３６を介して外部配線と接続されている。第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４の一方の端子は、コモン端子３３５に接続されている。このコモン端子３３５はスルーホール３３３７を介して外部配線と接続されている。
【０１４２】
本実施例の構造例では、キャビティ３１５を有したキャップ基板３１０を用いると共に、可動部３２１、３２３の下側の移動を確保するために固定接点３３３、３３４を形成した部分を周部より低くした段状の固定基板３３０を用いている。よって、可動板３２０は枠部３２５及び可動部３２１，３２３を平坦に形成されている。このような可動板３２０の形態は、加工が容易となる。ただし、図３４で示す場合とは異なり、固定基板３３０側を平坦として可動板３２０の枠部に厚みを持たせた形態でもよい。可動板３２０側の枠部３２５に厚みを持たせた構造は可動部が１つである場合を説明した前述実施例で多く例示している。
【０１４３】
図３５は、図３４示したマイクロリレーの断面構成を模式的に示した図である。本実施例のマイクロリレーは、可動板３２０の枠部３２５が固定基板３３０の周部枠上に乗り、さらにその上からキャップ基板３１０が載置された構造である。固定基板３３０の周部には可動板の枠部３２５に電源を供給するためのスルーホール３３９が形成されている。可動板３２０はこの給電用スルーホール３３９を介して外部電源と接続されている。この枠部３２５から可動電極となる第１可動部３２１及び第２可動部３２３に電圧が供給される。
【０１４４】
本マイクロリレーでは第１固定電極３３１と第１可動部３２１との間、又は第２固定電極３３２と第２可動部３２３との間で、静電引力を発生させる。これにより、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成し、又、第２可動接点３２４が第２固定接点３３４を閉成するの。その際、一方の固定接点が閉成したときに、他方の固定接点の端子からコモン端子３３５の距離が極短いのでスタブ発生の影響を受けることが殆ど無い。
【０１４５】
図３６は、図３５で示した第１７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及び外部制御スイッチ３６０が示されている。このスイッチ３６０は２つの接点３６１と３６２とを有している。ここで、上段に示すように、スイッチ３６０を接点３６１と接続すると、固定基板３３０の第１固定電極３３１と第１可動部３２１との間に電圧が生じる。よって、第１可動部３２１が下がり、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成する。このとき、第２可動接点３２４と第２固定接点３３４は開離状態となる。
【０１４６】
また、中段で示すようにスイッチ３６０を両接点３６１及び３６２から離すと、第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４が開離したニュートラル状態を形成できる。さらに、下段に示すように、スイッチ３６０を接点３６２と接続すると、第２固定電極３３２と第２可動部３２３との間に電圧が生じる。よって、第２可動部３２３が下がり、第２可動接点３２４が第２固定接点３３４を閉成する。
【０１４７】
上記のように本実施例のマイクロリレーでは固定接点３３３、３３４を交互に閉成して所望の信号ラインの切り替えができる。その際のスタブの影響は殆ど無い。ただし、図３６に示した回路構成では、第１固定電極３３１はＧＮＤ（グランド）電位、第２固定電極３３２は正電位にされている。可動板３２０に正電位又はＧＮＤ電位を与え、２つの固定電極３３１、３３２を別々の制御スイッチで独立に制御してもよい。この場合には第１可動部３２１及び第２可動部３２３を同時に閉成した状態を形成することもできる。
【０１４８】
（第１８実施例）
図３７及び図３８は、第１８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３７はマイクロリレーのチップ部を分解した斜視図、図３８は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。この第１８実施例では２つの可動部、すなわち第１可動部３２１と第２可動部３２３とが電気的に絶縁された構造となっているのが前記第１７実施例と異なっている。また、このマイクロリレーでは、キャップ基板３１０が固定基板３３０に接合される点も異なっている。なお、本実施例でも図３３で示した部分と対応する部分には同一符号を付している。
【０１４９】
本実施例の可動板３２０は完全に分離された第１可動部３２１と第２可動部３２３とで構成されている。第１可動部３２１は、その前後がヒンジバネ３２７を介して支持部３５１により支持されている。この支持部３５１は前述までの枠部の一部と見ることができる。同様に第２可動部３２３も、その前後がヒンジバネ３２７を介して支持部３５２により支持されている。
【０１５０】
本マイクロリレーを組み立てる際には、上記支持部３５１、３５２は固定基板３３０の外周部３３９の一部に乗るように配置する。外周部３３９の支持部３５１、３５２を載せる位置には給電用のスルーホール３５６が形成されている。この第１可動部３２１及び第２可動部３２３を内部空間に包むように上部からキャップ基板３１０が載置されて図３８で示す状態となる。ここで図示は省略しているが、キャップ基板３１０の外周部３１９には固定基板３３０の外周部３３９との間で支持部３５１、３５２を挟む為の段部が形成されている。
【０１５１】
また、本実施例の固定基板３３０では１つの固定電極３５５が、第１可動部３２１及び第２可動部３２３に対応している。すなわち、前述した第１７実施例の場合とは異なり、第１可動部３２１と第２可動部３２３に対向する固定電極が電気的に導通した構成である。このような構成の違いによる動作の相違はこの後の説明で明らかとする。なお、図３７に示した例では可動部３２１、３２３に対応する大きさに形成されているが、独立した固定電極を２つ配置して電気的に導通状した構造としてもよい。
【０１５２】
図３９は、図３８で示した第１８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及び２個の外部制御スイッチ３７０及び３７５が示されている。これらのスイッチ３７０及び３７５は、それぞれ２つの接点を有している。スイッチ３７０は接点３７１、３７２を備え、スイッチ３７５は接点３７６、３７７を備えている。
【０１５３】
図３９の第１段に示すように、スイッチ３７０を接点３７１と接続し、スイッチ３７５を接点３７６と接続すると固定電極３３５と第１可動部３２１との間に電圧が生じる。よって、第１可動部３２１が下がり、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３を閉成する。このとき、第２可動接点３２４と第２固定接点３３４は開離状態となっている。
【０１５４】
次に第２段で示すように、第１段で示したスイッチの状態からスイッチ３７５を接点３７７に切替えて接続すると固定電極３３５と第１可動部３２１との間の供給ラインが切れて、第１可動接点３２２が第１固定接点３３３から開離する。このとき、第２可動接点３２４と第２固定接点３３４は開離状態を維持しており、ニュートラル状態となる。
【０１５５】
次に第３段で示すように、第２段で示したスイッチの状態からスイッチ３７０を接点３７１に切替えて接続すると固定電極３３５と第２可動部３２３との間に電圧が発生して、第２可動接点３２４が第２固定接点３３４を閉成する。このとき、第１可動接点３２２と第１固定接点３３３は開離状態を維持している。
【０１５６】
さらに、最下の第４段で示すように、第３段で示したスイッチの状態からスイッチ３７５を接点３７６に切替えて接続すると、固定電極３３５と第１固定接点３２１及び第２可動部３２３との間に電圧が発生して、両可動接点３２２、３２４が両定接点３３３、３３４を閉成する。上記のように本実施例のマイクロリレーでは、固定接点３３３、３３４を交互に閉成したり、両方の固定接点を同時に閉成して所望の信号ラインの切り替えを行うことできる。その際のスタブの影響は殆ど無い。
【０１５７】
上記のように図３９に示した回路構成では、２つの可動部３２１と３２３とが互いに絶縁されており、独立して制御が可能である。このように固定電極３５５を予めＧＤＮ電位とし、２つのスイッチ３７０，３７５を切替えることで所望の信号を供給できる。なお、一方の可動部にＧＮＤ（グランド）電位、他方の可動部に正電位を供給する構成を採用してもよい。ただし、この場合には図３９の最下段に示すように両固定接点３３３，３３４を同時に閉成することはできない。
【０１５８】
（第１９実施例）
図４０は、第１９実施例に係るマイクロリレーについて示した分解した斜視図である。この図でも前述した実施例と同様部位には同一の符号を付している。本実施例のマイクロリレーでは、コモン端子３３５の位置を第１固定接点３３３と第２固定接点３３４の直線上に配置して、信号ラインを一直線としている。このように信号ラインを一直線にすると、固定基板３３０の面積を小さくすることができるので好ましい。
【０１５９】
ところで、本実施例の可動板３２０は枠部３２５の内部に電気的に絶縁された２つの可動部３２１，３２３を配置させた構造例を合わせて示している。この構造では枠部３２５も第１可動部３２１及び第２可動部３２３から分離している。この枠部３２５はスペーサとして機能しており、固定基板３３０とキャップ基板３１０の間に可動板３２０がを挟んだ構造となる。
【０１６０】
ところで、図３４で示した第１７実施例のマイクロリレーは枠部３２５が第１可動部３２１及び第２可動部３２３と電気的に接続され、固定基板３３０とキャップ基板３１０の間に可動板３２０を挟んだ構造である。一方、図３７で示した第１８実施例のマイクロリレーは枠部が無く、第１可動部３２１と第２可動部３２３とが電気的に絶縁され、固定基板３３０とキャップ基板３１０が接続された構造である。よって、図４０で示す構造は第１７、第１８実施例で示した構造の中間的な構造が例示されていることになる。
【０１６１】
（第２０実施例）
図４１は第２０実施例に係るマイクロリレーについて示した図である。この実施例は図４０の実施例に関連した供給ラインの配置に関するものである。図４１（Ａ）は両固定接点３３３，３３４からの距離が等しくなるようにコモン端子３３５を設けた場合、（Ｂ）は一方の固定接点３３４側に偏移させてコモン端子３３５を設けた場合を示している。（Ａ）の場合はスタブ３０８が同じになるので、マイクロリレーの高周波特性を平等にすることができる。また、（Ｂ）の場合は固定接点３３３を閉成した場合のスタブ３０８が短くなるので一方の出力の高周波特性を重視した構造にできる。
【０１６２】
（第２１実施例）
図４２は、可動部の横方向の動きを抑制する第２１実施例について示した図である。図４２は図３７で示した支持部３５１，３５２で支持される可動部３２１、３２３を改良した場合を示している。支持部３５１，３５２に凸部３８１を設け、これに対応する凹部３８２が可動部３２１、３２３に形成されている。このように凹部及び凸部を設けた構造することで横方後方の動きを規制し、マイクロリレーの耐衝撃性を向上させることができる。
【０１６３】
図４３は、上記第２１実施例の変形例について示した図である。図４３（Ａ）は可動部の平面図、（Ｂ）は斜視図を示している。図示のように細いヒンジバネ３２８に変更している。このようなヒンジバネ３２８によりばねのスチフネスを小さくでき可動部を動き易くすることができる。
【０１６４】
さらに、図４４から図４６を参照して、枠部内に電気的に絶縁された２つの可動部を有する第１９実施例のマイクロリレーを製造する場合の工程例を説明する。図４４は可動板３２０をキャップ基板３１０に接合してキャップ−可動板接合体を製造する工程、図４５はこのキャップ−可動板接合体を示す斜視図、また図４６は固定基板を製造し、上記キャップ−可動板接合体に組み付けて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。
【０１６５】
図４４ではキャップ−可動板接合体を完成する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、厚いシリコンからなる支持層３９１上にＳｉＯ２等からなる酸化膜層（絶縁層）３９２を介して単結晶シリコン等による活性層３９３が積層された構造を有している。このＳＯＩ基板の活性層３９３に不純物をドーピングして導電性を付与する。さらに、その表面にスパッタリング等により例えばＳｉＯ２の酸化膜層３９４を形成する（▲２▼）。
【０１６６】
続いて、酸化膜層３９４上にガラス、半導体基板等の基材にキャビティ３１５を備えたキャップ基板３１０を接合する（▲３▼）。これを反転させて、不要な支持層３９１を除去する（▲４▼）。続いて、酸化膜層３９２上に、スパッタリング、メッキ法等により所定間隔を持って導電材料を成膜し、第１可動接点３２２及び第２可動接点３２４を形成する（▲５▼）。
【０１６７】
この後、可動板３２０のスリット形成を行う。このスリット形成で枠部２２５並びに、第１可動部３２１及び第２可動部３２３を分離させて形成する。そして、支持部３５１と第１可動部３２１を弾性のあるヒンジバネで接続された構造及び支持部３５２と第２可動部３２３を弾性のあるヒンジバネで接続された構造された構造を作製する（▲６▼）。ただし、この▲６▼では支持部３５１、３５２は図示されていない。
【０１６８】
図４４の工程により、図４５に示すようなマイクロリレーの半完成体としてキャップ−可動板接合体が作製される。図４４で示す断面は図４５のＣＲＳ断面で示している。この図４５により、枠部５２５及び支持部３５１、３５２で支持される第１可動部３２１及び第２可動部３２３の配置が確認することができる。可動板３２０に単結晶シリコンを用いていれば、ＲＩＥ処理によりこのような構造を簡単に形成できる。
【０１６９】
続いて図４６に示した工程により、先ず固定基板３３０が製造される。０．２〜０．４ｍｍ程度の厚みのガラス或いはシリコン基板を準備する（▲１▼）。前述したと同様にガラス基板ではパイレックス（登録商標）ガラスを用いることが推奨される。この基板の外周部を残し、この後に形成される固定電極、固定接点が形成される領域をエッチングして段状に形成する（▲２▼）。このように固定基板３３０側を段状に形成することにより可動部３２１，３２３が移動するクリアランスを形成する。可動部３２１，３２３が移動する為のクリアランスを確保する構造としては、他に固定基板３３０側を平坦に形成して、可動板の枠部を厚く形成してもよい。
【０１７０】
このガラス基板に、スルーホール形成用の穴３３６、３３７、３３８を設ける（▲２▼）。スルーホール３３６は第１固定接点及び第２固定接点の端子から配線を外部に引き出し、スルーホール３３７はコモン端子から配線を外部に引き出し、またスルーホール３３８は固定電極３５５から配線を外部に引き出すために形成される。この様な穴はレーザ、サンドブラスト等を用いて作製することができる。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。
【０１７１】
さらに、スパッタリング法、メッキ法等により固定電極３３５、第１固定接点３３３及び第２固定接点３３４を形成する。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、導体抵抗が小さくのでより好適な構造となる。さらに、底面側に配線パターンが形成されて固定接点３３０が完成する（▲４▼）。
【０１７２】
最後に図４６の最下段に示すように、図４４のキャップ−可動板接合体と上記固定基板３３０を積層状態に組み付けてマイクロリレーを製造する半完成状態のキャップ−可動板接合体を上下ひっくり返して固定基板３３０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３３０側にマイナス（−）、可動板３２０側にグランド（ＧＮＤ）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。
【０１７３】
上記接合の際には、減圧雰囲気、より好ましくは不活性ガス（Ｎ２等）や耐絶縁性の高いガス（ＳＦ６等）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、接点表面酸化防止や絶縁性能向上が期待できる。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２００にされる。
【０１７４】
さらに図４７から図４９は、上記のような２つの固定接点を備えるマイクロリレーの採用例について示した図である。図４７は、上記実施例で示した２つの接点を有するマイクロリレーを多数個組み合わせて基板上に実装した無反射形リレーモジュール例を回路図で示している。無反射形リレーモジュール内の最小単位は、いわゆる１ｃ構成の接点であり、使用しない出力を終端抵抗に接続する。通常のリレーで構成すると構造が大きくなるが、本マイクロリレー多数組み合わせたリレー４０１を用いることにより全体を小型化できる。なお、参照符号４０２で示すのは終端抵抗である。
【０１７５】
そして、図４８に示すように同軸コネクタの付いた同軸スイッチの内部化回路としてこのモジュールを組み入れることで同軸スイッチの小型化が可能になる。また、図示するようにモジュール内に昇圧回路４０３を組込むことで低電圧化を図ることができる。また、多数のリレーを論理的に駆動する制御回路４０４を搭載してもよい。なお、接点構成としては、ＳＰＤＴ（１ｃ）、ＳＰ４Ｔ、ＳＰ６Ｔ型等の種々のタイプを採用できる。
【０１７６】
上記採用例と同様に、２つの固定接点を備えるマイクロリレーを多数個組み合わせたステップアッテネータ例を図４９に示した。アッテネータ４１０は、減衰器で、入力した信号を任意のアッテネータ回路の組み合わせで、小さい信号として出力する。これにも本マイクロリレーを多数、組合わせたリレー４０１を用いて構成できる。上記具体例については、一つのウェハでリレーを集積することも考えられるが、リレーモジュールやアッテネータでは多様な組み合わせに対応し難い場合が多い。特にアッテネータでは精度の高い抵抗が作り難いなどの問題があるため、本マイクロリレーおよび抵抗等を多数個、基板上に実装してモジュール化した構造が有利である。
【０１７７】
上記実施例では可動部を２つ設けた例を示したが３以上の複数としてもよい。この場合には各可動部を一直線状に配置するばかりでなく、平面内に配置するようにしてもよい。なお、図３０までの実施例では可動部が１つである基本的なマイクロリレーの構造を説明した。また、図３１以後の実施例では可動部を複数設けたマイクロリレーの構造例について説明した。しかし、これらの実施例には、可動部の設定数に関係なくどちらの形態のマイクロリレーにも適用できる実施例が含まれていることを付言しておく。
【０１７８】
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。
【０１７９】
【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、可動部が固定基板とキャップ基板と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、効率よく製造できる。そして、前記枠部は両基板の間に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。
【０１８０】
また、予めキャビティを備えたキャップ基板を用いることにより、本発明のマイクロリレーは工程を簡素化して製造できる。また、複数の可動部を含んだ構造とすることによりスタブによる影響を抑制し、高周波特性に優れたマイクロリレーとすることができる。
【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５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６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６実施例のマイクロリレーの改良例について示した図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】第１３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２２】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２３】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２４】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２５】実施例の固定基板の製造工程を示した図である。
【図２６】実施例のキャップ基板について示した図である。
【図２７】実施例の可動板の製造工程を示した図である。
【図２８】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。
【図２９】工程を簡素化したマイクロリレーの製造例について示した図である。
【図３０】工程を簡素化したマイクロリレーの製造例について示した図である。
【図３１】マイクロリレーを２個用いた場合のスタブについて示した模式図である。
【図３２】（Ａ）で２個のマイクロリレーを並列した場合のスタブの発生、（Ｂ）でマイクロリレーの上下に接点を形成した場合のスタブの発生を構造的に示した図である。
【図３３】可動板に２つの可動部を有するマイクロリレーの概要構成例を示した図である。
【図３４】第１７実施例に係るマイクロリレーの分解斜視図である。
【図３５】図３４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３６】第１７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３７】第１８実施例に係るマイクロリレーの分解斜視図である。
【図３８】図３７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３９】第１８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４０】第１９実施例に係るマイクロリレーの分解斜視図である。
【図４１】第２０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４２】可動部の横方向の動きを抑制する第２１実施例について示した図である。
【図４３】第２１実施例の変形例について示した図である。
【図４４】可動板をキャップ基板に接合してキャップ−可動板接合体を製造する工程を示した図である。
【図４５】キャップ−可動板接合体を示す斜視図である。
【図４６】固定基板を製造し、キャップ−可動板接合体に組み付けて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。
【図４７】実施例で示した２つの接点を有するマイクロリレーを多数個組み合わせて基板上に実装した無反射形リレーモジュール例を示した回路図である。
【図４８】同軸コネクタの付いた同軸スイッチの内部化回路としてマイクロリレーを含むモジュールを採用した例を示す図である。
【図４９】ステップアッテネータにマイクロリレーを採用した例を示す図である。
【符号の説明】
２００ マイクロリレーディバイス
２０５ マイクロリレーチップ
２１０ キャップ基板
２１５ キャビティ
２１９ スルーホール
２２０ 可動板
２２１ 可動部
２２２ ヒンジバネ（弾性部材）
２２３ 可動接点
２２４ 凸部
２２５ 枠部
２３０ 固定基板
２３１ 固定電極
２３３ 固定接点
２５０ 放電抵抗
２６０ 駆動回路
３１０ キャップ基板
３１５ キャビティ
３２０ 可動板
３２１ 第１可動部
３２２ 第１可動接点
３２３ 第２可動部
３２４ 第２可動接点
３２５ 枠部
３２７ ヒンジバネ
３３０ 固定基板
３３１ 第１固定電極
３３２ 第２固定電極
３３３ 第１固定接点
３３４ 第２固定接点
３５５ 固定電極
Claims (17)
- 固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板と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２つの可動部とを含み、
前記枠部は前記固定基板と前記キャップ基板との間で密封接合され、
前記２つの可動部はそれぞれ、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固定基板と前記キャップ基板との間を移動し、
前記２つの可動部に対応する前記固定接点は、それぞれ前記固定基板に設けられた外部接続用の第１及び第２のラインに接続される第１の接点と、当該第１の接点に挟まれるように前記固定基板に設けられた直線状の共通ラインで電気的に接続された第２の接点とを有し、
前記第１の接点と、前記第２の接点と、前記共通ラインとは一直線状に配置されており、
前記共通ラインには、前記固定基板に設けられた外部接続用のコモン端子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１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記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１に記載のマイクロリレーにおいて、
前記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て独立の固定接点が前記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１から８のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部と前記枠部に、互いに遊嵌する少なくとも一対の凸部と凹部とを設けたことを特徴とするマイクロリレー。 - 請求項１から９のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部と前記枠部とは、同一の厚みを持って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１０に記載のマイクロリレーにおいて、
前記固定基板の前記固定電極及び固定接点を設けた部分が、外周部よりも低く段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１から９のいずれかに記載のマイクロリレーにおいて、
前記可動部が前記枠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１から１２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。
- 固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備えるマイクロリレーの製造方法であって、
ＳＯＩ基板の絶縁層内に、前記キャップ基板に設けるキャビティに対応した形状にターニングするパターニング工程と、
前記ＳＯＩ基板の活性層をエッチングして前記可動板の概形に加工する工程と、
エッチング後の活性層上に絶縁膜を形成する絶縁処理工程と、
前記絶縁膜上に可動接点を形成する接点形成工程と、
前記活性層の周部をエッチングして、前記可動板及び前記キャップ基板を一体に備えた合体構造体を形成する構造体作製工程とを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１４に記載のマイクロリレー製造方法において、
前記構造体と前記固定基板とを陽極接合することにより密封構造が実現されているマイクロリレーを製造することを特徴とするマイクロリレーの製造方法。 - 請求項１５に記載のマイクロリレー製造方法において、
予め所望のパターンを有する絶縁層を備えたＳＯＩ基板を用いることにより、前記パターニング工程が省略されることを特徴とするマイクロリレーの製造方法。 - 少なくとも１つの固定接点及び固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対向して配置したキャップ基板と、前記固定基板と前記キャップ基板との間に配置した可動板とを備えるマイクロリレーの製造方法であって、
可動板形成用のＳＯＩ基板の活性層上に酸化膜を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜を形成した側にキャビティを形成したキャップ基板を接合する工程と、
前記ＳＯＩの支持層を除去し、露出した酸化層上に前記固定接点の数に対応した可動接点を形成すると共に、エッチング処理を施して少なくとも１つの可動部を形成したキャップ−可動板接合体を得る工程と、
前記固定接点及び固定電極を形成する部分を外周部よりも低く段状に形成した前記固定基板を、前記キャップ−可動板接合体に接合する工程とを含むことを特徴とするマイクロリレーの製造方法。
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