JP5105985B2

JP5105985B2 - 電気部品

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Inventors: 道信井上; 進小幡
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Description

本発明は、電気部品に関し、特に、機能素子を有する電気部品に関する。

マイクロ波及びミリ波等も含む高周波帯を用いる通信機器等の電子機器は広い分野において用いられている。このため、電子機器を構成する電気部品の製造も活発化している。この電気部品としては、例えば、マイクロマシン技術を応用したマイクロマシンスイッチが挙げられる。

このような電気部品は、実装用の基板と、その基板の表面に設けられた絶縁層と、基板上に絶縁層を介して設けられた信号用配線と、その信号用配線を跨ぐように基板上に設けられた機能素子と、その機能素子から離間して機能素子を覆うように基板２上に設けられた封止構造体とを備えている。機能素子は、ばね特性が高いＴｉＮやＡｌ等により形成された可動片であり、片持ちあるいは両持ちの梁構造になっている。この機能素子は、信号用配線との離間距離（ギャップ）の変化により可変電気容量やスイッチ等として機能する。

封止構造体は、機能素子をその動作を維持しながら保護するため、その機能素子を中空に封止する構造体である。この封止構造体は、製造コストの低減及び小型化を目的として、成膜方法（成膜プロセス）により薄膜として形成される（例えば、特許文献１参照）。

この薄膜による封止構造体の製造工程では、基板との間にギャップを有する機能素子を基板上に形成するための第１犠牲層が基板上に設けられ、その第１犠牲層上に機能素子が形成される。次いで、第１犠牲層上に機能素子を介して第２犠牲層が積層され、その第２犠牲層上に第１封止膜（封止構造体の一部となる）が形成される。この成膜中もしくは成膜後に、第１封止膜に、第１犠牲層及び第２犠牲層を除去するための開口部が形成される。その後、犠牲層除去用のエッチング材が開口部より導入され、第１犠牲層及び第２犠牲層が完全に除去される。最後に、開口部が完全に閉口するまで第１封止膜上に第２封止膜（封止構造体の一部となる）が形成される。このようにして封止構造体は第１封止膜及び第２封止膜により形成される。

このような製造工程において、スパッタリングや蒸着等の成膜方法により第２封止膜が形成される場合には、開口部の直下に膜材（封止材料）が堆積する。このため、開口部は、機能素子上に膜材を堆積させないように機能素子から離れた位置に設けられる。このような構造とするためには、機能素子よりも封止構造体を全体的に大きく形成する必要がある。
特開２００５−２０７９５９号公報

しかしながら、封止構造体が全体的に大きく形成された場合には、その内部空間も広くなるため、犠牲層の体積（犠牲層形成用の材料量）も増加してしまう。このため、その犠牲層を除去するためのプロセス時間が長くなるので、電気部品の製造時間が長くなってしまう。

また、その犠牲層を除去するためのプロセス時間を短縮するため、単純に開口面積を大きくした場合には、その開口面積の増加に応じてそれらの開口部を全て閉口するためのプロセス時間が長くなるので、電気部品の製造時間が長くなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時間を短縮することができる電気部品を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、電気部品において、基板と、基板上に設けられて動作する機能素子と、機能素子と離間しかつ機能素子を覆うように基板上に設けられ、基板との間に形成される内部空間に連通する複数の開口部を有する第１封止体と、複数の開口部を閉口するように第１封止体上に設けられた第２封止体とを備え、第１封止体と基板との境界線は、内部空間が狭くなる方向に湾曲して形成されていることである。

本発明によれば、製造時間を短縮することができる電気部品を提供することができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図１３を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る電気部品１Ａは、実装用の基板２と、その基板２の表面に設けられた絶縁層３と、基板２上に絶縁層３を介して設けられた信号用配線４と、基板２上に絶縁層３を介して設けられた一対の導体５、６と、それらの導体５、６に接続され信号用配線４を跨ぐように基板２上に設けられた機能素子７と、機能素子７を覆うように基板２上に設けられた第１封止体８と、その第１封止体８を覆うように第１封止体８上に設けられた第２封止体９とを備えている。

基板２は、例えばシリコン等からなる基板である。なお、基板２としては、シリコン基板の他にも、ガラス基板や半絶縁性ＧａＡｓ基板等を用いることが可能である。絶縁層３は、基板２の表面（搭載面）に設けられている。この絶縁層３としは、例えばシリコン酸化膜等を用いる。

信号用配線４は、信号が通過する信号線路（伝送線路）であり、基板２の一辺（図１中の上辺）から対向する他の一辺（図１中の下辺）に渡って直線状に配設されている。この信号用配線４は、例えばＡｕやＡｌ等の材料により形成されている。

一対の導体５、６は、信号用配線４の延伸方向に垂直な方向の両側にそれぞれ位置付けられ、信号用配線４から所定距離だけ離間させて基板２上の領域に絶縁層３を介して設けられている。これらの導体５、６は、例えばＡｕやＡｌ等の材料により形成されている。

機能素子７は、信号用配線４に対向して接離する方向に移動可能に形成された可動片である。この機能素子７は、信号用配線４から数μｍの離間距離（ギャップ）だけ離間させてその信号用配線４上に位置付けられ、一対の導体５、６に架け渡されている。機能素子７は、一対の導体５、６に対する電位供給により信号用配線４に近づく方向に変形可能に形成されている。すなわち、機能素子７は、可撓性を有する板状に形成されており、両持ちの梁構造により一対の導体５、６に固定されている。詳述すると、機能素子７の一端が導体５に固定され、その他端が導体６に固定されている。このとき、機能素子７は一対の導体５、６に電気的に接続されている。この機能素子７は、ばね特性が高い金属、例えばＴｉＮやＡｌ等の材料により形成されている。

このような機能素子７は、一対の導体５、６に対する電位供給による静電力等の駆動力により、信号用配線４に近づく方向に変形する。このとき、機能素子７は、信号用配線４側に撓んで変形し、信号用配線４に接近する。駆動力が除かれると、機能素子７は自身のばね特性による復元力により、信号用配線４から離反する方向に向かって変形し、所定の離間距離を有する元の位置に戻る。このように、機能素子７は、機能素子７と信号用配線４との離間距離（ギャップ）の変化により可変電気容量やスイッチ等として機能する。

第１封止体８は、機能素子７から離間して機能素子７の動作を妨げず、その機能素子７を覆うように基板２上に設けられている。この第１封止体８は、基板２との間に形成される内部空間Ｎ１に連通する複数の開口部８ａを有している（図２参照）。これらの開口部８ａは、例えば、基板２に対向する領域Ｒ内における機能素子７に対向する対向領域Ｒａ以外の領域Ｒｂにそれぞれ設けられている。各開口部８ａは、電気部品１Ａの製造工程で用いる犠牲層除去用のエッチング材を導入するための貫通孔である。このような開口部８ａは、機能素子７に沿って領域Ｒｂ内に例えば２０個設けられている。なお、各開口部８ａは、例えば円形状にそれぞれ形成されている。

第２封止体９は、各開口部８ａを閉口するように第１封止体８上に設けられている。これにより、第１封止体８の内部空間Ｎ１は完全に封止される。この内部空間Ｎ１は、基板２の表面（絶縁層３の表面）と第１封止体８の内面とにより形成された空間である。なお、第２封止体９により各開口部８ａを閉口する際には、第２封止体９の形成用材料（封止材料）が開口部８ａからその真下に堆積するが、領域Ｒｂに各開口部８ａを位置付けることによって、第２封止体９の形成用材料が機能素子７上に堆積することを防止することができる。

このような第１封止体８及び第２封止体９は、その中空の内部空間Ｎ１に機能素子７を封止して機能素子７を動作可能に保護する封止構造体として機能する。なお、第１封止体８及び第２封止体９は、製造コストの低減及び小型化を目的として、例えば成膜方法（成膜プロセス）により薄膜として形成される。

図３に示すように、第１封止体８の壁（壁面）Ｈ１は、各開口部８ａと対向領域Ｒａとの各々の離間距離Ｌ１が維持され、内部空間Ｎ１が狭くなる方向に変形されている。すなわち、第１封止体８の壁Ｈ１は、第１封止体８の長辺方向（長手方向）に複数のくびれ部Ｋ１を有している。したがって、第１封止体８の壁面は、例えばうねりを有するうねり面（波面）となる。換言すれば、第１封止体８と基板２との境界線（壁Ｈ１と基板２との境界線）は、内部空間Ｎ１が狭くなる方向に湾曲して形成されている。これにより、第１封止体８の壁Ｈ１は内部空間Ｎ１が狭くなる方向に変形することになる。

くびれ部Ｋ１は、各開口部８ａと対向領域Ｒａとの各々の離間距離Ｌ１を維持しつつ、第１封止体８に形成されている。離間距離Ｌ１は、第２封止体９の形成用材料が機能素子７上に堆積しない距離に設定されている。この距離が短い方が第１封止体８の内部空間Ｎ１を狭くすることが可能になるので好ましい。なお、第２封止体９は第１封止体８を覆っており、第２封止体９の壁も第１封止体８の壁Ｈ１の形状にならって同様の形状となる。

なお、第１封止体８の平面形状において、第１封止体８の長辺は、角部がなく波状のうねりを有する曲線となっている。第１封止体８の短辺は、長方形の角を無くすように半円形状となっている。くびれ部Ｋ１は、第１正円Ｃ１と第２正円Ｃ２とを外接させて表される曲線形状となる。ここで、図３に示す一点鎖線Ｂ１は、比較例として、平面形状が長方形である場合の第１封止体を示す。

次に、電気部品１Ａの製造方法について図４乃至図７を参照して説明する。

電気部品１Ａの製造工程（製造プロセス）は、基板２を準備する工程と、図４に示すように、その基板２上に絶縁層３、信号用配線４及び一対の導体５、６を形成し、さらに、機能素子７を形成するための第１犠牲層１１を形成する工程と、図５に示すように、その第１犠牲層１１上に機能素子７を形成し、第１犠牲層１１上に機能素子７を介して第２犠牲層１２を形成する工程と、図６に示すように、第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２を覆うように第１封止体８を形成する工程と、その形成後、図７に示すように、第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２を除去する工程と、その除去後、第１封止体８を覆うようにその第１封止体８上に第２封止体９を形成する工程とを有している。これらの工程が行われ、図１及び図２に示すような電気部品１Ａが完成する。

最初に、準備する工程では、基板２を準備する。この基板２としては、例えば、シリコン基板を用いる。なお、他に、基板２としては、絶縁性基板や半導体基板を用いることが可能であり、例えば、ガラス基板やサファイア基板等を用いることができる。

次の工程では、図４に示すように、基板２上の全面に絶縁層３を形成し、その絶縁層３上に信号用配線４及び一対の導体５、６を形成し、その後、絶縁層３上に信号用配線４及び一対の導体５、６を介して、機能素子７を形成するための第１犠牲層１１を形成する。なお、信号用配線４及び一対の導体５、６は、例えば、Ａｕ等の材料により絶縁層３上の全面に導電層を形成し、その導電層上にパターニング用のフォトレジスト膜を形成し、その後、エッチングを行う形成処理によって形成される。この形成処理と同様の処理を用いて、アルミニウム等の材料により第１犠牲層１１も形成される。

次の工程では、図５に示すように、第１犠牲層１１上に機能素子７を形成し、その第１犠牲層１１上に機能素子７を介して第２犠牲層１２を形成する。なお、機能素子７は、例えば、ＴｉＮやＡｌ等の材料により基板２上の全面に金属層を形成し、その金属層上にパターニング用のフォトレジスト膜を形成し、その後、エッチングを行う形成処理によって形成される。この形成処理と同様の処理を用いて、アルミニウム等の材料により第２犠牲層１２も形成される。

次の工程では、図６に示すように、第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２の外面上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長法）やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理的蒸着法）等により第１封止体８を薄膜として形成し、その第１封止体８に各開口部８ａを形成する。なお、各開口部８ａは、第１封止体８の成膜中もしくは成膜後に形成される。このような工程において、ＣＶＤにより封止を行った場合には、内部空間（中空部）Ｎ１の圧力は成膜時の雰囲気圧である１乃至１００Ｐａ程度の真空圧となり、スパッタにより封止を行った場合には、内部空間Ｎ１の圧力は成膜時の雰囲気圧である０．３Ｐａ程度になる。

次の工程では、図７に示すように、犠牲層除去用のエッチング材を各開口部８ａから導入して第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２を除去する。なお、エッチング材としては、例えば酸エッチング液等を用いる。その後、第１封止体８上にＣＶＤやＰＶＤ等により第２封止体９を薄膜として形成する。このとき、第１封止体８の各開口部８ａは第２封止体９により閉口される。これにより、図１及び図２に示すような電気部品１Ａが完成する。

このような製造工程では、第１封止体の壁Ｈ１は、各開口部８ａと対向領域Ｒａとの各々の離間距離Ｌ１が維持され、内部空間（中空部）Ｎ１が狭くなる方向に変形されている。これにより、第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２の体積が小さくなるので、各犠牲層１１、１２を除去するためのプロセス時間を短縮することが可能になる。これにより、電気部品１Ａの製造時間を短縮することができ、加えて、その製造コストを抑えることができる。また、前述のように既存の半導体製造プロセスを使用して簡易に封止構造体を有する電気部品１Ａを製造することができる。

なお、減圧したチャンバー内で行うプロセスにより封止構造体を成膜する場合には、内部空間（中空部）Ｋ１が大気よりも低い気圧となる。このため大気と中空部の圧力差が封止構造体（封止膜）に負荷として生じる。機能素子７よりも封止構造体を大きくすると、この影響が著しくなり、場合によっては封止構造体が大きな変形を伴って機能素子７と接触し、もしくは破断する。これを防止するため、封止構造体にくびれ部Ｋ１を設けることによって、機能素子７は剛性の高い封止構造体により封止されるので、開口部８ａを有しかつ比較的薄い構造体であっても、大気との圧力差による変形を抑制することができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、第１封止体８と基板２との境界線は、基板２の表面と第１封止体８の内面とにより形成された内部空間Ｎ１が狭くなる方向に湾曲して形成されており、第１封止体の壁（壁面）Ｈ１は内部空間Ｎ１が狭くなる方向に変形することから、第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２の体積が小さくなる。これにより、各犠牲層１１、１２を除去するためのプロセス時間を短縮することが可能になるので、電気部品１Ａの製造時間を短縮することができ、さらに、製造コストを低減させることができる。

加えて、第１封止体８の壁Ｈ１は、第１封止体８の長手方向（長辺方向）に少なくとも１つのくびれ部Ｋ１を有していることから、変形強度を向上させることができ、さらに、くびれ部Ｋ１の数を増加させることによって、変位量をより抑えることが可能になるので、変形強度をさらに向上させることができる。その結果、製造プロセス中等に発生する第１封止体８（封止構造体）への亀裂や破断等の不良を回避することが可能になるので、電気部品１Ａを安定して製造することができる。特に、第１封止体８の壁Ｈ１がうねるように形成されていることから、第１犠牲層１１及び第２犠牲層１２の体積を小さくし、各犠牲層１１、１２を除去するためのプロセス時間を確実に短縮することができる。

ここで、第１封止体８の壁Ｈ１の形状の変形例について図８乃至図１２を参照して説明する。なお、図８乃至図１１に示す一点鎖線Ｂ１は、比較例として、平面形状が長方形である場合の第１封止体を示す。

図８に示すように、変形例１の第１封止体８では、第１封止体８の平面形状において、第１封止体８の長辺は、角部がなく波状のうねり、すなわち正弦波形状を有する曲線となっている。第１封止体８の短辺は、長方形の角を無くすように半円形状となっている。なお、長辺方向に並ぶ各開口部８ａは、第１封止体８の正弦波形状に合わせて長辺方向にスライド移動させて設けられている。

図９に示すように、変形例２の第１封止体８では、図３及び図８に比べ、開口部８ａの数が２０個から１４個に減少しており、長辺方向のくびれ部Ｋ１の数が３個から６個に増加しており、第１封止体８の短辺方向にもくびれ部Ｋ１が１個設けられている。第１封止体８の平面形状において、第１封止体８の長辺は、角部がなく波状のうねり（図３及び図８に比べうねりが多い）を有する曲線となっている。第１封止体８の短辺も、角部がなく波状のうねりを有する曲線となっている。また、くびれ部Ｋ１は、図３に比べ径が小さい第３正円Ｃ３と第４正円Ｃ４とを外接させて表される曲線形状となる。なお、長辺方向に並ぶ各開口部８ａ及び短辺方向に並ぶ各開口部８ａは、第１封止体８の正弦波形状に合わせて長辺方向にスライド移動させて設けられている。この変形例２では、湾曲形状の曲率を小さくすることで、くびれ部Ｋ１の数が３個から６個に増加しているので、図３及び図８に比べ、たわみ等の変形を低減する低減効果が大きくなる。なお、図３、図８及び図９では、湾曲する曲線の振幅は同じである。

図１０に示すように、変形例３の第１封止体８では、図３及び図８に比べ、開口部８ａの数が２０個から１０個に減少しており、くびれ部Ｋ１の数が３個から４個に増加しており、各くびれ部Ｋ１は、機能素子７側にその動作を妨げないように可能な限り大きくくびれている。これにより、各開口部８ａは第１封止体８の突出部に設けられているような状態となる。また、くびれ部Ｋ１は、同じ径の第５正円Ｃ５と第６正円Ｃ６とを外接させて表される曲線と直線とからなる形状となる。この変形例３では、図３、図８及び図９に比べ、くびれ部Ｋ１の範囲が広いので、たわみ等の変形を低減する低減効果がより大きくなり、さらに、第１封止体８の内部空間Ｎ１が狭くなるので、犠牲層１１、１２を除去するプロセス時間を短縮することができる。

図１１に示すように、変形例４の第１封止体８では、図１０に比べ、開口部８ａの数が１０個から１２個に増加しており、くびれ部Ｋ１の数が４個から５個に増加しており、各くびれ部Ｋ１は、機能素子７側にその動作を妨げないように可能な限り大きくくびれている。これにより、図１０と同様に、各開口部８ａは第１封止体８の突出部に設けられているような状態となる。さらに、各くびれ部Ｋ１は、第１封止体８の長辺方向に所定ピッチＰ１だけスライド移動させて各突出部と対向する位置に設けられている。これにより、各くびれ部Ｋ１は機能素子７の長手方向中心に対して非対称な位置に配置されている。この変形例４では、図３、図８及び図９に比べ、たわみ等の変形を低減する低減効果がより大きくなり、さらに、第１封止体８の内部空間Ｎ１が狭くなるので、犠牲層１１、１２を除去するプロセス時間を短縮することができる。加えて、図１２に示すように、電子部品１Ｂにおいて、機能素子７を並列に設け、各機能素子７をそれぞれ第１封止体８及び第２封止体９（封止構造体）により封止した場合には、一方のくびれ部Ｋ１と他方の突起部とが嵌合するように各封止構造体を設けることが可能になるので、機能素子７、すなわち封止構造体の搭載面積を小さくすることができ、その結果、電気部品１Ｂを小型化することができる。

ここで、くびれ部Ｋ１を有する封止構造体の変形特性をシミュレーションすると、図１３に示すような結果が得られる。図１３では、各形状の封止構造体でのたわみ量が示されている。すなわち、平面形状が長方形である場合の封止構造体（長方形：比較例）、長辺方向に３つのくびれ部Ｋ１を有する封止構造体（くびれ型Ａ：図３を参照）、及び、長辺方向に６つのくびれ部Ｋ１と短辺方向に１つのくびれ部Ｋ１とを有する封止構造体（くびれ型Ｂ：図９を参照）の各々のたわみ量が示されている。たわみ量は、真空封止により封止膜（封止構造体）の上面が中空部の方向へ変形した量である。なお、図１３では、平面形状が長方形である場合の封止構造体のたわみ量を１としている。シミュレーションは、各封止膜の中空部が真空であり、大気との圧力差が０．１ｋＰａ程度で封止膜の内壁に生じる状態で行われている。また、封止膜の材料、封止膜の厚さ及び封止高さは同じである。

このシミュレーションの結果、長辺方向に３つのくびれ部Ｋ１を有する封止構造体（くびれ型Ａ）、及び長辺方向に６つのくびれ部Ｋ１と短辺方向に１つのくびれ部Ｋ１とを有する封止構造体（くびれ型Ｂ）の各々のたわみ量は、０．６程度となり、平面形状が長方形である場合の封止構造体（長方形）に比べ、約４０％低減することがわかる。このようにくびれ部Ｋ１を設けることによって、変形強度を向上させることができる。さらに、くびれ部Ｋ１の数を増加させることによって、より変位量を抑えることが可能になるので、さらに変形強度を向上させることができる。

なお、ここでは、第１封止体８にくびれ部Ｋ１を設けているが、これに限るものではなく、例えば、第１封止体８にくびれ部Ｋ１の一方である凹部を設けるようにしてもよく、すなわち第１封止体８の壁の一辺だけがうねるように形成されてもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図１４乃至図１８を参照して説明する。

本発明の第２の実施の形態は第１の実施の形態と基本的に同様である。したがって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。

図１４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る電気部品１Ｃでは、第１封止体８はその平面形状が長方形状に形成されており、各開口部８ａは、それらの開口部８ａと対向領域Ｒａとの各々の離間距離Ｌ１（図３参照）が維持され、それぞれ第１封止体８の外周辺に沿うように細長く、すなわち第１封止体８と基板２との境界線又は境界線の接線に沿って細長い開口形状、例えばスリット形状に形成されている。なお、開口部８ａは、その長手方向が第１封止体８の外周辺に対して略平行になるように、すなわち第１封止体８の外周辺（外形）を表す曲線の接線方向とスリットの長手方向とが平行となるように設けられている。換言すれば、スリットは、第１封止体８の壁Ｈ１と基板２との境界線又はその境界線の接線と並行しかつ互いに異なる距離に配置された２つの相似あるいは同一の線を境界線方向の所定の長さ単位で閉じて得られる環形状をなしている。

図１５に示すように、例えば、スリット形状の開口部８ａの短手方向の幅は、正円Ｂ２（図１５中の一点鎖線）の直径ｒの１／２であるｒ／２であり、その長手方向の幅は正円Ｂ２の直径ｒの２倍である２ｒである。なお、図１５に示す正円Ｂ２は、開口部８ａが円形状である場合の第１封止体比較例である。このとき、開口部８ａの開口面積と正円Ｂ２の面積とは略同じである。

次に、各開口部８ａを閉口する工程（プロセス）について図１６乃至図１８を参照して説明する。この工程では、各開口部８ａは第２封止体９により略同時に閉口される。

第２封止体９により各開口部８ａを閉口する工程では、図１６に示すように、第２封止体９を生成するための膜材９ａが例えばＣＶＤにより第１封止体８上に蒸着される。このとき、膜材９ａは、図１７に示すように、第１封止体８の表面及び開口部８ａの内壁にほぼ等速に堆積していき、第２封止体９の厚さｔ１が徐々に増加していく。最終的に、図１８に示すように、第２封止体９の厚さｔ１がｒ／４（短手方向の幅ｒ／２の半分）以上になり、開口部８ａが完全に閉じられる。すなわち、開口部８ａを完全に閉口するためには、第２封止体９の厚さｔ１を開口部８ａの短手方向の幅ｒ／２の半分以上にする必要がある。なお、スリット形状の開口部８ａの長辺と短辺の長さの比を表すアスペクト比は４：１以上に設定されている。

ここで、犠牲層１１、１２を除去するプロセス時間を短縮するためには、開口部８ａを大きくし、犠牲層除去用のエッチング材を多量に導入することによって、エッチング速度を向上させることが可能である。ところが、開口部８ａを単純に大きくすると、その開口部８ａを閉口するプロセスにおいて、開口部８ａの直径（開口距離）の半分以上の厚さに第２封止体９を成膜する必要があり、開口部８ａを閉口するプロセス時間（処理時間）が長くなってしまう。

したがって、開口部８ａを長細い形状であるスリット形状にすることによって、同面積の他の形状の開口部、例えば正円形状の開口部に比べ、開口部８ａの開口距離が狭くなり、開口部８ａを閉口するために必要となる第２封止体９の厚さｔ１が薄くなる。これにより、開口部８ａを閉口するプロセス時間を短縮することが可能になる。また、開口部８ａの開口面積、すなわち犠牲層除去用のエッチング材の導入量を変更することなく、開口部８ａを閉口するプロセス時間を短縮することが可能であるので、犠牲層１１、１２を除去するプロセス時間の延長も防止することができる。このように、スリット形状の開口部８ａを適用することによって製造プロセスの短縮を実現することができる。さらに、開口部８ａを閉口するプロセス時間を延長することなく、開口部８ａを長手方向に伸ばして開口面積を広げることが可能になるので、犠牲層１１、１２を除去するプロセス時間を短縮することができる。

また、犠牲層１１、１２の材料として、有機材料のような比較的熱膨張が大きい材料を使用した場合には、犠牲層１２とその上に形成した第１封止体８との熱膨張差により、第１封止体８への開口処理後及び犠牲層除去中において第１封止体８の開口部８ａの近傍に応力が集中する。この応力は、開口部８ａに近接する第１封止体８の外形と平行な方向への引張特性となる。この場合でも、開口部８ａを長細い形状、例えばスリット形状にし、応力の引張方向と平行にスリットの長手方向が位置することによって、応力の集中を抑えることが可能になるので、前述の製造プロセス中に生じる第１封止体８の応力特性を良好にすることもできる。これにより、製造プロセス中に発生する第１封止体８への亀裂や破断等の不良を回避することが可能になるので、電気部品１Ｃを安定して製造することができる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、各開口部８ａがそれぞれ第１封止体８の外周辺に沿うように細長く、すなわち第１封止体８と基板２との境界線又は境界線の接線に沿って細長い開口形状となるように形成されていることから、同面積の他の形状の開口部、例えば正円形状の開口部に比べ、開口部８ａの開口距離が狭くなり、開口部８ａを閉口するために必要となる第２封止体９の厚さｔ１が薄くなる。これにより、開口部８ａを閉口するためのプロセス時間を短縮することが可能になるので、電気部品１Ｃの製造時間を短縮することができる。

特に、犠牲層除去用の開口部８ａをスリット形状、すなわち境界線又は接線と並行しかつ互いに異なる距離に配置された２つの相似あるいは同一の線を境界線方向の所定の長さ単位で閉じて得られる環形状とすることによって、同面積の他形状の開口部よりも閉口用のプロセス時間を確実に短縮することができる。例えば、正円型の開口部と同面積で、かつスリット短辺幅を正円径の半分とすることによって、閉口用のプロセス時間を半減することができる。また、各開口部の面積は同面積であり、犠牲層除去用のエッチング材の導入量を同程度にすることが可能であるので、エッチング時間をほとんど変化させずに犠牲層の除去を行うことができる。

さらに、スリット形状の開口部８ａの先端を丸みを帯びた形状とすることによって、第１封止体８への開口プロセス及びその後の犠牲層除去プロセスにおいて、開口部８ａの先端近傍に生じる応力を低減することができる。また、スリット形状の開口部８ａを第１封止体８の外形形状に平行に配置することによって、開口プロセス後から犠牲層除去プロセスでの応力集中を低減することができる。加えて、スリット形状の開口部８ａの長辺と短辺の長さの比を表すアスペクト比を４：１以上とすることによって、製造プロセス中におけるスリット近傍の応力低減効果を向上させることができる。これらにより、製造プロセス中に発生する第１封止体８への亀裂や破断等の不良を回避することが可能になるので、電気部品１Ｃを安定して製造することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について図１９乃至図２２を参照して説明する。

本発明の第３の実施の形態は第１の実施の形態と基本的に同様である。したがって、したがって、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第３の実施の形態においては、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。

図１９に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る電気部品１Ｄでは、第２の実施の形態に係る各開口部８ａが形成されている。すなわち、第１の実施の形態に係る第１封止体８の壁Ｈ１と第２の実施の形態に係る開口部８ａとが組み合わされている。なお、各開口部８ａの中心点と対向領域Ｒａとの各々の離間距離Ｌ１が維持されている。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらに、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。したがって、第１の実施の形態に係る第１封止体８の壁Ｈ１と第２の実施の形態に係る開口部８ａとの組み合わせを行うことによって、開口部８ａを閉口するプロセス時間を短縮し、加えて、各犠牲層１１、１２を除去するプロセス時間を短縮することが可能になるので、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に比べ、電気部品１Ｄの製造時間をより短縮することができる。

ここで、くびれ部Ｋ１を有する封止構造体にスリット形状の開口部８ａを適用した場合における第１封止体８の開口処理後及び犠牲層除去中の応力特性をシミュレーションすると、図２０に示すような結果が得られる。図２０では、異なる形状の開口部を有する各封止構造体での開口部近傍の応力比が示されており、白点が開口処理後であり、黒点が犠牲層除去中である。すなわち、開口部８ａが正円である場合の封止構造体（正円：図１参照）での最大主応力と、開口部８ａがスリット形状である場合の封止構造体（スリット：図１９を参照）での最大主応力との応力比が示されている。なお、開口部８ａが正円である場合の封止構造体での開口処理後及び犠牲層除去中の応力を１としている。また、スリット形状の開口部８ａは、先端が半円で、かつ開口部８ａの長辺が２ｒで短辺がｒ／２でありアスペクト比が４：１となるスリット形状である。さらに、開口部８ａは近接する第一封止体の外周辺（外形）を表す曲線の接線方向とスリットの長手方向とが平行となるように配置させている。

シミュレーションは、各封止膜の内部空間（中空部）Ｎ１が真空であり、大気との圧力差が０．１ｋＰａ程度で封止膜の内壁に生じる状態で行われている。また、各形状において、封止膜の材料、封止膜の厚さ及び封止高さは同じである。犠牲層１１、１２の材料の線膨張係数としては、第１封止体８よりも１０倍程度大きい有機材料が想定されている。

このシミュレーションの結果、開口部８ａがスリット形状である場合の封止構造体（スリット）での応力は、開口部８ａが正円である場合の封止構造体（正円）での応力に比べ、２０％以上低減することがわかる。このように開口部８ａの形状をアスペクト比４：１のスリット形状とし、かつ開口部８ａに近接する第１封止体８の外形を表す曲線の接線方向とスリットの長手方向とが閉口となるように開口部８ａを配置することによって、製造プロセス中の応力を抑制することが可能になるので、製造歩留まりを向上させることができる。

最後に、第１封止体８の壁Ｈ１の形状の変形例について図２１及び図２２を参照して説明する。なお、図２１及び図２２に示す一点鎖線Ｂ１は、比較例として、平面形状が長方形である場合の第１封止体を示す。

図２１に示すように、変形例５の第１封止体８では、くびれ部Ｋ１を形成している壁Ｈ１の湾曲形状は、図１９に示す連続的な曲線ではなく、線分の複合体となっている。すなわち、第１封止体８の平面形状において、第１封止体８の長辺は線分の複合体となっており、第１封止体８の短辺も線分の複合体となり、長方形の角部を切り落としたような形状となっている。さらに、各開口部８ａは、それぞれ長方形状に形成されている。

図２２に示すように、変形例６の第１封止体８では、図２１に比べ、長辺方向のくびれ部Ｋ１の数が１個から３個に増加している。この変形例６では、図２１に比べ、くびれ部Ｋ１の数が１個から３個に増加しているので、たわみ等の変形を低減する低減効果が大きくなる。

このように図２１及び図２２に示すように、くびれ部Ｋ１を形成している壁Ｈ１の湾曲形状（境界線）は、線分の複合体でもよく、図３、図８及び図９に示すように、連続的な曲線でもよく、図１０及び図１１に示すように、曲線と線分との組み合わせでもよい。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、前述の実施の形態においては、機能素子７として可動片を用いているが、これに限るものではない。

また、前述の実施の形態においては、機能素子７の両端を一対の導体５、６に固定し、両持の梁構造により基板２上に設けているが、これに限るものではなく、例えば、機能素子７の一端だけを一対の導体５、６のどちらか一方に固定し、片持の梁構造により基板２上に設けるようにしてもよい。

最後に、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態に係る電気部品の概略構成を示す平面図である。図１のＡ１−Ａ１断面図である。図１に示す電気部品が備える第１封止体を示す平面図である。図１及び図２に示す電気部品の製造方法を説明するための第１の工程断面図である。第２の工程断面図である。第３の工程断面図である。第４の工程断面図である。変形例１の第１封止体を示す平面図である。変形例２の第１封止体を示す平面図である。変形例３の第１封止体を示す平面図である。変形例４の第１封止体を示す平面図である。図１１に示す第１封止体を複数備える電気部品の概略構成を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態に係る封止構造体の変形特性のシミュレーション結果を説明するための説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る電気部品の概略構成を示す平面図である。図１４に示す電気部品が備える第１封止体の開口部の大きさを説明するための説明図である。開口部が閉口される過程を説明するための第１の工程図である。第２の工程図である。第３の工程図である。本発明の第３の実施の形態に係る電気部品の概略構成を示す平面図である。本発明の第３の実施の形態に係る封止構造体の応力特性のシミュレーション結果を説明するための説明図である。変形例５の第１封止体を示す平面図である。変形例６の第１封止体を示す平面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ…電気部品、２…基板、７…機能素子、８…第１封止体、８ａ…開口部、９…第２封止体、Ｈ１…壁、Ｋ１…くびれ部、Ｎ１…内部空間

Claims

基板と、
前記基板上に設けられて動作する機能素子と、
前記機能素子と離間しかつ前記機能素子を覆うように前記基板上に設けられ、前記基板との間に形成される内部空間に連通する複数の開口部を有する第１封止体と、
前記複数の開口部を閉口するように前記第１封止体上に設けられた第２封止体と、
を備え、
前記第１封止体と前記基板との境界線は、前記内部空間が狭くなる方向に湾曲して形成されていることを特徴とする電気部品。
前記第１封止体の壁は、前記第１封止体の長手方向に少なくとも１つのくびれ部を有していることを特徴とする請求項１記載の電気部品。
前記第１封止体の壁は、前記第１封止体の長手方向にうねるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気部品。