JP5720485B2 - 電子部品 - Google Patents

Description

本発明は電子部品に関し、具体的には、静電アクチュエータと当該アクチュエータ駆動用の駆動集積回路とが一体化されたスイッチなどの電子部品に関する。

静電力を利用して接点を開閉するＭＥＭＳスイッチとしては、図１に示すものがある（特許文献１）。このＭＥＭＳスイッチは、アクチュエータ２２と駆動用ＩＣ２３とからなる。アクチュエータ２２は、内部に空洞１１が形成された構造部材１２、１３、１４を備え、構造部材１２（配線基板）の空洞１１に面する面に、互いに離間した２つの信号用接点１５ａ、１５ｂが設けられている。空洞１１内には、いずれの構造部材１２、１３、１４とも機械的に連結されていない可動部材１６を納めている。可動部材１６の、信号用接点１５ａ、１５ｂと対向する面には、金属層１７を設けている。

また、構造部材１２の上面には、静電力により可動部材１６を駆動する駆動電極１８ａ、１８ｂが設けられている。同様に、構造部材１４にも、静電力により可動部材１６を駆動する駆動電極１９ａ、１９ｂが設けられている。

駆動用ＩＣ２３は、切替器２０と駆動用電源２１からなる。各一方の駆動電極１８ａ、１９ａは、切替器２０を介して駆動用電源２１に接続されており、各他方の駆動電極１８ｂ、１９ｂは接地されている。

このＭＥＭＳスイッチでは、切替器２０を切り換えて、駆動用電源２１からの電圧を駆動電極１８ａに印加すると、金属層１７と駆動電極１８ａ、１８ｂとの間に発生する静電吸引力によって可動部材１６が駆動電極１８ａ、１８ｂに吸着される。その結果、信号用接点１５ａ、１５ｂは金属層１７によって導通しスイッチがＯＮになる。反対に、切替器２０を切り換えて、駆動用電源２１からの電圧を駆動電極１９ａに印加すると、金属層１７と駆動電極１９ａ、１９ｂとの間に発生する静電吸引力によって可動部材１６が構造部材１４に吸着される。その結果、金属層１７が信号用接点１５ａ、１５ｂから離れてスイッチがＯＦＦになる。

しかし、このようなＭＥＭＳスイッチでは、駆動用電源２１と切替器２０（駆動用ＩＣ２３）は、構造部材１２、１３、１４をパッケージとして構成されたアクチュエータ２２とは別部品となっている。よって、駆動用ＩＣ２３がアクチュエータ２２とは別個に実装されることになり、ＭＥＭＳスイッチの実装面積が大きくなり、実装工数も増える。また、アクチュエータ２２と駆動用ＩＣ２３が別部品となっているので、アクチュエータ２２と駆動用ＩＣ２３を結ぶ配線でノイズを受信しやすくなり、ノイズの影響が大きくなる。

また、特許文献２に開示された半導体装置では、微小電子機械部品（ＭＥＭＳチップ）と電子部品（駆動用ＩＣ）とを同一基板上に実装している。しかし、微小電子機械部品と電子部品を同一基板上に並べて実装しているので、実装面積が大きくなり、また実装工数も多くなる。

特開２０１１−７０９５０号公報（図１、図２） 特開２００８−１３５５９４号公報

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、静電アクチュエータと当該静電アクチュエータを駆動するための駆動集積回路を縦方向に集積することによって実装面積を小さくした電子部品を提供することにある。

本発明にかかる第１の電子部品は、静電アクチュエータを設けた第１部材、前記静電アクチュエータを駆動するための駆動集積回路を設けた第２部材、前記第１部材の静電アクチュエータを設けた面と前記第２部材の前記駆動集積回路を設けた面を互いに向かい合わせた状態で前記第１部材と前記第２部材を接合する接合部、前記第１部材と前記第２部材と前記接合部によって構成された、前記静電アクチュエータ及び前記駆動集積回路を気密的に封止するための空隙部、前記第１部材と前記第２部材のうち少なくとも一方に設けた信号伝送用の線路、及び、前記静電アクチュエータの動作により、前記線路に設けた接点間を開閉する可動接点を備え、前記駆動集積回路と前記線路を隔てて前記駆動集積回路と前記線路の間に接地層が設けられていることを特徴とするものである。
本発明にかかる第２の電子部品は、静電アクチュエータを設けた第１部材、前記静電アクチュエータを駆動するための駆動集積回路を設けた第２部材、前記第１部材の静電アクチュエータを設けた面と前記第２部材の前記駆動集積回路を設けた面を互いに向かい合わせた状態で前記第１部材と前記第２部材を接合する接合部、及び、前記第１部材と前記第２部材と前記接合部によって構成された、前記静電アクチュエータ及び前記駆動集積回路を納めるための空隙部を備え、前記第１部材の、前記第２部材と向かい合う面に凹部を形成し、前記凹部の外側に位置し、かつ、前記第２部材と向かい合う前記第１部材の面を含む仮想平面よりも前記第２部材側へ飛び出ないようにして、前記凹部内に前記静電アクチュエータを設けたことを特徴とするものである。

本発明の第１及び第２の電子部品にあっては、静電アクチュエータを設けた第１部材と駆動集積回路を設けた第２部材とを互いに向かい合わせた状態で両部材を接合部により接合させているので、駆動集積回路と静電アクチュエータを縦集積して一体化することができ、当該電子部品を小型化して実装面積を小さくすることができる。また、駆動集積回路と静電アクチュエータを一体化することで両者の配線長を短くでき、電子部品におけるノイズの影響を低減することができる。さらに、静電アクチュエータを設けた第１部材と駆動集積回路を設けた第２部材とを対向させて両部材を接合部で接合することによって電子部品を構成しているので、電子部品の製造が容易になる。
さらに、本発明の第１の電子部品にあっては、第１部材と第２部材のうち少なくとも一方に設けた信号伝送用の線路、及び、前記静電アクチュエータの動作により、前記線路に設けた接点間を開閉する可動接点を備えているので、静電アクチュエータによって可動接点を動かし、信号伝送用線路の接点間を開閉させることができる。従って、かかる実施態様の電子部品は、スイッチやリレーとして用いることができる。加えて、当該電子部品では、前記駆動集積回路と前記線路とを隔てて前記駆動集積回路と前記線路の間に接地層を設けているので、前記線路を伝送される信号が駆動集積回路の電気的な影響を受けにくくなり、高周波信号への影響を低減できる。
また、本発明の第２の電子部品にあっては、前記第１部材の、前記第２部材と向かい合う面に凹部を形成し、前記凹部の外側に位置し、かつ、前記第２部材と向かい合う前記第１部材の面を含む仮想平面よりも前記第２部材側へ飛び出ないようにして、前記凹部内に前記静電アクチュエータを設けているので、静電アクチュエータを第２部材から遠ざけることができ、特に第２部材に設けられたコンデンサから遠ざけることができ、静電アクチュエータが第２部材（特に、コンデンサ）から電気的な影響をより受けにくくなる。

本発明にかかる第１及び第２の電子部品のある実施態様においては、前記駆動集積回路がコンデンサを備え、前記コンデンサは、前記コンデンサに発生する電界の向きと前記静電アクチュエータを駆動するための電界の向きとが交差するように配置されている。かかる実施態様では、コンデンサによってコンデンサ外部に生じる電界と静電アクチュエータを駆動する電界の方向が平行にならないので、コンデンサの電界によって静電アクチュエータが影響を受けにくくなり、静電アクチュエータの動作をより安定させることが可能になる。

特に、前記コンデンサに発生する電界の向きと前記静電アクチュエータを駆動するための電界の向きとが直交するようにすれば、コンデンサの電界によって静電アクチュエータが影響をより受けにくくなり、静電アクチュエータの動作が安定する。

また、前記コンデンサは、前記静電アクチュエータよりも大きな静電容量を有していることが望ましい。かかる実施態様では、コンデンサが静電アクチュエータよりも大きな静電容量を有しているので、あらかじめ、電荷を蓄えておくことで、昇圧に掛かる時間と関係なく、素早く静電アクチュエータを駆動することができる。

本発明にかかる第１及び第２の電子部品の別な実施態様においては、前記駆動集積回路が、入力電圧を昇圧して前記静電アクチュエータに印加するＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいる。かかる実施態様によれば、携帯用機器においてバッテリーの電圧を昇圧して静電アクチュエータを駆動することができ、携帯用機器への適用に望ましい。特に、前記駆動集積回路は、チャージポンプとコンデンサにより構成することが望ましい。

本発明にかかる第１及び第２の電子部品のさらに別な実施態様においては、前記静電アクチュエータ及び前記駆動集積回路が、前記空隙部内に気密的に封止されている。かかる実施態様では、静電アクチュエータと駆動集積回路が、第１部材、第２部材及び接合部によって囲まれた空隙部内に気密的に封止されているので、電子部品の耐久性と耐候性が向上する。

本発明にかかる第１の電子部品のさらに別な実施態様においては、前記静電アクチュエータ、前記駆動集積回路及び前記線路が、前記空隙部内に気密的に封止されている。かかる実施態様では、静電アクチュエータと駆動集積回路と信号伝送用の線路が、第１部材、第２部材及び接合部によって構成された空隙部内に気密的に封止されているので、電子部品の耐久性と耐候性が向上する。特に、空隙部内から酸素や硫黄などを排除しておけば、線路に設けた接点や可動接点の性能変動が起こりにくくなる。

本発明にかかる第１の電子部品のさらに別な実施態様においては、前記駆動集積回路が、前記線路と向かい合う領域から外れた領域に設けられている。かかる実施態様によれば、前記線路を伝送される信号が駆動集積回路の電気的な影響を受けにくくなり、高周波信号への影響を低減できる。

本発明にかかる第１及び第２の電子部品のさらに別な実施態様においては、前記駆動集積回路が、サージ電流をグランドに逃がすための回路を備えている。かかる実施態様によれば、静電アクチュエータがサージ電流によって損傷するのを防止できる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

従来例のＭＥＭＳスイッチの構造を説明する断面図である。 本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチの構造を模式的に表した断面図である。 本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチの構造を模式的に表した別な断面における概略断面図である。 本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチに用いる第１部材の平面図である。 本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチに用いる第２部材の下面図である。 図４に示した第１部材に形成された一方の静電アクチュエータを示す平面図である。 図４に示した第１部材に形成された一方の静電アクチュエータを示す概略断面図である。 本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチの駆動用ＩＣに用いられているチャージポンプの回路図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、接合部分又は接続部分の金属共晶結合を説明する図である。 本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチの変形例を模式的に表した断面図である。 （Ａ）−（Ｃ）は、本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを構成する第１部材の製造工程を示す概略断面図である。 （Ａ）−（Ｃ）は、本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを構成する第１部材の製造工程を示す概略断面図であって、図１１（Ｃ）に続く工程を示す。 （Ａ）−（Ｃ）は、本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを構成する第１部材の製造工程を示す概略断面図であって、図１２（Ｃ）に続く工程を示す。 （Ａ）−（Ｃ）は、本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを構成する第２部材の製造工程を示す概略断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１部材と第２部材を集積して本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを作製する工程を示す概略断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１部材と第２部材を集積して本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを作製する工程を示す概略断面図であって、図１７（Ｂ）に続く工程を示す。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１部材と第２部材を集積して本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを作製する工程を示す概略断面図であって、図１８（Ｂ）に続く工程を示す。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１部材と第２部材を集積して本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを作製する工程を示す概略断面図であって、図１９（Ｂ）に続く工程を示す。 第１部材と第２部材を集積して本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチを作製する工程を経て作製されたＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。 本発明の実施形態２によるＭＥＭＳスイッチを表した概略断面図である。 本発明の実施形態３によるＭＥＭＳスイッチを表した概略断面図である。 本発明の実施形態４によるＭＥＭＳスイッチを表した概略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

（実施形態１の構造）
以下、主として図２−図５を参照して本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチ（ＲＦリレー）の構造を説明する。図２は本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチの概略断面図であって、２つの静電アクチュエータを通過する断面を表す。図３は本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチの概略断面図であって、駆動用ＩＣ（駆動集積回路）とマイクロストリップラインのパッド部を通過する断面を表す。図４は本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチに用いる第１基板の平面図である。図５は、本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチに用いる第２部材の下面図である。なお、本明細書においては、第１部材（ベース基板）又は第２部材（カバー基板）に垂直で、第１部材から第２部材に向かう方向を上といい、第２部材から第１部材に向かう方向を下というものとする。

図２及び図３に示すように、空隙部３４を挟んで第１部材３２と第２部材３３を対向させ、接合部によって第１部材３２と第２部材３３の外周部どうしを接合してＭＥＭＳスイッチ３１を構成している。すなわち、第１部材３２の上面外周部に設けた環状の接合部３５と第２部材３３の下面外周部に設けた環状の接合部３６を接合している。ＭＥＭＳスイッチ３１の空隙部３４は、上下を第２部材３３と第１部材３２に挟まれ、周囲を接合部３５、３６で囲まれていて、気密的に封止されている。

第１部材３２は、図４に示すような構造となっている。ベース基板４１、たとえばＳｉ基板の上面には凹部４２が形成されており、凹部４２内の中央部に信号伝送用の３本のマイクロストリップライン（配線パターン部）を設けている。マイクロストリップラインは、第１線路４３、第２線路４４及び第３線路４５によって構成される。第１−第３線路４３−４５は、ＳｉＮなどの絶縁層４８（誘電体層）の上に金属配線４９を形成することによって構成されている（図３参照）。

第１線路４３の先端は第１接点４３ａとなっており、他端にはパッド部４３ｂが設けられている。第２線路４４の先端は第２接点４４ａとなっており、他端にはパッド部４４ｂが設けられている。第３線路４５の先端は共通接点４５ａとなっており、他端にはパッド部４５ｂが設けられている。第１接点４３ａと第２接点４４ａは近接して配置されており、第１線路４３の先端部と第２線路４４の先端部は平行に延びている。第３線路４５は、第１線路４３及び第２線路４４の先端部と平行に延びており、共通接点４５ａは第１接点４３ａ及び第２接点４４ａと対向する位置に設けられている。

凹部４２内において、マイクロストリップラインを設けた領域を挟んでその両側には、それぞれ静電アクチュエータ４６、４６を設けている。一方の静電アクチュエータ４６は、第１接点４３ａ及び共通接点４５ａと対向する位置に可動接点４７ａを備えている。この静電アクチュエータ４６は可動接点４７ａを平行移動させることにより、可動接点４７ａを第１接点４３ａと共通接点４５ａに同時に接触させて両接点４３ａ、４５ａ間を閉成する。あるいは、可動接点４７ａを第１接点４３ａ及び共通接点４５ａから離して両接点４３ａ、４５ａ間を開離させる。

同様に、他方の静電アクチュエータ４６は、第２接点４４ａ及び共通接点４５ａと対向する位置に可動接点４７ｂを備えている。この静電アクチュエータ４６は可動接点４７ｂを平行移動させることにより、可動接点４７ｂを第２接点４４ａと共通接点４５ａに同時に接触させて両接点４４ａ、４５ａ間を閉成する。あるいは、可動接点４７ｂを第２接点４４ａ及び共通接点４５ａから離して両接点４４ａ、４５ａ間を開離させる。

したがって、第１線路４３のパッド部４３ｂと第３線路４５のパッド部４５ｂに第１の主回路（図示せず）が接続されていれば、一方の静電アクチュエータ４６によって可動接点４７ａを駆動することによって第１の主回路を開閉できる。また、第２線路４４のパッド部４４ｂと第３線路４５のパッド部４５ｂに第２の主回路（図示せず）が接続されていれば、他方の静電アクチュエータ４６によって可動接点４７ｂを駆動することによって第２の主回路を開閉できる。

また、ベース基板４１の上面には、凹部４２を囲むようにして環状をした接合部３５を設けている。接合部３５は、金属材料によって形成されている。

上記静電アクチュエータ４６の構造を図６及び図７に示す。静電アクチュエータ４６の構造については、特願２０１０−０５５５５６や特願２０１０−０５３０５６に開示しているので、ここでは簡単に説明する。詳細については、必要であれば、特願２０１０−０５５５５６や特願２０１０−０５３０５６を参照することができる。

静電アクチュエータ４６は、固定電極部５１、可動電極部５２、可動バネ５３、バネ支持部５４からなる。図６、図７に示すように、ベース基板４１の上面には複数本の固定電極部５１を互いに平行に配置している。固定電極部５１は、両側面においてそれぞれ枝電極５７を一定ピッチ毎に、かつ左右対称に突設されている。固定電極部５１の下面は、絶縁膜５８、たとえばＳｉＯ_２を介してベース基板４１の上面に接続されている。また、固定電極部５１のほぼ中央部にはパッド部５９を設けてあり、パッド部５９の上面に電極パッド６０を有している。

可動電極部５２は、それぞれの固定電極部５１を囲むようにフレーム状に形成する。可動電極部５２には、固定電極部５１の各枝電極５７間へ突出するようにして櫛歯電極６１が設けられている。櫛歯電極６１は、各固定電極部５１を挟んで対称に形成されている。しかも、各櫛歯電極６１は、その櫛歯電極６１と隣接して可動接点４７ａ、４７ｂに近い側に位置する枝電極５７との距離が、当該櫛歯電極６１と隣接して可動接点４７ａ、４７ｂから遠い側に位置する枝電極５７との距離よりも短くなっている。ただし、櫛歯電極６１と枝電極５７は可動電極部５２が駆動されても接触しないように構成されている。

可動電極部５２はバネ支持部５４に支持された可動バネ５３によって保持されており、可動電極部５２は、ベース基板４１の上面から浮いた状態で水平に保持されている。バネ支持部５４は、絶縁膜６２を介してベース基板４１の上面に固定されている。

可動電極部５２の前端面からは接点支持部６３が突出しており、接点支持部６３の上に可動接点４７ａ又は４７ｂが設けられている。

後述のように固定電極部５１は第２部材３３を介してグランドに接続され、可動電極部５２には駆動用ＩＣの出力が接続される。駆動用ＩＣによって昇圧された直流電圧が可動電極部５２に印加されると、枝電極５７と櫛歯電極６１の間に発生する静電力によって可動電極部５２が平行移動し、可動接点４７ａが第１接点４３ａと共通接点４５ａに接触する（あるいは、可動接点４７ｂが第２接点４４ａと共通接点４５ａに接触する）。また、駆動用ＩＣの出力がオフになると、可動バネ５３の弾性復帰力によって可動電極部５２が後退し、可動接点４７ａが第１接点４３ａと共通接点４５ａから離間する（あるいは、可動接点４７ｂが第２接点４４ａと共通接点４５ａから離間する）。

第２部材３３は、図５に示すような下面の構造を有している。第２部材３３は、カバー基板７１、たとえばＳｉ基板の下面に駆動集積回路、すなわち駆動用ＩＣ７２を作製されており、その表面を保護膜７３によって覆われている。また、第２部材３３の下面の外周部には、金属材料からなる環状をした接合部３６を設けている。第２部材３３と第１部材３２は、第２部材３３の駆動用ＩＣ７２を形成した面と第１部材３２の静電アクチュエータ４６を形成した面を対向させるようにして、空隙部３４を挟んで重ねられる。そして、第２部材３３の接合部３６と第１部材３２の接合部３５を気密的に接合させている。この結果、静電アクチュエータ４６や駆動用ＩＣ７２は空隙部３４の内部に気密的に封止され、ＭＥＭＳスイッチ３１、すなわち静電アクチュエータ４６と駆動用ＩＣ７２の耐久性や耐腐食性、信頼性が向上する。

高周波域での特性を考えると、カバー基板７１は、絶縁体（ガラス）や抵抗率の高いＳｉ（たとえば抵抗率が５００Ω・ｃｍ以上のもの）で作製することが望ましい。また、この空隙部３４の内部を真空に保ったり、空隙部３４内の空気をＮ_２やＡｒ、ＳＦ_６などの不活性ガスで置換して空隙部３４内に不活性ガスを充填したり、空隙部３４内にＨ_２などの還元ガスを充填したりしてもよい。

駆動用ＩＣ７２は、バッテリーの電圧を昇圧して静電アクチュエータ４６に印加するための昇圧用ＤＣ−ＤＣコンバータである。一般にモバイル機器のバッテリー電圧は１〜３ボルトであるが、静電アクチュエータを駆動するためには、数十ボルトから１００ボルト程度のより高い電圧が望ましく、バッテリー電圧を駆動用ＩＣ７２で昇圧して静電アクチュエータ４６に印加している。駆動用ＩＣ７２には、チャージポンプが用いられている。

チャージポンプの基本回路（原理）を図８に示す。バッテリー電圧Ｖｂが入力されると、以下のような原理によって昇圧された電圧Ｖoutが静電アクチュエータ４６へ出力される。スイッチＳ１とＳ４がオンで、かつスイッチＳ２とＳ３がオフになったphase１では、図８において細線矢印で示すように電流が流れる。この電流はコンデンサCchgの電圧がバッテリー電圧Ｖｂに等しくなるまでコンデンサＣchgを充電する。つぎに、スイッチＳ１とＳ４がオフで、かつスイッチＳ２とＳ３がオンになったphase２では、図８において太線矢印で示すように電流が流れる。この結果、コンデンサＣoutは、入力のバッテリー電圧とコンデンサＣchgの電圧が加わった電圧によって充電され、コンデンサＣoutの電圧はバッテリー電圧Ｖｂの２倍になる。そして，Phase１に戻ると、コンデンサＣchgが充電される一方で、コンデンサＣoutは出力Ｖoutへ放電する。このようにスイッチＳ１−Ｓ４をphase１とphase２に交互に切り換えることにより、出力Ｖoutからはバッテリー電圧Ｖｂの２倍の電圧が出力される。さらに、図８のようなチャージポンプを複数段に縦続接続することにより、一層大きな倍率の出力電圧を得ることができる。なお、実際には、チャージポンプは、図８のように機械的なスイッチＳ１−Ｓ４を用いず、オペアンプやダイオードを用いて上記のような動作を実現される。

駆動用ＩＣ７２は、上記のようなチャージポンプを複数段に縦続接続したチャージポンプ回路７４と、チャージポンプ回路７４で昇圧された電荷を蓄えておくコンデンサ７５とからなる。コンデンサ７５は、金属材料又は導電材料によって作製されていて図５に拡大して示すような断面を有している。すなわち、コンデンサ７５は多数の単位コンデンサ７５ａによって構成されている。１個の単位コンデンサ７５ａは、平面視で見たとき、１辺が２０−３０μｍ程度のサイズで構成されている。

カバー基板７１内には、第１導電層７８と第２導電層７７が上下に対向させて平行に形成されている。さらに、第１導電層７８と第２導電層７７の中間には、１辺が２０−３０μｍの大きさの矩形状をした電極パッド７６が規則的に配列されており、各電極パッド７６と第１導電層７８とはViaホール７９によって電気的に接続されている。個々の単位コンデンサ７５ａは、対向した電極パッド７６と第２導電層７７の一部によって構成されており、各単位コンデンサ７５ａはViaホール７９と第１導電層７８によって互いに並列に接続されている。

このようにして多数の単位コンデンサ７５ａによってコンデンサ７５を構成してあれば、何個かの単位コンデンサ７５ａで不良が発生しても、駆動用ＩＣ４２の動作に問題が発生しない。また、単位コンデンサ７５ａのサイズを１辺が２０−３０μｍ程度とすることにより、他のプロセスとのスケールの相違を小さくでき、プロセスの安定度が増す。

静電アクチュエータを高速で繰り返し動作させる為には、コンデンサ７５に十分な電荷を充電しなければならないので、コンデンサ７５は静電アクチュエータ４６の静電容量（枝電極５７と櫛歯電極６１の間の静電容量）に対し十分に大きな静電容量を必要とする。また、高速動作が必要なければ、一時貯蔵のコンデンサ７５は必ず必要になるものではない。コンデンサ７５を図５のように構成すれば、電極パッド７６と第２導電層７７の間隔が狭くでき、コンデンサ７５の静電容量を大きくすることができる。また、電極パッド７６として２０−３０μｍのサイズのものを多数規則的に形成することで、コンデンサ７５の製造プロセスを安定化させることができ、歩留まりの向上を図ることができる。

図５に示すように、チャージポンプ回路７４とコンデンサ７５は、第２部材３３の下面において分離して配置され、電気的に接続されている。駆動用ＩＣ７２（チャージポンプ回路７４、コンデンサ７５）は、第２部材３３に垂直な方向から見たとき、第１部材３２のマイクロストリップライン（第１−第３線路４３−４５）と重ならないように配置されている。したがって、高周波信号を伝送するためのマイクロストリップラインが駆動用ＩＣの影響を受けにくく、マイクロストリップラインを伝送する信号に駆動用ＩＣ７２に起因するノイズが発生しにくくなる。

また、すべての単位コンデンサ７５ａの向きは同じ方向に揃えられている。コンデンサ７５（単位コンデンサ７５ａ）の電極間に発生する電界の方向（図５のＸ方向）は、第２部材３３に垂直な方向から見て、静電アクチュエータ４６に発生する電界の方向（枝電極５７と櫛歯電極６１を結ぶ方向であって、図４、図６のＹ方向）と直交するように配置されている。このため、コンデンサ７５によってコンデンサ外部に生じる電界と静電アクチュエータ４６を駆動する電界の方向が直交することになり、コンデンサ７５の電界によって静電アクチュエータ４６が影響を受けにくくなる（可動電極部５２が動くおそれが小さくなる）。

第２部材３３の下面に設けた３つの接続電極４３ｄ、４４ｄ、４５ｄは、図３に示すように、それぞれ第１部材３２に設けられた第１線路４３のパッド部４３ｂ、第２線路４４のパッド部４４ｂ、第３線路４５のパッド部４５ｂにそれぞれ接続される。この接続電極４３ｄ、４４ｄ、４５ｄは、第２部材３３を貫通したスルーホール８０によって第２部材３３の上面に設けた信号入出力用のバンプ８１に接続されている。

第２部材３３の下面に設けた８つの接続電極８２は、図２に示すように、それぞれ第１部材３２に設けた静電アクチュエータ４６、４６の各固定電極部５１の電極パッド６０に接続される。一方、各接続電極８２は、第２部材３３を貫通したスルーホール８３によってカバー基板７１の上面に設けたグランド配線８５に接続されており、グランド配線８５には接地用のバンプ８４が設けられている。

第２部材３３の下面に設けた２つの出力電極８６は、駆動用ＩＣ７２の出力端子９３に設けた電極である。すなわち、出力電極８６からは駆動用ＩＣ７２で昇圧された電圧（静電アクチュエータ駆動用の電圧）が出力可能となっている。各出力電極８６は、図３に示すように、静電アクチュエータ４６、４６の可動電極部５２に導通した各接続電極８７に接続される。たとえば、接続電極８７はバネ支持部５４に設けられていてもよく、バネ支持部５４に電気的につながっていてもよい。

また、図３に示すように、駆動用ＩＣ７２には、バッテリー電圧を入力するための入力端子８８と、グランドに接続するための接地端子９１が設けられている。入力端子８８は、第２部材３３を貫通したスルーホール８９によってバッテリ電圧入力用のバンプ９０に接続されている。接地端子９１は、第２部材３３を貫通したスルーホール９２によってグランド配線８５に接続されている。

本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチ３１にあっては、上記のように積層された第１部材３２と第２部材３３に静電アクチュエータ４６と駆動用ＩＣ７２を設けることにより、駆動用ＩＣ７２と静電アクチュエータ４６を縦集積している。その結果、駆動用ＩＣ７２と静電アクチュエータ４６を一体化することができるとともに、低電圧で動作するＭＥＭＳスイッチ３１を小型化して実装面積を小さくすることができる。さらに駆動用ＩＣ７２と静電アクチュエータ４６を一体化したことによって両者の配線長を短くでき、外部からのノイズの影響を低減することができる。また、静電アクチュエータ４６と駆動用ＩＣ７２を別々の基板（第１部材３２、第２部材３３）に設けてあって、両基板を重ね合わせることによって静電アクチュエータ４６と駆動用ＩＣ７２を一体化しているので、ＭＥＭＳスイッチ３１の製造も容易になる。

なお、第１部材３２と第２部材３３の接合方法としては、フュージョン接合、Ｓｉダイレクト接合、ガラスフリット接合、陽極接合、金属拡散接合、金属共晶接合、ポリマー接着接合、表面活性化常温接合などを用いることができる。フュージョン接合とは、２枚のウエハを接触させることで自発的な接合に進むことを利用した貼り合わせ方法である。Ｓｉダイレクト接合は、ウェットケミカル又はプラズマ活性化処理された誘電層を有するウエハと、そのような誘電層を有しないウエハを室温で貼り合わせる方法である。ガラスフリット接合とは、ガラスフリット（粉末ガラス）を接合面に挟みこみ、炉内焼成してガラス化することによって接合する方法であって、ＭＥＭＳデバイスを製造するために世界中で広く使われてきた従来型の製造技術である。陽極接合とは、ガラスとＳｉ基板の研磨面を接触させて加熱しながら電圧を掛けることにより、共有結合による強い接合を行わせる方法である。金属拡散接合とは、同種または異種の金属どうしを拡散を利用して原子レベルで接合させる技術であって、従来のガラスフリット接合や陽極接合に比べてより高い気密性を実現できる。金属共晶結合とは、金属どうしの共晶反応によって接合する方法であって、ウエハでの金属共晶接合は先端的なＭＥＭＳパッケージや３次元積層技術分野で利用されている。金属共晶接合の特徴は、ハンダのように合金が溶融するので、表面の平坦度を増し、接合面のトポグラフィやパーティクルに対して許容度が大きい点にある。ポリマー接着接合とは、エポキシ、ドライフィルム、ＢＣＢ、ポリイミド、ＵＶ硬化樹脂等の接着剤を用いた接合方法である。表面活性化常温接合とは、接合面を真空中で表面処理することにより、表面の原子を化学結合を形成しやすい活性な状態にして接合する方法である。表面活性化常温接合では、室温での接合もしくは熱処理温度を大幅に下げることを可能にできる。

実施形態１のＭＥＭＳスイッチ３１では、上記接合方法のうち金属共晶接合を用いている。たとえば、図９に示すように、第２部材３３の接合部３６、出力電極８６、接続電極８２などの接合部分又は接続部分をＴｉ材料層５６によって形成して、その下面にＡｕＳｎからなる接合材５５を設けておく。また、第１部材３２の接合部３５、接続電極８７、電極パッド６０などの接合部分又は接続部分を、たとえばＡｕ層９４とする。そして、ＡｕＳｎからなる接合材５５を表面モホロジーの大きなＡｕ層９４と接合させることによって、第１部材３２と第２部材３３の接合部分又は接続部分どうしを金属共晶接合させ、それによって第１部材３２と第２部材３３を接合させる。

なお、ＭＥＭＳスイッチ３１の特性をより安定させるためには、静電アクチュエータ４６の動作電圧印加用の接続電極８７（又は電極パッド６０）や、グランド接続用の電極パッド６０（又は接続電極８７）をそれぞれ複数設けることが望ましい。また、駆動用ＩＣ７２に制御信号やモード切替信号などを入力する必要があれば、適宜スルーホールを用いて駆動用ＩＣ７２のポートと第２部材３３の上面のバンプとを接続すればよい。

また、上記実施形態１の静電アクチュエータ４６においては、固定電極部５１側をグランド電位とし、可動電極部５２に駆動用ＩＣ７２の出力電圧を印加するようにしたが、これとは反対になっていてもよい。すなわち、図１０に概略断面を示すように、可動電極部５２側をグランド電位とし、固定電極部５１に駆動用ＩＣ７２の出力電圧を印加するようにしてもよい。

図１０に示す本発明の実施形態１の変形例では、駆動用ＩＣ７２の出力端子９３に設けた出力電極８６を静電アクチュエータ４６の電極パッド６０に接続し、駆動用ＩＣ７２の出力電圧を固定電極部５１に印加している。また、駆動用ＩＣ７２の接地端子９１に設けた接続電極８２を接続電極８７に接続し、静電アクチュエータ４６の可動電極部５２をグランドに接続させるようにしている。

また、駆動用ＩＣ７２の接地端子９１は接合部３６に延びていて、接合部３６及び接合部３５もグランドに接続している。この場合には、可動電極部５２に導通した接続電極８７は、駆動用ＩＣ７２の接地端子９１に接続しないで、ベース基板４１の配線を通じて接合部３５に接続してもよい。

（第１部材の製造工程）
つぎに、図１１−図１９を参照して、本発明の実施形態１によるＭＥＭＳスイッチ３１を製造する工程を説明する。図１１−図１３は、第１部材３２の製造工程を示す。図１４は、第２部材３３の製造工程を示す。図１５−図１９は、第１部材３２と第２部材３３を貼り合わせてＭＥＭＳスイッチ３１を製造する工程を示す。

まず、図１１−図１３に従って第１部材３２の製造工程を説明する。Ｓｉ基板１０１とＳｉ基板１０３の間に酸化膜１０２（ＳｉＯ_２）を挟んで結合させたＳＯＩ基板をベース基板４１として用いる。まず、位置決めの基準となるアライメントマーク１０４をベース基板４１の上面に設ける（図１１（Ａ））。

ベース基板４１の上面に酸化膜１５を設ける。エッチングによって、ベース基板４１の下面に位置決め用のアライメントマーク１１７を設ける（図１１（Ｂ））。

この後、ベース基板４１の表面にスパッタ法によってメッキ下地層１１８を形成する。このメッキ下地層１１８の上にレジスト膜１１９を形成し、第１部材３２の接合部分や接続部分、マイクロストリップラインを形成しようとする領域でレジスト膜１１９に開口を設ける（図１１（Ｃ））。ついで、メッキ下地層１１８を電極として電解メッキを行い、レジスト膜１１９の開口内に導電性の接点材料を堆積させ、接合／接続層１２０を形成する（図１２（Ａ））。この接点材料は接触信頼性を考えると貴金属が望ましい。また、このときマイクロストリップラインや可動接点４７ａ、４７ｂとなる部分では、接合／接続層１２０の上に金属層１２１を設ける。

レジスト膜１１９を剥離した後（図１２（Ｂ））、接合／接続層１２０をマスクとして不要なめっき下地層１１８を除去する。この結果、ベース基板４１の上面には接合／接続層１２０によって接合部３５や電極パッド６０などの接合部分や接続部分が形成される。なお、金属層１２１によって第１接点４３ａや第２接点４４ａ、共通接点４５ａなどが形成される（図１２（Ｃ））。

つぎに、ベース基板４１の上面をエッチング用マスク１２４で覆う（図１３（Ａ））。エッチング用マスク１２４には、櫛歯電極６１、可動接点４７ａ、４７ｂと第１接点４３ａ、第２接点４４ａ及び共通接点４５ａとの各対向部位に開口があいている。また、エッチング用マスク１２４には、櫛歯状の酸化膜１１５の設けられた領域にも開口があいている。エッチング用マスク１２４と酸化膜１１５の開口を通してベース基板４１のＳｉ基板１０３を下方へ向けてエッチングする（図１３（Ｂ））。

Ｓｉ基板１０３の下面までエッチングされたら、エッチング用マスク１２４を剥離する。ついで、可動電極部５２の下面の酸化膜１０２をエッチングによって除去し、可動電極部５２をベース基板４１（Ｓｉ基板１０１）から浮かせて移動可能にする。これは、固定電極部５１の幅を可動電極部５２より太くするなど、エッチングされにくい部分を作ることで実現できる。また、酸化膜１１５をエッチングによって除去する。こうして、図１３（Ｃ）のような第１部材３２が製造される。

（第２部材の製造工程）
つぎに、図１４に従って第２部材３３の製造工程を説明する。まず、Ｓｉ基板１３１（カバー基板７１）の表面に酸化膜１３２を形成する。このＳｉ基板１３１の下面には、すでに駆動用ＩＣ７２が作製されている。ついで、カバー基板７１の下面（第１部材３２と対向させる面）にＴｉを堆積させて接合／接続層１３５を形成する（図１４（Ａ））。

ついで、接合／接続層１３５を部分的にエッチングして除去し、接合部３６や接続電極８２などの接合部分や接続部分に接合／接続層１３５を残す。この結果、カバー基板７１の下面には、接合／接続層１３５からなる接合部３６や接続電極８２などの接合部分や接続部分が形成される（図１４（Ｂ））。

この後、接合／接続層１３５の下面に電極層１３９を形成し、さらに電極層１３９の下面中央部に、ＡｕＳｎからなる接合材５５を形成する（図１４（Ｃ））。この結果、カバー基板７１の下面に接合部３６や接続電極８２などの接合部分や接続部分が作製され、図１４（Ｃ）に示すような構造の第２部材３３が製造される。

（ＭＥＭＳスイッチの製造工程）
つぎに、上記のようにして製造された第１部材３２と第２部材３３を貼り合わせてＭＥＭＳスイッチ３１を製造する工程について説明する。図１５（Ａ）は、図１３（Ｃ）の第１部材３２の上に図１４（Ｃ）の第２部材３３を重ね合わせ、各接合部分又は接続部分において第２部材３３の接合材５５を第１部材３２の接合／接続層１２０に金属共晶接合させた状態を示す。この状態では、空隙部３４内は気密的に封止されている。

まず、カバー基板７１の厚みを薄くし、カバー基板７１の上面に絶縁膜１５１を堆積させる（図１５（Ｂ））。絶縁膜１５１をエッチングし、スルーホール８０、８３、８９、９２などのスルーホール形成位置に対応させて絶縁膜１５１に窓１５４を開口する（図１６（Ａ））。ついで、絶縁膜１５１をマスクとしてカバー基板７１に貫通孔１５５を形成する（図１６（Ｂ））。

この後、貫通孔１５５の内面及びカバー基板７１の上面にさらに絶縁膜を堆積させて貫通孔１５５の内面とカバー基板７１の上面を絶縁膜１５１で覆う（図１７（Ａ））。この貫通孔１５５の底面の絶縁膜１５１をエッチングによって除去し、接合／接続層１３５を露出させる。ついで、貫通孔１５５の内周面、接合／接続層１３５の上面およびカバー基板７１の上面にスパッタリングなどによってＣｕやＡｌなどの金属材料からなる導電層１５７を設け、貫通孔１５５内にスルーホールを形成する（図１７（Ｂ））。

つぎに、スルーホール及びそのフランジや導通配線となる領域を残して導電層１５７の不要部分を除去し、スルーホールのフランジ部分やスルーホールに導通した配線部分を形成する（図１８（Ａ））。ついで、カバー基板７１の上面をポリイミドからなるコート層１５９で覆い、スルーホールの電極部分の適所においてコート層１５９に開口１６０を設け、開口１６０内に順次Ｎｉメッキ層１６１とＡｕメッキ層１６２を設ける（図１８（Ｂ））。このＡｕメッキ層１６２の上には、必要に応じてバンプを形成することができる。

最後に、図１９に示すように、ベース基板４１の下面を研磨して第１部材３２の厚みを薄くし、小型化されたＭＥＭＳスイッチ３１を製造する。

（実施形態２）
図２０は本発明の実施形態２によるＭＥＭＳスイッチ２０１を示す概略断面図である。実施形態２のＭＥＭＳスイッチ２０１では、駆動用ＩＣ７２を、第１−第３線路４３−４５からなるマイクロストリップや可動接点４７ａ、４７ｂの上方にも位置させている。そして、第１−第３線路４３−４５からなるマイクロストリップや可動接点４７ａ、４７ｂの下には、グランドに接続された金属シールド層２０２（接地層）を設けている。

このような実施形態によれば、駆動用ＩＣ７２の配置が制約を受けにくく、また広い面積に駆動用ＩＣ７２を設けることができる。しかも、駆動用ＩＣ７２や第２部材３３による影響を考慮しないで、マイクロストリップラインのインピーダンス設計が可能になる。

（実施形態３）
図２１は本発明の実施形態３によるＭＥＭＳスイッチ２０３を示す概略断面図である。実施形態３のＭＥＭＳスイッチ２０３では、第２部材３３の下面にマイクロストリップライン、すなわち第１−第３線路４３−４５を設けている。そのため、第１部材３２に設けた静電アクチュエータ４６の可動接点４７ａ、４７ｂが、第２部材３３に設けた第１−第３線路４３−４５の第１接点４３ａ、第２接点４４ａ及び共通接点４５ａに接離することになる。このような実施形態によれば、可動接点４７ａ、４７ｂが第１部材３２に設けられ、固定接点となる第１接点４３ａ、第２接点４４ａ及び共通接点４５ａが第２部材３３に設けられるので、配線の自由度が高くなる。

（実施形態４）
図２２は本発明の実施形態４によるＭＥＭＳスイッチ２０４を示す概略断面図である。実施形態４のＭＥＭＳスイッチ２０４では、ベース基板４１に設けた凹部４２の底面の下に埋め込むようにして静電アクチュエータ４６、４６を設けている。このような実施形態によれば、静電アクチュエータ４６と駆動用ＩＣ７２のコンデンサ７５との距離を大きくすることができるので、静電アクチュエータ４６がコンデンサ７５の影響をさらに受けにくくなる。

（実施形態５）
図示しないが、駆動用ＩＣ７２には静電気から保護するためのＥＳＤ（ElectroStatic Discharge）保護回路を設けてあってもよい。たとえば、駆動用ＩＣ７２内のある箇所とグランドとの間に、グランドからある箇所へ向けて順方向となるようにしてツェナーダイオードを設けておけばよい。かかるＥＳＤ保護回路を設けておけば、駆動用ＩＣ７２のある箇所にサージ電圧が加わったときには、ツェナーダイオードが導通してサージ電圧をグランドに逃がすことができるので、駆動用ＩＣ７２を保護することができる。

３１、２０１、２０３、２０４ ＭＥＭＳスイッチ
３２ 第１部材
３３ 第２部材
３４ 空隙部
３５、３６ 接合部
４１ ベース基板
４２ 凹部
４３ 第１線路
４３ａ 第１接点
４４ 第２線路
４４ａ 第２接点
４５ 第３線路
４５ａ 共通接点
４６ 静電アクチュエータ
４７ａ、４７ｂ 可動接点
５１ 固定電極部
５２ 可動電極部
５５ 接合材
７１ カバー基板
７２ 駆動用ＩＣ
７４ チャージポンプ回路
７５ コンデンサ
８６ 出力電極
８７ 接続電極
８８ 入力端子
９１ 接地端子
９３ 出力端子
２０２ 金属シールド層

Claims (11)

1. 静電アクチュエータを設けた第１部材、
   前記静電アクチュエータを駆動するための駆動集積回路を設けた第２部材、
   前記第１部材の静電アクチュエータを設けた面と前記第２部材の前記駆動集積回路を設けた面を互いに向かい合わせた状態で前記第１部材と前記第２部材を接合する接合部、
   前記第１部材と前記第２部材と前記接合部によって構成された、前記静電アクチュエータ及び前記駆動集積回路を納めるための空隙部、
   前記第１部材と前記第２部材のうち少なくとも一方に設けた信号伝送用の線路、及び、
   前記静電アクチュエータの動作により、前記線路に設けた接点間を開閉する可動接点を備え、
   前記駆動集積回路と前記線路を隔てて前記駆動集積回路と前記線路の間に接地層が設けられていることを特徴とする電子部品。
2. 静電アクチュエータを設けた第１部材、
   前記静電アクチュエータを駆動するための駆動集積回路を設けた第２部材、
   前記第１部材の静電アクチュエータを設けた面と前記第２部材の前記駆動集積回路を設けた面を互いに向かい合わせた状態で前記第１部材と前記第２部材を接合する接合部、及び、
   前記第１部材と前記第２部材と前記接合部によって構成された、前記静電アクチュエータ及び前記駆動集積回路を納めるための空隙部を備え、
   前記第１部材の、前記第２部材と向かい合う面に凹部を形成し、
   前記凹部の外側に位置し、かつ、前記第２部材と向かい合う前記第１部材の面を含む仮想平面よりも前記第２部材側へ飛び出ないようにして、前記凹部内に前記静電アクチュエータを設けたことを特徴とする電子部品。
3. 前記駆動集積回路はコンデンサを備え、
   前記コンデンサは、前記コンデンサに発生する電界の向きと前記静電アクチュエータを駆動するための電界の向きとが交差するように配置されている、請求項１又は２に記載の電子部品。
4. 前記コンデンサに発生する電界の向きと前記静電アクチュエータを駆動するための電界の向きとが直交している、請求項３に記載の電子部品。
5. 前記コンデンサは、前記静電アクチュエータよりも大きな静電容量を有している、請求項３に記載の電子部品。
6. 前記駆動集積回路は、入力電圧を昇圧して前記静電アクチュエータに印加するＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいる、請求項１又は２に記載の電子部品
7. 前記駆動集積回路は、チャージポンプとコンデンサにより構成されている、請求項６に記載の電子部品。
8. 前記静電アクチュエータ及び前記駆動集積回路が、前記空隙部内に気密的に封止されている、請求項１又は２に記載の電子部品。
9. 前記静電アクチュエータ、前記駆動集積回路及び前記線路が、前記空隙部内に気密的に封止されている、請求項１に記載の電子部品。
10. 前記駆動集積回路は、前記線路と向かい合う領域から外れた領域に設けられている、請求項１に記載の電子部品。
11. 前記駆動集積回路は、サージ電流をグランドに逃がすための回路を備えている、請求項１又は２に記載の電子部品。

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