JP2001291463A - スイッチ - Google Patents
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- JP2001291463A JP2001291463A JP2000106033A JP2000106033A JP2001291463A JP 2001291463 A JP2001291463 A JP 2001291463A JP 2000106033 A JP2000106033 A JP 2000106033A JP 2000106033 A JP2000106033 A JP 2000106033A JP 2001291463 A JP2001291463 A JP 2001291463A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば高周波信号等の電気信号をメンブレン
のたわみを用いてスイッチングを行うスイッチにおい
て、高信頼性と高特性を得ることを目的とする。 【解決手段】 メンブレン３には接点電極９が、基板１
上には入力と出力側接点電極１０と１１が形成され、駆
動電極７と８に電圧を加えると両駆動電極間に静電力が
発生してＡ方向に駆動部材１２が移動し、メンブレン３
が基板１と接し、入出力接点電極１０，１１が導通す
る。加えた電圧を解除すると、ばね５によってメンブレ
ン３が復帰することで、入出力接点電極１０，１１が開
放する。駆動電極７と８の微小隙間を１μｍ程度、メン
ブレン３の長さを５００μｍとするとメンブレン３はＣ
方向へ１０μｍ程度に容易に変形することから、メンブ
レン３にかかる応力を低減し、かつスイッチングの端子
間の距離を大きく取れる構造により、高信頼性と高特性
が得られる。
のたわみを用いてスイッチングを行うスイッチにおい
て、高信頼性と高特性を得ることを目的とする。 【解決手段】 メンブレン３には接点電極９が、基板１
上には入力と出力側接点電極１０と１１が形成され、駆
動電極７と８に電圧を加えると両駆動電極間に静電力が
発生してＡ方向に駆動部材１２が移動し、メンブレン３
が基板１と接し、入出力接点電極１０，１１が導通す
る。加えた電圧を解除すると、ばね５によってメンブレ
ン３が復帰することで、入出力接点電極１０，１１が開
放する。駆動電極７と８の微小隙間を１μｍ程度、メン
ブレン３の長さを５００μｍとするとメンブレン３はＣ
方向へ１０μｍ程度に容易に変形することから、メンブ
レン３にかかる応力を低減し、かつスイッチングの端子
間の距離を大きく取れる構造により、高信頼性と高特性
が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号、特にミ
リ波などの高周波信号の接続、切り離しを行うスイッチ
に関する。
リ波などの高周波信号の接続、切り離しを行うスイッチ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ミリ波信号用のスイッチは、IEEE
MTT-S 1995 International Microwave Symposium Dige
st Volume.1のTU1D-6(p.91-94)のMicromechanical Memb
rane Switches for Microwave Applicationsに記載され
ものが知られている。
MTT-S 1995 International Microwave Symposium Dige
st Volume.1のTU1D-6(p.91-94)のMicromechanical Memb
rane Switches for Microwave Applicationsに記載され
ものが知られている。
【０００３】図３に従来のスイッチの構造を示す。
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はスイッ
チ動作時の正面断面図である。
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はスイッ
チ動作時の正面断面図である。
【０００４】図３（ａ）（ｂ）のように基板１０１上に
入力接点電極１０２と出力接点電極１０３および駆動電
極１０４が形成され、その上に金属製のメンブレン１０
５が配置されている。メンブレン１０５は、ポスト１０
６により基板と微小隙間を保っている。入力接点電極１
０２は電気的にメンブレン１０５と接続されている。
入力接点電極１０２と出力接点電極１０３および駆動電
極１０４が形成され、その上に金属製のメンブレン１０
５が配置されている。メンブレン１０５は、ポスト１０
６により基板と微小隙間を保っている。入力接点電極１
０２は電気的にメンブレン１０５と接続されている。
【０００５】このような構成で、駆動電極１０４とメン
ブレン１０５の間に電圧を加えると両者の間に静電力が
発生し、図３（ｃ）のようにメンブレン1０５がたわ
み、出力接点電極１０３と接触することで、電気導通を
実現する。
ブレン１０５の間に電圧を加えると両者の間に静電力が
発生し、図３（ｃ）のようにメンブレン1０５がたわ
み、出力接点電極１０３と接触することで、電気導通を
実現する。
【０００６】また、電圧を開放することで、メンブレン
1０５はもとの状態に戻ることで電気的に開放される。
1０５はもとの状態に戻ることで電気的に開放される。
【０００７】以上のように駆動電圧をオン／オフするこ
とで入力接点電極１０２と出力接点電極１０３をスイッ
チングする。
とで入力接点電極１０２と出力接点電極１０３をスイッ
チングする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ミリ波用のス
イッチには、小型かつ高速動作および高周波特性の劣化
を最小限にしつつ、信頼性を向上する必要がある。特に
上記のようなメンブレンを使用したスイッチの場合、メ
ンブレンを無理やり引き伸ばして、接触を行うことによ
って、メンブレンに高い応力が発生する。高周波領域で
は、電磁波的な観点から接点間の距離は、広く取りたい
が、これを実現するためには、メンブレンと基板との隙
間をさらに広げる必要があり、この結果、メンブレンを
さらに大きく変形させると歪が大きくなりメンブレンが
強度的に耐えられなくなる。
イッチには、小型かつ高速動作および高周波特性の劣化
を最小限にしつつ、信頼性を向上する必要がある。特に
上記のようなメンブレンを使用したスイッチの場合、メ
ンブレンを無理やり引き伸ばして、接触を行うことによ
って、メンブレンに高い応力が発生する。高周波領域で
は、電磁波的な観点から接点間の距離は、広く取りたい
が、これを実現するためには、メンブレンと基板との隙
間をさらに広げる必要があり、この結果、メンブレンを
さらに大きく変形させると歪が大きくなりメンブレンが
強度的に耐えられなくなる。
【０００９】また、隙間を大きくすると駆動するための
静電力が２乗で減少するので非常に高い電圧を電極にか
ける必要がある。また、駆動電極が信号ラインのそばに
あると、その影響で特性の劣化が生じてしまう。
静電力が２乗で減少するので非常に高い電圧を電極にか
ける必要がある。また、駆動電極が信号ラインのそばに
あると、その影響で特性の劣化が生じてしまう。
【００１０】本発明は、このようなスイッチにおいて上
記課題を解決するもので、メンブレンと基板との距離を
従来に比べて大きくし、かつ、駆動電極を接点電極と位
置的に離すことにより、高信頼性かつ高特性を有するス
イッチを提供することを目的とする。
記課題を解決するもので、メンブレンと基板との距離を
従来に比べて大きくし、かつ、駆動電極を接点電極と位
置的に離すことにより、高信頼性かつ高特性を有するス
イッチを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチにおい
ては、基板上に少なくとも１対の入力接点電極と出力接
点電極および第１の駆動電極を有し、この入力側接点電
極と出力側電極および第１の駆動電極周辺に対向する部
分が基板に対して空気層を介したメンブレン構造を有す
る駆動部材を基板上に有し、駆動部材の一端が基板に固
定され、他端がばねを介して基板に固定され、駆動部材
に第１の駆動電極を有し、この第１の駆動電極に微小隙
間で対向する基板に第２の駆動電極を有し、第１と第２
の駆動電極の間に駆動電圧を加えることで、駆動電極間
の静電力によりばねを伸ばすことで、メンブレンが変形
し、接続接点電極が入力接点電極と出力接点電極と接続
し、駆動電圧を解除したときにばねがもとに戻ることに
よりメンブレンの変形が元に戻ることで接続接点電極
と、入力接点電極と出力接点電極との接続をが開放する
よう構成したものである。
ては、基板上に少なくとも１対の入力接点電極と出力接
点電極および第１の駆動電極を有し、この入力側接点電
極と出力側電極および第１の駆動電極周辺に対向する部
分が基板に対して空気層を介したメンブレン構造を有す
る駆動部材を基板上に有し、駆動部材の一端が基板に固
定され、他端がばねを介して基板に固定され、駆動部材
に第１の駆動電極を有し、この第１の駆動電極に微小隙
間で対向する基板に第２の駆動電極を有し、第１と第２
の駆動電極の間に駆動電圧を加えることで、駆動電極間
の静電力によりばねを伸ばすことで、メンブレンが変形
し、接続接点電極が入力接点電極と出力接点電極と接続
し、駆動電圧を解除したときにばねがもとに戻ることに
よりメンブレンの変形が元に戻ることで接続接点電極
と、入力接点電極と出力接点電極との接続をが開放する
よう構成したものである。
【００１２】この発明によれば、微小な駆動電極間の間
隙を静電力で駆動することで、メンブレン膜を低い応力
で大きく変形することができるためにメンブレンと基板
との距離を従来に比べて大きくすることが可能、かつ、
駆動電極を接点電極と位置的に離すことが可能になるこ
とから、高信頼性と高特性が得られる。
隙を静電力で駆動することで、メンブレン膜を低い応力
で大きく変形することができるためにメンブレンと基板
との距離を従来に比べて大きくすることが可能、かつ、
駆動電極を接点電極と位置的に離すことが可能になるこ
とから、高信頼性と高特性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基板上に少なくとも１対の入力接点電極と出力接点
電極および第１の駆動電極を有し、この入力側接点電極
と出力側電極および第１の駆動電極周辺に対向する部分
が基板に対して空気層を介したメンブレン構造を有する
駆動部材を基板上に有し、駆動部材の一端が基板に固定
され、他端がばねを介して基板に固定され、駆動部材に
第１の駆動電極を有し、この第１の駆動電極に微小隙間
で対向する基板に第２の駆動電極を有し、第１と第２の
駆動電極の間に駆動電圧を加えることで、駆動電極間の
静電力によりばねを伸ばすことで、メンブレンが変形
し、接続接点電極が入力接点電極と出力接点電極と接続
し、駆動電圧を解除したときにばねがもとに戻ることに
よりメンブレンの変形が元に戻ることで接続接点電極
と、入力接点電極と出力接点電極との接続を開放するよ
う構成したものであり、微小な駆動電極間の間隙を静電
力で駆動することで、メンブレン膜を低い応力で大きく
変形することができるためにメンブレンと基板との距離
を従来に比べて大きくすることが可能、かつ、駆動電極
を接点電極と位置的に離すことが可能になることから、
高信頼性と高特性が得られるという作用を有する。
は、基板上に少なくとも１対の入力接点電極と出力接点
電極および第１の駆動電極を有し、この入力側接点電極
と出力側電極および第１の駆動電極周辺に対向する部分
が基板に対して空気層を介したメンブレン構造を有する
駆動部材を基板上に有し、駆動部材の一端が基板に固定
され、他端がばねを介して基板に固定され、駆動部材に
第１の駆動電極を有し、この第１の駆動電極に微小隙間
で対向する基板に第２の駆動電極を有し、第１と第２の
駆動電極の間に駆動電圧を加えることで、駆動電極間の
静電力によりばねを伸ばすことで、メンブレンが変形
し、接続接点電極が入力接点電極と出力接点電極と接続
し、駆動電圧を解除したときにばねがもとに戻ることに
よりメンブレンの変形が元に戻ることで接続接点電極
と、入力接点電極と出力接点電極との接続を開放するよ
う構成したものであり、微小な駆動電極間の間隙を静電
力で駆動することで、メンブレン膜を低い応力で大きく
変形することができるためにメンブレンと基板との距離
を従来に比べて大きくすることが可能、かつ、駆動電極
を接点電極と位置的に離すことが可能になることから、
高信頼性と高特性が得られるという作用を有する。
【００１４】請求項２に記載の発明は、基板上に少なく
とも１対の入力接点電極と出力接点電極および第１の駆
動電極を有し、この入力側接点電極と出力側電極および
第１の駆動電極周辺に対向する部分が基板に対して空気
層を介したメンブレン構造を有する駆動部材を基板上に
有し、駆動部材の一端が基板に固定され、他端がばねな
どの弾性部を介して基板に固定され、駆動部材に第１の
駆動電極を有し、この第１の駆動電極に微小隙間で対向
する基板の第1の駆動電極を挟む配置で第２および第3の
駆動電極を有し、第１と第２の駆動電極の間に駆動電圧
を加えることで、駆動電極間の静電力により第1と第2の
駆動電極が引付け合い、メンブレンが変形し、接続接点
電極が入力接点電極と出力接点電極と接続し、第１と第
３の駆動電圧の間に駆動電圧を加えることで、駆動電極
間の静電力により第1と第３の駆動電極が引付け合い、
メンブレンの変形が元に戻ることで接続接点電極と、入
力接点電極と出力接点電極との接続を開放するよう構成
したものであり、微小な駆動電極間の間隙を静電力で駆
動することで、メンブレン膜を低い応力で大きく変形す
ることができるためにメンブレンと基板との距離を従来
に比べて大きくすることが可能、かつ、駆動電極を接点
電極と位置的に離すことが可能になることから、高信頼
性と高特性が得られるという作用を有する。
とも１対の入力接点電極と出力接点電極および第１の駆
動電極を有し、この入力側接点電極と出力側電極および
第１の駆動電極周辺に対向する部分が基板に対して空気
層を介したメンブレン構造を有する駆動部材を基板上に
有し、駆動部材の一端が基板に固定され、他端がばねな
どの弾性部を介して基板に固定され、駆動部材に第１の
駆動電極を有し、この第１の駆動電極に微小隙間で対向
する基板の第1の駆動電極を挟む配置で第２および第3の
駆動電極を有し、第１と第２の駆動電極の間に駆動電圧
を加えることで、駆動電極間の静電力により第1と第2の
駆動電極が引付け合い、メンブレンが変形し、接続接点
電極が入力接点電極と出力接点電極と接続し、第１と第
３の駆動電圧の間に駆動電圧を加えることで、駆動電極
間の静電力により第1と第３の駆動電極が引付け合い、
メンブレンの変形が元に戻ることで接続接点電極と、入
力接点電極と出力接点電極との接続を開放するよう構成
したものであり、微小な駆動電極間の間隙を静電力で駆
動することで、メンブレン膜を低い応力で大きく変形す
ることができるためにメンブレンと基板との距離を従来
に比べて大きくすることが可能、かつ、駆動電極を接点
電極と位置的に離すことが可能になることから、高信頼
性と高特性が得られるという作用を有する。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１あるいは
２記載のスイッチにおいてメンブレン構造を有する駆動
部材とばねが一体構造としたものであり、請求項1およ
び２と同じ作用が得られるとともに、一体構造とするこ
とで、小型化した際の組み立てや調整の困難さという課
題を解決できるという作用を有する。
２記載のスイッチにおいてメンブレン構造を有する駆動
部材とばねが一体構造としたものであり、請求項1およ
び２と同じ作用が得られるとともに、一体構造とするこ
とで、小型化した際の組み立てや調整の困難さという課
題を解決できるという作用を有する。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１あるいは
２記載のスイッチにおいて基板が単結晶シリコン、セラ
ミックまたはガラス、メンブレンおよびばねが基板材料
と熱膨張率の近い材料、たとえば酸化シリコン、アモル
ファスシリコンあるいはポリシリコンを主構造としたも
のであり、請求項1および２と同じ作用が得られるとと
もに、材料をシリコンなどを使用することで、半導体製
造工程を使用することが可能となり、大量かつ安価に製
造が可能となる。また、材料の熱膨張率をそろえること
で、温度変化によるメンブレン膜の変形を防ぐことが可
能となるという作用を有する。
２記載のスイッチにおいて基板が単結晶シリコン、セラ
ミックまたはガラス、メンブレンおよびばねが基板材料
と熱膨張率の近い材料、たとえば酸化シリコン、アモル
ファスシリコンあるいはポリシリコンを主構造としたも
のであり、請求項1および２と同じ作用が得られるとと
もに、材料をシリコンなどを使用することで、半導体製
造工程を使用することが可能となり、大量かつ安価に製
造が可能となる。また、材料の熱膨張率をそろえること
で、温度変化によるメンブレン膜の変形を防ぐことが可
能となるという作用を有する。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１あるいは
２記載のスイッチにおいてメンブレンが基板面に向かっ
て凸面構造を有するものであり、請求項1および２と同
じ作用が得られるとともに、メンブレンを変形させると
きにあらかじめ変形する方向に形状を作っておくこと
で、変形を容易にするという作用を有する。
２記載のスイッチにおいてメンブレンが基板面に向かっ
て凸面構造を有するものであり、請求項1および２と同
じ作用が得られるとともに、メンブレンを変形させると
きにあらかじめ変形する方向に形状を作っておくこと
で、変形を容易にするという作用を有する。
【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１あるいは
２記載のスイッチにおいて接続接点電極、あるいは入力
接点電極と出力接点電極のすくなくともどちらかの表面
が多数の微小な尖塔または凸面構造を有するものであ
り、メンブレンの弾性性と多点の尖塔構造の電極によ
り、接続接点電極、入力接点電極と出力接点電極の電気
的な接触を確実に行うことが可能になるという作用を有
する。
２記載のスイッチにおいて接続接点電極、あるいは入力
接点電極と出力接点電極のすくなくともどちらかの表面
が多数の微小な尖塔または凸面構造を有するものであ
り、メンブレンの弾性性と多点の尖塔構造の電極によ
り、接続接点電極、入力接点電極と出力接点電極の電気
的な接触を確実に行うことが可能になるという作用を有
する。
【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図３を用いて説明する。
〜図３を用いて説明する。
【００２０】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１のスイッチの原理を示す概略構成図を示す。図１
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はスイッ
チ動作時の正面断面図である。図１において、基板１に
支持体２が固定され、支持体２にメンブレン３が接続し
ている。メンブレン３の支持体２の反対側の稼動部４に
ばね５がつながっている。ばね５は支持体６でシリコン
基板１に固定されている。
形態１のスイッチの原理を示す概略構成図を示す。図１
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はスイッ
チ動作時の正面断面図である。図１において、基板１に
支持体２が固定され、支持体２にメンブレン３が接続し
ている。メンブレン３の支持体２の反対側の稼動部４に
ばね５がつながっている。ばね５は支持体６でシリコン
基板１に固定されている。
【００２１】稼動部４には駆動電極７が形成されてい
る。駆動電極７と微小隙間を隔てて、駆動電極８がシリ
コン基板１上に形成されている。メンブレン３には接点
電極９が、基板１上には、入力側接点電極１０と出力側
接点電極１１が形成されている。なお、支持体２から支
持体６までを駆動部材１２と総称する。ばね５は図１の
ＡＢ方向に対してばね性を有す。
る。駆動電極７と微小隙間を隔てて、駆動電極８がシリ
コン基板１上に形成されている。メンブレン３には接点
電極９が、基板１上には、入力側接点電極１０と出力側
接点電極１１が形成されている。なお、支持体２から支
持体６までを駆動部材１２と総称する。ばね５は図１の
ＡＢ方向に対してばね性を有す。
【００２２】このような構造において、駆動電極７およ
び８に電圧を加えると両駆動電極間に静電力が発生し、
引付け合い、Ａ方向に駆動部材１２が移動する。結果、
メンブレン３がＣ方向にたわみ、図１（ｃ）のように入
出力接点電極１０，１１と接点電極９が接触すること
で、入出力接点電極１０，１１が導通する。
び８に電圧を加えると両駆動電極間に静電力が発生し、
引付け合い、Ａ方向に駆動部材１２が移動する。結果、
メンブレン３がＣ方向にたわみ、図１（ｃ）のように入
出力接点電極１０，１１と接点電極９が接触すること
で、入出力接点電極１０，１１が導通する。
【００２３】また、駆動電極７および８に加えた電圧を
解除すると、ばね５の作用によってＢ方向に駆動部材１
２を動かす。結果、メンブレン３が図１（ｂ）の状態に
復帰し、入出力接点電極１０，１１と接点電極９が離れ
ることで、入出力接点電極１０，１１が開放する。
解除すると、ばね５の作用によってＢ方向に駆動部材１
２を動かす。結果、メンブレン３が図１（ｂ）の状態に
復帰し、入出力接点電極１０，１１と接点電極９が離れ
ることで、入出力接点電極１０，１１が開放する。
【００２４】静電力は電極間の距離の２乗に反比例、電
圧に比例して大きくなるために、駆動電極７と駆動電極
８の微小隙間を１μｍ程度と狭くすることが望ましい。
圧に比例して大きくなるために、駆動電極７と駆動電極
８の微小隙間を１μｍ程度と狭くすることが望ましい。
【００２５】メンブレン３の長さを５００μｍとする
と、Ａ方向に１μｍ移動することで、弧と弦の長さの簡
単な計算から、理論的にメンブレン３はＣ方向へ１０μ
ｍ程度以上、図１（ｃ）のように容易に変形する。
と、Ａ方向に１μｍ移動することで、弧と弦の長さの簡
単な計算から、理論的にメンブレン３はＣ方向へ１０μ
ｍ程度以上、図１（ｃ）のように容易に変形する。
【００２６】以上のように本実施の形態によれば、微小
な駆動電極間の間隙を静電力で駆動することで、メンブ
レン膜を低い応力で大きく変形させることができるた
め、メンブレンと基板との距離を従来に比べて大きくす
ることが可能となり、かつ、駆動電極を接点電極と位置
的に離すことが可能となることから、高信頼性と高特性
を有するスイッチが得られる。
な駆動電極間の間隙を静電力で駆動することで、メンブ
レン膜を低い応力で大きく変形させることができるた
め、メンブレンと基板との距離を従来に比べて大きくす
ることが可能となり、かつ、駆動電極を接点電極と位置
的に離すことが可能となることから、高信頼性と高特性
を有するスイッチが得られる。
【００２７】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２のスイッチの原理を示す概略構成図を示す。図２
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はスイッ
チ動作時の正面断面図である。図２において、基板１に
支持体２が固定され、支持体２にメンブレン３が接続し
ている。メンブレン３の支持体２の反対側の稼動部４に
ばね５がつながっている。ばね５は支持体６でシリコン
基板１に固定されている。
形態２のスイッチの原理を示す概略構成図を示す。図２
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はスイッ
チ動作時の正面断面図である。図２において、基板１に
支持体２が固定され、支持体２にメンブレン３が接続し
ている。メンブレン３の支持体２の反対側の稼動部４に
ばね５がつながっている。ばね５は支持体６でシリコン
基板１に固定されている。
【００２８】稼動部４には駆動電極７が形成されてい
る。駆動電極７と微小隙間を隔てて、駆動電極８と駆動
電極１３がシリコン基板１上に形成されている。メンブ
レン３には接点電極９が、基板１上には、入力側接点電
極１０と出力側接点電極１１が形成されている。なお、
支持体２から支持体６までを駆動部材１２と総称する。
ばね５は図２のＡＢ方向に対してばね性を有す。
る。駆動電極７と微小隙間を隔てて、駆動電極８と駆動
電極１３がシリコン基板１上に形成されている。メンブ
レン３には接点電極９が、基板１上には、入力側接点電
極１０と出力側接点電極１１が形成されている。なお、
支持体２から支持体６までを駆動部材１２と総称する。
ばね５は図２のＡＢ方向に対してばね性を有す。
【００２９】このような構造において、駆動電極７およ
び８に電圧を加えると両駆動電極間に静電力が発生し、
引付け合い、Ａ方向に駆動部材１３が移動する。結果、
メンブレン３がＣ方向にたわみ、図２（ｃ）のように入
出力接点電極１０，１１と接点電極９が接触すること
で、入出力接点電極１０，１１が導通する。
び８に電圧を加えると両駆動電極間に静電力が発生し、
引付け合い、Ａ方向に駆動部材１３が移動する。結果、
メンブレン３がＣ方向にたわみ、図２（ｃ）のように入
出力接点電極１０，１１と接点電極９が接触すること
で、入出力接点電極１０，１１が導通する。
【００３０】また、駆動電極１３および７に電圧を加え
ると両駆動電極間に静電力が発生し、引付け合い、Ｂ方
向に駆動部材１３が移動する。結果、図２（ｂ）の状態
に復帰し、入出力接点電極１０，１１と接点電極９が離
れることで、入出力接点電極１０，１１が開放する。
ると両駆動電極間に静電力が発生し、引付け合い、Ｂ方
向に駆動部材１３が移動する。結果、図２（ｂ）の状態
に復帰し、入出力接点電極１０，１１と接点電極９が離
れることで、入出力接点電極１０，１１が開放する。
【００３１】メンブレン３がＣ方向にたわみ、図２
（ｃ）のように入出力接点電極１０，１１と接点電極９
が接触しているときは、入出力接点電極１０，１１が導
通している。静電力は電極間の距離の２乗に反比例、電
圧に比例して大きくなるために、駆動電極７，８および
１３の微小隙間を１μｍ程度と狭くすることが望まし
い。
（ｃ）のように入出力接点電極１０，１１と接点電極９
が接触しているときは、入出力接点電極１０，１１が導
通している。静電力は電極間の距離の２乗に反比例、電
圧に比例して大きくなるために、駆動電極７，８および
１３の微小隙間を１μｍ程度と狭くすることが望まし
い。
【００３２】メンブレン３の長さを５００μｍとする
と、Ａ方向に１μｍ移動することで、弧と弦の長さの簡
単な計算から、理論的にメンブレン３はＣ方向へ１０μ
ｍ程度以上、図２（ｃ）のように容易に変形する。
と、Ａ方向に１μｍ移動することで、弧と弦の長さの簡
単な計算から、理論的にメンブレン３はＣ方向へ１０μ
ｍ程度以上、図２（ｃ）のように容易に変形する。
【００３３】以上のように本実施の形態によれば、微小
な駆動電極間の間隙を静電力で駆動することで、メンブ
レン膜を低い応力で大きく変形させることができるた
め、メンブレンと基板との距離を従来に比べて大きくす
ることが可能となり、かつ、駆動電極を接点電極と位置
的に離すことが可能となることから、高信頼性と高特性
を有するスイッチが得られる。
な駆動電極間の間隙を静電力で駆動することで、メンブ
レン膜を低い応力で大きく変形させることができるた
め、メンブレンと基板との距離を従来に比べて大きくす
ることが可能となり、かつ、駆動電極を接点電極と位置
的に離すことが可能となることから、高信頼性と高特性
を有するスイッチが得られる。
【００３４】なお、実施の形態１および２において、接
続接点電極９、あるいは入力接点電極１０と出力接点電
極１１のすくなくともどちらかの表面が数μｍ〜数１０
μｍの大きさの多数の微小な尖塔または凸面構造を形成
すると、メンブレンの弾性性と多点の尖塔構造の電極に
より、接続接点電極９、入力接点電極１０と出力接点電
極１１の電気的な接触圧が何もない場合に比べて上昇
し、接続を確実に行うことが可能になる。
続接点電極９、あるいは入力接点電極１０と出力接点電
極１１のすくなくともどちらかの表面が数μｍ〜数１０
μｍの大きさの多数の微小な尖塔または凸面構造を形成
すると、メンブレンの弾性性と多点の尖塔構造の電極に
より、接続接点電極９、入力接点電極１０と出力接点電
極１１の電気的な接触圧が何もない場合に比べて上昇
し、接続を確実に行うことが可能になる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、微小な駆
動電極間の間隙を静電力で駆動することで、メンブレン
膜を低い応力で大きく変形することができるためにメン
ブレンと基板との距離を従来に比べて大きくすることが
可能、かつ、駆動電極を接点電極と位置的に離すことが
可能になることから、高信頼性と高特性が得られる。
動電極間の間隙を静電力で駆動することで、メンブレン
膜を低い応力で大きく変形することができるためにメン
ブレンと基板との距離を従来に比べて大きくすることが
可能、かつ、駆動電極を接点電極と位置的に離すことが
可能になることから、高信頼性と高特性が得られる。
【図１】本発明の実施の形態１のスイッチの原理を示す
概略構成図
概略構成図
【図２】本発明の実施の形態２のスイッチの原理を示す
概略構成図
概略構成図
【図３】従来のスイッチの概略構成図
１ 基板 ３ メンブレン ５ ばね ７，８，１３ 駆動電極 ９ 接点電極 １０ 入力接点電極 １１ 出力接点電極 １２ 駆動部材
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に少なくとも１対の入力接点電極
と出力接点電極および第１の駆動電極を有し、この入力
側接点電極と出力側電極および第１の駆動電極周辺に対
向する部分が基板に対して空気層を介したメンブレン構
造を有する駆動部材を基板上に有し、駆動部材の一端が
基板に固定され、他端がばねを介して基板に固定され、
駆動部材に第１の駆動電極を有し、この第１の駆動電極
に微小隙間で対向する基板に第２の駆動電極を有し、第
１と第２の駆動電極の間に駆動電圧を加えることで、駆
動電極間の静電力によりばねを伸ばすことで、メンブレ
ンが変形し、接続接点電極が入力接点電極と出力接点電
極と接続し、駆動電圧を解除したときにばねがもとに戻
ることによりメンブレンの変形が元に戻ることで接続接
点電極と、入力接点電極と出力接点電極との接続を開放
するよう構成したスイッチ。 - 【請求項２】 基板上に少なくとも１対の入力接点電極
と出力接点電極および第１の駆動電極を有し、この入力
側接点電極と出力側電極および第１の駆動電極周辺に対
向する部分が基板に対して空気層を介したメンブレン構
造を有する駆動部材を基板上に有し、駆動部材の一端が
基板に固定され、他端がばねなどの弾性部を介して基板
に固定され、駆動部材に第１の駆動電極を有し、この第
１の駆動電極に微小隙間で対向する基板の第1の駆動電
極を挟む配置で第２および第3の駆動電極を有し、第１
と第２の駆動電極の間に駆動電圧を加えることで、駆動
電極間の静電力により第1と第2の駆動電極が引付け合
い、メンブレンが変形し、接続接点電極が入力接点電極
と出力接点電極と接続し、第１と第３の駆動電圧の間に
駆動電圧を加えることで、駆動電極間の静電力により第
1と第３の駆動電極が引付け合い、メンブレンの変形が
元に戻ることで接続接点電極と、入力接点電極と出力接
点電極との接続を開放するよう構成したスイッチ。 - 【請求項３】 メンブレン構造を有する駆動部材とばね
が一体構造からなる請求項１あるいは２記載のスイッ
チ。 - 【請求項４】 基板が単結晶シリコン、セラミックまた
はガラス、メンブレンおよびばねが基板材料と熱膨張率
の近い材料、たとえば酸化シリコン、アモルファスシリ
コンあるいはポリシリコンを主構造とする請求項１ある
いは２記載のスイッチ。 - 【請求項５】 メンブレンが基板面に向かって凸面構造
を有する請求項１あるいは２記載のスイッチ。 - 【請求項６】 接続接点電極、あるいは入力接点電極と
出力接点電極のすくなくともどちらかの表面が多数の微
小な尖塔または凸面構造を有する請求項１あるいは２記
載のスイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000106033A JP2001291463A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000106033A JP2001291463A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001291463A true JP2001291463A (ja) | 2001-10-19 |
Family
ID=18619277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000106033A Withdrawn JP2001291463A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001291463A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003181799A (ja) * | 2001-12-14 | 2003-07-02 | Omron Corp | 接点支持機構、接点開閉器、計測装置及び無線機 |
| WO2005015595A1 (ja) * | 2003-08-07 | 2005-02-17 | Fujitsu Limited | マイクロスイッチング素子およびその製造方法 |
| WO2007145294A1 (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-21 | Panasonic Corporation | 電気機械素子およびそれを用いた電気機器 |
| US7501920B2 (en) | 2004-12-21 | 2009-03-10 | Fujitsu Component Limited | Switch device |
| JP2012196041A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Toshiba Corp | 静電アクチュエータ |
-
2000
- 2000-04-07 JP JP2000106033A patent/JP2001291463A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7501920B2 (en) | 2004-12-21 | 2009-03-10 | Fujitsu Component Limited | Switch device |
| WO2007145294A1 (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-21 | Panasonic Corporation | 電気機械素子およびそれを用いた電気機器 |
| US7978034B2 (en) | 2006-06-15 | 2011-07-12 | Panasonic Corporation | Electromechanical element and electronic equipment using the same |
| JP2012196041A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Toshiba Corp | 静電アクチュエータ |
| US8866363B2 (en) | 2011-03-16 | 2014-10-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrostatic actuator having urging members with varying rigidities |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20050630 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
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| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060407 |