JP2003217421A - Micromachine switch - Google Patents

Micromachine switch

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JP2003217421A
JP2003217421A JP2002015049A JP2002015049A JP2003217421A JP 2003217421 A JP2003217421 A JP 2003217421A JP 2002015049 A JP2002015049 A JP 2002015049A JP 2002015049 A JP2002015049 A JP 2002015049A JP 2003217421 A JP2003217421 A JP 2003217421A
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JP
Japan
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short
drive
circuit
signal line
micromachine
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Pending
Application number
JP2002015049A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Ono
敦 小野
Ushio Sagawa
潮 寒川
Isaku Jinno
伊策 神野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JP2003217421A publication Critical patent/JP2003217421A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H01H2057/006Micromechanical piezoelectric relay

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve low power consumption and high reliability by simplifying the arrangement of a switch mechanism and efficiently shutting a high frequency signal, in a micromachine switch for switching the high frequency signal. <P>SOLUTION: This micromachine switch is provided with a signal line conductor 12 formed on a substrate, a driving short-circuiting mechanism 15 for shutting passing of the high frequency signal and a piezoelectric material 16 to be a driving means for displacing the driving short-circuiting mechanism 15 by imparting a control signal. By applying voltage as the control signal to the piezoelectric material 16, the signal line conductor 12 and a ground conductor 13 are short-circuited via a conductive layer 17 on a bottom surface of the driving short-circuiting mechanism 15 and the high frequency signal can be efficiently shut. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波回路におい
て高周波信号の切り替えを行うために使用されるマイク
ロマシンスイッチに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromachine switch used for switching a high frequency signal in a high frequency circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯通信機器を始めとした様々な
高周波機器の市場拡大、開発促進により、これらの機器
を構成する高周波用電子部品の製造も活発化している。
特に携帯通信機器内に組み込まれている高周波信号送受
信回路において、アンテナへの入出力信号の切り替えを
行うために使用されるスイッチ素子に対し、更なる高性
能化の要求が高まっている。特に高性能化が望まれてい
るのは、高周波信号の低挿入損失と外部への高周波信号
の漏洩を防ぐための高アイソレーション化である。現在
このスイッチ素子は、リレーを使用した機械式やPIN
ダイオード等を使用した電子式が一般的であるが、最近
では半導体製造プロセスに端を発するシリコンプロセス
を主としたマイクロマシニング技術の発達とともにマイ
クロマシンスイッチの使用が検討され始めている。マイ
クロマシンスイッチの利点は他の電子式スイッチ素子に
比べて高周波信号の挿入損失が少なく、比較的低コスト
で低消費電力であることを特徴としている。
2. Description of the Related Art In recent years, due to market expansion and development promotion of various high frequency devices such as portable communication devices, the manufacture of high frequency electronic components constituting these devices has been activated.
Particularly, in a high frequency signal transmission / reception circuit incorporated in a mobile communication device, there is an increasing demand for higher performance of a switch element used for switching an input / output signal to / from an antenna. Particularly, high performance is desired for low insertion loss of high frequency signals and high isolation for preventing leakage of high frequency signals to the outside. Currently, this switch element is mechanical or PIN that uses a relay.
An electronic type using a diode or the like is generally used, but recently, with the development of a micromachining technique mainly on a silicon process originating in a semiconductor manufacturing process, the use of a micromachine switch has been studied. The advantage of the micromachine switch is that the insertion loss of a high frequency signal is smaller than that of other electronic switch elements, the cost is relatively low, and the power consumption is low.

【0003】従来例におけるマイクロマシンスイッチは
特開2000−294104に記載されたものが知られ
ている。以下に図面を用いて従来の技術を説明する。図
4は従来のマイクロマシンスイッチの構造を示してお
り、主な構成要素は制御信号に基づきコンタクト41を
変位させる駆動手段42と、駆動手段42に制御信号を
与える制御信号線43と制御信号線43に接続されかつ
高周波信号線路44a,44bに流れる高周波信号の通
過を阻止する高周波信号阻止手段45である。このスイ
ッチにおいて高周波信号線44a,44bに高周波信号
を通過させるためには、高周波信号阻止手段45から制
御信号線43を介して駆動手段42に電圧を印加するこ
とで駆動手段42表面を帯電させ、静電誘導によって対
向したコンタクト41の下面に駆動手段42表面と極性
の異なる電荷を発生させる。このことによりコンタクト
41と駆動手段42の両者間に静電吸引力が発生しコン
タクト41が駆動手段42に引き寄せられ、高周波信号
線路44aと44bがコンタクト41を介して高周波的
に接続されることで高周波信号が通過可能となるという
構造である。
As a micromachine switch in a conventional example, one described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-294104 is known. A conventional technique will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 shows the structure of a conventional micromachine switch. The main constituent elements are driving means 42 for displacing the contact 41 based on a control signal, and control signal lines 43 and 43 for giving a control signal to the driving means 42. Is a high-frequency signal blocking means 45 that blocks the passage of high-frequency signals that are connected to the high-frequency signal lines 44a and 44b. In order to pass a high frequency signal through the high frequency signal lines 44a and 44b in this switch, a voltage is applied from the high frequency signal blocking means 45 to the driving means 42 via the control signal line 43 to charge the surface of the driving means 42, Electric charges having a polarity different from that of the surface of the driving means 42 are generated on the lower surface of the contact 41 opposed by electrostatic induction. As a result, an electrostatic attraction force is generated between both the contact 41 and the driving means 42, the contact 41 is attracted to the driving means 42, and the high-frequency signal lines 44a and 44b are connected at high frequencies via the contact 41. This structure allows high-frequency signals to pass through.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】マイクロマシンスイッ
チは、一般的には基板上に形成された可動構造体の駆動
によってスイッチ動作を行うものであり、半導体スイッ
チと比べた応答性の速さ、低消費電力、信頼性、長寿命
といったことが要求されている。
A micromachine switch generally performs a switch operation by driving a movable structure formed on a substrate, and has a higher responsiveness and lower power consumption than a semiconductor switch. Power, reliability, and long life are required.

【0005】しかしながら従来例に記したマイクロマシ
ンスイッチは静電吸引力を駆動力として、電荷を駆動手
段42とコンタクト41に蓄積することでスイッチ動作
を行うため、電荷蓄積に要する時間を短縮し応答性を改
善するには限度がある。
However, the micromachine switch described in the conventional example performs the switch operation by accumulating the electric charge in the driving means 42 and the contact 41 by using the electrostatic attraction force as the driving force, so that the time required for the electric charge accumulation is shortened and the responsiveness is improved. There is a limit to improving.

【0006】また、低消費電力ではあるが駆動手段42
に印加すべき駆動電圧は数十ボルト以上必要であり、送
受信回路内の他の素子を動作させるのに必要な数ボルト
の電圧に対して非常に大きな電圧が必要となる。このた
め微細化が急速に進んでいる送受信回路において回路内
の他の信号線路導体を通過している高周波信号や回路全
体の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。また大きな電
圧をマイクロマシンスイッチ駆動に与えるためにのみ使
用する電源回路が必要となることも考えられ、静電型マ
イクロマシンスイッチ自身の低電力駆動を実現するには
検討すべき点が多い。
The driving means 42 has low power consumption.
The drive voltage to be applied to the device requires several tens of volts or more, which is a very large voltage with respect to the voltage of several volts required to operate other elements in the transmission / reception circuit. For this reason, there is a possibility that a high-frequency signal passing through other signal line conductors in the circuit or the characteristics of the entire circuit may be adversely affected in a transmission / reception circuit in which miniaturization is rapidly progressing. In addition, a power supply circuit used only for applying a large voltage to the micromachine switch drive may be necessary, and there are many points to be considered to realize low power drive of the electrostatic micromachine switch itself.

【0007】静電型マイクロマシンスイッチは主構造材
料をシリコンとして、犠牲層を利用した半導体プロセス
の応用により製造されることが多く、製造工程に組み立
てを必要としないというメリットが存在するが、駆動体
としてのシリコン可動構造体の耐久性に関して明らかに
されている例は少なく、信頼性、寿命等に関しても未確
認の要素が多い。
[0007] The electrostatic micromachine switch is often manufactured by applying a semiconductor process using a sacrificial layer with silicon as a main structural material, and there is an advantage that no assembly is required in the manufacturing process. There are few examples that have been clarified regarding the durability of the silicon movable structure as described above, and there are many unconfirmed factors regarding reliability, life, and the like.

【0008】本発明は、高周波信号の遮断を行うマイク
ロマシンスイッチにおいて、スイッチ構造の構成が単純
で且つ高周波信号を効率良く遮断することで、低消費電
力で且つ信頼性の高いマイクロマシンスイッチを実現す
ることを目的とする。
According to the present invention, in a micromachine switch for cutting off a high frequency signal, a switch machine having a simple structure and efficiently cutting off a high frequency signal can realize a micromachine switch with low power consumption and high reliability. With the goal.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、基板上に形成された信号線路導体と、前記
信号線路導体の高周波信号の通過を遮断するための駆動
短絡機構と、制御信号を与えることにより前記駆動短絡
機構を変位させる駆動手段と、を備えていることを特徴
とするマイクロマシンスイッチであり、特に、駆動短絡
機構は梁形状を有し且つ駆動体として圧電体を有し、こ
の機構を変形させることにより信号線路導体と接地導体
とを短絡させて高周波信号の遮断を行うように構成した
ものである。
In order to solve this problem, the present invention provides a signal line conductor formed on a substrate, and a drive short-circuit mechanism for blocking passage of a high frequency signal of the signal line conductor, A micromachine switch comprising: a drive unit that displaces the drive short-circuit mechanism by giving a control signal. In particular, the drive short-circuit mechanism has a beam shape and a piezoelectric body as a driver. Then, by deforming this mechanism, the signal line conductor and the ground conductor are short-circuited to interrupt the high-frequency signal.

【0010】このマイクロマシンスイッチは、信号線路
導体と接地導体が同一平面状に配置されるコプレーナ線
路を基板上に形成し、導電性を有する支持部を介して梁
形状を有する駆動短絡機構を接合することで構成される
ものである。
In this micromachine switch, a coplanar line in which a signal line conductor and a ground conductor are arranged on the same plane is formed on a substrate, and a beam-shaped driving short-circuit mechanism is joined via a conductive support portion. It is composed of things.

【0011】基板材料はシリコン、セラミックス、ガリ
ウム砒素等を使用することが可能である。信号線路導
体、接地導体は電気伝導度の高い金属材料が望ましく、
また他の高周波素子と電気的に結合して回路を形成する
際にワイヤーボンディング等の接合技術が容易に行うこ
とができる金属であることが望ましい。
It is possible to use silicon, ceramics, gallium arsenide or the like as the substrate material. The signal line conductor and the ground conductor are desirably made of a metal material having high electric conductivity,
Further, it is desirable that the metal be a metal that facilitates a bonding technique such as wire bonding when electrically connecting with another high frequency element to form a circuit.

【0012】また、駆動短絡機構は以下に示す部材の積
層構造を有する。信号線路導体と接地導体との短絡を解
除するのに十分な復元力を発生しうるばね特性を有する
材料、駆動体の主要部をなす圧電体、基板上の信号線路
導体と接地導体を短絡させるために必要な導電層であ
る。
The drive short-circuit mechanism has a laminated structure of the following members. A material having a spring characteristic that can generate a restoring force sufficient to cancel the short circuit between the signal line conductor and the ground conductor, a piezoelectric body that is a main part of the driver, and a short circuit between the signal line conductor and the ground conductor on the substrate. It is a conductive layer necessary for this.

【0013】基板と駆動短絡機構を接合する支持部は高
周波信号を遮断する際、接地導体から駆動短絡回路を通
して信号線路導体とを接地して短絡させるために導電性
を有し、かつ駆動短絡機構が動作を繰り返し行うために
必要な強度を有することが必要である。
The support portion joining the substrate and the drive short-circuiting mechanism has conductivity so as to short-circuit the high-frequency signal from the ground conductor to the signal line conductor through the drive short-circuiting circuit, and has a drive short-circuiting mechanism. Must have the necessary strength to perform repeated movements.

【0014】これらの構成要素を接合することで、スイ
ッチ機構の構成が単純でかつ信号線路導体を通過する高
周波信号を効率よく遮断することが可能な、低消費電力
且つ高信頼性のマイクロマシンスイッチを実現すること
ができる。
By joining these components, a micromachine switch having a simple switch mechanism and capable of efficiently blocking high-frequency signals passing through the signal line conductors and having low power consumption and high reliability is provided. Can be realized.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、基板上に形成された信号線路導体と、前記信号線路
導体の高周波信号の通過を遮断するための駆動短絡機構
と、制御信号を与えることにより前記駆動短絡機構を変
位させる駆動手段と、を備えていることを特徴とするマ
イクロマシンスイッチであり、電子的スイッチに比べて
高周波信号の挿入損失が少なく低消費電力であり、かつ
スイッチ構造を単純にすることが可能であることから低
コスト化を図ることが可能であるという作用を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention includes a signal line conductor formed on a substrate, a drive short-circuit mechanism for blocking passage of a high-frequency signal through the signal line conductor, and a control. A drive means for displacing the drive short-circuit mechanism by giving a signal, and a micromachine switch characterized by low insertion loss of high-frequency signals compared to electronic switches, and low power consumption, and Since the switch structure can be simplified, the cost can be reduced.

【0016】請求項2に記載の発明は、信号線路導体を
通過する高周波信号の遮断が、前記信号線路導体と接地
導体とを駆動短絡機構を介して短絡することで実現され
ることを特徴とする請求項1記載のマイクロマシンスイ
ッチであり、短絡という物理的な作用で高周波信号を遮
断することで外部に高周波信号の漏洩を発生させないと
いう作用を有する。
The invention according to claim 2 is characterized in that the high-frequency signal passing through the signal line conductor is cut off by short-circuiting the signal line conductor and the ground conductor via a drive short-circuit mechanism. The micromachine switch according to claim 1, wherein the high-frequency signal is cut off by a physical action of a short circuit, so that the high-frequency signal does not leak outside.

【0017】請求項3に記載の発明は、駆動短絡機構
が、両端支持もしくは片持ち梁の形状であることを特徴
とする請求項1または2記載のマイクロマシンスイッチ
であり、梁形状は比較的容易に形成可能な構造であるこ
とから、マイクロマシンスイッチ自体の製造も容易とな
り、低コスト化を図ることが可能となるという作用を有
する。
The third aspect of the present invention is the micromachine switch according to the first or second aspect, wherein the drive short-circuit mechanism is in the form of both ends supported or cantilever, and the beam shape is relatively easy. Since it has a structure that can be formed, the micromachine switch itself can be easily manufactured, and the cost can be reduced.

【0018】請求項4に記載の発明は、駆動手段が圧電
体であり、制御信号を与えて前記圧電体を屈曲させるこ
とで駆動短絡機構を動作させることを特徴とする請求項
3記載のマイクロマシンスイッチであり、電気エネルギ
を効率よく機械エネルギに変換することが可能である圧
電体を駆動体として使用することにより低電圧、低消費
電力でかつ安定したスイッチ動作をさせることが可能で
あるという作用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, the driving means is a piezoelectric body, and the driving short circuit mechanism is operated by applying a control signal to bend the piezoelectric body. This is a switch, and it is possible to perform a stable switch operation with low voltage and low power consumption by using a piezoelectric body capable of efficiently converting electrical energy into mechanical energy as a driver. Have.

【0019】請求項5に記載の発明は、圧電体が、Pb、
Zr、Tiを含有する酸化物であり、その厚みが0.1μm以上
かつ10μm以下であることを特徴とする請求項4記載の
マイクロマシンスイッチであり、請求項6に記載の発明
は、圧電体の両面に形成される電極の少なくとも一方
が、Pt、IrもしくはRuを含む金属、または導電性酸化物
であることを特徴とする請求項4から5のいずれかに記
載のマイクロマシンスイッチであり、駆動部の圧電体と
してPb、Zr、およびTiを含有した酸化物とし且つその厚
みを薄くすることで低電圧駆動が可能となり、また、そ
の電極材料としてPt、Ir、またはRuを含む材料を用いる
ことで薄膜状の圧電体においても良好な圧電駆動を実現
することが可能であるという作用を有する。
According to a fifth aspect of the invention, the piezoelectric body is Pb,
The micromachine switch according to claim 4, which is an oxide containing Zr and Ti, and has a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less. 6. The micromachine switch according to claim 4, wherein at least one of the electrodes formed in is a metal containing Pt, Ir or Ru, or a conductive oxide. The piezoelectric material is an oxide containing Pb, Zr, and Ti and can be driven at a low voltage by reducing its thickness, and a thin film can be obtained by using a material containing Pt, Ir, or Ru as its electrode material. It has an effect that good piezoelectric drive can be realized even in the case of a piezoelectric body.

【0020】請求項7に記載の発明は、信号線路導体と
接地導体とを短絡するために、梁形状を有する駆動短絡
機構の底面に導電層を形成することを特徴とする請求項
3から5のいずれかに記載のマイクロマシンスイッチで
あり、駆動短絡機構に接地機能を持たせることでスイッ
チの構造を簡素化することが可能であるという作用を有
する。
The invention according to claim 7 is characterized in that a conductive layer is formed on the bottom surface of the driving short-circuit mechanism having a beam shape in order to short-circuit the signal line conductor and the ground conductor. The micromachine switch described in any one of 1 to 3 above has an effect that the structure of the switch can be simplified by providing the drive short-circuit mechanism with a grounding function.

【0021】請求項8に記載の発明は、制御信号が、圧
電体を動作させる印加電圧であることを特徴とする請求
項4から6のいずれかに記載のマイクロマシンスイッチ
であり、駆動短絡機構の駆動体である圧電体は与えられ
る印加電圧によって変形量を制御することが可能である
という機能を有することから、特別な信号発生器等を必
要とせず簡素な回路構成で駆動短絡機構を作動させるこ
とが可能であるという作用を有する。
The invention according to claim 8 is the micromachine switch according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the control signal is an applied voltage for operating the piezoelectric body. The piezoelectric body, which is the driving body, has the function of being able to control the amount of deformation by the applied voltage applied, so that the drive short-circuit mechanism is operated with a simple circuit configuration without the need for a special signal generator or the like. It has the effect that it is possible.

【0022】請求項9に記載の発明は、制御信号を停止
したときに信号線路導体と接地導体との短絡を解除する
のに十分な復元力を発生しうるばね特性を持つ材料を構
成材料として包含する駆動短絡機構を有することを特徴
とする請求項3から8のいずれかに記載のマイクロマシ
ンスイッチであり、高周波信号を遮断するときのみ圧電
体に印加電圧を加えて梁形状を屈曲させ、高周波信号を
通過させるときはばね特性を有する材料による復元力を
利用することで梁形状を信号線路導体から遠ざけ、高周
波信号通過に影響を及ぼさない状態にすることを可能に
するという作用を有する。
The invention according to claim 9 is characterized in that a material having a spring characteristic capable of generating a restoring force sufficient to release the short circuit between the signal line conductor and the ground conductor when the control signal is stopped is used as a constituent material. The micromachine switch according to any one of claims 3 to 8, further comprising a drive short-circuiting mechanism, wherein the beam shape is bent by applying an applied voltage to the piezoelectric body only when a high-frequency signal is cut off, and a high-frequency wave is generated. When a signal is passed through, the restoring force of a material having a spring characteristic is used to move the beam shape away from the signal line conductor, thereby making it possible to make a state that does not affect high frequency signal passage.

【0023】請求項10に記載の発明は、駆動短絡機構
を動作させる駆動電圧が、高周波回路の他の素子を駆動
するために必要な電圧と同等かあるいは低い電圧で動作
が可能であることを特徴とする請求項1から9のいずれ
かに記載のマイクロマシンスイッチであり、駆動短絡機
構の動作のみに使用される高電圧の電源供給回路を必要
とせず、スイッチ駆動回路を簡素化、省電力化できると
いう作用を有する。
According to a tenth aspect of the present invention, the drive voltage for operating the drive short-circuit mechanism can be operated at a voltage equal to or lower than the voltage required to drive other elements of the high frequency circuit. The micromachine switch according to any one of claims 1 to 9, which does not require a high-voltage power supply circuit used only for the operation of the drive short-circuit mechanism, which simplifies the switch drive circuit and saves power. It has the effect of being able to.

【0024】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図3を用いて説明する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
3 to FIG. 3 will be described.

【0025】(実施の形態1)図1は本実施の形態にお
けるマイクロマシンスイッチを示す斜視図である。図1
において、11はマイクロマシンスイッチの構成要素を
組み込むための基板である。基板材料としてはシリコ
ン、セラミックス、ガリウム砒素等を使用することがで
きる。基板11上には、信号線路導体12、接地導体1
3を、スパッタ法やメッキ法で形成する。この信号線路
導体12、接地導体13を形成する材料としては、電気
伝導度が高いことが望ましい。なおマイクロマシンスイ
ッチは他の高周波回路素子と電気的に接合するため、ワ
イヤーボンディング等の接合が容易に可能である配線材
料であることが望ましい。
(First Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing a micromachine switch according to the present embodiment. Figure 1
In the figure, 11 is a substrate for incorporating the constituent elements of the micromachine switch. As the substrate material, silicon, ceramics, gallium arsenide, or the like can be used. The signal line conductor 12 and the ground conductor 1 are provided on the substrate 11.
3 is formed by a sputtering method or a plating method. It is desirable that the material for forming the signal line conductor 12 and the ground conductor 13 has high electrical conductivity. Since the micromachine switch is electrically bonded to other high frequency circuit elements, it is desirable that the wiring material be easily bonded by wire bonding or the like.

【0026】この接地導体13上に駆動短絡機構15を
接合するための導電性を有する支持部14を形成する。
支持部14は駆動短絡機構15が有する形状復元力とと
もに、高周波信号が信号線路導体12を通過する際に信
号に影響を与えない高さに駆動短絡機構15を保持する
役割を果たす。
On the ground conductor 13, the conductive support portion 14 for joining the drive short-circuit mechanism 15 is formed.
The support portion 14 plays a role of holding the drive short-circuit mechanism 15 at a height that does not affect the signal when the high-frequency signal passes through the signal line conductor 12, together with the shape restoring force of the drive short-circuit mechanism 15.

【0027】駆動短絡機構15が信号線路導体12と接
地して高周波信号を遮断するためには、支持部14の高
さは駆動短絡機構15を構成する圧電体の屈曲可能量以
下であることが必要である。本実施の形態での駆動短絡
機構15は支持部が一箇所であることから片持ち梁形状
となり、駆動短絡機構15の構成をユニモルフ構造にす
ることが可能となり、製作が容易な構造となる。
In order for the drive short-circuit mechanism 15 to be grounded to the signal line conductor 12 to block high-frequency signals, the height of the support portion 14 should be less than the bendable amount of the piezoelectric body constituting the drive short-circuit mechanism 15. is necessary. Since the drive short-circuit mechanism 15 in the present embodiment has a single supporting portion, it has a cantilever shape, and the drive short-circuit mechanism 15 can have a unimorph structure, which facilitates manufacture.

【0028】駆動部を構成する圧電体16として厚みが
3μmの Pb(Zr,Ti)O3を用いて長さが300μm、幅が
30μm片持ち梁を構成した。この梁の下部は導電層1
7として厚みが0.1μm のPt電極を用い、上部にはば
ね特性を有する材料18として厚み2.5μmのCrを用
い、上部電極としての役割も合わせて持たせた。この上
下電極間に0〜5Vの電圧を印加した場合、先端に約8
μmの変位が発生した。この先端変位によって導電層1
7と信号線路導体12との間でスイッチのOn-Offができ
た。
A cantilever having a length of 300 μm and a width of 30 μm was formed by using Pb (Zr, Ti) O 3 having a thickness of 3 μm as the piezoelectric body 16 constituting the drive section. The lower part of this beam is the conductive layer 1
A Pt electrode having a thickness of 0.1 μm was used as 7, and a Cr having a thickness of 2.5 μm was used as a material 18 having a spring characteristic on the upper part, and also had a role as an upper electrode. When a voltage of 0-5V is applied between the upper and lower electrodes, about 8
A displacement of μm occurred. By this tip displacement, the conductive layer 1
The switch can be turned on and off between 7 and the signal line conductor 12.

【0029】圧電体16の厚みとしては、10μmより
厚い場合では5μm以上の変位を発生させるために10
V以上の電圧が必要となり、高周波用のマイクロマシン
スイッチとしては適さない。また、厚みが0.1μmよ
り薄い場合梁の強度が弱くなるため動作が不安定とな
り、誤動作が急激に増加した。
As for the thickness of the piezoelectric body 16, if it is thicker than 10 μm, the displacement is 5 μm or more so as to generate displacement of 10 μm or more.
It requires a voltage of V or more, and is not suitable as a micromachine switch for high frequencies. Further, when the thickness is less than 0.1 μm, the strength of the beam becomes weak and the operation becomes unstable, resulting in a sudden increase in malfunctions.

【0030】なお高周波信号が信号線路導体12を通過
する際に、駆動短絡機構15が高周波信号に影響を及ぼ
さない空間を保持可能とする支持部14を有するスイッ
チの構造を考えた場合、一計算例として梁形状は幅10
0μm、長さ500μm、支持部14の高さ2μmとい
う値が得られた。この支持部14の高さと高周波信号の
通過特性の関係を図2に示す。図に示すように支持部1
4の高さが2μm以上であれば通過特性に支障はない
が、梁形状の自重での撓み、形成時に発生しうる内部応
力による変形を考慮して支持部14の高さを4μmとす
ることでスイッチ機構の信頼性の向上を図った。この計
算例での各寸法を有する片持ち梁と上記Pb(Zr,Ti)O3を
用いた厚みが3μm、長さが300μm、幅が30μm
の片持ち梁との駆動電圧および撓み量を比較すること
で、計算例より得られた寸法を有する片持ち梁形状であ
っても5ボルト以下でRF的にみても本発明のスイッチ
は十分動作させることが可能であるという結果が得られ
た。
Considering the structure of the switch having the supporting portion 14 capable of holding the space where the driving short-circuit mechanism 15 does not affect the high frequency signal when the high frequency signal passes through the signal line conductor 12, one calculation As an example, the beam shape has a width of 10
A value of 0 μm, a length of 500 μm, and a height of the supporting portion 14 of 2 μm were obtained. FIG. 2 shows the relationship between the height of the support portion 14 and the passage characteristic of the high frequency signal. Support 1 as shown
If the height of 4 is 2 μm or more, the passage characteristics are not hindered, but the height of the support portion 14 should be 4 μm in consideration of the bending of the beam shape due to its own weight and the deformation due to internal stress that may occur during formation. With this, the reliability of the switch mechanism was improved. A cantilever having each dimension in this calculation example and the above Pb (Zr, Ti) O3 are used, the thickness is 3 μm, the length is 300 μm, and the width is 30 μm.
By comparing the driving voltage and the amount of deflection with the cantilever beam of No. 2, even if the cantilever shape having the dimension obtained from the calculation example is used, the switch of the present invention operates sufficiently even when viewed from RF with 5 V or less. It was possible to obtain the result.

【0031】したがって本実施の形態によれば、構成が
単純で高周波信号を効率良く遮断でき、低駆動電圧のた
め低消費電力であり、且つ信頼性の高いマイクロスイッ
チを実現することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a micro switch which has a simple structure, can cut off high-frequency signals efficiently, has low driving voltage, consumes less power, and has high reliability.

【0032】(実施の形態2)図3は本実施の形態にお
けるマイクロマシンスイッチを示す斜視図である。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a perspective view showing a micromachine switch in the present embodiment.

【0033】構成は(実施の形態1)とほぼ同じである
が、導電性を有する支持部14を接地導体13の両方に
形成することで駆動短絡機構15は両端支持梁形状とな
る。この形状においては駆動短絡機構15の機械的強度
を向上させることができ、スイッチとしての信頼性向上
が実現可能となる。
Although the structure is almost the same as that of the first embodiment, the drive short-circuit mechanism 15 has both-end support beam shape by forming the conductive support portions 14 on both the ground conductors 13. With this shape, the mechanical strength of the drive short-circuit mechanism 15 can be improved, and the reliability of the switch can be improved.

【0034】したがって、(実施の形態1)と同様に、
低消費電力であるとともに、より信頼性の高いマイクロ
スイッチを実現することができる。
Therefore, as in (Embodiment 1),
A micro switch that has low power consumption and high reliability can be realized.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高周波信
号回路において圧電体を駆動体とする駆動短絡機構を用
いることで、スイッチ機構の構成が単純でかつ信号線路
導体を通過する高周波信号を効率よく遮断することが可
能な、低消費電力且つ高信頼性のマイクロマシンスイッ
チを容易に製造できるという有利な効果が得られる。
As described above, according to the present invention, by using the driving short-circuit mechanism in which the piezoelectric body is used as the driving body in the high-frequency signal circuit, the high-frequency signal passing through the signal line conductor has a simple switch mechanism structure. It is possible to obtain an advantageous effect that it is possible to easily manufacture a micromachine switch with low power consumption and high reliability, which can efficiently shut off the power supply.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態によるマイクロマシンス
イッチを示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a micromachine switch according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態における、支持部14の
高さと高周波信号との通過特性の関係を示す特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a height of a supporting portion 14 and a passing characteristic of a high frequency signal according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態によるマイクロマシンス
イッチを示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing a micromachine switch according to an embodiment of the present invention.

【図4】従来の静電型マイクロマシンスイッチの構成を
示す概略図
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional electrostatic micromachine switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 信号線路導体 13 接地導体 14 支持部 15 駆動短絡回路 16 圧電体 17 導電層 18 ばね特性を有する材料 41 コンタクト 42 駆動手段 43 制御信号線 44a 高周波信号線 44b 高周波信号線 45 高周波阻止手段 11 board 12 Signal line conductor 13 Ground conductor 14 Support 15 Drive short circuit 16 Piezoelectric body 17 Conductive layer 18 Materials with spring properties 41 contacts 42 Drive means 43 Control signal line 44a high frequency signal line 44b High frequency signal line 45 High-frequency blocking means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神野 伊策 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5J012 AA06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Isaku Jinno             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 5J012 AA06

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された信号線路導体と、前
記信号線路導体の高周波信号の通過を遮断する駆動短絡
機構と、制御信号を与えることにより前記駆動短絡機構
を変位させる駆動手段と、を備えていることを特徴とす
るマイクロマシンスイッチ。
1. A signal line conductor formed on a substrate, a drive short-circuit mechanism for blocking passage of a high-frequency signal through the signal line conductor, and drive means for displacing the drive short-circuit mechanism by giving a control signal. A micromachine switch characterized by having.
【請求項2】 信号線路導体を通過する高周波信号の遮
断が、前記信号線路導体と接地導体とを駆動短絡機構を
介して短絡することで実現されることを特徴とする請求
項1記載のマイクロマシンスイッチ。
2. The micromachine according to claim 1, wherein the high-frequency signal passing through the signal line conductor is cut off by short-circuiting the signal line conductor and the ground conductor through a driving short-circuit mechanism. switch.
【請求項3】 駆動短絡機構が、両端支持もしくは片持
ち梁の形状であることを特徴とする請求項1または2記
載のマイクロマシンスイッチ。
3. The micromachine switch according to claim 1, wherein the drive short-circuit mechanism is in the form of both ends supported or cantilevered.
【請求項4】 駆動手段が圧電体であり、制御信号を与
えて前記圧電体を屈曲させることで駆動短絡機構を動作
させることを特徴とする請求項3記載のマイクロマシン
スイッチ。
4. The micromachine switch according to claim 3, wherein the driving means is a piezoelectric body, and the drive short-circuit mechanism is operated by applying a control signal to bend the piezoelectric body.
【請求項5】 圧電体が、Pb、Zr、Tiを含有する酸化物
であり、その厚みが0.1μm以上かつ10μm以下であるこ
とを特徴とする請求項4記載のマイクロマシンスイッ
チ。
5. The micromachine switch according to claim 4, wherein the piezoelectric body is an oxide containing Pb, Zr, and Ti and has a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less.
【請求項6】 圧電体の両面に形成される電極の少なく
とも一方が、Pt、IrもしくはRuを含む金属、または導電
性酸化物であることを特徴とする請求項4から5のいず
れかに記載のマイクロマシンスイッチ。
6. The piezoelectric element according to claim 4, wherein at least one of the electrodes formed on both sides of the piezoelectric body is a metal containing Pt, Ir or Ru, or a conductive oxide. Micromachine switch.
【請求項7】 信号線路導体と接地導体とを短絡するた
めに、梁形状を有する駆動短絡機構の底面に導電層を形
成することを特徴とする請求項3から5のいずれかに記
載のマイクロマシンスイッチ。
7. The micromachine according to claim 3, wherein a conductive layer is formed on the bottom surface of the driving short-circuit mechanism having a beam shape to short-circuit the signal line conductor and the ground conductor. switch.
【請求項8】 制御信号が、圧電体を動作させる印加電
圧であることを特徴とする請求項4から6のいずれかに
記載のマイクロマシンスイッチ。
8. The micromachine switch according to claim 4, wherein the control signal is an applied voltage for operating the piezoelectric body.
【請求項9】 制御信号を停止したときに信号線路導体
と接地導体との短絡を解除するのに十分な復元力を発生
しうるばね特性を持つ材料を構成材料として包含する駆
動短絡機構を有することを特徴とする請求項3から8の
いずれかに記載のマイクロマシンスイッチ。
9. A drive short-circuit mechanism including, as a constituent material, a material having a spring characteristic capable of generating a restoring force sufficient to cancel a short circuit between a signal line conductor and a ground conductor when a control signal is stopped. The micromachine switch according to any one of claims 3 to 8, characterized in that:
【請求項10】 駆動短絡機構を動作させる駆動電圧
が、高周波回路の他の素子を駆動するために必要な電圧
と同等かあるいは低い電圧で動作が可能であることを特
徴とする請求項1から9のいずれかに記載のマイクロマ
シンスイッチ。
10. The drive voltage for operating the drive short-circuit mechanism can be operated at a voltage equal to or lower than a voltage required to drive other elements of the high frequency circuit. 9. The micromachine switch according to any one of 9.
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