JP2004319215A

JP2004319215A - 静電駆動素子

Info

Publication number: JP2004319215A
Application number: JP2003110459A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Takemura; 光治竹村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】製造が容易で歩留まりが高く、外力等による誤動作を抑制できて設計通りの動作を行える静電駆動素子を提供する。
【解決手段】基板２上に形成されたコプレーナー線路３の上方側に可動体６を配置し、可動体６と基板２との間隔が広がる方向に変位するよう静電引力を利用して可動体６を変位させる可動体駆動手段を設ける。可動体駆動手段に電圧を印加しない状態では梁７により可動体６を基板２側に付勢して可動電極１０とコプレーナー線路３とを接触状態と成し、可動体駆動手段に電圧を印加することにより可動体６を梁７の付勢力に抗して基板２から遠ざけて可動電極１０とコプレーナー線路３とを非接触状態と成す。基板２上に、可動電極１０とコプレーナー線路３とを接触状態としたときの可動体６の基板面に沿った方向の位置を位置決めする位置決めガイド部９を形成し、可動体６を設定位置に配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば周辺監視レーダー用アンテナスキャン等の高周波回路モジュールに組み込まれるＲＦＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチ素子や容量型素子等、静電容量変化を利用して駆動する静電駆動素子に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ミリ波、マイクロ波の高周波信号で用いるスイッチ素子の例として、例えば図９に示すような、静電容量変化を利用して駆動するマイクロマシンスイッチが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、このマイクロマシンスイッチ４０において、基板４１上には、第１の信号線４２ａと第２の信号線４２ｂが互いに端部をギャップＧを介し対向させて配置形成されている。また、基板４１上には下部電極４３が第１の信号線４２ａおよび第２の信号線４２ｂと間隔を介して形成されている。
【０００４】
さらに、基板４１には、固定部４５が下部電極４３の近傍に配設されている。さらにまた、基板４１の上方側には、第１の信号線４２ａおよび第２の信号線４２ｂの各端部の形成領域から下部電極４３の形成領域にかけての基板領域に間隔を介して対向する可動体４４が配置されている。この可動体４４は、固定部４５に梁４６（４６ａ，４６ｂ）を介して支持されている。
【０００５】
可動体４４の基板側の面にはほぼ全面に絶縁膜４７が形成されており、この絶縁膜４７の表面には、可動用電極４８が下部電極４３に対向させて形成され、また、接触電極５０が第１の信号線４２ａの端部からギャップＧを介し第２の信号線４２ｂの端部に至るまでの領域に対向させて形成されている。
【０００６】
このような構成のマイクロマシンスイッチ４０では、例えば、下部電極４３と可動用電極４８間に直流電圧を印加することにより、当該下部電極４３と可動用電極４８間に静電引力が発生し、この静電引力によって梁４６ａ，４６ｂが撓んで可動体４４が基板４１側に引き寄せられる。この可動体４４の変位によって接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂの両方の端部に接触することにより、信号線４２ａ，４２ｂは接触電極５０を介して導通する。
【０００７】
このマイクロマシンスイッチ４０では、上記のように接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂに接触することによって信号線４２ａ，４２ｂの信号導通がオンし、また、接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂから離れることによって信号線４２ａ，４２ｂの信号導通がオフするという如く、スイッチング動作を行う。
【０００８】
また、マイクロマシンスイッチ等のスイッチ素子の別の例として、可動体（可動部）の両側に可動体を駆動させる駆動機構が形成された構成が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００―１８８０５０号公報
【特許文献２】
特開平５―２４２７８８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示したような構成の従来のマイクロマシンスイッチ４０は、下部電極４３と可動用電極４８間に直流電圧を印加しない状態において、可動体４４が固定部４５に梁４６（４６ａ，４６ｂ）を介して支持された状態で、基板４１上に浮いた状態で配置されており、振動等の外力によって可動体４４が振動して、可動体４４と基板４１との間隔が容易に変化する。したがって、上記外力等によって接触電極５０と信号線４２ａ，４２ｂとの間隔も容易に変化し、接触状態となることもあり、スイッチの誤動作につながるといった問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献２に提案されているスイッチ素子は、駆動機構を可動体の両側に設ける必要があるために、製造工程が複雑になり、歩留まりの低下やコストアップを招くといった問題があった。
【００１２】
さらに、上記従来のスイッチ素子は、いずれも、例えば製造工程において基板に可動体の支持部（図９に示す例においては固定部４５）を固定する際に、位置合わせを十分に行ったとしてもわずかな振動や基板の反り等に起因して可動体の基板に対する位置がずれてしまい、損失の増加や歩留まりの低下を招くといった問題もあった。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決するために成されたものであり、その目的は、製造が容易で歩留まりが高く、外力等による誤動作を抑制できて設計通りの動作を行える静電駆動素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、基板面上に形成された信号導通部と、前記基板の上方側に間隔を介して対向配置されて前記信号導通部の少なくとも一部と対向する可動体と、該可動体に形成されて前記信号導通部に対向する可動電極と、前記可動体を前記基板側に付勢する付勢手段と、静電引力を利用して前記可動体と前記基板面との間隔が広くなる方向に変位するように可動体を変位させる可動体駆動手段とを有し、該可動体駆動手段に電圧を印加しない状態では前記付勢手段の付勢力により前記可動電極と前記信号導通部とを接触状態と成し、前記可動体駆動手段に電圧を印加することにより前記可動体を前記付勢手段の付勢力に抗して基板から遠ざけて可動体と基板との間隔を広げ、前記可動電極と前記信号導通部とを非接触状態と成すことを特徴として構成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）には本発明に係る静電駆動素子の第１実施形態例が模式的な平面図により示され、図１（ｂ）には、図１（ａ）の線Ａ−Ａ’での切断面が模式的に示され、図１（ｃ）には、図１（ａ）の線Ｂ−Ｂ’での切断面が模式的に示されている。
【００１７】
この第１実施形態例の静電駆動素子１は、高周波回路に組み込まれてコプレーナー線路のスイッチ素子として機能するものである。この静電駆動素子１において、基板２（例えばシリコン基板やサファイア基板など）を有し、この基板面上には、例えば酸化膜等により形成された絶縁膜１５を介してコプレーナー線路（ＣＰＷ線路）３が形成されている。なお、基板２がアルミナやガラス等の絶縁基板の場合は、絶縁膜１５は省略することができる。コプレーナー線路３は、高周波の信号導通部（高周波信号導通部）であり、このコプレーナー線路３は、信号線３ｓを２本のグランド線３ｇ１，３ｇ２が間隔を介し挟み込む形態で配置されて成る高周波信号伝送用の線路である。これらの線路３ｓ，３ｇ１，３ｇ２は、例えばＡｕ等の導体膜により構成される。また、その線路３ｓ，３ｇ１，３ｇ２の厚みは適宜設定されるものであるが、その一例を挙げるとすると、例えば約２μｍ程度である。この第１実施形態例では、コプレーナー線路３には例えば５ＧＨｚ以上の高周波の信号が流れる。
【００１８】
上記基板２の上方側には基板２と間隔を介して上部部材（例えばガラス基板）４が配置されている。なお、図１（ａ）では、上部部材４を鎖線で示しており、図１（ａ）は上部部材４を透かして見た平面図である。基板２と上部部材４間の間隙には、高周波信号に対して絶縁性を有する半導体により形成された可動体６が、コプレーナー線路３の上方側に間隔を介し、かつ、コプレーナー線路３の信号線３ｓとグランド線３ｇ１，３ｇ２の一部分に共通に対向させて配置されている。なお、可動体６は絶縁体により形成することもできる。
【００１９】
可動体６は、可動体６と基板２の面との間隔が広狭方向に変位可能となるように、つまり、図のＺ方向に変位可能となるように梁７（７ａ，７ｂ）を介して支持部８（８ａ，８ｂ）に支持されている。梁７（７ａ，７ｂ）は、折り曲げ梁により形成されており、梁７（７ａ，７ｂ）は、可動体６を基板２側に付勢する付勢手段として機能する。また、梁７（７ａ，７ｂ）は、可動体６が基板２の面に沿った方向に変位可能となるように、つまり、可動体６が図のＸ方向およびＹ方向にも変位可能となるように可動体６を支持している。
【００２０】
可動体６における基板２側の面には、例えばＡｕ等の導体膜から成る可動電極１０が形成されている。可動電極１０は、コプレーナー線路３のグランド線３ｇ１から信号線３ｓを介しグランド線３ｇ２にかけて跨ぐように、かつ、それら線路３ｓ，３ｇ１，３ｇ２と間隔を介し対向させて形成されている。図１（ｂ）に示すように、この第１実施形態例では、可動電極１０の表面には絶縁膜１１が形成されている。この絶縁膜１１は、例えばＳｉＮ等の絶縁体により構成され、膜厚が例えば０．１μｍ程度という如く、非常に薄い膜である。なお、図１（ｂ）は絶縁膜１１を可動電極１０の表面全体に形成した図を示しているが、絶縁膜１１は可動電極１０の表面の一部に（例えば点状に）形成してもよい。
【００２１】
また、この実施形態例において、前記上部部材４には、可動体６に対向する部位に、凹部４ａが形成されており、この凹部４ａの内壁面には可動体６に対向する第１の駆動電極１２（１２ａ）が形成されている。一方、可動体６には、第１の駆動電極１２（１２ａ）に対向させて第２の駆動電極１２（１２ｂ）が形成されている。
【００２２】
上記第１の駆動電極１２ａは、上部部材４の基板対向面に形成された通電用電極１９（１９ａ）を介して電極パッド１４ａに接続され、取り出し用シリコン層２３、電極パッド１４ｂを順に介し、さらに、取り出し電極２２に接続されている。この取り出し電極２２を介して第１の駆動電極１２（１２ａ）に給電が行われる。また、上部部材４には、当該上部部材４の表面から支持部８（８ａ，８ｂ）に至るスルーホール１３が形成されており、この支持部８（８ａ，８ｂ）に接続されている梁７（７ａ，７ｂ）上に形成された通電用電極１９（１９ｂ）とスルーホール１３を介し、第２の駆動電極１２（１２ｂ）がワイヤーボンディングされる構成と成している。なお、図１は、図１（ａ）の左下側に示した１つの支持部８ａのスルーホール１３に挿入されたワイヤー１６を介してワイヤーボンディングされる構成を示しているが、他のスルーホール１３にワイヤー１６を設けてもよい。４つのうちいずれかのスルーホール１３を介して通電用電極１９に通電が行われ、第２の駆動電極１２ｂに通電が行われる。また、電極パッド１４（１４ａ，１４ｂ）間に挟まれた取り出し用シリコン層２３の抵抗を小さくするために、この取り出し用シリコン層２３にイオンをドープしてもよいし、イオンドープを行わなくてもよい。
【００２３】
上記第１と第２の駆動電極１２ａ，１２ｂは、静電引力を利用して、可動体６と前記基板２の面との間隔が広くなる方向に変位するように可動体６を変位させる可動体駆動手段を構成している。この可動体駆動手段に電圧を印加する、つまり、電極パッド１４（１４ｂ）とワイヤー１６を介して外部から、数Ｖから数十Ｖの直流電圧を第１と第２の駆動電極１２（１２ａ，１２ｂ）間に印加すると、これら駆動電極１２（１２ａ，１２ｂ）間に静電引力が発生する。この静電引力によって可動体６は、図１（ｂ）の矢印Ｂに示すように、上部部材４側に引き寄せられて可動体６と基板２の面との間隔が広くなり、かつ、可動体６は上部部材４に固定される。
【００２４】
つまり、この実施形態例において、可動体駆動手段に電圧を印加しない状態では、前記梁７（７ａ，７ｂ）の付勢力により前記可動電極１０と信号導通部であるコプレーナー線路３とが絶縁膜１１を介して接触状態と成し、可動体駆動手段に電圧を印加することにより、前記のように、駆動電極１２（１２ａ，１２ｂ）間の静電引力によって可動体６を梁７（７ａ，７ｂ）の付勢力に抗して基板２から遠ざけて可動体６と基板２との間隔を広げ、可動電極１０とコプレーナー線路３とを非接触状態と成す。
【００２５】
図４（ａ）の平面図および図４（ｂ）の側面図には、可動電極１０とコプレーナー線路３の配置関係が示されており、また、図５（ａ）には可動電極１０およびコプレーナー線路３の等価回路が示されている。なお、これらの図において、Ｃ_１は可動電極１０とグランド線３ｇ１間の静電容量を示し、Ｃ_２は可動電極１０とグランド線３ｇ２間の静電容量を示し、Ｃ_３は可動電極１０と信号線３ｓ間の静電容量を示している。また、Ｌ_Ｓ１，Ｒ_Ｓ１は、それぞれ、可動電極１０のグランド線３ｇ１側のインダクタンス値、抵抗値を示し、Ｌ_Ｓ２，Ｒ_Ｓ２は、それぞれ、可動電極１０のグランド線３ｇ２側のインダクタンス値、抵抗値を示す。
【００２６】
図５（ａ）の等価回路を整理すると、図５（ｂ）に示すように表すことができる。なお、近似的に、静電容量Ｃは、Ｃ＝１／（（１／（Ｃ_１＋Ｃ_２））＋（１／Ｃ_３））の数式に基づくものであり、インダクタンスＬ_Ｓは、Ｌ_Ｓ＝１／（（１／Ｌ_Ｓ１）＋（１／Ｌ_Ｓ２））の数式に基づくものであり、抵抗Ｒ_Ｓは、Ｒ_Ｓ＝１／（（１／Ｒ_Ｓ１）＋（１／Ｒ_Ｓ２））の数式に基づくものである。
【００２７】
第１実施形態例の静電駆動素子１は、可動体６が基板２側に下がっていて、可動電極１０とコプレーナー線路３とが絶縁膜１１を介して接触状態と成している状態では、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔は絶縁膜１１の厚み（例えば０．１μｍ）程度で非常に狭く、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量は大きくなる。この場合、信号線３ｓ側から可動電極１０を介してグランド側を見たときのＬＣ回路部分のインピーダンス（可動電極１０の近傍のコプレーナー線路３の信号線３ｓとグランド間のインピーダンス）が非常に小さくなり、信号線３ｓから可動電極１０を介してグランド側を見たとき、ｆ＝１／２π√（ＬＣ）なる周波数のときに短絡と等価な状態となる。これにより、コプレーナー線路３の信号の導通がオフする。
【００２８】
また、可動体６が基板２から離れる方向に（つまり、上側に）変位して、可動電極１０とコプレーナー線路３が非接触状態となり、その間の間隔が例えば３μｍ程度に広がると、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量Ｃが小さくなり、信号線３ｓ側から可動電極１０を介してグランド側を見たときのインピーダンスが非常に大きくなる。つまり、信号線３ｓから可動電極１０を介してグランド側を見たときにオープンと等価な状態となる。これにより、コプレーナー線路３の信号の導通はオンする。
【００２９】
以上のように、この第１実施形態例の静電駆動素子１は、可動体６を、静電引力を利用して変位させ、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量変化を利用してコプレーナー線路３の信号導通のオン・オフを行うシャントスイッチ素子として機能する。
【００３０】
ところで、図２には、この実施形態例の静電駆動素子の製造に際し、可動部と基板部分とを接合するときの状態が図１（ａ）のＡ−Ａ’部分の断面により模式的に示されている。この第１実施形態例では、図１（ｂ）、図２に示すように、基板２の面に、断面形状が三角形状の位置決めガイド部９が形成されている。この位置決めガイド部９は図３（ａ）に示す平面形状を有し、これら図１（ｂ）、図２、図３（ａ）に示す斜面９ａを有している。位置決めガイド部９は、可動体６が可動体６と基板２の面との間隔が狭くなる方向に移動するときに、可動体６を斜面９ａによってガイドし、可動電極１０とコプレーナー線路３とを接触状態としたときの可動体６の基板面に沿った方向の位置を位置決めする。
【００３１】
この実施形態例では、可動体６の角部２１が位置決めガイド部９にガイドされてその斜面９ａに沿って移動することにより、可動体６は基板面に沿った方向の位置が設定位置に配置され、図１（ｂ）に示すように、可動電極１０とコプレーナー線路３のグランド線３ｇ１との接触長さ（重なり量）と、可動電極１０とグランド線３ｇ２との接触長さ（重なり量）が互いに等しくなる。
【００３２】
つまり、静電駆動素子１の組み立て時には、図２に示すように、支持部８ａと支持部８ｂ（同図には図示せず）の底面および取り出し用シリコン層２３の底面側を基板２と対向させ、その後、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、支持部８（８ａ，８ｂ）の底面を基板２上に固定し、取り出し用シリコン層２３の底面側に設けられた電極パッド１４ｂを取り出し用電極２２に接続固定するが、このとき、可動体６とコプレーナー線路３との対向位置がずれていたとしても、この第１実施形態例では、可動体６と基板２の面との間隔が狭くなる方向に可動体６を移動するときに、可動体６は斜面９ａによってガイドされて移動するので、可動電極１０とコプレーナー線路３とを接触状態としたときの可動体６の基板面に沿った方向の位置が設定位置になるように位置決めされる。
【００３３】
また、この第１実施形態例では、静電駆動素子１の動作時に、前記可動体駆動手段に電圧を印加して可動体６とコプレーナー線路３とを非接触状態としたときには可動体６とコプレーナー線路３との位置精度が良好でなくても、その後、可動体駆動手段への電圧印加をやめることにより、可動体６が梁７（７ａ，７ｂ）の付勢力によって可動体６と基板２の面との間隔が狭くなる方向に移動するときには、可動体６は斜面９ａによってガイドされて移動するので、可動電極１０とコプレーナー線路３とを接触状態としたときの可動体６の基板面に沿った方向の位置が設定位置になるように位置決めされ、可動体６の良好な位置精度が得られる。
【００３４】
つまり、この第１実施形態例では、上記のように、静電駆動素子１の組み立て時、および、動作時に、可動体６は、位置決めガイド部９にガイドされてその斜面９ａに沿って移動することにより、可動体６は基板面に沿った方向の位置が設定位置に配置され、この配置によって、前記のように、可動電極１０とコプレーナー線路３のグランド線３ｇ１との接触長さと、可動電極１０とグランド線３ｇ２との接触長さが互いに等しくなる。
【００３５】
可動電極１０とコプレーナー線路３のグランド線３ｇ１との接触長さと、可動電極１０とグランド線３ｇ２との接触長さが異なると、可動電極１０とコプレーナー線路３との容量結合のバランスが崩れ、コプレーナー線路３のモードと異なる不要なモードが発生されてしまい、エネルギーが放射され、損失増加の要因になる。そこで、コプレーナー線路３を有する並列型のスイッチ素子において、可動電極１０とコプレーナー線路３のグランド線３ｇ１との接触長さと、可動電極１０とグランド線３ｇ２との接触長さが等しくなるように設計されるが、従来は、位置合わせを十分に行ったとしてもわずかな振動や基板の反り等に起因して可動体の基板に対する位置がずれてしまうことがあった。それに対し、この第１実施形態例では、位置決めガイド部９を設けて可動体６を設計通りの位置に配置できるので、損失の増加を抑制できる。
【００３６】
なお、位置決めガイド部９は、基板２に一体的に形成する。
【００３７】
第１実施形態例は以上のように構成されており、可動電極１０とコプレーナー線路３とが接触状態の時には可動体６が梁７（７ａ，７ｂ）の付勢力によって基板２上に固定されており、また、可動電極１０とコプレーナー線路３とが非接触状態の時には、前記可動体駆動手段による静電力によって可動体６が上部部材４側に引きつけられて上部部材４に固定されているので、可動電極１０とコプレーナー線路３とが接触状態と非接触状態のいずれの状態でも可動体６は固定され、安定している。
【００３８】
したがって、第１実施形態例は、可動体駆動手段に電圧を印加している場合でも、印加していない場合でも、振動等の外力によって可動体６と基板２との間隔が容易に変化することはなく、スイッチの誤動作を抑制することができる。
【００３９】
また、第１実施形態例は、製造工程において、基板２に可動体６の支持部８を固定する際にも、組み立て後、可動体６が、梁７（７ａ，７ｂ）の付勢力によって可動体６と基板２の面との間隔が狭くなる方向に移動するときにも、可動体６を斜面９ａによってガイドして、可動電極１０とコプレーナー線路３とを接触状態としたときの可動体６の基板面に沿った方向の位置を位置決めするので、可動電極１０とコプレーナー線路３のグランド線３ｇ１との接触長さと、可動電極１０とグランド線３ｇ２との接触長さを互いに等しくでき、これらの接触長さの違いによる損失増加等のスイッチ特性の劣化を抑制することができる。
【００４０】
さらに、第１実施形態例は、可動体６の駆動機構である可動体駆動手段を可動体６の片側に設けるものであり、駆動機構を可動体６の両側に設ける場合のように製造工程が複雑になることはなく、歩留まりの低下やコストアップを招くこともない。
【００４１】
さらに、例えば仮にコプレーナー線路３と可動電極１０が直接接触により結合する構成とすると、ＬＣ共振を使用していないため、周波数に影響されずに帯域幅の広いアイソレーション特性を有するスイッチが可能となる。その一方で、抵抗値Ｒ_Ｓに接触抵抗成分が含まれて抵抗値Ｒ_Ｓが大きくなってしまう。これにより、信号のロスが増加する。これに対して、この第１実施形態例では、コプレーナー線路３と可動電極１０は静電容量を介して結合する構成であるので、コプレーナー線路３と可動電極１０間に接触抵抗は発生せず、信号のロスを抑制することができる。
【００４２】
なお、上記位置決めガイド部９は、例えば図３（ｂ）に示すような、平面形状がＬ字形状の部材としてもよい。この場合、斜面９ａは、位置決めガイド部９の内側９ｂに向かって傾斜する斜面とし、可動体６の角部２１が谷部９ｃに沿って移動することにより、可動体６はＸ方向とＹ方向の位置が設定位置に配置される。また、位置決めガイド部９は、図３（ｃ）に示すように、２つの部材を設けて形成してもよい。この場合も、斜面９ａは、位置決めガイド部９の内側９ｂに向かって傾斜する斜面とする。図３（ｂ）、（ｃ）に示す態様で位置決めガイド部９を設けると、図３に示すＸ方向とＹ方向の両方について可動体６の位置決めをより一層正確に行うことができる。
【００４３】
以下、第２実施形態例について説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。図６には、第２実施形態例の静電駆動素子が模式的な断面図により示されている。なお、第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様の平面構成を有しており、図６は、図１（ａ）の線Ａ−Ａ’のように、静電駆動素子１の中心線に沿って切断したＸＺ断面図である。
【００４４】
この第２実施形態例の静電駆動素子１は、上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例が第１実施形態例と異なる特徴的なことは、可動体６が、高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、低周波信号および直流信号に対しては電極として振る舞う半導体のシリコンにより構成されていることである。このシリコン層の抵抗値が十分に小さく、仕様で定まる時間内に、駆動信号が可動体６に伝達する場合には、図６に示すように、駆動電極１２ｂと通電用電極１９ｂを設けなくてもよい。
【００４５】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００４６】
また、第２実施形態例では、前記の如く、可動体６自体が可動体駆動手段の電極として機能することができるので、可動体６に、可動体駆動手段を構成するための電極を形成しなくてすみ、静電駆動素子１の構造および製造工程の簡略化をより一層図ることができ、静電駆動素子１の低コスト化を図ることができる。
【００４７】
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において、第１、第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００４８】
図７（ａ）には第３実施形態例の静電駆動素子１の模式的な平面図が示され、図７（ｂ）には図７（ａ）のＡ−Ａ’部分の断面図が示されている。
【００４９】
第１、第２の各実施形態例の静電駆動素子１は、いわゆる並列型スイッチの構成であるのに対して、この第３実施形態例では、直列型スイッチの構成を有している。また、第３実施形態例では、高周波信号導通部はマイクロストリップ線路３０により形成している。
【００５０】
この第３実施形態例では、マイクロストリップ線路３０の信号線３ｓには分断部１８が形成されており、可動電極１０は、その分断部１８の一端側の線路端部から分断部１８を介し他端側の線路端部にかけて対向するように、可動体６に形成されている。なお、図７の図中、３ｇはマイクロストリップ線路３０のグランド層を示す。
【００５１】
この第３実施形態例は、上記のようなマイクロストリップ線路３０および可動電極１０以外の構成は、第１実施形態例と同様であり、第３実施形態例の静電駆動素子１は、可動電極１０と信号線路の分断部１８の両端部分との接触と離間とにより信号線路の直列接続オン・オフを行う。
【００５２】
つまり、この第３実施形態例の静電駆動素子１では、図７（ｂ）に示すように、可動電極１０上の絶縁膜１１がマイクロストリップ線路３０の信号線３ｓに接触して、可動電極１０と、分断部１８の両端の線路部分との間の間隔が非常に狭い場合には、可動電極１０と分断部１８の両端の線路部分とは静電容量が大きくなって当該可動電極１０と分断部１８の両端の線路部分との間は高周波的に短絡する。これにより、分断部１８の両端の線路端部分は可動電極１０を介して導通し、信号線の信号の導通がオンする。
【００５３】
また、可動体駆動手段による可動体６の変位によって可動電極１０が基板２から離れる方向に変位すると、可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間の間隔が広がって、当該可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間の静電容量が小さくなる。これにより、可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間がオープンとなり、信号線３ｓの信号導通はオフする。
【００５４】
第３実施形態例は以上のように構成されており、第３実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
なお、この発明は第１〜第３の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第３の各実施形態例では、位置決めガイド部９を基板２の上面に形成したが、例えば図３（ｄ）に示すように、位置決めガイド部９を可動体６の基板側対向面に形成し、この位置決めガイド部９を基板２に設けた凹部１７に挿入しながら可動体６をガイドする構成としてもよい。
【００５６】
また、上記第２実施形態例では、可動体６を構成する半導体として、シリコンを例に挙げたが、シリコン以外の例えばＧａＡｓ等の半導体により、可動体６を構成してもよいものである。
【００５７】
さらに、上記第３実施形態例のような直列型スイッチ素子においても、上記第２実施形態例のように、可動体６を高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、低周波信号および直流信号に対しては電極として振る舞う半導体により形成し、電極として機能する可動体６と上部部材４側に設ける駆動電極１２とにより可動体駆動手段を形成してもよい。
【００５８】
さらに、第１〜第３の各実施形態例では、可動電極１０上に絶縁膜１１が形成されていたが、例えば、絶縁膜１１を可動電極１０に設けるのに代えて、コプレーナー線路３やマイクロストリップ線路３０における少なくとも可動電極１０に対向する部分に絶縁膜１１を形成してもよいし、また、対向し合う可動電極１０とコプレーナー線路３の両方または可動電極１０とマイクロストリップ線路３０の両方の表面に絶縁膜１１を形成してもよい。
【００５９】
さらに、第１〜第３の各実施形態例において、可動電極１０上に形成されていた絶縁膜１１を省略し、互いに対向するコプレーナー線路３等の高周波信号導通部と可動電極１０の少なくとも一部が互いに直接接触と離間とを行うことにより高周波信号導通部の信号の導通オン・オフを制御する構成としてもよい。この場合、例えば並列型のスイッチ素子として機能する静電駆動素子１の等価回路は図８に示される回路となる。
【００６０】
さらに、第１、第３の各実施形態例では、第２の駆動電極１２（１２ｂ）は、スルーホール１３を介してワイヤーボンディングする構成としたが、第２の駆動電極１２（１２ｂ）も第１の駆動電極１２（１２ａ）と同様に、支持部８ａ側に配置される電極パッドを介して給電されるように構成してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
この発明によれば、可動体駆動手段に電圧印加が無く、可動電極と信号導通部とが接触状態の時には可動体が付勢手段の付勢力によって基板上に固定されており、また、前記可動体駆動手段に電圧が印加されて可動電極と信号導通部とが非接触状態の時には、可動体は可動体駆動手段による静電力により基板から遠ざかった状態で安定しているので、可動電極と信号導通部とが接触状態と非接触状態のいずれの状態でも可動体が安定しており、可動体駆動手段に電圧を印加している場合でも、印加していない場合でも、振動等の外力によって可動体と基板との間隔が容易に変化することはなく、誤動作を抑制することができる。
【００６２】
また、この発明は、可動体駆動手段を可動体の両側に設ける必要はないので、可動体の両側に駆動手段を設ける場合のように製造工程が複雑になることはなく、歩留まりの低下やコストアップを抑制できる。
【００６３】
また、可動電極と信号導通部の少なくとも一方の表面側には絶縁膜が形成され、可動体駆動手段に電圧を印加しない状態のときに可動電極と信号導通部とを前記絶縁膜を介して接触状態と成すものにおいては、信号導通部や可動電極の保護を図ることができるし、信号導通部と可動電極は直接接触することがないので、信号導通部と可動電極の直接接触による接触抵抗に起因した信号のロスを確実に防止することができる。
【００６４】
さらに、基板面と可動体の基板側対向面とのいずれか一方に、可動電極と振動導通部とを接触状態としたときの、可動体の基板面方向の位置決めを行う少なくとも一つの位置決めガイド部を形成した構成によれば、可動電極と信号導通部とを接触状態としたときの可動体の基板面方向の位置決めを正確に行うことができ、可動体を設定位置に配置できるので、設計通り動作を行える損失の小さい静電駆動素子を実現できる。
【００６５】
さらに、信号導通部は高周波信号導通部と成し、静電駆動素子は、可動電極と信号導通部の接触状態と非接触状態の一方の状態でスイッチオンし、他方の状態でスイッチオフするスイッチ素子であるものにおいては、上記優れた効果を奏して誤動作を抑制可能なスイッチ素子を実現できる。
【００６６】
さらに、高周波信号導通部をコプレーナー線路とマイクロストリップ線路のうちの一方側の線路により形成して、静電駆動素子をシャントスイッチ素子としたものにおいては、上記優れた効果を奏し、誤動作を抑制可能なシャントスイッチ素子を実現できる。
【００６７】
さらに、静電駆動素子は、互いに対向する高周波信号導通部と可動電極が互いに直接接触と離間とを行うことにより高周波信号導通部の信号導通オン・オフを制御するコンタクト型スイッチ素子としたものにおいては、上記優れた特性を有し、かつ、ＬＣ共振を使用していないため、周波数に影響されずに帯域幅の広いアイソレーション特性を有するスイッチが可能となる。
【００６８】
さらに、高周波信号導通部は可動電極に対向する領域内に分断部を有する信号線路と成して、静電駆動素子を直列型スイッチ素子としたものにおいては、上記優れた効果を奏し、誤動作を抑制可能な直列型スイッチ素子を実現できる。
【００６９】
さらに、信号導通部は高周波信号の導通部とし、可動体は高周波信号に対して絶縁性を有する半導体又は絶縁体により構成され、可動体の上方側に間隔を介して対向する上部部材の可動体対向面と可動体の上面にそれぞれ駆動電極を形成したものにおいては、高周波信号導通部との間に静電容量を発生させる可動電極と、この可動電極が設けられている可動体を静電引力を利用して変位させるための駆動電極とをそれぞれ独立に設計することができ、電極設計の自由度を高めることができる。
【００７０】
さらに、信号導通部は高周波信号の導通部とし、可動体は、高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、低周波信号および直流信号に対しては電極として振る舞う半導体により構成されているものにおいては、可動体自体を可動体駆動手段の電極として機能させることができるので、可動体に可動体駆動手段の電極を形成しなくて済み、静電駆動素子の構造および製造工程の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の静電駆動素子を説明するための図である。
【図２】第１実施形態例の静電駆動素子の製造に際し、可動部と基板部分とを接合するときの状態を示す説明図である。
【図３】第１実施形態例の静電駆動素子における位置決めガイド部の平面構成と、位置決めガイド部のその他の構成例を示す説明図である。
【図４】第１実施形態例の静電駆動素子を構成する可動電極とコプレーナー線路を抜き出して当該可動電極とコプレーナー線路の配置関係の一例を示す模式的に示すモデル図である。
【図５】第１実施形態例の静電駆動素子を構成する可動電極とコプレーナー線路部分の等価回路図である。
【図６】第２実施形態例の静電駆動素子を説明するための図である。
【図７】第３実施形態例の静電駆動素子を説明するための説明図である。
【図８】その他の実施形態例の静電駆動素子の回路を説明するための説明図である。
【図９】従来のマイクロマシンスイッチの例を説明するための図である。
【符号の説明】
１静電駆動素子
２基板
３コプレーナー線路
４上部部材
６可動体
９位置決めガイド部
１０可動電極
１１絶縁膜
１２駆動電極

Claims

基板面上に形成された信号導通部と、前記基板の上方側に間隔を介して対向配置されて前記信号導通部の少なくとも一部と対向する可動体と、該可動体に形成されて前記信号導通部に対向する可動電極と、前記可動体を前記基板側に付勢する付勢手段と、静電引力を利用して前記可動体と前記基板面との間隔が広くなる方向に変位するように可動体を変位させる可動体駆動手段とを有し、該可動体駆動手段に電圧を印加しない状態では前記付勢手段の付勢力により前記可動電極と前記信号導通部とを接触状態と成し、前記可動体駆動手段に電圧を印加することにより前記可動体を前記付勢手段の付勢力に抗して基板から遠ざけて可動体と基板との間隔を広げ、前記可動電極と前記信号導通部とを非接触状態と成すことを特徴とする静電駆動素子。
可動電極と信号導通部の少なくとも一方の表面側には絶縁膜が形成され、可動体駆動手段に電圧を印加しない状態のときに可動電極と信号導通部とを前記絶縁膜を介して接触状態と成すことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
基板面と可動体の基板側対向面とのいずれか一方には、前記可動体と基板面との間隔が狭くなる方向に可動体が移動するときに可動体をガイドして、可動電極と信号導通部とを接触状態としたときの可動体の基板面に沿った方向の位置を位置決めする少なくとも一つの位置決めガイド部が形成されており、該位置決めガイド部にガイドされて前記可動体が設定位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電駆動素子。
信号導通部は高周波信号導通部と成し、静電駆動素子は、可動電極と高周波信号導通部の接触状態と非接触状態の一方の状態でスイッチオンし、他方の状態でスイッチオフするスイッチ素子であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の静電駆動素子。
高周波信号導通部はコプレーナー線路とマイクロストリップ線路のうちの一方側の線路により形成され、静電駆動素子は可動電極と高周波信号導通部間の静電容量変化を利用してコプレーナー線路又はマイクロストリップ線路の信号導通オン・オフを制御するシャントスイッチ素子であることを特徴とする請求項４記載の静電駆動素子。
静電駆動素子は、互いに対向する高周波信号導通部と可動電極が互いに直接接触と離間とを行うことにより高周波信号導通部の信号導通オン・オフを制御するコンタクト型スイッチ素子であることを特徴とする請求項４記載の静電駆動素子。
高周波信号導通部は可動電極に対向する領域内に分断部を有する信号線路と成し、前記分断部の両端側の線路端部は可動電極に間隔を介して対向しており、静電駆動素子は、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との接触と離間とにより信号線路の直列接続オン・オフを行う直列型スイッチ素子であることを特徴とする請求項４の記載の静電駆動素子。
信号導通部は高周波信号の導通部とし、可動体は高周波信号に対して絶縁性を有する半導体又は絶縁体により構成され、可動体の上方側に間隔を介して対向する上部部材が配設されており、該上部部材には可動体の少なくとも一部分に対向させて第１の駆動電極が形成されており、前記可動体には前記第１の駆動電極に対向させて第２の駆動電極が形成されており、前記第１の駆動電極と第２の駆動電極がこれらの駆動電極間の直流電圧印加による静電引力によって可動体を第１の駆動電極側に変位させる可動体駆動手段を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の静電駆動素子。
信号導通部は高周波信号の導通部とし、可動体は、高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、低周波信号および直流信号に対しては電極として振る舞う半導体により構成されており、前記可動体の上方側に間隔を介して対向する上部部材が配設されており、該上部部材には可動体の少なくとも一部分に対向させて駆動電極が形成されており、該駆動電極と前記電極として機能する可動体とが駆動電極と可動体間の直流電圧印加による静電引力によって可動体を駆動電極側に変位させる可動体駆動手段を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の静電駆動素子。