JP2006252956A - Micro-machine switch and electronic apparatus - Google Patents

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Fumiichirou Abe
文一朗 安部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized micro-machine switch capable of obtaining a good prevention characteristics at a plurality of frequency band, which can be formed into small-size and simple structure. <P>SOLUTION: The micro-machine switch is composed of a base plate 2; a high frequency signal line 3 formed on a first area A on the base plate 2; a driving electrode 4 formed on a second area B arranged in close proximity to the first area A on the base plate 2; and a movable piece 6 arranged on the high frequency signal line 3 and the driving electrode 4 through dielectrics 51, 52 respectively, contacting the dielectric 51 arranged on the driving electrode 4 by the impression of a first voltage V1 between the driving electrode 4 and itself, and contacting the dielectric 52 arranged on the high frequency signal line 3 by the impression of a second voltage V2 between the high frequency signal line 3 and itself. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロマシンスイッチ及び電子機器に関し、特に高周波信号の切り替えに使用されるマイクロマシンスイッチ及びそれを実装した電子機器に関する。   The present invention relates to a micromachine switch and an electronic device, and more particularly to a micromachine switch used for switching a high-frequency signal and an electronic device mounted with the micromachine switch.

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高周波用の電子部品の製造も活発化している。この高周波用の電子部品としては、例えば高周波信号の送受信用として、高周波信号の通過を制御するために高周波スイッチが用いられる。従来、この高周波スイッチを構成する素子としては、pin−diodeやGaAs−FETを用いたものが一般的であったが、近年、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用いられるようになってきている。マイクロマシンスイッチは、レシスティブスイッチとキャパシティブスイッチとに分類されるが、構造がシンプルなことや製作の容易さ等の面から、一般的に、キャパシティブスイッチ(シャントスイッチ)が用いられている。   Electronic devices such as communication devices using a high frequency band including microwaves and millimeter waves are used in a wide range of fields. For this reason, manufacture of the high frequency electronic component which comprises an electronic device is also activated. As the high-frequency electronic component, for example, a high-frequency switch is used to control the passage of a high-frequency signal for transmission and reception of a high-frequency signal. Conventionally, devices using pin-diodes or GaAs-FETs are generally used as elements constituting this high-frequency switch, but in recent years, micromachine switches using micromachine technology have come to be used. Micromachine switches are classified into a resistive switch and a capacitive switch. In general, a capacitive switch (shunt switch) is used because of its simple structure and ease of manufacture.

図17及び図18に示すように、マイクロマシンスイッチ101は、絶縁体基板102、その絶縁体基板102上に設けられた高周波信号線103、その高周波信号線103に接触させずに絶縁体基板102上に設けられた接地導体104、高周波信号線103上に絶縁体膜105を介して配設された可動片106、及び絶縁体基板102に設けられたビアホール107等を備えている。   As shown in FIGS. 17 and 18, the micromachine switch 101 includes an insulator substrate 102, a high-frequency signal line 103 provided on the insulator substrate 102, and the insulator substrate 102 without contacting the high-frequency signal line 103. A movable conductor 106 disposed on the high-frequency signal line 103 via an insulator film 105, a via hole 107 provided on the insulator substrate 102, and the like.

可動片106の両端は接地導体104に固定されている。また、可動片106は絶縁体膜105から数μm離間されている。この可動片106は例えば金属で形成されている。なお、この種のマイクロマシンスイッチに関する下記特許文献1においては、可動片106を圧電体により形成する技術が提案されている。   Both ends of the movable piece 106 are fixed to the ground conductor 104. The movable piece 106 is separated from the insulator film 105 by several μm. The movable piece 106 is made of, for example, metal. In the following Patent Document 1 relating to this type of micromachine switch, a technique for forming the movable piece 106 with a piezoelectric body is proposed.

ここで、高周波信号線103、絶縁体膜105及び可動片106は、図19に示すように、高周波信号線103とGND(グランド)線201(接地導体104)との間に電気的に並列に挿入された1つの可変キャパシタC101を構築する。   Here, as shown in FIG. 19, the high-frequency signal line 103, the insulator film 105, and the movable piece 106 are electrically connected in parallel between the high-frequency signal line 103 and the GND (ground) line 201 (ground conductor 104). One inserted variable capacitor C101 is constructed.

このようなマイクロマシンスイッチ101において、可動片106は、その可動片106と高周波信号線103との間に所定の電圧を印加することにより発生する静電力によって、高周波信号線103上の絶縁体膜105に接触する。これにより、可変キャパシタC101のキャパシタンスCが変化し、高周波信号線103を伝送する所定周波数帯の高周波信号の通過を阻止することができる。なお、可動片106が絶縁体膜105に接触している状態がマイクロマシンスイッチ101のオン状態であり、逆に接触していない状態がマイクロマシンスイッチ101のオフ状態である。   In such a micromachine switch 101, the movable piece 106 has the insulator film 105 on the high-frequency signal line 103 by electrostatic force generated by applying a predetermined voltage between the movable piece 106 and the high-frequency signal line 103. To touch. As a result, the capacitance C of the variable capacitor C101 changes, and the passage of a high-frequency signal in a predetermined frequency band that transmits the high-frequency signal line 103 can be prevented. Note that the state in which the movable piece 106 is in contact with the insulator film 105 is the on state of the micromachine switch 101, and the state in which the movable piece 106 is not in contact is the off state of the micromachine switch 101.

次に、図19に示す等価回路に基づいて計算したマイクロマシンスイッチ101の周波数特性の一例を図20及び図21に示す。   Next, an example of the frequency characteristic of the micromachine switch 101 calculated based on the equivalent circuit shown in FIG. 19 is shown in FIGS.

図20に示すように、マイクロマシンスイッチ101がオフ状態である場合には、挿入損失は周波数6〜24GHzの周波数帯において1.0dB以下となる。したがって、マイクロマシンスイッチ101は良好な通過特性を有する。   As shown in FIG. 20, when the micromachine switch 101 is in the OFF state, the insertion loss is 1.0 dB or less in the frequency band of 6 to 24 GHz. Therefore, the micromachine switch 101 has good pass characteristics.

一方、図21に示すように、マイクロマシンスイッチ101がオン状態である場合には、アイソレーションは周波数6〜24GHzの周波数帯において10dB以上となる。また、キャパシタンスCとインダクタンスLとの共振周波数Fr[Fr=1/(2π(LC)1/2)]は周波数10GHzにおいて38dBになり、このときアイソレーションは最大になる。したがって、マイクロマシンスイッチ101は良好な阻止特性を有する。 On the other hand, as shown in FIG. 21, when the micromachine switch 101 is in the ON state, the isolation is 10 dB or more in the frequency band of 6 to 24 GHz. The resonance frequency Fr [Fr = 1 / (2π (LC) 1/2 )] between the capacitance C and the inductance L is 38 dB at a frequency of 10 GHz, and at this time, the isolation is maximized. Therefore, the micromachine switch 101 has a good blocking characteristic.

なお、所望の周波数で最大のアイソレーション、すなわち最大の阻止特性を得るためには、共振周波数Frに所望の周波数を一致させる必要がある。
特開2003−217421号公報
In order to obtain the maximum isolation at the desired frequency, that is, the maximum blocking characteristic, it is necessary to match the desired frequency with the resonance frequency Fr.
JP 2003-217421 A

ところが、前述のマイクロマシンスイッチ101においては、最大の阻止特性を得ることができる周波数は1つに限られてしまう。これは、マイクロマシンスイッチ101がオン状態である場合の可変キャパシタC101のキャパシタンスC(値)は1つであり、共振周波数Fr[Fr=1/(2π(LC)1/2)]が1つしか存在しないためである。 However, in the aforementioned micromachine switch 101, the frequency at which the maximum blocking characteristic can be obtained is limited to one. This is because the capacitance C (value) of the variable capacitor C101 when the micromachine switch 101 is in the ON state is one, and the resonance frequency Fr [Fr = 1 / (2π (LC) 1/2 )] is only one. This is because it does not exist.

したがって、他の周波数でも最大の阻止特性と同等の良好な阻止特性を得るためには、共振周波数Frの数、例えば可変キャパシタC101の数を増やす必要がある。可変キャパシタC101の数を増やすため、マイクロマシンスイッチ101に可動片106と別の可動片を配置した場合には、可動片数が単純に増加し、マイクロマシンスイッチ101のサイズは大きくなり、その構造も複雑になってしまう。また、同様に可変キャパシタC101の数を増やすため、電子機器にマイクロマシンスイッチ101を複数設けた場合には、電子機器のサイズは大きくなり、その構造も複雑になってしまう。   Therefore, in order to obtain a good blocking characteristic equivalent to the maximum blocking characteristic at other frequencies, it is necessary to increase the number of resonance frequencies Fr, for example, the number of variable capacitors C101. When the movable piece 106 and another movable piece are arranged on the micromachine switch 101 in order to increase the number of variable capacitors C101, the number of movable pieces simply increases, the size of the micromachine switch 101 increases, and the structure is complicated. Become. Similarly, when a plurality of micromachine switches 101 are provided in an electronic device in order to increase the number of variable capacitors C101, the size of the electronic device becomes large and the structure thereof becomes complicated.

本発明の目的は、複数の周波数帯において良好な阻止特性を得ることができ、さらに、小型にかつ簡易な構造にすることができるマイクロマシンスイッチ及び電子機器を提供することである。   An object of the present invention is to provide a micromachine switch and an electronic device that can obtain good blocking characteristics in a plurality of frequency bands, and that can have a small and simple structure.

本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、マイクロマシンスイッチにおいて、基板と、基板上の第1の領域に設けられた高周波信号線と、基板上の第1の領域に近接した第2の領域に設けられた駆動電極と、高周波信号線上及び駆動電極上にそれぞれ誘電体を介して配設され、駆動電極との間への第1の電圧印加により、駆動電極上の誘電体に接触し、高周波信号線との間への第2の電圧印加により、高周波信号線上の誘電体に接触する可動片とを備えることである。   The first feature of the embodiment of the present invention is that in the micromachine switch, the substrate, the high-frequency signal line provided in the first region on the substrate, and the second close to the first region on the substrate. The drive electrode provided in the region, the high-frequency signal line, and the drive electrode are disposed via a dielectric, respectively, and contact the dielectric on the drive electrode by applying a first voltage to the drive electrode. And a movable piece that contacts the dielectric on the high-frequency signal line by applying a second voltage to the high-frequency signal line.

本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、電子機器において、実装用基板と、実装用基板上に実装された前述の第1の特徴に係るマイクロマシンスイッチと、マイクロマシンスイッチに接続された増幅器とを備えることである。   A second feature according to the embodiment of the present invention is that, in an electronic device, a mounting board, the micromachine switch according to the first feature mounted on the mounting board, and an amplifier connected to the micromachine switch It is to provide.

本発明によれば、複数の周波数帯において良好な阻止特性を得ることができ、さらに、小型にかつ簡易な構造にすることができるマイクロマシンスイッチ及び電子機器を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a micromachine switch and an electronic device that can obtain good blocking characteristics in a plurality of frequency bands and that can be made compact and have a simple structure.

(第1の実施の形態)
[マイクロマシンスイッチの構成]
本発明の第1の実施の形態について図1、図2及び図3を参照して説明する。
(First embodiment)
[Configuration of micromachine switch]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.

図1及び図2に示すように、第1の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ1は、基板2と、基板2上の中央部分を横切る第1の領域Aに設けられた高周波信号線3と、基板2上の第1の領域Aに近接した左側中央の第2の領域Bに設けられた駆動電極4と、高周波信号線3上及び駆動電極4上にそれぞれ誘電体51,52を介して配設され、駆動電極4との間への第1の電圧V1の印加により、駆動電極4上の誘電体51に接触し、高周波信号線3との間への第2の電圧V2の印加により、高周波信号線3上の誘電体52に接触する可動片6とを備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the micromachine switch 1 according to the first embodiment includes a substrate 2 and a high-frequency signal line 3 provided in a first region A that crosses the central portion on the substrate 2. The driving electrode 4 provided in the second region B in the center on the left side close to the first region A on the substrate 2 and the high-frequency signal line 3 and the driving electrode 4 are respectively arranged via dielectrics 51 and 52. By applying the first voltage V1 between the driving electrode 4 and the dielectric 51 on the driving electrode 4, and by applying the second voltage V2 between the high frequency signal line 3 and And a movable piece 6 in contact with the dielectric 52 on the high-frequency signal line 3.

さらに、マイクロマシンスイッチ1は、基板2上の第1の領域A及び第2の領域Bに隣接する左側周辺の第3の領域Cに設けられた接地板(GND電源層)71と、基板2上の第1の領域Aに隣接する右側の第4の領域Dに設けられた接地板72と、基板2裏面の全域に設けられた接地電極73と、基板2の第3の領域Cに設けられ接地板71と接地電極73との間を電気的に接続するビアホール配線81と、基板2の第4の領域Dに設けられ接地板72と接地電極73との間を電気的に接続するビアホール配線82とを備えている。   Further, the micromachine switch 1 includes a ground plate (GND power supply layer) 71 provided in the third region C around the left side adjacent to the first region A and the second region B on the substrate 2, A ground plate 72 provided on the right fourth region D adjacent to the first region A, a ground electrode 73 provided on the entire back surface of the substrate 2, and a third region C of the substrate 2. A via-hole wiring 81 that electrically connects the ground plate 71 and the ground electrode 73 and a via-hole wiring that is provided in the fourth region D of the substrate 2 and electrically connects the ground plate 72 and the ground electrode 73. 82.

基板2は、例えば高抵抗を有するシリコン基板により形成されている。シリコン基板の表面には、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜(図示せず)が設けられている。   The substrate 2 is formed of a silicon substrate having a high resistance, for example. An insulating film (not shown) such as a silicon oxide film is provided on the surface of the silicon substrate.

高周波信号線3は、高周波信号の伝送路であり、基板2の一辺(図1中、上辺)から対向する他の一辺(図1中、下辺)に渡って配設されている。なお、高周波信号線3は例えばTi/Au膜で形成されている。   The high-frequency signal line 3 is a high-frequency signal transmission path, and is arranged from one side (upper side in FIG. 1) to the other side (lower side in FIG. 1) facing the substrate 2. The high frequency signal line 3 is formed of, for example, a Ti / Au film.

駆動電極4は、周波数帯を切り替えるキャパシタの一方の電極として使用される。駆動電極4は例えばTi/Au膜で形成されている。   The drive electrode 4 is used as one electrode of a capacitor that switches the frequency band. The drive electrode 4 is made of, for example, a Ti / Au film.

誘電体51は、少なくとも可動片6に対向する位置であって、駆動電極4上に設けられている。さらに、誘電体52は、少なくとも可動片6に対向する位置であって、高周波信号線3上に設けられている。誘電体51、52には、例えばシリコン酸化(SiO)膜、シリコン窒化(Si)膜の単層膜、もしくはそれらを積層した複合膜を実用的に使用することができる。なお、第1の実施の形態において、誘電体51及び誘電体52としては、同一層において形成され、誘電率が高く、製造上安定して形成することができるシリコン窒化膜が使用されている。 The dielectric 51 is provided on the drive electrode 4 at a position facing at least the movable piece 6. Further, the dielectric 52 is provided on the high-frequency signal line 3 at a position facing at least the movable piece 6. For the dielectrics 51 and 52, for example, a single layer film of a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, or a composite film obtained by stacking them can be practically used. In the first embodiment, as the dielectric 51 and the dielectric 52, silicon nitride films that are formed in the same layer, have a high dielectric constant, and can be formed stably in production are used.

可動片6は、第1の電圧V1及び第2の電圧V2を印加せずに形状を変化させていないとき、誘電体51,52のそれぞれの表面から上方向に例えば数μmのギャップを持って離間されている。可動片6は、駆動電極4との間に第1の電圧V1が印加された場合に駆動電極4側に撓み、高周波信号線3との間に第2の電圧V2が印加された場合に高周波信号線3側に撓む、可撓性を有する板状のスイッチである。第1の実施の形態において、可動片6は片持梁構造を採用している。詳しくは、可動片6は、高周波信号線3側の一端を基板2の第4の領域Dに設けられた接地板72上に機械的に固定し、かつ接地板72に電気的に接続し、駆動電極4側の他端を自由端として、形成されている。また、可動片6の一端側(固定端)であって、高周波信号線3と接地板72の固定部分との間の領域には、可動片6の幅寸法を部分的に小さくする切欠部11が設けられている。これにより、可動片6は、誘電体51,52に接触する方向に撓みやすくなる。可動片6は、可塑性を有し電気伝導性に優れた金属により形成されている。   When the shape of the movable piece 6 is not changed without applying the first voltage V1 and the second voltage V2, the movable piece 6 has a gap of, for example, several μm upward from the respective surfaces of the dielectrics 51 and 52. It is separated. The movable piece 6 bends toward the drive electrode 4 when the first voltage V1 is applied to the drive electrode 4 and has a high frequency when the second voltage V2 is applied to the high frequency signal line 3. This is a flexible plate-like switch that bends toward the signal line 3 side. In the first embodiment, the movable piece 6 employs a cantilever structure. Specifically, the movable piece 6 mechanically fixes one end on the high-frequency signal line 3 side on the ground plate 72 provided in the fourth region D of the substrate 2 and is electrically connected to the ground plate 72. The other end on the drive electrode 4 side is formed as a free end. Further, in a region between one end side (fixed end) of the movable piece 6 and the fixed portion of the high-frequency signal line 3 and the ground plate 72, a notch portion 11 that partially reduces the width dimension of the movable piece 6. Is provided. Thereby, the movable piece 6 is easily bent in a direction in contact with the dielectrics 51 and 52. The movable piece 6 is formed of a metal having plasticity and excellent electrical conductivity.

可動片6は、高周波信号線3上においてキャパシタの一方の電極として使用されており、高周波信号線3は他方の電極として使用されている。つまり、高周波信号線3、誘電体52及び可動片6は、図3に示すように、高周波信号線3とGND線15(接地電極73)との間に電気的に並列に挿入された1つの可変キャパシタC1を構築する。さらに、可動片6は、キャパシタの一方の電極として使用される駆動電極4上においてキャパシタの他方の電極として使用されている。つまり、駆動電極4、誘電体51及び可動片6は、図3に示すように、可変キャパシタC1のインダクタンスL側の電極と、第1の電圧V1を供給する端子16との間に挿入された他の1つの可変キャパシタC2を構築する。   The movable piece 6 is used as one electrode of a capacitor on the high-frequency signal line 3, and the high-frequency signal line 3 is used as the other electrode. That is, as shown in FIG. 3, the high-frequency signal line 3, the dielectric 52, and the movable piece 6 are electrically connected in parallel between the high-frequency signal line 3 and the GND line 15 (the ground electrode 73). A variable capacitor C1 is constructed. Further, the movable piece 6 is used as the other electrode of the capacitor on the drive electrode 4 used as one electrode of the capacitor. That is, as shown in FIG. 3, the drive electrode 4, the dielectric 51, and the movable piece 6 are inserted between the electrode on the inductance L side of the variable capacitor C1 and the terminal 16 that supplies the first voltage V1. Another variable capacitor C2 is constructed.

接地板71,72及び接地電極73は例えばTi/Au膜で形成されている。接地電極73は、マイクロマシンスイッチ1を実装基板に実装したときに、実装基板側からGND電位を供給するための電極として使用される。   The ground plates 71 and 72 and the ground electrode 73 are made of, for example, a Ti / Au film. The ground electrode 73 is used as an electrode for supplying a GND potential from the mounting substrate side when the micromachine switch 1 is mounted on the mounting substrate.

[マイクロマシンスイッチの動作]
このような構成を有するマイクロマシンスイッチ1の動作について説明する。マイクロマシンスイッチ1は、可動片6の形状変化により、オフ状態、第1モードのオン状態、第2モードのオン状態のいずれかに切り替わり、高周波信号線3において伝送される高周波信号の通過周波数帯を制御する。
[Operation of micromachine switch]
The operation of the micromachine switch 1 having such a configuration will be described. The micromachine switch 1 is switched to any one of an off state, an on state in the first mode, and an on state in the second mode according to a change in the shape of the movable piece 6, and changes the pass frequency band of the high frequency signal transmitted through the high frequency signal line 3. Control.

マイクロマシンスイッチ1のオフ状態とは、駆動電極4と可動片6との間に第1の電圧V1が印加されておらず、さらに高周波信号線3と可動片6との間に第2の電圧V2が印加されておらず、図2に示すように、可動片6に形状変化がなく、駆動電極4上の誘電体51及び高周波信号線3上の誘電体52に適度な間隔を持って可動片6が接触していない状態である。   The micromachine switch 1 is in an OFF state when the first voltage V1 is not applied between the drive electrode 4 and the movable piece 6, and the second voltage V2 is applied between the high-frequency signal line 3 and the movable piece 6. As shown in FIG. 2, there is no change in shape of the movable piece 6, and the movable piece 6 has an appropriate interval between the dielectric 51 on the drive electrode 4 and the dielectric 52 on the high-frequency signal line 3. 6 is not in contact.

マイクロマシンスイッチ1の第1モードのオン状態とは、図4(A)に示すように、可動片6が駆動電極4上の誘電体51に接触しており、高周波信号線3上の誘電体52に接触してはいないが近接している状態である。すなわち、第1モードにおいては、可動片6と駆動電極4との間に第1の電圧V1を印加することにより発生する静電力によって、可動片6の自由端が駆動電極4に引き寄せられ、可動片6が駆動電極4上の誘電体51に接触する。この接触は可動片6の形状変化によるものであるが、高周波信号線3と可動片6との間には第2の電圧V2が印加されていないので、可動片6は高周波信号線3上の誘電体52に近接するものの、完全な接触はしない。結果的に、図3に示すように、駆動電極4、誘電体51及び可動片6により構成される可変キャパシタC2のキャパシタンスCと、高周波信号線3、誘電体52及び可動片6により構成される可変キャパシタC1のキャパシタンスCとが変化するので、高周波信号線3を伝送する高周波信号の周波数帯を変化させることができる。   The on state of the first mode of the micromachine switch 1 means that the movable piece 6 is in contact with the dielectric 51 on the drive electrode 4 and the dielectric 52 on the high-frequency signal line 3 as shown in FIG. Although it is not touching, it is the state which adjoins. That is, in the first mode, the free end of the movable piece 6 is attracted to the drive electrode 4 by the electrostatic force generated by applying the first voltage V1 between the movable piece 6 and the drive electrode 4, and is movable. The piece 6 contacts the dielectric 51 on the drive electrode 4. This contact is due to a change in the shape of the movable piece 6, but since the second voltage V <b> 2 is not applied between the high-frequency signal line 3 and the movable piece 6, the movable piece 6 is on the high-frequency signal line 3. Proximity to dielectric 52 but no complete contact. As a result, as shown in FIG. 3, the capacitance C of the variable capacitor C <b> 2 constituted by the drive electrode 4, the dielectric 51 and the movable piece 6, and the high-frequency signal line 3, the dielectric 52 and the movable piece 6 are constituted. Since the capacitance C of the variable capacitor C1 changes, the frequency band of the high-frequency signal transmitted through the high-frequency signal line 3 can be changed.

マイクロマシンスイッチ1の第2モードのオン状態とは、図4(B)に示すように、可動片6が駆動電極4上の誘電体51に接触し、かつ高周波信号線3上の誘電体52にも完全に接触している状態である。すなわち、第2モードにおいては、可動片6と駆動電極4との間に第1の電圧V1を印加しつつ、さらに可動片6と高周波信号線3との間に第2の電圧V2を印加することにより発生する静電力によって、可動片6が駆動電極4上の誘電体51に接触するとともに、高周波信号線3上の誘電体52に接触する。結果的に、図3に示すように、駆動電極4、誘電体51及び可動片6により構成される可変キャパシタC2のキャパシタンスCと、高周波信号線3、誘電体52及び可動片6により構成される可変キャパシタC1のキャパシタンスCとが、第1のモードの各キャパシタンスCに対してさらに変化するので、高周波信号線3を伝送する高周波信号の周波数帯をさらに変化させることができる。   The on state of the second mode of the micromachine switch 1 means that the movable piece 6 contacts the dielectric 51 on the drive electrode 4 and the dielectric 52 on the high-frequency signal line 3 as shown in FIG. Is also in full contact. That is, in the second mode, the first voltage V1 is applied between the movable piece 6 and the drive electrode 4, and the second voltage V2 is further applied between the movable piece 6 and the high-frequency signal line 3. Due to the electrostatic force generated by this, the movable piece 6 contacts the dielectric 51 on the drive electrode 4 and also contacts the dielectric 52 on the high-frequency signal line 3. As a result, as shown in FIG. 3, the capacitance C of the variable capacitor C <b> 2 constituted by the drive electrode 4, the dielectric 51 and the movable piece 6, and the high-frequency signal line 3, the dielectric 52 and the movable piece 6 are constituted. Since the capacitance C of the variable capacitor C1 further changes with respect to each capacitance C in the first mode, the frequency band of the high-frequency signal transmitted through the high-frequency signal line 3 can be further changed.

このようなマイクロマシンスイッチ1において、図3に示す等価回路に基づいて計算した周波数特性の一例を図5及び図6に示す。   FIG. 5 and FIG. 6 show an example of frequency characteristics calculated based on the equivalent circuit shown in FIG. 3 in such a micromachine switch 1.

図5に示すように、マイクロマシンスイッチ1においては、オフ状態の場合、挿入損失が周波数6〜24GHzの周波数帯において1.0dB以下になるので、良好な通過特性を得ることができる。   As shown in FIG. 5, in the micromachine switch 1, when it is in the off state, the insertion loss is 1.0 dB or less in the frequency band of 6 to 24 GHz, so that good pass characteristics can be obtained.

一方、図6に示すように、マイクロマシンスイッチ1においては、第1モードのオン状態の場合、アイソレーションは周波数5〜17GHzの周波数帯において10dB以上となる。また、キャパシタンスCとインダクタンスLとの共振周波数Fr[Fr=1/(2π(LC)1/2)]は周波数9GHzの周波数帯において40dBになり、このときアイソレーションは最大になる。したがって、マイクロマシンスイッチ1は良好な阻止特性を有する。 On the other hand, as shown in FIG. 6, in the micromachine switch 1, when the first mode is on, the isolation is 10 dB or more in the frequency band of 5 to 17 GHz. The resonance frequency Fr [Fr = 1 / (2π (LC) 1/2 )] between the capacitance C and the inductance L is 40 dB in the frequency band of 9 GHz, and the isolation is maximized at this time. Therefore, the micromachine switch 1 has a good blocking characteristic.

さらに、図6に示すように、マイクロマシンスイッチ1においては、第2モードのオン状態の場合、アイソレーションは、周波数3〜15GHzの周波数帯において10dB以上となる。また、キャパシタンスCとインダクタンスLとの共振周波数Frは周波数6GHzにおいて40dBになり、このときアイソレーションは最大になる。したがって、マイクロマシンスイッチ1は良好な阻止特性を有する。   Further, as shown in FIG. 6, in the micromachine switch 1, when the second mode is in the on state, the isolation is 10 dB or more in the frequency band of 3 to 15 GHz. The resonance frequency Fr of the capacitance C and the inductance L is 40 dB at a frequency of 6 GHz, and at this time, the isolation is maximized. Therefore, the micromachine switch 1 has a good blocking characteristic.

このように第1の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ1によれば、高周波信号線3に近接した駆動電極4と、駆動電極4上の誘電体51と、高周波信号線3から駆動電極4上まで延びる可動片6とを備えることによって、可動片6が1つであっても各々キャパシタンスCを可変可能な2個の可変キャパシタC1及びC2を構成することができ、高周波信号線3を伝送する高周波信号の周波数帯を複数切り替えることができ、さらに、各周波数帯おいて良好な阻止特性を得ることができる。加えて、1つの可動片6により周波数帯を複数切り替えることができる結果、周波数帯の切り替え数に対する可動片6の個数を削減することができる。したがって、マイクロマシンスイッチ1を小型にかつ簡易な構造にすることができる。特に、高周波信号線3の近傍に駆動電極4、誘電体51,52及び可動片6を配設するという簡易な構成により、マイクロマシンスイッチ1を構築することができる。   As described above, according to the micromachine switch 1 according to the first embodiment, the drive electrode 4 close to the high-frequency signal line 3, the dielectric 51 on the drive electrode 4, and the high-frequency signal line 3 to the drive electrode 4. By providing the movable piece 6 that extends, it is possible to configure two variable capacitors C1 and C2 that can each change the capacitance C even if there is only one movable piece 6, and the high-frequency signal line 3 is transmitted. A plurality of signal frequency bands can be switched, and a good blocking characteristic can be obtained in each frequency band. In addition, since a plurality of frequency bands can be switched by one movable piece 6, the number of movable pieces 6 with respect to the number of frequency band switching can be reduced. Therefore, the micromachine switch 1 can be made small and simple. In particular, the micromachine switch 1 can be constructed with a simple configuration in which the drive electrode 4, the dielectrics 51 and 52, and the movable piece 6 are disposed in the vicinity of the high-frequency signal line 3.

また、可動片6を片持梁構造にし、かつ切欠部11を備えることによって、可動片6の形状変化を低駆動電圧で容易に実現することができ、周波数帯の切り替えのときの応答性を向上させることができる。   In addition, by making the movable piece 6 a cantilever structure and having the notch portion 11, the shape change of the movable piece 6 can be easily realized with a low driving voltage, and the response at the time of switching the frequency band can be achieved. Can be improved.

なお、第1の実施の形態においては、可動片6の高周波信号線3側の一端を基板2上に固定しているが、本発明は、このような形態に限定されるものではなく、可動片6の駆動電極4側の一端を基板2上に固定してもよい。   In the first embodiment, one end of the movable piece 6 on the high frequency signal line 3 side is fixed on the substrate 2, but the present invention is not limited to such a form, and the movable piece 6 is movable. One end of the piece 6 on the drive electrode 4 side may be fixed on the substrate 2.

また、第1の実施の形態においては、基板2上に1つの駆動電極4を設けているが、本発明は、この数量に限定されるものではなく、基板2上に2つ以上駆動電極4を設けてもよい。さらに、基板2上に1本の高周波信号線3を設けているが、本発明は、この本数に限定されるものではなく、基板2上に2本以上の高周波信号線3を設けてもよい。   In the first embodiment, one drive electrode 4 is provided on the substrate 2, but the present invention is not limited to this number, and two or more drive electrodes 4 are provided on the substrate 2. May be provided. Furthermore, although one high-frequency signal line 3 is provided on the substrate 2, the present invention is not limited to this number, and two or more high-frequency signal lines 3 may be provided on the substrate 2. .

[マイクロマシンスイッチの製造方法]
次に、マイクロマシンスイッチ1の製造方法について説明する。
[Micromachine switch manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the micromachine switch 1 will be described.

まず、基板2を準備する。この基板2には、前述の図1及び図2に示すビアホール配線81及び82が既に形成されている。基板2には、例えば高抵抗値を有するシリコン単結晶基板を実用的に使用することができる。また、基板2は、GaAs半導体等により形成された化合物半導体基板や樹脂等により形成された絶縁性基板を使用してもよい。   First, the substrate 2 is prepared. In the substrate 2, the via hole wirings 81 and 82 shown in FIGS. 1 and 2 are already formed. As the substrate 2, for example, a silicon single crystal substrate having a high resistance value can be used practically. The substrate 2 may be a compound semiconductor substrate formed of GaAs semiconductor or the like, or an insulating substrate formed of resin or the like.

この基板2の表面上にシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。シリコン酸化膜は、例えば熱酸化法等により形成し、数μm程度の膜厚において形成する。   A silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the substrate 2. The silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method or the like, for example, and has a thickness of about several μm.

図7に示すように、基板2上の全面にシリコン酸化膜を介して導電層21を形成する。ここでは、導電層21は例えばTi/Au膜により形成される。続いて、導電層21上にパターニング用のフォトレジスト膜22を形成する。このフォトレジスト膜22は高周波信号線3、駆動電極4、接地板71及び72の形状をパターンニングするマスクとして使用される。   As shown in FIG. 7, a conductive layer 21 is formed on the entire surface of the substrate 2 via a silicon oxide film. Here, the conductive layer 21 is formed of, for example, a Ti / Au film. Subsequently, a patterning photoresist film 22 is formed on the conductive layer 21. The photoresist film 22 is used as a mask for patterning the shapes of the high-frequency signal line 3, the drive electrode 4, and the ground plates 71 and 72.

次いで、フォトレジスト膜22を使用して導電層21にエッチングを行い、図8に示すように、導電層21から高周波信号線3、駆動電極4、接地板71及び接地板72を形成する。その後、フォトレジスト膜22を除去する。   Next, the conductive layer 21 is etched using the photoresist film 22 to form the high-frequency signal line 3, the drive electrode 4, the ground plate 71 and the ground plate 72 from the conductive layer 21 as shown in FIG. 8. Thereafter, the photoresist film 22 is removed.

図9に示すように、基板2上の全面に、高周波信号線3上、駆動電極4上、接地板71上及び接地板72上を覆う誘電層23を形成する。誘電層23には、誘電率が高い例えばシリコン窒化膜(Si)を実用的に使用することができる。続いて、図9に示すように、誘電層23上にパターンニング用のフォトレジスト膜24を形成する。このフォトレジスト膜24においては、少なくとも誘電体51,52を残存させるため、駆動電極4上及び高周波信号線3上の一部分が開口されている。 As shown in FIG. 9, the dielectric layer 23 is formed on the entire surface of the substrate 2 to cover the high-frequency signal line 3, the drive electrode 4, the ground plate 71, and the ground plate 72. For the dielectric layer 23, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) having a high dielectric constant can be practically used. Subsequently, as shown in FIG. 9, a patterning photoresist film 24 is formed on the dielectric layer 23. In this photoresist film 24, a part on the drive electrode 4 and the high-frequency signal line 3 is opened in order to leave at least the dielectrics 51 and 52.

次いで、フォトレジスト膜24を使用して誘電層23をエッチングし、図10に示すように、誘電層23から駆動電極4上において誘電体51を形成するとともに、高周波信号線3の一部上において誘電体52を形成する。その後、フォトレジスト膜24を除去する。   Next, the dielectric layer 23 is etched using the photoresist film 24 to form a dielectric 51 on the drive electrode 4 from the dielectric layer 23 and a part of the high-frequency signal line 3 as shown in FIG. A dielectric 52 is formed. Thereafter, the photoresist film 24 is removed.

次に、図11に示すように、基板2上の全面に、可動片6形成用の犠牲層25を形成する。犠牲層25には、例えばフォトレジスト膜を実用的に使用することができる。この犠牲層25の可動片6と接地板72との接続部分は開口されている。   Next, as shown in FIG. 11, a sacrificial layer 25 for forming the movable piece 6 is formed on the entire surface of the substrate 2. For the sacrificial layer 25, for example, a photoresist film can be used practically. A connection portion between the movable piece 6 and the ground plate 72 of the sacrificial layer 25 is opened.

図12に示すように、犠牲層25上に金属層26を形成し、その金属層26上にパターンニング用のフォトレジスト膜27を形成する。このフォトレジスト膜27は可動片6をパターンニングするエッチングマスクとして使用される。   As shown in FIG. 12, a metal layer 26 is formed on the sacrificial layer 25, and a patterning photoresist film 27 is formed on the metal layer 26. This photoresist film 27 is used as an etching mask for patterning the movable piece 6.

次いで、フォトレジスト膜27を介して金属層26をエッチングし、図13に示すように、金属層26から可動片6を形成する。その後、図13に示すように、犠牲層25及びフォトレジスト膜27を除去する。   Next, the metal layer 26 is etched through the photoresist film 27 to form the movable piece 6 from the metal layer 26 as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 13, the sacrificial layer 25 and the photoresist film 27 are removed.

最後に、基板2の裏面上にシリコン酸化膜(図示せず)を形成し、前述の図2に示す基板2の裏面上にシリコン酸化膜を介して接地電極73を形成する。電極層には、例えばTi/Au膜を実用的に使用することができる。   Finally, a silicon oxide film (not shown) is formed on the back surface of the substrate 2, and a ground electrode 73 is formed on the back surface of the substrate 2 shown in FIG. 2 via the silicon oxide film. For example, a Ti / Au film can be practically used for the electrode layer.

このように第1の実施の形態に係る製造方法によれば、特別な製造方法を使用することなく、既存の半導体製造プロセスを使用して簡易にマイクロマシンスイッチ1を製造することができる。さらに、高周波信号線3を形成する工程と同一工程において駆動電極4を形成し、誘電体52を形成する工程と同一工程において誘電体51を形成し、かつ可動片6を形成する工程において駆動電極4まで可動片6の一部を延長するだけでマイクロマシンスイッチ1を製造することができるので、大幅に製造工程数を削減することができる。製造工程数を削減することができる結果、製造上の歩留まりを向上することができる。   As described above, according to the manufacturing method according to the first embodiment, the micromachine switch 1 can be easily manufactured using an existing semiconductor manufacturing process without using a special manufacturing method. Further, the drive electrode 4 is formed in the same step as the step of forming the high-frequency signal line 3, the dielectric 51 is formed in the same step as the step of forming the dielectric 52, and the drive electrode is formed in the step of forming the movable piece 6. Since the micromachine switch 1 can be manufactured only by extending a part of the movable piece 6 to 4, the number of manufacturing steps can be greatly reduced. As a result of the reduction in the number of manufacturing steps, the manufacturing yield can be improved.

(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及び図15を参照して説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図14及び図15に示すように、第2の実施の形態に係る可動片6は、両持梁構造により基板2上に設けられている。詳しくは、可動片6の高周波信号線3側の一端は接地板72に固定され、駆動電極4側の他端は接地板71に固定されている。   As shown in FIGS. 14 and 15, the movable piece 6 according to the second embodiment is provided on the substrate 2 by a double-supported beam structure. Specifically, one end of the movable piece 6 on the high frequency signal line 3 side is fixed to the ground plate 72, and the other end on the drive electrode 4 side is fixed to the ground plate 71.

このように構成される第2の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ1によれば、第1の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ1により得られる効果と同様の効果を得ることができる。さらに、第2の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ1においては、可動片6を両持梁構造にすることにより、可動片6自信の機械的強度を高めることができ、耐用年数を長くすることができる。   According to the micromachine switch 1 according to the second embodiment configured as described above, the same effect as that obtained by the micromachine switch 1 according to the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the micromachine switch 1 according to the second embodiment, by making the movable piece 6 have a double-supported beam structure, the mechanical strength of the movable piece 6 can be increased, and the service life can be extended. it can.

(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16を参照して説明する。第3の実施の形態は、前述の第1又は第2の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ1を、無線通信機、携帯電話機、又はそれらの組み立て部品等の電子機器に内蔵した例を説明するものである。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment describes an example in which the micromachine switch 1 according to the first or second embodiment described above is incorporated in an electronic device such as a wireless communication device, a mobile phone, or an assembly part thereof. It is.

図16に示すように、第3の実施の形態に係る電子機器41は、実装用基板42と、実装用基板42上に実装された第1又は第2の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ(SW)1と、マイクロマシンスイッチ1に接続された増幅器(AMP)43とを備えている。図16中、上側のマイクロマシンスイッチ1は信号入力経路に配設され、下側のマイクロマシンスイッチ1は信号出力経路に配設されている。マイクロマシンスイッチ1には、アンテナ44、及び、内部回路の入力段又は出力段の増幅器43が接続されている。   As shown in FIG. 16, an electronic device 41 according to the third embodiment includes a mounting board 42 and a micromachine switch (SW) according to the first or second embodiment mounted on the mounting board 42. ) 1 and an amplifier (AMP) 43 connected to the micromachine switch 1. In FIG. 16, the upper micromachine switch 1 is disposed in the signal input path, and the lower micromachine switch 1 is disposed in the signal output path. The micromachine switch 1 is connected to an antenna 44 and an amplifier 43 in the input stage or output stage of the internal circuit.

このように構成される第3の実施の形態に係る電子機器41によれば、マイクロマシンスイッチ1を小型にすることができるので、電子機器41全体を小型にすることができる。   According to the electronic device 41 according to the third embodiment configured as described above, since the micromachine switch 1 can be reduced in size, the entire electronic device 41 can be reduced in size.

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary.

本発明の第1の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the micromachine switch which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すマイクロマシンスイッチのF1−F1線において切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected in the F1-F1 line | wire of the micromachine switch shown in FIG. 図1及び図2に示すマイクロマシンスイッチの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the micromachine switch shown in FIGS. 1 and 2. (A)は図2に示すマイクロマシンスイッチの第1モードのオン状態を示す断面図、(B)は図2に示すマイクロマシンスイッチの第2モードのオン状態を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the ON state of the 1st mode of the micromachine switch shown in FIG. 2, (B) is sectional drawing which shows the ON state of the 2nd mode of the micromachine switch shown in FIG. 図1及び図2に示すマイクロマシンスイッチのオフ状態の周波数特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the frequency characteristic of the OFF state of the micromachine switch shown in FIG.1 and FIG.2. 図1及び図2に示すマイクロマシンスイッチのオン状態の周波数特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the frequency characteristic of the ON state of the micromachine switch shown in FIG.1 and FIG.2. 図1及び図2に示すマイクロマシンスイッチの製造方法を説明する第1の工程断面図である。FIG. 4 is a first process cross-sectional view illustrating a manufacturing method of the micromachine switch shown in FIGS. 1 and 2. 第2の工程断面図である。It is 2nd process sectional drawing. 第3の工程断面図である。It is 3rd process sectional drawing. 第4の工程断面図である。It is a 4th process sectional view. 第5の工程断面図である。FIG. 10 is a fifth process cross-sectional view. 第6の工程断面図である。It is 6th process sectional drawing. 第7の工程断面図である。It is 7th process sectional drawing. 本発明の第2の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the micromachine switch which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図14に示すマイクロマシンスイッチのF2−F2切断線において切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected in the F2-F2 cutting line of the micromachine switch shown in FIG. 本発明の第3の実施の形態に係る電子機器の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the electronic device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の先行技術に係るマイクロマシンスイッチの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the micromachine switch which concerns on the prior art of this invention. 図17に示すマイクロマシンスイッチのF3−F3線において切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected in the F3-F3 line | wire of the micromachine switch shown in FIG. 図17に示すマイクロマシンスイッチの等価回路を示す回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the micromachine switch shown in FIG. 17. 図17に示すマイクロマシンスイッチのオフ状態の周波数特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the frequency characteristic of the OFF state of the micromachine switch shown in FIG. 図17に示すマイクロマシンスイッチのオン状態の周波数特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the frequency characteristic of the ON state of the micromachine switch shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…マイクロマシンスイッチ、2…基板、3…高周波信号線、4…駆動電極、51,52…誘電体、6…可動片、41…電子機器、42…実装用基板、43…増幅器、A…第1の領域、B…第2の領域、V1…第1の電圧、V2…第2の電圧

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micromachine switch, 2 ... Board | substrate, 3 ... High frequency signal line, 4 ... Drive electrode, 51, 52 ... Dielectric, 6 ... Movable piece, 41 ... Electronic equipment, 42 ... Mounting board, 43 ... Amplifier, A ... 1st 1 region, B ... 2nd region, V1 ... 1st voltage, V2 ... 2nd voltage

Claims (4)

基板と、
前記基板上の第1の領域に設けられた高周波信号線と、
前記基板上の第1の領域に近接した第2の領域に設けられた駆動電極と、
前記高周波信号線上及び前記駆動電極上にそれぞれ誘電体を介して配設され、前記駆動電極との間への第1の電圧印加により、前記駆動電極上の前記誘電体に接触し、前記高周波信号線との間への第2の電圧印加により、前記高周波信号線上の前記誘電体に接触する可動片と、
を備えることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。
A substrate,
A high-frequency signal line provided in a first region on the substrate;
A drive electrode provided in a second region proximate to the first region on the substrate;
The high-frequency signal line and the drive electrode are disposed via a dielectric, respectively, and contact the dielectric on the drive electrode by applying a first voltage between the drive electrode and the high-frequency signal. A movable piece in contact with the dielectric on the high-frequency signal line by applying a second voltage to the line;
A micromachine switch comprising:
前記可動片の前記高周波信号線側又は前記駆動電極側の一端は前記基板に固定されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロマシンスイッチ。   The micromachine switch according to claim 1, wherein one end of the movable piece on the high-frequency signal line side or the drive electrode side is fixed to the substrate. 前記可動片の前記高周波信号線側及び前記駆動電極側の両端は前記基板に固定されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロマシンスイッチ。   The micromachine switch according to claim 1, wherein both ends of the movable piece on the high-frequency signal line side and the drive electrode side are fixed to the substrate. 実装用基板と、
前記実装用基板上に実装された前記請求項1記載のマイクロマシンスイッチと、
前記マイクロマシンスイッチに接続された増幅器と、
を備えることを特徴とする電子機器。
A mounting board;
The micromachine switch according to claim 1 mounted on the mounting substrate;
An amplifier connected to the micromachine switch;
An electronic device comprising:
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